JP6456598B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、表示装置に関する。

近年、微小構造体であるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を応用したメカニカルシャッター（以下「ＭＥＭＳシャッター」という。）を用いた表示装置が注目されている。ＭＥＭＳシャッターを用いた表示装置は、画素ごとに設けたＭＥＭＳシャッターを、トランジスタを用いて高速で開閉することによって表示を行う（例えば、特許文献１）。

特開２００８−１９７６６８号公報

ＭＥＭＳシャッターを用いた表示装置のような機械的に作動させる表示装置において、画像の品質の改良や消費電力の削減のために、高速動作かつ低消費電力で駆動することが求められている。

そこで、本発明の一態様は、高速動作かつ低消費電力で駆動することができる表示装置を提供することを課題の一とする。

また、デバイス素子の高密度集積化に伴い、個々の素子の微細化が必要となってきている。このような問題を鑑み、占有面積が小さく、微細化を達成した表示装置を提供することを課題の一とする。

上記課題を鑑み、本発明の一態様では、ＭＥＭＳシャッターのような遮光手段を制御するスイッチング素子の一部に酸化物半導体を含むトランジスタを用いる。また、データ保持に用いる容量素子を該トランジスタの作製工程で形成する。このように容量素子を形成すると、容量素子上の段差を小さくすることができ、たとえば、容量素子上に遮光手段の一部が重畳し、占有面積が小さく、微細化を達成した表示装置を作製することができる。具体的な構成は以下の通りである。

本発明の一態様は、支持体と、画素を有する表示部と、支持体内に設けられた、画素の少なくとも一部と重畳するように第１の開口部が設けられた遮光層と第１の開口部を遮光する可動遮光層を含む遮光手段と、遮光手段と電気的に接続し、酸化物半導体膜を含む第１のトランジスタと、第１のトランジスタと電気的に接続する容量素子と、を有し、容量素子は、酸化物半導体膜と同一表面上に形成される第１の導電膜と、第１のトランジスタを覆い、かつ第１の導電膜上に第２の開口部が設けられた酸化物絶縁膜と、酸化物絶縁膜上で、かつ第２の開口部において第１の導電膜に接する窒化物絶縁膜と、第１のトランジスタと電気的に接続し、かつ窒化物絶縁膜上の第２の導電膜と、を有することを特徴とする表示装置である。

また、上記構成において、第１のトランジスタは、ゲート電極と、ゲート電極に接するゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜に接する酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜に接する一対の導電膜と、を有し、第１の導電膜は、ゲート絶縁膜に接する。

また、上記構成において、第１の導電膜および酸化物半導体膜は、Ｉｎ、Ｇａ、若しくはＺｎを含む。

また、上記構成において、遮光手段は、ＭＥＭＳシャッターである。

また、上記構成において、第１のトランジスタおよび容量素子と重畳し、電気的に接続する第２のトランジスタを有し、第２のトランジスタは、半導体材料を含む基板に設けられている。

本発明の一態様より、高速動作かつ低消費電力で駆動することができる表示装置を提供することができる。さらに、占有面積が小さく、微細化を達成した表示装置を提供することができる。

表示装置を説明する斜投影図。 表示装置の等角投影図。 表示装置におけるシャッターを説明する斜視図。 表示装置内の制御回路の概略図。 半導体装置の一形態を説明する断面図。 半導体装置の作製方法の一形態を説明する断面図。 半導体装置の作製方法の一形態を説明する断面図。 半導体装置の作製方法の一形態を説明する断面図。 半導体装置の作製方法の一形態を説明する断面図。 半導体装置の作製方法の一形態を説明する断面図。 トランジスタの一形態を説明する断面図。 トランジスタの一形態を説明する断面図。 トランジスタの一形態を説明する断面図。 トランジスタの一形態を説明する断面図。 トランジスタの一形態を説明する断面図。 トランジスタの一形態を説明する断面図。 半導体装置の一形態を説明する断面図。 半導体装置の一形態を説明する断面図。 表示装置を用いた電子機器を説明する図。 表示装置を用いた電子機器を説明する図。

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、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなく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。従って、本発明は、以下に示す実施の形態および実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。また、以下に説明する実施の形態において、同一部分または同様の機能を有する部分には、同一の符号または同一のハッチパターン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。

なお、本明細書で説明する各図において、各構成の大きさ、膜の厚さ、または領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。

また、本明細書にて用いる第１、第２、第３などの用語は、構成要素の混同を避けるために付したものであり、数的に限定するものではない。そのため、例えば、「第１の」を「第２の」または「第３の」などと適宜置き換えて説明することができる。

また、「ソース」や「ドレイン」の機能は、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、本明細書においては、「ソース」や「ドレイン」という用語は、入れ替えて用いることができるものとする。

また、電圧とは２点間における電位差のことをいい、電位とはある一点における静電場の中にある単位電荷が持つ静電エネルギー（電気的な位置エネルギー）のことをいう。ただし、一般的に、ある一点における電位と基準となる電位（例えば接地電位）との電位差のことを、単に電位もしくは電圧と呼び、電位と電圧が同義語として用いられることが多い。このため、本明細書では特に指定する場合を除き、電位を電圧と読み替えてもよいし、電圧を電位と読み替えてもよいこととする。

また、「電気的に接続」には、「何らかの電気的作用を有するもの」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するもの」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に制限はない。

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

（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様である半導体装置について図面を用いて説明する。

図１は、半導体装置の一例として表示装置の構成を模式的に示した図である。図１に示す表示装置１００は、表示部１０２と、シャッター状の遮光手段１０４を有する。

シャッター状の遮光手段１０４は、遮光状態と透過状態を切り替えることができる。なお、遮光手段１０４は上記遮光状態と透過状態を切り替えることができる機構を有すればよく、例えば、開口部を有する遮光層と当該開口部を遮光することができる可動遮光層からなるシャッターなどを用いることができる。

図２は、表示装置１００の具体的な等角投影図である。表示装置１００は、行および列内に配置された複数の支持体１０６ａ乃至支持体１０６ｄ（総称して支持体１０６ともいう）を有する。支持体１０６は、遮光手段１０４と、開口部１１２とを有する。また、支持体１０６ａは画素１０２ａに対応している。支持体１０６ｂ乃至支持体１０６ｄにおいても同様にそれぞれ画素１０２ｂ乃至画素１０２ｄに対応している。なお、表示部１０２は、画素１０２ａ乃至画素１０２ｄで構成されている。また、支持体１０６そのものは透光性を有している。特定の画素に対応する色固有の支持体１０６のうちの１つ以上を選択的に透過状態にすることによって、表示装置１００は、カラーの画素を生成することが可能である。

また、表示部１０２は、パッシブマトリクス型としてもよいし、トランジスタによって素子の駆動が制御されるアクティブマトリクス型としてもよい。いずれの場合においても、各画素と電気的に接続される配線を格子状に設ける必要がある。開口率の向上を図る点において、表示部の配線として用いる導電膜としては透光性を有する導電材料が好ましい。

また、表示部１０２をアクティブマトリクス型とする場合、トランジスタも透光性を有する材料で形成するのが好ましい。トランジスタに用いる透光性を有する半導体膜としては、酸化物半導体膜を用いるのが好ましい。当該酸化物半導体膜としては、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物や、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ酸化物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ酸化物や、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、Ｓｎ−Ｚｎ酸化物などが用いられる。

遮光手段１０４は、ＭＥＭＳ技術を用いて形成するＭＥＭＳシャッターである。遮光手段１０４は、ＭＥＭＳ構造体部とＭＥＭＳ駆動素子部とを設ける。ＭＥＭＳ構造体部は、３次元的な立体構造を有し、かつ一部が可動する微小構造体であるシャッターを複数有する。

また、ＭＥＭＳ構造体部には、遮光層および可動遮光層の他に可動遮光層を基板平面に平行にスライドさせるためのアクチュエータや、可動遮光層を支持する構造体などが含まれる。また、ＭＥＭＳシャッターの構造例の詳細については後で記載する。

また、アクチュエータを介して可動遮光層を駆動させるトランジスタがＭＥＭＳ駆動素子部に形成される。ＭＥＭＳ駆動素子部に用いるトランジスタは透光性を有する材料で形成されることが好ましく、表示部１０２で用いるトランジスタと同様のものを用いることができる。また、ＭＥＭＳ駆動素子部の配線として用いる導電膜としては透光性を有する導電材料が好ましい。

また、各支持体１０６は、走査線１１４、信号線１１６、電源線１１８と電気的に接続され、これらの配線から供給される電位に応じて、遮光手段１０４の遮光状態と透過状態を切り替える。

次に、遮光手段１０４として用いることのできるＭＥＭＳシャッターの構造例について図３を用いて説明する。

図３は、シャッター３００である。シャッター３００は、アクチュエータ３１１に結合された可動遮光層３０２を有する。アクチュエータ３１１は開口部３０４を有する遮光層（図面が煩雑となるため図示せず）上に設けられており、２つの柔軟性を有するアクチュエータ３１５を有する。可動遮光層３０２の一方の辺は、アクチュエータ３１５と電気的に接続されている。アクチュエータ３１５は、可動遮光層３０２を、構造体３２３と構造体３２７とを結ぶ線分の方向に移動させる機能を有する。

アクチュエータ３１５は、可動遮光層３０２および構造体３１９と電気的に接続する可動電極３２１と、構造体３２３と電気的に接続する可動電極３２５とを有する。可動電極３２５は、可動電極３２１に隣接しており、可動電極３２５の一端は構造体３２３と電気的に接続し、他端は自由に動くことができる。また、可動電極３２５の自由に動くことが可能な端部は、可動電極３２１および構造体３１９の接続部で最も近くなるように、湾曲している。

可動遮光層３０２の他方の辺は、アクチュエータ３１１によって及ぼされた力に対抗する復元力を有するスプリング３１７に接続されている。スプリング３１７は構造体３２７に接続されている。

構造体３１９、構造体３２３、構造体３２７は、開口部３０４を有する遮光層の表面の近傍において、可動遮光層３０２、アクチュエータ３１５、およびスプリング３１７を、浮遊させる機械的支持体として機能する。

可動遮光層３０２の下方には、遮光層で囲まれる開口部３０４が設けられる。なお、可動遮光層３０２および開口部３０４の形状はこれに限られるものではない。

シャッター３００に含まれる構造体３２３は、トランジスタ（図示せず）と電気的に接続する。当該トランジスタは、可動遮光層を駆動するためのトランジスタである。これにより、構造体３２３に接続される可動電極３２５に、トランジスタを介して任意の電圧を印加することができる。また、構造体３１９、構造体３２７は、それぞれ接地電極（ＧＮＤ）と接続する。このため、構造体３１９に接続する可動電極３２１、および構造体３２７に接続するスプリング３１７の電位は、ＧＮＤとなっている。なお、構造体３１９、構造体３２７は、任意の電圧を印加できる共通電極と電気的に接続されてもよい。また、構造体３１９、構造体３２７をアクチュエータ３１１に置き換えて２つのアクチュエータ３１１をもつシャッターとしてもよい。

可動電極３２５に電圧が印加されると、可動電極３２５と可動電極３２１との間の電位差により、可動電極３２１および可動電極３２５が電気的に引き寄せあう。この結果、可動電極３２１に接続する可動遮光層３０２が、構造体３２３の方へ引きよせられ、構造体３２３の方へ移動する。可動電極３２１はスプリングとして働くため、可動電極３２１と可動電極３２５との間の電位差が除去されると、可動電極３２１は、可動電極３２１に蓄積された応力を解放しながら、可動遮光層３０２をその初期位置に押し戻す。なお、可動電極３２１が可動電極３２５に引き寄せられている状態で、開口部３０４が可動遮光層３０２に塞がれるように設定してもよいし、逆に開口部３０４上に可動遮光層３０２が重ならないように設定してもよい。

シャッター３００の作製方法について、以下に説明する。開口部３０４を有する遮光層上にフォトリソグラフィ工程により所定の形状を有する犠牲層を形成する。犠牲層としては、ポリイミド、アクリル等の有機樹脂、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン等の無機絶縁膜等で形成することができる。なお、本明細書などにおいて、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を指し、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を指すものとする。ここで、酸素および窒素の含有量は、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）または水素前方散乱法（ＨＦＳ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｆｏｒｗａｒｄ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を用いて測定するものとする。

次に、犠牲層上に印刷法、スパッタリング法、蒸着法等により遮光性を有する材料を形成した後、選択的にエッチングをしてシャッター３００を形成する。遮光性を有する材料としては例えば、クロム、モリブデン、ニッケル、チタン、銅、タングステン、タンタル、ネオジム、アルミニウム、シリコンなどの金属、合金または酸化物などを用いることができる。または、インクジェット法によりシャッター３００を形成する。シャッター３００は、厚さ１００ｎｍ以上５μｍ以下で形成することが好ましい。

次に、犠牲層を除去することで、空間において可動式のシャッター３００を形成することができる。なお、この後、シャッター３００の表面を酸素プラズマ、熱酸化等で酸化し、酸化膜を形成することが好ましい。または、原子層蒸着法、ＣＶＤ法により、シャッター３００の表面に、アルミナ、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ−Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）等の絶縁膜を形成することが好ましい。当該絶縁膜をシャッター３００に設けることで、シャッター３００の経年劣化を低減することができる。

