JP5936739B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）で構成された回路を有する半導体装置および
その作製方法に関する。例えば、液晶表示パネルに代表される電気光学装置や有機発光素
子を有する発光表示装置を部品として搭載した電子機器に関する。

なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装
置全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。

近年、絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜（厚さ数〜数百ｎｍ程度）を用
いて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を構成する技術が注目されている。薄膜トランジスタは
ＩＣや電気光学装置のような電子デバイスに広く応用され、特に画像表示装置のスイッチ
ング素子として開発が急がれている。

また、金属酸化物は多様に存在しさまざまな用途に用いられている。例えば、酸化インジ
ウムはよく知られた材料であり、液晶ディスプレイなどで必要とされる透光性を有する電
極材料として用いられている。金属酸化物の中には半導体特性を示すものがある。半導体
特性を示す金属酸化物としては、例えば、酸化タングステン、酸化スズ、酸化インジウム
、酸化亜鉛などがあり、このような半導体特性を示す金属酸化物をチャネル形成領域とす
る薄膜トランジスタが既に知られている（特許文献１及び特許文献２）。

特開２００７−１２３８６１号公報 特開２００７−９６０５５号公報

本発明の一態様は、酸化物半導体層を用いる薄膜トランジスタにおいて、酸化物半導体層
に用いられる材料とソース電極層またはドレイン電極層に用いられる材料とが相互反応す
ることを防ぐ構造を提供することを課題の一とする。

また、酸化物半導体層を用いる薄膜トランジスタにおいて、電気特性の高い薄膜トランジ
スタを提供することを課題の一とする。

本明細書で開示する本発明の一態様は、絶縁表面を有する基板上に設けるソース電極層ま
たはドレイン電極層を２層以上の積層構造とし、その積層のうち、酸化物半導体層と接す
る一層を酸化物半導体層の構成金属元素以外の金属層とする。用いる金属層の材料として
は、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれた元素、または上述し
た元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金等を用いる。

また、他の本発明の一態様は、用いる金属層の材料として他に、酸化しない金属であるＰ
ｔまたはＡｕを用いることもでき、その構成は、絶縁表面を有する基板上に酸化物半導体
層、ソース電極層、及びドレイン電極層とを有し、ソース電極層またはドレイン電極層は
積層であり、その積層のうち、酸化物半導体層と接する一層はＡｕ、またはＰｔからなる
金属層とする半導体装置である。なお、金属層は、酸化物半導体層の構成金属元素と異な
る材料である。

また、二層目以降のソース電極層またはドレイン電極層の材料は、一層目と異なる材料を
用い、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素、または上述した元素
を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金等を用いる。

また、酸化物半導体層は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ａ
ｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ
−Ｏ系、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、
Ｉｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体層を用いる。なお、金属層の材料と
してＳｎを用いる場合は、酸化物半導体層としてＳｎを含まない材料、例えばＡｌ−Ｇａ
−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｏ系の酸化物
半導体材料を用いる。

上記構成は、上記課題の少なくとも一つを解決する。

また、上記構造を実現するための本発明の一態様は、絶縁表面を有する基板上にゲート
電極層を形成し、ゲート電極層上にゲート絶縁層を形成し、ゲート絶縁層上に酸化物半導
体層を形成し、前記酸化物半導体層上に酸化物半導体層の構成金属元素以外の第１の金属
層と、第２の金属層の積層を成膜し、第１の金属層、及び第２の金属層を選択的にエッチ
ングして、第１の金属層と第２の金属層の積層構造のソース電極層またはドレイン電極層
を形成し、第１の金属層の構成元素は、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃ
ｕ、Ｐｔ、Ａｕから選ばれた元素の少なくとも一つである半導体装置の作製方法である。

上記作製方法によりボトムゲート構造の薄膜トランジスタが作製できる。

また、逆コプラナ型（ボトムコンタクト構造とも呼ぶ）の薄膜トランジスタを作製する場
合には、絶縁表面を有する基板上にゲート電極層を形成し、ゲート電極層上にゲート絶縁
層を形成し、ゲート絶縁層上に第１の金属層と、第２の金属層の積層を形成し、第１の金
属層、及び第２の金属層を選択的にエッチングして、第１の金属層と第２の金属層の積層
構造のソース電極層またはドレイン電極層を形成し、ソース電極層またはドレイン電極層
上に酸化物半導体層を形成し、第２の金属層の構成元素は、酸化物半導体層の構成金属元
素以外であり、且つ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕか
ら選ばれた元素の少なくとも一つである半導体装置の作製方法とする。

上記各作製方法に関する構成において、第１の金属層、及び第２の金属層は、スパッタ法
または蒸着法を用いて成膜する。また、第１の金属層を成膜した後、大気に触れることな
く上に第２の金属層を成膜することが好ましい。

また、ターゲットの作製が困難な金属または合金を酸化物半導体層に接する金属層として
用いる場合は、金属ターゲット上に他の金属ペレットを置いてスパッタ法により連続成膜
を行う。この場合、同じスパッタ装置で大気に触れることなく積層することができる。ま
た、スパッタリング条件にもよるが、金属ターゲット材料とペレット金属材料との混合層
が形成されることもある。また、金属ターゲット上に複数の金属ペレットを配列した状態
でスパッタリングを行ってもよい。また、ペレットは直径が５ｍｍ〜５０ｍｍであって、
高さが２ｍｍ〜３０ｍｍの円柱体である。なお、ペレットの形状は、特に限定されず、立
方体、直方体、楕円柱体などを用いることができる。

本明細書中で連続成膜とは、スパッタ法（または蒸着法など）で行う第１の成膜工程から
スパッタ法（または蒸着法など）で行う第２の成膜工程までの一連のプロセス中、被処理
基板の置かれている雰囲気が大気等の汚染雰囲気に触れることなく、常に真空中または不
活性ガス雰囲気（窒素雰囲気または希ガス雰囲気）で制御されていることを言う。連続成
膜を行うことにより、清浄化された被処理基板の水分等の再付着を回避して成膜を行うこ
とができる。

同一チャンバー内で第１の成膜工程から第２の成膜工程までの一連のプロセスを行うこと
は本明細書における連続成膜の範囲にあるとする。

また、異なるチャンバーで第１の成膜工程から第２の成膜工程までの一連のプロセスを行
う場合、第１の成膜工程を終えた後、大気にふれることなくチャンバー間を基板搬送して
第２の成膜を施すことも本明細書における連続成膜の範囲にあるとする。

なお、第１の成膜工程と第２の成膜工程の間に、基板搬送工程、アライメント工程、徐冷
工程、または第２の工程に必要な温度とするため基板を加熱または冷却する工程等を有し
ても、本明細書における連続成膜の範囲にあるとする。

ただし、洗浄工程、ウエットエッチング、レジスト形成といった液体を用いる工程が第１
の成膜工程と第２の成膜工程の間にある場合、本明細書でいう連続成膜の範囲には当ては
まらないとする。

酸化物半導体層を用いる薄膜トランジスタにおいて、ソース電極層またはドレイン電極層
に含まれる金属材料と、酸化物半導体層に含まれる材料との相互反応を低減し、周波数特
性（ｆ特性とも呼ばれる）の高い薄膜トランジスタを提供することができる。

本発明の一態様を示す断面図である。 本発明の一態様を示す上面図である。 本発明の一態様を示す断面図である。 本発明の一態様を示す上面図および断面図である。 本発明の一態様を示す断面図である。 本発明の一態様を示す平面図および断面図である。 電子機器の一例を示す図である。 電子機器の一例を示す図である。 電子機器の一例を示す図である。 電子機器の一例を示す図である。

以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は
以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれ
ば容易に理解される。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈さ
れるものではない。

（実施の形態１）
本実施の形態では、図１（Ｄ）に示す薄膜トランジスタ１５０の作製方法の一形態につい
て、薄膜トランジスタ作製工程の断面図である図１（Ａ）乃至図１（Ｄ）を用いて説明す
る。薄膜トランジスタ１５０は、ボトムゲート構造の一つである。

