JP6076617B2

JP6076617B2 - 表示装置

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Publication number: JP6076617B2
Application number: JP2012107269A
Authority: JP
Inventors: 小山　潤; 潤小山; 三宅　博之; 博之三宅; 聖子井上
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2011-05-13
Filing date: 2012-05-09
Publication date: 2017-02-08
Anticipated expiration: 2032-05-09
Also published as: JP2012256870A

Description

開示される発明の一態様は、表示装置、及び表示装置の作製方法に関する。

絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜を用いてトランジスタ（薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）ともいう）を構成する技術が注目されている。該トランジスタは集積回路（ＩＣ）や画像表示装置（表示装置）のような電子デバイスに広く応用されている。

表示装置においては、トランジスタは、画素部だけでなく、駆動回路部にも用いられ、同一基板上に画素部及び駆動回路部をトランジスタにより形成した表示装置なども盛んに開発されている。

また、トランジスタに適用可能な半導体薄膜としてシリコン系半導体材料が広く知られているが、その他の材料として酸化物半導体が注目されている。

例えば、トランジスタの活性層として、電子キャリア濃度が１０^１８／ｃｍ^３未満であるインジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、及び亜鉛（Ｚｎ）を含む非晶質酸化物を用いたトランジスタが開示されている（特許文献１参照）。

特開２００６−１６５５２８号公報

このように、表示装置に好適に用いられるトランジスタであるが、寄生容量という問題がある。寄生容量の問題は、解像度の向上や、高精細化といった表示装置の高性能化及び高品質化に伴い顕著化し、その達成を妨げる。例えば、表示装置の解像度を向上させると、それに伴い駆動回路に形成される寄生容量も増加する。

このような問題に鑑み、酸化物半導体を用いたトランジスタを有する表示装置において、寄生容量を軽減することを目的の一とする。

また、そのような寄生容量の軽減された表示装置において、解像度の向上や、高精細化といった高性能化及び高品質化を達成することを目的の一とする。

ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、酸化物半導体膜と、ソース電極及びドレイン電極とが順に積層するボトムゲート型のトランジスタにおいて、酸化物半導体膜と重畳して設けられるゲート電極が第１のゲート電極と第２のゲート電極とに間隔を有して分割して設けられる。第１のゲート電極はソース電極又はドレイン電極の一方と重畳して設けられ、第２のゲート電極はソース電極又はドレイン電極の他方と重畳して設けられる。

酸化物半導体膜の形成領域において、ゲート電極が膜として連続でなく、第１のゲート電極と第２のゲート電極とに間隔を有して分割して設けられるため、トランジスタにおいて、酸化物半導体膜と第１のゲート電極とが重畳している領域と、酸化物半導体膜と第２のゲート電極とが重畳している領域との間に、酸化物半導体膜とゲート電極とが重畳しない領域が生じる。本明細書では、当該ゲート電極が重畳しない酸化物半導体膜の領域をＬ_ｏｆｆ領域と呼ぶ。当該Ｌ_ｏｆｆ領域を設けることにより、酸化物半導体膜を有するトランジスタの寄生容量を低減することができる。

第１のゲート電極と第２のゲート電極は電気的に接続されており、同電位である。第１のゲート電極と第２のゲート電極は、酸化物半導体膜の形成領域において、分割された導電膜であればよく、酸化物半導体膜の形成領域外で連続する連続膜でもよいし、それぞれ独立した導電膜で形成され、直接または他の配線を介して電気的に接続する構成としてもよい。

従って、該トランジスタを用いて形成された回路は、寄生容量に起因する信号の遅延やノイズ、動作の低速化、回路の大型化などの悪影響を軽減することができる。

本発明の一形態は、少なくともチャネル形成領域として用いる酸化物半導体膜にＬ_ｏｆｆ領域を含むトランジスタを有する表示装置である。酸化物半導体膜としてはＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物を好適に用いることができる。Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物を用いた酸化物半導体膜を含むトランジスタは、移動度が高く、Ｌ_ｏｆｆ領域を設けることによって、寄生容量が小さく、移動度の高いトランジスタとすることができる。

従って、該トランジスタを用いて、寄生容量が低減された高速動作可能な駆動回路（例えば、ゲートドライバ又はソースドライバ）を形成することができる。

また、寄生容量に対応してそれ以上大きい保持容量を設ける必要がある、発光素子を用いた画素の補正回路において、該トランジスタを用いると、寄生容量が小さくなるため保持容量も小さくて済むため、容量素子の大きさも小さくすることができる。従って、画素の大きさも縮小することができるため、表示装置においてより高精細化が可能となる。

また、チャネル形成領域として用いる酸化物半導体膜にＬ_ｏｆｆ領域を含むトランジスタ、及びチャネル形成領域として用いる酸化物半導体膜にＬ_ｏｆｆ領域を含まないトランジスタを設けた表示装置を提供することもできる。この場合、必要とする特性や機能に応じて該２種類のトランジスタを表示装置内に配置すればよい。同一基板上に作製することができるため、作製工程が削減でき、作製コストを抑制することができる。

開示される発明の一態様は、第１のゲート電極及び第２のゲート電極を含むゲート電極と、ゲート絶縁膜と、少なくともインジウム、錫、及び亜鉛を含む酸化物半導体膜と、ソース電極及びドレイン電極とが順に積層するトランジスタを有し、酸化物半導体膜は、間隔を有して分割して設けられた第１のゲート電極及び第２のゲート電極とゲート絶縁膜を介して重畳して設けられ、第１のゲート電極はソース電極又はドレイン電極の一方と重畳して設けられ、第２のゲート電極はソース電極又はドレイン電極の他方と重畳して設けられる表示装置である。

開示される発明の一態様は、絶縁表面上に設けられ、互いに離れて配置された第１のゲート電極及び第２のゲート電極と、ゲート絶縁膜を介して、当該第１のゲート電極及び第２のゲート電極と重畳する領域、並びに当該第１のゲート電極及び第２のゲート電極と重畳しない領域を有する酸化物半導体膜と、当該第１のゲート電極の一部及び当該酸化物半導体膜の一部と重畳するソース電極又はドレイン電極の一方と、当該第２のゲート電極の一部及び当該酸化物半導体膜の一部と重畳するソース電極又はドレイン電極の他方と、当該ゲート絶縁膜、当該第１のゲート電極、当該第２のゲート電極、当該酸化物半導体膜、並びに、当該ソース電極及びドレイン電極を覆い、当該酸化物半導体膜と直接接触している絶縁膜とを有し、酸化物半導体膜は少なくともインジウム、錫、及び亜鉛を含む表示装置である。

上記構成において、チャネル形成領域として用いる、少なくともインジウム、錫、及び亜鉛を含む酸化物半導体膜にＬ_ｏｆｆ領域を有するトランジスタは、画素、駆動回路、又は画素及び駆動回路に用いることができる。駆動回路としては、ソースドライバ、ゲートドライバなどに用いることができる。

開示される発明の一態様は、酸化物半導体を用いたトランジスタを有する表示装置において、寄生容量を軽減することができる。

また、開示される発明の一態様は、そのような寄生容量の軽減された表示装置において、解像度の向上や、高精細化といった高性能化及び高品質化を達成することができる。

表示装置の一形態を示す図。表示装置の作製工程の一形態を示す図。表示装置の一形態を示す図。表示装置の一形態を示す図。表示装置の回路と駆動方法の一態様を説明する図。電子機器を示す図。本発明の一態様に係る酸化物材料の構造を説明する図。本発明の一態様に係る酸化物材料の構造を説明する図。酸化物半導体層を用いたトランジスタ特性のグラフ。表示装置の駆動方法の一態様を説明する図。

以下では、本明細書に開示する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、本明細書に開示する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、本明細書に開示する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、第１、第２として付される序数詞は便宜上用いるものであり、工程順又は積層順を示すものではない。また、本明細書において発明を特定するための事項として固有の名称を示すものではない。なお、以下に示す図面において、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付し、その繰り返しの説明は省略する。

（実施の形態１）
本実施の形態では、表示装置及び表示装置の作製方法の一形態を、図１、図２、及び図７乃至９を用いて説明する。

図１（Ａ）は表示装置に設けられるトランジスタ４１０の平面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）における鎖線Ａ１−Ａ２の断面図であり、トランジスタ４１０のチャネル長方向の断面図の一例を示している。

図１（Ａ）（Ｂ）に示すように、トランジスタ４１０は、絶縁表面を有する基板４００上に、第１のゲート電極であるゲート電極４０１ａ及び第２のゲート電極であるゲート電極４０１ｂを含むゲート電極４０１、ゲート絶縁膜４０２、酸化物半導体膜４０３、ソース電極又はドレイン電極として機能する電極４０５ａ、電極４０５ｂを含む。トランジスタ４１０上には、絶縁膜４０７が形成されている。

基板４００上に設けられたゲート電極４０１ａ及びゲート電極４０１ｂは、互いに離れて配置されている。

ゲート電極４０１ａとゲート電極４０１ｂは電気的に接続されており、同電位である。ゲート電極４０１ａとゲート電極４０１ｂは、酸化物半導体膜４０３の形成領域において、分割された導電膜であればよく、本実施の形態のように酸化物半導体膜４０３の形成領域外で連続する連続膜でもよいし、それぞれ独立した導電膜で形成され、直接または他の配線を介して電気的に接続する構成としてもよい。

また、ゲート電極４０１ａ及びゲート電極４０１ｂの間には、ゲート絶縁膜４０２が配置されている。ゲート絶縁膜４０２は、ゲート電極４０１ａ及びゲート電極４０１ｂを覆って設けられている。

また、ゲート絶縁膜４０２上にチャネル形成領域が形成される酸化物半導体膜４０３が設けられている。

酸化物半導体膜４０３の形成領域において、ゲート電極４０１が膜として連続でなく、ゲート電極４０１ａとゲート電極４０１ｂとに間隔を有して分割して設けられるため、酸化物半導体膜４０３とゲート電極４０１ａが重畳している領域と、酸化物半導体膜４０３とゲート電極４０１ｂが重畳している領域との間に、酸化物半導体膜４０３とゲート電極が重畳しない領域が生じる。上述のように、本明細書では、当該ゲート電極４０１ａ及びゲート電極４０１ｂが重畳しない酸化物半導体膜４０３の領域をＬ_ｏｆｆ領域４１９と呼ぶ。

またソース電極又はドレイン電極の一方である電極４０５ａは、ゲート電極４０１ａの一部及び酸化物半導体膜４０３の一部と重畳している。また、ソース電極又はドレイン電極の他方である電極４０５ｂは、ゲート電極４０１ｂの一部及び酸化物半導体膜４０３の一部と重畳している。

