CN112117285A - 显示装置、显示模块、电子设备及显示装置的制造方法 - Google Patents

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江口晋吾
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Abstract

本发明是一种包括第一绝缘层、第二绝缘层、第一晶体管、第二晶体管、第一发光二极管、第二发光二极管以及颜色转换层的显示装置。第一绝缘层位于第一晶体管及第二晶体管上。第一发光二极管及第二发光二极管位于第一绝缘层上。颜色转换层位于第二发光二极管上。颜色转换层具有将第二发光二极管所发射的光转换为波长更长的光的功能。第一晶体管及第二晶体管各自包括金属氧化物层及栅电极。金属氧化物层具有沟道形成区域。栅电极的顶面的高度与第二绝缘层的顶面的高度一致或大致一致。

Description

显示装置、显示模块、电子设备及显示装置的制造方法
技术领域
本发明的一个方式涉及一种显示装置、显示模块、电子设备及它们的制造方法。
注意，本发明的一个方式不局限于上述技术领域。作为本发明的一个方式的技术领域的例子，可以举出半导体装置、显示装置、发光装置、蓄电装置、存储装置、电子设备、照明装置、输入装置(例如，触摸传感器等)、输入输出装置(例如，触摸面板等)、它们的驱动方法或它们的制造方法。
背景技术
近年来，已提出了将微型发光二极管(Micro LED(Light Emitting Diode))用于显示元件的显示装置(例如，专利文献1)。将微型LED用于显示元件的显示装置具有高亮度、高对比度、长使用寿命等优点，因此作为新一代显示装置，对其的研究开发非常活跃。
[专利文献1]美国专利申请公开第2014/0367705号说明书
发明内容
在将微型LED用于显示元件的显示装置中，LED芯片的安装所需要的时间极长，所以制造成本的缩减是要解决的课题。例如，在取放方式中，在不同的晶片上分别制造红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)的LED，逐一切割出LED，并将其安装于电路板上。因此，显示装置的像素数越多，要安装的LED的个数越多，所以安装所需要的时间变长。此外，显示装置的分辨率越高，安装LED的难易度越高。
本发明的一个方式的目的之一是提供一种分辨率高的显示装置。本发明的一个方式的目的之一是提供一种显示质量高的显示装置。本发明的一个方式的目的之一是提供一种低功耗的显示装置。本发明的一个方式的目的之一是提供一种可靠性高的显示装置。
本发明的一个方式的目的之一是缩减将微型LED用于显示元件的显示装置的制造成本。本发明的一个方式的目的之一是以高成品率制造将微型LED用于显示元件的显示装置。
注意，上述目的的描述并不妨碍其他目的的存在。本发明的一个方式不一定需要实现所有上述目的。可以从说明书、附图、权利要求书的记载中抽取上述目的以外的目的。
本发明的一个方式是一种显示装置，该显示装置包括第一绝缘层、第二绝缘层、第一晶体管、第二晶体管、第一发光二极管、第二发光二极管及颜色转换层。第一晶体管与第一发光二极管电连接。第二晶体管与第二发光二极管电连接。第一绝缘层位于第一晶体管及第二晶体管上。第一发光二极管及第二发光二极管位于第一绝缘层上。颜色转换层位于第二发光二极管上。颜色转换层被构成为将第二发光二极管所发射的光转换为波长更长的光。第一晶体管及第二晶体管各自包括金属氧化物层及栅电极。金属氧化物层具有沟道形成区域。栅电极的顶面的高度与第二绝缘层的顶面的高度一致或大致一致。
第一晶体管优选还包括栅极绝缘层、第一导电层及第二导电层。金属氧化物层具有与第一导电层重叠的第一区域、与第二导电层重叠的第二区域以及第一区域和第二区域之间的第三区域。第一导电层及第二导电层在金属氧化物层上互相分开。第二绝缘层位于第一导电层及第二导电层上。第二绝缘层具有与第三区域重叠的开口。栅极绝缘层位于开口的内侧并与第二绝缘层的侧面及第三区域的顶面重叠。栅电极位于开口的内侧并隔着栅极绝缘层与第二绝缘层的侧面及第三区域的顶面重叠。
本发明的一个方式是一种显示装置，该显示装置包括第一绝缘层、第二绝缘层、第一导电层、第二导电层、第一晶体管、第二晶体管、第一发光二极管、第二发光二极管及颜色转换层。第一晶体管通过第一导电层与第一发光二极管电连接。第二晶体管通过第二导电层与第二发光二极管电连接。第一绝缘层位于第一晶体管及第二晶体管上。第一发光二极管及第二发光二极管位于第一绝缘层上。第一发光二极管包括与第一导电层接触的第一电极。第二发光二极管包括与第二导电层接触的第二电极。第一电极的顶面的高度及第二电极的顶面的高度与第二绝缘层的顶面的高度一致或大致一致。颜色转换层位于第二发光二极管上。颜色转换层被构成为将第二发光二极管所发射的光转换为波长更长的光。第一晶体管及第二晶体管各自包括金属氧化物层。金属氧化物层具有沟道形成区域。
颜色转换层优选与第二发光二极管接触。另外，优选的是，本发明的一个方式的显示装置还包括第二发光二极管和颜色转换层之间的第三绝缘层，颜色转换层与该第三绝缘层接触。
第一发光二极管及第二发光二极管各自优选为微型发光二极管。
第一发光二极管及第二发光二极管各自优选发射蓝色光。
优选的是，第一晶体管和第二晶体管具有沟道长度和沟道宽度的一方或双方彼此不同的结构。
本发明的一个方式的显示装置优选还包括驱动电路及第四绝缘层。优选的是，驱动电路包括电路晶体管，电路晶体管在半导体衬底中具有沟道形成区域，半导体衬底隔着第四绝缘层与第一晶体管、第二晶体管、第一发光二极管及第二发光二极管重叠。
本发明的一个方式的显示装置优选还包括颜色转换层上的着色层。此时，第二发光二极管所发射的光优选经过颜色转换层及着色层而被提取到显示装置的外部。
本发明的一个方式是一种包括具有上述任何结构的显示装置的模块，该模块安装有柔性印刷电路板(Flexible printed circuit，以下记为FPC)或TCP(Tape CarrierPackage：带载封装)等连接器或者利用COG(Chip On Glass：玻璃覆晶封装)方式或COF(Chip On Film：薄膜覆晶封装)方式等安装有集成电路(IC)。
本发明的一个方式是一种包括上述模块、天线、电池、框体、照相机、扬声器、麦克风及操作按钮中的至少一个的电子设备。
本发明的一个方式是一种显示装置的制造方法，包括如下步骤：在第一衬底上以矩阵状形成多个晶体管；在第二衬底上以矩阵状形成多个发光二极管；在第一衬底或第二衬底上形成与多个晶体管中的至少一个或者多个发光二极管中的至少一个电连接的第一导电体；以通过第一导电体使多个晶体管中的至少一个和多个发光二极管中的至少一个电连接的方式贴合第一衬底和第二衬底；通过剥离第二衬底使第一面露出；以及在第一面上形成颜色转换层，颜色转换层与多个发光二极管中的至少一个重叠，在形成多个晶体管的工序中至少进行一次平坦化处理。多个发光二极管中的至少一个优选是微型发光二极管。多个晶体管中的至少一个优选在沟道形成区域中包括金属氧化物。
根据本发明的一个方式，可以提供一种分辨率高的显示装置。根据本发明的一个方式，可以提供一种显示质量高的显示装置。根据本发明的一个方式，可以提供一种低功耗的显示装置。根据本发明的一个方式，可以提供一种可靠性高的显示装置。
根据本发明的一个方式，可以缩减将微型LED用于显示元件的显示装置的制造成本。根据本发明的一个方式，可以以高成品率制造将微型LED用于显示元件的显示装置。
注意，上述效果的描述并不妨碍其他效果的存在。本发明的一个方式不一定需要具有所有上述效果。可以从说明书、附图、权利要求书的记载中抽取上述效果以外的效果。
附图说明
图1是示出显示装置的例子的图；
图2A至图2C是示出显示装置的制造方法的例子的图；
图3A及图3B是示出显示装置的制造方法的例子的图；
图4A及图4B是示出显示装置的制造方法的例子的图；
图5A及图5B是示出显示装置的例子的图；
图6是示出显示装置的例子的图；
图7A及图7B是示出显示装置的例子的图；
图8A及图8B是示出显示装置的制造方法的例子的图；
图9A及图9B是示出显示装置的制造方法的例子的图；
图10A是示出半导体装置的例子的俯视图，图10B至图10D是示出半导体装置的例子的截面图；
图11A是示出半导体装置的例子的俯视图，图11B至图11D是示出半导体装置的例子的截面图；
图12是示出显示装置的像素的一个例子的电路图；
图13A是说明IGZO的结晶结构的分类的图，图13B是说明石英玻璃衬底的XRD光谱的图，图13C是说明结晶性IGZO膜的XRD光谱的图，图13D是说明石英玻璃衬底的纳米束电子衍射图案的图，图13E是说明结晶性IGZO膜的纳米束电子衍射图案的图。
图14A及图14B是示出电子设备的一个例子的图；
图15A及图15B是示出电子设备的一个例子的图；
图16A及图16B是示出电子设备的一个例子的图；
图17A至图17D是示出电子设备的例子的图；
图18A至图18F是示出电子设备的例子的图。
具体实施方式
参照附图对实施方式进行详细说明。注意，本发明不局限于以下说明，而所属技术领域的普通技术人员可以很容易地理解一个事实就是其方式及详细内容在不脱离本发明的宗旨及其范围的情况下可以被变换为各种形式。因此，本发明不应该被解释为仅限定在以下所示的实施方式所记载的内容中。
注意，在下面说明的发明结构中，在不同的附图中共同使用相同的附图标记来显示相同的部分或具有相同功能的部分，而省略反复说明。此外，当显示具有相同功能的部分时有时使用相同的阴影线，而不特别添加附图标记。
另外，为了便于理解，有时附图中示出的各结构的位置、大小及范围等并不显示其实际的位置、大小及范围等。因此，所公开的发明不一定局限于附图所公开的位置、大小、范围等。
另外，根据情况或状态，可以互相调换“膜”和“层”。例如，可以将“导电层”变换为“导电膜”。此外，可以将“绝缘膜”变换为“绝缘层”。
实施方式1
在本实施方式中，参照图1至图9B说明本发明的一个方式的显示装置。
[显示装置的概要]
本实施方式的显示装置包括作为显示元件的多个发光二极管及驱动显示元件的多个晶体管。
在本实施方式的显示装置中，各颜色的像素包括发射同一颜色的光的发光二极管。例如，在使用发射蓝色光的发光二极管的情况下，在蓝色像素中，发光二极管所发射的蓝色光被提取到显示装置的外部。并且，在红色、绿色等蓝色以外的颜色的像素中，发光二极管所发射的蓝色光被颜色转换层转换，成为波长比蓝色长的光而被提取到显示装置的外部。
在各颜色的像素包括发射同一颜色的光的发光二极管的显示装置的制造中，在衬底上只要制造一种发光二极管即可，因此与制造多种发光二极管的情况相比，可以使制造装置及工序简化。因此，可以降低将发光二极管安装到电路板的难易度。另外，可以降低将晶体管及发光二极管形成在同一衬底上的难易度。
在贴合彼此形成在不同衬底上的多个晶体管和多个发光二极管之后，剥离发光二极管一侧的衬底，在因剥离而露出的表面上以与发光二极管重叠的方式设置颜色转换层，由此制造本发明的一个方式的显示装置。
在本发明的一个方式的显示装置的制造方法中，一次性地贴合多个发光二极管和多个晶体管，因此与将发光二极管逐一安装于电路板的方法相比，可以缩短显示装置的制造时间。此外，即使在制造其像素数多的显示装置或高分辨率的显示装置的情况下，可以降低制造难易度。
本实施方式的显示装置具有使用发光二极管显示影像的功能。由于发光二极管是自发光元件，因此在作为显示元件使用发光二极管时，显示装置不需要背光，并也可以不设置偏振片。由此，可以减少显示装置的功耗，并可以实现显示装置的薄型化及轻量化。此外，因为作为显示元件使用发光二极管的显示装置具有高对比度及宽视角，所以可以得到高显示质量。另外，通过将无机材料用于发光材料，可以延长显示装置的使用寿命且提高可靠性。
在本实施方式中，特别说明作为发光二极管使用微型LED的情况的例子。另外，在本实施方式中，说明具有双异质结的微型LED。注意，对发光二极管没有特别的限制，例如，可以采用具有量子阱结的微型LED、使用纳米柱的LED等。
发光二极管的发射光的区域的面积优选为1mm2以下，更优选为10000μm2以下，进一步优选为3000μm2以下，进一步优选为700μm2以下。注意，在本说明书等中，有时将发射光的区域的面积为10000μm2以下的发光二极管记为微型LED。
显示装置所包括的晶体管优选在沟道形成区域中包含金属氧化物。使用金属氧化物的晶体管可以降低功耗。因此，通过将该晶体管与微型LED组合，可以实现功耗极低的显示装置。
特别是，本实施方式的显示装置优选包括栅电极的顶面的高度与绝缘层的顶面的高度一致或大致一致的晶体管。例如，通过采用CMP(Chemical Mechanical Polishing)法等进行平坦化处理，使栅电极的顶面和绝缘层的顶面平坦化来使栅电极的顶面的高度和绝缘层的顶面的高度一致。
很容易减小这种结构的晶体管的尺寸。通过减小晶体管的尺寸，可以减小像素的尺寸，从而可以提高显示装置的分辨率。
因为可以以很高的分辨率制造本实施方式的显示装置，所以可以将其适当地用于包括较小的显示部的电子设备。例如，作为这种电子设备，可以举出手表型或手镯型信息终端设备(可穿戴设备)或者可戴在头上的可穿戴设备诸如头戴显示器等VR(VirtualReality)用设备、眼镜型AR(Augmented Reality)用设备或MR(Mixed Reality)用设备等。
[显示装置的结构例子1]
图1示出显示装置100A的截面图。图2A至图4B示出显示装置100A的制造方法的截面图。
在本实施方式中，示出发光二极管110a设置在红色像素中且发光二极管110b设置在蓝色像素中的例子。
发光二极管110a和发光二极管110b具有同一结构，并发射同一颜色的光。在本实施方式中，以发光二极管110a及发光二极管110b发射蓝色光的情况为例进行说明。
如图1所示，包括在红色像素中的发光二极管110a所发射的光由颜色转换层CCR从蓝色转换为红色，由着色层CFR提高红色光的纯度，并发射到显示装置100A的外部。
虽然未图示，但是，同样地，包括在绿色像素中的发光二极管所发射的光由颜色转换层从蓝色转换为绿色，由绿色着色层提高绿色光的纯度，并发射到显示装置100A的外部。
另一方面，蓝色像素中的发光二极管110b所发射的光不经过颜色转换层而发射到显示装置100A的外部。
贴合图2A所示的LED衬底150A与图2B所示的电路板150B(图2C、图3A)，剥离发光二极管110a、110b一侧的衬底101(图3B、图4A)，在因剥离而露出的表面上设置颜色转换层CCR及着色层CFR等，由此制造图1所示的显示装置100A(图4B)。
以下，使用图2A至图4B说明显示装置100A的结构及制造方法。
图2A示出LED衬底150A的截面图。
LED衬底150A包括衬底101、发光二极管110a、发光二极管110b及保护层102。
发光二极管110a及发光二极管110b各自包括电极112、半导体层113、发光层114、半导体层115及电极116。
电极112与半导体层113电连接。电极116与半导体层115电连接。保护层102以覆盖衬底101、半导体层113、发光层114及半导体层115的方式设置。保护层102覆盖电极112的侧面及电极116的侧面，并包括与电极112的顶面及电极116的顶面重叠的开口。电极112的顶面及电极116的顶面在该开口中露出。
发光层114被夹在半导体层113和半导体层115之间。在发光层114中，电子和空穴键合而发射光。半导体层113和半导体层115中的一个是n型半导体层，另一个是p型半导体层。
包括半导体层113、发光层114及半导体层115的叠层结构以呈现红色、黄色、绿色或蓝色等的光的方式形成。例如，可以将镓-磷化合物、镓-砷化合物、镓-铝-砷化合物、铝-镓-铟-磷化合物、镓氮化物、铟-氮化镓化合物、硒-锌化合物等用于这些叠层结构。在本实施方式中，以具有发射蓝色光的结构的方式形成该叠层结构。
作为衬底101，例如可以使用蓝宝石(Al2O3)衬底、碳化硅(SiC)衬底、硅(Si)衬底、氮化镓(GaN)衬底等单晶衬底。
图2B示出电路板150B的截面图。
电路板150B包括衬底151、绝缘层152、晶体管120a、晶体管120b、导电层184a、导电层184b、导电层187、导电层189、绝缘层186、导电层190a、导电层190b、导电层190c及导电层190d。电路板150B还包括绝缘层162、绝缘层181、绝缘层182、绝缘层183及绝缘层185等绝缘层。虽然这些绝缘层中的一个或多个有时被看作晶体管的构成要素，但是在本实施方式中，不将其包括在晶体管的构成要素中地进行说明。
作为衬底151，可以使用：绝缘衬底诸如玻璃衬底、石英衬底、蓝宝石衬底、陶瓷衬底等；或者半导体衬底诸如以硅或碳化硅等为材料的单晶半导体衬底或多晶半导体衬底、硅锗等的化合物半导体衬底、SOI(Silicon On Insulator；绝缘体上硅)衬底等。
衬底151优选遮断可见光(对可见光具有非透过性)。在衬底151遮断可见光时，可以抑制光从外部进入到形成在衬底151上的晶体管120a、120b。但是，本发明的一个方式不局限于此，衬底151也可以对可见光具有透过性。
衬底151上设置有绝缘层152。绝缘层152被用作阻挡层，该阻挡层防止水或氢等杂质从衬底151扩散到晶体管120a、120b及氧从金属氧化物层165向绝缘层152一侧脱离。作为绝缘层152，例如可以使用与氧化硅膜相比氢或氧不容易扩散的膜诸如氧化铝膜、氧化铪膜、氮化硅膜等。
晶体管120a、120b包括导电层161、绝缘层163、绝缘层164、金属氧化物层165、一对导电层166、绝缘层167、导电层168等。
金属氧化物层165包括沟道形成区域。金属氧化物层165包括与一对导电层166中的一个重叠的第一区域、与一对导电层166中的另一个重叠的第二区域以及该第一区域和该第二区域之间的第三区域。
