JP2007096055A - 半導体装置、及び半導体装置の作製方法 - Google Patents

半導体装置、及び半導体装置の作製方法 Download PDF

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Abstract

【課題】より良好な電気的特性を有する化合物半導体を用いた薄膜トランジスタを有する半導体装置、及びその作製方法を提供することを目的とする。
【解決手段】半導体層として化合物半導体材料を用い、半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との間に、それぞれ導電性の有機化合物及び無機化合物を含むバッファ層を形成する。バッファ層は有機化合物及び無機化合物を含む層として形成される。化合物半導体材料を用いた半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との間に介在するバッファ層によって、半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との導電性は向上し、電気的に良好な接続を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、酸化物半導体を用いた半導体装置、半導体装置の作製方法に関する。
半導体装置、表示装置等に用いられる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）には、半導体材料よりなる半導体膜が用いられる。半導体材料として、シリコンや有機半導体材料などが用いられているが、酸化物半導体を用いる例も報告されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−１５０９００号公報
しかし、酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタにおいては、多結晶シリコンを用いた薄膜トランジスタと比較して、電界効果移動度が低く、電気的特性の向上が求められている。
本発明は、このような状況に鑑みて、酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタを有する、高性能、かつ高信頼性の半導体装置、及びその作製方法を提供することを目的とする。また、本発明は、低コストで生産性よく半導体装置を作製できる技術を提供することも目的とする。
本発明では、半導体層として化合物半導体材料を用い、半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との間に、それぞれ導電性のバッファ層を形成する。バッファ層は有機化合物及び無機化合物を含む層として形成される。化合物半導体材料を用いた半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との間に介在するバッファ層によって、半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との導電性は向上し、電気的に良好な接続を行うことができる。従って薄膜トランジスタの電気的特性が向上し、高性能の半導体装置、表示装置を作製することができる。
半導体層を形成する化合物半導体としては、例えば酸化物半導体が挙げられる。酸化物半導体としては、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化マグネシウム亜鉛（ＭｇxＺｎ1-xＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ2）、インジウム酸化物（Ｉｎ2Ｏ3）、酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）などの金属酸化物が挙げられる。また、上記酸化物半導体の複数より構成される酸化物半導体でもよく、酸化亜鉛（ＺｎＯ）とインジウム酸化物（Ｉｎ2Ｏ3）と酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）とから構成されるＩｎＧａＯ3（ＺｎＯ）m（ｍは１以上５０未満の整数であり、代表的にはＩｎＧａＯ3（ＺｎＯ）5なども用いることができる。半導体材料はｎ型を有する半導体であっても、ｐ型を有する半導体であってもよく、他の不純物元素（アルミニウム、ガリウムなど）を含んで形成してもよい。不純物元素を含む酸化物半導体をターゲットとして用いたスパッタ法や、ＣＶＤ法などにより形成することができる。また、不純物元素を導入（ドーピング法、イオン注入法などによる添加）して、酸化物半導体に不純物元素を有する様にしてもよい。
また、酸化亜鉛などの酸化物半導体は、可視光を透過するため透明である。このような透光性（可視光領域の光を透過する）の半導体材料を用いた半導体層は、可視光の吸収が少ないため、半導体層のチャネル部分に光が入射しても不要な光励起キャリアが発生しない、耐光性の優れた信頼性の高い薄膜トランジスタとすることができる。なお、他の化合物半導体として、窒化物半導体、炭化物半導体等を用いてもよい。
酸化物半導体のような化合物半導体は、他のシリコンや有機半導体材料などの半導体材料と比較して、材料が安価であり作製工程も複雑化しないため、低コストで半導体装置を作製することができる。
なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置を指す。本発明を用いて多層配線層や、プロセッサ回路を有するチップ（以下プロセッサチップともいう）などの半導体装置を作製することができる。
本発明は表示機能を有する装置である表示装置にも用いることができ、本発明を用いる表示装置には、エレクトロルミネセンス（以下「ＥＬ」ともいう。）と呼ばれる発光を発現する有機物、若しくは有機物と無機物の混合物を含む層を、電極間に介在させた発光素子とＴＦＴとが接続された発光表示装置や、液晶材料を有する液晶素子を表示素子として用いる液晶表示装置などがある。
本発明の半導体装置の一は、酸化物半導体層と、導電層と、半導体層と導電層との間に設けられた有機化合物及び無機化合物を含む層を有する。有機化合物及び無機化合物を含む層が、酸化物半導体層及び導電層と接して設けられればよいので、薄膜トランジスタの構造によって、酸化物半導体層、有機化合物及び無機化合物を含む層、導電層の積層順は設けられる基板に対して変化する。また、薄膜トランジスタの構造によっては、半導体層、有機化合物及び無機化合物を含む層、及び導電層が基板上に隣接して設けられる場合もある。
本発明の半導体装置の一は、酸化物半導体層と、ソース電極層と、ドレイン電極層と、半導体層とソース電極層との間に設けられた第１の有機化合物及び無機化合物を含む層と、半導体層とドレイン電極層との間に設けられた第２の有機化合物及び無機化合物を含む層とを有する。
本発明の半導体装置の一は、ゲート電極層と、ゲート絶縁層と、酸化物半導体層と、ソース電極層と、ドレイン電極層と、半導体層とソース電極層との間に設けられた第１の有機化合物及び無機化合物を含む層と、半導体層とドレイン電極層との間に設けられた第２の有機化合物及び無機化合物を含む層とを有する。
本発明の半導体装置の一は、ゲート電極層と、ゲート電極層上にゲート絶縁層と、ゲート絶縁層上にソース電極層及びドレイン電極層と、ソース電極層及びドレイン電極層上に酸化物半導体層と、酸化物半導体層上に有機材料を含む半導体層とを有する。
本発明の半導体装置の作製方法の一は、酸化物半導体層を形成し、半導体層に接して有機化合物及び無機化合物を含む層を形成し、有機化合物及び無機化合物を含む層に接して導電層を形成する。
本発明の半導体装置の作製方法の一は、酸化物半導体層を形成し、半導体層上に、第１の有機化合物及び無機化合物を含む層と第２の有機化合物及び無機化合物を含む層とを形成し、第１の有機化合物及び無機化合物を含む層上にソース電極層を、第２の有機化合物及び無機化合物を含む層上にドレイン電極層を形成する。
本発明の半導体装置の作製方法の一は、ゲート電極層を形成し、ゲート電極層上にゲート絶縁層を形成し、ゲート絶縁層上に酸化物半導体層を形成し、半導体層上に、第１の有機化合物及び無機化合物を含む層と第２の有機化合物及び無機化合物を含む層とを形成し、第１の有機化合物及び無機化合物を含む層上にソース電極層を、第２の有機化合物及び無機化合物を含む層上にドレイン電極層を形成する。
本発明の半導体装置の作製方法の一は、ゲート電極層を形成し、ゲート電極層上にゲート絶縁層を形成し、ゲート絶縁層上にソース電極層及びドレイン電極層を形成し、ソース電極層上に第１の有機化合物及び無機化合物を含む層を、ドレイン電極層上に第２の有機化合物及び無機化合物を含む層を形成し、第１の有機化合物及び無機化合物を含む層と第２の有機化合物と無機化合物を含む層との上に酸化物半導体層を形成する。
本発明の半導体装置の作製方法の一は、酸化物半導体層を形成し、半導体層上に第１の有機化合物及び無機化合物を含む層と第２の有機化合物及び無機化合物を含む層とを形成し、第１の有機化合物及び無機化合物を含む層上にソース電極層を、第２の有機化合物及び無機化合物を含む層上にドレイン電極層を形成し、ソース電極層、ドレイン電極層及び半導体層上にゲート絶縁層を形成し、ゲート絶縁層上にゲート電極層を形成する。
本発明の半導体装置の作製方法の一は、ゲート電極層を形成し、ゲート電極層上にゲート絶縁層を形成し、ゲート絶縁層上にソース電極層及びドレイン電極層を形成し、ソース電極層及びドレイン電極層上に酸化物半導体層を形成し、酸化物半導体層上に有機材料を含む半導体層を形成する。
本発明では、酸化物半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との間に介在するバッファ層によって、酸化物半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との導電性は向上し、電気的に良好な接続を行うことができる。従って薄膜トランジスタの電気的特性が向上し、高性能の半導体装置、表示装置を作製することができる。
酸化物半導体は、他のシリコンや有機半導体材料などの半導体材料と比較して、材料が安価であり作製工程も複雑化しないため、低コストで半導体装置を作製することができる。また、酸化物半導体は可視光の吸収が少ないため、半導体層のチャネル部分に光が入射しても不要な光励起キャリアが発生しない、耐光性の優れた薄膜トランジスタとすることができる。従って、高速動作を行うことができる高性能、かつ高信頼性の半導体装置、表示装置を作製することもできる。
本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態について、図１を用いて説明する。図１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すトランジスタは、ボトムゲート構造のコプラナー型の薄膜トランジスタである。
本実施の形態では、半導体層として化合物半導体材料を用い、半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との間に、それぞれ導電性のバッファ層を形成する。バッファ層は有機化合物及び無機化合物を含む層として形成される。化合物半導体材料を用いた半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との間に介在するバッファ層によって、半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との導電性は向上し、電気的に良好な接続を行うことができる。
図１（Ａ）で示すように、基板５０上に、ゲート電極層５１が設けられ、ゲート電極層５１上にゲート絶縁層５２、ゲート絶縁層５２上にソース電極層又はドレイン電極層５３ａ及びソース電極層又はドレイン電極層５３ｂが形成されている。ソース電極層又はドレイン電極層５３ａ及びソース電極層又はドレイン電極層５３ｂ上には半導体層５５が形成されており、ソース電極層又はドレイン電極層５３ａと半導体層５５との間にはバッファ層５４ｂが、ソース電極層又はドレイン電極層５３ｂと半導体層５５との間にはバッファ層５４ｂが設けられている。
バッファ層５４ａ及びバッファ層５４ｂは、導電性を有し、有機化合物及び無機化合物を含む層より形成されている。このバッファ層５４ａ及びバッファ層５４ｂにより、ソース電極層又はドレイン電極層５３ａと半導体層５５と、ソース電極層又はドレイン電極層５３ｂと半導体層５５との接触抵抗が低下し、電気的接続を良好にすることができる。
半導体層に用いる材料とソース電極層及びドレイン電極層に用いる材料の組み合わせによっては、導通できない、また高抵抗となるなどの電気的特性が低下する場合がある。よって、半導体層に用いる材料とソース電極層及びドレイン電極層に用いる材料は適宜選択する必要がある。本実施の形態では、ソース電極層及びドレイン電極層と酸化物半導体層とをバッファ層を介して積層し電気的に接続するため、上記のような電気的特性の低下を防ぎ、かつ材料の自由に選択することができる。そのため、必要とされる特性（電気的特性、信頼性に関する特性（材料の積層状態（密着性など）））を満たすような半導体装置を作製することができる。
バッファ層に用いることのできる有機化合物は、正孔輸送性を有する有機化合物でも電子輸送性を有する有機化合物でも用いることができる。正孔輸送性を有する有機化合物はｐ型を有する半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との間に設ける方が好ましく、電子輸送性を有する有機化合物はｎ型を有する半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との間に設ける方が好ましい。
バッファ層に用いることのできる正孔輸送性を有する有機化合物は、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＮＰＢ）、４，４’−ビス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＴＰＤ）、４，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）トリフェニルアミン（略称：ＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン（略称：ＭＴＤＡＴＡ）、４，４’−ビス｛Ｎ−［４−（Ｎ，Ｎ−ジ−ｍ−トリルアミノ）フェニル］−Ｎ−フェニルアミノ｝ビフェニル（略称：ＤＮＴＰＤ）、１，３，５−トリス［Ｎ，Ｎ−ジ（ｍ−トリル）アミノ］ベンゼン（略称：ｍ−ＭＴＤＡＢ）、４，４’，４’’−トリス（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン（略称：ＴＣＴＡ）、２，３−ビス（４−ジフェニルアミノフェニル）キノキサリン（略称：ＴＰＡＱｎ）、２，２’，３，３’−テトラキス（４−ジフェニルアミノフェニル）−６，６’−ビスキノキサリン（略称：Ｄ−ＴｒｉＰｈＡＱｎ）、２，３−ビス｛４−［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］フェニル｝−ジベンゾ［ｆ，ｈ］キノキサリン（略称：ＮＰＡＤｉＢｚＱｎ）等のアリールアミノ基を有する有機材料や、フタロシアニン（略称：Ｈ２Ｐｃ）、銅フタロシアニン（略称：ＣｕＰｃ）、バナジルフタロシアニン（略称：ＶＯＰｃ）等も用いることができる。
また、下記一般式（１）で表されるような有機材料も正孔輸送性を有する有機化合物として好適に用いることができ、その具体例としては３−［Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＡ１）、３，６−ビス［Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＡ２）等を挙げることができる。この構造を有する有機化合物を用いた第１の複合材料は熱的安定性に優れ、信頼性が良い。
Figure 2007096055
 （式中、Ｒ１およびＲ３は、それぞれ同一でも異なっていてもよく、水素、炭素数１〜６のアルキル基、炭素数６〜２５のアリール基、炭素数５〜９のヘテロアリール基、アリールアルキル基、炭素数１〜７のアシル基のいずれかを表し、Ａｒ１は、炭素数６〜２５のアリール基、炭素数５〜９のヘテロアリール基のいずれかを表し、Ｒ２は、水素、炭素数１〜６のアルキル基、炭素数６〜１２のアリール基のいずれかを表し、Ｒ４は、水素、炭素数１〜６のアルキル基、炭素数６〜１２のアリール基、一般式（２）で示される置換基のいずれかを表し、一般式（２）で示される置換基において、Ｒ５は、水素、炭素数１〜６のアルキル基、炭素数６〜２５のアリール基、炭素数５〜９のヘテロアリール基、アリールアルキル基、炭素数１〜７のアシル基のいずれかを表し、Ａｒ２は、炭素数６〜２５のアリール基、炭素数５〜９のヘテロアリール基のいずれかを表し、Ｒ６は、水素、炭素数１〜６のアルキル基、炭素数６〜１２のアリール基のいずれかを表す。）
Figure 2007096055
また、下記一般式（３）乃至（６）のいずれかで示されるような有機材料も好適に用いることができる。下記一般式（３）乃至（６）のいずれかで表される有機化合物の具体例としては、Ｎ−（２−ナフチル）カルバゾール（略称：ＮＣｚ）、４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）、９，１０−ビス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］アントラセン（略称：ＢＣＰＡ）、３，５−ビス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］ビフェニル（略称：ＢＣＰＢｉ）、１，３，５−トリス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］ベンゼン（略称：ＴＣＰＢ）等を挙げることができる。
Figure 2007096055
 式中Ａｒは炭素数６〜４２の芳香族炭化水素基を表し、ｎは１〜３の自然数を表し、Ｒ１、Ｒ２は水素、または炭素数１〜４のアルキル基、または炭素数６〜１２のアリール基を表す。
Figure 2007096055
 ただし、式中Ａｒは炭素数６〜４２の１価の芳香族炭化水素（ビニル骨格を少なくとも一つ含む芳香族炭化水素を含む）基を表し、Ｒ１、Ｒ２は水素、または炭素数１〜４のアルキル基、または炭素数６〜１２のアリール基を表す。
Figure 2007096055
 ただし、式中Ａｒは炭素数６〜４２の２価の芳香族炭化水素基を表し、Ｒ１〜Ｒ４は水素、または炭素数１〜４のアルキル基、または炭素数６〜１２のアリール基を表す。
Figure 2007096055
 ただし、式中Ａｒは炭素数６〜４２の３価の芳香族炭化水素基を表し、Ｒ１〜Ｒ６は水素、または炭素数１〜４のアルキル基、または炭素数６〜１２のアリール基を表す。
さらに、アントラセン、９，１０−ジフェニルアントラセン（略称：ＤＰＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）、テトラセン、ルブレン、ペンタセン等の芳香族炭化水素も用いることができる。
バッファ層に用いることのできる電子輸送性を有する有機化合物は、例えば、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ3）、トリス（４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｍｑ3）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］−キノリナト）ベリリウム（略称：ＢｅＢｑ2）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）−４−フェニルフェノラト−アルミニウム（略称：ＢＡｌｑ）等キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等からなる材料を用いることができる。また、この他、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾオキサゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＯＸ）2）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾチアゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＴＺ）2）などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体などの材料も用いることができる。さらに、金属錯体以外にも、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−フェニル−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−（４−エチルフェニル）−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ｐ−ＥｔＴＡＺ）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）等を用いることができる。
バッファ層に用いることのできる無機化合物は、遷移金属の酸化物や窒化物が望ましく、４〜８属に属する金属の酸化物もしくは窒化物がさらに望ましい。その中でもバナジウム酸化物、タンタル酸化物、モリブデン酸化物、タングステン酸化物、レニウム酸化物及びルテニウム酸化物は好適である。上記無機化合物は、正孔輸送性を有する有機化合物と混合した複合材料として、ｐ型を有する半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との間に設けることが好ましい。
バッファ層に用いることのできる他の無機化合物は、アルカリ金属及びアルカリ土類金属、もしくはそれらを含む酸化物や窒化物が望ましく、具体的には、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、リチウム酸化物、マグネシウム窒化物、カルシウム窒化物であることが好ましい。上記無機化合物はドナー性を有しており、電子輸送性を有する有機化合物と混合した複合材料として、ｎ型を有する半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との間に設けることが好ましい。
以上、上記有機化合物の少なくとも一種と、上記無機化合物の少なくとの一種を含んでバッファ層である有機化合物及び無機化合物を含む層を形成することができる。もちろん有機化合物及び無機化合物は複数種用いて形成してもよい。
バッファ層である有機化合物及び無機化合物を含む層は、電子ビーム蒸着法、共蒸着などの蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法や、混合溶液を用いたスピンコート法など塗布法、ゾル−ゲル法を用いることができる。バッファ層は各々の材料を同時に成膜することにより形成することができ、抵抗加熱蒸着同士による共蒸着法、電子ビーム蒸着同士による共蒸着法、抵抗加熱蒸着と電子ビーム蒸着による共蒸着法、抵抗加熱蒸着とスパッタリングによる成膜、電子ビーム蒸着とスパッタリングによる成膜など、同種、異種の方法を組み合わせて形成することができる。また、特定の目的に調合された組成物の液滴を選択的に吐出（噴出）して所定のパターンに形成することが可能な、液滴吐出（噴出）法（その方式によっては、インクジェット法とも呼ばれる。）、物体が所望のパターンに転写、または描写できる方法、例えば各種印刷法（スクリーン（孔版）印刷、オフセット（平版）印刷、凸版印刷やグラビア（凹版）印刷など所望なパターンで形成される方法）、ディスペンサ法なども用いることができる。また、同時に形成するのではなく、どちらか一方（有機化合物層又は無機化合物層）を形成した後に、イオン注入法やドーピング法などによって他の片方（有機化合物又は無機化合物）を導入し、バッファ層を形成してもよい。
半導体層を形成する化合物半導体としては、例えば酸化物半導体が挙げられる。酸化物半導体としては、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化マグネシウム亜鉛（ＭｇxＺｎ1-xＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ2）、インジウム酸化物（Ｉｎ2Ｏ3）、酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）などの金属酸化物が挙げられる。また、上記酸化物半導体の複数より構成される酸化物半導体でもよく、酸化亜鉛（ＺｎＯ）とインジウム酸化物（Ｉｎ2Ｏ3）と酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）とから構成されるＩｎＧａＯ3（ＺｎＯ）m（ｍは１以上５０未満の整数であり、代表的にはＩｎＧａＯ3（ＺｎＯ）5なども用いることができる。上記半導体は、非晶質、微結晶性、または結晶性のどの構成を有するものであってもよい。半導体材料はｎ型を有する半導体であっても、ｐ型を有する半導体であってもよく、他の不純物元素（アルミニウム、ガリウムなど）を含んで形成してもよい。不純物元素を含む酸化物半導体をターゲットとして用いたスパッタ法や、ＣＶＤ法などにより形成することができる。また、不純物元素を導入（ドーピング法、イオン注入法などによる添加）して、酸化物半導体に不純物元素を有する様にしてもよい。半導体層は、蒸着法、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、スパッタリング法等の方法により単層又は積層して形成することができる。また、液滴吐出法や、印刷法（スクリーン印刷、オフセット印刷、凸版印刷やグラビア（凹版）印刷法など）、スピンコート法などの塗布法、ディッピング法などを用いることもできる。
また、酸化亜鉛などの酸化物半導体は、可視光を透過するため透明である。このような透光性（可視光領域の光を透過する）の半導体材料を用いた半導体層は、可視光の吸収が少ないため、半導体層のチャネル部分に光が入射しても不要な光励起キャリアが発生しない、耐光性の優れた信頼性の高い薄膜トランジスタとすることができる。なお、他の化合物半導体として、窒化物半導体、炭化物半導体等を用いてもよい。
酸化物半導体のような化合物半導体は、他のシリコンや有機半導体材料などの半導体材料と比較して、材料が安価であり作製工程も複雑化しないため、低コストで半導体装置を作製することができる。
また半導体層に不純物元素を含ませて形成し、一導電型（ｎ型又はｐ型）を有する半導体層を形成することができる。半導体層に添加する（含むように形成する）不純物元素としては、１３族元素（ボロン（B））、ガリウム（Ga）、インジウム（In）、タリウム（Tl））、１７族元素（フッ素（F）、塩素（Cl）、臭素（Br）、ヨウ素（I））、１族元素（リチウム（Li）、ナトリウム（Na）、カリウム（K）、ルビジウム（Rb）、セシウム（Cs））、１５族元素（窒素（N）、リン（P）、ヒ素（As）、アンチモン（Sb）、ビスマス（Bi））等を用いることができ、上記元素のうち一種、又は複数種を用いることができる。
