JP6009182B2

JP6009182B2 - 半導体装置

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Publication number: JP6009182B2
Application number: JP2012055292A
Authority: JP
Inventors: 山崎　舜平; 舜平山崎; 英明宍戸; 桑原　秀明; 秀明桑原
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2012-03-13
Filing date: 2012-03-13
Publication date: 2016-10-19
Anticipated expiration: 2032-03-13
Also published as: JP2013191648A

Description

酸化物半導体を用いる半導体装置及びその作製方法に関する。

なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。

金属酸化物の中には半導体特性を示すものがある。半導体特性を示す金属酸化物としては、例えば、酸化タングステン、酸化錫、酸化インジウム、酸化亜鉛などがあり、このような半導体特性を示す金属酸化物をチャネル形成領域とする薄膜トランジスタが既に知られている。

近年、絶縁表面を有する基板上に形成された金属酸化物を用いて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を構成する技術が注目されている。薄膜トランジスタはＩＣや電気光学装置のような電子デバイスに広く応用され、特に画像表示装置のスイッチング素子として開発が急がれている。特許文献１には、金属酸化物を用いた薄膜トランジスタの構造が開示されており、ドレイン電極層及びソース電極層の上端部が、断面において、曲面形状を有している。

特開２０１０−１３５７７２

酸化物半導体層をチャネルとするトランジスタは、加工条件又は熱処理条件によって電気的特性が変化することがある。

また、酸化物半導体層の上面形状や、ソース電極層の上面形状や、ドレイン電極層の上面形状や、それらの位置関係（配線のレイアウトとも呼ぶ）などによっても電気的特性が変化する傾向がある。特に、酸化物半導体層をチャネルとするトランジスタのチャネル長Ｌが４．５μｍ以下、または３μｍ以下において電気的特性が変化する傾向がある。

これらは、酸化物半導体層をチャネルとするトランジスタの製造工程時に酸化物半導体層から酸素や水素などが脱離または拡散することなどに起因するものと考えられる。特に、酸素や水素などは、ｃ軸が揃っている結晶部を含む酸化物半導体層中において、ａｂ面内方向に移動しやすく、ｃ軸方向には移動しにくいため、酸化物半導体層の端面の位置や、酸化物半導体層の端面と接する材料の影響が大きいことが分かった。また、酸化物半導体層の端面を金属材料からなる金属電極で覆った場合、金属電極は、酸化物半導体層の端面からの酸素や水素などの脱離や拡散はブロックされてしまうことがわかった。

酸化物半導体層上に接して金属電極を形成した後に加熱する場合、金属電極と重なる領域は、酸化物半導体層の端面からの拡散や脱離が主に行われる。酸化物半導体層の端面に接してあまり重ならない、好ましくは重ならないように金属電極を形成する。

また、その金属電極の上面形状は、酸化物半導体層が矩形である場合、上面形状の端部の周縁が曲線を描くような形状、或いは長方形の四隅を切り落とした形状とする。金属電極をこのような形状とすることで電界集中を抑えることができる。なお、酸化物半導体層上に接する金属電極は、ドレイン電極層またはソース電極層である。

本明細書で開示する発明の一つは、ゲート電極層上にゲート絶縁層と、ゲート絶縁層上に酸化物半導体層と、酸化物半導体層上に接するソース電極層及びドレイン電極層と、ソース電極層及びドレイン電極層上に酸化物絶縁膜とを有し、ソース電極層の周縁は、酸化物半導体層の周縁の内側に配置され、ドレイン電極層の周縁は、酸化物半導体層の周縁の内側に配置され、酸化物半導体層の端面は、酸化物絶縁膜で覆われていることを特徴とする半導体装置である。

上記構成において、酸化物半導体層の周縁は、ゲート電極層の周縁の内側に配置することが好ましい。酸化物半導体層の周縁をゲート電極層の周縁の内側に配置すると、ゲート電極層の端部と重なる領域の段差などがないため、平坦性が高い。

また、上記構成において、ソース電極層またはドレイン電極層の上面形状（パターン形状とも呼ぶ）は長方形であり、その四隅の周縁は、曲線を描く。或いは、上記構成において、ソース電極層またはドレイン電極層の上面形状は長方形の四隅が切り取られた形状である。

また、上記構成において、ソース電極層の周縁と酸化物半導体層の周縁との間隔はチャネル長Ｌ以上であるレイアウトとする。また、ドレイン電極層の周縁と酸化物半導体層の周縁との間隔はチャネル長Ｌ以上であるレイアウトとする。

また、酸化物半導体層のチャネル形成領域の上面形状は、長方形、或いはＣ字形状またはＵ字形状とする。また、そのチャネル長Ｌは、４．５μｍ以下、好ましくは３μｍ以下とする。

酸化物半導体層の材料は、少なくともＩｎを含む酸化物半導体であり、例えば、酸化インジウム、二元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ系酸化物、三元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物（前記したように、ＩＧＺＯとも表記する。）、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｏ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｙｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌｕ−Ｚｎ系酸化物、四元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物などを用いることができる。

なお、ここで、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物とは、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを有する酸化物という意味であり、ＩｎとＧａとＺｎの比率は問わない。また、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎ以外の金属元素が含まれていてもよい。

また、その酸化物半導体層の上面形状は、矩形である場合、上面形状の端部の周縁が曲線を描くような形状、或いは長方形の四隅を切り落とした形状とする。

また、酸化物半導体層が矩形である場合を例として挙げたが、特に限定されず、酸化物半導体層の上面形状は円形や楕円形や多角形などの形状でもよい。酸化物半導体層の上面形状が矩形でない場合においても、酸化物半導体層上に接して形成する金属電極は、酸化物半導体層の端面をできるだけ覆わないようにする。金属電極の一部が酸化物半導体層の端面を覆う場合、端面と重なる金属電極のパターンは、細いパターンとし、チャネル形成領域から十分離れた位置で酸化物半導体層の端面と金属電極の細いパターンが重なるように配置することが好ましい。

また、他の発明の一つは、金属電極の一部が酸化物半導体層の端面を覆う場合であり、ゲート電極層上にゲート絶縁層と、ゲート絶縁層上に酸化物半導体層と、酸化物半導体層上に接するソース電極層及びドレイン電極層と、ソース電極層及び前記ドレイン電極層上に酸化物絶縁膜とを有し、酸化物半導体層のチャネル形成領域の上面形状は、Ｃ字形状またはＵ字形状であり、酸化物半導体層の端面が酸化物絶縁膜で覆われている領域は、酸化物半導体層の端面がソース電極層と重なる領域と、酸化物半導体層の端面がドレイン電極層と重なる領域との合計面積よりも大きいことを特徴とする半導体装置である。

なお、酸化物半導体層の端面は、酸化物絶縁膜で覆う構成とする。酸化物絶縁膜は、十分な酸素を含み、酸化物半導体層への酸素供給源となるような膜とすることが好ましい。具体的には、酸化物絶縁膜として酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜などを用い、さらにイオン注入法や酸素プラズマ処理などによって酸化物絶縁膜に酸素を添加してもよい。