基板１００としては、ガラス基板を用いることが好ましい。基板１００として用いるガラ
ス基板は、後の加熱処理の温度が高い場合には、歪み点が７３０℃以上のものを用いると
良い。また、基板１００には、例えば、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸
ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスなどのガラス材料が用いられている。なお、酸化ホウ
素と比較して酸化バリウム（ＢａＯ）を多く含ませることで、より実用的な耐熱ガラスが
得られる。このため、Ｂ_２Ｏ_３よりＢａＯを多く含むガラス基板を用いることが好ましい
。

なお、上記の基板１００に代えて、セラミック基板、石英ガラス基板、石英基板、サファ
イア基板などの絶縁体でなる基板を用いても良い。他にも、結晶化ガラス基板などを用い
ることができる。

また、下地層となる絶縁層を基板１００とゲート電極層１０１の間に設けてもよい。下地
層は、基板１００からの不純物元素の拡散を防止する機能があり、窒化珪素、酸化珪素、
窒化酸化珪素、または酸化窒化珪素から選ばれた一または複数の層による積層構造により
形成することができる。

ゲート電極層１０１としては、金属導電層を用いることができる。金属導電層の材料とし
ては、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素、または上述した元素
を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金等を用いるのが好ましい。例えば
、チタン層上にアルミニウム層と、該アルミニウム層上にチタン層が積層された三層の積
層構造、またはモリブデン層上にアルミニウム層と、該アルミニウム層上にモリブデン層
を積層した三層の積層構造とすることが好ましい。勿論、金属導電層は単層、または２層
構造、または４層以上の積層構造としてもよい。

次いで、ゲート電極層１０１上にゲート絶縁層１０２を形成する。

本実施の形態において、ゲート絶縁層１０２の形成は、高密度プラズマ装置により行う。
ここでは、高密度プラズマ装置は、１×１０^１１／ｃｍ^３以上のプラズマ密度を達成でき
る装置を指している。例えば、３ｋＷ〜６ｋＷのマイクロ波電力を印加してプラズマを発
生させて、絶縁膜の成膜を行う。

チャンバーに材料ガスとしてモノシランガス（ＳｉＨ_４）と亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）と希ガ
スを導入し、１０Ｐａ〜３０Ｐａの圧力下で高密度プラズマを発生させてガラス等の絶縁
表面を有する基板上に絶縁膜を形成する。その後、モノシランガスの供給を停止し、大気
に曝すことなく亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）と希ガスとを導入して絶縁膜表面にプラズマ処理を
行ってもよい。亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）と希ガスとを導入して絶縁膜表面に行われるプラズ
マ処理は、少なくとも絶縁膜の成膜より後に行う。上記プロセス順序を経た絶縁膜は、膜
厚が薄く、例えば１００ｎｍ未満であっても信頼性を確保することができる絶縁膜である
。

ゲート絶縁層１０２の形成の際、チャンバーに導入するモノシランガス（ＳｉＨ_４）と亜
酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）との流量比は、１：１０から１：２００の範囲とする。また、チャン
バーに導入する希ガスとしては、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、キセノンなどを用い
ることができるが、中でも安価であるアルゴンを用いることが好ましい。

また、高密度プラズマ装置により得られた絶縁膜は、一定した厚さの膜形成ができるため
段差被覆性に優れている。また、高密度プラズマ装置は、薄い絶縁膜の厚みを精密に制御
することができる。

上記プロセス順序を経た絶縁膜は、従来の平行平板型のＰＣＶＤ装置で得られる絶縁膜と
は大きく異なっており、同じエッチャントを用いてエッチング速度を比較した場合におい
て、平行平板型のＰＣＶＤ装置で得られる絶縁膜の１０％以上または２０％以上遅く、高
密度プラズマ装置で得られる絶縁膜は緻密な膜と言える。

本実施の形態では、ゲート絶縁層１０２として高密度プラズマ装置による膜厚１００ｎｍ
の酸化窒化珪素膜（ＳｉＯｘＮｙとも呼ぶ、ただし、ｘ＞ｙ＞０）を用いる。

次いで、ゲート絶縁層１０２上に、厚さ５ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ
以上５０ｎｍ以下の酸化物半導体膜を形成する。また、酸化物半導体膜は、希ガス（代表
的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガス（代表的にはアルゴン）及び酸素
雰囲気下においてスパッタ法により成膜することができる。

酸化物半導体膜は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚ
ｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系
、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−
Ｏ系、Ｓｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体層を用いる。本実施の形態では、例えば、
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体成膜用ターゲットを用いてスパッタ法により成膜す
る。

また、酸化物半導体成膜用ターゲット中の酸化物半導体の相対密度は８０％以上、好まし
くは９５％以上、さらに好ましくは９９．９％以上とするのが好ましい。相対密度の高い
ターゲットを用いると、形成される酸化物半導体膜中の不純物濃度を低減することができ
、電気特性または信頼性の高い薄膜トランジスタを得ることができる。

また、酸化物半導体膜の成膜を行う前に、スパッタ装置内壁や、ターゲット表面やターゲ
ット材料中に残存している水分または水素を除去するためにプレヒート処理を行うと良い
。プレヒート処理としては成膜チャンバー内を減圧下で２００℃〜６００℃に加熱する方
法や、加熱しながら窒素や不活性ガスの導入と排気を繰り返す方法等がある。この場合の
ターゲット冷却液は、水ではなく油脂等を用いるとよい。加熱せずに窒素の導入と排気を
繰り返しても一定の効果が得られるが、加熱しながら行うとなお良い。プレヒート処理を
終えたら、基板またはスパッタ装置を冷却し、酸化物半導体膜の成膜を行う。

また、スパッタ法による成膜中に基板を４００℃以上７００℃以下に加熱してもよい。

また、酸化物半導体膜の成膜を行う前、または成膜中、または成膜後に、スパッタ装置内
をクライオポンプを用いて中に残存している水分などを除去することが好ましい。

また、ゲート絶縁層１０２、及び酸化物半導体膜を大気に触れさせることなく連続的に形
成してもよい。大気に触れさせることなく形成することで、界面が、水やハイドロカーボ
ンなどの、大気成分や大気中に浮遊する不純物元素に汚染されることなく各積層界面を形
成することができるので、薄膜トランジスタ特性のばらつきを低減することができる。

次いで、酸化物半導体膜をフォトリソグラフィ工程により島状の酸化物半導体層１０３に
加工する（図１（Ａ）参照。）。また、島状の酸化物半導体層を形成するためのレジスト
マスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成
するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。

次いで、第１の熱処理を行って、酸化物半導体層１０３の脱水化または脱水素化を行う。
脱水化または脱水素化を行う第１の熱処理の温度は、処理中の最高温度が３５０℃以上７
５０℃以下、好ましくは４２５℃以上とする。なお、４２５℃以上であれば熱処理時間は
１時間以下でよいが、４２５℃未満であれば熱処理時間は、１時間よりも長時間行うこと
とする。本実施の形態では、窒素雰囲気下で４５０℃、１時間の熱処理を行う。

なお、第１の熱処理においては、窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスに
、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、加熱処理装置に導入する窒素、ま
たはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、
好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上、（即ち不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好まし
くは０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。

また、第１の熱処理は、電気炉を用いた加熱方法を用いることができる。なお、第１の熱
処理は、加熱処理装置は電気炉に限られず、抵抗発熱体などの発熱体からの熱伝導または
熱輻射によって、被処理物を加熱する装置を備えていてもよい。例えば、ＧＲＴＡ（Ｇａ
ｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉ
ｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置等のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａ
ｎｎｅａｌ）装置を用いることができる。ＬＲＴＡ装置は、ハロゲンランプ、メタルハラ
イドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高
圧水銀ランプなどのランプから発する光（電磁波）の輻射により、被処理物を加熱する装
置である。ＧＲＴＡ装置は、高温のガスを用いて加熱処理を行う装置である。気体には、
アルゴンなどの希ガス、または窒素のような、加熱処理によって被処理物とほとんど反応
しない不活性気体が用いられる。

次いで、ゲート絶縁層１０２、及び酸化物半導体層１０３上にソース電極層及びドレイン
電極層を形成するための導電層の積層を成膜する。

酸化物半導体層１０３上に接して第１の金属層を膜厚１ｎｍ以上５０ｎｍ以下で成膜し、
その上に第２の金属層としてＡｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素
、または上述した元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金等からなる
導電層を積層して成膜する。

