JP6453494B2 - 半導体装置の作製方法 - Google Patents

Description

本発明の一形態は、酸化物半導体を用いた電界効果型トランジスタにより構成される表示
装置、およびその作製方法に関する。

アモルファスシリコンを用いた薄膜トランジスタを液晶の駆動用素子として用いた液晶表
示パネルは、コンピュータのモニタや液晶テレビなどの市販製品で広く用いられている。
アモルファスシリコンを用いた薄膜トランジスタの製造技術はすでに確立され、６０イン
チを超える液晶パネルも生産されている。

しかし、アモルファスシリコンを用いた薄膜トランジスタは動作速度が遅く、これ以上の
高性能化が望めないことから、ポリシリコンを用いた薄膜トランジスタの開発も進められ
てきた。しかし、ポリシリコンを作製するには結晶化工程が必要となり、これがトランジ
スタの特性バラツキの要因や、パネルサイズの大面積化に対する阻害要因となっていた。

これに対し、シリコン系以外のトランジスタ材料として酸化物半導体材料の注目が高まっ
ている。酸化物半導体の材料としては、酸化亜鉛又は酸化亜鉛を成分とするものが知られ
ている。そして、電子キャリア濃度が１０^１８／ｃｍ^３未満である非晶質酸化物（酸化物
半導体）なるもので形成された薄膜トランジスタが開示されている（特許文献１乃至３）
。

特開２００６−１６５５２７号公報 特開２００６−１６５５２８号公報 特開２００６−１６５５２９号公報

電子キャリア濃度が１０^１８／ｃｍ^３未満としても、酸化物半導体においては実質的には
ｎ型であり、上記特許文献に開示される薄膜トランジスタのオンオフ比は１０^３しか得ら
れていない。このような薄膜トランジスタのオンオフ比が低い理由はオフ電流が高いこと
によるものである。

例えば、液晶パネルでは、各画素に液晶を駆動する画素電極と並列に保持容量が設けられ
ている。そしてトランジスタをオン状態にして、画素電極及び保持容量に画像信号を印加
することにより、液晶に電位が印加され保持容量が所定の電位に充電される。そして、こ
の書き込み動作が終了すると、次の画像信号が印加されるまでトランジスタはオフ状態と
なる。このとき、トランジスタのオフ電流が高いと、液晶に印加された電位は変動し、保
持容量に蓄えられた電荷は放電してしまう。

ある画素において、トランジスタのオフ電流ｉと、保持容量Ｃ、電圧変動Ｖ及び保持時間
Ｔの関係は、ＣＶ＝ｉＴで表すことができる。例えば、トランジスタのオフ電流を０．１
ｐＡ、保持容量の静電容量を０．１ｐＦ、１フレーム期間を１６．６ｍｓとすると、１フ
レーム中の画素の電圧変動Ｖは次のようになる。
０．１［ｐＦ］×Ｖ＝０．１［ｐＡ］×１６．６［ｍｓ］
Ｖ＝１６．６［ｍＶ］

液晶の最大駆動電圧を５Ｖとして２５６階調の表示を行おうとする場合、１階調分の階調
電圧は約２０ｍＶとなる。上記のように、画素の電圧変動が１６．６ｍＶもある場合、こ
れは約１階調分の階調電圧に相当する。また、画像表示を１０２４階調で行う場合には、
１階調分の階調電圧は約５ｍＶであるので、画素の電圧変動が１６．６ｍＶである場合に
は、４階調分の階調電圧に相当することになり、オフ電流による電圧変動の影響を無視す
ることはできない。このように、表示パネルに用いるトランジスタは、オン状態の特性（
オン電流や電界効果移動度など）ばかりでなく、オフ電流の影響も考慮されたものでなけ
ればならない。

そこで、本発明の一形態は、安定した電気的特性（例えば、オフ電流がきわめて低減され
ている）を有するトランジスタで構成される表示装置を提供することを目的とする。

本発明の一形態は、オフ電流を極めて低いレベルにまで低減したトランジスタを用いるこ
とによって、画質の高い表示装置を提供するものである。本発明の一形態では、トランジ
スタを形成するための半導体材料としてシリコン半導体よりも禁制帯幅（バンドギャップ
）の広い半導体材料を用い、かかる半導体材料のキャリア供与体となる不純物の濃度を低
減することで、オフ電流の低減を図っている。そのために、トランジスタの半導体層（チ
ャネル領域を形成する層）としてエネルギーギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅ
Ｖ以上、より好ましくは３ｅＶ以上の酸化物半導体を用い、該酸化物半導体中のキャリア
供与体となる不純物の濃度を低減させている。それにより、トランジスタのオフ電流を、
室温にてチャネル幅１μｍ当たり１０ｚＡ／μｍ未満、８５℃にて１００ｚＡ／μｍ未満
と極めて低いレベルにまで低減させることを可能としている。

本発明の一形態は、酸化物半導体層がゲート絶縁層を介してゲート電極と重畳するように
設けられたトランジスタと、トランジスタのソース側又はドレイン側に接続された液晶を
駆動する画素電極と、画素電極と対向するように設けられた対向電極と、画素電極と前記
対向電極との間に設けられた液晶層とを有するユニットを一又は複数有するピクセルがマ
トリクス状に配置されて画像を表示する表示パネルを有し、トランジスタのオフ電流が室
温にてチャネル幅１μｍ当たり１０ｚＡ／μｍ未満、８５℃にて１００ｚＡ／μｍ未満で
ある表示装置である。この表示装置において、通常液晶を駆動する画素電極と接続され、
かつ液晶層と並列になるように設けられる保持容量は省略することも可能であり、また適
宜保持容量を設けておくことも可能である。

なお、ソース電極及びドレイン電極は金属窒化物を含んでいても良い。また、トランジス
タのゲート電極は、絶縁層を介して酸化物半導体層の下側（基板側）又は上側（基板側と
は反対側）若しくは両側に設けられていれば良い。また、トランジスタの特性としてオフ
状態の特性ばかりでなく、オン状態の特性として、電界効果移動度の最大値が５ｃｍ^２／
Ｖｓｅｃ以上、好ましくは１０ｃｍ^２／Ｖｓｅｃ〜１５０ｃｍ^２／Ｖｓｅｃのものを用い
る。トランジスタの動作を高速化することで、画素を高密度化したときにも、高速で書き
込み動作等ができるようにするためである。

本発明の一形態によれば、オフ電流が十分に低減されたトランジスタを用いることで、画
素に印加した信号電圧を安定的に保持することが可能となる。それにより、画素に入力さ
れた信号を一定の状態（画像信号が書き込まれた状態）で保持することが可能となるので
、安定した画像表示を行うことができる。また、画素の電圧変動を低減することにより、
多階調表示を容易に実現することができる。

実施の形態１に係る液晶表示装置の各構成を説明するブロック図。 実施の形態２に係るテレビ受像機の構成を説明する図。 実施の形態３に係るモニターの構成を説明する図。 液晶表示装置のバックライト構成例を説明する図。 液晶表示装置のバックライト構成例を説明する図。 液晶表示装置に適用できるトランジスタの一例を説明する図。 酸化物半導体層を含むトランジスタ及びその作製方法の一例を説明する図。 酸化物半導体によって作製されたトランジスタのＶｇ−Ｉｄ特性の一例を示すグラフ。 酸化物半導体によって作製されたトランジスタのＶｇ−Ｉｄ特性の内、オフ状態の特性を説明するためのグラフ。 ソース−ドレイン電圧Ｖとオフ電流Ｉとの関係を表すグラフ。 本発明に係る電子書籍の一例を説明する図。 本発明に係るコンピュータの一例を説明する図。 液晶表示装置の画素の一例を示す平面図。 液晶表示装置の画素の一例を示す断面図。

発明の実施の形態について図面を用いて以下に説明する。但し、本明細書で開示される発
明は以下の説明に限定されず、その発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形
態及び詳細をさまざまに変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。したがって
、本明細書で開示され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。

実施の形態において図面を参照して説明をする場合には、同じ構成要素を指す符号を異な
る図面間で共通して用いる場合がある。なお、図面において示す構成要素、すなわち層や
領域等の厚さ幅、相対的な位置関係等は、実施の形態において説明する上で明確性のため
に誇張して示される場合がある。

（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の液晶表示装置の一形態を、図１を用いて説明する。

本実施の形態で例示する液晶表示装置１００の各構成を、図１のブロック図に示す。液晶
表示装置１００は、電源１１６、表示制御回路１１３、表示パネル１２０を有する。透過
型液晶表示装置、又は半透過型液晶表示装置の場合、さらに光源として照明手段（バック
ライト）部を設けるとよい。

液晶表示装置１００は、接続された外部機器から画像信号（画像信号Ｄａｔａ）が供給さ
れている。なお、電源電位（高電源電位Ｖｄｄ、低電源電位Ｖｓｓ、及び共通電位Ｖｃｏ
ｍ）は液晶表示装置の電源１１６をオン状態として電力供給を開始することによって供給
され、制御信号（スタートパルスＳＰ、及びクロック信号ＣＫ）は表示制御回路１１３に
よって供給される。

なお高電源電位Ｖｄｄとは、基準電位より高い電位のことであり、低電源電位Ｖｓｓとは
基準電位以下の電位のことをいう。なお高電源電位Ｖｄｄ及び低電源電位Ｖｓｓともに、
トランジスタが動作できる程度の電位であることが望ましい。なお高電源電位Ｖｄｄ及び
低電源電位Ｖｓｓを併せて、電源電圧と呼ぶこともある。

共通電位Ｖｃｏｍは、画素電極に供給される画像信号の電位に対して基準となる固定電位
であればよく、一例としてはグラウンド電位であってもよい。

画像信号Ｄａｔａは、ドット反転駆動、ソースライン反転駆動、ゲートライン反転駆動、
フレーム反転駆動等に応じて適宜反転させて液晶表示装置１００に供給される構成とすれ
ばよい。また、画像信号がアナログの信号の場合には、Ａ／Ｄコンバータ等を介してデジ
タルの信号に変換して、液晶表示装置１００に供給する構成とすればよい。

本実施の形態では、共通電極１２８及び容量素子２１０の一方の電極には、電源１１６よ
り表示制御回路１１３を介して固定電位である共通電位Ｖｃｏｍが与えられている。

表示制御回路１１３は、表示パネル１２０に表示パネル画像信号（Ｄａｔａ）、並びに制
御信号（具体的にはスタートパルスＳＰ、及びクロック信号ＣＫ等の制御信号の供給また
は停止の切り替えを制御するための信号）、電源電位（高電源電位Ｖｄｄ、低電源電位Ｖ
ｓｓ、及び共通電位Ｖｃｏｍ）を供給する回路である。

表示パネル１２０は液晶素子２１５を一対の基板（第１の基板と第２の基板）間に挟持す
る構成を有し、第１の基板には駆動回路部１２１、画素部１２２が設けられている。また
、第２の基板には共通接続部（コモンコンタクトともいう）、及び共通電極１２８（コモ
ン電極、または対向電極ともいう）が設けられている。なお、共通接続部は第１の基板と
第２の基板とを電気的に接続するものであって、共通接続部は第１の基板上に設けられて
いてもよい。

画素部１２２には、複数のゲート線１２４（走査線）、及びソース線１２５（信号線）が
設けられており、複数の画素１２３がゲート線１２４及びソース線１２５に環囲されてマ
トリクス状に設けられている。なお、本実施の形態で例示する表示パネルにおいては、ゲ
ート線１２４はゲート線側駆動回路１２１Ａから延在し、ソース線１２５はソース線側駆
動回路１２１Ｂから延在している。

また、画素１２３はスイッチング素子としてトランジスタ２１４、該トランジスタ２１４
に接続された容量素子２１０、及び液晶素子２１５を有する。

液晶素子２１５は、液晶の光学的変調作用によって光の透過又は非透過を制御する素子で
ある。液晶の光学的変調作用は、液晶にかかる電界によって制御される。液晶にかかる電
界方向は液晶材料、駆動方法、及び電極構造によって異なり、適宜選択することができる
。例えば、液晶層の厚さ方向（いわゆる縦方向）に電界をかける駆動方法を用いる場合は
液晶を挟持するように第１の基板に画素電極を、第２の基板に共通電極をそれぞれ設ける
構造とすればよい。また、液晶に基板面内方向（いわゆる横電界）に電界をかける駆動方
法を用いる場合は、同一基板に、画素電極と共通電極を設ける構造とすればよい。また画
素電極及び共通電極は、多様な開口パターンを有する形状としてもよい。本実施の形態に
おいては光学的変調作用によって光の透過又は非透過を制御する素子であれば、液晶材料
、駆動方法、及び電極構造は特に限定されない。