またゲート電極４０１ａ、ゲート電極４０１ｂ、ゲート絶縁膜４０２、酸化物半導体膜４０３、ソース電極又はドレイン電極の一方である電極４０５ａ、ソース電極又はドレイン電極の他方である電極４０５ｂを覆って、絶縁膜４０７が形成されている。絶縁膜４０７は、酸化物半導体膜４０３に直接接触して設けられている絶縁膜であり、酸化物半導体膜４０３を保護する保護膜である。

酸化物半導体膜４０３中の電極４０５ａ及び電極４０５ｂ（ソース電極及びドレイン電極）との間の領域が、チャネル形成領域となる。よって図１（Ａ）に示すように、電極４０５ａの端部及び電極４０５ｂの端部との間の距離が、チャネル長Ｌとなる。また電極４０５ａ又は電極４０５ｂの一辺の長さが、チャネル幅Ｗとなる。

よって当該チャネル形成領域、かつ、酸化物半導体膜４０３がゲート電極４０１ａ及びゲート電極４０１ｂに重畳しない領域が、Ｌ_ｏｆｆ領域４１９となる。Ｌ_ｏｆｆ領域４１９のチャネル長方向の長さを長さＦとする。

Ｌ_ｏｆｆ領域４１９のチャネル長方向の長さである長さＦは、１μｍ以上２０μｍ以下程度とすればよい。

Ｌ_ｏｆｆ領域４１９を設けることにより、トランジスタ４１０の寄生容量を低減することができる。

図２（Ａ）乃至（Ｄ）にトランジスタ４１０の作製方法の一例を示す。

まず、絶縁表面を有する基板４００上に導電膜を形成した後、第１のフォトリソグラフィ工程によりゲート電極４０１ａ、４０１ｂを形成する。なお、本実施の形態では、図１（Ａ）の平面図に示すようにゲート電極４０１ａ、ゲート電極４０１ｂは、ゲート電極４０１に含まれている。なお、レジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。

絶縁表面を有する基板４００に使用することができる基板に大きな制限はないが、少なくとも、後の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有していることが必要となる。例えば、バリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などを用いることができる。また、シリコンや炭化シリコンなどの単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合物半導体基板、ＳＯＩ基板などを適用することもでき、これらの基板上に半導体素子が設けられたものを、基板４００として用いてもよい。

また、基板４００として、可撓性基板を用いて表示装置を作製してもよい。可撓性を有する表示装置を作製するには、可撓性基板上に酸化物半導体膜４０３を含むトランジスタ４１０を直接作製してもよいし、他の作製基板に酸化物半導体膜４０３を含むトランジスタ４１０を作製し、その後可撓性基板に剥離、転置してもよい。なお、作製基板から可撓性基板に剥離、転置するために、作製基板と酸化物半導体膜を含むトランジスタとの間に剥離層を設けるとよい。

下地膜となる絶縁膜を基板４００とゲート電極４０１ａ、４０１ｂとの間に設けてもよい。下地膜は、基板４００からの不純物元素の拡散を防止する機能があり、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、又は酸化窒化シリコン膜から選ばれた一又は複数の膜による積層構造により形成することができる。

また、ゲート電極４０１ａ、４０１ｂの材料は、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法等により、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料又はこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層で又は積層して形成することができる。また、ゲート電極４０１ａ、４０１ｂとして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、ニッケルシリサイドなどのシリサイド膜を用いてもよい。

また、ゲート電極４０１ａ、４０１ｂの材料は、インジウム錫酸化物、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、また透光性を有する導電性材料の窒化物を適用することもできる。また、上記透光性を有する導電性材料と、上記金属材料の積層構造とすることもできる。

また、ゲート電極４０１ａ、４０１ｂを積層構造とし、その一層として、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｏ系の金属酸化物を用いてもよい。ゲート電極４０１ａ、４０１ｂを積層構造とし、その一層として特に仕事関数の大きな材料であるインジウム、ガリウム、及び亜鉛を含む酸窒化物膜（ＩＧＺＯＮ膜とも呼ぶ）を用いることが好ましい。インジウム、ガリウム、及び亜鉛を含む酸窒化物膜は、アルゴン及び窒素の混合ガス雰囲気下で成膜することにより得られる。

例えば、ゲート電極４０１ａ、４０１ｂとして基板４００側から銅膜と、タングステン膜と、インジウム、ガリウム、及び亜鉛を含む酸窒化物膜（ＩＧＺＯＮ膜）との積層構造、タングステン膜と、窒化タングステン膜と、銅膜と、チタン膜との積層構造などを用いることができる。

次いで、ゲート電極４０１ａ、４０１ｂ上にプラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法等により、ゲート絶縁膜４０２を形成する。ゲート絶縁膜４０２の材料としては、酸化シリコン膜、酸化ガリウム膜、酸化アルミニウム膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化窒化アルミニウム膜、または窒化酸化シリコン膜を用いて形成することができる。

また、ゲート絶縁膜４０２の材料として酸化ハフニウム、酸化イットリウム、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉ_ｘＯ_ｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、窒素が添加されたハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯ_ｘＮ_ｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、ハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌ_ｘＯ_ｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、酸化ランタンなどのｈｉｇｈ−ｋ材料を用いることでゲートリーク電流を低減できる。

ゲート絶縁膜４０２は単層でも積層でもよいが、酸化物半導体膜４０３に接する膜としては、酸化物絶縁膜が好ましい。本実施の形態では、ゲート絶縁膜４０２として酸化シリコン膜を用いる。

ゲート絶縁膜４０２は、酸化物半導体膜４０３と接するため、膜中（バルク中）に少なくとも化学量論的組成比を超える量の酸素が存在することが好ましい。このような酸素の含有量が過剰な領域（酸素過剰領域）は、ゲート絶縁膜４０２の一部（界面も含む）に存在していればよい。例えば、ゲート絶縁膜４０２として、酸化シリコン膜を用いる場合には、ＳｉＯ_２＋α（ただし、α＞０）とする。

酸化物半導体膜４０３と接する酸化シリコン膜を、酸素を多く含む状態とすることによって、酸化物半導体膜へ酸素を供給する供給源として好適に機能させることができる。

よって、このようなゲート絶縁膜４０２を用いることで、酸化物半導体膜４０３に酸素を供給することができ、特性を良好にすることができる。酸化物半導体膜４０３へ酸素を供給することにより、膜中の酸素欠損を補填することができる。

酸素の供給源となる酸素を多く（過剰に）含むゲート絶縁膜４０２を酸化物半導体膜４０３と接して設けることによって、該ゲート絶縁膜４０２から酸化物半導体膜４０３へ酸素を供給することができる。例えば、酸化物半導体膜４０３及びゲート絶縁膜４０２を少なくとも一部が接した状態で加熱工程を行うことによって酸化物半導体膜４０３への酸素の供給を行うことができる。

また、ゲート絶縁膜４０２、ゲート絶縁膜４０２上に形成される酸化物半導体膜４０３に水素、水酸基及び水分がなるべく含まれないようにするために、酸化物半導体膜４０３の成膜の前処理として、スパッタリング装置の予備加熱室でゲート電極４０１ａ、４０１ｂが形成された基板４００、又はゲート絶縁膜４０２までが形成された基板４００を予備加熱し、基板４００に吸着した水素、水分などの不純物を脱離し排気することが好ましい。なお、予備加熱室に設ける排気手段はクライオポンプが好ましい。なお、この予備加熱の処理は省略することもできる。またこの予備加熱は、絶縁膜４０７の成膜前に、電極４０５ａ及び電極４０５ｂまで形成した基板４００にも同様に行ってもよい。

なお、酸化物半導体膜４０３をスパッタリング法により成膜する前に、アルゴンガスを導入してプラズマを発生させる逆スパッタリングを行い、ゲート絶縁膜４０２の表面に付着している粉状物質（パーティクル、ごみともいう）を除去することが好ましい。逆スパッタリングとは、ターゲット側に電圧を印加せずに、アルゴン雰囲気下で基板側にＲＦ電源を用いて電圧を印加して基板近傍にプラズマを形成して表面を改質する方法である。なお、アルゴン雰囲気に代えて窒素、ヘリウム、酸素などを用いてもよい。

次いで、ゲート絶縁膜４０２上に、膜厚２ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以上３０ｎｍ以下の酸化物半導体膜４０３を形成する（図２（Ｂ）参照）。

酸化物半導体膜４０３の成膜方法は、スパッタリング法、ＭＢＥ（ＭｏｌｅｃｕｌａｒＢｅａｍＥｐｉｔａｘｙ）法、ＣＶＤ法、パルスレーザ堆積法、ＡＬＤ（ＡｔｏｍｉｃＬａｙｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等を適宜用いることができる。また、酸化物半導体膜４０３は、スパッタリングターゲット表面に対し、概略垂直に複数の基板表面がセットされた状態で成膜を行うスパッタ装置、所謂ＣＰスパッタ装置（ＣｏｌｕｍｎａｒＰｌａｓｍａＳｐｕｔｔｅｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ）を用いて成膜してもよい。

酸化物半導体膜４０３に用いる酸化物半導体としては、少なくともインジウム（Ｉｎ）あるいは亜鉛（Ｚｎ）を含むことが好ましい。特にＩｎとＺｎを含むことが好ましい。また、該酸化物半導体を用いたトランジスタの電気特性のばらつきを減らすためのスタビライザーとして、それらに加えて錫（Ｓｎ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてガリウム（Ｇａ）を用いても良いし、錫（Ｓｎ）とガリウム（Ｇａ）の両者を用いても良い。また、スタビライザーとしてアルミニウム（Ａｌ）を用いても良い。

また、他のスタビライザーとして、ランタノイドである、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）のいずれか一種あるいは複数種を有してもよい。

例えば、インジウム、錫、亜鉛から選ばれた一種又は複数種を含む酸化物半導体として、二元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｚｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｓｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ系酸化物、三元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物（ＩＧＺＯとも表記する）、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｏ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｙｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌｕ−Ｚｎ系酸化物、四元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物を用いることができる。

なお、ここで、例えば、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物とは、ＩｎとＳｎとＺｎを主成分として有する酸化物という意味であり、ＩｎとＳｎとＺｎの比率は問わない。また、ＩｎとＳｎとＺｎ以外の金属元素が入っていてもよい。

また、酸化物半導体として、ＩｎＭＯ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｍ＞０、且つ、ｍは整数でない）で表記される材料を用いてもよい。なお、Ｍは、Ｓｎ、Ｇａ、Ｆｅ、Ｍｎ及びＣｏから選ばれた一の金属元素または複数の金属元素を示す。また、酸化物半導体として、Ｉｎ_２ＳｎＯ_５（ＺｎＯ）_ｎ（ｎ＞０、且つ、ｎは整数）で表記される材料を用いてもよい。