本実施の形態では、膜厚１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、酸化物半導体層よりも薄い錫混
合層上に第１のモリブデン層と、アルミニウム層と、第２のモリブデン層とが積層された
四層の積層構造とする。材料の異なるターゲットを複数設置できる多元スパッタ装置を用
いて、錫のペレットを載せた第１モリブデンターゲットと、ペレットを載せていない第２
モリブデンターゲットと、アルミニウムターゲットとを用いて同一チャンバーで大気に触
れることなく連続成膜して四層を積層する。なお、四層のうち最も膜厚の薄く、且つ、酸
化物半導体層の膜厚よりも薄い層が錫混合層である。連続成膜により、薄い錫混合層の酸
化を防ぎ、高抵抗化を防いでいる。

本実施の形態では、ソース電極層及びドレイン電極層の積層のうち酸化物半導体層と接す
る層として、錫混合層を用いる例を示したが、特に限定されず、Ｓｂ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｄ
、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕから選ばれた元素を少なくとも一つを用いる。

次いで、フォトマスクを用いてフォトリソグラフィ工程により、ソース電極層及びドレイ
ン電極層を形成するための四層の積層を選択的にエッチングして、積層からなるソース電
極層１０４ａ、１０５ａまたはドレイン電極層１０４ｂ、１０５ｂを形成する（図１（Ｂ
）参照。）。なお、ソース電極層またはドレイン電極層のうち、酸化物半導体層１０３上
に接する錫混合層が１０４ａ、１０４ｂに相当する。また、このとき酸化物半導体層１０
３も一部がエッチングされ、溝部（凹部）を有する酸化物半導体層１０３となる。なお、
酸化物半導体層１０３の材料や、ソース電極層及びドレイン電極層の材料や、エッチング
条件によっては、酸化物半導体層１０３に溝部（凹部）が形成されない場合もある。例え
ば、ソース電極層及びドレイン電極層の積層のうち酸化物半導体層と接する層として、Ａ
ｕやＰｔを用いる場合、エッチングストッパーとしても機能させることができる。

次に、ゲート絶縁層１０２、酸化物半導体層１０３、ソース電極層１０４ａ、１０５ａ及
びドレイン電極層１０４ｂ、１０５ｂを覆い、酸化物半導体層１０３の一部と接する保護
絶縁層１０７を形成する（図１（Ｃ）参照。）。保護絶縁層１０７は、少なくとも１ｎｍ
以上の厚さとし、ＣＶＤ法、スパッタリング法など、保護絶縁層１０７に水、水素等の不
純物を混入させない方法を適宜用いて成膜することができる。ここでは、保護絶縁層１０
７は、例えばスパッタリング法の一種である、リアクティブスパッタリング法を用いて成
膜する。酸化物半導体層１０３の一部と接して形成される保護絶縁層１０７は、水分や、
水素イオンや、ＯＨ⁻などの不純物を含まず、これらが外部から侵入することをブロック
する無機絶縁層を用い、代表的には酸化珪素層、窒化酸化珪素層、窒化珪素層、酸化アル
ミニウム層、酸化窒化アルミニウム層又は窒化アルミニウム層、を用いることができる。

また、保護絶縁層１０７は、酸化珪素層、窒化酸化珪素層、酸化アルミニウム層又は酸化
窒化アルミニウム層の上に窒化珪素層又は窒化アルミニウム層を積層する構造としてもよ
い。特に窒化珪素層は水分や、水素イオンや、ＯＨ⁻などの不純物を含まず、これらが外
部から侵入することをブロックしやすいので好ましい。

保護絶縁層１０７の成膜時の基板温度は、室温以上３００℃以下とすればよく、酸化珪素
層のスパッタリング法による成膜は、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲
気下、または希ガス（代表的にはアルゴン）及び酸素混合雰囲気下において行うことがで
きる。また、ターゲットとして酸化珪素ターゲットまたは珪素ターゲットを用いることが
できる。例えば、珪素ターゲットを用いて、酸素及び希ガス雰囲気下でスパッタリング法
により酸化珪素層を形成することができる。本実施の形態では、保護絶縁層１０７として
、珪素ターゲットを用いて成膜する膜厚３００ｎｍの酸化珪素層を用いる。

以上の工程より、絶縁表面を有する基板である基板１００上にゲート電極層１０１が設け
られ、ゲート電極層１０１の上にゲート絶縁層１０２が設けられ、ゲート絶縁層１０２の
上に酸化物半導体層１０３が設けられ、酸化物半導体層１０３の上に積層からなるソース
電極層１０４ａ、１０５ａまたはドレイン電極層１０４ｂ、１０５ｂが設けられ、ゲート
絶縁層１０２、酸化物半導体層１０３、ソース電極層１０４ａ、１０５ａ及びドレイン電
極層１０４ｂ、１０５ｂを覆い、酸化物半導体層１０３の一部と接する保護絶縁層１０７
が設けられている、ボトムゲート型の薄膜トランジスタ１５０を形成することができる（
図１（Ｄ）参照。）。

図２は、本実施の形態で示した薄膜トランジスタ１５０の上面図である。図１（Ｄ）は、
図２のＸ１−Ｘ２部位の断面構成を示している。図２において、Ｌはチャネル長を示して
おり、Ｗはチャネル幅を示している。また、Ａはチャネル幅方向と平行な方向において、
酸化物半導体層１０３がソース電極層１０５ａ及びドレイン電極層１０５ｂと重ならない
領域の長さを示している。Ｌｓはソース電極層１０５ａとゲート電極層１０１が重なる領
域の長さを示しており、Ｌｄはドレイン電極層１０５ｂとゲート電極層１０１が重なる領
域の長さを示している。

また必要があれば、保護絶縁層１０７として膜厚３００ｎｍの酸化珪素膜を形成した後に
、第２の熱処理を１００℃以上４００℃以下の範囲内で行ってもよい。本実施の形態では
、基板温度を１５０℃とし、１０時間の加熱を行う。この第２の熱処理により、信頼性の
高い薄膜トランジスタを作製することができる。

また、第２の熱処理のタイミングは、保護絶縁層１０７形成直後に限定されず、その上に
配線や電極（例えば画素電極など）を形成した後に行ってもよい。

また、本実施の形態では、図１（Ｄ）に示すボトムゲート型の薄膜トランジスタ１５０の
作製方法について説明したが、本実施の形態の構成はこれに限られるものではない。図３
（Ａ）に示すような、ボトムゲート構造のボトムコンタクト型（逆コプラナ型とも呼ぶ）
の薄膜トランジスタ１６０や、図３（Ｂ）に示すような、チャネル保護層１１０を有する
チャネル保護型（チャネルストップ型ともいう）の薄膜トランジスタ１７０等も同様の材
料、方法を用いて形成することができる。図３（Ｃ）は、チャネルエッチ型薄膜トランジ
スタの他の例を示している。図３（Ｃ）に示す薄膜トランジスタ１８０は、ゲート電極層
１０１が酸化物半導体層１０３の端部よりも外側に伸びた構造となっている。

また、フォトリソグラフィ工程で用いるフォトマスク数及び工程数を削減するため、透過
した光が複数の強度となる露光マスクである多階調マスクによって形成されたレジストマ
スクを用いてエッチング工程を行ってもよい。多階調マスクを用いて形成したレジストマ
スクは複数の膜厚を有する形状となり、エッチングを行うことでさらに形状を変形するこ
とができるため、異なるパターンに加工する複数のエッチング工程に用いることができる
。よって、一枚の多階調マスクによって、少なくとも二種類以上の異なるパターンに対応
するレジストマスクを形成することができる。よって露光マスク数を削減することができ
、対応するフォトリソグラフィ工程も削減できるため、工程の簡略化が可能となる。

なお、薄膜トランジスタのチャネル長（図２中のＬ）は、ソース電極層１０５ａとドレイ
ン電極層１０５ｂとの距離で定義されるが、チャネル保護型の薄膜トランジスタのチャネ
ル長は、キャリアの流れる方向と平行な方向のチャネル保護層の幅で定義される。

