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JP2014239237A - 半導体装置 - Google Patents

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JP2014239237A
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裕治 淺野
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純一 肥塚
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Abstract

【課題】酸化物半導体層を用いた薄膜トランジスタにおいて、酸化物半導体層とソース電極層又はドレイン電極層との間のコンタクト抵抗を低減し、電気特性を安定させた薄膜トランジスタを提供する。また、該薄膜トランジスタの作製方法を提供する。【解決手段】酸化物半導体層を用いた薄膜トランジスタにおいて、酸化物半導体層より導電率の高いバッファ層を形成し、酸化物半導体層とソース電極層又はドレイン電極層とがバッファ層を介して電気的に接続されるように薄膜トランジスタを形成する。また、バッファ層に逆スパッタ処理及び窒素雰囲気下での熱処理を行うことにより、酸化物半導体層より導電率の高いバッファ層を形成する。【選択図】図３

Description

本発明は、酸化物半導体を用いる半導体装置と、該半導体装置を用いた表示装置及びそれ
らの作製方法に関する。
金属酸化物は多様に存在し、さまざまな用途に用いられている。酸化インジウムはよく知
られた材料であり、液晶ディスプレイなどで必要とされる透光性を有する電極材料として
用いられている。
金属酸化物の中には半導体特性を示すものがある。半導体特性を示す金属酸化物としては
、例えば、酸化タングステン、酸化錫、酸化インジウム、酸化亜鉛などがあり、このよう
な半導体特性を示す金属酸化物をチャネル形成領域とする薄膜トランジスタが既に知られ
ている（特許文献１乃至４、非特許文献１）。
ところで、金属酸化物は一元系酸化物のみでなく多元系酸化物も知られている。例えば、
ホモロガス相を有するＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ：自然数）は、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎ
を有する多元系酸化物半導体として知られている（非特許文献２乃至４）。
そして、上記のようなＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物で構成される酸化物半導体は、薄膜トラ
ンジスタのチャネル層として適用可能であることが確認されている（特許文献５、非特許
文献５及び６）。
従来、アクティブマトリクス型液晶ディスプレイの各画素に設けられる薄膜トランジスタ
（ＴＦＴ）には、アモルファスシリコンや多結晶シリコンが用いられてきたが、これらシ
リコン材料に代わって、上記のような金属酸化物半導体を用いて薄膜トランジスタを作製
する技術が注目されている。例えば、金属酸化物半導体膜として酸化亜鉛、Ｉｎ−Ｇａ−
Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体を用いて薄膜トランジスタを作製し、画像表示装置のスイッチン
グ素子などに用いる技術が特許文献６及び特許文献７で開示されている。
特開昭６０−１９８８６１号公報 特開平８−２６４７９４号公報 特表平１１−５０５３７７号公報 特開２０００−１５０９００号公報 特開２００４−１０３９５７号公報 特開２００７−１２３８６１号公報 特開２００７−９６０５５号公報
Ｍ． Ｗ． Ｐｒｉｎｓ， Ｋ． Ｏ． Ｇｒｏｓｓｅ−Ｈｏｌｚ， Ｇ． Ｍｕｌｌｅｒ， Ｊ． Ｆ． Ｍ． Ｃｉｌｌｅｓｓｅｎ， Ｊ． Ｂ． Ｇｉｅｓｂｅｒｓ， Ｒ． Ｐ． Ｗｅｅｎｉｎｇ， ａｎｄ Ｒ． Ｍ． Ｗｏｌｆ、「Ａ ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ」、 Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ．、１７ Ｊｕｎｅ １９９６、 Ｖｏｌ．６８ ｐ．３６５０−３６５２ Ｍ． Ｎａｋａｍｕｒａ， Ｎ． Ｋｉｍｉｚｕｋａ， ａｎｄ Ｔ． Ｍｏｈｒｉ、「Ｔｈｅ Ｐｈａｓｅ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｉｎ２Ｏ３−Ｇａ２ＺｎＯ４−ＺｎＯ Ｓｙｓｔｅｍ ａｔ １３５０℃」、Ｊ． Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｃｈｅｍ．、１９９１、Ｖｏｌ．９３， ｐ．２９８−３１５ Ｎ． Ｋｉｍｉｚｕｋａ， Ｍ． Ｉｓｏｂｅ， ａｎｄ Ｍ． Ｎａｋａｍｕｒａ、「Ｓｙｎｔｈｅｓｅｓ ａｎｄ Ｓｉｎｇｌｅ−Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄａｔａ ｏｆ Ｈｏｍｏｌｏｇｏｕｓ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ， Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＝３，４， ａｎｄ ５）， ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）３， ａｎｄ Ｇａ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＝７，８，９， ａｎｄ １６） ｉｎ ｔｈｅ Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＧａ２Ｏ４−ＺｎＯ Ｓｙｓｔｅｍ」、 Ｊ． Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｃｈｅｍ．、１９９５、Ｖｏｌ．１１６， ｐ．１７０−１７８ 中村真佐樹、君塚昇、毛利尚彦、磯部光正、「ホモロガス相、ＩｎＦｅＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ：自然数）とその同型化合物の合成および結晶構造」、固体物理、１９９３年、Ｖｏｌ．２８、Ｎｏ．５、ｐ．３１７−３２７ Ｋ． Ｎｏｍｕｒａ， Ｈ． Ｏｈｔａ， Ｋ． Ｕｅｄａ， Ｔ． Ｋａｍｉｙａ， Ｍ． Ｈｉｒａｎｏ， ａｎｄ Ｈ． Ｈｏｓｏｎｏ、「Ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｉｎ ｓｉｎｇｌｅ−ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ」、ＳＣＩＥＮＣＥ、２００３、Ｖｏｌ．３００、ｐ．１２６９−１２７２ Ｋ． Ｎｏｍｕｒａ， Ｈ． Ｏｈｔａ， Ａ． Ｔａｋａｇｉ， Ｔ． Ｋａｍｉｙａ， Ｍ． Ｈｉｒａｎｏ， ａｎｄ Ｈ． Ｈｏｓｏｎｏ、「Ｒｏｏｍ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ ｕｓｉｎｇ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ」、ＮＡＴＵＲＥ、２００４、Ｖｏｌ．４３２ ｐ．４８８−４９２
本発明の一態様は、酸化物半導体層を用いた薄膜トランジスタにおいて、酸化物半導体層
とソース電極層又はドレイン電極層との間のコンタクト抵抗を低減し、電気特性を安定さ
せた薄膜トランジスタを提供することを課題とする。また、本発明の一態様は、該薄膜ト
ランジスタの作製方法を提供することを課題とする。また、本発明の一態様は、該薄膜ト
ランジスタを有する表示装置を提供することを課題とする。
本発明の一態様は上記課題を解決するため、酸化物半導体層を用いた薄膜トランジスタに
おいて、酸化物半導体層より導電率の高いバッファ層を形成し、酸化物半導体層とソース
電極層又はドレイン電極層とがバッファ層を介して電気的に接続されるように薄膜トラン
ジスタを形成する。また、本発明の他の一態様は上記課題を解決するため、バッファ層に
逆スパッタ処理及び窒素雰囲気下での熱処理を施すことにより、酸化物半導体層より導電
率を高くしている。
本発明の一態様は、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
にソース電極層及びドレイン電極層と、ソース電極層及びドレイン電極層の上にバッファ
層と、バッファ層の上に酸化物半導体層とを有し、バッファ層は、酸化物半導体層より導
電率が高く、また成膜後に逆スパッタ処理及び窒素雰囲気下での熱処理を行うことによっ
て形成され、酸化物半導体層の一部は、ソース電極層とドレイン電極層の間で、ゲート絶
縁層と、ソース電極層及びドレイン電極層の側面部と接し、酸化物半導体層とソース電極
層及びドレイン電極層とはバッファ層を介して電気的に接続することを特徴とする半導体
装置である。
なお、バッファ層は、酸化物半導体からなる非単結晶膜を用いることが好ましい。また、
バッファ層は、窒素を含む酸化物半導体からなる非単結晶膜を用いることが好ましい。
本発明の他の一態様は、基板上にゲート電極層を形成し、ゲート電極層上にゲート絶縁層
を形成し、ゲート絶縁層上に導電膜を成膜し、導電膜上に第１の酸化物半導体膜をスパッ
タ法によって成膜し、導電膜と、第１の酸化物半導体膜とをエッチングして、ソース電極
層及びドレイン電極層と、島状の第１の酸化物半導体膜を形成し、島状の第１の酸化物半
導体膜及びゲート絶縁層に逆スパッタ処理を施し、島状の第１の酸化物半導体膜に窒素雰
囲気下での熱処理を行い、島状の第１の酸化物半導体膜上に第２の酸化物半導体膜を成膜
し、島状の第１の酸化物半導体膜及び第２の酸化物半導体膜をエッチングして、バッファ
層及び酸化物半導体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。
本発明の他の一態様は、基板上にゲート電極層を形成し、ゲート電極層上にゲート絶縁層
を形成し、ゲート絶縁層上に導電膜を成膜し、導電膜上に第１の酸化物半導体膜をスパッ
タ法によって成膜し、導電膜と、第１の酸化物半導体膜とをエッチングして、ソース電極
層及びドレイン電極層と、島状の第１の酸化物半導体膜を形成し、島状の第１の酸化物半
導体膜に窒素雰囲気下での熱処理を行い、島状の第１の酸化物半導体膜及びゲート絶縁層
に逆スパッタ処理を施し、島状の第１の酸化物半導体膜上に第２の酸化物半導体膜を成膜
し、島状の第１の酸化物半導体膜及び第２の酸化物半導体膜をエッチングして、バッファ
層及び酸化物半導体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。
なお、バッファ層及び酸化物半導体層を形成した後、酸化物半導体層に大気雰囲気下での
熱処理を行うことが好ましい。または、第２の酸化物半導体膜を成膜した後、第２の酸化
物半導体膜に大気雰囲気下での熱処理を行うことが好ましい。
また、大気雰囲気下での熱処理は、２５０℃以上５００℃以下で行うことが好ましい。ま
た、窒素雰囲気下での熱処理は、２５０℃以上５００℃以下で行うことが好ましい。
また、第１の酸化物半導体膜を希ガスと窒素ガスの雰囲気下で成膜することが好ましい。
また、第２の酸化物半導体膜を希ガスと酸素ガスの雰囲気下で成膜することが好ましい。
なお、第１、第２として付される序数詞は便宜上用いるものであり、工程順又は積層順を
示すものではない。また、本明細書において発明を特定するための事項として固有の名称
を示すものではない。
なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置
全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。
本発明の一態様によれば、酸化物半導体層を用いた薄膜トランジスタにおいて、ソース電
極層及びドレイン電極層の上に酸化物半導体層より導電率が高いバッファ層を形成し、酸
化物半導体層とソース電極層又はドレイン電極層とがバッファ層を介して電気的に接続さ
れるようにすることによって、酸化物半導体層とソース電極層又はドレイン電極層との間
のコンタクト抵抗を低減し、電気特性を安定させることができる。また、本発明の一態様
によれば、バッファ層に逆スパッタ処理及び窒素雰囲気下での熱処理を行うことにより、
酸化物半導体層より導電率の高いバッファ層が得られる。
該薄膜トランジスタを表示装置の画素部及び駆動回路部に用いることによって、電気特性
が安定した信頼性の高い表示装置を提供することができる。
本発明の一態様に係る半導体装置を説明する図。 本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を説明する図。 本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を説明する図。 本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を説明する図。 本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を説明する図。 本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を説明する図。 本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を説明する図。 本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を説明する図。 本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を説明する図。 本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を説明する図。 本発明の一態様に係る半導体装置を説明する図。 本発明の一態様に係る半導体装置を説明する図。 本発明の一態様に係る半導体装置を説明する図。 半導体装置のブロック図を説明する図。 信号線駆動回路の構成を説明する図。 信号線駆動回路の動作を説明するタイミングチャート。 信号線駆動回路の動作を説明するタイミングチャート。 シフトレジスタの構成を説明する図。 図１８に示すフリップフロップの接続構成を説明する図。 本発明の一態様に係る半導体装置を説明する図。 本発明の一態様に係る半導体装置を説明する図。 本発明の一態様に係る半導体装置を説明する図。 本発明の一態様に係る半導体装置の画素等価回路を説明する図。 本発明の一態様に係る半導体装置を説明する図。 本発明の一態様に係る半導体装置を説明する図。 電子ペーパーの使用形態の例を説明する図。 電子書籍の一例を示す外観図。 テレビジョン装置およびデジタルフォトフレームの例を示す外観図。 遊技機の例を示す外観図。 携帯電話機の一例を示す外観図。
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定さ
れず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し
得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の
記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において
、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、
その繰り返しの説明は省略する。
（実施の形態１）
本実施の形態では、薄膜トランジスタの構造について、図１を用いて説明する。
本実施の形態のボトムゲート構造の薄膜トランジスタを図１に示す。図１（Ａ）は断面図
であり、図１（Ｂ）は平面図である。図１（Ａ）は、図１（Ｂ）における線Ａ１−Ａ２の
断面図となっている。
図１に示す薄膜トランジスタには、基板１００上にゲート電極層１０１が設けられ、ゲー
ト電極層１０１上にゲート絶縁層１０２が設けられ、ゲート絶縁層１０２上にソース電極
層又はドレイン電極層１０５ａ、１０５ｂが設けられ、ソース電極層又はドレイン電極層
１０５ａ上にバッファ層１０６ａが、ソース電極層又はドレイン電極層１０５ｂ上にバッ
ファ層１０６ｂがそれぞれ設けられ、ゲート絶縁層１０２とバッファ層１０６ａ、１０６
ｂ上に酸化物半導体層１０３が設けられている。つまり、酸化物半導体層１０３は、ソー
ス電極層又はドレイン電極層１０５ａとは、バッファ層１０６ａを介して電気的に接続さ
れ、ソース電極層又はドレイン電極層１０５ｂとは、バッファ層１０６ｂを介して電気的
に接続されている。ここで、バッファ層１０６ａ、１０６ｂは、酸化物半導体層１０３よ
り導電率が高い。また、酸化物半導体層１０３の一部が、ソース電極層又はドレイン電極
層１０５ａ、１０５ｂの間で、ゲート絶縁層１０２と、ソース電極層又はドレイン電極層
１０５ａ、１０５ｂの側面と接するように、酸化物半導体層１０３は設けられている。
ゲート電極層１０１は、アルミニウム、銅、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タ
ングステン、ネオジム、スカンジウムなどの金属材料、またはこれらの金属材料を主成分
とする合金材料、またはこれらの金属材料を成分とする窒化物を用いて、単層又は積層で
形成する。アルミニウムや銅などの低抵抗導電性材料で形成するのが望ましいが、耐熱性
が低い、または腐食しやすいという問題点があるので耐熱性導電性材料と組み合わせて用
いるのが好ましい。耐熱性導電性材料としては、モリブデン、チタン、クロム、タンタル
、タングステン、ネオジム、スカンジウム等を用いる。
例えば、ゲート電極層１０１の積層構造としては、アルミニウム層上にモリブデン層が積
層された二層の積層構造、または銅層上にモリブデン層を積層した二層構造、または銅層
上に窒化チタン層若しくは窒化タンタル層を積層した二層構造、窒化チタン層とモリブデ
ン層とを積層した二層構造とすることが好ましい。三層の積層構造としては、タングステ
ン層または窒化タングステン層と、アルミニウムとシリコンの合金層またはアルミニウム
とチタンの合金層と、窒化チタン層またはチタン層とを積層した構造とすることが好まし
い。
酸化物半導体層１０３としては、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｇ
ａ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ系、Ｇａ
−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｏ系またはＺｎ−Ｏ系の酸化物半導体からなる非単結
晶膜が好ましい。
