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JP2025016630A - 表示装置、表示モジュールおよび電子機器 - Google Patents

表示装置、表示モジュールおよび電子機器 Download PDF

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JP2025016630A
JP2025016630A JP2024190917A JP2024190917A JP2025016630A JP 2025016630 A JP2025016630 A JP 2025016630A JP 2024190917 A JP2024190917 A JP 2024190917A JP 2024190917 A JP2024190917 A JP 2024190917A JP 2025016630 A JP2025016630 A JP 2025016630A
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JP
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oxide
layer
transistor
emitting diode
light
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JP2024190917A
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紘慈 楠
Koji Kusunoki
晋吾 江口
Shingo Eguchi
隆之 池田
Takayuki Ikeda
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Publication date
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Abstract

Figure 2025016630000001
【課題】精細度が高い表示装置を提供する。表示品位の高い表示装置を提供する。
【解決手段】第１の絶縁層、第２の絶縁層、第１のトランジスタ、第２のトランジスタ、第１の発光ダイオード、第２の発光ダイオード、及び色変換層を有する表示装置である。第１の絶縁層は、第１のトランジスタ上及び第２のトランジスタ上に位置する。第１の発光ダイオード及び第２の発光ダイオードは、第１の絶縁層上に位置する。色変換層は、第２の発光ダイオード上に位置する。色変換層は、第２の発光ダイオードが発した光をより長波長の光に変換する機能を有する。第１のトランジスタ及び第２のトランジスタは、それぞれ、金属酸化物層及びゲート電極を有する。金属酸化物層は、チャネル形成領域を有する。ゲート電極の上面の高さは、第２の絶縁層の上面の高さと一致または概略一致している。
【選択図】図１

Description

本発明の一態様は、表示装置、表示モジュール、電子機器、及びこれらの作製方法に関す
る。
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本発明の一態様の技術分野と
しては、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、電子機器、照明装置、
入力装置（例えば、タッチセンサなど）、入出力装置（例えば、タッチパネルなど）、そ
れらの駆動方法、またはそれらの製造方法を一例として挙げることができる。
近年、マイクロ発光ダイオード（マイクロＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉ
ｏｄｅ））を表示素子に用いた表示装置が提案されている（例えば特許文献１）。マイク
ロＬＥＤを表示素子に用いた表示装置は、高輝度、高コントラスト、長寿命などの利点が
あり、次世代の表示装置として研究開発が活発である。
米国特許出願公開第２０１４／０３６７７０５号明細書
マイクロＬＥＤを表示素子に用いた表示装置は、ＬＥＤチップの実装にかかる時間が極め
て長く、製造コストの削減が課題となっている。例えば、ピック・アンド・プレイス方式
では、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のＬＥＤをそれぞれ異なるウエハ上に作製し
、ＬＥＤを１つずつ切り出して回路基板に実装する。したがって、表示装置の画素数が多
いほど、実装するＬＥＤの個数が増え、実装にかかる時間が長くなる。また、表示装置の
精細度が高いほど、ＬＥＤの実装の難易度が高くなる。
本発明の一態様は、精細度が高い表示装置を提供することを課題の一とする。本発明の一
態様は、表示品位の高い表示装置を提供することを課題の一とする。本発明の一態様は、
消費電力の低い表示装置を提供することを課題の一とする。本発明の一態様は、信頼性の
高い表示装置を提供することを課題の一とする。
本発明の一態様は、マイクロＬＥＤを表示素子に用いた表示装置の製造コストを削減する
ことを課題の一とする。本発明の一態様は、高い歩留まりで、マイクロＬＥＤを表示素子
に用いた表示装置を製造することを課題の一とする。
なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。本発明の一態様は
、必ずしも、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。明細書、図面、請求
項の記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
本発明の一態様は、第１の絶縁層、第２の絶縁層、第１のトランジスタ、第２のトランジ
スタ、第１の発光ダイオード、第２の発光ダイオード、及び色変換層を有する表示装置で
ある。第１のトランジスタは、第１の発光ダイオードと電気的に接続される。第２のトラ
ンジスタは、第２の発光ダイオードと電気的に接続される。第１の絶縁層は、第１のトラ
ンジスタ上及び第２のトランジスタ上に位置する。第１の発光ダイオード及び第２の発光
ダイオードは、第１の絶縁層上に位置する。色変換層は、第２の発光ダイオード上に位置
する。色変換層は、第２の発光ダイオードが発した光をより長波長の光に変換する機能を
有する。第１のトランジスタ及び第２のトランジスタは、それぞれ、金属酸化物層及びゲ
ート電極を有する。金属酸化物層は、チャネル形成領域を有する。ゲート電極の上面の高
さは、第２の絶縁層の上面の高さと一致または概略一致している。
第１のトランジスタは、さらに、ゲート絶縁層、第１の導電層、及び第２の導電層を有す
ることが好ましい。金属酸化物層は、第１の導電層と重なる第１の領域と、第２の導電層
と重なる第２の領域と、第１の領域と第２の領域の間の第３の領域と、を有する。第１の
導電層及び第２の導電層は、金属酸化物層上に互いに離間して位置する。第２の絶縁層は
、第１の導電層上及び第２の導電層上に位置する。第２の絶縁層は、第３の領域と重なる
開口を有する。ゲート絶縁層は、開口の内側に位置し、かつ、第２の絶縁層の側面及び第
３の領域の上面と重なる。ゲート電極は、開口の内側に位置し、かつ、ゲート絶縁層を介
して、第２の絶縁層の側面及び第３の領域の上面と重なる。
本発明の一態様は、第１の絶縁層、第２の絶縁層、第１の導電層、第２の導電層、第１の
トランジスタ、第２のトランジスタ、第１の発光ダイオード、第２の発光ダイオード、及
び色変換層を有する表示装置である。第１のトランジスタは、第１の導電層を介して、第
１の発光ダイオードと電気的に接続される。第２のトランジスタは、第２の導電層を介し
て、第２の発光ダイオードと電気的に接続される。第１の絶縁層は、第１のトランジスタ
上及び第２のトランジスタ上に位置する。第１の発光ダイオード及び第２の発光ダイオー
ドは、第１の絶縁層上に位置する。第１の発光ダイオードは、第１の導電層と接する第１
の電極を有する。第２の発光ダイオードは、第２の導電層と接する第２の電極を有する。
第１の電極の上面の高さ及び第２の電極の上面の高さは、第２の絶縁層の上面の高さと一
致または概略一致している。色変換層は、第２の発光ダイオード上に位置する。色変換層
は、第２の発光ダイオードが発した光をより長波長の光に変換する機能を有する。第１の
トランジスタ及び第２のトランジスタは、それぞれ、金属酸化物層を有する。金属酸化物
層は、チャネル形成領域を有する。
色変換層は、第２の発光ダイオードに接していることが好ましい。または、本発明の一態
様の表示装置が、さらに、第２の発光ダイオードと色変換層との間に位置する第３の絶縁
層を有し、色変換層は、当該第３の絶縁層に接していることが好ましい。
第１の発光ダイオード及び第２の発光ダイオードは、それぞれ、マイクロ発光ダイオード
であることが好ましい。
第１の発光ダイオード及び第２の発光ダイオードは、それぞれ、青色の光を発することが
好ましい。
第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、は、チャネル長及びチャネル幅の一方ま
たは双方が互いに異なる構造であることが好ましい。
本発明の一態様の表示装置は、さらに、駆動回路及び第４の絶縁層を有することが好まし
い。駆動回路は、回路用トランジスタを有し、回路用トランジスタは、半導体基板にチャ
ネル形成領域を有し、半導体基板は、第４の絶縁層を介して、第１のトランジスタ、第２
のトランジスタ、第１の発光ダイオード、及び第２の発光ダイオードのそれぞれと重なる
ことが好ましい。
本発明の一態様の表示装置は、さらに、色変換層上に位置する着色層を有することが好ま
しい。このとき、第２の発光ダイオードが発した光は、色変換層及び着色層を介して、表
示装置の外部に取り出されることが好ましい。
本発明の一態様は、上記のいずれかの構成の表示装置を有し、フレキシブルプリント回路
基板（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ、以下、ＦＰＣと記す）もし
くはＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）等のコネクタが取り付けられ
たモジュール、またはＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方式もしくはＣＯＦ（Ｃｈ
ｉｐ Ｏｎ Ｆｉｌｍ）方式等により集積回路（ＩＣ）が実装されたモジュール等のモジ
ュールである。
本発明の一態様は、上記のモジュールと、アンテナ、バッテリ、筐体、カメラ、スピーカ
、マイク、及び操作ボタンのうち、少なくとも一つと、を有する電子機器である。
本発明の一態様は、第１の基板上に、複数のトランジスタをマトリクス状に形成し、第２
の基板上に、複数の発光ダイオードをマトリクス状に形成し、第１の基板上または第２の
基板上に、複数のトランジスタの少なくとも一つまたは複数の発光ダイオードの少なくと
も一つと電気的に接続する第１の導電体を形成し、第１の導電体を介して、複数のトラン
ジスタの少なくとも一つと複数の発光ダイオードの少なくとも一つとが電気的に接続され
るように、第１の基板と第２の基板とを貼り合わせ、第２の基板を剥離することで、第１
の面を露出し、第１の面上に、色変換層を形成し、色変換層は、複数の発光ダイオードの
少なくとも一つと重なり、複数のトランジスタを形成する工程には、少なくとも１回の平
坦化処理を用いる、表示装置の作製方法である。複数の発光ダイオードの少なくとも一つ
は、マイクロ発光ダイオードであることが好ましい。複数のトランジスタの少なくとも一
つは、チャネル形成領域に金属酸化物を有することが好ましい。
本発明の一態様により、精細度が高い表示装置を提供できる。本発明の一態様により、表
示品位の高い表示装置を提供できる。本発明の一態様により、消費電力の低い表示装置を
提供できる。本発明の一態様により、信頼性の高い表示装置を提供できる。
本発明の一態様により、マイクロＬＥＤを表示素子に用いた表示装置の製造コストを削減
できる。本発明の一態様により、高い歩留まりで、マイクロＬＥＤを表示素子に用いた表
示装置を製造できる。
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。本発明の一態様は
、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。明細書、図面、請求項の記載から
、これら以外の効果を抽出することが可能である。
図１は、表示装置の一例を示す図である。 図２（Ａ）～図２（Ｃ）は、表示装置の作製方法の一例を示す図である。 図３（Ａ）、図３（Ｂ）は、表示装置の作製方法の一例を示す図である。 図４（Ａ）、図４（Ｂ）は、表示装置の作製方法の一例を示す図である。 図５（Ａ）、図５（Ｂ）は、表示装置の一例を示す図である。 図６は、表示装置の一例を示す図である。 図７（Ａ）、図７（Ｂ）は、表示装置の一例を示す図である。 図８（Ａ）、図８（Ｂ）は、表示装置の作製方法の一例を示す図である。 図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、表示装置の作製方法の一例を示す図である。 図１０（Ａ）は、半導体装置の一例を示す上面図である。図１０（Ｂ）～図１０（Ｄ）は、半導体装置の一例を示す断面図である。 図１１（Ａ）は、半導体装置の一例を示す上面図である。図１１（Ｂ）～図１１（Ｄ）は、半導体装置の一例を示す断面図である。 図１２は、表示装置の画素の一例を示す回路図である。 図１３（Ａ）は、ＩＧＺＯの結晶構造の分類を説明する図である。図１３（Ｂ）は、石英ガラス基板のＸＲＤスペクトルを説明する図である。図１３（Ｃ）は、結晶性ＩＧＺＯ膜のＸＲＤスペクトルを説明する図である。図１３（Ｄ）は、石英ガラス基板の極微電子線回折パターンを説明する図である。図１３（Ｅ）は、結晶性ＩＧＺＯ膜の極微電子線回折パターンを説明する図である。 図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）は、電子機器の一例を示す図である。 図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）は、電子機器の一例を示す図である。 図１６（Ａ）、図１６（Ｂ）は、電子機器の一例を示す図である。 図１７（Ａ）～図１７（Ｄ）は、電子機器の一例を示す図である。 図１８（Ａ）～図１８（Ｆ）は、電子機器の一例を示す図である。
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定さ
れず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し
得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の
記載内容に限定して解釈されるものではない。
なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分または同様な機能を有する部分には
同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。また、同様
の機能を指す場合には、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。
また、図面において示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、理解の簡単のため、実際
の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ず
しも、図面に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。
なお、「膜」という言葉と、「層」という言葉とは、場合によっては、または、状況に応
じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜
」という用語に変更することが可能である。または、例えば、「絶縁膜」という用語を、
「絶縁層」という用語に変更することが可能である。
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置について図１～図９を用いて説明する。
［表示装置の概要］
本実施の形態の表示装置は、表示素子である発光ダイオードと、表示素子を駆動するトラ
ンジスタと、をそれぞれ複数有する。
本実施の形態の表示装置では、各色の画素が、同一の色の光を発する発光ダイオードを有
する。例えば、青色の光を発する発光ダイオードを用いる場合、青色の画素では、発光ダ
イオードが発する青色の光が、表示装置の外部に取り出される。そして、赤色、緑色など
、青色以外の画素では、発光ダイオードが発する青色の光は、色変換層によって変換され
、青色よりも長波長の光となって、表示装置の外部に取り出される。
各色の画素で同一の色の光を発する発光ダイオードを有する表示装置の作製では、基板上
に１種類の発光ダイオードのみを作製すればよいため、複数種の発光ダイオードを作製す
る場合に比べて、製造装置及び工程を簡素化できる。したがって、発光ダイオードを回路
基板に実装する難易度を低くすることができる。また、トランジスタ及び発光ダイオード
を、同一の基板に形成する難易度を低くすることができる。
本発明の一態様の表示装置は、互いに異なる基板上に形成された複数のトランジスタと複
数の発光ダイオードと、を貼り合わせた後、発光ダイオード側の基板を剥離し、剥離によ
り露出した面に、発光ダイオードと重ねて色変換層を設けることで作製される。
本発明の一態様の表示装置の作製方法では、複数の発光ダイオードと複数のトランジスタ
とを一度に貼り合わせるため、発光ダイオードを１つずつ回路基板に実装する方法に比べ
て、表示装置の製造時間を短縮できる。また、画素数の多い表示装置や高精細な表示装置
を作製する場合であっても、製造の難易度を低くすることができる。
本実施の形態の表示装置は、発光ダイオードを用いて映像を表示する機能を有する。発光
ダイオードは自発光素子であるため、表示素子として発光ダイオードを用いる場合、表示
装置にはバックライトが不要であり、また偏光板を設けなくてもよい。したがって、表示
装置の消費電力を低減することができ、また、表示装置の薄型・軽量化が可能である。表
示素子として発光ダイオードを用いた表示装置は、コントラストが高く視野角が広いため
、高い表示品位を得ることができる。また、発光材料に無機材料を用いることで、表示装
置の寿命を長くし、信頼性を高めることができる。
本実施の形態では、特に、発光ダイオードとして、マイクロＬＥＤを用いる場合の例につ
いて説明する。なお、本実施の形態では、ダブルヘテロ接合を有するマイクロＬＥＤにつ
いて説明する。ただし、発光ダイオードに特に限定はなく、例えば、量子井戸接合を有す
るマイクロＬＥＤ、ナノコラムを用いたＬＥＤなどを用いてもよい。
発光ダイオードの光を射出する領域の面積は、１ｍｍ２以下が好ましく、１００００μｍ
２以下がより好ましく、３０００μｍ２以下がより好ましく、７００μｍ２以下がさらに
好ましい。なお、本明細書等において、光を射出する領域の面積が１００００μｍ２以下
の発光ダイオードをマイクロＬＥＤと記す場合がある。
表示装置が有するトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有することが好まし
い。金属酸化物を用いたトランジスタは、消費電力を低くすることができる。そのため、
マイクロＬＥＤと組み合わせることで、消費電力が極めて低減された表示装置を実現する
ことができる。
特に、本実施の形態の表示装置は、ゲート電極の上面の高さが、絶縁層の上面の高さと一
致または概略一致しているトランジスタを有することが好ましい。例えば、ＣＭＰ（Ｃｈ
ｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法などを用いて平坦化処理
を施すことで、ゲート電極の上面と絶縁層の上面を平坦化し、ゲート電極の上面の高さと
絶縁層の上面の高さを揃えることができる。
このような構成のトランジスタは、サイズを小さくすることが容易である。トランジスタ
のサイズを小さくすることで、画素のサイズを小さくすることができるため、表示装置の
精細度を高めることができる。
本実施の形態の表示装置は高い精細度で作製できるため、比較的小さな表示部を有する電
子機器に好適に用いることができる。このような電子機器としては、例えば腕時計型やブ
レスレット型の情報端末機（ウェアラブル機器）や、ヘッドマウントディスプレイなどの
ＶＲ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ）向け機器、メガネ型のＡＲ（Ａｕｇｍｅｎｔｅ
ｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）向け機器、またはＭＲ（Ｍｉｘｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）向け機器な
ど、頭部に装着可能なウェアラブル機器等が挙げられる。
［表示装置の構成例１］
図１に、表示装置１００Ａの断面図を示す。図２～図４に、表示装置１００Ａの作製方法
を示す断面図を示す。
本実施の形態では、発光ダイオード１１０ａが赤色の画素に設けられ、発光ダイオード１
１０ｂが青色の画素に設けられる例を示す。
発光ダイオード１１０ａと発光ダイオード１１０ｂとは同一の構成であり、同一の色の光
を発する。本実施の形態では、発光ダイオード１１０ａ及び発光ダイオード１１０ｂが、
青色の光を発する場合を例に挙げて説明する。
図１に示すように、赤色の画素が有する発光ダイオード１１０ａが発した光は、色変換層
ＣＣＲにより青色から赤色に変換され、着色層ＣＦＲにより赤色の光の純度が高められて
、表示装置１００Ａの外部に射出される。
図示しないが、同様に、緑色の画素が有する発光ダイオードが発した光は、色変換層によ
り青色から緑色に変換され、緑色の着色層により緑色の光の純度が高められて、表示装置
１００Ａの外部に射出される。
一方、青色の画素が有する発光ダイオード１１０ｂが発した光は、色変換層を介さずに表
示装置１００Ａの外部に射出される。
図１に示す表示装置１００Ａは、図２（Ａ）に示すＬＥＤ基板１５０Ａと、図２（Ｂ）に
示す回路基板１５０Ｂと、を貼り合わせ（図２（Ｃ）、図３（Ａ））、発光ダイオード１
１０ａ、１１０ｂ側の基板１０１を剥離し（図３（Ｂ）、図４（Ａ））、剥離により露出
した面に、色変換層ＣＣＲ及び着色層ＣＦＲなどを設けることで作製される（図４（Ｂ）
）。
以下では、図２～図４を用いて、表示装置１００Ａの構成及び作製方法について説明する
。
図２（Ａ）に、ＬＥＤ基板１５０Ａの断面図を示す。
ＬＥＤ基板１５０Ａは、基板１０１、発光ダイオード１１０ａ、発光ダイオード１１０ｂ
、及び、保護層１０２を有する。
発光ダイオード１１０ａ及び発光ダイオード１１０ｂは、それぞれ、電極１１２、半導体
層１１３、発光層１１４、半導体層１１５、及び電極１１６を有する。
電極１１２は、半導体層１１３と電気的に接続されている。電極１１６は、半導体層１１
５と電気的に接続されている。保護層１０２は、基板１０１、半導体層１１３、発光層１
１４、及び半導体層１１５を覆うように設けられる。保護層１０２は、電極１１２の側面
及び電極１１６の側面を覆っており、電極１１２の上面及び電極１１６の上面と重なる開
口を有する。当該開口において、電極１１２の上面及び電極１１６の上面は露出している
。
発光層１１４は、半導体層１１３と半導体層１１５とに挟持されている。発光層１１４で
は、電子と正孔が結合して光を発する。半導体層１１３と半導体層１１５とのうち、一方
はｎ型の半導体層であり、他方はｐ型の半導体層である。
半導体層１１３、発光層１１４、及び半導体層１１５を含む積層構造は、赤色、黄色、緑
色、または青色などの光を発する構造となるように形成される。これらの積層構造には、
例えば、ガリウム・リン化合物、ガリウム・ヒ素化合物、ガリウム・アルミニウム・ヒ素
化合物、アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン化合物、ガリウム窒化物、インジウ
ム・窒化ガリウム化合物、セレン・亜鉛化合物等を用いることができる。本実施の形態で
は、当該積層構造を、青色の光を発する構造となるように形成する。
基板１０１としては、例えば、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板、炭化シリコン（ＳｉＣ）
基板、シリコン（Ｓｉ）基板、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板などの単結晶基板を用いるこ
とができる。
図２（Ｂ）に、回路基板１５０Ｂの断面図を示す。
回路基板１５０Ｂは、基板１５１、絶縁層１５２、トランジスタ１２０ａ、トランジスタ
１２０ｂ、導電層１８４ａ、導電層１８４ｂ、導電層１８７、導電層１８９、絶縁層１８
６、導電層１９０ａ、導電層１９０ｂ、導電層１９０ｃ、及び導電層１９０ｄを有する。
回路基板１５０Ｂは、さらに、絶縁層１６２、絶縁層１８１、絶縁層１８２、絶縁層１８
３、及び絶縁層１８５等の絶縁層を有する。これら絶縁層の一つまたは複数は、トランジ
スタの構成要素とみなされる場合もあるが、本実施の形態では、トランジスタの構成要素
に含めずに説明する。
基板１５１としては、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、セラミック基板等の絶縁
性基板、または、シリコンや炭化シリコンなどを材料とした単結晶半導体基板、多結晶半
導体基板、シリコンゲルマニウム等の化合物半導体基板、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ
Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板などの半導体基板を用いることができる。
基板１５１は、可視光を遮る（可視光に対して非透過性を有する）ことが好ましい。基板
１５１が可視光を遮ることで、基板１５１に形成されたトランジスタ１２０ａ、１２０ｂ
に外部から光が入り込むことを抑制することができる。ただし、本発明の一態様はこれに