金属電極が重なっていない酸化物半導体層や、端面近傍の領域は、十分に水素の脱離や、酸素の供給を行うことができる。また、水素の脱離のための加熱処理や、酸素の供給を行うための加熱処理は、水素の拡散距離や、酸素の拡散距離にもよるが、温度が高いほど広い範囲で脱離または拡散し、時間が長いほど広い範囲で脱離または拡散が生じる。

従って、金属電極の上面形状や、酸化物半導体層のアイランド形状を所望の形状、即ち、十分に水素や酸素が拡散できるような形状とすると、短時間での処理で十分に水素や酸素が拡散できるようにすることができる。また、酸化物半導体層のアイランド形状の寸法を縮小することによっても十分に水素や酸素が拡散できるような形状とすることができる。その結果、酸化物半導体層を用いたトランジスタの基板面内における電気特性のバラツキが低減される。

例えば、酸化物半導体層上にソース電極層及びドレイン電極層を形成した後、窒素雰囲気や減圧雰囲気で３５０℃以上の加熱を行って、酸化物半導体層の露出面、主に端面から水素を放出させ、酸化物半導体層中の水素濃度を効率よく低減することができる。また、酸化物半導体層上にソース電極層及びドレイン電極層を形成した後、十分な酸素を含み、酸化物半導体層への酸素供給源となるような膜を形成することで、その膜と接する酸化物層半導体層の領域、主に端面から酸化物半導体層に酸素を供給し、酸化物半導体層の酸素欠損を低減することができる。

また、上記構成において、さらに酸化物絶縁膜上にソース配線を有し、ソース配線は、酸化物絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介してソース電極層と電気的に接続する。この場合、ソース電極層上にコンタクトホールが形成され、上方にソース配線が配置される。

また、酸化物半導体層に十分に水素や酸素が拡散できるような形状とするため、酸化物半導体層に開口部を設けてもよく、その構成は、ゲート電極層上にゲート絶縁層と、ゲート絶縁層上にチャネル形成領域を含む酸化物半導体層と、酸化物半導体層上に接するソース電極層及びドレイン電極層と、ソース電極層及びドレイン電極層上に酸化物絶縁膜とを有し、酸化物半導体層にゲート絶縁層に達する開口部を有し、酸化物半導体層の端面が酸化物絶縁膜で覆われていることを特徴とする半導体装置である。

開口部を設けると、酸化物半導体層には、内周縁が設けられることになり、端面は、その内周縁と、外周縁との２カ所となる。開口部には酸化物半導体層の内周縁の端面が設けられるため、その端面に接する酸化物絶縁膜（十分な酸素を含み、酸化物半導体層への酸素供給源となるような膜）を設けることで効率よく、酸化物半導体層の中心部まで酸素を拡散できる。特に酸化物半導体層のアイランド形状の面積が大きい場合、または、酸化物半導体層の周縁からの距離が不均一な部分がある複雑な形状に開口部を適宜設けることで、内周縁と外周縁の両方から酸素や水素の拡散を促すことができるため、有用である。なお、開口部の形状は、特に限定されず、円形や多角形であってもよいし、スリット形状であってもよく、開口部は、一つの酸化物半導体層のアイランドに複数形成してもよい。

また、酸化物半導体層の開口部は、トランジスタの電気特性に影響が少ない位置、またはトランジスタの電気特性に影響が少ない大きさとすることが好ましい。例えば開口部はチャネル形成領域に形成し、ソース電極層及びドレイン電極層と重ならない位置に設け、開口部の大きさはチャネル長Ｌよりも幅を小さくする。または、開口部は酸化物半導体層の外周縁とソース電極層の間、または酸化物半導体層の外周縁とドレイン電極層との間に設ける。

同一基板上に複数のトランジスタを作製する場合、酸化物半導体層をチャネルとするトランジスタのチャネル長が４．５μｍ以下、または３μｍ以下において、基板面内におけるトランジスタの電気特性のバラツキが低減できる。

本発明の一態様を示す半導体装置の上面図および断面図の一例である。本発明の一態様を示す半導体装置の上面図の一例である。本発明の一態様を示す半導体装置の上面図および断面図の一例である。本発明の一態様を示す半導体装置の上面図および断面図の一例である。本発明の一態様を示す半導体装置の上面図の一例である。本発明の一態様を示す半導体装置の上面図および断面図の一例である。本発明の一態様を示す表示装置の上面図の一例である。（Ａ）は、本発明の一態様を示す半導体装置の上面図の一例であり、（Ｂ）は酸化物半導体層の上面図である。本発明の一態様を示す表示装置の上面図の一例である。電子機器を説明する図。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、その形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

（実施の形態１）
本実施の形態では、酸化物半導体層の端面に接してドレイン電極層及びソース電極層が重ならないレイアウトであるトランジスタの一例を示す。

図１（Ａ）は、ボトムゲート型のトランジスタの上面図を示す図であり、図１（Ａ）中の鎖線ＡＢで切断した断面図が図１（Ｂ）である。

図１（Ａ）に示すように、酸化物半導体層１０４の周縁は、チャネル長方向に長辺を有する長方形の四隅がそれぞれ曲線となっており、ゲート電極層１０２の周縁よりも内側に配置されている。なお、ゲート電極層１０２の周縁とは、ゲート電極層１０２の端面における下端部と基板１０１との境界を指しており、外周縁である。

また、ドレイン電極層１０５の周縁は、チャネル長方向と垂直な方向に長辺を有する長方形の四隅がそれぞれ曲線となっており、酸化物半導体層１０４の周縁よりも内側に配置されている。なお、ドレイン電極層１０５の周縁とは、ドレイン電極層１０５の端面における下端部と酸化物半導体層１０４との境界を指しており、外周縁である。

また、ソース電極層１０６の周縁は、チャネル長方向と垂直な方向に長辺を有する長方形の四隅がそれぞれ曲線となっており、酸化物半導体層１０４の周縁よりも内側に配置されている。なお、ソース電極層１０６の周縁とは、ドレイン電極層１０５の端面における下端部と酸化物半導体層１０４との境界を指しており、外周縁である。ドレイン電極層１０５及びソース電極層１０６の上面形状を図１（Ａ）に示す形状とすることで電界集中を抑えることができる。

なお、トランジスタのチャネル長Ｌは、図１（Ａ）で示したドレイン電極層１０５とソース電極層１０６の間隔である。また、ソース電極層１０６及びドレイン電極層１０５は、酸化物半導体層１０４の周縁と重ならない。酸化物半導体層１０４の周縁と、ソース電極層１０６の周縁との距離Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３及び、ドレイン電極層１０５の周縁との距離Ｗ４は、チャネル長Ｌ以上である。トランジスタのチャネル長Ｌは、４．５μｍ以下、好ましくは３μｍ以下である。