（実施の形態２）
本実施の形態では、薄膜トランジスタを作製し、該薄膜トランジスタを画素部、さらには
駆動回路に用いて表示機能を有する半導体装置（表示装置ともいう）を作製する場合につ
いて説明する。また、駆動回路の一部または全体の薄膜トランジスタを、画素部のトラン
ジスタと同じ基板上に形成し、システムオンパネルを形成することができる。

表示装置は表示素子を含む。表示素子としては液晶素子（液晶表示素子ともいう）、発光
素子（発光表示素子ともいう）を用いることができる。発光素子は、電流または電圧によ
って輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒ
ｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、有機ＥＬ等が含まれる。また、電子インクなど、電気
的作用によりコントラストが変化する表示媒体も適用することができる。

また、表示装置は、表示素子が封止された状態にあるパネルと、該パネルにコントローラ
を含むＩＣ等を実装した状態にあるモジュールとを含む。さらに表示装置は、該表示装置
を作製する過程における、表示素子が完成する前の一形態に相当する素子基板に関し、該
素子基板は、電流を表示素子に供給するための手段を複数の各画素に備える。素子基板は
、具体的には、表示素子の画素電極のみが形成された状態であっても良いし、画素電極と
なる導電層を形成した後であって、エッチングして画素電極を形成する前の状態であって
も良いし、あらゆる形態があてはまる。

なお、本明細書中における表示装置とは、画像表示デバイス、表示デバイス、もしくは光
源（照明装置含む）を指す。また、コネクター、例えばＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒ
ｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）もしくはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎ
ｄｉｎｇ）テープもしくはＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）が取り
付けられたモジュール、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジュ
ール、または表示素子にＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方式によりＩＣ（集積回
路）が直接実装されたモジュールも全て表示装置に含むものとする。

本実施の形態では、本発明の一形態である半導体装置として液晶表示装置の例を示す。ま
ず、半導体装置の一形態に相当する液晶表示パネルの外観及び断面について、図４を用い
て説明する。図４（Ａ１）（Ａ２）は、第１の基板４００１上に形成されたＩｎ−Ｇａ−
Ｚｎ−Ｏ系層を半導体層として含む薄膜トランジスタ４０１０、４０１１、及び液晶素子
４０１３を、第２の基板４００６との間にシール材４００５によって封止した、パネルの
上面図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ１）（Ａ２）のＭ−Ｎにおける断面図に相当する
。

第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２と、走査線駆動回路４００４とを囲む
ようにして、シール材４００５が設けられている。また画素部４００２と、走査線駆動回
路４００４の上に第２の基板４００６が設けられている。よって画素部４００２と、走査
線駆動回路４００４とは、第１の基板４００１とシール材４００５と第２の基板４００６
とによって、液晶層４００８と共に封止されている。また第１の基板４００１上のシール
材４００５によって囲まれている領域とは異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶
半導体又は多結晶半導体で形成された信号線駆動回路４００３が実装されている。

なお、別途形成した駆動回路の接続方法は、特に限定されるものではなく、ＣＯＧ法、ワ
イヤボンディング法、或いはＴＡＢ法などを用いることができる。図４（Ａ１）は、ＣＯ
Ｇ法により信号線駆動回路４００３を実装する例であり、図４（Ａ２）は、ＴＡＢ法によ
り信号線駆動回路４００３を実装する例である。

また、第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２と、走査線駆動回路４００４は
、薄膜トランジスタを複数有しており、図４（Ｂ）では、画素部４００２に含まれる薄膜
トランジスタ４０１０と、走査線駆動回路４００４に含まれる薄膜トランジスタ４０１１
とを例示している。薄膜トランジスタ４０１０、４０１１上には絶縁層４０２０、４０２
１が設けられている。

薄膜トランジスタ４０１０、４０１１は、実施の形態１で示した酸化物半導体層を含む薄
膜トランジスタを適用することができる。なお、本実施の形態では、薄膜トランジスタ４
０１０、４０１１のソース電極層またはドレイン電極層は、Ｃｕ層とタングステン層との
積層であり、Ｃｕ層が酸化物半導体層と接する積層構造である。本実施の形態において、
薄膜トランジスタ４０１０、４０１１はｎチャネル型薄膜トランジスタである。

絶縁層４０２１上において、駆動回路用の薄膜トランジスタ４０１１の酸化物半導体層の
チャネル形成領域と重なる位置に導電層４０４０が設けられている。導電層４０４０を酸
化物半導体層のチャネル形成領域と重なる位置に設けることによって、ＢＴ試験前後にお
ける薄膜トランジスタ４０１１のしきい値電圧の変化量を低減することができる。また、
駆動回路用の薄膜トランジスタ４０１１と重なる位置に導電層４０４０を設けることによ
って静電遮断し、ノーマリーオフの薄膜トランジスタとすることもできる。静電遮断とは
外部の電場を遮蔽すること、即ち、外部の電場が内部（ＴＦＴなどの回路）に作用しない
ようにすることをいう。ＢＴ試験前後における薄膜トランジスタ４０１１のしきい値電圧
の変化量を低減することができる。また、導電層４０４０は、電位が薄膜トランジスタ４
０１１のゲート電極層と同じでもよいし、異なっていても良く、第２のゲート電極層とし
て機能させることもできる。また、導電層４０４０の電位がＧＮＤ、０Ｖ、或いはフロー
ティング状態であってもよい。

また、液晶素子４０１３が有する画素電極層４０３０は、薄膜トランジスタ４０１０と電
気的に接続されている。そして液晶素子４０１３の対向電極層４０３１は第２の基板４０
０６上に形成されている。画素電極層４０３０と対向電極層４０３１と液晶層４００８と
が重なっている部分が、液晶素子４０１３に相当する。なお、画素電極層４０３０、対向
電極層４０３１はそれぞれ配向膜として機能する絶縁層４０３２、４０３３が設けられ、
絶縁層４０３２、４０３３を介して液晶層４００８を挟持している。

なお、第１の基板４００１、第２の基板４００６としては、ガラス、金属（代表的にはス
テンレス）、セラミックス、プラスチックを用いることができる。プラスチックとしては
、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）板、ＰＶ
Ｆ（ポリビニルフルオライド）フィルム、ポリエステルフィルムまたはアクリル樹脂フィ
ルムを用いることができる。また、アルミニウムホイルをＰＶＦフィルムやポリエステル
フィルムで挟んだ構造のシートを用いることもできる。

また、４０３５は絶縁層を選択的にエッチングすることで得られる柱状のスペーサであり
、画素電極層４０３０と対向電極層４０３１との間の距離（セルギャップ）を制御するた
めに設けられている。なお球状のスペーサを用いていても良い。また、対向電極層４０３
１は、薄膜トランジスタ４０１０と同一基板上に設けられる共通電位線と電気的に接続さ
れる。また、共通接続部を用いて、一対の基板間に配置される導電性粒子を介して対向電
極層４０３１と共通電位線とを電気的に接続することができる。なお、導電性粒子はシー
ル材４００５に含有させる。

また、配向膜を用いないブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つで
あり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直
前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善
するために５重量％以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いて液晶層４００８に
用いる。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が１ｍｓｅｃ
以下と短く、光学的等方性であるため配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。

また、ブルー相を示す液晶を用いると、配向膜へのラビング処理も不要となるため、ラビ
ング処理によって引き起こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示
装置の不良や破損を軽減することができる。よって液晶表示装置の生産性を向上させるこ
とが可能となる。特に、酸化物半導体層を用いる薄膜トランジスタは、静電気の影響によ
り薄膜トランジスタの電気的な特性が著しく変動して設計範囲を逸脱する恐れがある。よ
って酸化物半導体層を用いる薄膜トランジスタを有する液晶表示装置にブルー相の液晶材
料を用いることはより効果的である。

