JP6962978B2 - Liquid crystal display - Google Patents

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JP6962978B2
JP6962978B2 JP2019159434A JP2019159434A JP6962978B2 JP 6962978 B2 JP6962978 B2 JP 6962978B2 JP 2019159434 A JP2019159434 A JP 2019159434A JP 2019159434 A JP2019159434 A JP 2019159434A JP 6962978 B2 JP6962978 B2 JP 6962978B2
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oxide film
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Description

本発明は、例えば、トランジスタを有する半導体装置の作製方法に関する。 The present invention relates to, for example, a method for manufacturing a semiconductor device having a transistor.

液晶表示装置や発光表示装置に代表されるフラットパネルディスプレイの多くに用いら
れているトランジスタは、ガラス基板上に形成されたアモルファスシリコン、単結晶シリ
コンまたは多結晶シリコンなどのシリコン半導体によって構成されている。また、該シリ
コン半導体を用いたトランジスタは、集積回路(IC)などにも利用されている。
Transistors used in many flat panel displays such as liquid crystal displays and light emitting displays are composed of silicon semiconductors such as amorphous silicon, single crystal silicon, and polycrystalline silicon formed on a glass substrate. .. Transistors using the silicon semiconductor are also used in integrated circuits (ICs) and the like.

近年、シリコン半導体に代わって、半導体特性を示す金属酸化物をトランジスタに用い
る技術が注目されている。なお、本明細書中では、半導体特性を示す金属酸化物を酸化物
半導体とよぶことにする。
In recent years, a technique of using a metal oxide exhibiting semiconductor characteristics for a transistor instead of a silicon semiconductor has attracted attention. In the present specification, a metal oxide exhibiting semiconductor characteristics is referred to as an oxide semiconductor.

例えば、酸化物半導体として、酸化亜鉛、またはIn−Ga−Zn系酸化物を用いたト
ランジスタを作製し、該トランジスタを表示装置の画素のスイッチング素子などに用いる
技術が開示されている(特許文献1参照)。
For example, there is disclosed a technique of producing a transistor using zinc oxide or an In-Ga-Zn-based oxide as an oxide semiconductor and using the transistor as a switching element of a pixel of a display device (Patent Document 1). reference).

特開2007−123861号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-123861

市場で販売されている表示装置は、画面サイズが対角40インチ以上と大型化する傾向
にあり、さらには、対角120インチ以上の画面サイズも視野に入れた開発が行われてい
る。このため、表示装置に用いられるガラス基板においては、第8世代以上の大面積化が
進んでいる。
Display devices sold on the market tend to have a screen size of 40 inches or more diagonally, and are being developed with a screen size of 120 inches or more diagonally taken into consideration. For this reason, the area of the glass substrate used for the display device has been increased to the 8th generation or higher.

ガラス基板の大面積化に伴い、表示装置の作製工程で使用される露光装置において、使
用されるフォトマスクが大きくなり、フォトマスクの価格が問題となっている。例えば、
第10世代のフォトマスクは1枚1億円以上と高価であるため、フォトマスクの枚数を削
減した作製工程の開発が求められている。
With the increase in the area of the glass substrate, the photomask used in the exposure apparatus used in the manufacturing process of the display device becomes large, and the price of the photomask becomes a problem. for example,
Since the 10th generation photomask is expensive at 100 million yen or more per sheet, it is required to develop a manufacturing process in which the number of photomasks is reduced.

一方で、表示装置の一例である液晶表示装置において、容量素子の電荷容量を大きくす
るほど、電界を加えた状況において、液晶素子の液晶分子の配向を一定に保つことができ
る期間を長くすることができる。静止画を表示させる表示装置において、当該期間を長く
できることは、画像データを書き換える回数を低減することができ、消費電力の低減が望
める。
On the other hand, in a liquid crystal display device, which is an example of a display device, the larger the charge capacitance of the capacitive element, the longer the period during which the orientation of the liquid crystal molecules of the liquid crystal element can be kept constant in a situation where an electric field is applied. Can be done. In a display device that displays a still image, the fact that the period can be lengthened can reduce the number of times the image data is rewritten, and can be expected to reduce power consumption.

そこで、容量素子の電荷容量を大きくするためには、容量素子の占有面積を大きくする
、具体的には一対の電極が重畳している面積を大きくするという手段がある。しかしなが
ら、上記表示装置において、一対の電極が重畳している面積を大きくするために遮光性を
有する導電膜の面積を大きくすると、画素の開口率が低減し、画像の表示品位が低下する
Therefore, in order to increase the charge capacitance of the capacitive element, there is a means of increasing the occupied area of the capacitive element, specifically, increasing the area on which the pair of electrodes are superimposed. However, in the above display device, if the area of the conductive film having a light-shielding property is increased in order to increase the area where the pair of electrodes are superimposed, the aperture ratio of the pixels is reduced and the display quality of the image is deteriorated.

本発明の一態様は、開口率が高く、且つ電荷容量を増大させることが可能な容量素子を
有する半導体装置において、コストを削減することが可能な作製方法を提供することを課
題の一とする。または、本発明の一態様は、消費電力を低減する可能な半導体装置におい
て、コストを削減することが可能な作製方法を提供することを課題の一とする。
One aspect of the present invention is to provide a manufacturing method capable of reducing costs in a semiconductor device having a capacitive element having a high aperture ratio and capable of increasing the charge capacitance. .. Alternatively, one aspect of the present invention is to provide a manufacturing method capable of reducing costs in a semiconductor device capable of reducing power consumption.

本発明の一態様は、チャネル保護型のトランジスタの作製工程において、多階調フォト
マスクを用いた工程により、チャネル領域を有する金属酸化物膜と、チャネル保護膜とを
形成することを特徴とする。また、本発明の一態様は、トランジスタと容量素子とを同時
に作製する方法であって、多階調フォトマスクを用いた工程により、トランジスタに含ま
れるチャネル領域を有する金属酸化物膜及びチャネル保護膜と、容量素子の一方の電極と
を形成することを特徴とする。
One aspect of the present invention is characterized in that, in the process of manufacturing a channel-protected transistor, a metal oxide film having a channel region and a channel-protected film are formed by a process using a multi-gradation photomask. .. Further, one aspect of the present invention is a method of simultaneously manufacturing a transistor and a capacitive element, which is a metal oxide film and a channel protection film having a channel region included in the transistor by a process using a multi-gradation photomask. And one electrode of the capacitive element.

本発明の一態様は、絶縁表面上にゲート電極及びゲート絶縁膜を形成し、ゲート絶縁膜
上に第1の金属酸化物膜及び第1の絶縁膜を形成し、第1の絶縁膜上に、第1の厚さを有
する領域、及び第1の厚さよりも厚い第2の厚さを有する領域を有する第1のマスクと、
第1の厚さと同じ厚さを有する第2のマスクを形成し、第1のマスク及び第2のマスクを
用いて、第1の絶縁膜及び第1の金属酸化物膜をそれぞれエッチングして、第2の絶縁膜
及び第3の絶縁膜、並びに第2の金属酸化物膜及び第3の金属酸化物膜を形成する。次に
、第1のマスクを加工して、第3のマスクを形成すると共に第2のマスクを取り除いた後
、第3のマスクを用いて第2の絶縁膜をエッチングして、第2の金属酸化物膜上に第4の
絶縁膜を形成する共に第3の金属酸化物膜上の第3の絶縁膜を取り除く。次に、第2の金
属酸化物膜、第3の金属酸化物膜、第4の絶縁膜、及びゲート絶縁膜上に、窒化物絶縁膜
で形成される第5の絶縁膜を形成し、第5の絶縁膜の一部をエッチングして、第5の絶縁
膜に開口部を形成した後、第2の金属酸化物膜に接する一対の電極、及び第3の金属酸化
物膜に接する配線を形成する。次に、第5の絶縁膜上に、一対の電極の一方に接続し、且
つ第3の金属酸化物膜の一部と重なる、透光性を有する導電膜を形成する半導体装置の作
製方法である。
In one aspect of the present invention, a gate electrode and a gate insulating film are formed on an insulating surface, a first metal oxide film and a first insulating film are formed on the gate insulating film, and the first insulating film is formed. , A first mask having a region having a first thickness and a region having a second thickness thicker than the first thickness.
A second mask having the same thickness as the first thickness is formed, and the first insulating film and the first metal oxide film are etched with the first mask and the second mask, respectively. A second insulating film and a third insulating film, and a second metal oxide film and a third metal oxide film are formed. Next, the first mask is processed to form the third mask and the second mask is removed, and then the second insulating film is etched with the third mask to form the second metal. A fourth insulating film is formed on the oxide film and the third insulating film on the third metal oxide film is removed. Next, a fifth insulating film formed of a nitride insulating film is formed on the second metal oxide film, the third metal oxide film, the fourth insulating film, and the gate insulating film. After etching a part of the insulating film of No. 5 to form an opening in the fifth insulating film, a pair of electrodes in contact with the second metal oxide film and a wiring in contact with the third metal oxide film are formed. Form. Next, a method for manufacturing a semiconductor device that forms a translucent conductive film that is connected to one of a pair of electrodes and overlaps a part of a third metal oxide film on the fifth insulating film. be.

本発明の一態様は、絶縁表面上にゲート電極及びゲート絶縁膜を形成し、ゲート絶縁膜
上に第1の金属酸化物膜及び第1の絶縁膜を形成し、第1の絶縁膜上に、第1の厚さを有
する領域、及び第1の厚さよりも厚い第2の厚さを有する領域を有する第1のマスクと、
第1の厚さと同じ厚さを有する第2のマスクを形成する。次に、第1のマスク及び第2の
マスクを用いて、第1の絶縁膜及び第1の金属酸化物膜をそれぞれエッチングして、第2
の絶縁膜及び第3の絶縁膜、並びに第2の金属酸化物膜及び第3の金属酸化物膜を形成す
る。次に、第1のマスクを加工して、第3のマスクを形成すると共に第2のマスクを取り
除いた後、第3のマスクを用いて第2の絶縁膜をエッチングして、第2の金属酸化物膜上
に第4の絶縁膜を形成する共に、第3の金属酸化物膜上の第3の絶縁膜を取り除く。次に
、第2の金属酸化物膜に接する一対の電極、及び第3の金属酸化物膜に接する配線を形成
し、一対の電極、第4の絶縁膜、第3の金属酸化物膜、及び配線上に、窒化物絶縁膜で形
成される第5の絶縁膜を形成する。次に、第5の絶縁膜の一部をエッチングして、第5の
絶縁膜に開口部を形成した後、一対の電極の一方に接続し、且つ第3の金属酸化物膜の一
部と重なる、透光性を有する導電膜を形成する半導体装置の作製方法である。
In one aspect of the present invention, a gate electrode and a gate insulating film are formed on an insulating surface, a first metal oxide film and a first insulating film are formed on the gate insulating film, and the first insulating film is formed. , A first mask having a region having a first thickness and a region having a second thickness thicker than the first thickness.
A second mask having the same thickness as the first thickness is formed. Next, the first insulating film and the first metal oxide film are etched with the first mask and the second mask, respectively, and the second
The insulating film and the third insulating film, and the second metal oxide film and the third metal oxide film are formed. Next, the first mask is processed to form the third mask and the second mask is removed, and then the second insulating film is etched with the third mask to form the second metal. A fourth insulating film is formed on the oxide film, and the third insulating film on the third metal oxide film is removed. Next, a pair of electrodes in contact with the second metal oxide film and a wiring in contact with the third metal oxide film are formed, and the pair of electrodes, the fourth insulating film, the third metal oxide film, and the wiring are formed. A fifth insulating film formed of a nitride insulating film is formed on the wiring. Next, a part of the fifth insulating film is etched to form an opening in the fifth insulating film, and then connected to one of the pair of electrodes and with a part of the third metal oxide film. This is a method for manufacturing a semiconductor device that forms an overlapping conductive film having translucency.

なお、第5の絶縁膜を形成した後、ゲート絶縁膜及び第5の絶縁膜に開口部を形成する
とともに、ゲート電極の一部を露出させ、透光性を有する導電膜を形成するとともに、ゲ
ート電極と接続し且つ第2の金属酸化物膜と重なる導電膜を形成してもよい。
After forming the fifth insulating film, an opening is formed in the gate insulating film and the fifth insulating film, and a part of the gate electrode is exposed to form a translucent conductive film. A conductive film that is connected to the gate electrode and overlaps with the second metal oxide film may be formed.

また、ゲート電極、ゲート絶縁膜、第2の金属酸化物膜、チャネル保護膜として機能す
る第4の絶縁膜、及び一対の電極でトランジスタを構成する。また、第3の金属酸化物膜
、第5の絶縁膜、及び透光性を有する導電膜で容量素子を構成する。
Further, the transistor is composed of a gate electrode, a gate insulating film, a second metal oxide film, a fourth insulating film that functions as a channel protective film, and a pair of electrodes. Further, the capacitive element is composed of a third metal oxide film, a fifth insulating film, and a light-transmitting conductive film.

また、第3の金属酸化物膜は、窒化物絶縁膜で形成される第5の絶縁膜と接する。また
、第3の金属酸化物膜は、導電性を有し、容量素子の一方の電極として機能する。
Further, the third metal oxide film is in contact with the fifth insulating film formed of the nitride insulating film. Further, the third metal oxide film has conductivity and functions as one electrode of the capacitive element.

また、第2の金属酸化物膜と、第3の金属酸化物膜とは、水素濃度が異なり、第3の金
属酸化物膜は、第2の金属酸化物膜より水素濃度が高い。
Further, the second metal oxide film and the third metal oxide film have different hydrogen concentrations, and the third metal oxide film has a higher hydrogen concentration than the second metal oxide film.

また、第1の金属酸化物膜、第2の金属酸化物膜、及び第3の金属酸化物膜は、透光性
を有する。また、第1の金属酸化物膜、第2の金属酸化物膜、及び第3の金属酸化物膜は
、In、Ga、及びZnの少なくとも一を有する。また、第1の金属酸化物膜、第2の金
属酸化物膜及び第3の金属酸化物膜は、同じ金属元素で構成されている。
Further, the first metal oxide film, the second metal oxide film, and the third metal oxide film have translucency. Further, the first metal oxide film, the second metal oxide film, and the third metal oxide film have at least one of In, Ga, and Zn. Further, the first metal oxide film, the second metal oxide film and the third metal oxide film are composed of the same metal element.

また、ゲート絶縁膜であって、第2の金属酸化物膜及び第3の金属酸化物膜に接する領
域は、酸化物絶縁膜で形成される。また、第4の絶縁膜であって、第2の金属酸化物膜に
接する領域は、酸化物絶縁膜で形成される。
Further, the region of the gate insulating film in contact with the second metal oxide film and the third metal oxide film is formed of the oxide insulating film. Further, the region of the fourth insulating film in contact with the second metal oxide film is formed of the oxide insulating film.

また、ゲート絶縁膜の一部は窒化物絶縁膜で形成されており、該窒化物絶縁膜及び第5
の絶縁膜は接する。
Further, a part of the gate insulating film is formed of a nitride insulating film, and the nitride insulating film and the fifth insulating film are formed.
The insulating film of is in contact.

また、第4の絶縁膜は、加熱により酸素の一部が脱離する酸化物絶縁膜を含む。 Further, the fourth insulating film includes an oxide insulating film in which a part of oxygen is desorbed by heating.

本発明の一態様により、開口率が高く、且つ電荷容量を増大させることが可能な容量素
子を有する半導体装置の作製方法において、コストを削減することができる。消費電力を
低減する可能な半導体装置の作製方法において、コストを削減することができる。
According to one aspect of the present invention, it is possible to reduce the cost in the method for manufacturing a semiconductor device having a capacitive element having a high aperture ratio and capable of increasing the charge capacitance. Costs can be reduced in a method for manufacturing a semiconductor device capable of reducing power consumption.

半導体装置の一形態を説明するブロック図及び回路図である。It is a block diagram and a circuit diagram explaining one form of a semiconductor device. トランジスタの一形態を説明する上面図である。It is a top view explaining one form of a transistor. トランジスタの作製方法の一形態を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining one form of the manufacturing method of a transistor. トランジスタの作製方法の一形態を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining one form of the manufacturing method of a transistor. トランジスタの作製方法の一形態を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining one form of the manufacturing method of a transistor. トランジスタの一形態を説明する上面図である。It is a top view explaining one form of a transistor. トランジスタの作製方法の一形態を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining one form of the manufacturing method of a transistor. トランジスタの作製方法の一形態を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining one form of the manufacturing method of a transistor. トランジスタの一形態を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining one form of a transistor. トランジスタの一形態を説明する上面図である。It is a top view explaining one form of a transistor. トランジスタの一形態を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining one form of a transistor. 電子機器を説明する図である。It is a figure explaining an electronic device. 抵抗率の温度依存性を説明する図。The figure explaining the temperature dependence of resistivity.

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、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及
び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は
、以下に示す実施の形態及び実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。また
、以下に説明する実施の形態及び実施例において、同一部分または同様の機能を有する部
分には、同一の符号または同一のハッチパターンを異なる図面間で共通して用い、その繰
り返しの説明は省略する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it is easily understood by those skilled in the art that the form and details of the present invention can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention is not construed as being limited to the description of the embodiments and examples shown below. Further, in the embodiments and examples described below, the same reference numerals or the same hatch patterns are commonly used between different drawings for the same parts or parts having the same functions, and the repeated description thereof is omitted. do.

なお、本明細書で説明する各図において、各構成の大きさ、膜の厚さ、または領域は、
明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されな
い。
In addition, in each figure described in this specification, the size of each composition, the thickness of a film, or a region is defined as a region.
May be exaggerated for clarity. Therefore, it is not necessarily limited to that scale.

また、本明細書にて用いる第1、第2、第3などの用語は、構成要素の混同を避けるた
めに付したものであり、数的に限定するものではない。そのため、例えば、「第1の」を
「第2の」または「第3の」などと適宜置き換えて説明することができる。
In addition, terms such as first, second, and third used in the present specification are added to avoid confusion of components, and are not limited in number. Therefore, for example, the "first" can be appropriately replaced with the "second" or "third" for explanation.

また、「ソース」や「ドレイン」の機能は、回路動作において電流の方向が変化する場
合などには入れ替わることがある。このため、本明細書においては、「ソース」や「ドレ
イン」の用語は、入れ替えて用いることができるものとする。
Further, the functions of "source" and "drain" may be replaced when the direction of the current changes in the circuit operation. Therefore, in the present specification, the terms "source" and "drain" may be used interchangeably.

また、電圧とは2点間における電位差のことをいい、電位とはある一点における静電場
の中にある単位電荷が持つ静電エネルギー(電気的な位置エネルギー)のことをいう。た
だし、一般的に、ある一点における電位と基準となる電位(例えば接地電位)との電位差
のことを、単に電位もしくは電圧と呼び、電位と電圧が同義語として用いられることが多
い。このため、本明細書では特に指定する場合を除き、電位を電圧と読み替えてもよいし
、電圧を電位と読み替えてもよいこととする。
The voltage refers to the potential difference between two points, and the potential refers to the electrostatic energy (electrical potential energy) of a unit charge in an electrostatic field at a certain point. However, in general, the potential difference between a potential at a certain point and a reference potential (for example, a ground potential) is simply called a potential or a voltage, and the potential and the voltage are often used as synonyms. Therefore, unless otherwise specified in the present specification, the potential may be read as a voltage, or the voltage may be read as a potential.

本明細書において、フォトリソグラフィ工程を行った後にエッチング工程を行う場合は
、フォトリソグラフィ工程で形成したマスクは除去するものとする。
In the present specification, when the etching step is performed after the photolithography step, the mask formed in the photolithography step shall be removed.

(実施の形態1)
本実施の形態では、開口率が高く、且つ電荷容量を増大させることが可能な容量素子を
有する半導体装置において、コストを削減することが可能な作製方法を提供することを課
題の一とする。または、本発明の一態様は、消費電力を低減する可能な半導体装置におい
て、コストを削減することが可能な作製方法を提供することを課題の一とする。
(Embodiment 1)
In the present embodiment, one of the problems is to provide a manufacturing method capable of reducing the cost in a semiconductor device having a capacitive element having a high aperture ratio and capable of increasing the charge capacitance. Alternatively, one aspect of the present invention is to provide a manufacturing method capable of reducing costs in a semiconductor device capable of reducing power consumption.

なお、金属酸化物において、半導体特性を有する金属酸化物である酸化物半導体を用い
たトランジスタにおいて、トランジスタの電気特性の不良に繋がる欠陥の一例として酸素
欠損がある。例えば、膜中に酸素欠損が含まれている酸化物半導体膜を用いたトランジス
タは、しきい値電圧がマイナス方向に変動しやすく、ノーマリーオン特性となりやすい。
これは、酸化物半導体膜に含まれる酸素欠損に起因して電荷が生じ、低抵抗化するためで
ある。トランジスタがノーマリーオン特性を有すると、動作時に動作不良が発生しやすく
なる、または非動作時の消費電力が高くなるなどの、様々な問題が生じる。また、経時変
化やストレス試験により、トランジスタの電気特性、代表的にはしきい値電圧の変動量が
増大するという問題がある。
In the metal oxide, in a transistor using an oxide semiconductor which is a metal oxide having semiconductor characteristics, oxygen deficiency is an example of a defect leading to a defect in the electrical characteristics of the transistor. For example, a transistor using an oxide semiconductor film containing oxygen deficiency in the film tends to have a threshold voltage fluctuating in the negative direction and tends to have a normally-on characteristic.
This is because electric charges are generated due to oxygen deficiency contained in the oxide semiconductor film, and the resistance is lowered. When a transistor has a normally-on characteristic, various problems occur, such as a tendency for malfunction to occur during operation or an increase in power consumption during non-operation. Further, there is a problem that the fluctuation amount of the electric characteristics of the transistor, typically the threshold voltage, increases due to the change with time and the stress test.

また、酸素欠損に限らず、絶縁膜の構成元素であるシリコンや炭素等の不純物も、トラ
ンジスタの電気特性の不良の原因となる。このため、該不純物が、酸化物半導体膜に混入
することにより、当該酸化物半導体膜が低抵抗化してしまい、経時変化やストレス試験に
より、トランジスタの電気特性、代表的にはしきい値電圧の変動量が増大するという問題
がある。
In addition to oxygen deficiency, impurities such as silicon and carbon, which are constituent elements of the insulating film, also cause defects in the electrical characteristics of the transistor. Therefore, when the impurities are mixed in the oxide semiconductor film, the resistance of the oxide semiconductor film is lowered, and the electrical characteristics of the transistor, typically the threshold voltage, are measured by a change over time or a stress test. There is a problem that the amount of fluctuation increases.

そこで、本実施の形態では、発明が解決しようとする課題の他に、酸化物半導体膜を有
するトランジスタを備える半導体装置において、チャネル領域である酸化物半導体膜への
酸素欠損、及び酸化物半導体膜の不純物濃度を低減することを課題の一とする。
Therefore, in the present embodiment, in addition to the problem to be solved by the invention, in a semiconductor device including a transistor having an oxide semiconductor film, oxygen deficiency in the oxide semiconductor film in the channel region and the oxide semiconductor film One of the issues is to reduce the concentration of impurities in the semiconductor.

本実施の形態では、上記課題の一を解決する方法として、半導体装置の作製方法につい
て図面を参照して説明する。本実施の形態では、多階調フォトマスクを用いた工程により
、チャネル領域を有する金属酸化物膜と、チャネル保護膜とを形成することを特徴とする
In the present embodiment, as a method for solving one of the above problems, a method for manufacturing a semiconductor device will be described with reference to the drawings. The present embodiment is characterized in that a metal oxide film having a channel region and a channel protection film are formed by a process using a multi-gradation photomask.

図1(A)に、半導体装置の一例を示す。図1(A)に示す半導体装置は、画素部11
と、走査線駆動回路14と、信号線駆動回路16と、各々が平行または略平行に配設され
、且つ走査線駆動回路14によって電位が制御されるm本の走査線17と、各々が平行ま
たは略平行に配設され、且つ信号線駆動回路16によって電位が制御されるn本の信号線
19と、を有する。さらに、画素部11はマトリクス状に配設された複数の画素13を有
する。また、信号線19に沿って、各々が平行または略平行に配設された容量線15を有
する。なお、容量線15は、走査線17に沿って、各々が平行または略平行に配設されて
いてもよい。また、走査線駆動回路14及び信号線駆動回路16をまとめて駆動回路部と
いう場合がある。
FIG. 1A shows an example of a semiconductor device. The semiconductor device shown in FIG. 1 (A) has a pixel unit 11
, The scanning line driving circuit 14, the signal line driving circuit 16, and m scanning lines 17 each of which is arranged in parallel or substantially parallel to each other and whose potential is controlled by the scanning line driving circuit 14, are parallel to each other. Alternatively, it has n signal lines 19 which are arranged substantially in parallel and whose potential is controlled by the signal line drive circuit 16. Further, the pixel unit 11 has a plurality of pixels 13 arranged in a matrix. Further, along the signal line 19, each has a capacitance line 15 arranged in parallel or substantially parallel to each other. The capacitance lines 15 may be arranged in parallel or substantially parallel to each other along the scanning lines 17. Further, the scanning line drive circuit 14 and the signal line drive circuit 16 may be collectively referred to as a drive circuit unit.

各走査線17は、画素部11においてm行n列に配設された画素13のうち、いずれか
の行に配設されたn個の画素13と電気的に接続される。また、各信号線19は、m行n
列に配設された画素13のうち、いずれかの列に配設されたm個の画素13に電気的と接
続される。m、nは、ともに1以上の整数である。また、各容量線15は、m行n列に配
設された画素13のうち、いずれかの行に配設されたn個の画素13と電気的に接続され
る。なお、容量線15が、信号線19に沿って、各々が平行または略平行に配設されてい
る場合は、m行n列に配設された画素13のうち、いずれかの列に配設されたm個の画素
13に電気的と接続される。
Each scanning line 17 is electrically connected to n pixels 13 arranged in any of the pixels 13 arranged in m rows and n columns in the pixel unit 11. Further, each signal line 19 is m line n.
Of the pixels 13 arranged in a row, m pixels 13 arranged in any row are electrically connected. Both m and n are integers of 1 or more. Further, each capacitance line 15 is electrically connected to n pixels 13 arranged in any of the pixels 13 arranged in m rows and n columns. When the capacitance lines 15 are arranged in parallel or substantially parallel along the signal line 19, they are arranged in any of the pixels 13 arranged in m rows and n columns. It is electrically connected to the m pixels 13 formed.

図1(B)、(C)は、図1(A)に示す表示装置の画素13に用いることができる回
路構成の一例を示している。
1 (B) and 1 (C) show an example of a circuit configuration that can be used for the pixel 13 of the display device shown in FIG. 1 (A).

図1(B)に示す画素13は、液晶素子21と、トランジスタ22と、容量素子25と
、を有する。
The pixel 13 shown in FIG. 1B includes a liquid crystal element 21, a transistor 22, and a capacitance element 25.

液晶素子21の一対の電極の一方の電位は、画素13の仕様に応じて適宜設定される。
液晶素子21は、書き込まれるデータにより配向状態が設定される。また、複数の画素1
3のそれぞれが有する液晶素子21の一対の電極の一方に共通の電位(コモン電位)を与
えてもよい。また、各行の画素13毎の液晶素子21の一対の電極の一方に異なる電位を
与えてもよい。
The potential of one of the pair of electrodes of the liquid crystal element 21 is appropriately set according to the specifications of the pixel 13.
The orientation state of the liquid crystal element 21 is set according to the written data. Also, a plurality of pixels 1
A common potential (common potential) may be given to one of the pair of electrodes of the liquid crystal element 21 possessed by each of the three. Further, different potentials may be applied to one of the pair of electrodes of the liquid crystal element 21 for each pixel 13 in each row.

なお、液晶素子21は、液晶の光学的変調作用によって光の透過または非透過を制御す
る素子である。なお、液晶の光学的変調作用は、液晶にかかる電界(横方向の電界、縦方
向の電界又は斜め方向の電界を含む)によって制御される。なお、液晶素子21としては
、ネマチック液晶、コレステリック液晶、スメクチック液晶、サーモトロピック液晶、ラ
イオトロピック液晶、強誘電液晶、反強誘電液晶等が挙げられる。
The liquid crystal element 21 is an element that controls the transmission or non-transmission of light by the optical modulation action of the liquid crystal. The optical modulation action of the liquid crystal is controlled by an electric field (including a horizontal electric field, a vertical electric field, or an oblique electric field) applied to the liquid crystal. Examples of the liquid crystal element 21 include a nematic liquid crystal, a cholesteric liquid crystal, a smectic liquid crystal, a thermotropic liquid crystal, a liotropic liquid crystal, a ferroelectric liquid crystal, and an antiferroelectric liquid crystal.

液晶素子21を有する表示装置の駆動方法としては、例えば、TNモード、VAモード
、ASM(Axially Symmetric Aligned Micro−cel
l)モード、OCB(Optically Compensated Birefrin
gence)モード、MVAモード、PVA(Patterned Vertical
Alignment)モード、IPSモード、FFSモード、またはTBA(Trans
verse Bend Alignment)モードなどを用いてもよい。ただし、これ
に限定されず、液晶素子及びその駆動方式として様々なものを用いることができる。
Examples of the driving method of the display device having the liquid crystal element 21 include a TN mode, a VA mode, and an ASM (Axially Symmetrically Defined Micro-cel).
l) Mode, OCB (Optically Compensated Birefrin)
gene) mode, MVA mode, PVA (Patterned Vertical)
Element) mode, IPS mode, FFS mode, or TBA (Trans)
Verse Bend Alignment) mode and the like may be used. However, the present invention is not limited to this, and various liquid crystal elements and various driving methods thereof can be used.

また、ブルー相(Blue Phase)を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物
により液晶素子を構成してもよい。ブルー相を示す液晶は、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、且つ視野角依存性が小さい。
Further, the liquid crystal element may be composed of a liquid crystal composition containing a liquid crystal exhibiting a blue phase and a chiral agent. The liquid crystal showing the blue phase has a short response speed of 1 msec or less and is optically isotropic, so that no orientation treatment is required and the viewing angle dependence is small.