本明細書中で、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体とは、少なくともＩｎ、Ｇａ及び
Ｚｎを含む酸化物半導体のことである。また、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体と
は、少なくともＩｎ、Ｓｎ及びＺｎを含む酸化物半導体のことである。また、Ｇａ−Ｓｎ
−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体とは、少なくともＧａ、Ｓｎ及びＺｎを含む酸化物半導体の
ことである。また、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体とは、少なくともＩｎ及びＺｎを含
む酸化物半導体のことである。また、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体とは、少なくとも
Ｓｎ及びＺｎを含む酸化物半導体のことである。また、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ系の酸化物半導体
とは、少なくともＩｎ及びＳｎを含む酸化物半導体のことである。また、Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ
系の酸化物半導体とは、少なくともＧａ及びＺｎを含む酸化物半導体のことである。また
、Ｉｎ−Ｏ系の酸化物半導体とは、少なくともＩｎを含む酸化物半導体のことである。ま
た、Ｓｎ−Ｏ系の酸化物半導体とは、少なくともＳｎを含む酸化物半導体のことである。
また、Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体とは、少なくともＺｎを含む酸化物半導体のことである
。また、上記酸化物半導体中には、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ又はＣｏから選ばれた一又は複数の
金属元素が含まれていてもよい。
酸化物半導体層１０３は、スパッタ法を用いてアルゴンなどの希ガスと酸素ガスの雰囲気
下で成膜した酸化物半導体膜を用いるのが好ましい。該酸化物半導体膜を用いることで、
酸化物半導体層１０３の導電率を低減し、オフ電流を低減することができる。さらに成膜
した酸化物半導体膜に大気雰囲気下での熱処理を行うことが好ましい。酸化物半導体に大
気雰囲気下で熱処理を行うことで、酸化物半導体の導電率を低減することができる。よっ
て、酸化物半導体層１０３の導電率を低減することができるので、酸化物半導体層１０３
を薄膜トランジスタの活性層に用いることでオフ電流を低減することができる。このとき
大気雰囲気下としては、酸素ガスが１５体積％乃至２５体積％、窒素ガスが７５体積％乃
至８５体積％の範囲で含まれる雰囲気とするのが好ましい。
また、酸化物半導体層１０３は、少なくとも非晶質（アモルファス）成分を含んでいるも
のとし、非晶質構造の中に結晶粒（ナノクリスタル）を含む場合もある。結晶粒（ナノク
リスタル）は直径１ｎｍ〜１０ｎｍ、代表的には２ｎｍ〜４ｎｍ程度である。なお、結晶
状態は、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）の分析により評価す
るものとする。
酸化物半導体層１０３の膜厚は、１０ｎｍ〜３００ｎｍとし、好ましくは２０ｎｍ〜１０
０ｎｍとする。
また、酸化物半導体層１０３には、絶縁性酸化物を含ませてもよい。ここで、絶縁性酸化
物としては、酸化シリコンが好ましい。また、絶縁性酸化物には窒素を加えてもよい。こ
のとき、酸化物半導体層１０３はスパッタ法で形成し、ターゲットとして、ＳｉＯ２を０
．１重量パーセント以上３０重量パーセント以下、好ましくは１重量パーセント以上１０
重量パーセント以下含ませたものを用いるのが好ましい。
酸化物半導体層１０３に酸化シリコンのような絶縁性酸化物を含ませることにより、該酸
化物半導体層１０３の結晶化を抑制し、非晶質構造とすることができる。酸化物半導体層
１０３の結晶化を抑制し、非晶質構造とすることにより、薄膜トランジスタの特性のばら
つきを低減し、安定化することが可能となる。さらに、酸化シリコンのような絶縁性酸化
物を含ませることにより、３００℃乃至６００℃の熱処理を行っても、酸化物半導体層１
０３の結晶化又は微結晶粒の生成を防ぐことができる。
バッファ層１０６ａ、１０６ｂは、酸化物半導体層１０３と同様に、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−
Ｏ系、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｇａ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｚ
ｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ系、Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｏ系またはＺｎ−
Ｏ系の酸化物半導体からなる非単結晶膜を用いて形成することができる。さらに、バッフ
ァ層１０６ａ、１０６ｂとしては、窒素を含ませた、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系、Ｇａ
−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系、Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系またはＳｎ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系の酸化物半導体からなる
非単結晶膜を用いて形成するのが好ましい。また、上記非単結晶膜に酸化シリコンのよう
な絶縁性酸化物を含ませてもよい。
本明細書中で、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系の酸化物半導体とは、少なくともＩｎ、Ｇａ
、Ｚｎ及びＮを含む酸化物半導体のことである。また、Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系の酸化物半
導体とは、少なくともＧａ、Ｚｎ及びＮを含む酸化物半導体のことである。また、Ｚｎ−
Ｏ−Ｎ系の酸化物半導体とは、少なくともＺｎ及びＮを含む酸化物半導体のことである。
また、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系の酸化物半導体とは、少なくともＳｎ、Ｚｎ及びＮを含む酸
化物半導体のことである。
バッファ層１０６ａ、１０６ｂは、スパッタ法を用いてアルゴンなどの希ガスと窒素ガス
の雰囲気下で成膜するのが好ましい。そのように成膜することで、バッファ層１０６ａ、
１０６ｂの導電率を向上させることができる。さらに、成膜した酸化物半導体膜に逆スパ
ッタ処理及び窒素雰囲気下での熱処理を行うことが好ましい。これらの処理を行うことで
、バッファ層１０６ａ、１０６ｂの導電率をさらに向上させることができる。ここで、窒
素雰囲気としては、窒素ガスが８０体積％乃至１００体積％、アルゴンガス等の希ガスが
０体積％乃至２０体積％の範囲で含まれる雰囲気とするのが好ましい。
また、バッファ層１０６ａ、１０６ｂの表面から内部にかけて、導電率が段階的又は連続
的に変化するような構造をとってもよい。また、バッファ層１０６ａ、１０６ｂの露出し
た端部に高抵抗領域が形成されていてもよい。
また、バッファ層１０６ａ、１０６ｂは、少なくとも非晶質（アモルファス）成分を含ん
でいるものとし、非晶質構造の中に結晶粒（ナノクリスタル）を含む場合もある。結晶粒
（ナノクリスタル）は直径１ｎｍ〜１０ｎｍ、代表的には２ｎｍ〜４ｎｍ程度である。な
お、結晶状態は、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）の分析によ
り評価するものとする。
バッファ層１０６ａ、１０６ｂに用いる酸化物半導体膜の膜厚は、５ｎｍ乃至２０ｎｍと
する。勿論、膜中に結晶粒が含まれる場合、含まれる結晶粒のサイズが膜厚を超える大き
さとはならない。
酸化物半導体層１０３より導電率の高いバッファ層１０６ａ、１０６ｂをソース電極層又
はドレイン電極層１０５ａ、１０５ｂの上に形成することによって、酸化物半導体層１０
３とソース電極層又はドレイン電極層１０５ａ、１０５ｂとがバッファ層１０６ａ、１０
６ｂを介して電気的に接続されるようにすることができる。これによって、酸化物半導体
層１０３とソース電極層又はドレイン電極層１０５ａ、１０５ｂとの間で、オーミック接
合を形成することによりコンタクト抵抗を低減し、薄膜トランジスタの電気特性を安定さ
せることができる。
ソース電極層又はドレイン電極層１０５ａ、１０５ｂは、アルミニウム、銅、モリブデン
、チタン、クロム、タンタル、タングステン、ネオジム、スカンジウムなどの金属材料、
またはこれらの金属材料を主成分とする合金材料、またはこれらの金属材料を成分とする
窒化物を用いることができる。アルミニウムや銅などの低抵抗導電性材料で形成するのが
望ましいが、耐熱性が低い、または腐食しやすいという問題点があるので耐熱性導電性材
料と組み合わせて用いるのが好ましい。耐熱性導電性材料としては、モリブデン、チタン
、クロム、タンタル、タングステン、ネオジム、スカンジウム等を用いる。
例えば、ソース電極層又はドレイン電極層１０５ａ、１０５ｂは、第１の導電層及び第３
の導電層に耐熱性導電性材料であるチタンを用い、第２の導電層に低抵抗であるネオジム
を含むアルミニウム合金を用いる、３層構造とするのが好ましい。ソース電極層又はドレ
イン電極層１０５ａ、１０５ｂを、このような構成にすることで、アルミニウムの低抵抗
性を活かしつつ、ヒロックの発生を低減することができる。なお、これに限られることは
なく、ソース電極層又はドレイン電極層１０５ａ、１０５ｂは、単層構造としてもよいし
、２層構造としてもよいし、４層以上の構造としてもよい。
また、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示す逆スタガ構造の薄膜トランジスタでは、ゲート電
極層１０１のチャネル方向の幅が、酸化物半導体層１０３のチャネル方向の幅よりも短い
構造となっているが、本実施の形態に示す薄膜トランジスタはこれに限られるものではな
い。図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）に示すように、酸化物半導体層１０３のチャネル方向
の幅より、ゲート電極層のチャネル方向の幅が長いゲート電極層２０１を用いてもよい。
なお、図１２（Ａ）は、図１２（Ｂ）における線Ａ１−Ａ２の断面図である。このような
構造をとることによって、ゲート電極層２０１によって、酸化物半導体層１０３を遮光す
ることができる。よって薄膜トランジスタの信頼性向上を図ることができる。なお、図１
２（Ａ）及び図１２（Ｂ）に示す薄膜トランジスタは、ゲート電極層２０１を除き、図１
（Ａ）及び図１（Ｂ）に示す薄膜トランジスタと対応する部位に関して図面の符号も図１
（Ａ）及び図１（Ｂ）に示す薄膜トランジスタと同一のものを用いている。
以上のような構成とすることで、酸化物半導体層を用いた薄膜トランジスタにおいて、ソ
ース電極層及びドレイン電極層の上に酸化物半導体層より導電率が高いバッファ層を形成
し、酸化物半導体層とソース電極層又はドレイン電極層とがバッファ層を介して電気的に
接続されるようにすることによって、酸化物半導体層とソース電極層又はドレイン電極層
との間のコンタクト抵抗を低減し、電気特性を安定させることができる。また、バッファ
層に逆スパッタ処理及び窒素雰囲気下での熱処理を行うことにより、酸化物半導体層より
導電率の高いバッファ層を形成することができる。
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２）
本実施の形態では、実施の形態１で示した薄膜トランジスタを含む表示装置の作製工程に
ついて、図２乃至図１０を用いて説明する。図２乃至図５は断面図で、図６乃至図１０は
平面図となっている。なお、図２乃至図５のＡ１−Ａ２、Ｂ１−Ｂ２は、図６乃至図１０
のＡ１−Ａ２、Ｂ１−Ｂ２に沿った断面図に相当する。
まず、基板１００を準備する。基板１００は、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウ
ケイ酸ガラス、若しくはアルミノシリケートガラスなど、フュージョン法やフロート法で
作製される無アルカリガラス基板、セラミック基板の他、本作製工程の処理温度に耐えう
る耐熱性を有するプラスチック基板等を用いることができる。また、ステンレス合金など
の金属基板の表面に絶縁膜を設けた基板を適用しても良い。基板１００の大きさは、３２
０ｍｍ×４００ｍｍ、３７０ｍｍ×４７０ｍｍ、５５０ｍｍ×６５０ｍｍ、６００ｍｍ×
７２０ｍｍ、６８０ｍｍ×８８０ｍｍ、７３０ｍｍ×９２０ｍｍ、１０００ｍｍ×１２０
０ｍｍ、１１００ｍｍ×１２５０ｍｍ、１１５０ｍｍ×１３００ｍｍ、１５００ｍｍ×１
８００ｍｍ、１９００ｍｍ×２２００ｍｍ、２１６０ｍｍ×２４６０ｍｍ、２４００ｍｍ
×２８００ｍｍ、又は２８５０ｍｍ×３０５０ｍｍ等を用いることができる。
また基板１００上に下地膜として絶縁膜を形成してもよい。下地膜としては、ＣＶＤ法や
スパッタ法等を用いて、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、または
窒化酸化シリコン膜を単層または積層で形成すればよい。基板１００としてガラス基板の
ような可動イオンを含有する基板を用いる場合、下地膜として窒化シリコン膜、窒化酸化
シリコン膜などの窒素を含有する膜を用いることで、可動イオンが酸化物半導体層に侵入
することを防ぐことができる。
次に、ゲート電極層１０１を含むゲート配線、容量配線１０８、及び第１の端子１２１を
形成するための導電膜をスパッタ法や真空蒸着法で基板１００全面に成膜する。次いで、
フォトリソグラフィ工程を行い、レジストマスクを形成し、エッチングにより不要な部分
を除去して配線及び電極（ゲート電極層１０１を含むゲート配線、容量配線１０８、及び
第１の端子１２１）を形成する。このとき段切れ防止のために、少なくともゲート電極層
１０１の端部にテーパー形状が形成されるようにエッチングするのが好ましい。この段階
での断面図を図２（Ａ）に示した。なお、この段階での平面図が図６に相当する。
ゲート電極層１０１を含むゲート配線と容量配線１０８、端子部の第１の端子１２１は、
実施の形態１で示した導電性材料を用いて単層又は積層で形成することができる。
ここで、ゲート電極層１０１のチャネル方向の幅が、後の工程で作製する酸化物半導体層
１０３のチャネル方向の幅より長くなるようにゲート電極層１０１を形成してもよい。こ
のようにゲート電極層１０１を形成することによって、図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）に
示すような薄膜トランジスタを形成することができる。図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）に
示すような薄膜トランジスタでは、ゲート電極層２０１によって、酸化物半導体層１０３
を遮光することができる。
次いで、ゲート電極層１０１，容量配線１０８、及び第１の端子１２１上にゲート絶縁層
１０２を全面に成膜する。ゲート絶縁層１０２はＣＶＤ法やスパッタ法などを用い、膜厚
を５０〜２５０ｎｍとする。
例えば、ゲート絶縁層１０２としてＣＶＤ法やスパッタ法により酸化シリコン膜を用い、
１００ｎｍの厚さで形成する。勿論、ゲート絶縁層１０２はこのような酸化シリコン膜に
限定されるものでなく、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸
化アルミニウム膜、酸化タンタル膜などの他の絶縁膜を用い、これらの材料から成る単層
または積層構造として形成しても良い。
また、ゲート絶縁層１０２として、有機シランガスを用いたＣＶＤ法により酸化シリコン
層を形成することも可能である。有機シランガスとしては、珪酸エチル（ＴＥＯＳ：化学
式Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）、テトラメチルシラン（ＴＭＳ：化学式Ｓｉ（ＣＨ３）４）、
テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ）、オクタメチルシクロテトラシロキ
サン（ＯＭＣＴＳ）、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、トリエトキシシラン（Ｓｉ
Ｈ（ＯＣ２Ｈ５）３）、トリスジメチルアミノシラン（ＳｉＨ（Ｎ（ＣＨ３）２）３）等
のシリコン含有化合物を用いることができる。
また、ゲート絶縁層１０２として、アルミニウム、イットリウム、又はハフニウムの酸化
物、窒化物、酸化窒化物、又は窒化酸化物の一種又はそれらの化合物を少なくとも２種以
上含む化合物を用いることもできる。
なお、本明細書において、酸化窒化物とは、その組成として、窒素原子よりも酸素原子の
数が多い物質のことを指し、窒化酸化物とは、その組成として、酸素原子より窒素原子の
数が多い物質のことを指す。例えば、酸化窒化シリコン膜とは、その組成として、窒素原
子よりも酸素原子の数が多く、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ
Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）及び水素前方散乱法（Ｈ
ＦＳ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｆｏｒｗａｒｄ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）を用いて測定した場
合に、濃度範囲として酸素が５０〜７０原子％、窒素が０．５〜１５原子％、シリコンが
２５〜３５原子％、水素が０．１〜１０原子％の範囲で含まれるものをいう。また、窒化
酸化シリコン膜とは、その組成として、酸素原子より窒素原子の数が多く、ＲＢＳ及びＨ
ＦＳを用いて測定した場合に、濃度範囲として酸素が５〜３０原子％、窒素が２０〜５５
原子％、シリコンが２５〜３５原子％、水素が１０〜３０原子％の範囲で含まれるものを
いう。但し、酸化窒化シリコンまたは窒化酸化シリコンを構成する原子の合計を１００原
子％としたとき、窒素、酸素、シリコン及び水素の含有比率が上記の範囲内に含まれるも
のとする。
次いで、フォトリソグラフィ工程を行い、ゲート絶縁層１０２上にレジストマスクを形成
し、エッチングによりゲート絶縁層１０２の不要な部分を除去してゲート電極層１０１と