トランジスタ２１４は、画素部１２２に設けられた複数のゲート線１２４のうちの一つと
ゲート電極が接続され、ソース電極またはドレイン電極の一方が複数のソース線１２５の
うちの一つと接続され、ソース電極またはドレイン電極の他方が容量素子２１０の一方の
電極、及び液晶素子２１５の一方の電極（画素電極）と接続される。

トランジスタ２１４は、オフ電流が低減されたトランジスタを用いることが好ましい。ト
ランジスタ２１４がオフ状態のとき、トランジスタ２１４に接続された液晶素子２１５、
及び容量素子２１０に蓄えられた電荷は、トランジスタ２１４を介して漏れ難く、トラン
ジスタ２１４がオフ状態になる前に書き込まれた状態を、次に信号が書き込まれるまで安
定して保持できる。従って、容量素子２１０を用いることなく、画素２１３を構成するこ
ともできる。

このような構成とすることで、容量素子２１０は液晶素子２１５に加える電圧を極めて安
定的に保持することができる。なお、容量素子２１０の電極は、別途設けた容量線に接続
する構成としてもよい。

駆動回路部１２１は、ゲート線側駆動回路１２１Ａ、ソース線側駆動回路１２１Ｂを有す
る。ゲート線側駆動回路１２１Ａ、ソース線側駆動回路１２１Ｂは、複数の画素を有する
画素部１２２を駆動するための駆動回路であり、シフトレジスタ回路（シフトレジスタと
もいう）を有する。

なお、ゲート線側駆動回路１２１Ａ、及びソース線側駆動回路１２１Ｂは、画素部１２２
と同じ基板に形成されるものでもよいし、別の基板に形成されるものであってもよい。

なお駆動回路部１２１には、表示制御回路１１３によって制御された高電源電位Ｖｄｄ、
低電源電位Ｖｓｓ、スタートパルスＳＰ、クロック信号ＣＫ、画像信号Ｄａｔａが供給さ
れる。

端子部１２６は、表示制御回路１１３が出力する所定の信号（高電源電位Ｖｄｄ、低電源
電位Ｖｓｓ、スタートパルスＳＰ、クロック信号ＣＫ、画像信号Ｄａｔａ、共通電位Ｖｃ
ｏｍ等）等を駆動回路部１２１に供給する入力端子である。

共通電極１２８は、表示制御回路１１３に制御された共通電位Ｖｃｏｍを与える共通電位
線と、共通接続部において電気的に接続する。

共通接続部の具体的な一例としては、絶縁性球体に金属薄膜が被覆された導電粒子を間に
介することにより共通電極１２８と共通電位線との電気的な接続を図ることができる。な
お、共通接続部は、表示パネル１２０内に複数箇所設けられる構成としてもよい。

また、液晶表示装置は、測光回路を有していてもよい。測光回路を設けた液晶表示装置は
当該液晶表示装置がおかれている環境の明るさを検知できる。その結果、測光回路が接続
された表示制御回路１１３は、測光回路から入力される信号に応じて、バックライト、サ
イドライト等の光源の駆動方法を制御することができる。

なお、カラー表示を行う場合は、カラーフィルタを用いることで表示が可能である。また
、他の光学フィルム（偏光フィルム、位相差フィルム、反射防止フィルムなど）も用いる
ことができる。透過型液晶表示装置、又は半透過型液晶表示装置の場合に用いられるバッ
クライト等の光源は、液晶表示装置１００の用途に応じて用いればよく、冷陰極管や発光
ダイオード（ＬＥＤ）などを用いることができる。また複数のＬＥＤ光源、または複数の
エレクトロルミネセンス（ＥＬ）光源などを用いて面光源を構成してもよい。面光源とし
て、３種類以上のＬＥＤを用いてもよいし、白色発光のＬＥＤを用いてもよい。なお、バ
ックライトにＲＧＢの発光ダイオード等を配置し、時分割によりカラー表示する継時加法
混色法（フィールドシーケンシャル法）を採用するときには、カラーフィルタを設けない
。

（実施の形態２）
本実施の形態においては、上記実施の形態１で説明した液晶表示装置を具備する電子機器
の例について説明する。

図２（Ａ）には、電子機器であるテレビ受像機の外観図について示したものである。図２
（Ａ）では、上記実施の形態１で述べた表示パネルを用いて作製された表示モジュール７
０１が納められた筐体７００に、スピーカ７０２、操作キー７０３、外部接続端子７０４
、照度センサ７０５などを有する構成について示している。

図２（Ａ）に示すテレビ受像機は、動画の他、文字情報または静止画表示を行うことがで
きる。また、表示部の一部の領域のみを動画表示とし、その他の領域を静止画像表示とす
ることもできる。なお静止画の表示は、文字、図形、記号、写真、模様若しくは絵画若し
くはこれらの結合又はこれらと色彩の結合を含むものである。

図２（Ｂ）には、テレビ受像機の主要な構成についてのブロック図を示す。図２（Ｂ）に
示すテレビ受像機７１０は、チューナ７１１、デジタル復調回路７１２、映像信号処理回
路７１３、音声信号処理回路７１４、表示調節回路７１５、表示制御回路７１６、表示パ
ネル７１７、ゲート線側駆動回路７１８、ソース線側駆動回路７１９、スピーカ７２０を
有する。

チューナ７１１はアンテナ７２１より映像信号と音声信号を受信する。デジタル復調回路
７１２は、チューナ７１１からの信号を、デジタル信号の映像信号と音声信号に復調する
回路である。映像信号処理回路７１３は、デジタル信号の映像信号を赤、緑、青の各色に
対応した色信号に変換する等の処理を行うための回路である。音声信号処理回路７１４は
、デジタル信号の音声信号を、スピーカ７２０で音声として出力するための信号に変換す
る等の処理を行うための回路である。表示調節回路７１５は受信局（受信周波数）及び音
量の制御情報を外部入力部７２２から受け、チューナ７１１又は音声信号処理回路７１４
に信号を送信するための回路である。

また、表示制御回路７１６、表示パネル７１７、ゲート線側駆動回路７１８、ソース線側
駆動回路７１９は、それぞれ上記実施の形態１で説明した表示制御回路１１３、表示パネ
ル１２０、ソース線側駆動回路１２１Ｂ、ゲート線側駆動回路１２１Ａに相当する。すな
わち、点線部７２３が、上記実施の形態１で述べた液晶表示装置１００に相当する構成と
なる。なお、表示制御回路７１６の機能は、上述の映像信号処理回路７１３で兼ねる構成
であってもよい。

次いで図３（Ａ）には、電子機器である電子計算機（パーソナルコンピュータ）用途のモ
ニター（ＰＣモニターともいう）の外観図について示したものである。図３（Ａ）では、
上記実施の形態１で述べた表示パネルを用いて作製された表示モジュール８０１が納めら
れた筐体８００に、スピーカ８０２、外部接続端子８０３などを有する構成について示し
ている。なお図３（Ａ）には、ＰＣモニターであることを理解するために、ウインドウ型
表示部８０４を示している。

なお、図３（Ａ）では、いわゆるデスクトップ型のＰＣモニターの構成について示してい
るが、他にもノート型パーソナルコンピュータ用途のＰＣモニターであってもよい。なお
ＰＣモニターの表示は、動画の他、文字、図形、記号、写真、模様若しくは絵画若しくは
これらの結合又はこれらと色彩の結合を含む静止画を含むものである。

図３（Ｂ）には、ＰＣモニターの主要な構成についてのブロック図を示す。図３（Ｂ）に
示すＰＣモニター８１０は、映像信号処理回路８１３、音声信号処理回路８１４、表示制
御回路８１６、表示パネル８１７、ゲート線側駆動回路８１８、ソース線側駆動回路８１
９、スピーカ８２０を有する。

映像信号処理回路８１３は、ＣＰＵ等の外部演算回路８２１からの映像信号を赤、緑、青
の各色に対応した色信号に変換する等の処理を行うための回路である。音声信号処理回路
８１４は、ＣＰＵ等の外部演算回路８２１からの音声信号を、スピーカ８２０で音声とし
て出力するための信号に変換する等の処理を行うための回路である。また映像信号処理回
路８１３及び音声信号処理回路８１４は、キーボード等の外部操作手段８２２による操作
に応じて、出力する信号を可変する。

また、表示制御回路８１６、表示パネル８１７、ゲート線側駆動回路８１８、ソース線側
駆動回路８１９は、それぞれ上記実施の形態１で説明した表示制御回路１１３、表示パネ
ル１２０、ソース線側駆動回路１２１Ｂ、ゲート線側駆動回路１２１Ａに相当する。すな
わち、点線部８２３が、上記実施の形態１で述べた液晶表示装置１００に相当する構成と
なる。なお、表示制御回路８１６の機能は、上述の映像信号処理回路８１３で兼ねる構成
であってもよい。

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３）
本実施の形態では、本明細書に開示する液晶表示装置に用いることのできるバックライト
（バックライト部、バックライトユニット）の構成の例について図４及び図５を用いて説
明する。

図４（Ａ）は、エッジライト方式と呼ばれるバックライト部５２０１と、表示パネル５２
０７とを有している液晶表示装置の一例を示す。エッジライト式とは、バックライト部の
端部に光源を配置し、その光源の光を発光面全体から放射する方式である。

バックライト部５２０１は、拡散板５２０２（拡散シートともいう）、導光板５２０３、
反射板５２０４、ランプリフレクタ５２０５及び光源５２０６によって構成される。なお
バックライト部５２０１は他にも輝度向上フィルム等を設ける構成としてもよい。

光源５２０６は必要に応じて発光する機能を有している。例えば、光源５２０６としては
冷陰極管（ＣＣＦＬ：Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ）
、発光ダイオード、又はＥＬ素子などが用いられる。

図４（Ｂ）は、エッジライト式のバックライト部の詳細な構成を示す図である。なお、拡
散板、導光板及び反射板などはその説明を省略する。

図４（Ｂ）に示すバックライト部５２０１は、光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）５２
２３を用いた構成である。例えば、白色に発する発光ダイオード（ＬＥＤ）５２２３があ
る間隔で配置される。そして、発光ダイオード（ＬＥＤ）５２２３からの光を効率よく反
射させるため、ランプリフレクタ５２２２が設けられている。なおフィールドシーケンシ
ャル方式と組み合わせて表示を行う場合には、光源として各色ＲＧＢの発光ダイオード（
ＬＥＤ）を用いる構成としてもよい。

図４（Ｃ）は、直下型と呼ばれるバックライト部と、液晶パネルとを有する液晶表示装置
の一例を示す。直下型とは、発光面の直下に光源を配置することで、その光源の光を発光
面全体から放射する方式である。

バックライト部５２９０は、拡散板５２９１、遮光部５２９２、ランプリフレクタ５２９
３、光源５２９４及び液晶パネル５２９５によって構成される。

光源５２９４は、必要に応じて発光する機能を有している。例えば、光源５２９４として
は、冷陰極管、発光ダイオード、又は発光素子であるＥＬ素子（例えば有機エレクトロル
ミネッセンス素子）などが用いられる。

なお、直下型と呼ばれるバックライト部において、光源にＥＬ素子を用いることによりバ
ックライト部の薄型化をはかることができる。ＥＬ素子を用いたバックライト部の一例を
図５（Ａ）に示す。

図５（Ａ）で示すバックライト部５２９０は、基板１０２０上に設けられたＥＬ素子１０
２５を含む。ＥＬ素子１０２５は、一対の電極（陽極１００１、陰極１００２）間に発光
領域を含むＥＬ層１００３が挟まれた構造を有する。なお、ＥＬ素子１０２５を覆うよう
に基板や保護膜などを設け、ＥＬ素子１０２５を封止する構成としてもよい。