限定されず、基板１５１は可視光に対する透過性を有していてもよい。
基板１５１上には、絶縁層１５２が設けられている。絶縁層１５２は、基板１５１から水
や水素などの不純物が、トランジスタ１２０ａ、１２０ｂに拡散すること、及び金属酸化
物層１６５から絶縁層１５２側に酸素が脱離することを防ぐバリア層として機能する。絶
縁層１５２としては、例えば、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、窒化シリコン膜
などの、酸化シリコン膜よりも水素や酸素が拡散しにくい膜を用いることができる。
トランジスタ１２０ａ、１２０ｂは、導電層１６１、絶縁層１６３、絶縁層１６４、金属
酸化物層１６５、一対の導電層１６６、絶縁層１６７、導電層１６８等を有する。
金属酸化物層１６５は、チャネル形成領域を有する。金属酸化物層１６５は、一対の導電
層１６６の一方と重なる第１の領域と、一対の導電層１６６の他方と重なる第２の領域と
、当該第１の領域と当該第２の領域の間の第３の領域と、を有する。
絶縁層１５２上に導電層１６１及び絶縁層１６２が設けられ、導電層１６１及び絶縁層１
６２を覆って絶縁層１６３及び絶縁層１６４が設けられている。金属酸化物層１６５は、
絶縁層１６４上に設けられている。導電層１６１はゲート電極として機能し、絶縁層１６
３及び絶縁層１６４はゲート絶縁層として機能する。導電層１６１は絶縁層１６３及び絶
縁層１６４を介して金属酸化物層１６５と重なる。絶縁層１６３は、絶縁層１５２と同様
に、バリア層として機能することが好ましい。金属酸化物層１６５と接する絶縁層１６４
には、酸化シリコン膜などの酸化物絶縁膜を用いることが好ましい。
ここで、導電層１６１の上面の高さは、絶縁層１６２の上面の高さと一致または概略一致
している。例えば、絶縁層１６２に開口を設け、当該開口を埋めるように導電層１６１を
形成した後、ＣＭＰ法などを用いて平坦化処理を施すことで、導電層１６１の上面の高さ
と絶縁層１６２の上面の高さを揃えることができる。これにより、トランジスタ１２０ａ
、１２０ｂのサイズを小さくすることができる。
一対の導電層１６６は、金属酸化物層１６５上に離間して設けられている。一対の導電層
１６６は、ソース及びドレインとして機能する。金属酸化物層１６５及び一対の導電層１
６６を覆って、絶縁層１８１が設けられ、絶縁層１８１上に絶縁層１８２が設けられてい
る。絶縁層１８１及び絶縁層１８２には金属酸化物層１６５に達する開口が設けられてお
り、当該開口の内部に絶縁層１６７及び導電層１６８が埋め込まれている。当該開口は、
上記第３の領域と重なる。絶縁層１６７は、絶縁層１８１の側面及び絶縁層１８２の側面
と重なる。導電層１６８は、絶縁層１６７を介して、絶縁層１８１の側面及び絶縁層１８
２の側面と重なる。導電層１６８はゲート電極として機能し、絶縁層１６７はゲート絶縁
層として機能する。導電層１６８は絶縁層１６７を介して金属酸化物層１６５と重なる。
ここで、導電層１６８の上面の高さは、絶縁層１８２の上面の高さと一致または概略一致
している。例えば、絶縁層１８２に開口を設け、当該開口を埋めるように絶縁層１６７及
び導電層１６８を形成した後、平坦化処理を施すことで、導電層１６８の上面の高さと絶
縁層１８２の上面の高さを揃えることができる。これにより、トランジスタ１２０ａ、１
２０ｂのサイズを小さくすることができる。
そして、絶縁層１８２、絶縁層１６７、及び導電層１６８の上面を覆って、絶縁層１８３
及び絶縁層１８５が設けられている。絶縁層１８１及び絶縁層１８３は、絶縁層１５２と
同様に、バリア層として機能することが好ましい。絶縁層１８１で一対の導電層１６６を
覆うことで、絶縁層１８２に含まれる酸素により一対の導電層１６６が酸化してしまうこ
とを抑制できる。
一対の導電層１６６の一方及び導電層１８７と電気的に接続されるプラグが、絶縁層１８
１、絶縁層１８２、絶縁層１８３、及び絶縁層１８５に設けられた開口内に埋め込まれて
いる。プラグは、当該開口の側面及び一対の導電層１６６の一方の上面に接する導電層１
８４ｂと、導電層１８４ｂよりも内側に埋め込まれた導電層１８４ａと、を有することが
好ましい。このとき、導電層１８４ｂとして、水素及び酸素が拡散しにくい導電材料を用
いることが好ましい。
絶縁層１８５上に導電層１８７が設けられ、導電層１８７上に絶縁層１８６が設けられて
いる。絶縁層１８６は、導電層１８７に達する開口が設けられており、当該開口の内部に
導電層１８９が埋め込まれている。導電層１８９は導電層１８７と導電層１９０ａまたは
導電層１９０ｃとを電気的に接続するプラグとして機能する。
トランジスタ１２０ａの一対の導電層１６６の一方は、導電層１８４ａ、導電層１８４ｂ
、導電層１８７、及び導電層１８９を介して、導電層１９０ａと電気的に接続されている
。
同様に、トランジスタ１２０ｂの一対の導電層１６６の一方は、導電層１８４ａ、導電層
１８４ｂ、導電層１８７、及び導電層１８９を介して、導電層１９０ｃと電気的に接続さ
れている。
なお、本実施の形態の表示装置を構成する各種導電層に用いることができる材料としては
、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブ
デン、銀、タンタル、またはタングステンなどの金属、またはこれを主成分とする合金な
どが挙げられる。またこれらの材料を含む膜を単層で、または積層構造として用いること
ができる。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、チタン膜上にアルミニウ
ム膜を積層する二層構造、タングステン膜上にアルミニウム膜を積層する二層構造、銅－
マグネシウム－アルミニウム合金膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜上に銅膜を積
層する二層構造、タングステン膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜または窒化チタ
ン膜と、その上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にチタン膜ま
たは窒化チタン膜を形成する三層構造、モリブデン膜または窒化モリブデン膜と、その上
に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にモリブデン膜または窒化モ
リブデン膜を形成する三層構造等がある。なお、酸化インジウム、酸化錫または酸化亜鉛
等の酸化物を用いてもよい。また、マンガンを含む銅を用いると、エッチングによる形状
の制御性が高まるため好ましい。
なお、本実施の形態の表示装置を構成する各種絶縁層に用いることができる材料としては
、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などの樹脂、酸化シリ
コン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウムなどの無
機絶縁材料が挙げられる。
なお、本明細書等において、酸化窒化シリコンとは、その組成として、窒素よりも酸素の
含有量が多いものである。また、窒化酸化シリコンとは、その組成として、酸素よりも窒
素の含有量が多いものである。
なお、回路基板１５０Ｂは、発光ダイオードの光を反射する反射層及び当該光を遮る遮光
層の一方または双方を有していてもよい。
図２（Ｃ）、図３（Ａ）に示すように、ＬＥＤ基板１５０Ａに設けられた発光ダイオード
１１０ａにおいて、電極１１６は、回路基板１５０Ｂに設けられた導電層１９０ａと電気
的に接続され、電極１１２は、回路基板１５０Ｂに設けられた導電層１９０ｂと電気的に
接続される。同様に、ＬＥＤ基板１５０Ａに設けられた発光ダイオード１１０ｂにおいて
、電極１１６は、回路基板１５０Ｂに設けられた導電層１９０ｃと電気的に接続され、電
極１１２は、回路基板１５０Ｂに設けられた導電層１９０ｄと電気的に接続される。
例えば、発光ダイオード１１０ａの電極１１６と導電層１９０ａとは、導電体１１７ａを
介して電気的に接続されている。これにより、トランジスタ１２０ａと発光ダイオード１
１０ａとを電気的に接続することができる。同様に、発光ダイオード１１０ｂの電極１１
６と導電層１９０ｃとは、導電体１１７ｃを介して電気的に接続されている。これにより
、トランジスタ１２０ｂと発光ダイオード１１０ｂとを電気的に接続することができる。
電極１１６は、発光ダイオード１１０ａ、１１０ｂの画素電極として機能する。
また、発光ダイオード１１０ａの電極１１２と導電層１９０ｂとは、導電体１１７ｂを介
して電気的に接続されている。発光ダイオード１１０ｂの電極１１２と導電層１９０ｄと
は、導電体１１７ｄを介して電気的に接続されている。電極１１２は、発光ダイオード１
１０ａ、１１０ｂの共通電極として機能する。
導電体１１７ａ～１１７ｄには、例えば、銀、カーボン、銅などの導電性ペーストや、金
、はんだなどのバンプを好適に用いることができる。また、導電体１１７ａ～１１７ｄの
いずれかと接続される電極１１２、１１６、及び導電層１９０ａ、１９０ｂ、１９０ｃ、
１９０ｄには、それぞれ、導電体１１７ａ～１１７ｄとのコンタクト抵抗の低い導電材料
を用いることが好ましい。例えば、導電体１１７ａ～１１７ｄに銀ペーストを用いる場合
、これらと接続される導電材料が、アルミニウム、チタン、銅、銀（Ａｇ）とパラジウム
（Ｐｄ）と銅（Ｃｕ）の合金（Ａｇ－Ｐｄ－Ｃｕ（ＡＰＣ））などであると、コンタクト
抵抗が低く好ましい。
図２（Ｃ）では、導電体１１７ａ～１１７ｄを回路基板１５０Ｂ側に設け、ＬＥＤ基板１
５０Ａと回路基板１５０Ｂとを貼り合わせる例を示す。または、導電体１１７ａ～１１７
ｄをＬＥＤ基板１５０Ａ側に設け、ＬＥＤ基板１５０Ａと回路基板１５０Ｂとを貼り合わ
せてもよい。
なお、１つのトランジスタに、複数の発光ダイオードが電気的に接続されていてもよい。
ＬＥＤ基板１５０Ａと回路基板１５０Ｂとの間は、充填層１２５によって充填されている
ことが好ましい。充填層１２５によって、各発光ダイオードと回路基板１５０Ｂとの密着
性（接合強度）を高めることができる。充填層１２５には、例えば、アクリル樹脂、ポリ
イミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などの各種樹脂を用いることができる。
また、発光ダイオードが発する光が、充填層１２５を通って隣接する画素に到達し、表示
装置の外部に射出されてしまう現象（クロストークともいう）が生じることがある。そこ
で、充填層１２５に、黒色樹脂、茶色樹脂などの着色された樹脂を用いることが好ましい
。充填層１２５には、例えば、カーボンブラックを含む樹脂を用いることができる。これ
により、隣接する画素への光漏れを抑制し、表示装置の表示品位を高めることができる。
また、後の工程でレーザ光を用いて基板１０１を剥離する場合、充填層１２５が、当該レ
ーザ光を吸収することが好ましい。これにより、レーザ光によって、回路基板１５０Ｂに
形成された各種回路及び素子がダメージを受けることを抑制することができる。
ＬＥＤ基板１５０Ａと回路基板１５０Ｂとを貼り合わせた後には、基板１０１を剥離する
ことが好ましい。基板１０１の剥離方法に限定は無い。
図３（Ｂ）では、レーザ光１２８を基板１０１の一面全体に照射する例を示す。例えば、
基板１０１にサファイア基板、半導体層１１３に窒化ガリウムを用いる場合、レーザ光１
２８として紫外光を照射することで、基板１０１を剥離することができる（図４（Ａ））
。
レーザとしては、エキシマレーザ、固体レーザなどを用いることができる。例えば、ダイ
オード励起固体レーザ（ＤＰＳＳ）を用いてもよい。
基板１０１と発光ダイオード１１０ａ、１１０ｂとの間に、剥離層を設けてもよい。基板
１０１を剥離した後、発光ダイオード１１０ａ、１１０ｂが露出してもよく、当該剥離層
が露出してもよい。剥離層は、表示装置１００Ａの構成要素の一つであってもよい。
剥離層は、有機材料または無機材料を用いて形成することができる。
剥離層に用いることができる有機材料としては、例えば、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂
、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、シロキサン樹脂、ベンゾシク
ロブテン系樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。
剥離層に用いることができる無機材料としては、タングステン、モリブデン、チタン、タ
ンタル、ニオブ、ニッケル、コバルト、ジルコニウム、亜鉛、ルテニウム、ロジウム、パ
ラジウム、オスミウム、イリジウム、シリコンから選択された元素を含む金属、該元素を
含む合金、または該元素を含む化合物等が挙げられる。シリコンを含む層の結晶構造は、
非晶質、微結晶、多結晶のいずれでもよい。
次に、図４（Ｂ）に示すように、発光ダイオード１１０ａ上に色変換層ＣＣＲを形成する
。さらに、色変換層ＣＣＲ上に赤色の着色層ＣＦＲを形成することが好ましい。
色変換層ＣＣＲは、青色の光を赤色の光に変換する機能を有する。色変換層ＣＣＲは、発
光ダイオード１１０ａと接して設けることができる。または、発光ダイオード１１０ａと
色変換層ＣＣＲとの間に絶縁層が設けられていてもよい。
なお、発光ダイオード１１０ｂ上に青色の着色層を形成してもよい。青色の着色層を設け
ると、青色の光の純度を高めることができる。青色の着色層を設けない場合、作製工程を
簡略化できる。
色変換層としては、蛍光体や量子ドット（ＱＤ：Ｑｕａｎｔｕｍ ｄｏｔ）を用いること
が好ましい。特に、量子ドットは、発光スペクトルのピーク幅が狭く、色純度のよい発光
を得ることができる。これにより、表示装置の表示品位を高めることができる。
色変換層は、液滴吐出法（例えば、インクジェット法）、塗布法、インプリント法、各種
印刷法（スクリーン印刷、オフセット印刷）等を用いて形成することができる。また、量
子ドットフィルムなどの色変換フィルムを用いてもよい。
色変換層となる膜を加工する際には、フォトリソグラフィ法を用いることが好ましい。フ
ォトリソグラフィ法としては、加工したい薄膜上にレジストマスクを形成して、エッチン
グ等により当該薄膜を加工し、レジストマスクを除去する方法と、感光性を有する薄膜を
成膜した後に、露光、現像を行って、当該薄膜を所望の形状に加工する方法と、がある。
例えば、フォトレジストに量子ドットを混合した材料を用いて薄膜を成膜し、フォトリソ
グラフィ法を用いて当該薄膜を加工することで、島状の色変換層を形成することができる
。
量子ドットを構成する材料としては、特に限定は無く、例えば、第１４族元素、第１５族
元素、第１６族元素、複数の第１４族元素からなる化合物、第４族から第１４族に属する
元素と第１６族元素との化合物、第２族元素と第１６族元素との化合物、第１３族元素と
第１５族元素との化合物、第１３族元素と第１７族元素との化合物、第１４族元素と第１
５族元素との化合物、第１１族元素と第１７族元素との化合物、酸化鉄類、酸化チタン類
、カルコゲナイドスピネル類、各種半導体クラスターなどが挙げられる。
具体的には、セレン化カドミウム、硫化カドミウム、テルル化カドミウム、セレン化亜鉛
、酸化亜鉛、硫化亜鉛、テルル化亜鉛、硫化水銀、セレン化水銀、テルル化水銀、砒化イ
ンジウム、リン化インジウム、砒化ガリウム、リン化ガリウム、窒化インジウム、窒化ガ
リウム、アンチモン化インジウム、アンチモン化ガリウム、リン化アルミニウム、砒化ア
ルミニウム、アンチモン化アルミニウム、セレン化鉛、テルル化鉛、硫化鉛、セレン化イ
ンジウム、テルル化インジウム、硫化インジウム、セレン化ガリウム、硫化砒素、セレン
化砒素、テルル化砒素、硫化アンチモン、セレン化アンチモン、テルル化アンチモン、硫
化ビスマス、セレン化ビスマス、テルル化ビスマス、ケイ素、炭化ケイ素、ゲルマニウム
、錫、セレン、テルル、ホウ素、炭素、リン、窒化ホウ素、リン化ホウ素、砒化ホウ素、
窒化アルミニウム、硫化アルミニウム、硫化バリウム、セレン化バリウム、テルル化バリ
ウム、硫化カルシウム、セレン化カルシウム、テルル化カルシウム、硫化ベリリウム、セ
レン化ベリリウム、テルル化ベリリウム、硫化マグネシウム、セレン化マグネシウム、硫
化ゲルマニウム、セレン化ゲルマニウム、テルル化ゲルマニウム、硫化錫、セレン化錫、
テルル化錫、酸化鉛、フッ化銅、塩化銅、臭化銅、ヨウ化銅、酸化銅、セレン化銅、酸化
ニッケル、酸化コバルト、硫化コバルト、酸化鉄、硫化鉄、酸化マンガン、硫化モリブデ
ン、酸化バナジウム、酸化タングステン、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ジルコニウム
、窒化ケイ素、窒化ゲルマニウム、酸化アルミニウム、チタン酸バリウム、セレンと亜鉛
とカドミウムの化合物、インジウムと砒素とリンの化合物、カドミウムとセレンと硫黄の
化合物、カドミウムとセレンとテルルの化合物、インジウムとガリウムと砒素の化合物、
インジウムとガリウムとセレンの化合物、インジウムとセレンと硫黄の化合物、銅とイン
ジウムと硫黄の化合物、及びこれらの組み合わせなどが挙げられる。また、組成が任意の
比率で表される、いわゆる合金型量子ドットを用いてもよい。
量子ドットの構造としては、コア型、コア－シェル型、コア－マルチシェル型などが挙げ
られる。また、量子ドットは、表面原子の割合が高いことから、反応性が高く、凝集が起
こりやすい。そのため、量子ドットの表面には保護剤が付着しているまたは保護基が設け
られていることが好ましい。当該保護剤が付着しているまたは保護基が設けられているこ
とによって、凝集を防ぎ、溶媒への溶解性を高めることができる。また、反応性を低減さ
せ、電気的安定性を向上させることも可能である。
量子ドットは、サイズが小さくなるに従いバンドギャップが大きくなるため、所望の波長
の光が得られるように、そのサイズを適宜調整する。結晶のサイズが小さくなるにつれて
、量子ドットの発光は青色側へ、つまり、高エネルギー側へシフトするため、量子ドット
のサイズを変更させることにより、紫外領域、可視領域、赤外領域のスペクトルの波長領
域にわたって、その発光波長を調整することができる。量子ドットのサイズ（直径）は、
例えば、０．５ｎｍ以上２０ｎｍ以下、好ましくは１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。量子
ドットはそのサイズ分布が狭いほど、発光スペクトルがより狭線化し、色純度の良好な発
光を得ることができる。また、量子ドットの形状は特に限定されず、球状、棒状、円盤状
、その他の形状であってもよい。棒状の量子ドットである量子ロッドは、指向性を有する
光を呈する機能を有する。
着色層は特定の波長域の光を透過する有色層である。例えば、赤色、緑色、青色、または
黄色の波長域の光を透過するカラーフィルタなどを用いることができる。着色層に用いる
ことのできる材料としては、金属材料、樹脂材料、顔料または染料が含まれた樹脂材料な
どが挙げられる。
以上により、図１に示す表示装置１００Ａを作製することができる。
図５（Ａ）に、表示装置１００Ｂの断面図を示す。
表示装置１００Ｂは、絶縁層１８８、絶縁層１０３、遮光層ＢＭ、着色層ＣＦＢ、及び保
護層１２６を有する点で、表示装置１００Ａと異なる。それ以外の構成は表示装置１００
Ａと同様である。
表示装置１００Ｂでは、絶縁層１８５上に導電層１８７及び絶縁層１８６が設けられ、導
電層１８７上に絶縁層１８８が設けられている。ここで、導電層１８７の上面の高さは、
絶縁層１８６の上面の高さと一致または概略一致している。例えば、絶縁層１８６に開口
を設け、当該開口を埋めるように導電層１８７を形成した後、平坦化処理を施すことで、
導電層１８７の上面の高さと絶縁層１８６の上面の高さを揃えることができる。絶縁層１
８８は、導電層１８７に達する開口が設けられており、当該開口の内部に導電層１８９が
埋め込まれている。
表示装置１００Ｂは、発光ダイオード１１０ａと色変換層ＣＣＲとの間に絶縁層１０３を
有する。絶縁層１０３としては、例えば、上述の剥離層や、発光ダイオード１１０ａ、１
１０ｂの保護層が挙げられる。
隣接する画素の間には、遮光層ＢＭが設けられていることが好ましい。図５（Ａ）では、
絶縁層１０３上に遮光層ＢＭが設けられ、遮光層ＢＭの端部を覆い、かつ、発光ダイオー
ド１１０ａと重なる位置に、色変換層ＣＣＲが設けられ、遮光層ＢＭの端部を覆い、かつ
、発光ダイオード１１０ｂと重なる位置に、着色層ＣＦＢが設けられている例を示す。遮
光層ＢＭを設けることで、例えば、発光ダイオード１１０ａが発する光が、色変換層ＣＣ
Ｒや着色層ＣＦＲを介さずに、保護層１０２、絶縁層１０３等を通って、表示装置１００
Ｂの外部に射出されてしまう現象を抑制することができる。
表示装置１００Ｂでは、発光ダイオード１１０ｂ上に青色の着色層ＣＦＢが設けられてい
る。青色の画素が有する発光ダイオード１１０ｂが発した光は、着色層ＣＦＢにより青色
の光の純度が高められて、表示装置１００Ｂの外部に射出される。
色変換層及び着色層を覆うように、保護層１２６が設けられていてもよい。保護層１２６
は、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などの樹脂、酸化シ
リコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウムなどの
無機絶縁材料を用いることができる。また、保護層１２６として、樹脂フィルム等のフィ
ルムを用いてもよい。
図５（Ｂ）に、表示装置１００Ｃの断面図を示す。
表示装置１００Ｃでは、トランジスタ１２０ａとトランジスタ１２０ｂとでチャネル長が
互いに異なる例を示す。それ以外の構成は、表示装置１００Ａと同様である。
発光ダイオード１１０ａを駆動するトランジスタ１２０ａと、発光ダイオード１１０ｂを
駆動するトランジスタ１２０ｂと、は、トランジスタのサイズ、チャネル長、チャネル幅
、及び構造などの少なくとも一つが互いに異なっていてもよい。
所望の輝度で発光させるために必要な電流量に応じて、副画素が呈する色ごとに、トラン
ジスタのチャネル長及びチャネル幅の一方または双方を変えてもよい。
図６に、表示装置１００Ｄの断面図を示す。
表示装置１００Ｄは、基板１３１にチャネル形成領域を有するトランジスタ（トランジス
タ１３０ａ、１３０ｂ）と、金属酸化物にチャネル形成領域を有するトランジスタ（トラ
ンジスタ１２０ａ、１２０ｂ）と、を積層して有する。
基板１３１としては、単結晶シリコン基板が好適である。つまり、表示装置１００Ｄは、
シリコンをチャネル形成領域に有するトランジスタ（以下、Ｓｉトランジスタともいう）
と、金属酸化物をチャネル形成領域に用いたトランジスタ（以下、ＯＳトランジスタとも
いう）と、の双方を有することが好ましい。
トランジスタ１３０ａ、１３０ｂは、導電層１３５、絶縁層１３４、絶縁層１３６、一対
の低抵抗領域１３３を有する。導電層１３５は、ゲートとして機能する。絶縁層１３４は
、導電層１３５と基板１３１との間に位置し、ゲート絶縁層として機能する。絶縁層１３
６は、導電層１３５の側面を覆って設けられ、サイドウォールとして機能する。一対の低
抵抗領域１３３は、基板１３１における、不純物がドープされた領域であり、一方がトラ
ンジスタのソースとして機能し、他方がトランジスタのドレインとして機能する。
また、基板１３１に埋め込まれるように、隣接する２つのトランジスタの間に、素子分離
層１３２が設けられている。
トランジスタ１３０ａ、１３０ｂを覆って絶縁層１３９が設けられ、絶縁層１３９上に導
電層１３８が設けられている。絶縁層１３９の開口に埋め込まれた導電層１３７を介して
、導電層１３８は、一対の低抵抗領域１３３の一方と電気的に接続される。つまり、導電
層１３７は、導電層１３８と、一対の低抵抗領域１３３の一方とを電気的に接続するプラ
グとして機能する。また導電層１３８を覆って絶縁層１４１が設けられ、絶縁層１４１上
に導電層１４２が設けられている。導電層１３８及び導電層１４２は、それぞれ配線とし
て機能する。また、導電層１４２を覆って絶縁層１４３及び絶縁層１５２が設けられ、絶
縁層１５２上にトランジスタ１２０ａ、１２０ｂが設けられている。絶縁層１５２から着
色層ＣＦＲまでの積層構造は表示装置１００Ａと同様であるため、詳細な説明は省略する
。
トランジスタ１２０ａ、１２０ｂ、１３０ａ、１３０ｂは、画素回路を構成するトランジ
スタや、当該画素回路を駆動するための駆動回路（ゲートドライバ及びソースドライバの
一方または双方）を構成するトランジスタとして用いることができる。また、トランジス
タ１２０ａ、１２０ｂ、１３０ａ、１３０ｂは、演算回路や記憶回路などの各種回路を構
成するトランジスタとして用いることができる。
例えば、画素回路及びゲートドライバのトランジスタに、ＯＳトランジスタであるトラン
ジスタ１２０ａ、１２０ｂを用い、ソースドライバのトランジスタに、Ｓｉトランジスタ
であるトランジスタ１３０ａ、１３０ｂを用いることができる。または、画素回路に、Ｏ
Ｓトランジスタであるトランジスタ１２０ａ、１２０ｂを用い、ゲートドライバ及びソー
スドライバのトランジスタに、Ｓｉトランジスタであるトランジスタ１３０ａ、１３０ｂ
を用いることができる。
このような構成とすることで、発光ダイオードの直下に画素回路だけでなく駆動回路等を
形成することができるため、表示部の外側に駆動回路を設ける場合に比べて、表示装置を
小型化することができる。また、狭額縁の（非表示領域の狭い）表示装置を実現すること
ができる。
以上のように、本発明の一態様の表示装置は、複数の発光ダイオードと複数のトランジス
タとを一度に貼り合わせることができるため、表示装置の製造コストの削減及び歩留まり
の向上を図ることができる。また、マイクロＬＥＤと、金属酸化物を用いたトランジスタ
を組み合わせることで、消費電力の低減された表示装置を実現できる。
［表示装置の構成例２］
図７（Ａ）に、表示装置１００Ｅの断面図を示し、図７（Ｂ）に、表示装置１００Ｆの断
面図を示す。
表示装置１００Ｅ及び表示装置１００Ｆは、それぞれ、回路基板に直接、発光ダイオード
を形成することで作製される。
ここで、各色の発光ダイオードは、格子定数の違いから、同一基板上に作製することが難
しい。本実施の形態の表示装置では、１種類の発光ダイオードと色変換層を組み合わせる
