CN103904088A - 半导体装置及半导体装置的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种不降低开口率而具有增大了电荷容量的电容元件的半导体装置及半导体装置的制造方法。此外，提供一种缩减在制造工序中使用的掩模个数，而降低制造成本的半导体装置。使用透光性材料形成构成电容元件的一对电极和介电膜。作为一对电极中的一个电极，使用由包含杂质的透光性半导体膜形成的电极。另外，作为构成该电容元件的一对电极中的另一个电极，使用像素电极等透光性导电膜来形成。而且，设置有扫描线、在平行于该扫描线的方向上延伸并设置在与扫描线相同的表面上的电容线。在电容线上的绝缘膜以及在形成晶体管的源电极或漏电极时可以形成的导电膜上的绝缘膜中，同时可以分别形成到达电容线及该导电膜的开口。
Description
技术领域
本发明涉及一种物体（product；包括机器（machine）、产品（manufacture）及组合物（composition of matter））以及方法（process；包括单纯方法及生产方法）。尤其是，本发明的一个方式涉及一种半导体装置、显示装置、发光装置、蓄电装置、这些装置的驱动方法或者这些装置的制造方法。尤其是，本发明的一个方式涉及一种具有氧化物半导体的半导体装置、显示装置或发光装置。
背景技术
近年来，液晶显示器（LCD）等平板显示器不断广泛地得到普及。在平板显示器等的显示装置中，在行方向及列方向上配置的像素内例如设置有：作为开关元件的晶体管；与该晶体管电连接的液晶元件；以及与该液晶元件并联连接的电容元件。
作为构成该晶体管的半导体膜的半导体材料，通常使用非晶硅或多晶硅等的硅半导体。
另外，呈现半导体特性的金属氧化物（以下也称为氧化物半导体）也是能够用于晶体管的半导体膜的半导体材料。例如，已公开有一种使用氧化锌或In-Ga-Zn类氧化物半导体来制造晶体管的技术（参照专利文献1及专利文献2）。
[专利文献1]日本专利申请公开2007-123861号公报
[专利文献2]日本专利申请公开2007-96055号公报
一般而言，在电容元件中，在一对电极之间设置有介电膜（dielectric film），一对电极中的至少一个电极是由构成晶体管的栅电极、源电极或漏电极等具有遮光性的导电膜形成的。
另外，电容元件的电容值越大，在施加电场的情况下的能够将液晶元件的液晶分子的取向保持为固定的期间越长。在显示静态图像的显示装置中，能够延长该期间意味着可以减少重写图像数据的次数，从而可以降低耗电量。
为了增大电容元件的电荷容量，可以增大电容元件的占有面积，具体而言，可以增大一对电极彼此重叠的部分的面积。但是，在上述显示装置中，当为了增大一对电极彼此重叠的部分的面积而增大具有遮光性的导电膜的面积时，像素的开口率（aperture ratio）降低，图像显示质量下降。
发明内容
于是，鉴于上述课题，本发明的一个方式的课题之一是提供开口率高且包括能够增大电荷容量的电容元件的半导体装置等。
或者，本发明的一个方式的课题之一是提供缩减在制造工序中使用的掩模个数而降低制造成本的半导体装置等。
或者，本发明的一个方式的课题之一是提供关态电流(off-statecurrent)小的半导体装置等。或者，本发明的一个方式的课题之一是提供耗电量低的半导体装置等。或者，本发明的一个方式的课题之一是提供对使用者的眼睛的刺激少的显示装置等。或者，本发明的一个方式的课题之一是提供使用透明半导体膜的半导体装置等。或者，本发明的一个方式的课题之一是提供使用可靠性高的半导体膜的半导体装置等。或者，本发明的一个方式的课题之一是提供使用杂质浓度低的半导体膜的半导体装置等。或者，本发明的一个方式的课题之一是提供使用透过率高的电极的半导体装置等。或者，本发明的一个方式的课题之一是提供容易成为常关闭（normally off）的半导体装置等。或者，本发明的一个方式的课题之一是提供一种新颖的半导体装置等。注意，这些课题的记载不妨碍其他课题的存在。此外，本发明的一个方式并不需要解决上述所有课题。此外，从说明书、附图、权利要求书等的记载得知并可以抽出上述以外的课题。
本发明的一个方式是一种设置有晶体管和透光性电容元件的半导体装置。具体而言，使用透光性材料形成构成该电容元件的一对电极和介电膜。作为一对电极中的一个电极，使用由包含杂质的透光性半导体膜形成的电极。另外，作为构成该电容元件的一对电极中的另一个电极，使用利用像素电极等透光性导电膜形成的电极。而且，设置有扫描线、在平行于该扫描线的方向上延伸并设置在与扫描线相同的表面上的电容线。在电容线上的绝缘膜中以及在形成晶体管的源电极或漏电极时可以形成的导电膜上的绝缘膜中，同时可以分别形成到达电容线及该导电膜的开口。
另外，本发明的一个方式是一种半导体装置，该半导体装置包括：包括栅电极、源电极、漏电极以及透光性半导体膜的晶体管；在一对电极之间设置有介电膜的电容元件；与晶体管电连接的像素电极；形成在与栅电极相同的表面上的电容线；设置在与像素电极相同的表面上的电极；以及形成在与源电极或漏电极相同的表面上的导电膜。在电容元件中，形成在与晶体管中的透光性半导体膜相同的表面上的透光性导电膜用作一对电极中的一个电极，像素电极用作一对电极中的另一个电极，设置在透光性导电膜上的绝缘膜用作介电膜。电容线通过电极和导电膜而与电容元件的透光性导电膜电连接。电容元件中的透光性导电膜具有其导电率高于晶体管中的透光性半导体膜的区域。
另外，透光性半导体膜可以使用氧化物半导体形成。这是因为氧化物半导体的能隙大，即3.0eV以上，对于可见光的透过率大的缘故。
此外，为了对在氧化物半导体膜中形成沟道的晶体管赋予稳定的电特性，例如，在包含氧化物半导体膜的多层膜中降低被形成沟道的膜中的杂质浓度而实现高纯度本征是有效的。实现高纯度本征是指降低氧化物半导体膜的杂质浓度而使氧化物半导体膜本征化或实质上本征化。注意，当实质上本征时，氧化物半导体膜的载流子密度小于1×1017/cm3，优选小于1×1015/cm3，更优选小于1×1013/cm3。在氧化物半导体膜中，氢、氮、碳、硅以及主成分以外的金属元素都是杂质。为了降低氧化物半导体膜的杂质浓度，优选还降低与氧化物半导体膜靠近的膜中的杂质浓度。
例如，在氧化物半导体膜中硅形成杂质能级。此外，有时该杂质能级成为陷阱，使晶体管的电特性劣化。具体而言，将氧化物半导体膜的硅浓度设定为小于1×1019atoms/cm3，优选小于5×1018atoms/cm3，更优选小于1×1018atoms/cm3。另外，作为晶体管的栅极绝缘膜，大多使用氧化硅膜、氧氮化硅膜、氮化硅膜、氮氧化硅膜等包含硅的绝缘膜，因此优选在不与栅极绝缘膜接触的层中形成氧化物半导体膜的沟道。
另外，在氧化物半导体膜中氢及氮形成施主能级（donor level），使得载流子密度增大。
另外，当在栅极绝缘膜和氧化物半导体膜之间的界面形成沟道时，在该界面产生界面散射，由此晶体管的场效应迁移率变低。从上述观点来看，优选在不与栅极绝缘膜接触的层中形成氧化物半导体膜的沟道。
为了使晶体管的沟道与栅极绝缘膜分开，例如，形成包括氧化物半导体膜的多层膜即可。例如，多层膜由第一氧化物膜、氧化物半导体膜和第二氧化物膜的叠层结构构成，也可以使第一氧化物膜、氧化物半导体膜和第二氧化物膜的构成元素相同，并使它们的原子数比彼此不同，其结果是，可以使成为晶体管的沟道的氧化物半导体膜与栅极绝缘膜分开。
注意，在本说明书等中使用的“沟道”例如是指载流子流过的部分，“沟道形成区”例如是指有可能形成沟道的区域。
透光性电容元件可以利用晶体管的制造工序来形成。电容元件的一个电极可以利用形成晶体管的半导体膜的工序制造。电容元件的介电膜可以利用形成设置于晶体管的半导体膜上的绝缘膜的工序制造。电容元件的另一个电极可以利用形成与晶体管电连接的像素电极的工序制造。
当作为电容元件的一个电极使用在形成晶体管的半导体膜的工序中形成的半导体膜时，增大该半导体膜的导电率以形成透光性导电膜。例如，优选选自氢、硼、氮、氟、铝、磷、砷、铟、锡、锑及稀有气体元素中的一种以上的元素包含在半导体膜（后面的透光性导电膜）中。此外，作为对该半导体膜添加上述元素的方法，有离子注入法或离子掺杂法等，也可以通过将该半导体膜暴露于包含上述元素的等离子体中来添加上述元素。此时，作为电容元件的一个电极的透光性导电膜的导电率为10S/cm以上且1000S/cm以下，优选为100S/cm以上且1000S/cm以下。
另外，本发明的一个方式是一种半导体装置，该半导体装置包括：包括栅电极、源电极、漏电极以及透光性半导体膜的晶体管；在一对电极之间设置有介电膜的电容元件；与晶体管电连接的像素电极；形成在与栅电极相同的表面上的电容线；设置在与像素电极相同的表面上的电极；以及形成在与源电极或漏电极相同的表面上的导电膜。在晶体管中，在透光性半导体膜上设置有其中依次层叠有氧化绝缘膜和氮化绝缘膜的绝缘膜。在电容元件中，形成在与晶体管中的透光性半导体膜相同的表面上的透光性导电膜与该绝缘膜的氮化绝缘膜接触并用作一对电极中的一个电极，像素电极用作一对电极中的另一个电极，氮化绝缘膜用作介电膜。电容线通过电极和导电膜而与电容元件中的透光性导电膜电连接。电容元件中的透光性导电膜具有其导电率高于晶体管中的透光性半导体膜的区域。
另外，在电容元件中，通过采用将用作一个电极的透光性导电膜与氮化绝缘膜接触的结构，可以省略离子注入法或离子掺杂法等用来添加上述元素的工序，由此可以提高半导体装置的成品率，从而可以降低制造成本。
通过采用上述结构，由于电容元件具有透光性，所以可以在像素内的形成有晶体管的区域以外的区域中较大地（大面积地）形成电容元件。因此，可以获得提高了开口率且增大了电荷容量的半导体装置。其结果是，可以获得显示质量优良的半导体装置。
在上述半导体装置中，当作为设置于晶体管的氧化物半导体膜上的绝缘膜采用氧化绝缘膜和氮化绝缘膜的叠层结构时，该氧化绝缘膜优选是不易使氮透过的氧化绝缘膜，即，对氮具有阻挡性的氧化绝缘膜。
通过采用上述结构，可以抑制氮和氢中的一方或双方扩散到作为晶体管中的半导体膜的氧化物半导体膜，可以抑制晶体管的电特性变动。
另外，本发明的一个方式的半导体装置设置有包括晶体管的栅电极的扫描线、以及在平行于扫描线的方向上延伸并设置在与扫描线相同的表面上的电容线。电容元件的一个电极（透光性导电膜）通过在形成晶体管的源电极或漏电极时可以形成的导电膜而电连接到电容线。
而且，在驱动电路部中，在电容线上的绝缘膜以及形成晶体管的源电极或漏电极时可以形成的导电膜上的绝缘膜上形成掩模，同时分别形成到达电容线及该导电膜的开口。在形成开口之后，在与像素电极相同的工序中，可以形成与电容线及该导电膜电连接的电极。
通过采用上述结构，可以通过同一工序进行在电容线上的绝缘膜中设置开口的工序、以及在形成晶体管的源电极或漏电极时可以形成的导电膜上的绝缘膜中形成开口的工序，由此可以缩减在制造工序中使用的掩模个数而降低制造成本。
另外，本发明的一个方式的半导体装置的制造方法也属于本发明的一个方式。
根据本发明的一个方式，可以提供一种开口率高且具有增大了电荷容量的电容元件的半导体装置。另外，可以提供一种缩减在制造工序中使用的掩模个数而降低制造成本的半导体装置。
附图说明
图1A至图1C是说明本发明的一个方式的半导体装置的图及说明像素的电路图；
图2是说明本发明的一个方式的半导体装置的俯视图；
图3是说明本发明的一个方式的半导体装置的截面图；
图4A和图4B是说明本发明的一个方式的半导体装置的制造方法的截面图；
图5A和图5B是说明本发明的一个方式的半导体装置的制造方法的截面图；
图6是说明本发明的一个方式的半导体装置的俯视图；
图7是说明本发明的一个方式的半导体装置的截面图；
图8A和图8B是说明本发明的一个方式的半导体装置的制造方法的截面图；
图9A和图9B是说明本发明的一个方式的半导体装置的制造方法的截面图；
图10是说明本发明的一个方式的半导体装置的截面图；
图11是说明本发明的一个方式的半导体装置的俯视图；
图12A至图12C是说明本发明的一个方式的半导体装置的俯视图；
图13是说明本发明的一个方式的半导体装置的截面图；
图14A至图14C是说明本发明的一个方式的半导体装置的截面图及俯视图；
图15A至图15C是说明使用本发明的一个方式的半导体装置的电子设备的图；
图16A至图16C是说明使用本发明的一个方式的半导体装置的电子设备的图；
图17A和图17B是示出溅射粒子从溅射靶材剥离的情况的示意图；
图18A至图18C是说明利用AC电源进行溅射时的放电状态的图；
图19A和图19B是示出带电的溅射粒子到达被成膜面的情况的示意图；
图20A至图20C是说明根据实施方式的触摸传感器的图；
图21A至图21E是说明根据实施方式的触摸屏以及电子设备的结构例子的图；
图22A和图22B是说明具备根据实施方式的触摸传感器的像素的图；
图23A至图23C是说明根据实施方式的触摸传感器以及像素的工作的图；
图24A至图24C是说明根据实施方式的像素的结构的图；
图25A和图25B是示出溅射靶材的制造方法的一个例子的流程图；
图26A和图26B是说明神经系统的眼睛疲劳的图；
图27A和图27B是说明肌肉系统的眼睛疲劳的图；
图28是说明具有根据实施方式的显示功能的信息处理装置的结构的方框图；
图29A-1至图29B-2是说明根据实施方式的显示装置的显示部的结构的方框图及电路图；
图30是说明参考例的样品的波长与透过率之间的关系的图；
图31A和图31B是示出氧化物半导体膜的CPM测量结果的图；
图32是示出氧化物半导体膜的CPM测量结果的图；
图33是CAAC-OS膜的截面TEM图像；
图34A至图34D是CAAC-OS膜的电子衍射图案；
图35是CAAC-OS膜的截面TEM图像；
图36A和图36B是CAAC-OS膜的截面TEM图像以及X射线衍射光谱；
图37A至图37D是CAAC-OS膜的电子衍射图案；
图38A和图38B是CAAC-OS膜的截面TEM图像以及X射线衍射光谱；
图39A至图39D是CAAC-OS膜的电子衍射图案；
图40A和图40B是CAAC-OS膜的截面TEM图像以及X射线衍射光谱；
图41A至图41D是CAAC-OS膜的电子衍射图案；
图42A至图42D是纳米晶氧化物半导体膜的截面TEM图像以及电子衍射图案；
图43A和图43B是纳米晶氧化物半导体膜的电子衍射图案；
图44A至图44C是电子衍射强度分布的示意图；
图45是石英玻璃衬底的纳米束电子衍射图案；
图46是纳米晶氧化物半导体膜的电子衍射图案；
图47A和图47B是纳米晶氧化物半导体膜的截面TEM图像；
图48是纳米晶氧化物半导体膜的金属氧化物膜的X射线衍射分析结果；
图49是说明显示结果的图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。但是，本发明不局限于以下说明，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，就是本发明的方式和详细内容可以被变换为各种各样的形式。此外，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。
在以下说明的本发明的结构中，在不同附图之间共同使用同一符号表示同一部分或具有同样功能的部分而省略其重复说明。另外，当表示具有相同功能的部分时有时使用相同的阴影线，而不特别附加附图标记。
在本说明书所说明的各附图中，各结构的大小、膜的厚度或区域有时为了明确起见而被夸大。因此，本发明并不一定限定于附图中的比例。
在本说明书等中，为了方便起见，附加了第一、第二等序数词，而其并不表示工序顺序或叠层顺序。此外，在本说明书等中，这些序数词不表示用来确定发明的事项的固有名称。
另外，电压是指两个点之间的电位差，电位是指某一点的静电场中的单位电荷具有的静电能(电位能量)。但是，一般来说，将某一点的电位与标准的电位(例如接地电位)之间的电位差简单地称为电位或电压，通常，电位和电压是同义词。因此，在本说明书等中，除了特别指定的情况以外，既可将“电位”称为“电压”，又可将“电压”称为“电位”。
在本说明书等中，当在进行光刻处理之后进行蚀刻处理时，光刻处理中形成的掩模被去除。
（实施方式1）
在本实施方式中，参照附图对本发明的一个方式的半导体装置进行说明。此外，在本实施方式中，以液晶显示装置为例子说明本发明的一个方式的半导体装置。
<半导体装置的结构>
图1A示出半导体装置的一个例子。图1A所示的半导体装置包括：像素部100；扫描线驱动电路104；信号线驱动电路106；分别以平行或大致平行的方式配置且电位由扫描线驱动电路104控制的m个扫描线107；分别以平行或大致平行的方式配置且电位由信号线驱动电路106控制的n个信号线109。并且，像素部100包括矩阵状地配置的多个像素101。另外，还包括沿着扫描线107分别以平行或大致平行的方式配置的电容线115。另外，电容线115还可以沿着信号线109以分别平行或大致平行的方式配置。
各扫描线107电连接到在像素部100中配置为m行n列的像素101中的配置在任一行的n个像素101。另外，各信号线109电连接到配置为m行n列的像素101中的配置在任一列的m个像素101。m、n都是1以上的整数。另外，各电容线115电连接到配置为m行n列的像素101中的配置在任一行的n个像素101。另外，当电容线115沿着信号线109以分别平行或大致平行的方式配置时，电连接到配置为m行n列的像素101中的配置在任一列的m个像素101。
图1B示出图1A所示的半导体装置所具有的像素101的电路图的一个例子。图1B所示的像素101包括：与扫描线107及信号线109电连接的晶体管103；电容元件105，该电容元件105的一个电极与晶体管103的漏电极电连接，另一个电极与供应固定电位的电容线115电连接；液晶元件108，该液晶元件108的像素电极与晶体管103的漏电极及电容元件105的一个电极电连接，以与像素电极对置的方式设置的电极（对置电极）与供应反电位（counter potential）的布线电连接。
液晶元件108是如下元件：通过利用形成有晶体管103及像素电极的衬底以及形成有对置电极的衬底夹持的液晶的光学调制作用，来控制使光透过或不透过的元件。注意，液晶的光学调制作用由施加到液晶的电场（包括纵向电场或斜向电场）控制。此外，当在形成像素电极的衬底中形成对置电极（也称为公共电极）时，施加到液晶的电场成为横向电场。
接着，说明液晶显示装置的像素101的具体例子。图2是示出像素101的俯视图。注意，在图2中，省略对置电极及液晶元件。
在图2中，扫描线107在大致垂直于信号线109的方向（图中左右方向）上延伸地设置。信号线109在大致垂直于扫描线107的方向（图中上下方向）上延伸地设置。电容线115在平行于扫描线107的方向上延伸地设置。另外，扫描线107及电容线115与扫描线驱动电路104（参照图1A）电连接，信号线109与信号线驱动电路106（参照图1A）电连接。
晶体管103设置于扫描线107及信号线109彼此交叉的区域中。晶体管103至少包括具有沟道形成区的半导体膜111、栅电极、栅极绝缘膜（在图2中未图示）、源电极及漏电极。此外，扫描线107中的与半导体膜111重叠的区域用作晶体管103的栅电极。信号线109中的与半导体膜111重叠的区域用作晶体管103的源电极。导电膜113中的与半导体膜111重叠的区域用作晶体管103的漏电极。由此，栅电极、源电极及漏电极有时分别表示为扫描线107、信号线109及导电膜113。此外，在图2中，从上方看时扫描线107的端部位于半导体膜的端部的外侧。由此，扫描线107用作遮挡来自背光灯等光源的光的遮光膜。其结果是，光不照射到包括在晶体管中的半导体膜111，由此可以抑制晶体管的电特性变动。
此外，由于可以通过在适当的条件下对氧化物半导体进行处理来使晶体管的关态电流降至极小，所以在本发明的一个方式中作为半导体膜111使用氧化物半导体。因此，可以降低半导体装置的耗电量。
此外，氧化物半导体有吸收呈现青色的光的趋势，所以是优选的。呈现青色的光到达视网膜而不被眼睛的角膜或晶状体吸收，所以给视网膜带来长期性的影响(例如，年龄相关性黄斑变性等)或者直到深夜里暴露于青色光时给昼夜节律(Circadian rhythm)带来负面影响等。因此，通过利用氧化物半导体来吸收呈现青色的光，从而能够减轻半导体装置的使用者的眼睛的疲劳。
此外，导电膜113通过开口117而与由透光性导电膜形成的像素电极121b电连接。此外，在图2中，省略像素电极121b的阴影进行图示。
电容元件105设置于像素101内的由电容线115及信号线109围绕的区域中。电容元件105通过设置于开口123a及开口123b中的电极121a及导电膜125而与电容线115电连接。电容元件105包括：由透光性氧化物半导体形成并增大了导电率的具有透光性的导电膜120；具有透光性的像素电极121b；以及作为介电膜包含在晶体管103中并具有透光性的绝缘膜（在图2中未图示）。换言之，电容元件105具有透光性。
像这样，由于导电膜120具有透光性，所以可以在像素101内较大地（大面积地）形成电容元件105。由此，可以获得提高开口率，典型地是55％以上，优选为60％以上，并增大了电荷容量的半导体装置。例如，在分辨率高的半导体装置诸如液晶显示装置中，像素的面积小，电容元件的面积也小。由此，在分辨率高的半导体装置中，储存在电容元件中的电荷容量变小。但是，由于本实施方式所示的电容元件105具有透光性，所以通过在像素中设置该电容元件，可以在各像素中获得充分的电荷容量，并提高开口率。典型的是，电容元件105适用于像素密度为200ppi以上，优选为300ppi以上的高分辨率的半导体装置。另外，本发明的一个方式在分辨率高的显示装置中也可以提高开口率，因此可以有效地利用背光灯等光源的光，由此可以降低显示装置的耗电量。
在此，对使用氧化物半导体的晶体管特性进行说明。使用氧化物半导体的晶体管是n沟道型晶体管。另外，氧化物半导体中的氧缺陷有时生成载流子，而有可能导致晶体管的电特性及可靠性降低。例如，有可能使晶体管的阈值电压移动到负方向而导致栅电压为0V时漏电流流过。将这种在栅电压为0V时漏电流流过的情况称为常开启特性。另外，将栅电压为0V时没有流过漏电流的情况称为常关闭特性。
因此，当作为半导体膜111使用氧化物半导体时，优选尽可能地减少用作半导体膜111的氧化物半导体膜中的缺陷、典型地为氧缺陷。例如，优选将利用对膜表面施加平行方向的磁场的电子自旋共振法得到的g值＝1.93的自旋密度（相当于氧化物半导体膜所含的缺陷密度）降低到测量器的检测下限以下。通过尽可能地减少以氧缺陷为代表的氧化物半导体膜中的缺陷，可以抑制晶体管103变为常开启特性，由此可以提高半导体装置的电特性及可靠性。
除了氧缺陷之外，氧化物半导体中的氢（包括水等氢化合物）也使晶体管的阈值电压向负方向移动。氧化物半导体中的氢与键合于金属原子的氧发生反应而生成水，与此同时发生氧脱离的晶格（或氧脱离的部分）形成缺陷（也称为氧缺陷）。另外，氢的一部分与氧发生反应而生成作为载流子的电子。因此，使用含有氢的氧化物半导体的晶体管容易具有常开启特性。
因此，当作为半导体膜111使用氧化物半导体时，优选尽量降低氧化物半导体膜中的氢。具体而言，将利用二次离子质谱分析法（SIMS：Secondary Ion Mass Spectrometry）而得到的半导体膜111中的氢浓度设定为低于5×1018atoms/cm3，优选为1×1018atoms/cm3以下，更优选设定为5×1017atoms/cm3以下，进一步优选设定为1×1016atoms/cm3以下。
另外，在半导体膜111中，使利用二次离子质谱分析法得到的碱金属或碱土金属的浓度为1×1018atoms/cm3以下，优选为2×1016atoms/cm3以下。有时当碱金属及碱土金属与氧化物半导体键合时生成载流子而使晶体管103的关态电流增大。
另外，当用作半导体膜111的氧化物半导体膜包含氮时生成作为载流子的电子，载流子密度增加而容易n型化。其结果，使用含有氮的氧化物半导体的晶体管容易变为常开启特性。因此，在该氧化物半导体膜中，优选尽可能地减少氮，例如，优选使氮浓度为5×1018atoms/cm3以下。
