半導体装置
【課題】酸化物半導体層を用いる薄膜トランジスタにおいて、酸化物半導体層と電気的に
接続するソース電極層またはドレイン電極層との接触抵抗の低減を図ることを課題の一と
する。
【解決手段】ソース電極層またはドレイン電極層を２層以上の積層構造とし、その積層の
うち、酸化物半導体層と接する一層を酸化物半導体層の仕事関数より小さい仕事関数を有
する金属又はそのような金属の合金とする。二層目以降のソース電極層またはドレイン電
極層の材料は、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素、または上述
した元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金等を用いる。
接続するソース電極層またはドレイン電極層との接触抵抗の低減を図ることを課題の一と
する。
【解決手段】ソース電極層またはドレイン電極層を２層以上の積層構造とし、その積層の
うち、酸化物半導体層と接する一層を酸化物半導体層の仕事関数より小さい仕事関数を有
する金属又はそのような金属の合金とする。二層目以降のソース電極層またはドレイン電
極層の材料は、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素、または上述
した元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金等を用いる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）で構成された回路を有する半導体装置およびそ
の作製方法に関する。例えば、液晶表示パネルに代表される電気光学装置や有機発光素子
を有する発光表示装置を部品として搭載した電子機器に関する。
【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、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。
【背景技術】
【０００３】
近年、絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜（厚さ数〜数百ｎｍ程度）を用い
て薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を構成する技術が注目されている。薄膜トランジスタはＩ
Ｃや電気光学装置のような電子デバイスに広く応用され、特に画像表示装置のスイッチン
グ素子として開発が急がれている。
【０００４】
また、金属酸化物は多様に存在しさまざまな用途に用いられている。酸化インジウムはよ
く知られた材料であり、液晶ディスプレイなどで必要とされる透光性を有する電極材料と
して用いられている。金属酸化物の中には半導体特性を示すものがある。半導体特性を示
す金属酸化物としては、例えば、酸化タングステン、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜
鉛などがあり、このような半導体特性を示す金属酸化物をチャネル形成領域とする薄膜ト
ランジスタが既に知られている（特許文献１及び特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１２３８６１号公報
【特許文献２】特開２００７−９６０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の一態様は、酸化物半導体層を用いる薄膜トランジスタにおいて、酸化物半導体層
と電気的に接続するソース電極層またはドレイン電極層との接触抵抗の低減を図ることを
課題の一とする。
【０００７】
また、酸化物半導体層を用いる薄膜トランジスタにおいて、ソース電極層またはドレイン
電極層の材料の選択肢を広げることも課題の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書で開示する本発明の一態様は、絶縁表面を有する基板上に設けるソース電極層ま
たはドレイン電極層を２層以上の積層構造とし、その積層のうち、酸化物半導体層の仕事
関数より小さい仕事関数を有する金属又はそのような金属の合金を用いた薄い層とする半
導体装置である。酸化物半導体層と接する一層を酸化物半導体層の仕事関数より小さい仕
事関数を有する金属又はそのような金属の合金を用いることで、酸化物半導体層と最適な
接触状態を形成することができる。さらに、ソース電極層またはドレイン電極層の材料の
選択肢を広げることができ、例えば、酸化物半導体層の仕事関数より小さい仕事関数を有
する金属又はそのような金属の合金を用いた層上に耐熱性の高い金属材料を用いた層を設
けることでプロセス温度の上限を上げることができる。耐熱性の高い金属としてタングス
テン若しくはモリブデンを用いることができる。
【０００９】
さらに、本発明の一態様は、絶縁表面を有する基板上に設けるソース電極層またはドレイ
ン電極層を２層以上の積層構造とし、その積層のうち、酸化物半導体層の電子親和力より
小さい仕事関数を有する金属又はそのような金属の合金を用いた薄い層とする半導体装置
である。酸化物半導体層と接する一層を酸化物半導体層の電子親和力より小さい仕事関数
を有する金属又はそのような金属の合金を用いることで、酸化物半導体層と最適な接触状
態を形成することができる。さらに、ソース電極層またはドレイン電極層の材料の選択肢
を広げることができ、例えば、酸化物半導体層の電子親和力より小さい仕事関数を有する
金属又はそのような金属の合金を用いた層上に耐熱性の高い金属材料を用いた層を設ける
ことが可能になり、後に行われるプロセス温度の上限を上げることができる。
【００１０】
ここで、いくつかの金属材料の仕事関数を表１に例示する。ただし、これらに限定される
ものではない。
【００１１】
【表１】
【００１２】
例えば、酸化物半導体層と接する一層をインジウム（Ｉｎ）層またはインジウム合金層と
することで、酸化物半導体層の材料として酸化インジウムを含む酸化物半導体材料を用い
る場合に最適な接触状態を形成することができる。この場合、接触抵抗の低減を図ること
ができる。酸化物半導体層とソース電極層との界面、及び酸化物半導体層とドレイン電極
層との界面に、酸化インジウムを含む酸化物半導体材料の仕事関数よりも小さい仕事関数
を有するインジウムのみの領域またはインジウムを多く含む領域を意図的に設けることが
重要である。
【００１３】
また、インジウムに代えて亜鉛（Ｚｎ）を用いてもよく、本発明の他の一態様は、絶縁表
面を有する基板上に酸化物半導体層、ソース電極層、及びドレイン電極層とを有し、ソー
ス電極層またはドレイン電極層は積層であり、その積層のうち、酸化物半導体層と接する
一層を亜鉛層または亜鉛合金層とする半導体装置である。また、酸化物半導体層と接する
一層を亜鉛層または亜鉛合金層とすることで、酸化物半導体層の材料として酸化亜鉛を含
む酸化物半導体材料を用いる場合に最適な接触状態を形成することができ、例えば接触抵
抗の低減を図ることができる。
【００１４】
また、インジウムに代えてチタン（Ｔｉ）を用いてもよく、本発明の他の一態様は、絶縁
表面を有する基板上に酸化物半導体層、ソース電極層、及びドレイン電極層とを有し、ソ
ース電極層またはドレイン電極層は積層であり、その積層のうち、酸化物半導体層と接す
る一層をチタン層またはチタン合金層とする半導体装置である。また、酸化物半導体層と
接する一層をチタン層またはチタン合金層とする場合に最適な接触状態を形成することが
でき、例えば接触抵抗の低減を図ることができる。
【００１５】
また、インジウムに代えてイットリウム（Ｙ）を用いてもよく、本発明の他の一態様は、
絶縁表面を有する基板上に酸化物半導体層、ソース電極層、及びドレイン電極層とを有し
、ソース電極層またはドレイン電極層は積層であり、その積層のうち、酸化物半導体層と
接する一層をイットリウム層またはイットリウム合金層とする半導体装置である。また、
酸化物半導体層と接する一層をイットリウム層またはイットリウム合金層とする場合に最
適な接触状態を形成することができ、例えば接触抵抗の低減を図ることができる。
【００１６】
また、インジウムに代えてインジウムと亜鉛の合金や、ガリウム（Ｇａ）合金（窒化ガリ
ウムなど）を用いてもよい。酸化物半導体層とソース電極層との界面、及び酸化物半導体
層とドレイン電極層との界面にこれらの合金の領域またはこれらの合金を多く含む領域を
意図的に設けることが重要である。これらの合金の領域またはこれらの合金を多く含む領
域は、酸化物半導体層と最適な接触状態を形成することができ、例えば接触抵抗の低減を
図ることができる。
【００１７】
また、二層目以降のソース電極層またはドレイン電極層の材料は、アルミニウム（Ａｌ）
、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ
）、タングステン（Ｗ）から選ばれた元素、または上述した元素を成分とする合金か、上
述した元素を組み合わせた合金等を用いる。また、ソース電極層またはドレイン電極層と
して透光性を有する導電材料、例えば、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（以下、ＩＴＯと示す。）、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を用いることもでき、表
示パネルに薄膜トランジスタを用いる場合、開口率の向上を図ることもできる。
【００１８】
また、ソース電極層またはドレイン電極層を酸化物半導体層の仕事関数より小さい仕事関
数を有する金属又はそのような金属の合金を用いた層と、他の金属を用いた層とを含む混
合層としても良い。このような構成をとることで、接触抵抗の低減を図ることができる。
さらに、他の金属として、耐熱性の高い金属とすると、後に行われるプロセス温度の上限
を上げることができる。
【００１９】
また、ソース電極層またはドレイン電極層は、酸化物半導体層の仕事関数より小さい仕事
関数を有する金属又はそのような金属の合金を用いた層が酸化物半導体層と接するように
設けられていれば良い。上記構成のようにソース電極層またはドレイン電極層は、酸化物
半導体層の仕事関数より小さい仕事関数を有する金属又はそのような金属の合金を用いた
層上にさらに耐熱性の高い金属を用いた層を積層する積層構造としても良い。また、酸化
物半導体層の仕事関数より小さい仕事関数を有する金属又はそのような金属の合金を用い
た層の単層をソース電極層またはドレイン電極層として用いても良い。
【００２０】
上記構成は、上記課題の少なくとも一つを解決する。
【００２１】
また、上記各構成において、酸化物半導体層を構成する１つまたは複数の材料と、ソース
電極層またはドレイン電極層の積層において酸化物半導体層と接する一層の材料との間で
、少なくとも一種の金属元素が共通することが好ましい。例えば、ソース電極層またはド
レイン電極層の積層において酸化物半導体層と接する一層の材料がインジウムである場合
、酸化物半導体層の材料は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ
系、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｏ系の酸化
物半導体材料を用いることが好ましい。
【００２２】
また、ソース電極層またはドレイン電極層の積層において酸化物半導体層と接する一層の
材料が亜鉛である場合、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、
Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ａ
ｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｏ系
の酸化物半導体材料を適用することができる。
【００２３】
また、ソース電極層またはドレイン電極層の積層において酸化物半導体層と接する一層の
材料がイットリウムである場合、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ
−Ｏ系、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、
Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｚ
ｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｏ系の酸化物半導体材料を適用することができる。
【００２４】
また、ソース電極層またはドレイン電極層の積層において酸化物半導体層と接する一層の
材料がチタンである場合、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系
、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−
Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｏ
系の酸化物半導体材料を適用することができる。
【００２５】
また、上記酸化物半導体と金属又はその合金に限定されない。酸化物半導体の仕事関数に
対して、仕事関数が小さな金属又はその合金と酸化物半導体の組み合わせからなる構成を
用いても実現することができる。
【００２６】
また、酸化物半導体の電子親和力に対して、金属又はその合金の仕事関数が小さいもので
あれば、どのような組み合わせからなる構成を用いても実現することができる。
【００２７】
また、上記構造を実現するための本発明の一態様は、絶縁表面を有する基板上にゲート電
極層を形成し、ゲート電極層上にゲート絶縁層を形成し、ゲート絶縁層上に酸化物半導体
層を形成し、酸化物半導体層上にインジウム層またはインジウム合金層と、金属導電層の
積層を形成し、インジウム層またはインジウム合金層、及び金属導電層を選択的にエッチ
ングして、インジウム層またはインジウム合金層と金属導電層の積層構造のソース電極層
またはドレイン電極層を形成する半導体装置の作製方法である。
【００２８】
上記作製方法によりボトムゲート構造の薄膜トランジスタが作製できる。
【００２９】
また、インジウムに代えて亜鉛を用いてもよく、本発明の作製方法に関する他の一態様は
、絶縁表面を有する基板上にゲート電極層を形成し、ゲート電極層上にゲート絶縁層を形
成し、ゲート絶縁層上に酸化物半導体層を形成し、酸化物半導体層上に亜鉛層または亜鉛
合金層と、金属導電層の積層を形成し、亜鉛層または亜鉛合金層、及び金属導電層を選択
的にエッチングして、亜鉛層または亜鉛合金層と金属導電層の積層構造のソース電極層ま
たはドレイン電極層を形成する半導体装置の作製方法である。
【００３０】
また、逆コプラナ型（ボトムコンタクト構造とも呼ぶ）の薄膜トランジスタを作製する場
合には、絶縁表面を有する基板上にゲート電極層を形成し、ゲート電極層上にゲート絶縁
層を形成し、ゲート絶縁層上に金属導電層と、インジウム層またはインジウム合金層の積
層を形成し、金属導電層、及びインジウム層または前記インジウム合金層を選択的にエッ
チングして、金属導電層とインジウム層またはインジウム合金層の積層構造のソース電極
層またはドレイン電極層を形成し、ソース電極層またはドレイン電極層上に酸化物半導体
層を形成する。
【００３１】
上記各作製方法に関する構成において、インジウム層またはインジウム合金層は、スパッ
タ法または蒸着法を用いて形成する。また、インジウム層またはインジウム合金層を成膜
した後、大気に触れることなく上に金属導電層を形成することが好ましい。
【００３２】
また、上記各作製方法に関する構成において、亜鉛層、亜鉛合金層、インジウムと亜鉛の
合金層や、またはガリウム合金（窒化ガリウムなど）層は、スパッタ法または蒸着法また
はＭＯＣＶＤ法を用いて形成する。また、亜鉛層、亜鉛合金層、インジウムと亜鉛の合金
層や、またはガリウム合金（窒化ガリウムなど）層を成膜した後、酸化を防ぎ、高抵抗化
を防ぐため、大気に触れることなく上に金属導電層を形成することが好ましい。
【００３３】
また、インジウムを用いてスパッタターゲットを作製することは困難であるため、インジ
ウムのようなターゲットの作製が困難な金属または合金は、他の金属ターゲット、例えば
モリブデンターゲット上やタングステンターゲット上にインジウムのペレットを置いてス
パッタ法により連続成膜を行う。この場合、同じスパッタ装置で大気に触れることなく積
層することができる。また、スパッタリング条件にもよるが、インジウムとタングステン
との混合層が形成されることもある。また、金属ターゲット上に複数のインジウムのペレ
ットを配列した状態でスパッタリングを行ってもよい。また、ペレットは直径が５ｍｍ〜
５０ｍｍであって、高さが２ｍｍ〜３０ｍｍの円柱体である。なお、ペレットの形状は、
特に限定されず、立方体、直方体、楕円柱体などを用いることができる。
【００３４】
本明細書中で連続成膜とは、スパッタ法（または蒸着法など）で行う第１の成膜工程から
スパッタ法（または蒸着法など）で行う第２の成膜工程までの一連のプロセス中、被処理
基板の置かれている雰囲気が大気等の汚染雰囲気に触れることなく、常に真空中または不
活性ガス雰囲気（窒素雰囲気または希ガス雰囲気）で制御されていることを言う。連続成
膜を行うことにより、清浄化された被処理基板の水分等の再付着を回避して成膜を行うこ
とができる。また、スパッタリング条件にもよるが、積層させた金属間で混合層が形成さ
れることもある。
【００３５】
また、スパッタリング条件により混合層となった場合、積層した金属の濃度分布は、均一
に分布するものではなく、濃度勾配をもつ場合がある。例えば、酸化物半導体層上に第１
の層としてインジウム、第１の層上に第２の層としてタングステンをスパッタリングで連
続成膜した場合、第１の層と第２の層の界面が明確でない混合層を形成する場合がある。
この場合、混合層中の酸化物半導体層近接領域ではインジウムの濃度が高く、酸化物半導
体層から離れるほどインジウムの濃度が低くなる。
【００３６】
このとき、厚さが１ｎｍ以上５０ｎｍ以下の第１の層上にさらに第２の層を積層すると第
１の層と第２の層の界面が明確でない混合層が形成される。
【００３７】
同一チャンバー内で第１の成膜工程から第２の成膜工程までの一連のプロセスを行うこと
は本明細書における連続成膜の範囲に含まれる。
【００３８】
また、異なるチャンバーで第１の成膜工程から第２の成膜工程までの一連のプロセスを行
う場合、第１の成膜工程を終えた後、大気にふれることなくチャンバー間を基板搬送して
第２の成膜を施すことも本明細書における連続成膜の範囲に含まれる。
【００３９】
なお、第１の成膜工程と第２の成膜工程の間に、基板搬送工程、アライメント工程、徐冷
工程、または第２の工程に必要な温度とするため基板を加熱または冷却する工程等を有し
ても、本明細書における連続成膜の範囲に含まれる。
【００４０】
ただし、洗浄工程、ウエットエッチング、レジスト形成といった液体を用いる工程が第１
の成膜工程と第２の成膜工程の間にある場合、本明細書でいう連続成膜の範囲には含まれ
ない。
【発明の効果】
【００４１】
酸化物半導体層を用いる薄膜トランジスタにおいて、ソース電極層またはドレイン電極層
の材料の選択肢を広げ、電気特性や信頼性の優れた薄膜トランジスタを実現できる。また
、耐熱性の高い金属を用いることで、後に行われるプロセス温度の上限を上げることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一態様を示す断面図である。
【図２】本発明の一態様を示す上面図である。
【図３】本発明の一態様を示す断面図である。
【図４】本発明の一態様を示す断面図である。
【図５】本発明の一態様を示す上面図及び断面図である。
【図６】本発明の一態様を示す断面図である。
【図７】本発明の一態様を示す上面図及び断面図である。
【図８】電子機器の一例を示す図である。
【図９】電子機器の一例を示す図である。
【図１０】電子機器の一例を示す図である。
【図１１】電子機器の一例を示す図である。
【図１２】本発明の一態様を示すエネルギーバンド図である。
【図１３】本発明の一態様を示す断面エネルギーバンド図である。
【図１４】本発明の一態様を示すエネルギーバンド図である。
【図１５】本発明の一態様を示す断面エネルギーバンド図である。
【図１６】本発明の一態様を示す断面エネルギーバンド図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
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、その形態およ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。
【００４４】
（実施の形態１）
本実施の形態では、酸化物半導体層とその酸化物半導体層の仕事関数より小さい仕事関数
を有する金属又はそのような金属の合金が接した状態の積層構造について説明する。
【００４５】
例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体膜のバンドギャップ（Ｅｇ）が３．１５ｅ
Ｖである場合、電子親和力（χ）は４．３ｅＶと言われている。本発明に係る酸化物半導
体は水素や水等の不純物を極力排除し高純度化されたＩ型（真性半導体）又はそれに近い
ことを特徴としており、このことと前述から仕事関数は５．８ｅＶとなる。このとき、ソ
ース電極層またはドレイン電極層に用いられ、かつ仕事関数が５．８ｅＶよりも小さい材
料の候補として、上記表１からイットリウム、インジウム、アルミニウム等が挙げられる
。また、仕事関数が５．８ｅＶよりも小さい合金を用いても良い。
【００４６】
例えば、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ系の酸化物半導体として、インジウム錫酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ
Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）が挙げられる。ＩＴＯの仕事関数は、４．７ｅＶである。
ＩＴＯをソース電極層またはドレイン電極層の材料として用いる場合、上記表１からイッ
トリウム、インジウム、チタン、亜鉛等の仕事関数が４．７ｅＶよりも小さい金属を用い
ればよい。特に、イットリウムは仕事関数が３．３ｅＶと小さい仕事関数であることから
好ましい。また、仕事関数が４．７ｅＶよりも小さい金属の合金を用いても良い。
【００４７】
また、酸化物半導体として、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）が挙げられ
る。ＩＴＳＯの仕事関数は４．６９ｅＶである。ＩＴＳＯをソース電極層またはドレイン
電極層の材料として用いる場合、上記表１からイットリウム、インジウム、チタン、亜鉛
等の仕事関数が４．６９ｅＶよりも小さい金属を用いればよい。特に、イットリウムは仕
事関数が３．３ｅＶと小さい仕事関数であることから好ましい。また、仕事関数が４．７
ｅＶよりも小さい金属の合金を用いても良い。
【００４８】
上記のように、酸化物半導体の仕事関数に比べて、仕事関数が小さい金属を用いると、酸
化物半導体と金属との接触抵抗の低い接続構造を実現することができる。
【００４９】
また、図１２はソース電極又はドレイン電極（酸化物半導体と接している金属）１２１２
と酸化物半導体１２１３の接触前におけるソース電極又はドレイン電極１２１２の仕事関
数（φＭ）、酸化物半導体１２１３の仕事関数（φＭＳ）の関係を示す。図１２では、酸
化物半導体１２１３の仕事関数（φＭＳ）よりもソース電極又はドレイン電極１２１２の
仕事関数（φＭ）の方が小さい場合を示す。
【００５０】
常温において金属中の電子は縮退しており、フェルミ準位は伝導帯内に位置する。一方、
従来の酸化物半導体は一般にｎ型であり、その場合のフェルミ準位（ＥＦ）は、バンドギ
ャップ中央（Ｅｇ）に位置する真性フェルミ準位（Ｅｉ）から離れて、伝導帯寄りに位置
している。なお、酸化物半導体において含有される水素の一部はドナーとなりｎ型化する
一つの要因であることが知られている。
【００５１】
これに対して本発明に係る酸化物半導体は、ｎ型不純物である水素を酸化物半導体から除
去し、酸化物半導体の主成分以外の不純物が極力含まれないように高純度化することによ
り真性（ｉ型）、又は実質的に真性な半導体としたものである。すなわち、不純物を添加
してｉ型化するのでなく、水素や水等の不純物を極力除去したことにより、高純度化され
たｉ型（真性半導体）又はそれに近づけることを特徴としている。そうすることにより、
フェルミ準位（ＥＦ）は真性フェルミ準位（Ｅｉ）と同じレベルにまですることができる
。
【００５２】
また、本発明に係る酸化物半導体１２１３とゲート電極１２１４断面（後述するソースド
レイン断面と垂直な方向の断面）のエネルギーバンド図（模式図）を図１６に示す。図１
６（Ａ）はゲート電極１２１４に正の電位（＋ＶＧ）が印加された状態であり、ソース電
極とドレイン電極の間にキャリア（電子）が流れるオン状態を示している。また、図１６
