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JP6538143B2 - 液晶表示装置の作製方法 - Google Patents

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Description

酸化物半導体を用いる半導体装置及びその作製方法に関する。
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、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。
近年、絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄層（厚さ数〜数百ｎｍ程度）を用い
て薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を構成する技術が注目されている。薄膜トランジスタはＩ
Ｃ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。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
る透明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及び特許文献２）。
特開２００７−１２３８６１号公報 特開２００７−９６０５５号公報
酸化物半導体にチャネル形成領域を設ける薄膜トランジスタは、アモルファスシリコンを
用いた薄膜トランジスタよりも高い電界効果移動度が得られている。
このような酸化物半導体を用いてガラス基板、プラスチック基板等に薄膜トランジスタを
形成し、液晶ディスプレイ、エレクトロルミネセンスディスプレイ又は電子ペーパー等の
表示装置への応用が期待されている。
アクティブマトリクス型の表示装置においては、回路を構成する薄膜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、薄膜トランジスタ
の電気特性のうち、しきい値電圧（Ｖｔｈ）が重要である。電界効果移動度が高くともし
きい値電圧値が高い、或いはしきい値電圧値がマイナスであると、回路として制御するこ
とが困難である。しきい値電圧値が高く、しきい値電圧の絶対値が大きい薄膜トランジス
タの場合には、駆動電圧が低い状態ではＴＦＴとしてのスイッチング機能を果たすことが
できず、負荷となる恐れがある。また、しきい値電圧がマイナスであると、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となりやす
い。
ｎチャネル型の薄膜トランジスタの場合、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、回路に用いる薄膜トランジスタとしては不向きで
ある。
また、半導体装置において回路を構成するトランジスタの特性変動幅（変化量）が大きい
場合、そのしきい値電圧の変動に起因する動作不良が発生する恐れがある。
特に、液晶表示装置においては、個々の素子間での変動幅が大きい場合、そのしきい値電
圧の変動に起因する表示むらなどの動作不良が発生する恐れがある。
発光素子を有する表示装置においても、画素電極に一定の電流が流れるように配置された
ＴＦＴ（駆動回路または画素に配置される発光素子に電流を供給するＴＦＴ）のオン電流
（Ｉｏｎ）のバラツキが大きい場合、表示画面において輝度のバラツキなどの動作不良が
発生する恐れがある。
そこで、本発明の一形態は、長期間安定して動作する薄膜トランジスタ及びそれを用いた
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、絶縁表面を有する基板上に、ゲート電極層を有し
、ゲート電極層上にゲート絶縁層を有し、ゲート絶縁層上に酸化物半導体層を有し、酸化
物半導体層上に、ソース電極層及びドレイン電極層を有し、ゲート絶縁層、酸化物半導体
層、ソース電極層及びドレイン電極層上に酸化物半導体層の一部と接する絶縁層を有する
ことを特徴とする半導体装置である。
また、本明細書で開示する本発明の一態様は、絶縁表面を有する基板上に、ゲート電極層
を形成し、ゲート電極層上にゲート絶縁層を形成し、ゲート絶縁層上に酸化物半導体層を
形成し、酸化物半導体層を形成した後、第１の熱処理を行い、酸化物半導体層上に、ソー
ス電極層及びドレイン電極層を形成し、ゲート絶縁層、酸化物半導体層、ソース電極層及
びドレイン電極層上に酸化物半導体層の一部と接する絶縁層を形成し、絶縁層を形成した
後、第２の熱処理を行うことを特徴とする半導体装置の作製方法である。
なお、第１の熱処理は、窒素雰囲気または希ガス雰囲気下で行うことが好ましい。また、
第１の熱処理は、処理中の最高温度が３５０℃以上７５０℃以下の温度で行うことが好ま
しい。なお、本明細書における最高温度に、温度調節時に発生する所謂オーバーシュート
部分の温度は含めない。
第２の熱処理は、大気雰囲気、酸素雰囲気、窒素雰囲気または希ガス雰囲気下で行うこと
が好ましい。また、第２の熱処理は、１００℃以上、第１の熱処理における最高温度以下
で行うことが好ましい。
上記構成は、上記課題の少なくとも一つを解決する。
本明細書中で用いる酸化物半導体は、ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記される薄
膜を形成し、その薄膜を酸化物半導体層として用いた薄膜トランジスタを作製する。ただ
し、ｍは必ずしも整数にはならない。なお、Ｍは、Ｇａ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ及びＣｏから
選ばれた一の金属元素または複数の金属元素を示す。例えばＭとして、Ｇａの場合がある
ことの他、ＧａとＮｉまたはＧａとＦｅなど、Ｇａ以外の上記金属元素が含まれる場合が
ある。また、上記酸化物半導体において、Ｍとして含まれる金属元素の他に、不純物元素
としてＦｅ、Ｎｉその他の遷移金属元素、または該遷移金属の酸化物が含まれているもの
がある。本明細書においては、ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記される構造の酸
化物半導体層のうち、ＭとしてＧａを含む構造の酸化物半導体をＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系
酸化物半導体とよび、その薄膜をＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶層とも呼ぶ。
また、酸化物半導体層に適用する酸化物半導体として上記の他にも、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−
Ｏ系、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓ
ｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ
−Ｇａ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体を適用することがで
きる。また上記酸化物半導体層に酸化珪素を含ませてもよい。酸化物半導体層に結晶化を
阻害する酸化珪素（ＳｉＯｘ（Ｘ＞０））を含ませることで、製造プロセス中において酸
化物半導体層の形成後に加熱処理した場合に、結晶化してしまうのを抑制することができ
る。なお、酸化物半導体層は非晶質な状態であることが好ましく、一部結晶化していても
よい。
酸化物半導体は、好ましくはＩｎを含有する酸化物半導体、さらに好ましくは、Ｉｎ、及
びＧａを含有する酸化物半導体である。酸化物半導体層をＩ型（真性）とするため、脱水
化または脱水素化は有効である。
また、加熱処理の条件または酸化物半導体の材料によっては、酸化物半導体層が非晶質な
状態から微結晶層または多結晶層となる場合もある。微結晶層または多結晶層となる場合
であっても、ＴＦＴとしてスイッチング特性を得ることができる。
しきい値の変動幅が小さく、長期間安定した電気特性を有する薄膜トランジスタを作製し
、提供することができる。よって、電気特性が良好で信頼性のよい薄膜トランジスタを有
する半導体装置を提供することができる。
半導体装置の作製工程を説明する図。 半導体装置を説明する図。 半導体装置を説明する図。 酸化物半導体層中の水素濃度を示す図。 酸化物半導体層中のＨＯイオン強度及びＨ２Ｏイオン強度を示す図。 酸化物半導体から水分子が脱離する機構を解析した結果を示す図。 半導体装置のブロック図を説明する図。 信号線駆動回路の回路図およびタイミングチャート。 シフトレジスタの構成を示す回路図。 シフトレジスタの回路図およびタイミングチャート。 半導体装置を説明する図。 半導体装置を説明する図。 半導体装置を説明する図。 半導体装置の画素等価回路を説明する図。 半導体装置を説明する図。 半導体装置を説明する図。 半導体装置を説明する図。 半導体装置を説明する図。 半導体装置を説明する図。 半導体装置の構成を示す回路図。 半導体装置を説明する図。 半導体装置を説明する図。 半導体装置を説明する図。 半導体装置の構成を示す回路図。 電子書籍の例を示す図。 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図。 遊技機の例を示す図。 携帯型のコンピュータ及び携帯電話機の例を示す図。 Ｖｔｈの定義を示す図。 実施例１の薄膜トランジスタのＢＴ試験結果を示す図。 従来の薄膜トランジスタのＢＴ試験結果を示す図。
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、その形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれ
ば容易に理解される。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈さ
れるものではない。
（実施の形態１）
本実施の形態では、図１（Ｄ）に示す薄膜トランジスタ１５０の作製方法の一形態につい
て、薄膜トランジスタ作製工程の断面図である図１（Ａ）乃至図１（Ｄ）を用いて説明す
る。薄膜トランジスタ１５０は、チャネルエッチ型と呼ばれるボトムゲート構造の一つで
ある。
まず、絶縁表面を有する基板である基板１００上に、フォトマスクを用いてフォトリソグ
ラフィ工程によりゲート電極層１０１を設ける。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。
基板１００としては、ガラス基板を用いることが好ましい。基板１００として用いるガラ
ス基板は、後の加熱処理の温度が高い場合には、歪み点が７３０℃以上のものを用いると
良い。また、基板１００には、例えば、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸
ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスなどのガラス材料が用いられている。なお、酸化ホウ
素（Ｂ２Ｏ３）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、上記の基板１００に代えて、セラミック基板、石英ガラス基板、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、下地層となる絶縁層を基板１００とゲート電極層１０１の間に設けてもよい。下地
層は、基板１００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、酸化珪素、
窒化酸化珪素、または酸化窒化珪素から選ばれた一または複数の層による積層構造により
形成することができる。
下地層に、塩素、フッ素などのハロゲン元素を含ませることで、基板１００からの不純物
元素の拡散を防止する機能をさらに高めることができる。下地層中に含ませるハロゲン元
素の濃度は、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析計）を用いた分析により得られる濃度ピーク
において、１×１０１５ｃｍ３以上１×１０２０ｃｍ３以下とすればよい。
ゲート電極層１０１としては、金属導電層を用いることができる。金属導電層の材料とし
ては、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、タンタル（Ｔａ）、チタン
（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）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のが好ましい。例
えば、チタン層上にアルミニウム層と、該アルミニウム層上にチタン層が積層された三層
の積層構造、またはモリブデン層上にアルミニウム層と、該アルミニウム層上にモリブデ
ン層を積層した三層の積層構造とすることが好ましい。勿論、金属導電層として単層、ま
たは２層構造、または４層以上の積層構造としてもよい。
次いで、ゲート電極層１０１上にゲート絶縁層１０２を形成する。
ゲート絶縁層１０２は、プラズマＣＶＤ法またはスパッタリング法等を用いて、酸化珪素
層、窒化珪素層、酸化窒化珪素層または窒化酸化珪素層を単層でまたは積層して形成する
ことができる。例えば、成膜ガスとして、ＳｉＨ４、酸素及び窒素を用いてプラズマＣＶ
Ｄ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１０２の厚さは、１００ｎｍ
以上５００ｎｍ以下とし、積層の場合は、例えば、厚さ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厚さ５ｎｍ以上３００ｎｍ以下の第２のゲ
ート絶縁層の積層とする。
また、酸化物半導体層の形成前に、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（４００℃以上基板の歪み点未満）を行い、層内に含ま
れる水素及び水などの不純物を除去したゲート絶縁層１０２としてもよい。
次いで、ゲート絶縁層１０２上に、厚さ５ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ
以上５０ｎｍ以下の酸化物半導体層を形成する。酸化物半導体層の形成後に脱水化または
脱水素化のための加熱処理を行っても酸化物半導体層を非晶質な状態とするため、厚さを
５０ｎｍ以下と薄くすることが好ましい。酸化物半導体層の厚さを薄くすることで酸化物
半導体層の形成後に加熱処理した場合に、結晶化してしまうのを抑制することができる。
酸化物半導体層は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶層、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−Ｇａ−Ｏ
系、Ｉｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体層を用いる。本実施の形態では
、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体ターゲットを用いてスパッタ法により形
成する。また、酸化物半導体層１３０は、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素
雰囲気下、又は希ガス（代表的にはアルゴン）及び酸素雰囲気下においてスパッタ法によ
り形成することができる。また、スパッタ法を用いる場合、ＳｉＯ２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、酸化物半導体層に結晶化を阻害するＳｉ
Ｏｘ（Ｘ＞０）を含ませ、後の工程で行う脱水化または脱水素化のための加熱処理の際に
結晶化してしまうのを抑制することが好ましい。なお、電源としてパルス直流（ＤＣ）電
源を用いると、ごみが軽減でき、厚さ分布も均一となるために好ましい。
また、酸化物半導体ターゲット中の酸化物半導体の相対密度は８０％以上とするのが好ま
しい。これにより、形成された酸化物半導体層中の不純物濃度を低減することができ、電
気特性または信頼性の高い薄膜トランジスタを得ることができる。
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
法は主に絶縁層を形成する場合に用いられ、ＤＣスパッタ法は主に金属層を形成する場合
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を積層形成することも、同一チャンバーで複数種類
の材料を同時に放電させて形成することもできる。
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、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。
