JP5701003B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

酸化物半導体を用いる半導体装置に関する。
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、液晶表示装置や発光装置などの電気光学装置、半導体回路及び電子機器は全て半導体装置である。
近年、絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜（厚さ数〜数百ｎｍ程度）を用いてトランジスタを構成する技術が注目されている。トランジスタはＩＣや電気光学装置のような電子デバイスに広く応用され、特に画像表示装置のスイッチング素子として開発が急がれている。
半導体特性を示す材料の一つとして、金属酸化物が挙げられる。半導体特性を示す金属酸化物としては、例えば、酸化タングステン、酸化錫、酸化インジウム、酸化亜鉛などがあり、この様な半導体特性を示す金属酸化物をチャネル形成領域とするトランジスタが既に知られている（特許文献１及び特許文献２）。
また、酸化物半導体を用いたトランジスタは、比較的電界効果移動度が高い。そのため、該トランジスタを用いて、表示装置などの駆動回路を構成することもできる。
特開２００７−１２３８６１号公報 特開２００７−９６０５５号公報
絶縁表面上に複数の異なる回路を形成する場合、例えば、画素回路（画素部とも言う）と駆動回路を同一基板上に形成する場合には、画素回路に用いるトランジスタには、オンオフ比が大きいなどの優れたスイッチング特性が要求され、駆動回路に用いるトランジスタには高速動作が可能なことが要求される。特に、表示部が高精細であればあるほど、表示画像の書き込み時間が短くなるため、駆動回路に用いるトランジスタは高速動作させることが好ましい。また、高精細化に伴って低下する開口率を向上させることで表示品質を高めることができる。
従って、本発明の一態様は、上記課題を解決することを目的とする。すなわち、優れたスイッチング特性を有し、高速動作が可能であり、かつ表示部を高精細化しても開口率の低減を引き起こさない半導体装置を提供することを目的とする。
本明細書で開示する本発明の一態様は、同一基板上にトランジスタで駆動回路部及び画素部を形成した半導体装置及びその作製方法であり、当該トランジスタは、ソース領域及びドレイン領域に酸化物導電体を含み、且つ半導体層が酸化物半導体によって構成されていることを特徴とする。
本明細書で開示する本発明の一態様は、同一基板上に第１のトランジスタを有する画素部と、第２のトランジスタを有する駆動回路部を有し、第１のトランジスタ及び第２のトランジスタは、ゲート電極層と、ゲート電極層上にゲート絶縁層と、ゲート絶縁層上に表層がナノ結晶からなる微結晶群で形成された酸化物半導体層と、酸化物半導体層の一部と重なるソース電極層及びドレイン電極層と、酸化物半導体層と接する酸化物絶縁層と、を有し、第１のトランジスタのゲート電極層、ソース電極層及びドレイン電極層は、非晶質の酸化物導電体で形成されており、第２のトランジスタのゲート電極層、ソース電極層及びドレイン電極層は、金属で形成されていることを特徴とする半導体装置である。
なお、本明細書において、第１、第２として付される序数詞は便宜上用いるものであり、工程順または積層順を示すものではない。また、本明細書において発明を特定するための事項として固有の名称を示すものではない。
上記構成において、第１のトランジスタのゲート電極層、ソース電極層及びドレイン電極層に透光性を有する材料を用いることで、開口率を高くすることができる。
また、第２のトランジスタのゲート電極層、ソース電極層及びドレイン電極層には、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、から選ばれた元素を主成分とする単膜、または合金膜か、該膜の積層膜を用いることができる。
また、第２のトランジスタのソース電極層と酸化物半導体層、及び第２のトランジスタのドレイン電極層と酸化物半導体層のそれぞれの間には、酸化物導電層が形成されている。この構成とすることで接触抵抗を低減することができ、高速動作が可能なトランジスタを実現できる。
第１及び第２のトランジスタの酸化物半導体層上に形成される酸化物絶縁層には、酸化珪素膜、窒化酸化珪素膜、酸化アルミニウム膜、または酸化窒化アルミニウムなどを用いることができる。
また、本発明の一態様であるトランジスタを用いて、駆動回路部及び画素回路部を同一基板上に形成し、ＥＬ素子、液晶素子または電気泳動素子などを用いて半導体装置を作製することができる。
また、本明細書で開示する本発明の他の一態様は、絶縁表面を有する基板上に第１のゲート電極層と第２のゲート電極層を形成し、第１のゲート電極層及び第２のゲート電極層上にゲート絶縁層を形成し、ゲート絶縁層上に第１の酸化物半導体層と第２の酸化物半導体層を形成し、加熱処理によって第１の酸化物半導体層及び第２の酸化物半導体層の表層にナノ結晶からなる微結晶群を形成し、ゲート絶縁層、第１の酸化物半導体層及び第２の酸化物半導体層上に酸化物導電層を形成し、酸化物導電層上に金属層を形成し、金属層及び酸化物導電層を選択的にエッチングすることにより、第１の酸化物半導体層の一部と重なるように酸化物導電層からなる第１のソース電極層及び第１のドレイン電極層を形成し、第２の酸化物半導体層の一部と重なり、かつ酸化物導電層と金属層の積層からなる第２のソース電極層と第２のドレイン電極層を形成し、第１の酸化物半導体層、第２の酸化物半導体層、第１のソース電極層、第１のドレイン電極層、第２のソース電極層及び第２のドレイン電極層上に酸化物絶縁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。
本発明の一態様は逆スタガ型のボトムゲート構造のトランジスタであり、酸化物導電層の一部をエッチングすることでソース電極層、ドレイン電極層及びチャネル領域を形成する。このとき、酸化物導電層と、表層にナノ結晶からなる微結晶群を有した酸化物半導体層に対して高いエッチング選択比を有するリン酸、酢酸及び硝酸を含む混酸を用いると良い。該混酸を用いることで、酸化物導電層下部の酸化物半導体層の表層にあるナノ結晶からなる微結晶群は、ほとんどエッチングされない状態で残すことができる。
また、第１の酸化物半導体層及び第２の酸化物半導体層の加熱処理はラピッドサーマルアニール法で行うことが好ましい。
本発明の一態様によって、電気特性が良好で信頼性の高いトランジスタを作製することができ、表示品質及び信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
本発明の一態様を示す断面工程図。 本発明の一態様を示す断面図。 本発明の一態様を示す断面図。 半導体装置を説明する平面図及び断面図。 半導体装置を説明する断面図。 半導体装置を説明する平面図及び断面図。 本発明の一態様を示す断面図。 半導体装置を説明する断面図。 電子機器を示す図。 電子機器を示す図。 電子機器を示す図。 電子機器を示す図。 電子機器を示す図。
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、その形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。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。なお、本明細書中の図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その説明は省略する場合がある。
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一形態である半導体装置及びその作製方法を説明する。
図１（Ｅ）は同一基板上に作製された異なる構造の２つのトランジスタの断面構造を示しており、トランジスタ４４０、４６０は、逆スタガ型と呼ばれるボトムゲート構造の一つである。
画素に配置されるトランジスタ４６０は、絶縁表面を有する基板４００上に、ゲート電極層４５１ａ、ゲート絶縁層４０２、酸化物半導体層４０５、ソース電極層４５５ａ、及びドレイン電極層４５５ｂを含んで構成される。また、トランジスタ４６０を覆い、酸化物半導体層４０５の側面に接する酸化物絶縁層４２６、上面に接する酸化物の絶縁層４２７が設けられている。なお、酸化物絶縁層４２６を省いた構成とすることもできる。
また、画素に配置されるトランジスタ４６０は、一例としてシングルゲート構造のトランジスタを図示したが、チャネル形成領域を複数有するマルチゲート構造のトランジスタであっても良い。
トランジスタ４６０は、ゲート電極層４５１ａ上にゲート絶縁層４０２及び酸化物半導体層４０５が重なり、該酸化物半導体層４０５上にソース電極層４５５ａ、及びドレイン電極層４５５ｂの一部が重なって形成されている。ここで、トランジスタ４６０のチャネル形成領域は、酸化物半導体層４０５のうち、ソース電極層４５５ａの側面と該側面と向かい合うドレイン電極層４５５ｂの側面で挟まれる領域、即ち、ゲート絶縁層４０２と接し、且つゲート電極層４５１ａと重なる領域である。
また、トランジスタ４６０は、ゲート電極層４５１ａ、ソース電極層４５５ａ、及びドレイン電極層４５５ｂに透光性を有する導電膜を用いることで、高開口率を有する半導体装置を実現することができる。
透光性を有する導電膜には、可視光に対して透光性を有する導電材料、例えばＩｎ−Ｓｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｏ系の酸化物導電材料を用いることができる。なお、透光性を有する該導電膜の形成にスパッタ法を用いる場合は、酸化珪素を２重量％以上１０重量％以下含むターゲットを用いて成膜を行い、透光性を有する導電膜にＳｉＯｘ（Ｘ＞０）を含ませ、非晶質の状態としても良い。
駆動回路部に配置されるトランジスタ４４０は、絶縁表面を有する基板４００上に、ゲート電極層４２１ａ、ゲート絶縁層４０２、酸化物半導体層４０４、酸化物導電層４４６ａ、４４６ｂ、ソース電極層４４５ａ、及びドレイン電極層４４５ｂを含んで構成される。また、チャネル形成領域４４３、ソース電極層４４５ａ、及びドレイン電極層４４５ｂ上には絶縁層４２７及び保護絶縁層４２８が設けられる。
トランジスタ４４０のゲート電極層４２１ａ、ソース電極層４４５ａ及びドレイン電極層４４５ｂは、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａから選ばれた元素を主成分とする単膜、または合金膜か、該膜の積層膜で形成することができる。また、ソース電極層４４５ａと酸化物半導体層４０４、及びドレイン電極層４４５ｂと酸化物半導体層４０４の間にはそれぞれの酸化物導電層４４６ａ、４４６ｂが形成されている。この構成とすることで接触抵抗を低減することができ、高速動作が可能なトランジスタを実現できる。なお、該酸化物導電層４４６ａ、４４６ｂは、トランジスタ４６０のソース電極層４５５ａ及びドレイン電極層４５５ｂと同一の材料で形成される。
また、酸化物絶縁層４２６と重なる酸化物半導体層４０４の第１領域４４４ｃ、第２領域４４４ｄは、チャネル形成領域４４３と同じ酸素過剰な状態であり、リーク電流の低減や、寄生容量を低減する機能も果たしている。
酸化物半導体層４０４、４０５には、四元系金属酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物や、三元系金属酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物や、二元系金属酸化物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ系金属酸化物や、Ｉｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物などの酸化物半導体を用いることができる。また、上記酸化物半導体に酸化珪素を含んでもよい。
