TW201640202A - 顯示裝置、包括該顯示裝置的顯示模組，以及包括該顯示裝置或該顯示模組的電子設備 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及顯示裝置、包括該顯示裝置的顯示模組、以及包括該顯示裝置或該顯示模組的電子設備。提供一種具有低功率消耗和高顯示品質的顯示裝置。顯示裝置包括第一電極和第二電極。圖元包括：其中在第一電極和第二電極之間的距離恒定的區域，以及其中距離變化的區域。這種結構使得液晶的切換操作能夠在預定區域開始，從而改善液晶操作的穩定性。圖元區域被分成兩個區域，其中當進行切換時，液晶在這兩個區域中沿兩個各自的方向配向，從而改善了觀看角度特性。此外，對第三電極施加的電位抑制液晶的配向的混亂，因而改善顯示品質。

Description

顯示裝置、包括該顯示裝置的顯示模組，以及包括該顯示裝置或該顯示模 組的電子設備
本發明的一個實施例涉及一種顯示裝置，尤其是一種包括液晶元件的液晶顯示裝置。
注意，本發明的一個實施例不限於上述的技術領域。在本說明書等中披露的本發明的一個實施例的技術領域涉及產品、方法或製造方法。此外，本發明涉及工藝、機械、製造或其物質的組成。尤其是，本發明的一個實施例涉及半導體裝置、顯示裝置、發光裝置、能量存儲裝置、記憶體裝置，以及它們的驅動方法或製造方法。
在本說明書等中，顯示裝置指的是具有顯示功能的任何裝置。顯示裝置可以包括半導體元件，例如電晶體、半導體電路、運算裝置、記憶體裝置等等。顯示裝置還包括用於驅動多個圖元的驅動器電路等。顯示裝置還包括在另一個襯底上提供的控制電路、電源電路、信號發生電路等等。
以液晶顯示裝置和發光顯示裝置為代表的大部分平板顯示器所使用的電晶體使用矽半導體(諸如，在玻璃襯底上提供的非晶矽、單 晶矽以及多晶矽)製成。利用這些矽半導體製成的電晶體還用於積體電路(IC)等等。近些年來，使用具有半導體特性的金屬氧化物而不是矽半導體的製造電晶體的技術得到了關注。在本說明書中，具有半導體特性的金屬氧化物被稱作氧化物半導體。例如，披露了一種技術，其中使用氧化鋅或基於In-Ga-Zn的氧化物作為氧化物半導體製造電晶體，並在顯示裝置的圖元中使用這種電晶體作開關元件等(見專利文件1和2)。
[文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本公開專利申請No.2007-123861
[專利文獻2]日本公開專利申請No.2007-096055
本發明的一個實施例的目的在於，提供一種顯示品質不劣化的新的顯示裝置。本發明的一個實施例的另一個目的在於提供一種功率消耗低的新的顯示裝置。本發明的一個實施例的另一個目的在於提供一種新的顯示裝置。注意，對這些目的的說明不妨礙其它目的的存在。在本發明的一個實施例中，不需要實現所有目的。由本說明書的說明、附圖、申請專利範圍等等將明瞭並且能夠得出其他目的。
本發明的一個實施例是一種包括圖元的顯示裝置。所述圖元包括第一電極、第二電極、液晶以及襯底。第一電極和第二電極位於所述襯底上。由提供給第一電極和第二電極的電位產生平行於所述襯底的電場。液晶被以第一電極與第二電極之間產生的電場驅動。所述圖元包括其 中第一電極和第二電極之間的距離恒定的區域以及其中第一電極和第二電極之間的距離變化的區域。
本發明的另一個實施例是一種包括圖元的顯示裝置。所述圖元包括：第一到第三電極，液晶，第一襯底和第二襯底。第一電極和第二電極在第一襯底上。第三電極在第二襯底的面向第一襯底的一側。由施加到第一電極和第二電極的電位產生平行於第一襯底的電場。對第三電極施加電位。液晶被在第一到第三電極之間產生的電場驅動。所述圖元包括其中第一電極和第二電極之間的距離恒定的區域以及其中第一電極和第二電極之間的距離變化的區域。