绝缘层152上设置有导电层161及绝缘层162，并且覆盖导电层161及绝缘层162地设置有绝缘层163及绝缘层164。金属氧化物层165设置在绝缘层164上。导电层161被用作栅电极，绝缘层163及绝缘层164被用作栅极绝缘层。导电层161隔着绝缘层163及绝缘层164与金属氧化物层165重叠。绝缘层163优选与绝缘层152同样地被用作阻挡层。与金属氧化物层165接触的绝缘层164优选使用氧化硅膜等氧化物绝缘膜。
在此，导电层161的顶面的高度与绝缘层162的顶面的高度一致或大致一致。例如，在绝缘层162中设置开口，并以填埋该开口的方式形成导电层161，然后通过CMP法等进行平坦化处理，从而可以使导电层161的顶面的高度和绝缘层162的顶面的高度一致。由此，可以缩小晶体管120a、120b的尺寸。
一对导电层166分开地设置在金属氧化物层165上。一对导电层166被用作源极及漏极。覆盖金属氧化物层165及一对导电层166地设置有绝缘层181，绝缘层181上设置有绝缘层182。绝缘层181及绝缘层182中设置有到达金属氧化物层165的开口，绝缘层167及导电层168埋入在该开口内部。该开口与上述第三区域重叠。绝缘层167与绝缘层181的侧面及绝缘层182的侧面重叠。导电层168隔着绝缘层167与绝缘层181的侧面及绝缘层182的侧面重叠。导电层168被用作栅电极，绝缘层167被用作栅极绝缘层。导电层168隔着绝缘层167与金属氧化物层165重叠。
在此，导电层168的顶面的高度与绝缘层182的顶面的高度一致或大致一致。例如，在绝缘层182中设置开口，以填埋该开口的方式形成绝缘层167及导电层168，然后进行平坦化处理，从而可以使导电层168的顶面的高度和绝缘层182的顶面的高度一致。由此，可以缩小晶体管120a、120b的尺寸。
而且，覆盖绝缘层182、绝缘层167及导电层168的顶面地设置有绝缘层183及绝缘层185。绝缘层181及绝缘层183优选与绝缘层152同样被用作阻挡层。通过由绝缘层181覆盖一对导电层166，可以抑制因包含在绝缘层182的氧而一对导电层166的氧化。
与一对导电层166中的一个及导电层187电连接的插头埋入在设置于绝缘层181、绝缘层182、绝缘层183及绝缘层185中的开口内。插头优选包括与该开口的侧面及一对导电层166中的一个的顶面接触的导电层184b及埋入在导电层184b的内侧的导电层184a。此时，作为导电层184b，优选使用氢及氧不容易扩散的导电材料。
绝缘层185上设置有导电层187，导电层187上设置有绝缘层186。绝缘层186设置有到达导电层187的开口，导电层189埋入在该开口内部。导电层189被用作使导电层187与导电层190a或导电层190c电连接的插头。
晶体管120a的一对导电层166中的一个通过导电层184a、导电层184b、导电层187及导电层189与导电层190a电连接。
同样地，晶体管120b的一对导电层166中的一个通过导电层184a、导电层184b、导电层187及导电层189与导电层190c电连接。
另外，作为可用于构成本实施方式的显示装置的各种导电层的材料，可以举出铝、钛、铬、镍、铜、钇、锆、钼、银、钽或钨等金属或以它们为主要成分的合金等。可以以单层或叠层结构使用包含这些材料的膜。例如，可以举出包含硅的铝膜的单层结构、在钛膜上层叠铝膜的两层结构、在钨膜上层叠铝膜的两层结构、在铜-镁-铝合金膜上层叠铜膜的两层结构、在钛膜上层叠铜膜的两层结构、在钨膜上层叠铜膜的两层结构、依次层叠钛膜或氮化钛膜、铝膜或铜膜以及钛膜或氮化钛膜的三层结构、以及依次层叠钼膜或氮化钼膜、铝膜或铜膜以及钼膜或氮化钼膜的三层结构等。另外，可以使用氧化铟、氧化锡或氧化锌等氧化物。另外，通过使用包含锰的铜，可以提高蚀刻时的形状的控制性，所以是优选的。
作为可用于构成本实施方式的显示装置的各种绝缘层的材料，例如可以举出如丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂、环氧树脂及硅酮树脂等树脂、如氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氮化硅或氧化铝等无机绝缘材料。
注意，在本说明书等中，氧氮化硅是指氧含量大于氮含量的物质。此外，氮氧化硅是指氮含量大于氧含量的物质。
另外，电路板150B也可以包括反射发光二极管的光的反射层及遮断该光的遮光层中的一个或两个。
如图2C及图3A所示，在设置在LED衬底150A上的发光二极管110a中，电极116与设置在电路板150B上的导电层190a电连接，电极112与设置在电路板150B上的导电层190b电连接。同样地，在设置在LED衬底150A上的发光二极管110b中，电极116与设置在电路板150B上的导电层190c电连接，电极112与设置在电路板150B上的导电层190d电连接。
例如，发光二极管110a的电极116与导电层190a通过导电体117a电连接。由此，可以电连接晶体管120a与发光二极管110a。同样地，发光二极管110b的电极116与导电层190c通过导电体117c电连接。由此，可以电连接晶体管120b与发光二极管110b。电极116被用作发光二极管110a、110b的像素电极。
此外，发光二极管110a的电极112与导电层190b通过导电体117b电连接。发光二极管110b的电极112与导电层190d通过导电体117d电连接。电极112被用作发光二极管110a、110b的公共电极。
例如，导电体117a至117d可以适当地使用银、碳、铜等的导电膏、金、焊料等的凸块。此外，与导电体117a至117d中的任意个连接的电极112、116及导电层190a、190b、190c、190d各自优选使用与导电体117a至117d的接触电阻低的导电材料。例如，在导电体117a至117d使用银膏时，如果与它们连接的导电材料是铝、钛、铜、银(Ag)、钯(Pd)和铜(Cu)的合金(Ag-Pd-Cu(APC))等，则接触电阻低，所以是优选的。
图2C示出将导电体117a至117d设置在电路板150B一侧，并贴合LED衬底150A和电路板150B的例子。或者，也可以在LED衬底150A一侧设置导电体117a至117d，并贴合LED衬底150A和电路板150B。
多个发光二极管也可以电连接到一个晶体管。
优选LED衬底150A与电路板150B之间填充有填充层125。通过填充层125可以提高各发光二极管与电路板150B的密接性(接合强度)。作为填充层125，例如可以使用丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂、环氧树脂、硅酮树脂等各种树脂。
另外，有时发生发光二极管所发射的光经过填充层125到达相邻的像素而发射到显示装置的外部的现象(也称为串扰)。于是，优选将黑色树脂、茶色树脂等被着色的树脂用于填充层125。例如，可以将包括碳黑的树脂用于填充层125。由此，可以抑制向相邻的像素的漏光来提高显示装置的显示质量。
另外，当在后面的工序中利用激光剥离衬底101时，填充层125优选吸收该激光。由此，可以抑制激光给形成在电路板150B上的各种电路及元件带来的损伤。
在贴合LED衬底150A与电路板150B之后，优选剥离衬底101。对衬底101的剥离方法没有限制。
在图3B中，示出对衬底101的整个表面照射激光128的例子。例如，在将蓝宝石衬底用于衬底101且将氮化镓用于半导体层113的情况下，作为激光128照射紫外光，由此可以剥离衬底101(图4A)。
作为激光，可以使用准分子激光、固体激光等。例如，也可以使用半导体泵浦固体激光(DPSS)。
此外，也可以在衬底101和发光二极管110a、110b之间设置剥离层。在剥离衬底101之后，也可以使发光二极管110a、110b露出，又可以使该剥离层露出。剥离层也可以是显示装置100A的构成要素之一。
剥离层可以使用有机材料或无机材料形成。
作为可用于剥离层的有机材料，例如可以举出聚酰亚胺树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺酰胺树脂、硅氧烷树脂、苯并环丁烯类树脂、酚醛树脂等。
作为能够用于剥离层的无机材料，可以举出包含选自钨、钼、钛、钽、铌、镍、钴、锆、锌、钌、铑、钯、锇、铱及硅中的元素的金属、包含该元素的合金或包含该元素的化合物等。包含硅的层的结晶结构可以是非晶、微晶或多晶中的任一种。
接着，如图4B所示，在发光二极管110a上形成颜色转换层CCR。并且，优选在颜色转换层CCR上形成红色着色层CFR。
颜色转换层CCR具有将蓝色光转换为红色光的功能。颜色转换层CCR可以与发光二极管110a接触地设置。或者，也可以在发光二极管110a与颜色转换层CCR之间设置绝缘层。
另外，也可以在发光二极管110b上形成蓝色着色层。在设置蓝色着色层时，可以提高蓝色光的纯度。在不设置蓝色着色层时，可以使制造工序简化。
作为颜色转换层优选使用荧光体或量子点(QD：Quantum dot)。特别是，量子点的发射光谱的峰宽窄，因此可以得到色纯度高的发光。因此，能够提高显示装置的显示质量。
颜色转换层通过液滴喷射法(例如，喷墨法)、涂敷法、压印(imprint)法及各种印刷法(丝网印刷法、胶印法)等形成。另外，也可以使用量子点薄膜等的颜色转换膜。
在对成为颜色转换层的膜进行加工时，优选使用光刻法。在光刻法中有如下方法：在要进行加工的薄膜上形成抗蚀剂掩模，通过蚀刻等对该薄膜进行加工，并去除抗蚀剂掩模的方法；以及在形成感光性薄膜之后，进行曝光及显影来将该薄膜加工为所希望的形状的方法。例如，使用混合光致抗蚀剂与量子点而成的材料形成薄膜，通过光刻法对该薄膜进行加工，由此可以形成岛状颜色转换层。
作为构成量子点的材料，没有特别的限制，例如可以举出第14族元素、第15族元素、第16族元素、包含多个第14族元素的化合物、属于第4族至第14族的元素和第16族元素的化合物、第2族元素和第16族元素的化合物、第13族元素和第15族元素的化合物、第13族元素和第17族元素的化合物、第14族元素和第15族元素的化合物、第11族元素和第17族元素的化合物、氧化铁类、氧化钛类、硫系尖晶石(spinel chalcogenide)类、各种半导体簇等。
具体而言，可以举出硒化镉、硫化镉、碲化镉、硒化锌、氧化锌、硫化锌、碲化锌、硫化汞、硒化汞、碲化汞、砷化铟、磷化铟、砷化镓、磷化镓、氮化铟、氮化镓、锑化铟、锑化镓、磷化铝、砷化铝、锑化铝、硒化铅、碲化铅、硫化铅、硒化铟、碲化铟、硫化铟、硒化镓、硫化砷、硒化砷、碲化砷、硫化锑、硒化锑、碲化锑、硫化铋、硒化铋、碲化铋、硅、碳化硅、锗、锡、硒、碲、硼、碳、磷、氮化硼、磷化硼、砷化硼、氮化铝、硫化铝、硫化钡、硒化钡、碲化钡、硫化钙、硒化钙、碲化钙、硫化铍、硒化铍、碲化铍、硫化镁、硒化镁、硫化锗、硒化锗、碲化锗、硫化锡、硒化锡、碲化锡、氧化铅、氟化铜、氯化铜、溴化铜、碘化铜、氧化铜、硒化铜、氧化镍、氧化钴、硫化钴、氧化铁、硫化铁、氧化锰、硫化钼、氧化钒、氧化钨、氧化钽、氧化钛、氧化锆、氮化硅、氮化锗、氧化铝、钛酸钡、硒锌镉的化合物、铟砷磷的化合物、镉硒硫的化合物、镉硒碲的化合物、铟镓砷的化合物、铟镓硒的化合物、铟硒硫化合物、铜铟硫的化合物以及它们的组合等。此外，也可以使用以任意比率表示组成的所谓的合金型量子点。
作为量子点的结构，有核型、核壳(Core Shell)型、核多壳(Core Multishell)型等。另外，在量子点中，由于表面原子的比例高，因此反应性高而容易发生凝聚。因此，量子点的表面优选附着有保护剂或设置有保护基。通过附着有保护剂或设置有保护基，可以防止凝聚而提高对溶剂的溶解性。此外，还可以通过降低反应性来提高电稳定性。
量子点其尺寸越小带隙越大，因此适当地调节其尺寸以获得所希望的波长的光。随着结晶尺寸变小，量子点的发光向蓝色一侧(即，向高能量一侧)迁移，因此，通过改变量子点的尺寸，可以在涵盖紫外区域、可见光区域和红外区域的光谱的波长区域中调节其发光波长。量子点的尺寸(直径)为例如0.5nm以上且20nm以下，优选为1nm以上且10nm以下。量子点其尺寸分布越小发射光谱越窄，因此可以获得色纯度高的发光。另外，对量子点的形状没有特别的限制，可以为球状、棒状、圆盘状、其他的形状。为棒状量子点的量子杆具有呈现有指向性的光的功能。
着色层是使特定的波长区域的光透过的有色层。例如，可以使用使红色、绿色、蓝色或黄色的波长区域的光透过的滤色片等。作为可以用于着色层的材料，可以举出金属材料、树脂材料、包含有颜料或染料的树脂材料等。
通过上述步骤，可以制造图1所示的显示装置100A。
图5A示出显示装置100B的截面图。
显示装置100B与显示装置100A的不同之处在于：显示装置100B包括绝缘层188、绝缘层103、遮光层BM、着色层CFB及保护层126。其他结构与显示装置100A相同。
此外，在显示装置100B中，绝缘层185上设置有导电层187及绝缘层186。导电层187上设置有绝缘层188。在此，导电层187的顶面的高度与绝缘层186的顶面的高度一致或大致一致。例如，在绝缘层186中设置开口，并以填埋该开口的方式形成导电层187，然后进行平坦化处理，从而可以使导电层187的顶面的高度和绝缘层186的顶面的高度一致。绝缘层188设置有到达导电层187的开口，导电层189埋入在该开口内部中。
显示装置100B在发光二极管110a与颜色转换层CCR之间包括绝缘层103。作为绝缘层103，例如可以举出上述剥离层、发光二极管110a、110b的保护层。
优选相邻的像素之间设置有遮光层BM。在图5A中示出一个例子，其中，绝缘层103上设置有遮光层BM，覆盖遮光层BM的端部并在与发光二极管110a重叠的位置上设置有颜色转换层CCR，覆盖遮光层BM的端部并在与发光二极管110b重叠的位置上设置有着色层CFB。通过设置遮光层BM，例如，可以抑制如下现象：发光二极管110a所发射的光不经过颜色转换层CCR或着色层CFR而经过保护层102、绝缘层103等发射到显示装置100B的外部。
在显示装置100B中，发光二极管110b上设置有蓝色着色层CFB。蓝色像素中的发光二极管110b所发射的蓝色光的纯度被着色层CFB提高，该光被发射到显示装置100B的外部。
保护层126也可以以覆盖颜色转换层及着色层的方式设置。保护层126可以使用丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂、环氧树脂、硅酮树脂等树脂、氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氮化硅、氧化铝等无机绝缘材料。另外，作为保护层126也可以使用树脂薄膜等薄膜。
接着，图5B示出显示装置100C的截面图。
示出在显示装置100C中晶体管120a和晶体管120b的沟道长度互不相同的例子。其他结构与显示装置100A同样。
驱动发光二极管110a的晶体管120a和驱动发光二极管110b的晶体管120b的尺寸、沟道长度、沟道宽度及结构等中的至少一个可以互不相同。
根据用来以所希望的亮度发光的电流量，可以改变呈现不同颜色的子像素的各晶体管的沟道长度和沟道宽度中的一方或双方。
接着，图6示出显示装置100D的截面图。
显示装置100D包括在衬底131中具有沟道形成区域的晶体管(晶体管130a、130b)和在金属氧化物中具有沟道形成区域的晶体管(晶体管120a、120b)的叠层。
作为衬底131，优选使用单晶硅衬底。就是说，显示装置100D优选包括沟道形成区域中含有硅的晶体管(以下，也称为Si晶体管)以及将金属氧化物用于沟道形成区域的晶体管(以下，也称为OS晶体管)的双方。
晶体管130a、130b包括导电层135、绝缘层134、绝缘层136、一对低电阻区域133。导电层135被用作栅极。绝缘层134位于导电层135和衬底131之间，并被用作栅极绝缘层。绝缘层136覆盖导电层135的侧面地设置，并被用作侧壁。一对低电阻区域133是衬底131中的掺杂有杂质的区域，其中一个被用作晶体管的源极，另一个被用作晶体管的漏极。
此外，在相邻的两个晶体管之间以埋入衬底131中的方式设置有元件分离层132。
覆盖晶体管130a、130b地设置有绝缘层139，绝缘层139上设置有导电层138。导电层138通过埋入在绝缘层139的开口中的导电层137与一对低电阻区域133中的一个电连接。就是说，导电层137被用作电连接导电层138和一对低电阻区域133中的一个的插头。此外，覆盖导电层138地设置有绝缘层141，绝缘层141上设置有导电层142。导电层138及导电层142各自被用作布线。此外，覆盖导电层142地设置有绝缘层143及绝缘层152，绝缘层152上设置有晶体管120a、120b。从绝缘层152到着色层CFR的叠层结构与显示装置100A同样，所以省略详细的说明。
晶体管120a、120b、130a、130b可以被用作构成像素电路的晶体管或构成用来驱动该像素电路的驱动电路(栅极驱动器和源极驱动器中的一个或两个)的晶体管。另外，晶体管120a、120b、130a、130b可以被用作构成运算电路及存储电路等各种电路的晶体管。
例如，作为像素电路及栅极驱动器的晶体管可以使用为OS晶体管的晶体管120a、120b，作为源极驱动器的晶体管可以使用为Si晶体管的晶体管130a、130b。或者，作为像素电路可以使用为OS晶体管的晶体管120a、120b，作为栅极驱动器及源极驱动器的晶体管可以使用为Si晶体管的晶体管130a、130b。
通过采用这种结构，在发光二极管的正下除形成像素电路外还可以形成驱动电路等，因此与在显示部的外侧设置驱动电路的情况相比，可以使显示装置小型化。另外，可以实现窄边框(非显示区域窄)的显示装置。
如上所述，在本发明的一个方式的显示装置中，可以一次贴合多个发光二极管和多个晶体管，因此可以实现显示装置的制造成本的缩减及成品率的提高。此外，通过组合微型LED和使用金属氧化物的晶体管，可以实现功耗得到减少的显示装置。
[显示装置的结构例子2]
图7A示出显示装置100E的截面图，图7B示出显示装置100F的截面图。
显示装置100E及显示装置100F都在电路板上直接形成发光二极管来制造。