本実施の形態では、陽極１００１を通過してＥＬ層１００３からの光を表示パネル５２９
５に照射する構成であるので、陽極１００１として光を透過する材料、例えば酸化インジ
ウムスズ（ＩＴＯ）等の材料を用いて構成すればよい。また陰極１００２としては光を反
射する材料、例えばアルミニウム膜等の材料を用いて構成すればよい。

図５（Ａ）のＥＬ素子１０２５の素子構造の例を図５（Ｂ）（Ｃ）に示す。

ＥＬ層１００３は、少なくとも発光層１０１３を含んで形成されていればよく、発光層１
０１３以外の機能層を含む積層構造であっても良い。発光層１０１３以外の機能層として
は、正孔注入性の高い物質、正孔輸送性の高い物質、電子輸送性の高い物質、電子注入性
の高い物質、バイポーラ性（電子及び正孔の輸送性の高い物質）の物質等を含む層を用い
ることができる。具体的には、正孔注入層１０１１、正孔輸送層１０１２、発光層１０１
３、電子輸送層１０１４、電子注入層１０１５等の機能層を適宜組み合わせて用いること
ができる。

次に、上述したＥＬ素子１０２５に用いることができる材料について、具体的に説明する
。

陽極１００１としては、仕事関数の大きい（具体的には４．０ｅＶ以上が好ましい。）金
属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることが好ましい。具体
的には、例えば、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄ
ｅ）、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸
化亜鉛（ＩＺＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、酸化タングステン及び酸化亜
鉛を含有した酸化インジウム等の導電性金属酸化物が挙げられる。

これらの導電性金属酸化物膜は、通常スパッタにより成膜されるが、ゾル−ゲル法などを
応用して作製しても構わない。例えば、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ）は、酸化イ
ンジウムに対し１〜２０ｗｔ％の酸化亜鉛を加えたターゲットを用いてスパッタリング法
により形成することができる。また、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化イン
ジウムは、酸化インジウムに対し酸化タングステンを０．５〜５ｗｔ％、酸化亜鉛を０．
１〜１ｗｔ％含有したターゲットを用いてスパッタリング法により形成することができる
。

この他、陽極１００１に用いられる材料としては、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル
（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コ
バルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、チタン（Ｔｉ）、または金属材料の
窒化物（例えば、窒化チタン等）、モリブデン酸化物、バナジウム酸化物、ルテニウム酸
化物、タングステン酸化物、マンガン酸化物、チタン酸化物等が挙げられる。

陰極１００２としては、仕事関数の小さい（具体的には３．８ｅＶ以下であることが好ま
しい）金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることができる
。このような陰極材料の具体例としては、元素周期表の第１族または第２族に属する元素
、すなわちリチウム（Ｌｉ）やセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、およびマグネシウム
（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）等のアルカリ土類金属、および
これらを含む合金（ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、イッテルビウム（Ｙ
ｂ）等の希土類金属およびこれらを含む合金等が挙げられる。なお、アルカリ金属、アル
カリ土類金属、これらを含む合金の膜は、真空蒸着法を用いて形成することができる。ま
た、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む合金はスパッタリング法により形成する
ことも可能である。また、銀ペーストなどをインクジェット法などにより成膜することも
可能である。

この他、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物、または希土類金属の化合物（例
えば、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、酸化リチウム（ＬｉＯｘ）、フッ化セシウム（ＣｓＦ
）、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）、フッ化エルビウム（ＥｒＦ_３）など）の薄膜と、ア
ルミニウム等の金属膜とを積層することによって、陰極１００２を形成することも可能で
ある。

次に、ＥＬ層１００３を構成する各層に用いる材料について、以下に具体例を示す。

正孔注入層１０１１は、正孔注入性の高い物質を含む層である。正孔注入性の高い物質と
しては、例えば、モリブデン酸化物やバナジウム酸化物、ルテニウム酸化物、タングステ
ン酸化物、マンガン酸化物等を用いることができる。この他、フタロシアニン（略称：Ｈ
_２Ｐｃ）や銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）等のフタロシアニン系の化合物、４，４’−ビ
ス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：
ＤＰＡＢ）、Ｎ，Ｎ’−ビス［４−［ビス（３−メチルフェニル）アミノ］フェニル］−
Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（略称：ＤＮＴ
ＰＤ）等の芳香族アミン化合物、或いはポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／
ポリ（スチレンスルホン酸）（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）等の高分子等によっても正孔注入層
１０１１を形成することができる。さらに、トリス（ｐ−エナミン置換−アミノフェニル
）アミン化合物、２，７−ジアミノ−９−フルオレニリデン化合物、トリ（ｐ−Ｎ−エナ
ミン置換−アミノフェニル）ベンゼン化合物、アリール基が少なくとも１つ置換したエテ
ニル基が一つ又は２つ置換したピレン化合物、Ｎ，Ｎ’−ジ（ビフェニル−４−イル）−
Ｎ，Ｎ’−ジフェニルビフェニル−４，４’−ジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラ（
ビフェニル−４−イル）ビフェニル−４，４’−ジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラ
（ビフェニル−４−イル）−３，３’−ジエチルビフェニル−４，４’−ジアミン、２，
２’−（メチレンジ−４，１−フェニレン）ビス［４，５−ビス（４−メトキシフェニル
）−２Ｈ−１，２，３−トリアゾール］、２，２’−（ビフェニル−４，４’−ジイル）
ビス（４，５−ジフェニル−２Ｈ−１，２，３−トリアゾール）、２，２’−（３，３’
−ジメチルビフェニル−４，４’−ジイル）ビス（４，５−ジフェニル−２Ｈ−１，２，
３−トリアゾール）、ビス［４−（４，５−ジフェニル−２Ｈ−１，２，３−トリアゾー
ル−２−イル）フェニル］（メチル）アミン等を用いて正孔注入層１０１１を形成するこ
とができる。

また、正孔注入層１０１１として、有機化合物と無機化合物（好ましくは、有機化合物に
対して電子受容性を示す無機化合物）とを複合してなる正孔注入性複合材料を用いること
ができる。正孔注入性複合材料は、有機化合物と無機化合物との間で電子の授受が行われ
、キャリア密度が増大するため、正孔注入性、正孔輸送性に優れている。

また、正孔注入層１０１１として正孔注入性複合材料を用いた場合、陽極１００１とオー
ム接触をすることが可能となるため、仕事関数に関わらず陽極１００１を形成する材料を
選ぶことができる。

正孔注入性複合材料に用いる無機化合物としては、遷移金属の酸化物であることが好まし
い。また元素周期表における第４族乃至第８族に属する金属の酸化物を挙げることができ
る。具体的には、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブ
デン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化レニウムは電子受容性が高いため好ましい
。中でも特に、酸化モリブデンは大気中で安定であり、吸湿性が低く、扱いやすいため好
ましい。

正孔注入性複合材料に用いる有機化合物としては、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘
導体、芳香族炭化水素、高分子化合物（オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等）など、
種々の化合物を用いることができる。なお、正孔注入性複合材料に用いる有機化合物とし
ては、正孔輸送性の高い有機化合物であることが好ましい。具体的には、１０^−６ｃｍ^２
／Ｖｓ以上の正孔移動度を有する物質であることが好ましい。但し、電子よりも正孔の輸
送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。以下では、正孔注入性複合
材料に用いることのできる有機化合物を具体的に列挙する。

例えば、芳香族アミン化合物としては、Ｎ，Ｎ’−ジ（ｐ−トリル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェ
ニル−ｐ−フェニレンジアミン（略称：ＤＴＤＰＰＡ）、４，４’−ビス［Ｎ−（４−ジ
フェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＤＰＡＢ）、Ｎ，
Ｎ’−ビス［４−［ビス（３−メチルフェニル）アミノ］フェニル］−Ｎ，Ｎ’−ジフェ
ニル−［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（略称：ＤＮＴＰＤ）、１，３，
５−トリス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ベンゼン（
略称：ＤＰＡ３Ｂ）等を挙げることができる。

正孔注入性複合材料に用いることのできるカルバゾール誘導体としては、具体的には、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：ＰＣｚＰ
ＣＡ２）、３−［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）
アミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＮ１）等を挙げることができる
。

また、４，４’−ジ（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）、９−［４−（
Ｎ−カルバゾリル）］フェニル−１０−フェニルアントラセン（略称：ＣｚＰＡ）、１，
４−ビス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］−２，３，５，６−テトラフェニルベン
ゼン等を用いることができる。

また、正孔注入性複合材料に用いることのできる芳香族炭化水素としては、例えば、２−
ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ
）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（１−ナフチル）アントラセン、９，１０−ビ
ス（３，５−ジフェニルフェニル）アントラセン（略称：ＤＰＰＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブ
チル−９，１０−ビス（４−フェニルフェニル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＢＡ）
、９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、９，１０−ジフェニル
アントラセン（略称：ＤＰＡｎｔｈ）、２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン（略称：ｔ−
ＢｕＡｎｔｈ）、９，１０−ビス（４−メチル−１−ナフチル）アントラセン（略称：Ｄ
ＭＮＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ビス［２−（１−ナフチル）フェニル］ア
ントラセン、９，１０−ビス［２−（１−ナフチル）フェニル］アントラセン、２，３，
６，７−テトラメチル−９，１０−ジ（１−ナフチル）アントラセン、２，３，６，７−
テトラメチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン、９，９’−ビアントリル、
１０，１０’−ジフェニル−９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ビス（２−フェニ
ルフェニル）−９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ビス［（２，３，４，５，６−
ペンタフェニル）フェニル］−９，９’−ビアントリル、アントラセン、テトラセン、ル
ブレン、ペリレン、２，５，８，１１−テトラ（ｔｅｒｔ−ブチル）ペリレン等が挙げら
れる。また、この他、ペンタセン、コロネン等も用いることができる。このように、１×
１０^−６ｃｍ^２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有し、炭素数１４〜４２である芳香族炭化水素
を用いることがより好ましい。

なお、正孔注入性複合材料に用いることのできる芳香族炭化水素は、ビニル骨格を有して
いてもよい。ビニル基を有している芳香族炭化水素としては、例えば、４，４’−ビス（
２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル（略称：ＤＰＶＢｉ）、９，１０−ビス［４−（
２，２−ジフェニルビニル）フェニル］アントラセン（略称：ＤＰＶＰＡ）等が挙げられ
る。

また、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）（略称：ＰＶＫ）やポリ（４−ビニルトリフェニ
ルアミン）（略称：ＰＶＴＰＡ）等の高分子化合物を用いることもできる。

正孔輸送層１０１２は、正孔輸送性の高い物質を含む層である。正孔輸送性の高い物質と
しては、例えば、芳香族アミン（すなわち、ベンゼン環−窒素の結合を有するもの）の化
合物であることが好ましい。広く用いられている材料として、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、その誘導体である４，４’−ビ
ス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（以下、ＮＰＢと記す）、
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、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
アミンなどのスターバースト型芳香族アミン化合物が挙げられる。ここに述べた物質は、
主に１０^−６ｃｍ^２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有する物質である。但し、電子よりも正孔
の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。なお、正孔輸送層１０
１２は、単層のものだけでなく、上記物質の混合層、あるいは二層以上積層したものであ
ってもよい。