（Ｂ）は、ゲート電極１２１４に負の電位（−ＶＧ）が印加された状態であり、オフ状態
（少数キャリアは流れない）である場合を示す。なお、ＧＩはゲート絶縁膜である。
【００５３】
図１３は、ソース電極又はドレイン電極１２１２と酸化物半導体１２１３を接触させて、
ソース電極及びドレイン電極を形成した後のソースドレイン断面のエネルギーバンド図（
模式図）である。図１３（Ｂ）において黒丸（●）は電子を示し、ドレイン電極に正の電
位が印加されると、電子はバリアをこえて酸化物半導体に注入され、ドレイン電極に向か
って流れる。この場合、バリアの高さ（ｈ）は、ゲート電圧とドレイン電圧に依存して変
化するが、正のドレイン電圧が印加された場合には、電圧印加のない図１３（Ａ）のバリ
アの高さすなわちバンドギャップ（Ｅｇ）の１／２よりもバリアの高さ（ｈ）は小さい値
となる。
【００５４】
このとき電子は、図１６（Ａ）で示すようにゲート絶縁膜と高純度化された酸化物半導体
との界面における、酸化物半導体側のエネルギー的に安定な最底部を移動する。
【００５５】
また、図１６（Ｂ）において、ゲート電極１２１４に負の電位が印加されると、少数キャ
リアであるホールは実質的にゼロであるため、電流は限りなくゼロに近い値となる。
【００５６】
例えば、薄膜トランジスタのチャネル幅Ｗが１×１０４μｍでチャネル長が３μｍの素子
であっても、オフ電流が１０−１３Ａ以下であり、サブスレッショルドスイング値（Ｓ値
）が０．１Ｖ／ｄｅｃ．（ゲート絶縁膜の膜厚１００ｎｍ）が得られる。この例のように
、酸化物半導体の主成分以外の不純物が極力含まれないように高純度化することにより、
薄膜トランジスタの動作を良好なものとすることができる。特に、オフ電流を低減するこ
とができる。
【００５７】
また、ソース電極又はドレイン電極１２１２と酸化物半導体１２１３を接触させると、ソ
ース電極又はドレイン電極１２１２、酸化物半導体１２１３のフェルミ準位（ＥＦ）が一
致するが、このときソース電極、ドレイン電極１２１２から酸化物半導体１２１３に電子
が移動して、図１３のようなバンドの曲がりが発生する。図１３（Ａ）は、ソース電極又
はドレイン電極１２１２と酸化物半導体１２１３を接触させて、ソース電極及びドレイン
電極を形成した後のソースドレイン断面のエネルギーバンド図（模式図）である。なお、
ソース電極とドレイン電極の間を等電位（ＶＤ＝０）にした場合を示す。また、図１３（
Ｂ）はソース電極に対して、ドレイン電極に正の電位（ＶＤ＞０）を加えた場合の図を示
す。
【００５８】
このようにソース電極及びドレイン電極の積層のうち酸化物半導体と接する層には金属又
はそのような金属の合金の仕事関数（φＭ）が、酸化物半導体の仕事関数（φＭＳ）より
小さい材料を用いる。この場合、金属−酸化物半導体界面において、電子に対してショッ
トキー型の障壁は形成されず、接触抵抗の低い接続構造を実現できる。
【００５９】
したがって、酸化物半導体の仕事関数に比べて、仕事関数が小さい金属又はその合金から
なる構成を用いても実現することができる。
【００６０】
なお、酸化物半導体の仕事関数又は電子親和力はＵＰＳ法（紫外線光電子分光分析）等で
測定することができる。測定した酸化物半導体の仕事関数又は電子親和力よりも小さな仕
事関数の金属又はその合金の積層構造にすることで、接触抵抗の低い接続構造を実現でき
る。
【００６１】
なお、仕事関数とは真空準位（Ｅ∞）からフェルミ準位（ＥＦ）までのエネルギー差であ
る。なお、本発明に係る酸化物半導体は水素や水等の不純物を極力除去することにより、
高純度化されたｉ型（真性半導体）又はそれに近づけることを特徴とするため、酸化物半
導体の仕事関数は真空準位（Ｅ∞）から真性フェルミ準位（Ｅｉ）までのエネルギー差と
ほぼ等しい。また、図１２中のＥｖは酸化物半導体も価電子帯上端のエネルギー準位を示
す。
【００６２】
本実施の形態は、他の全ての実施の形態と組み合わせて実施することが可能である。
【００６３】
（実施の形態２）
本実施の形態では、酸化物半導体層とその酸化物半導体層の電子親和力より小さい仕事関
数を有する金属又はそのような金属の合金が接した状態の積層構造について説明する。
【００６４】
例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体膜のバンドギャップ（Ｅｇ）が３．１５ｅ
Ｖである場合、電子親和力（χ）は４．３ｅＶと言われている。このとき、ソース電極層
またはドレイン電極層に用いられ、電子親和力が４．３ｅＶよりも小さい材料の候補とし
て、上記表１からイットリウム、インジウム、アルミニウム等が挙げられる。また、仕事
関数が４．３ｅＶよりも小さい合金を用いても良い。
【００６５】
例えば、酸化物半導体として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜（ＩＧＺＯ）が挙げら
れる。ＩＧＺＯの電子親和力は、４．３ｅＶである。ＩＧＺＯをソース電極層またはドレ
イン電極層の材料として用いる場合、上記表１からイットリウム、インジウム、アルミニ
ウム等の仕事関数が４．３ｅＶよりも小さい金属を用いればよい。特に、イットリウムは
仕事関数が３．３ｅＶと小さい仕事関数であることから好ましい。また、仕事関数が４．
３ｅＶよりも小さい金属の合金を用いても良い。
【００６６】
上記のように、酸化物半導体の電子親和力に比べて、仕事関数が小さい金属を用いると、
酸化物半導体と金属との接触抵抗の低い接続構造を実現することができる。
【００６７】
また、図１４はソース電極又はドレイン電極１２１２と酸化物半導体１２１３の接触前に
おけるソース電極又はドレイン電極１２１２の仕事関数（φＭ）、酸化物半導体１２１３
の電子親和力（χ）の関係を示す。図１４では、酸化物半導体１２１３の電子親和力（χ
）よりもソース電極又はドレイン電極１２１２の仕事関数（φＭ）の方が小さい場合を示
す。
【００６８】
常温において金属中の電子は縮退しており、フェルミ準位は伝導帯内に位置する。一方、
従来の酸化物半導体は一般にｎ型であり、その場合のフェルミ準位（ＥＦ）は、バンドギ
ャップ（Ｅｇ）中央に位置する真性フェルミ準位（Ｅｉ）から離れて、伝導帯寄りに位置
している。なお、酸化物半導体において含有される水素の一部はドナーとなりｎ型化する
一つの要因であることが知られている。
【００６９】
これに対して酸化物半導体は、ｎ型不純物である水素を酸化物半導体から除去し、酸化物
半導体の主成分以外の不純物が極力含まれないように高純度化することにより真性（ｉ型
）、又は実質的に真性な半導体としたものである。すなわち、不純物を添加してｉ型化す
るのでなく、水素や水等の不純物を極力除去したことにより、高純度化されたｉ型（真性
半導体）又はそれに近づけることを特徴としている。そうすることにより、フェルミ準位
（ＥＦ）は真性フェルミ準位（Ｅｉ）と同じレベルにまですることができる。
【００７０】
また、本発明に係る酸化物半導体１２１３とゲート電極１２１４断面（後述するソースド
レイン断面と垂直な方向の断面）のエネルギーバンド図（模式図）を図１６に示す。図１
６（Ａ）はゲート電極１２１４に正の電位（＋ＶＧ）が印加された状態であり、ソース電
極とドレイン電極の間にキャリア（電子）が流れるオン状態を示している。また、図１６
（Ｂ）は、ゲート電極１２１４に負の電位（−ＶＧ）が印加された状態であり、オフ状態
（少数キャリアは流れない）である場合を示す。なお、ＧＩはゲート絶縁膜である。
【００７１】
図１５は、ソース電極、ドレイン電極１２１２、酸化物半導体１２１３を接触させて、ソ
ース電極及びドレイン電極形成後のソースドレイン断面のエネルギーバンド図（模式図）
である。図１５（Ｂ）において黒丸（●）は電子を示し、ドレイン電極に正の電位が印加
されると、電子はバリアをこえて酸化物半導体に注入され、ドレイン電極に向かって流れ
る。この場合、バリアの高さ（ｈ）は、ゲート電圧とドレイン電圧に依存して変化するが
、正のドレイン電圧が印加された場合には、電圧印加のない図１５（Ａ）のバリアの高さ
すなわちバンドギャップ（Ｅｇ）の１／２よりもバリアの高さ（ｈ）は小さい値となる。
【００７２】
このとき電子は、図１６（Ａ）で示すようにゲート絶縁膜と高純度化された酸化物半導体
との界面における、酸化物半導体側のエネルギー的に安定な最底部を移動する。
【００７３】
また、図１６（Ｂ）において、ゲート電極１２１４に負の電位が印加されると、少数キャ
リアであるホールは実質的にゼロであるため、電流は限りなくゼロに近い値となる。
【００７４】
例えば、薄膜トランジスタのチャネル幅Ｗが１×１０４μｍでチャネル長が３μｍの素子
であっても、オフ電流が１０−１３Ａ以下であり、サブスレッショルドスイング値（Ｓ値
）が０．１Ｖ／ｄｅｃ．（ゲート絶縁膜厚１００ｎｍ）が得られる。この例のように、酸
化物半導体の主成分以外の不純物が極力含まれないように高純度化することにより、薄膜
トランジスタの動作を良好なものとすることができる。特に、オフ電流を低減することが
できる。
【００７５】
また、ソース電極、ドレイン電極１２１２と酸化物半導体１２１３を接触させると、ソー
ス電極、ドレイン電極１２１２、酸化物半導体１２１３のフェルミ準位（Ｅｆ）が一致す
るが、このときソース電極、ドレイン電極１２１２から酸化物半導体１２１３に電子が移
動して、図１５のようなバンドの曲がりが発生する。図１５（Ａ）は、ソース電極又はド
レイン電極１２１２と酸化物半導体１２１３を接触させて、ソース電極及びドレイン電極
形成後のソースドレイン断面のエネルギーバンド図（模式図）である。なお、ソース電極
とドレイン電極の間を等電位（ＶＤ＝０）にした場合を示す。また、図１５（Ｂ）はソー
ス電極に対して、ドレイン電極に正の電位（ＶＤ＞０）を加えた場合の図を示す。
【００７６】
このようにソース電極及びドレイン電極の積層のうち酸化物半導体と接する層には金属又
はそのような金属の合金の仕事関数（φＭ）が、酸化物半導体の電子親和力（χ）より小
さい材料を用いる。この場合、金属−酸化物半導体界面において、電子に対してショット
キー型の障壁は形成されず、接触抵抗の低い接続構造を実現できる。この関係は、ソース
電極又はドレイン電極１２１２の仕事関数（φＭ）が小さいほどショットキー型の障壁は
形成されにくい傾向がある。
【００７７】
したがって、酸化物半導体の電子親和力に比べて、仕事関数が小さい金属又はその合金か
らなる構成を用いても実現することができる。
【００７８】
また、金属は縮退しているため、電子親和力と仕事関数は一致している。
【００７９】
なお、酸化物半導体の仕事関数又は電子親和力はＵＰＳ法（紫外線光電子分光分析）等で
測定することができる。測定した酸化物半導体の仕事関数又は電子親和力よりも小さな仕
事関数の金属又はその合金の積層構造にすることで、良好な接続構造を実現できる。
【００８０】
なお、電子親和力とは、真空準位（Ｅ∞）から伝導帯端（Ｅｃ）までのエネルギー差であ
る。また、図１４中のＥｖは酸化物半導体の価電子帯上端のエネルギー準位を示す。
【００８１】
本実施の形態は、他の全ての実施の形態と組み合わせて実施することが可能である。
【００８２】
（実施の形態３）
本実施の形態では、図１（Ｄ）に示す薄膜トランジスタ１５０の作製方法の一形態につい
て、薄膜トランジスタ作製工程の断面図である図１（Ａ）乃至図１（Ｄ）を用いて説明す
る。薄膜トランジスタ１５０は、ボトムゲート構造の一つである。
【００８３】
基板１００としては、ガラス基板を用いることが好ましい。基板１００として用いるガラ
ス基板は、後の加熱処理の温度が高い場合には、歪み点が７３０℃以上のものを用いると
良い。また、基板１００には、例えば、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸
ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスなどのガラス材料が用いられている。なお、一般に酸
化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）と比較して酸化バリウム（ＢａＯ）を多く含ませることで、より実
用的な耐熱ガラスが得られる。このため、Ｂ２Ｏ３よりＢａＯを多く含むガラス基板を用
いることが好ましい。
【００８４】
なお、ガラス基板に代えて、セラミック基板、石英ガラス基板、石英基板、サファイア基
板などの絶縁体でなる基板を用いても良い。他にも、結晶化ガラスなどを用いることがで
きる。
【００８５】
また、下地層となる絶縁層を基板１００とゲート電極層１０１の間に設けてもよい。下地
層は、基板１００からの不純物元素の拡散を防止する機能があり、窒化珪素、酸化珪素、
窒化酸化珪素、または酸化窒化珪素から選ばれた一または複数の層による積層構造により
形成することができる。
【００８６】
ゲート電極層１０１としては、金属導電層を用いることができる。金属導電層の材料とし
ては、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素、または上述した元素
を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金等を用いるのが好ましい。例えば
、チタン層上にアルミニウム層と、該アルミニウム層上にチタン層が積層された三層の積
層構造、またはモリブデン層上にアルミニウム層と、該アルミニウム層上にモリブデン層
を積層した三層の積層構造とすることが好ましい。勿論、金属導電層として単層、または
２層構造以上の積層構造としてもよい。
【００８７】
次いで、ゲート電極層１０１上にゲート絶縁層１０２を形成する。
【００８８】
本実施の形態において、ゲート絶縁層１０２の形成は、高密度プラズマ装置により行う。
ここでは、高密度プラズマ装置は、１×１０１１／ｃｍ３以上のプラズマ密度を達成でき
る装置を指している。例えば、３ｋＷ〜６ｋＷのマイクロ波電力を印加してプラズマを発
生させて、絶縁膜の成膜を行う。
【００８９】
チャンバーに材料ガスとしてモノシランガス（ＳｉＨ４）と亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）と希ガ
スを導入し、１０Ｐａ〜３０Ｐａの圧力下で高密度プラズマを発生させてガラス等の絶縁
表面を有する基板上に絶縁膜を形成する。その後、モノシランガスの供給を停止し、大気
に曝すことなく亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）と希ガスとを導入して絶縁膜表面にプラズマ処理を
行ってもよい。少なくとも亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）と希ガスとを導入して絶縁膜表面に行わ
れるプラズマ処理は、絶縁膜の成膜より後に行う。上記プロセス順序を経た絶縁膜は、膜
厚が薄く、例えば１００ｎｍ未満であっても信頼性を確保することができる絶縁膜である
。
【００９０】
ゲート絶縁層１０２の形成の際、チャンバーに導入するモノシランガス（ＳｉＨ４）と亜
酸化窒素（Ｎ２Ｏ）との流量比は、１：１０から１：２００の範囲とする。また、チャン
バーに導入する希ガスとしては、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、キセノンなどを用い
ることができるが、中でも安価であるアルゴンを用いることが好ましい。
【００９１】
また、高密度プラズマ装置により得られた絶縁膜は、一定した厚さの膜形成ができるため
段差被覆性に優れている。また、高密度プラズマ装置により得られる絶縁膜は、薄い膜の
厚みを精密に制御することができる。
【００９２】
上記プロセス順序を経た絶縁膜は、従来の平行平板型のＰＣＶＤ装置で得られる絶縁膜と
は大きく異なっており、同じエッチャントを用いてエッチング速度を比較した場合におい
て、平行平板型のＰＣＶＤ装置で得られる絶縁膜の１０％以上または２０％以上遅く、高
密度プラズマ装置で得られる絶縁膜は緻密な膜と言える。
【００９３】
本実施の形態では、ゲート絶縁層１０２として高密度プラズマ装置による膜厚１００ｎｍ
の酸化窒化珪素膜（ＳｉＯｘＮｙとも呼ぶ、ただし、ｘ＞ｙ＞０）を用いる。
【００９４】
次いで、ゲート絶縁層１０２上に、厚さ５ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ
以上５０ｎｍ以下の酸化物半導体層を形成する。また、酸化物半導体層は、希ガス（代表
的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガス（代表的にはアルゴン）及び酸素
雰囲気下においてスパッタ法により形成することができる。
【００９５】
酸化物半導体層は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶層、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ
−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ａｌ−
Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ
系、Ｉｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体層を用いる。本実施の形態では
、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体ターゲットを用いてスパッタ法により形
成する。
【００９６】
ここでは、Ｉｎ、Ｇａ、及びＺｎを含む金属酸化物ターゲット（モル数比がＩｎ２Ｏ３：
Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１）を用いて、基板とターゲットの間との距離を１００ｍ
ｍ、圧力０．６Ｐａ、直流（ＤＣ）電源０．５ｋＷ、酸素（酸素流量比率１００％）雰囲
気下で膜厚３０ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜を成膜する。
【００９７】
また、金属酸化物ターゲット中の酸化物半導体の相対密度は８０％以上、好ましくは９５
％以上、さらに好ましくは９９．９％以上とするのが好ましい。相対密度の高いターゲッ
トを用いると、形成される酸化物半導体膜中の不純物濃度を低減することができ、電気特
性または信頼性の高い薄膜トランジスタを得ることができる。
【００９８】
また、酸化物半導体膜の成膜を行う前に、スパッタ装置内壁や、ターゲット表面やターゲ
ット材料中に残存している水分または水素を除去するためにプレヒート処理を行うと良い
。プレヒート処理としては成膜チャンバー内を減圧下で２００℃以上６００℃以下に加熱
する方法や、加熱しながら窒素や不活性ガスの導入と排気を繰り返す方法等がある。この
場合のターゲット冷却液は、水ではなく油脂等を用いるとよい。加熱せずに窒素の導入と
排気を繰り返しても一定の効果が得られるが、加熱しながら行うとなお良い。プレヒート
処理を終えたら、基板またはスパッタ装置を冷却し、酸化物半導体膜の成膜を行う。
【００９９】
また、スパッタ法による成膜中に基板を４００℃以上７００℃以下に加熱してもよい。
【０１００】
また、酸化物半導体膜の成膜を行う前、または成膜中、または成膜後に、スパッタ装置内
をクライオポンプを用いて中に残存している水分などを除去することが好ましい。
【０１０１】
また、ゲート絶縁層１０２、及び酸化物半導体膜を大気に触れさせることなく連続的に形
成することが望ましい。大気に触れさせることなく形成することで、界面が、水やハイド
ロカーボンなどの、大気成分や大気中に浮遊する不純物元素に汚染されることなく各積層
界面を形成することができるので、薄膜トランジスタ特性のばらつきを低減することがで
きる。
【０１０２】
次いで、酸化物半導体層をフォトリソグラフィ工程により島状の酸化物半導体層１０３に
加工する（図１（Ａ）参照。）。また、島状の酸化物半導体層を形成するためのレジスト
マスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成
するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
【０１０３】
次いで、第１の熱処理を行って、酸化物半導体層１０３の脱水化または脱水素化を行う。
脱水化または脱水素化を行う第１の熱処理の温度は、処理中の最高温度が３５０℃以上７
５０℃以下、好ましくは４２５℃以上とする。なお、４２５℃以上であれば熱処理時間は
１時間以下でよいが、４２５℃未満であれば加熱処理時間は、１時間よりも長時間行うこ
ととする。本実施の形態では、窒素雰囲気下で４５０℃、１時間の熱処理を行う。
【０１０４】
なお、第１の熱処理においては、窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスに
、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、加熱処理装置に導入する窒素、ま
たはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、
好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上、（即ち不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好まし
くは０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。
【０１０５】
また、第１の熱処理は、電気炉を用いた加熱方法を用いることができる。なお、第１の熱
処理は、加熱処理装置は電気炉に限られず、抵抗発熱体などの発熱体からの熱伝導または
熱輻射によって、被処理物を加熱する装置を備えていてもよい。例えば、ＧＲＴＡ（Ｇａ
ｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉ
ｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置等のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａ
ｎｎｅａｌ）装置を用いることができる。ＬＲＴＡ装置は、ハロゲンランプ、メタルハラ
イドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高
圧水銀ランプなどのランプから発する光（電磁波）の輻射により、被処理物を加熱する装
置である。ＧＲＴＡ装置は、高温のガスを用いて加熱処理を行う装置である。気体には、
アルゴンなどの希ガス、または窒素のような、加熱処理によって被処理物と反応しない不
活性気体が用いられる。
【０１０６】
次いで、ゲート絶縁層１０２、及び酸化物半導体層１０３上にソース電極層及びドレイン
電極層を形成するための導電層の積層を形成する。
【０１０７】
酸化物半導体層１０３上に接してインジウム層またはインジウム合金層を膜厚１ｎｍ以上
５０ｎｍ以下で形成し、その上にＡｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた
元素、または上述した元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金等から
なる金属導電層、または透光性を有する導電材料、例えば、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（以下、ＩＴＯ
と示す。）、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等からな
る導電層を積層形成する。
【０１０８】
本実施の形態では、膜厚１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、酸化物半導体層よりも薄いイン
ジウム合金層上に第１のモリブデン層と、アルミニウム層と、第２のモリブデン層とが積
層された４層の積層構造とする。材料の異なるターゲットを複数設置できる多元スパッタ
装置を用いて、インジウムのペレットを載せた第１モリブデンターゲットと、ペレットを
載せていない第２モリブデンターゲットと、アルミニウムターゲットとを用いて同一チャ
ンバーで大気に触れることなく連続成膜して４層を積層する。なお、４層のうち最も膜厚
が薄く、且つ、酸化物半導体層の膜厚よりも薄い層がインジウム合金層である。連続成膜
により、薄いインジウム合金層の高抵抗化を防いでいる。
【０１０９】
本実施の形態では、ソース電極層及びドレイン電極層の積層のうち酸化物半導体層と接す
る層として、インジウム合金層を用いる例を示したが、亜鉛、亜鉛合金、イットリウム、
イットリウムの合金、チタン、チタンの合金、またはガリウム化合物などの仕事関数が少
なくとも酸化物半導体層の仕事関数よりも小さい金属又はそのような金属の合金を用いて
もよい。
【０１１０】
本実施の形態では、ソース電極層及びドレイン電極層をインジウム混合層と、Ａｌ、Ｃｒ
、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素、または上述した元素を成分とする合金