なお、本実施の形態で示す液晶表示装置は透過型液晶表示装置の例であるが、液晶表示装
置は反射型液晶表示装置でも半透過型液晶表示装置でも適用できる。

また、本実施の形態で示す液晶表示装置では、基板の外側（視認側）に偏光板を設け、内
側に着色層、表示素子に用いる電極層という順に設ける例を示すが、偏光板は基板の内側
に設けてもよい。また、偏光板と着色層の積層構造も本実施の形態に限定されず、偏光板
及び着色層の材料や作製工程条件によって適宜設定すればよい。また、必要に応じてブラ
ックマトリクスとして機能する遮光層を設けてもよい。

また、本実施の形態では、薄膜トランジスタ起因の表面凹凸を低減するため、及び薄膜ト
ランジスタの信頼性を向上させるため、薄膜トランジスタを保護層や平坦化絶縁層として
機能する絶縁層（絶縁層４０２０、絶縁層４０２１）で覆う構成となっている。なお、保
護層は、大気中に浮遊する有機物や金属物、水蒸気などの汚染不純物の侵入を防ぐための
ものであり、緻密な膜が好ましい。保護層は、スパッタ法を用いて、酸化珪素層、窒化珪
素層、酸化窒化珪素層、窒化酸化珪素層、酸化アルミニウム層、窒化アルミニウム層、酸
化窒化アルミニウム層、又は窒化酸化アルミニウム層の単層、又は積層で成膜すればよい
。本実施の形態では保護層をスパッタ法で成膜する例を示すが、特に限定されず種々の方
法で成膜すればよい。

ここでは、保護層として積層構造の絶縁層４０２０を形成する。ここでは、絶縁層４０２
０の一層目として、スパッタ法を用いて酸化珪素層を成膜する。保護層として酸化珪素層
を用いると、ソース電極層及びドレイン電極層としてアルミニウム層を用いる場合、用い
るアルミニウム層のヒロック防止に効果がある。

また、保護層の二層目として絶縁層を形成する。ここでは、絶縁層４０２０の二層目とし
て、スパッタ法を用いて窒化珪素層を成膜する。保護層として窒化珪素層を用いると、ナ
トリウム等のイオンが半導体領域中に侵入して、ＴＦＴの電気特性を変化させることを抑
制することができる。

また、平坦化絶縁層として絶縁層４０２１を形成する。絶縁層４０２１としては、ポリイ
ミド、アクリル、ベンゾシクロブテン、ポリアミド、エポキシ等の、耐熱性を有する有機
材料を用いることができる。また上記有機材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）
、シロキサン系樹脂、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）等を用いる
ことができる。なお、これらの材料で形成される絶縁層を複数積層させることで、絶縁層
４０２１を形成してもよい。

なおシロキサン系樹脂とは、シロキサン系材料を出発材料として形成されたＳｉ−Ｏ−Ｓ
ｉ結合を含む樹脂に相当する。シロキサン系樹脂は置換基として有機基（例えばアルキル
基やアリール基）やフルオロ基を用いても良い。また、有機基はフルオロ基を有していて
も良い。

絶縁層４０２１の形成法は、特に限定されず、その材料に応じて、スパッタ法、ＳＯＧ法
、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法、スクリーン
印刷、オフセット印刷等）、ドクターナイフ、ロールコーター、カーテンコーター、ナイ
フコーター等を用いることができる。絶縁層４０２１を材料液を用いて形成する場合、ベ
ークする工程で同時に、半導体層のアニール（３００℃〜４００℃）を行ってもよい。絶
縁層４０２１の焼成工程と半導体層のアニールを兼ねることで効率よく半導体装置を作製
することが可能となる。

画素電極層４０３０、対向電極層４０３１は、酸化タングステンを含むインジウム酸化物
、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、
酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸
化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いることが
できる。

また、画素電極層４０３０、対向電極層４０３１として、導電性高分子（導電性ポリマー
ともいう）を含む導電性組成物を用いて形成することができる。導電性組成物を用いて形
成した画素電極は、シート抵抗が１００００Ω／□以下、波長５５０ｎｍにおける透光率
が７０％以上であることが好ましい。また、導電性組成物に含まれる導電性高分子の抵抗
率が０．１Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。

導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子を用いることができる。例え
ば、ポリアニリンまたはその誘導体、ポリピロールまたはその誘導体、ポリチオフェンま
たはその誘導体、若しくはこれらの２種以上の共重合体などがあげられる。

また別途形成された信号線駆動回路４００３と、走査線駆動回路４００４または画素部４
００２に与えられる各種信号及び電位は、ＦＰＣ４０１８から供給されている。

本実施の形態では、接続端子電極４０１５が、液晶素子４０１３が有する画素電極層４０
３０と同じ導電層から形成され、端子電極４０１６は、薄膜トランジスタ４０１０、４０
１１のソース電極層及びドレイン電極層と同じ導電層で形成されている。従って、端子電
極４０１６は、Ｃｕ層とタングステン層との積層で形成されている。

接続端子電極４０１５は、ＦＰＣ４０１８が有する端子と、異方性導電層４０１９を介し
て電気的に接続されている。

また図４においては、信号線駆動回路４００３を別途形成し、第１の基板４００１に実装
している例を示しているが、本実施の形態はこの構成に限定されない。走査線駆動回路を
別途形成して実装しても良いし、信号線駆動回路の一部または走査線駆動回路の一部のみ
を別途形成して実装しても良い。

また、必要であれば、カラーフィルタを各画素に対応して設ける。また、第１の基板４０
０１と第２の基板４００６の外側には偏光板や拡散板を設ける。また、バックライトの光
源は冷陰極管やＬＥＤにより構成されて液晶表示モジュールとなる。

液晶表示モジュールには、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉ
ｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓ
ｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａ
ｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇ
ｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ａｌｉｇｎｅｄ
Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂ
ｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉ
ｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑ
ｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モードなどを用いることができる。

以上の工程により、電気特性の高い薄膜トランジスタを有する液晶表示装置を作製するこ
とができる。

本実施の形態は、実施の形態１に記載した構成と自由に組み合わせて実施することが可能
である。

（実施の形態３）
半導体装置の一形態として電子ペーパーの例を示す。

実施の形態１の薄膜トランジスタは、スイッチング素子と電気的に接続する素子を利用し
て電子インクを駆動させる電子ペーパーに用いてもよい。電子ペーパーは、電気泳動表示
装置（電気泳動ディスプレイ）とも呼ばれており、紙と同じ読みやすさ、他の表示装置に
比べ低消費電力、薄くて軽い形状とすることが可能という利点を有している。

電気泳動ディスプレイは、様々な形態が考えられ得るが、プラスの電荷を有する第１の粒
子と、マイナスの電荷を有する第２の粒子とを含むマイクロカプセルが溶媒または溶質に
複数分散されたものであり、マイクロカプセルに電界を印加することによって、マイクロ
カプセル中の粒子を互いに反対方向に移動させて一方側に集合した粒子の色のみを表示す
るものである。なお、第１の粒子または第２の粒子は染料を含み、電界がない場合におい
て移動しないものである。また、第１の粒子の色と第２の粒子の色は異なるもの（無色を
含む）とする。

このように、電気泳動ディスプレイは、誘電定数の高い物質が高い電界領域に移動する、
いわゆる誘電泳動的効果を利用したディスプレイである。

上記マイクロカプセルを溶媒中に分散させたものが電子インクと呼ばれるものであり、こ
の電子インクはガラス、プラスチック、布、紙などの表面に印刷することができる。また
、カラーフィルタや色素を有する粒子を用いることによってカラー表示も可能である。

また、アクティブマトリクス基板上に適宜、二つの電極の間に挟まれるように上記マイク
ロカプセルを複数配置すればアクティブマトリクス型の表示装置が完成し、マイクロカプ
セルに電界を印加すれば表示を行うことができる。例えば、実施の形態１の薄膜トランジ
スタによって得られるアクティブマトリクス基板を用いることができる。

なお、マイクロカプセル中の第１の粒子および第２の粒子は、導電体材料、絶縁体材料、
半導体材料、磁性材料、液晶材料、強誘電性材料、エレクトロルミネセント材料、エレク
トロクロミック材料、磁気泳動材料から選ばれた一種の材料、またはこれらの複合材料を
用いればよい。

図５は、半導体装置の例としてアクティブマトリクス型の電子ペーパーを示す。半導体装
置に用いられる薄膜トランジスタ５８１としては、実施の形態１で示す薄膜トランジスタ
と同様に作製でき、ソース電極層またはドレイン電極層として酸化物半導体層に接する錫
混合層を含む積層を有する薄膜トランジスタである。