同じ材料の配線や電極層に達するコンタクトホールを形成する。このコンタクトホールは
後に形成する導電膜と直接接続するために設ける。例えば、駆動回路部において、ゲート
電極層とソース電極層或いはドレイン電極層と直接接する薄膜トランジスタや、第１の端
子１２１のような、ゲート配線と電気的に接続する端子を形成する場合にコンタクトホー
ルを形成する。
次に、ゲート絶縁層１０２上に金属材料からなる導電膜１１２をスパッタ法や真空蒸着法
で成膜する。この段階での断面図を図２（Ｂ）に示した。
導電膜１１２の材料としては、実施の形態１で示した導電性材料を用いて単層又は積層で
形成することができる。例えば導電膜１１２は、第１の導電層及び第３の導電層が耐熱性
導電性材料であるチタンからなり、第２の導電層がネオジムを含むアルミニウム合金から
なるような構成としてもよい。導電膜１１２をこのような構成にすることで、アルミニウ
ムの低抵抗性を活かしつつ、ヒロックの発生を低減することができる。
次に、導電膜１１２上にバッファ層１０６ａ、１０６ｂを形成するための第１の酸化物半
導体膜１１３を、スパッタ法を用いてアルゴンなどの希ガスの雰囲気下で成膜する。さら
に、アルゴンなどの希ガスと窒素ガスの雰囲気下で第１の酸化物半導体膜１１３をスパッ
タ成膜することが好ましい。これによってバッファ層１０６ａ、１０６ｂの導電率を向上
させることができる。また、アルゴンなどの希ガスの流量の比率を酸素ガスの流量の比率
より大きくして、アルゴンなどの希ガスと酸素ガスの雰囲気下で成膜してもよい。第１の
酸化物半導体膜１１３としては、実施の形態１で示した、バッファ層１０６ａ、１０６ｂ
を形成するための酸化物半導体を用いることができる。例えば具体的な条件例としては、
直径８インチのＩｎ、Ｇａ、及びＺｎを含む酸化物半導体ターゲット（Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ
２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１）を用いて、基板とターゲットの間との距離を６０ｍｍ、圧
力０．４Ｐａ、直流（ＤＣ）電源０．５ｋＷ、成膜ガス流量Ａｒ：Ｎ２＝３５：５（ｓｃ
ｃｍ）、成膜温度を室温としてスパッタ成膜を行う。また、ターゲットとしては、Ｉｎ２
Ｏ３を含む直径８インチの円盤上にペレット状のＧａ２Ｏ３とＺｎＯを配置するようにし
てもよい。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、ごみともいう）が軽減でき、膜厚分布も均一となるために好ましい。また、第
１の酸化物半導体膜１１３の膜厚は、５ｎｍ〜２０ｎｍとする。
また、ターゲットに絶縁性酸化物を含ませて、第１の酸化物半導体膜１１３に絶縁性酸化
物を含ませてもよい。ここで、絶縁性酸化物としては、酸化シリコンが好ましい。また、
絶縁性酸化物には窒素を加えてもよい。
スパッタ法にはスパッタ用電源に高周波電源を用いるＲＦスパッタ法と、ＤＣスパッタ法
があり、さらにパルス的にバイアスを与えるパルスＤＣスパッタ法もある。ＲＦスパッタ
法は主に絶縁膜を成膜する場合に用いられ、ＤＣスパッタ法は主に金属膜を成膜する場合
に用いられる。
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、スパッタ法を用いる成膜方法として、成膜中にターゲット物質とスパッタガス成分
とを化学反応させてそれらの化合物薄膜を形成するリアクティブスパッタ法や、成膜中に
基板にも電圧をかけるバイアススパッタ法もある。
次に、フォトリソグラフィ工程を行い、レジストマスク１３１を形成し、エッチングによ
り第１の酸化物半導体膜１１３及び導電膜１１２の不要な部分を除去して、島状の第１の
酸化物半導体膜１１４ａ、１１４ｂ、ソース電極層又はドレイン電極層１０５ａ、１０５
ｂ及び接続電極１２０を形成する。この際のエッチング方法としてウェットエッチングま
たはドライエッチングを用いる。例えば、導電膜１１２として第１の導電層及び第３の導
電層にチタンを、第２の導電層にネオジムを含むアルミニウム合金を用いる場合には、過
酸化水素水又は加熱塩酸、またはフッ化アンモニウムを含む硝酸水溶液をエッチャントに
用いてウェットエッチングすることができる。例えば、ＫＳＭＦ―２４０（関東化学社製
）を用いて、第１の導電層乃至第３の導電層からなる導電膜１１２を一括でエッチングす
ることができる。この段階での断面図を図３（Ａ）に示す。なお、図３（Ａ）においては
、ウェットエッチングを用いるために、エッチングが等方的に行われ、島状の第１の酸化
物半導体膜１１４ａ、１１４ｂ及びソース電極層又はドレイン電極層１０５ａ、１０５ｂ
の端部はレジストマスク１３１より後退している。
また、このフォトリソグラフィ工程において、ソース電極層又はドレイン電極層１０５ａ
、１０５ｂと同じ材料である第２の端子１２２を端子部に残す。なお、第２の端子１２２
はソース配線（ソース電極層又はドレイン電極層１０５ａ、１０５ｂを含むソース配線）
と電気的に接続されている。第２の端子１２２の上には、第１の酸化物半導体膜１１３の
一部が残存している。
また、端子部において、接続電極１２０は、ゲート絶縁膜に形成されたコンタクトホール
を介して端子部の第１の端子１２１と直接接続される。接続電極１２０の上には、第１の
酸化物半導体膜１１３の一部が残存している。なお、ここでは図示しないが、上述した工
程と同じ工程を経て、駆動回路を構成する一部の薄膜トランジスタのソース配線あるいは
ドレイン配線とゲート電極を直接接続することができる。
次に、レジストマスク１３１を除去し、基板１００が設置されたチャンバー内にアルゴン
ガスを導入してプラズマを発生させる逆スパッタ処理を施す。この段階での断面図を図３
（Ｂ）に示す。ここで、図３（Ｂ）中の破線より上の部分は、逆スパッタ処理の跡を示す
。逆スパッタとは、アルゴン雰囲気下で基板にＲＦ電源を用いて電圧を印加して基板の近
傍にプラズマを形成して表面を改質する方法である。なお、アルゴン雰囲気に代えて窒素
、ヘリウムなどを用いてもよい。また、アルゴン雰囲気に酸素、Ｎ２Ｏなどを加えた雰囲
気で行ってもよい。また、アルゴン雰囲気にＣｌ２、ＣＦ４などを加えた雰囲気で行って
もよい。また、チャンバー内の気圧をあらかじめ１０―５Ｐａ以下にしておき、チャンバ
ー内の不純物を取り除いておくことが好ましい。島状の第１の酸化物半導体膜１１４ａ、
１１４ｂに逆スパッタ処理を施すことにより、導電率を向上させることができる。例えば
、基板１００が設置されたチャンバー内にアルゴンガスを圧力０．６Ｐａ、ガス流量５０
ｓｃｃｍ程度導入して３分程度逆スパッタ処理を行う。ここで、逆スパッタ処理は、島状
の第１の酸化物半導体膜１１４ａ、１１４ｂの表面に強く作用するため、島状の第１の酸
化物半導体膜１１４ａ、１１４ｂは、表面から内部にかけて、導電率が段階的又は連続的
に変化するような構造となることがある。
また、逆スパッタ処理を施すことにより、島状の第１の酸化物半導体膜１１４ａ、１１４
ｂ及びゲート絶縁層１０２の表面に付着している、成膜時に発生する粉状物質（パーティ
クル、ごみともいう）を除去することができる。よって、逆スパッタ処理後、大気に曝す
ことなく第２の酸化物半導体膜を成膜することで、ゲート絶縁層１０２と酸化物半導体層
１０３の界面にゴミや水分が付着するのを防ぐことができる。また、逆スパッタ処理を施
すことにより、島状の第１の酸化物半導体膜１１４ａ、１１４ｂ表面の平坦性を向上させ
ることもできる。
ただし、逆スパッタ処理は、先に第１の酸化物半導体膜１１３の成膜を行ったチャンバー
と同一チャンバーを用いてもよいし、先に第１の酸化物半導体膜１１３の成膜を行ったチ
ャンバーと異なるチャンバーで成膜してもよい。また、逆スパッタ処理は、次に行う窒素
雰囲気下での熱処理の後に行ってもよい。
次に、島状の第１の酸化物半導体膜１１４ａ、１１４ｂに窒素雰囲気下で熱処理を行う。
熱処理は、２００℃以上６００℃以下で行い、好ましくは、２５０℃以上５００℃以下で
行う。基板１００を炉の中に入れ、例えば、窒素雰囲気下において、３５０℃で一時間程
度熱処理を行う。酸化物半導体に窒素雰囲気下で熱処理を行うことで、酸化物半導体の導
電率を向上させることができる。よって、島状の第１の酸化物半導体膜１１４ａ、１１４
ｂ（バッファ層１０６ａ、１０６ｂ）の導電率を向上させることができる。ここで、窒素
雰囲気としては、窒素ガスが８０体積％乃至１００体積％、アルゴンガス等の希ガスが０
体積％乃至２０体積％の範囲で含まれる雰囲気とするのが好ましい。また、窒素雰囲気下
での熱処理は、島状の第１の酸化物半導体膜１１４ａ、１１４ｂの表面から内部に向かっ
て進行するので、島状の第１の酸化物半導体膜１１４ａ、１１４ｂは、表面から内部にか
けて、導電率が段階的又は連続的に変化するような構造となることがある。特に、窒素雰
囲気下での熱処理の時間が十分でない場合は、島状の第１の酸化物半導体膜１１４ａ、１
１４ｂの表面と内部との導電率の差が顕著になることがある。なお、この段階での断面図
を図３（Ｃ）に示す。また、この段階での平面図が図７に相当する。
次に、島状の第１の酸化物半導体膜１１４ａ、１１４ｂを含む第１の酸化物半導体膜１１
３及びゲート絶縁層１０２上に、酸化物半導体層１０３を形成するための第２の酸化物半
導体膜１１１を、スパッタ法を用いてアルゴンなどの希ガスと酸素ガスの雰囲気下で成膜
する。または、酸素ガスを用いず、アルゴンなどの希ガスのみの雰囲気下で成膜してもよ
い。第２の酸化物半導体膜１１１としては、実施の形態１で示した、酸化物半導体層１０
３を形成するための酸化物半導体を用いることができる。例えば具体的な条件例としては
、直径８インチのＩｎ、Ｇａ、及びＺｎを含む酸化物半導体ターゲット（Ｉｎ２Ｏ３：Ｇ
ａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１）を用いて、基板とターゲットの間との距離を６０ｍｍ、
圧力０．４Ｐａ、直流（ＤＣ）電源０．５ｋＷ、成膜ガス流量Ａｒ：Ｏ２＝３０：１５（
ｓｃｃｍ）、成膜温度を室温としてスパッタ成膜を行う。また、ターゲットとしては、Ｉ
ｎ２Ｏ３を含む直径８インチの円盤上にペレット状のＧａ２Ｏ３とＺｎＯを配置するよう
にしてもよい。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、ごみともいう）が軽減でき、膜厚分布も均一となるために好ましい。また
、第２の酸化物半導体膜１１１の膜厚は、１０ｎｍ〜３００ｎｍとし、好ましくは２０ｎ
ｍ〜１００ｎｍとする。
また、このときターゲットに絶縁性酸化物を含ませて、第２の酸化物半導体膜１１１に絶
縁性酸化物を含ませてもよい。ここで、絶縁性酸化物としては、酸化シリコンが好ましい
。また、絶縁性酸化物には窒素を加えてもよい。第２の酸化物半導体膜１１１を成膜する
際、ＳｉＯ２を０．１重量パーセント以上３０重量パーセント以下、好ましくは１重量パ
ーセント以上１０重量パーセント以下含ませた酸化物半導体ターゲットを用いるのが好ま
しい。
第２の酸化物半導体膜１１１に酸化シリコンのような絶縁性酸化物を含ませることにより
、成膜される酸化物半導体をアモルファス化することが容易となる。さらに、酸化シリコ
ンのような絶縁性酸化物を含ませることにより、後の工程で酸化物半導体を熱処理する際
に、酸化物半導体層１０３が結晶化してしまうのを抑制することができる。
第２の酸化物半導体膜１１１の成膜は、先に第１の酸化物半導体膜１１３の成膜又は逆ス
パッタ処理を行ったチャンバーと同一チャンバーを用いてもよいし、先に第１の酸化物半
導体膜１１３の成膜又は逆スパッタ処理を行ったチャンバーと異なるチャンバーで成膜し
てもよい。
スパッタ法及びスパッタ装置については、第１の酸化物半導体膜１１３を成膜したときと
同様の方法及び装置を用いることができる。
次に、フォトリソグラフィ工程を行い、レジストマスクを形成し、島状の第１の酸化物半
導体膜１１４ａ、１１４ｂを含む第１の酸化物半導体膜１１３及び第２の酸化物半導体膜
１１１をエッチングする。エッチングには、酸系のエッチング液をエッチャントとして用
いることができる。ここでは、リン酸、酢酸、硝酸及び純水の混合液（混酸アルミという
）を用いたウェットエッチングにより、不要な部分を除去して第１の酸化物半導体膜１１
３及び第２の酸化物半導体膜１１１を島状にし、酸化物半導体層１０３及びバッファ層１
０６ａ、１０６ｂを形成する。酸化物半導体層１０３及びバッファ層１０６ａ、１０６ｂ
の端部をテーパー状にエッチングすることで、段差形状による配線の段切れを防ぐことが
できる。
なお、ここでのエッチングは、ウェットエッチングに限定されずドライエッチングを用い
てもよい。ドライエッチングに用いるエッチング装置としては、反応性イオンエッチング
法（ＲＩＥ法）を用いたエッチング装置や、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒ
ｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）やＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌ
ａｓｍａ）などの高密度プラズマ源を用いたドライエッチング装置を用いることができる
。また、ＩＣＰエッチング装置と比べて広い面積に渡って一様な放電が得られやすいドラ
イエッチング装置としては、上部電極を接地させ、下部電極に１３．５６ＭＨｚの高周波
電源を接続し、さらに下部電極に３．２ＭＨｚの低周波電源を接続したＥＣＣＰ（Ｅｎｈ
ａｎｃｅｄ Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）モードのエッ
チング装置がある。このＥＣＣＰモードのエッチング装置であれば、例えば基板として、
第１０世代の一辺が３ｍを超えるサイズの基板を用いる場合にも対応することができる。
この段階での断面図を図４（Ｂ）に示した。
次に、酸化物半導体層１０３に大気雰囲気下で熱処理を行う。熱処理は、２００℃以上６
００℃以下で行い、好ましくは、２５０℃以上５００℃以下で行う。基板１００を炉の中
に入れ、例えば、大気雰囲気下において、３５０℃で一時間程度熱処理を行う。酸化物半
導体に大気雰囲気下で熱処理を行うことで、酸化物半導体の導電率を低減することができ
る。よって、酸化物半導体層１０３の導電率を低減することができるので、酸化物半導体
層１０３を薄膜トランジスタの活性層に用いることでオフ電流を低減することができる。
また、この熱処理により酸化物半導体層１０３の原子レベルの再配列が行われ、酸化物半
導体層１０３を活性層とする薄膜トランジスタの電気特性を向上させることができる。こ
こで、大気雰囲気としては、酸素ガスが１５体積％乃至２５体積％、窒素ガスが７５体積
％乃至８５体積％の範囲で含まれる雰囲気とするのが好ましい。この段階での断面図を図
４（Ｃ）に示す。なお、この段階での平面図が図８に相当する。
またこのとき、バッファ層１０６ａ、１０６ｂの端部も露出しているので、大気雰囲気下
での熱処理により導電率が低減され、バッファ層１０６ａ、１０６ｂの端部に高抵抗領域
が形成されうる。
なお本実施の形態では、酸化物半導体層１０３を形成してから大気雰囲気下での熱処理を
行っているが、これに限られず、酸化物半導体層１０３を形成する前に、第２の酸化物半
導体膜１１１に大気雰囲気下での熱処理を行ってもよい。またこの場合、バッファ層１０
６ａ、１０６ｂが形成される前に大気雰囲気下での熱処理を行うので、バッファ層１０６
ａ、１０６ｂの端部に高抵抗領域は形成されない。
このようにして、酸化物半導体層１０３より導電率の高いバッファ層１０６ａ、１０６ｂ
をソース電極層又はドレイン電極層１０５ａ、１０５ｂの上に形成することによって、酸
化物半導体層１０３とソース電極層又はドレイン電極層１０５ａ、１０５ｂとをバッファ
層１０６ａ、１０６ｂを介して電気的に接続させることができる。これによって、酸化物
半導体層１０３とソース電極層又はドレイン電極層１０５ａ、１０５ｂとの間で、オーミ
ック接合を形成することによりコンタクト抵抗を低減し、薄膜トランジスタの電気特性を
安定させることができる。また、バッファ層１０６ａ、１０６ｂに逆スパッタ処理及び窒
素雰囲気下での熱処理を行うことにより、酸化物半導体層１０３より導電率の高いバッフ
ァ層１０６ａ、１０６ｂを形成することができる。
以上の工程で酸化物半導体層１０３をチャネル形成領域とし、バッファ層１０６ａ、１０
６ｂが、ソース電極層又はドレイン電極層１０５ａ、１０５ｂ上に形成された薄膜トラン
ジスタ１７０を作製することができる。
次いで、薄膜トランジスタ１７０を覆う保護絶縁層１０７を形成する。保護絶縁層１０７
はスパッタ法などを用いて得られる窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン
膜、酸化アルミニウム膜、酸化タンタル膜などを用いることができる。
次に、フォトリソグラフィ工程を行い、レジストマスクを形成し、保護絶縁層１０７のエ
ッチングによりソース電極層又はドレイン電極層１０５ｂに達するコンタクトホール１２
５を形成する。また、ここでのエッチングにより第２の端子１２２に達するコンタクトホ
ール１２７、接続電極１２０に達するコンタクトホール１２６も形成する。この段階での
断面図を図５（Ａ）に示す。
次いで、レジストマスクを除去した後、透明導電膜を成膜する。透明導電膜の材料として
は、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）や酸化インジウム酸化スズ合金（Ｉｎ２Ｏ３―ＳｎＯ
２、ＩＴＯと略記する）などをスパッタ法や真空蒸着法などを用いて形成する。このよう
な材料のエッチング処理は塩酸系の溶液により行う。しかし、特にＩＴＯのエッチングは
残渣が発生しやすいので、エッチング加工性を改善するために酸化インジウム酸化亜鉛合
金（Ｉｎ２Ｏ３―ＺｎＯ）を用いても良い。
次に、フォトリソグラフィ工程を行い、レジストマスクを形成し、エッチングにより不要
な部分を除去して画素電極層１１０を形成する。
また、このフォトリソグラフィ工程において、容量部におけるゲート絶縁層１０２及び保
護絶縁層１０７を誘電体として、容量配線１０８と画素電極層１１０とで保持容量が形成
される。
また、このフォトリソグラフィ工程において、第１の端子１２１及び第２の端子１２２を
レジストマスクで覆い、端子部に形成された透明導電膜１２８、１２９を残す。透明導電
膜１２８、１２９はＦＰＣとの接続に用いられる電極または配線となる。第１の端子１２
１と直接接続された接続電極１２０上に形成された透明導電膜１２８は、ゲート配線の入
力端子として機能する接続用の端子電極となる。第２の端子１２２上に形成された透明導
電膜１２９は、ソース配線の入力端子として機能する接続用の端子電極である。
次いで、レジストマスクを除去する。この段階での断面図を図５（Ｂ）に示す。なお、こ
