CN102668095B

CN102668095B - 晶体管

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Publication number: CN102668095B
Application number: CN201080047999.5A
Authority: CN
Inventors: 山崎舜平
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2010-10-08
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2030-10-08
Also published as: TW201133863A; JP6845292B2; JP5665477B2; KR20120099657A; US20140225108A1; JP2018201057A; JP2015092590A; US20110101337A1; TWI517408B; CN102668095A; JP2017108193A; WO2011052409A1; JP2011119691A; US8704218B2; JP6589029B2; JP2019216274A; US9112041B2

Abstract

本发明提供一种薄膜晶体管，该薄膜晶体管是工作速度快，在导通时能够流过大电流，在截止时截止电流非常降低的晶体管。本发明是一种纵向薄膜晶体管，其中使用氧化物半导体膜形成沟道形成区，该氧化物半导体膜是氧化物半导体所包含的氢为5×10¹⁹/cm³以下，优选为5×10¹⁸/cm³以下，更优选为5×10¹⁷/cm³以下，去除氧化物半导体所包含的氢或OH基来使载流子浓度为5×10¹⁴/cm³以下，优选为5×10¹²/cm³以下。

Description

晶体管

技术领域

本发明涉及一种场效应晶体管，例如薄膜晶体管，其中在每一场效应晶体管中使用氧化物半导体。

背景技术

使用形成在具有绝缘表面的衬底上的半导体薄膜来构成薄膜晶体管(TFT)的技术引人注目。薄膜晶体管已经用于以液晶电视机为代表的显示装置。作为可以应用于薄膜晶体管中的半导体薄膜已知硅类半导体材料，除此以外，作为其他材料，氧化物半导体受到关注。

作为用于氧化物半导体的材料，已知氧化锌或含有氧化锌的物质。分别使用电子载流子浓度低于10¹⁸/cm³的非晶氧化物(氧化物半导体)形成的薄膜晶体管已公开在专利文献1至3中。

[专利文献1]日本专利申请公开2006-165527号公报

[专利文献2]日本专利申请公开2006-165528号公报

[专利文献3]日本专利申请公开2006-165529号公报

当在氧化物半导体被形成为薄膜时发生了在氧化物半导体和化学计算成分之间的偏离。例如，因氧过剩或缺乏而氧化物半导体的导电率变化。另外，在薄膜形成过程中混入氧化物半导体的氢形成氧(O)-氢(H)键并且OH键充当电子给体，这成为使导电率变化的因素。再者，由于OH基是极性分子，所以对于诸如使用氧化物半导体制造的薄膜晶体管那样的有源器件成为使其特性变动的因素。

即使当电子载流子浓度低于10¹⁸/cm³时，氧化物半导体实际上是n型氧化物半导体，在所述专利文献中公开了的薄膜晶体管的开关比仅为10³。上述薄膜晶体管的低开关比是由大截止电流引起的。

在显示装置中，在制造阶段或工作期间有如下问题，即在元件、电极或布线等中蓄积了不需要的电荷。例如，在薄膜晶体管的情况下，这样的电荷蓄积可能引起产生寄生沟道而导致泄漏电流流过。另外，在底栅型晶体管的情况下，在半导体层中的背沟道部(即形成在半导体层的上部的夹在源电极及漏电极之间的半导体层的区域)的表面或内部可能蓄积电荷使得可能产生寄生沟道，并且可能容易产生泄漏电流，这引起阈值电压的变动。

为了提高薄膜晶体管的场效应迁移率，可减小载流子沿其移动的沟道长度，但是减小沟道长度，则引起薄膜晶体管的截止电流的上升。

发明内容

鉴于上述，本发明的一个实施例的目的是提供一种具有高速工作的薄膜晶体管，其中在薄膜晶体管导通时能够流过大电流，并在薄膜晶体管截止时截止电流非常低。

本发明的一个实施例是一种纵向薄膜晶体管，其中通过去除氧化物半导体中会成为电子给体(供体)的杂质，使用本征或基本上本征的半导体的、其具有大于硅半导体的能隙的氧化物半导体形成沟道形成区。

换言之，本发明的一个实施例是一种纵向薄膜晶体管，其中使用氧化物半导体膜形成沟道形成区，在该氧化物半导体膜中去除氧化物半导体所包含的氢或OH基，使得氧化物半导体所包含的氢浓度低于或等于5×10¹⁹/cm³，优选为低于或等于5×10¹⁸/cm³，更优选为低于或等于5×10¹⁷/cm³，并且载流子浓度低于或等于5×10¹⁴/cm³，优选为低于或等于5×10¹²/cm³。

氧化物半导体的能隙为大于或等于2eV，优选为大于或等于2.5eV，更优选为大于或等于3eV，使形成供体的诸如氢等的杂质尽量降低，使得载流子浓度为低于或等于1×10¹⁴/cm³，优选为低于或等于1×10¹²/cm³。

另外，在本发明的一个实施例中薄膜晶体管的多个栅电极隔着源电极、氧化物半导体膜以及覆盖漏电极的栅极绝缘膜彼此相对。换言之，栅电极隔着栅极绝缘膜与源电极、氧化物半导体膜以及漏电极的侧面相对。由此，沟道宽度大。

根据本发明的一个实施例，通过使用氢浓度降低了纯度提高了的氧化物半导体，使得有可能极大降低截止电流，以及提高薄膜晶体管的场效应迁移率及导通电流。

附图说明

图1A和1B是说明薄膜晶体管的俯视图及截面图；

图2是使用氧化物半导体的反交错型薄膜晶体管的纵截面图；

图3A和3B是沿着图2所示的A-A′截面的薄膜晶体管的层的能带图(示意图)；

图4A是示出对栅极(GE1、GE2)施加正电位(+V_G)的状态的图，图4B是示出栅极(GE1、GE2)施加负电位(-V_G)的状态的图；

图5是示出真空能级和金属的功函数(φM)之间的关系以及真空能级和氧化物半导体的电子亲和力(χ)之间的关系的图；

图6A和6B是说明薄膜晶体管的俯视图及截面图；

图7A和7B是说明薄膜晶体管的俯视图及截面图；

图8A至8E是说明薄膜晶体管的制造方法的截面图；

图9A和9B是说明薄膜晶体管的制造方法的截面图；

图10是说明显示装置的像素的俯视图；

图11是说明显示装置的像素的截面图；

图12A1、12A2以及12B是半导体装置的平面图及截面图；

图13是半导体装置的截面图；

图14A和14B是半导体装置的平面图及截面图；

图15A至15C是示出电子设备的图；

图16A至16C是示出电子设备的图。

具体实施方式

以下参照附图详细说明本发明的实施方式。但是，本发明不局限于以下的说明，所属技术领域的普通技术人员可以很容易地理解一个事实就是，其方式及详细内容在不脱离本发明的宗旨及其范围的情况下可以被变换为各种各样的形式。因此，本发明不应该被解释为仅限定在以下所示的实施方式所记载的内容中。注意，在以下说明的本发明的结构中，不同附图中使用相同的附图标记来表示相同的部分或具有相同功能的部分，而有时省略其重复说明。

另外，本说明书所说明的每一个附图所示的每一个结构的大小、层的厚度或区域有时为了清晰可见而可能被夸大。因此，比例并不必然限于附图中的比例。

另外，在本说明书中使用的“第一”、“第二”、“第三”等序数是为了避免结构要素的混同的，而不在数目方面上进行限定。因此，可以将“第一”适当地代替“第二”或“第三”等而说明。

另外，电压是指两个点电位之间的差，而电位是指静电场中的单位电荷在某一个点具有的静电能(电位能量)。但是，一般来说，在很多情况下，当将某一个点上的电位和成为标准的电位(例如，接地电位)之间的电位差仅称为电位或电压，将电位和电压看作同义词而使用。由此，在本说明书中，除了在特别指定的情况下之外，既可以将电位称为电压，又可以将电压称为电位。

实施方式1

在本实施方式中，参照图1A和1B说明场效应晶体管，例如薄膜晶体管的结构。

图1A是薄膜晶体管133的俯视图，图1B是相当于沿着图1A的链条线A-B的截面图。

如图1B所示，在形成在衬底101上的绝缘膜103上层叠有第一电极105、氧化物半导体膜107以及第二电极109。另外，覆盖第一电极105、氧化物半导体膜107以及第二电极109地设置有栅极绝缘膜111。在栅极绝缘膜111上设置有第三电极113、115。在栅极绝缘膜111、第三电极113、115上设置有用作层间绝缘膜的绝缘膜117。在绝缘膜117中形成有开口，通过该开口形成有与第一电极105连接的布线131(参照图1A)，通过该开口形成有与第二电极109连接的布线129，通过该开口形成有与第三电极113连接的布线125，通过该开口形成有与第三电极115连接的布线127。第一电极105用作薄膜晶体管的源电极及漏电极中的一方。第二电极109用作薄膜晶体管的源电极及漏电极中的另一方。第三电极113、115用作薄膜晶体管的栅电极。

本实施方式的薄膜晶体管是纵向薄膜晶体管，其特征在于用作栅电极的第三电极113与第三电极115分离，并隔着第一电极105、氧化物半导体膜107以及第二电极109相对。

另外，薄膜晶体管是指至少具有包括栅极、漏极以及源极的三个端子的元件，并在漏区和源区之间具有沟道形成区，并且电流可以通过漏区、沟道形成区以及源区流过。在此，因为源极和漏极根据薄膜晶体管的结构或工作条件等而更换，所以很难限定哪个是源极哪个是漏极。因此，有时不将用作源极及漏极的区域称为源极或漏极。在此情况下，作为一个例子，有时将用作源极及漏极的区域分别记为第一端子、第二端子。或者，有时将用作源极及漏极的区域分别记为第一电极、第二电极。或者，有时将用作源极及漏极的区域分别记为第一区、第二区。

衬底101需要至少具有耐受后面的加热处理的耐热性。作为衬底101，可以使用钡硼硅酸盐玻璃、硼硅酸铝玻璃等玻璃衬底。

另外，作为玻璃衬底，在后面的加热处理的温度高时，优选使用应变点为730℃以上的衬底。另外，作为玻璃衬底，例如使用铝硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃、或钡硼硅酸盐玻璃等的玻璃材料。另外，一般通过使其包含的氧化钡(BaO)多于使其包含的氧化硼(B₂O₃)，可以获得更实用的耐热玻璃衬底。因此，优选使用包含比B₂O₃多的BaO的玻璃衬底。

另外，也可以使用陶瓷衬底、石英衬底、蓝宝石衬底等由绝缘体构成的衬底代替上述玻璃衬底。此外，可以使用晶化玻璃衬底等。

绝缘膜103由如氧化硅膜、或氧氮化硅膜等氧化物绝缘膜或者如氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化铝膜、或氮氧化铝膜等的氮化物绝缘膜形成。另外，绝缘膜103也可以具有叠层结构，例如，可以采用从衬底101一侧按顺序层叠上述氮化物绝缘膜的任一个以上和上述氧化物绝缘膜的任一个以上的结构。