次に、遮光手段を含む制御回路２００について図４を用いて説明する。

図４は、表示装置内の制御回路２００の概略図である。制御回路２００は、遮光手段を遮光状態にするアクチュエータと透過状態にするアクチュエータを有するシャッターを含む支持体２０６内の画素のアレイを制御する。アレイ内の画素は、それぞれが実質的に正方形の形状であり、ピッチ、すなわち、画素間の距離は、１８０μｍ乃至２００μｍである。

制御回路２００は、各行の各画素について、走査線２０４を有し、各列の各画素について、第１の信号線２０８ａおよび第２の信号線２０８ｂを有する。第１の信号線２０８ａは、遮光手段を透過状態にする信号を供給し、第２の信号線２０８ｂは、遮光手段を遮光状態にする信号を供給する。制御回路２００は、さらに、充電線２１２と、作動線２１４と、共通電源線２１５とを有する。これらの充電線２１２、作動線２１４および共通電源線２１５は、アレイ内の複数行および複数列内の画素間で共有される。

各画素を含む支持体２０６は、遮光手段を透過状態にするために充電するトランジスタ２１６と、遮光手段を透過状態にするために放電するトランジスタ２１８と電気的に接続し、トランジスタ２１８は、遮光手段を透過状態にするためにデータを書き込むためのトランジスタ２１７と、容量素子２１９と電気的に接続される。なお、トランジスタ２１６とトランジスタ２１８は、透過状態にするアクチュエータと電気的に接続されている。

また、各画素を含む支持体２０６は、遮光手段を遮光状態にするために充電するトランジスタ２２０と、遮光手段を遮光状態にするために放電するトランジスタ２２２と電気的に接続し、トランジスタ２２２は、遮光手段を遮光状態にするためにデータを書き込むためのトランジスタ２２７と、容量素子２２９と電気的に接続される。なお、トランジスタ２２０とトランジスタ２２２は、遮光状態にするアクチュエータと電気的に接続されている。

また、トランジスタ２１６、トランジスタ２１８、トランジスタ２２０およびトランジスタ２２２は、酸化物半導体以外の材料をチャネル領域に用いたトランジスタであり、十分な高速動作が可能である。

さらに、トランジスタ２１７およびトランジスタ２２７は高純度化された酸化物半導体をチャネル領域として用いる。高純度化された酸化物半導体をチャネル領域として用いるトランジスタは、非導通状態となることによって、浮遊状態となるノード（たとえば、トランジスタ２１７と、トランジスタ２１８と、容量素子２１９とが接続されたノード、トランジスタ２２２と、トランジスタ２２７と、容量素子２２９とが接続されたノード）においてデータを保持することができ、オフ電流が極めて小さい。オフ電流が極めて小さいため、リフレッシュ動作が不要となるか、または、リフレッシュ動作の頻度を極めて低くすることが可能となるため、消費電力を十分に低減することができる。

実際、酸化物半導体によって形成されたチャネルの幅Ｗが１ｍのトランジスタのオフ電流を測定した結果、ドレイン電圧ＶＤが＋１Ｖまたは＋１０Ｖの場合、ゲート電圧ＶＧが−５Ｖから−２０Ｖの範囲では、トランジスタのオフ電流は検出限界である１×１０^−１２Ａ以下、すなわち、単位チャンネル幅（１μｍ）あたり１ａＡ（１×１０^−１８Ａ）以下となることがわかった。さらにより正確な測定を行った結果、室温（２５℃）におけるオフ電流は、ソース−ドレイン電圧が４Ｖおよび３．１Ｖにおいて、それぞれ約４０ｚＡ／μｍ（つまり、４×１０^−２０Ａ／μｍ）、１０ｚＡ／μｍ（１×１０^−２０Ａ／μｍ）以下であることが分かった。８５℃においても、ソース−ドレイン電圧が３．１Ｖでは１００ｚＡ／μｍ（１×１０^−１９Ａ／μｍ）以下であることが分かった。

このように、高純度化された酸化物半導体を用いたトランジスタではオフ電流が十分に小さいことが確認された。なお、オフ電流のより正確な測定に関しては、特開２０１１−１６６１３０号公報を参照されたい。

また、トランジスタ２１７およびトランジスタ２２７の酸化物半導体膜と同一平面上に導電膜を形成し、該導電膜を容量素子２１９および容量素子２２９の電極の一方として用いる。このような導電膜を用いて形成した容量素子上は、段差が小さく、集積化しやすくなるため、表示装置を微細化することができる。たとえば、容量素子上に遮光手段の一部やトランジスタが重畳し、占有面積が小さく、微細化した表示装置を作製することができる。

制御回路２００は、最初に充電線２１２に電圧を印加する。充電線２１２はトランジスタ２１６およびトランジスタ２２０のそれぞれのゲートとドレインに接続されており、この電圧の印加によって、トランジスタ２１６およびトランジスタ２２０を導通させる。充電線２１２は、支持体２０６のシャッターの作動に必要な最小限の電圧（例えば１５Ｖ）が印加される。遮光手段を遮光状態にするアクチュエータと透過状態にするアクチュエータが充電された後は、充電線２１２は０Ｖになり、トランジスタ２１６およびトランジスタ２２０は非導通状態となる。両方のアクチュエータの電荷は、保持される。

画素の各行は、走査線２０４に書き込み電圧Ｖ_ｗを供給することによって、順に画素に書き込まれる。画素の特定の行が書き込まれている間、制御回路２００は、データ電圧を画素の各列に対応した第１の信号線２０８ａまたは第２の信号線２０８ｂの一方に印加する。書き込まれる行の走査線２０４への電圧Ｖ_ｗの印加により、対応する行のトランジスタ２１７およびトランジスタ２２７は、導通する。トランジスタ２１７およびトランジスタ２２７が導通すると、第１の信号線２０８ａおよび第２の信号線２０８ｂから供給される電荷は、容量素子２１９および容量素子２２９にそれぞれ保持される。

制御回路２００において、作動線２１４は、トランジスタ２１８およびトランジスタ２２２のそれぞれのソースに接続される。作動線２１４を共通電源線２１５の電位よりもかなり大きな電位にすることで、容量素子２１９および容量素子２２９にそれぞれ保持されている電荷に関わらず、トランジスタ２１８およびトランジスタ２２２が導通することはない。制御回路２００における作動は、作動線２１４の電位を共通電源線２１５の電位以下にし、トランジスタ２１８またはトランジスタ２２２は、いずれかの容量素子２１９または容量素子２２９に保持されたデータの電荷によって導通／非導通が決まる。

トランジスタ２１８またはトランジスタ２２２が導通する場合、遮光手段を遮光状態にするアクチュエータの電荷または透過状態にするアクチュエータの電荷はトランジスタ２１８またはトランジスタ２２２を介して流出する。たとえば、トランジスタ２１８のみを導通することによって、透過状態にするアクチュエータの電荷はトランジスタ２１８を介して作動線２１４に流出する。結果として、支持体２０６のシャッターと透過状態にするアクチュエータとの間に電位差が生じ、シャッターは透過状態にするアクチュエータのほうに電気的に引き寄せられ、透過状態となる。

次に、制御回路２００中においてスイッチング素子として用いるトランジスタと電荷を保持することができる容量素子の断面図を示す。ここでは、制御回路２００中の半導体装置であるトランジスタ２１７および容量素子２１９について図５を用いて説明する。

基板４０２上には、画素部のトランジスタのゲート電極４０４が形成されている。基板４０２の材質などに大きな制限はないが、少なくとも、後の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有している必要がある。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板等を、基板４０２として用いてもよい。また、ＳＯＩ基板等を適用することも可能であり、これらの基板上に半導体素子が設けられたものを、基板４０２として用いてもよい。なお、基板４０２として、ガラス基板を用いる場合、第６世代（１５００ｍｍ×１８５０ｍｍ）、第７世代（１８７０ｍｍ×２２００ｍｍ）、第８世代（２２００ｍｍ×２４００ｍｍ）、第９世代（２４００ｍｍ×２８００ｍｍ）、第１０世代（２９５０ｍｍ×３４００ｍｍ）等の大面積基板を用いることで、大型の液晶表示装置を作製することができる。

また、基板４０２として、可撓性基板を用い、可撓性基板上に直接、トランジスタを形成してもよい。または、基板４０２とトランジスタの間に剥離層を設けてもよい。剥離層は、その上に素子部を一部あるいは全部完成させた後、基板４０２より分離し、他の基板に転載するのに用いることができる。その際、トランジスタは耐熱性の劣る基板や可撓性の基板にも転載できる。

ゲート電極４０４としては、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、タングステンから選ばれた金属元素、または上述した金属元素を成分とする合金か、上述した金属元素を組み合わせた合金等を用いて形成することができる。また、マンガン、ジルコニウムのいずれか一または複数から選択された金属元素を用いてもよい。また、ゲート電極４０４は、単層構造でも、二層以上の積層構造としてもよい。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、窒化タンタル膜または窒化タングステン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、チタン膜と、そのチタン膜上にアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチタン膜を形成する三層構造等がある。また、アルミニウムに、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた元素の膜、または複数組み合わせた合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。

また、ゲート電極４０４は、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、酸化シリコンを添加したインジウム錫酸化物等の透光性を有する導電性材料を適用することもできる。また、上記透光性を有する導電性材料と、上記金属元素の積層構造とすることもできる。

また、ゲート電極４０４とゲート絶縁膜の一部として機能する絶縁膜４０５との間に、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸窒化物膜、Ｉｎ−Ｓｎ系酸窒化物膜、Ｉｎ−Ｇａ系酸窒化物膜、Ｉｎ−Ｚｎ系酸窒化物膜、Ｓｎ系酸窒化物膜、Ｉｎ系酸窒化物膜、金属窒化物膜（ＩｎＮ、ＺｎＮ等）等を設けてもよい。これらの膜は５ｅＶ以上、好ましくは５．５ｅＶ以上の仕事関数を有し、酸化物半導体の電子親和力よりも大きい値であるため、酸化物半導体を用いたトランジスタのしきい値電圧をプラスにシフトすることができ、所謂ノーマリーオフ特性のスイッチング素子を実現できる。例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸窒化物膜を用いる場合、少なくとも酸化物半導体膜４０８ａより高い窒素濃度、具体的には７原子％以上のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸窒化物膜を用いる。

基板４０２、およびゲート電極４０４上には、絶縁膜４０５、絶縁膜４０６が形成されている。絶縁膜４０５、絶縁膜４０６は、トランジスタ２１７のゲート絶縁膜としての機能を有する。

絶縁膜４０５としては、例えば窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム等の窒化物絶縁膜を用いて形成することが好ましい。

絶縁膜４０６としては、例えば酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ガリウムまたはＧａ−Ｚｎ系金属酸化物、窒化シリコンなどを用いればよく、積層または単層で設ける。また、絶縁膜４０６としては、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉ_ｘＯ_ｙ）、窒素が添加されたハフニウムシリケート、ハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌ_ｘＯ_ｙ）、窒素が添加されたハフニウムアルミネート、酸化ハフニウム、酸化イットリウムなどのｈｉｇｈ−ｋ材料を用いることでトランジスタのゲートリークを低減できる。

絶縁膜４０５および絶縁膜４０６の合計の厚さは、５ｎｍ以上４００ｎｍ以下、より好ましくは１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下、より好ましくは５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下とするとよい。

絶縁膜４０６上には、酸化物半導体膜４０８ａ、導電膜４０８ｂが形成されている。酸化物半導体膜４０８ａは、ゲート電極４０４と重畳する位置に形成され、トランジスタのチャネル領域として機能する。導電膜４０８ｂは、容量素子２１９の一方の電極として機能する。

酸化物半導体膜４０８ａ、および導電膜４０８ｂは、代表的には、Ｉｎ−Ｇａ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、またはＨｆ）がある。

なお、酸化物半導体膜４０８ａ、および導電膜４０８ｂがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物であるとき、ＺｎおよびＯを除いてのＩｎおよびＭの原子数比率は、Ｉｎが２５ａｔｏｍｉｃ％以上、Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％未満、さらに好ましくはＩｎが３４ａｔｏｍｉｃ％以上、Ｍが６６ａｔｏｍｉｃ％未満とする。

酸化物半導体膜４０８ａ、および導電膜４０８ｂは、エネルギーギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上、より好ましくは３ｅＶ以上である。このように、エネルギーギャップの広い酸化物半導体を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。

酸化物半導体膜４０８ａ、および導電膜４０８ｂの厚さは、３ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上１００ｎｍ以下、さらに好ましくは３ｎｍ以上５０ｎｍ以下とする。

酸化物半導体膜４０８ａ、および導電膜４０８ｂとしてＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１または３：１：２の原子数比のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を用いることができる。なお、酸化物半導体膜４０８ａ、および導電膜４０８ｂの原子数比はそれぞれ、誤差として上記の原子数比のプラスマイナス２０％の変動を含む。

酸化物半導体膜４０８ａ、および導電膜４０８ｂは共に、ゲート絶縁膜上（ここでは、絶縁膜４０６上）に形成されるが、不純物濃度が異なる。具体的には、酸化物半導体膜４０８ａと比較して、導電膜４０８ｂの不純物濃度が高い。例えば、酸化物半導体膜４０８ａに含まれる水素濃度は、５×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満、好ましくは５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満、好ましくは１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、より好ましくは５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、さらに好ましくは１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であり、導電膜４０８ｂに含まれる水素濃度は、８×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、好ましくは１×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、より好ましくは５×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である。また、酸化物半導体膜４０８ａと比較して、導電膜４０８ｂに含まれる水素濃度は２倍、好ましくは１０倍以上である。

