【課題】低消費電力化できる液晶表示装置を提供することを課題の一とする。
【解決手段】表示部に複数の画素を有し、複数のフレーム期間で表示を行う液晶表示装置であって、フレーム期間は、書き込み期間及び保持期間を有し、書き込み期間において、複数の画素のそれぞれに、画像信号を入力した後、保持期間において、複数の画素が有するトランジスタをオフ状態にして、少なくとも３０秒間、画像信号を保持させる。画素は、酸化物半導体層でなる半導体層を具備し、酸化物半導体層は、キャリア濃度が１×１０^１４／ｃｍ^３未満である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、液晶表示装置に関する。または、当該液晶表示装置を具備する電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置に代表されるように、ガラス基板等の平板に形成される薄膜トランジスタは、アモルファスシリコン、多結晶シリコンによって作製されている。アモルファスシリコンを用いた薄膜トランジスタは、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、結晶シリコンを用いた薄膜トランジスタは電界効果移動度が高いものの、レーザアニール等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。
【０００３】
これに対し、酸化物半導体を用いて薄膜トランジスタを作製し、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、酸化物半導体膜として酸化亜鉛、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体を用いて薄膜トランジスタを作製し、液晶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で開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１６５５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
酸化物半導体をチャネル領域に用いた薄膜トランジスタは、アモルファスシリコンをチャネル領域に用いた薄膜トランジスタよりも高い電界効果移動度が得られている。このような酸化物半導体を用いて形成した薄膜トランジスタを具備する画素は、液晶表示装置等の表示装置への応用が期待される。
【０００６】
液晶表示装置が有する各画素には、液晶素子の配向を制御するための電圧を保持する保持容量が設けられている。保持容量の大きさを決める要素としては、薄膜トランジスタのオフ電流がある。オフ電流を低減することで、保持容量で電圧を保持できる期間を長く取ることができ、静止画等の表示を行う際の低消費電力化を図る上では重要となる。
【０００７】
なお本明細書で説明するオフ電流とは、薄膜トランジスタがオフ状態（非導通状態ともいう）のときに、ソースとドレインの間に流れる電流をいう。ｎチャネル型の薄膜トランジスタ（例えば、しきい値電圧が０乃至２Ｖ程度）では、ゲートとソースとの間に印加される電圧が負の電圧の場合に、ソースとドレインとの間を流れる電流のことをいう。
【０００８】
また、３Ｄディスプレイ、４ｋ２ｋディスプレイ等、さらなる付加価値のついた液晶表示装置では、画素一つあたりの面積が小さくなることが予想される一方で、開口率の向上した画素を有する液晶表示装置が望まれる。開口率の向上を図る上で、保持容量面積の削減が重要となる。結果として、薄膜トランジスタのオフ電流の低減が望まれる。
【０００９】
そこで、本発明の一態様は、酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタを具備する画素において、薄膜トランジスタのオフ電流を低減できる液晶表示装置を提供することを課題の一とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様は、表示部に複数の画素を有し、複数のフレーム期間で表示を行う液晶表示装置であって、フレーム期間は、書き込み期間及び保持期間を有し、書き込み期間において、複数の画素のそれぞれに、画像信号を入力した後、保持期間において、複数の画素が有するトランジスタをオフ状態にして、少なくとも３０秒間、画像信号を保持させる液晶表示装置である。
【００１１】
本発明の一態様は、表示部に複数の画素を有し、複数のフレーム期間で表示を行う液晶表示装置であって、フレーム期間は、書き込み期間及び保持期間を有し、書き込み期間において、複数回の極性の反転した電圧の画像信号を画素に入力した後、保持期間において、複数の画素のトランジスタをオフ状態にして、少なくとも３０秒間、画像信号を保持させる液晶表示装置である。
【００１２】
本発明の一態様において、保持期間における複数の画素に供給される電圧の極性は、書き込み期間に供給した複数回の極性の反転した電圧の画像信号のうち、最後に供給した極性の画像信号である液晶表示装置でもよい。
【００１３】
本発明の一態様において、トランジスタは、酸化物半導体でなる半導体層を有し、酸化物半導体は、キャリア濃度が１×１０^１４／ｃｍ^３未満である液晶表示装置でもよい。
【００１４】
本発明の一態様において、トランジスタのチャネル幅１μｍあたりのオフ電流は、１×１０^−１７Ａ以下である液晶表示装置でもよい。
【発明の効果】
【００１５】
酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタを具備する画素において、オフ電流を低減することができる。そのため、保持容量で電圧を保持できる期間を長く取ることができ、静止画等を表示する際の低消費電力化を図ることができる液晶表示装置とすることができる。また開口率の向上を図ることによって、高精細な表示部を有する液晶表示装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】液晶表示装置の上面図及び断面図を示す図。
【図２】液晶表示装置のブロック図を示す図。
【図３】液晶表示装置の動作について説明する図。
【図４】液晶表示装置の上面図及び断面図を示す図。
【図５】薄膜トランジスタを説明する図。
【図６】薄膜トランジスタの作製方法を説明する図。
【図７】薄膜トランジスタを説明する図。
【図８】薄膜トランジスタを説明する図。
【図９】薄膜トランジスタを説明する図。
【図１０】薄膜トランジスタを説明する図。
【図１１】薄膜トランジスタを説明する図。
【図１２】薄膜トランジスタを説明する図。
【図１３】薄膜トランジスタを説明する図。
【図１４】薄膜トランジスタを説明する図。
【図１５】液晶パネルを説明する図。
【図１６】電子機器を示す図。
【図１７】電子機器を示す図。
【図１８】実施の形態１３を説明するための図。
【図１９】実施の形態１３を説明するための図。
【図２０】実施の形態１３を説明するための図。
【図２１】実施の形態１３を説明するための図。
【図２２】実施の形態１４を説明するための図。
【図２３】実施の形態１４を説明するための図。
【図２４】実施の形態１４を説明するための図。
【図２５】シフトレジスタの構成を示す図。
【図２６】シフトレジスタの動作を説明するためのタイミングチャート。
【図２７】シフトレジスタの動作を説明するためのタイミングチャート。
【図２８】実施例１の液晶表示装置を説明するための図。
【図２９】実施例１の液晶表示装置を説明するための図。
【図３０】実施例１の液晶表示装置を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施の形態及び実施例について、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及び実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本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。
【００１８】
なお、本明細書で説明する各図において、各構成の大きさ、層の厚さ、又は領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。
【００１９】
なお、本明細書にて用いる第１、第２、第３、等の用語は、構成要素の混同を避けるために付したものであり、数的に限定するものではない。そのため、例えば、「第１の」を「第２の」又は「第３の」などと適宜置き換えて説明することもできる。
【００２０】
（実施の形態１）
薄膜トランジスタを用いて液晶表示装置の画素を構成する例を以下に説明する。本実施の形態では、一例として、液晶表示装置における画素が有する薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴともいう）及び当該ＴＦＴに接続された画素電極として機能する電極（単に画素電極ともいう）について示し、説明する。なお画素とは、表示装置の各画素に設けられた各素子、例えば薄膜トランジスタ、画素電極として機能する電極、及び配線等の電気的な信号により表示を制御するための素子で構成される素子群、のことをいう。なお画素は、カラーフィルター等を含むものであっても良く、一画素によって、明るさを制御できる色要素一つ分としてもよい。よって、一例として、ＲＧＢの色要素からなるカラー表示装置の場合には、画像の最小単位は、Ｒの画素とＧの画素とＢの画素との三画素から構成されるものとなり、複数の画素によって画像を得ることができるものとなる。ただし、本発明の一態様は、カラー表示の表示装置に限定されるものではなく、モノクロ表示の表示装置としてもよい。
【００２１】
なお、ＡとＢとが接続されている、と記載する場合は、ＡとＢとが電気的に接続されている場合と、ＡとＢとが直接接続されている場合とを含むものとする。ここで、Ａ、Ｂは、対象物（例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、層、など）であるとする。
【００２２】
まず、画素の上面図について図１（Ａ）に示す。なお図１（Ａ）に示すＴＦＴの構造は、一例として、ボトムゲート型構造について示している。なお図１（Ａ）には、ゲートとなる配線から見てチャネル領域となる酸化物半導体層と反対側に、ＴＦＴのソース電極及びドレイン電極となる配線層を有する、いわゆる逆スタガ型の構成について示している。
【００２３】
図１（Ａ）に示す画素１００は、走査線として機能する第１の配線１０１、信号線として機能する第２の配線１０２Ａ、酸化物半導体層１０３、容量線１０４、画素電極１０５を有する。また、酸化物半導体層１０３と画素電極１０５とを電気的に接続するための第３の配線１０２Ｂを有し、薄膜トランジスタ１０６が構成される。第１の配線１０１は薄膜トランジスタ１０６のゲートとして機能する配線でもある。第２の配線１０２Ａは、ソース電極またはドレイン電極の一方及び保持容量の一方の電極として機能する配線でもある。第３の配線１０２Ｂは、ソース電極またはドレイン電極の他方として機能する配線でもある。容量線１０４は、保持容量の他方の電極として機能する配線である。
【００２４】
なお、プロセスの簡略のためには、第１の配線１０１と、容量線１０４とが同層に設けられ、第２の配線１０２Ａと、第３の配線１０２Ｂとが同層に設けられる構成とすると好ましい。また第３の配線１０２Ｂと容量線１０４とは、一部重畳して設けられており、液晶素子の保持容量を形成している。なお、薄膜トランジスタ１０６が有する酸化物半導体層１０３は、第１の配線１０１より分岐した配線上にゲート絶縁膜（図示せず）を介して設けられている。
【００２５】
また図１（Ｂ）には、図１（Ａ）における一点鎖線Ａ１−Ａ２間の断面構造について示している。図１（Ｂ）に示す断面構造において、基板１１１上には、下地膜１１２を介して、ゲートである第１の配線１０１、容量線１０４が設けられている。ゲート絶縁膜１１３は、第１の配線１０１及び容量線１０４を覆うように設けられている。ゲート絶縁膜１１３上には、酸化物半導体層１０３が設けられている。酸化物半導体層１０３上には、第２の配線１０２Ａ、第３の配線１０２Ｂが設けられている。また、酸化物半導体層１０３、第２の配線１０２Ａ、及び第３の配線１０２Ｂの上には、パッシベーション膜として機能する酸化物絶縁層１１４が設けられている。酸化物絶縁層１１４には開口部が形成されており、開口部において画素電極１０５と第３の配線１０２Ｂとの接続がなされる。また、第３の配線１０２Ｂと容量線１０４とは、ゲート絶縁膜１１３を誘電体として容量素子を形成している。
【００２６】
また図１（Ｃ）には、図１（Ａ）の一点鎖線Ｂ１−Ｂ２の断面図について示しており、容量線１０４と第２の配線１０２Ａとの間に絶縁層１２１を有する構成について示している。
【００２７】
第１の配線１０１及び容量線１０４上に第２の配線１０２Ａを設ける場合、ゲート絶縁膜１１３の膜厚によっては、第１の配線１０１と第２の配線１０２Ａ、及び容量線１０４と第２の配線１０２Ａ、の間に寄生容量が生じることとなる。そのため、図１（Ｃ）に示すように、絶縁層１２１を設けることで寄生容量を低減し、誤動作等の不良を低減することができる。
【００２８】
なお、図１（Ａ）乃至（Ｃ）に示す画素は、図２に示すように、基板２００上に複数の画素２０１がマトリクス状に配置されるものである。図２では、基板２００上には、画素部２０２、走査線駆動回路２０３、及び信号線駆動回路２０４を有する構成について示している。画素２０１は、走査線駆動回路２０３に接続された第１の配線１０１によって供給される走査信号により、各行ごとに選択状態か、非選択状態かが決定される。また走査信号によって選択されている画素２０１は、信号線駆動回路２０４に接続された配線１０２Ａによって、配線１０２Ａからビデオ電圧（画像信号、ビデオ信号、ビデオデータともいう）が供給される。
【００２９】
図２では、走査線駆動回路２０３、信号線駆動回路２０４が基板２００上に設けられる構成について示したが、走査線駆動回路２０３または信号線駆動回路２０３のいずれか一が基板２００上に設けられ、他方は別の基板（例えば、単結晶シリコン）上に形成されたものをＴＡＢ法、ＣＯＧ法等の実装技術によって、画素部２０２に接続した構成としてもよい。また画素部２０２のみを基板２００上に設け、走査線駆動回路２０３および信号線駆動回路２０４として別の基板上に形成されたものをＴＡＢ法、ＣＯＧ法等の実装技術によって、画素部２０２に接続した構成としても良い。
【００３０】
図２で画素部２０２には、複数の画素２０１がマトリクス上に配置（ストライプ配置）する例について示している。なお、画素２０１は必ずしもマトリクス上に配置されている必要はなく、例えば、画素２０１をデルタ配置、またはベイヤー配置してもよい。また画素部２０２における表示方式はプログレッシブ方式、インターレース方式のいずれかを用いることができる。なお、カラー表示する際に画素で制御する色要素としては、ＲＧＢ（Ｒは赤、Ｇは緑、Ｂは青）の三色に限定されず、それ以上でもよく、例えば、ＲＧＢＷ（Ｗは白）、又はＲＧＢに、イエロー、シアン、マゼンタなどを一色以上追加したものなどがある。なお、色要素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい。
【００３１】
図２において、第１の配線１０１及び第２の配線１０２Ａは画素の行方向及び列方向の数に応じて示している。なお、第１の配線１０１及び第２の配線１０２Ａは、画素を構成するサブ画素（副画素、サブピクセルともいう）の数、または画素内のトランジスタの数に応じて、本数を増やす構成としてもよい。また画素間で第１の配線１０１及び第２の配線１０２Ａを共有して画素２０１を駆動する構成としても良い。
【００３２】
なお、図１（Ａ）ではＴＦＴの第２の配線１０２Ａの形状を矩形状であるものとして示しているが、第３の配線１０２Ｂを囲む形状（具体的には、Ｕ字型またはＣ字型）とし、キャリアが移動する領域の面積を増加させ、薄膜トランジスタの導通時に流れる電流（オン電流ともいう）の量を増やす構成としてもよい。
【００３３】
なお本明細書で説明するオン電流とは、薄膜トランジスタがオン状態（導通状態ともいう）のときに、ソースとドレインの間に流れる電流をいう。ｎチャネル型の薄膜トランジスタでは、ゲートとソースとの間に印加される電圧が閾値電圧（Ｖｔｈ）よりも大きい場合に、ソースとドレインとの間を流れる電流のことをいう。
【００３４】
なお開口率とは、単位面積に対し、光が通過する領域の面積の比率について表したものである。光を透過しない部材が占める領域が広くなると、開口率が低下し、光を透過する部材が占める領域が広くなると開口率が向上することとなる。液晶表示装置では、画素電極に重畳する配線、容量線の占める面積、及び薄膜トランジスタのサイズを小さくすることで開口率が向上することとなる。
【００３５】
なお、薄膜トランジスタは、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、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。あるいは、それぞれを第１電極、第２電極と表記する場合がある。あるいは、第１領域、第２領域と表記する場合がある。
【００３６】
次いで、酸化物半導体層１０３について説明する。
【００３７】
本実施の形態で用いる酸化物半導体は、酸化物半導体に含まれる水素濃度が５×１０^１９／ｃｍ^３以下、好ましくは５×１０^１８／ｃｍ^３以下、より好ましくは５×１０^１７／ｃｍ^３以下となるように、酸化物半導体に含まれる水素（ＯＨ結合を含む）の除去をする。そしてキャリア濃度を１×１０^１４／ｃｍ^３未満、好ましくは１×１０^１２／ｃｍ^３以下とした酸化物半導体膜でチャネル領域が形成される薄膜トランジスタが構成されるものである。なお、酸化物半導体層中の水素濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）による分析で得られたものである。
【００３８】
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以上とすれば、熱励起によって生じるキャリアは無視できる程度となるので、ドナーを形成する水素等の不純物を極力低減することによって、キャリア濃度を１×１０^１４／ｃｍ^３未満、好ましくは１×１０^１２／ｃｍ^３以下となるようにする。即ち、酸化物半導体層のキャリア濃度は、限りなくゼロにする。
【００３９】
このように酸化物半導体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、チャネル幅が１０ｍｍの場合でさえも、ドレイン電圧が１Ｖから１０Ｖの範囲、ゲート電圧が−５Ｖから−２０Ｖの範囲において、ドレイン電流は１×１０^−１３Ａ以下となる。
【００４０】
このようにオフ電流値が極めて小さい薄膜トランジスタを用いて、表示装置の回路などを作製した場合、ほとんどリークがないため、映像信号等の電気信号を保持する時間を長くすることができる。
【００４１】
また、具体的には、上述の酸化物半導体層を具備するトランジスタは、チャネル幅１０μｍの場合において、チャネル幅１μｍあたりのオフ電流を１０ａＡ／μｍ（１×１０^−１７Ａ／μｍ）以下にすること、さらには１ａＡ／μｍ（１×１０^−１８Ａ／μｍ）以下にすることが可能である。オフ状態における電流値（オフ電流値）が極めて小さいトランジスタを画素の選択トランジスタとして用いることにより、映像信号等の電気信号の保持時間を長くすることができる。保持時間を長くすることができるため、例えば、映像信号の書き込みの後の保持期間は１０秒以上、好ましくは３０秒以上、さらに好ましくは１分以上１０分未満とする。保持期間を長くすることで書き込みの間隔を長くとることができ、消費電力を抑制する効果を高くできる。
【００４２】
一方、例えば低温ポリシリコンを具備するトランジスタでは、オフ電流が１×１０^−１２Ａ／μｍ相当であると見積もって設計等行うこととなっている。そのため、酸化物半導体を有するトランジスタでは、低温ポリシリコンを具備するトランジスタに比較して、保持容量が同等（０．１ｐＦ程度）である際、電圧の保持期間を１０^４倍程度に引き延ばすことができる。また、アモルファスシリコンを具備するトランジスタの場合、チャネル幅１μｍあたりのオフ電流は、１×１０^−１３Ａ／μｍ以上である。したがって、保持容量が同等（０．１ｐＦ程度）である際、高純度の酸化物半導体を用いたトランジスタの方がアモルファスシリコンを用いたトランジスタに比較して、電圧の保持期間を１０^４倍以上に引き延ばすことができる。
【００４３】
一例として、低温ポリシリコンを具備する薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリクス表示装置においては、薄膜トランジスタのリーク電流によって、画素に保持されている電荷が失われるため、１６ミリ秒に一度（６０フレーム／秒）、映像信号を書き換えている。しかしながら、上述の酸化物半導体層を具備する薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリクス表示装置では、上述のように酸化物半導体層を具備する薄膜トランジスタのオフ電流が低温ポリシリコンを具備する薄膜トランジスタよりはるかに小さいため、１回の信号書き込みによる保持期間を１００００倍の１６０秒程度とすることができる。
【００４４】
保持期間を長くとれるため、特に静止画の表示を行う際に、信号の書き込みを行う頻度を低減することができる。そのため画素への信号の書き込み回数を低減することができ、低消費電力化を図ることができる。
【００４５】
また図１に示す保持容量は、一対の電極間に絶縁層を誘電体として挟むことにより構成されている。そして、保持容量の大きさは、画素部に配置される薄膜トランジスタのリーク電流等を考慮して、所定の期間の間電荷を保持できるように設定される。保持容量の大きさは、トランジスタのオフ電流等を考慮して設定すればよい。本実施の形態では、トランジスタ１０６として高純度の酸化物半導体層を有するトランジスタを用いていることにより、各画素における液晶容量に対して１／３以下、好ましくは１／５以下の容量の大きさを有する保持容量を設ければ充分である。
【００４６】
前述の高純度の酸化物半導体層を具備するトランジスタは、保持期間を長く取ることができるため、特に静止画の表示を行う際に、信号の書き込みを行う頻度を著しく低減することができる。このため、表示の切り替えが少ない静止画等の表示では、画素への信号の書き込み回数を低減することができるため、低消費電力化を図ることができる。
【００４７】
なお、静止画表示において、保持期間中の液晶素子に印加されている電圧の保持率を考慮して、適宜リフレッシュ動作してもよい。例えば、液晶素子の画素電極に信号を書き込んだ直後における電圧の値（初期値）に対して所定のレベルまで電圧が下がったタイミングでリフレッシュ動作を行えばよい。所定のレベルとする電圧は、初期値に対してチラツキを感じない程度に設定することが好ましい。具体的には、表示対象が映像の場合、初期値に対して１．０％低い状態、好ましくは０．３％低い状態となる毎に、リフレッシュ動作（再度の書き込み）を行うのが好ましい。また、表示対象が文字の場合、初期値に対して１０％低い状態、好ましくは３％低い状態となる毎に、リフレッシュ動作（再度の書き込み）を行うのが好ましい。
【００４８】
また、静止画表示における保持期間において、対向電極（共通電極、コモン電極ともいう。）をフローティング状態とすることもできる。具体的には、対向電極にコモン電位を与える電源と対向電極との間にスイッチを設け、書き込み期間中はスイッチをオンにして電源から対向電極にコモン電位を与えた後、残りの保持期間においてはスイッチをオフにしてフローティング状態とすればよい。該スイッチについても、前述した高純度の酸化物半導体層を具備するトランジスタを用いることが好ましい。上記のようにオフ電流が極めて低い酸化物半導体を用いたＴＦＴを用いることで、液晶表示パネルの画素電極と対向電極との間の電位はほとんど変動することがなく、いわゆる液晶の焼き付きが起こらない範囲で、駆動回路を停止させたまま静止画を表示し続けることができる。
【００４９】
また、液晶材料の固有抵抗は、１×１０^１２Ω・ｃｍ以上であり、好ましくは１×１０^１３Ω・ｃｍ以上であり、さらに好ましくは１×１０^１４Ω・ｃｍ以上である。なお、本明細書における固有抵抗の値は、２０℃で測定した値とする。また、該液晶材料を用いて液晶表示装置を構成した場合、液晶素子となる部分の抵抗は、例えば配向膜又はシール材などにより液晶層に不純物が混入する可能性があるため、１×１０^１１Ω・ｃｍ以上さらには１×１０^１２Ω・ｃｍ以上の範囲となる場合がある。
【００５０】
液晶材料の固有抵抗が大きいほど液晶材料を介して漏れる電荷を減らすことができ、液晶素子の動作状態を保持する電圧が経時的に低下する現象を緩和できる。その結果、保持期間を長くとれるため、信号の書き込みを行う頻度を低減でき、表示装置の低消費電力化を図ることができる。
【００５１】
図３（Ａ）では、フレーム期間における書き込み期間と保持期間の関係について示している。図３（Ａ）において、期間２５１、２５２が保持期間に相当し、期間２６１、２６２が書き込み期間に相当する。
【００５２】
図３（Ａ）には、フレーム期間毎に表示素子である液晶素子に印加する電圧の極性（図中、プラス記号、マイナス記号に図示）を反転することで液晶素子に印加される電界が偏らず、液晶素子の劣化の程度を低減できる。前述の酸化物半導体層を具備する薄膜トランジスタは、保持期間を長く取ることができるため、画素への書き込み回数を極端に低減することができる。そのため、表示の切り替えが少ない静止画等の表示では、低消費電力化を図ることが出来る。
【００５３】
また図３（Ｂ）では、図３（Ａ）の書き込み期間２６１、２６２において、複数回の極性の反転した電圧の書き込みを行う関係を示している。図３（Ｂ）に示すように、書き込み期間２６１、２６２に複数回の極性の反転した電圧の書き込みを行うことによって、液晶素子の劣化の程度をさらに低減することができる。なお書き込み期間２６１、２６２の最後に印加する電圧の書き込みは、保持期間内に保持するための極性とするものである。
【００５４】