また、酸化物半導体膜の成膜を行う前に、スパッタ装置内壁や、ターゲット表面やターゲ
ット材料中に残存している水分または水素を除去するためにプレヒート処理を行うと良い
。プレヒート処理としては成膜チャンバー内を減圧下で２００℃〜６００℃に加熱する方
法や、加熱しながら窒素や不活性ガスの導入と排気を繰り返す方法等がある。この場合の
ターゲット冷却液は、水ではなく油脂等を用いるとよい。加熱せずに窒素の導入と排気を
繰り返しても一定の効果が得られるが、加熱しながら行うとなお良い。プレヒート処理を
終えたら、基板またはスパッタ装置を冷却し、酸化物半導体膜の成膜を行う。
また、スパッタ法による成膜中に基板を４００℃以上７００以下に加熱してもよい。
また、酸化物半導体膜の成膜を行う前、または成膜中、または成膜後に、スパッタ装置内
をクライオポンプを用いて中に残存している水分などを除去することが好ましい。
また、ゲート絶縁層１０２、及び酸化物半導体膜を大気に触れさせることなく連続的に形
成してもよい。大気に触れさせることなく形成することで、界面が、水やハイドロカーボ
ンなどの、大気成分や大気中に浮遊する不純物元素に汚染されることなく各積層界面を形
成することができるので、薄膜トランジスタ特性のばらつきを低減することができる。
次いで、酸化物半導体層をフォトリソグラフィ工程により島状の酸化物半導体層１０３に
加工する（図１（Ａ）参照。）。また、島状の酸化物半導体層１０３を形成するためのレ
ジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法
で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
次いで、第１の熱処理を行って、酸化物半導体層１０３の脱水化または脱水素化を行う。
脱水化または脱水素化を行う第１の熱処理の温度は、処理中の最高温度が３５０℃以上７
５０℃以下、好ましくは４２５℃以上とする。なお、４２５℃以上であれば熱処理時間は
１時間以下でよいが、４２５℃未満であれば加熱処理時間は、１時間よりも長時間行うこ
ととする。例えば、加熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化物半導体層に
対して窒素雰囲気下において加熱処理を行った後、大気に触れることなく、酸化物半導体
層への水や水素の再混入を防ぎ、酸化物半導体層１０３を得ることができる。本実施の形
態では、酸化物半導体層１０３の脱水化または脱水素化を行う加熱温度Ｔから、再び水が
入らないような十分な温度まで同じ炉を用い、具体的には加熱温度Ｔよりも１００℃以上
下がるまで窒素雰囲気下で徐冷する。また、窒素雰囲気に限定されず、ヘリウム、ネオン
、アルゴン等の希ガス下において脱水化または脱水素化を行う。
第１の熱処理により酸化物半導体層１０３を構成する酸化物半導体の原子レベルの再配列
が行われる。第１の熱処理は、酸化物半導体層１０３中におけるキャリアの移動を阻害す
る歪みを解放できる点で重要である。
なお、第１の熱処理においては、窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスに
、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、加熱処理装置に導入する窒素、ま
たはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、
好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上、（即ち不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好まし
くは０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。
また、第１の熱処理は、電気炉を用いた加熱方法を用いることができる。なお、第１の熱
処理は、加熱処理装置は電気炉に限られず、抵抗発熱体などの発熱体からの熱伝導または
熱輻射によって、被処理物を加熱する装置を備えていてもよい。例えば、ＧＲＴＡ（Ｇａ
ｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉ
ｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置等のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａ
ｎｎｅａｌ）装置を用いることができる。ＬＲＴＡ装置は、ハロゲンランプ、メタルハラ
イドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高
圧水銀ランプなどのランプから発する光（電磁波）の輻射により、被処理物を加熱する装
置である。ＧＲＴＡ装置は、高温のガスを用いて加熱処理を行う装置である。気体には、
アルゴンなどの希ガス、または窒素のような、加熱処理によって被処理物と反応しない不
活性気体が用いられる。
また、第１の熱処理の条件、または酸化物半導体層の材料によっては、酸化物半導体層が
結晶化し、微結晶層または多結晶層となる場合もある。ここで、酸化物半導体層は、結晶
化率が８０％以上または９０％以上の微結晶層となることがある。また、酸化物半導体層
の材料によっては、結晶を有さない酸化物半導体層となることもある。
また、酸化物半導体層の第１の熱処理は、島状の酸化物半導体層１０３に加工する前の酸
化物半導体層に行うこともできる。その場合には、第１の熱処理後に、加熱装置から基板
を取り出し、フォトリソグラフィ工程を行う。
ここで、酸化物半導体層中の脱水素化有無における、水素濃度分析結果について触れてお
く。図４（Ａ）は、本分析で用いた試料の断面構造模式図である。ガラス基板４００上に
プラズマＣＶＤ法で酸化窒化絶縁層４０１を形成し、酸化窒化絶縁層４０１上にＩｎ−Ｇ
ａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体層４０２を約４０ｎｍ形成したものを用意した。用意した試
料を分断し、一つは脱水素化を行わず、もう一つはＧＲＴＡ法による窒素雰囲気中６５０
℃、６分間の脱水素化を行なった。それぞれの試料について、酸化物半導体層中の水素濃
度を測定することで、熱処理による脱水素化の効果について調査した。
酸化物半導体層中の水素濃度測定は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａ
ｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）で行った。図４（Ｂ）は、酸化物
半導体層中の厚さ方向の水素濃度分布を示すＳＩＭＳ分析結果である。横軸は試料表面か
らの深さを示しており、左端の深さ０ｎｍの位置が試料最表面（酸化物半導体層の最表面
）に相当する。図４（Ａ）に示す分析方向４０３は、ＳＩＭＳ分析の分析方向を示してい
る。分析は酸化物半導体層の最表面からガラス基板４００に向かう方向で行った。つまり
、図４（Ｂ）の横軸において、左端から右端の方向に向かって行った。図４（Ｂ）の縦軸
は、特定深さにおける試料中の水素濃度と、酸素イオン強度を対数軸で示している。
図４（Ｂ）において、水素濃度プロファイル４１２は、脱水素化を行っていない酸化物半
導体層中の水素濃度プロファイルを示しており、水素濃度プロファイル４１３は、熱処理
による脱水素化を行った後の酸化物半導体層中の水素濃度プロファイルを示している。酸
素イオン強度プロファイル４１１は、水素濃度プロファイル４１２測定時に同時に取得し
た酸素イオン強度を示している。酸素イオン強度プロファイル４１１に極端な変動が無く
、ほぼ一定のイオン強度が得られていることから、ＳＩＭＳ分析が正確に行われているこ
とがわかる。なお、図示していないが、水素濃度プロファイル４１３測定時も同様に酸素
イオン強度を測定しており、こちらもほぼ一定のイオン強度が得られている。水素濃度プ
ロファイル４１２及び水素濃度プロファイル４１３は、試料と同じＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ
系酸化物半導体層で作製した標準試料を用いて定量している。
なお、ＳＩＭＳ分析は、その原理上、試料表面近傍や、材質が異なる層の積層界面近傍の
データを正確に得ることが困難であることが知られている。本分析においては、試料最表
面から深さ約１５ｎｍまでは正確なデータが得られていないと考えられるため、深さ１５
ｎｍ以降のプロファイルを評価した。
水素濃度プロファイル４１２から、脱水素化を行っていない酸化物半導体層中に、水素が
約３×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、約５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、平均
水素濃度で約４×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３含まれていることがわかる。また、水素濃
度プロファイル４１３から、脱水素化により、酸化物半導体層中の平均水素濃度を約２×
１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３に低減できていることがわかる。
本分析により、熱処理による脱水素化を行うことで、酸化物半導体層中の水素濃度を低減
できることが確認できた。また、ＧＲＴＡ法による窒素雰囲気中６５０℃、６分間の脱水
素化により、酸化物半導体層中の水素濃度を１／１０以下に低減できることが確認できた
。
また、図４に示したＳＩＭＳ分析時に同時に測定した、酸化物半導体層中のＨ＋Ｏイオン
強度と、Ｈ２＋Ｏイオン強度の検出結果を図５に示す。図５（Ａ１）は、脱水素化を行っ
ていない酸化物半導体層中のＨ＋Ｏイオン強度であり、図５（Ａ２）は、脱水素化を行っ
た酸化物半導体層中のＨ＋Ｏイオン強度である。また、図５（Ｂ１）は、脱水素化を行っ
ていない酸化物半導体層中のＨ２＋Ｏイオン強度であり、図５（Ｂ２）は、脱水素化を行
った酸化物半導体層中のＨ２＋Ｏイオン強度である。どちらも脱水素化した試料の方がイ
オン強度が小さくなっており、ＧＲＴＡ法で６５０℃、６分間の加熱処理により、水分ま
たはＯＨの脱離が効率よく行われていることがわかる。
つづいて、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体から水分子が脱離する機構について、計
算化学により解析した結果を図６を用いて説明する。本解析は、量子化学計算プログラム
Ｇａｕｓｓｉａｎ０３を用いて行った。酸化物半導体中では水分子だけでなく、ＯＨがＨ
と化合し水分子として脱離する可能性があるため、酸化物半導体中に存在しているＯＨ基
の脱離機構について解析を行った。
図６（Ａ）は、ＯＨ基を含む酸化物半導体中の最安定構造の始状態を示しており、図６（
Ｄ）はＯＨ基が水分子（Ｈ２Ｏ分子）となって無限遠に脱離した終状態を示している。図
６（Ｂ）及び図６（Ｃ）は、図６（Ａ）から図６（Ｄ）に至るまでの遷移状態及び中間状
態を示す図である。Ｍ１、Ｍ２、Ｍ’は金属原子を表しており、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎを想定
している。つまり、Ｍ１−Ｍ２の全組み合わせは、Ｉｎ−Ｉｎ、Ｇａ−Ｇａ、Ｚｎ−Ｚｎ
、Ｉｎ−Ｇａ、Ｉｎ−Ｚｎ、Ｇａ−Ｚｎの６通りが存在する。なお、本計算ではＭ’を水
素原子に置き換えて、最小分子構造単位での計算を行った。以下、ＯＨ基の脱離メカニズ
ムについて順を追って説明する。
まず、始状態において、ＯＨ基７０１がＭ１と結合し、ＯＨ基７０２がＭ１とＭ２を架橋
するように配位結合を形成している（図６（Ａ）参照）。
次に、一定以上のエネルギーが酸化物半導体に加えられると、ＯＨ基７０２のＨが、ＯＨ
基７０１へ転位し（図６（Ｂ）参照）、Ｈ２Ｏ分子７０５を生成する。Ｈ２Ｏ分子７０５
は、Ｍ１と配位結合を形成する（図６（Ｃ）参照）。最後に、Ｈ２Ｏ分子７０５は、Ｍ１
から無限遠に脱離したＨ２Ｏ分子７１０となる（図６（Ｄ）参照）。
図６（Ｅ）は、Ｍ１−Ｍ２をＩｎ−Ｇａとした時の、図６（Ａ）乃至図６（Ｄ）の各状態
におけるポテンシャルエネルギーの値を示している。エネルギー７１１は、図６（Ａ）に
示す状態の時のエネルギーを示している。エネルギー７１２は、図６（Ｂ）に示す状態の
時のエネルギーを示している。エネルギー７１３は、図６（Ｃ）に示す状態の時のエネル
ギーを示している。エネルギー７１４は図６（Ｄ）に示す状態の時のエネルギーを示して
いる。
本解析結果から、Ｍ１−Ｍ２がＩｎ−Ｇａの時の、水分子生成の活性化エネルギーは１．
１４ｅＶであることがわかった。図６（Ｆ）に、Ｍ１−Ｍ２の６つの組み合わせにおける
水生成反応の活性化エネルギー（Ｅａ）の計算結果を示す。Ｍ１−Ｍ２の６つの組み合わ
せの中で、Ｍ１−Ｍ２がＩｎ−Ｇａの時の活性化エネルギーが最も小さく、Ｚｎ−Ｚｎの
時の活性化エネルギーが最も大きい事がわかった。また、Ｍ１−Ｍ２の組み合わせにＺｎ
が含まれると、活性化エネルギーが大きくなる傾向がみられるため、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−
Ｏ系酸化物半導体においては、ＺｎがＯＨ基脱離の阻害要因となっている可能性が推測さ
れる。
本解析結果から、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体において、熱処理によるＯＨ基の
脱離を効率よく行うには、ＩｎとＧａの含有量（原子数）が同程度、もしくはＩｎがＧａ
より多い方が好ましい事がわかった。また、Ｚｎの含有量（原子数）が、ＩｎとＧａを合
わせた含有量よりも少ない事が好ましく、さらに、ＩｎとＧａそれぞれの含有量よりも少
ない事がより好ましいことがわかった。
酸化物半導体の組成を最適化することで、熱処理による脱水化または脱水素化を効率よく
行うことができる。
次いで、ゲート絶縁層１０２、及び酸化物半導体層１０３上にソース電極層及びドレイン
電極層を形成するための導電層を形成する。
ソース電極層及びドレイン電極層を形成するための導電層としては、ゲート電極層１０１
と同様に、金属導電層を用いることができる。金属導電層の材料としては、Ａｌ、Ｃｒ、
Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ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のが好ましい。例えば、チタン層上にアル
ミニウム層と、該アルミニウム層上にチタン層が積層された三層の積層構造、またはモリ
ブデン層上にアルミニウム層と、該アルミニウム層上にモリブデン層を積層した三層の積
層構造とすることが好ましい。勿論、金属導電層として単層、または２層構造、または４
層以上の積層構造としてもよい。
フォトマスクを用いてフォトリソグラフィ工程により、ソース電極層及びドレイン電極層
を形成するための導電層から、ソース電極層１０５ａまたはドレイン電極層１０５ｂを形
成する（図１（Ｂ）参照。）。また、このとき酸化物半導体層１０３も一部がエッチング
され、溝部（凹部）を有する酸化物半導体層１０３となる。
なお、ソース電極層１０５ａまたはドレイン電極層１０５ｂを形成するためのレジストマ
スクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成す
るとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
また、酸化物半導体層１０３と、ソース電極層１０５ａまたはドレイン電極層１０５ｂの
間に、酸化物半導体層１０３よりも抵抗が低い酸化物導電層を形成しても良い。このよう
な積層構成とすることで、薄膜トランジスタの耐圧を向上させることができる。具体的に
は、抵抗が低い酸化物導電層のキャリア濃度は、例えば１×１０２０／ｃｍ３以上１×１
０２１／ｃｍ３以下の範囲内であると好ましい。
次に、ゲート絶縁層１０２、酸化物半導体層１０３、ソース電極層１０５ａ及びドレイン
電極層１０５ｂを覆い、酸化物半導体層１０３の一部と接する絶縁層１０７を形成する（
図１（Ｃ）参照。）。絶縁層１０７は、少なくとも１ｎｍ以上の厚さとし、ＣＶＤ法、ス
パッタリング法など、絶縁層１０７に水、水素等の不純物を混入させない方法を適宜用い
て形成することができる。ここでは、絶縁層１０７は、例えばスパッタリング法の一種で
ある、リアクティブスパッタリング法を用いて形成する。酸化物半導体層１０３の一部と
接して形成される絶縁層１０７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層を用い、代表的には酸化珪素
層、窒化酸化珪素層、窒化珪素層、酸化アルミニウム層、酸化窒化アルミニウム層又は窒
