半導体素子、及び半導体装置の作製方法、並びに成膜装置
【課題】水素原子や炭素原子等の不純物の含有量が少ない薄膜を成膜する成膜装置を提供することを課題の一とする。また、該不純物の含有量が少ない薄膜を成膜する成膜方法を提供することを課題の一とする。また、該不純物の含有量が少ない酸化物半導体膜を用いた信頼性の高い半導体素子を作製する方法を提供することを課題の一とする
【解決手段】Ｈ２Ｏに代表される水素原子を含む化合物や炭素原子を含む化合物、もしくは水素原子や炭素原子等の不純物の含有量が少ない薄膜を成膜する成膜装置を提供できる。また、該不純物の含有量が少ない薄膜を成膜する成膜方法を提供できる。また、該不純物の含有量が少ない酸化物半導体膜を用いた信頼性の高い半導体素子を作製する方法を提供できる。
【解決手段】Ｈ２Ｏに代表される水素原子を含む化合物や炭素原子を含む化合物、もしくは水素原子や炭素原子等の不純物の含有量が少ない薄膜を成膜する成膜装置を提供できる。また、該不純物の含有量が少ない薄膜を成膜する成膜方法を提供できる。また、該不純物の含有量が少ない酸化物半導体膜を用いた信頼性の高い半導体素子を作製する方法を提供できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
酸化物半導体を用いた半導体素子及び半導体装置の作製方法、及び成膜装置に関する。
【０００２】
なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、半導体素子及び回路、半導体素子及び回路を有する電気光学装置、および電子機器は全て半導体装置である。
【背景技術】
【０００３】
液晶表示装置に代表されるように、ガラス基板などの平板に半導体薄膜を用いて形成したトランジスタを薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）という。ＴＦＴは半導体素子の一態様であり、主にアモルファスシリコン、または多結晶シリコンなどの半導体材料を用いて作製される。アモルファスシリコンを用いたＴＦＴは、電界効果移動度が低いもののガラス基板の大面積化に対応することができ、一方、多結晶シリコンを用いたＴＦＴは、電界効果移動度が高いもののレーザアニールなどの結晶化工程が必要であり、ガラス基板の大面積化には必ずしも適応しないといった特性を有している。
【０００４】
これに対し、半導体材料として酸化物半導体を用いてＴＦＴを作製し、該ＴＦＴを電子デバイスや光デバイスに応用する技術が注目されている。例えば、半導体材料として酸化亜鉛、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体を用いてＴＦＴを作製し、画像表示装置のスイッチング素子などに用いる技術が特許文献１及び特許文献２で開示されている。
【０００５】
酸化物半導体にチャネル形成領域（チャネル領域ともいう）を設けたＴＦＴは、アモルファスシリコンを用いたＴＦＴよりも高い電界効果移動度が得られている。酸化物半導体膜はスパッタリング法などによって比較的低温で膜形成が可能であり、多結晶シリコンを用いたＴＦＴよりも製造工程が簡単である。
【０００６】
このような酸化物半導体を用いてガラス基板、プラスチック基板などにＴＦＴを形成し、液晶ディスプレイ、エレクトロルミネセンスディスプレイ（ＥＬディスプレイともいう）または電子ペーパーなどの表示装置への応用が期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１２３８６１号公報
【特許文献２】特開２００７−９６０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、酸化物半導体を用いて作製した半導体素子の特性は未だ充分なものとは言えない。例えば、酸化物半導体膜を用いた薄膜トランジスタには、制御された閾値電圧、速い動作速度、製造工程が比較的簡単であること、そして十分な信頼性が求められている。
【０００９】
酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタの閾値電圧は酸化物半導体膜に含まれるキャリア濃度に影響される。また、酸化物半導体膜に含まれるキャリアは、酸化物半導体膜に含まれる不純物により発生する。例えば、成膜された酸化物半導体膜に含まれるＨ２Ｏに代表される水素原子を含む化合物や炭素原子を含む化合物、もしくは水素原子や炭素原子等の不純物は、酸化物半導体膜のキャリア濃度を高める効果を有する。
【００１０】
Ｈ２Ｏに代表される水素原子を含む化合物や炭素原子を含む化合物、もしくは水素原子や炭素原子等の不純物を含む酸化物半導体膜をチャネル形成領域に用いた薄膜トランジスタは、閾値電圧を制御することが困難である。本発明は、このような技術的背景のもとでなされたものである。
【００１１】
従って本発明の一態様の目的は、水素原子を含む化合物や炭素原子を含む化合物、もしくは水素原子や炭素原子等の不純物の含有量が少ない薄膜を成膜する成膜装置を提供することを課題の一とする。または、該不純物の含有量が少ない薄膜を成膜する成膜方法を提供することを課題の一とする。または、該不純物の含有量が少ない酸化物半導体膜を用いた信頼性の高い半導体素子を作製する方法を提供することを課題の一とする。
【００１２】
または、閾値電圧が制御され、動作速度が速く、製造工程が比較的簡単であり、十分な信頼性を有する、酸化物半導体を用いた半導体装置を提供することを課題の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するためには、酸化物半導体膜に含まれるキャリア濃度に影響する不純物、例えば、Ｈ２Ｏに代表される水素原子を含む化合物や炭素原子を含む化合物、もしくは水素原子や炭素原子等の不純物を成膜工程において排除すればよい。具体的には、ターゲットを加熱しながらスパッタリングを行う成膜装置を用いて、酸化物半導体膜を成膜すればよい。
【００１４】
すなわち、本発明の一態様は、基板上にゲート電極を形成し、ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成し、ゲート絶縁膜を介してゲート電極上に酸化物半導体層を形成し、酸化物半導体層に接して、端部をゲート電極上に重畳するソース電極、及びドレイン電極を形成し、ソース電極、及びドレイン電極間の酸化物半導体層を覆う酸化物絶縁膜を形成する酸化物半導体素子の作製方法である。そして、減圧状態に保持されたチャンバー内に基板を保持し、チャンバー内の残留水分を除去しつつ、水素及び水分が除去されたスパッタガスを導入し、チャンバー内に設けられた金属酸化物を含むターゲットを室温以上６００℃以下に加熱しながらゲート絶縁膜上に酸化物半導体層を形成することを特徴とする酸化物半導体素子の作製方法である。
【００１５】
また、本発明の一態様は、上記においてクライオポンプを用いて排気することで残留水分を除去することを特徴とする酸化物半導体素子の作製方法である。
【００１６】
また、本発明の一態様は、上記の金属酸化物ターゲットは、エネルギーギャップが２ｅＶ以上、４．５ｅＶ以下である金属酸化物を主成分として含むことを特徴とする酸化物半導体素子の作製方法である。
【００１７】
また、本発明の一態様は、上記において、金属酸化物ターゲットは、インジウム、ガリウム、亜鉛を含む金属酸化物であることを特徴とする酸化物半導体素子の作製方法である。
【００１８】
また、本発明の一態様は、チャンバー内に基板とターゲットを有し、チャンバー内の残留水分を除去する排気装置と、ターゲットを加熱する加熱機構を有している。そして、ターゲットはエネルギーギャップが２ｅＶ以上、４．５ｅＶ以下である金属酸化物を主成分として含み、ターゲットのプラズマが衝突しない面を加熱するスパッタリング装置である。
【００１９】
また、本発明の一態様は、チャンバー内に基板、及び回転軸に固定されたターゲットを有しており、チャンバー内の残留水分を除去する排気装置を有している。そして、回転するターゲットに光を照射してターゲットを加熱する加熱機構を有するスパッタリング装置である。
【００２０】
また、本発明の一態様は、上記において、光が前記基板を透過することなくターゲットを照射することを特徴とするスパッタリング装置である。
【００２１】
なお、本明細書において、第１、第２として付される序数詞は便宜上用いるものであり、工程順又は積層順を示すものではない。また、本明細書において発明を特定するための事項として固有の名称を示すものではない。
【００２２】
また、本明細書において、酸化窒化物とは、その組成として、窒素原子よりも酸素原子の数が多い物質のことを指し、窒化酸化物とは、その組成として、酸素原子より窒素原子の数が多い物質のことを指す。例えば、酸化窒化シリコン膜とは、その組成として、窒素原子よりも酸素原子の数が多く、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）及び水素前方散乱法（ＨＦＳ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｆｏｒｗａｒｄ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）を用いて測定した場合に、濃度範囲として酸素が５０原子％以上７０原子％以下、窒素が０．５原子％以上１５原子％以下、シリコンが２５原子％以上３５原子％以下、水素が０．１原子％以上１０原子％以下の範囲で含まれるものをいう。また、窒化酸化シリコン膜とは、その組成として、酸素原子より窒素原子の数が多く、ＲＢＳ及びＨＦＳを用いて測定した場合に、濃度範囲として酸素が５原子％以上３０原子％以下、窒素が２０原子％以上５５原子％以下、シリコンが２５原子％以上３５原子％以下、水素が１０原子％以上３０原子％以下の範囲で含まれるものをいう。但し、酸化窒化シリコンまたは窒化酸化シリコンを構成する原子の合計を１００原子％としたとき、窒素、酸素、シリコン及び水素の含有比率が上記の範囲内に含まれるものとする。
【００２３】
なお、本明細書において、ＥＬ層とは発光素子の一対の電極間に設けられた層を示すものとする。従って、電極間に挟まれた発光物質である有機化合物を含む発光層はＥＬ層の一態様である。
【００２４】
なお、本明細書中において、発光装置とは画像表示デバイス、発光デバイス、もしくは光源（照明装置含む）を指す。また、発光装置にコネクター、例えばＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）もしくはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）テープもしくはＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）が取り付けられたモジュール、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または発光素子が形成された基板にＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方式によりＩＣ（集積回路）が直接実装されたモジュールも全て発光装置に含むものとする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、Ｈ２Ｏに代表される水素原子を含む化合物や炭素原子を含む化合物、もしくは水素原子や炭素原子等の不純物の含有量が少ない薄膜を成膜する成膜装置を提供できる。または、該不純物の含有量が少ない薄膜を成膜する成膜方法を提供できる。または、該不純物の含有量が少ない酸化物半導体膜を用いた信頼性の高い半導体素子を作製する方法を提供できる。
【００２６】
または、閾値電圧が制御され、動作速度が速く、製造工程が比較的簡単であり、十分な信頼性を有する、酸化物半導体を用いた半導体装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施の形態に係わる成膜装置を説明する図。
【図２】実施の形態に係わる成膜装置を説明する図。
【図３】実施の形態に係わる成膜装置を説明する図。
【図４】実施の形態に係わる半導体装置を説明する図。
【図５】実施の形態に係わる半導体装置の作製方法を説明する図。
【図６】実施の形態に係わる表示装置のブロック図。
【図７】実施の形態に係わる信号線駆動回路の構成を説明する図。
【図８】シフトレジスタの構成を示す回路図。
【図９】シフトレジスタの動作を説明するタイミングチャート。
【図１０】実施の形態に係わる半導体装置を説明する図。
【図１１】実施の形態に係わる半導体装置を説明する図。
【図１２】実施の形態に係わる半導体装置を説明する図。
【図１３】実施の形態に係わる半導体装置を説明する図。
【図１４】実施の形態に係わる半導体装置を説明する図。
【図１５】実施の形態に係わる半導体装置を説明する図。
【図１６】電子ペーパーの使用形態の例を説明する図
【図１７】電子書籍の一例を示す外観図。
【図１８】テレビジョン装置およびデジタルフォトフレームの例を示す外観図。
【図１９】遊技機の例を示す外観図。
【図２０】携帯電話機の一例を示す外観図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。
【００２９】
（実施の形態１）
本実施の形態では、不純物の含有量が少ない薄膜を成膜する装置について説明する。具体的には、板状のターゲットを加熱しながらスパッタリングを行う成膜装置について説明する。
【００３０】
本実施の形態の成膜装置が有するターゲットの加熱機構の一例を図１に示す。図１（Ａ）は、図１（Ｂ）に示す切断線Ｚ１−Ｚ２における断面である。板状のターゲット１０１は、フランジ１７０によって、バッキングプレート１０４に圧着されている。バッキングプレート１０４の背面は熱媒１４２と接し、熱媒１４２はシール部１２０で封止されている。熱媒１４２の温度は接続された温度調整機構１４０で管理する。なお、ターゲット１０１を含むカソード部１１０は、絶縁体１３２を介して成膜装置の処理室１３０に固定されている。なお、カソード部１１０は図示していない電源と接続されている。
【００３１】
成膜中のターゲット１０１の温度はバッキングプレート１０４と熱媒１４２を介して温度調整機構１４０で管理する。熱媒１４２としては、例えばシリコーンオイル等、高沸点のオイルを用いることができる。バッキングプレート１０４は熱伝導率の高い金属もしくセラミックスを用いるのが好ましく、使用温度との兼ね合いで材質を選択すればよい。また、熱媒の代わりにバッキングプレートを背面から温度調整が可能な加熱装置を設置してもよい。例えば、電熱ヒーターや、ランプをバッキングプレート１０４の背面に設けて、ターゲットをバッキングプレート側から加熱して温度を調整してもよい。また、ターゲット１０１に直接光を照射してターゲット１０１の表面から加熱してもよい。
【００３２】
なお、ターゲット１０１とバッキングプレート１０４はろう材で固定してもよいが、加熱温度がろう材の融点より高い場合はろう材を用いず、フランジ１７０でターゲットを固定すればよい。ろう材が使える温度範囲はろう材の種類により異なるが、加熱温度がろう材の融点（およそ１５０℃から３００℃の範囲）を越える場合は、フランジを用いて固定する。
【００３３】
酸化物半導体膜を成膜する場合、ターゲットの温度を１００℃以上６００℃以下好ましくは２００℃以上４００℃以下とする。
【００３４】
また、ターゲット１０１を加熱する工程は成膜中に限られない。成膜の前または後にターゲット１０１を加熱して、ターゲットに含まれる不純物を除去してもよい。
【００３５】
酸化物半導体膜を形成するターゲットとしては、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、または酸化スズ（ＳｎＯ２）等を適宜混合して焼結したターゲットを用いればよい。
【００３６】
また、ターゲットにＳｉＯ２を２重量％以上１０重量％以下添加し、ＳｉＯｘ（Ｘ＞０）を酸化物半導体膜に含ませてもよい。酸化物半導体膜にＳｉＯｘ（Ｘ＞０）を含ませることにより、酸化物半導体膜の結晶化を阻害できる。特に、脱水化または脱水素化のための加熱処理を行う場合、過度の結晶化を抑制できるため好ましい。
【００３７】
このようなターゲットをスパッタリングすることで、
四元系金属酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜や、三元系金属酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系や、二元系金属酸化物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ膜、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ膜、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ膜や、Ｉｎ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ｏ膜、Ｚｎ−Ｏ膜などの酸化物半導体膜を用いることができる。また、上記酸化物半導体膜に酸化珪素を含ませてもよい。酸化物半導体膜に結晶化を阻害する酸化珪素（ＳｉＯｘ（Ｘ＞０））を含ませることで、結晶化してしまうのを抑制することができる。
【００３８】
また、ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記される薄膜を用いることができる。ここで、Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、ＭｎおよびＣｏから選ばれた一または複数の金属元素を示す。例えばＭとして、Ｇａ、Ｇａ及びＡｌ、Ｇａ及びＭｎ、またはＧａ及びＣｏなどがある。ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記される構造の酸化物半導体膜のうち、ＭとしてＧａを含む構造の酸化物半導体を、上記したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ酸化物半導体とよび、その薄膜をＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜ともよぶこととする。
【００３９】
また、酸化物半導体ターゲットは充填率が９０％以上１００％以下、好ましくは９５％以上９９．９％以下のものを用いる。充填率の高い酸化物半導体ターゲットを用いることにより、水分等の不純物が吸着する空隙を取り除くことができだけでなく、ノジュールの発生を防止し、均一な放電が可能になり、パーティクルの発生を抑制できる。また、成膜した酸化物半導体膜は緻密な膜となる。その結果、不純物濃度が抑制され、均質な品質の酸化物半導体膜を得ることができる。
【００４０】
本実施の形態では、ターゲット１０１に、Ｉｎ、Ｇａ、及びＺｎを含む酸化物半導体（組成比として、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ％］、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：０．５［ａｔ．％］）を用い、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系膜を成膜する。
【００４１】
均一な成膜が可能であれば、基板１５０とターゲット１０１の相対的な配置に制限はない。図１（Ａ）には、基板１５０がシールド１３４の開口部に現れるターゲット１０１に対向して配置される例を示す。基板１５０を保持するステージ１６０がターゲット１０１と平行を保って成膜中に揺動し、基板１５０上に成膜される薄膜の厚みを均一に保つ。なお、ステージ１６０は必ずしも成膜中にターゲットに対し相対的に移動する必要はなく、停止していてもよく、また、相対的な移動は揺動に限らず、回転であってもよい。
【００４２】
ステージ１６０に基板加熱機構を設けてもよい。基板を加熱しながら成膜することで、成膜する酸化物半導体膜の内部に生じる応力を緩和できる。また、スパッタリングによる損傷が軽減される。また、成膜する酸化物半導体膜に蒸気圧の高い不純物が膜中に混入する現象を抑制できる。なお、成膜時の基板温度は室温以上６００℃以下、好ましくは２００℃以上４００℃以下とする。
【００４３】
なお、本実施の形態では基板１５０とターゲット１０１の間との距離は、例えば１００ｍｍとする。
【００４４】
なお、酸化物半導体膜を成膜する成膜室は、排気手段としてクライオポンプを備えている。なお、排気手段としては、ターボポンプにコールドトラップを加えたものであってもよい。
【００４５】
成膜室を、クライオポンプ、またはターボポンプにコールドトラップを加えて排気すると、例えば、Ｈ２Ｏに代表される水素原子を含む化合物や炭素原子を含む化合物を排気できる。本実施の形態においては、加熱によりターゲット１０１から脱離する不純物を排気できるため特に有効である。その結果、当該成膜室で成膜した酸化物半導体膜に含まれる不純物の濃度を低減できる。
【００４６】
また、酸化物半導体膜は、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガス（代表的にはアルゴン）及び酸素雰囲気下において、スパッタ法により成膜する。本実施の形態では、スパッタリングガスとして、酸素（酸素流量比率１００％）を用い、圧力０．６Ｐａで成膜を行う。
【００４７】
なお、本実施の形態で説明する、ターゲットを加熱しながらスパッタリングを行う成膜装置には、各種のスパッタリング現象を生じさせる方法を適用できる。例えば、スパッタ用電源に高周波電源を用いるＲＦスパッタ法と、ＤＣスパッタ法があり、さらにパルス的にバイアスを与えるパルスＤＣスパッタ法もある。ＲＦスパッタ法は主に絶縁膜を成膜する場合に用いられ、ＤＣスパッタ法は主に金属導電膜を成膜する場合に用いられる。
【００４８】
また、チャンバー内部に磁石機構を備えたマグネトロンスパッタ法を用いるスパッタ装置や、グロー放電を使わずマイクロ波を用いて発生させたプラズマを用いるＥＣＲスパッタ法を用いる方法がある。
【００４９】
また、スパッタ法を用いる成膜方法として、成膜中にターゲット物質とスパッタガス成分とを化学反応させてそれらの化合物薄膜を形成するリアクティブスパッタ法や、成膜中に基板にも電圧をかけるバイアススパッタ法もある。
【００５０】
また、材料の異なるターゲットを複数設置する多元スパッタ法もある。多元スパッタ法は、同一チャンバーで異なる材料膜を積層成膜することも、同一チャンバーで複数種類の材料を同時にスパッタリングして混合物を成膜することもできる。
【００５１】
本実施の形態では、電源として、直流（ＤＣ）電源０．５ｋＷを用いる。なお、パルス直流（ＤＣ）電源を用いると、ごみが軽減でき、膜厚分布も均一となるために好ましい。
【００５２】
本実施の形態で例示した成膜装置によれば、ターゲットを加熱することによって、ターゲットに含まれる不純物が脱離し、不純物を積極的に排気することができる。その結果、成膜装置を用いて成膜した薄膜が含有する不純物の量を低減できる。例えば、Ｈ２Ｏに代表される水素原子を含む化合物や炭素原子を含む化合物、もしくは水素原子や炭素原子等の不純物の含有量を低減できる。
【００５３】
また、本実施の形態の成膜装置にて、加熱されたターゲットを用いて成膜した酸化物半導体膜に含まれる不純物は少なく、例えば水素濃度を本発明の技術思想的には、ゼロまたはゼロに近いことを理想とした酸化物半導体膜が成膜できる。
【００５４】
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。
【００５５】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１とは異なる構成を有する成膜装置について説明する。具体的には、回転する円筒状のターゲットを加熱しながらスパッタリングを行う成膜装置について説明する。
【００５６】
本実施の形態の成膜装置が有する円筒状のターゲットの加熱機構の一例を図２に示す。図２（Ａ）は、図２（Ｂ）に示す切断線Ｚ１−Ｚ２における断面である。円筒状のターゲット２００は、挿入されたシリンダ２０４に固定されている。シリンダ２０４の内部は熱媒２４２が循環している。シリンダ２０４の一端は成膜装置の外壁２３０で仕切られた処理室の内で回転可能な状態で支持されている。シリンダ２０４の他端はシール部２２０を介して成膜装置の外壁２３０の外に延在している。なお、シール部２２０は外壁２３０の気密性を保ちつつ、シリンダ２０４を回転可能な状態で支持している（図２（Ｂ）参照）。
【００５７】
外壁２３０の外部に設置された回転機構２７０はシリンダ２０４を回転する。円筒状のターゲット２００は、挿入されたシリンダ２０４の回転に伴い処理室内で回転する。なお、ターゲット２００を含むカソード部２１０は、絶縁性を有するシール部２２０を介して成膜装置の外壁２３０と電気的に絶縁されている。なお、カソード部２１０は図示していない電源と接続されている。
【００５８】
シリンダ２０４内の熱媒２４２は、接続部２４４を介して温度調整機構２４０との間を還流し、熱媒２４２の温度は温度調整機構２４０が管理する。
【００５９】
成膜中のターゲット２００の温度はシリンダ２０４と熱媒２４２を介して温度調整機構２４０で管理する。熱媒２４２としては、実施の形態１と同じ材料を用いることができる。また、熱媒の代わりに温度調整が可能な加熱装置を設置してもよい。例えば、シリンダ２０４の内部に電熱ヒーターやランプを設け、シリンダ２０４側からターゲット２００を加熱して温度を調整してもよい。
【００６０】
また、光を用いてターゲットの表面を加熱してもよい。本実施の形態で例示する成膜装置は外壁２３０に透光性を有する窓２３２が設けられている。外壁２３０の外側に光源２８０を配置し、窓２３２を介してターゲット２００に光を照射して、ターゲットを表面から加熱すればよい。なお、光源としては、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ランプなどのランプもしくは、線状レーザーを用いることができる。
【００６１】
なお、本実施の形態では、回転機構２７０がターゲット２００を回転するため、光源２８０はターゲット２００の全面を表面から加熱できる。また、ターゲット２００が回転して、ターゲットが均一に消費されるため、ターゲットの無駄が少なく利用効率を高めることができる。
【００６２】
ターゲット２００をシリンダ２０４に固定する方法としては、シリンダ２０４の熱膨張をターゲット２００より大きくする方法がある。例えば、冷媒で冷却して直径を収縮したシリンダ２０４を、あらかじめ加熱して内径を膨張したターゲット２００に挿入し、位置決めした後シリンダ２０４の温度を高めれば、ターゲット２００をシリンダ２０４に固定できる。
【００６３】
なお、酸化物半導体膜を成膜する場合、ターゲットの温度を１００℃以上６００℃以下好ましくは２００℃以上４００℃以下とする。
【００６４】
また、ターゲット２００を加熱する工程は成膜中に限られない。成膜の前または後にターゲット２００を加熱して、ターゲットに含まれる不純物を除去してもよい。
【００６５】
酸化物半導体膜を形成するターゲットとしては、実施の形態１と同様な材料を用いればよいため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００６６】
基板２５０はターゲット２００の回転軸に平行して配置する。本実施の形態では、基板２５０を保持するステージ２６０がターゲット２００の回転軸と平行を保って成膜中に揺動し、基板２５０上に成膜される薄膜の厚みを均一に保つ。
【００６７】
なお、ステージ２６０に基板加熱機構を設けてもよい。基板を加熱しながら成膜することで、成膜する酸化物半導体膜の内部に生じる応力を緩和できる。また、スパッタリングによる損傷が軽減される。また、成膜する酸化物半導体膜に蒸気圧の高い不純物が混入する現象を抑制できる。なお、成膜時の基板温度は室温以上６００℃以下、好ましくは２００℃以上４００℃以下とする。
【００６８】
なお、本実施の形態では基板２５０とターゲット２００の間との距離は、例えば１００ｍｍとする。
【００６９】
なお、酸化物半導体膜を成膜する成膜室は、実施の形態１と同様に排気手段としてクライオポンプを備えている。なお、排気手段としては、ターボポンプにコールドトラップを加えたものであってもよい。
【００７０】
また、酸化物半導体膜は、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガス（代表的にはアルゴン）及び酸素雰囲気下において、スパッタ法により成膜する。
【００７１】
なお、本実施の形態で説明する、ターゲットを加熱しながらスパッタリングを行う成膜装置には、実施の形態１と同様に各種のスパッタリング現象を生じさせる方法を適用できる。ここでは説明を省略する。
【００７２】
本実施の形態で例示した成膜装置を用いて成膜した薄膜は、含有する不純物の量が少ない。従って、本実施の形態によれば、Ｈ２Ｏに代表される水素原子を含む化合物や炭素原子を含む化合物、もしくは水素原子や炭素原子等の不純物の含有量が少ない薄膜を成膜可能な成膜装置を提供できる。
【００７３】
また、本実施の形態の成膜装置にて、加熱されたターゲットを用いて成膜した酸化物半導体膜に含まれる不純物は少なく、例えば水素濃度を本発明の技術思想的には、ゼロまたはゼロに近いことを理想とした酸化物半導体膜が成膜できる。
【００７４】
また、回転するターゲットの表面に光を照射して加熱する方法によれば、ターゲットの表面から不純物を除去できる。不純物が除去された直後にターゲットをスパッタリングして成膜に至るため、不純物の含有量が極めて少ない薄膜を成膜できる。また、回転しながらターゲットが均一に消費されるため、ターゲットの利用効率を高めることができる。
【００７５】
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。
【００７６】
（実施の形態３）
本実施の形態では、不純物の含有量が少ない薄膜を成膜する成膜装置について説明する。具体的には、基板を加熱処理する処理室と、基板を冷却する処理室と、ターゲットを加熱しながらスパッタリングを行う処理室を有する成膜装置について説明する。また、当該装置を用いた酸化物半導体膜の成膜方法について説明する。
【００７７】
本実施の形態で用いる成膜装置２０００を図３に示す。成膜装置２０００は、ローダー室２１１０と、アンローダー室２１２０を有し、それぞれ処理前の基板を収納するカセット２１１１と、処理済みの基板を収納するカセット２１２１が設置されている。ローダー室２１１０と、アンローダー室２１２０の間には第１の搬送室２１００があり、基板を搬送する搬送機構２１０１が設置されている。
【００７８】
また、成膜装置２０００は第２の搬送室２２００を有している。第２の搬送室２２００には搬送機構２２０１が設置され、ゲートバルブを介して周囲に４つの処理室（第１の処理室２２１０、第２の処理室２２２０、第３の処理室２２３０、及び第４の処理室２２４０）と接続されている。なお、第１の処理室２２１０はゲートバルブを介して、一方が第１の搬送室２１００と接続され、他方が第２の搬送室２２００と接続されている。
【００７９】
なお、第１の搬送室２１００、ローダー室２１１０、及びアンローダー室２１２０内の圧力は、大気圧である。また、第２の搬送室２２００、第１の処理室２２１０、第２の処理室２２２０、第３の処理室２２３０、及び第４の処理室２２４０には、それぞれ排気手段２２０５、排気手段２２１５、排気手段２２２５、排気手段２２３５、及び排気手段２２４５が設けられており、減圧状態を実現できる。また、これらの排気手段は各処理室の使用用途に応じて適宜排気装置を選定すればよいが、特にクライオポンプを備えた排気手段が好ましい。また、ターボポンプにコールドトラップを備えた手段であってもよい。
【００８０】
特に、高純度な酸化物半導体膜を成膜する処理室はもちろんのこと、酸化物半導体膜の成膜前後の工程において不純物が混入しないよう、クライオポンプなどの排気手段を選定するのが好ましい。
【００８１】
第１の処理室２２１０は、大気圧状態の第１の搬送室２１００から減圧状態の第２の搬送室２２００に、基板を搬送する受け渡し室の役割を有している。受け渡し室を設けることにより、大気による汚染から第２の搬送室２２００を守ることができる。
【００８２】
第２の処理室２２２０には、基板加熱機構２２２１が設けられている。基板加熱機構としては、ホットプレートの他、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）等を用いることができる。
【００８３】
第３の処理室２２３０には、スパッタリング装置２２３１が設けられている。スパッタリング装置２２３１は、ターゲット２２３２、電極、電源、基板支持機構、ターゲット加熱機構、及び基板加熱機構を少なくとも有する。なお、スパッタリング装置２２３１は、実施の形態１または実施の形態２で説明したスパッタリング装置と同じであるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００８４】
第４の処理室２２４０には、基板冷却機構２２４１が設けられている。基板冷却機構としては、放熱板として機能する基板支持テーブル、冷却用ガスの導入口等が設けられている。
【００８５】
次に、成膜装置２０００を用いた酸化物半導体膜の成膜方法について説明する。ここでは、ゲート電極と、ゲート電極上にゲート絶縁膜があらかじめ形成された基板に、酸化物半導体膜を成膜する方法について説明する。なお、当該成膜方法は、薄膜トランジスタの作製工程の一例として適用することができる。
【００８６】
はじめに、搬送機構２１０１が、ゲート電極上にゲート絶縁膜が形成された基板１００をカセット２１１１から大気圧状態の第１の処理室に搬送する。次いで、ゲートバルブを閉じ第１の処理室２２１０を排気する。第１の処理室２２１０の圧力が第２の搬送室２２００の圧力と概略等しくなったら、ゲートバルブを開き第２の搬送室２２００を介して第１の処理室２２１０から第２の処理室２２２０へ基板１００を搬送する。
【００８７】
次いで、基板１００を第２の処理室２２２０の基板加熱機構２２２１で予備加熱し、基板に吸着した不純物を脱離し、排気する。不純物としては、例えば、水素原子を含む化合物や炭素原子を含む化合物をその例に挙げることができる。なお、予備加熱の温度としては、室温以上６００℃以下好ましくは１００℃以上４００℃以下である。なお、第２の処理室２２２０に設ける排気手段はクライオポンプが好ましい。基板１００に吸着していた不純物が予備加熱により脱離し、第２の処理室２２２０内に拡散するため、クライオポンプを用いて不純物を第２の処理室２２２０から排出する必要がある。予備加熱終了後、基板１００を第３の処理室２２３０に搬送する。
【００８８】
次いで、基板１００に第３の処理室２２３０のスパッタリング装置２２３１で酸化物半導体膜を成膜する。なお、スパッタリング装置２２３１、及びスパッタリング装置２２３１を用いた酸化物半導体膜の成膜方法については実施の形態１または実施の形態２に記載された方法を適用できるためここでは詳細な説明を省略する。
【００８９】
酸化物半導体膜はターゲット２２３２を加熱しながら成膜する。本実施の形態においては、ターゲット２２３２の温度を１００℃以上６００℃以下好ましくは２００℃以上４００℃以下とする。ターゲット２２３２を加熱しながら成膜することにより、成膜した酸化物半導体膜に含まれる不純物濃度を低減することができる。
【００９０】
また、酸化物半導体膜は基板を加熱しながら成膜する。本実施の形態においては、基板の温度を室温以上６００℃以下好ましくは１００℃以上４００℃以下に加熱しながら成膜する。基板を加熱しながら成膜することにより、不純物が成膜中の酸化物半導体膜の表面に吸着され難くなり、酸化物半導体膜に含まれる不純物濃度を低減することができる。
【００９１】
なお、第３の処理室２２３０はクライオポンプ等により排気され、成膜室内の不純物濃度が低減されている。不純物が低減された処理室内で成膜された酸化物半導体膜は、不純物濃度が抑制される。具体的には、酸化物半導体膜の水素濃度を低減することができる。
【００９２】
次いで、基板１００を第４の処理室２２４０に搬送する。酸化物半導体膜の成膜中の基板温度（Ｔ℃）から、再び水等の不純物が入らないよう、十分低い温度まで冷却する。具体的には成膜中の基板温度（Ｔ℃）よりも１００℃以上下がるまで徐冷する。冷却は、窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスを第４の処理室２２４０に導入して行ってもよい。なお、冷却に用いる窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスは、水、水素などを含まないことが好ましい。または、窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上、（即ち不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。なお、冷却に用いる高純度の窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の高純度の希ガスに高純度の酸素を添加してもよい。
【００９３】
以上のように、水素原子を含む化合物や炭素原子を含む化合物、もしくは水素原子や炭素原子等の不純物の含有量が少ない酸化物半導体薄膜を得ることができる。
【００９４】
なお、本実施の形態では、３つ以上の処理室が搬送室を介して接続する構成を有しているがこれに限られない。例えば、基板の搬入口と搬出口を有し、各処理室が互いに接続する構成、所謂インライン型の構成としてもよい。
【００９５】
本実施の形態で例示する成膜装置は、加熱されたターゲットを用いて酸化物半導体膜を成膜できる。加熱されたターゲットを用いて成膜された酸化物半導体膜に含まれる不純物は少なく、例えば水素濃度を本発明の技術思想的には、ゼロまたはゼロに近いことが理想とした酸化物半導体膜が成膜できる。
【００９６】
また、本実施の形態で例示した成膜装置は、加熱によって不純物が低減されたターゲットを用いて、基板を加熱しながら、クライオポンプで排気されて不純物が低減された処理室内で酸化物半導体膜を成膜できる。当該成膜装置を用いれば、不純物の含有量が抑制された薄膜を成膜できる。
【００９７】
また、ターゲット、基板、及び処理室の内壁に吸着していた不純物が脱離し、ターゲットや成膜中の基板や、酸化物半導体膜の中に不純物が混入する不具合を低減できる。また、高純度の不活性ガス中で成膜後の基板を冷却するため、基板に不純物が吸着される現象を防ぐことができる。
【００９８】
また、本実施の形態によれば、Ｈ２Ｏに代表される水素原子を含む化合物や炭素原子を含む化合物、もしくは水素原子や炭素原子等の不純物の含有量が少ない薄膜を成膜可能な成膜装置を提供できる。
【００９９】
また、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。
【０１００】
（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態１乃至実施の形態３で説明した成膜装置によって成膜された酸化物半導体膜を用いて、半導体素子を作製する方法について説明する。なお、本実施の形態では、半導体素子の一例として、図４に示す薄膜トランジスタについて、構成及びその作製方法を説明する。
【０１０１】
本実施の形態の薄膜トランジスタ１５１の断面図を図４に示す。薄膜トランジスタ１５１は、基板１００上にゲート電極１１１ａ、及びゲート配線層１１１ｂを有し、ゲート電極１１１ａ、及びゲート配線層１１１ｂ上にゲート絶縁層１０２が形成されている。ゲート絶縁層１０２は第１のゲート絶縁層１０２ａ、及び第２のゲート絶縁層１０２ｂを積層して形成されている。ゲート絶縁層１０２を介してゲート電極１１１ａ上に酸化物半導体層１２３が形成されている。ゲート電極１１１ａに端部を重畳してソース電極層、及びドレイン電極層（１１５ａ、１１５ｂ）が形成されている。また、ゲート電極１１１ａ上のソース電極層、及びドレイン電極層（１１５ａ、１１５ｂ）に挟まれた酸化物半導体層１２３に接して酸化物絶縁膜１０７が、設けられ、酸化物絶縁膜１０７上に保護絶縁層１０８が設けられている。
【０１０２】
また、ゲート配線層１１１ｂに到達するコンタクトホール１２８がゲート絶縁層１０２に形成され、コンタクトホール１２８を介してゲート配線層１１１ｂと第２配線層１１５ｃが接続している。
【０１０３】
本実施の形態の薄膜トランジスタ１５１の作製方法について図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図５（Ｃ）、及び図５（Ｄ）を用いて説明する。図５は本実施の形態における薄膜トランジスタの作製方法を示す断面図である。
【０１０４】
基板１００に用いるガラス基板としては、加熱処理の温度が高い場合には、歪み点が７３０℃以上のものを用いると良い。また、ガラス基板には、例えば、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスなどのガラス材料が用いられている。酸化ホウ素と比較して酸化バリウム（ＢａＯ）を多く含ませることで、より実用的な耐熱ガラスが得られる。このため、Ｂ２Ｏ３よりＢａＯを多く含むガラス基板を用いることが好ましい。
【０１０５】
なお、上記のガラス基板に代えて、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などの絶縁体でなる基板を用いても良い。他にも、結晶化ガラスなどを用いることができる。
【０１０６】