なお図３（Ａ）、（Ｂ）において、液晶素子に印加する電圧は、ドット反転駆動、ソースライン反転駆動、ゲートライン反転駆動、フレーム反転駆動等を用いて駆動するよう入力する構成とすればよい。
【００５５】
なお静止画を表示しない場合には、酸化物半導体層を具備する薄膜トランジスタを用いた画素を形成する場合には、保持容量を形成しないで動画像の表示を行うことも可能である。保持容量を形成しない場合の画素の上面図及びその断面図の構成について図４（Ａ）、（Ｂ）に示す。図４（Ａ）、（Ｂ）に示す構成は、図１（Ａ）及び（Ｂ）における容量線を省略した図に相当する。図４（Ａ）に示す上面図、図４（Ｂ）に示す断面図からもわかるように、酸化物半導体層を有する薄膜トランジスタを用いることで、画素電極１０５が占める領域、すなわち開口率を向上することができる。また図４（Ｂ）に示す断面図からもわかるように、酸化物半導体層を有する薄膜トランジスタを用いることで、容量線を削減し、そして画素電極１０５が占める領域を広げることができるため、すなわち開口率を向上することができる。
【００５６】
以上説明したように本実施の形態で示す構成とすることにより、酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタを具備する画素において、オフ電流を低減することができる。そのため、保持容量で電圧を保持できる期間を長く取ることができ、静止画等を表示する際の低消費電力化を図ることができる液晶表示装置とすることができる。また開口率の向上を図ることによって、高精細な表示部を有する液晶表示装置とすることができる。
【００５７】
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。
【００５８】
（実施の形態２）
本実施の形態は、本明細書で開示する液晶表示装置に適用できる薄膜トランジスタの例を示す。本実施の形態で示す薄膜トランジスタ４１０は、実施の形態１の薄膜トランジスタ１０６として用いることができる。
【００５９】
本実施の形態の薄膜トランジスタ及び薄膜トランジスタの作製方法の一形態を、図５及び図６を用いて説明する。
【００６０】
図５（Ａ）（Ｂ）に薄膜トランジスタの平面及び断面構造の一例を示す。図５（Ａ）（Ｂ）に示す薄膜トランジスタ４１０は、トップゲート構造の薄膜トランジスタの一つである。
【００６１】
図５（Ａ）はトップゲート構造の薄膜トランジスタ４１０の平面図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）の線Ｃ１−Ｃ２における断面図である。
【００６２】
薄膜トランジスタ４１０は、絶縁表面を有する基板４００上に、絶縁層４０７、酸化物半導体層４１２、ソース電極層又はドレイン電極層４１５ａ、及びソース電極層又はドレイン電極層４１５ｂ、ゲート絶縁層４０２、ゲート電極層４１１を含み、ソース電極層又はドレイン電極層４１５ａ、ソース電極層又はドレイン電極層４１５ｂにそれぞれ配線層４１４ａ、配線層４１４ｂが接して設けられ電気的に接続している。
【００６３】
また、薄膜トランジスタ４１０はシングルゲート構造の薄膜トランジスタを用いて説明したが、必要に応じて、チャネル形成領域を複数有するマルチゲート構造の薄膜トランジスタも形成することができる。
【００６４】
以下、図６（Ａ）乃至（Ｅ）を用い、基板４００上に薄膜トランジスタ４１０を作製する工程を説明する。
【００６５】
絶縁表面を有する基板４００に使用することができる基板に大きな制限はないが、少なくとも、後の加熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有していることが必要となる。
【００６６】
例えば、基板４００としてガラス基板を用いる場合には、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。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
【００６７】
なお、基板４００としては、上記のガラス基板以外に、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。また、プラスチック基板等も適宜用いることができる。
【００６８】
まず、絶縁表面を有する基板４００上に下地膜となる絶縁層４０７を形成する。酸化物半導体層と接する絶縁層４０７は、酸化シリコン層、酸化窒化シリコン層、酸化アルミニウム層、または酸化窒化アルミニウム層などの酸化物絶縁層を用いると好ましい。絶縁層４０７の形成方法としては、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法等を用いることができるが、絶縁層４０７中に水素が多量に含まれないようにするためには、スパッタリング法で絶縁層４０７を成膜することが好ましい。
【００６９】
本実施の形態では、絶縁層４０７として、スパッタリング法により酸化シリコン層を形成する。基板４００を処理室へ搬送し、水素及び水分が除去された高純度酸素を含むスパッタガスを導入しターゲットを用いて、基板４００に絶縁層４０７として、酸化シリコン層を成膜する。また基板４００は室温でもよいし、加熱されていてもよい。
【００７０】
例えば、ターゲットとして、石英（好ましくは合成石英）を用い、基板温度１０８℃、基板とターゲットの間との距離（Ｔ−Ｓ間距離）を６０ｍｍ、圧力０．４Ｐａ、高周波電源１．５ｋＷ、酸素及びアルゴン（酸素流量２５ｓｃｃｍ：アルゴン流量２５ｓｃｃｍ＝１：１）雰囲気下でＲＦスパッタリング法により酸化シリコン膜を成膜する。膜厚は１００ｎｍとする。なお、石英（好ましくは合成石英）に代えてシリコンターゲットを酸化シリコン膜を成膜するためのターゲットとして用いることができる。なお、スパッタガスとして酸素又は、酸素及びアルゴンの混合ガスを用いて行う。
【００７１】
この場合において、処理室内の残留水分を除去しつつ絶縁層４０７を成膜することが好ましい。絶縁層４０７に水素、水酸基又は水分が含まれないようにするためである。
【００７２】
処理室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることが好ましい。また、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。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素分子や、水（Ｈ_２Ｏ）など水素原子を含む化合物等が排気されるため、当該成膜室で成膜した絶縁層４０７に含まれる不純物の濃度を低減できる。
【００７３】
絶縁層４０７を、成膜する際に用いるスパッタガスは水素、水、水酸基又は水素化物などの不純物が、１ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下まで除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
【００７４】
スパッタリング法にはスパッタ用電源に高周波電源を用いるＲＦスパッタリング法と、ＤＣスパッタリング法があり、さらにパルス的にバイアスを与えるパルスＤＣスパッタリング法もある。ＲＦスパッタリング法は主に絶縁膜を成膜する場合に用いられ、ＤＣスパッタリング法は主に金属膜を成膜する場合に用いられる。
【００７５】
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。
【００７６】
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リング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スパッタリング法を用いるスパッタ装置がある。
【００７７】
また、スパッタリング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リング法や、成膜中に基板にも電圧をかけるバイアススパッタリング法もある。
【００７８】
また、絶縁層４０７は積層構造でもよく、例えば、基板４００側から窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、窒化アルミニウム層、又は窒化酸化アルミニウム層などの窒化物絶縁層と、上記酸化物絶縁層との積層構造としてもよい。
【００７９】
例えば、酸化シリコン層と基板４００との間に水素及び水分が除去された高純度窒素を含むスパッタガスを導入しシリコンターゲットを用いて窒化シリコン層を成膜する。この場合においても、酸化シリコン層と同様に、処理室内の残留水分を除去しつつ窒化シリコン層を成膜することが好ましい。
【００８０】
窒化シリコン層を形成する場合も、成膜時に基板を加熱してもよい。
【００８１】
絶縁層４０７として窒化シリコン層と酸化シリコン層とを積層する場合、窒化シリコン層と酸化シリコン層を同じ処理室において、共通のシリコンターゲットを用いて成膜することができる。先に窒素を含むスパッタガスを導入して、処理室内に装着されたシリコンターゲットを用いて窒化シリコン層を形成し、次にスパッタガスを酸素を含むスパッタガスに切り替えて同じシリコンターゲットを用いて酸化シリコン層を成膜する。窒化シリコン層と酸化シリコン層とを大気に曝露せずに連続して形成することができるため、窒化シリコン層表面に水素や水分などの不純物が吸着することを防止することができる。
【００８２】
次いで、絶縁層４０７上に、酸化物半導体膜を形成する。
【００８３】
また、酸化物半導体膜に水素、水酸基及び水分がなるべく含まれないようにするために、成膜の前処理として、スパッタリング装置の予備加熱室で絶縁層４０７が形成された基板４００を予備加熱し、基板４００に吸着した水素、水分などの不純物を脱離し排気することが好ましい。なお、予備加熱室に設ける排気手段はクライオポンプが好ましい。なお、この予備加熱の処理は省略することもできる。
【００８４】
なお、酸化物半導体膜をスパッタリング法により成膜する前に、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、絶縁層４０７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、ターゲット側に電圧を印加せずに、アルゴン雰囲気下で基板側に高周波電源を用いて電圧を印加して基板付近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。
【００８５】
酸化物半導体膜はスパッタリング法により成膜する。酸化物半導体膜は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、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、酸化物半導体膜をＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体ターゲットを用いてスパッタリング法により成膜する。具体的には、組成比として、Ｉｎ_２Ｏ_３：Ｇａ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ％］（すなわち、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：０．５［ａｔｏｍ％］）を用いる。他にも、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［ａｔｏｍ％］、又はＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：２［ａｔｏｍ％］の組成比を有するターゲットを用いることもできる。なお、酸化物半導体ターゲットの充填率は９０％以上１００％以下、好ましくは９５％以上９９．９％以下である。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、成膜した酸化物半導体膜は緻密な膜となる。スパッタリングの雰囲気は希ガス（代表的にはアルゴン）、酸素、あるいは希ガスと酸素の混合雰囲気とすればよい。また、ターゲットには、ＳｉＯ_２を２重量％以上１０重量％以下含ませてもよい。
【００８６】
酸化物半導体膜を、成膜する際に用いるスパッタガスは水素、水、水酸基又は水素化物などの不純物が、１ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下まで除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
【００８７】
酸化物半導体膜は、減圧状態に保持された処理室内に基板を保持し、処理室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、上記ターゲットを用いて基板４００上に成膜される。処理室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることが好ましい。また、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。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素分子、水（Ｈ_２Ｏ）など水素原子を含む化合物（より好ましくは炭素原子を含む化合物も）等が排気されるため、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。また、酸化物半導体膜成膜時に基板を加熱してもよい。
【００８８】
成膜条件の一例としては、基板温度室温、基板とターゲットの間との距離を１１０ｍｍ、圧力０．４Ｐａ、直流（ＤＣ）電源０．５ｋＷ、酸素及びアルゴン（酸素流量１５ｓｃｃｍ：アルゴン流量３０ｓｃｃｍ）雰囲気下の条件が適用される。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。酸化物半導体膜の厚さは、２ｎｍ以上２００ｎｍ以下、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。
【００８９】
次いで、酸化物半導体膜を第１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４１２に加工する（図６（Ａ）参照。）。また、島状の酸化物半導体層４１２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。
【００９０】
なお、ここでの酸化物半導体膜のエッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでもよく、両方を用いてもよい。
【００９１】
ドライエッチングに用いるエッチングガスとしては、塩素を含むガス（塩素系ガス、例えば塩素（Ｃｌ_２）、塩化硼素（ＢＣｌ_３）、塩化珪素（ＳｉＣｌ_４）、四塩化炭素（ＣＣｌ_４）など）が好ましい。
【００９２】
また、フッ素を含むガス（フッ素系ガス、例えば四弗化炭素（ＣＦ_４）、弗化硫黄（ＳＦ_６）、弗化窒素（ＮＦ_３）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ_３）など）、臭化水素（ＨＢｒ）、酸素（Ｏ_２）、これらのガスにヘリウム（Ｈｅ）やアルゴン（Ａｒ）などの希ガスを添加したガス、などを用いることができる。
【００９３】
ドライエッチング法としては、平行平板型ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法や、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用いることができる。所望の加工形状にエッチングできるように、エッチング条件（コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加される電力量、基板側の電極温度等）を適宜調節する。
【００９４】
ウェットエッチングに用いるエッチング液としては、燐酸と酢酸と硝酸を混ぜた溶液、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）などを用いることができる。また、ＩＴＯ０７Ｎ（関東化学社製）を用いてもよい。
【００９５】
また、ウェットエッチング後のエッチング液はエッチングされた材料とともに洗浄によって除去される。その除去された材料を含むエッチング液の廃液を精製し、含まれる材料を再利用してもよい。当該エッチング後の廃液から酸化物半導体に含まれるインジウム等の材料を回収して再利用することにより、資源を有効活用し低コスト化することができる。
【００９６】
所望の加工形状にエッチングできるように、材料に合わせてエッチング条件（エッチング液、エッチング時間、温度等）を適宜調節する。
【００９７】
本実施の形態では、エッチング液として燐酸と酢酸と硝酸を混ぜた溶液を用いたウェットエッチング法により、酸化物半導体膜を島状の酸化物半導体層４１２に加工する。
【００９８】
本実施の形態では、酸化物半導体層４１２に、第１の加熱処理を行う。第１の加熱処理の温度は、４００℃以上７５０℃以下とし、基板４００の歪み点が７５０℃以下の場合には、４００℃以上基板の歪み点未満とする。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４５０℃において１時間の加熱処理を行った後、大気に触れることなく室温まで温度を下げ、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。この第１の加熱処理によって酸化物半導体層４１２の脱水化または脱水素化を行うことができる。
【００９９】
なお、加熱処理装置は電気炉に限られず、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。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、高温のガスを用いて加熱処理を行う装置である。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。
【０１００】
例えば、第１の加熱処理として、６５０℃〜７００℃の高温に加熱した不活性ガス中に基板を移動させて入れ、数分間加熱した後、基板を移動させて高温に加熱した不活性ガス中から出すＧＲＴＡを行ってもよい。ＧＲＴＡを用いると短時間での高温加熱処理が可能となる。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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、酸化物半導体層４１２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、酸化物半導体層４１２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。また、非晶質の酸化物半導体の中に微結晶部（粒径１ｎｍ以上２０ｎｍ以下（代表的には２ｎｍ以上４ｎｍ以下））が混在する酸化物半導体膜となる場合もある。
【０１０３】
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４１２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、フォトリソグラフィ工程を行う。
【０１０４】
なお、上記では、酸化物半導体層に対する脱水化、脱水素化の効果を奏する加熱処理は、酸化物半導体層４１２の形成直後に行う例について示したが、酸化物半導体層成膜後であれば、酸化物半導体層上にソース電極及びドレイン電極を積層させた後、ソース電極及びドレイン電極上にゲート絶縁層を形成した後、のいずれで行っても良い。
【０１０５】
次いで、絶縁層４０７及び酸化物半導体層４１２上に、導電膜を形成する。導電膜をスパッタリング法や真空蒸着法で形成すればよい。導電膜の材料としては、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗからから選ばれた元素、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、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウム、イットリウムのいずれか一または複数から選択された材料を用いてもよい。また、導電膜は、単層構造でも、２層以上の積層構造としてもよい。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する２層構造、Ｔｉ膜と、そのＴｉ膜上に重ねてアルミニウム膜を積層し、さらにその上にＴｉ膜を成膜する３層構造などが挙げられる。また、Ａｌに、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、Ｎｄ（ネオジム）、Ｓｃ（スカンジウム）から選ばれた元素を単数、又は複数組み合わせた膜、合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。本実施の形態では、スパッタリング法により膜厚１５０ｎｍのチタン膜を形成する。
【０１０６】
そして、第２のフォトリソグラフィ工程により導電膜上にレジストマスクを形成する。レジストマスクは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。その後、選択的にエッチングを行ってソース電極層又はドレイン電極層４１５ａ、ソース電極層又はドレイン電極層４１５ｂを形成した後、レジストマスクを除去する（図６（Ｂ）参照。）。なお、形成されたソース電極層、ドレイン電極層の端部はテーパ形状であると、上に積層するゲート絶縁層の被覆性が向上するため好ましい。
【０１０７】
なお、導電膜のエッチングの際に、酸化物半導体層４１２が除去されて、その下の絶縁層４０７が露出しないようにそれぞれの材料及びエッチング条件を適宜調節する。
【０１０８】
本実施の形態では、導電膜としてＴｉ膜を用いて、酸化物半導体層４１２にはＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体を用いたので、エッチャントとして過水アンモニア水（アンモニア、水、過酸化水素水の混合液）を用いる。
【０１０９】
なお、第２のフォトリソグラフィ工程では、酸化物半導体層４１２は一部のみがエッチングされ、溝部（凹部）を有する酸化物半導体層となることもある。
【０１１０】
第２のフォトリソグラフィ工程でのレジストマスク形成時の露光には、紫外線やＫｒＦレーザ光やＡｒＦレーザ光を用いてもよい。酸化物半導体層４１２上で隣り合うソース電極層の下端部とドレイン電極層の下端部との間隔幅によって後に形成される薄膜トランジスタのチャネル長Ｌが決定される。なお、チャネル長Ｌ＝２５ｎｍ未満の露光を行う場合には、数ｎｍ〜数１０ｎｍと極めて波長が短い超紫外線（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）を用いて第２のフォトリソグラフィ工程でのレジストマスク形成時の露光を行う。超紫外線による露光は、解像度が高く焦点深度も大きい。従って、後に形成される薄膜トランジスタのチャネル長Ｌを１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることも可能であり、回路の動作速度を高速化でき、さらにオフ電流値が極めて小さいため、低消費電力化も図ることができる。
【０１１１】
次いで、絶縁層４０７、酸化物半導体層４１２、ソース電極層又はドレイン電極層４１５ａ、ソース電極層又はドレイン電極層４１５ｂ上にゲート絶縁層４０２を形成する（図６（Ｃ）参照。）。
【０１１２】
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、酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、又は酸化アルミニウム層を単層で又は積層して形成することができる。なお、ゲート絶縁層４０２中に水素が多量に含まれないようにするためには、スパッタリング法でゲート絶縁層４０２を成膜することが好ましい。スパッタリング法により酸化シリコン膜を成膜する場合には、ターゲットとしてシリコンターゲット又は石英ターゲットを用い、スパッタガスとして酸素又は、酸素とアルゴンの混合ガスを用いて行う。本実施の形態では、圧力０．４Ｐａ、高周波電源１．５ｋＷ、酸素及びアルゴン（酸素流量２５ｓｃｃｍ：アルゴン流量２５ｓｃｃｍ＝１：１）雰囲気下でＲＦスパッタリング法により膜厚１００ｎｍの酸化シリコン層を形成する。
【０１１３】
ゲート絶縁層４０２は、ソ基板側から酸化シリコン層と窒化シリコン層を積層した多層構造とすることもできる。例えば、第１のゲート絶縁層として膜厚５ｎｍ以上３００ｎｍ以下の酸化シリコン層（ＳｉＯ_ｘ（ｘ＞０））を形成し、第１のゲート絶縁層上に第２のゲート絶縁層としてスパッタリング法により膜厚５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の窒化シリコン層（ＳｉＮ_ｙ（ｙ＞０））を積層して、膜厚７０ｎｍ以上４００ｎｍ以下、例えば、１００ｎｍのゲート絶縁層としてもよい。
【０１１４】
次いで、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ゲート絶縁層４０２の一部を除去して、ソース電極層又はドレイン電極層４１５ａ、ソース電極層又はドレイン電極層４１５ｂに達する開口４２１ａ、４２１ｂを形成する（図６（Ｄ）参照。）。
【０１１５】
次に、ゲート絶縁層４０２、及び開口４２１ａ、４２１ｂ上に導電膜を形成する。本実施の形態では、スパッタリング法により膜厚１５０ｎｍのチタン膜を形成する。その後第４のフォトリソグラフィ工程により、導電膜上にレジストマスクを形成し、これを用いて導電膜を選択的にエッチングすることで、ゲート電極層４１１、配線層４１４ａ、４１４ｂ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。
【０１１６】
