半導体装置およびその作製方法

【課題】配線間の寄生容量を十分に低減できる構成を備えた半導体装置を提供することを課題の一とする。
【解決手段】酸化物半導体層を用いるボトムゲート構造の薄膜トランジスタにおいて、ゲート電極層と重なる酸化物半導体層の一部上に接するチャネル保護層となる酸化物絶縁層を形成し、該酸化物絶縁層の形成時に酸化物半導体層の積層の周縁部（側面を含む）を覆う酸化物絶縁層を形成する。また、チャネル保護層に重ならないようにソース電極層及びドレイン電極層を形成し、ソース電極層及びドレイン電極層上の絶縁層が酸化物半導体層と接する構成とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
酸化物半導体を用いる半導体装置及びその作製方法に関する。
【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、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。
【背景技術】
【０００３】
近年、絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜（厚さ数〜数百ｎｍ程度）を用いて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を構成する技術が注目されている。薄膜トランジスタはＩＣや電気光学装置のような電子デバイスに広く応用され、特に画像表示装置のスイッチング素子として開発が急がれている。金属酸化物は多様に存在しさまざまな用途に用いられている。酸化インジウムはよく知られた材料であり、液晶ディスプレイなどで必要とされる透明電極材料として用いられている。
【０００４】
金属酸化物の中には半導体特性を示すものがある。半導体特性を示す金属酸化物としては、例えば、酸化タングステン、酸化錫、酸化インジウム、酸化亜鉛などがあり、このような半導体特性を示す金属酸化物をチャネル形成領域とする薄膜トランジスタが既に知られている（特許文献１及び特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
絶縁表面上に複数の薄膜トランジスタを作製する場合、例えばゲート配線とソース配線とで交差する部分がある。交差する部分には、ゲート配線と、該ゲート配線と電位が異なるソース配線の間に絶縁層が設けられ、該絶縁層が誘電体となって容量が形成される。この容量は、配線間の寄生容量とも呼ばれ、信号波形のなまりが生じる恐れがある。また、寄生容量が大きいと信号の伝達が遅くなる恐れがある。
【０００７】
また、寄生容量の増加は、配線間で電気信号が漏れてしまうクロストーク現象や、消費電力の増大に繋がる。
【０００８】
また、アクティブマトリクス型の表示装置において、特に映像信号を供給する信号配線と、他の配線または電極との間に大きな寄生容量が形成されると、表示品質が低下する恐れがある。
【０００９】
また、回路の微細化を図る場合においても、配線間隔が狭くなり、配線間の寄生容量が増加する恐れがある。
【００１０】
本発明の一態様は、配線間の寄生容量を十分に低減できる構成を備えた半導体装置を提供することを課題の一とする。
【００１１】
また、絶縁表面上に複数の異なる回路を形成する場合、例えば、画素部と駆動回路を同一基板上に形成する場合には、画素部に用いる薄膜トランジスタは、優れたスイッチング特性、例えばオンオフ比が大きいことが要求され、駆動回路に用いる薄膜トランジスタには動作速度が速いことが要求される。特に、表示装置の精細度が高精細であればあるほど、表示画像の書き込み時間が短くなるため、駆動回路に用いる薄膜トランジスタは速い動作速度とすることが好ましい。
【００１２】
また、複雑な工程となることを防ぎ、製造コストの増大を防いで同一基板上に複数種の回路を形成し、複数種の回路の特性にそれぞれ合わせた複数種の薄膜トランジスタを備えた半導体装置を提供することも課題の一とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
ボトムゲート構造の薄膜トランジスタにおいて、ゲート電極層と重なる酸化物半導体層の一部に接するチャネル保護層となる酸化物絶縁層を形成し、その酸化物絶縁層の形成時に酸化物半導体層の周縁部（側面を含む）を覆う酸化物絶縁層を形成する。
【００１４】
酸化物半導体層の周縁部（側面を含む）を覆う酸化物絶縁層は、ゲート電極層と、その上方または周辺に形成される配線層（ソース配線層や容量配線層など）との距離を大きくし、寄生容量の低減を図る。酸化物半導体層の周縁部を覆う酸化物絶縁層は、チャネル保護層と同一工程で形成されるため、工程数の増加なく、寄生容量を低減できる。
【００１５】
酸化物半導体層の周縁部（側面を含む）を覆う酸化物絶縁層は、寄生容量を低減することができ、信号波形のなまりを抑制することができる。
【００１６】
なお、寄生容量を低減するためには配線間に挟む酸化物絶縁層として、誘電率の小さな絶縁材料を用いることが好ましい。
【００１７】
本明細書で開示する本発明の一態様は、絶縁表面上にゲート電極層と、該ゲート電極層上にゲート絶縁層と、該ゲート絶縁層上に酸化物半導体層と、該酸化物半導体層上に酸化物絶縁層と、該酸化物絶縁層上にソース電極層またはドレイン電極層と、ソース電極層またはドレイン電極層上に絶縁層とを有し、酸化物半導体層は、酸化物絶縁層と接する第１の領域と、ソース電極層またはドレイン電極層と接する第２の領域と、絶縁層と接する第３の領域と、を有し、第１の領域のうち、ゲート電極層とゲート絶縁層を介して重なる領域がチャネル形成領域であり、チャネル形成領域と第２の領域との間に第３の領域を有する半導体装置である。
【００１８】
上記構成は、上記課題の少なくとも一つを解決する。
【００１９】
Ｔｉなどの金属電極からなるドレイン電極層は、酸化物半導体層上面の一部と接し、ドレイン電極層と重なる酸素欠乏型である高抵抗ドレイン領域（ＨＲＤ（ＨｉｇｈＲｅｓｉｓｔａｎｃｅＤｒａｉｎ）領域とも呼ぶ）が形成される。また、ソース電極層は、酸化物半導体層上面の一部と接し、ソース電極層と重なる酸素欠乏型である高抵抗ソース領域（ＨＲＳ（ＨｉｇｈＲｅｓｉｓｔａｎｃｅＳｏｕｒｃｅ）領域とも呼ぶ）が形成される。
【００２０】
また、ソース電極層及びドレイン電極層は、酸化物半導体層のチャネル形成領域と重なっていない構成となっており、ゲート電極層とゲート絶縁層を介して重なる領域の面積も極めて小さく、或いは、ゲート電極層と重なる領域がないため、寄生容量も低減されている。また、チャネル保護層として機能する酸化物絶縁層の幅よりも、ソース電極層の側面と、該側面に向かい合うドレイン電極層の側面との間隔距離のほうが広い。薄膜トランジスタの動作速度を高速化するため、チャネル保護層として機能する酸化物絶縁層の幅（チャネル長方向の幅）を小さく設計しようとすると、ソース電極層の側面と、該側面に向かい合うドレイン電極層の側面との間隔距離も小さくなり、ソース電極層とドレイン電極層が短絡する恐れがあるため、間隔距離を広くすることは有用である。
【００２１】
また、上記構成において、チャネル保護層として機能する酸化物絶縁層はスパッタ法を用いる無機絶縁膜を用い、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膜などを用いる。
【００２２】
上記構成において、酸化物半導体層は、酸化物半導体層の上面において、酸化物絶縁層、ドレイン電極層、及びソース電極層と重ならない領域、即ち第３の領域がある。この第３の領域のチャネル長方向の幅は、酸化物半導体層のパターニング位置と、ドレイン電極層及びソース電極層のパターニング位置とによって決められる。この第３の領域のチャネル長方向の幅は、広くすれば、薄膜トランジスタのオフ電流の低減を図ることができる。また、この第３の領域のチャネル長方向の幅は、狭くすれば、薄膜トランジスタの動作速度の高速化を図ることができる。
【００２３】
また、第３の領域と接する絶縁層もスパッタ法を用いる無機絶縁膜を用い、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膜などを用いる。なお、第３の領域と接する絶縁層をチャネル保護層として機能する酸化物絶縁層と同じ材料を用いた場合、チャネル保護層として機能する酸化物絶縁層を第１の酸化物絶縁層と呼べ、第３の領域と接する絶縁層は第２の酸化物絶縁層と呼べ、第１の酸化物半導体層と第２の酸化物絶縁層の境界が不明瞭となる。
【００２４】
なお、酸化物半導体層としては、例えば、ＩｎＭＯ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｍ＞０）で表記される薄膜を形成し、その薄膜を酸化物半導体層として用いた薄膜トランジスタを作製する。なお、Ｍは、Ｇａ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ及びＣｏから選ばれた一の金属元素または複数の金属元素を示す。例えばＭとして、Ｇａの場合があることの他、ＧａとＮｉまたはＧａとＦｅなど、Ｇａ以外の上記金属元素が含まれる場合がある。また、上記酸化物半導体において、Ｍとして含まれる金属元素の他に、不純物元素としてＦｅ、Ｎｉその他の遷移金属元素、または該遷移金属の酸化物が含まれているものがある。本明細書においては、ＩｎＭＯ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｍ＞０）で表記される構造の酸化物半導体層のうち、ＭとしてＧａを含む構造の酸化物半導体をＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体とよび、その薄膜をＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜とも呼ぶ。
【００２５】
また、酸化物半導体層に適用する金属酸化物として上記の他にも、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｏ系の金属酸化物を適用することができる。また上記金属酸化物からなる酸化物半導体層に酸化珪素を含ませてもよい。
【００２６】
また上記構成において、ソース電極層及びドレイン電極層は、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、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を用いる。ソース電極層及びドレイン電極層は、上述した元素を含む単層に限定されず、二層以上の積層を用いることができる。
【００２７】
また、上記構造を実現するための本発明の一態様は、絶縁表面を有する基板上にゲート電極層を形成し、該ゲート電極層上にゲート絶縁層を形成し、該ゲート絶縁層上に酸化物半導体層を形成し、該酸化物半導体層を脱水化または脱水素化した後、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、該酸化物半導体層の一部と接し、且つ、酸化物半導体層の周縁及び側面を覆う酸化物絶縁層を形成し、該酸化物絶縁層上にソース電極層及びドレイン電極層を形成し、酸化物絶縁層、ソース電極層、ドレイン電極層、及び酸化物半導体層と接する絶縁層を形成する半導体装置の作製方法である。
【００２８】
脱水化または脱水素化は、窒素、または希ガス（アルゴン、ヘリウムなど）の不活性気体雰囲気下での４００℃以上基板の歪み点未満、好ましくは４２０℃以上５７０℃以下の加熱処理であり、酸化物半導体層の含有水分などの不純物を低減する。
【００２９】
窒素、または希ガス（アルゴン、ヘリウムなど）の不活性気体雰囲気下での加熱処理を行った場合、酸化物半導体層は加熱処理により酸素欠乏型となって低抵抗化、即ちＮ型化（Ｎ⁻化など）させ、その後、酸化物半導体層に接する酸化物絶縁膜の形成や、形成後に加熱処理を行うことにより酸化物半導体層を酸素過剰な状態とすることで高抵抗化、即ちＩ型化させているとも言える。また、酸化物半導体層を酸素過剰な状態とする固相酸化を行っているとも呼べる。これにより、電気特性が良好で信頼性のよい薄膜トランジスタを有する半導体装置を作製し、提供することが可能となる。
【００３０】
脱水化または脱水素化を行った酸化物半導体層は、脱水化または脱水素化後の酸化物半導体層に対してＴＤＳで４５０℃まで測定を行っても水の２つのピーク、少なくとも３００℃付近に現れる１つのピークは検出されない程度の熱処理条件とする。従って、脱水化または脱水素化が行われた酸化物半導体層を用いた薄膜トランジスタに対してＴＤＳで４５０℃まで測定を行っても少なくとも３００℃付近に現れる水のピークは検出されない。
【００３１】
そして、酸化物半導体層に対して脱水化または脱水素化を行う加熱温度Ｔから温度を下げる際、脱水化または脱水素化を行った同じ炉を用いて大気に触れさせないことで、水または水素が再び混入させないことが重要である。脱水化または脱水素化を行い、酸化物半導体層を低抵抗化、即ちＮ型化（Ｎ⁻など）させた後、高抵抗化させてＩ型とした酸化物半導体層を用いて薄膜トランジスタを作製すると、薄膜トランジスタのしきい値電圧値をプラスとすることができ、所謂ノーマリーオフのスイッチング素子を実現できる。薄膜トランジスタのゲート電圧が０Ｖにできるだけ近い正のしきい値電圧でチャネルが形成されることが半導体装置（表示装置）には望ましい。なお、薄膜トランジスタのしきい値電圧値がマイナスであると、ゲート電圧が０Ｖでもソース電極とドレイン電極の間に電流が流れる、所謂ノーマリーオンとなりやすい。アクティブマトリクス型の表示装置においては、回路を構成する薄膜トランジスタの電気特性が重要であり、この電気特性が表示装置の性能を左右する。特に、薄膜トランジスタの電気特性のうち、しきい値電圧（Ｖｔｈ）が重要である。電界効果移動度が高くともしきい値電圧値が高い、或いはしきい値電圧値がマイナスであると、回路として制御することが困難である。しきい値電圧値が高く、しきい値電圧の絶対値が大きい薄膜トランジスタの場合には、駆動電圧が低い状態ではＴＦＴとしてのスイッチング機能を果たすことができず、負荷となる恐れがある。ｎチャネル型の薄膜トランジスタの場合、ゲート電圧に正の電圧を印加してはじめてチャネルが形成されて、ドレイン電流が流れ出すトランジスタが望ましい。駆動電圧を高くしないとチャネルが形成されないトランジスタや、負の電圧状態でもチャネルが形成されてドレイン電流が流れるトランジスタは、回路に用いる薄膜トランジスタとしては不向きである。
【００３２】
また、加熱温度Ｔから下げるガス雰囲気は、加熱温度Ｔまで昇温したガス雰囲気と異なるガス雰囲気に切り替えてもよい。例えば、脱水化または脱水素化を行った同じ炉で大気に触れさせることなく、炉の中を高純度の酸素ガスまたはＮ_２Ｏガス、超乾燥エア（露点が−４０℃以下、好ましくは−６０℃以下）で満たして冷却を行う。
【００３３】
脱水化または脱水素化を行う加熱処理によって膜中の含有水分を低減させた後、水分を含まない雰囲気（露点が−４０℃以下、好ましくは−６０℃以下）下で徐冷（または冷却）した酸化物半導体膜を用いて、薄膜トランジスタの電気特性を向上させるとともに、量産性と高性能の両方を備えた薄膜トランジスタを実現する。
【００３４】
本明細書では、窒素、または希ガス（アルゴン、ヘリウムなど）の不活性気体雰囲気下での加熱処理を脱水化または脱水素化のための加熱処理と呼ぶ。本明細書では、この加熱処理によってＨ_２として脱離させていることのみを脱水素化と呼んでいるわけではなく、Ｈ、ＯＨなどを脱離することを含めて脱水化または脱水素化と便宜上呼ぶこととする。
【００３５】
窒素、または希ガス（アルゴン、ヘリウムなど）の不活性気体雰囲気下での加熱処理を行った場合、酸化物半導体層は加熱処理により酸素欠乏型となって低抵抗化、即ちＮ型化（Ｎ⁻化など）させる。
【００３６】
また、ドレイン電極層と重なる酸素欠乏型である高抵抗ドレイン領域（ＨＲＤ領域とも呼ぶ）が形成される。また、ソース電極層と重なる酸素欠乏型である高抵抗ソース領域（ＨＲＳ領域とも呼ぶ）が形成される。
【００３７】
具体的には、高抵抗ドレイン領域のキャリア濃度は、１×１０^１８／ｃｍ^３以上の範囲内であり、少なくともチャネル形成領域のキャリア濃度（１×１０^１８／ｃｍ^３未満）よりも高い領域である。なお、本明細書のキャリア濃度は、室温にてＨａｌｌ効果測定から求めたキャリア濃度の値を指す。
【００３８】
そして、脱水化または脱水素化した酸化物半導体層の少なくとも一部を酸素過剰な状態とすることで、さらに高抵抗化、即ちＩ型化させてチャネル形成領域を形成する。なお、脱水化または脱水素化した酸化物半導体層を酸素過剰な状態とする処理としては、脱水化または脱水素化した酸化物半導体層に接する酸化物絶縁膜のスパッタ法の成膜、または酸化物絶縁膜成膜後の加熱処理、または酸化物絶縁膜成膜後の酸素を含む雰囲気での加熱処理、または酸化物絶縁膜成膜後の不活性ガス雰囲気下で加熱した後に酸素雰囲気で冷却する処理、または酸化物絶縁膜成膜後の不活性ガス雰囲気下で加熱した後に超乾燥エア（露点が−４０℃以下、好ましくは−６０℃以下）で冷却する処理などによって行う。
【００３９】
また、脱水化または脱水素化した酸化物半導体層の少なくとも一部（ゲート電極層と重なる部分）をチャネル形成領域とするため、選択的に酸素過剰な状態とすることで、高抵抗化、即ちＩ型化させることもできる。
【００４０】
これにより、電気特性が良好で信頼性のよい薄膜トランジスタを有する半導体装置を作製し、提供することが可能となる。
【００４１】
なお、ドレイン電極層と重畳した酸化物半導体層において高抵抗ドレイン領域を形成することにより、駆動回路を形成した際の信頼性の向上を図ることができる。具体的には、高抵抗ドレイン領域を形成することで、ドレイン電極層から高抵抗ドレイン領域、チャネル形成領域にかけて、導電性を段階的に変化させうるような構造とすることができる。そのため、ドレイン電極層に高電源電位ＶＤＤを供給する配線に接続して動作させる場合、ゲート電極層とドレイン電極層との間に高電界が印加されても高抵抗ドレイン領域がバッファとなり局所的な高電界が印加されず、トランジスタの耐圧を向上させた構成とすることができる。
【００４２】
また、ドレイン電極層（及びソース電極層）と重畳した酸化物半導体層において高抵抗ドレイン領域を形成することにより、駆動回路を形成した際のチャネル形成領域でのリーク電流の低減を図ることができる。具体的には、高抵抗ドレイン領域を形成することで、ドレイン電極層とソース電極層との間に流れるトランジスタのリーク電流の経路として、ドレイン電極層、ドレイン電極層側の高抵抗ドレイン領域、チャネル形成領域、ソース電極層側の高抵抗ソース領域、ソース電極層の順となる。このときチャネル形成領域では、ドレイン電極層側の高抵抗ドレイン領域よりチャネル形成領域に流れるリーク電流を、トランジスタがオフ時に高抵抗となるゲート絶縁層とチャネル形成領域の界面近傍に集中させることができ、バックチャネル部（ゲート電極層から離れているチャネル形成領域の表面の一部）でのリーク電流を低減することができる。
【００４３】
また、駆動回路を有する表示装置としては、液晶表示装置の他に、発光素子を用いた発光表示装置や、電気泳動表示素子を用いた電子ペーパーとも称される表示装置が挙げられる。
【００４４】