図1(B)に示す画素13の構成において、トランジスタ22のソース電極及びドレイ
ン電極の一方は、信号線19に電気的に接続され、他方は液晶素子21の一対の電極の他
方に電気的に接続される。また、トランジスタ22のゲート電極は、走査線17に電気的
に接続される。トランジスタ22は、オン状態またはオフ状態になることにより、データ
信号のデータの書き込みを制御する機能を有する。なお、トランジスタ22は、実施の形
態1乃至実施の形態7のいずれかに示すトランジスタを用いることができる。
In the configuration of the pixel 13 shown in FIG. 1B, one of the source electrode and the drain electrode of the transistor 22 is electrically connected to the signal line 19, and the other is electrically connected to the other of the pair of electrodes of the liquid crystal element 21. Be connected. Further, the gate electrode of the transistor 22 is electrically connected to the scanning line 17. The transistor 22 has a function of controlling data writing of a data signal by being turned on or off. As the transistor 22, the transistor shown in any one of the first to seventh embodiments can be used.

図1(B)に示す画素13の構成において、容量素子25の一対の電極の一方は、電位
が供給される容量線15に電気的に接続され、他方は、液晶素子21の一対の電極の他方
に電気的に接続される。なお、容量線15の電位の値は、画素13の仕様に応じて適宜設
定される。容量素子25は、書き込まれたデータを保持する保持容量としての機能を有す
る。
In the configuration of the pixel 13 shown in FIG. 1B, one of the pair of electrodes of the capacitance element 25 is electrically connected to the capacitance line 15 to which the potential is supplied, and the other is the pair of electrodes of the liquid crystal element 21. It is electrically connected to the other. The potential value of the capacitance line 15 is appropriately set according to the specifications of the pixel 13. The capacitance element 25 has a function as a holding capacitance for holding the written data.

例えば、図1(B)の画素13を有する表示装置では、走査線駆動回路14により各行
の画素13を順次選択し、トランジスタ22をオン状態にしてデータ信号のデータを書き
込む。
For example, in the display device having the pixel 13 of FIG. 1 (B), the pixel 13 of each line is sequentially selected by the scanning line drive circuit 14, the transistor 22 is turned on, and the data of the data signal is written.

データが書き込まれた画素13は、トランジスタ22がオフ状態になることで保持状態
になる。これを行毎に順次行うことにより、画像を表示できる。
The pixel 13 to which the data is written is put into a holding state when the transistor 22 is turned off. By doing this sequentially line by line, the image can be displayed.

また、図1(C)に示す画素13は、表示素子のスイッチングを行うトランジスタ33
と、画素の駆動を制御するトランジスタ22と、トランジスタ35と、容量素子25と、
発光素子31と、を有する。
Further, the pixel 13 shown in FIG. 1C is a transistor 33 that switches the display element.
, The transistor 22 that controls the drive of the pixel, the transistor 35, the capacitance element 25, and the like.
It has a light emitting element 31 and.

発光素子31の一例としては、陽極と、陰極と、陽極と陰極との間に挟まれたEL層と
、を有する素子などがある。EL層の一例としては、1重項励起子からの発光(蛍光)が
可能な材料を有する層、3重項励起子からの発光(燐光)が可能な材料を有する層、1重
項励起子からの発光(蛍光)が可能な材料及び3重項励起子からの発光(燐光)が可能な
材料を有する層などがある。
As an example of the light emitting element 31, there is an element having an anode, a cathode, and an EL layer sandwiched between the anode and the cathode. As an example of the EL layer, a layer having a material capable of emitting light (fluorescence) from a singlet exciter, a layer having a material capable of emitting light (phosphorescence) from a triplet exciter, and a singlet exciter. There are layers having a material capable of emitting light from (fluorescence) and a material capable of emitting light (phosphorescence) from a triplet excitator.

トランジスタ33のソース電極及びドレイン電極の一方は、データ信号が与えられる信
号線19に電気的に接続される。さらに、トランジスタ22のゲート電極は、ゲート信号
が与えられる走査線17に電気的に接続される。
One of the source electrode and the drain electrode of the transistor 33 is electrically connected to the signal line 19 to which the data signal is given. Further, the gate electrode of the transistor 22 is electrically connected to the scanning line 17 to which the gate signal is given.

トランジスタ33は、オン状態またはオフ状態になることにより、データ信号のデータ
の書き込みを制御する機能を有する。
The transistor 33 has a function of controlling data writing of a data signal by being turned on or off.

トランジスタ22のソース電極及びドレイン電極の一方は、アノード線として機能する
配線37と電気的に接続され、トランジスタ22のソース電極及びドレイン電極の他方は
、発光素子31の一方の電極に電気的に接続される。さらに、トランジスタ22のゲート
電極は、トランジスタ33のソース電極及びドレイン電極の他方、及び容量素子25の一
方の電極に電気的に接続される。
One of the source electrode and the drain electrode of the transistor 22 is electrically connected to the wiring 37 functioning as an anode line, and the other of the source electrode and the drain electrode of the transistor 22 is electrically connected to one electrode of the light emitting element 31. Will be done. Further, the gate electrode of the transistor 22 is electrically connected to the other of the source electrode and the drain electrode of the transistor 33 and one electrode of the capacitive element 25.

トランジスタ22は、オン状態またはオフ状態になることにより、発光素子31に流れ
る電流を制御する機能を有する。
The transistor 22 has a function of controlling the current flowing through the light emitting element 31 when it is turned on or off.

トランジスタ35のソース電極及びドレイン電極の一方はデータの基準電位が与えられ
る配線39と接続され、トランジスタ35のソース電極及びドレイン電極の他方は、発光
素子31の一方の電極、及び容量素子25の他方の電極に電気的に接続される。さらに、
トランジスタ35のゲート電極は、ゲート信号が与えられる走査線17に電気的に接続さ
れる。
One of the source electrode and the drain electrode of the transistor 35 is connected to the wiring 39 to which the reference potential of the data is given, and the other of the source electrode and the drain electrode of the transistor 35 is one electrode of the light emitting element 31 and the other of the capacitance element 25. It is electrically connected to the electrodes of. Moreover,
The gate electrode of the transistor 35 is electrically connected to the scanning line 17 to which the gate signal is given.

トランジスタ35は、発光素子31に流れる電流を調整する機能を有する。例えば、発
光素子31が劣化等により、発光素子31の内部抵抗が上昇した場合、トランジスタ35
のソース電極及びドレイン電極の一方が接続された配線39に流れる電流をモニタリング
することで、発光素子31に流れる電流を補正することができる。配線39に与えられる
電位としては、例えば、0Vとすることができる。
The transistor 35 has a function of adjusting the current flowing through the light emitting element 31. For example, when the internal resistance of the light emitting element 31 increases due to deterioration of the light emitting element 31 or the like, the transistor 35
By monitoring the current flowing through the wiring 39 to which one of the source electrode and the drain electrode is connected, the current flowing through the light emitting element 31 can be corrected. The potential given to the wiring 39 can be, for example, 0V.

容量素子25の一対の電極の一方は、トランジスタ33のソース電極及びドレイン電極
の他方、及びトランジスタ22のゲート電極と電気的に接続され、容量素子25の一対の
電極の他方は、トランジスタ35のソース電極及びドレイン電極の他方、及び発光素子3
1の一方の電極に電気的に接続される。
One of the pair of electrodes of the capacitive element 25 is electrically connected to the other of the source electrode and the drain electrode of the transistor 33 and the gate electrode of the transistor 22, and the other of the pair of electrodes of the capacitive element 25 is the source of the transistor 35. The other of the electrode and the drain electrode, and the light emitting element 3
It is electrically connected to one of the electrodes of 1.

図1(C)に示す画素13の構成において、容量素子25は、書き込まれたデータを保
持する保持容量としての機能を有する。
In the configuration of the pixel 13 shown in FIG. 1C, the capacitance element 25 has a function as a holding capacitance for holding the written data.

発光素子31の一対の電極の一方は、トランジスタ35のソース電極及びドレイン電極
の他方、容量素子25の他方、及びトランジスタ22のソース電極及びドレイン電極の他
方と電気的に接続される。また、発光素子31の一対の電極の他方は、カソードとして機
能する配線41に電気的に接続される。
One of the pair of electrodes of the light emitting element 31 is electrically connected to the other of the source electrode and the drain electrode of the transistor 35, the other of the capacitive element 25, and the other of the source electrode and the drain electrode of the transistor 22. Further, the other of the pair of electrodes of the light emitting element 31 is electrically connected to the wiring 41 that functions as a cathode.

発光素子31としては、例えば有機エレクトロルミネセンス素子(有機EL素子ともい
う)などを用いることができる。ただし、発光素子31としては、これに限定されず、無
機材料からなる無機EL素子を用いても良い。
As the light emitting element 31, for example, an organic electroluminescence element (also referred to as an organic EL element) or the like can be used. However, the light emitting element 31 is not limited to this, and an inorganic EL element made of an inorganic material may be used.

なお、配線37及び配線41の一方には、高電源電位VDDが与えられ、他方には、低
電源電位VSSが与えられる。図1(C)に示す構成においては、配線37に高電源電位
VDDを、配線41に低電源電位VSSを、それぞれ与える構成としている。
A high power potential VDD is given to one of the wiring 37 and the wiring 41, and a low power potential VSS is given to the other. In the configuration shown in FIG. 1C, the wiring 37 is provided with the high power potential VDD and the wiring 41 is provided with the low power potential VSS.

図1(C)の画素13を有する表示装置では、走査線駆動回路14により各行の画素1
3を順次選択し、トランジスタ22をオン状態にしてデータ信号のデータを書き込む。
In the display device having the pixel 13 of FIG. 1C, the pixel 1 of each row is provided by the scanning line drive circuit 14.
3 is sequentially selected, the transistor 22 is turned on, and the data of the data signal is written.

データが書き込まれた画素13は、トランジスタ22がオフ状態になることで保持状態
になる。さらに、トランジスタ22は、容量素子25と接続しているため、書き込まれた
データを長時間保持することが可能となる。また、トランジスタ33により、ソース電極
とドレイン電極の間に流れる電流量が制御され、発光素子31は、流れる電流量に応じた
輝度で発光する。これを行毎に順次行うことにより、画像を表示できる。
The pixel 13 to which the data is written is put into a holding state when the transistor 22 is turned off. Further, since the transistor 22 is connected to the capacitive element 25, the written data can be held for a long time. Further, the transistor 33 controls the amount of current flowing between the source electrode and the drain electrode, and the light emitting element 31 emits light with brightness corresponding to the amount of flowing current. By doing this sequentially line by line, the image can be displayed.

なお、本明細書等において、表示素子、表示素子を有する装置である表示装置、発光素
子、及び発光素子を有する装置である発光装置は、様々な形態を用いること、または様々
な素子を有することができる。表示素子、表示装置、発光素子または発光装置の一例とし
ては、EL(エレクトロルミネッセンス)素子(有機物及び無機物を含むEL素子、有機
EL素子、無機EL素子)、トランジスタ(電流に応じて発光するトランジスタ)、電子
放出素子、液晶素子、電子インク、電気泳動素子、デジタルマイクロミラーデバイス(D
MD)、DMS(デジタル・マイクロ・シャッター)、など、電気磁気的作用により、コ
ントラスト、輝度、反射率、透過率などが変化する表示媒体を有するものがある。EL素
子を用いた表示装置の一例としては、ELディスプレイなどがある。電子放出素子を用い
た表示装置の一例としては、フィールドエミッションディスプレイ(FED)またはSE
D方式平面型ディスプレイ(SED:Surface−conduction Elec
tron−emitter Display)などがある。液晶素子を用いた表示装置の
一例としては、液晶ディスプレイ(透過型液晶ディスプレイ、半透過型液晶ディスプレイ
、反射型液晶ディスプレイ、直視型液晶ディスプレイ、投射型液晶ディスプレイ)などが
ある。電子インクまたは電気泳動素子を用いた表示装置の一例としては、電子ペーパなど
がある。
In the present specification and the like, the display element, the display device which is a device having a display element, the light emitting element, and the light emitting device which is a device having a light emitting element use various forms or have various elements. Can be done. As an example of a display element, display device, light emitting element or light emitting device, an EL (electroluminescence) element (EL element containing organic and inorganic substances, an organic EL element, an inorganic EL element), a transistor (a transistor that emits light according to an electric current) , Electron emitting element, liquid crystal element, electronic ink, electrophoresis element, digital micromirror device (D
Some have a display medium such as MD) and DMS (digital micro shutter) whose contrast, brightness, reflectance, transmittance and the like are changed by an electromagnetic action. An example of a display device using an EL element is an EL display or the like. An example of a display device using an electron emitting element is a field emission display (FED) or SE.
D method flat display (SED: Surface-conduction Elec)
Tron-emitter Display) and the like. An example of a display device using a liquid crystal element is a liquid crystal display (transmissive liquid crystal display, semi-transmissive liquid crystal display, reflective liquid crystal display, direct-view liquid crystal display, projection liquid crystal display). An example of a display device using electronic ink or an electrophoresis element is electronic paper.

次いで、画素13に液晶素子を用いた液晶表示装置の素子基板の具体的な例について説
明する。ここでは、図1(B)に示す画素13の上面図を図2に示す。
Next, a specific example of the element substrate of the liquid crystal display device using the liquid crystal element for the pixel 13 will be described. Here, FIG. 2 shows a top view of the pixel 13 shown in FIG. 1 (B).

図2において、走査線として機能する導電膜103は、信号線に略直交する方向(図中
左右方向)に延伸して設けられている。信号線として機能する導電膜117aは、走査線
に略直交する方向(図中上下方向)に延伸して設けられている。容量線として機能する導
電膜117cは、信号線と平行方向に延伸して設けられている。なお、走査線として機能
する導電膜103は、走査線駆動回路14(図1(A)を参照。)と電気的に接続されて
おり、信号線として機能する導電膜117a及び容量線として機能する導電膜117cは
、信号線駆動回路16(図1(A)を参照。)に電気的に接続されている。
In FIG. 2, the conductive film 103 that functions as a scanning line is provided so as to extend in a direction substantially orthogonal to the signal line (left-right direction in the figure). The conductive film 117a that functions as a signal line is provided so as to extend in a direction substantially orthogonal to the scanning line (vertical direction in the drawing). The conductive film 117c that functions as a capacitance line is provided so as to extend in a direction parallel to the signal line. The conductive film 103 that functions as a scanning line is electrically connected to the scanning line driving circuit 14 (see FIG. 1A), and functions as a conductive film 117a that functions as a signal line and a capacitance line. The conductive film 117c is electrically connected to the signal line drive circuit 16 (see FIG. 1A).

トランジスタ22は、走査線及び信号線が交差する領域に設けられている。トランジス
タ22は、ゲート電極として機能する導電膜103、ゲート絶縁膜(図2に図示せず。)
、ゲート絶縁膜上に形成されたチャネル領域が形成される金属酸化物膜109a、ソース
電極及びドレイン電極として機能する導電膜117a、117bにより構成される。なお
、導電膜103は、走査線としても機能し、金属酸化物膜109aと重畳する領域がトラ
ンジスタ22のゲート電極として機能する。また、導電膜117aは、信号線としても機
能し、金属酸化物膜109aと重畳する領域がトランジスタ22のソース電極またはドレ
イン電極として機能する。また、図2において、走査線は、上面形状において端部が金属
酸化物膜109aの端部より外側に位置する。このため、走査線はバックライトなどの光
源からの光を遮る遮光膜として機能する。この結果、トランジスタに含まれる金属酸化物
膜109aに光が照射されず、トランジスタの電気特性の変動を抑制することができる。
また、金属酸化物膜109aは半導体特性を有する金属酸化物を用いて形成されているた
め、金属酸化物膜109aにチャネル領域が形成される。
The transistor 22 is provided in a region where the scanning line and the signal line intersect. The transistor 22 is a conductive film 103 that functions as a gate electrode and a gate insulating film (not shown in FIG. 2).
It is composed of a metal oxide film 109a on which a channel region formed on a gate insulating film is formed, and conductive films 117a and 117b that function as source electrodes and drain electrodes. The conductive film 103 also functions as a scanning line, and the region overlapping with the metal oxide film 109a functions as a gate electrode of the transistor 22. The conductive film 117a also functions as a signal line, and the region overlapping with the metal oxide film 109a functions as a source electrode or a drain electrode of the transistor 22. Further, in FIG. 2, the end portion of the scanning line is located outside the end portion of the metal oxide film 109a in the upper surface shape. Therefore, the scanning line functions as a light-shielding film that blocks light from a light source such as a backlight. As a result, the metal oxide film 109a contained in the transistor is not irradiated with light, and fluctuations in the electrical characteristics of the transistor can be suppressed.
Further, since the metal oxide film 109a is formed by using a metal oxide having semiconductor characteristics, a channel region is formed on the metal oxide film 109a.

また、導電膜117bは、画素電極として機能する透光性を有する導電膜119と電気
的に接続されている。
Further, the conductive film 117b is electrically connected to a translucent conductive film 119 that functions as a pixel electrode.

容量素子25は、ゲート絶縁膜上に形成される金属酸化物膜109cと、画素電極とし
て機能する透光性を有する導電膜119と、トランジスタ22上に設けられる窒化物絶縁
膜で形成される誘電体膜とで構成されている。金属酸化物膜109cは透光性を有するた
め、容量素子25は透光性を有する。また、容量素子25一対の電極の一方として機能す
る金属酸化物膜109cが、開口部115cにおいて容量線として機能する導電膜117
cと接続されている。
The capacitive element 25 is a dielectric formed of a metal oxide film 109c formed on a gate insulating film, a translucent conductive film 119 that functions as a pixel electrode, and a nitride insulating film provided on the transistor 22. It is composed of a body membrane. Since the metal oxide film 109c has translucency, the capacitive element 25 has translucency. Further, the metal oxide film 109c that functions as one of the pair of electrodes of the capacitance element 25 functions as a capacitance line in the opening 115c, and the conductive film 117 that functions as a capacitance line.
It is connected to c.

このように容量素子25は透光性を有するため、画素13内に容量素子25を大きく(
大面積に)形成することができる。従って、開口率を高めつつ、50%以上、好ましくは
55%以上、好ましくは60%以上とすることが可能であると共に、電荷容量を増大させ
た半導体装置を得ることができる。例えば、解像度の高い半導体装置、例えば液晶表示装
置においては、画素の面積が小さくなり、容量素子の面積も小さくなる。このため、解像
度の高い半導体装置において、容量素子に蓄積される電荷容量が小さくなる。しかしなが
ら、本実施の形態に示す容量素子25は透光性を有するため、当該容量素子を画素に設け
ることで、各画素において十分な電荷容量を得つつ、開口率を高めることができる。代表
的には、画素密度が200ppi以上、さらには300ppi以上、さらには500pp
i以上である高解像度の半導体装置に好適に用いることができる。
Since the capacitive element 25 has translucency in this way, the capacitive element 25 is enlarged in the pixel 13 (
It can be formed (in a large area). Therefore, it is possible to obtain a semiconductor device having an aperture ratio of 50% or more, preferably 55% or more, preferably 60% or more, and an increased charge capacity. For example, in a high-resolution semiconductor device, for example, a liquid crystal display device, the area of pixels is small and the area of capacitive elements is also small. Therefore, in a semiconductor device having a high resolution, the charge capacitance accumulated in the capacitive element becomes small. However, since the capacitive element 25 shown in the present embodiment has translucency, by providing the capacitive element in the pixel, it is possible to increase the aperture ratio while obtaining a sufficient charge capacity in each pixel. Typically, the pixel density is 200 ppi or more, further 300 ppi or more, and further 500 pp.
It can be suitably used for high-resolution semiconductor devices having i or higher.

また、図2に示す画素13は、走査線として機能する導電膜103と平行な辺と比較し
て、信号線として機能する導電膜117aと平行な辺の方が短い形状であり、且つ容量線
として機能する導電膜117cが、信号線として機能する導電膜117aと平行な方向に
延伸して設けられている。この結果、画素13に占める導電膜117cの面積を低減する
ことが可能であるため、開口率を高めることができる。
Further, the pixel 13 shown in FIG. 2 has a shape in which the side parallel to the conductive film 117a functioning as a signal line is shorter than the side parallel to the conductive film 103 functioning as a scanning line, and is a capacitance line. The conductive film 117c that functions as a signal line is stretched in a direction parallel to the conductive film 117a that functions as a signal line. As a result, the area of the conductive film 117c occupying the pixel 13 can be reduced, so that the aperture ratio can be increased.

また、本発明の一態様は、高解像度の表示装置においても、開口率を高めることができ
るため、バックライトなどの光源の光を効率よく利用することができ、表示装置の消費電
力を低減することができる。
Further, in one aspect of the present invention, since the aperture ratio can be increased even in a high-resolution display device, the light of a light source such as a backlight can be efficiently used, and the power consumption of the display device can be reduced. be able to.

次に、図2に示す一点破線A−Bの断面図、一点破線C−Dの断面図を用いて、表示装
置の素子基板の作製方法について、説明する。
Next, a method of manufacturing the element substrate of the display device will be described with reference to the cross-sectional view of the alternate long and short dash line AB shown in FIG. 2 and the sectional view of the alternate long and short dash line CD.

図3(A)に示すように、基板101上に導電膜102を形成する。次に、第1のフォ
トマスクを用いたフォトリソグラフィ工程により、導電膜102上にマスク131を形成
する。
As shown in FIG. 3A, the conductive film 102 is formed on the substrate 101. Next, the mask 131 is formed on the conductive film 102 by a photolithography step using the first photomask.

基板101の材質など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必要がある。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サ
ファイア基板等を、基板101として用いてもよい。また、シリコンや炭化シリコンなど
を用いて形成される単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウム等の化
合物半導体基板、SOI基板等を適用することも可能であり、これらの基板上に半導体素
子が設けられたものを、基板101として用いてもよい。なお、基板101として、ガラ
ス基板を用いる場合、第6世代(1500mm×1850mm)、第7世代(1870m
m×2200mm)、第8世代(2200mm×2400mm)、第9世代(2400m
m×2800mm)、第10世代(2950mm×3400mm)等の大面積基板を用い
ることで、大型の表示装置を作製することができる。
There are no major restrictions on the material of the substrate 101, but at least it must have heat resistance sufficient to withstand the subsequent heat treatment. For example, a glass substrate, a ceramic substrate, a quartz substrate, a sapphire substrate, or the like may be used as the substrate 101. It is also possible to apply a single crystal semiconductor substrate, a polycrystalline semiconductor substrate, a compound semiconductor substrate such as silicon germanium, an SOI substrate, etc., which are formed by using silicon, silicon carbide, or the like, and a semiconductor element is applied on these substrates. May be used as the substrate 101. When a glass substrate is used as the substrate 101, the 6th generation (1500 mm × 1850 mm) and the 7th generation (1870 m)
m x 2200 mm), 8th generation (2200 mm x 2400 mm), 9th generation (2400 m)
By using a large area substrate such as m × 2800 mm) or 10th generation (2950 mm × 3400 mm), a large display device can be manufactured.

また、基板101として、可撓性基板を用い、可撓性基板上に直接、導電膜102を形
成してもよい。または、基板101と導電膜102の間に剥離層を設け、剥離層上にトラ
ンジスタを有する素子部を作製した後、剥離層において基板101から素子部を剥離し、
別の基板に転載してもよい。この結果、耐熱性の低い基板や可撓性を有する基板上に素子
部を設けることができる。
Further, a flexible substrate may be used as the substrate 101, and the conductive film 102 may be formed directly on the flexible substrate. Alternatively, a release layer is provided between the substrate 101 and the conductive film 102, an element portion having a transistor is formed on the release layer, and then the element portion is peeled from the substrate 101 in the release layer.
It may be reprinted on another substrate. As a result, the element portion can be provided on a substrate having low heat resistance or a substrate having flexibility.

導電膜102は、のちにゲート電極として機能する導電膜103となる。このため、導
電膜102は、ゲート電極として用いることが可能な導電材料を適宜用いる。導電膜10
2は、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、タングステンから選
ばれた金属元素、または上述した金属元素を成分とする合金か、上述した金属元素を組み
合わせた合金等を用いて形成することができる。また、マンガン、ジルコニウムのいずれ
か一または複数から選択された金属元素を用いてもよい。また、導電膜102は、単層構
造でも、二層以上の積層構造としてもよい。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単
層構造、チタン膜上にアルミニウム膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にチタン膜を
積層する二層構造、窒化チタン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、窒化タンタル
膜または窒化タングステン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、チタン膜上に銅膜
を積層する二層構造、チタン膜と、そのチタン膜上にアルミニウム膜を積層し、さらにそ
の上にチタン膜を形成する三層構造等がある。また、アルミニウムに、チタン、タンタル
、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた元素の膜、
または複数組み合わせた合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。
The conductive film 102 later becomes a conductive film 103 that functions as a gate electrode. Therefore, as the conductive film 102, a conductive material that can be used as a gate electrode is appropriately used. Conductive film 10
No. 2 is formed by using a metal element selected from aluminum, chromium, copper, tantalum, titanium, molybdenum, and tungsten, an alloy containing the above-mentioned metal element as a component, an alloy combining the above-mentioned metal elements, and the like. Can be done. Further, a metal element selected from any one or more of manganese and zirconium may be used. Further, the conductive film 102 may have a single-layer structure or a laminated structure having two or more layers. For example, a single-layer structure of an aluminum film containing silicon, a two-layer structure in which an aluminum film is laminated on a titanium film, a two-layer structure in which a titanium film is laminated on a titanium nitride film, and a tungsten film on which a titanium nitride film is laminated. Layer structure, two-layer structure in which a tungsten film is laminated on a tantalum nitride film or a tungsten nitride film, a two-layer structure in which a copper film is laminated on a titanium film, a titanium film and an aluminum film laminated on the titanium film, and further There is a three-layer structure or the like that forms a titanium film on it. Also, on aluminum, a film of elements selected from titanium, tantalum, tungsten, molybdenum, chromium, neodymium, and scandium,
Alternatively, a plurality of combined alloy films or nitride films may be used.

また、導電膜102は、インジウム錫酸化物膜、酸化タングステンを含むインジウム酸
化物膜、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物膜、酸化チタンを含むインジウム
酸化物膜、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物膜、インジウム亜鉛酸化物膜、酸化シリ
コンを添加したインジウム錫酸化物膜等の透光性を有する導電性材料で形成される膜を適
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で形成される膜と、上記金属
元素で形成される膜の積層構造とすることもできる。
The conductive film 102 includes an indium tin oxide film, an indium oxide film containing tungsten oxide, an indium zinc oxide film containing tungsten oxide, an indium oxide film containing titanium oxide, and an indium tin oxide film containing titanium oxide. A film formed of a translucent conductive material such as an indium zinc oxide film or an indium tin oxide film added with silicon oxide can also be applied. Further, a film formed of the translucent conductive material and a film formed of the metal element may be laminated.

ここでは、導電膜102として、厚さ100nmのタングステン膜をスパッタリング法
により形成する。次に、フォトリソグラフィ工程によりマスクを形成する。
Here, as the conductive film 102, a tungsten film having a thickness of 100 nm is formed by a sputtering method. Next, a mask is formed by a photolithography process.

次に、マスク131を用いて導電膜102の一部をエッチングして、ゲート電極として
機能する導電膜103を形成する。ドライエッチング法または/及びウェットエッチング
法を用いて、導電膜102をエッチングすることができる。こののち、マスク131を除
去する(図3(B)を参照。)。
Next, a part of the conductive film 102 is etched with the mask 131 to form the conductive film 103 that functions as a gate electrode. The conductive film 102 can be etched using a dry etching method and / or a wet etching method. After that, the mask 131 is removed (see FIG. 3B).

ここでは、マスクを用いて、導電膜102として形成したタングステン膜をドライエッ
チングして、ゲート電極として機能する導電膜103を形成する。
Here, using a mask, the tungsten film formed as the conductive film 102 is dry-etched to form the conductive film 103 that functions as a gate electrode.

次に、図3(C)に示すように、絶縁膜105、絶縁膜106、金属酸化物膜108、
絶縁膜110を順に形成する。次に、第2のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ工
程により、絶縁膜110上にマスク133、135を形成する。ここでは、第2のフォト
マスクとして、多諧調マスクを用いることを特徴とする。
Next, as shown in FIG. 3C, the insulating film 105, the insulating film 106, and the metal oxide film 108,
The insulating film 110 is formed in order. Next, the masks 133 and 135 are formed on the insulating film 110 by a photolithography step using the second photomask. Here, a multi-tone mask is used as the second photomask.

多階調フォトマスクとは、多段階の光量で露光を行うことが可能なマスクであり、代表
的には、グレートーンマスク、ハーフトーンマスク等がある。グレートーンマスクは、透
光性を有する基板上に、遮光部及び回折格子が形成される。回折格子はスリット、ドット
、メッシュ等の光透過領域の間隔が、露光に用いる光の解像度限界以下の間隔であり、当
該構成により、光の透過率を制御する。ハーフトーンマスクは、透光性を有する基板上に
、遮光部及び半透過部が形成される。半透過部により露光に用いる光の透過率を制御する
The multi-gradation photomask is a mask capable of performing exposure with a multi-step amount of light, and typically includes a gray tone mask, a halftone mask, and the like. In the gray tone mask, a light-shielding portion and a diffraction grating are formed on a transparent substrate. In the diffraction grating, the distance between light transmitting regions such as slits, dots, and meshes is equal to or less than the resolution limit of light used for exposure, and the light transmittance is controlled by the configuration. In the halftone mask, a light-shielding portion and a semi-transmissive portion are formed on a transparent substrate. The transmissivity of the light used for exposure is controlled by the semi-transmissive portion.