本發明的另一個實施例是一種包括圖元的顯示裝置。所述圖元包括：第一電極，第二電極，液晶，襯底以及開關元件。第一電極和第二電極位於所述襯底上。由提供給第一電極和第二電極的電位產生平行於襯底的電場。液晶由在第一電極與第二電極之間產生的電場驅動。所述圖元包括其中第一電極和第二電極之間的距離恒定的區域以及其中第一電極和第二電極之間的距離變化的區域。
本發明的另一個實施例是一種包括圖元的顯示裝置。所述圖元包括：第一到第三電極，液晶，第一襯底和第二襯底，以及開關元件。第一電極和第二電極位於第一襯底上。第三電極在第二襯底面向第一襯底的一側上。由施加到第一電極和第二電極的電位產生平行於第一襯底的電場。對第三電極施加電位。液晶被在第一到第三電極之間產生的電場驅動。所述圖元包括其中第一電極和第二電極之間的距離恒定的區域以及其中第一電極和第二電極之間的距離變化的區域。
本發明的另一個實施例是一種顯示裝置，其中所述開關元件位於第一襯底上。
本發明的另一個實施例是一種顯示裝置，其中所述開關元件是場效應電晶體。
本發明的另一個實施例是一種顯示裝置，其中所述開關元件包括氧化物半導體。
本發明的另一個實施例是一種電子設備，包括所述顯示裝置以及開關、揚聲器和殼體中的至少一個。
按照本發明的一個實施例，可以提供一種顯示品質不會劣化的新的顯示裝置。按照本發明的另一個實施例，可以提供一種具有低功率消耗的新的顯示裝置。按照本發明的另一個實施例，可以提供一種新的顯示裝置。
13‧‧‧導電膜
29‧‧‧公共電極
52‧‧‧電晶體
55‧‧‧電容器
19a‧‧‧氧化物半導體膜
19b‧‧‧氧化物半導體膜
21a‧‧‧導電膜
21b‧‧‧導電膜
70a‧‧‧圖元
70b‧‧‧圖元
522a‧‧‧區域
522b‧‧‧區域
524a‧‧‧區域
524b‧‧‧區域
524c‧‧‧區域
526a‧‧‧區域
526b‧‧‧區域
526c‧‧‧區域
528a‧‧‧區域
528b‧‧‧區域
11‧‧‧襯底
13‧‧‧導電膜
15‧‧‧絕緣膜
17‧‧‧絕緣膜
23‧‧‧絕緣膜
25‧‧‧絕緣膜
27‧‧‧絕緣膜
52‧‧‧電晶體
70‧‧‧圖元
71‧‧‧圖元部分
74‧‧‧掃描線驅動電路
75‧‧‧公共線
76‧‧‧信號線驅動電路
77‧‧‧掃描線
79‧‧‧信號線
80‧‧‧顯示裝置
51‧‧‧液晶元件
800‧‧‧液晶分子
802‧‧‧電極
804‧‧‧電極
806‧‧‧襯底
807‧‧‧襯底
808‧‧‧圖元電極
810‧‧‧公共電極
500‧‧‧輸入單元
600‧‧‧液晶顯示裝置
610‧‧‧控制部分
620‧‧‧運算裝置
630‧‧‧顯示部分
631‧‧‧圖元部分
632‧‧‧G驅動電路
633‧‧‧S驅動電路
634‧‧‧圖元電路
635‧‧‧顯示元件
650‧‧‧光供應部分
500_C‧‧‧圖像切換信號
615_C‧‧‧次級控制信號
615_V‧‧‧次級圖像信號
625_C‧‧‧初級控制信號
625_V‧‧‧初級圖像信號
632_G‧‧‧G信號
633_S‧‧‧S信號
631p‧‧‧圖元
634c‧‧‧電容器
634t‧‧‧電晶體
635LC‧‧‧液晶元件
631a‧‧‧區域
631b‧‧‧區域
631c‧‧‧區域
634c(i)‧‧‧寄生電容
635_1‧‧‧圖元電極
634c(i+1)‧‧‧寄生電容
671‧‧‧運算裝置
672‧‧‧記憶體裝置
673‧‧‧圖形單元
674‧‧‧顯示單元
104‧‧‧柵電極
110‧‧‧第一氧化物半導體膜
111‧‧‧第二氧化物半導體膜