の段階での平面図が図９に相当する。
また、図１１（Ａ１）、図１１（Ａ２）は、この段階でのゲート配線端子部の平面図及び
断面図をそれぞれ図示している。図１１（Ａ１）は図１１（Ａ２）中のＣ１−Ｃ２線に沿
った断面図に相当する。図１１（Ａ１）において、保護絶縁層１５４上に形成される透明
導電膜１５５は、入力端子として機能する接続用の端子電極である。また、図１１（Ａ１
）において、端子部では、ゲート配線と同じ材料で形成される第１の端子１５１と、ソー
ス配線と同じ材料で形成される接続電極１５３とがゲート絶縁層１５２を介して重なり直
接接して導通している。また、接続電極１５３と透明導電膜１５５が保護絶縁層１５４に
設けられたコンタクトホールを介して直接接して導通している。
また、図１１（Ｂ１）、及び図１１（Ｂ２）は、ソース配線端子部の平面図及び断面図を
それぞれ図示している。また、図１１（Ｂ１）は図１１（Ｂ２）中のＤ１−Ｄ２線に沿っ
た断面図に相当する。図１１（Ｂ１）において、保護絶縁層１５４上に形成される透明導
電膜１５５は、入力端子として機能する接続用の端子電極である。また、図１１（Ｂ１）
において、端子部では、ゲート配線と同じ材料で形成される電極１５６が、ソース配線と
電気的に接続される第２の端子１５０の下方にゲート絶縁層１５２を介して重なる。電極
１５６は第２の端子１５０とは電気的に接続しておらず、電極１５６を第２の端子１５０
と異なる電位、例えばフローティング、ＧＮＤ、０Ｖなどに設定すれば、ノイズ対策のた
めの容量または静電気対策のための容量を形成することができる。また、第２の端子１５
０は、保護絶縁層１５４を介して透明導電膜１５５と電気的に接続している。
ゲート配線、ソース配線、及び容量配線は画素密度に応じて複数本設けられるものである
。また、端子部においては、ゲート配線と同電位の第１の端子、ソース配線と同電位の第
２の端子、容量配線と同電位の第３の端子などが複数並べられて配置される。それぞれの
端子の数は、それぞれ任意な数で設ければ良いものとし、実施者が適宣決定すれば良い。
こうしてボトムゲート型のｎチャネル型薄膜トランジスタである薄膜トランジスタ１７０
を有する画素薄膜トランジスタ部、保持容量を完成させることができる。そして、これら
を個々の画素に対応してマトリクス状に配置して画素部を構成することによりアクティブ
マトリクス型の表示装置を作製するための一方の基板とすることができる。本明細書では
便宜上このような基板をアクティブマトリクス基板と呼ぶ。
アクティブマトリクス型の液晶表示装置を作製する場合には、アクティブマトリクス基板
と、対向電極が設けられた対向基板との間に液晶層を設け、アクティブマトリクス基板と
対向基板とを固定する。なお、対向基板に設けられた対向電極と電気的に接続する共通電
極をアクティブマトリクス基板上に設け、共通電極と電気的に接続する第４の端子を端子
部に設ける。この第４の端子は、共通電極を固定電位、例えばＧＮＤ、０Ｖなどに設定す
るための端子である。
また、本実施の形態は、図９の画素構成に限定されず、図９とは異なる平面図の例を図１
０に示す。図１０では容量配線を設けず、保護絶縁層及びゲート絶縁層を介して、画素電
極層を隣り合う画素のゲート配線と重ねて保持容量を形成する例であり、この場合、容量
配線及び容量配線と接続する第３の端子は省略することができる。なお、図１０において
、図９と同じ部分には同じ符号を用いる。
アクティブマトリクス型の液晶表示装置においては、マトリクス状に配置された画素電極
を駆動することによって、画面上に表示パターンが形成される。詳しくは選択された画素
電極と該画素電極に対応する対向電極との間に電圧が印加されることによって、画素電極
と対向電極との間に配置された液晶層の光学変調が行われ、この光学変調が表示パターン
として観察者に認識される。
液晶表示装置の動画表示において、液晶分子自体の応答が遅いため、残像が生じる、また
は動画のぼけが生じるという問題がある。液晶表示装置の動画特性を改善するため、全面
黒表示を１フレームおきに行う、所謂、黒挿入と呼ばれる駆動技術がある。
また、垂直同期周波数を通常の１．５倍以上、好ましくは２倍以上にすることで動画特性
を改善する、所謂、倍速駆動と呼ばれる駆動技術もある。
また、液晶表示装置の動画特性を改善するため、バックライトとして複数のＬＥＤ（発光
ダイオード）光源または複数のＥＬ光源などを用いて面光源を構成し、面光源を構成して
いる各光源を独立して１フレーム期間内で間欠点灯駆動する駆動技術もある。面光源とし
て、３種類以上のＬＥＤを用いてもよいし、白色発光のＬＥＤを用いてもよい。独立して
複数のＬＥＤを制御できるため、液晶層の光学変調の切り替えタイミングに合わせてＬＥ
Ｄの発光タイミングを同期させることもできる。この駆動技術は、ＬＥＤを部分的に消灯
することができるため、特に一画面を占める黒い表示領域の割合が多い映像表示の場合に
は、消費電力の低減効果が図れる。
これらの駆動技術を組み合わせることによって、液晶表示装置の動画特性などの表示特性
を従来よりも改善することができる。
本実施の形態で得られるｎチャネル型のトランジスタは、酸化物半導体層をチャネル形成
領域に用いており、良好な動特性を有するため、これらの駆動技術を組み合わせることが
できる。
また、発光表示装置を作製する場合、有機発光素子の一方の電極（カソードとも呼ぶ）は
、低電源電位、例えばＧＮＤ、０Ｖなどに設定するため、端子部に、カソードを低電源電
位、例えばＧＮＤ、０Ｖなどに設定するための第４の端子が設けられる。また、発光表示
装置を作製する場合には、ソース配線、及びゲート配線に加えて電源供給線を設ける。従
って、端子部には、電源供給線と電気的に接続する第５の端子を設ける。
以上のように、酸化物半導体層を用いた薄膜トランジスタにおいて、ソース電極層及びド
レイン電極層の上に酸化物半導体層より導電率が高いバッファ層を形成し、酸化物半導体
層とソース電極層又はドレイン電極層とがバッファ層を介して電気的に接続されるように
することによって、酸化物半導体層とソース電極層又はドレイン電極層との間のコンタク
ト抵抗を低減し、電気特性を安定させることができる。また、バッファ層に逆スパッタ処
理及び窒素雰囲気下での熱処理を行うことにより、酸化物半導体層より導電率の高いバッ
ファ層を形成することができる。
該薄膜トランジスタを表示装置の画素部及び駆動回路部に用いることによって、電気特性
が安定した信頼性の高い表示装置を提供することができる。
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３）
本実施の形態では、実施の形態１で示したボトムゲート型薄膜トランジスタを２つ用いた
インバータ回路について図１３を用いて説明する。
画素部を駆動するための駆動回路は、インバータ回路、容量、抵抗などを用いて構成する
。２つのｎチャネル型ＴＦＴを組み合わせてインバータ回路を形成する場合、エンハンス
メント型トランジスタとデプレッション型トランジスタとを組み合わせて形成する場合（
以下、ＥＤＭＯＳ回路という）と、エンハンスメント型ＴＦＴ同士で形成する場合（以下
、ＥＥＭＯＳ回路という）がある。なお、ｎチャネル型ＴＦＴのしきい値電圧が正の場合
は、エンハンスメント型トランジスタと定義し、ｎチャネル型ＴＦＴのしきい値電圧が負
の場合は、デプレッション型トランジスタと定義し、本明細書を通してこの定義に従うも
のとする。
画素部と駆動回路は、同一基板上に形成し、画素部においては、マトリクス状に配置した
エンハンスメント型トランジスタを用いて画素電極への電圧印加のオンオフを切り替える
。この画素部に配置するエンハンスメント型トランジスタは、酸化物半導体を用いている
。
駆動回路のインバータ回路の断面構造を図１３（Ａ）に示す。なお、図１３（Ａ）では、
第１の薄膜トランジスタ４３０ａ及び第２の薄膜トランジスタ４３０ｂとして図１に示す
構造の逆スタガ型薄膜トランジスタを用いている。しかし、本実施の形態で示すインバー
タ回路に用いることができる薄膜トランジスタは、この構造に限られるものではない。
図１３（Ａ）に示す第１の薄膜トランジスタ４３０ａは、基板４００上に第１のゲート電
極層４０１ａが設けられ、第１のゲート電極層４０１ａ上にゲート絶縁層４０２が設けら
れ、ゲート絶縁層４０２上に第１配線４０５ａ及び第２配線４０５ｂが設けられ、第１配
線４０５ａ及び第２配線４０５ｂ上に第１のバッファ層４０４ａ、４０４ｂが設けられ、
第１のバッファ層４０４ａ、４０４ｂ及びゲート絶縁層４０２上に第１の酸化物半導体層
４０３ａが設けられている。第１のバッファ層４０４ａ、４０４ｂは、第１の酸化物半導
体層４０３ａより導電率が高く、第１の酸化物半導体層４０３ａと第１配線４０５ａ及び
第２配線４０５ｂとは、第１のバッファ層４０４ａ、４０４ｂを介して電気的に接続され
ている。同様に、第２の薄膜トランジスタ４３０ｂも、基板４００上に第２のゲート電極
層４０１ｂが設けられ、第２のゲート電極層４０１ｂ上にゲート絶縁層４０２が設けられ
、ゲート絶縁層４０２上に第２配線４０５ｂ及び第３配線４０５ｃが設けられ、第２配線
４０５ｂ及び第３配線４０５ｃ上に第２のバッファ層４０６ａ、４０６ｂが設けられ、第
２のバッファ層４０６ａ、４０６ｂ及びゲート絶縁層４０２上に第２の酸化物半導体層４
０３ｂが設けられている。第２のバッファ層４０６ａ、４０６ｂは、第２の酸化物半導体
層４０３ｂより導電率が高く、第２の酸化物半導体層４０３ｂと第２配線４０５ｂ及び第
３配線４０５ｃとは、第２のバッファ層４０６ａ、４０６ｂを介して電気的に接続されて
いる。ここで、第２配線４０５ｂは、ゲート絶縁層４０２に形成されたコンタクトホール
４１４を介して第２のゲート電極層４０１ｂと直接接続する。なお、各部の構造や材料は
実施の形態１で示した薄膜トランジスタを参照にされたい。
第１配線４０５ａは、接地電位の電源線（接地電源線）である。この接地電位の電源線は
、負の電圧ＶＤＬが印加される電源線（負電源線）としてもよい。第３配線４０５ｃは、
正の電圧ＶＤＤが印加される電源線（正電源線）である。
図１３（Ａ）に示すように、第１のバッファ層４０４ｂと第２のバッファ層４０６ａの両
方に電気的に接続する第２配線４０５ｂは、ゲート絶縁層４０２に形成されたコンタクト
ホール４１４を介して第２の薄膜トランジスタ４３０ｂの第２のゲート電極層４０１ｂと
直接接続する。直接接続させることにより、良好なコンタクトを得ることができ、接触抵
抗を低減することができる。また、第２のゲート電極層４０１ｂと第２配線４０５ｂを他
の導電膜、例えば透明導電膜を介して接続する場合に比べて、コンタクトホールの数の低
減、コンタクトホールの数の低減による駆動回路の占有面積の縮小を図ることができる。
また、駆動回路のインバータ回路の平面図を図１３（Ｃ）に示す。図１３（Ｃ）において
、鎖線Ｚ１−Ｚ２で切断した断面が図１３（Ａ）に相当する。
また、ＥＤＭＯＳ回路の等価回路を図１３（Ｂ）に示す。図１３（Ａ）及び図１３（Ｃ）
示す回路接続は、図１３（Ｂ）に相当し、第１の薄膜トランジスタ４３０ａをエンハンス
メント型のｎチャネル型トランジスタとし、第２の薄膜トランジスタ４３０ｂをデプレッ
ション型のｎチャネル型トランジスタとする例である。
同一基板上にエンハンスメント型のｎチャネル型トランジスタとデプレッション型のｎチ
ャネル型トランジスタとを作製する方法は、例えば、第１のバッファ層４０４ａ、４０４
ｂ及び第１の酸化物半導体層４０３ａと、第２のバッファ層４０６ａ、４０６ｂ及び第２
の酸化物半導体層４０３ｂとを異なる材料や異なる成膜条件を用いて作製する。また、酸
化物半導体層の上下にゲート電極を設けてしきい値制御を行い、一方のＴＦＴがノーマリ
ーオンとなるようにゲート電極に電圧をかけ、もう一方のＴＦＴがノーマリーオフとなる
ようにしてＥＤＭＯＳ回路を構成してもよい。
また、ＥＤＭＯＳ回路だけではなく、第１の薄膜トランジスタ４３０ａ及び第２の薄膜ト
ランジスタ４３０ｂをエンハンスメント型のｎチャネル型トランジスタとすることで、Ｅ
ＥＭＯＳ回路を作製することもできる。その場合、第２配線４０５ｂと第２のゲート電極
層４０１ｂを接続する代わりに第３配線４０５ｃと第２のゲート電極層４０１ｂを接続す
る。
本実施の形態で用いる薄膜トランジスタは、ソース電極層及びドレイン電極層の上に酸化
物半導体層より導電率が高いバッファ層を形成し、酸化物半導体層とソース電極層又はド
レイン電極層とがバッファ層を介して電気的に接続されるようにすることによって、酸化
物半導体層とソース電極層又はドレイン電極層との間のコンタクト抵抗を低減し、電気特
性を安定させることができる。よって、本実施の形態に示すインバータ回路の回路特性を
向上させることができる。
本実施の形態に示すインバータ回路を駆動回路部に用いることによって、電気特性が安定
した信頼性の高い表示装置を提供することができる。
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４）
本実施の形態では、半導体装置の一例である表示装置において、同一基板上に少なくとも
駆動回路の一部と、画素部に配置する薄膜トランジスタを作製する例について以下に説明
する。
画素部に配置する薄膜トランジスタは、実施の形態２に従って形成する。また、実施の形
態１乃至実施の形態３に示す薄膜トランジスタはｎチャネル型ＴＦＴであるため、駆動回
路のうち、ｎチャネル型ＴＦＴで構成することができる駆動回路の一部を画素部の薄膜ト
ランジスタと同一基板上に形成する。
半導体装置の一例であるアクティブマトリクス型液晶表示装置のブロック図の一例を図１
４（Ａ）に示す。図１４（Ａ）に示す表示装置は、基板５３００上に表示素子を備えた画
素を複数有する画素部５３０１と、各画素を選択する走査線駆動回路５３０２と、選択さ
れた画素へのビデオ信号の入力を制御する信号線駆動回路５３０３とを有する。
画素部５３０１は、信号線駆動回路５３０３から列方向に伸張して配置された複数の信号
線Ｓ１〜Ｓｍ（図示せず。）により信号線駆動回路５３０３と接続され、走査線駆動回路
５３０２から行方向に伸張して配置された複数の走査線Ｇ１〜Ｇｎ（図示せず。）により
走査線駆動回路５３０２と接続され、信号線Ｓ１〜Ｓｍ並びに走査線Ｇ１〜Ｇｎに対応し
てマトリクス状に配置された複数の画素（図示せず。）を有する。そして、各画素は、信
号線Ｓｊ（信号線Ｓ１〜Ｓｍのうちいずれか一）、走査線Ｇｉ（走査線Ｇ１〜Ｇｎのうち
いずれか一）と接続される。
また、実施の形態１乃至実施の形態３に示す薄膜トランジスタは、ｎチャネル型ＴＦＴで
あり、ｎチャネル型ＴＦＴで構成する信号線駆動回路について図１５を用いて説明する。
図１５に示す信号線駆動回路は、ドライバＩＣ５６０１、スイッチ群５６０２＿１〜５６
０２＿Ｍ、第１の配線５６１１、第２の配線５６１２、第３の配線５６１３及び配線５６
２１＿１〜５６２１＿Ｍを有する。スイッチ群５６０２＿１〜５６０２＿Ｍそれぞれは、
第１の薄膜トランジスタ５６０３ａ、第２の薄膜トランジスタ５６０３ｂ及び第３の薄膜
トランジスタ５６０３ｃを有する。
ドライバＩＣ５６０１は第１の配線５６１１、第２の配線５６１２、第３の配線５６１３
及び配線５６２１＿１〜５６２１＿Ｍに接続される。そして、スイッチ群５６０２＿１〜
５６０２＿Ｍそれぞれは、第１の配線５６１１、第２の配線５６１２、第３の配線５６１
３及びスイッチ群５６０２＿１〜５６０２＿Ｍそれぞれに対応した配線５６２１＿１〜５
６２１＿Ｍに接続される。そして、配線５６２１＿１〜５６２１＿Ｍそれぞれは、第１の
薄膜トランジスタ５６０３ａ、第２の薄膜トランジスタ５６０３ｂ及び第３の薄膜トラン
ジスタ５６０３ｃを介して、３つの信号線（信号線Ｓｍ−２、信号線Ｓｍ−１、信号線Ｓ
ｍ（ｍ＝３Ｍ））に接続される。例えば、Ｊ列目の配線５６２１＿Ｊ（配線５６２１＿１
〜配線５６２１＿Ｍのうちいずれか一）は、スイッチ群５６０２＿Ｊが有する第１の薄膜
トランジスタ５６０３ａ、第２の薄膜トランジスタ５６０３ｂ及び第３の薄膜トランジス
タ５６０３ｃを介して、信号線Ｓｊ−２、信号線Ｓｊ―１、信号線Ｓｊ（ｊ＝３Ｊ）に接
続される。
なお、第１の配線５６１１、第２の配線５６１２、第３の配線５６１３には、それぞれ信
号が入力される。
なお、ドライバＩＣ５６０１は、単結晶半導体を用いて形成されていることが望ましい。
さらに、スイッチ群５６０２＿１〜５６０２＿Ｍは、画素部と同一基板上に形成されてい
ることが望ましい。したがって、ドライバＩＣ５６０１とスイッチ群５６０２＿１〜５６
０２＿ＭとはＦＰＣなどを介して接続するとよい。又は画素部と同一の基板上に貼り合わ
せなどによって、単結晶半導体層を設け、ドライバＩＣ５６０１を形成してもよい。
次に、図１５に示した信号線駆動回路の動作について、図１６のタイミングチャートを参
照して説明する。なお、図１６のタイミングチャートは、ｉ行目の走査線Ｇｉが選択され
ている場合のタイミングチャートを示している。さらに、ｉ行目の走査線Ｇｉの選択期間
は、第１のサブ選択期間Ｔ１、第２のサブ選択期間Ｔ２及び第３のサブ選択期間Ｔ３に分
割されている。さらに、図１５の信号線駆動回路は、他の行の走査線が選択されている場
合でも図１６と同様の動作をする。
なお、図１６のタイミングチャートは、Ｊ列目の配線５６２１＿Ｊが第１の薄膜トランジ
スタ５６０３ａ、第２の薄膜トランジスタ５６０３ｂ及び第３の薄膜トランジスタ５６０
３ｃを介して、信号線Ｓｊ−２、信号線Ｓｊ―１、信号線Ｓｊに接続される場合について
示している。
なお、図１６のタイミングチャートは、ｉ行目の走査線Ｇｉが選択されるタイミング、第
１の薄膜トランジスタ５６０３ａのオン・オフのタイミング５７０３ａ、第２の薄膜トラ
ンジスタ５６０３ｂのオン・オフのタイミング５７０３ｂ、第３の薄膜トランジスタ５６
０３ｃのオン・オフのタイミング５７０３ｃ及びＪ列目の配線５６２１＿Ｊに入力される
信号５７２１＿Ｊを示している。
なお、配線５６２１＿１〜配線５６２１＿Ｍには第１のサブ選択期間Ｔ１、第２のサブ選
択期間Ｔ２及び第３のサブ選択期間Ｔ３において、それぞれ別のビデオ信号が入力される
。例えば、第１のサブ選択期間Ｔ１において配線５６２１＿Ｊに入力されるビデオ信号は
信号線Ｓｊ−２に入力され、第２のサブ選択期間Ｔ２において配線５６２１＿Ｊに入力さ
れるビデオ信号は信号線Ｓｊ―１に入力され、第３のサブ選択期間Ｔ３において配線５６
２１＿Ｊに入力されるビデオ信号は信号線Ｓｊに入力される。さらに、第１のサブ選択期
間Ｔ１、第２のサブ選択期間Ｔ２及び第３のサブ選択期間Ｔ３において、配線５６２１＿
Ｊに入力されるビデオ信号をそれぞれＤａｔａ＿ｊ−２、Ｄａｔａ＿ｊ―１、Ｄａｔａ＿
ｊとする。
図１６に示すように、第１のサブ選択期間Ｔ１において第１の薄膜トランジスタ５６０３
ａがオンし、第２の薄膜トランジスタ５６０３ｂ及び第３の薄膜トランジスタ５６０３ｃ
がオフする。このとき、配線５６２１＿Ｊに入力されるＤａｔａ＿ｊ−２が、第１の薄膜