また、酸化物半導体層１０４の端部は、図１（Ｂ）に示すようにテーパー形状となっており、酸化物半導体層１０４の端面は酸化物絶縁膜１０７で覆われている。なお、酸化物半導体層１０４の端部におけるテーパー角は、１０°以上７０°以下とする。なお、酸化物半導体層１０４の周縁とは、酸化物半導体層１０４の端面における下端部とゲート絶縁層１０３との境界を指しており、外周縁である。

酸化物半導体層１０４の端面はドレイン電極層１０５やソース電極層１０６と重なっておらず、酸化物絶縁膜１０７で覆われているため、酸化物半導体層１０４の端面から効率よく酸化物絶縁膜１０７からの酸素を拡散させて、酸化物半導体層１０４の内部に酸素を供給することができる。

なお、図１（Ａ）、及び図１（Ｂ）には図示していないが、ドレイン電極層１０５やソース電極層１０６は、それぞれの上方に形成する配線や電極と接続させればよい。

図１（Ａ）、及び図１（Ｂ）に示したトランジスタの作製方法の一例を以下に説明する。

まず、絶縁表面を有する基板１０１上にゲート電極層１０２を形成する。

絶縁表面を有する基板１０１に使用することができる基板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ことが必要となる。例えば、バリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などを用いることができる。また、シリコンや炭化シリコンなどの単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合物半導体基板、ＳＯＩ基板などを適用することもでき、これらの基板上に半導体素子が設けられたものを、基板１０１として用いてもよい。

また、基板１０１として、可撓性基板を用いて半導体装置を作製してもよい。可撓性を有する半導体装置を作製するには、可撓性基板上に酸化物半導体層１０４を含むトランジスタを直接作製してもよいし、他の作製基板に酸化物半導体層１０４を含むトランジスタを作製し、その後、可撓性基板に剥離、転置してもよい。なお、作製基板から可撓性基板に剥離、転置するために、作製基板と酸化物半導体層１０４を含むトランジスタとの間に剥離層を設けるとよい。

また、必要があれば、絶縁表面を有する基板１０１上に下地絶縁層を形成してもよい。下地絶縁層としては、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法等により、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ガリウム、又はこれらの混合材料を用いて形成することができる。

ゲート電極層１０２の材料は、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、クロム、ネオジム、スカンジウム等の金属材料またはこれらを主成分とする合金材料を用いて形成することができる。また、ゲート電極層１０２としてリン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜、ニッケルシリサイドなどのシリサイド膜を用いてもよい。ゲート電極層１０２は、単層構造としてもよいし、積層構造としてもよい。本実施の形態では、スパッタリング法により膜厚１００ｎｍのタングステン膜を形成し、所望の形状にパターニングする。

また、ゲート電極層１０２の材料は、酸化インジウム酸化スズ、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、酸化インジウム酸化亜鉛、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの導電性材料を適用することもできる。また、上記導電性材料と、上記金属材料の積層構造とすることもできる。

次いで、ゲート電極層１０２上にゲート絶縁層１０３を形成する。

ゲート絶縁層１０３の材料としては、酸化シリコン膜、酸化ガリウム膜、酸化アルミニウム膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化窒化アルミニウム膜、または窒化酸化シリコン膜を用いて形成することができる。ゲート絶縁層１０３は、酸化物半導体層１０４と接する部分において酸素を含むことが好ましい。特に、ゲート絶縁層１０３は、膜中（バルク中）に少なくとも化学量論比を超える量の酸素が存在することが好ましく、例えば、ゲート絶縁層１０３として、酸化シリコン膜を用いる場合には、ＳｉＯ_２＋α（ただし、α＞０）とする。本実施の形態では、ゲート絶縁層１０３として、ＳｉＯ_２＋α（ただし、α＞０）である酸化シリコン膜を用いる。この酸化シリコン膜をゲート絶縁層１０３として用いることで、酸化物半導体層１０４に酸素を供給することができ、特性を良好にすることができる。さらに、ゲート絶縁層１０３は、作製するトランジスタのサイズやゲート絶縁層１０３の段差被覆性を考慮して形成することが好ましい。本実施の形態では、ゲート絶縁層１０３を積層構造とし、１層目をプラズマＣＶＤ法を用いて形成する膜厚５０ｎｍの窒化シリコン膜（成膜条件：基板を３５０℃の３００秒加熱、ＳｉＨ_４ガス：Ｎ_２ガス＝５０ｓｃｃｍ：５０００ｓｃｃｍ、圧力６０Ｐａ、電力１５００Ｗ）を用い、その上に２層目として、プラズマＣＶＤ法により膜厚２００ｎｍの酸化窒化シリコン膜（成膜条件：基板を３５０℃の３００秒加熱、ＳｉＨ_４ガス：Ｎ_２Ｏガス＝１００ｓｃｃｍ：３０００ｓｃｃｍ、圧力４０Ｐａ、電力１５００Ｗ）を形成する。

また、ゲート絶縁層１０３の材料として酸化ハフニウム、酸化イットリウム、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉ_ｘＯ_ｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、窒素が添加されたハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯ_ｘＮ_ｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、ハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌ_ｘＯ_ｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、酸化ランタンなどのｈｉｇｈ−ｋ材料を用いることでゲートリーク電流を低減できる。さらに、ゲート絶縁層１０３は、単層構造としても良いし、積層構造としても良い。

次いで、ゲート絶縁層１０３上に酸化物半導体膜を形成する。

ゲート絶縁層１０３上に形成する酸化物半導体積層の形成工程において、酸化物半導体膜に水素、又は水がなるべく含まれないようにするために、酸化物半導体膜の成膜の前処理として、スパッタリング装置の予備加熱室でゲート絶縁層１０３が形成された基板を予備加熱し、基板及びゲート絶縁層１０３に吸着した水素、水分などの不純物を脱離し排気することが好ましい。なお、予備加熱室に設ける排気手段はクライオポンプが好ましい。

酸化物半導体膜を、成膜する際に用いるスパッタリングガスは水素、水、水酸基又は水素化物などの不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。

なお、酸化物半導体膜は、成膜時に酸素が多く含まれるような条件（例えば、酸素１００％の雰囲気下でスパッタリング法により成膜を行うなど）で成膜して、酸素を多く含む（好ましくは酸化物半導体が結晶状態における化学量論的組成比に対し、酸素の含有量が過剰な領域が含まれている）膜とすることが好ましい。

なお、本実施の形態において、酸化物半導体膜として、ＡＣ電源装置を有するスパッタリング装置を用いたスパッタリング法を用い、膜厚３５ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物膜（ＩＧＺＯ膜）を成膜する。本実施の形態において、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１（＝１／３：１／３：１／３）の原子比のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物ターゲットを用いる。なお、成膜条件は、酸素及びアルゴン雰囲気下（酸素流量比率５０％）、圧力０．７Ｐａ、電源電力５ｋＷ、基板温度１７０℃とする。この成膜条件での成膜速度は、１６ｎｍ／ｍｉｎである。なお、酸化物半導体膜の成膜時の基板温度は、室温以上４５０℃以下とする。