また、下地膜となる絶縁膜を基板１００と、次に説明するゲート電極１１１ａ、及びゲート配線層１１１ｂの間に設けてもよい。下地膜は、基板１００からの不純物元素の拡散を防止する機能があり、窒化珪素膜、酸化珪素膜、窒化酸化珪素膜、又は酸化窒化珪素膜から選ばれた一又は複数の膜による積層構造により形成することができる。
【０１０７】
絶縁表面を有する基板１００上に導電膜を形成した後、第１のフォトリソグラフィ工程によりゲート電極１１１ａ、及びゲート配線層１１１ｂを含む第１配線層を形成する。なお、形成されたゲート電極の端部はテーパ形状であることが好ましい。
【０１０８】
なお、レジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
【０１０９】
ゲート電極１１１ａ、及びゲート配線層１１１ｂを形成する導電膜としては、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素、または上述した元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金等が挙げられる。また、上述した金属に加え、銅、ネオジム、またはスカンジウムなど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、単層でまたは積層して形成することもできる。なお、透光性を有する導電膜を用いてゲート電極を形成することもできる。透光性を有する導電膜としては、透明導電性酸化物等をその例に挙げることができる。
【０１１０】
次いで、ゲート絶縁層１０２を成膜する。ゲート絶縁層１０２は酸化シリコン層、酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化アルミニウム層、酸化タンタル層などの単層膜または積層膜を用いることができる。また、膜厚を５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下とし、ＣＶＤ法やスパッタ法などで形成する。また、膜中にリン（Ｐ）や硼素（Ｂ）がドープされていても良い。
【０１１１】
ゲート絶縁層１０２は酸化物半導体層と接する側に酸化物絶縁層を有する構成が好ましい。本実施の形態では第１のゲート絶縁層１０２ａとして窒化珪素、第２のゲート絶縁層１０２ｂとして酸化珪素を用いる。また、本実施の形態で用いる、不純物を除去することによりｉ型化又は実質的にｉ型化された酸化物半導体（高純度化された酸化物半導体）は界面準位、界面電荷に対して極めて敏感であるため、絶縁膜との界面は重要である。そのため高純度化された酸化物半導体に接する絶縁膜は、高品質化が要求される。
【０１１２】
例えば、μ波（２．４５ＧＨｚ）を用いた高密度プラズマＣＶＤは、緻密で絶縁耐圧の高い高品質な絶縁膜を形成できるので好ましい。高純度化された酸化物半導体と高品質ゲート絶縁膜とが密接することにより、界面準位を低減して界面特性を良好なものとすることができるからである。
【０１１３】
また、高密度プラズマＣＶＤ装置により得られた絶縁膜は、一定した厚さの膜形成ができるため段差被覆性に優れている。また、高密度プラズマＣＶＤ装置により得られる絶縁膜は、薄い膜の厚みを精密に制御することができる。
【０１１４】
もちろん、ゲート絶縁膜として良質な絶縁膜を形成できるものであれば、スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法など他の成膜方法を適用することができる。また、成膜後の熱処理によってゲート絶縁膜の膜質、酸化物半導体との界面特性が改質される絶縁膜であっても良い。いずれにしても、ゲート絶縁膜としての膜質が良好であることは勿論のこと、酸化物半導体との界面準位密度を低減し、良好な界面を形成できるものであれば良い。
【０１１５】
ゲート絶縁層１０２の形成は、高密度プラズマＣＶＤ装置により行う。ここでは、高密度プラズマＣＶＤ装置は、１×１０１１／ｃｍ３以上のプラズマ密度を達成できる装置を指している。例えば、３ｋＷ〜６ｋＷのマイクロ波電力を印加してプラズマを発生させて、絶縁膜の成膜を行う。
【０１１６】
チャンバーに材料ガスとしてモノシランガス（ＳｉＨ４）と亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）と希ガスを導入し、１０Ｐａ〜３０Ｐａの圧力下で高密度プラズマを発生させてガラス等の絶縁表面を有する基板上に絶縁膜を形成する。その後、モノシランガスの供給を停止し、大気に曝すことなく亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）と希ガスとを導入して絶縁膜表面にプラズマ処理を行ってもよい。少なくとも亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）と希ガスとを導入して絶縁膜表面に行われるプラズマ処理は、絶縁膜の成膜より後に行う。上記プロセス順序を経た絶縁膜は、膜厚が薄く、例えば１００ｎｍ未満であっても信頼性を確保することができる絶縁膜である。
【０１１７】
ゲート絶縁層１０２の形成の際、チャンバーに導入するモノシランガス（ＳｉＨ４）と亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）との流量比は、１：１０から１：２００の範囲とする。また、チャンバーに導入する希ガスとしては、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、キセノンなどを用いることができるが、中でも安価であるアルゴンを用いることが好ましい。
【０１１８】
また、高密度プラズマ装置により得られた絶縁膜は、一定した厚さの膜形成ができるため段差被覆性に優れている。また、高密度プラズマ装置により得られる絶縁膜は、薄い膜の厚みを精密に制御することができる。
【０１１９】
上記プロセス順序を経た絶縁膜は、従来の平行平板型のＰＣＶＤ装置で得られる絶縁膜とは大きく異なっており、同じエッチャントを用いてエッチング速度を比較した場合において、平行平板型のＰＣＶＤ装置で得られる絶縁膜の１０％以上または２０％以上遅く、高密度プラズマ装置で得られる絶縁膜は緻密な膜と言える。
【０１２０】
また、ゲート絶縁層１０２として、有機シランガスを用いたＣＶＤ法により酸化シリコン層を形成することも可能である。有機シランガスとしては、珪酸エチル（ＴＥＯＳ：化学式Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）、テトラメチルシラン（ＴＭＳ：化学式Ｓｉ（ＣＨ３）４）、テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ）、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、トリエトキシシラン（ＳｉＨ（ＯＣ２Ｈ５）３）、トリスジメチルアミノシラン（ＳｉＨ（Ｎ（ＣＨ３）２）３）等のシリコン含有化合物を用いることができる。
【０１２１】
なお、ゲート絶縁層１０２として、アルミニウム、イットリウム、又はハフニウムの酸化物、窒化物、酸化窒化物、又は窒化酸化物の一種又はそれらの化合物を少なくとも２種以上含む化合物を用いることもできる。
【０１２２】
また、ゲート絶縁層１０２と酸化物半導体膜１０３を連続成膜してもよい。例えば、珪素もしくは酸化珪素（人工石英）ターゲットと、酸化物半導体膜用のターゲットを備えたマルチチャンバー型のスパッタリング装置を用いれば、成膜後のゲート絶縁層１０２を大気にさらすことなく連続成膜できる。
【０１２３】
次いで、酸化物半導体膜をゲート絶縁層１０２上に形成する。酸化物半導体膜としては、
四元系金属酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜や、三元系金属酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系や、二元系金属酸化物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ膜、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ膜、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ膜や、Ｉｎ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ｏ膜、Ｚｎ−Ｏ膜などの酸化物半導体膜を用いることができる。また、上記酸化物半導体膜にＳｉＯ２を含んでもよい。
【０１２４】
また、酸化物半導体膜は、ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記される薄膜を用いることができる。ここで、Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、ＭｎおよびＣｏから選ばれた一または複数の金属元素を示す。例えばＭとして、Ｇａ、Ｇａ及びＡｌ、Ｇａ及びＭｎ、またはＧａ及びＣｏなどがある。ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記される構造の酸化物半導体膜のうち、ＭとしてＧａを含む構造の酸化物半導体を、上記したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ酸化物半導体とよび、その薄膜をＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜ともよぶこととする。
【０１２５】
酸化物半導体膜は好ましくは５ｎｍ以上３０ｎｍ以下とする。なお、適用する酸化物半導体材料により適切な厚みは異なり、材料に応じて適宜厚みを選択すればよい。
【０１２６】
酸化物半導体膜は実施の形態１乃至実施の形態３で説明した成膜装置及び成膜方法に従って成膜するためここでは詳細な説明を省略する。この段階での断面図を図５（Ａ）に示す。
【０１２７】
実施の形態１乃至実施の形態３で説明した成膜装置及び成膜方法に従って成膜した酸化物半導体膜は、Ｈ２Ｏに代表される水素原子を含む化合物や炭素原子を含む化合物、もしくは水素原子や炭素原子等の不純物の含有量が少ない。例えば水素濃度を本発明の技術思想的には、ゼロまたはゼロに近いことを理想とした酸化物半導体膜が成膜できる。
【０１２８】
なお、酸化物半導体膜を形成した後、酸化物半導体膜に第１の加熱処理を施してもよい。第１の加熱処理の詳細については、一連の薄膜トランジスタの作製工程の説明のあとに説明する。
【０１２９】
なお、酸化物半導体膜を成膜する前に、スパッタ装置にアルゴンガスを導入してプラズマを発生させる逆スパッタを行い、ゲート絶縁層１０２の表面に付着しているゴミを除去することが好ましい。逆スパッタとは、アルゴン雰囲気下で基板にＲＦ電源を用いて電圧を印加して基板近傍にプラズマを形成して表面を改質する方法である。なお、アルゴン雰囲気に代えて窒素、ヘリウム、酸素などを用いてもよい。
【０１３０】
次いで、酸化物半導体膜１０３を第２のフォトリソグラフィ工程により島状に加工し、酸化物半導体層１１３を形成する。
【０１３１】
なお、島状の酸化物半導体層を形成するためのレジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
【０１３２】
次いで、コンタクトホール１２８を第３のフォトリソグラフィ工程によりゲート絶縁層１０２に形成する。なお、次工程の導電膜を形成する前に逆スパッタを行い、酸化物半導体層１１３及びゲート絶縁層１０２の表面に付着しているレジスト残渣などを除去することが好ましい。また、この段階での断面図を図５（Ｂ）に示す。
【０１３３】
なお、本実施の形態では、第３のフォトリソグラフィ工程によりゲート絶縁層を選択的にエッチングしてゲート配線層１１１ｂに達するコンタクトホール１２８を形成するが、この方法に限定されない。酸化物半導体膜を成膜した後、酸化物半導体膜上にレジストマスクを形成し、ゲート電極１１１ａに達するコンタクトホールを形成してもよい。コンタクトホールを形成した後、レジストマスクを除去し、別のフォトマスクを用いて酸化物半導体膜上にレジストマスクを形成し、第２の酸化物半導体膜を選択的にエッチングして島状の酸化物半導体層に加工する工程としてもよい。
【０１３４】
次いで、薄膜トランジスタのソース電極層及びドレイン電極層となる導電膜をゲート絶縁層１０２、酸化物半導体層１１３、及びコンタクトホール１２８を介してゲート配線層１１１ｂ上に成膜する。
【０１３５】
ソース電極層及びドレイン電極層（これと同じ層で形成される配線を含む）を形成する導電膜としては、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗなどの金属材料、または該金属材料を成分とする合金材料で形成する。また、Ａｌ、Ｃｕなどの金属膜の一方または双方にＣｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗなどの高融点金属膜を積層させた構成としても良い。また、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｓｃ、ＹなどＡｌ膜に生ずるヒロックやウィスカーの発生を防止する元素が添加されているＡｌ材料を用いることで耐熱性を向上させることが可能となる。
【０１３６】
ソース電極層及びドレイン電極層（これと同じ層で形成される配線を含む）は導電性の金属酸化物膜で形成しても良い。導電性の金属酸化物としては酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム酸化スズ合金（Ｉｎ２Ｏ３―ＳｎＯ２、ＩＴＯと略記する）、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ２Ｏ３―ＺｎＯ）または前記金属酸化物材料にシリコン若しくは酸化シリコンを含ませたものを用いることができる。
【０１３７】
酸化物半導体層１１３に接する導電膜は酸素親和性の高い金属を含む材料が好ましい。酸素親和性の高い金属としては、チタン（Ｔｉ）、マンガン（Ｍｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ジルコニウム、ベリリウム、トリウムのいずれか一または複数から選択された材料であることが好ましい。本実施の形態では、チタン膜（膜厚１００ｎｍ）とアルミニウム膜（膜厚２００ｎｍ）とチタン膜（膜厚１００ｎｍ）の３層構造の導電膜を形成する。また、Ｔｉ膜に変えて窒化チタン膜を用いてもよい。
【０１３８】
なお、２００℃〜６００℃の熱処理を行う場合には、この熱処理に耐える耐熱性を導電膜に持たせることが好ましい。例えばヒロック防止元素が添加されたアルミニウム合金や、耐熱性導電膜と積層した導電膜を用いることが好ましい。なお、導電膜の成膜方法は、スパッタ法や真空蒸着法（電子ビーム蒸着法など）や、アーク放電イオンプレーティング法や、スプレー法を用いる。また、銀、金、銅などの導電性ナノペーストを用いてスクリーン印刷法、インクジェット法などを用いて吐出し焼成して形成しても良い。
【０１３９】
次いで、第４のフォトリソグラフィ工程によりレジストマスクを形成し、導電膜を選択的にエッチング除去してソース電極層、ドレイン電極層を含む第２配線層（１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ）を形成する（図５（Ｃ）参照。）。また、図５（Ｃ）に示すように、コンタクトホール１２８介してゲート配線層１１１ｂに第２配線層１１５ｃが直接接続する。
【０１４０】
また、第４のフォトリソグラフィ工程においては、酸化物半導体層上に接する導電膜のみを選択的に除去する部分がある。酸化物半導体層上に接する導電膜のみを選択的に除去するため、アルカリ性のエッチャントとしてアンモニア過水（組成の重量比として、過酸化水素：アンモニア：水＝５：２：２）などを用いると、金属導電膜を選択的に除去し、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体からなる酸化物半導体層を残存させることができる。
【０１４１】
また、エッチング条件にもよるが第４のフォトリソグラフィ工程において酸化物半導体層の露出領域がエッチングされる場合がある。その場合、ソース電極層とドレイン電極層に挟まれる領域（１１５ａと１１５ｂに挟まれる領域）の酸化物半導体層の厚みは、ゲート電極１１１ａ上でソース電極層が重なる領域の酸化物半導体層の厚み、又はドレイン電極層が重なる領域の酸化物半導体層の厚みに比べ、薄くなる。（図０５（Ｃ）参照）。
【０１４２】
なお、ソース電極層及びドレイン電極層を含む第２配線層（１１５ａ、１１５ｂ、及び１１５ｃ）を形成するためのレジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
【０１４３】
次いで、酸化物絶縁膜１０７を、ゲート絶縁層１０２、酸化物半導体層１１３上に形成する。この段階で、酸化物半導体層１１３と酸化物絶縁膜１０７が接する領域が形成される。なお、ゲート電極に重畳し、酸化物絶縁膜１０７とゲート絶縁層１０２に接して挟まれる酸化物半導体層の領域がチャネル形成領域となる。
【０１４４】
Ｈ２Ｏに代表される水素原子を含む化合物や炭素原子を含む化合物、もしくは水素原子や炭素原子等の不純物の含有量が少ない酸化物半導体層に接する酸化物絶縁膜は、水分や、水素イオンや、ＯＨ−などの不純物を含まず、これらが外部から侵入することをブロックする無機絶縁膜を用いて形成する。代表的には酸化珪素膜、窒化酸化珪素膜、酸化アルミニウム膜、または酸化窒化アルミニウムなどを用いる。また、酸化物絶縁膜１０７は、少なくとも１ｎｍ以上の膜厚とし、スパッタリング法など、酸化物絶縁膜に水、水素等の不純物を混入させない方法を適宜用いて形成することができる。
【０１４５】
本実施の形態では、スパッタリング法を用いて酸化物絶縁膜として酸化珪素膜を成膜する。成膜時の基板温度は室温以上６００℃以下、好ましくは２００℃以上４００℃以下とすればよく、本実施の形態では１００℃とする。酸化珪素膜のスパッタリング法による成膜は、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、または希ガス（代表的にはアルゴン）及び酸素雰囲気下において行うことができる。なお、スパッタ法で形成した酸化物絶縁膜は特に緻密であり、接する層へ不純物が拡散する現象を抑制する保護膜として単層であっても利用することができる。また、リン（Ｐ）や硼素（Ｂ）をドープしたターゲットを用い、酸化物絶縁膜にリン（Ｐ）や硼素（Ｂ）を添加することもできる。
【０１４６】
また、ターゲットとして酸化珪素ターゲットまたは珪素ターゲットを用いることができ、特に珪素ターゲットが好ましい。珪素ターゲットを用いて、酸素、及び希ガス雰囲気下でスパッタリング法により成膜した酸化珪素膜は、珪素原子または酸素原子の不対結合手（ダングリングボンド）を多く含んでいる。
【０１４７】
酸化物絶縁膜１０７は不対結合手を多く含むため、酸化物半導体層１１３に残存する不純物は、酸化物半導体層１１３と酸化物絶縁膜１０７が接する界面を介して、酸化物絶縁膜１０７に拡散し易くなる。具体的には、酸化物半導体層１１３に含まれる水素原子や、Ｈ２Ｏなど水素原子を含む化合物が酸化物絶縁膜１０７に拡散移動し易くなる。
【０１４８】
本実施の形態では、純度が６Ｎであり、柱状多結晶Ｂドープの珪素ターゲット（抵抗値０．０１Ωｃｍ）を用い、基板とターゲットの間との距離（Ｔ−Ｓ間距離）を８９ｍｍ、圧力０．４Ｐａ、直流（ＤＣ）電源６ｋＷ、酸素（酸素流量比率１００％）雰囲気下でパルスＤＣスパッタ法により成膜する。膜厚は３００ｎｍとする。
【０１４９】
なお、酸化物絶縁膜１０７は酸化物半導体層のチャネル形成領域となる領域上に接して設けられ、チャネル保護層として機能する。
【０１５０】
次いで、保護絶縁層１０８を酸化物絶縁膜１０７上に形成する（図５（Ｄ）参照。）。保護絶縁層１０８としては、窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、または窒化アルミニウムなどを用いる。本実施の形態では、ＲＦスパッタ法を用いて窒化珪素膜の保護絶縁層１０８を形成する。
【０１５１】
酸化物絶縁膜１０７の形成後、第２の加熱処理（好ましくは２００℃以上４００℃以下、例えば２５０℃以上３５０℃以下）を不活性ガス雰囲気下、または窒素ガス雰囲気下で行ってもよい。
【０１５２】
例えば、窒素雰囲気下で２５０℃、１時間の第２の加熱処理を行う。第２の加熱処理を行うと、酸化物半導体層１１３の一部が酸化物絶縁膜１０７と接した状態で加熱され、また、酸化物半導体層１１３の他の一部が第２配線層（１１５ａ、及び１１５ｂ）と接した状態で加熱される。
【０１５３】
Ｈ２Ｏに代表される水素原子を含む化合物や炭素原子を含む化合物、もしくは水素原子や炭素原子等の不純物の含有量が少ない酸化物半導体層が酸化物絶縁膜１０７と接した状態で第２の加熱処理が施されると、酸化物絶縁膜１０７が接した領域が酸素過剰な状態となる。その結果、酸化物半導体層１１３の酸化物絶縁膜１０７が接する領域から、酸化物半導体層１１３の深さ方向に向けて、高抵抗化（Ｉ型化）する。
【０１５４】
具体的には、酸化物半導体層１１３と酸化物絶縁膜１０７が接する界面からゲート絶縁層１０２にかけて、高抵抗化（Ｉ型化）された領域を有する酸化物半導体層１２３が形成される。
【０１５５】
薄膜トランジスタ１５１はチャネル形成領域に高抵抗化（Ｉ型化）された酸化物半導体層が形成されているため、閾値電圧が正の値を示し、エンハンスメント型の挙動を示す。
【０１５６】
また、酸化物半導体に酸素親和性の強い金属導電膜が接する場合、加熱処理を行うと該金属導電膜側に酸素が移動しやすくなり、該酸化物半導体層はＮ型化する。従って、第２の加熱処理を行うと、酸化物半導体層１１３とチタンなど酸素親和性の強い金属導電膜からなるソース電極層、及びドレイン電極層（１１５ａ、及び１１５ｂ）が接する領域はＮ型化する。
【０１５７】
なお、第２の加熱処理を行うタイミングは、第４のフォトリソグラフィ工程の終了直後に限定されず、第５のフォトリソグラフィ工程よりも後の工程であれば特に限定されない。
【０１５８】
以上の工程により、薄膜トランジスタ１５１を作製することができる。
【０１５９】
なお、本実施の形態では、第３のフォトリソグラフィ工程によりゲート絶縁層を選択的にエッチングしてゲート配線層１１１ｂに達するコンタクトホール１２８を形成するが、この方法に限定されない。例えば、ゲート絶縁層１０２を形成した後、ゲート絶縁層上にレジストマスクを形成し、ゲート配線層１１１ｂに達するコンタクトホールを形成してもよい。
【０１６０】
酸化物半導体層を形成した後、酸化物半導体層に残存する不純物濃度、代表的には水素濃度を本発明の技術思想的には、ゼロまたはゼロに近いことを理想として、酸化物半導体層に残留する水素濃度をさらに低減する必要があれば、第１の加熱処理を施して脱水化または脱水素化を行ってもよい。
【０１６１】
脱水化または脱水素化を行う第１の加熱処理の温度は、４００℃以上であって７５０℃未満、好ましくは４２５℃以上７５０℃未満とする。なお、４２５℃以上であれば熱処理時間は１時間以下でよいが、４２５℃未満であれば加熱処理時間は、１時間よりも長時間行うこととする。第１の加熱処理では、加熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化物半導体層に対して窒素雰囲気下において加熱処理を行った後、大気に触れることなく、酸化物半導体層への水や水素の再混入を防ぎ、酸化物半導体層を得る。酸化物半導体層の脱水化または脱水素化を行う加熱温度Ｔから、再び水が入らないような十分な温度まで同じ炉を用い、具体的には加熱温度Ｔよりも１００℃以上下がるまで窒素雰囲気下で徐冷する。また、窒素雰囲気に限定されず、ヘリウム、ネオン、アルゴン等下において脱水化または脱水素化を行う。
【０１６２】
なお、加熱処理装置は電気炉に限られず、例えば、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置等のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置を用いることができる。ＬＲＴＡ装置は、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ランプなどのランプから発する光（電磁波）の輻射により、被処理物を加熱する装置である。ＧＲＴＡ装置は、上記のランプから発する光による熱輻射、およびランプから発する光で気体を加熱し、加熱された気体からの熱伝導によって、被処理物を加熱する装置である。気体には、アルゴンなどの希ガス、または窒素のような、加熱処理によって被処理物と反応しない不活性気体が用いられる。また、ＬＲＴＡ装置、ＧＲＴＡには、ランプだけでなく、抵抗発熱体などの発熱体からの熱伝導または熱輻射によって、被処理物を加熱する装置を備えていてもよい。
【０１６３】
また、第１の加熱処理においては、窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスに、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、加熱処理装置に導入する窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上、（即ち不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。
【０１６４】
なお、第１の加熱処理の条件、または酸化物半導体層の材料によっては、結晶化し、微結晶膜または多結晶膜となる場合もある。例えば、結晶化率が９０％以上、または８０％以上の微結晶の酸化物半導体膜となる場合もある。また、第１の加熱処理の条件、または酸化物半導体層の材料によっては、結晶成分を含まない非晶質の酸化物半導体膜となる場合もある。
【０１６５】
第１の加熱処理後に、酸化物半導体層は酸素欠乏型となり、低抵抗化する。第１の加熱処理後の酸化物半導体膜は、成膜直後の酸化物半導体膜よりもキャリア濃度が高まり、１×１０１８／ｃｍ３以上のキャリア濃度を有する酸化物半導体層となる。そのため、第１の加熱処理を施した場合は、第２の加熱処理（好ましくは２００℃以上４００℃以下、例えば２５０℃以上３５０℃以下）を不活性ガス雰囲気下、または窒素ガス雰囲気下で行う。
【０１６６】
なお、ゲート電極１１１ａ、及びゲート配線層１１１ｂは、第１の加熱処理の条件、またはその材料によっては、結晶化し、微結晶膜または多結晶膜となる場合もある。例えば、ゲート電極１１１ａ、及びゲート配線層１１１ｂとして、酸化インジウム酸化スズ合金膜を用いる場合は４５０℃１時間の第１の熱処理で結晶化し、ゲート電極１１１ａ、及びゲート配線層１１１ｂとして、酸化珪素を含む酸化インジウム酸化スズ合金膜を用いる場合は結晶化しない。
【０１６７】
また、酸化物半導体層の第１の加熱処理は、島状の酸化物半導体層に加工する前の酸化物半導体膜に行うこともできる。その場合には、第１の加熱処理後に、加熱装置から基板を取り出し、第４のフォトリソグラフィ工程を行う。
【０１６８】
本実施の形態で例示する半導体素子は、加熱されたターゲットを用いて成膜された酸化物半導体膜を有する。加熱されたターゲットを用いて成膜した酸化物半導体膜に含まれる不純物は少なく、例えば水素濃度を本発明の技術思想的には、ゼロまたはゼロに近いことが理想とした酸化物半導体膜が成膜できる。なお、酸化物半導体層中の水素濃度測定は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）で行えばよい。
【０１６９】
酸化物半導体のエネルギーギャップは２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上、より好ましくは３ｅＶ以上のものを用い、酸化物半導体層に含まれる水素を徹底的に除去することにより高純度化された酸化物半導体層を用いる。また、キャリア濃度を１×１０１４／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１２／ｃｍ３以下となるようにする。即ち、キャリア濃度は、限りなくゼロに近づけた酸化物半導体層をチャネル形成領域に適用して、薄膜トランジスタを構成する。キャリア濃度が限りなくゼロに近い酸化物半導体層を薄膜トランジスタのチャネル形成領域に用いることで、オフ電流値が極めて小さい薄膜トランジスタを提供できる。
【０１７０】
例えば、高純度化された酸化物半導体層を用いた薄膜トランジスタのチャネル長が３μｍ、チャネル幅が１０ｍｍの場合であっても、ドレイン電圧が１Ｖ及び１０Ｖの場合において、ゲート電圧が−５Ｖから−２０Ｖの範囲（オフ状態）において、ドレイン電流は１×１０−１３Ａ以下となるように作用する。
【０１７１】
本実施の形態で例示する半導体素子は、不純物濃度が少ない酸化物半導体膜をチャネル形成領域に用いているため優れた電気特性と高い信頼性を有する。具体的には、オフ電流が極めて低く、閾値電圧が制御された薄膜トランジスタを提供できる。また、動作速度が速く、製造工程が比較的簡単であり、十分な信頼性を有する、酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタを提供できる。
【０１７２】
また、ＢＴストレス試験（バイアス・温度ストレス試験）を行った際のしきい値電圧のシフト量を低減することができ、信頼性の高い薄膜トランジスタを得ることができる。なお、本明細書中で、ＢＴストレス試験（バイアス・温度ストレス試験）とは、薄膜トランジスタに高温雰囲気下で、高ゲート電圧を印加する試験のことを指す。
【０１７３】
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。
【０１７４】
（実施の形態５）
本実施の形態では、同一基板上に少なくとも駆動回路の一部と、画素部に配置する薄膜トランジスタを作製する例について以下に説明する。
【０１７５】
画素部に配置する薄膜トランジスタは、実施の形態４に従って形成する。また、実施の形態４に示す薄膜トランジスタはｎチャネル型ＴＦＴであるため、駆動回路のうち、ｎチャネル型ＴＦＴで構成することができる駆動回路の一部を画素部の薄膜トランジスタと同一基板上に形成する。
【０１７６】
アクティブマトリクス型表示装置のブロック図の一例を図６（Ａ）に示す。表示装置の基板５３００上には、画素部５３０１、第１の走査線駆動回路５３０２、第２の走査線駆動回路５３０３、信号線駆動回路５３０４を有する。画素部５３０１には、複数の信号線が信号線駆動回路５３０４から延伸して配置され、複数の走査線が第１の走査線駆動回路５３０２、及び走査線駆動回路５３０３から延伸して配置されている。なお走査線と信号線との交差領域には、各々、表示素子を有する画素がマトリクス状に配置されている。また、表示装置の基板５３００はＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の接続部を介して、タイミング制御回路５３０５（コントローラ、制御ＩＣともいう）に接続されている。
【０１７７】
図６（Ａ）では、第１の走査線駆動回路５３０２、第２の走査線駆動回路５３０３、信号線駆動回路５３０４は、画素部５３０１と同じ基板５３００上に形成される。そのため、外部に設ける駆動回路等の部品の数が減るので、コストの低減を図ることができる。また、基板５３００外部に駆動回路を設けた場合、配線を延伸させる必要が生じ、配線間の接続数が増える。同じ基板５３００上に駆動回路を設けた場合、その配線間の接続数を減らすことができ、信頼性の向上、又は歩留まりの向上を図ることができる。
【０１７８】
なお、タイミング制御回路５３０５は、第１の走査線駆動回路５３０２に対し、一例として、第１の走査線駆動回路用スタート信号（ＧＳＰ１）、走査線駆動回路用クロック信号（ＧＣＫ１）を供給する。また、タイミング制御回路５３０５は、第２の走査線駆動回路５３０３に対し、一例として、第２の走査線駆動回路用スタート信号（ＧＳＰ２）（スタートパルスともいう）、走査線駆動回路用クロック信号（ＧＣＫ２）を供給する。信号線駆動回路５３０４に、信号線駆動回路用スタート信号（ＳＳＰ）、信号線駆動回路用クロック信号（ＳＣＫ）、ビデオ信号用データ（ＤＡＴＡ）（単にビデオ信号ともいう）、ラッチ信号（ＬＡＴ）を供給するものとする。なお各クロック信号は、周期のずれた複数のクロック信号でもよいし、クロック信号を反転させた信号（ＣＫＢ）とともに供給されるものであってもよい。なお、第１の走査線駆動回路５３０２と第２の走査線駆動回路５３０３との一方を省略することが可能である。
【０１７９】
図６（Ｂ）では、駆動周波数が低い回路（例えば、第１の走査線駆動回路５３０２、第２の走査線駆動回路５３０３）を画素部５３０１と同じ基板５３００に形成し、信号線駆動回路５３０４を画素部５３０１とは別の基板に形成する構成について示している。当該構成により、単結晶半導体を用いたトランジスタと比較すると電界効果移動度が小さい薄膜トランジスタによって、基板５３００に形成する駆動回路を構成することができる。したがって、表示装置の大型化、工程数の削減、コストの低減、又は歩留まりの向上などを図ることができる。
【０１８０】
また、実施の形態４に示す薄膜トランジスタは、ｎチャネル型ＴＦＴである。図７（Ａ）、図７（Ｂ）ではｎチャネル型ＴＦＴで構成する信号線駆動回路の構成、動作について一例を示し説明する。
【０１８１】
信号線駆動回路は、シフトレジスタ５６０１、及びスイッチング回路５６０２を有する。スイッチング回路５６０２は、スイッチング回路５６０２＿１〜５６０２＿Ｎ（Ｎは自然数）という複数の回路を有する。スイッチング回路５６０２＿１〜５６０２＿Ｎは、各々、薄膜トランジスタ５６０３＿１〜５６０３＿ｋ（ｋは自然数）という複数のトランジスタを有する。薄膜トランジスタ５６０３＿１〜５６０３＿ｋは、Ｎチャネル型ＴＦＴである例を説明する。
【０１８２】
信号線駆動回路の接続関係について、スイッチング回路５６０２＿１を例にして説明する。薄膜トランジスタ５６０３＿１〜５６０３＿ｋの第１端子は、各々、配線５６０４＿１〜５６０４＿ｋと接続される。薄膜トランジスタ５６０３＿１〜５６０３＿ｋの第２端子は、各々、信号線Ｓ１〜Ｓｋと接続される。薄膜トランジスタ５６０３＿１〜５６０３＿ｋのゲートは、シフトレジスタ５６０１と接続される。
【０１８３】
シフトレジスタ５６０１は、配線５６０５＿１〜５６０５＿Ｎに順番にＨレベル（Ｈ信号、高電源電位レベル、ともいう）の信号を出力し、スイッチング回路５６０２＿１〜５６０２＿Ｎを順番に選択する機能を有する。
【０１８４】
スイッチング回路５６０２＿１は、配線５６０４＿１〜５６０４＿ｋと信号線Ｓ１〜Ｓｋとの導通状態（第１端子と第２端子との間の導通）に制御する機能、即ち配線５６０４＿１〜５６０４＿ｋの電位を信号線Ｓ１〜Ｓｋに供給するか否かを制御する機能を有する。このように、スイッチング回路５６０２＿１は、セレクタとしての機能を有する。また薄膜トランジスタ５６０３＿１〜５６０３＿ｋは、各々、配線５６０４＿１〜５６０４＿ｋと信号線Ｓ１〜Ｓｋとの導通状態を制御する機能、即ち配線５６０４＿１〜５６０４＿ｋの電位を信号線Ｓ１〜Ｓｋに供給する機能を有する。このように、薄膜トランジスタ５６０３＿１〜５６０３＿ｋは、各々、スイッチとしての機能を有する。
【０１８５】
なお、配線５６０４＿１〜５６０４＿ｋには、各々、ビデオ信号用データ（ＤＡＴＡ）が入力される。ビデオ信号用データ（ＤＡＴＡ）は、画像情報又は画像信号に応じたアナログ信号である場合が多い。
【０１８６】
次に、図７（Ａ）の信号線駆動回路の動作について、図７（Ｂ）のタイミングチャートを参照して説明する。図７（Ｂ）には、信号Ｓｏｕｔ＿１〜Ｓｏｕｔ＿Ｎ、及び信号Ｖｄａｔａ＿１〜Ｖｄａｔａ＿ｋの一例を示す。信号Ｓｏｕｔ＿１〜Ｓｏｕｔ＿Ｎは、各々、シフトレジスタ５６０１の出力信号の一例であり、信号Ｖｄａｔａ＿１〜Ｖｄａｔａ＿ｋは、各々、配線５６０４＿１〜５６０４＿ｋに入力される信号の一例である。なお、信号線駆動回路の１動作期間は、表示装置における１ゲート選択期間に対応する。１ゲート選択期間は、一例として、期間Ｔ１〜期間ＴＮに分割される。期間Ｔ１〜ＴＮは、各々、選択された行に属する画素にビデオ信号用データ（ＤＡＴＡ）を書き込むための期間である。
【０１８７】
期間Ｔ１〜期間ＴＮにおいて、シフトレジスタ５６０１は、Ｈレベルの信号を配線５６０５＿１〜５６０５＿Ｎに順番に出力する。例えば、期間Ｔ１において、シフトレジスタ５６０１は、ハイレベルの信号を配線５６０５＿１に出力する。すると、薄膜トランジスタ５６０３＿１〜５６０３＿ｋはオンになるので、配線５６０４＿１〜５６０４＿ｋと、信号線Ｓ１〜Ｓｋとが導通状態になる。このとき、配線５６０４＿１〜５６０４＿ｋには、Ｄａｔａ（Ｓ１）〜Ｄａｔａ（Ｓｋ）が入力される。Ｄａｔａ（Ｓ１）〜Ｄａｔａ（Ｓｋ）は、各々、薄膜トランジスタ５６０３＿１〜５６０３＿ｋを介して、選択される行に属する画素のうち、１列目〜ｋ列目の画素に書き込まれる。こうして、期間Ｔ１〜ＴＮにおいて、選択された行に属する画素に、ｋ列ずつ順番にビデオ信号用データ（ＤＡＴＡ）が書き込まれる。
【０１８８】
以上のように、ビデオ信号用データ（ＤＡＴＡ）が複数の列ずつ画素に書き込まれることによって、ビデオ信号用データ（ＤＡＴＡ）の数、又は配線の数を減らすことができる。よって、外部回路との接続数を減らすことができる。また、ビデオ信号が複数の列ずつ画素に書き込まれることによって、書き込み時間を長くすることができ、ビデオ信号の書き込み不足を防止することができる。
【０１８９】
なお、シフトレジスタ５６０１及びスイッチング回路５６０２としては、実施の形態４に示す薄膜トランジスタで構成される回路を用いることが可能である。この場合、シフトレジスタ５６０１が有する全てのトランジスタの極性をＮチャネル型、又はＰチャネル型のいずれかの極性のみで構成することができる。
【０１９０】
また、走査線駆動回路の構成について説明する。走査線駆動回路は、シフトレジスタを有している。また場合によってはレベルシフタやバッファ等を有していても良い。走査線駆動回路において、シフトレジスタにクロック信号（ＣＬＫ）及びスタートパルス信号（ＳＰ）が入力されることによって、選択信号が生成される。生成された選択信号はバッファにおいて緩衝増幅され、対応する走査線に供給される。走査線には、１ライン分の画素のトランジスタのゲート電極が接続されている。そして、１ライン分の画素のトランジスタを一斉にＯＮにしなくてはならないので、バッファは大きな電流を流すことが可能なものが用いられる。
【０１９１】
走査線駆動回路及び／または信号線駆動回路の一部に用いるシフトレジスタの一形態について図８及び図９を用いて説明する。
【０１９２】
走査線駆動回路、信号線駆動回路のシフトレジスタについて、図８及び図９を参照して説明する。シフトレジスタは、第１のパルス出力回路１０＿１乃至第Ｎのパルス出力回路１０＿Ｎ（Ｎ≧３の自然数）を有している（図８（Ａ）参照）。図８（Ａ）に示すシフトレジスタの第１のパルス出力回路１０＿１乃至第Ｎのパルス出力回路１０＿Ｎには、第１の配線１１より第１のクロック信号ＣＫ１、第２の配線１２より第２のクロック信号ＣＫ２、第３の配線１３より第３のクロック信号ＣＫ３、第４の配線１４より第４のクロック信号ＣＫ４が供給される。また第１のパルス出力回路１０＿１では、第５の配線１５からのスタートパルスＳＰ１（第１のスタートパルス）が入力される。また２段目以降の第ｎのパルス出力回路１０＿ｎ（ｎは、２≦ｎ≦Ｎの自然数）では、一段前段のパルス出力回路からの信号（前段信号ＯＵＴ（ｎ−１）という）（ｎ≧２の自然数）が入力される。また第１のパルス出力回路１０＿１では、２段後段の第３のパルス出力回路１０＿３からの信号が入力される。同様に、２段目以降の第ｎのパルス出力回路１０＿ｎでは、２段後段の第（ｎ＋２）のパルス出力回路１０＿（ｎ＋２）からの信号（後段信号ＯＵＴ（ｎ＋２）という）が入力される。従って、各段のパルス出力回路からは、二つ前段及び／または後段のパルス出力回路に入力するための第１の出力信号（ＯＵＴ（１）（ＳＲ）〜ＯＵＴ（Ｎ）（ＳＲ））、別の配線等に電気的に接続される第２の出力信号（ＯＵＴ（１）〜ＯＵＴ（Ｎ））が出力される。なお、図８（Ａ）に示すように、シフトレジスタの最終段の２つの段には、後段信号ＯＵＴ（ｎ＋２）が入力されないが、一例としては、別途第６の配線１６より第２のスタートパルスＳＰ２、第７の配線１７より第３のスタートパルスＳＰ３をそれぞれ入力する構成とすればよい。または、別途シフトレジスタの内部で生成された信号であってもよい。例えば、画素部へのパルス出力に寄与しない第（ｎ＋１）のパルス出力回路１０＿（ｎ＋１）、第（ｎ＋２）のパルス出力回路１０＿（ｎ＋２）を設け（ダミー段ともいう）、当該ダミー段より第２のスタートパルス（ＳＰ２）及び第３のスタートパルス（ＳＰ３）に相当する信号を生成する構成としてもよい。
【０１９３】
なお、クロック信号（ＣＫ）は、一定の間隔でＨレベルとＬレベル（Ｌ信号、低電源電位レベル、ともいう）を繰り返す信号である。ここで、第１のクロック信号（ＣＫ１）〜第４のクロック信号（ＣＫ４）は、順に１／４周期分遅延している。本実施の形態では、第１のクロック信号（ＣＫ１）〜第４のクロック信号（ＣＫ４）を利用して、パルス出力回路の駆動の制御等を行う。なお、クロック信号は、入力される駆動回路に応じて、ＧＣＫ、ＳＣＫということもあるが、ここではＣＫとして説明を行う。
【０１９４】
第１の入力端子２１、第２の入力端子２２及び第３の入力端子２３は、第１の配線１１〜第４の配線１４のいずれかと電気的に接続されている。例えば、図８（Ａ）において、第１のパルス出力回路１０＿１は、第１の入力端子２１が第１の配線１１と電気的に接続され、第２の入力端子２２が第２の配線１２と電気的に接続され、第３の入力端子２３が第３の配線１３と電気的に接続されている。また、第２のパルス出力回路１０＿２は、第１の入力端子２１が第２の配線１２と電気的に接続され、第２の入力端子２２が第３の配線１３と電気的に接続され、第３の入力端子２３が第４の配線１４と電気的に接続されている。