120‧‧‧導電膜
142‧‧‧開口
150‧‧‧電晶體
160‧‧‧電容器
112a‧‧‧源電極
112b‧‧‧漏電極
102‧‧‧襯底
106‧‧‧絕緣膜
107‧‧‧絕緣膜
108‧‧‧絕緣膜
114‧‧‧絕緣膜
116‧‧‧絕緣膜
118‧‧‧絕緣膜
193‧‧‧靶
194‧‧‧等離子體
112‧‧‧佈線
144‧‧‧開口
146‧‧‧開口
151‧‧‧電晶體
170‧‧‧柵極佈線接觸部分
111a‧‧‧第二氧化物半導體膜
111b‧‧‧第二氧化物半導體膜
105‧‧‧柵極佈線
119‧‧‧絕緣膜
148‧‧‧開口
5100‧‧‧小粒
5120‧‧‧襯底
5161‧‧‧區域
5200‧‧‧小粒
5201‧‧‧離子
5203‧‧‧顆粒
5220‧‧‧襯底
5230‧‧‧靶
5240‧‧‧等離子體
5260‧‧‧加熱機構
5202‧‧‧橫向生長部分
204‧‧‧導電膜
208‧‧‧氧化物半導體膜
270‧‧‧電晶體
211a‧‧‧氧化物半導體膜
211b‧‧‧氧化物半導體膜
212a‧‧‧導電膜
212b‧‧‧導電膜
252a‧‧‧開口
252b‧‧‧開口
252c‧‧‧開口
202‧‧‧襯底
206‧‧‧絕緣膜
207‧‧‧絕緣膜
214‧‧‧絕緣膜
216‧‧‧絕緣膜
218‧‧‧絕緣膜
208a‧‧‧氧化物半導體膜
208b‧‧‧氧化物半導體膜
208c‧‧‧氧化物半導體膜
270A‧‧‧電晶體
270B‧‧‧電晶體
700‧‧‧顯示裝置
701‧‧‧第一襯底
702‧‧‧圖元部分
704‧‧‧源極驅動電路部分
705‧‧‧第二襯底
706‧‧‧柵極驅動電路部分
708‧‧‧FPC端子部分
710‧‧‧佈線
712‧‧‧密封劑
716‧‧‧FPC
711‧‧‧引線佈線部分
734‧‧‧絕緣膜
736‧‧‧彩色膜
738‧‧‧阻光膜
750‧‧‧電晶體
752‧‧‧電晶體
760‧‧‧連接電極
764‧‧‧絕緣膜
766‧‧‧絕緣膜
768‧‧‧絕緣膜
772‧‧‧導電膜
774‧‧‧導電膜
775‧‧‧液晶元件
776‧‧‧液晶層
778‧‧‧結構
782‧‧‧氧化物半導體膜
790‧‧‧電容器
780‧‧‧各向異性導電膜
13b‧‧‧導電膜
19c‧‧‧氧化物半導體膜
19d‧‧‧氧化物半導體膜
21c‧‧‧導電膜
29b‧‧‧導電膜
717‧‧‧保護膜
300‧‧‧顯示裝置
302‧‧‧顯示部分
303‧‧‧信號線驅動電路
304‧‧‧掃描線驅動電路
305‧‧‧外部連接端子
301‧‧‧襯底
311‧‧‧電晶體
312‧‧‧電晶體
314‧‧‧液晶元件
321‧‧‧襯底
327‧‧‧濾色器
328‧‧‧阻光層
332‧‧‧絕緣層
333‧‧‧柵電極
334‧‧‧絕緣層
335‧‧‧半導體層
336‧‧‧電極
338‧‧‧絕緣層
341‧‧‧絕緣層
342‧‧‧絕緣層
343‧‧‧電極
352‧‧‧電極
353‧‧‧液晶
360‧‧‧電極
450‧‧‧顯示部分
451‧‧‧視窗
453‧‧‧按鈕
452a‧‧‧第一圖像
452b‧‧‧第二圖像
455‧‧‧視窗
456‧‧‧文檔資訊
457‧‧‧捲軸
8000‧‧‧顯示模組
8001‧‧‧上蓋
8002‧‧‧下蓋
8003‧‧‧FPC
8004‧‧‧觸摸面板
8005‧‧‧FPC
8006‧‧‧顯示面板
8007‧‧‧背光
8008‧‧‧光源
8009‧‧‧框架
8010‧‧‧印刷板
8011‧‧‧電池
5000‧‧‧殼體
5001‧‧‧顯示部分
5002‧‧‧第二顯示部分
5003‧‧‧揚聲器
5004‧‧‧LED燈
5005‧‧‧操作鍵
5006‧‧‧連接端子
5007‧‧‧感測器