像这样，通过将尽量地减少了杂质（氢、氮、碱金属或碱土金属等）而被高纯度化的氧化物半导体膜用作半导体膜111，可以抑制晶体管103变为常开启特性，由此可以使晶体管103的关态电流降至极小。由此，可以制造具有良好电特性的半导体装置。此外，可以制造可靠性得到提高的半导体装置。
注意，可以利用各种试验证明使用被高纯度化的氧化物半导体膜的晶体管的关态电流小的事实。例如，即使元件具有1×106μm的沟道宽度W以及10μm的沟道长度L，在源电极与漏电极间的电压（漏电压）为1V至10V的范围内，关态电流也可以为半导体参数分析仪的测量极限以下，即1×10-13A以下。在此情况下，可知：与除以晶体管的沟道宽度而得到的数值相当的关态电流为100zA/μm以下。另外，利用如下电路来测量关态电流，在该电路中电容元件与晶体管连接并且由该晶体管控制流入电容元件或从电容元件流出的电荷。在该测量时，将被高纯度化的氧化物半导体膜用于上述晶体管的沟道形成区，且根据电容元件的单位时间的电荷量的推移来测量该晶体管的关态电流。其结果是，可知：当晶体管的源电极与漏电极之间的电压为3V时，可以获得几十yA/μm这样的更低的关态电流。由此，使用被高纯度化的氧化物半导体膜的晶体管的关态电流显著低。
接着，图3示出图2的点划线A1-A2间、点划线B1-B2间、点划线C1-C2间的截面图以及设置在扫描线驱动电路104（参照图1A）中的晶体管的截面图。在此，省略扫描线驱动电路104的俯视图，与此同时D1-D2示出扫描线驱动电路104的截面图。另外，这里示出设置在扫描线驱动电路104中的晶体管的截面图，但是该晶体管也可以设置在信号线驱动电路106中。
首先，说明像素101的点划线A1-A2间、点划线B1-B2间及点划线C1-C2间的结构。在衬底102上设置有包括晶体管103的栅电极的扫描线107、设置于与扫描线107相同的表面上的电容线115。在扫描线107及电容线115上设置有栅极绝缘膜127。在栅极绝缘膜127的与扫描线107重叠的区域上设置有半导体膜111，在栅极绝缘膜127上设置有导电膜120。在半导体膜111及栅极绝缘膜127上设置有包括晶体管103的源电极的信号线109以及包括晶体管103的漏电极的导电膜113。在导电膜120上设置有导电膜125。在栅极绝缘膜127、信号线109、半导体膜111、导电膜113、导电膜125、导电膜120上设置有用作晶体管103的保护绝缘膜的绝缘膜129、绝缘膜131及绝缘膜133。在栅极绝缘膜127、绝缘膜129、绝缘膜131及绝缘膜133中设置有到达电容线115的开口123a，在绝缘膜129、绝缘膜131及绝缘膜133中设置有到达导电膜125的开口123b，在开口123a中、开口123b中、电容线115上、导电膜125上及绝缘膜133上设置有电极121a。在绝缘膜129、绝缘膜131及绝缘膜133中设置有到达导电膜113的开口117（参照图2），在开口117中以及绝缘膜133上设置有像素电极121b。
本实施方式所示的电容元件105的一对电极中的一个电极是与半导体膜111同样地形成并增大了导电率的导电膜120，一对电极中的另一个电极是像素电极121b，设置在一对电极之间的介电膜是绝缘膜129、绝缘膜131及绝缘膜133。
接着，说明设置在扫描线驱动电路104中的晶体管的结构。在衬底102上设置有晶体管623的栅电极627。在栅电极627上设置有栅极绝缘膜127。在栅极绝缘膜127的与栅电极627重叠的区域上设置有半导体膜628。在半导体膜628及栅极绝缘膜127上设置有晶体管623的源电极629及漏电极639。在栅极绝缘膜127、源电极629、半导体膜628及漏电极639上设置有用作晶体管623的保护绝缘膜的绝缘膜129、绝缘膜131及绝缘膜133。在绝缘膜133上设置有导电膜641。
此外，也可以在衬底102与扫描线107、电容线115、栅电极627及栅极绝缘膜127之间设置有基底绝缘膜。
通过在晶体管623中设置隔着半导体膜628重叠于栅电极627的导电膜641，可以在不同的漏电压中降低导通电流（on-current）的上升栅电压的偏差。此外，在与导电膜641对置的半导体膜628的表面上可以控制在源电极629与漏电极639之间流过的电流，可以降低不同的晶体管之间的电特性的偏差。此外，通过设置导电膜641，可以减少周围的电场的变化给半导体膜628带来的负面影响，由此可以提高晶体管的可靠性。并且，通过将导电膜641的电位设定为与驱动电路的最低电位（Vss，例如当以源电极629的电位为基准时是源电极629的电位）相同的电位或与其大致相同的电位，可以减少晶体管的阈值电压的变动，由此可以提高晶体管的可靠性。注意，根据情况或状态，也可以不设置导电膜641。
绝缘膜129及绝缘膜131例如可以使用氧化硅、氧氮化硅、氧化铝、氧化铪、氧化镓或Ga-Zn类金属氧化物等氧化绝缘材料以单层结构或叠层结构设置。
可以将绝缘膜129的厚度设定为5nm以上且150nm以下，优选为5nm以上且50nm以下，更优选为10nm以上且30nm以下。可以将绝缘膜131的厚度设定为30nm以上且500nm以下，优选为150nm以上且400nm以下。
此外，绝缘膜133例如可以使用氮氧化硅、氮化硅、氮化铝、氮氧化铝等氮化绝缘材料以单层结构或叠层结构设置。
作为绝缘膜133，也可以设置氢含量少的氮化绝缘膜。该氮化绝缘膜是如下氮化绝缘膜，例如利用热脱附谱分析（以下，称为TDS分析）测量的在表面温度是100℃以上且700℃以下、优选为100℃以上且500℃以下的条件下进行加热处理时的氢分子的释放量小于5.0×1021分子/cm3，优选小于3.0×1021分子/cm3，更优选小于1.0×1021分子/cm3。
将绝缘膜133的厚度设定为能够发挥抑制来自外部的氢和水等杂质从外部侵入的效果的厚度。例如，可以设定为50nm以上且200nm以下，优选为50nm以上且150nm以下，更优选为50nm以上且100nm以下。
此外，通过在晶体管103及晶体管623上设置作为氮化绝缘膜的绝缘膜133，由绝缘膜133阻挡包含在该氧化绝缘膜中的碳等杂质，减少杂质向晶体管103及晶体管623的半导体膜111及半导体膜628的移动，由此可以减少晶体管的电特性的偏差。
再者，绝缘膜129和绝缘膜131中的一方或双方优选是包含比满足化学计量组成的氧还多的氧的氧化绝缘膜。由此，可以防止氧从该氧化物半导体膜脱离，并可以使包含在氧过剩区中的该氧移动到氧化物半导体膜，而填补氧缺陷。例如，通过使用利用TDS分析测量的在表面温度是100℃以上且700℃以下、优选为100℃以上且500℃以下的条件下进行加热处理时的氧分子的释放量为1.0×1018分子/cm3以上的氧化绝缘膜，可以填补包含在该氧化物半导体膜中的氧缺陷。此外，绝缘膜129和绝缘膜131中的一方或双方也可以是包含超过化学计量组成的氧的区域（氧过剩区）部分地存在的氧化绝缘膜，至少在与半导体膜111重叠的区域存在氧过剩区，可以防止氧从氧化物半导体膜脱离，并使包含在氧过剩区的该氧移动到氧化物半导体膜，可以填补氧缺陷。
当绝缘膜131是包含比满足化学计量组成的氧还多的氧的氧化绝缘膜时，绝缘膜129优选是使氧透过的氧化绝缘膜。此外，在绝缘膜129中，从外部进入到绝缘膜129中的氧并不是都透过绝缘膜129而移动，也有停留在绝缘膜129的氧。此外，也有预先就包含在绝缘膜129中并且从绝缘膜129向外部移动的氧。因此，绝缘膜129优选为氧的扩散系数大的氧化绝缘膜。
此外，绝缘膜129由于接触于用作半导体膜111及半导体膜628的氧化物半导体膜，所以优选为不仅使氧透过而且与半导体膜111之间的界面能级密度低的氧化绝缘膜。例如，绝缘膜129优选为比绝缘膜131的膜中的缺陷密度低的氧化绝缘膜。具体而言，绝缘膜129优选为通过电子自旋共振法测量的在g值＝2.001（E’-center（中心））处的自旋密度为3.0×1017spins（转）/cm3以下、优选为5.0×1016spins/cm3以下的氧化绝缘膜。另外，通过电子自旋共振法测量的在g值＝2.001处的自旋密度对应于绝缘膜129所包含的悬空键（dangling bond）的存在量。
此外，绝缘膜129和绝缘膜131中的一方或双方优选为具有对氮的阻挡性的绝缘膜。例如，通过形成为致密的氧化绝缘膜可以使其具有对氮的阻挡性，具体而言，在以25℃使用0.5wt％的氢氟酸时的蚀刻速度优选为10nm/分钟以下。
另外，当作为绝缘膜129和绝缘膜131中的一方或双方使用氧氮化硅或氮氧化硅等含有氮的氧化绝缘膜时，通过SIMS测量出的氮浓度为SIMS检测下限以上且小于3×1020atoms/cm3，优选为1×1018atoms/cm3以上且1×1020atoms/cm3以下。由此，可以减少向晶体管103所包括的半导体膜111移动的氮的量。另外，这样可以减少含有氮的氧化绝缘膜本身的缺陷量。
以下示出上述结构的构成要素的详细内容。
虽然对衬底102的材质等没有大的限制，但是至少需要具有能够承受半导体装置的制造工序中的加热处理的耐热性。例如，有玻璃衬底、陶瓷衬底、塑料衬底等，作为玻璃衬底使用钡硼硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃或铝硅酸盐玻璃等无碱玻璃衬底即可。另外，作为衬底102也可以使用不锈钢合金等没有透光性的衬底。此时，优选在衬底表面上设置绝缘膜。另外，作为衬底102，也可以使用石英衬底、蓝宝石衬底、单晶半导体衬底、多晶半导体衬底、化合物半导体衬底、SOI（Silicon On Insulator：绝缘体上硅片）衬底等。
由于在扫描线107、电容线115及栅电极627中大电流流过，所以优选使用金属膜形成扫描线107、电容线115及栅电极627，典型地采用以钼（Mo）、钛（Ti）、钨（W）、钽（Ta）、铝（Al）、铜（Cu）、铬（Cr）、钕（Nd）、钪（Sc）等金属材料或以这些金属材料为主要成分的合金材料的单层或叠层的结构来设置。
作为扫描线107、电容线115及栅电极627的一个例子，可以举出：使用包含硅的铝的单层结构；在铝上层叠钛的两层结构；在氮化钛上层叠钛的两层结构；在氮化钛上层叠钨的两层结构；在氮化钽上层叠钨的两层结构；在铜-镁-铝合金上层叠铜的两层结构；以及依次层叠氮化钛、铜和钨的三层结构等。
另外，作为扫描线107、电容线115及栅电极627的材料，可以使用能够应用于像素电极121b的透光性导电材料。
另外，作为扫描线107、电容线115及栅电极627的材料，可以使用含有氮的金属氧化物，具体而言，含有氮的In-Ga-Zn类氧化物、含有氮的In-Sn类氧化物、含有氮的In-Ga类氧化物、含有氮的In-Zn类氧化物、含有氮的Sn类氧化物、含有氮的In类氧化物以及金属氮化膜（InN、SnN等）。这些材料具有5eV（电子伏特）以上的功函数。当将氧化物半导体用于晶体管103的半导体膜111时，通过作为扫描线107（晶体管103的栅电极）使用含有氮的金属氧化物，可以使晶体管103的阈值电压向正方向移动，可以实现所谓具有常闭特性的晶体管。例如，当使用含有氮的In-Ga-Zn类氧化物时，可以使用其氮浓度至少高于作为半导体膜111的氧化物半导体膜的In-Ga-Zn类氧化物，具体而言，可以使用氮浓度为7atomic（原子）％以上的In-Ga-Zn类氧化物。
扫描线107、电容线115及栅电极627优选使用低电阻材料的铝或铜。通过使用铝或铜，可以减少信号延迟，提高显示质量。另外，由于铝的耐热性低，因此容易产生小丘、晶须或迁移所导致的不良。为了防止铝的迁移，优选在铝上层叠其熔点比铝高的金属材料，如钼、钛、钨等。此外，在使用铜时，为了防止迁移所导致的不良或铜元素的扩散，优选层叠其熔点比铜高的金属材料，如钼、钛、钨等。
栅极绝缘膜127例如使用氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化铪、氧化镓或Ga-Zn类金属氧化物等绝缘材料，并且以单层结构或叠层结构设置。另外，为了提高栅极绝缘膜127与用作半导体膜111的氧化物半导体膜之间的界面特性，栅极绝缘膜127中的至少与半导体膜111接触的区域优选使用氧化绝缘膜形成。
另外，通过在栅极绝缘膜127上设置具有对氧、氢、水等的阻挡性的绝缘膜，可以防止氧从用作半导体膜111的氧化物半导体膜向外部扩散，还可以防止氢、水等从外部侵入到该氧化物半导体膜中。作为具有对氧、氢、水等的阻挡性的绝缘膜，可以举出氧化铝膜、氧氮化铝膜、氧化镓膜、氧氮化镓膜、氧化钇膜、氧氮化钇膜、氧化铪膜、氧氮化铪膜、氮化硅膜等。
此外，通过作为栅极绝缘膜127使用硅酸铪（HfSixOy）、含有氮的硅酸铪（HfSixOy）、含有氮的铝酸铪（HfAlxOy）、氧化铪、氧化钇等high-k材料，可以降低晶体管103的栅极漏电流。
此外，栅极绝缘膜127优选采用如下叠层结构：作为第一氮化硅膜，设置缺陷量少的氮化硅膜，作为第二氮化硅膜，在第一氮化硅膜上设置氢脱离量及氨脱离量少的氮化硅膜，在第二氮化硅膜上优选设置上述作为用于栅极绝缘膜127而举出的氧化绝缘膜中的任一个。
作为第二氮化硅膜，当利用热脱附谱分析法分析时，优选使用以下的氮化绝缘膜：氢分子的脱离量小于5×1021分子/cm3，优选为3×1021分子/cm3以下，更优选为1×1021分子/cm3以下，氨分子的脱离量小于1×1022分子/cm3，优选为5×1021分子/cm3以下，更优选为1×1021分子/cm3以下。通过使用上述第一氮化硅膜及第二氮化硅膜作为栅极绝缘膜127的一部分，可以形成缺陷量少并且氢和氨的脱离量少的栅极绝缘膜作为栅极绝缘膜127。其结果，可以减少栅极绝缘膜127所含有的氢和氮的向半导体膜111移动的量。
在使用氧化物半导体的晶体管中，当在氧化物半导体膜与栅极绝缘膜的界面或栅极绝缘膜中存在陷阱能级（trap level）（也称为界面能级）时，有可能成为晶体管的阈值电压移动、典型为阈值电压向负方向移动，以及亚阈值摆幅值（S值）增大的原因，该亚阈值摆幅值是指当使晶体管处于导通状态时为了使漏电流变化一位数而所需的栅电压。其结果，有每个晶体管的电特性产生偏差的问题。因此，通过作为栅极绝缘膜使用缺陷量少的氮化硅膜，并且在与半导体膜111接触的区域设置氧化绝缘膜，可以减少阈值电压的负向漂移，并且可以抑制S值的增大。
可以将栅极绝缘膜127的厚度优选设定为5nm以上且400nm以下，更优选为10nm以上且300nm以下，进一步优选为50nm以上且250nm以下。
半导体膜111及半导体膜628是氧化物半导体膜，该氧化物半导体膜可以具有非晶结构、单晶结构或多晶结构。此外，通过增大氧化物半导体膜的导电率来形成导电膜120。另外，半导体膜111的厚度为1nm以上且100nm以下，优选为1nm以上且50nm以下，更优选为1nm以上且30nm以下，进一步优选为3nm以上且20nm以下。
可以用于半导体膜111及半导体膜628的氧化物半导体具有2eV以上、优选为2.5eV以上、更优选为3eV以上的能隙。像这样，通过使用能隙宽的氧化物半导体，可以减少晶体管103的关态电流。
可以应用于半导体膜111及半导体膜628的氧化物半导体优选至少包含铟（In）或锌（Zn）。或者，优选包含In和Zn的双方。此外，为了减少使用该氧化物半导体的晶体管的电特性的偏差，除了上述元素以外，优选还具有一种或多种稳定剂（stabilizer）。
作为稳定剂，可以举出镓（Ga）、锡（Sn）、铪（Hf）、铝（Al）或锆（Zr）等。另外，作为其他稳定剂，还可以举出镧系元素的镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）、镥（Lu）等。
作为可以应用于半导体膜111及半导体膜628的氧化物半导体，例如，可以使用：氧化铟、氧化锡、氧化锌；作为含有两种金属的氧化物的In-Zn类氧化物、Sn-Zn类氧化物、Al-Zn类氧化物、Zn-Mg类氧化物、Sn-Mg类氧化物、In-Mg类氧化物、In-Ga类氧化物；作为含有三种金属的氧化物的In-Ga-Zn类氧化物、In-Al-Zn类氧化物、In-Sn-Zn类氧化物、Sn-Ga-Zn类氧化物、Al-Ga-Zn类氧化物、Sn-Al-Zn类氧化物、In-Hf-Zn类氧化物、In-Zr-Zn类氧化物、In-Ti-Zn类氧化物、In-Sc-Zn类氧化物、In-Y-Zn类氧化物、In-La-Zn类氧化物、In-Ce-Zn类氧化物、In-Pr-Zn类氧化物、In-Nd-Zn类氧化物、In-Sm-Zn类氧化物、In-Eu-Zn类氧化物、In-Gd-Zn类氧化物、In-Tb-Zn类氧化物、In-Dy-Zn类氧化物、In-Ho-Zn类氧化物、In-Er-Zn类氧化物、In-Tm-Zn类氧化物、In-Yb-Zn类氧化物、In-Lu-Zn类氧化物；作为含有四种金属的氧化物的In-Sn-Ga-Zn类氧化物、In-Hf-Ga-Zn类氧化物、In-Al-Ga-Zn类氧化物、In-Sn-Al-Zn类氧化物、In-Sn-Hf-Zn类氧化物、In-Hf-Al-Zn类氧化物。
在此，“In-Ga-Zn类氧化物”是指以In、Ga以及Zn为主要成分的氧化物，对In、Ga以及Zn的比例没有限制。此外，也可以包含In、Ga、Zn以外的金属元素。
另外，可以作为氧化物半导体使用以InMO3（ZnO）m（m＞0）表示的材料。另外，M表示选自Ga、Fe、Mn和Co中的一种或多种金属元素或者用作上述稳定剂的元素。
例如，可以使用In：Ga：Zn＝1：1：1、In：Ga：Zn＝2：2：1或In：Ga：Zn＝3：1：2的原子数比的In-Ga-Zn类金属氧化物。或者，可以使用In：Sn：Zn＝1：1：1、In：Sn：Zn＝2：1：3或In：Sn：Zn＝2：1：5的原子数比的In-Sn-Zn类金属氧化物。另外，金属氧化物的原子数比作为误差而包括上述原子数比的±20％的变动。
但是，本发明不局限于此，可以根据所需要的半导体特性及电特性（场效应迁移率、阈值电压等）而使用具有适当的原子数比的材料。另外，优选采用适当的载流子密度、杂质浓度、缺陷密度、金属元素及氧的原子数比、原子间距离、密度等，以得到所需要的半导体特性。例如，使用In-Sn-Zn类氧化物的晶体管可以较容易获得较高的场效应迁移率。但是，In-Ga-Zn类氧化物也可以通过减小块体内缺陷密度而提高场效应迁移率。
包括晶体管103的源电极的信号线109、包括晶体管103的漏电极的导电膜113、将电容元件105的导电膜120与电容线115电连接的导电膜125以及源电极629及漏电极639使用可应用于扫描线107、电容线115及栅电极627的材料并以单层结构或叠层结构设置。
电极121a、像素电极121b及导电膜641使用铟锡氧化物、含有氧化钨的铟氧化物、含有氧化钨的铟锌氧化物、含有氧化钛的铟氧化物、含有氧化钛的铟锡氧化物、铟锌氧化物、添加有氧化硅的铟锡氧化物等透光性导电材料来形成。
这里，参照图1C所示的电路图及图3所示的截面图对本实施方式所示的像素101所包括的各构成要素的连接结构进行说明。
图1C是示出图1A所示的半导体装置所包括的像素101的详细的电路图的一个例子。如图1C及图3所示，晶体管103包括：包括栅电极的扫描线107；包括源电极的信号线109；以及包括漏电极的导电膜113。
在电容元件105中，通过电极121a和导电膜125而与电容线115电连接的导电膜120用作一个电极。此外，与包括漏电极的导电膜113连接的像素电极121b用作另一个电极。另外，设置于导电膜120与像素电极121b之间的绝缘膜129、绝缘膜131及绝缘膜133用作介电膜。
液晶元件108包括像素电极121b、对置电极154以及设置于像素电极121b与对置电极154之间的液晶层。
在电容元件105中，具有与半导体膜111相同的结构的导电膜120被添加掺杂剂而用作电容元件105的电极。这是因为像素电极121b可以用作栅电极，绝缘膜129、绝缘膜131及绝缘膜133可以用作栅极绝缘膜，电容线115可以用作源电极或漏电极，其结果，可以使电容元件105与晶体管同样地工作，而使导电膜120成为导通状态。也就是说，可以使电容元件105成为MOS（Metal Oxide Semiconductor：金属氧化物半导体）电容器。MOS电容器当比阈值电压（Vth）高的电压施加到构成MOS电容器的电极的一方（电容元件105中的像素电极121b）时进行充电。此外，通过控制施加到电容线115的电位而可以使导电膜120成为导通状态，并可以使导电膜120用作电容元件的一个电极。此时，将施加到电容线115的电位设定为如下。为了使液晶元件108（参照图1C）工作，以视频信号的中心电位为基准将像素电极121b的电位向正方向及负方向移动。为了使电容元件105（MOS电容器）始终成为导通状态，需要始终将电容线115的电位设定为比施加于像素电极121b的电位低出电容元件105（MOS电容器）的阈值电压的电位以上。注意，在电容元件105中，用作一个电极的导电膜120为n型，由于导电率高，所以阈值电压向负方向移动。导电膜120的电位（换言之，电容线115的电位）根据电容元件105的阈值电压的向负方向的移动量，从像素电极121b的最低电位升高。因此，当电容元件105的阈值电压示出较大的负值时，可以使电容线115的电位比像素电极121b的电位高。由此，可以使导电膜120始终成为导通状态，并使电容元件105（MOS电容器）成为导通状态。
另外，关于设置在半导体膜111及半导体膜628上的绝缘膜129，通过使氧透过，并且使其成为与半导体膜111及半导体膜628的界面能级密度变低的氧化绝缘膜，使绝缘膜131成为包括氧过剩区的氧化绝缘膜或含有比满足化学计量组成的氧还多的氧的氧化绝缘膜，从而可以容易地向用作半导体膜111及半导体膜628的氧化物半导体膜供应氧，并且在防止氧从该氧化物半导体膜脱离的同时，将绝缘膜131所包含的该氧移动到氧化物半导体膜中，填补氧化物半导体膜所包含的氧缺陷。其结果，可以抑制晶体管103成为常开启特性，并且能够控制施加于电容线115的电位而使电容元件105（MOS电容器）始终为导通状态，因此可以提高半导体装置的电特性及可靠性。
另外，通过作为设置在绝缘膜131上的绝缘膜133使用氮化绝缘膜，可以抑制氢、水等杂质从外部侵入到半导体膜111及导电膜120中。并且，通过作为绝缘膜133设置氢含量少的氮化绝缘膜，可以抑制晶体管103及电容元件105（MOS电容器）的电特性变动。
另外，可以在像素101内较大地（大面积地）形成电容元件105。因此，可以获得提高了开口率且增大了电荷容量的半导体装置。其结果是，可以获得显示质量优良的半导体装置。
<半导体装置的制造方法>
接着，参照图4A和图4B以及图5A和图5B说明上述半导体装置所示的设置在衬底102上的元件部的制造方法。
首先，在衬底102上形成扫描线107、电容线115及栅电极627，以覆盖扫描线107、电容线115及栅电极627的方式形成后面加工为栅极绝缘膜127的绝缘膜126，在绝缘膜126的重叠于扫描线107的区域形成半导体膜111，以重叠于后面形成像素电极121b的区域的方式形成半导体膜119。此外，在重叠于栅电极627的区域形成半导体膜628（参照图4A）。
扫描线107、电容线115及栅电极627可以使用上述列举的材料形成导电膜，在该导电膜上形成掩模，使用该掩模进行加工来形成。该导电膜可以使用蒸镀法、CVD法、溅射法、旋涂法等各种成膜方法。另外，对该导电膜的厚度没有特别的限制，可以根据形成时间及所希望的电阻率等而决定。该掩模例如可以为利用光刻工序形成的抗蚀剂掩模。此外，该导电膜的加工可以使用干蚀刻和湿蚀刻中的一方或双方来进行。
绝缘膜126可以使用能够应用于栅极绝缘膜127的材料并利用CVD法或溅射法等各种成膜方法来形成。
此外，当作为栅极绝缘膜127应用氧化镓时，可以利用MOCVD（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：金属有机化学气相沉积）法形成绝缘膜126。
