JP6362405B2

JP6362405B2 - 半導体装置

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Publication number: JP6362405B2
Application number: JP2014100753A
Authority: JP
Inventors: 山崎　舜平; 舜平山崎; 三宅　博之; 博之三宅; 聖子井上; 大介松林
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2013-05-18
Filing date: 2014-05-14
Publication date: 2018-07-25
Anticipated expiration: 2034-05-14
Also published as: KR20140135655A; US20140339543A1; JP2015005730A; US9754971B2

Description

酸化物半導体膜を有するトランジスタを備えた半導体装置及びその作製方法に関する。

基板上に形成された半導体薄膜を用いてトランジスタ（薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）ともいう。）を構成する技術が注目されている。該トランジスタは、集積回路（ＩＣ）や画像表示装置（表示装置）のような電子デバイスに広く応用されている。トランジスタに適用可能な半導体薄膜としてシリコン系半導体材料が広く知られているが、その他の材料として酸化物半導体が注目されている。

例えば、トランジスタの活性層として、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）及び亜鉛（Ｚｎ）を含む酸化物半導体を用いたトランジスタが開示されている（特許文献１参照。）。

また、酸化物半導体層を、積層構造とすることで、キャリアの移動度を向上させる技術が開示されている（特許文献２、特許文献３参照）。

特開２００６−１６５５２８号公報特開２０１１−１３８９３４号公報特開２０１１−１２４３６０号公報

本発明の一態様は、電気特性（例えば、オン電流、電界効果移動度、周波数特性等）の優れたトランジスタを有する半導体装置を提供する。または、信頼性の高いトランジスタを有する半導体装置を提供する。

本発明の一態様は、第１のゲート電極及び第２のゲート電極の間に設けられる酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜と第１のゲート電極または第２のゲート電極の間に設けられるゲート絶縁膜と、酸化物半導体膜に接する一対の電極とを有するデュアルゲート構造のトランジスタと、該一対の電極の一方と接続する導電膜とを有し、一対の電極の一方と導電膜の間には、該ゲート絶縁膜及び絶縁膜が積層され、該絶縁膜は少なくとも酸化物半導体膜と重なる領域において開口部を有し、第１のゲート電極または第２のゲート電極は、絶縁膜の開口部の内側においてゲート絶縁膜と接し、第１のゲート電極または第２のゲート電極と、一対の電極の一方と接続する導電膜は同じ材料で形成される半導体装置である。

なお、ゲート絶縁膜は、分離されており、トランジスタのチャネル幅方向において、第１のゲート電極または第２のゲート電極は、ゲート絶縁膜を介して酸化物半導体膜の側面と対向してもよい。

また、ゲート絶縁膜は、酸化物半導体膜を挟んで対向する複数の開口部を有し、トランジスタのチャネル幅方向において、複数の開口部に形成された第２のゲート電極は、ゲート絶縁膜を介して酸化物半導体膜の側面と対向してもよい。

なお、ゲート絶縁膜は無機絶縁膜で形成され、一対の電極の一方と導電膜の間に設けられる絶縁膜は有機絶縁膜で形成されてもよい。

また、本発明の一態様は、第１のゲート電極と、第１のゲート電極と重なる酸化物半導体膜と、第１のゲート電極及び酸化物半導体膜の間の、酸素に対する第１のバリア膜と、酸化物半導体膜に接する一対の電極と、酸化物半導体膜に接する酸化物絶縁膜と、酸素に対する第１のバリア膜、及び酸化物絶縁膜と接する酸素に対する第２のバリア膜と、酸素に対する第２のバリア膜を介して、酸化物半導体膜と重なる第２のゲート電極と、酸素に対する第１のバリア膜及び酸素に対する第２のバリア膜の間に、酸化物半導体膜及び酸化物絶縁膜が設けられるトランジスタと、酸素に対する第２のバリア膜に接し、且つ第１の開口部の内側に酸化物半導体膜が位置する絶縁膜と、少なくとも酸素に対する第２のバリア膜及び絶縁膜の第２の開口部において、一対の電極の一方と接続する導電膜と、を有する半導体装置であって、第２のゲート電極は、第１の開口部の内側において、酸素に対する第２のバリア膜と接すると共に、酸化物半導体膜と重なり、第２のゲート電極及び導電膜は、同じ材料で形成される。

なお、酸素に対する第１のバリア膜は、第１のゲート絶縁膜として機能し、酸化物絶縁膜及び酸素に対する第２のバリア膜は、第２のゲート絶縁膜として機能する。

また、上記酸素に対する第１のバリア膜上の導電性を有する膜と、導電性を有する膜に接する酸素に対する第２のバリア膜と、導電膜とを含む容量素子が形成されてもよい。

また、酸化物絶縁膜及び酸素に対する第２のバリア膜は無機絶縁膜で形成され、一対の電極の一方と導電膜の間に設けられる絶縁膜は有機絶縁膜で形成されてもよい。

また、トランジスタのチャネル幅方向において、第２のゲート電極は、酸化物絶縁膜及び酸素に対する第２のバリア膜を介して酸化物半導体膜の側面と対向してもよい。

また、酸化物絶縁膜は、化学量論的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有してもよい。化学量論的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、表面温度が１００℃以上７００℃以下、または１００℃以上５００℃以下の範囲で行われる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以上である。

また、導電膜は第１の電極として機能し、導電膜上に発光層と、発光層上に第２の電極として機能する第２の導電膜を有してもよい。第１の電極、発光層、及び第２の電極は、発光素子を構成する。

また、導電膜における一対の電極の一方との接続部、及び絶縁膜の開口部の内側においてゲート絶縁膜に接する第１のゲート電極または第２のゲート電極と重なる絶縁膜を有してもよい。該絶縁膜は隔壁として機能し、発光素子を分離する。

第１のゲート電極及び第２のゲート電極は接続していてもよい。

また、上記トランジスタをチャネルエッチ構造のトランジスタとすることができる。また、酸化物半導体膜上において、一対の電極の間隔を、１μｍ以上４μｍ未満とすることができる。

酸化物半導体膜は、Ｉｎ、Ｍ（Ｍは、Ａｌ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、またはＮｄ）、及びＺｎを有する酸化物であり、Ｉｎの原子数比は、Ｍの原子数比以上であるスパッタリングターゲットで形成することができる。

本発明の一態様により、電気特性（例えば、オン電流、電界効果移動度、周波数特性等）の優れたトランジスタを有する半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、信頼性の高いトランジスタを有する半導体装置を提供することができる。

トランジスタの一形態を説明する上面図及び断面図である。トランジスタの作製方法の一形態を説明する断面図である。トランジスタの作製方法の一形態を説明する断面図である。トランジスタの作製方法の一形態を説明する断面図である。トランジスタの一形態を説明する上面図及び断面図である。トランジスタの構造を説明する断面図である。電流電圧曲線を計算した結果を説明する図である。トランジスタのポテンシャルを計算した結果を説明する図である。モデルを説明する図である。モデルを説明する図である。電流電圧曲線を計算した結果を説明する図である。トランジスタの構造を説明する断面図である。発光装置の一形態を説明するブロック図及び回路図である。発光装置の一形態を説明する上面図である。発光装置の一形態を説明する断面図である。発光装置の一形態を説明する断面図である。発光装置の一形態を説明する断面図である。発光装置を説明する上面図および断面図である。電子機器の一例を説明する図である。

（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及びその作製方法について図面を参照して説明する。

図１（Ａ）乃至図１（Ｃ）に、半導体装置が有するトランジスタ１００の上面図及び断面図を示す。図１に示すトランジスタ１００は、チャネルエッチ型のトランジスタである。図１（Ａ）はトランジスタ１００の上面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の一点鎖線Ａ−Ｂ間の断面図であり、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）の一点鎖線Ｃ−Ｄ間の断面図である。なお、図１（Ａ）では、明瞭化のため、基板１０２、ゲート絶縁膜１０６などを省略している。

図１（Ｂ）、（Ｃ）に示すトランジスタ１００は、基板１０２上に設けられるゲート電極１０４を有する。また、基板１０２及びゲート電極１０４上に形成されるゲート絶縁膜１０６と、ゲート絶縁膜１０６を介して、ゲート電極１０４と重なる酸化物半導体膜１０８と、酸化物半導体膜１０８に接する一対の電極１１０、１１２とを有する。また、ゲート絶縁膜１０６、酸化物半導体膜１０８、及び一対の電極１１０、１１２上には、酸化物絶縁膜１１４、及び窒化物絶縁膜１１６が形成される。酸化物絶縁膜１１４及び窒化物絶縁膜１１６は、トランジスタ１００の保護膜としての機能と、トランジスタ１００の第２のゲート絶縁膜としての機能を有する。

また、第２のゲート絶縁膜として機能する酸化物絶縁膜１１４及び窒化物絶縁膜１１６上にゲート電極１２０が形成される。また、第２のゲート絶縁膜の一部として機能する窒化物絶縁膜１１６に接して、第１の開口部を有する絶縁膜１１８が形成されている。絶縁膜１１８は、第１の開口部の内側に酸化物半導体膜１０８が位置するように形成される。また、第２のゲート絶縁膜として機能する酸化物絶縁膜１１４及び窒化物絶縁膜１１６、並びに絶縁膜１１８には、電極１１２に達する第２の開口部が設けられている。また、一対の電極１１０、１１２の一方、ここでは電極１１２に接続する導電膜１２２が絶縁膜１１８を覆うように形成される。なお、導電膜１２２は、画素電極としての機能を有する。

なお、ゲート電極１２０は、絶縁膜１１８に設けられた第１の開口部の内側において、第２のゲート絶縁膜の一部として機能する窒化物絶縁膜１１６と接し、且つ酸化物半導体膜１０８と重なる位置に設けられる。また、ゲート電極１２０と導電膜１２２は、同一工程で形成される。すなわち、ゲート電極１２０と導電膜１２２は、同じ材料で形成される。

また、窒化物絶縁膜１１６、絶縁膜１１８、ゲート電極１２０、及び導電膜１２２上には、絶縁膜１２４が形成される。なお、絶縁膜１２４は、本発明の一態様の半導体装置の上に形成される発光素子の素子分離用の隔壁として機能する。

また、本実施の形態に示すトランジスタ１００は、ゲート電極１０４及びゲート電極１２０の間に酸化物半導体膜１０８が設けられている。また、第２のゲート絶縁膜として機能する酸化物絶縁膜１１４及び窒化物絶縁膜１１６は、分離され、酸化物半導体膜１０８と重畳する。具体的には、図１（Ｂ）に示すトランジスタ１００のチャネル長方向において、電極１１２上に第２のゲート絶縁膜として機能する酸化物絶縁膜１１４及び窒化物絶縁膜１１６の端部が位置し、図１（Ｃ）に示すトランジスタ１００のチャネル幅方向において、酸化物半導体膜１０８の外側に酸化物絶縁膜１１４及び窒化物絶縁膜１１６の端部が位置する。また、図１（Ｃ）に示すトランジスタ１００のチャネル幅方向において、ゲート電極１２０は、第２のゲート絶縁膜として機能する酸化物絶縁膜１１４及び窒化物絶縁膜１１６を介して酸化物半導体膜１０８の側面と対向する。

酸化物半導体膜１０８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、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、またはＮｄ）等で形成される。

エッチング等で加工された酸化物半導体膜の端部においては、加工におけるダメージにより欠陥が形成される共に、不純物付着などにより汚染されるため、電界などのストレスが与えられることによって活性化しやすく、それによりｎ型（低抵抗）となりやすい。そのため、ゲート電極、本実施の形態ではゲート電極１０４と重なる酸化物半導体膜１０８の端部において、ｎ型化しやすくなる。当該ｎ型化された酸化物半導体膜１０８の端部が、一対の電極１１０、１１２の間に設けられると、ｎ型化された領域がキャリアのパスとなってしまい、寄生チャネルが形成される。しかしながら、図１（Ｃ）に示すように、チャネル幅方向において、ゲート電極１２０が、第２のゲート絶縁膜として機能する酸化物絶縁膜１１４及び窒化物絶縁膜１１６の側面において、酸化物半導体膜１０８の側面と対向することで、ゲート電極１２０の電界の影響により、酸化物半導体膜１０８の側面、または側面及びその近傍を含む端部における寄生チャネルの発生が抑制される。この結果、しきい値電圧におけるドレイン電流の上昇が急峻である、電気特性の優れたトランジスタとなる。

また、ゲート電極１０４及びゲート電極１２０を有することで、それぞれが外部からの電界を遮蔽する機能を有するため、基板１０２及びゲート電極１０４の間、ゲート電極１２０上に設けられる荷電粒子等の電荷が酸化物半導体膜１０８に影響しない。この結果、ストレス試験（例えば、−ＧＢＴ（ＧａｔｅＢｉａｓ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）ストレス試験）の劣化が抑制されると共に、異なるドレイン電圧におけるオン電流の立ち上がり電圧の変動を抑制することができる。なお、この効果は、ゲート電極１０４及びゲート電極１２０が、同電位、または異なる電位の場合において生じる。

なお、ＢＴストレス試験は加速試験の一種であり、長期間の使用によって起こるトランジスタの特性変化（即ち、経年変化）を、短時間で評価することができる。特に、ＢＴストレス試験前後におけるトランジスタのしきい値電圧の変動量は、信頼性を調べるための重要な指標となる。ＢＴストレス試験前後において、しきい値電圧の変動量が少ないほど、信頼性が高いトランジスタであるといえる。

次に、具体的なＢＴストレス試験方法について説明する。はじめに、トランジスタの初期特性を測定する。次に、トランジスタが形成されている基板の温度（基板温度）を一定に維持し、トランジスタのソース及びドレインとして機能する一対の電極を同電位とし、ソース及びドレインとして機能する一対の電極とは異なる電位をゲート電極に一定時間印加する。基板温度は、試験目的に応じて適宜設定すればよい。次に、基板の温度を初期特性を測定したときと同様の温度とし、トランジスタの電気特性を測定する。この結果、初期特性におけるしきい値電圧、及びＢＴストレス試験後の電気特性におけるしきい値電圧の差を、しきい値電圧の変動量として得ることができる。

なお、ゲート電極に印加する電位がソース及びドレインの電位よりも高い場合をプラスＧＢＴストレス試験といい、ゲート電極に印加する電位がソース及びドレインの電位よりも低い場合をマイナスＧＢＴストレス試験という。また、光を照射しながらＢＴストレス試験を行うことを光ＧＢＴストレス試験という。光が照射され、且つゲート電極に印加する電位がソース及びドレインの電位よりも高い場合を光プラスＧＢＴストレス試験といい、光が照射され、且つゲート電極に印加する電位がソース及びドレインの電位よりも低い場合を光マイナスＧＢＴストレス試験という。