ことで、フルカラーの表示を行う。したがって、基板上に作製する発光ダイオードは、１
種類でよい。このことから、本実施の形態の表示装置は、回路基板に直接、発光ダイオー
ドを形成して作製することができる。
表示装置１００Ｅ及び表示装置１００Ｆにおける基板１５１から導電層１８９までの構成
は図２（Ｂ）に示す回路基板１５０Ｂと同様であるため、詳細な説明は省略する。
導電層１８９上及び絶縁層１８６上には、絶縁層１２２、及び、発光ダイオードの電極１
１２及び電極１１６が設けられている。
例えば、発光ダイオード１１０ｃの電極１１２は、導電層１８９と接しており、電気的に
接続されている。これにより、トランジスタ１２０ａと発光ダイオード１１０ｃとを電気
的に接続することができる。表示装置１００Ｅ及び表示装置１００Ｆにおいて、電極１１
２は、発光ダイオード１１０ｃ、１１０ｄの画素電極として機能する。また、電極１１６
は、発光ダイオード１１０ｃ、１１０ｄの共通電極として機能する。
ここで、電極１１２、１１６、及び絶縁層１２２は、それぞれ、上面の高さが一致または
概略一致している。例えば、絶縁層１２２に開口を設け、当該開口を埋めるように電極１
１２、１１６を形成した後、平坦化処理を施すことで、電極１１２、１１６、及び絶縁層
１２２の上面の高さを揃えることができる。これにより、平坦な面上に、半導体層１１３
、発光層１１４、及び半導体層１１５を形成することができる。
半導体層１１３は、電極１１２上に設けられている。半導体層１１３は、電極１１２と電
気的に接続されている。半導体層１１３上には発光層１１４が設けられ、発光層１１４上
には半導体層１１５が設けられている。
半導体層１１３、発光層１１４、及び半導体層１１５を覆うように、絶縁層１２３が設け
られている。絶縁層１２３には、半導体層１１５に達する開口と、電極１１６に達する開
口と、が設けられており、当該開口の内部に導電層１２４ａ、１２４ｂが埋め込まれてい
る。
導電層１２４ａ、１２４ｂ、及び絶縁層１２３上には、導電層１２７が設けられている。
導電層１２４ａは、半導体層１１５と導電層１２７とを電気的に接続するプラグとして機
能する。導電層１２４ｂは、導電層１２７と電極１１６とを電気的に接続するプラグとし
て機能する。半導体層１１５は、導電層１２４ａ、導電層１２７、及び導電層１２４ｂを
介して、電極１１６と電気的に接続されている。
隣接する画素の間には、遮光層ＢＭが設けられている。図７（Ａ）、図７（Ｂ）では、絶
縁層１２３上に遮光層ＢＭが設けられ、遮光層ＢＭの端部を覆い、かつ、発光ダイオード
１１０ｃと重なる位置に、色変換層ＣＣＲが設けられ、色変換層ＣＣＲ上に赤色の着色層
ＣＦＲが設けられている例を示す。遮光層ＢＭを設けることで、例えば、発光ダイオード
１１０ｃが発する光が、色変換層ＣＣＲや着色層ＣＦＲを介さずに、絶縁層１２３等を通
って、表示装置１００Ｅ、１００Ｆの外部に射出されてしまう現象を抑制することができ
る。
なお、図７（Ｂ）に示すように、絶縁層１２３に、発光ダイオードを取り囲む開口を設け
、当該開口に遮光層ＢＭを埋め込んでもよい。これにより、発光ダイオードの発光が、隣
接する画素に到達することを抑制し、表示装置１００Ｆの表示品位を高めることができる
。
［表示装置の構成例３］
図８（Ａ）、図８（Ｂ）を用いて、表示装置１００Ｇの構成及び作製方法について説明す
る。また、図８（Ａ）、図９（Ａ）、図９（Ｂ）を用いて、表示装置１００Ｈの構成及び
作製方法について説明する。
表示装置１００Ｇ及び表示装置１００Ｈは、それぞれ、ＬＥＤ基板に直接、トランジスタ
等を含む回路を形成することで作製される。
上述の通り、本実施の形態の表示装置では、１種類の発光ダイオードと色変換層を組み合
わせることで、フルカラーの表示を行う。したがって、１つの基板に全ての画素の発光ダ
イオードを形成することができる。したがって、当該基板に、さらに、トランジスタ等を
含む回路を直接形成し、本実施の形態の表示装置を作製することができる。
表示装置１００Ｇ及び表示装置１００Ｈの作製において、まず、図８（Ａ）に示すように
、基板１０１から導電層１８７までの積層構造を形成する。
表示装置１００Ｇ及び表示装置１００Ｈにおける基板１０１から保護層１０２までの構成
は、図２（Ａ）に示すＬＥＤ基板１５０Ａと同様であるため、詳細な説明は省略する。
保護層１０２上には、絶縁層１０４が設けられている。絶縁層１０４には、半導体層１１
３に達する開口と、半導体層１１５に達する開口と、が設けられており、当該開口の内部
に導電層１１８ａ、１１８ｂが埋め込まれている。
導電層１１８ａ、１１８ｂ、及び絶縁層１０４は、それぞれ、上面の高さが一致または概
略一致している。これにより、平坦な面上に、電極１１２及び電極１１６、さらには、ト
ランジスタ１２０ａ、１２０ｂ等を形成することができる。
絶縁層１０４上には、発光ダイオードの電極１１２、１１６、及び絶縁層１０６が設けら
れている。導電層１１８ａは、半導体層１１３と電極１１２とを電気的に接続するプラグ
として機能する。導電層１１８ｂは、半導体層１１５と電極１１６とを電気的に接続する
プラグとして機能する。
なお、表示装置１００Ｇ及び表示装置１００Ｈにおいて、電極１１６は、発光ダイオード
１１０ａ、１１０ｂの画素電極として機能する。また、電極１１２は、発光ダイオード１
１０ａ、１１０ｂの共通電極として機能する。
電極１１２、１１６、及び絶縁層１０６は、それぞれ、上面の高さが一致または概略一致
している。これにより、平坦な面上に、トランジスタ１２０ａ、１２０ｂ等を形成するこ
とができる。
絶縁層１０６上、電極１１２上、電極１１６上には、絶縁層１０８及び絶縁層１５２が設
けられている。絶縁層１０８及び絶縁層１５２には、電極１１６に達する開口が設けられ
ており、当該開口の内部に、電極１１６とトランジスタとを電気的に接続するプラグが埋
め込まれている。プラグは、当該開口の側面及び電極１１６の上面に接する導電層１０７
ｂと、導電層１０７ｂよりも内側に埋め込まれた導電層１０７ａと、を有することが好ま
しい。このとき、導電層１０７ｂとして、水素及び酸素が拡散しにくい導電材料を用いる
ことが好ましい。
表示装置１００Ｇ及び表示装置１００Ｈにおける絶縁層１５２から導電層１８７までの構
成は、導電層１６１ａ、導電層１８４ｃ、１８４ｄを有する点以外は、図２（Ｂ）に示す
回路基板１５０Ｂと同様である。
導電層１６１ａは、トランジスタの導電層１６１と同一の材料及び同一の工程で形成する
ことができる。導電層１８４ｃは、導電層１８４ａと同一の材料及び同一の工程で形成す
ることができる。導電層１８４ｄは、導電層１８４ｂと同一の材料及び同一の工程で形成
することができる。
絶縁層１６３、絶縁層１６４、絶縁層１８１、絶縁層１８２、絶縁層１８３、及び絶縁層
１８５には、導電層１６１ａに達する開口が設けられており、当該開口の内部に、導電層
１８７と導電層１６１ａとを電気的に接続するプラグが埋め込まれている。当該プラグは
、上述の導電層１８４ｃ及び導電層１８４ｄを有する。
トランジスタの一対の導電層１６６の一方は、導電層１８４ａ、導電層１８４ｂ、導電層
１８７、導電層１８４ｃ、導電層１８４ｄ、導電層１６１ａ、導電層１０７ａ、及び導電
層１０７ｂを介して、電極１１６と電気的に接続されている。
表示装置１００Ｇは、図８（Ａ）に示す積層構造を形成した後、図８（Ｂ）に示すように
、さらに、発光ダイオード１１０ａと重なる位置に、色変換層ＣＣＲを形成し、色変換層
ＣＣＲ上に赤色の着色層ＣＦＲを形成することで、作製される。
なお、絶縁層１８３上に、絶縁層１８６を有していてもよく、絶縁層１８６上に色変換層
ＣＣＲを形成してもよい。
図８（Ｂ）に示すように、発光ダイオード１１０ａが発する光は、保護層１０２、絶縁層
１０４から絶縁層１８６までの複数の絶縁層を介して、色変換層ＣＣＲに入射し、色変換
層ＣＣＲにより青色から赤色に変換され、着色層ＣＦＲにより赤色の光の純度が高められ
て、表示装置１００Ｇの外部に射出される。
図８（Ｂ）に示すように、発光ダイオード１１０ｂが発する青色の光は、保護層１０２、
絶縁層１０４から絶縁層１８６までの複数の絶縁層を介して、表示装置１００Ｇの外部に
射出される。
図９（Ｂ）に示す表示装置１００Ｈは、図８（Ａ）に示す積層構造を形成した後、基板１
０１を剥離し（図９（Ａ））、剥離により露出した面に、接着層１９２を用いて、着色層
ＣＦＲ及び色変換層ＣＣＭＲなどが設けられた基板１９１を貼り合わせることで作製でき
る。
接着層１９２には、紫外線硬化型等の光硬化型接着剤、反応硬化型接着剤、熱硬化型接着
剤、嫌気型接着剤等の各種硬化型接着剤を用いることができる。また、接着シート等を用
いてもよい。
また、基板１０１に、接着層１９２を用いて、着色層ＣＦＲ及び色変換層ＣＣＭＲなどが
設けられた基板１９１を貼り合わせてもよい。つまり、基板１０１を剥離しなくてもよい
。
このとき、研磨などにより、基板１０１の厚さを薄くすることが好ましい。これにより、
発光ダイオードが発する光の取り出し効率を高めることができる。また、表示装置の薄型
化、軽量化も可能となる。
図９（Ｂ）に示すように、発光ダイオード１１０ａが発する光は、接着層１９２を介して
、色変換層ＣＣＲに入射し、色変換層ＣＣＲにより青色から赤色に変換され、着色層ＣＦ
Ｒにより赤色の光の純度が高められて、表示装置１００Ｈの外部に射出される。
図９（Ｂ）に示すように、発光ダイオード１１０ｂが発する青色の光は、接着層１９２を
介して、表示装置１００Ｈの外部に射出される。
以上のように、本発明の一態様の表示装置は、複数の発光ダイオードと複数のトランジス
タとを一度に貼り合わせることができる。または、本発明の一態様の表示装置は、回路基
板に直接、発光ダイオードを形成して作製することができる。または、本発明の一態様の
表示装置は、発光ダイオードが形成された基板に直接、トランジスタ等を形成して作製す
ることができる。したがって、表示装置の製造コストの削減及び歩留まりの向上を図るこ
とができる。
また、マイクロＬＥＤと、金属酸化物を用いたトランジスタを組み合わせることで、消費
電力の低減された表示装置を実現できる。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。また、本明細書にお
いて、１つの実施の形態の中に、複数の構成例が示される場合は、構成例を適宜組み合わ
せることが可能である。
（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置に用いることができるトランジスタの構成
例について、図１０及び図１１を用いて説明する。
本実施の形態のトランジスタは、サイズを小さくできるため、表示装置の精細度を高める
ことや、比較的小さな表示部を有する電子機器への適用が容易である。
本明細書等において、トランジスタとは、ゲートと、ドレインと、ソースとを含む少なく
とも三つの端子を有する素子である。そして、ドレイン（ドレイン端子、ドレイン領域、
またはドレイン電極）とソース（ソース端子、ソース領域、またはソース電極）の間にチ
ャネルが形成される領域（チャネル形成領域）を有しており、チャネル形成領域を介して
、ソースとドレインとの間に電流を流すことができるものである。なお、本明細書等にお
いて、チャネル形成領域とは、電流が主として流れる領域をいう。
ソースやドレインの機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合や、回路動作にお
いて電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このため、本明細書等に
おいては、ソースやドレインの用語は、入れ替えて用いることができる場合がある。
チャネル長とは、例えば、トランジスタの上面図において、半導体（またはトランジスタ
がオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲート電極とが互いに重なる領域
、またはチャネル形成領域における、ソース（ソース領域またはソース電極）とドレイン
（ドレイン領域またはドレイン電極）との間の距離をいう。なお、一つのトランジスタに
おいて、チャネル長が全ての領域で同じ値をとるとは限らない。すなわち、一つのトラン
ジスタのチャネル長は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では、チ
ャネル長は、チャネル形成領域における、いずれか一の値、最大値、最小値、または平均
値とする。
チャネル幅とは、例えば、トランジスタの上面図において、半導体（またはトランジスタ
がオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲート電極とが互いに重なる領域
、またはチャネル形成領域における、チャネル長方向を基準として垂直方向のチャネル形
成領域の長さをいう。なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル幅がすべての領域で
同じ値をとるとは限らない。すなわち、一つのトランジスタのチャネル幅は、一つの値に
定まらない場合がある。そのため、本明細書では、チャネル幅は、チャネル形成領域にお
ける、いずれか一の値、最大値、最小値、または平均値とする。
なお、本明細書等において、トランジスタの構造によっては、実際にチャネルの形成され
る領域におけるチャネル幅（以下、「実効的なチャネル幅」ともいう）と、トランジスタ
の上面図において示されるチャネル幅（以下、「見かけ上のチャネル幅」ともいう）と、
が異なる場合がある。例えば、ゲート電極が半導体の側面を覆う場合、実効的なチャネル
幅が、見かけ上のチャネル幅よりも大きくなり、その影響が無視できなくなる場合がある
。例えば、微細かつゲート電極が半導体の側面を覆うトランジスタでは、半導体の側面に
形成されるチャネル形成領域の割合が大きくなる場合がある。その場合は、見かけ上のチ
ャネル幅よりも、実効的なチャネル幅の方が大きくなる。
このような場合、実効的なチャネル幅の、実測による見積もりが困難となる場合がある。
例えば、設計値から実効的なチャネル幅を見積もるためには、半導体の形状が既知という
仮定が必要である。したがって、半導体の形状が正確にわからない場合には、実効的なチ
ャネル幅を正確に測定することは困難である。
本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、見かけ上のチャネル幅を指す場合が
ある。または、本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、実効的なチャネル幅
を指す場合がある。なお、チャネル長、チャネル幅、実効的なチャネル幅、見かけ上のチ
ャネル幅などは、断面ＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒ
ｏｓｃｏｐｅ）像などを解析することなどによって、値を決定することができる。
なお、半導体の不純物とは、例えば、半導体を構成する主成分以外をいう。例えば、濃
度が０．１原子％未満の元素は不純物といえる。不純物が含まれることにより、例えば、
半導体の欠陥準位密度が高くなることや、結晶性が低下することなどが起こる場合がある
。半導体が酸化物半導体である場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば
、第１族元素、第２族元素、第１３族元素、第１４族元素、第１５族元素、酸化物半導体
の主成分以外の遷移金属などがあり、例えば、水素、リチウム、ナトリウム、シリコン、
ホウ素、リン、炭素、窒素などがある。なお、水も不純物として機能する場合がある。ま
た、例えば不純物の混入によって、酸化物半導体に酸素欠損（ＶＯ）が形成される場合が
ある。
本明細書等において、「絶縁体」という用語を、絶縁膜または絶縁層と言い換えることが
できる。また、「導電体」という用語を、導電膜または導電層と言い換えることができる
。また、「半導体」という用語を、半導体膜または半導体層と言い換えることができる。
本明細書等において、金属酸化物（ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ）とは、広い意味での金属の
酸化物である。金属酸化物は、酸化物絶縁体、酸化物導電体（透明酸化物導電体を含む）
、酸化物半導体（Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒまたは単にＯＳともいう）な
どに分類される。例えば、トランジスタの半導体層に金属酸化物を用いた場合、当該金属
酸化物を酸化物半導体と呼称する場合がある。つまり、ＯＳトランジスタと記載する場合
においては、金属酸化物または酸化物半導体を有するトランジスタと換言することができ
る。
図１０に、トランジスタ２００Ａを有する半導体装置を示す。図１０（Ａ）は、当該半導
体装置の上面図であり、図１０（Ｂ）～図１０（Ｄ）は、それぞれ、図１０（Ａ）におけ
る一点鎖線Ａ１－Ａ２間、Ａ３－Ａ４間、Ａ５－Ａ６間の断面図である。なお、図１０（
Ｂ）は、トランジスタ２００Ａのチャネル長方向の断面図ともいえる。図１０（Ｃ）は、
トランジスタ２００Ａのチャネル幅方向の断面図ともいえる。なお、図１０（Ａ）では、
図の明瞭化のために一部の要素を省いている。
図１０に示す半導体装置は、基板（図示せず）上の絶縁体２１２と、絶縁体２１２上の絶
縁体２１４と、絶縁体２１４上の絶縁体２１６と、絶縁体２１４上及び絶縁体２１６上の
トランジスタ２００Ａと、トランジスタ２００Ａ上の絶縁体２５４と、絶縁体２５４上の
絶縁体２８０と、絶縁体２８０上の絶縁体２８２と、絶縁体２８２上の絶縁体２８３と、
を有する。絶縁体２１２、絶縁体２１４、絶縁体２１６、絶縁体２５４、絶縁体２８０、
絶縁体２８２、及び絶縁体２８３は層間膜として機能する。さらに、当該半導体装置は、
導電体２４０（導電体２４０ａ及び導電体２４０ｂ）と、絶縁体２４１（絶縁体２４１ａ
及び絶縁体２４１ｂ）と、絶縁体２８３上及び導電体２４０上の導電体２４６（導電体２
４６ａ及び導電体２４６ｂ）と、導電体２４６上及び絶縁体２８３上の絶縁体２８６と、
を有する。導電体２４０ａ及び導電体２４０ｂは、それぞれ、トランジスタ２００Ａと電
気的に接続し、プラグとして機能する。絶縁体２４１は、導電体２４０の側面に接して設
けられている。導電体２４６ａは、導電体２４０ａと電気的に接続し、配線として機能す
る。同様に、導電体２４６ｂは、導電体２４０ｂと電気的に接続し、配線として機能する
。
絶縁体２５４、絶縁体２８０、絶縁体２８２、及び絶縁体２８３の開口の側壁に接して絶
縁体２４１ａが設けられ、絶縁体２４１ａの側面に接して導電体２４０ａの第１の導電体
が設けられ、さらに内側に導電体２４０ａの第２の導電体が設けられている。また、絶縁
体２５４、絶縁体２８０、絶縁体２８２、及び絶縁体２８３の開口の側壁に接して絶縁体
２４１ｂが設けられ、絶縁体２４１ｂの側面に接して導電体２４０ｂの第１の導電体が設
けられ、さらに内側に導電体２４０ｂの第２の導電体が設けられている。ここで、導電体
２４０の上面の高さと、導電体２４６と重なる領域の、絶縁体２８３の上面の高さと、は
同程度にできる。なお、図１０（Ｂ）では、導電体２４０の第１の導電体及び導電体２４
０の第２の導電体を積層する構成について示しているが、導電体２４０は、単層構造であ
っても積層構造であってもよい。なお、本明細書等において、構造体が積層構造を有する
場合、形成順に序数を付与し、区別する場合がある。
トランジスタ２００Ａは、絶縁体２１６に埋め込まれるように配置された導電体２０５（
導電体２０５ａ及び導電体２０５ｂ）と、絶縁体２１６上及び導電体２０５上の絶縁体２
２２と、絶縁体２２２上の絶縁体２２４と、絶縁体２２４上の酸化物２３０ａと、酸化物
２３０ａ上の酸化物２３０ｂと、酸化物２３０ｂ上の、酸化物２４３（酸化物２４３ａ及
び酸化物２４３ｂ）及び酸化物２３０ｃと、酸化物２４３ａ上の導電体２４２ａと、酸化
物２４３ｂ上の導電体２４２ｂと、酸化物２３０ｃ上の酸化物２３０ｄと、酸化物２３０
ｄ上の絶縁体２５０と、絶縁体２５０上に位置し、酸化物２３０ｃの一部と重なる導電体
２６０（導電体２６０ａ及び導電体２６０ｂ）と、を有する。また、酸化物２３０ｃは、
酸化物２４３ａの側面、酸化物２４３ｂの側面、導電体２４２ａの側面、及び導電体２４
２ｂの側面と接する。また、絶縁体２８２は、導電体２６０、絶縁体２５０、酸化物２３
０ｄ、酸化物２３０ｃ、及び絶縁体２８０のそれぞれの上面と接する。
絶縁体２８０及び絶縁体２５４には、酸化物２３０ｂに達する開口が設けられる。当該開
口内に、酸化物２３０ｃ、酸化物２３０ｄ、絶縁体２５０、及び導電体２６０が配置され
ている。また、トランジスタ２００Ａのチャネル長方向において、導電体２４２ａ及び酸
化物２４３ａと、導電体２４２ｂ及び酸化物２４３ｂと、の間に導電体２６０、絶縁体２
５０、酸化物２３０ｄ、及び酸化物２３０ｃが設けられている。絶縁体２５０は、導電体
２６０の側面と接する領域と、導電体２６０の底面と接する領域と、を有する。また、酸
化物２３０ｃは、酸化物２３０ｂと接する領域と、酸化物２３０ｄ及び絶縁体２５０を介
して、導電体２６０の側面と重なる領域と、酸化物２３０ｄ及び絶縁体２５０を介して、
導電体２６０の底面と重なる領域と、を有する。
酸化物２３０は、絶縁体２２４上の酸化物２３０ａと、酸化物２３０ａ上の酸化物２３０
ｂと、酸化物２３０ｂの上に配置され、少なくとも一部が酸化物２３０ｂに接する酸化物
２３０ｃと、酸化物２３０ｃ上の酸化物２３０ｄと、を有することが好ましい。
なお、トランジスタ２００Ａでは、酸化物２３０が、酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｂ、
酸化物２３０ｃ、及び酸化物２３０ｄの４層を積層する構成について示しているが、酸化
物２３０は単層構造であっても積層構造であってもよい。酸化物２３０は、例えば、酸化
物２３０ｂの単層、酸化物２３０ａと酸化物２３０ｂの２層構造、酸化物２３０ｂと酸化
物２３０ｃの２層構造、酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｂ、及び酸化物２３０ｃの３層構
造、酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｂ、及び酸化物２３０ｄの３層構造、または５層以上
の積層構造であってもよい。また、酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｂ、酸化物２３０ｃ、
及び酸化物２３０ｄのそれぞれは、単層構造であってもよく、積層構造であってもよい。
導電体２６０は、第１のゲート（トップゲート）電極として機能し、導電体２０５は、第
２のゲート（バックゲート）電極として機能する。また、絶縁体２５０、絶縁体２２４、
及び絶縁体２２２は、ゲート絶縁体として機能する。また、導電体２４２ａは、ソース電
極またはドレイン電極の一方として機能し、導電体２４２ｂは、ソース電極またはドレイ
ン電極の他方として機能する。また、酸化物２３０はチャネル形成領域として機能する。
トランジスタ２００Ａは、チャネル形成領域を含む酸化物２３０（酸化物２３０ａ、酸化
物２３０ｂ、酸化物２３０ｃ、及び酸化物２３０ｄ）に、半導体として機能する金属酸化
物（酸化物半導体）を用いることが好ましい。
半導体として機能する金属酸化物は、バンドギャップが２ｅＶ以上であることが好ましく
、２．５ｅＶ以上であることがより好ましい。このように、バンドギャップの大きい金属
酸化物を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。
チャネル形成領域に酸化物半導体を用いたトランジスタは、非導通状態においてリーク電
流（オフ電流）が極めて小さいため、低消費電力の半導体装置を提供できる。また、酸化
物半導体は、スパッタリング法などを用いて成膜できるため、高集積型の半導体装置を構
成するトランジスタに用いることができる。
酸化物２３０として、例えば、インジウム、元素Ｍ、及び亜鉛を有するＩｎ－Ｍ－Ｚｎ酸
化物（元素Ｍは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、錫、銅、バナジウム、ベリリ
ウム、ホウ素、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ラン
タン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、マグネシウム、コバ
ルトなどから選ばれた一種、または複数種）等の金属酸化物を用いるとよい。また、酸化
物２３０として、Ｉｎ－Ｇａ酸化物、Ｉｎ－Ｚｎ酸化物、またはインジウム酸化物を用い
てもよい。
酸化物半導体を用いたトランジスタは、酸化物半導体中のチャネル形成領域に不純物及び
酸素欠損（ＶＯ）が存在すると、電気特性が変動しやすく、信頼性が悪くなる場合がある
。酸化物半導体中の不純物としては、例えば、水素、窒素、アルカリ金属、アルカリ土類
金属、鉄、ニッケル、シリコン等がある。
特に、酸化物半導体に含まれる水素は、金属原子と結合する酸素と反応して、Ｈ２Ｏ及び
酸素欠損を形成する場合がある。また、酸素欠損近傍の水素が、酸素欠損に水素が入った
欠陥（ＶＯＨともいう）を形成し、キャリアとなる電子を生成する場合がある。また、水
素の一部が金属原子と結合する酸素と結合して、キャリアとなる電子を生成することがあ
る。従って、水素が含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタはノーマリーオン特
性（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る
特性）となりやすい。
酸素欠損に水素が入った欠陥（ＶＯＨ）は、金属酸化物のドナーとして機能しうる。しか
しながら、当該欠陥を定量的に評価することは困難である。そこで、金属酸化物において
は、ドナー濃度ではなく、キャリア濃度で評価される場合がある。よって、本明細書等で
は、金属酸化物のパラメータとして、ドナー濃度ではなく、電界が印加されない状態を想
定したキャリア濃度を用いる場合がある。つまり、本明細書等に記載の「キャリア濃度」
