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公開番号2019140409
公報種別公開特許公報(A)
公開日20190822
出願番号2019087042
出願日20190430
発明の名称半導体装置
出願人株式会社半導体エネルギー研究所
代理人
主分類H01L 29/786 20060101AFI20190726BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】高い開口率を有し、安定した電気的特性を有する薄膜トランジスタを有する、信
頼性のよい表示装置を作製し、提供することを課題の一とする。
【解決手段】チャネル形成領域を含む半導体層を酸化物半導体膜とする薄膜トランジスタ
を有する半導体装置の作製方法において、酸化物半導体膜の純度を高め、不純物である水
分などを低減する加熱処理(脱水化または脱水素化のための加熱処理)を行う。また、ゲ
ート電極層、ソース電極層、及びドレイン電極層を透光性の導電膜を用いて作製し、開口
率を向上させる。
【選択図】図9
特許請求の範囲約 340 文字を表示【請求項1】
絶縁表面を有する基板上にゲート電極層と、
前記ゲート電極層上にゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上に酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層上にソース電極層及びドレイン電極層と、
前記ゲート絶縁層、前記酸化物半導体層、前記ソース電極層、及び前記ドレイン電極層上に前記酸化物半導体層の一部と接する保護絶縁層と、
前記保護絶縁層上に金属酸化物からなる画素電極層とを有し、
前記ゲート電極層、前記ゲート絶縁層、前記酸化物半導体層、前記ソース電極層、前記ドレイン電極層、前記保護絶縁層、及び前記画素電極層は透光性を有し、
前記画素電極層は、前記酸化物半導体層及び前記ゲート電極層と重なることを特徴とする半導体装置。

発明の詳細な説明約 68,000 文字を表示【技術分野】
【0001】
薄膜トランジスタ(以下、TFTという)で構成された回路を有する半導体装置および
その作製方法に関する。例えば、液晶表示パネルに代表される電気光学装置や有機発光素
子を有する発光表示装置を部品として搭載した電子機器に関する。
【0002】
なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装
置全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。
【背景技術】
【0003】
電気光学素子の透明電極に対する金属補助配線の配線方法として、透明電極の上下どち
らかで、透明電極と導通がとれるように金属補助配線と透明電極が重なるように配線され
るものが知られている(特許文献1参照)。
【0004】
アクティブマトリクス基板に設けられる付加容量用電極をITO、SnO

等の透光性
を有する導電膜からなるものとし、付加容量用電極の電気抵抗を小さくするために、金属
膜から成る補助配線を付加容量用電極に接して設ける構成が知られている(特許文献2参
照)。
【0005】
非晶質酸化物半導体膜を用いた電界効果型トランジスタにおいて、ゲート電極、ソ−ス
電極及びドレイン電極の各電極を形成する材料は、インジウム錫酸化物(ITO),イン
ジウム亜鉛酸化物,ZnO,SnO

などの透明電極や、Al,Ag,Cr,Ni,Mo
,Au,Ti,Taなどの金属電極、又はこれらを含む合金の金属電極などを用いること
ができ、それらを2層以上積層して接触抵抗を低減し、界面強度を向上させてもよいこと
が知られている(特許文献3参照)。
【0006】
アモルファス酸化物半導体を用いるトランジスタのソース電極、ドレイン電極およびゲ
ート電極、補助容量電極の材料として、インジウム(In)、アルミニウム(Al)、金
(Au)、銀(Ag)等の金属や、酸化インジウム(In



)、酸化スズ(SnO

)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化カドミウム(CdO)、酸化インジウムカドミウム(Cd
In



)、酸化カドミウムスズ(Cd

SnO

)、酸化亜鉛スズ(Zn

SnO

)等の酸化物材料を用いることができ、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極の材料
は、全て同じでもよく、異なっても良いことが知られている(特許文献4、特許文献5参
照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
特開平2−82221号公報
特開平2−310536号公報
特開2008−243928号公報
特開2007−109918号公報
特開2007−115807号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、従来の酸化物半導体を用いた表示パネルは、単に電極材料として透光性を
有する導電膜を用いたのみであった。そのため、開口率を向上させることができなかった
。また、金属酸化物を用いて表示装置を構成するに当たり、信頼性について考慮されてい
なかった。
【0009】
そこで、本発明の一態様は、金属酸化物を用いて構成される表示装置において、開口率を
向上させつつ、信頼性を向上させることを目的の一とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
チャネル形成領域を含む半導体層を酸化物半導体膜とする薄膜トランジスタを有する半導
体装置の作製方法において、酸化物半導体膜の純度を高め、不純物である水分などを低減
する加熱処理(脱水化または脱水素化のための加熱処理)を行う。また、酸化物半導体膜
中だけでなく、ゲート絶縁層内に存在する水分などの不純物を低減し、上下に接して設け
られる膜と酸化物半導体膜の界面に存在する水分などの不純物を低減する。
【0011】
本明細書で開示する本発明の一態様は、絶縁表面を有する基板上に金属酸化物からなるゲ
ート電極層を形成し、ゲート電極層上にゲート絶縁層を形成し、ゲート絶縁層上に酸化物
半導体層を形成し、酸化物半導体層を脱水化または脱水素化し、脱水化または脱水素化さ
せた酸化物半導体層上に金属酸化物からなるソース電極層及びドレイン電極層を形成し、
ゲート絶縁層、酸化物半導体層、ソース電極層、及びドレイン電極層上に酸化物半導体層
の一部と接する保護絶縁層を形成し、保護絶縁層上に金属酸化物からなる画素電極層を形
成することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【0012】
脱水化または脱水素化は、酸素雰囲気下、窒素または希ガス(アルゴン、ヘリウムなど)
の不活性気体雰囲気下、或いは減圧下での350℃以上、好ましくは400℃以上基板の
歪み点未満の加熱処理を行い、酸化物半導体層の含有水分などの不純物を低減する。
【0013】
脱水化または脱水素化を行った酸化物半導体層は、脱水化または脱水素化後の酸化物半導
体層に対して昇温脱離ガス分析法(TDS:Thermal Desorption S
pectroscopy)で450℃まで測定を行っても、水の2つのピークのうち少な
くとも300℃付近に現れる1つのピークは検出されない程度の熱処理条件とする。従っ
て、脱水化または脱水素化が行われた酸化物半導体層を用いた薄膜トランジスタに対して
TDSで450℃まで測定を行っても少なくとも300℃付近に現れる水のピークは検出
されない。
【0014】
そして、酸化物半導体層に対して脱水化または脱水素化を行う加熱温度Tから、再び水が
入らないような十分な温度まで、具体的には加熱温度Tよりも100℃以上下げ、好まし
くは100℃以下まで徐冷を行う。
【0015】
また、加熱温度Tから温度を下げる際のガス雰囲気は、加熱温度Tまで昇温したガス雰囲
気と異なるガス雰囲気に切り替えてもよい。
【0016】
脱水化または脱水素化を行う加熱処理によって膜中の含有水分を低減させた後、水分を含
まない雰囲気(露点が−40℃以下、好ましくは−60℃以下)下で徐冷(または冷却)
した酸化物半導体膜を用いて、薄膜トランジスタの電気的特性を向上させるとともに、量
産性と高性能の両方を備えた薄膜トランジスタを実現する。
【0017】
本明細書では、酸素雰囲気下、窒素または希ガス(アルゴン、ヘリウムなど)の不活性気
体雰囲気下、或いは減圧下での加熱処理を脱水化または脱水素化のための加熱処理と呼ぶ
。本明細書では、この加熱処理によってH

として脱離させていることのみを脱水素化と
呼んでいるわけではなく、H、OHなどを脱離することを含めて脱水化または脱水素化と
便宜上呼ぶこととする。
【0018】
窒素、または希ガス(アルゴン、ヘリウムなど)の不活性気体雰囲気下、或いは減圧下で
の加熱処理を行った場合、I型であった酸化物半導体層は加熱処理により酸素欠乏型とな
って低抵抗化、即ちN型化(N

、N

など)させ、その後、酸化物半導体層に接する酸
化物絶縁膜の形成を行うことにより酸化物半導体層を酸素過剰な状態とすることで高抵抗
化、即ちI型化させているとも言える。これにより、電気的特性が良好で信頼性のよい薄
膜トランジスタを有する半導体装置を作製し、提供することが可能となる。
【0019】
窒素、または希ガス(アルゴン、ヘリウムなど)の不活性気体雰囲気下、或いは減圧下で
の加熱処理を行った後、雰囲気を切り替えて酸素雰囲気で徐冷を行う場合、酸化物半導体
層は加熱処理により酸素欠乏型となって低抵抗化、即ちN型化(N

、N

など)させ、
その後、酸素雰囲気での徐冷により酸化物半導体層を酸素過剰な状態とすることで高抵抗
化、即ちI型化させることができる。
【0020】
また、酸素雰囲気で脱水化または脱水素化のための加熱処理を行なう場合、酸化物半導体
層中の水分が抜け、同時に酸素過剰な状態とすることができる。
【0021】
また、本明細書中で用いる酸化物半導体は、InMO

(ZnO)

(m>0)で表記さ
れ、その薄膜を酸化物半導体層として用いた薄膜トランジスタを作製する。なお、Mは、
Ga、Fe、Ni、Mn及びCoから選ばれた一の金属元素または複数の金属元素を示す
。例えばMとして、Gaの場合があることの他、GaとNiまたはGaとFeなど、Ga
以外の上記金属元素が含まれる場合がある。また、上記酸化物半導体において、Mとして
含まれる金属元素の他に、不純物元素としてFe、Niその他の遷移金属元素、または該
遷移金属の酸化物が含まれているものがある。本明細書においては、InMO