また、ゲート電極１０４及びゲート電極１２０を有し、且つゲート電極１０４及びゲート電極１２０を同電位とすることで、しきい値電圧のシフト量が低減される。このため、複数のトランジスタにおける電気特性のバラつきも同時に低減される。また、酸化物半導体膜１０８においてキャリアの流れる領域が膜厚方向においてより大きくなるため、キャリアの移動量が増加する。この結果、トランジスタ１００のオン電流が大きくなる共に、電界効果移動度が高くなり、代表的には電界効果移動度が２０ｃｍ^２／Ｖ・ｓ以上となる。

また、酸化物半導体膜１０８上に設けられる酸化物絶縁膜１１４において、化学量論的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が含まれる。化学量論的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。化学量論的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、表面温度が１００℃以上７００℃以下、または１００℃以上５００℃以下の範囲で行われる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。なお、酸化物絶縁膜１１４は、異なる成膜条件で２回に分けて形成してもよい。

酸化物絶縁膜１１４において、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素が含まれると、酸化物絶縁膜１１４に含まれる酸素の一部を酸化物半導体膜１０８に移動させ、酸化物半導体膜１０８に形成されうる酸素欠損を低減することが可能である。

酸化物半導体膜中に酸素欠損が含まれている酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、しきい値電圧がマイナス方向に変動しやすく、ノーマリーオン特性となりやすい。これは、酸化物半導体膜に含まれる酸素欠損に起因して電荷が生じ、低抵抗化するためである。トランジスタがノーマリーオン特性を有すると、動作時に動作不良が発生しやすくなる、または非動作時の消費電力が高くなるなどの、様々な問題が生じる。また、経時変化やストレス試験により、トランジスタの電気特性、代表的にはしきい値電圧の変動量が増大するという問題がある。

しかしながら、本実施の形態に示すトランジスタ１００は、酸化物半導体膜１０８上に設けられる酸化物絶縁膜１１４に、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素が含まれる。この結果、酸化物絶縁膜１１４に含まれる酸素が酸化物半導体膜１０８に移動し、酸化物半導体膜１０８の酸素欠損を低減することが可能である。この結果、ノーマリーオフ特性を有するトランジスタとなる。また、経時変化やストレス試験による、トランジスタの電気特性、代表的にはしきい値電圧の変動量を低減することができる。

以下に、トランジスタ１００の構成の詳細について説明する。

基板１０２の材質などに大きな制限はないが、少なくとも、後の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有している必要がある。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板等を、基板１０２として用いてもよい。また、シリコンや炭化シリコンなどの単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウム等の化合物半導体基板、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１０２として用いてもよい。なお、基板１０２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、大型の表示装置を作製することができる。

また、基板１０２として、可撓性基板を用い、可撓性基板上に直接、トランジスタ１００を形成してもよい。または、基板１０２とトランジスタ１００の間に剥離層を設けてもよい。剥離層は、その上に半導体装置を一部あるいは全部完成させた後、基板１０２より分離し、他の基板に転載するのに用いることができる。その際、トランジスタ１００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１０４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１０４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、チタン膜上にアルミニウム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、チタン膜上に銅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１０４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。

ゲート絶縁膜１０６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系金属酸化物などを用いればよく、積層または単層で設ける。

また、ゲート絶縁膜１０６として、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯ_ｘ）、窒素が添加されたハフニウムシリケート（ＨｆＳｉ_ｘＯ_ｙＮ_ｚ）、窒素が添加されたハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌ_ｘＯ_ｙＮ_ｚ）、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。

ゲート絶縁膜１０６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。

酸化物半導体膜１０８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、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、またはＮｄ）がある。

なお、酸化物半導体膜１０８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１０８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１００のオフ電流を低減することができる。

酸化物半導体膜１０８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１０８がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（ＭはＡｌ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、またはＮｄ）の場合、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物を成膜するために用いるスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比は、Ｉｎ≧Ｍ、Ｚｎ≧Ｍを満たすことが好ましい。このようなスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比として、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１．２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３：１：２が好ましい。なお、成膜される酸化物半導体膜１０８の原子数比はそれぞれ、誤差として上記のスパッタリングターゲットに含まれる金属元素の原子数比のプラスマイナス４０％の変動を含む。

酸化物半導体膜１０８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１０８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及び電気特性（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１０８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。

なお、酸化物半導体膜１０８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、さらに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。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。

酸化物半導体膜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と共に、酸素が脱離した格子（または酸素が脱離した部分）に酸素欠損を形成する。当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することで、キャリアである電子を生成する場合がある。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、酸化物半導体膜１０８は酸素欠損と共に、水素ができる限り低減されていることが好ましい。具体的には、酸化物半導体膜１０８において、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：ＳｅｃｏｎｄａｒｙＩｏｎＭａｓｓＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により得られる水素濃度を、２×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、好ましくは５×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、より好ましくは１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、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以下とする。

酸化物半導体膜１０８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１０８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１０８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１０８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。アルカリ金属及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１０８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１０８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。

また、酸化物半導体膜１０８は、例えば非単結晶構造でもよい。非単結晶構造は、例えば、後述するＣＡＡＣ−ＯＳ（ＣＡｘｉｓＡｌｉｇｎｅｄＣｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、多結晶構造、後述する微結晶構造、または非晶質構造を含む。非単結晶構造において、非晶質構造は最も欠陥準位密度が高く、ＣＡＡＣ−ＯＳは最も欠陥準位密度が低い。

酸化物半導体膜１０８は、例えば非晶質構造でもよい。非晶質構造の酸化物半導体膜は、例えば、原子配列が無秩序であり、結晶成分を有さない。または、非晶質構造の酸化物膜は、例えば、完全な非晶質構造であり、結晶部を有さない。

なお、酸化物半導体膜１０８が、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であってもよい。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を有する場合がある。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。

一対の電極１１０、１１２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、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。

トランジスタ１００の保護膜及び第２のゲート絶縁膜として機能する酸化物絶縁膜１１４は、化学量論的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１１４を有することが好ましい。ここでは、酸化物半導体膜１０８と接して、酸化物絶縁膜１１４を設ける。また、酸化物絶縁膜１１４は、酸素を透過する第１の酸化物絶縁膜と、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む第２の酸化物絶縁膜と、の積層構造とするとさらに好ましい。また、窒化物絶縁膜１１６は、水素及び酸素をブロックする機能を有する。

酸化物絶縁膜１１４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。なお、本明細書中において、酸化窒化シリコン膜とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多い膜を指し、窒化酸化シリコン膜とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い膜を指す。

また、酸化物絶縁膜１１４として用いることのできる第１の酸化物絶縁膜は、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、酸化物絶縁膜１１４として用いることのできる第１の酸化物絶縁膜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、第１の酸化物絶縁膜における酸素の透過量が減少してしまうためである。

また、酸化物絶縁膜１１４として用いることのできる第１の酸化物絶縁膜と酸化物半導体膜１０８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１０８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、酸化物絶縁膜１１４に用いることのできる第１の酸化物絶縁膜においては、外部から第１の酸化物絶縁膜に入った酸素が全て第１の酸化物絶縁膜の外部に移動する場合がある。または、外部から第１の酸化物絶縁膜に入った酸素の一部が、第１の酸化物絶縁膜にとどまる場合もある。また、外部から第１の酸化物絶縁膜に酸素が入ると共に、第１の酸化物絶縁膜に含まれる酸素が第１の酸化物絶縁膜の外部へ移動することで、第１の酸化物絶縁膜において酸素の移動が生じる場合もある。

また、上述した第１の酸化物絶縁膜に接するように第２の酸化物絶縁膜が形成されると好ましい。第２の酸化物絶縁膜は、化学量論的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。化学量論的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。化学量論的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、表面温度が１００℃以上７００℃以下、または１００℃以上５００℃以下の範囲で行われる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。

酸化物絶縁膜１１４として用いることのできる第２の酸化物絶縁膜としては、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、上述した第２の酸化物絶縁膜は、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、第２の酸化物絶縁膜は、第１の酸化物絶縁膜と比較して酸化物半導体膜１０８から離れているため、第１の酸化物絶縁膜より、欠陥密度が多くともよい。

窒化物絶縁膜１１６は、少なくとも、水素及び酸素のブロッキング効果を有する。さらに、好ましくは、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。酸化物絶縁膜１１４上に窒化物絶縁膜１１６を設けることで、酸化物半導体膜１０８からの酸素の外部への拡散と、外部から酸化物半導体膜１０８への水素、水等の侵入を防ぐことができる。

窒化物絶縁膜１１６としては、厚さが５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下、好ましくは１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下の、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、窒化物絶縁膜１１６の代わりに、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。

ゲート電極１２０及び導電膜１２２は、例えば、反射性を有する導電膜を用いることができる。反射性を有する導電膜は、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等の金属、又はその合金、若しくはその金属窒化物から一つ、又は複数種を用いて形成することができる。ただし、ゲート電極１２０及び導電膜１２２に用いることのできる導電膜はこれに限定されない。例えば、透光性を有する導電膜を用いることもできる。当該透光性を有する導電膜は、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等がある。

ゲート電極１２０及び導電膜１２２に反射性を有する導電膜を用いる場合、画素電極として機能する導電膜１２２を反射性の画素電極として機能させることができる。したがって、例えば、上面射出構造の発光装置を形成する場合においては、好適な構造となる。一方、ゲート電極１２０及び導電膜１２２に透光性を有する導電膜を用いる場合、画素電極として機能する導電膜１２２を透光性の画素電極として機能させることができる。したがって、例えば、下面射出構造の発光装置を形成する場合においては、好適な構造となる。

また、上述した反射性を有する導電膜と、透光性を有する導電膜とを積層し、半透過・半反射性の機能をゲート電極１２０及び導電膜１２２に与えてもよい。この場合、上述した反射性を有する導電膜を、透光性を有する程度に薄く形成することが好ましい。また、例えば、両面射出構造（所謂デュアルエミッション構造）の発光装置を形成する場合においては、好適な構造となる。

次に、図１に示すトランジスタ１００の作製方法について、図２を用いて説明する。なお、図２（Ａ）、（Ｃ）、（Ｅ）、（Ｇ）はそれぞれ、図１（Ｂ）に示すトランジスタ１００のチャネル長方向の断面図における作製工程を示し、図２（Ｂ）、（Ｄ）、（Ｆ）、（Ｈ）はそれぞれ、図１（Ｃ）に示すトランジスタ１００のチャネル幅方向の断面図における作製工程を示す。

図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、基板１０２上にゲート電極１０４を形成し、ゲート電極１０４上に、ゲート絶縁膜１０６を形成する。次に、ゲート絶縁膜１０６上に酸化物半導体膜１０８を形成する。

ここでは、基板１０２としてガラス基板を用いる。

ゲート電極１０４の形成方法を以下に示す。はじめに、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法等により導電膜を形成し、導電膜上に第１のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ工程によりマスクを形成する。次に、該マスクを用いて導電膜の一部をエッチングして、ゲート電極１０４を形成する。この後、マスクを除去する。

なお、ゲート電極１０４は、上記形成方法の代わりに、電解メッキ法、印刷法、インクジェット法等で形成してもよい。

ここでは、厚さ１００ｎｍのタングステン膜をスパッタリング法により形成する。次に、フォトリソグラフィ工程によりマスクを形成し、当該マスクを用いてタングステン膜をドライエッチングして、ゲート電極１０４を形成する。

ゲート絶縁膜１０６は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法等で形成する。

ゲート絶縁膜１０６として酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、または窒化酸化シリコン膜を形成する場合、原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体を用いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化窒素等がある。

ゲート絶縁膜１０６として酸化ガリウム膜を形成する場合、ＭＯＣＶＤ（ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて形成することができる。

酸化物半導体膜１０８の形成方法について、以下に説明する。ゲート絶縁膜１０６上に、酸化物半導体膜１０８となる酸化物半導体膜を形成する。次に、酸化物半導体膜上に、第２のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ工程によりマスクを形成した後、該マスクを用いて酸化物半導体膜の一部をエッチングすることで、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すような、素子分離された酸化物半導体膜１０８を形成する。この後、マスクを除去する。

のちに酸化物半導体膜１０８となる酸化物半導体膜は、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等を用いて形成することができる。

スパッタリング法で酸化物半導体膜を形成する場合、プラズマを発生させるための電源装置は、ＲＦ電源装置、ＡＣ電源装置、ＤＣ電源装置等を適宜用いることができる。

スパッタリングガスとしては、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気、酸化雰囲気、希ガス及び酸素の混合ガスを適宜用いる。なお、希ガス及び酸素の混合ガスの場合、希ガスに対して酸素のガス比を高めることが好ましい。

また、スパッタリングターゲットとしては、形成する酸化物半導体膜の組成にあわせて、適宜選択すればよい。

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を得るためには、チャンバー内を高真空排気するのみならずスパッタリングガスの高純度化も必要である。スパッタリングガスとして用いる酸素ガスやアルゴンガスは、露点が−４０℃以下、好ましくは−８０℃以下、より好ましくは−１００℃以下、より好ましくは−１２０℃以下にまで高純度化したガスを用いることで酸化物半導体膜に水分等が取り込まれることを可能な限り防ぐことができる。

ここでは、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物ターゲット（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２）を用いたスパッタリング法により、酸化物半導体膜として厚さ３５ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物膜を形成する。次に、酸化物半導体膜上にマスクを形成し、酸化物半導体膜の一部を選択的にエッチングすることで、酸化物半導体膜１０８を形成する。

次に、図２（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、ゲート絶縁膜１０６及び酸化物半導体膜１０８上に導電膜１０９を形成する。

導電膜１０９の形成方法としては、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法等で導電膜１０９を形成する。導電膜１０９としては、ここでは厚さ５０ｎｍのタングステン膜及び厚さ３００ｎｍの銅膜を順にスパッタリング法により積層する。

次に、図２（Ｅ）、（Ｆ）に示すように、一対の電極１１０、１１２を形成する。

一対の電極１１０、１１２の形成方法としては、導電膜１０９上に第３のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ工程によりマスクを形成する。次に、該マスクを用いて導電膜１０９をエッチングして、一対の電極１１０、１１２を形成する。この後、マスクを除去する。