化アルミニウム層、を用いることができる。
また、絶縁層１０７は、酸化珪素層、窒化酸化珪素層、酸化アルミニウム層又は酸化窒化
アルミニウム層の上に窒化珪素層又は窒化アルミニウム層を積層する構造としてもよい。
特に窒化珪素層は水分や、水素イオンや、ＯＨ−などの不純物を含まず、これらが外部か
ら侵入することをブロックしやすいので好ましい。
絶縁層１０７の形成時の基板温度は、室温以上３００℃以下とすればよく、酸化珪素層の
スパッタリング法による成膜は、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下
、または希ガス（代表的にはアルゴン）及び酸素雰囲気下において行うことができる。ま
た、ターゲットとして酸化珪素ターゲットまたは珪素ターゲットを用いることができる。
例えば、珪素ターゲットを用いて、酸素及び希ガス雰囲気下でスパッタリング法により酸
化珪素を形成することができる。
次いで、第２の熱処理を行う。第２の熱処理は、１００℃以上、第１の熱処理における処
理中の最高温度以下で行う。例えば、加熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、
窒素雰囲気下において加熱処理を行う。第２の熱処理は、絶縁層１０７形成以降の工程で
あれば、いつ行ってもよい。
以上の工程より、絶縁表面を有する基板である基板１００上にゲート電極層１０１が設け
られ、ゲート電極層１０１の上にゲート絶縁層１０２が設けられ、ゲート絶縁層１０２の
上に酸化物半導体層１０３が設けられ、酸化物半導体層１０３の上にソース電極層１０５
ａまたはドレイン電極層１０５ｂが設けられ、ゲート絶縁層１０２、酸化物半導体層１０
３、ソース電極層１０５ａ及びドレイン電極層１０５ｂを覆い、酸化物半導体層１０３の
一部と接する絶縁層１０７が設けられている、チャネルエッチ型の薄膜トランジスタ１５
０を形成することができる（図１（Ｄ）参照。）。
図２は、本実施の形態で示した薄膜トランジスタ１５０の上面図である。図１（Ｄ）は、
図２のＸ１−Ｘ２部位の断面構成を示している。図２において、Ｌはチャネル長を示して
おり、Ｗはチャネル幅を示している。また、Ａはチャネル幅方向と平行な方向において、
酸化物半導体層１０３がソース電極層１０５ａ及びドレイン電極層１０５ｂと重ならない
領域の長さを示している。Ｌｓはソース電極層１０５ａとゲート電極層１０１が重なる長
さを示しており、Ｌｄはドレイン電極層１０５ｂとゲート電極層１０１が重なる長さを示
している。
本実施の形態では、薄膜トランジスタ１５０をシングルゲート構造の薄膜トランジスタを
用いて説明したが、必要に応じて、チャネル形成領域を複数有するマルチゲート構造の薄
膜トランジスタや、絶縁層１０７上に第２のゲート電極層を有する構造の薄膜トランジス
タとすることもできる。
また、本実施の形態では、チャネルエッチ型の薄膜トランジスタ１５０の作製方法につい
て説明したが、本実施の形態の構成はこれに限られるものではない。図３（Ａ）に示すよ
うな、ボトムゲート構造の薄膜トランジスタ１６０（逆コプラナ型とも呼ぶ）や、図３（
Ｂ）に示すような、チャネル保護層１１０を有するチャネル保護型（チャネルストップ型
ともいう）の薄膜トランジスタ１７０等も同様の材料、方法を用いて形成することができ
る。図３（Ｃ）は、チャネルエッチ型薄膜トランジスタの他の例を示している。図３（Ｃ
）に示す薄膜トランジスタ１８０は、ゲート電極層１０１が酸化物半導体層１０３の端部
よりも外側に伸びた構造となっている。
なお、薄膜トランジスタのチャネル長（図２中のＬ）は、ソース電極層１０５ａとドレイ
ン電極層１０５ｂとの距離で定義されるが、チャネル保護型の薄膜トランジスタのチャネ
ル長は、キャリアの流れる方向と平行な方向のチャネル保護層の幅で定義される。
本実施の形態により、酸化物半導体をチャネル形成領域として用いる薄膜トランジスタの
しきい値電圧を０Ｖに近づけることができる。
また、処理温度１５０℃、処理時間１時間、電界強度２×１０６Ｖ／ｃｍの条件における
ＢＴ試験において、ＢＴ試験前後でのしきい値電圧の変化量が２Ｖ以下、好ましくは１．
５Ｖ以下、さらに好ましくは１．０Ｖ以下である酸化物半導体層を有する薄膜トランジス
タを作製することができる。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能
である。
（実施の形態２）
本実施の形態では、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１に従って形成する。また、実施の形
態１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。
アクティブマトリクス型表示装置のブロック図の一例を図７（Ａ）に示す。表示装置の基
板５３００上には、画素部５３０１、第１の走査線駆動回路５３０２、第２の走査線駆動
回路５３０３、信号線駆動回路５３０４を有する。画素部５３０１には、複数の信号線が
信号線駆動回路５３０４から延伸して配置され、複数の走査線が第１の走査線駆動回路５
３０２、及び第２の走査線駆動回路５３０３から延伸して配置されている。なお走査線と
信号線との交差領域には、各々、表示素子を有する画素がマトリクス状に配置されている
。また、表示装置の基板５３００はＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒ
ｃｕｉｔ）等の接続部を介して、タイミング制御回路５３０５（コントローラ、制御ＩＣ
ともいう）に接続されている。
図７（Ａ）では、第１の走査線駆動回路５３０２、第２の走査線駆動回路５３０３、信号
線駆動回路５３０４は、画素部５３０１と同じ基板５３００上に形成される。そのため、
外部に設ける駆動回路等の部品の数が減るので、コストの低減を図ることができる。また
、基板５３００外部に駆動回路を設けた場合の配線を延伸させることによる接続部での接
続数を減らすことができ、信頼性の向上、又は歩留まりの向上を図ることができる。
なお、タイミング制御回路５３０５は、第１の走査線駆動回路５３０２に対し、一例とし
て、第１の走査線駆動回路用スタート信号（ＧＳＰ１）（スタートパルスともいう）、走
査線駆動回路用クロック信号（ＧＣＫ１）を供給する。また、タイミング制御回路５３０
５は、第２の走査線駆動回路５３０２に対し、一例として、第２の走査線駆動回路用スタ
ート信号（ＧＳＰ２）、走査線駆動回路用クロック信号（ＧＣＫ２）を供給する。またタ
イミング制御回路５３０５は、信号線駆動回路５３０４に、信号線駆動回路用スタート信
号（ＳＳＰ）、信号線駆動回路用クロック信号（ＳＣＫ）、ビデオ信号用データ（ＤＡＴ
Ａ）（単にビデオ信号ともいう）、ラッチ信号（ＬＡＴ）を供給するものとする。なお各
クロック信号は、周期のずれた複数のクロック信号でもよいし、クロック信号を反転させ
た信号（ＣＫＢ）とともに供給されるものであってもよい。なお、第１の走査線駆動回路
５３０２と第２の走査線駆動回路５３０３との一方を省略することが可能である。
図７（Ｂ）では、駆動周波数が低い回路（例えば、第１の走査線駆動回路５３０２、第２
の走査線駆動回路５３０３）を画素部５３０１と同じ基板５３００に形成し、信号線駆動
回路５３０４を画素部５３０１とは別の基板に形成する構成について示している。当該構
成により、単結晶半導体を用いたトランジスタと比較すると電界効果移動度が小さい薄膜
トランジスタによって、基板５３００に形成する駆動回路を構成することができる。した
がって、表示装置の大型化、工程数の削減、コストの低減、又は歩留まりの向上などを図
ることができる。
また、実施の形態１に示す薄膜トランジスタは、ｎチャネル型ＴＦＴである。図８（Ａ）
、図８（Ｂ）ではｎチャネル型ＴＦＴで構成する信号線駆動回路の構成、動作について一
例を示し説明する。
信号線駆動回路は、シフトレジスタ５６０１、及びスイッチング回路５６０２を有する。
スイッチング回路５６０２は、スイッチング回路５６０２＿１〜５６０２＿Ｎ（Ｎは自然
数）という複数の回路を有する。スイッチング回路５６０２＿１〜５６０２＿Ｎは、各々
、薄膜トランジスタ５６０３＿１〜５６０３＿ｋ（ｋは自然数）という複数のトランジス
タを有する。薄膜トランジスタ５６０３＿１〜５６０３＿ｋは、Ｎチャネル型ＴＦＴであ
る例を説明する。
信号線駆動回路の接続関係について、スイッチング回路５６０２＿１を例にして説明する
。薄膜トランジスタ５６０３＿１〜５６０３＿ｋの第１端子は、各々、配線５６０４＿１
〜５６０４＿ｋと接続される。薄膜トランジスタ５６０３＿１〜５６０３＿ｋの第２端子
は、各々、信号線Ｓ１〜Ｓｋと接続される。薄膜トランジスタ５６０３＿１〜５６０３＿
ｋのゲートは、配線５６０５＿１と接続される。
シフトレジスタ５６０１は、配線５６０５＿１〜５６０５＿Ｎに順番にＨレベル（Ｈ信号
、高電源電位レベル、ともいう）の信号を出力し、スイッチング回路５６０２＿１〜５６
０２＿Ｎを順番に選択する機能を有する。
スイッチング回路５６０２＿１は、配線５６０４＿１〜５６０４＿ｋと信号線Ｓ１〜Ｓｋ
との導通状態（第１端子と第２端子との間の導通）を制御する機能、即ち配線５６０４＿
１〜５６０４＿ｋの電位を信号線Ｓ１〜Ｓｋに供給するか否かを制御する機能を有する。
このように、スイッチング回路５６０２＿１は、セレクタとしての機能を有する。また薄
膜トランジスタ５６０３＿１〜５６０３＿ｋは、各々、配線５６０４＿１〜５６０４＿ｋ
と信号線Ｓ１〜Ｓｋとの導通状態を制御する機能、即ち配線５６０４＿１〜５６０４＿ｋ
の電位を信号線Ｓ１〜Ｓｋに供給する機能を有する。このように、薄膜トランジスタ５６
０３＿１〜５６０３＿ｋは、各々、スイッチとしての機能を有する。
なお、配線５６０４＿１〜５６０４＿ｋには、各々、ビデオ信号用データ（ＤＡＴＡ）が
入力される。ビデオ信号用データ（ＤＡＴＡ）は、画像情報又は画像信号に応じたアナロ
グ信号である場合が多い。
次に、図８（Ａ）の信号線駆動回路の動作について、図８（Ｂ）のタイミングチャートを
参照して説明する。図８（Ｂ）には、信号Ｓｏｕｔ＿１〜Ｓｏｕｔ＿Ｎ、及び信号Ｖｄａ
ｔａ＿１〜Ｖｄａｔａ＿ｋの一例を示す。信号Ｓｏｕｔ＿１〜Ｓｏｕｔ＿Ｎは、各々、シ
フトレジスタ５６０１の出力信号の一例であり、信号Ｖｄａｔａ＿１〜Ｖｄａｔａ＿ｋは
、各々、配線５６０４＿１〜５６０４＿ｋに入力される信号の一例である。なお、信号線
駆動回路の１動作期間は、表示装置における１ゲート選択期間に対応する。１ゲート選択
期間は、一例として、期間Ｔ１〜期間ＴＮに分割される。期間Ｔ１〜ＴＮは、各々、選択
された行に属する画素にビデオ信号用データ（ＤＡＴＡ）を書き込むための期間である。
なお、本実施の形態の図面等において示す各構成の、信号波形のなまり等は、明瞭化のた
めに誇張して表記している場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されないも
のであることを付記する。
期間Ｔ１〜期間ＴＮにおいて、シフトレジスタ５６０１は、Ｈレベルの信号を配線５６０
５＿１〜５６０５＿Ｎに順番に出力する。例えば、期間Ｔ１において、シフトレジスタ５
６０１は、ハイレベルの信号を配線５６０５＿１に出力する。すると、薄膜トランジスタ
５６０３＿１〜５６０３＿ｋはオンになるので、配線５６０４＿１〜５６０４＿ｋと、信
号線Ｓ１〜Ｓｋとが導通状態になる。このとき、配線５６０４＿１〜５６０４＿ｋには、
Ｄａｔａ（Ｓ１）〜Ｄａｔａ（Ｓｋ）が入力される。Ｄａｔａ（Ｓ１）〜Ｄａｔａ（Ｓｋ
）は、各々、薄膜トランジスタ５６０３＿１〜５６０３＿ｋを介して、選択される行に属
する画素のうち、１列目〜ｋ列目の画素に書き込まれる。こうして、期間Ｔ１〜ＴＮにお
いて、選択された行に属する画素に、ｋ列ずつ順番にビデオ信号用データ（ＤＡＴＡ）が
書き込まれる。
以上のように、ビデオ信号用データ（ＤＡＴＡ）が複数の列ずつ画素に書き込まれること
によって、ビデオ信号用データ（ＤＡＴＡ）の数、又は配線の数を減らすことができる。
よって、外部回路との接続数を減らすことができる。また、ビデオ信号が複数の列ずつ画
素に書き込まれることによって、書き込み時間を長くすることができ、ビデオ信号の書き
込み不足を防止することができる。
なお、シフトレジスタ５６０１及びスイッチング回路５６０２としては、実施の形態１に
示す薄膜トランジスタで構成される回路を用いることが可能である。この場合、シフトレ
ジスタ５６０１が有する全てのトランジスタの極性をＮチャネル型、又はＰチャネル型の
いずれかの極性のみで構成することができる。
走査線駆動回路及び／または信号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９及び図１０を用いて説明する。
走査線駆動回路は、シフトレジスタを有している。また場合によってはレベルシフタやバ
ッファ等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
（ＣＫ）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。
シフトレジスタは、第１のパルス出力回路１０＿１乃至第Ｎのパルス出力回路１０＿Ｎ（
Ｎは３以上の自然数）を有している（図９（Ａ）参照）。図９（Ａ）に示すシフトレジス
タの第１のパルス出力回路１０＿１乃至第Ｎのパルス出力回路１０＿Ｎには、第１の配線
１１より第１のクロック信号ＣＫ１、第２の配線１２より第２のクロック信号ＣＫ２、第
３の配線１３より第３のクロック信号ＣＫ３、第４の配線１４より第４のクロック信号Ｃ
Ｋ４が供給される。また第１のパルス出力回路１０＿１では、第５の配線１５からのスタ
ートパルスＳＰ１（第１のスタートパルス）が入力される。また２段目以降の第ｎのパル
ス出力回路１０＿ｎ（ｎは、２以上Ｎ以下の自然数）では、一段前段のパルス出力回路か
らの信号（前段信号ＯＵＴ（ｎ−１）という）（ｎは２以上の自然数）が入力される。ま
た第１のパルス出力回路１０＿１では、２段後段の第３のパルス出力回路１０＿３からの
信号が入力される。同様に、２段目以降の第ｎのパルス出力回路１０＿ｎでは、２段後段
の第（ｎ＋２）のパルス出力回路１０＿（ｎ＋２）からの信号（後段信号ＯＵＴ（ｎ＋２
）という）が入力される。従って、各段のパルス出力回路からは、後段及び／または二つ
前段のパルス出力回路に入力するための第１の出力信号（ＯＵＴ（１）（ＳＲ）〜ＯＵＴ
（Ｎ）（ＳＲ））、別の回路等に入力される第２の出力信号（ＯＵＴ（１）〜ＯＵＴ（Ｎ
））が出力される。ただし、図９（Ａ）に示すように、シフトレジスタの最終段の２つの
段には、後段信号ＯＵＴ（ｎ＋２）が入力されないため、一例としては、別途第２のスタ
ートパルスＳＰ２、第３のスタートパルスＳＰ３をそれぞれ入力する構成とすればよい。
なお、クロック信号（ＣＫ）は、一定の間隔でＨレベルとＬレベル（Ｌ信号、低電源電位
レベル、ともいう）を繰り返す信号である。ここで、第１のクロック信号（ＣＫ１）〜第
４のクロック信号（ＣＫ４）は、順に１／４周期分遅延している。本実施の形態では、第
１のクロック信号（ＣＫ１）〜第４のクロック信号（ＣＫ４）を利用して、パルス出力回
路の駆動の制御等を行う。なお、クロック信号は、入力される駆動回路に応じて、ＧＣＫ
、ＳＣＫということもあるが、ここではＣＫとして説明を行う。
第１の入力端子２１、第２の入力端子２２及び第３の入力端子２３は、第１の配線１１〜
第４の配線１４のいずれかと電気的に接続されている。例えば、図９（Ａ）において、第
１のパルス出力回路１０＿１は、第１の入力端子２１が第１の配線１１と電気的に接続さ
れ、第２の入力端子２２が第２の配線１２と電気的に接続され、第３の入力端子２３が第
３の配線１３と電気的に接続されている。また、第２のパルス出力回路１０＿２は、第１
の入力端子２１が第２の配線１２と電気的に接続され、第２の入力端子２２が第３の配線
１３と電気的に接続され、第３の入力端子２３が第４の配線１４と電気的に接続されてい
る。
第１のパルス出力回路１０＿１〜第Ｎのパルス出力回路１０＿Ｎの各々は、第１の入力端
子２１、第２の入力端子２２、第３の入力端子２３、第４の入力端子２４、第５の入力端
子２５、第１の出力端子２６、第２の出力端子２７を有しているとする（図９（Ｂ）参照
）。第１のパルス出力回路１０＿１において、第１の入力端子２１に第１のクロック信号
ＣＫ１が入力され、第２の入力端子２２に第２のクロック信号ＣＫ２が入力され、第３の
入力端子２３に第３のクロック信号ＣＫ３が入力され、第４の入力端子２４にスタートパ
ルスが入力され、第５の入力端子２５に後段信号ＯＵＴ（３）が入力され、第１の出力端
子２６より第１の出力信号ＯＵＴ（１）（ＳＲ）が出力され、第２の出力端子２７より第
２の出力信号ＯＵＴ（１）が出力されていることとなる。
なお第１のパルス出力回路１０＿１〜第Ｎのパルス出力回路１０＿Ｎは、３端子の薄膜ト
ランジスタの他に、４端子の薄膜トランジスタを用いることができる。４端子の薄膜トラ