は、「ドナー濃度」と言い換えることができる場合がある。また、本明細書等に記載の「
キャリア濃度」は、「キャリア密度」と言い換えることができる。
以上より、酸化物半導体中のチャネル形成領域では、水素及び酸素欠損はできる限り低減
されていることが好ましい。具体的には、酸化物２３０のチャネル形成領域において、二
次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒ
ｏｍｅｔｒｙ）により得られる水素濃度を、１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ま
しくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、より好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／
ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満にする。また、酸化
物半導体中のチャネル形成領域は、キャリア濃度が低減され、ｉ型化（真性化）または実
質的にｉ型化されていることが好ましい。
酸化物２３０は、少なくともインジウムまたは亜鉛を含むことが好ましい。特にインジウ
ム及び亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、イ
ットリウム、スズなどが含まれていることが好ましい。また、ホウ素、チタン、鉄、ニッ
ケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフ
ニウム、タンタル、タングステン、マグネシウム、コバルトなどから選ばれた一種、また
は複数種が含まれていてもよい。
なお、本明細書等において、窒素を有する金属酸化物も金属酸化物（ｍｅｔａｌ ｏｘｉ
ｄｅ）と総称する場合がある。また、窒素を有する金属酸化物を、金属酸窒化物（ｍｅｔ
ａｌ ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ）と呼称してもよい。
酸化物２３０に用いることができる金属酸化物（酸化物半導体）については、実施の形態
４で詳述する。
酸化物２３０は、化学組成が異なる複数の酸化物の積層構造を有することが好ましい。ま
た、酸化物２３０は、酸素以外に共通の元素を有する（主成分とする）複数の酸化物の積
層構造を有することが好ましい。
具体的には、酸化物２３０ａまたは酸化物２３０ｄに用いる金属酸化物における、Ｉｎに
対する元素Ｍの原子数比が、酸化物２３０ｂまたは酸化物２３０ｃに用いる金属酸化物に
おける、Ｉｎに対する元素Ｍの原子数比より大きいことが好ましい。Ｉｎに対する元素Ｍ
の原子数比が大きくなるほど、不純物または酸素の拡散を抑制しやすくなる。よって、酸
化物２３０ｂの下に酸化物２３０ａを有することで、酸化物２３０ａよりも下方に形成さ
れた構造物から、酸化物２３０ｂへの不純物の拡散を抑制することができる。また、酸化
物２３０ｃ上に酸化物２３０ｄを有することで、酸化物２３０ｄよりも上方に形成された
構造物から、酸化物２３０ｃへの不純物の拡散を抑制することができる。
別言すると、酸化物２３０ｂまたは酸化物２３０ｃに用いる金属酸化物における、元素Ｍ
に対するＩｎの原子数比が、酸化物２３０ａまたは酸化物２３０ｄに用いる金属酸化物に
おける、元素Ｍに対するＩｎの原子数比より大きいことが好ましい。このとき、キャリア
の主たる経路は、酸化物２３０ｂ、酸化物２３０ｃまたはその近傍、例えば、酸化物２３
０ｂと酸化物２３０ｃとの界面になる。また、酸化物２３０ｂ及び酸化物２３０ｃが、酸
素以外に共通の元素を有する（主成分とする）ことで、酸化物２３０ｂと酸化物２３０ｃ
との界面における欠陥準位密度を低くすることができるため、界面散乱によるキャリア伝
導への影響が小さく、高いオン電流が得られる。
なお、酸化物２３０ｃをキャリアの主たる経路とするには、酸化物２３０ｃにおいて、主
成分である金属元素に対するインジウムの原子数比が、酸化物２３０ｂにおける、主成分
である金属元素に対するインジウムの原子数比より大きいことが好ましい。インジウムの
含有量が多い金属酸化物をチャネル形成領域に用いることで、トランジスタのオン電流を
増大することができる。
また、酸化物２３０ｃをキャリアの主たる経路とするには、酸化物２３０ｃの伝導帯下端
は、酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｂ、及び酸化物２３０ｄの伝導帯下端より真空準位か
ら離れていることが好ましい。言い換えると、酸化物２３０ｃの電子親和力は、酸化物２
３０ａ、酸化物２３０ｂ、及び酸化物２３０ｄの電子親和力より大きいことが好ましい。
酸化物２３０ｂ及び酸化物２３０ｃは、それぞれ結晶性を有することが好ましい。特に、
酸化物２３０ｂ及び酸化物２３０ｃとして、後述するＣＡＡＣ－ＯＳ（ｃ－ａｘｉｓ ａ
ｌｉｇｎｅｄ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を
用いることが好ましい。また、酸化物２３０ｄが結晶性を有する構成にしてもよい。
ＣＡＡＣ－ＯＳを、酸化物２３０ｂ及び酸化物２３０ｃに用いることで、酸化物半導体中
のチャネルが形成される領域で、不純物及び酸素欠損の低減を図ることができる。これに
より、電気特性の変動が抑制され、安定した電気特性を実現するとともに、信頼性を向上
させたトランジスタを提供することができる。
また、ソース電極またはドレイン電極による、酸化物２３０ｂからの酸素の引き抜きを抑
制することができる。これにより、熱処理を行っても、酸化物２３０ｂから酸素が引き抜
かれることを低減できるので、トランジスタ２００Ａは、製造工程における高い温度（所
謂サーマルバジェット）に対して安定である。
また、ＣＡＡＣ－ＯＳは、ＣＡＡＣ構造のｃ軸と垂直方向に酸素を移動させやすい性質を
有する。したがって、酸化物２３０ｃが有する酸素を、酸化物２３０ｂに効率的に供給す
ることができる。
ＣＡＡＣ－ＯＳは、結晶性の高い、緻密な構造を有しており、不純物や欠陥（酸素欠損な
ど）が少ない金属酸化物である。特に、金属酸化物の形成後に、金属酸化物が多結晶化し
ない程度の温度（例えば、４００℃以上６００℃以下）で加熱処理することで、ＣＡＡＣ
－ＯＳをより結晶性の高い、緻密な構造にすることができる。このようにして、ＣＡＡＣ
－ＯＳの密度をより高めることで、当該ＣＡＡＣ－ＯＳ中の不純物または酸素の拡散をよ
り低減することができる。
酸化物２３０は、トランジスタ２００Ａのチャネル形成領域と、チャネル形成領域を挟む
ように設けられる、一対の低抵抗領域（ソース領域及びドレイン領域）と、を有する。チ
ャネル形成領域は、少なくとも一部が導電体２６０と重畳している。酸化物２３０ｂ上に
は導電体２４２（導電体２４２ａ及び導電体２４２ｂ）が設けられており、チャネル形成
領域よりも低抵抗な領域が、導電体２４２近傍に形成されている。
ソース領域及びドレイン領域は、酸素濃度が低い、水素、窒素、金属元素などの不純物を
含む、などによりキャリア濃度が増加し、低抵抗化した領域である。すなわち、ソース領
域及びドレイン領域は、チャネル形成領域と比較して、キャリア濃度が高く、低抵抗な領
域である。また、チャネル形成領域は、ソース領域及びドレイン領域よりも、酸素濃度が
高い、不純物濃度が低い、などにより、キャリア濃度が低く、高抵抗な領域である。
酸化物２３０において、各領域の境界を明確に検出することが困難な場合がある。各領域
内で検出される水素、窒素、金属元素などの不純物の濃度は、領域ごとの段階的な変化に
限らず、各領域内でも連続的に変化していてもよい。つまり、チャネル形成領域に近い領
域であるほど、水素、窒素、金属元素などの不純物の濃度が減少していればよい。
また、チャネル形成領域の酸素濃度を高くするには、酸化物半導体の近傍に、加熱により
脱離する酸素（過剰酸素ともいう）を含む絶縁体を設け、熱処理を行うことで、当該絶縁
体から酸化物半導体に酸素を供給できる構成にすればよい。これにより、酸化物半導体中
のチャネル形成領域に含まれる酸素欠損を、供給された酸素により修復することができる
。さらに、供給された酸素が酸化物半導体中に残存した水素と反応することで、当該水素
をＨ２Ｏとして除去する（脱水化する）ことができる。これにより、酸化物半導体にＶＯ
Ｈが形成されるのを抑制することができる。
しかしながら、ソース領域またはドレイン領域に過剰な量の酸素が供給されると、ソース
領域またはドレイン領域のキャリア濃度が低減し、トランジスタ２００Ａのオン電流の低
下、電界効果移動度の低下などを引き起こすおそれがある。さらに、ソース領域またはド
レイン領域に供給される酸素が基板面内でばらつくことで、トランジスタを有する半導体
装置の特性にばらつきが生じることになる。
よって、酸化物半導体中において、チャネル形成領域は、キャリア濃度が低減され、ｉ型
化または実質的にｉ型化されていることが好ましいが、ソース領域及びドレイン領域は、
キャリア濃度が高く、ｎ型化していることが好ましい。つまり、酸化物半導体のチャネル
形成領域に酸素を供給し、ソース領域及びドレイン領域には過剰な量の酸素が供給されな
いようにすることが好ましい。
例えば、絶縁体２５４を、スパッタリング法を用いて成膜することで、絶縁体２２４に酸
素を注入できる。そして、絶縁体２２４に注入された酸素を、酸化物２３０ｃを介して、
酸化物２３０ｂに供給させる。これにより、チャネル形成領域の大部分を占める酸化物２
３０ｃ及び酸化物２３０ｂの酸化物２３０ｃに接する領域に選択的に酸素を供給すること
ができる。
また、酸化物２３０ｂとして、上記のような緻密な構造を有するＣＡＡＣ－ＯＳを用いる
ことで、酸化物２３０ｂ中の、不純物及び酸素の拡散を低減することができる。よって、
酸化物２３０ｂのチャネル形成領域に供給された酸素が、酸化物２３０ｂのソース領域及
びドレイン領域に拡散するのを低減することができる。
以上のようにして、チャネル形成領域に選択的に酸素を供給して、チャネル形成領域のｉ
型化を図り、かつソース領域及びドレイン領域に拡散する酸素を抑制し、ソース領域及び
ドレイン領域のｎ型化を維持することができる。これにより、トランジスタ２００Ａの電
気特性の変動を抑制し、基板面内でトランジスタ２００Ａの電気特性がばらつくのを抑制
することができる。
また、酸化物２３０ｄは、酸化物２３０ｃに用いられる金属酸化物を構成する金属元素の
少なくとも一つを含むことが好ましく、当該金属元素を全て含むことがより好ましい。例
えば、酸化物２３０ｃとして、Ｉｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物、Ｉｎ－Ｚｎ酸化物、またはインジ
ウム酸化物を用い、酸化物２３０ｄとして、Ｉｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物、Ｍ－Ｚｎ酸化物、ま
たは元素Ｍの酸化物を用いるとよい。これにより、酸化物２３０ｃと酸化物２３０ｄとの
界面における欠陥準位密度を低くすることができる。
また、酸化物２３０ｄは、酸化物２３０ｃより、酸素の拡散または透過を抑制する金属酸
化物であることが好ましい。絶縁体２５０と酸化物２３０ｃとの間に酸化物２３０ｄを設
けることで、酸化物２３０ｃまたは絶縁体２８０に含まれる酸素が、絶縁体２５０に拡散
するのを抑制することができる。したがって、当該酸素は、酸化物２３０ｃを介して、酸
化物２３０ｂに効率的に供給することができる。また、絶縁体２５０を介して導電体２６
０が酸化するのを抑制することができる。
また、酸化物２３０ｄに用いる金属酸化物において、主成分である金属元素に対するＩｎ
の原子数比が、酸化物２３０ｃに用いる金属酸化物における、主成分である金属元素に対
するＩｎの原子数比より小さくすることで、Ｉｎが絶縁体２５０側に拡散するのを抑制す
ることができる。絶縁体２５０は、ゲート絶縁体として機能するため、Ｉｎが絶縁体２５
０などに混入した場合、トランジスタの特性不良となる。したがって、酸化物２３０ｃと
絶縁体２５０との間に酸化物２３０ｄを設けることで、信頼性の高い半導体装置を提供す
ることが可能となる。
ここで、酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｂ、酸化物２３０ｃ、及び酸化物２３０ｄの接合
部において、伝導帯下端はなだらかに変化する。換言すると、酸化物２３０ａ、酸化物２
３０ｂ、酸化物２３０ｃ、及び酸化物２３０ｄの接合部における伝導帯下端は、連続的に
変化するまたは連続接合するともいうことができる。このようにするためには、酸化物２
３０ａと酸化物２３０ｂとの界面、酸化物２３０ｂと酸化物２３０ｃとの界面、及び酸化
物２３０ｃと酸化物２３０ｄとの界面に形成される混合層の欠陥準位密度を低くするとよ
い。
例えば、酸化物２３０ａと酸化物２３０ｂ、酸化物２３０ｂと酸化物２３０ｃ、酸化物２
３０ｃと酸化物２３０ｄが、酸素以外に共通の元素を主成分として有することで、欠陥準
位密度が低い混合層を形成することができる。例えば、酸化物２３０ｂがＩｎ－Ｍ－Ｚｎ
酸化物の場合、酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｃ、及び酸化物２３０ｄとして、Ｉｎ－Ｍ
－Ｚｎ酸化物、Ｍ－Ｚｎ酸化物、元素Ｍの酸化物、Ｉｎ－Ｚｎ酸化物、インジウム酸化物
などを用いるとよい。
具体的には、酸化物２３０ａとして、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：３：４［原子数比］もしくは
その近傍の組成、またはＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：０．５［原子数比］もしくはその近傍
の組成の金属酸化物を用いればよい。また、酸化物２３０ｂとして、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１
：１：１［原子数比］もしくはその近傍の組成、またはＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：３［原
子数比］もしくはその近傍の組成の金属酸化物を用いればよい。また、酸化物２３０ｃと
して、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：３［原子数比］もしくはその近傍の組成、Ｉｎ：Ｍ：Ｚ
ｎ＝５：１：３［原子数比］もしくはその近傍の組成、またはＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１
：３［原子数比］もしくはその近傍の組成の金属酸化物、または、インジウム酸化物を用
いればよい。また、酸化物２３０ｄとして、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：３：４［原子数比］も
しくはその近傍の組成、Ｍ：Ｚｎ＝２：１［原子数比］もしくはその近傍の組成、または
Ｍ：Ｚｎ＝２：５［原子数比］もしくはその近傍の組成の金属酸化物、または、元素Ｍの
酸化物を用いればよい。なお、近傍の組成とは、所望の原子数比の±３０％の範囲を含む
。また、元素Ｍとして、ガリウムを用いることが好ましい。
酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｂ、酸化物２３０ｃ、及び酸化物２３０ｄを上述の構成と
することで、酸化物２３０ａと酸化物２３０ｂとの界面、酸化物２３０ｂと酸化物２３０
ｃとの界面、及び酸化物２３０ｃと酸化物２３０ｄとの界面における欠陥準位密度を低く
することができる。そのため、界面散乱によるキャリア伝導への影響が小さくなり、トラ
ンジスタ２００Ａは大きいオン電流及び高い周波数特性を得ることができる。
また、トランジスタのチャネル長方向の断面視において、酸化物２３０ｂに溝部を設け、
当該溝部に、ＣＡＡＣ－ＯＳを有する酸化物２３０ｃを埋め込むことが好ましい。このと
き、酸化物２３０ｃは、当該溝部の内壁（側壁及び底面）を覆うように配置される。
また、酸化物２３０ｂの溝部の深さは、酸化物２３０ｃの膜厚と一致または概略一致する
ことが好ましい。言い換えると、酸化物２３０ｂと重なる領域の酸化物２３０ｃの上面が
、酸化物２３０ｂと酸化物２４３の界面と一致または概略一致して配置されることが好ま
しい。例えば、絶縁体２２２の底面を基準としたとき、酸化物２３０ｂと酸化物２４３の
界面の高さと、酸化物２３０ｃと酸化物２３０ｄの界面の高さの差が、酸化物２３０ｃの
膜厚以下であることが好ましく、酸化物２３０ｃの膜厚の半分以下であることがより好ま
しい。
上記構成にすることで、トランジスタにおいて、ＶＯＨなどの欠陥や不純物の影響を低減
して、チャネルを酸化物２３０ｃに形成することができる。これにより、トランジスタに
良好な電気特性を付与することができる。さらに、トランジスタ特性のばらつきが少なく
、信頼性が良好な半導体装置を提供することができる。
また、酸化物２３０ｂと酸化物２３０ｃの界面及びその近傍における不純物が、低減また
は除去されていることが好ましい。元素Ｍがアルミニウムでない場合、特に、アルミニウ
ム、シリコンなどの不純物は、酸化物２３０ｃ及び酸化物２３０ｂの結晶性またはｃ軸配
向性の向上を阻害するため、低減または除去されていることが好ましい。例えば、酸化物
２３０ｂと酸化物２３０ｃの界面及びその近傍における、アルミニウム原子の濃度が、２
．０原子％以下が好ましく、１．５原子％以下がより好ましく、１．０原子％以下がさら
に好ましい。
なお、アルミニウム、シリコンなどの不純物により結晶性またはｃ軸配向性の向上が阻害
され、擬似非晶質酸化物半導体（ａ－ｌｉｋｅ ＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ－ｌｉｋｅ
ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）となった金属酸化物の領域を、非ＣＡＡＣ領
域と呼ぶ場合がある。非ＣＡＡＣ領域ではＶＯＨが多量に形成され、トランジスタがノー
マリーオン化しやすくなる蓋然性が高い。以上より、非ＣＡＡＣ領域は、縮小または除去
されていることが好ましい。
これに対して、ＣＡＡＣ構造を有する酸化物２３０ｂ及び酸化物２３０ｃにおいては、緻
密な結晶構造が形成されているので、ＶＯＨは安定に存在しにくくなる。さらに、後述す
る加酸素化処理において、過剰酸素を酸化物２３０ｂ及び酸化物２３０ｃに供給すること
で、酸化物２３０ｂ及び酸化物２３０ｃ中のＶＯＨ及びＶＯを低減することができる。こ
のように、酸化物２３０ｂ及び酸化物２３０ｃがＣＡＡＣ構造を有することで、トランジ
スタのノーマリーオン化を抑制することができる。
また、図１０（Ｃ）に示すように、トランジスタ２００Ａのチャネル幅方向の断面視にお
いて、酸化物２３０ｂの側面と酸化物２３０ｂの上面との間に、湾曲面を有してもよい。
つまり、当該側面の端部と当該上面の端部は、湾曲してもよい。
上記湾曲面での曲率半径は、０ｎｍより大きく、導電体２４２と重なる領域の酸化物２３
０ｂの膜厚より小さい、または、酸化物２３０ｂの上面の、上記湾曲面を有さない領域の
長さの半分より小さいことが好ましい。上記湾曲面での曲率半径は、具体的には、０ｎｍ
より大きく２０ｎｍ以下、好ましくは１ｎｍ以上１５ｎｍ以下、さらに好ましくは２ｎｍ
以上１０ｎｍ以下とする。このような形状にすることで、後の工程で形成する絶縁体２５
０及び導電体２６０の、当該溝部への被覆性を高めることができる。また、酸化物２３０
ｂの上面の、上記湾曲面を有さない領域の長さの減少を防ぎ、トランジスタ２００Ａのオ
ン電流、移動度の低下を抑制することができる。したがって、良好な電気特性を有する半
導体装置を提供することができる。
なお、酸化物２３０ｃは、トランジスタ２００Ａ毎に設けてもよい。互いに隣接する２つ
のトランジスタ２００Ａがそれぞれ有する酸化物２３０ｃは、互いに接しなくてもよい。
酸化物２３０ｃをトランジスタ２００Ａ毎に設けることで、２つのトランジスタの間に寄
生トランジスタが生じるのを抑制し、導電体２６０に沿ったリークパスが生じるのを抑制
することができる。したがって、良好な電気特性を有し、かつ、微細化または高集積化が
可能な半導体装置を提供することができる。
なお、導電体２６０、絶縁体２５０のそれぞれは、隣接するトランジスタ２００Ａ間で共
通して用いられてもよい。つまり、トランジスタ２００Ａの導電体２６０は、当該トラン
ジスタ２００Ａに隣接するトランジスタ２００Ａの導電体２６０と連続して設けられた領
域を有する。また、トランジスタ２００Ａの絶縁体２５０は、当該トランジスタ２００Ａ
に隣接するトランジスタ２００Ａの絶縁体２５０と連続して設けられた領域を有する。
また、上記構成とすることで、酸化物２３０ｄは、トランジスタ２００Ａと、当該トラン
ジスタ２００Ａに隣接するトランジスタ２００Ａとの間に、絶縁体２２４に接する領域を
有する。なお、トランジスタ２００Ａの酸化物２３０ｄは、当該トランジスタ２００Ａに
隣接するトランジスタ２００Ａの酸化物２３０ｄと、離隔する構成にしてもよい。このと
き、絶縁体２５０は、トランジスタ２００Ａと、当該トランジスタ２００Ａに隣接するト
ランジスタ２００Ａとの間に、絶縁体２２４に接する領域を有する。
絶縁体２１２、絶縁体２１４、絶縁体２５４、絶縁体２８２、絶縁体２８３、及び絶縁体
２８６は、水、水素などの不純物が、基板側から、または、トランジスタ２００Ａの上方
からトランジスタ２００Ａに拡散するのを抑制するバリア絶縁膜として機能することが好
ましい。したがって、絶縁体２１２、絶縁体２１４、絶縁体２５４、絶縁体２８２、絶縁
体２８３、及び絶縁体２８６は、水素原子、水素分子、水分子、窒素原子、窒素分子、酸
化窒素分子（Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２など）、銅原子などの不純物の拡散を抑制する機能を
有する（上記不純物が透過しにくい）絶縁性材料を用いることが好ましい。または、酸素
（例えば、酸素原子、酸素分子などの少なくとも一）の拡散を抑制する機能を有する（上
記酸素が透過しにくい）絶縁性材料を用いることが好ましい。
なお、本明細書において、バリア絶縁膜とは、バリア性を有する絶縁膜のことを指す。本
明細書において、バリア性とは、対応する物質の拡散を抑制する機能（透過性が低いとも
いう）とする。または、対応する物質を、捕獲及び固着する（ゲッタリングともいう）機
能とする。
例えば、絶縁体２１２及び絶縁体２８３として、窒化シリコンなどを用い、絶縁体２１４
、絶縁体２５４、及び絶縁体２８２として、酸化アルミニウムなどを用いることが好まし
い。これにより、水、水素などの不純物が絶縁体２１２及び絶縁体２１４を介して、基板
側からトランジスタ２００Ａ側に拡散するのを抑制することができる。また、絶縁体２２
４などに含まれる酸素が、絶縁体２１２及び絶縁体２１４を介して、基板側に拡散するの
を抑制することができる。この様に、トランジスタ２００Ａを、水、水素などの不純物、
及び酸素の拡散を抑制する機能を有する絶縁体２１２、絶縁体２１４、絶縁体２５４、絶
縁体２８２、及び絶縁体２８３で取り囲む構造とすることが好ましい。
また、絶縁体２１２、絶縁体２８３、及び絶縁体２８６の抵抗率を低くすることが好まし
い場合がある。例えば、絶縁体２１２、絶縁体２８３、及び絶縁体２８６の抵抗率を１×
１０１３Ωｃｍ程度とすることで、半導体装置作製工程のプラズマ等を用いる処理におい
て、絶縁体２１２、絶縁体２８３、及び絶縁体２８６が、導電体２０５、導電体２４２、
導電体２６０、または導電体２４６のチャージアップを緩和することができる場合がある
。絶縁体２１２、絶縁体２８３、及び絶縁体２８６の抵抗率は、好ましくは、１×１０１
０Ωｃｍ以上１×１０１５Ωｃｍ以下とする。
絶縁体２１６及び絶縁体２８０は、絶縁体２１４よりも誘電率が低いことが好ましい。誘
電率が低い材料を層間膜とすることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる
。例えば、絶縁体２１６及び絶縁体２８０として、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒
化酸化シリコン、窒化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シ
リコン、炭素及び窒素を添加した酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコンなどを適宜用
いればよい。特に、酸化シリコン及び酸化窒化シリコンは、熱的に安定であるため好まし
い。特に、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、空孔を有する酸化シリコンなどの材料は、
加熱により脱離する酸素を含む領域を容易に形成することができるため好ましい。
導電体２０５は、第２のゲート電極として機能する場合がある。その場合、導電体２０５
に印加する電位を、導電体２６０に印加する電位と連動させず、独立して変化させること
で、トランジスタ２００Ａのしきい値電圧（Ｖｔｈ）を制御することができる。特に、導
電体２０５に負の電位を印加することにより、トランジスタ２００ＡのＶｔｈをより大き
くし、オフ電流を低減することが可能となる。したがって、導電体２０５に負の電位を印
加したほうが、印加しない場合よりも、導電体２６０に印加する電位が０Ｖのときのドレ
イン電流を小さくすることができる。
導電体２０５は、酸化物２３０及び導電体２６０と重なるように配置する。
なお、導電体２０５は、図１０（Ａ）に示すように、酸化物２３０の導電体２４２ａ及び
導電体２４２ｂと重ならない領域の大きさよりも、大きく設けるとよい。特に、図１０（
Ｃ）に示すように、導電体２０５は、酸化物２３０ａ及び酸化物２３０ｂのチャネル幅方
向と交わる端部よりも外側の領域においても、延伸していることが好ましい。つまり、酸
化物２３０のチャネル幅方向における側面の外側において、導電体２０５と、導電体２６
０とは、絶縁体を介して重畳していることが好ましい。当該構成を有することで、第１の
ゲート電極として機能する導電体２６０の電界と、第２のゲート電極として機能する導電
体２０５の電界によって、酸化物２３０のチャネル形成領域を電気的に取り囲むことがで