ここでは、銅膜上にフォトリソグラフィ工程によりマスクを形成する。次に、当該マスクを用いてタングステン膜及び銅膜をドライエッチングして、一対の電極１１０、１１２を形成する。なお、ウエットエッチング法を用いて銅膜をエッチングする。次に、ＳＦ_６を用いたドライエッチング法により、タングステン膜をエッチングすることで、該エッチングにおいて、銅膜の表面にフッ化物が形成される。該フッ化物により、銅膜からの銅元素の拡散が低減され、酸化物半導体膜１０８における銅濃度を低減することができる。

次に、図２（Ｇ）、（Ｈ）に示すように、ゲート絶縁膜１０６、酸化物半導体膜１０８、及び一対の電極１１０、１１２上に、酸化物絶縁膜１１４を形成する。

酸化物絶縁膜１１４の形成方法について、以下に説明する。

ここでは、酸化物絶縁膜１１４は、第１の酸化物絶縁膜と第２の酸化物絶縁膜との積層構造とした。

第１の酸化物絶縁膜としては、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２８０℃以上４００℃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。第１の酸化物絶縁膜の原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体を用いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化窒素等がある。

上記条件を用いることで、第１の酸化物絶縁膜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、第１の酸化物絶縁膜を設けることで、後に形成する第２の酸化物絶縁膜の形成工程において、酸化物半導体膜１０８へのダメージ低減が可能である。

なお、第１の酸化物絶縁膜としては、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２８０℃以上４００℃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。

当該成膜条件において、基板温度を上記温度とすることで、シリコン及び酸素の結合力が強くなる。この結果、第１の酸化物絶縁膜として、酸素が透過し、緻密であり、且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、加熱をしながら第１の酸化物絶縁膜を形成するため、当該工程において酸化物半導体膜１０８に含まれる水素、水等を脱離させることができる。酸化物半導体膜１０８に含まれる水素は、プラズマ中で発生した酸素ラジカルと結合し、水となる。第１の酸化物絶縁膜の成膜工程において基板が加熱されているため、酸素及び水素の結合により生成された水は、酸化物半導体膜１０８から脱離する。即ち、プラズマＣＶＤ法によって第１の酸化物絶縁膜を形成することで、酸化物半導体膜１０８に含まれる水及び水素の含有量を低減することができる。

また、第１の酸化物絶縁膜を形成する工程において加熱するため、酸化物半導体膜１０８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、第１の酸化物絶縁膜に含まれる水の含有量が少なくなるため、トランジスタ１００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、第１の酸化物絶縁膜を成膜する際に、酸化物半導体膜１０８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１０８に含まれる酸素欠損量を低減することができる。特に、第１の酸化物絶縁膜または後に形成される第２の酸化物絶縁膜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１０８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、後に形成する第２の酸化物絶縁膜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１０８の酸素欠損を補填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、第１の酸化物絶縁膜の成膜時における酸化物半導体膜１０８へのダメージを低減することで、第１の酸化物絶縁膜からの少ない酸素脱離量でも酸化物半導体膜１０８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、第１の酸化物絶縁膜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１０８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。

ここでは、第１の酸化物絶縁膜として、流量３０ｓｃｃｍのシラン及び流量４０００ｓｃｃｍの一酸化二窒素を原料ガスとし、処理室の圧力を２００Ｐａ、基板温度を２２０℃とし、２７．１２ＭＨｚの高周波電源を用いて１５０Ｗの高周波電力を平行平板電極に供給したプラズマＣＶＤ法により、厚さ５０ｎｍの酸化窒化シリコン膜を形成する。当該条件により、酸素が透過する酸化窒化シリコン膜を形成することができる。

次に、第１の酸化物絶縁膜上に第２の酸化物絶縁膜を形成する。なお、第１の酸化物絶縁膜を形成した後、大気に曝すことなく、連続的に第２の酸化物絶縁膜を形成することが好ましい。第１の酸化物絶縁膜を形成した後、大気開放せず、原料ガスの流量、圧力、高周波電力及び基板温度の一以上を調整して、第２の酸化物絶縁膜を連続的に形成することで、第１の酸化物絶縁膜及び第２の酸化物絶縁膜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、第２の酸化物絶縁膜に含まれる酸素を酸化物半導体膜１０８に移動させることが可能であり、酸化物半導体膜１０８の酸素欠損量を低減することができる。

第２の酸化物絶縁膜としては、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。

第２の酸化物絶縁膜の原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体を用いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化窒素等がある。

第２の酸化物絶縁膜の成膜条件として、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、第２の酸化物絶縁膜中における酸素含有量が化学量論比よりも多くなる。一方、基板温度が、上記温度で形成された膜では、シリコンと酸素の結合力が弱いため、後の工程の加熱処理により膜中の酸素の一部が脱離する。この結果、化学量論的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１０８上に第１の酸化物絶縁膜が設けられている。このため、第２の酸化物絶縁膜の形成工程において、第１の酸化物絶縁膜が酸化物半導体膜１０８の保護膜となる。この結果、酸化物半導体膜１０８へのダメージを低減しつつ、パワー密度の高い高周波電力を用いて第２の酸化物絶縁膜を形成することができる。

ここでは、第２の酸化物絶縁膜として、流量２００ｓｃｃｍのシラン及び流量４０００ｓｃｃｍの一酸化二窒素を原料ガスとし、反応室の圧力を２００Ｐａ、基板温度を２２０℃とし、２７．１２ＭＨｚの高周波電源を用いて１５００Ｗの高周波電力を平行平板電極に供給したプラズマＣＶＤ法により、厚さ４００ｎｍの酸化窒化シリコン膜を形成する。なお、プラズマＣＶＤ装置は電極面積が６０００ｃｍ^２である平行平板型のプラズマＣＶＤ装置であり、供給した電力を単位面積あたりの電力（電力密度）に換算すると０．２５Ｗ／ｃｍ^２である。

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４００℃以下、好ましくは３００℃以上４００℃以下、好ましくは３２０℃以上３７０℃以下とする。

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、酸化物絶縁膜１１４に含まれる酸素の一部を酸化物半導体膜１０８に移動させ、酸化物半導体膜１０８に含まれる酸素欠損を補填することが可能である。この結果、酸化物半導体膜１０８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、酸化物絶縁膜１１４に水、水素等が含まれる場合、水、水素等をブロッキングする機能を有する窒化物絶縁膜１１６を後に形成し、加熱処理を行うと、酸化物絶縁膜１１４に含まれる水、水素等が、酸化物半導体膜１０８に移動し、酸化物半導体膜１０８に欠陥が生じてしまう。しかしながら、当該加熱により、酸化物絶縁膜１１４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１００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。

ここでは、窒素及び酸素雰囲気で、３５０℃、１時間の加熱処理を行う。

また、一対の電極１１０、１１２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１０８はダメージを受け、酸化物半導体膜１０８のバックチャネル（酸化物半導体膜１０８において、ゲート電極１０４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、酸化物絶縁膜１１４に化学量論的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１０８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１００の信頼性を向上させることができる。

次に、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、酸化物絶縁膜１１４にゲート絶縁膜１０６に達する開口部１６２を形成する。開口部１６２の形成方法を以下に説明する。

開口部１６２の形成方法としては、酸化物絶縁膜１１４上に第４のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ工程によりマスクを形成する。次に、該マスクを用いて酸化物絶縁膜１１４をエッチングして、開口部１６２を形成する。この後、マスクを除去する。ここでは、開口部１６２を形成するエッチング方法としてはドライエッチング法を用いる。

なお、開口部１６２の形成時において、ゲート絶縁膜１０６の一部の膜厚が薄くなる場合がある。この場合、ゲート絶縁膜１０６は、段差を有する。

また、図３（Ｂ）に示すように、チャネル幅方向において、酸化物半導体膜１０８の外側に第２のゲート絶縁膜として機能する酸化物絶縁膜１１４の端部が位置するように、酸化物絶縁膜１１４をエッチングする。この結果、開口部１６２を有する酸化物絶縁膜１１４を形成することができる。

次に、図３（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、開口部１６２を覆うように酸化物絶縁膜１１４上に窒化物絶縁膜１１６を形成する。窒化物絶縁膜１１６の形成方法を以下に説明する。

窒化物絶縁膜１１６としては、例えば、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、窒化物絶縁膜１１６をプラズマＣＶＤ法で形成する場合、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３００℃以上４００℃以下、さらに好ましくは３２０℃以上３７０℃以下にとすることで、緻密な窒化物絶縁膜を形成できるため好ましい。

窒化物絶縁膜１１６としてプラズマＣＶＤ法により窒化シリコン膜を形成する場合、シリコンを含む堆積性気体、窒素、及びアンモニアを原料ガスとして用いことが好ましい。原料ガスとして、窒素と比較して少量のアンモニアを用いることで、プラズマ中でアンモニアが解離し、活性種が発生する。当該活性種が、シリコンを含む堆積性気体に含まれるシリコン及び水素の結合、及び窒素の三重結合を切断する。この結果、シリコン及び窒素の結合が促進され、シリコン及び水素の結合が少なく、欠陥が少なく、緻密な窒化シリコン膜を形成することができる。一方、原料ガスにおいて、窒素に対するアンモニアの量が多いと、シリコンを含む堆積性気体及び窒素それぞれの分解が進まず、シリコン及び水素結合が残存してしまい、欠陥が増大した、且つ粗な窒化シリコン膜が形成されてしまう。これらのため、原料ガスにおいて、アンモニアに対する窒素の流量比を５以上５０以下、好ましくは１０以上５０以下とすることが好ましい。

ここでは、プラズマＣＶＤ装置の反応室に、流量５０ｓｃｃｍのシラン、流量５０００ｓｃｃｍの窒素、及び流量１００ｓｃｃｍのアンモニアを原料ガスとし、処理室の圧力を１００Ｐａ、基板温度を３５０℃とし、２７．１２ＭＨｚの高周波電源を用いて１０００Ｗの高周波電力を平行平板電極に供給したプラズマＣＶＤ法により、窒化物絶縁膜１１６として、厚さ５０ｎｍの窒化シリコン膜を形成する。なお、プラズマＣＶＤ装置は電極面積が６０００ｃｍ^２である平行平板型のプラズマＣＶＤ装置であり、供給した電力を単位面積あたりの電力（電力密度）に換算すると１．７×１０^−１Ｗ／ｃｍ^２である。

次に、加熱処理を行ってもよい。該加熱処理の温度は、代表的には、１５０℃以上４００℃以下、好ましくは３００℃以上４００℃以下、好ましくは３２０℃以上３７０℃以下とする。

なお、図３（Ｄ）に示すように、窒化物絶縁膜１１６は、分離された酸化物絶縁膜１１４の側面を覆うように形成される。

次に、図３（Ｅ）、（Ｆ）に示すように、酸化物絶縁膜１１４及び窒化物絶縁膜１１６に電極１１２に達する開口部１６４を形成する。開口部１６４の形成方法を以下に説明する。

開口部１６４の形成方法としては、窒化物絶縁膜１１６上に第５のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ工程によりマスクを形成する。次に、該マスクを用いて酸化物絶縁膜１１４及び窒化物絶縁膜１１６をエッチングして、開口部１６４を形成する。この後、マスクを除去する。ここでは、開口部１６４を形成するエッチング方法としてはドライエッチング法を用いる。

なお、図３（Ｅ）に示すように、チャネル長方向において、電極１１２上に第２のゲート絶縁膜として機能する酸化物絶縁膜１１４及び窒化物絶縁膜１１６の端部が位置するように、酸化物絶縁膜１１４及び窒化物絶縁膜１１６をそれぞれエッチングする。

次に、図３（Ｇ）、（Ｈ）に示すように、開口部を有する絶縁膜１１８を形成する。絶縁膜１１８の形成方法を以下に示す。

絶縁膜１１８としては、例えば有機絶縁膜を用いて形成することができる。該有機絶縁膜としては、例えば、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、アクリル系樹脂、シロキサン系樹脂、エポキシ系樹脂、またはフェノール系樹脂等の有機材料を用いることができる。なお、絶縁膜１１８としては、平坦化膜として機能を有する。

ここでは、絶縁膜１１８として、ポジ型のアクリル系樹脂を窒化物絶縁膜１１６及び開口部１６４を充填するようにスピンコーター装置を用い塗布する。その後、該アクリル系樹脂に第６のフォトマスクを用い、所望の領域に光を照射し、該アクリル系樹脂を感光させて開口部を形成する。その後、該アクリル系樹脂をホットプレート上で２００℃のベークを行うことで開口部を有する絶縁膜１１８を形成することができる。

また、絶縁膜１１８は、少なくとも第１の開口部と第２の開口部を有する。該第１の開口部としては、酸化物半導体膜１０８と重畳する位置に形成された窒化物絶縁膜１１６が露出するように形成する。また、該第２の開口部としては、開口部１６４が露出するように形成する。

次に、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、導電膜１１９を形成する。導電膜１１９の形成方法を以下に示す。

導電膜１１９としては、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法等を用いて形成することができる。ここでは、導電膜１１９として膜厚２００ｎｍのアルミニウム膜を用いる。

次に、図４（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、導電膜１１９を加工しゲート電極１２０及び導電膜１２２を形成する。ゲート電極１２０及び導電膜１２２の形成方法を以下に示す。

導電膜１１９上に第７のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ工程によりマスクを形成する。次に、該マスクを用いて導電膜１１９の一部をエッチングして、ゲート電極１２０及び導電膜１２２を形成する。この後、マスクを除去する。

また、図４（Ｃ）に示すように、チャネル長方向において、窒化物絶縁膜１１６上に端部が位置するようにゲート電極１２０を形成する。また、ここでは、ゲート電極１２０の端部は、ゲート電極１０４の端部と概略重畳する。なお、概略重畳するとは、トランジスタの作製工程のバラツキによって、設計時とトランジスタ出来上がりに差が生じる場合がある。したがって、設計時においては、ゲート電極１０４の端部と、ゲート電極１２０の端部が重畳するように設計された場合においても、５μｍ程度のズレが生じる可能性がある。したがって、概略重畳するとは、ゲート電極１０４の端部とゲート電極１２０の端部がプラスマイナス５μｍ以内に位置する場合も、その範疇に含めるものとする。

また、図４（Ｃ）に示すように、導電膜１２２は、電極１１２と接するように形成される。

また、図４（Ｄ）に示すように、チャネル幅方向において、第２のゲート絶縁膜として機能する酸化物絶縁膜１１４及び窒化物絶縁膜１１６の側面において、酸化物半導体膜１０８の側面と対向するように、すなわち、酸化物半導体膜１０８の端部よりも外側に端部が位置するように、ゲート電極１２０を形成する。