なお、酸化物半導体層４０４、４０５としては、ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記される薄膜を用いることができる。ここで、Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、Ｍｎ及びＣｏから選ばれた一または複数の金属元素を示す。例えばＭとして、Ｇａ、Ｇａ及びＡｌ、Ｇａ及びＭｎ、またはＧａ及びＣｏなどがある。ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記される構造の酸化物半導体膜のうち、ＭとしてＧａを含む構造の酸化物半導体膜を、上記したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ酸化物半導体膜とよび、その薄膜をＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜ともよぶこととする。
また、酸化物半導体層４０４、４０５は、ＲＴＡ（ラピッドサーマルアニール）法等で高温短時間の脱水化または脱水素化処理が施される。脱水化または脱水素化処理は、不活性ガス雰囲気下で抵抗加熱やランプ照射などの手段を用い、５００℃以上７５０℃以下（若しくはガラス基板の歪点以下の温度）で１分間以上１０分間以下程度、好ましくは６５０℃、３分間以上６分間以下程度の加熱処理で行うことができる。ＲＴＡ法を用いれば、短時間に脱水化または脱水素化が行えるため、ガラス基板の歪点を超える温度でも処理することができる。
酸化物半導体層４０４、４０５は、成膜された段階では多くの未結合手を有する非晶質であるが、上記脱水化または脱水素化処理の加熱工程を行うことで、近距離にある未結合手同士が結合し合い、秩序化された非晶質構造とすることができる。また、秩序化が発展すると、非晶質領域中に微結晶が点在した非晶質酸化物半導体と微結晶酸化物半導体の混合物、または全体が微結晶群で形成されるようになる。ここで、微結晶の粒子サイズは１ｎｍ以上２０ｎｍ以下の所謂ナノクリスタル（ナノ結晶とも呼ぶ）であり、一般的にマイクロクリスタルと呼ばれる微結晶粒子よりも小さいサイズである。
また、上記加熱工程で結晶領域となる酸化物半導体層４０４、４０５の表層部は、膜表面に対し垂直方向にｃ軸配向をしたナノサイズの微結晶が形成され、ｃ軸方向に結晶の長軸を有し、短軸方向は１ｎｍ以上２０ｎｍ以下となる。
従って、酸化物半導体層４０４、４０５の表層部は、ナノ結晶の微結晶群４０４ａ、４０５ａで構成された緻密な結晶領域が存在するため、表層部を通しての水分の侵入や、酸素の脱離によりｎ型化し、その影響で電気特性が劣化することを防止することができる。また、酸化物半導体層４０４、４０５の表層部は、バックチャネル側であり、ｎ型化の防止は寄生チャネルの抑制にも効果がある。また、結晶領域を有することで導電率が向上した表層部とソース電極層４４５ａ、４５５ａまたはドレイン電極層４４５ｂ、４５５ｂとの接触抵抗を下げることができる。
ここで、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜は、用いる金属酸化物ターゲットによって、成長しやすい結晶構造が異なる。例えば、モル数比がＩｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１となるＩｎ、Ｇａ、及びＺｎを含む金属酸化物ターゲットを用いてＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜を成膜し、加熱工程を経て結晶化させた場合、Ｉｎ酸化物層で挟まれる領域は、ＧａとＺｎを含む１層または２層の酸化物層が混在する六方晶系層状化合物型の結晶構造となりやすい。また、モル数比がＩｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：２のターゲットを用いて成膜し、加熱工程を経て結晶化させた場合は、Ｉｎ酸化物層で挟まれるＧａとＺｎを含む酸化物層は２層となりやすい。安定な結晶構造は後者のＧａとＺｎを含む酸化物層が２層のものであり、結晶成長も起こりやすく、モル数比がＩｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：２のターゲットを用いて成膜し、加熱工程を経て結晶化させた場合は、表層からゲート絶縁膜界面までつながった結晶が形成されることがある。なお、モル数比は酸化物層中の金属の原子数比と言い換えても良い。
なお、工程の順序によっては酸化物半導体層の側面部には結晶領域は形成されず、側面部を除く上層部のみに結晶領域は形成される。ただし、側面部の面積比率は小さく、この場合においても、電気特性の劣化や寄生チャネルに対する上記効果が維持される。
以下、図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）を用い、同一基板上にトランジスタ４４０及びトランジスタ４６０を作製する工程を説明する。
まず、絶縁表面を有する基板４００上に導電膜を形成した後、第１のフォトリソグラフィ工程及びエッチング工程によりゲート電極層４２１ａ、４２１ｂを形成する。
なお、レジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。もちろん、第１のフォトリソグラフィ工程だけでなく、他のフォトリソグラフィ工程にもインクジェット法を適用できる。
ゲート電極層４２１ａ、４２１ｂを形成する導電膜としては、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａから選ばれた元素を主成分とする単膜、または合金膜か、該膜の積層膜等が挙げられる。
また、基板４００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℃以上のガラス基板を用いると良い。また、ガラス基板には、例えば、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスなどのガラス材料が用いられている。なお、一般的に酸化ホウ素と比較して酸化バリウム（ＢａＯ）を多く含ませることで、より実用的な耐熱ガラスが得られる。このため、Ｂ２Ｏ３よりＢａＯを多く含むガラス基板を用いることが好ましい。
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。
また、下地膜となる絶縁層を基板４００とゲート電極層４２１ａ、４２１ｂの間に設けてもよい。下地膜は、基板４００からの不純物元素の拡散を防止する機能があり、窒化珪素膜、酸化珪素膜、窒化酸化珪素膜、または酸化窒化珪素膜から選ばれた一つ、また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。
次いで、ゲート電極層４２１ａ、４２１ｂを覆って透光性を有する酸化物導電層を成膜した後、第２のフォトリソグラフィ工程及びエッチング工程によりゲート電極層４５１ａ、４５１ｂを形成する。本実施の形態では、配線抵抗を低減するため、画素部に配置されるゲート配線は、ゲート電極層４２１ｂと同じ金属膜で形成する。
透光性を有する酸化物導電層としては、可視光に対して透光性を有する導電材料であり、例えばＩｎ−Ｓｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｏ系の酸化物導電材料を適用することができ、スパッタ法を用いる場合は、酸化珪素を２重量％以上１０重量％以下含むターゲットを用いて成膜を行い、透光性を有する導電膜にＳｉＯｘ（Ｘ＞０）を含ませ、非晶質の状態としても良い。本実施の形態では酸化珪素を含むインジウム錫酸化物を用いる。
次いで、ゲート電極層４２１ａ、４２１ｂ、４５１ａ、４５１ｂ上にゲート絶縁層４０２を形成する。
本実施の形態において、ゲート絶縁層４０２の形成は、高密度プラズマ装置により行う。ここでは、高密度プラズマ装置は、１×１０１１／ｃｍ３以上のプラズマ密度を達成できる装置を指している。例えば、３ｋＷ〜６ｋＷのマイクロ波電力を印加してプラズマを発生させて、絶縁膜の成膜を行う。
チャンバーに材料ガスとしてモノシランガス（ＳｉＨ４）と亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）と希ガスを導入し、１０Ｐａ〜３０Ｐａの圧力下で高密度プラズマを発生させてガラス等の絶縁表面を有する基板上に絶縁膜を形成する。その後、モノシランガスの供給を停止し、基板を大気に曝すことなく亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）と希ガスとを導入して絶縁膜表面にプラズマ処理を行ってもよい。上記プロセス順序を経た絶縁膜は、膜厚が薄く、例えば１００ｎｍ未満であっても半導体装置の信頼性を確保することができる絶縁膜である。
ゲート絶縁層４０２の形成の際、チャンバーに導入するモノシランガス（ＳｉＨ４）と亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）との流量比は、１：１０から１：２００の範囲とする。また、チャンバーに導入する希ガスとしては、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、キセノンなどを用いることができるが、中でも安価であるアルゴンを用いることが好ましい。
また、高密度プラズマ装置により得られた絶縁膜は、一定した厚さの膜形成ができるため段差被覆性に優れている。また、高密度プラズマ装置を用いることにより、絶縁膜の厚みを精密に制御することができる。
上記プロセス順序を経た絶縁膜は、従来の平行平板型のＰＣＶＤ装置で得られる絶縁膜とは大きく異なっており、同じエッチャントを用いてエッチング速度を比較した場合において、平行平板型のＰＣＶＤ装置で得られる絶縁膜の１０％以上または２０％以上遅く、高密度プラズマ装置で得られる絶縁膜は緻密な膜と言える。
本実施の形態では、ゲート絶縁層４０２として高密度プラズマ装置による膜厚１００ｎｍの酸化窒化珪素膜（ＳｉＯｘＮｙとも呼ぶ、ただし、ｘ＞ｙ＞０）を用いる。
他の方法としてゲート絶縁層４０２は、プラズマＣＶＤ法またはスパッタリング法等を用いて形成することができる。この場合、ゲート絶縁層４０２は、酸化珪素層、窒化珪素層、酸化窒化珪素層または窒化酸化珪素層の単層、またはそれらの積層で形成することができる。例えば、成膜ガスとして、ＳｉＨ４、酸素及び窒素を用いてプラズマＣＶＤ法により酸化窒化珪素層を形成すればよい。ゲート絶縁層４０２の膜厚は、１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下とし、積層の場合は、例えば、膜厚５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の第１のゲート絶縁層と、第１のゲート絶縁層上に膜厚５ｎｍ以上３００ｎｍ以下の第２のゲート絶縁層の積層とする。
次いで、第３のフォトリソグラフィ工程及びエッチング工程により、ゲート電極層４２１ｂに達するコンタクトホールをゲート絶縁層４０２に形成する。ただし、酸化物半導体膜を成膜、エッチングした後に酸化物半導体層上にレジストマスクを形成し、ゲート電極層４２１ｂに達するコンタクトホールを形成しても良い。その場合には逆スパッタを行い、酸化物半導体層及びゲート絶縁層４０２の表面に付着しているレジスト残渣などを除去することが好ましい。