(ZnO


(m>0)で表記される構造の酸化物半導体のうち、MとしてGaを含む構造の酸化
物半導体をIn−Ga−Zn−O系酸化物半導体とよび、その薄膜をIn−Ga−Zn−
O系非単結晶膜とも呼ぶ。
【0022】
また、酸化物半導体層に適用する金属酸化物として上記の他にも、In−Sn−Zn−O
系の金属酸化物、In−Al−Zn−O系の金属酸化物、Sn−Ga−Zn−O系の金属
酸化物、Al−Ga−Zn−O系の金属酸化物、Sn−Al−Zn−O系の金属酸化物、
In−Zn−O系の金属酸化物、Sn−Zn−O系の金属酸化物、Al−Zn−O系の金
属酸化物、In−O系の金属酸化物、Sn−O系の金属酸化物、Zn−O系の金属酸化物
を適用することができる。また上記金属酸化物からなる酸化物半導体層に酸化珪素を含ま
せてもよい。
【0023】
酸化物半導体は、好ましくはInを含有する酸化物半導体、さらに好ましくは、In、及
びGaを含有する酸化物半導体である。酸化物半導体層をI型(真性)とするため、脱水
化または脱水素化の工程を経ることは有効である。
【0024】
また、酸化物半導体層の形成後に脱水化または脱水素化のための加熱処理を行った場合、
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、酸化物半導体層が非晶質な状態
から微結晶膜または多結晶膜となる場合もある。また、酸化物半導体層が一部結晶化、例
えば非晶質構造の中に結晶粒(ナノクリスタル)を含む場合もある。微結晶膜または多結
晶膜となる場合であっても、酸化物半導体層を酸素過剰な状態とすることで高抵抗化、即
ちI型化させることができるのであれば、TFTとしてスイッチング特性を得ることがで
きる。
【0025】
ただし、TFTのオフ電流を低減して低消費電力化を図るには、酸化物半導体層は非晶質
な状態(アモルファス状態とも呼ぶ)であることが好ましい。
【0026】
また、酸化物半導体層の形成後に脱水化または脱水素化のための加熱処理を行っても酸化
物半導体層を非晶質な状態とするため、膜厚を50nm以下と薄くすることが好ましい。
酸化物半導体層の膜厚を薄くすることで酸化物半導体層の形成後に加熱処理した場合に、
結晶化してしまうのを抑制することができる。
【0027】
また、酸化物半導体層の形成後に脱水化または脱水素化のための加熱処理を行っても酸化
物半導体層を非晶質な状態とするため、酸化物半導体層に結晶化を阻害する酸化珪素(S
iOx(X>0))を含ませることで、製造プロセス中において酸化物半導体層の形成後
に加熱処理した場合に、結晶化してしまうのを抑制することができる。
【0028】
なお、本明細書中で用いるオフ電流とは、トランジスタがオフ状態のときに、ソース電極
とドレイン電極の間に流れる電流をいう。例えば、n型のトランジスタの場合には、ゲー
ト電圧がトランジスタのしきい値電圧よりも低いときにソース電極とドレイン電極との間
に流れる電流である。
【0029】
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は、スパッタ法や真空蒸着法(電子ビ
ーム蒸着法など)や、アーク放電イオンプレーティング法や、スプレー法を用い、可視光
に対して透光性を有する導電材料、例えばIn−Sn−Zn−O系の金属酸化物、In−
Al−Zn−O系の金属酸化物、Sn−Ga−Zn−O系の金属酸化物、Al−Ga−Z
n−O系の金属酸化物、Sn−Al−Zn−O系の金属酸化物、In−Zn−O系の金属
酸化物、Sn−Zn−O系の金属酸化物、Al−Zn−O系の金属酸化物、In−O系の
金属酸化物、Sn−O系の金属酸化物、Zn−O系の金属酸化物を適用することができる
。また上記金属酸化物からなる配線層または電極層に酸化珪素を含ませてもよい。
【0030】
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他の材料として、窒素を含ませたAl−Zn−O系非単
結晶膜、即ちAl−Zn−O−N系非単結晶膜や、窒素を含ませたZn−O−N系非単結
晶膜や、窒素を含ませたSn−Zn−O−N系非単結晶膜を用いてもよい。なお、Al−
Zn−O−N系酸化物半導体膜の亜鉛の組成比(原子%)は、47原子%以下とし、酸化
物半導体膜中のアルミニウムの組成比(原子%)より大きく、酸化物半導体膜中のアルミ
ニウムの組成比(原子%)は、透光性を有する導電膜中の窒素の組成比(原子%)より大
きい。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 MicroAnaly
zer)を用いた分析により評価するものとする。
【0031】
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、
その他の配線層に可視光に対して透光性を有する導電膜を用いることによって表示装置の
開口率を向上させることができる。また、酸化物半導体層も透光性を有する材料を用いれ
ば、さらなる開口率の向上を図ることができる。薄膜トランジスタの構成部材(配線及び
半導体層)に透光性を有する膜を用いることで、特に小型の液晶表示装置において、走査
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し
ていることに加え、それぞれの保持容量も透光性を有するため、開口率を向上させること
ができる。
【0032】
また、発光表示装置においても、薄膜トランジスタの構成部材(配線及び半導体層)に透
光性を有する膜を用いることで、1つの画素に複数の薄膜トランジスタを配置しても、高
い開口率を実現することができる。発光素子を用いた発光表示装置においては、画素部に
複数の薄膜トランジスタを有し、画素部においてもある薄膜トランジスタのゲート電極と
他のトランジスタのソース配線、或いはドレイン配線を電気的に接続させる箇所を有して
いる。例えば、発光表示装置においても一つの画素に2〜7個の薄膜トランジスタ、さら
に保持容量を有していても、薄膜トランジスタ及び保持容量が透光性を有しているため、
高い開口率を実現することができる。
【0033】
また、ゲート電極層、ソース電極層、ドレイン電極層、画素電極層、またはその他の電極
層や、その他の配線層に同じ材料を用いれば共通のスパッタターゲットや共通の製造装置
を用いることができ、その材料コスト及びエッチング時に使用するエッチャント(または
エッチングガス)に要するコストを低減することができ、結果として製造コストを削減す
ることができる。
【0034】
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。
【0035】
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、
その他の配線層の膜厚は、膜厚30nm以上200nm以下とし、可視光に対して透光性
を有する、または半透明である膜厚を選択すればよい。
【0036】
また、ゲート絶縁層、及び酸化物半導体膜を大気に触れさせることなく連続的に処理(連
続処理、インサイチュ(insitu)工程、連続成膜とも呼ぶ)してもよい。大気に触
れさせることなく連続処理することで、ゲート絶縁層と酸化物半導体膜の界面が、水やハ
イドロカーボンなどの、大気成分や大気中に浮遊する不純物元素に汚染されることなく、
ゲート絶縁層と酸化物半導体膜を形成することができるので、薄膜トランジスタ特性のば
らつきを低減することができる。
【0037】
本明細書中で連続処理とは、PCVD法またはスパッタ法で行う第1の処理工程からPC
VD法またはスパッタ法で行う第2の処理工程までの一連のプロセス中、被処理基板の置
かれている雰囲気が大気等の汚染雰囲気に触れることなく、常に真空中、不活性ガス雰囲
気(窒素雰囲気または希ガス雰囲気)、または酸素雰囲気で制御されていることを言う。
連続処理を行うことにより、清浄化された被処理基板の水分等の再付着を回避して成膜な
どの処理を行うことができる。
【0038】
同一チャンバー内で第1の処理工程から第2の処理工程までの一連のプロセスを行うこと
は本明細書における連続処理の範囲にあるとする。
【0039】
また、異なるチャンバーで第1の処理工程から第2の処理工程までの一連のプロセスを行
う場合、第1の処理工程を終えた後、大気にふれることなくチャンバー間を基板搬送して
第2の処理を施すことも本明細書における連続処理の範囲にあるとする。
【0040】
なお、第1の処理工程と第2の処理工程の間に、基板搬送工程、アライメント工程、徐冷
工程、または第2の工程に必要な温度とするため基板を加熱または冷却する工程等を有し
ても、本明細書における連続処理の範囲にあるとする。
【0041】
ただし、洗浄工程、ウエットエッチング、レジスト形成といった液体を用いる工程が第1
の処理工程と第2の処理工程の間にある場合、本明細書でいう連続処理の範囲には当ては
まらないとする。
【0042】
また、上記作製方法で得られる構成は、絶縁表面を有する基板上にゲート電極層と、ゲー
ト電極層上にゲート絶縁層と、ゲート絶縁層上に酸化物半導体層と、酸化物半導体層上に
ソース電極層及びドレイン電極層と、ゲート絶縁層、酸化物半導体層、ソース電極層、及
びドレイン電極層上に酸化物半導体層の一部と接する保護絶縁層と、保護絶縁層上に金属
酸化物からなる画素電極層とを有し、ゲート電極層、ゲート絶縁層、酸化物半導体層、ソ
ース電極層、ドレイン電極層、保護絶縁層、及び画素電極層は透光性を有し、画素電極層
は、酸化物半導体層及びゲート電極層と重なる半導体装置である。
【0043】
上記構成は、上記課題の少なくとも一つを解決する。
【0044】
上記構成において、画素電極層は、酸化物半導体層及びゲート電極層と重なるが、重なっ
た領域も表示領域として利用することができ、高い開口率を実現する。また、酸化物半導
体層及びゲート電極層と重なる画素電極層は、隣接する画素の画素電極層であってもよい
。即ち、酸化物半導体層が、ソース電極層及びドレイン電極層を介して電気的に接続する
画素電極層は、酸化物半導体層のチャネル形成領域と重なっておらず、隣接する画素の画
素電極層が重なる構成とすることができる。
【0045】
また、FPCなどの外部端子と接続する端子電極が複数並べて配置される端子部には、端
子電極をゲート電極層、ソース電極層、ドレイン電極層、または画素電極層と同じ材料、
同じ工程で形成することができる。
【0046】
また、液晶表示装置または発光表示装置の画素部の保持容量は、ゲート絶縁層を誘電体と
して、可視光に対して透光性を有する導電材料からなる容量配線層と、可視光に対して透
光性を有する導電材料からなる容量電極層とで形成する。なお、この場合の容量配線層は
、ゲート電極層と同じ材料、同じ工程で形成することができる。また、容量電極層は、ソ
ース電極層またはドレイン電極層と同じ材料、同じ工程で形成することができる。
【0047】
また、液晶表示装置または発光表示装置の画素部の保持容量は、保護絶縁層を誘電体とし
て可視光に対して透光性を有する導電材料からなる容量配線層と、可視光に対して透光性
を有する導電材料からなる画素電極層とで形成してもよい。この場合の容量配線層は、ソ
ース電極層またはドレイン電極層と同じ材料、同じ工程で形成することができる。
【0048】
また、薄膜トランジスタを有する表示装置としては、液晶表示装置の他に、発光素子を用
いた発光表示装置や、電気泳動表示素子を用いた電子ペーパーとも称される表示装置が挙
げられる。
【0049】
また、上述した液晶表示装置としては、特に限定されず、TN液晶、IPS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。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− Dom
ain 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。具体的には、1画素を複数のサブピクセルに分割し、各サブピクセルの中央に位置
する対向基板の箇所に凸部を設けることで1画素をマルチドメイン化する。1画素を複数
のサブピクセルとし、各サブピクセルの中央に位置する対向基板に凸部を設けることで、
1画素を配向分割(マルチドメイン化)し、広視野角を実現する駆動方法は、サブピクセ
ル駆動と呼ばれる。なお、凸部は、対向基板または素子基板の一方または両方に設けても
よく、放射状に液晶分子を配向させ、配向規制力を向上させる。
【0050】
また、液晶駆動用の電極、即ち画素電極の上面形状を櫛歯状やジグザグ状として、電圧の
かかる方向を多様化させてもよい。また、光配向を用いて1画素をマルチドメイン化して
もよい。
【0051】
また、薄膜トランジスタは静電気などにより破壊されやすいため、ゲート線またはソース
線に対して、画素部の薄膜トランジスタの保護用の保護回路を同一基板上に設けることが
好ましい。保護回路は、酸化物半導体を用いた非線形素子を用いて構成することが好まし
い。
【発明の効果】
【0052】
表示装置の画素部において、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、走査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。
【図面の簡単な説明】
【0053】
本発明の一態様を示す工程断面図である。
本発明の一態様を示す平面図及び断面図である。
本発明の一態様を示す工程断面図である。
本発明の一態様を示す工程断面図である。
本発明の一態様を示す工程断面図である。
本発明の一態様を示す平面図及び断面図である。
本発明の一態様を示す工程断面図及び平面図である。
本発明の一態様を示す工程断面図である。
本発明の一態様を示す工程断面図である。
本発明の一態様を示す平面図である。
本発明の一態様を示す平面図である。
本発明の一態様を示す断面図及び平面図である。
本発明の一態様を示す斜視図である。
本発明の一態様を示すブロック図である。
本発明の一態様を示すタイミングチャートである。
半導体装置の画素等価回路を説明する図である。
半導体装置を説明する図である。
半導体装置を説明する図である。
半導体装置を説明する図である。
半導体装置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0054】
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は
以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれ
ば容易に理解される。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈さ
れるものではない。
【0055】
(実施の形態1)
半導体装置及び半導体装置の作製方法を図1及び図2を用いて説明する。図2(B)に示
す薄膜トランジスタ470は、チャネルエッチ型と呼ばれる構造の一つである。
【0056】
図2(A)は半導体装置の有する薄膜トランジスタ470の平面図であり、図2(B)は
図2(A)の線C1−C2における断面図である。薄膜トランジスタ470はボトムゲー
ト型の薄膜トランジスタであり、絶縁表面を有する基板400上に、ゲート電極層401
、ゲート絶縁層402、酸化物半導体層403、ソース電極層405a、及びドレイン電
極層405bを含む。また、薄膜トランジスタ470を覆い、酸化物半導体層403に接
する酸化物絶縁膜407が設けられている。
【0057】
また、絶縁表面を有する基板400、ゲート電極層401、ゲート絶縁層402、酸化物
半導体層403、ソース電極層405a、ドレイン電極層405b、及び酸化物絶縁膜4
07は、全て可視光に対して透光性を有する材料で構成される。従って、薄膜トランジス
タ470は透光性を有し、表示装置の画素部において薄膜トランジスタ470を配置する
場合、開口率を向上させることができる。
【0058】
酸化物半導体層403は、少なくとも酸化物半導体膜の成膜後に不純物である水分などを
低減する加熱処理(脱水化または脱水素化のための加熱処理)が行われる。脱水化または
脱水素化のための加熱処理及び徐冷させた後、酸化物半導体層に接して酸化物絶縁膜の形
成などを行って酸化物半導体層のキャリア濃度を低減することが、薄膜トランジスタ47
0の信頼性の向上に繋がる。
【0059】
また、酸化物半導体層403内だけでなく、ゲート絶縁層402内、及び酸化物半導体層
403の上下に接して設けられる膜と酸化物半導体層403の界面、具体的にはゲート絶
縁層402と酸化物半導体層403の界面、及び酸化物絶縁膜407と酸化物半導体層4
03の界面に存在する水分などの不純物を低減する。
【0060】
以下、図1(A)乃至(C)に図2(B)に示した薄膜トランジスタ470の作製工程の
断面図を示す。
【0061】
図1(A)において、絶縁表面を有する基板400上にゲート電極層401を設ける。
【0062】
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。絶縁表面を
有する基板400にはバリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラ
ス基板を用いることができる。
【0063】
また、ガラス基板としては、後の加熱処理の温度が高い場合には、歪み点が730℃以上
のものを用いると良い。また、ガラス基板には、例えば、アルミノシリケートガラス、ア
ルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスなどのガラス材料が用いられている
。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



よりBaOを多く含むガラス基板を用いること
が好ましい。
【0064】
なお、上記のガラス基板に代えて、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などの
絶縁体でなる基板を用いても良い。他にも、結晶化ガラスなどを用いることができる。
【0065】
また、下地膜となる絶縁膜を基板400とゲート電極層401の間に設けてもよい。下地
膜は、基板400からの不純物元素の拡散を防止する機能があり、窒化珪素膜、酸化珪素
膜、窒化酸化珪素膜、又は酸化窒化珪素膜から選ばれた一又は複数の膜による積層構造に
より形成することができる。
【0066】
ゲート電極層401の材料は、可視光に対して透光性を有する導電材料、例えばIn−S
n−Zn−O系の金属酸化物、In−Al−Zn−O系の金属酸化物、Sn−Ga−Zn
−O系の金属酸化物、Al−Ga−Zn−O系の金属酸化物、Sn−Al−Zn−O系の
金属酸化物、In−Zn−O系の金属酸化物、Sn−Zn−O系の金属酸化物、Al−Z
n−O系の金属酸化物、In−O系の金属酸化物、Sn−O系の金属酸化物、Zn−O系
の金属酸化物を適用することができ、膜厚は30nm以上200nm以下の範囲内で適宜
選択する。ゲート電極層401に用いる金属酸化物の成膜方法は、スパッタ法や真空蒸着
法(電子ビーム蒸着法など)や、アーク放電イオンプレーティング法や、スプレー法を用
いる。
【0067】
次いで、ゲート電極層401上にゲート絶縁層402を形成する。
【0068】
ゲート絶縁層402は、プラズマCVD法又はスパッタリング法等を用いて、酸化珪素層
、窒化珪素層、酸化窒化珪素層又は窒化酸化珪素層を単層で又は積層して形成することが
できる。例えば、成膜ガスとして、SiH

、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。
【0069】
次いで、ゲート絶縁層402上に、膜厚2nm以上200nm以下の酸化物半導体膜を形
成する。
【0070】
なお、酸化物半導体膜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402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近傍にプラズマを形成して表面を改
質する方法である。なお、アルゴンに代えて窒素、ヘリウム、酸素などを用いてもよい。
【0071】
酸化物半導体膜は、In−Ga−Zn−O系酸化物半導体ターゲットを用いてスパッタ法
により成膜する。また、酸化物半導体膜は、希ガス(代表的にはアルゴン)雰囲気下、酸
素雰囲気下、又は希ガス(代表的にはアルゴン)及び酸素雰囲気下においてスパッタ法に
より形成することができる。
【0072】
ゲート絶縁層402、及び酸化物半導体膜を大気に触れさせることなく連続的に形成して
もよい。大気に触れさせることなく連続成膜することで、ゲート絶縁層402及び酸化物
半導体膜の界面が、水やハイドロカーボンなどの、大気成分や大気中に浮遊する不純物元
素に汚染されることなくゲート絶縁層402及び酸化物半導体膜を形成することができる
ので、薄膜トランジスタ特性のばらつきを低減することができる。
【0073】
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である酸化物半導
体層(第1の酸化物半導体層430)に加工する(図1(A)参照。)。
【0074】
次いで、第1の酸化物半導体層430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、350℃以上基板の歪み点未満、好ましくは400
℃以上とする。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、第1の酸化
物半導体層430に対して酸素雰囲気下において加熱処理を行った後、酸素雰囲気下で徐
冷を行い、第2の酸化物半導体層431とする(図1(B)参照。)。酸化物半導体層の
脱水化または脱水素化を行う加熱温度Tから、再び水が入らないような十分な温度まで、
具体的には加熱温度Tよりも100℃以上下がるまで徐冷する。または、後の工程で行わ
れる第2の加熱処理よりも低い温度まで徐冷を行い、加熱処理装置から基板を取り出す。
酸化物半導体層を酸素雰囲気下で加熱処理することで、酸化物半導体層に含まれる水など
の不純物を除去することができ、同時に第2の酸化物半導体層431を酸素過剰な状態と
する。第1の加熱処理の条件、または酸化物半導体層の材料によっては、結晶化し、微結
晶膜または多結晶膜となる場合もある。
【0075】
なお、第1の加熱処理においては、酸素ガスに、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の純度を、6N(99.9999%)以上
、好ましくは7N(99.99999%)以上、(即ち酸素中の不純物濃度を1ppm以
下、好ましくは0.1ppm以下)とすることが好ましい。
【0076】
第1の加熱処理は0.5時間以上10時間以下の範囲内で行い、電気炉の昇温特性を0.
1℃/min以上20℃/min以下とすることが好ましい。また、電気炉の降温特性を
0.1℃/min以上15℃/min以下とすることが好ましい。
【0077】
この結果、後に形成される薄膜トランジスタの信頼性を高めることができる。
【0078】
また、第1の加熱処理は、電気炉を用いた加熱方法の他に、加熱した気体を用いるGRT
A(Gas Rapid Thermal Anneal)法またはランプ光を用いるL
RTA(Lamp Rapid Thermal Anneal)法などの瞬間加熱方法
などを用いることができる。
【0079】
また、加熱処理装置がマルチチャンバー方式の場合、第1の加熱処理と冷却処理を異なる
チャンバーで行うことができる。代表的には、酸素ガスが充填され、且つ400℃以上、
基板の歪み点未満に加熱された第1のチャンバーにおいて、基板上の酸化物半導体層を加
熱する。次に、酸素ガスが導入された搬送室を経て、酸素が充填され、且つ100℃以下
、好ましくは室温である第2のチャンバーに、上記第1の加熱処理が行われた基板を移動
し、冷却処理を行う。以上の工程により、スループットを向上させることができる。
【0080】
また、酸素雰囲気下における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、酸化物半導体膜の第
1の加熱処理と冷却処理の後に、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。
【0081】
また、酸化物半導体膜の成膜前に、不活性ガス(窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴ
ン等の希ガス)雰囲気下、酸素雰囲気、或いは減圧下において加熱処理(400℃以上基
板の歪み点未満)を行い、層内に含まれる水素及び水などの不純物を除去したゲート絶縁
層としてもよい。
【0082】
次いで、ゲート絶縁層402、及び第2の酸化物半導体層431上に導電膜を形成する。
導電膜の成膜方法は、スパッタ法や真空蒸着法(電子ビーム蒸着法など)や、アーク放電
イオンプレーティング法や、スプレー法を用いる。
【0083】
導電膜の材料としては、可視光に対して透光性を有する導電材料、例えばIn−Sn−Z
n−O系の金属酸化物、In−Al−Zn−O系の金属酸化物、Sn−Ga−Zn−O系
の金属酸化物、Al−Ga−Zn−O系の金属酸化物、Sn−Al−Zn−O系の金属酸
化物、In−Zn−O系の金属酸化物、Sn−Zn−O系の金属酸化物、Al−Zn−O
系の金属酸化物、In−O系の金属酸化物、Sn−O系の金属酸化物、Zn−O系の金属
酸化物を適用することができ、膜厚は30nm以上200nm以下の範囲内で適宜選択す
る。
【0084】
次いで、第2の酸化物半導体層431、及び導電膜をフォトリソグラフィ工程により選択
的にエッチングし、酸化物半導体層403、ソース電極層405a、及びドレイン電極層
405bを形成する。なお、酸化物半導体層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。また、ここでのフォトリソグラフィ工程で用いるレジス
トマスクを除去する際、酸素アッシングを行うと、酸化物半導体層の露呈されている領域
に酸素が導入される。
【0085】
次いで、酸化物半導体層403の一部に接する保護絶縁層となる酸化物絶縁膜407を形
成し、薄膜トランジスタ470を作製することができる(図1(C)参照。)。酸化物絶
縁膜407は、少なくとも1nm以上の膜厚とし、CVD法、スパッタリング法など、酸
化物絶縁膜407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。ここでは、酸化物絶縁膜407は、スパッタリング法を用いて形成する。低抵抗
化した酸化物半導体層に接して形成する酸化物絶縁膜407は、水分や、水素イオンや、
OH