多諧調マスクを用いることで、露光領域、半露光領域、及び未露光領域の3段階の光量
で露光を行うことができる。この結果、多階調フォトマスクを用いることで、一度の露光
及び現像工程によって、複数(代表的には二種類)の厚さを有するレジストマスクを形成
することが可能であり、フォトマスクの枚数を削減することができる。ここでは、金属酸
化物膜109a、109b及び絶縁膜111cの形成工程において、多階調フォトマスク
を用いることで、フォトマスクを1枚削減することができる。
By using a multi-tone mask, it is possible to perform exposure in three stages of light intensity, that is, an exposed region, a semi-exposed region, and an unexposed region. As a result, by using a multi-gradation photomask, it is possible to form a resist mask having a plurality of (typically two types) thicknesses by one exposure and development process, and the number of photomasks can be formed. Can be reduced. Here, by using a multi-gradation photomask in the step of forming the metal oxide films 109a and 109b and the insulating film 111c, one photomask can be reduced.

絶縁膜105及び絶縁膜106は、のちに、ゲート絶縁膜となる。また、絶縁膜105
は、基板101及びゲート電極として機能する導電膜103から金属酸化物膜108に不
純物が拡散するのを防ぐため、窒化物絶縁膜を用いて形成することが好ましい。また、絶
縁膜106は、金属酸化物膜108と接する。絶縁膜106及び金属酸化物膜108の界
面準位を低減するため、絶縁膜106は酸化物絶縁膜を用いて形成することが好ましい。
The insulating film 105 and the insulating film 106 later become a gate insulating film. In addition, the insulating film 105
Is preferably formed using a nitride insulating film in order to prevent impurities from diffusing from the substrate 101 and the conductive film 103 functioning as the gate electrode to the metal oxide film 108. Further, the insulating film 106 is in contact with the metal oxide film 108. In order to reduce the interface state of the insulating film 106 and the metal oxide film 108, it is preferable that the insulating film 106 is formed by using an oxide insulating film.

絶縁膜105は、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化アルミニウム、窒化酸化アル
ミニウムなどを用いて形成すればよく、積層または単層で設ける。
The insulating film 105 may be formed by using silicon nitride, silicon nitride, aluminum nitride, aluminum nitride, or the like, and is provided in a laminated or single layer.

絶縁膜106は、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウ
ム、酸化ガリウムまたはGa−Zn系金属酸化物などを用いて形成すればよく、積層また
は単層で設ける。
The insulating film 106 may be formed by using silicon oxide, silicon nitride nitride, aluminum oxide, hafnium oxide, gallium oxide, Ga—Zn-based metal oxide, or the like, and is provided in a laminated or single layer.

また、絶縁膜106として、ハフニウムシリケート(HfSiO)、窒素が添加され
たハフニウムシリケート(HfSi)、窒素が添加されたハフニウムアルミネ
ート(HfAl)、酸化ハフニウム、酸化イットリウムなどのhigh−k材
料を用いて形成することでトランジスタのゲートリークを低減できる。
Further, as the insulating film 106, a hafnium silicate (HfSiO x), hafnium silicate to which nitrogen is added (HfSi x O y N z) , hafnium aluminate to which nitrogen is added (HfAl x O y N z) , hafnium oxide, By forming using a high-k material such as yttrium oxide, the gate leak of the transistor can be reduced.

絶縁膜105及び絶縁膜106の合計の厚さは、5nm以上400nm以下、より好ま
しくは10nm以上300nm以下、より好ましくは50nm以上250nm以下とする
とよい。
The total thickness of the insulating film 105 and the insulating film 106 is preferably 5 nm or more and 400 nm or less, more preferably 10 nm or more and 300 nm or less, and more preferably 50 nm or more and 250 nm or less.

絶縁膜105及び絶縁膜106は、CVD法、スパッタリング法、蒸着法、塗布法等を
適宜用いることができる。
As the insulating film 105 and the insulating film 106, a CVD method, a sputtering method, a vapor deposition method, a coating method, or the like can be appropriately used.

窒化物絶縁膜で形成される絶縁膜105をゲート絶縁膜の一部として設けることで、ゲ
ート電極として機能する導電膜103からの不純物、代表的には、水素、窒素、アルカリ
金属、またはアルカリ土類金属等が、金属酸化物膜109aに移動することを防ぐことが
できる。
By providing the insulating film 105 formed of the nitride insulating film as a part of the gate insulating film, impurities from the conductive film 103 that functions as a gate electrode, typically hydrogen, nitrogen, alkali metal, or alkaline soil. It is possible to prevent similar metals and the like from moving to the metal oxide film 109a.

また、ゲート絶縁膜として、金属酸化物膜109a側に酸化物絶縁膜で形成される絶縁
膜106を設けることで、ゲート絶縁膜及び金属酸化物膜109a界面における欠陥準位
を低減することが可能である。この結果、電気特性の劣化の少ないトランジスタを得るこ
とができる。
Further, by providing the insulating film 106 formed of the oxide insulating film on the metal oxide film 109a side as the gate insulating film, it is possible to reduce the defect level at the interface between the gate insulating film and the metal oxide film 109a. Is. As a result, it is possible to obtain a transistor with less deterioration in electrical characteristics.

金属酸化物膜108は、代表的には、In−Ga酸化物膜、In−Zn酸化物膜、In
−M−Zn酸化物膜(Mは、Al、Ga、Ti、Y、Zr、La、Ce、またはNd)等
の金属酸化物膜がある。なお、該金属酸化物膜は半導体特性を有するため、酸化物半導体
ということもできる。
The metal oxide film 108 is typically an In—Ga oxide film, an In—Zn oxide film, or In.
There are metal oxide films such as −M—Zn oxide film (M is Al, Ga, Ti, Y, Zr, La, Ce, or Nd). Since the metal oxide film has semiconductor properties, it can also be called an oxide semiconductor.

なお、金属酸化物膜108がIn−M−Zn酸化物膜であるとき、InおよびMの和を
100atomic%としたとき、InとMの原子数比率は好ましくはInが25ato
mic%より大きく、Mが75atomic%未満、さらに好ましくはInが34ato
mic%より大きく、Mが66atomic%未満とする。
When the metal oxide film 108 is an In—M—Zn oxide film and the sum of In and M is 100 atomic%, the atomic number ratio of In and M is preferably 25 ato.
Greater than mic%, M less than 75atomic%, more preferably In 34ato
It is larger than mic% and M is less than 66 atomic%.

金属酸化物膜108のエネルギーギャップは、2eV以上、好ましくは2.5eV以上
、より好ましくは3eV以上である。このように、エネルギーギャップの広い金属酸化物
を用いて形成することで、後に形成するトランジスタのオフ電流を低減することができる
The energy gap of the metal oxide film 108 is 2 eV or more, preferably 2.5 eV or more, and more preferably 3 eV or more. By forming using a metal oxide having a wide energy gap in this way, it is possible to reduce the off-current of the transistor to be formed later.

金属酸化物膜108としては、キャリア密度の低い金属酸化物膜を用いる。例えば、金
属酸化物膜108は、キャリア密度が1×1017個/cm以下、好ましくは1×10
15個/cm以下、さらに好ましくは1×1013個/cm以下、より好ましくは1
×1011個/cm以下の金属酸化物膜を用いる。
As the metal oxide film 108, a metal oxide film having a low carrier density is used. For example, the metal oxide film 108 has a carrier density of 1 × 10 17 pieces / cm 3 or less, preferably 1 × 10.
15 pcs / cm 3 or less, more preferably 1 x 10 13 pcs / cm 3 or less, more preferably 1
× 10 Use a metal oxide film of 11 pieces / cm 3 or less.

金属酸化物膜108の厚さは、3nm以上200nm以下、好ましくは3nm以上10
0nm以下、さらに好ましくは3nm以上50nm以下とする。
The thickness of the metal oxide film 108 is 3 nm or more and 200 nm or less, preferably 3 nm or more and 10
It is 0 nm or less, more preferably 3 nm or more and 50 nm or less.

金属酸化物膜108は、スパッタリング法、塗布法、パルスレーザー蒸着法、レーザー
アブレーション法等を用いて形成することができる。
The metal oxide film 108 can be formed by using a sputtering method, a coating method, a pulse laser vapor deposition method, a laser ablation method, or the like.

スパッタリング法で金属酸化物膜108を形成する場合、プラズマを発生させるための
電源装置は、RF電源装置、AC電源装置、DC電源装置等を適宜用いることができる。
When the metal oxide film 108 is formed by the sputtering method, an RF power supply device, an AC power supply device, a DC power supply device, or the like can be appropriately used as the power supply device for generating plasma.

スパッタリングガスは、希ガス(代表的にはアルゴン)、酸素、希ガス及び酸素の混合
ガスを適宜用いる。なお、希ガス及び酸素の混合ガスの場合、希ガスに対して酸素のガス
比を高めることが好ましい。
As the sputtering gas, a rare gas (typically argon), oxygen, a mixed gas of a rare gas and oxygen is appropriately used. In the case of a mixed gas of rare gas and oxygen, it is preferable to increase the gas ratio of oxygen to the rare gas.

金属酸化物膜108がIn−M−Zn酸化物膜(Mは、Al、Ti、Ga、Y、Zr、
La、Ce、NdまたはHf)の場合、In−M−Zn酸化物膜を成膜するために用いる
スパッタリングターゲットの金属元素の原子数比は、金属元素の原子数比をIn:M:Z
n=x:y:zとすると/yは、1/3以上6以下、さらには1以上6以
下であって、z/yは、1/3以上6以下、さらには1以上6以下であることが好ま
しい。なお、z/yを1以上6以下とすることで、金属酸化物膜108として後述す
るCAAC−OS(C Axis Aligned Crystalline Oxid
e Semiconductor)膜が形成されやすくなる。ターゲットの金属元素の原
子数比の代表例としては、In:M:Zn=1:1:1、In:M:Zn=3:1:2、
In:M:Zn=5:5:6等がある。なお、成膜される金属酸化物膜108の原子数比
はそれぞれ、誤差として上記のターゲットに含まれる金属元素の原子数比のプラスマイナ
ス40%の変動を含む。
The metal oxide film 108 is an In—M—Zn oxide film (M is Al, Ti, Ga, Y, Zr,
In the case of La, Ce, Nd or Hf), the atomic number ratio of the metal element of the sputtering target used to form the In—M—Zn oxide film is the atomic number ratio of the metal element In: M: Z.
Assuming that n = x 1 : y 1 : z 1 , x 1 / y 1 is 1/3 or more and 6 or less, further 1 or more and 6 or less, and z 1 / y 1 is 1/3 or more and 6 or less. Further, it is preferably 1 or more and 6 or less. By setting z 1 / y 1 to 1 or more and 6 or less, CAAC-OS (C Axis Aligned Crystalline Oxid), which will be described later, is used as the metal oxide film 108.
e-Semiconductor) film is easily formed. Typical examples of the atomic number ratio of the target metal element are In: M: Zn = 1: 1: 1, In: M: Zn = 3: 1: 2,
There are In: M: Zn = 5: 5: 6 and the like. The atomic number ratio of the metal oxide film 108 to be formed includes a fluctuation of plus or minus 40% of the atomic number ratio of the metal element contained in the target as an error.

高純度である金属酸化物膜108を得るためには、チャンバー内を高真空排気するのみ
ならずスパッタガスの高純度化も必要である。スパッタガスとして用いる酸素ガスやアル
ゴンガスは、露点が−40℃以下、好ましくは−80℃以下、より好ましくは−100℃
以下、より好ましくは−120℃以下にまで高純度化したガスを用いることで金属酸化物
膜に水分等が取り込まれることを可能な限り防ぐことができる。
In order to obtain the metal oxide film 108 having high purity, it is necessary not only to evacuate the inside of the chamber with high vacuum but also to purify the sputter gas. The oxygen gas or argon gas used as the sputtering gas has a dew point of -40 ° C or lower, preferably -80 ° C or lower, more preferably -100 ° C or lower.
Hereinafter, by using a gas whose purity is more preferably −120 ° C. or lower, it is possible to prevent water and the like from being taken into the metal oxide film as much as possible.

絶縁膜110は、金属酸化物膜108との界面における界面準位を低減するため、酸化
物絶縁膜であることが好ましい。絶縁膜110は、代表的には、酸化シリコン、酸化窒化
シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ガリウムまたはGa−Zn系金属酸
化物などを用いて形成すればよく、積層または単層で設ける。
The insulating film 110 is preferably an oxide insulating film in order to reduce the interface state at the interface with the metal oxide film 108. The insulating film 110 may be typically formed of silicon oxide, silicon oxide nitride, aluminum oxide, hafnium oxide, gallium oxide, Ga—Zn-based metal oxide, or the like, and is provided in a laminated or single layer.

また、絶縁膜110の一部または全部として、化学量論的組成を満たす酸素よりも多く
の酸素を含む酸化物絶縁膜を用いて形成することが好ましい。化学量論的組成を満たす酸
素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜は、加熱により酸素の一部が脱離する。化学量論
的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜は、TDS(Thermal
Desorption Spectroscopy)分析において、表面温度が100℃
以上700℃以下、または100℃以上500℃以下の加熱処理における酸素原子に換算
しての酸素の脱離量が1.0×1018atoms/cm以上、好ましくは3.0×1
20atoms/cm以上である酸化物絶縁膜である。
Further, it is preferable to form the insulating film 110 as a part or all of the oxide insulating film containing more oxygen than oxygen satisfying the stoichiometric composition. An oxide insulating film containing more oxygen than oxygen satisfying a stoichiometric composition is partially desorbed by heating. An oxide insulating film containing more oxygen than oxygen satisfying a stoichiometric composition is TDS (Thermal).
In the Desorption Spectroscopy) analysis, the surface temperature was 100 ° C.
The amount of oxygen desorbed in terms of oxygen atoms in the heat treatment of 700 ° C. or higher or 100 ° C. or higher and 500 ° C. or lower is 1.0 × 10 18 atoms / cm 3 or more, preferably 3.0 × 1.
It is an oxide insulating film having 0 20 atoms / cm 3 or more.

また、絶縁膜110は、欠陥量が少ないことが好ましく、代表的には、ESR測定によ
り、シリコンのダングリングボンドに由来するg=2.001に現れる信号のスピン密度
が1.5×1018spins/cm未満、更には1×1018spins/cm
下、1×1017spins/cm以下、さらには検出下限以下であることが好ましい
Further, the insulating film 110 preferably has a small amount of defects, and typically, the spin density of the signal appearing at g = 2.001 derived from the dangling bond of silicon is 1.5 × 10 18 by ESR measurement. spins / cm less than 3, more 1 × 10 18 spins / cm 3 or less, 1 × 10 17 spins / cm 3 or less, and more preferably below the detection limit.

絶縁膜110の厚さは、30nm以上500nm以下、好ましくは50nm以上400
nm以下とする。
The thickness of the insulating film 110 is 30 nm or more and 500 nm or less, preferably 50 nm or more and 400.
It shall be nm or less.

絶縁膜110として、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁
膜を用いて形成することで、加熱処理により、絶縁膜110から脱離する酸素を、金属酸
化物膜108に移動させることができる。この結果、金属酸化物膜108に含まれる酸素
欠損を低減することができる。
By forming the insulating film 110 using an oxide insulating film containing more oxygen than oxygen satisfying the chemical quantitative composition, oxygen desorbed from the insulating film 110 by heat treatment is removed from the metal oxide film. It can be moved to 108. As a result, the oxygen deficiency contained in the metal oxide film 108 can be reduced.

絶縁膜110は、スパッタリング法、CVD法等を用いて形成することができる。 The insulating film 110 can be formed by using a sputtering method, a CVD method, or the like.

CVD法を用いて絶縁膜110を形成する場合、原料ガスとしては、シリコンを含む堆
積性気体及び酸化性気体を用いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例と
しては、シラン、ジシラン、トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、
酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化窒素等がある。
When the insulating film 110 is formed by the CVD method, it is preferable to use a sedimentary gas containing silicon and an oxidizing gas as the raw material gas. Typical examples of the sedimentary gas containing silicon include silane, disilane, trisilane, fluorinated silane and the like. As an oxidizing gas,
There are oxygen, ozone, nitrous oxide, nitrogen dioxide, etc.

絶縁膜110として化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜
を用いて形成する場合は、プラズマCVD装置の真空排気された処理室内に載置された基
板を180℃以上280℃以下、さらに好ましくは200℃以上240℃以下に保持し、
処理室に原料ガスを導入して処理室内における圧力を100Pa以上250Pa以下、さ
らに好ましくは100Pa以上200Pa以下とし、処理室内に設けられる電極に0.1
7W/cm以上0.5W/cm以下、さらに好ましくは0.25W/cm以上0.
35W/cm以下の高周波電力を供給する条件により、酸化シリコン膜または酸化窒化
シリコン膜を形成することができる。
When the insulating film 110 is formed by using an oxide insulating film containing more oxygen than oxygen satisfying the stoichiometric composition, the substrate placed in the vacuum-exhausted processing chamber of the plasma CVD apparatus is placed at 180 ° C. Keeping at 280 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. or higher and 240 ° C. or lower,
The raw material gas is introduced into the treatment chamber to set the pressure in the treatment chamber to 100 Pa or more and 250 Pa or less, more preferably 100 Pa or more and 200 Pa or less, and 0.1 to the electrodes provided in the treatment chamber.
7 W / cm 2 or more and 0.5 W / cm 2 or less, more preferably 0.25 W / cm 2 or more 0.
A silicon oxide film or a silicon nitride film can be formed under the condition of supplying high frequency power of 35 W / cm 2 or less.

絶縁膜110の成膜条件として、上記圧力の反応室において上記パワー密度の高周波電
力を供給することで、プラズマ中で原料ガスの分解効率が高まり、酸素ラジカルが増加し
、原料ガスの酸化が進むため、絶縁膜110中における酸素含有量が化学量論的組成より
も多くなる。一方、基板温度が、上記温度で形成された膜では、シリコンと酸素の結合力
が弱いため、後の工程の加熱処理により膜中の酸素の一部が脱離する。この結果、化学量
論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含み、加熱により酸素の一部が脱離する絶縁膜
110を形成することができる。
By supplying high-frequency power with the above power density in the reaction chamber at the above pressure as the film forming condition of the insulating film 110, the decomposition efficiency of the raw material gas is increased in the plasma, oxygen radicals are increased, and the raw material gas is oxidized. Therefore, the oxygen content in the insulating film 110 is higher than the chemical quantitative composition. On the other hand, in the film formed at the above-mentioned temperature as the substrate temperature, since the binding force between silicon and oxygen is weak, a part of oxygen in the film is desorbed by the heat treatment in the subsequent step. As a result, it is possible to form an insulating film 110 which contains more oxygen than oxygen satisfying the stoichiometric composition and a part of oxygen is desorbed by heating.

なお、絶縁膜110を第1の絶縁膜及び第2の絶縁膜の多層構造とし、第1の絶縁膜と
して酸素を透過させることが可能な酸化物絶縁膜を用いて形成し、第2の絶縁膜として化
学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含み、加熱により酸素の一部が脱離する酸
化物絶縁膜を形成してもよい。該積層構造とすることで、第2の絶縁膜の成膜工程におい
て、第1の絶縁膜が金属酸化物膜の保護膜となる。この結果、金属酸化物膜へのダメージ
を低減しつつ、パワー密度の高い高周波電力を用いて第2の絶縁膜を形成することができ
る。
The insulating film 110 has a multilayer structure of a first insulating film and a second insulating film, and is formed by using an oxide insulating film capable of allowing oxygen to permeate as the first insulating film to provide a second insulation. An oxide insulating film may be formed in which the film contains more oxygen than the oxygen satisfying the chemical quantitative composition and a part of the oxygen is desorbed by heating. With the laminated structure, the first insulating film serves as a protective film for the metal oxide film in the process of forming the second insulating film. As a result, the second insulating film can be formed by using high frequency power having a high power density while reducing damage to the metal oxide film.

または、スパッタリング法、CVD法等を用いて絶縁膜を形成した後、該絶縁膜に酸素
を添加することにより、絶縁膜110を形成することができる。なお、絶縁膜に酸素を添
加する方法としては、イオンドーピング法、イオン注入法等がある。または、酸化性気体
雰囲気で発生させた酸素を含むプラズマを絶縁膜に曝すことで、絶縁膜に酸素を添加する
ことができる。
Alternatively, the insulating film 110 can be formed by forming an insulating film by using a sputtering method, a CVD method, or the like, and then adding oxygen to the insulating film. As a method of adding oxygen to the insulating film, there are an ion doping method, an ion implantation method and the like. Alternatively, oxygen can be added to the insulating film by exposing the insulating film to a plasma containing oxygen generated in an oxidizing gas atmosphere.

ここでは、絶縁膜105として、CVD法により、厚さ400nmの窒化シリコン膜を
形成する。また、絶縁膜106として、CVD法により、厚さ50nmの酸化窒化シリコ
ン膜を形成する。また、金属酸化物膜108として、In−Ga−Zn酸化物ターゲット
(In:Ga:Zn=1:1:1)を用いたスパッタリング法により、厚さ35nmのI
n−Ga−Zn酸化物膜を形成する。また、絶縁膜110として、流量200sccmの
シラン及び流量4000sccmの一酸化二窒素を原料ガスとし、反応室の圧力を200
Pa、基板温度を220℃とし、27.12MHzの高周波電源を用いて1500Wの高
周波電力を平行平板電極に供給したプラズマCVD法により、絶縁膜110として、厚さ
400nmの酸化窒化シリコン膜を形成する。なお、プラズマCVD装置は電極面積が6
000cmである平行平板型のプラズマCVD装置であり、供給した電力を単位面積あ
たりの電力(電力密度)に換算すると0.25W/cmである。また、ハーフトーンマ
スクを用いてマスク133、135を形成する。
Here, as the insulating film 105, a silicon nitride film having a thickness of 400 nm is formed by a CVD method. Further, as the insulating film 106, a silicon oxide film having a thickness of 50 nm is formed by a CVD method. Further, by a sputtering method using an In-Ga-Zn oxide target (In: Ga: Zn = 1: 1: 1) as the metal oxide film 108, I with a thickness of 35 nm.
It forms an n-Ga-Zn oxide film. Further, as the insulating film 110, silane having a flow rate of 200 sccm and nitrous oxide having a flow rate of 4000 sccm are used as raw material gases, and the pressure in the reaction chamber is 200.
A silicon oxide film having a thickness of 400 nm is formed as the insulating film 110 by the plasma CVD method in which Pa, the substrate temperature is 220 ° C., and a high frequency power of 1500 W is supplied to the parallel plate electrode using a high frequency power supply of 27.12 MHz. .. The plasma CVD apparatus has an electrode area of 6
It is a parallel plate type plasma CVD apparatus of 000 cm 2 , and the supplied electric power is 0.25 W / cm 2 when converted into electric power per unit area (power density). Further, the masks 133 and 135 are formed by using the halftone mask.

次に、マスク133、135を用いて、絶縁膜110の一部をエッチングして、図3(
D)に示すように、絶縁膜111a、111bを形成する。ドライエッチング法または/
及びウェットエッチング法を用いて、絶縁膜110をエッチングすることができる。次に
、マスク133、135を用いて、金属酸化物膜108の一部をエッチングして、金属酸
化物膜109a、109bを形成する。ドライエッチング法または/及びウェットエッチ
ング法を用いて、金属酸化物膜108をエッチングすることができる。
Next, a part of the insulating film 110 is etched by using the masks 133 and 135, and FIG. 3 (
As shown in D), the insulating films 111a and 111b are formed. Dry etching method or /
And the insulating film 110 can be etched by using the wet etching method. Next, a part of the metal oxide film 108 is etched using the masks 133 and 135 to form the metal oxide films 109a and 109b. The metal oxide film 108 can be etched using a dry etching method and / or a wet etching method.

ここでは、ドライエッチング法により、絶縁膜110及び金属酸化物膜108のそれぞ
れ一部をエッチングする。
Here, a part of each of the insulating film 110 and the metal oxide film 108 is etched by a dry etching method.

次に、マスク133、135を加工する。ここでは、マスク133の大きさが小さくな
ると共に、マスク135を除去するように加工する。ここでは、酸素を有する雰囲気で発
生させたプラズマにマスク133、135を曝すプラズマ処理により、マスク133、1
35を加工する。酸素を有する雰囲気としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化窒
素等の酸化性気体を有する雰囲気がある。なお、基板101側にバイアスを印加した状態
で発生したプラズマにマスク133、135を曝してもよい。このようなプラズマ処理を
行う装置の一例として、アッシング装置がある。
Next, the masks 133 and 135 are processed. Here, the size of the mask 133 is reduced, and the mask 135 is removed. Here, by plasma treatment in which the masks 133 and 135 are exposed to the plasma generated in an atmosphere having oxygen, the masks 133 and 1
35 is processed. The atmosphere having oxygen includes an atmosphere having an oxidizing gas such as oxygen, ozone, nitrous oxide, and nitrogen dioxide. The masks 133 and 135 may be exposed to the plasma generated while the bias is applied to the substrate 101 side. An ashing device is an example of a device that performs such plasma processing.

ここでは、酸素を有する雰囲気で発生させたプラズマにマスク133、135をさらす
ことで、マスク133、135を加工する。
Here, the masks 133 and 135 are processed by exposing the masks 133 and 135 to plasma generated in an atmosphere having oxygen.

この結果、図3(D)に示すように、マスク133が後退されたマスク137を形成す
ることができる。また、マスク135が除去され、絶縁膜111bが露出する。なお、図
3(D)において、破線はそれぞれ図3(C)に示すマスク133、135に相当する。
As a result, as shown in FIG. 3D, the mask 133 can form a retracted mask 137. Further, the mask 135 is removed and the insulating film 111b is exposed. In FIG. 3D, the broken lines correspond to the masks 133 and 135 shown in FIG. 3C, respectively.

次に、マスク137を用いて、絶縁膜111aの一部をエッチングして、図3(E)に
示すように、絶縁膜111cを形成すると共に、絶縁膜111bを取り除く。ドライエッ
チング法または/及びウェットエッチング法を用いて、絶縁膜111a、111bをエッ
チングすることができる。なお、ここでは、絶縁膜111aをエッチングし、金属酸化物
膜109a、109bをエッチングしない、または絶縁膜111aより金属酸化物膜10
9a、109bのエッチングレートが小さい条件を用いることが好ましい。
Next, a part of the insulating film 111a is etched using the mask 137 to form the insulating film 111c and remove the insulating film 111b as shown in FIG. 3 (E). The insulating films 111a and 111b can be etched by using a dry etching method and / or a wet etching method. Here, the insulating film 111a is etched and the metal oxide films 109a and 109b are not etched, or the metal oxide film 10 is formed from the insulating film 111a.
It is preferable to use the condition that the etching rates of 9a and 109b are small.

ここでは、ドライエッチング法により、絶縁膜111aの一部をエッチングするととも
に、絶縁膜111bを取り除く。
Here, a part of the insulating film 111a is etched and the insulating film 111b is removed by a dry etching method.

この結果、チャネル保護膜として機能する絶縁膜111cを形成することができる。ま
た、絶縁膜111b上にマスクが形成されないため、絶縁膜111bは取り除かれ、金属
酸化物膜109bの表面が露出する。なお、絶縁膜106は、絶縁膜110と同様に酸化
物絶縁膜で形成される。このため、当該工程において絶縁膜106もエッチングされ、絶
縁膜105及び金属酸化物膜109aの間に、金属酸化物膜109aと端部が略一致する
絶縁膜107aが形成される。また、絶縁膜105及び金属酸化物膜109bの間に、金
属酸化物膜109bと端部が略一致する絶縁膜107bが形成される。
As a result, an insulating film 111c that functions as a channel protective film can be formed. Further, since the mask is not formed on the insulating film 111b, the insulating film 111b is removed and the surface of the metal oxide film 109b is exposed. The insulating film 106 is formed of an oxide insulating film like the insulating film 110. Therefore, the insulating film 106 is also etched in the step, and an insulating film 107a whose end portion substantially coincides with the metal oxide film 109a is formed between the insulating film 105 and the metal oxide film 109a. Further, an insulating film 107b whose end portion substantially coincides with that of the metal oxide film 109b is formed between the insulating film 105 and the metal oxide film 109b.

以上の工程により、一つのフォトマスクで、トランジスタのチャネル領域を含む金属酸
化物膜109a、109bと、チャネル保護膜として機能する絶縁膜111cとを形成す
ることができる。
Through the above steps, one photomask can form the metal oxide films 109a and 109b including the channel region of the transistor and the insulating film 111c that functions as a channel protective film.

なお、絶縁膜111cを形成するためのエッチング工程において、金属酸化物膜109
a、109bにおいてプラズマに曝された領域はダメージを受け、酸素欠損が形成される
。このため、金属酸化物膜109aにおいて絶縁膜111cに覆われていない領域、及び
金属酸化物膜109bの導電性が高まる。
In the etching process for forming the insulating film 111c, the metal oxide film 109
The areas exposed to plasma in a and 109b are damaged and oxygen deficiency is formed. Therefore, the region of the metal oxide film 109a not covered by the insulating film 111c and the conductivity of the metal oxide film 109b are enhanced.

次に、加熱処理を行う。該加熱処理の温度は、代表的には、150℃以上基板歪み点未
満、好ましくは300℃以上500℃以下、好ましくは320℃以上470℃以下とする
Next, heat treatment is performed. The temperature of the heat treatment is typically 150 ° C. or higher and lower than the substrate strain point, preferably 300 ° C. or higher and 500 ° C. or lower, preferably 320 ° C. or higher and 470 ° C. or lower.

該加熱処理は、電気炉、RTA装置等を用いることができる。RTA装置を用いること
で、短時間に限り、基板の歪み点以上の温度で熱処理を行うことができる。そのため加熱
処理時間を短縮することができる。
An electric furnace, an RTA device, or the like can be used for the heat treatment. By using the RTA device, the heat treatment can be performed at a temperature equal to or higher than the strain point of the substrate for a short time. Therefore, the heat treatment time can be shortened.

加熱処理は、窒素、酸素、超乾燥空気(水の含有量が20ppm以下、好ましくは1p
pm以下、好ましくは10ppb以下の空気)、または希ガス(アルゴン、ヘリウム等)
の雰囲気下で行えばよい。なお、上記窒素、酸素、超乾燥空気、または希ガスに水素、水
等が含まれないことが好ましい。
The heat treatment is nitrogen, oxygen, ultra-dry air (water content is 20 ppm or less, preferably 1 p).
Air of pm or less, preferably 10 ppb or less) or noble gas (argon, helium, etc.)
You can do it in the atmosphere of. It is preferable that the nitrogen, oxygen, ultra-dry air, or noble gas does not contain hydrogen, water, or the like.