半导体膜111、半导体膜119及半导体膜628可以使用上述氧化物半导体来形成氧化物半导体膜，在该氧化物半导体膜上形成掩模，使用该掩模进行加工来形成。可以利用溅射法、涂敷法、脉冲激光蒸镀法、激光烧蚀法等来形成该氧化物半导体膜。另外，通过使用印刷法，可以将元件分离的半导体膜111及半导体膜119直接形成在绝缘膜126上。在通过溅射法形成该氧化物半导体膜的情况下，作为用来产生等离子体的电源装置，可以适当地使用RF电源装置、AC电源装置或DC电源装置等。作为溅射气体，适当地使用稀有气体（典型的是氩）、氧气体、稀有气体和氧的混合气体。此外，当采用稀有气体和氧的混合气体时，优选增高氧气体对稀有气体的比例。另外，根据所形成的氧化物半导体膜的组成而适当地选择靶材即可。另外，该掩模例如可以为利用光刻工序形成的抗蚀剂掩模。此外，该氧化物半导体膜的加工可以使用干蚀刻和湿蚀刻中的一方或双方来进行。根据材料适当地设定蚀刻条件（蚀刻气体、蚀刻液、蚀刻时间、温度等），来将其蚀刻成所希望的形状。
在形成半导体膜111、半导体膜119及半导体膜628之后进行加热处理，优选进行用作半导体膜111、半导体膜119及半导体膜628的氧化物半导体膜的脱氢化或脱水化。将该加热处理的温度典型地设定为150℃以上且低于衬底的应变点，优选为200℃以上且450℃以下，更优选为300℃以上且450℃以下。此外，该加热处理也可以对在加工成半导体膜111及半导体膜119之前的氧化物半导体膜进行。
在上述加热处理中，加热处理装置不局限于电炉，也可以是利用被加热的气体等媒体所产生的热传导或热辐射对被处理物进行加热的装置。例如，可以使用LRTA（Lamp Rapid Thermal Anneal：灯快速热退火）装置、GRTA（Gas Rapid Thermal Anneal：气体快速热退火）装置等的RTA（Rapid Thermal Anneal：快速热退火）装置。LRTA装置是利用从灯诸如卤素灯、金卤灯、氙弧灯、碳弧灯、高压钠灯或高压汞灯等发射的光（电磁波）的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。
上述加热处理可以在氮、氧、超干燥空气（含水量为20ppm以下，优选为1ppm以下，更优选为10ppb以下的空气）或稀有气体（氩、氦等）的环境下进行。另外，上述氮、氧、超干燥空气或稀有气体优选不含有氢或水等。也可以在惰性气体环境中进行加热之后在氧环境中进行加热。此外，处理时间为3分钟至24小时。
此外，当在衬底102与扫描线107、电容线115及绝缘膜126（后面的栅极绝缘膜127）之间设置基底绝缘膜时，该基底绝缘膜可以使用氧化硅、氧氮化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化镓、氧化铪、氧化钇、氧化铝、氧氮化铝等形成。此外，通过作为基底绝缘膜使用氮化硅、氧化镓、氧化铪、氧化钇、氧化铝等来形成，可以抑制来自衬底102的杂质、典型地是碱金属、水、氢等扩散到半导体膜111、半导体膜119及半导体膜628。基底绝缘膜可以利用溅射法或CVD法形成。
接着，对半导体膜119添加掺杂剂形成导电率高的导电膜120（参照图4B）。
作为对半导体膜119添加掺杂剂的方法有如下方法：在半导体膜119以外的区域设置掩模，使用该掩模，通过离子注入法或离子掺杂法等添加选自氢、硼、氮、氟、铝、磷、砷、铟、锡、锑和稀有气体元素中的一种以上的掺杂剂。此外，也可以使半导体膜119暴露于包含该掺杂剂的等离子体来添加该掺杂剂，而代替离子注入法或离子掺杂法。此外，也可以在添加掺杂剂之后进行加热处理。
此外，添加掺杂剂的工序也可以在形成信号线109、导电膜113、导电膜125、源电极629及漏电极639之后进行。此时，掺杂剂不添加到导电膜120中的接触于导电膜125的区域。
虽然氧化物半导体膜和透光性导电膜都是包含In或Ga的氧化物半导体膜，但是其杂质浓度彼此不同。具体而言，透光性导电膜的杂质浓度比氧化物半导体膜的杂质浓度高。例如，包含在氧化物半导体膜中的氢浓度小于5×1019atoms/cm3，优选小于5×1018atoms/cm3，更优选为1×1018atoms/cm3以下，还优选为5×1017atoms/cm3以下，进一步优选为1×1016atoms/cm3以下，包含在透光性导电膜中的氢浓度为8×1019atoms/cm3以上，优选为1×1020atoms/cm3以上，更优选为5×1020atoms/cm3以上。另外，包含在透光性导电膜中的氢浓度为包含在氧化物半导体膜中的氢浓度的2倍，优选为10倍以上。
另外，透光性导电膜的电阻率比氧化物半导体膜的电阻率低。透光性导电膜的电阻率优选为氧化物半导体膜的电阻率的1×10-8倍以上且1×10-1倍以下，典型地为1×10-3Ωcm以上且小于1×104Ωcm，更优选电阻率为1×10-3Ωcm以上且小于1×10-1Ωcm。
接着，在绝缘膜126上形成包括晶体管103的源电极的信号线109、包括晶体管103的漏电极的导电膜113、将导电膜120与电容线115电连接的导电膜125。此外，形成源电极629及漏电极639。
信号线109、导电膜113、导电膜125、源电极629及漏电极639可以使用能够应用于信号线109、导电膜113、导电膜125及栅电极627的材料形成导电膜，在该导电膜上形成掩模，使用该掩模进行加工来形成。该掩模的形成及该加工可以与扫描线107、电容线115及栅电极627同样地进行。
接着，在半导体膜111、导电膜120、半导体膜628、信号线109、导电膜113、导电膜125、源电极629、漏电极639及绝缘膜126上形成绝缘膜128，在绝缘膜128上形成绝缘膜130，在绝缘膜130上形成绝缘膜132（参照图5A）。此外，优选连续形成绝缘膜128、绝缘膜130及绝缘膜132。由此，可以抑制杂质混入到绝缘膜128、绝缘膜130及绝缘膜132的每一个的界面。
绝缘膜128可以使用能够应用于绝缘膜129的材料并利用CVD法或溅射法等各种成膜方法来形成。绝缘膜130可以使用能够应用于绝缘膜131的材料并利用CVD法或溅射法等各种成膜方法来形成。绝缘膜132可以使用能够应用于绝缘膜133的材料并利用CVD法或溅射法等各种成膜方法来形成。
当作为绝缘膜129应用与半导体膜111的界面能级密度变低的氧化绝缘膜时，绝缘膜128可以使用如下形成条件来形成。注意，这里示出作为该氧化绝缘膜而形成氧化硅膜或氧氮化硅膜的情况。该形成条件是如下条件：将在等离子体CVD装置的进行了真空排气的处理室内安装的衬底的温度保持为180℃以上且400℃以下，优选为200℃以上且370℃以下，将原料气体的含有硅的沉积气体及氧化气体导入处理室而将处理室内的压力设定为20Pa以上且250Pa以下，优选设定为40Pa以上且200Pa以下，并对设置在处理室内的电极供应高频功率。
含有硅的沉积气体的典型例子为硅烷、乙硅烷、丙硅烷、氟化硅烷等。作为氧化气体，可以举出氧、臭氧、一氧化二氮、二氧化氮等。
另外，通过将相对于含有硅的沉积气体的氧化气体量设定为100倍以上，可以减少包含在绝缘膜128（后面的绝缘膜129）中的氢含量，并可以减少包含在绝缘膜128（后面的绝缘膜129）中的悬空键。由于从绝缘膜130（后面的绝缘膜131）移动的氧有时被包含在绝缘膜128（后面的绝缘膜129）中的悬空键所俘获，所以当减少包含在绝缘膜128（后面的绝缘膜129）中的悬空键时，可以使包含在绝缘膜130（后面的绝缘膜131）中的氧效率好地移动到半导体膜111，由此可以填补包含在用作半导体膜111的氧化物半导体膜中的氧缺陷。其结果是，可以减少混入到该氧化物半导体膜中的氢量，并可以减少包含在氧化物半导体膜中的氧缺陷。
当作为绝缘膜131使用包括上述氧过剩区的氧化绝缘膜或包含比满足化学计量组成的氧还多的氧的氧化绝缘膜时，绝缘膜130可以使用如下形成条件来形成。此外，这里示出作为该氧化绝缘膜而形成氧化硅膜或氧氮化硅膜的情况。该形成条件是如下条件：将在等离子体CVD装置的进行了真空排气的处理室内安装的衬底的温度保持为180℃以上且260℃以下，优选为180℃以上且230℃以下，将原料气体导入处理室而将处理室内的压力设定为100Pa以上且250Pa以下，优选为100Pa以上且200Pa以下，并对设置在处理室内的电极供应0.17W/cm2以上且0.5W/cm2以下、优选为0.25W/cm2以上且0.35W/cm2以下的高频功率。
作为绝缘膜130的原料气体可以使用能够应用于绝缘膜128的原料气体。
作为绝缘膜130的形成条件，在上述压力的处理室中供应具有上述功率密度的高频功率，从而使等离子体中的原料气体的分解效率提高，氧自由基增加，且原料气体的氧化得到进展，所以绝缘膜130中的氧含量多于化学计量组成。但是，在衬底温度是上述温度时，硅与氧的键合力弱，由此由于加热处理而使氧的一部分脱离。其结果是，可以形成包含比满足化学计量组成的氧还多的氧且通过加热而使氧的一部分发生脱离的氧化绝缘膜。另外，也可以利用离子注入法等将氧添加到绝缘膜130，来增加氧含量。此外，在半导体膜111上设置有绝缘膜128。由此，在绝缘膜130的形成工序中绝缘膜128用作半导体膜111的保护膜。其结果是，即使使用功率密度高的高频功率来形成绝缘膜130，也可以抑制对于半导体膜111及半导体膜628的损伤。
此外，通过增大绝缘膜130的厚度从而可以利用加热来增加脱离的氧的量，所以绝缘膜130的厚度优选比绝缘膜128的厚度厚。通过设置绝缘膜128，即使使绝缘膜130的厚度厚也可以获得良好的覆盖性。
当作为绝缘膜133设置氢含量少的氮化绝缘膜时，绝缘膜132可以使用如下条件来形成。另外，这里示出作为该氮化绝缘膜而形成氮化硅膜的情况。该形成条件是如下条件：将在等离子体CVD装置的进行了真空排气的处理室内安装的衬底的温度保持为80℃以上且400℃以下，优选为200℃以上且370℃以下，将原料气体导入处理室而将处理室内的压力设定为100Pa以上且250Pa以下，优选为100Pa以上且200Pa以下，并对设置在处理室内的电极供应高频功率。
作为绝缘膜132的原料气体，优选使用含有硅的沉积气体、氮及氨。含有硅的沉积气体的典型例子为硅烷、乙硅烷、丙硅烷、氟化硅烷等。此外，氮的流量为相对于氨的流量的5倍以上且50倍以下，优选为10倍以上且50倍以下。此外，通过作为原料气体使用氨，可以促进含有硅的沉积气体及氮的分解。这是因为如下缘故：氨因等离子体能或热能而离解，离解时产生的能量有助于含有硅的沉积气体分子的键合及氮分子的键合的分解。由此，可以形成氢含量少且能够抑制来自外部的氢或水等杂质的侵入的氮化硅膜。
优选至少在形成绝缘膜130之后进行加热处理，使包含在绝缘膜128及绝缘膜130中的过剩氧移动到半导体膜111及半导体膜628，填补用作半导体膜111及半导体膜628的氧化物半导体膜中的氧缺陷。此外，该加热处理可以参照进行半导体膜111的脱氢化或脱水化的加热处理的详细内容而适当地进行。
接着，在绝缘膜126、绝缘膜128、绝缘膜130和绝缘膜132的与电容线115重叠的区域中形成到达电容线115的开口123a，在绝缘膜128、绝缘膜130和绝缘膜132的与导电膜125重叠的区域中形成到达导电膜125的开口123b，并形成栅极绝缘膜127、绝缘膜129、绝缘膜131及绝缘膜133（参照图5B）。
可以以使绝缘膜126、绝缘膜128、绝缘膜130和绝缘膜132的与电容线115重叠的区域的一部分露出的方式形成掩模，使用该掩模进行加工来形成开口123a，可以以使绝缘膜128、绝缘膜130和绝缘膜132的与导电膜125重叠的区域的一部分露出的方式形成掩模，使用该掩模进行加工来形成开口123b。同时在绝缘膜128、绝缘膜130及绝缘膜132的与导电膜113重叠的区域中形成到达导电膜113的开口117（参照图2）。开口117（参照图2）可以与开口123a及开口123b同样地形成。此外，该掩模的形成及该加工可以与扫描线107、电容线115及栅电极627同样地进行。
以前，分别制造到达电容线的开口和到达导电膜（漏电极）的开口，在每个开口的制造工序中分别形成掩模，但是通过采用如本实施方式那样的结构，在对绝缘膜128、绝缘膜130和绝缘膜132进行蚀刻，并且形成到达导电膜125的开口123b和到达导电膜113的开口117之后，连续地进行绝缘膜126的蚀刻以形成到达电容线115的开口123a，但是在开口123b及开口117中，金属的导电膜125及导电膜113露出，所以不再进行蚀刻。换言之，可以使用同一掩模形成到达电容线115的开口123a、到达导电膜125的开口123b和到达导电膜113的开口117，由此可以缩减在制造工序中使用的掩模个数而降低制造成本。
此外，因为导电膜120通过导电膜125而与后面形成的电极121a连接，所以在开口123b中，导电膜125还用作导电膜120的蚀刻保护膜。由此，在形成开口123b及开口117之后形成开口123a时，可以防止导电膜120被蚀刻。其结果是，可以提高成品率。
最后，通过形成电极121a、像素电极121b及导电膜641，可以制造设置在衬底102上的元件部（参照图3）。可以形成通过开口123a及开口123b接触于电容线115及导电膜125的导电膜，在该导电膜上形成掩模，使用该掩模进行加工来形成电极121a。另外，可以形成通过开口117接触于导电膜113的导电膜，在该导电膜上形成掩模，使用该掩模进行加工来形成像素电极121b。此外，该掩模的形成及该加工可以与扫描线107及电容线115同样地进行。
<变形例1>
在本发明的一个方式的半导体装置中，可以适当地改变使作为构成电容元件105的一个电极的导电膜120与电容线115电连接的导电膜125的俯视形状。例如，为了降低该导电膜120与导电膜125的接触电阻，可以沿着该导电膜120的外周以与其接触的方式设置该导电膜125。另外，导电膜125由于在与包括晶体管103的源电极的信号线109及包括晶体管103的漏电极的导电膜113相同的形成工序中形成，所以有时具有遮光性，由此优选形成为闭环状。
<变形例2>
此外，在上述像素101中，使用了半导体膜位于栅极绝缘膜与包括源电极的信号线109及包括漏电极的导电膜113之间的晶体管，但是取而代之也可以使用半导体膜位于包括源电极的信号线及包括漏电极的导电膜与绝缘膜129之间的晶体管。
<变形例3>
此外，在上述像素101中，作为晶体管示出沟道蚀刻型晶体管，但是也可以使用沟道保护型晶体管代替沟道蚀刻型晶体管。通过设置沟道保护膜，半导体膜111的表面不暴露于在形成信号线及导电膜的工序中使用的蚀刻剂及蚀刻气体，可以减少半导体膜111与沟道保护膜之间的杂质。其结果是，可以降低在晶体管的源电极与漏电极之间流过的泄漏电流。
<变形例4>
此外，在上述像素101中，作为晶体管示出具有一个栅电极的晶体管，但是可以使用具有夹着半导体膜111对置的两个栅电极的晶体管。
晶体管在本实施方式所说明的晶体管103的绝缘膜133上具有导电膜。导电膜至少重叠于半导体膜111的沟道形成区。通过将导电膜设置在与半导体膜111的沟道形成区重叠的位置，从而优选使导电膜的电位成为施加到信号线109的视频信号的最低电位。其结果是，在与导电膜对置的半导体膜111的表面上可以控制在源电极与漏电极之间流过的电流，可以减少晶体管的电特性的偏差。此外，通过设置导电膜，减轻周围的电场的变化给半导体膜111带来的影响，由此可以提高晶体管的可靠性。
导电膜可以使用与扫描线107、信号线109、像素电极121b等同样的材料及方法而形成。
如上所述，作为电容元件的一个电极，通过使用在与包括在晶体管中的半导体膜相同的形成工序中形成的半导体膜，可以制造提高开口率且具有增大了电荷容量的电容元件的半导体装置。由此，可以得到显示质量优良的半导体装置。
另外，由于用作包括在晶体管中的半导体膜的氧化物半导体膜中的氧缺陷及氢等杂质被减少，因此本发明的一个方式的半导体装置成为具有良好的电特性的半导体装置。
另外，本实施方式所示的结构等可以适当地与其它实施方式所示的结构组合使用。
（实施方式2）
在本实施方式中，参照附图对本发明的一个方式的具有与上述实施方式不同的结构的半导体装置进行说明。在本实施方式中，以液晶显示装置为例子而说明本发明的一个方式的半导体装置。此外，本实施方式所说明的半导体装置的电容元件的结构与上述实施方式不同。此外，在本实施方式所说明的半导体装置中，与上述实施方式所说明的半导体装置同样的结构可以参照上述实施方式。
<半导体装置的结构>
图6示出本实施方式所说明的像素201的俯视图。在图6所示的像素201中，在点划线内的区域中不设置绝缘膜229（未图示）及绝缘膜231（未图示）。此外，在导电膜220上有绝缘膜229（未图示）及绝缘膜231（未图示）的端部。因此，图6所示的像素201的电容元件205包括作为一个电极的导电膜220、作为另一个电极的像素电极221b及作为介电膜的绝缘膜233（未图示）。
接着，图7示出图6的点划线A1-A2间、点划线B1-B2间、点划线C1-C2间及设置在扫描线驱动电路104（参照图1A）中的晶体管的截面图。这里，省略扫描线驱动电路104的俯视图，与此同时D1-D2示出扫描线驱动电路104的截面图。另外，这里示出设置在扫描线驱动电路104中的晶体管的截面图，但是该晶体管也可以设置在信号线驱动电路106中。
以下示出本实施方式中的像素201的截面结构。在衬底102上设置有包括晶体管103的栅电极的扫描线107、设置于与扫描线107相同的表面上的电容线115。在扫描线107及电容线115上设置有栅极绝缘膜227。在栅极绝缘膜227的与扫描线107重叠的区域上设置有半导体膜111，在栅极绝缘膜227上设置有导电膜220。在半导体膜111及栅极绝缘膜227上设置有包括晶体管103的源电极的信号线109、包括晶体管103的漏电极的导电膜113。在导电膜220上设置有导电膜125。在栅极绝缘膜227、信号线109、半导体膜111、导电膜113、导电膜125、导电膜220上设置有用作晶体管103的保护绝缘膜的绝缘膜229、绝缘膜231及绝缘膜233。此外，至少在成为电容元件205的区域中，绝缘膜233设置在导电膜220上并与导电膜220接触。在栅极绝缘膜227、绝缘膜229、绝缘膜231及绝缘膜233中设置有到达电容线115的开口223a，另外在绝缘膜229、绝缘膜231及绝缘膜233中设置有到达导电膜125的开口223b，在开口223a中、开口223b中、电容线115上、导电膜125上及绝缘膜233上设置有电极221a。在绝缘膜229、绝缘膜231及绝缘膜233中设置有到达导电膜113的开口117（参照图6），在开口117中及绝缘膜233上设置有像素电极221b。此外，也可以在衬底102与扫描线107、电容线115及栅极绝缘膜227之间设置有基底绝缘膜。
栅极绝缘膜227是与实施方式1所说明的栅极绝缘膜127同样的绝缘膜。绝缘膜229是与实施方式1所说明的绝缘膜129同样的绝缘膜。绝缘膜231是与实施方式1所说明的绝缘膜131同样的绝缘膜。绝缘膜233是与实施方式1所说明的绝缘膜133同样的绝缘膜。像素电极221b是与实施方式1所说明的像素电极121b同样的像素电极。
如本实施方式中的电容元件205，通过作为设置在用作一个电极的导电膜220与用作另一个电极的像素电极221b之间的介电膜，使用绝缘膜233，从而可以使介电膜的厚度比实施方式1中的电容元件105的介电膜的厚度薄。因此，本实施方式中的电容元件205与实施方式1中的电容元件105相比可以增大电荷容量。
此外，与实施方式1的绝缘膜133同样地，绝缘膜233优选是氮化绝缘膜。由于绝缘膜233接触于半导体膜119（后面的导电膜220），所以可以使包含在该氮化绝缘膜中的氮以及氢移动到半导体膜119，可以使半导体膜119变为n型，可以增大导电率。此外，作为绝缘膜233使用氮化绝缘膜，通过在绝缘膜233接触于半导体膜119的状态下进行加热处理，可以使包含在该氮化绝缘膜中的氮以及氢移动到半导体膜119，形成导电膜220。
另外，虽然氧化物半导体膜和透光性导电膜都是包含In或Ga的氧化物半导体膜，但是其杂质浓度彼此不同。具体而言，透光性导电膜的杂质浓度比氧化物半导体膜的杂质浓度高。例如，包含在氧化物半导体膜中的氢浓度小于5×1019atoms/cm3，优选小于5×1018atoms/cm3，更优选为1×1018atoms/cm3以下，还优选为5×1017atoms/cm3以下，进一步优选为1×1016atoms/cm3以下，包含在透光性导电膜中的氢浓度为8×1019atoms/cm3以上，优选为1×1020atoms/cm3以上，更优选为5×1020atoms/cm3以上。另外，包含在透光性导电膜中的氢浓度是包含在氧化物半导体膜中的氢浓度的2倍，优选为10倍以上。
透光性导电膜的电阻率比氧化物半导体膜的电阻率低。透光性导电膜的电阻率优选为氧化物半导体膜的电阻率的1×10-8倍以上且1×10-1倍以下，典型地为1×10-3Ωcm以上且小于1×104Ωcm，更优选电阻率为1×10-3Ωcm以上且小于1×10-1Ωcm。
此外，导电膜220具有其导电率比半导体膜111高的区域。在本结构中，导电膜220的至少接触于绝缘膜233的区域是n型，其导电率比半导体膜111的接触于绝缘膜229的区域的导电率高。
在本实施方式的半导体装置中，使电容元件205工作的方法与使实施方式1所记载的电容元件105工作的方法同样地，在使电容元件205工作的期间，将导电膜220的电位（换言之，电容线115的电位）始终设定为比像素电极221b的电位低出电容元件205（MOS电容器）的阈值电压（Vth）以上。注意，在电容元件205中，用作一个电极的导电膜220为n型，由于导电率高，所以阈值电压向负方向移动。导电膜220的电位（换言之，电容线115的电位）根据电容元件205的阈值电压的向负方向的移动量而从像素电极221b的最低电位升高。因此，当电容元件205的阈值电压示出较大的负值时，可以使电容线115的电位比像素电极221b的电位高。
当如本实施方式那样，用作电容元件205的一个电极的导电膜220为n型并具有高导电率，从而可以使阈值电压向负方向移动，所以与实施方式1的电容元件105相比，可以扩大使电容元件205工作时需要的电位的选择宽度。因此，本实施方式在使电容元件205工作的期间始终可以稳定地使电容元件205工作，所以是优选的。
此外，由于包括在电容元件205中的导电膜220为n型，导电率高，所以即使缩小电容元件205的平面面积也可以获得充分的电荷容量。由于构成导电膜220的氧化物半导体的可见光的透过率为80％至90％，所以缩小导电膜220的面积，在像素中设置不形成导电膜220的区域，由此可以提高从背光等光源发射的光的透过率。
<半导体装置的制造方法>
接着，参照图8A和图8B以及图9A和图9B说明本实施方式所示的设置在衬底102上的元件部的制造方法。
首先，在衬底102上形成扫描线107、电容线115及栅电极627，在衬底102、扫描线107、电容线115及栅电极627上形成加工为栅极绝缘膜227的绝缘膜226，在该绝缘膜上形成半导体膜111、半导体膜119及半导体膜628，在绝缘膜226上形成包括晶体管103的源电极的信号线109、包括晶体管103的漏电极的导电膜113以及之后将导电膜220和电容线115电连接的导电膜125。此外，源电极629及漏电极639与导电膜125同时形成。然后，在半导体膜111、半导体膜119（后面的导电膜220）、半导体膜628、信号线109、导电膜113、导电膜125、源电极629、漏电极639及绝缘膜226上形成绝缘膜228，在绝缘膜228上形成绝缘膜230（参照图8A）。注意，到此为止的工序可以参照实施方式1进行。
接着，在至少重叠于半导体膜119的绝缘膜230的区域上形成掩模，使用该掩模来加工绝缘膜228及绝缘膜230，使半导体膜119露出（参照图8B）。作为该掩模可以使用通过光刻工序形成的抗蚀剂掩模，该加工可以利用干蚀刻和湿蚀刻中的一方或双方来进行。
接着，在露出半导体膜119的区域上及绝缘膜230上形成绝缘膜232（参照图9A）。绝缘膜232是与实施方式1所说明的绝缘膜132同样的绝缘膜。此外，也可以在形成绝缘膜232之后等在绝缘膜232与半导体膜119接触的状态下，进行加热处理。注意，到此为止的工序也可以参照实施方式1进行。