などの不純物を含まず、これらが外部から侵入することをブロックする無機絶縁膜
を用い、代表的には酸化珪素膜、窒化酸化珪素膜、酸化アルミニウム膜、または酸化窒化
アルミニウム膜などを用いる。また、酸化物絶縁膜407の上に接する窒化珪素膜や窒化
アルミニウム膜を積層してもよい。窒化珪素膜は水分や、水素イオンや、OH

などの不
純物を含まず、これらが外部から侵入することをブロックする。
【0086】
本実施の形態では、酸化物絶縁膜407として膜厚300nmの酸化珪素膜を成膜する。
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リング法による成膜は、希ガス(代表的にはアルゴン)雰囲
気下、酸素雰囲気下、または希ガス(代表的にはアルゴン)及び酸素雰囲気下において行
うことができる。また、ターゲットとして酸化珪素ターゲットまたは珪素ターゲットを用
いることができる。例えば、珪素ターゲットを用いて、酸素、及び窒素雰囲気下でスパッ
タリング法により酸化珪素膜を形成することができる。
【0087】
また、酸化物絶縁膜407の形成後、窒素雰囲気下、または酸素雰囲気下において薄膜ト
ランジスタ470に第2の加熱処理(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403が酸化物絶縁膜407と接した状態で加熱されること
になり、薄膜トランジスタ470の電気的特性のばらつきを軽減することができる。
【0088】
(実施の形態2)
実施の形態1と異なる半導体装置及び半導体装置の作製方法を図3を用いて説明する。実
施の形態1と同一部分または同様な機能を有する部分、及び工程は、実施の形態1と同様
に行うことができ、繰り返しの説明は省略する。
【0089】
図3(A)乃至(D)に薄膜トランジスタ480の作製工程の断面図を示す。図3(D)
に示す薄膜トランジスタ480は、逆コプラナ型(ボトムコンタクト型)とも呼ばれる構
造の一つである。
【0090】
実施の形態1と同様に、絶縁表面を有する基板400上にゲート電極層401を設ける。
また、下地膜となる絶縁膜を基板400とゲート電極層401の間に設けてもよい。
【0091】
次いで、実施の形態1と同様に、ゲート電極層401上にゲート絶縁層402を形成する
。次いで、ゲート絶縁層402上に、酸化物半導体膜を形成する。
【0092】
次いで、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である酸
化物半導体層(第1の酸化物半導体層430)に加工する(図3(A)参照。)。なお、
図3(A)は、図1(A)と同一である。
【0093】
次いで、第1の酸化物半導体層430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、350℃以上基板の歪み点未満、好ましくは400
℃以上とする。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、第1の酸化
物半導体層430に対して不活性ガス(窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希
ガス)雰囲気下或いは減圧下において加熱処理を行い、第2の酸化物半導体層442とす
る(図3(B)参照。)。酸化物半導体層は不活性ガス雰囲気下或いは減圧下における加
熱処理によって、低抵抗化(キャリア濃度が高まる、好ましくは1×10
18
/cm


上)し、低抵抗化した酸化物半導体層(第2の酸化物半導体層442)とすることができ
る。
【0094】
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以上、好ましくは7N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。本実施の形態では、基板を導入した電気炉内を窒素雰囲気下で、350℃以上600
℃以下、好ましくは400℃以上に加熱して脱水化または脱水素化を行った後、窒素また
は希ガスのチャンバーへの導入を止めると共に、ヒーターをオフ状態にする。
【0095】
加熱後は、酸素雰囲気下で徐冷を行い、第3の酸化物半導体層481とする(図3(C)
参照。)。酸化物半導体層の脱水化または脱水素化を行う加熱温度Tから、再び水が入ら
ないような十分な温度まで、具体的には加熱温度Tよりも100℃以上下がるまで酸素雰
囲気下で徐冷する。または、後の工程で行われる第2の加熱処理よりも低い温度まで酸素
雰囲気下で徐冷を行い、加熱処理装置から基板を取り出す。本実施の形態では、電気炉の
ヒーターをオフ状態とした後、酸素を電気炉内に導入し、徐々に冷却する。導入する酸素
に、水、水素などの不純物が含まれないことが好ましい。または、ガス供給源からチャン
バー内に導入する酸素の純度を6N以下、好ましくは7N以下、(即ち、酸素中の不純物
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。
【0096】
この結果、後に形成される薄膜トランジスタの信頼性を高めることができる。
【0097】
なお、減圧下で第1の加熱処理を行った場合は、加熱処理後に電気炉内に酸素を流して圧
力を大気圧に戻して冷却すればよい。
【0098】
また、加熱処理装置がマルチチャンバー方式の場合、第1の加熱処理と冷却処理を異なる
チャンバーで行うことができる。代表的には、窒素または希ガスが充填され、且つ400
℃以上、基板の歪み点未満に加熱された第1のチャンバーにおいて、基板上の酸化物半導
体層を加熱温度Tで加熱し、再び水が入らないような十分な温度まで、具体的には加熱温
度Tよりも100℃以上下がるまで徐冷する。次に、窒素または希ガスが導入された搬送
室を経て、酸素が充填され、且つ100℃以下、好ましくは室温である第2のチャンバー
に、上記第1の加熱処理が行われた基板を移動し、冷却処理を行う。以上の工程により、
スループットを向上させることができる。
【0099】
また、不活性ガス雰囲気下或いは減圧下における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の加熱処理と冷却処理の後に、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。
【0100】
また、酸化物半導体膜の成膜前に、不活性ガス(窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴ
ン等の希ガス)雰囲気下、酸素雰囲気、或いは減圧下において加熱処理(400℃以上基
板の歪み点未満)を行い、層内に含まれる水素及び水などの不純物を除去したゲート絶縁
層としてもよい。
【0101】
次いで、ゲート絶縁層402、第3の酸化物半導体層481上に導電膜を形成する。
【0102】
導電膜の材料としては、可視光に対して透光性を有する導電材料、例えばIn−Sn−Z
n−O系の金属酸化物、In−Al−Zn−O系の金属酸化物、Sn−Ga−Zn−O系
の金属酸化物、Al−Ga−Zn−O系の金属酸化物、Sn−Al−Zn−O系の金属酸
化物、In−Zn−O系の金属酸化物、Sn−Zn−O系の金属酸化物、Al−Zn−O
系の金属酸化物、In−O系の金属酸化物、Sn−O系の金属酸化物、Zn−O系の金属
酸化物を適用することができ、膜厚は30nm以上200nm以下の範囲内で適宜選択す
る。
【0103】
次いで、第3の酸化物半導体層481、及び導電膜をフォトリソグラフィ工程により選択
的にエッチングし、酸化物半導体層483、ソース電極層405a、及びドレイン電極層
405bを形成する。なお、酸化物半導体層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。また、ここでのフォトリソグラフィ工程で用いるレジス
トマスクを除去する際、酸素アッシングを行うと、酸化物半導体層の露呈されている領域
に酸素が導入される。
【0104】
次いで、酸化物半導体層483の一部に接する保護絶縁層となる酸化物絶縁膜407を形
成し、薄膜トランジスタ480を作製することができる(図3(D)参照。)。酸化物絶
縁膜407は、少なくとも1nm以上の膜厚とし、CVD法、スパッタリング法など、酸
化物絶縁膜407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。ここでは、酸化物絶縁膜407は、スパッタリング法を用いて形成する。低抵抗
化した酸化物半導体層に接して形成する酸化物絶縁膜407は、水分や、水素イオンや、
OH

などの不純物を含まず、これらが外部から侵入することをブロックする無機絶縁膜
を用い、代表的には酸化珪素膜、窒化酸化珪素膜、酸化アルミニウム膜、または酸化窒化
アルミニウム膜などを用いる。また、酸化物絶縁膜407の上に接する窒化珪素膜または
窒化アルミニウム膜を積層してもよい。窒化珪素膜は水分や、水素イオンや、OH

など
の不純物を含まず、これらが外部から侵入することをブロックする。
【0105】
本実施の形態では、酸化物絶縁膜407として膜厚300nmの酸化珪素膜を成膜する。
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リング法による成膜は、希ガス(代表的にはアルゴン)雰囲
気下、酸素雰囲気下、または希ガス(代表的にはアルゴン)及び酸素雰囲気下において行
うことができる。また、ターゲットとして酸化珪素ターゲットまたは珪素ターゲットを用
いることができる。例えば、珪素ターゲットを用いて、酸素、及び窒素雰囲気下でスパッ
タリング法により酸化珪素膜を形成することができる。
【0106】
また、酸化物絶縁膜407の形成後、窒素雰囲気下、または酸素雰囲気下において薄膜ト
ランジスタ480に第2の加熱処理(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483が酸化物絶縁膜407と接した状態で加熱されること
になり、薄膜トランジスタ480の電気的特性のばらつきを軽減することができる。
【0107】
本実施の形態は実施の形態1と自由に組み合わせることができる。
【0108】
(実施の形態3)
実施の形態1及び実施の形態2と異なる半導体装置及び半導体装置の作製方法を図4を用
いて説明する。実施の形態1及び実施の形態2と同一部分または同様な機能を有する部分
、及び工程は、実施の形態1及び実施の形態2と同様に行うことができ、繰り返しの説明
は省略する。
【0109】
図4(A)乃至(C)に薄膜トランジスタ440の作製工程の断面図を示す。図4(C)
に示す薄膜トランジスタ440は、チャネルストップ型と呼ばれる構造の一つである。
【0110】
実施の形態1と同様に、絶縁表面を有する基板400上にゲート電極層401を設ける。
また、下地膜となる絶縁膜を基板400とゲート電極層401の間に設けてもよい。
【0111】
次いで、実施の形態1と同様に、ゲート電極層401上にゲート絶縁層402を形成する
。次いで、ゲート絶縁層402上に、酸化物半導体膜を形成する。
【0112】
次いで、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である酸
化物半導体層(第1の酸化物半導体層430)に加工する(図4(A)参照。)。なお、
図4(A)は、図1(A)と同一である。
【0113】
次いで、第1の酸化物半導体層430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、350℃以上基板の歪み点未満、好ましくは400
℃以上とする。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、第1の酸化
物半導体層430に対して不活性ガス(窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希
ガス)雰囲気下或いは減圧下において加熱処理及び徐冷を行い、第2の酸化物半導体層4
44とする(図4(B)参照。)。
【0114】
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。本実施の形態では、基板を導入した電
気炉内を窒素雰囲気下で、350℃以上600℃以下、好ましくは400℃以上に加熱し
て脱水化または脱水素化を行った後、ヒーターをオフ状態にし、徐々に冷却する。酸化物
半導体層は不活性ガス雰囲気下或いは減圧下における加熱処理及び徐冷によって、低抵抗
化(キャリア濃度が高まる、好ましくは1×10
18
/cm

以上)し、低抵抗化した酸
化物半導体層(第2の酸化物半導体層444)とすることができる。
【0115】
なお、減圧下で加熱処理を行った場合は、加熱処理後に電気炉内に不活性ガスを流して圧
力を大気圧に戻して冷却すればよい。
【0116】
また、加熱処理装置がマルチチャンバー方式の場合、加熱処理と冷却処理を異なるチャン
バーで行うことができる。代表的には、窒素または希ガスが充填され、且つ200℃以上
600℃以下、好ましくは400℃以上450℃以下に加熱された第1のチャンバーにお
いて、基板上の酸化物半導体層を加熱温度Tで加熱し、再び水が入らないような十分な温
度まで、具体的には加熱温度Tよりも100℃以上下がるまで徐冷する。次に、窒素また
は希ガスが導入された搬送室を経て、窒素または希ガスが充填され、且つ100℃以下、
好ましくは室温である第2のチャンバーに、上記加熱処理された基板を移動し、冷却処理
を行う。以上の工程により、スループットを向上させることができる
【0117】
また、不活性ガス雰囲気下或いは減圧下における酸化物半導体層の加熱処理は、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、不活性
ガス雰囲気下或いは減圧下における酸化物半導体膜の加熱処理後に室温以上100℃未満
まで徐冷を行い、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。
【0118】
また、酸化物半導体膜の成膜前に、不活性ガス(窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴ
ン等の希ガス)雰囲気下、酸素雰囲気、或いは減圧下において加熱処理(400℃以上基
板の歪み点未満)を行い、層内に含まれる水素及び水などの不純物を除去したゲート絶縁
層としてもよい。
【0119】
次いで、ゲート絶縁層402、第2の酸化物半導体層444上に導電膜を形成する。
【0120】
導電膜の材料としては、可視光に対して透光性を有する導電材料、例えばIn−Sn−Z
n−O系の金属酸化物、In−Al−Zn−O系の金属酸化物、Sn−Ga−Zn−O系
の金属酸化物、Al−Ga−Zn−O系の金属酸化物、Sn−Al−Zn−O系の金属酸
化物、In−Zn−O系の金属酸化物、Sn−Zn−O系の金属酸化物、Al−Zn−O
系の金属酸化物、In−O系の金属酸化物、Sn−O系の金属酸化物、Zn−O系の金属
酸化物を適用することができ、膜厚は30nm以上200nm以下の範囲内で適宜選択す
る。
【0121】
次いで、第2の酸化物半導体層444、及び導電膜をフォトリソグラフィ工程により選択
的にエッチングし、酸化物半導体層、ソース電極層405a、及びドレイン電極層405
bを形成する。なお、酸化物半導体層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。また、ここでのフォトリソグラフィ工程で用いるレジストマス
クを除去する際、酸素アッシングを行うと、酸化物半導体層の露呈されている領域に酸素
が導入される。
【0122】
次いで、酸化物半導体層の一部に接する保護絶縁層となる酸化物絶縁膜407を形成する
。酸化物絶縁膜407は、少なくとも1nm以上の膜厚とし、CVD法、スパッタリング
法など、酸化物絶縁膜407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。ここでは、酸化物絶縁膜407は、スパッタリング法を用いて形成す
る。低抵抗化した酸化物半導体層に接して形成する酸化物絶縁膜407は、水分や、水素
イオンや、OH