か、上述した元素を組み合わせた合金等からなる金属導電層とが積層しているものとして
例示したが、図４のように、少なくとも酸化物半導体層の仕事関数より小さい仕事関数を
有する金属又はそのような金属の合金を用いた混合層１１５ａ、１１５ｂ（単層）として
も良い。
【０１１１】
図４の場合、第１の層をインジウム、インジウム合金、亜鉛、亜鉛合金、イットリウム、
イットリウムの合金、チタン、チタンの合金、またはガリウム化合物などの仕事関数が少
なくとも酸化物半導体の仕事関数よりも小さい金属又はそのような金属の合金として、第
２の層を上述のＡｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素、または上述
した元素を成分とする合金を積層する。第１の層が膜厚１ｎｍ以上５０ｎｍ以下の薄膜と
することで混合層とする。この混合層をソース電極層及びドレイン電極層として用いても
良い。
【０１１２】
次いで、フォトマスクを用いてフォトリソグラフィ工程により、ソース電極層及びドレイ
ン電極層を形成するための四層の積層を選択的にエッチングして、積層からなるソース電
極層またはドレイン電極層１０４ａ、１０４ｂ、１０５ａ、１０５ｂを形成する（図１（
Ｂ）参照。）。なお、ソース電極層またはドレイン電極層のうち、酸化物半導体層１０３
上に接するインジウム混合層が１０４ａ、１０４ｂに相当する。また、このとき酸化物半
導体層１０３も一部がエッチングされ、溝部（凹部）を有する酸化物半導体層１０３とな
る。なお、酸化物半導体層１０３の材料や、ソース電極層またはドレイン電極層の材料や
、エッチング条件によっては、酸化物半導体層１０３に溝部（凹部）が形成されない場合
もある。
【０１１３】
次に、ゲート絶縁層１０２、酸化物半導体層１０３、ソース電極層１０５ａ及びドレイン
電極層１０５ｂを覆い、酸化物半導体層１０３の一部と接する保護絶縁層１０７を形成す
る（図１（Ｃ）参照。）。保護絶縁層１０７は、少なくとも１ｎｍ以上の厚さとし、ＣＶ
Ｄ法、スパッタリング法など、保護絶縁層１０７に水、水素等の不純物を混入させない方
法を適宜用いて形成することができる。ここでは、保護絶縁層１０７は、例えばスパッタ
リング法の一種である、リアクティブスパッタリング法を用いて形成する。酸化物半導体
層１０３の一部と接して形成される保護絶縁層１０７は、水分、水素イオン、ＯＨ−など
の不純物を含まず、これらが外部から侵入することをブロックする無機絶縁層を用い、代
表的には酸化珪素層、窒化酸化珪素層、窒化珪素層、酸化アルミニウム層、酸化窒化アル
ミニウム層又は窒化アルミニウム層、を用いることができる。
【０１１４】
また、保護絶縁層１０７は、酸化珪素層、窒化酸化珪素層、酸化アルミニウム層又は酸化
窒化アルミニウム層の上に窒化珪素層又は窒化アルミニウム層を積層する構造としてもよ
い。特に窒化珪素層は水分、水素イオン、ＯＨ−などの不純物を含まず、これらが外部か
ら侵入することをブロックしやすいので好ましい。
【０１１５】
保護絶縁層１０７の形成時の基板温度は、室温以上３００℃以下とすればよく、酸化珪素
層のスパッタリング法による成膜は、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲
気下、または希ガス（代表的にはアルゴン）及び酸素雰囲気下において行うことができる
。また、ターゲットとして酸化珪素ターゲットまたは珪素ターゲットを用いることができ
る。例えば、珪素ターゲットを用いて、酸素及び希ガス雰囲気下でスパッタリング法によ
り酸化珪素を形成することができる。本実施の形態では、珪素ターゲットを用いて膜厚３
００ｎｍの酸化珪素膜を形成する。
【０１１６】
以上の工程より、絶縁表面を有する基板である基板１００上にゲート電極層１０１が設け
られ、ゲート電極層１０１の上にゲート絶縁層１０２が設けられ、ゲート絶縁層１０２の
上に酸化物半導体層１０３が設けられ、酸化物半導体層１０３の上に積層からなるソース
電極層またはドレイン電極層１０４ａ、１０４ｂ、１０５ａ、１０５ｂが設けられ、ゲー
ト絶縁層１０２、酸化物半導体層１０３、ソース電極層１０４ａ、１０５ａ及びドレイン
電極層１０４ｂ、１０５ｂを覆い、酸化物半導体層１０３の一部と接する保護絶縁層１０
７が設けられている、ボトムゲート型の薄膜トランジスタ１５０を形成することができる
（図１（Ｄ）参照。）。
【０１１７】
図２は、本実施の形態で示した薄膜トランジスタ１５０の上面図である。図１（Ｄ）は、
図２のＸ１−Ｘ２部位の断面構成を示している。図２において、Ｌはチャネル長を示して
おり、Ｗはチャネル幅を示している。また、Ａはチャネル幅方向と平行な方向において、
酸化物半導体層１０３がソース電極層１０５ａ及びドレイン電極層１０５ｂと重ならない
領域の長さを示している。Ｌｓはソース電極層１０５ａとゲート電極層１０１が重なる長
さを示しており、Ｌｄはドレイン電極層１０５ｂとゲート電極層１０１が重なる長さを示
している。
【０１１８】
また必要があれば、保護絶縁層１０７として膜厚３００ｎｍの酸化珪素膜を形成した後に
、第２の熱処理を１００℃以上４００℃以下の範囲内で行ってもよい。本実施の形態では
、基板を１５０℃、１０時間の加熱を行う。この第２の加熱処理により、信頼性の高い薄
膜トランジスタを作製することができる。
【０１１９】
また、第２の熱処理のタイミングは、保護絶縁層１０７形成直後に限定されず、その上に
配線や電極（例えば画素電極など）を形成した後に行ってもよい。
【０１２０】
また、本実施の形態では、図１（Ｄ）に示すボトムゲート型の薄膜トランジスタ１５０の
作製方法について説明したが、本実施の形態の構成はこれに限られるものではない。図３
（Ａ）に示すような、ボトムゲート構造のボトムコンタクト型（逆コプラナ型とも呼ぶ）
の薄膜トランジスタ１６０や、図３（Ｂ）に示すような、チャネル保護層１１０を有する
チャネル保護型（チャネルストップ型ともいう）の薄膜トランジスタ１７０等も同様の材
料、方法を用いて形成することができる。図３（Ｃ）は、チャネルエッチ型薄膜トランジ
スタの他の例を示している。図３（Ｃ）に示す薄膜トランジスタ１８０は、ゲート電極層
１０１が酸化物半導体層１０３の端部よりも外側に伸びた構造となっている。
【０１２１】
また、フォトリソグラフィ工程で用いるフォトマスク数及び工程数を削減するため、透過
した光が複数の強度となる露光マスクであ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工程を行ってもよい。多階調マスクを用いて形成したレジストマ
スクは複数の膜厚を有する形状となり、エッチングを行うことでさらに形状を変形するこ
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できる
。よって、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。よって露光マスク数を削減することができ
、対応するフォトリソグラフィ工程も削減できるため、工程の簡略化が可能となる。
【０１２２】
なお、薄膜トランジスタのチャネル長（図２中のＬ）は、ソース電極層１０５ａとドレイ
ン電極層１０５ｂとの距離で定義されるが、チャネル保護型の薄膜トランジスタのチャネ
ル長は、キャリアの流れる方向と平行な方向のチャネル保護層の幅で定義される。
【０１２３】
このように、少なくとも酸化物半導体の仕事関数よりも仕事関数が小さい金属を用いると
、酸化物半導体と金属との接触抵抗の低い接続構造の半導体装置を作製することができる
。
【０１２４】
本実施の形態は、他の全ての実施の形態と組み合わせて実施することが可能である。
【０１２５】
（実施の形態４）
本実施の形態では、薄膜トランジスタを作製し、該薄膜トランジスタを画素部、さらには
駆動回路に用いて表示機能を有する半導体装置（表示装置ともいう）を作製する場合につ
いて説明する。また、駆動回路を、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。
【０１２６】
表示装置は表示素子を含む。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（Ｅｌｅｃｔｒ
ｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子、有機ＥＬ素子等が含まれる。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。
【０１２７】
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等を実装した状態にあるモジュールとを含む。さらに表示装置は、該表示装置
を作製する過程における、表示素子が完成する前の一形態に相当する素子基板に関し、該
素子基板は、電流を表示素子に供給するための手段を複数の各画素に備える。素子基板は
、具体的には、表示素子の画素電極のみが形成された状態であっても良いし、画素電極と
なる導電層を形成した後であって、エッチングして画素電極を形成する前の状態であって
も良いし、あらゆる形態があてはまる。
【０１２８】
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（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒ
ｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）もしくはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎ
ｄｉｎｇ）テープもしくはＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）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（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）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。
【０１２９】
本実施の形態では、本発明の一形態である半導体装置として液晶表示装置の例を示す。ま
ず、半導体装置の一形態に相当する液晶表示パネルの外観及び断面について、図５を用い
て説明する。図５（Ａ１）（Ａ２）は、第１の基板４００１上に形成されたＩｎ−Ｇａ−
Ｚｎ−Ｏ系非単結晶層を半導体層として含む薄膜トランジスタ４０１０、４０１１、及び
液晶素子４０１３を、第２の基板４００６との間にシール材４００５によって封止した、
パネルの上面図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ１）（Ａ２）のＭ−Ｎにおける断面図に
相当する。
【０１３０】
第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２と、走査線駆動回路４００４とを囲む
ようにして、シール材４００５が設けられている。また画素部４００２と、走査線駆動回
路４００４の上に第２の基板４００６が設けられている。よって画素部４００２と、走査
線駆動回路４００４とは、第１の基板４００１とシール材４００５と第２の基板４００６
とによって、液晶層４００８と共に封止されている。また第１の基板４００１上のシール
材４００５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
半導体又は多結晶半導体で形成された信号線駆動回路４００３が実装されている。
【０１３１】
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法、ワ
イヤボンディング法、或いはＴＡＢ法などを用いることができる。図５（Ａ１）は、ＣＯ
Ｇ法により信号線駆動回路４００３を実装する例であり、図５（Ａ２）は、ＴＡＢ法によ
り信号線駆動回路４００３を実装する例である。
【０１３２】
また、第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２と、走査線駆動回路４００４は
、薄膜トランジスタを複数有しており、図５（Ｂ）では、画素部４００２に含まれる薄膜
トランジスタ４０１０と、走査線駆動回路４００４に含まれる薄膜トランジスタ４０１１
とを例示している。薄膜トランジスタ４０１０、４０１１上には絶縁層４０２０、４０２
１が設けられている。
【０１３３】
薄膜トランジスタ４０１０、４０１１は、実施の形態１で示した酸化物半導体層を含む薄
膜トランジスタを適用することができる。なお、薄膜トランジスタ４０１０、４０１１の
ソース電極層またはドレイン電極層は、亜鉛層とタングステン層との積層であり、亜鉛層
が酸化物半導体層と接する積層構造である。本実施の形態において、薄膜トランジスタ４
０１０、４０１１はｎチャネル型薄膜トランジスタである。
【０１３４】
絶縁層４０２１上において、駆動回路用の薄膜トランジスタ４０１１の酸化物半導体層と
重なる位置に導電層４０４０が設けられている。導電層４０４０を酸化物半導体層のチャ
ネル形成領域と重なる位置に設けることによって、ＢＴ試験前後における薄膜トランジス
タ４０１１のしきい値電圧の変化量を低減することができる。また、駆動回路用の薄膜ト
ランジスタ４０１１と重なる位置に導電層４０４０を設けることによって静電遮断し、か
つノーマリーオフの薄膜トランジスタとすることもできる。静電遮断とは外部の電場を遮
蔽すること、即ち、外部の電場が内部（ＴＦＴなどの回路）に作用しないようにすること
をいう。
【０１３５】
また、液晶素子４０１３が有する画素電極層４０３０は、薄膜トランジスタ４０１０と電
気的に接続されている。そして液晶素子４０１３の対向電極層４０３１は第２の基板４０
０６上に形成されている。画素電極層４０３０と対向電極層４０３１と液晶層４００８と
が重なっている部分が、液晶素子４０１３に相当する。なお、画素電極層４０３０、対向
電極層４０３１はそれぞれ配向膜として機能する絶縁層４０３２、４０３３が設けられ、
絶縁層４０３２、４０３３を介して液晶層４００８を挟持している。
【０１３６】
また、絶縁層４０３２を形成後において、２００〜３００℃のべークを行っても良い。
【０１３７】
なお、第１の基板４００１、第２の基板４００６としては、ガラス、金属（代表的にはス
テンレス）、セラミックス、プラスチック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、ＰＶ
Ｆ（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。
【０１３８】
また、４０３５は絶縁層を選択的にエッチングすることで得られる柱状のスペーサであり
、画素電極層４０３０と対向電極層４０３１との間の距離（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良い。また、対向電極層４０３
１は、薄膜トランジスタ４０１０と同一基板上に設けられる共通電位線と電気的に接続さ
れる。また、共通接続部を用いて、一対の基板間に配置される導電性粒子を介して対向電
極層４０３１と共通電位線とを電気的に接続することができる。なお、導電性粒子はシー
ル材４００５に含有させる。
【０１３９】
また、配向膜を用いない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５重量％以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いて液晶層４００８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。
【０１４０】
また、ブルー相を示す液晶を用いると、配向膜への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。特に、酸化物半導体層を用いる薄膜トランジスタは、静電気の影響によ
り薄膜トランジスタの電気的な特性が著しく変動して設計範囲を逸脱する恐れがある。よ
って酸化物半導体層を用いる薄膜トランジスタを有する液晶表示装置にブルー相の液晶材
料を用いることはより効果的である。
【０１４１】
なお、本実施の形態で示す液晶表示装置は透過型液晶表示装置の例であるが、液晶表示装
置は反射型液晶表示装置でも半透過型液晶表示装置でも適用できる。
【０１４２】
また、本実施の形態で示す液晶表示装置では、基板の外側（視認側）に偏光板を設け、内
側に着色層、表示素子に用いる電極層という順に設ける例を示すが、偏光板は基板の内側
に設けてもよい。また、偏光板と着色層の積層構造も本実施の形態に限定されず、偏光板
及び着色層の材料や作製工程条件によって適宜設定すればよい。また、必要に応じてブラ
ックマトリクスとして機能する遮光層を設けてもよい。
【０１４３】
また、本実施の形態では、薄膜トランジスタの表面凹凸を低減するため、及び薄膜トラン
ジスタの信頼性を向上させるため、薄膜トランジスタを保護層として機能する絶縁層４０
２０や平坦化絶縁層として機能する絶縁層４０２１で覆う構成となっている。なお、保護
層は、大気中に浮遊する有機物や金属物、水蒸気などの汚染不純物の侵入を防ぐためには
、緻密な膜が好ましい。保護層は、スパッタ法を用いて、酸化珪素層、窒化珪素層、酸化
窒化珪素層、窒化酸化珪素層、酸化アルミニウム層、窒化アルミニウム層、酸化窒化アル
ミニウム層、又は窒化酸化アルミニウム層の単層、又は積層で形成すればよい。本実施の
形態では保護層をスパッタ法で形成する例を示すが、特に限定されず種々の方法で形成す
ればよい。
【０１４４】
ここでは、保護層として積層構造の絶縁層４０２０を形成する。ここでは、絶縁層４０２
０の一層目として、スパッタ法を用いて酸化珪素層を形成する。保護層として酸化珪素層
を用いると、ソース電極層及びドレイン電極層としてアルミニウム層を用いる場合、用い
るアルミニウム層のヒロック防止に効果がある。
【０１４５】
また、絶縁層４０２０の二層目として、スパッタ法を用いて窒化珪素層を形成する。保護
層として窒化珪素層を用いると、ナトリウムイオン等の可動イオンが半導体領域中に侵入
して、ＴＦＴの電気特性を変動させることを抑制することができる。
【０１４６】
次に、平坦化絶縁層として絶縁層４０２１を形成する。絶縁層４０２１としては、ポリイ
ミド、アクリル、ベンゾシクロブテン、ポリアミド、エポキシ等の、耐熱性を有する有機
材料を用いることができる。また上記有機材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）
、シロキサン系樹脂、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）等を用いる
ことができる。なお、これらの材料で形成される絶縁層を複数積層させることで、絶縁層
４０２１を形成してもよい。
【０１４７】
なおシロキサン系樹脂とは、シロキサン系材料を出発材料として形成されたＳｉ−Ｏ−Ｓ
ｉ結合を含む樹脂に相当する。シロキサン系樹脂は置換基としては有機基（例えばアルキ
ル基やアリール基）やフルオロ基を用いても良い。また、有機基はフルオロ基を有してい
ても良い。
【０１４８】
絶縁層４０２１の形成法は、特に限定されず、その材料に応じて、スパッタ法、ＳＯＧ法
、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法、スクリーン
印刷、オフセット印刷等）、ドクターナイフ、ロールコーター、カーテンコーター、ナイ
フコーター等を用いることができる。絶縁層４０２１を材料液を用いて形成する場合、ベ
ークする工程で同時に、半導体層のアニール（３００℃〜４００℃）を行ってもよい。絶
縁層４０２１の焼成工程と半導体層のアニールを兼ねることで効率よく半導体装置を作製
することが可能となる。
【０１４９】
画素電極層４０３０、対向電極層４０３１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（以下、ＩＴＯと示す。）、
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。
【０１５０】
また、画素電極層４０３０、対向電極層４０３１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。導電性組成物を用いて形
成した画素電極は、シート抵抗が１００００Ω／□以下、波長５５０ｎｍにおける透光率
が７０％以上であることが好ましい。また、導電性組成物に含まれる導電性高分子の抵抗
率が０．１Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。
【０１５１】
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、若しくはこれらの２種以上の共重合体などがあげられる。
【０１５２】
また別途形成された信号線駆動回路４００３と、走査線駆動回路４００４または画素部４
００２に与えられる各種信号及び電位は、ＦＰＣ４０１８から供給されている。
【０１５３】
本実施の形態では、接続端子電極４０１５が、液晶素子４０１３が有する画素電極層４０
３０と同じ導電層から形成され、端子電極４０１６は、薄膜トランジスタ４０１０、４０
１１のソース電極層及びドレイン電極層と同じ導電層で形成されている。従って、端子電
極４０１６は、亜鉛層４０１４とタングステン層との積層で形成されている。
【０１５４】
接続端子電極４０１５は、ＦＰＣ４０１８が有する端子と、異方性導電層４０１９を介し
て電気的に接続されている。
【０１５５】
また図５においては、信号線駆動回路４００３を別途形成し、第１の基板４００１に実装
している例を示しているが、本実施の形態は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良いし、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良い。
【０１５６】
また、必要であれば、カラーフィルタを各画素に対応して設ける。また、第１の基板４０
０１と第２の基板４００６の外側には偏光板や拡散板を設ける。また、バックライトの光
源は冷陰極管やＬＥＤにより構成されて液晶表示モジュールとなる。
【０１５７】
液晶表示モジュールには、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉ
ｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓ
ｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａ
ｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇ
ｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ａｌｉｇｎｅｄ
Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂ
ｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉ
ｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑ
ｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モードなどを用いることができる。
【０１５８】
以上の工程により、電気特性の高い薄膜トランジスタを有する液晶表示装置を作製するこ
とができる。
【０１５９】
本実施の形態は、他の全ての実施の形態と組み合わせて実施することが可能である。
【０１６０】
（実施の形態５）
半導体装置の一形態として電子ペーパーの例を示す。
【０１６１】
実施の形態１の薄膜トランジスタは、スイッチング素子と電気的に接続する素子を利用し
て電子インクを駆動させる電子ペーパーに用いてもよい。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。
【０１６２】
電気泳動ディスプレイは、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。
【０１６３】
このように、電気泳動ディスプレイは、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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
また、アクティブマトリクス基板上に適宜、二つの電極の間に挟まれるように上記マイク
ロカプセルを複数配置すればアクティブマトリクス型の表示装置が完成し、マイクロカプ
セルに電界を印加すれば表示を行うことができる。例えば、実施の形態１の薄膜トランジ
スタによって得られるアクティブマトリクス基板を用いることができる。
【０１６６】
なお、マイクロカプセル中の第１の粒子および第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。
【０１６７】
図６は、半導体装置の例としてアクティブマトリクス型の電子ペーパーを示す。半導体装