本実施の形態では、第３のフォトリソグラフィ工程及びエッチング工程により、ゲート電極層４２１ｂに達するコンタクトホールをゲート絶縁層４０２に形成するため、コンタクトホール形成後に、不活性ガス雰囲気（窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等）下において加熱処理（４００℃以上基板の歪み点未満）を行い、ゲート絶縁層４０２に含まれる水素及び水などの不純物を除去した後、酸化物半導体膜を成膜することが好ましい。
次いで、ゲート絶縁層４０２上に、膜厚５ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下の酸化物半導体膜４０３を形成する（図１（Ａ）参照）。
酸化物半導体膜４０３は、四元系金属酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系や、三元系金属酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物や、二元系金属酸化物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ系金属酸化物や、Ｉｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物などの酸化物半導体膜を用いることができる。また、上記酸化物半導体膜に酸化珪素を含んでもよい。また、酸化物半導体膜４０３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スパッタ法により形成することができる。
ここでは、Ｉｎ、Ｇａ、及びＺｎを含む金属酸化物ターゲット（モル数比がＩｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１、またはＩｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：２を用いて、基板とターゲットの間との距離を１００ｍｍ、圧力０．６Ｐａ、直流（ＤＣ）電源０．５ｋＷ、酸素（酸素流量比率１００％）雰囲気下で成膜する。なお、パルス直流（ＤＣ）電源を用いると、成膜時に発生する粉状物質（パーティクル、ゴミともいう）が軽減でき、膜厚分布も均一となるために好ましい。本実施の形態では、酸化物半導体膜４０３として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物ターゲットを用いてスパッタ法により膜厚１５ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜を成膜する。
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層を成膜する場合に用いられ、ＤＣスパッタ法は主に導電層を成膜する場合に用いられる。
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。
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。
また、成膜中にターゲット物質とスパッタガス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。
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、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、イオン化したアルゴンを基板に衝突させ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。
また、酸化物半導体膜の成膜前に、不活性ガス雰囲気（窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等）下において加熱処理を行い、ゲート絶縁層４０２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。
次いで、酸化物半導体膜４０３を第４のフォトリソグラフィ工程及びエッチング工程により島状の酸化物半導体層４０４、４０５に加工する。
次いで、酸化物半導体層４０４、４０５の脱水化または脱水素化を行う。この脱水化または脱水素化を行う第１の加熱処理は、不活性ガス雰囲気下で抵抗加熱やランプ照射などの手段を用い、５００℃以上７５０℃以下（若しくはガラス基板の歪点以下の温度）で１分間以上１０分間以下、好ましくは６５０℃、３分間以上６分間以下の加熱処理で行うことができる。ＲＴＡ法を用いれば、短時間に脱水化または脱水素化が行えるため、ガラス基板の歪点を超える温度でも処理することができる。なお、第１の加熱処理は、このタイミングに限らず、フォトリソグラフィ工程や成膜工程の前後などで複数回行っても良い。
なお、本明細書では、酸化物半導体層に対して行う、窒素、または希ガス等の不活性気体雰囲気下での加熱処理を脱水化または脱水素化のための加熱処理と呼ぶ。本明細書では、この加熱処理によってＨ２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。
脱水化または脱水素化を行った酸化物半導体層は、大気に触れさせることなく、水または水素を再び混入させないことが重要である。脱水化または脱水素化を行い、酸化物半導体層をｎ型化（ｎ−、ｎ＋など）、即ち低抵抗化させた後、ｉ型として高抵抗化させた酸化物半導体層を用いたトランジスタは、そのしきい値電圧値が正であり、所謂ノーマリーオフ特性を示す。表示装置に用いるトランジスタは、ゲート電圧が０Ｖにできるだけ近い正のしきい値電圧であることが好ましい。アクティブマトリクス型の表示装置においては、回路を構成するトランジスタの電気特性が重要であり、この電気特性が表示装置の性能を左右する。特に、トランジスタのしきい値電圧は重要である。トランジスタのしきい値電圧値が負であると、ゲート電圧が０Ｖでもソース電極とドレイン電極の間に電流が流れる、所謂ノーマリーオン特性となり、該トランジスタで構成した回路を制御することが困難となる。また、しきい値電圧値が正であっても、その絶対値が高いトランジスタの場合には、駆動電圧が高くなり、場合によってはスイッチング動作そのものができないことがある。ｎチャネル型のトランジスタの場合は、ゲート電圧に正の電圧を印加してはじめてチャネルが形成されて、ドレイン電流が流れ出すトランジスタであることが望ましい。駆動電圧を高くしないとチャネルが形成されないトランジスタや、負の電圧状態でもチャネルが形成されてドレイン電流が流れるトランジスタは、回路に用いるトランジスタとしては不向きである。
脱水化または脱水素化後の酸化物半導体層の冷却は、脱水化または脱水素化時の雰囲気と異なる雰囲気で行っても良い。例えば、脱水化または脱水素化を行った同じ炉で大気に触れさせることなく、炉の中を高純度の酸素ガスまたはＮ２Ｏガス、ドライエアー（露点が−４０℃以下、好ましくは−６０℃以下）で満たして冷却を行うことができる。
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、水や水素などが含まれないことが好ましい。ここで、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は、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上とすることが好ましい。
上記、不活性気体雰囲気下での第１の加熱処理を行った場合、酸化物半導体層は第１の加熱処理により酸素欠乏型となってｎ型化（ｎ−化など）、即ち低抵抗化する。その後、酸化物半導体層に接する酸化物絶縁層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、電気特性が良好で信頼性のよいトランジスタを作製することができる。
昇温脱離ガス分析法（ＴＤＳ：（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）で第１の加熱処理をしていない酸化物半導体層を分析すると、スペクトル中に４５０℃までに水分の脱離を示す２つのピークが見られる。一方で、上記条件で脱水化または脱水素化を十分に行った酸化物半導体層は、該ピークのうち、少なくとも２５０〜３００℃に現れる１つのピークは検出されない。
本実施の形態ではＲＴＡ（ラピッドサーマルアニール）装置に基板を導入し、酸化物半導体層４０４、４０５に対して窒素雰囲気下で６５０℃、６分間の加熱処理を行う。このとき、酸化物半導体層４０４、４０５の脱水化または脱水素化が行われるだけでなく、酸化物半導体層４０４、４０５の表層は結晶化し、ナノ結晶からなる微結晶群４０４ａ、４０５ａが形成される（図１（Ｂ）参照）。
第１の加熱処理後の酸化物半導体層は、酸素欠乏型となって成膜直後よりもキャリア濃度が高まり、１×１０１８／ｃｍ３以上のキャリア濃度を有し、低抵抗化した酸化物半導体層４０４、４０５となる。また、第１の加熱処理の条件、または酸化物半導体層の材料によっては、膜全体が結晶化し、微結晶または多結晶となる場合もある。
また、ゲート電極層４５１ａ、４５１ｂも第１の加熱処理の条件、または材料によっては、結晶化し、微結晶または多結晶となる場合もある。例えば、ゲート電極層４５１ａ、４５１ｂとして、インジウム錫酸化物を用いる場合は４５０℃１時間の第１の加熱処理で結晶化するが、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物を用いる場合は結晶化が起こりにくい。
また、酸化物半導体層の第１の加熱処理は、島状の酸化物半導体層に加工する前の酸化物半導体膜４０３に行うこともできる。
次いで、ゲート絶縁層４０２、及び酸化物半導体層４０４、４０５上に、スパッタ法で酸化物絶縁層を形成した後、第５のフォトリソグラフィ工程によりレジストマスクを形成し、選択的にエッチングを行って酸化物絶縁層４２６を形成し、その後レジストマスクを除去する。この段階で酸化物半導体層４０４、４０５の周縁及び側面は、酸化物絶縁層４２６で覆われる。ただし、この酸化物絶縁層４２６は省くこともできる。次に、第５のフォトリソグラフィ工程及びエッチング工程によりゲート電極層４２１ｂに達するコンタクトホールの形成を行う。
酸化物絶縁層４２６は、少なくとも１ｎｍ以上の膜厚とし、酸化物絶縁層４２６に水、水素等の不純物を混入させない方法を適宜用いて形成することができる。本実施の形態では、酸化物絶縁層４２６として酸化珪素膜をスパッタ法で成膜する。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。ここで、成膜時に水、水素等の不純物を混入させない方法として、成膜前に減圧下で１５０℃以上３５０℃以下の温度で２分間以上１０分間以下のプリベークを行い、大気に触れることなく酸化物絶縁層を形成することが望ましい。酸化珪素膜のスパッタ法による成膜は、希ガス（代表的にはアルゴン）及び酸素の一方の雰囲気下、または両方が混合された雰囲気下において行うことができる。また、成膜用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、及び希ガス雰囲気下でスパッタ法により酸化珪素膜を形成することができる。低抵抗化した酸化物半導体層に接して形成する酸化物絶縁層としては、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。