当該加熱処理により、絶縁膜111cに含まれる酸素の一部を金属酸化物膜109aに
移動させ、金属酸化物膜109aに含まれる酸素欠損を低減することができる。
By the heat treatment, a part of the oxygen contained in the insulating film 111c can be moved to the metal oxide film 109a, and the oxygen deficiency contained in the metal oxide film 109a can be reduced.

なお、加熱しながら絶縁膜110を、金属酸化物膜108上に形成する場合、金属酸化
物膜108に酸素を移動させ、金属酸化物膜108に含まれる酸素欠損を補填することが
可能であるため、当該加熱処理を行わなくともよい。
When the insulating film 110 is formed on the metal oxide film 108 while heating, oxygen can be transferred to the metal oxide film 108 to compensate for the oxygen deficiency contained in the metal oxide film 108. Therefore, it is not necessary to perform the heat treatment.

ここでは、窒素雰囲気で、450℃、1時間の加熱処理を行った後、窒素及び酸素雰囲
気で、450℃、1時間の加熱処理を行う。
Here, after heat treatment at 450 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere, heat treatment at 450 ° C. for 1 hour is performed in a nitrogen and oxygen atmosphere.

次に、図4(A)に示すように、絶縁膜105、絶縁膜107、金属酸化物膜109a
、109b、及び絶縁膜111c上に、絶縁膜112を形成する。次に、第3のフォトマ
スクを用いたフォトリソグラフィ工程により、絶縁膜112上にマスク139を形成する
Next, as shown in FIG. 4A, the insulating film 105, the insulating film 107, and the metal oxide film 109a
, 109b, and the insulating film 112c is formed with the insulating film 112. Next, a mask 139 is formed on the insulating film 112 by a photolithography step using a third photomask.

絶縁膜112として、窒化物絶縁膜を設ける。窒化物絶縁膜としては、窒化シリコン、
窒化酸化シリコン、窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム等がある。窒化物絶縁膜と
して、水素を含む窒化物絶縁膜を形成してもよい。
A nitride insulating film is provided as the insulating film 112. As the nitride insulating film, silicon nitride,
There are silicon nitride, aluminum nitride, aluminum nitride and the like. As the nitride insulating film, a nitride insulating film containing hydrogen may be formed.

絶縁膜112の厚さは、10nm以上400nm以下、より好ましくは50nm以上3
00nm以下とする。
The thickness of the insulating film 112 is 10 nm or more and 400 nm or less, more preferably 50 nm or more 3
It shall be 00 nm or less.

絶縁膜112は、スパッタリング法、CVD法等を用いて形成することができる。また
は、スパッタリング法、CVD法等を用いて絶縁膜を形成した後、該絶縁膜に水素を添加
してもよい。なお、絶縁膜に水素を添加する方法としては、イオンドーピング法、イオン
注入法等がある。または、水素を含む気体雰囲気で発生させたプラズマを絶縁膜に曝すこ
とで、絶縁膜に水素を添加することができる。
The insulating film 112 can be formed by using a sputtering method, a CVD method, or the like. Alternatively, hydrogen may be added to the insulating film after forming the insulating film by using a sputtering method, a CVD method or the like. As a method of adding hydrogen to the insulating film, there are an ion doping method, an ion implantation method and the like. Alternatively, hydrogen can be added to the insulating film by exposing the plasma generated in a gas atmosphere containing hydrogen to the insulating film.

ここでは、絶縁膜112として、シラン、アンモニア、及び窒素を原料ガスとしたプラ
ズマCVD法により、厚さ100nmの窒化シリコン膜を形成する。
Here, as the insulating film 112, a silicon nitride film having a thickness of 100 nm is formed by a plasma CVD method using silane, ammonia, and nitrogen as raw material gases.

絶縁膜111c上に絶縁膜112を形成する際に生じるプラズマダメージにより、金属
酸化物膜109a、109bには、酸素欠損が形成される。このため、金属酸化物膜10
9aにおいて絶縁膜111cに覆われていない領域、及び金属酸化物膜109bの導電性
が高くなる。また、絶縁膜112として、水素を含む窒化物絶縁膜を用いることで、絶縁
膜112から金属酸化物膜109a、109bに水素が移動する。酸素欠損に水素が移動
することで、キャリアである電子が生成される。この結果、金属酸化物膜109bは、導
電性が高くなり、導電性を有する金属酸化物膜109cとなる。また、金属酸化物膜10
9cは、容量素子25の一方の電極として機能する。
Oxygen deficiency is formed in the metal oxide films 109a and 109b due to plasma damage generated when the insulating film 112 is formed on the insulating film 111c. Therefore, the metal oxide film 10
In 9a, the region not covered by the insulating film 111c and the metal oxide film 109b have high conductivity. Further, by using a nitride insulating film containing hydrogen as the insulating film 112, hydrogen moves from the insulating film 112 to the metal oxide films 109a and 109b. The transfer of hydrogen to the oxygen deficiency produces electrons, which are carriers. As a result, the metal oxide film 109b becomes highly conductive and becomes a conductive metal oxide film 109c. Further, the metal oxide film 10
The 9c functions as one electrode of the capacitive element 25.

なお、金属酸化物膜109aは、絶縁膜111cの外側において絶縁膜113と接する
。絶縁膜111cは酸化物絶縁膜であるため、絶縁膜111cと接する金属酸化物膜10
9aはトランジスタのチャネル領域として機能する。また、金属酸化物膜109aにおい
て、絶縁膜113と接する領域は、金属酸化物膜109cと同様に、導電性が高い。すな
わち、金属酸化物膜109cにおいて、低抵抗領域として機能する。このため、トランジ
スタのオン電流を増大させることが可能であるとともに、電界効果移動度を高めることが
可能である。
The metal oxide film 109a is in contact with the insulating film 113 on the outside of the insulating film 111c. Since the insulating film 111c is an oxide insulating film, the metal oxide film 10 in contact with the insulating film 111c
9a functions as a channel region of the transistor. Further, in the metal oxide film 109a, the region in contact with the insulating film 113 has high conductivity as in the metal oxide film 109c. That is, it functions as a low resistance region in the metal oxide film 109c. Therefore, it is possible to increase the on-current of the transistor and to increase the mobility of the field effect.

なお、窒化物絶縁膜は、水、水素等のブロッキング膜としても機能するため、絶縁膜1
12として、窒化物絶縁膜を設けることで、外部から金属酸化物膜109aへの水素、水
等の侵入を防ぐことができる。
Since the nitride insulating film also functions as a blocking film for water, hydrogen, etc., the insulating film 1
By providing the nitride insulating film as No. 12, it is possible to prevent hydrogen, water, etc. from entering the metal oxide film 109a from the outside.

金属酸化物膜109a、及び金属酸化物膜109cは共に、ゲート絶縁膜上に形成され
るが、不純物濃度が異なる。具体的には、金属酸化物膜109aと比較して、金属酸化物
膜109cの不純物濃度が高い。例えば、金属酸化物膜109aに含まれる水素濃度は、
5×1019atoms/cm未満、好ましくは5×1018atoms/cm未満
、好ましくは1×1018atoms/cm以下、より好ましくは5×1017ato
ms/cm以下、さらに好ましくは1×1016atoms/cm以下であり、金属
酸化物膜109cに含まれる水素濃度は、8×1019以上、好ましくは1×1020
toms/cm以上、より好ましくは5×1020以上である。また、金属酸化物膜1
09aと比較して、金属酸化物膜109cに含まれる水素濃度は2倍、好ましくは10倍
以上である。
Both the metal oxide film 109a and the metal oxide film 109c are formed on the gate insulating film, but the impurity concentrations are different. Specifically, the impurity concentration of the metal oxide film 109c is higher than that of the metal oxide film 109a. For example, the hydrogen concentration contained in the metal oxide film 109a is
5 × 10 19 atoms / cm less than 3 , preferably less than 5 × 10 18 atoms / cm 3 , preferably 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less, more preferably 5 × 10 17 atos
It is ms / cm 3 or less, more preferably 1 × 10 16 atoms / cm 3 or less, and the hydrogen concentration contained in the metal oxide film 109c is 8 × 10 19 or more, preferably 1 × 10 20 a.
Toms / cm 3 or more, more preferably 5 × 10 20 or more. In addition, the metal oxide film 1
Compared with 09a, the hydrogen concentration contained in the metal oxide film 109c is twice, preferably 10 times or more.

また、金属酸化物膜109cは、金属酸化物膜109aより抵抗率が低い。金属酸化物
膜109cの抵抗率が、金属酸化物膜109aの抵抗率の1×10−8倍以上1×10
倍未満であることが好ましく、代表的には1×10−3Ωcm以上1×10Ωcm未
満、さらに好ましくは、抵抗率が1×10−3Ωcm以上1×10−1Ωcm未満である
とよい。
Further, the metal oxide film 109c has a lower resistivity than the metal oxide film 109a. The resistivity of the metal oxide film 109c is 1 × 10-8 times or more the resistivity of the metal oxide film 109a 1 × 10 −
It is preferably less than 1 times, typically 1 × 10 -3 Ωcm or more and less than 1 × 10 4 Ωcm, and more preferably the resistivity is 1 × 10 -3 Ωcm or more and less than 1 × 10 -1 Ωcm. It is good.

次に、加熱処理を行ってもよい。該加熱処理の温度は、代表的には、150℃以上40
0℃以下、好ましくは300℃以上400℃以下、好ましくは320℃以上370℃以下
とする。
Next, heat treatment may be performed. The temperature of the heat treatment is typically 150 ° C. or higher and 40.
The temperature is 0 ° C. or lower, preferably 300 ° C. or higher and 400 ° C. or lower, preferably 320 ° C. or higher and 370 ° C. or lower.

トランジスタ22において、窒化物絶縁膜で形成される絶縁膜105及び窒化物絶縁膜
で形成される絶縁膜112が接しており、絶縁膜105、112の間に、金属酸化物膜1
09a及び絶縁膜111cが設けられる。窒化物絶縁膜は、水素、水、及び酸素の拡散係
数が小さく、水素、水、及び酸素のブロッキング性が高い。また、絶縁膜111cとして
、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜を用いて形成するこ
とで、当該加熱処理において、金属酸化物膜109aに含まれる酸素の外部への拡散を抑
制することができる。また、金属酸化物膜109aに含まれる酸素の外部への拡散を抑制
することができる。この結果、金属酸化物膜109aの酸素欠損を低減することができる
。さらには、外部からの金属酸化物膜109aへの水素、水等の拡散を抑制することがで
きる。このため、金属酸化物膜109aの水素、水等を低減することができる。この結果
、信頼性の高いトランジスタを作製することができる。
In the transistor 22, the insulating film 105 formed of the nitride insulating film and the insulating film 112 formed of the nitride insulating film are in contact with each other, and the metal oxide film 1 is sandwiched between the insulating films 105 and 112.
09a and an insulating film 111c are provided. The nitride insulating film has a small diffusion coefficient of hydrogen, water, and oxygen, and has a high blocking property of hydrogen, water, and oxygen. Further, by forming the insulating film 111c using an oxide insulating film containing more oxygen than oxygen satisfying the chemical quantitative composition, the outside of the oxygen contained in the metal oxide film 109a in the heat treatment is obtained. It is possible to suppress the diffusion to. In addition, the diffusion of oxygen contained in the metal oxide film 109a to the outside can be suppressed. As a result, the oxygen deficiency of the metal oxide film 109a can be reduced. Furthermore, it is possible to suppress the diffusion of hydrogen, water, etc. from the outside into the metal oxide film 109a. Therefore, hydrogen, water, etc. of the metal oxide film 109a can be reduced. As a result, a highly reliable transistor can be manufactured.

ここでは、窒素及び酸素雰囲気で、350℃、1時間の加熱処理を行う。 Here, heat treatment is performed at 350 ° C. for 1 hour in a nitrogen and oxygen atmosphere.

次に、マスク139を用いて、絶縁膜112の一部をエッチングしマスクを除去したの
ち、図4(B)に示すように、開口部115a、115b、115cを有する絶縁膜11
3を形成する。開口部115a、115bにおいては、金属酸化物膜109aの一部が露
出される。開口部115cにおいては、金属酸化物膜109cの一部が露出される。ドラ
イエッチング法または/及びウェットエッチング法を用いて、絶縁膜112をエッチング
することができる。次に、マスク139を除去する。
Next, a part of the insulating film 112 is etched using the mask 139 to remove the mask, and then, as shown in FIG. 4B, the insulating film 11 having openings 115a, 115b, 115c is provided.
Form 3. At the openings 115a and 115b, a part of the metal oxide film 109a is exposed. At the opening 115c, a part of the metal oxide film 109c is exposed. The insulating film 112 can be etched using a dry etching method and / or a wet etching method. Next, the mask 139 is removed.

ここでは、ドライエッチング法により、絶縁膜112の一部をエッチングする。 Here, a part of the insulating film 112 is etched by a dry etching method.

次に、図4(C)に示すように、金属酸化物膜109aの露出部、金属酸化物膜109
cの露出部、及び絶縁膜113上に導電膜116を形成する。次に、第4のフォトマスク
を用いたフォトリソグラフィ工程により、導電膜116上にマスク141a、141b、
141cを形成する。
Next, as shown in FIG. 4C, the exposed portion of the metal oxide film 109a and the metal oxide film 109
The conductive film 116 is formed on the exposed portion of c and the insulating film 113. Next, by a photolithography step using a fourth photomask, the masks 141a, 141b, on the conductive film 116,
Form 141c.

導電膜116は、後に一対の電極として機能する導電膜117a、117b、容量線と
して機能する導電膜117cとなる。このため、導電膜116は、電極として用いること
が可能な導電材料を適宜用いる。導電膜116は、アルミニウム、チタン、クロム、ニッ
ケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタル、またはタングステ
ンからなる単体金属、またはこれを主成分とする合金を単層構造または積層構造として用
いる。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、チタン膜上にアルミニウム膜
を積層する二層構造、タングステン膜上にアルミニウム膜を積層する二層構造、銅−マグ
ネシウム−アルミニウム合金膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜上に銅膜を積層す
る二層構造、タングステン膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜または窒化チタン膜
と、そのチタン膜または窒化チタン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さ
らにその上にチタン膜または窒化チタン膜を形成する三層構造、モリブデン膜または窒化
モリブデン膜と、そのモリブデン膜または窒化モリブデン膜上に重ねてアルミニウム膜ま
たは銅膜を積層し、さらにその上にモリブデン膜または窒化モリブデン膜を形成する三層
構造等がある。なお、酸化インジウム、酸化錫または酸化亜鉛を含む透明導電材料を用い
て形成してもよい。
The conductive film 116 becomes a conductive film 117a and 117b that later functions as a pair of electrodes, and a conductive film 117c that functions as a capacitance line. Therefore, as the conductive film 116, a conductive material that can be used as an electrode is appropriately used. The conductive film 116 uses a single metal composed of aluminum, titanium, chromium, nickel, copper, yttrium, zirconium, molybdenum, silver, tantalum, or tungsten, or an alloy containing the same as a main component as a single layer structure or a laminated structure. For example, a single-layer structure of an aluminum film containing silicon, a two-layer structure in which an aluminum film is laminated on a titanium film, a two-layer structure in which an aluminum film is laminated on a tungsten film, and a copper film on a copper-magnesium-aluminum alloy film. Two-layer structure for laminating, two-layer structure for laminating a copper film on a titanium film, two-layer structure for laminating a copper film on a tungsten film, a titanium film or a titanium nitride film, and the titanium film or the titanium nitride film. A three-layer structure in which an aluminum film or a copper film is laminated and a titanium film or a titanium nitride film is formed on the film, a molybdenum film or a molybdenum nitride film, and an aluminum film or copper laminated on the molybdenum film or the molybdenum nitride film. There is a three-layer structure in which a film is laminated and a molybdenum film or a molybdenum nitride film is further formed on the film. It may be formed by using a transparent conductive material containing indium oxide, tin oxide or zinc oxide.

導電膜116は、スパッタリング法、CVD法、蒸着法等を用いて形成する。 The conductive film 116 is formed by using a sputtering method, a CVD method, a vapor deposition method, or the like.

ここでは、導電膜116として、スパッタリング法により厚さ50nmのタングステン
膜及び厚さ300nmの銅膜を形成する。
Here, as the conductive film 116, a tungsten film having a thickness of 50 nm and a copper film having a thickness of 300 nm are formed by a sputtering method.

次に、マスク141a、141b、141cを用いて導電膜116の一部をエッチング
して、一対の電極として機能する導電膜117a、117b、容量線として機能する導電
膜117cを形成する。ドライエッチング法または/及びウェットエッチング法を用いて
、導電膜116をエッチングすることができる。こののち、マスク141a、141b、
141cを除去する(図4(D)を参照。)。
Next, a part of the conductive film 116 is etched using the masks 141a, 141b, and 141c to form the conductive films 117a and 117b that function as a pair of electrodes and the conductive film 117c that functions as a capacitance line. The conductive film 116 can be etched using a dry etching method and / or a wet etching method. After this, the masks 141a, 141b,
141c is removed (see FIG. 4D).

なお、金属酸化物膜109aと導電膜117a、117bが接する領域の周囲に、窒化
物絶縁膜で形成される絶縁膜113が形成される。窒化物絶縁膜における銅の拡散係数が
小さいため、銅拡散を防ぐことができる。このため、導電膜117a、117bの一部ま
たは全部が銅膜で形成される場合、絶縁膜113が銅のバリア膜として機能する。このた
め、チャネル領域への銅の拡散が低減し、トランジスタの電気特性のばらつきを低減する
ことができる。
An insulating film 113 formed of a nitride insulating film is formed around the region where the metal oxide film 109a and the conductive films 117a and 117b are in contact with each other. Since the diffusion coefficient of copper in the nitride insulating film is small, copper diffusion can be prevented. Therefore, when a part or all of the conductive films 117a and 117b are formed of a copper film, the insulating film 113 functions as a copper barrier film. Therefore, the diffusion of copper into the channel region can be reduced, and the variation in the electrical characteristics of the transistor can be reduced.

また、導電膜117a、117bにおいて、金属酸化物膜109aと接する領域に、タ
ングステン、チタン、アルミニウム、銅、モリブデン、クロム、またはタンタル単体若し
くは合金等の酸素と結合しやすい導電材料を用いることで、金属酸化物膜109a中の酸
素が酸素と結合しやすい導電材料に引き抜かれる。また、金属酸化物膜109aにタング
ステン、チタン、アルミニウム、銅、モリブデン、クロム、またはタンタル単体の若しく
は合金の構成元素の一部が混入する場合もある。これらの結果、金属酸化物膜109aに
おいて、導電膜117a、117bと接する領域近傍に、低抵抗領域が形成される。低抵
抗領域は、導電性が高いため、金属酸化物膜109aと導電膜117a、117bとの接
触抵抗を低減することが可能であり、トランジスタのオン電流を増大させることが可能で
ある。
Further, in the conductive film 117a and 117b, by using a conductive material such as tungsten, titanium, aluminum, copper, molybdenum, chromium, or tantalum alone or an alloy, which is easily bonded to oxygen, in the region in contact with the metal oxide film 109a, The oxygen in the metal oxide film 109a is extracted by the conductive material that easily combines with oxygen. In addition, tungsten, titanium, aluminum, copper, molybdenum, chromium, or a part of tantalum alone or a part of the constituent elements of the alloy may be mixed in the metal oxide film 109a. As a result, in the metal oxide film 109a, a low resistance region is formed in the vicinity of the region in contact with the conductive films 117a and 117b. Since the low resistance region has high conductivity, it is possible to reduce the contact resistance between the metal oxide film 109a and the conductive films 117a and 117b, and it is possible to increase the on-current of the transistor.

次に、図5(A)に示す様に、絶縁膜113、導電膜117a、117b、117c上
に、透光性を有する導電膜118を形成する。次に、第5のフォトマスクを用いたフォト
リソグラフィ工程により、導電膜118上にマスク143を形成する。
Next, as shown in FIG. 5A, a translucent conductive film 118 is formed on the insulating film 113, the conductive films 117a, 117b, and 117c. Next, a mask 143 is formed on the conductive film 118 by a photolithography step using a fifth photomask.

導電膜118は、後に、画素電極として機能する導電膜119となる。このため、導電
膜118は、画素電極として用いることが可能な導電材料を適宜用いる。導電膜118は
、インジウム錫酸化物膜、酸化タングステンを含むインジウム酸化物膜、酸化タングステ
ンを含むインジウム亜鉛酸化物膜、酸化チタンを含むインジウム酸化物膜、酸化チタンを
含むインジウム錫酸化物膜、インジウム亜鉛酸化物膜、酸化シリコンを添加したインジウ
ム錫酸化物膜等の透光性を有する導電性材料で形成される導電膜を適用することができる
The conductive film 118 later becomes a conductive film 119 that functions as a pixel electrode. Therefore, as the conductive film 118, a conductive material that can be used as a pixel electrode is appropriately used. The conductive film 118 includes an indium tin oxide film, an indium oxide film containing tungsten oxide, an indium zinc oxide film containing tungsten oxide, an indium oxide film containing titanium oxide, an indium tin oxide film containing titanium oxide, and indium. A conductive film formed of a translucent conductive material such as a zinc oxide film or an indium tin oxide film to which silicon oxide is added can be applied.

導電膜118は、スパッタリング法、蒸着法、塗布法等を用いて形成する。 The conductive film 118 is formed by using a sputtering method, a vapor deposition method, a coating method, or the like.

ここでは、スパッタリング法により、導電膜118として厚さ100nmのITO膜を
形成する。
Here, an ITO film having a thickness of 100 nm is formed as the conductive film 118 by a sputtering method.

次に、マスク143を用いて導電膜118の一部をエッチングして、画素電極として機
能する導電膜119を形成する。導電膜119は、一対の電極として機能する導電膜11
7bと接すると共に、絶縁膜113を介して、金属酸化物膜109cと重なるように形成
される。ドライエッチング法または/及びウェットエッチング法を用いて、導電膜118
をエッチングすることができる。こののち、マスク143を除去する(図5(B)を参照
。)。
Next, a part of the conductive film 118 is etched with the mask 143 to form the conductive film 119 that functions as a pixel electrode. The conductive film 119 is a conductive film 11 that functions as a pair of electrodes.
It is formed so as to be in contact with 7b and to overlap with the metal oxide film 109c via the insulating film 113. Conductive film 118 using dry etching and / and wet etching
Can be etched. After that, the mask 143 is removed (see FIG. 5B).

ここでは、ウェットエッチング法により、導電膜118の一部をエッチングする。 Here, a part of the conductive film 118 is etched by a wet etching method.

以上の工程により、ゲート電極として機能する導電膜103、ゲート絶縁膜として機能
する絶縁膜105、106a、金属酸化物膜109a、金属酸化物膜109aの一部を覆
う絶縁膜111c、金属酸化物膜109aと接し、一対の電極として機能する導電膜11
7a、117bを有するトランジスタ22を作製することができる。また、トランジスタ
22に含まれる導電膜117bと接し、画素電極として機能する導電膜119を形成する
ことができる。また、絶縁膜106b上に形成された金属酸化物膜109c、絶縁膜11
3、及び導電膜119を有する容量素子25を作製することができる。即ち、トランジス
タ22、画素電極として機能する導電膜119、及び容量素子25を有する素子基板を、
5枚のフォトマスクで作製することができる。本実施の形態では、金属酸化物膜及びチャ
ネル保護膜を1枚のフォトマスクを用いて形成するため、素子基板を作製するために必要
なフォトマスクを削減することができる。
Through the above steps, the conductive film 103 that functions as a gate electrode, the insulating films 105 and 106a that function as a gate insulating film, the metal oxide film 109a, the insulating film 111c that partially covers the metal oxide film 109a, and the metal oxide film. A conductive film 11 that comes into contact with 109a and functions as a pair of electrodes.
A transistor 22 having 7a and 117b can be manufactured. Further, the conductive film 119 which comes into contact with the conductive film 117b contained in the transistor 22 and functions as a pixel electrode can be formed. Further, the metal oxide film 109c and the insulating film 11 formed on the insulating film 106b.
3. The capacitive element 25 having the conductive film 119 can be manufactured. That is, the element substrate having the transistor 22, the conductive film 119 functioning as a pixel electrode, and the capacitive element 25.
It can be made with 5 photomasks. In the present embodiment, since the metal oxide film and the channel protection film are formed by using one photomask, the photomask required for manufacturing the device substrate can be reduced.

また、本実施の形態に示す半導体装置は、トランジスタのチャネル領域を含む金属酸化
物膜と同時に、容量素子の一方の電極となる金属酸化物膜を形成する。このため、トラン
ジスタのチャネル領域を含む金属酸化物膜と、容量素子の一方の電極となる金属酸化物膜
とは、同じ金属元素で構成される。また、画素電極として機能する導電膜を容量素子の他
方の電極として用いる。これらのため、容量素子を形成するために、新たに導電膜を形成
する工程が不要であり、表示装置の作製工程を削減できる。また、容量素子は、一対の電
極である金属酸化物膜109c及び導電膜119が共に、透光性を有するため、容量素子
25が透光性を有する。この結果、容量素子の占有面積を大きくしつつ、画素の開口率を
高めることができる。さらには、消費電力を低減した表示装置を作製することができる。
Further, the semiconductor device shown in the present embodiment forms a metal oxide film including the channel region of the transistor and at the same time forms a metal oxide film serving as one electrode of the capacitive element. Therefore, the metal oxide film including the channel region of the transistor and the metal oxide film serving as one electrode of the capacitive element are composed of the same metal element. Further, a conductive film that functions as a pixel electrode is used as the other electrode of the capacitive element. Therefore, in order to form the capacitive element, the step of newly forming the conductive film is unnecessary, and the step of manufacturing the display device can be reduced. Further, in the capacitive element, since both the metal oxide film 109c and the conductive film 119, which are a pair of electrodes, have translucency, the capacitive element 25 has translucency. As a result, the aperture ratio of the pixels can be increased while increasing the occupied area of the capacitive element. Furthermore, it is possible to manufacture a display device with reduced power consumption.

<金属酸化物膜について>
酸素欠損が形成された酸化物半導体に水素を添加すると、酸素欠損サイトに水素が入り
伝導帯近傍にドナー準位が形成される。この結果、酸化物半導体は、導電性が高くなり、
導電体化する。導電体化された酸化物半導体を酸化物導電体ということができる。一般に
、酸化物半導体は、エネルギーギャップが大きいため、可視光に対して透光性を有する。
一方、酸化物導電体は、伝導帯近傍にドナー準位を有する酸化物半導体である。したがっ
て、該ドナー準位による吸収の影響は小さく、可視光に対して酸化物半導体と同程度の透
光性を有する。
<About metal oxide film>
When hydrogen is added to an oxide semiconductor in which oxygen deficiency is formed, hydrogen enters the oxygen deficient site and a donor level is formed in the vicinity of the conduction band. As a result, the oxide semiconductor becomes highly conductive.
Make it a conductor. An oxide semiconductor that has been made into a conductor can be called an oxide conductor. In general, oxide semiconductors have a large energy gap and therefore have translucency with respect to visible light.
On the other hand, the oxide conductor is an oxide semiconductor having a donor level in the vicinity of the conduction band. Therefore, the influence of absorption by the donor level is small, and it has the same level of translucency as an oxide semiconductor with respect to visible light.

ここで、金属酸化物膜109aに用いられるような、酸化物半導体で形成される膜(以
下、酸化物半導体膜(OS)という。)と、金属酸化物膜109cに用いられるような、
酸化物導電体で形成される膜(以下、酸化物導電体膜(OC)という。)における、抵抗
率の温度依存性について、図13を用いて説明する。図13において、横軸に測定温度を
示し、縦軸に抵抗率を示す。また、酸化物半導体膜(OS)の測定結果を丸印で示し、酸
化物導電体膜(OC)の測定結果を四角印で示す。
Here, a film formed of an oxide semiconductor (hereinafter referred to as an oxide semiconductor film (OS)) such as that used for the metal oxide film 109a and a film such that is used for the metal oxide film 109c.
The temperature dependence of resistivity in a film formed of an oxide conductor (hereinafter referred to as an oxide conductor film (OC)) will be described with reference to FIG. In FIG. 13, the horizontal axis represents the measured temperature and the vertical axis represents the resistivity. Further, the measurement result of the oxide semiconductor film (OS) is indicated by a circle, and the measurement result of the oxide conductor film (OC) is indicated by a square mark.

なお、酸化物半導体膜(OS)を含む試料は、ガラス基板上に、原子数比がIn:Ga
:Zn=1:1:1.2のスパッタリングターゲットを用いたスパッタリング法により厚
さ35nmのIn−Ga−Zn酸化物膜を形成し、原子数比がIn:Ga:Zn=1:4
:5のスパッタリングターゲットを用いたスパッタリング法により厚さ20nmのIn−
Ga−Zn酸化物膜を形成し、450℃の窒素雰囲気で加熱処理した後、450℃の窒素
及び酸素の混合ガス雰囲気で加熱処理し、さらにプラズマCVD法で酸化窒化シリコン膜
を形成して、作製された。
The sample containing the oxide semiconductor film (OS) has an atomic number ratio of In: Ga on a glass substrate.
An In-Ga-Zn oxide film having a thickness of 35 nm is formed by a sputtering method using a sputtering target of Zn = 1: 1: 1.2, and the atomic number ratio is In: Ga: Zn = 1: 4.
: In- with a thickness of 20 nm by a sputtering method using a sputtering target of 5.
A Ga-Zn oxide film is formed and heat-treated in a nitrogen atmosphere at 450 ° C., then heat-treated in a mixed gas atmosphere of nitrogen and oxygen at 450 ° C., and a silicon oxide film is further formed by a plasma CVD method. Made.