【０１９５】
第１のパルス出力回路１０＿１〜第Ｎのパルス出力回路１０＿Ｎの各々は、第１の入力端子２１、第２の入力端子２２、第３の入力端子２３、第４の入力端子２４、第５の入力端子２５、第１の出力端子２６、第２の出力端子２７を有しているとする（図８（Ｂ）参照）。第１のパルス出力回路１０＿１において、第１の入力端子２１に第１のクロック信号ＣＫ１が入力され、第２の入力端子２２に第２のクロック信号ＣＫ２が入力され、第３の入力端子２３に第３のクロック信号ＣＫ３が入力され、第４の入力端子２４にスタートパルスが入力され、第５の入力端子２５に後段信号ＯＵＴ（３）が入力され、第１の出力端子２６より第１の出力信号ＯＵＴ（１）（ＳＲ）が出力され、第２の出力端子２７より第２の出力信号ＯＵＴ（１）が出力されていることとなる。
【０１９６】
次に、パルス出力回路の具体的な回路構成の一例について、図８（Ｃ）で説明する。
【０１９７】
第１のパルス出力回路１０＿１は、第１のトランジスタ３１〜第１１のトランジスタ４１を有している（図８（Ｃ）参照）。また、上述した第１の入力端子２１〜第５の入力端子２５、及び第１の出力端子２６、第２の出力端子２７に加え、第１の高電源電位ＶＤＤが供給される電源線５１、第２の高電源電位ＶＣＣが供給される電源線５２、低電源電位ＶＳＳが供給される電源線５３から、第１のトランジスタ３１〜第１１のトランジスタ４１に信号、または電源電位が供給される。ここで図８（Ｃ）における各電源線の電源電位の大小関係は、第１の高電源電位ＶＤＤは第２の高電源電位ＶＣＣ以上の電位とし、第２の高電源電位ＶＣＣは低電源電位ＶＳＳより大きい電位とする。なお、第１のクロック信号（ＣＫ１）〜第４のクロック信号（ＣＫ４）は、一定の間隔でＨレベルとＬレベルを繰り返す信号であるが、ＨレベルのときＶＤＤ、ＬレベルのときＶＳＳであるとする。なお電源線５１の電位ＶＤＤを、電源線５２の電位ＶＣＣより低くすることにより、動作に影響を与えることなく、トランジスタのゲート電極に印加される電位を低く抑えることができ、トランジスタのしきい値のシフトを低減し、劣化を抑制することができる。なお、第１のトランジスタ３１〜第１１のトランジスタ４１のうち、第１のトランジスタ３１、第６のトランジスタ３６乃至第９のトランジスタ３９には、４端子の薄膜トランジスタを用いることが好ましい。第１のトランジスタ３１、第６のトランジスタ３６乃至第９のトランジスタ３９の動作は、ソースまたはドレインとなる電極の一方が接続されたノードの電位を、ゲート電極の制御信号によって切り替えることが求められるトランジスタであり、ゲート電極に入力される制御信号に対する応答が速い（オン電流の立ち上がりが急峻）ことでよりパルス出力回路の誤動作を低減することができるトランジスタである。そのため、４端子の薄膜トランジスタを用いることによりしきい値電圧を制御することができ、誤動作がより低減できるパルス出力回路とすることができる。
【０１９８】
図８（Ｃ）において、第１のトランジスタ３１は、第１端子が電源線５１に電気的に接続され、第２端子が第９のトランジスタ３９の第１端子に電気的に接続され、ゲート電極（下方のゲート電極及び上方のゲート電極）が第４の入力端子２４に電気的に接続されている。第２のトランジスタ３２は、第１端子が電源線５３に電気的に接続され、第２端子が第９のトランジスタ３９の第１端子に電気的に接続され、ゲート電極が第４のトランジスタ３４のゲート電極に電気的に接続されている。第３のトランジスタ３３は、第１端子が第１の入力端子２１に電気的に接続され、第２端子が第１の出力端子２６に電気的に接続されている。第４のトランジスタ３４は、第１端子が電源線５３に電気的に接続され、第２端子が第１の出力端子２６に電気的に接続されている。第５のトランジスタ３５は、第１端子が電源線５３に電気的に接続され、第２端子が第２のトランジスタ３２のゲート電極及び第４のトランジスタ３４のゲート電極に電気的に接続され、ゲート電極が第４の入力端子２４に電気的に接続されている。第６のトランジスタ３６は、第１端子が電源線５２に電気的に接続され、第２端子が第２のトランジスタ３２のゲート電極及び第４のトランジスタ３４のゲート電極に電気的に接続され、ゲート電極（下方のゲート電極及び上方のゲート電極）が第５の入力端子２５に電気的に接続されている。第７のトランジスタ３７は、第１端子が電源線５２に電気的に接続され、第２端子が第８のトランジスタ３８の第２端子に電気的に接続され、ゲート電極（下方のゲート電極及び上方のゲート電極）が第３の入力端子２３に電気的に接続されている。第８のトランジスタ３８は、第１端子が第２のトランジスタ３２のゲート電極及び第４のトランジスタ３４のゲート電極に電気的に接続され、ゲート電極（下方のゲート電極及び上方のゲート電極）が第２の入力端子２２に電気的に接続されている。第９のトランジスタ３９は、第１端子が第１のトランジスタ３１の第２端子及び第２のトランジスタ３２の第２端子に電気的に接続され、第２端子が第３のトランジスタ３３のゲート電極及び第１０のトランジスタ４０のゲート電極に電気的に接続され、ゲート電極（下方のゲート電極及び上方のゲート電極）が電源線５２に電気的に接続されている。第１０のトランジスタ４０は、第１端子が第１の入力端子２１に電気的に接続され、第２端子が第２の出力端子２７に電気的に接続され、ゲート電極が第９のトランジスタ３９の第２端子に電気的に接続されている。第１１のトランジスタ４１は、第１端子が電源線５３に電気的に接続され、第２端子が第２の出力端子２７に電気的に接続され、ゲート電極が第２のトランジスタ３２のゲート電極及び第４のトランジスタ３４のゲート電極に電気的に接続されている。
【０１９９】
図８（Ｃ）において、第３のトランジスタ３３のゲート電極、第１０のトランジスタ４０のゲート電極、及び第９のトランジスタ３９の第２端子の接続箇所をノードＡとする。また、第２のトランジスタ３２のゲート電極、第４のトランジスタ３４のゲート電極、第５のトランジスタ３５の第２端子、第６のトランジスタ３６の第２端子、第８のトランジスタ３８の第１端子、及び第１１のトランジスタ４１のゲート電極の接続箇所をノードＢとする。
【０２００】
なお、薄膜トランジスタとは、ゲートと、ドレインと、ソースとを含む少なくとも三つの端子を有する素子であり、ドレイン領域とソース領域の間にチャネル領域を有しており、ドレイン領域とチャネル領域とソース領域とを介して電流を流すことが出来る。ここで、ソースとドレインとは、薄膜トランジスタの構造や動作条件等によって変わるため、いずれがソースまたはドレインであるかを限定することが困難である。そこで、ソース及びドレインとして機能する領域を、ソースもしくはドレインと呼ばない場合がある。その場合、一例としては、それぞれを第１端子、第２端子と表記する場合がある。
【０２０１】
ここで、図９（Ａ）に示したパルス出力回路を複数具備するシフトレジスタのタイミングチャートについて図９（Ｂ）に示す。なおシフトレジスタが走査線駆動回路である場合、図９（Ｂ）中の期間６１は垂直帰線期間であり、期間６２はゲート選択期間に相当する。
【０２０２】
なお、図９（Ａ）に示すように、ゲートに第２の高電源電位ＶＣＣが印加される第９のトランジスタ３９を設けておくことにより、ブートストラップ動作の前後において、以下のような利点がある。
【０２０３】
ゲート電極に第２の電位ＶＣＣが印加される第９のトランジスタ３９がない場合、ブートストラップ動作によりノードＡの電位が上昇すると、第１のトランジスタ３１の第２端子であるソースの電位が上昇していき、第１の電源電位ＶＤＤより大きくなる。そして、第１のトランジスタ３１のソースが第１端子側、即ち電源線５１側に切り替わる。そのため、第１のトランジスタ３１においては、ゲートとソースの間、ゲートとドレインの間ともに、大きなバイアス電圧が印加されるために大きなストレスがかかり、トランジスタの劣化の要因となりうる。そこで、ゲート電極に第２の電源電位ＶＣＣが印加される第９のトランジスタ３９を設けておくことにより、ブートストラップ動作によりノードＡの電位は上昇するものの、第１のトランジスタ３１の第２端子の電位の上昇を生じないようにすることができる。つまり、第９のトランジスタ３９を設けることにより、第１のトランジスタ３１のゲートとソースの間に印加される負のバイアス電圧の値を小さくすることができる。よって、本実施の形態の回路構成とすることにより、第１のトランジスタ３１のゲートとソースの間に印加される負のバイアス電圧も小さくできるため、ストレスによる第１のトランジスタ３１の劣化を抑制することができる。
【０２０４】
なお、第９のトランジスタ３９を設ける箇所については、第１のトランジスタ３１の第２端子と第３のトランジスタ３３のゲートとの間に第１端子と第２端子を介して接続されるように設ける構成であればよい。なお、本実施形態でのパルス出力回路を複数具備するシフトレジスタの場合、走査線駆動回路より段数の多い信号線駆動回路では、第９のトランジスタ３９を省略してもよく、トランジスタ数を削減する利点がある。
【０２０５】
なお第１のトランジスタ３１乃至第１１のトランジスタ４１の半導体層として、酸化物半導体を用いることにより、薄膜トランジスタのオフ電流を低減すると共に、オン電流及び電界効果移動度を高めることが出来ると共に、劣化の度合いを低減することが出来るため、回路内の誤動作を低減することができる。また酸化物半導体を用いたトランジスタ、アモルファスシリコンを用いたトランジスタに比べ、ゲート電極に高電位が印加されることによるトランジスタの劣化の程度が小さい。そのため、第２の電源電位ＶＣＣを供給する電源線に、第１の電源電位ＶＤＤを供給しても同様の動作が得られ、且つ回路間を引き回す電源線の数を低減することができるため、回路の小型化を図ることが出来る。
【０２０６】
なお、第７のトランジスタ３７のゲート電極に第３の入力端子２３によって供給されるクロック信号、第８のトランジスタ３８のゲート電極に第２の入力端子２２によって供給されるクロック信号は、第７のトランジスタのゲート電極に第２の入力端子２２によって供給されるクロック信号、第８のゲート電極に第３の入力端子２３によって供給されるクロック信号となるように、結線関係を入れ替えても同様の作用を奏する。なお、図９（Ａ）に示すシフトレジスタにおいて、第７のトランジスタ３７及び第８のトランジスタ３８が共にオンの状態から、第７のトランジスタ３７がオフ、第８のトランジスタ３８がオンの状態、次いで第７のトランジスタ３７がオフ、第８のトランジスタ３８がオフの状態とすることによって、第２の入力端子２２及び第３の入力端子２３の電位が低下することで生じる、ノードＢの電位の低下が第７のトランジスタ３７のゲート電極の電位の低下、及び第８のトランジスタ３８のゲート電極の電位の低下に起因して２回生じることとなる。一方、図９（Ａ）に示すシフトレジスタにおいて、第７のトランジスタ３７及び第８のトランジスタ３８が共にオンの状態から、第７のトランジスタ３７がオン、第８のトランジスタ３８がオフの状態、次いで、第７のトランジスタ３７がオフ、第８のトランジスタ３８がオフの状態とすることによって、第２の入力端子２２及び第３の入力端子２３の電位が低下することで生じるノードＢの電位の低下を、第８のトランジスタ３８のゲート電極の電位の低下による一回に低減することができる。そのため、第７のトランジスタ３７のゲート電極に第３の入力端子２３からクロック信号ＣＫ３が供給され、第８のトランジスタ３８のゲート電極に第２の入力端子２２からクロック信号ＣＫ２が供給される結線関係とすることが好適である。なぜなら、ノードＢの電位の変動回数が低減され、ノイズを低減することが出来るからである。
【０２０７】
このように、第１の出力端子２６及び第２の出力端子２７の電位をＬレベルに保持する期間に、ノードＢに定期的にＨレベルの信号が供給される構成とすることにより、パルス出力回路の誤動作を抑制することができる。
【０２０８】
（実施の形態６）
実施の形態４に示す薄膜トランジスタを作製し、該薄膜トランジスタを画素部、さらには駆動回路に用いて表示機能を有する半導体装置（表示装置ともいう）を作製することができる。また、実施の形態４に示す薄膜トランジスタを駆動回路の一部または全体を、画素部と同じ基板上に一体形成し、システムオンパネルを形成することができる。
【０２０９】
表示装置は表示素子を含む。表示素子としては液晶素子（液晶表示素子ともいう）、発光素子（発光表示素子ともいう）を用いることができる。発光素子は、電流または電圧によって輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、有機ＥＬ等が含まれる。また、電子インクなど、電気的作用によりコントラストが変化する表示媒体も適用することができる。
【０２１０】
また、表示装置は、表示素子が封止された状態にあるパネルと、該パネルにコントローラを含むＩＣ等を実装した状態にあるモジュールとを含む。さらに、該表示装置を作製する過程における、表示素子が完成する前の一形態に相当する素子基板に関し、該素子基板は、電流を表示素子に供給するための手段を複数の各画素に備える。素子基板は、具体的には、表示素子の画素電極のみが形成された状態であっても良いし、画素電極となる導電膜を成膜した後であって、エッチングして画素電極を形成する前の状態であっても良いし、あらゆる形態があてはまる。
【０２１１】
なお、本明細書中における表示装置とは、画像表示デバイス、表示デバイス、もしくは光源（照明装置含む）を指す。また、コネクター、例えばＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）もしくはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）テープもしくはＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）が取り付けられたモジュール、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または表示素子にＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方式によりＩＣ（集積回路）が直接実装されたモジュールも全て表示装置に含むものとする。
【０２１２】
本実施の形態では、半導体装置の一形態に相当する液晶表示パネルの外観及び断面について、図１０を用いて説明する。図１０は、第１の基板４００１上に形成された実施の形態４で示したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系膜を酸化物半導体層として含む信頼性の高い薄膜トランジスタ４０１０、４０１１、及び液晶素子４０１３を、第２の基板４００６との間にシール材４００５によって封止した、パネルの上面図であり、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ１）（Ａ２）のＭ−Ｎにおける断面図に相当する。
【０２１３】
第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２と、走査線駆動回路４００４とを囲むようにして、シール材４００５が設けられている。また画素部４００２と、走査線駆動回路４００４の上に第２の基板４００６が設けられている。よって画素部４００２と、走査線駆動回路４００４とは、第１の基板４００１とシール材４００５と第２の基板４００６とによって、液晶層４００８と共に封止されている。また第１の基板４００１上のシール材４００５によって囲まれている領域とは異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶半導体膜又は多結晶半導体膜で形成された信号線駆動回路４００３が実装されている。
【０２１４】
なお、別途形成した駆動回路の接続方法は、特に限定されるものではなく、ＣＯＧ法、ワイヤボンディング法、或いはＴＡＢ法などを用いることができる。図１０（Ａ１）は、ＣＯＧ方法により信号線駆動回路４００３を実装する例であり、図１０（Ａ２）は、ＴＡＢ方法により信号線駆動回路４００３を実装する例である。
【０２１５】
また第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２と、走査線駆動回路４００４は、薄膜トランジスタを複数有しており、図１０（Ｂ）では、画素部４００２に含まれる薄膜トランジスタ４０１０と、走査線駆動回路４００４に含まれる薄膜トランジスタ４０１１とを例示している。薄膜トランジスタ４０１０、４０１１上には絶縁層４０２０、４０２１が設けられている。
【０２１６】
薄膜トランジスタ４０１０、４０１１は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系膜を酸化物半導体層として含む信頼性の高い実施の形態４に示す薄膜トランジスタを適用することができる。本実施の形態において、薄膜トランジスタ４０１０、４０１１はｎチャネル型薄膜トランジスタである。
【０２１７】
また、液晶素子４０１３が有する画素電極層４０３０は、薄膜トランジスタ４０１０と電気的に接続されている。そして液晶素子４０１３の対向電極層４０３１は第２の基板４００６上に形成されている。画素電極層４０３０と対向電極層４０３１と液晶層４００８とが重なっている部分が、液晶素子４０１３に相当する。なお、画素電極層４０３０、対向電極層４０３１はそれぞれ配向膜として機能する絶縁層４０３２、４０３３が設けられ、絶縁層４０３２、４０３３を介して液晶層４００８を挟持している。なお、図示はしていないが、カラーフィルタは第１の基板４００１または第２の基板４００６のどちら側に設けても良い。
【０２１８】
なお、第１の基板４００１、第２の基板４００６としては、ガラス、金属（代表的にはステンレス）、セラミックス、プラスチックを用いることができる。プラスチックとしては、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）板、ＰＶＦ（ポリビニルフルオライド）フィルム、ポリエステルフィルム、またはアクリル樹脂フィルムを用いることができる。また、アルミニウムホイルをＰＶＦフィルムやポリエステルフィルムで挟んだ構造のシートを用いることもできる。
【０２１９】
また４０３５は絶縁膜を選択的にエッチングすることで得られる柱状のスペーサであり、画素電極層４０３０と対向電極層４０３１との間の距離（セルギャップ）を制御するために設けられている。なお球状のスペーサを用いていても良い。また、対向電極層４０３１は、薄膜トランジスタ４０１０と同一基板上に設けられる共通電位線と電気的に接続される。共通接続部を用いて、一対の基板間に配置される導電性粒子を介して対向電極層４０３１と共通電位線とを電気的に接続することができる。なお、導電性粒子はシール材４００５に含有させる。
【０２２０】
また、配向膜を用いないブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つであり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善するために５重量％以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いて液晶層４００８に用いる。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が１０μｓｅｃ．以上１００μｓｅｃ．以下と短く、光学的等方性であるため配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。
【０２２１】
なお本実施の形態は透過型液晶表示装置の例であるが、本発明は反射型液晶表示装置でも半透過型液晶表示装置でも適用できる。
【０２２２】
また、本実施の形態の液晶表示装置では、基板の外側（視認側）に偏光板を設け、内側に着色層、表示素子に用いる電極層という順に設ける例を示すが、偏光板は基板の内側に設けてもよい。また、偏光板と着色層の積層構造も本実施の形態に限定されず、偏光板及び着色層の材料や作製工程条件によって適宜設定すればよい。また、ブラックマトリクスとして機能する遮光膜を設けてもよい。
【０２２３】
また、本実施の形態では、薄膜トランジスタの表面凹凸を低減するため、及び薄膜トランジスタの信頼性を向上させるため、実施の形態４で得られた薄膜トランジスタを保護膜や平坦化絶縁膜として機能する絶縁層（絶縁層４０２０、絶縁層４０２１）で覆う構成となっている。なお、保護膜は、大気中に浮遊する有機物や金属物、水蒸気などの汚染不純物の侵入を防ぐためのものであり、緻密な膜が好ましい。保護膜は、スパッタ法を用いて、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、又は窒化酸化アルミニウム膜の単層、又は積層で形成すればよい。本実施の形態では保護膜をスパッタ法で形成する例を示すが、特に限定されず種々の方法で形成すればよい。
【０２２４】
ここでは、保護膜として積層構造の絶縁層４０２０を形成する。ここでは、絶縁層４０２０の一層目として、スパッタ法を用いて酸化シリコン膜を形成する。保護膜として酸化シリコン膜を用いると、ソース電極層及びドレイン電極層として用いるアルミニウム膜のヒロック防止に効果がある。
【０２２５】
また、保護膜の二層目として絶縁層を形成する。ここでは、絶縁層４０２０の二層目として、スパッタ法を用いて窒化シリコン膜を形成する。保護膜として窒化シリコン膜を用いると、ナトリウム等の可動イオンが半導体領域中に侵入して、ＴＦＴの電気特性を変化させることを抑制することができる。
【０２２６】
また、保護膜を形成した後に、酸化物半導体層のアニール（３００℃以上４００℃以下）を行ってもよい。
【０２２７】
また、平坦化絶縁膜として絶縁層４０２１を形成する。絶縁層４０２１としては、アクリル、ポリイミド、ベンゾシクロブテン、ポリアミド、エポキシ等の、耐熱性を有する有機材料を用いることができる。また上記有機材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系樹脂、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）等を用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させることで、絶縁層４０２１を形成してもよい。
【０２２８】
なおシロキサン系樹脂とは、シロキサン系材料を出発材料として形成されたＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む樹脂に相当する。シロキサン系樹脂は置換基としては有機基（例えばアルキル基やアリール基）やフルオロ基を用いても良い。また、有機基はフルオロ基を有していても良い。
【０２２９】
絶縁層４０２１の形成法は、特に限定されず、その材料に応じて、スパッタ法、ＳＯＧ法、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法、スクリーン印刷、オフセット印刷等）、ドクターナイフ、ロールコーター、カーテンコーター、ナイフコーター等を用いることができる。絶縁層４０２１を材料液を用いて形成する場合、ベークする工程で同時に、酸化物半導体層のアニール（３００℃以上４００℃以下）を行ってもよい。絶縁層４０２１の焼成工程と酸化物半導体層のアニールを兼ねることで効率よく半導体装置を作製することが可能となる。
【０２３０】
画素電極層４０３０、対向電極層４０３１は、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物（以下、ＩＴＯと示す。）、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いることができる。
【０２３１】
また、画素電極層４０３０、対向電極層４０３１として、導電性高分子（導電性ポリマーともいう）を含む導電性組成物を用いて形成することができる。導電性組成物を用いて形成した画素電極は、シート抵抗が１００００Ω／□以下、波長５５０ｎｍにおける透光率が７０％以上であることが好ましい。また、導電性組成物に含まれる導電性高分子の抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。
【０２３２】
導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子が用いることができる。例えば、ポリアニリンまたはその誘導体、ポリピロールまたはその誘導体、ポリチオフェンまたはその誘導体、若しくはこれらの２種以上の共重合体などがあげられる。
【０２３３】
また別途形成された信号線駆動回路４００３と、走査線駆動回路４００４または画素部４００２に与えられる各種信号及び電位は、ＦＰＣ４０１８から供給されている。
【０２３４】
本実施の形態では、接続端子電極４０１５が、液晶素子４０１３が有する画素電極層４０３０と同じ導電膜から形成され、端子電極４０１６は、薄膜トランジスタ４０１０、４０１１のソース電極層及びドレイン電極層と同じ導電膜で形成されている。
【０２３５】
接続端子電極４０１５は、ＦＰＣ４０１８が有する端子と、異方性導電膜４０１９を介して電気的に接続されている。
【０２３６】
また図１０においては、信号線駆動回路４００３を別途形成し、第１の基板４００１に実装している例を示しているが、本実施の形態はこの構成に限定されない。走査線駆動回路を別途形成して実装しても良いし、信号線駆動回路の一部または走査線駆動回路の一部のみを別途形成して実装しても良い。
【０２３７】
図１１は、実施の形態４に示すＴＦＴを適用して作製されるＴＦＴ基板２６００を用いて半導体装置として液晶表示モジュールを構成する一例を示している。
【０２３８】
図１１は液晶表示モジュールの一例であり、ＴＦＴ基板２６００と対向基板２６０１がシール材２６０２により固着され、その間にＴＦＴ等を含む画素部２６０３、液晶層を含む表示素子２６０４、着色層２６０５、偏光板２６０６が設けられ表示領域を形成している。着色層２６０５はカラー表示を行う場合に必要であり、ＲＧＢ方式の場合は、赤、緑、青の各色に対応した着色層が各画素に対応して設けられている。ＴＦＴ基板２６００と対向基板２６０１の外側には偏光板２６０６、偏光板２６０７、拡散板２６１３が配設されている。光源は冷陰極管２６１０と反射板２６１１により構成され、回路基板２６１２は、フレキシブル配線基板２６０９によりＴＦＴ基板２６００の配線回路部２６０８と接続され、コントロール回路や電源回路などの外部回路が組みこまれている。また偏光板と、液晶層との間に位相差板を有した状態で積層してもよい。
【０２３９】
液晶表示モジュールには、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ａｌｉｇｎｅｄ Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モードなどを用いることができる。
【０２４０】
以上の工程により、半導体装置として信頼性の高い液晶表示パネルを作製することができる。
【０２４１】
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成を適宜組み合わせて用いることができることとする。
【０２４２】
（実施の形態７）
本実施の形態では、実施の形態４に示す薄膜トランジスタを適用した半導体装置として電子ペーパーの例を示す。
【０２４３】
図１２は、半導体装置の例としてアクティブマトリクス型の電子ペーパーを示す。半導体装置に用いられる薄膜トランジスタ５８１としては、実施の形態４で示す薄膜トランジスタを適用することができる。
【０２４４】
図１２の電子ペーパーは、ツイストボール表示方式を用いた表示装置の例である。ツイストボール表示方式とは、白と黒に塗り分けられた球形粒子を表示素子に用いる電極層である第１の電極層及び第２の電極層の間に配置し、第１の電極層及び第２の電極層に電位差を生じさせての球形粒子の向きを制御することにより、表示を行う方法である。
【０２４５】
基板５８０上に設けられた薄膜トランジスタ５８１はボトムゲート構造の薄膜トランジスタであり、ソース電極層又はドレイン電極層は、第１の電極層５８７と、絶縁層５８３、及び絶縁層５８５に形成する開口で接しており電気的に接続している。第１の電極層５８７と第２の電極層５８８との間には黒色領域５９０ａ及び白色領域５９０ｂを有し、周りに液体で満たされているキャビティ５９４を含む球形粒子５８９が設けられており、球形粒子５８９の周囲は樹脂等の充填材５９５で充填されている（図１２参照。）。本実施の形態においては、第１の電極層５８７が画素電極に相当し、第２の電極層５８８が共通電極に相当する。第２の電極層５８８は、薄膜トランジスタ５８１と同一基板上に設けられる共通電位線と電気的に接続される。共通接続部を用いて、基板５８０と５９６の間に配置される導電性粒子を介して第２の電極層５８８と共通電位線とを電気的に接続することができる。
【０２４６】
また、ツイストボールの代わりに、電気泳動素子を用いることも可能である。透明な液体と、正に帯電した白い微粒子と負に帯電した黒い微粒子とを封入した直径１０μｍ以上２００μｍ以下程度のマイクロカプセルを用いる。第１の電極層と第２の電極層との間に設けられるマイクロカプセルは、第１の電極層と第２の電極層によって、電場が与えられると、白い微粒子と、黒い微粒子が互いに逆の方向に移動し、白または黒を表示することができる。この原理を応用した表示素子が電気泳動表示素子であり、一般的に電子ペーパーとよばれている。電気泳動表示素子は、液晶表示素子に比べて反射率が高いため、補助ライトは不要であり、また消費電力が小さく、薄暗い場所でも表示部を認識することが可能である。また、表示部に電源が供給されない場合であっても、一度表示した像を保持することが可能であるため、電波発信源から表示機能付き半導体装置（単に表示装置、又は表示装置を具備する半導体装置ともいう）を遠ざけた場合であっても、表示された像を保存しておくことが可能となる。
【０２４７】
以上の工程により、半導体装置として信頼性の高い電子ペーパーを作製することができる。
【０２４８】
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成を適宜組み合わせて用いることができることとする。
【０２４９】
（実施の形態８）
本実施の形態では、実施の形態４に示す薄膜トランジスタを適用した半導体装置として発光表示装置の例を示す。表示装置の有する表示素子としては、ここではエレクトロルミネッセンスを利用する発光素子を用いて示す。エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子は、発光材料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機ＥＬ素子、後者は無機ＥＬ素子と呼ばれている。
【０２５０】
有機ＥＬ素子は、発光素子に電圧を印加することにより、一対の電極から電子及び正孔がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして、それらキャリア（電子及び正孔）が再結合することにより、発光性の有機化合物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。このようなメカニズムから、このような発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
【０２５１】
無機ＥＬ素子は、その素子構成により、分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分類される。分散型無機ＥＬ素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−アクセプター再結合型発光である。薄膜型無機ＥＬ素子は、発光層を誘電体層で挟み込み、さらにそれを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子遷移を利用する局在型発光である。なお、ここでは、発光素子として有機ＥＬ素子を用いて説明する。
【０２５２】
図１３は、本発明を適用した半導体装置の例としてデジタル時間階調駆動を適用可能な画素構成の一例を示す図である。
【０２５３】
デジタル時間階調駆動を適用可能な画素の構成及び画素の動作について説明する。ここでは、実施の形態４で示した、酸化物半導体層（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系膜）をチャネル形成領域に用いるｎチャネル型のトランジスタを、１つの画素に２つ用いる例を示す。
【０２５４】
画素６４００は、スイッチング用トランジスタ６４０１、駆動用トランジスタ６４０２、発光素子６４０４及び容量素子６４０３を有している。スイッチング用トランジスタ６４０１はゲートが走査線６４０６に接続され、第１電極（ソース電極及びドレイン電極の一方）が信号線６４０５に接続され、第２電極（ソース電極及びドレイン電極の他方）が駆動用トランジスタ６４０２のゲートに接続されている。駆動用トランジスタ６４０２は、ゲートが容量素子６４０３を介して電源線６４０７に接続され、第１電極が電源線６４０７に接続され、第２電極が発光素子６４０４の第１電極（画素電極）に接続されている。発光素子６４０４の第２電極は共通電極６４０８に相当する。共通電極６４０８は、同一基板上に形成される共通電位線と電気的に接続される。その接続部分を共通接続部とすればよい。
【０２５５】
なお、発光素子６４０４の第２電極（共通電極６４０８）には低電源電位が設定されている。なお、低電源電位とは、電源線６４０７に設定される高電源電位を基準にして低電源電位＜高電源電位を満たす電位であり、低電源電位としては例えばＧＮＤ、０Ｖなどが設定されていても良い。この高電源電位と低電源電位との電位差を発光素子６４０４に印加して、発光素子６４０４に電流を流して発光素子６４０４を発光させるため、高電源電位と低電源電位との電位差が発光素子６４０４の順方向しきい値電圧以上となるようにそれぞれの電位を設定する。
【０２５６】
なお、容量素子６４０３は駆動用トランジスタ６４０２のゲート容量を代用して省略することも可能である。駆動用トランジスタ６４０２のゲート容量については、チャネル領域とゲート電極との間で容量が形成されていてもよい。
【０２５７】
ここで、電圧入力電圧駆動方式の場合には、駆動用トランジスタ６４０２のゲートには、駆動用トランジスタ６４０２が十分にオンするか、オフするかの二つの状態となるようなビデオ信号を入力する。つまり、駆動用トランジスタ６４０２は線形領域で動作させる。駆動用トランジスタ６４０２は線形領域で動作させるため、電源線６４０７の電圧よりも高い電圧を駆動用トランジスタ６４０２のゲートにかける。なお、信号線６４０５には、（電源線電圧＋駆動用トランジスタ６４０２のＶｔｈ）以上の電圧をかける。
【０２５８】
また、デジタル時間階調駆動に代えて、アナログ階調駆動を行う場合も信号の入力を異ならせることで、図１３と同じ画素構成を用いることができる。
【０２５９】
アナログ階調駆動を行う場合、駆動用トランジスタ６４０２のゲートに発光素子６４０４の順方向電圧＋駆動用トランジスタ６４０２のＶｔｈ以上の電圧をかける。発光素子６４０４の順方向電圧とは、所望の輝度とする場合の電圧を指しており、少なくとも順方向しきい値電圧を含む。なお、駆動用トランジスタ６４０２が飽和領域で動作するようなビデオ信号を入力することで、発光素子６４０４に電流を流すことができる。駆動用トランジスタ６４０２を飽和領域で動作させるため、電源線６４０７の電位は、駆動用トランジスタ６４０２のゲート電位よりも高くする。ビデオ信号をアナログとすることで、発光素子６４０４にビデオ信号に応じた電流を流し、アナログ階調駆動を行うことができる。
【０２６０】
なお、図１３に示す画素構成は、これに限定されない。例えば、図１３に示す画素に新たにスイッチ、抵抗素子、容量素子、トランジスタ又は論理回路などを追加してもよい。
【０２６１】
次に、発光素子の構成について、図１４を用いて説明する。ここでは、駆動用ＴＦＴがｎ型の場合を例に挙げて、画素の断面構造について説明する。図１４（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）の半導体装置に用いられる駆動用ＴＦＴであるＴＦＴ７００１、７０１１、７０２１は、実施の形態４で示す薄膜トランジスタと同様に作製でき、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系膜を酸化物半導体層として含む信頼性の高い薄膜トランジスタである。
【０２６２】
発光素子は発光を取り出すために少なくとも陽極又は陰極の一方が透明であればよい。そして、基板上に薄膜トランジスタ及び発光素子を形成し、基板とは逆側の面から発光を取り出す上面射出や、基板側の面から発光を取り出す下面射出や、基板側及び基板とは反対側の面から発光を取り出す両面射出構造の発光素子があり、本発明の画素構成はどの射出構造の発光素子にも適用することができる。
【０２６３】
下面射出構造の発光素子について図１４（Ａ）を用いて説明する。
【０２６４】
基板７０３０上に設けられた駆動用ＴＦＴ７０１１がｎ型で、発光素子７０１２から発せられる光が第１の電極７０１３側に射出する場合の、画素の断面図を示す。図１４（Ａ）では、駆動用ＴＦＴ７０１１のドレイン電極層と電気的に接続された可視光に対する透光性を有する導電膜７０１７上に、発光素子７０１２の第１の電極７０１３が形成されており、第１の電極７０１３上にＥＬ層７０１４、第２の電極７０１５が順に積層されている。
【０２６５】
可視光に対する透光性を有する導電膜７０１７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、インジウム錫酸化物、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可視光に対する透光性を有する導電性導電膜を用いることができる。
【０２６６】
また、発光素子の第１の電極７０１３は様々な材料を用いることができる。例えば、第１の電極７０１３を陰極として用いる場合には、仕事関数が小さい材料、具体的には、例えば、ＬｉやＣｓ等のアルカリ金属、およびＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ等のアルカリ土類金属、及びこれらを含む合金（Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉなど）の他、ＹｂやＥｒ等の希土類金属等が好ましい。図１４（Ａ）では、第１の電極７０１３の膜厚は、可視光を透過する程度（好ましくは、５ｎｍ〜３０ｎｍ程度）とする。例えば２０ｎｍの膜厚を有するアルミニウム膜を、第１の電極７０１３として用いる。
【０２６７】
なお、可視光に対する透光性を有する導電膜とアルミニウム膜を積層成膜した後、選択的にエッチングして可視光に対する透光性を有する導電膜７０１７と第１の電極７０１３を形成してもよく、この場合、同じマスクを用いてエッチングすることができるため、好ましい。
【０２６８】
また、第１の電極７０１３の周縁部は、隔壁７０１９で覆う。隔壁７０１９は、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、エポキシ等の有機樹脂膜、無機絶縁膜または有機ポリシロキサンを用いて形成する。隔壁７０１９は、特に感光性の樹脂材料を用い、第１の電極７０１３上に開口部を形成し、その開口部の側壁が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。隔壁７０１９として感光性の樹脂材料を用いる場合、レジストマスクを形成する工程を省略することができる。
【０２６９】
また、第１の電極７０１３及び隔壁７０１９上に形成するＥＬ層７０１４は、少なくとも発光層を含めば良く、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。ＥＬ層７０１４が複数の層で構成されている場合、陰極として機能する第１の電極７０１３上に電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層の順に積層する。なおこれらの層を全て設ける必要はない。
【０２７０】
また、上記積層順に限定されず、第１の電極７０１３を陽極として機能させ、第１の電極７０１３上にホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層の順に積層してもよい。ただし、消費電力を比較する場合、第１の電極７０１３を陰極として機能させ、第１の電極７０１３上に電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層の順に積層するほうが、駆動回路部の電圧上昇を抑制でき、消費電力を少なくできるため好ましい。
【０２７１】
また、ＥＬ層７０１４上に形成する第２の電極７０１５としては、様々な材料を用いることができる。例えば、第２の電極７０１５を陽極として用いる場合、仕事関数が大きい（具体的には４．０ｅＶ以上）材料、例えば、ＺｒＮ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｒ等や、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯなどの透明導電性材料が好ましい。また、第２の電極７０１５上に遮蔽膜７０１６、例えば光を遮光する金属、光を反射する金属等を用いる。本実施の形態では、第２の電極７０１５としてＩＴＯ膜を用い、遮蔽膜７０１６としてＴｉ膜を用いる。