などの不純物を含まず、これらが外部から侵入することをブロックする
無機絶縁膜を用い、代表的には酸化珪素膜、窒化酸化珪素膜、酸化アルミニウム膜、また
は酸化窒化アルミニウム膜などを用いる。また、酸化物絶縁膜407の上に接する窒化珪
素膜または窒化アルミニウム膜を積層してもよい。窒化珪素膜は水分や、水素イオンや、
OH

などの不純物を含まず、これらが外部から侵入することをブロックする。
【0123】
低抵抗化した第2の酸化物半導体層444に接してスパッタ法またはPCVD法などによ
り酸化物絶縁膜407を形成すると、低抵抗化した酸化物半導体層444において少なく
とも酸化物絶縁膜407と接する領域を高抵抗化(キャリア濃度が低まる、好ましくは1
×10
18
/cm

未満)し、高抵抗化酸化物半導体領域とすることができる。また、ソ
ース電極層405a及びドレイン電極層405bと重なる領域は、低抵抗化されたままで
あり、高抵抗化酸化物半導体領域を間に挟んで2つの低抵抗化酸化物半導体領域となる。
半導体装置の作製プロセス中、不活性気体雰囲気下(或いは減圧下)での加熱、徐冷及び
酸化物絶縁膜の形成などによって酸化物半導体層のキャリア濃度を増減させることが重要
である。酸化物半導体層444は、高抵抗化酸化物半導体領域及び低抵抗化酸化物半導体
領域を有する酸化物半導体層443(第3の酸化物半導体層)となり、薄膜トランジスタ
440を作製することができる。なお、高抵抗化酸化物半導体領域は薄膜トランジスタ4
40のチャネル形成領域となる。
【0124】
なお、ドレイン電極層(及びソース電極層)と重畳した酸化物半導体層443において低
抵抗化酸化物半導体領域を形成することにより、駆動回路を形成した際の信頼性の向上を
図ることができる。具体的には、低抵抗化酸化物半導体領域を形成することで、ドレイン
電極層から低抵抗化酸化物半導体領域、チャネル形成領域にかけて、導電性を段階的に変
化させうるような構造とすることができる。そのため、ドレイン電極層に高電源電位VD
Dを供給する配線を接続して動作させる場合、ゲート電極層とドレイン電極層との間に高
電界が印加されても低抵抗化酸化物半導体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。
【0125】
また、ドレイン電極層(及びソース電極層)と重畳した酸化物半導体層443において低
抵抗化酸化物半導体領域を形成することにより、駆動回路を形成した際のチャネル形成領
域でのリーク電流の低減を図ることができる。具体的には、低抵抗化酸化物半導体領域を
形成することで、ドレイン電極層とソース電極層との間に流れるトランジスタのリーク電
流の経路として、ドレイン電極層、ドレイン電極層側の低抵抗化酸化物半導体領域、チャ
ネル形成領域、ソース電極層側の低抵抗化酸化物半導体領域、ソース電極層の順となる。
このときチャネル形成領域では、ドレイン電極層側の低抵抗化酸化物半導体領域よりチャ
ネル形成領域に流れるリーク電流を、トランジスタがオフ時に高抵抗となるゲート絶縁層
とチャネル形成領域の界面近傍に集中させることができ、バックチャネル部(ゲート電極
層から離れているチャネル形成領域の表面の一部)でのリーク電流を低減することができ
る。
【0126】
また、酸化物絶縁膜407の形成後、窒素雰囲気下、または酸素雰囲気下において薄膜ト
ランジスタ440に第2の加熱処理(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443が酸化物絶縁膜407と接した状態で加熱されること
になり、薄膜トランジスタ440の電気的特性のばらつきを軽減することができる。
【0127】
本実施の形態は実施の形態1または実施の形態2と自由に組み合わせることができる。
【0128】
(実施の形態4)
半導体装置及び半導体装置の作製方法を図5及び図6を用いて説明する。
【0129】
図6(A)は半導体装置の有する薄膜トランジスタ460の平面図であり、図6(B)は
図6(A)の線D1−D2における断面図である。薄膜トランジスタ460はボトムゲー
ト型の薄膜トランジスタであり、絶縁表面を有する基板450上に、ゲート電極層451
、ゲート絶縁層452、ソース電極層455a、ドレイン電極層455b、及び酸化物半
導体層453を含む。また、薄膜トランジスタ460を覆い、酸化物半導体層453に接
する酸化物絶縁膜457が設けられている。酸化物半導体層453は、In−Ga−Zn
−O系非単結晶膜を用いる。
【0130】
薄膜トランジスタ460は、薄膜トランジスタ460を含む領域全てにおいてゲート絶縁
層452が存在し、ゲート絶縁層452と絶縁表面を有する基板である基板450の間に
ゲート電極層451が設けられている。ゲート絶縁層452上にはソース電極層455a
及びドレイン電極層455bが設けられている。そして、ゲート絶縁層452、及びソー
ス電極層455a及びドレイン電極層455b上に酸化物半導体層453が設けられてい
る。また、図示しないが、ゲート絶縁層452上にはソース電極層455a及びドレイン
電極層455bに加えて配線層を有し、該配線層は酸化物半導体層453の外周部より外
側に延在している。
【0131】
また、絶縁表面を有する基板450、ゲート電極層451、ゲート絶縁層452、酸化物
半導体層453、ソース電極層455a、ドレイン電極層455b、及び酸化物絶縁膜4
57は、全て可視光に対して透光性を有する材料で構成される。従って、薄膜トランジス
タ460は透光性を有し、表示装置の画素部において薄膜トランジスタ460を配置する
場合、開口率を向上させることができる。
【0132】
酸化物半導体層453は、少なくとも酸化物半導体膜の成膜後に不純物である水分などを
低減する加熱処理(脱水化または脱水素化のための加熱処理)及び徐冷処理が行われた後
、酸化物絶縁膜457を接して形成することにより、酸化物半導体膜をチャネル形成領域
として用いる。
【0133】
図5(A)乃至(C)に図6(B)に示した薄膜トランジスタ460の作製工程の断面図
を示す。
【0134】
絶縁表面を有する基板である基板450上にゲート電極層451を設ける。また、下地膜
となる絶縁膜を基板450とゲート電極層451の間に設けてもよい。下地膜は、基板4
50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。
【0135】
ゲート電極層451の材料は、可視光に対して透光性を有する導電材料、例えばIn−S
n−Zn−O系の金属酸化物、In−Al−Zn−O系の金属酸化物、Sn−Ga−Zn
−O系の金属酸化物、Al−Ga−Zn−O系の金属酸化物、Sn−Al−Zn−O系の
金属酸化物、In−Zn−O系の金属酸化物、Sn−Zn−O系の金属酸化物、Al−Z
n−O系の金属酸化物、In−O系の金属酸化物、Sn−O系の金属酸化物、Zn−O系
の金属酸化物を適用することができ、膜厚は30nm以上200nm以下の範囲内で適宜
選択する。
【0136】
次いで、ゲート電極層451上にゲート絶縁層452を形成する。
【0137】
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、酸化珪素層
、窒化珪素層、酸化窒化珪素層又は窒化酸化珪素層を単層で又は積層して形成することが
できる。例えば、成膜ガスとして、SiH

、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。
【0138】
次いで、ゲート絶縁層452上に、導電膜を形成し、フォトリソグラフィ工程により島状
のソース電極層455a及びドレイン電極層455bに加工する(図5(A)参照。)。
【0139】
導電膜の材料としては、可視光に対して透光性を有する導電材料、例えばIn−Sn−Z
n−O系の金属酸化物、In−Al−Zn−O系の金属酸化物、Sn−Ga−Zn−O系
の金属酸化物、Al−Ga−Zn−O系の金属酸化物、Sn−Al−Zn−O系の金属酸
化物、In−Zn−O系の金属酸化物、Sn−Zn−O系の金属酸化物、Al−Zn−O
系の金属酸化物、In−O系の金属酸化物、Sn−O系の金属酸化物、Zn−O系の金属
酸化物を適用することができ、膜厚は30nm以上200nm以下の範囲内で適宜選択す
る。
【0140】
次に、ゲート絶縁層452、ソース電極層455a、及びドレイン電極層455b上に酸
化物半導体膜を形成し、フォトリソグラフィ工程により島状の酸化物半導体層483(第
1の酸化物半導体層)に加工する(図5(B)参照。)。また、ここでのフォトリソグラ
フィ工程で用いるレジストマスクを除去する際、酸素アッシングを行うと、酸化物半導体
層の露呈されている領域に酸素が導入される。
【0141】
なお、酸化物半導体膜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452の表面に付着しているゴミを除去
することが好ましい。
【0142】
酸化物半導体層483に脱水化または脱水素化のための第1の加熱処理を行う。脱水化ま
たは脱水素化を行う第1の加熱処理の温度は、350℃以上基板の歪み点未満、好ましく
は400℃以上とする。
【0143】
脱水化または脱水素化のための第1の加熱処理としては、不活性ガス(窒素、またはヘリ
ウム、ネオン、アルゴン等の希ガス)雰囲気下、酸素雰囲気下、或いは減圧下において加
熱処理を行う。その後、酸化物半導体層の脱水化または脱水素化を行う加熱温度Tから、
再び水が入らないような十分な温度まで、具体的には加熱温度Tよりも100℃以上下が
るまで徐冷する。または、後の工程で行われる第2の加熱処理よりも低い温度まで徐冷を
行い、加熱処理装置から基板を取り出す。
【0144】
本実施の形態では、実施の形態1と同様に酸素雰囲気下で第1の加熱処理を行い、酸素雰
囲気下で徐冷を行い、層中の水分などの不純物が低減された酸化物半導体層453を形成
する。第1の加熱処理及び徐冷の組み合わせは、特に限定されず、実施の形態1、実施の
形態2、または実施の形態3のうち、いずれか一の組み合わせ及び手順を用いることがで
きる。
【0145】
なお、第1の加熱処理においては、不活性ガス(窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴ
ン等の希ガス)雰囲気、または酸素雰囲気に、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ガスの純度を、6N(99.9999%)以上、好ま
しくは7N(99.99999%)以上、(即ち雰囲気中の不純物濃度を1ppm以下、
好ましくは0.1ppm以下)とすることが好ましい。
【0146】
この結果、後に形成される薄膜トランジスタの信頼性を高めることができる。
【0147】
また、酸素雰囲気下における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、酸化物半導体膜の第
1の加熱処理と冷却処理の後に、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。
【0148】
また、酸化物半導体膜の成膜前に、不活性ガス(窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴ
ン等の希ガス)雰囲気下、酸素雰囲気、或いは減圧下において加熱処理(400℃以上基
板の歪み点未満)を行い、層内に含まれる水素及び水などの不純物を除去したゲート絶縁
層としてもよい。
【0149】
次いで、酸化物半導体層453に接してスパッタ法またはPCVD法により酸化物絶縁膜
457を形成して薄膜トランジスタ460を作製することができる(図5(C)参照。)
。本実施の形態では、酸化物絶縁膜457として膜厚300nmの酸化珪素膜を成膜する
。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。
【0150】
また、酸化物絶縁膜457の形成後、窒素雰囲気下、または酸素雰囲気下において薄膜ト
ランジスタ460に第2の加熱処理(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453が酸化物絶縁膜457と接した状態で加熱されること
になり、薄膜トランジスタ460の電気的特性のばらつきを軽減することができる。
【0151】
本実施の形態は実施の形態1、実施の形態2、または実施の形態3と自由に組み合わせる
ことができる。
【0152】
(実施の形態5)
本実施の形態では、チャネルストップ型の薄膜トランジスタ1430の一例について図7
(A)、図7(B)及び図7(C)に説明する。また、図7(C)は薄膜トランジスタの
平面図の一例であり、図中Z1―Z2の鎖線で切断した断面図が図7(B)に相当する。
また、薄膜トランジスタ1430の酸化物半導体層にガリウムを含まない酸化物半導体材
料を用いる例を示す。
【0153】
まず、基板1400上にゲート電極層1401を設ける。
【0154】
また、下地膜となる絶縁膜を基板1400とゲート電極層1401の間に設けてもよい。
下地膜は、基板1400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。
【0155】
ゲート電極層1401の材料は、可視光に対して透光性を有する導電材料、例えばIn−
Sn−Zn−O系の金属酸化物、In−Al−Zn−O系の金属酸化物、Sn−Ga−Z
n−O系の金属酸化物、Al−Ga−Zn−O系の金属酸化物、Sn−Al−Zn−O系
の金属酸化物、In−Zn−O系の金属酸化物、Sn−Zn−O系の金属酸化物、Al−
Zn−O系の金属酸化物、In−O系の金属酸化物、Sn−O系の金属酸化物、Zn−O
系の金属酸化物を適用することができ、膜厚は30nm以上200nm以下の範囲内で適
宜選択する。
【0156】
次いで、ゲート電極層1401を覆うゲート絶縁層1402上を形成する。ゲート絶縁層
1402上には、酸化物半導体層を形成する。
【0157】
本実施の形態では、酸化物半導体層としてスパッタ法を用いたSn−Zn−O系の酸化物
半導体を用いる。酸化物半導体層にガリウムを用いないことによって、価格の高いターゲ
ットを用いずに済むためコストを低減できる。
【0158】
酸化物半導体膜の成膜直後、または酸化物半導体層を島状に加工した後に脱水化または脱
水素化を行う。
【0159】
脱水化または脱水素化のための第1の加熱処理としては、不活性ガス(窒素、またはヘリ
ウム、ネオン、アルゴン等の希ガス)雰囲気下、酸素雰囲気下、或いは減圧下において加
熱処理を行う。第1の加熱処理の温度は、350℃以上基板の歪み点未満、好ましくは4
00℃以上とする。その後、酸化物半導体層の脱水化または脱水素化を行う加熱温度Tか
ら、再び水が入らないような十分な温度まで、具体的には加熱温度Tよりも100℃以上
下がるまで徐冷する。または、後の工程で行われる第2の加熱処理よりも低い温度まで徐
冷を行い、加熱処理装置から基板を取り出す。
【0160】
本実施の形態では、実施の形態1と同様に酸素雰囲気下で第1の加熱処理を行い、酸素雰
囲気下で徐冷を行い、層中の水分などの不純物が低減された酸化物半導体層1403を得
る(図7(A)参照。)。第1の加熱処理及び徐冷の組み合わせは、特に限定されず、実
施の形態1、実施の形態2、または実施の形態3のうち、いずれか一の組み合わせ及び手
順を用いることができる。
【0161】
なお、第1の加熱処理においては、不活性ガス(窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴ
ン等の希ガス)雰囲気、または酸素雰囲気に、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ガスの純度を、6N以上、好ましくは7N以上、(即
ち雰囲気中の不純物濃度を1ppm以下、好ましくは0.1ppm以下)とすることが好
ましい。
【0162】
この結果、後に形成される薄膜トランジスタの信頼性を高めることができる。
【0163】
また、酸素雰囲気下における酸化物半導体層の第1の加熱処理は、酸化物半導体層を島状
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、酸化物半導体膜の第
1の加熱処理と冷却処理の後に、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。
【0164】
また、酸化物半導体膜の成膜前に、不活性ガス(窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴ
ン等の希ガス)雰囲気下、酸素雰囲気、或いは減圧下において加熱処理(400℃以上基
板の歪み点未満)を行い、層内に含まれる水素及び水などの不純物を除去したゲート絶縁
層としてもよい。
【0165】
次いで、酸化物半導体層1403上にはチャネル保護層1418を接して設ける。チャネ
ル保護層1418を設けることによって、酸化物半導体層1403のチャネル形成領域に
対する工程時におけるダメージ(エッチング時のプラズマやエッチング剤による膜減りな
ど)を防ぐことができる。従って薄膜トランジスタ1430の信頼性を向上させることが
できる。
【0166】
また、脱水化または脱水素化のための加熱処理の後、大気に触れることなく連続的にチャ
ネル保護層1418を形成することもできる。大気に触れさせることなく連続的に処理す
ることで、界面が、水やハイドロカーボンなどの、大気成分や大気中に浮遊する不純物元
素に汚染されることなく、酸化物半導体層1403及びチャネル保護層1418を形成す
ることができるので、薄膜トランジスタ特性のばらつきを低減することができる。
【0167】
チャネル保護層1418としては、酸素を含む無機材料(酸化珪素、酸化窒化珪素、窒化
酸化珪素など)を用いることができる。作製法としては、プラズマCVD法や熱CVD法
などの気相成長法やスパッタリング法を用いることができる。チャネル保護層1418は
成膜後にエッチングにより形状を加工する。ここでは、スパッタ法により酸化珪素膜を形
成し、フォトリソグラフィ工程によるマスクを用いてエッチング加工することでチャネル
保護層1418を形成する。また、ここでのフォトリソグラフィ工程で用いるレジストマ
スクを除去する際、酸素アッシングを行うと、酸化物半導体層の露呈されている領域に酸
素が導入される。
【0168】
次いで、チャネル保護層1418及び酸化物半導体層1403上に導電膜を形成する。
【0169】
導電膜の材料としては、可視光に対して透光性を有する導電材料、例えばIn−Sn−Z
n−O系の金属酸化物、In−Al−Zn−O系の金属酸化物、Sn−Ga−Zn−O系
の金属酸化物、Al−Ga−Zn−O系の金属酸化物、Sn−Al−Zn−O系の金属酸
化物、In−Zn−O系の金属酸化物、Sn−Zn−O系の金属酸化物、Al−Zn−O
系の金属酸化物、In−O系の金属酸化物、Sn−O系の金属酸化物、Zn−O系の金属
酸化物を適用することができ、膜厚は30nm以上200nm以下の範囲内で適宜選択す
る。
【0170】
次いで、フォトリソグラフィ工程によるマスクを用いて導電膜を選択的にエッチングして
、チャネル保護層1418及び酸化物半導体層1403上にソース電極層1405a及び
ドレイン電極層1405bをそれぞれ形成して薄膜トランジスタ1430を作製する(図
7(B)参照)。
【0171】
本実施の形態は実施の形態1、実施の形態2、または実施の形態3と自由に組み合わせる
ことができる。
【0172】
(実施の形態6)
本実施の形態では、実施の形態1に示す薄膜トランジスタを画素部に配置する液晶表示装
置の作製例を図8、図9、図10、図11、図12、図13、図14、及び図15を用い
て以下に説明する。
【0173】
図8(A)において、透光性を有する基板100にはバリウムホウケイ酸ガラスやアルミ
ノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板を用いることができる。透光性を有する基板100
は、1000mm×1200mm、1100mm×1250mm、1150mm×130
0mmのような大面積基板を用いてもよい。大面積基板を用いることで1枚の基板を用い
て複数の液晶表示装置を作製することができ、製造コストを低減できる。本実施の形態で
は、600mm×720mmのガラス基板を用いる。
【0174】
次いで、可視光に対して透光性を有する導電膜を基板100全面に形成した後、第1のフ
ォトリソグラフィ工程を行い、レジストマスクを形成し、エッチングにより不要な部分を
除去して配線及び電極(ゲート電極層101を含むゲート配線、容量配線108、及び第
1の端子121)を形成する。このとき少なくともゲート電極層101の端部にテーパー
形状が形成されるようにエッチングする。
【0175】
大面積基板を用いる場合、フォトリソグラフィ工程を行うためのフォトマスクは高価であ
るため、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製造コストを低減できる。なお、製造コスト削減のため、以降の
フォトリソグラフィ工程の少なくとも一つの工程でレジストマスクをインクジェット法で
形成してもよい。
【0176】
ゲート電極層101を含むゲート配線、容量配線108、及び端子部の第1の端子121
は、可視光に対して透光性を有する導電材料、例えばIn−Sn−Zn−O系の金属酸化
物、In−Al−Zn−O系の金属酸化物、Sn−Ga−Zn−O系の金属酸化物、Al
−Ga−Zn−O系の金属酸化物、Sn−Al−Zn−O系の金属酸化物、In−Zn−
O系の金属酸化物、Sn−Zn−O系の金属酸化物、Al−Zn−O系の金属酸化物、I
n−O系の金属酸化物、Sn−O系の金属酸化物、Zn−O系の金属酸化物を適用するこ
とができ、膜厚は30nm以上200nm以下の範囲内で適宜選択する。導電膜は、スパ
ッタ法や真空蒸着法(電子ビーム蒸着法など)や、アーク放電イオンプレーティング法や
、スプレー法、やインクジェット法で形成する。インクジェット法で形成する場合には、
フォトリソグラフィ工程が不要となり、さらなる低コスト化が実現できる。
【0177】
本実施の形態では、導電膜として、In−Sn−O系ターゲットを用いたスパッタ法によ
って形成するIn−Sn−O系導電膜を用いる。導電膜を成膜後、低抵抗な導電膜とする
ために加熱処理を行ってもよい。ターゲットはターゲット材をバッキングプレート(ター
ゲットを貼り付けるための基板)に貼り付けて作製されるが、バッキングプレートにター
ゲットを貼り付ける際、ターゲットを分割して一枚のバッキングプレートにボンディング
してもよい。ターゲットを分割するとバッキングプレートに貼り付ける際のターゲットの
反りを緩和することができる。このような分割したターゲットは、大面積基板に上記薄膜
を成膜する場合、それに伴って大型化するターゲットに特に好適に用いることができる。
もちろん、一枚のバッキングプレートに一枚のターゲットを貼り付けてもよい。
【0178】
スパッタ法にはスパッタ用電源に高周波電源を用いるRFスパッタ法と、DCスパッタ法
があり、さらにパルス的にバイアスを与えるパルスDCスパッタ法もある。RFスパッタ
法は主に絶縁膜を成膜する場合に用いられ、DCスパッタ法は主に金属膜を成膜する場合
に用いられる。
【0179】
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。
【0180】
また、チャンバー内部に磁石機構を備えたマグネトロンスパッタ法を用いるスパッタ装置
や、グロー放電を使わずマイクロ波を用いて発生させたプラズマを用いるECRスパッタ
法を用いるスパッタ装置がある。
【0181】
また、スパッタ法を用いる成膜方法として、成膜中にターゲット物質とスパッタガス成分
とを化学反応させてそれらの化合物薄膜を形成するリアクティブスパッタ法や、成膜中に
基板にも電圧をかけるバイアススパッタ法もある。
【0182】
次いで、ゲート電極層101上にゲート絶縁層102を全面に成膜する。ゲート絶縁層1
02はスパッタ法、またはPCVD法などを用い、膜厚を50nm以上250nm以下と
する。ゲート絶縁層102は酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜
、窒化シリコン膜、酸化タンタル膜などの無機絶縁膜を用い、これらの材料から成る単層
または積層構造として形成する。
【0183】
本実施の形態では、高密度プラズマ装置のチャンバーに材料ガスとしてモノシランガス(
SiH