置に用いられる薄膜トランジスタ５８１としては、実施の形態３で示す薄膜トランジスタ
と同様に作製でき、ソース電極層またはドレイン電極層として酸化物半導体層に接するイ
ンジウム層を含む積層を有する薄膜トランジスタである。
【０１６８】
図６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。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層である
第１の電極層及び第２の電極層の間に配置し、第１の電極層及び第２の電極層に電位差を
生じさせての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。
【０１６９】
基板５８０と基板５９６の間に封止される薄膜トランジスタ５８１はボトムゲート構造の
薄膜トランジスタであり、絶縁層５８３に覆われている。薄膜トランジスタ５８１のソー
ス電極層又はドレイン電極層は、第１の電極層５８７と、絶縁層５８３及び絶縁層５８５
に形成する開口を介して電気的に接続している。第１の電極層５８７と第２の電極層５８
８との間には黒色領域５９０ａ及び白色領域５９０ｂを有し、周りに液体で満たされてい
るキャビティ５９４を含むツイストボール５８９が設けられており、ツイストボール５８
９の周囲は樹脂等の充填材５９５で充填されている（図６参照。）。第１の電極層５８７
が画素電極に相当し、第２の電極層５８８が共通電極に相当する。第２の電極層５８８は
、薄膜トランジスタ５８１と同一基板上に設けられる共通電位線と電気的に接続される。
共通接続部を用いて、一対の基板間に配置される導電性粒子を介して第２の電極層５８８
と共通電位線とを電気的に接続することができる。
【０１７０】
また、ツイストボールの代わりに、電気泳動素子を用いることも可能である。透明な液体
と、正に帯電した白い微粒子と負に帯電した黒い微粒子とを封入した直径１０μｍ〜２０
０μｍ程度のマイクロカプセルを用いる。第１の電極層と第２の電極層との間に設けられ
るマイクロカプセルは、第１の電極層と第２の電極層によって、電場が与えられると、白
い微粒子と、黒い微粒子が互いに逆の方向に移動し、白または黒を表示することができる
。この原理を応用した表示素子が電気泳動表示素子であり、一般的に電子ペーパーとよば
れている。電気泳動表示素子は、液晶表示素子に比べて反射率が高いため、補助ライトは
不要であり、また消費電力が小さく、薄暗い場所でも表示部を認識することが可能である
。また、表示部に電源が供給されない場合であっても、一度表示した像を保持することが
可能であるため、電波発信源から表示機能付き半導体装置（単に表示装置、又は表示装置
を具備する半導体装置ともいう）を遠ざけた場合であっても、表示された像を保存してお
くことが可能となる。
【０１７１】
以上の工程により、電気特性の高い薄膜トランジスタを有する電子ペーパーを作製するこ
とができる。
【０１７２】
本実施の形態は、他の全ての実施の形態と組み合わせて実施することが可能である。
【０１７３】
（実施の形態６）
半導体装置の一形態に相当する発光表示パネル（発光パネルともいう）の外観及び断面に
ついて、図７を用いて説明する。図７は、第１の基板上に形成された薄膜トランジスタ及
び発光素子を、第２の基板との間にシール材によって封止した、パネルの上面図であり、
図７（Ｂ）は、図７（Ａ）のＨ−Ｉにおける断面図に相当する。
【０１７４】
第１の基板４５０１上に設けられた画素部４５０２、信号線駆動回路４５０３ａ、４５０
３ｂ、及び走査線駆動回路４５０４ａ、４５０４ｂを囲むようにして、シール材４５０５
が設けられている。また画素部４５０２、信号線駆動回路４５０３ａ、４５０３ｂ、及び
走査線駆動回路４５０４ａ、４５０４ｂの上に第２の基板４５０６が設けられている。よ
って画素部４５０２、信号線駆動回路４５０３ａ、４５０３ｂ、及び走査線駆動回路４５
０４ａ、４５０４ｂは、第１の基板４５０１とシール材４５０５と第２の基板４５０６と
によって、充填材４５０７と共に密封されている。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
ム等）やカバー材でパッケージング（封入）することが好ましい。
【０１７５】
また第１の基板４５０１上に設けられた画素部４５０２、信号線駆動回路４５０３ａ、４
５０３ｂ、及び走査線駆動回路４５０４ａ、４５０４ｂは、薄膜トランジスタを複数有し
ており、図７（Ｂ）では、画素部４５０２に含まれる薄膜トランジスタ４５１０と、信号
線駆動回路４５０３ａに含まれる薄膜トランジスタ４５０９とを例示している。
【０１７６】
薄膜トランジスタ４５０９、４５１０は、実施の形態３で示した薄膜トランジスタを適用
することができる。なお、薄膜トランジスタ４５０９、４５１０のソース電極層またはド
レイン電極層は、インジウム合金層とモリブデン層との積層であり、インジウム合金層が
酸化物半導体層と接する積層構造である。本実施の形態において、薄膜トランジスタ４５
０９、４５１０はｎチャネル型薄膜トランジスタである。
【０１７７】
絶縁層４５４４上において駆動回路用の薄膜トランジスタ４５０９の酸化物半導体層のチ
ャネル形成領域と重なる位置に導電層４５４０が設けられている。導電層４５４０を少な
くとも酸化物半導体層のチャネル形成領域と重なる位置に設けることによって、ＢＴ試験
前後における薄膜トランジスタ４５０９のしきい値電圧の変化量を低減することができる
。また、駆動回路用の薄膜トランジスタ４５０９と重なる位置に導電層４５４０を設ける
ことによって静電遮断し、ノーマリーオフの薄膜トランジスタとすることもできる。また
、導電層４５４０は、電位が薄膜トランジスタ４５０９のゲート電極層と同じでもよいし
、異なっていても良く、第２のゲート電極層として機能させることもできる。また、導電
層４５４０の電位がＧＮＤ、０Ｖ、或いはフローティング状態であってもよい。
【０１７８】
薄膜トランジスタ４５０９は、保護絶縁層としてチャネル形成領域を含む半導体層に接し
て絶縁層４５４１が形成されている。絶縁層４５４１は実施の形態１で示した保護絶縁層
１０７と同様な材料及び方法で形成すればよい。また、薄膜トランジスタの表面凹凸を低
減するための平坦化絶縁層として機能する絶縁層４５４４で覆う構成となっている。ここ
では、絶縁層４５４１として、実施の形態１に示す保護絶縁層１０７を用いてスパッタ法
により酸化珪素層を形成する。
【０１７９】
また、平坦化絶縁層として絶縁層４５４４を形成する。絶縁層４５４４としては、実施の
形態２で示した絶縁層４０２１と同様な材料及び方法で形成すればよい。ここでは、平坦
化絶縁層４５４４としてアクリルを用いる。また、絶縁層４５４４に代えてカラーフィル
タ層を設ける構成としてもよい。フルカラー表示を行う場合、例えば発光素子４５１１と
して緑色発光素子とし、隣り合う一方の発光素子を赤色発光素子とし、もう一方の発光素
子を青色発光素子とする。また、３種類の発光素子だけでなく白色素子を加えた４種類の
発光素子でフルカラー表示ができる発光表示装置を作製してもよい。また、配置する複数
の発光素子を全て白色発光素子として、発光素子４５１１上方にカラーフィルタなどを有
する封止基板を配置する構成とし、フルカラー表示ができる発光表示装置を作製してもよ
い。白色などの単色の発光を示す材料を形成し、カラーフィルタや色変換層を組み合わせ
ることによりフルカラー表示を行うことができる。もちろん単色発光の表示を行ってもよ
い。例えば、白色発光を用いて照明装置を形成してもよいし、単色発光を用いてエリアカ
ラータイプの発光装置を形成してもよい。
【０１８０】
４５１１は発光素子に相当し、発光素子４５１１が有する画素電極である第１の電極層４
５１７は、薄膜トランジスタ４５１０のソース電極層またはドレイン電極層と電気的に接
続されている。なお発光素子４５１１の構成は、第１の電極層４５１７、電界発光層４５
１２、第２の電極層４５１３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
４５１１から取り出す光の方向などに合わせて、発光素子４５１１の構成は適宜変えるこ
とができる。
【０１８１】
隔壁４５２０は、有機樹脂層、無機絶縁層または有機ポリシロキサンを用いて形成する。
特に感光性の材料を用い、第１の電極層４５１７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。
【０１８２】
電界発光層４５１２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良い。
【０１８３】
発光素子４５１１に酸素、水素、水分、二酸化炭素等が侵入しないように、第２の電極層
４５１３及び隔壁４５２０上に保護層を形成してもよい。保護層としては、窒化珪素層、
窒化酸化珪素層、ＤＬＣ層等を形成することができる。
【０１８４】
また、信号線駆動回路４５０３ａ、４５０３ｂ、走査線駆動回路４５０４ａ、４５０４ｂ
、または画素部４５０２に与えられる各種信号及び電位は、ＦＰＣ４５１８ａ、４５１８
ｂから供給されている。
【０１８５】
接続端子電極４５１５が、発光素子４５１１が有する第１の電極層４５１７と同じ導電層
から形成され、端子電極４５１６は、薄膜トランジスタ４５０９、４５１０が有するソー
ス電極層及びドレイン電極層と同じ導電層から形成されている。従って、端子電極４０１
６は、インジウム合金層４５１４とモリブデン層との積層で形成されている。
【０１８６】
接続端子電極４５１５は、ＦＰＣ４５１８ａが有する端子と、異方性導電層４５１９を介
して電気的に接続されている。
【０１８７】
発光素子４５１１からの光の取り出し方向に位置する基板は透光性でなければならない。
その場合には、ガラス板、プラスチック板、ポリエステルフィルムまたはアクリルフィル
ムのような透光性を有する材料を用いる。
【０１８８】
また、充填材４５０７としては窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、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ＥＶ
Ａ（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。
【０１８９】
また、必要であれば、発光素子の射出面に偏光板、又は円偏光板（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、偏光板又は円偏光板に反射防止膜を設けてもよい。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。
【０１９０】
信号線駆動回路４５０３ａ、４５０３ｂ、及び走査線駆動回路４５０４ａ、４５０４ｂは
、別途用意された基板上に単結晶半導体又は多結晶半導体によって形成された駆動回路で
実装されていてもよい。また、信号線駆動回路のみ、或いはその一部のみ、又は走査線駆
動回路のみ、或いはその一部のみを別途形成して実装しても良く、図７の構成に限定され
ない。
【０１９１】
以上の工程により、電気特性の高い薄膜トランジスタを有する発光表示装置（表示パネル
）を作製することができる。
【０１９２】
本実施の形態は、他の全ての実施の形態と組み合わせて実施することが可能である。
【０１９３】
（実施の形態７）
本明細書に開示する半導体装置は、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、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、太陽電池など
が挙げられる。
【０１９４】
図８（Ａ）は、携帯電話機の一例を示している。携帯電話機１１００は、筐体１１０１に
組み込まれた表示部１１０２の他、操作ボタン１１０３、外部接続ポート１１０４、スピ
ーカ１１０５、マイク１１０６などを備えている。
【０１９５】
図８（Ａ）に示す携帯電話機１１００は、表示部１１０２を指などで触れることで、情報
を入力ことができる。また、電話を掛ける、或いはメールを打つなどの操作は、表示部１
１０２を指などで触れることにより行うことができる。
【０１９６】
表示部１１０２の画面は主として３つのモードがある。第１は、画像の表示を主とする表
示モードであり、第２は、文字等の情報の入力を主とする入力モードである。第３は表示
モードと入力モードの２つのモードが混合した表示＋入力モードである。
【０１９７】
例えば、電話を掛ける、或いはメールを作成する場合は、表示部１１０２を文字の入力を
主とする文字入力モードとし、画面に表示させた文字の入力操作を行えばよい。この場合
、表示部１１０２の画面のほとんどにキーボードまたは番号ボタンを表示させることが好
ましい。
【０１９８】
また、携帯電話機１１００内部に、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサを
有する検出装置を設けることで、携帯電話機１１００の向き（縦か横か）を判断して、表
示部１１０２の画面表示を自動的に切り替えるようにすることができる。
【０１９９】
また、画面モードの切り替えは、表示部１１０２を触れること、又は筐体１１０１の操作
ボタン１１０３の操作により行われる。また、表示部１１０２に表示される画像の種類に
よって切り替えるようにすることもできる。例えば、表示部に表示する画像信号が動画の
データであれば表示モード、テキストデータであれば入力モードに切り替える。
【０２００】
また、入力モードにおいて、表示部１１０２の光センサで検出される信号を検知し、表示
部１１０２のタッチ操作による入力が一定期間ない場合には、画面のモードを入力モード
から表示モードに切り替えるように制御してもよい。
【０２０１】
表示部１１０２は、イメージセンサとして機能させることもできる。例えば、表示部１１
０２に掌や指を触れることで、掌紋、指紋等を撮像することで、本人認証を行うことがで
きる。また、表示部に近赤外光を発光するバックライトまたは近赤外光を発光するセンシ
ング用光源を用いれば、指静脈、掌静脈などを撮像することもできる。
【０２０２】
表示部１１０２には、画素のスイッチング素子として、実施の形態１に示す薄膜トランジ
スタを複数配置する。
【０２０３】
図８（Ｂ）も携帯電話機の一例である。図８（Ｂ）を一例とした携帯型情報端末は、複数
の機能を備えることができる。例えば電話機能に加えて、コンピュータを内蔵し、様々な
データ処理機能を備えることもできる。
【０２０４】
図８（Ｂ）に示す携帯型情報端末は、筐体２８００及び筐体２８０１の二つの筐体で構
成されている。筐体２８０１には、表示パネル２８０２、スピーカー２８０３、マイクロ
フォン２８０４、ポインティングデバイス２８０６、カメラ用レンズ２８０７、外部接続
端子２８０８などを備えている。また、筐体２８００には、携帯型情報端末の充電を行う
太陽電池セル２８１０、外部メモリスロット２８１１などを備えている。また、アンテナ
は筐体２８０１内部に内蔵されている。
【０２０５】
また、表示パネル２８０２はタッチパネルを備えており、図８（Ｂ）には映像表示されて
いる複数の操作キー２８０５を点線で示している。
【０２０６】
また、上記構成に加えて、非接触ＩＣチップ、小型記録装置などを内蔵していてもよい
。
【０２０７】
発光装置は、表示パネル２８０２に用いることができ、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２８０２と同一面上にカメラ用レンズ２８０７を備えて
いるため、テレビ電話が可能である。スピーカー２８０３及びマイクロフォン２８０４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２８００と
筐体２８０１は、スライドし、図８（Ｂ）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。
【０２０８】
外部接続端子２８０８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２８１１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。
【０２０９】
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。
【０２１０】
図９（Ａ）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９６００は、筐
体９６０１に表示部９６０３が組み込まれている。表示部９６０３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９６０５により筐体９６０１を支持した
構成を示している。
【０２１１】
テレビジョン装置９６００の操作は、筐体９６０１が備える操作スイッチや、別体のリモ
コン操作機９６１０により行うことができる。リモコン操作機９６１０が備える操作キー
９６０９により、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部９６０３に表示され
る映像を操作することができる。また、リモコン操作機９６１０に、当該リモコン操作機
９６１０から出力する情報を表示する表示部９６０７を設ける構成としてもよい。
【０２１２】
なお、テレビジョン装置９６００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。
【０２１３】
表示部９６０３には、画素のスイッチング素子として、実施の形態１に示す薄膜トランジ
スタを複数配置する。
【０２１４】
図９（Ｂ）は、デジタルフォトフレーム９７００の一例を示している。例えば、デジタル
フォトフレーム９７００は、筐体９７０１に表示部９７０３が組み込まれている。表示部
９７０３は、各種画像を表示することが可能であり、例えばデジタルカメラなどで撮影し
た画像データを表示させることで、通常の写真立てと同様に機能させることができる。
【０２１５】
表示部９７０３には、画素のスイッチング素子として、実施の形態１に示す薄膜トランジ
スタを複数配置する。
【０２１６】
なお、デジタルフォトフレーム９７００は、操作部、外部接続用端子（ＵＳＢ端子、ＵＳ
Ｂケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など）、記録媒体挿入部などを備える構
成とする。これらの構成は、表示部と同一面に組み込まれていてもよいが、側面や裏面に
備えるとデザイン性が向上するため好ましい。例えば、デジタルフォトフレームの記録媒
体挿入部に、デジタルカメラで撮影した画像データを記憶したメモリを挿入して画像デー
タを取り込み、取り込んだ画像データを表示部９７０３に表示させることができる。
【０２１７】
また、デジタルフォトフレーム９７００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、所望の画像データを取り込み、表示させる構成とすることもできる。
【０２１８】
図１０は、実施の形態４を適用して形成される発光装置を、室内の照明装置３００１とし
て用いた例である。実施の形態４で示した発光装置は大面積化も可能であるため、大面積
の照明装置として用いることができる。また、実施の形態４で示した発光装置は、卓上照
明器具３０００として用いることも可能である。なお、照明器具には天井固定型の照明器
具、卓上照明器具の他にも、壁掛け型の照明器具、車内用照明、誘導灯なども含まれる。
【０２１９】
以上のように、本発明の一態様の薄膜トランジスタは、上記のような様々な電子機器の表
示パネルに配置することができる。
【０２２０】
本実施の形態は、他の全ての実施の形態と組み合わせて実施することが可能である。
【０２２１】
（実施の形態８）
本明細書に開示する半導体装置は、電子ペーパーとして適用することができる。電子ペー
パーは、情報を表示するものであればあらゆる分野の電子機器に用いることが可能である
。例えば、電子ペーパーを用いて、電子書籍（電子ブック）、ポスター、電車などの乗り
物の車内広告、クレジットカード等の各種カードにおける表示等に適用することができる
。電子機器の一例を図１１に示す。
【０２２２】
図１１は、電子書籍の一例を示している。例えば、電子書籍２７００は、筐体２７０１お
よび筐体２７０３の２つの筐体で構成されている。筐体２７０１および筐体２７０３は、
軸部２７１１により一体とされており、該軸部２７１１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。
【０２２３】
筐体２７０１には表示部２７０５が組み込まれ、筐体２７０３には表示部２７０７が組み
込まれている。表示部２７０５および表示部２７０７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１１では表示部２７０５）に文章を表示し、左側の表示部
（図１１では表示部２７０７）に画像を表示することができる。
【０２２４】
また、図１１では、筐体２７０１に操作部などを備えた例を示している。例えば、筐体２
７０１において、電源２７２１、操作キー２７２３、スピーカ２７２５などを備えている
。操作キー２７２３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、またはＡＣアダプタおよびＵＳＢケ
ーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など）、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２７００は、電子辞書としての機能を持たせた構成として
もよい。
【０２２５】
また、電子書籍２７００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。
【０２２６】
本実施の形態は、本発明の一態様の薄膜トランジスタと、または実施の形態５に記載した
電子ペーパーの構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０２２７】
本実施の形態は、他の全ての実施の形態と組み合わせて実施することが可能である。
【符号の説明】
【０２２８】
１００ 基板
１０１ ゲート電極層
１０２ ゲート絶縁層
１０３ 酸化物半導体層
１０４ａ、１０５ａ ソース電極層
１０４ｂ、１０５ｂ ドレイン電極層
１０７ 保護絶縁層
１１０ チャネル保護層
１５０ 薄膜トランジスタ
１６０ 薄膜トランジスタ
１７０ 薄膜トランジスタ
１８０ 薄膜トランジスタ
【技術分野】
【０００１】
薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）で構成された回路を有する半導体装置およびそ
の作製方法に関する。例えば、液晶表示パネルに代表される電気光学装置や有機発光素子
を有する発光表示装置を部品として搭載した電子機器に関する。
【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、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。
【背景技術】
【０００３】
近年、絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜（厚さ数〜数百ｎｍ程度）を用い
て薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を構成する技術が注目されている。薄膜トランジスタはＩ
Ｃや電気光学装置のような電子デバイスに広く応用され、特に画像表示装置のスイッチン
グ素子として開発が急がれている。
【０００４】
また、金属酸化物は多様に存在しさまざまな用途に用いられている。酸化インジウムはよ
く知られた材料であり、液晶ディスプレイなどで必要とされる透光性を有する電極材料と
して用いられている。金属酸化物の中には半導体特性を示すものがある。半導体特性を示
す金属酸化物としては、例えば、酸化タングステン、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜
鉛などがあり、このような半導体特性を示す金属酸化物をチャネル形成領域とする薄膜ト
ランジスタが既に知られている（特許文献１及び特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１２３８６１号公報
【特許文献２】特開２００７−９６０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の一態様は、酸化物半導体層を用いる薄膜トランジスタにおいて、酸化物半導体層
と電気的に接続するソース電極層またはドレイン電極層との接触抵抗の低減を図ることを
課題の一とする。
【０００７】
また、酸化物半導体層を用いる薄膜トランジスタにおいて、ソース電極層またはドレイン
電極層の材料の選択肢を広げることも課題の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書で開示する本発明の一態様は、絶縁表面を有する基板上に設けるソース電極層ま