5008‧‧‧麥克風
5009‧‧‧開關
5010‧‧‧紅外線連接埠
5011‧‧‧記錄介質讀取部分
5012‧‧‧支撐腿
5013‧‧‧耳機
5014‧‧‧天線
5015‧‧‧快門按鈕
5016‧‧‧圖像接收部分
5017‧‧‧充電座
1001‧‧‧彎曲部分
1003‧‧‧配向缺陷部分
1016‧‧‧特性曲線
1020‧‧‧特性曲線
1028‧‧‧線
1030‧‧‧厚度
1032‧‧‧線
1034‧‧‧線
圖1是說明顯示裝置的圖元的一個實施例的俯視圖；圖2是示出了顯示裝置的一個實施例的截面圖；圖3A和3B分別是示出了顯示裝置的一個實施例的俯視圖和電路圖；圖4A-4C示例地示出了液晶元件的光學特性和液晶分子的操作的一個實施例。
圖5A和5B示例地示出了液晶分子的操作的一個實施例。
圖6是示出了具有顯示功能的液晶顯示裝置的配置的框圖；圖7A和圖7B示出了具有顯示功能的液晶顯示裝置的顯示部分的配置； 圖8示出了具有顯示功能的液晶顯示裝置的顯示部分的配置；圖9是示出了具有顯示功能的液晶顯示裝置的電路圖；圖10A-1、10A-2、10B-1、10B-2和圖10C示出了具有顯示功能的液晶顯示裝置的源極線反轉驅動和點反轉驅動；圖11是示出了具有顯示功能的液晶顯示裝置的源極線反轉驅動和點反轉驅動的時序圖；圖12A示出了顯示裝置的配置，並且圖12B示意地示出了該顯示裝置產生的圖像資料；圖13A和圖13B分別是示出了半導體裝置的一個實施例的俯視圖和截面圖；圖14A和圖14B分別是示出了半導體裝置的一個實施例的俯視圖和截面圖；圖15A和圖15B中的每一個是示出了半導體裝置的一個實施例的截面圖；圖16A-16D是示出了用於製造半導體裝置的方法的一個實施例的截面圖；圖17A-17C是示出了用於製造半導體裝置的方法的一個實施例的截面圖；圖18A-18C是示出了用於製造半導體裝置的方法的一個實施例的截面圖；圖19A和19B是示出了用於製造半導體裝置的方法的一個實施例的截面圖；圖20A和20B分別是示出了半導體裝置的一個實施例的俯視圖和截面圖；圖21A-21D是示出了用於製造半導體裝置的方法的一個實施例的截面圖；圖22A-22C是示出了用於製造半導體裝置的方法的一個實施例的截面圖；圖23A和23B分別是示出了半導體裝置的一個實施例的俯視圖和截面圖；圖24A-24D是示出了用於製造半導體裝置的方法的一個實施例的截面圖；圖25A-25C是示出了用於製造半導體裝置的方法的一個實施例的截面圖；圖26A-26C是CAAC-OS的截面的Cs校正的高解析度TEM圖像；並且圖26D 是CAAC-OS的示意截面圖；圖27A-27D是CAAC-OS的一個面的Cs校正的高解析度TEM圖像；圖28A-28C示出了利用XRD進行的CAAC-OS和單晶氧化物半導體的結構分析；圖29A和29B示出了CAAC-OS的電子衍射圖案；圖30示出了由電子輻照引起的In-Ga-Zn的晶體部分的變化；圖31示出了用於沉積CAAC-OS的方法；圖32A-32C示出了InMZnO4晶體；圖33A-33F示出了用於沉積CAAC-OS的方法；圖34A-34C是示出了電晶體的例子的俯視圖和截面圖；圖35A-35D是示出了電晶體的例子的截面圖；圖36A和36B示出了能帶結構；圖37A和37B是示出了電晶體的例子的俯視圖和截面圖；圖38是示出了顯示裝置的一個實施例的俯視圖；圖39是示出了顯示裝置的一個實施例的截面圖；圖40是示出了顯示裝置的一個實施例的截面圖；圖41是示出了顯示裝置的一個實施例的截面圖；圖42是示出了顯示裝置的圖元的一個實施例的俯視圖；圖43是示出了顯示裝置的一個實施例的截面圖；圖44A和圖44B分別是示出了顯示裝置的一個實施例的俯視圖和截面圖；圖45A和圖45B示出了顯示裝置上的顯示；圖46A和圖46B示出了顯示裝置上的顯示； 