発光素子を用いた発光表示装置においては、画素部に複数の薄膜トランジスタを有し、画素部においてもある薄膜トランジスタのゲート電極と他のトランジスタのソース配線、或いはドレイン配線を接続させる箇所を有している。また、発光素子を用いた発光表示装置の駆動回路においては、薄膜トランジスタのゲート電極とその薄膜トランジスタのソース配線、或いはドレイン配線を接続させる箇所を有している。
【００４５】
また、薄膜トランジスタは静電気などにより破壊されやすいため、ゲート線またはソース線に対して、画素部の薄膜トランジスタの保護用の保護回路を同一基板上に設けることが好ましい。保護回路は、酸化物半導体層を用いた非線形素子を用いて構成することが好ましい。
【００４６】
なお、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。
【発明の効果】
【００４７】
酸化物半導体層の周縁部を酸化物絶縁層で覆い寄生容量の低減された薄膜トランジスタを作製することができる。また、ソース電極層とドレイン電極層の間隔距離を離すことにより、オフ電流を低減させた薄膜トランジスタを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一態様を示す平面図及び断面図である。
【図２】本発明の一態様を示す工程断面図である。
【図３】本発明の一態様を示す断面図である。
【図４】本発明の一態様を示す断面図及び上面図である。
【図５】本発明の一態様を示す断面図及び上面図である。
【図６】本発明の一態様を示す断面図である。
【図７】本発明の一態様を示す平面図及び断面図である。
【図８】本発明の一態様を示す工程断面図である。
【図９】半導体装置を説明する図。
【図１０】半導体装置を説明する図。
【図１１】半導体装置を説明する図。
【図１２】半導体装置の画素等価回路を説明する図。
【図１３】半導体装置を説明する図。
【図１４】半導体装置のブロック図を説明する図。
【図１５】信号線駆動回路の構成を説明する図及び動作を説明するタイミングチャート。
【図１６】シフトレジスタの構成を示す回路図。
【図１７】シフトレジスタの動作を説明する図とタイミングチャート。
【図１８】半導体装置を説明する図。
【図１９】半導体装置を説明する図。
【図２０】電子書籍の一例を示す外観図。
【図２１】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２２】遊技機の例を示す外観図。
【図２３】携帯型のコンピュータ及び携帯電話機の一例を示す外観図。
【図２４】半導体装置を説明する図。
【図２５】半導体装置を説明する図。
【図２６】半導体装置を説明する図。
【図２７】半導体装置を説明する図。
【図２８】半導体装置を説明する図。
【図２９】半導体装置を説明する図。
【図３０】半導体装置を説明する図。
【図３１】半導体装置を説明する図。
【図３２】半導体装置を説明する図。
【図３３】半導体装置を説明する図。
【図３４】半導体装置を説明する図。
【図３５】半導体装置を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００５０】
（実施の形態１）
本実施の形態では、半導体装置及び半導体装置の作製方法の一形態を図１、及び図２を用いて説明する。
【００５１】
また、図１（Ａ）は画素に配置されるチャネル保護型の薄膜トランジスタ４４８の平面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の線Ｄ１−Ｄ２における断面図及び図１（Ａ）の線Ｄ５―Ｄ６における断面図である。また、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）の線Ｄ３−Ｄ４における断面図である。なお、図２（Ｅ）は図１（Ｂ）と同一である。
【００５２】
画素に配置される薄膜トランジスタ４４８はチャネル保護型（チャネルストップ型ともいう）の薄膜トランジスタであり、絶縁表面を有する基板４００上に、ゲート電極層４２１ａ、ゲート絶縁層４０２、チャネル形成領域４２３を含む酸化物半導体層４４２、チャネル保護層として機能する酸化物絶縁層４２６ａ、ソース電極層４２５ａ、及びドレイン電極層４２５ｂを含む。また、薄膜トランジスタ４４８を覆い、酸化物絶縁層４２６ａ、ソース電極層４２５ａ、及びドレイン電極層４２５ｂに接して絶縁層４２８、保護絶縁層４０３、及び平坦化絶縁層４０４が積層して設けられている。平坦化絶縁層４０４上にはドレイン電極層４２５ｂと接する画素電極層４２７が設けられており、薄膜トランジスタ４４８と電気的に接続している。
【００５３】
画素用の薄膜トランジスタ４４８は、ソース電極層と重なる高抵抗ソース領域４２４ａ、ドレイン電極層と重なる高抵抗ドレイン領域４２４ｂ、ソース電極層と重ならない高抵抗ソース領域４２４ｅ、ドレイン電極層と重ならない高抵抗ドレイン領域４２４ｆ、及びチャネル形成領域４２３を含む酸化物半導体層４４２を有している。なお、ソース電極層４２５ａの下面に接して高抵抗ソース領域４２４ａが形成されている。また、ドレイン電極層４２５ｂの下面に接して高抵抗ドレイン領域４２４ｂが形成されている。薄膜トランジスタ４４８は、高電界が印加されても２つの高抵抗ドレイン領域または２つの高抵抗ソース領域がバッファとなり局所的な高電界が印加されず、トランジスタの耐圧を向上させた構成となっている。
【００５４】
また、図１（Ｂ）ではチャネル保護層として機能する酸化物絶縁層４２６ａと、ゲート電極層とがゲート絶縁層を介して重なる酸化物半導体層の領域をチャネル形成領域と呼ぶこととする。従って、薄膜トランジスタ４４８のチャネル長Ｌは、酸化物絶縁層４２６ａのチャネル長方向の幅と等しい。なお、薄膜トランジスタ４４８のチャネル長Ｌは、酸化物絶縁層４２６ａとの界面における長さ、即ち、図１（Ｂ）に示す断面図において酸化物絶縁層４２６ａは台形として示しており、その台形の底辺の長さである。
【００５５】
また、ゲート配線とソース配線の交差する配線交差部は、寄生容量の低減を図るため、ゲート電極層４２１ｂとソース電極層４２５ａとの間にゲート絶縁層４０２と酸化物絶縁層４２６ｂが設けられている。なお、チャネル形成領域４２３と重なる領域の酸化物絶縁層４２６ａと、チャネル形成領域４２３と重ならない領域の酸化物絶縁層４２６ｂとを異なる符号で示しているが、同じ材料、同じ工程で形成される層である。
【００５６】
以下、図２（Ａ）乃至図２（Ｅ）を用い、同一基板上に薄膜トランジスタ４４８と配線交差部を作製する工程を説明する。また、画素部だけでなく駆動回路の薄膜トランジスタを形成してもよく、同じ工程で同一基板上に作製することもできる。
【００５７】
まず、絶縁表面を有する基板４００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層４２１ａ、４２１ｂを形成する。また、画素部にはゲート電極層４２１ａ、４２１ｂと同じ材料、同じ第１のフォトリソグラフィ工程により容量配線層を形成する。また、画素部だけでなく駆動回路も形成する場合、駆動回路に容量が必要な場合には、駆動回路にも容量配線層を形成する。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。
【００５８】
ゲート電極層４２１ａ、４２１ｂ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膜等が挙げられる。また、ゲート電極層４２１ａ、４２１ｂを形成する導電膜として、透光性を有する導電膜を用いてもよく、酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）や酸化インジウム酸化スズ合金（Ｉｎ_２Ｏ_３―ＳｎＯ_２、ＩＴＯと略記する）などを用いることができる。
【００５９】
本明細書において、可視光に対して透光性を有する膜とは可視光の透過率が７５〜１００％である膜厚を有する膜を指し、その膜が導電性を有する場合は透明の導電膜とも呼ぶ。また、ゲート電極層、ソース電極層、ドレイン電極層、画素電極層、またはその他の電極層や、その他の配線層に適用する金属酸化物として、可視光に対して半透明の導電膜を用いてもよい。可視光に対して半透明とは可視光の透過率が５０〜７５％であることを指す。
【００６０】
また、ガラス基板としては、後の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。なお、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、Ｂ_２Ｏ_３よりＢａＯを多く含むガラス基板を用いることが好ましい。
【００６１】
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。
【００６２】
また、下地膜となる絶縁膜を基板４００とゲート電極層４２１ａ、４２１ｂの間に設けてもよい。下地膜は、基板４００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。
【００６３】
次いで、ゲート電極層４２１ａ、４２１ｂ上にゲート絶縁層４０２を形成する。
【００６４】
ゲート絶縁層４０２は、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法等を用いて、酸化珪素層、窒化珪素層、酸化窒化珪素層又は窒化酸化珪素層を単層で又は積層して形成することができる。例えば、成膜ガスとして、ＳｉＨ_４、酸素及び窒素を用いてプラズマＣＶＤ法により酸化窒化珪素層を形成すればよい。ゲート絶縁層４０２の膜厚は、１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下とし、積層の場合は、例えば、膜厚５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の第１のゲート絶縁層と、第１のゲート絶縁層上に膜厚５ｎｍ以上３００ｎｍ以下の第２のゲート絶縁層の積層とする。
【００６５】
本実施の形態では、プラズマＣＶＤ法により窒化珪素層である膜厚２００ｎｍ以下のゲート絶縁層４０２とする。
【００６６】
次いで、ゲート絶縁層４０２上に、膜厚５ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下の酸化物半導体膜４３０を形成する（図２（Ａ）参照。）。酸化物半導体膜４３０の形成後に脱水化または脱水素化のための加熱処理を行っても酸化物半導体膜を非晶質な状態とするため、膜厚を５０ｎｍ以下と薄くすることが好ましい。酸化物半導体膜の膜厚を薄くすることで酸化物半導体層の形成後に加熱処理した場合に、結晶化してしまうのを抑制することができる。
【００６７】
酸化物半導体膜４３０は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体膜を用いる。本実施の形態では、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体ターゲットを用いてスパッタ法により成膜する。また、酸化物半導体膜４３０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形成することができる。また、スパッタ法を用いる場合、ＳｉＯ_２を２重量％以上１０重量％以下含むターゲットを用いて成膜を行い、酸化物半導体膜４３０に結晶化を阻害するＳｉＯ_ｘ（Ｘ＞０）を含ませ、後の工程で行う脱水化または脱水素化のための加熱処理の際に結晶化してしまうのを抑制することが好ましい。
【００６８】
酸化物半導体は、好ましくはＩｎを含有する酸化物半導体、さらに好ましくは、Ｉｎ、及びＧａを含有する酸化物半導体である。酸化物半導体層をＩ型（真性）とするため、脱水化または脱水素化の工程を経ることは有効である。
【００６９】
本実施の形態では、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体膜を用いる。
【００７０】
ここでは、Ｉｎ、Ｇａ、及びＺｎを含む酸化物半導体ターゲット（Ｉｎ_２Ｏ_３：Ｇａ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ数比］）を用いて、基板とターゲットの間との距離を１００ｍｍ、圧力０．２Ｐａ、直流（ＤＣ）電源０．５ｋＷ、アルゴン及び酸素（アルゴン：酸素＝３０ｓｃｃｍ：２０ｓｃｃｍ酸素流量比率４０％）雰囲気下で成膜する。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。Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜の膜厚は、５ｎｍ〜２００ｎｍとする。本実施の形態では、酸化物半導体膜として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体ターゲットを用いてスパッタ法により膜厚２０ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜を成膜する。
【００７１】
スパッタ法には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膜を成膜する場合に用いられる。
【００７２】
また、材料の異なるターゲットを複数設置できる多元スパッタ装置もある。多元スパッタ装置は、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放電させて成膜することもできる。
【００７３】
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スパッタ装置がある。
【００７４】
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。
【００７５】
次いで、酸化物半導体膜４３０を第２のフォトリソグラフィ工程により島状の酸化物半導体層に加工する。また、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。
【００７６】
次いで、酸化物半導体層の脱水化または脱水素化を行う。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℃以上基板の歪み点未満、好ましくは４２５℃以上とする。なお、４２５℃以上であれば加熱処理時間は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。ここでは、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。本実施の形態では、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、アルゴン等の希ガス雰囲気下において脱水化または脱水素化を行う。
【００７７】
なお、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。
【００７８】
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、結晶化し、微結晶膜または多結晶膜となる場合もある。
【００７９】
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４３０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、フォトリソグラフィ工程を行う。
【００８０】
また、酸化物半導体膜４３０の成膜前に、不活性ガス雰囲気（窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等）下、酸素雰囲気下において加熱処理（４００℃以上基板の歪み点未満）を行い、ゲート絶縁層内に含まれる水素及び水などの不純物を除去してもよい。
【００８１】
次いで、ゲート絶縁層４０２、及び酸化物半導体層上に、スパッタ法で酸化物絶縁膜を形成した後、第３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、選択的にエッチングを行って酸化物絶縁層４２６ａ、４２６ｂを形成し、その後レジストマスクを除去する。この段階で、酸化物半導体層は、酸化物絶縁層と接する領域が形成され、この領域のうち、ゲート電極層とゲート絶縁層を介して重なり且つ酸化物絶縁層４２６ａと重なる領域がチャネル形成領域となる。また、酸化物半導体層の周縁及び側面を覆う酸化物絶縁層４２６ｂと重なる領域も形成される。
【００８２】
酸化物絶縁膜は、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。本実施の形態では、酸化物絶縁膜として膜厚３００ｎｍの酸化珪素膜をスパッタリング法を用いて成膜する。成膜時の基板温度は、室温以上３００℃以下とすればよく、本実施の形態では室温とする。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。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る。例えば、珪素ターゲットを用いて、酸素、及び窒素雰囲気下でスパッタリング法により酸化珪素を形成することができる。低抵抗化した酸化物半導体層に接して形成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、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膜などを用いる。
【００８３】
次いで、不活性ガス雰囲気下、または窒素ガス雰囲気下で第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）を行う（図２（Ｂ）参照。）。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、酸化物絶縁層４２６ｂと重なる酸化物半導体層４４２の端部と、酸化物絶縁層４２６ａと重なる酸化物半導体層４４２の一部が酸化物絶縁層と接した状態で加熱される。なお、第２の加熱処理を行うと、酸化物絶縁層と重ならない酸化物半導体層４４２の一部は露出した状態で加熱される。酸化物半導体層４４２が露出している状態で、窒素、または不活性ガス雰囲気下で加熱処理を行うと、酸化物半導体層４４２において露出している高抵抗化された（Ｉ型化された）領域を低抵抗化することができる。また、酸化物絶縁層４２６ａは酸化物半導体層４４２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。
【００８４】
次いで、ゲート絶縁層４０２、酸化物絶縁層４２６ａ、４２６ｂ、及び酸化物半導体層４４２上に、導電膜を形成した後、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、選択的にエッチングを行ってソース電極層４２５ａ、及びドレイン電極層４２５ｂを形成する（図２（Ｃ）参照）。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。導電膜としては、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、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を用いる。導電膜は、上述した元素を含む単層に限定されず、二層以上の積層を用いることができる。本実施の形態では、チタン膜とアルミニウム膜とチタン膜の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。