たはドレイン電極層を２層以上の積層構造とし、その積層のうち、酸化物半導体層の仕事
関数より小さい仕事関数を有する金属又はそのような金属の合金を用いた薄い層とする半
導体装置である。酸化物半導体層と接する一層を酸化物半導体層の仕事関数より小さい仕
事関数を有する金属又はそのような金属の合金を用いることで、酸化物半導体層と最適な
接触状態を形成することができる。さらに、ソース電極層またはドレイン電極層の材料の
選択肢を広げることができ、例えば、酸化物半導体層の仕事関数より小さい仕事関数を有
する金属又はそのような金属の合金を用いた層上に耐熱性の高い金属材料を用いた層を設
けることでプロセス温度の上限を上げることができる。耐熱性の高い金属としてタングス
テン若しくはモリブデンを用いることができる。
【０００９】
さらに、本発明の一態様は、絶縁表面を有する基板上に設けるソース電極層またはドレイ
ン電極層を２層以上の積層構造とし、その積層のうち、酸化物半導体層の電子親和力より
小さい仕事関数を有する金属又はそのような金属の合金を用いた薄い層とする半導体装置
である。酸化物半導体層と接する一層を酸化物半導体層の電子親和力より小さい仕事関数
を有する金属又はそのような金属の合金を用いることで、酸化物半導体層と最適な接触状
態を形成することができる。さらに、ソース電極層またはドレイン電極層の材料の選択肢
を広げることができ、例えば、酸化物半導体層の電子親和力より小さい仕事関数を有する
金属又はそのような金属の合金を用いた層上に耐熱性の高い金属材料を用いた層を設ける
ことが可能になり、後に行われるプロセス温度の上限を上げることができる。
【００１０】
ここで、いくつかの金属材料の仕事関数を表１に例示する。ただし、これらに限定される
ものではない。
【００１１】
【表１】
【００１２】
例えば、酸化物半導体層と接する一層をインジウム（Ｉｎ）層またはインジウム合金層と
することで、酸化物半導体層の材料として酸化インジウムを含む酸化物半導体材料を用い
る場合に最適な接触状態を形成することができる。この場合、接触抵抗の低減を図ること
ができる。酸化物半導体層とソース電極層との界面、及び酸化物半導体層とドレイン電極
層との界面に、酸化インジウムを含む酸化物半導体材料の仕事関数よりも小さい仕事関数
を有するインジウムのみの領域またはインジウムを多く含む領域を意図的に設けることが
重要である。
【００１３】
また、インジウムに代えて亜鉛（Ｚｎ）を用いてもよく、本発明の他の一態様は、絶縁表
面を有する基板上に酸化物半導体層、ソース電極層、及びドレイン電極層とを有し、ソー
ス電極層またはドレイン電極層は積層であり、その積層のうち、酸化物半導体層と接する
一層を亜鉛層または亜鉛合金層とする半導体装置である。また、酸化物半導体層と接する
一層を亜鉛層または亜鉛合金層とすることで、酸化物半導体層の材料として酸化亜鉛を含
む酸化物半導体材料を用いる場合に最適な接触状態を形成することができ、例えば接触抵
抗の低減を図ることができる。
【００１４】
また、インジウムに代えてチタン（Ｔｉ）を用いてもよく、本発明の他の一態様は、絶縁
表面を有する基板上に酸化物半導体層、ソース電極層、及びドレイン電極層とを有し、ソ
ース電極層またはドレイン電極層は積層であり、その積層のうち、酸化物半導体層と接す
る一層をチタン層またはチタン合金層とする半導体装置である。また、酸化物半導体層と
接する一層をチタン層またはチタン合金層とする場合に最適な接触状態を形成することが
でき、例えば接触抵抗の低減を図ることができる。
【００１５】
また、インジウムに代えてイットリウム（Ｙ）を用いてもよく、本発明の他の一態様は、
絶縁表面を有する基板上に酸化物半導体層、ソース電極層、及びドレイン電極層とを有し
、ソース電極層またはドレイン電極層は積層であり、その積層のうち、酸化物半導体層と
接する一層をイットリウム層またはイットリウム合金層とする半導体装置である。また、
酸化物半導体層と接する一層をイットリウム層またはイットリウム合金層とする場合に最
適な接触状態を形成することができ、例えば接触抵抗の低減を図ることができる。
【００１６】
また、インジウムに代えてインジウムと亜鉛の合金や、ガリウム（Ｇａ）合金（窒化ガリ
ウムなど）を用いてもよい。酸化物半導体層とソース電極層との界面、及び酸化物半導体
層とドレイン電極層との界面にこれらの合金の領域またはこれらの合金を多く含む領域を
意図的に設けることが重要である。これらの合金の領域またはこれらの合金を多く含む領
域は、酸化物半導体層と最適な接触状態を形成することができ、例えば接触抵抗の低減を
図ることができる。
【００１７】
また、二層目以降のソース電極層またはドレイン電極層の材料は、アルミニウム（Ａｌ）
、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ
）、タングステン（Ｗ）から選ばれた元素、または上述した元素を成分とする合金か、上
述した元素を組み合わせた合金等を用いる。また、ソース電極層またはドレイン電極層と
して透光性を有する導電材料、例えば、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（以下、ＩＴＯと示す。）、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を用いることもでき、表
示パネルに薄膜トランジスタを用いる場合、開口率の向上を図ることもできる。
【００１８】
また、ソース電極層またはドレイン電極層を酸化物半導体層の仕事関数より小さい仕事関
数を有する金属又はそのような金属の合金を用いた層と、他の金属を用いた層とを含む混
合層としても良い。このような構成をとることで、接触抵抗の低減を図ることができる。
さらに、他の金属として、耐熱性の高い金属とすると、後に行われるプロセス温度の上限
を上げることができる。
【００１９】
また、ソース電極層またはドレイン電極層は、酸化物半導体層の仕事関数より小さい仕事
関数を有する金属又はそのような金属の合金を用いた層が酸化物半導体層と接するように
設けられていれば良い。上記構成のようにソース電極層またはドレイン電極層は、酸化物
半導体層の仕事関数より小さい仕事関数を有する金属又はそのような金属の合金を用いた
層上にさらに耐熱性の高い金属を用いた層を積層する積層構造としても良い。また、酸化
物半導体層の仕事関数より小さい仕事関数を有する金属又はそのような金属の合金を用い
た層の単層をソース電極層またはドレイン電極層として用いても良い。
【００２０】
上記構成は、上記課題の少なくとも一つを解決する。
【００２１】
また、上記各構成において、酸化物半導体層を構成する１つまたは複数の材料と、ソース
電極層またはドレイン電極層の積層において酸化物半導体層と接する一層の材料との間で
、少なくとも一種の金属元素が共通することが好ましい。例えば、ソース電極層またはド
レイン電極層の積層において酸化物半導体層と接する一層の材料がインジウムである場合
、酸化物半導体層の材料は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ
系、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｏ系の酸化
物半導体材料を用いることが好ましい。
【００２２】
また、ソース電極層またはドレイン電極層の積層において酸化物半導体層と接する一層の
材料が亜鉛である場合、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、
Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ａ
ｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｏ系
の酸化物半導体材料を適用することができる。
【００２３】
また、ソース電極層またはドレイン電極層の積層において酸化物半導体層と接する一層の
材料がイットリウムである場合、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ
−Ｏ系、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、
Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｚ
ｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｏ系の酸化物半導体材料を適用することができる。
【００２４】
また、ソース電極層またはドレイン電極層の積層において酸化物半導体層と接する一層の
材料がチタンである場合、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系
、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−
Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｏ
系の酸化物半導体材料を適用することができる。
【００２５】
また、上記酸化物半導体と金属又はその合金に限定されない。酸化物半導体の仕事関数に
対して、仕事関数が小さな金属又はその合金と酸化物半導体の組み合わせからなる構成を
用いても実現することができる。
【００２６】
また、酸化物半導体の電子親和力に対して、金属又はその合金の仕事関数が小さいもので
あれば、どのような組み合わせからなる構成を用いても実現することができる。
【００２７】
また、上記構造を実現するための本発明の一態様は、絶縁表面を有する基板上にゲート電
極層を形成し、ゲート電極層上にゲート絶縁層を形成し、ゲート絶縁層上に酸化物半導体
層を形成し、酸化物半導体層上にインジウム層またはインジウム合金層と、金属導電層の
積層を形成し、インジウム層またはインジウム合金層、及び金属導電層を選択的にエッチ
ングして、インジウム層またはインジウム合金層と金属導電層の積層構造のソース電極層
またはドレイン電極層を形成する半導体装置の作製方法である。
【００２８】
上記作製方法によりボトムゲート構造の薄膜トランジスタが作製できる。
【００２９】
また、インジウムに代えて亜鉛を用いてもよく、本発明の作製方法に関する他の一態様は
、絶縁表面を有する基板上にゲート電極層を形成し、ゲート電極層上にゲート絶縁層を形
成し、ゲート絶縁層上に酸化物半導体層を形成し、酸化物半導体層上に亜鉛層または亜鉛
合金層と、金属導電層の積層を形成し、亜鉛層または亜鉛合金層、及び金属導電層を選択
的にエッチングして、亜鉛層または亜鉛合金層と金属導電層の積層構造のソース電極層ま
たはドレイン電極層を形成する半導体装置の作製方法である。
【００３０】
また、逆コプラナ型（ボトムコンタクト構造とも呼ぶ）の薄膜トランジスタを作製する場
合には、絶縁表面を有する基板上にゲート電極層を形成し、ゲート電極層上にゲート絶縁
層を形成し、ゲート絶縁層上に金属導電層と、インジウム層またはインジウム合金層の積
層を形成し、金属導電層、及びインジウム層または前記インジウム合金層を選択的にエッ
チングして、金属導電層とインジウム層またはインジウム合金層の積層構造のソース電極
層またはドレイン電極層を形成し、ソース電極層またはドレイン電極層上に酸化物半導体
層を形成する。
【００３１】
上記各作製方法に関する構成において、インジウム層またはインジウム合金層は、スパッ
タ法または蒸着法を用いて形成する。また、インジウム層またはインジウム合金層を成膜
した後、大気に触れることなく上に金属導電層を形成することが好ましい。
【００３２】
また、上記各作製方法に関する構成において、亜鉛層、亜鉛合金層、インジウムと亜鉛の
合金層や、またはガリウム合金（窒化ガリウムなど）層は、スパッタ法または蒸着法また
はＭＯＣＶＤ法を用いて形成する。また、亜鉛層、亜鉛合金層、インジウムと亜鉛の合金
層や、またはガリウム合金（窒化ガリウムなど）層を成膜した後、酸化を防ぎ、高抵抗化
を防ぐため、大気に触れることなく上に金属導電層を形成することが好ましい。
【００３３】
また、インジウムを用いてスパッタターゲットを作製することは困難であるため、インジ
ウムのようなターゲットの作製が困難な金属または合金は、他の金属ターゲット、例えば
モリブデンターゲット上やタングステンターゲット上にインジウムのペレットを置いてス
パッタ法により連続成膜を行う。この場合、同じスパッタ装置で大気に触れることなく積
層することができる。また、スパッタリング条件にもよるが、インジウムとタングステン
との混合層が形成されることもある。また、金属ターゲット上に複数のインジウムのペレ
ットを配列した状態でスパッタリングを行ってもよい。また、ペレットは直径が５ｍｍ〜
５０ｍｍであって、高さが２ｍｍ〜３０ｍｍの円柱体である。なお、ペレットの形状は、
特に限定されず、立方体、直方体、楕円柱体などを用いることができる。
【００３４】
本明細書中で連続成膜とは、スパッタ法（または蒸着法など）で行う第１の成膜工程から
スパッタ法（または蒸着法など）で行う第２の成膜工程までの一連のプロセス中、被処理
基板の置かれている雰囲気が大気等の汚染雰囲気に触れることなく、常に真空中または不
活性ガス雰囲気（窒素雰囲気または希ガス雰囲気）で制御されていることを言う。連続成
膜を行うことにより、清浄化された被処理基板の水分等の再付着を回避して成膜を行うこ
とができる。また、スパッタリング条件にもよるが、積層させた金属間で混合層が形成さ
れることもある。
【００３５】
また、スパッタリング条件により混合層となった場合、積層した金属の濃度分布は、均一
に分布するものではなく、濃度勾配をもつ場合がある。例えば、酸化物半導体層上に第１
の層としてインジウム、第１の層上に第２の層としてタングステンをスパッタリングで連
続成膜した場合、第１の層と第２の層の界面が明確でない混合層を形成する場合がある。
この場合、混合層中の酸化物半導体層近接領域ではインジウムの濃度が高く、酸化物半導
体層から離れるほどインジウムの濃度が低くなる。
【００３６】
このとき、厚さが１ｎｍ以上５０ｎｍ以下の第１の層上にさらに第２の層を積層すると第
１の層と第２の層の界面が明確でない混合層が形成される。
【００３７】
同一チャンバー内で第１の成膜工程から第２の成膜工程までの一連のプロセスを行うこと
は本明細書における連続成膜の範囲に含まれる。
【００３８】
また、異なるチャンバーで第１の成膜工程から第２の成膜工程までの一連のプロセスを行
う場合、第１の成膜工程を終えた後、大気にふれることなくチャンバー間を基板搬送して
第２の成膜を施すことも本明細書における連続成膜の範囲に含まれる。
【００３９】
なお、第１の成膜工程と第２の成膜工程の間に、基板搬送工程、アライメント工程、徐冷
工程、または第２の工程に必要な温度とするため基板を加熱または冷却する工程等を有し
ても、本明細書における連続成膜の範囲に含まれる。
【００４０】
ただし、洗浄工程、ウエットエッチング、レジスト形成といった液体を用いる工程が第１
の成膜工程と第２の成膜工程の間にある場合、本明細書でいう連続成膜の範囲には含まれ
ない。
【発明の効果】
【００４１】
酸化物半導体層を用いる薄膜トランジスタにおいて、ソース電極層またはドレイン電極層
の材料の選択肢を広げ、電気特性や信頼性の優れた薄膜トランジスタを実現できる。また
、耐熱性の高い金属を用いることで、後に行われるプロセス温度の上限を上げることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一態様を示す断面図である。
【図２】本発明の一態様を示す上面図である。
【図３】本発明の一態様を示す断面図である。
【図４】本発明の一態様を示す断面図である。
【図５】本発明の一態様を示す上面図及び断面図である。
【図６】本発明の一態様を示す断面図である。
【図７】本発明の一態様を示す上面図及び断面図である。
【図８】電子機器の一例を示す図である。
【図９】電子機器の一例を示す図である。
【図１０】電子機器の一例を示す図である。
【図１１】電子機器の一例を示す図である。
【図１２】本発明の一態様を示すエネルギーバンド図である。
【図１３】本発明の一態様を示す断面エネルギーバンド図である。
【図１４】本発明の一態様を示すエネルギーバンド図である。
【図１５】本発明の一態様を示す断面エネルギーバンド図である。
【図１６】本発明の一態様を示す断面エネルギーバンド図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
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、その形態およ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。
【００４４】
（実施の形態１）
本実施の形態では、酸化物半導体層とその酸化物半導体層の仕事関数より小さい仕事関数
を有する金属又はそのような金属の合金が接した状態の積層構造について説明する。
【００４５】
例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体膜のバンドギャップ（Ｅｇ）が３．１５ｅ
Ｖである場合、電子親和力（χ）は４．３ｅＶと言われている。本発明に係る酸化物半導
体は水素や水等の不純物を極力排除し高純度化されたＩ型（真性半導体）又はそれに近い
ことを特徴としており、このことと前述から仕事関数は５．８ｅＶとなる。このとき、ソ
ース電極層またはドレイン電極層に用いられ、かつ仕事関数が５．８ｅＶよりも小さい材
料の候補として、上記表１からイットリウム、インジウム、アルミニウム等が挙げられる
。また、仕事関数が５．８ｅＶよりも小さい合金を用いても良い。
【００４６】
例えば、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ系の酸化物半導体として、インジウム錫酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ
Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）が挙げられる。ＩＴＯの仕事関数は、４．７ｅＶである。
ＩＴＯをソース電極層またはドレイン電極層の材料として用いる場合、上記表１からイッ
トリウム、インジウム、チタン、亜鉛等の仕事関数が４．７ｅＶよりも小さい金属を用い
ればよい。特に、イットリウムは仕事関数が３．３ｅＶと小さい仕事関数であることから
好ましい。また、仕事関数が４．７ｅＶよりも小さい金属の合金を用いても良い。
【００４７】
また、酸化物半導体として、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）が挙げられ
る。ＩＴＳＯの仕事関数は４．６９ｅＶである。ＩＴＳＯをソース電極層またはドレイン
電極層の材料として用いる場合、上記表１からイットリウム、インジウム、チタン、亜鉛
等の仕事関数が４．６９ｅＶよりも小さい金属を用いればよい。特に、イットリウムは仕
事関数が３．３ｅＶと小さい仕事関数であることから好ましい。また、仕事関数が４．７
ｅＶよりも小さい金属の合金を用いても良い。
【００４８】
上記のように、酸化物半導体の仕事関数に比べて、仕事関数が小さい金属を用いると、酸
化物半導体と金属との接触抵抗の低い接続構造を実現することができる。
【００４９】
また、図１２はソース電極又はドレイン電極（酸化物半導体と接している金属）１２１２
と酸化物半導体１２１３の接触前におけるソース電極又はドレイン電極１２１２の仕事関
数（φＭ）、酸化物半導体１２１３の仕事関数（φＭＳ）の関係を示す。図１２では、酸
化物半導体１２１３の仕事関数（φＭＳ）よりもソース電極又はドレイン電極１２１２の
仕事関数（φＭ）の方が小さい場合を示す。
【００５０】
常温において金属中の電子は縮退しており、フェルミ準位は伝導帯内に位置する。一方、
従来の酸化物半導体は一般にｎ型であり、その場合のフェルミ準位（ＥＦ）は、バンドギ
ャップ中央（Ｅｇ）に位置する真性フェルミ準位（Ｅｉ）から離れて、伝導帯寄りに位置
している。なお、酸化物半導体において含有される水素の一部はドナーとなりｎ型化する
一つの要因であることが知られている。
【００５１】
これに対して本発明に係る酸化物半導体は、ｎ型不純物である水素を酸化物半導体から除
去し、酸化物半導体の主成分以外の不純物が極力含まれないように高純度化することによ
り真性（ｉ型）、又は実質的に真性な半導体としたものである。すなわち、不純物を添加
してｉ型化するのでなく、水素や水等の不純物を極力除去したことにより、高純度化され
たｉ型（真性半導体）又はそれに近づけることを特徴としている。そうすることにより、
フェルミ準位（ＥＦ）は真性フェルミ準位（Ｅｉ）と同じレベルにまですることができる
。
【００５２】
また、本発明に係る酸化物半導体１２１３とゲート電極１２１４断面（後述するソースド
レイン断面と垂直な方向の断面）のエネルギーバンド図（模式図）を図１６に示す。図１
６（Ａ）はゲート電極１２１４に正の電位（＋ＶＧ）が印加された状態であり、ソース電
極とドレイン電極の間にキャリア（電子）が流れるオン状態を示している。また、図１６
（Ｂ）は、ゲート電極１２１４に負の電位（−ＶＧ）が印加された状態であり、オフ状態
（少数キャリアは流れない）である場合を示す。なお、ＧＩはゲート絶縁膜である。
【００５３】
図１３は、ソース電極又はドレイン電極１２１２と酸化物半導体１２１３を接触させて、
ソース電極及びドレイン電極を形成した後のソースドレイン断面のエネルギーバンド図（
模式図）である。図１３（Ｂ）において黒丸（●）は電子を示し、ドレイン電極に正の電
位が印加されると、電子はバリアをこえて酸化物半導体に注入され、ドレイン電極に向か
って流れる。この場合、バリアの高さ（ｈ）は、ゲート電圧とドレイン電圧に依存して変
化するが、正のドレイン電圧が印加された場合には、電圧印加のない図１３（Ａ）のバリ
アの高さすなわちバンドギャップ（Ｅｇ）の１／２よりもバリアの高さ（ｈ）は小さい値
となる。
【００５４】
このとき電子は、図１６（Ａ）で示すようにゲート絶縁膜と高純度化された酸化物半導体
との界面における、酸化物半導体側のエネルギー的に安定な最底部を移動する。
【００５５】
また、図１６（Ｂ）において、ゲート電極１２１４に負の電位が印加されると、少数キャ
リアであるホールは実質的にゼロであるため、電流は限りなくゼロに近い値となる。
【００５６】
例えば、薄膜トランジスタのチャネル幅Ｗが１×１０４μｍでチャネル長が３μｍの素子
であっても、オフ電流が１０−１３Ａ以下であり、サブスレッショルドスイング値（Ｓ値
）が０．１Ｖ／ｄｅｃ．（ゲート絶縁膜の膜厚１００ｎｍ）が得られる。この例のように
、酸化物半導体の主成分以外の不純物が極力含まれないように高純度化することにより、
薄膜トランジスタの動作を良好なものとすることができる。特に、オフ電流を低減するこ
とができる。
【００５７】
また、ソース電極又はドレイン電極１２１２と酸化物半導体１２１３を接触させると、ソ
ース電極又はドレイン電極１２１２、酸化物半導体１２１３のフェルミ準位（ＥＦ）が一
致するが、このときソース電極、ドレイン電極１２１２から酸化物半導体１２１３に電子
が移動して、図１３のようなバンドの曲がりが発生する。図１３（Ａ）は、ソース電極又
はドレイン電極１２１２と酸化物半導体１２１３を接触させて、ソース電極及びドレイン
電極を形成した後のソースドレイン断面のエネルギーバンド図（模式図）である。なお、
ソース電極とドレイン電極の間を等電位（ＶＤ＝０）にした場合を示す。また、図１３（
Ｂ）はソース電極に対して、ドレイン電極に正の電位（ＶＤ＞０）を加えた場合の図を示
す。
【００５８】
このようにソース電極及びドレイン電極の積層のうち酸化物半導体と接する層には金属又
はそのような金属の合金の仕事関数（φＭ）が、酸化物半導体の仕事関数（φＭＳ）より
小さい材料を用いる。この場合、金属−酸化物半導体界面において、電子に対してショッ
トキー型の障壁は形成されず、接触抵抗の低い接続構造を実現できる。
【００５９】
したがって、酸化物半導体の仕事関数に比べて、仕事関数が小さい金属又はその合金から
なる構成を用いても実現することができる。
【００６０】
なお、酸化物半導体の仕事関数又は電子親和力はＵＰＳ法（紫外線光電子分光分析）等で
測定することができる。測定した酸化物半導体の仕事関数又は電子親和力よりも小さな仕
事関数の金属又はその合金の積層構造にすることで、接触抵抗の低い接続構造を実現でき
る。
【００６１】
なお、仕事関数とは真空準位（Ｅ∞）からフェルミ準位（ＥＦ）までのエネルギー差であ
る。なお、本発明に係る酸化物半導体は水素や水等の不純物を極力除去することにより、
高純度化されたｉ型（真性半導体）又はそれに近づけることを特徴とするため、酸化物半
導体の仕事関数は真空準位（Ｅ∞）から真性フェルミ準位（Ｅｉ）までのエネルギー差と
ほぼ等しい。また、図１２中のＥｖは酸化物半導体も価電子帯上端のエネルギー準位を示
す。
【００６２】
本実施の形態は、他の全ての実施の形態と組み合わせて実施することが可能である。
【００６３】
（実施の形態２）
本実施の形態では、酸化物半導体層とその酸化物半導体層の電子親和力より小さい仕事関