圖47A-47E是示出了在顯示裝置上顯示圖像的方法的例子；圖48A-48E是示出了在顯示裝置上顯示圖像的方法的例子；圖49示出了顯示模組；圖50A-50G示出了電子設備；圖51A-51D示出了例1的計算結果；圖52A和52B示出了例1的計算結果；圖53A-53D示出了例2的計算結果；圖54A示出了例3的顯示裝置的灰度級的時間上的變化；並且圖54B示出了在其上顯示的圖像；圖55示出了例3的顯示裝置的灰度級的時間上的變化；圖56A是圖元部分的示意截面圖；並且圖56B示出了例3中作為顯示裝置的灰度級的函數的灰度級的偏離量。
下面參照附圖詳細說明本發明的實施例。注意，本發明的實施例不限於下面的說明，本領域技術人員容易理解，可以做出多種改變和改型，而不脫離本發明的構思和範圍。因此，本發明的一個實施例不應被解釋為局限於下面那些實施例的說明。此外，在下面的實施例中，在不同的附圖中，具有相似功能的相同部分用相同的標號或相同的陰影圖案表示。並不再重複其說明。
在本說明書描繪的每個附圖中，為清楚起見，每個元件的尺寸、膜厚或區域可以被誇大。因此，本發明的這些實施例不限於這種比例。
在本說明書等中，使用序數例如“第一”、“第二”以避免 混淆元件。並且這些術語不在數值意義上限制這些元件。因此，例如，適當時，術語“第一”可由術語“第二”或“第三”替代。
在本說明書等中，術語“膜”和“層”可以相互交換。例如，在一些情況下，術語“導電膜”可用來代替術語“導電層”，術語“絕緣層”可用於代替術語“絕緣膜”。
在本說明書等中，例如，如果“半導體”具有足夠低的導電率，則該半導體可以具有“絕緣體”的特徵。此外，在某些情況下，“半導體”和“絕緣體”可能彼此並不嚴格地區分，這是因為它們之間的邊界不清晰。因而，在本說明書等中，在某些情況下，“半導體”也可能被稱為“絕緣體”。類似地，在本說明書等中，在某些情況下，“絕緣體”也可能被稱為“半導體”。
在本說明書等中，例如，如果“半導體”具有足夠高的導電率，則該半導體可以具有“導體”的特徵。而且，在某些情況下，“半導體”和“導體”可能彼此不嚴格地區分，這是因為它們之間的邊界不清晰。因而，在本說明書等中，在某些情況下，“半導體”也可能被稱為“導體”。類似地，在本說明書等中，在某些情況下，“導體”也可能被稱為“半導體”。
注意，例如，當使用相反極性的電晶體時，或者當在電路操作中改變電流的方向時，電晶體的“源極”和“漏極”的功能有時可以相互替代。因此，在本說明書中，術語“源極”和“漏極”可分別用於表示漏極和源極。
在本說明書等中，圖案化被認為通過光刻工藝進行。注意， 圖案化不限於光刻工藝，可以使用不同於光刻工藝的其它工藝。此外，在蝕刻處理之後，除去光刻工藝中形成的掩膜。
在本說明書等中，氧氮化矽膜指的是其中氧的比例大於氮的比例的膜。氧氮化矽膜優選地含有氧、氮、矽和氫，其範圍分別為55原子%到65原子%、1原子%到20原子%、25原子%到35原子%、以及0.1原子%到10原子%。此外，氮氧化矽膜指的是其中氮的比例大於氧的比例的膜。氮氧化矽膜優選地含有氮、氧、矽和氫，其範圍分別為55原子%到65原子%、1原子%到20原子%、25原子%到35原子%、以及0.1原子%到10原子%。
(實施例1)
在本實施例中，參照圖1、圖2、圖3A和3B、圖4A-4C以及圖5A和5B說明本發明的一個實施例的顯示裝置80。