また、導電膜４０８ｂは、酸化物半導体膜４０８ａより抵抗率が低い。導電膜４０８ｂの抵抗率が、酸化物半導体膜４０８ａの抵抗率の１×１０^−８倍以上１×１０^−１倍以下であることが好ましく、代表的には１×１０^−３Ωｃｍ以上１×１０^４Ωｃｍ未満、さらに好ましくは、抵抗率が１×１０^−３Ωｃｍ以上１×１０^−１Ωｃｍ未満であるとよい。

酸化物半導体膜４０８ａ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、酸化物半導体膜４０８ａにおいて酸素欠損が増加し、ｎ型化してしまう。このため、酸化物半導体膜４０８ａにおけるシリコンや炭素の濃度（二次イオン質量分析法により得られる濃度）を、２×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、好ましくは２×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とする。

また、酸化物半導体膜４０８ａにおいて、二次イオン質量分析法により得られるアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度を、１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、好ましくは２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下にする。アルカリ金属およびアルカリ土類金属は、酸化物半導体と結合するとキャリアを生成する場合があり、トランジスタのオフ電流が増大してしまうことがある。このため、酸化物半導体膜４０８ａのアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度を低減することが好ましい。

また、酸化物半導体膜４０８ａに窒素が含まれていると、キャリアである電子が生じ、キャリア密度が増加し、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。従って、当該酸化物半導体膜において、窒素はできる限り低減されていることが好ましい、例えば、二次イオン質量分析法により得られる窒素濃度は、５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下にすることが好ましい。

酸化物半導体膜４０８ａとしては、キャリア密度の低い酸化物半導体膜を用いる。例えば、酸化物半導体膜４０８ａは、キャリア密度が１×１０^１７個／ｃｍ^３以下、好ましくは１×１０^１５個／ｃｍ^３以下、さらに好ましくは１×１０^１３個／ｃｍ^３以下、より好ましくは１×１０^１１個／ｃｍ^３以下の酸化物半導体膜を用いる。

なお、これらに限られず、必要とするトランジスタの半導体特性および電気特性（電界効果移動度、しきい値電圧等）に応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とするトランジスタの半導体特性を得るために、酸化物半導体膜４０８ａのキャリア密度や不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間距離、密度等を適切なものとすることが好ましい。

酸化物半導体膜４０８ａは、絶縁膜４０６および絶縁膜４１２等の、酸化物半導体膜との界面特性を向上させることが可能な材料で形成される膜と接しているため、酸化物半導体膜４０８ａは、半導体として機能し、酸化物半導体膜４０８ａを有するトランジスタは、優れた電気特性を有する。

なお、酸化物半導体膜４０８ａとして、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低い酸化物半導体膜を用いることで、優れた電気特性を有するトランジスタを作製することができ好ましい。ここでは、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低い（酸素欠損の少ない）ことを高純度真性または実質的に高純度真性とよぶ。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は、キャリア発生源が少ないため、キャリア密度を低くすることができる場合がある。従って、当該酸化物半導体膜にチャネル領域が形成されるトランジスタは、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性（ノーマリーオンともいう）になることが少ない場合がある。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、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、オフ電流が著しく小さく、チャネル幅が１×１０^６μｍでチャネル長Ｌが１０μｍの素子であっても、ソース電極とドレイン電極間の電圧（ドレイン電圧）が１Ｖから１０Ｖの範囲において、オフ電流が、半導体パラメータアナライザの測定限界以下、すなわち１×１０^−１３Ａ以下という特性を得ることができる。従って、当該酸化物半導体膜にチャネル領域が形成されるトランジスタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる場合がある。なお、酸化物半導体膜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膜にチャネル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。不純物としては、水素、窒素、アルカリ金属、またはアルカリ土類金属等がある。

一方、導電膜４０８ｂは、開口部４６２（図８（Ａ）参照）において窒化絶縁膜で形成される絶縁膜４１４と接する。絶縁膜４１４（図８（Ｃ）参照）は、外部からの不純物、例えば、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等が、酸化物半導体膜へ拡散するのを防ぐ材料で形成される膜であり、さらには水素を含む。このため、絶縁膜４１４の水素が酸化物半導体膜４０８ａと同時に形成された酸化物半導体膜に拡散すると、該酸化物半導体膜において水素は酸素と結合し、キャリアである電子を生成する。また、絶縁膜４１４をプラズマＣＶＤ法またはスパッタリング法で成膜すると、酸化物半導体膜がプラズマに曝され、酸素欠損が生成される。当該酸素欠損に絶縁膜４１４に含まれる水素が入ることで、キャリアである電子を生成する。この結果、酸化物半導体膜は、導電性が高くなり導体として機能する。即ち、導電性の高い酸化物半導体膜や導電性の高い金属酸化膜ともいえる。ここでは、酸化物半導体膜４０８ａと同様の材料を主成分とし、導電性が高められた金属酸化膜を、導電膜４０８ｂとよぶ。

ただし、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されず、導電膜４０８ｂは、場合によっては、絶縁膜４１４と接していないことも可能である。

また、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されず、導電膜４０８ｂは、場合によっては、酸化物半導体膜４０８ａと別々の工程で形成されてもよい。その場合には、導電膜４０８ｂは、酸化物半導体膜４０８ａと、異なる材質を有していても良い。例えば、導電膜４０８ｂは、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、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化シリコンを含むインジウム錫酸化物等を用いて形成してもよい。

本実施の形態に示す半導体装置は、トランジスタの半導体膜と同時に、容量素子の一方となる電極を形成する。また、画素電極として機能する導電膜を容量素子の他方の電極として用いる。これらのため、容量素子を形成するために、新たに導電膜を形成する工程が不要であり、半導体装置の作製工程を削減できる。また、一対の電極が透光性を有するため、容量素子は透光性を有する。この結果、容量素子の占有面積を大きくしつつ、画素の開口率を高めることができる。

また、酸化物半導体膜の構造について説明する。

酸化物半導体膜は、単結晶酸化物半導体膜と非単結晶酸化物半導体膜とに大別される。非単結晶酸化物半導体膜とは、非晶質酸化物半導体膜、微結晶酸化物半導体膜、多結晶酸化物半導体膜、ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜などをいう。

非晶質酸化物半導体膜は、膜中における原子配列が不規則であり、結晶成分を有さない酸化物半導体膜である。微小領域においても結晶部を有さず、膜全体が完全な非晶質構造の酸化物半導体膜が典型である。

微結晶酸化物半導体膜は、例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ未満の大きさの微結晶（ナノ結晶ともいう。）を含む。従って、微結晶酸化物半導体膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも原子配列の規則性が高い。そのため、微結晶酸化物半導体膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも欠陥準位密度が低いという特徴がある。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、複数の結晶部を有する酸化物半導体膜の一つであり、ほとんどの結晶部は、一辺が１００ｎｍ未満の立方体内に収まる大きさである。従って、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる結晶部は、一辺が１０ｎｍ未満、５ｎｍ未満または３ｎｍ未満の立方体内に収まる大きさの場合も含まれる。ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、微結晶酸化物半導体膜よりも欠陥準位密度が低いという特徴がある。以下、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜について詳細な説明を行う。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）によって観察すると、結晶部同士の明確な境界、即ち結晶粒界（グレインバウンダリーともいう。）を確認することができない。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、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。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を、試料面と平行な方向からＴＥＭによって観察（断面ＴＥＭ観察）すると、結晶部において、金属原子が層状に配列していることを確認できる。金属原子の各層は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の膜を形成する面（被形成面ともいう。）または上面の凹凸を反映した形状であり、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面または上面と平行に配列する。

一方、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を、試料面と垂直な方向からＴＥＭによって観察（平面ＴＥＭ観察）すると、結晶部において、金属原子が三角形状または六角形状に配列していることを確認できる。しかしながら、異なる結晶部間で、金属原子の配列に規則性は見られない。

断面ＴＥＭ観察および平面ＴＥＭ観察より、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶部は配向性を有していることがわかる。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に対し、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）装置を用いて構造解析を行うと、例えばＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ膜のｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、回折角（２θ）が３１°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶の（００９）面に帰属されることから、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶がｃ軸配向性を有し、ｃ軸が被形成面または上面に垂直な方向を向いていることが確認できる。

一方、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に対し、ｃ軸に垂直な方向からＸ線を入射させるｉｎ−ｐｌａｎｅ法による解析では、２θが５６°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶の（１１０）面に帰属される。ＩｎＧａＺｎＯ_４の単結晶酸化物半導体膜であれば、２θを５６°近傍に固定し、試料面の法線ベクトルを軸（φ軸）として試料を回転させながら分析（φスキャン）を行うと、（１１０）面と等価な結晶面に帰属されるピークが６本観察される。これに対し、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の場合は、２θを５６°近傍に固定してφスキャンした場合でも、明瞭なピークが現れない。

以上のことから、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜では、異なる結晶部間ではａ軸およびｂ軸の配向は不規則であるが、ｃ軸配向性を有し、かつｃ軸が被形成面または上面の法線ベクトルに平行な方向を向いていることがわかる。従って、前述の断面ＴＥＭ観察で確認された層状に配列した金属原子の各層は、結晶のａｂ面に平行な面である。

なお、結晶部は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を成膜した際、または加熱処理などの結晶化処理を行った際に形成される。上述したように、結晶のｃ軸は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面または上面の法線ベクトルに平行な方向に配向する。従って、例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の形状をエッチングなどによって変化させた場合、結晶のｃ軸がＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面または上面の法線ベクトルと平行にならないこともある。

また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜中の結晶化度が均一でなくてもよい。例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶部が、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の上面近傍からの結晶成長によって形成される場合、上面近傍の領域は、被形成面近傍の領域よりも結晶化度が高くなることがある。また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に不純物を添加する場合、不純物が添加された領域の結晶化度が変化し、部分的に結晶化度の異なる領域が形成されることもある。

なお、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ膜のｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、２θが３１°近傍のピークの他に、２θが３６°近傍にもピークが現れる場合がある。２θが３６°近傍のピークは、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜中の一部に、ｃ軸配向性を有さない結晶が含まれることを示している。ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、２θが３１°近傍にピークを示し、２θが３６°近傍にピークを示さないことが好ましい。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を用いたトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気特性の変動が小さい。よって、当該トランジスタは、信頼性が高い。

なお、酸化物半導体膜は、例えば、非晶質酸化物半導体膜、微結晶酸化物半導体膜、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜のうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。

導電膜４１０ａ、導電膜４１０ｂは、導電材料として、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からなる単体金属、またはこれを主成分とする合金を単層構造または積層構造として用いる。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、タングステン膜上にチタン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、チタン膜または窒化チタン膜と、そのチタン膜または窒化チタン膜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、そのモリブデン膜または窒化モリブデン膜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を含む透明導電材料を用いてもよい。

絶縁膜４０６、酸化物半導体膜４０８ａ、導電膜４０８ｂ、および導電膜４１０ａ、導電膜４１０ｂ上には、絶縁膜４１２、絶縁膜４１４が形成されている。絶縁膜４１２は、絶縁膜４０６と同様に、酸化物半導体膜との界面特性を向上させることが可能な材料を用いることが好ましく、酸化物絶縁膜を用いて形成することができる。ここでは、絶縁膜４１２としては、絶縁膜４１２ａ、絶縁膜４１２ｂを積層して形成する。

絶縁膜４１２ａは、酸素を透過する酸化物絶縁膜である。なお、絶縁膜４１２ａは、後に形成する絶縁膜４１２ｂを形成する際の、酸化物半導体膜４０８ａ、および導電膜４０８ｂへのダメージ緩和膜としても機能する。

絶縁膜４１２ａとしては、厚さが５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の酸化シリコン、酸化窒化シリコン等を用いることができる。

また、絶縁膜４１２ａは、欠陥量が少ないことが好ましく、代表的には、ＥＳＲ測定により、シリコンのダングリングボンドに由来するｇ＝２．００１に現れる信号のスピン密度が３×１０^１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ^３以下であることが好ましい。これは、絶縁膜４１２ａに含まれる欠陥密度が多いと、当該欠陥に酸素が結合してしまい、絶縁膜４１２ａにおける酸素の透過量率が減少してしまうためである。

また、絶縁膜４１２ａと酸化物半導体膜４０８ａ、および導電膜４０８ｂとの界面における欠陥量が少ないことが好ましく、代表的には、ＥＳＲ測定により、酸化物半導体膜４０８ａ、および導電膜４０８ｂの欠陥に由来するｇ＝１．９３に現れる信号のスピン密度が１×１０^１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ^３以下、さらには検出下限以下であることが好ましい。

なお、絶縁膜４１２ａにおいては、外部から絶縁膜４１２ａに入った酸素が全て絶縁膜４１２ａの外部に移動せず、絶縁膜４１２ａにとどまる酸素もある。また、絶縁膜４１２ａに酸素が入ると共に、絶縁膜４１２ａに含まれる酸素が絶縁膜４１２ａの外部へ移動することで絶縁膜４１２ａにおいて酸素の移動が生じる場合もある。

絶縁膜４１２ａとして酸素を透過する酸化物絶縁膜を形成すると、絶縁膜４１２ａ上に設けられる絶縁膜４１２ｂから脱離する酸素を、絶縁膜４１２ａを介して酸化物半導体膜４０８ａ、および導電膜４０８ｂに移動させることができる。