図５の電子ペーパーは、ツイストボール表示方式を用いた表示装置の例である。ツイスト
ボール表示方式とは、白と黒に塗り分けられた球形粒子を表示素子に用いる電極層である
第１の電極層及び第２の電極層の間に配置し、第１の電極層及び第２の電極層に電位差を
生じさせての球形粒子の向きを制御することにより、表示を行う方法である。

薄膜トランジスタ５８１はボトムゲート構造の薄膜トランジスタであり、半導体層と接す
る絶縁層５８３に覆われている。薄膜トランジスタ５８１のソース電極層又はドレイン電
極層は第１の電極層５８７と、絶縁層５８３、５８５に形成する開口で接しており電気的
に接続している。第１の電極層５８７と第２の電極層５８８との間には黒色領域５９０ａ
及び白色領域５９０ｂを有し、周りに液体で満たされているキャビティ５９４を含む球形
粒子５８９が設けられており、球形粒子５８９の周囲は樹脂等の充填材５９５で充填され
ている（図５参照。）。第１の電極層５８７が画素電極に相当し、第２の電極層５８８が
共通電極に相当する。第２の電極層５８８は、薄膜トランジスタ５８１と同一基板上に設
けられる共通電位線と電気的に接続される。共通接続部において、基板５８０と基板５９
６の間に配置される導電性粒子を介して第２の電極層５８８と共通電位線とを電気的に接
続することができる。

また、ツイストボールの代わりに、電気泳動素子を用いることも可能である。透明な液体
と、正に帯電した白い微粒子と負に帯電した黒い微粒子とを封入した直径１０μｍ〜２０
０μｍ程度のマイクロカプセルを用いる。第１の電極層と第２の電極層との間に設けられ
るマイクロカプセルは、第１の電極層と第２の電極層によって、電場が与えられると、白
い微粒子と、黒い微粒子が互いに逆の方向に移動し、白または黒を表示することができる
。この原理を応用した表示素子が電気泳動表示素子であり、一般的に電子ペーパーとよば
れている。電気泳動表示素子は、液晶表示素子に比べて反射率が高いため、補助ライトは
不要であり、また消費電力が小さく、薄暗い場所でも表示部を認識することが可能である
。また、表示部に電源が供給されない場合であっても、一度表示した像を保持することが
可能であるため、電波発信源から表示機能付き半導体装置（単に表示装置、又は表示装置
を具備する半導体装置ともいう）を遠ざけた場合であっても、表示された像を保存してお
くことが可能となる。

以上の工程により、電気特性の高い薄膜トランジスタを有する電子ペーパーを作製するこ
とができる。

本実施の形態は、実施の形態１に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能で
ある。

（実施の形態４）
半導体装置の一形態に相当する発光表示パネル（発光パネルともいう）の外観及び断面に
ついて、図６を用いて説明する。図６（Ａ）は、第１の基板上に形成された薄膜トランジ
スタ及び発光素子を、第２の基板との間にシール材によって封止した、パネルの平面図で
あり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のＨ−Ｉにおける断面図に相当する。

第１の基板４５０１上に設けられた画素部４５０２、信号線駆動回路４５０３ａ、４５０
３ｂ、及び走査線駆動回路４５０４ａ、４５０４ｂを囲むようにして、シール材４５０５
が設けられている。また画素部４５０２、信号線駆動回路４５０３ａ、４５０３ｂ、及び
走査線駆動回路４５０４ａ、４５０４ｂの上に第２の基板４５０６が設けられている。よ
って画素部４５０２、信号線駆動回路４５０３ａ、４５０３ｂ、及び走査線駆動回路４５
０４ａ、４５０４ｂは、第１の基板４５０１とシール材４５０５と第２の基板４５０６と
によって、充填材４５０７と共に密封されている。このように外気に曝されないように気
密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム（貼り合わせフィルム、紫外線硬化樹脂フィル
ム等）やカバー材でパッケージング（封入）することが好ましい。

また第１の基板４５０１上に設けられた画素部４５０２、信号線駆動回路４５０３ａ、４
５０３ｂ、及び走査線駆動回路４５０４ａ、４５０４ｂは、薄膜トランジスタを複数有し
ており、図６（Ｂ）では、画素部４５０２に含まれる薄膜トランジスタ４５１０と、信号
線駆動回路４５０３ａに含まれる薄膜トランジスタ４５０９とを例示している。

薄膜トランジスタ４５０９、４５１０は、実施の形態１で示した酸化物半導体層に接する
錫混合層を有する薄膜トランジスタを適用することができる。なお、薄膜トランジスタ４
５０９、４５１０のソース電極層またはドレイン電極層は、錫混合層とモリブデン層との
積層であり、錫混合層が酸化物半導体層と接する積層構造である。本実施の形態において
、薄膜トランジスタ４５０９、４５１０はｎチャネル型薄膜トランジスタである。

絶縁層４５４４上において駆動回路用の薄膜トランジスタ４５０９の酸化物半導体層のチ
ャネル形成領域と重なる位置に導電層４５４０が設けられている。導電層４５４０を少な
くとも酸化物半導体層のチャネル形成領域と重なる位置に設けることによって、ＢＴ試験
前後における薄膜トランジスタ４５０９のしきい値電圧の変化量を低減することができる
。また、駆動回路用の薄膜トランジスタ４５０９と重なる位置に導電層４５４０を設ける
ことによって静電遮蔽し、ノーマリーオフの薄膜トランジスタとすることもできる。また
、導電層４５４０は、電位が薄膜トランジスタ４５０９のゲート電極層と同じでもよいし
、異なっていても良く、第２のゲート電極層として機能させることもできる。また、導電
層４５４０の電位がＧＮＤ、０Ｖ、或いはフローティング状態であってもよい。

薄膜トランジスタ４５０９は、保護絶縁層としてチャネル形成領域を含む半導体層に接し
て絶縁層４５４１が形成されている。絶縁層４５４１は実施の形態１で示した保護絶縁層
１０７と同様な材料及び方法で形成すればよい。また、薄膜トランジスタ起因の表面凹凸
を低減するため平坦化絶縁層として機能する絶縁層４５４４で覆う構成となっている。こ
こでは、絶縁層４５４１として、実施の形態１に示す保護絶縁層１０７と同様にスパッタ
法により酸化珪素層を成膜する。

また、絶縁層４５４１上に保護絶縁層４５４２が形成されている。保護絶縁層４５４２は
実施の形態１で示した保護絶縁層１０７と同様な材料及び方法で形成すればよい。ここで
は、保護絶縁層４５４２として、ＰＣＶＤ法により窒化珪素層を成膜する。

また、平坦化絶縁層として絶縁層４５４４を形成する。絶縁層４５４４としては、実施の
形態２で示した絶縁層４０２１と同様な材料及び方法で形成すればよい。ここでは、絶縁
層４５４４としてアクリルを用いる。

また４５１１は発光素子に相当し、発光素子４５１１が有する画素電極である第１の電極
層４５１７は、薄膜トランジスタ４５１０のソース電極層またはドレイン電極層と電気的
に接続されている。なお発光素子４５１１の構成は、第１の電極層４５１７、電界発光層
４５１２、第２の電極層４５１３の積層構造であるが、示した構成に限定されない。発光
素子４５１１から取り出す光の方向などに合わせて、発光素子４５１１の構成は適宜変え
ることができる。

また、絶縁層４５４４に代えてカラーフィルタ層を設ける構成としてもよい。フルカラー
表示を行う場合、例えば発光素子４５１１として緑色発光素子とし、隣り合う一方の発光
素子を赤色発光素子とし、もう一方の発光素子を青色発光素子とする。また、３種類の発
光素子だけでなく白色素子を加えた４種類の発光素子でフルカラー表示ができる発光表示
装置を作製してもよい。また、配置する複数の発光素子を全て白色発光素子として、発光
素子４５１１上方にカラーフィルタなどを有する封止基板を配置する構成とし、フルカラ
ー表示ができる発光表示装置を作製してもよい。白色などの単色の発光を示す材料を形成
し、カラーフィルタや色変換層を組み合わせることによりフルカラー表示を行うことがで
きる。また、フルカラー表示を行うため、赤色の発光素子、青色の発光素子、及び緑色の
発光素子を画素部に用いた表示装置を作製してもよい。もちろん単色発光の表示を行って
もよい。例えば、白色発光を発光する発光素子を用いて発光表示装置を照明装置としても
よいし、他の単色発光を発光する発光素子を用いてエリアカラータイプの照明装置を形成
してもよい。