在此，由于晶格常数的不同，因此很难在同一衬底上制造各颜色的发光二极管。在本实施方式的显示装置中，通过组合一种发光二极管和颜色转换层进行全彩色显示。因此，在衬底上制造的发光二极管可以是一种。因此，本实施方式的显示装置在电路板上直接形成发光二极管来制造。
显示装置100E及显示装置100F中的衬底151至导电层189的结构与图2B所示的电路板150B相同，所以省略详细说明。
导电层189及绝缘层186上设置有绝缘层122、以及发光二极管的电极112及电极116。
例如，发光二极管110c的电极112与导电层189接触并电连接。由此，可以电连接晶体管120a与发光二极管110c。在显示装置100E及显示装置100F中，电极112被用作发光二极管110c、110d的像素电极。另外，电极116被用作发光二极管110c、110d的公共电极。
在此，电极112、116及绝缘层122各自的顶面高度一致或大致一致。例如，在绝缘层122中形成开口，以填埋该开口的方式形成电极112、116，然后进行平坦化处理，由此可以使电极112、116及绝缘层122的顶面的高度一致。因此，可以在平坦的表面上形成半导体层113、发光层114及半导体层115。
半导体层113设置在电极112上。半导体层113与电极112电连接。半导体层113上设置有发光层114，发光层114上设置有半导体层115。
以覆盖半导体层113、发光层114及半导体层115的方式设置有绝缘层123。绝缘层123中形成有到达半导体层115的开口以及到达电极116的开口，在该开口的内部埋入导电层124a、124b。
导电层124a、124b及绝缘层123上设置有导电层127。导电层124a被用作电连接半导体层115和导电层127的插头。导电层124b被用作电连接导电层127和电极116的插头。半导体层115通过导电层124a、导电层127及导电层124b与电极116电连接。
相邻的像素之间设置有遮光层BM。在图7A及图7B中示出一个例子，其中，绝缘层123上设置有遮光层BM，覆盖遮光层BM的端部并在与发光二极管110c重叠的位置上设置有颜色转换层CCR，颜色转换层CCR上设置有红色着色层CFR。通过设置遮光层BM，例如，可以抑制如下现象：发光二极管110c所发射的光不经过颜色转换层CCR或着色层CFR而经过绝缘层123等发射到显示装置100E、100F的外部。
此外，如图7B所示，也可以在绝缘层123中形成围绕发光二极管的开口，在该开口中埋入遮光层BM。由此，可以抑制发光二极管的发光到达相邻的像素，来提高显示装置100F的显示质量。
[显示装置的结构例子3]
使用图8A、图8B说明显示装置100G的结构及制造方法。另外，使用图8A、图9A、图9B说明显示装置100H的结构及制造方法。
显示装置100G及显示装置100H都在LED衬底上直接形成包括晶体管等的电路来制造。
如上所述，在本实施方式的显示装置中，通过组合一种发光二极管和颜色转换层进行全彩色显示。因此，可以在一个衬底上形成所有像素的发光二极管。因此，可以在该衬底上还直接形成包括晶体管等的电路，来制造本实施方式的显示装置。
在制造显示装置100G及显示装置100H时，首先，如图8A所示，形成衬底101至导电层187的叠层结构。
显示装置100G及显示装置100H中的衬底101至保护层102的结构与图2A所示的LED衬底150A相同，所以省略详细说明。
保护层102上设置有绝缘层104。绝缘层104中形成有到达半导体层113的开口以及到达半导体层115的开口，在该开口的内部埋入导电层118a、118b。
导电层118a、118b及绝缘层104各自的顶面高度一致或大致一致。因此，可以在平坦的表面上形成电极112及电极116，甚至可以形成晶体管120a、120b等。
绝缘层104上设置有发光二极管的电极112、116及绝缘层106。导电层118a被用作电连接半导体层113和电极112的插头。导电层118b被用作电连接半导体层115和电极116的插头。
另外，在显示装置100G及显示装置100H中，电极116被用作发光二极管110a、110b的像素电极。另外，电极112被用作发光二极管110a、110b的公共电极。
电极112、116及绝缘层106各自的顶面高度一致或大致一致。因此，可以在平坦的表面上形成晶体管120a、120b等。
绝缘层106、电极112及电极116上设置有绝缘层108及绝缘层152。绝缘层108及绝缘层152形成有到达电极116的开口，在该开口的内部埋入电连接电极116和晶体管的插头。插头优选包括与该开口的侧面及电极116的顶面接触的导电层107b及埋入在导电层107b的内侧的导电层107a。此时，作为导电层107b，优选使用氢及氧不容易扩散的导电材料。
除了包括导电层161a、导电层184c、184d这一点以外，显示装置100G及显示装置100H中的绝缘层152至导电层187的结构与图2B所示的电路板150B相同。
导电层161a可以以与晶体管的导电层161相同的材料及相同的工序形成。导电层184c可以以与导电层184a相同的材料及相同的工序形成。导电层184d可以以与导电层184b相同的材料及相同的工序形成。
绝缘层163、绝缘层164、绝缘层181、绝缘层182、绝缘层183及绝缘层185中形成有到达导电层161a的开口，在该开口的内部埋入电连接导电层187和导电层161a的插头。该插头包括上述导电层184c及导电层184d。
晶体管的一对导电层166中的一个通过导电层184a、导电层184b、导电层187、导电层184c、导电层184d、导电层161a、导电层107a及导电层107b与电极116电连接。
在形成图8A所示的叠层结构之后，如图8B所示，在与发光二极管110a重叠的位置上还形成颜色转换层CCR，在颜色转换层CCR上形成红色着色层CFR，由此制造显示装置100G。
可以在绝缘层183上设置绝缘层186，也可以在绝缘层186上形成颜色转换层CCR。
如图8B所示，发光二极管110a所发射的光经过保护层102、绝缘层104至绝缘层186的多个绝缘层入射到颜色转换层CCR，被颜色转换层CCR从蓝色转换为红色，由着色层CFR提高红色光的纯度，被发射到显示装置100G的外部。
如图8B所示，发光二极管110b所发射的蓝色光经过保护层102、绝缘层104至绝缘层186的多个绝缘层而被发射到显示装置100G的外部。
在形成图8A所示的叠层结构之后，剥离衬底101(图9A)，使用粘合层192将设置有着色层CFR及颜色转换层CCMR等的衬底191贴合到因剥离而露出的表面，由此可以制造图9B所示的显示装置100H。
作为粘合层192，可以使用紫外线固化粘合剂等光固化粘合剂、反应固化粘合剂、热固化粘合剂、厌氧粘合剂等各种固化粘合剂。此外，也可以使用粘合薄片等。
此外，也可以使用粘合层192将设置有着色层CFR及颜色转换层CCMR等的衬底191贴合到衬底101。也就是说，也可以不剥离衬底101。
此时，优选通过抛光等减薄衬底101的厚度。由此，可以提高发光二极管所发射的光的提取效率。此外，还可以实现显示装置的薄型化、轻量化。
如图9B所示，发光二极管110a所发射的光经过粘合层192入射到颜色转换层CCR，由颜色转换层CCR从蓝色转换为红色，由着色层CFR提高红色光的纯度，并发射到显示装置100H的外部。
如图9B所示，发光二极管110b所发射的蓝色光经过粘合层192发射到显示装置100H的外部。
如上所述，在本发明的一个方式的显示装置中，可以一次性地贴合多个发光二极管与多个晶体管。另外，可以在电路板上直接形成发光二极管来制造本发明的一个方式的显示装置。另外，可以在形成有发光二极管的衬底上直接形成晶体管等来制造本发明的一个方式的显示装置。因此，可以缩减显示装置的制造成本并提高成品率。
此外，通过组合微型LED和使用金属氧化物的晶体管，可以实现功耗得到减少的显示装置。
本实施方式可以与其他实施方式适当地组合。此外，在本说明书中，在一个实施方式中示出多个结构例子的情况下，可以适当地组合该结构例子。
实施方式2
在本实施方式中，使用图10A至图10D以及图11A至图11D说明可用于本发明的一个方式的显示装置的晶体管的结构例子。
由于可以减小本实施方式的晶体管尺寸，因此容易提高显示装置的分辨率并将其适用于包括较小的显示部的电子设备。
在本说明书等中，晶体管是指至少包括栅极、漏极以及源极这三个端子的元件。晶体管在漏极(漏极端子、漏区域或漏电极)与源极(源极端子、源区域或源电极)之间具有形成沟道的区域(沟道形成区域)，并且通过沟道形成区域电流能够流过源极和漏极之间。注意，在本说明书等中，沟道形成区域是指电流主要流过的区域。
在使用极性不同的晶体管的情况或电路工作中的电流方向变化的情况等下，源极及漏极的功能有时互相调换。因此，在本说明书等中，有时源极和漏极可以相互调换。
沟道长度例如是指晶体管的俯视图中的半导体(或在晶体管处于导通状态时，在半导体中电流流过的部分)和栅电极互相重叠的区域或者沟道形成区域中的源极(源区域或源电极)和漏极(漏区域或漏电极)之间的距离。另外，在一个晶体管中，沟道长度不一定在所有的区域中成为相同的值。也就是说，一个晶体管的沟道长度有时不限定于一个值。因此，在本说明书中，沟道长度是沟道形成区域中的任一个值、最大值、最小值或平均值。
沟道宽度例如是指在晶体管的俯视图中半导体(或在晶体管处于导通状态时，在半导体中电流流过的部分)和栅电极互相重叠的区域或者沟道形成区域中的垂直于沟道长度方向的沟道形成区域的长度。另外，在一个晶体管中，沟道宽度不一定在所有的区域中成为相同的值。也就是说，一个晶体管的沟道宽度有时不限定于一个值。因此，在本说明书中，沟道宽度是沟道形成区域中的任一个值、最大值、最小值或平均值。
在本说明书等中，根据晶体管的结构，有时形成沟道的区域中的实际上的沟道宽度(以下，也称为“有效沟道宽度”)和晶体管的俯视图所示的沟道宽度(以下，也称为“外观上的沟道宽度”)不同。例如，在栅电极覆盖半导体的侧面时，有时因为有效沟道宽度大于外观上的沟道宽度，所以不能忽略其影响。例如，在微型且栅电极覆盖半导体的侧面的晶体管中，有时形成在半导体的侧面上的沟道形成区域的比例增高。在此情况下，有效沟道宽度大于外观上的沟道宽度。
在上述情况下，有时难以通过实测估计有效沟道宽度。例如，为了根据设计值估计有效沟道宽度，需要一个假设，即已知半导体的形状。因此，当半导体的形状不确定时，难以准确地测定有效沟道宽度。
在本说明书中，在简单地描述为“沟道宽度”时，有时是指外观上的沟道宽度。或者，在本说明书中，在仅记作“沟道宽度”时，有时表示有效沟道宽度。注意，通过对截面TEM(Transmission Electron Microscope：透射电子显微镜)图像等进行分析等，可以决定沟道长度、沟道宽度、有效沟道宽度、外观上的沟道宽度等的值。
注意，半导体的杂质例如是指半导体的主要成分之外的元素。例如，浓度小于0.1原子％的元素可以说是杂质。在包含杂质时，例如有时发生半导体的缺陷态密度的增高或者结晶性的降低等。当半导体是氧化物半导体时，作为改变半导体的特性的杂质，例如有第1族元素、第2族元素、第13族元素、第14族元素、第15族元素以及除氧化物半导体的主要成分外的过渡金属等，例如有氢、锂、钠、硅、硼、磷、碳、氮等。另外，有时水也用作杂质。另外，例如在杂质混入时，有时在氧化物半导体中形成氧空位(有时称为VO)。
在本说明书等中，也可以将“绝缘体”称为“绝缘膜”或“绝缘层”。另外，也可以将“导电体”称为“导电膜”或“导电层”。另外，也可以将“半导体”称为“半导体膜”或“半导体层”。
在本说明书等中，金属氧化物(metal oxide)是指广义上的金属的氧化物。金属氧化物被分为氧化物绝缘体、氧化物导电体(包括透明氧化物导电体)和氧化物半导体(OxideSemiconductor，也可以简称为OS)等。例如，在将金属氧化物用于晶体管的半导体层的情况下，有时将该金属氧化物称为氧化物半导体。换言之，在记为OS晶体管的情况下，这意味着包含金属氧化物或氧化物半导体的晶体管。
图10A至图10D示出包括晶体管200A的半导体装置。图10A是该半导体装置的俯视图，图10B至图10D分别是沿着图10A中的点划线A1-A2、A3-A4、A5-A6的截面图。此外，图10B可以说是晶体管200A的沟道长度方向上的截面图。图10C可以说是晶体管200A的沟道宽度方向上的截面图。注意，在图10A中，为了明确起见，省略部分构成要素。
图10A至图10D所示的半导体装置包括衬底(未图示)上的绝缘体212、绝缘体212上的绝缘体214、绝缘体214上的绝缘体216、绝缘体214及绝缘体216上的晶体管200A、晶体管200A上的绝缘体254、绝缘体254上的绝缘体280、绝缘体280上的绝缘体282、以及绝缘体282上的绝缘体283。绝缘体212、绝缘体214、绝缘体216、绝缘体254、绝缘体280、绝缘体282及绝缘体283被用作层间膜。并且，该半导体装置包括导电体240(导电体240a及导电体240b)、绝缘体241(绝缘体241a及绝缘体241b)、绝缘体283及导电体240上的导电体246(导电体246a及导电体246b)、以及导电体246及绝缘体283上的绝缘体286。导电体240a及导电体240b都与晶体管200A电连接并被用作插头。绝缘体241以与导电体240的侧面接触的方式设置。导电体246a与导电体240a电连接并被用作布线。同样地，导电体246b与导电体240b电连接并被用作布线。
以与绝缘体254、绝缘体280、绝缘体282及绝缘体283的开口的侧壁接触的方式设置有绝缘体241a，以与绝缘体241a的侧面接触的方式设置有导电体240a的第一导电体，其内侧设置有导电体240a的第二导电体。此外，以与绝缘体254、绝缘体280、绝缘体282及绝缘体283的开口的侧壁接触的方式设置有绝缘体241b，以与绝缘体241b的侧面接触的方式设置有导电体240b的第一导电体，并且其内侧设置有导电体240b的第二导电体。在此，导电体240的顶面的高度与重叠于导电体246的区域的绝缘体283的顶面的高度可以大致一致。另外，在图10B中，层叠有导电体240的第一导电体与导电体240的第二导电体，但是导电体240也可以具有单层结构或者叠层结构。另外，在本说明书等中，在结构体具有叠层结构的情况下，有时按形成顺序赋予序数以进行区別。
晶体管200A包括：以埋入绝缘体216的方式配置的导电体205(导电体205a及导电体205b)；绝缘体216及导电体205上的绝缘体222；绝缘体222上的绝缘体224；绝缘体224上的氧化物230a；氧化物230a上的氧化物230b；氧化物230b上的氧化物243(氧化物243a及氧化物243b)及氧化物230c；氧化物243a上的导电体242a；氧化物243b上的导电体242b；氧化物230c上的氧化物230d；氧化物230d上的绝缘体250；以及位于绝缘体250上且与氧化物230c的一部分重叠的导电体260(导电体260a及导电体260b)。另外，氧化物230c与氧化物243a的侧面、氧化物243b的侧面、导电体242a的侧面及导电体242b的侧面接触。绝缘体282与导电体260、绝缘体250、氧化物230d、氧化物230c及绝缘体280的各顶面接触。
在绝缘体280及绝缘体254中设置到达氧化物230b的开口。该开口内配置有氧化物230c、氧化物230d、绝缘体250及导电体260。另外，在晶体管200A的沟道长度方向上，导电体242a及氧化物243a与导电体242b及氧化物243b间设置有导电体260、绝缘体250、氧化物230d及氧化物230c。绝缘体250具有与导电体260的侧面接触的区域及与导电体260的底面接触的区域。另外，氧化物230c具有与氧化物230b接触的区域、隔着氧化物230d及绝缘体250与导电体260的侧面重叠的区域、隔着氧化物230d及绝缘体250与导电体260的底面重叠的区域。
氧化物230优选包括绝缘体224上的氧化物230a、氧化物230a上的氧化物230b、配置在氧化物230b上且其一部分与氧化物230b接触的氧化物230c、以及氧化物230c上的氧化物230d。
注意，在晶体管200A中，氧化物230具有氧化物230a、氧化物230b、氧化物230c及氧化物230d的四层的叠层结构，但是氧化物230既可以具有单层结构又可以具有叠层结构。氧化物230例如可以具有氧化物230b的单层结构、氧化物230a和氧化物230b的两层结构、氧化物230b和氧化物230c的两层结构、氧化物230a、氧化物230b及氧化物230c的三层结构、氧化物230a、氧化物230b及氧化物230d的三层结构或者五层以上的叠层结构。另外，氧化物230a、氧化物230b、氧化物230c及氧化物230d各自既可以具有单层结构，又可以具有叠层结构。
导电体260被用作第一栅(顶栅)电极，导电体205被用作第二栅(背栅)电极。另外，绝缘体250、绝缘体224及绝缘体222被用作栅极绝缘体。另外，导电体242a被用作源电极和漏电极中的一方，导电体242b被用作源电极和漏电极中的另一方。另外，氧化物230被用作沟道形成区域。
在晶体管200A中，作为包括沟道形成区域的氧化物230(氧化物230a、氧化物230b、氧化物230c及氧化物230d)优选使用能够用作半导体的金属氧化物(氧化物半导体)。
另外，能够用作半导体的金属氧化物的带隙优选为2eV以上，更优选为2.5eV以上。如此，通过使用带隙大的金属氧化物，可以减少晶体管的关态电流(off-state current)。
由于将氧化物半导体用于沟道形成区域的晶体管在非导通状态下的泄漏电流(关态电流)极小，所以可以提供低功耗的半导体装置。此外，氧化物半导体可以利用溅射法等形成，所以可以用于构成高集成型半导体装置的晶体管。
作为氧化物230，例如优选使用包含铟、元素M及锌的In-M-Zn氧化物(元素M为选自铝、镓、钇、锡、铜、钒、铍、硼、钛、铁、镍、锗、锆、钼、镧、铈、钕、铪、钽、钨镁和钴等中的一种或多种)等的金属氧化物。另外，作为氧化物230也可以使用In-Ga氧化物、In-Zn氧化物或铟氧化物。