圖3A中所示的顯示裝置80包括：圖元部分71；掃描線驅動電路74；信號線驅動電路76；m個掃描線77，其相互平行或基本相互平行地設置，並且其電位被掃描線驅動電路74控制；以及n個信號線79，其相互平行或基本相互平行地設置，並且其電位被信號線驅動電路76控制。圖元部分71包括以矩陣佈置的多個圖元70。此外，沿著掃描線77相互平行或大體平行地設置公共線75。在某些情況下，掃描線驅動電路74和信號線驅動電路76被統稱為驅動電路部分。
在圖元部分71中，每個掃描線77被電連接到佈置為m行和n列的圖元70中相應行中的n個圖元70。每個信號線79被電連接到佈置為m行和n列的圖元70中相應列中的m個圖元70。注意，m和n每個都是1或大於1的整數。公共線75被電連接到被佈置為m行和n列的圖元70中的相應行中的n 個圖元70。
圖3B示出了可用於圖3A的顯示裝置80的圖元70的電路結構的例子。
圖3B的圖元70包括：液晶元件51，電晶體52和電容器55。
液晶元件51的一對電極中的一個電極通過電晶體52電連接到信號線79。液晶元件51的該對電極中的所述的一個電極的電位被按照圖元70的規格合適地設置。液晶元件51的該對電極中的另一個被連接到公共線75，並被施加公共電位。以通過電晶體52提供的資料控制包括在液晶元件51內的液晶的配向狀態。
液晶元件51以液晶的光調製動作控制光的透射和不透射。注意，由施加到液晶的電場(包括水準電場、垂直電場和傾斜電場)控制液晶的光調製動作。作為用於液晶元件51的液晶，可以使用：熱致性液晶，低分子液晶，高分子液晶，聚合物分散液晶，鐵電液晶，反鐵電液晶等。根據不同情況，這些液晶材料呈現膽甾相、近晶相、立方相、手性向列相、各向同性相等。
在使用水準電場模式的情況下，可以使用不需要配向膜的呈藍相的液晶。藍相是液晶相之一，其在膽甾液晶的溫度增加時，就在膽甾相變成各向同性相之前發生。因為藍相只在窄的溫度範圍內出現，因此將其中混合有幾個重量百分比或更多的手性材料的液晶組分用於液晶層，以便改善溫度範圍。包括呈藍相的液晶和手性材料的液晶複合物具有短的回應時間和光學各向同性。此外，包括呈藍相的液晶和手性材料的液晶複合物不需要配向處理，並具有小的視角依賴性。不需要提供配向膜，因而， 不需要摩擦工藝；相應地，可以避免由摩擦工藝引起的靜電放電損傷，並且可以減少製造工藝中液晶顯示裝置的缺陷和損傷。
注意，可將具有正或負的介電常數各向異性的液晶材料用於液晶層。在一些情況下，使用負介電常數各向異性的材料可以抑制彎電效應(flexoelectric effect)的影響，這歸因於在液晶層的液晶材料中包括的液晶分子的極化。可以根據液晶的操作模式適當地選擇液晶材料。
包括液晶元件51的顯示裝置80可被以下列模式驅動：扭曲向列(TN)模式，面內切換(IPS)模式，邊緣場切換(FFS)模式，軸對稱配向微單元(ASM)模式，光補償雙折射(OCB)模式，鐵電液晶(FLC)模式，或反鐵電液晶(AFLC)模式等。
顯示裝置80可以是常黑液晶顯示裝置，例如垂直配向(VA)模式透射液晶顯示裝置。作為垂直配向模式，可以使用多疇垂直配向(MVA)模式、圖案垂直配向(PVA)模式、或高級超視(ASV)模式等。
在本實施例中，主要描述以FFS模式為代表的水準電場模式。
在圖3B的圖元70中，電晶體52的源電極和漏電極之一被電連接到信號線79，另一個被電連接到液晶元件51的一對電極中的一個。電晶體52的柵極被電連接到掃描線77。電晶體52具有控制信號線79和電容器55之間以及信號線79和液晶元件51之間的資料信號的發射和接收的功能。