【００８５】
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が選択的に除去される部分がある。従って、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（３１重量％過酸化水素水：２８重量％アンモニア水：水＝５：２：２）などを用いれば、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。
【００８６】
なお、ソース電極層４２５ａ、ドレイン電極層４２５ｂ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。
【００８７】
次いで、酸化物絶縁層４２６ａ、４２６ｂ、ソース電極層４２５ａ、ドレイン電極層４２５ｂ上に絶縁層４２８と、保護絶縁層４０３を形成する。本実施の形態では、スパッタ法を用いて酸化珪素膜の絶縁層４２８と、窒化珪素膜の保護絶縁層４０３とを積層形成する。
【００８８】
なお、酸化物絶縁層４２６ａと絶縁層４２８を分かりやすく明示するため、図には境界を図示したが、実際にはどちらも同じスパッタ方法の酸化珪素膜であるため不明瞭となる。
【００８９】
ＲＦスパッタ法は、量産性がよいため、保護絶縁層４０３の成膜方法として好ましい。保護絶縁層４０３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、窒化珪素膜、窒化アルミニウム膜、窒化酸化珪素膜、酸化窒化アルミニウム膜などを用いる。勿論、保護絶縁層４０３は透光性を有する絶縁膜である。
【００９０】
次いで、保護絶縁層４０３上に平坦化絶縁層４０４を形成する。平坦化絶縁層４０４としては、ポリイミド、アクリル樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂等の、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、平坦化絶縁層４０４を形成してもよい。
【００９１】
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。
【００９２】
平坦化絶縁層４０４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。
【００９３】
次に、第５のフォトリソグラフィ工程を行い、レジストマスクを形成し、平坦化絶縁層４０４、絶縁層４２８、及び保護絶縁層４０３のエッチングによりドレイン電極層４２５ｂに達するコンタクトホール４４１を形成し、レジストマスクを除去する（図２（Ｄ）参照。）。図２（Ｄ）に示すようにコンタクトホールの下方には酸化物絶縁層４２６ｂが設けられており、コンタクトホールの下方に酸化物絶縁層が設けられていない場合に比べて除去する平坦化絶縁層の膜厚を薄くでき、エッチング時間を短くすることができる。また、コンタクトホールの下方に酸化物絶縁層が設けられていない場合に比べてコンタクトホール４４１の深さを浅くすることができ、コンタクトホール４４１と重なる領域において、後の工程で形成する透光性を有する導電膜のカバレッジを良好なものとすることができる。また、ここでのエッチングによりゲート電極層４２１ｂに達するコンタクトホールも形成する。また、ドレイン電極層４２５ｂに達するコンタクトホール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。
【００９４】
次いで、透光性を有する導電膜を成膜する。透光性を有する導電膜の材料としては、酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）や酸化インジウム酸化スズ合金（Ｉｎ_２Ｏ_３―ＳｎＯ_２、ＩＴＯと略記する）などをスパッタ法や真空蒸着法などを用いて形成する。透光性を有する導電膜の他の材料として、窒素を含ませたＡｌ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜、即ちＡｌ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系非単結晶膜や、Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系非単結晶膜や、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系非単結晶膜を用いてもよい。なお、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系非単結晶膜の亜鉛の組成比（原子％）は、４７原子％以下とし、非単結晶膜中のアルミニウムの組成比（原子％）より大きく、非単結晶膜中のアルミニウムの組成比（原子％）は、非単結晶膜中の窒素の組成比（原子％）より大きい。このような材料のエッチング処理は塩酸系の溶液により行う。しかし、特にＩＴＯのエッチングは残渣が発生しやすいので、エッチング加工性を改善するために酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ_２Ｏ_３―ＺｎＯ）を用いても良い。
【００９５】
なお、透光性を有する導電膜の組成比の単位は原子％とし、電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ：ＥｌｅｃｔｒｏｎＰｒｏｂｅＸ−ｒａｙＭｉｃｒｏＡｎａｌｙｚｅｒ）を用いた分析により評価するものとする。
【００９６】
次に、第６のフォトリソグラフィ工程を行い、レジストマスクを形成し、エッチングにより不要な部分を除去して画素電極層４２７を形成し、レジストマスクを除去する（図２（Ｅ）参照。）。
【００９７】
以上の工程により、６枚のマスクを用いて、同一基板上に薄膜トランジスタ４４８と、寄生容量の低減された配線交差部を作製することができる。画素用の薄膜トランジスタ４４８は、ソース電極層と重なる高抵抗ソース領域４２４ａ、ドレイン電極層と重なる高抵抗ドレイン領域４２４ｂ、ソース電極層と重ならない高抵抗ソース領域４２４ｅ、ドレイン電極層と重ならない高抵抗ドレイン領域４２４ｆ、及びチャネル形成領域４２３を含む酸化物半導体層４４２を含むチャネル保護型薄膜トランジスタである。よって、薄膜トランジスタ４４８は、高電界が印加されても２つの高抵抗ドレイン領域または２つの高抵抗ソース領域がバッファとなり局所的な高電界が印加されず、薄膜トランジスタの耐圧を向上させた構成となっている。また、ソース電極層とドレイン電極層の間隔距離を離すことにより、薄膜トランジスタのオフ電流を低減させた構成となっている。
【００９８】
また、ゲート絶縁層４０２を誘電体とし容量配線層と容量電極とで形成される保持容量も同一基板上に形成することができる。薄膜トランジスタ４４８と保持容量を個々の画素に対応してマトリクス状に配置して画素部を構成し、アクティブマトリクス型の表示装置を作製するための一方の基板とすることができる。本明細書では便宜上このような基板をアクティブマトリクス基板と呼ぶ。
【００９９】
また、同一基板上に駆動回路の薄膜トランジスタを設けることもできる。同一基板上に駆動回路と画素部を形成することによって、駆動回路と外部信号との接続配線が短縮でき、半導体装置の小型化、低コスト化が可能である。
【０１００】
また、図１（Ｂ）に示す画素用の薄膜トランジスタ４４８の酸化物半導体層４４２は、酸化物絶縁層４２６ｂと重なる第１領域４２４ｃ、第２領域４２４ｄを周縁部に有している。酸化物半導体層４４２の周縁部である第１領域４２４ｃ、及び第２領域４２４ｄは、チャネル形成領域４２３と同じ酸素過剰な状態であり、近くに電位の異なる配線や酸化物半導体層が配置された場合にリーク電流の低減や、寄生容量の低減を実現できる。
【０１０１】
特に駆動回路においては、高集積化のため、複数の配線や複数の酸化物半導体層の間隔を狭めて配置することが好ましく、酸化物絶縁層４２６ｂと重ねて第１領域４２４ｃ、及び第２領域４２４ｄを設け、リーク電流の低減や、寄生容量の低減を行うことは有効である。また、複数の薄膜トランジスタを直列または並列に配置する場合、複数の薄膜トランジスタの酸化物半導体層を一つのアイランドとし、それぞれの素子分離を酸化物絶縁層４２６ｂと重ねることで行い、酸化物絶縁層４２６ｂと重なる領域を素子分離領域とすることができる。このようにすることで、狭い面積に複数の薄膜トランジスタを配置することができるため、駆動回路の高集積化を図ることができる。
【０１０２】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１に示した薄膜トランジスタを用いて、同一基板上に画素部と駆動回路を形成し、アクティブマトリクス型の液晶表示装置を作製する一例を示す。
【０１０３】
アクティブマトリクス基板の断面構造の一例を図３（Ａ）に示す。
【０１０４】
実施の形態１では、画素部の薄膜トランジスタ及び配線交差部を図示したが、本実施の形態では、薄膜トランジスタ及び配線交差部に加え、駆動回路の薄膜トランジスタ、保持容量、ゲート配線、ソース配線の端子部も図示して説明する。容量、ゲート配線、ソース配線の端子部は、実施の形態１に示す作製工程と同じ工程で形成することができる。
【０１０５】
図３（Ａ）において、画素電極層２２７と電気的に接続する薄膜トランジスタ２２０は、画素部に設けられるチャネル保護型の薄膜トランジスタであり、本実施の形態では、実施の形態１の薄膜トランジスタ４４８と同じ構造を用いる。
【０１０６】
薄膜トランジスタ２２０のゲート電極層と同じ透光性を有する材料、及び同じ工程で形成される容量配線層２３０は、誘電体となるゲート絶縁層２０２を介して容量電極２３１と重なり、保持容量を形成する。なお、容量電極２３１は、薄膜トランジスタ２２０のソース電極層またはドレイン電極層と同じ金属材料、及び同じ工程で形成される。
【０１０７】
なお、保持容量は、画素電極層２２７の下方に設けられ、容量電極２３１が画素電極層２２７と電気的に接続される。
【０１０８】
本実施の形態では、容量電極２３１、及び容量配線層２３０を用いて保持容量を形成する例を示したが、保持容量を形成する構造については特に限定されない。例えば、容量配線層を設けず、画素電極層を隣り合う画素のゲート配線と平坦化絶縁層、保護絶縁層、及びゲート絶縁層を介して重ねて保持容量を形成してもよい。
【０１０９】
また、図３（Ａ）において保持容量は、大きな容量を形成するため、容量配線層と容量電極の間にゲート絶縁層２０２のみとしており、配線交差部は、寄生容量を低減するためにゲート電極層４２１ｂとその上方に形成される配線の間にゲート絶縁層２０２と酸化物絶縁層２６６ｂとを設けている。保持容量において、容量配線層と容量電極の間にゲート絶縁層２０２のみとする場合、酸化物絶縁層２６６ｂを除去するエッチングの際に、選択的にゲート絶縁層２０２のみを残すようなエッチング条件またはゲート絶縁層の材料を選択する。本実施の形態では、酸化物絶縁層２６６ｂがスパッタ法で得られる酸化珪素膜、ゲート絶縁層２０２がプラズマＣＶＤ法で得られる窒化珪素膜であるため、選択的に除去することができる。なお、酸化物絶縁層２６６ｂとゲート絶縁層２０２が同じエッチング条件で除去される材料を用いる場合には、エッチングによりゲート絶縁層の一部が薄膜化されてもゲート絶縁層が少なくとも残存し、容量を形成することができる膜厚とすることが好ましい。保持容量を大きくするためには、ゲート絶縁層の膜厚を薄くすることが好ましいため、酸化物絶縁層２６６ｂの選択的なエッチングの際に容量配線上のゲート絶縁層を薄膜化させた構成としてもよい。
【０１１０】
また、薄膜トランジスタ２６０は、駆動回路に設けられるチャネル保護型の薄膜トランジスタであり、薄膜トランジスタ２２０に比べチャネル長Ｌを短くして、動作速度を高速化したものである。駆動回路に設けられるチャネル保護型の薄膜トランジスタのチャネル長Ｌは、０．１μｍ以上２μｍ以下とすることが好ましい。また、薄膜トランジスタ２６０は、薄膜トランジスタ２２０と異なる構造であり、ソース電極層２６５ａ、及びドレイン電極層２６５ｂが酸化物絶縁層２６６ａと重なるように形成されている。
【０１１１】
薄膜トランジスタ２６０は、絶縁表面を有する基板２００上に、ゲート電極層２６１、ゲート絶縁層２０２、少なくともチャネル形成領域２６３、高抵抗ソース領域２６４ａ、及び高抵抗ドレイン領域２６４ｂを有する酸化物半導体層、ソース電極層２６５ａ、及びドレイン電極層２６５ｂを含む。また、チャネル形成領域２６３に接する酸化物絶縁層２６６ａが設けられている。
【０１１２】
また、駆動回路の薄膜トランジスタ２６０のゲート電極層は、酸化物半導体層の上方に設けられた導電層２６７と電気的に接続させる構造としてもよい。その場合には、薄膜トランジスタ２２０のドレイン電極層と、画素電極層２２７とを電気的に接続するためのコンタクトホールと同じフォトマスクを用い、平坦化絶縁層２０４、絶縁層２１６、保護絶縁層２０３、酸化物絶縁層２６６ｂ、ゲート絶縁層２０２を選択的にエッチングしてコンタクトホールを形成する。このコンタクトホールを介して導電層２６７と駆動回路の薄膜トランジスタ２６０のゲート電極層２６１とを電気的に接続する。
【０１１３】
また、絶縁層２１６は、無機絶縁膜を用い、酸化珪素膜、酸化アルミニウム膜、酸化窒化珪素膜、酸化窒化アルミニウム膜などを用いる。本実施の形態ではスパッタ法により得られる酸化珪素膜を用いる。
【０１１４】
保護絶縁層２０３は、無機絶縁膜を用い、窒化珪素膜、窒化アルミニウム膜、窒化酸化珪素膜、酸化窒化アルミニウム膜などを用いる。本実施の形態ではスパッタ法により得られる窒化珪素膜を用いる。
【０１１５】
また、薄膜トランジスタ２６０は、ゲート電極層２６１の幅（チャネル長方向における幅）が酸化物半導体層の幅よりも広い構造となっている。また、酸化物絶縁層２６６ｂは、酸化物半導体層の周縁部と重なっており、さらにゲート電極層２６１とも重なっている。酸化物絶縁層２６６ｂは、ドレイン電極層２６５ｂとゲート電極層２６１との間隔を広げ、ドレイン電極層２６５ｂとゲート電極層２６１との間に形成される寄生容量を低減する機能を果たしている。また、酸化物絶縁層２６６ｂと重なる酸化物半導体層の第１領域２６４ｃ、第２領域２６４ｄは、チャネル形成領域２６３と同じ酸素過剰な状態であり、リーク電流の低減や、寄生容量を低減する機能も果たしている。
【０１１６】
また、ゲート配線、ソース配線、及び容量配線層は画素密度に応じて複数本設けられるものである。また、端子部においては、ゲート配線と同電位の第１の端子電極、ソース配線と同電位の第２の端子電極、容量配線層と同電位の第３の端子電極などが複数並べられて配置される。それぞれの端子電極の数は、それぞれ任意な数で設ければ良いものとし、実施者が適宣決定すれば良い。
【０１１７】
端子部において、ゲート配線と同電位の第１の端子電極は、画素電極層２２７と同じ透光性を有する材料で形成することができる。第１の端子電極は、ゲート配線に達するコンタクトホールを介してゲート配線と電気的に接続される。ゲート配線に達するコンタクトホールは、薄膜トランジスタ２２０のドレイン電極層と、画素電極層２２７とを電気的に接続するためのコンタクトホールと同じフォトマスクを用い、平坦化絶縁層２０４、絶縁層２１６、保護絶縁層２０３、酸化物絶縁層２６６ｂ、ゲート絶縁層２０２を選択的にエッチングして形成する。
【０１１８】
また、端子部のソース配線２５４と同電位の第２の端子電極２５５は、画素電極層２２７と同じ透光性を有する材料で形成することができる。第２の端子電極２５５は、ソース配線２５４に達するコンタクトホールを介してソース配線と電気的に接続される。ソース配線は金属配線であり、薄膜トランジスタ２６０のソース電極層２６５ａと同じ材料、同じ工程で形成され、同電位である。
【０１１９】
また、容量配線層２３０と同電位の第３の端子電極は、画素電極層２２７と同じ透光性を有する材料で形成することができる。また、容量配線層２３０に達するコンタクトホールは、容量電極２３１が画素電極層２２７と電気的に接続するためのコンタクトホールと同じフォトマスク、同じ工程で形成することができる。
【０１２０】
また、アクティブマトリクス型の液晶表示装置を作製する場合には、アクティブマトリクス基板と、対向電極が設けられた対向基板との間に液晶層を設け、アクティブマトリクス基板と対向基板とを固定する。なお、対向基板に設けられた対向電極と電気的に接続する共通電極をアクティブマトリクス基板上に設け、共通電極と電気的に接続する第４の端子電極を端子部に設ける。この第４の端子電極は、共通電極を固定電位、例えばＧＮＤ、０Ｖなどに設定するための端子である。第４の端子電極は、画素電極層２２７と同じ透光性を有する材料で形成することができる。
【０１２１】
また、ゲート電極層、ソース電極層、ドレイン電極層、画素電極層、またはその他の電極層や、その他の配線層に同じ材料を用いれば共通のスパッタターゲットや共通の製造装置を用いることができ、その材料コスト及びエッチング時に使用するエッチャント（またはエッチングガス）に要するコストを低減することができ、結果として製造コストを削減することができる。
【０１２２】
また、図３（Ａ）の構造において、平坦化絶縁層２０４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。
【０１２３】
また、図３（Ｂ）に、図３（Ａ）とは一部異なる断面構造を示す。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）と平坦化絶縁層２０４が端子部で存在しない点と駆動回路の薄膜トランジスタの構造が異なる点以外は同じであるため、同じ箇所には同じ符号を用い、同じ箇所の詳細な説明は省略する。図３（Ｂ）では、金属配線を用いる薄膜トランジスタ２７０を配置する。また、端子電極も金属配線と同じ材料、同じ工程で形成する。
【０１２４】
また、図３（Ｂ）の構造においては、平坦化絶縁層２０４として感光性の樹脂材料を用い、レジストマスクを形成する工程を省略する。従って、レジストマスクを用いることなく、平坦化絶縁層２０４が端子部で存在しない構成とすることができる。端子部において、平坦化絶縁層が存在しないと、ＦＰＣとの良好な接続を行いやすい。
【０１２５】
薄膜トランジスタ２７０は、絶縁表面を有する基板２００上に、ゲート電極層２７１、ゲート絶縁層２０２、少なくともチャネル形成領域２７３、高抵抗ソース領域２７４ａ、及び高抵抗ドレイン領域２７４ｂを有する酸化物半導体層、ソース電極層２７５ａ、及びドレイン電極層２７５ｂを含む。また、チャネル形成領域２７３に接する酸化物絶縁層２７６ａが設けられている。また、ソース電極層２７５ａ、及びドレイン電極層２７５ｂ上には絶縁層２１６と保護絶縁層２０３が設けられる。
【０１２６】
また、酸化物絶縁層２７６ｂと重なる酸化物半導体層の第１領域２７４ｃ、第２領域２７４ｄは、チャネル形成領域２７３と同じ酸素過剰な状態であり、リーク電流の低減や、寄生容量を低減する機能も果たしている。また、絶縁層２１６と接する酸化物半導体層の第３領域２７４ｅは、チャネル形成領域２７３と高抵抗ソース領域２７４ａの間に設けられる。また、絶縁層２１６と接する酸化物半導体層の第４領域２７４ｆは、チャネル形成領域２７３と高抵抗ドレイン領域２７４ｂの間に設けられる。絶縁層２１６と接する酸化物半導体層の第３領域２７４ｅ、及び第４領域２７４ｆはオフ電流の低減を図ることができる。
【０１２７】