第一电极105及第二电极109由选自铝、铬、铜、钽、钛、钼、钨、钇中的元素；或以上述元素为成分的合金；或组合上述元素的合金等形成。另外，可以使用选自锰、镁、锆、铍中的一种或多种的材料。另外，第一电极105可以具有单层结构或两层以上的叠层结构。例如，可以举出包含硅的铝膜的单层结构；在铝膜上层叠钛膜的两层结构；在钨膜上层叠钛膜的两层结构；钛膜、层叠在钛膜上的铝膜、层叠在其上的钛膜的三层结构等。另外，也可以使用：组合铝与选自钛、钽、钨、钼、铬、钕、钪中的一个或多个元素的膜、合金膜或氮化物膜。

另外，氧化物半导体膜107可以使用以InMO₃(ZnO)m(m＞0且m不局限于整数)表示的薄膜。在此，M表示选自Ga、Fe、Ni、Mn和Co中的一种金属元素或多种金属元素。例如，作为M可以举出Ga、Ga和Ni或Ga和Fe等。另外，在上述氧化物半导体膜中，除作为M包含的金属元素以外，作为杂质元素也可以包含其他过渡金属元素或该过渡金属的氧化物。在以InMO₃(ZnO)_m(m＞0且m不局限于整数)表示的结构的氧化物半导体层中，作为M包含Ga的结构的氧化物半导体称为In-Ga-Zn-O类氧化物半导体，其薄膜也称为In-Ga-Zn-O类膜。

作为氧化物半导体膜107，除了上述In-Ga-Zn-O类膜外，还可以使用In-Sn-Zn-O类、In-Al-Zn-O类、Sn-Ga-Zn-O类、Al-Ga-Zn-O类、Sn-Al-Zn-O类、In-Zn-O类、Sn-Zn-O类、Al-Zn-O类、In-O类、Sn-O类、Zn-O类的氧化物半导体膜。另外，也可以上述氧化物半导体膜包含Si。

在本实施方式所使用的氧化物半导体膜107中，包含在氧化物半导体膜中的氢被除去，使得包含在氧化物半导体膜中的氢的密度为5×10¹⁹/cm³以下，优选为5×10¹⁸/cm³以下，更优选为5×10¹⁷/cm³以下。换言之，以尽量不含有氧化物半导体膜的主要成分以外的杂质的方式使氧化物半导体膜高纯度化。另外，氧化物半导体膜107的载流子浓度为5×10¹⁴/cm³以下，优选为1×10¹⁴/cm³以下，更优选为5×10¹²/cm³以下，更进一步优选为1×10¹²/cm³以下。换言之，氧化物半导体膜的载流子浓度非常接近0。另外，能隙为2eV以上，优选为2.5eV以上，更优选为3eV以上。另外，可以通过利用二次离子质谱分析法(SIMS：SecondaryIonMassSpectroscopy)来测定氧化物半导体膜中的氢浓度。另外，可以通过利用霍尔效应测定来测定载流子密度。

氧化物半导体膜107的厚度优选为30nm以上且3000nm以下。通过使氧化物半导体膜107的厚度减薄，可以使薄膜晶体管的沟道长度变小，并可以制造导通电流及场效应迁移率高的薄膜晶体管。另一方面，通过使氧化物半导体膜107的厚度变厚，典型地为100nm以上且3000nm以下，可以制造大功率用的半导体装置。

栅极绝缘膜111可以使用氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜或氧化铝膜的单层或叠层形成。栅极绝缘膜111与氧化物半导体膜107接触的部分优选含有氧，更优选的是，由氧化硅膜形成。通过使用氧化硅膜，可以对氧化物半导体膜107供应氧，并可以使其特性良好。

另外，作为栅极绝缘膜111，使用硅酸铪(HfSiO_x)、添加有N的HfSiO_xN_y、铝酸铪(HfAlO_x)、氧化铪、或氧化钇等的高k材料可以降低栅极泄漏电流。再者，可以使用高k材料与氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜和氧化铝膜中的任一个以上的叠层结构。栅极绝缘膜111的厚度设定为50nm以上且500nm以下。通过使栅极绝缘膜111的厚度减薄，可以制造场效应迁移率高的薄膜晶体管，并可以在薄膜晶体管的同一衬底上制造驱动电路。另一方面，通过使栅极绝缘膜111的厚度变厚，可以降低栅极泄漏电流。

用作栅电极的第三电极113、115可以使用选自铝、铬、铜、钽、钛、钼、钨中的元素；以上述元素为成分的合金；组合上述元素的合金膜等来形成。另外，也可以使用选自锰、镁、锆、铍中的一种或多种材料。另外，第三电极113、115可以采用单层结构或两层以上的叠层结构。例如，具有如下结构：包含硅的铝膜的单层结构；在铝膜上层叠钛膜的两层结构；钛膜、层叠在钛膜上的铝膜、层叠在其上的钛膜的三层结构等。另外，也可以使用：含有铝与选自钛、钽、钨、钼、铬、钕、钪中的元素的膜、合金膜或氮化物膜。

接着，参照能带图说明具有氧化物半导体膜107的薄膜晶体管的工作。

图2是示出使用本实施方式所示的氧化物半导体膜的反交错型薄膜晶体管的纵截面图。在漏电极(D)上层叠有氧化物半导体膜(OS)及源电极(S)，在漏电极、氧化物半导体膜以及源电极上设置有栅极绝缘膜(GI)，在其上设置有被分离的栅电极(GE1、GE2)。

图3A和3B是示出沿着图2所示的A-A′截面的能带图(示意图)。图3A示出将源极和漏极之间的电压设定为0V(V_D＝0V)的情况，图3B示出在对漏极施加正电压(V_D＞0)的情况下，虚线示出不对栅极施加电压的情况(V_G＝0)，而实线示出对栅极施加正电压(V_G＞0)的情况。在不对栅极施加电压的情况下因能势垒高而不从电极将载流子(电子)注入到氧化物半导体一侧，因此示出电流不流过的截止状态。另一方面，通过对栅极施加正电压，降低能势垒，因此示出电流流过的导通状态。

图4A和4B是沿着图2的B-B′截面的薄膜晶体管的层的能带图(示意图)。图4A示出对栅极(GE1、GE2)施加正电位(+V_G)的状态，即在源极和漏极之间载流子(电子)流过的ON状态(导通状态)。另外，图4B示出对栅极(GE1、GE2)施加负电位(-V_G)的状态，即截止状态(非导通状态，少数载流子不流过的状态)的情况。

图5示出真空能级和金属的功函数(φM)、氧化物半导体膜的电子亲和力(χ)的关系。

在室温下金属的自由电子处于简并态(degeneratestate)，并且费米能级位于传导带内。另一方面，现有的氧化物半导体膜一般为n型，此时的费米能级(E_F)从位于带隙中间的本征费米能级(Ei)离开而位于接近于传导带的部分。另外，已知氧化物半导体膜所含有的氢的一部分成为供体而成为n型化的原因之一。

针对于此，根据本实施方式的氧化物半导体膜是如下半导体膜，即通过从氧化物半导体膜去除n型杂质的氢，并以尽量不包含氧化物半导体膜的主要成分以外的杂质的方式实现高纯度化，来实现本征(i型)，或接近于本征型。换言之，具有如下特征，即不是添加杂质实现i型化，而是通过尽量去除氢、水、羟基或氢化物等的杂质来实现高纯度化了的i型(本征半导体)或接近于i型。因此，费米能级(E_F)可以得到与本征费米能级(Ei)相同的能级。

一般认为在氧化物半导体膜的带隙(Eg)为3.15eV的情况下，电子亲和力(χ)为4.3eV。构成源电极及漏电极的钛(Ti)的功函数大致等于氧化物半导体膜的电子亲和力(χ)。在钛用作源电极及漏电极时，在金属-氧化物半导体膜界面，不对电子形成肖特基势垒。

换言之，在金属的的功函数(φM)与氧化物半导体膜的电子亲和力(χ)大致相同的情况下，在金属与氧化物半导体膜接触时示出如图3A所示那样的能带图(示意图)。

在图3B中，黑色圆点(●)示出电子，在对漏极施加正电位时，电子越过势垒(h)并注入到氧化物半导体膜，而流向漏极。此时，势垒(h)的高度根据栅电压和漏电压变化，但是在施加正漏电压时，势垒(h)的高度小于没有施加电压的图3A的势垒(h)的高度，即势垒(h)的高度小于带隙(Eg)的1/2。

此时，如图4A所示那样，电子迁移沿栅极绝缘膜和高纯度化了的氧化物半导体膜之间的界面的在能方面上稳定的氧化物半导体膜的最低部移动。

另外，在图4B中，在对栅电极(GE1、GE2)施加负电位(反偏压)时，由于基本上没有少数载流子的空穴，所以电流值非常接近于0。

例如，即使使用沟道宽度W为1×10⁴μm，沟道长度为3μm的薄膜晶体管，截止电流也极度低，即为10^-13A以下，并可以得到0.1V/dec.(栅极绝缘膜的厚度为100nm)的阈值(S值)。

像这样，通过以尽量不包含氧化物半导体膜的主要成分以外的杂质，典型地是氢、水、羟基或氢化物等的方式实现高纯度化，可以使薄膜晶体管进行良好的工作。尤其是可以降低截止电流。

在沟道形成为与衬底大致平行的横向薄膜晶体管中，由于除沟道以外还需要设置源极及漏极，衬底中的薄膜晶体管的占有面积变大，所以阻碍微型化。然而，在纵向薄膜晶体管中，由于层叠源极、沟道及漏极，所以可以减小衬底表面上的占有面积。其结果是可以实现薄膜晶体管的微型化。

另外，由于纵向薄膜晶体管的沟道长度由氧化物半导体膜的厚度而控制，所以通过使氧化物半导体膜107的厚度薄，可以形成沟道长度小的薄膜晶体管。由于通过使沟道长度小，可以降低源极、沟道及漏极的串联电阻，所以可以使薄膜晶体管的导通电流及场效应迁移率上升。另外，具有氢浓度降低并高纯度化了的氧化物半导体膜的薄膜晶体管的截止电流极度低，并且在截止时该薄膜晶体管成为电流几乎没流过的绝缘状态。由此，即使氧化物半导体膜的厚度减薄，纵向薄膜晶体管的沟道长度变小，也可以实现在非导通状态时几乎没流过截止电流的薄膜晶体管。