在使用氧化物半导体的晶体管中，如果氧化物半导体中的形成沟道的区域存在杂质及氧空位(VO)，电特性则容易变动，有时降低可靠性。另外，作为氧化物半导体中的杂质，例如有氢、氮、碱金属、碱土金属、铁、镍、硅等。
特别是，包含在氧化物半导体中的氢有时与键合于金属原子的氧起反应生成H2O及氧空位。另外，氧空位附近的氢有时形成氢进入氧空位而成的缺陷(也称为VOH)，而产生作为载流子的电子。有时由于氢的一部分与键合于金属原子的氧键合，产生作为载流子的电子。因此，使用含有氢的氧化物半导体的晶体管容易具有常开启特性(不对栅电极施加电压也存在有沟道而电流流过晶体管的特性)。
氢进入氧空位而成的缺陷(VOH)会被用作金属氧化物的供体。然而，难以定量地评价该缺陷。于是，在金属氧化物中，有时不是使用供体浓度而是使用载流子浓度进行评价。因此，在本说明书等中，作为金属氧化物的参数，有时不是使用供体浓度而是使用假定不施加电场的状态下的载流子浓度。换言之，本说明书等所记载的“载流子浓度”有时也可以称为“供体浓度”。另外，可以将本说明书等所记载的“载流子浓度”换成为“载流子密度”。
因此，在氧化物半导体的沟道形成区域中，优选尽可能减少氢及氧空位。具体而言，在氧化物230的沟道形成区域中，利用二次离子质谱(SIMS：Secondary Ion MassSpectrometry)测得的氢浓度低于1×1020atoms/cm3，优选低于1×1019atoms/cm3，更优选低于5×1018atoms/cm3，进一步优选低于1×1018atoms/cm3。在氧化物半导体的沟道形成区域中，优选载流子浓度得到降低，被i型化(本征化)或实质上i型化。
氧化物230优选至少包含铟或锌。尤其优选包含铟及锌。除此之外，优选还包含铝、镓、钇或锡等。或者，也可以包含硼、钛、铁、镍、锗、锆、钼、镧、铈、钕、铪、钽、钨、镁和钴等中的一种或多种。
另外，在本说明书等中，有时将包含氮的金属氧化物称为金属氧化物(metaloxide)。此外，也可以将包含氮的金属氧化物称为金属氧氮化物(metal oxynitride)。
将在实施方式4中详细地说明可用于氧化物230的金属氧化物(氧化物半导体)。
氧化物230优选具有化学组成互不相同的多个氧化物的叠层结构。另外，氧化物230优选具有除了氧之外还包含共同元素(是主要成分)的多个氧化物的叠层结构。
具体而言，优选的是，用于氧化物230a或氧化物230d的金属氧化物中的相对于In的元素M的原子个数比大于用于氧化物230b或氧化物230c的金属氧化物中的相对于In的元素M的原子个数比。相对于In的元素M的原子个数比越大，越容易抑制杂质或氧的扩散。因此，通过在氧化物230b下设置氧化物230a，可以抑制杂质从形成在氧化物230a的下方的结构物向氧化物230b扩散。另外，通过在氧化物230c上设置氧化物230d，可以抑制杂质从形成在氧化物230d的上方的结构物向氧化物230c扩散。
换言之，优选的是，用于氧化物230b或氧化物230c的金属氧化物中的相对于元素M的In的原子个数比大于用于氧化物230a或氧化物230d的金属氧化物中的相对于元素M的In的原子个数比。此时，载流子的主要路径为氧化物230b、氧化物230c或其附近，例如氧化物230b与氧化物230c的界面。另外，当氧化物230b及氧化物230c除了氧以外还包含共同元素(是主要成分)时，可以降低氧化物230b和氧化物230c的界面的缺陷态密度，界面散射给载流子传导带来的影响小，因此可以得到大通态电流。
注意，为了以氧化物230c为载流子的主要路径，优选的是，氧化物230c中的相对于主要成分的金属元素的铟的原子个数比大于氧化物230b中的相对于主要成分的金属元素的铟的原子个数比。通过将铟的含量多的金属氧化物用于沟道形成区域，可以增大晶体管的通态电流。
另外，为了以氧化物230c为载流子的主要路径，优选的是，氧化物230c的导带底比氧化物230a、氧化物230b及氧化物230d的导带底更远离于真空能级。换言之，氧化物230c的电子亲和势优选大于氧化物230a、氧化物230b及氧化物230d的电子亲和势。
氧化物230b及氧化物230c优选都具有结晶性。尤其是，作为氧化物230b及氧化物230c优选使用后述的CAAC-OS(c-axis aligned crystalline oxide semiconductor：c轴取向结晶氧化物半导体)。另外，氧化物230d也可以具有结晶性。
通过将CAAC-OS用于氧化物230b及氧化物230c，可以减少氧化物半导体的形成沟道的区域中的杂质及氧空位。因此，可以提供一种其电特性的变动得到抑制，实现稳定的电特性且其可靠性得到提高的晶体管。
另外，可以抑制源电极或漏电极从氧化物230b抽出氧。因此，即使进行加热处理也可以抑制氧从氧化物230b被抽出，所以晶体管200A对制造工序中的高温度(所谓热积存；thermal budget)也很稳定。
另外，CAAC-OS具有容易将氧向垂直于CAAC结构的c轴的方向上移动的性质。因此，可以将氧化物230c所包含的氧高效率地供应到氧化物230b。
CAAC-OS具有结晶性高的致密结构且是杂质、缺陷(氧空位等)少的金属氧化物。尤其是，通过在形成金属氧化物后以金属氧化物不被多晶化的温度(例如，400℃以上且600℃以下)进行加热处理，可以使CAAC-OS具有结晶性更高的致密结构。如此，通过进一步提高CAAC-OS的密度，可以进一步降低该CAAC-OS中的杂质或氧的扩散。
氧化物230具有晶体管200A的沟道形成区域、以及以夹着沟道形成区域的方式设置的一对低电阻区域(源区域及漏区域)。沟道形成区域的至少一部分与导电体260重叠。氧化物230b上设置有导电体242(导电体242a及导电体242b)，其电阻比沟道形成区域低的区域形成在导电体242附近。
源区域及漏区域是因具有低氧浓度或包含氢、氮、金属元素等杂质等引起载流子浓度增加而被低电阻化的区域。就是说，与沟道形成区域相比，源区域及漏区域是载流子浓度更高且电阻更低的区域。另外，与源区域及漏区域相比，沟道形成区域的氧浓度更高且杂质浓度更低等，因此该沟道形成区域是载流子浓度低且电阻高的区域。
在氧化物230中，有时难以明确地检测出各区域的边界。在各区域中检测出的氢、氮、金属元素等杂质的浓度不一定按每区域分阶段地变化，也可以在各区域中逐渐地变化。就是说，越接近沟道形成区域，氢、氮、金属元素等杂质元素的浓度越小即可。
另外，为了增高沟道形成区域的氧浓度，采用如下结构即可：在氧化物半导体附近设置含有通过加热脱离的氧(也称为过剩氧)的绝缘体，通过进行加热处理可以从该绝缘体向氧化物半导体供应氧。由此，由被供应的氧填补氧化物半导体的沟道形成区域所包括的氧空位。并且，在被供应的氧与残留在氧化物半导体中的氢起反应时，可以去除该氢作为H2O(脱水化)。由此，可以抑制在氧化物半导体中形成VOH。
但是，在源区域或漏区域被供应过剩量的氧时，有可能导致源区域或漏区域的载流子浓度的降低、晶体管200A的通态电流的降低、场效应迁移率的降低等。并且，供应到源区域或漏区域的氧在衬底的面内产生不均匀，这导致包括晶体管的半导体装置的特性偏差。
因此，在氧化物半导体中，优选沟道形成区域的载流子浓度得到降低而i型化或实质上i型化，另一方面，优选源区域及漏区域的载流子浓度较高而n型化。就是说，优选的是，向氧化物半导体的沟道形成区域供应氧，防止源区域及漏区域被供应过剩量的氧。
例如，通过利用溅射法形成绝缘体254，可以将氧注入到绝缘体224。并且，经过氧化物230c将注入到绝缘体224的氧供应到氧化物230b。由此，可以对占沟道形成区域的大部分的氧化物230c及氧化物230b的接触于氧化物230c的区域选择性地供应氧。
另外，当作为氧化物230b使用如上述那样的具有致密的结构的CAAC-OS时，可以降低氧化物230b中的杂质及氧的扩散。因此，可以降低供应到氧化物230b的沟道形成区域的氧扩散到氧化物230b的源区域及漏区域。
如此，可以对沟道形成区域选择性地供应氧而实现沟道形成区域的i型化，并且可以抑制扩散到被用作源区域或漏区域的区域的氧而保持源区域及漏区域的n型化。由此，可以抑制晶体管200A的电特性的变动并抑制衬底面内的晶体管200A的电特性偏差。
氧化物230d优选包含构成用于氧化物230c的金属氧化物的金属元素中的至少一个，更优选包含所有该金属元素。例如，优选的是，作为氧化物230c使用In-M-Zn氧化物、In-Zn氧化物或铟氧化物，作为氧化物230d使用In-M-Zn氧化物、M-Zn氧化物或元素M的氧化物。由此，可以降低氧化物230c与氧化物230d的界面的缺陷态密度。
另外，氧化物230d优选为比氧化物230c抑制氧的扩散或透过的金属氧化物。通过在绝缘体250与氧化物230c之间设置氧化物230d，可以防止氧化物230c或绝缘体280所包含的氧扩散到绝缘体250。由此，该氧可以通过氧化物230c高效地供应到氧化物230b。此外，可以抑制通过绝缘体250导电体260被氧化。
另外，当用于氧化物230d的金属氧化物中的相对于主要成分的金属元素的In的原子个数比小于用于氧化物230c的金属氧化物中的相对于主要成分的金属元素的In的原子个数比时，可以抑制In扩散到绝缘体250一侧。由于绝缘体250被用作栅极绝缘体，因此在In进入绝缘体250等的情况下导致晶体管的特性不良。因此，通过在氧化物230c与绝缘体250之间设置氧化物230d，可以提供一种可靠性高的半导体装置。
在此，在氧化物230a、氧化物230b、氧化物230c及氧化物230d的接合部中，导带底平缓地变化。换言之，也可以将上述情况表达为氧化物230a、氧化物230b、氧化物230c及氧化物230d的接合部的导带底连续地变化或者连续地接合。为此，优选降低形成在氧化物230a与氧化物230b的界面、氧化物230b与氧化物230c的界面以及氧化物230c与氧化物230d的界面的混合层的缺陷态密度。
例如，通过使氧化物230a与氧化物230b、氧化物230b与氧化物230c以及氧化物230c与氧化物230d除了包含氧之外还包含共同元素作为主要成分，可以形成缺陷态密度低的混合层。例如，在氧化物230b为In-M-Zn氧化物的情况下，作为氧化物230a、氧化物230c及氧化物230d也可以使用In-M-Zn氧化物、M-Zn氧化物、元素M的氧化物、In-Zn氧化物、铟氧化物等。
具体而言，作为氧化物230a使用In:M:Zn＝1:3:4[原子个数比]或其附近的组成或者In:M:Zn＝1:1:0.5[原子个数比]或其附近的组成的金属氧化物，即可。另外，作为氧化物230b，使用In:M:Zn＝1:1:1[原子个数比]或其附近的组成、或者In:M:Zn＝4:2:3[原子个数比]或其附近的组成的金属氧化物，即可。另外，作为氧化物230c，使用In:M:Zn＝4:2:3[原子个数比]或其附近的组成、In:M:Zn＝5:1:3[原子个数比]或其附近的组成、或者In:M:Zn＝10:1:3[原子个数比]或其附近的组成的金属氧化物，或者铟氧化物即可。另外，作为氧化物230d，使用In:M:Zn＝1:3:4[原子个数比]或其附近的组成、M:Zn＝2:1[原子个数比]或其附近的组成、M:Zn＝2:5[原子个数比]或其附近的组成的金属氧化物、或者元素M的氧化物，即可。注意，附近的组成包括所希望的原子个数比的±30％的范围。另外，作为元素M优选使用镓。
通过作为氧化物230a、氧化物230b、氧化物230c及氧化物230d采用上述结构，可以降低氧化物230a与氧化物230b的界面、氧化物230b与氧化物230c的界面及氧化物230c与氧化物230d的界面的缺陷态密度。因此，界面散射给载流子传导带来的影响减少，从而晶体管200A可以得到大通态电流及高频率特性。
另外，在从晶体管的沟道长度的截面看时，优选的是，氧化物230b设置有槽部且具有CAAC-OS的氧化物230c埋入于该槽部。此时，氧化物230c以覆盖该槽部的内壁(侧壁及底面)的方式配置。
另外，氧化物230b的槽部的深度优选与氧化物230c的厚度一致或大致一致。换言之，与氧化物230b重叠的区域中的氧化物230c的顶面优选与氧化物230b和氧化物243的界面对齐或大致对齐。例如，当以绝缘体222的底面为基准时，氧化物230b和氧化物243的界面的高度与氧化物230c和氧化物230d的界面的高度之差优选为氧化物230c的厚度以下，更优选为氧化物230c的厚度的一半以下。
通过采用上述结构，在晶体管中，可以降低VOH等缺陷或杂质的影响而在氧化物230c中形成沟道。因此，可以使晶体管具有良好的电特性。并且，可以提供一种晶体管特性的不均匀少且可靠性高的半导体装置。
另外，氧化物230b和氧化物230c的界面及其附近的杂质优选被降低或被去除。当元素M不是铝时，尤其是，铝、硅等杂质阻碍氧化物230c及氧化物230b的结晶性或c轴取向性的提高，所以优选被降低或被去除。例如，氧化物230b和氧化物230c的界面及其附近的铝原子的浓度优选为2.0原子％以下，更优选为1.5原子％以下，进一步优选为1.0原子％以下。
有时将被铝或硅等杂质妨碍结晶性或c轴取向性的提高而成为a-like OS(amorphous-like oxide semiconductor)的金属氧化物的区域称为非CAAC区域。在非CAAC区域中，产生大量VOH而晶体管容易变成常开启化的可能性很高。因此，优选缩小或去除非CAAC化区域。
相对于此，具有CAAC结构的氧化物230b及氧化物230c形成有致密的结晶结构，因此VOH不容易稳定地存在。并且，在后述的加氧化处理中，通过对氧化物230b及氧化物230c供应过剩氧，可以降低氧化物230b及氧化物230c中的VOH及VO。如此，当氧化物230b及氧化物230c具有CAAC结构时，可以抑制晶体管的常开启化。
另外，如图10C所示，在从晶体管200A的沟道宽度的截面看时，也可以在氧化物230b的侧面与氧化物230b的顶面之间具有弯曲面。就是说，该侧面的端部和该顶面的端部也可以弯曲。
上述弯曲面的曲率半径优选大于0nm且小于与导电体242重叠的区域的氧化物230b的厚度或者小于氧化物230b的顶面的不具有上述弯曲面的区域的一半长度。具体而言，上述弯曲面的曲率半径大于0nm且为20nm以下，优选为1nm以上且15nm以下，更优选为2nm以上且10nm以下。通过采用上述形状，可以提高在后面工序中形成的绝缘体250及导电体260的该槽部的覆盖性。另外，也可以防止氧化物230b的顶面的不具有上述弯曲面的区域的长度减小而抑制晶体管200A的通态电流、迁移率的下降。由此，可以提供一种具有良好电特性的半导体装置。
氧化物230c可以设置在各晶体管200A中。互相相邻的两个晶体管200A各自包括的氧化物230c也可以互不接触。通过在各晶体管200A中设置氧化物230c，可以抑制在两个晶体管之间产生寄生晶体管，而可以抑制产生沿着导电体260的泄漏路径。因此，可以提供一种具有良好电特性且可以实现微型化或高集成化的半导体装置。
注意，导电体260、绝缘体250都在相邻的晶体管200A间共同使用。换言之，晶体管200A的导电体260具有与相邻于该晶体管200A的晶体管200A的导电体260连续地设置的区域。另外，晶体管200A的绝缘体250具有与相邻于该晶体管200A的晶体管200A的绝缘体250连续地设置的区域。
另外，通过采用上述结构，氧化物230d在晶体管200A和相邻于该晶体管200A的晶体管200A之间具有接触于绝缘体224的区域。晶体管200A的氧化物230d也可以与相邻于该晶体管200A的晶体管200A的氧化物230d彼此分离。此时，绝缘体250在晶体管200A和相邻于该晶体管200A的晶体管200A之间具有接触于绝缘体224的区域。
绝缘体212、绝缘体214、绝缘体254、绝缘体282、绝缘体283及绝缘体286优选被用作抑制水、氢等杂质从衬底一侧或晶体管200A的上方扩散到晶体管200A的阻挡绝缘膜。因此，绝缘体212、绝缘体214、绝缘体254、绝缘体282、绝缘体283及绝缘体286优选使用具有抑制氢原子、氢分子、水分子、氮原子、氮分子、氧化氮分子(N2O、NO、NO2等)、铜原子等杂质的扩散的功能(不容易使上述杂质透过)的绝缘材料。另外，优选使用具有抑制氧(例如，氧原子、氧分子等中的至少一个)的扩散的功能(不容易使上述氧透过)的绝缘材料。
另外，在本说明书中，阻挡绝缘膜是指具有阻挡性的绝缘膜。在本说明书中，阻挡性是指抑制所对应的物质的扩散的功能(也可以说透过性低)。或者，阻挡性是指具有俘获或固定对应的物质(也称为吸杂)的功能。
例如，优选的是，作为绝缘体212及绝缘体283使用氮化硅等，作为绝缘体214、绝缘体254及绝缘体282使用氧化铝等。由此，可以抑制水、氢等杂质经过绝缘体212及绝缘体214从衬底一侧扩散到晶体管200A一侧。或者，可以抑制绝缘体224等中的氧经过绝缘体212及绝缘体214扩散至衬底一侧。如此，优选采用由具有抑制水、氢等杂质及氧的扩散的功能的绝缘体212、绝缘体214、绝缘体254、绝缘体282及绝缘体283围绕晶体管200A的结构。
另外，有时优选降低绝缘体212、绝缘体283及绝缘体286的电阻率。例如，通过使绝缘体212、绝缘体283及绝缘体286的电阻率大约为1×1013Ωcm，在半导体装置制造工序的利用等离子体等的处理中，有时绝缘体212、绝缘体283及绝缘体286可以缓和导电体205、导电体242、导电体260或导电体246的电荷积聚。绝缘体212、绝缘体283及绝缘体286的电阻率为1×1010Ωcm以上且1×1015Ωcm以下。
此外，绝缘体216及绝缘体280的介电常数优选比绝缘体214低。通过将介电常数低的材料用于层间膜，可以减少产生在布线之间的寄生电容。例如，作为绝缘体216及绝缘体280，适当地使用氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氮化硅、添加有氟的氧化硅、添加有碳的氧化硅、添加有碳及氮的氧化硅或具有空孔的氧化硅等。尤其是，由于氧化硅及氧氮化硅具有热稳定性，所以是优选的。特别是，因为氧化硅、氧氮化硅、具有空孔的氧化硅等的材料容易形成包含通过加热脱离的氧的区域，所以是优选的。