例えば、Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝１：１：１（＝１／３：１／３：１／３）、Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝２：１：３（＝１／３：１／６：１／２）あるいはＩｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝２：１：５（＝１／４：１／８：５／８）の原子比のＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いるとよい。また、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１（＝１／３：１／３：１／３）あるいはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝２：２：１（＝２／５：２／５：１／５）の原子比のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いることができる。

しかし、これらに限られず、必要とする半導体特性（移動度、しきい値、ばらつき等）に応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とする半導体特性を得るために、キャリア濃度や不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間結合距離、密度等を適切なものとすることが好ましい。

例えば、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物では比較的容易に高い移動度が得られる。しかしながら、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物でも、バルク内欠陥密度を高めることにより移動度を上げることができる。

なお、例えば、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎの原子数比がＩｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝ａ：ｂ：ｃ（ａ＋ｂ＋ｃ＝１）である酸化物が、原子数比がＩｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝Ａ：Ｂ：Ｃ（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＝１）の酸化物のｒだけ近傍であるとは、ａ、ｂ、ｃが、（ａ―Ａ）^２＋（ｂ―Ｂ）^２＋（ｃ―Ｃ）^２≦ｒ^２を満たすことを言う。ｒとしては、例えば、０．０５とすればよい。他の酸化物でも同様である。

酸化物半導体は単結晶でも、非単結晶でもよい。後者の場合、アモルファスでも、多結晶でもよい。また、アモルファス中に結晶性を有する部分を含む構造でも、非アモルファスでもよい。

アモルファス状態の酸化物半導体は、比較的容易に平坦な表面を得ることができるため、これを用いてトランジスタを作製した際の界面散乱を低減でき、比較的容易に、比較的高い移動度を得ることができる。

また、結晶性を有する酸化物半導体では、よりバルク内欠陥を低減することができ、表面の平坦性を高めればアモルファス状態の酸化物半導体以上の移動度を得ることができる。表面の平坦性を高めるためには、平坦な表面上に酸化物半導体を形成することが好ましく、具体的には、平均面粗さ（Ｒａ）が１ｎｍ以下、好ましくは０．３ｎｍ以下、より好ましくは０．１ｎｍ以下の表面上に形成するとよい。

なお、Ｒａは、ＪＩＳＢ０６０１で定義されている中心線平均粗さを面に対して適用できるよう三次元に拡張したものであり、「基準面から指定面までの偏差の絶対値を平均した値」と表現でき、以下の式にて定義される。

なお、上記において、Ｓ_０は、測定面（座標（ｘ_１，ｙ_１）（ｘ_１，ｙ_２）（ｘ_２，ｙ_１）（ｘ_２，ｙ_２）で表される４点によって囲まれる長方形の領域）の面積を指し、Ｚ_０は測定面の平均高さを指す。Ｒａは原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：ＡｔｏｍｉｃＦｏｒｃｅＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）にて評価可能である。

結晶性を有する場合には、ｃ軸配向し、かつａｂ面、表面または界面の方向から見て三角形状または六角形状の原子配列を有し、ｃ軸においては金属原子が層状または金属原子と酸素原子とが層状に配列しており、ａｂ面においてはａ軸またはｂ軸の向きが異なる（ｃ軸を中心に回転した）結晶を含む酸化物半導体（ＣＡｘｉｓＡｌｉｇｎｅｄＣｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ；ＣＡＡＣ−ＯＳともいう）を用いることができる。

ＣＡＡＣ−ＯＳとは、広義に、非単結晶であって、そのａｂ面に垂直な方向から見て、三角形、六角形、正三角形または正六角形の原子配列を有し、かつｃ軸方向に垂直な方向から見て、金属原子が層状、または金属原子と酸素原子が層状に配列した相を含む酸化物をいう。

ＣＡＡＣ−ＯＳは単結晶ではないが、非晶質のみから形成されているものでもない。また、ＣＡＡＣは結晶化した部分（結晶部分）を含むが、１つの結晶部分と他の結晶部分の境界を明確に判別できないこともある。

ＣＡＡＣ−ＯＳを構成する酸素の一部は窒素で置換されてもよい。また、ＣＡＡＣ−ＯＳを構成する個々の結晶部分のｃ軸は一定の方向（例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜が形成される基板面、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の表面などに垂直な方向）に揃っていてもよい。または、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を構成する個々の結晶部分のａｂ面の法線は一定の方向（例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜が形成される基板面、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の表面などに垂直な方向）を向いていてもよい。

ＣＡＡＣ−ＯＳは、その組成などに応じて、導体であったり、半導体であったり、絶縁体であったりする。また、その組成などに応じて、可視光に対して透明であったり不透明であったりする。

このようなＣＡＡＣ−ＯＳの例として、膜状に形成され、膜表面または支持する基板面に垂直な方向から観察すると三角形または六角形の原子配列が認められ、かつその膜断面を観察すると金属原子または金属原子および酸素原子（または窒素原子）の層状配列が認められる酸化物を挙げることもできる。

ＣＡＡＣ−ＯＳについて図７及び図８を用いて詳細に説明する。なお、特に断りがない限り、図７及び図８は上方向をｃ軸方向とし、ｃ軸方向と直交する面をａｂ面とする。なお、単に上半分、下半分という場合、ａｂ面を境にした場合の上半分、下半分をいう。また、図７において、丸で囲まれたＯは４配位のＯを示し、二重丸で囲まれたＯは３配位のＯを示す。

図７（Ａ）に、１個の６配位のＩｎと、Ｉｎに近接の６個の４配位の酸素原子（以下４配位のＯ）と、を有する構造を示す。ここでは、金属原子が１個に対して、近接の酸素原子のみ示した構造を小グループと呼ぶ。図７（Ａ）の構造は、八面体構造をとるが、簡単のため平面構造で示している。なお、図７（Ａ）の上半分および下半分にはそれぞれ３個ずつ４配位のＯがある。図７（Ａ）に示す小グループは電荷が０である。

図７（Ｂ）に、１個の５配位のＧａと、Ｇａに近接の３個の３配位の酸素原子（以下３配位のＯ）と、近接の２個の４配位のＯと、を有する構造を示す。３配位のＯは、いずれもａｂ面に存在する。図７（Ｂ）の上半分および下半分にはそれぞれ１個ずつ４配位のＯがある。また、Ｉｎも５配位をとるため、図７（Ｂ）に示す構造をとりうる。図７（Ｂ）に示す小グループは電荷が０である。

図７（Ｃ）に、１個の４配位のＺｎと、Ｚｎに近接の４個の４配位のＯと、を有する構造を示す。図７（Ｃ）の上半分には１個の４配位のＯがあり、下半分には３個の４配位のＯがある。図７（Ｃ）に示す小グループは電荷が０である。または、図７（Ｃ）の上半分に３個の４配位のＯがあり、下半分に１個の４配位のＯがあってもよい。

図７（Ｄ）に、１個の６配位のＳｎと、Ｓｎに近接の６個の４配位のＯと、を有する構造を示す。図７（Ｄ）の上半分には３個の４配位のＯがあり、下半分には３個の４配位のＯがある。図７（Ｄ）に示す小グループは電荷が＋１となる。

図７（Ｅ）に、２個のＺｎを含む小グループを示す。図７（Ｅ）の上半分には１個の４配位のＯがあり、下半分には１個の４配位のＯがある。図７（Ｅ）に示す小グループは電荷が−１となる。

ここでは、複数の小グループの集合体を中グループと呼び、複数の中グループの集合体を大グループ（ユニットセルともいう。）と呼ぶ。

ここで、これらの小グループ同士が結合する規則について説明する。Ｉｎの上半分の３個のＯは下方向に３個の近接Ｉｎを有し、下半分の３個のＯは上方向に３個の近接Ｉｎを有する。Ｇａの上半分の１個のＯは下方向に１個の近接Ｇａを有し、下半分の１個のＯは上方向に１個の近接Ｇａを有する。Ｚｎの上半分の１個のＯは下方向に１個の近接Ｚｎを有し、下半分の３個のＯは上方向に３個の近接Ｚｎを有する。この様に、金属原子の上方向の４配位のＯの数と、そのＯの下方向にある近接金属原子の数は等しく、同様に金属原子の下方向の４配位のＯの数と、そのＯの上方向にある近接金属原子の数は等しい。Ｏは４配位なので、下方向にある近接金属原子の数と、上方向にある近接金属原子の数の和は４になる。従って、金属原子の上方向にある４配位のＯの数と、別の金属原子の下方向にある４配位のＯの数との和が４個のとき、金属原子を有する二種の小グループ同士は結合することができる。その理由を以下に示す。例えば、６配位の金属原子（ＩｎまたはＳｎ）が上半分の４配位のＯを介して結合する場合、４配位のＯが３個であるため、５配位の金属原子（ＧａまたはＩｎ）の上半分の４配位のＯ、５配位の金属原子（ＧａまたはＩｎ）の下半分の４配位のＯまたは４配位の金属原子（Ｚｎ）の上半分の４配位のＯのいずれかと結合することになる。

これらの配位数を有する金属原子は、ｃ軸方向において、４配位のＯを介して結合する。また、このほかにも、層構造の合計の電荷が０となるように複数の小グループが結合して中グループを構成する。

図８（Ａ）に、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系の層構造を構成する中グループのモデル図を示す。図８（Ｂ）に、３つの中グループで構成される大グループを示す。なお、図８（Ｃ）は、図８（Ｂ）の層構造をｃ軸方向から観察した場合の原子配列を示す。

図８（Ａ）においては、簡単のため、３配位のＯは省略し、４配位のＯは個数のみ示し、例えば、Ｓｎの上半分および下半分にはそれぞれ３個ずつ４配位のＯがあることを丸枠の３として示している。同様に、図８（Ａ）において、Ｉｎの上半分および下半分にはそれぞれ１個ずつ４配位のＯがあり、丸枠の１として示している。また、同様に、図８（Ａ）において、下半分には１個の４配位のＯがあり、上半分には３個の４配位のＯがあるＺｎと、上半分には１個の４配位のＯがあり、下半分には３個の４配位のＯがあるＺｎとを示している。

図８（Ａ）において、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系の層構造を構成する中グループは、上から順に４配位のＯが３個ずつ上半分および下半分にあるＳｎが、４配位のＯが１個ずつ上半分および下半分にあるＩｎと結合し、そのＩｎが、上半分に３個の４配位のＯがあるＺｎと結合し、そのＺｎの下半分の１個の４配位のＯを介して４配位のＯが３個ずつ上半分および下半分にあるＩｎと結合し、そのＩｎが、上半分に１個の４配位のＯがあるＺｎ２個からなる小グループと結合し、この小グループの下半分の１個の４配位のＯを介して４配位のＯが３個ずつ上半分および下半分にあるＳｎと結合している構成である。この中グループが複数結合して大グループを構成する。