また、酸化物導電体膜(OC)を含む試料は、ガラス基板上に、原子数比がIn:Ga
:Zn=1:1:1のスパッタリングターゲットを用いたスパッタリング法により厚さ1
00nmのIn−Ga−Zn酸化物膜を形成し、450℃の窒素雰囲気で加熱処理した後
、450℃の窒素及び酸素の混合ガス雰囲気で加熱処理し、プラズマCVD法で窒化シリ
コン膜を形成して、作製された。
Further, the sample containing the oxide conductor film (OC) has an atomic number ratio of In: Ga on a glass substrate.
: Thickness 1 by the sputtering method using a sputtering target of Zn = 1: 1: 1.
A 00 nm In-Ga-Zn oxide film is formed, heat-treated in a nitrogen atmosphere at 450 ° C., and then heat-treated in a mixed gas atmosphere of nitrogen and oxygen at 450 ° C. to form a silicon nitride film by a plasma CVD method. Was made.

図13からわかるように、酸化物導電体膜(OC)における抵抗率の温度依存性は、酸
化物半導体膜(OS)における抵抗率の温度依存性より小さい。代表的には、80K以上
290K以下における酸化物半導体膜(OC)の抵抗率の変化率は、±20%未満である
。または、150K以上250K以下における抵抗率の変化率は、±10%未満である。
即ち、酸化物導電体は、縮退半導体であり、伝導帯端とフェルミ準位とが一致または略一
致していると推定される。このため、酸化物導電体膜を、抵抗素子、配線、容量素子の電
極、画素電極、コモン電極等に用いることが可能である。
As can be seen from FIG. 13, the temperature dependence of the resistivity in the oxide conductor film (OC) is smaller than the temperature dependence of the resistivity in the oxide semiconductor film (OS). Typically, the rate of change in resistivity of the oxide semiconductor film (OC) at 80 K or more and 290 K or less is less than ± 20%. Alternatively, the rate of change in resistivity at 150 K or more and 250 K or less is less than ± 10%.
That is, the oxide conductor is a degenerate semiconductor, and it is presumed that the conduction band edge and the Fermi level coincide with or substantially coincide with each other. Therefore, the oxide conductor film can be used for a resistance element, a wiring, an electrode of a capacitance element, a pixel electrode, a common electrode, and the like.

<酸化物半導体膜及び金属酸化物膜について>
次に、半導体特性を有する金属酸化物膜及び酸化物半導体膜に適用可能な一態様につい
て説明する。ここでは、代表例として、酸化物半導体膜を用いて説明するが、適宜酸化物
半導体膜の構成を金属酸化物膜に適用することができる。
<About oxide semiconductor film and metal oxide film>
Next, a metal oxide film having semiconductor characteristics and an aspect applicable to the oxide semiconductor film will be described. Here, an oxide semiconductor film will be described as a typical example, but the configuration of the oxide semiconductor film can be appropriately applied to the metal oxide film.

酸化物半導体膜は、CAAC−OS膜で構成されていることが好ましい。CAAC−O
S膜は、c軸配向性を有し、明確な結晶粒界(グレインバウンダリーともいう。)を確認
することができない。この結果、チャネルエッチ型のトランジスタにおいて、一対の電極
を形成する際の酸化物半導体膜のオーバーエッチング量が少ない。この結果、酸化物半導
体膜をCAAC−OS膜で構成することで、チャネルエッチ型のトランジスタを作製する
ことができる。なお、チャネルエッチ型のトランジスタは、一対の電極の間隔、即ちチャ
ネル長を、チャネル長が0.5μm以上6.5μm以下、好ましくは1μmより大きく6
μm未満と小さくすることが可能である。
The oxide semiconductor film is preferably composed of a CAAC-OS film. CAAC-O
The S film has c-axis orientation, and a clear grain boundary (also referred to as grain boundary) cannot be confirmed. As a result, in the channel-etched transistor, the amount of overetching of the oxide semiconductor film when forming the pair of electrodes is small. As a result, a channel-etched transistor can be manufactured by forming the oxide semiconductor film with the CAAC-OS film. In the channel etch type transistor, the distance between the pair of electrodes, that is, the channel length is set to be 0.5 μm or more and 6.5 μm or less, preferably larger than 1 μm.
It can be as small as less than μm.

また、酸化物半導体膜は、単結晶構造の酸化物半導体(以下、単結晶酸化物半導体とい
う。)、多結晶構造の酸化物半導体(以下、多結晶酸化物半導体という。)、及び微結晶
構造の酸化物半導体(以下、微結晶酸化物半導体という。)の一以上で構成されてもよい
。以下に、CAAC−OS、単結晶酸化物半導体、多結晶酸化物半導体、微結晶酸化物半
導体について説明する。
The oxide semiconductor film includes an oxide semiconductor having a single crystal structure (hereinafter referred to as a single crystal oxide semiconductor), an oxide semiconductor having a polycrystalline structure (hereinafter referred to as a polycrystalline oxide semiconductor), and a microcrystal structure. It may be composed of one or more of the oxide semiconductors (hereinafter, referred to as microcrystalline oxide semiconductors). The CAAC-OS, single crystal oxide semiconductor, polycrystalline oxide semiconductor, and microcrystal oxide semiconductor will be described below.

<CAAC−OS>
CAAC−OS膜は、複数の結晶部を有する酸化物半導体膜の一つである。また、CA
AC−OS膜に含まれる結晶部は、c軸配向性を有する。平面TEM像において、CAA
C−OS膜に含まれる結晶部の面積が2500nm以上、さらに好ましくは5μm
上、さらに好ましくは1000μm以上である。また、断面TEM像において、該結晶
部を50%以上、好ましくは80%以上、さらに好ましくは95%以上有することで、単
結晶に近い物性の薄膜となる。
<CAAC-OS>
The CAAC-OS film is one of the oxide semiconductor films having a plurality of crystal portions. Also, CA
The crystal portion contained in the AC-OS film has c-axis orientation. CAA in a planar TEM image
The area of the crystal portion contained in the C-OS film is 2500 nm 2 or more, more preferably 5 μm 2 or more, still more preferably 1000 μm 2 or more. Further, in the cross-sectional TEM image, by having the crystal portion of 50% or more, preferably 80% or more, more preferably 95% or more, a thin film having physical characteristics close to that of a single crystal can be obtained.

CAAC−OS膜を透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Elec
tron Microscope)によって観察すると、結晶部同士の明確な境界、即ち
結晶粒界(グレインバウンダリーともいう。)を確認することができない。そのため、C
AAC−OS膜は、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。
Transmission electron microscope (TEM: Transmission Elec) with CAAC-OS membrane
When observed by a TRON Microscope), a clear boundary between crystal portions, that is, a grain boundary (also referred to as a grain boundary) cannot be confirmed. Therefore, C
It can be said that the AAC-OS film is unlikely to cause a decrease in electron mobility due to grain boundaries.

CAAC−OS膜を、試料面と概略平行な方向からTEMによって観察(断面TEM観
察)すると、結晶部において、金属原子が層状に配列していることを確認できる。金属原
子の各層は、CAAC−OS膜の膜を形成する面(被形成面ともいう。)または上面の凹
凸を反映した形状であり、CAAC−OS膜の被形成面または上面と平行に配列する。な
お、本明細書において、「平行」とは、二つの直線が−10°以上10°以下の角度で配
置されている状態をいう。従って、−5°以上5°以下の場合も含まれる。また、「垂直
」とは、二つの直線が80°以上100°以下の角度で配置されている状態をいう。従っ
て、85°以上95°以下の場合も含まれる。
When the CAAC-OS film is observed by TEM from a direction substantially parallel to the sample surface (cross-section TEM observation), it can be confirmed that the metal atoms are arranged in layers in the crystal portion. Each layer of the metal atom has a shape that reflects the unevenness of the surface (also referred to as the surface to be formed) or the upper surface of the CAAC-OS film, and is arranged parallel to the surface to be formed or the upper surface of the CAAC-OS film. .. In the present specification, "parallel" means a state in which two straight lines are arranged at an angle of −10 ° or more and 10 ° or less. Therefore, the case of −5 ° or more and 5 ° or less is also included. Further, "vertical" means a state in which two straight lines are arranged at an angle of 80 ° or more and 100 ° or less. Therefore, the case of 85 ° or more and 95 ° or less is also included.

一方、CAAC−OS膜を、試料面と概略垂直な方向からTEMによって観察(平面T
EM観察)すると、結晶部において、金属原子が三角形状または六角形状に配列している
ことを確認できる。しかしながら、異なる結晶部間で、金属原子の配列に規則性は見られ
ない。
On the other hand, the CAAC-OS film is observed by TEM from a direction substantially perpendicular to the sample surface (plane T).
By EM observation), it can be confirmed that the metal atoms are arranged in a triangular or hexagonal shape in the crystal portion. However, there is no regularity in the arrangement of metal atoms between different crystal parts.

なお、CAAC−OS膜に対し、電子線回折を行うと、配向性を示すスポット(輝点)
が観測される。
When electron diffraction is performed on the CAAC-OS film, spots (bright spots) showing orientation are exhibited.
Is observed.

断面TEM観察および平面TEM観察より、CAAC−OS膜の結晶部は配向性を有し
ていることがわかる。
From the cross-sectional TEM observation and the planar TEM observation, it can be seen that the crystal portion of the CAAC-OS film has orientation.

CAAC−OS膜に対し、X線回折(XRD:X−Ray Diffraction)
装置を用いて構造解析を行うと、CAAC−OS膜のout−of−plane法による
解析では、回折角(2θ)が31°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、I
nGaZn酸化物の結晶の(00x)面(xは整数)に帰属されることから、CAAC−
OS膜の結晶がc軸配向性を有し、c軸が被形成面または上面に概略垂直な方向を向いて
いることが確認できる。
X-ray diffraction (XRD: X-Ray Diffraction) with respect to the CAAC-OS film
When the structural analysis is performed using the apparatus, a peak may appear in the diffraction angle (2θ) near 31 ° in the analysis by the out-of-plane method of the CAAC-OS film. This peak is I
Since it belongs to the (00x) plane (x is an integer) of the crystal of nGaZn oxide, CAAC-
It can be confirmed that the crystals of the OS film have c-axis orientation and the c-axis is oriented substantially perpendicular to the surface to be formed or the upper surface.

一方、CAAC−OS膜に対し、c軸に概略垂直な方向からX線を入射させるin−p
lane法による解析では、2θが56°近傍にピークが現れる場合がある。このピーク
は、InGaZn酸化物の結晶の(110)面に帰属される。InGaZn酸化物の単結
晶酸化物半導体膜であれば、2θを56°近傍に固定し、試料面の法線ベクトルを軸(φ
軸)として試料を回転させながら分析(φスキャン)を行うと、(110)面と等価な結
晶面に帰属されるピークが6本観察される。これに対し、CAAC−OS膜の場合は、2
θを56°近傍に固定してφスキャンした場合でも、明瞭なピークが現れない。
On the other hand, in-p in which X-rays are incident on the CAAC-OS film from a direction approximately perpendicular to the c-axis.
In the analysis by the lane method, a peak may appear in the vicinity of 2θ at 56 °. This peak is attributed to the (110) plane of the InGaZn oxide crystal. In the case of a single crystal oxide semiconductor film of InGaZn oxide, 2θ is fixed in the vicinity of 56 ° and the normal vector of the sample surface is the axis (φ).
When the analysis (φ scan) is performed while rotating the sample as the axis), six peaks attributed to the crystal plane equivalent to the (110) plane are observed. On the other hand, in the case of CAAC-OS film, 2
Even when θ is fixed at around 56 ° and φ scan is performed, no clear peak appears.

以上のことから、CAAC−OS膜では、異なる結晶部間ではa軸およびb軸の配向は
不規則であるが、c軸配向性を有し、かつc軸が被形成面または上面の法線ベクトルに平
行な方向を向いていることがわかる。従って、前述の断面TEM観察で確認された層状に
配列した金属原子の各層は、結晶のa−b面に平行な面である。
From the above, in the CAAC-OS film, the a-axis and b-axis orientations are irregular between different crystal portions, but they have c-axis orientation and the c-axis is the normal of the surface to be formed or the upper surface. It can be seen that the direction is parallel to the vector. Therefore, each layer of the metal atoms arranged in layers confirmed by the above-mentioned cross-sectional TEM observation is a plane parallel to the ab plane of the crystal.

なお、結晶は、CAAC−OS膜を成膜した際、または加熱処理などの結晶化処理を行
った際に形成される。上述したように、結晶のc軸は、CAAC−OS膜の被形成面また
は上面の法線ベクトルに平行な方向に配向する。従って、例えば、CAAC−OS膜の形
状をエッチングなどによって変化させた場合、結晶のc軸がCAAC−OS膜の被形成面
または上面の法線ベクトルと平行にならないこともある。
The crystals are formed when the CAAC-OS film is formed or when a crystallization treatment such as heat treatment is performed. As described above, the c-axis of the crystal is oriented in a direction parallel to the normal vector of the surface to be formed or the upper surface of the CAAC-OS film. Therefore, for example, when the shape of the CAAC-OS film is changed by etching or the like, the c-axis of the crystal may not be parallel to the normal vector of the surface to be formed or the upper surface of the CAAC-OS film.

また、CAAC−OS膜中の結晶化度が均一でなくてもよい。例えば、CAAC−OS
膜の結晶部が、CAAC−OS膜の上面近傍からの結晶成長によって形成される場合、上
面近傍の領域は、被形成面近傍の領域よりも結晶化度が高くなることがある。また、CA
AC−OS膜に不純物を添加する場合、不純物が添加された領域の結晶化度が変化し、部
分的に結晶化度の異なる領域が形成されることもある。
Further, the crystallinity in the CAAC-OS film does not have to be uniform. For example, CAAC-OS
When the crystal part of the film is formed by crystal growth from the vicinity of the upper surface of the CAAC-OS film, the region near the upper surface may have a higher crystallinity than the region near the surface to be formed. Also, CA
When an impurity is added to the AC-OS film, the crystallinity of the region to which the impurity is added changes, and a region having a partially different crystallinity may be formed.

なお、CAAC−OS膜のout−of−plane法による解析では、2θが31°
近傍のピークの他に、2θが36°近傍にもピークが現れる場合がある。2θが36°近
傍のピークは、CAAC−OS膜中の一部に、c軸配向性を有さない結晶部が含まれるこ
とを示している。CAAC−OS膜は、2θが31°近傍にピークを示し、2θが36°
近傍にピークを示さないことが好ましい。
In the analysis of the CAAC-OS film by the out-of-plane method, 2θ is 31 °.
In addition to the peaks in the vicinity, peaks may appear in the vicinity of 2θ of 36 °. The peak in which 2θ is in the vicinity of 36 ° indicates that a part of the CAAC-OS film contains a crystal portion having no c-axis orientation. In the CAAC-OS film, 2θ peaks near 31 ° and 2θ is 36 °.
It is preferable that no peak is shown in the vicinity.

CAAC−OS膜は、不純物濃度の低い酸化物半導体膜である。不純物は、水素、炭素
、シリコン、遷移金属元素などの酸化物半導体膜の主成分以外の元素である。特に、シリ
コンなどの、酸化物半導体膜を構成する金属元素よりも酸素との結合力の強い元素は、酸
化物半導体膜から酸素を奪うことで酸化物半導体膜の原子配列を乱し、結晶性を低下させ
る要因となる。また、鉄やニッケルなどの重金属、アルゴン、二酸化炭素などは、原子半
径(または分子半径)が大きいため、酸化物半導体膜内部に含まれると、酸化物半導体膜
の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。なお、酸化物半導体膜に含まれる不
純物は、キャリアトラップやキャリア発生源となる場合がある。
The CAAC-OS film is an oxide semiconductor film having a low impurity concentration. Impurities are elements other than the main components of the oxide semiconductor film, such as hydrogen, carbon, silicon, and transition metal elements. In particular, elements such as silicon, which have a stronger bond with oxygen than the metal elements constituting the oxide semiconductor film, disturb the atomic arrangement of the oxide semiconductor film by depriving the oxide semiconductor film of oxygen and have crystallinity. It becomes a factor to reduce. In addition, heavy metals such as iron and nickel, argon, carbon dioxide, etc. have a large atomic radius (or molecular radius), so if they are contained inside the oxide semiconductor film, they disturb the atomic arrangement of the oxide semiconductor film and are crystalline. It becomes a factor to reduce. The impurities contained in the oxide semiconductor film may serve as a carrier trap or a carrier generation source.

また、CAAC−OS膜は、欠陥準位密度の低い酸化物半導体膜である。例えば、酸化
物半導体膜中の酸素欠損は、キャリアトラップとなることや、水素を捕獲することによっ
てキャリア発生源となることがある。
The CAAC-OS film is an oxide semiconductor film having a low defect level density. For example, oxygen deficiency in an oxide semiconductor film may become a carrier trap or a carrier generation source by capturing hydrogen.

不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低い(酸素欠損の少ない)ことを、高純度真性また
は実質的に高純度真性と呼ぶ。高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体
膜は、キャリア発生源が少ないため、キャリア密度を低くすることができる。従って、当
該酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性(ノ
ーマリーオンともいう。)になることが少ない。また、高純度真性または実質的に高純度
真性である酸化物半導体膜は、キャリアトラップが少ない。そのため、当該酸化物半導体
膜を用いたトランジスタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる
。なお、酸化物半導体膜のキャリアトラップに捕獲された電荷は、放出するまでに要する
時間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、不純物濃度が高
く、欠陥準位密度が高い酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、電気特性が不安定とな
る場合がある。
A low impurity concentration and a low defect level density (less oxygen deficiency) is called high-purity intrinsic or substantially high-purity intrinsic. Since the oxide semiconductor film having high purity intrinsicity or substantially high purity intrinsicity has few carrier sources, the carrier density can be lowered. Therefore, the transistor using the oxide semiconductor film rarely has electrical characteristics (also referred to as normal on) in which the threshold voltage becomes negative. Further, the oxide semiconductor film having high purity intrinsicity or substantially high purity intrinsicity has few carrier traps. Therefore, the transistor using the oxide semiconductor film is a highly reliable transistor with little fluctuation in electrical characteristics. The charge captured by the carrier trap of the oxide semiconductor film takes a long time to be released, and may behave as if it were a fixed charge. Therefore, a transistor using an oxide semiconductor film having a high impurity concentration and a high defect level density may have unstable electrical characteristics.

また、CAAC−OS膜を用いたトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気特
性の変動が小さい。
Further, the transistor using the CAAC-OS film has a small fluctuation in electrical characteristics due to irradiation with visible light or ultraviolet light.

<単結晶酸化物半導体>
単結晶酸化物半導体膜は、不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低い(酸素欠損が少ない
)酸化物半導体膜である。そのため、キャリア密度を低くすることができる。従って、単
結晶酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、ノーマリーオンの電気特性になることが少
ない。また、単結晶酸化物半導体膜は、不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低いため、キ
ャリアトラップが少なくなる場合がある。従って、単結晶酸化物半導体膜を用いたトラン
ジスタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる。
<Single crystal oxide semiconductor>
The single crystal oxide semiconductor film is an oxide semiconductor film having a low impurity concentration and a low defect level density (less oxygen deficiency). Therefore, the carrier density can be lowered. Therefore, a transistor using a single crystal oxide semiconductor film is unlikely to have normally-on electrical characteristics. Further, since the single crystal oxide semiconductor film has a low impurity concentration and a low defect level density, carrier traps may be reduced. Therefore, a transistor using a single crystal oxide semiconductor film is a highly reliable transistor with little fluctuation in electrical characteristics.

なお、酸化物半導体膜は、欠陥が少ないと密度が高くなる。また、酸化物半導体膜は、
結晶性が高いと密度が高くなる。また、酸化物半導体膜は、水素などの不純物濃度が低い
と密度が高くなる。単結晶酸化物半導体膜は、CAAC−OS膜よりも密度が高い。また
、CAAC−OS膜は、微結晶酸化物半導体膜よりも密度が高い。また、多結晶酸化物半
導体膜は、微結晶酸化物半導体膜よりも密度が高い。また、微結晶酸化物半導体膜は、非
晶質酸化物半導体膜よりも密度が高い。
The density of the oxide semiconductor film increases when there are few defects. In addition, the oxide semiconductor film is
The higher the crystallinity, the higher the density. Further, the density of the oxide semiconductor film increases when the concentration of impurities such as hydrogen is low. The single crystal oxide semiconductor film has a higher density than the CAAC-OS film. Further, the CAAC-OS film has a higher density than the microcrystalline oxide semiconductor film. Moreover, the polycrystalline oxide semiconductor film has a higher density than the microcrystalline oxide semiconductor film. Further, the microcrystalline oxide semiconductor film has a higher density than the amorphous oxide semiconductor film.

<多結晶酸化物半導体>
多結晶酸化物半導体膜は、高分解能TEMによる観察において、結晶粒を確認すること
ができる。多結晶酸化物半導体膜に含まれる結晶粒は、例えば、高分解能TEMによる観
察像で、2nm以上300nm以下、3nm以上100nm以下または5nm以上50n
m以下の粒径であることが多い。また、多結晶酸化物半導体膜は、高分解能TEMによる
観察像で、結晶粒界を確認できる場合がある。
<Polycrystalline oxide semiconductor>
Crystal grains of the polycrystalline oxide semiconductor film can be confirmed by observation with a high-resolution TEM. The crystal grains contained in the polycrystalline oxide semiconductor film are, for example, 2 nm or more and 300 nm or less, 3 nm or more and 100 nm or less, or 5 nm or more and 50 n in an observation image by a high-resolution TEM.
It often has a particle size of m or less. Further, in the polycrystalline oxide semiconductor film, the crystal grain boundaries may be confirmed by the observation image by the high resolution TEM.

多結晶酸化物半導体膜は、複数の結晶粒を有し、当該複数の結晶粒間において結晶の方
位が異なっている場合がある。また、多結晶酸化物半導体膜に対し、XRD装置を用いて
構造解析を行うと、例えばInGaZnOの結晶を有する多結晶酸化物半導体膜のou
t−of−plane法による解析では、2θが31°近傍のピーク、2θが36°近傍
のピーク、またはそのほかのピークが現れる場合がある。
The polycrystalline oxide semiconductor film has a plurality of crystal grains, and the crystal orientation may be different between the plurality of crystal grains. Further, when the structure of the polycrystalline oxide semiconductor film is analyzed using the XRD device, for example, the ou of the polycrystalline oxide semiconductor film having crystals of InGaZnO 4 is obtained.
In the analysis by the t-of-plane method, a peak in which 2θ is in the vicinity of 31 °, a peak in which 2θ is in the vicinity of 36 °, or other peaks may appear.

多結晶酸化物半導体膜は、高い結晶性を有するため、高い電子移動度を有する場合があ
る。従って、多結晶酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、高い電界効果移動度を有す
る。ただし、多結晶酸化物半導体膜は、結晶粒界に不純物が偏析する場合がある。また、
多結晶酸化物半導体膜の結晶粒界は欠陥準位となる。多結晶酸化物半導体膜は、結晶粒界
がキャリアトラップやキャリア発生源となる場合があるため、多結晶酸化物半導体膜を用
いたトランジスタは、CAAC−OS膜を用いたトランジスタと比べて、電気特性の変動
が大きく、信頼性の低いトランジスタとなる場合がある。
Since the polycrystalline oxide semiconductor film has high crystallinity, it may have high electron mobility. Therefore, the transistor using the polycrystalline oxide semiconductor film has high field effect mobility. However, in the polycrystalline oxide semiconductor film, impurities may segregate at the grain boundaries. again,
The grain boundaries of the polycrystalline oxide semiconductor film are defect levels. Since the grain boundaries of the polycrystalline oxide semiconductor film may be a carrier trap or a carrier generation source, the transistor using the polycrystalline oxide semiconductor film is more electric than the transistor using the CAAC-OS film. The characteristics of the transistor fluctuate greatly, and the transistor may have low reliability.

<微結晶酸化物半導体>
微結晶酸化物半導体膜は、TEMによる観察像では、明確に結晶部を確認することがで
きない場合がある。微結晶酸化物半導体膜に含まれる結晶部は、1nm以上100nm以
下、または1nm以上10nm以下の大きさであることが多い。特に、1nm以上10n
m以下、または1nm以上3nm以下の微結晶であるナノ結晶(nc:nanocrys
tal)を有する酸化物半導体膜を、nc−OS(nanocrystalline O
xide Semiconductor)膜と呼ぶ。また、nc−OS膜は、例えば、T
EMによる観察像では、結晶粒界を明確に確認できない場合がある。
<Microcrystalline oxide semiconductor>
In the microcrystal oxide semiconductor film, the crystal portion may not be clearly confirmed in the observation image by TEM. The crystal portion contained in the microcrystalline oxide semiconductor film often has a size of 1 nm or more and 100 nm or less, or 1 nm or more and 10 nm or less. In particular, 1 nm or more and 10 n
Nanocrystals (nc: nanocrys) that are microcrystals of m or less, or 1 nm or more and 3 nm or less.
An oxide semiconductor film having tal) is used as an nc-OS (nanocrystalline O).
It is called a xide Semiconductor) membrane. Further, the nc-OS film is, for example, T.
In the observation image by EM, the crystal grain boundaries may not be clearly confirmed.

nc−OS膜は、微小な領域(例えば、1nm以上10nm以下の領域、特に1nm以
上3nm以下の領域)において原子配列に周期性を有する。また、nc−OS膜は、異な
る結晶部間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。
従って、nc−OS膜は、分析方法によっては、非晶質酸化物半導体膜と区別が付かない
場合がある。例えば、nc−OS膜に対し、結晶部よりも大きい径のX線を用いるXRD
装置を用いて構造解析を行うと、out−of−plane法による解析では、結晶面を
示すピークが検出されない。また、nc−OS膜に対し、結晶部よりも大きい径(例えば
50nm以上)の電子線を用いる電子線回折(制限視野電子線回折ともいう。)を行うと
、ハローパターンのような回折パターンが観測される。一方、nc−OS膜に対し、結晶
部の大きさと近いか結晶部より小さいプローブ径(例えば1nm以上30nm以下)の電
子線を用いる電子線回折(ナノビーム電子線回折ともいう。)を行うと、スポットが観測
される。また、nc−OS膜に対しナノビーム電子線回折を行うと、円を描くように(リ
ング状に)輝度の高い領域が観測される場合がある。また、nc−OS膜に対しナノビー
ム電子線回折を行うと、リング状の領域内に複数のスポットが観測される場合がある。
The nc-OS film has periodicity in the atomic arrangement in a minute region (for example, a region of 1 nm or more and 10 nm or less, particularly a region of 1 nm or more and 3 nm or less). In addition, the nc-OS film does not show regularity in crystal orientation between different crystal portions. Therefore, no orientation is observed in the entire film.
Therefore, the nc-OS film may be indistinguishable from the amorphous oxide semiconductor film depending on the analysis method. For example, an XRD that uses X-rays having a diameter larger than that of the crystal portion for the nc-OS film.
When the structural analysis is performed using the apparatus, the peak indicating the crystal plane is not detected in the analysis by the out-of-plane method. Further, when electron beam diffraction (also referred to as limited field electron diffraction) using an electron beam having a diameter larger than that of the crystal portion (for example, 50 nm or more) is performed on the nc-OS film, a diffraction pattern such as a halo pattern is generated. Observed. On the other hand, when electron diffraction (also referred to as nanobeam electron diffraction) is performed on the nc-OS film using an electron beam having a probe diameter (for example, 1 nm or more and 30 nm or less) that is close to the size of the crystal portion or smaller than the crystal portion. Spots are observed. Further, when nanobeam electron diffraction is performed on the nc-OS film, a region having high brightness (in a ring shape) may be observed in a circular motion. Further, when nanobeam electron diffraction is performed on the nc-OS film, a plurality of spots may be observed in the ring-shaped region.

nc−OS膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも規則性の高い酸化物半導体膜である。そ
のため、nc−OS膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも欠陥準位密度が低くなる。ただし
、nc−OS膜は、異なる結晶部間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、nc−
OS膜は、CAAC−OS膜と比べて欠陥準位密度が高くなる。
The nc-OS film is an oxide semiconductor film having higher regularity than the amorphous oxide semiconductor film. Therefore, the nc-OS film has a lower defect level density than the amorphous oxide semiconductor film. However, in the nc-OS film, there is no regularity in the crystal orientation between different crystal portions. Therefore, nc-
The OS film has a higher defect level density than the CAAC-OS film.

<変形例1、下地絶縁膜について>
本実施の形態に示すトランジスタにおいて、必要に応じて、基板101及びゲート電極
として機能する導電膜103の間に、下地絶縁膜を設けることができる。下地絶縁膜とし
ては、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化ガリウ
ム、酸化ハフニウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム等を
用いて形成することができる。なお、下地絶縁膜として、窒化シリコン、酸化ガリウム、
酸化ハフニウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウム等を用いて形成することで、基板
101から不純物、代表的にはアルカリ金属、水、水素等の金属酸化物膜109aへの拡
散を抑制することができる。
<Modification example 1, base insulating film>
In the transistor shown in the present embodiment, a base insulating film can be provided between the substrate 101 and the conductive film 103 that functions as a gate electrode, if necessary. As the underlying insulating film, silicon oxide, silicon nitride, silicon nitride, silicon nitride, gallium oxide, hafnium oxide, yttrium oxide, aluminum oxide, aluminum nitride and the like can be used. As the underlying insulating film, silicon nitride, gallium oxide, etc.
By forming using hafnium oxide, yttrium oxide, aluminum oxide or the like, diffusion of impurities, typically alkali metal, water, hydrogen and the like from the substrate 101 into the metal oxide film 109a can be suppressed.

下地絶縁膜は、スパッタリング法、CVD法等により形成することができる。 The underlying insulating film can be formed by a sputtering method, a CVD method, or the like.