数を有する金属又はそのような金属の合金が接した状態の積層構造について説明する。
【００６４】
例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体膜のバンドギャップ（Ｅｇ）が３．１５ｅ
Ｖである場合、電子親和力（χ）は４．３ｅＶと言われている。このとき、ソース電極層
またはドレイン電極層に用いられ、電子親和力が４．３ｅＶよりも小さい材料の候補とし
て、上記表１からイットリウム、インジウム、アルミニウム等が挙げられる。また、仕事
関数が４．３ｅＶよりも小さい合金を用いても良い。
【００６５】
例えば、酸化物半導体として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜（ＩＧＺＯ）が挙げら
れる。ＩＧＺＯの電子親和力は、４．３ｅＶである。ＩＧＺＯをソース電極層またはドレ
イン電極層の材料として用いる場合、上記表１からイットリウム、インジウム、アルミニ
ウム等の仕事関数が４．３ｅＶよりも小さい金属を用いればよい。特に、イットリウムは
仕事関数が３．３ｅＶと小さい仕事関数であることから好ましい。また、仕事関数が４．
３ｅＶよりも小さい金属の合金を用いても良い。
【００６６】
上記のように、酸化物半導体の電子親和力に比べて、仕事関数が小さい金属を用いると、
酸化物半導体と金属との接触抵抗の低い接続構造を実現することができる。
【００６７】
また、図１４はソース電極又はドレイン電極１２１２と酸化物半導体１２１３の接触前に
おけるソース電極又はドレイン電極１２１２の仕事関数（φＭ）、酸化物半導体１２１３
の電子親和力（χ）の関係を示す。図１４では、酸化物半導体１２１３の電子親和力（χ
）よりもソース電極又はドレイン電極１２１２の仕事関数（φＭ）の方が小さい場合を示
す。
【００６８】
常温において金属中の電子は縮退しており、フェルミ準位は伝導帯内に位置する。一方、
従来の酸化物半導体は一般にｎ型であり、その場合のフェルミ準位（ＥＦ）は、バンドギ
ャップ（Ｅｇ）中央に位置する真性フェルミ準位（Ｅｉ）から離れて、伝導帯寄りに位置
している。なお、酸化物半導体において含有される水素の一部はドナーとなりｎ型化する
一つの要因であることが知られている。
【００６９】
これに対して酸化物半導体は、ｎ型不純物である水素を酸化物半導体から除去し、酸化物
半導体の主成分以外の不純物が極力含まれないように高純度化することにより真性（ｉ型
）、又は実質的に真性な半導体としたものである。すなわち、不純物を添加してｉ型化す
るのでなく、水素や水等の不純物を極力除去したことにより、高純度化されたｉ型（真性
半導体）又はそれに近づけることを特徴としている。そうすることにより、フェルミ準位
（ＥＦ）は真性フェルミ準位（Ｅｉ）と同じレベルにまですることができる。
【００７０】
また、本発明に係る酸化物半導体１２１３とゲート電極１２１４断面（後述するソースド
レイン断面と垂直な方向の断面）のエネルギーバンド図（模式図）を図１６に示す。図１
６（Ａ）はゲート電極１２１４に正の電位（＋ＶＧ）が印加された状態であり、ソース電
極とドレイン電極の間にキャリア（電子）が流れるオン状態を示している。また、図１６
（Ｂ）は、ゲート電極１２１４に負の電位（−ＶＧ）が印加された状態であり、オフ状態
（少数キャリアは流れない）である場合を示す。なお、ＧＩはゲート絶縁膜である。
【００７１】
図１５は、ソース電極、ドレイン電極１２１２、酸化物半導体１２１３を接触させて、ソ
ース電極及びドレイン電極形成後のソースドレイン断面のエネルギーバンド図（模式図）
である。図１５（Ｂ）において黒丸（●）は電子を示し、ドレイン電極に正の電位が印加
されると、電子はバリアをこえて酸化物半導体に注入され、ドレイン電極に向かって流れ
る。この場合、バリアの高さ（ｈ）は、ゲート電圧とドレイン電圧に依存して変化するが
、正のドレイン電圧が印加された場合には、電圧印加のない図１５（Ａ）のバリアの高さ
すなわちバンドギャップ（Ｅｇ）の１／２よりもバリアの高さ（ｈ）は小さい値となる。
【００７２】
このとき電子は、図１６（Ａ）で示すようにゲート絶縁膜と高純度化された酸化物半導体
との界面における、酸化物半導体側のエネルギー的に安定な最底部を移動する。
【００７３】
また、図１６（Ｂ）において、ゲート電極１２１４に負の電位が印加されると、少数キャ
リアであるホールは実質的にゼロであるため、電流は限りなくゼロに近い値となる。
【００７４】
例えば、薄膜トランジスタのチャネル幅Ｗが１×１０４μｍでチャネル長が３μｍの素子
であっても、オフ電流が１０−１３Ａ以下であり、サブスレッショルドスイング値（Ｓ値
）が０．１Ｖ／ｄｅｃ．（ゲート絶縁膜厚１００ｎｍ）が得られる。この例のように、酸
化物半導体の主成分以外の不純物が極力含まれないように高純度化することにより、薄膜
トランジスタの動作を良好なものとすることができる。特に、オフ電流を低減することが
できる。
【００７５】
また、ソース電極、ドレイン電極１２１２と酸化物半導体１２１３を接触させると、ソー
ス電極、ドレイン電極１２１２、酸化物半導体１２１３のフェルミ準位（Ｅｆ）が一致す
るが、このときソース電極、ドレイン電極１２１２から酸化物半導体１２１３に電子が移
動して、図１５のようなバンドの曲がりが発生する。図１５（Ａ）は、ソース電極又はド
レイン電極１２１２と酸化物半導体１２１３を接触させて、ソース電極及びドレイン電極
形成後のソースドレイン断面のエネルギーバンド図（模式図）である。なお、ソース電極
とドレイン電極の間を等電位（ＶＤ＝０）にした場合を示す。また、図１５（Ｂ）はソー
ス電極に対して、ドレイン電極に正の電位（ＶＤ＞０）を加えた場合の図を示す。
【００７６】
このようにソース電極及びドレイン電極の積層のうち酸化物半導体と接する層には金属又
はそのような金属の合金の仕事関数（φＭ）が、酸化物半導体の電子親和力（χ）より小
さい材料を用いる。この場合、金属−酸化物半導体界面において、電子に対してショット
キー型の障壁は形成されず、接触抵抗の低い接続構造を実現できる。この関係は、ソース
電極又はドレイン電極１２１２の仕事関数（φＭ）が小さいほどショットキー型の障壁は
形成されにくい傾向がある。
【００７７】
したがって、酸化物半導体の電子親和力に比べて、仕事関数が小さい金属又はその合金か
らなる構成を用いても実現することができる。
【００７８】
また、金属は縮退しているため、電子親和力と仕事関数は一致している。
【００７９】
なお、酸化物半導体の仕事関数又は電子親和力はＵＰＳ法（紫外線光電子分光分析）等で
測定することができる。測定した酸化物半導体の仕事関数又は電子親和力よりも小さな仕
事関数の金属又はその合金の積層構造にすることで、良好な接続構造を実現できる。
【００８０】
なお、電子親和力とは、真空準位（Ｅ∞）から伝導帯端（Ｅｃ）までのエネルギー差であ
る。また、図１４中のＥｖは酸化物半導体の価電子帯上端のエネルギー準位を示す。
【００８１】
本実施の形態は、他の全ての実施の形態と組み合わせて実施することが可能である。
【００８２】
（実施の形態３）
本実施の形態では、図１（Ｄ）に示す薄膜トランジスタ１５０の作製方法の一形態につい
て、薄膜トランジスタ作製工程の断面図である図１（Ａ）乃至図１（Ｄ）を用いて説明す
る。薄膜トランジスタ１５０は、ボトムゲート構造の一つである。
【００８３】
基板１００としては、ガラス基板を用いることが好ましい。基板１００として用いるガラ
ス基板は、後の加熱処理の温度が高い場合には、歪み点が７３０℃以上のものを用いると
良い。また、基板１００には、例えば、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸
ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスなどのガラス材料が用いられている。なお、一般に酸
化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）と比較して酸化バリウム（ＢａＯ）を多く含ませることで、より実
用的な耐熱ガラスが得られる。このため、Ｂ２Ｏ３よりＢａＯを多く含むガラス基板を用
いることが好ましい。
【００８４】
なお、ガラス基板に代えて、セラミック基板、石英ガラス基板、石英基板、サファイア基
板などの絶縁体でなる基板を用いても良い。他にも、結晶化ガラスなどを用いることがで
きる。
【００８５】
また、下地層となる絶縁層を基板１００とゲート電極層１０１の間に設けてもよい。下地
層は、基板１００からの不純物元素の拡散を防止する機能があり、窒化珪素、酸化珪素、
窒化酸化珪素、または酸化窒化珪素から選ばれた一または複数の層による積層構造により
形成することができる。
【００８６】
ゲート電極層１０１としては、金属導電層を用いることができる。金属導電層の材料とし
ては、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素、または上述した元素
を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金等を用いるのが好ましい。例えば
、チタン層上にアルミニウム層と、該アルミニウム層上にチタン層が積層された三層の積
層構造、またはモリブデン層上にアルミニウム層と、該アルミニウム層上にモリブデン層
を積層した三層の積層構造とすることが好ましい。勿論、金属導電層として単層、または
２層構造以上の積層構造としてもよい。
【００８７】
次いで、ゲート電極層１０１上にゲート絶縁層１０２を形成する。
【００８８】
本実施の形態において、ゲート絶縁層１０２の形成は、高密度プラズマ装置により行う。
ここでは、高密度プラズマ装置は、１×１０１１／ｃｍ３以上のプラズマ密度を達成でき
る装置を指している。例えば、３ｋＷ〜６ｋＷのマイクロ波電力を印加してプラズマを発
生させて、絶縁膜の成膜を行う。
【００８９】
チャンバーに材料ガスとしてモノシランガス（ＳｉＨ４）と亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）と希ガ
スを導入し、１０Ｐａ〜３０Ｐａの圧力下で高密度プラズマを発生させてガラス等の絶縁
表面を有する基板上に絶縁膜を形成する。その後、モノシランガスの供給を停止し、大気
に曝すことなく亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）と希ガスとを導入して絶縁膜表面にプラズマ処理を
行ってもよい。少なくとも亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）と希ガスとを導入して絶縁膜表面に行わ
れるプラズマ処理は、絶縁膜の成膜より後に行う。上記プロセス順序を経た絶縁膜は、膜
厚が薄く、例えば１００ｎｍ未満であっても信頼性を確保することができる絶縁膜である
。
【００９０】
ゲート絶縁層１０２の形成の際、チャンバーに導入するモノシランガス（ＳｉＨ４）と亜
酸化窒素（Ｎ２Ｏ）との流量比は、１：１０から１：２００の範囲とする。また、チャン
バーに導入する希ガスとしては、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、キセノンなどを用い
ることができるが、中でも安価であるアルゴンを用いることが好ましい。
【００９１】
また、高密度プラズマ装置により得られた絶縁膜は、一定した厚さの膜形成ができるため
段差被覆性に優れている。また、高密度プラズマ装置により得られる絶縁膜は、薄い膜の
厚みを精密に制御することができる。
【００９２】
上記プロセス順序を経た絶縁膜は、従来の平行平板型のＰＣＶＤ装置で得られる絶縁膜と
は大きく異なっており、同じエッチャントを用いてエッチング速度を比較した場合におい
て、平行平板型のＰＣＶＤ装置で得られる絶縁膜の１０％以上または２０％以上遅く、高
密度プラズマ装置で得られる絶縁膜は緻密な膜と言える。
【００９３】
本実施の形態では、ゲート絶縁層１０２として高密度プラズマ装置による膜厚１００ｎｍ
の酸化窒化珪素膜（ＳｉＯｘＮｙとも呼ぶ、ただし、ｘ＞ｙ＞０）を用いる。
【００９４】
次いで、ゲート絶縁層１０２上に、厚さ５ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ
以上５０ｎｍ以下の酸化物半導体層を形成する。また、酸化物半導体層は、希ガス（代表
的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガス（代表的にはアルゴン）及び酸素
雰囲気下においてスパッタ法により形成することができる。
【００９５】
酸化物半導体層は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶層、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ
−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ａｌ−
Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ
系、Ｉｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体層を用いる。本実施の形態では
、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体ターゲットを用いてスパッタ法により形
成する。
【００９６】
ここでは、Ｉｎ、Ｇａ、及びＺｎを含む金属酸化物ターゲット（モル数比がＩｎ２Ｏ３：
Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１）を用いて、基板とターゲットの間との距離を１００ｍ
ｍ、圧力０．６Ｐａ、直流（ＤＣ）電源０．５ｋＷ、酸素（酸素流量比率１００％）雰囲
気下で膜厚３０ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜を成膜する。
【００９７】
また、金属酸化物ターゲット中の酸化物半導体の相対密度は８０％以上、好ましくは９５
％以上、さらに好ましくは９９．９％以上とするのが好ましい。相対密度の高いターゲッ
トを用いると、形成される酸化物半導体膜中の不純物濃度を低減することができ、電気特
性または信頼性の高い薄膜トランジスタを得ることができる。
【００９８】
また、酸化物半導体膜の成膜を行う前に、スパッタ装置内壁や、ターゲット表面やターゲ
ット材料中に残存している水分または水素を除去するためにプレヒート処理を行うと良い
。プレヒート処理としては成膜チャンバー内を減圧下で２００℃以上６００℃以下に加熱
する方法や、加熱しながら窒素や不活性ガスの導入と排気を繰り返す方法等がある。この
場合のターゲット冷却液は、水ではなく油脂等を用いるとよい。加熱せずに窒素の導入と
排気を繰り返しても一定の効果が得られるが、加熱しながら行うとなお良い。プレヒート
処理を終えたら、基板またはスパッタ装置を冷却し、酸化物半導体膜の成膜を行う。
【００９９】
また、スパッタ法による成膜中に基板を４００℃以上７００℃以下に加熱してもよい。
【０１００】
また、酸化物半導体膜の成膜を行う前、または成膜中、または成膜後に、スパッタ装置内
をクライオポンプを用いて中に残存している水分などを除去することが好ましい。
【０１０１】
また、ゲート絶縁層１０２、及び酸化物半導体膜を大気に触れさせることなく連続的に形
成することが望ましい。大気に触れさせることなく形成することで、界面が、水やハイド
ロカーボンなどの、大気成分や大気中に浮遊する不純物元素に汚染されることなく各積層
界面を形成することができるので、薄膜トランジスタ特性のばらつきを低減することがで
きる。
【０１０２】
次いで、酸化物半導体層をフォトリソグラフィ工程により島状の酸化物半導体層１０３に
加工する（図１（Ａ）参照。）。また、島状の酸化物半導体層を形成するためのレジスト
マスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成
するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
【０１０３】
次いで、第１の熱処理を行って、酸化物半導体層１０３の脱水化または脱水素化を行う。
脱水化または脱水素化を行う第１の熱処理の温度は、処理中の最高温度が３５０℃以上７
５０℃以下、好ましくは４２５℃以上とする。なお、４２５℃以上であれば熱処理時間は
１時間以下でよいが、４２５℃未満であれば加熱処理時間は、１時間よりも長時間行うこ
ととする。本実施の形態では、窒素雰囲気下で４５０℃、１時間の熱処理を行う。
【０１０４】
なお、第１の熱処理においては、窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスに
、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、加熱処理装置に導入する窒素、ま
たはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、
好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上、（即ち不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好まし
くは０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。
【０１０５】
また、第１の熱処理は、電気炉を用いた加熱方法を用いることができる。なお、第１の熱
処理は、加熱処理装置は電気炉に限られず、抵抗発熱体などの発熱体からの熱伝導または
熱輻射によって、被処理物を加熱する装置を備えていてもよい。例えば、ＧＲＴＡ（Ｇａ
ｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉ
ｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置等のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａ
ｎｎｅａｌ）装置を用いることができる。ＬＲＴＡ装置は、ハロゲンランプ、メタルハラ
イドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高
圧水銀ランプなどのランプから発する光（電磁波）の輻射により、被処理物を加熱する装
置である。ＧＲＴＡ装置は、高温のガスを用いて加熱処理を行う装置である。気体には、
アルゴンなどの希ガス、または窒素のような、加熱処理によって被処理物と反応しない不
活性気体が用いられる。
【０１０６】
次いで、ゲート絶縁層１０２、及び酸化物半導体層１０３上にソース電極層及びドレイン
電極層を形成するための導電層の積層を形成する。
【０１０７】
酸化物半導体層１０３上に接してインジウム層またはインジウム合金層を膜厚１ｎｍ以上
５０ｎｍ以下で形成し、その上にＡｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた
元素、または上述した元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金等から
なる金属導電層、または透光性を有する導電材料、例えば、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（以下、ＩＴＯ
と示す。）、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等からな
る導電層を積層形成する。
【０１０８】
本実施の形態では、膜厚１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、酸化物半導体層よりも薄いイン
ジウム合金層上に第１のモリブデン層と、アルミニウム層と、第２のモリブデン層とが積
層された４層の積層構造とする。材料の異なるターゲットを複数設置できる多元スパッタ
装置を用いて、インジウムのペレットを載せた第１モリブデンターゲットと、ペレットを
載せていない第２モリブデンターゲットと、アルミニウムターゲットとを用いて同一チャ
ンバーで大気に触れることなく連続成膜して４層を積層する。なお、４層のうち最も膜厚
が薄く、且つ、酸化物半導体層の膜厚よりも薄い層がインジウム合金層である。連続成膜
により、薄いインジウム合金層の高抵抗化を防いでいる。
【０１０９】
本実施の形態では、ソース電極層及びドレイン電極層の積層のうち酸化物半導体層と接す
る層として、インジウム合金層を用いる例を示したが、亜鉛、亜鉛合金、イットリウム、
イットリウムの合金、チタン、チタンの合金、またはガリウム化合物などの仕事関数が少
なくとも酸化物半導体層の仕事関数よりも小さい金属又はそのような金属の合金を用いて
もよい。
【０１１０】
本実施の形態では、ソース電極層及びドレイン電極層をインジウム混合層と、Ａｌ、Ｃｒ
、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素、または上述した元素を成分とする合金
か、上述した元素を組み合わせた合金等からなる金属導電層とが積層しているものとして
例示したが、図４のように、少なくとも酸化物半導体層の仕事関数より小さい仕事関数を
有する金属又はそのような金属の合金を用いた混合層１１５ａ、１１５ｂ（単層）として
も良い。
【０１１１】
図４の場合、第１の層をインジウム、インジウム合金、亜鉛、亜鉛合金、イットリウム、
イットリウムの合金、チタン、チタンの合金、またはガリウム化合物などの仕事関数が少
なくとも酸化物半導体の仕事関数よりも小さい金属又はそのような金属の合金として、第
２の層を上述のＡｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素、または上述
した元素を成分とする合金を積層する。第１の層が膜厚１ｎｍ以上５０ｎｍ以下の薄膜と
することで混合層とする。この混合層をソース電極層及びドレイン電極層として用いても
良い。
【０１１２】
次いで、フォトマスクを用いてフォトリソグラフィ工程により、ソース電極層及びドレイ
ン電極層を形成するための四層の積層を選択的にエッチングして、積層からなるソース電
極層またはドレイン電極層１０４ａ、１０４ｂ、１０５ａ、１０５ｂを形成する（図１（
Ｂ）参照。）。なお、ソース電極層またはドレイン電極層のうち、酸化物半導体層１０３
上に接するインジウム混合層が１０４ａ、１０４ｂに相当する。また、このとき酸化物半
導体層１０３も一部がエッチングされ、溝部（凹部）を有する酸化物半導体層１０３とな
る。なお、酸化物半導体層１０３の材料や、ソース電極層またはドレイン電極層の材料や
、エッチング条件によっては、酸化物半導体層１０３に溝部（凹部）が形成されない場合
もある。
【０１１３】
次に、ゲート絶縁層１０２、酸化物半導体層１０３、ソース電極層１０５ａ及びドレイン
電極層１０５ｂを覆い、酸化物半導体層１０３の一部と接する保護絶縁層１０７を形成す
る（図１（Ｃ）参照。）。保護絶縁層１０７は、少なくとも１ｎｍ以上の厚さとし、ＣＶ
Ｄ法、スパッタリング法など、保護絶縁層１０７に水、水素等の不純物を混入させない方
法を適宜用いて形成することができる。ここでは、保護絶縁層１０７は、例えばスパッタ
リング法の一種である、リアクティブスパッタリング法を用いて形成する。酸化物半導体
層１０３の一部と接して形成される保護絶縁層１０７は、水分、水素イオン、ＯＨ−など
の不純物を含まず、これらが外部から侵入することをブロックする無機絶縁層を用い、代
表的には酸化珪素層、窒化酸化珪素層、窒化珪素層、酸化アルミニウム層、酸化窒化アル
ミニウム層又は窒化アルミニウム層、を用いることができる。
【０１１４】
また、保護絶縁層１０７は、酸化珪素層、窒化酸化珪素層、酸化アルミニウム層又は酸化
窒化アルミニウム層の上に窒化珪素層又は窒化アルミニウム層を積層する構造としてもよ
い。特に窒化珪素層は水分、水素イオン、ＯＨ−などの不純物を含まず、これらが外部か
ら侵入することをブロックしやすいので好ましい。
【０１１５】
保護絶縁層１０７の形成時の基板温度は、室温以上３００℃以下とすればよく、酸化珪素
層のスパッタリング法による成膜は、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲
気下、または希ガス（代表的にはアルゴン）及び酸素雰囲気下において行うことができる
。また、ターゲットとして酸化珪素ターゲットまたは珪素ターゲットを用いることができ
る。例えば、珪素ターゲットを用いて、酸素及び希ガス雰囲気下でスパッタリング法によ
り酸化珪素を形成することができる。本実施の形態では、珪素ターゲットを用いて膜厚３
００ｎｍの酸化珪素膜を形成する。
【０１１６】
以上の工程より、絶縁表面を有する基板である基板１００上にゲート電極層１０１が設け
られ、ゲート電極層１０１の上にゲート絶縁層１０２が設けられ、ゲート絶縁層１０２の
上に酸化物半導体層１０３が設けられ、酸化物半導体層１０３の上に積層からなるソース
電極層またはドレイン電極層１０４ａ、１０４ｂ、１０５ａ、１０５ｂが設けられ、ゲー