きる。本明細書において、第１のゲート及び第２のゲートの電界によって、チャネル形成
領域を電気的に取り囲むトランジスタの構造を、ｓｕｒｒｏｕｎｄｅｄ ｃｈａｎｎｅｌ
（Ｓ－ｃｈａｎｎｅｌ）構造とよぶ。
なお、本明細書等において、Ｓ－ｃｈａｎｎｅｌ構造のトランジスタとは、一対のゲート
電極の一方及び他方の電界によって、チャネル形成領域を電気的に取り囲むトランジスタ
の構造を表す。また、本明細書等で開示するＳ－ｃｈａｎｎｅｌ構造は、Ｆｉｎ型構造及
びプレーナ型構造とは異なる。Ｓ－ｃｈａｎｎｅｌ構造を採用することで、短チャネル効
果に対する耐性を高める、別言すると短チャネル効果が発生し難いトランジスタとするこ
とができる。
また、図１０（Ｃ）に示すように、導電体２０５は延伸させて、配線としても機能させて
いる。ただし、これに限られることなく、導電体２０５の下に、配線として機能する導電
体を設ける構成にしてもよい。また、導電体２０５は、必ずしも各トランジスタに一個ず
つ設ける必要はない。例えば、導電体２０５を複数のトランジスタで共有する構成にして
もよい。
ここで、導電体２０５ａは、水素原子、水素分子、水分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒
素分子（Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２など）、銅原子などの不純物の拡散を抑制する機能を有す
る導電性材料を用いることが好ましい。または、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子など
の少なくとも一）の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。
導電体２０５ａに、酸素の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることにより、
導電体２０５ｂが酸化して導電率が低下することを抑制することができる。酸素の拡散を
抑制する機能を有する導電性材料としては、例えば、タンタル、窒化タンタル、ルテニウ
ム、酸化ルテニウムなどを用いることが好ましい。したがって、導電体２０５ａは、上記
導電性材料を単層または積層とすればよい。例えば、導電体２０５ａは、タンタル、窒化
タンタル、ルテニウム、または酸化ルテニウムと、チタンまたは窒化チタンとの積層とし
てもよい。
また、導電体２０５ｂは、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする導電性
材料を用いることが好ましい。なお、導電体２０５ｂを単層で図示したが、積層構造とし
てもよく、例えば、チタンまたは窒化チタンと、当該導電性材料との積層としてもよい。
なお、トランジスタ２００Ａでは、導電体２０５は、導電体２０５ａと導電体２０５ｂと
を積層する構成について示しているが、導電体２０５は、単層構造であっても積層構造で
あってもよい。
絶縁体２２２は、水素（例えば、水素原子、水素分子などの少なくとも一）の拡散を抑制
する機能を有することが好ましい。また、絶縁体２２２は、酸素（例えば、酸素原子、酸
素分子などの少なくとも一）の拡散を抑制する機能を有することが好ましい。例えば、絶
縁体２２２は、絶縁体２２４よりも水素及び酸素の一方または双方の拡散をより抑制でき
ることが好ましい。
絶縁体２２２は、絶縁性材料であるアルミニウム及びハフニウムの一方または双方の酸化
物を含む絶縁体を用いるとよい。アルミニウム及びハフニウムの一方または双方の酸化物
を含む絶縁体は、酸素、水素、及び水に対するバリア性を有する。当該絶縁体として、酸
化アルミニウム、酸化ハフニウム、アルミニウム及びハフニウムを含む酸化物（ハフニウ
ムアルミネート）などを用いることが好ましい。このような材料を用いて絶縁体２２２を
形成した場合、絶縁体２２２は、酸化物２３０から基板側への酸素の放出や、トランジス
タ２００Ａの周辺部から酸化物２３０への水素等の不純物の拡散を抑制する層として機能
する。よって、絶縁体２２２を設けることで、水素等の不純物が、トランジスタ２００Ａ
の内側へ拡散することを抑制し、酸化物２３０中の酸素欠損の生成を抑制することができ
る。また、導電体２０５が、絶縁体２２４や、酸化物２３０が有する酸素と反応すること
を抑制することができる。
または、上記絶縁体に、例えば、酸化アルミニウム、酸化ビスマス、酸化ゲルマニウム、
酸化ニオブ、酸化シリコン、酸化チタン、酸化タングステン、酸化イットリウム、酸化ジ
ルコニウムを添加してもよい。または、これらの絶縁体を窒化処理してもよい。また、絶
縁体２２２は、これらの絶縁体に酸化シリコン、酸化窒化シリコンまたは窒化シリコンを
積層して用いてもよい。
また、絶縁体２２２は、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸
化ジルコニウム、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉ
Ｏ３）、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３（ＢＳＴ）など（いわゆるｈｉｇｈ－ｋ材料）を含む絶
縁体を単層または積層で用いてもよい。トランジスタの微細化及び高集積化が進むと、ゲ
ート絶縁体の薄膜化により、リーク電流などの問題が生じる場合がある。ゲート絶縁体と
して機能する絶縁体にｈｉｇｈ－ｋ材料を用いることで、物理膜厚を保ちながら、トラン
ジスタ動作時のゲート電位の低減が可能となる。
酸化物２３０と接する絶縁体２２４は、加熱により酸素を脱離することが好ましい。例え
ば、絶縁体２２４は、酸化シリコン、酸化窒化シリコンなどを適宜用いればよい。酸素を
含む絶縁体を酸化物２３０に接して設けることにより、酸化物２３０中の酸素欠損を低減
し、トランジスタ２００Ａの信頼性を向上させることができる。
絶縁体２２４として、具体的には、化学量論的組成よりも酸素が過剰に存在する領域（以
下、過剰酸素領域ともいう）、または過剰酸素を含む絶縁体材料を用いることが好ましい
。過剰酸素領域または過剰酸素を含む酸化膜とは、ＴＤＳ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｏｒ
ｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）分析にて、酸素分子の脱離量が１．０×１０１
８ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ３以上、好ましくは１．０×１０１９ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／
ｃｍ３以上、さらに好ましくは２．０×１０１９ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ３以上、また
は３．０×１０２０ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ３以上である酸化膜である。なお、上記Ｔ
ＤＳ分析時における膜の表面温度は１００℃以上７００℃以下、または１００℃以上４０
０℃以下の範囲が好ましい。
また、上記過剰酸素領域を有する絶縁体と、酸化物２３０と、を接して加熱処理、マイク
ロ波処理、またはＲＦ処理のいずれか一または複数の処理を行ってもよい。当該処理を行
うことで、酸化物２３０中の水、または水素を除去することができる。なお、水素の一部
は、導電体２４２に拡散または捕獲（ゲッタリングともいう）される場合がある。
上記マイクロ波処理は、例えば、高密度プラズマを発生させる電源を有する装置、または
、基板側にＲＦを印加する電源を有する装置を用いると好適である。例えば、酸素を含む
ガスを用い、かつ高密度プラズマを用いることより、高密度の酸素ラジカルを生成するこ
とができ、基板側にＲＦを印加することで、高密度プラズマによって生成された酸素ラジ
カルを、効率よく酸化物２３０、または酸化物２３０近傍の絶縁体中に導入することがで
きる。また、上記マイクロ波処理は、圧力を１３３Ｐａ以上、好ましくは２００Ｐａ以上
、さらに好ましくは４００Ｐａ以上とすればよい。また、マイクロ波処理を行う装置内に
導入するガスとして、例えば、酸素と、アルゴンとを用い、酸素流量比（Ｏ２／（Ｏ２＋
Ａｒ））が５０％以下、好ましくは１０％以上３０％以下でマイクロ波処理を行うとよい
。
なお、酸化物２３０に加酸素化処理を行うことで、酸化物２３０中の酸素欠損を、供給さ
れた酸素により修復させる反応を促進させることができる。さらに、酸化物２３０中に残
存した水素に供給された酸素が反応することで、当該水素をＨ２Ｏとして除去する（脱水
化する）ことができる。これにより、酸化物２３０中に残存していた水素が酸素欠損に再
結合してＶＯＨが形成されるのを抑制することができる。
なお、絶縁体２２２及び絶縁体２２４のそれぞれが、２層以上の積層構造を有していても
よい。その場合、同じ材料からなる積層構造に限定されず、異なる材料からなる積層構造
でもよい。
酸化物２４３は、酸素の透過を抑制する機能を有することが好ましい。ソース電極やドレ
イン電極として機能する導電体２４２と酸化物２３０ｂとの間に酸素の透過を抑制する機
能を有する酸化物２４３を配置することで、導電体２４２と、酸化物２３０ｂとの間の電
気抵抗が低減されるので好ましい。このような構成とすることで、トランジスタ２００Ａ
の電気特性及びトランジスタ２００Ａの信頼性を向上させることができる。なお、導電体
２４２と酸化物２３０ｂの間の電気抵抗を十分低減できる場合、酸化物２４３を設けない
構成にしてもよい。
酸化物２４３として、元素Ｍを有する金属酸化物を用いてもよい。特に、元素Ｍは、アル
ミニウム、ガリウム、イットリウム、または錫を用いるとよい。酸化物２４３は、酸化物
２３０ｂよりも元素Ｍの濃度が高いことが好ましい。また、酸化物２４３として、酸化ガ
リウムを用いてもよい。また、酸化物２４３として、Ｉｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物等の金属酸化
物を用いてもよい。具体的には、酸化物２４３に用いる金属酸化物において、Ｉｎに対す
る元素Ｍの原子数比が、酸化物２３０ｂに用いる金属酸化物における、Ｉｎに対する元素
Ｍの原子数比より大きいことが好ましい。また、酸化物２４３の膜厚は、０．５ｎｍ以上
５ｎｍ以下が好ましく、より好ましくは１ｎｍ以上３ｎｍ以下、さらに好ましくは１ｎｍ
以上２ｎｍ以下である。また、酸化物２４３は、結晶性を有すると好ましい。酸化物２４
３が結晶性を有する場合、酸化物２３０中の酸素の放出を好適に抑制することが出来る。
例えば、酸化物２４３が、六方晶などの結晶構造を有すると、酸化物２３０中の酸素の放
出を抑制できる場合がある。
導電体２４２として、例えば、タンタルを含む窒化物、チタンを含む窒化物、モリブデン
を含む窒化物、タングステンを含む窒化物、タンタル及びアルミニウムを含む窒化物、チ
タン及びアルミニウムを含む窒化物などを用いることが好ましい。本実施の形態において
は、タンタルを含む窒化物が特に好ましい。また、例えば、酸化ルテニウム、窒化ルテニ
ウム、ストロンチウムとルテニウムを含む酸化物、ランタンとニッケルを含む酸化物など
を用いてもよい。これらの材料は、酸化しにくい導電性材料、または、酸素を吸収しても
導電性を維持する材料であるため、好ましい。
導電体２４２の側面と導電体２４２の上面との間に、湾曲面を有する場合がある。つまり
、側面の端部と上面の端部は、湾曲している場合がある。湾曲面は、例えば、導電体２４
２の端部において、曲率半径が、３ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、５ｎｍ以上６ｎ
ｍ以下とする。端部に角を有さないことで、以降の成膜工程における膜の被覆性が向上す
る。
なお、酸化物２４３を設けない場合、導電体２４２と、酸化物２３０ｂまたは酸化物２３
０ｃとが接することで、酸化物２３０ｂまたは酸化物２３０ｃ中の酸素が導電体２４２へ
拡散し、導電体２４２が酸化することがある。導電体２４２が酸化することで、導電体２
４２の導電率が低下する蓋然性が高い。なお、酸化物２３０ｂまたは酸化物２３０ｃ中の
酸素が導電体２４２へ拡散することを、導電体２４２が酸化物２３０ｂまたは酸化物２３
０ｃ中の酸素を吸収する、と言い換えることができる。
また、酸化物２３０ｂまたは酸化物２３０ｃ中の酸素が導電体２４２ａ及び導電体２４２
ｂへ拡散することで、導電体２４２ａと酸化物２３０ｂとの間、及び、導電体２４２ｂと
酸化物２３０ｂとの間、または、導電体２４２ａと酸化物２３０ｃとの間、及び、導電体
２４２ｂと酸化物２３０ｃとの間に層が形成される場合がある。当該層は、導電体２４２
ａまたは導電体２４２ｂよりも酸素を多く含むため、当該層は絶縁性を有すると推定され
る。このとき、導電体２４２ａまたは導電体２４２ｂと、当該層と、酸化物２３０ｂまた
は酸化物２３０ｃとの３層構造は、金属－絶縁体－半導体からなる３層構造とみなすこと
ができ、ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ－Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造
、またはＭＩＳ構造を主としたダイオード接合構造とみることができる。
なお、酸化物２３０ｂ、酸化物２３０ｃなどに含まれる水素が、導電体２４２ａまたは導
電体２４２ｂに拡散する場合がある。特に、導電体２４２ａ及び導電体２４２ｂに、タン
タルを含む窒化物を用いることで、酸化物２３０ｂ、酸化物２３０ｃなどに含まれる水素
は、導電体２４２ａまたは導電体２４２ｂに拡散しやすく、拡散した水素は、導電体２４
２ａまたは導電体２４２ｂが有する窒素と結合することがある。つまり、酸化物２３０ｂ
、酸化物２３０ｃなどに含まれる水素は、導電体２４２ａまたは導電体２４２ｂに吸い取
られる場合がある。
絶縁体２５４は、酸化物２３０ａの側面、酸化物２３０ｂの側面、酸化物２４３の側面、
導電体２４２の側面、及び導電体２４２の上面を覆って設けられる。
絶縁体２５４は、酸素の拡散を抑制する機能を有することが好ましい。例えば、絶縁体２
５４は、絶縁体２８０よりも酸素の拡散をより抑制できることが好ましい。絶縁体２５４
として、例えば、アルミニウム及びハフニウムの一方または双方の酸化物を含む絶縁体を
成膜するとよい。
また、絶縁体２５４は、バイアススパッタリング法によって、酸素を含む雰囲気にて酸化
アルミニウム、または酸化ハフニウムを成膜することが好ましい。バイアススパッタリン
グ法とは、基板にＲＦ電力を印加しながらスパッタリングする方法である。基板にＲＦ電
力を印加することで、基板の電位はプラズマ電位に対して負電位（バイアス電位）となり
、プラズマ中の＋イオンは、このバイアス電位に加速されて基板に注入される。バイアス
電位は、基板に印加するＲＦ電力の大きさによって制御することができる。従って、バイ
アススパッタリング法によって、酸素を含む雰囲気にて酸化アルミニウム、または酸化ハ
フニウムを成膜することで絶縁体２２４に酸素を注入することができる。
なお、バイアススパッタリング法では、基板に印加するＲＦ電力の大きさによって、絶縁
体２５４の下地となる絶縁体２２４へ注入する酸素量を制御することができる。たとえば
、ＲＦ電力として、０．３１Ｗ／ｃｍ２以上、好ましくは０．６２Ｗ／ｃｍ２以上、さら
に好ましくは１．８６Ｗ／ｃｍ２以上のバイアスを基板に印加すればよい。つまり、絶縁
体２５４を成膜する際のＲＦ電力によって、トランジスタの特性に適する酸素量を変化さ
せて注入することができる。また、トランジスタの信頼性向上に適する酸素量を注入する
ことができる。また、ＲＦの周波数は、１０ＭＨｚ以上が好ましい。代表的には、１３．
５６ＭＨｚである。ＲＦの周波数が高いほど基板へ与えるダメージを小さくすることがで
きる。したがって、基板に印加するＲＦ電力を調整することで、絶縁体２２４に注入する
酸素量を制御できるので、絶縁体２２４に注入する酸素量を最適化できる。
なお、バイアススパッタリング法において、基板に印加するバイアスは、ＲＦ電力に限ら
れず、ＤＣ電圧でもよい。
以上のように、絶縁体２５４の形成工程において、下地となる膜へ酸素が注入されるが、
絶縁体２５４自体は、酸素の透過を抑制する機能を有する。従って、後の工程で絶縁体２
５４上に絶縁体２８０を形成し、絶縁体２８０から酸素を拡散させたときに、絶縁体２８
０から、酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｂ、酸化物２４３、及び導電体２４２に、酸素が
直接拡散するのを防ぐことができる。
上記のような絶縁体２５４を設けることで、酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｂ、酸化物２
４３、及び導電体２４２を、絶縁体２８０から離隔することができる。よって、酸化物２
３０ａ、酸化物２３０ｂ、酸化物２４３、及び導電体２４２に、絶縁体２８０から酸素が
直接拡散するのを抑制することができる。これにより、酸化物２３０のソース領域及びド
レイン領域に過剰な酸素が供給されて、ソース領域及びドレイン領域のキャリア濃度が低
減するのを防ぐことができる。また、導電体２４２が過剰に酸化されて抵抗率が増大し、
オン電流が低減するのを抑制することができる。
絶縁体２５０は、酸化物２３０ｄの少なくとも一部に接して配置することが好ましい。絶
縁体２５０として、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン
、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素及び窒素を添加し
た酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコンなどを用いることができる。特に、酸化シリ
コン及び酸化窒化シリコンは熱に対し安定であるため好ましい。
絶縁体２５０は、絶縁体２２４と同様に、加熱により酸素が放出される絶縁体を用いて形
成することが好ましい。加熱により酸素が放出される絶縁体を、絶縁体２５０として、酸
化物２３０ｄの少なくとも一部に接して設けることにより、酸化物２３０のチャネル形成
領域に効果的に酸素を供給し、酸化物２３０のチャネル形成領域の酸素欠損を低減するこ
とができる。したがって、電気特性の変動が抑制され、安定した電気特性を実現するとと
もに、信頼性を向上させたトランジスタを提供することができる。また、絶縁体２２４と
同様に、絶縁体２５０中の水、水素などの不純物濃度が低減されていることが好ましい。
絶縁体２５０の膜厚は、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下とするのが好ましい。
なお、図１０（Ｂ）及び図１０（Ｃ）では、絶縁体２５０を単層で図示したが、２層以上
の積層構造としてもよい。絶縁体２５０を２層の積層構造とする場合、絶縁体２５０の下
層は、加熱により酸素が放出される絶縁体を用いて形成し、絶縁体２５０の上層は、酸素
の拡散を抑制する機能を有する絶縁体を用いて形成することが好ましい。このような構成
にすることで、絶縁体２５０の下層に含まれる酸素が、導電体２６０へ拡散するのを抑制
することができる。つまり、酸化物２３０へ供給する酸素量の減少を抑制することができ
る。また、絶縁体２５０の下層に含まれる酸素による導電体２６０の酸化を抑制すること
ができる。例えば、絶縁体２５０の下層は、上述した絶縁体２５０に用いることができる
材料を用いて設け、絶縁体２５０の上層は、絶縁体２２２と同様の材料を用いて設けるこ
とができる。
なお、絶縁体２５０の下層に酸化シリコンや酸化窒化シリコンなどを用いる場合、絶縁体
２５０の上層は、比誘電率が高いｈｉｇｈ－ｋ材料である絶縁性材料を用いてもよい。ゲ
ート絶縁体を、絶縁体２５０の下層と絶縁体２５０の上層との積層構造とすることで、熱
に対して安定、かつ比誘電率の高い積層構造とすることができる。したがって、ゲート絶
縁体の物理膜厚を保持したまま、トランジスタ動作時に印加するゲート電位の低減化が可
能となる。また、ゲート絶縁体として機能する絶縁体の等価酸化膜厚（ＥＯＴ）の薄膜化
が可能となる。
絶縁体２５０の上層として、具体的には、ハフニウム、アルミニウム、ガリウム、イット
リウム、ジルコニウム、タングステン、チタン、タンタル、ニッケル、ゲルマニウム、マ
グネシウムなどから選ばれた一種、もしくは二種以上が含まれた金属酸化物、または酸化
物２３０として用いることができる金属酸化物を用いることができる。特に、アルミニウ
ム及びハフニウムの一方または双方の酸化物を含む絶縁体を用いることが好ましい。
絶縁体２５０を２層の積層構造とすることで、絶縁体２５０の物理的な厚みにより、導電
体２６０と、酸化物２３０との間の距離が保たれ、導電体２６０と酸化物２３０との間の
リーク電流を抑制することができる。また、導電体２６０と酸化物２３０との間の物理的
な距離、及び導電体２６０から酸化物２３０へかかる電界強度を、容易に適宜調整するこ
とができる。
また、絶縁体２５０と導電体２６０との間に金属酸化物を設けてもよい。当該金属酸化物
は、絶縁体２５０から導電体２６０への酸素の拡散を抑制することが好ましい。酸素の拡
散を抑制する金属酸化物を設けることで、絶縁体２５０から導電体２６０への酸素の拡散
が抑制される。つまり、酸化物２３０へ供給する酸素量の減少を抑制することができる。
また、絶縁体２５０の酸素による導電体２６０の酸化を抑制することができる。
なお、上記金属酸化物は、第１のゲート電極の一部としての機能を有することが好ましい
。上記金属酸化物を有することで、導電体２６０からの電界の影響を弱めることなく、ト
ランジスタ２００Ａのオン電流の向上を図ることができる。例えば、酸化物２３０として
用いることができる金属酸化物を、上記金属酸化物として用いることができる。その場合
、導電体２６０ａをスパッタリング法で成膜することで、上記金属酸化物の電気抵抗値を
低下させて導電体とすることができる。これをＯＣ（Ｏｘｉｄｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）
電極と呼ぶことができる。
導電体２６０は、導電体２６０ａと、導電体２６０ａの上に配置された導電体２６０ｂと
、を有することが好ましい。例えば、導電体２６０ａは、導電体２６０ｂの底面及び側面
を包むように配置されることが好ましい。また、図１０（Ｂ）及び図１０（Ｃ）に示すよ
うに、導電体２６０の上面は、絶縁体２５０の上面、酸化物２３０ｄの上面、及び酸化物
２３０ｃの上面と略一致して配置される。なお、図１０（Ｂ）及び図１０（Ｃ）では、導
電体２６０は、導電体２６０ａと導電体２６０ｂの２層構造として示しているが、単層構
造でもよいし、３層以上の積層構造であってもよい。
導電体２６０ａは、導電体２０５ａと同様に、不純物の拡散を抑制する機能を有する導電
性材料を用いることが好ましい。または、酸素の拡散を抑制する機能を有する導電性材料
を用いることが好ましい。
また、導電体２６０ａが酸素の拡散を抑制する機能を持つことにより、絶縁体２５０に含
まれる酸素により、導電体２６０ｂが酸化して導電率が低下することを抑制することがで
きる。酸素の拡散を抑制する機能を有する導電性材料としては、例えば、タンタル、窒化
タンタル、ルテニウム、酸化ルテニウムなどを用いることが好ましい。
また、導電体２６０は、配線としても機能するため、導電性が高い導電体を用いることが
好ましい。例えば、導電体２６０ｂは、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分
とする導電性材料を用いることができる。また、導電体２６０ｂは積層構造としてもよく
、例えば、チタンまたは窒化チタンと、上記導電性材料と、の積層構造としてもよい。
また、トランジスタ２００Ａでは、導電体２６０は、絶縁体２８０などに形成されている
開口を埋めるように自己整合的に形成される。導電体２６０をこのように形成することに
より、導電体２４２ａと導電体２４２ｂとの間の領域に、導電体２６０を位置合わせする
ことなく確実に配置することができる。
また、図１０（Ｃ）に示すように、トランジスタ２００Ａのチャネル幅方向において、導
電体２６０の、酸化物２３０ｂと重ならない領域の底面は、酸化物２３０ｂの底面より低
いことが好ましい。ゲート電極として機能する導電体２６０が、絶縁体２５０などを介し
て、酸化物２３０ｂのチャネル形成領域の側面及び上面を覆う構成とすることで、導電体
２６０の電界を酸化物２３０ｂのチャネル形成領域全体に作用させやすくなる。よって、
トランジスタ２００Ａのオン電流を増大させ、周波数特性を向上させることができる。絶
縁体２２２の底面を基準としたとき、酸化物２３０ａ及び酸化物２３０ｂと、導電体２６
０とが、重ならない領域における導電体２６０の底面の高さと、酸化物２３０ｂの底面の
高さと、の差は、０ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ましくは、３ｎｍ以上５０ｎｍ以下、よ
り好ましくは、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下とする。
絶縁体２８０は、絶縁体２５４上に設けられる。また、絶縁体２８０の上面は、平坦化さ
れていてもよい。
また、絶縁体２８０中の水、水素などの不純物濃度は低減されていることが好ましい。ま
た、絶縁体２８０は、水素濃度が低く、過剰酸素領域または過剰酸素を有することが好ま
しく、例えば、絶縁体２１６と同様の材料を用いて設けてもよい。また、絶縁体２８０は
、上記の材料が積層された構造でもよく、例えば、スパッタリング法で成膜した酸化シリ
コンと、その上に化学気相成長（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ）法で成膜した酸化窒化シリコンとの積層構造とすればよい。また、さらに上に
窒化シリコンを積層してもよい。
導電体２４０は、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする導電性材料を用
いることが好ましい。導電体２４０は積層構造としてもよい。導電体２４０を積層構造と