また、ＰＭＭＡのような電気的に不活性な高分子化合物に、正孔輸送性材料を添加しても
よい。

また、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）（略称：ＰＶＫ）やポリ（４−ビニルトリフェニ
ルアミン）（略称：ＰＶＴＰＡ）、ポリ［Ｎ−（４−｛Ｎ’−［４−（４−ジフェニルア
ミノ）フェニル］フェニル−Ｎ’−フェニルアミノ｝フェニル）メタクリルアミド］（略
称：ＰＴＰＤＭＡ）ポリ［Ｎ，Ｎ’−ビス（４−ブチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ビス（フ
ェニル）ベンジジン］（略称：Ｐｏｌｙ−ＴＰＤ）などの高分子化合物を用いてもよく、
さらに上記高分子化合物に上記正孔輸送性材料を適宜添加してもよい。さらに、トリス（
ｐ−エナミン置換−アミノフェニル）アミン化合物、２，７−ジアミノ−９−フルオレニ
リデン化合物、トリ（ｐ−Ｎ−エナミン置換−アミノフェニル）ベンゼン化合物、アリー
ル基が少なくとも１つ置換したエテニル基が一つ又は２つ置換したピレン化合物、Ｎ，Ｎ
’−ジ（ビフェニル−４−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルビフェニル−４，４’−ジアミ
ン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラ（ビフェニル−４−イル）ビフェニル−４，４’−ジア
ミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラ（ビフェニル−４−イル）−３，３’−ジエチルビフ
ェニル−４，４’−ジアミン、２，２’−（メチレンジ−４，１−フェニレン）ビス［４
，５−ビス（４−メトキシフェニル）−２Ｈ−１，２，３−トリアゾール］、２，２’−
（ビフェニル−４，４’−ジイル）ビス（４，５−ジフェニル−２Ｈ−１，２，３−トリ
アゾール）、２，２’−（３，３’−ジメチルビフェニル−４，４’−ジイル）ビス（４
，５−ジフェニル−２Ｈ−１，２，３−トリアゾール）、ビス［４−（４，５−ジフェニ
ル−２Ｈ−１，２，３−トリアゾール−２−イル）フェニル］（メチル）アミン等も正孔
輸送層１０１２に用いることができる。

発光層１０１３は、発光性の物質を含む層であり、種々の材料を用いることができる。例
えば、発光性の物質としては、蛍光を発光する蛍光性化合物や燐光を発光する燐光性化合
物を用いることができる。以下に、発光層に用いることのできる有機化合物材料を説明す
る。ただし、ＥＬ素子１０２５に適用可能な材料はこれらに限定されるものではない。

青色〜青緑色の発光は、例えば、ペリレン、２，５，８，１１−テトラ−ｔ−ブチルペリ
レン（略称：ＴＢＰ）、９，１０−ジフェニルアントラセンなどをゲスト材料として用い
、適当なホスト材料に分散させることによって得られる。また、４，４’−ビス（２，２
−ジフェニルビニル）ビフェニル（略称：ＤＰＶＢｉ）などのスチリルアリーレン誘導体
や、９，１０−ジ−２−ナフチルアントラセン（略称：ＤＮＡ）、９，１０−ビス（２−
ナフチル）−２−ｔ−ブチルアントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）などのアントラセン
誘導体から得ることができる。また、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン）等のポリマ
ーを用いても良い。また、青色発光のゲスト材料としては、スチリルアミン誘導体が好ま
しく、Ｎ，Ｎ’−ビス［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ，Ｎ’−
ジフェニルスチルベン−４，４’−ジアミン（略称：ＹＧＡ２Ｓ）や、Ｎ，Ｎ’−ジフェ
ニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−イル）スチルベン−４
，４’−ジアミン（略称：ＰＣＡ２Ｓ）などが挙げられる。特にＹＧＡ２Ｓは、４５０ｎ
ｍ付近にピークを有しており好ましい。また、ホスト材料としては、アントラセン誘導体
が好ましく、９，１０−ビス（２−ナフチル）−２−ｔ−ブチルアントラセン（略称：ｔ
−ＢｕＤＮＡ）や、９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−
カルバゾール（略称：ＣｚＰＡ）が好適である。特に、ＣｚＰＡは電気化学的に安定であ
るため好ましい。

青緑色〜緑色の発光は、例えば、クマリン３０、クマリン６などのクマリン系色素や、ビ
ス［２−（２，４−ジフルオロフェニル）ピリジナト］ピコリナトイリジウム（略称：Ｆ
Ｉｒｐｉｃ）、ビス（２−フェニルピリジナト）アセチルアセトナトイリジウム（Ｉｒ（
ｐｐｙ）_２（ａｃａｃ））などをゲスト材料として用い、適当なホスト材料に分散させる
ことによって得られる。また、上述のペリレンやＴＢＰを５ｗｔ％以上の高濃度で適当な
ホスト材料に分散させることによっても得られる。また、ＢＡｌｑ、Ｚｎ（ＢＴＺ）_２、
ビス（２−メチル−８−キノリノラト）クロロガリウム（Ｇａ（ｍｑ）_２Ｃｌ）などの金
属錯体からも得ることができる。また、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）等のポリマーを
用いても良い。また、青緑色〜緑色の発光層のゲスト材料としては、アントラセン誘導体
が効率の高い発光が得られるため好ましい。例えば、９，１０−ビス｛４−［Ｎ−（４−
ジフェニルアミノ）フェニル−Ｎ−フェニル］アミノフェニル｝−２−ｔｅｒｔ−ブチル
アントラセン（略称：ＤＰＡＢＰＡ）を用いることにより、高効率な青緑色発光が得られ
る。また、２位にアミノ基が置換されたアントラセン誘導体は高効率な緑色発光が得られ
るため好ましく、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，９−ジフェニル
−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＰＡ）が特に長寿命であり好適であ
る。これらのホスト材料としてはアントラセン誘導体が好ましく、先に述べたＣｚＰＡが
電気化学的に安定であるため好ましい。また、緑色発光と青色発光を組み合わせ、青色か
ら緑色の波長領域に２つのピークを持つＥＬ素子１０２５を作製する場合、青色発光層の
ホストにＣｚＰＡのような電子輸送性のアントラセン誘導体を用い、緑色発光層のホスト
にＮＰＢのようなホール輸送性の芳香族アミン化合物を用いると、青色発光層と緑色発光
層との界面で発光が得られるため好ましい。すなわちこの場合、２ＰＣＡＰＡのような緑
色発光材料のホストとしては、ＮＰＢの如き芳香族アミン化合物が好ましい。

黄色〜橙色の発光は、例えば、ルブレン、４−（ジシアノメチレン）−２−［ｐ−（ジメ
チルアミノ）スチリル］−６−メチル−４Ｈ−ピラン（略称：ＤＣＭ１）、４−（ジシア
ノメチレン）−２−メチル−６−（９−ジュロリジル）エテニル−４Ｈ−ピラン（略称：
ＤＣＭ２）、ビス［２−（２−チエニル）ピリジナト］アセチルアセトナトイリジウム（
Ｉｒ（ｔｈｐ）_２（ａｃａｃ））、ビス（２−フェニルキノリナト）アセチルアセトナト
イリジウム（Ｉｒ（ｐｑ）_２（ａｃａｃ））などをゲスト材料として用い、適当なホスト
材料に分散させることによって得られる。特に、ゲスト材料としてルブレンのようなテト
ラセン誘導体が、高効率かつ化学的に安定であるため好ましい。この場合のホスト材料と
しては、ＮＰＢのような芳香族アミン化合物が好ましい。他のホスト材料としては、ビス
（８−キノリノラト）亜鉛（ＩＩ）（略称：Ｚｎｑ_２）やビス［２−シンナモイル−８−
キノリノラト］亜鉛（略称：Ｚｎｓｑ_２）などの金属錯体を用いることができる。また、
ポリ（２，５−ジアルコキシ−１，４−フェニレンビニレン）等のポリマーを用いても良
い。

橙色〜赤色の発光は、例えば、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）、４−（ジシアノメチレン
）−２，６−ビス［２−（ジュロリジン−９−イル）エテニル］−４Ｈ−ピラン（略称：
ＢｉｓＤＣＪ）、４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−（９−ジュロリジル）エ
テニル−４Ｈ−ピラン（略称：ＤＣＭ２）、ビス［２−（２−チエニル）ピリジナト］ア
セチルアセトナトイリジウム（略称：Ｉｒ（ｔｈｐ）_２（ａｃａｃ））、などをゲスト材
料として用い、適当なホスト材料に分散させることによって得られる。ビス（８−キノリ
ノラト）亜鉛（ＩＩ）（略称：Ｚｎｑ_２）やビス［２−シンナモイル−８−キノリノラト
］亜鉛（略称：Ｚｎｓｑ_２）などの金属錯体からも得ることができる。また、ポリ（３−
アルキルチオフェン）等のポリマーを用いても良い。赤色発光を示すゲスト材料としては
、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）、４−（ジシアノメチレン）−２，６−ビス［２−（ジ
ュロリジン−９−イル）エテニル］−４Ｈ−ピラン（略称：ＢｉｓＤＣＪ）、４−（ジシ
アノメチレン）−２−メチル−６−（９−ジュロリジル）エテニル−４Ｈ−ピラン（略称
：ＤＣＭ２）、｛２−イソプロピル−６−［２−（２，３，６，７−テトラヒドロ−１，
１，７，７−テトラメチル−１Ｈ，５Ｈ−ベンゾ［ｉｊ］キノリジン−９−イル）エテニ
ル］−４Ｈ−ピラン−４−イリデン｝プロパンジニトリル（略称：ＤＣＪＴＩ）、｛２，
６−ビス［２−（２，３，６，７−テトラヒドロ−８−メトキシ−１，１，７，７−テト
ラメチル−１Ｈ，５Ｈ−ベンゾ［ｉｊ］キノリジン−９−イル）エテニル］−４Ｈ−ピラ
ン−４−イリデン｝プロパンジニトリル（略称：ＢｉｓＤＣＪＴＭ）のような４Ｈ−ピラ
ン誘導体が高効率であり、好ましい。特に、ＤＣＪＴＩ、ＢｉｓＤＣＪＴＭは、６２０ｎ
ｍ付近に発光ピークを有するため好ましい。

なお、発光層１０１３としては、上述した発光性の物質（ゲスト材料）を他の物質（ホス
ト材料）に分散させた構成としてもよい。発光性の高い物質を分散させるための物質とし
ては、各種のものを用いることができ、発光性の高い物質よりも最低空軌道準位（ＬＵＭ
Ｏ準位）が高く、最高被占有軌道準位（ＨＯＭＯ準位）が低い物質を用いることが好まし
い。

発光性の物質を分散させるための物質としては、具体的には、トリス（８−キノリノラト
）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：Ａｌｑ）、トリス（４−メチル−８−キノリノラト）
アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：Ａｌｍｑ_３）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キ
ノリナト）ベリリウム（ＩＩ）（略称：ＢｅＢｑ_２）、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（ＩＩＩ）（略称：ＢＡｌｑ）、ビス（
８−キノリノラト）亜鉛（ＩＩ）（略称：Ｚｎｑ_２）、ビス［２−（２−ベンゾオキサゾ
リル）フェノラト］亜鉛（ＩＩ）（略称：ＺｎＰＢＯ）、ビス［２−（２−ベンゾチアゾ
リル）フェノラト］亜鉛（ＩＩ）（略称：ＺｎＢＴＺ）などの金属錯体、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−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）、２，２’，２’’−（１，３，５−ベンゼントリイル）トリス（１−
フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール）（略称：ＴＰＢＩ）、バソフェナントロリン（略
称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）などの複素環化合物や、９−［４
−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣｚＰ
Ａ）、３，６−ジフェニル−９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］
−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＤＰＣｚＰＡ）、９，１０−ビス（３，５−ジフェニルフ
ェニル）アントラセン（略称：ＤＰＰＡ）、９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン
（略称：ＤＮＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン
（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）、９，９’−ビアントリル（略称：ＢＡＮＴ）、９，９’−（
スチルベン−３，３’−ジイル）ジフェナントレン（略称：ＤＰＮＳ）、９，９’−（ス
チルベン−４，４’−ジイル）ジフェナントレン（略称：ＤＰＮＳ２）、３，３’，３’
’−（ベンゼン−１，３，５−トリイル）トリピレン（略称：ＴＰＢ３）、９，１０−ジ
フェニルアントラセン（略称：ＤＰＡｎｔｈ）、６，１２−ジメトキシ−５，１１−ジフ
ェニルクリセンなどの縮合芳香族化合物、Ｎ，Ｎ−ジフェニル−９−［４−（１０−フェ
ニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：ＣｚＡ１
ＰＡ）、４−（１０−フェニル−９−アントリル）トリフェニルアミン（略称：ＤＰｈＰ
Ａ）、Ｎ，９−ジフェニル−Ｎ−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］
−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：ＰＣＡＰＡ）、Ｎ，９−ジフェニル−Ｎ−｛
４−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］フェニル｝−９Ｈ−カルバゾ
ール−３−アミン（略称：ＰＣＡＰＢＡ）、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリ
ル）−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＰＡ）、
ＮＰＢ（またはα−ＮＰＤ）、ＴＰＤ、ＤＦＬＤＰＢｉ、ＢＳＰＢなどの芳香族アミン化
合物などを用いることができる。