また、チャネル保護型の薄膜トランジスタは、チャネル形成領域のチャネル長Ｌを短くするため酸化物絶縁層の幅を狭くして、幅の狭い酸化物絶縁物層上にソース電極層及びドレイン電極層を設けると酸化物絶縁物層上で短絡する恐れがある。そのため、幅の狭い酸化物絶縁層２７６ａから端部を離してソース電極層２７５ａ及びドレイン電極層２７５ｂを設ける構成である。
【０１２８】
また、駆動回路の薄膜トランジスタ２７０のゲート電極層は、酸化物半導体層の上方に設けられた導電層２７７と電気的に接続させる構造としてもよい。
【０１２９】
また、端子部のソース配線２５６と同電位の第２の端子電極２５７は、画素電極層２２７と同じ透光性を有する材料で形成することができる。ソース配線は金属配線であり、薄膜トランジスタ２７０のソース電極層２７５ａと同じ材料、同じ工程で形成され、同電位である。
【０１３０】
また、薄膜トランジスタは静電気などにより破壊されやすいため、画素部または駆動回路と同一基板上に保護回路を設けることが好ましい。保護回路は、酸化物半導体層を用いた非線形素子を用いて構成することが好ましい。例えば、保護回路は画素部と、走査線入力端子及び信号線入力端子との間に配設されている。本実施の形態では複数の保護回路を配設して、走査線、信号線及び容量バス線に静電気等によりサージ電圧が印加され、画素トランジスタなどが破壊されないように構成されている。そのため、保護回路にはサージ電圧が印加されたときに、共通配線又は共通配線に電荷を逃がすように構成する。また、保護回路は、走査線に対して並列に配置された非線形素子によって構成されている。非線形素子は、ダイオードのような二端子素子又はトランジスタのような三端子素子で構成される。例えば、画素部の薄膜トランジスタ２２０と同じ工程で形成することも可能であり、例えばゲート端子とドレイン端子を接続することによりダイオードと同様の特性を持たせることができる。
【０１３１】
なお、平坦化絶縁層２０４の形成工程を省略し、平坦化絶縁層２０４を設けない構造としてもよい。この場合、画素電極層２２７、第２の端子電極２５５は保護絶縁層２０３上に接して設けられる。
【０１３２】
本実施の形態は実施の形態１と自由に組み合わせることができる。
【０１３３】
（実施の形態３）
また、本実施の形態では、薄膜トランジスタと同一基板上に設けられる端子部の構成の一例を示す。なお、実施の形態２ではソース配線の端子部の一例を示したが、本実施の形態では実施の形態２とは異なる構成のソース配線の端子部と、ゲート配線の端子部を図示する。なお、図４において、図３（Ａ）または図３（Ｂ）と同じ箇所には同じ符号を用いて説明する。
【０１３４】
図４（Ａ１）、図４（Ａ２）は、ゲート配線端子部の断面図及び上面図をそれぞれ図示している。図４（Ａ１）は図４（Ａ２）中のＣ１−Ｃ２線に沿った断面図に相当する。図４（Ａ１）において、絶縁層２１６と保護絶縁層２０３の積層上に形成される導電層２２５は、入力端子として機能する接続用の端子電極である。また、図４（Ａ１）において、端子部では、図２（Ｅ）のゲート電極層４２１ｂと同じ材料で形成される第１の端子２２１と、ソース配線と同じ材料で形成される接続電極層２２３とがゲート絶縁層２０２を介して重なり、導電層２２５で導通させている。
【０１３５】
また、図４（Ｂ１）、及び図４（Ｂ２）は、図３（Ｂ）に示すソース配線端子部とは異なるソース配線端子部の断面図及び上面図をそれぞれ図示している。また、図４（Ｂ１）は図４（Ｂ２）中のＣ３−Ｃ４線に沿った断面図に相当する。図４（Ｂ１）において、絶縁層２１６と保護絶縁層２０３の積層上に形成される導電層２２５は、入力端子として機能する接続用の端子電極である。また、図４（Ｂ１）において、端子部では、ゲート配線と同じ材料で形成される電極層２２６が、ソース配線と電気的に接続される第２の端子２２２の下方にゲート絶縁層２０２を介して重なる。電極層２２６は第２の端子２２２とは電気的に接続しておらず、電極層２２６を第２の端子２２２と異なる電位、例えばフローティング、ＧＮＤ、０Ｖなどに設定すれば、ノイズ対策のための容量または静電気対策のための容量を形成することができる。また、第２の端子２２２は、絶縁層２１６と保護絶縁層２０３の積層に形成されたコンタクトホールを介して導電層２２５と電気的に接続している。
【０１３６】
ゲート配線、ソース配線、及び容量配線は画素密度に応じて複数本設けられるものである。また、端子部においては、ゲート配線と同電位の第１の端子、ソース配線と同電位の第２の端子、容量配線と同電位の第３の端子などが複数並べられて配置される。それぞれの端子の数は、それぞれ任意な数で設ければ良いものとし、実施者が適宣決定すれば良い。
【０１３７】
本実施の形態は実施の形態１または実施の形態２と自由に組み合わせることができる。
【０１３８】
（実施の形態４）
ここでは、第１の基板と第２の基板の間に液晶層を封入する液晶表示装置において、第２の基板に設けられた対向電極と電気的に接続するための共通接続部を第１の基板上に形成する例を示す。なお、第１の基板にはスイッチング素子として薄膜トランジスタが形成されており、共通接続部の作製工程を画素部のスイッチング素子の作製工程と共通化させることで工程を複雑にすることなく形成する。
【０１３９】
共通接続部は、第１の基板と第２の基板とを接着するためのシール材と重なる位置に配置され、シール材に含まれる導電性粒子を介して対向電極と電気的な接続が行われる。或いは、シール材と重ならない箇所（ただし画素部を除く）に共通接続部を設け、共通接続部に重なるように導電性粒子を含むペーストをシール材とは別途設けて、対向電極と電気的な接続が行われる。
【０１４０】
図５（Ａ）は薄膜トランジスタと共通接続部とを同一基板上に作製する半導体装置の断面構造図を示す図である。
【０１４１】
図５（Ａ）において、画素電極層２２７と電気的に接続する薄膜トランジスタ２２０は、画素部に設けられるチャネル保護型の薄膜トランジスタであり、本実施の形態では、実施の形態１の薄膜トランジスタ４４８と同じ構造を用いる。
【０１４２】
また、図５（Ｂ）は共通接続部の上面図の一例を示す図であり、図中の鎖線Ｃ５−Ｃ６が図５（Ａ）の共通接続部の断面に相当する。なお、図５（Ｂ）において図５（Ａ）と同一の部分には同じ符号を用いて説明する。
【０１４３】
共通電位線２０５は、ゲート絶縁層２０２上に設けられ、薄膜トランジスタ２２０のソース電極層及びドレイン電極層と同じ材料及び同じ工程で作製される。
【０１４４】
また、共通電位線２０５は、絶縁層２１６と保護絶縁層２０３の積層で覆われ、絶縁層２１６と保護絶縁層２０３の積層は、共通電位線２０５と重なる位置に複数の開口部を有している。この開口部は、薄膜トランジスタ２２０のドレイン電極層と画素電極層２２７とを接続するコンタクトホールと同じ工程で作製される。
【０１４５】
なお、ここでは面積サイズが大きく異なるため、画素部におけるコンタクトホールと、共通接続部の開口部と使い分けて呼ぶこととする。また、図５（Ａ）では、画素部と共通接続部とで同じ縮尺で図示しておらず、例えば共通接続部の鎖線Ｃ５−Ｃ６の長さが５００μｍ程度であるのに対して、薄膜トランジスタの幅は５０μｍ未満であり、実際には１０倍以上面積サイズが大きいが、分かりやすくするため、図５（Ａ）に画素部と共通接続部の縮尺をそれぞれ変えて図示している。
【０１４６】
また、共通電極層２０６は、絶縁層２１６と保護絶縁層２０３の積層上に設けられ、画素部の画素電極層２２７と同じ材料及び同じ工程で作製される。
【０１４７】
このように、画素部のスイッチング素子の作製工程と共通させて共通接続部の作製工程を行う。
【０１４８】
そして画素部と共通接続部が設けられた第１の基板と、対向電極を有する第２の基板とをシール材を用いて固定する。
【０１４９】
シール材に導電性粒子を含ませる場合は、シール材と共通接続部が重なるように一対の基板の位置合わせが行われる。例えば、小型の液晶パネルにおいては、画素部の対角などに２個の共通接続部がシール材と重ねて配置される。また、大型の液晶パネルにおいては、４個以上の共通接続部がシール材と重ねて配置される。
【０１５０】
なお、共通電極層２０６は、シール材に含まれる導電性粒子と接触する電極であり、第２の基板の対向電極と電気的に接続が行われる。
【０１５１】
液晶注入法を用いる場合は、シール材で一対の基板を固定した後、液晶を一対の基板間に注入する。また、液晶滴下法を用いる場合は、第２の基板或いは第１の基板上にシール材を描画し、液晶を滴下させた後、減圧下で一対の基板を貼り合わせる。
【０１５２】
なお、本実施の形態では、対向電極と電気的に接続する共通接続部の例を示したが、特に限定されず、他の配線と接続する接続部や、外部接続端子などと接続する接続部に用いることができる。
【０１５３】
本実施の形態は実施の形態１乃至３のいずれか一と自由に組み合わせることができる。
【０１５４】
（実施の形態５）
実施の形態１または実施の形態２ではゲート絶縁層が単層の例を示したが、本実施の形態では、積層の例を示す。なお、図６において、図３（Ａ）または図３（Ｂ）と同じ箇所には同じ符号を用いて説明する。
【０１５５】
図６（Ａ）において、薄膜トランジスタ２８０は、画素部に設けられるチャネル保護型の薄膜トランジスタであり、ゲート絶縁層が２層の例である。なお、ゲート絶縁層が２層である点以外は薄膜トランジスタ２２０と同じである。
【０１５６】
本実施の形態では、膜厚５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の第１のゲート絶縁層２８２ａと、膜厚５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の第２のゲート絶縁層２８２ｂの積層のゲート絶縁層とする。第１のゲート絶縁層２８２ａとしては膜厚１００ｎｍの窒化珪素膜または窒化酸化珪素膜を用いる。また、第２のゲート絶縁層２８２ｂとしては、膜厚１００ｎｍの酸化珪素膜を用いる。
【０１５７】
なお、保持容量は、画素電極層２２７の下方に設けられ、容量電極２３１が画素電極層２２７と電気的に接続される。
【０１５８】
本実施の形態では、容量電極２３１、及び容量配線層２３０を用いて保持容量を形成する。
【０１５９】
また、図６（Ａ）において保持容量は、大きな容量を形成するため、容量配線と容量電極の間にゲート絶縁層のみとしている。
【０１６０】
本実施の形態では酸化物絶縁層２８２ｂとしてスパッタ法で得られる酸化珪素膜を用い、容量配線層２３０と重なる酸化物絶縁層を除去する際に、酸化珪素膜である第２のゲート絶縁層もエッチングして薄膜化して第３のゲート絶縁層２８２ｃとする例である。なお、第１のゲート絶縁層２８２ａは、窒化珪素膜または窒化酸化珪素膜であり、エッチングストッパーとして機能し、ゲート電極層や基板へのエッチングダメージを防ぐ。
【０１６１】
膜厚の薄い第３のゲート絶縁層２８２ｃとすることによって保持容量を増大させることができる。
【０１６２】
また、図６（Ｂ）に、図６（Ａ）とは一部異なる断面構造を示す。
【０１６３】
図６（Ｂ）に示す薄膜トランジスタ２９０では、膜厚５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の第１のゲート絶縁層２９２ａと、膜厚１ｎｍ以上５０ｎｍ以下の第２のゲート絶縁層２９２ｂの積層のゲート絶縁層とする。第１のゲート絶縁層２９２ａとしては膜厚１００ｎｍの酸化珪素膜を用いる。また、第２のゲート絶縁層２９２ｂとしては、膜厚１０ｎｍの窒化珪素膜または窒化酸化珪素膜を用いる。
【０１６４】
薄膜トランジスタ２９０は、画素部に設けられるチャネル保護型の薄膜トランジスタであり、ゲート絶縁層が２層の例である。なお、ゲート絶縁層が２層である点以外は薄膜トランジスタ２２０と同じである。
【０１６５】
本実施の形態は実施の形態１乃至４のいずれか一と自由に組み合わせることができる。
【０１６６】
（実施の形態６）
本実施の形態では、薄膜トランジスタの作製工程の一部が実施の形態１と異なる例を図７及び図８に示す。図７及び図８は、図１及び図２と工程が一部異なる点以外は同じであるため、同じ箇所には同じ符号を用い、同じ箇所の詳細な説明は省略する。
【０１６７】
まず、実施の形態１に従って、基板上にゲート電極層、ゲート絶縁層、及び酸化物半導体膜４３０の形成を行い、実施の形態１における図２（Ａ）の工程まで行う。図２（Ａ）は図８（Ａ）と同一である。
【０１６８】
そして、酸化物半導体膜４３０を第２のフォトリソグラフィ工程により島状の酸化物半導体層に加工する。
【０１６９】
次いで、酸化物半導体層の脱水化または脱水素化を行う。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℃以上基板の歪み点未満、好ましくは４２５℃以上とする。なお、４２５℃以上であれば加熱処理時間は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。ここでは、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。その後、同じ炉に高純度の酸素ガス、高純度のＮ_２Ｏガス、又は超乾燥エア（露点が−４０℃以下、好ましくは−６０℃以下）を導入して冷却を行う。酸素ガスまたはＮ_２Ｏ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酸素ガスまたはＮ_２Ｏガスの純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上、（即ち酸素ガスまたはＮ_２Ｏガス中の不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。
【０１７０】
また、脱水化または脱水素化を行う第１の加熱処理後に２００℃以上４００℃以下、好ましくは２００℃以上３００℃以下の温度で酸素ガスまたはＮ_２Ｏガス雰囲気下での加熱処理を行ってもよい。
【０１７１】
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４３０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、フォトリソグラフィ工程を行う。
【０１７２】
以上の工程を経ることによって酸化物半導体膜全体を酸素過剰な状態とすることで、高抵抗化、即ちＩ型化させる。
【０１７３】
次いで、ゲート絶縁層４０２、及び酸化物半導体層上に、スパッタ法で酸化物絶縁膜を形成した後、第３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、選択的にエッチングを行って酸化物絶縁層４２６ａ、４２６ｂを形成し、その後レジストマスクを除去する（図８（Ｂ）参照）。
【０１７４】
次いで、ゲート絶縁層４０２、酸化物絶縁層４２６ａ、４２６ｂ、及び酸化物半導体層４２２上に、導電膜を形成した後、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、選択的にエッチングを行ってソース電極層４２５ａ、及びドレイン電極層４２５ｂを形成する（図８（Ｃ）参照）。
【０１７５】
次いで、薄膜トランジスタの電気的特性のばらつきを軽減するため、不活性ガス雰囲気下、または窒素ガス雰囲気下で加熱処理（好ましくは１５０℃以上３５０℃未満）を行ってもよい。例えば、窒素雰囲気下で２５０℃、１時間の加熱処理を行う。
【０１７６】
次いで、酸化物絶縁層４２６ａ、４２６ｂ、ソース電極層４２５ａ、ドレイン電極層４２５ｂ上に絶縁層４２８と保護絶縁層４０３の積層を形成する。
【０１７７】
次いで、保護絶縁層４０３上に平坦化絶縁層４０４を形成する。
【０１７８】
次に、第５のフォトリソグラフィ工程を行い、レジストマスクを形成し、平坦化絶縁層４０４、保護絶縁層４０３、及び絶縁層４２８のエッチングによりドレイン電極層４２５ｂに達するコンタクトホール４４１を形成し、レジストマスクを除去する（図８（Ｄ）参照。）。
【０１７９】
次いで、透光性を有する導電膜を成膜する。
【０１８０】
次に、第６のフォトリソグラフィ工程を行い、レジストマスクを形成し、エッチングにより不要な部分を除去して画素電極層４２７を形成し、レジストマスクを除去する（図８（Ｅ）参照。）。
【０１８１】
以上の工程により、６枚のマスクを用いて、同一基板上に薄膜トランジスタ４２０と、寄生容量の低減された配線交差部を作製することができる。
【０１８２】
画素用の薄膜トランジスタ４２０は、チャネル形成領域を含む酸化物半導体層４２２を含むチャネル保護型薄膜トランジスタである。
【０１８３】
また、図７（Ａ）は、画素に配置されるチャネル保護型の薄膜トランジスタ４２０の平面図であり、図７（Ｂ）は図７（Ａ）の線Ｄ７−Ｄ８における断面図及び図７（Ａ）の線Ｄ１１−Ｄ１２における断面図である。また、図７（Ｃ）は、図７（Ａ）の線Ｄ９−Ｄ１０における断面図である。なお、図８（Ｅ）は図７（Ｂ）と同一である。
【０１８４】
本実施の形態は実施の形態１乃至５のいずれか一と自由に組み合わせることができる。
【０１８５】
（実施の形態７）
本実施の形態では、保持容量の構成について、実施の形態２と異なる例を図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示す。図９（Ａ）は、図３（Ａ）と保持容量の構成が異なる点以外は同じであるため、同じ箇所には同じ符号を用い、同じ箇所の詳細な説明は省略する。なお、図９（Ａ）では画素部の薄膜トランジスタ２２０と保持容量の断面構造を示す。
【０１８６】
図９（Ａ）は、誘電体を保護絶縁層２０３、及び平坦化絶縁層２０４とし、画素電極層２２７と、該画素電極層２２７と重なる容量配線層２５０とで保持容量を形成する例である。容量配線層２５０は、画素部の薄膜トランジスタ２２０のドレイン電極層と異なる材料で形成する。また、容量配線層２５０は、薄膜トランジスタ２２０の酸化物半導体層とも異なる材料で形成する。容量配線層２５０は、透光性を有する導電膜を用いて形成する。なお、実施の形態２と比べて容量配線層２５０をパターニングするためのフォトマスクが１枚増加する。また、容量配線層２５０を形成するためのエッチングで、露呈している薄膜トランジスタ２２０の酸化物半導体層が消失しない条件でエッチングすることとする。
【０１８７】
図９（Ａ）に示す保持容量は、一対の電極及び誘電体が透光性を有しており、保持容量全体として透光性を有する。保持容量を透光性とすることで開口率の向上を図ることができる。
【０１８８】
また、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）と異なる保持容量の構成の例である。図９（Ｂ）も、図３（Ａ）と保持容量の構成が異なる点以外は同じであるため、同じ箇所には同じ符号を用い、同じ箇所の詳細な説明は省略する。
【０１８９】
図９（Ｂ）は、誘電体をゲート絶縁層２０２とし、容量配線層２３０と、該容量配線層２３０と重なる酸化物半導体層２５１と容量電極２３１との積層で保持容量を形成する例である。また、酸化物半導体層２５１上に容量電極２３１は接して積層されており、保持容量の一方の電極として機能する。なお、酸化物半導体層２５１は、薄膜トランジスタ２２０の酸化物半導体層と同じ材料、同じ工程で形成する。また、容量配線層２３０は、薄膜トランジスタ２２０のゲート電極層と同じ材料、同じ工程で形成されるため、薄膜トランジスタ２２０のゲート配線層と重ならないようにレイアウトされる。また、容量電極２３１は画素電極層２２７と電気的に接続されている。
【０１９０】