する場合、絶縁体２８３、絶縁体２８２、絶縁体２８０、及び絶縁体２５４と接する導電
体には、水、水素などの不純物の透過を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが
好ましい。例えば、タンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタン、ルテニウム、酸化ル
テニウムなどを用いることが好ましい。また、水、水素などの不純物の透過を抑制する機
能を有する導電性材料は、単層または積層で用いてもよい。また、絶縁体２８３より上層
に含まれる水、水素などの不純物が、導電体２４０ａ及び導電体２４０ｂを通じて酸化物
２３０に混入するのを抑制することができる。
絶縁体２４１ａ及び絶縁体２４１ｂとしては、例えば、窒化シリコン、酸化アルミニウム
、窒化酸化シリコンなどの絶縁体を用いればよい。絶縁体２４１ａ及び絶縁体２４１ｂは
、絶縁体２５４に接して設けられるので、絶縁体２８０などに含まれる水、水素などの不
純物が、導電体２４０ａ及び導電体２４０ｂを通じて酸化物２３０に混入するのを抑制す
ることができる。特に、窒化シリコンは水素に対するブロッキング性が高いので好適であ
る。また、絶縁体２８０に含まれる酸素が導電体２４０ａ及び導電体２４０ｂに吸収され
るのを防ぐことができる。
また、導電体２４０ａの上面及び導電体２４０ｂの上面に接して配線として機能する導電
体２４６（導電体２４６ａ及び導電体２４６ｂ）を配置してもよい。導電体２４６は、タ
ングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることが好ましい
。また、当該導電体は、積層構造としてもよく、例えば、チタンまたは窒化チタンと、上
記導電性材料と、の積層としてもよい。なお、当該導電体は、絶縁体に設けられた開口に
埋め込むように形成してもよい。
絶縁体２８６は、導電体２４６上及び絶縁体２８３上に設けられる。これにより、導電体
２４６の上面及び側面は、絶縁体２８６と接し、導電体２４６の下面は、絶縁体２８３と
接する。つまり、導電体２４６は、絶縁体２８３及び絶縁体２８６で包まれる構成とする
ことができる。この様な構成とすることで、外方からの酸素の透過を抑制し、導電体２４
６の酸化を防止することができる。また、導電体２４６から、水、水素などの不純物が外
部に拡散することを防ぐことができるので好ましい。
トランジスタ２００Ａを形成する基板としては、例えば、絶縁体基板、半導体基板、また
は導電体基板を用いることができる。絶縁体基板としては、例えば、ガラス基板、石英基
板、サファイア基板、安定化ジルコニア基板（イットリア安定化ジルコニア基板など）、
樹脂基板などがある。また、半導体基板としては、例えば、シリコン、ゲルマニウムを材
料とした半導体基板、または炭化シリコン、シリコンゲルマニウム、ヒ化ガリウム、リン
化インジウム、酸化亜鉛、酸化ガリウムからなる化合物半導体基板などがある。さらには
、前述の半導体基板内部に絶縁体領域を有する半導体基板、例えば、ＳＯＩ基板などがあ
る。導電体基板としては、黒鉛基板、金属基板、合金基板、導電性樹脂基板などがある。
または、金属の窒化物を有する基板、金属の酸化物を有する基板などがある。さらには、
絶縁体基板に導電体または半導体が設けられた基板、半導体基板に導電体または絶縁体が
設けられた基板、導電体基板に半導体または絶縁体が設けられた基板などがある。または
、これらの基板に素子が設けられたものを用いてもよい。基板に設けられる素子としては
、容量素子、抵抗素子、スイッチ素子、発光素子、記憶素子などがある。
半導体装置を構成する各絶縁体としては、絶縁性を有する酸化物、窒化物、酸化窒化物、
窒化酸化物、金属酸化物、金属酸化窒化物、金属窒化酸化物などがある。
例えば、トランジスタの微細化及び高集積化が進むと、ゲート絶縁体の薄膜化により、リ
ーク電流などの問題が生じる場合がある。ゲート絶縁体として機能する絶縁体に、ｈｉｇ
ｈ－ｋ材料を用いることで物理膜厚を保ちながら、トランジスタ動作時の低電圧化が可能
となる。一方、層間膜として機能する絶縁体には、比誘電率が低い材料を用いることで、
配線間に生じる寄生容量を低減することができる。したがって、絶縁体の機能に応じて、
材料を選択するとよい。
また、比誘電率の高い絶縁体としては、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウ
ム、アルミニウム及びハフニウムを有する酸化物、アルミニウム及びハフニウムを有する
酸化窒化物、シリコン及びハフニウムを有する酸化物、シリコン及びハフニウムを有する
酸化窒化物、またはシリコン及びハフニウムを有する窒化物などがある。
また、比誘電率が低い絶縁体としては、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリ
コン、窒化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭
素及び窒素を添加した酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコン、または樹脂などがある
。
また、金属酸化物を用いたトランジスタは、水素などの不純物及び酸素の透過を抑制する
機能を有する絶縁体で囲うことによって、トランジスタの電気特性を安定にすることがで
きる。水素などの不純物及び酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁体としては、例えば
、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、リン、
塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、ネ
オジム、ハフニウム、またはタンタルを含む絶縁体を、単層で、または積層で用いればよ
い。具体的には、水素などの不純物及び酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁体として
、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イット
リウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウム、酸化タンタ
ルなどの金属酸化物、窒化アルミニウム、窒化酸化シリコン、窒化シリコンなどの金属窒
化物を用いることができる。
また、ゲート絶縁体として機能する絶縁体は、加熱により脱離する酸素を含む領域を有す
る絶縁体であることが好ましい。例えば、加熱により脱離する酸素を含む領域を有する酸
化シリコンまたは酸化窒化シリコンを酸化物２３０と接する構造とすることで、酸化物２
３０が有する酸素欠損を補償することができる。
半導体装置を構成する各導電体としては、アルミニウム、クロム、銅、銀、金、白金、タ
ンタル、ニッケル、チタン、モリブデン、タングステン、ハフニウム、バナジウム、ニオ
ブ、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウム、インジウム、ルテニウム、イ
リジウム、ストロンチウム、ランタンなどから選ばれた金属元素、または上述した金属元
素を成分とする合金か、上述した金属元素を組み合わせた合金等を用いることが好ましい
。例えば、窒化タンタル、窒化チタン、タングステン、チタンとアルミニウムを含む窒化
物、タンタルとアルミニウムを含む窒化物、酸化ルテニウム、窒化ルテニウム、ストロン
チウムとルテニウムを含む酸化物、ランタンとニッケルを含む酸化物などを用いることが
好ましい。また、窒化タンタル、窒化チタン、チタンとアルミニウムを含む窒化物、タン
タルとアルミニウムを含む窒化物、酸化ルテニウム、窒化ルテニウム、ストロンチウムと
ルテニウムを含む酸化物、ランタンとニッケルを含む酸化物は、酸化しにくい導電性材料
、または、酸素を吸収しても導電性を維持する材料であるため、好ましい。また、リン等
の不純物元素を含有させた多結晶シリコンに代表される、電気伝導度が高い半導体、ニッ
ケルシリサイドなどのシリサイドを用いてもよい。
また、上記の材料で形成される導電層を複数積層して用いてもよい。例えば、前述した金
属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造としてもよい。
また、前述した金属元素を含む材料と、窒素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構
造としてもよい。また、前述した金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料と、窒素
を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造としてもよい。
なお、トランジスタのチャネル形成領域に酸化物を用いる場合において、ゲート電極とし
て機能する導電体には、前述した金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料と、を組
み合わせた積層構造を用いることが好ましい。この場合は、酸素を含む導電性材料をチャ
ネル形成領域側に設けるとよい。酸素を含む導電性材料をチャネル形成領域側に設けるこ
とで、当該導電性材料から離脱した酸素がチャネル形成領域に供給されやすくなる。
特に、ゲート電極として機能する導電体として、チャネルが形成される金属酸化物に含ま
れる金属元素及び酸素を含む導電性材料を用いることが好ましい。また、前述した金属元
素及び窒素を含む導電性材料を用いてもよい。例えば、窒化チタン、窒化タンタルなどの
窒素を含む導電性材料を用いてもよい。また、インジウム錫酸化物、酸化タングステンを
含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含
むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、シ
リコンを添加したインジウム錫酸化物を用いてもよい。また、窒素を含むインジウムガリ
ウム亜鉛酸化物を用いてもよい。このような材料を用いることで、チャネルが形成される
金属酸化物に含まれる水素を捕獲することができる場合がある。または、外方の絶縁体な
どから混入する水素を捕獲することができる場合がある。
図１１に、トランジスタ２００Ｂを有する半導体装置を示す。図１１（Ａ）は、当該半導
体装置の上面図であり、図１１（Ｂ）～図１１（Ｄ）は、それぞれ、図１１（Ａ）におけ
る一点鎖線Ａ１－Ａ２間、Ａ３－Ａ４間、Ａ５－Ａ６間の断面図である。なお、図１１（
Ｂ）は、トランジスタ２００Ｂのチャネル長方向の断面図ともいえる。図１１（Ｃ）は、
トランジスタ２００Ｂのチャネル幅方向の断面図ともいえる。なお、図１１（Ａ）では、
図の明瞭化のために一部の要素を省いている。
トランジスタ２００Ｂは、絶縁体２８３の形状が異なる点、絶縁体２８７、絶縁体２７４
、絶縁体２７１ａ、及び絶縁体２７１ｂを有する点、並びに、酸化物２３０ｃ及び酸化物
２３０ｄを有さない点で、トランジスタ２００Ａと異なる。
図１１に示す半導体装置では、絶縁体２１４、絶縁体２１６、絶縁体２２２、絶縁体２２
４、絶縁体２５４、絶縁体２８０、及び絶縁体２８２がパターニングされている。また、
絶縁体２８７及び絶縁体２８３は、絶縁体２１４、絶縁体２１６、絶縁体２２２、絶縁体
２２４、絶縁体２５４、絶縁体２８０、及び絶縁体２８２を覆う構造になっている。つま
り、絶縁体２８７は、絶縁体２１２の上面、絶縁体２１４の側面、絶縁体２１６の側面、
絶縁体２２２の側面、絶縁体２２４の側面、絶縁体２５４の側面、絶縁体２８０の側面、
絶縁体２８２の側面、及び絶縁体２８２の上面に接し、絶縁体２８３は、絶縁体２８７の
上面及び側面に接する。これにより、酸化物２３０、絶縁体２１４、絶縁体２１６、絶縁
体２２２、絶縁体２２４、絶縁体２５４、絶縁体２８０、及び絶縁体２８２などは、絶縁
体２８７及び絶縁体２８３と、絶縁体２１２とによって、外部から隔離される。別言する
と、トランジスタ２００Ｂは、絶縁体２８７及び絶縁体２８３と絶縁体２１２とで封止さ
れた領域内に配置される。
例えば、絶縁体２１４、絶縁体２８２、及び絶縁体２８７を、水素を捕獲及び水素を固着
する機能を有する材料を用いて形成し、絶縁体２１２及び絶縁体２８３を水素及び酸素に
対する拡散を抑制する機能を有する材料を用いて形成すると好ましい。代表的には、絶縁
体２１４、絶縁体２８２、及び絶縁体２８７として、酸化アルミニウムを用いることがで
きる。また、代表的には、絶縁体２１２及び絶縁体２８３として、窒化シリコンを用いる
ことができる。
上記構成にすることで、上記封止された領域外に含まれる水素が、上記封止された領域内
に混入することを抑制することができる。したがって、トランジスタ中の低い水素濃度を
保持することができる。
なお、図１１に示すトランジスタ２００Ｂでは、絶縁体２１２、絶縁体２８７、及び絶縁
体２８３を、単層として設ける構成について示しているが、それぞれ、単層構造であって
もよく、積層構造であってもよい。
また、絶縁体２８７は、設けなくてもよい。絶縁体２８７を設けない場合、トランジスタ
２００Ｂは、絶縁体２１２と絶縁体２８３とで封止された領域内に配置される。当該構造
にすることで、当該封止された領域外に含まれる水素が、当該封止された領域内に混入す
ることをより抑制することができる。したがって、トランジスタ中の低い水素濃度をより
保持することができる。
絶縁体２７４は、層間膜として機能する。絶縁体２７４は、絶縁体２１４よりも誘電率が
低いことが好ましい。誘電率が低い材料を層間膜とすることで、配線間に生じる寄生容量
を低減することができる。絶縁体２７４は、例えば、絶縁体２８０と同様の材料を用いて
設けることができる。
また、絶縁体２７４となる絶縁膜は、スパッタリング法を用いて成膜することが好ましい
。スパッタリング法を用いて成膜された膜は、膜中の水素濃度が低いので好ましい。した
がって、当該絶縁膜を成膜する工程において、トランジスタ中の水素濃度が高くなるのを
抑制することができる。
また、絶縁体２８７、絶縁体２８３、及び上記絶縁膜は、大気環境にさらさずに連続して
成膜することが好ましい。大気環境にさらさずに連続して成膜することで、絶縁体２８７
及び絶縁体２８３上に大気環境からの不純物または水分が付着することを防ぐことができ
、絶縁体２８７と絶縁体２８３との界面及び界面近傍、並びに、絶縁体２８３と上記絶縁
膜との界面及び界面近傍を清浄に保つことができる。また、半導体装置の作製工程を簡略
化することができる。
図１１に示す半導体装置では、導電体２４２ａと絶縁体２５４との間に絶縁体２７１ａが
設けられ、導電体２４２ｂと絶縁体２５４との間に絶縁体２７１ｂが設けられている。
ここで、絶縁体２７１ａ及び絶縁体２７１ｂは、酸素の拡散を抑制する機能を有すること
が好ましい。これにより、ソース電極及びドレイン電極として機能する導電体２４２ａ及
び導電体２４２ｂによる、絶縁体２８０が有する過剰酸素の吸収を抑制することができる
。また、導電体２４２ａ及び導電体２４２ｂの酸化を抑制することで、トランジスタと配
線とのコンタクト抵抗の増加を抑制することができる。よって、トランジスタ２００Ｂに
良好な電気特性及び信頼性を与えることができる。絶縁体２７１ａ及び絶縁体２７１ｂは
、例えば、絶縁体２５４と同様の材料を用いて設けることができる。
また、図１１に示す半導体装置の作製方法において、絶縁体２７１ａ及び絶縁体２７１ｂ
となる絶縁膜及び当該絶縁膜上に設けた導電層を、導電体２４２形成時のマスクとして機
能させることができる。これにより、導電体２４２（導電体２４２ａ及び導電体２４２ｂ
）は、側面と上面が交わる端部が角状となる。導電体２４２の側面と上面が交わる端部で
角状になることで、当該端部が曲面を有する場合に比べて、導電体２４２の断面積が大き
くなる。これにより、導電体２４２の抵抗が低減されるので、トランジスタ２００Ｂのオ
ン電流を大きくすることができる。
また、酸化物２３０ｃ及び酸化物２３０ｄを設けない構成にすることで、互いに隣接する
２つのトランジスタ２００Ｂの間に、寄生トランジスタが生じるのを抑制し、導電体２６
０に沿ったリークパスが生じるのを抑制することができる。したがって、良好な電気特性
を有し、かつ、微細化または高集積化が可能な半導体装置を提供することができる。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置の画素について図１２を用いて説明する。
［画素］
本実施の形態の表示装置は、ｍ行ｎ列（ｍ、ｎは、それぞれ１以上の整数）のマトリクス
状に配置された複数の画素を有する。図１２に、画素２００（ｉ，ｊ）（ｉは１以上ｍ以
下の整数、ｊは１以上ｎ以下の整数）の回路図の一例を示す。
図１２に示す画素２００（ｉ，ｊ）は、発光素子２１０、スイッチＳＷ２１、スイッチＳ
Ｗ２２、トランジスタＭ、及び容量素子Ｃ１を有する。
本実施の形態では、スイッチＳＷ２１として、トランジスタを用いる例を示す。スイッチ
ＳＷ２１のゲートは、走査線ＧＬ１（ｉ）と電気的に接続される。スイッチＳＷ２１のソ
ース及びドレインは、一方が信号線ＳＬ（ｊ）と電気的に接続され、他方がトランジスタ
Ｍのゲートと電気的に接続される。
本実施の形態では、スイッチＳＷ２２として、トランジスタを用いる例を示す。スイッチ
ＳＷ２２のゲートは、走査線ＧＬ２（ｉ）と電気的に接続される。スイッチＳＷ２２のソ
ース及びドレインは、一方が配線ＣＯＭと電気的に接続され、他方がトランジスタＭのゲ
ートと電気的に接続される。
トランジスタＭのゲートは、容量素子Ｃ１の一方の電極、スイッチＳＷ２１のソース及び
ドレインの他方、及びスイッチＳＷ２２のソース及びドレインの他方と電気的に接続され
る。トランジスタＭのソース及びドレインは、一方が配線ＣＡＴＨＯＤＥと電気的に接続
され、他方が発光素子２１０のカソードと電気的に接続される。
容量素子Ｃ１の他方の電極は、配線ＣＡＴＨＯＤＥと電気的に接続される。
発光素子２１０のアノードは、配線ＡＮＯＤＥと電気的に接続される。
走査線ＧＬ１（ｉ）は、選択信号を供給する機能を有する。走査線ＧＬ２（ｉ）は、制御
信号を供給する機能を有する。信号線ＳＬ（ｊ）は、画像信号を供給する機能を有する。
配線ＣＯＭ、配線ＣＡＴＨＯＤＥ、及び配線ＡＮＯＤＥには、それぞれ定電位が供給され
る。発光素子２１０のアノード側を高電位に、カソード側をアノード側よりも低電位にす
ることができる。
スイッチＳＷ２１は、選択信号により制御され、画素２００（ｉ，ｊ）の選択状態を制御
するための選択トランジスタとして機能する。
トランジスタＭは、ゲートに供給される電位に応じて発光素子２１０に流れる電流を制御
する駆動トランジスタとして機能する。スイッチＳＷ２１が導通状態のとき、信号線ＳＬ
（ｊ）に供給される画像信号がトランジスタＭのゲートに供給され、その電位に応じて、
発光素子２１０の発光輝度を制御することができる。
スイッチＳＷ２２は、制御信号に基づいてトランジスタＭのゲート電位を制御する機能を
有する。具体的には、スイッチＳＷ２２は、トランジスタＭを非導通状態にする電位を、
トランジスタＭのゲートに供給することができる。
スイッチＳＷ２２は、例えば、パルス幅の制御に用いることができる。制御信号に基づく
期間、トランジスタＭから発光素子２１０に電流を供給することができる。または、発光
素子２１０は、画像信号及び制御信号に基づいて、階調を表現することができる。
ここで、画素２００（ｉ，ｊ）が有するトランジスタには、それぞれチャネルが形成され
る半導体層に金属酸化物（酸化物半導体）を用いたトランジスタを適用することが好まし
い。
シリコンよりもバンドギャップが広く、かつキャリア濃度の低い金属酸化物を用いたトラ
ンジスタは、極めて小さいオフ電流を実現することができる。そのため、その小さいオフ
電流により、トランジスタと直列に接続された容量素子に蓄積した電荷を長期間に亘って
保持することが可能である。そのため、特に容量素子Ｃ１に直列に接続されるスイッチＳ
Ｗ２１及びスイッチＳＷ２２には、酸化物半導体が適用されたトランジスタを用いること
が好ましい。また、これ以外のトランジスタも同様に酸化物半導体を適用したトランジス
タを用いることで、作製コストを低減することができる。
また、画素２００（ｉ，ｊ）が有するトランジスタに、チャネルが形成される半導体にシ
リコンを適用したトランジスタを用いることもできる。特に単結晶シリコンや多結晶シリ
コンなどの結晶性の高いシリコンを用いることで、高い電界効果移動度を実現することが
でき、より高速な動作が可能となるため好ましい。
また、画素２００（ｉ，ｊ）が有するトランジスタのうち、一以上に酸化物半導体を適用
したトランジスタを用い、それ以外にシリコンを適用したトランジスタを用いる構成とし
てもよい。
なお、図１２において、トランジスタをｎチャネル型のトランジスタとして表記している
が、ｐチャネル型のトランジスタを用いることもできる。
表示装置が有するトランジスタの構造は特に限定されない。例えば、プレーナ型のトラン
ジスタとしてもよいし、スタガ型のトランジスタとしてもよいし、逆スタガ型のトランジ
スタとしてもよい。また、トップゲート構造またはボトムゲート構造のいずれのトランジ
スタ構造としてもよい。または、チャネルの上下にゲート電極が設けられていてもよい。
表示装置が有するトランジスタには、例えば、ＯＳトランジスタを用いることができる。
これにより、オフ電流の極めて小さいトランジスタを実現することができる。
または、表示装置が有するトランジスタにＳｉトランジスタを適用してもよい。当該トラ
ンジスタとしては、例えば、アモルファスシリコンを有するトランジスタ、結晶性のシリ
コン（代表的には、低温ポリシリコン）を有するトランジスタ、単結晶シリコンを有する
トランジスタなどが挙げられる。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
（実施の形態４）
本実施の形態では、上記の実施の形態で説明したＯＳトランジスタに用いることができる
金属酸化物（酸化物半導体ともいう）について説明する。
金属酸化物は、少なくともインジウムまたは亜鉛を含むことが好ましい。特にインジウム
及び亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、イッ
トリウム、スズなどが含まれていることが好ましい。また、ホウ素、シリコン、チタン、
鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジ
ム、ハフニウム、タンタル、タングステン、マグネシウム、コバルトなどから選ばれた一
種、または複数種が含まれていてもよい。
＜結晶構造の分類＞
まず、酸化物半導体における、結晶構造の分類について、図１３（Ａ）を用いて説明を行
う。図１３（Ａ）は、酸化物半導体、代表的にはＩＧＺＯ（Ｉｎと、Ｇａと、Ｚｎと、を
含む金属酸化物）の結晶構造の分類を説明する図である。
図１３（Ａ）に示すように、酸化物半導体は、大きく分けて「Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ（無定
形）」と、「Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ（結晶性）」と、「Ｃｒｙｓｔａｌ（結晶）」と、
に分類される。また、「Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ」の中には、ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ａｍｏ
ｒｐｈｏｕｓが含まれる。また、「Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ」の中には、ＣＡＡＣ（ｃ－
ａｘｉｓ－ａｌｉｇｎｅｄ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）、ｎｃ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ
ｌｉｎｅ）、及びＣＡＣ（ｃｌｏｕｄ－ａｌｉｇｎｅｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）が含まれ
る。なお、「Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ」の分類には、ｓｉｎｇｌｅ ｃｒｙｓｔａｌ、ｐ
ｏｌｙ ｃｒｙｓｔａｌ、及びｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ａｍｏｒｐｈｏｕｓは除かれる。
また、「Ｃｒｙｓｔａｌ」の中には、ｓｉｎｇｌｅ ｃｒｙｓｔａｌ、及びｐｏｌｙ ｃ
ｒｙｓｔａｌが含まれる。
なお、図１３（Ａ）に示す太枠内の構造は、「Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ（無定形）」と、「Ｃ
ｒｙｓｔａｌ（結晶）」との間の中間状態であり、新しい境界領域（Ｎｅｗ ｃｒｙｓｔ
ａｌｌｉｎｅ ｐｈａｓｅ）に属する構造である。すなわち、当該構造は、エネルギー的
に不安定な「Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ（無定形）」や、「Ｃｒｙｓｔａｌ（結晶）」とは全く
異なる構造と言い換えることができる。
なお、膜または基板の結晶構造は、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ－Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉ
ｏｎ）スペクトルを用いて評価することができる。ここで、石英ガラス基板、及び「Ｃｒ
ｙｓｔａｌｌｉｎｅ」に分類される結晶構造を有するＩＧＺＯ（結晶性ＩＧＺＯともいう
）膜のＧＩＸＤ（Ｇｒａｚｉｎｇ－Ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ ＸＲＤ）測定で得られるＸＲＤ
スペクトルを、それぞれ図１３（Ｂ）、図１３（Ｃ）に示す。なお、ＧＩＸＤ法は、薄膜
法またはＳｅｅｍａｎｎ－Ｂｏｈｌｉｎ法ともいう。以降、図１３（Ｂ）、図１３（Ｃ）