此外，与实施方式1的绝缘膜132同样地，绝缘膜232优选是氮化绝缘膜。由于绝缘膜232接触于半导体膜119，所以可以使包含在氮化绝缘膜中的氢或/和氮移动到半导体膜119，可以使半导体膜119变为n型，可以形成增大了导电率的导电膜220。
另外，虽然氧化物半导体膜和透光性导电膜都是包含In或Ga的氧化物半导体膜，但是其杂质浓度彼此不同。具体而言，透光性导电膜的杂质浓度比氧化物半导体膜的杂质浓度高。例如，包含在氧化物半导体膜中的氢浓度小于5×1019atoms/cm3，优选小于5×1018atoms/cm3，更优选为1×1018atoms/cm3以下，还优选为5×1017atoms/cm3以下，进一步优选为1×1016atoms/cm3以下，包含在透光性导电膜中的氢浓度为8×1019atoms/cm3以上，优选为1×1020atoms/cm3以上，更优选为5×1020atoms/cm3以上。另外，包含在透光性导电膜中的氢浓度是包含在氧化物半导体膜中的氢浓度的2倍，优选为10倍以上。
另外，透光性导电膜的电阻率比氧化物半导体膜的电阻率低。透光性导电膜的电阻率优选为氧化物半导体膜的电阻率的1×10-8倍以上且1×10-1倍以下，典型地为1×10-3Ωcm以上且小于1×104Ωcm，更优选电阻率为1×10-3Ωcm以上且小于1×10-1Ωcm。
接着，在绝缘膜226、绝缘膜228、绝缘膜230和绝缘膜232的与电容线115重叠的区域中形成到达电容线115的开口223a，在绝缘膜228、绝缘膜230和绝缘膜232的与导电膜125重叠的区域中形成到达导电膜125的开口223b，并形成栅极绝缘膜227、绝缘膜229、绝缘膜231及绝缘膜233（参照图9B）。
可以以使绝缘膜226、绝缘膜228、绝缘膜230和绝缘膜232的与电容线115重叠的区域的一部分露出的方式形成掩模，使用该掩模进行加工来形成开口223a，可以以使绝缘膜228、绝缘膜230和绝缘膜232的与导电膜125重叠的区域的一部分露出的方式形成掩模，使用该掩模进行加工来形成开口223b。另外，同时，在绝缘膜228、绝缘膜230及绝缘膜232的与导电膜113重叠的区域中形成到达导电膜113的开口117（参照图6）。开口117（参照图6）可以与开口223a和开口223b同样地形成。此外，该掩模的形成及该加工可以与扫描线107、电容线115及栅电极627同样地进行。
以前，分别制造到达电容线的开口和到达导电膜（漏电极）的开口，在每个开口的制造工序中分别形成掩模，但是通过采用如本实施方式那样的结构，在对绝缘膜228、绝缘膜230和绝缘膜232进行蚀刻，并且形成到达导电膜125的开口223b和到达导电膜113的开口117之后，也存在金属的导电膜125及导电膜113，所以不再进行蚀刻。另一方面，电容线115上的绝缘膜226被蚀刻，而形成到达电容线115的开口223a。换言之，可以使用同一掩模来形成到达电容线115的开口223a、到达导电膜125的开口223b和到达导电膜113的开口117，由此可以缩减在制造工序中使用的掩模个数而降低制造成本。
此外，因为导电膜220通过导电膜125而与后面形成的电极221a连接，所以在开口223b中，导电膜125还用作导电膜220的蚀刻保护膜。由此，在形成开口223b及开口117之后，在形成开口223a时，可以防止导电膜220被蚀刻。其结果是，可以提高成品率。
最后，通过形成电极221a、像素电极221b及导电膜641，可以制造设置在衬底102上的元件部（参照图7）。注意，到此为止的工序也可以参照实施方式1进行。
通过上述工序，可以制造本实施方式中的半导体装置。
<变形例>
在本发明的一个方式的半导体装置中，可以适当地改变电容元件的结构。参照图10说明本结构的具体例子。此外，这里，只说明与图6及图7所说明的电容元件205不同的电容元件245。
半导体膜119为n型，为了增大导电率，作为栅极绝缘膜227采用氮化绝缘膜的绝缘膜225、氧化绝缘膜的绝缘膜226的叠层结构，在至少设置有半导体膜119的区域中只设置氮化绝缘膜的绝缘膜225。通过采用这种结构，作为绝缘膜225的氮化绝缘膜接触于半导体膜119的下表面，半导体膜119可以成为n型，形成增大了导电率的导电膜220。此时，电容元件245的介电膜是绝缘膜129、绝缘膜131及绝缘膜133。此外，绝缘膜225及绝缘膜226可以适当地使用可应用于栅极绝缘膜227的绝缘膜，绝缘膜225可以是与绝缘膜133同样的绝缘膜。此外，为了实现本结构，参照实施方式1适当地加工绝缘膜226即可。通过采用图10所示的结构，由于不进行绝缘膜129及绝缘膜131的蚀刻，所以可以防止减少半导体膜119的厚度，由此与图6及图7所示的半导体装置相比可以提高成品率。
此外，在图10所示的结构中，也可以采用导电膜220的上表面接触于绝缘膜133的结构。换言之，在图10所示的绝缘膜129及绝缘膜131中，也可以去除接触于导电膜220的区域。此时，电容元件245的介电膜是绝缘膜133。通过采用导电膜220的上表面及下表面接触于氮化绝缘膜的结构，从而与只有一个表面接触于氮化绝缘膜的情况相比，更效率充分地使半导体膜成为n型，可以增大导电率。
另外，虽然氧化物半导体膜和透光性导电膜都是包含In或Ga的氧化物半导体膜，但是其杂质浓度彼此不同。具体而言，透光性导电膜的杂质浓度比氧化物半导体膜的杂质浓度高。例如，包含在氧化物半导体膜中的氢浓度小于5×1019atoms/cm3，优选小于5×1018atoms/cm3，更优选为1×1018atoms/cm3以下，还优选为5×1017atoms/cm3以下，进一步优选为1×1016atoms/cm3以下，包含在透光性导电膜中的氢浓度为8×1019atoms/cm3以上，优选为1×1020atoms/cm3以上，更优选为5×1020atoms/cm3以上。另外，包含在透光性导电膜中的氢浓度是包含在氧化物半导体膜中的氢浓度的2倍，优选为10倍以上。
如上所述，通过作为电容元件的一个电极而使用在与包括在晶体管中的半导体膜相同的形成工序中形成的半导体膜，可以制造包括增大了电荷容量的电容元件的半导体装置，该半导体装置的开口率得到提高，典型地提高到55％以上，优选为60％以上。其结果是，可以获得显示质量优良的半导体装置。
另外，由于用作包括在晶体管中的半导体膜的氧化物半导体膜的氧缺陷得到减少并且氢等杂质被减少，因此本发明的一个方式的半导体装置成为具有良好的电特性的半导体装置。
注意，本实施方式所示的结构等可以与其他实施方式所示的结构及其变形例适当地组合而使用。
（实施方式3）
在本实施方式中，说明在上述实施方式所说明的包括在半导体装置中的晶体管及电容元件中可以应用于作为半导体膜的氧化物半导体膜的一个方式。
氧化物半导体膜大致分为单晶氧化物半导体膜和非单晶氧化物半导体膜。非单晶氧化物半导体膜是指非晶氧化物半导体膜、微晶氧化物半导体膜、多晶氧化物半导体膜及CAAC-OS（C-Axis AlignedCrystalline Oxide Semiconductor：c轴取向结晶氧化物半导体）膜等。
非晶氧化物半导体膜是膜中的原子排列无序且不具有结晶成分的氧化物半导体膜。其典型例子是在微小区域中也不具有结晶部而膜整体具有完全的非晶结构的氧化物半导体膜。
微晶氧化物半导体膜例如包括1nm以上且小于10nm的尺寸的微晶（也称为纳米晶）。因此，微晶氧化物半导体膜的原子排列的有序度比非晶氧化物半导体膜高。因此，微晶氧化物半导体膜的缺陷态密度低于非晶氧化物半导体膜。
CAAC-OS膜是包含多个结晶部的氧化物半导体膜之一，大部分的结晶部的尺寸为能够容纳于一边短于100nm的立方体内的尺寸。因此，有时包括在CAAC-OS膜中的结晶部的尺寸为能够容纳于一边短于10nm、短于5nm或短于3nm的立方体内的尺寸。CAAC-OS膜的缺陷态密度低于微晶氧化物半导体膜。下面，对CAAC-OS膜进行详细的说明。
在CAAC-OS膜的透射电子显微镜（TEM：Transmission ElectronMicroscope）图像中，观察不到结晶部与结晶部之间的明确的边界，即晶界（grain boundary）。因此，在CAAC-OS膜中，不容易发生起因于晶界的电子迁移率的降低。
根据从大致平行于样品面的方向观察的CAAC-OS膜的TEM图像（截面TEM图像）可知在结晶部中金属原子排列为层状。各金属原子层具有反映了形成CAAC-OS膜的面（也称为被形成面）或CAAC-OS膜的顶面的凹凸的形状，并以平行于CAAC-OS膜的被形成面或顶面的方式排列。
另一方面，根据从大致垂直于样品面的方向观察的CAAC-OS膜的TEM图像（平面TEM图像）可知在结晶部中金属原子排列为三角形状或六角形状。但是，在不同的结晶部之间金属原子的排列没有规律性。
由截面TEM图像及平面TEM图像可知，CAAC-OS膜的结晶部具有取向性。
使用X射线衍射(XRD：X-Ray Diffraction)装置对CAAC-OS膜进行结构分析。例如，当利用out-of-plane法分析包括InGaZnO4的结晶的CAAC-OS膜时，在衍射角（2θ）为31°附近时有时出现峰值。由于该峰值来源于InGaZnO4结晶的（009）面，由此可知CAAC-OS膜中的结晶具有c轴取向性，并且c轴朝向与CAAC-OS膜的被形成面或顶面大致垂直的方向。
另一方面，当利用从大致垂直于c轴的方向使X射线入射到样品的in-plane法分析CAAC-OS膜时，在2θ为56°附近时有时出现峰值。该峰值来源于InGaZnO4结晶的（110）面。在此，将2θ固定为56°附近并在以样品面的法线向量为轴（
轴）旋转样品的条件下进行分析（
扫描），当该样品是InGaZnO4的单晶氧化物半导体膜时，出现六个峰值，该六个峰值来源于与（110）面等效的结晶面。另一方面，当该样品是CAAC-OS膜时，即使在将2θ固定为56°附近的状态下进行
扫描也不能观察到明确的峰值。
由上述结果可知，在CAAC-OS膜中，虽然a轴及b轴的取向在不同的结晶部之间不规律，但是具有c轴取向，且c轴朝向与被形成面或顶面的法线向量平行的方向。因此，在上述截面TEM图像中观察到的排列为层状的各金属原子层相当于与结晶的a-b面平行的面。
注意，结晶部在形成CAAC-OS膜或进行加热处理等晶化处理时形成。如上所述，结晶的c轴朝向与CAAC-OS膜的被形成面或顶面的法线向量平行的方向。由此，例如，当CAAC-OS膜的形状因蚀刻等而发生改变时，结晶的c轴不一定平行于CAAC-OS膜的被形成面或顶面的法线向量。
此外，CAAC-OS膜中的晶化度不一定均匀。例如，当CAAC-OS膜的结晶部是由CAAC-OS膜的顶面附近的结晶成长而形成时，有时顶面附近的区域的晶化度高于被形成面附近的区域的晶化度。另外，当对CAAC-OS膜添加杂质时，被添加了杂质的区域的晶化度改变，所以有时CAAC-OS膜中的晶化度根据区域而不同。
注意，当利用out-of-plane法分析包括InGaZnO4结晶的CAAC-OS膜时，除了在2θ为31°附近的峰值之外，有时还在2θ为36°附近观察到峰值。2θ为36°附近的峰值意味着CAAC-OS膜的一部分中含有不具有c轴取向的结晶。优选的是，在CAAC-OS膜中在2θ为31°附近时出现峰值而在2θ为36°附近时不出现峰值。
在使用CAAC-OS膜的晶体管中，起因于可见光或紫外光的照射的电特性的变动小。因此，该晶体管具有高可靠性。
注意，氧化物半导体膜例如也可以是包括非晶氧化物半导体膜、微晶氧化物半导体膜和CAAC-OS膜中的两种以上的膜的叠层膜。
在本说明书中，“平行”是指两条直线形成的角为-10°以上且10°以下的状态，因此也包括角为-5°以上且5°以下的情况。另外，“垂直”是指两条直线形成的角为80°以上且100°以下的状态，因此也包括角为85°以上且95°以下的情况。
另外，在本说明书中，六方晶系包括三方晶系和菱方晶系。
此外，CAAC-OS膜优选使用多晶的氧化物半导体溅射靶材，且利用溅射法形成。当离子碰撞到该溅射靶材时，有时包含在溅射靶材中的结晶区域从a-b面劈开，作为具有平行于a-b面的面的平板状或颗粒状的溅射粒子而剥离。此时，通过使该平板状或颗粒状的溅射粒子在保持结晶状态的情况下到达被成膜面，可以形成CAAC-OS膜。
平板状溅射粒子例如平行于a-b面的面的当量圆直径为3nm以上且10nm以下，厚度(垂直于a-b面的方向的长度)为0.7nm以上且小于1nm。此外，平板状溅射粒子也可以是平行于a-b面的面的形状为正三角形或正六角形。在此，面的当量圆直径是指与面的面积相等的正圆的直径。
另外，为了形成CAAC-OS膜，优选应用如下条件。
通过增高成膜时的衬底温度而使溅射粒子在到达衬底之后发生迁移。具体而言，在将衬底温度设定为100℃以上且740℃以下，优选为200℃以上且500℃以下的状态下进行成膜。通过增高成膜时的衬底温度，使平板状的溅射粒子在到达衬底时在衬底上发生迁移，于是溅射粒子的平坦的面附着到衬底。此时，在溅射粒子带正电时溅射粒子互相排斥而附着到衬底上，由此溅射粒子不会不均匀地重叠，由此可以形成厚度均匀的CAAC-OS膜。
通过减少成膜时的杂质的混入，可以抑制杂质所导致的结晶状态的破损。例如，可以降低存在于成膜室内的杂质（氢、水、二氧化碳及氮等）的浓度。另外，可以降低成膜气体中的杂质浓度。具体而言，使用露点为-80℃以下，优选为-100℃以下，更优选为-120℃以下的成膜气体。
另外，当利用溅射法形成膜时，可以使用吸附型真空泵来去除形成膜的成膜室中的残留水分。作为吸附型真空泵，例如可以使用低温泵、离子泵或钛升华泵等。此外，也可以使用设置有冷阱的涡轮分子泵来去除成膜室中的残留水分。通过使用上述真空泵，可以减少包含杂质的废气的倒流。
另外，当利用溅射法进行成膜时，为了防止微粒数的增大，优选使用包含铟的靶材。另外，优选使用镓的原子个数比比较少的氧化物靶材。尤其是，当使用包含铟的靶材时，可以提高靶材的导电率并容易进行DC放电，因此容易对应于大面积的衬底。由此，可以提高半导体装置的生产率。
另外，优选的是，通过增高成膜气体中的氧比例并对电力进行最优化，来减轻成膜时的等离子体损伤。将成膜气体中的氧比例设定为30vol.（体积）％以上，优选为100vol.％。
在形成CAAC-OS膜之后也可以进行加热处理。将加热处理的温度设定为100℃以上且740℃以下，优选设定为200℃以上且500℃以下。另外，将加热处理的时间设定为1分钟以上且24小时以下，优选设定为6分钟以上且4小时以下。此外，加热处理可以在惰性环境或氧化环境下进行。优选的是，在惰性环境下进行加热处理之后，在氧化环境下进行加热处理。通过在惰性环境下进行加热处理，可以在短时间内降低CAAC-OS膜的杂质浓度。另一方面，当在惰性环境下进行加热处理时，氧缺陷有时生成在CAAC-OS膜中。在此情况下，通过在氧化环境下进行加热处理，可以降低该氧缺陷。此外，通过进行加热处理，可以进一步提高CAAC-OS膜的结晶性。另外，加热处理也可以在1000Pa以下、100Pa以下、10Pa以下或1Pa以下的减压下进行。在减压下，可以在更短的时间内降低CAAC-OS膜的杂质浓度。
以下，作为溅射靶材的一个例子示出In-Ga-Zn-O化合物靶材。
通过将InOX粉末、GaOY粉末及ZnOZ粉末以规定的摩尔（mol）数比进行混合，并进行加压处理，然后在1000℃以上且1500℃以下的温度下进行加热处理，由此得到多晶的In-Ga-Zn类金属氧化物靶材。此外，也可以在冷却（或放冷）或加热的同时进行该加压处理。另外，X、Y及Z为任意正数。在此，InOX粉末、GaOY粉末及ZnOZ粉末的规定的摩尔数比例如为InOX：GaOY：ZnOZ＝2：2：1、8：4：3、3：1：1、1：1：1、4：2：3或3：1：2。另外，粉末的种类及混合粉末时的摩尔数比可以根据所制造的溅射靶材而适当地改变。
在此，表1示出结晶状态下的氧化物半导体（表示为OS）和硅半导体（表示为Si）之间的对比。作为氧化物半导体膜，使用In-Ga-Zn类氧化物。
[表1]
作为氧化物半导体的结晶状态，例如有表1所示的非晶氧化物半导体（a-OS、a-OS：H）、微晶氧化物半导体（nc-OS、μc-OS）、多晶氧化物半导体（多晶OS）、连续结晶氧化物半导体（CAAC-OS）、单晶氧化物半导体（单晶OS）等。另外，作为硅的结晶状态，例如有表1所示的非晶硅（a-Si、a-Si：H）、微晶硅（nc-Si、μc-Si）、多晶硅（多晶Si）、连续结晶硅（CG（Continuous Grain）硅）、单晶硅（单晶Si）等。
当对各结晶状态下的氧化物半导体进行使用将射束直径（beamdiameter）收敛于10nmφ以下的电子束的电子衍射（纳米束电子衍射）时，观察到下面所示的电子衍射图案（纳米束电子衍射图案）。在非晶氧化物半导体中观察到光晕图案（也称为晕圈或光晕）。在微晶氧化物半导体中观察到斑点或/及环形图案。在多晶氧化物半导体中观察到斑点。在连续结晶氧化物半导体中观察到斑点。在单晶氧化物半导体中观察到斑点。
另外，由纳米束电子衍射图案可知：微晶氧化物半导体的结晶部的直径为纳米（nm）至微米（μm）。多晶氧化物半导体在结晶部和结晶部之间具有晶界，所以边界不连续。连续结晶氧化物半导体在结晶部和结晶部之间没有观察到晶界，所以边界连续。
说明各结晶状态下的氧化物半导体的密度。非晶氧化物半导体的密度低。微晶氧化物半导体的密度是中等程度。连续结晶氧化物半导体的密度高。也就是说，连续结晶氧化物半导体的密度比微晶氧化物半导体的密度高，而微晶氧化物半导体的密度比非晶氧化物半导体的密度高。
说明在各结晶状态下的氧化物半导体中存在的DOS（density ofstate：态密度）的特征。非晶氧化物半导体的DOS高。微晶氧化物半导体的DOS稍微低。连续结晶氧化物半导体的DOS低。单晶氧化物半导体的DOS极低。也就是说，单晶氧化物半导体的DOS比连续结晶氧化物半导体低，连续结晶氧化物半导体的DOS比微晶氧化物半导体低，而微晶氧化物半导体的DOS比非晶氧化物半导体低。
此外，CAAC-OS膜可以利用以下方法形成。
首先，以1nm以上且小于10nm的厚度来形成第一氧化物半导体膜。第一氧化物半导体膜通过溅射法形成。具体而言，将衬底温度设定为100℃以上且500℃以下，优选设定为150℃以上且450℃以下，将成膜气体中的氧比率设定为30vol.％以上，优选设定为100vol.％，来形成第一氧化物半导体膜。
接着，通过进行加热处理来使第一氧化物半导体膜成为结晶性高的第一CAAC-OS膜。将加热处理的温度设定为350℃以上且740℃以下，优选设定为450℃以上且650℃以下。另外，将加热处理的时间设定为1分钟以上且24小时以下，优选设定为6分钟以上且4小时以下。此外，加热处理可以在惰性环境或氧化环境下进行。优选的是，在惰性环境下进行加热处理之后，在氧化环境下进行加热处理。通过在惰性环境下进行加热处理，可以在短时间内降低第一氧化物半导体膜的杂质浓度。另一方面，当在惰性环境下进行加热处理时，氧缺陷有时生成在第一氧化物半导体膜中。在此情况下，通过在氧化环境下进行加热处理，可以降低该氧缺陷。另外，加热处理也可以在1000Pa以下、100Pa以下、10Pa以下或1Pa以下的减压下进行。在减压下，可以在更短的时间内降低第一氧化物半导体膜的杂质浓度。
由于第一氧化物半导体膜的厚度为1nm以上且小于10nm，所以与厚度为10nm以上的情况相比，可以通过加热处理更容易实现晶化。
接着，以10nm以上且50nm以下的厚度来形成具有与第一氧化物半导体膜相同的组成的第二氧化物半导体膜。第二氧化物半导体膜通过溅射法形成。具体而言，将衬底温度设定为100℃以上且500℃以下，优选设定为150℃以上且450℃以下，将成膜气体中的氧比率设定为30vol.％以上，优选设定为100vol.％，来形成第二氧化物半导体膜。
接着，通过进行加热处理，使第二氧化物半导体膜从第一CAAC-OS膜进行固相生长，来形成结晶性高的第二CAAC-OS膜。将加热处理的温度设定为350℃以上且740℃以下，优选设定为450℃以上且650℃以下。另外，将加热处理的时间设定为1分钟以上且24小时以下，优选设定为6分钟以上且4小时以下。此外，加热处理可以在惰性环境或氧化环境下进行。优选的是，在惰性环境下进行加热处理之后，在氧化环境下进行加热处理。通过在惰性环境下进行加热处理，可以在短时间内降低第二氧化物半导体膜的杂质浓度。另一方面，当在惰性环境下进行加热处理时，氧缺陷有时生成在第二氧化物半导体膜中。在此情况下，通过在氧化环境下进行加热处理，可以降低该氧缺陷。另外，加热处理也可以在1000Pa以下、100Pa以下、10Pa以下或1Pa以下的减压下进行。在减压下，可以在更短的时间内降低第二氧化物半导体膜的杂质浓度。
另外，氧化物半导体膜也可以采用层叠有多个氧化物半导体膜的结构。例如，也可以作为氧化物半导体膜采用第一氧化物半导体膜和第二氧化物半导体膜的叠层，并且第一氧化物半导体膜和第二氧化物半导体膜分别使用不同的原子数比的金属氧化物。例如，可以作为第一氧化物半导体膜使用包含两种金属的氧化物、包含三种金属的氧化物或者包含四种金属的氧化物，作为第二氧化物半导体膜使用与第一氧化物半导体膜不同的包含两种金属的氧化物、包含三种金属的氧化物或者包含四种金属的氧化物。
作为氧化物半导体膜采用两层结构，也可以使第一氧化物半导体膜与第二氧化物半导体膜的构成元素相同，并使两者的原子数比不同。例如，也可以将第一氧化物半导体膜的原子数比设定为In：Ga：Zn＝3：1：2，将第二氧化物半导体膜的原子数比设定为In：Ga：Zn＝1：1：1。此外，也可以将第一氧化物半导体膜的原子数比设定为In：Ga：Zn＝2：1：3，将第二氧化物半导体膜的原子数比设定为In：Ga：Zn＝1：3：2。另外，各氧化物半导体膜的原子数比作为误差包括上述原子数比的±20％的变动。
此时，优选将第一氧化物半导体膜与第二氧化物半导体膜中的离栅电极近的一侧（沟道一侧）的氧化物半导体膜的In与Ga的原子数比设定为In≥Ga。另外，优选将离栅电极远的一侧（背沟道一侧）的氧化物半导体膜的In与Ga的原子数比设定为In＜Ga。通过采用这些叠层结构，可以制造场效应迁移率高的晶体管。另一方面，通过将离栅电极近的一侧（沟道一侧）的氧化物半导体膜的In与Ga的原子数比设定为In＜Ga，将背沟道一侧的氧化物半导体膜的In与Ga的原子数比设定为In≥Ga，可以减少晶体管的随时间的变化或因可靠性测试导致的阈值电压的变动量。
原子数比为In：Ga：Zn＝1：3：2的第一氧化物半导体膜可以通过使用原子数比为In：Ga：Zn＝1：3：2的氧化物靶材的溅射法来形成。可以将衬底温度设定为室温，作为溅射气体使用氩或氩及氧的混合气体来形成。原子数比为In：Ga：Zn＝3：1：2的第二氧化物半导体膜可以使用原子数比为In：Ga：Zn＝3：1：2的氧化物靶材并使用与第一氧化物半导体膜同样的方法形成。
此外，为了对在氧化物半导体膜中形成沟道的晶体管赋予稳定的电特性，例如，在包括氧化物半导体膜的多层膜中，降低被形成沟道的层中的杂质浓度而实现高纯度本征是有效的。实现高纯度本征是指降低氧化物半导体膜的杂质浓度而使氧化物半导体膜本征化或实质上本征化。注意，当实质上本征时，氧化物半导体膜的载流子密度小于1×1017cm3，优选小于1×1015cm3，更优选小于1×1013cm3。在氧化物半导体膜中，氢、氮、碳、硅以及主成分以外的金属元素都是杂质。为了降低氧化物半导体膜中的杂质浓度，优选还降低与氧化物半导体膜靠近的膜中的杂质浓度。
例如，在氧化物半导体膜中，硅形成杂质能级。此外，有时该杂质能级成为陷阱，使晶体管的电特性劣化。具体而言，将氧化物半导体膜的硅浓度设定为小于1×1019atoms/cm3，优选小于5×1018atoms/cm3，更优选小于1×1018atoms/cm3。另外，作为晶体管的栅极绝缘膜，大多使用氧化硅、氧氮化硅、氮化硅、氮氧化硅等包含硅的绝缘膜，因此优选在不与栅极绝缘膜接触的层中形成氧化物半导体膜的沟道。
另外，在氧化物半导体膜中氢及氮形成施主能级，使得载流子密度增大。
另外，当在栅极绝缘膜和氧化物半导体膜之间的界面形成沟道时，在该界面产生界面散射，由此晶体管的场效应迁移率变低。从上述观点来看，优选在不与栅极绝缘膜接触的层中形成氧化物半导体膜的沟道。