)と亜酸化窒素(N

O)と希ガスを導入し、10Pa〜30Paの圧力下で高
密度プラズマを発生させてゲート電極層101上に膜厚100nmのゲート絶縁層102
を形成する。このゲート絶縁層102は、酸化窒化シリコン膜である。本実施の形態では
、高密度プラズマ装置は、1×10
11
/cm

以上のプラズマ密度を達成できる装置を
指している。例えば、3kW〜6kWのマイクロ波電力を印加してプラズマを発生させて
、絶縁膜の成膜を行う。絶縁膜の形成の際、チャンバーに導入するモノシランガス(Si


)と亜酸化窒素(N

O)との流量比は、1:10から1:200の範囲とする。ま
た、チャンバーに導入する希ガスとしては、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、キセノン
などを用いることができるが、中でも安価であるアルゴンを用いることが好ましい。
【0184】
また、高密度プラズマ装置により得られるゲート絶縁層102は、膜厚が一定であるため
段差被覆性に優れている。また、高密度プラズマ装置により絶縁膜を形成することで、膜
の厚みを精密に制御することができる。
【0185】
高密度プラズマ装置により得られる絶縁膜は、従来の平行平板型のPCVD装置で得られ
る絶縁膜とは大きく異なっており、同じエッチャントを用いてエッチング速度を比較した
場合において、従来の平行平板型のPCVD装置で得られる絶縁膜の10%以上または2
0%以上遅く、高密度プラズマ装置により得られる絶縁膜は緻密な膜と言える。
【0186】
次に、ゲート絶縁層102上に、酸化物半導体膜(In−Ga−Zn−O系非単結晶膜)
を成膜する。プラズマ処理後、大気に曝すことなくIn−Ga−Zn−O系非単結晶膜を
成膜することは、ゲート絶縁層と半導体膜の界面にゴミや水分を付着させない点で有用で
ある。ここでは、直径8インチのIn、Ga、及びZnを含む酸化物半導体ターゲット(
In−Ga−Zn−O系酸化物半導体ターゲット(In



:Ga



:ZnO=1
:1:1(モル数比))を用いて、基板とターゲットの間との距離を170mm、圧力0
.4Pa、直流(DC)電源0.5kW、酸素のみ、アルゴンのみ、又はアルゴン及び酸
素雰囲気下で成膜する。なお、パルス直流(DC)電源を用いると、ごみが軽減でき、膜
厚分布も均一となるために好ましい。In−Ga−Zn−O系非単結晶膜の膜厚は、2n
m〜200nmとする。酸化物半導体膜として、In−Ga−Zn−O系酸化物半導体タ
ーゲットを用いてスパッタ法により膜厚50nmのIn−Ga−Zn−O系非単結晶膜を
成膜する。非晶質の状態を保つために膜厚50nm以下とすることが好ましい。特にチャ
ネルエッチ型の薄膜トランジスタにおいては、さらにエッチングされ、膜厚の薄い領域、
即ちチャネル形成領域の膜厚は30nm以下となり、最終的に作製された薄膜トランジス
タの膜厚の薄い領域の膜厚は5nm以上20nm以下とする。また、最終的に作製された
薄膜トランジスタのチャネル幅は0.5μm以上10μm以下とすることが好ましい。
【0187】
また、ターゲットはターゲット材をバッキングプレート(ターゲットを貼り付けるための
基板)に貼り付け、真空包装される。酸化物半導体層を成膜する上で、良好な薄膜トラン
ジスタの電気的特性を得るためには、できるだけ大気の水分などに触れさせることなく、
ターゲット材が貼り付けられたバッキングプレートをスパッタ装置に設置することが好ま
しい。スパッタ装置への設置に限らず、ターゲット製造の際や、ターゲットをバッキング
プレートにボンディングする際や、真空包装するまでの間に極力大気の水分などにターゲ
ットが触れないようにすることが好ましい。
【0188】
次に、第2のフォトリソグラフィ工程を行い、レジストマスクを形成し、酸化物半導体膜
をエッチングする。例えば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に
より、不要な部分を除去して第1の酸化物半導体層133を形成する(図8(A)参照)
。なお、ここでのエッチングは、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。
【0189】
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

)、塩化硼素(BCl

)、塩化珪素(SiCl

)、四塩化炭素(CC


)など)が好ましい。
【0190】
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

)、弗化硫黄(SF

)、弗化窒素(NF

)、トリフルオロメタン(CHF

)など)、酸素(O

)、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。
【0191】
ドライエッチング法としては、平行平板型RIE(Reactive Ion Etch
ing)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。
【0192】
ウエ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。
【0193】
また、ウエ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層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

【0194】
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。
【0195】
次に、第1の酸化物半導体層133に脱水化または脱水素化のための第1の加熱処理を行
う。第1の酸化物半導体層133に酸素雰囲気下において第1の加熱処理を行った後、酸
素雰囲気下で徐冷を行う。
【0196】
第1の加熱処理は、例えば、酸素雰囲気下で650℃、1時間の加熱処理を行う。酸化物
半導体層の脱水化または脱水素化を行う加熱温度Tから、再び水が入らないような十分な
温度まで、具体的には加熱温度Tよりも100℃以上下がるまで徐冷し、第2の酸化物半
導体層134を形成する。または、後の工程で行われる第2の加熱処理よりも低い温度ま
で徐冷を行い、加熱処理装置から基板を取り出す。酸化物半導体層を酸素雰囲気下で加熱
処理することで、酸化物半導体層に含まれる水などの不純物を除去することができ、同時
に第2の酸化物半導体層134を酸素過剰な状態とする(図8(B)参照。)。第1の加
熱処理の条件、または酸化物半導体層の材料によっては、結晶化し、微結晶膜または多結
晶膜となる場合もある。
【0197】
次に、第2の酸化物半導体層134上に透光性を有する導電膜132をスパッタ法や真空
蒸着法(電子ビーム蒸着法など)や、アーク放電イオンプレーティング法や、スプレー法
、やインクジェット法で形成する(図8(C)参照。)。
【0198】
透光性を有する導電膜132の材料としては、可視光に対して透光性を有する材料、例え
ばIn−Sn−Zn−O系の金属酸化物、In−Al−Zn−O系の金属酸化物、Sn−
Ga−Zn−O系の金属酸化物、Al−Ga−Zn−O系の金属酸化物、Sn−Al−Z
n−O系の金属酸化物、In−Zn−O系の金属酸化物、Sn−Zn−O系の金属酸化物
、Al−Zn−O系の金属酸化物、In−O系の金属酸化物、Sn−O系の金属酸化物、
Zn−O系の金属酸化物を適用することができ、膜厚は30nm以上200nm以下の範
囲内で適宜選択する。
【0199】
本実施の形態では、透光性を有する導電膜132の形成前に脱水化または脱水素化のため
の第1の加熱処理を行う例を示したが、特に限定されず、透光性を有する導電膜132の
形成後に第1の加熱処理を行ってもよい。透光性を有する導電膜132の形成後に第1の
加熱処理を行なうことにより、酸化物半導体層の脱水化または脱水素化と同時に、透光性
を有する導電膜132の結晶性を改善して低抵抗化する熱処理を兼ねてもよい。
【0200】
次に、第3のフォトリソグラフィ工程を行い、レジストマスクを形成し、エッチングによ
り不要な部分を除去してソース電極層105a、ドレイン電極層105b、容量電極13
5、及び第2の端子122を形成する。この際のエッチング方法としてウェットエッチン
グまたはドライエッチングを用いる。このエッチング工程において、酸化物半導体層の露
出領域も一部エッチングされ、凹部を有する酸化物半導体層103となる。よってソース
電極層105a及びドレイン電極層105bと重ならない酸化物半導体層103の領域は
膜厚の薄い領域となる。図8(D)においては、ソース電極層105a、ドレイン電極層
105b、及び酸化物半導体層のエッチングをドライエッチングによって一度に行うため
、ソース電極層105a、ドレイン電極層105b及び酸化物半導体層103の端部(ゲ
ート電極層101上方に位置する端部)は一致し、連続的な構造となっている。
【0201】
また、この第3のフォトリソグラフィ工程において、ソース電極層105a又はドレイン
電極層105bと同じ材料である第2の端子122を端子部に残す。なお、第2の端子1
22はソース配線(ソース電極層105aを含むソース配線)と電気的に接続されている