ゲート電極層４１１、配線層４１４ａ、４１４ｂの材料は、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料又はこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層で又は積層して形成することができる。
【０１１７】
例えば、ゲート電極層４１１、配線層４１４ａ、４１４ｂの２層の積層構造としては、アルミニウム層上にモリブデン層が積層された２層の積層構造、または銅層上にモリブデン層を積層した２層構造、または銅層上に窒化チタン層若しくは窒化タンタルを積層した２層構造、窒化チタン層とモリブデン層とを積層した２層構造とすることが好ましい。３層の積層構造としては、タングステン層または窒化タングステンと、アルミニウムとシリコンの合金またはアルミニウムとチタンの合金と、窒化チタンまたはチタン層とを積層した積層とすることが好ましい。なお、透光性を有する導電膜を用いてゲート電極層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、透光性導電性酸化物等をその例に挙げることができる。
【０１１８】
次いで、不活性ガス雰囲気下、または酸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。本実施の形態では、窒素雰囲気下で２５０℃、１時間の第２の加熱処理を行う。また、第２の加熱処理は、薄膜トランジスタ４１０上に保護絶縁層や平坦化絶縁層を形成してから行ってもよい。
【０１１９】
さらに大気中、１００℃以上２００℃以下、１時間以上３０時間以下での加熱処理を行ってもよい。この加熱処理は一定の加熱温度を保持して加熱してもよいし、室温から、１００℃以上２００℃以下の加熱温度への昇温と、加熱温度から室温までの降温を複数回くりかえして行ってもよい。また、この加熱処理を、酸化物絶縁層の形成前に、減圧下で行ってもよい。減圧下で加熱処理を行うと、加熱時間を短縮することができる。
【０１２０】
以上の工程で、水素、水分、水素化物、水酸化物の濃度が低減された酸化物半導体層４１２を有する薄膜トランジスタ４１０を形成することができる（図６（Ｅ）参照。）。薄膜トランジスタ４１０は実施の形態１における薄膜トランジスタ１０６として適用することができる。
【０１２１】
また、薄膜トランジスタ４１０上に保護絶縁層や、平坦化のための平坦化絶縁層を設けてもよい。例えば、保護絶縁層として酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、又は酸化アルミニウム層を単層で又は積層して形成することができる。
【０１２２】
また、平坦化絶縁層としては、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、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、平坦化絶縁層を形成してもよい。
【０１２３】
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。
【０１２４】
平坦化絶縁層の形成法は、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。
【０１２５】
上記のように酸化物半導体膜を成膜するに際し、反応雰囲気中の残留水分を除去することで、該酸化物半導体膜中の水素及び水素化物の濃度を低減することができる。それにより酸化物半導体膜の安定化を図ることができる。
【０１２６】
以上のようにして作製された、酸化物半導体層を用いる薄膜トランジスタを有する液晶表示装置の表示部を構成する複数の画素に用いることによって、画素からのリーク電流を低減することができる。そのため、保持容量で電圧を保持できる期間を長く取ることができ、静止画等を表示する際の低消費電力化を図ることができる液晶表示装置とすることができる。
【０１２７】
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。
【０１２８】
（実施の形態３）
本実施の形態は、本明細書で開示する液晶表示装置に適用できる薄膜トランジスタの他の例を示す。なお、実施の形態２と同一部分又は同様な機能を有する部分、及び工程は、実施の形態２と同様とすればよく、その繰り返しの説明は省略する。また同じ箇所の詳細な説明も省略する。本実施の形態で示す薄膜トランジスタ４６０は、実施の形態１の薄膜トランジスタ１０６として用いることができる。
【０１２９】
本実施の形態の薄膜トランジスタ及び薄膜トランジスタの作製方法の一形態を、図７及び図８を用いて説明する。
【０１３０】
図７（Ａ）（Ｂ）に薄膜トランジスタの平面及び断面構造の一例を示す。図７（Ａ）（Ｂ）に示す薄膜トランジスタ４６０は、トップゲート構造の薄膜トランジスタの一つである。
【０１３１】
図７（Ａ）はトップゲート構造の薄膜トランジスタ４６０の平面図であり、図７（Ｂ）は図７（Ａ）の線Ｄ１−Ｄ２における断面図である。
【０１３２】
薄膜トランジスタ４６０は、絶縁表面を有する基板４５０上に、絶縁層４５７、ソース電極層又はドレイン電極層４６５ａ（４６５ａ１、４６５ａ２）、酸化物半導体層４６２、ソース電極層又はドレイン電極層４６５ｂ、配線層４６８、ゲート絶縁層４５２、ゲート電極層４６１（４６１ａ、４６１ｂ）を含み、ソース電極層又はドレイン電極層４６５ａ（４６５ａ１、４６５ａ２）は配線層４６８を介して配線層４６４と電気的に接続している。また、図示していないが、ソース電極層又はドレイン電極層４６５ｂもゲート絶縁層４５２に設けられた開口において配線層と電気的に接続する。
【０１３３】
以下、図８（Ａ）乃至（Ｅ）を用い、基板４５０上に薄膜トランジスタ４６０を作製する工程を説明する。
【０１３４】
まず、絶縁表面を有する基板４５０上に下地膜となる絶縁層４５７を形成する。
【０１３５】
本実施の形態では、絶縁層４５７として、スパッタリング法により酸化シリコン層を形成する。基板４５０を処理室へ搬送し、水素及び水分が除去された高純度酸素を含むスパッタガスを導入しシリコンターゲット又は石英（好ましくは合成石英）を用いて、基板４５０に絶縁層４５７として、酸化シリコン層を成膜する。なお、スパッタガスとして酸素又は、酸素及びアルゴンの混合ガスを用いて行う。
【０１３６】
例えば、純度が６Ｎであり、石英（好ましくは合成石英）をターゲットとして用い、基板温度１０８℃、基板とターゲットの間との距離（Ｔ−Ｓ間距離）を６０ｍｍ、圧力０．４Ｐａ、高周波電源１．５ｋＷ、酸素及びアルゴン（酸素流量２５ｓｃｃｍ：アルゴン流量２５ｓｃｃｍ＝１：１）雰囲気下でＲＦスパッタリング法により酸化シリコン膜を成膜する。膜厚は１００ｎｍとする。なお、石英（好ましくは合成石英）に代えてシリコンターゲットを酸化シリコン膜を成膜するためのターゲットとして用いることができる。
【０１３７】
この場合において、処理室内の残留水分を除去しつつ絶縁層４５７を成膜することが好ましい。絶縁層４５７に水素、水酸基又は水分が含まれないようにするためである。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素分子や、水（Ｈ_２Ｏ）など水素原子を含む化合物等が排気されるため、当該成膜室で成膜し絶縁層４５７に含まれる不純物の濃度を低減できる。
【０１３８】
絶縁層４５７を、成膜する際に用いるスパッタガスは水素、水、水酸基又は水素化物などの不純物が、１ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下まで除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
【０１３９】
また、絶縁層４５７は積層構造でもよく、例えば、基板４５０側から窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、窒化アルミニウム層、窒化酸化アルミニウム層などの窒化物絶縁層と、上記酸化物絶縁層との積層構造としてもよい。
【０１４０】
例えば、酸化シリコン層と基板との間に水素及び水分が除去された高純度窒素を含むスパッタガスを導入しシリコンターゲットを用いて窒化シリコン層を成膜する。この場合においても、酸化シリコン層と同様に、処理室内の残留水分を除去しつつ窒化シリコン層を成膜することが好ましい。
【０１４１】
次いで、絶縁層４５７上に、導電膜を形成する。導電膜の材料としては、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗからから選ばれた元素、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、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウム、イットリウムのいずれか一または複数から選択された材料を用いてもよい。また、導電膜は、単層構造でも、２層以上の積層構造としてもよい。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する２層構造、Ｔｉ膜と、そのＴｉ膜上に重ねてアルミニウム膜を積層し、さらにその上にＴｉ膜を成膜する３層構造などが挙げられる。また、Ａｌに、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、Ｎｄ（ネオジム）、Ｓｃ（スカンジウム）から選ばれた元素を単数、又は複数組み合わせた膜、合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。本実施の形態では導電膜としてスパッタリング法により膜厚１５０ｎｍのチタン膜を形成する。その後、第１のフォトリソグラフィ工程により導電膜上に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又はドレイン電極層４６５ａ１、４６５ａ２を形成した後、レジストマスクを除去する（図８（Ａ）参照。）。ソース電極層又はドレイン電極層４６５ａ１、４６５ａ２は断面図では分断されて示されているが、連続した膜である。なお、形成されたソース電極層、ドレイン電極層の端部はテーパ形状であると、上に積層するゲート絶縁層の被覆性が向上するため好ましい。
【０１４２】
次いで、膜厚２ｎｍ以上２００ｎｍ以下の酸化物半導体膜を形成する。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。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リング法により成膜する。
【０１４３】
酸化物半導体膜は、減圧状態に保持された処理室内に基板を保持し、処理室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、ターゲットを用いて基板４５０上に酸化物半導体膜を成膜する。処理室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることが好ましい。また、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。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素分子、水（Ｈ_２Ｏ）など水素原子を含む化合物（より好ましくは炭素原子を含む化合物も）等が排気されるため、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。また、酸化物半導体膜成膜時に基板を加熱してもよい。
【０１４４】
酸化物半導体膜を、成膜する際に用いるスパッタガスは水素、水、水酸基又は水素化物などの不純物が、１ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下まで除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
【０１４５】
成膜条件の一例としては、基板温度室温、基板とターゲットの間との距離を１１０ｍｍ、圧力０．４Ｐａ、直流（ＤＣ）電源０．５ｋＷ、酸素及びアルゴン（酸素流量１５ｓｃｃｍ：アルゴン流量３０ｓｃｃｍ）雰囲気下の条件が適用される。
【０１４６】
次に、酸化物半導体膜を第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４６２に加工する（図８（Ｂ）参照）。本実施の形態では、エッチング液として燐酸と酢酸と硝酸を混ぜた溶液を用いたウェットエッチング法により、酸化物半導体膜を島状の酸化物半導体層４６２に加工する。
【０１４７】
本実施の形態では、酸化物半導体層４６２に、第１の加熱処理を行う。第１の加熱処理の温度は、４００℃以上７５０℃以下とし、基板４５０の歪み点が７５０℃以下の場合には、４００℃以上基板の歪み点未満とする。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４５０℃において１時間の加熱処理を行った後、大気に触れることなく、室温まで温度を下げ、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。この第１の加熱処理によって酸化物半導体層４６２の脱水化または脱水素化を行うことができる。
【０１４８】
なお、加熱処理装置は電気炉に限られず、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。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。例えば、第１の加熱処理として、６５０℃〜７００℃の高温に加熱した不活性ガス中に基板を移動させて入れ、数分間加熱した後、基板を移動させて高温に加熱した不活性ガス中から出すＧＲＴＡを行ってもよい。ＧＲＴＡを用いると短時間での高温加熱処理が可能となる。
【０１４９】
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。
【０１５０】
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、酸化物半導体層４６２は結晶化し、微結晶膜または多結晶膜となる場合もある。
【０１５１】
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、フォトリソグラフィ工程を行う。
【０１５２】
なお、上記では、酸化物半導体層に対する脱水化、脱水素化の効果を奏する加熱処理は、酸化物半導体層４６２の形成直後におこなう例を示したが、酸化物半導体層成膜後であれば、酸化物半導体層上にさらにソース電極層又はドレイン電極層４６５ｂを積層させた後、ソース電極層又はドレイン電極層４６５ｂ上にゲート絶縁層４５２を形成した後、のいずれで行っても良い。
【０１５３】
次いで、絶縁層４５７及び酸化物半導体層４６２上に、導電膜を形成し、第３のフォトリソグラフィ工程により導電膜上に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又はドレイン電極層４６５ｂ、配線層４６８を形成した後、レジストマスクを除去する（図８（Ｃ）参照。）。ソース電極層又はドレイン電極層４６５ｂ、配線層４６８はソース電極層又はドレイン電極層４６５ａ１、４６５ａ２と同様な材料及び工程で形成すればよい。
【０１５４】
本実施の形態ではソース電極層又はドレイン電極層４６５ｂ、配線層４６８としてスパッタリング法により膜厚１５０ｎｍのチタン膜を形成する。本実施の形態では、ソース電極層又はドレイン電極層４６５ａ１、４６５ａ２とソース電極層又はドレイン電極層４６５ｂに同じチタン膜を用いる例のため、ソース電極層又はドレイン電極層４６５ａ１、４６５ａ２とソース電極層又はドレイン電極層４６５ｂとはエッチングにおいて選択比がとれない。よって、ソース電極層又はドレイン電極層４６５ａ１、４６５ａ２が、ソース電極層又はドレイン電極層４６５ｂのエッチング時にエッチングされないように、酸化物半導体層４６２に覆われないソース電極層又はドレイン電極層４６５ａ２上に配線層４６８を設けている。ソース電極層又はドレイン電極層４６５ａ１、４６５ａ２とソース電極層又はドレイン電極層４６５ｂとにエッチング工程において高い選択比を有する異なる材料を用いる場合には、エッチング時にソース電極層又はドレイン電極層４６５ａ２を保護する配線層４６８は必ずしも設けなくてもよい。
【０１５５】
なお、導電膜のエッチングの際に、酸化物半導体層４６２は一部がエッチングされることもある。酸化物半導体層４６２は必要以上に除去されないようにそれぞれの材料及びエッチング条件を適宜調節する。
【０１５６】
本実施の形態では、導電膜としてＴｉ膜を用いて、酸化物半導体層４６２にはＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体を用いているので、エッチャントとして過水アンモニア水（アンモニア、水、過酸化水素水の混合液）を用いる。
【０１５７】
なお、第２のフォトリソグラフィ工程では、酸化物半導体層４６２は一部のみがエッチングされ、溝部（凹部）を有する酸化物半導体層となることもある。また、ソース電極層又はドレイン電極層４６５ｂ、配線層４６８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。
【０１５８】
次いで、絶縁層４５７、酸化物半導体層４６２、ソース電極層又はドレイン電極層４６５ａ１、４６５ａ２、ソース電極層又はドレイン電極層４６５ｂ上にゲート絶縁層４５２を形成する。
【０１５９】
ゲート絶縁層４５２は、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法等を用いて、酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、又は酸化アルミニウム層を単層で又は積層して形成することができる。なお、ゲート絶縁層４５２中に水素が多量に含まれないようにするためには、スパッタリング法でゲート絶縁層４５２を成膜することが好ましい。スパッタリング法により酸化シリコン膜を成膜する場合には、ターゲットとしてシリコンターゲット又は石英ターゲットを用い、スパッタガスとして酸素又は、酸素及びアルゴンの混合ガスを用いて行う。
【０１６０】
ゲート絶縁層４５２は、ソース電極層又はドレイン電極層４６５ａ１、４６５ａ２、ソース電極層又はドレイン電極層４６５ｂ側から酸化シリコン層と窒化シリコン層を積層した構造とすることもできる。本実施の形態では、圧力０．４Ｐａ、高周波電源１．５ｋＷ、酸素及びアルゴン（酸素流量２５ｓｃｃｍ：アルゴン流量２５ｓｃｃｍ＝１：１）雰囲気下でＲＦスパッタリング法により膜厚１００ｎｍの酸化シリコン層を形成する。
【０１６１】
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、選択的にエッチングを行ってゲート絶縁層４５２の一部を除去して、配線層４６８に達する開口４２３を形成する（図８（Ｄ）参照。）。図示しないが開口４２３の形成時にソース電極層又はドレイン電極層４６５ｂに達する開口を形成してもよい。本実施の形態では、ソース電極層又はドレイン電極層４６５ｂへの開口はさらに層間絶縁層を積層した後に形成し、電気的に接続する配線層を開口に形成する例とする。
【０１６２】
次に、ゲート絶縁層４５２、及び開口４２３上に導電膜を形成した後、第５のフォトリソグラフィ工程によりゲート電極層４６１（４６１ａ、４６１ｂ）、配線層４６４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。
【０１６３】
また、ゲート電極層４６１（４６１ａ、４６１ｂ）、配線層４６４の材料は、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料又はこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層で又は積層して形成することができる。
【０１６４】
本実施の形態ではゲート電極層４６１（４６１ａ、４６１ｂ）、配線層４６４としてスパッタリング法により膜厚１５０ｎｍのチタン膜を形成する。図８（Ｅ）では、ゲート電極層４６１（４６１ａ、４６１ｂ）は離れたように示されているが、図７（Ａ）で示されるように、ソース電極層又はドレイン電極層４６５ａ１、４６５ａ２とソース電極層又はドレイン電極層４６５ｂの間に円環状に生じる空隙部分に重なるように、形成される。
【０１６５】
次いで、不活性ガス雰囲気下、または酸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。本実施の形態では、窒素雰囲気下で２５０℃、１時間の第２の加熱処理を行う。また、第２の加熱処理は、薄膜トランジスタ４６０上に保護絶縁層や平坦化絶縁層を形成してから行ってもよい。
【０１６６】
さらに大気中、１００℃以上２００℃以下、１時間以上３０時間以下での加熱処理を行ってもよい。この加熱処理は一定の加熱温度を保持して加熱してもよいし、室温から、１００℃以上２００℃の加熱温度への昇温と、加熱温度から室温までの降温を複数回くりかえして行ってもよい。また、この加熱処理を、酸化物絶縁層の形成前に、減圧下で行ってもよい。減圧下で加熱処理を行うと、加熱時間を短縮することができる。
【０１６７】
以上の工程で、水素、水分、水素化物、水酸化物の濃度が低減された酸化物半導体層４６２を有する薄膜トランジスタ４６０を形成することができる（図８（Ｅ）参照。）。薄膜トランジスタ４６０は、実施の形態１における薄膜トランジスタ１０６として用いることができる。
【０１６８】
また、薄膜トランジスタ４６０上に保護絶縁層や、平坦化のための平坦化絶縁層を設けてもよい。なお、図示しないが、ゲート絶縁層４５２、保護絶縁層や平坦化絶縁層にソース電極層又はドレイン電極層４６５ｂに達する開口を形成し、その開口に、ソース電極層又はドレイン電極層４６５ｂと電気的に接続する配線層を形成する。
【０１６９】
上記のように酸化物半導体膜を成膜するに際し、反応雰囲気中の残留水分を除去することで、該酸化物半導体膜中の水素及び水素化物の濃度を低減することができる。それにより酸化物半導体膜の安定化を図ることができる。
【０１７０】
以上のように、酸化物半導体層を用いる薄膜トランジスタを有する液晶表示装置の表示部を構成する複数の画素において、オフ電流を低減することができる。そのため、保持容量で電圧を保持できる期間を長く取ることができ、静止画等を表示する際の低消費電力化を図ることができる液晶表示装置とすることができる。本実施の形態ではチャネルを円形とし、また、ソース電極層とドレイン電極層とを異なる層を用いて形成することによって、チャネル長を短く、かつ、チャネル幅をより大きくできる。このように、比較的、狭い面積でもチャネル幅の大きな薄膜トランジスタを形成できるので、大きな電流のスイッチングができる。また、チャネル幅は大きいが、高純度化した酸化物半導体を使用しているので、オフ電流が極めて小さいという特徴を有する。
【０１７１】
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。
【０１７２】
（実施の形態４）
本実施の形態は、本明細書で開示する液晶表示装置に適用できる薄膜トランジスタの他の例を示す。なお、実施の形態２と同一部分又は同様な機能を有する部分、及び工程は、実施の形態２と同様とすればよく、その繰り返しの説明は省略する。また同じ箇所の詳細な説明も省略する。本実施の形態で示す薄膜トランジスタ４２５、４２６は、実施の形態１の薄膜トランジスタ１０６として用いることができる。
【０１７３】
本実施の形態の薄膜トランジスタを、図９を用いて説明する。
【０１７４】
図９（Ａ）（Ｂ）に薄膜トランジスタの断面構造の一例を示す。図９（Ａ）（Ｂ）に示す薄膜トランジスタ４２５、４２６は、酸化物半導体層を導電層とゲート電極層とで挟んだ構造の薄膜トランジスタの一つである。
【０１７５】
また、図９（Ａ）（Ｂ）において、基板はシリコン基板を用いており、シリコン基板４２０上に設けられた絶縁層４２２上に薄膜トランジスタ４２５、４２６がそれぞれ設けられている。
【０１７６】
図９（Ａ）において、シリコン基板４２０に設けられた絶縁層４２２と絶縁層４０７との間に少なくとも酸化物半導体層４１２全体と重なるように導電層４２７が設けられている。
【０１７７】
なお、図９（Ｂ）は、絶縁層４２２と絶縁層４０７との間の導電層が、導電層４２４のようにエッチングにより加工され、酸化物半導体層４１２の少なくともチャネル領域を含む一部と重なる例である。
【０１７８】
導電層４２７、４２４は後工程で行われる加熱処理温度に耐えられる金属材料であればよく、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、Ｎｄ（ネオジム）、スカンジウム（Ｓｃ）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、または上述した元素を成分とする窒化物などを用いることができる。また、単層構造でも積層構造でもよく、例えばタングステン層単層、又は窒化タングステン層とタングステン層との積層構造などを用いることができる。
【０１７９】
また、導電層４２７、４２４は、電位が薄膜トランジスタ４２５、４２６のゲート電極層４１１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４２７、４２４の電位がＧＮＤ、０Ｖという固定電位であってもよい。
【０１８０】
導電層４２７、４２４によって、薄膜トランジスタ４２５、４２６の電気特性を制御することができる。
【０１８１】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１８２】
（実施の形態５）
本実施の形態は、本明細書で開示する液晶表示装置に適用できる薄膜トランジスタの例を示す。
【０１８３】
本実施の形態の薄膜トランジスタ及び薄膜トランジスタの作製方法の一形態を、図１０を用いて説明する。
【０１８４】
図１０（Ａ）乃至（Ｅ）に薄膜トランジスタの断面構造の一例を示す。図１０（Ａ）乃至（Ｅ）に示す薄膜トランジスタ３９０は、ボトムゲート構造の一つであり逆スタガ型薄膜トランジスタともいう。
【０１８５】