在圖3B的圖元70中，電容器55的一對電極中的一個被連接到電晶體52的源電極和漏電極中的另一個。電容器55的一對電極中的另一個被電連接到公共線75。公共線75的電位根據圖元70的規範被合適設置。 電容器55作為用於存儲寫入的資料的存儲電容器。在以FFS模式驅動的顯示裝置80中，電容器55的一對電極中的一個對應於液晶元件51的一對電極中的所述的一個的部分或全部，而電容器55的一對電極中的另一個對應於液晶元件51的一對電極的另一個的部分或全部。
下面說明顯示裝置80中包括的圖元的具體結構。圖1示出了以FFS模式驅動的顯示裝置80中包括的多個圖元70a和70b的俯視圖。
圖2示出了沿圖1中的點劃線Q1-R1和點劃線S1-T1取得的截面圖。圖2中的電晶體52是溝道蝕刻的電晶體。在沿著點劃線Q1-R1取得的截面圖中示出了沿溝道長度方向的電晶體52，而在沿著點劃線S1-T1取得的截面圖中示出了沿溝道寬度方向的電晶體52。
在圖1中，導電膜13基本垂直於信號線79(導電膜21a)(在圖中的水準方向)延伸。導電膜21a基本垂直於掃描線77(導電膜13)(在圖中的垂直方向)。
導電膜13被電連接到掃描線驅動電路74，而導電膜21a被電連接到信號線驅動電路76(圖3A)。
電晶體52被設置在導電膜13和導電膜21a的交叉部附近。電晶體52包括：作為柵極電極的導電膜13，其中形成溝道區的形成在絕緣膜15和17之上的氧化物半導體膜19a，以及作為源電極和漏電極的導電膜21a和導電膜21b。導電膜13還作為掃描線，並且導電膜13的和氧化物半導體膜19a重疊的區域作為電晶體52的柵極電極。導電膜21a還作為信號線，導電膜21a的和氧化物半導體膜19a重疊的區域作為電晶體52的源電極或漏電極。在圖1中的俯視圖中，導電膜13的端部位於氧化物半導體膜19a的端部的外側 上。因而，掃描線作為阻光膜，阻止來自光源的光諸如背光。為此，不以光照射包括在電晶體中的氧化物半導體膜19a，從而可以抑制電晶體電特性的改變(見圖1和圖2)。
導電膜21b被電連接到作為圖元電極的氧化物半導體膜19b。公共電極29被設置在氧化物半導體膜19b之上，絕緣膜27位於它們之間(見圖2)。
公共電極29包括在與信號線交叉的方向上延伸的區域。該區域被連接到和信號線平行或基本平行地延伸的區域。因此，在顯示裝置80中所包括的多個圖元中，公共電極29的帶狀區域具有相同的電位。
電容器55被形成在氧化物半導體膜19b和公共電極29相互重疊的區域中。氧化物半導體膜19b和公共電極29可以透光。即，電容器55可以透光。
在電容器55透光的情況下，可以在圖元70中形成大的電容器55(大的面積)。這樣，可以獲得具有大的電容和高孔徑比(一般50%或更高，優選為60%或更高)的顯示裝置。例如，在高解析度的顯示裝置(諸如，高解析度液晶顯示裝置)中，圖元面積小，並相應地，電容器的面積也小。因此，在高解析度顯示裝置中，電容器中積累的電荷的量小。然而，當在每個圖元中提供本實施例的透光的電容器55時，在圖元中可以獲得足夠的電容，並且孔徑比可以增加。典型地，電容器55可以有利地用於200圖元每英寸(ppi)或更高、300ppi或更高、或者500ppi或更高的圖元密度的高解析度顯示裝置。
在液晶顯示裝置中，電容器電容的增加可以增加在施加電場 時液晶元件中的液晶分子配向可保持恒定的時間段。在顯示靜止圖像時，可以使該時間段更長；因此，可以減少重寫圖像資料的次數，這使得功率消耗減少。另外，即使在高解析度顯示裝置的情況下，該實施例的結構也可增加孔徑比(aperture ratio)，這使得能夠有效地使用來自光源(例如背光)的光，從而減少顯示裝置的功率消耗。