トランジスタ５６０３ａを介して信号線Ｓｊ−２に入力される。第２のサブ選択期間Ｔ２
では、第２の薄膜トランジスタ５６０３ｂがオンし、第１の薄膜トランジスタ５６０３ａ
及び第３の薄膜トランジスタ５６０３ｃがオフする。このとき、配線５６２１＿Ｊに入力
されるＤａｔａ＿ｊ―１が、第２の薄膜トランジスタ５６０３ｂを介して信号線Ｓｊ―１
に入力される。第３のサブ選択期間Ｔ３では、第３の薄膜トランジスタ５６０３ｃがオン
し、第１の薄膜トランジスタ５６０３ａ及び第２の薄膜トランジスタ５６０３ｂがオフす
る。このとき、配線５６２１＿Ｊに入力されるＤａｔａ＿ｊが、第３の薄膜トランジスタ
５６０３ｃを介して信号線Ｓｊに入力される。
以上のことから、図１５の信号線駆動回路は、１ゲート選択期間を３つに分割することで
、１ゲート選択期間中に１つの配線５６２１から３つの信号線にビデオ信号を入力するこ
とができる。したがって、図１５の信号線駆動回路は、ドライバＩＣ５６０１が形成され
る基板と、画素部が形成されている基板との接続数を信号線の数に比べて約１／３にする
ことができる。接続数が約１／３になることによって、図１５の信号線駆動回路は、信頼
性、歩留まりなどを向上できる。
なお、図１６のように、１ゲート選択期間を複数のサブ選択期間に分割し、複数のサブ選
択期間それぞれにおいて、ある１つの配線から複数の信号線それぞれにビデオ信号を入力
することができれば、薄膜トランジスタの配置や数、駆動方法などは限定されない。
例えば、３つ以上のサブ選択期間それぞれにおいて１つの配線から３つ以上の信号線それ
ぞれにビデオ信号を入力する場合は、薄膜トランジスタ及び薄膜トランジスタを制御する
ための配線を追加すればよい。ただし、１ゲート選択期間を４つ以上のサブ選択期間に分
割すると、１つのサブ選択期間が短くなる。したがって、１ゲート選択期間は、２つ又は
３つのサブ選択期間に分割されることが望ましい。
別の例として、図１７のタイミングチャートに示すように、１つの選択期間をプリチャー
ジ期間Ｔｐ、第１のサブ選択期間Ｔ１、第２のサブ選択期間Ｔ２、第３の選択期間Ｔ３に
分割してもよい。さらに、図１７のタイミングチャートは、ｉ行目の走査線Ｇｉが選択さ
れるタイミング、第１の薄膜トランジスタ５６０３ａのオン・オフのタイミング５８０３
ａ、第２の薄膜トランジスタ５６０３ｂのオン・オフのタイミング５８０３ｂ、第３の薄
膜トランジスタ５６０３ｃのオン・オフのタイミング５８０３ｃ及びＪ列目の配線５６２
１＿Ｊに入力される信号５８２１＿Ｊを示している。図１７に示すように、プリチャージ
期間Ｔｐにおいて第１の薄膜トランジスタ５６０３ａ、第２の薄膜トランジスタ５６０３
ｂ及び第３の薄膜トランジスタ５６０３ｃがオンする。このとき、配線５６２１＿Ｊに入
力されるプリチャージ電圧Ｖｐが第１の薄膜トランジスタ５６０３ａ、第２の薄膜トラン
ジスタ５６０３ｂ及び第３の薄膜トランジスタ５６０３ｃを介してそれぞれ信号線Ｓｊ−
２、信号線Ｓｊ―１、信号線Ｓｊに入力される。第１のサブ選択期間Ｔ１において第１の
薄膜トランジスタ５６０３ａがオンし、第２の薄膜トランジスタ５６０３ｂ及び第３の薄
膜トランジスタ５６０３ｃがオフする。このとき、配線５６２１＿Ｊに入力されるＤａｔ
ａ＿ｊ−２が、第１の薄膜トランジスタ５６０３ａを介して信号線Ｓｊ−２に入力される
。第２のサブ選択期間Ｔ２では、第２の薄膜トランジスタ５６０３ｂがオンし、第１の薄
膜トランジスタ５６０３ａ及び第３の薄膜トランジスタ５６０３ｃがオフする。このとき
、配線５６２１＿Ｊに入力されるＤａｔａ＿ｊ―１が、第２の薄膜トランジスタ５６０３
ｂを介して信号線Ｓｊ―１に入力される。第３のサブ選択期間Ｔ３では、第３の薄膜トラ
ンジスタ５６０３ｃがオンし、第１の薄膜トランジスタ５６０３ａ及び第２の薄膜トラン
ジスタ５６０３ｂがオフする。このとき、配線５６２１＿Ｊに入力されるＤａｔａ＿ｊが
、第３の薄膜トランジスタ５６０３ｃを介して信号線Ｓｊに入力される。
以上のことから、図１７のタイミングチャートを適用した図１５の信号線駆動回路は、サ
ブ選択期間の前にプリチャージ選択期間を設けることによって、信号線をプリチャージで
きるため、画素へのビデオ信号の書き込みを高速に行うことができる。なお、図１７にお
いて、図１６と同様なものに関しては共通の符号を用いて示し、同一部分又は同様な機能
を有する部分の詳細な説明は省略する。
また、走査線駆動回路の構成について説明する。走査線駆動回路は、シフトレジスタ、バ
ッファを有している。また場合によってはレベルシフタを有していても良い。走査線駆動
回路において、シフトレジスタにクロック信号（ＣＬＫ）及びスタートパルス信号（ＳＰ
）が入力されることによって、選択信号が生成される。生成された選択信号はバッファに
おいて緩衝増幅され、対応する走査線に供給される。走査線には、１ライン分の画素のト
ランジスタのゲート電極が接続されている。そして、１ライン分の画素のトランジスタを
一斉にＯＮにしなくてはならないので、バッファは大きな電流を流すことが可能なものが
用いられる。
走査線駆動回路の一部に用いるシフトレジスタの一形態について図１８及び図１９を用い
て説明する。
図１８にシフトレジスタの回路構成を示す。図１８に示すシフトレジスタは、複数のフリ
ップフロップ５７０１＿１〜５７０１＿ｎで構成される。また、第１のクロック信号、第
２のクロック信号、スタートパルス信号、リセット信号が入力されて動作する。
図１８のシフトレジスタの接続関係について説明する。１段目のフリップフロップ５７０
１＿１は、第１の配線５７１１、第２の配線５７１２、第４の配線５７１４、第５の配線
５７１５、第７の配線５７１７＿１、及び第７の配線５７１７＿２と接続される。また、
２段目のフリップフロップ５７０１＿２は、第３の配線５７１３、第４の配線５７１４、
第５の配線５７１５、第７の配線５７１７＿１、第７の配線５７１７＿２及び第７の配線
５７１７＿３と接続される。
同様に、ｉ段目のフリップフロップ５７０１＿ｉ（フリップフロップ５７０１＿１〜５７
０１＿ｎのうちいずれか一）は、第２の配線５７１２又は第３の配線５７１３の一方、第
４の配線５７１４、第５の配線５７１５、第７の配線５７１７＿ｉ−１、第７の配線５７
１７＿ｉ、及び第７の配線５７１７＿ｉ＋１と接続される。ここで、ｉが奇数の場合には
、ｉ段目のフリップフロップ５７０１＿ｉは第２の配線５７１２と接続され、ｉが偶数で
ある場合には、ｉ段目のフリップフロップ５７０１＿ｉは第３の配線５７１３と接続され
ることになる。
また、ｎ段目のフリップフロップ５７０１＿ｎは、第２の配線５７１２又は第３の配線５
７１３の一方、第４の配線５７１４、第５の配線５７１５、第７の配線５７１７＿ｎ−１
、第７の配線５７１７＿ｎ、及び第６の配線５７１６と接続される。
なお、第１の配線５７１１、第２の配線５７１２、第３の配線５７１３、第６の配線５７
１６を、それぞれ第１の信号線、第２の信号線、第３の信号線、第４の信号線と呼んでも
よい。さらに、第４の配線５７１４、第５の配線５７１５を、それぞれ第１の電源線、第
２の電源線と呼んでもよい。
次に、図１８に示すフリップフロップの詳細について、図１９を用いて説明する。図１９
に示すフリップフロップは、第１の薄膜トランジスタ５５７１、第２の薄膜トランジスタ
５５７２、第３の薄膜トランジスタ５５７３、第４の薄膜トランジスタ５５７４、第５の
薄膜トランジスタ５５７５、第６の薄膜トランジスタ５５７６、第７の薄膜トランジスタ
５５７７及び第８の薄膜トランジスタ５５７８を有する。なお、第１の薄膜トランジスタ
５５７１、第２の薄膜トランジスタ５５７２、第３の薄膜トランジスタ５５７３、第４の
薄膜トランジスタ５５７４、第５の薄膜トランジスタ５５７５、第６の薄膜トランジスタ
５５７６、第７の薄膜トランジスタ５５７７及び第８の薄膜トランジスタ５５７８は、ｎ
チャネル型トランジスタであり、ゲート・ソース間電圧（Ｖｇｓ）がしきい値電圧（Ｖｔ
ｈ）を上回ったとき導通状態になるものとする。
また、図１９に示すフリップフロップは、第１の配線５５０１、第２の配線５５０２、第
３の配線５５０３、第４の配線５５０４、第５の配線５５０５、及び第６の配線５５０６
を有する。
ここでは全ての薄膜トランジスタは、エンハンスメント型のｎチャネル型トランジスタと
する例を示すが、特に限定されず、例えば、デプレッション型のｎチャネル型トランジス
タを用いても駆動回路を駆動させることもできる。
次に、図１９に示すフリップフロップの接続構成について、以下に示す。
第１の薄膜トランジスタ５５７１の第１の電極（ソース電極またはドレイン電極の一方）
が第４の配線５５０４に接続され、第１の薄膜トランジスタ５５７１の第２の電極（ソー
ス電極またはドレイン電極の他方）が第３の配線５５０３に接続される。
第２の薄膜トランジスタ５５７２の第１の電極が第６の配線５５０６に接続され、第２の
薄膜トランジスタ５５７２の第２の電極が第３の配線５５０３に接続される。
第３の薄膜トランジスタ５５７３の第１の電極が第５の配線５５０５に接続され、第３の
薄膜トランジスタ５５７３の第２の電極が第２の薄膜トランジスタ５５７２のゲート電極
に接続され、第３の薄膜トランジスタ５５７３のゲート電極が第５の配線５５０５に接続
される。
第４の薄膜トランジスタ５５７４の第１の電極が第６の配線５５０６に接続され、第４の
薄膜トランジスタ５５７４の第２の電極が第２の薄膜トランジスタ５５７２のゲート電極
に接続され、第４の薄膜トランジスタ５５７４のゲート電極が第１の薄膜トランジスタ５
５７１のゲート電極に接続される。
第５の薄膜トランジスタ５５７５の第１の電極が第５の配線５５０５に接続され、第５の
薄膜トランジスタ５５７５の第２の電極が第１の薄膜トランジスタ５５７１のゲート電極
に接続され、第５の薄膜トランジスタ５５７５のゲート電極が第１の配線５５０１に接続
される。
第６の薄膜トランジスタ５５７６の第１の電極が第６の配線５５０６に接続され、第６の
薄膜トランジスタ５５７６の第２の電極が第１の薄膜トランジスタ５５７１のゲート電極
に接続され、第６の薄膜トランジスタ５５７６のゲート電極が第２の薄膜トランジスタ５
５７２のゲート電極に接続される。
第７の薄膜トランジスタ５５７７の第１の電極が第６の配線５５０６に接続され、第７の
薄膜トランジスタ５５７７の第２の電極が第１の薄膜トランジスタ５５７１のゲート電極
に接続され、第７の薄膜トランジスタ５５７７のゲート電極が第２の配線５５０２に接続
される。
第８の薄膜トランジスタ５５７８の第１の電極が第６の配線５５０６に接続され、第８の
薄膜トランジスタ５５７８の第２の電極が第２の薄膜トランジスタ５５７２のゲート電極
に接続され、第８の薄膜トランジスタ５５７８のゲート電極が第１の配線５５０１に接続
される。
なお、第１の薄膜トランジスタ５５７１のゲート電極、第４の薄膜トランジスタ５５７４
のゲート電極、第５の薄膜トランジスタ５５７５の第２の電極、第６の薄膜トランジスタ
５５７６の第２の電極及び第７の薄膜トランジスタ５５７７の第２の電極の接続箇所をノ
ード５５４３とする。さらに、第２の薄膜トランジスタ５５７２のゲート電極、第３の薄
膜トランジスタ５５７３の第２の電極、第４の薄膜トランジスタ５５７４の第２の電極、
第６の薄膜トランジスタ５５７６のゲート電極及び第８の薄膜トランジスタ５５７８の第
２の電極の接続箇所をノード５５４４とする。
なお、第１の配線５５０１、第２の配線５５０２、第３の配線５５０３及び第４の配線５
５０４を、それぞれ第１の信号線、第２の信号線、第３の信号線、第４の信号線と呼んで
もよい。さらに、第５の配線５５０５を第１の電源線、第６の配線５５０６を第２の電源
線と呼んでもよい。
ｉ段目のフリップフロップ５７０１＿ｉにおいて、図１９中の第１の配線５５０１と、図
１８中の第７の配線５７１７＿ｉ−１が接続される。また、図１９中の第２の配線５５０
２と、図１８中の第７の配線５７１７＿ｉ＋１が接続される。また、図１９中の第３の配
線５５０３と、第７の配線５７１７＿ｉが接続される。さらに、図１９中の第６の配線５
５０６と、第５の配線５７１５が接続される。
ｉが奇数の場合、図１９中の第４の配線５５０４は、図１８中の第２の配線５７１２と接
続され、ｉが偶数の場合、図１８中の第３の配線５７１３と接続される。また、図１９中
の第５の配線５５０５と、図１８中の第４の配線５７１４が接続される。
ただし、１段目のフリップフロップ５７０１＿１において、図１９中の第１の配線５５０
１は図１８中の第１の配線５７１１に接続される。また、ｎ段目のフリップフロップ５７
０１＿ｎにおいて、図１９中の第２の配線５５０２は図１８中の第６の配線５７１６に接
続される。
また、信号線駆動回路及び走査線駆動回路を実施の形態１乃至実施の形態３に示すｎチャ
ネル型ＴＦＴのみで作製することも可能である。実施の形態１乃至実施の形態３に示すｎ
チャネル型ＴＦＴはトランジスタの移動度が大きいため、駆動回路の駆動周波数を高くす
ることが可能となる。また、実施の形態１乃至実施の形態３に示すｎチャネル型ＴＦＴは
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜に代表される酸化物半導体層を用いることで、寄生容
量が低減されるため、周波数特性（ｆ特性と呼ばれる）が高い。例えば、実施の形態１乃
至実施の形態３に示すｎチャネル型ＴＦＴを用いた走査線駆動回路は、高速に動作させる
ことができるため、フレーム周波数を高くすること、または、黒画面挿入なども実現する
ことができる。
さらに、走査線駆動回路のトランジスタのチャネル幅を大きくすることや、複数の走査線
駆動回路を配置することなどによって、さらに高いフレーム周波数を実現することができ
る。複数の走査線駆動回路を配置する場合は、偶数行の走査線を駆動する為の走査線駆動
回路を片側に配置し、奇数行の走査線を駆動するための走査線駆動回路をその反対側に配
置することにより、フレーム周波数を高くすることを実現することができる。また、複数
の走査線駆動回路により、同じ走査線に信号を出力すると、表示装置の大型化に有利であ
る。
また、半導体装置の一例であるアクティブマトリクス型発光表示装置を作製する場合、少
なくとも一つの画素に複数の薄膜トランジスタを配置するため、走査線駆動回路を複数配
置することが好ましい。アクティブマトリクス型発光表示装置のブロック図の一例を図１
４（Ｂ）に示す。
図１４（Ｂ）に示す発光表示装置は、基板５４００上に表示素子を備えた画素を複数有す
る画素部５４０１と、各画素を選択する第１の走査線駆動回路５４０２及び第２の走査線
駆動回路５４０４と、選択された画素へのビデオ信号の入力を制御する信号線駆動回路５
４０３とを有する。
図１４（Ｂ）に示す発光表示装置の画素に入力されるビデオ信号をデジタル形式とする場
合、画素はトランジスタのオンとオフの切り替えによって、発光もしくは非発光の状態と
なる。よって、面積階調法または時間階調法を用いて階調の表示を行うことができる。面
積階調法は、１画素を複数の副画素に分割し、各副画素を独立にビデオ信号に基づいて駆
動させることによって、階調表示を行う駆動法である。また時間階調法は、画素が発光す
る期間を制御することによって、階調表示を行う駆動法である。
発光素子は、液晶素子などに比べて応答速度が高いので、液晶素子よりも時間階調法に適
している。具体的に時間階調法で表示を行なう場合、１フレーム期間を複数のサブフレー
ム期間に分割する。そしてビデオ信号に従い、各サブフレーム期間において画素の発光素
子を発光または非発光の状態にする。複数のサブフレーム期間に分割することによって、
１フレーム期間中に画素が実際に発光する期間のトータルの長さを、ビデオ信号により制
御することができ、階調を表示することができる。
なお、図１４（Ｂ）に示す発光表示装置では、一つの画素に２つのスイッチング用ＴＦＴ
を配置する場合、一方のスイッチング用ＴＦＴのゲート配線である第１の走査線に入力さ
れる信号を第１走査線駆動回路５４０２で生成し、他方のスイッチング用ＴＦＴのゲート
配線である第２の走査線に入力される信号を第２の走査線駆動回路５４０４で生成してい
る例を示しているが、第１の走査線に入力される信号と、第２の走査線に入力される信号
とを、共に１つの走査線駆動回路で生成するようにしても良い。また、例えば、１つの画
素が有するスイッチング用ＴＦＴの数によって、スイッチング素子の動作を制御するのに
用いられる走査線が、各画素に複数設けられることもあり得る。この場合、複数の走査線
に入力される信号を、全て１つの走査線駆動回路で生成しても良いし、複数の各走査線駆
動回路で生成しても良い。
また、発光表示装置においても、駆動回路のうち、ｎチャネル型ＴＦＴで構成することが
できる駆動回路の一部を画素部の薄膜トランジスタと同一基板上に形成することができる
。また、信号線駆動回路及び走査線駆動回路を実施の形態１乃至実施の形態３に示すｎチ
ャネル型ＴＦＴのみで作製することも可能である。
以上の工程により、半導体装置として、電気特性が安定した信頼性の高い表示装置を作製
することができる。
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５）
実施の形態１乃至実施の形態３に示す薄膜トランジスタを作製し、該薄膜トランジスタを
画素部、さらには駆動回路に用いて表示機能を有する半導体装置（表示装置ともいう）を
作製することができる。また、実施の形態１乃至実施の形態３に示す薄膜トランジスタを
用いた駆動回路の一部または全体を、画素部と同じ基板上に一体形成し、システムオンパ
ネルを形成することができる。
表示装置は表示素子を含む。表示素子としては液晶素子（液晶表示素子ともいう）、発光
素子（発光表示素子ともいう）を用いることができる。発光素子は、電流または電圧によ
って輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒ
ｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、有機ＥＬ等が含まれる。また、電子インクなど、電気
的作用によりコントラストが変化する表示媒体も適用することができる。
また、表示装置は、表示素子が封止された状態にあるパネルと、該パネルにコントローラ
を含むＩＣ等を実装した状態にあるモジュールとを含む。さらに、該表示装置を作製する
過程における、表示素子が完成する前の一形態に相当する素子基板に関し、該素子基板は
、電流を表示素子に供給するための手段を複数の各画素に備える。素子基板は、具体的に
は、表示素子の画素電極のみが形成された状態であっても良いし、画素電極となる導電膜
を成膜した後であって、エッチングして画素電極を形成する前の状態であっても良いし、
あらゆる形態があてはまる。
なお、本明細書中における表示装置とは、画像表示デバイス、表示デバイス、もしくは光
源（照明装置含む）を指す。また、コネクター、例えばＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒ
ｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）もしくはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎ
ｄｉｎｇ）テープもしくはＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）が取り
付けられたモジュール、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジュ
ール、または表示素子にＣＯＧ（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。
本実施の形態では、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２０を用いて説明する。図２０（Ａ１）（Ａ２）は、第１の基板４００１上に形成
された実施の形態１乃至実施の形態３で示したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜を代表
とする酸化物半導体層を用いる、電気特性が安定した信頼性の高い薄膜トランジスタ４０
１０、４０１１、及び液晶素子４０１３を、第２の基板４００６との間にシール材４００
５によって封止した、パネルの平面図であり、図２０（Ｂ）は、図２０（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４００４とを囲む
ようにして、シール材４００５が設けられている。また画素部４００２と、走査線駆動回
路４００４の上に第２の基板４００６が設けられている。よって画素部４００２と、走査
線駆動回路４００４とは、第１の基板４００１とシール材４００５と第２の基板４００６
とによって、液晶層４００８と共に封止されている。また第１の基板４００１上のシール
材４００５によって囲まれている領域とは異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶
半導体膜又は多結晶半導体膜で形成された信号線駆動回路４００３が実装されている。
なお、別途形成した駆動回路の接続方法は、特に限定されるものではなく、ＣＯＧ方法、
ワイヤボンディング方法、或いはＴＡＢ方法などを用いることができる。図２０（Ａ１）
は、ＣＯＧ方法により信号線駆動回路４００３を実装する例であり、図２０（Ａ２）は、
ＴＡＢ方法により信号線駆動回路４００３を実装する例である。
また第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２と、走査線駆動回路４００４は、
薄膜トランジスタを複数有しており、図２０（Ｂ）では、画素部４００２に含まれる薄膜
トランジスタ４０１０と、走査線駆動回路４００４に含まれる薄膜トランジスタ４０１１
とを例示している。薄膜トランジスタ４０１０、４０１１上には絶縁層４０２０、４０２
１が設けられている。
薄膜トランジスタ４０１０、４０１１は、実施の形態１乃至実施の形態３に示す、Ｉｎ−
Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜を代表とする酸化物半導体層を用いる、電気特性が安定した
信頼性の高い薄膜トランジスタを適用することができる。本実施の形態において、薄膜ト
ランジスタ４０１０、４０１１はｎチャネル型薄膜トランジスタである。
また、液晶素子４０１３が有する画素電極層４０３０は、薄膜トランジスタ４０１０と電
気的に接続されている。そして液晶素子４０１３の対向電極層４０３１は第２の基板４０
０６上に形成されている。画素電極層４０３０と対向電極層４０３１と液晶層４００８と
が重なっている部分が、液晶素子４０１３に相当する。なお、画素電極層４０３０、対向
電極層４０３１はそれぞれ配向膜として機能する絶縁層４０３２、４０３３が設けられ、
絶縁層４０３２、４０３３を介して液晶層４００８を挟持している。
なお、第１の基板４００１、第２の基板４００６としては、ガラス、金属（代表的にはス
テンレス）、セラミックス、プラスチックを用いることができる。プラスチックとしては
、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）板、ＰＶ
Ｆ（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、アルミニウムホイルをＰＶＦフィルムやポリエステ
ルフィルムで挟んだ構造のシートを用いることもできる。
また４０３５は絶縁膜を選択的にエッチングすることで得られる柱状のスペーサであり、
画素電極層４０３０と対向電極層４０３１との間の距離（セルギャップ）を制御するため
に設けられている。なお球状のスペーサを用いていても良い。また、対向電極層４０３１
は、薄膜トランジスタ４０１０と同一基板上に設けられる共通電位線と電気的に接続され
る。共通接続部を用いて、一対の基板間に配置される導電性粒子を介して対向電極層４０
３１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４０
０５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１０μｓ〜
１００μｓ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。
なお本実施の形態は透過型液晶表示装置の例であるが、反射型液晶表示装置でも半透過型
液晶表示装置でも適用できる。
また、本実施の形態の液晶表示装置では、基板の外側（視認側）に偏光板を設け、内側に
着色層、表示素子に用いる電極層という順に設ける例を示すが、偏光板は基板の内側に設
けてもよい。また、偏光板と着色層の積層構造も本実施の形態に限定されず、偏光板及び
着色層の材料や作製工程条件によって適宜設定すればよい。また、ブラックマトリクスと
して機能する遮光膜を設けてもよい。
また、本実施の形態では、薄膜トランジスタの表面凹凸を低減するため、及び薄膜トラン
ジスタの信頼性を向上させるため、実施の形態１乃至実施の形態３で得られた薄膜トラン
ジスタを保護膜や平坦化絶縁膜として機能する絶縁層（絶縁層４０２０、絶縁層４０２１
）で覆う構成となっている。なお、保護膜は、大気中に浮遊する有機物や金属物、水蒸気
などの汚染不純物の侵入を防ぐためのものであり、緻密な膜が好ましい。保護膜は、スパ
ッタ法を用いて、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリ
コン膜、酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、又は窒化
酸化アルミニウム膜の単層、又は積層で形成すればよい。本実施の形態では保護膜をスパ
ッタ法で形成する例を示すが、特に限定されず種々の方法で形成すればよい。
保護膜として積層構造の絶縁層４０２０を形成する。ここでは、絶縁層４０２０の一層目
として、スパッタ法を用いて酸化シリコン膜を形成する。保護膜として酸化シリコン膜を
用いると、ソース電極層及びドレイン電極層として用いるアルミニウム膜のヒロック防止
に効果がある。
さらに、絶縁層４０２０の二層目として、スパッタ法を用いて窒化シリコン膜を形成する
。保護膜として窒化シリコン膜を用いると、ナトリウム等の可動イオンが半導体領域中に
侵入して、ＴＦＴの電気特性を変化させることを抑制することができる。
また、保護膜を形成した後に、酸化物半導体層のアニール（３００℃〜４００℃）を行っ
てもよい。
また、平坦化絶縁膜として絶縁層４０２１を形成する。絶縁層４０２１としては、ポリイ
ミド、アクリル、ベンゾシクロブテン、ポリアミド、エポキシ等の、耐熱性を有する有機
材料を用いることができる。また上記有機材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）
、シロキサン系樹脂、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）等を用いる
ことができる。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させることで、絶縁層
４０２１を形成してもよい。
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−Ｓ
ｉ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を材料液を用いて形成する場合、ベ
ークする工程で同時に、酸化物半導体層のアニール（３００℃〜４００℃）を行ってもよ
い。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。
画素電極層４０３０、対向電極層４０３１は、酸化タングステンを含むインジウム酸化物
、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、
酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物（以下、ＩＴＯと示す。）、
インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する
導電性材料を用いることができる。
また、画素電極層４０３０、対向電極層４０３１として、導電性高分子（導電性ポリマー
ともいう）を含む導電性組成物を用いて形成することができる。導電性組成物を用いて形
成した画素電極は、シート抵抗が１００００Ω／□以下、波長５５０ｎｍにおける透光率
が７０％以上であることが好ましい。また、導電性組成物に含まれる導電性高分子の抵抗
率が０．１Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。
導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子を用いることができる。例え
ば、ポリアニリンまたはその誘導体、ポリピロールまたはその誘導体、ポリチオフェンま
たはその誘導体、若しくはこれらの２種以上の共重合体などがあげられる。
また別途形成された信号線駆動回路４００３と、走査線駆動回路４００４または画素部４
００２に与えられる各種信号及び電位は、ＦＰＣ４０１８から供給されている。
本実施の形態では、接続端子電極４０１５が、液晶素子４０１３が有する画素電極層４０
３０と同じ導電膜から形成され、端子電極４０１６は、薄膜トランジスタ４０１０、４０
１１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２０においては、信号線駆動回路４００３を別途形成し、第１の基板４００１に実
装している例を示しているが、本実施の形態はこの構成に限定されない。走査線駆動回路
を別途形成して実装しても良いし、信号線駆動回路の一部または走査線駆動回路の一部の
みを別途形成して実装しても良い。
図２１は、実施の形態１又は実施の形態２に示すＴＦＴを適用して作製されるＴＦＴ基板
２６００を用いて半導体装置として液晶表示モジュールを構成する一例を示している。
図２１は液晶表示モジュールの一例であり、ＴＦＴ基板２６００と対向基板２６０１がシ
ール材２６０２により固着され、その間にＴＦＴ等を含む画素部２６０３、液晶層を含む
表示素子２６０４、着色層２６０５が設けられ表示領域を形成している。着色層２６０５
はカラー表示を行う場合に必要であり、ＲＧＢ方式の場合は、赤、緑、青の各色に対応し
た着色層が各画素に対応して設けられている。ＴＦＴ基板２６００と対向基板２６０１の
外側には偏光板２６０６、偏光板２６０７、拡散板２６１３が配設されている。光源は冷
陰極管２６１０と反射板２６１１により構成され、回路基板２６１２は、フレキシブル配
線基板２６０９によりＴＦＴ基板２６００の配線回路部２６０８と接続され、コントロー
ル回路や電源回路などの外部回路が組みこまれている。また偏光板と、液晶層との間に位
相差板を有した状態で積層してもよい。
液晶表示モジュールには、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉ
ｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓ
ｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａ
ｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇ
ｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ａｌｉｇｎｅｄ
Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂ
ｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉ
ｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑ
ｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モードなどを用いることができる。
以上の工程により、半導体装置として電気特性が安定した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６）
本実施の形態では、実施の形態１又は実施の形態２に示す薄膜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２２は、半導体装置の例としてアクティブマトリクス型の電子ペーパーを示す。半導体
装置に用いられる薄膜トランジスタ５８１としては、実施の形態１又は実施の形態２で示
す薄膜トランジスタを適用することができる。
図２２の電子ペーパーは、ツイストボール表示方式を用いた表示装置の例である。ツイス
トボール表示方式とは、白と黒に塗り分けられた球形粒子を表示素子に用いる電極層であ
る第１の電極層及び第２の電極層の間に配置し、第１の電極層及び第２の電極層に電位差
を生じさせての球形粒子の向きを制御することにより、表示を行う方法である。
基板５８０と基板５９６との間に封止される、薄膜トランジスタ５８１はボトムゲート構
造の薄膜トランジスタであり、ソース電極層又はドレイン電極層によって第１の電極層５
８７と、絶縁層５８３、５８４、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の電極層５８８との間には黒色領域５９０ａ及び白色領域
５９０ｂを有し、周りに液体で満たされているキャビティ５９４を含む球形粒子５８９が
設けられており、球形粒子５８９の周囲は樹脂等の充填材５９５で充填されている（図２
２参照。）。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が共通電極に相当する。第２の電極層５８８は、薄膜トランジスタ５８１と
同一基板上に設けられる共通電位線と電気的に接続される。実施の形態２に示す共通接続
部を用いて、一対の基板間に配置される導電性粒子を介して第２の電極層５８８と共通電
位線とを電気的に接続することができる。
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〜２０
０μｍ程度のマイクロカプセルを用いる。第１の電極層と第２の電極層との間に設けられ
るマイクロカプセルは、第１の電極層と第２の電極層によって、電場が与えられると、白
い微粒子と、黒い微粒子が逆の方向に移動し、白または黒を表示することができる。この
原理を応用した表示素子が電気泳動表示素子であり、一般的に電子ペーパーとよばれてい
る。電気泳動表示素子は、液晶表示素子に比べて反射率が高いため、補助ライトは不要で
あり、また消費電力が小さく、薄暗い場所でも表示部を認識することが可能である。また
、表示部に電源が供給されない場合であっても、一度表示した像を保持することが可能で
あるため、電波発信源から表示機能付き半導体装置（単に表示装置、又は表示装置を具備
する半導体装置ともいう）を遠ざけた場合であっても、表示された像を保存しておくこと
が可能となる。
このように、電気泳動表示素子は、誘電定数の高い物質が高い電界領域に移動する、いわ
ゆる誘電泳動的効果を利用した表示素子である。電気泳動表示素子を用いた電気泳動表示
装置は、液晶表示装置には必要な偏光板が必要なく、厚さや重さが低減する。
上記マイクロカプセルを溶媒中に分散させたものが電子インクと呼ばれるものであり、こ
の電子インクはガラス、プラスチック、布、紙などの表面に印刷することができる。また
、カラーフィルタや色素を有する粒子を用いることによってカラー表示も可能である。
また、アクティブマトリクス基板上に適宜、二つの電極の間に挟まれるように上記マイク
ロカプセルを複数配置すればアクティブマトリクス型の表示装置が完成し、マイクロカプ
セルに電界を印加すれば表示を行うことができる。例えば、実施の形態１乃至実施の形態
３の薄膜トランジスタによって得られるアクティブマトリクス基板を用いることができる
。
なお、マイクロカプセル中の微粒子は、導電体材料、絶縁体材料、半導体材料、磁性材料
、液晶材料、強誘電性材料、エレクトロルミネセント材料、エレクトロクロミック材料、
磁気泳動材料から選ばれた一種の材料、またはこれらの複合材料を用いればよい。
以上の工程により、半導体装置として電気特性が安定した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７）
本実施の形態では、実施の形態１乃至実施の形態３に示す薄膜トランジスタを適用した半
導体装置として発光表示装置の例を示す。表示装置の有する表示素子としては、ここでは
エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子を用いて示す。エレクトロルミネッセンス
を利用する発光素子は、発光材料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区
別され、一般的に、前者は有機ＥＬ素子、後者は無機ＥＬ素子と呼ばれている。
有機ＥＬ素子は、発光素子に電圧を印加することにより、一対の電極から電子および正孔
がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして、それらキャ
リア（電子および正孔）が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成
し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このよう
な発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
無機ＥＬ素子は、その素子構成により、分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分