不純物元素の添加は、半導体層の一部でもよいし、全体に添加しても良く、その添加量は、薄膜トランジスタ素子の寸法、厚さ、集積度、必要とされる性能（電気的特性など）によって適宜、設定すれば良く、半導体層にわたって均一な濃度としても良いし、濃度勾配を有していても良い。
また、半導体層を積層構造としてもよい。図２５（Ａ）（Ｂ）に、半導体層を積層構造とした例を示す。図２５（Ａ）（Ｂ）は、酸化物半導体層の他に有機材料を含む半導体層である有機半導体層を用いた半導体層を形成する例である。
図２５（Ａ）は、コプラナー型の薄膜トランジスタであり、基板４２０上にゲート電極層４２１、ゲート電極層４２１上にゲート絶縁層４２２が形成され、ゲート絶縁層４２２上にソース電極層又はドレイン電極層４２３ａ及びソース電極層又はドレイン電極層４２３ｂが形成されている。ソース電極層又はドレイン電極層４２３ａ及びソース電極層又はドレイン電極層４２３ｂには、酸化物半導体層である半導体層４２５と有機材料を含む半導体層４２６からなる２層積層の半導体層が形成されている。さらに、ソース電極層又はドレイン電極層４２３ａと半導体層４２５との間には有機化合物及び無機化合物を含む層であるバッファ層４２４ａが設けられ、ソース電極層又はドレイン電極層４２３ｂと半導体層４２５との間には有機化合物及び無機化合物を含む層であるバッファ層４２４ｂが設けられている。
有機材料を含む半導体層４２６は酸化物半導体層である半導体層４２５を保護する機能を有する。所望の形状に整形するために形成時にエッチングによる加工を行う場合、特に有機材料を含む半導体層４２６は半導体層４２５を保護する効果をもたらす。このような構造であると、酸化物半導体層である半導体層４２５がエッチングされやすく、エッチャントやエッチングガスに対する耐性が弱くても、酸化物半導体層である半導体層４２５は保護されエッチングされることはないので、高い信頼性を有する薄膜トランジスタを作製することができる。
また、バッファ層をソース側、ドレイン側、どちらか片方のみ設ける構造としてもよい。バッファ層をソース側あるいはドレイン側どちらか一方のみ設ける構造を図２５（Ｂ）に示す。図２５（Ｂ）は、コプラナー型の薄膜トランジスタであり、基板４３０上にゲート電極層４３１、ゲート電極層４３１上にゲート絶縁層４３２が形成され、ゲート絶縁層４３２上にソース電極層又はドレイン電極層４３３ａ及びソース電極層又はドレイン電極層４３３ｂが形成されている。ソース電極層又はドレイン電極層４３３ａ及びソース電極層又はドレイン電極層４３３ｂには、酸化物半導体層である第１の半導体層４３５と有機材料を含む第２の半導体層４３６からなる２層積層の半導体層が形成されている。さらに、ソース電極層又はドレイン電極層４３３ａと酸化物半導体層である第１の半導体層４２５との間には有機化合物及び無機化合物を含む層であるバッファ層４３４が設けられている。
図２５（Ｂ）において、バッファ層４３４とソース電極層又はドレイン電極層４３３ａとは別々に形成されているので、バッファ層４３４とソース電極層又はドレイン電極層４３３ａとの端部は一致していない断面図の例となっている。このように、バッファ層、ソース電極層、ドレイン電極層、酸化物半導体層、有機材料を含む半導体層は、同工程で同形状に加工してもよいし、それぞれ別工程別形状で形成してもよい。
第１の半導体層上に積層する第２の半導体層として、有機材料を含む半導体層の他に、他の酸化物を含む半導体層を積層してもよい。第２の半導体層に導電型を有する半導体層を用いれば、酸化物半導体層である第１の半導体層の導電性（ｎ型、ｐ型などの導電型）をより制御することができる。ソース電極層及びドレイン電極層側の第１の半導体層より、積層する第２の半導体層の方が導電性が低い場合は、第２の半導体層とソース電極層及びドレイン電極層とは接する構造でもよい。第１の半導体層より第２の半導体層の導電性が高い場合、第２の半導体層はソース電極層及びドレイン電極層と接しない構造とする方が好ましい。
有機材料を含む半導体層４２６は、半導体として、有機半導体材料を用い、印刷法、スプレー法、スピン塗布法、液滴吐出法などで形成することができる。選択的に半導体層を形成できる印刷法や液滴吐出法などを用いると、エッチング工程が必要ないため、工程数を削減することが可能である。有機半導体としては、低分子材料、高分子材料などが用いられ、有機色素、導電性高分子材料などの材料も用いることができる。本発明に用いる有機半導体材料としては、その骨格が共役二重結合から構成されるπ電子共役系の高分子材料が望ましい。代表的には、ポリチオフェン、ポリフルオレン、ポリ（３−アルキルチオフェン）、ポリチオフェン誘導体、ペンタセン等の可溶性の高分子材料を用いることができる。
その他にも用いることができる有機半導体材料としては、可溶性の前駆体を成膜した後で処理することにより半導体層を形成することができる材料がある。なお、このような有機半導体材料としては、ポリチエニレンビニレン、ポリ（２，５−チエニレンビニレン）、ポリアセチレン、ポリアセチレン誘導体、ポリアリレンビニレンなどがある。
前駆体を有機半導体に変換する際には、加熱処理だけではなく塩化水素ガスなどの反応触媒を添加することがなされる。また、これらの可溶性有機半導体材料を溶解させる代表的な溶媒としては、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、アニソール、クロロフォルム、ジクロロメタン、γブチルラクトン、ブチルセルソルブ、シクロヘキサン、ＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）、シクロヘキサノン、２−ブタノン、ジオキサン、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）または、ＴＨＦ（テトラヒドロフラン）などを適用することができる。
バッファ層４２４ａ及びバッファ層４２４ｂは、導電性を有し、有機化合物及び無機化合物を含む層より形成されている。このバッファ層４２４ａ及びバッファ層４２４ｂにより、ソース電極層又はドレイン電極層４２３ａと酸化物半導体層である半導体層４２５と、ソース電極層又はドレイン電極層４２３ｂと酸化物半導体層である半導体層４２５との接触抵抗が低下し、電気的接続を良好にすることができる。
図１（Ｂ）で示すように、基板６０上に、ゲート電極層６１が設けられ、ゲート電極層６１上にゲート絶縁層６２、ゲート絶縁層６２上にソース電極層又はドレイン電極層６３ａ及びソース電極層又はドレイン電極層６３ｂが形成されている。ソース電極層又はドレイン電極層６３ａ及びソース電極層又はドレイン電極層６３ｂ上には半導体層６５が形成されており、ソース電極層又はドレイン電極層６３ａと半導体層６５との間にはバッファ層６４ｂが、ソース電極層又はドレイン電極層６３ｂと半導体層６５との間にはバッファ層６４ｂが設けられている。
図１（Ｂ）の薄膜トランジスタにおいて、バッファ層６４a及びバッファ層６４ｂとは同様のものではなく、異なる材料を用いた有機化合物と無機化合物を含む層である。また、バッファ層６４ａ及びバッファ層６４ｂに同材料を用いる場合でも、含まれる有機化合物と無機化合物の混合比、混合状態などを異ならせて、異なる特性（性質）を有するようにしてもよい。
バッファ層６４ａ及びバッファ層６４ｂは、導電性を有し、有機化合物及び無機化合物を含む層より形成されている。このバッファ層６４ａ及びバッファ層６４ｂにより、ソース電極層又はドレイン電極層６３ａと半導体層６５と、ソース電極層又はドレイン電極層６３ｂと半導体層６５との接触抵抗が低下し、電気的接続を良好にすることができる。
図１（Ａ）の薄膜トランジスタは、バッファ層５４ａ及びバッファ層５４ｂに同材料を用いており、ソース領域もドレイン領域も同材料、同構造の例となっている。このように、ソース側、ドレイン側に同材料からなるバッファ層を用いてもよいし、図１（Ｂ）で示すように異なる材料からなるバッファ層（異なる性質を有するバッファ層）を用いてもよい。また、バッファ層をソース側、ドレイン側、どちらか片方のみ設ける構造としてもよい。
バッファ層によって、薄膜トランジスタの電気特性をさらに精密に制御することができるので、半導体装置の電気的設計の自由度が増し、より必要とされる特性を付与された、高機能、高性能で有用な半導体装置を作製することができる。
また、バッファ層とソース電極層及びドレイン電極層との間に、一導電型を有する半導体層を設ける構造としてもよい。一導電型を有する半導体層とバッファ層の導電性によってはバッファ層と半導体層との間に一導電型を有する半導体層を形成しても良い。
図１（Ｃ）で示すように、基板７０上に、ゲート電極層７１が設けられ、ゲート電極層７１上にゲート絶縁層７２、ゲート絶縁層７２上にソース電極層又はドレイン電極層７３ａ及びソース電極層又はドレイン電極層７３ｂが形成されている。ソース電極層又はドレイン電極層７３ａ及びソース電極層又はドレイン電極層７３ｂ上には半導体層７５が形成されており、ソース電極層又はドレイン電極層７３ａと半導体層７５との間にはバッファ層７４ｂが、ソース電極層又はドレイン電極層７３ｂと半導体層７５との間にはバッファ層７４ｂが設けられている。さらに、ソース電極層又はドレイン電極層７３ａとバッファ層７４ａとの間には一導電型を有する半導体層７６ａが、ソース電極層又はドレイン電極層７３ｂとバッファ層７４ｂとの間には一導電型を有する半導体層７６ｂが設けられている。
一導電型を有する半導体層としては、半導体材料に一導電型を付与する不純物元素を含ませた半導体層を用いることができる。半導体材料としては、前述の酸化物半導体材料（酸化亜鉛、酸化マグネシウム亜鉛、酸化スズ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、有機半導体材料を用いてもよい。上記半導体材料に不純物元素（１３族元素、１７族元素、１族元素、１５族元素）等を、添加した半導体層を用いることができる。例えば、一導電型を有する半導体層として、酸化亜鉛にアルミニウムやガリウムを添加した、アルミニウムを含む酸化亜鉛やガリウムを含む酸化亜鉛などを用いるとよい。また、他の化合物半導体（ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＳｉＣ、ＺｎＳｅ、ＧａＮ、ＳｉＧｅなど）を用いることもできる。半導体層は、結晶性を有していてもいなくても良く、非晶質半導体、微結晶半導体、結晶性半導体どれであってもよい。非晶質半導体を光エネルギーや熱エネルギーを利用して結晶化させ、結晶性半導体を形成することができる。また成膜直後の結晶性を有する半導体層を用いてもよいし、非晶質半導体層と同様に結晶化し、結晶性を向上させてもよい。非晶質半導体層及び結晶性を有する半導体層の結晶化は、熱処理とレーザ光照射による結晶化を組み合わせてもよく、熱処理やレーザ光照射を単独で、複数回行っても良い。
半導体層はスパッタ法、蒸着法、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法（ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法）、塗布法（スピンコート法、ディップ法）、液滴吐出法、ディスペンサ法、印刷法などを用いて成膜することができる。
バッファ層７４ａ及びバッファ層７４ｂは、有機化合物及び無機化合物を含む層より形成されている。このバッファ層７４ａ及びバッファ層７４ｂにより、一導電型を有する半導体層７６ａと半導体層７５と、一導電型を有する半導体層７６ｂと半導体層７５との接触抵抗が低下し、ソース電極層又はドレイン電極層７３ａと半導体層７５と、ソース電極層又はドレイン電極層７３ｂと半導体層７５との電気的接続を良好にすることができる。
本実施の形態では、酸化物半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との間に介在するバッファ層によって、半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との導電性は向上し、電気的に良好な接続を行うことができる。従って薄膜トランジスタの電気的特性が向上し、高性能の半導体装置、表示装置を作製することができる。
酸化物半導体は、他のシリコンや有機半導体材料などの半導体材料と比較して、材料が安価であり作製工程も複雑化しないため、低コストで半導体装置を作製することができる。また、酸化物半導体のような透明な半導体材料は可視光の吸収が少ないため、半導体層のチャネル部分に光が入射しても不要な光励起キャリアが発生しない、耐光性の優れた薄膜トランジスタとすることができる。従って、高速動作を行うことができる高性能、かつ高信頼性の半導体装置、表示装置を作製することもできる。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態について、図２（Ａ）（Ｂ）を用いて説明する。本実施の形態は、本発明を用いた逆スタガ型薄膜トランジスタの例である。よって、実施の形態１と、同一部分又は同様な機能を有する部分の繰り返しの説明は省略する。
本実施の形態では、半導体層として酸化物半導体材料を用い、半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との間に、それぞれ導電性のバッファ層を形成する。バッファ層は有機化合物及び無機化合物を含む層として形成される。酸化物半導体材料を用いた半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との間に介在するバッファ層によって、半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との導電性は向上し、電気的に良好な接続を行うことができる。
図２（Ａ）で示すように、基板８０上に、ゲート電極層８１ａ及びゲート電極層８１ｂが設けられ、ゲート電極層８１ａ及びゲート電極層８１ｂ上にゲート絶縁層８２、ゲート電極層８１ａと重なるゲート絶縁層８２上に酸化物半導体層である半導体層８５ａ、ゲート電極層８１ｂと重なるゲート絶縁層８２上に酸化物半導体層である半導体層８５ｂが形成されている。半導体層８５ａ上にソース電極層又はドレイン電極層８３ａ及びソース電極層又はドレイン電極層８３ｂが、半導体層８５ｂ上にソース電極層又はドレイン電極層８３ｂ及びソース電極層又はドレイン電極層８３ｃが形成されている。ソース電極層又はドレイン電極層８３ａと半導体層８５ａとの間にはバッファ層８４ｂが、ソース電極層又はドレイン電極層８３ｂと半導体層８５ａとの間にはバッファ層８４ｂが設けられている。同様にソース電極層又はドレイン電極層８３ｂと半導体層８５ｂとの間にはバッファ層８４ｂが、ソース電極層又はドレイン電極層８３ｃと半導体層８５ｂとの間にはバッファ層８４ｃが設けられている。薄膜トランジスタ８９ａと薄膜トランジスタ８９ｂとは、ソース電極層又はドレイン電極層８３ｂ及び導電性を有するバッファ層８４ｂにより電気的に接続されている。
バッファ層８４ａ、バッファ層８４ｂ及びバッファ層８４ｃは、導電性を有し、有機化合物及び無機化合物を含む層より形成されている。このバッファ層８４ａ及びバッファ層８４ｂにより、ソース電極層又はドレイン電極層８３ａと半導体層８５ａと、ソース電極層又はドレイン電極層８３ｂと半導体層８５ａとの接触抵抗が低下し、電気的接続を良好にすることができる。同様に、バッファ層８４ｂ及びバッファ層８４ｃにより、ソース電極層又はドレイン電極層８３ｂと半導体層８５ｂと、ソース電極層又はドレイン電極層８３ｃと半導体層８５ｂとの接触抵抗が低下し、電気的接続を良好にすることができる。よって、薄膜トランジスタ８９ａと薄膜トランジスタ８９ｂとの電気的接続も良好となる。
本実施の形態では、薄膜トランジスタ８９ａ及び薄膜トランジスタ８９ｂは同じ導電型を有する（ｎ型を有する、又はｐ型を有する）薄膜トランジスタの例を示すが、片方をｎ型チャネル型薄膜トランジスタ、もう一方をｐ型チャネル型薄膜トランジスタとし、電気的に接続することによってＣＭＯＳ構造を形成することもできる。
図２（Ａ）に示す薄膜トランジスタは、実施の形態１において図１（Ａ）で示した薄膜トランジスタと同様に、同じ性質を有する同材料からなるバッファ層８４ａ、バッファ層８４ｂ及びバッファ層８４ｃを用いている。また、薄膜トランジスタ８９ａと薄膜トランジスタ８９ｂとを接続する、ソース電極層又はドレイン電極層８３ｂ及びバッファ層８４ｂは、同じマスクで同形状に加工されているため、積層構造となっている。勿論、ソース電極層又はドレイン電極層とバッファ層とは個別に形状加工を行ってもよい。また、液滴吐出法などを用いて、エッチング加工を行わず、選択的に導電層、絶縁層などを形成してもよい。液滴吐出法を用いて薄膜トランジスタを形成する例を図２（Ｂ）において示す。
図２（Ｂ）で示すように、基板９０上に、ゲート電極層９１ａ及びゲート電極層９１ｂが設けられ、ゲート電極層９１ａ及びゲート電極層９１ｂ上にゲート絶縁層９２、ゲート電極層９１ａと重なるゲート絶縁層９２上に酸化物半導体層である半導体層９５ａ、ゲート電極層９１ｂと重なるゲート絶縁層９２上に酸化物半導体層である半導体層９５ｂが形成されている。半導体層９５ａ上にソース電極層又はドレイン電極層９３ａ及びソース電極層又はドレイン電極層９３ｂが、半導体層９５ｂ上にソース電極層又はドレイン電極層９３ｂ及びソース電極層又はドレイン電極層９３ｃが形成されている。ソース電極層又はドレイン電極層９３ａと半導体層９５ａとの間にはバッファ層９４ｂが、ソース電極層又はドレイン電極層９３ｂと半導体層９５ａとの間にはバッファ層９４ｂが設けられている。同様にソース電極層又はドレイン電極層９３ｂと半導体層９５ｂとの間にはバッファ層９７ａが、ソース電極層又はドレイン電極層９３ｃと半導体層９５ｂとの間にはバッファ層９７ｂが設けられている。薄膜トランジスタ９９ａと薄膜トランジスタ９９ｂとは、ソース電極層又はドレイン電極層９３ｂにより電気的に接続されている。
バッファ層９４ａ、バッファ層９４ｂ、バッファ層９７ａ及びバッファ層９７ｂは、導電性を有し、有機化合物及び無機化合物を含む層より形成されている。このバッファ層９４ａ、バッファ層９４ｂにより、ソース電極層又はドレイン電極層９３ａと半導体層８５ａと、ソース電極層又はドレイン電極層９３ｂと半導体層９５ａとの接触抵抗が低下し、電気的接続を良好にすることができる。同様に、バッファ層９７ａ及びバッファ層９７ｂにより、ソース電極層又はドレイン電極層９３ｂと半導体層９５ｂと、ソース電極層又はドレイン電極層９３ｃと半導体層９５ｂとの接触抵抗が低下し、電気的接続を良好にすることができる。よって、薄膜トランジスタ９９ａと薄膜トランジスタ９９ｂとの電気的接続も良好となる。
本実施の形態において図２（Ｂ）では、薄膜トランジスタ９９ａ及び薄膜トランジスタ９９ｂは異なる導電型を有する（ｎ型を有する、又はｐ型を有する）薄膜トランジスタの例を示す。図２（Ｂ）において、薄膜トランジスタ９９ａはｎチャネル型薄膜トランジスタであり、薄膜トランジスタ９９ｂはｐチャネル型薄膜トランジスタとし、電気的に接続することによってＣＭＯＳ構造を形成している。
図２（Ｂ）に示す薄膜トランジスタは、異なる導電型を有する薄膜トランジスタであり、用いられるバッファ層も薄膜トランジスタ９９ａと薄膜トランジスタ９９ｂとで異なった性質を有する異なる材料を含んで形成される例である。よって、バッファ層９４ａ及びバッファ層９４ｂと、バッファ層９７ａ及びバッファ層９７ｂとは異なる材料を含んで形成されている。このように、薄膜トランジスタの導電型や、その必要とされる特性に応じて、有機化合物及び無機化合物を含む層であるバッファ層に含まれる材料や形成方法を適宜設定することができる。
本実施の形態の図２（Ｂ）においては、薄膜トランジスタの作製に液滴吐出法を用いている。液滴吐出法を用いて膜（絶縁膜、又は導電膜など）を形成する場合、粒子状に加工された膜材料を含む組成物を吐出し、焼成によって融合や融着接合させ固化することで膜を形成する。このように導電性材料を含む組成物を吐出し、焼成することによって形成された膜においては、スパッタ法などで形成した膜が、多くは柱状構造を示すのに対し、多くの粒界を有する多結晶状態を示すことが多い。また、流動性を有する液状の状態で被形成領域に付着させるため、液状状態の形状を反映し、表面がなだらかで曲率を有する様な形状となる場合がある。
液滴吐出法に用いる液滴吐出手段とは、組成物の吐出口を有するノズルや、１つ又は複数のノズルを具備したヘッド等の液滴を吐出する手段を有するものの総称とする。液滴吐出手段が具備するノズルの径は、０．０２〜１００μｍ（好適には３０μｍ以下）に設定し、該ノズルから吐出される組成物の吐出量は０．００１ｐｌ〜１００ｐｌ（好適には０．１ｐｌ以上４０ｐｌ以下、より好ましくは１０ｐｌ以下）に設定する。吐出量は、ノズルの径の大きさに比例して増加する。また、被処理物とノズルの吐出口との距離は、所望の箇所に滴下するために、出来る限り近づけておくことが好ましく、好適には０．１〜３ｍｍ（好適には１ｍｍ以下）程度に設定する。
吐出口から吐出する組成物は、導電性材料を溶媒に溶解又は分散させたものを用いる。導電性材料とは、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｗ、Ａｌ等の金属の微粒子又は分散性ナノ粒子に相当し、Ｃｄ、Ｚｎの金属硫化物、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｂａなどの酸化物、ハロゲン化銀等の微粒子又は分散性ナノ粒子も混合してもよい。前記導電性材料も混合して用いてもよい。また、透明導電膜として、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）、有機インジウム、有機スズ、酸化亜鉛、窒化チタン等を用いることができる。また、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含むインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ（indium zinc oxide））、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ＺｎＯにガリウム（Ｇａ）をドープしたもの、酸化スズ（ＳｎＯ2）、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物なども用いてもよい。但し、吐出口から吐出する組成物は、比抵抗値を考慮して、金、銀、銅のいずれかの材料を溶媒に溶解又は分散させたものを用いることが好適であり、より好適には、低抵抗な銀、銅を用いるとよい。但し、銀、銅を用いる場合には、不純物対策のため、合わせてバリア膜を設けるとよい。バリア膜としては、窒化珪素膜やニッケルボロン（ＮｉＢ）を用いるとことができる。
吐出する組成物は、導電性材料を溶媒に溶解又は分散させたものであるが、他にも分散剤や、バインダーと呼ばれる熱硬化性樹脂が含まれている。特にバインダーに関しては、焼成時にクラックや不均一な焼きムラが発生するのを防止する働きを持つ。よって、形成される導電層には、有機材料が含まれることがある。含まれる有機材料は、加熱温度、雰囲気、時間により異なる。この有機材料は、金属粒子のバインダー、溶媒、分散剤、及び被覆剤として機能する有機樹脂などであり、代表的には、ポリイミド、アクリル、ノボラック樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、珪素樹脂、フラン樹脂、ジアリルフタレート樹脂等が挙げられる。
また、導電性材料の周りに他の導電性材料がコーティングされ、複数の層になっている粒子でも良い。例えば、銅の周りにニッケルボロン（ＮｉＢ）がコーティングされ、その周囲に銀がコーティングされている３層構造の粒子などを用いても良い。溶媒は、酢酸ブチル、酢酸エチル等のエステル類、イソプロピルアルコール、エチルアルコール等のアルコール類、メチルエチルケトン、アセトン等の有機溶剤等、又は水を用いる。組成物の粘度は２０ｍＰａ・ｓ（ｃｐ）以下が好適であり、これは、乾燥が起こることを防止したり、吐出口から組成物を円滑に吐出できるようにしたりするためである。また、組成物の表面張力は、４０ｍＮ／ｍ以下が好適である。但し、用いる溶媒や、用途に合わせて、組成物の粘度等は適宜調整するとよい。一例として、ＩＴＯや、有機インジウム、有機スズを溶媒に溶解又は分散させた組成物の粘度は５〜２０ｍＰａ・ｓ、銀を溶媒に溶解又は分散させた組成物の粘度は５〜２０ｍＰａ・ｓ、金を溶媒に溶解又は分散させた組成物の粘度は５〜２０ｍＰａ・ｓに設定するとよい。
また、導電層は、複数の導電性材料を積層しても良い。また、始めに導電性材料として銀を用いて、液滴吐出法で導電層を形成した後、銅などでめっきを行ってもよい。めっきは電気めっきや化学（無電界）めっき法で行えばよい。めっきは、めっきの材料を有する溶液を満たした容器に基板表面を浸してもよいが、基板を斜め（または垂直）に立てて設置し、めっきする材料を有する溶液を、基板表面に流すように塗布してもよい。基板を立てて溶液を塗布するようにめっきを行うと、工程装置が小型化する利点がある。
各ノズルの径や所望のパターン形状などに依存するが、ノズルの目詰まり防止や高精細なパターンの作製のため、導電体の粒子の径はなるべく小さい方が好ましく、好適には粒径０．１μｍ以下の粒子サイズが好ましい。組成物は、電解法、アトマイズ法又は湿式還元法等の方法で形成されるものであり、その粒子サイズは、一般的に約０．０１〜１０μｍである。但し、ガス中蒸発法で形成すると、分散剤で保護されたナノ分子は約７ｎｍと微細であり、またこのナノ粒子は、被覆剤を用いて各粒子の表面を覆うと、溶剤中に凝集がなく、室温で安定に分散し、液体とほぼ同じ挙動を示す。従って、被覆剤を用いることが好ましい。
また、組成物を吐出する工程は、減圧下で行ってもよい。減圧下で行うと、導電層の表面に酸化膜などが形成されないため好ましい。組成物を吐出後、乾燥と焼成の一方又は両方の工程を行う。乾燥と焼成の工程は、両工程とも加熱処理の工程であるが、例えば、乾燥は１００度で３分間、焼成は２００〜３５０度で１５分間〜６０分間で行うもので、その目的、温度と時間が異なるものである。乾燥の工程、焼成の工程は、常圧下又は減圧下で、レーザ光の照射や瞬間熱アニール、加熱炉などにより行う。なお、この加熱処理を行うタイミングは特に限定されない。乾燥と焼成の工程を良好に行うためには、基板を加熱しておいてもよく、そのときの温度は、基板等の材質に依存するが、一般的には１００〜８００度（好ましくは２００〜３５０度）とする。本工程により、組成物中の溶媒の揮発、又は化学的に分散剤を除去するとともに、周囲の樹脂が硬化収縮することで、ナノ粒子間を接触させ、融合と融着を加速する。