絶縁膜４１２ａに接するように絶縁膜４１２ｂが形成されている。絶縁膜４１２ｂは、化学量論組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜を用いて形成する。化学量論組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜は、加熱により酸素の一部が脱離する。化学量論組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜は、ＴＤＳ分析にて、酸素原子に換算しての酸素の脱離量が１．０×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、好ましくは３．０×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である酸化物絶縁膜である。

絶縁膜４１２ｂとしては、厚さが３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の、酸化シリコン、酸化窒化シリコン等を用いることができる。

また、絶縁膜４１２ｂは、欠陥量が少ないことが好ましく、代表的には、ＥＳＲ測定により、シリコンのダングリングボンドに由来するｇ＝２．００１に現れる信号のスピン密度が１．５×１０^１８ｓｐｉｎｓ／ｃｍ^３未満、更には１×１０^１８ｓｐｉｎｓ／ｃｍ^３以下であることが好ましい。なお、絶縁膜４１２ｂは、絶縁膜４１２ａと比較して酸化物半導体膜４０８ａ、および導電膜４０８ｂから離れているため、絶縁膜４１２ａより、欠陥密度が多くともよい。

絶縁膜４１４として、酸素、水素、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等のブロッキング効果を有する窒化物絶縁膜を設けることで、酸化物半導体膜４０８ａ、および導電膜４０８ｂからの酸素の外部への拡散を防ぐことができる。窒化物絶縁膜としては、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム等がある。

なお、酸素、水素、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等のブロッキング効果を有する窒化物絶縁膜上に、酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する酸化物絶縁膜を設けてもよい。酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する酸化物絶縁膜としては、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム等がある。また、容量素子の電荷容量を制御するため、酸素、水素、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等のブロッキング効果を有する窒化物絶縁膜上に窒化物絶縁膜または酸化物絶縁膜を適宜設けてもよい。

また、絶縁膜４１４上には導電膜４１６が形成されている。導電膜４１６は、開口部４６４（図８（Ｃ）参照）において導電膜４１０ｂと電気的に接続され、画素の画素電極としての機能を有する。また、導電膜４１６は、容量素子の一対の電極の一方として機能することができる。

導電膜４１６としては、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、ＩＴＯ、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。

配向膜４１８としては、ポリイミド等の有機樹脂を用いることができる。配向膜４１８の膜厚は、４０ｎｍ以上１００ｎｍ以下、さらには５０ｎｍ以上９０ｎｍ以下とすることが好ましい。このような膜厚とすることで、液晶材料のプレチルト角を大きくすることが可能である。液晶材料のプレチルト角を大きくすることで、ディスクリネーションを低減することが可能である。

また、一対の基板（基板４０２と基板４４２）間に液晶素子４２２が挟持されている。

液晶素子４２２は、基板４０２の上方の導電膜４１６と、配向膜４１８、配向膜４５２と、液晶層４２０と、導電膜４５０と、を有する。なお、透光性を有する導電膜４１６は、液晶素子４２２の一方の電極として機能し、導電膜４５０は、液晶素子４２２の他方の電極として機能する。なお、図示しないが液晶素子４２２を駆動するトランジスタは別途設けられている。

また、基板４４２上には、有色性を有する膜（以下、有色膜４４６という）が形成されている。有色膜４４６は、カラーフィルタとしての機能を有する。また、有色膜４４６に隣接する遮光膜４４４が基板４４２上に形成される。遮光膜４４４は、ブラックマトリクスとして機能する。また、有色膜４４６は、必ずしも設ける必要はなく、例えば、液晶表示装置が白黒の場合等によって、有色膜４４６を設けない構成としてもよい。

有色膜４４６としては、特定の波長帯域の光を透過する有色膜であればよく、例えば、赤色の波長帯域の光を透過する赤色（Ｒ）のカラーフィルタ、緑色の波長帯域の光を透過する緑色（Ｇ）のカラーフィルタ、青色の波長帯域の光を透過する青色（Ｂ）のカラーフィルタなどを用いることができる。

遮光膜４４４としては、特定の波長帯域の光を遮光する機能を有していればよく、金属膜または黒色顔料等を含んだ有機絶縁膜などを用いることができる。

また、有色膜４４６上には、絶縁膜４４８が形成されている。絶縁膜４４８は、平坦化層としての機能、または有色膜４４６が含有しうる不純物を液晶素子側へ拡散するのを抑制する機能を有する。

また、絶縁膜４４８上には、導電膜４５０が形成されている。導電膜４５０は、画素部の液晶素子が有する一対の電極の他方としての機能を有する。なお、導電膜４１６上には、配向膜４１８が形成され、導電膜４５０上には、配向膜４５２が形成されている。

また、導電膜４１６と導電膜４５０との間には、液晶層４２０が形成されている。また、液晶層４２０は、シール材（図示しない）を用いて、基板４０２と基板４４２の間に封止されている。なお、シール材は、外部からの水分等の入り込みを抑制するために、無機材料と接触する構成が好ましい。

また、導電膜４１６と導電膜４５０との間に液晶層４２０の厚さ（セルギャップともいう）を維持するスペーサを設けてもよい。

図５に示す液晶表示装置に示す基板４０２上に設けられた素子部の作製方法について、図６乃至図９を用いて説明する。なお、ここでは、基板４０２上に設けられた素子部としては、基板４０２と配向膜４１８に挟まれた領域のことをさす。

まず、基板４０２を準備する。ここでは、基板４０２としてガラス基板を用いる。

次に、基板４０２上に導電膜を形成し、該導電膜を所望の領域に加工することで、ゲート電極４０４を形成する。なお、ゲート電極４０４の形成は、所望の領域に第１のパターニングによるマスクの形成を行い、該マスクに覆われていない領域をエッチングすることで形成することができる。（図６（Ａ）参照）。

また、ゲート電極４０４としては、代表的には、蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、スピンコート法等を用いて形成することができる。

次に、基板４０２、およびゲート電極４０４上に、絶縁膜４０５を形成し、絶縁膜４０５上に絶縁膜４０６を形成する。

絶縁膜４０５および絶縁膜４０６は、スパッタリング法、ＣＶＤ法等により形成することができる。なお、絶縁膜４０５および絶縁膜４０６は、真空中で連続して形成すると不純物の混入が抑制され好ましい。

次に、絶縁膜４０６上に酸化物半導体膜４０７を形成する（図６（Ｂ）参照）。

酸化物半導体膜４０７は、スパッタリング法、塗布法、パルスレーザー蒸着法、レーザーアブレーション法などを用いて形成することができる。

次に、酸化物半導体膜４０７を所望の領域に加工することで、島状の、酸化物半導体膜４０８ａ、酸化物半導体膜４０８ｃを形成する。なお、酸化物半導体膜４０８ａ、酸化物半導体膜４０８ｃの形成は、所望の領域に第２のパターニングによるマスクの形成を行い、該マスクに覆われていない領域をエッチングすることで形成することができる。エッチングとしては、ドライエッチング、ウエットエッチング、または双方を組み合わせたエッチングを用いることができる（図６（Ｃ）参照）。

なお、この後、加熱処理を行って、酸化物半導体膜４０８ａ、酸化物半導体膜４０８ｃに含まれる水素、水等を脱離させ、酸化物半導体膜４０８ａ、酸化物半導体膜４０８ｃに含まれる水素濃度および水濃度を低減してもよい。この結果、高純度化された酸化物半導体膜４０８ａ、酸化物半導体膜４０８ｃを形成することができる。該加熱処理の温度は、代表的には、２５０℃以上６５０℃以下、好ましくは３００℃以上５００℃以下とする。なお、該加熱処理の温度を、代表的には、３００℃以上４００℃以下、好ましくは３２０℃以上３７０℃以下とすることで、大面積基板においても基板の反りやシュリンクを低減することが可能であり、歩留まりが向上する。

当該加熱処理は、電気炉、ＲＴＡ装置等を用いることができる。ＲＴＡ装置を用いることで、短時間に限り、基板の歪み点以上の温度で熱処理を行うことができる。そのため加熱処理時間を短縮することが可能であり、加熱処理中の基板の反りを低減することが可能であり、大面積基板において特に好ましい。

また、加熱処理は、窒素、酸素、超乾燥空気（水の含有量が２０ｐｐｍ以下、好ましくは１ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）、または希ガス（アルゴン、ヘリウム等）の雰囲気下で行えばよい。なお、上記窒素、酸素、超乾燥空気、または希ガスに水素、水等が含まれないことが好ましい。また、窒素または希ガス雰囲気で加熱処理した後、酸素または超乾燥空気雰囲気で加熱してもよい。この結果、酸化物半導体膜中に含まれる水素、水等を脱離させると共に、酸化物半導体膜中に酸素を供給することができる。この結果、酸化物半導体膜中に含まれる酸素欠損量を低減することができる。

次に、絶縁膜４０６、および酸化物半導体膜４０８ａ、酸化物半導体膜４０８ｃ上に導電膜４０９を形成する（図７（Ａ）参照）。

導電膜４０９としては、例えば、スパッタリング法を用いて形成することができる。

次に、導電膜４０９を所望の領域に加工することで、導電膜４１０ａ、導電膜４１０ｂを形成する。なお、導電膜４１０ａ、導電膜４１０ｂの形成は、所望の領域に第３のパターニングによるマスクの形成を行い、該マスクに覆われていない領域をエッチングすることで、形成することができる（図７（Ｂ）参照）。

次に、絶縁膜４０６、酸化物半導体膜４０８ａ、酸化物半導体膜４０８ｃ、および導電膜４１０ａ、導電膜４１０ｂ上を覆うように、絶縁膜４１１ａ、絶縁膜４１１ｂが積層された絶縁膜４１１を形成する（図７（Ｃ）参照）。

なお、絶縁膜４１１ａを形成した後、大気に曝すことなく、連続的に絶縁膜４１１ｂを形成することが好ましい。絶縁膜４１１ａを形成した後、大気開放せず、原料ガスの流量、圧力、高周波電力および基板温度の一以上を調整して、絶縁膜４１１ｂを連続的に形成することで、絶縁膜４１１ａ、絶縁膜４１１ｂにおける界面の大気成分由来の不純物濃度を低減することができると共に、絶縁膜４１１ｂに含まれる酸素を酸化物半導体膜４０８ａ、酸化物半導体膜４０８ｃに移動させることが可能であり、酸化物半導体膜４０８ａ、酸化物半導体膜４０８ｃの酸素欠損量を低減することができる。

絶縁膜４１１ａとしては、プラズマＣＶＤ装置の真空排気された処理室内に載置された基板を１８０℃以上４００℃以下、好ましくは２００℃以上３７０℃以下に保持し、処理室に原料ガスを導入して処理室内における圧力を２０Ｐａ以上２５０Ｐａ以下、さらに好ましくは１００Ｐａ以上２５０Ｐａ以下とし、処理室内に設けられる電極に高周波電力を供給する条件により、酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を形成することができる。

絶縁膜４１１ａの原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体および酸化性気体を用いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化窒素等がある。

上記条件を用いることで、絶縁膜４１１ａとして酸素を透過する酸化物絶縁膜を形成することができる。また、絶縁膜４１１ａを設けることで、後に形成する絶縁膜４１１ｂの形成工程において、酸化物半導体膜４０８ａ、酸化物半導体膜４０８ｃへのダメージ低減が可能である。

当該成膜条件において、基板温度を絶縁膜４１１ａの成膜温度とすることで、シリコンおよび酸素の結合力が強くなる。この結果、絶縁膜４１１ａとして、酸素が透過し、緻密であり、かつ硬い酸化物絶縁膜、代表的には、２５℃において０．５重量％のフッ酸に対するエッチング速度が１０ｎｍ／分以下、好ましくは８ｎｍ／分以下である酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を形成することができる。

また、当該工程において、加熱をしながら絶縁膜４１１ａを形成するため、当該工程において酸化物半導体膜４０８ａ、酸化物半導体膜４０８ｃに含まれる水素、水等を脱離させることができる。

また、絶縁膜４１１ａを形成する工程において加熱するため、酸化物半導体膜４０８ａ、酸化物半導体膜４０８ｃが露出された状態での加熱時間が少なく、加熱処理による酸化物半導体膜からの酸素の脱離量を低減することができる。即ち、酸化物半導体膜中に含まれる酸素欠損量を低減することができる。

さらには、処理室の圧力を１００Ｐａ以上２５０Ｐａ以下とすることで、絶縁膜４１１ａに含まれる水の含有量が少なくなるため、トランジスタの電気特性のばらつきを低減すると共に、しきい値電圧の変動を抑制することができる。

また、処理室の圧力を１００Ｐａ以上２５０Ｐａ以下とすることで、絶縁膜４１１ａを成膜する際に、酸化物半導体膜４０８ａ、酸化物半導体膜４０８ｃへのダメージを低減することが可能であり、酸化物半導体膜４０８ａ、酸化物半導体膜４０８ｃに含まれる酸素欠損量を低減することができる。特に、絶縁膜４１１ａまたは後に形成される絶縁膜４１１ｂの成膜温度を高くする、代表的には２２０℃より高い温度とすることで、酸化物半導体膜４０８ａ、酸化物半導体膜４０８ｃに含まれる酸素の一部が脱離し、酸素欠損が形成されやすい。また、トランジスタの信頼性を高めるため、後に形成する絶縁膜４１１ｂの欠陥量を低減するための成膜条件を用いると、酸素脱離量が低減しやすい。これらの結果、酸化物半導体膜４０８ａ、酸化物半導体膜４０８ｃの酸素欠損を低減することが困難な場合がある。しかしながら、処理室の圧力を１００Ｐａ以上２５０Ｐａ以下とし、絶縁膜４１１ａの成膜時における酸化物半導体膜４０８ａ、酸化物半導体膜４０８ｃへのダメージを低減することで、絶縁膜４１１ｂからの少ない酸素脱離量でも酸化物半導体膜４０８ａ、酸化物半導体膜４０８ｃ中の酸素欠損を低減することが可能である。