像这样，通过使用氢浓度降低并高纯度化了的氧化物半导体膜，可以制造适合于高清晰化，工作速度快，在导通时能够流过大电流，在截止时几乎不流过电流的薄膜晶体管。

实施方式2

在本实施方式中，参照图6A和6B说明与实施方式1不同的结构的场效应晶体管，例如薄膜晶体管的结构。

图6A是薄膜晶体管141、143的俯视图，图6B是相当于沿着图6A的链条线A-B的截面图。

如图6B所示，在形成在衬底101上的绝缘膜103上层叠有第一电极105、106、氧化物半导体膜107以及第二电极109。另外，覆盖第一电极105、106、氧化物半导体膜107以及第二电极109地设置有栅极绝缘膜111。在栅极绝缘膜111上设置有第三电极113、115。在栅极绝缘膜111、第三电极113、115上设置有用作层间绝缘膜的绝缘膜117。在绝缘膜117中形成有开口，通过开口之一形成有与第一电极105连接的布线131(参照图6A)，通过开口之一形成有与第一电极106连接的布线132(参照图6A)，通过开口之一形成有与第二电极109连接的布线129，通过开口之一形成有与第三电极113连接的布线125，通过开口之一形成有与第三电极115连接的布线127。

第一电极105用作薄膜晶体管141的源电极及漏电极中的一方。第一电极106用作薄膜晶体管143的源电极及漏电极中的一方。第二电极109用作薄膜晶体管141、143的源电极及漏电极中的另一方。第三电极113用作薄膜晶体管141的栅电极。第三电极115用作薄膜晶体管143的栅电极。

本实施方式的特征是第一电极105和第一电极106被彼此分离。并且，本实施方式的特征是使薄膜晶体管141和薄膜晶体管143通过第二电极109及布线129串联连接。此时，第一电极105用作薄膜晶体管141的源电极及漏电极中的一方(例如用作源极)。第二电极109用作薄膜晶体管141的源电极及漏电极中的另一方(例如用作漏极)。第三电极113用作薄膜晶体管141的栅电极。另外，第二电极109用作薄膜晶体管143的源电极及漏电极中的一方(例如用作源极)。第一电极106用作薄膜晶体管143的源电极及漏电极中的另一方(例如用作漏极)。第三电极115用作薄膜晶体管143的栅电极。

换言之，使薄膜晶体管141和薄膜晶体管143通过第二电极109串联连接。此时，也可以不设置布线129。

另外，也可以使薄膜晶体管141和薄膜晶体管143并联连接。此时，设置用于连接第一电极105及第一电极106的导电层。

本实施方式的薄膜晶体管141、143与实施方式1类似地使用氢浓度降低并高纯度化了的氧化物半导体膜。由此，可以实现薄膜晶体管的良好工作。尤其是可以减少截止电流。其结果是，可以制造适合于高清晰化，工作速度快，在导通时能够流过大电流，在截止时几乎不流过电流的薄膜晶体管。

实施方式3

在本实施方式中对与上述实施方式不同的本发明的一个方式的场效应晶体管，例如薄膜晶体管进行说明。

图7A和7B示出本实施方式的薄膜晶体管的一个例子。

图7A和7B所示的薄膜晶体管具有与实施方式1所示的薄膜晶体管同样的叠层结构。即，在形成在衬底101上的绝缘膜103上层叠有第一电极105A至105D、氧化物半导体膜107以及第二电极109。另外，覆盖第一电极105A至105D、氧化物半导体膜107以及第二电极109地设置有栅极绝缘膜111。在栅极绝缘膜111上设置有第三电极113A至113D。在栅极绝缘膜111、第三电极113A至113D上设置有用作层间绝缘膜的绝缘膜117。在绝缘膜117中形成有开口，通过对应的开口之一形成有与第一电极105A至105D连接的布线125A至125D以及通过对应的开口之一形成有与第二电极109连接的布线129。第一电极105A至105D用作薄膜晶体管的源电极及漏电极中的一方。第二电极109用作薄膜晶体管的源电极及漏电极中的另一方。第三电极113A至113D用作薄膜晶体管的栅电极。

本实施方式的薄膜晶体管是纵向薄膜晶体管，用作栅电极的第三电极113A至113D互相被分离，并且通过隔着第一电极105A和105C、氧化物半导体膜107以及第二电极109而将第三电极113A与第三电极113C相对，并通过隔着第一电极105B和105D、氧化物半导体膜107以及第二电极109而将第三电极113B与第三电极113D相对。

图7A和7B所示的薄膜晶体管133包括多个薄膜晶体管。具体而言，薄膜晶体管133具有四个薄膜晶体管141A至141D。

薄膜晶体管141A的栅极由第三电极113A构成，其源极及漏极中的一方由第一电极105A构成，并且其源极及漏极中的另一方由第二电极109构成。薄膜晶体管141B的栅极由第三电极113B构成，其源极及漏极中的一方由第一电极105B构成，并且其源极及漏极中的另一方由第二电极109构成。薄膜晶体管141C的栅极由第三电极113C构成，其源极及漏极中的一方由第一电极105C构成，并且其源极及漏极中的另一方由第二电极109构成。薄膜晶体管141D的栅极由第三电极113D构成，其源极及漏极中的一方由第一电极105D构成，并且其源极及漏极中的另一方由第二电极109构成。

另外，由于本实施方式所示的各层的材料及形成方法与实施方式1同样，所以省略与实施方式1相同的说明。

本实施方式的薄膜晶体管133与实施方式1类似地使用氢浓度降低并高纯度化了的氧化物半导体膜。由此，可以实现薄膜晶体管的良好工作。尤其是可以减少截止电流。其结果是，可以制造适合于高清晰化，工作速度快，在导通时能够流过大电流，在截止时几乎不流过电流的薄膜晶体管。

实施方式4

在本实施方式中参照图8A至8E说明图1A和1B所示的薄膜晶体管的制造工序。

如图8A所示，在衬底101上形成绝缘膜103，在绝缘膜103上形成第一电极105。第一电极105用作薄膜晶体管的源电极及漏电极中的一方。

绝缘膜103可以通过溅射法、CVD法、涂敷法等来形成。

另外，在通过溅射法形成绝缘膜103的情况下，优选去除残留在处理室内的氢、水、羟基或氢化物等来形成绝缘膜103。这是因为不使绝缘膜103包含氢、水、羟基或氢化物等的缘故。为了去除残留在处理室内的氢、水、羟基或氢化物等，优选使用吸附型真空泵。作为吸附型真空泵，例如，优选使用低温泵、离子泵、或钛升华泵。另外，作为排气单元，也可以使用具有冷阱的涡轮泵。在通过使用低温泵进行排气的处理室中，由于杂质，尤其是氢、水、羟基或氢化物等排出，所以在该处理室中形成绝缘膜103时，可以降低绝缘膜103所含有的杂质的浓度。

另外，在形成绝缘膜103时使用的溅射气体优选使用高纯度气体，该高纯度气体是氢、水、羟基或氢化物等杂质被去除得使其浓度为用ppm的单位或ppb的单位来表达的气体。

在溅射法中，有作为溅射电源使用高频电源的RF溅射法、使用直流电源的DC溅射法，并且还有以脉冲方式施加偏压的脉冲DC溅射法。RF溅射法主要用于绝缘膜的形成，而DC溅射法主要用于金属膜的形成。

另外，也有可以设置材料不同的多个靶材的多源溅射装置。多源溅射装置能够在同一个处理室中层叠形成不同的材料膜或在同一个的处理室中同时使多种材料放电来进行成膜。

另外，有利用如下溅射法的溅射装置：即在处理室内具备磁体机构的磁控管溅射法；以及不使用辉光放电而利用使用微波来产生等离子体的ECR溅射法。

另外，作为溅射法，还有在沉积时使靶材物质与溅射气体成分产生化学反应而形成它们的化合物薄膜的反应溅射法以及在沉积时对衬底也施加电压的偏压溅射法。

在本说明书中的溅射工艺中，可以适当地使用上述溅射装置以及溅射方法。

在本实施方式中，将衬底101传送到处理室，在处理室中引入包含氢、水、羟基或氢化物等被去除的高纯度氧的溅射气体，使用硅靶材，并在衬底101上作为绝缘膜103形成氧化硅膜。另外，在形成绝缘膜103时，也可以将衬底101加热。

例如，使用石英(优选为合成石英)，衬底温度为108℃，衬底和靶材之间的距离(T-S之间的距离)为60mm，压力为0.4Pa，高频电源为1.5kW，在含氧及氩(氧与氩流量率为1∶1，(每个流量率为25sccm)的气氛下通过RF溅射法形成氧化硅膜。膜厚度优选为100nm。另外，可以使用硅靶材代替石英(优选为合成石英)。另外，作为溅射气体使用氧或氧和氩的混合气体来进行溅射。

另外，在绝缘膜103形成为叠层结构的情况下，例如在氧化硅膜和衬底之间使用包含氢、水、羟基或氢化物等被去除的高纯度氮的溅射气体及硅靶材来形成氧化硅膜。在此情况下，与氧化硅膜同样，优选去除残留在处理室内的氢、水、羟基或氢化物等来形成氮化硅膜。另外，在该工序中，也可以将衬底101加热。

在作为绝缘膜103层叠氮化硅膜和氧化硅膜的情况下，可以在同一处理室中使用相同的硅靶材来形成氮化硅膜和氧化硅膜。首先，引入包含氮的溅射气体，使用安装在处理室内的硅靶材来形成氮化硅层，然后转换包含氧的溅射气体并使用同一硅靶材来形成氧化硅膜。由于可以不暴露到大气地连续形成氮化硅膜及氧化硅膜，所以可以防止氢、水、羟基或氢化物等杂质吸附在氮化硅层的表面上。

可以在绝缘膜103上通过溅射法、CVD法或真空蒸镀法形成导电膜，在该导电膜上通过光刻工序形成抗蚀剂掩模，使用该抗蚀剂掩模对导电膜进行蚀刻来形成第一电极105。或者，通过不使用光刻工序而使用印刷法、喷墨法等形成第一电极105，可以减少工序数。另外，第一电极105的端部的形状形成为锥形，由此提高后面形成的栅极绝缘膜的覆盖性，因此这是优选的。通过将第一电极105的端部与绝缘膜103之间形成的角度设定为30°以上且60°以下，优选为40°以上且50°以下，可以提高后面形成的栅极绝缘膜的覆盖性。

在本实施方式中，作为第一电极105的导电膜，通过溅射法形成50nm厚的钛膜，形成100nm厚的铝膜，并形成50nm厚的钛膜。接着，使用通过光刻工序形成的抗蚀剂掩模进行蚀刻来形成岛状的第一电极105。

接着，如图8B所示，在第一电极105上形成氧化物半导体膜107及第二电极109。氧化物半导体膜107用作薄膜晶体管的沟道形成区，第二电极109用作薄膜晶体管的源电极及漏电极中的另一方。

在此说明氧化物半导体膜107及第二电极109的制造方法。

在衬底101及第一电极105上通过溅射法形成氧化物半导体膜。接着，在氧化物半导体膜上形成导电膜。

为了在氧化物半导体膜107中尽量不包含氢，优选作为预处理，在溅射装置的预热室中对形成有第一电极105的衬底101进行预热，使吸附到衬底101的氢、水、羟基或氢化物等杂质脱离并排出。另外，设置在预热室的排气单元优选是低温泵。另外，也可以省略该预热处理。另外，该预热既可以对后面形成的栅极绝缘膜111的形成之前的衬底101进行，又可以对后面形成的第三电极113、115的形成之前的衬底101进行。