また、発光性の物質を分散させるための物質は複数種用いることができる。例えば、結晶
化を抑制するためにルブレン等の結晶化を抑制する物質をさらに添加してもよい。また、
発光性の物質へのエネルギー移動をより効率良く行うためにＮＰＢ、あるいはＡｌｑ等を
さらに添加してもよい。

発光性の物質を他の物質に分散させた構成とすることにより、発光層１０１３の結晶化を
抑制することができる。また、発光性の物質の濃度が高いことによる濃度消光を抑制する
ことができる。

電子輸送層１０１４は、電子輸送性の高い物質を含む層である。電子輸送性の高い物質と
しては、例えば、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：Ａｌｑ）
、トリス（４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：Ａｌｍｑ_３
）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリナト）ベリリウム（略称：ＢｅＢｑ_２）
、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）など、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
る層である。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）や、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−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）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略
称：ＢＣＰ）、ビス［３−（１Ｈ−ベンゾイミダゾール−２−イル）フルオレン−２−オ
ラト］亜鉛（ＩＩ）、ビス［３−（１Ｈ−ベンゾイミダゾール−２−イル）フルオレン−
２−オラト］ベリリウム（ＩＩ）、ビス［２−（１Ｈ−ベンゾイミダゾール−２−イル）
ジベンゾ［ｂ、ｄ］フラン−３−オラト］（フェノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）、ビス
［２−（ベンゾオキサゾール−２−イル）−７，８−メチレンジオキシジベンゾ［ｂ、ｄ
］フラン−３−オラト］（２−ナフトラト）アルミニウム（ＩＩＩ）なども用いることが
できる。ここに述べた物質は、主に１０^−６ｃｍ^２／Ｖｓ以上の電子移動度を有する物質
である。なお、正孔よりも電子の輸送性の高い物質であれば、上記以外の物質を電子輸送
層１０１４として用いても構わない。また、電子輸送層１０１４は、単層のものだけでな
く、上記物質からなる層が二層以上積層したものとしてもよい。

電子注入層１０１５は、電子注入性の高い物質を含む層である。電子注入性の高い物質と
しては、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化セシウム（ＣｓＦ）、フッ化カルシウム（Ｃ
ａＦ_２）等のアルカリ金属、アルカリ土類金属、またはこれらの化合物が挙げられる。ま
た、有機化合物（好ましくは、電子輸送性を有する有機化合物）と無機化合物（好ましく
は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、またはそれらの化合物）とを複合し
てなる電子注入性複合材料を用いることもできる。電子注入性複合材料としては、例えば
Ａｌｑ中にマグネシウム（Ｍｇ）を含有させたもの等を用いることができる。この様な構
造とすることにより、陰極１００２からの電子注入効率をより高めることができる。

なお、電子注入層１０１５として、上述した電子注入性複合材料を用いた場合には、仕事
関数に関わらずＡｌ、Ａｇ、ＩＴＯ、珪素若しくは酸化珪素を含有したＩＴＯ等様々な導
電性材料を陰極１００２の材料として用いることができる。

以上の層を適宜組み合わせて積層することにより、ＥＬ層１００３を形成することができ
る。なお、発光層１０１３を２層以上の積層構造としても良い。発光層１０１３を２層以
上の積層構造とし、各々の発光層に用いる発光物質の種類を変えることにより様々な発光
色を得ることができる。また、発光物質として発光色の異なる複数の発光物質を用いるこ
とにより、ブロードなスペクトルの発光や白色発光を得ることもできる。特に、高輝度が
必要とされるバックライト用途には、発光層を積層させた構造が好適である。

また、ＥＬ層１００３の形成方法としては、用いる材料に応じて種々の方法（例えば、乾
式法や湿式法等）適宜選択することができる。例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、
インクジェット法、スピンコート法、等を用いることができる。また、各層で異なる方法
を用いて形成してもよい。

また、本実施の形態に示すＥＬ素子１０２５の作製方法としては、ドライプロセス（例え
ば、真空蒸着法、スパッタリング法）、ウェットプロセス（例えば、インクジェット法、
スピンコート法等）を問わず、種々の方法を用いて形成することができる。

なお、本実施の形態に示すＥＬ素子１０２５の構成は、図５（Ｃ）に示すように一対の電
極間にＥＬ層１００３が複数積層された構造、所謂、積層型素子の構成であってもよい。
但し、ＥＬ層１００３が、例えばｎ（ｎは２以上の自然数）層の積層構造を有する場合に
は、ｍ（ｍは自然数、ｍは、１以上ｎ−１以下）番目のＥＬ層と、（ｍ＋１）番目のＥＬ
層との間には、それぞれ中間層１００４が挟まれた構造を有する。

なお、中間層１００４とは、陽極１００１と陰極１００２に電圧を印加したときに、中間
層１００４に接して形成される陽極１００１側の一方のＥＬ層１００３に対して電子を注
入する機能を有し、陰極１００２側の他方のＥＬ層１００３に正孔を注入する機能を有す
る。

中間層１００４は、上述した有機化合物と無機化合物との複合材料（正孔注入性複合材料
や電子注入性複合材料）の他、金属酸化物等の材料を適宜組み合わせて形成することがで
きる。なお、正孔注入性複合材料とその他の材料とを組み合わせて用いることがより好ま
しい。中間層１００４に用いるこれらの材料は、キャリア注入性、キャリア輸送性に優れ
ているため、ＥＬ素子１０２５の低電流駆動、および低電圧駆動を実現することができる
。

積層型素子の構成において、ＥＬ層が２層積層された構成を有する場合において、第１の
ＥＬ層から得られる発光の発光色と第２のＥＬ層から得られる発光の発光色を補色の関係
にすることによって、白色発光を外部に取り出すことができる。なお、第１のＥＬ層およ
び第２のＥＬ層のそれぞれが補色の関係にある複数の発光層を有する構成としても、白色
発光が得られる。補色の関係としては、青色と黄色、あるいは青緑色と赤色などが挙げら
れる。青色、黄色、青緑色、赤色に発光する物質としては、例えば、先に列挙した発光物
質の中から適宜選択すればよい。

以下に、第１のＥＬ層および第２のＥＬ層のそれぞれが補色の関係にある複数の発光層を
有し、白色発光が得られる構成の一例を示す。

例えば、第１のＥＬ層は、青色〜青緑色の波長領域にピークを有する発光スペクトルを示
す第１の発光層と、黄色〜橙色の波長領域にピークを有する発光スペクトルを示す第２の
発光層とを有し、第２のＥＬ層は、青緑色〜緑色の波長領域にピークを有する発光スペク
トルを示す第３の発光層と、橙色〜赤色の波長領域にピークを有する発光スペクトルを示
す第４の発光層とを有するものとする。

この場合、第１のＥＬ層からの発光は、第１の発光層および第２の発光層の両方からの発
光を合わせたものであるので、青色〜青緑色の波長領域および黄色〜橙色の波長領域の両
方にピークを有する発光スペクトルを示す。すなわち、第１のＥＬ層は２波長型の白色ま
たは白色に近い色の発光を呈する。

また、第２のＥＬ層からの発光は、第３の発光層および第４の発光層の両方からの発光を
合わせたものであるので、青緑色〜緑色の波長領域および橙色〜赤色の波長領域の両方に
ピークを有する発光スペクトルを示す。すなわち、第２のＥＬ層は、第１のＥＬ層とは異
なる２波長型の白色または白色に近い色の発光を呈する。

したがって、第１のＥＬ層からの発光および第２のＥＬ層からの発光を重ね合わせること
により、青色〜青緑色の波長領域、青緑色〜緑色の波長領域、黄色〜橙色の波長領域、橙
色〜赤色の波長領域をカバーする白色発光を得ることができる。

なお、上述した積層型素子の構成において、積層されるＥＬ層の間に中間層を配置するこ
とにより、電流密度を低く保ったまま、高輝度領域での長寿命素子を実現することができ
る。また、電極材料の抵抗による電圧降下を小さくできるので、大面積での均一発光が可
能となる。

なお図４（Ａ）乃至（Ｃ）、図５（Ａ）乃至（Ｃ）で説明するバックライト部は、輝度を
調整する構成としてもよい。例えば、液晶表示装置の周りの照度に応じて輝度を調整する
構成としてもよいし、表示される画像信号に応じて輝度を調整する構成としてもよい。

なお、カラー表示を行う場合は、カラーフィルタを組み合わせることで表示が可能である
。また、他の光学フィルム（偏光フィルム、位相差フィルム、反射防止フィルムなど）も
組み合わせて用いることができる。なお、バックライトにＲＧＢの発光ダイオード等を配
置し、時分割によりカラー表示する継時加法混色法（フィールドシーケンシャル法）を採
用するときには、カラーフィルタを設けない。

なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。

（実施の形態４）
本実施の形態では、本明細書に開示する液晶表示装置に適用できるトランジスタの例を示
す。本明細書に開示する液晶表示装置に適用できるトランジスタの構造は特に限定されず
、例えばゲート電極が、ゲート絶縁層を介して、酸化物半導体層の上側に配置されるトッ
プゲート構造、又はゲート電極が、ゲート絶縁層を介して、酸化物半導体層の下側に配置
されるボトムゲート構造のスタガ型及びプレーナ型などを用いることができる。また、ト
ランジスタはチャネル形成領域が一つ形成されるシングルゲート構造でも、二つ形成され
るダブルゲート構造もしくは三つ形成されるトリプルゲート構造であっても良い。また、
チャネル領域の上下にゲート絶縁層を介して配置された２つのゲート電極層を有する、デ
ュアルゲート型でもよい。なお、図６（Ａ）乃至（Ｄ）にトランジスタの断面構造の一例
を以下に示す。図６（Ａ）乃至（Ｄ）に示すトランジスタは、半導体として酸化物半導体
を用いるものである。酸化物半導体を用いることのメリットは、トランジスタのオン状態
における電界効果移動度（最大値で５ｃｍ^２／Ｖｓｅｃ以上、好ましくは最大値で１０ｃ
ｍ^２／Ｖｓｅｃ〜１５０ｃｍ^２／Ｖｓｅｃ）と、トランジスタのオフ状態において低いオ
フ電流（１ａＡ／μｍ未満、さらに好ましくは室温にて１０ｚＡ／μｍ未満、且つ、８５
℃にて１００ｚＡ／μｍ未満）が得られることである。

図６（Ａ）に示すトランジスタ４１０は、ボトムゲート構造のトランジスタの一つであり
、逆スタガ型トランジスタともいう。

トランジスタ４１０は、絶縁表面を有する基板４００上に、ゲート電極層４０１、ゲート
絶縁層４０２、酸化物半導体層４０３、ソース電極層４０５ａ、及びドレイン電極層４０
５ｂを含む。また、トランジスタ４１０を覆い、酸化物半導体層４０３に積層する絶縁膜
４０７が設けられている。絶縁膜４０７上にはさらに保護絶縁層４０９が形成されている
。

図６（Ｂ）に示すトランジスタ４２０は、チャネル保護型（チャネルストップ型ともいう
）と呼ばれるボトムゲート構造の一つであり逆スタガ型トランジスタともいう。

トランジスタ４２０は、絶縁表面を有する基板４００上に、ゲート電極層４０１、ゲート
絶縁層４０２、酸化物半導体層４０３、酸化物半導体層４０３のチャネル形成領域を覆う
チャネル保護層として機能する絶縁膜４２７、ソース電極層４０５ａ、及びドレイン電極
層４０５ｂを含む。また、トランジスタ４２０を覆い、保護絶縁層４０９が形成されてい
る。

図６（Ｃ）示すトランジスタ４３０はボトムゲート型のトランジスタであり、絶縁表面を
有する基板である基板４００上に、ゲート電極層４０１、ゲート絶縁層４０２、ソース電
極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂ、及び酸化物半導体層４０３を含む。また、トラ
ンジスタ４３０を覆い、酸化物半導体層４０３に接する絶縁膜４０７が設けられている。
絶縁膜４０７上にはさらに保護絶縁層４０９が形成されている。