次に、図４（Ｅ）、（Ｆ）に示すように、絶縁膜１２４を形成する。絶縁膜１２４の形成方法を以下に示す。

絶縁膜１２４としては、例えば有機絶縁膜を用いて形成することができる。該有機絶縁膜としては、例えば、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、アクリル系樹脂、シロキサン系樹脂、エポキシ系樹脂、またはフェノール系樹脂等の有機材料を用いることができる。なお、絶縁膜１２４は、本発明の一態様の半導体装置の上に形成される発光素子の素子分離用の隔壁として機能する。

ここでは、絶縁膜１２４として、ポジ型のポリイミド系樹脂をスピンコーター装置を用いて塗布する。その後、該ポリイミド系樹脂に第８のフォトマスクを用い、所望の領域に光を照射し、該ポリイミド系樹脂を感光させて開口部（図示しない）を形成する。その後、該ポリイミド系樹脂をホットプレート上で２５０℃のベークを行うことで絶縁膜１２４を形成することができる。

以上の工程により、トランジスタ１００を作製することができる。

＜変形例＞
次に、図１に示す本発明の一態様である半導体装置の変形例について、図５を用いて以下説明を行う。

図５（Ａ）乃至図５（Ｃ）に、半導体装置が有するトランジスタ１５０の上面図及び断面図を示す。図５に示すトランジスタ１５０は、チャネルエッチ型のトランジスタである。図５（Ａ）はトランジスタ１５０の上面図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の一点鎖線Ａ−Ｂ間の断面図であり、図５（Ｃ）は、図５（Ａ）の一点鎖線Ｃ−Ｄ間の断面図である。なお、図５（Ａ）では、明瞭化のため、基板１０２、ゲート絶縁膜１０６などを省略している。

図５（Ｂ）、（Ｃ）に示すトランジスタ１５０は、基板１０２上に設けられるゲート電極１０４を有する。また、基板１０２及びゲート電極１０４上に形成されるゲート絶縁膜１０６と、ゲート絶縁膜１０６を介して、ゲート電極１０４と重なる酸化物半導体膜１０８と、酸化物半導体膜１０８に接する一対の電極１１０、１１２とを有する。また、ゲート絶縁膜１０６、酸化物半導体膜１０８、及び一対の電極１１０、１１２上には、酸化物絶縁膜１１４、及び窒化物絶縁膜１１６が形成される。酸化物絶縁膜１１４及び窒化物絶縁膜１１６は、トランジスタ１５０の保護膜としての機能と、トランジスタ１５０の第２のゲート絶縁膜としての機能を有する。

また、第２のゲート絶縁膜として機能する酸化物絶縁膜１１４及び窒化物絶縁膜１１６上にゲート電極１２０が形成される。また、窒化物絶縁膜１１６に接して、開口部を有する絶縁膜１１８が形成されている。絶縁膜１１８は、開口部の内側に酸化物半導体膜１０８が位置するように形成される。また、第２のゲート絶縁膜として機能する酸化物絶縁膜１１４及び窒化物絶縁膜１１６、並びに絶縁膜１１８には、電極１１２に達する開口部が設けられている。また、一対の電極１１０、１１２の一方、ここでは電極１１２に接続する導電膜１２２が絶縁膜１１８を覆うように形成される。なお、導電膜１２２は、画素電極としての機能を有する。

なお、ゲート電極１２０は、絶縁膜１１８に設けられた開口部の内側において、第２のゲート絶縁膜として機能する窒化物絶縁膜１１６と接し、且つ酸化物半導体膜１０８と重なる位置に設けられる。また、ゲート電極１２０と導電膜１２２は、同一工程で形成される。すなわち、ゲート電極１２０と導電膜１２２は、同じ材料で形成される。

また、本実施の形態に示すトランジスタ１５０は、ゲート電極１０４及びゲート電極１２０の間に酸化物半導体膜１０８が設けられている。また、第２のゲート絶縁膜として機能する酸化物絶縁膜１１４及び窒化物絶縁膜１１６は、図５（Ｃ）に示すトランジスタ１５０のチャネル幅方向において、酸化物半導体膜１０８を挟む複数の開口部が形成される。また、図５（Ｃ）に示すトランジスタ１５０のチャネル幅方向において、酸化物半導体膜１０８の外側に酸化物絶縁膜１１４及び窒化物絶縁膜１１６の端部が位置する。また、図５（Ｃ）に示すトランジスタ１５０のチャネル幅方向において、ゲート電極１２０は、第２のゲート絶縁膜の一部として機能する酸化物絶縁膜１１４を介して酸化物半導体膜１０８の側面と対向する。

また、図５（Ｃ）に示すトランジスタ１５０のチャネル幅方向において、ゲート電極１２０は、ゲート電極１０４と接触している。すなわち、ゲート電極１０４とゲート電極１２０は、同電位とすることができる。

図５に示すトランジスタ１５０は、図１に示すトランジスタの第２のゲート絶縁膜として機能する酸化物絶縁膜１１４及び窒化物絶縁膜１１６と比較して、酸化物絶縁膜１１４及び窒化物絶縁膜１１６のチャネル幅方向の形状が異なる。また、酸化物絶縁膜１１４及び窒化物絶縁膜１１６の形状に伴い、ゲート電極１２０の形状が異なる。

図５に示すトランジスタ１５０の形成方法としては、例えば、酸化物絶縁膜１１４及び窒化物絶縁膜１１６を連続して形成し、その後、開口部を設け、該開口部を覆うようにゲート電極１２０を形成することで形成することができる。

図５に示す本発明の一態様の半導体装置においても図１に示す本発明の一態様の半導体装置と、同様の優れた効果を有する。

なお、本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態に示す構成及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２）
本実施の形態では、実施の形態１に示すデュアルゲート構造のトランジスタにおいて、異なるゲート電極を接続し、同電位とした場合のトランジスタの電気特性について、図６乃至図１１を用いて説明する。

なお、ここでは、後述する図６（Ａ）に示すゲート電極２０１と、ゲート電極２１５とを、電気的に短絡させてゲート電圧を加えるような駆動方法を、デュアルゲート駆動という。即ち、デュアルゲート駆動では、ゲート電極２０１のゲート電圧と、ゲート電極２１５のゲート電圧とが等しくなる。

ここで、トランジスタの電気特性について計算した。計算で用いたトランジスタの構造を図６（Ａ）、（Ｂ）に示す。なお、計算にはデバイスシミュレーションソフトＡｔｌａｓ（Ｓｉｌｖａｃｏ社製）を用いた。

図６（Ａ）に示す構造１のトランジスタは、デュアルゲート構造のトランジスタである。

構造１のトランジスタは、ゲート電極２０１上に絶縁膜２０３が形成され、絶縁膜２０３上に酸化物半導体膜２０５が形成される。絶縁膜２０３及び酸化物半導体膜２０５上に一対の電極２０７、２０８が形成され、酸化物半導体膜２０５及び一対の電極２０７、２０８上に絶縁膜２０９が形成される。絶縁膜２０９上にゲート電極２１５が形成される。また、ゲート電極２０１及びゲート電極２１５は、絶縁膜２０３及び絶縁膜２０９に形成される開口部（図示しない。）において、接続する。

図６（Ｂ）に示す構造２のトランジスタはシングルゲート構造のトランジスタである。

構造２のトランジスタは、ゲート電極２０１上に絶縁膜２０３が形成され、絶縁膜２０３上に酸化物半導体膜２０５が形成される。絶縁膜２０３及び酸化物半導体膜２０５上に一対の電極２０７、２０８が形成され、酸化物半導体膜２０５及び一対の電極２０７、２０８上に絶縁膜２０９が形成される。

ゲート電極２０１の仕事関数φ_Ｍを５．０Ｖと設定した。絶縁膜２０３を、誘電率が４．１である厚さ１００ｎｍの膜と設定した。酸化物半導体膜２０５としてはＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物膜（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１）単層を想定し、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物膜のバンドギャップＥｇを３．１５ｅＶ、電子親和力χを４．６ｅＶ、比誘電率を１５、電子移動度を１０ｃｍ^２／Ｖｓとし、ドナー密度Ｎｄを３×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３と設定した。一対の電極２０７、２０８の仕事関数φ_ｓｄを４．６ｅＶとし、酸化物半導体膜２０５とオーミック接合と設定した。絶縁膜２０９の比誘電率を４．１とし、厚さを１００ｎｍと設定した。なお、酸化物半導体膜２０５における欠陥準位や表面散乱などのモデルは考慮していない。また、トランジスタのチャネル長及びチャネル幅をそれぞれ１０μｍ及び１００μｍとした。

＜初期特性バラつきの低減＞
構造１に示すトランジスタのようにデュアルゲート駆動とすることで、初期特性のバラつきを低減することができる。これは、デュアルゲート駆動とすることで、Ｉｄ−Ｖｇ特性のしきい値電圧Ｖｔｈのシフト量が、構造２に示すトランジスタに比べて小さくなることに起因する。

ここで、一例として、半導体膜がｎ型化した場合によるＩｄ−Ｖｇ特性のマイナスシフトについて説明する。

ドナーイオンの電荷量の合計をＱ（Ｃ）とし、ゲート電極２０１、絶縁膜２０３、及び酸化物半導体膜２０５で形成される容量をＣ_{Ｂｏｔｔｏｍ}とし、酸化物半導体膜２０５、絶縁膜２０９、及びゲート電極２１５で形成される容量をＣ_Ｔｏｐとする。このとき、構造１に示すトランジスタのＶ_ｔｈのシフト量ΔＶを数式（１）に示す。また、構造２に示すトランジスタのＶ_ｔｈのシフト量ΔＶを数式（２）に示す。

数式（１）に示すように、構造１に示すトランジスタのようなデュアルゲート駆動では、ドナーイオンとゲート電極の間の容量が、Ｃ_{Ｂｏｔｔｏｍ、}及びＣ_Ｔｏｐの和となるため、しきい値電圧のシフト量が小さくなる。

また、構造１及び構造２のトランジスタそれぞれにおいて、ドレイン電圧が０．１Ｖ及び１Ｖのときの電流電圧曲線を計算した結果を図７に示す。なお、図７（Ａ）は、構造１に示すトランジスタの電流電圧曲線であり、図７（Ｂ）は、構造２に示すトランジスタの電流電圧曲線である。ドレイン電圧Ｖｄが０．１Ｖのとき、構造１に示すトランジスタのしきい値電圧は−２．２６Ｖであり、構造２に示すトランジスタのしきい値電圧は−４．７３Ｖであった。

構造１に示すトランジスタのように、デュアルゲート駆動を採用すると、それぞれしきい値電圧のシフト量が低減される。このため、複数のトランジスタにおける電気特性のバラつきも同時に低減される。

なお、ここではドナーイオンによるマイナスシフトを考慮したが、絶縁膜２０３及び絶縁膜２０９中の固定電荷、可動電荷、あるいは負の電荷（アクセプターライクな準位にトラップされた電子など）によるプラスシフトも同様に抑制されるため、バラつきが低減すると考えられる。

＜−ＧＢＴストレス試験の劣化の抑制＞
また、構造１に示すトランジスタのようにデュアルゲート駆動とすることで、−ＧＢＴストレス試験の劣化を低減することができる。以下に、−ＧＢＴストレス試験の劣化を低減することができる理由について説明する。

一つ目の理由としては、デュアルゲート駆動とすることで、静電ストレスが生じない点がある。図８（Ａ）に、構造１のトランジスタにおいて、ゲート電極２０１及びゲート電極２１５それぞれに−３０Ｖを印加したときの、ポテンシャル等高線をプロットした図を示す。また、図８（Ｂ）に、図８（Ａ）のＡ−Ｂ断面におけるポテンシャルを示す。

酸化物半導体膜２０５は真性半導体であり、ゲート電極２０１、２１５に負の電圧が印加され、完全空乏化した時は、ゲート電極２０１、２１５の間には、一切の電荷が存在しない。この状態で、ゲート電極２０１及びゲート電極２１５を等電位にすると、図８（Ｂ）に示すように、ゲート電極２０１及びゲート電極２１５の間は完全に等電位となる。電位が等しいため、絶縁膜２０３、酸化物半導体膜２０５、及び絶縁膜２０９に静電ストレスは生じない。この結果、可動イオンや、絶縁膜２０３及び絶縁膜２０９におけるキャリアのトラップ・デトラップなど、−ＧＢＴストレス試験の劣化の原因となる現象が発生しない。

二つ目の理由としては、デュアルゲート駆動とすることで、ＦＥＴの外部からの電場が遮蔽されることである。ここでは、図６（Ａ）に示す構造１のトランジスタ、及び図６（Ｂ）に示す構造２のトランジスタそれぞれにおいて、絶縁膜２０９またはゲート電極２１５上に空気中の荷電粒子が吸着するモデルを示す。

図９（Ｂ）に示すように、構造２に示すトランジスタにおいては、絶縁膜２０９表面に空気中の正の荷電粒子が吸着する。ゲート電極２０１に負の電圧が印加されると、正の荷電粒子が絶縁膜２０９に吸着される。この結果、図９（Ｂ）の矢印で示すように、正の荷電粒子の電場が酸化物半導体膜２０５の絶縁膜２０９の界面まで影響し、実質的に正のバイアスが印加された状態となる。この結果、しきい値電圧が負にシフトすると考えられる。

一方、図９（Ａ）に示すように、構造１に示すトランジスタにおいては、ゲート電極２１５表面に、正の荷電粒子が付着したとしても、図９（Ａ）の矢印で示すように、ゲート電極２１５が正の荷電粒子の電場を遮蔽するため、トランジスタの電気特性に正の荷電粒子が影響しない。即ち、ゲート電極２１５を有すると、外部からの電荷を電気的に保護することが可能であり、−ＧＢＴストレス試験の劣化が抑制される。

以上の、二つの理由からデュアルゲート駆動のトランジスタにおいて、−ＧＢＴストレス試験の劣化が抑制される。

＜異なるドレイン電圧におけるオン電流の立ち上がり電圧の変動の抑制＞
ここで、構造１とした場合の、異なるドレイン電圧におけるオン電流の立ち上がり電圧の変動、及びその原因について説明する。

図１０に示すトランジスタは、ゲート電極２３１上にゲート絶縁膜２３３が設けられ、ゲート絶縁膜２３３上に酸化物半導体膜２３５が設けられる。酸化物半導体膜２３５上に一対の電極２３７、２３８が設けられ、ゲート絶縁膜２３３、酸化物半導体膜２３５、及び一対の電極２３７、２３８上に、絶縁膜２３９が設けられる。