另外，在通过溅射法形成氧化物半导体膜之前，进行引入氩气并产生等离子体的反溅射，使第一电极105的表面净化，由此可以使第一电极105及氧化物半导体膜的界面的电阻降低，因此这是优选的。反溅射是指如下方法：不对靶材一侧施加电压，而在氩气氛下使用高频电源对衬底一侧施加电压，在衬底附近产生等离子体来对表面进行改性。另外，也可以使用氮气氛、氦气氛等代替氩气氛。

在本实施方式中，通过使用In-Ga-Zn-O类氧化物半导体成膜用靶材的溅射法来形成氧化物半导体膜。另外，氧化物半导体膜可以在稀有气体(典型地是氩)气氛下、氧气氛下或稀有气体(典型地是氩)及氧混合气氛下通过溅射法形成。另外，在使用溅射法的情况下，可以包含2wt％以上且10wt％以下的SiO₂的靶材形成氧化物半导体膜。

在形成氧化物半导体膜时使用的溅射气体优选使用高纯度气体，该高纯度气体是氢、水、羟基或氢化物等杂质被去除得使其浓度为用ppm的单位或ppb的单位来表达的气体。

作为用于使用溅射法来制造氧化物半导体膜的靶材，可以使用以氧化锌为主要成分的金属氧化物的靶材。另外，作为金属氧化物的靶材的其他例子，可以使用包含In、Ga以及Zn的氧化物半导体成膜用靶材(作为组成比，In₂O₃∶Ga₂O₃∶ZnO＝1∶1∶1[mol％]、In∶Ga∶Zn＝1∶1∶0.5[atom％])。另外，作为包含In、Ga以及Zn的氧化物半导体成膜用靶材，也可以使用具有In∶Ga∶Zn＝1∶1∶1[atom％]或者In∶Ga∶Zn＝1∶1∶2[atom％]的组成比的靶材。氧化物半导体成膜用靶材的填充率为90％以上且100％以下，优选为95％以上且99.9％以下。使用填充率高的氧化物半导体成膜用靶材形成的氧化物半导体膜为致密的膜。

氧化物半导体膜在保持为减压状态的处理室内保持衬底，去除残留在处理室内的湿气，引入氢、水、羟基或氢化物等被去除的溅射气体，作为靶材使用金属氧化物在绝缘膜103及第二电极109上形成氧化物半导体膜。为了去除残留在处理室内的氢、水、羟基或氢化物等，优选使用吸附型真空泵。例如，优选使用低温泵、离子泵、钛升华泵。另外，作为排气单元，也可以使用具有冷阱的涡轮泵。在通过使用低温泵排气的处理室中，由于例如氢、水、羟基或氢化物等(更优选的是包含碳原子的化合物)排出，所以可以降低氧化物半导体膜所含有的杂质的浓度。另外，也可以一边使衬底加热一边形成氧化物半导体膜。

在本实施方式中，作为氧化物半导体膜的成膜条件的一个例子，应用如下条件：衬底温度为室温；衬底和靶材之间的距离为110mm；压力为0.4Pa；直流(DC)电源为0.5kW；在含氧及氩(氧流量15sccm∶氩流量30sccm)的气氛下。另外，通过使用脉冲直流(DC)电源，可以减少在进行成膜时产生的粉状物质(也称为微粒、尘屑等)，并且膜厚分布也变得均匀，所以这是优选的。氧化物半导体膜的厚度优选为30nm以上且3000nm以下。另外，根据所应用的氧化物半导体膜材料，适当的厚度不同，根据材料适当地选择厚度既可。

另外，形成氧化物半导体膜时的溅射法及溅射装置可以适当地使用绝缘膜103所示的溅射法及溅射装置。

成为第二电极109的导电膜可以适当地使用形成第一电极105的材料及方法。在此，作为成为第二电极109的导电膜，按顺序层叠50nm厚的钛膜、100nm厚的铝膜以及50nm厚的钛膜。

接着，通过光刻工序在导电膜上形成抗蚀剂掩模，使用该抗蚀剂掩模对成为第二电极109的导电膜及成为氧化物半导体膜107的氧化物半导体膜进行蚀刻，形成岛状的第二电极109及岛状的氧化物半导体膜107。另外，通过喷墨法制造抗蚀剂掩模代替通过光刻工序形成的抗蚀剂掩模，可以减少工序数。通过该蚀刻，通过将第二电极109及氧化物半导体膜107的端部与第一电极105之间形成的角度设定为30°以上且60°以下，优选为40°以上且50°以下，可以提高后面形成的栅极绝缘膜的覆盖性。

另外，此时的导电膜及氧化物半导体膜的蚀刻可以使用干蚀刻及湿蚀刻中的一种或两种。为了形成所希望的形状的氧化物半导体膜107及第二电极109，根据材料适当地调节蚀刻条件(蚀刻剂、蚀刻时间、温度等)。

另外，在成为第二电极109的导电膜及氧化物半导体膜与第一电极105的蚀刻速率不同时，选择如下条件：第一电极105的蚀刻速率低且成为第二电极109的导电膜及氧化物半导体膜的蚀刻速率高。或者，选择氧化物半导体膜的蚀刻速率低且成为第二电极109的导电膜的蚀刻速率高的条件，来对成为第二电极109的导电膜进行蚀刻，然后选择第一电极105的蚀刻速率低且氧化物半导体膜的蚀刻速率高的条件。

作为对氧化物半导体膜进行湿蚀刻的蚀刻剂，可以使用：将磷酸、醋酸以及硝酸混合的溶液；或氨水-过氧化氢混合液(过氧化氢∶氨水∶水＝5∶2∶2)等。此外，还可以使用ITO07N(关东化学株式会社制造)。

另外，通过清洗去除湿蚀刻后的蚀刻剂以及被蚀刻掉的材料。也可以提纯包括该被蚀刻掉的材料的蚀刻剂的废液，来重复使用所含的材料。通过从该蚀刻后的废液收集包含在氧化物半导体层中的铟等的材料并将其重复使用，可以高效地使用资源且实现低成本化。

另外，作为对氧化物半导体膜进行干蚀刻时使用的蚀刻气体，优选使用含有氯的气体(氯类气体，例如氯(Cl₂)、氯化硼(BCl₃)、氯化硅(SiCl₄)、四氯化碳(CCl₄)等)。

另外，还可以使用包含氟的气体(氟类气体，例如四氟化碳(CF₄)、六氟化硫(SF₆)、三氟化氮(NF₃)、三氟甲烷(CHF₃)等)、溴化氢(HBr)、氧(O₂)、对上述气体添加氦(He)或氩(Ar)等的稀有气体的气体等。

作为干蚀刻法，可以使用平行平板型RIE(反应性离子蚀刻)法或ICP(感应耦合等离子体)蚀刻法。适当地调节蚀刻条件(施加到线圈形电极层的电力量、施加到衬底一侧的电极的电力量、衬底一侧的电极温度等)，以便将氧化物半导体膜蚀刻为所希望加工的形状。

在本实施方式中，作为蚀刻剂使用氨水-过氧化氢混合液(氨、水、过氧化氢的混合液)，在对成为第二电极109的导电膜进行蚀刻之后，使用磷酸、醋酸以及硝酸混合的溶液对氧化物半导体膜进行蚀刻来形成氧化物半导体膜107。

接着，在本实施方式中进行第一加热处理。第一加热处理的温度设定为400℃以上且750℃以下，优选为400℃以上且低于衬底的应变点。在此，将衬底引入到加热处理装置之一的电炉中，在对氧化物半导体膜在氮、稀有气体等惰性气体气氛下以450℃加热1小时之后，通过不接触到大气，可以防止对氧化物半导体膜再次侵入的氢、水、羟基或氢化物等，氢浓度被降低并高纯度化，可以得到i型化或基本上i型化了的氧化物半导体膜。换言之，通过该第一加热处理可以进行氧化物半导体膜107的脱水化及脱氢化的至少一种。

另外，在第一加热处理中，优选不使氮或氦、氖、氩等稀有气体包含氢、水、羟基或氢化物等。或者，优选将引入在加热处理装置中的氮或氦、氖、氩等稀有气体的纯度设定为6N(99.9999％)以上，优选设定为7N(99.99999％)以上(即杂质浓度为1ppm以下，优选为0.1ppm以下)。

另外，根据第一加热处理的条件或氧化物半导体膜的材料，有时氧化物半导体膜晶化并成为微晶膜或多晶膜。例如，有时成为晶化率为90％以上或80％以上的微晶氧化物半导体膜。另外，根据第一加热处理的条件或氧化物半导体膜的材料，有时成为不包含结晶成分的非晶氧化物半导体膜。另外，有时在非晶的氧化物半导体膜中混有微晶部(粒径为1nm以上且20nm以下(典型地是2nm以上且4nm以下))的氧化物半导体膜。

另外，氧化物半导体膜的第一加热处理也可以对形成岛状氧化物半导体膜之前的氧化物半导体膜进行。在此情况下，在进行第一加热处理之后，从加热装置取出衬底，并进行光刻工序。

另外，对氧化物半导体膜起脱水化、脱氢化的作用的加热处理可以在如下任一个情况下进行：在形成氧化物半导体膜之后；在氧化物半导体膜上层叠成为第二电极的导电膜之后；在第一电极、氧化物半导体膜以及第二电极上形成栅极绝缘膜之后；或者在形成栅电极之后。

接着，如图8C所示，第一电极105、氧化物半导体膜107、第二电极109上形成栅极绝缘膜111。

由于通过去除杂质，i型化或基本上i型化了的氧化物半导体膜(氢浓度降低了并高纯度化了的氧化物半导体膜)对界面态、界面电荷非常敏感，所以与栅极绝缘膜111的界面很重要。由此，与高纯度化了的氧化物半导体膜接触的栅极绝缘膜111被要求高品质化。

例如，通过使用微波(2.45GHz)的高密度等离子体CVD，可以形成致密且耐压性高的高品质的绝缘膜，因此这是优选的。这是因为氢浓度降低了并高纯度化了的氧化物半导体膜与高品质的栅极绝缘膜密接，可以使界面态密度降低并界面特性良好。

当然，只要作为栅极绝缘膜可以形成良好品质的绝缘膜，就可以适当地使用溅射法或等离子体CVD法等其他成膜方法。另外，也可以使用通过栅极绝缘膜的形成之后的加热处理使栅极绝缘膜的膜质量、与氧化物半导体膜的界面特性改性的绝缘膜。无论在上述任何情况下，使用如下绝缘膜即可，该绝缘膜作为栅极绝缘膜具有良好的膜质量，而且使与氧化物半导体膜的界面态密度降低，并可以形成良好的界面。

再者，对含有杂质的氧化物半导体膜，在85℃、栅极施电压2×10⁶V/cm、12小时的栅极偏压·温度测试(BT测试)下，杂质和氧化物半导体膜的主要成分的键合由强电场(B：偏压)和高温(T：温度)断开，所产生的悬空键引起阈值电压(Vth)的漂移。