また、容量配線層２３０は、薄膜トランジスタ２２０の酸化物半導体層とも異なる材料で形成する。容量電極２３１は、透光性を有する導電膜を用いて形成する。なお、実施の形態２と比べて容量電極２３１をパターニングするためのフォトマスクが１枚増加する。また、容量電極２３１を形成するためのエッチングで、露呈している薄膜トランジスタ２２０の酸化物半導体層が消失しない条件でエッチングすることとする。
【０１９１】
図９（Ｂ）に示す保持容量も、一対の電極及び誘電体が透光性を有しており、保持容量全体として透光性を有する。
【０１９２】
図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示す保持容量は、透光性を有しており、ゲート配線の本数を増やすなどして表示画像の高精細化を図るため、画素寸法を微細化しても、十分な容量を得ることができ、且つ、高い開口率を実現することができる。
【０１９３】
本実施の形態は他の実施の形態と自由に組み合わせることができる。
【０１９４】
（実施の形態８）
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。
【０１９５】
画素部に配置する薄膜トランジスタは、実施の形態１、２、５、６に従って形成する。また、実施の形態１、２、５、６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。
【０１９６】
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１４（Ａ）に示す。表示装置の基板上５３００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、及び第２の走査線駆動回路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（ＦｌｅｘｉｂｌｅＰｒｉｎｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）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。
【０１９７】
図１４（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の配線を延伸させることによる接続部で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。
【０１９８】
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。
【０１９９】
図１４（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、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。
【０２００】
また、実施の形態１、２、５、６に示す薄膜トランジスタは、ｎチャネル型ＴＦＴである。図１５（Ａ）、図１５（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。
【０２０１】
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部５６０２を有する。スイッチング回路部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。
【０２０２】
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、配線５６０５＿１と接続される。
【０２０３】
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。
【０２０４】
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）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。
【０２０５】
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。
【０２０６】
次に、図１５（Ａ）の信号線駆動回路の動作について、図１５（Ｂ）のタイミングチャートを参照して説明する。図１５（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。
【０２０７】
なお、本実施の形態の図面等において示す各構成の、信号波形のなまり等は、明瞭化のために誇張して表記している場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されないものであることを付記する。
【０２０８】
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。
【０２０９】
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。
【０２１０】
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１、２、５、６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。
【０２１１】
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１６及び図１７を用いて説明する。
【０２１２】
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、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。
【０２１３】
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は３以上の自然数）を有している（図１６（Ａ）参照）。図１６（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以上Ｎ以下の自然数）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）（ＳＲ）という）（ｎは２以上Ｎ以下の自然数）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）（ＳＲ）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、後段及び／または二つ前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））及び別の回路等に入力される第２の出力信号（ＯＵＴ（１）〜ＯＵＴ（Ｎ））が出力される。なお、図１６（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）が入力されないため、一例としては、別途第２のスタートパルスＳＰ２、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。
【０２１４】
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
【０２１５】
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１６（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。
【０２１６】
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１６（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。
【０２１７】
なお第１のパルス出力回路１０＿１〜第Ｎのパルス出力回路１０＿Ｎは、３端子の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒともいう）の他に、上記実施の形態で説明した４端子の薄膜トランジスタを用いることができる。図１６（Ｃ）に上記実施の形態で説明した４端子の薄膜トランジスタ２８のシンボルについて示す。図１６（Ｃ）に示す薄膜トランジスタ２８のシンボルは、上記実施の形態１、２、５、６のいずれか一で説明した４端子の薄膜トランジスタを意味し、図面等で以下用いることとする。なお、本明細書において、薄膜トランジスタが半導体層を介して二つのゲート電極を有する場合、半導体層より下方のゲート電極を下方のゲート電極、半導体層に対して上方のゲート電極を上方のゲート電極とも呼ぶ。薄膜トランジスタ２８は、下方のゲート電極に入力される第１の制御信号Ｇ１及び上方のゲート電極に入力される第２の制御信号Ｇ２によって、Ｉｎ端子とＯｕｔ端子間の電気的な制御を行うことのできる素子である。
【０２１８】
酸化物半導体を薄膜トランジスタのチャネル形成領域を含む半導体層に用いた場合、製造工程により、しきい値電圧がマイナス側、或いはプラス側にシフトすることがある。そのため、チャネル形成領域を含む半導体層に酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタでは、しきい値電圧の制御を行うことのできる構成が好適である。図１６（Ｃ）に示す薄膜トランジスタ２８のしきい値電圧は、薄膜トランジスタ２８のチャネル形成領域の上下にゲート絶縁膜を介してゲート電極を設け、上部及び／または下部のゲート電極の電位を制御することにより所望の値に制御することができる。
【０２１９】
次に、図１６（Ｂ）に示したパルス出力回路の具体的な回路構成の一例について、図１６（Ｄ）で説明する。
【０２２０】
図１６（Ｄ）に示したパルス出力回路は、第１のトランジスタ３１〜第１３のトランジスタ４３を有している（図１６（Ｄ）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１３のトランジスタ４３に信号、または電源電位が供給される。ここで図１６（Ｄ）における各電源線の電源電位の大小関係は、第１の電源電位ＶＤＤは第２の電源電位ＶＣＣ以上の電位とし、第２の電源電位ＶＣＣは第３の電源電位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より高くすることにより、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１３のトランジスタ４３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２８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。
【０２２１】
図１６（Ｄ）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。第１２のトランジスタ４２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７のトランジスタ３７のゲート電極（下方のゲート電極及び上方のゲート電極）に電気的に接続されている。第１３のトランジスタ４３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、ゲート電極が第７のトランジスタ３７のゲート電極（下方のゲート電極及び上方のゲート電極）に電気的に接続されている。
【０２２２】
図１６（Ｄ）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。
【０２２３】
図１７（Ａ）に、図１６（Ｄ）で説明したパルス出力回路を第１のパルス出力回路１０＿１に適用した場合に、第１の入力端子２１乃至第５の入力端子２５と第１の出力端子２６及び第２の出力端子２７に入力または出力される信号を示している。
【０２２４】
具体的には、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）が出力される。
【０２２５】
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る。また、ゲートと重畳した領域にチャネル領域が形成される半導体を有しており、ゲートの電位を制御することで、チャネル領域を介してドレインとソースの間に流れる電流を制御することが出来る。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。
【０２２６】
なお図１６（Ｄ）、図１７（Ａ）において、ノードＡを浮遊状態とすることによりブートストラップ動作を行うための、容量素子を別途設けても良い。またノードＢの電位を保持するため、一方の電極をノードＢに電気的に接続した容量素子を別途設けてもよい。
【０２２７】
ここで、図１７（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１７（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１７（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。
【０２２８】
なお、図１７（Ａ）に示すように、ゲートに第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の前後において、以下のような利点がある。
【０２２９】
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。
【０２３０】
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ことが利点である。
【０２３１】
なお第１のトランジスタ３１乃至第１３のトランジスタ４３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。
【０２３２】
なお、第７のトランジスタ３７のゲート電極（下方のゲート電極及び上方のゲート電極）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（下方のゲート電極及び上方のゲート電極）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３７のゲート電極（下方のゲート電極及び上方のゲート電極）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のトランジスタ３８ゲート電極（下方のゲート電極及び上方のゲート電極）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。この時、図１７（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１７（Ａ）に示すシフトレジスタを図１７（Ｂ）の期間６１のように、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（下方のゲート電極及び上方のゲート電極）に第３の入力端子２３からクロック信号が供給され、第８のトランジスタ３８のゲート電極（下方のゲート電極及び上方のゲート電極）に第２の入力端子２２に
からクロック信号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、またノイズを低減することが出来るからである。
【０２３３】
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。
【０２３４】
（実施の形態９）
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、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。
【０２３５】
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（ＥｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子、有機ＥＬ素子等が含まれる。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。
【０２３６】
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。
【０２３７】
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（Ｆｌｅｘｉｂｌｅｐｒｉｎｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔ）もしくはＴＡＢ（ＴａｐｅＡｕｔｏｍａｔｅｄＢｏｎｄｉｎｇ）テープもしくはＴＣＰ（ＴａｐｅＣａｒｒｉｅｒＰａｃｋａｇｅ）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（ＣｈｉｐＯｎＧｌａｓｓ）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。
【０２３８】
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（Ａ１）（Ａ２）は、薄膜トランジスタ４０１０、４０１１、及び液晶素子４０１３を、第１の基板４００１と第２の基板４００６との間にシール材４００５によって封止した、パネルの平面図であり、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ１）（Ａ２）のＭ−Ｎにおける断面図に相当する。
【０２３９】
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。
【０２４０】
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方法、ワイヤボンディング方法、或いはＴＡＢ方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。
【０２４１】
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４０４１ａ、４０４１ｂ、４０４２ａ、４０４２ｂ、４０２０、４０２１が設けられている。
【０２４２】
薄膜トランジスタ４０１０、４０１１は、実施の形態１、２、５、６で示した酸化物半導体層を含む信頼性の高い薄膜トランジスタを適用することができる。駆動回路用の薄膜トランジスタ４０１１としては、実施の形態１、２、５、６で示した薄膜トランジスタ２６０、２７０、画素用の薄膜トランジスタ４０１０としては、薄膜トランジスタ４２０、４４８、２２０、２８０、２９０を用いることができる。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。
【０２４３】
絶縁層４０２１上において、駆動回路用の薄膜トランジスタ４０１１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４０４０が設けられている。導電層４０４０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４０１１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４０４０は、電位が薄膜トランジスタ４０１１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４０４０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。