为了使晶体管的沟道与栅极绝缘膜分开，例如，形成包括氧化物半导体膜的多层膜即可。例如，多层膜是第一氧化物膜、氧化物半导体膜和第二氧化物膜的叠层结构，也可以使第一氧化物膜、氧化物半导体膜和第二氧化物膜的构成元素相同，并使它们的原子数比彼此不同，其结果是，可以使成为晶体管的沟道的氧化物半导体膜与栅极绝缘膜分开。
此外，在电容元件中，至少在使用与氧化物半导体膜相同的层形成的层中由于从像素电极施加的电场而感应载流子，因此该层用作电极的一部分。此外，使用与第一氧化物膜相同的层形成的层、使用与第二氧化物膜相同的层形成的层也具有比栅极绝缘膜等绝缘膜充分高的载流子密度，因此其用作电极的一部分。
在此，参照图11说明采用包含氧化物半导体膜的多层膜的结构。
图11所示的晶体管从栅极绝缘膜127一侧依次层叠有第一氧化物膜199a、氧化物半导体膜199b及第二氧化物膜199c。
作为构成第一氧化物膜199a及第二氧化物膜199c的材料使用可以以InM1xZnyOz（x≥1，y＞1，z＞0，M1＝Ga、Hf等）表示的材料。注意，当使构成第一氧化物膜199a及第二氧化物膜199c的材料中包含Ga时，所包含的Ga的比例多，具体而言，当在可以以InM1xZnyOz表示的材料中超过x＝10时，在成膜时有可能发生粉末，所以不适合。
此外，构成氧化物半导体膜199b的材料使用可以以InM2xZnyOz（x≥1，y≥x，z＞0，M2＝Ga、Sn等）表示的材料。
以构成如下结构的方式适当地选择第一氧化物膜、氧化物半导体膜及第二氧化物膜的材料，该结构是与第一氧化物膜199a的传导带底端及第二氧化物膜199c的传导带底端相比氧化物半导体膜199b的传导带底端离真空能级最深的阱结构。
也可以将第一氧化物膜199a、氧化物半导体膜199b及第二氧化物膜199c称为传导带底端的能量连续地变化的U字形阱(U-shapedwell)。
此外，当氧化物半导体膜中第14族元素之一的硅或碳扩散时，氧缺陷增加。由此，当硅或碳包含在氧化物半导体膜中时，氧化物半导体膜成为n型化。尤其是，为了不在氧化物半导体膜199b中混入大量的第14族元素，优选用第一氧化物膜199a及第二氧化物膜199c夹住成为载流子路经的氧化物半导体膜199b或围绕氧化物半导体膜199b。即，第一氧化物膜199a及第二氧化物膜199c也可以称为阻挡膜，该阻挡膜防止在氧化物半导体膜199b中混入硅、碳等的第14族元素。
此外，在第一氧化物膜199a、氧化物半导体膜199b及第二氧化物膜199c中，氧相互扩散，由此可以降低作为沟道的氧化物半导体膜中的氧缺陷。
例如，也可以将第一氧化物膜199a的原子数比设定为In：Ga：Zn＝1：3：2、In：Ga：Zn＝1：3：4、In：Ga：Zn＝1：6：2或In：Ga：Zn＝1：6：10，将氧化物半导体膜199b的原子数比设定为In：Ga：Zn＝3：1：2，将第二氧化物膜199c的原子数比设定为In：Ga：Zn＝1：1：1。此外，第二氧化物膜199c可以通过使用将原子数比设定为In：Ga：Zn＝1：1：1的氧化物靶材的溅射法来形成。
或者，也可以采用三层结构，其中将第一氧化物膜199a的原子数比设定为In：Ga：Zn＝1：3：2、In：Ga：Zn＝1：3：4、In：Ga：Zn＝1：6：2或In：Ga：Zn＝1：6：10；将氧化物半导体膜199b的原子数比设定为In：Ga：Zn＝1：1：1或In：Ga：Zn＝1：3：2；以及将第二氧化物膜199c的原子数比设定为In：Ga：Zn＝1：3：2、In：Ga：Zn＝1：3：4、In：Ga：Zn＝1：6：2或In：Ga：Zn＝1：6：10。
由于第一氧化物膜199a、氧化物半导体膜199b及第二氧化物膜199c的构成元素相同，所以氧化物半导体膜199b与第一氧化物膜199a之间的界面的缺陷能级（陷阱能级）少。详细地说，该缺陷能级（陷阱能级）比栅极绝缘膜127与第一氧化物膜199a之间的界面的缺陷能级少。由此，如上所述通过采用多层膜，可以减少晶体管的随时间的变化或因可靠性测试导致的阈值电压的变动量。
此外，通过以构成如下结构的方式适当地选择第一氧化物膜、氧化物半导体膜及第二氧化物膜的材料，其中该结构是与第一氧化物膜199a的传导带底端及第二氧化物膜199c的传导带底端相比氧化物半导体膜199b的传导带底端离真空能级最浅的阱结构，从而可以提高晶体管的场效应迁移率，并可以减少晶体管的随时间的变化或因可靠性测试导致的阈值电压的变动量。
另外，也可以作为第一氧化物膜199a、氧化物半导体膜199b及第二氧化物膜199c应用结晶性不同的氧化物半导体。就是说，也可以采用适当地组合单晶氧化物半导体、多晶氧化物半导体、非晶氧化物半导体及CAAC-OS的结构。此外，当第一氧化物膜199a、氧化物半导体膜199b及第二氧化物膜199c中的任一个使用非晶氧化物半导体时，可以缓和氧化物半导体膜的内部应力或来自外部的应力，而降低晶体管的特性偏差。此外，可以减少晶体管的随时间的变化或因可靠性测试导致的阈值电压的变动量。
此外，优选可成为沟道的氧化物半导体膜199b至少是CAAC-OS膜。另外，背沟道一侧的氧化物半导体膜，本实施方式中的第二氧化物膜199c优选为非晶或CAAC-OS膜。通过采用这种结构，可以减少晶体管的随时间的变化或因可靠性测试导致的阈值电压的变动量。
在此，说明氧化物半导体膜的局部能级，而且还说明通过CPM（Constant photocurrent method：恒定光电流法）测量对氧化物半导体膜进行评价而得的结果。
首先，说明测量样品的结构。
测量样品包括设置在玻璃衬底上的氧化物半导体膜、与该氧化物半导体膜接触的一对电极以及覆盖氧化物半导体膜及一对电极的绝缘膜。
接着，说明测量样品所包括的氧化物半导体膜的形成方法。
通过溅射法形成第一氧化物半导体膜，该溅射法采用如下条件：使用作为In-Ga-Zn氧化物（In：Ga：Zn=1：1：1[原子数比]）的靶材；作为成膜气体使用30sccm的氩气体、15sccm的氧气体；压力为0.4Pa；衬底温度为室温；施加0.5kW的DC功率。注意，第一氧化物半导体膜是微晶氧化物半导体膜。
接着，在450℃的氮环境中加热第一氧化物半导体膜1小时，然后在450℃的氧环境中加热第一氧化物半导体膜1小时，来进行使第一氧化物半导体膜所包含的氢脱离的处理及对第一氧化物半导体膜供应氧的处理，由此形成第二氧化物半导体膜。注意，第二氧化物半导体膜是微晶氧化物半导体膜。
接着，对包括第一氧化物半导体膜的测量样品以及包括第二氧化物半导体膜的测量样品进行CPM测量。具体而言，以在对与氧化物半导体膜接触地设置的一对电极之间施加电压的状态下使光电流值恒定的方式，调整照射到端子之间的测量样品表面的光量，且在所希望的波长的范围中从照射光量得到吸收系数。
图31A和图31B示出从对各测量样品进行CPM测量来获得的吸收系数去除起因于带尾（bandtail）的吸收系数而得到的吸收系数，即起因于缺陷的吸收系数。在图31A和图31B中，横轴表示吸收系数，纵轴示出光能（光子能）。另外，在图31A和图31B的纵轴中，以氧化物半导体膜的传导带底端为0eV，且以价带顶为3.15eV。另外，在图31A和图31B中，各曲线是表示吸收系数与光能的关系的曲线，相当于缺陷能级。
图31A示出包括第一氧化物半导体膜的测量样品的测量结果，其中缺陷能级的吸收系数为5.28×10-1cm-1。图31B示出包括第二氧化物半导体膜的测量样品的测量结果，其中缺陷能级的吸收系数为1.75×10-2cm-1。
因此，通过加热处理可以减少氧化物半导体膜所包括的缺陷。
另外，对第一氧化物半导体膜及第二氧化物半导体膜进行利用X射线反射法（XRR（X-ray Reflectometry））的膜密度的测量。第一氧化物半导体膜的膜密度为5.9g/cm3，而第二氧化物半导体膜的膜密度为6.1g/cm3。
因此，通过加热处理可以提高氧化物半导体膜的膜密度。
换言之，可知的是：在氧化物半导体膜中，膜密度越高，包括在膜中的缺陷越少。
在此，说明氧化物半导体膜的局部能级，而且还说明通过CPM（Constant photocurrent method：恒定光电流法）测量对氧化物半导体膜进行评价而得到的结果。
首先，说明进行CPM测量的样品的结构。
测量样品包括设置在玻璃衬底上的氧化物半导体膜、与该氧化物半导体膜接触的一对电极以及覆盖氧化物半导体膜及一对电极的绝缘膜。
接着，说明测量样品所包括的氧化物半导体膜的形成方法。
通过溅射法形成氧化物半导体膜，该溅射法采用如下条件：使用作为In-Ga-Zn氧化物（In：Ga：Zn=1：1：1[原子数比]）的靶材；作为成膜气体使用30sccm的氩气体、15sccm的氧气体；压力为0.4Pa；衬底温度为400℃；施加0.5kW的DC功率。接着，在450℃的氮环境中加热1小时，然后在450℃的氧环境分中加热1小时，来进行使氧化物半导体膜所包含的氢脱离的处理及对氧化物半导体膜供应氧的处理。注意，该氧化物半导体膜是CAAC-OS膜。
接着，对包括氧化物半导体膜的测量样品进行CPM测量。具体而言，以在对与氧化物半导体膜接触地设置的第一电极与第二电极之间施加电压的状态下使光电流值恒定的方式，调整照射到端子之间的样品表面的光量，且在所希望的波长的范围中从照射光量得到吸收系数。
图32示出从对测量样品进行CPM测量来获得的吸收系数去除起因于带尾（bandtail）的吸收系数而得到的吸收系数，即起因于缺陷的吸收系数。在图32中，横轴表示吸收系数，纵轴示出光能。另外，在图32的纵轴中，以氧化物半导体膜的传导带底端为0eV，且以价带顶端为3.15eV。另外，在图32中，各曲线是表示吸收系数与光能的关系的曲线，相当于缺陷能级。
在图32所示的曲线中，起因于缺陷能级的吸收系数为5.86×10-4cm-1。也就是说，CAAC-OS膜的缺陷能级的吸收系数小于1×10-3cm-1，优选小于1×10-4cm-1，也就是说，CAAC-OS膜的缺陷能级密度低。
另外，对氧化物半导体膜进行利用X射线反射法（XRR（X-rayReflectometry））的膜密度的测量。氧化物半导体膜的膜密度为6.3g/cm3，也就是说，CAAC-OS膜的膜密度高。
另外，本实施方式所述的结构等可以适当地与其它实施方式所述的结构组合使用。
（实施方式4）
在本实施方式中，使用图17A至图19B说明可以用于在上述实施方式中说明的晶体管的CAAC-OS膜的结晶成长的模型。
图17A是示出离子601碰撞到溅射靶材600而使溅射粒子602剥离的情况的示意图。另外，溅射粒子602既可以为具有平行于a-b面的六角形面的六角柱形状，又可以为三角柱形状。在此情况下，与六角形或三角形的面垂直的方向为c轴方向（参照图17B）。虽然也取决于氧化物的种类，但是溅射粒子602的平行于a-b面的面的直径（当量圆直径）为1nm以上且30nm以下或者1nm以上且10nm以下左右。另外，作为离子601使用氧的阳离子。此外，也可以使用氧的阳离子及氩的阳离子。另外，可以使用其他稀有气体的阳离子来代替氩的阳离子。
通过作为离子601使用氧的阳离子，可以减轻成膜时的等离子体损伤。因此，可以抑制离子601碰撞到溅射靶材600的表面时的溅射靶材600的结晶性的下降或溅射靶材600的非晶化。
优选使剥离了的溅射粒子602带正电。注意，对溅射粒子602带正电的时机没有特别的限制。具体而言，有时溅射粒子602因暴露于等离子体而带正电。或者，有时当离子601碰撞时溅射粒子602接受电荷而带正电。或者，有时在作为氧的阳离子的离子601与溅射粒子602的侧面、上表面或者下表面键合的情况下溅射粒子602带正电。
溅射粒子602在六角形面的角部具有正电荷。由于六角形面的角部具有正电荷，所以正电荷互相排斥而可以维持平板形状。
为了使溅射粒子602的六角形面的角部具有正电荷，优选使用直流（DC）电源。另外，也可以使用高频（RF）电源、交流（AC）电源。但是，RF电源难以应用于能够在大面积的衬底上进行成膜的溅射装置。此外，从以下所示的观点来看，DC电源比起AC电源是优选的。
当使用AC电源时，相邻的靶材交替地具有阴极电位和阳极电位。在图18A所示的期间A中，如图18B1所示那样靶材1用作阴极，并且靶材2用作阳极。此外，在图18A所示的期间B中，如图18B2所示那样靶材1用作阳极，并且靶材2用作阴极。期间A和期间B的总和时间为20μ秒至50μ秒，周期性地重复期间A和期间B。
在溅射粒子602带正电的情况下，正电荷互相排斥而可以维持平板形状。注意，在使用AC电源的情况下，由于产生瞬时不施加电场的时间，所以有时溅射粒子602失去所带的电荷而导致溅射粒子的结构的破坏（参照图18C）。由此，DC电源比起AC电源是优选的。
下面，参照图19A和图19B对溅射粒子沉积到被成膜面上的情况进行说明。另外，图19A示出在加热衬底的状态下进行成膜的情况，图19B示出在不加热衬底的状态下进行成膜的情况。
如图19A所示，在加热衬底的情况下，在被成膜面603上溅射粒子602移动到没有沉积其他溅射粒子602的区域而发生迁移，由此，溅射粒子602与已经沉积的粒子的侧面键合而沉积。
通过该机理得到的CAAC-OS膜即使在非晶表面、非晶绝缘膜表面、非晶氧化物膜表面等上也具有高结晶性。
如图19B所示，在不加热衬底的情况下，溅射粒子602不规则地沉积到被成膜面603上。因此，溅射粒子602不规则地沉积到包括已经沉积其他溅射粒子602的区域的区域上。换言之，通过沉积该溅射粒子而得到的氧化物膜没有均匀的厚度以及一致的晶体取向。在像这样得到的氧化物膜中，由于平板状溅射粒子602维持一定程度的结晶性，所以成为具有结晶部的氧化物膜。
此外，如上所述，例如溅射粒子602的平行于a-b面的面的直径为1nm以上且30nm以下程度或1nm以上且10nm以下程度，包含在被形成的氧化物膜中的结晶部有时小于溅射粒子602。例如，有时氧化物膜包括例如10nm以下或5nm以下的结晶部。将具有这种结晶部的氧化物膜称为纳米晶（nc：nano crystalline）氧化物膜。
纳米晶氧化物膜从宏观上与具有无序的原子排列的膜相同。由此，在利用测量范围宽（例如，具有大于溅射粒子602的射束直径）的X射线衍射(XRD：X-ray diffraction)的分析中，有时没有检测出呈现取向的峰值。在使用具有大于溅射粒子602的射束直径的电子束而得到的电子衍射图案中，有时观察到光晕图案。此时，例如，使用具有比溅射粒子602充分小的射束直径的电子束而测量纳米晶氧化物膜，由此在所得到的纳米束电子衍射图案中，观察到斑点(亮点)。
在此，下面参照图42A至图48说明纳米晶氧化物半导体膜的电子衍射图案。
纳米晶氧化物半导体膜是一种氧化物半导体膜，其中在利用射束直径为10nmφ以下的电子衍射（纳米束电子衍射）的电子衍射图案中，观察到与表示非晶状态的光晕图案及表示取向于特定的表面的结晶状态的有规律性的斑点不同的没有方向性的斑点。
图42A示出纳米晶氧化物半导体膜的截面TEM（TransmissionElectron Microscopy（透射电子显微镜））图像。此外，图42B示出在图42A的点1中利用纳米束电子衍射测量的电子衍射图案，图42C示出在图42A的点2中利用纳米束电子衍射测量的电子衍射图案，图42D示出在图42A的点3中利用纳米束电子衍射测量的电子衍射图案。
在图42A至图42D中，作为纳米晶氧化物半导体膜的一个例子使用在石英玻璃衬底上形成50nm厚的In-Ga-Zn类氧化物膜的样品。图42A至图42D所示的纳米晶氧化物半导体膜的成膜条件为如下：使用In：Ga：Zn=1：1：1（原子数比）的氧化物靶材；采用氧环境（流量为45sccm）；压力为0.4Pa；直流（DC）电源为0.5kW；衬底温度为室温。而且，将所形成的纳米晶氧化物半导体膜的幅度减薄为100nm以下（例如，40nm±10nm）的幅度来得到截面TEM图像及利用纳米束电子衍射的电子衍射图案。
图42A是一种纳米晶氧化物半导体膜的截面TEM图像，其是利用透射电子显微镜（日立高新技术公司制造的“H-9000NAR”）以300kV的加速电压及200万倍的倍率进行拍摄的。此外，图42B至图42D是一种电子衍射图案，其是利用透射电子显微镜（日立高新技术公司制造的“HF-2000”）以200kV的加速电压及大约1nmφ的射束直径进行纳米束电子衍射而得到的。另外，射束直径大约为1nmφ时的纳米束电子衍射的测量范围为5nmφ以上且10nmφ以下。
如图42B所示，在纳米晶氧化物半导体膜的利用纳米束电子衍射时的电子衍射图案中观察到配置为圆周状的多个斑点（亮点）。换言之，也可以说是：在纳米晶氧化物半导体膜中观察到分布为圆周状（同心圆状）的多个斑点。或者，可以说分布为圆周状的多个点形成多个同心圆。
此外，在图42D所示的与石英玻璃衬底的界面附近的电子衍射图案及图42C所示的纳米晶氧化物半导体膜的厚度方向中央部的电子衍射图案中也观察到与图42B同样地分布为圆周状的多个斑点。在图42C中，从主斑点到圆周状的斑点为止的距离为3.88/nm至4.93/nm。当将其换算为面间隔时为0.203nm至0.257nm。
由图42A至图42D的纳米束电子衍射图案可知：在纳米晶氧化物半导体膜中混有晶面取向不规则且大小不同的多个结晶部。
接着，图43A示出纳米晶氧化物半导体膜的平面TEM图像。此外，图43B示出利用选区域（selected-area）电子衍射对图43A中的由圆围绕的区域进行测量而得到的电子衍射图案。
在图43A和图43B中，作为纳米晶氧化物半导体膜的一个例子使用在石英玻璃衬底上形成30nm厚的In-Ga-Zn类氧化物膜的样品。图43A和图43B所示的纳米晶氧化物半导体膜的成膜条件为如下：使用In：Ga：Zn=1：1：1（原子数比）的氧化物靶材；采用氧环境（流量为45sccm）；压力为0.4Pa；直流（DC）电源为0.5kW；衬底温度为室温。而且，使样品减薄来得到纳米晶氧化物半导体膜的平面TEM图像及利用选区域电子衍射的电子衍射图案。
图43A是一种纳米晶氧化物半导体膜的平面TEM照片，其是利用透射电子显微镜（日立高新技术公司制造的“H-9000NAR”）以300kV的加速电压及50万倍的倍率进行拍摄的。此外，图43B是一种电子衍射图案，其是以300nmφ的选区域进行电子衍射而得到的。注意，考虑到电子束的扩散，测量范围为300nmφ以上。
如图43B所示，在纳米晶氧化物半导体膜中，在利用其测量范围比纳米束电子衍射大的选区域电子衍射的电子衍射图案中观察到光晕图案，而没有观察到利用纳米束电子衍射观察到的多个斑点。
接着，图44A至图44C示意性地示出图42A至图42D以及图43A和图43B所示的电子衍射图案中的衍射强度的分布。图44A是示出图42B至图42D所示的纳米束电子衍射图案中的衍射强度的分布的示意图。另外，图44B是图43B所示的选区域电子衍射图案中的衍射强度的分布的示意图。另外，图44C是示出单晶结构或多晶结构的电子衍射图案中的衍射强度的分布的示意图。
在图44A至图44C中，纵轴示出表示斑点等的分布的电子衍射强度（任意单位），而横轴示出离主斑点的距离。
在图44C所示的单晶结构或多晶结构中，在与结晶部的取向面的面间隔（d值）对应的离主斑点的特定的距离处观察到斑点。
另一方面，如图42A至图42D所示，在纳米晶氧化物半导体膜的纳米束电子衍射图案中观察到的多个斑点所形成的圆周状区域具有较大的宽度。因此，图44A示出分散的分布。此外，可以知道在纳米束电子衍射图案中，在同心圆状区域之间存在高亮度区域，而该区域不成为明确的斑点。
另外，如图44B所示，纳米晶氧化物半导体膜的选区域电子衍射图案中的电子衍射强度分布示出连续的强度分布。因为图44B可以近似于在宽范围中观察图44A所示的电子衍射强度分布而得到的结果，所以可以认为在图44B中，多个斑点重叠而连续，从而得到连续的强度分布。
如图44A至图44C所示，在纳米晶氧化物半导体膜中混有晶面取向不规则且大小不同的多个结晶部，并且该结晶部非常微细而在选区域电子衍射图案中观察不到斑点。
在观察到多个斑点的图42A至图42D中，纳米晶氧化物半导体膜为50nm以下。此外，因为电子束的射束直径收敛于1nmφ，所以其测量范围为5nm以上且10nm以下。由此，纳米晶氧化物半导体膜所包括的结晶部为50nm以下，例如可以推测为10nm以下或5nm以下。
在此，图45示出石英玻璃衬底的纳米束电子衍射图案。图45的测量条件与图42B至图42D所示的电子衍射图案相同。
如图45所示那样，在具有非晶结构的石英玻璃衬底中观察到一种光晕图案，其中没有特定的斑点且其亮度从主斑点连续地产生变化。像这样，在具有非晶结构的膜中，即使在非常微小的区域中进行电子衍射也观察不到在纳米晶氧化物半导体膜中可以观察到的分布为圆周状的多个斑点。因此，在图42B至图42D中观察到的分布为圆周状的多个斑点是纳米晶氧化物半导体膜特有的。
此外，图46示出对图42A所示的点2照射将射束直径收敛于大约1nmφ的电子束1分钟之后进行测量而得到的电子衍射图案。
在图46所示的电子衍射图案中，与图42C所示的电子衍射图案同样地观察到分布为圆周状的多个斑点，而图46和图42C所示的电子衍射图案的测量结果之间并没有确认到特别的不同点。这意味着：在图42C的电子衍射图案中确认到的结晶部是从形成氧化物半导体膜时一直存在的，而该结晶部的形成并非起因于所收敛的电子束的照射。
接着，图47A和图47B示出图42A所示的截面TEM图像的部分放大图。图47A是在以800万倍的倍率观察图42A的点1附近（纳米晶氧化物半导体膜表面）时得到的截面TEM图像。此外，图47B是在以800万倍的倍率观察图42A的点2附近（纳米晶氧化物半导体膜的厚度方向的中央部）时得到的截面TEM图像。
从图47A和图47B所示的截面TEM图像不能明确地观察到纳米晶氧化物半导体膜中的结晶结构。
此外，利用X射线衍射（XRD：X-Ray Diffraction）对用于图42A至图42D以及图43A和图43B的观察的在石英玻璃衬底上形成有本实施方式的纳米晶氧化物半导体膜的样品进行分析。图48示出利用out-of-plane法测量XRD光谱而得到的结果。
在图48中，纵轴表示X射线衍射强度（任意单位），横轴表示衍射角2θ（deg.（度））。另外，在XRD光谱的测量中使用Bruker AXS公司制造的X射线衍射装置D-8ADVANCE。
如图48所示，虽然在2θ＝20°至23°附近观察到起因于石英的峰值，但是不能确认起因于纳米晶氧化物半导体膜所包括的结晶部的峰值。
由图47A和图47B及图48的结果也可知：纳米晶氧化物半导体膜所包括的结晶部是非常微细的结晶部。
如上所述，在本实施方式的纳米晶氧化物半导体膜中，在进行利用测量范围大的X射线衍射（XRD：X-Ray Diffraction）的分析时没有检测出表示取向的峰值，并且在利用测量范围大的选区域电子衍射得到的电子衍射图案中观察到光晕图案。因此，本实施方式的纳米晶氧化物半导体膜在宏观上可以说是与具有无秩序的原子排列的膜相同的膜。然而，通过利用电子束的射束直径充分小（例如，10nmφ以下）的纳米束电子衍射对纳米晶氧化物半导体膜进行测量，在所得到的纳米束电子衍射图案中可以观察到斑点（亮点）。因此，本实施方式的纳米晶氧化物半导体膜可以推测为晶面取向不规则的纳米结晶部（例如，粒径为10nm以下、5nm以下或3nm以下的结晶部）凝集而形成的膜。此外，在纳米晶氧化物半导体膜的厚度方向上的全区域中包括包含非常微细的结晶部的纳米结晶区域。
另外，被成膜面603优选具有绝缘表面。当被成膜面603具有绝缘表面时，沉积到被成膜面603上的溅射粒子602不容易失去正电荷。注意，溅射粒子602的沉积速度比正电荷的消失慢的情况下，被成膜面603可以具有导电性。此外，被成膜面603优选是非晶表面、非晶绝缘表面。
通过利用上述方法使用溅射靶材，可以形成厚度均匀且晶体取向一致的氧化物膜。
另外，本实施方式所示的结构等可以适当地与其它实施方式所示的结构组合使用。
（实施方式5）
在本实施方式中，对根据本发明的一个方式的溅射靶材进行说明。
溅射靶材的相对密度优选为90％以上、95％以上或者99％以上。
溅射靶材包含具有多个晶粒的多晶氧化物，该多个晶粒的平均粒径为3μm以下，优选为2.5μm以下，更优选为2μm以下。
或者，溅射靶材包含具有多个晶粒的多晶氧化物，在该多个晶粒中粒径为0.4μm以上且1μm以下的晶粒的比例为8％以上，优选为15％以上，更优选为25％以上。