レーザ光の照射は、連続発振またはパルス発振の気体レーザ又は固体レーザを用いれば良い。前者の気体レーザとしては、エキシマレーザ、ＹＡＧレーザ等が挙げられ、後者の固体レーザとしては、Ｃｒ、Ｎｄ等がドーピングされたＹＡＧ、ＹＶＯ4、ＧｄＶＯ4等の結晶を使ったレーザ等が挙げられる。なお、レーザ光の吸収率の関係から、連続発振のレーザを用いることが好ましい。また、パルス発振と連続発振を組み合わせたレーザ照射方法を用いてもよい。但し、基板１００の耐熱性に依っては、レーザ光の照射による加熱処理は、該基板１００を破壊しないように、数マイクロ秒から数十秒の間で瞬間的に行うとよい。瞬間熱アニール（ＲＴＡ）は、不活性ガスの雰囲気下で、紫外光乃至赤外光を照射する赤外ランプやハロゲンランプなどを用いて、急激に温度を上昇させ、数分〜数マイクロ秒の間で瞬間的に熱を加えて行う。この処理は瞬間的に行うために、実質的に最表面の薄膜のみを加熱することができ、下層の膜には影響を与えない。つまり、プラスチック基板等の耐熱性が弱い基板にも影響を与えない。
また、液滴吐出法により、液状の組成物を吐出し、被形成物を形成した後、その平坦性を高めるために表面を圧力によってプレスして平坦化してもよい。プレスの方法としては、ローラー状のものを表面に走査することによって、凹凸をならすように軽減したり、平坦な板状な物で表面を垂直にプレスしてもよい。プレスする時に、加熱工程を行っても良い。また溶剤等によって表面を軟化、または融解させエアナイフで表面の凹凸部を除去しても良い。また、ＣＭＰ法を用いて研磨しても良い。この工程は、液滴吐出法によって凹凸が生じる場合に、その表面の平坦化する場合適用することができる。
上記液滴吐出法による膜の形成方法を、導電層を例として説明したが、吐出、乾燥、焼成、溶媒等の条件、及び詳細な説明は、本実施の形態で形成する絶縁層にも適用することができる。液滴吐出法を組み合わせることで、スピンコート法などによる全面塗布形成に比べ、コストダウンが可能になる。
薄膜トランジスタ９９ａ及び薄膜トランジスタ９９ｂはそれぞれチャネル保護層９６ａ、チャネル保護層９６ｂを有するチャネル保護型の逆スタガ薄膜トランジスタである。チャネル保護層９６ａ、チャネル保護層９６ｂによって酸化物半導体層である半導体層９５ａ、半導体層９５ｂは保護されるため、他の工程時による表面の損傷を防ぐことができる。本実施の形態の図２（Ｂ）においては、液滴吐出法を用いて選択的にソース電極層又はドレイン電極層９３ａ、ソース電極層又はドレイン電極層９３ｂ、及びソース電極層又はドレイン電極層９３ｃを形成するが、所望の形状に整形するために形成時にエッチングによる加工を行う場合、特にチャネル保護層は半導体層を保護する効果をもたらす。このような構造であると、酸化物半導体層である半導体層９５ａ及び酸化物半導体層である半導体層９５ｂがエッチングされやすく、エッチャントやエッチングガスに対する耐性が弱くても、半導体層のチャネル部分は保護されエッチングされることはないので、高い信頼性を有する薄膜トランジスタを作製することができる。
チャネル保護層９６ａ及びチャネル保護層９６ｂとしては、無機材料（酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素など）、感光性または非感光性の有機材料（有機樹脂材料）（ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、レジスト、ベンゾシクロブテンなど）の一種、もしくは複数種からなる膜、またはこれらの膜の積層などを用いることができる。また、シロキサン樹脂を用いてもよい。なお、シロキサン樹脂とは、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む樹脂に相当する。シロキサンは、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成される。置換基として、少なくとも水素を含む有機基（例えばアルキル基、芳香族炭化水素）が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いてもよい。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。作製法としては、プラズマＣＶＤ法や熱ＣＶＤ法などの気相成長法、スパッタリング法、蒸着法を用いることができる。また、液滴吐出法や、印刷法（スクリーン印刷やオフセット印刷、凸版印刷やグラビア（凹版）印刷法など）を用いることもできる。塗布法で得られる塗布膜なども用いることができる。
本実施の形態では、酸化物半導体材料を用いた半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との間に介在するバッファ層によって、半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との導電性は向上し、電気的に良好な接続を行うことができる。従って薄膜トランジスタの電気的特性が向上し、高性能の半導体装置、表示装置を作製することができる。
酸化物半導体のような化合物半導体は、他のシリコンや有機半導体材料などの半導体材料と比較して、材料が安価であり作製工程も複雑化しないため、低コストで半導体装置を作製することができる。また、酸化物半導体のような透明な半導体材料は可視光の吸収が少ないため、半導体層のチャネル部分に光が入射しても不要な光励起キャリアが発生しない、耐光性の優れた薄膜トランジスタとすることができる。従って、高速動作を行うことができる高性能、かつ高信頼性の半導体装置、表示装置を作製することもできる。
（実施の形態３）
本発明の実施の形態について、図３（Ａ）（Ｂ）を用いて説明する。本実施の形態は、本発明を用いたトップゲート構造の薄膜トランジスタの例である。よって、実施の形態１と、同一部分又は同様な機能を有する部分の繰り返しの説明は省略する。
本実施の形態では、半導体層として酸化物半導体材料を用い、半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との間に、それぞれ導電性のバッファ層を形成する。バッファ層は有機化合物及び無機化合物を含む層として形成される。酸化物半導体材料を用いた半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との間に介在するバッファ層によって、半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との導電性は向上し、電気的に良好な接続を行うことができる。ゲート電極層、酸化物半導体材料を含む半導体層、ソース電極層又はドレイン電極層などの材料、作製方法は実施の形態１と同様な材料を用いて行うことができる。
図３（Ａ）は、トップゲート構造であるプレーナ型薄膜トランジスタである。下地膜として絶縁層４０７が設けられた基板４００上に、酸化物半導体である半導体層４０５が形成され、半導体層４０５のチャネル形成領域を覆うチャネル保護層４０６が形成されている。酸化物半導体である半導体層４０５のソース領域及びドレイン領域上に、ソース電極層又はドレイン電極層４０３ａ及びソース電極層又はドレイン電極層４０３ｂが形成されている。ソース電極層又はドレイン電極層４０３ａと半導体層４０５の間にはバッファ層４０４ａが設けられており、ソース電極層又はドレイン電極層４０３ｂと半導体層４０５の間にはバッファ層４０４ｂが設けられている。
半導体層４０５、チャネル保護層４０６、バッファ層４０４ａ、バッファ層４０４ｂ、ソース電極層又はドレイン電極層４０３ａ、及びソース電極層又はドレイン電極層４０３ｂ上にゲート絶縁層４０２が設けられ、半導体層４０５のチャネル形成領域と重なるゲート絶縁層４０２上にゲート電極層４０１が形成されている。
バッファ層４０４ａ及びバッファ層４０４ｂは、導電性を有し、有機化合物及び無機化合物を含む層より形成されている。このバッファ層４０４ａ及びバッファ層４０４ｂにより、ソース電極層又はドレイン電極層４０３ａと半導体層４０５と、ソース電極層又はドレイン電極層４０３ｂと半導体層４０５との接触抵抗が低下し、電気的接続を良好にすることができる。
図３（Ａ）に示す薄膜トランジスタはチャネル保護層４０６を有するチャネル保護型の薄膜トランジスタである。チャネル保護層４０６によって酸化物半導体層である半導体層４０５のチャネル形成領域は覆われるため、他の工程時による表面の損傷を防ぐことができる。よって、ソース電極層又はドレイン電極層４０３ａ、ソース電極層又はドレイン電極層４０３ｂを所望の形状に加工するために行うエッチング工程において、特にチャネル保護層は半導体層を保護する効果をもたらす。このような構造であると、酸化物半導体層である半導体層４０５がエッチングされやすく、エッチャントやエッチングガスに対する耐性が弱くても、半導体層のチャネル部分は保護されエッチングされることはないので、高い信頼性を有する薄膜トランジスタを作製することができる。
勿論、本発明を適用して、チャネル保護層を形成しない、いわゆるチャネルエッチ型の薄膜トランジスタも作製することができる。酸化物半導体層である半導体層と、ソース電極層及びドレイン電極層とのエッチング加工における選択比が高い場合や、エッチング加工を行わず選択的に電極層を形成する液滴吐出法や印刷法などを用いる場合などに適している。チャネルエッチ型であると、工程が簡略化するため、低コスト化、生産性の向上などの利点がある。
図３（Ｂ）は、順スタガ型薄膜トランジスタである。下地膜として絶縁膜４１７が設けられた基板４１０上に、ソース電極層又はドレイン電極層４１３ａ及びソース電極層又はドレイン電極層４１３ｂが形成され、酸化物半導体層である半導体層４１５が形成されている。ソース電極層又はドレイン電極層４１３ａと半導体層４１５の間にはバッファ層４１４ａが設けられており、ソース電極層又はドレイン電極層４１３ｂと半導体層４１５の間にはバッファ層４１４ｂが設けられている。
半導体層４１５、バッファ層４１４ａ、バッファ層４１４ｂ、ソース電極層又はドレイン電極層４１３ａ、及びソース電極層又はドレイン電極層４１３ｂ上にゲート絶縁層４１２が設けられ、半導体層４１５のチャネル形成領域と重なるゲート絶縁層４１２上にゲート電極層４１１が形成されている。
バッファ層４１４ａ及びバッファ層４１４ｂは、導電性を有し、有機化合物及び無機化合物を含む層より形成されている。このバッファ層４１４ａ及びバッファ層４１４ｂにより、ソース電極層又はドレイン電極層４１３ａと半導体層４１５と、ソース電極層又はドレイン電極層４１３ｂと半導体層４１５との接触抵抗が低下し、電気的接続を良好にすることができる。
図３（Ａ）（Ｂ）の薄膜トランジスタは、バッファ層４０４ａ、バッファ層４０４ｂ、バッファ層４１４ａ、及びバッファ層４１４ｂに同材料を用いており、ソース領域もドレイン領域も同材料、同構造の例となっている。このように、ソース側、ドレイン側に同材料からなるバッファ層を用いてもよいし、異なる材料からなるバッファ層（異なる性質を有するバッファ層）を用いてもよい。また、バッファ層をソース側、ドレイン側、どちらか片方のみ設ける構造としてもよい。
バッファ層によって、薄膜トランジスタの電気特性をさらに精密に制御することができるので、半導体装置の電気的設計の自由度が増し、より必要とされる特性を付与された、高機能、高性能で有用な半導体装置を作製することができる。
また、バッファ層とソース電極層及びドレイン電極層との間に、一導電型を有する半導体層を設ける構造としてもよい。一導電型を有する半導体層とバッファ層の導電性によってはバッファ層と半導体層との間に一導電型を有する半導体層を形成しても良い。
また、半導体層として、酸化物半導体層のような化合物半導体層の他に有機半導体層を用いた半導体層を形成し、半導体層を積層構造としてもよい。例えば、有機化合物及び無機化合物を含む層であるバッファ層と酸化物半導体層との間に有機半導体材料を用いた有機半導体層を設ける構造とすればよい。酸化物半導体層とバッファ層とに密着性のよい有機半導体層を設ければ、酸化物半導体層とバッファ層とが安定して積層され、より半導体装置の信頼性を向上することができる。
本実施の形態では、酸化物半導体材料を用いた半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との間に介在するバッファ層によって、半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との導電性は向上し、電気的に良好な接続を行うことができる。従って薄膜トランジスタの電気的特性が向上し、高性能の半導体装置、表示装置を作製することができる。
酸化物半導体のような化合物半導体は、他のシリコンや有機半導体材料などの半導体材料と比較して、材料が安価であり作製工程も複雑化しないため、低コストで半導体装置を作製することができる。また、酸化物半導体のような透明な半導体材料は可視光の吸収が少ないため、半導体層のチャネル部分に光が入射しても不要な光励起キャリアが発生しない、耐光性の優れた薄膜トランジスタとすることができる。従って、高速動作を行うことができる高性能、かつ高信頼性の半導体装置、表示装置を作製することもできる。
（実施の形態４）
図１７（Ａ）は本発明に係る表示パネルの構成を示す上面図であり、絶縁表面を有する基板２７００上に画素２７０２をマトリクス上に配列させた画素部２７０１、走査線側入力端子２７０３、信号線側入力端子２７０４が形成されている。画素数は種々の規格に従って設ければ良く、ＸＧＡであってＲＧＢを用いたフルカラー表示であれば１０２４×７６８×３（ＲＧＢ）、ＵＸＧＡであってＲＧＢを用いたフルカラー表示であれば１６００×１２００×３（ＲＧＢ）、フルスペックハイビジョンに対応させ、ＲＧＢを用いたフルカラー表示であれば１９２０×１０８０×３（ＲＧＢ）とすれば良い。
画素２７０２は、走査線側入力端子２７０３から延在する走査線と、信号線側入力端子２７０４から延在する信号線とが交差することで、マトリクス状に配設される。画素２７０２のそれぞれには、スイッチング素子とそれに接続する画素電極が備えられている。スイッチング素子の代表的な一例はＴＦＴであり、ＴＦＴのゲート電極側が走査線と、ソース若しくはドレイン側が信号線と接続されることにより、個々の画素を外部から入力する信号によって独立して制御可能としている。
図１７（Ａ）は、走査線及び信号線へ入力する信号を、外付けの駆動回路により制御する表示パネルの構成を示しているが、図１８（Ａ）に示すように、ＣＯＧ(Chip on Glass)方式によりドライバＩＣ２７５１を基板２７００上に実装しても良い。また他の実装形態として、図１８（Ｂ）に示すようなＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）方式を用いてもよい。ドライバＩＣは単結晶半導体基板に形成されたものでも良いし、ガラス基板上にＴＦＴで回路を形成したものであっても良い。図１８において、ドライバＩＣ２７５１は、ＦＰＣ２７５０と接続している。
また、画素に設けるＴＦＴを、結晶性が高い多結晶（微結晶）半導体で形成する場合には、図１７（Ｂ）に示すように走査線側駆動回路３７０２を基板３７００上に形成することもできる。図１８（Ｂ）において、３７０１は画素部であり、信号線側駆動回路は、図１７（Ａ）と同様に外付けの駆動回路により制御する。本発明で形成するＴＦＴのように、画素に設けるＴＦＴを移動度の高い、多結晶（微結晶）半導体、単結晶半導体などで形成する場合は、図１７（Ｃ）は、走査線駆動回路４７０２と、信号線駆動回路４７０４を基板４７００上に一体形成することもできる。
本実施の形態について、図４乃至図８を用いて説明する。より詳しくは、本発明を適用した、ボトムゲート構造のコプラナー型の薄膜トランジスタを有する表示装置の作製方法について説明する。図４乃至図６の（Ａ）は表示装置画素部の上面図であり、図４乃至図６の（Ｂ）は、図４乃至図６の（Ａ）における線Ａ−Ｃによる断面図、（Ｃ）は線Ｂ−Ｄによる断面図である。図７は表示装置の断面図であり、図８（Ａ）は上面図である。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）における線Ｌ−Ｂ（線Ｉ−Ｊを含む）による断面図である。
基板１００は、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス等からなるガラス基板、石英基板、金属基板、又は本実施の形態作製工程の処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基板を用いる。また、基板１００の表面が平坦化されるようにＣＭＰ法などによって、研磨しても良い。
なお、基板１００上に、実施の形態３で示した絶縁層４０７及び絶縁層４０８のように、下地膜となる絶縁層を形成してもよい。絶縁層は、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、スパッタリング法、スピンコート法等の方法により、珪素を含む酸化物材料、窒化物材料を用いて、単層又は積層して形成される。又はアクリル酸、メタクリル酸及びこれらの誘導体、又はポリイミド(polyimide)、芳香族ポリアミド、ポリベンゾイミダゾール(polybenzimidazole)などの耐熱性高分子、又はシロキサン樹脂を用いてもよい。また、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラールなどのビニル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ノボラック樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂等の樹脂材料を用いてもよい。また、ベンゾシクロブテン、パリレン、ポリイミドなどの有機材料、水溶性ホモポリマーと水溶性共重合体を含む組成物材料等を用いてもよい。また、液滴吐出法や、印刷法（スクリーン印刷、オフセット印刷、凸版印刷やグラビア（凹版）印刷法など）、スピンコート法などの塗布法、ディッピング法などを用いることもできる。この絶縁層は、形成しなくても良いが、基板１００からの汚染物質などを遮断する効果がある。
基板１００上に、ゲート電極層１０３及びゲート電極層１０４を形成する。ゲート電極層１０３及びゲート電極層１０４は、ＣＶＤ法やスパッタ法、液滴吐出法などを用いて形成することができる。ゲート電極層１０３及びゲート電極層１０４は、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕから選ばれた元素、又は前記元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料で形成すればよい。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜や、ＡｇＰｄＣｕ合金を用いてもよい。また、単層構造でも複数層の構造でもよく、例えば、窒化タングステン膜とモリブデン膜との２層構造としてもよいし、膜厚５０nmのタングステン膜、膜厚５００nmのアルミニウムとシリコンの合金（Ａｌ−Ｓｉ）膜、膜厚３０nmの窒化チタン膜を順次積層した３層構造としてもよい。また、３層構造とする場合、第１の導電膜のタングステンに代えて窒化タングステンを用いてもよいし、第２の導電膜のアルミニウムとシリコンの合金（Ａｌ−Ｓｉ）膜に代えてアルミニウムとチタンの合金膜（Ａｌ−Ｔｉ）を用いてもよいし、第３の導電膜の窒化チタン膜に代えてチタン膜を用いてもよい。
ゲート電極層１０３及びゲート電極層１０４に可視光に対して透光性を有する透光性の材料を用いることもできる。透光性の導電材料としては、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）、有機インジウム、有機スズ、酸化亜鉛等を用いることができる。また、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含むインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ（indium zinc oxide））、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ＺｎＯにガリウム（Ｇａ）をドープしたもの、酸化スズ（ＳｎＯ2）、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物なども用いてもよい。
ゲート電極層１０３及びゲート電極層１０４を形成するのにエッチングにより加工が必要な場合、マスクを形成し、ドライエッチングまたはドライエッチングにより加工すればよい。ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用い、エッチング条件（コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加される電力量、基板側の電極温度等）を適宜調節することにより、電極層をテーパー形状にエッチングすることができる。なお、エッチング用ガスとしては、Ｃｌ2、ＢＣｌ3、ＳｉＣｌ4もしくはＣＣｌ4などを代表とする塩素系ガス、ＣＦ4、ＳＦ6もしくはＮＦ3などを代表とするフッ素系ガス又はＯ2を適宜用いることができる。
マスクは組成物を選択的に吐出して形成することができる。このように選択的にマスクを形成するとマスクの形状を加工する工程が簡略化する効果がある。マスクは、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ノボラック樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂等の樹脂材料を用いる。また、ベンゾシクロブテン、パリレン、フレア、透過性を有するポリイミドなどの有機材料、シロキサン系ポリマー等の重合によってできた化合物材料、水溶性ホモポリマーと水溶性共重合体を含む組成物材料等を用いて液滴吐出法で形成する。或いは、感光剤を含む市販のレジスト材料を用いてもよく、例えば、代表的なポジ型レジストである、ノボラック樹脂と感光剤であるナフトキノンジアジド化合物、ネガ型レジストであるベース樹脂、ジフェニルシランジオール及び酸発生剤などを用いてもよい。いずれの材料を用いるとしても、その表面張力と粘度は、溶媒の濃度を調整したり、界面活性剤等を加えたりして適宜調整する。
また、本実施の形態で、マスクを液滴吐出法によって形成する際、前処理として、被形成領域及びその近傍のぬれ性を制御する処理を行ってもよい。本発明において、液滴吐出法により液滴を吐出して導電層、又は絶縁層を形成する際、導電層、又は絶縁層の被形成領域及びその周囲のぬれ性を制御して、導電層、又は絶縁層の形状を制御することができる。この処理によって、制御性よく導電層、又は絶縁層を形成することができる。ぬれ性の制御は、形成する導電層、又は絶縁層の形状に合わせて行えばよく、均一なぬれ性としてもよいし、ぬれ性に高低を設け被形成領域にぬれ性の異なる複数の領域を形成してもよい。この工程は、液状材料を用いる場合、あらゆる導電層、又は絶縁層形成の前処理として適用することができる。
本明細書において形成される膜は、その形成条件によっては非常に薄膜である場合があり、非連続的な島状構造であるなど、膜として形態を保っていなくてもよい。
次に、ゲート電極層１０３、ゲート電極層１０４の上にゲート絶縁層１０５を形成する。ゲート絶縁層１０５としては、珪素の酸化物材料又は窒化物材料等の材料、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、それらの積層などを用いて形成することができ、積層でも単層でもよい。本実施の形態では、窒素を含む酸化珪素膜を、ＣＶＤ法によって膜厚１１５ｎｍ形成する。また、窒素を含む酸化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜、窒化珪素膜、酸化珪素膜の単層、それらの積層でも良い。なお、アルゴンなどの希ガス元素を反応ガスに含ませ、形成される絶縁層中に混入させても良い。
また、基板、絶縁層、半導体層、ゲート絶縁層、層間絶縁層、その他表示装置、半導体装置を構成する絶縁層、導電層などを形成した後、プラズマ処理を用いて酸化または窒化を行うことにより前記基板、絶縁層、半導体層、ゲート絶縁層、層間絶縁層表面を酸化または窒化してもよい。プラズマ処理を用いて半導体層や絶縁層を酸化または窒化すると、当該半導体層や絶縁層の表面が改質され、ＣＶＤ法やスパッタ法により形成した絶縁層と比較してより緻密な絶縁層とすることができる。よって、ピンホール等の欠陥を抑制し半導体装置の特性等を向上させることが可能となる。また上記の様なプラズマ処理は、ゲート電極層、ソース配線層、ドレイン配線層などの導電層などにも行うことができ、窒化又は酸化（又は窒化及び酸化両方）を行うことによって表面に窒化、又は酸化することができる。
また、プラズマ処理は、上記ガスの雰囲気中において、電子密度が１×１０11ｃｍ-3以上であり、プラズマの電子温度が１．５ｅＶ以下で行う。より詳しくいうと、電子密度が１×１０11ｃｍ-3以上１×１０13ｃｍ-3以下で、プラズマの電子温度が０．５ｅＶ以上１．５ｅＶ以下で行う。プラズマの電子密度が高密度であり、基板上に形成された被処理物付近での電子温度が低いため、被処理物に対するプラズマによる損傷を防止することができる。また、プラズマの電子密度が１×１０11ｃｍ-3以上と高密度であるため、プラズマ処理を用いて、被照射物を酸化または窒化することよって形成される酸化膜または窒化膜は、ＣＶＤ法やスパッタ法等により形成された膜と比較して膜厚等が均一性に優れ、且つ緻密な膜を形成することができる。また、プラズマの電子温度が１．５ｅＶ以下と低いため、従来のプラズマ処理や熱酸化法と比較して低温度で酸化または窒化処理を行うことができる。たとえば、ガラス基板の歪点よりも１００度以上低い温度でプラズマ処理を行っても十分に酸化または窒化処理を行うことができる。なお、プラズマを形成するための周波数としては、マイクロ波（２．４５ＧＨｚ）等の高周波を用いることができる。なお、以下に特に断らない場合は、プラズマ処理として上記条件を用いて行うものとする。
レジストやポリイミド等の絶縁材料からなるマスクを液滴吐出法を用いて形成し、そのマスクを用いて、エッチング加工によりゲート絶縁層１０５の一部に開口１２５を形成して、その下層側に配置されているゲート電極層１０４の一部を露出させる。エッチング加工はプラズマエッチング（ドライエッチング）又はウェットエッチングのどちらを採用しても良いが、大面積基板を処理するにはプラズマエッチングが適している。エッチングガスとしては、ＣＦ4、ＮＦ3などのフッ素の系ガス、Ｃｌ2、ＢＣｌ3などの塩素系のガスを用い、ＨｅやＡｒなどの不活性ガスを適宜加えても良い。また、大気圧放電のエッチング加工を適用すれば、局所的な放電加工も可能であり、基板の全面にマスク層を形成する必要はない。
開口１２５を形成するためのエッチングに用いるマスクも組成物を選択的に吐出して形成することができる。このように選択的にマスクを形成すると開口形成の工程が簡略化する効果がある。マスクは、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ノボラック樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂等の樹脂材料を用いる。また、ベンゾシクロブテン、パリレン、透過性を有するポリイミドなどの有機材料、シロキサンポリマー等の重合によってできた化合物材料、水溶性ホモポリマーと水溶性共重合体を含む組成物材料等を用いて液滴吐出法で形成する。或いは、感光剤を含む市販のレジスト材料を用いてもよく、例えば、代表的なポジ型レジストである、ノボラック樹脂と感光剤であるナフトキノンジアジド化合物、ネガ型レジストであるベース樹脂、ジフェニルシランジオール及び酸発生剤などを用いてもよい。いずれの材料を用いるとしても、その表面張力と粘度は、溶媒の濃度を調整したり、界面活性剤等を加えたりして適宜調整する。