ここで、３配位のＯおよび４配位のＯの場合、結合１本当たりの電荷はそれぞれ−０．６６７、−０．５と考えることができる。例えば、Ｉｎ（６配位または５配位）、Ｚｎ（４配位）、Ｓｎ（５配位または６配位）の電荷は、それぞれ＋３、＋２、＋４である。従って、Ｓｎを含む小グループは電荷が＋１となる。そのため、Ｓｎを含む層構造を形成するためには、電荷＋１を打ち消す電荷−１が必要となる。電荷−１をとる構造として、図７（Ｅ）に示すように、２個のＺｎを含む小グループが挙げられる。例えば、Ｓｎを含む小グループが１個に対し、２個のＺｎを含む小グループが１個あれば、電荷が打ち消されるため、層構造の合計の電荷を０とすることができる。

具体的には、図８（Ｂ）に示した大グループが繰り返されることで、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系の結晶（Ｉｎ_２ＳｎＺｎ_３Ｏ_８）を得ることができる。なお、得られるＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系の層構造は、Ｉｎ_２ＳｎＺｎ_２Ｏ_７（ＺｎＯ）_ｍ（ｍは０または自然数。）とする組成式で表すことができる。なお、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系の結晶は、ｍの数が大きいと結晶性が向上するため、好ましい。

本実施の形態では、酸化物半導体膜４０３としてＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物ターゲットを用いてスパッタリング法により成膜する。酸化物半導体膜４０３をスパッタリング法で作製するためのターゲットとしては、例えば、組成比として、Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎが原子数比で、１：２：２、２：１：３、１：１：１、または２０：４５：３５などとなる酸化物ターゲットを用いて、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜を成膜する。

また、酸化物半導体膜４０３を成膜する際の雰囲気としては、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、または希ガスと酸素の混合雰囲気下において行うことができる。なお、酸化物半導体膜４０３は、成膜時に酸素が多く含まれるような条件（例えば、酸素１００％の雰囲気下でスパッタリング法により成膜を行うなど）で成膜して、酸素を多く含む（好ましくは酸化物半導体が結晶状態における化学量論的組成比に対し、酸素の含有量が過剰な領域が含まれている）膜とすることが好ましい。

また、金属酸化物ターゲットの充填率は９０％以上１００％以下、好ましくは９５％以上９９．９％以下である。充填率の高い金属酸化物ターゲットを用いることにより、成膜した酸化物半導体膜４０３は緻密な膜とすることができる。

酸化物半導体膜４０３を、成膜する際に用いるスパッタリングガスは水素、水、水酸基又は水素化物などの不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。

減圧状態に保持された成膜室内に基板を保持する。そして、成膜室内の残留水分を除去しつつ水素及び水分が除去されたスパッタガスを導入し、上記ターゲットを用いて基板４００上に酸化物半導体膜４０３を成膜する。成膜室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプ、例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることが好ましい。また、排気手段としては、ターボ分子ポンプにコールドトラップを加えたものであってもよい。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素原子、水（Ｈ_２Ｏ）など水素原子を含む化合物（より好ましくは炭素原子を含む化合物も）等が排気されるため、当該成膜室で成膜した酸化物半導体膜４０３に含まれる不純物の濃度を低減できる。

また、ゲート絶縁膜４０２と酸化物半導体膜４０３とを大気に解放せずに連続的に形成することが好ましい。ゲート絶縁膜４０２と酸化物半導体膜４０３とを大気に曝露せずに連続して形成すると、ゲート絶縁膜４０２表面に水素や水分などの不純物が吸着することを防止することができる。

なお、酸化物半導体膜４０３として、結晶性酸化物半導体を形成する方法としては、加熱（例えば基板温度を２００℃以上５００℃以下とする）しながら酸化物半導体膜の成膜を行う方法、非晶質酸化物半導体膜を成膜後、非晶質酸化物半導体膜に加熱処理（例えば２００℃以上７００℃以下）を行い結晶化させる方法などがある。また、１層目に膜厚の薄い非晶質酸化物半導体膜を成膜した後、加熱処理（例えば２００℃以上７００℃以下）を行い結晶化し、２層目の成膜を行い、結晶性酸化物半導体膜上にさらに結晶性酸化物半導体膜を成膜する方法もある。なお、結晶化のための加熱処理は、電気炉や、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などの加熱処理装置を用いた加熱処理や、レーザ光やランプ光などによる光照射による加熱処理などを用いることができる。例えば、非晶質酸化物半導体膜が吸収する波長のレーザ光を照射し、非晶質酸化物半導体膜の結晶化を行うことができる。

また、酸化物半導体膜４０３に、過剰な水素（水や水酸基を含む）を除去（脱水化または脱水素化）するための加熱処理を行ってもよい。加熱処理の温度は、３００℃以上７００℃以下、または基板の歪み点未満とする。加熱処理は減圧下又は窒素雰囲気下などで行うことができる。例えば、加熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化物半導体膜に対して窒素雰囲気下４５０℃において１時間の加熱工程を行う。

なお、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用いてもよい。例えば、ＧＲＴＡ（ＧａｓＲａｐｉｄＴｈｅｒｍａｌＡｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（ＬａｍｐＲａｐｉｄＴｈｅｒｍａｌＡｎｎｅａｌ）装置等のＲＴＡ（ＲａｐｉｄＴｈｅｒｍａｌＡｎｎｅａｌ）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。高温のガスには、アルゴンなどの希ガス、または窒素のような、加熱処理によって被処理物と反応しない不活性気体が用いられる。

例えば、加熱工程として、６５０℃〜７００℃の高温に加熱した不活性ガス中に基板を入れ、数分間加熱した後、基板を不活性ガス中から出すＧＲＴＡを行ってもよい。

なお、脱水化又は脱水素化のための加熱処理は、酸化物半導体膜４０３の形成後、酸化物半導体膜４０３へ酸素の供給工程前であれば、トランジスタ４１０の作製工程においてどのタイミングで行ってもよい。

なお、加熱処理においては、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、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、加熱処理で酸化物半導体膜４０３を加熱した後、同じ炉に高純度の酸素ガス、高純度の二窒化酸素ガス、又は超乾燥エア（ＣＲＤＳ（キャビティリングダウンレーザー分光法）方式の露点計を用いて測定した場合の水分量が２０ｐｐｍ（露点換算で−５５℃）以下、好ましくは１ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）を導入してもよい。酸素ガスまたは二窒化酸素ガスに、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、熱処理装置に導入する酸素ガスまたは二窒化酸素ガスの純度を、６Ｎ以上好ましくは７Ｎ以上（即ち、酸素ガスまたは二窒化酸素ガス中の不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。酸素ガス又は二窒化酸素ガスの作用により、脱水化または脱水素化処理による不純物の排除工程によって同時に減少してしまった酸化物半導体を構成する主成分材料である酸素を供給することによって、酸化物半導体膜４０３を高純度化及び電気的にＩ型（真性）化することができる。

なお、酸化物半導体膜４０３は、島状に加工してもよいし、形状を加工せず、膜状のままでもよい。また、酸化物半導体膜４０３を素子ごとに分離する絶縁層からなる素子分離領域を設けてもよい。

次いで、ゲート絶縁膜４０２、及び酸化物半導体膜４０３上に、ソース電極及びドレイン電極（これと同じ層で形成される配線を含む）となる導電膜を形成する。該導電膜は後の加熱処理に耐えられる材料を用いる。ソース電極、及びドレイン電極に用いる導電膜としては、例えば、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素を含む金属膜、または上述した元素を成分とする金属窒化物膜（窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜）等を用いることができる。また、Ａｌ、Ｃｕなどの金属膜の下側又は上側の一方または双方にＴｉ、Ｍｏ、Ｗなどの高融点金属膜またはそれらの金属窒化物膜（窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜）を積層させた構成としても良い。また、ソース電極、及びドレイン電極に用いる導電膜としては、導電性の金属酸化物で形成しても良い。導電性の金属酸化物としては酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム酸化スズ（Ｉｎ_２Ｏ_３―ＳｎＯ_２）、酸化インジウム酸化亜鉛（Ｉｎ_２Ｏ_３―ＺｎＯ）またはこれらの金属酸化物材料に酸化シリコンを含ませたものを用いることができる。

第３のフォトリソグラフィ工程により導電膜上にレジストマスクを形成し、選択的にエッチングを行ってソース電極又はドレイン電極として機能する電極４０５ａ、電極４０５ｂを形成した後、レジストマスクを除去する（図２（Ｃ）参照）。

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、導電膜のエッチングの際に、酸化物半導体膜４０３がエッチングされ、分断することのないようエッチング条件を最適化することが望まれる。しかしながら、導電膜のみをエッチングし、酸化物半導体膜４０３を全くエッチングしないという条件を得ることは難しく、導電膜のエッチングの際に酸化物半導体膜４０３は一部のみがエッチングされ、溝部（凹部）を有する酸化物半導体膜となることもある。

次いで、Ｎ_２Ｏ、Ｎ_２、またはＡｒなどのガスを用いたプラズマ処理を行い、露出している酸化物半導体膜４０３の表面に付着した吸着水などを除去してもよい。プラズマ処理を行った場合、大気に触れることなく、酸化物半導体膜４０３の一部に接する絶縁膜４０７を形成する。

絶縁膜４０７は、少なくとも１ｎｍ以上の膜厚とし、スパッタリング法など、絶縁膜４０７に水、水素等の不純物を混入させない方法を適宜用いて形成することができる。絶縁膜４０７に水素が含まれると、その水素の酸化物半導体膜への侵入、又は水素による酸化物半導体膜中の酸素の引き抜きが生じ酸化物半導体膜のバックチャネルが低抵抗化（Ｎ型化）してしまい、寄生チャネルが形成されるおそれがある。よって、絶縁膜４０７はできるだけ水素を含まない膜になるように、成膜方法に水素を用いないことが重要である。

絶縁膜４０７としては、代表的には酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、又は酸化ガリウム膜、窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、窒化酸化シリコン膜、窒化酸化アルミニウム膜などの無機絶縁膜の単層又は積層を用いることができる。

脱水化又は脱水素化処理として加熱工程を行った酸化物半導体膜４０３に、酸素を供給することが好ましい。酸化物半導体膜４０３へ酸素を供給することにより、膜中の酸素欠損を補填することができる。

本実施の形態では、酸化物半導体膜４０３への酸素の供給を、絶縁膜４０７を供給源として行うので、絶縁膜４０７は酸素を含む酸化物絶縁膜（例えば酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜）を用いる例を示す。絶縁膜４０７を酸素の供給源とする場合、絶縁膜４０７は酸素を多く（過剰）含む膜（好ましくは結晶状態における化学量論的組成比に対し、酸素の含有量が過剰な領域が含まれている膜）とすると酸素の供給源として好適に機能させることができる。