ンジスタとは、ソース電極と、ドレイン電極と、第１のゲート電極と、第２のゲート電極
を有し、第１のゲート電極と第２のゲート電極の間に、絶縁層を介して半導体層のチャネ
ル形成領域を有するトランジスタである。図９（Ｃ）に４端子の薄膜トランジスタ２８の
シンボルについて示し、図面等で以下用いることとする。薄膜トランジスタ２８は、第１
のゲート電極に入力される第１の制御信号Ｇ１及び第２のゲート電極に入力される第２の
制御信号Ｇ２によって、Ｉｎ端子とＯｕｔ端子間の電気的な制御を行うことのできる素子
である。
また、図９（Ｃ）に示す薄膜トランジスタ２８のしきい値電圧は、第１のゲート電極また
は第２のゲート電極の電位を制御することにより、所望の値に制御することができる。
次に、パルス出力回路の具体的な回路構成の一例について、図９（Ｄ）で説明する。
第１のパルス出力回路１０＿１は、第１のトランジスタ３１〜第１３のトランジスタ４３
を有している（図９（Ｄ）参照）。また、上述した第１の入力端子２１〜第５の入力端子
２５、及び第１の出力端子２６、第２の出力端子２７に加え、第１の高電源電位ＶＤＤが
供給される電源線５１、第２の高電源電位ＶＣＣが供給される電源線５２、低電源電位Ｖ
ＳＳが供給される電源線５３から、第１のトランジスタ３１〜第１３のトランジスタ４３
に信号、または電源電位が供給される。ここで図９（Ｄ）の各電源線の電源電位の大小関
係は、第１の電源電位ＶＤＤは第２の電源電位ＶＣＣ以上の電位とし、第２の電源電位Ｖ
ＣＣは第３の電源電位ＶＳＳより大きい電位とする。なお、第１のクロック信号（ＣＫ１
）〜第４のクロック信号（ＣＫ４）は、一定の間隔でＨレベルとＬレベルを繰り返す信号
であるが、ＨレベルのときＶＤＤ、ＬレベルのときＶＳＳであるとする。なお電源線５１
の電位ＶＤＤを、電源線５２の電位ＶＣＣより高くすることにより、動作に影響を与える
ことなく、トランジスタのゲート電極に印加される電位を低く抑えることができ、トラン
ジスタのしきい値のシフトを低減し、劣化を抑制することができる。なお、図９（Ｄ）に
図示するように、第１のトランジスタ３１〜第１３のトランジスタ４３のうち、第１のト
ランジスタ３１、第６のトランジスタ３６乃至第９のトランジスタ３９には、図９（Ｃ）
で示した４端子の薄膜トランジスタ２８を用いることが好ましい。第１のトランジスタ３
１、第６のトランジスタ３６乃至第９のトランジスタ３９の動作は、ソースまたはドレイ
ンとなる電極の一方が接続されたノードの電位を、ゲート電極の制御信号によって切り替
えることが求められるトランジスタであり、ゲート電極に入力される制御信号に対する応
答が速い（オン電流の立ち上がりが急峻）ことでよりパルス出力回路の誤動作を低減する
ことができるトランジスタである。そのため、図９（Ｃ）で示した４端子の薄膜トランジ
スタ２８を用いることによりしきい値電圧を制御することができ、誤動作がより低減でき
るパルス出力回路とすることができる。なお図９（Ｄ）では第１の制御信号Ｇ１及び第２
の制御信号Ｇ２が同じ制御信号としたが、異なる制御信号が入力される構成としてもよい
。
図９（Ｄ）において第１のトランジスタ３１は、第１端子が電源線５１に電気的に接続さ
れ、第２端子が第９のトランジスタ３９の第１端子に電気的に接続され、ゲート電極（第
１のゲート電極及び第２のゲート電極）が第４の入力端子２４に電気的に接続されている
。第２のトランジスタ３２は、第１端子が電源線５３に電気的に接続され、第２端子が第
９のトランジスタ３９の第１端子に電気的に接続され、ゲート電極が第４のトランジスタ
３４のゲート電極に電気的に接続されている。第３のトランジスタ３３は、第１端子が第
１の入力端子２１に電気的に接続され、第２端子が第１の出力端子２６に電気的に接続さ
れている。第４のトランジスタ３４は、第１端子が電源線５３に電気的に接続され、第２
端子が第１の出力端子２６に電気的に接続されている。第５のトランジスタ３５は、第１
端子が電源線５３に電気的に接続され、第２端子が第２のトランジスタ３２のゲート電極
及び第４のトランジスタ３４のゲート電極に電気的に接続され、ゲート電極が第４の入力
端子２４に電気的に接続されている。第６のトランジスタ３６は、第１端子が電源線５２
に電気的に接続され、第２端子が第２のトランジスタ３２のゲート電極及び第４のトラン
ジスタ３４のゲート電極に電気的に接続され、ゲート電極（第１のゲート電極及び第２の
ゲート電極）が第５の入力端子２５に電気的に接続されている。第７のトランジスタ３７
は、第１端子が電源線５２に電気的に接続され、第２端子が第８のトランジスタ３８の第
２端子に電気的に接続され、ゲート電極（第１のゲート電極及び第２のゲート電極）が第
３の入力端子２３に電気的に接続されている。第８のトランジスタ３８は、第１端子が第
２のトランジスタ３２のゲート電極及び第４のトランジスタ３４のゲート電極に電気的に
接続され、ゲート電極（第１のゲート電極及び第２のゲート電極）が第２の入力端子２２
に電気的に接続されている。第９のトランジスタ３９は、第１端子が第１のトランジスタ
３１の第２端子及び第２のトランジスタ３２の第２端子に電気的に接続され、第２端子が
第３のトランジスタ３３のゲート電極及び第１０のトランジスタ４０のゲート電極に電気
的に接続され、ゲート電極（第１のゲート電極及び第２のゲート電極）が電源線５２に電
気的に接続されている。第１０のトランジスタ４０は、第１端子が第１の入力端子２１に
電気的に接続され、第２端子が第２の出力端子２７に電気的に接続され、ゲート電極が第
９のトランジスタ３９の第２端子に電気的に接続されている。第１１のトランジスタ４１
は、第１端子が電源線５３に電気的に接続され、第２端子が第２の出力端子２７に電気的
に接続され、ゲート電極が第２のトランジスタ３２のゲート電極及び第４のトランジスタ
３４のゲート電極に電気的に接続されている。第１２のトランジスタ４２は、第１端子が
電源線５３に電気的に接続され、第２端子が第２の出力端子２７に電気的に接続され、ゲ
ート電極が第７のトランジスタ３７のゲート電極（第１のゲート電極及び第２のゲート電
極）に電気的に接続されている。第１３のトランジスタ４３は、第１端子が電源線５３に
電気的に接続され、第２端子が第１の出力端子２６に電気的に接続され、ゲート電極が第
７のトランジスタ３７のゲート電極（第１のゲート電極及び第２のゲート電極）に電気的
に接続されている。
図９（Ｄ）において、第３のトランジスタ３３のゲート電極、第１０のトランジスタ４０
のゲート電極、及び第９のトランジスタ３９の第２端子の接続箇所をノードＡとする。ま
た、第２のトランジスタ３２のゲート電極、第４のトランジスタ３４のゲート電極、第５
のトランジスタ３５の第２端子、第６のトランジスタ３６の第２端子、第８のトランジス
タ３８の第１端子、及び第１１のトランジスタ４１の接続箇所をノードＢとする。
なお、薄膜トランジスタとは、ゲートと、ドレインと、ソースとを含む少なくとも三つの
端子を有する素子であり、ドレイン領域とソース領域の間にチャネル領域を有しており、
ドレイン領域とチャネル領域とソース領域とを介して電流を流すことが出来る。ここで、
ソースとドレインとは、薄膜トランジスタの構造や動作条件等によって変わるため、いず
れがソースまたはドレインであるかを限定することが困難である。そこで、ソース及びド
レインとして機能する領域を、ソースもしくはドレインと呼ばない場合がある。その場合
、一例としては、それぞれを第１端子、第２端子と表記する場合がある。
また、ソースやドレインの機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合や、回路動
作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このため、本明細
書においては、ソースやドレインの用語は、入れ替えて用いることができるものとする。
なお図９（Ｄ）、図１０（Ａ）において、ノードＡを浮遊状態とすることによりブートス
トラップ動作を行うための、容量素子を別途設けても良い。またノードＢの電位を保持す
るため、一方の電極をノードＢに電気的に接続した容量素子を別途設けてもよい。
ここで、図１０（Ａ）に示したパルス出力回路を複数具備するシフトレジスタのタイミン
グチャートについて図１０（Ｂ）に示す。なおシフトレジスタが走査線駆動回路である場
合、図１０（Ｂ）中の期間６１は垂直帰線期間であり、期間６２はゲート選択期間に相当
する。
なお、図１０（Ａ）に示すように、ゲート電極に第２の電源電位ＶＣＣが印加される第９
のトランジスタ３９を設けておくことにより、ブートストラップ動作の前後において、以
下のような利点がある。
ゲート電極に第２の電源電位ＶＣＣが印加される第９のトランジスタ３９がない場合、ブ
ートストラップ動作によりノードＡの電位が上昇すると、第１のトランジスタ３１の第２
端子であるソースの電位が上昇していき、第１の電源電位ＶＤＤより大きくなる。そして
、第１のトランジスタ３１のソースが第１端子側、即ち電源線５１側に切り替わる。その
ため、第１のトランジスタ３１においては、ゲートとソースの間、ゲートとドレインの間
ともに、大きなバイアス電圧が印加されるために大きなストレスがかかり、トランジスタ
の劣化の要因となりうる。そこで、ゲート電極に第２の電源電位ＶＣＣが印加される第９
のトランジスタ３９を設けておくことにより、ブートストラップ動作によりノードＡの電
位は上昇するものの、第１のトランジスタ３１の第２端子の電位の上昇を生じないように
することができる。つまり、第９のトランジスタ３９を設けることにより、第１のトラン
ジスタ３１のゲートとソースの間に印加される負のバイアス電圧の値を小さくすることが
できる。よって、本実施の形態の回路構成とすることにより、第１のトランジスタ３１の
ゲートとソースの間に印加される負のバイアス電圧も小さくできるため、ストレスによる
第１のトランジスタ３１の劣化を抑制することができる。
なお、第９のトランジスタ３９を設ける箇所については、第１のトランジスタ３１の第２
端子と第３のトランジスタ３３のゲートとの間に第１端子と第２端子を介して接続される
ように設ける構成であればよい。なお、本実施形態でのパルス出力回路を複数具備するシ
フトレジスタの場合、走査線駆動回路より段数の多い信号線駆動回路では、第９のトラン
ジスタ３９を省略してもよく、トランジスタ数を削減することが利点がある。
なお第１のトランジスタ３１乃至第１３のトランジスタ４３の半導体層として、酸化物半
導体を用いることにより、薄膜トランジスタのオフ電流を低減すると共に、オン電流及び
電界効果移動度を高めることが出来ると共に、劣化の度合いを低減することが出来るため
、回路内の誤動作を低減することができる。また酸化物半導体を用いたトランジスタ、ア
モルファスシリコンを用いたトランジスタに比べ、ゲート電極に高電位が印加されること
によるトランジスタの劣化の程度が小さい。そのため、第２の電源電位ＶＣＣを供給する
電源線に、第１の電源電位ＶＤＤを供給しても同様の動作が得られ、且つ回路間を引き回
す電源線の数を低減することができるため、回路の小型化を図ることが出来る。
なお、第７のトランジスタ３７のゲート電極（第１のゲート電極及び第２のゲート電極）
に第３の入力端子２３によって供給されるクロック信号、第８のトランジスタ３８のゲー
ト電極（第１のゲート電極及び第２のゲート電極）に第２の入力端子２２によって供給さ
れるクロック信号は、第７のトランジスタ３７のゲート電極（第１のゲート電極及び第２
のゲート電極）に第２の入力端子２２によって供給されるクロック信号、第８のトランジ
スタ３８ゲート電極（第１のゲート電極及び第２のゲート電極）に第３の入力端子２３に
よって供給されるクロック信号となるように、結線関係を入れ替えても同様の作用を奏す
る。なお、図１０（Ａ）に示すシフトレジスタにおいて、第７のトランジスタ３７及び第
８のトランジスタ３８が共にオンの状態から、第７のトランジスタ３７がオフ、第８のト
ランジスタ３８がオンの状態、次いで第７のトランジスタ３７がオフ、第８のトランジス
タ３８がオフの状態とすることによって、第２の入力端子２２及び第３の入力端子２３の
電位が低下することで生じる、ノードＢの電位の低下が第７のトランジスタ３７のゲート
電極の電位の低下、及び第８のトランジスタ３８のゲート電極の電位の低下に起因して２
回生じることとなる。一方、図１０（Ａ）に示すシフトレジスにおいて、第７のトランジ
スタ３７及び第８のトランジスタ３８が共にオンの状態から、第７のトランジスタ３７が
オン、第８のトランジスタ３８がオフの状態、次いで、第７のトランジスタ３７がオフ、
第８のトランジスタ３８がオフの状態とすることによって、第２の入力端子２２及び第３
の入力端子２３の電位が低下することで生じるノードＢの電位の低下を、第８のトランジ
スタ３８のゲート電極の電位の低下による一回に低減することができる。そのため、第７
のトランジスタ３７のゲート電極（第１のゲート電極及び第２のゲート電極）に第３の入
力端子２３からクロック信号ＣＫ３が供給され、第８のトランジスタ３８のゲート電極（
第１のゲート電極及び第２のゲート電極）に第２の入力端子２２からクロック信号ＣＫ２
が供給される結線関係とすることが好適である。なぜなら、ノードＢの電位の変動回数が
低減され、またノイズを低減することが出来るためである。
このように、第１の出力端子２６及び第２の出力端子２７の電位をＬレベルに保持する期
間に、ノードＢに定期的にＨレベルの信号が供給される構成とすることにより、パルス出
力回路の誤動作を抑制することができる。
実施の形態１に示す薄膜トランジスタの作製方法を用いて上記駆動回路の薄膜トランジス
タを作製することにより、駆動回路部の薄膜トランジスタの高速動作を実現し、省電力化
を図ることができる。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能
である。
（実施の形態３）
本実施の形態では、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）を作製する場合につ
いて説明する。また、薄膜トランジスタを有する、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）素子、有機ＥＬ素子等が含まれる。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。さらに表示装置は、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
なる導電層を形成した後であって、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、本発明の一形態である半導体装置として液晶表示装置の例を示す。ま
ず、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１１を用
いて説明する。図１１は、第１の基板４００１上に形成されたＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非
単結晶層を半導体層として含む信頼性の高い薄膜トランジスタ４０１０、４０１１、及び
液晶素子４０１３を、第２の基板４００６との間にシール材４００５によって封止した、
パネルの上面図であり、図１１（Ｂ）は、図１１（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
半導体又は多結晶半導体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１１（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１１（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１１（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４０１
１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、４０
２１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で示した酸化物半導体層を含む信
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。
絶縁層４０２１上において、駆動回路用の薄膜トランジスタ４０１１の酸化物半導体層の
チャネル形成領域と重なる位置に導電層４０４０が設けられている。導電層４０４０を酸
化物半導体層のチャネル形成領域と重なる位置に設けることによって、ＢＴ試験前後にお
ける薄膜トランジスタ４０１１のしきい値電圧の変化量を低減することができる。また、
導電層４０４０は、電位が薄膜トランジスタ４０１１のゲート電極層と同じでもよいし、
異なっていても良く、第２のゲート電極層として機能させることもできる。また、導電層
４０４０の電位がＧＮＤ、０Ｖ、或いはフローティング状態であってもよい。