ゲート絶縁層１０５上に、ソース電極層又はドレイン電極層１１１、ソース電極層又はドレイン電極層１１２、ソース電極層又はドレイン電極層１１３、ソース電極層又はドレイン電極層１１４を形成する（図４参照。）。ソース電極層又はドレイン電極層１１１は、ゲート絶縁層１０５に形成した開口１２５において、ゲート電極層１０４に接して形成され電気的に接続する。ソース電極層又はドレイン電極層１１３は、電源線としても機能する（図４参照。）。ソース電極層又はドレイン電極層１１３、ゲート絶縁層１０５、及びゲート電極層１０４の積層領域において容量も形成される。
ソース電極層又はドレイン電極層１１１、ソース電極層又はドレイン電極層１１２、ソース電極層又はドレイン電極層１１３、ソース電極層又はドレイン電極層１１４は、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、蒸着法等により導電膜を成膜した後、所望の形状にエッチングして形成することができる。また、印刷法、電界メッキ法等により、所定の場所に選択的にソース電極層又はドレイン電極層を形成することができる。更にはリフロー法、ダマシン法を用いても良い。ソース電極層又はドレイン電極層の材料は、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｗ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｂａ等の金属又はその合金、若しくはその金属窒化物を用いて形成すればよい。また透光性の材料も用いることができる。
また、透光性の導電性材料であれば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含むインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ（indium zinc oxide））、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ＺｎＯにガリウム（Ｇａ）をドープしたもの、酸化スズ（ＳｎＯ2）、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物などを用いることができる。
次にソース電極層又はドレイン電極層１１１上にバッファ層１０９ａを、ソース電極層又はドレイン電極層１１２にバッファ層１０９ｂを、ソース電極層又はドレイン電極層１１３上にバッファ層１１０ｂを、ソース電極層又はドレイン電極層１１４上にバッファ層１１０ａをそれぞれ形成する。
バッファ層１０９ａ、バッファ層１０９ｂ、バッファ層１１０ａ及びバッファ層１１０ｂは、導電性を有し、有機化合物及び無機化合物を含む層より形成されている（図５参照。）。
バッファ層である有機化合物及び無機化合物を含む層は、電子ビーム蒸着法、共蒸着などの蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法や、混合溶液を用いたスピンコート法など塗布法、ゾル−ゲル法を用いることができる。バッファ層は各々の材料を同時に成膜することにより形成することができ、抵抗加熱蒸着同士による共蒸着法、電子ビーム蒸着同士による共蒸着法、抵抗加熱蒸着と電子ビーム蒸着による共蒸着法、抵抗加熱蒸着とスパッタリングによる成膜、電子ビーム蒸着とスパッタリングによる成膜など、同種、異種の方法を組み合わせて形成することができる。また、特定の目的に調合された組成物の液滴を選択的に吐出（噴出）して所定のパターンに形成することが可能な、液滴吐出（噴出）法（その方式によっては、インクジェット法とも呼ばれる。）、物体が所望のパターンに転写、または描写できる方法、例えば各種印刷法（スクリーン（孔版）印刷、オフセット（平版）印刷、凸版印刷やグラビア（凹版）印刷など所望なパターンで形成される方法）、ディスペンサ法なども用いることができる。また、同時に形成するのではなく、どちらか一方（有機化合物層又は無機化合物層）を形成した後に、イオン注入法やドーピング法などによって他の片方（有機化合物又は無機化合物）を導入し、バッファ層を形成してもよい。
本実施の形態では、バッファ層１０９ａ、バッファ層１０９ｂ、バッファ層１１０ａ及びバッファ層１１０ｂに同材料を用いており、ソース領域もドレイン領域も同材料、同構造の例となっている。このように、ソース側、ドレイン側に同材料からなるバッファ層を用いてもよいし、異なる材料からなるバッファ層（異なる性質を有するバッファ層）を用いてもよい。また、バッファ層をソース側、ドレイン側、どちらか片方のみ設ける構造としてもよい。また、薄膜トランジスタごとに用いるバッファ層を異なる材料で形成し、異なる特性を有するようにしてもよく、例えばバッファ層１０９ａ及びバッファ層１０９ｂを第１の有機化合物及び無機化合物を含む層で形成し、バッファ層１１０ａ及びバッファ層１１０ｂを第１の有機化合物及び無機化合物を含む層と異なる材料を含む第２の有機化合物及び無機化合物を含む層としてもよい。
バッファ層１０９ａ及びバッファ層１０９ｂ上に酸化物半導体層である半導体層１０７を形成し、バッファ層１１０ａ及びバッファ層１１０ｂ上に酸化物半導体層である半導体層１０８を形成する（図６参照。）。
このバッファ層１０９ａ及びバッファ層１０９ｂにより、ソース電極層又はドレイン電極層１１１と半導体層１０７と、ソース電極層又はドレイン電極層１１２と半導体層１０７との接触抵抗が低下し、電気的接続を良好にすることができる。同様に、バッファ層１１０ａ及びバッファ層１１０ｂにより、ソース電極層又はドレイン電極層１１４と半導体層１０８と、ソース電極層又はドレイン電極層１１３と半導体層１０８との接触抵抗が低下し、電気的接続を良好にすることができる。
半導体層に用いる材料とソース電極層及びドレイン電極層に用いる材料の組み合わせによっては、導通できない、また高抵抗となるなどの電気的特性が低下する場合がある。よって、半導体層に用いる材料とソース電極層及びドレイン電極層に用いる材料は適宜選択する必要がある。本発明では、ソース電極層及びドレイン電極層と酸化物半導体層である半導体層とをバッファ層を介して積層し電気的に接続するため、上記のような電気的特性の低下を防ぎ、かつ材料の自由に選択することができる。そのため、必要とされる特性（電気的特性、信頼性に関する特性（材料の積層状態（密着性など）））を満たすような半導体装置を作製することができる。
このようにバッファ層によって、薄膜トランジスタの電気特性をさらに精密に制御することができるので、半導体装置の電気的設計の自由度が増し、より必要とされる特性を付与された、高機能、高性能で有用な半導体装置を作製することができる。
半導体層を形成する化合物半導体としては、例えば酸化物半導体が挙げられる。酸化物半導体としては、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化マグネシウム亜鉛（ＭｇxＺｎ1-xＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ2）、インジウム酸化物（Ｉｎ2Ｏ3）、酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）などの金属酸化物が挙げられる。また、上記酸化物半導体の複数より構成される酸化物半導体でもよく、酸化亜鉛（ＺｎＯ）とインジウム酸化物（Ｉｎ2Ｏ3）と酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）とから構成されるＩｎＧａＯ3（ＺｎＯ）m（ｍは１以上５０未満の整数であり、代表的にはＩｎＧａＯ3（ＺｎＯ）5なども用いることができる。半導体材料はｎ型を有する半導体であっても、ｐ型を有する半導体であってもよく、他の不純物元素（アルミニウム、ガリウムなど）を含んで形成してもよい。不純物元素を含む酸化物半導体をターゲットとして用いたスパッタ法や、ＣＶＤ法などにより形成することができる。また、不純物元素を導入（ドーピング法、イオン注入法などによる添加）して、酸化物半導体に不純物元素を有する様にしてもよい。半導体層は、蒸着法、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、スパッタリング法等の方法により単層又は積層して形成することができる。また、液滴吐出法や、印刷法（スクリーン印刷、オフセット印刷、凸版印刷やグラビア（凹版）印刷法など）、スピンコート法などの塗布法、ディッピング法などを用いることもできる。
また、酸化亜鉛などの酸化物半導体は、可視光を透過するため透明である。このような透光性（可視光領域の光を透過する）の半導体材料を用いた半導体層は、可視光の吸収が少ないため、半導体層のチャネル部分に光が入射しても不要な光励起キャリアが発生しない、耐光性の優れた信頼性の高い薄膜トランジスタとすることができる。なお、他の化合物半導体として、窒化物半導体、炭化物半導体等を用いてもよい。
酸化物半導体のような化合物半導体は、他のシリコンや有機半導体材料などの半導体材料と比較して、材料が安価であり作製工程も複雑化しないため、低コストで半導体装置を作製することができる。
また半導体層に不純物元素を含ませて形成し、一導電型（ｎ型又はｐ型）を有する半導体層を形成することができる。半導体層に添加する（含むように形成する）不純物元素としては、１３族元素（ボロン（B））、ガリウム（Ga）、インジウム（In）、タリウム（Tl））、１７族元素（フッ素（F）、塩素（Cl）、臭素（Br）、ヨウ素（I））、１族元素（リチウム（Li）、ナトリウム（Na）、カリウム（K）、ルビジウム（Rb）、セシウム（Cs））、１５族元素（窒素（N）、リン（P）、ヒ素（As）、アンチモン（Sb）、ビスマス（Bi））等を用いることができ、上記元素のうち一種、又は複数種を用いることができる。
不純物元素の添加は、半導体層の一部でもよいし、全体に添加しても良く、その添加量は、薄膜トランジスタ素子の寸法、厚さ、集積度、必要とされる性能（電気的特性など）によって適宜、設定すれば良く、半導体層にわたって均一な濃度としても良いし、濃度勾配を有していても良い。
また、半導体層として、酸化物半導体層のような化合物半導体層の他に有機半導体層を用いた半導体層を形成し、半導体層を積層構造としてもよい。
また、バッファ層とソース電極層及びドレイン電極層との間に、一導電型を有する半導体層を設ける構造としてもよい。一導電型を有する半導体層とバッファ層の導電性によってはバッファ層と半導体層との間に一導電型を有する半導体層を形成しても良い。
一導電型を有する半導体層としては、半導体材料に一導電型を付与する不純物元素を含ませた半導体層を用いることができる。半導体材料としては、前述の酸化物半導体材料（酸化亜鉛、酸化マグネシウム亜鉛、酸化スズ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、有機半導体材料を用いてもよい。上記半導体材料に不純物元素（１３族元素、１７族元素、１族元素、１５族元素）等を、添加した半導体層を用いることができる。例えば、一導電型を有する半導体層として、酸化亜鉛にアルミニウムやガリウムを添加した、アルミニウムを含む酸化亜鉛やガリウムを含む酸化亜鉛などを用いるとよい。また、他の化合物半導体（ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＳｉＣ、ＺｎＳｅ、ＧａＮ、ＳｉＧｅなど）を用いることもできる。半導体層は、結晶性を有していてもいなくても良く、非晶質半導体、微結晶半導体、結晶性半導体どれであってもよい。非晶質半導体を光エネルギーや熱エネルギーを利用して結晶化させ、結晶性半導体を形成することができる。非晶質半導体層の結晶化は、熱処理とレーザ光照射による結晶化を組み合わせてもよく、熱処理やレーザ光照射を単独で、複数回行っても良い。
上記工程において、本実施の形態におけるコプラナー型の薄膜トランジスタ１３０、薄膜トランジスタ１３１を作製することができる（図６参照。）。
続いて、ゲート絶縁層１０５上に、第１の電極層１１７を形成する（図６参照。）。第１の電極層１１７は、基板１００側から光を放射する場合には、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含むインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ（indium zinc oxide））、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ＺｎＯにガリウム（Ｇａ）をドープしたもの、酸化スズ（ＳｎＯ2）、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物などを用いて形成することができる。本実施の形態では、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物を用いてスパッタリング法によって第１の電極層１１７を形成する。
各透光性を有する導電性材料の、組成比例を述べる。酸化タングステンを含むインジウム酸化物の組成比は、酸化タングステン１．０ｗｔ％、インジウム酸化物９９．０ｗｔ％とすればよい。酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物の組成比は、酸化タングステン１．０ｗｔ％、酸化亜鉛０．５ｗｔ％、インジウム酸化物９８．５ｗｔ％とすればよい。酸化チタンを含むインジウム酸化物は、酸化チタン１．０ｗｔ％〜５．０ｗｔ％、インジウム酸化物９９．０ｗｔ％〜９５．０ｗｔ％とすればよい。インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）の組成比は、酸化錫１０．０ｗｔ％、インジウム酸化物９０．０ｗｔ％とすればよい。インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）の組成比は、酸化亜鉛１０．７ｗｔ％、インジウム酸化物８９．３ｗｔ％とすればよい。酸化チタンを含むインジウム錫酸化物の組成比は、酸化チタン５．０ｗｔ％、酸化錫１０．０ｗｔ％、インジウム酸化物８５．０ｗｔ％とすればよい。上記組成比は例であり、適宜その組成比の割合は設定すればよい。
また、金属膜のような材料であっても膜厚を薄く（好ましくは、５ｎｍ〜３０ｎｍ程度の厚さ）して光を透過可能な状態としておくことで、第１の電極層１１７から光を放射することが可能となる。第１の電極層１１７に用いることのできる金属薄膜としては、チタン、タングステン、ニッケル、金、白金、銀、アルミニウム、マグネシウム、カルシウム、リチウム、亜鉛、およびそれらの合金からなる導電膜、またはＴｉＮ、ＴｉＳｉXＮY、ＷＳｉX、ＷＮX、ＷＳｉXＮY、ＮｂＮなどの前記元素を主成分とする化合物材料からなる膜を用いることができる。
第１の電極層１１７は、ソース電極層又はドレイン電極層１１４と電気的に接続すればよいので、その接続構造は本実施の形態に限定されない。ソース電極層又はドレイン電極層１１４上に層間絶縁層となる絶縁層を形成し、配線層によって、第１の電極層１１７と電気的に接続する構造を用いてもよい。
また、発光した光を基板１００側とは反対側に放射させる構造とする場合には、Ａｇ（銀）、Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）、Ｗ（タングステン）、Ａｌ（アルミニウム）等の金属を用いることができる。他の方法としては、スパッタリング法により透明導電膜若しくは光反射性の導電膜を形成して、液滴吐出法によりマスクパターンを形成し、エッチング加工を組み合わせて第１の電極層１１７を形成しても良い。
第１の電極層１１７は、その表面が平坦化されるように、ＣＭＰ法、ポリビニルアルコール系の多孔質体で拭浄し、研磨しても良い。またＣＭＰ法を用いた研磨後に、第１の電極層１１７の表面に紫外線照射、酸素プラズマ処理などを行ってもよい。
以上の工程により、基板１００上にコプラナー型の薄膜トランジスタ１３１、薄膜トランジスタ１３０と第１の電極層１１７が接続された表示パネル用のＴＦＴ基板が完成する。
次に、絶縁層１２１（隔壁とも呼ばれる）を選択的に形成する。絶縁層１２１は、第１の電極層１１７上に開口を有するように形成する。本実施の形態では、絶縁層１２１を全面に形成し、レジスト等のマスクによって、エッチングし加工する。絶縁層１２１を、直接選択的に形成できる液滴吐出法や印刷法などを用いて形成する場合は、エッチングによる加工は必ずしも必要はない。
絶縁層１２１は、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウムその他の無機絶縁性材料、又はアクリル酸、メタクリル酸及びこれらの誘導体、又はポリイミド(polyimide)、芳香族ポリアミド、ポリベンゾイミダゾール(polybenzimidazole)などの耐熱性高分子、又はシロキサン樹脂材料を用いることができる。アクリル、ポリイミド等の感光性、非感光性の材料を用いて形成してもよい。絶縁層１２１は曲率半径が連続的に変化する形状が好ましく、上に形成される電界発光層１２２、第２の電極層１２３の被覆性が向上する。
また、液滴吐出法により、絶縁層１２１を組成物を吐出し形成した後、その平坦性を高めるために表面を圧力によってプレスして平坦化してもよい。プレスの方法としては、ローラー状のものを表面に走査することによって、凹凸をならすように軽減したり、平坦な板状な物で表面を垂直にプレスしてもよい。また溶剤等によって表面を軟化、または融解させエアナイフで表面の凹凸部を除去しても良い。また、ＣＭＰ法を用いて研磨しても良い。この工程は、液滴吐出法によって凹凸が生じる場合に、その表面の平坦化する場合適用することができる。この工程により平坦性が向上すると、表示パネルの表示ムラなどを防止することができ、高繊細な画像を表示することができる。
表示パネル用のＴＦＴ基板である基板１００の上に、発光素子を形成する（図７参照。）。
電界発光層１２２を形成する前に、大気圧中で２００℃の熱処理を行い第１の電極層１１７、絶縁層１２１中若しくはその表面に吸着している水分を除去する。また、減圧下で２００〜４００℃、好ましくは２５０〜３５０℃に熱処理を行い、そのまま大気に晒さずに電界発光層１２２を真空蒸着法や、減圧下の液滴吐出法で形成することが好ましい。
電界発光層１２２として、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の発光を示す材料を、それぞれ蒸着マスクを用いた蒸着法等によって選択的に形成する。赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の発光を示す材料はカラーフィルタ同様、液滴吐出法により形成することもでき（低分子または高分子材料など）、この場合マスクを用いずとも、ＲＧＢの塗り分けを行うことができるため好ましい。電界発光層１２２上に第２の電極層１２３を積層形成して、発光素子を用いた表示機能を有する表示装置が完成する。
図示しないが、第２の電極層１２３を覆うようにしてパッシベーション膜を設けることは有効である。表示装置を構成する際に設ける保護膜は、単層構造でも多層構造でもよい。パッシベーション膜としては、窒化珪素（ＳｉＮ）、酸化珪素（ＳｉＯ2）、酸化窒化珪素（ＳｉＯＮ）、窒化酸化珪素（ＳｉＮＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）、窒素含有量が酸素含有量よりも多い窒化酸化アルミニウム（ＡｌＮＯ）または酸化アルミニウム、ダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、窒素含有炭素膜（ＣＮX）を含む絶縁膜からなり、該絶縁膜を単層もしくは組み合わせた積層を用いることができる。例えば窒素含有炭素膜（ＣＮX）、窒化珪素（ＳｉＮ）のような積層、また有機材料を用いることも出来、スチレンポリマーなど高分子の積層でもよい。また、シロキサン材料を用いてもよい。
この際、カバレッジの良い膜をパッシベーション膜として用いることが好ましく、炭素膜、特にＤＬＣ膜を用いることは有効である。ＤＬＣ膜は室温から１００℃以下の温度範囲で成膜可能であるため、耐熱性の低い電界発光層の上方にも容易に成膜することができる。ＤＬＣ膜は、プラズマＣＶＤ法（代表的には、ＲＦプラズマＣＶＤ法、マイクロ波ＣＶＤ法、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）ＣＶＤ法、熱フィラメントＣＶＤ法など）、燃焼炎法、スパッタ法、イオンビーム蒸着法、レーザ蒸着法などで形成することができる。成膜に用いる反応ガスは、水素ガスと、炭化水素系のガス（例えばＣＨ4、Ｃ2Ｈ2、Ｃ6Ｈ6など）とを用い、グロー放電によりイオン化し、負の自己バイアスがかかったカソードにイオンを加速衝突させて成膜する。また、ＣＮ膜は反応ガスとしてＣ2Ｈ4ガスとＮ2ガスとを用いて形成すればよい。ＤＬＣ膜は酸素に対するブロッキング効果が高く、電界発光層の酸化を抑制することが可能である。そのため、この後に続く封止工程を行う間に電界発光層が酸化するといった問題を防止できる。
図８（Ｂ）に示すように、シール材１３６を形成し、封止基板１４０を用いて封止する。その後、ゲート電極層１０３と電気的に接続して形成されるゲート配線層に、フレキシブル配線基板を接続し、外部との電気的な接続をしても良い。これは、ソース電極層又はドレイン電極層１１１と電気的に接続して形成されるソース配線層も同様である。
素子を有する基板１００と封止基板１４５の間には充填剤１３５を封入して封止する。充填剤の封入には、滴下法を用いることもできる。充填剤１３５の代わりに、窒素などの不活性ガスを充填してもよい。また、乾燥剤を表示装置内に設置することによって、発光素子の水分による劣化を防止することができる。乾燥剤の設置場所は、封止基板１４０側でも、素子を有する基板１００側でもよく、シール材１３６が形成される領域に基板に凹部を形成して設置してもよい。また、封止基板１４０の駆動回路領域や配線領域など表示に寄与しない領域に対応する場所に設置すると、乾燥剤が不透明な物質であっても開口率を低下させることがない。充填剤１３５に吸湿性の材料を含むように形成し、乾燥剤の機能を持たせても良い。以上により、発光素子を用いた表示機能を有する表示装置が完成する（図８参照。）。
また、表示装置内部と外部を電気的に接続するための端子電極層１３７に、異方性導電膜１３８によってFPC１３９が接着され、端子電極層１３７と電気的に接続する。
図８（Ａ）に、表示装置の上面図を示す。図８（Ａ）で示すように、画素領域１５０、走査線駆動領域１５１ａ、走査線駆動領域１５１ｂ、接続領域１５３が、シール材１３６によって、基板１００と封止基板１４０との間に封止され、基板１００上にＩＣドライバによって形成された信号線駆動回路１５２が設けられている。駆動回路領域には、薄膜トランジスタ１３３、薄膜トランジスタ１３４、画素領域には、薄膜トランジスタ１３１、薄膜トランジスタ１３０がそれぞれ設けられている。駆動回路領域に設けられた薄膜トランジスタ１３３及び薄膜トランジスタ１３４は実施の形態２で示したように形成することができる。図８においては、ｎチャネル型の薄膜トランジスタである薄膜トランジスタ１３３及びｐチャネル型薄膜トランジスタである薄膜トランジスタ１３４とは電気的に接続しておりＣＭＯＳ構造となっている例を示すが、駆動回路領域に形成される薄膜トランジスタは同チャネル型（ｎチャネル型又はｐチャネル型）の薄膜トランジスタより形成されてもよい。薄膜トランジスタ１３３と薄膜トランジスタ１３４とは、必要とされる特性に対応して、異なる材料を含む有機化合物及び無機化合物を含むバッファ層を有している。
なお、本実施の形態では、ガラス基板で発光素子を封止した場合を示すが、封止の処理とは、発光素子を水分から保護するための処理であり、カバー材で機械的に封入する方法、熱硬化性樹脂又は紫外光硬化性樹脂で封入する方法、金属酸化物や窒化物等のバリア能力が高い薄膜により封止する方法のいずれかを用いる。カバー材としては、ガラス、セラミックス、プラスチックもしくは金属を用いることができるが、カバー材側に光を放射させる場合は透光性でなければならない。また、カバー材と上記発光素子が形成された基板とは熱硬化性樹脂又は紫外光硬化性樹脂等のシール材を用いて貼り合わせられ、熱処理又は紫外光照射処理によって樹脂を硬化させて密閉空間を形成する。この密閉空間の中に酸化バリウムに代表される吸湿材を設けることも有効である。この吸湿材は、シール材の上に接して設けても良いし、発光素子よりの光を妨げないような、隔壁の上や周辺部に設けても良い。さらに、カバー材と発光素子の形成された基板との空間を熱硬化性樹脂若しくは紫外光硬化性樹脂で充填することも可能である。この場合、熱硬化性樹脂若しくは紫外光硬化性樹脂の中に酸化バリウムに代表される吸湿材を添加しておくことは有効である。
本実施の形態では、スイッチングＴＦＴはシングルゲート構造を詳細に説明したが、ダブルゲート構造などのマルチゲート構造でもよい。この場合、半導体層の上方、下方にゲート電極層を設ける構造でも良く、半導体層の片側（上方又は下方）にのみ複数ゲート電極層を設ける構造でもよい。
本実施の形態では、酸化物半導体材料を用いた半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との間に介在するバッファ層によって、半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との導電性は向上し、電気的に良好な接続を行うことができる。従って薄膜トランジスタの電気的特性が向上し、高性能の半導体装置、表示装置を作製することができる。
酸化物半導体のような化合物半導体は、他のシリコンや有機半導体材料などの半導体材料と比較して、材料が安価であり作製工程も複雑化しないため、低コストで半導体装置を作製することができる。さらに酸化物半導体は、可視光に対して透光性であり、透明な薄膜トランジスタを形成することができる。また、酸化物半導体のような透明な半導体は可視光の吸収が少ないため、半導体層のチャネル部分に光が入射しても不要な光励起キャリアが発生しない、耐光性の優れた薄膜トランジスタとすることができる。従って、高速動作を行うことができる高性能、かつ高信頼性の半導体装置、表示装置を作製することもできる。
本実施の形態は、実施の形態１乃至３とそれぞれ組み合わせ用いることが可能である。
（実施の形態５）
本発明の実施の形態について、図１３乃至図１５を用いて説明する。より詳しくは、本発明を適用した、実施の形態３で示したトップゲート構造のプレナー型薄膜トランジスタを有する表示装置の作製方法について説明する。図１４（Ａ）は表示装置画素部の上面図であり、図１３及び図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）を形製する各工程における線Ｅ−Ｆによる断面図である。図１５（Ａ）も表示装置の上面図であり、図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）における線Ｏ−Ｐ（線Ｕ−Ｗを含む）による断面図である。なお表示素子として液晶材料を用いた液晶表示装置の例を示す。よって、同一部分又は同様な機能を有する部分の繰り返しの説明は省略する。