<変形例2、ゲート絶縁膜について>
窒化物絶縁膜で形成される絶縁膜105を、欠陥の少ない第1の窒化物絶縁膜、及び水
素ブロッキング性の高い第2の窒化物絶縁膜の積層構造とすることができる。ゲート絶縁
膜として、欠陥の少ない窒化物絶縁膜を設けることで、ゲート絶縁膜の絶縁耐圧を向上さ
せることができる。また、ゲート絶縁膜として、水素ブロッキング性の高い窒化物絶縁膜
を設けることで、ゲート電極として機能する導電膜103及び絶縁膜105からの水素が
、金属酸化物膜109aに移動することを防ぐことができる。
<Modification example 2, gate insulating film>
The insulating film 105 formed of the nitride insulating film can have a laminated structure of a first nitride insulating film having few defects and a second nitride insulating film having high hydrogen blocking property. By providing a nitride insulating film with few defects as the gate insulating film, the dielectric strength of the gate insulating film can be improved. Further, by providing a nitride insulating film having a high hydrogen blocking property as the gate insulating film, it is possible to prevent hydrogen from the conductive film 103 and the insulating film 105 that function as gate electrodes from moving to the metal oxide film 109a. Can be done.

または、窒化物絶縁膜で形成される絶縁膜105として、不純物のブロッキング性が高
い第1の窒化物絶縁膜と、欠陥の少ない第2の窒化物絶縁膜と、水素ブロッキング性の高
い第2の窒化物絶縁膜とが、ゲート電極として機能する導電膜103側から順に積層され
る積層構造とすることができる。ゲート絶縁膜として、不純物のブロッキング性が高い第
1の窒化物絶縁膜を設けることで、ゲート電極として機能する導電膜103からの不純物
、代表的には、水素、窒素、アルカリ金属、またはアルカリ土類金属等が金属酸化物膜1
09aに移動することを防ぐことができる。
Alternatively, as the insulating film 105 formed of the nitride insulating film, a first nitride insulating film having a high impurity blocking property, a second nitride insulating film having few defects, and a second nitride insulating film having a high hydrogen blocking property. The nitride insulating film can be laminated in order from the conductive film 103 side that functions as a gate electrode. By providing a first nitride insulating film having a high blocking property of impurities as the gate insulating film, impurities from the conductive film 103 that functions as a gate electrode, typically hydrogen, nitrogen, alkali metal, or alkaline soil. Metal oxide film 1
It is possible to prevent the movement to 09a.

なお、本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態に示す構成及び方法な
どと適宜組み合わせて用いることができる。
The configuration and method shown in this embodiment can be used in combination with the configuration and method shown in other embodiments as appropriate.

(実施の形態2)
本実施の形態では、実施の形態1と異なる表示装置の素子基板の作製方法について、図
面を用いて説明する。本実施の形態は、実施の形態1と同様に、チャネル領域を有する金
属酸化物膜と、チャネル保護膜として機能する絶縁膜を1枚のフォトマスクを用いて形成
する。一方、本実施の形態は、電極として機能する導電膜及び容量素子の誘電体膜として
機能する絶縁膜の作製工程の順序が、実施の形態1と異なる。
(Embodiment 2)
In this embodiment, a method of manufacturing an element substrate of a display device different from that of the first embodiment will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, similarly to the first embodiment, a metal oxide film having a channel region and an insulating film functioning as a channel protective film are formed by using one photomask. On the other hand, in the present embodiment, the order of the steps of manufacturing the conductive film that functions as an electrode and the insulating film that functions as a dielectric film of the capacitive element is different from that of the first embodiment.

画素13に液晶素子を用いた液晶表示装置の素子基板の具体的な例について説明する。
ここでは、図1(B)に示す画素13の上面図を図6に示す。
A specific example of the element substrate of the liquid crystal display device using the liquid crystal element for the pixel 13 will be described.
Here, FIG. 6 shows a top view of the pixel 13 shown in FIG. 1 (B).

図6において、走査線として機能する導電膜203は、信号線に略直交する方向(図中
左右方向)に延伸して設けられている。信号線として機能する導電膜213aは、走査線
に略直交する方向(図中上下方向)に延伸して設けられている。容量線として機能する導
電膜213cは、信号線と平行方向に延伸して設けられている。なお、走査線として機能
する導電膜203は、走査線駆動回路14(図1(A)を参照。)と電気的に接続されて
おり、信号線として機能する導電膜213a及び容量線として機能する導電膜213cは
、信号線駆動回路16(図1(A)を参照。)に電気的に接続されている。
In FIG. 6, the conductive film 203 that functions as a scanning line is provided so as to extend in a direction substantially orthogonal to the signal line (left-right direction in the figure). The conductive film 213a that functions as a signal line is provided so as to extend in a direction substantially orthogonal to the scanning line (vertical direction in the drawing). The conductive film 213c that functions as a capacitance line is provided so as to extend in a direction parallel to the signal line. The conductive film 203 that functions as a scanning line is electrically connected to the scanning line driving circuit 14 (see FIG. 1A), and functions as a conductive film 213a that functions as a signal line and a capacitance line. The conductive film 213c is electrically connected to the signal line drive circuit 16 (see FIG. 1A).

トランジスタ22aは、走査線及び信号線が交差する領域に設けられている。トランジ
スタ22aは、ゲート電極として機能する導電膜203、ゲート絶縁膜(図6に図示せず
。)、ゲート絶縁膜上に形成されたチャネル領域が形成される金属酸化物膜209a、ソ
ース電極及びドレイン電極として機能する導電膜213a、213bにより構成される。
なお、導電膜203は、走査線としても機能し、金属酸化物膜209aと重畳する領域が
トランジスタ22aのゲート電極として機能する。また、導電膜213aは、信号線とし
ても機能し、金属酸化物膜209aと重畳する領域がトランジスタ22aのソース電極ま
たはドレイン電極として機能する。また、図6において、走査線は、上面形状において端
部が金属酸化物膜209aの端部より外側に位置する。このため、走査線はバックライト
などの光源からの光を遮る遮光膜として機能する。この結果、トランジスタに含まれる金
属酸化物膜209aに光が照射されず、トランジスタの電気特性の変動を抑制することが
できる。
The transistor 22a is provided in a region where the scanning line and the signal line intersect. The transistor 22a includes a conductive film 203 that functions as a gate electrode, a gate insulating film (not shown in FIG. 6), a metal oxide film 209a on which a channel region formed on the gate insulating film is formed, a source electrode and a drain. It is composed of conductive films 213a and 213b that function as electrodes.
The conductive film 203 also functions as a scanning line, and the region overlapping with the metal oxide film 209a functions as a gate electrode of the transistor 22a. The conductive film 213a also functions as a signal line, and the region overlapping with the metal oxide film 209a functions as a source electrode or a drain electrode of the transistor 22a. Further, in FIG. 6, the end portion of the scanning line is located outside the end portion of the metal oxide film 209a in the upper surface shape. Therefore, the scanning line functions as a light-shielding film that blocks light from a light source such as a backlight. As a result, the metal oxide film 209a contained in the transistor is not irradiated with light, and fluctuations in the electrical characteristics of the transistor can be suppressed.

また、導電膜213bは、開口部219において、画素電極として機能する透光性を有
する導電膜221と電気的に接続されている。
Further, the conductive film 213b is electrically connected to the translucent conductive film 221 that functions as a pixel electrode at the opening 219.

容量素子25aは、ゲート絶縁膜上に形成される金属酸化物膜209bと、画素電極と
して機能する透光性を有する導電膜221と、トランジスタ22a上に設けられる窒化物
絶縁膜で形成される誘電体膜とで構成されている。金属酸化物膜109bは透光性を有す
るため、容量素子25aは透光性を有する。また、容量素子25aの一対の電極の一方と
して機能する金属酸化物膜209bが、容量線として機能する導電膜213cと接続され
ている。
The capacitive element 25a is a dielectric formed of a metal oxide film 209b formed on a gate insulating film, a translucent conductive film 221 that functions as a pixel electrode, and a nitride insulating film provided on the transistor 22a. It is composed of a body membrane. Since the metal oxide film 109b has translucency, the capacitive element 25a has translucency. Further, the metal oxide film 209b that functions as one of the pair of electrodes of the capacitance element 25a is connected to the conductive film 213c that functions as the capacitance line.

このように容量素子25aは透光性を有するため、画素13内に容量素子25aを大き
く(大面積に)形成することができる。従って、開口率を高めつつ、50%以上、好まし
くは55%以上、好ましくは60%以上とすることが可能であると共に、電荷容量を増大
させた半導体装置を得ることができる。例えば、解像度の高い半導体装置、例えば液晶表
示装置においては、画素の面積が小さくなり、容量素子の面積も小さくなる。このため、
解像度の高い半導体装置において、容量素子に蓄積される電荷容量が小さくなる。しかし
ながら、本実施の形態に示す容量素子25aは透光性を有するため、当該容量素子を画素
に設けることで、各画素において十分な電荷容量を得つつ、開口率を高めることができる
。代表的には、画素密度が200ppi以上、さらには300ppi以上、さらには50
0ppiである高解像度の半導体装置に好適に用いることができる。
Since the capacitive element 25a has translucency in this way, the capacitive element 25a can be formed large (in a large area) in the pixel 13. Therefore, it is possible to obtain a semiconductor device having an aperture ratio of 50% or more, preferably 55% or more, preferably 60% or more, and an increased charge capacity. For example, in a high-resolution semiconductor device, for example, a liquid crystal display device, the area of pixels is small and the area of capacitive elements is also small. For this reason,
In a semiconductor device with high resolution, the charge capacitance stored in the capacitive element becomes small. However, since the capacitive element 25a shown in the present embodiment has translucency, by providing the capacitive element in the pixel, it is possible to increase the aperture ratio while obtaining a sufficient charge capacity in each pixel. Typically, the pixel density is 200 ppi or more, further 300 ppi or more, and further 50.
It can be suitably used for a high resolution semiconductor device having 0 ppi.

また、図6に示す画素13は、走査線として機能する導電膜203と平行な辺と比較し
て、信号線として機能する導電膜213aと平行な辺の方が短い形状であり、且つ容量線
として機能する導電膜213cが、信号線として機能する導電膜213aと平行な方向に
延伸して設けられている。この結果、画素13に占める導電膜213cの面積を低減する
ことが可能であるため、開口率を高めることができる。
Further, the pixel 13 shown in FIG. 6 has a shape in which the side parallel to the conductive film 213a functioning as a signal line is shorter than the side parallel to the conductive film 203 functioning as a scanning line, and is a capacitance line. The conductive film 213c that functions as a signal line is stretched in a direction parallel to the conductive film 213a that functions as a signal line. As a result, the area of the conductive film 213c occupying the pixel 13 can be reduced, so that the aperture ratio can be increased.

また、本発明の一態様は、高解像度の表示装置においても、開口率を高めることができ
るため、バックライトなどの光源の光を効率よく利用することができ、表示装置の消費電
力を低減することができる。
Further, in one aspect of the present invention, since the aperture ratio can be increased even in a high-resolution display device, the light of a light source such as a backlight can be efficiently used, and the power consumption of the display device can be reduced. be able to.

次に、図6に示す一点破線A−Bの断面図、一点破線C−Dの断面図を用いて、表示装
置の素子基板の作製方法について、説明する。
Next, a method of manufacturing the element substrate of the display device will be described with reference to the cross-sectional view of the alternate long and short dash line AB shown in FIG. 6 and the sectional view of the alternate long and short dash line CD.

実施の形態1と同様の工程を経て、第1のフォトマスク及び第2のフォトマスクを用い
た工程により、図7(A)に示すように、基板210上にゲート電極として機能する導電
膜203を形成する。また、基板291及び導電膜203上に、絶縁膜205、207a
、207bを形成する。また、絶縁膜207a、207b上にそれぞれ金属酸化物膜20
9a、209bを形成する。また、金属酸化物膜209a上にチャネル保護膜として機能
する絶縁膜211cを形成する。こののち、加熱処理を行う。
Through the same steps as in the first embodiment, the conductive film 203 that functions as a gate electrode on the substrate 210 by the step using the first photomask and the second photomask, as shown in FIG. 7 (A). To form. Further, the insulating films 205 and 207a are formed on the substrate 291 and the conductive film 203.
, 207b. Further, the metal oxide film 20 is formed on the insulating films 207a and 207b, respectively.
9a and 209b are formed. Further, an insulating film 211c that functions as a channel protective film is formed on the metal oxide film 209a. After that, heat treatment is performed.

基板201は実施の形態1に示す基板101から適宜選択することができる。また、導
電膜203は、実施の形態1に示すゲート電極として機能する導電膜103と同様の材料
及び作製方法を適宜選択することができる。絶縁膜205は、実施の形態1に示す絶縁膜
105と同様の材料及び作製方法を適宜選択することができる。絶縁膜207a、207
bは、実施の形態1に示す絶縁膜107a、107bと同様の材料及び作製方法を適宜選
択することができる。金属酸化物膜209a、209bは、実施の形態1に示す金属酸化
物膜109a、109bと同様の材料及び作製方法を適宜選択することができる。チャネ
ル保護膜として機能する絶縁膜211cは、実施の形態1に示す絶縁膜111cと同様の
材料及び作製方法を適宜選択することができる。
The substrate 201 can be appropriately selected from the substrate 101 shown in the first embodiment. Further, for the conductive film 203, the same material and manufacturing method as the conductive film 103 that functions as the gate electrode shown in the first embodiment can be appropriately selected. As the insulating film 205, the same material and manufacturing method as the insulating film 105 shown in the first embodiment can be appropriately selected. Insulating films 207a, 207
For b, the same materials and manufacturing methods as those of the insulating films 107a and 107b shown in the first embodiment can be appropriately selected. For the metal oxide films 209a and 209b, the same materials and production methods as those of the metal oxide films 109a and 109b shown in the first embodiment can be appropriately selected. For the insulating film 211c that functions as the channel protective film, the same material and manufacturing method as the insulating film 111c shown in the first embodiment can be appropriately selected.

なお、絶縁膜211cを形成するためのエッチング工程において、金属酸化物膜209
a、209bにおいてプラズマに曝された領域はダメージを受け、酸素欠損が形成される
。このため、金属酸化物膜209aにおいて絶縁膜211cに覆われていない領域、及び
金属酸化物膜209bの導電性が高まる。
In the etching process for forming the insulating film 211c, the metal oxide film 209
The area exposed to plasma in a and 209b is damaged and oxygen deficiency is formed. Therefore, the region of the metal oxide film 209a not covered by the insulating film 211c and the conductivity of the metal oxide film 209b are enhanced.

次に、図7(B)に示すように、絶縁膜205、絶縁膜207a、207b、金属酸化
物膜209a、209b、及び絶縁膜211c上に、導電膜212を形成する。次に、第
3のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ工程により、導電膜212上にマスク23
1a、231b、231cを形成する。
Next, as shown in FIG. 7B, the conductive film 212 is formed on the insulating film 205, the insulating films 207a and 207b, the metal oxide films 209a and 209b, and the insulating film 211c. Next, the mask 23 is placed on the conductive film 212 by a photolithography step using a third photomask.
1a, 231b and 231c are formed.

導電膜212は、実施の形態1に示す導電膜116と同様の材料及び作製方法を適宜選
択することができる。
For the conductive film 212, the same material and manufacturing method as the conductive film 116 shown in the first embodiment can be appropriately selected.

次に、マスク231a、231b、231cを用いて導電膜212の一部をエッチング
して、一対の電極として機能する導電膜213a、213b、容量線として機能する導電
膜213cを形成する。ドライエッチング法または/及びウェットエッチング法を用いて
、導電膜116をエッチングすることができる。こののち、マスク231a、231b、
231cを除去する(図7(C)を参照。)。
Next, a part of the conductive film 212 is etched using the masks 231a, 231b, and 231c to form the conductive films 213a and 213b that function as a pair of electrodes and the conductive film 213c that functions as a capacitance line. The conductive film 116 can be etched using a dry etching method and / or a wet etching method. After this, masks 231a, 231b,
Remove 231c (see FIG. 7C).

次に、図8(A)に示すように、絶縁膜205、絶縁膜207a、207b、金属酸化
物膜209a、209b、絶縁膜211c、及び導電膜213a、213b、213c上
に、絶縁膜214を形成する。次に、第4のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ工
程により、絶縁膜214上にマスク233を形成する。
Next, as shown in FIG. 8A, the insulating film 214 is formed on the insulating film 205, the insulating films 207a and 207b, the metal oxide films 209a and 209b, the insulating film 211c, and the conductive films 213a, 213b and 213c. Form. Next, the mask 233 is formed on the insulating film 214 by a photolithography step using a fourth photomask.

絶縁膜214は、実施の形態1に示す絶縁膜112と同様の材料及び作製方法を適宜選
択することができる。
As the insulating film 214, the same material and manufacturing method as the insulating film 112 shown in the first embodiment can be appropriately selected.

絶縁膜211c上に絶縁膜214を形成する際に生じるプラズマダメージにより、金属
酸化物膜209a、209bには、酸素欠損が形成される。このため、金属酸化物膜20
9aにおいて絶縁膜211cに覆われていない領域、及び金属酸化物膜209bの導電性
が高くなる。また、絶縁膜214として、水素を含む窒化物絶縁膜を用いることで、絶縁
膜214から金属酸化物膜209a、209bに水素が拡散する。酸素欠損に水素が移動
することで、キャリアである電子が生成される。この結果、金属酸化物膜209bは、導
電性が高くなり、導電性を有する金属酸化物膜209cとなる。また、金属酸化物膜20
9cは、容量素子25の一方の電極として機能する。
Oxygen deficiency is formed in the metal oxide films 209a and 209b due to plasma damage generated when the insulating film 214 is formed on the insulating film 211c. Therefore, the metal oxide film 20
In 9a, the region not covered by the insulating film 211c and the metal oxide film 209b have high conductivity. Further, by using a nitride insulating film containing hydrogen as the insulating film 214, hydrogen is diffused from the insulating film 214 to the metal oxide films 209a and 209b. The transfer of hydrogen to the oxygen deficiency produces electrons, which are carriers. As a result, the metal oxide film 209b becomes highly conductive and becomes a conductive metal oxide film 209c. Further, the metal oxide film 20
The 9c functions as one electrode of the capacitive element 25.

なお、金属酸化物膜209aは、絶縁膜211cの外側において絶縁膜213と接する
。絶縁膜211cは酸化物絶縁膜であるため、絶縁膜211cと接する金属酸化物膜20
9aはトランジスタのチャネル領域として機能する。また、金属酸化物膜209aにおい
て、導電膜213a、213bと接する領域は、金属酸化物膜209cと同様に、導電性
が高い。すなわち、金属酸化物膜209aにおいて、低抵抗領域として機能する。このた
め、トランジスタのオン電流を増大させることが可能であるとともに、電界効果移動度を
高めることが可能である。
The metal oxide film 209a is in contact with the insulating film 213 on the outside of the insulating film 211c. Since the insulating film 211c is an oxide insulating film, the metal oxide film 20 in contact with the insulating film 211c
9a functions as a channel region of the transistor. Further, in the metal oxide film 209a, the region in contact with the conductive film 213a and 213b has high conductivity as in the metal oxide film 209c. That is, it functions as a low resistance region in the metal oxide film 209a. Therefore, it is possible to increase the on-current of the transistor and to increase the mobility of the field effect.

なお、窒化物絶縁膜は、水、水素等のブロッキング膜としても機能するため、絶縁膜2
14として、窒化物絶縁膜を設けることで、外部から金属酸化物膜209aへの水素、水
等の侵入を防ぐことができる。
Since the nitride insulating film also functions as a blocking film for water, hydrogen, etc., the insulating film 2
By providing the nitride insulating film as 14, it is possible to prevent hydrogen, water, etc. from entering the metal oxide film 209a from the outside.

金属酸化物膜209a及び金属酸化物膜209cは共に、ゲート絶縁膜上に形成される
が、不純物濃度が異なる。具体的には、金属酸化物膜209aと比較して、金属酸化物膜
209cの不純物濃度が高い。例えば、金属酸化物膜209aに含まれる水素濃度は、5
×1019atoms/cm未満、好ましくは5×1018atoms/cm未満、
好ましくは1×1018atoms/cm以下、より好ましくは5×1017atom
s/cm以下、さらに好ましくは1×1016atoms/cm以下であり、金属酸
化物膜209cに含まれる水素濃度は、8×1019以上、好ましくは1×1020at
oms/cm以上、より好ましくは5×1020以上である。また、金属酸化物膜20
9aと比較して、金属酸化物膜209cに含まれる水素濃度は2倍、好ましくは10倍以
上である。
Both the metal oxide film 209a and the metal oxide film 209c are formed on the gate insulating film, but the impurity concentrations are different. Specifically, the impurity concentration of the metal oxide film 209c is higher than that of the metal oxide film 209a. For example, the hydrogen concentration contained in the metal oxide film 209a is 5.
× 10 19 atoms / cm less than 3 , preferably less than 5 × 10 18 atoms / cm 3 ,
Preferably 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less, more preferably 5 × 10 17 atoms.
It is s / cm 3 or less, more preferably 1 × 10 16 atoms / cm 3 or less, and the hydrogen concentration contained in the metal oxide film 209c is 8 × 10 19 or more, preferably 1 × 10 20 at.
oms / cm 3 or more, more preferably 5 × 10 20 or more. Further, the metal oxide film 20
Compared with 9a, the hydrogen concentration contained in the metal oxide film 209c is twice, preferably 10 times or more.

また、金属酸化物膜209cは、金属酸化物膜209aより抵抗率が低い。金属酸化物
膜209cの抵抗率が、金属酸化物膜209aの抵抗率の1×10−8倍以上1×10
倍以下であることが好ましく、代表的には1×10−3Ωcm以上1×10Ωcm未
満、さらに好ましくは、抵抗率が1×10−3Ωcm以上1×10−1Ωcm未満である
とよい。
Further, the metal oxide film 209c has a lower resistivity than the metal oxide film 209a. The resistivity of the metal oxide film 209c is 1 × 10-8 times or more the resistivity of the metal oxide film 209a 1 × 10 −
It is preferably 1 times or less, typically 1 × 10 -3 Ωcm or more and less than 1 × 10 4 Ωcm, and more preferably the resistivity is 1 × 10 -3 Ωcm or more and less than 1 × 10 -1 Ωcm. It is good.

次に、加熱処理を行ってもよい。該加熱処理の温度は、代表的には、150℃以上40
0℃以下、好ましくは300℃以上400℃以下、好ましくは320℃以上370℃以下
とする。
Next, heat treatment may be performed. The temperature of the heat treatment is typically 150 ° C. or higher and 40.
The temperature is 0 ° C. or lower, preferably 300 ° C. or higher and 400 ° C. or lower, preferably 320 ° C. or higher and 370 ° C. or lower.

窒化物絶縁膜で形成される絶縁膜205及び窒化物絶縁膜で形成される絶縁膜214が
接しており、絶縁膜205、214の間に、金属酸化物膜209a及び絶縁膜211cが
設けられる。窒化物絶縁膜は、水素、水、及び酸素の拡散係数が小さく、水素、水、及び
酸素のブロッキング性が高い。また、絶縁膜211cとして、化学量論的組成を満たす酸
素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜を用いて形成することで、当該加熱処理において
、金属酸化物膜209aに含まれる酸素の外部への拡散を抑制することができる。この結
果、金属酸化物膜209aの酸素欠損を低減することができる。さらには、外部からの金
属酸化物膜209aへの水素、水等の拡散を抑制することができる。このため、金属酸化
物膜209aの水素、水等を低減することができる。この結果、信頼性の高いトランジス
タを作製することができる。
The insulating film 205 formed of the nitride insulating film and the insulating film 214 formed of the nitride insulating film are in contact with each other, and the metal oxide film 209a and the insulating film 211c are provided between the insulating films 205 and 214. The nitride insulating film has a small diffusion coefficient of hydrogen, water, and oxygen, and has a high blocking property of hydrogen, water, and oxygen. Further, by forming the insulating film 211c using an oxide insulating film containing more oxygen than oxygen satisfying the chemical quantitative composition, the outside of the oxygen contained in the metal oxide film 209a in the heat treatment is obtained. It is possible to suppress the diffusion to. As a result, the oxygen deficiency of the metal oxide film 209a can be reduced. Furthermore, it is possible to suppress the diffusion of hydrogen, water, etc. from the outside into the metal oxide film 209a. Therefore, hydrogen, water, etc. of the metal oxide film 209a can be reduced. As a result, a highly reliable transistor can be manufactured.

次に、図8(A)に示すように、第4のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ工程
によりマスク233を形成する。次に、マスク233を用いて、絶縁膜214の一部をエ
ッチングして、図8(B)に示すように、開口部219を有する絶縁膜217を形成する
。開口部219においては、導電膜213bの一部が露出される。
Next, as shown in FIG. 8A, the mask 233 is formed by a photolithography step using a fourth photomask. Next, a part of the insulating film 214 is etched by using the mask 233 to form the insulating film 217 having the opening 219 as shown in FIG. 8 (B). At the opening 219, a part of the conductive film 213b is exposed.

次に、図8(C)に示すように、導電膜213bの露出部及び絶縁膜217上に、透光
性を有する導電膜220を形成する。次に、第5のフォトマスクを用いたフォトリソグラ
フィ工程により、導電膜220上にマスク235を形成する。
Next, as shown in FIG. 8C, a translucent conductive film 220 is formed on the exposed portion of the conductive film 213b and the insulating film 217. Next, a mask 235 is formed on the conductive film 220 by a photolithography step using a fifth photomask.

導電膜220は、実施の形態1に示す導電膜118と同様の材料及び作製方法を適宜選
択することができる。
For the conductive film 220, the same material and manufacturing method as the conductive film 118 shown in the first embodiment can be appropriately selected.

次に、マスク235を用いて導電膜220の一部をエッチングして、画素電極として機
能する導電膜221を形成する。こののち、マスク235を除去する(図8(D)を参照
。)。
Next, a part of the conductive film 220 is etched with the mask 235 to form the conductive film 221 that functions as a pixel electrode. After that, the mask 235 is removed (see FIG. 8D).

以上の工程により、ゲート電極として機能する導電膜203、ゲート絶縁膜として機能
する絶縁膜205、206a、金属酸化物膜209a、金属酸化物膜209aの一部を覆
うチャネル保護膜として機能する絶縁膜211c、金属酸化物膜209aと接し、一対の
電極として機能する導電膜213a、213bを有するトランジスタ22aを作製するこ
とができる。また、トランジスタ22aに含まれる導電膜213bと接し、画素電極とし
て機能する導電膜221を形成することができる。また、絶縁膜206b上に形成された
金属酸化物膜209c、絶縁膜217、及び導電膜221を有する容量素子25aを作製
することができる。即ち、トランジスタ22a、画素電極として機能する導電膜221、
及び容量素子25aを有する素子基板を、5枚のフォトマスクで作製することができる。
本実施の形態では、金属酸化物膜及びチャネル保護膜を1枚のフォトマスクを用いて形成
するため、素子基板を作製するために必要なフォトマスクを削減することができる。
Through the above steps, the conductive film 203 that functions as a gate electrode, the insulating films 205 and 206a that function as a gate insulating film, the metal oxide film 209a, and the insulating film that functions as a channel protective film that partially covers the metal oxide film 209a. A transistor 22a having a conductive film 213a and 213b that comes into contact with 211c and a metal oxide film 209a and functions as a pair of electrodes can be produced. Further, the conductive film 221 that comes into contact with the conductive film 213b contained in the transistor 22a and functions as a pixel electrode can be formed. Further, a capacitive element 25a having a metal oxide film 209c, an insulating film 217, and a conductive film 221 formed on the insulating film 206b can be manufactured. That is, the transistor 22a, the conductive film 221 that functions as a pixel electrode,
An element substrate having the capacitance element 25a and the capacitance element 25a can be produced with five photomasks.
In the present embodiment, since the metal oxide film and the channel protection film are formed by using one photomask, the photomask required for manufacturing the device substrate can be reduced.

また、本実施の形態に示す半導体装置は、トランジスタのチャネル領域を含む金属酸化
物膜と同時に、容量素子の一方の電極となる金属酸化物膜を形成する。このため、トラン
ジスタのチャネル領域を含む金属酸化物膜と、容量素子の一方の電極となる金属酸化物膜
とは、同じ金属元素で構成される。また、画素電極として機能する導電膜を容量素子の他
方の電極として用いる。これらのため、容量素子を形成するために、新たに導電膜を形成
する工程が不要であり、表示装置の作製工程を削減できる。また、容量素子は、一対の電
極である金属酸化物膜109c及び導電膜119が共に、透光性を有するため、容量素子
25aが透光性を有する。この結果、容量素子の占有面積を大きくしつつ、画素の開口率
を高めることができる。さらには、消費電力を低減した表示装置を作製することができる
Further, the semiconductor device shown in the present embodiment forms a metal oxide film including the channel region of the transistor and at the same time forms a metal oxide film serving as one electrode of the capacitive element. Therefore, the metal oxide film including the channel region of the transistor and the metal oxide film serving as one electrode of the capacitive element are composed of the same metal element. Further, a conductive film that functions as a pixel electrode is used as the other electrode of the capacitive element. Therefore, in order to form the capacitive element, the step of newly forming the conductive film is unnecessary, and the step of manufacturing the display device can be reduced. Further, in the capacitive element, since both the metal oxide film 109c and the conductive film 119, which are a pair of electrodes, have translucency, the capacitive element 25a has translucency. As a result, the aperture ratio of the pixels can be increased while increasing the occupied area of the capacitive element. Furthermore, it is possible to manufacture a display device with reduced power consumption.

なお、本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態に示す構成及び方法な
どと適宜組み合わせて用いることができる。
The configuration and method shown in this embodiment can be used in combination with the configuration and method shown in other embodiments as appropriate.

(実施の形態3)
本実施の形態では、実施の形態1及び実施の形態2と比較して、金属酸化物膜の欠陥量
をさらに低減することが可能なトランジスタを有する半導体装置について図面を参照して
説明する。本実施の形態で説明するトランジスタは、実施の形態1及び実施の形態2と比
較して、金属酸化物膜の代わりに、複数の金属酸化物膜を有する多層膜が設けられている
点が異なる。
(Embodiment 3)
In the present embodiment, a semiconductor device having a transistor capable of further reducing the amount of defects in the metal oxide film as compared with the first embodiment and the second embodiment will be described with reference to the drawings. The transistor described in the present embodiment is different from the first and second embodiments in that a multilayer film having a plurality of metal oxide films is provided instead of the metal oxide film. ..