导电体205有时被用作第二栅电极。在此情况下，通过独立地改变供应到导电体205的电位而不使其与供应到导电体260的电位联动，可以控制晶体管200A的阈值电压(Vth)。尤其是，通过对导电体205供应负电位，可以使晶体管200A的Vth更大且可以减小关态电流。因此，与不对导电体205施加负电位时相比，在对导电体205施加负电位的情况下，可以减小对导电体260供应的电位为0V时的漏极电流。
导电体205以与氧化物230及导电体260重叠的方式配置。
另外，如图10A所示，导电体205优选比氧化物230中的不与导电体242a及导电体242b重叠的区域大。尤其是，如图10C所示，导电体205优选延伸到氧化物230a及氧化物230b的与沟道宽度方向交叉的端部的外侧的区域。就是说，优选在氧化物230的沟道宽度方向的侧面的外侧，导电体205和导电体260隔着绝缘体重叠。通过具有上述结构，可以由被用作第一栅电极的导电体260的电场和被用作第二栅电极的导电体205的电场电围绕氧化物230的沟道形成区域。在本说明书中，将由第一栅极及第二栅极的电场电围绕沟道形成区域的晶体管的结构称为surrounded channel(S-channel：围绕沟道)结构。
在本说明书等中，S-channel结构的晶体管是指由一对栅电极中的一方及另一方的电场电围绕沟道形成区域的晶体管的结构。此外，本说明书等中公开的S-channel结构与Fin型结构及平面型结构不同。通过采用S-channel结构，可以实现对短沟道效应的耐性得到提高的晶体管，换言之，可以实现不容易发生短沟道效应的晶体管。
此外，如图10C所示，将导电体205延伸来用作布线。但是，本发明不局限于此，也可以在导电体205下设置被用作布线的导电体。此外，不一定需要在每一个晶体管中设置一个导电体205。例如，多个晶体管可以共同使用导电体205。
在此，作为导电体205a，优选使用具有抑制氢原子、氢分子、水分子、氮原子、氮分子、氧化氮分子(N2O、NO、NO2等)、铜原子等杂质的扩散的功能的导电材料。另外，优选使用具有抑制氧(例如，氧原子、氧分子等中的至少一个)的扩散的功能的导电材料。
通过作为导电体205a使用具有抑制氧扩散的功能的导电材料，可以抑制导电体205b被氧化而导电率降低。作为具有抑制氧的扩散的功能的导电材料，例如，优选使用钽、氮化钽、钌、氧化钌等。由此，导电体205a可以采用上述导电材料的单层或叠层。例如，导电体205a可以具有钽、氮化钽、钌或氧化钌与钛或氮化钛的叠层结构。
作为导电体205b，优选使用以钨、铜或铝为主要成分的导电材料。在附图中，导电体205b具有单层结构，但是也可以具有叠层结构，例如，可以采用钛或氮化钛和上述导电材料的叠层结构。
此外，示出在晶体管200A中作为导电体205层叠导电体205a和导电体205b的结构，但是导电体205既可以具有单层结构，又可以具有叠层结构。
绝缘体222优选具有抑制氢(例如，氢原子、氢分子等中的至少一个)的扩散的功能。此外，绝缘体222优选具有抑制氧(例如，氧原子、氧分子等中的至少一个)的扩散的功能。例如，与绝缘体224相比，绝缘体222优选能够进一步抑制氢和氧中的一方或双方的扩散。
绝缘体222优选使用包含是绝缘材料的铝和铪中的一方或双方的氧化物的绝缘体。包含铝和铪中的一方或双方的氧化物的绝缘体对氧、氢及水具有阻挡性。作为该绝缘体，优选使用氧化铝、氧化铪、包含铝及铪的氧化物(铝酸铪)等。当使用这种材料形成绝缘体222时，绝缘体222被用作抑制氧从氧化物230释放到衬底一侧或氢等杂质从晶体管200A的周围部扩散到氧化物230的层。因此，通过设置绝缘体222，可以抑制氢等杂质扩散到晶体管200A的内侧，而可以抑制在氧化物230中生成氧空位。另外，可以抑制导电体205与绝缘体224或氧化物230所包含的氧起反应。
另外，例如也可以对上述绝缘体添加氧化铝、氧化铋、氧化锗、氧化铌、氧化硅、氧化钛、氧化钨、氧化钇、氧化锆。或者，也可以对上述绝缘体进行氮化处理。此外，绝缘体222还可以在上述绝缘体上层叠有氧化硅、氧氮化硅或氮化硅。
此外，作为绝缘体222，例如也可以以单层或叠层使用包含氧化铝、氧化铪、氧化钽、氧化锆、锆钛酸铅(PZT)、钛酸锶(SrTiO3)、(Ba，Sr)TiO3(BST)等(所谓的high-k材料)的绝缘体。当进行晶体管的微型化及高集成化时，由于栅极绝缘体的薄膜化，有时发生泄漏电流等的问题。通过作为被用作栅极绝缘体的绝缘体使用high-k材料，可以在保持物理厚度的同时降低晶体管工作时的栅极电位。
在与氧化物230接触的绝缘体224中，优选通过加热使氧脱离。例如，作为绝缘体224适当地使用氧化硅、氧氮化硅等，即可。通过以与氧化物230接触的方式设置包含氧的绝缘体，可以减少氧化物230中的氧空位，从而可以提高晶体管200A的可靠性。
作为绝缘体224，具体而言，优选使用具有超过化学计量组成的氧的区域(以下，也称为过剩氧区域)或包含过剩氧的绝缘体材料。具有过剩氧区域或包含过剩氧的氧化膜是指在TDS(Thermal Desorption Spectroscopy：热脱附谱)分析中的氧分子的脱离量为1.0×1018molecules/cm3以上，优选为1.0×1019molecules/cm3以上，进一步优选为2.0×1019molecules/cm3以上，或者3.0×1020molecules/cm3以上的氧化膜。进行上述TDS分析时的膜的表面温度优选在100℃以上且700℃以下，或者100℃以上且400℃以下的范围内。
另外，也可以以彼此接触的方式对上述具有过剩氧区域的绝缘体和氧化物230进行加热处理、微波处理和RF处理中的任一个或多个处理。通过进行该处理，可以去除氧化物230中的水或氢。另外，一部分氢有时扩散到导电体242或被导电体242俘获(也称为吸杂)。
另外，上述微波处理例如优选使用产生高密度等离子体的电源的装置或对衬底一侧施加RF的电源的装置。例如，通过使用包含氧的气体并使用高密度等离子体，可以生成高密度的氧自由基，并且通过对衬底一侧施加RF，可以将由高密度等离子体生成的氧自由基高效地引入氧化物230或氧化物230附近的绝缘体中。在上述微波处理中，压力为133Pa以上，优选为200Pa以上，更优选为400Pa以上即可。另外，作为向进行微波处理的装置内导入的气体例如使用氧及氩，并且该微波处理在氧流量比(O2/(O2+Ar))为50％以下，优选为10％以上且30％以下的条件下进行。
通过对氧化物230进行加氧化处理，可以促进使所供应的氧填补氧化物230中的氧空位的反应。再者，在所供应的氧与留在氧化物230中的氢起反应时，可以去除该氢作为H2O(脱水化)。由此，可以抑制留在氧化物230中的氢与氧空位再结合而形成VOH。
此外，绝缘体222及绝缘体224也可以各自具有两层以上的叠层结构。此时，不局限于使用相同材料构成的叠层结构，也可以是使用不同材料形成的叠层结构。
氧化物243优选具有抑制氧透过的功能。通过在被用作源电极或漏电极的导电体242与氧化物230b之间配置具有抑制氧的透过的功能的氧化物243，导电体242与氧化物230b之间的电阻被减少，所以是优选的。通过采用这样的结构，可以提高晶体管200A的电特性及晶体管200A的可靠性。另外，在能够充分降低导电体242与氧化物230b间的电阻的情况下，也可以不设置氧化物243。
作为氧化物243也可以使用包含元素M的金属氧化物。尤其是，作为元素M优选使用铝、镓、钇或锡。氧化物243的元素M的浓度优选比氧化物230b高。此外，作为氧化物243也可以使用氧化镓。另外，作为氧化物243也可以使用In-M-Zn氧化物等金属氧化物。具体而言，用于氧化物243的金属氧化物中的相对于In的元素M的原子个数比优选大于用于氧化物230b的金属氧化物中的相对于In的元素M的原子个数比。此外，氧化物243的厚度优选为0.5nm以上且5nm以下，更优选为1nm以上且3nm以下，进一步优选为1nm以上且2nm以下。另外，氧化物243优选具有结晶性。在氧化物243具有结晶性的情况下，可以有效地抑制氧化物230中的氧的释放。例如，在氧化物243具有六方晶等结晶结构的情况下，有时可以抑制氧化物230中的氧的释放。
作为导电体242，例如优选使用包含钽的氮化物、包含钛的氮化物、包含钼的氮化物、包含钨的氮化物、包含钽及铝的氮化物、包含钛及铝的氮化物等。在本实施方式中，尤其优选采用包含钽的氮化物。此外，例如也可以使用氧化钌、氮化钌、包含锶和钌的氧化物、包含镧和镍的氧化物等。这些材料是不容易被氧化的导电材料或者即使吸收氧也维持导电性的材料，所以是优选的。
有时在导电体242的侧面和导电体242的顶面之间具有弯曲面。就是说，侧面的端部和顶面的端部有时弯曲。例如，该弯曲面在导电体242的端部具有3nm以上且10nm以下，更优选为5nm以上且6nm以下的曲率半径。当端部不具有角部时，可以提高后面的成膜工序中的膜的覆盖性。
在不设置氧化物243时，导电体242与氧化物230b或氧化物230c接触，所以有时氧化物230b或氧化物230c中的氧向导电体242扩散而导电体242被氧化。当导电体242被氧化时，导电体242的导电率下降的可能性高。注意，也可以将氧化物230b或氧化物230c中的氧扩散到导电体242的情况称为导电体242吸收氧化物230b或氧化物230c中的氧。
另外，在氧化物230b或氧化物230c中的氧向导电体242a及导电体242b扩散时，有时在导电体242a与氧化物230b间以及导电体242b与氧化物230b间或者在导电体242a与氧化物230c间以及导电体242b与氧化物230c间形成层。该层由于其氧含量比导电体242a或导电体242b多，因此可以估计具有绝缘性。此时，导电体242a或导电体242b、该层、氧化物230b或氧化物230c的三层结构可以看作由金属-绝缘体-半导体形成的三层结构，也可以看作MIS(Metal-Insulator-Semiconductor)结构或以MIS结构为主的二极管接合结构。
注意，有时包含在氧化物230b、氧化物230c等中的氢扩散到导电体242a或导电体242b。尤其是，通过作为导电体242a及导电体242b使用包含钽的氮化物，有时包含在氧化物230b、氧化物230c等中的氢容易扩散到导电体242a或导电体242b，该扩散的氢与导电体242a或导电体242b所包含的氮键合。也就是说，有时包含在氧化物230b、氧化物230c等中的氢被导电体242a或导电体242b吸收。
绝缘体254以覆盖氧化物230a的侧面、氧化物230b的侧面、氧化物243的侧面、导电体242的侧面及导电体242的顶面的方式设置。
绝缘体254优选具有抑制氧扩散的功能。例如，绝缘体254优选与绝缘体280相比可以进一步抑制氧的扩散。作为绝缘体254例如优选形成包含铝和铪中的一方或双方的氧化物的绝缘体。
此外，作为绝缘体254优选通过偏压溅射法在含氧气氛下形成氧化铝或氧化铪。偏压溅射法是在对衬底施加RF功率的同时进行溅射的方法。通过对衬底施加RF功率，衬底的电位相对于等离子体电位成为负电位(偏置电位)，等离子体中的+离子被该偏置电位加速而注入到衬底。偏置电位可以根据施加到衬底的RF功率的大小控制。由此，通过偏压溅射法在含氧气氛下形成氧化铝或氧化铪可以对绝缘体224注入氧。
在偏压溅射法中，可以根据施加到衬底的RF功率的大小控制注入到成为绝缘体254的基底的绝缘体224的氧量。例如，作为RF功率，将0.31W/cm2以上，优选为0.62W/cm2以上，更优选为1.86W/cm2以上的偏压施加到衬底即可。换言之，可以使用形成绝缘体254时的RF功率使氧量改变为适合于晶体管的特性的量而注入。另外，可以注入适合于提高晶体管的可靠性的量的氧。另外，RF的频率优选为10MHz以上。典型的是13.56MHz。RF的频率越高，越可以减少对衬底造成的损伤。因此，通过调整施加到衬底的RF功率可以控制注入到绝缘体224的氧量，所以可以使注入到绝缘体224的氧量最优化。
此外，在偏压溅射法中，施加到衬底的偏压不局限于RF功率，也可以使用DC电压。
如此，在绝缘体254的形成工序中，成为基底的膜被注入氧，但是绝缘体254本身具有抑制氧的透过的功能。由此，可以防止在后面的工序中在绝缘体254上形成绝缘体280并使氧从绝缘体280扩散时，氧从绝缘体280直接扩散到氧化物230a、氧化物230b、氧化物243及导电体242。
通过设置上述绝缘体254，可以将氧化物230a、氧化物230b、氧化物243及导电体242与绝缘体280隔开。因此，可以抑制氧从绝缘体280直接扩散到氧化物230a、氧化物230b、氧化物243及导电体242。由此，可以防止过量氧供应到氧化物230的源区域及漏区域而源区域及漏区域的载流子浓度降低。另外，可以防止导电体242过度地被氧化而使电阻率增大而通态电流降低。
绝缘体250优选以与氧化物230d的至少一部分接触的方式配置。作为绝缘体250可以使用氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氮化硅、添加有氟的氧化硅、添加有碳的氧化硅、添加有碳及氮的氧化硅、具有空孔的氧化硅等。尤其是，氧化硅及氧氮化硅具有热稳定性，所以是优选的。
绝缘体250与绝缘体224同样地优选使用通过加热释放氧的绝缘体形成。通过作为绝缘体250以与氧化物230d的至少一部分接触的方式设置通过加热释放氧的绝缘体，可以有效地对氧化物230的沟道形成区域供应氧而减少氧化物230中的沟道形成区域的氧空位。因此，可以提供抑制电特性变动而实现稳定的电特性并提高了可靠性的晶体管。与绝缘体224同样，优选降低绝缘体250中的水、氢等杂质的浓度。绝缘体250的厚度优选为1nm以上且20nm以下。
注意，在图10B及图10C中示出绝缘体250的结构为单层，但是也可以为两层以上的叠层结构。在绝缘体250具有两层的叠层结构时，优选的是，绝缘体250的下层使用通过加热释放氧的绝缘体形成，并且绝缘体250的上层使用具有抑制氧的扩散的功能的绝缘体形成。通过具有上述结构，可以抑制包含在绝缘体250的下层的氧扩散到导电体260。换言之，可以抑制对氧化物230供应的氧量的减少。另外，可以抑制包含在绝缘体250的下层的氧所导致的导电体260的氧化。例如，绝缘体250的下层可以使用可用于上述绝缘体250的材料形成，并且绝缘体250的上层可以使用与绝缘体222相同的材料形成。
注意，在作为绝缘体250的下层使用氧化硅或氧氮化硅等的情况下，作为绝缘体250的上层可以使用相对介电常数高的high-k材料的绝缘材料。通过使栅极绝缘体具有绝缘体250的下层与绝缘体250的上层的叠层结构，可以形成具有热稳定性且相对介电常数高的叠层结构。因此，可以在保持栅极绝缘体的物理厚度的同时降低在晶体管工作时施加的栅极电位。另外，可以减少被用作栅极绝缘体的绝缘体的等效氧化物厚度(EOT)。
具体而言，作为绝缘体250的上层可以使用选自铪、铝、镓、钇、锆、钨、钛、钽、镍、锗、镁等中的一种或两种以上的金属氧化物或者可用于氧化物230的金属氧化物。特别是，优选使用包含铝和铪中的一方或双方的氧化物的绝缘体。
在绝缘体250具有两层的叠层结构时，通过利用绝缘体250的物理厚度保持导电体260与氧化物230之间的距离，可以抑制导电体260与氧化物230之间的泄漏电流。另外，可以容易调节导电体260与氧化物230之间的物理距离及从导电体260施加到氧化物230的电场强度。
此外，也可以在绝缘体250与导电体260之间设置金属氧化物。该金属氧化物优选抑制氧从绝缘体250扩散到导电体260。通过设置抑制氧的扩散的金属氧化物，抑制氧从绝缘体250向导电体260扩散。换言之，可以抑制对氧化物230供应的氧量的减少。另外，可以抑制包含在绝缘体250的氧所导致的导电体260的氧化。
注意，上述金属氧化物优选具有第一栅电极的一部分的功能。通过具有上述金属氧化物，可以提高晶体管200A的通态电流，而无需减少来自导电体260的电场的影响。例如，可以将可用于氧化物230的金属氧化物作为上述金属氧化物使用。在此情况下，通过利用溅射法形成导电体260a，可以降低上述金属氧化物的电阻率而使其成为导电体。上述导电体可以称为OC(Oxide Conductor)电极。
导电体260优选包括导电体260a以及配置在导电体260a上的导电体260b。例如，优选以包围导电体260b的底面及侧面的方式配置导电体260a。另外，如图10B及图10C所示，导电体260的顶面与绝缘体250的顶面、氧化物230d的顶面及氧化物230c的顶面大致对齐。虽然在图10B及图10C中导电体260具有导电体260a和导电体260b的两层结构，但是也可以具有单层结构或三层以上的叠层结构。
作为导电体260a，与导电体205a同样地，优选使用具有抑制杂质的扩散的功能的导电材料。另外，优选使用具有抑制氧的扩散的功能的导电材料。
此外，当导电体260a具有抑制氧的扩散的功能时，可以抑制绝缘体250所包含的氧使导电体260b氧化而导致导电率的下降。作为具有抑制氧的扩散的功能的导电材料，例如，优选使用钽、氮化钽、钌、氧化钌等。
另外，由于导电体260还被用作布线，所以优选使用导电性高的导电体。例如，导电体260b可以使用钨、铜或铝为主要成分的导电材料。另外，导电体260b可以具有叠层结构，例如可以具有钛或氮化钛与上述导电材料的叠层结构。
另外，在晶体管200A中，以填埋形成于绝缘体280等的开口的方式自对准地形成导电体260。通过如此形成导电体260，可以在导电体242a和导电体242b之间的区域中无需对准并确实地配置导电体260。
另外，如图10C所示，在晶体管200A的沟道宽度方向上，导电体260的不与氧化物230b重叠的区域的底面优选比氧化物230b的底面低。通过采用被用作栅电极的导电体260隔着绝缘体250等覆盖氧化物230b的沟道形成区域的侧面及顶面的结构，容易使导电体260的电场作用于氧化物230b的沟道形成区域整体。由此，可以提高晶体管200A的通态电流及频率特性。以绝缘体222的底面为基准时的氧化物230a及氧化物230b不与导电体260重叠的区域中的导电体260的底面的高度和氧化物230b的底面的高度之差为0nm以上且100nm以下，优选为3nm以上且50nm以下，更优选为5nm以上且20nm以下。