本実施の形態では、純度が６Ｎであり、柱状多結晶Ｂドープの珪素ターゲット（抵抗値０．０１Ωｃｍ）を用い、基板とターゲットの間との距離（Ｔ−Ｓ間距離）を８９ｍｍ、圧力０．４Ｐａ、直流（ＤＣ）電源６ｋＷ、酸素（酸素流量比率１００％）雰囲気下でパルスＤＣスパッタ法により成膜する。膜厚は３００ｎｍとする。
次いで、ゲート絶縁層４０２、酸化物絶縁層４２６、及び酸化物半導体層４０４、４０５上に、酸化物導電層と金属層の積層を形成する。スパッタ法を用いれば、酸化物導電層と金属層の積層を大気に触れることなく連続的に成膜を行うことができる（図１（Ｃ）参照）。
酸化物導電層としては、前述したゲート電極層４５１ａ、４５１ｂに適用する可視光に対して透光性を有する導電材料を用いることが望ましい。本実施の形態では酸化珪素を含むインジウム錫酸化物を用いる。
また、金属膜としては、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、から選ばれた元素、または上述した元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金等を用いる。また、上述した元素を含む単層に限定されず、積層を用いることができる。金属膜の成膜方法は、上述したスパッタ法だけでなく、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、スプレー法なども用いることができる。本実施の形態ではスパッタ法で形成するチタン膜を用いる。
次いで、第６のフォトリソグラフィ工程によりレジストマスクを形成し、金属膜を選択的にエッチングして駆動回路部に配置されるトランジスタのソース電極層４４５ａ、ドレイン電極層４４５ｂと接続電極層４４９を形成した後、レジストマスクを除去する。このとき、画素部に配置されるトランジスタ４６０上には金属膜は残されずにエッチングされる。
次いで、第７のフォトリソグラフィ工程によりレジストマスクを形成し、酸化物導電層を選択的にエッチングして駆動回路部に配置されるトランジスタ４４０のソース電極層４４５ａと重なる酸化物導電層４４６ａ、ドレイン電極層４４５ｂと重なる酸化物導電層４４６ｂ、画素部に配置されるトランジスタ４６０のソース電極層４５５ａ、ドレイン電極層４５５ｂ及び接続電極層４４８、４４９を形成した後、レジストマスクを除去する（図１（Ｄ）参照）。
ここで、酸化物導電層のエッチングには、リン酸、酢酸及び硝酸を含む混酸を用いる。例えば、リン酸７２．３％、酢酸９．８％、硝酸２．０％、水１５．９％で構成された混酸を用いることができる。酸化物導電層と酸化物半導体層は組成が類似しているため、エッチングの選択比が小さいものが多い。しかしながら、本実施の形態で用いている酸化物導電層（酸化珪素を含むインジウム錫酸化物）は非晶質であり、酸化物半導体層（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜）４０４、４０５の表層にはナノ結晶の微結晶群が形成されているため、比較的大きなエッチングの選択比が取れる。上記混酸を用いた場合のエッチングレートは、酸化物導電層が１８．６ｎｍ／ｓｅｃであったのに対し、ナノ結晶からなる微結晶群が形成されている酸化物半導体層が４．０ｎｍ／ｓｅｃであった。従って、酸化物導電層を上記混酸を用いて時間制御でエッチングすることで、酸化物半導体層４０４、４０５の表層にあるナノ結晶の微結晶群をほとんどエッチングされない状態で残すことができる。
また、酸化物半導体層４０４とソース電極層４４５ａ及びドレイン電極層４４５ｂとの間に酸化物導電層４４６ａ、４４６ｂを設けることによって接触抵抗を下げ、高速動作が可能なトランジスタを実現できる。本実施の形態では、駆動回路部に設置されるトランジスタ４４０のソース電極層４４５ａと酸化物半導体層４０４との間に設けられる酸化物導電層４４６ａはソース領域として機能し、ドレイン電極層４４５ｂと酸化物半導体層４０４との間に設けられる酸化物導電層４４６ｂはドレイン領域として機能する。これらは、例えば、周辺回路（駆動回路）の周波数特性の向上に有効となる。
一方、画素部に設置されるトランジスタ４６０のソース電極層４５５ａ及びドレイン電極層４５５ｂは透光性を有する酸化物導電層で形成されるため、光を透過することができ、開口率を向上させることができる。
次いで、酸化物絶縁層４２６、画素部に設置されるトランジスタ４６０のソース電極層４５５ａ、ドレイン電極層４５５ｂ、駆動回路部に配置されるトランジスタ４４０のソース電極層４４５ａ、ドレイン電極層４４５ｂ及び接続電極層４４９上に絶縁層４２７を形成する（図１（Ｅ）参照）。絶縁層４２７としては、前述した酸化物絶縁層４２６と同様に酸化珪素膜、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ことができる。本実施の形態では、絶縁層４２７にＲＦスパッタ法を用いて形成した酸化珪素膜を用いる。
次いで、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下、２００℃以上４００℃以下、好ましくは２５０℃以上３５０℃以下で第２の加熱処理を行う。例えば、窒素雰囲気下で２５０℃、１時間の加熱処理を行う。または、第１の加熱処理と同様に高温短時間のＲＴＡ処理を行っても良い。
第２の加熱処理では、酸化物である絶縁層４２７と酸化物半導体層４０４、４０５の一部が接した状態で加熱される。このため、第１の加熱処理で低抵抗化された酸化物半導体層４０４、４０５は、絶縁層４２７から酸素が供給されて酸素過剰な状態となり、高抵抗化（ｉ型化）される。
本実施の形態では、絶縁層４２７成膜後に第２の加熱処理を行ったが、加熱処理のタイミングは絶縁層４２７の成膜以降であれば問題なく、絶縁層４２７の成膜直後に限定されるものではない。また、回数も１回に限られない。
次いで、第８のフォトリソグラフィ工程によりレジストマスクを形成し、絶縁層４２７にドレイン電極層４５５ｂに達するコンタクトホールを形成し、後の工程で画素電極層と接続される接続電極層４４２を形成する。接続電極層４４２には、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素を主成分とする単膜、または合金膜か、該膜の積層膜を用いることができる。ただし、ドレイン電極層４５５ｂと画素電極層が直接接続される場合は接続電極層４４２を省いても良い。
次いで、絶縁層４２７上に保護絶縁層４２８を形成する（図１（Ｅ）参照）。保護絶縁層４２８としては、窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、または窒化アルミニウム膜などを用いる。本実施の形態では、ＲＦスパッタ法を用いて窒化珪素膜の保護絶縁層４２８を形成する。
また、図示はしないが、画素部において絶縁層４２７と保護絶縁層４２８の間に平坦化絶縁層を設けても良い。平坦化絶縁層としては、アクリル樹脂、ポリイミド、ベンゾシクロブテン系樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂等の、耐熱性を有する有機材料を用いることができる。また上記有機材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系樹脂、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）等を用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶縁層を複数積層させてもよい。また、カラーフィルタ層を平坦化絶縁層として用いることもできる。
以上により、本実施の形態では同一基板上に高速動作が可能な駆動回路部と、開口率が向上した画素部を有した半導体装置の作製方法を提供することができる。
なお、本実施の形態は他の実施の形態と自由に組み合わせることができる。
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１に示したトランジスタを用いて同一基板上に画素部と駆動回路部を形成し、アクティブマトリクス型の液晶表示装置及び発光装置を作製する一例を示す。
アクティブマトリクス基板の断面構造として、液晶表示装置の一例を図２に示す。
本実施の形態では、同一基板上に駆動回路部及び画素部を有する構成について、駆動回路部用のトランジスタ４４０、画素部用のトランジスタ４６０、ゲート配線コンタクト部、保持容量、ゲート配線とソース配線及びその交差部、画素電極等を図示して説明する。保持容量、ゲート配線、ソース配線は、実施の形態１に示すトランジスタの作製工程と同じ工程で形成することができ、フォトマスク枚数の増加や、工程数を増加することなく作製することができる。
図２において、トランジスタ４４０は、駆動回路部に設けられるトランジスタであり、画素電極層４５７ａと電気的に接続するトランジスタ４６０は、画素部に設けられるトランジスタである。
本実施の形態において、基板４００上に形成されるトランジスタ４６０は、実施の形態１のトランジスタと同じ構造を用いることができる。
トランジスタ４６０のゲート電極層と同じ材料、及び同じ工程で形成される容量配線層４３０は、誘電体となるゲート絶縁層４０２を介して容量電極層４３１と重なり、保持容量を形成する。なお、容量電極層４３１は、トランジスタ４６０のソース電極層４５５ａまたはドレイン電極層４５５ｂと同じ材料、及び同じ工程で形成される。
なお、保持容量は、画素電極層４５７ａの下方に設けられ、容量電極層４３１が画素電極層４５７ａと電気的に接続される。
本実施の形態では、容量電極層４３１、及び容量配線層４３０を用いて保持容量を形成する例を示したが、保持容量を形成する構造については特に限定されない。例えば、ゲート配線、平坦化絶縁層、保護絶縁層、ゲート絶縁層、及び画素電極層４５７ａを重ねて保持容量を形成してもよい。
また、ゲート配線、ソース配線、及び容量配線層は画素密度に応じて複数本設けられるものである。また、端子部においては、ゲート配線と同電位の第１の端子電極、ソース配線と同電位の第２の端子電極、容量配線層と同電位の第３の端子電極などが複数並べられて配置される。それぞれの端子電極の数は、それぞれ任意な数で設ければ良いものとし、実施者が適宣決定すれば良い。
ゲート配線コンタクト部において、ゲート電極層４２１ｂは、低抵抗の金属材料で形成することができる。ゲート電極層４２１ｂは、ゲート配線に達するコンタクトホールを介してゲート配線と電気的に接続される。
ここで、酸化物半導体層に対する脱水化・脱水素化の熱処理は、酸化物半導体層の成膜後、酸化物半導体層上に酸化物導電層を積層させた後、ソース電極及びドレイン電極上にパッシベーション膜を形成した後、のいずれかで行えば良い。
また、駆動回路部のトランジスタ４４０のゲート電極層４２１ａは、酸化物半導体層の上方に設けられた導電層４１７と電気的に接続させる構造としてもよい。
また、配線交差部において、図２に示すように寄生容量を低減するため、ゲート配線層４２１ｃとソース配線層４２２との間には、ゲート絶縁層４０２及び酸化物絶縁層４２６を積層する構成としている。
また、アクティブマトリクス型の液晶表示装置を作製する場合には、アクティブマトリクス基板と、対向電極が設けられた対向基板との間に液晶層を設け、アクティブマトリクス基板と対向基板とを固定する。なお、対向基板に設けられた対向電極と電気的に接続する共通電極をアクティブマトリクス基板上に設け、共通電極と電気的に接続する第４の端子電極を端子部に設ける。この第４の端子電極は、共通電極を固定電位、例えばＧＮＤ、０Ｖなどに設定するための端子である。第４の端子電極は、画素電極層４５７ａと同じく透光性を有する材料で形成することができる。