针对于此，尽量去除氧化物半导体膜的杂质，尤其是氢或水等，如上述那样使与栅极绝缘膜的界面特性良好，因此本发明的一个方式可以得到对BT测试稳定的薄膜晶体管。

通过溅射法形成栅极绝缘膜111，可以降低栅极绝缘膜111中的氢浓度。在通过溅射法形成氧化硅膜的情况下，作为靶材使用硅靶材或石英靶材，作为溅射气体使用氧或氧及氩的混合气体来进行溅射法。

另外，也可以通过使与氧化物半导体膜接触地设置的绝缘膜包含卤素(例如，氟或氯)或者在使氧化物半导体膜露出的状态下通过在包含卤素的气体气氛中进行的等离子体处理使氧化物半导体膜包含卤素，去除杂质，该杂质是在氧化物半导体膜中或与该氧化物半导体膜接触地设置的绝缘膜的界面存在有的氢、水、羟基或氢化物(也称为氢化合物)等。在使绝缘膜包含卤素的情况下，该绝缘膜中的卤素浓度为5×10¹⁸atoms/cm³至1×10²⁰atoms/cm³左右即可。

另外，如上所述，当在氧化物半导体膜中或氧化物半导体膜和与其接触的绝缘膜的界面包含卤素，与氧化物半导体膜接触地设置的绝缘膜是氧化物绝缘膜时，优选由氮化物绝缘膜覆盖不与氧化物半导体膜接触一侧的氧化物绝缘膜。换言之，设置接触于与氧化物半导体膜接触的氧化物绝缘膜上的氮化硅膜等即可。通过采用这样的结构，可以降低氢、水、羟基或氢化物等杂质侵入到氧化物绝缘膜中。

栅极绝缘膜111也可以采用在第一电极105、氧化物半导体膜107以及第二电极109上顺序层叠氧化硅膜和氮化硅膜的结构。例如，也可以作为第一栅极绝缘膜形成5nm以上且300nm以下的氧化硅膜(SiO_x(x＞0))，在第一栅极绝缘膜上作为第二栅极绝缘膜通过溅射法层叠50nm以上且200nm以下的氮化硅膜(SiN_y(y＞0))，由此来形成100nm厚的栅极绝缘膜。在本实施方式中，压力为0.4Pa，高频电源为1.5kW，在含氧及氩(氧与氩流量率为1∶1，(每个流量率为25sccm)气氛下通过RF溅射法形成100nm厚的氧化硅膜。

接着，也可以在惰性气体气氛下或在氧气体气氛下进行第二加热处理(优选为200℃以上且400℃以下，例如250℃以上且350℃以下)。另外，该第二加热处理也可以在后面形成第三电极113、115、绝缘膜117以及布线125、127及129中的任一个之后进行。通过该加热处理，可以使包含在氧化物半导体膜中的氢或水扩散到氧化物半导体膜。

接着，在栅极绝缘膜111上形成用作栅电极的第三电极113、115。

可以在栅极绝缘膜111上通过溅射法、CVD法或真空蒸镀法形成成为第三电极113、115的导电膜，在该导电膜上通过光刻工序形成抗蚀剂掩模，并使用该抗蚀剂掩模对导电膜进行蚀刻来形成第三电极113、115。

在本实施方式中在通过溅射法形成150nm厚的钛膜之后，使用通过光刻工序形成的抗蚀剂掩模对钛膜进行蚀刻来形成第三电极113、115。

通过上述工序，可以形成具有氢浓度降低了并高纯度化了的氧化物半导体膜107的薄膜晶体管133。

接着，如图8D所示，在栅极绝缘膜111及第三电极113、115上形成绝缘膜117之后，形成接触孔119、121、123。

绝缘膜117使用如氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化铝膜或氧氮化铝膜等氧化物绝缘膜、或者如氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化铝膜或氮氧化铝等氮化物绝缘膜形成。或者，可以使用氧化物绝缘膜及氮化物绝缘膜的叠层。

绝缘膜117通过溅射法、CVD法等形成。另外，在通过溅射法形成绝缘膜117的情况下，也可以将衬底101加热到100℃至400℃，并引入包含氢、水、羟基或氢化物等被去除的高纯度氮的溅射气体使用硅靶材来形成绝缘膜。在此情况下，也优选一边去除残留在处理室内的氢、水、羟基或氢化物等一边形成绝缘膜。

另外，在形成绝缘膜117之后，还可以在大气中以100℃以上且200℃以下进行1小时以上且30小时以下的加热处理。通过该加热处理，可以得到常截止(normallyoff)状态的薄膜晶体管。由此，可以提高显示装置或半导体装置的可靠性。

通过光刻工序形成抗蚀剂掩模，选择性地进行蚀刻去除栅极绝缘膜111及绝缘膜117的一部分，来形成到达第一电极105、第二电极109以及第三电极113、115的接触孔119、121、123。

接着，在栅极绝缘膜111上以及接触孔119、121、123中形成导电膜之后，使用通过光刻工序形成的抗蚀剂掩模对导电膜进行蚀刻来形成布线125、127、129、131。另外，也可以通过喷墨法形成抗蚀剂掩模。由于若通过喷墨法形成抗蚀剂掩模则不使用光掩模，所以可以减少制造成本。

布线125、127、129及131可以与第一电极105类似方法地形成。

另外，在第三电极113、115以及布线125、127、129及131之间也可以设置用于平坦化的平坦化绝缘膜。作为平坦化绝缘膜的典型例子，可以使用聚酰亚胺、丙烯酸树脂、苯并环丁烯、聚酰胺、环氧树脂等具有耐热性的有机材料来形成。此外，除了这些有机材料以外，还可以使用低介电常数材料(低k材料)、硅氧烷类树酯、PSG(磷硅酸盐玻璃)、BPSG(硼磷硅酸盐玻璃)等。另外，也可以层叠使用这些材料而形成的多个绝缘膜，来形成平坦化绝缘膜。

另外，硅氧烷类树脂相当于以硅氧烷类材料为起始材料而形成的包含Si-O-Si键的树脂。作为硅氧烷类树脂的取代基，也可以使用有机基(例如烷基、芳基)、氟基团。另外，有机基也可以具有氟基团。

对平坦化绝缘膜的形成方法没有特别的限制，可以根据其材料利用如下方法及设备：溅射法、SOG法、旋涂、浸渍、喷涂、液滴喷射法(喷墨法、丝网印刷、胶版印刷等)等的方法；刮片、辊涂机、幕涂机、刮刀涂布机等的设备。

如上所述，可以降低在氧化物半导体膜中的氢浓度，并实现高纯度化。由此，可以实现氧化物半导体膜的稳定化。另外，通过玻璃转移温度以下的加热处理可以形成少数载流子的数量极少，带隙宽的氧化物半导体膜。由此，由于可以使用大面积衬底制造薄膜晶体管，所以可以提高产量。另外，通过使用该氢浓度降低了并高纯度化了的氧化物半导体膜，可以制造适合于高清晰化，工作速度快，在导通时能够流过大电流，在截止时几乎不流过电流的薄膜晶体管。

本实施方式可以与其他实施方式所记载的结构适当地组合而实施。

实施方式5

在本实施方式中，参照图8A和8B及图9A和9B说明具有与实施方式4不同的氧化物半导体膜的场效应晶体管，例如薄膜晶体管。

与实施方式4类似地，如图8A所示，在衬底101上形成绝缘膜103及第一电极105。接着，如图8B所示，在第一电极105上形成氧化物半导体膜107及第二电极109。

接着，进行第一加热处理。本实施方式中的第一加热处理与上述实施方式中的第一加热处理不同，通过该加热处理，如图9B所示，可以形成在其表面中形成有晶粒的氧化物半导体膜151。在本实施方式中，使用由从电阻发热体等的发热体的热传导和热辐射的至少一种来加热被处理物的装置而进行第一加热处理。在此，加热处理的温度为500℃以上且700℃以下，优选为650℃以上且700℃以下。另外，虽然对于加热处理温度的上限从发明的本质的部分没有要求，但是加热处理温度的上限需要在衬底101的耐热性的范围内。另外，加热处理的时间优选为1分钟以上且10分钟以下。由于通过对第一加热处理应用RTA处理来可以在短时间内进行加热处理，所以可以减少对于衬底101的热影响。换言之，与进行很长时间的加热处理的情况相比，可以上升加热处理温度的上限。另外，在氧化物半导体膜的表面附近可以选择性地形成所指定的结构的晶粒。

作为在本实施方式中可以使用的加热装置，有GRTA(GasRapidThermalAnneal：气体快速热退火)装置、LRTA(LampRapidThermalAnneal：灯快速热退火)装置等的RTA(RapidThermalAnneal：快速热退火)装置。LRTA装置是通过卤素灯、金卤灯、氙弧灯、碳弧灯、高压钠灯、或者高压汞灯等的灯发射的光(电磁波)辐射来加热被处理物的装置。GRTA装置是使用高温的气体进行加热处理的装置。作为气体，使用即使进行加热处理也不与被处理物产生反应的惰性气体如氩等的稀有气体或氮。

例如，作为第一加热处理，也可以进行GRTA，该GRTA是如下处理：将衬底移动到加热到650℃至700℃的高温的氮或稀有气体等的惰性气体气氛中，在进行几分钟的加热之后，从在加热到高温的惰性气体中取出衬底。通过使用GRTA，可以在短时间内进行高温加热处理。

另外，上述加热处理只要在形成氧化物半导体膜107之后就可以随时进行，但是为了促进脱水化或脱氢化，优选在氧化物半导体膜107的表面上设置其他结构要素之前进行上述加热处理。另外，上述加热处理不局限于进行一次，而可以进行多次。

在此，图9B示出图9A的虚线部153的放大图。

氧化物半导体膜151具有以非晶氧化物半导体为主要结构的非晶区155和形成在氧化物半导体膜151的表面中的晶粒157。另外，晶粒157形成在离氧化物半导体膜151的表面的深度为20nm以下的区域(即表面附近)。但是，在氧化物半导体膜151的厚度变厚的情况下不局限于此。例如，在氧化物半导体膜151的厚度为200nm以上的情况下，“表面的附近(表面附近)”是指离氧化物半导体膜151的表面的厚度(深度)为氧化物半导体膜的厚度的10％以下的区域。

在此，非晶区155主要包含非晶氧化物半导体膜。另外，“主要”是指例如占有50％以上区域的状态。在此情况下，非晶氧化物半导体膜在非晶区155中以volume％(或weight％)占有50％以上的状态。换言之，非晶区在某些情况下除非晶氧化物半导体膜以外还包含氧化物半导体膜的结晶等，其含有率优选以volume％(或weight％)小于50％，但是不局限于这些范围内。

在作为氧化物半导体膜的材料使用In-Ga-Zn-O类氧化物半导体时，上述非晶区155的组成优选为Zn的含量(atomic％)小于In或Ga的含量(atomic％)。这是因为通过具有上述组成，可以容易形成所指定的组成的晶粒157的缘故。