绝缘体280设置在绝缘体254上。此外，绝缘体280的顶面也可以被平坦化。
另外，优选降低绝缘体280中的水、氢等杂质的浓度。此外，优选的是，绝缘体280的氢浓度低，并且绝缘体280包括过剩氧区域或者包含过剩氧，例如，可以使用与绝缘体216相同的材料形成。此外，绝缘体280也可以具有层叠上述材料的结构，例如，也可以具有通过溅射法形成的氧化硅及层其上的通过化学气相沉积(CVD：Chemical Vapor Deposition)法形成的氧氮化硅的叠层结构。另外，也可以在其上方还层叠氮化硅。
导电体240优选使用以钨、铜或铝为主要成分的导电材料。导电体240也可以具有叠层结构。当作为导电体240采用叠层结构时，作为与绝缘体283、绝缘体282、绝缘体280及绝缘体254接触的导电体优选使用具有抑制水、氢等杂质的透过的功能的导电材料。例如，优选使用钽、氮化钽、钛、氮化钛、钌、氧化钌等。可以以单层或叠层使用具有抑制水、氢等杂质的透过的功能的导电材料。此外，可以防止包含在绝缘体283的上方的层的水、氢等杂质通过导电体240a及导电体240b混入到氧化物230。
作为绝缘体241a及绝缘体241b，例如使用氮化硅、氧化铝或氮氧化硅等绝缘体，即可。因为绝缘体241a及绝缘体241b与绝缘体254接触地设置，所以可以抑制包含在绝缘体280等中的水、氢等杂质经过导电体240a及导电体240b混入氧化物230。尤其是，氮化硅对氢具有高阻挡性，所以是优选的。此外，可以防止绝缘体280所包含的氧被导电体240a及导电体240b吸收。
可以以与导电体240a的顶面及导电体240b的顶面接触的方式配置被用作布线的导电体246(导电体246a及导电体246b)。导电体246优选使用以钨、铜或铝为主要成分的导电材料。另外，该导电体可以具有叠层结构，例如，可以具有钛或氮化钛与上述导电材料的叠层结构。此外，该导电体也可以以嵌入绝缘体的开口中的方式形成。
绝缘体286设置在导电体246及绝缘体283上。由此，导电体246的顶面及侧面与绝缘体286接触，导电体246的底面与绝缘体283接触。也就是说，导电体246可以采用由绝缘体283及绝缘体286包围的结构。通过采用这样结构，可以抑制氧从外部透过而防止导电体246氧化。另外，可以防止水、氢等杂质从导电体246扩散到外部，所以是优选的。
作为形成晶体管200A的衬底例如可以使用绝缘体衬底、半导体衬底或导电体衬底。作为绝缘体衬底，例如可以举出玻璃衬底、石英衬底、蓝宝石衬底、稳定氧化锆衬底(氧化钇稳定氧化锆衬底等)、树脂衬底等。另外，作为半导体衬底，例如可以举出以硅或锗等为材料的半导体衬底、或者由碳化硅、硅锗、砷化镓、磷化铟、氧化锌或氧化镓等构成的化合物半导体衬底等。并且，还可以举出在上述半导体衬底内部具有绝缘体区域的半导体衬底，例如为SOI衬底等。作为导电体衬底，可以举出石墨衬底、金属衬底、合金衬底、导电树脂衬底等。或者，可以举出包含金属氮化物的衬底、包含金属氧化物的衬底等。再者，还可以举出设置有导电体或半导体的绝缘体衬底、设置有导电体或绝缘体的半导体衬底、设置有半导体或绝缘体的导电体衬底等。作为设置在衬底上的元件，可以举出电容器、电阻器、开关元件、发光元件、存储元件等。
作为构成半导体装置的各绝缘体，有具有绝缘性的氧化物、氮化物、氧氮化物、氮氧化物、金属氧化物、金属氧氮化物、金属氮氧化物等。
例如，当进行晶体管的微型化及高集成化时，由于栅极绝缘体的薄膜化，有时发生泄漏电流等的问题。通过作为被用作栅极绝缘体的绝缘体使用high-k材料，可以在保持物理厚度的同时实现晶体管工作时的低电压化。另一方面，通过将相对介电常数较低的材料用于被用作层间膜的绝缘体，可以减少产生在布线之间的寄生电容。因此，优选根据绝缘体的功能选择材料。
作为相对介电常数较高的绝缘体，可以举出氧化镓、氧化铪、氧化锆、含有铝及铪的氧化物、含有铝及铪的氧氮化物、含有硅及铪的氧化物、含有硅及铪的氧氮化物或者含有硅及铪的氮化物等。
另外，作为相对介电常数较低的绝缘体，可以举出氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氮化硅、添加有氟的氧化硅、添加有碳的氧化硅、添加有碳及氮的氧化硅、具有空孔的氧化硅或树脂等。
此外，通过由具有抑制氢等杂质及氧的透过的功能的绝缘体围绕使用金属氧化物的晶体管，可以使晶体管的电特性稳定。作为具有抑制氢等杂质及氧的透过的功能的绝缘体，例如可以使用包含硼、碳、氮、氧、氟、镁、铝、硅、磷、氯、氩、镓、锗、钇、锆、镧、钕、铪或钽的绝缘体的单层或叠层。具体而言，作为具有抑制氢等杂质及氧的透过的功能的绝缘体，可以使用氧化铝、氧化镁、氧化镓、氧化锗、氧化钇、氧化锆、氧化镧、氧化钕、氧化铪、氧化钽等金属氧化物、氮化铝、氮氧化硅、氮化硅等金属氮化物。
此外，被用作栅极绝缘体的绝缘体优选为具有包含通过加热脱离的氧的区域的绝缘体。例如，通过采用具有包含通过加热脱离的氧的区域的氧化硅或者氧氮化硅接触于氧化物230的结构，可以填补氧化物230所包含的氧空位。
作为构成半导体装置的各导电体，优选使用选自铝、铬、铜、银、金、铂、钽、镍、钛、钼、钨、铪、钒、铌、锰、镁、锆、铍、铟、钌、铱、锶和镧等中的金属元素、以上述金属元素为成分的合金或者组合上述金属元素的合金等。例如，优选使用氮化钽、氮化钛、钨、包含钛和铝的氮化物、包含钽和铝的氮化物、氧化钌、氮化钌、包含锶和钌的氧化物、包含镧和镍的氧化物等。另外，氮化钽、氮化钛、包含钛和铝的氮化物、包含钽和铝的氮化物、氧化钌、氮化钌、包含锶和钌的氧化物、包含镧和镍的氧化物是不容易氧化的导电材料或者吸收氧也维持导电性的材料，所以是优选的。此外，也可以使用以包含磷等杂质元素的多晶硅为代表的导电率高的半导体以及镍硅化物等硅化物。
另外，也可以层叠多个由上述材料形成的导电层。例如，也可以采用组合包含上述金属元素的材料和包含氧的导电材料的叠层结构。另外，也可以采用组合包含上述金属元素的材料和包含氮的导电材料的叠层结构。另外，也可以采用组合包含上述金属元素的材料、包含氧的导电材料和包含氮的导电材料的叠层结构。
此外，在将氧化物用于晶体管的沟道形成区域的情况下，作为被用作栅电极的导电体优选采用组合包含上述金属元素的材料和包含氧的导电材料的叠层结构。在此情况下，优选将包含氧的导电材料设置在沟道形成区域一侧。通过将包含氧的导电材料设置在沟道形成区域一侧，从该导电材料脱离的氧容易被供应到沟道形成区域。
尤其是，作为被用作栅电极的导电体，优选使用含有包含在被形成沟道的金属氧化物中的金属元素及氧的导电材料。此外，也可以使用包含上述金属元素及氮的导电材料。例如，也可以使用氮化钛、氮化钽等包含氮的导电材料。另外，也可以使用铟锡氧化物、包含氧化钨的铟氧化物、包含氧化钨的铟锌氧化物、包含氧化钛的铟氧化物、包含氧化钛的铟锡氧化物、铟锌氧化物、添加有硅的铟锡氧化物。另外，也可以使用包含氮的铟镓锌氧化物。通过使用上述材料，有时可以俘获形成有沟道的金属氧化物所包含的氢。或者，有时可以俘获从外方的绝缘体等混入的氢。
图11A至图11D示出包括晶体管200B的半导体装置。图11A是该半导体装置的俯视图，图11B至图11D分别是沿着图11A中的点划线A1-A2、A3-A4、A5-A6的截面图。此外，图11B可以说是晶体管200B的沟道长度方向上的截面图。图11C可以说是晶体管200B的沟道宽度方向上的截面图。注意，在图11A中，为了明确起见，省略部分构成要素。
晶体管200B与晶体管200A的不同之处在于：绝缘体283的形状；以及晶体管200B包括绝缘体287、绝缘体274、绝缘体271a及绝缘体271b而不包括氧化物230c及氧化物230d。
在图11A至图11D所示的半导体装置中，绝缘体214、绝缘体216、绝缘体222、绝缘体224、绝缘体254、绝缘体280及绝缘体282被图案化。另外，绝缘体287及绝缘体283覆盖绝缘体214、绝缘体216、绝缘体222、绝缘体224、绝缘体254、绝缘体280及绝缘体282。就是说，绝缘体287与绝缘体212的顶面、绝缘体214的侧面、绝缘体216的侧面、绝缘体222的侧面、绝缘体224的侧面、绝缘体254的侧面、绝缘体280的侧面、绝缘体282的侧面及绝缘体282的顶面接触，绝缘体283与绝缘体287的顶面及侧面接触。因此，氧化物230、绝缘体214、绝缘体216、绝缘体222、绝缘体224、绝缘体254、绝缘体280及绝缘体282等由绝缘体287、绝缘体283以及绝缘体212与外部隔开。换言之，晶体管200B配置在被绝缘体287及绝缘体283、以及绝缘体212密封的区域中。
例如，优选的是，绝缘体214、绝缘体282及绝缘体287使用具有俘获氢并使氢固定的功能的材料形成，并且绝缘体212及绝缘体283使用具有抑制氢及氧的扩散的功能的材料形成。典型的是，作为绝缘体214、绝缘体282及绝缘体287可以使用氧化铝。此外，作为绝缘体212、绝缘体283，典型地可以使用氮化硅。
通过采用上述结构，可以抑制包含在上述被密封的区域以外的区域中的氢混入上述被密封的区域内。因此，可以保持晶体管的低氢浓度。
在图11A至图11D中，示出晶体管200B中以单层设置绝缘体212、绝缘体287及绝缘体283的结构，它们既可以具有单层结构又可以具有叠层结构。
另外，也可以不设置绝缘体287。在不设置绝缘体287的情况下，晶体管200B配置在被绝缘体212及绝缘体283密封的区域中。通过采用该结构，可以进一步抑制包含在该被密封的区域外的氢进入该被密封的区域中。因此，可以进一步保持晶体管的低氢浓度。
绝缘体274被用作层间膜。绝缘体274的介电常数优选低于绝缘体214。通过将介电常数低的材料用于层间膜，可以减少产生在布线之间的寄生电容。绝缘体274例如可以使用与绝缘体280相同的材料形成。
另外，优选利用溅射法形成成为绝缘体274的绝缘膜。利用溅射法形成的膜具有较低的氢浓度，所以是优选的。因此，可以抑制在形成该绝缘膜的工序中晶体管的氢浓度增高。
另外，绝缘体287、绝缘体283及上述绝缘膜优选以不暴露于大气环境的方式连续地形成。通过以不暴露于大气环境的方式连续地形成，可以防止来自大气环境的杂质或水分附着于绝缘体287及绝缘体283上，可以保持绝缘体287和绝缘体283的界面及界面附近、以及绝缘体283与上述绝缘膜的界面及界面附近的清洁。另外，可以使半导体装置的制造工序简化。
在图11A至图11D所示的半导体装置中，导电体242a和绝缘体254之间设置有绝缘体271a，导电体242b和绝缘体254之间设置有绝缘体271b。
在此，绝缘体271a及绝缘体271b优选具有抑制氧的扩散的功能。由此，可以抑制被用作源电极及漏电极的导电体242a及导电体242b吸收绝缘体280所包含的过剩氧。另外，通过抑制导电体242a及导电体242b的氧化，可以抑制晶体管与布线的接触电阻的增加。因此，可以使晶体管200B具有良好的电特性及可靠性。绝缘体271a及绝缘体271b例如可以使用与绝缘体254相同的材料形成。
另外，在图11A至图11D所示的半导体装置的制造方法中，可以将成为绝缘体271a及绝缘体271b的绝缘膜及设置在该绝缘膜上的导电层用作形成导电体242时的掩模。由此，导电体242(导电体242a及导电体242b)的侧面和顶面交叉的端部成为角状。在导电体242的侧面与顶面交叉的端部成为角状时，与该端部具有曲面的情况相比，导电体242的截面积增大。由此，导电体242的电阻下降，从而可以增大晶体管200B的通态电流。
通过采用不设置氧化物230c及氧化物230d的结构，可以抑制互相相邻的两个晶体管200B之间产生寄生晶体管而可以抑制产生沿着导电体260的泄漏路径。因此，可以提供一种具有良好电特性且可以实现微型化或高集成化的半导体装置。
本实施方式可以与其他实施方式适当地组合。
实施方式3
在本实施方式中，参照图12说明本发明的一个方式的显示装置的像素。
[像素]
本实施方式的显示装置包括配置为m行n列(m和n都是1以上的整数)的矩阵状的多个像素。图12示出像素200(i,j)(i是1以上且m以下的整数，j是1以上且n以下的整数)的电路图的一个例子。
图12所示的像素200(i,j)包括发光元件210、开关SW21、开关SW22、晶体管M及电容器C1。
在本实施方式中示出作为开关SW21使用晶体管的例子。开关SW21的栅极与扫描线GL1(i)电连接。开关SW21的源极及漏极中的一个与信号线SL(j)电连接，另一个与晶体管M的栅极电连接。
在本实施方式中示出作为开关SW22使用晶体管的例子。开关SW22的栅极与扫描线GL2(i)电连接。开关SW22的源极及漏极中的一个与布线COM电连接，另一个与晶体管M的栅极电连接。
晶体管M的栅极与电容器C1的一个电极、开关SW21的源极及漏极中的另一个及开关SW22的源极及漏极中的另一个电连接。晶体管M的源极及漏极中的一个与布线CATHODE电连接，另一个与发光元件210的阴极电连接。
电容器C1的另一个电极与布线CATHODE电连接。
发光元件210的阳极与布线ANODE电连接。
扫描线GL1(i)具有供应选择信号的功能。扫描线GL2(i)具有供应控制信号的功能。信号线SL(j)具有供应图像信号的功能。布线COM、布线CATHODE及布线ANODE的每一个被供应固定电位。可以将发光元件210的阳极一侧的电位设定为高电位，而将阴极一侧设定为低于阳极一侧的电位。
开关SW21被选择信号控制，并被用作控制像素200(i,j)的选择状态的选择晶体管。
晶体管M被用作根据供应到栅极的电位控制流过发光元件210的电流的驱动晶体管。当开关SW21处于导通状态时，供应到信号线SL(j)的图像信号被供应到晶体管M的栅极，可以根据其电位控制发光元件210的发光亮度。
开关SW22具有根据控制信号控制晶体管M的栅极电位的功能。具体而言，开关SW22可以将使晶体管M成为非导通状态的电位供应到晶体管M的栅极。
例如，开关SW22可以被用于脉冲宽度的控制。在基于控制信号的期间中，可以将电流从晶体管M供应到发光元件210。或者，发光元件210可以根据图像信号及控制信号表现灰度。
在此，作为各像素200(i,j)所包括的晶体管，优选应用其每一个的形成沟道的半导体层使用金属氧化物(氧化物半导体)的晶体管。
使用具有比硅宽的带隙及比硅低的载流子浓度的金属氧化物的晶体管可以实现极小的关态电流。由此，因为其关态电流小，所以能够长期间保持储存于与晶体管串联连接的电容器中的电荷。因此，尤其是，作为与电容器C1串联连接的开关SW21及开关SW22，优选使用应用氧化物半导体的晶体管。此外，通过将同样地应用氧化物半导体的晶体管用于其他晶体管，可以减少制造成本。
另外，作为像素200(i,j)所包括的晶体管，可以使用其形成沟道的半导体应用硅的晶体管。特别是，在使用单晶硅或多晶硅等结晶性高的硅时可以实现高场效应迁移率及更高速的工作，所以是优选的。
此外，也可以采用如下结构：作为像素200(i,j)所包括的晶体管中的一个以上使用应用氧化物半导体的晶体管，作为其他晶体管使用应用硅的晶体管。
注意，在图12中，晶体管表示为n沟道型晶体管，但是也可以使用p沟道型晶体管。
对显示装置所包括的晶体管结构没有特别的限制。例如，可以采用平面型晶体管、交错型晶体管或反交错型晶体管。此外，晶体管都可以具有顶栅结构或底栅结构。或者，也可以在沟道的上下设置有栅电极。
作为显示装置所包括的晶体管，例如可以使用OS晶体管。因此，可以实现关态电流极小的晶体管。
或者，作为显示装置所包括的晶体管，可以使用Si晶体管。作为该晶体管可以举出例如含有非晶硅的晶体管、含有结晶硅(典型为低温多晶硅)的晶体管、以及含有单晶硅的晶体管等。
本实施方式可以与其他实施方式适当地组合。
实施方式4
在本实施方式中，说明可用于上述实施方式中说明的OS晶体管的金属氧化物(称为氧化物半导体)。
金属氧化物优选至少包含铟或锌。尤其优选包含铟及锌。另外，除此之外，优选还包含铝、镓、钇或锡等。另外，也可以包含选自硼、硅、钛、铁、镍、锗、锆、钼、镧、铈、钕、铪、钽、钨、镁及钴等中的一种或多种。
<结晶结构的分类>
首先，对氧化物半导体中的结晶结构的分类参照图13A进行说明。图13A是说明氧化物半导体，典型为IGZO(包含In、Ga及Zn的金属氧化物)的结晶结构的分类的图。
如图13A所示那样，氧化物半导体大致分为“Amorphous(无定形)”、“Crystalline(结晶性)”、“Crystal(结晶)”。另外，在“Amorphous”中包含completely amorphous。另外，在“Crystalline”中包含CAAC(c-axis-aligned crystalline)、nc(nanocrystalline)及CAC(cloud-aligned composite)。另外，在“Crystalline”的分类中不包含singlecrystal、poly crystal及completely amorphous。另外，“Crystal”的分类中包含singlecrystal及poly crystal。
另外，图13A所示的外框线被加粗的部分中的结构是介于“Amorphous(无定形)”与“Crystal(结晶)”之间的中间状态，是属于新边界区域(New crystalline phase)的结构。就是说，将该结构可以说是与在能量性上不稳定的“Amorphous(无定形)”或”Crystal(结晶)”完全不同的结构。
另外，可以使用X射线衍射(XRD：X-Ray Diffraction)光谱对膜或衬底的结晶结构进行评价。在此，图13B及图13C分别示出石英玻璃衬底以及具有被分类为“Crystalline”的结晶结构的IGZO(也称为结晶性IGZO)膜的通过GIXD(Grazing-Incidence XRD)测量而得到的XRD光谱。另外，将GIXD法也称为薄膜法或Seemann-Bohlin法。下面，将通过图13B及图13C所示的GIXD测量而得到的XRD光谱仅记为XRD光谱。图13B是石英玻璃的XRD光谱，图13C是结晶性IGZO的XRD光谱。另外，图13C所示的结晶性IGZO膜的组成是In:Ga:Zn＝4:2:3[原子个数比]附近。另外，图13C所示的结晶性IGZO膜的厚度为500nm。