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、原材料や製造装置を共用することができ、製造コストを削減することができる。
また、図２の構造において、平坦化絶縁層４５６として感光性の樹脂材料を用いる場合、レジストマスクを形成する工程を省略することができる。
また、図３にアクティブマトリクス型発光装置として、第１電極（画素電極）上にＥＬ層を形成する前の基板の状態を示す断面図を示す。
図３においては、逆スタガ型のトランジスタが図示されており、実施の形態１と同様の構造のトランジスタを用いることができる。また、下記に示す画素部の構成以外は前述した液晶表示装置と同様の構成とすることができる。
絶縁層４２７を形成した後、カラーフィルタ層４５３を形成する。カラーフィルタ層は、赤色、緑色、及び青色があり、印刷法、インクジェット法、フォトリソグラフィ技術を用いたエッチング方法などでそれぞれを順次形成する。カラーフィルタ層４５３を基板４００側に設けることによって、カラーフィルタ層４５３と発光素子の発光領域との位置合わせが不要になる。
次いで、カラーフィルタ層４５３を覆うオーバーコート層４５８を形成する。オーバーコート層４５８には、透光性を有する樹脂を用いる。
ここでは赤色、緑色、及び青色の３色のカラーフィルタ層を用いてフルカラー表示する例を示したが、特に限定されず、シアン、マゼンタ、イエロー、またはホワイトのカラーフィルタ層を加えてフルカラー表示を行ってもよい。
次いで、オーバーコート層４５８及び絶縁層４２７を覆う保護絶縁層４２８を形成する。保護絶縁層４２８は、無機絶縁膜を用い、窒化珪素膜、窒化アルミニウム膜、窒化酸化珪素膜、または酸化窒化アルミニウム膜などを用いる。
次いで、フォトリソグラフィ工程により保護絶縁層４２８を選択的にエッチングして接続電極層４５２に達するコンタクトホールを形成する。また、このフォトリソグラフィ工程により端子部の保護絶縁層４２８及び絶縁層４２７を選択的にエッチングして端子電極の一部を露呈させる。また、後に形成される発光素子の第２電極と共通電位線とを接続するため、共通電位線に達するコンタクトホールも形成する。
次いで、透光性を有する導電膜を形成し、フォトリソグラフィ工程及びエッチング工程により接続電極層４５２と電気的に接続する第１電極４５７ｂを形成する。
次いで、第１電極４５７ｂの周縁部を覆うように隔壁４５９を形成する。隔壁４５９は、ポリイミド、アクリル樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂等の有機樹脂膜、無機絶縁膜または有機ポリシロキサンを用いて形成する。隔壁４５９は、第１の電極４５７ｂ上に側壁が曲率を有する傾斜面となる開口部を第１の電極４５７ｂ上に有する様に形成することが好ましい。この様な開口部は、隔壁４５９を感光性の樹脂材料を用いて形成することで容易に形成することができる。
以上の工程を経て図３に示す基板の状態を得ることができる。以降の工程は第１電極４５７ｂ上にＥＬ層を形成し、ＥＬ層上に第２電極を形成して発光素子を形成する。なお、第２の電極は、共通電位線と電気的に接続する。
また、図３に示す駆動回路部のトランジスタ４４０には、酸化物半導体層の上方に導電層４１７を設けてもよい。導電層４１７は、画素電極層４５７ａまたは、第１電極４５７ｂと同じ材料、同じ工程で形成することができる。
導電層４１７を酸化物半導体層のチャネル形成領域４４３と重なる位置に設けることによって、トランジスタ４４０のしきい値電圧の経時変化量を低減することができる。また、導電層４１７は、ゲート電極層４２１ａと同電位とすることで、第２のゲート電極層として機能させることもできる。また、導電層４１７にゲート電極層４２１ａと異なる電位を与えても良い。また、導電層４１７の電位がＧＮＤ、０Ｖ、或いはフローティング状態であってもよい。
また、トランジスタは静電気などにより破壊されやすいため、画素部と駆動回路部と同一基板上に保護回路を設けることが好ましい。保護回路は、酸化物半導体層を用いた非線形素子を用いて構成することが好ましい。例えば、保護回路は画素部と、走査線入力端子及び信号線入力端子との間に配設されている。本実施の形態では複数の保護回路を配設して、走査線、信号線及び容量バス線に静電気等によりサージ電圧が印加され、画素トランジスタなどが破壊されないように構成されている。そのため、保護回路にはサージ電圧が印加されたときに、共通配線に電荷を逃がすように構成する。また、保護回路は、走査線に対して並列に配置された非線形素子によって構成されている。非線形素子は、ダイオードの様な二端子素子またはトランジスタのような三端子素子で構成される。例えば、画素部のトランジスタ４６０と同じ工程で形成することも可能であり、例えばゲート端子とドレイン端子を接続することによりダイオードと同様の特性を持たせることができる。
なお、本実施の形態では、実施の形態１のトランジスタと同じ構造を用いており、トランジスタ４６０のゲート電極層４５１ａ、ソース電極層４５５ａ、ドレイン電極層４５５ｂ、保持容量部の容量配線層４３０、及び容量電極層４３１は透光性を有する酸化物導電層で形成されている。従って、画素部のトランジスタ４６０及び保持容量部は透光性を有し、開口率を向上させることができる。
なお、本実施の形態は他の実施の形態と自由に組み合わせることができる。
（実施の形態３）
実施の形態１に示したトランジスタを用いて表示機能を有する半導体装置（表示装置ともいう）を作製することができる。また、トランジスタを有する駆動回路部及び画素部を同じ基板上に一体形成し、システムオンパネルを形成することができる。
表示装置は表示素子を含んで構成される。表示素子としては液晶素子（液晶表示素子ともいう）、電子インクなど、電気的作用によりコントラストが変化する表示媒体も適用することができる。
なお、本明細書中における表示装置とは、画像表示デバイス、表示デバイス、もしくは光源（照明装置含む）を指す。また、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）もしくはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）テープが取り付けられたモジュール、ＴＡＢテープの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または表示素子にＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方式によりＩＣ（集積回路）が直接実装されたモジュールも全て表示装置に含むものとする。
半導体装置の一形態に相当する液晶表示パネルの外観及び断面について、図４を用いて説明する。図４（Ａ１）、（Ａ２）は、トランジスタ４０１０、４０１１、及び液晶素子４０１３を、第１の基板４００１と第２の基板４００６との間にシール材４００５によって封止した、パネルの平面図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ１）、（Ａ２）のＭ−Ｎにおける断面図に相当する。
第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２と、走査線駆動回路部４００４とを囲むようにして、シール材４００５が設けられている。また画素部４００２と、走査線駆動回路部４００４の上に第２の基板４００６が設けられている。よって画素部４００２と、走査線駆動回路部４００４とは、第１の基板４００１とシール材４００５と第２の基板４００６とによって、液晶層４００８と共に封止されている。また第１の基板４００１上のシール材４００５によって囲まれている領域とは異なる領域に、単結晶半導体または多結晶半導体で形成された信号線駆動回路部４００３が実装されている。
なお、信号線駆動回路部４００３の接続方法は、特に限定されるものではなく、ＣＯＧ方法、ワイヤボンディング方法、或いはＴＡＢ方法などを用いることができる。図４（Ａ１）は、ＣＯＧ方法により信号線駆動回路部４００３を実装する例であり、図４（Ａ２）は、ＴＡＢ方法により信号線駆動回路部４００３を実装する例である。
また第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２と、走査線駆動回路部４００４は、トランジスタを複数有しており、図４（Ｂ）では、画素部４００２に含まれるトランジスタ４０１０と、走査線駆動回路部４００４に含まれるトランジスタ４０１１とを例示している。トランジスタ４０１０、４０１１上には絶縁層４０４１、４０２０、４０２１が設けられている。
トランジスタ４０１０、４０１１は、実施の形態１で示した酸化物半導体層を含む信頼性の高いトランジスタを適用することができる。本実施の形態において、トランジスタ４０１０、４０１１はｎチャネル型トランジスタである。
絶縁層４０２１上において、駆動回路部用のトランジスタ４０１１の酸化物半導体層のチャネル形成領域と重なる位置に導電層４０４０が設けられている。導電層４０４０を酸化物半導体層のチャネル形成領域と重なる位置に設けることによって、トランジスタ４０１１のしきい値電圧の変化量を低減することができる。また、導電層４０４０は、電位がトランジスタ４０１１のゲート電極と同じでもよいし、異なっていても良く、第２のゲート電極として機能させることもできる。また、導電層４０４０の電位がＧＮＤ、０Ｖ、或いはフローティング状態であってもよい。
また、液晶素子４０１３が有する画素電極４０３０は、トランジスタ４０１０と電気的に接続されている。そして、液晶素子４０１３の対向電極４０３１は、第２の基板４００６上に形成されている。画素電極４０３０と対向電極４０３１と液晶層４００８とが重なっている部分が、液晶素子４０１３に相当する。なお、画素電極４０３０、対向電極４０３１には、それぞれ配向膜として機能する絶縁層４０３２、４０３３が設けられている。
なお、第１の基板４００１、第２の基板４００６としては、透光性基板を用いることができ、ガラス、セラミックス、またはプラスチックを用いることができる。プラスチックとしては、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）板、ＰＶＦ（ポリビニルフルオライド）フィルム、ポリエステルフィルムまたはアクリル樹脂フィルムを用いることができる。
また、スペーサ４０３５は絶縁層を選択的にエッチングすることで得られ、画素電極４０３０と対向電極４０３１との間の距離（セルギャップ）を制御するために設けられている。なお、球状のスペーサを用いていても良い。また、対向電極４０３１は、トランジスタ４０１０と同一基板上に設けられる共通電位線と電気的に接続される。共通接続部を用いて、一対の基板間に配置される導電性粒子を介して対向電極４０３１と共通電位線とを電気的に接続することができる。なお、導電性粒子はシール材４００５に含有させる。
また、配向膜を用いないブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つであり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善するために５重量％以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いて液晶層４００８に用いる。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が１ｍｓｅｃ以下と短く、光学的等方性であるため配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。