酸化物半導体膜は、単結晶、多結晶（ポリクリスタルともいう。）または非晶質などの状態をとる。

好ましくは、酸化物半導体膜は、ＣＡＡＣ−ＯＳ（ＣＡｘｉｓＡｌｉｇｎｅｄＣｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜とする。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、完全な単結晶ではなく、完全な非晶質でもない。ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、非晶質相に結晶部および非晶質部を有する結晶−非晶質混相構造の酸化物半導体膜である。なお、当該結晶部は、一辺が１００ｎｍ未満の立方体内に収まる大きさであることが多い。また、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：ＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）による観察像では、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる非晶質部と結晶部との境界は明確ではない。また、ＴＥＭによってＣＡＡＣ−ＯＳ膜には粒界（グレインバウンダリーともいう。）は確認できない。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、粒界に起因する電子移動度の低下が抑制される。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる結晶部は、ｃ軸がＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向に揃い、かつａｂ面に垂直な方向から見て三角形状または六角形状の原子配列を有し、ｃ軸に垂直な方向から見て金属原子が層状または金属原子と酸素原子とが層状に配列している。なお、異なる結晶部間で、それぞれａ軸およびｂ軸の向きが異なっていてもよい。本明細書において、単に垂直と記載する場合、８５°以上９５°以下の範囲も含まれることとする。また、単に平行と記載する場合、−５°以上５°以下の範囲も含まれることとする。

なお、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜において、結晶部の分布が一様でなくてもよい。例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の形成過程において、酸化物半導体膜の表面側から結晶成長させる場合、被形成面の近傍に対し表面の近傍では結晶部の占める割合が高くなることがある。また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜へ不純物を添加することにより、当該不純物添加領域において結晶部が非晶質化することもある。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる結晶部のｃ軸は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向に揃うため、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の形状（被形成面の断面形状または表面の断面形状）によっては互いに異なる方向を向くことがある。なお、結晶部のｃ軸の方向は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜が形成されたときの被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向となる。結晶部は、成膜することにより、または成膜後に加熱処理などの結晶化処理を行うことにより形成される。

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を低減することが可能である。よって、当該トランジスタは、信頼性が高い。

次いで、所望の形状にパターニングして酸化物半導体層１０４を形成する。なお、パターニング前後に加熱処理（窒素雰囲気下、減圧雰囲気下、または酸素を含む雰囲気下において２００℃以上７００℃以下）を行ってもよい。

次いで、金属膜を形成し、所望の形状にパターニングして、酸化物半導体層１０４の端面と重ならないようにドレイン電極層１０５やソース電極層１０６を形成する。

次いで、酸化物半導体層１０４の端面を覆う酸化物絶縁膜１０７を形成する。本実施の形態では、減圧雰囲気下で加熱した後、無バイアスでＮ_２Ｏガスを用いたプラズマ処理を行った後、酸化物絶縁膜１０７として、プラズマＣＶＤ法によりシランガスとＮ_２Ｏガスの混合ガスを材料ガスとして膜厚３０ｎｍの酸化窒化シリコン膜を形成した後、酸化窒化シリコン膜に酸素を導入する。酸化絶縁膜への酸素の導入は、例えば酸素ドープ処理によって行うことができる。

なお、本明細書等において、「酸素ドープ」とは、酸素（少なくとも、酸素ラジカル、酸素原子、酸素分子、オゾン、酸素イオン（酸素分子イオン）、及び／又は酸素クラスタイオンのいずれかを含む）をバルクに添加することを言う。なお、当該「バルク」の用語は、酸素を、薄膜表面のみでなく薄膜内部に添加することを明確にする趣旨で用いている。また、「酸素ドープ」には、プラズマ化した酸素をバルクに添加する「酸素プラズマドープ」が含まれる。

酸素の供給ガスとしては、Ｏを含有するガスを用いればよく、例えば、Ｏ_２ガス、Ｎ_２Ｏガス、ＣＯ_２ガス、ＣＯガス、ＮＯ_２ガス等を用いることができる。なお、酸素の供給ガスに希ガス（例えばＡｒ）を含有させてもよい。

また、例えば、イオン注入法で酸素の導入を行う場合、酸素のドーズ量は１×１０^１３ｉｏｎｓ／ｃｍ^２以上５×１０^１６ｉｏｎｓ／ｃｍ^２以下とするのが好ましく、酸素ドープ処理後の酸化物絶縁膜１０７中の酸素の含有量は、酸化物絶縁膜１０７の化学量論的組成比を超える程度とするのが好ましい。なお、このような化学量論的組成比より過剰に酸素が含まれる酸素過剰領域は、酸化物絶縁膜１０７の一部に存在していればよい。なお、酸素の注入深さは、注入条件により適宜制御すればよい。

本実施の形態においては、酸化物絶縁膜１０７として酸化窒化シリコン膜を形成し、酸素ドープ処理を行うことで、酸化物絶縁膜１０７に酸素を導入して、化学量論的組成比より過剰に酸素が含まれる酸素過剰領域を形成する。酸化物絶縁膜１０７に酸素を導入することにより、酸化物絶縁膜１０７を酸素供給層として機能させることができる。

酸素過剰領域は、酸化物絶縁膜１０７の少なくとも一部に設けられていればよく、酸化物半導体層１０４と酸化物絶縁膜１０７の界面近傍に設けられていることが好ましい。なお、酸化物絶縁膜１０７へ酸素を導入する際に、酸化物半導体層１０４へも同時に酸素が導入され、酸化物半導体層１０４においても酸素過剰領域が形成されることがある。

なお、酸化物絶縁膜１０７において、酸素は主たる成分材料の一つである。このため、酸化物絶縁層中の酸素濃度を、ＳＩＭＳ（ＳｅｃｏｎｄａｒｙＩｏｎＭａｓｓＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）などの方法を用いて、正確に見積もることは難しい。つまり、酸化物絶縁層に酸素が意図的に添加されたか否かを判別することは困難であるといえる。

ところで、酸素には^１７Ｏや^１８Ｏといった同位体が存在し、自然界におけるこれらの存在比率はそれぞれ酸素原子全体の０．０３８％、０．２％程度であることが知られている。つまり、酸化物半導体層上の絶縁層中（本実施の形態においては、酸化物絶縁膜１０７）または酸化物半導体層中におけるこれら同位体の濃度は、ＳＩＭＳなどの方法によって見積もることができる程度になるから、これらの濃度を測定することで、酸化物半導体層と接する絶縁層中、または酸化物半導体層中の酸素濃度をより正確に見積もることが可能な場合がある。よって、これらの濃度を測定することで、酸化物半導体層と接する絶縁層に意図的に酸素が添加されたか否かを判別してもよい。