また、薄膜トランジスタ３９０はシングルゲート構造の薄膜トランジスタを用いて説明したが、必要に応じて、チャネル形成領域を複数有するマルチゲート構造の薄膜トランジスタも形成することができる。
【０１８６】
以下、図１０（Ａ）乃至（Ｅ）を用い、基板３９４上に薄膜トランジスタ３９０を作製する工程を説明する。
【０１８７】
まず、絶縁表面を有する基板３９４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３９１を形成する。形成されたゲート電極層の端部はテーパ形状であると、上に積層するゲート絶縁層の被覆性が向上するため好ましい。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。
【０１８８】
絶縁表面を有する基板３９４に使用することができる基板に大きな制限はないが、少なくとも、後の加熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有していることが必要となる。。
【０１８９】
例えば基板３９４として、ガラス基板を用いる場合には、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。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
【０１９０】
なお、基板３９４としては、上記のガラス基板以外に、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。また、プラスチック基板等も適宜用いることができる。
【０１９１】
下地膜となる絶縁膜を基板３９４とゲート電極層３９１との間に設けてもよい。下地膜は、基板３９４からの不純物元素の拡散を防止する機能があり、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、又は酸化窒化シリコン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。
【０１９２】
また、ゲート電極層３９１の材料は、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料又はこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層で又は積層して形成することができる。
【０１９３】
例えば、ゲート電極層３９１の２層の積層構造としては、アルミニウム層上にモリブデン層が積層された２層の積層構造、銅層上にモリブデン層を積層した２層構造、銅層上に窒化チタン層若しくは窒化タンタルを積層した２層構造、窒化チタン層とモリブデン層とを積層した２層構造、又は窒化タングステン層とタングステン層とを積層した２層構造とすることが好ましい。３層の積層構造としては、タングステン層または窒化タングステンと、アルミニウムとシリコンの合金またはアルミニウムとチタンの合金と、窒化チタンまたはチタン層とを積層した積層とすることが好ましい。なお、透光性を有する導電膜を用いてゲート電極層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、透光性導電性酸化物等をその例に挙げることができる。
【０１９４】
次いで、ゲート電極層３９１上にゲート絶縁層３９７を形成する。
【０１９５】
ゲート絶縁層３９７は、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法等を用いて、酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、又は酸化アルミニウム層を単層で又は積層して形成することができる。なお、ゲート絶縁層３９７中に水素が多量に含まれないようにするためには、スパッタリング法でゲート絶縁層３９７を成膜することが好ましい。スパッタリング法により酸化シリコン膜を成膜する場合には、ターゲットとしてシリコンターゲット又は石英ターゲットを用い、スパッタガスとして酸素又は、酸素及びアルゴンの混合ガスを用いて行う。
【０１９６】
ゲート絶縁層３９７は、ゲート電極層３９１側から窒化シリコン層と酸化シリコン層を積層した構造とすることもできる。例えば、第１のゲート絶縁層としてスパッタリング法により膜厚５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の窒化シリコン層（ＳｉＮ_ｙ（ｙ＞０））を形成し、第１のゲート絶縁層上に第２のゲート絶縁層として膜厚５ｎｍ以上３００ｎｍ以下の酸化シリコン層（ＳｉＯ_ｘ（ｘ＞０））を積層して、例えば膜厚１００ｎｍのゲート絶縁層とする。
【０１９７】
また、ゲート絶縁層３９７、酸化物半導体膜３９３に水素、水酸基及び水分がなるべく含まれないようにするために、成膜の前処理として、スパッタリング装置の予備加熱室でゲート電極層３９１が形成された基板３９４、又はゲート絶縁層３９７までが形成された基板３９４を予備加熱し、基板３９４に吸着した水素、水分などの不純物を脱離し排気することが好ましい。なお、予備加熱の温度としては、１００℃以上４００℃以下好ましくは１５０℃以上３００℃以下である。なお、予備加熱室に設ける排気手段はクライオポンプが好ましい。なお、この予備加熱の処理は省略することもできる。またこの予備加熱は、酸化物絶縁層３９６の成膜前であれば、図１０（Ｃ）に示すソース電極層３９５ａ及びドレイン電極層３９５ｂまで形成した基板３９４にも同様に行ってもよい。
【０１９８】
次いで、ゲート絶縁層３９７上に、膜厚２ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以上３０ｎｍ以下の酸化物半導体膜３９３をスパッタリング法により形成する（図１０（Ａ）参照。）。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。
【０１９９】
なお、酸化物半導体膜３９３をスパッタリング法により成膜する前に、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３９７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、ターゲット側に電圧を印加せずに、アルゴン雰囲気下で基板側にＲＦ電源を用いて電圧を印加して基板付近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。
【０２００】
酸化物半導体膜３９３は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、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、酸化物半導体膜３９３をＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体ターゲットを用いてスパッタリング法により成膜する。具体的には、組成比として、Ｉｎ_２Ｏ_３：Ｇａ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ％］（すなわち、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：０．５［ａｔｏｍ％］）を用いる。他にも、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［ａｔｏｍ％］、又はＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：２［ａｔｏｍ％］の組成比を有するターゲットを用いることもできる。なお、酸化物半導体ターゲットの充填率は９０％以上１００％以下、好ましくは９５％以上９９．９％以下である。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、成膜した酸化物半導体膜は緻密な膜となる。また、酸化物半導体膜３９３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リング法により形成することができる。また、ターゲットには、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てもよい。
【０２０１】
減圧状態に保持された処理室内に基板を保持し、基板を室温又は４００℃未満の温度に加熱する。そして、処理室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、上記ターゲットを用いて基板３９４上に酸化物半導体膜３９３を成膜する。処理室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることが好ましい。また、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。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素分子、水（Ｈ_２Ｏ）など水素原子を含む化合物（より好ましくは炭素原子を含む化合物も）等が排気されるため、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。また、クライオポンプにより処理室内に残留する水分を除去しながらスパッタ成膜を行うことで、酸化物半導体膜３９３を成膜する際の基板温度は室温から４００℃未満とすることができる。
【０２０２】
成膜条件の一例としては、基板とターゲットの間の距離を１００ｍｍ、圧力０．６Ｐａ、直流（ＤＣ）電源０．５ｋＷ、酸素（酸素流量比率１００％）雰囲気下の条件が適用される。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。
【０２０３】
スパッタリング法にはスパッタ用電源に高周波電源を用いるＲＦスパッタリング法と、ＤＣスパッタリング法があり、さらにパルス的にバイアスを与えるパルスＤＣスパッタリング法もある。ＲＦスパッタリング法は主に絶縁膜を成膜する場合に用いられ、ＤＣスパッタリング法は主に金属膜を成膜する場合に用いられる。
【０２０４】
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。
【０２０５】
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リング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スパッタリング法を用いるスパッタ装置がある。
【０２０６】
また、スパッタリング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リング法や、成膜中に基板にも電圧をかけるバイアススパッタリング法もある。
【０２０７】
次いで、酸化物半導体膜を第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３９９に加工する（図１０（Ｂ）参照。）。また、島状の酸化物半導体層３９９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。
【０２０８】
また、ゲート絶縁層３９７にコンタクトホールを形成する場合、その工程は酸化物半導体層３９９の形成時に行うことができる。
【０２０９】
なお、ここでの酸化物半導体膜３９３のエッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでもよく、両方を用いてもよい。
【０２１０】
ドライエッチングに用いるエッチングガスとしては、塩素を含むガス（塩素系ガス、例えば塩素（Ｃｌ_２）、塩化硼素（ＢＣｌ_３）、塩化珪素（ＳｉＣｌ_４）、四塩化炭素（ＣＣｌ_４）など）が好ましい。
【０２１１】
また、フッ素を含むガス（フッ素系ガス、例えば四弗化炭素（ＣＦ_４）、弗化硫黄（ＳＦ_６）、弗化窒素（ＮＦ_３）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ_３）など）、臭化水素（ＨＢｒ）、酸素（Ｏ_２）、これらのガスにヘリウム（Ｈｅ）やアルゴン（Ａｒ）などの希ガスを添加したガス、などを用いることができる。
【０２１２】
ドライエッチング法としては、平行平板型ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法や、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用いることができる。所望の加工形状にエッチングできるように、エッチング条件（コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加される電力量、基板側の電極温度等）を適宜調節する。
【０２１３】
ウェットエッチングに用いるエッチング液としては、燐酸と酢酸と硝酸を混ぜた溶液、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）などを用いることができる。また、ＩＴＯ０７Ｎ（関東化学社製）を用いてもよい。
【０２１４】
また、ウェットエッチング後のエッチング液はエッチングされた材料とともに洗浄によって除去される。その除去された材料を含むエッチング液の廃液を精製し、含まれる材料を再利用してもよい。当該エッチング後の廃液から酸化物半導体に含まれるインジウム等の材料を回収して再利用することにより、資源を有効活用し低コスト化することができる。
【０２１５】
所望の加工形状にエッチングできるように、材料に合わせてエッチング条件（エッチング液、エッチング時間、温度等）を適宜調節する。
【０２１６】
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３９９及びゲート絶縁層３９７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。
【０２１７】
次いで、ゲート絶縁層３９７、及び酸化物半導体層３９９上に、導電膜を形成する。導電膜をスパッタリング法や真空蒸着法で形成すればよい。導電膜の材料としては、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗからから選ばれた元素、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、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウム、イットリウムのいずれか一または複数から選択された材料を用いてもよい。また、金属導電膜は、単層構造でも、２層以上の積層構造としてもよい。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する２層構造、Ｔｉ膜と、そのＴｉ膜上に重ねてアルミニウム膜を積層し、さらにその上にＴｉ膜を成膜する３層構造などが挙げられる。また、Ａｌに、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、Ｎｄ（ネオジム）、Ｓｃ（スカンジウム）から選ばれた元素を単数、又は複数組み合わせた膜、合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。
【０２１８】
第３のフォトリソグラフィ工程により導電膜上に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３９５ａ、ドレイン電極層３９５ｂを形成した後、レジストマスクを除去する（図１０（Ｃ）参照。）。
【０２１９】
第３のフォトリソグラフィ工程でのレジストマスク形成時の露光には、紫外線やＫｒＦレーザ光やＡｒＦレーザ光を用いる。酸化物半導体層３９９上で隣り合うソース電極層の下端部とドレイン電極層の下端部との間隔幅によって後に形成される薄膜トランジスタのチャネル長Ｌが決定される。なお、チャネル長Ｌ＝２５ｎｍ未満の露光を行う場合には、数ｎｍ〜数１０ｎｍと極めて波長が短い超紫外線（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）を用いて第３のフォトリソグラフィ工程でのレジストマスク形成時の露光を行うとよい。超紫外線による露光は、解像度が高く焦点深度も大きい。従って、後に形成される薄膜トランジスタのチャネル長Ｌを１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることも可能であり、回路の動作速度を高速化でき、さらにオフ電流値が極めて小さいため、低消費電力化も図ることができる。
【０２２０】
なお、導電膜のエッチングの際に、酸化物半導体層３９９は除去されないようにそれぞれの材料及びエッチング条件を適宜調節する。
【０２２１】
本実施の形態では、導電膜としてＴｉ膜を用いて、酸化物半導体層３９９にはＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体を用いたので、エッチャントとして過水アンモニア水（アンモニア、水、過酸化水素水の混合液）を用いる。
【０２２２】
なお、第３のフォトリソグラフィ工程では、酸化物半導体層３９９は一部のみがエッチングされ、溝部（凹部）を有する酸化物半導体層となることもある。また、ソース電極層３９５ａ、ドレイン電極層３９５ｂ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。
【０２２３】
また、フォトリソグラフィ工程で用いるフォトマスク数及び工程数を削減するため、透過した光が複数の強度となる露光マスクである多階調マスクによって形成されたレジストマスクを用いてエッチング工程を行ってもよい。多階調マスクを用いて形成したレジストマスクは複数の膜厚を有する形状となり、エッチングを行うことでさらに形状を変形することができるため、異なるパターンに加工する複数のエッチング工程に用いることができる。よって、一枚の多階調マスクによって、少なくとも二種類以上の異なるパターンに対応するレジストマスクを形成することができる。よって露光マスク数を削減することができ、対応するフォトリソグラフィ工程も削減できるため、工程の簡略化が可能となる。
【０２２４】
また、レジストマスクを除去した後は、Ｎ_２Ｏ、Ｎ_２、またはＡｒなどのガスを用いたプラズマ処理によって露出している酸化物半導体層３９９の表面に付着した吸着水などを除去してもよい。また、酸素とアルゴンの混合ガスを用いてプラズマ処理を行ってもよい。
【０２２５】
次に、酸化物半導体層の一部に接する保護絶縁膜となる酸化物絶縁層として酸化物絶縁層３９６を形成する（図１０（Ｄ）参照。）。前記プラズマ処理を行った場合は、プラズマ処理後に酸化物半導体層３９９を大気にさらすことなく、連続して酸化物絶縁層３９６を形成してもよい。なお、本実施の形態では、酸化物半導体層３９９がソース電極層３９５ａ、ドレイン電極層３９５ｂと重ならない領域において、酸化物半導体層３９９と酸化物絶縁層３９６とが接するように形成する。
【０２２６】
本実施の形態では、島状の酸化物半導体層３９９、ソース電極層３９５ａ、ドレイン電極層３９５ｂまで形成された基板３９４を室温又は１００℃未満の温度に加熱し、水素及び水分が除去された高純度酸素を含むスパッタガスを導入しシリコン半導体のターゲットを用いて、欠陥を含む酸化シリコン層を成膜し、酸化物絶縁層３９６とする。
【０２２７】
例えば、純度が６Ｎであり、ボロンがドープされたシリコンターゲット（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スパッタリング法により成膜する。膜厚は３００ｎｍとする。なお、シリコンターゲットに代えて石英（好ましくは合成石英）を酸化シリコン膜を成膜するためのターゲットとして用いることができる。なお、スパッタガスとして酸素又は、酸素及びアルゴンの混合ガスを用いて行う。
【０２２８】
この場合において、処理室内の残留水分を除去しつつ酸化物絶縁層３９６を成膜することが好ましい。酸化物半導体層３９９及び酸化物絶縁層３９６に水素、水酸基又は水分が含まれないようにするためである。
【０２２９】
処理室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることが好ましい。また、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。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素分子や、水（Ｈ_２Ｏ）など水素原子を含む化合物を含む化合物等が排気されるため、当該成膜室で成膜した酸化物絶縁層３９６に含まれる不純物の濃度を低減できる。
【０２３０】
なお、酸化物絶縁層３９６として、酸化シリコン層に代えて、酸化窒化シリコン層、酸化アルミニウム層、または酸化窒化アルミニウム層などを用いることもできる。
【０２３１】
さらに、酸化物絶縁層３９６の形成後、酸化物絶縁層３９６と酸化物半導体層３９９とを接した状態で１００℃乃至４００℃で加熱処理を行ってもよい。本実施の形態における酸化物絶縁層３９６は欠陥を多く含むため、この加熱処理によって酸化物半導体層３９９中に含まれる水素、水分、水酸基又は水素化物などの不純物を酸化物絶縁層３９６に拡散させ、酸化物半導体層３９９中に含まれる該不純物をより低減させることができる。
【０２３２】
以上の工程で、水素、水分、水酸基又は水素化物の濃度が低減された酸化物半導体層３９２を有する薄膜トランジスタ３９０を形成することができる（図１０（Ｅ）参照。）。
【０２３３】
上記のように酸化物半導体膜を成膜するに際し、反応雰囲気中の残留水分を除去することで、該酸化物半導体膜中の水素及び水素化物の濃度を低減することができる。それにより酸化物半導体膜の安定化を図ることができる。
【０２３４】
酸化物絶縁層上に保護絶縁層を設けてもよい。本実施の形態では、保護絶縁層３９８を酸化物絶縁層３９６上に形成する。保護絶縁層３９８としては、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、又は窒化酸化アルミニウム膜などを用いる。
【０２３５】
保護絶縁層３９８として、酸化物絶縁層３９６まで形成された基板３９４を１００℃〜４００℃の温度に加熱し、水素及び水分が除去された高純度窒素を含むスパッタガスを導入しシリコン半導体のターゲットを用いて窒化シリコン膜を成膜する。この場合においても、酸化物絶縁層３９６と同様に、処理室内の残留水分を除去しつつ保護絶縁層３９８を成膜することが好ましい。
【０２３６】
保護絶縁層３９８を形成する場合、保護絶縁層３９８の成膜時に１００℃〜４００℃に基板３９４を加熱することで、酸化物半導体層中に含まれる水素若しくは水分を酸化物絶縁層に拡散させることができる。この場合上記酸化物絶縁層３９６の形成後に加熱処理を行わなくてもよい。
【０２３７】
酸化物絶縁層３９６として酸化シリコン層を形成し、保護絶縁層３９８として窒化シリコン層を積層する場合、酸化シリコン層と窒化シリコン層を同じ処理室において、共通のシリコンターゲットを用いて成膜することができる。先に酸素を含むスパッタガスを導入して、処理室内に装着されたシリコンターゲットを用いて酸化シリコン層を形成し、次にスパッタガスを窒素を含むスパッタガスに切り替えて同じシリコンターゲットを用いて窒化シリコン層を成膜する。酸化シリコン層と窒化シリコン層とを大気に曝露せずに連続して形成することができるため、酸化シリコン層表面に水素や水分などの不純物が吸着することを防止することができる。この場合、酸化物絶縁層３９６として酸化シリコン層を形成し、保護絶縁層３９８として窒化シリコン層を積層した後、酸化物半導体層中に含まれる水素若しくは水分を酸化物絶縁層に拡散させるための加熱処理（温度１００℃乃至４００℃）を行うとよい。
【０２３８】
保護絶縁層の形成後、さらに大気中、１００℃以上２００℃以下、１時間以上３０時間以下での加熱処理を行ってもよい。この加熱処理は一定の加熱温度を保持して加熱してもよいし、室温から、１００℃以上２００℃の加熱温度への昇温と、加熱温度から室温までの降温を複数回くりかえして行ってもよい。また、この加熱処理を、酸化物絶縁層の形成前に、減圧下で行ってもよい。減圧下で加熱処理を行うと、加熱時間を短縮することができる。この加熱処理によって、ノーマリーオフ（ｎチャネル型トランジスタの場合、しきい値電圧が正の値となること）となる薄膜トランジスタを得ることができる。よって液晶表示装置の信頼性を向上できる。
【０２３９】
また、ゲート絶縁層上にチャネル形成領域とする酸化物半導体層を成膜するに際し、反応雰囲気中の残留水分を除去することで、該酸化物半導体層中の水素及び水素化物の濃度を低減することができる。
【０２４０】
上記の工程は、液晶表示パネル、エレクトロルミネセンス表示パネル、電子インクを用いた表示装置などのバックプレーン（薄膜トランジスタが形成された基板）の製造に用いることができる。上記の工程は、４００℃以下の温度で行われるため、厚さが１ｍｍ以下で、一辺が１ｍを超えるガラス基板を用いる製造工程にも適用することができる。また、４００℃以下の処理温度で全ての工程を行うことができるので、表示パネルを製造するために多大なエネルギーを消費しないで済む。
【０２４１】
以上のように、酸化物半導体層を用いる薄膜トランジスタを有する液晶表示装置の表示部を構成する複数の画素において、オフ電流を低減することができる。そのため、保持容量で電圧を保持できる期間を長く取ることができ、静止画等を表示する際の低消費電力化を図ることができる液晶表示装置とすることができる。
【０２４２】
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。
【０２４３】
（実施の形態６）
本実施の形態は、本明細書で開示する液晶表示装置に適用できる薄膜トランジスタの他の例を示す。本実施の形態で示す薄膜トランジスタ３１０は、実施の形態１の薄膜トランジスタ１０６として用いることができる。
【０２４４】
本実施の形態の薄膜トランジスタ及び薄膜トランジスタの作製方法の一形態を図１１を用いて説明する。
【０２４５】
図１１（Ａ）乃至（Ｅ）に薄膜トランジスタの断面構造の一例を示す。図１１（Ａ）乃至（Ｅ）に示す薄膜トランジスタ３１０は、ボトムゲート構造の一つであり逆スタガ型薄膜トランジスタともいう。
【０２４６】