【0202】
また、この第3のフォトリソグラフィ工程において、ソース電極層105a又はドレイン
電極層105bと同じ材料である容量電極135は、ゲート絶縁層102を誘電体として
、容量配線108と保持容量を形成する。
【0203】
また、多階調マスクにより形成した複数(代表的には二種類)の厚さの領域を有するレジ
ストマスクを用いると、レジストマスクの数を減らすことができるため、工程簡略化、低
コスト化が図れる。
【0204】
次に、レジストマスクを除去する。レジストマスクを除去する際、酸素アッシングを行う
と、酸化物半導体層103の露呈されている領域に酸素が導入される。次いで、酸化物半
導体層103の一部に接する保護絶縁層となる第1の保護絶縁層107を形成する。第1
の保護絶縁層107は、代表的には酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜、酸化アルミニウム膜、
または酸化窒化アルミニウム膜などを用いる。勿論、第1の保護絶縁層107は透光性を
有する絶縁膜である。
【0205】
次いで、第1の保護絶縁層107を形成した後、加熱処理を行ってもよい。加熱処理は酸
素雰囲気下、又は窒素雰囲気下において、150℃以上350℃未満で行えばよい。該加
熱処理を行うと、酸化物半導体層103が第1の保護絶縁層107と接した状態で加熱さ
れることになり、さらに酸化物半導体層103を高抵抗化させてトランジスタの電気的特
性の向上および、電気的特性のばらつきを軽減することができる。この加熱処理(好まし
くは150℃以上350℃未満)は、第1の保護絶縁層107の形成後であれば特に限定
されず、他の工程、例えば樹脂膜形成時の加熱処理や、透光性を有する導電膜を低抵抗化
させるための加熱処理と兼ねることで、工程数を増やすことなく行うことができる。
【0206】
以上の工程で薄膜トランジスタ170が作製できる。
【0207】
次いで、第2の保護絶縁層131を形成する(図9(A)参照。)。第2の保護絶縁層1
31は、水分や、水素イオンや、OH

などの不純物を含まず、これらが外部から侵入す
ることをブロックする無機絶縁膜を用い、窒化珪素膜、窒化アルミニウム膜、窒化酸化珪
素膜、酸化窒化アルミニウム膜などを用いる。勿論、第2の保護絶縁層131は透光性を
有する絶縁膜である。
【0208】
また、第2の保護絶縁層131は、第2の保護絶縁層131の下方に設けるゲート絶縁層
102または下地となる絶縁膜と接する構成とすることが好ましく、基板の側面からの水
分や、水素イオンや、OH

などの不純物が侵入することをブロックする。特に、第2の
保護絶縁層131と接するゲート絶縁層102または下地となる絶縁膜を窒化珪素膜とす
ると有効である。
【0209】
次に、第4のフォトリソグラフィ工程を行い、レジストマスクを形成し、第1の保護絶縁
層107、第2の保護絶縁層131、及びゲート絶縁層102のエッチングによりドレイ
ン電極層105bに達するコンタクトホール125を形成する。また、ここでのエッチン
グにより第2の端子122に達するコンタクトホール127、第1の端子121に達する
コンタクトホール126も形成する。この段階での断面図を図9(B)に示す。なお、こ
の段階での平面図が図10に相当し、図10の線A1−A2、線B1−B2の鎖線で切断
した断面図が図9(B)に対応する。また、図10に示すように、ここでのエッチングに
より容量電極135に達するコンタクトホール124も形成する。
【0210】
次いで、レジストマスクを除去した後、透光性を有する導電膜を成膜する。透光性を有す
る導電膜の材料としては、酸化インジウム(In



)や酸化インジウム酸化スズ合金
(In



―SnO

、ITOと略記する)などをスパッタ法や真空蒸着法などを用い
て形成する。導電膜の他の材料として、窒素を含ませたAl−Zn−O系非単結晶膜、即
ちAl−Zn−O−N系非単結晶膜や、窒素を含ませたZn−O−N系非単結晶膜や、窒
素を含ませたSn−Zn−O−N系非単結晶膜を用いてもよい。なお、Al−Zn−O−
N系酸化物半導体膜の亜鉛の組成比(原子%)は、47原子%以下とし、酸化物半導体膜
中のアルミニウムの組成比(原子%)より大きく、酸化物半導体膜中のアルミニウムの組
成比(原子%)は、透光性を有する導電膜中の窒素の組成比(原子%)より大きい。この
ような材料のエッチング処理は塩酸系の溶液により行う。しかし、特にITOのエッチン
グは残渣が発生しやすいので、エッチング加工性を改善するために酸化インジウム酸化亜
鉛合金(In



―ZnO)を用いても良い。また、透光性を有する導電膜を低抵抗化
させるための加熱処理を行う場合、酸化物半導体層103を高抵抗化させてトランジスタ
の電気的特性の向上および、電気的特性のばらつきを軽減する熱処理と兼ねることができ
る。
【0211】
次に、第5のフォトリソグラフィ工程を行い、レジストマスクを形成し、エッチングによ
り不要な部分を除去して画素電極層110を形成する。なお、画素電極層110は、第1
の保護絶縁層107、及び第2の保護絶縁層131に形成されたコンタクトホールを介し
て容量電極135と電気的に接続する。
【0212】
また、この第5のフォトリソグラフィ工程において、第1の端子121及び第2の端子1
22をレジストマスクで覆い端子部に形成された透光性を有する導電膜128、129を
残す。透光性を有する導電膜128、129はFPCとの接続に用いられる電極または配
線となる。第1の端子121上に形成された透光性を有する導電膜128は、ゲート配線
の入力端子として機能する接続用の端子電極となる。第2の端子122上に形成された透
光性を有する導電膜129は、ソース配線の入力端子として機能する接続用の端子電極で
ある。
【0213】
次いで、レジストマスクを除去し、この段階での断面図を図9(C)に示す。なお、この
段階での平面図が図11に相当し、図11の線A1−A2、線B1−B2の鎖線で切断し
た断面図が図9(C)に対応する。また、本実施の形態では、画素電極層110が電気的
に接続されている薄膜トランジスタ170のチャネル形成領域及びゲート電極層101と
重なる例を示したが特に限定されず、薄膜トランジスタ170のチャネル形成領域が電気
的に接続されていない隣の画素の画素電極層と重なる構成としてもよい。薄膜トランジス
タ170のチャネル形成領域上に重なるように、透光性を有する導電膜、ここでは画素電
極層110を形成することによって、薄膜トランジスタの信頼性を調べるためのバイアス
−熱ストレス試験(以下、BT試験という)において、BT試験前後における薄膜トラン
ジスタ170のしきい値電圧の変化量を低減することができる。
【0214】
また、図12(A)、図12(B)は、この段階でのゲート配線端子部の平面図及び断面
図をそれぞれ図示している。図12(A)は図12(B)中のE1−E2線に沿った断面
図に相当する。図12(A)において、第1の保護絶縁層154及び第2の保護絶縁層1
57上に形成される透光性を有する導電膜155は、入力端子として機能する接続用の端
子電極である。また、図12(A)において、端子部では、ゲート配線と同じ材料で形成
される第1の端子151と、ソース配線と同じ材料で形成される接続電極層153とがゲ
ート絶縁層152を介して重なり、透光性を有する導電膜155で導通させている。なお
、図9(C)に図示した透光性を有する導電膜128と第1の端子121とが接触してい
る部分が、図12(A)の透光性を有する導電膜155と第1の端子151が接触してい
る部分に対応している。
【0215】
また、図12(C)、及び図12(D)は、図9(C)に示すソース配線端子部とは異な
るソース配線端子部の平面図及び断面図をそれぞれ図示している。また、図12(C)は
図12(D)中のF1−F2線に沿った断面図に相当する。図12(C)において、第1
の保護絶縁層154及び第2の保護絶縁層157上に形成される透光性を有する導電膜1
55は、入力端子として機能する接続用の端子電極である。また、図12(C)において
、端子部では、ゲート配線と同じ材料で形成される電極層156が、ソース配線と電気的
に接続される第2の端子150の下方にゲート絶縁層152を介して重なる。電極層15
6は第2の端子150とは電気的に接続しておらず、電極層156を第2の端子150と
異なる電位、例えばフローティング、GND、0Vなどに設定すれば、ノイズ対策のため
の容量または静電気対策のための容量を形成することができる。また、第2の端子150
は、第1の保護絶縁層154及び第2の保護絶縁層157を介して透光性を有する導電膜
155と電気的に接続している。
【0216】
ゲート配線、ソース配線、及び容量配線は画素密度に応じて複数本設けられるものである
。また、端子部においては、ゲート配線と同電位の第1の端子、ソース配線と同電位の第
2の端子、容量配線と同電位の第3の端子などが複数並べられて配置される。それぞれの
端子の数は、それぞれ任意な数で設ければ良いものとし、実施者が適宣決定すれば良い。
【0217】
こうして5回のフォトリソグラフィ工程により、5枚のフォトマスクを使用して、ボトム
ゲート型の薄膜トランジスタである薄膜トランジスタ170を有する画素薄膜トランジス
タ部、保持容量を完成させることができる。そして、これらを個々の画素に対応してマト
リクス状に配置して画素部を構成することによりアクティブマトリクス型の表示装置を作
製するための一方の基板とすることができる。本明細書では便宜上このような基板をアク
ティブマトリクス基板と呼ぶ。
【0218】
アクティブマトリクス型の液晶表示装置を作製する場合には、アクティブマトリクス基板
と、対向電極が設けられた対向基板との間に液晶層を設け、アクティブマトリクス基板と
対向基板とを固定する。なお、対向基板に設けられた対向電極と電気的に接続する共通電
極をアクティブマトリクス基板上に設け、共通電極と電気的に接続する第4の端子を端子
部に設ける。この第4の端子は、共通電極を固定電位、例えばGND、0Vなどに設定す
るための端子である。
【0219】
また、保持容量の構成は、本実施の形態に示す構成に限定されず、例えば容量配線を設け
ず、画素電極層を隣り合う画素のゲート配線と保護絶縁層及びゲート絶縁層を介して重ね
て保持容量を形成してもよい。
【0220】
また、アクティブマトリクス基板と対向基板との間に液晶層を設けて封止する方法は液晶
滴下法や液晶注入法などがある。アクティブマトリクス基板と対向基板との間に液晶層を
設け、FPC1924を貼り付けた液晶表示パネルの例を図13に示す。図13(A)に
おいて、表示パネル1908は、画素電極層が設けられた第1の基板1920と、第1の
基板1920と対向する第2基板1923をシール材1922で貼り合わせている。また
、シール材1922は表示部1921を囲むように形成されていて、第1の基板1920
と第2基板1923とシール材1922で囲まれた領域に液晶層が設けられている。図1
3(A)に示す表示パネル1908の液晶封止方法は、液晶滴下法を用い、減圧下での基
板貼り合わせを行っている。一対の基板間隔は、間隙材、具体的には、球状スペーサや柱
状スペーサ、またはシール材に含ませたフィラーなどによって保持される。なお、間隙材
は、表示パネル1908を駆動させる液晶モード(TNモード、VAモード、IPSモー
ドなど)によって適宜選択すればよい。ただし、IPSモードは第2の基板に電極を設け
なくともよいが、その他の液晶モードで第2の基板に対向電極を設ける場合が多く、その
場合、一対の基板を貼り付ける際に、対向電極と、第1の基板に設けられた端子電極との
導通を取るための接続も行う。
【0221】
また、図13(B)に図13(A)とは異なる液晶封止方法を用いて作製したパネルの構
成例を示す。なお、図13(B)において、図13(A)と共通な部分には同じ符号を用
いる。図13(B)に示す表示パネルは、第1のシール材1925で形成された液晶注入
口から液晶注入法などを用いて液晶を注入した後、液晶注入口を第2のシール材1926
で封止している。
【0222】
また、図13(C)に図13(A)とは異なるパネル構成の例を示す。なお、図13(C
)において、図13(A)と共通な部分には同じ符号を用いる。図13(C)のパネルは
、表示部を駆動させるための駆動IC1927が第1の基板1920に搭載されている。
駆動IC1927を第1の基板1920に搭載することで回路の集積化を行っている。
【0223】
また、必要であれば、図13(A)、図13(B)、図13(C)で示した表示パネルに
所望の光学フィルム、例えば、偏光子、反射防止フィルム、カラーフィルタなどを適宜設
ける。
【0224】
図13(C)に対応するアクティブマトリクス型の液晶表示装置のブロック図の構成につ
いて図14に示す。図14(A)には、基板1300上に設けられた表示部1301及び
基板1300外部より接続された駆動部1302の構成について示している。駆動部13
02は、信号線駆動回路1303、走査線駆動回路1304などから構成されている。表
示部1301には、複数の画素1305がマトリクス状に配置されている。
【0225】
図14(A)において、走査線駆動回路1304は、外部接続端子1309を介して、走
査線1306に走査信号を供給する。また信号線駆動回路1303は、外部接続端子13
09を介して、信号線1308にデータを供給する。この走査線1306からの走査信号
によって、画素1305が走査線1306の一行目から順に選択状態となるように走査信
号を供給する。
【0226】
なお、本実施の形態は、駆動部1302が基板1300外部に形成される場合であり、駆
動部1302は、TAB(Tape Automated Bonding)方式によっ
てFPC(Flexible Printed Circuit)に実装されることが可
能である。または、駆動部1302は、COG(Chip on Glass)方式によ
って基板1300に実装することが可能である。
【0227】
なお、本実施の形態は、駆動部1302が基板1300外部に形成される場合であり、駆
動部1302は、単結晶半導体を用いたトランジスタで形成する。したがって、駆動部1
302は、駆動周波数の向上、駆動電圧の低減による低消費電力化、出力信号のばらつき
の低減等の効果が得られる。なお、走査線駆動回路1304、信号線駆動回路1303か
らは外部接続端子1309を介して信号、電圧、又は電流などが入力されることとなる。
【0228】
なお図14(A)において、走査線駆動回路1304には、G

乃至G

のn本の走査線
1306が接続される。また信号線駆動回路1303には、画像の最小単位をRGB(R
:赤、G:緑、B:青)の3つの画素で構成する場合を考えたとき、Rに対応する信号線

R1
乃至S
Rm
のm本と、Gに対応する信号線S
G1
乃至信号線S
Gm
のm本と、Bに
対応するS
B1
乃至S
Bm
のm本の、計3m本の信号線が接続される。すなわち、図14
(B)に示すように画素1305は、色要素毎に信号線を配設し、各色要素を対応した画
素に信号線よりデータを供給することで所望の色を再現することが可能になる。
【0229】
また、図15に示すタイミングチャートは、1フレーム期間、行選択期間(表示装置の画
素1行のスキャン時間)に応じた期間に走査線1306(代表して、G