に示すＧＩＸＤ測定で得られるＸＲＤスペクトルを、単にＸＲＤスペクトルと記す。図１
３（Ｂ）が石英ガラス基板、図１３（Ｃ）が結晶性ＩＧＺＯ膜のＸＲＤスペクトルである
。なお、図１３（Ｃ）に示す結晶性ＩＧＺＯ膜の組成は、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３
［原子数比］近傍である。また、図１３（Ｃ）に示す結晶性ＩＧＺＯ膜の厚さは、５００
ｎｍである。
図１３（Ｂ）の矢印に示すように、石英ガラス基板では、ＸＲＤスペクトルのピークの形
状がほぼ左右対称である。一方で、図１３（Ｃ）の矢印に示すように、結晶性ＩＧＺＯ膜
では、ＸＲＤスペクトルのピークの形状が左右非対称である。ＸＲＤスペクトルのピーク
の形状が左右非対称であることは、膜中または基板中の結晶の存在を明示している。別言
すると、ＸＲＤスペクトルのピークの形状で左右対称でないと、膜または基板は非晶質状
態であるとは言えない。なお、図１３（Ｃ）には、２θ＝３１°、またはその近傍に結晶
相（ＩＧＺＯ ｃｒｙｓｔａｌ ｐｈａｓｅ）を明記してある。ＸＲＤスペクトルにおけ
る、左右非対称な形状のピークは、当該結晶相（微小な結晶）による回折ピークに由来す
ると推察される。
具体的には、ＩＧＺＯに含まれる原子により散乱したＸ線の干渉は、２θ＝３４°または
その近傍のピークに寄与すると推測される。また、微小な結晶は、２θ＝３１°またはそ
の近傍のピークに寄与すると推測される。図１３（Ｃ）に示す、結晶性ＩＧＺＯ膜のＸＲ
Ｄスペクトルの、２θ＝３４°またはその近傍のピークにおいて、低角度側のピーク幅が
広くなる。これは、結晶性ＩＧＺＯ膜中に、２θ＝３１°またはその近傍のピークに起因
する微小な結晶が内在することを示唆している。
また、膜または基板の結晶構造は、極微電子線回折法（ＮＢＥＤ：Ｎａｎｏ Ｂｅａｍ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）によって観察される回折パターン（極微電
子線回折パターンともいう）にて評価することができる。石英ガラス基板、及び基板温度
を室温として成膜したＩＧＺＯ膜の回折パターンを、それぞれ図１３（Ｄ）、図１３（Ｅ
）に示す。図１３（Ｄ）が石英ガラス基板、図１３（Ｅ）がＩＧＺＯ膜の回折パターンで
ある。なお、図１３（Ｅ）に示すＩＧＺＯ膜は、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数
比］である酸化物ターゲットを用いて、スパッタリング法によって成膜される。また、極
微電子線回折法では、プローブ径を１ｎｍとして電子線回折が行われる。
なお、図１３（Ｄ）に示すように、石英ガラス基板の回折パターンでは、ハローが観察さ
れ、石英ガラスは、非晶質状態であることが確認できる。また、図１３（Ｅ）に示すよう
に、室温成膜したＩＧＺＯ膜の回折パターンでは、ハローではなく、スポット状のパター
ンが観察される。このため、室温成膜したＩＧＺＯ膜は、結晶状態でもなく、非晶質状態
でもない、中間状態であり、非晶質状態であると結論することはできないと推定される。
＜＜酸化物半導体の構造＞＞
なお、酸化物半導体は、結晶構造に着目した場合、図１３（Ａ）とは異なる分類となる場
合がある。例えば、酸化物半導体は、単結晶酸化物半導体と、それ以外の非単結晶酸化物
半導体と、に分けられる。非単結晶酸化物半導体としては、例えば、上述のＣＡＡＣ－Ｏ
Ｓ、及びｎｃ－ＯＳがある。また、非単結晶酸化物半導体には、多結晶酸化物半導体、擬
似非晶質酸化物半導体（ａ－ｌｉｋｅ ＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ－ｌｉｋｅ ｏｘｉｄ
ｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、非晶質酸化物半導体、などが含まれる。
ここで、上述のＣＡＡＣ－ＯＳ、ｎｃ－ＯＳ、及びａ－ｌｉｋｅ ＯＳの詳細について、
説明を行う。
［ＣＡＡＣ－ＯＳ］
ＣＡＡＣ－ＯＳは、複数の結晶領域を有し、当該複数の結晶領域はｃ軸が特定の方向に配
向している酸化物半導体である。なお、特定の方向とは、ＣＡＡＣ－ＯＳ膜の厚さ方向、
ＣＡＡＣ－ＯＳ膜の被形成面の法線方向、またはＣＡＡＣ－ＯＳ膜の表面の法線方向であ
る。また、結晶領域とは、原子配列に周期性を有する領域である。なお、原子配列を格子
配列とみなすと、結晶領域とは、格子配列の揃った領域でもある。さらに、ＣＡＡＣ－Ｏ
Ｓは、ａ－ｂ面方向において複数の結晶領域が連結する領域を有し、当該領域は歪みを有
する場合がある。なお、歪みとは、複数の結晶領域が連結する領域において、格子配列の
揃った領域と、別の格子配列の揃った領域と、の間で格子配列の向きが変化している箇所
を指す。つまり、ＣＡＡＣ－ＯＳは、ｃ軸配向し、ａ－ｂ面方向には明らかな配向をして
いない酸化物半導体である。
なお、上記複数の結晶領域のそれぞれは、１つまたは複数の微小な結晶（最大径が１０ｎ
ｍ未満である結晶）で構成される。結晶領域が１つの微小な結晶で構成されている場合、
当該結晶領域の最大径は１０ｎｍ未満となる。また、結晶領域が多数の微小な結晶で構成
されている場合、当該結晶領域の大きさは、数十ｎｍ程度となる場合がある。
また、Ｉｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物（元素Ｍは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、スズ
、チタンなどから選ばれた一種、または複数種）において、ＣＡＡＣ－ＯＳは、インジウ
ム（Ｉｎ）、及び酸素を有する層（以下、Ｉｎ層）と、元素Ｍ、亜鉛（Ｚｎ）、及び酸素
を有する層（以下、（Ｍ，Ｚｎ）層）とが積層した、層状の結晶構造（層状構造ともいう
）を有する傾向がある。なお、インジウムと元素Ｍは、互いに置換可能である。よって、
（Ｍ，Ｚｎ）層にはインジウムが含まれる場合がある。また、Ｉｎ層には元素Ｍが含まれ
る場合がある。なお、Ｉｎ層にはＺｎが含まれる場合もある。当該層状構造は、例えば、
高分解能ＴＥＭ像において、格子像として観察される。
ＣＡＡＣ－ＯＳ膜に対し、例えば、ＸＲＤ装置を用いて構造解析を行うと、θ／２θスキ
ャンを用いたＯｕｔ－ｏｆ－ｐｌａｎｅ ＸＲＤ測定では、ｃ軸配向を示すピークが２θ
＝３１°またはその近傍に検出される。なお、ｃ軸配向を示すピークの位置（２θの値）
は、ＣＡＡＣ－ＯＳを構成する金属元素の種類、組成などにより変動する場合がある。
また、例えば、ＣＡＡＣ－ＯＳ膜の電子線回折パターンにおいて、複数の輝点（スポット
）が観測される。なお、あるスポットと別のスポットとは、試料を透過した入射電子線の
スポット（ダイレクトスポットともいう）を対称中心として、点対称の位置に観測される
。
上記特定の方向から結晶領域を観察した場合、当該結晶領域内の格子配列は、六方格子を
基本とするが、単位格子は正六角形とは限らず、非正六角形である場合がある。また、上
記歪みにおいて、五角形、七角形などの格子配列を有する場合がある。なお、ＣＡＡＣ－
ＯＳにおいて、歪み近傍においても、明確な結晶粒界（グレインバウンダリー）を確認す
ることはできない。即ち、格子配列の歪みによって、結晶粒界の形成が抑制されているこ
とがわかる。これは、ＣＡＡＣ－ＯＳが、ａ－ｂ面方向において酸素原子の配列が稠密で
ないことや、金属原子が置換することで原子間の結合距離が変化することなどによって、
歪みを許容することができるためと考えられる。
なお、明確な結晶粒界が確認される結晶構造は、いわゆる多結晶（ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａ
ｌ）と呼ばれる。結晶粒界は、再結合中心となり、キャリアが捕獲されトランジスタのオ
ン電流の低下、電界効果移動度の低下などを引き起こす可能性が高い。よって、明確な結
晶粒界が確認されないＣＡＡＣ－ＯＳは、トランジスタの半導体層に好適な結晶構造を有
する結晶性の酸化物の一つである。なお、ＣＡＡＣ－ＯＳを構成するには、Ｚｎを有する
構成が好ましい。例えば、Ｉｎ－Ｚｎ酸化物、及びＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物は、Ｉｎ酸化
物よりも結晶粒界の発生を抑制できるため好適である。
ＣＡＡＣ－ＯＳは、結晶性が高く、明確な結晶粒界が確認されない酸化物半導体である。
よって、ＣＡＡＣ－ＯＳは、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえ
る。また、酸化物半導体の結晶性は不純物の混入や欠陥の生成などによって低下する場合
があるため、ＣＡＡＣ－ＯＳは不純物や欠陥（酸素欠損など）の少ない酸化物半導体とも
いえる。従って、ＣＡＡＣ－ＯＳを有する酸化物半導体は、物理的性質が安定する。その
ため、ＣＡＡＣ－ＯＳを有する酸化物半導体は熱に強く、信頼性が高い。また、ＣＡＡＣ
－ＯＳは、製造工程における高い温度（所謂サーマルバジェット）に対しても安定である
。従って、ＯＳトランジスタにＣＡＡＣ－ＯＳを用いると、製造工程の自由度を広げるこ
とが可能となる。
［ｎｃ－ＯＳ］
ｎｃ－ＯＳは、微小な領域（例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の領域、特に１ｎｍ以上３
ｎｍ以下の領域）において原子配列に周期性を有する。別言すると、ｎｃ－ＯＳは、微小
な結晶を有する。なお、当該微小な結晶の大きさは、例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下、
特に１ｎｍ以上３ｎｍ以下であることから、当該微小な結晶をナノ結晶ともいう。また、
ｎｃ－ＯＳは、異なるナノ結晶間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で
配向性が見られない。従って、ｎｃ－ＯＳは、分析方法によっては、ａ－ｌｉｋｅ ＯＳ
や非晶質酸化物半導体と区別が付かない場合がある。例えば、ｎｃ－ＯＳ膜に対し、ＸＲ
Ｄ装置を用いて構造解析を行うと、θ／２θスキャンを用いたＯｕｔ－ｏｆ－ｐｌａｎｅ
ＸＲＤ測定では、結晶性を示すピークが検出されない。また、ｎｃ－ＯＳ膜に対し、ナ
ノ結晶よりも大きいプローブ径（例えば５０ｎｍ以上）の電子線を用いる電子線回折（制
限視野電子線回折ともいう。）を行うと、ハローパターンのような回折パターンが観測さ
れる。一方、ｎｃ－ＯＳ膜に対し、ナノ結晶の大きさと近いかナノ結晶より小さいプロー
ブ径（例えば１ｎｍ以上３０ｎｍ以下）の電子線を用いる電子線回折（ナノビーム電子線
回折ともいう。）を行うと、ダイレクトスポットを中心とするリング状の領域内に複数の
スポットが観測される電子線回折パターンが取得される場合がある。
［ａ－ｌｉｋｅ ＯＳ］
ａ－ｌｉｋｅ ＯＳは、ｎｃ－ＯＳと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する酸化物半
導体である。ａ－ｌｉｋｅ ＯＳは、鬆または低密度領域を有する。即ち、ａ－ｌｉｋｅ
ＯＳは、ｎｃ－ＯＳ及びＣＡＡＣ－ＯＳと比べて、結晶性が低い。また、ａ－ｌｉｋｅ
ＯＳは、ｎｃ－ＯＳ及びＣＡＡＣ－ＯＳと比べて、膜中の水素濃度が高い。
＜＜酸化物半導体の構成＞＞
次に、上述のＣＡＣ－ＯＳの詳細について、説明を行う。なお、ＣＡＣ－ＯＳは材料構成
に関する。
［ＣＡＣ－ＯＳ］
ＣＡＣ－ＯＳとは、例えば、金属酸化物を構成する元素が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下
、好ましくは、１ｎｍ以上３ｎｍ以下、またはその近傍のサイズで偏在した材料の一構成
である。なお、以下では、金属酸化物において、一つまたは複数の金属元素が偏在し、該
金属元素を有する領域が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上３ｎｍ
以下、またはその近傍のサイズで混合した状態をモザイク状、またはパッチ状ともいう。
さらに、ＣＡＣ－ＯＳとは、第１の領域と、第２の領域と、に材料が分離することでモザ
イク状となり、当該第１の領域が、膜中に分布した構成（以下、クラウド状ともいう。）
である。つまり、ＣＡＣ－ＯＳは、当該第１の領域と、当該第２の領域とが、混合してい
る構成を有する複合金属酸化物である。
ここで、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ－ＯＳを構成する金属元素に対するＩｎ
、Ｇａ、及びＺｎの原子数比のそれぞれを、［Ｉｎ］、［Ｇａ］、及び［Ｚｎ］と表記す
る。例えば、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ－ＯＳにおいて、第１の領域は、［
Ｉｎ］が、ＣＡＣ－ＯＳ膜の組成における［Ｉｎ］よりも大きい領域である。また、第２
の領域は、［Ｇａ］が、ＣＡＣ－ＯＳ膜の組成における［Ｇａ］よりも大きい領域である
。または、例えば、第１の領域は、［Ｉｎ］が、第２の領域における［Ｉｎ］よりも大き
く、且つ、［Ｇａ］が、第２の領域における［Ｇａ］よりも小さい領域である。また、第
２の領域は、［Ｇａ］が、第１の領域における［Ｇａ］よりも大きく、且つ、［Ｉｎ］が
、第１の領域における［Ｉｎ］よりも小さい領域である。
具体的には、上記第１の領域は、インジウム酸化物、インジウム亜鉛酸化物などが主成分
である領域である。また、上記第２の領域は、ガリウム酸化物、ガリウム亜鉛酸化物など
が主成分である領域である。つまり、上記第１の領域を、Ｉｎを主成分とする領域と言い
換えることができる。また、上記第２の領域を、Ｇａを主成分とする領域と言い換えるこ
とができる。
なお、上記第１の領域と、上記第２の領域とは、明確な境界が観察できない場合がある。
また、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ－ＯＳとは、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、及びＯを
含む材料構成において、一部にＧａを主成分とする領域と、一部にＩｎを主成分とする領
域とが、それぞれモザイク状であり、これらの領域がランダムに存在している構成をいう
。よって、ＣＡＣ－ＯＳは、金属元素が不均一に分布した構造を有していると推測される
。
ＣＡＣ－ＯＳは、例えば基板を意図的に加熱しない条件で、スパッタリング法により形成
することができる。また、ＣＡＣ－ＯＳをスパッタリング法で形成する場合、成膜ガスと
して、不活性ガス（代表的にはアルゴン）、酸素ガス、及び窒素ガスの中から選ばれたい
ずれか一つまたは複数を用いればよい。また、成膜時の成膜ガスの総流量に対する酸素ガ
スの流量比は低いほど好ましく、例えば、成膜時の成膜ガスの総流量に対する酸素ガスの
流量比を０％以上３０％未満、好ましくは０％以上１０％以下とすることが好ましい。
また、例えば、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ－ＯＳでは、エネルギー分散型Ｘ
線分光法（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏ
ｓｃｏｐｙ）を用いて取得したＥＤＸマッピングにより、Ｉｎを主成分とする領域（第１
の領域）と、Ｇａを主成分とする領域（第２の領域）とが、偏在し、混合している構造を
有することが確認できる。
ここで、第１の領域は、第２の領域と比較して、導電性が高い領域である。つまり、第１
の領域を、キャリアが流れることにより、金属酸化物としての導電性が発現する。従って
、第１の領域が、金属酸化物中にクラウド状に分布することで、高い電界効果移動度（μ
）が実現できる。
一方、第２の領域は、第１の領域と比較して、絶縁性が高い領域である。つまり、第２の
領域が、金属酸化物中に分布することで、リーク電流を抑制することができる。
従って、ＣＡＣ－ＯＳをトランジスタに用いる場合、第１の領域に起因する導電性と、第
２の領域に起因する絶縁性とが、相補的に作用することにより、スイッチングさせる機能
（Ｏｎ／Ｏｆｆさせる機能）をＣＡＣ－ＯＳに付与することができる。つまり、ＣＡＣ－
ＯＳとは、材料の一部では導電性の機能と、材料の一部では絶縁性の機能とを有し、材料
の全体では半導体としての機能を有する。導電性の機能と絶縁性の機能とを分離させるこ
とで、双方の機能を最大限に高めることができる。よって、ＣＡＣ－ＯＳをトランジスタ
に用いることで、高いオン電流（Ｉｏｎ）、高い電界効果移動度（μ）、及び良好なスイ
ッチング動作を実現することができる。
また、ＣＡＣ－ＯＳを用いたトランジスタは、信頼性が高い。従って、ＣＡＣ－ＯＳは、
表示装置をはじめとするさまざまな半導体装置に最適である。
酸化物半導体は、多様な構造をとり、それぞれが異なる特性を有する。本発明の一態様の
酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体、多結晶酸化物半導体、ａ－ｌｉｋｅ ＯＳ、ＣＡ
Ｃ－ＯＳ、ｎｃ－ＯＳ、ＣＡＡＣ－ＯＳのうち、二種以上を有していてもよい。
＜酸化物半導体を有するトランジスタ＞
続いて、上記酸化物半導体をトランジスタに用いる場合について説明する。
上記酸化物半導体をトランジスタに用いることで、高い電界効果移動度のトランジスタを
実現することができる。また、信頼性の高いトランジスタを実現することができる。
トランジスタには、キャリア濃度の低い酸化物半導体を用いることが好ましい。例えば、
酸化物半導体のキャリア濃度は１×１０１７ｃｍ－３以下、好ましくは１×１０１５ｃｍ
－３以下、さらに好ましくは１×１０１３ｃｍ－３以下、より好ましくは１×１０１１ｃ
ｍ－３以下、さらに好ましくは１×１０１０ｃｍ－３未満であり、１×１０－９ｃｍ－３
以上である。なお、酸化物半導体膜のキャリア濃度を低くする場合においては、酸化物半
導体膜中の不純物濃度を低くし、欠陥準位密度を低くすればよい。本明細書等において、
不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低いことを高純度真性または実質的に高純度真性と言
う。なお、キャリア濃度の低い酸化物半導体を、高純度真性または実質的に高純度真性な
酸化物半導体と呼ぶ場合がある。
また、高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、欠陥準位密度が低
いため、トラップ準位密度も低くなる場合がある。
また、酸化物半導体のトラップ準位に捕獲された電荷は、消失するまでに要する時間が長
く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、トラップ準位密度の高い
酸化物半導体にチャネル形成領域が形成されるトランジスタは、電気特性が不安定となる
場合がある。
従って、トランジスタの電気特性を安定にするためには、酸化物半導体中の不純物濃度を
低減することが有効である。また、酸化物半導体中の不純物濃度を低減するためには、近
接する膜中の不純物濃度も低減することが好ましい。不純物としては、水素、窒素、アル
カリ金属、アルカリ土類金属、鉄、ニッケル、シリコン等がある。
＜不純物＞
ここで、酸化物半導体中における各不純物の影響について説明する。
酸化物半導体において、第１４族元素の一つであるシリコンや炭素が含まれると、酸化物
半導体において欠陥準位が形成される。このため、酸化物半導体におけるシリコンや炭素
の濃度と、酸化物半導体との界面近傍のシリコンや炭素の濃度（二次イオン質量分析法（
ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により
得られる濃度）を、２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１７ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。
また、酸化物半導体にアルカリ金属またはアルカリ土類金属が含まれると、欠陥準位を形
成し、キャリアを生成する場合がある。従って、アルカリ金属またはアルカリ土類金属が
含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。こ
のため、ＳＩＭＳにより得られる酸化物半導体中のアルカリ金属またはアルカリ土類金属
の濃度を、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１６ａｔｏｍｓ／
ｃｍ３以下にする。
また、酸化物半導体において、窒素が含まれると、キャリアである電子が生じ、キャリア
濃度が増加し、ｎ型化しやすい。この結果、窒素が含まれている酸化物半導体を半導体に
用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。または、酸化物半導体において
、窒素が含まれると、トラップ準位が形成される場合がある。この結果、トランジスタの
電気特性が不安定となる場合がある。このため、ＳＩＭＳにより得られる酸化物半導体中
の窒素濃度を、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍ
ｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましく
は５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にする。
また、酸化物半導体に含まれる水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水になるため
、酸素欠損を形成する場合がある。該酸素欠損に水素が入ることで、キャリアである電子
が生成される場合がある。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素と結合して、キャ
リアである電子を生成することがある。従って、水素が含まれている酸化物半導体を用い
たトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため、酸化物半導体中の水素は
できる限り低減されていることが好ましい。具体的には、酸化物半導体において、ＳＩＭ
Ｓにより得られる水素濃度を、１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは１×１
０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、より好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、
さらに好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満にする。
不純物が十分に低減された酸化物半導体をトランジスタのチャネル形成領域に用いること
で、安定した電気特性を付与することができる。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
（実施の形態５）
本実施の形態では、本発明の一態様の電子機器について、図１４～図１８を用いて説明す
る。
本実施の形態の電子機器は、表示部に本発明の一態様の表示装置を有する。本発明の一態
様の表示装置は、表示品位が高く、かつ、消費電力が低い。また、本発明の一態様の表示
装置は、高精細化及び大型化が容易である。したがって、様々な電子機器の表示部に用い
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、デスクトップ型もしくはノート型のパー
ソナルコンピュータ、コンピュータ用などのモニタ、デジタルサイネージ、パチンコ機な
どの大型ゲーム機などの比較的大きな画面を備える電子機器の他、デジタルカメラ、デジ
タルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機、携帯型ゲーム機、携帯情報端
末、音響再生装置、などが挙げられる。
特に、本発明の一態様の表示装置は、精細度を高めることが可能なため、比較的小さな表
示部を有する電子機器に好適に用いることができる。このような電子機器としては、例え
ば腕時計型やブレスレット型の情報端末機（ウェアラブル機器）や、ヘッドマウントディ
スプレイなどのＶＲ向け機器、メガネ型のＡＲ向け機器、またはＭＲ向け機器など、頭部
に装着可能なウェアラブル機器等に好適に用いることができる。
本実施の形態の電子機器は、センサ（力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、
距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放
射線、流量、湿度、傾度、振動、においまたは赤外線を測定する機能を含むもの）を有し
ていてもよい。
本実施の形態の電子機器は、様々な機能を有することができる。例えば、様々な情報（静
止画、動画、テキスト画像など）を表示部に表示する機能、タッチパネル機能、カレンダ
ー、日付または時刻などを表示する機能、様々なソフトウェア（プログラム）を実行する
機能、無線通信機能、記録媒体に記録されているプログラムまたはデータを読み出す機能
等を有することができる。
図１４（Ａ）に、メガネ型の電子機器９００の斜視図を示す。電子機器９００は、一対の
表示パネル９０１、一対の筐体９０２、一対の光学部材９０３、一対の装着部９０４等を
有する。
電子機器９００は、光学部材９０３の表示領域９０６に、表示パネル９０１で表示した画
像を投影することができる。光学部材９０３は透光性を有するため、ユーザーは光学部材
９０３を通して視認される透過像に重ねて、表示領域９０６に表示された画像を見ること
ができる。したがって、電子機器９００は、ＡＲ表示が可能な電子機器である。
電子機器９００が備える表示パネル９０１は、画像を表示する機能に加えて、撮像する機
能を有することが好ましい。このとき、電子機器９００は、光学部材９０３を介して表示
パネル９０１に入射された光を受光し、電気信号に変換して出力することができる。これ
により、ユーザーの目、または目及びその周辺を撮像し、画像情報として外部、または電
子機器９００が備える演算部に出力することができる。
一つの筐体９０２には、前方を撮像することのできるカメラ９０５が設けられている。ま