また、薄膜トランジスタ３１０はシングルゲート構造の薄膜トランジスタを用いて説明したが、必要に応じて、チャネル形成領域を複数有するマルチゲート構造の薄膜トランジスタも形成することができる。
【０２４７】
以下、図１１（Ａ）乃至（Ｅ）を用い、基板３００上に薄膜トランジスタ３１０を作製する工程を説明する。
【０２４８】
まず、絶縁表面を有する基板３００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３１１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。
【０２４９】
絶縁表面を有する基板３００に使用することができる基板に大きな制限はないが、少なくとも、後の加熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有していることが必要となる。
【０２５０】
例えば基板３００としてガラス基板を用いる場合にはは、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。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。
【０２５１】
なお、基板３００としては、上記のガラス基板以外に、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。
【０２５２】
下地膜となる絶縁膜を基板３００とゲート電極層３１１との間に設けてもよい。下地膜は、基板３００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。
【０２５３】
また、ゲート電極層３１１の材料は、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料又はこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層で又は積層して形成することができる。
【０２５４】
例えば、ゲート電極層３１１の２層の積層構造としては、アルミニウム層上にモリブデン層が積層された２層の積層構造、銅層上にモリブデン層を積層した２層の積層構造、銅層上に窒化チタン層若しくは窒化タンタルを積層した２層の積層構造、窒化チタン層とモリブデン層とを積層した２層の積層構造、又は窒化タングステン層とタングステン層との２層の積層構造とすることが好ましい。３層の積層構造としては、タングステン層または窒化タングステンと、アルミニウムと珪素の合金またはアルミニウムとチタンの合金と、窒化チタンまたはチタン層とを積層した積層とすることが好ましい。
【０２５５】
次いで、ゲート電極層３１１上にゲート絶縁層３０２を形成する。
【０２５６】
ゲート絶縁層３０２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、窒化酸化珪素層、又は酸化アルミニウム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３０２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。
【０２５７】
本実施の形態では、ゲート絶縁層３０２としてプラズマＣＶＤ法により膜厚１００ｎｍ以下の酸化窒化珪素層を形成する。
【０２５８】
次いで、ゲート絶縁層３０２上に、膜厚２ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以上３０ｎｍ以下の酸化物半導体膜３３０を形成する。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。この段階での断面図が図１１（Ａ）に相当する。
【０２５９】
なお、酸化物半導体膜３３０をスパッタ法により成膜する前に、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３０２の表面に付着しているゴミを除去することが好ましい。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。
【０２６０】
酸化物半導体膜３３０は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、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、酸化物半導体膜３３０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成膜する。具体的には、組成比として、Ｉｎ_２Ｏ_３：Ｇａ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ％］（すなわち、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：０．５［ａｔｏｍ％］）を用いる。他にも、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［ａｔｏｍ％］、又はＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：２［ａｔｏｍ％］の組成比を有するターゲットを用いることもできる。なお、酸化物半導体ターゲットの充填率は９０％以上１００％以下、好ましくは９５％以上９９．９％以下である。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、成膜した酸化物半導体膜は緻密な膜となる。また、ターゲットには、ＳｉＯ_２を２重量％以上１０重量％以下含ませてよい。
【０２６１】
酸化物半導体膜３３０を、成膜する際に用いるスパッタガスは水素、水、水酸基又は水素化物などの不純物が、１ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下まで除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
【０２６２】
スパッタリングは、減圧状態に保持された処理室内に基板を保持し、基板温度を１００℃以上６００℃以下好ましくは２００℃以上４００℃以下で行う。基板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。また、スパッタリングによる損傷が軽減される。そして、処理室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、上記ターゲットを用いて基板３００上に酸化物半導体膜３３０を成膜する。処理室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることが好ましい。また、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。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素分子、水（Ｈ_２Ｏ）など水素原子を含む化合物（より好ましくは炭素原子を含む化合物も）等が排気されるため、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。
【０２６３】
成膜条件の一例としては、基板とターゲットの間との距離を１００ｍｍ、圧力０．６Ｐａ、直流（ＤＣ）電源０．５ｋＷ、酸素（酸素流量比率１００％）雰囲気下の条件が適用される。なお、パルス直流（ＤＣ）電源を用いると、ゴミが軽減でき、膜厚分布も均一となるために好ましい。
【０２６４】
次いで、酸化物半導体膜３３０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３３１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。
【０２６５】
次いで、酸化物半導体層３３１に第１の加熱処理を行う。この第１の加熱処理によって酸化物半導体層３３１の脱水化または脱水素化を行うことができる。第１の加熱処理の温度は、４００℃以上７５０℃以下、好ましくは４００℃以上基板の歪み点未満とする。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４５０℃において１時間の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３３１を得る（図１１（Ｂ）参照。）。
【０２６６】
なお、加熱処理装置は電気炉に限られず、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。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、高温のガスを用いて加熱処理を行う装置である。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。
【０２６７】
例えば、第１の加熱処理として、６５０℃〜７００℃の高温に加熱した不活性ガス中に基板を移動させて入れ、数分間加熱した後、基板を移動させて高温に加熱した不活性ガス中から出すＧＲＴＡを行ってもよい。ＧＲＴＡを用いると短時間での高温加熱処理が可能となる。
【０２６８】
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。
【０２６９】
第１の加熱処理の結果、酸化物半導体層３３１中に含まれていた水素等は除去されるが、同時に酸素欠損も生じるので、ｎ型の半導体（低抵抗化した半導体）となる。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、酸化物半導体層３３１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、酸化物半導体層３３１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。また、非晶質の酸化物半導体の中に微結晶部（粒径１ｎｍ以上２０ｎｍ以下（代表的には２ｎｍ以上４ｎｍ以下））が混在する酸化物半導体膜となる場合もある。
【０２７０】
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３３０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。
【０２７１】
酸化物半導体層に対する脱水化、脱水素化の効果を奏する加熱処理は、酸化物半導体層成膜後であれば、酸化物半導体層上にソース電極及びドレイン電極を積層させた後、ソース電極及びドレイン電極上に保護絶縁膜を形成した後、のいずれで行っても良い。
【０２７２】
また、ゲート絶縁層３０２にコンタクトホールを形成する場合、その工程は酸化物半導体膜３３０あるいは酸化物半導体層３３１に脱水化または脱水素化処理を行う前でも行った後に行ってもよい。
【０２７３】
なお、ここでの酸化物半導体膜のエッチングは、ウェットエッチングに限定されずドライエッチングを用いてもよい。
【０２７４】
所望の加工形状にエッチングできるように、材料に合わせてエッチング条件（エッチング液、エッチング時間、温度等）を適宜調節する。
【０２７５】
次いで、ゲート絶縁層３０２、及び酸化物半導体層３３１上に、導電膜を形成する。導電膜はスパッタ法や真空蒸着法で形成すればよい。導電膜の材料としては、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗからから選ばれた元素、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、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウム、イットリウムのいずれか一または複数から選択された材料を用いてもよい。また、導電膜は、単層構造でも、２層以上の積層構造としてもよい。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する２層構造、Ｔｉ膜と、そのＴｉ膜上に重ねてアルミニウム膜を積層し、さらにその上にＴｉ膜を成膜する３層構造などが挙げられる。また、Ａｌに、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、Ｎｄ（ネオジム）、Ｓｃ（スカンジウム）から選ばれた元素を単数、又は複数組み合わせた膜、合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。
【０２７６】
導電膜後に加熱処理を行う場合には、この加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。
【０２７７】
第３のフォトリソグラフィ工程により導電膜上に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３１５ａ、ドレイン電極層３１５ｂを形成した後、レジストマスクを除去する（図１１（Ｃ）参照。）。
【０２７８】
第３のフォトリソグラフィ工程でのレジストマスク形成時の露光には、紫外線やＫｒＦレーザ光やＡｒＦレーザ光を用いる。酸化物半導体層３３１上で隣り合うソース電極層の下端部とドレイン電極層の下端部との間隔幅によって後に形成される薄膜トランジスタのチャネル長Ｌが決定される。なお、チャネル長Ｌ＝２５ｎｍ未満の露光を行う場合には、数ｎｍ〜数１０ｎｍと極めて波長が短い超紫外線（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）を用いて第３のフォトリソグラフィ工程でのレジストマスク形成時の露光を行う。超紫外線による露光は、解像度が高く焦点深度も大きい。従って、後に形成される薄膜トランジスタのチャネル長Ｌを１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることも可能であり、回路の動作速度を高速化でき、さらにオフ電流値が極めて小さいため、低消費電力化も図ることができる。
【０２７９】
なお、導電膜のエッチングの際に、酸化物半導体層３３１は除去されないようにそれぞれの材料及びエッチング条件を適宜調節する。
【０２８０】
本実施の形態では、導電膜としてＴｉ膜を用いて、酸化物半導体層３３１にはＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体を用いたので、エッチャントとして過水アンモニア水（アンモニア、水、過酸化水素水の混合液）を用いる。
【０２８１】
なお、第３のフォトリソグラフィ工程では、酸化物半導体層３３１は一部のみがエッチングされ、溝部（凹部）を有する酸化物半導体層となることもある。また、ソース電極層３１５ａ、ドレイン電極層３１５ｂ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。
【０２８２】
また、酸化物半導体層とソース電極層及びドレイン電極層の間に、酸化物導電層を形成してもよい。酸化物導電層とソース電極層及びドレイン電極層を形成するための金属層は、連続成膜が可能である。酸化物導電層はソース領域及びドレイン領域として機能しうる。
【０２８３】
ソース領域及びドレイン領域として、酸化物導電層を酸化物半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との間に設けることで、ソース領域及びドレイン領域の低抵抗化を図ることができ、トランジスタの高速動作をすることができる。
【０２８４】
また、フォトリソグラフィ工程で用いるフォトマスク数及び工程数を削減するため、透過した光が複数の強度となる露光マスクである多階調マスクによって形成されたレジストマスクを用いてエッチング工程を行ってもよい。多階調マスクを用いて形成したレジストマスクは複数の膜厚を有する形状となり、エッチングを行うことでさらに形状を変形することができるため、異なるパターンに加工する複数のエッチング工程に用いることができる。よって、一枚の多階調マスクによって、少なくとも二種類以上の異なるパターンに対応するレジストマスクを形成することができる。よって露光マスク数を削減することができ、対応するフォトリソグラフィ工程も削減できるため、工程の簡略化が可能となる。
【０２８５】
次いで、Ｎ_２Ｏ、Ｎ_２、またはＡｒなどのガスを用いたプラズマ処理を行う。このプラズマ処理によって露出している酸化物半導体層の表面に付着した吸着水などを除去する。また、酸素とアルゴンの混合ガスを用いてプラズマ処理を行ってもよい。
【０２８６】
プラズマ処理を行った後、大気に触れることなく、酸化物半導体層の一部に接する保護絶縁膜となる酸化物絶縁層３１６を形成する。
【０２８７】
酸化物絶縁層３１６は、少なくとも１ｎｍ以上の膜厚とし、スパッタ法など、酸化物絶縁層３１６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。酸化物絶縁層３１６に水素が含まれると、その水素の酸化物半導体層への侵入、又は水素が酸化物半導体層中の酸素を引き抜き、酸素欠損が生じ酸化物半導体層のバックチャネルが低抵抗化（Ｎ型化）してしまい、寄生チャネルが形成されるおそれがある。よって、酸化物絶縁層３１６はできるだけ水素を含まない膜になるように、成膜方法に水素を用いないことが重要である。
【０２８８】
本実施の形態では、酸化物絶縁層３１６として膜厚２００ｎｍの酸化珪素膜をスパッタ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１００℃とする。酸化珪素膜のスパッタ法による成膜は、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、または希ガスと酸素の混合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層３１６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、代表的には酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、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。
【０２８９】
この場合において、処理室内の残留水分を除去しつつ酸化物絶縁層３１６を成膜することが好ましい。酸化物半導体層３３１及び酸化物絶縁層３１６に水素、水酸基又は水分が含まれないようにするためである。
【０２９０】
処理室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることが好ましい。また、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。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素分子や、水（Ｈ_２Ｏ）など水素原子を含む化合物等が排気されるため、当該成膜室で成膜した酸化物絶縁層３１６に含まれる不純物の濃度を低減できる。
【０２９１】
酸化物絶縁層３１６を、成膜する際に用いるスパッタガスは水素、水、水酸基又は水素化物などの不純物が、１ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下まで除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
【０２９２】
次いで、不活性ガス雰囲気下、または酸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。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、酸化物半導体層の一部（チャネル形成領域）が酸化物絶縁層３１６と接した状態で加熱される。
【０２９３】
以上の工程を経ることによって、成膜後の酸化物半導体膜に対して脱水化または脱水素化のための加熱処理を行ったため、低抵抗化した酸化物半導体膜の一部を選択的に酸素過剰な状態とする。その結果、ゲート電極層３１１と重なるチャネル形成領域３１３はＩ型となり、ソース電極層３１５ａに重なり、低抵抗な酸化物半導体よりなる高抵抗ソース領域３１４ａと、ドレイン電極層３１５ｂに重なり、低抵抗な酸化物半導体よりなる高抵抗ドレイン領域３１４ｂとが自己整合的に形成される。以上の工程で薄膜トランジスタ３１０が形成される（図１１（Ｄ）参照。）。
【０２９４】
さらに大気中、１００℃以上２００℃以下、１時間以上３０時間以下での加熱処理を行ってもよい。本実施の形態では１５０℃で１０時間加熱処理を行う。この加熱処理は一定の加熱温度を保持して加熱してもよいし、室温から、１００℃以上２００℃の加熱温度への昇温と、加熱温度から室温までの降温を複数回くりかえして行ってもよい。また、この加熱処理を、酸化物絶縁膜の形成前に、減圧下で行ってもよい。減圧下で加熱処理を行うと、加熱時間を短縮することができる。この加熱処理によって、酸化物半導体層から酸化物絶縁層中に水素がとりこまれ、ノーマリーオフとなる薄膜トランジスタを得ることができる。よって液晶表示装置の信頼性を向上できる。また、酸化物絶縁層に欠陥を多く含む酸化シリコン層を用いると、この加熱処理によって酸化物半導体層中に含まれる水素、水分、水酸基又は水素化物などの不純物を酸化物絶縁層に拡散させ、酸化物半導体層中に含まれる該不純物をより低減させる効果を奏する。
【０２９５】
なお、ドレイン電極層３１５ｂ（及びソース電極層３１５ａ）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３１４ｂ（又は高抵抗ソース領域３１４ａ）を形成することにより、薄膜トランジスタ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３１４ｂを形成することで、ドレイン電極層３１５ｂから高抵抗ドレイン領域３１４ｂ、チャネル形成領域３１３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３１５ｂ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３１１とドレイン電極層３１５ｂ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。
【０２９６】
また、酸化物半導体層における高抵抗ソース領域又は高抵抗ドレイン領域は、酸化物半導体層の膜厚が１５ｎｍ以下と薄い場合は膜厚方向全体にわたって形成されるが、酸化物半導体層の膜厚が３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下とより厚い場合は、酸化物半導体層の一部、ソース電極層又はドレイン電極層と接する領域及びその近傍が低抵抗化し高抵抗ソース領域又は高抵抗ドレイン領域が形成され、酸化物半導体層においてゲート絶縁膜に近い領域はＩ型とすることもできる。
【０２９７】
酸化物絶縁層３１６上にさらに保護絶縁層を形成してもよい。例えば、ＲＦスパッタ法を用いて窒化珪素膜を形成する。ＲＦスパッタ法は、量産性がよいため、保護絶縁層の成膜方法として好ましい。保護絶縁層は、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、窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、窒化酸化シリコン膜、窒化酸化アルミニウム膜などを用いる。本実施の形態では、保護絶縁層として保護絶縁層３０３を、窒化シリコン膜を用いて形成する（図１１（Ｅ）参照。）。
【０２９８】
本実施の形態では、保護絶縁層３０３として、酸化物絶縁層３１６まで形成された基板３００を１００℃〜４００℃の温度に加熱し、水素及び水分が除去された高純度窒素を含むスパッタガスを導入しシリコン半導体のターゲットを用いて窒化シリコン膜を成膜する。この場合においても、酸化物絶縁層３１６と同様に、処理室内の残留水分を除去しつつ保護絶縁層３０３を成膜することが好ましい。
【０２９９】
保護絶縁層３０３上に平坦化のための平坦化絶縁層を設けてもよい。
【０３００】
以上のように、酸化物半導体層を用いる薄膜トランジスタを有する液晶表示装置の表示部を構成する複数の画素において、オフ電流を低減することができる。そのため、保持容量で電圧を保持できる期間を長く取ることができ、静止画等を表示する際の低消費電力化を図ることができる液晶表示装置とすることができる。
【０３０１】
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。
【０３０２】
（実施の形態７）
本実施の形態は、本明細書で開示する液晶表示装置に適用できる薄膜トランジスタの他の例を示す。本実施の形態で示す薄膜トランジスタ３６０は、実施の形態１の薄膜トランジスタ１０６として用いることができる。
【０３０３】
本実施の形態の薄膜トランジスタ及び薄膜トランジスタの作製方法の一形態を、図１２を用いて説明する。
【０３０４】
図１２（Ａ）乃至（Ｄ）に薄膜トランジスタのび断面構造の一例を示す。図１２（Ａ）乃至（Ｄ）に示す薄膜トランジスタ３６０は、チャネル保護型（チャネルストップ型ともいう）と呼ばれるボトムゲート構造の一つであり逆スタガ型薄膜トランジスタともいう。
【０３０５】
また、薄膜トランジスタ３６０はシングルゲート構造の薄膜トランジスタを用いて説明したが、必要に応じて、チャネル形成領域を複数有するマルチゲート構造の薄膜トランジスタも形成することができる。
【０３０６】
以下、図１２（Ａ）乃至（Ｄ）を用い、基板３２０上に薄膜トランジスタ３６０を作製する工程を説明する。
【０３０７】
まず、絶縁表面を有する基板３２０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レジストマスクを形成し、それを用いて、導電膜を選択的にエッチングして、ゲート電極層３６１を形成する。その後レジストマスクを除去する。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。
【０３０８】
また、ゲート電極層３６１の材料は、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料又はこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層で又は積層して形成することができる。