なお、酸素を酸化物絶縁膜１０７に導入した後、酸化物絶縁膜１０７の酸素過剰領域に含まれる酸素が離脱する温度、又はそれ以上の温度で熱処理を行ってもよい。当該熱処理によって、酸化物絶縁膜１０７の酸素過剰領域に含まれる酸素を酸化物半導体層１０４へと供給することができ、酸化物半導体層１０４の酸素欠損が補填される。なお、酸化物半導体層１０４への酸素の供給を目的とした該熱処理は、トランジスタの作製工程における他の熱処理と兼ねることも可能である。

酸化物絶縁膜１０７から酸化物半導体層１０４に酸素が供給されることで、酸化物半導体層１０４と酸化物絶縁膜１０７との界面準位密度を低減することができる。この結果、トランジスタの動作などに起因して、酸化物半導体層１０４と酸化物絶縁膜１０７との界面にキャリアが捕獲されることを抑制することができ、信頼性の高いトランジスタを得ることができる。

特に、酸化物半導体層１０４がＣＡＡＣ−ＯＳ膜である場合、横方向の酸素の拡散と、縦方向の酸素の拡散とを比較した場合、横方向の酸素の拡散のほうが速く、異方性を有している。従って、酸化物半導体層１０４の端面が酸化物絶縁膜１０７で覆われていると、効率よく酸素を供給することができる。

以上の工程を経ることにより、図１（Ａ）、及び図１（Ｂ）に示すトランジスタを作製することができる。

また、図１とは異なるレイアウトの例を図２に示す。なお、図１とはパターン形状が異なる以外は、同一であるため、同じ作製工程で図２に示すトランジスタを作製することができる。

図２においては、酸化物半導体層１１４のパターン形状をチャネル長方向に細長い長方形とし、四隅を曲線形状とする。また、図２には図示されないが、酸化物半導体層１１４の端面は、酸化物絶縁膜で覆う。チャネル長方向に細長い長方形とし、四隅を曲線形状とすると、酸化物絶縁膜と接する酸化物半導体層１１４の周縁から酸素などを拡散させた場合、酸化物半導体層１１４の周縁即ち、四辺からそれぞれ酸化物半導体層１１４のパターン形状の中心に向かって拡散するため、短時間で酸化物半導体層１１４の全体に十分な酸素を供給することができる。

また、ソース電極層１１６及びドレイン電極層１１５の形状をチャネル長方向に細長い長方形とし、四隅を切り落とした形状とする。

また、ソース電極層１１６及びドレイン電極層１１５は、酸化物半導体層１１４の周縁と重ならない。酸化物半導体層１１４の周縁と、ソース電極層１１６の周縁との距離Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３及び、ドレイン電極層１１５の周縁との距離Ｗ４は、チャネル長Ｌ以上である。なお、トランジスタのチャネル長Ｌは、４．５μｍ以下、好ましくは３μｍ以下である。

また、ゲート電極層１１２の周縁は、酸化物半導体層１１４と一部がゲート絶縁層を介して重なっており、図１と異なっている。図１よりもゲート電極層１１２とソース電極層１１６（或いはドレイン電極層１１５）とが重なる面積を小さくすることで、ゲート電極層１１２とドレイン電極層１１５との間に形成される寄生容量と、ゲート電極層１１２とソース電極層１１６との間に形成される寄生容量を小さくしている。なお、これらの寄生容量が問題にならないのであれば、図１に示したようにゲート電極層のパターン形状を大きくして、酸化物半導体層１１４の周縁の外側にゲート電極層１１２の周縁が位置するようにしてもよい。

また、図１とは異なるレイアウトの例を図３に示す。図３は、酸化物絶縁膜１０７にコンタクトホールを形成し、上方にドレイン配線またはソース配線を形成し、それぞれドレイン電極層１０５またはソース電極層１０６と電気的に接続する例である。

図３（Ａ）は、ボトムゲート型のトランジスタの上面図を示す図であり、図３（Ａ）中の鎖線ＣＤで切断した断面図が図３（Ｂ）である。なお、図３において、図１と同一の箇所は、同一の符号を用いて説明する。なお、図１とはパターン形状が異なる以外は、同一であるため、同じ作製工程で図３に示すトランジスタを作製することができる。

図３に示したトランジスタの作製方法を以下に示す。

まず、図１のトランジスタの作製工程と同じ手順で酸化物絶縁膜１０７までを形成した後、層間絶縁膜１１１を形成し、ドレイン電極層１０５またはソース電極層１０６に達するコンタクトを形成する。層間絶縁膜１１１は、酸化物絶縁膜１０７と同じ材料、或いは有機樹脂膜を用いる。

そして、層間絶縁膜１１１上に導電膜を形成し、パターニングを行ってドレイン配線１０９またはソース配線１０８を形成する。ドレイン配線１０９またはソース配線１０８を形成する導電膜は、ゲート電極層１０２と同じ材料、或いはドレイン電極層１０５と同じ材料を用いる。こうして図３（Ｂ）に示す断面構造のトランジスタを作製することができる。

図３（Ａ）において、酸化物半導体層１０４の周縁は、チャネル長方向と垂直な方向に長辺を有する長方形の四隅がそれぞれ曲線となっており、ゲート電極層１０２の周縁よりも内側に配置されている。また、ドレイン電極層１０５の周縁は、チャネル長方向と垂直な方向に長辺を有する長方形の四隅がそれぞれ曲線となっており、酸化物半導体層１０４の周縁よりも内側に配置されている。また、ソース電極層１０６の周縁は、チャネル長方向と垂直な方向に長辺を有する長方形の四隅がそれぞれ曲線となっており、酸化物半導体層１０４の周縁よりも内側に配置されている。

また、ドレイン電極層１０５またはソース電極層１０６の上面形状は四隅が曲線である長方形に限定されず、図４（Ａ）に示すような形状としてもよい。

図４（Ａ）は、ボトムゲート型のトランジスタの上面図を示す図であり、図４（Ａ）中の鎖線ＥＦで切断した断面図が図４（Ｂ）である。なお、図４において、図３と同一の箇所は、同一の符号を用いて説明する。なお、図３とはパターン形状が異なる以外は、同一であるため、同じ作製工程で図４に示すトランジスタを作製することができる。

図４（Ａ）においては、酸化物半導体層１０４のパターン形状を正方形とし、四隅を曲線形状とする。酸化物半導体層１０４の周縁は、ゲート電極層１０２の周縁よりも内側に配置されている。また、ドレイン電極層１０５の周縁は、長方形の四隅がそれぞれ曲線となっており、酸化物半導体層１０４の周縁よりも内側に配置されている。ドレイン配線１０８は、図４（Ｂ）に示すように、層間絶縁膜１１１及び酸化物絶縁膜１０７に形成されたコンタクトホールを介してドレイン電極層１０５と電気的に接続されている。