また、液晶表示装置では、基板の外側（視認側）に偏光板を設け、内側に着色層、表示素子に用いる電極層という順に設ける例を示すが、偏光板は基板の内側に設けてもよい。また、偏光板と着色層の積層構造も本実施の形態に限定されず、偏光板及び着色層の材料や作製工程条件によって適宜設定すればよい。
トランジスタ４０１１は、チャネル形成領域を含む半導体層に接して絶縁層４０４１が形成されている。絶縁層４０４１は、実施の形態１で示した絶縁層４２７と同様な材料及び方法で形成すればよい。また、トランジスタ起因の表面凹凸を低減するため、平坦化絶縁層として機能する絶縁層４０２１で覆う構成となっている。ここでは、絶縁層４０４１として、実施の形態１と同様にスパッタ法により酸化珪素膜を形成する。
また、絶縁層４０４１上に保護絶縁層４０２０が形成されている。保護絶縁層４０２０は実施の形態１で示した保護絶縁層４２８と同様な材料及び方法で形成すればよい。ここでは、保護絶縁層４０２０として、ＰＣＶＤ法により窒化珪素膜を形成する。
また、平坦化絶縁層として絶縁層４０２１を形成する。絶縁層４０２１としては、アクリル樹脂、ポリイミド、ベンゾシクロブテン系樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂等の、耐熱性を有する有機材料を用いることができる。また上記有機材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系樹脂、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）等を用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶縁層を複数積層させることで、絶縁層４０２１を形成してもよい。
なお、シロキサン系樹脂とは、シロキサン系材料を出発材料として形成されたＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む樹脂に相当する。シロキサン系樹脂は置換基としては有機基（例えばアルキル基やアリール基）やフルオロ基を用いても良い。また、有機基はフルオロ基を有していても良い。
絶縁層４０２１の形成法は、特に限定されず、その材料に応じて、スパッタ法、ＳＯＧ法、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法、スクリーン印刷、オフセット印刷等）、ドクターナイフ、ロールコーター、カーテンコーター、ナイフコーター等を用いることができる。絶縁層４０２１の焼成工程と酸化物半導体層のアニールを兼ねることで効率よく半導体装置を作製することが可能となる。
画素電極４０３０、対向電極４０３１は、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物（以下、ＩＴＯと示す。）、インジウム亜鉛酸化物、酸化珪素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いることができる。
また、画素電極４０３０、対向電極４０３１として、導電性高分子（導電性ポリマーともいう）を含む導電性組成物を用いて形成することができる。導電性組成物を用いて形成した画素電極は、シート抵抗が１００００Ω／□以下、波長５５０ｎｍにおける光の透過率が７０％以上であることが好ましい。また、導電性組成物に含まれる導電性高分子の抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。
導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子が用いることができる。例えば、ポリアニリンまたはその誘導体、ポリピロールまたはその誘導体、ポリチオフェンまたはその誘導体、若しくはこれらの２種以上の共重合体などがあげられる。
また別途形成された信号線駆動回路部４００３と、走査線駆動回路部４００４または画素部４００２に与えられる各種信号及び電位は、ＦＰＣ４０１８を介して供給されている。
接続端子電極４０１５は、液晶素子４０１３が有する画素電極４０３０と同じ導電膜で形成され、端子電極４０１６は、トランジスタ４０１０、４０１１のソース電極層及びドレイン電極層と同じ導電膜で形成されている。
接続端子電極４０１５は、ＦＰＣ４０１８が有する端子と、異方性導電膜４０１９を介して電気的に接続されている。
また図４においては、信号線駆動回路部４００３を別途形成し、第１の基板４００１に実装している例を示しているがこの構成に限定されない。信号線駆動回路部４００３を第１の基板４００１上に形成しても構わない。
図５は、本明細書に開示する作製方法により作製されるトランジスタを形成した基板を用いて液晶表示モジュールを構成する一例を示している。
図５は液晶表示モジュールの一例であり、トランジスタを形成した基板２６００と対向基板２６０１がシール材２６０２により固着され、その間にトランジスタ等を含む画素部２６０３、液晶層を含む表示素子２６０４、着色層２６０５が設けられ表示領域を形成している。着色層２６０５はカラー表示を行う場合に必要であり、ＲＧＢ方式の場合は、赤、緑、青の各色に対応した着色層が各画素に設けられている。トランジスタを形成した基板２６００と対向基板２６０１の外側には偏光板２６０６、偏光板２６０７、拡散板２６１３が配設されている。光源は冷陰極管２６１０と反射板２６１１により構成され、回路基板２６１２は、フレキシブル配線基板２６０９によりトランジスタを形成した基板２６００の配線回路部２６０８と接続され、コントロール回路や電源回路などの外部回路が組みこまれている。また偏光板と、液晶層との間に位相差板を有した状態で積層してもよい。
液晶表示モジュールには、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ａｌｉｇｎｅｄ Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（Ａｎｔｉｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）などを用いることができる。
以上の工程により、半導体装置として信頼性の高い液晶表示パネルを作製することができる。
なお、本実施の形態は他の実施の形態と自由に組み合わせることができる。
（実施の形態４）
本実施の形態では、発光表示パネル（発光パネルともいう）の外観及び断面について、図６を用いて説明する。図６は、第１の基板上に形成されたトランジスタ及び発光素子を第２の基板との間にシール材によって封止したパネルの平面図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のＨ−Ｉにおける断面図に相当する。
第１の基板４５０１上に設けられた画素部４５０２、信号線駆動回路部４５０３ａ、４５０３ｂ、及び走査線駆動回路部４５０４ａ、４５０４ｂを囲むようにして、シール材４５０５が設けられている。また画素部４５０２、信号線駆動回路部４５０３ａ、４５０３ｂ、及び走査線駆動回路部４５０４ａ、４５０４ｂの上に第２の基板４５０６が設けられている。
従って、画素部４５０２、信号線駆動回路部４５０３ａ、４５０３ｂ、及び走査線駆動回路部４５０４ａ、４５０４ｂは、第１の基板４５０１とシール材４５０５と第２の基板４５０６とによって、充填材４５０７と共に密封されている。さらに外気に曝されないように気密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム（貼り合わせフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等）やカバー材でパッケージング（封入）することが好ましい。
また、第１の基板４５０１上に設けられた画素部４５０２、信号線駆動回路部４５０３ａ、４５０３ｂ、及び走査線駆動回路部４５０４ａ、４５０４ｂは、トランジスタを複数有しており、図６（Ｂ）では、画素部４５０２に含まれるトランジスタ４５１０と信号線駆動回路部４５０３ａに含まれるトランジスタ４５０９を例示している。
トランジスタ４５０９、４５１０は、実施の形態１で示した酸化物半導体層を含む信頼性の高いトランジスタを適用することができる。本実施の形態において、トランジスタ４５０９、４５１０はｎチャネル型トランジスタである。
絶縁層４５４４上において駆動回路部用のトランジスタ４５０９の酸化物半導体層のチャネル形成領域と重なる位置に導電層４５４０が設けられている。導電層４５４０を酸化物半導体層のチャネル形成領域と重なる位置に設けることによって、トランジスタ４５０９のしきい値電圧の変化量を低減することができる。また、導電層４５４０は、トランジスタ４５０９のゲート電極層と同電位とすることで、第２のゲート電極層として機能させることもできる。また、トランジスタ４５０９のゲート電極層と異なる電位を与えても良い。また、導電層４５４０の電位がＧＮＤ、０Ｖ、或いはフローティング状態であってもよい。
トランジスタ４５０９には、酸化物半導体層の周縁部（側面を含む）を覆う酸化物絶縁層４５４１が形成されている。
また、トランジスタ４５１０は、接続電極層４５４８を介して第１電極４５１７と電気的に接続されている。また、トランジスタ４５１０の酸化物半導体層の周縁部（側面を含む）を覆う酸化物絶縁層４５４２が形成されている。
酸化物絶縁層４５４１、４５４２は実施の形態１で示した酸化物絶縁層４２６と同様な材料及び方法で形成すればよい。また、酸化物絶縁層４５４１、４５４２を覆う絶縁層４５４４が形成される。絶縁層４５４４は、実施の形態１で示した保護絶縁層４２８と同様な材料及び方法で形成すればよい。
発光素子４５１１の発光領域と重なるようにカラーフィルタ層４５４５が、トランジスタ４５１０上に形成される。
また、カラーフィルタ層４５４５起因の表面凹凸を低減するため平坦化絶縁層として機能するオーバーコート層４５４３で覆う構成となっている。
また、オーバーコート層４５４３上に絶縁層４５４６が形成されている。絶縁層４５４６は、実施の形態１で示した保護絶縁層４２８と同様な材料及び方法で形成すればよい。
また、発光素子４５１１が有する画素電極である第１電極４５１７は、トランジスタ４５１０のソース電極層またはドレイン電極層と電気的に接続されている。なお、発光素子４５１１の構成は、第１電極４５１７、電界発光層４５１２、第２電極４５１３の積層構造であるが、示した構成に限定されない。発光素子４５１１から取り出す光の方向などに合わせて、発光素子４５１１の構成は適宜変えることができる。
隔壁４５２０は、有機樹脂膜、無機絶縁膜または有機ポリシロキサンを用いて形成する。側壁が曲率を有する傾斜面となる様な開口部を第１の電極４５１７上に有する様に形成することが好ましい。この様な開口部は、隔壁４５２０を感光性の樹脂材料を用いて形成することで容易に形成することができる。
電界発光層４５１２は、単層に限らず、複数の層の積層で構成されていても良い。
発光素子４５１１に酸素、水素、水分、二酸化炭素等が侵入しないように、第２の電極４５１３及び隔壁４５２０上に保護膜を形成してもよい。保護膜としては、窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、ＤＬＣ膜等を形成することができる。
また、信号線駆動回路部４５０３ａ、４５０３ｂ、走査線駆動回路部４５０４ａ、４５０４ｂ、または画素部４５０２に与えられる各種信号及び電位は、ＦＰＣ４５１８ａ、４５１８ｂを介して供給されている。
接続端子電極４５１５は、発光素子４５１１が有する第１電極４５１７と同じ導電膜から形成され、端子電極４５１６は、トランジスタ４５０９のソース電極層及びドレイン電極層と同じ導電膜から形成されている。
接続端子電極４５１５は、ＦＰＣ４５１８ａが有する端子と、異方性導電膜４５１９を介して電気的に接続されている。