【０２７２】
第１の電極７０１３及び第２の電極７０１５で、発光層を含むＥＬ層７０１４を挟んでいる領域が発光素子７０１２に相当する。図１４（Ａ）に示した素子構造の場合、発光素子７０１２から発せられる光は、矢印で示すように第１の電極７０１３側に射出する。
【０２７３】
なお、図１４（Ａ）において、発光素子７０１２から発せられる光は、カラーフィルタ層７０３３を通過し、絶縁層７０３２ｂ、酸化物絶縁層７０３２ａ、ゲート絶縁層７０３１、及び基板７０３０を通過して射出させる。
【０２７４】
カラーフィルタ層７０３３はインクジェット法などの液滴吐出法や、印刷法、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形成する。
【０２７５】
また、カラーフィルタ層７０３３はオーバーコート層７０３４で覆われ、さらに保護絶縁層７０３５によって覆う。なお、図１４（Ａ）ではオーバーコート層７０３４は薄い膜厚で図示したが、オーバーコート層７０３４は、アクリル樹脂などの樹脂材料を用い、カラーフィルタ層７０３３に起因する凹凸を平坦化する機能を有している。
【０２７６】
また、保護絶縁層７０３５及び絶縁層７０３２ｂ、酸化物絶縁層７０３２ａに形成され、且つ、ドレイン電極層に達するコンタクトホールは、隔壁７０１９と重なる位置に配置する。
【０２７７】
次に、両面射出構造の発光素子について、図１４（Ｂ）を用いて説明する。
【０２７８】
図１４（Ｂ）では、基板７０４０上に設けられた駆動用ＴＦＴ７０２１のドレイン電極層と電気的に接続された可視光に対する透光性を有する導電膜７０２７上に、発光素子７０２２の第１の電極７０２３が形成されており、第１の電極７０２３上にＥＬ層７０２４、第２の電極７０２５が順に積層されている。
【０２７９】
可視光に対する透光性を有する導電膜７０２７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、インジウム錫酸化物、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可視光に対する透光性を有する導電性導電膜を用いることができる。
【０２８０】
また、第１の電極７０２３は様々な材料を用いることができる。例えば、第１の電極７０２３を陰極として用いる場合、仕事関数が小さい材料、具体的には、例えば、ＬｉやＣｓ等のアルカリ金属、及びＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ等のアルカリ土類金属、及びこれらを含む合金（Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉなど）の他、ＹｂやＥｒ等の希土類金属等が好ましい。本実施の形態では、第１の電極７０２３を陰極として用い、その膜厚は、可視光を透過する程度（好ましくは、５ｎｍ〜３０ｎｍ程度）とする。例えば２０ｎｍの膜厚を有するアルミニウム膜を、陰極として用いる。
【０２８１】
なお、可視光に対する透光性を有する導電膜とアルミニウム膜を積層成膜した後、選択的にエッチングして可視光に対する透光性を有する導電膜７０２７と第１の電極７０２３を形成してもよく、この場合、同じマスクを用いてエッチングすることができ、好ましい。
【０２８２】
また、第１の電極７０２３の周縁部は、隔壁７０２９で覆う。隔壁７０２９は、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、エポキシ等の有機樹脂膜、無機絶縁膜または有機ポリシロキサンを用いて形成する。隔壁７０２９は、特に感光性の樹脂材料を用い、電極７０２３上に開口部を形成し、その開口部の側壁が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。隔壁７０２９として感光性の樹脂材料を用いる場合、レジストマスクを形成する工程を省略することができる。
【０２８３】
また、第１の電極７０２３及び隔壁７０２９上に形成するＥＬ層７０２４は、発光層を含めば良く、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。ＥＬ層７０２４が複数の層で構成されている場合、陰極として機能する第１の電極７０２３上に電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層の順に積層する。なおこれらの層を全て設ける必要はない。
【０２８４】
また、上記積層順に限定されず、第１の電極７０２３を陽極として用い、陽極上にホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層の順に積層してもよい。ただし、消費電力を比較する場合、第１の電極７０２３を陰極として用い、陰極上に電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層の順に積層するほうが消費電力が少ないため好ましい。
【０２８５】
また、ＥＬ層７０２４上に形成する第２の電極７０２５としては、様々な材料を用いることができる。例えば、第２の電極７０２５を陽極として用いる場合、仕事関数が大きい材料、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯなどの透明導電性材料を好ましく用いることができる。本実施の形態では、第２の電極７０２５を陽極として用い、酸化珪素を含むＩＴＯ膜を形成する。
【０２８６】
第１の電極７０２３及び第２の電極７０２５で、発光層を含むＥＬ層７０２４を挟んでいる領域が発光素子７０２２に相当する。図１４（Ｂ）に示した素子構造の場合、発光素子７０２２から発せられる光は、矢印で示すように第２の電極７０２５側と第１の電極７０２３側の両方に射出する。
【０２８７】
なお、図１４（Ｂ）において、発光素子７０２２から第１の電極７０２３側に発せられる一方の光は、カラーフィルタ層７０４３を通過し、絶縁層７０４２ｂ、酸化物絶縁層７０４２ａ、ゲート絶縁層７０４１、及び基板７０４０を通過して射出させる。
【０２８８】
カラーフィルタ層７０４３はインクジェット法などの液滴吐出法や、印刷法、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形成する。
【０２８９】
また、カラーフィルタ層７０４３はオーバーコート層７０４４で覆われ、さらに保護絶縁層７０４５によって覆う。
【０２９０】
また、保護絶縁層７０４５及び絶縁層７０４２に形成され、且つ、ドレイン電極層に達するコンタクトホールは、隔壁７０２９と重なる位置に配置する。
【０２９１】
ただし、両面射出構造の発光素子を用い、どちらの表示面もフルカラー表示とする場合、第２の電極７０２５側からの光はカラーフィルタ層７０４３を通過しないため、別途カラーフィルタ層を備えた封止基板を第２の電極７０２５上方に設けることが好ましい。
【０２９２】
次に、上面射出構造の発光素子について、図１４（Ｃ）を用いて説明する。
【０２９３】
図１４（Ｃ）に、駆動用ＴＦＴであるＴＦＴ７００１がｎ型で、発光素子７００２から発せられる光が第２の電極７００５側に抜ける場合の、画素の断面図を示す。図１４（Ｃ）では、駆動用のＴＦＴ７００１のドレイン電極層と電気的に接続された発光素子７００２の第１の電極７００３が形成されており、第１の電極７００３上にＥＬ層７００４、第２の電極７００５が順に積層されている。
【０２９４】
また、第１の電極７００３は様々な材料を用いることができる。例えば、第１の電極７００３を陰極として用いる場合、仕事関数が小さい材料、具体的には、例えば、ＬｉやＣｓ等のアルカリ金属、及びＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ等のアルカリ土類金属、及びこれらを含む合金（Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉなど）の他、ＹｂやＥｒ等の希土類金属等が好ましい。
【０２９５】
また、第１の電極７００３の周縁部は、隔壁７００９で覆う。隔壁７００９は、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、エポキシ等の有機樹脂膜、無機絶縁膜または有機ポリシロキサンを用いて形成する。隔壁７００９は、特に感光性の樹脂材料を用い、第１の電極７００３上に開口部を形成し、その開口部の側壁が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。隔壁７００９として感光性の樹脂材料を用いる場合、レジストマスクを形成する工程を省略することができる。
【０２９６】
また、第１の電極７００３及び隔壁７００９上に形成するＥＬ層７００４は、少なくとも発光層を含めば良く、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。ＥＬ層７００４が複数の層で構成されている場合、陰極として用いる第１の電極７００３上に電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層の順に積層する。なおこれらの層を全て設ける必要はない。
【０２９７】
また、上記積層順に限定されず、陽極として用いる第１の電極７００３上にホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層の順に積層してもよい。
【０２９８】
図１４（Ｃ）ではＴｉ膜、アルミニウム膜、Ｔｉ膜の順に積層した積層膜上に、ホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層の順に積層し、その上にＭｇ：Ａｇ合金薄膜とＩＴＯとの積層を形成する。
【０２９９】
ただし、ＴＦＴ７００１がｎ型の場合、第１の電極７００３上に電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層の順に積層するほうが、駆動回路における電圧上昇を抑制することができ、消費電力を少なくできるため好ましい。
【０３００】
第２の電極７００５は可視光に対する透光性を有する導電性材料を用いて形成し、例えば酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物、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可視光に対する透光性を有する導電性導電膜を用いても良い。
【０３０１】
第１の電極７００３及び第２の電極７００５で発光層を含むＥＬ層７００４を挟んでいる領域が発光素子７００２に相当する。図１４（Ｃ）に示した画素の場合、発光素子７００２から発せられる光は、矢印で示すように第２の電極７００５側に射出する。
【０３０２】
また、図１４（Ｃ）において、ＴＦＴ７００１のドレイン電極層は、酸化物絶縁層７０５２ａ、保護絶縁層７０５２ｂ、絶縁層７０５３、及び絶縁層７０５５に設けられたコンタクトホールを介して第１の電極７００３と電気的に接続する。平坦化絶縁層７０５３は、ポリイミド、アクリル、ベンゾシクロブテン、ポリアミド、エポキシ等の樹脂材料を用いることができる。また上記樹脂材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系樹脂、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）等を用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させることで、平坦化絶縁層７０５３を形成してもよい。平坦化絶縁層７０５３の形成法は、特に限定されず、その材料に応じて、スパッタ法、ＳＯＧ法、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法、スクリーン印刷、オフセット印刷等）、ドクターナイフ、ロールコーター、カーテンコーター、ナイフコーター等を用いることができる。
【０３０３】
また、第１の電極７００３と、隣り合う画素の第１の電極７００８とを絶縁するために隔壁７００９を設ける。隔壁７００９は、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、エポキシ等の有機樹脂膜、無機絶縁膜または有機ポリシロキサンを用いて形成する。隔壁７００９は、特に感光性の樹脂材料を用い、第１の電極７００３上に開口部を形成し、その開口部の側壁が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。隔壁７００９として感光性の樹脂材料を用いる場合、レジストマスクを形成する工程を省略することができる。
【０３０４】
また、図１４（Ｃ）の構造においては、フルカラー表示を行う場合、例えば発光素子７００２として緑色発光素子とし、隣り合う一方の発光素子を赤色発光素子とし、もう一方の発光素子を青色発光素子とする。また、３種類の発光素子だけでなく白色素子を加えた４種類の発光素子でフルカラー表示ができる発光表示装置を作製してもよい。
【０３０５】
また、図１４（Ｃ）の構造においては、配置する複数の発光素子を全て白色発光素子として、発光素子７００２上方にカラーフィルタなどを有する封止基板を配置する構成とし、フルカラー表示ができる発光表示装置を作製してもよい。白色などの単色の発光を示す材料を形成し、カラーフィルタや色変換層を組み合わせることによりフルカラー表示を行うことができる。
【０３０６】
もちろん単色発光の表示を行ってもよい。例えば、白色発光を用いて照明装置を形成してもよいし、単色発光を用いてエリアカラータイプの発光装置を形成してもよい。
【０３０７】
また、必要があれば、円偏光板などの偏光フィルムなどの光学フィルムを設けてもよい。
【０３０８】
なお、ここでは、発光素子として有機ＥＬ素子について述べたが、発光素子として無機ＥＬ素子を設けることも可能である。
【０３０９】
なお、発光素子の駆動を制御する薄膜トランジスタ（駆動用ＴＦＴ）と発光素子が電気的に接続されている例を示したが、駆動用ＴＦＴと発光素子との間に電流制御用ＴＦＴが接続されている構成であってもよい。
【０３１０】
なお本実施の形態で示す半導体装置は、図１４に示した構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【０３１１】
次に、実施の形態４に示す薄膜トランジスタを適用した半導体装置の一形態に相当する発光表示パネル（発光パネルともいう）の外観及び断面について、図１５を用いて説明する。図１５（Ａ）は、第１の基板上に形成された薄膜トランジスタ及び発光素子を、第２の基板との間にシール材によって封止した、パネルの上面図であり、図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）のＨ−Ｉにおける断面図に相当する。
【０３１２】
第１の基板４５０１上に設けられた画素部４５０２、信号線駆動回路４５０３ａ、４５０３ｂ、及び走査線駆動回路４５０４ａ、４５０４ｂを囲むようにして、シール材４５０５が設けられている。また画素部４５０２、信号線駆動回路４５０３ａ、４５０３ｂ、及び走査線駆動回路４５０４ａ、４５０４ｂの上に第２の基板４５０６が設けられている。よって画素部４５０２、信号線駆動回路４５０３ａ、４５０３ｂ、及び走査線駆動回路４５０４ａ、４５０４ｂは、第１の基板４５０１とシール材４５０５と第２の基板４５０６とによって、充填材４５０７と共に密封されている。このように外気に曝されないように気密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム（貼り合わせフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等）やカバー材でパッケージング（封入）することが好ましい。
【０３１３】
また第１の基板４５０１上に設けられた画素部４５０２、信号線駆動回路４５０３ａ、４５０３ｂ、及び走査線駆動回路４５０４ａ、４５０４ｂは、薄膜トランジスタを複数有しており、図１５（Ｂ）では、画素部４５０２に含まれる薄膜トランジスタ４５１０と、信号線駆動回路４５０３ａに含まれる薄膜トランジスタ４５０９とを例示している。
【０３１４】
薄膜トランジスタ４５０９、４５１０は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系膜を酸化物半導体層として含む信頼性の高い実施の形態４に示す薄膜トランジスタを適用することができる。本実施の形態において、薄膜トランジスタ４５０９、４５１０はｎチャネル型薄膜トランジスタである。
【０３１５】
絶縁層４５４４上において駆動回路用の薄膜トランジスタ４５０９の酸化物半導体層のチャネル形成領域と重なる位置に導電層４５４０が設けられている。導電層４５４０を酸化物半導体層のチャネル形成領域と重なる位置に設けることによって、ＢＴ試験前後における薄膜トランジスタ４５０９のしきい値電圧の変化量を低減することができる。また、導電層４５４０は、電位が薄膜トランジスタ４５０９のゲート電極層と同じでもよいし、異なっていても良く、第２のゲート電極層として機能させることもできる。また、導電層４５４０の電位がＧＮＤ、０Ｖ、或いはフローティング状態であってもよい。
【０３１６】
また４５１１は発光素子に相当し、発光素子４５１１が有する画素電極である第１の電極層４５１７は、薄膜トランジスタ４５１０のソース電極層またはドレイン電極層と電気的に接続されている。なお発光素子４５１１の構成は、第１の電極層４５１７、電界発光層４５１２、第２の電極層４５１３の積層構造であるが、本実施の形態に示した構成に限定されない。発光素子４５１１から取り出す光の方向などに合わせて、発光素子４５１１の構成は適宜変えることができる。
【０３１７】
隔壁４５２０は、有機樹脂膜、無機絶縁膜または有機ポリシロキサンを用いて形成する。特に感光性の材料を用い、第１の電極層４５１７上に開口部を形成し、その開口部の側壁が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。
【０３１８】
電界発光層４５１２は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。
【０３１９】
発光素子４５１１に酸素、水素、水分、二酸化炭素等が侵入しないように、第２の電極層４５１３及び隔壁４５２０上に保護膜を形成してもよい。保護膜としては、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、ＤＬＣ膜等を形成することができる。
【０３２０】
また、信号線駆動回路４５０３ａ、４５０３ｂ、走査線駆動回路４５０４ａ、４５０４ｂ、または画素部４５０２に与えられる各種信号及び電位は、ＦＰＣ４５１８ａ、４５１８ｂから供給されている。
【０３２１】
本実施の形態では、接続端子電極４５１５が、発光素子４５１１が有する第１の電極層４５１７と同じ導電膜から形成され、端子電極４５１６は、薄膜トランジスタ４５０９、４５１０が有するソース電極層及びドレイン電極層と同じ導電膜から形成されている。
【０３２２】
接続端子電極４５１５は、ＦＰＣ４５１８ａが有する端子と、異方性導電膜４５１９を介して電気的に接続されている。
【０３２３】
発光素子４５１１からの光の取り出し方向に位置する第２の基板４５０６は可視光に対し透光性を有していなければならない。その場合には、ガラス板、プラスチック板、ポリエステルフィルムまたはアクリルフィルムのような可視光に対する透光性を有する材料を用いる。
【０３２４】
また、充填材４５０７としては窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂を用いることができ、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）、アクリル、ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラル）またはＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）を用いることができる。本実施の形態は充填材として窒素を用いた。
【０３２５】
また、必要であれば、発光素子の射出面に偏光板、又は円偏光板（楕円偏光板を含む）、位相差板（λ／４板、λ／２板）、カラーフィルタなどの光学フィルムを適宜設けてもよい。また、偏光板又は円偏光板に反射防止膜を設けてもよい。例えば、表面の凹凸により反射光を拡散し、映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。
【０３２６】
信号線駆動回路４５０３ａ、４５０３ｂ、及び走査線駆動回路４５０４ａ、４５０４ｂは、別途用意された基板上に単結晶半導体膜又は多結晶半導体膜によって形成された駆動回路で実装されていてもよい。また、信号線駆動回路のみ、或いは一部、又は走査線駆動回路のみ、或いは一部のみを別途形成して実装しても良く、本実施の形態は図１５の構成に限定されない。
【０３２７】
以上の工程により、半導体装置として信頼性の高い発光表示装置（表示パネル）を作製することができる。
【０３２８】
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成を適宜組み合わせて用いることができることとする。
【０３２９】
（実施の形態９）
実施の形態４に示す薄膜トランジスタを適用した半導体装置は、電子ペーパーとして適用することができる。電子ペーパーは、情報を表示するものであればあらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。例えば、電子ペーパーを用いて、電子書籍（電子ブック）、ポスター、電車などの乗り物の車内広告、クレジットカード等の各種カードにおける表示等に適用することができる。電子機器の一例を図１６、図１７に示す。
【０３３０】
図１６（Ａ）は、電子ペーパーで作られたポスター２６３１を示している。広告媒体が紙の印刷物である場合には、広告の交換は人手によって行われるが、電子ペーパーを用いれば短時間で広告の表示を変えることができる。また、表示も崩れることなく安定した画像が得られる。なお、ポスターは無線で情報を送受信できる構成としてもよい。
【０３３１】
また、図１６（Ｂ）は、電車などの乗り物の車内広告２６３２を示している。広告媒体が紙の印刷物である場合には、広告の交換は人手によって行われるが、電子ペーパーを用いれば人手を多くかけることなく短時間で広告の表示を変えることができる。また表示も崩れることなく安定した画像が得られる。なお、社内広告は無線で情報を送受信できる構成としてもよい。
【０３３２】
また、図１７は、電子書籍２７００の一例を示している。例えば、電子書籍２７００は、筐体２７０１及び筐体２７０３の２つの筐体で構成されている。筐体２７０１及び筐体２７０３は、軸部２７１１により一体とされており、該軸部２７１１を軸として開閉動作を行うことができる。このような構成により、紙の書籍のような動作を行うことが可能となる。
【０３３３】
筐体２７０１には表示部２７０５が組み込まれ、筐体２７０３には表示部２７０７が組み込まれている。表示部２７０５及び表示部２７０７は、続き画面を表示する構成としてもよいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とすることで、例えば右側の表示部（図１７では表示部２７０５）に文章を表示し、左側の表示部（図１７では表示部２７０７）に画像を表示することができる。
【０３３４】
また、図１７では、筐体２７０１に操作部などを備えた例を示している。例えば、筐体２７０１において、電源２７２１、操作キー２７２３、スピーカ２７２５などを備えている。操作キー２７２３により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示部と同一面にキーボードやポインティングディバイスなどを備える構成としてもよい。また、筐体の裏面や側面に、外部接続用端子（イヤホン端子、ＵＳＢ端子、またはＡＣアダプタおよびＵＳＢケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など）、記録媒体挿入部などを備える構成としてもよい。さらに、電子書籍２７００は、電子辞書としての機能を持たせた構成としてもよい。
【０３３５】
また、電子書籍２７００は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすることも可能である。
【０３３６】
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成を適宜組み合わせて用いることができることとする。
【０３３７】
（実施の形態１０）
実施の形態４に示す薄膜トランジスタを用いた半導体装置は、さまざまな電子機器（遊技機も含む）に適用することができる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置（テレビ、またはテレビジョン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。
【０３３８】
図１８（Ａ）は、テレビジョン装置９６００の一例を示している。テレビジョン装置９６００は、筐体９６０１に表示部９６０３が組み込まれている。表示部９６０３により、映像を表示することが可能である。また、ここでは、スタンド９６０５により筐体９６０１を支持した構成を示している。
【０３３９】
テレビジョン装置９６００の操作は、筐体９６０１が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機９６１０により行うことができる。リモコン操作機９６１０が備える操作キー９６０９により、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部９６０３に表示される映像を操作することができる。また、リモコン操作機９６１０に、当該リモコン操作機９６１０から出力する情報を表示する表示部９６０７を設ける構成としてもよい。
【０３４０】
なお、テレビジョン装置９６００は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線または無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向（送信者から受信者）または双方向（送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など）の情報通信を行うことも可能である。
【０３４１】
図１８（Ｂ）は、デジタルフォトフレーム９７００の一例を示している。例えば、デジタルフォトフレーム９７００は、筐体９７０１に表示部９７０３が組み込まれている。表示部９７０３は、各種画像を表示することが可能であり、例えばデジタルカメラなどで撮影した画像データを表示させることで、通常の写真立てと同様に機能させることができる。
【０３４２】
なお、デジタルフォトフレーム９７００は、操作部、外部接続用端子（ＵＳＢ端子、ＵＳＢケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など）、記録媒体挿入部などを備える構成とする。これらの構成は、表示部と同一面に組み込まれていてもよいが、側面や裏面に備えるとデザイン性が向上するため好ましい。例えば、デジタルフォトフレームの記録媒体挿入部に、デジタルカメラで撮影した画像データを記憶したメモリを挿入して画像データを取り込み、取り込んだ画像データを表示部９７０３に表示させることができる。
【０３４３】
また、デジタルフォトフレーム９７００は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、所望の画像データを取り込み、表示させる構成とすることもできる。
【０３４４】
図１９（Ａ）は携帯型遊技機であり、筐体９８８１と筐体９８９１の２つの筐体で構成されており、連結部９８９３により、開閉可能に連結されている。筐体９８８１には表示部９８８２が組み込まれ、筐体９８９１には表示部９８８３が組み込まれている。また、図１９（Ａ）に示す携帯型遊技機は、その他、スピーカ部９８８４、記録媒体挿入部９８８６、ＬＥＤランプ９８９０、入力手段（操作キー９８８５、接続端子９８８７、センサ９８８８（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、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの）、マイクロフォン９８８９）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、少なくとも本発明に係る半導体装置を備えた構成であればよく、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（Ａ）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又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（Ａ）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。
【０３４５】
図１９（Ｂ）は大型遊技機であるスロットマシン９９００の一例を示している。スロットマシン９９００は、筐体９９０１に表示部９９０３が組み込まれている。また、スロットマシン９９００は、その他、スタートレバーやストップスイッチなどの操作手段、コイン投入口、スピーカなどを備えている。もちろん、スロットマシン９９００の構成は上述のものに限定されず、少なくとも本発明に係る半導体装置を備えた構成であればよく、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。
【０３４６】
図２０（Ａ）は、携帯電話機１０００の一例を示している。携帯電話機１０００は、筐体１００１に組み込まれた表示部１００２の他、操作ボタン１００３、外部接続ポート１００４、スピーカ１００５、マイク１００６などを備えている。
【０３４７】
図２０（Ａ）に示す携帯電話機１０００は、表示部１００２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１００２を指などで触れることにより行うことができる。
【０３４８】
表示部１００２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。
【０３４９】
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１００２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１００２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。
【０３５０】
また、携帯電話機１０００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１０００の向き（縦か横か）を判断して、表示部１００２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。
【０３５１】
また、画面モードの切り替えは、表示部１００２を触れること、又は筐体１００１の操作ボタン１００３の操作により行われる。また、表示部１００２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。
【０３５２】
また、入力モードにおいて、表示部１００２の光センサで検出される信号を検知し、表示部１００２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。
【０３５３】
表示部１００２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１００２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。
【０３５４】
図２０（Ｂ）も携帯電話機の一例である。図２０（Ｂ）の携帯電話機は、筐体９４１１に、表示部９４１２、及び操作ボタン９４１３を含む表示装置９４１０と、筐体９４０１に操作ボタン９４０２、外部入力端子９４０３、マイク９４０４、スピーカ９４０５、及び着信時に発光する発光部９４０６を含む通信装置９４００とを有しており、表示機能を有する表示装置９４１０は電話機能を有する通信装置９４００と矢印の２方向に脱着可能である。よって、表示装置９４１０と通信装置９４００の短軸同士を取り付けることも、表示装置９４１０と通信装置９４００の長軸同士を取り付けることもできる。また、表示機能のみを必要とする場合、通信装置９４００より表示装置９４１０を取り外し、表示装置９４１０を単独で用いることもできる。通信装置９４００と表示装置９４１０とは無線通信又は有線通信により画像又は入力情報を授受することができ、それぞれ充電可能なバッテリーを有する。
【０３５５】
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成を適宜組み合わせて用いることができることとする。
【符号の説明】
【０３５６】
１０ パルス出力回路
１１ 配線
１２ 配線
１３ 配線
１４ 配線
１５ 配線
１６ 配線
１７ 配線
２１ 入力端子
２２ 入力端子
２３ 入力端子
２４ 入力端子
２５ 入力端子
２６ 出力端子
２７ 出力端子
３１ トランジスタ
３２ トランジスタ
３３ トランジスタ
３４ トランジスタ
３５ トランジスタ
３６ トランジスタ
３７ トランジスタ
３８ トランジスタ
３９ トランジスタ
４０ トランジスタ
４１ トランジスタ
５１ 電源線
５２ 電源線
５３ 電源線
６１ 期間
６２ 期間
１００ 基板
１０１ ターゲット
１０２ ゲート絶縁層
１０２ａ ゲート絶縁層
１０２ｂ ゲート絶縁層
１０３ 酸化物半導体膜
１０４ バッキングプレート
１０７ 酸化物絶縁膜
１０８ 保護絶縁層
１１０ カソード部
１１１ａ ゲート電極
１１１ｂ ゲート配線層
１１３ 酸化物半導体層
１１５ａ 配線層
１１５ｂ 配線層
１１５ｃ 配線層
１２０ シール部
１２３ 酸化物半導体層
１２８ コンタクトホール
１３０ 処理室
１３２ 絶縁体
１３４ シールド
１４０ 温度調整機構
１４２ 熱媒
１５０ 基板
１５１ 薄膜トランジスタ
１６０ ステージ
１７０ フランジ
２００ ターゲット
２０４ シリンダ
２０７ 酸化物絶縁膜
２１０ カソード部
２２０ シール部
２３０ 外壁
２３２ 窓
２４０ 温度調整機構
２４２ 熱媒
２４４ 接続部
２５０ 基板
２６０ ステージ
２７０ 回転機構
２８０ 光源
５８０ 基板
５８１ 薄膜トランジスタ
５８３ 絶縁層
５８５ 絶縁層
５８７ 電極層
５８８ 電極層
５８９ 球形粒子
５９０ａ 黒色領域
５９０ｂ 白色領域
５９４ キャビティ
５９６ 基板
５９５ 充填材
１０００ 携帯電話機
１００１ 筐体
１００２ 表示部
１００３ 操作ボタン
１００４ 外部接続ポート
１００５ スピーカ
１００６ マイク
２０００ 成膜装置
２１００ 搬送室
２１０１ 搬送機構
２１１０ ローダー室
２１１１ カセット
２１２０ アンローダー室
２１２１ カセット
２２００ 搬送室
２２０１ 搬送機構
２２０５ 排気手段
２２１０ 処理室
２２１５ 排気手段
２２２０ 処理室
２２２１ 基板加熱機構
２２２５ 排気手段
２２３０ 処理室
２２３１ スパッタリング装置
２２３２ ターゲット
２２３５ 排気手段
２２４０ 処理室
２２４１ 基板冷却機構
２２４５ 排気手段
２６００ ＴＦＴ基板
２６０１ 対向基板
２６０２ シール材
２６０３ 画素部
２６０４ 表示素子
２６０５ 着色層
２６０６ 偏光板
２６０７ 偏光板
２６０８ 配線回路部
２６０９ フレキシブル配線基板
２６１０ 冷陰極管
２６１１ 反射板
２６１２ 回路基板
２６１３ 拡散板
２６３１ ポスター
２６３２ 車内広告
２７００ 電子書籍
２７０１ 筐体
２７０３ 筐体
２７０５ 表示部
２７０７ 表示部
２７１１ 軸部
２７２１ 電源
２７２３ 操作キー
２７２５ スピーカ
４００１ 基板
４００２ 画素部
４００３ 信号線駆動回路
４００４ 走査線駆動回路
４００５ シール材
４００６ 基板
４００８ 液晶層
４０１０ 薄膜トランジスタ
４０１１ 薄膜トランジスタ
４０１３ 液晶素子
４０１５ 接続端子電極
４０１６ 端子電極
４０１８ ＦＰＣ
４０１９ 異方性導電膜
４０２０ 絶縁層
４０２１ 絶縁層
４０３０ 画素電極層
４０３１ 対向電極層
４０３２ 絶縁層
４０４０ 導電層
４５０１ 基板
４５０２ 画素部
４５０３ａ 信号線駆動回路
４５０４ａ 走査線駆動回路
４５０５ シール材
４５０６ 基板
４５０７ 充填材
４５０９ 薄膜トランジスタ
４５１０ 薄膜トランジスタ
４５１１ 発光素子
４５１２ 電界発光層
４５１３ 電極層
４５１５ 接続端子電極
４５１６ 端子電極
４５１７ 電極層
４５１８ａ ＦＰＣ
４５１９ 異方性導電膜
４５２０ 隔壁
４５４０ 導電層
４５４４ 絶縁層
５３００ 基板
５３０１ 画素部
５３０２ 走査線駆動回路
５３０３ 走査線駆動回路
５３０４ 信号線駆動回路
５３０５ タイミング制御回路
５６０１ シフトレジスタ
５６０２ スイッチング回路
５６０３ 薄膜トランジスタ
５６０４ 配線
５６０５ 配線
６４００ 画素
６４０１ スイッチング用トランジスタ
６４０２ 駆動用トランジスタ
６４０３ 容量素子
６４０４ 発光素子
６４０５ 信号線
６４０６ 走査線
６４０７ 電源線
６４０８ 共通電極
７００１ ＴＦＴ
７００２ 発光素子
７００３ 電極
７００４ ＥＬ層
７００５ 電極
７００８ 電極
７００９ 隔壁
７０１０ 基板
７０１１ 駆動用ＴＦＴ
７０１２ 発光素子
７０１３ 電極
７０１４ ＥＬ層
７０１５ 電極
７０１６ 遮蔽膜
７０１７ 導電膜
７０１９ 隔壁
７０２０ 基板
７０２１ 駆動用ＴＦＴ
７０２２ 発光素子
７０２３ 電極
７０２４ ＥＬ層
７０２５ 電極
７０２６ 電極
７０２７ 導電膜
７０２９ 隔壁
７０３０ 基板
７０３１ ゲート絶縁層
７０３２ａ 酸化物絶縁層
７０３２ｂ 絶縁層
７０３３ カラーフィルタ層
７０３４ オーバーコート層
７０３５ 保護絶縁層
７０４０ 基板
７０４１ ゲート絶縁層
７０４２ 絶縁層
７０４２ａ 酸化物絶縁層
７０４２ｂ 絶縁層
７０４３ カラーフィルタ層
７０４４ オーバーコート層
７０４５ 保護絶縁層
７０５２ａ 酸化物絶縁層
７０５２ｂ 保護絶縁層
７０５３ 絶縁層
７０５５ 絶縁層
９４００ 通信装置
９４０１ 筐体
９４０２ 操作ボタン
９４０３ 外部入力端子
９４０４ マイク
９４０５ スピーカ
９４０６ 発光部
９４１０ 表示装置
９４１１ 筐体
９４１２ 表示部
９４１３ 操作ボタン
９６００ テレビジョン装置
９６０１ 筐体
９６０３ 表示部
９６０５ スタンド
９６０７ 表示部
９６０９ 操作キー
９６１０ リモコン操作機
９７００ デジタルフォトフレーム
９７０１ 筐体
９７０３ 表示部
９８８１ 筐体
９８８２ 表示部
９８８３ 表示部
９８８４ スピーカ部
９８８５ 入力手段（操作キー）
９８８６ 記録媒体挿入部
９８８７ 接続端子
９８８８ センサ
９８８９ マイクロフォン
９８９０ ＬＥＤランプ
９８９１ 筐体
９８９３ 連結部
９９００ スロットマシン
９９０１ 筐体
９９０３ 表示部
【技術分野】
【０００１】
酸化物半導体を用いた半導体素子及び半導体装置の作製方法、及び成膜装置に関する。
【０００２】
なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、半導体素子及び回路、半導体素子及び回路を有する電気光学装置、および電子機器は全て半導体装置である。
【背景技術】
【０００３】
液晶表示装置に代表されるように、ガラス基板などの平板に半導体薄膜を用いて形成したトランジスタを薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）という。ＴＦＴは半導体素子の一態様であり、主にアモルファスシリコン、または多結晶シリコンなどの半導体材料を用いて作製される。アモルファスシリコンを用いたＴＦＴは、電界効果移動度が低いもののガラス基板の大面積化に対応することができ、一方、多結晶シリコンを用いたＴＦＴは、電界効果移動度が高いもののレーザアニールなどの結晶化工程が必要であり、ガラス基板の大面積化には必ずしも適応しないといった特性を有している。
【０００４】
これに対し、半導体材料として酸化物半導体を用いてＴＦＴを作製し、該ＴＦＴを電子デバイスや光デバイスに応用する技術が注目されている。例えば、半導体材料として酸化亜鉛、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体を用いてＴＦＴを作製し、画像表示装置のスイッチング素子などに用いる技術が特許文献１及び特許文献２で開示されている。
【０００５】
酸化物半導体にチャネル形成領域（チャネル領域ともいう）を設けたＴＦＴは、アモルファスシリコンを用いたＴＦＴよりも高い電界効果移動度が得られている。酸化物半導体膜はスパッタリング法などによって比較的低温で膜形成が可能であり、多結晶シリコンを用いたＴＦＴよりも製造工程が簡単である。
【０００６】