なお、計算において、ゲート電極２３１の仕事関数φ_Ｍを５．０ｅＶと設定した。ゲート絶縁膜２３３を、誘電率が７．５である厚さ４００ｎｍの膜と、誘電率が４．１である厚さ５０ｎｍの膜の積層構造と設定した。酸化物半導体膜２３５としてはＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物膜（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１）単層を想定し、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物膜のバンドギャップＥｇを３．１５ｅＶ、電子親和力χを４．６ｅＶ、比誘電率を１５、電子移動度を１０ｃｍ^２／Ｖｓとし、ドナー密度Ｎｄは１×１０^１３／ｃｍ^３と設定した。一対の電極２３７、２３８の仕事関数φ_ｓｄを４．６ｅＶとし、酸化物半導体膜２３５とオーミック接合と設定した。絶縁膜２３９の比誘電率を３．９とし、厚さを５５０ｎｍと設定した。なお、酸化物半導体膜２３５における欠陥準位や表面散乱などのモデルは考慮していない。また、トランジスタのチャネル長及びチャネル幅をそれぞれ３μｍ及び５０μｍとした。

次に、図１０（Ａ）に示すトランジスタにおいて、絶縁膜２３９表面に正の荷電粒子が吸着したトランジスタのモデルを図１０（Ｂ）及び図１０（Ｃ）に示す。なお、図１０（Ｂ）においては、絶縁膜２３９の表面に正の固定電荷を一様に仮定した構造であり、図１０（Ｃ）においては、絶縁膜２３９の表面に正の固定電荷を部分的に仮定した構造である。

図１０（Ａ）乃至図１０（Ｃ）に示すトランジスタの電気特性を計算した結果を図１１（Ａ）乃至図１１（Ｃ）に示す。

図１１（Ａ）に示すように、図１０（Ａ）に示すトランジスタの絶縁膜２３９に正の固定電荷を仮定しない場合において、ドレイン電圧（Ｖｄ）が１Ｖ及び１０Ｖ、それぞれの立ち上がり電圧が略一致している。

一方、図１１（Ｂ）に示すように、図１０（Ｂ）に示すトランジスタの絶縁膜２３９に正の固定電荷を一様に仮定した場合は、しきい値電圧がマイナスシフトしている。一方、ドレイン電圧（Ｖｄ）が１Ｖ及び１０Ｖ、それぞれの立ち上がり電圧が略一致している。

また、図１１（Ｃ）に示すように、図１０（Ｃ）に示すトランジスタの絶縁膜２３９に正の固定電荷を部分的に仮定した場合は、ドレイン電圧（Ｖｄ）が１Ｖ及び１０Ｖ、それぞれの立ち上がり電圧が異なっている。

一方、構造１に示すトランジスタにおいては、ゲート電極２１５が設けられているため、上記＜−ＧＢＴストレス試験の劣化の抑制＞で説明したように、ゲート電極２１５が外部の荷電粒子の電場を遮蔽するため、トランジスタの電気特性に荷電粒子が影響しない。即ち、ゲート電極２１５を有すると、外部からの電荷を電気的に保護することが可能であり、異なるドレイン電圧におけるオン電流の立ち上がり電圧の変動を抑制することができる。

以上のことから、デュアルゲート構造とし、各ゲート電極に任意の電圧を印加することで、−ＧＢＴストレス試験の劣化の抑制及び異なるドレイン電圧におけるオン電流の立ち上がり電圧の変動の抑制が可能である。また、デュアルゲート構造とし、各ゲート電極に同電位の電圧を印加することで、初期特性バラつきの低減、−ＧＢＴストレス試験の劣化の抑制及び異なるドレイン電圧におけるオン電流の立ち上がり電圧の変動の抑制が可能である。

＜チャネル幅方向におけるゲート電極の端部と酸化物半導体膜の端部との距離と、しきい値電圧の変動量について＞
図１２に、構造１に示すトランジスタのチャンネル幅方向の断面模式図を示す。なお、図１２に示すトランジスタの断面模式図における各構成は、図６（Ａ）に示す構造１の各構成と縮尺が異なる。

構造１に示すトランジスタにおいて、図６（Ａ）に示すトランジスタのチャネル幅方向で、酸化物半導体膜２０５の側面とゲート電極２１５が対向するように、ゲート電極２１５の端部が酸化物半導体膜２０５の外側に位置する構造（以下、構造３（図１２（Ａ）参照。）と示す。）について、考察する。

構造３のトランジスタにおいて、酸化物半導体膜２０５の側面に単位面積当たりの電荷量Ｑ（Ｃ／ｍ^２）のドナーイオンが存在する場合を考える。この電荷とゲート電極２０１の間において形成される単位面積当たりの容量をＣ_{Ｂｏｔｔｏｍ}とし、同電荷とゲート電極２１５の間において形成される単位面積当たりの結合容量をＣ_Ｔｏｐとし、チャネル幅方向において、同電荷とゲート電極２１５の間において形成される単位面積当たりの容量をＣ_Ｓｉｄｅとする。絶縁膜２０３において、酸化物半導体膜２０５の下における厚さをｔ_１、絶縁膜２０９において、酸化物半導体膜２０５の側面における厚さをｔ_２、絶縁膜２０９において、酸化物半導体膜２０５の上における厚さをｔ_３、酸化物半導体膜２０５の厚さをｔ_ｏｓ、絶縁膜の誘電率をεとすると、Ｃ_{Ｂｏｔｔｏｍ}、Ｃ_Ｔｏｐ、Ｃ_Ｓｉｄｅはそれぞれ近似的に次のように見積もられる。

このとき、構造３に示すトランジスタをデュアルゲート駆動したときの、電荷量ＱによるＶ_ｔｈのシフト量ΔＶ_３を数式（６）に示す。

一方、ゲート電極２０１とゲート電極２１５が酸化物半導体膜２０５よりも、チャネル幅方向においてｔ_２だけはみ出しているものの、酸化物半導体膜２０５の側面に対向するゲート電極が無い構造４（図１２（Ｂ）参照。）を考える。このとき、構造４に示すトランジスタをデュアルゲート駆動したときの、電荷量ＱによるＶ_ｔｈのシフト量ΔＶ_４は数式（７）のようになる。

したがって、数式（６）と数式（７）の比を取ると、数式（８）のようになる。

数式（８）の右辺は１より小さくなるため、図１２（Ａ）に示す構造３のほうが、図１２（Ｂ）に示す構造４よりも同じ電荷量ＱによるＶ_ｔｈのシフト量を小さくできる。

なお、トランジスタにおけるＶ_ｔｈのシフト量が数式（６）と数式（７）で表せる状況は、酸化物半導体膜２０５の側面における電荷量ＱがＶ_ｔｈのシフトを引き起こす主要因である場合に限る。例えば、ゲート電極２０１あるいはゲート電極２１５が酸化物半導体膜２０５からチャネル幅方向にはみ出していないときに、酸化物半導体膜２０５の側面におけるドナーイオンの電荷量Ｑにより寄生チャネルが形成される場合がある。このようなとき、構造３あるいは構造４にすることにより、それぞれ数式（６）と数式（７）にしたがって、電荷量Ｑの影響が抑制される。

以上では、電荷量Ｑの起源として、特に酸化物半導体膜２０５の側面におけるドナーイオンを想定したが、絶縁膜、絶縁膜界面、あるいは酸化物半導体膜における固定電荷、あるいはトラップ準位に捉えられた電子やホールであっても、それらがＶ_ｔｈのシフトを引き起こす主要因である場合には同様の議論が成り立つ。

構造４をより一般化した場合として、ゲート電極２０１とゲート電極２１５が酸化物半導体膜２０５よりも、チャネル幅方向にそれぞれＸ_Ｂ、Ｘ_Ｔだけはみ出している構造５（図１２（Ｃ）参照。）を考える。このとき、Ｃ_{Ｂｏｔｔｏｍ}とＣ_Ｔｏｐは、それぞれ数式（９）と数式（１０）のように書き換えられる。

Ｘ_Ｂ、Ｘ_Ｔを変化させたときに、数式（９）と数式（１０）は、それぞれＸ_Ｂ＝ｔ_１＋ｔ_ｏｓ、Ｘ_Ｔ＝ｔ_３＋ｔ_ｏｓで、数式（１１）、（１２）に示す最大値Ｃ_{Ｂｏｔｔｏｍ} ^ＭａｘとＣ_Ｔｏｐ ^Ｍａｘをとる。

したがって、数式（７）に基づいてＶ_ｔｈのシフト量を最も小さくするには、Ｘ_Ｂ＝ｔ_１＋ｔ_ｏｓ、Ｘ_Ｔ＝ｔ_３＋ｔ_ｏｓとすれば良い。

（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の一態様である半導体装置を適用した表示装置について、図面を用いて説明する。なお、先の実施の形態に示す符号と同様の箇所、または同様の機能を有する部分については、同様の符号を付し、その詳細の説明は省略する。

図１３（Ａ）に、表示装置の一例のブロック図を示す。図１３（Ａ）に示す表示装置は、画素部６００と、走査線駆動回路６０４と、信号線駆動回路６０６と、各々が平行または略平行に配設され、且つ走査線駆動回路６０４によって電位が制御されるｍ本の走査線６０７と、各々が平行または略平行に配設され、且つ信号線駆動回路６０６によって電位が制御されるｎ本の信号線６０９と、を有する。さらに、画素部６００はマトリクス状に配設された複数の画素６０１を有する。また、走査線駆動回路６０４及び信号線駆動回路６０６をまとめて駆動回路部という場合がある。

各走査線６０７は、画素部６００においてｍ行ｎ列に配設された画素６０１のうち、いずれかの行に配設されたｎ個の画素６０１と電気的に接続される。また、各信号線６０９は、ｍ行ｎ列に配設された画素６０１のうち、いずれかの列に配設されたｍ個の画素６０１に電気的と接続される。ｍ、ｎは、ともに１以上の整数である。また、各容量線６１５は、ｍ行ｎ列に配設された画素６０１のうち、いずれかの行に配設されたｎ個の画素６０１と電気的に接続される。なお、容量線６１５が、信号線６０９に沿って、各々が平行または略平行に配設されている場合は、ｍ行ｎ列に配設された画素６０１のうち、いずれかの列に配設されたｍ個の画素６０１に電気的と接続される。

実施の形態１で示した半導体装置は、図１３（Ａ）に示す画素６０１に用いることができる。

図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）に示す表示装置の画素６０１に用いることができる回路構成の一例を示している。

図１３に示す画素６０１は、データ信号のデータ書き込みを制御するトランジスタ３００ｂと、画素の駆動を制御するトランジスタ３００ａと、トランジスタ３００ｃと、容量素子３７０と、発光素子３５０と、を有する。

トランジスタ３００ｂのソース電極及びドレイン電極の一方は、データ信号が与えられる信号線ＳＬに電気的に接続される。さらに、トランジスタ３００ｂのゲート電極は、ゲート信号が与えられる走査線ＧＬに電気的に接続される。

トランジスタ３００ｂは、オン状態またはオフ状態になることにより、データ信号のデータの書き込みを制御する機能を有する。

トランジスタ３００ａのソース電極及びドレイン電極の一方は、アノード線として機能する配線ＡＮＯ１と電気的に接続され、トランジスタ３００ａのソース電極及びドレイン電極の他方は、発光素子３５０の一方の電極に電気的に接続される。さらに、トランジスタ３００ａのゲート電極は、トランジスタ３００ｂのソース電極及びドレイン電極の他方、及び容量素子３７０の一方の電極に電気的に接続される。

トランジスタ３００ａは、オン状態またはオフ状態になることにより、発光素子３５０に流れる電流を制御する機能を有する。

トランジスタ３００ｃのソース電極及びドレイン電極の一方はデータの基準電位が与えられる配線ＭＬと接続され、トランジスタ３００ｃのソース電極及びドレイン電極の他方は、発光素子３５０の一方の電極、及び容量素子３７０の他方の電極に電気的に接続される。さらに、トランジスタ３００ｃのゲート電極は、ゲート信号が与えられる走査線ＧＬに電気的に接続される。

トランジスタ３００ｃは、発光素子３５０に流れる電流を調整する機能を有する。例えば、トランジスタ３００ａのしきい値電圧や電界効果移動度のばらつきが生じた場合、またはトランジスタ３００ａが劣化した場合にトランジスタ３００ｃのソース電極及びドレイン電極の一方が接続された配線ＭＬに流れる電流をモニタリングすることで、発光素子３５０に流れる電流を補正することができる。配線ＭＬに与えられる電位としては、例えば、発光素子３５０のしきい値電圧以下の電圧とすることができる。

容量素子３７０の一対の電極の一方は、トランジスタ３００ｂのソース電極及びドレイン電極の他方、及びトランジスタ３００ａのゲート電極と電気的に接続され、容量素子３７０の一対の電極の他方は、トランジスタ３００ｂのソース電極及びドレイン電極の他方、及び発光素子３５０の一方の電極に電気的に接続される。

図１３（Ｂ）に示す画素６０１の構成において、容量素子３７０は、書き込まれたデータを保持する保持容量としての機能を有する。

発光素子３５０の一対の電極の一方は、トランジスタ３００ａのソース電極及びドレイン電極の他方、容量素子３７０の他方、及びトランジスタ３００ｃのソース電極及びドレイン電極の他方と電気的に接続される。また、発光素子３５０の一対の電極の他方は、カソードとして機能する配線ＣＡＴに電気的に接続される。

発光素子３５０としては、例えば有機エレクトロルミネセンス素子（有機ＥＬ素子ともいう）などを用いることができる。ただし、発光素子３５０としては、これに限定されず、無機材料からなる無機ＥＬ素子を用いても良い。

また、配線ＭＬと平行な方向に延伸した配線ＡＮＯ２が設けられる。配線ＡＮＯ２は、アノード線として機能する配線ＡＮＯ１と接続しており、配線ＡＮＯ１、ＡＮＯ２の配線抵抗を低減することが可能である。この結果、大面積基板を用いた発光装置において、配線の電圧降下を低減することが可能であり、発光装置の輝度ムラを低減することができる。

配線ＡＮＯ１、ＡＮＯ２と、配線ＣＡＴとの一方には、高電源電位ＶＤＤが与えられ、他方には、低電源電位ＶＳＳが与えられる。図１３（Ｂ）に示す構成においては、配線ＡＮＯ１、ＡＮＯ２に高電源電位ＶＤＤを、配線ＣＡＴに低電源電位ＶＳＳを、それぞれ与える構成としている。

図１３（Ｂ）の画素６０１を有する表示装置では、走査線駆動回路により各行の画素６０１を順次選択し、トランジスタ３００ｂをオン状態にしてデータ信号のデータを書き込む。