類される。分散型無機ＥＬ素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有
するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−ア
クセプター再結合型発光である。薄膜型無機ＥＬ素子は、発光層を誘電体層で挟み込み、
さらにそれを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子遷移を利
用する局在型発光である。なお、ここでは、発光素子として有機ＥＬ素子を用いて説明す
る。
図２３は、本発明の一態様を適用した半導体装置の例としてデジタル時間階調駆動を適用
可能な画素構成の一例を示す図である。
デジタル時間階調駆動を適用可能な画素の構成及び画素の動作について説明する。ここで
は、実施の形態１又は実施の形態２で示した、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜を代表
とする酸化物半導体層をチャネル形成領域に用いるｎチャネル型のトランジスタを、１つ
の画素に２つ用いる例を示す。
画素６４００は、スイッチング用トランジスタ６４０１、駆動用トランジスタ６４０２、
発光素子６４０４及び容量素子６４０３を有している。スイッチング用トランジスタ６４
０１はゲートが走査線６４０６に接続され、第１電極（ソース電極及びドレイン電極の一
方）が信号線６４０５に接続され、第２電極（ソース電極及びドレイン電極の他方）が駆
動用トランジスタ６４０２のゲートに接続されている。駆動用トランジスタ６４０２は、
ゲートが容量素子６４０３を介して電源線６４０７に接続され、第１電極が電源線６４０
７に接続され、第２電極が発光素子６４０４の第１電極（画素電極）に接続されている。
発光素子６４０４の第２電極は共通電極６４０８に相当する。共通電極６４０８は、同一
基板上に形成される共通電位線と電気的に接続され、その接続部分を共通接続部とすれば
よい。
なお、発光素子６４０４の第２電極（共通電極６４０８）には低電源電位が設定されてい
る。なお、低電源電位とは、電源線６４０７に設定される高電源電位を基準にして低電源
電位＜高電源電位を満たす電位であり、低電源電位としては例えばＧＮＤ、０Ｖなどが設
定されていても良い。この高電源電位と低電源電位との電位差を発光素子６４０４に印加
して、発光素子６４０４に電流を流して発光素子６４０４を発光させるため、高電源電位
と低電源電位との電位差が発光素子６４０４の順方向しきい値電圧以上となるようにそれ
ぞれの電位を設定する。
なお、容量素子６４０３は駆動用トランジスタ６４０２のゲート容量を代用して省略する
ことも可能である。駆動用トランジスタ６４０２のゲート容量については、チャネル領域
とゲート電極との間で容量が形成されていてもよい。
ここで、電圧入力電圧駆動方式の場合には、駆動用トランジスタ６４０２のゲートには、
駆動用トランジスタ６４０２が十分にオンするか、オフするかの二つの状態となるような
ビデオ信号を入力する。つまり、駆動用トランジスタ６４０２は線形領域で動作させる。
駆動用トランジスタ６４０２は線形領域で動作させるため、電源線６４０７の電圧よりも
高い電圧を駆動用トランジスタ６４０２のゲートにかける。なお、信号線６４０５には、
（電源線電圧＋駆動用トランジスタ６４０２のＶｔｈ）以上の電圧をかける。
また、デジタル時間階調駆動に代えて、アナログ階調駆動を行う場合、信号の入力を異な
らせることで、図２３と同じ画素構成を用いることができる。
アナログ階調駆動を行う場合、駆動用トランジスタ６４０２のゲートに発光素子６４０４
の順方向電圧＋駆動用トランジスタ６４０２のＶｔｈ以上の電圧をかける。発光素子６４
０４の順方向電圧とは、所望の輝度とする場合の電圧を指しており、少なくとも順方向し
きい値電圧を含む。なお、駆動用トランジスタ６４０２が飽和領域で動作するようなビデ
オ信号を入力することで、発光素子６４０４に電流を流すことができる。駆動用トランジ
スタ６４０２を飽和領域で動作させるため、電源線６４０７の電位は、駆動用トランジス
タ６４０２のゲート電位よりも高くする。ビデオ信号をアナログとすることで、発光素子
６４０４にビデオ信号に応じた電流を流し、アナログ階調駆動を行うことができる。
なお、図２３に示す画素構成は、これに限定されない。例えば、図２３に示す画素に新た
にスイッチ、抵抗素子、容量素子、トランジスタ又は論理回路などを追加してもよい。
次に、発光素子の構成について、図２４を用いて説明する。ここでは、駆動用ＴＦＴがｎ
型の場合を例に挙げて、画素の断面構造について説明する。図２４（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）の
半導体装置に用いられる駆動用ＴＦＴであるＴＦＴ７００１、７０１１、７０２１は、実
施の形態１又は実施の形態２で示す薄膜トランジスタと同様に作製でき、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚ
ｎ−Ｏ系非単結晶膜を代表とする酸化物半導体層を用いる電気特性が安定した信頼性の高
い薄膜トランジスタである。
発光素子は発光を取り出すために少なくとも陽極又は陰極の一方が透明であればよい。そ
して、基板上に薄膜トランジスタ及び発光素子を形成し、基板とは逆側の面から発光を取
り出す上面射出や、基板側の面から発光を取り出す下面射出や、基板側及び基板とは反対
側の面から発光を取り出す両面射出構造の発光素子があり、本発明の画素構成はどの射出
構造の発光素子にも適用することができる。
上面射出構造の発光素子について図２４（Ａ）を用いて説明する。
図２４（Ａ）に、駆動用ＴＦＴであるＴＦＴ７００１がｎ型で、発光素子７００２から発
せられる光が陽極７００５側に抜ける場合の、画素の断面図を示す。図２４（Ａ）では、
発光素子７００２の陰極７００３と駆動用ＴＦＴであるＴＦＴ７００１が電気的に接続さ
れており、陰極７００３上に発光層７００４、陽極７００５が順に積層されている。陰極
７００３は仕事関数が小さく、なおかつ光を反射する導電膜であれば様々の材料を用いる
ことができる。例えば、Ｃａ、Ａｌ、ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ等が望ましい。そして発光層７
００４は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていても
どちらでも良い。複数の層で構成されている場合、陰極７００３上に電子注入層、電子輸
送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層の順に積層する。なおこれらの層を全て設け
る必要はない。陽極７００５は光を透過する透光性を有する導電性材料を用いて形成し、
例えば酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜
鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、
インジウム錫酸化物（以下、ＩＴＯと示す。）、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添
加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電膜を用いても良い。
陰極７００３及び陽極７００５で発光層７００４を挟んでいる領域が発光素子７００２に
相当する。図２４（Ａ）に示した画素の場合、発光素子７００２から発せられる光は、矢
印で示すように陽極７００５側に射出する。
次に、下面射出構造の発光素子について図２４（Ｂ）を用いて説明する。駆動用ＴＦＴ７
０１１がｎ型で、発光素子７０１２から発せられる光が陰極７０１３側に射出する場合の
、画素の断面図を示す。図２４（Ｂ）では、駆動用ＴＦＴ７０１１と電気的に接続された
透光性を有する導電膜７０１７上に、発光素子７０１２の陰極７０１３が成膜されており
、陰極７０１３上に発光層７０１４、陽極７０１５が順に積層されている。なお、陽極７
０１５が透光性を有する場合、陽極上を覆うように、光を反射または遮蔽するための遮蔽
膜７０１６が成膜されていてもよい。陰極７０１３は、図２４（Ａ）の場合と同様に、仕
事関数が小さい導電性材料であれば様々な材料を用いることができる。ただしその膜厚は
、光を透過する程度（好ましくは、５ｎｍ〜３０ｎｍ程度）とする。例えば２０ｎｍの膜
厚を有するアルミニウム膜を、陰極７０１３として用いることができる。そして発光層７
０１４は、図２４（Ａ）と同様に、単数の層で構成されていても、複数の層が積層される
ように構成されていてもどちらでも良い。陽極７０１５は光を透過する必要はないが、図
２４（Ａ）と同様に、透光性を有する導電性材料を用いて形成することができる。そして
遮蔽膜７０１６は、例えば光を反射する金属等を用いることができるが、金属膜に限定さ
れない。例えば黒の顔料を添加した樹脂等を用いることもできる。
陰極７０１３及び陽極７０１５で、発光層７０１４を挟んでいる領域が発光素子７０１２
に相当する。図２４（Ｂ）に示した画素の場合、発光素子７０１２から発せられる光は、
矢印で示すように陰極７０１３側に射出する。
次に、両面射出構造の発光素子について、図２４（Ｃ）を用いて説明する。図２４（Ｃ）
では、駆動用ＴＦＴ７０２１と電気的に接続された透光性を有する導電膜７０２７上に、
発光素子７０２２の陰極７０２３が成膜されており、陰極７０２３上に発光層７０２４、
陽極７０２５が順に積層されている。陰極７０２３は、図２４（Ａ）の場合と同様に、仕
事関数が小さい導電性材料であれば様々な材料を用いることができる。ただしその膜厚は
、光を透過する程度とする。例えば２０ｎｍの膜厚を有するＡｌを、陰極７０２３として
用いることができる。そして発光層７０２４は、図２４（Ａ）と同様に、単数の層で構成
されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。陽極７０
２５は、図２４（Ａ）と同様に、光を透過する透光性を有する導電性材料を用いて形成す
ることができる。
陰極７０２３と、発光層７０２４と、陽極７０２５とが重なっている部分が発光素子７０
２２に相当する。図２４（Ｃ）に示した画素の場合、発光素子７０２２から発せられる光
は、矢印で示すように陽極７０２５側と陰極７０２３側の両方に射出する。
なお、ここでは、発光素子として有機ＥＬ素子について述べたが、発光素子として無機Ｅ
Ｌ素子を設けることも可能である。
なお本実施の形態では、発光素子の駆動を制御する薄膜トランジスタ（駆動用ＴＦＴ）と
発光素子が電気的に接続されている例を示したが、駆動用ＴＦＴと発光素子との間に電流
制御用ＴＦＴが接続されている構成であってもよい。
なお本実施の形態で示す半導体装置は、図２４に示した構成に限定されるものではなく、
本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
次に、実施の形態１乃至実施の形態３に示す薄膜トランジスタを適用した半導体装置の一
形態に相当する発光表示パネル（発光パネルともいう）の外観及び断面について、図２５
を用いて説明する。図２５（Ａ）は、第１の基板上に形成された薄膜トランジスタ及び発
光素子を、第２の基板との間にシール材によって封止した、パネルの平面図であり、図２
５（Ｂ）は、図２５（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４５０３ａ、４５０
３ｂ、及び走査線駆動回路４５０４ａ、４５０４ｂを囲むようにして、シール材４５０５
が設けられている。また画素部４５０２、信号線駆動回路４５０３ａ、４５０３ｂ、及び
走査線駆動回路４５０４ａ、４５０４ｂの上に第２の基板４５０６が設けられている。よ
って画素部４５０２、信号線駆動回路４５０３ａ、４５０３ｂ、及び走査線駆動回路４５
０４ａ、４５０４ｂは、第１の基板４５０１とシール材４５０５と第２の基板４５０６と
によって、充填材４５０７と共に密封されている。このように外気に曝されないように気
密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム（貼り合わせフィルム、紫外線硬化樹脂フィル
ム等）やカバー材でパッケージング（封入）することが好ましい。
また第１の基板４５０１上に設けられた画素部４５０２、信号線駆動回路４５０３ａ、４
５０３ｂ、及び走査線駆動回路４５０４ａ、４５０４ｂは、薄膜トランジスタを複数有し
ており、図２５（Ｂ）では、画素部４５０２に含まれる薄膜トランジスタ４５１０と、信
号線駆動回路４５０３ａに含まれる薄膜トランジスタ４５０９とを例示している。
薄膜トランジスタ４５０９、４５１０は、実施の形態１乃至実施の形態３に示す、Ｉｎ−
Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜を代表とする酸化物半導体層を用いる、電気特性が安定した
信頼性の高い薄膜トランジスタを適用することができる。本実施の形態において、薄膜ト
ランジスタ４５０９、４５１０はｎチャネル型薄膜トランジスタである。
また４５１１は発光素子に相当し、発光素子４５１１が有する画素電極である第１の電極
層４５１７は、薄膜トランジスタ４５１０のソース電極層またはドレイン電極層と電気的
に接続されている。なお発光素子４５１１の構成は、第１の電極層４５１７、電界発光層
４５１２、第２の電極層４５１３の積層構造であるが、本実施の形態に示した構成に限定
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。
特に感光性の材料を用い、第１の電極層４５１７上に開口部を形成し、その開口部の側壁
が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。
電界発光層４５１２は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成
されていてもどちらでも良い。
発光素子４５１１に酸素、水素、水分、二酸化炭素等が侵入しないように、第２の電極層
４５１３及び隔壁４５２０上に保護膜を形成してもよい。保護膜としては、窒化シリコン
膜、窒化酸化シリコン膜、ＤＬＣ膜等を形成することができる。
また、信号線駆動回路４５０３ａ、４５０３ｂ、走査線駆動回路４５０４ａ、４５０４ｂ
、または画素部４５０２に与えられる各種信号及び電位は、ＦＰＣ４５１８ａ、４５１８
ｂから供給されている。
本実施の形態では、接続端子電極４５１５が、発光素子４５１１が有する第１の電極層４
５１７と同じ導電膜から形成され、端子電極４５１６は、薄膜トランジスタ４５０９、４
５１０が有するソース電極層及びドレイン電極層と同じ導電膜から形成されている。
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２の基板４５０６は透光性でな
ければならない。その場合には、ガラス板、プラスチック板、ポリエステルフィルムまた
はアクリルフィルムのような透光性を有する材料を用いる。
また、充填材４５０７としては窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹
脂または熱硬化樹脂を用いることができ、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）、アクリル、
ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラル）またはＥＶ
Ａ（エチレンビニルアセテート）を用いることができる。本実施の形態は充填材４５０７
として窒素を用いた。
また、必要であれば、発光素子の射出面に偏光板、又は円偏光板（楕円偏光板を含む）、
位相差板（λ／４板、λ／２板）、カラーフィルタなどの光学フィルムを適宜設けてもよ
い。また、偏光板又は円偏光板に反射防止膜を設けてもよい。例えば、表面の凹凸により
反射光を拡散し、映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。
信号線駆動回路４５０３ａ、４５０３ｂ、及び走査線駆動回路４５０４ａ、４５０４ｂは
、別途用意された基板上に単結晶半導体膜又は多結晶半導体膜によって形成された駆動回
路で実装されていてもよい。また、信号線駆動回路のみ、或いは一部、又は走査線駆動回
路のみ、或いは一部のみを別途形成して実装しても良く、本実施の形態は図２５の構成に
限定されない。
以上の工程により、半導体装置として電気特性が安定した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乃至実施の形態３に示す薄膜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２６、図２７に示す
。
図２６（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
ば短時間で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２６（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短時間で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２７は、電子書籍２７００の一例を示している。例えば、電子書籍２７００は、
筐体２７０１および筐体２７０３の２つの筐体で構成されている。筐体２７０１および筐
体２７０３は、軸部２７１１により一体とされており、該軸部２７１１を軸として開閉動
作を行うことができる。このような構成により、紙の書籍のような動作を行うことが可能
となる。
筐体２７０１には表示部２７０５が組み込まれ、筐体２７０３には表示部２７０７が組み
込まれている。表示部２７０５および表示部２７０７は、続き画面を表示する構成として
もよいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とするこ
とで、例えば右側の表示部（図２７では表示部２７０５）に文章を表示し、左側の表示部
（図２７では表示部２７０７）に画像を表示することができる。
また、図２７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２
７０１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、筐体の裏面や
側面に、外部接続用端子（イヤホン端子、ＵＳＢ端子、またはＡＣアダプタおよびＵＳＢ
ケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など）、記録媒体挿入部などを備える構成