このような酸化物半導体を用いてガラス基板、プラスチック基板などにＴＦＴを形成し、液晶ディスプレイ、エレクトロルミネセンスディスプレイ（ＥＬディスプレイともいう）または電子ペーパーなどの表示装置への応用が期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１２３８６１号公報
【特許文献２】特開２００７−９６０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、酸化物半導体を用いて作製した半導体素子の特性は未だ充分なものとは言えない。例えば、酸化物半導体膜を用いた薄膜トランジスタには、制御された閾値電圧、速い動作速度、製造工程が比較的簡単であること、そして十分な信頼性が求められている。
【０００９】
酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタの閾値電圧は酸化物半導体膜に含まれるキャリア濃度に影響される。また、酸化物半導体膜に含まれるキャリアは、酸化物半導体膜に含まれる不純物により発生する。例えば、成膜された酸化物半導体膜に含まれるＨ２Ｏに代表される水素原子を含む化合物や炭素原子を含む化合物、もしくは水素原子や炭素原子等の不純物は、酸化物半導体膜のキャリア濃度を高める効果を有する。
【００１０】
Ｈ２Ｏに代表される水素原子を含む化合物や炭素原子を含む化合物、もしくは水素原子や炭素原子等の不純物を含む酸化物半導体膜をチャネル形成領域に用いた薄膜トランジスタは、閾値電圧を制御することが困難である。本発明は、このような技術的背景のもとでなされたものである。
【００１１】
従って本発明の一態様の目的は、水素原子を含む化合物や炭素原子を含む化合物、もしくは水素原子や炭素原子等の不純物の含有量が少ない薄膜を成膜する成膜装置を提供することを課題の一とする。または、該不純物の含有量が少ない薄膜を成膜する成膜方法を提供することを課題の一とする。または、該不純物の含有量が少ない酸化物半導体膜を用いた信頼性の高い半導体素子を作製する方法を提供することを課題の一とする。
【００１２】
または、閾値電圧が制御され、動作速度が速く、製造工程が比較的簡単であり、十分な信頼性を有する、酸化物半導体を用いた半導体装置を提供することを課題の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するためには、酸化物半導体膜に含まれるキャリア濃度に影響する不純物、例えば、Ｈ２Ｏに代表される水素原子を含む化合物や炭素原子を含む化合物、もしくは水素原子や炭素原子等の不純物を成膜工程において排除すればよい。具体的には、ターゲットを加熱しながらスパッタリングを行う成膜装置を用いて、酸化物半導体膜を成膜すればよい。
【００１４】
すなわち、本発明の一態様は、基板上にゲート電極を形成し、ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成し、ゲート絶縁膜を介してゲート電極上に酸化物半導体層を形成し、酸化物半導体層に接して、端部をゲート電極上に重畳するソース電極、及びドレイン電極を形成し、ソース電極、及びドレイン電極間の酸化物半導体層を覆う酸化物絶縁膜を形成する酸化物半導体素子の作製方法である。そして、減圧状態に保持されたチャンバー内に基板を保持し、チャンバー内の残留水分を除去しつつ、水素及び水分が除去されたスパッタガスを導入し、チャンバー内に設けられた金属酸化物を含むターゲットを室温以上６００℃以下に加熱しながらゲート絶縁膜上に酸化物半導体層を形成することを特徴とする酸化物半導体素子の作製方法である。
【００１５】
また、本発明の一態様は、上記においてクライオポンプを用いて排気することで残留水分を除去することを特徴とする酸化物半導体素子の作製方法である。
【００１６】
また、本発明の一態様は、上記の金属酸化物ターゲットは、エネルギーギャップが２ｅＶ以上、４．５ｅＶ以下である金属酸化物を主成分として含むことを特徴とする酸化物半導体素子の作製方法である。
【００１７】
また、本発明の一態様は、上記において、金属酸化物ターゲットは、インジウム、ガリウム、亜鉛を含む金属酸化物であることを特徴とする酸化物半導体素子の作製方法である。
【００１８】
また、本発明の一態様は、チャンバー内に基板とターゲットを有し、チャンバー内の残留水分を除去する排気装置と、ターゲットを加熱する加熱機構を有している。そして、ターゲットはエネルギーギャップが２ｅＶ以上、４．５ｅＶ以下である金属酸化物を主成分として含み、ターゲットのプラズマが衝突しない面を加熱するスパッタリング装置である。
【００１９】
また、本発明の一態様は、チャンバー内に基板、及び回転軸に固定されたターゲットを有しており、チャンバー内の残留水分を除去する排気装置を有している。そして、回転するターゲットに光を照射してターゲットを加熱する加熱機構を有するスパッタリング装置である。
【００２０】
また、本発明の一態様は、上記において、光が前記基板を透過することなくターゲットを照射することを特徴とするスパッタリング装置である。
【００２１】
なお、本明細書において、第１、第２として付される序数詞は便宜上用いるものであり、工程順又は積層順を示すものではない。また、本明細書において発明を特定するための事項として固有の名称を示すものではない。
【００２２】
また、本明細書において、酸化窒化物とは、その組成として、窒素原子よりも酸素原子の数が多い物質のことを指し、窒化酸化物とは、その組成として、酸素原子より窒素原子の数が多い物質のことを指す。例えば、酸化窒化シリコン膜とは、その組成として、窒素原子よりも酸素原子の数が多く、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）及び水素前方散乱法（ＨＦＳ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｆｏｒｗａｒｄ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）を用いて測定した場合に、濃度範囲として酸素が５０原子％以上７０原子％以下、窒素が０．５原子％以上１５原子％以下、シリコンが２５原子％以上３５原子％以下、水素が０．１原子％以上１０原子％以下の範囲で含まれるものをいう。また、窒化酸化シリコン膜とは、その組成として、酸素原子より窒素原子の数が多く、ＲＢＳ及びＨＦＳを用いて測定した場合に、濃度範囲として酸素が５原子％以上３０原子％以下、窒素が２０原子％以上５５原子％以下、シリコンが２５原子％以上３５原子％以下、水素が１０原子％以上３０原子％以下の範囲で含まれるものをいう。但し、酸化窒化シリコンまたは窒化酸化シリコンを構成する原子の合計を１００原子％としたとき、窒素、酸素、シリコン及び水素の含有比率が上記の範囲内に含まれるものとする。
【００２３】
なお、本明細書において、ＥＬ層とは発光素子の一対の電極間に設けられた層を示すものとする。従って、電極間に挟まれた発光物質である有機化合物を含む発光層はＥＬ層の一態様である。
【００２４】
なお、本明細書中において、発光装置とは画像表示デバイス、発光デバイス、もしくは光源（照明装置含む）を指す。また、発光装置にコネクター、例えばＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）もしくはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）テープもしくはＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）が取り付けられたモジュール、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または発光素子が形成された基板にＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方式によりＩＣ（集積回路）が直接実装されたモジュールも全て発光装置に含むものとする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、Ｈ２Ｏに代表される水素原子を含む化合物や炭素原子を含む化合物、もしくは水素原子や炭素原子等の不純物の含有量が少ない薄膜を成膜する成膜装置を提供できる。または、該不純物の含有量が少ない薄膜を成膜する成膜方法を提供できる。または、該不純物の含有量が少ない酸化物半導体膜を用いた信頼性の高い半導体素子を作製する方法を提供できる。
【００２６】
または、閾値電圧が制御され、動作速度が速く、製造工程が比較的簡単であり、十分な信頼性を有する、酸化物半導体を用いた半導体装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施の形態に係わる成膜装置を説明する図。
【図２】実施の形態に係わる成膜装置を説明する図。
【図３】実施の形態に係わる成膜装置を説明する図。
【図４】実施の形態に係わる半導体装置を説明する図。
【図５】実施の形態に係わる半導体装置の作製方法を説明する図。
【図６】実施の形態に係わる表示装置のブロック図。
【図７】実施の形態に係わる信号線駆動回路の構成を説明する図。
【図８】シフトレジスタの構成を示す回路図。
【図９】シフトレジスタの動作を説明するタイミングチャート。
【図１０】実施の形態に係わる半導体装置を説明する図。
【図１１】実施の形態に係わる半導体装置を説明する図。
【図１２】実施の形態に係わる半導体装置を説明する図。
【図１３】実施の形態に係わる半導体装置を説明する図。
【図１４】実施の形態に係わる半導体装置を説明する図。
【図１５】実施の形態に係わる半導体装置を説明する図。
【図１６】電子ペーパーの使用形態の例を説明する図
【図１７】電子書籍の一例を示す外観図。
【図１８】テレビジョン装置およびデジタルフォトフレームの例を示す外観図。
【図１９】遊技機の例を示す外観図。
【図２０】携帯電話機の一例を示す外観図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。
【００２９】
（実施の形態１）
本実施の形態では、不純物の含有量が少ない薄膜を成膜する装置について説明する。具体的には、板状のターゲットを加熱しながらスパッタリングを行う成膜装置について説明する。
【００３０】
本実施の形態の成膜装置が有するターゲットの加熱機構の一例を図１に示す。図１（Ａ）は、図１（Ｂ）に示す切断線Ｚ１−Ｚ２における断面である。板状のターゲット１０１は、フランジ１７０によって、バッキングプレート１０４に圧着されている。バッキングプレート１０４の背面は熱媒１４２と接し、熱媒１４２はシール部１２０で封止されている。熱媒１４２の温度は接続された温度調整機構１４０で管理する。なお、ターゲット１０１を含むカソード部１１０は、絶縁体１３２を介して成膜装置の処理室１３０に固定されている。なお、カソード部１１０は図示していない電源と接続されている。
【００３１】
成膜中のターゲット１０１の温度はバッキングプレート１０４と熱媒１４２を介して温度調整機構１４０で管理する。熱媒１４２としては、例えばシリコーンオイル等、高沸点のオイルを用いることができる。バッキングプレート１０４は熱伝導率の高い金属もしくセラミックスを用いるのが好ましく、使用温度との兼ね合いで材質を選択すればよい。また、熱媒の代わりにバッキングプレートを背面から温度調整が可能な加熱装置を設置してもよい。例えば、電熱ヒーターや、ランプをバッキングプレート１０４の背面に設けて、ターゲットをバッキングプレート側から加熱して温度を調整してもよい。また、ターゲット１０１に直接光を照射してターゲット１０１の表面から加熱してもよい。
【００３２】
なお、ターゲット１０１とバッキングプレート１０４はろう材で固定してもよいが、加熱温度がろう材の融点より高い場合はろう材を用いず、フランジ１７０でターゲットを固定すればよい。ろう材が使える温度範囲はろう材の種類により異なるが、加熱温度がろう材の融点（およそ１５０℃から３００℃の範囲）を越える場合は、フランジを用いて固定する。
【００３３】
酸化物半導体膜を成膜する場合、ターゲットの温度を１００℃以上６００℃以下好ましくは２００℃以上４００℃以下とする。
【００３４】
また、ターゲット１０１を加熱する工程は成膜中に限られない。成膜の前または後にターゲット１０１を加熱して、ターゲットに含まれる不純物を除去してもよい。
【００３５】
酸化物半導体膜を形成するターゲットとしては、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、または酸化スズ（ＳｎＯ２）等を適宜混合して焼結したターゲットを用いればよい。
【００３６】
また、ターゲットにＳｉＯ２を２重量％以上１０重量％以下添加し、ＳｉＯｘ（Ｘ＞０）を酸化物半導体膜に含ませてもよい。酸化物半導体膜にＳｉＯｘ（Ｘ＞０）を含ませることにより、酸化物半導体膜の結晶化を阻害できる。特に、脱水化または脱水素化のための加熱処理を行う場合、過度の結晶化を抑制できるため好ましい。
【００３７】
このようなターゲットをスパッタリングすることで、
四元系金属酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜や、三元系金属酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系や、二元系金属酸化物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ膜、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ膜、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ膜や、Ｉｎ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ｏ膜、Ｚｎ−Ｏ膜などの酸化物半導体膜を用いることができる。また、上記酸化物半導体膜に酸化珪素を含ませてもよい。酸化物半導体膜に結晶化を阻害する酸化珪素（ＳｉＯｘ（Ｘ＞０））を含ませることで、結晶化してしまうのを抑制することができる。
【００３８】
また、ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記される薄膜を用いることができる。ここで、Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、ＭｎおよびＣｏから選ばれた一または複数の金属元素を示す。例えばＭとして、Ｇａ、Ｇａ及びＡｌ、Ｇａ及びＭｎ、またはＧａ及びＣｏなどがある。ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記される構造の酸化物半導体膜のうち、ＭとしてＧａを含む構造の酸化物半導体を、上記したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ酸化物半導体とよび、その薄膜をＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜ともよぶこととする。
【００３９】
また、酸化物半導体ターゲットは充填率が９０％以上１００％以下、好ましくは９５％以上９９．９％以下のものを用いる。充填率の高い酸化物半導体ターゲットを用いることにより、水分等の不純物が吸着する空隙を取り除くことができだけでなく、ノジュールの発生を防止し、均一な放電が可能になり、パーティクルの発生を抑制できる。また、成膜した酸化物半導体膜は緻密な膜となる。その結果、不純物濃度が抑制され、均質な品質の酸化物半導体膜を得ることができる。
【００４０】
本実施の形態では、ターゲット１０１に、Ｉｎ、Ｇａ、及びＺｎを含む酸化物半導体（組成比として、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ％］、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：０．５［ａｔ．％］）を用い、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系膜を成膜する。
【００４１】
均一な成膜が可能であれば、基板１５０とターゲット１０１の相対的な配置に制限はない。図１（Ａ）には、基板１５０がシールド１３４の開口部に現れるターゲット１０１に対向して配置される例を示す。基板１５０を保持するステージ１６０がターゲット１０１と平行を保って成膜中に揺動し、基板１５０上に成膜される薄膜の厚みを均一に保つ。なお、ステージ１６０は必ずしも成膜中にターゲットに対し相対的に移動する必要はなく、停止していてもよく、また、相対的な移動は揺動に限らず、回転であってもよい。
【００４２】
ステージ１６０に基板加熱機構を設けてもよい。基板を加熱しながら成膜することで、成膜する酸化物半導体膜の内部に生じる応力を緩和できる。また、スパッタリングによる損傷が軽減される。また、成膜する酸化物半導体膜に蒸気圧の高い不純物が膜中に混入する現象を抑制できる。なお、成膜時の基板温度は室温以上６００℃以下、好ましくは２００℃以上４００℃以下とする。
【００４３】
なお、本実施の形態では基板１５０とターゲット１０１の間との距離は、例えば１００ｍｍとする。
【００４４】
なお、酸化物半導体膜を成膜する成膜室は、排気手段としてクライオポンプを備えている。なお、排気手段としては、ターボポンプにコールドトラップを加えたものであってもよい。
【００４５】
成膜室を、クライオポンプ、またはターボポンプにコールドトラップを加えて排気すると、例えば、Ｈ２Ｏに代表される水素原子を含む化合物や炭素原子を含む化合物を排気できる。本実施の形態においては、加熱によりターゲット１０１から脱離する不純物を排気できるため特に有効である。その結果、当該成膜室で成膜した酸化物半導体膜に含まれる不純物の濃度を低減できる。
【００４６】
また、酸化物半導体膜は、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガス（代表的にはアルゴン）及び酸素雰囲気下において、スパッタ法により成膜する。本実施の形態では、スパッタリングガスとして、酸素（酸素流量比率１００％）を用い、圧力０．６Ｐａで成膜を行う。
【００４７】
なお、本実施の形態で説明する、ターゲットを加熱しながらスパッタリングを行う成膜装置には、各種のスパッタリング現象を生じさせる方法を適用できる。例えば、スパッタ用電源に高周波電源を用いるＲＦスパッタ法と、ＤＣスパッタ法があり、さらにパルス的にバイアスを与えるパルスＤＣスパッタ法もある。ＲＦスパッタ法は主に絶縁膜を成膜する場合に用いられ、ＤＣスパッタ法は主に金属導電膜を成膜する場合に用いられる。
【００４８】
また、チャンバー内部に磁石機構を備えたマグネトロンスパッタ法を用いるスパッタ装置や、グロー放電を使わずマイクロ波を用いて発生させたプラズマを用いるＥＣＲスパッタ法を用いる方法がある。
【００４９】
また、スパッタ法を用いる成膜方法として、成膜中にターゲット物質とスパッタガス成分とを化学反応させてそれらの化合物薄膜を形成するリアクティブスパッタ法や、成膜中に基板にも電圧をかけるバイアススパッタ法もある。
【００５０】
また、材料の異なるターゲットを複数設置する多元スパッタ法もある。多元スパッタ法は、同一チャンバーで異なる材料膜を積層成膜することも、同一チャンバーで複数種類の材料を同時にスパッタリングして混合物を成膜することもできる。
【００５１】
本実施の形態では、電源として、直流（ＤＣ）電源０．５ｋＷを用いる。なお、パルス直流（ＤＣ）電源を用いると、ごみが軽減でき、膜厚分布も均一となるために好ましい。
【００５２】
本実施の形態で例示した成膜装置によれば、ターゲットを加熱することによって、ターゲットに含まれる不純物が脱離し、不純物を積極的に排気することができる。その結果、成膜装置を用いて成膜した薄膜が含有する不純物の量を低減できる。例えば、Ｈ２Ｏに代表される水素原子を含む化合物や炭素原子を含む化合物、もしくは水素原子や炭素原子等の不純物の含有量を低減できる。
【００５３】
また、本実施の形態の成膜装置にて、加熱されたターゲットを用いて成膜した酸化物半導体膜に含まれる不純物は少なく、例えば水素濃度を本発明の技術思想的には、ゼロまたはゼロに近いことを理想とした酸化物半導体膜が成膜できる。
【００５４】
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。
【００５５】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１とは異なる構成を有する成膜装置について説明する。具体的には、回転する円筒状のターゲットを加熱しながらスパッタリングを行う成膜装置について説明する。
【００５６】
本実施の形態の成膜装置が有する円筒状のターゲットの加熱機構の一例を図２に示す。図２（Ａ）は、図２（Ｂ）に示す切断線Ｚ１−Ｚ２における断面である。円筒状のターゲット２００は、挿入されたシリンダ２０４に固定されている。シリンダ２０４の内部は熱媒２４２が循環している。シリンダ２０４の一端は成膜装置の外壁２３０で仕切られた処理室の内で回転可能な状態で支持されている。シリンダ２０４の他端はシール部２２０を介して成膜装置の外壁２３０の外に延在している。なお、シール部２２０は外壁２３０の気密性を保ちつつ、シリンダ２０４を回転可能な状態で支持している（図２（Ｂ）参照）。
【００５７】
外壁２３０の外部に設置された回転機構２７０はシリンダ２０４を回転する。円筒状のターゲット２００は、挿入されたシリンダ２０４の回転に伴い処理室内で回転する。なお、ターゲット２００を含むカソード部２１０は、絶縁性を有するシール部２２０を介して成膜装置の外壁２３０と電気的に絶縁されている。なお、カソード部２１０は図示していない電源と接続されている。
【００５８】
シリンダ２０４内の熱媒２４２は、接続部２４４を介して温度調整機構２４０との間を還流し、熱媒２４２の温度は温度調整機構２４０が管理する。
【００５９】
成膜中のターゲット２００の温度はシリンダ２０４と熱媒２４２を介して温度調整機構２４０で管理する。熱媒２４２としては、実施の形態１と同じ材料を用いることができる。また、熱媒の代わりに温度調整が可能な加熱装置を設置してもよい。例えば、シリンダ２０４の内部に電熱ヒーターやランプを設け、シリンダ２０４側からターゲット２００を加熱して温度を調整してもよい。
【００６０】
また、光を用いてターゲットの表面を加熱してもよい。本実施の形態で例示する成膜装置は外壁２３０に透光性を有する窓２３２が設けられている。外壁２３０の外側に光源２８０を配置し、窓２３２を介してターゲット２００に光を照射して、ターゲットを表面から加熱すればよい。なお、光源としては、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ランプなどのランプもしくは、線状レーザーを用いることができる。
【００６１】
なお、本実施の形態では、回転機構２７０がターゲット２００を回転するため、光源２８０はターゲット２００の全面を表面から加熱できる。また、ターゲット２００が回転して、ターゲットが均一に消費されるため、ターゲットの無駄が少なく利用効率を高めることができる。
【００６２】
ターゲット２００をシリンダ２０４に固定する方法としては、シリンダ２０４の熱膨張をターゲット２００より大きくする方法がある。例えば、冷媒で冷却して直径を収縮したシリンダ２０４を、あらかじめ加熱して内径を膨張したターゲット２００に挿入し、位置決めした後シリンダ２０４の温度を高めれば、ターゲット２００をシリンダ２０４に固定できる。
【００６３】
なお、酸化物半導体膜を成膜する場合、ターゲットの温度を１００℃以上６００℃以下好ましくは２００℃以上４００℃以下とする。
【００６４】
また、ターゲット２００を加熱する工程は成膜中に限られない。成膜の前または後にターゲット２００を加熱して、ターゲットに含まれる不純物を除去してもよい。
【００６５】
酸化物半導体膜を形成するターゲットとしては、実施の形態１と同様な材料を用いればよいため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００６６】
基板２５０はターゲット２００の回転軸に平行して配置する。本実施の形態では、基板２５０を保持するステージ２６０がターゲット２００の回転軸と平行を保って成膜中に揺動し、基板２５０上に成膜される薄膜の厚みを均一に保つ。
【００６７】
なお、ステージ２６０に基板加熱機構を設けてもよい。基板を加熱しながら成膜することで、成膜する酸化物半導体膜の内部に生じる応力を緩和できる。また、スパッタリングによる損傷が軽減される。また、成膜する酸化物半導体膜に蒸気圧の高い不純物が混入する現象を抑制できる。なお、成膜時の基板温度は室温以上６００℃以下、好ましくは２００℃以上４００℃以下とする。
【００６８】
なお、本実施の形態では基板２５０とターゲット２００の間との距離は、例えば１００ｍｍとする。
【００６９】
なお、酸化物半導体膜を成膜する成膜室は、実施の形態１と同様に排気手段としてクライオポンプを備えている。なお、排気手段としては、ターボポンプにコールドトラップを加えたものであってもよい。
【００７０】
また、酸化物半導体膜は、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガス（代表的にはアルゴン）及び酸素雰囲気下において、スパッタ法により成膜する。
【００７１】
なお、本実施の形態で説明する、ターゲットを加熱しながらスパッタリングを行う成膜装置には、実施の形態１と同様に各種のスパッタリング現象を生じさせる方法を適用できる。ここでは説明を省略する。
【００７２】
本実施の形態で例示した成膜装置を用いて成膜した薄膜は、含有する不純物の量が少ない。従って、本実施の形態によれば、Ｈ２Ｏに代表される水素原子を含む化合物や炭素原子を含む化合物、もしくは水素原子や炭素原子等の不純物の含有量が少ない薄膜を成膜可能な成膜装置を提供できる。
【００７３】
また、本実施の形態の成膜装置にて、加熱されたターゲットを用いて成膜した酸化物半導体膜に含まれる不純物は少なく、例えば水素濃度を本発明の技術思想的には、ゼロまたはゼロに近いことを理想とした酸化物半導体膜が成膜できる。
【００７４】
また、回転するターゲットの表面に光を照射して加熱する方法によれば、ターゲットの表面から不純物を除去できる。不純物が除去された直後にターゲットをスパッタリングして成膜に至るため、不純物の含有量が極めて少ない薄膜を成膜できる。また、回転しながらターゲットが均一に消費されるため、ターゲットの利用効率を高めることができる。
【００７５】
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。
【００７６】
（実施の形態３）
本実施の形態では、不純物の含有量が少ない薄膜を成膜する成膜装置について説明する。具体的には、基板を加熱処理する処理室と、基板を冷却する処理室と、ターゲットを加熱しながらスパッタリングを行う処理室を有する成膜装置について説明する。また、当該装置を用いた酸化物半導体膜の成膜方法について説明する。
【００７７】
本実施の形態で用いる成膜装置２０００を図３に示す。成膜装置２０００は、ローダー室２１１０と、アンローダー室２１２０を有し、それぞれ処理前の基板を収納するカセット２１１１と、処理済みの基板を収納するカセット２１２１が設置されている。ローダー室２１１０と、アンローダー室２１２０の間には第１の搬送室２１００があり、基板を搬送する搬送機構２１０１が設置されている。
【００７８】
また、成膜装置２０００は第２の搬送室２２００を有している。第２の搬送室２２００には搬送機構２２０１が設置され、ゲートバルブを介して周囲に４つの処理室（第１の処理室２２１０、第２の処理室２２２０、第３の処理室２２３０、及び第４の処理室２２４０）と接続されている。なお、第１の処理室２２１０はゲートバルブを介して、一方が第１の搬送室２１００と接続され、他方が第２の搬送室２２００と接続されている。
【００７９】
なお、第１の搬送室２１００、ローダー室２１１０、及びアンローダー室２１２０内の圧力は、大気圧である。また、第２の搬送室２２００、第１の処理室２２１０、第２の処理室２２２０、第３の処理室２２３０、及び第４の処理室２２４０には、それぞれ排気手段２２０５、排気手段２２１５、排気手段２２２５、排気手段２２３５、及び排気手段２２４５が設けられており、減圧状態を実現できる。また、これらの排気手段は各処理室の使用用途に応じて適宜排気装置を選定すればよいが、特にクライオポンプを備えた排気手段が好ましい。また、ターボポンプにコールドトラップを備えた手段であってもよい。
【００８０】
特に、高純度な酸化物半導体膜を成膜する処理室はもちろんのこと、酸化物半導体膜の成膜前後の工程において不純物が混入しないよう、クライオポンプなどの排気手段を選定するのが好ましい。
【００８１】
第１の処理室２２１０は、大気圧状態の第１の搬送室２１００から減圧状態の第２の搬送室２２００に、基板を搬送する受け渡し室の役割を有している。受け渡し室を設けることにより、大気による汚染から第２の搬送室２２００を守ることができる。
【００８２】
第２の処理室２２２０には、基板加熱機構２２２１が設けられている。基板加熱機構としては、ホットプレートの他、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）等を用いることができる。
【００８３】
第３の処理室２２３０には、スパッタリング装置２２３１が設けられている。スパッタリング装置２２３１は、ターゲット２２３２、電極、電源、基板支持機構、ターゲット加熱機構、及び基板加熱機構を少なくとも有する。なお、スパッタリング装置２２３１は、実施の形態１または実施の形態２で説明したスパッタリング装置と同じであるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００８４】
第４の処理室２２４０には、基板冷却機構２２４１が設けられている。基板冷却機構としては、放熱板として機能する基板支持テーブル、冷却用ガスの導入口等が設けられている。
【００８５】
次に、成膜装置２０００を用いた酸化物半導体膜の成膜方法について説明する。ここでは、ゲート電極と、ゲート電極上にゲート絶縁膜があらかじめ形成された基板に、酸化物半導体膜を成膜する方法について説明する。なお、当該成膜方法は、薄膜トランジスタの作製工程の一例として適用することができる。
【００８６】
はじめに、搬送機構２１０１が、ゲート電極上にゲート絶縁膜が形成された基板１００をカセット２１１１から大気圧状態の第１の処理室に搬送する。次いで、ゲートバルブを閉じ第１の処理室２２１０を排気する。第１の処理室２２１０の圧力が第２の搬送室２２００の圧力と概略等しくなったら、ゲートバルブを開き第２の搬送室２２００を介して第１の処理室２２１０から第２の処理室２２２０へ基板１００を搬送する。
【００８７】
次いで、基板１００を第２の処理室２２２０の基板加熱機構２２２１で予備加熱し、基板に吸着した不純物を脱離し、排気する。不純物としては、例えば、水素原子を含む化合物や炭素原子を含む化合物をその例に挙げることができる。なお、予備加熱の温度としては、室温以上６００℃以下好ましくは１００℃以上４００℃以下である。なお、第２の処理室２２２０に設ける排気手段はクライオポンプが好ましい。基板１００に吸着していた不純物が予備加熱により脱離し、第２の処理室２２２０内に拡散するため、クライオポンプを用いて不純物を第２の処理室２２２０から排出する必要がある。予備加熱終了後、基板１００を第３の処理室２２３０に搬送する。
【００８８】
次いで、基板１００に第３の処理室２２３０のスパッタリング装置２２３１で酸化物半導体膜を成膜する。なお、スパッタリング装置２２３１、及びスパッタリング装置２２３１を用いた酸化物半導体膜の成膜方法については実施の形態１または実施の形態２に記載された方法を適用できるためここでは詳細な説明を省略する。
【００８９】
酸化物半導体膜はターゲット２２３２を加熱しながら成膜する。本実施の形態においては、ターゲット２２３２の温度を１００℃以上６００℃以下好ましくは２００℃以上４００℃以下とする。ターゲット２２３２を加熱しながら成膜することにより、成膜した酸化物半導体膜に含まれる不純物濃度を低減することができる。
【００９０】
また、酸化物半導体膜は基板を加熱しながら成膜する。本実施の形態においては、基板の温度を室温以上６００℃以下好ましくは１００℃以上４００℃以下に加熱しながら成膜する。基板を加熱しながら成膜することにより、不純物が成膜中の酸化物半導体膜の表面に吸着され難くなり、酸化物半導体膜に含まれる不純物濃度を低減することができる。
【００９１】
なお、第３の処理室２２３０はクライオポンプ等により排気され、成膜室内の不純物濃度が低減されている。不純物が低減された処理室内で成膜された酸化物半導体膜は、不純物濃度が抑制される。具体的には、酸化物半導体膜の水素濃度を低減することができる。
【００９２】
次いで、基板１００を第４の処理室２２４０に搬送する。酸化物半導体膜の成膜中の基板温度（Ｔ℃）から、再び水等の不純物が入らないよう、十分低い温度まで冷却する。具体的には成膜中の基板温度（Ｔ℃）よりも１００℃以上下がるまで徐冷する。冷却は、窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスを第４の処理室２２４０に導入して行ってもよい。なお、冷却に用いる窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスは、水、水素などを含まないことが好ましい。または、窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上、（即ち不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。なお、冷却に用いる高純度の窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の高純度の希ガスに高純度の酸素を添加してもよい。
【００９３】
以上のように、水素原子を含む化合物や炭素原子を含む化合物、もしくは水素原子や炭素原子等の不純物の含有量が少ない酸化物半導体薄膜を得ることができる。
【００９４】
なお、本実施の形態では、３つ以上の処理室が搬送室を介して接続する構成を有しているがこれに限られない。例えば、基板の搬入口と搬出口を有し、各処理室が互いに接続する構成、所謂インライン型の構成としてもよい。
【００９５】
本実施の形態で例示する成膜装置は、加熱されたターゲットを用いて酸化物半導体膜を成膜できる。加熱されたターゲットを用いて成膜された酸化物半導体膜に含まれる不純物は少なく、例えば水素濃度を本発明の技術思想的には、ゼロまたはゼロに近いことが理想とした酸化物半導体膜が成膜できる。
【００９６】
また、本実施の形態で例示した成膜装置は、加熱によって不純物が低減されたターゲットを用いて、基板を加熱しながら、クライオポンプで排気されて不純物が低減された処理室内で酸化物半導体膜を成膜できる。当該成膜装置を用いれば、不純物の含有量が抑制された薄膜を成膜できる。
【００９７】
また、ターゲット、基板、及び処理室の内壁に吸着していた不純物が脱離し、ターゲットや成膜中の基板や、酸化物半導体膜の中に不純物が混入する不具合を低減できる。また、高純度の不活性ガス中で成膜後の基板を冷却するため、基板に不純物が吸着される現象を防ぐことができる。
【００９８】
また、本実施の形態によれば、Ｈ２Ｏに代表される水素原子を含む化合物や炭素原子を含む化合物、もしくは水素原子や炭素原子等の不純物の含有量が少ない薄膜を成膜可能な成膜装置を提供できる。
【００９９】
また、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。
【０１００】
（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態１乃至実施の形態３で説明した成膜装置によって成膜された酸化物半導体膜を用いて、半導体素子を作製する方法について説明する。なお、本実施の形態では、半導体素子の一例として、図４に示す薄膜トランジスタについて、構成及びその作製方法を説明する。
【０１０１】
本実施の形態の薄膜トランジスタ１５１の断面図を図４に示す。薄膜トランジスタ１５１は、基板１００上にゲート電極１１１ａ、及びゲート配線層１１１ｂを有し、ゲート電極１１１ａ、及びゲート配線層１１１ｂ上にゲート絶縁層１０２が形成されている。ゲート絶縁層１０２は第１のゲート絶縁層１０２ａ、及び第２のゲート絶縁層１０２ｂを積層して形成されている。ゲート絶縁層１０２を介してゲート電極１１１ａ上に酸化物半導体層１２３が形成されている。ゲート電極１１１ａに端部を重畳してソース電極層、及びドレイン電極層（１１５ａ、１１５ｂ）が形成されている。また、ゲート電極１１１ａ上のソース電極層、及びドレイン電極層（１１５ａ、１１５ｂ）に挟まれた酸化物半導体層１２３に接して酸化物絶縁膜１０７が、設けられ、酸化物絶縁膜１０７上に保護絶縁層１０８が設けられている。
【０１０２】
また、ゲート配線層１１１ｂに到達するコンタクトホール１２８がゲート絶縁層１０２に形成され、コンタクトホール１２８を介してゲート配線層１１１ｂと第２配線層１１５ｃが接続している。
【０１０３】
本実施の形態の薄膜トランジスタ１５１の作製方法について図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図５（Ｃ）、及び図５（Ｄ）を用いて説明する。図５は本実施の形態における薄膜トランジスタの作製方法を示す断面図である。
【０１０４】
基板１００に用いるガラス基板としては、加熱処理の温度が高い場合には、歪み点が７３０℃以上のものを用いると良い。また、ガラス基板には、例えば、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスなどのガラス材料が用いられている。酸化ホウ素と比較して酸化バリウム（ＢａＯ）を多く含ませることで、より実用的な耐熱ガラスが得られる。このため、Ｂ２Ｏ３よりＢａＯを多く含むガラス基板を用いることが好ましい。
【０１０５】
なお、上記のガラス基板に代えて、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などの絶縁体でなる基板を用いても良い。他にも、結晶化ガラスなどを用いることができる。
【０１０６】
また、下地膜となる絶縁膜を基板１００と、次に説明するゲート電極１１１ａ、及びゲート配線層１１１ｂの間に設けてもよい。下地膜は、基板１００からの不純物元素の拡散を防止する機能があり、窒化珪素膜、酸化珪素膜、窒化酸化珪素膜、又は酸化窒化珪素膜から選ばれた一又は複数の膜による積層構造により形成することができる。
【０１０７】
絶縁表面を有する基板１００上に導電膜を形成した後、第１のフォトリソグラフィ工程によりゲート電極１１１ａ、及びゲート配線層１１１ｂを含む第１配線層を形成する。なお、形成されたゲート電極の端部はテーパ形状であることが好ましい。
【０１０８】
なお、レジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
【０１０９】
ゲート電極１１１ａ、及びゲート配線層１１１ｂを形成する導電膜としては、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素、または上述した元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金等が挙げられる。また、上述した金属に加え、銅、ネオジム、またはスカンジウムなど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、単層でまたは積層して形成することもできる。なお、透光性を有する導電膜を用いてゲート電極を形成することもできる。透光性を有する導電膜としては、透明導電性酸化物等をその例に挙げることができる。
【０１１０】
次いで、ゲート絶縁層１０２を成膜する。ゲート絶縁層１０２は酸化シリコン層、酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化アルミニウム層、酸化タンタル層などの単層膜または積層膜を用いることができる。また、膜厚を５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下とし、ＣＶＤ法やスパッタ法などで形成する。また、膜中にリン（Ｐ）や硼素（Ｂ）がドープされていても良い。
【０１１１】
ゲート絶縁層１０２は酸化物半導体層と接する側に酸化物絶縁層を有する構成が好ましい。本実施の形態では第１のゲート絶縁層１０２ａとして窒化珪素、第２のゲート絶縁層１０２ｂとして酸化珪素を用いる。また、本実施の形態で用いる、不純物を除去することによりｉ型化又は実質的にｉ型化された酸化物半導体（高純度化された酸化物半導体）は界面準位、界面電荷に対して極めて敏感であるため、絶縁膜との界面は重要である。そのため高純度化された酸化物半導体に接する絶縁膜は、高品質化が要求される。
【０１１２】
例えば、μ波（２．４５ＧＨｚ）を用いた高密度プラズマＣＶＤは、緻密で絶縁耐圧の高い高品質な絶縁膜を形成できるので好ましい。高純度化された酸化物半導体と高品質ゲート絶縁膜とが密接することにより、界面準位を低減して界面特性を良好なものとすることができるからである。
【０１１３】
また、高密度プラズマＣＶＤ装置により得られた絶縁膜は、一定した厚さの膜形成ができるため段差被覆性に優れている。また、高密度プラズマＣＶＤ装置により得られる絶縁膜は、薄い膜の厚みを精密に制御することができる。
【０１１４】