本実施の形態では、半導体層として酸化物半導体のような化合物半導体材料を用い、半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との間に、それぞれ導電性のバッファ層を形成する。バッファ層は有機化合物及び無機化合物を含む層として形成される。半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との間に介在するバッファ層によって、半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との導電性は向上し、電気的に良好な接続を行うことができる。ゲート電極層、半導体層、ソース電極層又はドレイン電極層などの材料、作製方法は実施の形態１乃至４と同様な材料を用いて行うことができる。
基板２００上に絶縁層２０１を形成し、酸化物半導体層である半導体層２１１を形成する。半導体層２１１のチャネル形成領域上に後工程のエッチング等より半導体層を保護するチャネル保護層２０２を形成する（図１３（Ａ）参照。）。
半導体層２１１に用いることができる化合物半導体としては、例えば酸化物半導体が挙げられる。酸化物半導体としては、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化マグネシウム亜鉛（ＭｇxＺｎ1-xＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ2）、インジウム酸化物（Ｉｎ2Ｏ3）、酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）などの金属酸化物が挙げられる。また、上記酸化物半導体の複数より構成される酸化物半導体でもよく、酸化亜鉛（ＺｎＯ）とインジウム酸化物（Ｉｎ2Ｏ3）と酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）とから構成されるＩｎＧａＯ3（ＺｎＯ）m（ｍは１以上５０未満の整数であり、代表的にはＩｎＧａＯ3（ＺｎＯ）5なども用いることができる。半導体材料はｎ型を有する半導体であっても、ｐ型を有する半導体であってもよく、他の不純物元素（アルミニウム、ガリウムなど）を含んで形成してもよい。不純物元素を含む酸化物半導体をターゲットとして用いたスパッタ法や、ＣＶＤ法などにより形成することができる。また、不純物元素を導入（ドーピング法、イオン注入法などによる添加）して、酸化物半導体に不純物元素を有する様にしてもよい。半導体層は、蒸着法、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、スパッタリング法等の方法により単層又は積層して形成することができる。また、液滴吐出法や、印刷法（スクリーン印刷、オフセット印刷、凸版印刷やグラビア（凹版）印刷法など）、スピンコート法などの塗布法、ディッピング法などを用いることもできる。
また、酸化亜鉛などの酸化物半導体は、可視光を透過するため透明である。このような透光性（可視光領域の光を透過する）の半導体材料を用いた半導体層は、可視光の吸収が少ないため、半導体層のチャネル部分に光が入射しても不要な光励起キャリアが発生しない、耐光性の優れた信頼性の高い薄膜トランジスタとすることができる。なお、他の化合物半導体として、窒化物半導体、炭化物半導体等を用いてもよい。
酸化物半導体のような化合物半導体は、他のシリコンや有機半導体材料などの半導体材料と比較して、材料が安価であり作製工程も複雑化しないため、低コストで半導体装置を作製することができる。
また半導体層に不純物元素を含ませて形成し、一導電型（ｎ型又はｐ型）を有する半導体層を形成することができる。半導体層に添加する（含むように形成する）不純物元素としては、１３族元素（ボロン（B））、ガリウム（Ga）、インジウム（In）、タリウム（Tl））、１７族元素（フッ素（F）、塩素（Cl）、臭素（Br）、ヨウ素（I））、１族元素（リチウム（Li）、ナトリウム（Na）、カリウム（K）、ルビジウム（Rb）、セシウム（Cs））、１５族元素（窒素（N）、リン（P）、ヒ素（As）、アンチモン（Sb）、ビスマス（Bi））等を用いることができ、上記元素のうち一種、又は複数種を用いることができる。
不純物元素の添加は、半導体層の一部でもよいし、全体に添加しても良く、その添加量は、薄膜トランジスタ素子の寸法、厚さ、集積度、必要とされる性能（電気的特性など）によって適宜、設定すれば良く、半導体層にわたって均一な濃度としても良いし、濃度勾配を有していても良い。
また、半導体層として、酸化物半導体層の他に有機半導体層を用いた半導体層を形成し、半導体層を積層構造としてもよい。
また、バッファ層とソース電極層及びドレイン電極層との間に、一導電型を有する半導体層を設ける構造としてもよい。
一導電型を有する半導体層としては、半導体材料に一導電型を付与する不純物元素を含ませた半導体層を用いることができる。半導体材料としては、前述の酸化物半導体材料（酸化亜鉛、酸化マグネシウム亜鉛、酸化スズ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、有機半導体材料を用いてもよい。上記半導体材料に不純物元素（１３族元素、１７族元素、１族元素、１５族元素）等を、添加した半導体層を用いることができる。例えば、一導電型を有する半導体層として、酸化亜鉛にアルミニウムやガリウムを添加した、アルミニウムを含む酸化亜鉛やガリウムを含む酸化亜鉛などを用いるとよい。また、他の化合物半導体（ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＳｉＣ、ＺｎＳｅ、ＧａＮ、ＳｉＧｅなど）を用いることもできる。半導体層は、結晶性を有していてもいなくても良く、非晶質半導体、微結晶半導体、結晶性半導体どれであってもよい。非晶質半導体を光エネルギーや熱エネルギーを利用して結晶化させ、結晶性半導体を形成することができる。非晶質半導体層の結晶化は、熱処理とレーザ光照射による結晶化を組み合わせてもよく、熱処理やレーザ光照射を単独で、複数回行っても良い。
半導体層２１１のソース領域及びドレイン領域となる領域に接してバッファ層２１０ａ及びバッファ層２１０ｂを形成する。バッファ層２１０ａ及びバッファ層２１０ｂは、導電性を有し、有機化合物及び無機化合物を含む層である。バッファ層を構成する無機化合物及び有機化合物は実施の形態１で示す材料、作製方法で形成すればよい。
バッファ層２１０ａ上にソース電極層又はドレイン電極層２０９ａを、バッファ層２１０ｂ上にソース電極層又はドレイン電極層２０９ｂをそれぞれ形成する。バッファ層２１０ａ及びバッファ層２１０ｂにより、ソース電極層又はドレイン電極層２０９ａと半導体層２１１と、ソース電極層又はドレイン電極層２０９ｂと半導体層２１１との接触抵抗が低下し、電気的接続を良好にすることができる。
半導体層に用いる材料とソース電極層及びドレイン電極層に用いる材料の組み合わせによっては、導通できない、また高抵抗となるなどの電気的特性が低下する場合がある。よって、半導体層に用いる材料とソース電極層及びドレイン電極層に用いる材料は適宜選択する必要がある。本発明では、ソース電極層及びドレイン電極層と半導体層とをバッファ層を介して積層し電気的に接続するため、上記のような電気的特性の低下を防ぎ、かつ材料の自由に選択することができる。そのため、必要とされる特性（電気的特性、信頼性に関する特性（材料の積層状態（密着性など）））を満たすような半導体装置を作製することができる。
ソース電極層又はドレイン電極層２０９ａ及びソース電極層又はドレイン電極層２０９ｂは、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、蒸着法等により導電膜を成膜した後、所望の形状にエッチングして形成することができる。また、液滴吐出法、印刷法、電界メッキ法等により、所定の場所に選択的に形成することができる。更にはリフロー法、ダマシン法を用いても良い。ソース電極層又はドレイン電極層の材料は、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｗ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｂａ等の金属又はその合金、若しくはその金属窒化物を用いて形成すればよい。また透光性の材料も用いることができる。
また、透光性の導電性材料であれば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含むインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ（indium zinc oxide））、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ＺｎＯにガリウム（Ｇａ）をドープしたもの、酸化スズ（ＳｎＯ2）、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物などを用いることができる。
次に、半導体層２１１、バッファ層２１０ａ、バッファ層２１０ｂ、ソース電極層又はドレイン電極層２０９ａ、ソース電極層又はドレイン電極層２０９ｂ上にゲート絶縁層２１２を形成する。ゲート絶縁層２１２としては、珪素の酸化物材料又は窒化物材料等の材料、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、それらの積層などを用いて形成することができ、積層でも単層でもよい。また、窒素を含む酸化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜、窒化珪素膜、酸化珪素膜の単層、それらの積層でも良い。なお、アルゴンなどの希ガス元素を反応ガスに含ませ、形成される絶縁層中に混入させても良い。
ゲート絶縁層２１２上に、ゲート電極層２１５を形成し、薄膜トランジスタ２５０作製する。ゲート電極層２１５は、ＣＶＤ法やスパッタ法、液滴吐出法などを用いて形成することができる。ゲート電極層２１５は、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕから選ばれた元素、又は前記元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料で形成すればよい。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜や、ＡｇＰｄＣｕ合金を用いてもよい。また、単層構造でも複数層の構造でもよい。
ゲート電極層２１５に可視光に対して透光性を有する透光性の材料を用いることもできる。透光性の導電材料としては、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）、有機インジウム、有機スズ、酸化亜鉛等を用いることができる。また、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含むインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ（indium zinc oxide））、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ＺｎＯにガリウム（Ｇａ）をドープしたもの、酸化スズ（ＳｎＯ2）、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物なども用いてもよい。
ゲート電極層２１５を形成するのにエッチングにより加工が必要な場合、マスクを形成し、ドライエッチングまたはドライエッチングにより加工すればよい。ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用い、エッチング条件（コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加される電力量、基板側の電極温度等）を適宜調節することにより、電極層をテーパー形状にエッチングすることができる。なお、エッチング用ガスとしては、Ｃｌ2、ＢＣｌ3、ＳｉＣｌ4もしくはＣＣｌ4などを代表とする塩素系ガス、ＣＦ4、ＳＦ6もしくはＮＦ3などを代表とするフッ素系ガス又はＯ2を適宜用いることができる。
レジストやポリイミド等の絶縁材料からなるマスクを形成し、そのマスクを用いて、エッチング加工によりゲート絶縁層２１２の一部に開口２１３を形成して、その下層側に配置されているソース電極層又はドレイン電極層２０９ｂの一部を露出させる。エッチング加工はプラズマエッチング（ドライエッチング）又はウエットエッチングのどちらを採用しても良い。エッチングガスとしては、ＣＦ4、ＮＦ3などのフッ素系のガス、Ｃｌ2、ＢＣｌ3などの塩素系のガスを用い、ＨｅやＡｒなどの不活性ガスを適宜加えても良い。また、大気圧放電のエッチング加工を適用すれば、局所的な放電加工も可能であり、基板の全面にマスク層を形成する必要はない。
ゲート絶縁層２１２上に画素電極層２５５を、開口２１３において、ソース電極層又はドレイン電極層２０９ｂと接するように形成する（図１３（Ｄ）参照。）。画素電極層２５５は、前述した第１の電極層１１７と同様な材料を用いることができ、透過型の液晶表示パネルを作製する場合には、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物などを用いることができる。勿論、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）なども用いることができる。また、反射性を有する金属薄膜としては、チタン、タングステン、ニッケル、金、白金、銀、アルミニウム、マグネシウム、カルシウム、リチウム、およびそれらの合金からなる導電膜などを用いることができる。
画素電極層２５５は、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、印刷法または液滴吐出法などを用いて形成することができる。
次に、画素電極層２５５、ゲート絶縁層２１２、及びゲート電極層２１５を覆うように、印刷法やスピンコート法により、配向膜と呼ばれる絶縁層２６１を形成する。なお、絶縁層２６１は、スクリーン印刷法、オフセット印刷法、凸版印刷やグラビア（凹版）印刷法を用いれば、選択的に形成することができる。その後、ラビングを行う。続いて、シール材２８２を液滴吐出法により画素を形成した周辺の領域に形成する。
その後、配向膜として機能する絶縁層２６３、対向電極として機能する導電層２６５、カラーフィルタとして機能する着色層２６４、偏光板２６７が設けられた対向基板２６６と、ＴＦＴ基板である基板２００とをスペーサ２８１を介して貼り合わせ、その空隙に液晶層２６２を設けることにより液晶表示パネルを作製することができる（図１４及び図１５参照。）。基板２００の素子を有する面と反対側にも偏光板２６８が設けられている。シール材にはフィラーが混入されていても良く、さらに対向基板２６６には、遮蔽膜（ブラックマトリクス）などが形成されていても良い。なお、液晶層を形成する方法として、ディスペンサ式（滴下式）や、素子を有する基板２００と対向基板２６６とを貼り合わせてから毛細管現象を用いて液晶を注入するディップ式（汲み上げ式）を用いることができる。滴下される。滴下法を用いる場合、シール材と液晶とが反応することを防ぐため、バリア層を設けてもよい。またＴＦＴ基板側にシール材を形成し、液晶を滴下してもよい。
スペーサは数μｍの粒子を散布して設ける方法でも良いが、本実施の形態では基板全面に樹脂膜を形成した後これをエッチング加工して形成する方法を採用した。このようなスペーサの材料を、スピナーで塗布した後、露光と現像処理によって所定のパターンに形成する。さらにクリーンオーブンなどで１５０〜２００℃で加熱して硬化させる。このようにして作製されるスペーサは露光と現像処理の条件によって形状を異ならせることができるが、好ましくは、スペーサの形状は柱状で頂部が平坦な形状となるようにすると、対向側の基板を合わせたときに液晶表示装置としての機械的な強度を確保することができる。形状は円錐状、角錐状などを用いることができ、特別な限定はない。
以上の工程で形成された表示装置内部と外部の配線基板を接続するために接続部を形成する。大気圧又は大気圧近傍下で、酸素ガスを用いたアッシング処理により、接続部の絶縁体層を除去する。この処理は、酸素ガスと、水素、ＣＦ4、ＮＦ3、Ｈ2Ｏ、ＣＨＦ3から選択された一つ又は複数とを用いて行う。本工程では、静電気による損傷や破壊を防止するために、対向基板を用いて封止した後に、アッシング処理を行っているが、静電気による影響が少ない場合には、どのタイミングで行っても構わない。
続いて、画素部と電気的に接続されている端子電極層２８７を、異方性導電体層２８５を介して、接続用の配線基板であるＦＰＣ２８６を設ける。ＦＰＣ２８６は、外部からの信号や電位を伝達する役目を担う。上記工程を経て、表示機能を有する液晶表示装置を作製することができる。
本実施の形態における図１４では、薄膜トランジスタ２５０と接続する顔電極層２５５をゲート絶縁層２１２上に形成する例を示すが、画素電極層を薄膜トランジスタ上に形成する層間絶縁層上に形成する例を図２７に示す。図２７において、薄膜トランジスタ２５０上に、絶縁層２７３、絶縁層２７０が積層され、絶縁層２７０上に画素電極層２７１が形成されている。画素電極層２７１は、ゲート絶縁層２１２、絶縁層２７３、及び絶縁層２７０に設けられたソース電極層又はドレイン電極層２０９ｂに達する開口において、ソース電極層又はドレイン電極層２０９ｂと接しており、薄膜トランジスタ２５０と電気的に接続している。画素電極層２７１上には配向膜として機能する絶縁層２７２が形成されている。
図２７において、画素電極層２７１は、薄膜トランジスタ２５０を構成する半導体層２１１、チャネル保護層２０２、バッファ層２１０ａ、バッファ層２１０ｂ、ソース電極層又はドレイン電極層２０９ａ、ソース電極層又はドレイン電極層２０９ｂ、ゲート絶縁層２１２、ゲート電極層２１５と絶縁層２７３及び絶縁層２７０を介して重なるように形成されている。本実施の形態では、バッファ層２１０ａ、バッファ層２１０ｂ、チャネル保護層２０２、ゲート絶縁層２１２、絶縁層２７３、絶縁層２７０は透光性を有する。さらに本発明で用いる化合物半導体である酸化物半導体は透光性を有しており、可視光を透過する。図２７において、ソース電極層又はドレイン電極層２０９ａ、ソース電極層又はドレイン電極層２０９ｂ、ゲート電極層２１５に前述したような透光性の導電性材料を用いれば、画素電極層２７２を透過して放射される光を薄膜トランジスタ２５０が遮断しないので、画素において開口率を向上させることができる。このように、本発明で用いる透光性の半導体材料、電極層に透光性の導電性材料を用いれば、画素領域において開口率を向上することができる。これは、実施の形態４において、示す発光素子を有する表示装置においても同様であり、開口率の高い表示装置を作製することができる。
図１５（Ａ）に、液晶表示装置の上面図を示す。図１５（Ａ）で示すように、画素領域２９０、走査線駆動領域２９１ａ、走査線駆動領域２９１ｂが、シール材２８２によって、基板２００と対向基板２６６との間に封止され、基板２００上にＩＣドライバによって形成された信号線駆動回路２９２が設けられている。駆動領域には薄膜トランジスタ２８３及び薄膜トランジスタ２８４を有する駆動回路が設けられている。
本実施の形態における周辺駆動回路は薄膜トランジスタ２８３及び薄膜トランジスタ２８４は、ｎチャネル型薄膜トランジスタであるので、薄膜トランジスタ２８３及び薄膜トランジスタ２８４で構成されるＮＭＯＳの回路が設けられている。
本実施の形態では、駆動回路領域において、ＮＭＯＳ構成を用いてインバーターとして機能させている。このようにＰＭＯＳのみ、ＮＭＯＳの構成の場合においては、一部のＴＦＴのゲート電極層とソース電極層又はドレイン電極層とを接続させる。
本実施の形態では、スイッチングＴＦＴはシングルゲート構造としたが、ダブルゲート構造でもよく、マルチゲート構造でもよい。
本実施の形態では、化合物半導体である酸化物半導体材料を用いた半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との間に介在するバッファ層によって、半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との導電性は向上し、電気的に良好な接続を行うことができる。従って薄膜トランジスタの電気的特性が向上し、高性能の半導体装置、表示装置を作製することができる。
酸化物半導体のような化合物半導体は、他のシリコンや有機半導体材料などの半導体材料と比較して、材料が安価であり作製工程も複雑化しないため、低コストで半導体装置を作製することができる。さらに酸化物半導体は、可視光に対して透光性であり、透明な薄膜トランジスタを形成することができる。よって、そのような透明な薄膜トランジスタを用いると、画素領域において光を遮断しないため、表示装置の開口率を向上することができる。また、酸化物半導体のような透明な半導体材料は可視光の吸収が少ないため、半導体層のチャネル部分に光が入射しても不要な光励起キャリアが発生しない、耐光性の優れた薄膜トランジスタとすることができる。従って、高速動作を行うことができる高性能、かつ高信頼性の半導体装置、表示装置を作製することもできる。
本実施の形態は、実施の形態１乃至３とそれぞれ組み合わせ用いることが可能である。
（実施の形態６）
本発明を適用して薄膜トランジスタを形成し、該薄膜トランジスタを用いて表示装置を形成することができるが、発光素子を用いて、なおかつ、該発光素子を駆動するトランジスタとしてｎチャネル型トランジスタを用いた場合、該発光素子から発せられる光は、素子を有する基板より光を取り出す下方放射、封止基板側より光を放射する上方放射、発光素子を挟み込む両方の基板より光を放射する両方放射のいずれかを行う。ここでは、それぞれの場合に応じた発光素子の積層構造について、図１２を用いて説明する。
本実施の形態では、本実施の形態２で作製した逆スタガ型の薄膜トランジスタである薄膜トランジスタ４６１、薄膜トランジスタ４７１、薄膜トランジスタ４８１を用いる。薄膜トランジスタ４８１は、基板４８０上に設けられ、ゲート電極層４８２、ゲート絶縁層４９７、半導体層４９３、チャネル保護層４９６、ソース電極層又はドレイン電極層４８７ａ、ソース電極層又はドレイン電極層４８７ｂにより形成される。半導体層４９３は化合物半導体を用いて形成され、本実施の形態では半導体層４９３として酸化物半導体層を用いる。ソース電極層又はドレイン電極層４８７ａと半導体層４９３との間にはバッファ層４９５ａが設けられ、ソース電極層又はドレイン電極層４８７ｂと半導体層４９３との間にはバッファ層４９５ｂが設けられている。バッファ層４９５ａ及びバッファ層４９５ｂは、導電性を有し、有機化合物及び無機化合物を含む層である。よって、バッファ層４９５ａ及びバッファ層４９５ｂにより、ソース電極層又はドレイン電極層４８７ａ及び半導体層４９３、ソース電極層又はドレイン電極層４８７ｂ及び半導体層４９３は接触抵抗が低くなり、良好な電気的な接続を行うことができる。従って薄膜トランジスタの電気的特性が向上し、高性能の半導体装置、表示装置を作製することができる。
まず、基板４８０側に放射する場合、つまり下方放射を行う場合について、図１２（Ａ）を用いて説明する。この場合、薄膜トランジスタ４８１に電気的に接続するように、ソース電極層又はドレイン電極層４８７ｂに接して、第１の電極層４８４、電界発光層４８５、第２の電極層４８６が順に積層される。光が透過する基板４８０は少なくとも可視領域の光に対して透光性を有する必要がある。次に、基板４６０と反対側に放射する場合、つまり上方放射を行う場合について、図１２（Ｂ）を用いて説明する。薄膜トランジスタ４６１は、前述した薄膜トランジスタの同様に形成することができる。
薄膜トランジスタ４６１に電気的に接続するソース電極層又はドレイン電極層４６２が第１の電極層４６３と接し、電気的に接続する。第１の電極層４６３、電界発光層４６４、第２の電極層４６５が順に積層される。ソース電極層又はドレイン電極層４６２は反射性を有する金属層であり、発光素子から放射される光を矢印の上面に反射する。ソース電極層又はドレイン電極層４６２は第１の電極層４６３と積層する構造となっているので、第１の電極層４６３に透光性の材料を用いて、光が透過しても、該光はソース電極層又はドレイン電極層４６２において反射され、基板４６０と反対側に放射する。もちろん第１の電極層４６３を、反射性を有する金属膜を用いて形成してもよい。発光素子から放出する光は第２の電極層４６５を透過して放出されるので、第２の電極層４６５は、少なくとも可視領域において透光性を有する材料で形成する。最後に、光が基板４７０側とその反対側の両側に放射する場合、つまり両方放射を行う場合について、図１２（Ｃ）を用いて説明する。薄膜トランジスタ４７１もチャネル保護型の薄膜トランジスタである。薄膜トランジスタ４７１の半導体層に電気的に接続するソース電極層又はドレイン電極層４７７に第１の電極層４７２が電気的に接続している。第１の電極層４７２、電界発光層４７３、第２の電極層４７４が順に積層される。このとき、第１の電極層４７２と第２の電極層４７４のどちらも少なくとも可視領域において透光性を有する材料、又は光を透過できる厚さで形成すると、両方放射が実現する。この場合、光が透過する絶縁層や基板４７０も少なくとも可視領域の光に対して透光性を有する必要がある。
本実施の形態において適用できる発光素子の形態を図１１に示す。図１１は発光素子の素子構造であり、第１の電極層８７０と第２の電極層８５０との間に、有機化合物と無機化合物を混合してなる電界発光層８６０が狭持されている発光素子である。電界発光層８６０は、図示した通り、第１の層８０４、第２の層８０３、第３の層８０２から構成されている。
まず、第１の層８０４は、第２の層８０３にホールを輸送する機能を担う層であり、少なくとも第１の有機化合物と、第１の有機化合物に対して電子受容性を示す第１の無機化合物とを含む構成である。重要なのは、単に第１の有機化合物と第１の無機化合物が混ざり合っているのではなく、第１の無機化合物が第１の有機化合物に対して電子受容性を示す点である。このような構成とすることで、本来内在的なキャリアをほとんど有さない第１の有機化合物に多くのホールキャリアが発生し、極めて優れたホール注入性、ホール輸送性を示す。
したがって第１の層８０４は、無機化合物を混合することによって得られると考えられている効果（耐熱性の向上など）だけでなく、優れた導電性（第１の層８０４においては特に、ホール注入性および輸送性）をも得ることができる。このことは、互いに電子的な相互作用を及ぼさない有機化合物と無機化合物を単に混合した従来のホール輸送層では、得られない効果である。この効果により、従来よりも駆動電圧を低くすることができる。また、駆動電圧の上昇を招くことなく第１の層８０４を厚くすることができるため、ゴミ等に起因する素子の短絡も抑制することができる。