トランジスタ４３０においては、ゲート絶縁層４０２は基板４００及びゲート電極層４０
１上に接して設けられ、ゲート絶縁層４０２上にソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層
４０５ｂが接して設けられている。そして、ゲート絶縁層４０２、及びソース電極層４０
５ａ、ドレイン電極層４０５ｂ上に酸化物半導体層４０３が設けられている。

図６（Ｄ）に示すトランジスタ４４０は、トップゲート構造のトランジスタの一つである
。トランジスタ４４０は、絶縁表面を有する基板４００上に、絶縁層４３７、酸化物半導
体層４０３、ソース電極層４０５ａ、及びドレイン電極層４０５ｂ、ゲート絶縁層４０２
、ゲート電極層４０１を含み、ソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂにそれぞ
れ配線層４３６ａ、配線層４３６ｂが接して設けられ電気的に接続している。

本実施の形態では、上述のとおり、半導体層として酸化物半導体層４０３を用いる。酸化
物半導体層４０３に用いる酸化物半導体としては、四元系金属酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−
Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体や、三元系金属酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化
物半導体、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体
、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｓｎ−
Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体や、二元系金属酸化物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導
体、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ系
酸化物半導体、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ系酸化物半導体や、Ｉｎ
−Ｏ系酸化物半導体、Ｓｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体などを用いるこ
とができる。また、上記酸化物半導体にＳｉＯ_２を含んでもよい。ここで、例えば、Ｉｎ
−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体とは、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（
Ｚｎ）を有する酸化物膜、という意味であり、その化学量論比はとくに問わない。また、
ＩｎとＧａとＺｎ以外の元素を含んでもよい。

また、酸化物半導体層４０３は、化学式ＩｎＭＯ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｍ＞０、且つ、ｍは整
数でない）で表記される薄膜を用いることができる。ここで、Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、Ｍｎお
よびＣｏから選ばれた一または複数の金属元素を示す。例えばＭとして、Ｇａ、Ｇａ及び
Ａｌ、Ｇａ及びＭｎ、またはＧａ及びＣｏなどがある。

酸化物半導体層４０３を用いたトランジスタ４１０、４２０、４３０、４４０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。

また、酸化物半導体層４０３を用いたトランジスタ４１０、４２０、４３０、４４０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。よって、液晶表示装
置の画素部に上記トランジスタを用いることで、色分離を抑制することができ、高画質な
画像を提供することができる。また、上記トランジスタは、同一基板上に駆動回路部また
は画素部に作り分けて作製することができるため、液晶表示装置の部品点数を削減するこ
とができる。

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、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を用いる。

ボトムゲート構造のトランジスタ４１０、４２０、４３０において、下地膜となる絶縁膜
を基板とゲート電極層の間に設けてもよい。下地膜は、基板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。

ゲート電極層４０１の材料は、モリブデン、チタン、クロム、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またはこれらを主成分とする合
金材料を用いて、単層でまたは積層して形成することができる。

ゲート絶縁層４０２は、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法等を用いて、酸化シリコ
ン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、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、窒化酸化アルミニウム層、又は酸化ハ
フニウム層を単層で又は積層して形成することができる。例えば、第１のゲート絶縁層と
してプラズマＣＶＤ法により膜厚５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の窒化シリコン層（ＳｉＮ
_ｙ（ｙ＞０））を形成し、第１のゲート絶縁層上に第２のゲート絶縁層として膜厚５ｎｍ
以上３００ｎｍ以下の酸化シリコン層（ＳｉＯ_ｘ（ｘ＞０））を積層して、合計膜厚２０
０ｎｍのゲート絶縁層とする。

ソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂに用いる導電膜としては、例えば、Ａｌ
、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから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。

ソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂに接続する配線層４３６ａ、配線層４３
６ｂのような導電膜も、ソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂと同じ材料を用
いることができる。

また、ソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂ（これと同じ層で形成される配線
層を含む）とな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合金（Ｉｎ_２Ｏ_３―ＳｎＯ_２、ＩＴＯと略記する）、酸化イ
ンジウム酸化亜鉛合金（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。

絶縁膜４０７、４２７、４３７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、または酸化窒化アルミニウム膜などの無機絶縁膜を用いることができ
る。

また、酸化物半導体層の上方に設けられる保護絶縁層４０９は、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を用いる
ことができる。

また、保護絶縁層４０９上にトランジスタ起因の表面凹凸を低減するために平坦化絶縁膜
を形成してもよい。平坦化絶縁膜としては、ポリイミド、アクリル樹脂、ベンゾシクロブ
テン系樹脂、等の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）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、平坦化絶縁膜を形成してもよい。

このようなトランジスタを用いた液晶表示装置の画素の一例を図１３と図１４に示す。図
１３は画素の平面図を示し、当該図中に示すＡ−Ｂ切断線に対応する断面図を図１４に示
す。なお、図１３はトランジスタ４１０が形成された基板４００の平面図を示すものであ
り、図１４はトランジスタ４１０が設けられた基板４００側の構成に加え、対向基板４１
６や液晶層４１４が設けられている構成を示す。以下の説明では図１３と図１４の両方を
参照して説明する。

トランジスタ４１０の構成は図６（Ａ）と同様であり、ゲート電極層４０１、ゲート絶縁
層４０２、酸化物半導体層４０３を有している。画素を構成する場合、ゲート電極層４０
１は一方向に延在するように形成されている。酸化物半導体層４０３はゲート絶縁層４０
２を介してゲート電極層４０１と重畳するように設けられている。ソース電極層４０５ａ
とドレイン電極層４０５ｂは酸化物半導体層４０３の上層側に設けられている（なお、こ
こではソース電極層４０５ａとドレイン電極層４０５ｂという呼び方は、トランジスタ４
１０に接続される電極として区別するために便宜的に用いている）。ソース電極層４０５
ａはゲート電極層４０１と交差する方向に延在している。保護絶縁層４０９上には画素電
極４１１が設けられ、コンタクトホール４１２によってドレイン電極層４０５ｂと接続さ
れている。画素電極４１１は酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、酸化スズなどの透光性電極
材料で形成されている。

また、保持容量４１９は適宜設ければ良く、これを設ける場合には、ゲート電極層４０１
と同じ層で形成される容量配線層４１７、容量電極層４１８によって形成する。容量配線
層４１７と容量電極層４１８の間には、誘電体としてゲート絶縁層４０２が延在しており
、これにより保持容量４１９が形成される。

画素電極４１１にはスリットを設けることで液晶の配向を制御することができる。このよ
うな構成は、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式において適用される。
ＶＡ方式とは、液晶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方式は、
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。
なお、ＶＡ方式の他に、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）方式、ＭＶＡ（Ｍｕｌ
ｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐ
ｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式、ＣＰＡ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｐｉｎｗｈｅｅ
ｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌ
ｉｇｎｍｅｎｔ）方式などを適用することもできる。

対向基板４１６側には対向電極４１５が設けられている。基板４００と対向基板４１６の
間には液晶層４１４が設けられている。また、液晶層４１４と接するように配向膜４１３
が設けられている。配向膜４１３の配向処理は光配向法又はラビング法でなされている。
液晶層４１４の液晶相は、ネマチック相、スメクチック相、コレステリック相、ブルー相
などを用いることができる。

酸化物半導体層４０３がゲート絶縁層４０２を介してゲート電極層４０１と重畳するよう
に設けられたトランジスタ４１０と、トランジスタ４１０のソース側又はドレイン側に接
続された液晶を駆動する画素電極４１１と、画素電極４１１と対向するように設けられた
対向電極４１５と、画素電極４１１と対向電極４１５との間に設けられた液晶層４１４と
で一つのユニットが形成される。このユニットを一又は複数用いて画素（ピクセル）を形
成することができ、これをマトリクス状に配置することにより画像等を表示する表示パネ
ルを構成することができる。

このように、本実施の形態において、電界効果移動度が高く、オフ電流値が低い酸化物半
導体層を含むトランジスタを用いることにより、低消費電力の液晶表示装置を提供するこ
とができる。

（実施の形態５）
本実施の形態は、酸化物半導体層を含むトランジスタ、及び作製方法の一例を図７を用い
て詳細に説明する。上記実施の形態と同一部分又は同様な機能を有する部分は、上記実施
の形態と同様に行うことができ、繰り返しの説明は省略する。また同じ箇所の詳細な説明
は省略する。

図７（Ａ）乃至（Ｅ）にトランジスタの断面構造の一例を示す。図７（Ａ）乃至（Ｅ）に
示すトランジスタ５１０は、図６（Ａ）に示すトランジスタ４１０と同様なボトムゲート
構造の逆スタガ型トランジスタである。

以下、図７（Ａ）乃至（Ｅ）を用い、基板５０５上にトランジスタ５１０を作製する工程
を説明する。

まず、絶縁表面を有する基板５０５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層５１１を形成する。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５０５は、実施の形態４に示した基板４００と同様な基板を用いる
ことができる。本実施の形態では基板５０５としてガラス基板を用いる。

下地膜となる絶縁膜を基板５０５とゲート電極層５１１との間に設けてもよい。下地膜は
、基板５０５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、ゲート電極層５１１の材料は、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。

次いで、ゲート電極層５１１上にゲート絶縁層５０７を形成する。ゲート絶縁層５０７は
、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法等を用いて、酸化シリコン層、窒化シリコン層
、酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、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、窒化酸化アルミニウム層、又は酸化ハフニウム層を単層で又
は積層して形成することができる。

本実施の形態の酸化物半導体は、不純物を除去され、Ｉ型化又は実質的にＩ型化された酸
化物半導体を用いる。このような高純度化された酸化物半導体は界面準位、界面電荷に対
して極めて敏感であるため、酸化物半導体層とゲート絶縁層との界面は重要である。その
ため高純度化された酸化物半導体に接するゲート絶縁層は、高品質化が要求される。

例えば、μ波（例えば周波数２．４５ＧＨｚ）を用いた高密度プラズマＣＶＤは、緻密で
絶縁耐圧の高い高品質な絶縁層を形成できるので好ましい。高純度化された酸化物半導体
と高品質ゲート絶縁層とが接することにより、界面準位を低減して界面特性を良好なもの
とすることができるからである。

もちろん、ゲート絶縁層として良質な絶縁層を形成できるものであれば、スパッタリング
法やプラズマＣＶＤ法など他の成膜方法を適用することができる。また、成膜後の熱処理
によってゲート絶縁層の膜質、酸化物半導体との界面特性が改質される絶縁層であっても
良い。いずれにしても、ゲート絶縁層としての膜質が良好であることは勿論のこと、酸化
物半導体との界面準位密度を低減し、良好な界面を形成できるものであれば良い。

また、ゲート絶縁層５０７、酸化物半導体膜５３０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５３０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層５１１が形成された基板５０５、又はゲート絶縁層５
０７までが形成された基板５０５を予備加熱し、基板５０５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。またこのような
加熱処理は、絶縁層５１６の成膜前に、ソース電極層５１５ａ及びドレイン電極層５１５
ｂまで形成した基板５０５にも同様に行ってもよい。

次いで、ゲート絶縁層５０７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５３０を形成する（図７（Ａ）参照）。

なお、酸化物半導体膜５３０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を行い、ゲート絶縁層５０７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。

酸化物半導体膜５３０に用いる酸化物半導体は、実施の形態４に示した酸化物半導体を用
いることができる。また、上記酸化物半導体にＳｉＯ_２を含んでもよい。本実施の形態で
は、酸化物半導体膜５３０としてＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系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。この段階での断面図が図７（Ａ）に相当する。また、酸化
物半導体膜５３０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
スと酸素の混合雰囲気下においてスパッタ法により形成することができる。

酸化物半導体膜５３０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_２Ｏ_３：Ｇａ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ数比］の金属酸
化物ターゲットを用い、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜を成膜する。また、このターゲットの材
料及び組成に限定されず、例えば、Ｉｎ_２Ｏ_３：Ｇａ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１：１：２［ｍｏ
ｌ数比］の金属酸化物ターゲットを用いてもよい。