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は絶縁層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４０３
１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４
０３１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４
００５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。
なお、本実施の形態で示す液晶表示装置は透過型液晶表示装置の例であるが、液晶表示装
置は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、本実施の形態で示す液晶表示装置では、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、必要に応じてブラ
ックマトリクスとして機能する遮光層を設けてもよい。
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、薄膜トランジスタを保護層や平坦化絶縁層として機能
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、保護層
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。保護層は、スパッタ法を用いて、酸化珪素層、窒化珪素層
、酸化窒化珪素層、窒化酸化珪素層、酸化アルミニウム層、窒化アルミニウム層、酸化窒
化アルミニウム層、又は窒化酸化アルミニウム層の単層、又は積層で形成すればよい。本
実施の形態では保護層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。
ここでは、保護層として積層構造の絶縁層４０２０を形成する。ここでは、絶縁層４０２
０の一層目として、スパッタ法を用いて酸化珪素層を形成する。保護層として酸化珪素層
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層のヒロック防
止に効果がある。
また、保護層の二層目として絶縁層を形成する。ここでは、絶縁層４０２０の二層目とし
て、スパッタ法を用いて窒化珪素層を形成する。保護層として窒化珪素層を用いると、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、保護層を形成した後に、半導体層のアニール（３００℃〜４００℃）を行ってもよ
い。
また、平坦化絶縁層として絶縁層４０２１を形成する。絶縁層４０２１としては、ポリイ
ミド、アクリル樹脂、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（ｌ
ｏｗ−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−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、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と同じ導電層から形成され、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層で形成されている。
接続端子電極４０１５は、ＦＰＣ４０１８が有する端子と、異方性導電層４０１９を介し
て電気的に接続されている。
また図１１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１２は、半導体装置の一形態に相当する液晶表示モジュールにＴＦＴ基板２６００を用
いて構成する一例を示している。
図１２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、半導体装置として信頼性の高い液晶表示装置を作製することができる
。
実施の形態１に示す薄膜トランジスタを用いて液晶表示装置の画素部の薄膜トランジスタ
を作製することにより、各画素の薄膜トランジスタのしきい値電圧のバラツキに起因する
表示ムラを抑制することができる。
また、実施の形態１に示す薄膜トランジスタの作製方法を用いて液晶表示装置の駆動回路
の薄膜トランジスタを作製することにより、駆動回路部の薄膜トランジスタの高速動作を
実現し、省電力化を図ることができる。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能
である。
（実施の形態４）
半導体装置の一形態として電子ペーパーの例を示す。
実施の形態１の薄膜トランジスタは、スイッチング素子と電気的に接続する素子を利用し
て電子インクを駆動させる電子ペーパーに用いてもよい。電子ペーパーは、電気泳動表示
装置（電気泳動ディスプレイ）とも呼ばれており、紙と同じ読みやすさ、他の表示装置に
比べ低消費電力、薄くて軽い形状とすることが可能という利点を有している。
電気泳動ディスプレイは、様々な形態が考えられ得るが、プラスの電荷を有する第１の粒
子と、マイナスの電荷を有する第２の粒子とを含むマイクロカプセルが溶媒または溶質に
複数分散されたものであり、マイクロカプセルに電界を印加することによって、マイクロ
カプセル中の粒子を互いに反対方向に移動させて一方側に集合した粒子の色のみを表示す
るものである。なお、第１の粒子または第２の粒子は染料を含み、電界がない場合におい
て移動しないものである。また、第１の粒子の色と第２の粒子の色は異なるもの（無色を
含む）とする。
このように、電気泳動ディスプレイは、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ディスプレイである。
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第１の粒子および第２の粒子は、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。
図１３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で示す薄膜トランジス
タと同様に作製でき、酸化物半導体層を含む信頼性の高い薄膜トランジスタである。
図１３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上に形成された薄膜トランジスタ５８１はボトムゲート構造の薄膜トランジス
タであり、半導体層と接する絶縁層５８３に覆われている。薄膜トランジスタ５８１のソ
ース電極層又はドレイン電極層は第１の電極層５８７と、絶縁層５８３、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、基板５９６上
に形成された第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、その周りに液体で満たされているキャビティ５９４を有する球形粒子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１３参
照。）。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。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。よって、表示された像を保存して
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
。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能
である。
（実施の形態５）
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１４は、半導体装置の例としてデジタル時間階調駆動を適用可能な画素構成の一例を示
す図である。
デジタル時間階調駆動を適用可能な画素の構成及び画素の動作について説明する。ここで
は酸化物半導体層をチャネル形成領域に用いるｎチャネル型のトランジスタを１つの画素
に２つ用いる例を示す。
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る。
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１４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１４に示す画素構成は、これに限定されない。例えば、図１４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１５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１５（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で示す薄膜トランジスタと同様に作製でき、酸化物半導体層を含む信頼性の高
い薄膜トランジスタである。
発光素子は発光を取り出すために少なくとも陽極又は陰極の一方が透明であればよい。そ
して、基板上に薄膜トランジスタ及び発光素子を形成し、基板とは逆側の面から発光を取
り出す上面射出や、基板側の面から発光を取り出す下面射出や、基板側及び基板とは反対
側の面から発光を取り出す両面射出構造の発光素子があり、画素構成はどの射出構造の発
光素子にも適用することができる。
下面射出構造の発光素子について図１５（Ａ）を用いて説明する。
駆動用ＴＦＴであるＴＦＴ７０１１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１５（Ａ）では、ＴＦＴ７０１１
と電気的に接続された透光性を有する導電層７０１７上に、発光素子７０１２の陰極７０
１３が形成されており、陰極７０１３上にＥＬ層７０１４、陽極７０１５が順に積層され
ている。なお、透光性を有する導電層７０１７は、酸化物絶縁層７０３１に形成されたコ
ンタクトホールを介してＴＦＴ７０１１のドレイン電極層７０３０と電気的に接続されて
いる。
透光性を有する導電層７０１７としては、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
性導電層を用いることができる。
また、陰極７０１３は様々な材料を用いることができるが、仕事関数が小さい材料、例え
ば、具体的には、ＬｉやＣｓ等のアルカリ金属、およびＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ等のアルカリ土
類金属、およびこれらを含む合金（Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉなど）の他、ＹｂやＥｒ等の
希土類金属等が好ましい。図１５（Ａ）では、陰極７０１３の厚さは、光を透過する程度
（好ましくは、５ｎｍ〜３０ｎｍ程度）とする。例えば２０ｎｍの厚さを有するアルミニ
ウム層を、陰極７０１３として用いる。
なお、透光性を有する導電層とアルミニウム層を積層成膜した後、選択的にエッチングし
て透光性を有する導電層７０１７と陰極７０１３を形成してもよく、この場合、同じマス
クを用いてエッチングすることができ、好ましい。
また、陰極７０１３の周縁部は、隔壁７０１９で覆う。隔壁７０１９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層、無機絶縁層または有機ポリシロ
キサンを用いて形成する。隔壁７０１９は、特に感光性の樹脂材料を用い、陰極７０１３
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。隔壁７０１９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、陰極７０１３及び隔壁７０１９上に形成するＥＬ層７０１４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。ＥＬ層７０
１４が複数の層で構成されている場合、陰極７０１３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。
また、上記積層順に限定されず、陰極７０１３上にホール注入層、ホール輸送層、発光層
、電子輸送層、電子注入層の順に積層してもよい。ただし、消費電力を比較する場合、陰
極７０１３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
層するほうが消費電力が少ないため好ましい。
また、ＥＬ層７０１４上に形成する陽極７０１５としては、様々な材料を用いることがで
きるが、仕事関数が大きい材料、例えば、窒化チタン、ＺｒＮ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、Ｐｔ、
Ｃｒ等や、ＩＴＯ、ＩＺＯ（酸化インジウム酸化亜鉛）、ＺｎＯなどの透明導電性材料が
好ましい。また、陽極７０１５上に遮蔽膜７０１６、例えば光を遮光する金属、光を反射
する金属等を用いる。本実施の形態では、陽極７０１５としてＩＴＯ膜を用い、遮蔽膜７
０１６としてＴｉ層を用いる。
陰極７０１３及び陽極７０１５で、ＥＬ層７０１４を挟んでいる領域が発光素子７０１２
に相当する。図１５（Ａ）に示した素子構造の場合、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。
なお、図１５（Ａ）ではゲート電極層として透光性を有する導電層を用いる例を示してお
り、発光素子７０１２から発せられる光は、カラーフィルタ層７０３３を通過し、ＴＦＴ
７０１１のゲート電極層や、ソース電極層、ドレイン電極層などを通過して射出させるこ
とができる。ＴＦＴ７０１１のゲート電極層や、ソース電極層、ドレイン電極層などとし
て透光性を有する導電層を用いると、開口率を向上することができる。
カラーフィルタ層７０３３はインクジェット法などの液滴吐出法や、印刷法、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形成する。
また、カラーフィルタ層７０３３はオーバーコート層７０３４で覆われ、さらに保護絶縁
層７０３５によって覆う。なお、図１５（Ａ）ではオーバーコート層７０３４は薄い厚さ
で図示したが、オーバーコート層７０３４は、カラーフィルタ層７０３３に起因する凹凸
を平坦化する機能を有している。
また、保護絶縁層７０３５、オーバーコート層７０３４、カラーフィルタ層７０３３及び
酸化物絶縁層７０３１に形成され、且つ、ドレイン電極層７０３０に達するコンタクトホ
ールは、隔壁７０１９と重なる位置に配置する。ドレイン電極層７０３０に達するコンタ
クトホールと、隔壁７０１９と、を重ねるレイアウトとすることで開口率の向上を図るこ
とができる。
次に、両面射出構造の発光素子について、図１５（Ｂ）を用いて説明する。
図１５（Ｂ）では、ＴＦＴ７０２１と電気的に接続された透光性を有する導電層７０２７
上に、発光素子７０２２の陰極７０２３が形成されており、陰極７０２３上にＥＬ層７０
２４、陽極７０２５が順に積層されている。なお、透光性を有する導電層７０２７は酸化
物絶縁層７０４１に形成されたコンタクトホールを介してＴＦＴ７０２１のドレイン電極
層７０４０と電気的に接続されている。
透光性を有する導電層７０２７としては、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
性導電層を用いることができる。
また、陰極７０２３は様々な材料を用いることができるが、仕事関数が小さい材料、例え
ば、具体的には、ＬｉやＣｓ等のアルカリ金属、およびＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ等のアルカリ土
類金属、およびこれらを含む合金（Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉなど）の他、ＹｂやＥｒ等の
希土類金属等が好ましい。本実施の形態では、陰極７０２３の厚さは、光を透過する程度
（好ましくは、５ｎｍ〜３０ｎｍ程度）とする。例えば２０ｎｍの厚さを有するアルミニ
ウム層を、陰極７０２３として用いる。
なお、透光性を有する導電層とアルミニウム層を積層成膜した後、選択的にエッチングし
て透光性を有する導電層７０２７と陰極７０２３を形成してもよく、この場合、同じマス
クを用いてエッチングすることができ、好ましい。
また、陰極７０２３の周縁部は、隔壁７０２９で覆う。隔壁７０２９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層、無機絶縁層または有機ポリシロ
キサンを用いて形成する。隔壁７０２９は、特に感光性の樹脂材料を用い、陰極７０２３