、G

)を選択
するための走査信号、及び信号線1308(代表して、S
R1
)のデータ信号、について
示している。
【0230】
なお、図14に示すブロック図において、各画素が具備するトランジスタは、薄膜トラン
ジスタ170であり、nチャネル型トランジスタである。そして、図15における説明に
おいてもnチャネル型トランジスタのオンまたはオフを制御する場合の画素の駆動につい
て説明するものである。
【0231】
図15のタイミングチャートにおいて、1画面分の画像を表示する期間に相当する1フレ
ーム期間を、画像を見る人が動画表示時の残像感を感じないように少なくとも1/120
秒(≒8.3ms)とし(より好ましくは1/240秒)、走査線の本数をn本として考
えると、1/(120×n)秒が行選択期間に相当するものとなる。ここで、走査線の本
数を2000本(4096×2160画素、3840×2160画素等のいわゆる4k2
k映像を想定)を有する表示装置を考えると、配線に起因する信号の遅延等を考慮しない
場合には、1/240000秒(≒4.2μs)が行選択期間に相当する。
【0232】
このように、走査線の本数を増やす、例えば2000本とする場合でも、各画素に配置す
る薄膜トランジスタ170は透光性を有しているため、高い開口率を実現することができ
る。
【0233】
アクティブマトリクス型の液晶表示装置(例えばTN方式)においては、マトリクス状に
配置された画素電極層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層と該画素電極層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、画素電極層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。
【0234】
TN方式の液晶表示装置は、一対の基板間で液晶が90°捻れて配向されており、偏光素
子の吸収軸方向をラビング方向とほぼ平行、またはほぼ直交となるように配置する。この
ようなTN方式の液晶表示装置は、画素電極層への電圧無印加時でバックライトなどの光
源からの入射光は光源側の偏光素子で直線偏光となり、この直線偏光は液晶層の捻れに沿
って伝播し、もう一方の偏光素子の透過軸が直線偏光の方位角と一致している場合は、直
線偏光は全て射出して白表示(ノーマリーホワイト表示)となる。
【0235】
また、フルカラー表示の液晶表示装置とする場合、カラーフィルタを設け、画素電極層へ
の電圧無印加時でカラー表示となる。また、画素電極層への電圧印加時は、光源からの入
射光は光源側の偏光素子で直線偏光となり、液晶層に含まれる液晶分子軸の平均的な配向
方向を示す単位ベクトルの向きは基板面とほぼ垂直な方向を向いているため、光源側の直
線偏光の方位角は変わらずに伝播し、もう一方の偏光素子の吸収軸と一致するため黒表示
となる。
【0236】
また、本実施の形態ではTN方式の液晶表示装置の一例を示したが、特に限定されず、様
々なモードの液晶表示装置に応用することができる。例えば、視野角特性を改善する方法
として、基板主表面に対して水平方向の電界を液晶層に印加する横電界方式(IPSとも
呼ぶ)に応用することができる。また、液晶材料として負の誘電率異方性を有するネマチ
ック液晶材料を用い、配向膜として垂直配向膜を用いる方法に応用することができる。こ
の垂直配向膜を用いる方法は、電圧制御複屈折(ECBとも呼ぶ)方式の一つであり、液
晶分子の複屈折性を利用して透過率を制御するものである。
【0237】
また、応答速度を改善する方法として、強誘電性液晶や反強誘電性液晶を用いて、動画表
示に対応できるように、液晶層の応答速度を向上させてもよい。
【0238】
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。
【0239】
また、OCB(Optical Compensate Birefringence)
モードを採用した透過型液晶表示装置に応用することもできる。OCBモードは、一対の
基板間の液晶層をベンド配向とよばれる状態とすることで液晶層の応答速度を向上させる
ものである。液晶層に接する第1の配向膜のプレチルト角と、液晶層に接する第2の配向
膜のプレチルト角を逆向きとしてベンド配向とする。なお、このOCBモードは、液晶層
を初期のスプレイ配向からベンド配向とよばれる状態に転移させる必要がある。
【0240】
また、垂直配向モードを採用した透過型液晶表示装置に応用することもできる。垂直配向
モードを採用した透過型液晶表示装置において、1画素を複数のサブピクセルとし、各サ
ブピクセルの中央に位置する対向基板に凸部を設けることで、1画素を配向分割(マルチ
ドメイン化)し、広視野角を実現する駆動方法としてもよい。この駆動方法はサブピクセ
ル駆動と呼ばれる。
【0241】
広視野角を実現するため、サブピクセル駆動を用い、1画素を複数のサブピクセルに分割
しても各画素に配置する薄膜トランジスタ170は透光性を有しているため、高い開口率
を実現することができる。
【0242】
また、液晶表示装置の動画表示において、液晶分子自体の応答が遅いため、残像が生じる
、または動画のぼけが生じるという問題がある。液晶表示装置の動画特性を改善するため
、全面黒表示を1フレームおきに行う、所謂、黒挿入と呼ばれる駆動技術がある。
【0243】
また、垂直同期周波数を1.5倍若しくは2倍以上にすることで動画特性を改善する、所
謂、倍速駆動と呼ばれる駆動技術もある。
【0244】
また、液晶表示装置の動画特性を改善するため、バックライトとして複数のLED(発光
ダイオード)光源または複数のEL光源などを用いて面光源を構成し、面光源を構成して
いる各光源を独立して1フレーム期間内で間欠点灯駆動する駆動技術もある。面光源とし
て、3種類以上のLEDを用いてもよいし、白色発光のLEDを用いてもよい。独立して
複数のLEDを制御できるため、液晶層の光学変調の切り替えタイミングに合わせてLE
Dの発光タイミングを同期させることもできる。この駆動技術は、LEDを部分的に消灯
することができるため、特に一画面を占める黒い表示領域の割合が多い映像表示の場合に
は、消費電力の低減効果が図れる。
【0245】
これらの駆動技術を組み合わせることによって、液晶表示装置の動画特性などの表示特性
を従来よりも改善することができる。
【0246】
本明細書に開示するnチャネル型のトランジスタは、酸化物半導体膜をチャネル形成領域
に用いており、良好な動特性を有するため、これらの駆動技術を組み合わせることができ
る。
【0247】
酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタで形成することにより、製造コストを低減するこ
とができる。特に、脱水化または脱水素化のための加熱処理によって、不純物である水分
などを低減して酸化物半導体膜の純度を高めるため、成膜チャンバー内の露点を下げた特
殊なスパッタ装置や超高純度の酸化物半導体ターゲットを用いなくとも、電気的特性が良
好で信頼性のよい薄膜トランジスタを有する半導体装置を作製することができる。
【0248】
チャネル形成領域の酸化物半導体層は高抵抗化領域であるので、薄膜トランジスタの電気
的特性は安定化し、オフ電流の増加などを防止することができる。よって、電気的特性が
良好で信頼性のよい薄膜トランジスタを有する半導体装置とすることが可能となる。
【0249】
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。
【0250】
(実施の形態7)
半導体装置として発光表示装置の例を示す。表示装置の有する表示素子としては、ここで
はエレクトロルミネッセンスを利用する発光素子を用いて示す。エレクトロルミネッセン
スを利用する発光素子は、発光材料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって
区別され、一般的に、前者は有機EL素子、後者は無機EL素子と呼ばれている。
【0251】
有機EL素子は、発光素子に電圧を印加することにより、一対の電極から電子および正孔
がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして、それらキャ
リア(電子および正孔)が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成
し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このよう
な発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
【0252】
無機EL素子は、その素子構成により、分散型無機EL素子と薄膜型無機EL素子とに分
類される。分散型無機EL素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有
するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−ア
クセプター再結合型発光である。薄膜型無機EL素子は、発光層を誘電体層で挟み込み、
さらにそれを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子遷移を利
用する局在型発光である。なお、ここでは、発光素子として有機EL素子を用いて説明す
る。
【0253】
図16は、半導体装置の例としてデジタル時間階調駆動を適用可能な画素構成の一例を示
す図である。
【0254】
デジタル時間階調駆動を適用可能な画素の構成及び画素の動作について説明する。ここで
は酸化物半導体層をチャネル形成領域に用いるnチャネル型のトランジスタを1つの画素
に2つ用いる例を示す。
【0255】
画素6400は、スイッチング用トランジスタ6401、駆動用トランジスタ6402、
発光素子6404及び容量素子6403を有している。スイッチング用トランジスタ64
01はゲートが走査線6406に接続され、第1電極(ソース電極及びドレイン電極の一
方)が信号線6405に接続され、第2電極(ソース電極及びドレイン電極の他方)が駆
動用トランジスタ6402のゲートに接続されている。駆動用トランジスタ6402は、
ゲートが容量素子6403を介して電源線6407に接続され、第1電極が電源線640
7に接続され、第2電極が発光素子6404の第1電極(画素電極層)に接続されている
。発光素子6404の第2電極は共通電極6408に相当する。共通電極6408は、同
一基板上に形成される共通電位線と電気的に接続される。
【0256】
なお、発光素子6404の第2電極(共通電極6408)には低電源電位が設定されてい
る。なお、低電源電位とは、電源線6407に設定される高電源電位を基準にして低電源
電位<高電源電位を満たす電位であり、低電源電位としては例えばGND、0Vなどが設
定されていても良い。この高電源電位と低電源電位との電位差を発光素子6404に印加
して、発光素子6404に電流を流して発光素子6404を発光させるため、高電源電位
と低電源電位との電位差が発光素子6404の順方向しきい値電圧以上となるようにそれ
ぞれの電位を設定する。
【0257】
なお、容量素子6403は駆動用トランジスタ6402のゲート容量を代用して省略する
ことも可能である。駆動用トランジスタ6402のゲート容量については、チャネル形成
領域とゲート電極との間で容量が形成されていてもよい。
【0258】
ここで、電圧入力電圧駆動方式の場合には、駆動用トランジスタ6402のゲートには、
駆動用トランジスタ6402が十分にオンするか、オフするかの二つの状態となるような
ビデオ信号を入力する。つまり、駆動用トランジスタ6402は線形領域で動作させる。
駆動用トランジスタ6402は線形領域で動作させるため、電源線6407の電圧よりも
高い電圧を駆動用トランジスタ6402のゲートにかける。なお、信号線6405には、
(電源線電圧+駆動用トランジスタ6402のVth)以上の電圧をかける。
【0259】
また、デジタル時間階調駆動に代えて、アナログ階調駆動を行う場合、信号の入力を異な
らせることで、図16と同じ画素構成を用いることができる。
【0260】
アナログ階調駆動を行う場合、駆動用トランジスタ6402のゲートに発光素子6404
の順方向電圧+駆動用トランジスタ6402のVth以上の電圧をかける。発光素子64
04の順方向電圧とは、所望の輝度とする場合の電圧を指しており、少なくとも順方向し
きい値電圧を含む。なお、駆動用トランジスタ6402が飽和領域で動作するようなビデ
オ信号を入力することで、発光素子6404に電流を流すことができる。駆動用トランジ
スタ6402を飽和領域で動作させるため、電源線6407の電位は、駆動用トランジス
タ6402のゲート電位よりも高くする。ビデオ信号をアナログとすることで、発光素子
6404にビデオ信号に応じた電流を流し、アナログ階調駆動を行うことができる。
【0261】
なお、図16に示す画素構成は、これに限定されない。例えば、図16に示す画素に新た
にスイッチ、抵抗素子、容量素子、トランジスタ又は論理回路などを追加してもよい。
【0262】
次に、発光素子の構成について、図17を用いて説明する。ここでは、駆動用TFTがn
型の場合を例に挙げて、画素の断面構造について説明する。図17(A)(B)(C)の
半導体装置に用いられる駆動用TFT7001、7011、7021は、実施の形態1で
示す薄膜トランジスタと同様に作製でき、酸化物半導体層を含む信頼性の高い薄膜トラン
ジスタである。また、実施の形態2又は実施の形態3で示す薄膜トランジスタを駆動用T
FT7001、7011、7021として適用することもできる。
【0263】
発光素子は発光を取り出すために少なくとも陽極又は陰極の一方が透明であればよい。そ
して、基板上に薄膜トランジスタ及び発光素子を形成し、基板とは逆側の面から発光を取
り出す上面射出や、基板側の面から発光を取り出す下面射出や、基板側及び基板とは反対
側の面から発光を取り出す両面射出構造の発光素子があり、画素構成はどの射出構造の発
光素子にも適用することができる。
【0264】
上面射出構造の発光素子について図17(A)を用いて説明する。
【0265】
図17(A)に、駆動用TFT7001がn型で、発光素子7002から発せられる光が
陽極7005側に抜ける場合の、画素の断面図を示す。図17(A)では、発光素子70
02の陰極7003と駆動用TFT7001が電気的に接続されており、陰極7003上
に発光層7004、陽極7005が順に積層されている。また、駆動用TFT7001は
窒化珪素膜や窒化アルミニウム膜である保護絶縁層7006で覆われ、さらに平坦化絶縁
膜7007で覆われている。陰極7003は仕事関数が小さく、なおかつ光を反射する導
電膜であれば様々の材料を用いることができる。例えば、Ca、Al、MgAg、AlL
i等が望ましい。そして発光層7004は、単数の層で構成されていても、複数の層が積
層されるように構成されていてもどちらでも良い。複数の層で構成されている場合、陰極
7003上に電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層の順に積層
する。なおこれらの層を全て設ける必要はない。陽極7005は光を透過する透光性を有
する導電性材料を用いて形成し、例えば酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化
タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チ
タンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物(以下、ITOと示す。)、インジ
ウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電膜
を用いても良い。
【0266】
また、陰極7003は隣り合う画素の陰極7008と、隔壁7009で絶縁されている。
また、隣り合う画素の陰極7008が駆動用TFT7001の酸化物半導体層とゲート絶
縁層と重なっている構成となっている。駆動用TFT7001のチャネル形成領域上に重
なるように、隣り合う画素の陰極7008を形成することによって、薄膜トランジスタの
信頼性を調べるためのバイアス−熱ストレス試験(以下、BT試験という)において、B
T試験前後における駆動用TFT7001のしきい値電圧の変化量を低減することができ
る。
【0267】
陰極7003及び陽極7005で発光層7004を挟んでいる領域が発光素子7002に
相当する。図17(A)に示した画素の場合、発光素子7002から発せられる光は、矢
印で示すように陽極7005側に射出する。
【0268】
次に、下面射出構造の発光素子について図17(B)を用いて説明する。駆動用TFT7
011がn型で、発光素子7012から発せられる光が陰極7013側に射出する場合の
、画素の断面図を示す。図17(B)では、駆動用TFT7011と電気的に接続された
透光性を有する導電膜7017上に、発光素子7012の陰極7013が成膜されており
、陰極7013上に発光層7014、陽極7015が順に積層されている。なお、陽極7
015が透光性を有する場合、陽極上を覆うように、光を反射または遮蔽するための遮蔽
膜7016が成膜されていてもよい。陰極7013は、図17(A)の場合と同様に、仕
事関数が小さい導電性材料であれば様々な材料を用いることができる。ただしその膜厚は
、光を透過する程度(好ましくは、5nm〜30nm程度)とする。例えば20nmの膜
厚を有するアルミニウム膜を、陰極7013として用いることができる。そして発光層7
014は、図17(A)と同様に、単数の層で構成されていても、複数の層が積層される
ように構成されていてもどちらでも良い。陽極7015は光を透過する必要はないが、図
17(A)と同様に、透光性を有する導電性材料を用いて形成することができる。そして
遮蔽膜7016は、例えば光を反射する金属等を用いることができるが、金属膜に限定さ
れない。例えば黒の顔料を添加した樹脂等を用いることもできる。
【0269】
また、陰極7013は隣り合う画素の陰極7018と、隔壁7019で絶縁されている。
また、隣り合う画素の陰極7018が駆動用TFT7011の酸化物半導体層とゲート絶
縁層と重なっている構成となっている。駆動用TFT7011のチャネル形成領域上に重
なるように、隣り合う画素の陰極7018を形成することによって、薄膜トランジスタの
信頼性を調べるためのバイアス−熱ストレス試験(以下、BT試験という)において、B
T試験前後における駆動用TFT7011のしきい値電圧の変化量を低減することができ
る。
【0270】
陰極7013及び陽極7015で、発光層7014を挟んでいる領域が発光素子7012
に相当する。図17(B)に示した画素の場合、発光素子7012から発せられる光は、
矢印で示すように陰極7013側に射出する。
【0271】
また、駆動用TFT7011は透光性を有しているため、発光素子7012の隣の画素の
発光素子から発せられる光は、矢印で示すように駆動用TFT7011を通過して陰極7
013側に射出する。
【0272】
次に、両面射出構造の発光素子について、図17(C)を用いて説明する。図17(C)
では、駆動用TFT7021と電気的に接続された透光性を有する導電膜7027上に、
発光素子7022の陰極7023が成膜されており、陰極7023上に発光層7024、
陽極7025が順に積層されている。陰極7023は、図17(A)の場合と同様に、仕
事関数が小さい導電性材料であれば様々な材料を用いることができる。ただしその膜厚は
、光を透過する程度とする。例えば20nmの膜厚を有するAlを、陰極7023として
用いることができる。そして発光層7024は、図17(A)と同様に、単数の層で構成
されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。陽極70
25は、図17(A)と同様に、透光性を有する導電性材料を用いて形成することができ
る。
【0273】
また、陰極7023は隣り合う画素の陰極7028と、隔壁7029で絶縁されている。
また、隣り合う画素の陰極7028が駆動用TFT7021の酸化物半導体層とゲート絶
縁層と重なっている構成となっている。駆動用TFT7021のチャネル形成領域上に重
なるように、隣り合う画素の陰極7028を形成することによって、薄膜トランジスタの
信頼性を調べるためのバイアス−熱ストレス試験(以下、BT試験という)において、B
T試験前後における駆動用TFT7021のしきい値電圧の変化量を低減することができ
る。
【0274】
陰極7023と、発光層7024と、陽極7025とが重なっている部分が発光素子70
22に相当する。図17(C)に示した画素の場合、発光素子7022から発せられる光
は、矢印で示すように陽極7025側と陰極7023側の両方に射出する。
【0275】
また、駆動用TFT7021は透光性を有しているため、発光素子7022の隣の画素の
発光素子から発せられる光は、矢印で示すように駆動用TFT7021を通過して陰極7
023側に射出する。
【0276】
また、本実施の形態では、画素電極層である陰極が隣り合う画素のTFTのチャネル形成
領域と重なる例を示したが特に限定されず、陰極が電気的に接続されているTFTのチャ
ネル形成領域と重なる構成としてもよい。
【0277】
なお、ここでは、発光素子として有機EL素子について述べたが、発光素子として無機E
L素子を設けることも可能である。
【0278】
なお、発光素子の駆動を制御する薄膜トランジスタ(駆動用TFT)と発光素子が電気的
に接続されている例を示したが、駆動用TFTと発光素子との間に電流制御用TFTが接
続されている構成であってもよい。
【0279】
なお半導体装置は、図17に示した構成に限定されるものではなく、本明細書に開示する
技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【0280】
以上の工程により、半導体装置として信頼性の高い発光表示装置(表示パネル)を作製す
ることができる。
【0281】
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。
【0282】
(実施の形態8)
実施の形態1乃至7のいずれか一に示す工程により作製される薄膜トランジスタを含む半
導体装置は、さまざまな電子機器(遊技機も含む)に適用することができる。電子機器と
しては、例えば、テレビジョン装置(テレビ、またはテレビジョン受信機ともいう)、コ
ンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラやデジタルビデオカメラなどのカメラ、デジ
タルフォトフレーム、携帯電話機(携帯電話、携帯電話装置ともいう)、携帯型ゲーム機
、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。
【0283】
図18(A)は、携帯電話機1000の一例を示している。携帯電話機1000は、筐体
1001に組み込まれた表示部1002の他、操作ボタン1003、外部接続ポート10
04、スピーカー1005、マイク1006などを備えている。
【0284】
図18(A)に示す携帯電話機1000は、表示部1002を指などで触れることで、情
報を入力することができる。また、電話を掛ける、或いはメールを打つなどの操作は、表
示部1002を指などで触れることにより行うことができる。
【0285】
表示部1002の画面は主として3つのモードがある。第1は、画像の表示を主とする表
示モードであり、第2は、文字等の情報の入力を主とする入力モードである。第3は表示
モードと入力モードの2つのモードが混合した表示+入力モードである。
【0286】
例えば、電話を掛ける、或いはメールを作成する場合は、表示部1002を文字の入力を
主とする文字入力モードとし、画面に表示させた文字の入力操作を行えばよい。この場合
、表示部1002の画面のほとんどにキーボードまたは番号ボタンを表示させることが好
ましい。
【0287】
また、携帯電話機1000内部に、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサを
有する検出装置を設けることで、携帯電話機1000の向き(縦か横か)を判断して、表
示部1002の画面表示を自動的に切り替えるようにすることができる。
【0288】
また、画面モードの切り替えは、表示部1002に触れること、又は筐体1001の操作
ボタン1003の操作により行われる。また、表示部1002に表示される画像の種類に
よって切り替えるようにすることもできる。例えば、表示部に表示する画像信号が動画の
データであれば表示モード、テキストデータであれば入力モードに切り替える。
【0289】
また、入力モードにおいて、表示部1002の光センサで検出される信号を検知し、表示
部1002のタッチ操作による入力が一定期間ない場合には、画面のモードを入力モード
から表示モードに切り替えるように制御してもよい。
【0290】
表示部1002は、イメージセンサとして機能させることもできる。例えば、表示部10
02に掌や指を触れて、掌紋、指紋等を撮像することで、本人認証を行うことができる。
また、表示部に近赤外光を発光するバックライトまたは近赤外光を発光するセンシング用
光源を用いれば、指静脈、掌静脈などを撮像することもできる。
【0291】
表示部1002には、実施の形態1に示す薄膜トランジスタを複数配置するが、薄膜トラ
ンジスタ及び配線は透光性を有しているため、表示部1002に光センサを設ける場合に
は入射光を薄膜トランジスタ及び配線が妨げないため有効である。また、表示部に近赤外
光を発光するバックライトまたは近赤外光を発光するセンシング用光源を用いる場合にお
いても薄膜トランジスタ及び配線が遮光しないため、好ましい。
【0292】
図18(B)も携帯電話機の一例である。図18(B)を一例とした携帯型情報端末は、
複数の機能を備えることができる。例えば電話機能に加えて、コンピュータを内蔵し、様
々なデータ処理機能を備えることもできる。
【0293】
図18(B)に示す携帯型情報端末は、筐体1800及び筐体1801の二つの筐体で
構成されている。筐体1800には、表示パネル1802、スピーカー1803、マイク
ロフォン1804、ポインティングデバイス1806、カメラ用レンズ1807、外部接
続端子1808などを備え、筐体1801には、キーボード1810、外部メモリスロッ
ト1811などを備えている。また、アンテナは筐体1801内部に内蔵されている。
【0294】
また、表示パネル1802はタッチパネルを備えており、図18(B)には映像表示され
ている複数の操作キー1805を点線で示している。
【0295】
また、上記構成に加えて、非接触ICチップ、小型記録装置などを内蔵していてもよい