然后，与实施方式4类似地，形成栅极绝缘膜和用作栅电极的第三电极来制造薄膜晶体管。

由于氧化物半导体膜151的表面附近与栅极绝缘膜接触，所以成为沟道。通过成为沟道的区域具有晶粒，在源极、沟道以及漏极之间的电阻减少的同时，载流子迁移率上升。由此，具有该氧化物半导体膜151的薄膜晶体管的场效应迁移率上升，并可以实现薄膜晶体管的良好的电特性。

另外，由于晶粒157与非晶区155相比稳定，所以当在氧化物半导体膜151的表面附近具有晶粒157时，可以降低在非晶区155中引入杂质(例如，氢、水、羟基或氢化物等)。由此，可以提高氧化物半导体膜151的可靠性。

通过上述步骤，可以降低在氧化物半导体膜中的氢浓度，并实现高纯度化。由此，可以实现氧化物半导体膜的稳定化。另外，通过玻璃转移温度以下的加热处理可以形成少数载流子的数量极少，带隙宽的氧化物半导体膜。由此，由于可以使用大面积衬底制造薄膜晶体管，所以可以提高产量，另外，通过使用该氢浓度降低了并高纯度化了的氧化物半导体膜，可以制造适合于高清晰化，工作速度快，在导通时能够流过大电流，在截止时几乎不流过电流的薄膜晶体管。

实施方式6

在本实施方式中，参照图8A至8E说明图1A和1B所示的薄膜晶体管的制造工序。

与实施方式4类似地，如图8A所示，在衬底101上形成第一电极105。

接着，如图8B所示，在第一电极105上形成氧化物半导体膜107及第二电极109。

另外，在通过溅射法形成氧化物半导体膜之前，进行引入氩气体并产生等离子体的反溅射，去除附着在第一电极105的表面上的尘屑或氧化膜，由此可以使第一电极105及氧化物半导体膜的界面的电阻降低，因此这是优选的。另外，也可以使用氮气氛、氦气氛等代替氩气氛。

在本实施方式中，通过使用In-Ga-Zn-O类氧化物半导体成膜用靶材的溅射法来形成氧化物半导体膜。在本实施方式中，在保持为减压状态的处理室内保持衬底，将衬底加热到室温或低于400℃。然后，去除残留在处理室内的氢、水、羟基或氢化物等，引入氢、水、羟基或氢化物等被去除的溅射气体，在绝缘膜103及第一电极105上形成氧化物半导体膜。为了去除残留在处理室内的氢、水、羟基或氢化物等，优选使用吸附型真空泵。例如，优选使用低温泵、离子泵、钛升华泵。另外，作为排气单元，也可以使用具有冷阱的涡轮泵。在通过使用低温泵排气的处理室中，由于例如氢、水、羟基或氢化物等(更优选的是包含碳原子的化合物)排出，所以可以降低氧化物半导体膜所含有的杂质的浓度。另外，通过一边通过低温泵去除残留在处理室内的氢、水、羟基或氢化物等一边进行溅射形成，在衬底温度为室温至低于400℃的情况下也可以形成减少氢原子、水等杂质的氧化物半导体膜。

在本实施方式中，应用如下成膜条件：衬底和靶材之间的距离为100mm；压力为0.6Pa；直流(DC)电源为0.5kW；在氧(氧流量比率为100％)的气氛下。另外，通过使用脉冲直流(DC)电源，可以减少在进行成膜时产生的粉状物质(也称为微粒、尘屑等)，并且膜厚分布也变得均匀，所以这是优选的。氧化物半导体膜的厚度优选为30nm以上且3000nm以下。另外，由于根据所应用的氧化物半导体膜材料，适当的厚度不同，所以根据材料适当地选择厚度既可。

接着，成为第二电极109的导电膜可以适当地使用形成第一电极105的材料及方法。

接着，与实施方式4类似地，对成为第二电极109的导电膜及氧化物半导体膜107的氧化物半导体膜进行蚀刻，形成岛状的第二电极109及岛状的氧化物半导体膜107。为了形成所希望的形状的氧化物半导体膜107及第二电极109，根据材料适当地调节蚀刻条件(蚀刻剂、蚀刻时间、温度等)。

接着，如图8C所示，与实施方式4类似地，在第一电极105、氧化物半导体膜107、第二电极109上形成栅极绝缘膜111。优选使栅极绝缘膜111与氧化物半导体膜107的界面特性为良好，通过使用微波(2.45GHz)的高密度等离子体CVD法形成栅极绝缘膜111，可以形成致密且具有高耐压性和高品质的绝缘膜，因此这是优选的。另外，只要使作为栅极绝缘膜可以形成良好的绝缘膜，则可以应用溅射法或等离子体CVD法等其他形成方法。

另外，优选在形成栅极绝缘膜111之前进行反溅射，使得至少去除附着在氧化物半导体膜107的表面上的抗蚀剂残渣等。

另外，也可以在形成栅极绝缘膜111之前，通过使用N₂O、N₂或Ar等的气体的等离子体处理，去除附着在被露出的氧化物半导体膜的表面上的氢、水、羟基或氢化物等。另外，也可以使用氧和氩的混合气体进行等离子体处理。在进行等离子体处理的情况下，优选以不接触到大气的方式形成与氧化物半导体膜的一部分接触的栅极绝缘膜111。

另外，为了在栅极绝缘膜111中尽量不包含氢、水、羟基或氢化物等，优选作为预处理，在溅射装置的预热室中对形成有第一电极105至第二电极109的衬底101进行预热，使吸附到衬底101的氢、水、羟基或氢化物等杂质脱离并排出。或者，优选在形成栅极绝缘膜111之后，对衬底101在溅射装置的预热室进行预热，使吸附到衬底101的氢、水、羟基或氢化物等杂质脱离并排出。另外预热的温度为100℃以上且400℃以下，优选为150℃以上且300℃以下。另外，设置在预热室的排气单元优选是低温泵。另外，也可以省略该预热处理。

栅极绝缘膜111也可以采用从第一电极105、氧化物半导体膜107以及第二电极109上顺序层叠氧化硅膜和氮化硅膜的结构。例如，也可以作为第一栅极绝缘膜通过溅射法形成5nm以上且300nm以下的氧化硅膜(SiO_x(x＞0))，在第一栅极绝缘膜上作为第二栅极绝缘膜层叠50nm以上且200nm以下的氮化硅膜(SiN_y(y＞0))，由此形成栅极绝缘膜111。

接着，如图8C所示，与实施方式4类似地，在栅极绝缘膜111上形成用作栅电极的第三电极113、115。

通过上述步骤，可以形成具有氢浓度降低了的氧化物半导体膜107的薄膜晶体管133。

在如上所述那样形成氧化物半导体膜时，通过去除残留在反应气氛中的氢、水、羟基或氢化物等，可以降低该氧化物半导体膜中的氢浓度。由此，可以实现氧化物半导体膜的稳定化。

接着，如图8D所示，与实施方式4类似地，在栅极绝缘膜111及第三电极113、115上形成绝缘膜117之后，形成接触孔119、121、123。

接着，如图8E所示，与实施方式4类似地，形成布线125、127、129。

另外，在形成绝缘膜117之后，与实施方式4类似地，还可以在大气中以100℃以上且200℃以下进行1小时以上且30小时以下的加热处理。通过该加热处理，可以得到常截止状态的薄膜晶体管。由此，可以提高显示装置或半导体装置的可靠性。

另外，还可以在第三电极113、115及布线125、127、129之间设置用于平坦化的平坦化绝缘膜。

如上所述那样形成氧化物半导体膜时，通过去除残留在反应气氛中的氢、水、羟基或氢化物等，可以降低该氧化物半导体膜中的氢浓度，并可以实现高纯度化。由此，可以实现氧化物半导体膜的稳定化。另外，通过玻璃转移温度以下的加热处理可以形成少数载流子的数量极少，带隙宽的氧化物半导体膜。由此，由于可以使用大面积衬底制造薄膜晶体管，所以可以提高产量，另外，通过使用该氢浓度降低了并高纯度化了的氧化物半导体膜，可以制造适合于高清晰化，工作速度快，在导通时能够流过大电流，在截止时几乎不流过电流的薄膜晶体管。

实施方式7

在本实施方式中，参照图10及图11说明使用上述实施方式所示的薄膜晶体管的显示装置的元件衬底及像素结构。

图10示出显示装置的显示部中的像素160的俯视图，图11示出沿着图10的虚线A-B及C-D的截面图。

在本实施方式中，作为控制像素电极的电位的像素薄膜晶体管，使用实施方式1所示的薄膜晶体管133而说明，但是可以适当地使用其他实施方式所示的薄膜晶体管。用作薄膜晶体管133的源电极和漏电极中的一方的第一电极105与像素电极167连接。用作薄膜晶体管133的源电极和漏电极中的另一方的第二电极109通过导电膜165与信号线161连接。另外，使用与形成第一电极105相同的层形成电容布线163。导电膜165及像素电极167形成在用于平坦化的平坦化绝缘膜171上。

另外，实施方式1至6所示的薄膜晶体管由于使用氢浓度降低了并高纯度化了的氧化物半导体膜，所以截止电流低。由此，不需要设置保持对像素电极施加的信号电压的电容元件。换言之，由于不需要追加设置电容布线163，所以可以提高像素的开口率。

平坦化绝缘膜171可以适当地使用实施方式4所示的平坦化绝缘膜的材料。

像素电极167根据各显示装置使用适当的导电膜来形成。

本实施方式所示的元件衬底可以适当地使用于液晶显示装置、发光显示装置、电泳显示装置等其他显示装置。另外，像素的结构不局限于图10及图11，可以适当地设置薄膜晶体管、二极管、电容元件。

实施方式8

在本实施方式中，说明如下情况：制造薄膜晶体管，并将该薄膜晶体管应用于像素部和外围电路部(驱动电路等)来制造具有显示功能的半导体装置(显示装置)。通过将外围电路部的一部或全部一体形成在与像素部相同的衬底上，可以形成系统整合型面板(system-on-panel)。

显示装置包括显示元件。作为显示元件，可以使用液晶元件(也称为液晶显示元件)、发光元件(也称为发光显示元件)等。在发光元件的范围内包括利用电流或电压控制亮度的元件，具体而言，包括无机EL(ElectroLuminescence：电致发光)元件、有机EL元件等。此外，也可以应用电子墨水等对比度因电作用而变化的显示介质。

此外，显示装置包括密封有显示元件的面板和在该面板中安装有包括控制器的IC等的模块。再者，构成显示装置的元件衬底在各像素部中具备用于将电流供给到显示元件的单元。具体而言，元件衬底既可以是只形成有显示元件的像素电极的状态，又可以是形成成为像素电极的导电层之后且进行蚀刻之前的状态。

以下，在本实施方式中示出液晶显示装置的一个例子。图12A1、12A2及12B是一种面板的平面图及截面图，其中使用第二衬底4006和密封材料4005将形成在第一衬底4001上的薄膜晶体管4010及薄膜晶体管4011和液晶元件4013密封。这里，图12A1和12A2相当于平面图，而图12B相当于沿着图12A1和12A2的M-N线的截面图。