另外，晶粒粒径例如可以利用电子背散射衍射（EBSD：ElectronBackscatter Diffraction）法测量。在此所示的晶粒粒径是将根据利用EBSD得到的晶粒图（crystal grain map）进行测量得到的一个晶粒的截面积，换算为使晶粒为正圆形时的直径而得到的。具体而言，在晶粒的截面积为S，晶粒的半径为r的情况下，根据S＝πr2的关系来算出半径r，将该半径r的两倍当作粒径。
另外，溅射靶材所包含的多个晶粒具有劈开面。劈开面例如为平行于a-b面的面。
由于多个晶粒的粒径小，所以当使离子碰撞到溅射靶材时，溅射粒子从劈开面剥离。剥离的溅射粒子成为具有与劈开面平行的上表面及下表面的平板状。另外，由于多个晶粒的粒径小，所以在结晶中发生畸变而容易从劈开面剥离。
另外，当溅射靶材所包含的多个晶粒为六方晶系时，平板状的溅射粒子成为具有内角为120°且大致为正六角形的上表面及下表面的六方柱状。
另外，虽然溅射粒子理想地为单晶，但是也可以因受到离子的碰撞的影响等而一部分被非晶化。
作为这种溅射靶材所包含的多晶氧化物，可以使用含有In、M（M为Ga、Sn、Hf、Al、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或者Lu）以及Zn的氧化物。将含有In、M以及Zn的氧化物也记作In-M-Zn氧化物。
另外，包含在In-M-Zn氧化物中的In、M以及Zn的原子数比优选与化学计量组成相似。当包含在In-M-Zn氧化物中的In、M以及Zn的原子数比与化学计量组成相似时，该In-M-Zn氧化物的结晶性得到提高。
在很多情况下，In-M-Zn氧化物中的劈开面为与混合有M及Zn的a-b面平行的面。
图25A和图25B示出上述溅射靶材的制造方法。
如图25A所示，制造成为溅射靶材的含有多个金属元素的氧化物粉末。首先，在工序S101中，称量氧化物粉末。
在此，说明作为含有多个金属元素的氧化物粉末而制造含有In、M以及Zn的氧化物粉末（也称为In-M-Zn氧化物粉末）的情况。具体而言，作为原料而准备InOX氧化物粉末、MOY氧化物粉末以及ZnOZ氧化物粉末。另外，X、Y及Z为任意正数，例如可以将X设定为1.5，Y设定为1.5，Z设定为1。当然，上述氧化物粉末为一个例子，可以适当地选择氧化物粉末以获得所希望的组成。另外，M为Ga、Sn、Hf、Al、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或者Lu。本实施方式示出使用三种氧化物粉末的例子，但是不局限于此。例如，本实施方式也可以应用于使用四种以上的氧化物粉末的情况、或使用一种或二种氧化物粉末的情况。
接着，将InOX氧化物粉末、MOY氧化物粉末及ZnOZ氧化物粉末以规定的摩尔数比进行混合。
InOX氧化物粉末、MOY氧化物粉末和ZnOZ氧化物粉末的规定的摩尔数比例如为2：2：1、8：4：3、3：1：1、1：1：1、4：2：3、1：1：2、3：1：4、1：3：2、1：3：4、1：3：6、1：3：8、1：3：10、1：3：12、1：6：4、1：6：6、1：6：8、1：6：10、1：6：12、1：6：14、1：6：16、1：6：20或者3：1：2。通过采用上述摩尔数比，在后面容易得到包含结晶性高的多晶氧化物的溅射靶材。
接着，在工序S102中，通过对以规定的摩尔数比混合的InOX氧化物粉末、MOY氧化物粉末以及ZnOZ氧化物粉末进行第一焙烧来得到In-M-Zn氧化物。
另外，第一焙烧在惰性环境、氧化环境或减压环境下进行，将温度设定为400℃以上且1700℃以下，优选为900℃以上且1500℃以下。将第一焙烧的时间例如设定为3分钟以上且24小时以下，优选为30分钟以上且17小时以下，更优选为30分钟以上且5小时以下。通过在上述条件下进行第一焙烧，可以抑制主要反应以外的不需要的反应而降低In-M-Zn氧化物粉末中所包含的杂质浓度。由此可以提高In-M-Zn氧化物粉末的结晶性。
另外，也可以改变温度和/或环境进行多次第一焙烧。例如，可以在第一环境下以第一温度保持In-M-Zn氧化物粉末后，在第二环境下以第二温度保持该In-M-Zn氧化物粉末。具体而言，优选采用惰性环境或减压环境作为第一环境，采用氧化环境作为第二环境。这是由于在第一环境下降低包含在In-M-Zn氧化物粉末中的杂质时有时在In-M-Zn氧化物中产生氧缺陷的缘故。由此，优选降低在第二环境下所得到的In-M-Zn氧化物中的氧缺陷。通过降低In-M-Zn氧化物中的杂质浓度并减小氧缺陷，可以提高In-M-Zn氧化物粉末的结晶性。
接着，在工序S103中，通过粉粹In-M-Zn氧化物而得到In-M-Zn氧化物粉末。
In-M-Zn氧化物具有很多与a-b面平行的面的表面结构。因此，所得到的In-M-Zn氧化物粉末包含很多具有平行于a-b面的上表面及下表面的平板状晶粒。另外，在很多情况下，由于In-M-Zn氧化物的结晶为六方晶系，因此上述平板状晶粒为具有内角为120°且大致为正六角形的面的六方柱状。
接着，在工序S104中，确认所得到的In-M-Zn氧化物粉末的粒径。在此，确认In-M-Zn氧化物粉末的平均粒径是否为3μm以下，优选是否为2.5μm以下，更优选是否为2μm以下。另外，也可以省略工序S104而使用粒径过滤片（grain size filter）仅将其粒径为3μm以下、优选为2.5μm以下、更优选为2μm以下的In-M-Zn氧化物粉末挑出来。通过将其粒径为3μm以下、优选为2.5μm以下、更优选为2μm以下的In-M-Zn氧化物粉末挑出来，可以确实地使In-M-Zn氧化物粉末的平均粒径为3μm以下，优选为2.5μm以下，更优选为2μm以下。
在工序S104中，在In-M-Zn氧化物粉末的平均粒径超过规定的值的情况下，回到工序S103而再次粉粹In-M-Zn氧化物粉末。
通过上述步骤，可以得到平均粒径为3μm以下、优选为2.5μm以下、更优选为2μm以下的In-M-Zn氧化物粉末。另外，通过得到平均粒径为3μm以下、优选为2.5μm以下、更优选为2μm以下的In-M-Zn氧化物粉末，可以使在后面制造的溅射靶材中包含的晶粒的粒径小。
接着，如图25B所示，使用通过图25A所示的流程图得到的In-M-Zn氧化物粉末制造溅射靶材。
在工序S111中，将In-M-Zn氧化物粉末摊铺到模子进行成形。在此，成形是指将粉末等以均匀的厚度摊铺到模子。具体而言，可以通过将In-M-Zn氧化物粉末导入模子并从外部施加振动来进行成形。或者，也可以将In-M-Zn氧化物粉末导入模子并利用辊等以使成为均匀厚度的方式进行成形。另外，在工序S111中，也可以使在In-M-Zn氧化物粉末中混合水、分散剂及粘结剂而成的浆料成形。在该情况下，可以将浆料注入到模子中之后，从模子的底面进行吸引而进行成形。然后，对进行吸引之后的成形体进行干燥处理。优选采用自然干燥处理，因为如果通过自然干燥则成形体不易裂开。然后，以300℃以上且700℃以下的温度进行加热处理而去除自然干燥没能去除掉的残留水分等。
通过将含有很多具有平行于a-b面的上表面及下表面的平板状晶粒的In-M-Zn氧化物粉末摊铺到模子进行成形，可以使晶粒以平行于a-b面的面朝上的方式排列。因此，通过摊铺获得的In-M-Zn氧化物粉末进行成形，可以增加平行于a-b面的面的表面结构的比例。另外，模子可以使用上表面形状为矩形或圆形的金属制品或氧化物制品。
接着，在工序S112中，对In-M-Zn氧化物粉末进行第一加压处理。然后，在工序S113中，进行第二焙烧来得到板状In-M-Zn氧化物。第二焙烧可以使用与第一焙烧同样的条件及方法进行。通过进行第二焙烧可以提高In-M-Zn氧化物的结晶性。
另外，第一加压处理只要能对In-M-Zn氧化物粉末进行压固即可，例如，可以使用由与模子同种材料构成的秤锤等进行第一加压处理。或者，也可以使用压缩空气等利用高压进行压固。另外，还可以利用已知的技术进行第一加压处理。此外，还可以同时进行第一加压处理和第二焙烧。
还可以在第一加压处理后进行平坦化处理。平坦化处理可以使用化学机械抛光（CMP：Chemical Mechanical Polishing）处理等。
像这样获得的板状In-M-Zn氧化物为结晶性高的多晶氧化物。
接着，在工序S114中，确认所得到的板状In-M-Zn氧化物的厚度。当板状In-M-Zn氧化物比所希望的厚度薄时，回到工序S111，在板状In-M-Zn氧化物上摊铺In-M-Zn氧化物粉末进行成形。当板状In-M-Zn氧化物具有所希望的厚度时，以该板状In-M-Zn氧化物为溅射靶材。下面，对板状In-M-Zn氧化物比所希望的厚度薄时的工序进行说明。
接着，在工序S112中，对板状In-M-Zn氧化物及该板状In-M-Zn氧化物上的In-M-Zn氧化物粉末进行第二加压处理。然后，在工序S113中，通过进行第三焙烧，得到增加了In-M-Zn氧化物粉末的厚度的板状In-M-Zn氧化物。加厚的板状In-M-Zn氧化物以板状In-M-Zn氧化物为晶种进行晶体生长而得到，所以可以得到结晶性高的多晶氧化物。
另外，第三焙烧可以使用与第二焙烧同样的条件及方法进行。另外，第二加压处理可以使用与第一加压处理同样的条件及方法进行。还可以同时进行第二加压处理和第三焙烧。
在工序S114中，再次确认所得到的板状In-M-Zn氧化物的厚度。
通过上述工序，可以在提高结晶的取向性的同时逐渐地加厚板状In-M-Zn氧化物。
通过重复进行n次（n为自然数）加厚该板状In-M-Zn氧化物的工序，可以得到具有所希望的厚度（t）、例如为2mm以上且20mm以下、优选为3mm以上且20mm以下的板状In-M-Zn氧化物。以该板状In-M-Zn氧化物为溅射靶材。
然后，还可以进行平坦化处理。
另外，也可以对所得到的溅射靶材进行第四焙烧。第四焙烧可以使用与第一焙烧同样的条件及方法进行。通过进行第四焙烧，可以得到包含结晶性更高的多晶氧化物的溅射靶材。
通过上述步骤，可以制造包含多晶氧化物的溅射靶材，该多晶氧化物包含具有平行于a-b面的劈开面的多个晶粒并且该多个晶粒的平均粒径小。
此外，通过上述步骤形成的溅射靶材可以具有高密度。当溅射靶材的密度高时，形成的膜的密度也得到提高。具体而言，可以使溅射靶材的相对密度为90％以上、95％以上或者99％以上。
注意，本实施方式可以与本说明书所示的其他实施方式适当地组合。
（实施方式6）
在本实施方式中，说明观察可以用于本发明的一个方式的CAAC-OS膜的电子衍射图案的结果。
在本实施方式中使用的CAAC-OS膜是使用In-Ga-Zn氧化物（In：Ga：Zn＝1：1：1[原子数比]）的靶材并通过使用包含氧的成膜气体的溅射法形成的In-Ga-Zn类氧化物膜。关于该CAAC-OS膜的制造方法等详细说明，可以参照上述实施方式。
图33示出CAAC-OS膜的截面TEM（Transmission ElectronMicroscopy（透射电子显微镜））图像。此外，图34A至图34D示出在图33中的点1至点4中使用电子衍射进行测量而得到的电子衍射图案。
图33所示的截面TEM图像是利用透射电子显微镜（日立高新技术公司制造的“H-9000NAR”）以300kV的加速电压及200万倍的倍率拍摄的图像。此外，图34A至图34D所示的电子衍射图案是利用透射电子显微镜（日立高新技术公司制造的“HF-2000”）且加速电压为200kV并且射束直径为1nmφ左右或50nmφ左右时的电子衍射图案。另外，有时射束直径为10nmφ以下的电子衍射特别地称为纳米束电子衍射。射束直径为1nmφ左右时的电子衍射的测量范围为5nmφ以上且10nmφ以下。
图34A、图34B、图34C分别对应于图33所示的点1（膜表面一侧）、点2（膜中央）、点3（膜基底一侧）中的电子衍射图案，是将电子束直径设定为1nmφ左右时的电子衍射图案。另外，图34D是图33所示的点4（膜整体）中的电子衍射图案，是将电子束直径设定为50nmφ左右时的电子衍射图案。
在点1（膜表面一侧）和点2（膜中央）的电子衍射图案中，可以确认由斑点(亮点)形成的图案，但是在点3（膜基底一侧）的电子衍射图案中，观察到稍微破坏的图案。这意味着在CAAC-OS膜的膜厚度方向上结晶状态不同。此外，在点4（膜整体）的电子衍射图案中，可以确认由斑点(亮点)形成的图案，由此可以说膜整体为CAAC-OS膜或包含CAAC-OS膜的膜。
图35是放大图33中的点1（膜表面一侧）附近的照片。能够确认呈现CAAC-OS膜的取向性的明确的格子扩展到与作为层间绝缘膜的SiON膜的界面处。
图36A和图36B分别是不同于在观察图33的截面TEM时使用的CAAC-OS膜的CAAC-OS膜的截面TEM照片和X射线衍射光谱。CAAC-OS膜具有各种方式，如图36B所示，在2θ＝31°附近出现呈现结晶成分的峰值A。此外，也有该峰值不明确地出现的情况。
图37A至图37D示出如下结果，即在图36A的CAAC-OS膜中的由同心圆示出的区域中，将电子束的射束直径设定为1nmφ、20nmφ、50nmφ及70nmφ而进行电子衍射的结果。在电子束的射束直径为1nmφ时，与图34A和图34B同样地能够确认明确的由斑点(亮点)形成的图案。如果电子束的射束直径增大，则斑点（亮点）变得稍不明确，但是可以确认衍射图案，所以可以说膜整体为CAAC-OS膜或包含CAAC-OS膜的膜。
图38A和图38B分别是以450℃对在观察图36A的截面TEM时使用的CAAC-OS膜进行退火之后的截面TEM照片和X射线衍射光谱。
图39A至图39D示出如下结果，即在图38A的CAAC-OS膜中的由同心圆示出的区域中，将电子束的射束直径设定为1nmφ、20nmφ、50nmφ及70nmφ而进行电子衍射的结果。与图37A至图37D所示的结果相同，在电子束的射束直径为1nmφ时，能够确认明确的由斑点(亮点)形成的图案。如果电子束的射束直径增大，则斑点（亮点）变得稍不明确，但是可以确认衍射图案，所以可以说膜整体为CAAC-OS膜或包含CAAC-OS膜的膜。
图40A和图40B分别是不同于在观察图36A的截面TEM照片时使用的CAAC-OS膜和在观察图36A的截面TEM时使用的CAAC-OS膜的CAAC-OS膜的截面TEM照片和X射线衍射光谱。CAAC-OS膜具有各种形态，有可能如图40B所示在2θ＝31°附近出现呈现结晶成分的峰值A，同时出现来源于尖晶石型晶体结构的峰值B。
图41A至图41D示出如下结果，即在图40A的CAAC-OS膜中的由同心圆示出的区域中，将电子束的射束直径设定为1nmφ、20nmφ、50nmφ及90nmφ而进行电子衍射的结果。在电子束的射束直径为1nmφ时，可以确认明确的由斑点(亮点)形成的图案。另外，如果电子束的射束直径增大，则斑点（亮点）变得稍不明确，但是可以确认衍射图案。此外，在电子束的射束直径为90nmφ时，可以确认更明确的斑点(亮点)。由此，可以说膜整体为CAAC-OS膜或包含CAAC-OS膜的膜。
注意，本实施方式可以与本说明书所示的其他实施方式适当地组合。
（实施方式7）
通过使用上述实施方式所例示的晶体管及电容元件可以制造具有显示装置的半导体装置（也称为显示装置）。此外，通过将包括晶体管的驱动电路的一部分或全部与像素部一起形成在同一个衬底上，可以形成系统整合型面板（system-on-panel）。在本实施方式中，参照图12A至图14C说明使用上述实施方式所示的晶体管的显示装置的例子。此外，图13是示出沿图12B中的M-N点划线的部位的截面结构的截面图。此外，在图13中关于像素部的结构只记载其一部分。
在图12A中，以围绕设置在第一衬底901上的像素部902的方式设置有密封剂905，并且使用第二衬底906进行密封。在图12A中，在第一衬底901上的与由密封剂905围绕的区域不同的区域中安装有使用单晶半导体或多晶半导体形成在另行准备的衬底上的信号线驱动电路903及扫描线驱动电路904。此外，供应到信号线驱动电路903、扫描线驱动电路904或者像素部902的各种信号及电位通过FPC（Flexible Printed Circuit：柔性印刷电路）918a、FPC918b供应。
在图12B和图12C中，以围绕设置在第一衬底901上的像素部902和扫描线驱动电路904的方式设置有密封剂905。此外，在像素部902和扫描线驱动电路904上设置有第二衬底906。因此，像素部902及扫描线驱动电路904与显示元件一起由第一衬底901、密封剂905以及第二衬底906密封。在图12B和图12C中，在第一衬底901上的与由密封剂905围绕的区域不同的区域中安装有使用单晶半导体或多晶半导体形成在另行准备的衬底上的信号线驱动电路903。在图12B和图12C中，供应到信号线驱动电路903、扫描线驱动电路904或者像素部902的各种信号及电位通过FPC918供应。
此外，图12B和图12C示出另行形成信号线驱动电路903并且将其安装到第一衬底901的例子，但是不局限于该结构。既可以另行形成扫描线驱动电路并进行安装，又可以仅另行形成信号线驱动电路的一部分或者扫描线驱动电路的一部分并进行安装。
另外，对另行形成的驱动电路的连接方法没有特别的限制，而可以采用COG（Chip On Glass：玻璃覆晶封装）方法、引线键合方法或者TAB（Tape Automated Bonding：卷带式自动接合）方法等。图12A是通过COG方法安装信号线驱动电路903、扫描线驱动电路904的例子，图12B是通过COG方法安装信号线驱动电路903的例子，而图12C是通过TAB方法安装信号线驱动电路903的例子。
此外，显示装置包括显示元件为密封状态的面板和在该面板中安装有IC等诸如控制器的模块。
注意，本说明书中的显示装置是指图像显示设备或显示设备。此外，也可以用作光源（包括照明装置）而代替显示装置。另外，显示装置还包括：安装有诸如FPC或TCP这样的连接器的模块；在TCP的端部设置有印刷线路板的模块；或者通过COG方式将IC（集成电路）直接安装到显示元件的模块。
此外，设置在第一衬底上的像素部及扫描线驱动电路具有多个晶体管，可以应用上述实施方式所示的晶体管。
作为设置在显示装置中的显示元件，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）。发光元件将由电流或电压控制亮度的元件包括在其范畴内，具体而言，包括无机EL（Electro Luminescence：电致发光）元件、有机EL元件等。此外，也可以应用电子墨水等由于电作用而改变对比度的显示媒介。图13示出作为显示元件使用液晶元件的液晶显示装置的例子。
图13所示的液晶显示装置是垂直电场方式的液晶显示装置。液晶显示装置包括连接端子电极915及端子电极916，连接端子电极915及端子电极916通过各向异性导电剂919电连接到FPC918所具有的端子。
连接端子电极915由与第一电极930a相同的导电膜形成，并且，端子电极916由与晶体管910、晶体管911的源电极及漏电极相同的导电膜形成。
此外，设置在第一衬底901上的像素部902、扫描线驱动电路904包括多个晶体管，在此示出像素部902所包括的晶体管910、扫描线驱动电路904所包括的晶体管911。在晶体管910及晶体管911上设置有相当于实施方式1所示的绝缘膜129、绝缘膜131及绝缘膜133的绝缘膜924。此外，绝缘膜923是用作基底膜的绝缘膜。
在本实施方式中，作为晶体管910可以应用上述实施方式1至实施方式3所示的设置在像素中的晶体管。另外，作为晶体管911可以应用上述实施方式1至实施方式3所示的设置在扫描线驱动电路中的晶体管。另外，使用氧化物半导体膜927、绝缘膜924及第一电极930a构成电容元件936。此外，氧化物半导体膜927通过电极928及电极930b连接于电容线929。电极928使用与晶体管910、晶体管911的源电极及漏电极相同的导电膜形成。电极930b使用与第一电极930a相同的导电膜形成。电容线929使用与晶体管910、晶体管911的栅电极相同的导电膜形成。注意，这里作为电容元件926记载使用实施方式1所示的电容元件的例子，但是，也可以适当地使用其他实施方式所示的电容元件。
设置在像素部902中的晶体管910与显示元件电连接，而构成显示面板。显示元件只要能够进行显示就没有特别的限制，而可以使用各种各样的显示元件。
作为显示元件的液晶元件913包括第一电极930a、第二电极931以及液晶层908。另外，以夹持液晶层908的方式设置有用作取向膜的绝缘膜932、绝缘膜933。此外，第二电极931设置在第二衬底906一侧，并且，第一电极930a和第二电极931隔着液晶层908重叠。
关于对显示元件施加电压的第一电极及第二电极（也称为像素电极、公共电极、对置电极等），可以根据取出光的方向、设置电极的位置以及电极的图案结构而选择透光性或反射性。
第一电极930a及第二电极931可以适当地使用与实施方式1所示的电极121a及像素电极121b相同的材料。
此外，间隔物935是通过对绝缘膜选择性地进行蚀刻而得到的柱状间隔物，并且它是为了控制第一电极930a与第二电极931之间的间隔（单元间隙）而设置的。此外，也可以使用球状间隔物。
当作为显示元件使用液晶元件时，可以使用热致液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶、铁电液晶、反铁电液晶等。上述液晶材料根据条件而呈现胆甾相、近晶相、立方相、手征向列相、各向同性相等。
另外，也可以使用不使用取向膜的呈现蓝相的液晶。蓝相是液晶相中的一种，当使胆甾相液晶的温度升高时，在即将由胆甾相转变成各向同性相之前呈现。由于蓝相只出现在较窄的温度范围内，所以为了改善温度范围而将混合手性试剂的液晶组成物用于液晶层。此外，取向膜由有机树脂构成，由于有机树脂包含氢或水等，所以有可能降低本发明的一个方式的半导体装置的晶体管的电特性。于是，通过作为液晶层而使用蓝相，可以制造本发明的一个方式的半导体装置而不使用有机树脂，可以获得可靠性高的半导体装置。
第一衬底901和第二衬底906由密封剂925固定。作为密封剂925，可以使用热固化树脂或光固化树脂等有机树脂。另外，密封剂925接触于绝缘膜924。此外，密封剂925相当于图12A至图12C所示的密封剂905。
密封剂925设置在绝缘膜924上。绝缘膜924的最上层是氮化绝缘膜，可以抑制氢或水等杂质从外部侵入。因此可以抑制晶体管910及晶体管911的电特性的变动。
此外，在液晶显示装置中，适当地设置黑矩阵（遮光膜）、偏振构件、相位差构件、抗反射构件等的光学构件（光学衬底）等。例如，也可以使用利用偏振衬底以及相位差衬底的圆偏振。此外，作为光源，也可以使用背光灯、侧光灯等。
此外，由于晶体管容易被静电等损坏，所以优选设置用来保护驱动电路的保护电路。保护电路优选使用非线性元件构成。
图14A至图14C示出在图13所示的液晶显示装置中将与设置在衬底906上的第二电极931电连接的公共连接部（焊盘部）形成在衬底901上的例子。
公共连接部配置在与用来粘结衬底901和衬底906的密封剂重叠的位置，并且通过密封剂所包含的导电粒子而与第二电极931电连接。或者，在不与密封剂重叠的位置（注意，像素部以外的位置）设置公共连接部，并且，以与公共连接部重叠的方式将包含导电粒子的膏剂与密封剂另行设置，而与第二电极931电连接。
图14A是公共连接部的截面图，相当于图14B所示的俯视图的I-J。
公共电位线975设置在栅极绝缘膜922上，并利用与图14A至图14C所示的晶体管910的源电极971或漏电极973相同的材料及工序制造。
此外，公共电位线975由绝缘膜924覆盖，绝缘膜924在重叠于公共电位线975的位置上具有多个开口。该开口在与将晶体管910的源电极971或漏电极973与第一电极930a连接的接触孔相同的工序中制造。
此外，公共电位线975及公共电极977在开口中连接。公共电极977设置在绝缘膜934上，并使用与连接端子电极915、像素部的第一电极930a相同的材料及工序制造。
如此，能够与像素部902的开关元件的制造工序共同地制造公共连接部。
公共电极977是与包括在密封剂中的导电粒子接触的电极，与衬底906的第二电极931电连接。