た図示しないが、いずれか一方の筐体９０２には無線受信機、またはケーブルを接続可能
なコネクタが設けられ、筐体９０２に映像信号等を供給することができる。また、筐体９
０２に、ジャイロセンサなどの加速度センサを配置することで、ユーザーの頭部の向きを
検知して、その向きに応じた画像を表示領域９０６に表示することもできる。また、筐体
９０２にはバッテリが設けられていることが好ましく、無線または有線によって充電する
ことができることが好ましい。
図１４（Ｂ）を用いて、電子機器９００の表示領域９０６への画像の投影方法について説
明する。筐体９０２の内部には、表示パネル９０１、レンズ９１１、反射板９１２が設け
られている。また、光学部材９０３の表示領域９０６に相当する部分には、ハーフミラー
として機能する反射面９１３を有する。
表示パネル９０１から発せられた光９１５は、レンズ９１１を通過し、反射板９１２によ
り光学部材９０３側へ反射される。光学部材９０３の内部において、光９１５は光学部材
９０３の端面で全反射を繰り返し、反射面９１３に到達することで、反射面９１３に画像
が投影される。これにより、ユーザーは、反射面９１３に反射された光９１５と、光学部
材９０３（反射面９１３を含む）を透過した透過光９１６の両方を視認することができる
。
図１４では、反射板９１２及び反射面９１３がそれぞれ曲面を有する例を示している。こ
れにより、これらが平面である場合に比べて、光学設計の自由度を高めることができ、光
学部材９０３の厚さを薄くすることができる。なお、反射板９１２及び反射面９１３を平
面としてもよい。
反射板９１２としては、鏡面を有する部材を用いることができ、反射率が高いことが好ま
しい。また、反射面９１３としては、金属膜の反射を利用したハーフミラーを用いてもよ
いが、全反射を利用したプリズムなどを用いると、透過光９１６の透過率を高めることが
できる。
ここで、電子機器９００は、レンズ９１１と表示パネル９０１との間の距離及び角度の一
方または双方を調整する機構を有していることが好ましい。これにより、ピント調整や、
画像の拡大、縮小などを行うことが可能となる。例えば、レンズ９１１及び表示パネル９
０１の一方または双方が、光軸方向に移動可能な構成とすればよい。
電子機器９００は、反射板９１２の角度を調整可能な機構を有していることが好ましい。
反射板９１２の角度を変えることで、画像が表示される表示領域９０６の位置を変えるこ
とが可能となる。これにより、ユーザーの目の位置に応じて最適な位置に表示領域９０６
を配置することが可能となる。
表示パネル９０１には、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。したがって
極めて精細度の高い表示が可能な電子機器９００とすることができる。
図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）に、ゴーグル型の電子機器９５０の斜視図を示す。図１５（
Ａ）は、電子機器９５０の正面、平面及び左側面を示す斜視図であり、図１５（Ｂ）は、
電子機器９５０の背面、底面、及び右側面を示す斜視図である。
電子機器９５０は、一対の表示パネル９５１、筐体９５２、一対の装着部９５４、緩衝部
材９５５、一対のレンズ９５６等を有する。一対の表示パネル９５１は、筐体９５２の内
部の、レンズ９５６を通して視認できる位置にそれぞれ設けられている。
電子機器９５０は、ＶＲ向けの電子機器である。電子機器９５０を装着したユーザーは、
レンズ９５６を通して表示パネル９５１に表示される画像を視認することができる。また
、一対の表示パネル９５１に異なる画像を表示させることで、視差を用いた３次元表示を
行うこともできる。
筐体９５２の背面側には、入力端子９５７と出力端子９５８とが設けられている。入力端
子９５７には映像出力機器等からの映像信号や、筐体９５２内に設けられるバッテリを充
電するための電力等を供給するケーブルを接続することができる。出力端子９５８は、例
えば音声出力端子として機能することができ、イヤフォンやヘッドフォン等を接続するこ
とができる。なお、無線通信により音声データを出力可能な構成とする場合や、外部の映
像出力機器から音声を出力する場合には、当該音声出力端子を設けなくてもよい。
電子機器９５０は、レンズ９５６及び表示パネル９５１が、ユーザーの目の位置に応じて
最適な位置となるように、これらの左右の位置を調整可能な機構を有していることが好ま
しい。また、レンズ９５６と表示パネル９５１との距離を変えることで、ピントを調整す
る機構を有していることが好ましい。
表示パネル９５１には、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。したがって
極めて精細度の高い表示が可能な電子機器９５０とすることができる。これにより、ユー
ザーに高い没入感を感じさせることができる。
緩衝部材９５５は、ユーザーの顔（額や頬など）に接触する部分である。緩衝部材９５５
がユーザーの顔と密着することにより、光漏れを防ぐことができ、より没入感を高めるこ
とができる。緩衝部材９５５は、ユーザーが電子機器９５０を装着した際にユーザーの顔
に密着するよう、柔らかな素材を用いることが好ましい。例えばゴム、シリコーンゴム、
ウレタン、スポンジなどの素材を用いることができる。また、緩衝部材９５５として、ス
ポンジ等の表面を布や革（天然皮革または合成皮革）などで覆ったものを用いると、ユー
ザーの顔と緩衝部材９５５との間に隙間が生じにくく光漏れを好適に防ぐことができる。
緩衝部材９５５や装着部９５４などの、ユーザーの肌に触れる部材は、取り外し可能な構
成とすると、クリーニングや交換が容易となるため好ましい。
図１６（Ａ）に示す電子機器６５００は、スマートフォンとして用いることのできる携帯
情報端末機である。
電子機器６５００は、筐体６５０１、表示部６５０２、電源ボタン６５０３、ボタン６５
０４、スピーカ６５０５、マイク６５０６、カメラ６５０７、及び光源６５０８等を有す
る。表示部６５０２はタッチパネル機能を備える。
表示部６５０２に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。
図１６（Ｂ）は、筐体６５０１のマイク６５０６側の端部を含む断面概略図である。
筐体６５０１の表示面側には透光性を有する保護部材６５１０が設けられ、筐体６５０１
と保護部材６５１０に囲まれた空間内に、表示パネル６５１１、光学部材６５１２、タッ
チセンサパネル６５１３、プリント基板６５１７、バッテリ６５１８等が配置されている
。
保護部材６５１０には、表示パネル６５１１、光学部材６５１２、及びタッチセンサパネ
ル６５１３が接着層（図示しない）により固定されている。
表示部６５０２よりも外側の領域において、表示パネル６５１１の一部が折り返されてお
り、当該折り返された部分にＦＰＣ６５１５が接続されている。ＦＰＣ６５１５には、Ｉ
Ｃ６５１６が実装されている。ＦＰＣ６５１５は、プリント基板６５１７に設けられた端
子に接続されている。
表示パネル６５１１には本発明の一態様のフレキシブルディスプレイを適用することがで
きる。そのため、極めて軽量な電子機器を実現できる。また、表示パネル６５１１が極め
て薄いため、電子機器の厚さを抑えつつ、大容量のバッテリ６５１８を搭載することもで
きる。また、表示パネル６５１１の一部を折り返して、画素部の裏側にＦＰＣ６５１５と
の接続部を配置することにより、狭額縁の電子機器を実現できる。
図１７（Ａ）にテレビジョン装置の一例を示す。テレビジョン装置７１００は、筐体７１
０１に表示部７０００が組み込まれている。ここでは、スタンド７１０３により筐体７１
０１を支持した構成を示している。
表示部７０００に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。
図１７（Ａ）に示すテレビジョン装置７１００の操作は、筐体７１０１が備える操作スイ
ッチや、別体のリモコン操作機７１１１により行うことができる。または、表示部７００
０にタッチセンサを備えていてもよく、指等で表示部７０００に触れることでテレビジョ
ン装置７１００を操作してもよい。リモコン操作機７１１１は、当該リモコン操作機７１
１１から出力する情報を表示する表示部を有していてもよい。リモコン操作機７１１１が
備える操作キーまたはタッチパネルにより、チャンネル及び音量の操作を行うことができ
、表示部７０００に表示される映像を操作することができる。
なお、テレビジョン装置７１００は、受信機及び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る。また、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。
図１７（Ｂ）に、ノート型パーソナルコンピュータの一例を示す。ノート型パーソナルコ
ンピュータ７２００は、筐体７２１１、キーボード７２１２、ポインティングデバイス７
２１３、外部接続ポート７２１４等を有する。筐体７２１１に、表示部７０００が組み込
まれている。
表示部７０００に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。
図１７（Ｃ）、図１７（Ｄ）に、デジタルサイネージの一例を示す。
図１７（Ｃ）に示すデジタルサイネージ７３００は、筐体７３０１、表示部７０００、及
びスピーカ７３０３等を有する。さらに、ＬＥＤランプ、操作キー（電源スイッチ、また
は操作スイッチを含む）、接続端子、各種センサ、マイクロフォン等を有することができ
る。
図１７（Ｄ）は円柱状の柱７４０１に取り付けられたデジタルサイネージ７４００である
。デジタルサイネージ７４００は、柱７４０１の曲面に沿って設けられた表示部７０００
を有する。
図１７（Ｃ）、図１７（Ｄ）において、表示部７０００に、本発明の一態様の表示装置を
適用することができる。
表示部７０００が広いほど、一度に提供できる情報量を増やすことができる。また、表示
部７０００が広いほど、人の目につきやすく、例えば、広告の宣伝効果を高めることがで
きる。
表示部７０００にタッチパネルを適用することで、表示部７０００に画像または動画を表
示するだけでなく、ユーザーが直感的に操作することができ、好ましい。また、路線情報
もしくは交通情報などの情報を提供するための用途に用いる場合には、直感的な操作によ
りユーザビリティを高めることができる。
また、図１７（Ｃ）、図１７（Ｄ）に示すように、デジタルサイネージ７３００またはデ
ジタルサイネージ７４００は、ユーザーが所持するスマートフォン等の情報端末機７３１
１または情報端末機７４１１と無線通信により連携可能であることが好ましい。例えば、
表示部７０００に表示される広告の情報を、情報端末機７３１１または情報端末機７４１
１の画面に表示させることができる。また、情報端末機７３１１または情報端末機７４１
１を操作することで、表示部７０００の表示を切り替えることができる。
また、デジタルサイネージ７３００またはデジタルサイネージ７４００に、情報端末機７
３１１または情報端末機７４１１の画面を操作手段（コントローラ）としたゲームを実行
させることもできる。これにより、不特定多数のユーザーが同時にゲームに参加し、楽し
むことができる。
図１８（Ａ）～図１８（Ｆ）に示す電子機器は、筐体９０００、表示部９００１、スピー
カ９００３、操作キー９００５（電源スイッチ、または操作スイッチを含む）、接続端子
９００６、センサ９００７（力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光
、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流
量、湿度、傾度、振動、においまたは赤外線を測定する機能を含むもの）、マイクロフォ
ン９００８、等を有する。
図１８（Ａ）～図１８（Ｆ）に示す電子機器は、様々な機能を有する。例えば、様々な情
報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示部に表示する機能、タッチパネル機能、カ
レンダー、日付または時刻などを表示する機能、様々なソフトウェア（プログラム）によ
って処理を制御する機能、無線通信機能、記録媒体に記録されているプログラムまたはデ
ータを読み出して処理する機能、等を有することができる。なお、電子機器の機能はこれ
らに限られず、様々な機能を有することができる。電子機器は、複数の表示部を有してい
てもよい。また、電子機器にカメラ等を設け、静止画や動画を撮影し、記録媒体（外部ま
たはカメラに内蔵）に保存する機能、撮影した画像を表示部に表示する機能、等を有して
いてもよい。
図１８（Ａ）～図１８（Ｆ）に示す電子機器の詳細について、以下説明を行う。
図１８（Ａ）は、携帯情報端末９１０１を示す斜視図である。携帯情報端末９１０１は、
例えばスマートフォンとして用いることができる。なお、携帯情報端末９１０１は、スピ
ーカ９００３、接続端子９００６、センサ９００７等を設けてもよい。また、携帯情報端
末９１０１は、文字や画像情報をその複数の面に表示することができる。図１８（Ａ）で
は３つのアイコン９０５０を表示した例を示している。また、破線の矩形で示す情報９０
５１を表示部９００１の他の面に表示することもできる。情報９０５１の一例としては、
電子メール、ＳＮＳ、電話などの着信の通知、電子メールやＳＮＳなどの題名、送信者名
、日時、時刻、バッテリの残量、アンテナ受信の強度などがある。または、情報９０５１
が表示されている位置にはアイコン９０５０などを表示してもよい。
図１８（Ｂ）は、携帯情報端末９１０２を示す斜視図である。携帯情報端末９１０２は、
表示部９００１の３面以上に情報を表示する機能を有する。ここでは、情報９０５２、情
報９０５３、情報９０５４がそれぞれ異なる面に表示されている例を示す。例えばユーザ
ーは、洋服の胸ポケットに携帯情報端末９１０２を収納した状態で、携帯情報端末９１０
２の上方から観察できる位置に表示された情報９０５３を確認することもできる。ユーザ
ーは、携帯情報端末９１０２をポケットから取り出すことなく表示を確認し、例えば電話
を受けるか否かを判断できる。
図１８（Ｃ）は、腕時計型の携帯情報端末９２００を示す斜視図である。携帯情報端末９
２００は、例えばスマートウォッチとして用いることができる。また、表示部９００１は
その表示面が湾曲して設けられ、湾曲した表示面に沿って表示を行うことができる。また
、携帯情報端末９２００は、例えば無線通信可能なヘッドセットと相互通信することによ
って、ハンズフリーで通話することもできる。また、携帯情報端末９２００は、接続端子
９００６により、他の情報端末と相互にデータ伝送を行うことや、充電を行うこともでき
る。なお、充電動作は無線給電により行ってもよい。
図１８（Ｄ）～図１８（Ｆ）は、折り畳み可能な携帯情報端末９２０１を示す斜視図であ
る。また、図１８（Ｄ）は携帯情報端末９２０１を展開した状態、図１８（Ｆ）は折り畳
んだ状態、図１８（Ｅ）は図１８（Ｄ）と図１８（Ｆ）の一方から他方に変化する途中の
状態の斜視図である。携帯情報端末９２０１は、折り畳んだ状態では可搬性に優れ、展開
した状態では継ぎ目のない広い表示領域により表示の一覧性に優れる。携帯情報端末９２
０１が有する表示部９００１は、ヒンジ９０５５によって連結された３つの筐体９０００
に支持されている。例えば、表示部９００１は、曲率半径０．１ｍｍ以上１５０ｍｍ以下
で曲げることができる。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
Ｃ１ 容量素子
ＧＬ１ 走査線
ＧＬ２ 走査線
ＳＷ２１ スイッチ
ＳＷ２２ スイッチ
１００Ａ 表示装置
１００Ｂ 表示装置
１００Ｃ 表示装置
１００Ｄ 表示装置
１００Ｅ 表示装置
１００Ｆ 表示装置
１００Ｇ 表示装置
１００Ｈ 表示装置
１０１ 基板
１０２ 保護層
１０３ 絶縁層
１０４ 絶縁層
１０６ 絶縁層
１０７ａ 導電層
１０７ｂ 導電層
１０８ 絶縁層
１１０ａ 発光ダイオード
１１０ｂ 発光ダイオード
１１０ｃ 発光ダイオード
１１０ｄ 発光ダイオード
１１２ 電極
１１３ 半導体層
１１４ 発光層
１１５ 半導体層
１１６ 電極
１１７ａ 導電体
１１７ｂ 導電体
１１７ｃ 導電体
１１７ｄ 導電体
１１８ａ 導電層
１１８ｂ 導電層
１２０ａ トランジスタ
１２０ｂ トランジスタ
１２２ 絶縁層
１２３ 絶縁層
１２４ａ 導電層
１２４ｂ 導電層
１２５ 充填層
１２６ 保護層
１２７ 導電層
１２８ レーザ光
１３０ａ トランジスタ
１３０ｂ トランジスタ
１３１ 基板
１３２ 素子分離層
１３３ 低抵抗領域
１３４ 絶縁層
１３５ 導電層
１３６ 絶縁層
１３７ 導電層
１３８ 導電層
１３９ 絶縁層
１４１ 絶縁層
１４２ 導電層
１４３ 絶縁層
１５０Ａ ＬＥＤ基板
１５０Ｂ 回路基板
１５１ 基板
１５２ 絶縁層
１６１ 導電層
１６１ａ 導電層
１６２ 絶縁層
１６３ 絶縁層
１６４ 絶縁層
１６５ 金属酸化物層
１６６ 導電層
１６７ 絶縁層
１６８ 導電層
１８１ 絶縁層
１８２ 絶縁層
１８３ 絶縁層
１８４ａ 導電層
１８４ｂ 導電層
１８４ｃ 導電層
１８４ｄ 導電層
１８５ 絶縁層
１８６ 絶縁層
１８７ 導電層
１８８ 絶縁層
１８９ 導電層
１９０ａ 導電層
１９０ｂ 導電層
１９０ｃ 導電層
１９０ｄ 導電層
１９１ 基板
１９２ 接着層
２００ 画素
２００Ａ トランジスタ
２００Ｂ トランジスタ
２０５ 導電体
２０５ａ 導電体
２０５ｂ 導電体
２１０ 発光素子
２１２ 絶縁体
２１４ 絶縁体
２１６ 絶縁体
２２２ 絶縁体
２２４ 絶縁体
２３０ 酸化物
２３０ａ 酸化物
２３０ｂ 酸化物
２３０ｃ 酸化物
２３０ｄ 酸化物
２４０ 導電体
２４０ａ 導電体
２４０ｂ 導電体
２４１ 絶縁体
２４１ａ 絶縁体
２４１ｂ 絶縁体
２４２ 導電体
２４２ａ 導電体
２４２ｂ 導電体
２４３ 酸化物
２４３ａ 酸化物
２４３ｂ 酸化物
２４６ 導電体
２４６ａ 導電体
２４６ｂ 導電体
２５０ 絶縁体
２５４ 絶縁体
２６０ 導電体
２６０ａ 導電体
２６０ｂ 導電体
２７１ａ 絶縁体
２７１ｂ 絶縁体
２７４ 絶縁体
２８０ 絶縁体
２８２ 絶縁体
２８３ 絶縁体
２８６ 絶縁体
２８７ 絶縁体
９００ 電子機器
９０１ 表示パネル
９０２ 筐体
９０３ 光学部材
９０４ 装着部
９０５ カメラ
９０６ 表示領域
９１１ レンズ
９１２ 反射板
９１３ 反射面
９１５ 光
９１６ 透過光
９５０ 電子機器
９５１ 表示パネル
９５２ 筐体
９５４ 装着部
９５５ 緩衝部材
９５６ レンズ
９５７ 入力端子
９５８ 出力端子
６５００ 電子機器
６５０１ 筐体
６５０２ 表示部
６５０３ 電源ボタン
６５０４ ボタン
６５０５ スピーカ
６５０６ マイク
６５０７ カメラ
６５０８ 光源
６５１０ 保護部材
６５１１ 表示パネル
６５１２ 光学部材
６５１３ タッチセンサパネル
６５１５ ＦＰＣ
６５１６ ＩＣ
６５１７ プリント基板
６５１８ バッテリ
７０００ 表示部
７１００ テレビジョン装置
７１０１ 筐体
７１０３ スタンド
７１１１ リモコン操作機
７２００ ノート型パーソナルコンピュータ
７２１１ 筐体
７２１２ キーボード
７２１３ ポインティングデバイス
７２１４ 外部接続ポート
７３００ デジタルサイネージ
７３０１ 筐体
７３０３ スピーカ
７３１１ 情報端末機
７４００ デジタルサイネージ
７４０１ 柱
７４１１ 情報端末機
９０００ 筐体
９００１ 表示部
９００３ スピーカ
９００５ 操作キー
９００６ 接続端子
９００７ センサ
９００８ マイクロフォン
９０５０ アイコン
９０５１ 情報
９０５２ 情報
９０５３ 情報
９０５４ 情報
９０５５ ヒンジ
９１０１ 携帯情報端末
９１０２ 携帯情報端末
９２００ 携帯情報端末
９２０１ 携帯情報端末

Claims (11)

  1. 第１の絶縁層、第２の絶縁層、第１のトランジスタ、第２のトランジスタ、第１の発光ダイオード、第２の発光ダイオード、色変換層及び駆動回路を有する表示装置であり、
    前記第１のトランジスタは、前記第１の発光ダイオードと電気的に接続され、
    前記第２のトランジスタは、前記第２の発光ダイオードと電気的に接続され、
    前記第１の絶縁層は、前記第１のトランジスタ上及び前記第２のトランジスタ上に位置し、
    前記第１の発光ダイオード及び前記第２の発光ダイオードは、前記第１の絶縁層上に位置し、
    前記色変換層は、前記第２の発光ダイオード上に位置し、
    前記色変換層は、前記第２の発光ダイオードが発した光をより長波長の光に変換する機能を有し、
    前記色変換層は、前記第１の発光ダイオードとは重ならず、
    前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタは、それぞれ、金属酸化物層及びゲート電極を有し、
    前記金属酸化物層は、チャネル形成領域を有し、
    前記ゲート電極の上面の高さは、前記第２の絶縁層の上面の高さと一致または概略一致しており、
    前記駆動回路は、第３のトランジスタを有し、
    前記第３のトランジスタは、半導体基板にチャネル形成領域を有し、
    前記半導体基板は、第３の絶縁層を介して、前記第１のトランジスタ、前記第２のトランジスタ、前記第１の発光ダイオード、及び前記第２の発光ダイオードのそれぞれと重なる、表示装置。
  2. 請求項１において、
    前記第１のトランジスタは、さらに、ゲート絶縁層、第１の導電層、及び第２の導電層を有し、
    前記金属酸化物層は、前記第１の導電層と重なる第１の領域と、前記第２の導電層と重なる第２の領域と、前記第１の領域と前記第２の領域の間の第３の領域と、を有し、
    前記第１の導電層及び前記第２の導電層は、前記金属酸化物層上に互いに離間して位置し、
    前記第２の絶縁層は、前記第１の導電層上及び前記第２の導電層上に位置し、
    前記第２の絶縁層は、前記第３の領域と重なる開口を有し、
    前記ゲート絶縁層は、前記開口の内側に位置し、かつ、前記第２の絶縁層の側面及び前記第３の領域の上面と重なり、
    前記ゲート電極は、前記開口の内側に位置し、かつ、前記ゲート絶縁層を介して、前記第２の絶縁層の側面及び前記第３の領域の上面と重なる、表示装置。
  3. 第１の絶縁層、第２の絶縁層、第１の導電層、第２の導電層、第１のトランジスタ、第２のトランジスタ、第１の発光ダイオード、第２の発光ダイオード、色変換層及び駆動回路を有する表示装置であり、
    前記第１のトランジスタは、前記第１の導電層を介して、前記第１の発光ダイオードと電気的に接続され、
    前記第２のトランジスタは、前記第２の導電層を介して、前記第２の発光ダイオードと電気的に接続され、
    前記第１の絶縁層は、前記第１のトランジスタ上及び前記第２のトランジスタ上に位置し、
    前記第１の発光ダイオード及び前記第２の発光ダイオードは、前記第１の絶縁層上に位置し、
    前記第１の発光ダイオードは、前記第１の導電層と接する第１の電極を有し、
    前記第２の発光ダイオードは、前記第２の導電層と接する第２の電極を有し、
    前記第１の電極の上面の高さ及び前記第２の電極の上面の高さは、前記第２の絶縁層の上面の高さと一致または概略一致しており、
    前記色変換層は、前記第２の発光ダイオード上に位置し、
    前記色変換層は、前記第２の発光ダイオードが発した光をより長波長の光に変換する機能を有し、
    前記色変換層は、前記第１の発光ダイオードとは重ならず、
    前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタは、それぞれ、金属酸化物層を有し、
    前記金属酸化物層は、チャネル形成領域を有し、
    前記駆動回路は、第３のトランジスタを有し、
    前記第３のトランジスタは、半導体基板にチャネル形成領域を有し、
    前記半導体基板は、第３の絶縁層を介して、前記第１のトランジスタ、前記第２のトランジスタ、前記第１の発光ダイオード、及び前記第２の発光ダイオードのそれぞれと重なる、表示装置。
  4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
    前記色変換層は、前記第２の発光ダイオードに接している、表示装置。
  5. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
    さらに、第４の絶縁層を有し、
    前記第４の絶縁層は、前記第２の発光ダイオードと前記色変換層との間に位置し、
    前記色変換層は、前記第４の絶縁層に接している、表示装置。
  6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
    前記第１の発光ダイオード及び前記第２の発光ダイオードは、それぞれ、マイクロ発光ダイオードである、表示装置。
  7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一項において、
    前記第１の発光ダイオード及び前記第２の発光ダイオードは、それぞれ、青色の光を発する、表示装置。
  8. 請求項１乃至請求項７のいずれか一項において、
    前記第１のトランジスタと、前記第２のトランジスタと、は、チャネル長及びチャネル幅の一方または双方が互いに異なる構造である、表示装置。
  9. 請求項１乃至請求項８のいずれか一項において、
    さらに、着色層を有し、
    前記着色層は、前記色変換層上に位置し、
    前記第２の発光ダイオードが発した光は、前記色変換層及び前記着色層を介して、前記表示装置の外部に取り出される、表示装置。
  10. 請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の表示装置と、コネクタまたは集積回路と、を有する、表示モジュール。
  11. 請求項１０に記載の表示モジュールと、
    アンテナ、バッテリ、筐体、カメラ、スピーカ、マイク、及び操作ボタンのうち少なくとも一つと、を有する、電子機器。
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