ところで、上述したように、第１の有機化合物にはホールキャリアが発生するため、第１の有機化合物としてはホール輸送性の有機化合物が好ましい。ホール輸送性の有機化合物としては、例えば、フタロシアニン（略称：Ｈ2Ｐｃ）、銅フタロシアニン（略称：ＣｕＰｃ）、バナジルフタロシアニン（略称：ＶＯＰｃ）、４，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）トリフェニルアミン（略称：ＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン（略称：ＭＴＤＡＴＡ）、１，３，５−トリス［Ｎ，Ｎ−ジ（ｍ−トリル）アミノ］ベンゼン（略称：ｍ−ＭＴＤＡＢ）、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン（略称：ＴＰＤ）、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＮＰＢ）、４，４’−ビス｛Ｎ−［４−ジ（ｍ−トリル）アミノ］フェニル−Ｎ−フェニルアミノ｝ビフェニル（略称：ＤＮＴＰＤ）、４，４’，４’’−トリス（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン（略称：ＴＣＴＡ）などが挙げられるが、これらに限定されることはない。また、上述した化合物の中でも、ＴＤＡＴＡ、ＭＴＤＡＴＡ、ｍ−ＭＴＤＡＢ、ＴＰＤ、ＮＰＢ、ＤＮＴＰＤ、ＴＣＴＡなどに代表される芳香族アミン化合物は、ホールキャリアを発生しやすく、第１の有機化合物として好適な化合物群である。
一方、第１の無機化合物は、第１の有機化合物から電子を受け取りやすいものであれば何であってもよく、種々の金属酸化物または金属窒化物が可能であるが、周期表第４族乃至第１２族のいずれかの遷移金属酸化物が電子受容性を示しやすく好適である。具体的には、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化レニウム、酸化ルテニウム、酸化亜鉛などが挙げられる。また、上述した金属酸化物の中でも、周期表第４族乃至第８族のいずれかの遷移金属酸化物は電子受容性の高いものが多く、好ましい一群である。特に酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化レニウムは真空蒸着が可能で扱いやすいため、好適である。
なお、第１の層８０４は、上述した有機化合物と無機化合物の組み合わせを適用した層を、複数積層して形成していてもよい。また、他の有機化合物あるいは他の無機化合物をさらに含んでいてもよい。
次に、第３の層８０２について説明する。第３の層８０２は、第２の層８０３に電子を輸送する機能を担う層であり、少なくとも第３の有機化合物と、第３の有機化合物に対して電子供与性を示す第３の無機化合物とを含む構成である。重要なのは、単に第３の有機化合物と第３の無機化合物が混ざり合っているのではなく、第３の無機化合物が第３の有機化合物に対して電子供与性を示す点である。このような構成とすることで、本来内在的なキャリアをほとんど有さない第３の有機化合物に多くの電子キャリアが発生し、極めて優れた電子注入性、電子輸送性を示す。
したがって第３の層８０２は、無機化合物を混合することによって得られると考えられている効果（耐熱性の向上など）だけでなく、優れた導電性（第３の層８０２においては特に、電子注入性および輸送性）をも得ることができる。このことは、互いに電子的な相互作用を及ぼさない有機化合物と無機化合物を単に混合した従来の電子輸送層では、得られない効果である。この効果により、従来よりも駆動電圧を低くすることができる。また、駆動電圧の上昇を招くことなく第３の層８０２を厚くすることができるため、ゴミ等に起因する素子の短絡も抑制することができる。
ところで、上述したように、第３の有機化合物には電子キャリアが発生するため、第３の有機化合物としては電子輸送性の有機化合物が好ましい。電子輸送性の有機化合物としては、例えば、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ3）、トリス（４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｍｑ3）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］−キノリナト）ベリリウム（略称：ＢｅＢｑ2）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（４−フェニルフェノラト）アルミニウム（略称：ＢＡｌｑ）、ビス［２−（２’−ヒドロキシフェニル）ベンズオキサゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＯＸ）2）、ビス［２−（２’−ヒドロキシフェニル）ベンゾチアゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＴＺ）2）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）、１，３−ビス［５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）、２，２’，２’’−（１，３，５−ベンゼントリイル）−トリス（１−フェニル−１Ｈ−ベンズイミダゾール）（略称：ＴＰＢＩ）、３−（４−ビフェニリル）−４−フェニル−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、３−（４−ビフェニリル）−４−（４−エチルフェニル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ｐ−ＥｔＴＡＺ）などが挙げられるが、これらに限定されることはない。また、上述した化合物の中でも、Ａｌｑ3、Ａｌｍｑ3、ＢｅＢｑ2、ＢＡｌｑ、Ｚｎ（ＢＯＸ）2、Ｚｎ（ＢＴＺ）2などに代表される芳香環を含むキレート配位子を有するキレート金属錯体や、ＢＰｈｅｎ、ＢＣＰなどに代表されるフェナントロリン骨格を有する有機化合物や、ＰＢＤ、ＯＸＤ−７などに代表されるオキサジアゾール骨格を有する有機化合物は、電子キャリアを発生しやすく、第３の有機化合物として好適な化合物群である。
一方、第３の無機化合物は、第３の有機化合物に電子を与えやすいものであれば何であってもよく、種々の金属酸化物または金属窒化物が可能であるが、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、希土類金属酸化物、アルカリ金属窒化物、アルカリ土類金属窒化物、希土類金属窒化物が電子供与性を示しやすく好適である。具体的には、酸化リチウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化エルビウム、窒化リチウム、窒化マグネシウム、窒化カルシウム、窒化イットリウム、窒化ランタンなどが挙げられる。特に酸化リチウム、酸化バリウム、窒化リチウム、窒化マグネシウム、窒化カルシウムは真空蒸着が可能で扱いやすいため、好適である。
なお、第３の層８０２は、上述した有機化合物と無機化合物の組み合わせを適用した層を、複数積層して形成していてもよい。また、他の有機化合物あるいは他の無機化合物をさらに含んでいてもよい。
次に、第２の層８０３について説明する。第２の層８０３は発光機能を担う層であり、発光性の第２の有機化合物を含む。また、第２の無機化合物を含む構成であってもよい。第２の層８０３は、種々の発光性の有機化合物、無機化合物を用いて形成することができる。ただし、第２の層８０３は、第１の層８０４や第３の層８０２に比べて電流が流れにくいと考えられるため、その膜厚は１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度が好ましい。
第２の有機化合物としては、発光性の有機化合物であれば特に限定されることはなく、例えば、９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、９，１０−ジ（２−ナフチル）−２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）、４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル（略称：ＤＰＶＢｉ）、クマリン３０、クマリン６、クマリン５４５、クマリン５４５Ｔ、ペリレン、ルブレン、ペリフランテン、２，５，８，１１−テトラ（ｔｅｒｔ−ブチル）ペリレン（略称：ＴＢＰ）、９，１０−ジフェニルアントラセン（略称：ＤＰＡ）、５，１２−ジフェニルテトラセン、４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−［ｐ−（ジメチルアミノ）スチリル］−４Ｈ−ピラン（略称：ＤＣＭ１）、４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−［２−（ジュロリジン−９−イル）エテニル］−４Ｈ−ピラン（略称：ＤＣＭ２）、４−（ジシアノメチレン）−２，６−ビス［ｐ−（ジメチルアミノ）スチリル］−４Ｈ−ピラン（略称：ＢｉｓＤＣＭ）等が挙げられる。また、ビス［２−（４’，６’−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ2'］イリジウム（ピコリナート）（略称：ＦＩｒｐｉｃ）、ビス｛２−［３’，５’−ビス（トリフルオロメチル）フェニル］ピリジナト−Ｎ，Ｃ2'｝イリジウム（ピコリナート）（略称：Ｉｒ（ＣＦ3ｐｐｙ）2（ｐｉｃ））、トリス（２−フェニルピリジナト−Ｎ，Ｃ2'）イリジウム（略称：Ｉｒ（ｐｐｙ）3）、ビス（２−フェニルピリジナト−Ｎ，Ｃ2'）イリジウム（アセチルアセトナート）（略称：Ｉｒ（ｐｐｙ）2（ａｃａｃ））、ビス［２−（２’−チエニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ3'］イリジウム（アセチルアセトナート）（略称：Ｉｒ（ｔｈｐ）2（ａｃａｃ））、ビス（２−フェニルキノリナト−Ｎ，Ｃ2'）イリジウム（アセチルアセトナート）（略称：Ｉｒ（ｐｑ）2（ａｃａｃ））、ビス［２−（２’−ベンゾチエニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ3'］イリジウム（アセチルアセトナート）（略称：Ｉｒ（ｂｔｐ）2（ａｃａｃ））などの燐光を放出できる化合物用いることもできる。
第２の層８０３を一重項励起発光材料の他、金属錯体などを含む三重項励起材料を用いても良い。例えば、赤色の発光性の画素、緑色の発光性の画素及び青色の発光性の画素のうち、輝度半減時間が比較的短い赤色の発光性の画素を三重項励起発光材料で形成し、他を一重項励起発光材料で形成する。三重項励起発光材料は発光効率が良いので、同じ輝度を得るのに消費電力が少なくて済むという特徴がある。すなわち、赤色画素に適用した場合、発光素子に流す電流量が少なくて済むので、信頼性を向上させることができる。低消費電力化として、赤色の発光性の画素と緑色の発光性の画素とを三重項励起発光材料で形成し、青色の発光性の画素を一重項励起発光材料で形成しても良い。人間の視感度が高い緑色の発光素子も三重項励起発光材料で形成することで、より低消費電力化を図ることができる。
また、第２の層８０３においては、上述した発光を示す第２の有機化合物だけでなく、さらに他の有機化合物が添加されていてもよい。添加できる有機化合物としては、例えば、先に述べたＴＤＡＴＡ、ＭＴＤＡＴＡ、ｍ−ＭＴＤＡＢ、ＴＰＤ、ＮＰＢ、ＤＮＴＰＤ、ＴＣＴＡ、Ａｌｑ3、Ａｌｍｑ3、ＢｅＢｑ2、ＢＡｌｑ、Ｚｎ（ＢＯＸ）2、Ｚｎ（ＢＴＺ）2、ＢＰｈｅｎ、ＢＣＰ、ＰＢＤ、ＯＸＤ−７、ＴＰＢＩ、ＴＡＺ、ｐ−ＥｔＴＡＺ、ＤＮＡ、ｔ−ＢｕＤＮＡ、ＤＰＶＢｉなどの他、４，４’−ビス（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）、１，３，５−トリス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］ベンゼン（略称：ＴＣＰＢ）などを用いることができるが、これらに限定されることはない。なお、このように第２の有機化合物以外に添加する有機化合物は、第２の有機化合物を効率良く発光させるため、第２の有機化合物の励起エネルギーよりも大きい励起エネルギーを有し、かつ第２の有機化合物よりも多く添加されていることが好ましい（それにより、第２の有機化合物の濃度消光を防ぐことができる）。あるいはまた、他の機能として、第２の有機化合物と共に発光を示してもよい（それにより、白色発光なども可能となる）。
第２の層８０３は、発光波長帯の異なる発光層を画素毎に形成して、カラー表示を行う構成としても良い。典型的には、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色に対応した発光層を形成する。この場合にも、画素の光放射側にその発光波長帯の光を透過するフィルターを設けた構成とすることで、色純度の向上や、画素部の鏡面化（映り込み）の防止を図ることができる。フィルターを設けることで、従来必要であるとされていた円偏光板などを省略することが可能となり、発光層から放射される光の損失を無くすことができる。さらに、斜方から画素部（表示画面）を見た場合に起こる色調の変化を低減することができる。
第２の層８０３で用いることのできる材料は低分子系有機発光材料でも高分子系有機発光材料でもよい。高分子系有機発光材料は低分子系に比べて物理的強度が高く、素子の耐久性が高い。また塗布により成膜することが可能であるので、素子の作製が比較的容易である。
発光色は、発光層を形成する材料で決まるため、これらを選択することで所望の発光を示す発光素子を形成することができる。発光層の形成に用いることができる高分子系の電界発光材料は、ポリパラフェニレンビニレン系、ポリパラフェニレン系、ポリチオフェン系、ポリフルオレン系が挙げられる。
ポリパラフェニレンビニレン系には、ポリ（パラフェニレンビニレン） [ＰＰＶ] の誘導体、ポリ（２，５−ジアルコキシ−１，４−フェニレンビニレン） [ＲＯ−ＰＰＶ]、ポリ（２−（２'−エチル−ヘキソキシ）−５−メトキシ−１，４−フェニレンビニレン）[ＭＥＨ−ＰＰＶ]、ポリ（２−（ジアルコキシフェニル）−１,４−フェニレンビニレン）[ＲＯＰｈ−ＰＰＶ]等が挙げられる。ポリパラフェニレン系には、ポリパラフェニレン［ＰＰＰ］の誘導体、ポリ（２，５−ジアルコキシ−１，４−フェニレン）[ＲＯ−ＰＰＰ]、ポリ（２，５−ジヘキソキシ−１，４−フェニレン）等が挙げられる。ポリチオフェン系には、ポリチオフェン［ＰＴ］の誘導体、ポリ（３−アルキルチオフェン）［ＰＡＴ］、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）［ＰＨＴ］、ポリ（３−シクロヘキシルチオフェン）［ＰＣＨＴ］、ポリ（３−シクロヘキシル−４−メチルチオフェン）［ＰＣＨＭＴ］、ポリ（３，４−ジシクロヘキシルチオフェン）［ＰＤＣＨＴ］、ポリ［３−（４−オクチルフェニル）−チオフェン］［ＰＯＰＴ］、ポリ［３−（４−オクチルフェニル）−２，２ビチオフェン］［ＰＴＯＰＴ］等が挙げられる。ポリフルオレン系には、ポリフルオレン［ＰＦ］の誘導体、ポリ（９，９−ジアルキルフルオレン）［ＰＤＡＦ］、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン）［ＰＤＯＦ］等が挙げられる。
前記第２の無機化合物としては、第２の有機化合物の発光を消光しにくい無機化合物であれば何であってもよく、種々の金属酸化物や金属窒化物を用いることができる。特に、周期表第１３族または第１４族の金属酸化物は、第２の有機化合物の発光を消光しにくいため好ましく、具体的には酸化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化ケイ素、酸化ゲルマニウムが好適である。ただし、これらに限定されることはない。
なお、第２の層８０３は、上述した有機化合物と無機化合物の組み合わせを適用した層を、複数積層して形成していてもよい。また、他の有機化合物あるいは他の無機化合物をさらに含んでいてもよい。発光層の層構造は変化しうるものであり、特定の電子注入領域や発光領域を備えていない代わりに、もっぱらこの目的用の電極層を備えたり、発光性の材料を分散させて備えたりする変形は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において許容されうるものである。
上記のような材料で形成した発光素子は、順方向にバイアスすることで発光する。発光素子を用いて形成する表示装置の画素は、単純マトリクス方式、若しくはアクティブマトリクス方式で駆動することができる。いずれにしても、個々の画素は、ある特定のタイミングで順方向バイアスを印加して発光させることとなるが、ある一定期間は非発光状態となっている。この非発光時間に逆方向のバイアスを印加することで発光素子の信頼性を向上させることができる。発光素子では、一定駆動条件下で発光強度が低下する劣化や、画素内で非発光領域が拡大して見かけ上輝度が低下する劣化モードがあるが、順方向及び逆方向にバイアスを印加する交流的な駆動を行うことで、劣化の進行を遅くすることができ、発光表示装置の信頼性を向上させることができる。また、デジタル駆動、アナログ駆動どちらでも適用可能である。
よって、封止基板にカラーフィルタ（着色層）を形成してもよい。カラーフィルタ（着色層）は、蒸着法や液滴吐出法によって形成することができ、カラーフィルタ（着色層）を用いると、高精細な表示を行うこともできる。カラーフィルタ（着色層）により、各ＲＧＢの発光スペクトルにおいてブロードなピークが鋭いピークになるように補正できるからである。また、Ｒ、Ｇ、Ｂの３種類の画素を用いたフルカラー表示に限らず、３色映像データを４色映像データに変換してＲ、Ｇ、Ｂ、Ｗ（白色）の４種類の画素を用いたフルカラー表示としてもよい。４種類の画素を用いると、輝度が増加し、躍動感のある映像表示が行える。
単色の発光を示す材料を形成し、カラーフィルタや色変換層を組み合わせることによりフルカラー表示を行うことができる。カラーフィルタ（着色層）や色変換層は、例えば第２の基板（封止基板）に形成し、基板へ張り合わせればよい。
もちろん単色発光の表示を行ってもよい。例えば、単色発光を用いてエリアカラータイプの表示装置を形成してもよい。エリアカラータイプは、パッシブマトリクス型の表示部が適しており、主に文字や記号を表示することができる。
第１の電極層８７０及び第２の電極層８５０は仕事関数を考慮して材料を選択する必要があり、そして第１の電極層８７０及び第２の電極層８５０は、画素構成によりいずれも陽極、又は陰極となりうる。駆動用薄膜トランジスタの極性がｐチャネル型である場合、図１１（Ａ）のように第１の電極層８７０を陽極、第２の電極層８５０を陰極とするとよい。また、駆動用薄膜トランジスタの極性がｎチャネル型である場合、図１１（Ｂ）のように、第１の電極層８７０を陰極、第２の電極層８５０を陽極とすると好ましい。第１の電極層８７０および第２の電極層８５０に用いることのできる材料について述べる。第１の電極層８７０、第２の電極層８５０が陽極として機能する場合は仕事関数の大きい材料（具体的には４．５ｅＶ以上の材料）が好ましく、第１の電極層、第２の電極層８５０が陰極として機能する場合は仕事関数の小さい材料（具体的には３．５ｅＶ以下の材料）が好ましい。しかしながら、第１の層８０４のホール注入特性及びホール輸送特性や、第３の層８０２の電子注入特性及び電子輸送特性が優れているため、第１の電極層８７０、第２の電極層８５０共に、ほとんど仕事関数の制限を受けることなく、種々の材料を用いることができる。
図１１（Ａ）、（Ｂ）における発光素子は、第１の電極層８７０より光を取り出す構造のため、第２の電極層８５０は、必ずしも光透光性を有する必要はない。第２の電極層８５０としては、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＳｉXＮY、Ｎｉ、Ｗ、ＷＳｉX、ＷＮX、ＷＳｉXＮY、ＮｂＮ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｔａ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｇ、Ｃａ、ＬｉまたはＭｏから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料を主成分とする膜またはそれらの積層膜を総膜厚１００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲で用いればよい。
第２の電極層８５０は、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、印刷法または液滴吐出法などを用いて形成することができる。
また、第２の電極層８５０に第１の電極層８７０で用いる材料のような透光性を有する導電性材料を用いると、第２の電極層８５０からも光を取り出す構造となり、発光素子から放射される光は、第１の電極層８７０と第２の電極層８５０との両方より放射される両方放射構造とすることができる。
なお、第１の電極層８７０や第２の電極層８５０の種類を変えることで、本発明の発光素子は様々なバリエーションを有する。
図１１（Ｂ）は、電界発光層８６０が、第１の電極層８７０側から第３の層８０２、第２の層、第１の層８０４の順で構成されているケースである。
以上で述べたように、本発明の発光素子は、第１の電極層８７０と第２の電極層８５０との間に狭持された層が、有機化合物と無機化合物が複合された層を含む電界発光層８６０から成っている。そして、有機化合物と無機化合物を混合することにより、それぞれ単独では得られない高いキャリア注入性、キャリア輸送性という機能が得られる層（すなわち、第１の層８０４および第３の層８０２）が設けられている有機・無機複合型の発光素子である。また、上記第１の層８０４、第３の層８０２は、有機化合物と無機化合物が複合された層であると効果的であるが、有機化合物、無機化合物のみであってもよい。
なお、電界発光層８６０は有機化合物と無機化合物が混合された層を含むが、その形成方法としては種々の手法を用いることができる。例えば、有機化合物と無機化合物の両方を抵抗加熱により蒸発させ、共蒸着する手法が挙げられる。その他、有機化合物を抵抗加熱により蒸発させる一方で、無機化合物をエレクトロンビーム（ＥＢ）により蒸発させ、共蒸着してもよい。また、有機化合物を抵抗加熱により蒸発させると同時に、無機化合物をスパッタリングし、両方を同時に堆積する手法も挙げられる。その他、湿式法により成膜してもよい。
また、第１の電極層８７０および第２の電極層８５０に関しても同様に、抵抗加熱による蒸着法、ＥＢ蒸着法、スパッタリング、湿式法などを用いることができる。
図１１（Ｃ）は、図１１（Ａ）において、第１の電極層８７０に反射性を有する電極層を用い、第２の電極層８５０に透光性を有する電極層を用いており、発光素子より放射された光は第１の電極層８７０で反射され、第２の電極層８５０を透過して放射される。同様に図１１（Ｄ）は、図１１（Ｂ）において、第１の電極層８７０に反射性を有する電極層を用い、第２の電極層８５０に透光性を有する電極層を用いており、発光素子より放射された光は第１の電極層８７０で反射され、第２の電極層８５０を透過して放射される。本実施の形態は、実施の形態１乃至４それぞれと自由に組み合わせることが可能である。
（実施の形態７）
次に、実施の形態４乃至６によって作製される表示パネルに駆動用のドライバ回路を実装する態様について説明する。
まず、ＣＯＧ方式を採用した表示装置について、図１８（Ａ）を用いて説明する。基板２７００上には、文字や画像などの情報を表示する画素部２７０１が設けられる。複数の駆動回路が設けられた基板を、矩形状に分断し、分断後の駆動回路（ドライバＩＣとも表記）２７５１は、基板２７００上に実装される。図１８（Ａ）は複数のドライバＩＣ２７５１、ドライバＩＣ２７５１の先にＦＰＣ２７５０を実装する形態を示す。また、分割する大きさを画素部の信号線側の辺の長さとほぼ同じにし、単数のドライバＩＣに、該ドライバＩＣの先にテープを実装してもよい。
また、ＴＡＢ方式を採用してもよく、その場合は、図１８（Ｂ）で示すように複数のテープを貼り付けて、該テープにドライバＩＣを実装すればよい。ＣＯＧ方式の場合と同様に、単数のテープに単数のドライバＩＣを実装してもよく、この場合には、強度の問題から、ドライバＩＣを固定する金属片等を一緒に貼り付けるとよい。
これらの表示パネルに実装されるドライバＩＣは、生産性を向上させる観点から、一辺が３００ｍｍから１０００ｍｍ以上の矩形状の基板上に複数個作り込むとよい。
つまり、基板上に駆動回路部と入出力端子を一つのユニットとする回路パターンを複数個形成し、最後に分割して取り出せばよい。ドライバＩＣの長辺の長さは、画素部の一辺の長さや画素ピッチを考慮して、長辺が１５〜８０ｍｍ、短辺が１〜６ｍｍの矩形状に形成してもよいし、画素領域の一辺、又は画素部の一辺と各駆動回路の一辺とを足した長さに形成してもよい。
ドライバＩＣのＩＣチップに対する外形寸法の優位性は長辺の長さにあり、長辺が１５〜８０ｍｍで形成されたドライバＩＣを用いると、画素部に対応して実装するのに必要な数がＩＣチップを用いる場合よりも少なくて済み、製造上の歩留まりを向上させることができる。また、ガラス基板上にドライバＩＣを形成すると、母体として用いる基板の形状に限定されないので生産性を損なうことがない。これは、円形のシリコンウエハからＩＣチップを取り出す場合と比較すると、大きな優位点である。
また、図１７（Ｂ）のように走査線側駆動回路３７０２は基板上に一体形成される場合、画素部３７０１の外側の領域には、信号線側の駆動回路駆動回路が形成されたドライバＩＣが実装される。これらのドライバＩＣは、信号線側の駆動回路である。ＲＧＢフルカラーに対応した画素領域を形成するためには、ＸＧＡクラスで信号線の本数が３０７２本必要であり、ＵＸＧＡクラスでは４８００本が必要となる。このような本数で形成された信号線は、画素部３７０１の端部で数ブロック毎に区分して引出線を形成し、ドライバＩＣの出力端子のピッチに合わせて集められる。ドライバＩＣは、基板上に形成された結晶質半導体により形成することができる。
図１８（Ａ）、（Ｂ）のように走査線駆動回路及び信号線駆動回路の両方として、ドライバＩＣを実装してもよい。その場合には、走査線側と信号線側で用いるドライバＩＣの仕様を異なるものにするとよい。例えば、走査線側のドライバＩＣを構成するトランジスタには３０Ｖ程度の耐圧が要求されるものの、駆動周波数は１００ｋＨｚ以下であり、比較的高速動作は要求されない。従って、走査線側のドライバを構成するトランジスタのチャネル長（Ｌ）は十分大きく設定することが好適である。一方、信号線側のドライバＩＣのトランジスタには、１２Ｖ程度の耐圧があれば十分であるが、駆動周波数は３Ｖにて６５ＭＨｚ程度であり、高速動作が要求される。そのため、ドライバを構成するトランジスタのチャネル長などはミクロンルールで設定することが好適である。
ドライバＩＣの厚さは、対向基板と同じ厚さとすることで、両者の間の高さはほぼ同じものとなり、表示装置全体としての薄型化に寄与する。また、それぞれの基板を同じ材質のもので作製することにより、この表示装置に温度変化が生じても熱応力が発生することなく、ＴＦＴで作製された回路の特性を損なうことはない。その他にも、本実施形態で示すようにＩＣチップよりも長尺のドライバＩＣで駆動回路を実装することにより、１つの画素領域に対して、実装されるドライバＩＣの個数を減らすことができる。