また、ソース電極層１０６の周縁は、Ｕ字形状またはＣ字形状となっており、酸化物半導体層１０４の周縁よりも内側に配置されている。ソース配線１０９は、図４（Ｂ）に示すように、層間絶縁膜１１１及び酸化物絶縁膜１０７に形成されたコンタクトホールを介してソース電極層１０６と電気的に接続されている。なお、図４（Ａ）に示すトランジスタのドレイン電極層１０５とソース電極層１０６の間に形成されるチャネル形成領域の上面形状は、Ｕ字形状またはＣ字形状である。なお、トランジスタのチャネル長Ｌは、ドレイン電極層１０５とソース電極層１０６の間隔であり、そのチャネル長Ｌは４．５μｍ以下、好ましくは３μｍ以下である。

本実施の形態に示すレイアウトのいずれか一とすることによって、同一基板上に形成される複数のトランジスタの電気特性のバラツキを低減することができる。

（実施の形態２）
本実施の形態では、酸化物半導体層の端面に接してドレイン電極層の一部またはソース電極層の一部が重なるレイアウトであるトランジスタの一例を示す。

金属材料からなるソース電極層１２６及びドレイン電極層１２５が酸化物半導体層１２４の周縁と重なる領域が広ければ広いほど短時間で酸化物半導体層１２４の全体に十分な酸素を供給することが困難となる。従って、ソース電極層１２６及びドレイン電極層１２５の上面パターン形状は細長い形状であることが好ましい。また、酸化物半導体層１２４の端面の一部と金属電極が重なっていても、重なっている領域を小さくすれば、十分に酸素の拡散を行うことができる。

図５に示すように、ソース電極層１２６及びドレイン電極層１２５のパターン形状は、重なっている部分の幅を他の幅よりも細くするレイアウトとすることが好ましい。そのレイアウトの一例を図５に示す。

図５に示すように、ドレイン電極層１２５のパターン形状は、酸化物半導体層１２４の端面と重なる部分と、ゲート電極層１２２と重なる部分の幅を細くする。また、ソース電極層１２６のパターン形状は、酸化物半導体層１２４の端面と重なる部分と、ゲート電極層１２２と重なる部分の幅を細くする。トランジスタのチャネル長Ｌは、ドレイン電極層１２５とソース電極層１２６の間隔であり、そのチャネル長Ｌは４．５μｍ以下、好ましくは３μｍ以下である。

また、ソース電極層１２６またはドレイン電極層１２５に達するコンタクトホールでの接続を行わなくてもよいため、トランジスタの作製において、実施の形態１よりもマスク数を低減することができる。

また、図５とは異なるレイアウトの例を図６に示す。図６は、トランジスタのチャネル形成領域の上面形状をＵ字形状またはＣ字形状とする例である。

図６（Ａ）は、ボトムゲート型のトランジスタの上面図を示す図であり、図６（Ａ）中の鎖線ＧＨで切断した断面図が図６（Ｂ）である。なお、図５とはパターン形状が異なる以外は、同一である。

図６（Ａ）においては、酸化物半導体層１３４のパターン形状を正方形とし、四隅を曲線形状とする。酸化物半導体層１３４の周縁は、ゲート電極層１３２の周縁よりも内側に配置されている。また、ドレイン電極層１３５の周縁は、長方形の四隅がそれぞれ曲線となっており、酸化物半導体層１３４の周縁と一部重なるが、重なる領域の幅が十分細いため、酸化物半導体層１３４の周縁から酸素の拡散を十分に行うことができる。

また、ソース電極層１３６の周縁は、Ｙ字形状となっており、酸化物半導体層１０４の周縁と一部重なるが、重なる領域の幅が十分細いため、酸化物半導体層１３４の周縁から酸素の拡散を十分に行うことができる。なお、図６（Ａ）に示すトランジスタのドレイン電極層１３５とソース電極層１３６の間に形成されるチャネル形成領域の上面形状は、Ｕ字形状またはＣ字形状である。なお、トランジスタのチャネル長Ｌは、ドレイン電極層１３５とソース電極層１３６の間隔であり、そのチャネル長Ｌは４．５μｍ以下、好ましくは３μｍ以下である。

以下に図６（Ａ）、及び図６（Ｂ）にトランジスタの作製方法の一例を説明する。なお、図１に示すトランジスタとパターン形状が異なる点と、酸化物半導体層の断面形状が異なる点以外は同一であるため、ここでは詳細な説明は省略することとする。

まず、絶縁表面を有する基板１３１上にゲート電極層１３２を形成する。次いで、ゲート電極層１３２上にゲート絶縁層１３３を形成する。次いで、ゲート絶縁層１３３上に酸化物半導体膜を形成する。

次いで、所望の形状にパターニングして酸化物半導体層１３４を形成する。なお、パターニング前後に加熱処理（窒素雰囲気下または酸素を含む雰囲気下において２００℃以上７００℃以下）を行ってもよい。

次いで、金属膜を形成し、所望の形状にパターニングして、酸化物半導体層１３４の端面と一部重なるドレイン電極層１３５またはソース電極層１３６を形成する。この時、図６（Ｂ）に示したように、金属膜のエッチングの際に露出している酸化物半導体層１３４の部分も除去され、膜厚の薄い領域が形成される。

次いで、酸化物半導体層１３４の端面を覆う酸化物絶縁膜１３７を形成する。本実施の形態では、酸化物絶縁膜１３７として、プラズマＣＶＤ法により膜厚３０ｎｍの酸化窒化シリコン膜を形成した後、酸化窒化シリコン膜に酸素を導入する。酸化絶縁膜への酸素の導入は、例えば酸素ドープ処理によって行うことができる。

なお、酸素を酸化物絶縁膜１３７に導入した後、酸化物絶縁膜１３７の酸素過剰領域に含まれる酸素が離脱する温度、又はそれ以上の温度で熱処理を行ってもよい。当該熱処理によって、酸化物絶縁膜１３７の酸素過剰領域に含まれる酸素を酸化物半導体層１３４へと供給することができ、酸化物半導体層１３４の酸素欠損が補填される。なお、酸化物半導体層１３４への酸素の供給を目的とした該熱処理は、トランジスタの作製工程における他の熱処理と兼ねることも可能である。

酸化物絶縁膜１３７から酸化物半導体層１３４に酸素が供給されることで、酸化物半導体層１３４と酸化物絶縁膜１３７との界面準位密度を低減することができる。この結果、トランジスタの動作などに起因して、酸化物半導体層１３４と酸化物絶縁膜１３７との界面にキャリアが捕獲されることを抑制することができ、信頼性の高いトランジスタを得ることができる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態２に示したトランジスタを表示装置のスイッチング素子に用いる例を図７に示す。