【０２４４】
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。
【０２４５】
なお、第１の基板４００１、第２の基板４００６としては、透光性基板を用いることができ、ガラス、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−ＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｓ）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。
【０２４６】
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。
【０２４７】
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１ｍｓｅｃ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。
【０２４８】
なお透過型液晶表示装置の他に、半透過型液晶表示装置でも適用できる。
【０２４９】
また、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、表示部以外に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。
【０２５０】
薄膜トランジスタ４０１１は、チャネル保護層として機能する絶縁層４０４１ａと、酸化物半導体層の周縁部（側面を含む）を覆う絶縁層４０４１ｂとが形成されている。同様に薄膜トランジスタ４０１０は、チャネル保護層として機能する絶縁層４０４２ａと、酸化物半導体層の周縁部（側面を含む）を覆う絶縁層４０４２ｂとが形成されている。
【０２５１】
酸化物半導体層の周縁部（側面を含む）を覆う酸化物絶縁層である絶縁層４０４１ｂ、４０４２ｂは、ゲート電極層と、その上方または周辺に形成される配線層（ソース配線層や容量配線層など）との距離を大きくし、寄生容量の低減を図ることができる。絶縁層４０４１ａ、４０４１ｂ、４０４２ａ、４０４２ｂは実施の形態１で示した酸化物絶縁層４２６ａ、４２６ｂと同様な材料及び方法で形成すればよい。また、薄膜トランジスタの表面凹凸を低減するため平坦化絶縁膜として機能する絶縁層４０２１で覆う構成となっている。ここでは、絶縁層４０４１ａ、４０４１ｂ、４０４２ａ、４０４２ｂとして、実施の形態１を用いてスパッタ法により酸化珪素膜を形成する。
【０２５２】
また、絶縁層４０４１ａ、４０４１ｂ、４０４２ａ、４０４２ｂ上に絶縁層４０２０が形成されている。絶縁層４０２０は実施の形態１で示した絶縁層４２８と保護絶縁層４０３とを同様な材料及び方法で積層形成すればよい。図１０（Ｂ）では単層として図示したが、絶縁層４２８と、絶縁層４２８と異なる材料の保護絶縁層４０３の積層である。ここでは、絶縁層４０２０として、スパッタ法により、酸化珪素膜と、スパッタ法により窒化珪素膜とを積層形成する。
【０２５３】
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、実施の形態１で示した平坦化絶縁層４０４と同様な材料及び方法で形成すればよく、ポリイミド、アクリル樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂等の、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。
【０２５４】
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。
【０２５５】
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の焼成工程と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。
【０２５６】
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。
【０２５７】
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。
【０２５８】
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を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。
【０２５９】
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。
【０２６０】
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。
【０２６１】
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。
【０２６２】
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。
【０２６３】
図１９は、本明細書に開示する作製方法により作製される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。
【０２６４】
図１９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。
【０２６５】
液晶表示モジュールには、ＴＮ（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（ＦｒｉｎｇｅＦｉｅｌｄＳｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎＶｅｒｔｉｃａｌＡｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（ＰａｔｔｅｒｎｅｄＶｅｒｔｉｃａｌＡｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＭ（ＡｘｉａｌｌｙＳｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｉｇｎｅｄＭｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（ＯｐｔｉｃａｌＣｏｍｐｅｎｓａｔｅｄＢｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（ＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ）モードなどを用いることができる。
【０２６６】
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。
【０２６７】
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０２６８】
（実施の形態１０）
半導体装置の一形態として電子ペーパーの例を示す。
【０２６９】
スイッチング素子と電気的に接続する素子を利用して電子インクを駆動させる電子ペーパーに用いてもよい。電子ペーパーは、電気泳動表示装置（電気泳動ディスプレイ）も呼ばれており、紙と同じ読みやすさ、他の表示装置に比べ低消費電力、薄くて軽い形状とすることが可能という利点を有している。
【０２７０】
電気泳動ディスプレイは、様々な形態が考えられ得るが、プラスの電荷を有する第１の粒子と、マイナスの電荷を有する第２の粒子とを含むマイクロカプセルが溶媒または溶質に複数分散されたものであり、マイクロカプセルに電界を印加することによって、マイクロカプセル中の粒子を互いに反対方向に移動させて一方側に集合した粒子の色のみを表示するものである。なお、第１の粒子または第２の粒子は染料を含み、電界がない場合において移動しないものである。また、第１の粒子の色と第２の粒子の色は異なるもの（無色を含む）とする。
【０２７１】
このように、電気泳動ディスプレイは、誘電定数の高い物質が高い電界領域に移動する、いわゆる誘電泳動的効果を利用したディスプレイである。
【０２７２】
上記マイクロカプセルを溶媒中に分散させたものが電子インクと呼ばれるものであり、この電子インクはガラス、プラスチック、布、紙などの表面に印刷することができる。また、カラーフィルタや色素を有する粒子を用いることによってカラー表示も可能である。
【０２７３】
また、アクティブマトリクス基板上に適宜、二つの電極の間に挟まれるように上記マイクロカプセルを複数配置すればアクティブマトリクス型の表示装置が完成し、マイクロカプセルに電界を印加すれば表示を行うことができる。例えば、実施の形態１、２、５、６の薄膜トランジスタによって得られるアクティブマトリクス基板を用いることができる。
【０２７４】
なお、マイクロカプセル中の第１の粒子および第２の粒子は、導電体材料、絶縁体材料、半導体材料、磁性材料、液晶材料、強誘電性材料、エレクトロルミネセント材料、エレクトロクロミック材料、磁気泳動材料から選ばれた一種の材料、またはこれらの複合材料を用いればよい。
【０２７５】
図１８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１で示す薄膜トランジスタと同様に作製でき、酸化物半導体層を含む信頼性の高い薄膜トランジスタである。また、実施の形態２、５、６で示す薄膜トランジスタも本実施の薄膜トランジスタ５８１として適用することもできる。
【０２７６】
図１８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。
【０２７７】
基板５８０上に形成さ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、半導体層と接する絶縁膜５８３に覆われている。薄膜トランジスタ５８１のソース電極層又はドレイン電極層によって第１の電極層５８７と、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と基板５９６上に形成された第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。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、一対の基板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。
【０２７８】
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〜２００μｍ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。
【０２７９】
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。
【０２８０】
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０２８１】
（実施の形態１１）
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。
【０２８２】
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およ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（電子および正孔）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。
【０２８３】
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。
【０２８４】
図１２は、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。
【０２８５】
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。ここでは酸化物半導体層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。
【０２８６】
画素６４００は、スイッチング用トランジスタ６４０１、発光素子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）が発光素子駆動用トランジスタ６４０２のゲートに接続されている。発光素子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。
【０２８７】
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。
【０２８８】
なお、容量素子６４０３は発光素子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。発光素子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。
【０２８９】
ここで、電圧入力電圧駆動方式の場合には、発光素子駆動用トランジスタ６４０２のゲートには、発光素子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。発光素子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発光素子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＋発光素子駆動用トランジスタ６４０２のＶｔｈ）以上の電圧をかける。
【０２９０】
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、信号の入力を異ならせることで、図１２と同じ画素構成を用いることができる。
【０２９１】
アナログ階調駆動を行う場合、発光素子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＋発光素子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、発光素子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。発光素子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、発光素子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。
【０２９２】
なお、図１２に示す画素構成は、これに限定されない。例えば、図１２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。
【０２９３】
次に、発光素子の構成について、図１３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１３（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１で示す薄膜トランジスタと同様に作製でき、酸化物半導体層を含む信頼性の高い薄膜トランジスタである。また、実施の形態２、５、６で示す薄膜トランジスタをＴＦＴ７００１、７０１１、７０２１として適用することもできる。
【０２９４】
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、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。
【０２９５】
上面射出構造の発光素子について図１３（Ａ）を用いて説明する。
【０２９６】
図１３（Ａ）に、発光素子駆動用ＴＦＴであるＴＦＴ７００１がｎ型で、発光素子７００２から発せられる光が陽極７００５側に抜ける場合の、画素の断面図を示す。図１３（Ａ）では、発光素子７００２の陰極７００３と駆動用ＴＦＴであるＴＦＴ７００１が平坦化絶縁層７００７、保護絶縁層７０００、及び絶縁層７００６に形成されたコンタクトホールを介して電気的に接続されており、コンタクトホール上には隔壁７００９が設けられ、陰極７００３上に発光層７００４、陽極７００５が順に積層されている。陰極７００３は仕事関数が小さく、なおかつ光を反射する導電膜であれば様々の材料を用いることができる。例えば、Ｃａ、Ａｌ、ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ等が望ましい。そして発光層７００４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。複数の層で構成されている場合、陰極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。陽極７００５は光を透過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（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導電膜を用いても良い。
【０２９７】
陰極７００３及び陽極７００５で発光層７００４を挟んでいる領域が発光素子７００２に相当する。図１３（Ａ）に示した画素の場合、発光素子７００２から発せられる光は、矢印で示すように陽極７００５側に射出する。
【０２９８】
次に、下面射出構造の発光素子について図１３（Ｂ）を用いて説明する。発光素子駆動用ＴＦＴ７０１１がｎ型で、発光素子７０１２から発せられる光が陰極７０１３側に射出する場合の、画素の断面図を示す。図１３（Ｂ）では、発光素子駆動用ＴＦＴ７０１１と電気的に接続された透光性を有する導電膜７０１７上に、発光素子７０１２の陰極７０１３が成膜されており、陰極７０１３上に発光層７０１４、陽極７０１５が順に積層されている。なお、陽極７０１５が透光性を有する場合、陽極上を覆うように、光を反射または遮蔽するための遮蔽膜７０１６が成膜されていてもよい。陰極７０１３は、図１３（Ａ）の場合と同様に、仕事関数が小さい導電性材料であれば様々な材料を用いることができる。ただしその膜厚は、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７０１３として用いることができる。そして発光層７０１４は、図１３（Ａ）と同様に、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。陽極７０１５は光を透過する必要はないが、図１３（Ａ）と同様に、透光性を有する導電性材料を用いて形成することができる。そして遮蔽膜７０１６は、例えば光を反射する金属等を用いることができるが、金属膜に限定されない。例えば黒の顔料を添加した樹脂等を用いることもできる。
【０２９９】
陰極７０１３及び陽極７０１５で、発光層７０１４を挟んでいる領域が発光素子７０１２に相当する。図１３（Ｂ）に示した画素の場合、発光素子７０１２から発せられる光は、矢印で示すように陰極７０１３側に射出する。なお、図１３（Ｂ）ではゲート電極層として透光性を有する導電膜を用いる例を示しており、発光素子７０１２から発せられる光は、ゲート電極層を通過して射出させる。
【０３００】