以上のようにして、表示パネルに駆動回路を組み入れることができる。
（実施の形態８）
本発明の半導体装置、及び表示装置に具備される保護回路の一例について説明する。
図１９で示すように、外部回路と内部回路の間に保護回路２７１３を形成することができる。保護回路は、ＴＦＴ、ダイオード、抵抗素子及び容量素子等から選択された１つ又は複数の素子によって構成されるものであり、以下にはいくつかの保護回路の構成とその動作について説明する。まず、外部回路と内部回路の間に配置される保護回路であって、１つの入力端子に対応した保護回路の等価回路図の構成について、図１９を用いて説明する。図１９（Ａ）に示す保護回路は、ｐチャネル型薄膜トランジスタ７２２０、７２３０、容量素子７２１０、７２４０、抵抗素子７２５０を有する。抵抗素子７２５０は２端子の抵抗であり、一端には入力電圧Ｖｉｎ（以下、Ｖｉｎと表記）が、他端には低電位電圧ＶＳＳ（以下、ＶＳＳと表記）が与えられる。
図１９（Ｂ）に示す保護回路は、ｐチャネル型薄膜トランジスタ７２２０、７２３０を、整流性を有するダイオード７２６０、７２７０で代用した等価回路図である。図１９（Ｃ）に示す保護回路は、ｐチャネル型薄膜トランジスタ７２２０、７２３０を、ＴＦＴ７３５０、７３６０、７３７０、７３８０で代用した等価回路図である。また、上記とは別の構成の保護回路として、図１９（Ｄ）に示す保護回路は、抵抗７２８０、７２９０と、ｎチャネル型薄膜トランジスタ７３００を有する。図１９（Ｅ）に示す保護回路は、抵抗７２８０、７２９０、ｐチャネル型薄膜トランジスタ７３１０及びｎチャネル型薄膜トランジスタ７３２０を有する。保護回路を設けることで電位の急激な変動を防いで、素子の破壊又は損傷を防ぐことができ、信頼性が向上する。なお、上記保護回路を構成する素子は、耐圧に優れた非晶質半導体により構成することが好ましい。本実施の形態は、上記の実施の形態と自由に組み合わせることが可能である。
本実施の形態は、実施の形態１乃至７とそれぞれ組み合わせて用いることが可能である。
（実施の形態９）
本実施の形態で示す表示パネルの画素の構成について、図１０に示す等価回路図を参照して説明する。本実施の形態では、画素の表示素子として発光素子（ＥＬ素子）を用いる例を示す。
図１０（Ａ）に示す画素は、列方向に信号線７１０及び電源線７１１、電源線７１２、電源線７１３、行方向に走査線７１４が配置される。また、ＴＦＴ７０１は、スイッチング用ＴＦＴ、ＴＦＴ７０３は駆動用ＴＦＴ、ＴＦＴ７０４は電流制御用ＴＦＴであり、他に容量素子７０２及び発光素子７０５を有する。
図１０（Ｃ）に示す画素は、ＴＦＴ７０３のゲート電極が、行方向に配置された電源線７１２に接続される点が異なっており、それ以外は図１０（Ａ）に示す画素と同じ構成である。つまり、図１０（Ａ）（Ｃ）に示す両画素は、同じ等価回路図を示す。しかしながら、列方向に電源線７１２が配置される場合（図１０（Ａ））と、行方向に電源線７１２が配置される場合（図１０（Ｃ））では、各電源線は異なるレイヤーの導電体層で形成される。ここでは、ＴＦＴ７０３のゲート電極が接続される配線に注目し、これらを作製するレイヤーが異なることを表すために、図１０（Ａ）（Ｃ）として分けて記載する。
なお、ＴＦＴ７０３は、飽和領域で動作し発光素子７０５に流れる電流値を制御する役目を有し、ＴＦＴ７０４は線形領域で動作し発光素子７０５に対する電流の供給を制御する役目を有する。両ＴＦＴは同じ導電型を有していると作製工程上好ましい。上記構成を有する本発明は、ＴＦＴ７０４が線形領域で動作するために、ＴＦＴ７０４のＶGSの僅かな変動は発光素子７０５の電流値に影響を及ぼさない。つまり、発光素子７０５の電流値は、飽和領域で動作するＴＦＴ７０３により決定される。上記構成を有する本発明は、発光素子の輝度ムラを改善して画質を向上させた表示装置を提供することができる。
図１０（Ａ）〜（Ｄ）に示す画素において、ＴＦＴ７０１は、画素に対するビデオ信号の入力を制御するものであり、ＴＦＴ７０１がオンして、画素内にビデオ信号が入力されると、容量素子７０２にそのビデオ信号が保持される。なお図１０（Ａ）（Ｃ）には、容量素子７０２を設けた構成を示したが、本発明はこれに限定されず、ビデオ信号を保持する容量がゲート容量などでまかなうことが可能な場合には、明示的に容量素子７０２を設けなくてもよい。
発光素子７０５は、２つの電極間に電界発光層が挟まれた構造を有し、順バイアス方向の電圧が印加されるように、画素電極と対向電極の間（陽極と陰極の間）に電位差が設けられる。電界発光層は有機材料や無機材料等の広汎に渡る材料により構成され、この電界発光層におけるルミネッセンスには、一重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（蛍光）と、三重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（リン光）とが含まれる。
図１０（Ｂ）に示す画素は、ＴＦＴ７０６と走査線７１６を追加している以外は、図１０（Ａ）に示す画素構成と同じである。同様に、図１０（Ｄ）に示す画素は、ＴＦＴ７０６と走査線７１６を追加している以外は、図１０（Ｃ）に示す画素構成と同じである。
ＴＦＴ７０６は、新たに配置された走査線７１６によりオン又はオフが制御される。ＴＦＴ７０６がオンになると、容量素子７０２に保持された電荷は放電し、ＴＦＴ７０４がオフする。つまり、ＴＦＴ７０６の配置により、強制的に発光素子７０５に電流が流れない状態を作ることができる。従って、図１０（Ｂ）（Ｄ）の構成は、全ての画素に対する信号の書き込みを待つことなく、書き込み期間の開始と同時又は直後に点灯期間を開始することができるため、デューティ比を向上することが可能となる。
図１０（Ｅ）に示す画素は、列方向に信号線７５０、電源線７５１、電源線７５２、行方向に走査線７５３が配置される。また、ＴＦＴ７４１はスイッチング用ＴＦＴ、ＴＦＴ７４３は駆動用ＴＦＴであり、他に容量素子７４２及び発光素子７４４を有する。図１０（Ｆ）に示す画素は、ＴＦＴ７４５と走査線７５４を追加している以外は、図１０（Ｅ）に示す画素構成と同じである。なお、図１０（Ｆ）の構成も、ＴＦＴ７４５の配置により、デューティ比を向上することが可能となる。
本発明を用いると、ＴＦＴに必要とされる高い電気的特性や信頼性をも付与することができ、使用目的に合わせて画素の表示能力を向上するための応用技術にも十分対応できる。
本実施の形態は、実施の形態１乃至４、実施の形態６乃至８とそれぞれ組み合わせて用いることが可能である。
（実施の形態１０）
本実施の形態を図９を用いて説明する。図９は、本発明を適用して作製されるＴＦＴ基板２８００を用いて発光（ＥＬ）表示モジュールを構成する一例を示している。図９において、ＴＦＴ基板２８００上には、画素により構成された画素部が形成されている。
図９では、画素部の外側であって、駆動回路と画素との間に、画素に形成されたものと同様なＴＦＴ又はそのＴＦＴのゲートとソース若しくはドレインの一方とを接続してダイオードと同様に動作させた保護回路部２８０１が備えられている。駆動回路２８０９は、単結晶半導体で形成されたドライバＩＣ、ガラス基板上に多結晶半導体膜で形成されたドライバＩＣ、若しくは駆動回路などが適用されている。
ＴＦＴ基板２８００は、液滴吐出法で形成されたスペーサ２８０６ａ、スペーサ２８０６ｂを介して封止基板２８２０と固着されている。スペーサは、基板の厚さが薄く、また画素部の面積が大型化した場合にも、２枚の基板の間隔を一定に保つために設けておくことが好ましい。ＴＦＴ２８０２、ＴＦＴ２８０３とそれぞれ接続する発光素子２８０４、発光素子２８０５上であって、ＴＦＴ基板２８００と封止基板２８２０との間にある空隙には少なくとも可視領域の光に対して透光性を有する樹脂材料を充填して固体化しても良いし、無水化した窒素若しくは不活性気体を充填させても良い。
図９では発光素子２８０４、発光素子２８０５、発光素子２８１５を上方放射型（トップエミッション型）の構成とした場合を示し、図中に示す矢印の方向に光を放射する構成としている。各画素は、画素を赤色、緑色、青色として発光色を異ならせておくことで、多色表示を行うことができる。また、このとき封止基板２８２０側に各色に対応した着色層２８０７ａ、着色層２８０７ｂ、着色層２８０７ｃを形成しておくことで、外部に放射される発光の色純度を高めることができる。また、画素を白色発光素子として着色層２８０７ａ、着色層２８０７ｂ、着色層２８０７ｃと組み合わせても良い。
外部回路である駆動回路２８０９は、ＴＦＴ基板２８００の一端に設けられた走査線若しくは信号線接続端子と、配線基板２８１０で接続される。また、ＴＦＴ基板２８００に接して若しくは近接させて、熱を機器の外部へ伝えるために使われる、パイプ状の高効率な熱伝導デバイスであるヒートパイプ２８１３と放熱板２８１２を設け、放熱効果を高める構成としても良い。
なお、図９では、トップエミッションの発光表示モジュールとしたが、発光素子の構成や外部回路基板の配置を変えてボトムエミッション構造、もちろん上面、下面両方から光が放射する両面放射構造としても良い。トップエミッション型の構成の場合、隔壁となる絶縁層を着色しブラックマトリクスとして用いてもよい。この隔壁は液滴吐出法により形成することができ、ポリイミドなどの樹脂材料に、顔料系の黒色樹脂やカーボンブラック等を混合させて形成すればよく、その積層でもよい。
また、発光表示モジュールは、位相差板や偏光板を用いて、外部から入射する光の反射光を遮断するようにしてもよい。また上面放射型の表示装置ならば、隔壁となる絶縁層を着色しブラックマトリクスとして用いてもよい。この隔壁は液滴吐出法などによっても形成することができ、顔料系の黒色樹脂や、ポリイミドなどの樹脂材料に、カーボンブラック等を混合させてもよく、その積層でもよい。液滴吐出法によって、異なった材料を同領域に複数回吐出し、隔壁を形成してもよい。位相差板、位相差板としてはλ／４板とλ／２板とを用い、光を制御できるように設計すればよい。構成としては、TFT素子基板側から純に、発光素子、封止基板（封止材）、位相差板、位相差板（λ／４板、λ／２板）、偏光板という構成になり、発光素子から放射された光は、これらを通過し偏光板側より外部に放射される。この位相差板や偏光板は光が放射される側に設置すればよく、両面放射される両面放射型の表示装置であれば両方に設置することもできる。また、偏光板の外側に反射防止膜を有していても良い。これにより、より高繊細で精密な画像を表示することができる。
ＴＦＴ基板２８００において、画素部が形成された側にシール材や接着性の樹脂を用いて樹脂フィルムを貼り付けて封止構造を形成してもよい。本実施の形態では、ガラス基板を用いるガラス封止を示したが、樹脂による樹脂封止、プラスチックによるプラスチック封止、フィルムによるフィルム封止、など様々な封止方法を用いることができる。樹脂フィルムの表面には水蒸気の透過を防止するガスバリア膜を設けておくと良い。フィルム封止構造とすることで、さらなる薄型化及び軽量化を図ることができる。
本実施の形態では、ＴＦＴ２８０２、ＴＦＴ２８０３において、化合物半導体である酸化物半導体材料を用い、半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との間に介在するバッファ層によって、半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との導電性は向上し、電気的に良好な接続を行うことができる。従って薄膜トランジスタの電気的特性が向上し、高性能の半導体装置、表示装置を作製することができる。
酸化物半導体のような化合物半導体は、他のシリコンや有機半導体材料などの半導体材料と比較して、材料が安価であり作製工程も複雑化しないため、低コストで半導体装置を作製することができる。また、酸化物半導体のような透明な半導体材料は可視光の吸収が少ないため、半導体層のチャネル部分に光が入射しても不要な光励起キャリアが発生しない、耐光性の優れた薄膜トランジスタとすることができる。従って、高速動作を行うことができる高性能、かつ高信頼性の半導体装置、表示装置を作製することもできる。
本実施の形態は、実施の形態１乃至４、実施の形態６乃至９とそれぞれ組み合わせて用いることが可能である。
（実施の形態１１）
本実施の形態を図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）を用いて説明する。図１６（Ａ）、図１６（Ｂ）は、本発明を適用して作製されるＴＦＴ基板２６００を用いて液晶表示モジュールを構成する一例を示している。
図１６（Ａ）は液晶表示モジュールの一例であり、ＴＦＴ基板２６００と対向基板２６０１がシール材２６０２により固着され、その間に画素部２６０３と液晶層２６０４が設けられ表示領域を形成している。着色層２６０５はカラー表示を行う場合に必要であり、ＲＧＢ方式の場合は、赤、緑、青の各色に対応した着色層が各画素に対応して設けられている。ＴＦＴ基板２６００と対向基板２６０１の外側には偏光板２６０６、２６０７、レンズフィルム２６１３が配設されている。光源は冷陰極管２６１０と反射板２６１１により構成され、回路基板２６１２は、配線回路２６０８とフレキシブル配線基板２６０９によりＴＦＴ基板２６００と接続され、コントロール回路や電源回路などの外部回路が組みこまれている。液晶表示モジュールには、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ａｌｉｇｎｅｄ Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢモードなどを用いることができる。
なかでも、本発明で作製する表示装置は高速応答が可能なＯＣＢモードを用いることでより高性能化することができる。図１６（Ｂ）は図１６（Ａ）の液晶表示モジュールにＯＣＢモードを適用した一例であり、ＦＳ−ＬＣＤ（Ｆｉｅｌｄ ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ−ＬＣＤ）となっている。ＦＳ−ＬＣＤは、１フレーム期間に赤色発光と緑色発光と青色発光をそれぞれ行うものであり、時間分割を用いて画像を合成しカラー表示を行うことが可能である。また、各発光を発光ダイオードまたは冷陰極管等で行うので、カラーフィルタが不要である。よって、３原色のカラーフィルタを並べる必要がないため同じ面積で９倍の画素を表示できる。一方、１フレーム期間に３色の発光を行うため、液晶の高速な応答が求められる。本発明の表示装置に、ＦＳ方式、及びＯＣＢモードを適用すると、一層高性能で高画質な表示装置、また液晶テレビジョン装置を完成させることができる。
ＯＣＢモードの液晶層は、いわゆるπセル構造を有している。πセル構造とは、液晶分子のプレチルト角がアクティブマトリクス基板と対向基板との基板間の中心面に対して面対称の関係で配向された構造である。πセル構造の配向状態は、基板間に電圧が印加されていない時はスプレイ配向となり、電圧を印加するとベンド配向に移行する。さらに電圧を印加するとベンド配向の液晶分子が両基板と垂直に配向し、光が透過する状態となる。なお、ＯＣＢモードにすると、従来のＴＮモードより約１０倍速い高速応答性を実現できる。
また、ＦＳ方式に対応するモードとして、高速動作が可能な強誘電性液晶（ＦＬＣ：Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）を用いたＨＶ−ＦＬＣ、ＳＳ−ＦＬＣなども用いることができる。ＯＣＢモードは粘度の比較的低いネマチック液晶が用いられ、ＨＶ−ＦＬＣ、ＳＳ−ＦＬＣには、スメクチック液晶が用いられるが、液晶材料としては、ＦＬＣ、ネマチック液晶、スメクチック液晶などの材料を用いることができる。
また、液晶表示モジュールの高速光学応答速度は、液晶表示モジュールのセルギャップを狭くすることで高速化する。また液晶材料の粘度を下げることでも高速化できる。上記高速化は、ＴＮモードの液晶表示モジュールの画素領域の画素、またはドットピッチが３０μｍ以下の場合に、より効果的である。
図１６（Ｂ）の液晶表示モジュールは透過型の液晶表示モジュールを示しており、光源として赤色光源２９１０ａ、緑色光源２９１０ｂ、青色光源２９１０ｃが設けられている。光源は赤色光源２９１０ａ、緑色光源２９１０ｂ、青色光源２９１０ｃのそれぞれオンオフを制御するために、制御部２９１２が設置されている。制御部２９１２によって、各色の発光は制御され、液晶に光は入射し、時間分割を用いて画像を合成し、カラー表示が行われる。
本実施の形態では、半導体層に化合物半導体である酸化物半導体材料を用い、半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との間に介在するバッファ層によって、半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との導電性は向上し、電気的に良好な接続を行うことができる。従って薄膜トランジスタの電気的特性が向上し、高性能の半導体装置、表示装置を作製することができる。
酸化物半導体のような化合物半導体は、他のシリコンや有機半導体材料などの半導体材料と比較して、材料が安価であり作製工程も複雑化しないため、低コストで半導体装置を作製することができる。また、酸化物半導体のような透明な半導体材料は可視光の吸収が少ないため、半導体層のチャネル部分に光が入射しても不要な光励起キャリアが発生しない、耐光性の優れた薄膜トランジスタとすることができる。従って、高速動作を行うことができる高性能、かつ高信頼性の半導体装置、表示装置を作製することもできる。
本実施の形態は、実施の形態１乃至３、実施の形態５、実施の形態７、実施の形態８とそれぞれ組み合わせて用いることが可能である。
（実施の形態１２）
本発明によって形成される表示装置によって、テレビジョン装置を完成させることができる。図２０はテレビジョン装置の主要な構成を示すブロック図を示している。表示パネルには、図１７（Ａ）で示すような構成として画素部６０１のみが形成されて走査線側駆動回路６０３と信号線側駆動回路６０２とが、図１８（Ｂ）のようなＴＡＢ方式により実装される場合と、図１８（Ａ）のようなＣＯＧ方式により実装される場合と、図１７（Ｂ）に示すようにＴＦＴを形成し、画素部６０１と走査線側駆動回路６０３を基板上に一体形成し信号線側駆動回路６０２を別途ドライバＩＣとして実装する場合、また図１７（Ｃ）で示すように画素部６０１と信号線側駆動回路６０２と走査線側駆動回路６０３を基板上に一体形成する場合などがあるが、どのような形態としても良い。
その他の外部回路の構成として、映像信号の入力側では、チューナ６０４で受信した信号のうち、映像信号を増幅する映像信号増幅回路６０５と、そこから出力される信号を赤、緑、青の各色に対応した色信号に変換する映像信号処理回路６０６と、その映像信号をドライバＩＣの入力仕様に変換するためのコントロール回路６０７などからなっている。コントロール回路６０７は、走査線側と信号線側にそれぞれ信号が出力する。デジタル駆動する場合には、信号線側に信号分割回路６０８を設け、入力デジタル信号をｍ個に分割して供給する構成としても良い。
チューナ６０４で受信した信号のうち、音声信号は、音声信号増幅回路６０９に送られ、その出力は音声信号処理回路６１０を経てスピーカー６１３に供給される。制御回路６１１は受信局（受信周波数）や音量の制御情報を入力部６１２から受け、チューナ６０４や音声信号処理回路６１０に信号を送出する。
これらの液晶表示モジュール、ＥＬ表示モジュールを、図２１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、筐体に組みこんで、テレビジョン装置を完成させることができる。図９のようなＥＬ表示モジュールを用いると、ＥＬテレビジョン装置を、図１６（Ａ）、図１６（Ｂ）のような液晶表示モジュールを用いると、液晶テレビジョン装置を完成することができる。表示モジュールにより主画面２００３が形成され、その他付属設備としてスピーカー部２００９、操作スイッチなどが備えられている。このように、本発明によりテレビジョン装置を完成させることができる。
筐体２００１に表示用パネル２００２が組みこまれ、受信機２００５によりテレビ放送の受信をはじめ、モデム２００４を介して有線又は無線による通信ネットワークに接続することにより一方向（送信者から受信者）又は双方向（送信者と受信者間、又は受信者間同士）の情報通信をすることもできる。テレビジョン装置の操作は、筐体に組みこまれたスイッチ又は別体のリモコン装置２００６により行うことが可能であり、このリモコン装置にも出力する情報を表示する表示部２００７が設けられていても良い。
また、テレビジョン装置にも、主画面２００３の他にサブ画面２００８を第２の表示用パネルで形成し、チャネルや音量などを表示する構成が付加されていても良い。この構成において、主画面２００３を視野角の優れたＥＬ表示用パネルで形成し、サブ画面を低消費電力で表示可能な液晶表示用パネルで形成しても良い。また、低消費電力化を優先させるためには、主画面２００３を液晶表示用パネルで形成し、サブ画面をＥＬ表示用パネルで形成し、サブ画面は点滅可能とする構成としても良い。本発明を用いると、このような大型基板を用いて、多くのＴＦＴや電子部品を用いても、信頼性の高い表示装置とすることができる。
図２１（Ｂ）は例えば２０〜８０インチの大型の表示部を有するテレビジョン装置であり、筐体２０１０、表示部２０１１、操作部であるリモコン装置２０１２、スピーカー部２０１３等を含む。本発明は、表示部２０１１の作製に適用される。図２１（Ｂ）のテレビジョン装置は、壁かけ型となっており、設置するスペースを広く必要としない。
勿論、本発明はテレビジョン装置に限定されず、パーソナルコンピュータのモニタをはじめ、鉄道の駅や空港などにおける情報表示盤や、街頭における広告表示盤など特に大面積の表示媒体として様々な用途に適用することができる。
本発明を適用したテレビジョン装置は、高速動作を行うことができ、高性能、かつ高信頼性とすることができる。また、低コストで作製することができるため、鉄道の駅や空港などにおける情報表示盤や、街頭における広告表示盤など消耗や劣化が早い屋外のような環境で使用し、頻繁に取り替えが必要である場合、低価格で購入することができるのでよい。
酸化物半導体のような化合物半導体は、他のシリコンや有機半導体材料などの半導体材料と比較して、材料が安価であり作製工程も複雑化しないため、低コストで半導体装置を作製することができる。また、酸化物半導体のような透明な半導体材料は可視光の吸収が少ないため、半導体層のチャネル部分に光が入射しても不要な光励起キャリアが発生しない、耐光性の優れた薄膜トランジスタとすることができる。従って、高速動作を行うことができる高性能、かつ高信頼性の半導体装置、表示装置を作製することもできる。
（実施の形態１３）
本発明を適用して、様々な表示装置を作製することができる。即ち、それら表示装置を表示部に組み込んだ様々な電子機器に本発明を適用できる。
その様な電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ等のカメラ、プロジェクター、ヘッドマウントディスプレイ（ゴーグル型ディスプレイ）、カーナビゲーション、カーステレオ、パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはDigital Versatile Disc（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを備えた装置）などが挙げられる。それらの例を図２２に示す。
本発明は、図２２（Ａ）乃至（Ｅ）の電子機器の表示部に用いることができる。実施の形態４で示す発光表示装置、それを有する実施の形態１０で示す発光表示モジュール、実施の形態５で示す液晶表示装置、それを有する実施の形態１１で示す液晶表示モジュールを用いて、表示部（発光素子を用いて表示を行う表示部、又は液晶素子を用いて表示を行う表示部）を形成することができる。上記実施の形態で述べたとおり、本発明を適用すると、低コストで歩留まり良く表示部を形成することができる。また、作製される電子機器の高性能化、かつ高信頼性化も可能となる。
図２２（Ａ）は、パーソナルコンピュータであり、本体２１０１、筐体２１０２、表示部２１０３、キーボード２１０４、外部接続ポート２１０５、ポインティングマウス２１０６等を含む。本発明は、表示部２１０３の作製に適用でき、高性能化、かつ高信頼性化が可能となる。また、表示部において高開口率とすることができるため、小型の電子機器の表示部に搭載する場合でも、鮮明で明るい表示を楽しむことができる。
図２２（Ｂ）は記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはＤＶＤ再生装置）であり、本体２２０１、筐体２２０２、表示部Ａ２２０３、表示部Ｂ２２０４、記録媒体（ＤＶＤ等）読み込み部２２０５、操作キー２２０６、スピーカー部２２０７等を含む。表示部Ａ２２０３は主として画像情報を表示し、表示部Ｂ２２０４は主として文字情報を表示するが、本発明は、これら表示部Ａ２２０３、表示部Ｂ２２０４の作製に適用でき、高性能化、かつ高信頼性化が可能となる。また、表示部において高開口率とすることができるため、小型の電子機器の表示部に搭載する場合でも、鮮明で明るい表示を楽しむことができる。
図２２（Ｃ）は携帯電話であり、本体２３０１、音声出力部２３０２、音声入力部２３０３、表示部２３０４、操作スイッチ２３０５、アンテナ２３０６等を含む。本発明により作製される表示装置を表示部２３０４に適用することで、高性能化、かつ高信頼性化が可能となる。また、表示部において高開口率とすることができるため、小型の電子機器の表示部に搭載する場合でも、鮮明で明るい表示を楽しむことができる。
図２２（Ｄ）はビデオカメラであり、本体２４０１、表示部２４０２、筐体２４０３、外部接続ポート２４０４、リモコン受信部２４０５、受像部２４０６、バッテリー２４０７、音声入力部２４０８、操作キー２４０９等を含む。本発明は、表示部２４０２に適用することができる。本発明により作製される表示装置を表示部２３０４に適用することで、高性能化、かつ高信頼性化が可能となる。また、表示部において高開口率とすることができるため、小型の電子機器の表示部に搭載する場合でも、鮮明で明るい表示を楽しむことができる。
図２２（Ｅ）はデジタルプレーヤーであり、本体２５０１、表示部２５０２、操作キー２５０３、記録媒体２５０４、電気信号を音響信号に変換する小型の装置であるイヤホン２５０６等を含む。図２２（Ｅ）で示すデジタルプレーヤーは、音声（音楽）、映像の記録、再生を行う機能を有し、記録媒体２５０４にはフラッシュメモリを用い２０〜２００ギガバイトの容量を有している。本発明は、表示部２５０２に適用することができる。本発明により作製される表示装置を表示部２３０４に適用することで、高性能化、かつ高信頼性化が可能となる。また、表示部において高開口率とすることができるため、小型の電子機器の表示部に搭載する場合でも、鮮明で明るい表示を楽しむことができる。
（実施の形態１４）
本発明によりプロセッサ回路を有するチップ（無線チップ、無線プロセッサ、無線メモリ、無線タグともよぶ）として機能する半導体装置を形成することができる。本発明の半導体装置の用途は広範にわたるが、例えば、紙幣、硬貨、有価証券類、証書類、無記名債券類、包装用容器類、書籍類、記録媒体、身の回り品、乗物類、食品類、衣類、保健用品類、生活用品類、薬品類及び電子機器等に設けて使用することができる。