以围绕设置在第一衬底4001上的像素部4002和扫描线驱动电路4004的方式设置有密封材料4005。此外，在像素部4002和扫描线驱动电路4004上设置有第二衬底4006。换言之，像素部4002和扫描线驱动电路4004与液晶层4008一起由第一衬底4001、密封材料4005和第二衬底4006密封。此外，在第一衬底4001上的与由密封材料4005围绕的区域不同的区域中安装有信号线驱动电路4003，该信号线驱动电路4003使用单晶半导体或多晶半导体形成在另外准备的衬底上。

另外，对于分开形成的驱动电路的连接方法没有特别的限制，可以适当地采用COG方法、引线键合方法、TAB方法等。图12A1是通过COG方法安装信号线驱动电路4003的例子，而图12A2是通过TAB方法安装信号线驱动电路4003的例子。

此外，设置在第一衬底4001上的像素部4002和扫描线驱动电路4004的每一个包括多个薄膜晶体管。在图12B中例示像素部4002所包括的薄膜晶体管4010和扫描线驱动电路4004所包括的薄膜晶体管4011。薄膜晶体管4010及薄膜晶体管4011上设置有绝缘膜4020。

例如，薄膜晶体管4010及薄膜晶体管4011可以应用上述实施方式等所示的任何薄膜晶体管。

另外，液晶元件4013所具有的像素电极4030与薄膜晶体管4010电连接。而且，液晶元件4013的对置电极4031形成在第二衬底4006上。液晶元件4013由上述像素电极4030、对置电极4031和液晶层4008形成。另外，像素电极4030、对置电极4031分别设置有用作取向膜的绝缘膜4032及绝缘膜4033，且像素电极4030、对置电极4031隔着该绝缘膜4032及绝缘膜4033夹有液晶层4008。

另外，作为第一衬底4001、第二衬底4006，可以适当地使用实施方式1所示的衬底101。另外，可以使用金属(典型是不锈钢)、陶瓷、塑料等。作为塑料，可以使用FRP(Fiberglass-ReinforcedPlastics：纤维增强塑料)衬底、PVF(聚氟乙烯)薄膜、聚酯薄膜或丙烯酸树脂薄膜等。另外，也可以使用具有将铝箔夹在PVF膜或聚酯膜之间的结构的薄片。

此外，柱状隔离物4035是为控制像素电极4030和对置电极4031之间的距离(单元间隙)而设置的。柱状隔离物4035是通过对绝缘膜选择性地进行蚀刻而获得的。另外，还可以使用球状隔离物代替柱状隔离物。另外，对置电极4031电连接于设置在与薄膜晶体管4010同一衬底上的共同电位线。例如，能够通过配置在一对衬底之间的导电粒子电连接对置电极4031和共同电位线。另外，导电粒子优选包含在密封材料4005中。

另外，还可以使用不需要取向膜的显示蓝相的液晶。蓝相是液晶相的一种，是指因升温而即将从胆甾相转变到均质相之前出现的相。由于蓝相只出现在较窄的温度范围内，所以优选使用混合有5wt％以上的手性试剂的液晶组成物。由此，能够改善温度范围。包含显示蓝相的液晶和手性试剂的液晶组成物具有如下特征：响应时间短，即为10μs至100μs；具有光学各向同性而不需要取向处理；视角依赖性小。

另外，虽然在本实施方式中示出透过型液晶显示装置的一个例子，但是不局限于此，既可为反射型液晶显示装置又可为半透过型液晶显示装置。

另外，虽然在本实施方式所示的液晶显示装置中示出在衬底的外侧(观看一侧)设置偏振片，并在内侧设置着色层、用于显示元件的电极的例子，但是也可以在衬底的内侧设置偏振片。另外，偏振片和着色层的叠层结构也不局限于本实施方式的结构，只要根据偏振片和着色层的材料或制造工序条件适当地设定即可。另外，还可以设置黑掩模(黑矩阵)作为遮光膜。

另外，在本实施方式中，为减少起因于薄膜晶体管的表面凹凸，利用绝缘膜4020覆盖上述实施方式中获得的薄膜晶体管，但是所公开的发明不局限于此。

作为绝缘膜4020，可以适当地使用实施方式4所示的平坦化绝缘膜的材料。

像素电极4030和对置电极4031可以使用具有透光性的导电材料诸如包含氧化钨的氧化铟、包含氧化钨的氧化铟锌、包含氧化钛的氧化铟、包含氧化钛的氧化铟锡、氧化铟锡(下面表示为ITO)、氧化铟锌、添加有氧化硅的氧化铟锡等。

另外，像素电极4030和对置电极4031还可以使用包含导电高分子(也称为导电聚合物)的导电组成物。使用导电组成物而形成的像素电极的薄层电阻优选为1.0×10⁴Ω/sq.以下，且波长优选为550nm时的透光率为70％以上。另外，包含在导电组成物中的导电高分子的电阻率优选为0.1Ω·cm以下。

作为导电高分子，可以使用所谓的π电子共轭类导电高分子。例如，可以举出聚苯胺或其衍生物、聚吡咯或其衍生物、聚噻吩或其衍生物、或者上述材料中的两种以上的共聚物等。

另外，供给信号线驱动电路4003、扫描线驱动电路4004、像素部4002等的各种信号是从FPC4018供给的。

另外，连接端子电极4015由与液晶元件4013所具有的像素电极4030相同的导电膜形成，并且端子电极4016由与薄膜晶体管4010及薄膜晶体管4011的源电极或漏电极相同的导电膜形成。

连接端子电极4015通过各向异性导电膜4019电连接到FPC4018所具有的端子。

此外，虽然在图12A1、12A2以及12B中示出分开形成信号线驱动电路4003并将该信号线驱动电路4003安装在第一衬底4001上的例子，但是本实施方式不局限于该结构。既可以分开地形成扫描线驱动电路而安装，又可以分开地仅形成信号线驱动电路的一部分或扫描线驱动电路的一部分而安装。

实施方式9

在本实施方式中，参照图13说明作为半导体装置的一个例子的有源矩阵型电子纸。能够与上述实施方式所示的晶体管类似地制造用于半导体装置的薄膜晶体管650。

图13所示的电子纸是采用旋转球显示方式的显示装置的一个例子。旋转球显示方式是指一种方法，其中将一个半球表面为黑色而另一个半球表面为白色的球形粒子配置在第一电极与第二电极之间，并且在第一电极与第二电极之间产生电位差来控制旋转球的方向，以进行显示。

设置在衬底600上的薄膜晶体管650是所公开的发明的一个方式的薄膜晶体管，其结构中氧化物半导体膜被该氧化物半导体膜上方的源电极或漏电极与该氧化物半导体膜下方的源电极或漏电极夹持。另外，源电极或漏电极通过形成在绝缘膜中的接触孔电连接于第一电极660。在衬底602上设置有第二电极670，并且在第一电极660和第二电极670之间设置有旋转球680，该旋转球680具有黑色区680a和白色区680b。另外，在旋转球680的周围充满有树脂等的填料682(参照图13)。在图13中，第一电极660相当于像素电极，并且第二电极670相当于公共电极。第二电极670与设置在与薄膜晶体管650同一个衬底上的公共电位线电连接。

还可以使用电泳显示元件而代替旋转球。在此情况下，例如使用直径为大约10μm至200μm左右的微胶囊，该微胶囊封入有透明的液体、带正电的白色微粒和带负电的黑色微粒。当由第一电极和第二电极施加电场时，白色微粒和黑色微粒移动到相反方向，从而显示白色或黑色。电泳显示元件具有比液晶显示元件高的反射率，因而不需要辅助灯。此外，即使在亮度不够的地方也可以辨别显示部。另外，还有如下优点：即使不向显示部供应电源，也可以保持显示过一次的图像。

如上所述，通过使用所公开的发明，可以制造高性能的电子纸。本实施方式可以与其他实施方式所记载的结构适当地组合而实施。

实施方式10

在本实施方式中，作为半导体装置示出发光显示装置的例子。在此，使用利用电致发光的发光元件而示出显示装置所具有的显示元件。利用电致发光的发光元件是根据其发光材料是有机化合物还是无机化合物而区分的，一般来说，前者被称为有机EL元件，而后者被称为无机EL元件。

在有机EL元件中，通过对发光元件施加电压，电子及空穴从一对电极分别注入到包含发光有机化合物的层，而流过电流。然后，由于这些载流子(电子及空穴)重新结合，而获得发光。根据这种机理，该发光元件被称为电流激发型发光元件。

无机EL元件根据其元件的结构而分类为分散型无机EL元件和薄膜型无机EL元件。分散型无机EL元件包括在粘合剂中分散有发光材料的粒子的发光层，且其发光机理是利用供体能级和受体能级的供体-受体重新结合型发光。薄膜型无机EL元件具有利用电介质层夹持发光层并进一步利用电极夹持该夹有发光层的电介质层的结构，且其发光机理是利用金属离子的内层电子跃迁的定域型发光。另外，在此作为发光元件使用有机EL元件而进行说明。

接着，参照图14A和14B说明相当于半导体装置的一个方式的发光显示面板(也称为发光面板)的外观及截面。图14A和14B是一种面板的平面图及截面图，其中使用第二衬底4506和密封材料4505密封形成在第一衬底4501上的薄膜晶体管4509、薄膜晶体管4510及发光元件4511。这里，图14A示出平面图，而图14B相当于沿着图14A的H-I线的截面图。

以围绕设置在第一衬底4501上的像素部4502、信号线驱动电路4503a、信号线驱动电路4503b、扫描线驱动电路4504a、扫描线驱动电路4504b的方式设置有密封材料4505。另外，在像素部4502、信号线驱动电路4503a、信号线驱动电路4503b、扫描线驱动电路4504a、扫描线驱动电路4504b上设置有第二衬底4506。就是说，像素部4502、信号线驱动电路4503a、信号线驱动电路4503b、扫描线驱动电路4504a、扫描线驱动电路4504b由第一衬底4501、密封材料4505和第二衬底4506与填料4507一起密封。像这样，优选使用气密性高且脱气少的保护薄膜(贴合薄膜、紫外线固化树脂薄膜等)或覆盖材料等进行封装(封入)。

此外，设置在第一衬底4501上的像素部4502、信号线驱动电路4503a、信号线驱动电路4503b、扫描线驱动电路4504a、扫描线驱动电路4504b的每一个包括多个薄膜晶体管，在图14B中，例示包括在像素部4502中的薄膜晶体管4510和包括在信号线驱动电路4503a中的薄膜晶体管4509。

作为薄膜晶体管4509及薄膜晶体管4510，可以应用上述实施方式所示的任何薄膜晶体管。

此外，发光元件4511所具有的作为像素电极的第一电极4517与薄膜晶体管4510的源电极或漏电极电连接。另外，发光元件4511的结构是由第一电极4517、发光层4513、第二电极4514构成的叠层结构，但是不局限于本实施方式所示的结构。可以根据从发光元件4511取出的光的方向等而适当地改变上述结构。