次に、両面射出構造の発光素子について、図１３（Ｃ）を用いて説明する。図１３（Ｃ）では、発光素子駆動用ＴＦＴ７０２１と電気的に接続された透光性を有する導電膜７０２７上に、発光素子７０２２の陰極７０２３が成膜されており、陰極７０２３上に発光層７０２４、陽極７０２５が順に積層されている。陰極７０２３は、図１３（Ａ）の場合と同様に、仕事関数が小さい導電性材料であれば様々な材料を用いることができる。ただしその膜厚は、光を透過する程度とする。例えば２０ｎｍの膜厚を有するＡｌを、陰極７０２３として用いることができる。そして発光層７０２４は、図１３（Ａ）と同様に、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。陽極７０２５は、図１３（Ａ）と同様に、光を透過する透光性を有する導電性材料を用いて形成することができる。
【０３０１】
陰極７０２３と、発光層７０２４と、陽極７０２５とが重なっている部分が発光素子７０２２に相当する。図１３（Ｃ）に示した画素の場合、発光素子７０２２から発せられる光は、矢印で示すように陽極７０２５側と陰極７０２３側の両方に射出する。
【０３０２】
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。
【０３０３】
なお、発光素子の駆動を制御する薄膜トランジスタ（発光素子駆動用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。
【０３０４】
なお半導体装置は、図１３に示した構成に限定されるものではなく、本明細書に開示する技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【０３０５】
次に、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１１を用いて説明する。図１１（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、パネルの平面図であり、図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）のＨ−Ｉにおける断面図に相当する。
【０３０６】
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。
【０３０７】
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１１（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。
【０３０８】
薄膜トランジスタ４５０９、４５１０は、実施の形態１、２、５、６で示した酸化物半導体層を含む信頼性の高い薄膜トランジスタを適用することができる。駆動回路用の薄膜トランジスタ４５０９としては、実施の形態１、２、５、６で示した薄膜トランジスタ２６０、２７０、画素用の薄膜トランジスタ４５１０としては、薄膜トランジスタ４２０、４４８、２２０、２８０、２９０を用いることができる。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。
【０３０９】
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。
【０３１０】
薄膜トランジスタ４５０９は、チャネル保護層として機能する絶縁層４５４１ａと、酸化物半導体層の周縁部（側面を含む）を覆う絶縁層４５４１ｂとが形成されている。同様に薄膜トランジスタ４５１０は、チャネル保護層として機能する絶縁層４５４２ａと、酸化物半導体層の周縁部（側面を含む）を覆う絶縁層４５４２ｂとが形成されている。
【０３１１】
酸化物半導体層の周縁部（側面を含む）を覆う酸化物絶縁層である絶縁層４５４１ｂ、４５４２ｂは、ゲート電極層と、その上方または周辺に形成される配線層（ソース配線層や容量配線層など）との距離を大きくし、寄生容量の低減を図ることができる。絶縁層４５４１ａ、４５４１ｂ、４５４２ａ、４５４２ｂは実施の形態１で示した酸化物絶縁層４２６ａ、４２６ｂと同様な材料及び方法で形成すればよい。また、薄膜トランジスタの表面凹凸を低減するため平坦化絶縁膜として機能する絶縁層４５４３で覆う構成となっている。ここでは、絶縁層４５４１ａ、４５４１ｂ、４５４２ａ、４５４２ｂとして、実施の形態１を用いてスパッタ法により酸化珪素膜を形成する。
【０３１２】
また、絶縁層４５４１ａ、４５４１ｂ、４５４２ａ、４５４２ｂ上に絶縁層４５４３が形成されている。絶縁層４５４３は実施の形態１で示した絶縁層４２８と、保護絶縁層４０３と同様な材料及び方法で形成すればよい。図１０（Ｂ）では単層として図示したが、絶縁層４２８と、絶縁層４２８と異なる材料の保護絶縁層４０３の積層である。ここでは、絶縁層４５４３として、スパッタ法により、酸化珪素膜と、スパッタ法により窒化珪素膜とを積層形成する。
【０３１３】
また、平坦化絶縁膜として絶縁層４５４４を形成する。絶縁層４５４４としては、実施の形態１で示した平坦化絶縁層４０４と同様な材料及び方法で形成すればよい。ここでは、絶縁層４５４４としてアクリルを用いる。
【０３１４】
本実施の形態では、画素部の複数の薄膜トランジスタをまとめて窒化物絶縁膜で囲む構成としてもよい。絶縁層４５４３とゲート絶縁層とに窒化物絶縁膜を用いて、図１１に示すように少なくともアクティブマトリクス基板の画素部の周縁を囲むように絶縁層４５４３とゲート絶縁層とが接する領域を設ける構成とすればよい。このような構成とすることにより、外部からの水分の侵入を防ぐことができる。また、半導体装置、例えば表示装置としてデバイスが完成した後にも長期的に、外部からの水分の侵入を防ぐことができデバイスの長期信頼性を向上することができる。
【０３１５】
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、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。
【０３１６】
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。
【０３１７】
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。
【０３１８】
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、窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、ＤＬＣ膜等を形成することができる。
【０３１９】
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。
【０３２０】
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。
【０３２１】
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。
【０３２２】
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は透光性でなければならない。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透光性を有する材料を用いる。
【０３２３】
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。例えば充填材として窒素を用いればよい。
【０３２４】
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。
【０３２５】
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、図１１の構成に限定されない。
【０３２６】
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。
【０３２７】
本実施の形態は、実施の形態１乃至４、及び６乃至８に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０３２８】
（実施の形態１２）
本明細書に開示する半導体装置は、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２０に示す。
【０３２９】
図２０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および筐体２７０３の２つの筐体で構成されている。筐体２７０１および筐体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。
【０３３０】
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および表示部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２０では表示部２７０５）に文章を表示し、左側の表示部（図２０では表示部２７０７）に画像を表示することができる。
【０３３１】
また、図２０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。
【０３３２】
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。
【０３３３】
（実施の形態１３）
本明細書に開示する半導体装置は、さまざまな電子機器（遊技機も含む）に適用することができる。電子機器としては、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。
【０３３４】
図２１（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。
【０３３５】
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。
【０３３６】
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。
【０３３７】
図２１（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。
【０３３８】
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。
【０３３９】
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。
【０３４０】
図２２（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２２（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、少なくとも本明細書に開示す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２２（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２２（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。
【０３４１】
図２２（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、少なくとも本明細書に開示す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。
【０３４２】
図２３（Ａ）は携帯型のコンピュータの一例を示す斜視図である。
【０３４３】
図２３（Ａ）の携帯型のコンピュータは、上部筐体９３０１と下部筐体９３０２とを接続するヒンジユニットを閉状態として表示部９３０３を有する上部筐体９３０１と、キーボード９３０４を有する下部筐体９３０２とを重ねた状態とすることができ、持ち運ぶことが便利であるとともに、使用者がキーボード入力する場合には、ヒンジユニットを開状態として、表示部９３０３を見て入力操作を行うことができる。
【０３４４】
また、下部筐体９３０２はキーボード９３０４の他に入力操作を行うポインティングデバイス９３０６を有する。また、表示部９３０３をタッチ入力パネルとすれば、表示部の一部に触れることで入力操作を行うこともできる。また、下部筐体９３０２はＣＰＵやハードディスク等の演算機能部を有している。また、下部筐体９３０２は他の機器、例えばＵＳＢの通信規格に準拠した通信ケーブルが差し込まれる外部接続ポート９３０５を有している。
【０３４５】
上部筐体９３０１には更に上部筐体９３０１内部にスライドさせて収納可能な表示部９３０７を有しており、広い表示画面を実現することができる。また、収納可能な表示部９３０７の画面の向きを使用者は調節できる。また、収納可能な表示部９３０７をタッチ入力パネルとすれば、収納可能な表示部９３０７の一部に触れることで入力操作を行うこともできる。
【０３４６】
表示部９３０３または収納可能な表示部９３０７は、液晶表示パネル、有機発光素子または無機発光素子などの発光表示パネルなどの映像表示装置を用いる。
【０３４７】
また、図２３（Ａ）の携帯型のコンピュータは、受信機などを備えた構成として、テレビ放送を受信して映像を表示部に表示することができる。また、上部筐体９３０１と下部筐体９３０２とを接続するヒンジユニットを閉状態としたまま、表示部９３０７をスライドさせて画面全面を露出させ、画面角度を調節して使用者がテレビ放送を見ることもできる。この場合には、ヒンジユニットを開状態として表示部９３０３を表示させず、さらにテレビ放送を表示するだけの回路の起動のみを行うため、最小限の消費電力とすることができ、バッテリー容量の限られている携帯型のコンピュータにおいて有用である。
【０３４８】
また、図２３（Ｂ）は、腕時計のように使用者の腕に装着可能な形態を有している携帯電話の一例を示す斜視図である。
【０３４９】
この携帯電話は、少なくとも電話機能を有する通信装置及びバッテリーを有する本体、本体を腕に装着するためのバンド部９２０４、腕に対するバンド部の固定状態を調節する調節部９２０５、表示部９２０１、スピーカ９２０７、及びマイク９２０８から構成されている。
【０３５０】
また、本体は、操作スイッチ９２０３を有し、電源入力スイッチや、表示切り替えスイッチや、撮像開始指示スイッチの他、例えばボタンを押すとインタネット用のプログラムが起動されるなど、各ファンクションを対応づけることができる。
【０３５１】
この携帯電話の入力操作は、表示部９２０１に指や入力ペンなどで触れること、又は操作スイッチ９２０３の操作、またはマイク９２０８への音声入力により行われる。なお、図２３（Ｂ）では、表示部９２０１に表示された表示ボタン９２０２を図示しており、指などで触れることにより入力を行うことができる。
【０３５２】
また、本体は、撮影レンズを通して結像される被写体像を電子画像信号に変換する撮像手段を有するカメラ部９２０６を有する。なお、特にカメラ部は設けなくともよい。
【０３５３】
また、図２３（Ｂ）に示す携帯電話は、テレビ放送の受信機などを備えた構成として、テレビ放送を受信して映像を表示部９２０１に表示することができ、さらにメモリーなどの記憶装置などを備えた構成として、テレビ放送をメモリーに録画できる。また、図２３（Ｂ）に示す携帯電話は、ＧＰＳなどの位置情報を収集できる機能を有していてもよい。
【０３５４】
表示部９２０１は、液晶表示パネル、有機発光素子または無機発光素子などの発光表示パネルなどの映像表示装置を用いる。図２３（Ｂ）に示す携帯電話は、小型、且つ、軽量であるため、バッテリー容量の限られており、表示部９２０１に用いる表示装置は低消費電力で駆動できるパネルを用いることが好ましい。
【０３５５】
なお、図２３（Ｂ）では”腕”に装着するタイプの電子機器を図示したが、特に限定されず、携行できる形状を有しているものであればよい。
【０３５６】
（実施の形態１４）
本実施の形態では、半導体装置の一形態として、実施の形態１、２、５、６で示す薄膜トランジスタを有する表示装置の例を図２４乃至図３５を用いて説明する。本実施の形態は、表示素子として液晶素子を用いた液晶表示装置の例を図２４乃至図３５を用いて説明する。図２４乃至図３５の液晶表示装置に用いられるＴＦＴ６２８、６２９は、実施の形態１、２、５、６で示す薄膜トランジスタを適用することができ、実施の形態１、２、５、６で示す工程で同様に作製できる電気特性及び信頼性の高い薄膜トランジスタである。ＴＦＴ６２８はチャネル保護層６０８を、ＴＦＴ６２９はチャネル保護層６１１をそれぞれ有し、半導体層膜をチャネル形成領域とするボトムゲート型薄膜トランジスタである。
【０３５７】
はじめにＶＡ（ＶｅｒｔｉｃａｌＡｌｉｇｎｍｅｎｔ）型の液晶表示装置について示す。ＶＡ型の液晶表示装置とは、液晶表示パネルの液晶分子の配列を制御する方式の一種である。ＶＡ型の液晶表示装置は、電圧が印加されていないときにパネル面に対して液晶分子が垂直方向を向く方式である。本実施の形態では、特に画素（ピクセル）をいくつかの領域（サブピクセル）に分け、それぞれ別の方向に分子を倒すよう工夫されている。これをマルチドメイン化あるいはマルチドメイン設計という。以下の説明では、マルチドメイン設計が考慮された液晶表示装置について説明する。
【０３５８】
図２５及び図２６は、それぞれ画素電極及び対向電極を示している。なお、図２５は画素電極が形成される基板側の平面図であり、図中に示す切断線Ｅ−Ｆに対応する断面構造を図２４に表している。また、図２６は対向電極が形成される基板側の平面図である。以下の説明ではこれらの図を参照して説明する。
【０３５９】
図２４は、ＴＦＴ６２８とそれに接続する画素電極６２４、及び保持容量部６３０が形成された基板６００と、対向電極６４０等が形成される対向基板６０１とが重ね合わせられ、液晶が注入された状態を示している。
【０３６０】
図示しないが、対向基板６０１においてスペーサが形成される位置には、第１の着色膜、第２の着色膜、第３着色膜、対向電極６４０が形成されている。この構造により、液晶の配向を制御するための突起６４４とスペーサの高さを異ならせている。画素電極６２４上には配向膜６４８が形成され、同様に対向電極６４０上にも配向膜６４６が形成されている。この間に液晶層６５０が形成されている。
【０３６１】
スペーサ柱状スペーサを形成してもビーズスペーサを散布してもよい。スペーサが透光性の場合は、基板６００上に形成される画素電極６２４上に形成してもよい。
【０３６２】
基板６００上には、ＴＦＴ６２８とそれに接続する画素電極６２４、及び保持容量部６３０が形成される。画素電極６２４は、ＴＦＴ６２８、配線６１６、及び保持容量部６３０を覆う絶縁膜６２０、絶縁膜６２０を覆う第３絶縁膜６２２をそれぞれ貫通するコンタクトホール６２３で、配線６１８と接続する。絶縁膜６２０は、絶縁層と保護絶縁層の積層であり、半導体層と接する絶縁層をスパッタ法の酸化珪素膜とし、その上の保護絶縁層をスパッタ法の窒化珪素膜とする。なお、図２４では簡略化のため、積層である絶縁膜６２０を単層として図示している。ＴＦＴ６２８は実施の形態１、２、５、６で示す薄膜トランジスタを適宜用いることができる。また、保持容量部６３０は、ＴＦＴ６２８のゲート配線６０２と同時に形成した第１の容量配線６０４と、ゲート絶縁膜６０６と、配線６１６、６１８と同時に形成した第２の容量配線６１７で構成される。
【０３６３】
画素電極６２４と液晶層６５０と対向電極６４０が重なり合うことで、液晶素子が形成されている。
【０３６４】