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。隔壁７０２９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、陰極７０２３及び隔壁７０２９上に形成するＥＬ層７０２４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。ＥＬ層７０
２４が複数の層で構成されている場合、陰極７０２３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。
また、上記積層順に限定されず、陰極７０２３上にホール注入層、ホール輸送層、発光層
、電子輸送層、電子注入層の順に積層してもよい。ただし、消費電力を比較する場合、陰
極７０２３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
層するほうが消費電力が少ないため好ましい。
また、ＥＬ層７０２４上に形成する陽極７０２５としては、様々な材料を用いることがで
きるが、仕事関数が大きい材料、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯなどの透明導電性材料
が好ましい。本実施の形態では、陽極７０２６として酸化珪素を含むＩＴＯ膜を用いる。
陰極７０２３及び陽極７０２５で、ＥＬ層７０２４を挟んでいる領域が発光素子７０２２
に相当する。図１５（Ｂ）に示した素子構造の場合、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、図１５（Ｂ）ではゲート電極層として透光性を有する導電層を用いる例を示してお
り、発光素子７０２２から陰極７０２３側に発せられる光は、カラーフィルタ層７０４３
を通過し、ＴＦＴ７０２１のゲート電極層や、ソース電極層、ドレイン電極層などを通過
して射出させることができる。ＴＦＴ７０２１のゲート電極層や、ソース電極層、ドレイ
ン電極層などとして透光性を有する導電層を用いることで、陽極７０２５側の開口率と陰
極７０２３側の開口率をほぼ同一とすることができる。
カラーフィルタ層７０４３はインクジェット法などの液滴吐出法や、印刷法、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形成する。
また、カラーフィルタ層７０４３はオーバーコート層７０４４で覆われ、さらに保護絶縁
層７０４５によって覆う。
ただし、両面射出構造の発光素子を用い、どちらの表示面もフルカラー表示とする場合、
陽極７０２５側からの光はカラーフィルタ層７０４３を通過しないため、別途カラーフィ
ルタ層を備えた封止基板を陽極７０２５上方に設けることが好ましい。
また、保護絶縁層７０４５、オーバーコート層７０４４、カラーフィルタ層７０４３及び
酸化物絶縁層７０４１に形成され、且つ、ドレイン電極層７０４０に達するコンタクトホ
ールは、隔壁７０２９と重なる位置に配置する。ドレイン電極層７０４０に達するコンタ
クトホールと、隔壁７０２９とを重ねるレイアウトとすることで陽極７０２５側の開口率
と陰極７０２３側の開口率をほぼ同一とすることができる。
次に、上面射出構造の発光素子について、図１５（Ｃ）を用いて説明する。
図１５（Ｃ）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１５（Ｃ）では、
ＴＦＴ７００１と電気的に接続された発光素子７００２の陰極７００３が形成されており
、陰極７００３上にＥＬ層７００４、陽極７００５が順に積層されている。
また、陰極７００３は様々な材料を用いることができるが、仕事関数が小さい材料、例え
ば、具体的には、ＬｉやＣｓ等のアルカリ金属、およびＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ等のアルカリ土
類金属、およびこれらを含む合金（Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉなど）の他、ＹｂやＥｒ等の
希土類金属等が好ましい。
また、陰極７００３の周縁部は、隔壁７００９で覆う。隔壁７００９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層、無機絶縁層または有機ポリシロ
キサンを用いて形成する。隔壁７００９は、特に感光性の樹脂材料を用い、陰極７００３
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。隔壁７００９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、陰極７００３及び隔壁７００９上に形成するＥＬ層７００４は、単数の層で構成さ
れていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。ＥＬ層７０
０４が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。
また、上記積層順に限定されず、陰極７００３上にホール注入層、ホール輸送層、発光層
、電子輸送層、電子注入層の順に積層してもよい。この順に積層する場合は、陰極７００
３は陽極として機能することとなる。
図１５（Ｃ）ではＴｉ層、アルミニウム層、Ｔｉ層の順に積層した積層膜上に、ホール注
入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層の順に積層し、その上にＭｇ：Ａ
ｇ合金薄膜とＩＴＯとの積層を形成する。
ただし、消費電力を比較する場合、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ほうが消費電力が少ないため好ましい。
陽極７００５は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、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
導電層を用いても良い。
陰極７００３及び陽極７００５でＥＬ層７００４を挟んでいる領域が発光素子７００２に
相当する。図１５（Ｃ）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。
また、図１５（Ｃ）において、ＴＦＴ７００１は薄膜トランジスタ１５０を用いる例を示
しているが、特に限定されず、薄膜トランジスタ１６０、薄膜トランジスタ１７０、また
は薄膜トランジスタ１８０を用いることができる。
また、図１５（Ｃ）において、陰極７００３は、酸化物絶縁層７０５１、平坦化絶縁層７
０５３、及び絶縁層７０５５に形成されたコンタクトホールを介してＴＦＴ７００１のド
レイン電極層７０５０と電気的に接続されている。平坦化絶縁層７０５３は、ポリイミド
、アクリル樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂等の樹脂材料を
用いることができる。また上記樹脂材料の他に、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、平坦化絶縁層
７０５３を形成してもよい。平坦化絶縁層７０５３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。
また、陰極７００３と、隣り合う画素の陰極７００８とを絶縁するために隔壁７００９を
設ける。隔壁７００９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
機樹脂層、無機絶縁層または有機ポリシロキサンを用いて形成する。隔壁７００９は、特
に感光性の樹脂材料を用い、陰極７００３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。隔壁７００９
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１５（Ｃ）の構造においては、フルカラー表示を行う場合、例えば発光素子７０
０２として緑色発光素子とし、隣り合う一方の発光素子を赤色発光素子とし、もう一方の
発光素子を青色発光素子とする。また、３種類の発光素子だけでなく白色素子を加えた４
種類の発光素子でフルカラー表示ができる発光表示装置を作製してもよい。
また、図１５（Ｃ）の構造においては、配置する複数の発光素子を全て白色発光素子とし
て、発光素子７００２上方にカラーフィルタなどを有する封止基板を配置する構成とし、
フルカラー表示ができる発光表示装置を作製してもよい。白色などの単色の発光を示す材
料を形成し、カラーフィルタや色変換層を組み合わせることによりフルカラー表示を行う
ことができる。
もちろん単色発光の表示を行ってもよい。例えば、白色発光を用いて照明装置を形成して
もよいし、単色発光を用いてエリアカラータイプの発光装置を形成してもよい。
また、必要があれば、円偏光板などの偏光フィルムなどの光学フィルムを設けてもよい。
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、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。
次に、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１６を用いて説明する。図１６（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１６（Ｂ）は、図１６（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１６（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で示した酸化物半導体層を含む信
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。
絶縁層４５４４上において駆動回路用の薄膜トランジスタ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、ＢＴ試験前後におけ
る薄膜トランジスタ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、電位が薄膜トランジスタ４５０９のゲート電極層と同じでもよいし、異
なっていても良く、第２のゲート電極層として機能させることもできる。また、導電層４
５４０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。
薄膜トランジスタ４５０９は、保護絶縁層としてチャネル形成領域を含む半導体層に接し
て絶縁層４５４１が形成されている。絶縁層４５４１は実施の形態１で示した絶縁層１０
７と同様な材料及び方法で形成すればよい。また、薄膜トランジスタの表面凹凸を低減す
るため平坦化絶縁層として機能する絶縁層４５４４で覆う構成となっている。ここでは、
絶縁層４５４１として、実施の形態１に示す絶縁層１０７と同様に、スパッタ法により酸
化珪素層を形成する。
また、絶縁層４５４１上に保護絶縁層４５４３が形成されている。保護絶縁層４５４３は
実施の形態１で示した保護絶縁層４０７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４５４３として、ＰＣＶＤ法により窒化珪素層を形成する。
また、平坦化絶縁層として絶縁層４５４４を形成する。絶縁層４５４４としては、実施の
形態３で示した絶縁層４０２１と同様な材料及び方法で形成すればよい。ここでは、絶縁
層４５４４としてアクリル樹脂を用いる。
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、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、有機樹脂層、無機絶縁層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上に保護層を形成してもよい。保護層としては、窒化珪素層、
窒化酸化珪素層、ＤＬＣ層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。
接続端子電極４５１５が、発光素子４５１１が有する第１の電極層４５１７と同じ導電層
から形成され、端子電極４５１６は、薄膜トランジスタ４５０９、４５１０が有するソー
ス電極層及びドレイン電極層と同じ導電層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、異方性導電層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樹脂
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（エチレンビニルアセテート）を用いることができる。例えば充填材として窒素を
用いればよい。
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又は多結晶半導体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、図１６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。
実施の形態１に示す薄膜トランジスタの作製方法を用いて発光表示装置の画素部の薄膜ト
ランジスタを作製することにより、各画素の薄膜トランジスタのしきい値電圧のバラツキ
に起因する表示ムラを抑制することができる。
また、実施の形態１に示す薄膜トランジスタの作製方法を用いて発光表示装置の駆動回路
の薄膜トランジスタを作製することにより、駆動回路部の薄膜トランジスタの高速動作を
実現し、省電力化を図ることができる。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能
である。
（実施の形態６）
本実施の形態では、半導体装置の一形態として、実施の形態１で示す薄膜トランジスタを
有する液晶素子を用いた液晶表示装置の例を図１７乃至図２０を用いて説明する。図１７
乃至図２０の液晶表示装置に用いられるＴＦＴ６２８、ＴＦＴ６２９は、実施の形態１で
示す薄膜トランジスタを適用することができ、実施の形態１で示す工程と同様に作製でき
る電気特性及び信頼性の高い薄膜トランジスタである。ＴＦＴ６２８及びＴＦＴ６２９は
、酸化物半導体層をチャネル形成領域とする薄膜トランジスタである。図１７乃至図２０
では、薄膜トランジスタの一例として図３（Ｃ）に示す薄膜トランジスタを用いる場合に
ついて説明するが、これに限定されるものではない。
以下、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）型の液晶表示装置について示す。
ＶＡ型の液晶表示装置とは、液晶表示パネルの液晶分子の配列を制御する方式の一種であ
る。ＶＡ型の液晶表示装置は、電圧が印加されていないときにパネル面に対して液晶分子
が垂直方向を向く方式である。本実施の形態では、特に画素（ピクセル）をいくつかの領
域（サブピクセル）に分け、それぞれ別の方向に分子を倒すよう工夫されている。これを
マルチドメイン化あるいはマルチドメイン設計という。以下の説明では、マルチドメイン
設計が考慮された液晶表示装置について説明する。
図１８及び図１９は、それぞれ画素電極及び対向電極を示している。なお、図１８は画素
電極が形成される基板側の平面図であり、図中に示す切断線Ｅ−Ｆに対応する断面構造を
図１７に表している。また、図１９は対向電極が形成される基板側の平面図である。以下
の説明ではこれらの図を参照して説明する。
図１７は、ＴＦＴ６２８とそれに接続する画素電極６２４、及び保持容量部６３０が形成
された基板６００と、対向電極６４０等が形成される対向基板６０１とが重ね合わせられ
、液晶が注入された状態を示している。
また、図示していないが、基板６００及び対向基板６０１の間に、突起６４４の高さより
も高い柱状のスペーサを形成して、画素電極６２４と対向電極６４０の距離（セルギャッ
プ）を一定とする。なお、画素電極６２４上には配向膜６４８が形成され、同様に対向電
極６４０上にも配向膜６４６が形成されている。この間に液晶層６５０が形成されている
。
スペーサはここでは柱状スペーサを用いて説明したがビーズスペーサを散布してもよい。
さらには、スペーサを基板６００上に形成される画素電極６２４上に形成してもよい。
基板６００上には、ＴＦＴ６２８とそれに接続する画素電極６２４、及び保持容量部６３
０が形成される。画素電極６２４は、ＴＦＴ６２８、配線６１６、及び保持容量部６３０
を覆う絶縁層６２０、絶縁層６２０を覆う絶縁層６２２をそれぞれ貫通するコンタクトホ
ール６２３で、配線６１８と接続する。ＴＦＴ６２８は実施の形態１で示す薄膜トランジ
スタを適宜用いることができる。また、保持容量部６３０は、ＴＦＴ６２８のゲート配線
６０２と同時に形成した第１の容量配線である容量配線６０４と、ゲート絶縁層６０６と