在第一电极4517、第二电极4514中，作为用作阴极的电极，可以使用功函数低且反射光的导电膜。例如，优选地使用诸如Ca、Al、MgAg、或AlLi等的材料来形成用作阴极的电极。用作阳极的电极使用透过光的导电材料形成。例如，可以使用具有透光性的导电材料，诸如含氧化钨的氧化铟、含氧化钨的氧化铟锌、含氧化钛的氧化铟、含氧化钛的氧化铟锡、氧化铟锡、氧化铟锌、添加有氧化硅的氧化铟锡等。

使用有机树脂膜、无机绝缘膜或有机聚硅氧烷等来形成分隔壁4520。特别优选的是，使用感光材料，在第一电极4517上形成开口，并且将该开口的侧壁形成为具有连续的曲率的倾斜面来形成分隔壁4520。

发光层4513既可以由单层构成，又可以由多层的叠层构成。

也可以在第二电极4514及分隔壁4520上形成保护膜，以防止氧、氢、水、二氧化碳等侵入到发光元件4511中。作为保护膜，可以形成氮化硅膜、氮氧化硅膜、DLC膜等。

另外，供给到信号线驱动电路4503a、信号线驱动电路4503b、扫描线驱动电路4504a、扫描线驱动电路4504b及像素部4502等的各种信号是从FPC4518a、FPC4518b供给的。

在本实施方式中，示出如下例子：连接端子电极4515由与发光元件4511的第一电极4517相同的导电膜形成，并且端子电极4516由与薄膜晶体管4509、薄膜晶体管4510的源电极或漏电极相同的导电膜形成。

连接端子电极4515通过各向异性导电膜4519电连接到FPC4518a所具有的端子。

位于从发光元件4511取出光的方向上的衬底需要具有透光性。作为具有透光性的衬底，有玻璃板、塑料板、聚酯薄膜或丙烯酸树脂薄膜等。

作为填料4507，除了氮、氩等的惰性气体之外，还可以使用紫外线固化树脂或热固化树脂等。例如，可以使用PVC(聚氯乙烯)、丙烯酸树脂、聚酰亚胺、环氧树脂、硅酮树脂、PVB(聚乙烯醇缩丁醛)、EVA(乙烯-醋酸乙烯酯)等。在本实施方式中，示出作为填料使用氮的例子。

若有需要，则还可以在发光元件的发射面上适当地设置诸如偏振片、圆偏振片(包括椭圆偏振片)、相位差板(λ/4片、λ/2片)、或滤色片等的光学薄膜。另外，也可以对表面进行抗反射处理。例如，可以进行抗眩光处理，该处理可以通过利用表面的凹凸来扩散反射光，降低眩光。

信号线驱动电路4503a、信号线驱动电路4503b、扫描线驱动电路4504a、扫描线驱动电路4504b也可以由分开准备的衬底上的单晶半导体或多晶半导体形成。此外，也可以分开地仅形成信号线驱动电路或其一部分、或者扫描线驱动电路或其一部分而安装。本实施方式不局限于图14A和14B的结构。

通过上述工序，可以制造高性能的发光显示装置(显示面板)。本实施方式可以与其他实施方式所记载的结构适当地组合而实施。

实施方式11

在本实施方式中，对具备上述实施方式所说明的显示装置的电子设备的例子进行说明。

图15A是便携式游戏机，其可以包括壳体9630、显示部9631、扬声器9633、操作键9635、连接端子9636、记录媒体插入部9672等。图15A所示的便携式游戏机可以有如下功能：读出储存在记录媒体中的程序或数据并将其显示在显示部上；通过与其他便携式游戏机进行无线通信而实现信息共享；等。另外，图15A所示的便携式游戏机可以具有各种功能，而不局限于这些功能。

图15B是数码相机，其可以包括壳体9630、显示部9631、扬声器9633、操作键9635、连接端子9636、快门按钮9676、图像接收部9677等。图15B所示的具有电视图像接收功能的数码相机可以具有如下功能：拍摄静止图像；拍摄动态图像；对所拍摄的图像进行自动或手动校正；由天线接收各种信息；对所拍摄的图像或由天线接收到的信息进行储存；将所拍摄的图像或由天线接收到的信息显示在显示部上；等。另外，图15B所示的具有电视图像接收功能的数码相机可以具有各种功能，而不局限于这些功能。

图15C是电视图像接收机，其可以包括壳体9630、显示部9631、扬声器9633、操作键9635、连接端子9636等。图15C所示的电视图像接收机可以具有如下功能：对电视电波进行处理而将其转换为图像信号；对图像信号进行处理并将其转换为适于显示的信号；对图像信号的帧频率进行转换；等。另外，图15C所示的电视图像接收机可以具有各种功能，而不局限于这些功能。

图16A是计算机，其可以包括壳体9630、显示部9631、扬声器9633、操作键9635、连接端子9636、定位装置9681、外部连接端口9680等。图16A所示的计算机可以具有如下功能：将各种信息(静止图像、动态图像、文字图像等)显示在显示部上；利用各种软件(程序)控制处理；无线通信或有线通信等的通信；利用通信功能而连接到各种计算机网络；利用通信功能进行各种数据的发送或接收；等。另外，图16A所示的计算机可以具有各种功能，而不局限于这些功能。

接着，图16B是手机，其可以包括壳体9630、显示部9631、扬声器9633、操作键9635、麦克风9638等。图16B所示的手机可以具有如下功能：显示各种信息(静止图像、动态图像、文字图像等)；将日历、日期或时刻等显示在显示部上；对显示在显示部上的信息进行操作或编辑；利用各种软件(程序)控制处理；等。另外，图16B所示的手机可以具有各种功能，而不局限于这些功能。

接着，图16C是电子纸(也称为电子阅读器)，其可以包括壳体9630、显示部9631、操作键9635等。图16C所示的电子阅读器可以具有如下功能：显示各种信息(静止图像、动态图像、文字图像等)；将日历、日期或时刻等显示在显示部上；对显示在显示部上的信息进行操作或编辑；利用各种软件(程序)控制处理；等。另外，图16C所示的电子纸可以具有各种功能，而不局限于这些功能。

本实施方式所述的电子设备在显示部所包含的多个像素中可以减少截止电流。由此，可以保持使用存储电容器能够保持电压的期间长，可以形成具备可以实现显示静止图像等时的低功耗化的显示装置的电子设备。另外，通过实现开口率的提高，可以形成具有高清晰度的显示部的显示装置。

本说明书根据2009年10月30日在日本专利局受理的日本专利申请编号2009-251060而制作，所述申请内容包括在本说明书中。

Claims

1.一种半导体装置，包括：

衬底；

所述衬底上的第一绝缘膜；

所述第一绝缘膜上的第一电极；

所述第一电极上的氧化物半导体膜；

所述氧化物半导体膜上的第二电极；

覆盖所述第一电极、所述氧化物半导体膜及所述第二电极的栅极绝缘膜；以及

隔着所述栅极绝缘膜与所述氧化物半导体膜的侧表面相邻的第三电极，所述第三电极与所述栅极绝缘膜接触，

其中所述氧化物半导体膜包含晶粒，

其中所述晶粒形成在离所述氧化物半导体膜的表面有20nm以下的深度的区域中，

其中所述氧化物半导体膜的载流子浓度为1×10¹²/cm³以下，

其中所述栅极绝缘膜的一部分与所述氧化物半导体膜接触，并且

其中所述栅极绝缘膜由氧化硅膜形成。

2.根据权利要求1所述的半导体装置，还包括设置在所述第三电极上的第二绝缘膜。

3.根据权利要求2所述的半导体装置，其中所述第二绝缘膜具有叠层结构。

4.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述第一绝缘膜具有叠层结构。

5.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述栅极绝缘膜包含氮化硅。

6.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述第一电极用作源电极和漏电极中的一方，所述第二电极用作所述源电极和所述漏电极中的另一方，并且所述第三电极用作栅电极。

7.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述氧化物半导体膜的氢浓度为5×10¹⁹/cm³以下。

8.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述氧化物半导体膜的沟道区包含晶粒。

9.一种半导体装置，包括：

衬底；

所述衬底上的第一绝缘膜；

所述第一绝缘膜上的第一电极；

所述第一电极上的氧化物半导体膜；

所述氧化物半导体膜上的第二电极；

隔着所述栅极绝缘膜与所述氧化物半导体膜的侧表面相邻的多个第三电极，所述多个第三电极与所述栅极绝缘膜接触，

其中所述氧化物半导体膜包含晶粒，

其中所述氧化物半导体膜的载流子浓度为1×10¹²/cm³以下，

其中所述栅极绝缘膜由氧化硅膜形成。

10.根据权利要求9所述的半导体装置，还包括设置在所述多个第三电极上的第二绝缘膜。

11.根据权利要求10所述的半导体装置，其中所述第二绝缘膜具有叠层结构。

12.根据权利要求9所述的半导体装置，其中所述第一绝缘膜具有叠层结构。

13.根据权利要求9所述的半导体装置，其中所述栅极绝缘膜包含氮化硅。

14.根据权利要求9所述的半导体装置，其中所述第一电极用作源电极和漏电极中的一方，所述第二电极用作所述源电极和所述漏电极中的另一方，并且所述多个第三电极用作栅电极。

15.根据权利要求9所述的半导体装置，其中所述氧化物半导体膜的氢浓度为5×10¹⁹/cm³以下。

16.根据权利要求9所述的半导体装置，其中所述氧化物半导体膜的沟道区包含晶粒。

17.一种半导体装置，包括：

衬底；

所述衬底上的第一绝缘膜；

所述第一绝缘膜上的多个第一电极；

所述多个第一电极上的氧化物半导体膜；

所述氧化物半导体膜上的第二电极；

覆盖所述多个第一电极、所述氧化物半导体膜及所述第二电极的栅极绝缘膜；以及

其中所述氧化物半导体膜包含晶粒，

其中所述氧化物半导体膜的载流子浓度为1×10¹²/cm³以下，

其中所述栅极绝缘膜由氧化硅膜形成。

18.根据权利要求17所述的半导体装置，还包括设置在所述多个第三电极上的第二绝缘膜。

19.根据权利要求18所述的半导体装置，其中所述第二绝缘膜具有叠层结构。

20.根据权利要求17所述的半导体装置，其中所述第一绝缘膜具有叠层结构。

21.根据权利要求17所述的半导体装置，其中所述栅极绝缘膜包含氮化硅。

22.根据权利要求17所述的半导体装置，其中所述多个第一电极用作源电极和漏电极中的一方，所述第二电极用作所述源电极和所述漏电极中的另一方，并且所述多个第三电极用作栅电极。

23.根据权利要求17所述的半导体装置，其中所述氧化物半导体膜的氢浓度为5×10¹⁹/cm³以下。

24.根据权利要求17所述的半导体装置，其中所述氧化物半导体膜的沟道区包含晶粒。