ト絶縁層１０２、酸化物半導体層１０３、ソース電極層１０４ａ、１０５ａ及びドレイン
電極層１０４ｂ、１０５ｂを覆い、酸化物半導体層１０３の一部と接する保護絶縁層１０
７が設けられている、ボトムゲート型の薄膜トランジスタ１５０を形成することができる
（図１（Ｄ）参照。）。
【０１１７】
図２は、本実施の形態で示した薄膜トランジスタ１５０の上面図である。図１（Ｄ）は、
図２のＸ１−Ｘ２部位の断面構成を示している。図２において、Ｌはチャネル長を示して
おり、Ｗはチャネル幅を示している。また、Ａはチャネル幅方向と平行な方向において、
酸化物半導体層１０３がソース電極層１０５ａ及びドレイン電極層１０５ｂと重ならない
領域の長さを示している。Ｌｓはソース電極層１０５ａとゲート電極層１０１が重なる長
さを示しており、Ｌｄはドレイン電極層１０５ｂとゲート電極層１０１が重なる長さを示
している。
【０１１８】
また必要があれば、保護絶縁層１０７として膜厚３００ｎｍの酸化珪素膜を形成した後に
、第２の熱処理を１００℃以上４００℃以下の範囲内で行ってもよい。本実施の形態では
、基板を１５０℃、１０時間の加熱を行う。この第２の加熱処理により、信頼性の高い薄
膜トランジスタを作製することができる。
【０１１９】
また、第２の熱処理のタイミングは、保護絶縁層１０７形成直後に限定されず、その上に
配線や電極（例えば画素電極など）を形成した後に行ってもよい。
【０１２０】
また、本実施の形態では、図１（Ｄ）に示すボトムゲート型の薄膜トランジスタ１５０の
作製方法について説明したが、本実施の形態の構成はこれに限られるものではない。図３
（Ａ）に示すような、ボトムゲート構造のボトムコンタクト型（逆コプラナ型とも呼ぶ）
の薄膜トランジスタ１６０や、図３（Ｂ）に示すような、チャネル保護層１１０を有する
チャネル保護型（チャネルストップ型ともいう）の薄膜トランジスタ１７０等も同様の材
料、方法を用いて形成することができる。図３（Ｃ）は、チャネルエッチ型薄膜トランジ
スタの他の例を示している。図３（Ｃ）に示す薄膜トランジスタ１８０は、ゲート電極層
１０１が酸化物半導体層１０３の端部よりも外側に伸びた構造となっている。
【０１２１】
また、フォトリソグラフィ工程で用いるフォトマスク数及び工程数を削減するため、透過
した光が複数の強度となる露光マスクであ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工程を行ってもよい。多階調マスクを用いて形成したレジストマ
スクは複数の膜厚を有する形状となり、エッチングを行うことでさらに形状を変形するこ
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できる
。よって、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。よって露光マスク数を削減することができ
、対応するフォトリソグラフィ工程も削減できるため、工程の簡略化が可能となる。
【０１２２】
なお、薄膜トランジスタのチャネル長（図２中のＬ）は、ソース電極層１０５ａとドレイ
ン電極層１０５ｂとの距離で定義されるが、チャネル保護型の薄膜トランジスタのチャネ
ル長は、キャリアの流れる方向と平行な方向のチャネル保護層の幅で定義される。
【０１２３】
このように、少なくとも酸化物半導体の仕事関数よりも仕事関数が小さい金属を用いると
、酸化物半導体と金属との接触抵抗の低い接続構造の半導体装置を作製することができる
。
【０１２４】
本実施の形態は、他の全ての実施の形態と組み合わせて実施することが可能である。
【０１２５】
（実施の形態４）
本実施の形態では、薄膜トランジスタを作製し、該薄膜トランジスタを画素部、さらには
駆動回路に用いて表示機能を有する半導体装置（表示装置ともいう）を作製する場合につ
いて説明する。また、駆動回路を、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。
【０１２６】
表示装置は表示素子を含む。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（Ｅｌｅｃｔｒ
ｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子、有機ＥＬ素子等が含まれる。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。
【０１２７】
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等を実装した状態にあるモジュールとを含む。さらに表示装置は、該表示装置
を作製する過程における、表示素子が完成する前の一形態に相当する素子基板に関し、該
素子基板は、電流を表示素子に供給するための手段を複数の各画素に備える。素子基板は
、具体的には、表示素子の画素電極のみが形成された状態であっても良いし、画素電極と
なる導電層を形成した後であって、エッチングして画素電極を形成する前の状態であって
も良いし、あらゆる形態があてはまる。
【０１２８】
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（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒ
ｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）もしくはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎ
ｄｉｎｇ）テープもしくはＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）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（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）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。
【０１２９】
本実施の形態では、本発明の一形態である半導体装置として液晶表示装置の例を示す。ま
ず、半導体装置の一形態に相当する液晶表示パネルの外観及び断面について、図５を用い
て説明する。図５（Ａ１）（Ａ２）は、第１の基板４００１上に形成されたＩｎ−Ｇａ−
Ｚｎ−Ｏ系非単結晶層を半導体層として含む薄膜トランジスタ４０１０、４０１１、及び
液晶素子４０１３を、第２の基板４００６との間にシール材４００５によって封止した、
パネルの上面図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ１）（Ａ２）のＭ−Ｎにおける断面図に
相当する。
【０１３０】
第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２と、走査線駆動回路４００４とを囲む
ようにして、シール材４００５が設けられている。また画素部４００２と、走査線駆動回
路４００４の上に第２の基板４００６が設けられている。よって画素部４００２と、走査
線駆動回路４００４とは、第１の基板４００１とシール材４００５と第２の基板４００６
とによって、液晶層４００８と共に封止されている。また第１の基板４００１上のシール
材４００５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
半導体又は多結晶半導体で形成された信号線駆動回路４００３が実装されている。
【０１３１】
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法、ワ
イヤボンディング法、或いはＴＡＢ法などを用いることができる。図５（Ａ１）は、ＣＯ
Ｇ法により信号線駆動回路４００３を実装する例であり、図５（Ａ２）は、ＴＡＢ法によ
り信号線駆動回路４００３を実装する例である。
【０１３２】
また、第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２と、走査線駆動回路４００４は
、薄膜トランジスタを複数有しており、図５（Ｂ）では、画素部４００２に含まれる薄膜
トランジスタ４０１０と、走査線駆動回路４００４に含まれる薄膜トランジスタ４０１１
とを例示している。薄膜トランジスタ４０１０、４０１１上には絶縁層４０２０、４０２
１が設けられている。
【０１３３】
薄膜トランジスタ４０１０、４０１１は、実施の形態１で示した酸化物半導体層を含む薄
膜トランジスタを適用することができる。なお、薄膜トランジスタ４０１０、４０１１の
ソース電極層またはドレイン電極層は、亜鉛層とタングステン層との積層であり、亜鉛層
が酸化物半導体層と接する積層構造である。本実施の形態において、薄膜トランジスタ４
０１０、４０１１はｎチャネル型薄膜トランジスタである。
【０１３４】
絶縁層４０２１上において、駆動回路用の薄膜トランジスタ４０１１の酸化物半導体層と
重なる位置に導電層４０４０が設けられている。導電層４０４０を酸化物半導体層のチャ
ネル形成領域と重なる位置に設けることによって、ＢＴ試験前後における薄膜トランジス
タ４０１１のしきい値電圧の変化量を低減することができる。また、駆動回路用の薄膜ト
ランジスタ４０１１と重なる位置に導電層４０４０を設けることによって静電遮断し、か
つノーマリーオフの薄膜トランジスタとすることもできる。静電遮断とは外部の電場を遮
蔽すること、即ち、外部の電場が内部（ＴＦＴなどの回路）に作用しないようにすること
をいう。
【０１３５】
また、液晶素子４０１３が有する画素電極層４０３０は、薄膜トランジスタ４０１０と電
気的に接続されている。そして液晶素子４０１３の対向電極層４０３１は第２の基板４０
０６上に形成されている。画素電極層４０３０と対向電極層４０３１と液晶層４００８と
が重なっている部分が、液晶素子４０１３に相当する。なお、画素電極層４０３０、対向
電極層４０３１はそれぞれ配向膜として機能する絶縁層４０３２、４０３３が設けられ、
絶縁層４０３２、４０３３を介して液晶層４００８を挟持している。
【０１３６】
また、絶縁層４０３２を形成後において、２００〜３００℃のべークを行っても良い。
【０１３７】
なお、第１の基板４００１、第２の基板４００６としては、ガラス、金属（代表的にはス
テンレス）、セラミックス、プラスチック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、ＰＶ
Ｆ（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。
【０１３８】
また、４０３５は絶縁層を選択的にエッチングすることで得られる柱状のスペーサであり
、画素電極層４０３０と対向電極層４０３１との間の距離（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良い。また、対向電極層４０３
１は、薄膜トランジスタ４０１０と同一基板上に設けられる共通電位線と電気的に接続さ
れる。また、共通接続部を用いて、一対の基板間に配置される導電性粒子を介して対向電
極層４０３１と共通電位線とを電気的に接続することができる。なお、導電性粒子はシー
ル材４００５に含有させる。
【０１３９】
また、配向膜を用いない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５重量％以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いて液晶層４００８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。
【０１４０】
また、ブルー相を示す液晶を用いると、配向膜への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。特に、酸化物半導体層を用いる薄膜トランジスタは、静電気の影響によ
り薄膜トランジスタの電気的な特性が著しく変動して設計範囲を逸脱する恐れがある。よ
って酸化物半導体層を用いる薄膜トランジスタを有する液晶表示装置にブルー相の液晶材
料を用いることはより効果的である。
【０１４１】
なお、本実施の形態で示す液晶表示装置は透過型液晶表示装置の例であるが、液晶表示装
置は反射型液晶表示装置でも半透過型液晶表示装置でも適用できる。
【０１４２】
また、本実施の形態で示す液晶表示装置では、基板の外側（視認側）に偏光板を設け、内
側に着色層、表示素子に用いる電極層という順に設ける例を示すが、偏光板は基板の内側
に設けてもよい。また、偏光板と着色層の積層構造も本実施の形態に限定されず、偏光板
及び着色層の材料や作製工程条件によって適宜設定すればよい。また、必要に応じてブラ
ックマトリクスとして機能する遮光層を設けてもよい。
【０１４３】
また、本実施の形態では、薄膜トランジスタの表面凹凸を低減するため、及び薄膜トラン
ジスタの信頼性を向上させるため、薄膜トランジスタを保護層として機能する絶縁層４０
２０や平坦化絶縁層として機能する絶縁層４０２１で覆う構成となっている。なお、保護
層は、大気中に浮遊する有機物や金属物、水蒸気などの汚染不純物の侵入を防ぐためには
、緻密な膜が好ましい。保護層は、スパッタ法を用いて、酸化珪素層、窒化珪素層、酸化
窒化珪素層、窒化酸化珪素層、酸化アルミニウム層、窒化アルミニウム層、酸化窒化アル
ミニウム層、又は窒化酸化アルミニウム層の単層、又は積層で形成すればよい。本実施の
形態では保護層をスパッタ法で形成する例を示すが、特に限定されず種々の方法で形成す
ればよい。
【０１４４】
ここでは、保護層として積層構造の絶縁層４０２０を形成する。ここでは、絶縁層４０２
０の一層目として、スパッタ法を用いて酸化珪素層を形成する。保護層として酸化珪素層
を用いると、ソース電極層及びドレイン電極層としてアルミニウム層を用いる場合、用い
るアルミニウム層のヒロック防止に効果がある。
【０１４５】
また、絶縁層４０２０の二層目として、スパッタ法を用いて窒化珪素層を形成する。保護
層として窒化珪素層を用いると、ナトリウムイオン等の可動イオンが半導体領域中に侵入
して、ＴＦＴの電気特性を変動させることを抑制することができる。
【０１４６】
次に、平坦化絶縁層として絶縁層４０２１を形成する。絶縁層４０２１としては、ポリイ
ミド、アクリル、ベンゾシクロブテン、ポリアミド、エポキシ等の、耐熱性を有する有機
材料を用いることができる。また上記有機材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）
、シロキサン系樹脂、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）等を用いる
ことができる。なお、これらの材料で形成される絶縁層を複数積層させることで、絶縁層
４０２１を形成してもよい。
【０１４７】
なおシロキサン系樹脂とは、シロキサン系材料を出発材料として形成されたＳｉ−Ｏ−Ｓ
ｉ結合を含む樹脂に相当する。シロキサン系樹脂は置換基としては有機基（例えばアルキ
ル基やアリール基）やフルオロ基を用いても良い。また、有機基はフルオロ基を有してい
ても良い。
【０１４８】
絶縁層４０２１の形成法は、特に限定されず、その材料に応じて、スパッタ法、ＳＯＧ法
、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法、スクリーン
印刷、オフセット印刷等）、ドクターナイフ、ロールコーター、カーテンコーター、ナイ
フコーター等を用いることができる。絶縁層４０２１を材料液を用いて形成する場合、ベ
ークする工程で同時に、半導体層のアニール（３００℃〜４００℃）を行ってもよい。絶
縁層４０２１の焼成工程と半導体層のアニールを兼ねることで効率よく半導体装置を作製
することが可能となる。
【０１４９】
画素電極層４０３０、対向電極層４０３１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（以下、ＩＴＯと示す。）、
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。
【０１５０】
また、画素電極層４０３０、対向電極層４０３１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。導電性組成物を用いて形
成した画素電極は、シート抵抗が１００００Ω／□以下、波長５５０ｎｍにおける透光率
が７０％以上であることが好ましい。また、導電性組成物に含まれる導電性高分子の抵抗
率が０．１Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。
【０１５１】
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、若しくはこれらの２種以上の共重合体などがあげられる。
【０１５２】
また別途形成された信号線駆動回路４００３と、走査線駆動回路４００４または画素部４
００２に与えられる各種信号及び電位は、ＦＰＣ４０１８から供給されている。
【０１５３】
本実施の形態では、接続端子電極４０１５が、液晶素子４０１３が有する画素電極層４０
３０と同じ導電層から形成され、端子電極４０１６は、薄膜トランジスタ４０１０、４０
１１のソース電極層及びドレイン電極層と同じ導電層で形成されている。従って、端子電
極４０１６は、亜鉛層４０１４とタングステン層との積層で形成されている。
【０１５４】
接続端子電極４０１５は、ＦＰＣ４０１８が有する端子と、異方性導電層４０１９を介し
て電気的に接続されている。
【０１５５】
また図５においては、信号線駆動回路４００３を別途形成し、第１の基板４００１に実装
している例を示しているが、本実施の形態は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良いし、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良い。
【０１５６】
また、必要であれば、カラーフィルタを各画素に対応して設ける。また、第１の基板４０
０１と第２の基板４００６の外側には偏光板や拡散板を設ける。また、バックライトの光
源は冷陰極管やＬＥＤにより構成されて液晶表示モジュールとなる。
【０１５７】
液晶表示モジュールには、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉ
ｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓ
ｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａ
ｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇ
ｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ａｌｉｇｎｅｄ
Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂ
ｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉ
ｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑ
ｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モードなどを用いることができる。
【０１５８】
以上の工程により、電気特性の高い薄膜トランジスタを有する液晶表示装置を作製するこ
とができる。
【０１５９】
本実施の形態は、他の全ての実施の形態と組み合わせて実施することが可能である。
【０１６０】
（実施の形態５）
半導体装置の一形態として電子ペーパーの例を示す。
【０１６１】
実施の形態１の薄膜トランジスタは、スイッチング素子と電気的に接続する素子を利用し
て電子インクを駆動させる電子ペーパーに用いてもよい。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。
【０１６２】
電気泳動ディスプレイは、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。
【０１６３】
このように、電気泳動ディスプレイは、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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
また、アクティブマトリクス基板上に適宜、二つの電極の間に挟まれるように上記マイク
ロカプセルを複数配置すればアクティブマトリクス型の表示装置が完成し、マイクロカプ
セルに電界を印加すれば表示を行うことができる。例えば、実施の形態１の薄膜トランジ
スタによって得られるアクティブマトリクス基板を用いることができる。
【０１６６】
なお、マイクロカプセル中の第１の粒子および第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。
【０１６７】
図６は、半導体装置の例としてアクティブマトリクス型の電子ペーパーを示す。半導体装
置に用いられる薄膜トランジスタ５８１としては、実施の形態３で示す薄膜トランジスタ
と同様に作製でき、ソース電極層またはドレイン電極層として酸化物半導体層に接するイ
ンジウム層を含む積層を有する薄膜トランジスタである。
【０１６８】
図６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。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層である
第１の電極層及び第２の電極層の間に配置し、第１の電極層及び第２の電極層に電位差を
生じさせての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。
【０１６９】
基板５８０と基板５９６の間に封止される薄膜トランジスタ５８１はボトムゲート構造の
薄膜トランジスタであり、絶縁層５８３に覆われている。薄膜トランジスタ５８１のソー
ス電極層又はドレイン電極層は、第１の電極層５８７と、絶縁層５８３及び絶縁層５８５
に形成する開口を介して電気的に接続している。第１の電極層５８７と第２の電極層５８
８との間には黒色領域５９０ａ及び白色領域５９０ｂを有し、周りに液体で満たされてい
るキャビティ５９４を含むツイストボール５８９が設けられており、ツイストボール５８
９の周囲は樹脂等の充填材５９５で充填されている（図６参照。）。第１の電極層５８７
が画素電極に相当し、第２の電極層５８８が共通電極に相当する。第２の電極層５８８は
、薄膜トランジスタ５８１と同一基板上に設けられる共通電位線と電気的に接続される。
共通接続部を用いて、一対の基板間に配置される導電性粒子を介して第２の電極層５８８
と共通電位線とを電気的に接続することができる。
【０１７０】
また、ツイストボールの代わりに、電気泳動素子を用いることも可能である。透明な液体
と、正に帯電した白い微粒子と負に帯電した黒い微粒子とを封入した直径１０μｍ〜２０
０μｍ程度のマイクロカプセルを用いる。第１の電極層と第２の電極層との間に設けられ
るマイクロカプセルは、第１の電極層と第２の電極層によって、電場が与えられると、白
い微粒子と、黒い微粒子が互いに逆の方向に移動し、白または黒を表示することができる
。この原理を応用した表示素子が電気泳動表示素子であり、一般的に電子ペーパーとよば
れている。電気泳動表示素子は、液晶表示素子に比べて反射率が高いため、補助ライトは
不要であり、また消費電力が小さく、薄暗い場所でも表示部を認識することが可能である
。また、表示部に電源が供給されない場合であっても、一度表示した像を保持することが
可能であるため、電波発信源から表示機能付き半導体装置（単に表示装置、又は表示装置
を具備する半導体装置ともいう）を遠ざけた場合であっても、表示された像を保存してお
くことが可能となる。
【０１７１】
以上の工程により、電気特性の高い薄膜トランジスタを有する電子ペーパーを作製するこ
とができる。
【０１７２】
本実施の形態は、他の全ての実施の形態と組み合わせて実施することが可能である。
【０１７３】
（実施の形態６）
半導体装置の一形態に相当する発光表示パネル（発光パネルともいう）の外観及び断面に
ついて、図７を用いて説明する。図７は、第１の基板上に形成された薄膜トランジスタ及
び発光素子を、第２の基板との間にシール材によって封止した、パネルの上面図であり、
図７（Ｂ）は、図７（Ａ）のＨ−Ｉにおける断面図に相当する。
【０１７４】
第１の基板４５０１上に設けられた画素部４５０２、信号線駆動回路４５０３ａ、４５０
３ｂ、及び走査線駆動回路４５０４ａ、４５０４ｂを囲むようにして、シール材４５０５
が設けられている。また画素部４５０２、信号線駆動回路４５０３ａ、４５０３ｂ、及び
走査線駆動回路４５０４ａ、４５０４ｂの上に第２の基板４５０６が設けられている。よ
って画素部４５０２、信号線駆動回路４５０３ａ、４５０３ｂ、及び走査線駆動回路４５
０４ａ、４５０４ｂは、第１の基板４５０１とシール材４５０５と第２の基板４５０６と