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
た酸化物半導体膜は緻密な膜とすることができる。

酸化物半導体膜５３０を、成膜する際に用いるスパッタガスは水素、水、水酸基を含む化
合物、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し、基板温度を１００℃以上６００℃以下好
ましくは２００℃以上４００℃以下とする。基板を加熱しながら成膜することにより、成
膜した酸化物半導体膜に含まれる不純物濃度を低減することができる。また、スパッタリ
ングによる損傷が軽減される。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５０５上に酸化物半導体
膜５３０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に含まれる不純物の濃度を低減できる。

成膜条件の一例としては、基板とターゲットの間との距離を１００ｍｍ、圧力０．６Ｐａ
、直流（ＤＣ）電源０．５ｋＷ、酸素（酸素流量比率１００％）雰囲気下の条件が適用さ
れる。なお、パルス直流電源を用いると、成膜時に発生する粉状物質（パーティクル、ご
みともいう）が軽減でき、膜厚分布も均一となるために好ましい。

次いで、酸化物半導体膜５３０を第２のフォトリソグラフィ工程により島状の酸化物半導
体層に加工する。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。

また、ゲート絶縁層５０７にコンタクトホールを形成する場合、その工程は酸化物半導体
膜５３０の加工時に同時に行うことができる。

なお、ここでの酸化物半導体膜５３０のエッチングは、ドライエッチングでもウェットエ
ッチングでもよく、両方を用いてもよい。例えば、酸化物半導体膜５３０のウェットエッ
チングに用いるエッチング液としては、燐酸と酢酸と硝酸を混ぜた溶液、ＩＴＯ０７Ｎ（
関東化学社製）などを用いることができる。

次いで、酸化物半導体層に第１の加熱処理を行う。この第１の加熱処理によって酸化物半
導体層の脱水化または脱水素化を行うことができる。第１の加熱処理の温度は、４００℃
以上７５０℃以下、または４００℃以上基板の歪み点未満とする。ここでは、加熱処理装
置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化物半導体層に対して窒素雰囲気下４５０℃に
おいて１時間の加熱処理を行った後、大気に触れることなく、酸化物半導体層への水や水
素の再混入を防ぎ、酸化物半導体層５３１を得る（図７（Ｂ）参照）。

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（Ｇａｓ Ｒ
ａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔ
ｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置等のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅ
ａｌ）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、第１の加熱処理として、６５０℃〜７００℃の高温に加熱した不活性ガス中に基
板を移動させて入れ、数分間加熱した後、基板を移動させて高温に加熱した不活性ガス中
から出すＧＲＴＡを行ってもよい。

なお、第１の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、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の加熱処理で酸化物半導体層を加熱した後、同じ炉に高純度の酸素ガス、高純
度のＮ_２Ｏガス、又は超乾燥エア（露点が−４０℃以下、好ましくは−６０℃以下）を導
入してもよい。酸素ガスまたはＮ_２Ｏ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酸素ガスまたはＮ_２Ｏ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Ｎ_２Ｏ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Ｎ_２Ｏ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、酸化物半導体層を高
純度化及び電気的にＩ型（真性）化する。

また、酸化物半導体層の第１の加熱処理は、島状の酸化物半導体層に加工する前の酸化物
半導体膜５３０に行うこともできる。その場合には、第１の加熱処理後に、加熱装置から
基板を取り出し、フォトリソグラフィ工程を行う。

なお、第１の加熱処理は、上記以外にも、酸化物半導体層成膜後であれば、酸化物半導体
層上にソース電極層及びドレイン電極層を積層させた後、あるいは、ソース電極層及びド
レイン電極層上に絶縁層を形成した後、のいずれで行っても良い。

また、ゲート絶縁層５０７にコンタクトホールを形成する場合、その工程は酸化物半導体
膜５３０に第１の加熱処理を行う前でも行った後に行ってもよい。

また、酸化物半導体層を２回に分けて成膜し、２回に分けて加熱処理を行うことで、下地
部材の材料が、酸化物、窒化物、金属など材料を問わず、膜厚の厚い結晶領域（非単結晶
領域）、即ち、膜表面に垂直にｃ軸配向した結晶領域を有する酸化物半導体層を形成して
もよい。例えば、３ｎｍ以上１５ｎｍ以下の第１の酸化物半導体膜を成膜し、窒素、酸素
、希ガス、または乾燥空気の雰囲気下で４５０℃以上８５０℃以下、好ましくは５５０℃
以上７５０℃以下の第１の加熱処理を行い、表面の領域に結晶領域（板状結晶を含む）を
有する第１の酸化物半導体膜を形成する。そして、第１の酸化物半導体膜よりも厚い第２
の酸化物半導体膜を形成し、４５０℃以上８５０℃以下、好ましくは６００℃以上７００
℃以下の第２の加熱処理を行い、第１の酸化物半導体膜を結晶成長の種として、上方に結
晶成長させ、第２の酸化物半導体膜を結晶化させ、結果として膜厚の厚い結晶領域を有す
る酸化物半導体層を形成してもよい。

次いで、ゲート絶縁層５０７、及び酸化物半導体層５３１上に、ソース電極層及びドレイ
ン電極層（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。ソース電極
層、及びドレイン電極層に用いる導電膜としては、実施の形態４に示したソース電極層４
０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂに用いる材料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層５１５ａ、ドレイン電極層５１５ｂを形成した後、レジスト
マスクを除去する（図７（Ｃ）参照）。

第３のフォトリソグラフィ工程でのレジストマスク形成時の露光には、紫外線やＫｒＦレ
ーザ光やＡｒＦレーザ光を用いるとよい。酸化物半導体層５３１上で隣り合うソース電極
層の下端部とドレイン電極層の下端部との間隔幅によって後に形成されるトランジスタの
チャネル長Ｌが決定される。なお、チャネル長Ｌ＝２５ｎｍ未満の露光を行う場合には、
数ｎｍ〜数１０ｎｍと極めて波長が短い超紫外線（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌ
ｅｔ）を用いて第３のフォトリソグラフィ工程でのレジストマスク形成時の露光を行うと
よい。超紫外線による露光は、解像度が高く焦点深度も大きい。従って、後に形成される
トランジスタのチャネル長Ｌを１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることも可能であり、
回路の動作速度を高速化できる。

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、導電膜のエッチングの際に、酸化物半導体層５３１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、酸化物半導体層５３１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層５３１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層となることもある。

本実施の形態では、導電膜としてＴｉ膜を用い、酸化物半導体層５３１にはＩｎ−Ｇａ−
Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体を用いたので、Ｔｉ膜のエッチャントとしてアンモニア過水（３
１重量％過酸化水素水：２８重量％アンモニア水：水＝５：２：２）を用いる。

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
る酸化物半導体層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、酸化物半導体層を大気に触れさせることなく、酸化物半導体層の一部に接する保護
絶縁膜となる絶縁層５１６を形成する。

絶縁層５１６は、少なくとも１ｎｍの膜厚とし、スパッタ法など、絶縁層５１６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。絶縁層５１６に水
素が含まれると、その水素の酸化物半導体層への侵入、又は水素による酸化物半導体層中
の酸素の引き抜き、が生じ酸化物半導体層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、絶縁層５１６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。

酸化物半導体層に接して形成する絶縁層５１６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膜を用い、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、または酸化窒化アル
ミニウム膜などを用いる。本実施の形態では、絶縁層５１６として膜厚２００ｎｍ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法により酸化シリコンを形成することができる。

酸化物半導体膜５３０の成膜時と同様に、絶縁層５１６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層５１６に含まれる不純物の濃度を低減
できる。また、絶縁層５１６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。

絶縁層５１６を、成膜する際に用いるスパッタガスは水素、水、水酸基を有する化合物、
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。

次いで、不活性ガス雰囲気下、または酸素ガス雰囲気下で第２の加熱処理（好ましくは２
００℃以上４００℃以下、例えば２５０℃以上３５０℃以下）を行う。例えば、窒素雰囲
気下で２５０℃、１時間の第２の加熱処理を行う。第２の加熱処理を行うと、酸化物半導
体層の一部（チャネル形成領域）が絶縁層５１６と接した状態で加熱される。

以上の工程を経ることによって、酸化物半導体層に対して第１の加熱処理を行って水素、
水分、水酸基又は水素化物（水素化合物ともいう）などの不純物を酸化物半導体層より意
図的に排除し、かつ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を構成
する主成分材料の一つである酸素を供給することができる。よって、酸化物半導体層は高
純度化及び電気的にＩ型（真性）化する。

以上の工程でトランジスタ５１０が形成される（図７（Ｄ）参照）。

また、絶縁層５１６に欠陥を多く含む酸化シリコン層を用いると、酸化シリコン層形成後
の加熱処理によって酸化物半導体層中に含まれる水素、水分、水酸基又は水素化物などの
不純物を拡散させ、酸化物半導体層中に含まれる該不純物をより低減させる効果を奏する
。

絶縁層５１６上にさらに保護絶縁層５０６を形成してもよい。保護絶縁層は、水分などの
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膜を用い、窒化
シリコン膜、窒化アルミニウム膜などを用いる。本実施の形態では、ＲＦスパッタ法は量
産性が良いため、保護絶縁層５０６として窒化シリコン膜をＲＦスパッタ法を用いて形成
する（図７（Ｅ）参照）。

本実施の形態では、保護絶縁層５０６として、絶縁層５１６まで形成された基板５０５を
１００℃〜４００℃の温度に加熱し、水素及び水分が除去された高純度窒素を含むスパッ
タガスを導入しシリコン半導体のターゲットを用いて窒化シリコン膜を成膜する。この場
合においても、絶縁層５１６と同様に、処理室内の残留水分を除去しつつ保護絶縁層５０
６を成膜することが好ましい。

保護絶縁層の形成後、さらに大気中、１００℃以上２００℃以下、１時間以上３０時間以
下での加熱処理を行ってもよい。この加熱処理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。

このように、本実施の形態を用いて作製した、高純度化された酸化物半導体層を含むトラ
ンジスタは、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。よって、液晶
表示装置の画素部に高純度化された酸化物半導体層を含むトランジスタを用いることで、
色分離を抑制することができ、高画質な画像を提供することができる。また、高純度化さ
れた酸化物半導体層を含むトランジスタを有する駆動回路部と画素部を同一基板上に形成
できるため、液晶表示装置の部品点数を削減することができる。

高純度化された酸化物半導体を用いたトランジスタの電界効果移動度を求めた結果につい
て説明する。

上述した本実施の形態の作製方法に従って、高純度化された酸化物半導体（膜厚５０ｎｍ
のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体膜）を用いてトランジスタ（Ｌ／Ｗ＝１０μｍ／
５０μｍ）を作製し、基板温度を室温とし、ソース−ドレイン間電圧（以下、ドレイン電
圧またはＶｄという）を１０Ｖとし、ソース−ゲート間電圧（以下、ゲート電圧またはＶ
ｇという）を−３０Ｖ〜＋３０Ｖまで変化させたときのソース−ドレイン電流（以下、ド
レイン電流またはＩｄという）の変化特性、すなわちＶｇ−Ｉｄ特性を測定した。なお、
図８では、Ｖｇを−５Ｖ〜＋３０Ｖまでの範囲で示している。図８に示すように高純度化
された酸化物半導体層を含むトランジスタの電界移動度の最大値は、１０．７ｃｍ^２／Ｖ
ｓｅｃであることが確認できる。

高純度化された酸化物半導体を含むトランジスタを用いることにより、オフ状態における
電流値（オフ電流値）をより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、書き込み間隔も長く設定できる。よって、リフレッシュ動
作の頻度をより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高くできる。