もちろん、ゲート絶縁膜として良質な絶縁膜を形成できるものであれば、スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法など他の成膜方法を適用することができる。また、成膜後の熱処理によってゲート絶縁膜の膜質、酸化物半導体との界面特性が改質される絶縁膜であっても良い。いずれにしても、ゲート絶縁膜としての膜質が良好であることは勿論のこと、酸化物半導体との界面準位密度を低減し、良好な界面を形成できるものであれば良い。
【０１１５】
ゲート絶縁層１０２の形成は、高密度プラズマＣＶＤ装置により行う。ここでは、高密度プラズマＣＶＤ装置は、１×１０１１／ｃｍ３以上のプラズマ密度を達成できる装置を指している。例えば、３ｋＷ〜６ｋＷのマイクロ波電力を印加してプラズマを発生させて、絶縁膜の成膜を行う。
【０１１６】
チャンバーに材料ガスとしてモノシランガス（ＳｉＨ４）と亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）と希ガスを導入し、１０Ｐａ〜３０Ｐａの圧力下で高密度プラズマを発生させてガラス等の絶縁表面を有する基板上に絶縁膜を形成する。その後、モノシランガスの供給を停止し、大気に曝すことなく亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）と希ガスとを導入して絶縁膜表面にプラズマ処理を行ってもよい。少なくとも亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）と希ガスとを導入して絶縁膜表面に行われるプラズマ処理は、絶縁膜の成膜より後に行う。上記プロセス順序を経た絶縁膜は、膜厚が薄く、例えば１００ｎｍ未満であっても信頼性を確保することができる絶縁膜である。
【０１１７】
ゲート絶縁層１０２の形成の際、チャンバーに導入するモノシランガス（ＳｉＨ４）と亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）との流量比は、１：１０から１：２００の範囲とする。また、チャンバーに導入する希ガスとしては、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、キセノンなどを用いることができるが、中でも安価であるアルゴンを用いることが好ましい。
【０１１８】
また、高密度プラズマ装置により得られた絶縁膜は、一定した厚さの膜形成ができるため段差被覆性に優れている。また、高密度プラズマ装置により得られる絶縁膜は、薄い膜の厚みを精密に制御することができる。
【０１１９】
上記プロセス順序を経た絶縁膜は、従来の平行平板型のＰＣＶＤ装置で得られる絶縁膜とは大きく異なっており、同じエッチャントを用いてエッチング速度を比較した場合において、平行平板型のＰＣＶＤ装置で得られる絶縁膜の１０％以上または２０％以上遅く、高密度プラズマ装置で得られる絶縁膜は緻密な膜と言える。
【０１２０】
また、ゲート絶縁層１０２として、有機シランガスを用いたＣＶＤ法により酸化シリコン層を形成することも可能である。有機シランガスとしては、珪酸エチル（ＴＥＯＳ：化学式Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）、テトラメチルシラン（ＴＭＳ：化学式Ｓｉ（ＣＨ３）４）、テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ）、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、トリエトキシシラン（ＳｉＨ（ＯＣ２Ｈ５）３）、トリスジメチルアミノシラン（ＳｉＨ（Ｎ（ＣＨ３）２）３）等のシリコン含有化合物を用いることができる。
【０１２１】
なお、ゲート絶縁層１０２として、アルミニウム、イットリウム、又はハフニウムの酸化物、窒化物、酸化窒化物、又は窒化酸化物の一種又はそれらの化合物を少なくとも２種以上含む化合物を用いることもできる。
【０１２２】
また、ゲート絶縁層１０２と酸化物半導体膜１０３を連続成膜してもよい。例えば、珪素もしくは酸化珪素（人工石英）ターゲットと、酸化物半導体膜用のターゲットを備えたマルチチャンバー型のスパッタリング装置を用いれば、成膜後のゲート絶縁層１０２を大気にさらすことなく連続成膜できる。
【０１２３】
次いで、酸化物半導体膜をゲート絶縁層１０２上に形成する。酸化物半導体膜としては、
四元系金属酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜や、三元系金属酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系や、二元系金属酸化物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ膜、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ膜、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ膜や、Ｉｎ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ｏ膜、Ｚｎ−Ｏ膜などの酸化物半導体膜を用いることができる。また、上記酸化物半導体膜にＳｉＯ２を含んでもよい。
【０１２４】
また、酸化物半導体膜は、ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記される薄膜を用いることができる。ここで、Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、ＭｎおよびＣｏから選ばれた一または複数の金属元素を示す。例えばＭとして、Ｇａ、Ｇａ及びＡｌ、Ｇａ及びＭｎ、またはＧａ及びＣｏなどがある。ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記される構造の酸化物半導体膜のうち、ＭとしてＧａを含む構造の酸化物半導体を、上記したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ酸化物半導体とよび、その薄膜をＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜ともよぶこととする。
【０１２５】
酸化物半導体膜は好ましくは５ｎｍ以上３０ｎｍ以下とする。なお、適用する酸化物半導体材料により適切な厚みは異なり、材料に応じて適宜厚みを選択すればよい。
【０１２６】
酸化物半導体膜は実施の形態１乃至実施の形態３で説明した成膜装置及び成膜方法に従って成膜するためここでは詳細な説明を省略する。この段階での断面図を図５（Ａ）に示す。
【０１２７】
実施の形態１乃至実施の形態３で説明した成膜装置及び成膜方法に従って成膜した酸化物半導体膜は、Ｈ２Ｏに代表される水素原子を含む化合物や炭素原子を含む化合物、もしくは水素原子や炭素原子等の不純物の含有量が少ない。例えば水素濃度を本発明の技術思想的には、ゼロまたはゼロに近いことを理想とした酸化物半導体膜が成膜できる。
【０１２８】
なお、酸化物半導体膜を形成した後、酸化物半導体膜に第１の加熱処理を施してもよい。第１の加熱処理の詳細については、一連の薄膜トランジスタの作製工程の説明のあとに説明する。
【０１２９】
なお、酸化物半導体膜を成膜する前に、スパッタ装置にアルゴンガスを導入してプラズマを発生させる逆スパッタを行い、ゲート絶縁層１０２の表面に付着しているゴミを除去することが好ましい。逆スパッタとは、アルゴン雰囲気下で基板にＲＦ電源を用いて電圧を印加して基板近傍にプラズマを形成して表面を改質する方法である。なお、アルゴン雰囲気に代えて窒素、ヘリウム、酸素などを用いてもよい。
【０１３０】
次いで、酸化物半導体膜１０３を第２のフォトリソグラフィ工程により島状に加工し、酸化物半導体層１１３を形成する。
【０１３１】
なお、島状の酸化物半導体層を形成するためのレジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
【０１３２】
次いで、コンタクトホール１２８を第３のフォトリソグラフィ工程によりゲート絶縁層１０２に形成する。なお、次工程の導電膜を形成する前に逆スパッタを行い、酸化物半導体層１１３及びゲート絶縁層１０２の表面に付着しているレジスト残渣などを除去することが好ましい。また、この段階での断面図を図５（Ｂ）に示す。
【０１３３】
なお、本実施の形態では、第３のフォトリソグラフィ工程によりゲート絶縁層を選択的にエッチングしてゲート配線層１１１ｂに達するコンタクトホール１２８を形成するが、この方法に限定されない。酸化物半導体膜を成膜した後、酸化物半導体膜上にレジストマスクを形成し、ゲート電極１１１ａに達するコンタクトホールを形成してもよい。コンタクトホールを形成した後、レジストマスクを除去し、別のフォトマスクを用いて酸化物半導体膜上にレジストマスクを形成し、第２の酸化物半導体膜を選択的にエッチングして島状の酸化物半導体層に加工する工程としてもよい。
【０１３４】
次いで、薄膜トランジスタのソース電極層及びドレイン電極層となる導電膜をゲート絶縁層１０２、酸化物半導体層１１３、及びコンタクトホール１２８を介してゲート配線層１１１ｂ上に成膜する。
【０１３５】
ソース電極層及びドレイン電極層（これと同じ層で形成される配線を含む）を形成する導電膜としては、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗなどの金属材料、または該金属材料を成分とする合金材料で形成する。また、Ａｌ、Ｃｕなどの金属膜の一方または双方にＣｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗなどの高融点金属膜を積層させた構成としても良い。また、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｓｃ、ＹなどＡｌ膜に生ずるヒロックやウィスカーの発生を防止する元素が添加されているＡｌ材料を用いることで耐熱性を向上させることが可能となる。
【０１３６】
ソース電極層及びドレイン電極層（これと同じ層で形成される配線を含む）は導電性の金属酸化物膜で形成しても良い。導電性の金属酸化物としては酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム酸化スズ合金（Ｉｎ２Ｏ３―ＳｎＯ２、ＩＴＯと略記する）、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ２Ｏ３―ＺｎＯ）または前記金属酸化物材料にシリコン若しくは酸化シリコンを含ませたものを用いることができる。
【０１３７】
酸化物半導体層１１３に接する導電膜は酸素親和性の高い金属を含む材料が好ましい。酸素親和性の高い金属としては、チタン（Ｔｉ）、マンガン（Ｍｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ジルコニウム、ベリリウム、トリウムのいずれか一または複数から選択された材料であることが好ましい。本実施の形態では、チタン膜（膜厚１００ｎｍ）とアルミニウム膜（膜厚２００ｎｍ）とチタン膜（膜厚１００ｎｍ）の３層構造の導電膜を形成する。また、Ｔｉ膜に変えて窒化チタン膜を用いてもよい。
【０１３８】
なお、２００℃〜６００℃の熱処理を行う場合には、この熱処理に耐える耐熱性を導電膜に持たせることが好ましい。例えばヒロック防止元素が添加されたアルミニウム合金や、耐熱性導電膜と積層した導電膜を用いることが好ましい。なお、導電膜の成膜方法は、スパッタ法や真空蒸着法（電子ビーム蒸着法など）や、アーク放電イオンプレーティング法や、スプレー法を用いる。また、銀、金、銅などの導電性ナノペーストを用いてスクリーン印刷法、インクジェット法などを用いて吐出し焼成して形成しても良い。
【０１３９】
次いで、第４のフォトリソグラフィ工程によりレジストマスクを形成し、導電膜を選択的にエッチング除去してソース電極層、ドレイン電極層を含む第２配線層（１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ）を形成する（図５（Ｃ）参照。）。また、図５（Ｃ）に示すように、コンタクトホール１２８介してゲート配線層１１１ｂに第２配線層１１５ｃが直接接続する。
【０１４０】
また、第４のフォトリソグラフィ工程においては、酸化物半導体層上に接する導電膜のみを選択的に除去する部分がある。酸化物半導体層上に接する導電膜のみを選択的に除去するため、アルカリ性のエッチャントとしてアンモニア過水（組成の重量比として、過酸化水素：アンモニア：水＝５：２：２）などを用いると、金属導電膜を選択的に除去し、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体からなる酸化物半導体層を残存させることができる。
【０１４１】
また、エッチング条件にもよるが第４のフォトリソグラフィ工程において酸化物半導体層の露出領域がエッチングされる場合がある。その場合、ソース電極層とドレイン電極層に挟まれる領域（１１５ａと１１５ｂに挟まれる領域）の酸化物半導体層の厚みは、ゲート電極１１１ａ上でソース電極層が重なる領域の酸化物半導体層の厚み、又はドレイン電極層が重なる領域の酸化物半導体層の厚みに比べ、薄くなる。（図０５（Ｃ）参照）。
【０１４２】
なお、ソース電極層及びドレイン電極層を含む第２配線層（１１５ａ、１１５ｂ、及び１１５ｃ）を形成するためのレジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
【０１４３】
次いで、酸化物絶縁膜１０７を、ゲート絶縁層１０２、酸化物半導体層１１３上に形成する。この段階で、酸化物半導体層１１３と酸化物絶縁膜１０７が接する領域が形成される。なお、ゲート電極に重畳し、酸化物絶縁膜１０７とゲート絶縁層１０２に接して挟まれる酸化物半導体層の領域がチャネル形成領域となる。
【０１４４】
Ｈ２Ｏに代表される水素原子を含む化合物や炭素原子を含む化合物、もしくは水素原子や炭素原子等の不純物の含有量が少ない酸化物半導体層に接する酸化物絶縁膜は、水分や、水素イオンや、ＯＨ−などの不純物を含まず、これらが外部から侵入することをブロックする無機絶縁膜を用いて形成する。代表的には酸化珪素膜、窒化酸化珪素膜、酸化アルミニウム膜、または酸化窒化アルミニウムなどを用いる。また、酸化物絶縁膜１０７は、少なくとも１ｎｍ以上の膜厚とし、スパッタリング法など、酸化物絶縁膜に水、水素等の不純物を混入させない方法を適宜用いて形成することができる。
【０１４５】
本実施の形態では、スパッタリング法を用いて酸化物絶縁膜として酸化珪素膜を成膜する。成膜時の基板温度は室温以上６００℃以下、好ましくは２００℃以上４００℃以下とすればよく、本実施の形態では１００℃とする。酸化珪素膜のスパッタリング法による成膜は、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、または希ガス（代表的にはアルゴン）及び酸素雰囲気下において行うことができる。なお、スパッタ法で形成した酸化物絶縁膜は特に緻密であり、接する層へ不純物が拡散する現象を抑制する保護膜として単層であっても利用することができる。また、リン（Ｐ）や硼素（Ｂ）をドープしたターゲットを用い、酸化物絶縁膜にリン（Ｐ）や硼素（Ｂ）を添加することもできる。
【０１４６】
また、ターゲットとして酸化珪素ターゲットまたは珪素ターゲットを用いることができ、特に珪素ターゲットが好ましい。珪素ターゲットを用いて、酸素、及び希ガス雰囲気下でスパッタリング法により成膜した酸化珪素膜は、珪素原子または酸素原子の不対結合手（ダングリングボンド）を多く含んでいる。
【０１４７】
酸化物絶縁膜１０７は不対結合手を多く含むため、酸化物半導体層１１３に残存する不純物は、酸化物半導体層１１３と酸化物絶縁膜１０７が接する界面を介して、酸化物絶縁膜１０７に拡散し易くなる。具体的には、酸化物半導体層１１３に含まれる水素原子や、Ｈ２Ｏなど水素原子を含む化合物が酸化物絶縁膜１０７に拡散移動し易くなる。
【０１４８】
本実施の形態では、純度が６Ｎであり、柱状多結晶Ｂドープの珪素ターゲット（抵抗値０．０１Ωｃｍ）を用い、基板とターゲットの間との距離（Ｔ−Ｓ間距離）を８９ｍｍ、圧力０．４Ｐａ、直流（ＤＣ）電源６ｋＷ、酸素（酸素流量比率１００％）雰囲気下でパルスＤＣスパッタ法により成膜する。膜厚は３００ｎｍとする。
【０１４９】
なお、酸化物絶縁膜１０７は酸化物半導体層のチャネル形成領域となる領域上に接して設けられ、チャネル保護層として機能する。
【０１５０】
次いで、保護絶縁層１０８を酸化物絶縁膜１０７上に形成する（図５（Ｄ）参照。）。保護絶縁層１０８としては、窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、または窒化アルミニウムなどを用いる。本実施の形態では、ＲＦスパッタ法を用いて窒化珪素膜の保護絶縁層１０８を形成する。
【０１５１】
酸化物絶縁膜１０７の形成後、第２の加熱処理（好ましくは２００℃以上４００℃以下、例えば２５０℃以上３５０℃以下）を不活性ガス雰囲気下、または窒素ガス雰囲気下で行ってもよい。
【０１５２】
例えば、窒素雰囲気下で２５０℃、１時間の第２の加熱処理を行う。第２の加熱処理を行うと、酸化物半導体層１１３の一部が酸化物絶縁膜１０７と接した状態で加熱され、また、酸化物半導体層１１３の他の一部が第２配線層（１１５ａ、及び１１５ｂ）と接した状態で加熱される。
【０１５３】
Ｈ２Ｏに代表される水素原子を含む化合物や炭素原子を含む化合物、もしくは水素原子や炭素原子等の不純物の含有量が少ない酸化物半導体層が酸化物絶縁膜１０７と接した状態で第２の加熱処理が施されると、酸化物絶縁膜１０７が接した領域が酸素過剰な状態となる。その結果、酸化物半導体層１１３の酸化物絶縁膜１０７が接する領域から、酸化物半導体層１１３の深さ方向に向けて、高抵抗化（Ｉ型化）する。
【０１５４】
具体的には、酸化物半導体層１１３と酸化物絶縁膜１０７が接する界面からゲート絶縁層１０２にかけて、高抵抗化（Ｉ型化）された領域を有する酸化物半導体層１２３が形成される。
【０１５５】
薄膜トランジスタ１５１はチャネル形成領域に高抵抗化（Ｉ型化）された酸化物半導体層が形成されているため、閾値電圧が正の値を示し、エンハンスメント型の挙動を示す。
【０１５６】
また、酸化物半導体に酸素親和性の強い金属導電膜が接する場合、加熱処理を行うと該金属導電膜側に酸素が移動しやすくなり、該酸化物半導体層はＮ型化する。従って、第２の加熱処理を行うと、酸化物半導体層１１３とチタンなど酸素親和性の強い金属導電膜からなるソース電極層、及びドレイン電極層（１１５ａ、及び１１５ｂ）が接する領域はＮ型化する。
【０１５７】
なお、第２の加熱処理を行うタイミングは、第４のフォトリソグラフィ工程の終了直後に限定されず、第５のフォトリソグラフィ工程よりも後の工程であれば特に限定されない。
【０１５８】
以上の工程により、薄膜トランジスタ１５１を作製することができる。
【０１５９】
なお、本実施の形態では、第３のフォトリソグラフィ工程によりゲート絶縁層を選択的にエッチングしてゲート配線層１１１ｂに達するコンタクトホール１２８を形成するが、この方法に限定されない。例えば、ゲート絶縁層１０２を形成した後、ゲート絶縁層上にレジストマスクを形成し、ゲート配線層１１１ｂに達するコンタクトホールを形成してもよい。
【０１６０】
酸化物半導体層を形成した後、酸化物半導体層に残存する不純物濃度、代表的には水素濃度を本発明の技術思想的には、ゼロまたはゼロに近いことを理想として、酸化物半導体層に残留する水素濃度をさらに低減する必要があれば、第１の加熱処理を施して脱水化または脱水素化を行ってもよい。
【０１６１】
脱水化または脱水素化を行う第１の加熱処理の温度は、４００℃以上であって７５０℃未満、好ましくは４２５℃以上７５０℃未満とする。なお、４２５℃以上であれば熱処理時間は１時間以下でよいが、４２５℃未満であれば加熱処理時間は、１時間よりも長時間行うこととする。第１の加熱処理では、加熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化物半導体層に対して窒素雰囲気下において加熱処理を行った後、大気に触れることなく、酸化物半導体層への水や水素の再混入を防ぎ、酸化物半導体層を得る。酸化物半導体層の脱水化または脱水素化を行う加熱温度Ｔから、再び水が入らないような十分な温度まで同じ炉を用い、具体的には加熱温度Ｔよりも１００℃以上下がるまで窒素雰囲気下で徐冷する。また、窒素雰囲気に限定されず、ヘリウム、ネオン、アルゴン等下において脱水化または脱水素化を行う。
【０１６２】
なお、加熱処理装置は電気炉に限られず、例えば、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置等のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置を用いることができる。ＬＲＴＡ装置は、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ランプなどのランプから発する光（電磁波）の輻射により、被処理物を加熱する装置である。ＧＲＴＡ装置は、上記のランプから発する光による熱輻射、およびランプから発する光で気体を加熱し、加熱された気体からの熱伝導によって、被処理物を加熱する装置である。気体には、アルゴンなどの希ガス、または窒素のような、加熱処理によって被処理物と反応しない不活性気体が用いられる。また、ＬＲＴＡ装置、ＧＲＴＡには、ランプだけでなく、抵抗発熱体などの発熱体からの熱伝導または熱輻射によって、被処理物を加熱する装置を備えていてもよい。
【０１６３】
また、第１の加熱処理においては、窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスに、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、加熱処理装置に導入する窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上、（即ち不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。
【０１６４】
なお、第１の加熱処理の条件、または酸化物半導体層の材料によっては、結晶化し、微結晶膜または多結晶膜となる場合もある。例えば、結晶化率が９０％以上、または８０％以上の微結晶の酸化物半導体膜となる場合もある。また、第１の加熱処理の条件、または酸化物半導体層の材料によっては、結晶成分を含まない非晶質の酸化物半導体膜となる場合もある。
【０１６５】
第１の加熱処理後に、酸化物半導体層は酸素欠乏型となり、低抵抗化する。第１の加熱処理後の酸化物半導体膜は、成膜直後の酸化物半導体膜よりもキャリア濃度が高まり、１×１０１８／ｃｍ３以上のキャリア濃度を有する酸化物半導体層となる。そのため、第１の加熱処理を施した場合は、第２の加熱処理（好ましくは２００℃以上４００℃以下、例えば２５０℃以上３５０℃以下）を不活性ガス雰囲気下、または窒素ガス雰囲気下で行う。
【０１６６】
なお、ゲート電極１１１ａ、及びゲート配線層１１１ｂは、第１の加熱処理の条件、またはその材料によっては、結晶化し、微結晶膜または多結晶膜となる場合もある。例えば、ゲート電極１１１ａ、及びゲート配線層１１１ｂとして、酸化インジウム酸化スズ合金膜を用いる場合は４５０℃１時間の第１の熱処理で結晶化し、ゲート電極１１１ａ、及びゲート配線層１１１ｂとして、酸化珪素を含む酸化インジウム酸化スズ合金膜を用いる場合は結晶化しない。
【０１６７】
また、酸化物半導体層の第１の加熱処理は、島状の酸化物半導体層に加工する前の酸化物半導体膜に行うこともできる。その場合には、第１の加熱処理後に、加熱装置から基板を取り出し、第４のフォトリソグラフィ工程を行う。
【０１６８】
本実施の形態で例示する半導体素子は、加熱されたターゲットを用いて成膜された酸化物半導体膜を有する。加熱されたターゲットを用いて成膜した酸化物半導体膜に含まれる不純物は少なく、例えば水素濃度を本発明の技術思想的には、ゼロまたはゼロに近いことが理想とした酸化物半導体膜が成膜できる。なお、酸化物半導体層中の水素濃度測定は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）で行えばよい。
【０１６９】
酸化物半導体のエネルギーギャップは２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上、より好ましくは３ｅＶ以上のものを用い、酸化物半導体層に含まれる水素を徹底的に除去することにより高純度化された酸化物半導体層を用いる。また、キャリア濃度を１×１０１４／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１２／ｃｍ３以下となるようにする。即ち、キャリア濃度は、限りなくゼロに近づけた酸化物半導体層をチャネル形成領域に適用して、薄膜トランジスタを構成する。キャリア濃度が限りなくゼロに近い酸化物半導体層を薄膜トランジスタのチャネル形成領域に用いることで、オフ電流値が極めて小さい薄膜トランジスタを提供できる。
【０１７０】
例えば、高純度化された酸化物半導体層を用いた薄膜トランジスタのチャネル長が３μｍ、チャネル幅が１０ｍｍの場合であっても、ドレイン電圧が１Ｖ及び１０Ｖの場合において、ゲート電圧が−５Ｖから−２０Ｖの範囲（オフ状態）において、ドレイン電流は１×１０−１３Ａ以下となるように作用する。
【０１７１】
本実施の形態で例示する半導体素子は、不純物濃度が少ない酸化物半導体膜をチャネル形成領域に用いているため優れた電気特性と高い信頼性を有する。具体的には、オフ電流が極めて低く、閾値電圧が制御された薄膜トランジスタを提供できる。また、動作速度が速く、製造工程が比較的簡単であり、十分な信頼性を有する、酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタを提供できる。
【０１７２】
また、ＢＴストレス試験（バイアス・温度ストレス試験）を行った際のしきい値電圧のシフト量を低減することができ、信頼性の高い薄膜トランジスタを得ることができる。なお、本明細書中で、ＢＴストレス試験（バイアス・温度ストレス試験）とは、薄膜トランジスタに高温雰囲気下で、高ゲート電圧を印加する試験のことを指す。
【０１７３】
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。
【０１７４】
（実施の形態５）
本実施の形態では、同一基板上に少なくとも駆動回路の一部と、画素部に配置する薄膜トランジスタを作製する例について以下に説明する。
【０１７５】
画素部に配置する薄膜トランジスタは、実施の形態４に従って形成する。また、実施の形態４に示す薄膜トランジスタはｎチャネル型ＴＦＴであるため、駆動回路のうち、ｎチャネル型ＴＦＴで構成することができる駆動回路の一部を画素部の薄膜トランジスタと同一基板上に形成する。
【０１７６】
アクティブマトリクス型表示装置のブロック図の一例を図６（Ａ）に示す。表示装置の基板５３００上には、画素部５３０１、第１の走査線駆動回路５３０２、第２の走査線駆動回路５３０３、信号線駆動回路５３０４を有する。画素部５３０１には、複数の信号線が信号線駆動回路５３０４から延伸して配置され、複数の走査線が第１の走査線駆動回路５３０２、及び走査線駆動回路５３０３から延伸して配置されている。なお走査線と信号線との交差領域には、各々、表示素子を有する画素がマトリクス状に配置されている。また、表示装置の基板５３００はＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の接続部を介して、タイミング制御回路５３０５（コントローラ、制御ＩＣともいう）に接続されている。
【０１７７】
図６（Ａ）では、第１の走査線駆動回路５３０２、第２の走査線駆動回路５３０３、信号線駆動回路５３０４は、画素部５３０１と同じ基板５３００上に形成される。そのため、外部に設ける駆動回路等の部品の数が減るので、コストの低減を図ることができる。また、基板５３００外部に駆動回路を設けた場合、配線を延伸させる必要が生じ、配線間の接続数が増える。同じ基板５３００上に駆動回路を設けた場合、その配線間の接続数を減らすことができ、信頼性の向上、又は歩留まりの向上を図ることができる。
【０１７８】
なお、タイミング制御回路５３０５は、第１の走査線駆動回路５３０２に対し、一例として、第１の走査線駆動回路用スタート信号（ＧＳＰ１）、走査線駆動回路用クロック信号（ＧＣＫ１）を供給する。また、タイミング制御回路５３０５は、第２の走査線駆動回路５３０３に対し、一例として、第２の走査線駆動回路用スタート信号（ＧＳＰ２）（スタートパルスともいう）、走査線駆動回路用クロック信号（ＧＣＫ２）を供給する。信号線駆動回路５３０４に、信号線駆動回路用スタート信号（ＳＳＰ）、信号線駆動回路用クロック信号（ＳＣＫ）、ビデオ信号用データ（ＤＡＴＡ）（単にビデオ信号ともいう）、ラッチ信号（ＬＡＴ）を供給するものとする。なお各クロック信号は、周期のずれた複数のクロック信号でもよいし、クロック信号を反転させた信号（ＣＫＢ）とともに供給されるものであってもよい。なお、第１の走査線駆動回路５３０２と第２の走査線駆動回路５３０３との一方を省略することが可能である。
【０１７９】
図６（Ｂ）では、駆動周波数が低い回路（例えば、第１の走査線駆動回路５３０２、第２の走査線駆動回路５３０３）を画素部５３０１と同じ基板５３００に形成し、信号線駆動回路５３０４を画素部５３０１とは別の基板に形成する構成について示している。当該構成により、単結晶半導体を用いたトランジスタと比較すると電界効果移動度が小さい薄膜トランジスタによって、基板５３００に形成する駆動回路を構成することができる。したがって、表示装置の大型化、工程数の削減、コストの低減、又は歩留まりの向上などを図ることができる。
【０１８０】
また、実施の形態４に示す薄膜トランジスタは、ｎチャネル型ＴＦＴである。図７（Ａ）、図７（Ｂ）ではｎチャネル型ＴＦＴで構成する信号線駆動回路の構成、動作について一例を示し説明する。
【０１８１】
信号線駆動回路は、シフトレジスタ５６０１、及びスイッチング回路５６０２を有する。スイッチング回路５６０２は、スイッチング回路５６０２＿１〜５６０２＿Ｎ（Ｎは自然数）という複数の回路を有する。スイッチング回路５６０２＿１〜５６０２＿Ｎは、各々、薄膜トランジスタ５６０３＿１〜５６０３＿ｋ（ｋは自然数）という複数のトランジスタを有する。薄膜トランジスタ５６０３＿１〜５６０３＿ｋは、Ｎチャネル型ＴＦＴである例を説明する。
【０１８２】
信号線駆動回路の接続関係について、スイッチング回路５６０２＿１を例にして説明する。薄膜トランジスタ５６０３＿１〜５６０３＿ｋの第１端子は、各々、配線５６０４＿１〜５６０４＿ｋと接続される。薄膜トランジスタ５６０３＿１〜５６０３＿ｋの第２端子は、各々、信号線Ｓ１〜Ｓｋと接続される。薄膜トランジスタ５６０３＿１〜５６０３＿ｋのゲートは、シフトレジスタ５６０１と接続される。
【０１８３】
シフトレジスタ５６０１は、配線５６０５＿１〜５６０５＿Ｎに順番にＨレベル（Ｈ信号、高電源電位レベル、ともいう）の信号を出力し、スイッチング回路５６０２＿１〜５６０２＿Ｎを順番に選択する機能を有する。
【０１８４】
スイッチング回路５６０２＿１は、配線５６０４＿１〜５６０４＿ｋと信号線Ｓ１〜Ｓｋとの導通状態（第１端子と第２端子との間の導通）に制御する機能、即ち配線５６０４＿１〜５６０４＿ｋの電位を信号線Ｓ１〜Ｓｋに供給するか否かを制御する機能を有する。このように、スイッチング回路５６０２＿１は、セレクタとしての機能を有する。また薄膜トランジスタ５６０３＿１〜５６０３＿ｋは、各々、配線５６０４＿１〜５６０４＿ｋと信号線Ｓ１〜Ｓｋとの導通状態を制御する機能、即ち配線５６０４＿１〜５６０４＿ｋの電位を信号線Ｓ１〜Ｓｋに供給する機能を有する。このように、薄膜トランジスタ５６０３＿１〜５６０３＿ｋは、各々、スイッチとしての機能を有する。
【０１８５】
なお、配線５６０４＿１〜５６０４＿ｋには、各々、ビデオ信号用データ（ＤＡＴＡ）が入力される。ビデオ信号用データ（ＤＡＴＡ）は、画像情報又は画像信号に応じたアナログ信号である場合が多い。
【０１８６】
次に、図７（Ａ）の信号線駆動回路の動作について、図７（Ｂ）のタイミングチャートを参照して説明する。図７（Ｂ）には、信号Ｓｏｕｔ＿１〜Ｓｏｕｔ＿Ｎ、及び信号Ｖｄａｔａ＿１〜Ｖｄａｔａ＿ｋの一例を示す。信号Ｓｏｕｔ＿１〜Ｓｏｕｔ＿Ｎは、各々、シフトレジスタ５６０１の出力信号の一例であり、信号Ｖｄａｔａ＿１〜Ｖｄａｔａ＿ｋは、各々、配線５６０４＿１〜５６０４＿ｋに入力される信号の一例である。なお、信号線駆動回路の１動作期間は、表示装置における１ゲート選択期間に対応する。１ゲート選択期間は、一例として、期間Ｔ１〜期間ＴＮに分割される。期間Ｔ１〜ＴＮは、各々、選択された行に属する画素にビデオ信号用データ（ＤＡＴＡ）を書き込むための期間である。
【０１８７】
期間Ｔ１〜期間ＴＮにおいて、シフトレジスタ５６０１は、Ｈレベルの信号を配線５６０５＿１〜５６０５＿Ｎに順番に出力する。例えば、期間Ｔ１において、シフトレジスタ５６０１は、ハイレベルの信号を配線５６０５＿１に出力する。すると、薄膜トランジスタ５６０３＿１〜５６０３＿ｋはオンになるので、配線５６０４＿１〜５６０４＿ｋと、信号線Ｓ１〜Ｓｋとが導通状態になる。このとき、配線５６０４＿１〜５６０４＿ｋには、Ｄａｔａ（Ｓ１）〜Ｄａｔａ（Ｓｋ）が入力される。Ｄａｔａ（Ｓ１）〜Ｄａｔａ（Ｓｋ）は、各々、薄膜トランジスタ５６０３＿１〜５６０３＿ｋを介して、選択される行に属する画素のうち、１列目〜ｋ列目の画素に書き込まれる。こうして、期間Ｔ１〜ＴＮにおいて、選択された行に属する画素に、ｋ列ずつ順番にビデオ信号用データ（ＤＡＴＡ）が書き込まれる。
【０１８８】
以上のように、ビデオ信号用データ（ＤＡＴＡ）が複数の列ずつ画素に書き込まれることによって、ビデオ信号用データ（ＤＡＴＡ）の数、又は配線の数を減らすことができる。よって、外部回路との接続数を減らすことができる。また、ビデオ信号が複数の列ずつ画素に書き込まれることによって、書き込み時間を長くすることができ、ビデオ信号の書き込み不足を防止することができる。
【０１８９】
なお、シフトレジスタ５６０１及びスイッチング回路５６０２としては、実施の形態４に示す薄膜トランジスタで構成される回路を用いることが可能である。この場合、シフトレジスタ５６０１が有する全てのトランジスタの極性をＮチャネル型、又はＰチャネル型のいずれかの極性のみで構成することができる。
【０１９０】
また、走査線駆動回路の構成について説明する。走査線駆動回路は、シフトレジスタを有している。また場合によってはレベルシフタやバッファ等を有していても良い。走査線駆動回路において、シフトレジスタにクロック信号（ＣＬＫ）及びスタートパルス信号（ＳＰ）が入力されることによって、選択信号が生成される。生成された選択信号はバッファにおいて緩衝増幅され、対応する走査線に供給される。走査線には、１ライン分の画素のトランジスタのゲート電極が接続されている。そして、１ライン分の画素のトランジスタを一斉にＯＮにしなくてはならないので、バッファは大きな電流を流すことが可能なものが用いられる。
【０１９１】
走査線駆動回路及び／または信号線駆動回路の一部に用いるシフトレジスタの一形態について図８及び図９を用いて説明する。
【０１９２】
走査線駆動回路、信号線駆動回路のシフトレジスタについて、図８及び図９を参照して説明する。シフトレジスタは、第１のパルス出力回路１０＿１乃至第Ｎのパルス出力回路１０＿Ｎ（Ｎ≧３の自然数）を有している（図８（Ａ）参照）。図８（Ａ）に示すシフトレジスタの第１のパルス出力回路１０＿１乃至第Ｎのパルス出力回路１０＿Ｎには、第１の配線１１より第１のクロック信号ＣＫ１、第２の配線１２より第２のクロック信号ＣＫ２、第３の配線１３より第３のクロック信号ＣＫ３、第４の配線１４より第４のクロック信号ＣＫ４が供給される。また第１のパルス出力回路１０＿１では、第５の配線１５からのスタートパルスＳＰ１（第１のスタートパルス）が入力される。また２段目以降の第ｎのパルス出力回路１０＿ｎ（ｎは、２≦ｎ≦Ｎの自然数）では、一段前段のパルス出力回路からの信号（前段信号ＯＵＴ（ｎ−１）という）（ｎ≧２の自然数）が入力される。また第１のパルス出力回路１０＿１では、２段後段の第３のパルス出力回路１０＿３からの信号が入力される。同様に、２段目以降の第ｎのパルス出力回路１０＿ｎでは、２段後段の第（ｎ＋２）のパルス出力回路１０＿（ｎ＋２）からの信号（後段信号ＯＵＴ（ｎ＋２）という）が入力される。従って、各段のパルス出力回路からは、二つ前段及び／または後段のパルス出力回路に入力するための第１の出力信号（ＯＵＴ（１）（ＳＲ）〜ＯＵＴ（Ｎ）（ＳＲ））、別の配線等に電気的に接続される第２の出力信号（ＯＵＴ（１）〜ＯＵＴ（Ｎ））が出力される。なお、図８（Ａ）に示すように、シフトレジスタの最終段の２つの段には、後段信号ＯＵＴ（ｎ＋２）が入力されないが、一例としては、別途第６の配線１６より第２のスタートパルスＳＰ２、第７の配線１７より第３のスタートパルスＳＰ３をそれぞれ入力する構成とすればよい。または、別途シフトレジスタの内部で生成された信号であってもよい。例えば、画素部へのパルス出力に寄与しない第（ｎ＋１）のパルス出力回路１０＿（ｎ＋１）、第（ｎ＋２）のパルス出力回路１０＿（ｎ＋２）を設け（ダミー段ともいう）、当該ダミー段より第２のスタートパルス（ＳＰ２）及び第３のスタートパルス（ＳＰ３）に相当する信号を生成する構成としてもよい。
【０１９３】
なお、クロック信号（ＣＫ）は、一定の間隔でＨレベルとＬレベル（Ｌ信号、低電源電位レベル、ともいう）を繰り返す信号である。ここで、第１のクロック信号（ＣＫ１）〜第４のクロック信号（ＣＫ４）は、順に１／４周期分遅延している。本実施の形態では、第１のクロック信号（ＣＫ１）〜第４のクロック信号（ＣＫ４）を利用して、パルス出力回路の駆動の制御等を行う。なお、クロック信号は、入力される駆動回路に応じて、ＧＣＫ、ＳＣＫということもあるが、ここではＣＫとして説明を行う。
【０１９４】
第１の入力端子２１、第２の入力端子２２及び第３の入力端子２３は、第１の配線１１〜第４の配線１４のいずれかと電気的に接続されている。例えば、図８（Ａ）において、第１のパルス出力回路１０＿１は、第１の入力端子２１が第１の配線１１と電気的に接続され、第２の入力端子２２が第２の配線１２と電気的に接続され、第３の入力端子２３が第３の配線１３と電気的に接続されている。また、第２のパルス出力回路１０＿２は、第１の入力端子２１が第２の配線１２と電気的に接続され、第２の入力端子２２が第３の配線１３と電気的に接続され、第３の入力端子２３が第４の配線１４と電気的に接続されている。
【０１９５】
第１のパルス出力回路１０＿１〜第Ｎのパルス出力回路１０＿Ｎの各々は、第１の入力端子２１、第２の入力端子２２、第３の入力端子２３、第４の入力端子２４、第５の入力端子２５、第１の出力端子２６、第２の出力端子２７を有しているとする（図８（Ｂ）参照）。第１のパルス出力回路１０＿１において、第１の入力端子２１に第１のクロック信号ＣＫ１が入力され、第２の入力端子２２に第２のクロック信号ＣＫ２が入力され、第３の入力端子２３に第３のクロック信号ＣＫ３が入力され、第４の入力端子２４にスタートパルスが入力され、第５の入力端子２５に後段信号ＯＵＴ（３）が入力され、第１の出力端子２６より第１の出力信号ＯＵＴ（１）（ＳＲ）が出力され、第２の出力端子２７より第２の出力信号ＯＵＴ（１）が出力されていることとなる。
【０１９６】
次に、パルス出力回路の具体的な回路構成の一例について、図８（Ｃ）で説明する。
【０１９７】
第１のパルス出力回路１０＿１は、第１のトランジスタ３１〜第１１のトランジスタ４１を有している（図８（Ｃ）参照）。また、上述した第１の入力端子２１〜第５の入力端子２５、及び第１の出力端子２６、第２の出力端子２７に加え、第１の高電源電位ＶＤＤが供給される電源線５１、第２の高電源電位ＶＣＣが供給される電源線５２、低電源電位ＶＳＳが供給される電源線５３から、第１のトランジスタ３１〜第１１のトランジスタ４１に信号、または電源電位が供給される。ここで図８（Ｃ）における各電源線の電源電位の大小関係は、第１の高電源電位ＶＤＤは第２の高電源電位ＶＣＣ以上の電位とし、第２の高電源電位ＶＣＣは低電源電位ＶＳＳより大きい電位とする。なお、第１のクロック信号（ＣＫ１）〜第４のクロック信号（ＣＫ４）は、一定の間隔でＨレベルとＬレベルを繰り返す信号であるが、ＨレベルのときＶＤＤ、ＬレベルのときＶＳＳであるとする。なお電源線５１の電位ＶＤＤを、電源線５２の電位ＶＣＣより低くすることにより、動作に影響を与えることなく、トランジスタのゲート電極に印加される電位を低く抑えることができ、トランジスタのしきい値のシフトを低減し、劣化を抑制することができる。なお、第１のトランジスタ３１〜第１１のトランジスタ４１のうち、第１のトランジスタ３１、第６のトランジスタ３６乃至第９のトランジスタ３９には、４端子の薄膜トランジスタを用いることが好ましい。第１のトランジスタ３１、第６のトランジスタ３６乃至第９のトランジスタ３９の動作は、ソースまたはドレインとなる電極の一方が接続されたノードの電位を、ゲート電極の制御信号によって切り替えることが求められるトランジスタであり、ゲート電極に入力される制御信号に対する応答が速い（オン電流の立ち上がりが急峻）ことでよりパルス出力回路の誤動作を低減することができるトランジスタである。そのため、４端子の薄膜トランジスタを用いることによりしきい値電圧を制御することができ、誤動作がより低減できるパルス出力回路とすることができる。
【０１９８】