によって、充填材４５０７と共に密封されている。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
ム等）やカバー材でパッケージング（封入）することが好ましい。
【０１７５】
また第１の基板４５０１上に設けられた画素部４５０２、信号線駆動回路４５０３ａ、４
５０３ｂ、及び走査線駆動回路４５０４ａ、４５０４ｂは、薄膜トランジスタを複数有し
ており、図７（Ｂ）では、画素部４５０２に含まれる薄膜トランジスタ４５１０と、信号
線駆動回路４５０３ａに含まれる薄膜トランジスタ４５０９とを例示している。
【０１７６】
薄膜トランジスタ４５０９、４５１０は、実施の形態３で示した薄膜トランジスタを適用
することができる。なお、薄膜トランジスタ４５０９、４５１０のソース電極層またはド
レイン電極層は、インジウム合金層とモリブデン層との積層であり、インジウム合金層が
酸化物半導体層と接する積層構造である。本実施の形態において、薄膜トランジスタ４５
０９、４５１０はｎチャネル型薄膜トランジスタである。
【０１７７】
絶縁層４５４４上において駆動回路用の薄膜トランジスタ４５０９の酸化物半導体層のチ
ャネル形成領域と重なる位置に導電層４５４０が設けられている。導電層４５４０を少な
くとも酸化物半導体層のチャネル形成領域と重なる位置に設けることによって、ＢＴ試験
前後における薄膜トランジスタ４５０９のしきい値電圧の変化量を低減することができる
。また、駆動回路用の薄膜トランジスタ４５０９と重なる位置に導電層４５４０を設ける
ことによって静電遮断し、ノーマリーオフの薄膜トランジスタとすることもできる。また
、導電層４５４０は、電位が薄膜トランジスタ４５０９のゲート電極層と同じでもよいし
、異なっていても良く、第２のゲート電極層として機能させることもできる。また、導電
層４５４０の電位がＧＮＤ、０Ｖ、或いはフローティング状態であってもよい。
【０１７８】
薄膜トランジスタ４５０９は、保護絶縁層としてチャネル形成領域を含む半導体層に接し
て絶縁層４５４１が形成されている。絶縁層４５４１は実施の形態１で示した保護絶縁層
１０７と同様な材料及び方法で形成すればよい。また、薄膜トランジスタの表面凹凸を低
減するための平坦化絶縁層として機能する絶縁層４５４４で覆う構成となっている。ここ
では、絶縁層４５４１として、実施の形態１に示す保護絶縁層１０７を用いてスパッタ法
により酸化珪素層を形成する。
【０１７９】
また、平坦化絶縁層として絶縁層４５４４を形成する。絶縁層４５４４としては、実施の
形態２で示した絶縁層４０２１と同様な材料及び方法で形成すればよい。ここでは、平坦
化絶縁層４５４４としてアクリルを用いる。また、絶縁層４５４４に代えてカラーフィル
タ層を設ける構成としてもよい。フルカラー表示を行う場合、例えば発光素子４５１１と
して緑色発光素子とし、隣り合う一方の発光素子を赤色発光素子とし、もう一方の発光素
子を青色発光素子とする。また、３種類の発光素子だけでなく白色素子を加えた４種類の
発光素子でフルカラー表示ができる発光表示装置を作製してもよい。また、配置する複数
の発光素子を全て白色発光素子として、発光素子４５１１上方にカラーフィルタなどを有
する封止基板を配置する構成とし、フルカラー表示ができる発光表示装置を作製してもよ
い。白色などの単色の発光を示す材料を形成し、カラーフィルタや色変換層を組み合わせ
ることによりフルカラー表示を行うことができる。もちろん単色発光の表示を行ってもよ
い。例えば、白色発光を用いて照明装置を形成してもよいし、単色発光を用いてエリアカ
ラータイプの発光装置を形成してもよい。
【０１８０】
４５１１は発光素子に相当し、発光素子４５１１が有する画素電極である第１の電極層４
５１７は、薄膜トランジスタ４５１０のソース電極層またはドレイン電極層と電気的に接
続されている。なお発光素子４５１１の構成は、第１の電極層４５１７、電界発光層４５
１２、第２の電極層４５１３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
４５１１から取り出す光の方向などに合わせて、発光素子４５１１の構成は適宜変えるこ
とができる。
【０１８１】
隔壁４５２０は、有機樹脂層、無機絶縁層または有機ポリシロキサンを用いて形成する。
特に感光性の材料を用い、第１の電極層４５１７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。
【０１８２】
電界発光層４５１２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良い。
【０１８３】
発光素子４５１１に酸素、水素、水分、二酸化炭素等が侵入しないように、第２の電極層
４５１３及び隔壁４５２０上に保護層を形成してもよい。保護層としては、窒化珪素層、
窒化酸化珪素層、ＤＬＣ層等を形成することができる。
【０１８４】
また、信号線駆動回路４５０３ａ、４５０３ｂ、走査線駆動回路４５０４ａ、４５０４ｂ
、または画素部４５０２に与えられる各種信号及び電位は、ＦＰＣ４５１８ａ、４５１８
ｂから供給されている。
【０１８５】
接続端子電極４５１５が、発光素子４５１１が有する第１の電極層４５１７と同じ導電層
から形成され、端子電極４５１６は、薄膜トランジスタ４５０９、４５１０が有するソー
ス電極層及びドレイン電極層と同じ導電層から形成されている。従って、端子電極４０１
６は、インジウム合金層４５１４とモリブデン層との積層で形成されている。
【０１８６】
接続端子電極４５１５は、ＦＰＣ４５１８ａが有する端子と、異方性導電層４５１９を介
して電気的に接続されている。
【０１８７】
発光素子４５１１からの光の取り出し方向に位置する基板は透光性でなければならない。
その場合には、ガラス板、プラスチック板、ポリエステルフィルムまたはアクリルフィル
ムのような透光性を有する材料を用いる。
【０１８８】
また、充填材４５０７としては窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、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ＥＶ
Ａ（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。
【０１８９】
また、必要であれば、発光素子の射出面に偏光板、又は円偏光板（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、偏光板又は円偏光板に反射防止膜を設けてもよい。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。
【０１９０】
信号線駆動回路４５０３ａ、４５０３ｂ、及び走査線駆動回路４５０４ａ、４５０４ｂは
、別途用意された基板上に単結晶半導体又は多結晶半導体によって形成された駆動回路で
実装されていてもよい。また、信号線駆動回路のみ、或いはその一部のみ、又は走査線駆
動回路のみ、或いはその一部のみを別途形成して実装しても良く、図７の構成に限定され
ない。
【０１９１】
以上の工程により、電気特性の高い薄膜トランジスタを有する発光表示装置（表示パネル
）を作製することができる。
【０１９２】
本実施の形態は、他の全ての実施の形態と組み合わせて実施することが可能である。
【０１９３】
（実施の形態７）
本明細書に開示する半導体装置は、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、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、太陽電池など
が挙げられる。
【０１９４】
図８（Ａ）は、携帯電話機の一例を示している。携帯電話機１１００は、筐体１１０１に
組み込まれた表示部１１０２の他、操作ボタン１１０３、外部接続ポート１１０４、スピ
ーカ１１０５、マイク１１０６などを備えている。
【０１９５】
図８（Ａ）に示す携帯電話機１１００は、表示部１１０２を指などで触れることで、情報
を入力ことができる。また、電話を掛ける、或いはメールを打つなどの操作は、表示部１
１０２を指などで触れることにより行うことができる。
【０１９６】
表示部１１０２の画面は主として３つのモードがある。第１は、画像の表示を主とする表
示モードであり、第２は、文字等の情報の入力を主とする入力モードである。第３は表示
モードと入力モードの２つのモードが混合した表示＋入力モードである。
【０１９７】
例えば、電話を掛ける、或いはメールを作成する場合は、表示部１１０２を文字の入力を
主とする文字入力モードとし、画面に表示させた文字の入力操作を行えばよい。この場合
、表示部１１０２の画面のほとんどにキーボードまたは番号ボタンを表示させることが好
ましい。
【０１９８】
また、携帯電話機１１００内部に、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサを
有する検出装置を設けることで、携帯電話機１１００の向き（縦か横か）を判断して、表
示部１１０２の画面表示を自動的に切り替えるようにすることができる。
【０１９９】
また、画面モードの切り替えは、表示部１１０２を触れること、又は筐体１１０１の操作
ボタン１１０３の操作により行われる。また、表示部１１０２に表示される画像の種類に
よって切り替えるようにすることもできる。例えば、表示部に表示する画像信号が動画の
データであれば表示モード、テキストデータであれば入力モードに切り替える。
【０２００】
また、入力モードにおいて、表示部１１０２の光センサで検出される信号を検知し、表示
部１１０２のタッチ操作による入力が一定期間ない場合には、画面のモードを入力モード
から表示モードに切り替えるように制御してもよい。
【０２０１】
表示部１１０２は、イメージセンサとして機能させることもできる。例えば、表示部１１
０２に掌や指を触れることで、掌紋、指紋等を撮像することで、本人認証を行うことがで
きる。また、表示部に近赤外光を発光するバックライトまたは近赤外光を発光するセンシ
ング用光源を用いれば、指静脈、掌静脈などを撮像することもできる。
【０２０２】
表示部１１０２には、画素のスイッチング素子として、実施の形態１に示す薄膜トランジ
スタを複数配置する。
【０２０３】
図８（Ｂ）も携帯電話機の一例である。図８（Ｂ）を一例とした携帯型情報端末は、複数
の機能を備えることができる。例えば電話機能に加えて、コンピュータを内蔵し、様々な
データ処理機能を備えることもできる。
【０２０４】
図８（Ｂ）に示す携帯型情報端末は、筐体２８００及び筐体２８０１の二つの筐体で構
成されている。筐体２８０１には、表示パネル２８０２、スピーカー２８０３、マイクロ
フォン２８０４、ポインティングデバイス２８０６、カメラ用レンズ２８０７、外部接続
端子２８０８などを備えている。また、筐体２８００には、携帯型情報端末の充電を行う
太陽電池セル２８１０、外部メモリスロット２８１１などを備えている。また、アンテナ
は筐体２８０１内部に内蔵されている。
【０２０５】
また、表示パネル２８０２はタッチパネルを備えており、図８（Ｂ）には映像表示されて
いる複数の操作キー２８０５を点線で示している。
【０２０６】
また、上記構成に加えて、非接触ＩＣチップ、小型記録装置などを内蔵していてもよい
。
【０２０７】
発光装置は、表示パネル２８０２に用いることができ、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２８０２と同一面上にカメラ用レンズ２８０７を備えて
いるため、テレビ電話が可能である。スピーカー２８０３及びマイクロフォン２８０４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２８００と
筐体２８０１は、スライドし、図８（Ｂ）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。
【０２０８】
外部接続端子２８０８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２８１１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。
【０２０９】
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。
【０２１０】
図９（Ａ）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９６００は、筐
体９６０１に表示部９６０３が組み込まれている。表示部９６０３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９６０５により筐体９６０１を支持した
構成を示している。
【０２１１】
テレビジョン装置９６００の操作は、筐体９６０１が備える操作スイッチや、別体のリモ
コン操作機９６１０により行うことができる。リモコン操作機９６１０が備える操作キー
９６０９により、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部９６０３に表示され
る映像を操作することができる。また、リモコン操作機９６１０に、当該リモコン操作機
９６１０から出力する情報を表示する表示部９６０７を設ける構成としてもよい。
【０２１２】
なお、テレビジョン装置９６００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。
【０２１３】
表示部９６０３には、画素のスイッチング素子として、実施の形態１に示す薄膜トランジ
スタを複数配置する。
【０２１４】
図９（Ｂ）は、デジタルフォトフレーム９７００の一例を示している。例えば、デジタル
フォトフレーム９７００は、筐体９７０１に表示部９７０３が組み込まれている。表示部
９７０３は、各種画像を表示することが可能であり、例えばデジタルカメラなどで撮影し
た画像データを表示させることで、通常の写真立てと同様に機能させることができる。
【０２１５】
表示部９７０３には、画素のスイッチング素子として、実施の形態１に示す薄膜トランジ
スタを複数配置する。
【０２１６】
なお、デジタルフォトフレーム９７００は、操作部、外部接続用端子（ＵＳＢ端子、ＵＳ
Ｂケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など）、記録媒体挿入部などを備える構
成とする。これらの構成は、表示部と同一面に組み込まれていてもよいが、側面や裏面に
備えるとデザイン性が向上するため好ましい。例えば、デジタルフォトフレームの記録媒
体挿入部に、デジタルカメラで撮影した画像データを記憶したメモリを挿入して画像デー
タを取り込み、取り込んだ画像データを表示部９７０３に表示させることができる。
【０２１７】
また、デジタルフォトフレーム９７００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、所望の画像データを取り込み、表示させる構成とすることもできる。
【０２１８】
図１０は、実施の形態４を適用して形成される発光装置を、室内の照明装置３００１とし
て用いた例である。実施の形態４で示した発光装置は大面積化も可能であるため、大面積
の照明装置として用いることができる。また、実施の形態４で示した発光装置は、卓上照
明器具３０００として用いることも可能である。なお、照明器具には天井固定型の照明器
具、卓上照明器具の他にも、壁掛け型の照明器具、車内用照明、誘導灯なども含まれる。
【０２１９】
以上のように、本発明の一態様の薄膜トランジスタは、上記のような様々な電子機器の表
示パネルに配置することができる。
【０２２０】
本実施の形態は、他の全ての実施の形態と組み合わせて実施することが可能である。
【０２２１】
（実施の形態８）
本明細書に開示する半導体装置は、電子ペーパーとして適用することができる。電子ペー
パーは、情報を表示するものであればあらゆる分野の電子機器に用いることが可能である
。例えば、電子ペーパーを用いて、電子書籍（電子ブック）、ポスター、電車などの乗り
物の車内広告、クレジットカード等の各種カードにおける表示等に適用することができる
。電子機器の一例を図１１に示す。
【０２２２】
図１１は、電子書籍の一例を示している。例えば、電子書籍２７００は、筐体２７０１お
よび筐体２７０３の２つの筐体で構成されている。筐体２７０１および筐体２７０３は、
軸部２７１１により一体とされており、該軸部２７１１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。
【０２２３】
筐体２７０１には表示部２７０５が組み込まれ、筐体２７０３には表示部２７０７が組み
込まれている。表示部２７０５および表示部２７０７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１１では表示部２７０５）に文章を表示し、左側の表示部
（図１１では表示部２７０７）に画像を表示することができる。
【０２２４】
また、図１１では、筐体２７０１に操作部などを備えた例を示している。例えば、筐体２
７０１において、電源２７２１、操作キー２７２３、スピーカ２７２５などを備えている
。操作キー２７２３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、またはＡＣアダプタおよびＵＳＢケ
ーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など）、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２７００は、電子辞書としての機能を持たせた構成として
もよい。
【０２２５】
また、電子書籍２７００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。
【０２２６】
本実施の形態は、本発明の一態様の薄膜トランジスタと、または実施の形態５に記載した
電子ペーパーの構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０２２７】
本実施の形態は、他の全ての実施の形態と組み合わせて実施することが可能である。
【符号の説明】
【０２２８】
１００ 基板
１０１ ゲート電極層
１０２ ゲート絶縁層
１０３ 酸化物半導体層
１０４ａ、１０５ａ ソース電極層
１０４ｂ、１０５ｂ ドレイン電極層
１０７ 保護絶縁層
１１０ チャネル保護層
１５０ 薄膜トランジスタ
１６０ 薄膜トランジスタ
１７０ 薄膜トランジスタ
１８０ 薄膜トランジスタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化物半導体層と、
ソース電極層と、
ドレイン電極層と、を有し、
前記ソース電極層は、第１の混合層を有し、
前記ドレイン電極層は、第２の混合層を有し、
前記第１の混合層及び前記第２の混合層は、第１の金属又は前記第１の金属の合金と、前記第１の金属のより耐熱性の高い第２の金属と、を有し、
前記第１の金属は、前記酸化物半導体層の仕事関数より小さい仕事関数を有し、
前記第１の混合層及び前記第２の混合層のそれぞれの前記酸化物半導体層と接する側の領域は、前記第１の金属の濃度が前記第１の混合層及び前記第２の混合層のそれぞれの前記酸化物半導体層と接していない側の領域より高いことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
酸化物半導体層と、
ソース電極層と、
ドレイン電極層と、を有し、
前記ソース電極層は、第１の混合層を有し、
前記ドレイン電極層は、第２の混合層を有し、
前記第１の混合層及び前記第２の混合層は、第１の金属又は前記第１の金属の合金と、前記第１の金属のより耐熱性の高い第２の金属と、を有し、
前記第１の金属は、前記酸化物半導体層の電子親和力より小さい仕事関数を有し、
前記第１の混合層及び前記第２の混合層のそれぞれの前記酸化物半導体層と接する側の領域は、前記第１の金属の濃度が前記第１の混合層及び前記第２の混合層のそれぞれの前記酸化物半導体層と接していない側の領域より高いことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記第１の金属は、インジウムであり、
前記酸化物半導体層は、酸化インジウムを含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２において、
前記第１の金属は、亜鉛であり、
前記酸化物半導体層は、酸化亜鉛を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１または請求項２において、
前記第１の金属は、イットリウムであることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１または請求項２において、
前記第１の金属は、チタンであり、
前記酸化物半導体層は、酸化インジウムを含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一において、
前記第２の金属は、タングステンまたはモリブデンであることを特徴とする半導体装置。
【請求項１】
酸化物半導体層と、
ソース電極層と、
ドレイン電極層と、を有し、
前記ソース電極層は、第１の混合層を有し、
前記ドレイン電極層は、第２の混合層を有し、
前記第１の混合層及び前記第２の混合層は、第１の金属又は前記第１の金属の合金と、前記第１の金属のより耐熱性の高い第２の金属と、を有し、
前記第１の金属は、前記酸化物半導体層の仕事関数より小さい仕事関数を有し、
前記第１の混合層及び前記第２の混合層のそれぞれの前記酸化物半導体層と接する側の領域は、前記第１の金属の濃度が前記第１の混合層及び前記第２の混合層のそれぞれの前記酸化物半導体層と接していない側の領域より高いことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
酸化物半導体層と、
ソース電極層と、
ドレイン電極層と、を有し、
前記ソース電極層は、第１の混合層を有し、
前記ドレイン電極層は、第２の混合層を有し、
前記第１の混合層及び前記第２の混合層は、第１の金属又は前記第１の金属の合金と、前記第１の金属のより耐熱性の高い第２の金属と、を有し、
前記第１の金属は、前記酸化物半導体層の電子親和力より小さい仕事関数を有し、
前記第１の混合層及び前記第２の混合層のそれぞれの前記酸化物半導体層と接する側の領域は、前記第１の金属の濃度が前記第１の混合層及び前記第２の混合層のそれぞれの前記酸化物半導体層と接していない側の領域より高いことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記第１の金属は、インジウムであり、
前記酸化物半導体層は、酸化インジウムを含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２において、
前記第１の金属は、亜鉛であり、
前記酸化物半導体層は、酸化亜鉛を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１または請求項２において、
前記第１の金属は、イットリウムであることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１または請求項２において、
前記第１の金属は、チタンであり、
前記酸化物半導体層は、酸化インジウムを含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一において、
前記第２の金属は、タングステンまたはモリブデンであることを特徴とする半導体装置。
【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１６】
【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１６】
【公開番号】特開２０１２−２５３３６６（Ｐ２０１２−２５３３６６Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１５８２１０（Ｐ２０１２−１５８２１０）
【出願日】平成２４年７月１６日（２０１２．７．１６）
【分割の表示】特願２０１０−２４２１５７（Ｐ２０１０−２４２１５７）の分割
【原出願日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【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１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年７月１６日（２０１２．７．１６）
【分割の表示】特願２０１０−２４２１５７（Ｐ２０１０−２４２１５７）の分割
【原出願日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【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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