、配線６１６、６１８と同時に形成した第２の容量配線である容量配線６１７で構成され
る。
画素電極６２４と液晶層６５０と対向電極６４０が重なり合うことで、液晶素子が形成さ
れている。
図１８に基板６００上の平面構造を示す。画素電極６２４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、ＩＴ
Ｏ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６２４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。
画素電極６２４にはスリット６２５を設ける。スリット６２５は液晶の配向を制御するた
めのものである。
図１８に示すＴＦＴ６２９とそれに接続する画素電極６２６及び保持容量部６３１は、そ
れぞれＴＦＴ６２８、画素電極６２４及び保持容量部６３０と同様に形成することができ
る。ＴＦＴ６２８とＴＦＴ６２９は共に配線６１６と接続している。この液晶表示パネル
の画素（ピクセル）は、画素電極６２４と画素電極６２６により構成されている。画素電
極６２４と画素電極６２６はサブピクセルである。
図１９に対向基板側の平面構造を示す。対向電極６４０は、画素電極６２４と同様の材料
を用いて形成することが好ましい。対向電極６４０上には液晶の配向を制御する突起６４
４が形成されている。
この画素構造の等価回路を図２０に示す。ＴＦＴ６２８とＴＦＴ６２９は、共にゲート配
線６０２、配線６１６と接続している。この場合、容量配線６０４と容量配線６０５の電
位を異ならせることで、液晶素子６５１と液晶素子６５２の動作を異ならせることができ
る。すなわち、容量配線６０４と容量配線６０５の電位を個別に制御することにより液晶
の配向を精密に制御して視野角を広げている。
スリット６２５を設けた画素電極６２４に電圧を印加すると、スリット６２５の近傍には
電界の歪み（斜め電界）が発生する。このスリット６２５と、対向基板６０１側の突起６
４４とを交互に咬み合うように配置することで、斜め電界を効果的に発生させて液晶の配
向を制御することで、液晶が配向する方向を場所によって異ならせている。すなわち、マ
ルチドメイン化して液晶表示パネルの視野角を広げている。
次に、上記とは異なるＶＡ型の液晶表示装置について、図２１乃至図２４を用いて説明す
る。
図２１と図２２は、ＶＡ型液晶表示パネルの画素構造を示している。図２２は基板６００
の平面図であり、図中に示す切断線Ｙ−Ｚに対応する断面構造を図２１に表している。以
下の説明ではこの両図を参照して説明する。
この画素構造は、一つの画素に複数の画素電極が有り、それぞれの画素電極にＴＦＴが接
続されている。各ＴＦＴは、異なるゲート信号で駆動されるように構成されている。すな
わち、マルチドメイン設計された画素において、個々の画素電極に印加する信号を、独立
して制御する構成を有している。
画素電極６２４はコンタクトホール６２３において、配線６１８でＴＦＴ６２８と接続し
ている。また、画素電極６２６はコンタクトホール６２７において、配線６１９でＴＦＴ
６２９と接続している。ＴＦＴ６２８のゲート配線６０２と、ＴＦＴ６２９のゲート配線
６０３には、異なるゲート信号を与えることができるように分離されている。一方、デー
タ線として機能する配線６１６は、ＴＦＴ６２８とＴＦＴ６２９で共通に用いられている
。ＴＦＴ６２８とＴＦＴ６２９は実施の形態１で示す薄膜トランジスタを適宜用いること
ができる。また、容量配線６９０が設けられている。
画素電極６２４と画素電極６２６の形状は異なっており、Ｖ字型に広がる画素電極６２４
の外側を囲むように画素電極６２６が形成されている。画素電極６２４と画素電極６２６
に印加する電圧を、ＴＦＴ６２８及びＴＦＴ６２９により異ならせることで、液晶の配向
を制御している。この画素構造の等価回路を図２４に示す。ＴＦＴ６２８はゲート配線６
０２と接続し、ＴＦＴ６２９はゲート配線６０３と接続している。また、ＴＦＴ６２８と
ＴＦＴ６２９は、共に配線６１６と接続している。ゲート配線６０２とゲート配線６０３
に印加される信号を個別に制御することにより、液晶素子６５１と液晶素子６５２に印加
される電圧を異ならせることができる。すなわち、ＴＦＴ６２８とＴＦＴ６２９の動作を
個別に制御することにより、液晶素子６５１と液晶素子６５２で異なる液晶の配向を実現
し、視野角を広げることができる。
対向基板６０１には、着色層６３６、対向電極６４０が形成されている。また、着色層６
３６と対向電極６４０の間には平坦化層６３７が形成され、液晶の配向乱れを防いでいる
。図２３に対向基板側の構造を示す。対向電極６４０は異なる画素間で共通化されている
電極であるが、スリット６４１が形成されている。このスリット６４１と、画素電極６２
４及び画素電極６２６側のスリット６２５とを交互に咬み合うように配置することで、斜
め電界を効果的に発生させて液晶の配向を制御することができる。これにより、液晶が配
向する方向を場所によって異ならせることができ、視野角を広げている。なお、図２３に
基板６００上に形成される画素電極６２４及び画素電極６２６を破線で示し、対向電極６
４０と、画素電極６２４及び画素電極６２６が重なり合って配置されている様子を示して
いる。
画素電極６２４及び画素電極６２６上には配向膜６４８が形成され、同様に対向電極６４
０上にも配向膜６４６が形成されている。基板６００と対向基板６０１の間に液晶層６５
０が形成されている。
画素電極６２４と液晶層６５０と対向電極６４０が重なり合うことで、第１の液晶素子が
形成されている。また、画素電極６２６と液晶層６５０と対向電極６４０が重なり合うこ
とで、第２の液晶素子が形成されている。図２１乃至図２４で説明する表示パネルの画素
構造は、一画素に第１の液晶素子と第２の液晶素子が設けられたマルチドメイン構造であ
る。
本実施の形態では、実施の形態１で示す薄膜トランジスタを有する液晶表示装置としてＶ
Ａ型の液晶表示装置について説明したが、ＩＰＳ型の液晶表示装置や、ＴＮ型の液晶表示
装置などについても適用可能である。
実施の形態１に示す薄膜トランジスタの作製方法を用いて上記液晶表示装置の画素部の薄
膜トランジスタを作製することにより、各画素の薄膜トランジスタのしきい値電圧のバラ
ツキに起因する表示ムラを抑制することができる。
（実施の形態７）
本明細書に開示する半導体装置は、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２５に示す。
図２５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２５では表示部２７０５）に文章を表示し、左側の表示部
（図２５では表示部２７０７）に画像を表示することができる。
また、図２５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。
（実施の形態８）
本明細書に開示する半導体装置は、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２６（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２６（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９７０
３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９７００
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２７（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
２７（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、少なくとも本明細書
に開示する半導体装置を備えた構成であればよく、その他付属設備が適宜設けられた構成
とすることができる。図２７（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２７（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２７（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９
９００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９
９００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、少なくとも本明細書に開示する半導体装置を備えた構成であればよく、その他
付属設備が適宜設けられた構成とすることができる。
図２８（Ａ）は携帯型のコンピュータの一例を示す斜視図である。
図２８（Ａ）の携帯型のコンピュータは、上部筐体９３０１と下部筐体９３０２とを接続
するヒンジユニットを閉状態として表示部９３０３を有する上部筐体９３０１と、キーボ
ード９３０４を有する下部筐体９３０２とを重ねた状態とすることができ、持ち運ぶこと
が便利であるとともに、使用者がキーボード入力する場合には、ヒンジユニットを開状態
として、表示部９３０３を見て入力操作を行うことができる。
また、下部筐体９３０２はキーボード９３０４の他に入力操作を行うポインティングデバ
イス９３０６を有する。また、表示部９３０３をタッチ入力パネルとすれば、表示部の一
部に触れることで入力操作を行うこともできる。また、下部筐体９３０２はＣＰＵやハー
ドディスク等の演算機能部を有している。また、下部筐体９３０２は他の機器、例えばＵ
ＳＢの通信規格に準拠した通信ケーブルが差し込まれる外部接続ポート９３０５を有して
いる。
上部筐体９３０１には更に上部筐体９３０１内部にスライドさせて収納可能な表示部９３
０７を有しており、広い表示画面を実現することができる。また、収納可能な表示部９３
０７の画面の向きを使用者は調節できる。また、収納可能な表示部９３０７をタッチ入力
パネルとすれば、収納可能な表示部の一部に触れることで入力操作を行うこともできる。
表示部９３０３または収納可能な表示部９３０７は、液晶表示パネル、有機発光素子また
は無機発光素子などの発光表示パネルなどの映像表示装置を用いる。
また、図２８（Ａ）の携帯型のコンピュータは、受信機などを備えた構成として、テレビ
放送を受信して映像を表示部９３０３または表示部９３０７に表示することができる。ま
た、上部筐体９３０１と下部筐体９３０２とを接続するヒンジユニットを閉状態としたま
ま、表示部９３０７をスライドさせて画面全面を露出させ、画面角度を調節して使用者が
テレビ放送を見ることもできる。この場合には、ヒンジユニットを開状態として表示部９
３０３を表示させず、さらにテレビ放送を表示するだけの回路の起動のみを行うため、最
小限の消費電力とすることができ、バッテリー容量の限られている携帯型のコンピュータ
において有用である。
また、図２８（Ｂ）は、腕時計のように使用者の腕に装着可能な形態を有している携帯電
話の一例を示す斜視図である。
この携帯電話は、少なくとも電話機能を有する通信装置及びバッテリーを有する本体、本
体を腕に装着するためのバンド部９２０４、腕に対するバンド部９２０４の固定状態を調
節する調節部９２０５、表示部９２０１、スピーカ９２０７、及びマイク９２０８から構
成されている。
また、本体は、操作スイッチ９２０３を有し、電源入力スイッチや、表示切り替えスイッ
チや、撮像開始指示スイッチの他、例えばボタンを押すとインタネット用のプログラムが
起動される。
この携帯電話の入力操作は、表示部９２０１に指や入力ペンなどで触れること、又は操作
スイッチ９２０３の操作、またはマイク９２０８への音声入力により行われる。なお、図
２８（Ｂ）では、表示部９２０１に表示された表示ボタン９２０２を図示しており、指な
どで触れることにより入力を行うことができる。
また、本体は、撮影レンズを通して結像される被写体像を電子画像信号に変換する撮像手
段を有するカメラ部９２０６を有する。なお、特にカメラ部は設けなくともよい。
また、図２８（Ｂ）に示す携帯電話は、テレビ放送の受信機などを備えた構成として、テ
レビ放送を受信して映像を表示部９２０１に表示することができ、さらにメモリなどの記
憶装置などを備えた構成として、テレビ放送をメモリに録画できる。また、図２８（Ｂ）
に示す携帯電話は、ＧＰＳなどの位置情報を収集できる機能を有していてもよい。
表示部９２０１は、液晶表示パネル、有機発光素子または無機発光素子などの発光表示パ
ネルなどの映像表示装置を用いる。図２８（Ｂ）に示す携帯電話は、小型、且つ、軽量で
あるため、バッテリー容量が限られており、表示部９２０１に用いる表示装置は低消費電
力で駆動できるパネルを用いることが好ましい。
なお、図２８（Ｂ）では”腕”に装着するタイプの電子機器を図示したが、特に限定され
ず、携行できる形状を有しているものであればよい。
本実施例では、実施の形態１に示した作製方法を用いて薄膜トランジスタを作製し、ＢＴ
試験前後でのＶｔｈ変化量を評価した結果を示す。
本実施例では、同一基板上にチャネル長Ｌが３μｍ、チャネル幅Ｗが２０μｍの薄膜トラ
ンジスタを形成した。まず、薄膜トランジスタの作製方法について説明する。
まず、ガラス基板上に下地層として、ＣＶＤ法により窒化珪素層を形成し、窒化珪素層上
に酸化窒化珪素層を形成した。酸化窒化珪素層上にゲート電極層としてスパッタ法により
タングステン層を形成した。ここで、タングステン層を選択的にエッチングしてゲート電
極層を形成した。
次に、ゲート電極層上にゲート絶縁層としてＣＶＤ法により厚さ１００ｎｍの酸化窒化珪
素層を形成した。
次に、ゲート絶縁層上に、スパッタ法により酸化物半導体の相対密度が８５％のＩｎ−Ｇ
ａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体ターゲット（モル数比で、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ
＝１：１：１）を用いて、厚さ３０ｎｍの酸化物半導体層を形成した。ここで、酸化物半
導体層を選択的にエッチングし、島状の酸化物半導体層を形成した。
次に、酸化物半導体層をＧＲＴＡ法により、窒素雰囲気下、６５０℃で６分間の第１の熱
処理を行った。
次に、酸化物半導体層上にソース電極層及びドレイン電極層としてチタン層（厚さ１００
ｎｍ）、アルミニウム層（厚さ２００ｎｍ）、及びチタン層（厚さ１００ｎｍ）の積層を
、スパッタ法により形成した。ここで、ソース電極層及びドレイン電極層を選択的にエッ
チングし、薄膜トランジスタのチャネル長Ｌが３μｍ、チャネル幅Ｗが２０μｍとなるよ
うにした。
次に、酸化物半導体層に接するように保護絶縁層としてリアクティブスパッタ法により酸
化珪素層を形成した。ここで、保護層である酸化珪素層を選択的にエッチングし、ゲート
電極層、ソース電極層及びドレイン電極層上に開口部を形成した。その後、窒素雰囲気下
、２５０℃で１時間、第２の熱処理を行った。
以上の工程により、薄膜トランジスタを作製した。
続いて、本実施例で作製した薄膜トランジスタに対してＢＴ試験を行った。ＢＴ試験は加
速試験の一種であり、長期間の使用によって起こる薄膜トランジスタの特性変化を、短時
間で評価することができる。特に、ＢＴ試験前後における薄膜トランジスタのしきい値電
圧の変化量は、信頼性を調べるための重要な指標となる。ＢＴ試験前後において、しきい
値電圧の変化量が少ないほど、信頼性が高い薄膜トランジスタであるといえる。
具体的には、薄膜トランジスタが形成されている基板の温度（基板温度）を一定に維持し
、薄膜トランジスタのソースおよびドレインを同電位とし、ゲートにソースおよびドレイ
ンとは異なる電位を一定時間印加する。基板温度は、試験目的に応じて適宜設定すればよ
い。また、ゲートに印加する電位がソースおよびドレインの電位よりも高い場合を＋ＢＴ
試験といい、ゲートに印加する電位がソースおよびドレインの電位よりも低い場合を−Ｂ
Ｔ試験という。
ＢＴ試験の試験強度は、基板温度、ゲート絶縁層に加えられる電界強度、電界印加時間に
より決定することができる。ゲート絶縁層に加えられる電界強度は、ゲートと、ソースお
よびドレインの電位差をゲート絶縁層の厚さで除して決定される。例えば、厚さが１００
ｎｍのゲート絶縁層に印加する電界強度を２ＭＶ／ｃｍとしたい場合は、電位差を２０Ｖ
とすればよい。
なお、電圧とは２点間における電位差のことをいい、電位とはある一点における静電場の
中にある単位電荷が持つ静電エネルギー（電気的な位置エネルギー）のことをいう。ただ
し、一般的に、ある一点における電位と基準となる電位（例えば接地電位）との電位差の
ことを、単に電位もしくは電圧と呼び、電位と電圧が同義語として用いられることが多い
。このため、本明細書では特に指定する場合を除き、電位を電圧と読み替えてもよいし、
電圧を電位と読み替えてもよいこととする。
ＢＴ試験は、基板温度を１５０℃、ゲート絶縁層に印加する電界強度を２ＭＶ／ｃｍ、印