図9に、半導体装置が有するトランジスタ22b及び容量素子25bの断面図を示す。
図9は、図2の一点鎖線A−B、C−D間の断面図である。
FIG. 9 shows a cross-sectional view of the transistor 22b and the capacitance element 25b included in the semiconductor device.
FIG. 9 is a cross-sectional view between the alternate long and short dash lines AB and CD of FIG.

図9(A)に示すトランジスタ22bは、絶縁膜107a上に多層膜150aを有する
。多層膜150aは、絶縁膜107aに接する第1の金属酸化物膜151a、並びに第1
の金属酸化物膜151a及び絶縁膜111cに接する第2の金属酸化物膜152aを有す
る。
The transistor 22b shown in FIG. 9A has a multilayer film 150a on the insulating film 107a. The multilayer film 150a includes a first metal oxide film 151a in contact with the insulating film 107a, and a first metal oxide film 151a.
It has a second metal oxide film 152a in contact with the metal oxide film 151a and the insulating film 111c.

図9(A)に示す容量素子25bは、絶縁膜107b上に多層膜150bを有する。多
層膜150bは、絶縁膜107bに接する第1の金属酸化物膜151b、及び第1の金属
酸化物膜151b及び絶縁膜113に接する第2の金属酸化物膜152bを有する。
The capacitive element 25b shown in FIG. 9A has a multilayer film 150b on the insulating film 107b. The multilayer film 150b has a first metal oxide film 151b in contact with the insulating film 107b, and a second metal oxide film 152b in contact with the first metal oxide film 151b and the insulating film 113.

第2の金属酸化物膜152a、152bは、第1の金属酸化物膜151a、151bを
構成する元素の一種以上から構成される金属酸化物膜である。このため、第1の金属酸化
物膜151a、151bと第2の金属酸化物膜152a、152bとの界面において、界
面散乱が起こりにくい。従って、該界面においてはキャリアの動きが阻害されないため、
トランジスタの電界効果移動度が高くなる。
The second metal oxide films 152a and 152b are metal oxide films composed of one or more of the elements constituting the first metal oxide films 151a and 151b. Therefore, interfacial scattering is unlikely to occur at the interface between the first metal oxide films 151a and 151b and the second metal oxide films 152a and 152b. Therefore, the movement of the carrier is not hindered at the interface.
The field effect mobility of the transistor increases.

第1の金属酸化物膜151a、151b及び第2の金属酸化物膜152a、152bは
、代表的には、In−Ga酸化物、In−Zn酸化物、In−M−Zn酸化物(MはAl
、Ga、Ti、Y、Zr、La、Ce、またはNd)である。
The first metal oxide films 151a and 151b and the second metal oxide films 152a and 152b are typically In-Ga oxide, In-Zn oxide, and In-M-Zn oxide (M is Al
, Ga, Ti, Y, Zr, La, Ce, or Nd).

また、第2の金属酸化物膜152a、152bは、第1の金属酸化物膜151a、15
1bよりも伝導帯の下端のエネルギーが真空準位に近く、代表的には、第2の金属酸化物
膜152a、152bの伝導帯の下端のエネルギーと、第1の金属酸化物膜151a、1
51bの伝導帯の下端のエネルギーとの差が、0.05eV以上、0.07eV以上、0
.1eV以上、または0.15eV以上、且つ2eV以下、1eV以下、0.5eV以下
、または0.4eV以下である。即ち、第2の金属酸化物膜152a、152bの電子親
和力と、第1の金属酸化物膜151a、151bの電子親和力との差が、0.05eV以
上、0.07eV以上、0.1eV以上、または0.15eV以上、且つ2eV以下、1
eV以下、0.5eV以下、または0.4eV以下である。
Further, the second metal oxide films 152a and 152b are the first metal oxide films 151a and 15b.
The energy at the lower end of the conduction band is closer to the vacuum level than 1b, and typically, the energy at the lower end of the conduction band of the second metal oxide films 152a and 152b and the energy of the first metal oxide films 151a and 1b.
The difference from the energy at the lower end of the conduction band of 51b is 0.05 eV or more, 0.07 eV or more, 0
.. 1 eV or more, 0.15 eV or more, and 2 eV or less, 1 eV or less, 0.5 eV or less, or 0.4 eV or less. That is, the difference between the electron affinity of the second metal oxide films 152a and 152b and the electron affinity of the first metal oxide films 151a and 151b is 0.05 eV or more, 0.07 eV or more, 0.1 eV or more. Or 0.15 eV or more and 2 eV or less, 1
It is eV or less, 0.5 eV or less, or 0.4 eV or less.

第1の金属酸化物膜151a、151b及び第2の金属酸化物膜152a、152bは
、Inを含むことで、キャリア移動度(電子移動度)が高くなるため好ましい。
The first metal oxide films 151a and 151b and the second metal oxide films 152a and 152b are preferable because they contain In and the carrier mobility (electron mobility) is high.

第2の金属酸化物膜152a、152bとして、Al、Ga、Ti、Y、Zr、La、
Ce、またはNdをInより高い原子数比で有することで、以下の効果を有する場合があ
る。(1)第2の金属酸化物膜152a、152bのエネルギーギャップを大きくする。
(2)第2の金属酸化物膜152a、152bの電子親和力を小さくする。(3)外部か
らの不純物の拡散を抑制する。(4)第1の金属酸化物膜151a、151bと比較して
、絶縁性が高くなる。(5)Al、Ga、Y、Zr、La、Ce、またはNdは、酸素と
の結合力が強い金属元素であるため、酸素欠損が生じにくくなる。
As the second metal oxide films 152a and 152b, Al, Ga, Ti, Y, Zr, La,
Having Ce or Nd at a higher atomic number ratio than In may have the following effects. (1) Increase the energy gap between the second metal oxide films 152a and 152b.
(2) The electron affinity of the second metal oxide films 152a and 152b is reduced. (3) Suppresses the diffusion of impurities from the outside. (4) The insulating property is higher than that of the first metal oxide films 151a and 151b. (5) Since Al, Ga, Y, Zr, La, Ce, or Nd is a metal element having a strong binding force with oxygen, oxygen deficiency is less likely to occur.

第1の金属酸化物膜151a、151bがIn−M−Zn酸化物であるとき、Inおよ
びMの和を100atomic%としたとき、InとMの原子数比率は好ましくはInが
25atomic%より大きく、Mが75atomic%未満、さらに好ましくはInが
34atomic%より大きく、Mが66atomic%未満とする。
When the first metal oxide films 151a and 151b are In-M-Zn oxides and the sum of In and M is 100 atomic%, the atomic number ratio of In and M is preferably larger than 25 atomic% for In. , M is less than 75 atomic%, more preferably In is greater than 34 atomic% and M is less than 66 atomic%.

第2の金属酸化物膜152a、152bがIn−M−Zn酸化物であるとき、Inおよ
びMの和を100atomic%としたとき、InとMの原子数比率は、好ましくは、I
nが50atomic%未満、Mが50atomic%より大きい、さらに好ましくは、
Inが25atomic%未満、Mが75atomic%より大きいとする。
When the second metal oxide films 152a and 152b are In-M-Zn oxides and the sum of In and M is 100 atomic%, the atomic number ratio of In and M is preferably I.
n is less than 50 atomic%, M is greater than 50 atomic%, more preferably
It is assumed that In is less than 25 atomic% and M is larger than 75 atomic%.

また、第1の金属酸化物膜151a、151b及び第2の金属酸化物膜152a、15
2bが、In−M−Zn酸化物M(Mは、Al、Ga、Ti、Y、Zr、La、Ce、ま
たはNd)の場合、第1の金属酸化物膜151a、151bと比較して、第2の金属酸化
物膜152a、152bに含まれるM(Al、Ga、Ti、Y、Zr、La、Ce、また
はNd)の原子数比が大きく、代表的には、第1の金属酸化物膜151a、151bに含
まれる上記原子と比較して、1.5倍以上、好ましくは2倍以上、さらに好ましくは3倍
以上高い原子数比である。
Further, the first metal oxide films 151a and 151b and the second metal oxide films 152a and 15
When 2b is In—M—Zn oxide M (M is Al, Ga, Ti, Y, Zr, La, Ce, or Nd), it is compared with the first metal oxide films 151a and 151b. The atomic number ratio of M (Al, Ga, Ti, Y, Zr, La, Ce, or Nd) contained in the second metal oxide films 152a and 152b is large, and the first metal oxide is typically the first metal oxide. The atom number ratio is 1.5 times or more, preferably 2 times or more, and more preferably 3 times or more higher than the above-mentioned atoms contained in the films 151a and 151b.

また、第1の金属酸化物膜151a、151b及び第2の金属酸化物膜152a、15
2bが、In−M−Zn酸化物(MはAl、Ga、Ti、Y、Zr、La、Ce、または
Nd)の場合、第2の金属酸化物膜152a、152bをIn:M:Zn=x:y
[原子数比]、第1の金属酸化物膜151a、151bをIn:M:Zn=x:y
:z[原子数比]とすると、y/xがy/xよりも大きく、好ましくは、y
/xがy/xよりも1.5倍以上である。さらに好ましくは、y/xがy
/xよりも2倍以上大きく、より好ましくは、y/xがy/xよりも3倍以上
大きい。このとき、金属酸化物膜において、yがx以上であると、当該金属酸化物膜
を用いたトランジスタ22bに安定した電気特性を付与できるため好ましい。
Further, the first metal oxide films 151a and 151b and the second metal oxide films 152a and 15
When 2b is an In—M—Zn oxide (M is Al, Ga, Ti, Y, Zr, La, Ce, or Nd), the second metal oxide films 152a and 152b are formed with In: M: Zn = x 1 : y 1 :
z 1 [atomic ratio], the first metal oxide film 151a, the 151b In: M: Zn = x 2: y
2 : When z 2 [atomic number ratio], y 1 / x 1 is larger than y 2 / x 2 , preferably y.
1 / x 1 is 1.5 times or more than y 2 / x 2. More preferably, y 1 / x 1 is y 2
It is more than twice as large as / x 2 , more preferably y 1 / x 1 is more than three times larger than y 2 / x 2. At this time, the metal oxide film, when y 2 is at x 2 or more, preferably because it can have stable electric characteristics to a transistor 22b with the metal oxide film.

第1の金属酸化物膜151a、151bがIn−M−Zn酸化物(Mは、Al、Ga、
Ti、Y、Zr、La、Ce、またはNd)の場合、第1の金属酸化物膜151a、15
1bを成膜するために用いるターゲットにおいて、金属元素の原子数比をIn:M:Zn
=x:y:zとすると/yは、1/3以上6以下、さらには1以上6以下
であって、z/yは、1/3以上6以下、さらには1以上6以下であることが好まし
い。なお、z/yを1以上6以下とすることで、第1の金属酸化物膜151a、15
1bとしてCAAC−OS膜が形成されやすくなる。ターゲットの金属元素の原子数比の
代表例としては、In:M:Zn=1:1:1、In:M:Zn=1:1:1.2、In
:M:Zn=3:1:2等がある。
The first metal oxide films 151a and 151b are In-M-Zn oxides (M is Al, Ga,
In the case of Ti, Y, Zr, La, Ce, or Nd), the first metal oxide films 151a, 15
In the target used to form 1b, the atomic number ratio of the metal element is In: M: Zn.
= X 1 : y 1 : z 1 , x 1 / y 1 is 1/3 or more and 6 or less, further 1 or more and 6 or less, and z 1 / y 1 is 1/3 or more and 6 or less. Further, it is preferably 1 or more and 6 or less. By setting z 1 / y 1 to 1 or more and 6 or less, the first metal oxide films 151a and 15
The CAAC-OS film is likely to be formed as 1b. Typical examples of the atomic number ratio of the target metal element are In: M: Zn = 1: 1: 1, In: M: Zn = 1: 1: 1.2, In.
: M: Zn = 3: 1: 2, etc.

第2の金属酸化物膜152a、152bがIn−M−Zn酸化物(Mは、Al、Ga、
Ti、Y、Zr、La、Ce、またはNd)の場合、第2の金属酸化物膜152a、15
2bを成膜するために用いるターゲットにおいて、金属元素の原子数比をIn:M:Zn
=x:y:zとすると/y<x/yであって、z/yは、1/3
以上6以下、さらには1以上6以下であることが好ましい。なお、z/yを1以上6
以下とすることで、第2の金属酸化物膜152a、152bとしてCAAC−OS膜が形
成されやすくなる。ターゲットの金属元素の原子数比の代表例としては、In:M:Zn
=1:3:2、In:M:Zn=1:3:4、In:M:Zn=1:3:6、In:M:
Zn=1:3:8等がある。
The second metal oxide films 152a and 152b are In-M-Zn oxides (M is Al, Ga,
In the case of Ti, Y, Zr, La, Ce, or Nd), the second metal oxide film 152a, 15
In the target used to form 2b, the atomic number ratio of the metal element is In: M: Zn.
= X 2: y 2: When z 2, a x 2 / y 2 <x 1 / y 1, z 2 / y 2 is 1/3
It is preferably 6 or more, more preferably 1 or more and 6 or less. In addition, z 2 / y 2 is 1 or more and 6
By doing so, the CAAC-OS film can be easily formed as the second metal oxide films 152a and 152b. As a typical example of the atomic number ratio of the target metal element, In: M: Zn
= 1: 3: 2, In: M: Zn = 1: 3: 4, In: M: Zn = 1: 3: 6, In: M:
There are Zn = 1: 3: 8 and the like.

なお、第1の金属酸化物膜151a、151b及び第2の金属酸化物膜152a、15
2bの原子数比はそれぞれ、誤差として上記の原子数比のプラスマイナス40%の変動を
含む。
The first metal oxide films 151a and 151b and the second metal oxide films 152a and 15
Each of the atomic number ratios of 2b includes a fluctuation of plus or minus 40% of the above atomic number ratio as an error.

第2の金属酸化物膜152a、152bは、絶縁膜111cとなる膜を形成する際の、
第1の金属酸化物膜151aへのダメージ緩和膜としても機能する。
The second metal oxide films 152a and 152b are used when forming a film to be an insulating film 111c.
It also functions as a damage mitigating film for the first metal oxide film 151a.

第1の金属酸化物膜151a、151bの厚さは、3nm以上200nm以下、好まし
くは3nm以上100nm以下、さらに好ましくは3nm以上50nm以下とする。第2
の金属酸化物膜152a、152bの厚さは、3nm以上100nm以下、好ましくは3
nm以上50nmとする。
The thickness of the first metal oxide films 151a and 151b is 3 nm or more and 200 nm or less, preferably 3 nm or more and 100 nm or less, and more preferably 3 nm or more and 50 nm or less. Second
The thickness of the metal oxide films 152a and 152b is 3 nm or more and 100 nm or less, preferably 3.
It is set to nm or more and 50 nm.

第1の金属酸化物膜151a、151b及び第2の金属酸化物膜152a、152bは
、例えば非単結晶構造でもよい。非単結晶構造は、例えば、後述するCAAC−OS(C
Axis Aligned−Crystalline Oxide Semicond
uctor)、多結晶構造、後述する微結晶構造、または非晶質構造を含む。
The first metal oxide films 151a and 151b and the second metal oxide films 152a and 152b may have, for example, a non-single crystal structure. The non-single crystal structure is, for example, CAAC-OS (C) described later.
Axis Aligned-Crystalline Oxide Semicond
It includes a uctor), a polycrystalline structure, a microcrystal structure described later, or an amorphous structure.

なお、第1の金属酸化物膜151a、151b及び第2の金属酸化物膜152a、15
2bにおいて、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域、多結晶構造の領域、CAAC−O
Sの領域、単結晶構造の領域の二種以上を有する混合膜を構成してもよい。混合膜は、例
えば、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域、多結晶構造の領域、CAAC−OSの領域
、単結晶構造の領域のいずれか二種以上の領域を有する単層構造の場合がある。また、混
合膜は、例えば、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域、多結晶構造の領域、CAAC−
OSの領域、単結晶構造の領域のいずれか二種以上の領域の積層構造を有する場合がある
The first metal oxide films 151a and 151b and the second metal oxide films 152a and 15
In 2b, an amorphous structure region, a microcrystal structure region, a polycrystalline structure region, and CAAC-O.
A mixed film having two or more types of a region S and a region having a single crystal structure may be formed. The mixed film has, for example, a monolayer structure having two or more regions of an amorphous structure region, a microcrystal structure region, a polycrystalline structure region, a CAAC-OS region, and a single crystal structure region. In some cases. Further, the mixed film may be, for example, an amorphous region, a microcrystal region, a polycrystalline region, CAAC-.
It may have a laminated structure of two or more regions of either the OS region or the single crystal structure region.

ここでは、第1の金属酸化物膜151a及び絶縁膜111cの間に、第2の金属酸化物
膜152aが設けられている。このため、第2の金属酸化物膜152aと絶縁膜111c
の間において、不純物及び欠陥によりキャリアトラップが形成されても、当該キャリアト
ラップが形成される領域と第1の金属酸化物膜151aとの間には隔たりがある。この結
果、第1の金属酸化物膜151aを流れる電子がキャリアトラップに捕獲されにくく、ト
ランジスタ22bのオン電流を増大させることが可能であると共に、電界効果移動度を高
めることができる。また、キャリアトラップに電子が捕獲されると、該電子が負の固定電
荷となってしまう。この結果、トランジスタのしきい値電圧が変動してしまう。しかしな
がら、第1の金属酸化物膜151aとキャリアトラップが形成される領域との間に隔たり
があるため、キャリアトラップにおける電子の捕獲を抑制することが可能であり、しきい
値電圧の変動を低減することができる。
Here, a second metal oxide film 152a is provided between the first metal oxide film 151a and the insulating film 111c. Therefore, the second metal oxide film 152a and the insulating film 111c
Even if a carrier trap is formed due to impurities and defects, there is a gap between the region where the carrier trap is formed and the first metal oxide film 151a. As a result, the electrons flowing through the first metal oxide film 151a are less likely to be captured by the carrier trap, the on-current of the transistor 22b can be increased, and the electric field effect mobility can be increased. Further, when an electron is captured by the carrier trap, the electron becomes a negative fixed charge. As a result, the threshold voltage of the transistor fluctuates. However, since there is a gap between the first metal oxide film 151a and the region where the carrier trap is formed, it is possible to suppress the capture of electrons in the carrier trap and reduce the fluctuation of the threshold voltage. can do.

また、第2の金属酸化物膜152aは、外部からの不純物を遮蔽することが可能である
ため、外部から第1の金属酸化物膜151aへ移動する不純物量を低減することが可能で
ある。また、第2の金属酸化物膜152aは、酸素欠損を形成しにくい。これらのため、
第1の金属酸化物膜151aにおける不純物濃度及び酸素欠損量を低減することが可能で
ある。
Further, since the second metal oxide film 152a can shield impurities from the outside, it is possible to reduce the amount of impurities moving from the outside to the first metal oxide film 151a. Further, the second metal oxide film 152a is less likely to form an oxygen deficiency. Because of these
It is possible to reduce the impurity concentration and the amount of oxygen deficiency in the first metal oxide film 151a.

なお、第1の金属酸化物膜151a、151b及び第2の金属酸化物膜152a、15
2bは、各膜を単に積層するのではなく連続接合(ここでは特に伝導帯の下端のエネルギ
ーが各膜の間で連続的に変化する構造)が形成されるように作製する。すなわち、各膜の
界面にトラップ中心や再結合中心のような欠陥準位を形成するような不純物が存在しない
ような積層構造とする。仮に、積層された第1の金属酸化物膜151a、151b及び第
2の金属酸化物膜152a、152bの間に不純物が混在していると、エネルギーバンド
の連続性が失われ、界面でキャリアがトラップされ、あるいは再結合して、消滅してしま
う。
The first metal oxide films 151a and 151b and the second metal oxide films 152a and 15
2b is manufactured so that continuous bonding (here, in particular, a structure in which the energy at the lower end of the conduction band changes continuously between the films) is formed instead of simply laminating the films. That is, the laminated structure is such that impurities such as trap centers and recombination centers that form defect levels do not exist at the interface of each film. If impurities are mixed between the laminated first metal oxide films 151a and 151b and the second metal oxide films 152a and 152b, the continuity of the energy band is lost and carriers are formed at the interface. It is trapped or recombined and disappears.

連続接合を形成するためには、ロードロック室を備えたマルチチャンバー方式の成膜装
置(スパッタリング装置)を用いて各膜を大気に触れさせることなく連続して積層するこ
とが必要となる。スパッタリング装置における各チャンバーは、金属酸化物膜にとって不
純物となる水等を可能な限り除去すべくクライオポンプのような吸着式の真空排気ポンプ
を用いて高真空排気(5×10−7Pa乃至1×10−4Pa程度まで)することが好ま
しい。または、ターボ分子ポンプとコールドトラップを組み合わせて排気系からチャンバ
ー内に気体、特に炭素または水素を含む気体が逆流しないようにしておくことが好ましい
In order to form a continuous junction, it is necessary to continuously laminate each film without exposing it to the atmosphere by using a multi-chamber type film forming apparatus (sputtering apparatus) equipped with a load lock chamber. Each chamber in the sputtering apparatus uses a suction-type vacuum exhaust pump such as a cryopump to remove water and the like, which are impurities for the metal oxide film, as much as possible, and high vacuum exhaust (5 × 10-7 Pa to 1). (Up to about × 10 -4 Pa) is preferable. Alternatively, it is preferable to combine a turbo molecular pump and a cold trap to prevent gas, particularly a gas containing carbon or hydrogen, from flowing back from the exhaust system into the chamber.

また、図9(B)に示すように、トランジスタ22cは、多層膜155aを有し、容量
素子25cは多層膜155bを有してもよい。
Further, as shown in FIG. 9B, the transistor 22c may have a multilayer film 155a, and the capacitive element 25c may have a multilayer film 155b.

多層膜155aは、第3の金属酸化物膜153a、第1の金属酸化物膜151a、及び
第2の金属酸化物膜152aが順に積層されている。また、第3の金属酸化物膜153a
は絶縁膜107aと接し、第2の金属酸化物膜152aは絶縁膜111cと接し、第1の
金属酸化物膜151aがチャネル領域として機能する。
In the multilayer film 155a, a third metal oxide film 153a, a first metal oxide film 151a, and a second metal oxide film 152a are laminated in this order. In addition, the third metal oxide film 153a
Is in contact with the insulating film 107a, the second metal oxide film 152a is in contact with the insulating film 111c, and the first metal oxide film 151a functions as a channel region.

多層膜155bは、第3の金属酸化物膜153b、第1の金属酸化物膜151b、及び
第2の金属酸化物膜152bが順に積層されている。また、第3の金属酸化物膜153b
は絶縁膜107bと接し、第2の金属酸化物膜152bは絶縁膜113と接する。
In the multilayer film 155b, a third metal oxide film 153b, a first metal oxide film 151b, and a second metal oxide film 152b are laminated in this order. In addition, the third metal oxide film 153b
Is in contact with the insulating film 107b, and the second metal oxide film 152b is in contact with the insulating film 113.

第3の金属酸化物膜153a、153bは、第2の金属酸化物膜152a、152bと
同様の材料及び形成方法を適宜用いることができる。
As the third metal oxide films 153a and 153b, the same materials and forming methods as those of the second metal oxide films 152a and 152b can be appropriately used.

第3の金属酸化物膜153a、153bは、第1の金属酸化物膜151a、151bよ
り膜厚が小さいと好ましい。第3の金属酸化物膜153a、153bの厚さを1nm以上
5nm以下、好ましくは1nm以上3nm以下とすることで、トランジスタのしきい値電
圧の変動量を低減することが可能である。
It is preferable that the third metal oxide films 153a and 153b have a smaller film thickness than the first metal oxide films 151a and 151b. By setting the thickness of the third metal oxide films 153a and 153b to 1 nm or more and 5 nm or less, preferably 1 nm or more and 3 nm or less, it is possible to reduce the fluctuation amount of the threshold voltage of the transistor.

本実施の形態に示すトランジスタは、絶縁膜107a及び第1の金属酸化物膜151a
の間に、第3の金属酸化物膜153aが設けられている。また、第1の金属酸化物膜15
1a及び絶縁膜111cの間に、第2の金属酸化物膜152aが設けられている。これら
のため、絶縁膜107a及び第1の金属酸化物膜151aの間、並びに第1の金属酸化物
膜151a及び絶縁膜111cの間において、不純物及び欠陥によりキャリアトラップが
形成されても、当該キャリアトラップが形成される領域と第1の金属酸化物膜151aと
の間には隔たりがある。この結果、第1の金属酸化物膜151aを流れる電子がキャリア
トラップに捕獲されにくく、トランジスタ22cのオン電流を増大させることが可能であ
ると共に、電界効果移動度を高めることができる。また、キャリアトラップに電子が捕獲
されると、該電子が負の固定電荷となってしまう。この結果、トランジスタのしきい値電
圧が変動してしまう。しかしながら、第1の金属酸化物膜151aとキャリアトラップが
形成される領域との間に隔たりがあるため、キャリアトラップにおける電子の捕獲を抑制
することが可能であり、トランジスタ22cのしきい値電圧の変動を低減することができ
る。
The transistors shown in the present embodiment include an insulating film 107a and a first metal oxide film 151a.
A third metal oxide film 153a is provided between the two. Further, the first metal oxide film 15
A second metal oxide film 152a is provided between 1a and the insulating film 111c. Therefore, even if a carrier trap is formed between the insulating film 107a and the first metal oxide film 151a, and between the first metal oxide film 151a and the insulating film 111c due to impurities and defects, the carrier is concerned. There is a gap between the region where the trap is formed and the first metal oxide film 151a. As a result, the electrons flowing through the first metal oxide film 151a are less likely to be captured by the carrier trap, the on-current of the transistor 22c can be increased, and the electric field effect mobility can be increased. Further, when an electron is captured by the carrier trap, the electron becomes a negative fixed charge. As a result, the threshold voltage of the transistor fluctuates. However, since there is a gap between the first metal oxide film 151a and the region where the carrier trap is formed, it is possible to suppress the capture of electrons in the carrier trap, and the threshold voltage of the transistor 22c can be suppressed. Fluctuations can be reduced.

なお、本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態に示す構成及び方法な
どと適宜組み合わせて用いることができる。
The configuration and method shown in this embodiment can be used in combination with the configuration and method shown in other embodiments as appropriate.

(実施の形態4)
本実施の形態では、オン電流が大きく、電界効果易動度が高く、電気特性のばらつきの
少ないトランジスタと、容量素子とを、フォトマスクを削減して作製する方法について、
図10及び図11を用いて説明する。なお、本実施の形態では、実施の形態2に示すトラ
ンジスタ及びその作製方法を用いて説明するが、適宜他の実施の形態に本実施の形態を適
用することができる。また、実施の形態2と重複する構成は説明を省略する。
(Embodiment 4)
In the present embodiment, a method for manufacturing a transistor having a large on-current, a high field effect mobility, and a small variation in electrical characteristics and a capacitive element with a reduced photomask is described.
This will be described with reference to FIGS. 10 and 11. In this embodiment, the transistor shown in the second embodiment and the method for manufacturing the transistor will be described, but the present embodiment can be appropriately applied to other embodiments. Further, the description of the configuration overlapping with the second embodiment will be omitted.

図10は画素13の上面図であり、図11(A)は、図10の一点鎖線A−B、C−D
間の断面図であり、図11(B)は、図10の一点鎖線E−F間の断面図である。
FIG. 10 is a top view of the pixel 13, and FIG. 11 (A) shows the alternate long and short dash lines AB and CD of FIG.
11 (B) is a cross-sectional view between the alternate long and short dash lines EF in FIG.

トランジスタ22dは、走査線及び信号線が交差する領域に設けられている。トランジ
スタ22dは、ゲート電極として機能する導電膜203、ゲート絶縁膜(図11に図示せ
ず。)、ゲート絶縁膜上に形成されたチャネル領域が形成される金属酸化物膜209a、
ソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜213a、213b、金属酸化物膜2
09a、導電膜213a、213bを覆う絶縁膜(図11に図示せず。)、及びゲート電
極として機能する導電膜243により構成される。トランジスタ22dは、開口部241
において、ゲート電極として機能する導電膜203及び導電膜243が接続していること
を特徴とする。
The transistor 22d is provided in a region where the scanning line and the signal line intersect. The transistor 22d includes a conductive film 203 that functions as a gate electrode, a gate insulating film (not shown in FIG. 11), and a metal oxide film 209a on which a channel region formed on the gate insulating film is formed.
Conductive films 213a and 213b that function as source and drain electrodes, metal oxide film 2
It is composed of 09a, an insulating film covering the conductive films 213a and 213b (not shown in FIG. 11), and a conductive film 243 that functions as a gate electrode. The transistor 22d has an opening 241.
The conductive film 203 and the conductive film 243 that function as gate electrodes are connected to each other.

次に、トランジスタ22dの断面構造について、図11を用いて説明する。図11(A
)はトランジスタ22dのチャネル長方向の断面図及び容量素子25aの断面図であり、
図11(B)はトランジスタ22dのチャネル方向の断面図である。
Next, the cross-sectional structure of the transistor 22d will be described with reference to FIG. FIG. 11 (A
) Is a cross-sectional view of the transistor 22d in the channel length direction and a cross-sectional view of the capacitive element 25a.
FIG. 11B is a cross-sectional view of the transistor 22d in the channel direction.