なお、シリコンを含む堆積性気体に対する酸化性気体量を１００倍以上とすることで、絶縁膜４１１ａに含まれる水素含有量を低減することが可能である。この結果、酸化物半導体膜４０８ａ、酸化物半導体膜４０８ｃに混入する水素量を低減できるため、トランジスタのしきい値電圧のマイナスシフトを抑制することができる。

絶縁膜４１１ｂとしては、プラズマＣＶＤ装置の真空排気された処理室内に載置された基板を１８０℃以上２８０℃以下、さらに好ましくは２００℃以上２４０℃以下に保持し、処理室に原料ガスを導入して処理室内における圧力を１００Ｐａ以上２５０Ｐａ以下、さらに好ましくは１００Ｐａ以上２００Ｐａ以下とし、処理室内に設けられる電極に０．１７Ｗ／ｃｍ^２以上０．５Ｗ／ｃｍ^２以下、さらに好ましくは０．２５Ｗ／ｃｍ^２以上０．３５Ｗ／ｃｍ^２以下の高周波電力を供給する条件により、酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を形成する。

絶縁膜４１１ｂの原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体および酸化性気体を用いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化窒素等がある。

絶縁膜４１１ｂの成膜条件として、上記圧力の反応室において上記パワー密度の高周波電力を供給することで、プラズマ中で原料ガスの分解効率が高まり、酸素ラジカルが増加し、原料ガスの酸化が進むため、絶縁膜４１１ｂ中における酸素含有量が化学量論比よりも多くなる。しかしながら、基板温度が、上記絶縁膜４１１ｂの成膜温度であると、シリコンと酸素の結合力が弱いため、加熱により酸素の一部が脱離する。この結果、化学量論組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含み、加熱により酸素の一部が脱離する酸化物絶縁膜を形成することができる。また、酸化物半導体膜４０８ａ、酸化物半導体膜４０８ｃ上に絶縁膜４１１ａが設けられている。このため、絶縁膜４１１ｂの形成工程において、絶縁膜４１１ａが酸化物半導体膜４０８ａ、酸化物半導体膜４０８ｃの保護膜となる。この結果、酸化物半導体膜４０８ａ、酸化物半導体膜４０８ｃへのダメージを低減しつつ、高いパワー密度の高周波電力を用いて絶縁膜４１１ｂを形成することができる。

なお、絶縁膜４１１ｂの成膜条件において、酸化性気体に対するシリコンを含む堆積性気体の流量を増加することで、絶縁膜４１１ｂの欠陥量を低減することが可能である。代表的には、ＥＳＲ測定により、シリコンのダングリングボンドに由来するｇ＝２．００１に現れる信号のスピン密度が６×１０^１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ^３未満、好ましくは３×１０^１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ^３以下、好ましくは１．５×１０^１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ^３以下である欠陥量の少ない酸化物絶縁膜を形成することができる。この結果トランジスタの信頼性を高めることができる。

次に、加熱処理を行う。該加熱処理の温度は、代表的には、１５０℃以上基板歪み点未満、好ましくは２００℃以上４５０℃以下、さらに好ましくは３００℃以上４５０℃以下とする。なお、該加熱処理の温度を、代表的には、３００℃以上４００℃以下、好ましくは３２０℃以上３７０℃以下とすることで、大面積基板においても基板の反りやシュリンクを低減することが可能であり、歩留まりが向上する。

該加熱処理は、電気炉、ＲＴＡ装置等を用いることができる。ＲＴＡ装置を用いることで、短時間に限り、基板の歪み点以上の温度で熱処理を行うことができる。そのため加熱処理時間を短縮することができる。

加熱処理は、窒素、酸素、超乾燥空気（水の含有量が２０ｐｐｍ以下、好ましくは１ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）、または希ガス（アルゴン、ヘリウム等）の雰囲気下で行えばよい。なお、上記窒素、酸素、超乾燥空気、または希ガスに水素、水等が含まれないことが好ましい。

当該加熱処理により、絶縁膜４１１ｂに含まれる酸素の一部を酸化物半導体膜４０８ａ、酸化物半導体膜４０８ｃに移動させ、酸化物半導体膜４０８ａ、酸化物半導体膜４０８ｃに含まれる酸素欠損を低減することが可能である。この結果、酸化物半導体膜４０８ａ、酸化物半導体膜４０８ｃに含まれる酸素欠損量をさらに低減することができる。

また、絶縁膜４１１ａ、絶縁膜４１１ｂに水、水素等が含まる場合、水、水素等をブロッキングする機能を有する絶縁膜４１３を後に形成し、加熱処理を行うと、絶縁膜４１１ａ、絶縁膜４１１ｂに含まれる水、水素等が、酸化物半導体膜４０８ａ、酸化物半導体膜４０８ｃに移動し、酸化物半導体膜４０８ａ、酸化物半導体膜４０８ｃに欠陥が生じてしまう。しかしながら、当該加熱により、絶縁膜４１１ａ、絶縁膜４１１ｂに含まれる水、水素等を脱離させることが可能であり、トランジスタの電気特性のばらつきを低減すると共に、しきい値電圧の変動を抑制することができる。

なお、加熱しながら絶縁膜４１１ｂを絶縁膜４１１ａ上に形成することで、酸化物半導体膜４０８ａ、酸化物半導体膜４０８ｃに酸素を移動させ、酸化物半導体膜４０８ａ、酸化物半導体膜４０８ｃに含まれる酸素欠損を低減することが可能であるため、当該加熱処理を行わなくともよい。

また、導電膜４１０ａ、導電膜４１０ｂを形成する際、導電膜のエッチングによって、酸化物半導体膜４０８ａ、酸化物半導体膜４０８ｃはダメージを受け、酸化物半導体膜４０８ａのバックチャネル（酸化物半導体膜４０８ａにおいて、ゲート電極４０４と対向する面と反対側の面）側に酸素欠損が生じる。しかし、絶縁膜４１１ｂに化学量論組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜を適用することで、加熱処理によって当該バックチャネル側に生じた酸素欠損を修復することができる。これにより、酸化物半導体膜４０８ａに含まれる欠陥を低減することができるため、トランジスタの信頼性を向上させることができる。

なお、当該加熱処理は、後に形成される開口部４６２を形成した後に行ってもよい。

次に、絶縁膜４１１を所望の領域に加工することで、絶縁膜４１２、および開口部４６２を形成する。なお、絶縁膜４１２、および開口部４６２の形成は、所望の領域に第４のパターニングによるマスクの形成を行い、該マスクに覆われていない領域をエッチングすることで形成することができる（図８（Ａ）参照）。

なお、開口部４６２は、酸化物半導体膜４０８ｃの表面が露出するように形成する。開口部４６２の形成方法としては、例えば、ドライエッチング法を用いることができる。ただし、開口部４６２の形成方法としては、これに限定されず、ウエットエッチング法、またはドライエッチング法とウエットエッチング法を組み合わせた形成方法としてもよい。

次に、絶縁膜４０６、絶縁膜４１２および酸化物半導体膜４０８ｃ上に絶縁膜４１３を形成する（図８（Ｂ）参照）。

絶縁膜４１３としては、外部からの不純物、例えば、酸素、水素、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等が、酸化物半導体膜へ拡散するのを防ぐ材料を用いることが好ましく、更には水素を含むことが好ましく、代表的には窒素を含む無機絶縁材料、例えば窒化物絶縁膜を用いることができる。絶縁膜４１３としては、例えば、ＣＶＤ法を用いて形成することができる。

絶縁膜４１３は、外部からの不純物、例えば、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等が、酸化物半導体膜へ拡散するのを防ぐ材料で形成される膜であり、さらには水素を含む。このため、絶縁膜４１３の水素が酸化物半導体膜４０８ｃに拡散すると、該酸化物半導体膜４０８ｃにおいて水素は酸素と結合し、キャリアである電子を生成する。また、絶縁膜４１３をプラズマＣＶＤ法またはスパッタリング法で成膜すると、酸化物半導体膜がプラズマに曝され、酸素欠損が生成される。当該酸素欠損に絶縁膜４１４に含まれる水素が入ることで、キャリアである電子を生成する。この結果、酸化物半導体膜４０８ｃは、導電性が高くなり、導電膜４０８ｂとなる。

また、上記窒化シリコン膜は、ブロック性を高めるために、高温で成膜されることが好ましく、例えば、基板温度１００℃以上４００℃以下、より好ましくは３００℃以上４００℃以下の温度で加熱して成膜することが好ましい。また、高温で成膜する場合は、酸化物半導体膜４０８ａとして用いる酸化物半導体から酸素が脱離し、キャリア濃度が上昇する現象が発生することがあるため、このような現象が発生しない温度とする。

次に、絶縁膜４１３および絶縁膜４１２を所望の領域に加工することで、絶縁膜４１４、および開口部４６４を形成する。なお、絶縁膜４１４、および開口部４６４は、所望の領域に第５のパターニングによるマスクの形成を行い、該マスクに覆われていない領域をエッチングすることで形成することができる（図８（Ｃ）参照）。

また、開口部４６４は、導電膜４１０ｂが露出するように形成する。

なお、開口部４６４の形成方法としては、例えば、ドライエッチング法を用いることができる。ただし、開口部４６４の形成方法としては、これに限定されず、ウエットエッチング法、またはドライエッチング法とウエットエッチング法を組み合わせた形成方法としてもよい。

次に、開口部４６４を覆うように絶縁膜４１４上に導電膜４１５を形成する（図９（Ａ）参照）。

導電膜４１５としては、例えば、スパッタリング法を用いて形成することができる。

次に、導電膜４１５を所望の領域に加工することで、導電膜４１６を形成する。なお、導電膜４１６の形成は、所望の領域に第６のパターニングによるマスクの形成を行い、該マスクに覆われていない領域をエッチングすることで形成することができる（図９（Ｂ）参照）。

以上の工程で基板４０２上に、トランジスタ２１７および容量素子２１９を形成することができる。なお、本実施の形態に示す作製工程においては、第１乃至第６のパターニング、すなわち６枚のマスクで、トランジスタおよび容量素子を同時に形成することができる。

なお、本実施の形態では、絶縁膜４１４に含まれる水素を酸化物半導体膜４０８ｃに拡散させて、酸化物半導体膜４０８ｃの導電性を高めたが、酸化物半導体膜４０８ａをマスクで覆い、酸化物半導体膜４０８ｃに不純物、代表的には、水素、ホウ素、リン、スズ、アンチモン、希ガス元素、アルカリ金属、アルカリ土類金属等を添加して、酸化物半導体膜４０８ｃの導電性を高めてもよい。酸化物半導体膜４０８ｃに水素、ホウ素、リン、スズ、アンチモン、希ガス元素等を添加する方法としては、イオンドーピング法、イオン注入法等がある。一方、酸化物半導体膜４０８ｃにアルカリ金属、アルカリ土類金属等を添加する方法としては、該不純物を含む溶液を酸化物半導体膜４０８ｃに曝す方法がある。また、水素およびアルゴンを含むプラズマ雰囲気で酸化物半導体膜４０８ｃを処理することで、水素を導入してもよい。

次に、基板４０２に対向して設けられる基板４４２上に設けられた素子部について、以下説明を行う。なお、ここでは、基板４４２上に設けられた素子部としては、基板４４２と配向膜４５２に挟まれた領域のことをさす。

まず、基板４４２を準備する。基板４４２としては、基板４０２に示す材料を援用することができる。次に、基板４４２上に遮光膜４４４、有色膜４４６を形成する（図１０（Ａ）参照）。

遮光膜４４４および有色膜４４６は、様々な材料を用いて、印刷法、インクジェット法、フォトリソグラフィ技術を用いたエッチング方法などでそれぞれ所望の位置に形成する。

次に、遮光膜４４４、および有色膜４４６上に絶縁膜４４８を形成する（図１０（Ｂ）参照）。

絶縁膜４４８としては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド等の有機絶縁膜を用いることができる。絶縁膜４４８を形成することによって、例えば、有色膜４４６中に含まれる不純物等を液晶層４２０側に拡散することを抑制することができる。ただし、絶縁膜４４８は、必ずしも設ける必要はなく、絶縁膜４４８を形成しない構造としてもよい。

次に、絶縁膜４４８上に導電膜４５０を形成する（図１０（Ｃ）参照）。導電膜４５０としては、導電膜４１５に示す材料を援用することができる。

以上の工程で基板４４２上に形成される構造を形成することができる。

次に、基板４０２と基板４４２上、より詳しくは基板４０２上に形成された絶縁膜４１４、導電膜４１６と、基板４４２上に形成された導電膜４５０上に、それぞれ配向膜４１８と配向膜４５２を形成する。配向膜４１８、配向膜４５２は、ラビング法、光配向法等を用いて形成することができる。その後、基板４０２と、基板４４２との間に液晶層４２０を形成する。液晶層４２０の形成方法としては、ディスペンサ法（滴下法）や、基板４０２と基板４４２とを貼り合わせてから毛細管現象を用いて液晶を注入する注入法を用いることができる。