本実施の形態では、絶縁膜４０７として膜厚３００ｎｍの酸化シリコン膜を、スパッタリング法を用いて成膜する。成膜時の基板温度は、室温以上３００℃以下とすればよく、本実施の形態では１００℃とする。酸化シリコン膜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、または希ガスと酸素の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シリコンターゲットまたはシリコンターゲットを用いることができる。例えば、シリコンターゲットを用いて、酸素を含む雰囲気下でスパッタリング法により酸化シリコン膜を形成することができる。

酸化物半導体膜の成膜時と同様に、絶縁膜４０７の成膜室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプ（クライオポンプなど）を用いることが好ましい。クライオポンプを用いて排気した成膜室で成膜した絶縁膜４０７に含まれる不純物の濃度を低減できる。また、絶縁膜４０７の成膜室内の残留水分を除去するための排気手段としては、ターボ分子ポンプにコールドトラップを加えたものであってもよい。

絶縁膜４０７を、成膜する際に用いるスパッタガスとしては、水素、水などの不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。

次に酸化物半導体膜に、一部（チャネル形成領域）が絶縁膜４０７と接した状態で加熱工程を行う。

加熱工程の温度は、２５０℃以上７００℃以下、または４００℃以上７００℃以下、または基板の歪み点未満とする。例えば、加熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化物半導体膜に対して窒素雰囲気下２５０℃において１時間の加熱工程を行う。

この加熱工程は脱水化又は脱水素化処理を行う加熱工程と同様の加熱方法及び加熱装置を用いることができる。

加熱工程は、減圧下、又は窒素、酸素、超乾燥エア（ＣＲＤＳ（キャビティリングダウンレーザー分光法）方式の露点計を用いて測定した場合の水分量が２０ｐｐｍ（露点換算で−５５℃）以下、好ましくは１ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）、若しくは希ガス（アルゴン、ヘリウムなど）の雰囲気下で行えばよいが、上記窒素、酸素、超乾燥エア、または希ガス等の雰囲気に水、水素などが含まれないことが好ましい。また、加熱処理装置に導入する窒素、酸素、または希ガスの純度を、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、酸化物半導体膜４０３と酸素を含む絶縁膜４０７とを接した状態で加熱工程を行うため、不純物の排除工程によって同時に減少してしまう酸化物半導体膜４０３を構成する主成分材料の一つである酸素を、酸素を含む絶縁膜４０７より酸化物半導体膜４０３へ供給することができる。

また、酸化物半導体膜４０３に、酸素（少なくとも、酸素ラジカル、酸素原子、酸素イオン、のいずれかを含む）を導入して膜中に酸素を供給してもよい。酸素の導入方法としては、イオン注入法、イオンドーピング法、プラズマイマージョンイオンインプランテーション法、プラズマ処理などを用いることができる。酸素の導入は、露出された酸化物半導体膜４０３に直接行ってもよいし、絶縁膜４０７などを通過させて行ってもよい。

高純度化され、酸素欠損が補填された酸化物半導体膜４０３は、水素、水などの不純物が十分に除去されており、酸化物半導体膜４０３中の水素濃度は５×１０^１９／ｃｍ^３以下、好ましくは５×１０^１８／ｃｍ^３以下である。なお、酸化物半導体膜４０３中の水素濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：ＳｅｃｏｎｄａｒｙＩｏｎＭａｓｓＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）で測定されるものである。

このような酸化物半導体膜４０３中にはキャリアが極めて少なく（ゼロに近い）、キャリア濃度は１×１０^１４／ｃｍ^３未満、好ましくは１×１０^１２／ｃｍ^３未満、さらに好ましくは１×１０^１１／ｃｍ^３未満である。

以上の工程でトランジスタ４１０が形成される（図２（Ｄ）参照）。トランジスタ４１０は、高純度化し、酸素欠損を補填する酸素を過剰に含む酸化物半導体膜４０３を有するトランジスタである。よって、トランジスタ４１０は、電気的特性変動が抑制されており、電気的に安定である。

本実施の形態を用いて作製した、高純度化し、酸素欠損を補填する酸素を過剰に含む酸化物半導体膜４０３を用いたトランジスタ４１０は、オフ状態における電流値（オフ電流値）を、チャネル幅１μｍ当たり室温にて１００ｚＡ／μｍ（１ｚＡ（ゼプトアンペア）は１×１０^−２１Ａ）以下、好ましくは１０ｚＡ／μｍ以下、より好ましくは１ｚＡ／μｍ以下、さらに好ましくは１００ｙＡ／μｍ以下レベルにまで低くすることができる。

絶縁膜４０７上にさらに絶縁膜を積層してもよい。特に絶縁膜４０７として酸化物絶縁膜を用いた場合、絶縁膜４０７上にさらに水分や水素などの不純物が酸化物半導体膜４０３に再混入しないように、これらが外部から侵入することをブロックする保護絶縁層を形成することが好ましい。保護絶縁膜としては、無機絶縁膜を用い、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、窒化酸化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、窒化酸化アルミニウム膜などの無機絶縁膜を用いればよい。例えば、水素、水分などの不純物、及び酸素の両方に対して膜を通過させない遮断効果（ブロック効果）が高い酸化アルミニウム膜を用いることができる。

絶縁膜４０７の形成後の加熱工程は、絶縁膜４０７上に保護絶縁膜を積層した後で行ってもよい。

保護絶縁膜の形成後、さらに加熱工程を行ってもよい。例えば、大気中、１００℃以上２００℃以下、１時間以上３０時間以下での加熱工程を行ってもよい。この加熱工程は一定の加熱温度を保持して加熱してもよいし、室温から、１００℃以上２００℃以下の加熱温度への昇温と、加熱温度から室温までの降温を複数回くりかえして行ってもよい。

本実施の形態の表示装置は、少なくともチャネル形成領域として用いる酸化物半導体膜にＬ_ｏｆｆ領域を含むトランジスタ４１０を有する。本実施の形態では酸化物半導体膜４０３としてはＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物を用いる。Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物を用いた酸化物半導体膜を含むトランジスタは、移動度が高く、Ｌ_ｏｆｆ領域を設けることによって、寄生容量が小さく、移動度の高いトランジスタ４１０とすることができる。

＜酸化物半導体層にチャネルが形成されるトランジスタの特性について＞
インジウム、錫、亜鉛を含む酸化物半導体をチャネル形成領域とするトランジスタは、該酸化物半導体を形成する際に基板を加熱して成膜すること、或いは酸化物半導体層を形成した後に熱処理を行うことで良好な特性を得ることができる。なお、主成分とは組成比で５ａｔｏｍｉｃ％以上含まれる元素をいう。

インジウム、錫、亜鉛を含む酸化物半導体層の成膜後に基板を意図的に加熱することで、トランジスタの電界効果移動度を向上させることが可能となる。また、トランジスタのしきい値電圧をプラスシフトさせ、ノーマリ・オフ化させることが可能となる。

図９は、インジウム、錫、亜鉛を含む酸化物半導体をチャネル形成領域とするトランジスタの特性を示すグラフである。なお、図９は、意図的にＬ_ｏｆｆ領域を設けていないトランジスタの特性である。図９（Ａ）〜（Ｃ）は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎを主成分とし、チャネル長Ｌが３μｍ、チャネル幅Ｗが１０μｍである酸化物半導体層と、厚さ１００ｎｍのゲート絶縁層を用いたトランジスタの特性である。なお、Ｖ_ｄは１０Ｖとした。

図９（Ａ）は基板を意図的に加熱せずにスパッタリング法でＩｎ、Ｓｎ、Ｚｎを主成分とする酸化物半導体層を形成したときのトランジスタ特性である。このとき電界効果移動度は１８．８ｃｍ^２／Ｖｓｅｃが得られている。一方、基板を意図的に加熱してＩｎ、Ｓｎ、Ｚｎを主成分とする酸化物半導体層を形成すると電界効果移動度を向上させることが可能となる。図９（Ｂ）は基板を２００℃に加熱してＩｎ、Ｓｎ、Ｚｎを主成分とする酸化物半導体層を形成したときのトランジスタ特性を示すが、電界効果移動度は３２．２ｃｍ^２／Ｖｓｅｃが得られている。

電界効果移動度は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎを主成分とする酸化物半導体層を形成した後に熱処理をすることによって、さらに高めることができる。図９（Ｃ）は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎを主成分とする酸化物半導体層を２００℃でスパッタリング成膜した後、６５０℃で熱処理をしたときのトランジスタ特性を示す。このとき電界効果移動度は３４．５ｃｍ^２／Ｖｓｅｃが得られている。

また、基板加熱や熱処理は、酸化物半導体にとって悪性の不純物である水素や水酸基を膜中に含ませないようにすること、或いは膜中から除去する作用がある。すなわち、酸化物半導体中でドナー不純物となる水素を除去することで高純度化を図ることができ、それによってトランジスタのノーマリ・オフ化を図ることができ、酸化物半導体が高純度化されることによりオフ電流を１ａＡ／μｍ以下にすることができる。ここで、上記オフ電流値の単位は、チャネル幅１μｍあたりの電流値を示す。なお、図９は、意図的にＬ_ｏｆｆ領域を設けていないトランジスタの特性であるが、仮に意図的にＬ_ｏｆｆ領域を設けたとしても、電界効果移動度やオフ電流については略同等の特性が得られることが予想される。

従って、該トランジスタ４１０を用いて、寄生容量が低減された高速動作可能な駆動回路（例えば、ゲートドライバ又はソースドライバ）を形成することができる。

また、寄生容量に対応してそれ以上大きい保持容量を設ける必要がある、発光素子を用いた画素の補正回路において、該トランジスタ４１０を用いると、寄生容量が小さくなるため保持容量も小さくて済むため、容量素子の大きさも小さくすることができる。従って、画素の大きさも縮小することができるため、表示装置においてより高精細化が可能となる。

以上のように、酸化物半導体を用いたトランジスタを有する表示装置において、寄生容量を軽減することができる。従って、そのような寄生容量の軽減された表示装置において、解像度の向上や、高精細化といった高性能化及び高品質化を達成することができる。

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

（実施の形態２）
本実施の形態では、表示装置の他の一形態を、図３及び図４を用いて説明する。本実施の形態で示すトランジスタとして、実施の形態１で示したトランジスタ４１０を適用することができる。

本実施の形態の表示装置においては、トランジスタを含む駆動回路の一部または全体を、画素部と同じ基板上に一体形成し、システムオンパネルを形成することができる。

図３（Ａ）において、第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２を囲むようにして、シール材４００５が設けられ、第２の基板４００６によって封止されている。図３（Ａ）においては、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膜又は多結晶半導体膜で形成された走査線駆動回路４００４、信号線駆動回路４００３が実装されている。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４００２に与えられる各種信号及び電位は、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅｐｒｉｎｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔ）４０１８ａ、４０１８ｂから供給されている。