図２５に基板６００上の構造を示す。画素電極６２４は実施の形態１で示した材料を用いて形成する。画素電極６２４にはスリット６２５を設ける。スリット６２５は液晶の配向を制御するためのものである。
【０３６５】
図２５に示すＴＦＴ６２９とそれに接続する画素電極６２６及び保持容量部６３１は、それぞれＴＦＴ６２８、画素電極６２４及び保持容量部６３０と同様に形成することができる。ＴＦＴ６２８とＴＦＴ６２９は共に配線６１６と接続している。この液晶表示パネルの画素（ピクセル）は、画素電極６２４と画素電極６２６により構成されている。画素電極６２４と画素電極６２６はサブピクセルである。
【０３６６】
図２６に対向基板側の構造を示す。遮光膜６３２上に対向電極６４０が形成されている。対向電極６４０は、画素電極６２４と同様の材料を用いて形成することが好ましい。対向電極６４０上には液晶の配向を制御する突起６４４が形成されている。
【０３６７】
この画素構造の等価回路を図２７に示す。ＴＦＴ６２８とＴＦＴ６２９は、共にゲート配線６０２、配線６１６と接続している。この場合、容量配線６０４と容量配線６０５の電位を異ならせることで、液晶素子６５１と液晶素子６５２の動作を異ならせることができる。すなわち、容量配線６０４と容量配線６０５の電位を個別に制御することにより液晶の配向を精密に制御して視野角を広げている。
【０３６８】
スリット６２５を設けた画素電極６２４に電圧を印加すると、スリット６２５の近傍には電界の歪み（斜め電界）が発生する。このスリット６２５と、対向基板６０１側の突起６４４とを交互に咬み合うように配置することで、斜め電界を効果的に発生させて液晶の配向を制御することで、液晶が配向する方向を場所によって異ならせている。すなわち、マルチドメイン化して液晶表示パネルの視野角を広げている。
【０３６９】
次に、上記とは異なるＶＡ型の液晶表示装置について、図２８乃至図３１を用いて説明する。
【０３７０】
図２８と図２９は、ＶＡ型液晶表示パネルの画素構造を示している。図２９は基板６００の平面図であり、図中に示す切断線Ｙ−Ｚに対応する断面構造を図２８に表している。以下の説明ではこの両図を参照して説明する。
【０３７１】
この画素構造は、一つの画素に複数の画素電極が有り、それぞれの画素電極にＴＦＴが接続されている。各ＴＦＴは、異なるゲート信号で駆動されるように構成されている。すなわち、マルチドメイン設計された画素において、個々の画素電極に印加する信号を、独立して制御する構成を有している。
【０３７２】
画素電極６２４はコンタクトホール６２３において、配線６１８でＴＦＴ６２８と接続している。また、画素電極６２６はコンタクトホール６２７において、配線６１９でＴＦＴ６２９と接続している。ＴＦＴ６２８のゲート配線６０２と、ＴＦＴ６２９のゲート配線６０３には、異なるゲート信号を与えることができるように分離されている。一方、データ線として機能する配線６１６は、ＴＦＴ６２８とＴＦＴ６２９で共通に用いられている。ＴＦＴ６２８とＴＦＴ６２９は実施の形態１、２、５、６で示す薄膜トランジスタを適宜用いることができる。また、容量配線６９０が設けられている。絶縁膜６２０は、絶縁層と保護絶縁層の積層であり、半導体層と接する絶縁層をスパッタ法の酸化珪素膜とし、その上の保護絶縁層をスパッタ法の窒化珪素膜とする。なお、図２８では簡略化のため、積層である絶縁膜６２０を単層として図示している。
【０３７３】
画素電極６２４と画素電極６２６の形状は異なっており、スリット６２５によって分離されている。Ｖ字型に広がる画素電極６２４の外側を囲むように画素電極６２６が形成されている。画素電極６２４と画素電極６２６に印加する電圧のタイミングを、ＴＦＴ６２８及びＴＦＴ６２９により異ならせることで、液晶の配向を制御している。この画素構造の等価回路を図３１に示す。ＴＦＴ６２８はゲート配線６０２と接続し、ＴＦＴ６２９はゲート配線６０３と接続している。ゲート配線６０２とゲート配線６０３は異なるゲート信号を与えることで、ＴＦＴ６２８とＴＦＴ６２９の動作タイミングを異ならせることができる。
【０３７４】
対向基板６０１には、第２の着色膜６３６、対向電極６４０が形成されている。また、第２の着色膜６３６と対向電極６４０の間には平坦化膜６３７が形成され、液晶の配向乱れを防いでいる。図３０に対向基板側の構造を示す。対向電極６４０は異なる画素間で共通化されている電極であるが、スリット６４１が形成されている。このスリット６４１と、画素電極６２４及び画素電極６２６側のスリット６２５とを交互に咬み合うように配置することで、斜め電界が効果的に発生させて液晶の配向を制御することができる。これにより、液晶が配向する方向を場所によって異ならせることができ、視野角を広げている。
【０３７５】
画素電極６２４と液晶層６５０と対向電極６４０が重なり合うことで、第１の液晶素子が形成されている。また、画素電極６２６と液晶層６５０と対向電極６４０が重なり合うことで、第２の液晶素子が形成されている。また、一画素に第１の液晶素子と第２の液晶素子が設けられたマルチドメイン構造である。
【０３７６】
次に、横電界方式の液晶表示装置について示す。横電界方式は、セル内の液晶分子に対して水平方向に電界を加えることで液晶を駆動して階調表現する方式である。この方式によれば、視野角を約１８０度にまで広げることができる。以下の説明では、横電界方式を採用する液晶表示装置について説明する。
【０３７７】
図３２は、ＴＦＴ６２８とそれに接続する画素電極６２４が形成された基板６００と、対向基板６０１を重ね合わせ、液晶を注入した状態を示している。対向基板６０１には、第２の着色膜６３６、平坦化膜６３７などが形成されている。画素電極は基板６００側に有るので、対向基板６０１側には設けられていない。基板６００と対向基板６０１の間に液晶層６５０が形成されている。
【０３７８】
基板６００上には、第１の画素電極６０７及び第１の画素電極６０７に接続する容量配線６０４、並びに及び実施の形態１、２、５、６で示すＴＦＴ６２８が形成される。第１の画素電極６０７は、実施の形態１で示す画素電極層４２７と同様の材料を用いることができる。また、第１の画素電極６０７は略画素の形状に区画化した形状で形成する。なお、第１の画素電極６０７及び容量配線６０４上にはゲート絶縁膜６０６が形成される。
【０３７９】
ＴＦＴ６２８の配線６１６、配線６１８がゲート絶縁膜６０６上に形成される。配線６１６は液晶表示パネルにおいてビデオ信号をのせるデータ線であり一方向に伸びる配線であると同時に、ＴＦＴ６２８のソース領域又はドレイン領域と接続し、ソース及びドレインの一方の電極となる。配線６１８はソース及びドレインの他方の電極となり、第２の画素電極６２４と接続する配線である。
【０３８０】
配線６１６、配線６１８上に第２の絶縁膜６２０が形成される。絶縁膜６２０は、絶縁層と保護絶縁層の積層であり、半導体層と接する絶縁層をスパッタ法の酸化珪素膜とし、その上の保護絶縁層をスパッタ法の窒化珪素膜とする。なお、図３２では簡略化のため、積層である絶縁膜６２０を単層として図示している。また、絶縁膜６２０上には、絶縁膜６２０に形成されるコンタクトホールにおいて、配線６１８に接続する第２の画素電極６２４が形成される。画素電極６２４は実施の形態１で示した画素電極層４２７と同様の材料を用いて形成する。
【０３８１】
このようにして、基板６００上にＴＦＴ６２８とそれに接続する画素電極６２４が形成される。なお、保持容量は画素電極６０７と画素電極６２４の間で形成している。
【０３８２】
図３３は、画素電極の構成を示す平面図である。図３３に示す切断線Ｏ−Ｐに対応する断面構造を図３２に表している。画素電極６２４にはスリット６２５が設けられる。スリット６２５は液晶の配向を制御するためのものである。この場合、電界は画素電極６０７と画素電極６２４の間で発生する。画素電極６０７と画素電極６２４の間にはゲート絶縁膜６０６が形成されているが、ゲート絶縁膜６０６の厚さは５０〜２００ｎｍであり、２〜１０μｍである液晶層の厚さと比較して十分薄いので、実質的に基板６００と平行な方向（水平方向）に電界が発生する。この電界により液晶の配向が制御される。この基板と略平行な方向の電界を利用して液晶分子を水平に回転させる。この場合、液晶分子はどの状態でも水平であるため、見る角度によるコントラストなどの影響は少なく、視野角が広がることとなる。また、画素電極６０７と画素電極６２４は共に透光性の電極であるので、開口率を向上させることができる。
【０３８３】
次に、横電界方式の液晶表示装置の他の一例について示す。
【０３８４】
図３４と図３５は、ＩＰＳ型の液晶表示装置の画素構造を示している。図３５は平面図であり、図中に示す切断線Ｖ−Ｗに対応する断面構造を図３４に表している。以下の説明ではこの両図を参照して説明する。
【０３８５】
図３４は、ＴＦＴ６２８とそれに接続する画素電極６２４が形成された基板６００と、対向基板６０１を重ね合わせ、液晶を注入した状態を示している。対向基板６０１には、第２の着色膜６３６、平坦化膜６３７などが形成されている。画素電極６２４は基板６００側にあるので、対向基板６０１側には設けられていない。基板６００と対向基板６０１の間に液晶層６５０が形成されている。
【０３８６】
基板６００上には、共通電位線６０９、及び実施の形態１、２、５、６で示すＴＦＴ６２８が形成される。共通電位線６０９はＴＦＴ６２８のゲート配線６０２と同時に形成することができる。
【０３８７】
ＴＦＴ６２８の配線６１６、配線６１８がゲート絶縁膜６０６上に形成される。配線６１６は液晶表示パネルにおいてビデオ信号をのせるデータ線であり一方向に伸びる配線であると同時に、ＴＦＴ６２８のソース領域又はドレイン領域と接続し、ソース及びドレインの一方の電極となる。配線６１８はソース及びドレインの他方の電極となり、第２の画素電極６２４と接続する配線である。
【０３８８】
配線６１６、配線６１８上に第２の絶縁膜６２０が形成される。また、絶縁膜６２０上には、絶縁膜６２０に形成されるコンタクトホール６２３において、配線６１８に接続する画素電極６２４が形成される。絶縁膜６２０は、絶縁層と保護絶縁層の積層であり、半導体層と接する絶縁層をスパッタ法の酸化珪素膜とし、その上の保護絶縁層をスパッタ法の窒化珪素膜とする。なお、図では簡略化のため、積層である絶縁膜６２０を単層として図示している。画素電極６２４は実施の形態１で示した画素電極層４２７と同様の材料を用いて形成する。なお、図３５に示すように、画素電極６２４は、共通電位線６０９と同時に形成した櫛形の電極と横電界が発生するように形成される。また、画素電極６２４の櫛歯の部分が共通電位線６０９と同時に形成した櫛形の電極と交互に咬み合うように形成される。
【０３８９】
画素電極６２４に印加される電位と共通電位線６０９の電位との間に電界が生じると、この電界により液晶の配向が制御される。この基板と略平行な方向の電界を利用して液晶分子を水平に回転させる。この場合、液晶分子はどの状態でも水平であるため、見る角度によるコントラストなどの影響は少なく、視野角が広がることとなる。
【０３９０】
このようにして、基板６００上にＴＦＴ６２８とそれに接続する画素電極６２４が形成される。保持容量は共通電位線６０９と容量電極６１５の間にゲート絶縁膜６０６を設け、それにより形成している。容量電極６１５と画素電極６２４はコンタクトホール６３３を介して接続されている。
【０３９１】
以上の工程により、表示装置として液晶表示装置を作製することができる。本実施の形態の液晶表示装置は、信頼性が高い液晶表示装置である。
【符号の説明】
【０３９２】
１０パルス出力回路
１１第１の配線
１２第２の配線
１３第３の配線
１４第４の配線
１５第５の配線
２１第１の入力端子
２２第２の入力端子
２３第３の入力端子
２４第４の入力端子
２５第５の入力端子
２６第１の出力端子
２７第２の出力端子
２８薄膜トランジスタ
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
４２トランジスタ
４３トランジスタ
５１電源線
５２電源線
５３電源線
６１期間
６２期間
２００基板
２０２ゲート絶縁層
２０３保護絶縁層
２０４平坦化絶縁層
２０５共通電位線
２０６共通電極層
２０７酸化物半導体層
２０８酸化物絶縁層
２０９共通電位線
２１６絶縁層
２２０薄膜トランジスタ
２２１端子
２２２端子
２２３接続電極層
２２５導電層
２２６電極層
２２７画素電極層
２３０容量配線層
２３１容量電極
２３６金属配線層
２３７金属配線層
２４１金属配線層
２４２金属配線層
２４３金属配線層
２４４金属配線層
２５０容量配線層
２５１酸化物半導体層
２５４ソース配線
２５５端子電極
２５６ソース配線
２５７端子電極
２６０薄膜トランジスタ
２６１ゲート電極層
２６３チャネル形成領域
２６４ａ高抵抗ソース領域
２６４ｂ高抵抗ドレイン領域
２６４ｃ領域
２６４ｄ領域
２６５ａソース電極層
２６５ｂドレイン電極層
２６６ａ酸化物絶縁層
２６６ｂ酸化物絶縁層
２６７導電層
２７０薄膜トランジスタ
２７１ゲート電極層
２７３チャネル形成領域
２７４ａ高抵抗ソース領域
２７４ｂ高抵抗ドレイン領域
２７４ｃ領域
２７４ｄ領域
２７４ｅ領域
２７４ｆ領域
２７５ａソース電極層
２７５ｂドレイン電極層
２７６ａ酸化物絶縁層
２７６ｂ酸化物絶縁層
２７７導電層
２８０薄膜トランジスタ
２８２ａ第１のゲート絶縁層
２８２ｂ第２のゲート絶縁層
２８２ｃゲート絶縁層
２８６ｂ酸化物絶縁層
２９０薄膜トランジスタ
２９２ａ第１のゲート絶縁層
２９２ｂ第２のゲート絶縁層
４００基板
４０２ゲート絶縁層
４０３保護絶縁層
４０４平坦化絶縁層
４２０薄膜トランジスタ
４２１ａゲート電極層
４２１ｂゲート電極層
４２２酸化物半導体層
４２３チャネル形成領域
４２４ａ高抵抗ソース領域
４２４ｂ高抵抗ドレイン領域
４２４ｃ領域
４２４ｄ領域
４２４ｅ高抵抗ソース領域
４２４ｆ高抵抗ドレイン領域
４２５ａソース電極層
４２５ｂドレイン電極層
４２６ａ酸化物絶縁層
４２６ｂ酸化物絶縁層
４２７画素電極層
４２８絶縁層
４２９酸化物半導体層
４４１コンタクトホール
４４２酸化物半導体層
４４８薄膜トランジスタ
５８０基板
５８１薄膜トランジスタ
５８３絶縁膜
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
５９５充填材
５９６基板
６００基板
６０１対向基板
６０２ゲート配線
６０３ゲート配線
６０４容量配線
６０５容量配線
６０６ゲート絶縁膜
６０７電極層
６０８チャネル保護層
６０９共通電位線
６１１チャネル保護層
６１５容量電極
６１６配線
６１７容量配線
６１８配線
６１９配線
６２０絶縁膜
６２１絶縁膜
６２２絶縁膜
６２３コンタクトホール
６２４画素電極
６２５スリット
６２６画素電極
６２７コンタクトホール
６２８ＴＦＴ
６２９ＴＦＴ
６３０保持容量部
６３１保持容量部
６３２遮光膜
６３３コンタクトホール
６３６着色膜
６３７平坦化膜
６４０対向電極層
６４１スリット
６４４突起
６４６配向膜
６４８配向膜
６５０液晶層
６５１液晶素子
６５２液晶素子
６９０容量配線
２６００ＴＦＴ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
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
４０１８ＦＰＣ
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
４０４１ａ絶縁層
４０４１ｂ絶縁層
４０４２ａ絶縁層
４０４２ｂ絶縁層
４５０１基板
４５０２画素部
４５０３ａ、４５０３ｂ信号線駆動回路
４５０４ａ、４５０４ｂ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、４５１８ｂＦＰＣ
４５１９異方性導電膜
４５２０隔壁
４５４０導電層
４５４１ａ絶縁層
４５４１ｂ絶縁層
４５４２ａ絶縁層
４５４２ｂ絶縁層
４５４３絶縁層
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発光素子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
７０００保護絶縁層
７００１ＴＦＴ
７００２発光素子
７００３陰極
７００４発光層
７００５陽極
７００６絶縁層
７００７平坦化絶縁層
７００９隔壁
７０１１発光素子駆動用ＴＦＴ
７０１２発光素子
７０１３陰極
７０１４発光層
７０１５陽極
７０１６遮蔽膜
７０１７導電膜
７０２１発光素子駆動用ＴＦＴ
７０２２発光素子
７０２３陰極
７０２４発光層
７０２５陽極
７０２７導電膜
９２０１表示部
９２０２表示ボタン
９２０３操作スイッチ
９２０４バンド部
９２０５調節部
９２０６カメラ部
９２０７スピーカ
９２０８マイク
９３０１上部筐体
９３０２下部筐体
９３０３表示部
９３０４キーボード
９３０５外部接続ポート
９３０６ポインティングデバイス
９３０７表示部
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
９８９０ＬＥＤ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】
絶縁表面上にゲート電極層と、
前記ゲート電極層上にゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上に酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層上に酸化物絶縁層と、
前記酸化物絶縁層上にソース電極層またはドレイン電極層と、
前記ソース電極層または前記ドレイン電極層上に絶縁層とを有し、
前記酸化物半導体層は、前記酸化物絶縁層と接する第１の領域と、前記ソース電極層または前記ドレイン電極層と接する第２の領域と、前記絶縁層と接する第３の領域と、を有し、
前記第１の領域のうち、前記ゲート電極層と前記ゲート絶縁層を介して重なる領域がチャネル形成領域であり、
前記チャネル形成領域と前記第２の領域との間に前記第３の領域を有する半導体装置。
【請求項２】
請求項１において、前記チャネル形成領域と重なる前記酸化物絶縁層の上面及び側面は前記絶縁層で覆われる半導体装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記酸化物絶縁層は、スパッタ法で形成される酸化珪素膜、または、酸化アルミニウム膜である半導体装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一において、前記絶縁層は、スパッタ法で形成される窒化珪素膜、または、窒化アルミニウム膜である半導体装置。
【請求項５】
ゲート電極層上にゲート絶縁層を形成し、
前記ゲート絶縁層上に酸化物半導体層を形成し、
前記酸化物半導体層を脱水化または脱水素化した後、大気に触れることなく、前記酸化物半導体層の一部と接し、且つ、前記酸化物半導体層の周縁及び側面を覆う酸化物絶縁層を形成し、
前記酸化物絶縁層上にソース電極層及びドレイン電極層を形成し、
前記酸化物絶縁層、前記ソース電極層、前記ドレイン電極層、及び前記酸化物半導体層と接する絶縁層を形成する半導体装置の作製方法。
【請求項６】
請求項５において、前記酸化物絶縁層は、スパッタ法で形成される酸化珪素膜、または、酸化アルミニウム膜である半導体装置の作製方法。
【請求項７】
請求項５または請求項６において、前記絶縁層は、スパッタ法で形成される酸化珪素膜、または、酸化アルミニウム膜である半導体装置の作製方法。

【図１】