加時間を１時間とし、＋ＢＴ試験および−ＢＴ試験それぞれについて行った。
まず、＋ＢＴ試験について説明する。ＢＴ試験対象となる薄膜トランジスタの初期特性を
測定するため、基板温度を４０℃とし、ソース−ドレイン間電圧（以下、ドレイン電圧ま
たはＶｄという）を１０Ｖとし、ソース−ゲート間電圧（以下、ゲート電圧またはＶｇと
いう）を−２０Ｖ〜＋２０Ｖまで変化させたときのソース−ドレイン電流（以下、ドレイ
ン電流またはＩｄという）の変化特性、すなわちＶｇ−Ｉｄ特性を測定した。ここでは基
板温度を試料表面への吸湿対策として４０℃としているが、特に問題がなければ、基板温
度を室温（２５℃）として測定してもかまわない。
次に、基板温度を１５０℃まで上昇させた後、薄膜トランジスタのソースおよびドレイン
の電位を０Ｖとした。続いて、ゲート絶縁層へ印加される電界強度が２ＭＶ／ｃｍとなる
ようにゲートに電圧を印加した。ここでは、薄膜トランジスタのゲート絶縁層の厚さが１
００ｎｍであったため、ゲートに＋２０Ｖを印加し、そのまま１時間保持した。ここでは
印加時間を１時間としたが、目的に応じて適宜時間を変更してもよい。
次に、ゲート、ソースおよびドレインへ電圧を印加したまま、基板温度を４０℃まで下げ
た。この時、基板温度が下がりきる前に電圧の印加をやめてしまうと、余熱の影響により
ＢＴ試験で薄膜トランジスタに与えられたダメージが回復されてしまうため、電圧は印加
したまま基板温度を下げる必要がある。基板温度が４０℃になった後、電圧の印加を終了
させた。なお、厳密には降温時間も印加時間に加える必要があるが、実際には数分で４０
℃まで下げることができたため、これを誤差範囲内と考え、降温時間は印加時間に加えて
いない。
次に、初期特性の測定と同じ条件でＶｇ−Ｉｄ特性を測定し、＋ＢＴ試験後のＶｇ−Ｉｄ
特性を得た。
続いて、−ＢＴ試験について説明する。−ＢＴ試験も＋ＢＴ試験と同様の手順で行うが、
基板温度を１５０℃まで上昇させた後にゲートに印加する電圧を−２０Ｖとする点が異な
る。
なお、ＢＴ試験に際しては、まだ一度もＢＴ試験を行っていない薄膜トランジスタを用い
て試験を行うことが重要である。例えば、一度＋ＢＴ試験を行った薄膜トランジスタを用
いて−ＢＴ試験を行うと、先に行った＋ＢＴ試験の影響により、−ＢＴ試験結果を正しく
評価することができない。また、一度＋ＢＴ試験を行った薄膜トランジスタを用いて、再
度＋ＢＴ試験を行った場合等も同様である。ただし、これらの影響を踏まえて、あえてＢ
Ｔ試験を繰り返す場合はこの限りではない。
ここで、本明細書におけるＶｔｈの定義について説明しておく。図２９の横軸はゲート電
圧をリニアスケールで示しており、縦軸はドレイン電流の平方根（以下、√Ｉｄともいう
）をリニアスケールで示している。曲線５０１は、ゲート電圧の変化に対するドレイン電
流の平方根を示しており、Ｖｄを１０Ｖとして測定したＶｇ−Ｉｄ曲線のＩｄを、その平
方根で表した曲線（以下、√Ｉｄ曲線ともいう）である。
まず、Ｖｄを１０Ｖとして測定したＶｇ−Ｉｄ曲線から√Ｉｄ曲線（曲線５０１）を求め
る。次に、√Ｉｄ曲線上の、√Ｉｄ曲線の微分値が最大になる点の接線５０４を求める。
次に、接線５０４を延伸し、接線５０４上でＩｄが０Ａとなる時のＶｇ、すなわち接線５
０４のゲート電圧軸切片５０５の値をＶｔｈとして定義している。
図３０に、ＢＴ試験前後における薄膜トランジスタのＶｇ−Ｉｄ特性を示す。図３０（Ａ
）及び図３０（Ｂ）とも、横軸はゲート電圧（Ｖｇ）で、縦軸はゲート電圧に対するドレ
イン電流（Ｉｄ）を対数目盛で示している。
図３０（Ａ）は、＋ＢＴ試験前後における薄膜トランジスタのＶｇ−Ｉｄ特性を示してい
る。初期特性３３１は、＋ＢＴ試験前の薄膜トランジスタのＶｇ−Ｉｄ特性であり、＋Ｂ
Ｔ３３２は、＋ＢＴ試験後の薄膜トランジスタのＶｇ−Ｉｄ特性である。
図３０（Ｂ）は、−ＢＴ試験前後における薄膜トランジスタのＶｇ−Ｉｄ特性を示してい
る。初期特性３４１は、−ＢＴ試験前の薄膜トランジスタのＶｇ−Ｉｄ特性であり、−Ｂ
Ｔ３４２は、−ＢＴ試験後の薄膜トランジスタのＶｇ−Ｉｄ特性である。
図３０（Ａ）において、＋ＢＴ３３２は、初期特性３３１に比べてしきい値電圧がプラス
方向に０．７２Ｖ変化しており、図３０（Ｂ）において、−ＢＴ３４２は、初期特性３４
１に比べてしきい値電圧がプラス方向に０．０４Ｖ変化している。どちらのＢＴ試験にお
いても、しきい値電圧の変化量は１Ｖ以下であり、実施の形態１を用いて作製した薄膜ト
ランジスタは、信頼性が高い薄膜トランジスタであることが確認できた。
ここで、従来の薄膜トランジスタのＢＴ試験結果について説明しておく。従来の薄膜トラ
ンジスタは、実施の形態１と同じチャネルエッチ型の薄膜トランジスタである。特に図示
しないが、従来の薄膜トランジスタは、ガラス基板上に下地絶縁層が形成され、下地絶縁
層上にゲート電極層が形成され、ゲート電極層上に、ゲート絶縁層としてＣＶＤ法により
厚さ１００ｎｍの酸化窒化珪素層が形成され、ゲート絶縁層上に、スパッタ法により酸化
物半導体の相対密度が８５％のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体ターゲット（モル数
比で、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１）を用いて厚さ２０ｎｍの酸化物半
導体層が形成され、酸化物半導体層上にソース電極及びドレイン電極が形成され、ソース
電極及びドレイン電極上に酸化物半導体層の一部と接するように、保護絶縁層としてＣＶ
Ｄ法により酸化窒化珪素層が形成されている。なお、従来の薄膜トランジスタでは、第１
の熱処理を行っていない。
図３１は、従来の薄膜トランジスタのＢＴ試験前後におけるＶｇ−Ｉｄ特性を示している
。
これらのＶｇ−Ｉｄ特性の測定において、本実施例で用いた薄膜トランジスタのオフ領域
（Ｎ型トランジスタの場合は、一般にはＶｇが０Ｖ近傍からマイナスの領域）で、Ｉｄが
測定機の検出下限値以下となってしまった。このため、図３１では、Ｉｄが測定機の検出
下限値以下となった部分については表記していない。
図３１（Ａ）は、＋ＢＴ試験前後における従来の薄膜トランジスタのＶｇ−Ｉｄ特性を示
している。初期特性３１１は、＋ＢＴ試験前のＶｇ−Ｉｄ特性であり、＋ＢＴ３１２は、
＋ＢＴ試験後のＶｇ−Ｉｄ特性である。
図３１（Ｂ）は、−ＢＴ試験前後における従来の薄膜トランジスタのＶｇ−Ｉｄ特性を示
している。初期特性３２１は、−ＢＴ試験前のＶｇ−Ｉｄ特性であり、−ＢＴ３２２は、
−ＢＴ試験後のＶｇ−Ｉｄ特性である。
図３１（Ａ）において、＋ＢＴ３１２は、初期特性３１１に比べてしきい値電圧がプラス
方向に５．７Ｖ変化しており、図３１（Ｂ）において、−ＢＴ３２２は、初期特性３２１
に比べてしきい値電圧がマイナス方向に３．４Ｖ変化している。
１０ パルス出力回路
１１ 配線
１２ 配線
１３ 配線
１４ 配線
１５ 配線
２１ 入力端子
２２ 入力端子
２３ 入力端子
２４ 入力端子
２５ 入力端子
２６ 出力端子
２７ 出力端子
２８ 薄膜トランジスタ
３１ トランジスタ
３２ トランジスタ
３３ トランジスタ
３４ トランジスタ
３５ トランジスタ
３６ トランジスタ
３７ トランジスタ
３８ トランジスタ
３９ トランジスタ
４０ トランジスタ
４１ トランジスタ
４２ トランジスタ
４３ トランジスタ
５１ 電源線
５２ 電源線
５３ 電源線
６１ 期間
６２ 期間
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
１０７ 絶縁層
１１０ チャネル保護層
１３０ 酸化物半導体層
１５０ 薄膜トランジスタ
１６０ 薄膜トランジスタ
１７０ 薄膜トランジスタ
１８０ 薄膜トランジスタ
３１１ 初期特性
３１２ ＋ＢＴ
３２１ 初期特性
３２２ −ＢＴ
３３１ 初期特性
３３２ ＋ＢＴ
３４１ 初期特性
３４２ −ＢＴ
４００ ガラス基板
４０１ 酸化窒化絶縁層
４０２ Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体層
４０３ 分析方向
４０７ 保護絶縁層
４１１ 酸素イオン強度プロファイル
４１２ 水素濃度プロファイル
４１３ 水素濃度プロファイル
４６０ 薄膜トランジスタ
４６１ 薄膜トランジスタ
４８１ 薄膜トランジスタ
５０１ 曲線
５０４ 接線
５０５ ゲート電圧軸切片
５８０ 基板
５８１ 薄膜トランジスタ
５８３ 絶縁層
５８５ 絶縁層
５８７ 電極層
５８８ 電極層
５８９ 球形粒子
５９４ キャビティ
５９５ 充填材
５９６ 基板
６００ 基板
６０１ 対向基板
６０２ ゲート配線
６０３ ゲート配線
６０４ 容量配線
６０５ 容量配線
６０６ ゲート絶縁層
６１６ 配線
６１７ 容量配線
６１８ 配線
６１９ 配線
６２０ 絶縁層
６２２ 絶縁層
６２３ コンタクトホール
６２４ 画素電極
６２５ スリット
６２６ 画素電極
６２７ コンタクトホール
６２８ ＴＦＴ
６２９ ＴＦＴ
６３０ 保持容量部
６３１ 保持容量部
６３６ 着色層
６３７ 平坦化層
６４０ 対向電極
６４１ スリット
６４４ 突起
６４６ 配向膜
６４８ 配向膜
６５０ 液晶層
６５１ 液晶素子
６５２ 液晶素子
６９０ 容量配線
７０１ ＯＨ基
７０２ ＯＨ基
７０５ Ｏ分子
７１０ Ｏ分子
７１１ エネルギー
７１２ エネルギー
７１３ エネルギー
７１４ エネルギー
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
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 異方性導電層
４０２０ 絶縁層
４０２１ 絶縁層
４０３０ 画素電極層
４０３１ 対向電極層
４０３２ 絶縁層
４０４０ 導電層
４５０１ 基板
４５０２ 画素部
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
４５１９ 異方性導電層
４５２０ 隔壁
４５４０ 導電層
４５４１ 絶縁層
４５４３ 保護絶縁層
４５４４ 絶縁層
５３００ 基板
５３０１ 画素部
５３０２ 走査線駆動回路
５３０３ 走査線駆動回路
５３０４ 信号線駆動回路
５３０５ タイミング制御回路
５６０１ シフトレジスタ
５６０２ スイッチング回路
５６０３ 薄膜トランジスタ
５６０４ 配線
５６０５ 配線
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 ＥＬ層
７００５ 陽極
７００８ 陰極
７００９ 隔壁
７０１１ ＴＦＴ
７０１２ 発光素子
７０１３ 陰極
７０１４ ＥＬ層
７０１５ 陽極
７０１６ 遮蔽膜
７０１７ 導電層
７０１９ 隔壁
７０２１ ＴＦＴ
７０２２ 発光素子
７０２３ 陰極
７０２４ ＥＬ層
７０２５ 陽極
７０２６ 陽極
７０２７ 導電層
７０２９ 隔壁
７０３０ ドレイン電極層
７０３１ 酸化物絶縁層
７０３３ カラーフィルタ層
７０３４ オーバーコート層
７０３５ 保護絶縁層
７０４０ ドレイン電極層
７０４１ 酸化物絶縁層
７０４３ カラーフィルタ層
７０４４ オーバーコート層
７０４５ 保護絶縁層
７０５０ ドレイン電極層
７０５１ 酸化物絶縁層
７０５３ 平坦化絶縁層
７０５５ 絶縁層
９２０１ 表示部
９２０２ 表示ボタン
９２０３ 操作スイッチ
９２０５ 調節部
９２０６ カメラ部
９２０７ スピーカ
９２０８ マイク
９３０１ 上部筐体
９３０２ 下部筐体
９３０３ 表示部
９３０４ キーボード
９３０５ 外部接続ポート
９３０６ ポインティングデバイス
９３０７ 表示部
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
１０５ａ ソース電極層
１０５ｂ ドレイン電極層
４５０３ａ 信号線駆動回路
４５０４ａ 走査線駆動回路
４５１８ａ ＦＰＣ
５９０ａ 黒色領域
５９０ｂ 白色領域

Claims (4)

  1. 絶縁表面を有する基板上に、ゲート電極層を形成し、
    前記ゲート電極層上に、ゲート絶縁層を形成し、
    前記ゲート絶縁層上に、インジウムと、ガリウムと、亜鉛と、を有する酸化物半導体層を形成し、
    前記酸化物半導体層を形成した後、窒素雰囲気下、３５０℃以上７５０℃以下の温度で１時間以上の第１の熱処理を行い、
    前記第１の熱処理を行った後に、前記酸化物半導体層上に、ソース電極層及びドレイン電極層を形成し、
    前記ゲート絶縁層上、前記酸化物半導体層上、前記ソース電極層上及び前記ドレイン電極層上に、前記酸化物半導体層の一部と接する無機絶縁層を形成し、
    前記無機絶縁層を形成した後、第２の熱処理を行い、
    前記第２の熱処理の温度は、前記第１の熱処理の温度以下であり、
    前記第２の熱処理を行った後に、前記ソース電極層又は前記ドレイン電極層の一方と電気的に接続される液晶素子を形成し、
    前記無機絶縁層は、酸化珪素層、酸化窒化珪素層、窒化酸化珪素層、酸化アルミニウム層、又は酸化窒化アルミニウム層であり、
    前記無機絶縁層は、前記ソース電極層と前記ドレイン電極層との間において、前記酸化物半導体層の一部と接する液晶表示装置の作製方法。
  2. 絶縁表面を有する基板上に、ゲート電極層を形成し、
    前記ゲート電極層上に、ゲート絶縁層を形成し、
    前記ゲート絶縁層上に、インジウムと、ガリウムと、亜鉛と、を有する酸化物半導体層を形成し、
    前記酸化物半導体層を形成した後、窒素雰囲気下、３５０℃以上７５０℃以下の温度で１時間以上の第１の熱処理を行い、
    前記第１の熱処理を行った後に、前記酸化物半導体層上に、ソース電極層及びドレイン電極層を形成し、
    前記ゲート絶縁層上、前記酸化物半導体層上、前記ソース電極層上及び前記ドレイン電極層上に、前記酸化物半導体層の一部と接する無機絶縁層を形成し、
    前記無機絶縁層を形成した後、第２の熱処理を行い、
    前記第２の熱処理の温度は、前記第１の熱処理の温度以下であり、
    前記第２の熱処理を行った後に、前記ソース電極層又は前記ドレイン電極層の一方と電気的に接続される液晶素子を形成し、
    前記無機絶縁層は、酸化珪素を含む層であり、
    前記無機絶縁層は、前記ソース電極層と前記ドレイン電極層との間において、前記酸化物半導体層の一部と接する液晶表示装置の作製方法。
  3. 絶縁表面を有する基板上に、ゲート電極層を形成し、
    前記ゲート電極層上に、ゲート絶縁層を形成し、
    前記ゲート絶縁層上に、インジウムと、ガリウムと、亜鉛と、を有する酸化物半導体層を形成し、
    前記酸化物半導体層を形成した後、窒素雰囲気下、３５０℃以上７５０℃以下の温度で１時間以上の第１の熱処理を行い、
    前記第１の熱処理を行った後に、前記酸化物半導体層上に、ソース電極層及びドレイン電極層を形成し、
    前記ゲート絶縁層上、前記酸化物半導体層上、前記ソース電極層上及び前記ドレイン電極層上に、前記酸化物半導体層の一部と接する無機絶縁層を形成し、
    前記無機絶縁層を形成した後、第２の熱処理を行い、
    前記第２の熱処理の温度は、前記第１の熱処理の温度以下であり、
    前記第２の熱処理を行った後に、前記ソース電極層又は前記ドレイン電極層の一方と電気的に接続される液晶素子を形成し、
    前記無機絶縁層は、酸化珪素層、酸化窒化珪素層、窒化酸化珪素層、酸化アルミニウム層、又は酸化窒化アルミニウム層であり、
    前記無機絶縁層は、前記ソース電極層と前記ドレイン電極層との間において、前記酸化物半導体層の一部と接し、
    前記酸化物半導体層は、結晶を有する液晶表示装置の作製方法。
  4. 絶縁表面を有する基板上に、ゲート電極層を形成し、
    前記ゲート電極層上に、ゲート絶縁層を形成し、
    前記ゲート絶縁層上に、インジウムと、ガリウムと、亜鉛と、を有する酸化物半導体層を形成し、
    前記酸化物半導体層を形成した後、窒素雰囲気下、３５０℃以上７５０℃以下の温度で１時間以上の第１の熱処理を行い、
    前記第１の熱処理を行った後に、前記酸化物半導体層上に、ソース電極層及びドレイン電極層を形成し、
    前記ゲート絶縁層上、前記酸化物半導体層上、前記ソース電極層上及び前記ドレイン電極層上に、前記酸化物半導体層の一部と接する無機絶縁層を形成し、
    前記無機絶縁層を形成した後、第２の熱処理を行い、
    前記第２の熱処理の温度は、前記第１の熱処理の温度以下であり、
    前記第２の熱処理を行った後に、前記ソース電極層又は前記ドレイン電極層の一方と電気的に接続される液晶素子を形成し、
    前記無機絶縁層は、酸化珪素を含む層であり、
    前記無機絶縁層は、前記ソース電極層と前記ドレイン電極層との間において、前記酸化物半導体層の一部と接し、
    前記酸化物半導体層は、結晶を有する液晶表示装置の作製方法。
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