データが書き込まれた画素６０１は、トランジスタ３００ｂがオフ状態になることで保持状態になる。さらに、トランジスタ３００ｂは、容量素子３７０と接続しているため、書き込まれたデータを長時間保持することが可能となる。また、トランジスタ３００ａにより、ソース電極とドレイン電極の間に流れる電流量が制御され、発光素子３５０は、流れる電流量に応じた輝度で発光する。これを行毎に順次行うことにより、画像を表示できる。

次に、図１３（Ａ）、（Ｂ）に示す画素６０１に用いることのできる構成について、図１４乃至図１８を用いて以下説明を行う。

図１４は、画素６０１に用いることのできる画素の上面図の一部を表している。また、図１５は、図１４に示す一点鎖線Ｘ１−Ｘ２間の断面を、図１６は、図１４に示す一点鎖線Ｘ３−Ｘ４間の断面を、それぞれ表している。

図１４において、走査線として機能する配線ＧＬは、信号線に略直交する方向（図中左右方向）に延伸して設けられている。信号線として機能する配線ＳＬは、走査線に略直交する方向（図中上下方向）に延伸して設けられている。データの基準電位が与えられる配線ＭＬは、配線ＳＬと平行方向に延伸して設けられている。アノード線として機能する配線ＡＮＯ２は、配線ＳＬ及び配線ＭＬと平行方向に延伸して設けられている。

トランジスタ３００ａ、３００ｂ、３００ｃは、画素６０１内に設けられている。なお、トランジスタ３００ａ、３００ｂ、３００ｃは、それぞれゲート電極として機能する導電膜と、ゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上のチャネル領域が形成される酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜に電気的に接続される一対の電極として機能する導電膜により構成される。例えば、トランジスタ３００ａにおいては、ゲート電極３０４ｂと、ゲート絶縁膜（図示しない）と、酸化物半導体膜３０８と、電極３１０、３１２により構成される。また、トランジスタ３００ａのゲート電極は配線ＧＬと電気的に接続され、トランジスタ３００ａの電極３１０、３１２のいずれか一方は配線ＳＬに電気的に接続される。

なお、トランジスタ３００ｂ、３００ｃの構成については、特に言及しないが、トランジスタ３００ａに示す構成と同様の構成とすることができる。

また、電極３０４ａは、開口部３５２ａにおいて、電極３１０と電気的に接続されている。また、電極３１２は、開口部３５４、３５６ｂにおいて、画素電極３２２と電気的に接続されている。また、電極３０４ｄは、開口部３５２ｂ及び開口部３５２ｃにおいて、電極３１２ａと電気的に接続されている。なお、画素電極３２２及び電極３１２ａは図１４において図示していない。

また、電極３１２の下方には、電極３０４ｃが形成されている。電極３１２と、電極３１２下に形成される誘電膜と、電極３０４ｃによって、容量素子が形成される。該容量素子は、図１３（Ｂ）に示す容量素子３７０に相当する。

次に、図１４に示す一点鎖線Ｘ１−Ｘ２間、及び一点鎖線Ｘ３−Ｘ４間の断面について、図１５及び図１６を用いて説明する。

図１５及び図１６に示す画素は、基板３０２と、基板３０２上のゲート電極３０４ｂ、及び電極３０４ａ、３０４ｃ、３０４ｄと、基板３０２、ゲート電極３０４ｂ、及び電極３０４ａ、３０４ｃ、３０４ｄ上に形成された絶縁膜３０６ａ、３０６ｂと、絶縁膜３０６ｂ上の酸化物半導体膜３０８と、酸化物半導体膜３０８上の一対の電極３１０、３１２と、電極３１２と同一の工程で形成された電極３１２ａと、酸化物半導体膜３０８、及び電極３１０、３１２、３１２ａ上に形成された酸化物絶縁膜３１４と、酸化物絶縁膜３１４上に形成された窒化物絶縁膜３１６と、窒化物絶縁膜３１６上に設けられ、且つ酸化物半導体膜３０８と重畳する位置に形成されたゲート電極３２０と、窒化物絶縁膜３１６上に設けられ、且つ酸化物半導体膜３０８と重畳する位置に開口部が設けられた絶縁膜３１８と、ゲート電極３２０と同一工程で形成され、絶縁膜３１８上に形成された画素電極３２２と、トランジスタ、及び画素電極３２２の端部を覆うように形成された絶縁膜３２４と、を有する。

また、ゲート電極３０４ｂと、絶縁膜３０６ａ、３０６ｂと、酸化物半導体膜３０８と、電極３１０、３１２と、酸化物絶縁膜３１４と、窒化物絶縁膜３１６と、ゲート電極３２０によってトランジスタ３００ａを構成する。絶縁膜３０６ａ、３０６ｂは、トランジスタ３００ａの第１のゲート絶縁膜として機能し、酸化物絶縁膜３１４及び窒化物絶縁膜３１６は、トランジスタ３００ａの第２のゲート絶縁膜として機能する。

また、電極３１２及び電極３０４ｃに挟持された領域においては、絶縁膜３０６ａ、３０６ｂは誘電体としての機能を有する。すなわち、電極３１２、絶縁膜３０６ａ、３０６ｂ、及び電極３０４ｃは容量素子を形成する。

また、画素電極３２２及び絶縁膜３１８上には、ＥＬ層３２６が形成され、ＥＬ層３２６上には電極３２８が形成される。また、画素電極３２２と、ＥＬ層３２６と、電極３２８によって、発光素子３５０が形成されている。ＥＬ層３２６は、少なくとも発光性の物質が含まれる発光層が形成されていればよく、該発光層以外に、ホール注入層、ホール輸送層、電子輸送層、電子注入層、及び電荷発生層などの機能層が形成されていてもよい。ＥＬ層３２６は、一対の電極（ここでは、画素電極３２２と電極３２８）から電子と正孔が注入され電流が流れる。そして、該電子と正孔が再結合することによって発光性の物質が励起状態を形成し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光することができる。

また、絶縁膜３１８は、画素電極３２２の下方に形成される凹凸を平坦化させる機能を有していればよく、例えば、有機絶縁膜等を用いて形成することができる。

また、絶縁膜３２４は、ＥＬ層３２６を隣接する画素間で分離する機能、すなわち隔壁としての機能を有する。絶縁膜３２４としては、絶縁性を有していればよく、例えば、有機絶縁膜または無機絶縁膜を用いることができる。有機絶縁膜としては、例えば、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、アクリル系樹脂、シロキサン系樹脂、エポキシ系樹脂、またはフェノール系樹脂等を用いることができる。無機絶縁膜としては、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。特に、感光性の有機樹脂材料を用いることで、絶縁膜３２４の作製が容易となるため好ましい。

また、電極３０４ａ上の絶縁膜３０６ａ、３０６ｂには、開口部３５２ａが形成されている。電極３０４ａは、開口部３５２ａを介して電極３１０と接続される。また、電極３０４ｄ上の絶縁膜３０６ａ、３０６ｂには、開口部３５２ｂ、３５２ｃが形成されている。電極３０４ｄは、開口部３５２ｂ、３５２ｃを介して電極３１２ａと接続される。電極３０４ｄ上に形成された開口部３５２ｂ、３５２ｃのように、複数の開口部を設けることによって、電極３０４ｄと電極３１２ａの接触抵抗を低くすることができる。なお、図１６においては、開口部３５２ｂ、３５２ｃの開口部を２つ形成する場合について例示したが、これに限定されず、１つの開口部または３つ以上の複数の開口部を形成してもよい。

また、トランジスタ３００ａ上の絶縁膜３１８には、開口部３５６ａが形成されている。開口部３５６ａを形成することによって、ゲート電極３２０と、酸化物半導体膜３０８の間隔を短くすることができる。したがって、ゲート電極３２０に与えられる電界を酸化物半導体膜３０８に好適に印加することができる。

また、電極３１２上の酸化物絶縁膜３１４及び窒化物絶縁膜３１６には、開口部３５４が形成されている。また、開口部３５４上の絶縁膜３２４には開口部３５６ｂが形成されている。電極３１２は、開口部３５４、３５６ｂを介して、画素電極３２２と電気的に接続されている。

なお、図１５及び図１６に示す画素に用いることのできる材料としては、実施の形態１に示す半導体装置の記載を援用することができる。具体的には、基板３０２は基板１０２を、ゲート電極３０４ｂ、及び電極３０４ａ、３０４ｃ、３０４ｄはゲート電極１０４を、絶縁膜３０６ａ、３０６はゲート絶縁膜１０６を、酸化物半導体膜３０８は酸化物半導体膜１０８を、電極３１０、３１２は、電極１１０、１１２を、酸化物絶縁膜３１４は酸化物絶縁膜１１４を、窒化物絶縁膜３１６は窒化物絶縁膜１１６を、絶縁膜３１８は絶縁膜１１８を、ゲート電極３２０及び画素電極３２２はゲート電極１２０及び画素電極として機能する導電膜１２２を、絶縁膜３２４は絶縁膜１２４を、それぞれ援用することができる。

＜変形例＞
ここでは、図１３（Ａ）、（Ｂ）に示す画素６０１の変形例について、図１７を用いて説明する。画素６０１の断面図を図１７に示す。図１７に示すトランジスタ２００は、チャネルエッチ型のトランジスタである。なお、Ａ−Ｂにおける断面図は、トランジスタ２００のチャネル長方向、トランジスタ２００と画素電極として機能する導電膜２２２の接続部、及び容量素子２７０の断面図であり、Ｃ−Ｄにおける断面図は、トランジスタ２００のチャネル幅方向の断面図であり、Ｅ−Ｆにおける断面図は、ゲート電極２０４及びゲート電極２２０の接続部における断面図である。また、図１３（Ｂ）に示すトランジスタ３００ａを、図１７においては、トランジスタ２００とし、図１３（Ｂ）に示す容量素子３７０を、図１７においては、容量素子２７０とする。また、図１３（Ｂ）に示す発光素子３５０においては、第１の電極として機能する導電膜２２２のみ記載し、ＥＬ層３２６及び第２の電極を省略する。また、図１３（Ｂ）に示すトランジスタ３００ｂ、トランジスタ３００ａ等を省略する。

図１７に示すトランジスタ２００は、デュアルゲート構造のトランジスタであり、基板２０２上に設けられるゲート電極２０４を有する。また、基板２０２及びゲート電極２０４上に形成される窒化物絶縁膜２０６ａと、窒化物絶縁膜２０６ａ上に形成される酸化物絶縁膜２０６ｂと、窒化物絶縁膜２０６ａ及び酸化物絶縁膜２０６ｂを介して、ゲート電極２０４と重なる酸化物半導体膜２０８ａと、酸化物半導体膜２０８ａに接する、一対の電極として機能する導電膜２１０、２１２とを有する。また、酸化物絶縁膜２０６ｂ、酸化物半導体膜２０８ａ、及び一対の電極として機能する導電膜２１０、２１２上には、酸化物絶縁膜２１３が形成され、酸化物絶縁膜２１３上には酸化物絶縁膜２１４が形成される。また、窒化物絶縁膜２０６ａ、酸化物絶縁膜２１３、酸化物絶縁膜２１４、導電膜２１２上には窒化物絶縁膜２１６が形成される。また、窒化物絶縁膜２１６上に、酸化物半導体膜２０８ａと重畳する位置に開口部が設けられた絶縁膜２１８が形成される。絶縁膜２１８の開口部において、窒化物絶縁膜２１６上に酸化物半導体膜２０８ａと重畳する位置にゲート電極２２０が形成される。また、一対の電極として機能する導電膜２１０、２１２の一方、ここでは導電膜２１２に接続する導電膜２２２が絶縁膜２１８上に形成される。なお、導電膜２２２は画素電極として機能する。また、ゲート電極２２０及び導電膜２２２は同一工程で形成される。

Ｅ−Ｆにおける断面図に示すように、窒化物絶縁膜２０６ａ及び窒化物絶縁膜２１６に設けられる開口部２６４において、ゲート電極２２０は、ゲート電極２０４と接続する。即ち、ゲート電極２０４及びゲート電極２２０は同電位である。

窒化物絶縁膜２０６ａ及び酸化物絶縁膜２０６ｂは、第１のゲート絶縁膜として機能し、酸化物絶縁膜２１３、２１４、及び窒化物絶縁膜２１６は、第２のゲート絶縁膜として機能する。

トランジスタ２００は、実施の形態１に示すトランジスタ１００と同様に形成することができる。酸化物絶縁膜２１４が、化学量論的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されることが好ましい。トランジスタ２００において、窒化物絶縁膜２０６ａと、窒化物絶縁膜２１６とが、酸化物半導体膜２０８ａ及び酸化物絶縁膜２１３、２１４を内側に有しつつ、接している。このため、酸化物絶縁膜２１３または酸化物絶縁膜２１４に含まれる酸素の外部への移動が、窒化物絶縁膜２０６ａ及び窒化物絶縁膜２１６により妨げられる。この結果、酸化物絶縁膜２１３または酸化物絶縁膜２１４に含まれる酸素を効率よく酸化物半導体膜２０８ａに移動させ、酸化物半導体膜に含まれる酸素欠損量を低減することができる。この結果、ノーマリーオフ特性を有するトランジスタとなる。また、経時変化やストレス試験による、トランジスタの電気特性、代表的にはしきい値電圧の変動量を低減することができる。

また、チャネル幅方向において、ゲート電極２２０が、酸化物絶縁膜２１３、２１４の側面において、酸化物半導体膜２０８ａの側面と対向するため、しきい値電圧におけるドレイン電流の上昇が急峻である、電気特性の優れたトランジスタとなる。また、オン電流が大きく、且つ電界効果移動度の高いトランジスタとなる。

また、導電性を有する膜２０８ｂ及び導電膜２２２に挟持された領域においては、窒化物絶縁膜２１６及び絶縁膜２１８は誘電体としての機能を有する。すなわち、導電性を有する膜２０８ｂ、窒化物絶縁膜２１６及び絶縁膜２１８、及び導電膜２２２は容量素子２７０を形成する。導電性を有する膜２０８ｂは酸化物半導体膜２０８ａと同時に形成されるため、透光性を有する。このため、導電膜２２２を透光性を有する導電膜で形成することで、透光性を有する容量素子となる。したがって、例えば、下面射出構造の発光装置を形成する場合においては、画素の開口率が高まり、好適な構造となる。