図３（Ｂ）（Ｃ）において、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、表示素子と共に封止されている。図３（Ｂ）（Ｃ）においては、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膜又は多結晶半導体膜で形成された信号線駆動回路４００３が実装されている。図３（Ｂ）（Ｃ）においては、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４００２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。

また図３（Ｂ）（Ｃ）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、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。

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（ＣｈｉｐＯｎＧｌａｓｓ）方法、ワイヤボンディング方法、或いはＴＡＢ（ＴａｐｅＡｕｔｏｍａｔｅｄＢｏｎｄｉｎｇ）方法などを用いることができる。図３（Ａ）は、ＣＯＧ方法により信号線駆動回路４００３、走査線駆動回路４００４を実装する例であり、図３（Ｂ）は、ＣＯＧ方法により信号線駆動回路４００３を実装する例であり、図３（Ｃ）は、ＴＡＢ方法により信号線駆動回路４００３を実装する例である。

さらに、図３（Ｄ）に示すように、画素部４００２と、走査線駆動回路４００４と、信号線駆動回路４００３とを同一基板の第１の基板４００１上に形成し、画素部４００２と、走査線駆動回路４００４と、信号線駆動回路４００３とを、第１の基板４００１とシール材４００５と第２の基板４００６とによって、表示素子と共に封止してもよい。

図３（Ｄ）の表示装置において、チャネル形成領域として用いる酸化物半導体膜にＬ_ｏｆｆ領域を含むトランジスタを用いて、画素部４００２と、走査線駆動回路４００４と、信号線駆動回路４００３とを形成することができる。特に、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物を用いた酸化物半導体膜を含むトランジスタは、移動度が高く、Ｌ_ｏｆｆ領域を設けることによって、寄生容量が小さく、移動度の高いトランジスタとすることができる。

従って、該トランジスタを用いて、寄生容量が低減された高速動作可能な走査線駆動回路４００４と、信号線駆動回路４００３を形成することができる。

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。

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もしくはＴＡＢテープもしくはＴＣＰ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。

また第１の基板４００１上に設けられた画素部及び走査線駆動回路は、トランジスタを複数有しており、実施の形態１で一例を示したチャネル形成領域として用いる酸化物半導体膜にＬ_ｏｆｆ領域を含むトランジスタ４１０を適用することができる。

表示装置に設けられる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（ＥｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、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。

表示装置の一形態について、図３及び図４を用いて説明する。図４は、図３（Ａ）のＭ−Ｎにおける断面図に相当する。

図３及び図４で示すように、表示装置は接続端子電極４０１５及び端子電極４０１６を有しており、接続端子電極４０１５及び端子電極４０１６はＦＰＣ４０１８が有する端子と異方性導電膜４０１９を介して、電気的に接続されている。

接続端子電極４０１５は、第１の電極層４０３０と同じ導電膜から形成され、端子電極４０１６は、トランジスタ４０１０、４０１１のソース電極層及びドレイン電極層と同じ導電膜で形成されている。

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、トランジスタを複数有しており、図３及び図４では、画素部４００２に含まれるトランジスタ４０１０と、走査線駆動回路４００４に含まれるトランジスタ４０１１とを例示している。図４（Ａ）では、トランジスタ４０１０、４０１１上には絶縁層４０２０が設けられ、図４（Ｂ）ではさらに、絶縁層４０２１が設けられている。なお、絶縁膜４０２３は下地膜として機能する絶縁膜である。

本実施の形態では、トランジスタ４０１０、トランジスタ４０１１として、実施の形態１で示したトランジスタ４１０を適用することができる。

トランジスタ４０１０及びトランジスタ４０１１はチャネル形成領域として用いる酸化物半導体膜にＬ_ｏｆｆ領域を含むトランジスタである。よって、トランジスタ４０１０及びトランジスタ４０１１は、寄生容量が軽減されている。

よって、図３及び図４で示す本実施の形態の表示装置として信頼性の高い表示装置を提供することができる。

また、絶縁層上において駆動回路用のトランジスタ４０１１の酸化物半導体膜のチャネル形成領域と重なる位置に導電層が設けられてもよい。導電層を酸化物半導体膜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、バイアス−熱ストレス試験（ＢＴ試験）前後におけるトランジスタ４０１１のしきい値電圧の変化量をさらに低減することができる。また、導電層は、電位がトランジスタ４０１１のゲート電極層と同じでもよいし、異なっていても良く、第２のゲート電極層として機能させることもできる。また、導電層の電位がＧＮＤ、０Ｖ、或いはフローティング状態であってもよい。

また、該導電層は外部の電場を遮蔽する、すなわち外部の電場が内部（トランジスタを含む回路部）に作用しないようにする機能（特に静電気に対する静電遮蔽機能）も有する。導電層の遮蔽機能により、静電気などの外部の電場の影響によりトランジスタの電気的な特性が変動することを防止することができる。

画素部４００２に設けられたトランジスタ４０１０は表示素子と電気的に接続し、表示パネルを構成する。表示素子は表示を行うことがでれば特に限定されず、様々な表示素子を用いることができる。

図４（Ａ）に表示素子として液晶素子を用いた液晶表示装置の例を示す。図４（Ａ）において、表示素子である液晶素子４０１３は、第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１、及び液晶層４００８を含む。なお、液晶層４００８を挟持するように配向膜として機能する絶縁膜４０３２、４０３３が設けられている。第２の電極層４０３１は第２の基板４００６側に設けられ、第１の電極層４０３０と第２の電極層４０３１とは液晶層４００８を介して積層する構成となっている。

また４０３５は絶縁膜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、液晶層４００８の膜厚（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。

表示素子として、液晶素子を用いる場合、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。これらの液晶材料（液晶組成物）は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイラルネマチック相、等方相等を示す。

また、液晶層４００８に、配向膜を用いないブルー相を発現する液晶組成物を用いてもよい。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、液晶及びカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いて発現させることができる。また、ブルー相が発現する温度範囲を広げるために、ブルー相を発現する液晶組成物に重合性モノマー及び重合開始剤などを添加し、高分子安定化させる処理を行って液晶層を形成することもできる。ブルー相を発現する液晶組成物は、応答速度が短く、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。また配向膜を設けなくてもよいので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。酸化物半導体膜を用いるトランジスタは、静電気の影響により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膜を用いるトランジスタを有する液晶表示装置にブルー相を発現する液晶組成物を用いることはより効果的である。

また、液晶材料の固有抵抗は、１×１０^９Ω・ｃｍ以上であり、好ましくは１×１０^１１Ω・ｃｍ以上であり、さらに好ましくは１×１０^１２Ω・ｃｍ以上である。なお、本明細書における固有抵抗の値は、２０℃で測定した値とする。

液晶表示装置に設けられる保持容量の大きさは、画素部に配置されるトランジスタのリーク電流等を考慮して、所定の期間の間電荷を保持できるように設定される。保持容量の大きさは、トランジスタのオフ電流等を考慮して設定すればよい。高純度の酸化物半導体膜を有するトランジスタを用いることにより、各画素における液晶容量に対して１／３以下、好ましくは１／５以下の容量の大きさを有する保持容量を設ければ充分である。

本実施の形態で用いるチャネル形成領域として用いる酸化物半導体膜にＬ_ｏｆｆ領域を含むトランジスタは、オフ状態における電流値（オフ電流値）を低くすることができる。よって、画像信号等の電気信号の保持時間を長くすることができ、電源オン状態では書き込み間隔も長く設定できる。よって、リフレッシュ動作の頻度を少なくすることができるため、消費電力を抑制する効果を奏する。

さらに、チャネル形成領域として用いる酸化物半導体膜にＬ_ｏｆｆ領域を含むトランジスタは寄生容量が低く軽減されているため、保持時間後に一定間隔で画像信号の書き込みを行う際に発生するノイズも減少させることができ、フリッカーを抑制することができる。

また、本実施の形態で用いる酸化物半導体膜にＬ_ｏｆｆ領域を含むトランジスタは、比較的高い電界効果移動度が得られるため、高速駆動が可能である。例えば、このような高速駆動が可能なトランジスタを液晶表示装置に用いることで、画素部のスイッチングトランジスタと、駆動回路部に使用するドライバートランジスタを同一基板上に形成することができる。すなわち、別途駆動回路として、シリコンウェハ等により形成された表示装置を用いる必要がないため、表示装置の部品点数を削減することができる。また、画素部においても、高速駆動が可能なトランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。

液晶表示装置には、ＴＮ（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（ＦｒｉｎｇｅＦｉｅｌｄＳｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＡＳＭ（ＡｘｉａｌｌｙＳｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｉｇｎｅｄＭｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（ＯｐｔｉｃａｌＣｏｍｐｅｎｓａｔｅｄＢｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（ＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ）モードなどを用いることができる。

また、ノーマリーブラック型の液晶表示装置、例えば垂直配向（ＶＡ）モードを採用した透過型の液晶表示装置としてもよい。垂直配向モードとしては、いくつか挙げられるが、例えば、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ＤｏｍａｉｎＶｅｒｔｉｃａｌＡｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（ＰａｔｔｅｒｎｅｄＶｅｒｔｉｃａｌＡｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＶ（ＡｄｖａｎｃｅｄＳｕｐｅｒＶｉｅｗ）モードなどを用いることができる。また、ＶＡ型の液晶表示装置にも適用することができる。ＶＡ型の液晶表示装置とは、液晶表示パネルの液晶分子の配列を制御する方式の一種である。ＶＡ型の液晶表示装置は、電圧が印加されていないときにパネル面に対して液晶分子が垂直方向を向く方式である。また、画素（ピクセル）をいくつかの領域（サブピクセル）に分け、それぞれ別の方向に分子を倒すよう工夫されているマルチドメイン化あるいはマルチドメイン設計といわれる方法を用いることができる。

また、表示装置において、ブラックマトリクス（遮光層）、偏光部材、位相差部材、反射防止部材などの光学部材（光学基板）などは適宜設ける。例えば、偏光基板及び位相差基板による円偏光を用いてもよい。また、光源としてバックライト、サイドライトなどを用いてもよい。

また、画素部における表示方式は、プログレッシブ方式やインターレース方式等を用いることができる。また、カラー表示する際に画素で制御する色要素としては、ＲＧＢ（Ｒは赤、Ｇは緑、Ｂは青を表す）の三色に限定されない。例えば、ＲＧＢＷ（Ｗは白を表す）、又はＲＧＢに、イエロー、シアン、マゼンタ等を一色以上追加したものがある。なお、色要素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい。ただし、開示する発明はカラー表示の表示装置に限定されるものではなく、モノクロ表示の表示装置に適用することもできる。

また、表示装置に含まれる表示素子として、エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子を適用することができる。エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子は、発光材料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機ＥＬ素子、後者は無機ＥＬ素子と呼ばれている。