また、有色光をバックライトとして用い、時間シーケンシャル方式でＭＥＭＳシャッターを駆動してもよい。この場合、導電膜４１６より上の配向膜、液晶素子、有色膜等は不要である。

以上の工程で、図５に示す半導体装置を作製することができる。

さらに、制御回路２００中の半導体装置であるトランジスタ２１７および容量素子２１９の下にトランジスタ２１８がある構成について図１７を用いて説明する。以下では、トランジスタ２１８について詳細に説明する。

図１７は、トランジスタ２１７および容量素子２１９の下にトランジスタ２１８がある構成の断面図である。図１７に示される半導体装置は、下部に酸化物半導体以外の材料を用いたトランジスタ２１８を有し、上部に酸化物半導体を用いたトランジスタ２１７と容量素子２１９を有するものである。なお、トランジスタ２１８は、ｎ型トランジスタとして説明するが、ｐ型トランジスタを採用しても良い。特に、トランジスタ２１８は、ｐ型とすることが容易である。

図１７に示すように、トランジスタ２１８は基板５５０上に形成されている。基板５５０は、基板４０２と同様のものを用いることができる。

トランジスタ２１８は、素子分離絶縁膜５５１により、他のトランジスタと電気的に分離されている。素子分離絶縁膜５５１の形成には、選択酸化法（ＬＯＣＯＳ（Ｌｏｃａｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｌｉｃｏｎ）法）またはトレンチ分離法等を用いることができる。なお、基板５５０としてＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）型の半導体基板を用いてもよい。この場合、素子分離は、半導体層をエッチングにより素子ごとに分割すればよい。

トランジスタ２１８は、高濃度不純物領域５５７および低濃度不純物領域５５８と、ゲート電極５５９と、基板５５０とゲート電極５５９の間に設けられたゲート絶縁膜５５６と、を有する。ゲート電極５５９の周囲にはサイドウォール絶縁膜５８７が形成されている。

トランジスタ２１８上には、絶縁膜５６６が設けられている。絶縁膜５６６には開口部が形成されており、上記開口部に、高濃度不純物領域５５７に接して配線５６２および配線５６３が形成されている。また、ゲート電極５５９に接して配線５６５が形成されている。

そして、配線５６２は、絶縁膜５６６上に形成された配線５６８と電気的に接続されており、配線５６３は、絶縁膜５６６上に形成された配線５７０と電気的に接続されており、配線５６５は、絶縁膜５６６上に形成された配線５６９と電気的に接続されている。

配線５６８乃至配線５７０上には、絶縁膜５７１が形成されている。絶縁膜５７１上に酸化物半導体を含むトランジスタ２１７が形成されている。絶縁膜５７１には開口部が形成されており、上記開口部においてトランジスタ２１７のソース電極およびドレイン電極として機能する導電膜４１０ａおよび導電膜４１０ｂの一方が配線５６９と電気的に接続されている。

また、図１８に示すようにトランジスタ２１８を、酸化物半導体をチャネル領域に用いたトランジスタにしてもよい。また、トランジスタ２１８の酸化物半導体をＣＡＡＣ−ＯＳ膜にし、トランジスタ２１７の酸化物半導体を微結晶酸化物半導体膜にしてもよい。なお、トランジスタ２１８に酸化物半導体を用いた場合の酸化物半導体膜５０８、ソース電極およびドレイン電極として機能する導電膜５１０ａおよび導電膜５１０ｂ、ゲート絶縁膜５０５、ゲート電極５０４等の材料は先に示したトランジスタ２１７を参酌することができる。

このように、トランジスタ２１８上にトランジスタ２１７と容量素子２１９を積層することで占有面積が小さくすることができ、微細化した表示装置を作製することができる。

なお、本実施の形態は、本明細書で示す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２）
本実施の形態では、実施の形態１に示すトランジスタ２１７および容量素子２１９に適用可能な変形例について、説明する。

＜変形例１、トランジスタについて＞
図１１（Ａ）は、実施の形態１に示すトランジスタ２１７の酸化物半導体膜４０８ａと導電膜４１０ａおよび導電膜４１０ｂとのコンタクトの方法が図５と異なる。本変形例は、ボトムコンタクト型のトランジスタ２５７である。

また、図１１（Ｂ）に示すトランジスタ２６７は、実施の形態１に示すトランジスタ２１７のソース電極およびドレイン電極として機能する導電膜４１０ａおよび導電膜４１０ｂを形成せず、絶縁膜４１２および絶縁膜４１４に開口部を設け、該開口部を介して酸化物半導体膜４０８ａと接し、ソース電極およびドレイン電極として機能する導電膜４１６および導電膜４１７を有する。なお、導電膜４１６は、容量素子２１９の一方の電極としても機能する。

＜変形例２、下地絶縁膜について＞
実施の形態１に示すトランジスタ２１７において、必要に応じて、基板４０２およびゲート電極４０４の間に下地絶縁膜を設けることができる。下地絶縁膜としては、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム等がある。なお、下地絶縁膜として、窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウム等を用いることで、基板４０２から不純物、代表的にはアルカリ金属、水、水素等の酸化物半導体膜４０８ａへの拡散を抑制することができる。

下地絶縁膜は、スパッタリング法、ＣＶＤ法等により形成することができる。

＜変形例３、ゲート絶縁膜について＞
実施の形態１に示すトランジスタ２１７において、必要に応じて、ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜の積層構造を変形することができる。

図１２（Ａ）に示すように、ゲート絶縁膜は、絶縁膜４０５および絶縁膜４０６がゲート電極として機能するゲート電極４０４側から順に積層される。

ゲート電極４０４側に窒化物絶縁膜で形成される絶縁膜４０５を設けることで、ゲート電極４０４からの不純物、代表的には、水素、窒素、アルカリ金属、またはアルカリ土類金属等が酸化物半導体膜４０８ａに移動することを防ぐことができる。

また、酸化物半導体膜４０８ａ側に酸化物絶縁膜で形成される絶縁膜４０６を設けることで、絶縁膜４０６および酸化物半導体膜４０８ａ界面における欠陥準位を低減することが可能である。この結果、電気特性の劣化の少ないトランジスタを得ることができる。なお、絶縁膜４０６として、絶縁膜４１２ｂと同様に、化学量論組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜を用いて形成すると、絶縁膜４０６および酸化物半導体膜４０８ａ界面における欠陥準位をさらに低減することが可能であるため、さらに好ましい。

また、図１２（Ａ）に示すように、絶縁膜４０５は、欠陥の少ない窒化物絶縁膜４０５ａと、水素ブロッキング性の高い窒化物絶縁膜４０５ｂとが、ゲート電極４０４側から順に積層される積層構造とすることができる。絶縁膜４０５として、欠陥の少ない窒化物絶縁膜４０５ａを設けることで、ゲート絶縁膜の絶縁耐圧を向上させることができる。また、水素ブロッキング性の高い窒化物絶縁膜４０５ｂを設けることで、ゲート電極４０４および窒化物絶縁膜４０５ａからの水素が酸化物半導体膜４０８ａに移動することを防ぐことができる。

図１２（Ａ）に示す窒化物絶縁膜４０５ａ、窒化物絶縁膜４０５ｂの作製方法の一例を以下に示す。はじめに、シラン、窒素、およびアンモニアの混合ガスを原料ガスとして用いたプラズマＣＶＤ法により、欠陥の少ない窒化シリコン膜を窒化物絶縁膜４０５ａとして形成する。次に、原料ガスを、シランおよび窒素の混合ガスに切り替えて、水素濃度が少なく、かつ水素をブロッキングすることが可能な窒化シリコン膜を窒化物絶縁膜４０５ｂとして成膜する。このような形成方法により、欠陥が少なく、かつ水素のブロッキング性を有する窒化物絶縁膜が積層されたゲート絶縁膜を形成することができる。

または、図１２（Ｂ）に示すように、絶縁膜４０５は、不純物のブロッキング性が高い窒化物絶縁膜４０５ｃと、欠陥の少ない窒化物絶縁膜４０５ａと、水素ブロッキング性の高い窒化物絶縁膜４０５ｂとが、ゲート電極側から順に積層される積層構造とすることができる。絶縁膜４０５として、不純物のブロッキング性が高い窒化物絶縁膜４０５ｃを設けることで、ゲート電極からの不純物、代表的には、水素、窒素、アルカリ金属、またはアルカリ土類金属等が酸化物半導体膜４０８ａに移動することを防ぐことができる。

図１２（Ｂ）に示す窒化物絶縁膜４０５ａ、窒化物絶縁膜４０５ｂ、窒化物絶縁膜４０５ｃの作製方法の一例を以下に示す。はじめに、シラン、窒素、およびアンモニアの混合ガスを原料ガスとして用いたプラズマＣＶＤ法により、不純物のブロッキング性が高い窒化シリコン膜を窒化物絶縁膜４０５ｃとして形成する。次に、アンモニアの流量の増加させることで、欠陥の少ない窒化シリコン膜を窒化物絶縁膜４０５ａとして形成する。次に、原料ガスを、シランおよび窒素の混合ガスに切り替えて、水素濃度が少なく、かつ水素をブロッキングすることが可能な窒化シリコン膜を窒化物絶縁膜４０５ｂとして成膜する。このような形成方法により、欠陥が少なく、かつ不純物のブロッキング性を有する窒化物絶縁膜が積層された絶縁膜４０５を形成することができる。

＜変形例４、一対の電極について＞
実施の形態１に示すトランジスタ２１７において、導電膜４１０ａ、導電膜４１０ｂに用いることが可能な材料について、説明する。

実施の形態１に示すトランジスタ２１７に設けられる導電膜４１０ａ、導電膜４１０ｂとして、タングステン、チタン、アルミニウム、銅、モリブデン、クロム、またはタンタル単体若しくは合金等の酸素と結合しやすい導電材料を用いることが好ましい。この結果、酸化物半導体膜４０８ａに含まれる酸素と導電膜４１０ａ、導電膜４１０ｂに含まれる導電材料とが結合し、酸化物半導体膜４０８ａにおいて、酸素欠損の多い領域が形成される。また、酸化物半導体膜４０８ａに導電膜４１０ａ、導電膜４１０ｂを形成する導電材料の構成元素の一部が混入する場合もある。これらの結果、図１３に示すように、酸化物半導体膜４０８ａにおいて、導電膜４１０ａ、導電膜４１０ｂと接する領域近傍に、低抵抗領域４３４ａ、低抵抗領域４３４ｂが形成される。低抵抗領域４３４ａ、低抵抗領域４３４ｂは、導電膜４１０ａ、導電膜４１０ｂに接し、かつ絶縁膜４０６と、導電膜４１０ａ、導電膜４１０ｂの間に形成される。低抵抗領域４３４ａ、低抵抗領域４３４ｂは、導電性が高いため、酸化物半導体膜４０８ａと導電膜４１０ａ、導電膜４１０ｂとの接触抵抗を低減することが可能であり、トランジスタのオン電流を増大させることが可能である。

また、導電膜４１０ａ、導電膜４１０ｂを、上記酸素と結合しやすい導電材料と、窒化チタン、窒化タンタル、ルテニウム等の酸素と結合しにくい導電材料との積層構造としてもよい。このような積層構造とすることで、導電膜４１０ａ、導電膜４１０ｂと酸化物半導体膜４０８ａとの界面において、導電膜４１０ａ、導電膜４１０ｂの酸化を防ぐことが可能であり、導電膜４１０ａ、導電膜４１０ｂの高抵抗化を抑制することが可能である。

＜変形例５、酸化物半導体膜について＞
実施の形態１に示すトランジスタ２１７の作製方法において、導電膜４１０ａ、導電膜４１０ｂを形成した後、酸化物半導体膜４０８ａを酸素雰囲気で発生させたプラズマに曝し、酸化物半導体膜４０８ａに酸素を供給することができる。酸化雰囲気としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化窒素等の雰囲気がある。さらに、当該プラズマ処理において、基板４０２側にバイアスを印加しない状態で発生したプラズマに酸化物半導体膜４０８ａを曝すことが好ましい。この結果、酸化物半導体膜４０８ａにダメージを与えず、かつ酸素を供給することが可能であり、酸化物半導体膜４０８ａに含まれる酸素欠損量を低減することができる。また、エッチング処理により酸化物半導体膜４０８ａの表面に残存する不純物、例えば、フッ素、塩素等のハロゲン等を除去することができる。

＜変形例６、酸化物半導体膜について＞
実施の形態１に示すトランジスタ２１７において、必要に応じて、酸化物半導体膜を積層構造とすることができる。

図１４に示すトランジスタは、絶縁膜４０６および導電膜４１０ａ、導電膜４１０ｂの間に、酸化物半導体膜を含む多層膜４３６が形成されている。

多層膜４３６は、酸化物半導体膜４３６ａおよび酸化物膜４３６ｂを有する。即ち、多層膜４３６は２層構造である。また、酸化物半導体膜４３６ａの一部がチャネル領域として機能する。また、多層膜４３６に接するように、絶縁膜４１２ａが形成されており、絶縁膜４１２ａに接するように酸化物膜４３６ｂが形成されている。即ち、酸化物半導体膜４３６ａと絶縁膜４１２ａとの間に、酸化物膜４３６ｂが設けられている。