【０３０９】
次いで、ゲート電極層３６１上にゲート絶縁層３２２を形成する。
【０３１０】
本実施の形態では、ゲート絶縁層３２２としてプラズマＣＶＤ法により膜厚１００ｎｍ以下の酸化窒化珪素層を形成する。
【０３１１】
次いで、ゲート絶縁層３２２上に、膜厚２ｎｍ以上２００ｎｍ以下の酸化物半導体膜を形成し、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。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成膜する。
【０３１２】
この場合において、処理室内の残留水分を除去しつつ酸化物半導体膜を成膜することが好ましい。酸化物半導体膜に水素、水酸基又は水分が含まれないようにするためである。
【０３１３】
処理室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることが好ましい。また、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。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素分子や、水（Ｈ_２Ｏ）など水素原子を含む化合物を含む化合物等が排気されるため、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。
【０３１４】
酸化物半導体膜を、成膜する際に用いるスパッタガスは水素、水、水酸基又は水素化物などの不純物が、１ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下まで除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
【０３１５】
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７５０℃以下、好ましくは４００℃以上基板の歪み点未満とする。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４５０℃において１時間の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３３２を得る（図１２（Ａ）参照。）。
【０３１６】
次いで、Ｎ_２Ｏ、Ｎ_２、またはＡｒなどのガスを用いたプラズマ処理を行う。このプラズマ処理によって露出している酸化物半導体層の表面に付着した吸着水などを除去する。また、酸素とアルゴンの混合ガスを用いてプラズマ処理を行ってもよい。
【０３１７】
次いで、ゲート絶縁層３２２、及び酸化物半導体層３３２上に、酸化物絶縁層を形成した後、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３６６を形成した後、レジストマスクを除去する。
【０３１８】
本実施の形態では、酸化物絶縁層３６６として膜厚２００ｎｍの酸化珪素膜をスパッタ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１００℃とする。酸化珪素膜のスパッタ法による成膜は、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、または希ガス及び酸素の混合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法により酸化珪素を形成することができる。酸化物半導体層に接して形成する酸化物絶縁層３６６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、代表的には酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、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。
【０３１９】
この場合において、処理室内の残留水分を除去しつつ酸化物絶縁層３６６を成膜することが好ましい。酸化物半導体層３３２及び酸化物絶縁層３６６に水素、水酸基又は水分が含まれないようにするためである。
【０３２０】
処理室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることが好ましい。また、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。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素分子や、水（Ｈ_２Ｏ）など水素原子を含む化合物を含む化合物等が排気されるため、当該成膜室で成膜した酸化物絶縁層３６６に含まれる不純物の濃度を低減できる。
【０３２１】
酸化物絶縁層３６６を、成膜する際に用いるスパッタガスは水素、水、水酸基又は水素化物などの不純物が、１ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下まで除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
【０３２２】
次いで、不活性ガス雰囲気下、または酸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）を行ってもよい。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、酸化物半導体層の一部（チャネル形成領域）が酸化物絶縁層３６６と接した状態で加熱される。
【０３２３】
本実施の形態は、さらに酸化物絶縁層３６６が設けられ一部が露出している酸化物半導体層３３２を、窒素、不活性ガス雰囲気下、又は減圧下で加熱処理を行う。酸化物絶縁層３６６によって覆われていない露出された酸化物半導体層３３２の領域は、窒素、不活性ガス雰囲気下、又は減圧下で加熱処理を行うと、低抵抗化することができる。例えば、窒素雰囲気下で２５０℃、１時間の加熱処理を行う。
【０３２４】
酸化物絶縁層３６６が設けられた酸化物半導体層３３２に対する窒素雰囲気下の加熱処理によって、酸化物半導体層３３２の露出領域は低抵抗化し、抵抗の異なる領域（図１２（Ｂ）においては斜線領域及び白地領域で示す）を有する酸化物半導体層３６２となる。
【０３２５】
次いで、ゲート絶縁層３２２、酸化物半導体層３６２、及び酸化物絶縁層３６６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３６５ａ、ドレイン電極層３６５ｂを形成した後、レジストマスクを除去する（図１２（Ｃ）参照。）。
【０３２６】
ソース電極層３６５ａ、ドレイン電極層３６５ｂの材料としては、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗからから選ばれた元素、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、導電膜は、単層構造でも、２層以上の積層構造としてもよい。
【０３２７】
以上の工程を経ることによって、酸化物半導体膜の一部を選択的に酸素過剰な状態とする。その結果、ゲート電極層３６１と重なるチャネル形成領域３６３は、Ｉ型となり、ソース電極層３６５ａに重なる高抵抗ソース領域３６４ａと、ドレイン電極層３６５ｂに重なる高抵抗ドレイン領域３６４ｂとが自己整合的に形成される。以上の工程で薄膜トランジスタ３６０が形成される。
【０３２８】
さらに大気中、１００℃以上２００℃以下、１時間以上３０時間以下での加熱処理を行ってもよい。本実施の形態では１５０℃で１０時間加熱処理を行う。この加熱処理は一定の加熱温度を保持して加熱してもよいし、室温から、１００℃以上２００℃の加熱温度への昇温と、加熱温度から室温までの降温を複数回くりかえして行ってもよい。また、この加熱処理を、酸化物絶縁膜の形成前に、減圧下で行ってもよい。減圧下で加熱処理を行うと、加熱時間を短縮することができる。この加熱処理によって、酸化物半導体層から酸化物絶縁層中に水素がとりこまれ、ノーマリーオフとなる薄膜トランジスタを得ることができる。よって液晶表示装置の信頼性を向上できる。
【０３２９】
なお、ドレイン電極層３６５ｂ（及びソース電極層３６５ａ）と重畳した酸化物半導体層において、低抵抗した酸化物半導体よりなる高抵抗ドレイン領域３６４ｂ（又は高抵抗ソース領域３６４ａ）を形成することにより、薄膜トランジスタ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３６４ｂ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３６４ｂ、チャネル形成領域３６３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３６５ｂ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３６１とドレイン電極層３６５ｂ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。
【０３３０】
ソース電極層３６５ａ、ドレイン電極層３６５ｂ、酸化物絶縁層３６６上に保護絶縁層３２３を形成する。本実施の形態では、保護絶縁層３２３を、窒化珪素膜を用いて形成する（図１２（Ｄ）参照。）。
【０３３１】
なお、ソース電極層３６５ａ、ドレイン電極層３６５ｂ、酸化物絶縁層３６６上にさらに酸化物絶縁層を形成し、該酸化物絶縁層上に保護絶縁層３２３を積層してもよい。
【０３３２】
以上のように、酸化物半導体層を用いる薄膜トランジスタを有する液晶表示装置の表示部を構成する複数の画素において、オフ電流を低減することができる。そのため、保持容量で電圧を保持できる期間を長く取ることができ、静止画等を表示する際の低消費電力化を図ることができる液晶表示装置とすることができる。
【０３３３】
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。
【０３３４】
（実施の形態８）
本実施の形態は、本明細書で開示する液晶表示装置に適用できる薄膜トランジスタの他の例を示す。本実施の形態で示す薄膜トランジスタ３５０は、実施の形態１の薄膜トランジスタ１０６として用いることができる。
【０３３５】
本実施の形態の薄膜トランジスタ及び薄膜トランジスタの作製方法の一形態を、図１３を用いて説明する。
【０３３６】
また、薄膜トランジスタ３５０はシングルゲート構造の薄膜トランジスタを用いて説明したが、必要に応じて、チャネル形成領域を複数有するマルチゲート構造の薄膜トランジスタも形成することができる。
【０３３７】
以下、図１３（Ａ）乃至（Ｄ）を用い、基板３４０上に薄膜トランジスタ３５０を作製する工程を説明する。
【０３３８】
まず、絶縁表面を有する基板３４０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３５１を形成する。本実施の形態では、ゲート電極層３５１として、膜厚１５０ｎｍのタングステン膜を、スパッタ法を用いて形成する。
【０３３９】
次いで、ゲート電極層３５１上にゲート絶縁層３４２を形成する。本実施の形態では、ゲート絶縁層３４２としてプラズマＣＶＤ法により膜厚１００ｎｍ以下の酸化窒化珪素層を形成する。
【０３４０】
次いで、ゲート絶縁層３４２上に、導電膜を形成し、第２のフォトリソグラフィ工程により導電膜上に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３５５ａ、ドレイン電極層３５５ｂを形成した後、レジストマスクを除去する（図１３（Ａ）参照。）。
【０３４１】
次に酸化物半導体膜３４５を形成する（図１３（Ｂ）参照。）。本実施の形態では、酸化物半導体膜３４５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成膜する。酸化物半導体膜３４５を第３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。
【０３４２】
この場合において、処理室内の残留水分を除去しつつ酸化物半導体膜３４５を成膜することが好ましい。酸化物半導体膜３４５に水素、水酸基又は水分が含まれないようにするためである。
【０３４３】
処理室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることが好ましい。また、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。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素分子や、水（Ｈ_２Ｏ）など水素原子を含む化合物を含む化合物等が排気されるため、当該成膜室で成膜した酸化物半導体膜３４５に含まれる不純物の濃度を低減できる。
【０３４４】
酸化物半導体膜３４５を、成膜する際に用いるスパッタガスは水素、水、水酸基又は水素化物などの不純物が、１ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下まで除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
【０３４５】
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７５０℃以下、好ましくは４００℃以上基板の歪み点未満とする。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４５０℃において１時間の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３４６を得る（図１３（Ｃ）参照。）。
【０３４６】
また、第１の加熱処理として、６５０℃〜７００℃の高温に加熱した不活性ガス中に基板を移動させて入れ、数分間加熱した後、基板を移動させて高温に加熱した不活性ガス中から出すＧＲＴＡを行ってもよい。ＧＲＴＡを用いると短時間での高温加熱処理が可能となる。
【０３４７】
酸化物半導体層３４６に接する保護絶縁膜となる酸化物絶縁層３５６を形成する。
【０３４８】
酸化物絶縁層３５６は、少なくとも１ｎｍ以上の膜厚とし、スパッタ法など、酸化物絶縁層３５６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。酸化物絶縁層３５６に水素が含まれると、その水素の酸化物半導体層への侵入、又は水素が酸化物半導体層中の酸素を引き抜き、酸素欠損が生じ酸化物半導体層のバックチャネルが低抵抗化（Ｎ型化）してしまい、寄生チャネルが形成されるおそれがある。よって、酸化物絶縁層３５６はできるだけ水素を含まない膜になるように、成膜方法に水素を用いないことが重要である。
【０３４９】
本実施の形態では、酸化物絶縁層３５６として膜厚２００ｎｍの酸化珪素膜をスパッタ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１００℃とする。酸化珪素膜のスパッタ法による成膜は、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、または希ガス及び酸素の混合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法により酸化珪素を形成することができる。酸化物半導体層に接して形成する酸化物絶縁層３５６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、代表的には酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、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。
【０３５０】
この場合において、処理室内の残留水分を除去しつつ酸化物絶縁層３５６を成膜することが好ましい。酸化物半導体層３４６及び酸化物絶縁層３５６に水素、水酸基又は水分が含まれないようにするためである。
【０３５１】
処理室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることが好ましい。また、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。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素分子や、水（Ｈ_２Ｏ）など水素原子を含む化合物を含む化合物等が排気されるため、当該成膜室で成膜した酸化物絶縁層３５６に含まれる不純物の濃度を低減できる。
【０３５２】
酸化物絶縁層３５６を、成膜する際に用いるスパッタガスは水素、水、水酸基又は水素化物などの不純物が、１ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下まで除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
【０３５３】
次いで、不活性ガス雰囲気下、または酸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。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、酸化物半導体層の一部（チャネル形成領域）が酸化物絶縁層３５６と接した状態で加熱される。
【０３５４】
以上の工程を経ることによって、酸化物半導体膜を酸素過剰な状態とする。その結果、Ｉ型の酸化物半導体層３５２が形成される。以上の工程で薄膜トランジスタ３５０が形成される。
【０３５５】
さらに大気中、１００℃以上２００℃以下、１時間以上３０時間以下での加熱処理を行ってもよい。本実施の形態では１５０℃で１０時間加熱処理を行う。この加熱処理は一定の加熱温度を保持して加熱してもよいし、室温から、１００℃以上２００℃の加熱温度への昇温と、加熱温度から室温までの降温を複数回くりかえして行ってもよい。また、この加熱処理を、酸化物絶縁膜の形成前に、減圧下で行ってもよい。減圧下で加熱処理を行うと、加熱時間を短縮することができる。この加熱処理によって、酸化物半導体層から酸化物絶縁層中に水素がとりこまれ、ノーマリーオフとなる薄膜トランジスタを得ることができる。よって液晶表示装置の信頼性を向上できる。
【０３５６】
酸化物絶縁層３５６上にさらに保護絶縁層を形成してもよい。例えば、ＲＦスパッタ法を用いて窒化珪素膜を形成する。本実施の形態では、保護絶縁層として保護絶縁層３４３を、窒化珪素膜を用いて形成する（図１３（Ｄ）参照。）。
【０３５７】
保護絶縁層３４３上に平坦化のための平坦化絶縁層を設けてもよい。
【０３５８】
以上のように、酸化物半導体層を用いる薄膜トランジスタを有する液晶表示装置の表示部を構成する複数の画素において、オフ電流を低減することができる。そのため、保持容量で電圧を保持できる期間を長く取ることができ、静止画等を表示する際の低消費電力化を図ることができる液晶表示装置とすることができる。
【０３５９】
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。
【０３６０】
（実施の形態９）
本実施の形態は、本明細書で開示する液晶表示装置に適用できる薄膜トランジスタの他の例を示す。本実施の形態で示す薄膜トランジスタ３８０は、実施の形態１の薄膜トランジスタ１０６として用いることができる。
【０３６１】
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６と異なる例を図１４に示す。図１４は、図１１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。
【０３６２】
実施の形態６に従って、基板３７０上にゲート電極層３８１を形成し、第１のゲート絶縁層３７２ａ、第２のゲート絶縁層３７２ｂを積層する。本実施の形態では、ゲート絶縁層を２層構造とし、第１のゲート絶縁層３７２ａに窒化物絶縁層を、第２のゲート絶縁層３７２ｂに酸化物絶縁層を用いる。
【０３６３】
酸化絶縁層としては、酸化シリコン層、酸化窒化シリコン層、または酸化アルミニウム層、又は酸化窒化アルミニウム層などを用いることができる。また、窒化絶縁層としては、窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、窒化アルミニウム層、又は窒化酸化アルミニウム層などを用いることができる。
【０３６４】
本実施の形態では、ゲート電極層３８１側から窒化シリコン層と酸化シリコン層とを積層した構造とする。第１のゲート絶縁層３７２ａとしてスパッタリング法により膜厚５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下（本実施の形態では５０ｎｍ）の窒化シリコン層（ＳｉＮ_ｙ（ｙ＞０））を形成し、第１のゲート絶縁層３７２ａ上に第２のゲート絶縁層３７２ｂとして膜厚５ｎｍ以上３００ｎｍ以下（本実施の形態では１００ｎｍ）の酸化シリコン層（ＳｉＯ_ｘ（ｘ＞０））を積層して、例えば、膜厚１５０ｎｍのゲート絶縁層とする。
【０３６５】
次に酸化物半導体膜の形成を行い、酸化物半導体膜を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。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成膜する。
【０３６６】
この場合において、処理室内の残留水分を除去しつつ酸化物半導体膜を成膜することが好ましい。酸化物半導体膜に水素、水酸基又は水分が含まれないようにするためである。
【０３６７】
処理室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることが好ましい。また、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。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素分子や、水（Ｈ_２Ｏ）など水素原子を含む化合物等が排気されるため、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。
【０３６８】
酸化物半導体膜を、成膜する際に用いるスパッタガスは水素、水、水酸基又は水素化物などの不純物が、１ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下まで除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
【０３６９】
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７５０℃以下、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。
【０３７０】
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。また、ＬＲＴＡ装置、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。ＧＲＴＡとは高温のガスを用いて加熱処理を行う方法である。ガスには、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。ＲＴＡ法を用いて、６００℃〜７５０℃で数分間加熱処理を行ってもよい。
【０３７１】
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。
【０３７２】
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、フォトリソグラフィ工程を行う。
【０３７３】
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。よって、全体がＩ型化した酸化物半導体層３８２を得る。
【０３７４】
次いで、酸化物半導体層３８２上に、導電膜を形成し、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３８５ａ、ドレイン電極層３８５ｂを形成し、スパッタ法で酸化物絶縁層３８６を形成する。
【０３７５】
この場合において、処理室内の残留水分を除去しつつ酸化物絶縁層３８６を成膜することが好ましい。酸化物半導体層３８２及び酸化物絶縁層３８６に水素、水酸基又は水分が含まれないようにするためである。
【０３７６】
処理室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることが好ましい。また、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。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素分子や、水（Ｈ_２Ｏ）など水素原子を含む化合物を含む化合物等が排気されるため、当該成膜室で成膜した酸化物絶縁層３８６に含まれる不純物の濃度を低減できる。
【０３７７】
酸化物絶縁層３８６を、成膜する際に用いるスパッタガスは水素、水、水酸基又は水素化物などの不純物が、１ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下まで除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
【０３７８】
以上の工程で、薄膜トランジスタ３８０を形成することができる。
【０３７９】
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。
【０３８０】
また、大気中、１００℃以上２００℃以下、１時間以上３０時間以下での加熱処理を行ってもよい。本実施の形態では１５０℃で１０時間加熱処理を行う。この加熱処理は一定の加熱温度を保持して加熱してもよいし、室温から、１００℃以上２００℃の加熱温度への昇温と、加熱温度から室温までの降温を複数回くりかえして行ってもよい。また、この加熱処理を、酸化物絶縁膜の形成前に、減圧下で行ってもよい。減圧下で加熱処理を行うと、加熱時間を短縮することができる。この加熱処理によって、酸化物半導体層から酸化物絶縁層中に水素がとりこまれ、ノーマリーオフとなる薄膜トランジスタを得ることができる。よって液晶表示装置の信頼性を向上できる。