発光素子４５１１からの光の取り出し方向に位置する第１の基板は透光性でなければならない。その場合には、ガラス板、プラスチック板、ポリエステルフィルムまたはアクリルフィルムのような透光性を有する材料を用いる。
また、充填材４５０７としては窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂を用いることができ、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）、アクリル樹脂、ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラル）またはＥＶＡ（エチレンとビニルアセテートとの共重合体）を用いることができる。
また、必要であれば、発光素子の射出面に偏光板、または円偏光板（楕円偏光板を含む）、位相差板（λ／４板、λ／２板）などの光学フィルムを適宜設けてもよい。また、偏光板または円偏光板に反射防止膜を設けてもよい。例えば、表面の凹凸により反射光を拡散し、映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。
信号線駆動回路部４５０３ａ、４５０３ｂ、及び走査線駆動回路部４５０４ａ、４５０４ｂの一部を別途形成して実装しても良く、図６（Ａ）、（Ｂ）の構成に限定されない。
以上の工程により、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。
なお、本実施の形態は他の実施の形態と自由に組み合わせることができる。
（実施の形態５）
本実施の形態では、保持容量の構成について、実施の形態２と異なる例を図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示す。図７（Ａ）は、図２及び図３と保持容量の構成が異なる点以外は同じであるため、同じ箇所には同じ符号を用い、同じ箇所の詳細な説明は省略する。なお、図７（Ａ）では画素部のトランジスタ４６０と保持容量の断面構造を示す。
図７（Ａ）は、誘電体を絶縁層４２７、保護絶縁層４２８及び平坦化絶縁層４５６とし、画素電極層４５７と該画素電極層４５７と重なる容量配線層４３２を電極として保持容量を形成する例である。容量配線層４３２は、画素部のトランジスタ４６０のソース電極層とドレイン電極層同じ透光性を有する材料、及び同じ工程で形成されるため、トランジスタ４６０のソース配線層と重ならないようにレイアウトされる。
図７（Ａ）に示す保持容量は、一対の電極及び誘電体が透光性を有しており、保持容量全体として透光性を有する。
また、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）と異なる保持容量の構成の例である。図７（Ｂ）も、図２及び図３と保持容量の構成が異なる点以外は同じであるため、同じ箇所には同じ符号を用い、同じ箇所の詳細な説明は省略する。
図７（Ｂ）は、誘電体をゲート絶縁層４０２とし、容量配線層４３０と、該容量配線層４３０と重なる酸化物半導体層４０５と容量電極層４３１との積層で保持容量を形成する例である。また、容量電極層４３１は酸化物半導体層４０５上に接して積層されており、保持容量の一方の電極として機能する。なお、容量電極層４３１は、トランジスタ４６０のソース電極層とドレイン電極層と同じ透光性を有する材料、同じ工程で形成する。また、容量配線層４３０は、トランジスタ４６０のゲート電極層と同じ透光性を有する材料、同じ工程で形成されるため、トランジスタ４６０のゲート配線層と重ならないようにレイアウトされる。
また、容量電極層４３１は画素電極層４５７と電気的に接続されている。
図７（Ｂ）に示す保持容量も、一対の電極及び誘電体が透光性を有しており、保持容量全体として透光性を有する。
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示す保持容量は、透光性を有しており、ゲート配線の本数を増やすなどして表示画像の高精細化を図るため、画素寸法を微細化しても、十分な容量を得ることができ、且つ、高い開口率を実現することができる。
なお、本実施の形態は他の実施の形態と自由に組み合わせることができる。
（実施の形態６）
本実施の形態では、実施の形態１に示すトランジスタを適用した半導体装置として電子ペーパーの例を示す。
図８は、半導体装置の例としてアクティブマトリクス型の電子ペーパーを示す。半導体装置に用いられるトランジスタ５８１としては、実施の形態１で示すトランジスタを適用することができる。
図８の電子ペーパーは、ツイストボール表示方式を用いた表示装置の例である。ツイストボール表示方式とは、白と黒に塗り分けられた球形粒子を表示素子に用いる電極層である第１の電極層及び第２の電極層の間に配置し、第１の電極層及び第２の電極層に電位差を生じさせて球形粒子の向きを制御することにより、表示を行う方法である。
第１の基板５８０上に形成されたトランジスタ５８１はボトムゲート構造のトランジスタであり、ソース電極層またはドレイン電極層によって第１の電極層５８７と、絶縁層５８５に形成する開口で接しており電気的に接続している。第１の電極層５８７と第２の基板５９６に設けられた第２の電極層５８８との間には球形粒子５８９が設けられており、球形粒子５８９の周囲は樹脂等の充填材５９５で充填されている。球形粒子５８９内のキャビティ５９４は液体で満たされており、かつ黒色領域５９０ａ及び白色領域５９０ｂを有する粒子が存在している。本実施の形態においては、第１の電極層５８７が画素電極に相当し、第２の電極層５８８が共通電極（対向電極）に相当する。第２の電極層５８８は、トランジスタ５８１と同一基板上に設けられる共通電位線と電気的に接続される。実施の形態１に示すいずれか一つの接続部を用いて、一対の基板間に配置される導電性粒子を介して第２の電極層５８８と共通電位線とを電気的に接続することができる。
また、ツイストボールの代わりに、電気泳動素子を用いることも可能である。透明な液体と、正に帯電した白い微粒子と負に帯電した黒い微粒子とを封入した直径１０μｍ以上２００μｍ以下程度のマイクロカプセルを用いる。第１の電極層と第２の電極層との間に設けられるマイクロカプセルは、第１の電極層と第２の電極層によって、電場が与えられると、白い微粒子と、黒い微粒子が逆の方向に移動し、白または黒を表示することができる。この原理を応用した表示素子が電気泳動表示素子であり、一般的に電子ペーパーとよばれている。電気泳動表示素子は、液晶表示素子に比べて反射率が高いため、補助ライトは不要であり、また消費電力が小さく、薄暗い場所でも表示部を認識することが可能である。また、表示部に電源が供給されない場合であっても、一度表示した像を保持することが可能であるため、電源から表示機能付き半導体装置（単に表示装置、または表示装置を具備する半導体装置ともいう）を切断した場合であっても、表示された画像を保存しておくことが可能となる。
以上の工程により、半導体装置として信頼性の高い電子ペーパーを作製することができる。
なお、本実施の形態は他の実施の形態と自由に組み合わせることができる。
（実施の形態７）
実施の形態１に示すトランジスタを適用した半導体装置は、電子ペーパーとして適用することができる。電子ペーパーは、情報を表示するものであればあらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。例えば、電子ペーパーを用いて、電子書籍（電子ブック）、ポスター、電車などの乗り物の車内広告、クレジットカード等の各種カードにおける表示等に適用することができる。電子機器の一例を図９、図１０に示す。
図９（Ａ）は、電子ペーパーで作られたポスター２６３１を示している。広告媒体が紙の印刷物である場合には、広告の交換は人手によって行われるが、電子ペーパーを用いればポスター２６３１自体を交換をすることなく広告の表示を変えることができる。また、表示も崩れることなく安定した画像が得られる。なお、ポスターは無線で情報を送受信できる構成としてもよい。
また、図９（Ｂ）は、電車などの乗り物の車内広告２６３２を示している。広告媒体が紙の印刷物である場合には、広告の交換は人手によって行われるが、電子ペーパーを用いれば人手を多くかけることなくポスター２６３１自体を交換をすることなく広告の表示を変えることができる。また表示も崩れることなく安定した画像が得られる。なお、車内広告は無線で情報を送受信できる構成としてもよい。
また、図１０は、電子書籍の一例を示している。例えば、電子書籍２７００は、筐体２７０１及び筐体２７０３の２つの筐体で構成されている。筐体２７０１及び筐体２７０３は、軸部２７１１により一体とされており、該軸部２７１１を軸として開閉動作を行うことができる。このような構成により、紙の書籍の様に取り扱いをすることが可能となる。
筐体２７０１には表示部２７０５が組み込まれ、筐体２７０３には表示部２７０７が組み込まれている。表示部２７０５及び表示部２７０７は、連続する画像を表示する構成としてもよいし、異なる画像を表示する構成としてもよい。異なる画像を表示する構成とすることで、例えば右側の表示部（図１０では表示部２７０５）に文章を表示し、左側の表示部（図１０では表示部２７０７）に画像を表示することができる。
また、図１０では、筐体２７０１に操作部などを備えた例を示している。例えば、筐体２７０１において、電源２７２１、操作キー２７２３、スピーカ２７２５などを備えている。操作キー２７２３により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示部と同一面にキーボードやポインティングディバイスなどを備える構成としてもよい。また、筐体２７０１、２７２７の裏面や側面に、外部接続用端子（イヤホン端子、ＵＳＢ端子、または電源ケーブルや他の信号ケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など）、記録媒体挿入部などを備える構成としてもよい。さらに、電子書籍２７００は、電子辞書としての機能を持たせた構成としてもよい。
また、電子書籍２７００は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすることも可能である。
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成を適宜組み合わせて用いることができることとする。
（実施の形態８）
実施の形態１に示すトランジスタを用いた半導体装置は、さまざまな電子機器（遊技機も含む）に適用することができる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置（テレビ、またはテレビジョン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。
図１１（Ａ）は、テレビジョン装置の一例を示している。テレビジョン装置９６００は、筐体９６０１に表示部９６０３が組み込まれている。表示部９６０３により、映像を表示することが可能である。また、ここでは、スタンド９６０５により筐体９６０１を支持した構成を示している。
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、チャンネルの切り替え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。
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。
図１１（Ｂ）は、デジタルフォトフレーム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。