酸化物膜４３６ｂは、酸化物半導体膜４３６ａを構成する元素の一種以上から構成される酸化物膜である。酸化物膜４３６ｂは、酸化物半導体膜４３６ａを構成する元素の一種以上から構成されるため、酸化物半導体膜４３６ａと酸化物膜４３６ｂとの界面において、界面散乱が起こりにくい。従って、該界面においてはキャリアの動きが阻害されないため、トランジスタの電界効果移動度が高くなる。

酸化物膜４３６ｂは、代表的には、Ｉｎ−Ｇａ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆ）であり、かつ酸化物半導体膜４３６ａよりも伝導帯の下端のエネルギーが真空準位に近く、代表的には、酸化物膜４３６ｂの伝導帯の下端のエネルギーと、酸化物半導体膜４３６ａの伝導帯の下端のエネルギーとの差が、０．０５ｅＶ以上、０．０７ｅＶ以上、０．１ｅＶ以上、または０．１５ｅＶ以上、かつ２ｅＶ以下、１ｅＶ以下、０．５ｅＶ以下、または０．４ｅＶ以下である。即ち、酸化物膜４３６ｂの電子親和力と、酸化物半導体膜４３６ａの電子親和力との差が、０．０５ｅＶ以上、０．０７ｅＶ以上、０．１ｅＶ以上、または０．１５ｅＶ以上、かつ２ｅＶ以下、１ｅＶ以下、０．５ｅＶ以下、または０．４ｅＶ以下である。

酸化物膜４３６ｂは、Ｉｎを含むことで、キャリア移動度（電子移動度）が高くなるため好ましい。

酸化物膜４３６ｂとして、Ａｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆをＩｎより高い原子数比で有することで、以下の効果を有する場合がある。（１）酸化物膜４３６ｂのエネルギーギャップを大きくする。（２）酸化物膜４３６ｂの電子親和力を小さくする。（３）外部からの不純物を遮蔽する。（４）酸化物半導体膜４３６ａと比較して、絶縁性が高くなる。（５）Ａｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆは酸素との結合力が強い金属元素であるため、Ａｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆをＩｎより高い原子数比で有することで、酸素欠損が生じにくくなる。

酸化物膜４３６ｂがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物であるとき、ＺｎおよびＯを除いてのＩｎとＭの原子数比率は、好ましくは、Ｉｎが５０ａｔｏｍｉｃ％未満、Ｍが５０ａｔｏｍｉｃ％以上、さらに好ましくは、Ｉｎが２５ａｔｏｍｉｃ％未満、Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％以上とする。

また、酸化物半導体膜４３６ａ、および酸化物膜４３６ｂがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆ）の場合、酸化物半導体膜４３６ａと比較して、酸化物膜４３６ｂに含まれるＭ（Ａｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、またはＨｆ）の原子数比が大きく、代表的には、酸化物半導体膜４３６ａに含まれる上記原子と比較して、１．５倍以上、好ましくは２倍以上、さらに好ましくは３倍以上高い原子数比である。

また、酸化物半導体膜４３６ａ、および酸化物膜４３６ｂがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆ）の場合、酸化物膜４３６ｂをＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘ_１：ｙ_１：ｚ_１［原子数比］、酸化物半導体膜４３６ａをＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘ_２：ｙ_２：ｚ_２［原子数比］とすると、ｙ_１／ｘ_１がｙ_２／ｘ_２よりも大きく、好ましくは、ｙ_１／ｘ_１がｙ_２／ｘ_２よりも１．５倍以上である。さらに好ましくは、ｙ_１／ｘ_１がｙ_２／ｘ_２よりも２倍以上大きく、より好ましくは、ｙ_１／ｘ_１がｙ_２／ｘ_２よりも３倍以上大きい。このとき、酸化物半導体膜において、ｙ_２がｘ_２以上であると、当該酸化物半導体膜を用いたトランジスタに安定した電気特性を付与できるため好ましい。ただし、ｙ_２がｘ_２の３倍以上になると、当該酸化物半導体膜を用いたトランジスタの電界効果移動度が低下してしまうため、ｙ_２はｘ_２の３倍未満であると好ましい。

酸化物半導体膜４３６ａがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物の場合、酸化物半導体膜４３６ａを成膜するために用いるターゲットにおいて、金属元素の原子数比をＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘ_１：ｙ_１：ｚ_１とすると_、ｘ_１／ｙ_１は、１／３以上６以下、さらには１以上６以下であって、ｚ_１／ｙ_１は、１／３以上６以下、さらには１以上６以下であることが好ましい。なお、ｚ_１／ｙ_１を１以上６以下とすることで、酸化物半導体膜４３６ａとしてＣＡＡＣ−ＯＳ膜が形成されやすくなる。ターゲットの金属元素の原子数比の代表例としては、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３：１：２等がある。

酸化物膜４３６ｂがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物の場合、酸化物膜４３６ｂを成膜するために用いるターゲットにおいて、金属元素の原子数比をＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘ_２：ｙ_２：ｚ_２とすると_、ｘ_２／ｙ_２＜ｘ_１／ｙ_１であって、ｚ_２／ｙ_２は、１／３以上６以下、さらには１以上６以下であることが好ましい。なお、ｚ_２／ｙ_２を１以上６以下とすることで、酸化物膜４３６ｂとしてＣＡＡＣ−ＯＳ膜が形成されやすくなる。ターゲットの金属元素の原子数比の代表例としては、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：３：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：３：３等がある。

酸化物膜４３６ｂは、後に形成される絶縁膜４１２ｂを形成する際の、酸化物半導体膜４３６ａへのダメージ緩和膜としても機能する。

酸化物膜４３６ｂの厚さは、３ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上５０ｎｍとする。

また、酸化物膜４３６ｂは、酸化物半導体膜４３６ａと同様に、例えば非単結晶構造でもよい。非単結晶構造は、例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、多結晶構造、微結晶構造、または非晶質構造を含む。

なお、酸化物半導体膜４３６ａおよび酸化物膜４３６ｂによって、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域、多結晶構造の領域、ＣＡＡＣ−ＯＳの領域、単結晶構造の二種以上を有する混合膜を構成してもよい。また、混合膜は、例えば、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域、多結晶構造の領域、ＣＡＡＣ−ＯＳの領域、単結晶構造の領域のいずれか二種以上の領域の積層構造を有する場合がある。

ここでは、酸化物半導体膜４３６ａおよび絶縁膜４１２ａの間に、酸化物膜４３６ｂが設けられている。このため、酸化物膜４３６ｂと絶縁膜４１２ａの間において、不純物および欠陥によりトラップ準位が形成されても、当該トラップ準位と酸化物半導体膜４３６ａとの間には隔たりがある。この結果、酸化物半導体膜４３６ａを流れる電子がトラップ準位に捕獲されにくく、トランジスタのオン電流を増大させることが可能であると共に、電界効果移動度を高めることができる。また、トラップ準位に電子が捕獲されると、該電子がマイナスの固定電荷となってしまう。この結果、トランジスタのしきい値電圧が変動してしまう。しかしながら、酸化物半導体膜４３６ａとトラップ準位との間に隔たりがあるため、トラップ準位における電子の捕獲を低減することが可能であり、しきい値電圧の変動を低減することができる。

また、酸化物膜４３６ｂは、外部からの不純物を遮蔽することが可能であるため、外部から酸化物半導体膜４３６ａへ移動する不純物量を低減することが可能である。また、酸化物膜４３６ｂは、酸素欠損を形成しにくい。これらのため、酸化物半導体膜４３６ａにおける不純物濃度および酸素欠損量を低減することが可能である。

なお、酸化物半導体膜４３６ａおよび酸化物膜４３６ｂは、各膜を単に積層するのではなく連続接合（ここでは特に伝導帯の下端のエネルギーが各膜の間で連続的に変化する構造）が形成されるように作製する。すなわち、各膜の界面において、トラップ中心や再結合中心のような欠陥準位を形成するような不純物が存在しないような積層構造とする。仮に、積層された酸化物半導体膜４３６ａおよび酸化物膜４３６ｂの間に不純物が混在していると、エネルギーバンドの連続性が失われ、界面でキャリアがトラップされ、あるいは再結合して、消滅してしまう。

連続接合を形成するためには、ロードロック室を備えたマルチチャンバー方式の成膜装置（スパッタリング装置）を用いて各膜を大気に触れさせることなく連続して積層することが必要となる。スパッタリング装置における各チャンバーは、酸化物半導体膜にとって不純物となる水等を可能な限り除去すべくクライオポンプのような吸着式の真空排気ポンプを用いて高真空排気（５×１０^−７Ｐａ乃至１×１０^−４Ｐａ程度まで）することが好ましい。または、ターボ分子ポンプとコールドトラップを組み合わせて排気系からチャンバー内に気体、特に炭素または水素を含む気体が逆流しないようにしておくことが好ましい。

なお、図１４において、多層膜４３６を酸化物半導体膜４３６ａおよび酸化物膜４３６ｂの２層構造としたが、絶縁膜４０６と酸化物半導体膜４３６ａの間に、さらに酸化物膜４３６ｂと同様の膜を設ける３層構造としてもよい。この場合、絶縁膜４０６および酸化物半導体膜４３６ａの間に設ける酸化物膜の膜厚は、酸化物半導体膜４３６ａより小さいと好ましい。酸化物膜の厚さを１ｎｍ以上５ｎｍ以下、好ましくは１ｎｍ以上３ｎｍ以下とすることで、トランジスタのしきい値電圧の変動量を低減することが可能である。

＜変形例７、酸化物半導体膜について＞
変形例６において、酸化物半導体膜を含む多層膜の構造を適宜変形することができる。

図１５に示すように、絶縁膜４０６および絶縁膜４１２ａの間に、酸化物半導体膜を含む多層膜４３６が形成されている。

多層膜４３６は、絶縁膜４０６および導電膜４１０ａ、導電膜４１０ｂの間に形成される酸化物半導体膜４３６ａと、酸化物半導体膜４３６ａ、および導電膜４１０ａ、導電膜４１０ｂ上に形成される酸化物膜４３６ｂとを有する。また、酸化物半導体膜４３６ａの一部がチャネル領域として機能する。また、多層膜４３６に接するように、絶縁膜４１２ａが形成されており、絶縁膜４１２ａに接するように酸化物膜４３６ｂが形成されている。即ち、酸化物半導体膜４３６ａと絶縁膜４１２ａとの間に、酸化物膜４３６ｂが設けられている。

本変形例に示すトランジスタ２１７は、導電膜４１０ａ、導電膜４１０ｂが酸化物半導体膜４３６ａと接していることから、変形例６に示すトランジスタ比較して、酸化物半導体膜４３６ａと導電膜４１０ａ、導電膜４１０ｂとの接触抵抗が低く、オン電流が向上したトランジスタである。

また、本変形例に示すトランジスタ２１７は、導電膜４１０ａ、導電膜４１０ｂが酸化物半導体膜４３６ａと接していることから、酸化物半導体膜４３６ａと導電膜４１０ａ、導電膜４１０ｂとの接触抵抗を増大させずに、酸化物膜４３６ｂを厚くすることができる。このようにすることで、絶縁膜４１２ｂを形成する際のプラズマダメージまたは絶縁膜４１２ａ、絶縁膜４１２ｂの構成元素の混入などで生じるトラップ準位が、酸化物半導体膜４３６ａと酸化物膜４３６ｂとの界面近傍に形成されることを抑制できる。つまり、本比較例に示すトランジスタはオン電流の向上、およびしきい値電圧の変動量の低減を両立することができる。

＜変形例８、トランジスタの構造について＞
実施の形態１に示すトランジスタ２１７において、必要に応じて、酸化物半導体膜を介して対向する複数のゲート電極を設けることができる。

図１６に示すトランジスタ２１７は、基板４０２上に設けられるゲート電極４０４を有する。また、基板４０２およびゲート電極４０４上に形成される絶縁膜４０５および絶縁膜４０６と、絶縁膜４０５および絶縁膜４０６を介して、ゲート電極４０４と重なる酸化物半導体膜４０８ａと、酸化物半導体膜４０８ａに接する導電膜４１０ａ、導電膜４１０ｂと、を有する。また、絶縁膜４０６、酸化物半導体膜４０８ａ、および導電膜４１０ａ、導電膜４１０ｂ上には、絶縁膜４１２ａおよび絶縁膜４１２ｂが積層された絶縁膜４１２、および絶縁膜４１４が形成される。また、絶縁膜４１２、および絶縁膜４１４を介して酸化物半導体膜４０８ａと重畳する導電膜４５６を有する。

ゲート電極４０４および導電膜４５６は、酸化物半導体膜４０８ａを介して対向する。なお、導電膜４５６は、ゲート電極として機能する。導電膜４５６は、導電膜４１６と同時に形成することで、工程数を削減することが可能であるため好ましい。

本変形例に示すトランジスタ２１７は、酸化物半導体膜４０８ａを介して対向するゲート電極４０４および導電膜４５６を有する。ゲート電極４０４および導電膜４５６に異なる電位を印加することで、トランジスタ２１７のしきい値電圧を制御することができる。