【0296】
表示装置は、表示パネル1802に用いることができ、使用形態に応じて表示の方向が
適宜変化する。また、表示パネル1802と同一面上にカメラ用レンズ1807を備えて
いるため、テレビ電話が可能である。スピーカー1803及びマイクロフォン1804は
音声通話に限らず、テレビ電話、録音、再生などが可能である。さらに、筐体1800と
筐体1801は、スライドし、図18(B)のように展開している状態から重なり合った
状態とすることができ、携帯に適した小型化が可能である。
【0297】
外部接続端子1808はACアダプタ及びUSBケーブルなどの各種ケーブルと接続可能
であり、充電及びパーソナルコンピュータなどとのデータ通信が可能である。また、外部
メモリスロット1811に記録媒体を挿入し、より大量のデータ保存及び移動に対応でき
る。
【0298】
また、上記機能に加えて、赤外線通信機能、テレビ受信機能などを備えたものであって
もよい。
【0299】
図19(A)は、テレビジョン装置9600の一例を示している。テレビジョン装置96
00は、筐体9601に表示部9603が組み込まれている。表示部9603により、映
像を表示することが可能である。また、ここでは、スタンド9605により筐体9601
を支持した構成を示している。
【0300】
テレビジョン装置9600の操作は、筐体9601が備える操作スイッチや、別体のリモ
コン操作機9610により行うことができる。リモコン操作機9610が備える操作キー
9609により、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部9603に表示され
る映像を操作することができる。また、リモコン操作機9610に、当該リモコン操作機
9610から出力する情報を表示する表示部9607を設ける構成としてもよい。
【0301】
なお、テレビジョン装置9600は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機に
より一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線または無線に
よる通信ネットワークに接続することにより、一方向(送信者から受信者)または双方向
(送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など)の情報通信を行うことも可能である。
【0302】
表示部9603には、実施の形態1に示す透光性を有する薄膜トランジスタを複数配置す
るため、走査線の本数を増やす、例えば、走査線の本数を2000本(4096×216
0画素、3840×2160画素等のいわゆる4k2k映像を想定)として表示画像の高
精細化を図る場合においても開口率を高くすることができる。ただし、表示部9603の
サイズが10インチを超え、60インチ、さらには120インチとする場合には透光性を
有する配線の配線抵抗が問題となる恐れがあるため、走査線またはソース線に低抵抗な金
属配線を補助配線として設けることが好ましい。
【0303】
図19(B)は、デジタルフォトフレーム9700の一例を示している。例えば、デジタ
ルフォトフレーム9700は、筐体9701に表示部9703が組み込まれている。表示
部9703は、各種画像を表示することが可能であり、例えばデジタルカメラなどで撮影
した画像データを表示させることで、通常の写真立てと同様に機能させることができる。
【0304】
なお、デジタルフォトフレーム9700は、操作部、外部接続用端子(USB端子、US
Bケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など)、記録媒体挿入部などを備える構
成とする。これらの構成は、表示部と同一面に組み込まれていてもよいが、側面や裏面に
備えるとデザイン性が向上するため好ましい。例えば、デジタルフォトフレームの記録媒
体挿入部に、デジタルカメラで撮影した画像データを記憶したメモリを挿入して画像デー
タを取り込み、取り込んだ画像データを表示部9703に表示させることができる。
【0305】
また、デジタルフォトフレーム9700は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい
。無線により、所望の画像データを取り込み、表示させる構成とすることもできる。
【0306】
図20は携帯型遊技機であり、筐体9881と筐体9891の2つの筐体で構成されてお
り、連結部9893により、開閉可能に連結されている。筐体9881には表示部988
2が組み込まれ、筐体9891には表示部9883が組み込まれている。また、図20に
示す携帯型遊技機は、その他、スピーカー部9884、記録媒体挿入部9886、LED
ランプ9890、入力手段(操作キー9885、接続端子9887、センサ9888(力
、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、
音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい
又は赤外線を測定する機能を含むもの)、マイクロフォン9889)等を備えている。も
ちろん、携帯型遊技機の構成は上述のものに限定されず、少なくとも本明細書に開示する
半導体装置を備えた構成であればよく、その他付属設備が適宜設けられた構成とすること
ができる。図20に示す携帯型遊技機は、記録媒体に記録されているプログラム又はデー
タを読み出して表示部に表示する機能や、他の携帯型遊技機と無線通信を行って情報を共
有する機能を有する。なお、図20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。
【0307】
以上のように、透光性を有する薄膜トランジスタは、上記のような様々な電子機器の表
示部又は表示パネルに配置することができる。透光性を有する薄膜トランジスタを表示パ
ネルのスイッチング素子として用いることにより、高い開口率を有する表示部を備えた信
頼性の高い電子機器を提供することができる。
【0308】
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。
【符号の説明】
【0309】
100 基板
101 ゲート電極層
102 ゲート絶縁層
103 酸化物半導体層
105a ソース電極層
105b ドレイン電極層
107 第1の保護絶縁層
108 容量配線
110 画素電極層
121 端子
122 端子
124 コンタクトホール
125 コンタクトホール
126 コンタクトホール
127 コンタクトホール
128 透光性を有する導電膜
129 透光性を有する導電膜
131 第2の保護絶縁層
132 透光性を有する導電膜
133 第1の酸化物半導体層
134 第2の酸化物半導体層
135 容量電極
150 端子
151 端子
152 ゲート絶縁層
153 接続電極層
154 第1の保護絶縁層
155 透光性を有する導電膜
156 電極層
157 第2の保護絶縁層
170 薄膜トランジスタ
400 基板
401 ゲート電極層
402 ゲート絶縁層
403 酸化物半導体層
405a ソース電極層
405b ドレイン電極層
407 酸化物絶縁膜
430 第1の酸化物半導体層
431 第2の酸化物半導体層
440 薄膜トランジスタ
442 第2の酸化物半導体層
443 酸化物半導体層
444 第2の酸化物半導体層
450 基板
451 ゲート電極層
452 ゲート絶縁層
453 酸化物半導体層
455a ソース電極層
455b ドレイン電極層
457 酸化物絶縁膜
460 薄膜トランジスタ
470 薄膜トランジスタ
480 薄膜トランジスタ
481 酸化物半導体層
483 酸化物半導体層
1000 携帯電話機
1001 筐体
1002 表示部
1003 操作ボタン
1004 外部接続ポート
1005 スピーカー
1006 マイク
1300 基板
1301 表示部
1302 駆動部
1303 信号線駆動回路
1304 走査線駆動回路
1305 画素
1306 走査線
1308 信号線
1309 外部接続端子
1400 基板
1401 ゲート電極層
1402 ゲート絶縁層
1403 酸化物半導体層
1405a ソース電極層
1405b ドレイン電極層
1418 チャネル保護層
1430 薄膜トランジスタ
1800 筐体
1801 筐体
1802 表示パネル
1803 スピーカー
1804 マイクロフォン
1805 操作キー
1806 ポインティングデバイス
1807 カメラ用レンズ
1808 外部接続端子
1810 キーボード
1811 外部メモリスロット
1908 表示パネル
1920 基板
1921 表示部
1922 シール材
1923 基板
1924 FPC
1925 第1のシール材
1926 第2のシール材
1927 駆動IC
6400 画素
6401 スイッチング用トランジスタ
6402 駆動用トランジスタ
6403 容量素子
6404 発光素子
6405 信号線
6406 走査線
6407 電源線
6408 共通電極
7001 駆動用TFT
7002 発光素子
7003 陰極
7004 発光層
7005 陽極
7006 保護絶縁層
7007 平坦化絶縁膜
7008 陰極
7009 隔壁
7011 駆動用TFT
7012 発光素子
7013 陰極
7014 発光層
7015 陽極
7016 遮蔽膜
7017 透光性を有する導電膜
7018 陰極
7019 隔壁
7021 駆動用TFT
7022 発光素子
7023 陰極
7024 発光層
7025 陽極
7027 透光性を有する導電膜
7028 陰極
7029 隔壁
9600 テレビジョン装置
9601 筐体
9603 表示部
9605 スタンド
9607 表示部
9609 操作キー
9610 リモコン操作機
9700 デジタルフォトフレーム
9701 筐体
9703 表示部
9881 筐体
9882 表示部
9883 表示部
9884 スピーカー部
9885 操作キー
9886 記録媒体挿入部
9887 接続端子
9888 センサ
9889 マイクロフォン
9890 LEDランプ
9891 筐体
9893 連結部

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表示装置
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表示装置
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発光装置
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発光装置
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電子機器
株式会社半導体エネルギー研究所
表示装置
株式会社半導体エネルギー研究所
表示装置
株式会社半導体エネルギー研究所
蓄電装置
株式会社半導体エネルギー研究所
表示装置
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表示装置
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