図８（Ｃ）において、第１のトランジスタ３１は、第１端子が電源線５１に電気的に接続され、第２端子が第９のトランジスタ３９の第１端子に電気的に接続され、ゲート電極（下方のゲート電極及び上方のゲート電極）が第４の入力端子２４に電気的に接続されている。第２のトランジスタ３２は、第１端子が電源線５３に電気的に接続され、第２端子が第９のトランジスタ３９の第１端子に電気的に接続され、ゲート電極が第４のトランジスタ３４のゲート電極に電気的に接続されている。第３のトランジスタ３３は、第１端子が第１の入力端子２１に電気的に接続され、第２端子が第１の出力端子２６に電気的に接続されている。第４のトランジスタ３４は、第１端子が電源線５３に電気的に接続され、第２端子が第１の出力端子２６に電気的に接続されている。第５のトランジスタ３５は、第１端子が電源線５３に電気的に接続され、第２端子が第２のトランジスタ３２のゲート電極及び第４のトランジスタ３４のゲート電極に電気的に接続され、ゲート電極が第４の入力端子２４に電気的に接続されている。第６のトランジスタ３６は、第１端子が電源線５２に電気的に接続され、第２端子が第２のトランジスタ３２のゲート電極及び第４のトランジスタ３４のゲート電極に電気的に接続され、ゲート電極（下方のゲート電極及び上方のゲート電極）が第５の入力端子２５に電気的に接続されている。第７のトランジスタ３７は、第１端子が電源線５２に電気的に接続され、第２端子が第８のトランジスタ３８の第２端子に電気的に接続され、ゲート電極（下方のゲート電極及び上方のゲート電極）が第３の入力端子２３に電気的に接続されている。第８のトランジスタ３８は、第１端子が第２のトランジスタ３２のゲート電極及び第４のトランジスタ３４のゲート電極に電気的に接続され、ゲート電極（下方のゲート電極及び上方のゲート電極）が第２の入力端子２２に電気的に接続されている。第９のトランジスタ３９は、第１端子が第１のトランジスタ３１の第２端子及び第２のトランジスタ３２の第２端子に電気的に接続され、第２端子が第３のトランジスタ３３のゲート電極及び第１０のトランジスタ４０のゲート電極に電気的に接続され、ゲート電極（下方のゲート電極及び上方のゲート電極）が電源線５２に電気的に接続されている。第１０のトランジスタ４０は、第１端子が第１の入力端子２１に電気的に接続され、第２端子が第２の出力端子２７に電気的に接続され、ゲート電極が第９のトランジスタ３９の第２端子に電気的に接続されている。第１１のトランジスタ４１は、第１端子が電源線５３に電気的に接続され、第２端子が第２の出力端子２７に電気的に接続され、ゲート電極が第２のトランジスタ３２のゲート電極及び第４のトランジスタ３４のゲート電極に電気的に接続されている。
【０１９９】
図８（Ｃ）において、第３のトランジスタ３３のゲート電極、第１０のトランジスタ４０のゲート電極、及び第９のトランジスタ３９の第２端子の接続箇所をノードＡとする。また、第２のトランジスタ３２のゲート電極、第４のトランジスタ３４のゲート電極、第５のトランジスタ３５の第２端子、第６のトランジスタ３６の第２端子、第８のトランジスタ３８の第１端子、及び第１１のトランジスタ４１のゲート電極の接続箇所をノードＢとする。
【０２００】
なお、薄膜トランジスタとは、ゲートと、ドレインと、ソースとを含む少なくとも三つの端子を有する素子であり、ドレイン領域とソース領域の間にチャネル領域を有しており、ドレイン領域とチャネル領域とソース領域とを介して電流を流すことが出来る。ここで、ソースとドレインとは、薄膜トランジスタの構造や動作条件等によって変わるため、いずれがソースまたはドレインであるかを限定することが困難である。そこで、ソース及びドレインとして機能する領域を、ソースもしくはドレインと呼ばない場合がある。その場合、一例としては、それぞれを第１端子、第２端子と表記する場合がある。
【０２０１】
ここで、図９（Ａ）に示したパルス出力回路を複数具備するシフトレジスタのタイミングチャートについて図９（Ｂ）に示す。なおシフトレジスタが走査線駆動回路である場合、図９（Ｂ）中の期間６１は垂直帰線期間であり、期間６２はゲート選択期間に相当する。
【０２０２】
なお、図９（Ａ）に示すように、ゲートに第２の高電源電位ＶＣＣが印加される第９のトランジスタ３９を設けておくことにより、ブートストラップ動作の前後において、以下のような利点がある。
【０２０３】
ゲート電極に第２の電位ＶＣＣが印加される第９のトランジスタ３９がない場合、ブートストラップ動作によりノードＡの電位が上昇すると、第１のトランジスタ３１の第２端子であるソースの電位が上昇していき、第１の電源電位ＶＤＤより大きくなる。そして、第１のトランジスタ３１のソースが第１端子側、即ち電源線５１側に切り替わる。そのため、第１のトランジスタ３１においては、ゲートとソースの間、ゲートとドレインの間ともに、大きなバイアス電圧が印加されるために大きなストレスがかかり、トランジスタの劣化の要因となりうる。そこで、ゲート電極に第２の電源電位ＶＣＣが印加される第９のトランジスタ３９を設けておくことにより、ブートストラップ動作によりノードＡの電位は上昇するものの、第１のトランジスタ３１の第２端子の電位の上昇を生じないようにすることができる。つまり、第９のトランジスタ３９を設けることにより、第１のトランジスタ３１のゲートとソースの間に印加される負のバイアス電圧の値を小さくすることができる。よって、本実施の形態の回路構成とすることにより、第１のトランジスタ３１のゲートとソースの間に印加される負のバイアス電圧も小さくできるため、ストレスによる第１のトランジスタ３１の劣化を抑制することができる。
【０２０４】
なお、第９のトランジスタ３９を設ける箇所については、第１のトランジスタ３１の第２端子と第３のトランジスタ３３のゲートとの間に第１端子と第２端子を介して接続されるように設ける構成であればよい。なお、本実施形態でのパルス出力回路を複数具備するシフトレジスタの場合、走査線駆動回路より段数の多い信号線駆動回路では、第９のトランジスタ３９を省略してもよく、トランジスタ数を削減する利点がある。
【０２０５】
なお第１のトランジスタ３１乃至第１１のトランジスタ４１の半導体層として、酸化物半導体を用いることにより、薄膜トランジスタのオフ電流を低減すると共に、オン電流及び電界効果移動度を高めることが出来ると共に、劣化の度合いを低減することが出来るため、回路内の誤動作を低減することができる。また酸化物半導体を用いたトランジスタ、アモルファスシリコンを用いたトランジスタに比べ、ゲート電極に高電位が印加されることによるトランジスタの劣化の程度が小さい。そのため、第２の電源電位ＶＣＣを供給する電源線に、第１の電源電位ＶＤＤを供給しても同様の動作が得られ、且つ回路間を引き回す電源線の数を低減することができるため、回路の小型化を図ることが出来る。
【０２０６】
なお、第７のトランジスタ３７のゲート電極に第３の入力端子２３によって供給されるクロック信号、第８のトランジスタ３８のゲート電極に第２の入力端子２２によって供給されるクロック信号は、第７のトランジスタのゲート電極に第２の入力端子２２によって供給されるクロック信号、第８のゲート電極に第３の入力端子２３によって供給されるクロック信号となるように、結線関係を入れ替えても同様の作用を奏する。なお、図９（Ａ）に示すシフトレジスタにおいて、第７のトランジスタ３７及び第８のトランジスタ３８が共にオンの状態から、第７のトランジスタ３７がオフ、第８のトランジスタ３８がオンの状態、次いで第７のトランジスタ３７がオフ、第８のトランジスタ３８がオフの状態とすることによって、第２の入力端子２２及び第３の入力端子２３の電位が低下することで生じる、ノードＢの電位の低下が第７のトランジスタ３７のゲート電極の電位の低下、及び第８のトランジスタ３８のゲート電極の電位の低下に起因して２回生じることとなる。一方、図９（Ａ）に示すシフトレジスタにおいて、第７のトランジスタ３７及び第８のトランジスタ３８が共にオンの状態から、第７のトランジスタ３７がオン、第８のトランジスタ３８がオフの状態、次いで、第７のトランジスタ３７がオフ、第８のトランジスタ３８がオフの状態とすることによって、第２の入力端子２２及び第３の入力端子２３の電位が低下することで生じるノードＢの電位の低下を、第８のトランジスタ３８のゲート電極の電位の低下による一回に低減することができる。そのため、第７のトランジスタ３７のゲート電極に第３の入力端子２３からクロック信号ＣＫ３が供給され、第８のトランジスタ３８のゲート電極に第２の入力端子２２からクロック信号ＣＫ２が供給される結線関係とすることが好適である。なぜなら、ノードＢの電位の変動回数が低減され、ノイズを低減することが出来るからである。
【０２０７】
このように、第１の出力端子２６及び第２の出力端子２７の電位をＬレベルに保持する期間に、ノードＢに定期的にＨレベルの信号が供給される構成とすることにより、パルス出力回路の誤動作を抑制することができる。
【０２０８】
（実施の形態６）
実施の形態４に示す薄膜トランジスタを作製し、該薄膜トランジスタを画素部、さらには駆動回路に用いて表示機能を有する半導体装置（表示装置ともいう）を作製することができる。また、実施の形態４に示す薄膜トランジスタを駆動回路の一部または全体を、画素部と同じ基板上に一体形成し、システムオンパネルを形成することができる。
【０２０９】
表示装置は表示素子を含む。表示素子としては液晶素子（液晶表示素子ともいう）、発光素子（発光表示素子ともいう）を用いることができる。発光素子は、電流または電圧によって輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、有機ＥＬ等が含まれる。また、電子インクなど、電気的作用によりコントラストが変化する表示媒体も適用することができる。
【０２１０】
また、表示装置は、表示素子が封止された状態にあるパネルと、該パネルにコントローラを含むＩＣ等を実装した状態にあるモジュールとを含む。さらに、該表示装置を作製する過程における、表示素子が完成する前の一形態に相当する素子基板に関し、該素子基板は、電流を表示素子に供給するための手段を複数の各画素に備える。素子基板は、具体的には、表示素子の画素電極のみが形成された状態であっても良いし、画素電極となる導電膜を成膜した後であって、エッチングして画素電極を形成する前の状態であっても良いし、あらゆる形態があてはまる。
【０２１１】
なお、本明細書中における表示装置とは、画像表示デバイス、表示デバイス、もしくは光源（照明装置含む）を指す。また、コネクター、例えばＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）もしくはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）テープもしくはＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）が取り付けられたモジュール、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または表示素子にＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方式によりＩＣ（集積回路）が直接実装されたモジュールも全て表示装置に含むものとする。
【０２１２】
本実施の形態では、半導体装置の一形態に相当する液晶表示パネルの外観及び断面について、図１０を用いて説明する。図１０は、第１の基板４００１上に形成された実施の形態４で示したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系膜を酸化物半導体層として含む信頼性の高い薄膜トランジスタ４０１０、４０１１、及び液晶素子４０１３を、第２の基板４００６との間にシール材４００５によって封止した、パネルの上面図であり、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ１）（Ａ２）のＭ−Ｎにおける断面図に相当する。
【０２１３】
第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２と、走査線駆動回路４００４とを囲むようにして、シール材４００５が設けられている。また画素部４００２と、走査線駆動回路４００４の上に第２の基板４００６が設けられている。よって画素部４００２と、走査線駆動回路４００４とは、第１の基板４００１とシール材４００５と第２の基板４００６とによって、液晶層４００８と共に封止されている。また第１の基板４００１上のシール材４００５によって囲まれている領域とは異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶半導体膜又は多結晶半導体膜で形成された信号線駆動回路４００３が実装されている。
【０２１４】
なお、別途形成した駆動回路の接続方法は、特に限定されるものではなく、ＣＯＧ法、ワイヤボンディング法、或いはＴＡＢ法などを用いることができる。図１０（Ａ１）は、ＣＯＧ方法により信号線駆動回路４００３を実装する例であり、図１０（Ａ２）は、ＴＡＢ方法により信号線駆動回路４００３を実装する例である。
【０２１５】
また第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２と、走査線駆動回路４００４は、薄膜トランジスタを複数有しており、図１０（Ｂ）では、画素部４００２に含まれる薄膜トランジスタ４０１０と、走査線駆動回路４００４に含まれる薄膜トランジスタ４０１１とを例示している。薄膜トランジスタ４０１０、４０１１上には絶縁層４０２０、４０２１が設けられている。
【０２１６】
薄膜トランジスタ４０１０、４０１１は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系膜を酸化物半導体層として含む信頼性の高い実施の形態４に示す薄膜トランジスタを適用することができる。本実施の形態において、薄膜トランジスタ４０１０、４０１１はｎチャネル型薄膜トランジスタである。
【０２１７】
また、液晶素子４０１３が有する画素電極層４０３０は、薄膜トランジスタ４０１０と電気的に接続されている。そして液晶素子４０１３の対向電極層４０３１は第２の基板４００６上に形成されている。画素電極層４０３０と対向電極層４０３１と液晶層４００８とが重なっている部分が、液晶素子４０１３に相当する。なお、画素電極層４０３０、対向電極層４０３１はそれぞれ配向膜として機能する絶縁層４０３２、４０３３が設けられ、絶縁層４０３２、４０３３を介して液晶層４００８を挟持している。なお、図示はしていないが、カラーフィルタは第１の基板４００１または第２の基板４００６のどちら側に設けても良い。
【０２１８】
なお、第１の基板４００１、第２の基板４００６としては、ガラス、金属（代表的にはステンレス）、セラミックス、プラスチックを用いることができる。プラスチックとしては、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）板、ＰＶＦ（ポリビニルフルオライド）フィルム、ポリエステルフィルム、またはアクリル樹脂フィルムを用いることができる。また、アルミニウムホイルをＰＶＦフィルムやポリエステルフィルムで挟んだ構造のシートを用いることもできる。
【０２１９】
また４０３５は絶縁膜を選択的にエッチングすることで得られる柱状のスペーサであり、画素電極層４０３０と対向電極層４０３１との間の距離（セルギャップ）を制御するために設けられている。なお球状のスペーサを用いていても良い。また、対向電極層４０３１は、薄膜トランジスタ４０１０と同一基板上に設けられる共通電位線と電気的に接続される。共通接続部を用いて、一対の基板間に配置される導電性粒子を介して対向電極層４０３１と共通電位線とを電気的に接続することができる。なお、導電性粒子はシール材４００５に含有させる。
【０２２０】
また、配向膜を用いないブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つであり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善するために５重量％以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いて液晶層４００８に用いる。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が１０μｓｅｃ．以上１００μｓｅｃ．以下と短く、光学的等方性であるため配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。
【０２２１】
なお本実施の形態は透過型液晶表示装置の例であるが、本発明は反射型液晶表示装置でも半透過型液晶表示装置でも適用できる。
【０２２２】
また、本実施の形態の液晶表示装置では、基板の外側（視認側）に偏光板を設け、内側に着色層、表示素子に用いる電極層という順に設ける例を示すが、偏光板は基板の内側に設けてもよい。また、偏光板と着色層の積層構造も本実施の形態に限定されず、偏光板及び着色層の材料や作製工程条件によって適宜設定すればよい。また、ブラックマトリクスとして機能する遮光膜を設けてもよい。
【０２２３】
また、本実施の形態では、薄膜トランジスタの表面凹凸を低減するため、及び薄膜トランジスタの信頼性を向上させるため、実施の形態４で得られた薄膜トランジスタを保護膜や平坦化絶縁膜として機能する絶縁層（絶縁層４０２０、絶縁層４０２１）で覆う構成となっている。なお、保護膜は、大気中に浮遊する有機物や金属物、水蒸気などの汚染不純物の侵入を防ぐためのものであり、緻密な膜が好ましい。保護膜は、スパッタ法を用いて、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、又は窒化酸化アルミニウム膜の単層、又は積層で形成すればよい。本実施の形態では保護膜をスパッタ法で形成する例を示すが、特に限定されず種々の方法で形成すればよい。
【０２２４】
ここでは、保護膜として積層構造の絶縁層４０２０を形成する。ここでは、絶縁層４０２０の一層目として、スパッタ法を用いて酸化シリコン膜を形成する。保護膜として酸化シリコン膜を用いると、ソース電極層及びドレイン電極層として用いるアルミニウム膜のヒロック防止に効果がある。
【０２２５】
また、保護膜の二層目として絶縁層を形成する。ここでは、絶縁層４０２０の二層目として、スパッタ法を用いて窒化シリコン膜を形成する。保護膜として窒化シリコン膜を用いると、ナトリウム等の可動イオンが半導体領域中に侵入して、ＴＦＴの電気特性を変化させることを抑制することができる。
【０２２６】
また、保護膜を形成した後に、酸化物半導体層のアニール（３００℃以上４００℃以下）を行ってもよい。
【０２２７】
また、平坦化絶縁膜として絶縁層４０２１を形成する。絶縁層４０２１としては、アクリル、ポリイミド、ベンゾシクロブテン、ポリアミド、エポキシ等の、耐熱性を有する有機材料を用いることができる。また上記有機材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系樹脂、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）等を用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させることで、絶縁層４０２１を形成してもよい。
【０２２８】
なおシロキサン系樹脂とは、シロキサン系材料を出発材料として形成されたＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む樹脂に相当する。シロキサン系樹脂は置換基としては有機基（例えばアルキル基やアリール基）やフルオロ基を用いても良い。また、有機基はフルオロ基を有していても良い。
【０２２９】
絶縁層４０２１の形成法は、特に限定されず、その材料に応じて、スパッタ法、ＳＯＧ法、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法、スクリーン印刷、オフセット印刷等）、ドクターナイフ、ロールコーター、カーテンコーター、ナイフコーター等を用いることができる。絶縁層４０２１を材料液を用いて形成する場合、ベークする工程で同時に、酸化物半導体層のアニール（３００℃以上４００℃以下）を行ってもよい。絶縁層４０２１の焼成工程と酸化物半導体層のアニールを兼ねることで効率よく半導体装置を作製することが可能となる。
【０２３０】
画素電極層４０３０、対向電極層４０３１は、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物（以下、ＩＴＯと示す。）、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いることができる。
【０２３１】
また、画素電極層４０３０、対向電極層４０３１として、導電性高分子（導電性ポリマーともいう）を含む導電性組成物を用いて形成することができる。導電性組成物を用いて形成した画素電極は、シート抵抗が１００００Ω／□以下、波長５５０ｎｍにおける透光率が７０％以上であることが好ましい。また、導電性組成物に含まれる導電性高分子の抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。
【０２３２】
導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子が用いることができる。例えば、ポリアニリンまたはその誘導体、ポリピロールまたはその誘導体、ポリチオフェンまたはその誘導体、若しくはこれらの２種以上の共重合体などがあげられる。
【０２３３】
また別途形成された信号線駆動回路４００３と、走査線駆動回路４００４または画素部４００２に与えられる各種信号及び電位は、ＦＰＣ４０１８から供給されている。
【０２３４】
本実施の形態では、接続端子電極４０１５が、液晶素子４０１３が有する画素電極層４０３０と同じ導電膜から形成され、端子電極４０１６は、薄膜トランジスタ４０１０、４０１１のソース電極層及びドレイン電極層と同じ導電膜で形成されている。
【０２３５】
接続端子電極４０１５は、ＦＰＣ４０１８が有する端子と、異方性導電膜４０１９を介して電気的に接続されている。
【０２３６】
また図１０においては、信号線駆動回路４００３を別途形成し、第１の基板４００１に実装している例を示しているが、本実施の形態はこの構成に限定されない。走査線駆動回路を別途形成して実装しても良いし、信号線駆動回路の一部または走査線駆動回路の一部のみを別途形成して実装しても良い。
【０２３７】
図１１は、実施の形態４に示すＴＦＴを適用して作製されるＴＦＴ基板２６００を用いて半導体装置として液晶表示モジュールを構成する一例を示している。
【０２３８】
図１１は液晶表示モジュールの一例であり、ＴＦＴ基板２６００と対向基板２６０１がシール材２６０２により固着され、その間にＴＦＴ等を含む画素部２６０３、液晶層を含む表示素子２６０４、着色層２６０５、偏光板２６０６が設けられ表示領域を形成している。着色層２６０５はカラー表示を行う場合に必要であり、ＲＧＢ方式の場合は、赤、緑、青の各色に対応した着色層が各画素に対応して設けられている。ＴＦＴ基板２６００と対向基板２６０１の外側には偏光板２６０６、偏光板２６０７、拡散板２６１３が配設されている。光源は冷陰極管２６１０と反射板２６１１により構成され、回路基板２６１２は、フレキシブル配線基板２６０９によりＴＦＴ基板２６００の配線回路部２６０８と接続され、コントロール回路や電源回路などの外部回路が組みこまれている。また偏光板と、液晶層との間に位相差板を有した状態で積層してもよい。
【０２３９】
液晶表示モジュールには、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ａｌｉｇｎｅｄ Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モードなどを用いることができる。
【０２４０】
以上の工程により、半導体装置として信頼性の高い液晶表示パネルを作製することができる。
【０２４１】
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成を適宜組み合わせて用いることができることとする。
【０２４２】
（実施の形態７）
本実施の形態では、実施の形態４に示す薄膜トランジスタを適用した半導体装置として電子ペーパーの例を示す。
【０２４３】
図１２は、半導体装置の例としてアクティブマトリクス型の電子ペーパーを示す。半導体装置に用いられる薄膜トランジスタ５８１としては、実施の形態４で示す薄膜トランジスタを適用することができる。
【０２４４】
図１２の電子ペーパーは、ツイストボール表示方式を用いた表示装置の例である。ツイストボール表示方式とは、白と黒に塗り分けられた球形粒子を表示素子に用いる電極層である第１の電極層及び第２の電極層の間に配置し、第１の電極層及び第２の電極層に電位差を生じさせての球形粒子の向きを制御することにより、表示を行う方法である。
【０２４５】
基板５８０上に設けられた薄膜トランジスタ５８１はボトムゲート構造の薄膜トランジスタであり、ソース電極層又はドレイン電極層は、第１の電極層５８７と、絶縁層５８３、及び絶縁層５８５に形成する開口で接しており電気的に接続している。第１の電極層５８７と第２の電極層５８８との間には黒色領域５９０ａ及び白色領域５９０ｂを有し、周りに液体で満たされているキャビティ５９４を含む球形粒子５８９が設けられており、球形粒子５８９の周囲は樹脂等の充填材５９５で充填されている（図１２参照。）。本実施の形態においては、第１の電極層５８７が画素電極に相当し、第２の電極層５８８が共通電極に相当する。第２の電極層５８８は、薄膜トランジスタ５８１と同一基板上に設けられる共通電位線と電気的に接続される。共通接続部を用いて、基板５８０と５９６の間に配置される導電性粒子を介して第２の電極層５８８と共通電位線とを電気的に接続することができる。
【０２４６】
また、ツイストボールの代わりに、電気泳動素子を用いることも可能である。透明な液体と、正に帯電した白い微粒子と負に帯電した黒い微粒子とを封入した直径１０μｍ以上２００μｍ以下程度のマイクロカプセルを用いる。第１の電極層と第２の電極層との間に設けられるマイクロカプセルは、第１の電極層と第２の電極層によって、電場が与えられると、白い微粒子と、黒い微粒子が互いに逆の方向に移動し、白または黒を表示することができる。この原理を応用した表示素子が電気泳動表示素子であり、一般的に電子ペーパーとよばれている。電気泳動表示素子は、液晶表示素子に比べて反射率が高いため、補助ライトは不要であり、また消費電力が小さく、薄暗い場所でも表示部を認識することが可能である。また、表示部に電源が供給されない場合であっても、一度表示した像を保持することが可能であるため、電波発信源から表示機能付き半導体装置（単に表示装置、又は表示装置を具備する半導体装置ともいう）を遠ざけた場合であっても、表示された像を保存しておくことが可能となる。
【０２４７】
以上の工程により、半導体装置として信頼性の高い電子ペーパーを作製することができる。
【０２４８】
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成を適宜組み合わせて用いることができることとする。
【０２４９】
（実施の形態８）
本実施の形態では、実施の形態４に示す薄膜トランジスタを適用した半導体装置として発光表示装置の例を示す。表示装置の有する表示素子としては、ここではエレクトロルミネッセンスを利用する発光素子を用いて示す。エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子は、発光材料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機ＥＬ素子、後者は無機ＥＬ素子と呼ばれている。
【０２５０】
有機ＥＬ素子は、発光素子に電圧を印加することにより、一対の電極から電子及び正孔がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして、それらキャリア（電子及び正孔）が再結合することにより、発光性の有機化合物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。このようなメカニズムから、このような発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
【０２５１】
無機ＥＬ素子は、その素子構成により、分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分類される。分散型無機ＥＬ素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−アクセプター再結合型発光である。薄膜型無機ＥＬ素子は、発光層を誘電体層で挟み込み、さらにそれを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子遷移を利用する局在型発光である。なお、ここでは、発光素子として有機ＥＬ素子を用いて説明する。
【０２５２】
図１３は、本発明を適用した半導体装置の例としてデジタル時間階調駆動を適用可能な画素構成の一例を示す図である。
【０２５３】
デジタル時間階調駆動を適用可能な画素の構成及び画素の動作について説明する。ここでは、実施の形態４で示した、酸化物半導体層（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系膜）をチャネル形成領域に用いるｎチャネル型のトランジスタを、１つの画素に２つ用いる例を示す。
【０２５４】
画素６４００は、スイッチング用トランジスタ６４０１、駆動用トランジスタ６４０２、発光素子６４０４及び容量素子６４０３を有している。スイッチング用トランジスタ６４０１はゲートが走査線６４０６に接続され、第１電極（ソース電極及びドレイン電極の一方）が信号線６４０５に接続され、第２電極（ソース電極及びドレイン電極の他方）が駆動用トランジスタ６４０２のゲートに接続されている。駆動用トランジスタ６４０２は、ゲートが容量素子６４０３を介して電源線６４０７に接続され、第１電極が電源線６４０７に接続され、第２電極が発光素子６４０４の第１電極（画素電極）に接続されている。発光素子６４０４の第２電極は共通電極６４０８に相当する。共通電極６４０８は、同一基板上に形成される共通電位線と電気的に接続される。その接続部分を共通接続部とすればよい。
【０２５５】
なお、発光素子６４０４の第２電極（共通電極６４０８）には低電源電位が設定されている。なお、低電源電位とは、電源線６４０７に設定される高電源電位を基準にして低電源電位＜高電源電位を満たす電位であり、低電源電位としては例えばＧＮＤ、０Ｖなどが設定されていても良い。この高電源電位と低電源電位との電位差を発光素子６４０４に印加して、発光素子６４０４に電流を流して発光素子６４０４を発光させるため、高電源電位と低電源電位との電位差が発光素子６４０４の順方向しきい値電圧以上となるようにそれぞれの電位を設定する。
【０２５６】
なお、容量素子６４０３は駆動用トランジスタ６４０２のゲート容量を代用して省略することも可能である。駆動用トランジスタ６４０２のゲート容量については、チャネル領域とゲート電極との間で容量が形成されていてもよい。
【０２５７】
ここで、電圧入力電圧駆動方式の場合には、駆動用トランジスタ６４０２のゲートには、駆動用トランジスタ６４０２が十分にオンするか、オフするかの二つの状態となるようなビデオ信号を入力する。つまり、駆動用トランジスタ６４０２は線形領域で動作させる。駆動用トランジスタ６４０２は線形領域で動作させるため、電源線６４０７の電圧よりも高い電圧を駆動用トランジスタ６４０２のゲートにかける。なお、信号線６４０５には、（電源線電圧＋駆動用トランジスタ６４０２のＶｔｈ）以上の電圧をかける。
【０２５８】
また、デジタル時間階調駆動に代えて、アナログ階調駆動を行う場合も信号の入力を異ならせることで、図１３と同じ画素構成を用いることができる。
【０２５９】
アナログ階調駆動を行う場合、駆動用トランジスタ６４０２のゲートに発光素子６４０４の順方向電圧＋駆動用トランジスタ６４０２のＶｔｈ以上の電圧をかける。発光素子６４０４の順方向電圧とは、所望の輝度とする場合の電圧を指しており、少なくとも順方向しきい値電圧を含む。なお、駆動用トランジスタ６４０２が飽和領域で動作するようなビデオ信号を入力することで、発光素子６４０４に電流を流すことができる。駆動用トランジスタ６４０２を飽和領域で動作させるため、電源線６４０７の電位は、駆動用トランジスタ６４０２のゲート電位よりも高くする。ビデオ信号をアナログとすることで、発光素子６４０４にビデオ信号に応じた電流を流し、アナログ階調駆動を行うことができる。
【０２６０】
なお、図１３に示す画素構成は、これに限定されない。例えば、図１３に示す画素に新たにスイッチ、抵抗素子、容量素子、トランジスタ又は論理回路などを追加してもよい。
【０２６１】
次に、発光素子の構成について、図１４を用いて説明する。ここでは、駆動用ＴＦＴがｎ型の場合を例に挙げて、画素の断面構造について説明する。図１４（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）の半導体装置に用いられる駆動用ＴＦＴであるＴＦＴ７００１、７０１１、７０２１は、実施の形態４で示す薄膜トランジスタと同様に作製でき、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系膜を酸化物半導体層として含む信頼性の高い薄膜トランジスタである。
【０２６２】
発光素子は発光を取り出すために少なくとも陽極又は陰極の一方が透明であればよい。そして、基板上に薄膜トランジスタ及び発光素子を形成し、基板とは逆側の面から発光を取り出す上面射出や、基板側の面から発光を取り出す下面射出や、基板側及び基板とは反対側の面から発光を取り出す両面射出構造の発光素子があり、本発明の画素構成はどの射出構造の発光素子にも適用することができる。
【０２６３】
下面射出構造の発光素子について図１４（Ａ）を用いて説明する。
【０２６４】
基板７０３０上に設けられた駆動用ＴＦＴ７０１１がｎ型で、発光素子７０１２から発せられる光が第１の電極７０１３側に射出する場合の、画素の断面図を示す。図１４（Ａ）では、駆動用ＴＦＴ７０１１のドレイン電極層と電気的に接続された可視光に対する透光性を有する導電膜７０１７上に、発光素子７０１２の第１の電極７０１３が形成されており、第１の電極７０１３上にＥＬ層７０１４、第２の電極７０１５が順に積層されている。
【０２６５】
可視光に対する透光性を有する導電膜７０１７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、インジウム錫酸化物、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可視光に対する透光性を有する導電性導電膜を用いることができる。
【０２６６】
また、発光素子の第１の電極７０１３は様々な材料を用いることができる。例えば、第１の電極７０１３を陰極として用いる場合には、仕事関数が小さい材料、具体的には、例えば、ＬｉやＣｓ等のアルカリ金属、およびＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ等のアルカリ土類金属、及びこれらを含む合金（Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉなど）の他、ＹｂやＥｒ等の希土類金属等が好ましい。図１４（Ａ）では、第１の電極７０１３の膜厚は、可視光を透過する程度（好ましくは、５ｎｍ〜３０ｎｍ程度）とする。例えば２０ｎｍの膜厚を有するアルミニウム膜を、第１の電極７０１３として用いる。
【０２６７】
なお、可視光に対する透光性を有する導電膜とアルミニウム膜を積層成膜した後、選択的にエッチングして可視光に対する透光性を有する導電膜７０１７と第１の電極７０１３を形成してもよく、この場合、同じマスクを用いてエッチングすることができるため、好ましい。
【０２６８】
また、第１の電極７０１３の周縁部は、隔壁７０１９で覆う。隔壁７０１９は、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、エポキシ等の有機樹脂膜、無機絶縁膜または有機ポリシロキサンを用いて形成する。隔壁７０１９は、特に感光性の樹脂材料を用い、第１の電極７０１３上に開口部を形成し、その開口部の側壁が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。隔壁７０１９として感光性の樹脂材料を用いる場合、レジストマスクを形成する工程を省略することができる。
【０２６９】
また、第１の電極７０１３及び隔壁７０１９上に形成するＥＬ層７０１４は、少なくとも発光層を含めば良く、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。ＥＬ層７０１４が複数の層で構成されている場合、陰極として機能する第１の電極７０１３上に電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層の順に積層する。なおこれらの層を全て設ける必要はない。
【０２７０】
また、上記積層順に限定されず、第１の電極７０１３を陽極として機能させ、第１の電極７０１３上にホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層の順に積層してもよい。ただし、消費電力を比較する場合、第１の電極７０１３を陰極として機能させ、第１の電極７０１３上に電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層の順に積層するほうが、駆動回路部の電圧上昇を抑制でき、消費電力を少なくできるため好ましい。
【０２７１】
また、ＥＬ層７０１４上に形成する第２の電極７０１５としては、様々な材料を用いることができる。例えば、第２の電極７０１５を陽極として用いる場合、仕事関数が大きい（具体的には４．０ｅＶ以上）材料、例えば、ＺｒＮ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｒ等や、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯなどの透明導電性材料が好ましい。また、第２の電極７０１５上に遮蔽膜７０１６、例えば光を遮光する金属、光を反射する金属等を用いる。本実施の形態では、第２の電極７０１５としてＩＴＯ膜を用い、遮蔽膜７０１６としてＴｉ膜を用いる。
【０２７２】
第１の電極７０１３及び第２の電極７０１５で、発光層を含むＥＬ層７０１４を挟んでいる領域が発光素子７０１２に相当する。図１４（Ａ）に示した素子構造の場合、発光素子７０１２から発せられる光は、矢印で示すように第１の電極７０１３側に射出する。
【０２７３】
なお、図１４（Ａ）において、発光素子７０１２から発せられる光は、カラーフィルタ層７０３３を通過し、絶縁層７０３２ｂ、酸化物絶縁層７０３２ａ、ゲート絶縁層７０３１、及び基板７０３０を通過して射出させる。
【０２７４】
カラーフィルタ層７０３３はインクジェット法などの液滴吐出法や、印刷法、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形成する。
【０２７５】
また、カラーフィルタ層７０３３はオーバーコート層７０３４で覆われ、さらに保護絶縁層７０３５によって覆う。なお、図１４（Ａ）ではオーバーコート層７０３４は薄い膜厚で図示したが、オーバーコート層７０３４は、アクリル樹脂などの樹脂材料を用い、カラーフィルタ層７０３３に起因する凹凸を平坦化する機能を有している。
【０２７６】
また、保護絶縁層７０３５及び絶縁層７０３２ｂ、酸化物絶縁層７０３２ａに形成され、且つ、ドレイン電極層に達するコンタクトホールは、隔壁７０１９と重なる位置に配置する。
【０２７７】
次に、両面射出構造の発光素子について、図１４（Ｂ）を用いて説明する。
【０２７８】
図１４（Ｂ）では、基板７０４０上に設けられた駆動用ＴＦＴ７０２１のドレイン電極層と電気的に接続された可視光に対する透光性を有する導電膜７０２７上に、発光素子７０２２の第１の電極７０２３が形成されており、第１の電極７０２３上にＥＬ層７０２４、第２の電極７０２５が順に積層されている。
【０２７９】
可視光に対する透光性を有する導電膜７０２７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、インジウム錫酸化物、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可視光に対する透光性を有する導電性導電膜を用いることができる。
【０２８０】
また、第１の電極７０２３は様々な材料を用いることができる。例えば、第１の電極７０２３を陰極として用いる場合、仕事関数が小さい材料、具体的には、例えば、ＬｉやＣｓ等のアルカリ金属、及びＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ等のアルカリ土類金属、及びこれらを含む合金（Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉなど）の他、ＹｂやＥｒ等の希土類金属等が好ましい。本実施の形態では、第１の電極７０２３を陰極として用い、その膜厚は、可視光を透過する程度（好ましくは、５ｎｍ〜３０ｎｍ程度）とする。例えば２０ｎｍの膜厚を有するアルミニウム膜を、陰極として用いる。
【０２８１】
なお、可視光に対する透光性を有する導電膜とアルミニウム膜を積層成膜した後、選択的にエッチングして可視光に対する透光性を有する導電膜７０２７と第１の電極７０２３を形成してもよく、この場合、同じマスクを用いてエッチングすることができ、好ましい。