高純度化された酸化物半導体を用いたトランジスタのオフ電流を求めた結果について説明
する。

上述した本実施の形態の作製方法に従って、高純度化された酸化物半導体を用いてトラン
ジスタを作製した。まず、高純度化された酸化物半導体を用いたトランジスタのオフ電流
が十分に小さいことを考慮して、チャネル幅Ｗが１ｃｍと十分に大きいトランジスタを用
意してオフ電流の測定を行った。チャネル幅Ｗが１ｃｍのトランジスタのオフ電流を測定
した結果を図９に示す。図９において、横軸はゲート電圧Ｖｇ、縦軸はドレイン電流Ｉｄ
である。ドレイン電圧Ｖｄが＋１Ｖまたは＋１０Ｖの場合、ゲート電圧Ｖｇが−５Ｖから
−２０Ｖの範囲では、トランジスタのオフ電流は、検出限界である１×１０^−１３Ａ以下
であることがわかった。また、トランジスタのオフ電流（ここでは、単位チャネル幅（１
μｍ）あたりの値）は１０ａＡ／μｍ（１×１０^−１７Ａ／μｍ）以下となることがわか
った。

次に、高純度化された酸化物半導体を用いたトランジスタのオフ電流をさらに正確に求め
た結果について説明する。上述したように、高純度化された酸化物半導体を用いたトラン
ジスタのオフ電流は、測定器の検出限界である１×１０^−１３Ａ以下であることがわかっ
た。そこで、特性評価用素子を作製し、より正確なオフ電流の値（上記測定における測定
器の検出限界以下の値）を求めた結果について説明する。

電流測定方法に用いた特性評価用素子について、以下に説明する。

特性評価用素子は、３つ並列に接続された測定系を用いる。それぞれの測定系は、容量素
子、第１のトランジスタ、第２のトランジスタ、第３のトランジスタ、及び第４のトラン
ジスタを有する。第１のトランジスタ、第２のトランジスタ、第３のトランジスタ、及び
第４のトランジスタは、本実施の形態に従って作製し、図７（Ｄ）に示したトランジスタ
５１０と同じ構造のものを使用した。

一つの測定系は、第１のトランジスタのソース端子およびドレイン端子の一方と、容量素
子の端子の一方と、第２のトランジスタのソース端子およびドレイン端子の一方は、電源
（Ｖ２を与える電源）に接続する。また、第１のトランジスタのソース端子およびドレイ
ン端子の他方と、第３のトランジスタのソース端子およびドレイン端子の一方と、容量素
子の端子の他方と、第２のトランジスタのゲート端子とは、接続する。また、第３のトラ
ンジスタのソース端子およびドレイン端子の他方と、第４のトランジスタのソース端子お
よびドレイン端子の一方と、第４のトランジスタのゲート端子は、電源（Ｖ１を与える電
源）に接続する。また、第２のトランジスタのソース端子およびドレイン端子の他方と、
第４のトランジスタのソース端子およびドレイン端子の他方とを接続し、出力端子とする
。

なお、第１のトランジスタのゲート端子には、第１のトランジスタのオン状態と、オフ状
態を制御する電位Ｖｅｘｔ＿ｂ２が供給され、第３のトランジスタのゲート端子には、第
３のトランジスタのオン状態と、オフ状態を制御する電位Ｖｅｘｔ＿ｂ１が供給される。
また、出力端子からは電位Ｖｏｕｔが出力される。

次に、上記の測定系を用いてオフ電流の測定を行う。

まず初期化期間において第１のトランジスタのソース端子とドレイン端子の間、及び第３
のトランジスタのソース端子とドレイン端子の間に電位差を付与する。初期化が終了した
後は、第１と第３のトランジスタのオフ電流に起因し、時間の経過と共に第２のトランジ
スタのゲート端子の電位が変動する。従って、時間の経過と共に、出力端子の出力電位Ｖ
ｏｕｔの電位も変化することとなる。こうして得られた出力電位Ｖｏｕｔから、オフ電流
を算出することができる。

第１のトランジスタ、第２のトランジスタ、第３のトランジスタ、及び第４のトランジス
タは、それぞれチャネル長Ｌ＝１０μｍ、チャネル幅Ｗ＝５０μｍの、高純度化した酸化
物半導体を用いたトランジスタである。また、並列された３つ測定系において、第１の測
定系の容量素子の容量値を１００ｆＦとし、第２の測定系の容量素子の容量値を１ｐＦと
し、第３の測定系の容量素子の容量値を３ｐＦとした。

なお、第１のトランジスタのソース端子とドレイン端子の間、及び第３のトランジスタの
ソース端子とドレイン端子の間に電位差を付与するために、Ｖ１とＶ２は適宜５Ｖ、ある
いは０Ｖの電圧とした。また、測定は１０〜３００ｓｅｃごとに行い、電位Ｖｏｕｔの測
定は１００ｍｓｅｃの期間行った。また、初期化終了後３００００ｓｅｃ経過するまで測
定を行った。

図１０には、上記電流測定によって算出されたオフ電流を示す。なお、図１０は、ソース
−ドレイン電圧Ｖと、オフ電流Ｉとの関係を表すものである。図１０から、ソース−ドレ
イン電圧が４Ｖにおいて、オフ電流は約４０ｚＡ／μｍであることが分かった。また、ソ
ース−ドレイン電圧が３．１Ｖにおいて、オフ電流は１０ｚＡ／μｍ以下であることが分
かった。なお、１ｚＡは１０^−２１Ａを表す。

以上、本実施の形態により、高純度化された酸化物半導体を用いたトランジスタでは、オ
フ電流が十分に小さくなることが確認された。

（実施の形態６）
本明細書に開示する液晶表示装置は、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液晶表示装置を具備する電子機器の例につい
て説明する。

図１１（Ａ）は電子書籍（Ｅ−ｂｏｏｋともいう）であり、筐体９６３０、表示部９６３
１、操作キー９６３２、太陽電池９６３３、充放電制御回路９６３４を有することができ
る。図１１（Ａ）に示した電子書籍は、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）
を表示する機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示部に表示する機能、表示部に表示
した情報を操作又は編集する機能、様々なソフトウェア（プログラム）によって処理を制
御する機能等を有することができる。なお、図１１（Ａ）では充放電制御回路９６３４の
一例としてバッテリー９６３５、ＤＣＤＣコンバータ（以下、コンバータと略記）９６３
６を有する構成について示している。実施の形態１乃至５のいずれかで示した液晶表示装
置を表示部９６３１に適用することにより低消費電力な電子書籍とすることができる。

図１１（Ａ）に示す構成とすることにより、表示部９６３１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、太陽電池９６３
３による発電、及びバッテリー９６３５での充電を効率よく行うことができ、好適である
。なお太陽電池９６３３は、筐体９６３０の空きスペース（表面や裏面）に適宜設けるこ
とができるため、効率的なバッテリー９６３５の充電を行う構成とすることができるため
好適である。なおバッテリー９６３５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１１（Ａ）に示す充放電制御回路９６３４の構成、及び動作について図１１（Ｂ）
にブロック図を示し説明する。図１１（Ｂ）には、太陽電池９６３３、バッテリー９６３
５、コンバータ９６３６、コンバータ９６３７、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３、表示部９６
３１について示しており、バッテリー９６３５、コンバータ９６３６、コンバータ９６３
７、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３が充放電制御回路９６３４に対応する箇所となる。

まず外光により太陽電池９６３３により発電がされる場合の動作の例について説明する。
太陽電池で発電した電力は、バッテリー９６３５を充電するための電圧となるようコンバ
ータ９６３６で昇圧または降圧がなされる。そして、表示部９６３１の動作に太陽電池９
６３３からの電力が用いられる際にはスイッチＳＷ１をオンにし、コンバータ９６３７で
表示部９６３１に必要な電圧に昇圧または降圧をすることとなる。また、表示部９６３１
での表示を行わない際には、ＳＷ１をオフにし、ＳＷ２をオンにしてバッテリー９６３５
の充電を行う構成とすればよい。

次いで外光により太陽電池９６３３により発電がされない場合の動作の例について説明す
る。バッテリー９６３５に蓄電された電力は、スイッチＳＷ３をオンにすることでコンバ
ータ９６３７により昇圧または降圧がなされる。そして、表示部９６３１の動作にバッテ
リー９６３５からの電力が用いられることとなる。

なお太陽電池９６３３については、充電手段の一例として示したが、他の手段によるバッ
テリー９６３５の充電を行う構成であってもよい。また他の充電手段を組み合わせて行う
構成としてもよい。

図１２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５の
いずれかで示した液晶表示装置を表示部３００３に適用することにより、低消費電力なノ
ート型のパーソナルコンピュータとすることができる。

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。

１００ 液晶表示装置
１１３ 表示制御回路
１１６ 電源
１２０ 表示パネル
１２１ 駆動回路部
１２１Ａ ゲート線側駆動回路
１２１Ｂ ソース線側駆動回路
１２２ 画素部
１２３ 画素
１２４ ゲート線
１２５ ソース線
１２６ 端子部
１２８ 共通電極
２１０ 容量素子
２１３ 画素
２１４ トランジスタ
２１５ 液晶素子
４００ 基板
４０１ ゲート電極層
４０２ ゲート絶縁層
４０３ 酸化物半導体層
４０５ａ ソース電極層
４０５ｂ ドレイン電極層
４０７ 絶縁膜
４０９ 保護絶縁層
４１０ トランジスタ
４１１ 画素電極
４１２ コンタクトホール
４１３ 配向膜
４１４ 液晶層
４１５ 対向電極
４１６ 対向基板
４１７ 容量配線層
４１８ 容量電極層
４１９ 保持容量
４２０ トランジスタ
４２７ 絶縁層
４３０ トランジスタ
４３６ａ 配線層
４３６ｂ 配線層
４３７ 絶縁層
４４０ トランジスタ
５０５ 基板
５０６ 保護絶縁層
５０７ ゲート絶縁層
５１０ トランジスタ
５１１ ゲート電極層
５１５ａ ソース電極層
５１５ｂ ドレイン電極層
５１６ 絶縁層
５３０ 酸化物半導体膜
５３１ 酸化物半導体層
７００ 筐体
７０１ 表示モジュール
７０２ スピーカ
７０３ 操作キー
７０４ 外部接続端子
７０５ 照度センサ
７１０ テレビ受像機
７１１ チューナ
７１２ デジタル復調回路
７１３ 映像信号処理回路
７１４ 音声信号処理回路
７１５ 表示調節回路
７１６ 表示制御回路
７１７ 表示パネル
７１８ ゲート線側駆動回路
７１９ ソース線側駆動回路
７２０ スピーカ
７２１ アンテナ
７２２ 外部入力部
７２３ 点線部
８００ 筐体
８０１ 表示モジュール
８０２ スピーカ
８０３ 外部接続端子
８０４ ウインドウ型表示部
８１０ ＰＣモニター
８１３ 映像信号処理回路
８１４ 音声信号処理回路
８１６ 表示制御回路
８１７ 表示パネル
８１８ ゲート線側駆動回路
８１９ ソース線側駆動回路
８２０ スピーカ
８２１ 外部演算回路
８２２ 外部操作手段
８２３ 点線部
１００１ 陽極
１００２ 陰極
１００３ ＥＬ層
１００４ 中間層
１０１１ 正孔注入層
１０１２ 正孔輸送層
１０１３ 発光層
１０１４ 電子輸送層
１０１５ 電子注入層
１０２０ 基板
１０２５ ＥＬ素子
３００１ 本体
３００２ 筐体
３００３ 表示部
３００４ キーボード
５２０１ バックライト部
５２０２ 拡散板
５２０３ 導光板
５２０４ 反射板
５２０５ ランプリフレクタ
５２０６ 光源
５２０７ 表示パネル
５２２２ ランプリフレクタ
５２２３ 発光ダイオード（ＬＥＤ）
５２９０ バックライト部
５２９１ 拡散板
５２９２ 遮光部
５２９３ ランプリフレクタ
５２９４ 光源
５２９５ 液晶パネル
９６３０ 筐体
９６３１ 表示部
９６３２ 操作キー
９６３３ 太陽電池
９６３４ 充放電制御回路
９６３５ バッテリー
９６３６ コンバータ
９６３７ コンバータ

Claims (1)

1. 酸化物半導体層を形成する工程と、
   前記酸化物半導体層に４００℃以上７５０℃以下の第１の熱処理を行う工程と、
   前記第１の熱処理後、前記酸化物半導体層の上面に接する領域を有する第１の絶縁膜を形成する工程と、
   前記第１の絶縁膜を形成後、２００℃以上４００℃以下の第２の熱処理を行う工程と、を有し、
   前記酸化物半導体層は、ｃ軸配向した結晶を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。

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