如图13B的箭头所示，石英玻璃衬底的XRD光谱的峰形状大致为左右对称。另一方面，如图13C的箭头所示，结晶性IGZO膜的XRD光谱的峰形状不是左右对称。XRD光谱的峰的形状是左右不对称说明膜中或衬底中存在结晶。换言之，除非XRD光谱峰形状左右对称，否则不能说膜或衬底处于非晶状态。在图13C中，在2θ＝31°或其附近表示结晶相(IGZOcrystal phase)。可以推测，XRD光谱中的左右非对称的形状的峰归因于源自该结晶相(微小结晶)的衍射峰。
具体而言，可推测，因包含在IGZO中的原子而散射的X射线的干涉对2θ＝34°或其附近的峰有贡献。另外，可推测，微小结晶对2θ＝31°或其附近的峰有贡献。在图13C所示的结晶性IGZO膜的XRD光谱中，2θ＝34°或其附近的峰的低角度一侧的峰宽较大。这意味着，结晶性IGZO膜中存在起因于2θ＝31°或其附近的峰的微小结晶。
另外，可以使用纳米束电子衍射法(NBED：Nano Beam Electron Diffraction)观察的衍射图案(也称为纳米束电子衍射图案)对膜或衬底的结晶结构进行评价。图13D和图13E分别示出石英玻璃衬底以及在衬底温度为室温的情况下形成的IGZO膜的衍射图案。图13D是石英玻璃衬底的衍射图案，图13E是IGZO膜的衍射图案。另外，图13E所示的IGZO膜使用In:Ga:Zn＝1:1:1[原子个数比]的氧化物靶材并利用溅射法形成。另外，在纳米束电子衍射法中，进行束径为1nm的电子衍射法。
此外，如图13D所示，在石英玻璃衬底的衍射图案中观察到光晕图案，可以确认石英玻璃处于非晶状态。另外，如图13E所示，以室温形成的IGZO膜的衍射图案中观察到斑点状的图案而没有观察到光晕。因此可以推测，以室温形成的IGZO膜处于既不是晶态也不是非晶态的中间态，不能得出该IGZO膜是非晶态的结论。
《氧化物半导体的结构》
另外，在注目于氧化物半导体的结晶结构的情况下，有时氧化物半导体的分类与图13A不同。例如，氧化物半导体可以分类为单晶氧化物半导体和除此之外的非单晶氧化物半导体。作为非单晶氧化物半导体，例如可以举出上述CAAC-OS及nc-OS。另外，在非单晶氧化物半导体中包含多晶氧化物半导体、a-like OS(amorphous-like oxide semiconductor)及非晶氧化物半导体等。
在此，对上述CAAC-OS、nc-OS及a-like OS的详细内容进行说明。
[CAAC-OS]
CAAC-OS是包括多个结晶区域的氧化物半导体，该多个结晶区域的c轴取向于特定的方向。另外，特定的方向是指CAAC-OS膜的厚度方向、CAAC-OS膜的被形成面的法线方向、或者CAAC-OS膜的表面的法线方向。另外，结晶区域是具有原子排列的周期性的区域。注意，在将原子排列看作晶格排列时结晶区域也是晶格排列一致的区域。再者，CAAC-OS具有在a-b面方向上多个结晶区域连接的区域，有时该区域具有畸变。另外，畸变是指在多个结晶区域连接的区域中，晶格排列一致的区域和其他晶格排列一致的区域之间的晶格排列的方向变化的部分。换言之，CAAC-OS是指c轴取向并在a-b面方向上没有明显的取向的氧化物半导体。
另外，上述多个结晶区域的每一个由一个或多个微小结晶(最大径小于10nm的结晶)构成。在结晶区域由一个微小结晶构成的情况下，该结晶区域的最大径小于10nm。另外，结晶区域由多个微小结晶构成的情况下，有时该结晶区域的尺寸为几十nm左右。
另外，在In-M-Zn氧化物(元素M为选自铝、镓、钇、锡及钛等中的一种或多种)中，CAAC-OS有具有层叠有含有铟(In)及氧的层(以下，In层)、含有元素M、锌(Zn)及氧的层(以下，(M，Zn)层)的层状结晶结构(也称为层状结构)的趋势。另外，铟和元素M可以彼此置换。因此，有时(M，Zn)层包含铟。另外，有时In层包含元素M。注意，有时In层包含Zn。该层状结构例如在高分辨率TEM图像中被观察作为晶格像。
例如，当对CAAC-OS膜使用XRD装置进行结构分析时，在使用θ/2θ扫描的Out-of-plane XRD测量中，在2θ＝31°或其附近检测出c轴取向的峰值。注意，表示c轴取向的峰值的位置(2θ值)有时根据构成CAAC-OS的金属元素的种类、组成等变动。
另外，例如，在CAAC-OS膜的电子衍射图案中观察到多个亮点(斑点)。另外，在以透过样品的入射电子束的斑点(也称为直接斑点)为对称中心时，某一个斑点和其他斑点被观察在点对称的位置。
在从上述特定的方向观察结晶区域的情况下，虽然该结晶区域中的晶格排列基本上是六方晶格，但是单位晶格并不局限于正六角形，有是非正六角形的情况。另外，在上述畸变中，有时具有五角形、七角形等晶格排列。另外，在CAAC-OS的畸变附近观察不到明确的晶界(grain boundary)。也就是说，晶格排列的畸变抑制晶界的形成。这可能是由于CAAC-OS可容许因如下原因而发生的畸变，即a-b面方向上的氧原子的排列的低密度或因金属原子被取代而使原子间的键合距离产生变化。
另外，确认到明确的晶界的结晶结构被称为所谓的多晶(polycrystal)。晶界成为复合中心而载流子被俘获，因而有可能导致晶体管的通态电流的降低、场效应迁移率的降低等。因此，确认不到明确的晶界的CAAC-OS是对晶体管的半导体层提供具有优异的结晶结构的结晶性氧化物之一。注意，为了构成CAAC-OS，优选为包含Zn的结构。例如，与In氧化物相比，In-Zn氧化物及In-Ga-Zn氧化物能够进一步抑制晶界的发生，所以是优选的。
CAAC-OS是结晶性高且确认不到明确的晶界的氧化物半导体。因此，可以说在CAAC-OS中，不容易发生起因于晶界的电子迁移率的降低。另外，氧化物半导体的结晶性有时因杂质的混入或缺陷的生成等而降低，因此可以说CAAC-OS是杂质或缺陷(氧空位等)少的氧化物半导体。因此，包含CAAC-OS的氧化物半导体的物理性质稳定。因此，包含CAAC-OS的氧化物半导体具有高耐热性及高可靠性。此外，CAAC-OS对制造工序中的高温度(所谓热积存；thermal budget)也很稳定。由此，通过在OS晶体管中使用CAAC-OS，可以扩大制造工序的自由度。
[nc-OS]
在nc-OS中，微小的区域(例如1nm以上且10nm以下的区域，特别是1nm以上且3nm以下的区域)中的原子排列具有周期性。换言之，nc-OS具有微小的结晶。另外，例如，该微小的结晶的尺寸为1nm以上且10nm以下，尤其为1nm以上且3nm以下，将该微小的结晶称为纳米晶。另外，nc-OS在不同的纳米晶之间观察不到结晶取向的规律性。因此，在膜整体中观察不到取向性。所以，有时nc-OS在某些分析方法中与a-like OS或非晶氧化物半导体没有差别。例如，在对nc-OS膜使用XRD装置进行结构分析时，在使用θ/2θ扫描的Out-of-plane XRD测量中，不检测出表示结晶性的峰值。此外，在对nc-OS膜进行使用其束径比纳米晶大(例如，50nm以上)的电子束的电子衍射(也称为选区电子衍射)时，观察到类似光晕图案的衍射图案。另一方面，在对nc-OS膜进行使用其束径近于或小于纳米晶的尺寸(例如1nm以上且30nm以下)的电子束的电子衍射(也称为纳米束电子衍射)的情况下，有时得到在以直接斑点为中心的环状区域内观察到多个斑点的电子衍射图案。
[a-like OS]
a-like OS是具有介于nc-OS与非晶氧化物半导体之间的结构的氧化物半导体。a-likeOS包含空洞或低密度区域。也就是说，a-like OS的结晶性比nc-OS及CAAC-OS的结晶性低。另外，a-like OS的膜中的氢浓度比nc-OS及CAAC-OS的膜中的氢浓度高。
《氧化物半导体的结构》
接着，说明上述CAC-OS的详细内容。另外，CAC-OS与材料构成有关。
[CAC-OS]
CAC-OS例如是指包含在金属氧化物中的元素不均匀地分布的构成，其中包含不均匀地分布的元素的材料的尺寸为0.5nm以上且10nm以下，优选为1nm以上且3nm以下或近似的尺寸。注意，在下面也将在金属氧化物中一个或多个金属元素不均匀地分布且包含该金属元素的区域混合的状态称为马赛克状或补丁(patch)状，该区域的尺寸为0.5nm以上且10nm以下，优选为1nm以上且3nm以下或近似的尺寸。
再者，CAC-OS是指其材料分开为第一区域与第二区域而成为马赛克状且该第一区域分布于膜中的结构(下面也称为云状)。就是说，CAC-OS是指具有该第一区域和该第二区域混合的结构的复合金属氧化物。
在此，将相对于构成In-Ga-Zn氧化物的CAC-OS的金属元素的In、Ga及Zn的原子个数比的每一个记为[In]、[Ga]及[Zn]。例如，在In-Ga-Zn氧化物的CAC-OS中，第一区域是其[In]大于CAC-OS膜的组成中的[In]的区域。另外，第二区域是其[Ga]大于CAC-OS膜的组成中的[Ga]的区域。另外，例如，第一区域是其[In]大于第二区域中的[In]且其[Ga]小于第二区域中的[Ga]的区域。另外，第二区域是其[Ga]大于第一区域中的[Ga]且其[In]小于第一区域中的[In]的区域。
具体而言，上述第一区域是以铟氧化物或铟锌氧化物等为主要成分的区域。另外，上述第二区域是以镓氧化物或镓锌氧化物等为主要成分的区域。换言之，可以将上述第一区域称为以In为主要成分的区域。另外，可以将上述第二区域称为以Ga为主要成分的区域。
注意，有时观察不到上述第一区域和上述第二区域的明确的边界。
另外，In-Ga-Zn氧化物中的CAC-OS是指如下构成：在包含In、Ga、Zn及O的材料构成中，部分主要成分为Ga的区域与部分主要成分为In的区域无规律地以马赛克状存在。因此，可推测，CAC-OS具有金属元素不均匀地分布的结构。
CAC-OS例如可以通过在对衬底不进行意图性的加热的条件下利用溅射法来形成。在利用溅射法形成CAC-OS的情况下，作为沉积气体，可以使用选自惰性气体(典型的是氩)、氧气体和氮气体中的任一种或多种。另外，沉积时的沉积气体的总流量中的氧气体的流量比越低越好，例如，优选使沉积时的沉积气体的总流量中的氧气体的流量比为0％以上且低于30％，更优选为0％以上且10％以下。
例如，在In-Ga-Zn氧化物的CAC-OS中，根据通过能量分散型X射线分析法(EDX：Energy Dispersive X-ray spectroscopy)取得的EDX面分析图像(EDX-mapping)，可确认到具有以In为主要成分的区域(第一区域)及以Ga为主要成分的区域(第二区域)不均匀地分布而混合的结构。
在此，第一区域是具有比第二区域高的导电性的区域。就是说，当载流子流过第一区域时，呈现作为金属氧化物的导电性。因此，当第一区域以云状分布在金属氧化物中时，可以实现高场效应迁移率(μ)。
另一方面，第二区域是具有比第一区域高的绝缘性的区域。就是说，当第二区域分布在金属氧化物中时，可以抑制泄漏电流。
在将CAC-OS用于晶体管的情况下，通过起因于第一区域的导电性和起因于第二区域的绝缘性的互补作用，可以使CAC-OS具有开关功能(控制导通/关闭的功能)。换言之，在CAC-OS的材料的一部分中具有导电性的功能且在另一部分中具有绝缘性的功能，在材料的整体中具有半导体的功能。通过使导电性的功能和绝缘性的功能分离，可以最大限度地提高各功能。因此，通过将CAC-OS用于晶体管，可以实现大通态电流(Ion)、高场效应迁移率(μ)及良好的开关工作。
另外，使用CAC-OS的晶体管具有高可靠性。因此，CAC-OS最适合于显示装置等各种半导体装置。
氧化物半导体具有各种结构及各种特性。本发明的一个方式的氧化物半导体也可以包括非晶氧化物半导体、多晶氧化物半导体、a-like OS、CAC-OS、nc-OS、CAAC-OS中的两种以上。
<具有氧化物半导体的晶体管>
在此，说明将上述氧化物半导体用于晶体管的情况。
通过将上述氧化物半导体用于晶体管，可以实现场效应迁移率高的晶体管。另外，可以实现可靠性高的晶体管。
优选将载流子浓度低的氧化物半导体用于晶体管。例如，氧化物半导体中的载流子浓度为1×1017cm-3以下，优选为1×1015cm-3以下，更优选为1×1013cm-3以下，进一步优选为1×1011cm-3以下，更进一步优选低于1×1010cm-3，且1×10-9cm-3以上。在以降低氧化物半导体膜的载流子浓度为目的的情况下，可以降低氧化物半导体膜中的杂质浓度以降低缺陷态密度。在本说明书等中，将杂质浓度低且缺陷态密度低的状态称为“高纯度本征”或“实质上高纯度本征”。另外，有时将载流子浓度低的氧化物半导体称为“高纯度本征或实质上高纯度本征的氧化物半导体”。
因为高纯度本征或实质上高纯度本征的氧化物半导体膜具有较低的缺陷态密度，所以有可能具有较低的陷阱态密度。
此外，被氧化物半导体的陷阱态俘获的电荷到消失需要较长的时间，有时像固定电荷那样动作。因此，有时在陷阱态密度高的氧化物半导体中形成沟道形成区域的晶体管的电特性不稳定。
因此，为了使晶体管的电特性稳定，降低氧化物半导体中的杂质浓度是有效的。为了降低氧化物半导体中的杂质浓度，优选还降低附近膜中的杂质浓度。作为杂质有氢、氮、碱金属、碱土金属、铁、镍、硅等。
<杂质>
在此，说明氧化物半导体中的各杂质的影响。
在氧化物半导体包含第14族元素之一的硅或碳时，在氧化物半导体中形成缺陷态。因此，将氧化物半导体中或与氧化物半导体的界面附近的硅或碳的浓度(通过二次离子质谱(SIMS：Secondary Ion Mass Spectrometry)测得的浓度)设定为2×1018atoms/cm3以下，优选为2×1017atoms/cm3以下。
另外，当氧化物半导体包含碱金属或碱土金属时，有时形成缺陷态而形成载流子。因此，使用包含碱金属或碱土金属的氧化物半导体的晶体管容易具有常开启特性。因此，使通过SIMS测得的氧化物半导体中的碱金属或碱土金属的浓度为1×1018atoms/cm3以下，优选为2×1016atoms/cm3以下。
当氧化物半导体包含氮时，容易产生作为载流子的电子，使载流子浓度增高，而n型化。其结果是，在将包含氮的氧化物半导体用于半导体的晶体管容易具有常开启特性。或者，在氧化物半导体包含氮时，有时形成陷阱态。其结果，有时晶体管的电特性不稳定。因此，将利用SIMS测得的氧化物半导体中的氮浓度设定为低于5×1019atoms/cm3，优选为5×1018atoms/cm3以下，更优选为1×1018atoms/cm3以下，进一步优选为5×1017atoms/cm3以下。
包含在氧化物半导体中的氢与键合于金属原子的氧起反应生成水，因此有时形成氧空位。当氢进入该氧空位时，有时产生作为载流子的电子。另外，有时由于氢的一部分与键合于金属原子的氧键合，产生作为载流子的电子。因此，使用包含氢的氧化物半导体的晶体管容易具有常开启特性。由此，优选尽可能地减少氧化物半导体中的氢。具体而言，在氧化物半导体中，将利用SIMS测得的氢浓度设定为低于1×1020atoms/cm3，优选低于1×1019atoms/cm3，更优选低于5×1018atoms/cm3，进一步优选低于1×1018atoms/cm3。
通过将杂质被充分降低的氧化物半导体用于晶体管的沟道形成区域，可以使晶体管具有稳定的电特性。
注意，本实施方式可以与其他实施方式适当地组合。
实施方式5
在本实施方式中，使用图14A至图18F对本发明的一个方式的电子设备进行说明。
本实施方式的电子设备在显示部中包括本发明的一个方式的显示装置。本发明的一个方式的显示装置的显示质量高且功耗低。另外，本发明的一个方式的显示装置容易实现高分辨率化及大型化。因此，可以用于各种电子设备的显示部。
作为电子设备，例如除了电视装置、台式或笔记本型个人计算机、用于计算机等的显示器、数字标牌、弹珠机等大型游戏机等具有较大的屏幕的电子设备以外，还可以举出数码相机、数码摄像机、数码相框、移动电话机、便携式游戏机、便携式信息终端、声音再现装置等。
特别是，因为本发明的一个方式的显示装置可以提高分辨率，所以可以适当地用于包括较小的显示部的电子设备。可以将这种电子设备适当地用于可戴在头上的可穿戴设备等，例如手表型或手镯型信息终端设备(可穿戴设备)、头戴显示器等VR用设备、眼镜型AR用设备或MR用设备等。
本实施方式的电子设备也可以包括传感器(该传感器具有测量如下因素的功能：力、位移、位置、速度、加速度、角速度、转速、距离、光、液、磁、温度、化学物质、声音、时间、硬度、电场、电流、电压、电力、辐射线、流量、湿度、倾斜度、振动、气味或红外线)。
本实施方式的电子设备可以具有各种功能。例如，可以具有如下功能：将各种信息(静态图像、动态图像、文字图像等)显示在显示部上的功能；触摸面板的功能；显示日历、日期或时间等的功能；执行各种软件(程序)的功能；进行无线通信的功能；读出储存在存储介质中的程序或数据的功能；等。
图14A示出眼镜型电子设备900的立体图。电子设备900包括一对显示面板901、一对框体902、一对光学构件903、一对装上部904等。
电子设备900可以将由显示面板901显示的图像投影于光学构件903中的显示区域906。因为光学构件903具有透光性，所以使用者可以与通过光学构件903看到的透过图像重叠地看到显示于显示区域906的图像。因此，电子设备900是能够进行AR显示的电子设备。
电子设备900所包括的显示面板901除了图像显示功能之外优选还具有摄像功能。此时，电子设备900可以接收经过光学构件903入射到显示面板901的光，并将其转换为电信号而输出。由此，可以拍摄使用者的眼睛或眼睛及其附近，将其输出到外部或电子设备900所包括的运算部作为图像信息。
一个框体902设置有能够拍摄前面的照相机905。此外，虽然未图示，但是任一个框体902设置有无线接收器或能够与电缆连接的连接器，从而可以对框体902供应影像信号等。此外，通过在框体902配置陀螺传感器等加速度传感器，可以检测到使用者头部的方向而将对应于该方向的图像显示于显示区域906。另外，框体902优选设置有电池，优选能够以无线或有线对该电池进行充电。