【０３８１】
酸化物絶縁層３８６上に保護絶縁層３７３を形成する。本実施の形態では、保護絶縁層３７３として、スパッタリング法を用いて膜厚１００ｎｍの窒化珪素膜を形成する。
【０３８２】
窒化物絶縁層からなる保護絶縁層３７３及び第１のゲート絶縁層３７２ａは、水分や、水素や、水素化物、水酸化物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効果がある。
【０３８３】
従って、保護絶縁層３７３形成後の製造プロセスにおいて、外部からの水分などの不純物の侵入を防ぐことができる。また、液晶表示装置としてデバイスが完成した後にも長期的に、外部からの水分などの不純物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。
【０３８４】
また、窒化物絶縁層からなる保護絶縁層３７３と、第１のゲート絶縁層３７２ａとの間に設けられる絶縁層を除去し、保護絶縁層３７３と、第１のゲート絶縁層３７２ａとが接する構造としてもよい。
【０３８５】
従って、酸化物半導体層中の水分や、水素や、水素化物、水酸化物などの不純物を究極にまで低減し、かつ該不純物の再混入を防止し、酸化物半導体層中の不純物濃度を低く維持することができる。
【０３８６】
保護絶縁層３７３上に平坦化のための平坦化絶縁層を設けてもよい。
【０３８７】
以上のように、酸化物半導体層を用いる薄膜トランジスタを有する液晶表示装置の表示部を構成する複数の画素において、オフ電流を低減することができる。そのため、保持容量で電圧を保持できる期間を長く取ることができ、静止画等を表示する際の低消費電力化を図ることができる液晶表示装置とすることができる。
【０３８８】
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。
【０３８９】
（実施の形態１０）
本実施の形態は、本明細書で開示する液晶表示装置に適用できる薄膜トランジスタの他の例を示す。本実施の形態で示す薄膜トランジスタは、実施の形態２乃至８の薄膜トランジスタに適用することができる。
【０３９０】
本実施の形態では、ゲート電極層、ソース電極層及びドレイン電極層に透光性を有する導電材料を用いる例を示す。従って、他は上記実施の形態と同様に行うことができ、上記実施の形態と同一部分又は同様な機能を有する部分、及び工程の繰り返しの説明は省略する。また同じ箇所の詳細な説明は省略する。
【０３９１】
例えば、ゲート電極層、ソース電極層、ドレイン電極層の材料として、可視光に対して透光性を有する導電材料、例えばＩｎ−Ｓｎ−Ｏ系、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、膜厚は５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲内で適宜選択する。ゲート電極層、ソース電極層、ドレイン電極層に用いる金属酸化物の成膜方法は、スパッタリング法や真空蒸着法（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、スパッタリング法を用いる場合、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、透光性を有する導電膜に結晶化を阻害するＳｉＯｘ（Ｘ＞０）を含ませ、後の工程で行う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。
【０３９２】
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：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｘ−ｒａｙ ＭｉｃｒｏＡｎａｌｙｚｅｒ）を用いた分析により評価するものとする。
【０３９３】
また、薄膜トランジスタが配置される画素には、画素電極層、またはその他の電極層（容量電極層など）や、その他の配線層（容量配線層など）に可視光に対して透光性を有する導電膜を用いると、高開口率を有する表示装置を実現することができる。勿論、画素に存在するゲート絶縁層、酸化物絶縁層、保護絶縁層、平坦化絶縁層も可視光に対して透光性を有する膜を用いることが好ましい。
【０３９４】
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。
【０３９５】
薄膜トランジスタに透光性を持たせると、開口率を向上させることができる。特に１０インチ以下の小型の液晶表示パネルにおいて、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、高い開口率を実現することができる。また、薄膜トランジスタの構成部材に透光性を有する膜を用いることで、広視野角を実現するため、１画素を複数のサブピクセルに分割しても高い開口率を実現することができる。即ち、高密度の薄膜トランジスタ群を配置しても開口率を大きくとることができ、表示領域の面積を十分に確保することができる。例えば、一つの画素内に２〜４個のサブピクセルを有する場合、薄膜トランジスタが透光性を有するため、開口率を向上させることができる。また、薄膜トランジスタの構成部材と同工程で同材料を用いて保持容量を形成すると、保持容量も透光性とすることができるため、さらに開口率を向上させることができる。
【０３９６】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０３９７】
（実施の形態１１）
液晶表示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１５を用いて説明する。図１５は、第１の基板４００１上に形成された薄膜トランジスタ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、パネルの平面図であり、図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）または図１５（Ｃ）のＭ−Ｎにおける断面図に相当する。
【０３９８】
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。
【０３９９】
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１５（Ａ）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１５（Ｃ）は、ＴＡＢ方法により信号線駆動回路４００３を実装する例である。
【０４００】
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１５（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の上下には絶縁層４０４１、４０４２、４０２０、４０２１が設けられている。
【０４０１】
薄膜トランジスタ４０１０、４０１１は、実施の形態２乃至９のいずれか一の薄膜トランジスタを適宜用いることができ、同様な工程及び材料で形成することができる。薄膜トランジスタ４０１０、４０１１の酸化物半導体層は水素や水が低減されている。従って、薄膜トランジスタ４０１０、４０１１は信頼性の高い薄膜トランジスタである。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。
【０４０２】
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。
【０４０３】
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のソース電極層又はドレイン電極層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。
【０４０４】
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−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。
【０４０５】
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。
【０４０６】
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。また配向膜を設けなくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減することができる。よって液晶表示装置の生産性を向上させることが可能となる。特に、酸化物半導体層を用いる薄膜トランジスタは、静電気の影響により薄膜トランジスタの電気的な特性が著しく変動して設計範囲を逸脱する恐れがある。よって酸化物半導体層を用いる薄膜トランジスタを有する液晶表示装置にブルー相の液晶材料を用いることはより効果的である。
【０４０７】
なお、本実施の形態の液晶表示パネルは、透過型の液晶表示装置の例であるが、本発明の一態様は、半透過型や反射型の液晶表示装置にも適用できる。
【０４０８】
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。
【０４０９】
薄膜トランジスタ４０１１、４０１０上には、酸化物半導体層に接して絶縁層４０４１が形成されている。ここでは、絶縁層４０４１として、スパッタリング法により酸化シリコン層を形成する。また、絶縁層４０４１上に接して保護絶縁層４０４２を形成する。また、保護絶縁層４０４２は、例えば窒化シリコン膜を用いることができる。また、保護絶縁層４０４２上に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。
【０４１０】
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、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、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。
【０４１１】
絶縁層４０２１の形成法は、特に限定されず、その材料に応じて、スパッタリング法、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液晶表示装置を作製することが可能となる。
【０４１２】
画素電極層４０３０、対向電極層４０３１は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化インジウムに酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）、酸化インジウムに酸化珪素（ＳｉＯ_２）を混合した導電材料、有機インジウム、有機スズ、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、などの透光性の導電性材料を用いることができる。または反射型の液晶表示装置において、透光性を有する必要がない、または反射性を有する必要がある場合は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等の金属、又はその合金、若しくはその金属窒化物から一つ、又は複数種を用いて形成することができる。
【０４１３】
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。
【０４１４】
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。
【０４１５】
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。
【０４１６】
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。
【０４１７】
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。
【０４１８】
また図１５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。
【０４１９】
また、ブラックマトリクス（遮光層）、偏光部材、位相差部材、反射防止部材などの光学部材（光学基板）などは適宜設ける。例えば、偏光基板及び位相差基板による円偏光を用いてもよい。また、光源としてバックライト、サイドライトなどを用いてもよい。
【０４２０】
アクティブマトリクス型の液晶表示装置においては、マトリクス状に配置された画素電極を駆動することによって、画面上に表示パターンが形成される。詳しくは選択された画素電極と該画素電極に対応する対向電極との間に電圧が印加されることによって、画素電極と対向電極との間に配置された液晶層の光学変調が行われ、この光学変調が表示パターンとして観察者に認識される。
【０４２１】
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、さらに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、共通配線に電荷を逃がすように構成する。また、保護回路は、走査線、信号線、または容量バス線と共通配線との間に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。
【０４２２】
また、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、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）などを用いることができる。
【０４２３】
このように、本明細書に開示される液晶表示装置では、液書素子の種類は特に限定されず、ＴＮ液晶、ＯＣＢ液晶、ＳＴＮ液晶、ＶＡ液晶、ＥＣＢ型液晶、ＧＨ液晶、高分子分散型液晶、ディスコティック液晶などを用いることができるが、中でもノーマリーブラック型の液晶パネル、例えば垂直配向（ＶＡ）モードを採用した透過型の液晶表示装置とすることが好ましい。これらの液晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイラルネマチック相、等方相等を示す。また、垂直配向モードとしては、いくつか挙げられるが、例えば、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−Ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＶモードなどを用いることができる。
【０４２４】
また、ＶＡ型の液晶表示装置にも適用することができる。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。また、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マルチドメイン化あるいはマルチドメイン設計といわれる方法を用いることができる。
【０４２５】
なお、本発明の一態様は、液晶表示装置に限定されず、表示素子としてエレクトロルミネッセンス素子（ＥＬ素子ともいう）などの発光素子を用いたＥＬ表示装置の画素に適用することもできる。
【０４２６】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０４２７】
（実施の形態１２）
本実施の形態においては、上記実施の形態で説明した液晶表示装置を具備する電子機器の例について説明する。
【０４２８】
図１６（Ａ）は携帯型遊技機であり、筐体９６３０、表示部９６３１、スピーカ９６３３、操作キー９６３５、接続端子９６３６、記録媒体読込部９６７２、等を有することができる。図１６（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、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、等を有することができる。なお、図１６（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。
【０４２９】
図１６（Ｂ）はデジタルカメラであり、筐体９６３０、表示部９６３１、スピーカ９６３３、操作キー９６３５、接続端子９６３６、シャッターボタン９６７６、受像部９６７７、等を有することができる。図１６（Ｂ）に示すテレビ受像機能付きデジタルカメラは、静止画を撮影する機能、動画を撮影する機能、撮影した画像を自動または手動で補正する機能、アンテナから様々な情報を取得する機能、撮影した画像、又はアンテナから取得した情報を保存する機能、撮影した画像、又はアンテナから取得した情報を表示部に表示する機能、等を有することができる。なお、図１６（Ｂ）に示すテレビ受像機能付きデジタルカメラ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。
【０４３０】
図１６（Ｃ）はテレビ受像器であり、筐体９６３０、表示部９６３１、スピーカ９６３３、操作キー９６３５、接続端子９６３６、等を有することができる。図１６（Ｃ）に示すテレビ受像機は、テレビ用電波を処理して画像信号に変換する機能、画像信号を処理して表示に適した信号に変換する機能、画像信号のフレーム周波数を変換する機能、等を有することができる。なお、図１６（Ｃ）に示すテレビ受像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。
【０４３１】
図１７（Ａ）はコンピュータであり、筐体９６３０、表示部９６３１、スピーカ９６３３、操作キー９６３５、接続端子９６３６、ポインティングデバイス９６８１、外部接続ポート９６８０等を有することができる。図１７（Ａ）に示すコンピュータは、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示部に表示する機能、様々なソフトウェア（プログラム）によって処理を制御する機能、無線通信又は有線通信などの通信機能、通信機能を用いて様々なコンピュータネットワークに接続する機能、通信機能を用いて様々なデータの送信又は受信を行う機能、等を有することができる。なお、図１７（Ａ）に示すコンピュータ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。
【０４３２】
次に、図１７（Ｂ）は携帯電話であり、筐体９６３０、表示部９６３１、スピーカ９６３３、操作キー９６３５、マイクロフォン９６３８等を有することができる。図１７（Ｂ）に示した携帯電話は、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示する機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示部に表示する機能、表示部に表示した情報を操作又は編集する機能、様々なソフトウェア（プログラム）によって処理を制御する機能、等を有することができる。なお、図１７（Ｂ）に示した携帯電話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。
【０４３３】
次に、図１７（Ｃ）は電子ペーパー（Ｅ−ｂｏｏｋともいう）であり、筐体９６３０、表示部９６３１、操作キー９６３５等を有することができる。図１７（Ｃ）に示した電子ペーパーは、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示する機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示部に表示する機能、表示部に表示した情報を操作又は編集する機能、様々なソフトウェア（プログラム）によって処理を制御する機能、等を有することができる。なお、図１７（Ｃ）に示した電子ペーパー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。
【０４３４】
本実施の形態において述べた電子機器は、表示部を構成する複数の画素において、オフ電流を低減することができる。そのため、保持容量で電圧を保持できる期間を長く取ることができ、静止画等を表示する際の低消費電力化を図ることができる液晶表示装置を具備する電子機器とすることができる。また開口率の向上を図ることによって、高精細な表示部を有する液晶表示装置とすることができる。
【０４３５】
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。
【０４３６】
（実施の形態１３）
本実施の形態では、酸化物半導体を用いたボトムゲート型のトランジスタの動作原理について説明する。
【０４３７】
図１８は、酸化物半導体を用いた逆スタガ型の絶縁ゲート型トランジスタの断面図である。ゲート電極（ＧＥ１）上にゲート絶縁膜（ＧＩ）を介して酸化物半導体層（ＯＳ）が設けられ、その上にソース電極（Ｓ）及びドレイン電極（Ｄ）が設けられている。
【０４３８】
図１９は、図１８に示すＡ−Ａ’断面におけるエネルギーバンド図（模式図）である。図１９（Ａ）はソースとドレインの間の電圧を等電位（ＶＤ＝０Ｖ）とした場合を示し、図１９（Ｂ）はソースに対しドレインに正の電位（ＶＤ＞０）を加えた場合を示す。
【０４３９】
図２０は、図１８におけるＢ−Ｂ’の断面におけるエネルギーバンド図（模式図）である。図２０（Ａ）はゲート（Ｇ１）に正の電位（＋ＶＧ）が印加された状態であり、ソースとドレイン間にキャリア（電子）が流れるオン状態を示している。また、図２０（Ｂ）は、ゲート（Ｇ１）に負の電位（−ＶＧ）が印加された状態であり、オフ状態（少数キャリアは流れない）である場合を示す。
【０４４０】
図２１は、真空準位と金属の仕事関数（φＭ）、酸化物半導体の電子親和力（χ）の関係を示す。
【０４４１】
金属は縮退しているため、伝導帯とフェルミ準位とは一致する。一方、従来の酸化物半導体は一般的にｎ型であり、その場合のフェルミ準位（Ｅｆ）は、バンドギャップ中央に位置する真性フェルミ準位（Ｅｉ）から離れて、伝導帯寄りに位置している。なお、酸化物半導体において水素はドナーでありｎ型化する一つの要因であることが知られている。
【０４４２】
これに対して本発明に係る酸化物半導体は、ｎ型不純物である水素を酸化物半導体から除去し、酸化物半導体の主成分以外の不純物が極力含まれないように高純度化することにより真性（ｉ型）とし、又は実質的に真性型としたものである。すなわち、不純物を添加してｉ型化するのでなく、水素や水等の不純物を極力除去したことにより、高純度化されたｉ型（真性半導体）又はそれに近づけることを特徴としている。そうすることにより、フェルミ準位（Ｅｆ）は真性フェルミ準位（Ｅｉ）と同じレベルにまですることができる。
【０４４３】
酸化物半導体のバンドギャップ（Ｅｇ）が３．１５ｅＶである場合、電子親和力（χ）は４．３ｅＶと言われている。ソース電極及びドレイン電極を構成するチタン（Ｔｉ）の仕事関数は、酸化物半導体の電子親和力（χ）とほぼ等しい。この場合、金属−酸化物半導体界面において、電子に対してショットキー型の障壁は形成されない。
【０４４４】
すなわち、金属の仕事関数（φＭ）と酸化物半導体の電子親和力（χ）が等しい場合、両者が接触すると図１９（Ａ）で示すようなエネルギーバンド図（模式図）が示される。
【０４４５】
図１９（Ｂ）において黒丸（●）は電子を示し、ドレインに正の電位が印加されると、電子はバリア（ｈ）をこえて酸化物半導体に注入され、ドレインに向かって流れる。この場合、バリア（ｈ）の高さは、ゲート電圧とドレイン電圧に依存して変化するが、正のドレイン電圧が印加された場合には、電圧印加のない図１９（Ａ）のバリアの高さすなわちバンドギャップ（Ｅｇ）の１／２よりもバリアの高さ（ｈ）は小さい値となる。
【０４４６】
このとき酸化物半導体に注入された電子は、図２０（Ａ）で示すように酸化物半導体中を流れる。また、図２０（Ｂ）において、ゲート電極（Ｇ１）に負の電位（逆バイアス）が印加されると、少数キャリアであるホールは実質的にゼロであるため、電流は限りなくゼロに近い値となる。
【０４４７】
例えば、上記のように絶縁ゲート型トランジスタのチャネル幅Ｗが１×１０^４μｍでチャネル長が３μｍの素子であっても、オフ電流が１０^−１３Ａ以下であり、サブスレッショルドスイング値（Ｓ値）が０．１Ｖ／ｄｅｃ．（ゲート絶縁膜厚１００ｎｍ）が得られる。
【０４４８】
なお、シリコン半導体の真性キャリア濃度は１．４５×１０^１０／ｃｍ^３（３００Ｋ）であり、室温においてもキャリアが存在している。これは、室温においても、熱励起キャリアが存在していることを意味している。実用的にはリン又はホウ素などの不純物が添加されたシリコンウエハが使用される。また、いわゆる真性シリコンウエハと言っても、意図的に制御できない不純物が存在するので、実際には１×１０^１４／ｃｍ^３以上のキャリアがシリコン半導体に存在し、これがソース−ドレイン間の伝導に寄与する。さらに、シリコン半導体のバンドギャップは１．１２ｅＶであるので、シリコン半導体を用いたトランジスタは温度に依存してオフ電流が大きく変動することとなる。
【０４４９】
従って、単にバンドギャップの広い酸化物半導体をトランジスタに適用するのではなく、酸化物半導体の主成分以外の不純物が極力含まれないように高純度化することにより、キャリア濃度を１×１０^１４／ｃｍ^３未満、好ましくは１×１０^１２／ｃｍ^３以下となるようにすることで、実用的な動作温度で熱的に励起されるキャリアを排除して、ソース側から注入されるキャリアのみによってトランジスタを動作させることができる。それにより、オフ電流を１×１０^−１３［Ａ］以下にまで下げると共に、温度変化によってオフ電流がほとんど変化しない極めて安定に動作するトランジスタを得ることができる。
【０４５０】
本発明の技術思想は、酸化物半導体中に、更に加えることをせずに逆に不本意に存在する水、水素という不純物を除去することにより、酸化物半導体自体を高純度化することにある。すなわち、ドナー準位を構成する水または水素を除去することにより、更に酸素欠損を除去するために酸素を十分に供給することにより、酸化物半導体自体を高純度化することを特徴としている。