隔壁４５２０は、有機樹脂層、無機絶縁層または有機ポリシロキサンを用いて形成する。
特に感光性の材料を用い、第１の電極層４５１７上に開口部を形成し、その開口部の側壁
が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。

電界発光層４５１２は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成
されていてもどちらでも良い。

発光素子４５１１に酸素、水素、水分、二酸化炭素等が侵入しないように、第２の電極層
４５１３及び隔壁４５２０上に保護層を形成してもよい。保護層としては、窒化珪素層、
窒化酸化珪素層、ＤＬＣ層等を形成することができる。

また、信号線駆動回路４５０３ａ、４５０３ｂ、走査線駆動回路４５０４ａ、４５０４ｂ
、または画素部４５０２に与えられる各種信号及び電位は、ＦＰＣ４５１８ａ、４５１８
ｂから供給されている。

接続端子電極４５１５が、発光素子４５１１が有する第１の電極層４５１７と同じ導電層
から形成され、端子電極４５１６は、薄膜トランジスタ４５０９、４５１０が有するソー
ス電極層及びドレイン電極層と同じ導電層から形成されている。従って、端子電極４５１
６は、錫混合層４５１４とモリブデン層との積層で形成されている。

接続端子電極４５１５は、ＦＰＣ４５１８ａが有する端子と、異方性導電層４５１９を介
して電気的に接続されている。

発光素子４５１１からの光の取り出し方向に位置する基板である第２の基板は透光性でな
ければならない。その場合には、ガラス板、プラスチック板、ポリエステルフィルムまた
はアクリルフィルムのような透光性を有する材料を用いる。

また、充填材４５０７としては窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹
脂または熱硬化樹脂を用いることができ、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）、アクリル、
ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラル）またはＥＶ
Ａ（エチレンビニルアセテート）を用いることができる。例えば充填材として窒素を用い
ればよい。

また、必要であれば、発光素子の射出面に偏光板、又は円偏光板（楕円偏光板を含む）、
位相差板（λ／４板、λ／２板）、カラーフィルタなどの光学フィルムを適宜設けてもよ
い。また、偏光板又は円偏光板に反射防止膜を設けてもよい。例えば、表面の凹凸により
反射光を拡散し、映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。

信号線駆動回路４５０３ａ、４５０３ｂ、及び走査線駆動回路４５０４ａ、４５０４ｂは
、別途用意された基板上に単結晶半導体又は多結晶半導体によって形成された駆動回路で
実装されていてもよい。また、信号線駆動回路のみ、或いはその一部、又は走査線駆動回
路のみ、或いはその一部のみを別途形成して実装しても良く、図６の構成に限定されない
。

以上の工程により、電気特性の高い薄膜トランジスタを有する発光表示装置（表示パネル
）を作製することができる。

本実施の形態は、実施の形態１に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能で
ある。

（実施の形態５）
本明細書に開示する半導体装置は、さまざまな電子機器（遊技機も含む）に適用すること
ができる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置（テレビ、またはテレビジョン
受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメ
ラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型
ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機、太陽電池など
が挙げられる。

図７（Ａ）は、携帯電話機の一例を示している。携帯電話機１１００は、筐体１１０１に
組み込まれた表示部１１０２の他、操作ボタン１１０３、外部接続ポート１１０４、スピ
ーカ１１０５、マイク１１０６などを備えている。

図７（Ａ）に示す携帯電話機１１００は、表示部１１０２を指などで触れることで、情報
を入力することができる。また、電話を掛ける、或いはメールを打つなどの操作は、表示
部１１０２を指などで触れることにより行うことができる。

表示部１１０２の画面は主として３つのモードがある。第１は、画像の表示を主とする表
示モードであり、第２は、文字等の情報の入力を主とする入力モードである。第３は表示
モードと入力モードの２つのモードが混合した表示＋入力モードである。

例えば、電話を掛ける、或いはメールを作成する場合は、表示部１１０２を文字の入力を
主とする文字入力モードとし、画面に表示させた文字の入力操作を行えばよい。この場合
、表示部１１０２の画面のほとんどにキーボードまたは番号ボタンを表示させることが好
ましい。

また、携帯電話機１１００内部に、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサを
有する検出装置を設けることで、携帯電話機１１００の向き（縦か横か）を判断して、表
示部１１０２の画面表示を自動的に切り替えるようにすることができる。

また、画面モードの切り替えは、表示部１１０２を触れること、又は筐体１１０１の操作
ボタン１１０３の操作により行われる。また、表示部１１０２に表示される画像の種類に
よって切り替えるようにすることもできる。例えば、表示部に表示する画像信号が動画の
データであれば表示モード、テキストデータであれば入力モードに切り替える。

また、入力モードにおいて、表示部１１０２の光センサで検出される信号を検知し、表示
部１１０２のタッチ操作による入力が一定期間ない場合には、画面のモードを入力モード
から表示モードに切り替えるように制御してもよい。

表示部１１０２は、イメージセンサとして機能させることもできる。例えば、表示部１１
０２に掌や指を触れることで、掌紋、指紋等を撮像することで、本人認証を行うことがで
きる。また、表示部に近赤外光を発光するバックライトまたは近赤外光を発光するセンシ
ング用光源を用いれば、指静脈、掌静脈などを撮像することもできる。

表示部１１０２には、画素のスイッチング素子として、実施の形態１に示す薄膜トランジ
スタを複数配置する。

図７（Ｂ）も携帯型情報端末の一例である。図７（Ｂ）を一例とした携帯型情報端末は、
複数の機能を備えることができる。例えば電話機能に加えて、コンピュータを内蔵し、様
々なデータ処理機能を備えることもできる。

図７（Ｂ）に示す携帯型情報端末は、筐体２８００及び筐体２８０１の二つの筐体で構
成されている。筐体２８０１には、表示パネル２８０２、スピーカ２８０３、マイクロフ
ォン２８０４、ポインティングデバイス２８０６、カメラ用レンズ２８０７、外部接続端
子２８０８などを備えている。また、筐体２８００には、携帯型情報端末の充電を行う太
陽電池セル２８１０、外部メモリスロット２８１１などを備えている。また、アンテナは
筐体２８０１内部に内蔵されている。

また、表示パネル２８０２はタッチパネルを備えており、図７（Ｂ）には映像表示されて
いる複数の操作キー２８０５を点線で示している。

また、上記構成に加えて、非接触ＩＣチップ、小型記録装置などを内蔵していてもよい
。

発光装置は、表示パネル２８０２に用いることができ、使用形態に応じて表示の方向が
適宜変化する。また、表示パネル２８０２と同一面上にカメラ用レンズ２８０７を備えて
いるため、テレビ電話が可能である。スピーカ２８０３及びマイクロフォン２８０４は音
声通話に限らず、テレビ電話、録音、再生などが可能である。さらに、筐体２８００と筐
体２８０１は、スライドし、図７（Ｂ）のように展開している状態から重なり合った状態
とすることができ、携帯に適した小型化が可能である。

外部接続端子２８０８はＡＣアダプタ及びＵＳＢケーブルなどの各種ケーブルと接続可能
であり、充電及びパーソナルコンピュータなどとのデータ通信が可能である。また、外部
メモリスロット２８１１に記録媒体を挿入し、より大量のデータ保存及び移動に対応でき
る。

また、上記機能に加えて、赤外線通信機能、テレビ受信機能などを備えたものであって
もよい。

図８（Ａ）は、テレビジョン装置の一例を示している。テレビジョン装置９６００は、筐
体９６０１に表示部９６０３が組み込まれている。表示部９６０３により、映像を表示す
ることが可能である。また、ここでは、スタンド９６０５により筐体９６０１を支持した
構成を示している。