容量素子２７０において、導電性を有する膜２０８ｂは、酸化物半導体膜２０８ａと同時に形成された酸化物半導体膜を加工して形成される。このため、導電性を有する膜２０８ｂは、酸化物半導体膜２０８ａと同様の金属元素を有する膜である。また、酸化物半導体膜２０８ａと同様の結晶構造、または異なる結晶構造を有する膜である。しかしながら、酸化物半導体膜２０８ａと同時に形成された酸化物半導体膜に、不純物または酸素欠損を有せしめることで、導電性を有する膜２０８ｂとなる。導電性を有する膜２０８ｂとなる酸化物半導体膜に含まれる不純物としては、水素がある。なお、水素の代わりに不純物として、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が含まれていてもよい。

このため、酸化物半導体膜２０８ａ及び導電性を有する膜２０８ｂは共に、酸化物絶縁膜２０６ｂ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２０８ａと比較して、導電性を有する膜２０８ｂの不純物濃度が高い。例えば、酸化物半導体膜２０８ａ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、導電性を有する膜２０８ｂ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２０８ａと比較して、導電性を有する膜２０８ｂ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、酸化物半導体膜２０８ａと同時に形成された酸化物半導体膜をプラズマに曝すことにより、酸化物半導体膜にダメージを与え、酸素欠損を形成することができる。例えば、酸化物半導体膜上に、プラズマＣＶＤ法またはスパッタリング法で膜を成膜すると、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。または、酸化物絶縁膜２１３及び酸化物絶縁膜２１４を形成するためのエッチング処理において酸化物半導体膜がプラズマに曝されることで、酸素欠損が生成される。または、酸化物半導体膜が水素、希ガス、アンモニア、酸素及び水素の混合ガス等のプラズマに曝されることで、酸素欠損が生成される。この結果、酸化物半導体膜は導電性が高くなり、導電性を有する膜２０８ｂとなる。

即ち、導電性を有する膜２０８ｂは、導電性の高い酸化物半導体膜ともいえる。また、導電性を有する膜２０８ｂは、導電性の高い金属酸化物膜ともいえる。

また、窒化物絶縁膜２１６として、窒化シリコン膜を用いる場合、窒化シリコン膜は水素を含む。このため、窒化物絶縁膜２１６の水素が酸化物半導体膜２０８ａ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が生成される。また、窒化シリコン膜をプラズマ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、窒化シリコン膜に含まれる水素が入ることで、キャリアである電子が生成される。これらの結果、酸化物半導体膜は導電性が高くなり、導電性を有する膜２０８ｂとなる。

導電性を有する膜２０８ｂは、酸化物半導体膜２０８ａより抵抗率が低い。導電性を有する膜２０８ｂの抵抗率が、酸化物半導体膜２０８ａの抵抗率の１×１０^−８倍以上１×１０^−１倍未満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。

なお、酸化物絶縁膜２１３、２１４は、図３（Ａ）、（Ｂ）に示す工程において、他の画素に形成される酸化物絶縁膜２１３、２１４と分離するようにエッチングすればよい。この結果、図３（Ｃ）、（Ｄ）に示す工程において、酸化物半導体膜２０８ａと同時に形成された酸化物半導体膜が、窒化物絶縁膜２１６と接する。この結果、酸化物半導体膜２０８ａと同時に形成された酸化物半導体膜の導電性が高まり、導電性を有する膜２０８ｂとなる。

本変形例に示す発光装置は、トランジスタの酸化物半導体膜と同時に、容量素子の一方となる電極が形成される。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、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。

（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の一態様であるアクティブマトリクス型発光装置の一例について、図１８を用いて説明する。

図１８（Ａ）は、本発明の一態様の発光装置の平面図である。また、図１８（Ｂ）は、図１８（Ａ）に示す一点鎖線Ａ１−Ａ２およびＢ１−Ｂ２における断面図に相当する。

図１８（Ａ）、（Ｂ）に示すアクティブマトリクス型の発光装置は、支持基板８０１上に、発光部８０２、駆動回路部８０３（走査線駆動回路等）、駆動回路部８０４（信号線駆動回路等）および封止材８０５を有する。発光部８０２および駆動回路部８０３、８０４は、支持基板８０１、封止基板８０６および封止材８０５で形成された空間８１０に封止されている。

駆動回路部８０３及び駆動回路部８０４は、実施の形態１で説明したトランジスタを用いて形成することができる。なお、それぞれの駆動回路等を分割し、画素を挟んだ対向側に配置してもよい。

図１８（Ｂ）に示す発光部８０２は、データ信号のデータの書込を制御する機能を有する第１のトランジスタ（図示しない。）と、発光素子に流れる電流を調整する機能を有する第２のトランジスタ８１１と、第２のトランジスタ８１１の配線（ソース電極またはドレイン電極）に電気的に接続された第１の電極８３１とを含む複数の画素により形成されている。

発光素子８４０はトップエミッション（上面射出）構造であり、第１の電極８３１、ＥＬ層８３３、および第２の電極８３５によって構成されている。また、第１の電極８３１の端部を覆って隔壁として機能する絶縁膜８３９が形成されている。

トランジスタ８１１は、デュアルゲート構造であり、絶縁膜８４４上に、第１の電極８３１と同時に形成されるゲート電極８３２を有する。絶縁膜８３９の下にトランジスタ８１１を設けることで、ゲート電極８３２における外光の反射を低減することができる。

支持基板８０１上には、駆動回路部８０３、８０４に外部からの信号（ビデオ信号、クロック信号、スタート信号、またはリセット信号等）や電位を伝達する外部入力端子を接続するための引き出し配線８０９が設けられる。ここでは、外部入力用の配線としてＦＰＣ８０８（ＦｌｅｘｉｂｌｅＰｒｉｎｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）を設ける例を示している。

駆動回路部８０３、８０４は複数のトランジスタを有する。図１８（Ｂ）では、駆動回路部８０３が、ｎチャネル型のトランジスタ８５２、８５３を有するＮＭＯＳ回路を有する例を示している。駆動回路部の回路は、種々のＣＭＯＳ回路、ＰＭＯＳ回路またはＮＭＯＳ回路で形成することができる。また、本実施の形態では、発光部が形成された基板上に駆動回路が形成された駆動回路一体型を示すが、この構成に限定されるものではなく、発光部が形成された基板とは別の基板に駆動回路を形成することもできる。

工程数の増加を防ぐため、引き出し配線８０９は、発光部や駆動回路部に用いる電極や配線と同一の材料、同一の工程で作製することが好ましい。例えば、引き出し配線８０９を発光部８０２および駆動回路部８０３に含まれるトランジスタのゲート電極と同一の材料、同一の工程で作製することができる。

支持基板８０１は発光装置の作製工程に耐えられる程度の耐熱性を備えた基板を用いることができる。当該基板の厚さおよび大きさは製造装置に適用可能であれば特に限定されない。

支持基板８０１はガスバリア性を有すると好ましい。また、ガスバリア性を有する膜を積層して用いても良い。具体的には、ガスバリア性が水蒸気透過率として１０^−５ｇ／ｍ^２・ｄａｙ以下、好ましくは１０^−６ｇ／ｍ^２・ｄａｙ以下であると、発光装置の信頼性を高めることができる。

また、支持基板８０１は可撓性を有していてもよい。可撓性を有する基板としては、代表的にはプラスチック基板をその例に挙げる事ができる他、厚さが５０μｍ以上５００μｍ以下の薄いガラスや、金属箔などを用いることもできる。

例えば、支持基板８０１に適用可能な基板としては、無アルカリガラス基板、バリウムホウケイ酸ガラス基板、アルミノホウケイ酸ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板、金属基板、ステンレス基板、プラスチック基板、ポリエチレンテレフタレート基板、ポリイミド基板等が挙げられる。

駆動回路部８０３が有するトランジスタの構造は特に限定されない。図１８（Ｂ）に図示したトランジスタは、チャネルエッチ型のボトムゲート構造を一例として示したが、チャネル保護型のボトムゲート構造、セルフアライン型のトップゲート構造またはノンセルフアライン型のトップゲート構造であってもよい。

チャネルが形成される領域に酸化物半導体を用いたトランジスタには、極めてオフ電流が低い特性を有するものがある。当該トランジスタを用いると、画素（容量素子）に入力された信号の保持能力が高くなり、例えば静止画表示などにおいてフレーム周波数を小さくすることができる。フレーム周波数を小さくすることによって、発光装置の消費電力を低減させることができる。

絶縁膜８３９の材料としては、実施の形態１に示す絶縁膜１１８の材料を適宜用いることができる。

絶縁膜８３９は、第１の電極８３１の端部を覆って設けられている。絶縁膜８３９は、当該隔壁の上層に形成されるＥＬ層８３３や第２の電極８３５の被覆性を向上させるため、側壁が曲面となるような形状とすることが好ましい。

また、絶縁膜８３９は、ＥＬ層８３３よりも屈折率の小さい材料を用いることが好ましい。当該材料で絶縁膜８３９を形成することで、ＥＬ層８３３と絶縁膜８３９の界面で全反射を起こさせることができ、絶縁膜８３９中に進入する光を減少させ、光の取り出し効率を向上させることができる。

発光装置が備える発光素子は、一対の電極（第１の電極８３１および第２の電極８３５）と、当該一対の電極間に設けられたＥＬ層８３３とを有する。当該一対の電極の一方は陽極として機能し、他方は陰極として機能する。

トップエミッション構造の発光素子では、上部電極に可視光に対して透光性を有する導電膜を用いる。また、下部電極には、可視光を反射する導電膜を用いることが好ましい。ボトムエミッション（下面射出）構造の発光素子では、下部電極に可視光に対して透光性を有する導電膜を用いる。また、上部電極には、可視光を反射する導電膜を用いることが好ましい。デュアルエミッション（両面射出）構造の発光素子では、上部電極および下部電極の双方に可視光に対して透光性を有する導電膜を用いる。

第１の電極８３１と第２の電極８３５の間に、発光素子のしきい値電圧より高い電圧を印加すると、ＥＬ層８３３に第１の電極８３１側から正孔が注入され、第２の電極８３５側から電子が注入される。注入された電子と正孔はＥＬ層８３３において再結合し、ＥＬ層８３３に含まれる発光物質が発光する。

ＥＬ層８３３は発光層を有する。ＥＬ層８３３は、発光層以外の層として、正孔注入性の高い物質、正孔輸送性の高い物質、正孔ブロック材料、電子輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、またはバイポーラ性の物質（電子輸送性および正孔輸送性が高い物質）等を含む層をさらに有していても良い。

ＥＬ層８３３には低分子系化合物および高分子系化合物のいずれを用いることもでき、無機化合物を含んでいても良い。ＥＬ層８３３を構成する層は、それぞれ、蒸着法（真空蒸着法を含む）、転写法、印刷法、インクジェット法、塗布法等の方法で形成することができる。

また、発光素子８４０の第１の電極８３１と第２の電極８３５を用いて、微小共振器（マイクロキャビティともいう）を構成できる。例えば、第１の電極８３１にＥＬ層８３３が発する光を反射する導電膜を用い、第２の電極８３５に、当該光の一部を反射し、一部を透過する半透過・半反射膜性の導電膜を用いて構成できる。

また、光学調整層を第１の電極８３１と第２の電極８３５の間に設けることができる。光学調整層は反射性の第１の電極８３１と半透過・半反射性の第２の電極８３５の間の光学距離を調整する層であり、光学調整層の厚さを調整することにより、第２の電極８３５から優先的に取り出す光の波長を調整できる。

光学調整層に用いることができる材料としては、ＥＬ層を適用できる。例えば、電荷発生領域を用いて、その厚さを調整してもよい。特に正孔輸送性の高い物質とアクセプター性物質を含む領域を光学調整層に用いると、光学調整層が厚い構成であっても駆動電圧の上昇を抑制できるため好ましい。

また、光学調整層に用いることができる他の材料としては、ＥＬ層８３３が発する光を透過する透光性の導電膜を適用できる。例えば、反射性の導電膜の表面に該透光性を有する導電膜を積層して、第１の電極８３１を構成できる。この構成によれば、隣接する第１の電極８３１の光学調整層の厚さを変えることが容易であるため好ましい。

絶縁膜８４４は、実施の形態１に示す酸化物絶縁膜１１４及び窒化物絶縁膜１１６を用いることができる。

絶縁膜８４６としては、トランジスタ起因の表面凹凸を低減するために平坦化膜として機能する絶縁膜を選択するのが好適である。実施の形態１に示す絶縁膜１１８を適宜用いることができる。

封止材８０５および封止基板８０６は、大気中の不純物（代表的には水および／または酸素）をできるだけ透過しない材料で形成することが望ましい。封止材８０５にはエポキシ系樹脂や、ガラスフリット等を用いることができる。

封止基板８０６に用いることができる材料としては、支持基板８０１に適用可能な基板の他、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、ポリエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板や、ＦＲＰ（ＦｉｂｅｒＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｓ）等をその例に挙げることができる。

また、支持基板８０１側に形成する構造物と封止基板８０６側に形成する構造物とが接しない空間８１０には、透光性を有する材料が含まれていてもよい。

当該透光性を有する材料としては、例えば、発光素子の信頼性を損なう不純物（代表的には水および／または酸素）と反応、或いは不純物を吸着する材料を用いることができる。これにより、当該不純物は、発光素子の信頼性を損なう前に、充填物に含まれる材料と優先的に反応、または吸着され、その活性を失わせることができる。したがって、発光装置の信頼性を向上させることができる。

当該透光性を有する材料には、例えば、正孔輸送性の高い物質、発光物質、ホスト材料、電子輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質または／およびアクセプター性物質等を用いることができる。

具体的には、導電性高分子、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（スチレンスルホン酸）（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）、乾燥剤、ＥＬ層８３３に適用可能な材料、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＮＰＢまたはα−ＮＰＤ）、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：Ａｌｑ）などが挙げられる。

また、当該透光性を有する材料は、第２の電極８３５と封止基板８０６（封止基板８０６上に形成される構造物を含む）とを光学的に接続することができる。これにより、発光素子８４０から射出される光が第２の電極８３５から封止基板８０６に至る光路において、屈折率の急激な変化（屈折率の段差ともいう）が抑制され、第２の電極８３５側から封止基板８０６に、発光素子８４０の発光を効率よく取り出すことができる。したがって、発光装置の発光効率を向上させることができる。

当該透光性を有する材料は、第２の電極８３５よりも屈折率が大きい材料であることが好ましい。当該材料を用いることで、第２の電極８３５と当該材料との界面における全反射を抑制し、光を効率よく取り出すことができる。