図７は、表示装置の画素部の一部の模式図である。

チャネル形成領域の上面形状がＵ字形状またはＣ字形状であるトランジスタは、ドレイン電極層３０５がコンタクトホールを介して画素電極３２２と電気的に接続されている。

画素電極３２２は、酸化インジウム、インジウム錫酸化物、酸化インジウム酸化亜鉛等の材料を用いて形成することができる。

また、ゲート電極層３０２の周縁よりも内側に酸化物半導体層３１４が配置されている。従って、ゲート電極層３０２は、酸化物半導体層３１４の遮光膜としても機能する。

酸化物半導体層３１４のチャネル形成領域の上面形状は、Ｃ字形状またはＵ字形状であり、酸化物半導体層３１４の端面が酸化物絶縁膜で覆われている領域は、酸化物半導体層３１４の端面がソース電極層３０６と重なる領域と、酸化物半導体層３１４の端面がドレイン電極層３０５と重なる領域との合計面積よりも大きい。従って、ソース電極層３０６の周縁は、酸化物半導体層３１４の周縁と一部重なるが、重なる領域の幅が十分細いため、酸化物半導体層３１４の周縁から酸素の拡散を十分に行うことができる。

なお、ソース電極層３０６はソース配線３０８から分岐している。本実施の形態では、ソース配線３０８から分岐して、且つ、酸化物半導体層３１４と接して重なっている領域をソース電極層３０６と呼ぶ。

また、容量配線３２０がゲート電極層３０２と同じ材料及び同じ工程で形成され、画素電極３２２と、画素電極３２２と重なる容量配線３２０と、その間の絶縁膜を誘電体とする保持容量を形成している。

以上の工程により、ボトムゲート型のトランジスタと、保持容量等の素子を有するアクティブマトリクス基板を完成させることができる。例えば、これを用いてアクティブマトリクス型の液晶表示装置を作製する場合には、アクティブマトリクス基板と、対向電極が設けられた対向基板との間に液晶層を設け、アクティブマトリクス基板と対向基板とを固定すれば良い。

また、アクティブマトリクス型のＥＬ表示装置を作製する場合には、１つの画素に複数のトランジスタを設け、複数のトランジスタのレイアウトの少なくとも一つを本実施の形態に示したレイアウトとし、隣合う画素との間に隔壁を設け、画素電極である第１の電極上に少なくとも有機化合物を含む発光層と、発光層上に第２の電極を形成してアクティブマトリクス基板を封止基板と固定すればよい。

本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わせることができる。

（実施の形態４）
本実施の形態では、内周縁と外周縁を有する酸化物半導体層を用いる例を示す。

図８（Ａ）は、トランジスタの上面図である。実施の形態１と酸化物半導体層のアイランド形状が異なる以外は、同じであるため、詳細な説明は省略することとする。

図８（Ａ）に示すように、酸化物半導体層２０４には開口部２１３が設けられており、ソース電極層２０６とドレイン電極層２０５と重ならない位置に設けられている。従って、図８（Ａ）に示すチャネル形成領域は、開口があり、穴が開いた状態となっている。また、開口部２１３は、ゲート電極層２０２と重なっている。また、図示しないが開口の内壁は、酸化物絶縁膜（十分な酸素を含み、酸化物半導体層への酸素供給源となるような膜）で覆われている。特に、酸化物半導体層２０４として、ｃ軸が揃っている結晶部を含む酸化物半導体層を用いる場合、酸素や水素などは、ｃ軸が揃っている結晶部を含む酸化物半導体層中において、ａｂ面内方向に移動しやすく、ｃ軸方向には移動しにくい傾向がある。

また、図８（Ｂ）は、酸化物半導体層２０４の形状を示す図であり、図８（Ｂ）には、酸化物半導体層２０４の端面に接する酸化物絶縁膜から酸素が供給される場合の酸素の拡散方向を示している。

酸化物半導体層２０４の外周縁からの拡散方向２３０は、外周縁から酸化物半導体層２０４の中心に向かう矢印が図８（Ｂ）に示されている。

また、酸化物半導体層２０４の内周縁（開口部）からの拡散方向２３１は、内周縁から酸化物半導体層２０４の外周縁に放射状に拡散している様子を矢印で示している。

このように、酸化物半導体層２０４に開口部２１３を設けることによって、内周縁と外周縁の両方から酸素の拡散を促すことができるため、開口部を設けない酸化物半導体層に比べて短時間で酸素の拡散を行うことができる。

また、ここでは酸素の拡散を例に示したが、水素の拡散についても同様のことが言える。水素の場合には、窒素雰囲気または減圧雰囲気下で加熱処理を行うことで、酸素とは逆方向に酸化物半導体層２０４中の水素が放出される。なお、酸化物半導体層２０４中の水素を放出するために複数の開口を形成し、窒素雰囲気または減圧雰囲気下で加熱処理を行った後、複数の開口のうち、幾つかと重なるようにソース電極層２０６（またはドレイン電極層２０５）を設けてもよく、その後に酸化物絶縁膜を形成し、残りの開口の内壁を覆う構成としてもよい。

また、図８（Ａ）に示した開口２１３の上面形状は、幅がチャネル長Ｌよりも狭く、長さがチャネル幅より短い形状（四隅が丸い長方形形状）の例を示したが特に限定されず、その上面形状は、円形、楕円形、多角形であってもよい。

また、酸化物半導体層２０４として、ｃ軸が揃っている結晶部を含む酸化物半導体層を用いる場合に限定されず、非晶質な酸化物半導体層であっても、内周縁と外周縁の両方から酸素や水素の拡散を促すことができることは有用である。

また、図８（Ａ）では、酸化物半導体層２０４の外周縁をゲート電極層２０２の周縁の内側に配置する例を示したが、特に限定されず、ゲート電極層２０２は、ゲート絶縁層を介してチャネル形成領域と重なっていればよい。

また、表示装置の画素に配置するトランジスタの例を図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示す。

図９（Ａ）は画素の上面図の一例であり、図９（Ａ）中の鎖線ＫＪで切断した断面が図９（Ｂ）に相当する。

絶縁表面を有する基板３０１上にゲート電極層３０２が形成され、ゲート電極層３０２を覆うように、チャネル形成領域を含む酸化物半導体層３１４と、酸化物半導体層３１４上に接するソース電極層３０６及びドレイン電極層３０５と、ソース電極層３０６及びドレイン電極層３０５上に酸化物絶縁膜３０７とを有し、酸化物半導体層３１４にゲート絶縁層３０３に達する開口部３１３を複数有し、酸化物半導体層３１４の端面が酸化物絶縁膜３０７で覆われている。また、酸化物絶縁膜３０７上には層間絶縁膜３１１が形成され、その上に画素電極３２２が形成される。画素電極３２２は、酸化物絶縁膜３０７及び層間絶縁膜３１１に形成されたコンタクトホールを介してドレイン電極層３０５と電気的に接続する。

図９（Ａ）に示すように、酸化物半導体３１４は、円形の開口部３１３を３つ有しており、図９（Ｂ）に示すように、その開口部３１３の内壁には酸化物絶縁膜３０７が接して設けられている。開口部３１３の内壁に接する酸化物絶縁膜３０７を設けることで効率よく、酸化物半導体層の中心部まで酸素を拡散できる。従って、トランジスタの製造プロセスを短時間で行うことができ、短時間であっても、酸化物半導体３１４の内周縁と外周縁の両方から十分に酸素の拡散ができるため、電気特性のバラツキも低減できる。