有機ＥＬ素子は、発光素子に電圧を印加することにより、一対の電極から電子および正孔がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして、それらキャリア（電子および正孔）が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このような発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。

無機ＥＬ素子は、その素子構成により、分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分類される。分散型無機ＥＬ素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−アクセプター再結合型発光である。薄膜型無機ＥＬ素子は、発光層を誘電体層で挟み込み、さらにそれを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子遷移を利用する局在型発光である。なお、ここでは、発光素子として有機ＥＬ素子を用いて説明する。

発光素子は発光を取り出すために少なくとも一対の電極の一方が透光性であればよい。そして、基板上にトランジスタ及び発光素子を形成し、基板とは逆側の面から発光を取り出す上面射出や、基板側の面から発光を取り出す下面射出や、基板側及び基板とは反対側の面から発光を取り出す両面射出構造の発光素子があり、どの射出構造の発光素子も適用することができる。

図４（Ｂ）に表示素子として発光素子を用いた発光装置の例を示す。表示素子である発光素子４５１３は、画素部４００２に設けられたトランジスタ４０１０と電気的に接続している。なお発光素子４５１３の構成は、第１の電極層４０３０、電界発光層４５１１、第２の電極層４０３１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４５１３から取り出す光の方向などに合わせて、発光素子４５１３の構成は適宜変えることができる。

隔壁４５１０は、有機絶縁材料、又は無機絶縁材料を用いて形成する。特に感光性の樹脂材料を用い、第１の電極層４０３０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４５１１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４５１３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４０３１及び隔壁４５１０上に保護膜を形成してもよい。保護膜としては、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、ＤＬＣ膜等を形成することができる。また、第１の基板４００１、第２の基板４００６、及びシール材４００５によって封止された空間には充填材４５１４が設けられ密封されている。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。

充填材４５１４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ＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）を用いることができる。例えば充填材として窒素を用いればよい。

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

また、表示装置として、電子インクを駆動させる電子ペーパーを提供することも可能である。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）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。

電気泳動表示装置は、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、電気泳動表示装置は、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。

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。

また、電子ペーパーとして、ツイストボール表示方式を用いる表示装置も適用することができる。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。

なお、図３及び図４において、第１の基板４００１、第２の基板４００６としては、ガラス基板の他、可撓性を有する基板も用いることができ、例えば透光性を有するプラスチック基板などを用いることができる。プラスチックとしては、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−ＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｓ）板、ＰＶＦ（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、透光性が必要でなければ、アルミニウムやステンレスなどの金属基板（金属フィルム）を用いてもよい。例えば、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。

本実施の形態では、絶縁層４０２０として酸化シリコン膜を用いる。絶縁層４０２０はスパッタリング法やプラズマＣＶＤ法によって形成することができる。

また、絶縁層４０２０として酸化シリコン膜上に酸化アルミニウム膜をさらに設けると酸化アルミニウム膜は、水素、水分などの不純物、及び酸素の両方に対して膜を透過させない遮断効果（ブロック効果）が高いため、作製工程中及び作製後において、変動要因となる水素、水分などの不純物の酸化物半導体膜への混入、及び酸化物半導体を構成する主成分材料である酸素の酸化物半導体膜からの放出を防止する保護膜として機能する。

また、平坦化絶縁膜として機能する絶縁層４０２１は、アクリル、ポリイミド、ベンゾシクロブテン系樹脂、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膜を複数積層させることで、絶縁層を形成してもよい。

絶縁層４０２１の形成法は、特に限定されず、その材料に応じて、スパッタリング法、ＳＯＧ法、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法等）、印刷法（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。

表示装置は光源又は表示素子からの光を透過させて表示を行う。よって光が透過する画素部に設けられる基板、絶縁膜、導電膜などの薄膜はすべて可視光の波長領域の光に対して透光性とする。

表示素子に電圧を印加する第１の電極層及び第２の電極層（画素電極層、共通電極層、対向電極層などともいう）においては、取り出す光の方向、電極層が設けられる場所、及び電極層のパターン構造によって透光性、反射性を選択すればよい。

第１の電極層４０３０、第２の電極層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、グラフェン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、第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１はタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等の金属、又はその合金、若しくはその金属窒化物から一つ、又は複数種を用いて形成することができる。

また、第１の電極層４０３０、第２の電極層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。導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子が用いることができる。例えば、ポリアニリンまたはその誘導体、ポリピロールまたはその誘導体、ポリチオフェンまたはその誘導体、若しくはアニリン、ピロールおよびチオフェンの２種以上からなる共重合体若しくはその誘導体などがあげられる。

また、トランジスタは静電気などにより破壊されやすいため、駆動回路保護用の保護回路を設けることが好ましい。保護回路は、非線形素子を用いて構成することが好ましい。

（実施の形態３）
本実施の形態では、表示装置の他の一形態を、図５及び図１０を用いて説明する。本実施の形態で示すトランジスタとして、実施の形態１で示したトランジスタ４１０を適用することができる。

図５（Ａ）に本実施の形態の表示装置の回路の例を図示する。図５（Ａ）に示される回路は、表示装置の１つのドットとして用いられる。第１ゲート信号線１０１と第２ゲート信号線１０２とデータ信号線１０３と第１配線１０４と第２配線１０５と第３配線１０６という６本の配線を有する。第１配線１０４と第２配線１０５と第３配線１０６の電位はそれぞれ一定となるように保たれるとよい。このうち、第２配線１０５と第３配線１０６を同じ電位としてもよい。

また、表示素子１０７とキャパシタ１０８と第１トランジスタ１０９と第２トランジスタ１１０と第３トランジスタ１１１と第４トランジスタ１１２と第５トランジスタ１１３と第６トランジスタ１１４とを有する。

第１トランジスタ１０９と第２トランジスタ１１０と第３トランジスタ１１１と第４トランジスタ１１２と第５トランジスタ１１３と第６トランジスタ１１４として、実施の形態１で示したトランジスタ４１０を適用することができる。

第１トランジスタ１０９のゲートは第１ゲート信号線１０１に接続し、第１トランジスタ１０９の第１電極はデータ信号線１０３に接続し、第１トランジスタ１０９の第２電極は、第４トランジスタ１１２の第２電極および第５トランジスタ１１３の第１電極に接続する。

また、第２トランジスタ１１０のゲートは第１ゲート信号線１０１に接続し、第２トランジスタ１１０の第１電極は、第３トランジスタ１１１の第２電極と第４トランジスタ１１２の第１電極に接続し、第２トランジスタ１１０の第２電極は第４トランジスタ１１２のゲートとキャパシタ１０８の第１電極に接続する。

第３トランジスタ１１１のゲートは第２ゲート信号線に接続し、第４トランジスタ１１２の第２電極は第５トランジスタ１１３の第１電極に接続し、第５トランジスタ１１３のゲートは第２ゲート信号線１０２に接続し、第５トランジスタ１１３の第２電極は表示素子１０７の第１電極と、キャパシタ１０８の第２電極と、第６トランジスタ１１４の第１電極に接続し、第６トランジスタ１１４のゲートは第１ゲート信号線１０１に接続する。

さらに、第３トランジスタ１１１の第１電極は第１配線１０４に接続し、第６トランジスタ１１４の第２電極は第２配線１０５に接続し、表示素子１０７の第２電極は第３配線１０６に接続する。第１配線１０４、第２配線１０５、第３配線１０６は一定の電位に保たつように設定されればよい。

なお、第１トランジスタ１０９の第２電極と第４トランジスタ１１２の第２電極と第５トランジスタ１１３の第１電極の交点を第１ノードＮ１、第５トランジスタ１１３第２電極と第６トランジスタ１１４の第１電極と表示素子１０７の第１電極の交点を第２ノードＮ２、第２トランジスタ１１０の第２電極と第４トランジスタ１１２のゲートとキャパシタ１０８の第１電極の交点を第３ノードＮ３と呼ぶ。

ここでは、全てのトランジスタをＮチャネル型とする。そのため、表示素子１０７の第１電極は正極であり、第２電極は負極である。また、第１配線１０４の電位は、第２配線１０５や第３配線１０６の電位より高いことが求められる。電位差は回路の耐圧等を考慮して設定されるが、電位差が大きいほど、後述する理由からトランジスタのしきい値のばらつきや表示素子の劣化を補償することができる。

電位差は、表示素子１０７の表示性能によっても決定されるが、例えば、第４トランジスタ１１２のしきい値を＋１Ｖとすると、第１配線１０４と第３配線１０６の間の電位差は５Ｖ以上、好ましくは１０Ｖ以上とするとよい。以下では、第１配線１０４の電位をＶ_１、第２配線１０５の電位をＶ_２、第３配線１０６の電位をＶ_３とする。例えば、電位Ｖ_１を＋１０Ｖ、電位Ｖ_２を０Ｖ、電位Ｖ_３を０Ｖとできる。

図５（Ａ）に示す回路を駆動するためには、データ信号線１０３に映像データを入力し、かつ、第１ゲート信号線１０１、第２ゲート信号線１０２に図５（Ｂ）に示すようなパルス信号を入力すればよい。ここで、Ｖ_Ｈは上記トランジスタがオンとなる電位、Ｖ_Ｌはオフとなる電位とする。

図５（Ｂ）に示されるように、１フレームは、第１ゲート信号線１０１の電位と第２ゲート信号線１０２の電位が共にＶ_Ｈである期間ａと、第１ゲート信号線１０１の電位がＶ_Ｈで第２ゲート信号線１０２の電位がＶ_Ｌである期間ｂと、第１ゲート信号線１０１の電位と第２ゲート信号線１０２の電位が共にＶ_Ｌである期間ｃと、第１ゲート信号線１０１の電位がＶ_Ｌで第２ゲート信号線１０２の電位がＶ_Ｈである期間ｄという４つの期間からなる。

なお、第１ゲート信号線１０１の電位がＶ_Ｈである期間τ_１と第２ゲート信号線１０２の電位がＶ_Ｌである期間τ_２とは、異なってもよいが、同じとなるように設計すると、回路も簡略化できるため好ましい。すなわち、１つのパルスを整形した後、そのパルスをそのまま第１ゲート信号線１０１に出力することができる。一方、同じパルスを反転させたものを遅延回路を通して出力することで、第２ゲート信号線１０２に出力できる。

以下、図１０を用いて、各期間におけるトランジスタの動作状態等を説明する。図１０（Ａ）には期間ａの、図１０（Ｂ）には期間ｂの、図１０（Ｃ）には期間ｃの、図１０（Ｄ）には期間ｄのトランジスタの状態を示す。オン状態であるトランジスタにはトランジスタの記号に丸を重ね、また、オフ状態であるトランジスタには×を重ねて表記する。