【０２８２】
また、第１の電極７０２３の周縁部は、隔壁７０２９で覆う。隔壁７０２９は、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、エポキシ等の有機樹脂膜、無機絶縁膜または有機ポリシロキサンを用いて形成する。隔壁７０２９は、特に感光性の樹脂材料を用い、電極７０２３上に開口部を形成し、その開口部の側壁が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。隔壁７０２９として感光性の樹脂材料を用いる場合、レジストマスクを形成する工程を省略することができる。
【０２８３】
また、第１の電極７０２３及び隔壁７０２９上に形成するＥＬ層７０２４は、発光層を含めば良く、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。ＥＬ層７０２４が複数の層で構成されている場合、陰極として機能する第１の電極７０２３上に電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層の順に積層する。なおこれらの層を全て設ける必要はない。
【０２８４】
また、上記積層順に限定されず、第１の電極７０２３を陽極として用い、陽極上にホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層の順に積層してもよい。ただし、消費電力を比較する場合、第１の電極７０２３を陰極として用い、陰極上に電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層の順に積層するほうが消費電力が少ないため好ましい。
【０２８５】
また、ＥＬ層７０２４上に形成する第２の電極７０２５としては、様々な材料を用いることができる。例えば、第２の電極７０２５を陽極として用いる場合、仕事関数が大きい材料、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯなどの透明導電性材料を好ましく用いることができる。本実施の形態では、第２の電極７０２５を陽極として用い、酸化珪素を含むＩＴＯ膜を形成する。
【０２８６】
第１の電極７０２３及び第２の電極７０２５で、発光層を含むＥＬ層７０２４を挟んでいる領域が発光素子７０２２に相当する。図１４（Ｂ）に示した素子構造の場合、発光素子７０２２から発せられる光は、矢印で示すように第２の電極７０２５側と第１の電極７０２３側の両方に射出する。
【０２８７】
なお、図１４（Ｂ）において、発光素子７０２２から第１の電極７０２３側に発せられる一方の光は、カラーフィルタ層７０４３を通過し、絶縁層７０４２ｂ、酸化物絶縁層７０４２ａ、ゲート絶縁層７０４１、及び基板７０４０を通過して射出させる。
【０２８８】
カラーフィルタ層７０４３はインクジェット法などの液滴吐出法や、印刷法、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形成する。
【０２８９】
また、カラーフィルタ層７０４３はオーバーコート層７０４４で覆われ、さらに保護絶縁層７０４５によって覆う。
【０２９０】
また、保護絶縁層７０４５及び絶縁層７０４２に形成され、且つ、ドレイン電極層に達するコンタクトホールは、隔壁７０２９と重なる位置に配置する。
【０２９１】
ただし、両面射出構造の発光素子を用い、どちらの表示面もフルカラー表示とする場合、第２の電極７０２５側からの光はカラーフィルタ層７０４３を通過しないため、別途カラーフィルタ層を備えた封止基板を第２の電極７０２５上方に設けることが好ましい。
【０２９２】
次に、上面射出構造の発光素子について、図１４（Ｃ）を用いて説明する。
【０２９３】
図１４（Ｃ）に、駆動用ＴＦＴであるＴＦＴ７００１がｎ型で、発光素子７００２から発せられる光が第２の電極７００５側に抜ける場合の、画素の断面図を示す。図１４（Ｃ）では、駆動用のＴＦＴ７００１のドレイン電極層と電気的に接続された発光素子７００２の第１の電極７００３が形成されており、第１の電極７００３上にＥＬ層７００４、第２の電極７００５が順に積層されている。
【０２９４】
また、第１の電極７００３は様々な材料を用いることができる。例えば、第１の電極７００３を陰極として用いる場合、仕事関数が小さい材料、具体的には、例えば、ＬｉやＣｓ等のアルカリ金属、及びＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ等のアルカリ土類金属、及びこれらを含む合金（Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉなど）の他、ＹｂやＥｒ等の希土類金属等が好ましい。
【０２９５】
また、第１の電極７００３の周縁部は、隔壁７００９で覆う。隔壁７００９は、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、エポキシ等の有機樹脂膜、無機絶縁膜または有機ポリシロキサンを用いて形成する。隔壁７００９は、特に感光性の樹脂材料を用い、第１の電極７００３上に開口部を形成し、その開口部の側壁が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。隔壁７００９として感光性の樹脂材料を用いる場合、レジストマスクを形成する工程を省略することができる。
【０２９６】
また、第１の電極７００３及び隔壁７００９上に形成するＥＬ層７００４は、少なくとも発光層を含めば良く、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。ＥＬ層７００４が複数の層で構成されている場合、陰極として用いる第１の電極７００３上に電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層の順に積層する。なおこれらの層を全て設ける必要はない。
【０２９７】
また、上記積層順に限定されず、陽極として用いる第１の電極７００３上にホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層の順に積層してもよい。
【０２９８】
図１４（Ｃ）ではＴｉ膜、アルミニウム膜、Ｔｉ膜の順に積層した積層膜上に、ホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層の順に積層し、その上にＭｇ：Ａｇ合金薄膜とＩＴＯとの積層を形成する。
【０２９９】
ただし、ＴＦＴ７００１がｎ型の場合、第１の電極７００３上に電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層の順に積層するほうが、駆動回路における電圧上昇を抑制することができ、消費電力を少なくできるため好ましい。
【０３００】
第２の電極７００５は可視光に対する透光性を有する導電性材料を用いて形成し、例えば酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物、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可視光に対する透光性を有する導電性導電膜を用いても良い。
【０３０１】
第１の電極７００３及び第２の電極７００５で発光層を含むＥＬ層７００４を挟んでいる領域が発光素子７００２に相当する。図１４（Ｃ）に示した画素の場合、発光素子７００２から発せられる光は、矢印で示すように第２の電極７００５側に射出する。
【０３０２】
また、図１４（Ｃ）において、ＴＦＴ７００１のドレイン電極層は、酸化物絶縁層７０５２ａ、保護絶縁層７０５２ｂ、絶縁層７０５３、及び絶縁層７０５５に設けられたコンタクトホールを介して第１の電極７００３と電気的に接続する。平坦化絶縁層７０５３は、ポリイミド、アクリル、ベンゾシクロブテン、ポリアミド、エポキシ等の樹脂材料を用いることができる。また上記樹脂材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系樹脂、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）等を用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させることで、平坦化絶縁層７０５３を形成してもよい。平坦化絶縁層７０５３の形成法は、特に限定されず、その材料に応じて、スパッタ法、ＳＯＧ法、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法、スクリーン印刷、オフセット印刷等）、ドクターナイフ、ロールコーター、カーテンコーター、ナイフコーター等を用いることができる。
【０３０３】
また、第１の電極７００３と、隣り合う画素の第１の電極７００８とを絶縁するために隔壁７００９を設ける。隔壁７００９は、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、エポキシ等の有機樹脂膜、無機絶縁膜または有機ポリシロキサンを用いて形成する。隔壁７００９は、特に感光性の樹脂材料を用い、第１の電極７００３上に開口部を形成し、その開口部の側壁が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。隔壁７００９として感光性の樹脂材料を用いる場合、レジストマスクを形成する工程を省略することができる。
【０３０４】
また、図１４（Ｃ）の構造においては、フルカラー表示を行う場合、例えば発光素子７００２として緑色発光素子とし、隣り合う一方の発光素子を赤色発光素子とし、もう一方の発光素子を青色発光素子とする。また、３種類の発光素子だけでなく白色素子を加えた４種類の発光素子でフルカラー表示ができる発光表示装置を作製してもよい。
【０３０５】
また、図１４（Ｃ）の構造においては、配置する複数の発光素子を全て白色発光素子として、発光素子７００２上方にカラーフィルタなどを有する封止基板を配置する構成とし、フルカラー表示ができる発光表示装置を作製してもよい。白色などの単色の発光を示す材料を形成し、カラーフィルタや色変換層を組み合わせることによりフルカラー表示を行うことができる。
【０３０６】
もちろん単色発光の表示を行ってもよい。例えば、白色発光を用いて照明装置を形成してもよいし、単色発光を用いてエリアカラータイプの発光装置を形成してもよい。
【０３０７】
また、必要があれば、円偏光板などの偏光フィルムなどの光学フィルムを設けてもよい。
【０３０８】
なお、ここでは、発光素子として有機ＥＬ素子について述べたが、発光素子として無機ＥＬ素子を設けることも可能である。
【０３０９】
なお、発光素子の駆動を制御する薄膜トランジスタ（駆動用ＴＦＴ）と発光素子が電気的に接続されている例を示したが、駆動用ＴＦＴと発光素子との間に電流制御用ＴＦＴが接続されている構成であってもよい。
【０３１０】
なお本実施の形態で示す半導体装置は、図１４に示した構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【０３１１】
次に、実施の形態４に示す薄膜トランジスタを適用した半導体装置の一形態に相当する発光表示パネル（発光パネルともいう）の外観及び断面について、図１５を用いて説明する。図１５（Ａ）は、第１の基板上に形成された薄膜トランジスタ及び発光素子を、第２の基板との間にシール材によって封止した、パネルの上面図であり、図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）のＨ−Ｉにおける断面図に相当する。
【０３１２】
第１の基板４５０１上に設けられた画素部４５０２、信号線駆動回路４５０３ａ、４５０３ｂ、及び走査線駆動回路４５０４ａ、４５０４ｂを囲むようにして、シール材４５０５が設けられている。また画素部４５０２、信号線駆動回路４５０３ａ、４５０３ｂ、及び走査線駆動回路４５０４ａ、４５０４ｂの上に第２の基板４５０６が設けられている。よって画素部４５０２、信号線駆動回路４５０３ａ、４５０３ｂ、及び走査線駆動回路４５０４ａ、４５０４ｂは、第１の基板４５０１とシール材４５０５と第２の基板４５０６とによって、充填材４５０７と共に密封されている。このように外気に曝されないように気密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム（貼り合わせフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等）やカバー材でパッケージング（封入）することが好ましい。
【０３１３】
また第１の基板４５０１上に設けられた画素部４５０２、信号線駆動回路４５０３ａ、４５０３ｂ、及び走査線駆動回路４５０４ａ、４５０４ｂは、薄膜トランジスタを複数有しており、図１５（Ｂ）では、画素部４５０２に含まれる薄膜トランジスタ４５１０と、信号線駆動回路４５０３ａに含まれる薄膜トランジスタ４５０９とを例示している。
【０３１４】
薄膜トランジスタ４５０９、４５１０は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系膜を酸化物半導体層として含む信頼性の高い実施の形態４に示す薄膜トランジスタを適用することができる。本実施の形態において、薄膜トランジスタ４５０９、４５１０はｎチャネル型薄膜トランジスタである。
【０３１５】
絶縁層４５４４上において駆動回路用の薄膜トランジスタ４５０９の酸化物半導体層のチャネル形成領域と重なる位置に導電層４５４０が設けられている。導電層４５４０を酸化物半導体層のチャネル形成領域と重なる位置に設けることによって、ＢＴ試験前後における薄膜トランジスタ４５０９のしきい値電圧の変化量を低減することができる。また、導電層４５４０は、電位が薄膜トランジスタ４５０９のゲート電極層と同じでもよいし、異なっていても良く、第２のゲート電極層として機能させることもできる。また、導電層４５４０の電位がＧＮＤ、０Ｖ、或いはフローティング状態であってもよい。
【０３１６】
また４５１１は発光素子に相当し、発光素子４５１１が有する画素電極である第１の電極層４５１７は、薄膜トランジスタ４５１０のソース電極層またはドレイン電極層と電気的に接続されている。なお発光素子４５１１の構成は、第１の電極層４５１７、電界発光層４５１２、第２の電極層４５１３の積層構造であるが、本実施の形態に示した構成に限定されない。発光素子４５１１から取り出す光の方向などに合わせて、発光素子４５１１の構成は適宜変えることができる。
【０３１７】
隔壁４５２０は、有機樹脂膜、無機絶縁膜または有機ポリシロキサンを用いて形成する。特に感光性の材料を用い、第１の電極層４５１７上に開口部を形成し、その開口部の側壁が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。
【０３１８】
電界発光層４５１２は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。
【０３１９】
発光素子４５１１に酸素、水素、水分、二酸化炭素等が侵入しないように、第２の電極層４５１３及び隔壁４５２０上に保護膜を形成してもよい。保護膜としては、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、ＤＬＣ膜等を形成することができる。
【０３２０】
また、信号線駆動回路４５０３ａ、４５０３ｂ、走査線駆動回路４５０４ａ、４５０４ｂ、または画素部４５０２に与えられる各種信号及び電位は、ＦＰＣ４５１８ａ、４５１８ｂから供給されている。
【０３２１】
本実施の形態では、接続端子電極４５１５が、発光素子４５１１が有する第１の電極層４５１７と同じ導電膜から形成され、端子電極４５１６は、薄膜トランジスタ４５０９、４５１０が有するソース電極層及びドレイン電極層と同じ導電膜から形成されている。
【０３２２】
接続端子電極４５１５は、ＦＰＣ４５１８ａが有する端子と、異方性導電膜４５１９を介して電気的に接続されている。
【０３２３】
発光素子４５１１からの光の取り出し方向に位置する第２の基板４５０６は可視光に対し透光性を有していなければならない。その場合には、ガラス板、プラスチック板、ポリエステルフィルムまたはアクリルフィルムのような可視光に対する透光性を有する材料を用いる。
【０３２４】
また、充填材４５０７としては窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂を用いることができ、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）、アクリル、ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラル）またはＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）を用いることができる。本実施の形態は充填材として窒素を用いた。
【０３２５】
また、必要であれば、発光素子の射出面に偏光板、又は円偏光板（楕円偏光板を含む）、位相差板（λ／４板、λ／２板）、カラーフィルタなどの光学フィルムを適宜設けてもよい。また、偏光板又は円偏光板に反射防止膜を設けてもよい。例えば、表面の凹凸により反射光を拡散し、映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。
【０３２６】
信号線駆動回路４５０３ａ、４５０３ｂ、及び走査線駆動回路４５０４ａ、４５０４ｂは、別途用意された基板上に単結晶半導体膜又は多結晶半導体膜によって形成された駆動回路で実装されていてもよい。また、信号線駆動回路のみ、或いは一部、又は走査線駆動回路のみ、或いは一部のみを別途形成して実装しても良く、本実施の形態は図１５の構成に限定されない。
【０３２７】
以上の工程により、半導体装置として信頼性の高い発光表示装置（表示パネル）を作製することができる。
【０３２８】
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成を適宜組み合わせて用いることができることとする。
【０３２９】
（実施の形態９）
実施の形態４に示す薄膜トランジスタを適用した半導体装置は、電子ペーパーとして適用することができる。電子ペーパーは、情報を表示するものであればあらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。例えば、電子ペーパーを用いて、電子書籍（電子ブック）、ポスター、電車などの乗り物の車内広告、クレジットカード等の各種カードにおける表示等に適用することができる。電子機器の一例を図１６、図１７に示す。
【０３３０】
図１６（Ａ）は、電子ペーパーで作られたポスター２６３１を示している。広告媒体が紙の印刷物である場合には、広告の交換は人手によって行われるが、電子ペーパーを用いれば短時間で広告の表示を変えることができる。また、表示も崩れることなく安定した画像が得られる。なお、ポスターは無線で情報を送受信できる構成としてもよい。
【０３３１】
また、図１６（Ｂ）は、電車などの乗り物の車内広告２６３２を示している。広告媒体が紙の印刷物である場合には、広告の交換は人手によって行われるが、電子ペーパーを用いれば人手を多くかけることなく短時間で広告の表示を変えることができる。また表示も崩れることなく安定した画像が得られる。なお、社内広告は無線で情報を送受信できる構成としてもよい。
【０３３２】
また、図１７は、電子書籍２７００の一例を示している。例えば、電子書籍２７００は、筐体２７０１及び筐体２７０３の２つの筐体で構成されている。筐体２７０１及び筐体２７０３は、軸部２７１１により一体とされており、該軸部２７１１を軸として開閉動作を行うことができる。このような構成により、紙の書籍のような動作を行うことが可能となる。
【０３３３】
筐体２７０１には表示部２７０５が組み込まれ、筐体２７０３には表示部２７０７が組み込まれている。表示部２７０５及び表示部２７０７は、続き画面を表示する構成としてもよいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とすることで、例えば右側の表示部（図１７では表示部２７０５）に文章を表示し、左側の表示部（図１７では表示部２７０７）に画像を表示することができる。
【０３３４】
また、図１７では、筐体２７０１に操作部などを備えた例を示している。例えば、筐体２７０１において、電源２７２１、操作キー２７２３、スピーカ２７２５などを備えている。操作キー２７２３により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示部と同一面にキーボードやポインティングディバイスなどを備える構成としてもよい。また、筐体の裏面や側面に、外部接続用端子（イヤホン端子、ＵＳＢ端子、またはＡＣアダプタおよびＵＳＢケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など）、記録媒体挿入部などを備える構成としてもよい。さらに、電子書籍２７００は、電子辞書としての機能を持たせた構成としてもよい。
【０３３５】
また、電子書籍２７００は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすることも可能である。
【０３３６】
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成を適宜組み合わせて用いることができることとする。
【０３３７】
（実施の形態１０）
実施の形態４に示す薄膜トランジスタを用いた半導体装置は、さまざまな電子機器（遊技機も含む）に適用することができる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置（テレビ、またはテレビジョン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。
【０３３８】
図１８（Ａ）は、テレビジョン装置９６００の一例を示している。テレビジョン装置９６００は、筐体９６０１に表示部９６０３が組み込まれている。表示部９６０３により、映像を表示することが可能である。また、ここでは、スタンド９６０５により筐体９６０１を支持した構成を示している。
【０３３９】
テレビジョン装置９６００の操作は、筐体９６０１が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機９６１０により行うことができる。リモコン操作機９６１０が備える操作キー９６０９により、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部９６０３に表示される映像を操作することができる。また、リモコン操作機９６１０に、当該リモコン操作機９６１０から出力する情報を表示する表示部９６０７を設ける構成としてもよい。
【０３４０】
なお、テレビジョン装置９６００は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線または無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向（送信者から受信者）または双方向（送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など）の情報通信を行うことも可能である。
【０３４１】
図１８（Ｂ）は、デジタルフォトフレーム９７００の一例を示している。例えば、デジタルフォトフレーム９７００は、筐体９７０１に表示部９７０３が組み込まれている。表示部９７０３は、各種画像を表示することが可能であり、例えばデジタルカメラなどで撮影した画像データを表示させることで、通常の写真立てと同様に機能させることができる。
【０３４２】
なお、デジタルフォトフレーム９７００は、操作部、外部接続用端子（ＵＳＢ端子、ＵＳＢケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など）、記録媒体挿入部などを備える構成とする。これらの構成は、表示部と同一面に組み込まれていてもよいが、側面や裏面に備えるとデザイン性が向上するため好ましい。例えば、デジタルフォトフレームの記録媒体挿入部に、デジタルカメラで撮影した画像データを記憶したメモリを挿入して画像データを取り込み、取り込んだ画像データを表示部９７０３に表示させることができる。
【０３４３】
また、デジタルフォトフレーム９７００は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、所望の画像データを取り込み、表示させる構成とすることもできる。
【０３４４】
図１９（Ａ）は携帯型遊技機であり、筐体９８８１と筐体９８９１の２つの筐体で構成されており、連結部９８９３により、開閉可能に連結されている。筐体９８８１には表示部９８８２が組み込まれ、筐体９８９１には表示部９８８３が組み込まれている。また、図１９（Ａ）に示す携帯型遊技機は、その他、スピーカ部９８８４、記録媒体挿入部９８８６、ＬＥＤランプ９８９０、入力手段（操作キー９８８５、接続端子９８８７、センサ９８８８（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、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの）、マイクロフォン９８８９）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、少なくとも本発明に係る半導体装置を備えた構成であればよく、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（Ａ）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又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（Ａ）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。
【０３４５】
図１９（Ｂ）は大型遊技機であるスロットマシン９９００の一例を示している。スロットマシン９９００は、筐体９９０１に表示部９９０３が組み込まれている。また、スロットマシン９９００は、その他、スタートレバーやストップスイッチなどの操作手段、コイン投入口、スピーカなどを備えている。もちろん、スロットマシン９９００の構成は上述のものに限定されず、少なくとも本発明に係る半導体装置を備えた構成であればよく、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。
【０３４６】
図２０（Ａ）は、携帯電話機１０００の一例を示している。携帯電話機１０００は、筐体１００１に組み込まれた表示部１００２の他、操作ボタン１００３、外部接続ポート１００４、スピーカ１００５、マイク１００６などを備えている。
【０３４７】
図２０（Ａ）に示す携帯電話機１０００は、表示部１００２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１００２を指などで触れることにより行うことができる。
【０３４８】
表示部１００２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。
【０３４９】
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１００２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１００２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。
【０３５０】
また、携帯電話機１０００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１０００の向き（縦か横か）を判断して、表示部１００２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。
【０３５１】
また、画面モードの切り替えは、表示部１００２を触れること、又は筐体１００１の操作ボタン１００３の操作により行われる。また、表示部１００２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。
【０３５２】
また、入力モードにおいて、表示部１００２の光センサで検出される信号を検知し、表示部１００２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。
【０３５３】
表示部１００２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１００２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。
【０３５４】
図２０（Ｂ）も携帯電話機の一例である。図２０（Ｂ）の携帯電話機は、筐体９４１１に、表示部９４１２、及び操作ボタン９４１３を含む表示装置９４１０と、筐体９４０１に操作ボタン９４０２、外部入力端子９４０３、マイク９４０４、スピーカ９４０５、及び着信時に発光する発光部９４０６を含む通信装置９４００とを有しており、表示機能を有する表示装置９４１０は電話機能を有する通信装置９４００と矢印の２方向に脱着可能である。よって、表示装置９４１０と通信装置９４００の短軸同士を取り付けることも、表示装置９４１０と通信装置９４００の長軸同士を取り付けることもできる。また、表示機能のみを必要とする場合、通信装置９４００より表示装置９４１０を取り外し、表示装置９４１０を単独で用いることもできる。通信装置９４００と表示装置９４１０とは無線通信又は有線通信により画像又は入力情報を授受することができ、それぞれ充電可能なバッテリーを有する。
【０３５５】
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成を適宜組み合わせて用いることができることとする。
【符号の説明】
【０３５６】
１０ パルス出力回路
１１ 配線
１２ 配線
１３ 配線
１４ 配線
１５ 配線
１６ 配線
１７ 配線
２１ 入力端子
２２ 入力端子
２３ 入力端子
２４ 入力端子
２５ 入力端子
２６ 出力端子
２７ 出力端子
３１ トランジスタ
３２ トランジスタ
３３ トランジスタ
３４ トランジスタ
３５ トランジスタ
３６ トランジスタ
３７ トランジスタ
３８ トランジスタ
３９ トランジスタ
４０ トランジスタ
４１ トランジスタ
５１ 電源線
５２ 電源線
５３ 電源線
６１ 期間
６２ 期間
１００ 基板
１０１ ターゲット
１０２ ゲート絶縁層
１０２ａ ゲート絶縁層
１０２ｂ ゲート絶縁層
１０３ 酸化物半導体膜
１０４ バッキングプレート
１０７ 酸化物絶縁膜
１０８ 保護絶縁層
１１０ カソード部
１１１ａ ゲート電極
１１１ｂ ゲート配線層
１１３ 酸化物半導体層
１１５ａ 配線層
１１５ｂ 配線層
１１５ｃ 配線層
１２０ シール部
１２３ 酸化物半導体層
１２８ コンタクトホール
１３０ 処理室
１３２ 絶縁体
１３４ シールド
１４０ 温度調整機構
１４２ 熱媒
１５０ 基板
１５１ 薄膜トランジスタ
１６０ ステージ
１７０ フランジ
２００ ターゲット
２０４ シリンダ
２０７ 酸化物絶縁膜
２１０ カソード部
２２０ シール部
２３０ 外壁
２３２ 窓
２４０ 温度調整機構
２４２ 熱媒
２４４ 接続部
２５０ 基板
２６０ ステージ
２７０ 回転機構
２８０ 光源
５８０ 基板
５８１ 薄膜トランジスタ
５８３ 絶縁層
５８５ 絶縁層
５８７ 電極層
５８８ 電極層
５８９ 球形粒子
５９０ａ 黒色領域
５９０ｂ 白色領域
５９４ キャビティ
５９６ 基板
５９５ 充填材
１０００ 携帯電話機
１００１ 筐体
１００２ 表示部
１００３ 操作ボタン
１００４ 外部接続ポート
１００５ スピーカ
１００６ マイク
２０００ 成膜装置
２１００ 搬送室
２１０１ 搬送機構
２１１０ ローダー室
２１１１ カセット
２１２０ アンローダー室
２１２１ カセット
２２００ 搬送室
２２０１ 搬送機構
２２０５ 排気手段
２２１０ 処理室
２２１５ 排気手段
２２２０ 処理室
２２２１ 基板加熱機構
２２２５ 排気手段
２２３０ 処理室
２２３１ スパッタリング装置
２２３２ ターゲット
２２３５ 排気手段
２２４０ 処理室
２２４１ 基板冷却機構
２２４５ 排気手段
２６００ ＴＦＴ基板
２６０１ 対向基板
２６０２ シール材
２６０３ 画素部
２６０４ 表示素子
２６０５ 着色層
２６０６ 偏光板
２６０７ 偏光板
２６０８ 配線回路部
２６０９ フレキシブル配線基板
２６１０ 冷陰極管
２６１１ 反射板
２６１２ 回路基板
２６１３ 拡散板
２６３１ ポスター
２６３２ 車内広告
２７００ 電子書籍
２７０１ 筐体
２７０３ 筐体
２７０５ 表示部
２７０７ 表示部
２７１１ 軸部
２７２１ 電源
２７２３ 操作キー
２７２５ スピーカ
４００１ 基板
４００２ 画素部
４００３ 信号線駆動回路
４００４ 走査線駆動回路
４００５ シール材
４００６ 基板
４００８ 液晶層
４０１０ 薄膜トランジスタ
４０１１ 薄膜トランジスタ
４０１３ 液晶素子
４０１５ 接続端子電極
４０１６ 端子電極
４０１８ ＦＰＣ
４０１９ 異方性導電膜
４０２０ 絶縁層
４０２１ 絶縁層
４０３０ 画素電極層
４０３１ 対向電極層
４０３２ 絶縁層
４０４０ 導電層
４５０１ 基板
４５０２ 画素部
４５０３ａ 信号線駆動回路
４５０４ａ 走査線駆動回路
４５０５ シール材
４５０６ 基板
４５０７ 充填材
４５０９ 薄膜トランジスタ
４５１０ 薄膜トランジスタ
４５１１ 発光素子
４５１２ 電界発光層
４５１３ 電極層
４５１５ 接続端子電極
４５１６ 端子電極
４５１７ 電極層
４５１８ａ ＦＰＣ
４５１９ 異方性導電膜
４５２０ 隔壁
４５４０ 導電層
４５４４ 絶縁層
５３００ 基板
５３０１ 画素部
５３０２ 走査線駆動回路
５３０３ 走査線駆動回路
５３０４ 信号線駆動回路
５３０５ タイミング制御回路
５６０１ シフトレジスタ
５６０２ スイッチング回路
５６０３ 薄膜トランジスタ
５６０４ 配線
５６０５ 配線
６４００ 画素
６４０１ スイッチング用トランジスタ
６４０２ 駆動用トランジスタ
６４０３ 容量素子
６４０４ 発光素子
６４０５ 信号線
６４０６ 走査線
６４０７ 電源線
６４０８ 共通電極
７００１ ＴＦＴ
７００２ 発光素子
７００３ 電極
７００４ ＥＬ層
７００５ 電極
７００８ 電極
７００９ 隔壁
７０１０ 基板
７０１１ 駆動用ＴＦＴ
７０１２ 発光素子
７０１３ 電極
７０１４ ＥＬ層
７０１５ 電極
７０１６ 遮蔽膜
７０１７ 導電膜
７０１９ 隔壁
７０２０ 基板
７０２１ 駆動用ＴＦＴ
７０２２ 発光素子
７０２３ 電極
７０２４ ＥＬ層
７０２５ 電極
７０２６ 電極
７０２７ 導電膜
７０２９ 隔壁
７０３０ 基板
７０３１ ゲート絶縁層
７０３２ａ 酸化物絶縁層
７０３２ｂ 絶縁層
７０３３ カラーフィルタ層
７０３４ オーバーコート層
７０３５ 保護絶縁層
７０４０ 基板
７０４１ ゲート絶縁層
７０４２ 絶縁層
７０４２ａ 酸化物絶縁層
７０４２ｂ 絶縁層
７０４３ カラーフィルタ層
７０４４ オーバーコート層
７０４５ 保護絶縁層
７０５２ａ 酸化物絶縁層
７０５２ｂ 保護絶縁層
７０５３ 絶縁層
７０５５ 絶縁層
９４００ 通信装置
９４０１ 筐体
９４０２ 操作ボタン
９４０３ 外部入力端子
９４０４ マイク
９４０５ スピーカ
９４０６ 発光部
９４１０ 表示装置
９４１１ 筐体
９４１２ 表示部
９４１３ 操作ボタン
９６００ テレビジョン装置
９６０１ 筐体
９６０３ 表示部
９６０５ スタンド
９６０７ 表示部
９６０９ 操作キー
９６１０ リモコン操作機
９７００ デジタルフォトフレーム
９７０１ 筐体
９７０３ 表示部
９８８１ 筐体
９８８２ 表示部
９８８３ 表示部
９８８４ スピーカ部
９８８５ 入力手段（操作キー）
９８８６ 記録媒体挿入部
９８８７ 接続端子
９８８８ センサ
９８８９ マイクロフォン
９８９０ ＬＥＤランプ
９８９１ 筐体
９８９３ 連結部
９９００ スロットマシン
９９０１ 筐体
９９０３ 表示部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にゲート電極を形成し、
前記ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜を介して前記ゲート電極上に酸化物半導体層を形成し、
前記酸化物半導体層に接して、端部を前記ゲート電極上に重畳するソース電極、及びドレイン電極を形成し、
前記ソース電極、及びドレイン電極間の酸化物半導体層を覆う酸化物絶縁膜を形成する酸化物半導体素子の作製方法であって、
減圧状態に保持されたチャンバー内に前記基板を保持し、
前記チャンバー内の残留水分を除去しつつ、水素及び水分が除去されたスパッタガスを導入し、
前記チャンバー内に設けられた金属酸化物を含むターゲットを室温以上６００℃以下に加熱しながら前記ゲート絶縁膜上に酸化物半導体層を形成することを特徴とする酸化物半導体素子の作製方法。
【請求項２】
請求項１において、クライオポンプを用いて排気することで残留水分を除去することを特徴とする酸化物半導体素子の作製方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記金属酸化物ターゲットは、エネルギーギャップが２ｅＶ以上、４．５ｅＶ以下である金属酸化物を主成分として含むことを特徴とする酸化物半導体素子の作製方法。
【請求項４】
請求項１または請求項２において、前記金属酸化物ターゲットは、インジウム、ガリウム、亜鉛を含む金属酸化物であることを特徴とする酸化物半導体素子の作製方法。
【請求項５】
チャンバー内にターゲットを有し、
前記チャンバー内の残留水分を除去する排気装置と、
前記ターゲットを加熱する加熱機構を有し、
前記ターゲットはエネルギーギャップが２ｅＶ以上、４．５ｅＶ以下である金属酸化物を主成分として含み、
前記ターゲットのプラズマが衝突しない面を加熱するスパッタリング装置。
【請求項６】
チャンバー内に回転軸に固定されたターゲットを有し、
前記チャンバー内の残留水分を除去する排気装置を有し、
回転する前記ターゲットに光を照射して前記ターゲットを加熱する加熱機構を有するスパッタリング装置。
【請求項７】
請求項６において、前記光が基板を透過することなくターゲットを照射することを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項１】
基板上にゲート電極を形成し、
前記ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜を介して前記ゲート電極上に酸化物半導体層を形成し、
前記酸化物半導体層に接して、端部を前記ゲート電極上に重畳するソース電極、及びドレイン電極を形成し、
前記ソース電極、及びドレイン電極間の酸化物半導体層を覆う酸化物絶縁膜を形成する酸化物半導体素子の作製方法であって、
減圧状態に保持されたチャンバー内に前記基板を保持し、
前記チャンバー内の残留水分を除去しつつ、水素及び水分が除去されたスパッタガスを導入し、
前記チャンバー内に設けられた金属酸化物を含むターゲットを室温以上６００℃以下に加熱しながら前記ゲート絶縁膜上に酸化物半導体層を形成することを特徴とする酸化物半導体素子の作製方法。
【請求項２】
請求項１において、クライオポンプを用いて排気することで残留水分を除去することを特徴とする酸化物半導体素子の作製方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記金属酸化物ターゲットは、エネルギーギャップが２ｅＶ以上、４．５ｅＶ以下である金属酸化物を主成分として含むことを特徴とする酸化物半導体素子の作製方法。
【請求項４】
請求項１または請求項２において、前記金属酸化物ターゲットは、インジウム、ガリウム、亜鉛を含む金属酸化物であることを特徴とする酸化物半導体素子の作製方法。
【請求項５】
チャンバー内にターゲットを有し、
前記チャンバー内の残留水分を除去する排気装置と、
前記ターゲットを加熱する加熱機構を有し、
前記ターゲットはエネルギーギャップが２ｅＶ以上、４．５ｅＶ以下である金属酸化物を主成分として含み、
前記ターゲットのプラズマが衝突しない面を加熱するスパッタリング装置。
【請求項６】
チャンバー内に回転軸に固定されたターゲットを有し、
前記チャンバー内の残留水分を除去する排気装置を有し、
回転する前記ターゲットに光を照射して前記ターゲットを加熱する加熱機構を有するスパッタリング装置。
【請求項７】
請求項６において、前記光が基板を透過することなくターゲットを照射することを特徴とするスパッタリング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１１−１１９７２０（Ｐ２０１１−１１９７２０Ａ）
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４８５１７（Ｐ２０１０−２４８５１７）
【出願日】平成２２年１１月５日（２０１０．１１．５）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月５日（２０１０．１１．５）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
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