としてもよい。さらに、電子書籍２７００は、電子辞書としての機能を持たせた構成とし
てもよい。
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９）
実施の形態１乃至実施の形態３に示す薄膜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２８（Ａ）は、テレビジョン装置９６００の一例を示している。テレビジョン装置９６
００は、筐体９６０１に表示部９６０３が組み込まれている。表示部９６０３により、映
像を表示することが可能である。また、ここでは、スタンド９６０５により筐体９６０１
を支持した構成を示している。
テレビジョン装置９６００の操作は、筐体９６０１が備える操作スイッチや、別体のリモ
コン操作機９６１０により行うことができる。リモコン操作機９６１０が備える操作キー
９６０９により、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部９６０３に表示され
る映像を操作することができる。また、リモコン操作機９６１０に、当該リモコン操作機
９６１０から出力する情報を表示する表示部９６０７を設ける構成としてもよい。
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２８（Ｂ）は、デジタルフォトフレーム９７００の一例を示している。例えば、デジタ
ルフォトフレーム９７００は、筐体９７０１に表示部９７０３が組み込まれている。表示
部９７０３は、各種画像を表示することが可能であり、例えばデジタルカメラなどで撮影
した画像データを表示させることで、通常の写真立てと同様に機能させることができる。
なお、デジタルフォトフレーム９７００は、操作部、外部接続用端子（ＵＳＢ端子、ＵＳ
Ｂケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など）、記録媒体挿入部などを備える構
成とする。これらの構成は、表示部と同一面に組み込まれていてもよいが、側面や裏面に
備えるとデザイン性が向上するため好ましい。例えば、デジタルフォトフレームの記録媒
体挿入部に、デジタルカメラで撮影した画像データを記憶したメモリを挿入して画像デー
タを取り込み、取り込んだ画像データを表示部９７０３に表示させることができる。
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２９（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
２９（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９８８
６、ＬＥＤランプ９８９０、入力手段（操作キー９８８５、接続端子９８８７、センサ９
８８８（力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、
化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振
動、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの）、マイクロフォン９８８９）等を備え
ている。もちろん、携帯型遊技機の構成は上述のものに限定されず、少なくとも本発明の
一態様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２９（Ａ）に示す携帯型遊技機は、記録媒体に記録されている
プログラム又はデータを読み出して表示部に表示する機能や、他の携帯型遊技機と無線通
信を行って情報を共有する機能を有する。なお、図２９（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２９（Ｂ）は大型遊技機であるスロットマシン９９００の一例を示している。スロット
マシン９９００は、筐体９９０１に表示部９９０３が組み込まれている。また、スロット
マシン９９００は、その他、スタートレバーやストップスイッチなどの操作手段、コイン
投入口、スピーカなどを備えている。もちろん、スロットマシン９９００の構成は上述の
ものに限定されず、少なくとも本発明の一態様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３０（Ａ）は、携帯電話機１０００の一例を示している。携帯電話機１０００は、筐体
１００１に組み込まれた表示部１００２の他、操作ボタン１００３、外部接続ポート１０
０４、スピーカ１００５、マイク１００６などを備えている。
図３０（Ａ）に示す携帯電話機１０００は、表示部１００２を指などで触れることで、情
報を入力することができる。また、電話を掛ける、或いはメールを打つなどの操作は、表
示部１００２を指などで触れることにより行うことができる。
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、電話を掛ける、或いはメールを作成する場合は、表示部１００２を文字の入力を
主とする文字入力モードとし、画面に表示させた文字の入力操作を行えばよい。この場合
、表示部１００２の画面のほとんどにキーボードまたは番号ボタンを表示させることが好
ましい。
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、又は筐体１００１の操作
ボタン１００３の操作により行われる。また、表示部１００２に表示される画像の種類に
よって切り替えるようにすることもできる。例えば、表示部に表示する画像信号が動画の
データであれば表示モード、テキストデータであれば入力モードに切り替える。
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１０
０２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３０（Ｂ）も携帯電話機の一例である。図３０（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
信又は有線通信により画像又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。
本実施例では、上記実施の形態で酸化物半導体層及びバッファ層として用いられる酸化物
半導体の導電率について評価した結果を示す。
本実施例では、アルゴンガスと酸素ガス雰囲気下でスパッタ法を用いて成膜したＩｎ−Ｇ
ａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜（以下ＩＧＺＯ膜とよぶ）と、アルゴンガスと窒素ガス雰囲気
下でスパッタ法を用いて成膜したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系非単結晶膜（以下ＩＧＺＯ
Ｎ膜とよぶ）をガラス基板上に成膜した。成膜したＩＧＺＯ膜及びＩＧＺＯＮ膜に逆スパ
ッタ処理、大気雰囲気下での熱処理及び窒素雰囲気下での熱処理を行い、各処理後シート
抵抗値を測定し、導電率を算出した。以下に本実施例における各工程の詳細について説明
する。
まず、ガラス基板を純水で洗浄した。なお、ガラス基板としては、商品名Ｅａｇｌｅ２０
００（コーニング社製、無アルカリガラス）を使用した。次に、ガラス基板上にＩＧＺＯ
膜及びＩＧＺＯＮ膜をそれぞれ成膜した。ＩＧＺＯ膜の成膜は、ターゲットとしてＩｎ２
Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１の割合で含む酸化物半導体を用いて、基板とター
ゲットの間との距離を６０ｍｍ、圧力０．４Ｐａ、直流（ＤＣ）電源０．５ｋＷ、膜厚５
０ｎｍ、成膜ガス流量Ａｒ：Ｏ２＝３０：１５（ｓｃｃｍ）、成膜温度を室温として行っ
た。また、ＩＧＺＯＮの成膜は成膜ガス流量をＡｒ：Ｎ２＝３５：５（ｓｃｃｍ）とし、
他の条件はＩＧＺＯ膜の成膜と同様にして行った。なおＩＧＺＯ膜及びＩＧＺＯＮ膜は、
膜厚が約５０ｎｍとなるように成膜し、実際の膜厚については成膜後エリプソ測定により
測定した。次にシート抵抗測定器により、ＩＧＺＯ膜及びＩＧＺＯＮ膜のシート抵抗値を
測定した。なお、導電率は、シート抵抗値と膜厚から求められる。
次にＩＧＺＯ膜及びＩＧＺＯＮ膜に、Ａｒガス流量５０ｓｃｃｍ、圧力０．６Ｐａ、直流
（ＤＣ）電源０．２ｋＷ、処理時間３分として逆スパッタ処理を行った。逆スパッタの後
にＩＧＺＯ膜及びＩＧＺＯＮ膜のシート抵抗値を測定し、導電率を求めた。
次にＩＧＺＯ膜及びＩＧＺＯＮ膜に、処理温度３５０℃、処理時間１時間として大気雰囲
気下での熱処理（以下大気ベークとよぶ）及び処理温度、処理時間は同様で窒素雰囲気下
での熱処理（以下窒素ベークとよぶ）を繰り返し行った。熱処理はプロセスＡ及びプロセ
スＢの２通りの方法で行い、プロセスＡは逆スパッタ処理の後、大気ベーク、窒素ベーク
、大気ベーク、窒素ベークの順番で熱処理を行い、プロセスＢは逆スパッタ処理の後、窒
素ベーク、大気ベーク、窒素ベークの順番で熱処理を行った。つまりプロセスＢは、プロ
セスＡの最初の大気ベークを省いたプロセスとなっている。
Figure 2014239237
Figure 2014239237
表１は、プロセスＡにおけるＩＧＺＯ膜及びＩＧＺＯＮ膜の導電率を示したものであり、
表２は、プロセスＢにおけるＩＧＺＯ膜及びＩＧＺＯＮ膜の導電率を示したものである。
表１、表２ともに導電率の単位は、Ｓ／ｃｍである。なお、シート抵抗測定器で測定でき
ないほどシート抵抗値が高い膜については、導電率の表記を＜＜０．０１としている。
表１、表２より、同一工程を経たＩＧＺＯ膜とＩＧＺＯＮ膜を比較すると、ＩＧＺＯＮ膜
の方が導電率が高くなっている。また、逆スパッタ処理を行うとＩＧＺＯ膜及びＩＧＺＯ
Ｎ膜の導電率は向上している。また、大気ベークを行うとＩＧＺＯ膜及びＩＧＺＯＮ膜の
導電率は低減され、窒素ベークを行うと導電率が向上している。特に表２に示すプロセス
Ｂの１回目の窒素ベーク後のＩＧＺＯ膜及びＩＧＺＯＮ膜の導電率は他と比べ格段に高く
なっている。
また、表１に示すプロセスＡの１回目の窒素ベーク後のＩＧＺＯ膜及びＩＧＺＯＮ膜の導
電率と、表２に示すプロセスＢの２回目の窒素ベーク後のＩＧＺＯ膜及びＩＧＺＯＮ膜の
導電率とを比較すると、プロセスＡ、プロセスＢともに大気ベークにより導電率が０．０
１Ｓ／ｃｍ以下になっていたにもかかわらず、後者の方がＩＧＺＯ膜、ＩＧＺＯＮ膜とも
に導電率が高くなっている。このことから、ＩＧＺＯ膜及びＩＧＺＯＮ膜の導電率は、成
膜後最初の熱処理における雰囲気が、大気雰囲気下なら低くなり、窒素雰囲気なら高くな
ると分かる。よって、成膜後異なる雰囲気下で複数回熱処理を行っても、成膜後最初に熱
処理を行ったときの雰囲気によって、後の異なる雰囲気下における熱処理の効果が低減さ
れることが推測される。
以上より、上記実施の形態において、バッファ層としては、アルゴンガスと窒素ガス雰囲
気下で成膜したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系非単結晶膜が好ましい。さらに、逆スパッタ
処理を施し、窒素雰囲気下で熱処理したものが好ましい。これによって、バッファ層の導
電率を向上し、酸化物半導体層とソース電極層又はドレイン電極層との間でオーミック接
合を形成し、薄膜トランジスタの電気特性を安定させることができる。特に酸化物半導体
層の大気雰囲気下での熱処理の前に、窒素雰囲気下での熱処理を行うのが好ましい。また
、酸化物半導体層としては、アルゴンガスと酸素ガス雰囲気下で成膜したＩｎ−Ｇａ−Ｚ
ｎ−Ｏ系非単結晶膜を大気雰囲気下で熱処理したものが好ましい。これによって酸化物半
導体層の導電率を低減し、オフ電流を低減することができる。また、酸化物半導体層形成
後に大気雰囲気下で熱処理を行い、バッファ層形成後に窒素雰囲気下で熱処理を行うこと
により、薄膜トランジスタ形成後に熱処理を行っても、酸化物半導体層及びバッファ層の
導電率を適正に保つことができる。
１００ 基板
１０１ ゲート電極層
１０２ ゲート絶縁層
１０３ 酸化物半導体層
１０５ａ ソース電極層又はドレイン電極層
１０６ａ バッファ層
１０６ｂ バッファ層
１０７ 保護絶縁層
１０８ 容量配線
１１０ 画素電極層
１１１ 第２の酸化物半導体膜
１１２ 導電膜
１１３ 第１の酸化物半導体膜
１１４ａ 島状の第１の酸化物半導体膜
１１４ｂ 島状の第１の酸化物半導体膜
１２０ 接続電極
１２１ 端子
１２２ 端子
１２５ コンタクトホール
１２６ コンタクトホール
１２７ コンタクトホール
１２８ 透明導電膜
１２９ 透明導電膜
１３１ レジストマスク
１５０ 端子
１５１ 端子
１５２ ゲート絶縁層
１５３ 接続電極
１５４ 保護絶縁層
１５５ 透明導電膜
１５６ 電極
１７０ 薄膜トランジスタ
２０１ ゲート電極層
４００ 基板
４０１ａ 第１のゲート電極層
４０１ｂ 第２のゲート電極層
４０２ ゲート絶縁層
４０３ａ 第１の酸化物半導体層
４０３ｂ 第２の酸化物半導体層
４０４ａ 第１のバッファ層
４０４ｂ 第１のバッファ層
４０５ａ 第１配線
４０５ｂ 第２配線
４０５ｃ 第３配線
４０６ａ 第２のバッファ層
４０６ｂ 第２のバッファ層
４１４コンタクトホール
４３０ａ 第１の薄膜トランジスタ
４３０ｂ 第２の薄膜トランジスタ
５８０ 基板
５９６ 基板
５８１ 薄膜トランジスタ
５８３ 絶縁層
５８４ 絶縁層
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
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 ＴＦＴ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
２６３２ 車内広告
２７００ 電子書籍
２７０１ 筐体
２７０３ 筐体
２７０５ 表示部
２７０７ 表示部
２７１１ 軸部
２７２１ 電源
２７２３ 操作キー
２７２５ スピーカ
４００１ 基板
４００２ 画素部
４００３ 信号線駆動回路
４００４ 走査線駆動回路
４００５ シール材
４００６ 基板
４００８ 液晶層
４０１０ 薄膜トランジスタ
４０１１ 薄膜トランジスタ
４０１３ 液晶素子
４０１５ 接続端子電極
４０１６ 端子電極
４０１８ ＦＰＣ
４０１９ 異方性導電膜
４０２０ 絶縁層
４０２１ 絶縁層
４０３０ 画素電極層
４０３１ 対向電極層
４０３２ 絶縁層
４５０１ 基板
４５０２ 画素部
４５０３ａ 信号線駆動回路
４５０４ａ 走査線駆動回路
４５０５ シール材
４５０６ 基板
４５０７ 充填材
４５０９ 薄膜トランジスタ
４５１０ 薄膜トランジスタ
４５１１ 発光素子
４５１２ 電界発光層
４５１３ 電極層
４５１５ 接続端子電極
４５１６ 端子電極
４５１７ 電極層
４５１８ａ ＦＰＣ
４５１９ 異方性導電膜
４５２０ 隔壁
５３００ 基板
５３０１ 画素部
５３０２ 走査線駆動回路
５３０３ 信号線駆動回路
５４００ 基板
５４０１ 画素部
５４０２ 走査線駆動回路
５４０３ 信号線駆動回路
５４０４ 走査線駆動回路
５５０１ 配線
５５０２ 配線
５５０３ 配線
５５０４ 配線
５５０５ 配線
５５０６ 配線
５５４３ ノード
５５４４ ノード
５５７１ 薄膜トランジスタ
５５７２ 薄膜トランジスタ
５５７３ 薄膜トランジスタ
５５７４ 薄膜トランジスタ
５５７５ 薄膜トランジスタ
５５７６ 薄膜トランジスタ
５５７７ 薄膜トランジスタ
５５７８ 薄膜トランジスタ
５６０１ ドライバＩＣ
５６０２ スイッチ群
５６０３ａ 薄膜トランジスタ
５６０３ｂ 薄膜トランジスタ
５６０３ｃ 薄膜トランジスタ
５６１１ 配線
５６１２ 配線
５６１３ 配線
５６２１ 配線
５７０１ フリップフロップ
５７０３ａ タイミング
５７０３ｂ タイミング
５７０３ｃ タイミング
５７１１ 配線
５７１２ 配線
５７１３ 配線
５７１４ 配線
５７１５ 配線
５７１６ 配線
５７１７ 配線
５７２１ 信号
５８０３ａ タイミング
５８０３ｂ タイミング
５８０３ｃ タイミング
５８２１ 信号
６４００ 画素
６４０１ スイッチング用トランジスタ
６４０２ 駆動用トランジスタ
６４０３ 容量素子
６４０４ 発光素子
６４０５ 信号線
６４０６ 走査線
６４０７ 電源線
６４０８ 共通電極
７００１ ＴＦＴ
７００２ 発光素子
７００３ 陰極
７００４ 発光層
７００５ 陽極
７０１１ 駆動用ＴＦＴ
７０１２ 発光素子
７０１３ 陰極
７０１４ 発光層
７０１５ 陽極
７０１６ 遮蔽膜
７０１７ 導電膜
７０２１ 駆動用ＴＦＴ
７０２２ 発光素子
７０２３ 陰極
７０２４ 発光層
７０２５ 陽極
７０２７ 導電膜
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 入力手段（操作キー
９８８６ 記録媒体挿入部
９８８７ 接続端子
９８８８ センサ
９８８９ マイクロフォン
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 (2)

  1. 第１のトランジスタと、
    第２のトランジスタと、を有し、
    前記第１のトランジスタは、第１の酸化物半導体層、第２の酸化物半導体層、及び第３の酸化物半導体層を有し、
    前記第２のトランジスタは、第４の酸化物半導体層、第５の酸化物半導体層、及び第６の酸化物半導体層を有し、
    前記第３の酸化物半導体層は、チャネルを形成することができる機能を有し、
    前記第６の酸化物半導体層は、チャネルを形成することができる機能を有し、
    前記第１のトランジスタが有する第１の配線は、前記第１の酸化物半導体層を介して、前記第３の酸化物半導体層と電気的に接続され、
    前記第１のトランジスタが有する第２の配線は、前記第２の酸化物半導体層を介して、前記第３の酸化物半導体層と電気的に接続され、
    前記第２のトランジスタが有する前記第２の配線は、前記第４の酸化物半導体層を介して、前記第６の酸化物半導体層と電気的に接続され、
    前記第２のトランジスタが有する第３の配線は、前記第５の酸化物半導体層を介して、前記第６の酸化物半導体層と電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
  2. 請求項１において、
    前記第１の酸化物半導体層は、Ｉｎと、Ｇａと、Ｚｎとを含み、
    前記第２の酸化物半導体層は、Ｉｎと、Ｇａと、Ｚｎとを含み、
    前記第３の酸化物半導体層は、Ｉｎと、Ｇａと、Ｚｎとを含み、
    前記第４の酸化物半導体層は、Ｉｎと、Ｇａと、Ｚｎとを含み、
    前記第５の酸化物半導体層は、Ｉｎと、Ｇａと、Ｚｎとを含み、
    前記第６の酸化物半導体層は、Ｉｎと、Ｇａと、Ｚｎとを含むことを特徴とする半導体装置。
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