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）、外部メモリスロット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外部メモリスロットに、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。
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。
図１２（Ａ）は携帯型遊技機であり、筐体９８８１と筐体９８９１の２つの筐体で構成されており、連結部９８９３により、開閉可能に連結されている。筐体９８８１には表示部９８８２が組み込まれ、筐体９８９１には表示部９８８３が組み込まれている。また、図１２（Ａ）に示す携帯型遊技機は、その他、スピーカ部９８８４、記録媒体挿入部９８８６、ＬＥＤランプ９８９０、入力手段（操作キー９８８５、接続端子９８８７、センサ９８８８（力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい、または赤外線を測定する機能を含むもの）、マイクロフォン９８８９）等を備えている。もちろん、携帯型遊技機の構成は上述のものに限定されず、少なくとも本発明に係る半導体装置を備えた構成であればよく、その他付属設備が適宜設けられた構成とすることができる。図１２（Ａ）に示す携帯型遊技機は、記録媒体に記録されているプログラムまた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１２（Ａ）に示す携帯型遊技機が有する機能はこれに限定されず、様々な機能を有することができる。
図１２（Ｂ）は大型遊技機であるスロットマシンの一例を示している。スロットマシン９９００は、筐体９９０１に表示部９９０３が組み込まれている。また、スロットマシン９９００は、その他、スタートレバーやストップスイッチなどの操作手段、コイン投入口、スピーカなどを備えている。もちろん、スロットマシン９９００の構成は上述のものに限定されず、少なくとも本発明に係る半導体装置を備えた構成であればよく、その他付属設備が適宜設けられた構成とすることができる。
図１３（Ａ）は、携帯電話機の一例を示している。携帯電話機１０００は、筐体１００１に組み込まれた表示部１００２の他、操作ボタン１００３、外部接続ポート１００４、スピーカ１００５、マイク１００６などを備えている。
図１３（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、情報を入力ことができる。また、通話やメールの送受信などの操作は、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。
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。
例えば、通話や、メールの文章を作成する場合は、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。
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。
また、画面モードの切り替えは、表示部１００２を触れること、または筐体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。
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。
表示部１００２は、イメージセンサとして機能させることもできる。例えば、表示部１００２に掌や指を触れることで、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。
図１３（Ｂ）も携帯電話機の一例である。図１３（Ｂ）の携帯電話機は、筐体９４１１に、表示部９４１２、及び操作ボタン９４１３を含む表示装置９４１０と、筐体９４０１に操作ボタン９４０２、外部入力端子９４０３、マイク９４０４、スピーカ９４０５、及び着信時に発光する発光部９４０６を含む通信装置９４００とを有しており、表示機能を有する表示装置９４１０は電話機能を有する通信装置９４００と矢印の２方向に脱着可能である。よって、表示装置９４１０と通信装置９４００の短軸同士を取り付けることも、表示装置９４１０と通信装置９４００の長軸同士を取り付けることもできる。また、表示機能のみを必要とする場合、通信装置９４００より表示装置９４１０を取り外し、表示装置９４１０を単独で用いることもできる。通信装置９４００と表示装置９４１０とは無線通信または有線通信により画像または入力情報を授受することができ、それぞれ充電可能なバッテリーを有する。
なお、本実施の形態は他の実施の形態と自由に組み合わせることができる。
４００ 基板
４０２ ゲート絶縁層
４０４ 酸化物半導体層
４０５ 酸化物半導体層
４１７ 導電層
４２２ ソース配線層
４２６ 酸化物絶縁層
４２７ 絶縁層
４２８ 保護絶縁層
４３０ 容量配線層
４３１ 容量電極層
４３２ 容量配線層
４４０ トランジスタ
４４２ 接続電極層
４４３ チャネル形成領域
４４８ 接続電極層
４４９ 接続電極層
４５２ 接続電極層
４５３ カラーフィルタ層
４５６ 平坦化絶縁層
４５７ 画素電極層
４５８ オーバーコート層
４５９ 隔壁
４６０ トランジスタ
４０４ａ 微結晶群
４０５ａ 微結晶群
４２１ａ ゲート電極層
４２１ｂ ゲート電極層
４２１ｃ ゲート配線層
４４４ｃ 領域
４４４ｄ 領域
４４５ａ ソース電極層
４４５ｂ ドレイン電極層
４４６ａ 酸化物導電層
４４６ｂ 酸化物導電層
４５１ａ ゲート電極層
４５１ｂ ゲート電極層
４５５ａ ソース電極層
４５５ｂ ドレイン電極層
４５７ａ 画素電極層
４５７ｂ 電極
５８０ 第１の基板
５８１ トランジスタ
５８５ 絶縁層
５８７ 電極層
５８８ 電極層
５８９ 球形粒子
５９０ａ 黒色領域
５９０ｂ 白色領域
５９４ キャビティ
５９５ 充填材
５９６ 第２の基板
１０００ 携帯電話機
１００１ 筐体
１００２ 表示部
１００３ 操作ボタン
１００４ 外部接続ポート
１００５ スピーカ
１００６ マイク
２６００ 基板
２６０１ 対向基板
２６０２ シール材
２６０３ 画素部
２６０４ 表示素子
２６０５ 着色層
２６０６ 偏光板
２６０７ 偏光板
２６０８ 配線回路部
２６０９ フレキシブル配線基板
２６１０ 冷陰極管
２６１１ 反射板
２６１２ 回路基板
２６１３ 拡散板
２６３１ ポスター
２７００ 電子書籍
２７０１ 筐体
２７０３ 筐体
２７０５ 表示部
２７０７ 表示部
２７１１ 軸部
２７２１ 電源
２７２３ 操作キー
２７２５ スピーカ
４００１ 第１の基板
４００２ 画素部
４００３ 信号線駆動回路部
４００４ 走査線駆動回路部
４００５ シール材
４００６ 第２の基板
４００８ 液晶層
４０１０ トランジスタ
４０１１ トランジスタ
４０１３ 液晶素子
４０１５ 接続端子電極
４０１６ 端子電極
４０１８ ＦＰＣ
４０１９ 異方性導電膜
４０２０ 保護絶縁層
４０２１ 絶縁層
４０３０ 画素電極
４０３１ 対向電極
４０３２ 絶縁層
４０３３ 絶縁層
４０３５ スペーサ
４０４０ 導電層
４０４１ 絶縁層
４５０１ 第１の基板
４５０２ 画素部
４５０５ シール材
４５０６ 第２の基板
４５０７ 充填材
４５０９ トランジスタ
４５１０ トランジスタ
４５１１ 発光素子
４５１２ 電界発光層
４５１３ 電極
４５１５ 接続端子電極
４５１６ 端子電極
４５１７ 電極
４５１９ 異方性導電膜
４５２０ 隔壁
４５４０ 導電層
４５４１ 酸化物絶縁層
４５４２ 酸化物絶縁層
４５４３ オーバーコート層
４５４４ 絶縁層
４５４５ カラーフィルタ層
４５４６ 絶縁層
４５４８ 接続電極層
４５０３ａ 信号線駆動回路部
４５０３ａ 信号線駆動回路部
４５０４ａ 走査線駆動回路部
４５０４ｂ 走査線駆動回路部
４５１８ａ ＦＰＣ
４５１８ｂ ＦＰＣ
９４００ 通信装置
９４０１ 筐体
９４０２ 操作ボタン
９４０３ 外部入力端子
９４０４ マイク
９４０５ スピーカ
９４０６ 発光部
９４１０ 表示装置
９４１１ 筐体
９４１２ 表示部
９４１３ 操作ボタン
９６００ テレビジョン装置
９６０１ 筐体
９６０３ 表示部
９６０５ スタンド
９６０７ 表示部
９６０９ 操作キー
９６１０ リモコン操作機
９７００ デジタルフォトフレーム
９７０１ 筐体
９７０３ 表示部
９８８１ 筐体
９８８２ 表示部
９８８３ 表示部
９８８４ スピーカ部
９８８５ 操作キー
９８８６ 記録媒体挿入部
９８８７ 接続端子
９８８８ センサ
９８８９ マイクロフォン
９８９０ ＬＥＤランプ
９８９１ 筐体
９８９３ 連結部
９９００ スロットマシン
９９０１ 筐体
９９０３ 表示部

Claims (4)

  1. 同一基板上に第１のトランジスタを有する画素部と、第２のトランジスタを有する駆動回路を有し、
    前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタは、
    ゲート電極層と、ゲート絶縁層と、表層に微結晶を有する酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層の一部と重なるソース電極層及びドレイン電極層と、前記酸化物半導体層と接する酸化物絶縁層と、を有し、
    前記第１のトランジスタのゲート電極層、ソース電極層及びドレイン電極層は、酸化物導電層であり、
    前記第２のトランジスタのゲート電極層、ソース電極層及びドレイン電極層は、金属層を有することを特徴とする半導体装置。
  2. 同一基板上に第１のトランジスタを有する画素部と、第２のトランジスタを有する駆動回路を有し、
    前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタは、
    ゲート電極層と、ゲート絶縁層と、表層に微結晶を有する酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層の一部と重なるソース電極層及びドレイン電極層と、前記酸化物半導体層と接する酸化物絶縁層と、を有し、
    前記第１のトランジスタのゲート電極層は、酸化物導電層であり、
    前記第１のトランジスタのソース電極層は、酸化物導電層であり、
    前記第１のトランジスタのドレイン電極層は、酸化物導電層であり、
    前記第２のトランジスタのゲート電極層は、金属層を有し、
    前記第２のトランジスタのソース電極層は、金属層を有し、
    前記第２のトランジスタのドレイン電極層は、金属層を有し、
    前記第２のトランジスタは、前記ソース電極層が有する金属層と前記酸化物半導体層との間に酸化物導電層を有し、
    前記第２のトランジスタは、前記ドレイン電極層が有する金属層と前記酸化物半導体層との間に酸化物導電層を有することを特徴とする半導体装置。
  3. 請求項１又は２において、
    前記金属層は、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａから選ばれた元素を主成分とする膜を有することを特徴とする半導体装置。
  4. 請求項１乃至３のいずれか一項において、
    前記酸化物絶縁層は、酸化珪素膜、窒化酸化珪素膜、酸化アルミニウム膜又は酸化窒化アルミニウム膜を有することを特徴とする半導体装置。
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