なお、第２の電極８３５と封止基板８０６とを光学的に接続することができる材料としては、上述した材料の他に、液晶材料、フッ素系不活性液体（パーフルオロカーボン等）透光性を有する樹脂などを用いることができる。なお、これらの材料から、必要に応じて発光素子の信頼性を損なう不純物を除去してもよい。また、これらの材料に当該不純物と反応、または吸着する材料を分散してもよい。

なお、液晶材料としては、ネマチック液晶、コレステリック液晶、スメクチック液晶、ディスコチック液晶、サーモトロピック液晶、リオトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ）、強誘電液晶、反強誘電液晶、主鎖型液晶、側鎖型高分子液晶、バナナ型液晶等の液晶、またはこれらの液晶とカイラル剤等の混合材料を用いることができる。

カラーフィルタ８６６は、光源からの光を調色し、色純度を高める目的で設けられている。例えば、白色の発光素子を用いてフルカラーの表示装置とする場合には、異なる色のカラーフィルタを設けた複数の画素を用いる。その場合、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３色のカラーフィルタを用いてもよいし、これに黄色（Ｙ）を加えた４色とすることもできる。また、Ｒ、Ｇ、Ｂ（およびＹ）に加えて白色（Ｗ）の画素を用い、４色（または５色）としてもよい。

また、隣接するカラーフィルタ８６６の間に、ブラックマトリクス８６４が設けられている。ブラックマトリクス８６４は隣接する画素から回り込む光を遮光し、隣接画素間における混色を抑制する。ブラックマトリクス８６４は異なる発光色の隣接画素間にのみ配置し、同色画素間には設けない構成としてもよい。ここで、カラーフィルタ８６６の端部を、ブラックマトリクス８６４と重なるように設けることにより、光漏れを抑制することができる。

ブラックマトリクス８６４は、光源の光を遮光する材料を用いることができ、金属材料や顔料を含む樹脂材料などを用いて形成することができる。なお、ブラックマトリクス８６４を駆動回路部などの発光部８０２以外の領域に重ねて設けると、導波光などによる意図しない光漏れを抑制することができる。

また、図１８（Ｂ）に示すように、カラーフィルタ８６６とブラックマトリクス８６４を覆うオーバーコート８６８を設けると、カラーフィルタ８６６やブラックマトリクス８６４に含まれる顔料などの不純物が発光素子等に拡散することを抑制できる。オーバーコート８６８は透光性を有し、無機絶縁材料や有機絶縁材料で形成することができる。

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５）
本実施の形態では、本発明の一態様の発光装置を搭載することのできる電子機器について説明する。

発光装置を適用した電子機器として、例えば、テレビジョン装置（テレビ、またはテレビジョン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。これらの電子機器の具体例を図１９に示す。

図１９（Ａ）は、テレビジョン装置の一例を示している。テレビジョン装置７１００は、筐体７１０１に表示部７１０３が組み込まれている。表示部７１０３により、映像を表示することが可能であり、発光装置を表示部７１０３に用いることができる。また、ここでは、スタンド７１０５により筐体７１０１を支持した構成を示している。

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、別体のリモートコントローラ７１１０により行うことができる。リモートコントローラ７１１０が備える操作キー７１０９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７１０３に表示される映像を操作することができる。また、リモートコントローラ７１１０に、当該リモートコントローラから出力する情報を表示する表示部７１０７を設ける構成としてもよい。

なお、テレビジョン装置７１００は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線または無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向（送信者から受信者）または双方向（送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など）の情報通信を行うことも可能である。

図１９（Ｂ）はコンピュータであり、本体７２０１、筐体７２０２、表示部７２０３、キーボード７２０４、外部接続ポート７２０５、ポインティングデバイス７２０６等を含む。なお、コンピュータは、発光装置をその表示部７２０３に用いることにより作製される。

図１９（Ｃ）は携帯型遊技機であり、筐体７３０１と筐体７３０２の２つの筐体で構成されており、連結部７３０３により、開閉可能に連結されている。筐体７３０１には表示部７３０４が組み込まれ、筐体７３０２には表示部７３０５が組み込まれている。また、図１９（Ｃ）に示す携帯型遊技機は、その他、スピーカ部７３０６、記録媒体挿入部７３０７、ＬＥＤランプ７３０８、入力手段（操作キー７３０９、接続端子７３１０、センサ７３１１（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７３１２）等を備えている。もちろん、携帯型遊技機の構成は上述のものに限定されず、少なくとも表示部７３０４および表示部７３０５の両方、または一方に発光装置を用いていればよく、その他付属設備が適宜設けられた構成とすることができる。図１９（Ｃ）に示す携帯型遊技機は、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表示部に表示する機能や、他の携帯型遊技機と無線通信を行って情報を共有する機能を有する。なお、図１９（Ｃ）に示す携帯型遊技機が有する機能はこれに限定されず、様々な機能を有することができる。

図１９（Ｄ）は、携帯電話機の一例を示している。携帯電話機７４００は、筐体７４０１に組み込まれた表示部７４０２の他、操作ボタン７４０３、外部接続ポート７４０４、スピーカ７４０５、マイク７４０６などを備えている。なお、携帯電話機７４００は、発光装置を表示部７４０２に用いることにより作製される。

図１９（Ｄ）に示す携帯電話機７４００は、表示部７４０２を指などで触れることで、情報を入力することができる。また、電話を掛ける、或いはメールを作成するなどの操作は、表示部７４０２を指などで触れることにより行うことができる。

表示部７４０２の画面は主として３つのモードがある。第１は、画像の表示を主とする表示モードであり、第２は、文字等の情報の入力を主とする入力モードである。第３は表示モードと入力モードの２つのモードが混合した表示＋入力モードである。

例えば、電話を掛ける、或いはメールを作成する場合は、表示部７４０２を文字の入力を主とする文字入力モードとし、画面に表示させた文字の入力操作を行えばよい。この場合、表示部７４０２の画面のほとんどにキーボードまたは番号ボタンを表示させることが好ましい。

また、携帯電話機７４００内部に、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサを有する検出装置を設けることで、携帯電話機７４００の向き（縦か横か）を判断して、表示部７４０２の画面表示を自動的に切り替えるようにすることができる。

また、画面モードの切り替えは、表示部７４０２を触れること、または筐体７４０１の操作ボタン７４０３の操作により行われる。また、表示部７４０２に表示される画像の種類によって切り替えるようにすることもできる。例えば、表示部に表示する画像信号が動画のデータであれば表示モード、テキストデータであれば入力モードに切り替える。

また、入力モードにおいて、表示部７４０２の光センサで検出される信号を検知し、表示部７４０２のタッチ操作による入力が一定期間ない場合には、画面のモードを入力モードから表示モードに切り替えるように制御してもよい。

表示部７４０２は、イメージセンサとして機能させることもできる。例えば、表示部７４０２に掌や指で触れ、掌紋、指紋等を撮像することで、本人認証を行うことができる。また、表示部に近赤外光を発光するバックライトまたは近赤外光を発光するセンシング用光源を用いれば、指静脈、掌静脈などを撮像することもできる。

図１９（Ｅ）は、折りたたみ式のコンピュータの一例を示している。折りたたみ式のコンピュータ７４５０は、ヒンジ７４５４で接続された筐体７４５１Ｌと筐体７４５１Ｒを備えている。また、操作ボタン７４５３、左側スピーカ７４５５Ｌおよび右側スピーカ７４５５Ｒの他、コンピュータ７４５０の側面には図示されていない外部接続ポート７４５６を備える。なお、筐体７４５１Ｌに設けられた表示部７４５２Ｌと、筐体７４５１Ｒに設けられた表示部７４５２Ｒが互いに対峙するようにヒンジ７４５４を折り畳むと、表示部を筐体で保護することができる。

表示部７４５２Ｌと表示部７４５２Ｒは、画像を表示する他、指などで触れると情報を入力できる。例えば、インストール済みのプログラムを示すアイコンを指でふれて選択し、プログラムを起動できる。または、表示された画像の二箇所に触れた指の間隔を変えて、画像を拡大または縮小できる。または、表示された画像の一箇所に触れた指を移動して画像を移動できる。また、キーボードの画像を表示して、表示された文字や記号を指で触れて選択し、情報を入力することもできる。

また、コンピュータ７４５０に、ジャイロ、加速度センサ、ＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）受信機、指紋センサ、ビデオカメラを搭載することもできる。例えば、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサを有する検出装置を設けることで、コンピュータ７４５０の向き（縦か横か）を判断して、表示する画面の向きを自動的に切り替えるようにすることができる。

また、コンピュータ７４５０はネットワークに接続できる。コンピュータ７４５０はインターネット上の情報を表示できる他、ネットワークに接続された他の電子機器を遠隔から操作する端末として用いることができる。

図１９（Ｆ）は、照明装置の一例を示している。照明装置７５００は、筐体７５０１に光源として本発明の一態様の発光装置７５０３ａ、発光装置７５０３ｂ、発光装置７５０３ｃ、発光装置７５０３ｄが組み込まれている。照明装置７５００は、天井や壁等に取り付けることが可能である。

１００トランジスタ
１０２基板
１０４ゲート電極
１０６ゲート絶縁膜
１０８酸化物半導体膜
１０９導電膜
１１０電極
１１２電極
１１４酸化物絶縁膜
１１６窒化物絶縁膜
１１８絶縁膜
１１９導電膜
１２０ゲート電極
１２２導電膜
１２４絶縁膜
１５０トランジスタ
１６２開口部
１６４開口部
２００トランジスタ
２０１ゲート電極
２０２基板
２０３絶縁膜
２０４ゲート電極
２０５酸化物半導体膜
２０６ａ窒化物絶縁膜
２０６ｂ酸化物絶縁膜
２０７電極
２０８電極
２０８ａ酸化物半導体膜
２０８ｂ膜
２０９絶縁膜
２１０導電膜
２１２導電膜
２１５ゲート電極
２１３酸化物絶縁膜
２１４酸化物絶縁膜
２１６窒化物絶縁膜
２１８絶縁膜
２２０ゲート電極
２２２導電膜
２３１ゲート電極
２３３ゲート絶縁膜
２３５酸化物半導体膜
２３７電極
２３８電極
２３９絶縁膜
２６４開口部
２７０容量素子
３００ａトランジスタ
３００ｂトランジスタ
３００ｃトランジスタ
３０２基板
３０４ａ電極
３０４ｂゲート電極
３０４ｃ電極
３０４ｄ電極
３０６ａ絶縁膜
３０６ｂ絶縁膜
３０８酸化物半導体膜
３１０電極
３１２電極
３１２ａ電極
３１４酸化物絶縁膜
３１６窒化物絶縁膜
３１８絶縁膜
３２０ゲート電極
３２２画素電極
３２４絶縁膜
３２６ＥＬ層
３２８電極
３５０発光素子
３５２ａ開口部
３５２ｂ開口部
３５２ｃ開口部
３５４開口部
３５６ａ開口部
３５６ｂ開口部
３７０容量素子
６００画素部
６０１画素
６０４走査線駆動回路
６０６信号線駆動回路
６０７走査線
６０９信号線
６１５容量線
８０１支持基板
８０２発光部
８０３駆動回路部
８０４駆動回路部
８０５封止材
８０６封止基板
８０８ＦＰＣ
８０９配線
８１０空間
８１１トランジスタ
８３１電極
８３２ゲート電極
８３３ＥＬ層
８３５電極
８３９絶縁膜
８４０発光素子
８４４絶縁膜
８４６絶縁膜
８５２トランジスタ
８５３トランジスタ
８６４ブラックマトリクス
８６６カラーフィルタ
８６８オーバーコート
７１００テレビジョン装置
７１０１筐体
７１０３表示部
７１０５スタンド
７１０７表示部
７１０９操作キー
７１１０リモートコントローラ
７２０１本体
７２０２筐体
７２０３表示部
７２０４キーボード
７２０５外部接続ポート
７２０６ポインティングデバイス
７３０１筐体
７３０２筐体
７３０３連結部
７３０４表示部
７３０５表示部
７３０６スピーカ部
７３０７記録媒体挿入部
７３０８ＬＥＤランプ
７３０９操作キー
７３１０接続端子
７３１１センサ
７３１２マイクロフォン
７４００携帯電話機
７４０１筐体
７４０２表示部
７４０３操作ボタン
７４０４外部接続ポート
７４０５スピーカ
７４０６マイク
７４５０コンピュータ
７４５１Ｌ筐体
７４５１Ｒ筐体
７４５２Ｌ表示部
７４５２Ｒ表示部
７４５３操作ボタン
７４５４ヒンジ
７４５５Ｌ左側スピーカ
７４５５Ｒ右側スピーカ
７４５６外部接続ポート
７５００照明装置
７５０１筐体
７５０３ａ発光装置
７５０３ｂ発光装置
７５０３ｃ発光装置
７５０３ｄ発光装置

Claims

第３の導電膜と、
前記第３の導電膜上の第４の絶縁膜と、
前記第４の絶縁膜を介して前記第３の導電膜と重なる領域を有する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜と電気的に接続されたソース電極及びドレイン電極と、
前記酸化物半導体膜上の第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上の第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜上に位置し、第１の開口部及び第２の開口部を有する第３の絶縁膜と、
前記第１の開口部の内側に位置し、前記酸化物半導体膜と重なる領域を有し、且つ前記第３の絶縁膜と重ならない第１の導電膜と、
前記第３の絶縁膜上の第２の導電膜と、を有し、
前記第１の絶縁膜及び前記第２の絶縁膜は、第３の開口部を有し、
前記第２の開口部と、前記第３の開口部とは重なる領域を有し、
前記第２の導電膜は、前記第２の開口部及び前記第３の開口部を介して前記ソース電極及び前記ドレイン電極の一方と電気的に接続され、
前記第２の導電膜の端部は、前記第３の絶縁膜の上面と接し、
前記酸化物半導体膜は、トランジスタのチャネル形成領域を有し、
前記第１の絶縁膜、前記第２の絶縁膜及び前記第４の絶縁膜は、前記トランジスタのチャネル幅方向において、第４の開口部を有し、
前記第４の開口部は、前記第１の開口部の内側に位置し、
前記第１の導電膜は、前記第４の開口部において、前記第３の導電膜と接する領域を有することを特徴とする半導体装置。
請求項１において、
前記第１の絶縁膜は、酸化シリコンを有し、
前記第２の絶縁膜は、窒化シリコンを有し、
前記第３の絶縁膜は、有機材料を有することを特徴とする半導体装置。
請求項１または２において、
前記第１の導電膜と、前記第２の導電膜とは同じ材料を有することを特徴とする半導体装置。