此外，如图14C所示，公共电位线985也可以使用与晶体管910的栅电极相同的材料及工序制造。
在图14C所示的公共连接部中，公共电位线985设置在栅极绝缘膜922、绝缘膜924的下层，栅极绝缘膜922及绝缘膜924在重叠于公共电位线985的位置上具有多个开口。该开口在与将晶体管910的源电极971或漏电极973与第一电极930a连接的接触孔相同的工序中对绝缘膜924进行蚀刻之后，还对栅极绝缘膜922选择性地进行蚀刻而形成。
此外，公共电位线985及公共电极987在开口中连接。公共电极987设置在绝缘膜924上，并使用与连接端子电极915、像素部的第一电极930a相同的材料及工序制造。
如上所述，通过应用上述实施方式所示的晶体管及电容元件，可以提供提高了开口率且具有增大了电荷容量的电容元件的半导体装置。其结果是，可以获得显示质量优良的半导体装置。
另外，由于用作包括在晶体管中的半导体膜的氧化物半导体膜的氧缺陷得到减少并且氢等杂质被减少，因此本发明的一个方式的半导体装置成为具有良好的电特性的半导体装置。
另外，本实施方式所示的结构等可以适当地与其它实施方式所示的结构组合使用。
（实施方式8）
在本实施方式中，说明可以应用本发明的一个方式的半导体装置的人机界面。尤其是，说明能够检测对象物的接近或接触的传感器（以下，称为触摸传感器）的结构例子。
作为触摸传感器，可以使用静电电容式、电阻膜式、表面声波式、红外线式、光学式等各种方式。
作为静电电容式的触摸传感器，典型地有表面型静电电容式、投影型静电电容式等。作为投影型静电电容式，主要根据驱动方法的不同，有自电容式、互电容式等。在此，当使用互电容式时，可以同时检测出多点（也称为多点检测（多点触控）），所以是优选的。
在此，详细地说明触摸传感器，除此之外，可以使用能够利用相机（包括红外相机）等检测出对象物（例如，手指或手掌等）的动作（手势）或使用者的眼睛的动作等的传感器作为人机界面。
<传感器的检测方法的例子>
图20A和图20B是示出互电容式触摸传感器的结构的模式图以及输入输出波形的模式图。触摸传感器包括具备一对电极的电容。一对电极中的一个电极被输入输入电压。此外，还包括检测流过另一个电极的电流（或另一个电极的电位）的检测电路。
例如，如图20A所示，当作为输入电压波形而采用矩形波时，作为输出电流波形而检测出具有较尖的波峰的波形。
另外，如图20B所示，具有导电性的对象物接近或接触电容时，电极间的电容值减少，因此对应于此，输出的电流值减小。
如此，通过利用对应于输入电压的输出电流（或电位）的变化来检测出电容的变化，可以检测对象物的近接或接触。
<触摸传感器的结构例子>
图20C示出具有配置为矩阵状的多个电容的触摸传感器的结构例子。
触摸传感器包括在X方向（纸面横方向）上延伸的多个布线以及与该多个布线交叉并在Y方向（纸面纵方向）上延伸的多个布线。在交叉的两个布线间形成电容。
另外，在X方向上延伸的布线被输入输入电压和公共电位（包括接地电位、基准电位）中的一方。另外，在Y方向上延伸的布线电连接至检出电路（例如，数字源表（source meter）、读出放大器等），因此可以检测出该布线中流过的电流（或电位）。
触摸传感器可以通过以对在X方向上延伸的多个布线依次输入输入电压的方式进行扫描并检测在Y方向上延伸的布线中流过的电流（或电位）的变化，来进行对象物的二维感测。
[触摸屏的结构例子]
以下，说明具备具有多个像素的显示部和触摸传感器的触摸屏的结构例子以及将该触摸屏安装到电子设备的情况的例子。
图21A是具备触摸屏的电子设备的截面示意图。
电子设备3530具备框体3531并在该框体3531中至少包括触摸屏3532、电池3533、控制部3534。触摸屏3532通过布线3535而与控制部3534电连接。由控制部3534控制显示部上的图像显示或触摸传感器的感测工作。此外，电池3533通过布线3536而与控制部3534电连接，而可以对控制部3534供应电力。
以其显示面一侧露出到外侧的方式设置有触摸屏3532。可以在触摸屏3532的露出的面上显示图像并检测出接触或接近的对象物。
图21B至图21E示出触摸屏的结构例子。
图21B所示的触摸屏3532包括：在第一衬底3541与第二衬底3543之间具备显示部3542的显示面板3540；具备触摸传感器3544的第三衬底3545；以及保护衬底3546。
作为显示面板3540，可以采用应用了液晶元件、有机EL（ElectroLuminescence：电致发光）元件的显示装置或电子纸等各种显示装置。此外，根据显示面板3540的结构，触摸屏3532也可以另行具备背光灯或偏振片等。
因为对象物接触或接近保护衬底3546的一个面，所以优选至少其表面的机械强度高。例如，可以将如下强化玻璃用于保护衬底3546，该强化玻璃例如通过离子交换法或风冷强化法等被施加物理或化学处理，并且其表面被施加压应力。或者，也可以使用其表面被进行涂层的塑料等柔性衬底作为保护衬底3546。此外，也可以在保护衬底3546上设置保护薄膜或光学薄膜。
触摸传感器3544设置在第三衬底3545的至少一个面上。或者，也可以在第三衬底3545的双面上形成构成触摸传感器3544的一对电极。此外，为了触摸屏的薄型化，作为第三衬底3545也可以使用柔性薄膜。另外，触摸传感器3544也可以夹持在一对衬底（包括薄膜）之间。
在图21B中，示出由粘合层3547粘合保护衬底3546和具备触摸传感器3544的第三衬底3545的结构，但是不一定必须要粘合这些构成要素。此外，也可以采用由粘合层3547粘合第三衬底3545和显示面板3540的结构。
在图21B所示的触摸屏3532中，独立地设置有显示面板和具备触摸传感器的衬底。也可以将具有这些结构的触摸屏称为外置型触摸屏。通过采用这种结构，可以分别制造显示面板和具备触摸传感器的衬底，重叠这些构成要素来对显示面板附加触摸传感器的功能，由此可以容易制造触摸屏而不经过特别的制造工序。
在图21C所示的触摸屏3532中，触摸传感器3544设置在第二衬底3543的保护衬底3546一侧的面上。可以将具有这些结构的触摸屏称为On-Cell型触摸屏。通过采用这种结构，可以缩减所需要的衬底个数，由此可以实现触摸屏的薄型化及轻量化。
在图21D所示的触摸屏3532中，触摸传感器3544设置在保护衬底3546的一个面上。通过采用这种结构可以分别制造显示面板和触摸传感器，由此可以容易制造触摸屏。而且，可以缩减所需要的衬底的个数，而可以实现触摸屏的薄型化及轻量化。
在图21E所示的触摸屏3532中，触摸传感器3544设置在显示面板3540的一对衬底的内侧。可以将具有这种结构的触摸屏称为In-Cell型触摸屏。通过采用这种结构可以缩减所需要的衬底的个数，而可以实现触摸屏的薄型化及轻量化。例如，通过使用显示部3542所具备的晶体管、布线或电极等在第一衬底3541上或第二衬底3543上制造用作触摸传感器的电路，可以实现这种触摸屏。此外，当使用光学式触摸传感器时，也可以采用具备光电转换元件的结构。
<In-Cell型触摸屏的结构例子>
下面，对在具有多个像素的表示部中安装了触摸传感器的触摸屏的结构例子进行说明。这里，示出作为设置于像素中的显示元件而采用液晶元件的例子。
图22A是设置于本结构例子所示出的触摸屏的显示部中的像素电路的一部分中的等效电路图。
一个像素至少包括晶体管3503和液晶元件3504。另外，晶体管3503的栅极与布线3501电连接，源极和漏极中的一方与布线3502电连接。
像素电路包括在X方向上延伸的多个布线（例如，布线3510_1、布线3510_2）以及在Y方向上延伸的多个布线（例如，布线3511），上述多个布线以彼此交叉的方式设置，并且在其间形成电容。
另外，在设置于像素电路中的像素中，设置于一部分相邻的多个像素中的液晶元件的一个电极彼此电连接而形成一个块。该块分为岛状块（例如，块3515_1、块3515_2）和在Y方向上延伸的线状块（例如，块3516）两种。注意，虽然图22A只示出像素电路的一部分，但是实际上，这两种块在X方向及Y方向上重复地配置。
在X方向上延伸的布线3510_1（或布线3510_2）与岛状块3515_1（或块3515_2）电连接。注意，虽然未图示，但是在X方向上延伸的布线3510_1通过线状块使沿着X方向不连续地配置的多个岛状块3515_1彼此电连接。另外，在Y方向上延伸的布线3511与线状块3516电连接。
图22B是示出在X方向上延伸的多个布线3510及在Y方向上延伸的多个布线3511的连接结构的等效电路图。可以对在X方向上延伸的各布线3510输入输入电压或公共电位。另外，可以对在Y方向上延伸的各布线3511输入接地电位、或者可以使布线3511与检测电路电连接。
<触摸屏的工作例子>
下面，参照图23A至图23C对上述触摸屏的工作进行说明。
如图23A所示，将1个帧期间分为写入期间和检测期间。写入期间是对像素进行图像数据写入的期间，布线3510（也称为栅极线）被依次选择。另一方面，检测期间是利用触摸传感器进行感测的期间，在X方向上延伸的布线3510被依次选择并被输入输入电压。
图23B是写入期间中的等效电路图。在写入期间中，在X方向上延伸的布线3510与在Y方向上延伸的布线3511都被输入公共电位。
图23C是检测期间的某时的等效电路图。在检测期间中，在Y方向上延伸的各布线3511与检测电路电连接。另外，在X方向上延伸的布线3510中的被选择的布线被输入输入电压，其他的布线被输入公共电位。
像这样，优选独立地设置图像写入期间以及利用触摸传感器进行感测的期间。由此可以抑制因像素写入时的噪音引起的触摸传感器的灵敏度降低。
<像素的结构例子>
下面，对能够用于上述触摸屏的像素的结构例子进行说明。
图24A示出采用FFS（Fringe Field Switching：边缘场切换）模式的像素的一部分的截面示意图。
像素具有晶体管3521、电极3522、电极3523、液晶3524和滤色片3525。具有开口部的电极3523与晶体管3521的源极和漏极中的一方电连接。另外，电极3523隔着绝缘层设置于电极3522上。电极3523和电极3522分别用作液晶元件的一个电极，通过对它们之间施加电压，可以控制液晶的取向。
例如，通过使电极3522电连接到上述布线3510或布线3511可以构成上述触摸屏的像素。
另外，也可以将电极3522设置于电极3523上。在这种情况下，将电极3522形成为具有开口部的形状，并将其隔着绝缘层设置于电极3523上即可。
图24B是示出采用IPS（In-Plane-Switching：平面内切换）模式的像素的一部分的截面示意图。
设置于像素上的电极3523与电极3522都具有梳形形状，并以互相啮合并离间的方式设置于同一平面上。
例如，通过使电极3522电连接到上述布线3510或布线3511，可以构成上述触摸屏的像素。
图24C示出采用VA（Vertical Alignment：垂直取向）模式的像素的一部分的截面示意图。
电极3522以隔着液晶3524而与电极3523对置的方式设置。另外，也可以与电极3522重叠地设置布线3526。例如，可以设置布线3526以使与图24C所示的包括像素的块不同的块之间电连接。
例如，通过使电极3522电连接到上述布线3510或布线3511，可以构成上述触摸屏的像素。
本实施方式可以与本说明书所记载的其他实施方式适当地组合而实施。
（实施方式9）
在本实施方式中，参照附图说明使用本发明的一个方式的一个例子所示的晶体管的信息处理装置的结构。
具体而言，说明具备第一模式及第二模式的信息处理装置，在该第一模式中以30Hz（每1秒钟30次）以上的频率，优选为60Hz（每1秒钟60次）以上且低于960Hz（每1秒钟960次）的频率输出选择像素的G信号，而在第二模式中以11.6μHz（每1天1次）以上且低于0.1Hz（每1秒钟0.1次）的频率，优选为0.28mHz（每1小时1次）以上且低于1Hz（每1秒钟1次）的频率输出G信号。
通过使用该信息处理装置显示静态图像，可以将刷新速率设定为低于1Hz，优选为0.2Hz以下，可以进行对使用者的眼睛刺激小的显示、减轻使用者的眼睛疲劳的显示、不给使用者的眼睛加负担的显示。此外，可以对应于显示在显示部上的图像的性质而以最佳的频率来刷新显示图像。具体而言，与顺利地显示动态图像的情况相比，通过以较低频率进行刷新，可以显示闪烁少的静态图像。加上，也具有降低耗电量的效果。
图26A和图26B是说明神经系统的眼睛疲劳的图。
图27A和图27B是说明肌肉系统的眼睛疲劳的图。
<眼睛疲劳>
在此说明眼睛疲劳。眼睛疲劳有神经疲劳及肌肉疲劳的两种疲劳。
神经疲劳是指在长时间持续看显示部所发射的光或闪烁画面，其亮度刺激眼睛的视网膜、视神经或脑子而使使用者感到疲劳。荧光灯或现有的显示装置的显示部微微地明灭的现象称为闪烁，该闪烁引起神经疲劳。
肌肉疲劳是由于过度使用在调节焦点时使用的睫状肌而引起的疲劳。
图26A示出现有的显示部的显示的示意图。在现有的显示部的显示中，进行每1秒钟60次的图像改写。在长时间内一直观看这种画面，恐怕会刺激使用者的视网膜、视神经、脑子而引起眼睛疲劳。
图26B示出在本实施方式中说明的信息处理装置的显示的示意图。在本实施方式中说明的信息处理装置也可以改变输出选择图像的G信号的频率。尤其是，通过将关态电流极小的晶体管用于显示部的像素部，可以在抑制闪烁的产生的同时减少帧频率。例如，可以进行每5秒钟1次的图像改写，由此可以观看同一图像，这使得使用者所感到的图像闪烁下降。由此，可以减少对使用者的视网膜、视神经、脑子的刺激而减轻神经疲劳。
此外，作为关态电流极小的晶体管，例如使用氧化物半导体的晶体管，尤其是使用CAAC-OS膜的晶体管是优选的。
另外，如图27A所示，在一个像素的尺寸大的情况下（例如，在清晰度低于150ppi的情况下），显示在显示部上的文字变得模糊。在长时间内一直观看显示在显示部上的模糊的文字时，连续处于即使睫状肌不断运动以调节焦点也不容易调节焦点的状态，这恐怕会给眼睛施加负担。
与此相反，如图27B所示，在本发明的一个方式的显示装置中，因为一个像素的尺寸小而能够进行清晰度为150ppi以上优选为200ppi以上的高清晰显示，所以可以顺利地显示致密的图像。由此，睫状肌的焦点调节变得容易，而可以减轻使用者的肌肉疲劳。此外，可以使用像素密度（ppi：pixel per inch）表示清晰度。像素密度是每英寸中的像素数。此外，像素是构成图像的单位。
此外，已在研讨定量地测量眼睛疲劳的方法。例如，作为神经疲劳的评价指标，已知有临界闪烁（融合）频率（CFF：Critical Flicker（Fusion）Frequency）等。另外，作为肌肉疲劳的评价指标，已知有调节时间、调节近点距离等。
除了上述以外，作为评价眼睛疲劳的方法，已知有脑波测量、温度图法、眨眼次数的测量、泪液量的评价、瞳孔的收缩反应速度的评价、用来调查自觉症状的问卷调查等。
本实施方式所说明的具有显示功能的信息处理装置605包括显示装置640、运算装置620及输入单元500（参照图28）。
<1.显示装置640的结构>
显示装置640具有显示部630及控制部610（参照图28）。显示装置640会被供应一次图像信号625_V及一次控制信号625_C。显示装置640可以将图像信息显示在显示部630上。
一次图像信号625_V除了图像的灰度信息（也称为亮度信息）以外例如还包括色度信息等。
一次控制信号625_C例如包括用来对显示装置640的扫描工作的时序等进行控制的信号等。
此外，电源电位等被供应到显示装置640的控制部610及显示部630。
[1.1控制部610]
控制部610具有控制显示部630的功能。例如，控制部610生成二次图像信号615_V及/或二次控制信号615_C等。
例如，控制部610也可以具备极性决定电路。极性决定电路针对每个帧可以反转信号的极性。
极性决定电路可以具有如下功能：通知使二次图像信号615_V的极性反转的时序，根据该时序，控制部610使二次图像信号615_V的极性反转。此外，既可以在控制部610中进行二次图像信号615_V的极性的反转，又可以根据来自控制部610的指令在显示部630中进行二次图像信号615_V的极性的反转。
另外，也可以是极性决定电路包括计数器及信号生成电路，并具有使用同步信号来决定使二次图像信号615_V的极性反转的时序的功能。
计数器具有使用水平同步信号的脉冲来计数帧期间的数量的功能。信号生成电路具有对控制部610通知使二次图像信号615_V的极性反转的时序的功能。由此，使用由计数器得到的帧期间的数量的信息，在每个连续的多个帧期间中使二次图像信号615_V的极性反转。
[1.1.1二次图像信号]
也可以使二次图像信号615_V包括图像信息。
例如，控制部610也可以从一次图像信号625_V生成二次图像信号615_V，输出该二次图像信号615_V。
此外，控制部610也可以将一次图像信号625_V与基准电位Vsc之间的差异看作振幅，生成其极性针对每个帧反转的信号作为二次图像信号615_V。
[1.1.2二次控制信号]
也可以使二次控制信号615_C包括用来控制显示部630的第一驱动电路（也称为G驱动电路632）的信号或者用来控制第二驱动电路（也称为S驱动电路633）的信号。
例如，控制部610也可以由包括垂直同步信号、水平同步信号等同步信号的一次控制信号625_C生成二次控制信号615_C。
二次控制信号615_C例如包括起始脉冲信号SP、锁存信号LP、脉冲宽度控制信号PWC、时钟信号CK等。
具体而言，可以使二次控制信号615_C包括对S驱动电路633的工作进行控制的S驱动电路用的起始脉冲信号SP、S驱动电路用的时钟信号CK、锁存信号LP等。此外，可以使二次控制信号615_C包括对G驱动电路632的工作进行控制的G驱动电路用的起始脉冲信号SP、G驱动电路用的时钟信号CK、脉冲宽度控制信号PWC等。
[1.2显示部630的结构]
显示部630包括像素部631、第一驱动电路（也称为G驱动电路632）和第二驱动电路（也称为S驱动电路633）。
像素部631具备显示光不包括短于420nm的波长的光且以150ppi以上的清晰度设置的多个像素631p以及将该多个像素631p连接的布线。像素631p的每个与扫描线G的至少一个连接，与信号线S的至少一个连接。此外，布线的种类及个数根据像素631p的结构、个数及配置而决定。
例如，当像素631p在像素部631中配置为x列×y行的矩阵状时，在像素部631中配置信号线S1至信号线Sx以及扫描线G1至扫描线Gy（参照图29A-1）。多个扫描线（扫描线G1至扫描线Gy）针对每行可以供应G信号。多个信号线（信号线S1至信号线Sx）可以对多个像素供应S信号。
G驱动电路632可以控制G信号632_G的供应而选择扫描线G（参照图28）。
例如，也可以将像素部631分割为多个区域（具体而言，第一区域631a、第二区域631b及第三区域631c）而进行驱动（参照图29A-2）。
在各区域中，可以设置多个像素631p、用来针对每行选择该像素631p的多个扫描线G以及用来对被选择的像素631p供应S信号633_S的多个信号线S。
此外，也可以设置多个G驱动电路（具体而言，第一G驱动电路632a、第二G驱动电路632b和第三G驱动电路632c）。
G驱动电路可以控制G信号632_G的供应，选择设置在各区域中的扫描线G（具体而言，第一G驱动电路632a选择扫描线G1至Gj，第二G驱动电路632b选择扫描线Gj+1至G2j，第三G驱动电路632c选择扫描线G2j+1至Gy）。
[1.2.1G驱动电路]
G驱动电路对像素电路634输出选择像素电路634的第一驱动信号（也称为G信号）632_G。G驱动电路632具备第一模式及第二模式，在该第一模式中以30Hz（每1秒钟30次）以上的频率、优选为60Hz（每1秒钟60次）以上且低于960Hz（每1秒钟960次）的频率对各扫描线输出选择各扫描线的G信号632_G，而在第二模式中以11.6μHz（每1天1次）以上且低于0.1Hz（每1秒钟0.1次）的频率、优选为0.28mHz（每1小时1次）以上且低于1Hz（每1秒钟1次）的频率对各扫描线输出G信号632_G。
G驱动电路632可以切换第一模式和第二模式而进行工作。可以使用例如包括模式切换信号的二次控制信号615_C或包括在二次控制信号615_C中的G驱动电路用的起始脉冲信号，切换G驱动电路632的第一模式和第二模式。具体而言，也可以控制控制部610所输出的G驱动电路用的起始脉冲信号的输出频率。
从G驱动电路632生成G信号632_G。针对每行，G信号632_G被输出到像素631p，针对每行，像素631p被选择。
[1.2.2S驱动电路]
显示部630也可以具有S驱动电路633。S驱动电路从二次图像信号615_V生成第二驱动信号（也称为S信号633_S），控制对信号线S（具体而言信号线S1至Sx）的该S信号633_S的供应。
S信号633_S包括图像的灰度信息等。S信号633_S被供应到由G信号632_G选择的像素631p。
[1.2.3像素部631的详细结构]
像素部631具有多个像素631p。
像素631p具备显示元件635和包含该显示元件635的像素电路634（参照图28）。
像素电路634保持被供应的S信号633_S，在显示元件635上显示图像信息的一部分。此外，也可以选择对应于显示元件635的种类或驱动方法的结构而将其用于像素电路634。
[1.2.3.1像素电路]
作为像素电路634的一个例子，在图29B-1中示出将液晶元件635LC应用于显示元件635的结构。
像素电路634具备：包括被输入G信号632_G的栅电极和被输入S信号的第一电极的晶体管634t；以及包括与晶体管634t的第二电极电连接的第一电极以及被供应公共电位的第二电极的液晶元件635LC。
像素电路634包括控制对显示元件635的S信号633_S的供应的晶体管634t。
晶体管634t的栅极连接到扫描线G1至扫描线Gy中的某一个。晶体管634t的源极和漏极中的一方连接到信号线S1至信号线Sx中的某一个，晶体管634t的源极和漏极中的另一方连接到显示元件635的第一电极。
在像素631p中，使用晶体管634t作为控制对像素631p的S信号633_S的输入的开关元件。此外，像素631p也可以使用多个晶体管作为一个开关元件。可以使上述多个晶体管并联连接而用作一个开关元件，可以使上述多个晶体管串联连接而用作一个开关元件，也可以使上述多个晶体管组合串联和并联而连接，用作一个开关元件。
根据需要，除了用来保持液晶元件635LC的第一电极与第二电极之间的电压的电容元件634c以外，像素631p还可以包括晶体管、二极管、电阻元件、电容元件、电感器等其他电路元件。显示元件635的第二电极被供应指定的公共电位Vcom。
适当地调节电容元件634c的电容即可。例如，当在后述的第二模式中较长期间（具体而言，1/60sec（秒）以上）保持S信号633_S时，设置电容元件634c。此外，也可以使用电容元件634c以外的结构来调节像素电路634的电容。例如，也可以通过采用重叠设置液晶元件635LC的第一电极和第二电极的结构，实质上形成电容元件。
作为像素电路的另一个例子，在图29B-2中示出将EL元件635EL应用于显示元件635的结构。
像素电路634EL包括第一晶体管634t_1，该第一晶体管634t_1具有被输入G信号632_G的栅电极、被输入S信号的第一电极以及与电容元件634c的第一电极电连接的第二电极。此外，像素电路634EL包括第二晶体管634t_2，该第二晶体管634t_2具有与第一晶体管634t_1的第二电极电连接的栅电极、与电容元件634c的第二电极电连接的第一电极以及与EL元件635EL的第一电极电连接的第二电极。另外，电容元件634c的第二电极和第二晶体管634t_2的第一电极被供应电源电位，EL元件635EL的第二电极被供应公共电位。另外，电源电位与公共电位之间的电位差大于EL元件635EL的发光开始电压。
[1.2.3.2晶体管]
在像素电路634中，晶体管634t控制是否对显示元件635的第一电极供应信号线S的电位。
另外，作为适合于本发明的一个方式的显示装置的晶体管，可以采用使用氧化物半导体的晶体管。关于使用氧化物半导体的晶体管的详细内容，可以参照上述实施方式的记载。