参照图14B说明相对于电子设备900的显示区域906的图像投影方法。框体902的内部设置有显示面板901、透镜911、反射板912。此外，相当于光学构件903的显示区域906的部分包括被用作半反射镜的反射面913。
显示面板901所发射的光915经过透镜911而被反射板912反射到光学构件903一侧。在光学构件903的内部中，光915在光学构件903的端面反复全反射，在到达反射面913时，图像被投影于反射面913。由此，使用者可以看到反射在反射面913上的光915和经过光学构件903(包括反射面913)的透过光916的两个。
图14A和图14B示出反射板912及反射面913都具有曲面的例子。由此，与它们是平面的情况相比，可以提高光学设计的自由度，从而可以减薄光学构件903的厚度。另外，反射板912及反射面913也可以是平面。
作为反射板912，可以使用具有镜面的构件，并且该反射板优选具有高反射率。此外，作为反射面913，也可以使用利用金属膜的反射的半反射镜，但是当使用利用全反射的棱镜等时，可以提高透过光916的透过率。
在此，电子设备900优选具有调整透镜911和显示面板901之间的距离及角度中的一个或两个的机构。由此，可以进行焦点调整、图像的放大、缩小等。例如，采用透镜911及显示面板901中的一个或两个能够在光轴方向上移动的结构，即可。
电子设备900优选具有能够调整反射板912的角度的机构。通过改变反射板912的角度，可以改变显示图像的显示区域906的位置。由此，可以根据使用者的眼睛的位置将显示区域906配置于最合适的位置上。
显示面板901可以应用本发明的一个方式的显示装置。因此，可以实现能够进行分辨率极高的显示的电子设备900。
图15A、图15B示出护目镜型电子设备950的立体图。图15A是示出电子设备950的正面、平面及左侧面的立体图，图15B是示出电子设备950的背面、底面及右侧面的立体图。
电子设备950包括一对显示面板951、框体952、一对装上部954、缓冲构件955、一对透镜956等。一对显示面板951的每一个设置在框体952内部的能够通过透镜956看到的位置上。
电子设备950是VR用电子设备。装上电子设备950的使用者可以通过透镜956看到显示于显示面板951的图像。此外，通过使一对显示面板951显示互不相同的图像，也可以进行利用视差的三维显示。
框体952的背面一侧设置有输入端子957和输出端子958。可以将供应来自影像输出设备等的影像信号或用于对设置在框体952内的电池进行充电的电力等的电缆连接到输入端子957。输出端子958例如被用作声音输出端子，可以与耳机或头戴式耳机等连接。另外，在能够通过无线通信输出声音数据的情况或从外部的影像输出设备输出声音的情况下，也可以不设置该声音输出端子。
电子设备950优选具有一种机构，其中能够调整透镜956及显示面板951的左右位置，以根据使用者的眼睛的位置使透镜956及显示面板951位于最合适的位置上。此外，还优选具有一种机构，其中通过改变透镜956和显示面板951之间的距离来调整焦点。
显示面板951可以应用本发明的一个方式的显示装置。因此，可以实现能够进行分辨率极高的显示的电子设备950。由此，使用者可以感受高沉浸感。
缓冲构件955是与使用者的脸(额头及脸颊等)接触的部分。通过使缓冲构件955与使用者的脸密接，可以防止漏光，从而可以进一步提高沉浸感。缓冲构件955优选使用柔软的材料以在使用者装上电子设备950时与使用者的脸密接。例如，可以使用橡胶、硅酮橡胶、聚氨酯、海绵等材料。另外，当作为缓冲构件955使用用布或皮革(天然皮革或合成皮革)等覆盖海绵等的表面的构件时，在使用者的脸和缓冲构件955之间不容易产生空隙，从而可以适当地防止漏光。在缓冲构件955及装上部954等接触于使用者的皮肤的构件采用可拆卸的结构时，容易进行清洗及交换，所以是优选的。
图16A所示的电子设备6500是可以用作智能手机的便携式信息终端设备。
电子设备6500包括框体6501、显示部6502、电源按钮6503、按钮6504、扬声器6505、麦克风6506、照相机6507及光源6508等。显示部6502具有触摸面板的功能。
显示部6502可以使用本发明的一个方式的显示装置。
图16B是包括框体6501的麦克风6506一侧的端部的截面示意图。
框体6501的显示面一侧设置有具有透光性的保护构件6510，被框体6501及保护构件6510包围的空间内设置有显示面板6511、光学构件6512、触摸传感器面板6513、印刷电路板6517、电池6518等。
显示面板6511、光学构件6512及触摸传感器面板6513使用粘合层(未图示)固定到保护构件6510。
在显示部6502的外侧的区域中，显示面板6511的一部分叠回，且该叠回部分连接有FPC6515。FPC6515安装有IC6516。FPC6515与设置于印刷电路板6517的端子连接。
显示面板6511可以使用本发明的一个方式的柔性显示器。由此，可以实现极轻量的电子设备。此外，由于显示面板6511极薄，所以可以在抑制电子设备的厚度的情况下安装大容量的电池6518。此外，通过折叠显示面板6511的一部分以在像素部的背面设置与FPC6515的连接部，可以实现窄边框的电子设备。
图17A示出电视装置的一个例子。在电视装置7100中，框体7101中组装有显示部7000。在此示出利用支架7103支撑框体7101的结构。
可以对显示部7000适用本发明的一个方式的显示装置。
可以通过利用框体7101所具备的操作开关或另外提供的遥控操作机7111进行图17A所示的电视装置7100的操作。另外，也可以在显示部7000中具备触摸传感器，也可以通过用指头等触摸显示部7000进行电视装置7100的操作。另外，也可以在遥控操作机7111中具备显示从该遥控操作机7111输出的数据的显示部。通过利用遥控操作机7111所具备的操作键或触摸面板，可以进行频道及音量的操作，并可以对显示在显示部7000上的影像进行操作。
另外，电视装置7100具备接收机及调制解调器等。可以通过利用接收机接收一般的电视广播。再者，通过调制解调器连接到有线或无线方式的通信网络，从而进行单向(从发送者到接收者)或双向(发送者和接收者之间或接收者之间等)的信息通信。
图17B示出笔记型个人计算机的一个例子。笔记型个人计算机7200包括框体7211、键盘7212、指向装置7213、外部连接端口7214等。在框体7211中组装有显示部7000。
可以对显示部7000适用本发明的一个方式的显示装置。
图17C和图17D示出数字标牌的一个例子。
图17C所示的数字标牌7300包括框体7301、显示部7000及扬声器7303等。此外，还可以包括LED灯、操作键(包括电源开关或操作开关)、连接端子、各种传感器、麦克风等。
图17D示出设置于圆柱状柱子7401上的数字标牌7400。数字标牌7400包括沿着柱子7401的曲面设置的显示部7000。
在图17C和图17D中，可以对显示部7000适用本发明的一个方式的显示装置。
显示部7000越大，一次能够提供的信息量越多。显示部7000越大，越容易吸引人的注意，例如可以提高广告宣传效果。
通过将触摸面板用于显示部7000，不仅可以在显示部7000上显示静态图像或动态图像，使用者还能够直觉性地进行操作，所以是优选的。另外，在用于提供线路信息或交通信息等信息的用途时，可以通过直觉性的操作提高易用性。
如图17C和图17D所示，数字标牌7300或数字标牌7400优选可以通过无线通信与使用者所携带的智能手机等信息终端设备7311或信息终端设备7411联动。例如，显示在显示部7000上的广告信息可以显示在信息终端设备7311或信息终端设备7411的屏幕上。此外，通过操作信息终端设备7311或信息终端设备7411，可以切换显示部7000的显示。
此外，可以在数字标牌7300或数字标牌7400上以信息终端设备7311或信息终端设备7411的屏幕为操作单元(控制器)执行游戏。由此，不特定多个使用者可以同时参加游戏，享受游戏的乐趣。
图18A至图18F所示的电子设备包括框体9000、显示部9001、扬声器9003、操作键9005(包括电源开关或操作开关)、连接端子9006、传感器9007(该传感器具有测量如下因素的功能：力、位移、位置、速度、加速度、角速度、转速、距离、光、液、磁、温度、化学物质、声音、时间、硬度、电场、电流、电压、电力、辐射线、流量、湿度、倾斜度、振动、气味或红外线)、麦克风9008等。
图18A至图18F所示的电子设备具有各种功能。例如，可以具有如下功能：将各种信息(静态图像、动态图像及文字图像等)显示在显示部上的功能；触摸面板的功能；显示日历、日期或时间等的功能；通过利用各种软件(程序)控制处理的功能；进行无线通信的功能；读出储存在存储介质中的程序或数据并进行处理的功能；等。注意，电子设备可具有的功能不局限于上述功能，而可以具有各种功能。电子设备可以包括多个显示部。另外，也可以在电子设备中设置照相机等而使其具有如下功能：拍摄静态图像或动态图像，且将所拍摄的图像储存在存储介质(外部存储介质或内置于照相机的存储介质)中的功能；将所拍摄的图像显示在显示部上的功能；等。
下面，详细地说明图18A至图18F所示的电子设备。
图18A是示出便携式信息终端9101的立体图。可以将便携式信息终端9101例如用作智能手机。注意，在便携式信息终端9101中，也可以设置扬声器9003、连接端子9006、传感器9007等。另外，作为便携式信息终端9101，可以将文字或图像信息显示在其多个面上。在图18A中示出三个图标9050的例子。另外，可以将以虚线的矩形示出的信息9051显示在显示部9001的其他面上。作为信息9051的一个例子，可以举出提示收到电子邮件、SNS或电话等的信息；电子邮件或SNS等的标题；电子邮件或SNS等的发送者姓名；日期；时间；电池余量；以及天线接收信号强度的显示等。或者，可以在显示有信息9051的位置上显示图标9050等。
图18B是示出便携式信息终端9102的立体图。便携式信息终端9102具有将信息显示在显示部9001的三个以上的面上的功能。在此，示出信息9052、信息9053、信息9054分别显示于不同的面上的例子。例如，在将便携式信息终端9102放在上衣口袋里的状态下，使用者能够确认显示在从便携式信息终端9102的上方看到的位置上的信息9053。使用者可以确认到该显示而无需从口袋里拿出便携式信息终端9102，由此能够判断是否接电话。
图18C是示出手表型便携式信息终端9200的立体图。可以将便携式信息终端9200例如用作智能手表。另外，显示部9001的显示面弯曲，可沿着其弯曲的显示面进行显示。此外，便携式信息终端9200例如通过与可进行无线通信的耳麦相互通信可以进行免提通话。此外，通过利用连接端子9006，便携式信息终端9200可以与其他信息终端进行数据传输或进行充电。充电也可以通过无线供电进行。
图18D至图18F是示出可以折叠的便携式信息终端9201的立体图。另外，图18D是将便携式信息终端9201展开的状态的立体图、图18F是折叠的状态的立体图、图18E是从图18D的状态和图18F的状态中的一个转换成另一个时中途的状态的立体图。便携式信息终端9201在折叠状态下可携带性好，而在展开状态下因为具有无缝拼接较大的显示区域所以显示的浏览性强。便携式信息终端9201所包括的显示部9001被由铰链9055连结的三个框体9000支撑。显示部9001例如可以在曲率半径0.1mm以上且150mm以下的范围弯曲。
本实施方式可以与其他实施方式适当地组合。

Claims (24)

1.一种显示装置，包括：
第一绝缘层；
第二绝缘层；
第一晶体管；
第二晶体管；
第一发光二极管；
第二发光二极管；以及
颜色转换层，
其中，所述第一晶体管与所述第一发光二极管电连接，
所述第二晶体管与所述第二发光二极管电连接，
所述第一绝缘层位于所述第一晶体管及所述第二晶体管上，
所述第一发光二极管及所述第二发光二极管位于所述第一绝缘层上，
所述颜色转换层位于所述第二发光二极管上，
所述颜色转换层被构成为将所述第二发光二极管所发射的光转换为波长更长的光，
所述第一晶体管及所述第二晶体管各自包括金属氧化物层及栅电极，
所述金属氧化物层具有沟道形成区域，
并且，所述栅电极的顶面的高度与所述第二绝缘层的顶面的高度一致或大致一致。
2.根据权利要求1所述的显示装置，
其中所述第一晶体管还包括栅极绝缘层、第一导电层及第二导电层，
所述金属氧化物层具有与所述第一导电层重叠的第一区域、与所述第二导电层重叠的第二区域以及所述第一区域和所述第二区域之间的第三区域，
所述第一导电层及所述第二导电层在所述金属氧化物层上互相分开，
所述第二绝缘层位于所述第一导电层及所述第二导电层上，
所述第二绝缘层具有与所述第三区域重叠的开口，
所述栅极绝缘层位于所述开口的内侧并与所述第二绝缘层的侧面及所述第三区域的顶面重叠，
并且所述栅电极位于所述开口的内侧并隔着所述栅极绝缘层与所述第二绝缘层的所述侧面及所述第三区域的所述顶面重叠。
3.根据权利要求1所述的显示装置，
其中所述颜色转换层与所述第二发光二极管接触。
4.根据权利要求1所述的显示装置，还包括第三绝缘层，
其中所述第三绝缘层位于所述第二发光二极管和所述颜色转换层之间，
并且所述颜色转换层与所述第三绝缘层接触。
5.根据权利要求1所述的显示装置，
其中所述第一发光二极管及所述第二发光二极管各自为微型发光二极管。
6.根据权利要求1所述的显示装置，
其中所述第一发光二极管及所述第二发光二极管各自发射蓝色光。
7.根据权利要求1所述的显示装置，
其中所述第一晶体管和所述第二晶体管的沟道长度和沟道宽度的一方或双方彼此不同。
8.根据权利要求1所述的显示装置，还包括驱动电路及第四绝缘层，
其中所述驱动电路包括电路晶体管，
所述电路晶体管在半导体衬底中具有沟道形成区域，
并且所述半导体衬底隔着所述第四绝缘层与所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第一发光二极管及所述第二发光二极管重叠。
9.根据权利要求1所述的显示装置，还包括着色层，
其中所述着色层位于所述颜色转换层上，
并且所述第二发光二极管所发射的所述光经过所述颜色转换层及所述着色层而被提取到所述显示装置的外部。
10.一种显示模块，包括：
权利要求1所述的显示装置；以及
连接器或集成电路。
11.一种电子设备，包括：
权利要求10所述的显示模块；以及
天线、电池、框体、照相机、扬声器、麦克风及操作按钮中的至少一个。
12.一种显示装置，包括：
第一绝缘层；
第二绝缘层；
第一导电层；
第二导电层；
第一晶体管；
第二晶体管；
第一发光二极管；
第二发光二极管；以及
颜色转换层，
其中，所述第一晶体管通过所述第一导电层与所述第一发光二极管电连接，
所述第二晶体管通过所述第二导电层与所述第二发光二极管电连接，
所述第一绝缘层位于所述第一晶体管及所述第二晶体管上，
所述第一发光二极管及所述第二发光二极管位于所述第一绝缘层上，
所述第一发光二极管包括与所述第一导电层接触的第一电极，
所述第二发光二极管包括与所述第二导电层接触的第二电极，
所述第一电极的顶面的高度及所述第二电极的顶面的高度与所述第二绝缘层的顶面的高度一致或大致一致，
所述颜色转换层位于所述第二发光二极管上，
所述颜色转换层被构成为将所述第二发光二极管所发射的光转换为波长更长的光，
所述第一晶体管及所述第二晶体管各自包括金属氧化物层，
并且，所述金属氧化物层具有沟道形成区域。
13.根据权利要求12所述的显示装置，
其中所述颜色转换层与所述第二发光二极管接触。
14.根据权利要求12所述的显示装置，还包括第三绝缘层，
其中所述第三绝缘层位于所述第二发光二极管和所述颜色转换层之间，
并且所述颜色转换层与所述第三绝缘层接触。
15.根据权利要求12所述的显示装置，
其中所述第一发光二极管及所述第二发光二极管各自为微型发光二极管。
16.根据权利要求12所述的显示装置，
其中所述第一发光二极管及所述第二发光二极管各自发射蓝色光。
17.根据权利要求12所述的显示装置，
其中所述第一晶体管和所述第二晶体管的沟道长度和沟道宽度的一方或双方彼此不同。
18.根据权利要求12所述的显示装置，还包括驱动电路及第四绝缘层，
其中所述驱动电路包括电路晶体管，
所述电路晶体管在半导体衬底中具有沟道形成区域，
并且所述半导体衬底隔着所述第四绝缘层与所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第一发光二极管及所述第二发光二极管重叠。
19.根据权利要求12所述的显示装置，还包括着色层，
其中所述着色层位于所述颜色转换层上，
并且所述第二发光二极管所发射的所述光经过所述颜色转换层及所述着色层而被提取到所述显示装置的外部。
20.一种显示模块，包括：
权利要求12所述的显示装置；以及
连接器或集成电路。
21.一种电子设备，包括：
权利要求20所述的显示模块；以及
天线、电池、框体、照相机、扬声器、麦克风及操作按钮中的至少一个。
22.一种显示装置的制造方法，包括：
在第一衬底上以矩阵状形成多个晶体管；
在第二衬底上以矩阵状形成多个发光二极管；
在所述第一衬底或所述第二衬底上形成与所述多个晶体管中的晶体管或者所述多个发光二极管中的发光二极管电连接的第一导电体；
以通过所述第一导电体使所述晶体管和所述发光二极管电连接的方式贴合所述第一衬底和所述第二衬底；
通过剥离所述第二衬底使第一面露出；以及
在所述第一面上形成颜色转换层，
其中，所述颜色转换层与所述发光二极管重叠，
并且，在形成所述多个晶体管的工序中至少进行一次平坦化处理。
23.根据权利要求22所述的显示装置的制造方法，
其中所述多个发光二极管中的至少一个为微型发光二极管。
24.根据权利要求22所述的显示装置的制造方法，
其中所述多个晶体管中的至少一个在沟道形成区域中包括金属氧化物。
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