また、本実施の形態に示す構成および方法などは、他の実施の形態および実施例に示す構成および方法などと適宜組み合わせて用いることができる。

（実施の形態３）
本発明の一態様である半導体装置は、被検知体の近接または接触を検知可能なセンサ（たとえば、静電容量方式、抵抗膜方式、表面弾性方式、赤外線方式、光学方式などのタッチセンサ）や医療用の放射線画像を取得することが可能な放射線画像検出装置に適用することができる。また、本発明の一態様である半導体装置はさまざまな電子機器（遊技機も含む）に適用することができる。電子機器としては、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、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、遊技機（パチンコ機、スロットマシン等）、ゲーム筐体が挙げられる。これらの電子機器の一例を図１９に示す。

図１９（Ａ）は、表示部を有するテーブル９０００を示している。テーブル９０００は、筐体９００１に表示部９００３が組み込まれており、表示部９００３により映像を表示することが可能である。なお、４本の脚部９００２により筐体９００１を支持した構成を示している。また、電力供給のための電源コード９００５を筐体９００１に有している。

上記実施の形態のいずれかに示す半導体装置は、表示部９００３に用いることが可能である。それゆえ、表示部９００３の表示品位を高くすることができる。

表示部９００３は、タッチ入力機能を有しており、テーブル９０００の表示部９００３に表示された表示ボタン９００４を指などで触れることで、画面操作や、情報を入力することができ、また他の家電製品との通信を可能とする、または制御を可能とすることで、画面操作により他の家電製品をコントロールする制御装置としてもよい。例えば、イメージセンサ機能を有する半導体装置を用いれば、表示部９００３にタッチ入力機能を持たせることができる。

また、筐体９００１に設けられたヒンジによって、表示部９００３の画面を床に対して垂直に立てることもでき、テレビジョン装置としても利用できる。狭い部屋においては、大きな画面のテレビジョン装置は設置すると自由な空間が狭くなってしまうが、テーブルに表示部が内蔵されていれば、部屋の空間を有効に利用することができる。

図１９（Ｂ）は、テレビジョン装置９１００を示している。テレビジョン装置９１００は、筐体９１０１に表示部９１０３が組み込まれており、表示部９１０３により映像を表示することが可能である。なお、ここではスタンド９１０５により筐体９１０１を支持した構成を示している。

テレビジョン装置９１００の操作は、筐体９１０１が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機９１１０により行うことができる。リモコン操作機９１１０が備える操作キー９１０９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９１０３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９１１０に、当該リモコン操作機９１１０から出力する情報を表示する表示部９１０７を設ける構成としてもよい。

図１９（Ｂ）に示すテレビジョン装置９１００は、受信機やモデムなどを備えている。テレビジョン装置９１００は、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。

上記実施の形態のいずれかに示す半導体装置は、表示部９１０３、表示部９１０７に用いることが可能である。それゆえ、テレビジョン装置の表示品位を向上させることができる。

図１９（Ｃ）はコンピュータ９２００であり、本体９２０１、筐体９２０２、表示部９２０３、キーボード９２０４、外部接続ポート９２０５、ポインティングデバイス９２０６などを含む。

上記実施の形態のいずれかに示す半導体装置は、表示部９２０３に用いることが可能である。それゆえ、コンピュータ９２００の表示品位を向上させることができる。

図２０（Ａ）および図２０（Ｂ）は２つ折り可能なタブレット型端末である。図２０（Ａ）は、開いた状態であり、タブレット型端末は、筐体９６３０、表示部９６３１ａ、表示部９６３１ｂ、表示モード切り替えスイッチ９０３４、電源スイッチ９０３５、省電力モード切り替えスイッチ９０３６、留め具９０３３、操作スイッチ９０３８、を有する。

上記実施の形態のいずれかに示す半導体装置は、表示部９６３１ａ、表示部９６３１ｂに用いることが可能である。それゆえ、タブレット端末の表示品位を向上させることができる。

表示部９６３１ａは、一部をタッチパネルの領域９６３２ａとすることができ、表示された操作キー９６３８にふれることでデータ入力をすることができる。なお、表示部９６３１ａにおいては、一例として半分の領域が表示のみの機能を有する構成、もう半分の領域がタッチパネルの機能を有する構成を示しているが該構成に限定されない。表示部９６３１ａの全ての領域がタッチパネルの機能を有する構成としても良い。例えば、表示部９６３１ａの全面をキーボードボタン表示させてタッチパネルとし、表示部９６３１ｂを表示画面として用いることができる。

また、表示部９６３１ｂにおいても表示部９６３１ａと同様に、表示部９６３１ｂの一部をタッチパネルの領域９６３２ｂとすることができる。また、タッチパネルのキーボード表示切り替えボタン９６３９が表示されている位置に指やスタイラスなどでふれることで表示部９６３１ｂにキーボードボタン表示することができる。

また、タッチパネルの領域９６３２ａとタッチパネルの領域９６３２ｂに対して同時にタッチ入力することもできる。

また、表示モード切り替えスイッチ９０３４は、縦表示または横表示などの表示の向きを切り替え、白黒表示やカラー表示の切り替えなどを選択できる。省電力モード切り替えスイッチ９０３６は、タブレット型端末に内蔵している光センサで検出される使用時の外光の光量に応じて表示の輝度を最適なものとすることができる。タブレット型端末は光センサだけでなく、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサなどの他の検出装置を内蔵させてもよい。

また、図２０（Ａ）では表示部９６３１ｂと表示部９６３１ａの表示面積が同じ例を示しているが特に限定されず、一方のサイズともう一方のサイズが異なっていてもよく、表示の品質も異なっていてもよい。例えば一方が他方よりも高精細な表示を行える表示パネルとしてもよい。

図２０（Ｂ）は、閉じた状態であり、タブレット型端末は、筐体９６３０、太陽電池９６３３、充放電制御回路９６３４を有する。なお、図２０（Ｂ）では充放電制御回路９６３４の一例としてバッテリー９６３５、ＤＣＤＣコンバータ９６３６を有する構成について示している。

なお、タブレット型端末は２つ折り可能なため、未使用時に筐体９６３０を閉じた状態にすることができる。従って、表示部９６３１ａ、表示部９６３１ｂを保護できるため、耐久性に優れ、長期使用の観点からも信頼性の優れたタブレット型端末を提供できる。

また、この他にも図２０（Ａ）および図２０（Ｂ）に示したタブレット型端末は、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示する機能、カレンダー、日付または時刻などを表示部に表示する機能、表示部に表示した情報をタッチ入力操作または編集するタッチ入力機能、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、等を有することができる。

タブレット型端末の表面に装着された太陽電池９６３３によって、電力をタッチパネル、表示部、または映像信号処理部等に供給することができる。なお、太陽電池９６３３は、筐体９６３０の片面または両面に設けることができ、バッテリー９６３５の充電を効率的に行う構成とすることができる。なおバッテリー９６３５としては、リチウムイオン電池を用いると、小型化を図れる等の利点がある。

また、図２０（Ｂ）に示す充放電制御回路９６３４の構成、および動作について図２０（Ｃ）にブロック図を示し説明する。図２０（Ｃ）には、太陽電池９６３３、バッテリー９６３５、ＤＣＤＣコンバータ９６３６、コンバータ９６３７、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３、表示部９６３１について示しており、バッテリー９６３５、ＤＣＤＣコンバータ９６３６、コンバータ９６３７、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３が、図２０（Ｂ）に示す充放電制御回路９６３４に対応する箇所となる。

まず、外光により太陽電池９６３３により発電がされる場合の動作の例について説明する。太陽電池で発電した電力は、バッテリー９６３５を充電するための電圧となるようＤＣＤＣコンバータ９６３６で昇圧または降圧がなされる。そして、表示部９６３１の動作に太陽電池９６３３からの電力が用いられる際にはスイッチＳＷ１をオンにし、コンバータ９６３７で表示部９６３１に必要な電圧に昇圧または降圧をすることとなる。また、表示部９６３１での表示を行わない際には、ＳＷ１をオフにし、ＳＷ２をオンにしてバッテリー９６３５の充電を行う構成とすればよい。

なお、太陽電池９６３３については、発電手段の一例として示したが、特に限定されず、圧電素子（ピエゾ素子）や熱電変換素子（ペルティエ素子）などの他の発電手段によるバッテリー９６３５の充電を行う構成であってもよい。例えば、無線（非接触）で電力を送受信して充電する無接点電力伝送モジュールや、また他の充電手段を組み合わせて行う構成としてもよい。

なお、本実施の形態に示す構成などは、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。

１００ 表示装置
１０２ 表示部
１０２ａ 画素
１０２ｂ 画素
１０２ｃ 画素
１０２ｄ 画素
１０４ 遮光手段
１０６ 支持体
１０６ａ 支持体
１０６ｂ 支持体
１０６ｃ 支持体
１０６ｄ 支持体
１１２ 開口部
１１４ 走査線
１１６ 信号線
１１８ 電源線
２００ 制御回路
２０４ 走査線
２０６ 支持体
２０８ａ 第１の信号線
２０８ｂ 第２の信号線
２１２ 充電線
２１４ 作動線
２１５ 共通電源線
２１６ トランジスタ
２１７ トランジスタ
２１８ トランジスタ
２１９ 容量素子
２２０ トランジスタ
２２２ トランジスタ
２２７ トランジスタ
２２９ 容量素子
２５７ トランジスタ
２６７ トランジスタ
３００ シャッター
３０２ 可動遮光層
３０４ 開口部
３１１ アクチュエータ
３１５ アクチュエータ
３１７ スプリング
３１９ 構造体
３２１ 可動電極
３２３ 構造体
３２５ 可動電極
３２７ 構造体
４０２ 基板
４０４ ゲート電極
４０５ 絶縁膜
４０５ａ 窒化物絶縁膜
４０５ｂ 窒化物絶縁膜
４０５ｃ 窒化物絶縁膜
４０６ 絶縁膜
４０７ 酸化物半導体膜
４０８ａ 酸化物半導体膜
４０８ｂ 導電膜
４０８ｃ 酸化物半導体膜
４０９ 導電膜
４１０ａ 導電膜
４１０ｂ 導電膜
４１１ 絶縁膜
４１１ａ 絶縁膜
４１１ｂ 絶縁膜
４１２ 絶縁膜
４１２ａ 絶縁膜
４１２ｂ 絶縁膜
４１３ 絶縁膜
４１４ 絶縁膜
４１５ 導電膜
４１６ 導電膜
４１７ 導電膜
４１８ 配向膜
４２０ 液晶層
４２２ 液晶素子
４３４ａ 低抵抗領域
４３４ｂ 低抵抗領域
４３６ 多層膜
４３６ａ 酸化物半導体膜
４３６ｂ 酸化物膜
４４２ 基板
４４４ 遮光膜
４４６ 有色膜
４４８ 絶縁膜
４５０ 導電膜
４５２ 配向膜
４５６ 導電膜
４６２ 開口部
４６４ 開口部
５０４ ゲート電極
５０５ ゲート絶縁膜
５０８ 酸化物半導体膜
５１０ａ 導電膜
５１０ｂ 導電膜
５５０ 基板
５５１ 素子分離絶縁膜
５５６ ゲート絶縁膜
５５７ 高濃度不純物領域
５５８ 低濃度不純物領域
５５９ ゲート電極
５６２ 配線
５６３ 配線
５６５ 配線
５６６ 絶縁膜
５６８ 配線
５６９ 配線
５７０ 配線
５７１ 絶縁膜
５８７ サイドウォール絶縁膜
９０００ テーブル
９００１ 筐体
９００２ 脚部
９００３ 表示部
９００４ 表示ボタン
９００５ 電源コード
９０３３ 具
９０３４ スイッチ
９０３５ 電源スイッチ
９０３６ スイッチ
９０３８ 操作スイッチ
９１００ テレビジョン装置
９１０１ 筐体
９１０３ 表示部
９１０５ スタンド
９１０７ 表示部
９１０９ 操作キー
９１１０ リモコン操作機
９２００ コンピュータ
９２０１ 本体
９２０２ 筐体
９２０３ 表示部
９２０４ キーボード
９２０５ 外部接続ポート
９２０６ ポインティングデバイス
９６３０ 筐体
９６３１ 表示部
９６３１ａ 表示部
９６３１ｂ 表示部
９６３２ａ 領域
９６３２ｂ 領域
９６３３ 太陽電池
９６３４ 充放電制御回路
９６３５ バッテリー
９６３６ ＤＣＤＣコンバータ
９６３７ コンバータ
９６３８ 操作キー
９６３９ ボタン

Claims (3)

1. 画素電極を有する表示素子と、
   前記表示素子と重ねて配置されたＭＥＭＳシャッターと、
   前記ＭＥＭＳシャッターと電気的に接続された制御回路とを有し、
   前記制御回路は、第１のトランジスタと、容量素子とを有し、
   前記第１のトランジスタは、酸化物半導体膜を有し、
   前記容量素子は、第１の導電膜と、第２の導電膜とを有し、
   前記第１の導電膜は、前記画素電極として機能する領域を有し、
   前記第２の導電膜は、前記酸化物半導体膜と同層に設けられることを特徴とする表示装置。
2. 請求項１において、
   前記酸化物半導体膜上の酸化物絶縁膜と、
   前記酸化物絶縁膜上の窒化物絶縁膜と、を有し、
   前記酸化物絶縁膜は、開口部を有し、
   前記窒化物絶縁膜は、前記開口部を介して前記第１の導電膜と接する領域を有し、
   前記窒化物絶縁膜は、前記容量素子の誘電体膜として機能する領域を有することを特徴とする表示装置。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記第２の導電膜および前記酸化物半導体膜は、Ｉｎ、Ｇａ、及びＺｎを含むことを特徴とする表示装置。

Images