使用氧化物半导体膜的晶体管可以具有比现有的使用硅的晶体管更小的关闭状态下的源极与漏极之间的泄漏电流（关态电流）。通过将关态电流极小的晶体管用于显示部的像素部，可以抑制闪烁的发生同时可以降低帧频率。
[1.2.3.3显示元件]
显示元件635不局限于液晶元件635LC，例如可以使用各种显示元件诸如通过施加电压而发生电致发光（Electroluminescence）的OLED元件、使用电泳的电子墨水等。
例如，根据S信号633_S的电位，可以控制液晶元件635LC的偏振光的透过率，由此可以显示灰度。
[1.2.4光供应部]
例如，当将透光型液晶元件应用于显示元件635时，可以在显示部630中设置光供应部650。光供应部650具有光源。控制部610控制光供应部650所具有的光源的驱动。光供应部650对设置有液晶元件的像素部631供应光，并用作背光灯。
作为光供应部650的光源，可以使用冷阴极荧光灯、发光二极管（LED）、OLED元件等。
尤其是，优选采用使光源所发射的青色的光的强度比其他颜色的光的强度弱的结构。这是因为如下缘故：因为包含在光源所发射的光中的呈现青色的光到达视网膜而不被眼睛的角膜或晶状体吸收，所以通过采用使光源所发射的青色的光的强度比其他颜色的光的强度弱的结构，可以降低对视网膜的长期性的负面影响（例如，年龄相关性黄斑变性等）或直到半夜为止暴露于青色的光时的对昼夜节律（Circadian rhythm）的负面影响等。具体而言，光源优选为不包含具有400nm以下、优选为420nm以下、更优选为440nm以下的波长的光（也称为UVA）。
<2.运算装置>
运算装置620生成一次图像信号625_V和包括模式切换信号的一次控制信号625_C。
[包括模式切换信号的一次控制信号的例子1]
模式切换信号例如也可以根据信息处理装置605的使用者的指令来生成。
信息处理装置605的使用者可以使用输入单元500来发出切换显示的指令。也可以是图像切换信号500_C被供应到运算装置620，运算装置620输出包括模式切换信号的一次控制信号625_C。
包括模式切换信号的一次控制信号625_C被供应到显示装置640的控制部610，控制部输出包括模式切换信号的一次控制信号625_C。
例如，当包括将第二模式切换为第一模式的模式切换信号的一次控制信号625_C被供应到G驱动电路632时，G驱动电路632从第二模式切换为第一模式。然后，G驱动电路632输出1个帧以上的G信号，然后切换为第二模式。
具体而言，输入单元500也可以采用如下结构，即当检测出翻页工作时将图像切换信号500_C输出到运算装置620的结构。
运算装置620生成包括翻页工作的一次图像信号625_V，并输出该一次图像信号625_V和包括模式切换信号的一次控制信号625_C。
被供应该一次图像信号625_V和该一次控制信号625_C的控制部610供应包括模式切换信号的二次控制信号615_C和包括翻页工作的二次图像信号615_V。
被供应包括模式切换信号的二次控制信号615_C的G驱动电路632从第二模式切换为第一模式，而以高频率输出G信号632_G。
被供应包括翻页工作的二次图像信号615_V的S驱动电路633将从该二次图像信号615_V生成的S信号633_S输出到像素电路634。
由此，像素631p可以以高频率改写包括翻页工作的多个帧图像。其结果是，可以流利地显示包括翻页工作的二次图像信号615_V。
[包括模式切换信号的一次控制信号的例子2]
也可以采用如下结构，即运算装置620辨别输出到显示部630的一次图像信号625_V是动态图像还是静态图像，根据该辨别结果输出包括模式切换信号的一次控制信号625_C。
具体而言，也可以采用如下结构，即当一次图像信号625_V是动态图像时，输出该运算装置620选择第一模式的切换信号，当一次图像信号625_V是静态图像时，输出该运算装置620选择第二模式的切换信号。
此外，作为辨别是动态图像还是静态图像的方法可以采用如下方法：当包括在一次图像信号625_V中的1个帧与其前后的帧的信号之间的差分大于预定的差分时辨别为一次图像信号625_V是动态图像，当包括在一次图像信号625_V中的1个帧与其前后的帧的信号之间的差分为预定的差分以下时辨别为一次图像信号625_V是静态图像。
当控制部610将G驱动电路的工作模式从一个模式切换为其他模式时（例如，从第二模式切换为第一模式时），G驱动电路也可以采用输出一次以上的指定次数的G信号632_G之后切换为其他模式的结构。
<3.输入单元>
作为输入单元500可以使用触摸屏、触摸板、滑鼠、控制杆、轨迹球、数据手套、摄像装置等。运算装置620可以使从输入单元500输入的电信号和显示部的坐标彼此相关。由此，使用者可以输入用来处理显示在显示部上的信息的指令。
作为使用者从输入单元500输入的信息，例如可以举出如下指令等：改变显示于显示部上的图像的显示位置的拖拉指令；将显示图像翻到下一个图像的滑动指令；依次显示连续图像的滚动指令；选择特定的图像的指令；改变图像的显示尺寸的缩放指令；以及输入手写的文字的指令。
另外，照度是指每单位时间入射到单位面积的被照射面的、包括眼睛的分光灵敏度的光量。
另外，本实施方式所示的结构等可以适当地与其它实施方式所示的结构组合使用。
（实施方式10）
本发明的一个方式的半导体装置可以应用于各种电子设备（包括游戏机）。作为电子设备，可以举出电视装置（也称为电视或电视接收机）、用于计算机等的监视器、数码相机、数码摄像机、数码相框、移动电话机、便携式游戏机、便携式信息终端、声音再现装置、游戏机（弹珠机（pachinko machine）或投币机（slot machine）等）、框体游戏机。图15A至图15C示出上述电子设备的一个例子。
图15A示出具有显示部的桌子9000。在桌子9000中，框体9001组装有显示部9003，利用显示部9003可以显示影像。另外，示出利用四个桌腿9002支撑框体9001的结构。另外，框体9001具有用来供应电力的电源供应线9005。
可以将上述实施方式中任一个所示的半导体装置用于显示部9003。因此可以提高显示部9003的显示质量。
显示部9003具有触屏输入功能，通过用手指等来按触显示于桌子9000的显示部9003中的显示按钮9004而可以进行画面操作或信息输入，并且显示部9003也可以用作如下控制装置，即通过使其具有能够与其他家电产品进行通信的功能或能够控制其他家电产品的功能，而通过画面操作来控制其他家电产品。例如，通过使用具有图像传感器功能的半导体装置，可以使显示部9003具有触屏输入功能。
另外，利用设置于框体9001的铰链也可以将显示部9003的画面以垂直于地板的方式立起来，从而也可以将桌子用作电视装置。虽然当在小房间里设置大画面的电视装置时自由使用的空间变小，但是若在桌子内安装有显示部则可以有效地利用房间的空间。
图15B示出电视装置9100。在电视装置9100中，框体9101组装有显示部9103，并且利用显示部9103可以显示影像。此外，在此示出利用支架9105支撑框体9101的结构。
通过利用框体9101所具备的操作开关、另外提供的遥控操作机9110，可以进行电视装置9100的操作。通过利用遥控操作机9110所具备的操作键9109，可以进行频道及音量的操作，并可以对在显示部9103上显示的影像进行操作。此外，也可以采用在遥控操作机9110中设置显示从该遥控操作机9110输出的信息的显示部9107的结构。
图15B所示的电视装置9100具备接收机及调制解调器等。电视装置9100可以利用接收机接收一般的电视广播。再者，电视装置9100通过调制解调器连接到有线或无线方式的通信网络，也可以进行单向（从发送者到接收者）或双向（发送者和接收者之间或接收者之间等）的信息通信。
可以将上述实施方式中任一个所示的半导体装置用于显示部9103、显示部9107。因此可以提高电视装置的显示质量。
图15C示出计算机9200，该计算机包括主体9201、框体9202、显示部9203、键盘9204、外部连接端口9205、指向装置9206等。
可以将上述实施方式中任一个所示的半导体装置用于显示部9203。因此可以提高计算机9200的显示质量。
显示部9203具有触屏输入功能，通过用手指等来按触显示于计算机9200的显示部9203中的显示按钮而可以进行画面操作或信息输入，并且显示部9203也可以用作如下控制装置，即通过使其具有能够与其他家电产品进行通信的功能或能够控制其他家电产品的功能，而通过画面操作来控制其他家电产品。例如，通过使用实施方式5所示的具有图像传感器功能的半导体装置，可以使显示部9203具有触屏输入功能。
图16A和图16B是能够对折的平板终端。图16A是打开的状态，并且平板终端包括框体9630、显示部9631a、显示部9631b、显示模式切换开关9034、电源开关9035、省电模式切换开关9036、别扣9033以及操作开关9038。
可以将上述实施方式中任一个所示的半导体装置用于显示部9631a、显示部9631b。因此可以提高平板终端的显示质量。
在显示部9631a中，可以将其一部分用作触摸屏的区域9632a，并且可以通过按触所显示的操作键9638来输入数据。此外，作为一个例子在此示出：显示部9631a的仅一半区域具有显示的功能，并且另一半区域具有触摸屏的功能，但是不局限于该结构。也可以采用显示部9631a的全部区域具有触摸屏的功能的结构。例如，可以使显示部9631a的整个面显示键盘按钮来将其用作触摸屏，并且将显示部9631b用作显示画面。
此外，显示部9631b也与显示部9631a同样，可以将显示部9631b的一部分用作触摸屏的区域9632b。此外，通过使用手指或触屏笔等来按触触摸屏的显示有键盘显示切换按钮9639的位置，可以在显示部9631b显示键盘按钮。
此外，也可以对触摸屏的区域9632a和触摸屏的区域9632b同时进行按触输入。
另外，显示模式切换开关9034能够进行竖屏显示和横屏显示等显示的方向的切换、以及黑白显示或彩色显示的切换等。根据内置于平板终端中的光传感器所检测的使用时的外光的光量，省电模式切换开关9036可以将显示的亮度设定为最适合的亮度。平板终端除了光传感器以外还可以内置陀螺仪、加速度传感器等检测倾斜度的传感器等其他检测装置。
此外，图16A示出显示部9631b的显示面积与显示部9631a的显示面积相同的例子，但是不局限于此，一个的尺寸和另一个的尺寸可以不同，并且它们的显示质量也可以不同。例如显示部9631a和显示部9631b中的一个可以进行比另一个更高清晰的显示。
图16B是合上的状态，并且平板终端包括框体9630、太阳能电池9633、充放电控制电路9634。此外，在图16B中，作为充放电控制电路9634的一个例子示出具有电池9635和DCDC转换器9636的结构。
此外，平板终端可以对折，因此不使用时可以合上框体9630。因此，可以保护显示部9631a和显示部9631b，而可以提供一种具有良好的耐久性且从长期使用的观点来看具有高可靠性的平板终端。
此外，图16A和图16B所示的平板终端还可以具有如下功能等：显示各种各样的信息（静态图像、动态图像、文本图像等）的功能；将日历、日期或时刻等显示在显示部上的功能；对显示在显示部上的信息进行触摸输入操作或编辑的触摸输入功能；通过各种各样的软件（程序）控制处理的功能。
通过利用安装在平板终端的表面上的太阳能电池9633，可以将电力供应到触摸屏、显示部或图像信号处理部等。注意，太阳能电池9633可以设置在框体9630的一面或两面，因此可以进行高效的电池9635的充电，所以是优选的。另外，当作为电池9635使用锂离子电池时，有可以实现小型化等的优点。
另外，参照图16C所示的方框图对图16B所示的充放电控制电路9634的结构和工作进行说明。图16C示出太阳能电池9633、电池9635、DCDC转换器9636、转换器9637、开关SW1至开关SW3以及显示部9631，电池9635、DCDC转换器9636、转换器9637、开关SW1至开关SW3对应于图16B所示的充放电控制电路9634。
首先，说明在利用外光使太阳能电池9633发电时的工作的例子。使用DCDC转换器9636对太阳能电池所产生的电力进行升压或降压以使它成为用来对电池9635进行充电的电压。并且，当利用来自太阳能电池9633的电力使显示部9631工作时使开关SW1导通，并且，利用转换器9637将其升压或降压到显示部9631所需要的电压。另外，当不进行显示部9631中的显示时，可以采用使开关SW1断开且使开关SW2接通来对电池9635进行充电的结构。
注意，作为发电单元的一个例子示出太阳能电池9633，但是不局限于此，也可以使用压电元件（Piezoelectric element）或热电转换元件（珀耳帖元件（Peltier element））等其他发电单元进行电池9635的充电。例如，也可以使用以无线（不接触）的方式收发电力来进行充电的无线电力传输模块或组合其他充电方法进行充电。
另外，本实施方式所示的结构等可以适当地与其它实施方式所示的结构组合使用。
[实施例]
在本实施例中，作为构成电容元件的一对电极中的一个电极使用使透光性半导体膜包含杂质的电极而进行显示。图49示出所显示的图像。
根据图49可以确认即使使用由包含杂质的透光性半导体膜形成的电极的电容元件，也可以进行显示。
[参考例子]
为了确认氧化物半导体吸收呈现青色的光，而示出波长与透过率的关系。
样品1包括400nm厚的氮化硅膜、氮化硅膜上的50nm厚的氧氮化硅膜、氧氮化硅膜上的35nm厚的In-Ga-Zn类氧化物膜、In-Ga-Zn类氧化物膜上的100nm厚的氮化硅膜以及氮化硅膜上的100nm厚的氧化硅和铟锡氧化物的化合物。
样品2包括400nm厚的氮化硅膜、氮化硅膜上的35nm厚的In-Ga-Zn类氧化物膜、In-Ga-Zn类氧化物膜上的450nm厚的氧化硅膜、氧化硅膜上的100nm厚的氮化硅膜以及氮化硅膜上的100nm厚的氧化硅和铟锡氧化物的化合物。
样品3包括400nm厚的氮化硅膜、氮化硅膜上的50nm厚的氧氮化硅膜、氧氮化硅膜上的35nm厚的In-Ga-Zn类氧化物膜、In-Ga-Zn类氧化物膜上的450nm厚的氧化硅膜、氧化硅膜上的100nm厚的氮化硅膜以及氮化硅膜上的100nm厚的氧化硅和铟锡氧化物的化合物。
在此，图30示出波长与透过率的关系。在附图中，实线表示样品1，虚线表示样品2，点划线表示样品3。如图30所示那样，在波长为400nm至460nm的区域中，与在其他可见光区域中相比，所有样品的透过率得到降低。根据透过率的降低可知：样品吸收400nm至460nm区域中的光。
（符号说明）
100 像素部
101 像素
102 衬底
103 晶体管
104 扫描线驱动电路
105 电容元件
106 信号线驱动电路
107 扫描线
108 液晶元件
109 信号线
111 半导体膜
113 导电膜
115 电容线
117 开口
119 半导体膜
120 导电膜
121a 电极
121b 像素电极
123a 开口
123b 开口
125 导电膜
126 绝缘膜
127 栅极绝缘膜
128 绝缘膜
129 绝缘膜
130 绝缘膜
131 绝缘膜
132 绝缘膜
133 绝缘膜
154 对置电极
199a 第一氧化物膜
199b 氧化物半导体膜
199c 第二氧化物膜
201 像素
205 电容元件
220 导电膜
221a 电极
221b 像素电极
223a 开口
223b 开口
225 绝缘膜
226 绝缘膜
227 栅极绝缘膜
228 绝缘膜
229 绝缘膜
230 绝缘膜
231 绝缘膜
232 绝缘膜
233 绝缘膜
245 电容元件
500 输入单元
500_C 信号
600 溅射靶材
601 离子
602 溅射粒子
603 被成膜面
605 信息处理装置
610 控制部
615_C 二次控制信号
615_V 二次图像信号
620 运算装置
623 晶体管
625_C 一次控制信号
625_V 一次图像信号
627 栅电极
628 半导体膜
629 源电极
630 显示部
631 像素部
631a 区域
631b 区域
631c 区域
631p 像素
632 G驱动电路
632_G G信号
632a G驱动电路
632b G驱动电路
632c G驱动电路
633 S驱动电路
633_S S信号
634 像素电路
634c 电容元件
634EL 像素电路
634t 晶体管
634t_1 晶体管
634t_2 晶体管
635 显示元件
635EL EL元件
635LC 液晶元件
639 漏电极
640 显示装置
641 导电膜
901 衬底
902 像素部
903 信号线驱动电路
904 扫描线驱动电路
905 密封剂
906 衬底
908 液晶层
910 晶体管
911 晶体管
913 液晶元件
915 连接端子电极
916 端子电极
918 FPC
918a FPC
918b FPC
919 各向异性导电剂
922 栅极绝缘膜
923 绝缘膜
924 绝缘膜
925 密封剂
926 电容元件
927 氧化物半导体膜
928 电极
929 电容线
930a 第一电极
930b 电极
931 第二电极
932 绝缘膜
933 绝缘膜
934 绝缘膜
935 间隔物
936 电容元件
971 源电极
973 漏电极
975 公共电位线
977 公共电极
985 公共电位线
987 公共电极
3501 布线
3502 布线
3503 晶体管
3504 液晶元件
3510 布线
3510_1 布线
3510_2 布线
3511 布线
3515_1 块
3515_2 块
3516 块
3521 晶体管
3522 电极
3523 电极
3524 液晶
3525 滤色片
3526 布线
3530 电子设备
3531 框体
3532 触摸屏
3533 电池
3534 控制部
3535 布线
3536 布线
3540 显示面板
3541 衬底
3542 显示部
3543 衬底
3544 触摸传感器
3545 衬底
3546 保护衬底
3547 粘合层
9000 桌子
9001 框体
9002 桌腿
9003 显示部
9004 显示按钮
9005 电源供应线
9033 别扣
9034 开关
9035 电源开关
9036 开关
9038 操作开关
9100 电视装置
9101 框体
9103 显示部
9105 支架
9107 显示部
9109 操作键
9110 遥控操作机
9200 计算机
9201 主体
9202 框体
9203 显示部
9204 键盘
9205 外部连接端口
9206 指向装置
9630 框体
9631 显示部
9631a 显示部
9631b 显示部
9632a 区域
9632b 区域
9633 太阳能电池
9634 充放电控制电路
9635 电池
9636 DCDC转换器
9637 转换器
9638 操作键
9639 按钮
Claims (14)
1.一种半导体装置，包括：
包括栅电极、源电极、漏电极以及透光性半导体膜的晶体管；
在形成有所述透光性半导体膜的表面上的透光性导电膜，其中该透光性导电膜用作电容元件的一对电极中的一个电极；
在所述透光性导电膜上的绝缘膜，其中该绝缘膜用作所述电容元件的介电膜；
电连接到所述晶体管的像素电极，其中该像素电极用作所述电容元件的一对电极中的另一个电极；
在形成有所述栅电极的表面上的电容线；
在形成有所述像素电极的表面上的电极；以及
在形成有所述源电极或所述漏电极的表面上的导电膜，
其中，所述电容线通过所述电极和所述导电膜电连接到所述透光性导电膜，
并且，所述透光性导电膜包括其导电率高于所述透光性半导体膜的导电率的区域。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，
其中所述透光性半导体膜在所述栅电极上，
所述源电极及所述漏电极在所述透光性半导体膜上，
并且所述电极在所述导电膜上。
3.根据权利要求1所述的半导体装置，
其中所述透光性半导体膜是氧化物半导体膜。
4.根据权利要求3所述的半导体装置，还包括在其间夹有所述氧化物半导体膜的第一氧化物膜和第二氧化物膜。
5.根据权利要求1所述的半导体装置，
其中所述透光性导电膜包含选自由氢、硼、氮、氟、铝、磷、砷、铟、锡、锑和稀有气体元素构成的组中的一种以上元素。
6.一种半导体装置，包括：
包括栅电极、源电极、漏电极以及透光性半导体膜的晶体管；
具有氧化绝缘膜和该氧化绝缘膜上的氮化绝缘膜的叠层结构的绝缘膜，其中该绝缘膜在所述透光性半导体膜上；
在形成有所述透光性半导体膜的表面上的透光性导电膜，其中该透光性导电膜与所述氮化绝缘膜接触并用作电容元件的一对电极中的一个电极；
电连接到所述晶体管的像素电极，其中该像素电极用作所述电容元件的一对电极中的另一个电极；
在形成有所述栅电极的表面上的电容线；
在形成有所述像素电极的表面上的电极；以及
在形成有所述源电极或所述漏电极的表面上的导电膜，
其中，所述氮化绝缘膜用作所述电容元件的介电膜，
所述电容线通过所述电极和所述导电膜电连接到所述透光性导电膜，
并且，所述透光性导电膜包括其导电率高于所述透光性半导体膜的导电率的区域。
7.根据权利要求6所述的半导体装置，
其中所述透光性半导体膜在所述栅电极上，
所述源电极及所述漏电极在所述透光性半导体膜上，
并且所述电极在所述导电膜上。
8.根据权利要求6所述的半导体装置，
其中，所述透光性半导体膜是氧化物半导体膜。
9.根据权利要求8所述的半导体装置，还包括在其间夹有所述氧化物半导体膜的第一氧化物膜和第二氧化物膜。
10.根据权利要求6所述的半导体装置，
其中所述透光性导电膜包含选自由氢、硼、氮、氟、铝、磷、砷、铟、锡、锑和稀有气体元素构成的组中的一种以上元素。
11.一种包括晶体管及电容元件的半导体装置的制造方法，包括如下步骤：
形成所述晶体管的栅电极及电容线；
在所述栅电极和所述电容线上形成第一绝缘膜；
在所述第一绝缘膜上形成所述晶体管的透光性半导体膜以及用作所述电容元件的一对电极中的一个电极的透光性半导体膜；
对所述电容元件的透光性半导体膜添加掺杂剂以形成透光性导电膜；
在所述第一绝缘膜及所述晶体管的透光性半导体膜上形成源电极及漏电极并且在所述第一绝缘膜和所述电容元件的透光性导电膜上形成导电膜；
在所述第一绝缘膜、所述源电极、所述漏电极及所述导电膜上形成第二绝缘膜；
在所述第一绝缘膜及所述第二绝缘膜中形成到达所述电容线的第一开口，同时在所述第二绝缘膜中形成到达所述导电膜的第二开口；以及
在所述第二绝缘膜上并在所述第一开口和所述第二开口中形成电极并且形成像素电极，该像素电极与所述电容元件的透光性导电膜重叠并用作所述电容元件的一对电极中的另一个电极。
12.根据权利要求11所述的半导体装置的制造方法，
其中所述第二绝缘膜具有氧化绝缘膜和该氧化绝缘膜上的氮化绝缘膜的叠层结构。
13.一种包括晶体管及电容元件的半导体装置的制造方法，包括如下步骤：
形成所述晶体管的栅电极及电容线；
在所述栅电极和所述电容线上形成第一绝缘膜；
在所述第一绝缘膜上形成所述晶体管的透光性半导体膜以及用作所述电容元件的一对电极中的一个电极的透光性半导体膜；
在所述第一绝缘膜及所述晶体管的透光性半导体膜上形成源电极及漏电极并且在所述第一绝缘膜和所述电容元件的透光性半导体膜上形成导电膜；
在所述第一绝缘膜、所述源电极、所述漏电极及所述导电膜上形成第二绝缘膜；
对所述第二绝缘膜的一部分进行加工以使所述电容元件的透光性半导体膜露出；
在所述第二绝缘膜及所述电容元件的露出的透光性半导体膜上形成第三绝缘膜；
通过将所述第三绝缘膜的成分扩散到所述电容元件的透光性半导体膜中，形成透光性导电膜；
在所述第一绝缘膜、所述第二绝缘膜及所述第三绝缘膜中形成到达所述电容线的第一开口，同时在所述第二绝缘膜及所述第三绝缘膜中形成到达所述导电膜的第二开口；以及
在所述第二绝缘膜上并在所述第一开口和所述第二开口中形成电极并且形成像素电极，该像素电极与所述电容元件的透光性导电膜重叠并用作所述电容元件的一对电极中的另一个电极。
14.根据权利要求13所述的半导体装置的制造方法，
其中所述第二绝缘膜包括氧化绝缘膜，并且所述第三绝缘膜包括氮化绝缘膜。
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