開口部３１３では、ゲート絶縁層３０３と酸化物絶縁膜３０７が接しており、ゲート電極層３０２と重なっている。

このようなボトムゲート型のトランジスタと、保持容量等の素子を有するアクティブマトリクス基板を作製することができる。酸化物半導体３１４は、開口部３１３を形成してもマスク数の増加や工程の増加もない。

図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示すトランジスタを用いてアクティブマトリクス型の液晶表示装置を作製する場合には、アクティブマトリクス基板と、対向電極が設けられた対向基板との間に液晶層を設け、アクティブマトリクス基板と対向基板とを固定すれば良い。

（実施の形態５）
本明細書に開示する半導体装置は、さまざまな電子機器（遊技機も含む）に適用することができる。電子機器としては、テレビ、モニタ等の表示装置、デスクトップ型或いはノート型のパーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、ＤＶＤ（ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃ）などの記録媒体に記憶された静止画又は動画を再生する画像再生装置、ポータブルＣＤプレーヤ、テープレコーダ、ヘッドホンステレオ、ステレオ、コードレス電話子機、トランシーバ、携帯無線機、携帯電話、自動車電話、携帯型ゲーム機、電卓、携帯情報端末、電子手帳、電子書籍、電子翻訳機、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、電気シェーバ、電子レンジ等の高周波加熱装置などが挙げられる。これらの電子機器の具体例を図１０に示す。

図１０（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。

実施の形態１乃至４のいずれかに示すトランジスタは、表示部９００３に用いることが可能であり、電子機器の表示品質の向上を実現することができる。

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、又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１０（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１０（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又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）又は双方向（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。

実施の形態１乃至４のいずれかに示すトランジスタは、表示部９１０３、９１０７に用いることが可能であり、テレビジョン装置、及びリモコン操作機の表示品質の向上を実現することができる。

図１０（Ｃ）はコンピュータであり、ＣＰＵを含む本体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等を含む。コンピュータは、実施の形態１乃至４のいずれかに示すトランジスタをその表示部９２０３に用いることにより作製され、表示品質の向上が実現する。

図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は２つ折り可能なタブレット型端末である。図１１（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。

また、表示部９６３１ａは、一部をタッチパネル領域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。表示部９６３１ａ及び表示部９６３１ｂは、実施の形態１乃至４のいずれかに示すトランジスタをその画素に配置することにより作製され、表示品質の向上が実現する。

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、タッチパネル領域９６３２ａとタッチパネル領域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、縦表示又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１１（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１１（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、バッテリー９６３５、ＤＣＤＣコンバータ９６３６を有する。なお、図１１（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１１（Ａ）及び図１１（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、日付又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又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、又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の一面又は二面に効率的なバッテリー９６３５の充電を行う構成とすることができるため好適である。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１１（Ｂ）に示す充放電制御回路９６３４の構成、及び動作について図１１（Ｃ）にブロック図を示し説明する。図１１（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１１（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で昇圧又は降圧がなされる。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又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電送モジュールや、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。

本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。

１０１：基板
１０２：ゲート電極層
１０３：ゲート絶縁層
１０４：酸化物半導体層
１０５：ドレイン電極層
１０６：ソース電極層
１０７：酸化物絶縁膜
１０８：ソース配線
１０９：ドレイン配線
１１１：層間絶縁膜
１１２：ゲート電極層
１１４：酸化物半導体層
１１５：ドレイン電極層
１１６：ソース電極層
１２２：ゲート電極層
１２４：酸化物半導体層
１２５：ドレイン電極層
１２６：ソース電極層
１３１：基板
１３２：ゲート電極層
１３３：ゲート絶縁層
１３４：酸化物半導体層
１３５：ドレイン電極層
１３６：ソース電極層
１３７：酸化物絶縁膜
２０２：ゲート電極層
２０４：酸化物半導体層
２０５：ドレイン電極層
２０６：ソース電極層
２１３：開口部
２３０：外周縁からの拡散方向
２３１：内周縁（開口部）からの拡散方向
３０１：基板
３０２：ゲート電極層
３０３：ゲート絶縁層
３０５：ドレイン電極層
３０６：ソース電極層
３０７：酸化物絶縁膜
３０８：ソース配線
３１１：層間絶縁膜
３１３：開口部
３１４：酸化物半導体層
３２０：容量配線
３２２：画素電極
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留め具
９０３４スイッチ
９０３５電源スイッチ
９０３６スイッチ
９０３８操作スイッチ
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タッチパネル領域
９６３２ｂタッチパネル領域
９６３３太陽電池
９６３４充放電制御回路
９６３５バッテリー
９６３６ＤＣＤＣコンバータ
９６３７コンバータ
９６３８操作キー
９６３９ボタン

Claims

ゲート電極層上のゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上の、チャネル形成領域を含む酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層上に接するソース電極層及びドレイン電極層と、
前記ソース電極層及び前記ドレイン電極層上の酸化物絶縁膜と、を有し、
前記ソース電極層の周縁は、前記酸化物半導体層の周縁の内側に配置され、
前記ドレイン電極層の周縁は、前記酸化物半導体層の周縁の内側に配置され、
前記酸化物半導体層の端面は、前記酸化物絶縁膜で覆われており、
前記ソース電極層の周縁と前記酸化物半導体層の周縁との間隔はチャネル長Ｌ以上であることを特徴とする半導体装置。
ゲート電極層上のゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上の、チャネル形成領域を含む酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層上に接するソース電極層及びドレイン電極層と、
前記ソース電極層及び前記ドレイン電極層上の酸化物絶縁膜と、を有し、
前記ソース電極層の周縁は、前記酸化物半導体層の周縁の内側に配置され、
前記ドレイン電極層の周縁は、前記酸化物半導体層の周縁の内側に配置され、
前記酸化物半導体層の端面は、前記酸化物絶縁膜で覆われており、
前記ドレイン電極層の周縁と前記酸化物半導体層の周縁との間隔はチャネル長Ｌ以上であ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、
前記酸化物半導体層の周縁は、前記ゲート電極層の周縁の内側に配置することを特徴とする半導体装置。
請求項１乃至３のいずれか一において、
前記ソース電極層または前記ドレイン電極層の上面形状は長方形であり、その四隅の周縁は、曲線を描くことを特徴とする半導体装置。
請求項１乃至３のいずれか一において、
前記ソース電極層または前記ドレイン電極層の上面形状は長方形の四隅が切り取られた形状であることを特徴とする半導体装置。
請求項１乃至５のいずれか一において、
前記チャネル形成領域の上面形状は、Ｃ字形状またはＵ字形状であることを特徴とする半導体装置。
請求項１乃至６のいずれか一において、
前記チャネル長Ｌは、４．５μｍ以下であることを特徴とする半導体装置。
請求項１乃至７のいずれか一において、
前記酸化物絶縁膜上にソース配線を有し、
前記ソース配線は、前記酸化物絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して前記ソース電極層と電気的に接続することを特徴とする半導体装置。