【０４５１】
酸化物半導体は成膜直後ですら１０^２０／ｃｍ^３のレベルの水素がＳＩＭＳ（二次イオン質量分析）で観察される。このドナー準位を作る水または水素という不純物を意図的に除去し、更に水または水素の除去に伴い同時に減少してしまう酸素（酸化物半導体の成分の一つ）を酸化物半導体に加えることにより、酸化物半導体を高純度化し、電気的にｉ型（真性）半導体とすることを技術思想の一つとしている。
【０４５２】
結果として、水素の量は少なければ少ないほど良く、酸化物半導体中のキャリアも少なければ少ないほど良い。酸化物半導体は、絶縁ゲート型トランジスタに用いる場合に半導体としてのキャリアを意図的に有するというよりも、逆に酸化物半導体のキャリアは無くしてしまい、半導体としてはキャリアを通過させる通路としての意味を与えた、いわゆる高純度化したｉ型（真性）半導体である。
【０４５３】
その結果、酸化物半導体中にキャリアが無い、または極めて少なくさせることにより、絶縁ゲート型トランジスタではオフ電流が少なくなるというのが本発明の一態様における技術思想である。すなわち、その指標として水素濃度が１×１０^１６／ｃｍ^３以下、またキャリア濃度は１×１０^１４／ｃｍ^３未満、好ましくは１×１０^１２／ｃｍ^３以下が求められる。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である。
【０４５４】
また結果として、酸化物半導体は通路（パス）として機能し、酸化物半導体自体がキャリアを有さない、または極めて少ないように高純度化したｉ型（真性）とし、キャリアはソース側となる電極より供給される。供給の程度は、酸化物半導体の電子親和力χ、フェルミレベル理想的には真性フェルミレベルと一致したフェルミレベル、及びソース、ドレインの電極の仕事関数より導かれる、バリアハイト（障壁高さ）で決められる。
【０４５５】
このため、オフ電流は少なければ少ないほど良く、１〜１０Ｖの間のいずれかのドレイン電圧を印加しての絶縁ゲート型トランジスタ特性において、チャネル長１０μｍの場合、チャネル幅１μｍあたりのオフ電流を１０ａＡ／μｍ（１×１０^−１７Ａ／μｍ）以下にすること、さらには１ａＡ／μｍ（１×１０^−１８Ａ／μｍ）以下にすることを特徴の一つとしている。
【０４５６】
（実施の形態１４）
本実施の形態では、評価用素子（ＴＥＧとも呼ぶ）を用いたオフ電流の測定値について以下に説明する。
【０４５７】
図２２にＬ／Ｗ＝３μｍ／５０μｍの薄膜トランジスタを２００個並列に接続し、Ｌ／Ｗ＝３μｍ／１００００μｍの薄膜トランジスタの初期特性を示す。また、上面図を図２３（Ａ）に示し、その一部を拡大した上面図を図２３（Ｂ）に示す。図２３（Ｂ）の点線で囲んだ領域がＬ／Ｗ＝３μｍ／５０μｍ、Ｌｏｖ＝１．５μｍの１段分の薄膜トランジスタである。薄膜トランジスタの初期特性を測定するため、基板温度を室温とし、ソース−ドレイン間電圧（以下、ドレイン電圧またはＶｄという）を１０Ｖとし、ソース−ゲート間電圧（以下、ゲート電圧またはＶｇという）を−２０Ｖ〜＋２０Ｖまで変化させたときのソース−ドレイン電流（以下、ドレイン電流またはＩｄという）の変化特性、すなわちＶｇ−Ｉｄ特性を測定した。なお、図２２では、Ｖｇを−２０Ｖ〜＋５Ｖまでの範囲で示している。
【０４５８】
図２２に示すようにチャネル幅Ｗが１００００μｍの薄膜トランジスタは、Ｖｄが１Ｖ及び１０Ｖにおいてオフ電流は１×１０^−１３［Ａ］以下となっており、測定機（半導体パラメータ・アナライザ、Ａｇｉｌｅｎｔ ４１５６Ｃ；Ａｇｉｌｅｎｔ社製）の分解能（１００ｆＡ）以下となっている。
【０４５９】
測定した薄膜トランジスタの作製方法について説明する。
【０４６０】
まず、ガラス基板上に下地層として、ＣＶＤ法により窒化珪素層を形成し、窒化珪素層上に酸化窒化珪素層を形成した。酸化窒化珪素層上にゲート電極層としてスパッタ法によりタングステン層を形成した。ここで、タングステン層を選択的にエッチングしてゲート電極層を形成した。
【０４６１】
次に、ゲート電極層上にゲート絶縁層としてＣＶＤ法により厚さ１００ｎｍの酸化窒化珪素層を形成した。
【０４６２】
次に、ゲート絶縁層上に、スパッタ法によりＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体ターゲット（モル数比で、Ｉｎ_２Ｏ_３：Ｇａ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１：１：２）を用いて、厚さ５０ｎｍの酸化物半導体層を形成した。ここで、酸化物半導体層を選択的にエッチングし、島状の酸化物半導体層を形成した。
【０４６３】
次に、酸化物半導体層をクリーンオーブンにて窒素雰囲気下、４５０℃、１時間の第１の熱処理を行った。
【０４６４】
次に、酸化物半導体層上にソース電極層及びドレイン電極層としてチタン層（厚さ１５０ｎｍ）をスパッタ法により形成した。ここで、ソース電極層及びドレイン電極層を選択的にエッチングし、１つの薄膜トランジスタのチャネル長Ｌが３μｍ、チャネル幅Ｗが５０μｍとし、２００個を並列とすることで、Ｌ／Ｗ＝３μｍ／１００００μｍとなるようにした。
【０４６５】
次に、酸化物半導体層に接するように保護絶縁層としてリアクティブスパッタ法により酸化珪素層を膜厚３００ｎｍで形成した。ここで、保護層である酸化珪素層を選択的にエッチングし、ゲート電極層、ソース電極層及びドレイン電極層上に開口部を形成した。その後、窒素雰囲気下、２５０℃で１時間、第２の熱処理を行った。
【０４６６】
そして、Ｖｇ−Ｉｄ特性を測定する前に１５０℃、１０時間の加熱を行った。
【０４６７】
以上の工程により、ボトムゲート型の薄膜トランジスタを作製した。
【０４６８】
図２２に示すように薄膜トランジスタのオフ電流が、１×１０^−１３［Ａ］程度であるのは、上記作製工程において酸化物半導体層中における水素濃度を十分に低減できたためである。酸化物半導体層中の水素濃度は、１×１０^１６／ｃｍ^３以下とする。なお、酸化物半導体層中の水素濃度の値は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）で測定して得られたものである。
【０４６９】
また、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体を用いる例を示したが、特に限定されず、他の酸化物半導体材料、例えば、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｏ系などを用いることができる。また、酸化物半導体材料として、ＡｌＯｘを２．５〜１０ｗｔ％混入したＩｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系や、ＳｉＯｘを２．５〜１０ｗｔ％混入したＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系を用いることもできる。
【０４７０】
また、キャリア測定機で測定される酸化物半導体層のキャリア濃度は、１×１０^１４／ｃｍ^３未満、さらに好ましくは１×１０^１２／ｃｍ^３以下である。即ち、酸化物半導体層のキャリア濃度は、限りなくゼロに近くすることができる。
【０４７１】
また、薄膜トランジスタのチャネル長Ｌを１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることも可能であり、回路の動作速度を高速化でき、オフ電流値が極めて小さいため、さらに低消費電力化も図ることができる。
【０４７２】
また、薄膜トランジスタのオフ状態において、酸化物半導体層は絶縁体とみなせて回路設計を行うことができる。
【０４７３】
続いて、本実施の形態で作製した薄膜トランジスタに対してオフ電流の温度特性を評価した。温度特性は、薄膜トランジスタが使われる最終製品の耐環境性や、性能の維持などを考慮する上で重要である。当然ながら、変化量が小さいほど好ましく、製品設計の自由度が増す。
【０４７４】
温度特性は、恒温槽を用い、−３０、０、２５、４０、６０、８０、１００、及び１２０℃のそれぞれの温度で薄膜トランジスタを形成した基板を一定温度とし、ドレイン電圧を６Ｖ、ゲート電圧を−２０Ｖ〜＋２０Ｖまで変化させてＶｇ−Ｉｄ特性を取得した。
【０４７５】
図２４（Ａ）に示すのは、上記それぞれの温度で測定したＶｇ−Ｉｄ特性を重ね書きしたものであり、点線で囲むオフ電流の領域を拡大したものを図２４（Ｂ）に示す。図中の矢印で示す右端の曲線が−３０℃、左端が１２０℃で取得した曲線で、その他の温度で取得した曲線は、その間に位置する。オン電流の温度依存性はほとんど見られない。一方、オフ電流は拡大図の図２４（Ｂ）においても明かであるように、ゲート電圧が−２０Ｖ近傍を除いて、全ての温度で測定機の分解能近傍の１×１０^−１２［Ａ］以下となっており、温度依存性も見えていない。すなわち、１２０℃の高温においても、オフ電流が１×１０^−１２［Ａ］以下を維持しており、チャネル幅Ｗが１００００μｍであることを考慮すると、オフ電流が非常に小さいことがわかる。
【０４７６】
上記のように高純度化された酸化物半導体（ｐｕｒｉｆｉｅｄ ＯＳ）を用いた薄膜トランジスタは、オフ電流の温度依存性がほとんど現れない。これは、図２０（Ａ）のバンド図で示すように、酸化物半導体が高純度化されることによって、導電型が限りなく真性型に近づき、フェルミ準位が禁制帯の中央に位置するため、温度依存性を示さなくなると言える。また、これは、酸化物半導体のエネルギーギャップが３ｅＶ以上であり、熱励起キャリアが極めて少ないことにも起因する。また、ソース領域及びドレイン領域は縮退した状態にあるのでやはり温度依存性が現れない要因となっている。薄膜トランジスタの動作は、縮退したソース領域から酸化物半導体に注入されたキャリアによるものがほとんどであり、キャリア濃度の温度依存性がないことから上記特性（オフ電流の温度依存性無し）を説明することができる。
【０４７７】
このようにオフ電流値が極めて小さい薄膜トランジスタを用いて、表示装置などを作製した場合、オフ電流値が小さくほとんどリークがないため、表示データを保持する時間を長くすることができる。
【０４７８】
（実施の形態１５）
本実施の形態では、本発明の一態様である液晶表示装置における走査線駆動回路及び信号線駆動回路を構成するシフトレジスタの構成について図２５に一例を示す。
【０４７９】
図２５（Ａ）に示すシフトレジスタは、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２５（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１０＿（ｎ−１）からの信号（前段信号ＯＵＴ（ｎ−１）という）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、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））、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２５（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７の配線１７より第２のスタートパルスＳＰ２、第８の配線１８より第３のスタートパルスＳＰ３をそれぞれ入力する構成でもよい。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。
【０４８０】
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信号とＬ信号を繰り返す信号である。また、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ＣＫ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。
【０４８１】
なお、ＡとＢとが接続されている、と明示的に記載する場合は、ＡとＢとが電気的に接続されている場合と、ＡとＢとが機能的に接続されている場合と、ＡとＢとが直接接続されている場合とを含むものとする。ここで、Ａ、Ｂは、対象物（例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、層、など）であるとする。したがって、所定の接続関係、例えば、図または文章に示された接続関係に限定されず、図または文章に示された接続関係以外のものも含むものとする。

【０４８２】
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（図２５（Ｂ）参照）。
【０４８３】
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２５（Ａ）、（Ｂ）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。
【０４８４】
また図２５（Ａ）、（Ｂ）において、第１のパルス出力回路１０＿１は、第４の入力端子２４に第１のスタートパルスＳＰ１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。
【０４８５】
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２５（Ｃ）で説明する。
【０４８６】
図２５（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５２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５２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５１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５１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、ゲート電極が電源線５１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５２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。
【０４８７】
図２５（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ＮＡ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ＮＢとする。
【０４８８】
図２５（Ｃ）におけるパルス出力回路が第１のパルス出力回路１０＿１の場合、第１の入力端子２１には第１のクロック信号ＣＫ１が入力され、第２の入力端子２２には第２のクロック信号ＣＫ２が入力され、第３の入力端子２３には第３のクロック信号ＣＫ３が入力され、第４の入力端子２４にはスタートパルスＳＰが入力され、第５の入力端子２５には後段信号ＯＵＴ（３）が入力され、第１の出力端子２６からは第１の出力信号ＯＵＴ（１）（ＳＲ）が出力され、第２の出力端子２７からは第２の出力信号ＯＵＴ（１）が出力されることとなる。
【０４８９】
ここで、図２５（Ｃ）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２６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２６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。
【０４９０】
図２５、図２６で、一例として示した、ｎチャネル型のトランジスタを複数用いて作製した駆動回路において、静止画表示及び動画像表示をおこなう動作、または液晶素子に印加する電圧の再書き込みを行う動作（以下、リフレッシュ動作ともいう）の際の、駆動回路部への各配線の電位の供給または停止の手順について、図２７を参照して説明する。なお、図２７は、シフトレジスタに高電源電位（ＶＤＤ）を供給する配線、低電電源電位（ＶＳＳ）を供給する配線、スタートパルス（ＳＰ）を供給する配線、及び第１のクロック信号（ＣＫ１）を供給する配線乃至第４のクロック信号（ＣＫ４）を供給する配線の、期間Ｔ１の前後における電位の変化を示す図である。
【０４９１】
本実施の形態の液晶表示装置では、駆動回路部を常時動作することなく、静止画の表示を行うことができる。そのため図２７に示すように、シフトレジスタに対し、高電源電位（ＶＤＤ）、第１のクロック信号（ＣＫ１）乃至第４のクロック信号（ＣＫ４）、及びスタートパルス等の制御信号が供給される期間、並びにそれら制御信号が供給されない期間が存在する。なお図２７に示す、期間Ｔ１は、制御信号が供給される期間、すなわち動画像を表示する期間及びリフレッシュ動作を行う期間に相当する。また図２７に示す期間Ｔ２は、制御信号が供給されない期間、すなわち静止画を表示する期間に相当する。
【０４９２】
図２７において高電源電位（ＶＤＤ）が供給される期間は、期間Ｔ１に限らず、期間Ｔ１と期間Ｔ２にわたる期間にかけて設けられている。また図２７において、第１のクロック信号（ＣＫ１）乃至第４のクロック信号（ＣＫ４）が供給される期間は、高電源電位（ＶＤＤ）が供給された後から、高電源電位（ＶＤＤ）が停止する前までにかけて設けられている。
【０４９３】
さらに図２７に示すように、第１のクロック信号（ＣＫ１）乃至第４のクロック信号（ＣＫ４）は、期間Ｔ１が始まる前には一旦高電位の信号としてから一定周期のクロック信号の発振を開始し、期間Ｔ１が終わった後には低電位の信号としてからクロック信号の発振を終了する構成とすればよい。
【０４９４】
上述したように、本実施の形態の液晶表示装置では、期間Ｔ２ではシフトレジスタに高電源電位（ＶＤＤ）、第１のクロック信号（ＣＫ１）乃至第４のクロック信号（ＣＫ４）、及びスタートパルス等の制御信号の供給を停止する。そして、制御信号の供給が停止する期間においては、各トランジスタの導通または非導通を制御して動作しシフトレジスタより出力されるパルス信号も停止する。そのため、シフトレジスタにおいて消費される電力及び当該シフトレジスタによって駆動される画素部において消費される電力を低減することが可能になる。
【０４９５】
なお上述のリフレッシュ動作は、表示される静止画の画質の劣化を生じる可能性があるため、定期的に行う必要がある。本実施の形態の液晶表示装置は、各画素が有する液晶素子に印加する電圧を制御するスイッチング素子として、上述した酸化物半導体を具備するトランジスタを適用している。これにより、オフ電流を極端に低減することができるため、各画素が有する液晶素子に印加される電圧の変動を低減することが可能である。つまり静止画の表示により、シフトレジスタの動作が停止する期間が長期間に渡っても、画質の劣化を低減することが可能である。一例としては、当該期間が３分であったとしても表示される静止画の品質を維持することが可能である。例えば、１秒間に６０回の再書き込みを行う液晶表示装置と、３分間に１回のリフレッシュ動作を行う液晶表示装置とを比較すると約１／１００００にまで消費電力を低減することが可能である。
【０４９６】
なお、上述の高電源電位（ＶＤＤ）の停止は、図２７に示すように、低電位電源（ＶＳＳ）と等電位とすることである。また、高電源電位（ＶＤＤ）の停止は、高電源電位が供給される配線の、当該配線の電位を浮遊状態とすることであってもよい。
【０４９７】
なお、高電源電位（ＶＤＤ）が供給される配線の電位を増加させる、すなわち期間Ｔ１の前に低電源電位（ＶＳＳ）より高電源電位（ＶＤＤ）に増加させる際には、当該配線の電位の変化が緩やかに変化するように制御することが好ましい。当該配線の電位の変化の勾配が急峻であると、当該電位の変化がノイズとなり、シフトレジスタから不正パルスが出力される可能性がある。当該シフトレジスタが、ゲート線駆動回路が有するシフトレジスタである場合、不正パルスは、トランジスタをオンさせる信号となる。そのため、当該不正パルスによって、液晶素子に印加される電圧が変化し、静止画の画像が変化する可能性があるためである。上述した内容を鑑み、図２７では、高電源電位（ＶＤＤ）となる信号の立ち上がりが立ち下がりよりも緩やかになる例について図示している。特に、本実施の形態の液晶表示装置においては、画素部において静止画を表示している際に、シフトレジスタに対する高電源電位（ＶＤＤ）の供給の停止及び再供給が適宜行われる構成となる。つまり、高電源電位（ＶＤＤ）を供給する配線の電位の変化が、ノイズとして画素部に影響した場合、当該ノイズは表示画像の劣化に直結する。そのため、本実施の形態の液晶表示装置においては、当該配線の電位の変化（特に、電位の増加）がノイズとして画素部に侵入しないよう制御することが重要となる。
【０４９８】
さらに、本実施の形態においては、静止画表示を行う際に、信号線や走査線に供給される信号の出力を停止するように駆動回路部を動作させることにより、画素部だけでなく駆動回路部の消費電力も抑制することができる。
【０４９９】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【実施例１】
【０５００】
本実施例では、上記実施の形態で説明した液晶表示装置を実際に作製し、静止画の表示の際、画像信号の保持特性に関して評価した結果について説明する。
【０５０１】
まず、作製した液晶表示装置の表示状態時における写真図を図２８に示す。図２８に示す液晶表示装置の写真から、実際に作製した液晶表示装置にて静止画表示が行われている様子がわかる。
【０５０２】
次に、画素部に設けられる複数の画素の上面レイアウト図について、基板上に形成した薄膜トランジスタ等の素子を裏面側から撮影した写真図を図２９に示す。
【０５０３】
図２９に示す画素の写真からは、矩形状の画素が設けられており、ゲート線２９０１及び信号線２９０２が直交して設けられている様子がわかる。またゲート線２９０１と平行な位置に容量線２９０３が設けられている様子がわかる。また、ゲート線２９０１及び容量線２９０３と、信号線２９０２とが重畳する領域には、寄生容量を減らすために別途絶縁膜を設けており、図２９ではコブ状の形で視認される。また本実施例で示す液晶表示装置では、反射型の液晶表示装置について示しており、Ｒ（赤）のカラーフィルターに重畳した反射電極２９０４Ｒ、Ｇ（緑）のカラーフィルターに重畳した反射電極２９０４Ｇ、Ｂ（青）のカラーフィルターに重畳した反射電極２９０４Ｂが確認される。また図２９では、ゲート線２９０１により制御される領域に、透光性を有する半導体層として酸化物半導体であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜が設けられており、薄膜トランジスタが形成されている。
【０５０４】
また図３０には、上記実施の形態による静止画表示の際、図２９に示す各画素の、時間の経過に応じた輝度変化についてのグラフを示す。
【０５０５】
図３０から、図２９の画素の上面レイアウトの場合、画像信号の保持期間が１分程度であることがわかる。そのため、静止画表示の際、定期的に同じ画像信号を供給する動作（図中、ｒｅｆｒｅｓｈ）を行い、一定の輝度を保持するようにすればよい。その結果、駆動回路部を構成するトランジスタに電圧が印加される時間を大幅に削減することができる。さらに駆動回路の経時劣化を大幅に遅らせることができるため、液晶表示装置の信頼性が向上するといった効果が得られる。
【符号の説明】
【０５０６】
１００ 画素
１０１ 配線
１０２ 配線
１０３ 酸化物半導体層
１０４ 容量線
１０５ 画素電極
１０６ 薄膜トランジスタ

【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示部に複数の画素を有し、複数のフレーム期間で表示を行う液晶表示装置であって、
前記フレーム期間は、書き込み期間及び保持期間を有し、
前記書き込み期間において、前記複数の画素のそれぞれに、画像信号を入力した後、前記保持期間において、前記複数の画素が有するトランジスタをオフ状態にして、少なくとも３０秒間、前記画像信号を保持させることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
表示部に複数の画素を有し、複数のフレーム期間で表示を行う液晶表示装置であって、
前記フレーム期間は、書き込み期間及び保持期間を有し、
前記書き込み期間において、複数回の極性の反転した電圧の画像信号を前記画素に入力した後、前記保持期間において、前記複数の画素のトランジスタをオフ状態にして、少なくとも３０秒間、前記画像信号を保持させることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記保持期間における前記複数の画素に保持される電圧の極性は、前記書き込み期間に供給した前記複数回の極性の反転した電圧の画像信号のうち、最後に供給した極性の画像信号であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一において、前記トランジスタは、酸化物半導体でなる半導体層を有し、
前記酸化物半導体は、キャリア濃度が１×１０^１４／ｃｍ^３未満であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】
請求項４において、前記トランジスタのチャネル幅１μｍあたりのオフ電流は、１×１０^−１７Ａ以下であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一に記載の液晶表示装置を具備する電子機器。

【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２１】

【図２２】

【図２４】

【図２５】

【図２６】

【図２７】

【図３０】

【図２３】

【図２８】

【図２９】

【公開番号】特開２０１１−１４１５２２（Ｐ２０１１−１４１５２２Ａ）
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２９４１２（Ｐ２０１０−２２９４１２）
【出願日】平成２２年１０月１２日（２０１０．１０．１２）
【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）】