テレビジョン装置９６００の操作は、筐体９６０１が備える操作スイッチや、別体のリモ
コン操作機９６１０により行うことができる。リモコン操作機９６１０が備える操作キー
９６０９により、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部９６０３に表示され
る映像を操作することができる。また、リモコン操作機９６１０に、当該リモコン操作機
９６１０から出力する情報を表示する表示部９６０７を設ける構成としてもよい。

なお、テレビジョン装置９６００は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機に
より一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線または無線に
よる通信ネットワークに接続することにより、一方向（送信者から受信者）または双方向
（送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など）の情報通信を行うことも可能である。

表示部９６０３には、画素のスイッチング素子として、実施の形態１に示す薄膜トランジ
スタを複数配置する。

図８（Ｂ）は、デジタルフォトフレームの一例を示している。例えば、デジタルフォトフ
レーム９７００は、筐体９７０１に表示部９７０３が組み込まれている。表示部９７０３
は、各種画像を表示することが可能であり、例えばデジタルカメラなどで撮影した画像デ
ータを表示させることで、通常の写真立てと同様に機能させることができる。

表示部９７０３には、画素のスイッチング素子として、実施の形態１に示す薄膜トランジ
スタを複数配置する。

なお、デジタルフォトフレーム９７００は、操作部、外部接続用端子（ＵＳＢ端子、ＵＳ
Ｂケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など）、記録媒体挿入部などを備える構
成とする。これらの構成は、表示部と同一面に組み込まれていてもよいが、側面や裏面に
備えるとデザイン性が向上するため好ましい。例えば、デジタルフォトフレームの記録媒
体挿入部に、デジタルカメラで撮影した画像データを記憶したメモリを挿入して画像デー
タを取り込み、取り込んだ画像データを表示部９７０３に表示させることができる。

また、デジタルフォトフレーム９７００は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい
。無線により、所望の画像データを取り込み、表示させる構成とすることもできる。

図９は、実施の形態４を適用して形成される発光装置を、室内の照明装置３００１として
用いた例である。実施の形態４で示した発光装置は大面積化も可能であるため、大面積の
照明装置として用いることができる。また、実施の形態４で示した発光装置は、卓上照明
器具３０００として用いることも可能である。なお、照明器具には天井固定型の照明器具
、卓上照明器具の他にも、壁掛け型の照明器具、車内用照明、誘導灯なども含まれる。

以上のように、実施の形態１で示した薄膜トランジスタは、上記のような様々な電子機
器に適用することができる。

（実施の形態６）
本明細書に開示する半導体装置は、電子ペーパーとして適用することができる。電子ペー
パーは、情報を表示するものであればあらゆる分野の電子機器に用いることが可能である
。例えば、電子ペーパーを用いて、電子書籍（電子ブック）、ポスター、電車などの乗り
物の車内広告、クレジットカード等の各種カードにおける表示等に適用することができる
。電子機器の一例を図１０に示す。

図１０は、電子書籍の一例を示している。例えば、電子書籍２７００は、筐体２７０１お
よび筐体２７０３の２つの筐体で構成されている。筐体２７０１および筐体２７０３は、
軸部２７１１により一体とされており、該軸部２７１１を軸として開閉動作を行うことが
できる。このような構成により、紙の書籍のような動作を行うことが可能となる。

筐体２７０１には表示部２７０５が組み込まれ、筐体２７０３には表示部２７０７が組み
込まれている。表示部２７０５および表示部２７０７は、続き画面を表示する構成として
もよいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とするこ
とで、例えば右側の表示部（図１０では表示部２７０５）に文章を表示し、左側の表示部
（図１０では表示部２７０７）に画像を表示することができる。

また、図１０では、筐体２７０１に操作部などを備えた例を示している。例えば、筐体２
７０１において、電源２７２１、操作キー２７２３、スピーカ２７２５などを備えている
。操作キー２７２３により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示部と同一面にキー
ボードやポインティングデバイスなどを備える構成としてもよい。また、筐体の裏面や側
面に、外部接続用端子（イヤホン端子、ＵＳＢ端子、またはＡＣアダプタおよびＵＳＢケ
ーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など）、記録媒体挿入部などを備える構成と
してもよい。さらに、電子書籍２７００は、電子辞書としての機能を持たせた構成として
もよい。

また、電子書籍２７００は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、
電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすること
も可能である。

本実施の形態は、実施の形態１に記載した薄膜トランジスタと、または実施の形態３に記
載した電子ペーパーの構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

１００ 基板
１０１ ゲート電極層
１０２ ゲート絶縁層
１０３ 酸化物半導体層
１０４ａ、１０５ａ ソース電極層
１０４ｂ、１０５ｂ ドレイン電極層
１０７ 保護絶縁層
１１０ チャネル保護層
１５０ 薄膜トランジスタ
１６０ 薄膜トランジスタ
１７０ 薄膜トランジスタ
１８０ 薄膜トランジスタ
５８０ 基板
５８１ 薄膜トランジスタ
５８３ 絶縁層
５８７ 電極層
５８８ 電極層
５８９ 球形粒子
５９０ａ 黒色領域
５９０ｂ 白色領域
５９４ キャビティ
５９５ 充填材
５９６ 基板
１１００ 携帯電話機
１１０１ 筐体
１１０２ 表示部
１１０３ 操作ボタン
１１０４ 外部接続ポート
１１０５ スピーカ
１１０６ マイク
２７００ 電子書籍
２７０１ 筐体
２７０３ 筐体
２７０５ 表示部
２７０７ 表示部
２７１１ 軸部
２７２１ 電源
２７２３ 操作キー
２７２５ スピーカ
２８００ 筐体
２８０１ 筐体
２８０２ 表示パネル
２８０３ スピーカ
２８０４ マイクロフォン
２８０５ 操作キー
２８０６ ポインティングデバイス
２８０７ カメラ用レンズ
２８０８ 外部接続端子
２８１０ 太陽電池セル
２８１１ 外部メモリスロット
３０００ 卓上照明器具
３００１ 照明装置
４００１ 基板
４００２ 画素部
４００３ 信号線駆動回路
４００４ 走査線駆動回路
４００５ シール材
４００６ 基板
４００８ 液晶層
４０１０ 薄膜トランジスタ
４０１１ 薄膜トランジスタ
４０１３ 液晶素子
４０１５ 接続端子電極
４０１６ 端子電極
４０１８ ＦＰＣ
４０１９ 異方性導電層
４０２０ 絶縁層
４０２１ 絶縁層
４０３０ 画素電極層
４０３１ 対向電極層
４０３２ 絶縁層
４０４０ 導電層
４５０１ 基板
４５０２ 画素部
４５０３ａ、４５０３ｂ 信号線駆動回路
４５０４ａ、４５０４ｂ 走査線駆動回路
４５０５ シール材
４５０６ 基板
４５０７ 充填材
４５０９ 薄膜トランジスタ
４５１０ 薄膜トランジスタ
４５１１ 発光素子
４５１２ 電界発光層
４５１３ 電極層
４５１４ 錫混合層
４５１５ 接続端子電極
４５１６ 端子電極
４５１７ 電極層
４５１８ａ、４５１８ｂ ＦＰＣ
４５１９ 異方性導電層
４５２０ 隔壁
４５４０ 導電層
４５４１ 絶縁層
４５４２ 絶縁層
４５４３ 保護絶縁層
４５４４ 絶縁層
９６００ テレビジョン装置
９６０１ 筐体
９６０３ 表示部
９６０５ スタンド
９６０７ 表示部
９６０９ 操作キー
９６１０ リモコン操作機
９７００ デジタルフォトフレーム
９７０１ 筐体
９７０３ 表示部

Claims (1)

1. 絶縁表面を有する基板上に酸化物半導体層、ソース電極層、及びドレイン電極層を有し、
   前記酸化物半導体層は、インジウムと、ガリウムと、亜鉛と、を有し、
   前記ソース電極層または前記ドレイン電極層は積層であり、その積層のうち、前記酸化物半導体層と接する一層はＳｎを有する金属層である半導体装置。

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