期間ａでは、第１ゲート信号線１０１、第２ゲート信号線１０２に接続する全てのトランジスタがオンとなる。また、第４トランジスタ１１２は、ゲートの電位と第１電極の電位がＶ_１とほぼ等しく、また、第２電極（第１ノードＮ１）の電位は、データ信号線１０３の電位Ｖ_ｄａｔａとほぼ等しいが、後者は前者よりも十分に小さいのでオンとなる。このとき、キャパシタの第１電極（第３ノードＮ３）の電位はＶ_１とほぼ等しく、キャパシタの第２電極（第２ノードＮ２）の電位はＶ_２とほぼ等しい。

なお、上述のように、オン状態の第４トランジスタ１１２の第１電極と第２電極間に電位差が生じ、同じくオン状態の第５トランジスタ１１３の第１電極と第２電極間に電位差が生じるため、第４トランジスタ１１２と第５トランジスタ１１３は電力を消費する。そのため、期間ａは可能な限り短時間であることが好ましく、１００ｎ秒乃至５００ｎ秒とするとよい。

期間ｂでは、第２ゲート信号線１０２の電位がＶ_Ｌとなるため、それに接続する第３トランジスタ１１１、第５トランジスタ１１３がオフとなる。したがって、第３ノードＮ３の電位は、期間ｂの初期では期間ａの電位と同じである。一方、第１トランジスタ１０９、第２トランジスタ１１０、第６トランジスタ１１４はオンである。そのため、第１ノードＮ１の電位は、データの電位Ｖ_ｄａｔａである。また第２ノードＮ２の電位はＶ_２となる。

第４トランジスタ１１２はオンであり、また、電位Ｖ_ｄａｔａは電位Ｖ_１より低いため、第３ノードＮ３から第４トランジスタ１１２の第１電極を通って、第１ノードＮ１へ電荷が流れる。それに伴って、第３ノードＮ３の電位は低下する。この電荷の流れに伴う第３ノードＮ３の電位の低下は、第３ノードＮ３の電位が（Ｖ_ｄａｔａ＋Ｖ_ｔｈ）になるまで続く。すなわち、キャパシタ１０８の第１電極と第２電極間の電位差は（Ｖ_ｄａｔａ＋Ｖ_ｔｈ―Ｖ_２）である。

期間ｃでは、第１ゲート信号線１０１の電位もＶ_Ｌとなるため、それに接続する第１トランジスタ１０９、第２トランジスタ１１０、第６トランジスタ１１４もオフとなる。ここで、第１ノードＮ１、第２ノードＮ２、第３ノードＮ３の電位は期間ｂのときとほとんど変わらない。

期間ｄでは、第２ゲート信号線１０２の電位がＶ_Ｈとなるため、それに接続する第３トランジスタ１１１、第５トランジスタ１１３がオンとなる。期間ｄの初期では、第２ノードＮ２の電位はＶ_２であるので、第５トランジスタ１１３がオンになったことにより、第４トランジスタ１１２の第２電極の電位もＶ_２となる。また、第３トランジスタ１１１がオンとなったことにより、第４トランジスタ１１２の第１電極の電位はＶ_１となる。

このとき、第４トランジスタ１１２のゲートの電位は、（Ｖ_ｄａｔａ＋Ｖ_ｔｈ）であり、第１電極が第２電極よりも電位が高い。そのため、第４トランジスタ１１２のゲートと第２電極間の電位差（Ｖ_ｄａｔａ＋Ｖ_ｔｈ―Ｖ_２）は、第１電極と第２電極との間の電位差（Ｖ_１―Ｖ_２）よりも小さく、第１電極と第２電極との間を流れる電流Ｉは、飽和領域のドレイン電流の式に従う。

すなわち、ゲートとソース（この場合は第２電極）の電位差からしきい値を差し引いた値の自乗に比例する。この場合、第４トランジスタ１１２の第２電極がソースに相当する。

Ｉ∝｛（Ｖ_ｄａｔａ＋Ｖ_ｔｈ―Ｖ_２）―Ｖ_ｔｈ｝^２＝（Ｖ_ｄａｔａ―Ｖ_２）^２（式１）

式１から明らかなように、電流Ｉは第４トランジスタ１１２のしきい値に依存しない。

電流が流れ、第２ノードに電荷が蓄積するにつれ、第２ノードＮ２の電位は上昇する。しかし、第２ノードＮ２の電位の上昇分は、キャパシタ１０８を介した容量結合によって、第３ノードＮ３の電位の上昇となるため、第３ノードＮ３の電位と第２ノードＮ２の電位の差は変わらない。すなわち、第２ノードＮ２の電位に関わらず、電流Ｉは一定である。

第２ノードＮ２の電位が高まるにつれ、表示素子１０７が電流を流しやすくなり、第２ノードＮ２の電位が一定の値に達すると、表示素子１０７が流す電流と、電流Ｉが均衡する。すなわち第２ノードＮ２の電位は一定となる。表示素子１０７は、それを流れる電流値によって表示状態（発光量、透過率、反射率、色調、彩度等）が変化するが、その状態は式１から明らかなように、データＶ_ｄａｔａの電位等によって決定される。このようにして、トランジスタのしきい値のばらつきを補正することができる。

なお、式１から明らかなように、電流Ｉが一定であるためには、第３ノードＮ３の電位が一定であることが必須である。第３ノードＮ３の電位が変動すると、それに応じて電流Ｉも変動する。例えば、第２トランジスタ１１０のオフ特性が不十分であると、１フレームの期間の間に、第３ノードＮ３の電位が上昇する。

第３ノードＮ３の電位の上昇にともなって電流Ｉも増加する。このような変動は、個々の画素やドットの不良としても現れるが、表示装置全般にわたっても認められるものである。過度な場合にはちらつき等の表示不良となる。そのため、特に、第２トランジスタ１１０のオフ特性が十分であること（すなわち、オフ電流が十分に低いこと）が好ましい。

第１トランジスタ１０９と第２トランジスタ１１０と第３トランジスタ１１１と第４トランジスタ１１２と第５トランジスタ１１３と第６トランジスタ１１４は、チャネル形成領域として用いる酸化物半導体膜にＬ_ｏｆｆ領域を含むトランジスタである。よって、第１トランジスタ１０９と第２トランジスタ１１０と第３トランジスタ１１１と第４トランジスタ１１２と第５トランジスタ１１３と第６トランジスタ１１４は、寄生容量が軽減されている。

本実施の形態の表示装置の回路において、寄生容量に対応してそれ以上大きい保持容量を設ける必要がある、本実施の形態で示す発光素子を用いた画素の補正回路において、該トランジスタを用いると、寄生容量が小さくなるため保持容量も小さくて済むため、容量素子であるキャパシタ１０８の大きさも小さくすることができる。従って、画素の大きさも縮小することができるため、表示装置においてより高精細化が可能となる。

（実施の形態４）
本明細書に開示する表示装置は、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等のカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。上記実施の形態で説明した表示装置を具備する電子機器の例について説明する。

図６（Ａ）は、ノート型のパーソナルコンピュータであり、本体３００１、筐体３００２、表示部３００３、キーボード３００４などによって構成されている。実施の形態１乃至１０のいずれかで示した表示装置を表示部３００３に適用することにより、高性能及び高品質なノート型のパーソナルコンピュータとすることができる。

図６（Ｂ）は、携帯情報端末（ＰＤＡ）であり、本体３０２１には表示部３０２３と、外部インターフェイス３０２５と、操作ボタン３０２４等が設けられている。また操作用の付属品としてスタイラス３０２２がある。実施の形態１乃至１０のいずれかで示した表示装置を表示部３０２３に適用することにより、より高性能及び高品質な携帯情報端末（ＰＤＡ）とすることができる。

図６（Ｃ）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６（Ｃ）では表示部２７０５）に文章を表示し、左側の表示部（図６（Ｃ）では表示部２７０７）に画像を表示することができる。実施の形態１乃至３のいずれかで示した表示装置を表示部２７０５、表示部２７０７に適用することにより、高性能及び高品質な電子書籍２７００とすることができる。表示部２７０５として半透過型、又は反射型の液晶表示装置を用いる場合、比較的明るい状況下での使用も予想されるため、太陽電池を設け、太陽電池による発電、及びバッテリーでの充電を行えるようにしてもよい。なおバッテリーとしては、リチウムイオン電池を用いると、小型化を図れる等の利点がある。

また、図６（Ｃ）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２７０１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。

図６（Ｄ）は、携帯電話であり、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、スピーカー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、携帯電話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。実施の形態１乃至３のいずれかで示した表示装置を表示パネル２８０２に適用することにより、高性能及び高品質な携帯電話とすることができる。

また、表示パネル２８０２はタッチパネルを備えており、図６（Ｄ）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。なお、太陽電池セル２８１０で出力される電圧を各回路に必要な電圧に昇圧するための昇圧回路も実装している。

表示パネル２８０２は、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。スピーカー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６（Ｄ）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６（Ｅ）は、デジタルビデオカメラであり、本体３０５１、表示部（Ａ）３０５７、接眼部３０５３、操作スイッチ３０５４、表示部（Ｂ）３０５５、バッテリー３０５６などによって構成されている。実施の形態１乃至３のいずれかで示した表示装置を表示部（Ａ）３０５７、表示部（Ｂ）３０５５に適用することにより、高性能及び高品質なデジタルビデオカメラとすることができる。

図６（Ｆ）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。実施の形態１乃至３のいずれかで示した表示装置を表示部９６０３に適用することにより、高性能及び高品質なテレビジョン装置とすることができる。

テレビジョン装置の操作は、筐体９６０１が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機により行うことができる。また、リモコン操作機に、当該リモコン操作機から出力する情報を表示する表示部を設ける構成としてもよい。

なお、テレビジョン装置は、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。

Claims

同一面上の第１のゲート電極及び第２のゲート電極と、
前記第１のゲート電極及び前記第２のゲート電極を覆うゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上の酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜上のソース電極及びドレイン電極と、を有するトランジスタを有し、
前記酸化物半導体膜は、インジウムと、錫と、亜鉛とを有し、
前記酸化物半導体膜は、前記第１のゲート電極と重畳する第１領域と、前記第２のゲート電極と重畳する第２領域と、前記第１領域と前記第２領域との間において、前記第１のゲート電極と重畳せず且つ前記第２のゲート電極と重畳しない第３領域とを有し、
前記ソース電極は、前記ゲート絶縁膜及び前記酸化物半導体膜を介して、前記第１のゲート電極の一部と重畳し、
前記ドレイン電極は、前記ゲート絶縁膜及び前記酸化物半導体膜を介して、前記第２のゲート電極の一部と重畳し、
前記第３の領域上に接して絶縁膜を有することを特徴とする表示装置。
請求項１において、
前記第３領域のチャネル長方向における長さは、１μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする表示装置。
請求項１又は請求項２において、
画素及び駆動回路を有し、
前記トランジスタは、前記画素及び前記駆動回路に設けられることを特徴とする表示装置。