上記実施の形態（特に実施の形態１乃至３）で示す半導体装置は、低コストで作製することができるため、その半導体装置を用いたプロセッサ回路を有するチップも低コストで作製することができる。この場合、医療分野、食料品分野で衛生面考慮する場合など、使い捨て（再利用できない）プロセッサ回路を有するチップを低価格で提供することができる。また、本発明を用いると、透光性を有する透明な半導体装置を作製することも可能なため、上記のような様々な物品にプロセッサ回路を有するチップを設けても、部品の外観の邪魔とならず、美感を損なわない効果がある。
紙幣、硬貨とは、市場に流通する金銭であり、特定の地域で貨幣と同じように通用するもの（金券）、記念コイン等を含む。有価証券類とは、小切手、証券、約束手形等を指し、プロセッサ回路を有するチップ１９０を設けることができる（図２４（Ａ）参照）。証書類とは、運転免許証、住民票等を指し、プロセッサ回路を有するチップ１９１を設けることができる（図２４（Ｂ）参照）。身の回り品とは、鞄、眼鏡等を指し、プロセッサ回路を有するチップ１９７を設けることができる（図２４（Ｃ）参照）。無記名債券類とは、切手、おこめ券、各種ギフト券等を指す。包装用容器類とは、お弁当等の包装紙、ペットボトル等を指し、プロセッサ回路を有するチップ１９３を設けることができる（図２４（Ｄ）参照）。書籍類とは、書物、本等を指し、プロセッサ回路を有するチップ１９４を設けることができる（図２４（Ｅ）参照）。記録媒体とは、ＤＶＤソフト、ビデオテープ等を指、プロセッサ回路を有するチップ１９５を設けることができる（図２４（Ｆ）参照）。乗物類とは、自転車等の車両、船舶等を指し、プロセッサ回路を有するチップ１９６を設けることができる（図２４（Ｇ）参照）。食品類とは、食料品、飲料等を指す。衣類とは、衣服、履物等を指す。保健用品類とは、医療器具、健康器具等を指す。生活用品類とは、家具、照明器具等を指す。薬品類とは、医薬品、農薬等を指す。電子機器とは、液晶表示装置、ＥＬ表示装置、テレビジョン装置（テレビ受像機、薄型テレビ受像機）、携帯電話等を指す。
紙幣、硬貨、有価証券類、証書類、無記名債券類等にプロセッサ回路を有するチップを設けることにより、偽造を防止することができる。また、包装用容器類、書籍類、記録媒体等、身の回り品、食品類、生活用品類、電子機器等にプロセッサ回路を有するチップを設けることにより、検品システムやレンタル店のシステムなどの効率化を図ることができる。乗物類、保健用品類、薬品類等にプロセッサ回路を有するチップを設けることにより、偽造や盗難の防止、薬品類ならば、薬の服用の間違いを防止することができる。プロセッサ回路を有するチップの設け方としては、物品の表面に貼ったり、物品に埋め込んだりして設ける。例えば、本ならば紙に埋め込んだり、有機樹脂からなるパッケージなら当該有機樹脂に埋め込んだりするとよい。
また、本発明より形成することが可能なプロセッサ回路を有するチップを、物の管理や流通のシステムに応用することで、システムの高機能化を図ることができる。例えば、荷札に設けられるプロセッサ回路を有するチップに記録された情報を、ベルトコンベアの脇に設けられたリーダライタで読み取ることで、流通過程及び配達先等の情報が読み出され、商品の検品や荷物の分配を簡単に行うことができる。
本発明より形成することが可能なプロセッサ回路を有するチップの構造について図２３を用いて説明する。プロセッサ回路を有するチップは、薄膜集積回路９３０３及びそれに接続されるアンテナ９３０４とで形成される。また、薄膜集積回路及びアンテナは、カバー材９３０１、９３０２により挟持される。薄膜集積回路９３０３は、接着剤を用いてカバー材に接着してもよい。図２３においては、薄膜集積回路９３０３の一方が、接着剤９３２０を介してカバー材９３０１に接着されている。
薄膜集積回路９３０３は、剥離工程により剥離してカバー材に設ける。本実施の形態における薄膜トランジスタは、チャネル保護型の逆スタガ型薄膜トランジスタである。本実施の形態の薄膜トランジスタは、半導体層９３２３ａ及び半導体層９３２３ｂに化合物半導体である酸化物半導体層を用いる。ソース電極層又はドレイン電極層９３２４ａと半導体層９３２３ａとの間にはバッファ層９３２１ａが設けられ、ソース電極層又はドレイン電極層９３２４ｂと半導体層９３２３ａとの間にはバッファ層９３２１ｂが設けられている。同様に、ソース電極層又はドレイン電極層９３２５ａと半導体層９３２３ｂとの間にはバッファ層９３２２ａが設けられ、ソース電極層又はドレイン電極層９３２５ｂと半導体層９３２３ｂとの間にはバッファ層９３２２ｂが設けられている。バッファ層９３２１ａ、バッファ層９３２１ｂ、バッファ層９３２２ａ及びバッファ層９３２２ｂは、導電性を有し、有機化合物及び無機化合物を含む層である。よって、バッファ層９３２１ａ、バッファ層９３２１ｂ、バッファ層９３２２ａ及びバッファ層９３２２ｂにより、ソース電極層又はドレイン電極層９３２４ａ及び半導体層９３２３ａ、ソース電極層又はドレイン電極層９３２４ｂ及び半導体層９３２３ａ、ソース電極層又はドレイン電極層９３２５ａ及び半導体層９３２３ｂ、ソース電極層又はドレイン電極層９３２５ｂ及び半導体層９３２３ｂはそれぞれ接触抵抗が低くなり、良好な電気的な接続を行うことができる。従って薄膜トランジスタの電気的特性が向上し、高性能の半導体装置、表示装置を作製することができる。また、バッファ層９３２１ａ及びバッファ層９３２１ｂと、バッファ層９３２２ａ及びバッファ層９３２２ｂとは必要とされる電気的特性を薄膜トランジスタに付与できるような材料をそれぞれ用いて形成されている。また、薄膜集積回路９３０３に用いられる半導体素子はこれに限定されず、例えば、ＴＦＴの他に、記憶素子、ダイオード、光電変換素子、抵抗素子、コイル、容量素子、インダクタなども用いることができる。
図２３で示すように、薄膜集積回路９３０３のＴＦＴ上には層間絶縁膜９３１１が形成され、層間絶縁膜９３１１を介してＴＦＴに接続するアンテナ９３０４が形成される。また、層間絶縁膜９３１１及びアンテナ９３０４上には、窒化珪素膜等からなるバリア膜９３１２が形成されている。
アンテナ９３０４は、金、銀、銅等の導電体を有する液滴を液滴吐出法により吐出し、乾燥焼成して形成する。液滴吐出法によりアンテナを形成することで、工程数の削減が可能であり、それに伴うコスト削減が可能である。
カバー材９３０１、９３０２は、フィルム（ポリプロピレン、ポリエステル、ビニル、ポリフッ化ビニル、塩化ビニルなどからなる）、繊維質な材料からなる紙、基材フィルム（ポリエステル、ポリアミド、無機蒸着フィルム、紙類等）と、接着性合成樹脂フィルム（アクリル系合成樹脂、エポキシ系合成樹脂等）との積層フィルムなどを用いることが好ましい。フィルムは、熱圧着により、被処理体と接着、貼り合わせ処理が行われ、フィルムの最表面に設けられた接着層か、又は最外層に設けられた層（接着層ではない）を加熱処理によって溶かし、加圧により接着する。
また、カバー材に紙、繊維、カーボングラファイト等の焼却無公害素材を用いることにより、使用済みプロセッサ回路を有するチップの焼却、又は裁断することが可能である。また、これらの材料を用いたプロセッサ回路を有するチップは、焼却しても有毒ガスを発生しないため、無公害である。
なお、図２３では、接着剤９３２０を介してカバー材９３０１にプロセッサ回路を有するチップを設けているが、カバー材９３０1の代わりに、物品にプロセッサ回路を有するチップを貼付けて、使用しても良い。
（実施の形態１５）
本実施の形態として実施の形態１乃至３に記載の半導体装置を、可撓性を有する表示装置に適用した例について図２６を参照しながら示す。
図２６に示す本発明の表示装置は筐体に入っていても良く、本体６１０、画像を表示する画素部６１１、ドライバＩＣ６１２、受信装置６１３、フィルムバッテリー６１４などを含んでいる。ドライバＩＣや受信装置などは半導体部品を用い実装しても良い。本発明の表示装置は本体６１０を構成する材料をプラスチックやフィルムなど可撓性を有する材料で形成する。
このような本発明の表示装置は開口率が高い表示装置であり、駆動電圧が小さく消費電力も小さい。また、作製するべき要素が発光素子を用いた表示装置と比較して作製するべき要素が少ないため、簡便に歩留まりよく作製できる表示装置である。実施の形態１乃至３で作製した本発明を適用した薄膜トランジスタを用いて画素部を形成することによってさらに簡便に表示装置を作製でき、かつ信頼性を向上させることができる。
また、このような表示装置は非常に軽く、可撓性を有していることから筒状に丸めることも可能であり、持ち運びに非常に有利な表示装置である。本発明の表示装置により大画面の表示媒体を自由に持ち運びすることができる。
尚、図２６に示した表示装置は、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、オーディオコンポ等）、パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等）に加え、冷蔵庫装置、洗濯機、炊飯器、固定電話装置、真空掃除機、体温計など家庭電化製品から、電車内の吊し広告、鉄道駅や空港の発着案内版など大面積のインフォメーションディスプレイまで、主に静止画像を表示する手段として用いることができる。
以上のように本発明における好適な実施の形態について特に示したが、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなく、その形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解されるものである。
本実施例では、本発明を適用したボトムゲート構造のコプラナー型薄膜トランジスタの作製方法の例について説明する。図面は図１（Ａ）を用いる。但し、本発明は本実施例の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
基板５０上にゲート電極層５１を形成する。本実施例では、基板５０としてガラス基板を用い、純水で洗浄、乾燥させた後、基板５０上にスパッタリング法によって、タングステンを用いて導電膜を膜厚１５０ｎｍ形成する。導電膜上に形成したレジストマスクを用いて導電膜を所望の形状に加工し、ゲート電極層５１を形成する。本実施例では、加工は、ドライエッチングによって行う。ゲート電極層５１を形成後、マスクに酸素によるアッシング（アッシング条件：Ｏ2流量３００ｓｃｃｍ、６６．５Ｐａ、パワー１８００Ｗ、２分間）を行って除去する。
ゲート電極層５１上にゲート絶縁層５２を形成する。本実施例では、酸素を含む窒化珪素膜をＣＶＤ法により形成する。図１（Ａ）には示さないが図４で示す開口１２５のように、ゲート電極層とソース電極層又はドレイン電極層とが接続するために開口を形成する。本実施例では、ゲート絶縁層５２上に、レジストによるマスクを形成し、ドライエッチングを用いて開口１２５を形成する。エッチング条件は、エッチングガスＣＨＦ3（流量３５ｓｃｃｍ）、圧力２５ｍＴｏｒｒ、パワー５００Ｗとし、約１７０秒間行う。本実施例では、マスクは酸素によるアッシング（アッシング条件：０．５Ｔｏｒｒ、パワー２００Ｗ、１５秒間）によって除去する。本実施例のゲート絶縁層５２は、膜厚１１５ｎｍとする。フッ酸処理（３０秒間）を行い、ゲート絶縁層５２上に形成された酸化膜を除去し、ゲート絶縁層５２上にソース電極層又はドレイン電極層５３ａ及びソース電極層又はドレイン電極層５３ｂを形成する。本実施例では、ゲート絶縁層５２上に、スパッタリング法によってモリブデンを用いて導電膜（モリブデン膜）を膜厚２００ｎｍで形成する。形成条件は、スパッタリング装置において、パワー１．５ｋｗ、圧力０．４パスカル（Pa）、アルゴン（流量３０ｓｃｃｍ）雰囲気下とする。本実施例では、スパッタリング法によって得られた導電膜を、マスクを形成した後、酸をエッチャントとして用いたウェットエッチングにより所望の形状に加工し、ソース電極層又はドレイン電極層５３ａ及びソース電極層又はドレイン電極層５３ｂを形成する。
ソース電極層又はドレイン電極層５３ａ、及びソース電極層又はドレイン電極層５３ｂ上に有機化合物及び無機化合物を含む導電性を有する層であるバッファ層５４ａ及びバッファ層５４ｂを形成する。本実施例では、バッファ層４０４ａ及びバッファ層４０４ｂを、無機化合物として酸化モリブデンを、有機化合物としてＤＮＴＰＤを用いて共蒸着法により成膜する。成膜条件としては、真空度は１×１０-4Ｐａ程度で、質量混合比が１：１となるように成膜レートを調整しながら５０ｎｍ程度蒸着法で成膜する。
バッファ層５４ａ及びバッファ層５４ｂ上に半導体層５５を形成する。本実施例では、酸化亜鉛を用いてスパッタリング法により、圧力０．４Ｐａ、アルゴン（流量５０ｓｃｃｍ）及び酸素（５ｓｃｃｍ）の雰囲気下で、膜厚１００ｎｍ形成する。本実施例ではエッチング加工は、エッチャントとしてフッ酸を用いたウェットエッチングで１３０秒行う。本実施例では、半導体層５５は、スパッタ法による半導体膜形成時にメタルマスクを用いて形状を加工し、さらに形成する半導体膜上にレジストからなるマスクを形成し、マスクを用いてエッチングして形状を加工する。半導体層５５を形成後、マスクに酸素によるアッシング（アッシング条件：Ｏ2流量３００ｓｃｃｍ、６６．５Ｐａ、パワー１８００Ｗ、３分間）を行って除去する。
以上の工程で、図１（Ａ）に示すような本発明を適用したボトムゲート構造のコプラナー型の薄膜トランジスタを作製することができる。
本実施例では、酸化物半導体層を用いた半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との間に介在するバッファ層によって、半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との導電性は向上し、電気的に良好な接続を行うことができる。従って薄膜トランジスタの電気的特性が向上し、高性能の半導体装置、表示装置を作製することができる。
また、酸化物半導体層は、他のシリコンや有機半導体材料などの半導体材料と比較して、材料が安価であり作製工程も複雑化しないため、低コストで半導体装置を作製することができる。また、本実施例で酸化物半導体層に用いる酸化亜鉛のような透明な半導体は可視光の吸収が少ないため、半導体層のチャネル部分に光が入射しても不要な光励起キャリアが発生しない、耐光性の優れた薄膜トランジスタを作製することができる。従って、高速動作を行うことができる高性能、かつ高信頼性の半導体装置、表示装置を作製することもできる。
本実施例では、本発明を適用したトップゲート構造のプレナー型薄膜トランジスタの作製方法の例について説明する。図面は図３（Ａ）を用いる。但し、本発明は本実施例の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
基板４００上に絶縁層４０７を形成し、絶縁層４０７上に半導体層４０５を形成する。本実施例では、基板４００としてガラス基板を用い、純水で洗浄、乾燥させた後、絶縁層４０７を形成し、絶縁層４０７上に、半導体層４０５を、酸化物半導体である酸化亜鉛を用いてスパッタリング法により、圧力０．４Ｐａ、アルゴン（流量５０ｓｃｃｍ）及び酸素（５ｓｃｃｍ）の雰囲気下で、膜厚１００ｎｍ形成する。本実施例ではエッチング加工は、エッチャントとしてフッ酸を用いたウェットエッチングで１３０秒行う。本実施例では、半導体層４０５は、スパッタ法による半導体膜形成時にメタルマスクを用いて形状を加工し、さらに形成する半導体膜上にレジストからなるマスクを形成し、マスクを用いてエッチングして形状を加工する。半導体層４０５を形成後、マスクに酸素によるアッシング（アッシング条件：Ｏ2流量３００ｓｃｃｍ、６６．５Ｐａ、パワー１８００Ｗ、３分間）を行って除去する。
半導体層４０５上に、スパッタ法により酸化珪素膜よりなるチャネル保護層４０６を形成し、バッファ層４０４ａ及びバッファ層４０４ｂを形成する。本実施例では、バッファ層４０４ａ及びバッファ層４０４ｂを、無機化合物として酸化モリブデンを、有機化合物としてＤＮＴＰＤを用いて共蒸着法により成膜する。成膜条件としては、真空度は１×１０-4Pa程度で、質量混合比が１：１となるように成膜レートを調整しながら５０ｎｍ程度蒸着法で成膜する。
バッファ層４０４ａ及びバッファ層４０４ｂ上にソース電極層又はドレイン電極層４０３ａ及びソース電極層又はドレイン電極層４０３ｂを形成する。本実施例では、バッファ層４０４ａ及びバッファ層４０４ｂ上に、蒸着法によってアルミニウムを用いてソース電極層又はドレイン電極層４０３ａ及びソース電極層又はドレイン電極層４０３ｂを膜厚７０〜１００ｎｍ形成する。本実施例では、バッファ層４０４ａ及びバッファ層４０４ｂを形成後、チャンバーを大気開放せずに引き続き真空下にて蒸着法で成膜する（成膜レートは０．５〜１．０ｎｍ／Ｓｅｃ）。本実施例では、蒸着時にメタルマスクを用いて、ソース電極層又はドレイン電極層４０３ａ及びソース電極層又はドレイン電極層４０３ｂを所望の形状に形成する。
チャネル保護層４０６、ソース電極層又はドレイン電極層４０３ａ及びソース電極層又はドレイン電極層４０３ｂ上にゲート絶縁層４０２を形成する。本実施例では、酸素を含む窒化珪素膜をＣＶＤ法により形成する。図３（Ａ）には示さないが図４で示す開口１２５のように、ゲート電極層とソース電極層又はドレイン電極層とが接続するために開口を形成する。本実施例では、ゲート絶縁層４０２上に、レジストによるマスクを形成し、ドライエッチングを用いて開口を形成する。エッチング条件は、エッチングガスＣＨＦ3（流量３５ｓｃｃｍ）、圧力２５ｍＴｏｒｒ、パワー５００Ｗとし、約１７０秒間行う。本実施例では、マスクは酸素によるアッシング（アッシング条件：０．５Ｔｏｒｒ、パワー２００Ｗ、１５秒間）によって除去する。本実施例のゲート絶縁層４０２は、膜厚１１５ｎｍとする。
フッ酸処理（３０秒間）を行い、ゲート絶縁層４０２上に形成された酸化膜を除去し、ゲート絶縁層４０２上にゲート電極層４０１を形成する。本実施例では、スパッタリング法によって、タングステンを用いて導電膜を膜厚１５０ｎｍ形成する。導電膜上に形成したレジストマスクを用いて導電膜を所望の形状に加工し、ゲート電極層４０１を形成する。本実施例では、加工は、ドライエッチングによって行う。ゲート電極層４０１を形成後、マスクに酸素によるアッシング（アッシング条件：Ｏ2流量３００ｓｃｃｍ、６６．５Ｐａ、パワー１８００Ｗ、２分間）を行って除去する。
以上の工程で、図３（Ａ）に示すような本発明を適用したトップゲート構造のプラナー型の薄膜トランジスタを作製することができる。
本実施例では、酸化物半導体層を用いた半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との間に介在するバッファ層によって、半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との導電性は向上し、電気的に良好な接続を行うことができる。従って薄膜トランジスタの電気的特性が向上し、高性能の半導体装置、表示装置を作製することができる。
また、酸化物半導体層は、他のシリコンや有機半導体材料などの半導体材料と比較して、材料が安価であり作製工程も複雑化しないため、低コストで半導体装置を作製することができる。また、本実施例で酸化物半導体層に用いる酸化亜鉛のような透明な半導体は可視光の吸収が少ないため、半導体層のチャネル部分に光が入射しても不要な光励起キャリアが発生しない、耐光性の優れた薄膜トランジスタを作製することができる。従って、高速動作を行うことができる高性能、かつ高信頼性の半導体装置、表示装置を作製することもできる。
本発明を示す概念図。 本発明の半導体装置を示す図。 本発明の半導体装置を示す図。 本発明の表示装置の作製方法を示す図。 本発明の表示装置の作製方法を示す図。 本発明の表示装置の作製方法を示す図。 本発明の表示装置の作製方法を示す図。 本発明の表示装置を示す図。 本発明のＥＬ表示モジュールの構成例を示す断面図。 本発明のＥＬ表示パネルに適用できる画素の構成を示す回路図。 本発明に適用できる発光素子の構成を示す図。 本発明の表示装置の作製方法を示す図。 本発明の表示装置の作製方法を示す図。 本発明の表示装置を示す図。 本発明の表示装置を示す図。 本発明の液晶表示モジュールの構成例を示す断面図。 本発明の表示装置の上面図。 本発明の表示装置の上面図。 本発明が適用される保護回路を示す図。 本発明が適用される電子機器の主要な構成を示すブロック図。 本発明が適用される電子機器を示す図。 本発明が適用される電子機器を示す図。 本発明の半導体装置を示す図。 本発明が適用される半導体装置を示す図。 本発明の半導体装置を示す図。 本発明が適用される電子機器を示す図。 本発明の表示装置を示す図。

Claims (18)

  1. 酸化物半導体層と、導電層と、前記酸化物半導体層と前記導電層との間に設けられた有機化合物及び無機化合物を含む層を有することを特徴とする半導体装置。
  2. 酸化物半導体層と、ソース電極層と、ドレイン電極層と、前記酸化物半導体層と前記ソース電極層との間に設けられた第１の有機化合物及び無機化合物を含む層と、前記酸化物半導体層と前記ドレイン電極層との間に設けられた第２の有機化合物及び無機化合物を含む層とを有することを特徴とする半導体装置。
  3. ゲート電極層と、ゲート絶縁層と、酸化物半導体層と、ソース電極層と、ドレイン電極層と、前記酸化物半導体層と前記ソース電極層との間に設けられた第１の有機化合物及び無機化合物を含む層と、前記酸化物半導体層と前記ドレイン電極層との間に設けられた第２の有機化合物及び無機化合物を含む層とを有することを特徴とする半導体装置。
  4. 請求項２又は請求項３において、前記第１の有機化合物及び無機化合物を含む層と、前記第２の有機化合物及び無機化合物を含む層とは異なる材料を含むことを特徴とする半導体装置。
  5. 請求項２乃至４のいずれか一項において、前記第１の有機化合物及び無機化合物を含む層と前記ソース電極層との間に第１の一導電型を有する半導体層と、前記第２の有機化合物及び無機化合物を含む層と前記ドレイン電極層との間に第２の一導電型を有する半導体層を有することを特徴とする半導体装置。
  6. ゲート電極層と、前記ゲート電極層上にゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上にソース電極層及びドレイン電極層と、前記ソース電極層及び前記ドレイン電極層上に酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層上に有機材料を含む半導体層とを有することを特徴とする半導体装置。
  7. 請求項１乃至６のいずれか一項において、前記酸化物半導体層は酸化亜鉛を含むことを特徴とする半導体装置。
  8. 請求項１乃至７のいずれか一項において、前記酸化物半導体層はアルミニウム又はガリウムを含むことを特徴とする半導体装置。
  9. 酸化物半導体層を形成し、
    前記酸化物半導体層に接して有機化合物及び無機化合物を含む層を形成し、
    前記有機化合物及び無機化合物を含む層に接して導電層を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
  10. 酸化物半導体層を形成し、
    前記酸化物半導体層上に、第１の有機化合物及び無機化合物を含む層と第２の有機化合物及び無機化合物を含む層とを形成し、
    前記第１の有機化合物及び無機化合物を含む層上にソース電極層を、前記第２の有機化合物及び無機化合物を含む層上にドレイン電極層を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
  11. ゲート電極層を形成し、
    前記ゲート電極層上にゲート絶縁層を形成し、
    前記ゲート絶縁層上に酸化物半導体層を形成し、
    前記酸化物半導体層上に、第１の有機化合物及び無機化合物を含む層と第２の有機化合物及び無機化合物を含む層とを形成し、
    前記第１の有機化合物及び無機化合物を含む層上にソース電極層を、前記第２の有機化合物及び無機化合物を含む層上にドレイン電極層を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
  12. ゲート電極層を形成し、
    前記ゲート電極層上にゲート絶縁層を形成し、
    前記ゲート絶縁層上にソース電極層及びドレイン電極層を形成し、
    前記ソース電極層上に前記第１の有機化合物及び無機化合物を含む層を、前記ドレイン電極層上に前記第２の有機化合物及び無機化合物を含む層を形成し、
    前記第１の有機化合物及び無機化合物を含む層と前記第２の有機化合物と無機化合物を含む層との上に酸化物半導体層を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
  13. 酸化物半導体層を形成し、
    前記酸化物半導体層上に第１の有機化合物及び無機化合物を含む層と第２の有機化合物及び無機化合物を含む層とを形成し、
    前記第１の有機化合物及び無機化合物を含む層上にソース電極層を、前記第２の有機化合物及び無機化合物を含む層上にドレイン電極層を形成し、
    前記ソース電極層、前記ドレイン電極層及び前記酸化物半導体層上にゲート絶縁層を形成し、
    前記ゲート絶縁層上にゲート電極層を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
  14. 請求項９乃至１３のいずれか一項において、前記第１の有機化合物及び無機化合物を含む層と、前記第２の有機化合物及び無機化合物を含む層とは異なる材料を含んで形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
  15. 請求項９乃至１４のいずれか一項において、前記第１の有機化合物及び無機化合物を含む層と前記ソース電極層との間に第１の一導電型を有する半導体層と、前記第２の有機化合物及び無機化合物を含む層と前記ドレイン電極層との間に第２の一導電型を有する半導体層を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
  16. ゲート電極層を形成し、
    前記ゲート電極層上にゲート絶縁層を形成し、
    前記ゲート絶縁層上にソース電極層及びドレイン電極層を形成し、
    前記ソース電極層及び前記ドレイン電極層上に酸化物半導体層を形成し、
    前記酸化物半導体層上に有機材料を含む半導体層を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
  17. 請求項９乃至１６のいずれか一項において、前記酸化物半導体層は、酸化亜鉛を含んで形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
  18. 請求項９乃至１７のいずれか一項において、前記酸化物半導体層は、アルミニウム又はガリウムを含んで形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。



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