図11(A)及び図11(B)に示すトランジスタ22dは、チャネル保護型のトラン
ジスタであり、基板201上に設けられるゲート電極として機能する導電膜203と、基
板201及び導電膜203上に形成される絶縁膜205と、絶縁膜205上に形成される
絶縁膜207aと、絶縁膜205、207aを介して、導電膜203と重なる金属酸化物
膜209aと、金属酸化物膜209a上に形成される、チャネル保護膜として機能する絶
縁膜211cと、一方の端部が絶縁膜211c上に位置し且つ金属酸化物膜209aに接
する導電膜213a、213bを有する。また、絶縁膜205、金属酸化物膜209a、
絶縁膜211c、及び導電膜213a、213b上に形成される絶縁膜217と、絶縁膜
217上に形成されるゲート電極として機能する導電膜243とを有する。絶縁膜205
及び絶縁膜207aはゲート絶縁膜として機能する。また、絶縁膜211c及び絶縁膜2
17はゲート絶縁膜として機能する。
The transistor 22d shown in FIGS. 11 (A) and 11 (B) is a channel protection type transistor, and is formed on the conductive film 203, which functions as a gate electrode provided on the substrate 201, and the substrate 201 and the conductive film 203. The insulating film 205 is formed on the insulating film 205, the metal oxide film 209a that overlaps with the conductive film 203 via the insulating films 205 and 207a, and the metal oxide film 209a. It has an insulating film 211c that functions as a channel protective film, and a conductive film 213a and 213b whose one end is located on the insulating film 211c and is in contact with the metal oxide film 209a. Further, the insulating film 205, the metal oxide film 209a,
It has an insulating film 211c, an insulating film 217 formed on the conductive films 213a and 213b, and a conductive film 243 that functions as a gate electrode formed on the insulating film 217. Insulating film 205
And the insulating film 207a functions as a gate insulating film. In addition, the insulating film 211c and the insulating film 2
Reference numeral 17 functions as a gate insulating film.

図11(B)に示すように、導電膜203及び導電膜243は、絶縁膜205及び絶縁
膜217に設けられる開口部241において、接続する。また、トランジスタのチャネル
幅方向において、導電膜243の端部は、金属酸化物膜209aの端部の外側に位置する
。また、絶縁膜217を介して金属酸化物膜209aの側面が導電膜243と対向する。
また、導電膜243は、開口部241において、金属酸化物膜209aの側面と対向する
As shown in FIG. 11B, the conductive film 203 and the conductive film 243 are connected at the openings 241 provided in the insulating film 205 and the insulating film 217. Further, in the channel width direction of the transistor, the end portion of the conductive film 243 is located outside the end portion of the metal oxide film 209a. Further, the side surface of the metal oxide film 209a faces the conductive film 243 via the insulating film 217.
Further, the conductive film 243 faces the side surface of the metal oxide film 209a at the opening 241.

導電膜243は、導電膜221と同様の材料及び作製方法を用いて形成することができ
る。また、開口部241は、開口部219を形成する際に同時に形成することができる。
この結果、フォトマスク数を増やすくことなく、5枚のフォトマスクを用いてトランジス
タ22dを作製することができる。
The conductive film 243 can be formed by using the same material and manufacturing method as the conductive film 221. Further, the opening 241 can be formed at the same time when the opening 219 is formed.
As a result, the transistor 22d can be manufactured using five photomasks without increasing the number of photomasks.

なお、図11(B)においては、導電膜203と導電膜243は直接接続する構造であ
る。一方、図11(C)に示すように、導電膜203及び導電膜243は、導電膜253
を介して電気的に接続されていてもよい。
In FIG. 11B, the conductive film 203 and the conductive film 243 are directly connected to each other. On the other hand, as shown in FIG. 11C, the conductive film 203 and the conductive film 243 are the conductive film 253.
It may be electrically connected via.

すなわち、絶縁膜205に設けられる開口部251において、導電膜203及び導電膜
253が接続される。また、絶縁膜217に設けられる開口部255において、導電膜2
53及び導電膜243が接続される。この結果、導電膜203及び導電膜253は同電位
の電圧が印加される構造である。
That is, the conductive film 203 and the conductive film 253 are connected at the opening 251 provided in the insulating film 205. Further, in the opening 255 provided in the insulating film 217, the conductive film 2
53 and the conductive film 243 are connected. As a result, the conductive film 203 and the conductive film 253 have a structure in which a voltage of the same potential is applied.

導電膜253は、導電膜213a、213bと同様の材料及び作製方法を用いて形成す
ることができる。図11(B)に示す開口部241と比較して、開口部251及び開口部
255は、それぞれ高さが低い。この結果、それぞれの開口部における導電膜243、2
53の被覆率を高めることが可能である。この結果、歩留まりを高めることができる。
The conductive film 253 can be formed by using the same materials and manufacturing methods as those of the conductive films 213a and 213b. Compared with the opening 241 shown in FIG. 11 (B), the opening 251 and the opening 255 are each lower in height. As a result, the conductive films 243 and 2 at the respective openings.
It is possible to increase the coverage of 53. As a result, the yield can be increased.

図11(B)において、トランジスタのチャネル幅方向において、金属酸化物膜209
aの側面がゲート電極として機能する導電膜243と対向する。また、図11(C)にお
いて、トランジスタのチャネル幅方向において、金属酸化物膜209aの側面が、ゲート
電極として機能する導電膜203、243と同電位である導電膜253と対向する。この
ため、導電膜203及び導電膜243の電界が、金属酸化物膜209aの平面だけでなく
、側面へも影響する。この結果、金属酸化物膜209aにおいてキャリアの流れる領域が
、絶縁膜207aと金属酸化物膜209aとの界面、及び金属酸化物膜209aと絶縁膜
211cとの界面のみでなく、金属酸化物膜209aの内部を含む広い範囲となるため、
トランジスタにおけるキャリアの移動量が増加する。この結果、トランジスタのオン電流
が大きくなる共に、電界効果移動度が高くなり、代表的には電界効果移動度が10cm
/V・s以上、さらには20cm/V・s以上となる。なお、トランジスタのL長を0
.5μm以上6.5μm以下、好ましくは1μmより大きく6μm未満とすることで、電
界効果移動度の増加が顕著である。
In FIG. 11B, the metal oxide film 209 is shown in the channel width direction of the transistor.
The side surface of a faces the conductive film 243 that functions as a gate electrode. Further, in FIG. 11C, the side surface of the metal oxide film 209a faces the conductive film 253 having the same potential as the conductive film 203 and 243 functioning as the gate electrode in the channel width direction of the transistor. Therefore, the electric fields of the conductive film 203 and the conductive film 243 affect not only the plane surface of the metal oxide film 209a but also the side surfaces. As a result, in the metal oxide film 209a, the region where the carrier flows is not only the interface between the insulating film 207a and the metal oxide film 209a and the interface between the metal oxide film 209a and the insulating film 211c, but also the metal oxide film 209a. Because it is a wide range including the inside of
The amount of carrier movement in the transistor increases. As a result, the on-current of the transistor increases and the mobility of the field effect increases, and typically the mobility of the field effect is 10 cm 2.
It is / V · s or more, and further 20 cm 2 / V · s or more. The L length of the transistor is set to 0.
.. When it is 5 μm or more and 6.5 μm or less, preferably larger than 1 μm and less than 6 μm, the increase in electric field mobility is remarkable.

また、エッチング等で加工された金属酸化物膜209aの端部においては、加工におけ
るダメージにより欠陥が形成される共に、不純物付着などにより汚染される。このため、
トランジスタにおいてゲート電極として機能する導電膜203または導電膜243の一方
のみ形成される場合、金属酸化物膜209aが真性または実質的に真性であっても、電界
などのストレスが与えられることによって金属酸化物膜209aの端部は活性化され、n
型の領域(低抵抗領域)となりやすい。また、当該n型の領域が、導電膜213a、21
3の間に直線的に設けられると、n型の領域がキャリアのパスとなってしまい、寄生チャ
ネルが形成される。この結果、しきい値電圧におけるドレイン電流の上昇が段階的であり
、且つしきい値電圧がマイナスシフトしたトランジスタとなってしまう。しかしながら、
図11(B)及び図11(C)に示すように、同電位である導電膜203及び導電膜24
3を有し、チャネル幅方向において、導電膜243が、金属酸化物膜209aの側面と対
向することで、導電膜243の電界が金属酸化物膜209aの側面へも影響する。この結
果、金属酸化物膜209aの側面、または側面及びその近傍を含む端部における寄生チャ
ネルの発生が抑制される。この結果、しきい値電圧におけるドレイン電流の上昇が急峻で
ある、電気特性の優れたトランジスタとなる。
Further, at the end portion of the metal oxide film 209a processed by etching or the like, defects are formed due to damage in the processing and are contaminated by adhesion of impurities or the like. For this reason,
When only one of the conductive film 203 or the conductive film 243 that functions as a gate electrode is formed in the transistor, even if the metal oxide film 209a is genuine or substantially genuine, metal oxidation is performed by applying stress such as an electric field. The end of the film 209a is activated and n
It tends to be a mold region (low resistance region). Further, the n-type region includes conductive films 213a and 21.
If it is provided linearly between 3, the n-type region becomes a carrier path and a parasitic channel is formed. As a result, the drain current at the threshold voltage rises stepwise, and the threshold voltage becomes a minus-shifted transistor. However,
As shown in FIGS. 11 (B) and 11 (C), the conductive film 203 and the conductive film 24 having the same potential.
The conductive film 243 faces the side surface of the metal oxide film 209a in the channel width direction, so that the electric field of the conductive film 243 also affects the side surface of the metal oxide film 209a. As a result, the generation of parasitic channels at the side surface of the metal oxide film 209a, or at the end including the side surface and its vicinity is suppressed. As a result, the transistor has excellent electrical characteristics and the drain current rises sharply at the threshold voltage.

また、導電膜203及び導電膜243を有することで、それぞれが外部からの電界を遮
蔽する機能を有するため、基板201及び導電膜243の間、導電膜243上に設けられ
る固定電荷が金属酸化物膜209aに影響しない。この結果、ストレス試験(例えば、ゲ
ート電極にマイナスの電位を印加する−GBT(Gate Bias−Temperat
ure)ストレス試験)の劣化が抑制されると共に、異なるドレイン電圧におけるオン電
流の立ち上がり電圧の変動を抑制することができる。
Further, since each of the conductive film 203 and the conductive film 243 has a function of shielding an electric field from the outside, the fixed charge provided on the conductive film 243 between the substrate 201 and the conductive film 243 is a metal oxide. It does not affect the film 209a. As a result, a stress test (for example, applying a negative potential to the gate electrode-GBT (Gate Bias-Temperat))
The deterioration of the ure) stress test) can be suppressed, and the fluctuation of the on-current rising voltage at different drain voltages can be suppressed.

なお、BTストレス試験は加速試験の一種であり、長期間の使用によって起こるトラン
ジスタの特性変化(即ち、経年変化)を、短時間で評価することができる。特に、BTス
トレス試験前後におけるトランジスタのしきい値電圧の変動量は、信頼性を調べるための
重要な指標となる。BTストレス試験前後において、しきい値電圧の変動量が少ないほど
、信頼性が高いトランジスタであるといえる。
The BT stress test is a kind of accelerated test, and changes in transistor characteristics (that is, changes over time) caused by long-term use can be evaluated in a short time. In particular, the fluctuation amount of the threshold voltage of the transistor before and after the BT stress test is an important index for examining the reliability. Before and after the BT stress test, it can be said that the smaller the fluctuation amount of the threshold voltage is, the higher the reliability of the transistor is.

また、図11(B)及び図11(C)において、チャネル幅方向において、金属酸化物
膜109aの一方の側面側に開口部が設けれ、該開口部において導電膜203及び導電膜
243が電気的に接続しているが、他方の側面側にも開口部を設け、該開口部において導
電膜203及び導電膜243を電気的に接続してもよい。この結果、導電膜243の抵抗
値の増加を防ぐことができるとともに、金属酸化物膜209aの両側面から導電膜243
の電界を金属酸化物膜209aに影響させることが可能であり、トランジスタのオン電流
を増大させるとともに、電界効果移動度を高めることができる。
Further, in FIGS. 11B and 11C, an opening is provided on one side surface side of the metal oxide film 109a in the channel width direction, and the conductive film 203 and the conductive film 243 are electrically connected in the opening. However, an opening may be provided on the other side surface side, and the conductive film 203 and the conductive film 243 may be electrically connected in the opening. As a result, it is possible to prevent the resistance value of the conductive film 243 from increasing, and the conductive film 243 can be seen from both sides of the metal oxide film 209a.
It is possible to affect the electric field of the metal oxide film 209a, increase the on-current of the transistor, and increase the electric field effect mobility.

なお、本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態に示す構成及び方法な
どと適宜組み合わせて用いることができる。
The configuration and method shown in this embodiment can be used in combination with the configuration and method shown in other embodiments as appropriate.

(実施の形態5)
実施の形態1乃至実施の形態4に示すトランジスタ及び容量素子を用いて、駆動回路を
作製することができる。
(Embodiment 5)
A drive circuit can be manufactured by using the transistors and capacitive elements shown in the first to fourth embodiments.

また、実施の形態4に示すトランジスタ22dは、オン電流が大きく、且つ移動度が高
い。このため、大電流を流す必要のあるトランジスタで構成される回路、例えばバッファ
にトランジスタ22dを用いることで、チャネル長及びチャネル幅を小さくすることが可
能であり、トランジスタの面積を縮小することが可能である。この結果、駆動回路の面積
が縮小される。周辺部に駆動回路を有する半導体装置、代表的には表示装置において、駆
動回路の面積を縮小することで、表示装置における画素部の面積を増大させることができ
る。すなわち、表示装置の狭額縁化が可能である。
Further, the transistor 22d shown in the fourth embodiment has a large on-current and high mobility. Therefore, by using a transistor 22d in a circuit composed of transistors that need to pass a large current, for example, a buffer, it is possible to reduce the channel length and channel width, and it is possible to reduce the area of the transistor. Is. As a result, the area of the drive circuit is reduced. In a semiconductor device having a drive circuit in a peripheral portion, typically a display device, the area of the pixel portion in the display device can be increased by reducing the area of the drive circuit. That is, the frame of the display device can be narrowed.

なお、本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態に示す構成及び方法な
どと適宜組み合わせて用いることができる。
The configuration and method shown in this embodiment can be used in combination with the configuration and method shown in other embodiments as appropriate.

(実施の形態6)
本実施の形態では、半導体装置の一例として、上記実施の形態で説明した半導体装置を
搭載することのできる電子機器について説明する。
(Embodiment 6)
In the present embodiment, as an example of the semiconductor device, an electronic device on which the semiconductor device described in the above embodiment can be mounted will be described.

電子機器として、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などが挙げられる。これら
の電子機器の具体例を図12に示す。
Electronic devices include, for example, television devices (also referred to as televisions or television receivers), monitors for computers, digital cameras, digital video cameras, digital photo frames, mobile phones (also referred to as mobile phones and mobile phone devices). , Portable game machine,
Examples include mobile information terminals, sound reproduction devices, and large game machines such as pachinko machines. Specific examples of these electronic devices are shown in FIG.

図12(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7100は
、筐体7101に表示部7103が組み込まれている。表示部7103により、映像を表
示することが可能であり、上記実施の形態で説明した表示装置を表示部7103に用いる
ことができる。また、ここでは、スタンド7105により筐体7101を支持した構成を
示している。
FIG. 12A shows an example of a television device. In the television device 7100, the display unit 7103 is incorporated in the housing 7101. The display unit 7103 can display an image, and the display device described in the above embodiment can be used for the display unit 7103. Further, here, a configuration in which the housing 7101 is supported by the stand 7105 is shown.

テレビジョン装置7100の操作は、筐体7101が備える操作スイッチや、別体のリ
モートコントローラ7110により行うことができる。リモートコントローラ7110が
備える操作キー7109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71
03に表示される映像を操作することができる。また、リモートコントローラ7110に
、当該リモートコントローラから出力する情報を表示する表示部7107を設ける構成と
してもよい。
The operation of the television device 7100 can be performed by an operation switch included in the housing 7101 or a separate remote controller 7110. The operation key 7109 included in the remote controller 7110 can be used to operate the channel and volume, and the display unit 71.
The image displayed in 03 can be operated. Further, the remote controller 7110 may be provided with a display unit 7107 for displaying information output from the remote controller.

なお、テレビジョン装置7100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
The television device 7100 is configured to include a receiver, a modem, and the like. The receiver can receive general television broadcasts, and by connecting to a wired or wireless communication network via a modem, it can be unidirectional (sender to receiver) or bidirectional (sender and receiver). It is also possible to perform information communication between (or between recipients, etc.).

図12(B)はコンピュータであり、本体7201、筐体7202、表示部7203、
キーボード7204、外部接続ポート7205、ポインティングデバイス7206等を含
む。なお、コンピュータは、上記実施の形態で説明した表示装置を表示部7203に用い
ることができる。
FIG. 12B shows a computer, which includes a main body 7201, a housing 7202, and a display unit 7203.
It includes a keyboard 7204, an external connection port 7205, a pointing device 7206, and the like. The computer can use the display device described in the above embodiment for the display unit 7203.

図12(C)は携帯型遊技機であり、筐体7301と筐体7302の2つの筐体で構成
されており、連結部7303により、開閉可能に連結されている。筐体7301には表示
部7304が組み込まれ、筐体7302には表示部7305が組み込まれている。また、
図12(C)に示す携帯型遊技機は、その他、スピーカ部7306、記録媒体挿入部73
07、LEDランプ7308、入力手段(操作キー7309、接続端子7310、センサ
7311(力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度
、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、
振動、においまたは赤外線を測定する機能を含むもの)、マイクロフォン7312)等を
備えている。もちろん、携帯型遊技機の構成は上述のものに限定されず、少なくとも表示
部7304および表示部7305の両方、または一方に上記実施の形態で説明した表示装
置を用いていればよく、その他付属設備が適宜設けられた構成とすることができる。図1
2(C)に示す携帯型遊技機は、記録媒体に記録されているプログラムまたはデータを読
み出して表示部に表示する機能や、他の携帯型遊技機と無線通信を行って情報を共有する
機能を有する。なお、図12(C)に示す携帯型遊技機が有する機能はこれに限定されず
、様々な機能を有することができる。
FIG. 12C shows a portable gaming machine, which is composed of two housings, a housing 7301 and a housing 7302, and is connected by a connecting portion 7303 so as to be openable and closable. The display unit 7304 is incorporated in the housing 7301, and the display unit 7305 is incorporated in the housing 7302. again,
The portable gaming machine shown in FIG. 12C also includes a speaker unit 7306 and a recording medium insertion unit 73.
07, LED lamp 7308, input means (operation key 7309, connection terminal 7310, sensor 7311 (force, displacement, position, speed, acceleration, angular velocity, rotation speed, distance, light, liquid, magnetism, temperature, chemical substance, voice, Time, hardness, electric field, current, voltage, power, radiation, flow rate, humidity, gradient,
It includes a function to measure vibration, odor or infrared rays), microphone 7312) and the like. Of course, the configuration of the portable game machine is not limited to the above, and at least the display device 7304 and the display unit 7305, or one of them may use the display device described in the above embodiment, and other accessory equipment. Can be appropriately provided. Figure 1
The portable game machine shown in 2 (C) has a function of reading a program or data recorded on a recording medium and displaying it on a display unit, and a function of wirelessly communicating with another portable game machine to share information. Has. The functions of the portable game machine shown in FIG. 12C are not limited to this, and various functions can be provided.

図12(D)は、携帯電話機の一例を示している。携帯電話機7400は、筐体740
1に組み込まれた表示部7402の他、操作ボタン7403、外部接続ポート7404、
スピーカ7405、マイク7406などを備えている。なお、携帯電話機7400は、上
記実施の形態で説明した表示装置を表示部7402に用いることにより作製される。
FIG. 12D shows an example of a mobile phone. The mobile phone 7400 has a housing 740.
In addition to the display unit 7402 incorporated in 1, the operation button 7403, the external connection port 7404,
It is equipped with a speaker 7405, a microphone 7406, and the like. The mobile phone 7400 is manufactured by using the display device described in the above embodiment for the display unit 7402.

図12(D)に示す携帯電話機7400は、表示部7402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、或いはメールを作成するなどの操作
は、表示部7402を指などで触れることにより行うことができる。
The mobile phone 7400 shown in FIG. 12D is obtained by touching the display unit 7402 with a finger or the like.
You can enter information. In addition, operations such as making a phone call or composing an e-mail can be performed by touching the display unit 7402 with a finger or the like.

表示部7402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。
The screen of the display unit 7402 mainly has three modes. The first is a display mode mainly for displaying an image, and the second is an input mode mainly for inputting information such as characters. The third is a display + input mode in which two modes, a display mode and an input mode, are mixed.

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7402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7402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。
For example, when making a phone call or composing an e-mail, the display unit 7402 may be set to a character input mode mainly for inputting characters, and the characters displayed on the screen may be input. In this case, it is preferable to display the keyboard or the number button on most of the screen of the display unit 7402.

また、携帯電話機7400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7400の向き(縦か横か)を判断して、
表示部7402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。
Further, by providing a detection device having a sensor for detecting the inclination of a gyro, an acceleration sensor, or the like inside the mobile phone 7400, the orientation (vertical or horizontal) of the mobile phone 7400 can be determined.
The screen display of the display unit 7402 can be automatically switched.

また、画面モードの切り替えは、表示部7402を触れること、または筐体7401の
操作ボタン7403の操作により行われる。また、表示部7402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。
Further, the screen mode can be switched by touching the display unit 7402 or by operating the operation button 7403 of the housing 7401. It is also possible to switch depending on the type of image displayed on the display unit 7402. For example, if the image signal displayed on the display unit is moving image data, the display mode is switched, and if the image signal is text data, the input mode is switched.

また、入力モードにおいて、表示部7402の光センサで検出される信号を検知し、表
示部7402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。
Further, in the input mode, the signal detected by the optical sensor of the display unit 7402 is detected, and when there is no input by the touch operation of the display unit 7402 for a certain period of time, the screen mode is switched from the input mode to the display mode. You may control it.

表示部7402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7
402に掌や指で触れ、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。
The display unit 7402 can also function as an image sensor. For example, display unit 7
The person can be authenticated by touching the 402 with a palm or a finger and taking an image of a palm print, a fingerprint, or the like.
Further, if a backlight that emits near-infrared light or a sensing light source that emits near-infrared light is used for the display unit, it is possible to image finger veins, palmar veins, and the like.

図12(E)は、折りたたみ式のコンピュータの一例を示している。折りたたみ式のコ
ンピュータ7450は、ヒンジ7454で接続された筐体7451Lと筐体7451Rを
備えている。また、操作ボタン7453、左側スピーカ7455Lおよび右側スピーカ7
455Rの他、コンピュータ7450の側面には図示されていない外部接続ポート745
6を備える。なお、筐体7451Lに設けられた表示部7452Lと、筐体7451Rに
設けられた表示部7452Rが互いに対峙するようにヒンジ7454を折り畳むと、表示
部を筐体で保護することができる。
FIG. 12E shows an example of a foldable computer. The foldable computer 7450 includes a housing 7451L and a housing 7451R connected by a hinge 7454. Further, the operation button 7453, the left side speaker 7455L, and the right side speaker 7
In addition to the 455R, an external connection port 745 (not shown) on the side of the computer 7450
6 is provided. When the hinge 7454 is folded so that the display unit 7452L provided on the housing 7451L and the display unit 7452R provided on the housing 7451R face each other, the display unit can be protected by the housing.

表示部7452Lと表示部7452Rは、画像を表示する他、指などで触れると情報を
入力できる。例えば、インストール済みのプログラムを示すアイコンを指でふれて選択し
、プログラムを起動できる。または、表示された画像の二箇所に触れた指の間隔を変えて
、画像を拡大または縮小できる。または、表示された画像の一箇所に触れた指を移動して
画像を移動できる。また、キーボードの画像を表示して、表示された文字や記号を指で触
れて選択し、情報を入力することもできる。
In addition to displaying images, the display unit 7452L and the display unit 7452R can input information by touching them with a finger or the like. For example, you can launch a program by touching and selecting an icon that indicates an installed program. Alternatively, the image can be enlarged or reduced by changing the distance between the fingers touching two parts of the displayed image. Alternatively, the image can be moved by moving the finger touching one part of the displayed image. You can also display a keyboard image, touch the displayed characters and symbols with your finger to select them, and enter information.

また、コンピュータ7450に、ジャイロ、加速度センサ、GPS(Global P
ositioning System)受信機、指紋センサ、ビデオカメラを搭載するこ
ともできる。例えば、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、コンピュータ7450の向き(縦か横か)を判断して、表示する画面
の向きを自動的に切り替えるようにすることができる。
In addition, the computer 7450 has a gyro, an accelerometer, and a GPS (Global P).
It can also be equipped with an positioning System) receiver, a fingerprint sensor, and a video camera. For example, by providing a detection device having a sensor that detects tilt such as a gyro or an acceleration sensor, the orientation (vertical or horizontal) of the computer 7450 is determined and the orientation of the screen to be displayed is automatically switched. be able to.

また、コンピュータ7450はネットワークに接続できる。コンピュータ7450はイ
ンターネット上の情報を表示できる他、ネットワークに接続された他の電子機器を遠隔か
ら操作する端末として用いることができる。
Also, the computer 7450 can be connected to the network. The computer 7450 can display information on the Internet and can be used as a terminal for remotely controlling other electronic devices connected to the network.

なお、本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態に示す構成及び方法な
どと適宜組み合わせて用いることができる。
The configuration and method shown in this embodiment can be used in combination with the configuration and method shown in other embodiments as appropriate.

Claims (4)

平面視において、透光性の画素電極と、前記画素電極と重なる領域を有する透光性の第1の金属酸化物膜と、前記画素電極と電気的に接続されたトランジスタと、前記トランジスタと電気的に接続されたソース配線と、を有する液晶表示装置であって、
前記トランジスタは、第2の金属酸化物膜にチャネル形成領域を有し、
前記トランジスタ上に設けられた絶縁層を介して前記画素電極と前記第1の金属酸化物膜は、重なり、
前記絶縁層は、前記画素電極と前記第1の金属酸化物膜に接し、
前記画素電極と前記第1の金属酸化物膜は、それぞれ重なる領域で保持容量が形成され、
前記第1の金属酸化物膜と接続され、平面視において前記ソース配線と平行または概略平行に配置される領域を有する補助配線を有し、
前記補助配線は、前記ソース配線と同じ材料を有し、
前記画素電極は、ドレイン電極を介して前記トランジスタと接続され、
前記画素電極は、前記絶縁層に設けられたコンタクトホールにおいて前記ドレイン電極と接続され、
平面視において、前記画素電極は、前記補助配線と重ならない液晶表示装置。
In a plan view, a translucent pixel electrode, a translucent first metal oxide film having a region overlapping the pixel electrode, a transistor electrically connected to the pixel electrode, and the transistor and electricity. A liquid crystal display device having a source wiring connected to the object.
The transistor has a channel forming region in the second metal oxide film and has a channel forming region.
The pixel electrode and the first metal oxide film are overlapped with each other via an insulating layer provided on the transistor.
The insulating layer is in contact with the pixel electrode and the first metal oxide film.
A holding capacity is formed in the overlapping region of the pixel electrode and the first metal oxide film.
It has an auxiliary wiring that is connected to the first metal oxide film and has a region that is arranged parallel or substantially parallel to the source wiring in a plan view.
The auxiliary wiring has the same material as the source wiring and has the same material.
The pixel electrode is connected to the transistor via a drain electrode, and the pixel electrode is connected to the transistor.
The pixel electrode is connected to the drain electrode in a contact hole provided in the insulating layer.
In a plan view, the pixel electrode is a liquid crystal display device that does not overlap with the auxiliary wiring.
平面視において、透光性の画素電極と、前記画素電極と重なる領域を有する透光性の第1の金属酸化物膜と、前記画素電極と電気的に接続されたトランジスタと、前記トランジスタと電気的に接続されたソース配線と、を有する液晶表示装置であって、
前記トランジスタは、第2の金属酸化物膜にチャネル形成領域を有し、
前記トランジスタ上に設けられた絶縁層を介して前記画素電極と前記第1の金属酸化物膜は、重なり、
前記絶縁層は、前記画素電極と前記第1の金属酸化物膜に接し、
前記画素電極と前記第1の金属酸化物膜は、それぞれ重なる領域で保持容量が形成され、
前記第1の金属酸化物膜と接続され、平面視において前記ソース配線と平行または概略平行に配置される領域を有する補助配線を有し、
前記補助配線は、前記ソース配線と同じ材料を有し、
前記補助配線は、前記第1の金属酸化物膜上に直接接するように設けられ、
前記画素電極は、ドレイン電極を介して前記トランジスタと接続され、
前記画素電極は、前記絶縁層に設けられたコンタクトホールにおいて前記ドレイン電極と接続され、
平面視において、前記画素電極は、前記補助配線と重ならない液晶表示装置。
In a plan view, a translucent pixel electrode, a translucent first metal oxide film having a region overlapping the pixel electrode, a transistor electrically connected to the pixel electrode, and the transistor and electricity. A liquid crystal display device having a source wiring connected to the object.
The transistor has a channel forming region in the second metal oxide film and has a channel forming region.
The pixel electrode and the first metal oxide film are overlapped with each other via an insulating layer provided on the transistor.
The insulating layer is in contact with the pixel electrode and the first metal oxide film.
A holding capacity is formed in the overlapping region of the pixel electrode and the first metal oxide film.
It has an auxiliary wiring that is connected to the first metal oxide film and has a region that is arranged parallel or substantially parallel to the source wiring in a plan view.
The auxiliary wiring has the same material as the source wiring and has the same material.
The auxiliary wiring is provided so as to be in direct contact with the first metal oxide film.
The pixel electrode is connected to the transistor via a drain electrode, and the pixel electrode is connected to the transistor.
The pixel electrode is connected to the drain electrode in a contact hole provided in the insulating layer.
In a plan view, the pixel electrode is a liquid crystal display device that does not overlap with the auxiliary wiring.
請求項1または請求項2において、
前記絶縁層は、窒化物絶縁膜である液晶表示装置。
In claim 1 or 2,
The insulating layer is a liquid crystal display device which is a nitride insulating film.
請求項1乃至請求項3のいずれか一において、
前記第2の金属酸化物膜は、チャネル形成領域上において酸化物絶縁膜に接する液晶表示装置。
In any one of claims 1 to 3,
The second metal oxide film is a liquid crystal display device in contact with the oxide insulating film on the channel forming region.
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