圖2中的電晶體52具有單柵極結構，並且包括被提供在襯底11上並作為柵極的導電膜13。電晶體52還包括：形成在襯底11以及作為柵極的導電膜13上的絕緣膜15；形成在絕緣膜15上的絕緣膜17；與作為柵極的導電膜13重疊的氧化物半導體膜19a，絕緣膜15和絕緣膜17位於其間；以及和氧化物半導體膜19a接觸並且作為源電極和漏電極的導電膜21a和導電膜21b。絕緣膜23形成在絕緣膜17、氧化物半導體膜19a、以及作為源電極和漏電極的導電膜21a和21b之上。絕緣膜25形成在絕緣膜23上。氧化物半導體膜19b形成在絕緣膜25之上。氧化物半導體膜19b通過設置在絕緣膜23和絕緣膜25中的開口與作為源電極和漏電極的導電膜21a、21b中的一個(此處是導電膜21b)電連接。絕緣膜27形成在絕緣膜25和氧化物半導體膜19b之上。公共電極29形成在絕緣膜27之上。
可在絕緣膜25之上設置和氧化物半導體膜19b同時形成的膜，使其與氧化物半導體膜19a重疊，在此情況下，電晶體52具有雙柵極結構，其中氧化物半導體膜19b用作第二柵極。
其中氧化物半導體膜19b、絕緣膜27以及公共電極29相互重疊的區域作為電容器55。電容器55可以在圖元未被選擇的時間段內防止電位降低，從而可以改善顯示品質。
在圖1中，圖元70a和圖元70b每一個包括區域522a和區域522b。當從上方看時，區域522a中的氧化物半導體膜19b和公共電極29與區域522b中的氧化物半導體膜19b和公共電極29相對於公共電極29的與導電膜13平行延伸的部分是線對稱的。
由於以下原因，優選地在兩個區域522a、522b之間的邊界設置公共電極。在這種結構中，當通過在這兩個區域中施加電場來驅動液晶時，液晶相對于作為軸的在兩個區域522a、522b之間的邊界處的公共電極線對稱地配向。
如圖1中的圖元70b中那樣，作為區域522a中的圖元電極的氧化物半導體膜19b具有：區域524a，其中具有多個狹縫(梳狀)的多個圖案被平行於公共電極29佈置；以及區域524b，524c，其中所述圖案不平行於公共電極29。換言之，圖元具有：其中公共電極29和作為圖元電極的氧化物半導體膜19b彼此平行地佈置的區域524a，其中氧化物半導體膜19b彎向公共電極29的區域524b，以及其中公共電極29彎向氧化物半導體膜19b的區域524c。
在區域52中的作為圖元電極的氧化物半導體膜19b具有：區域526a，其中具有多個狹縫(梳狀)的多個圖案被平行於公共電極29佈置；以及區域526b，526c，其中所述圖案不平行於公共電極29。換言之，圖元具有：其中公共電極29和作為圖元電極的氧化物半導體膜19b彼此平行地佈置的區域526a，其中公共電極29彎向氧化物半導體膜19b的區域526b，以及其中氧化物半導體膜19b彎向公共電極29的區域526c。
在區域524a和區域526a(其是區域52a和區域52b的中心部 分)中，以規則的間隔設置圖元電極的狹縫和公共電極的狹縫。在靠近區域522a與522b的外周設置的區域524b、524c、526b和526c中，圖元電極的狹縫和公共電極的狹縫不以規則的間隔設置，而是該間隔向著區域52a和區域52b的外周逐漸減小。
下面參照圖4A-4C描述圖元部分中的這種電極圖案的作用。
液晶材料具有流動性。當電壓被加於圖元電極和公共電極之間時，包括在液晶材料中的液晶分子800與在圖元電極和公共電極之間產生的電場相互作用而移動，從而配向從初始狀態發生改變。
圖4A到4C示意地示出了液晶材料對電場的回應。在圖4A到4C的例子中，通過在襯底806上的電極802和804之間產生的電場改變液晶分子800的配向。液晶材料被定位在襯底806和襯底807之間，並且包括液晶分子800。在圖4A中，水準軸表示電極802和804之間的電壓，而垂直軸表示透射度。圖4B示意地示出了在襯底806之上的電極802和804之間的電場的強度低，例如，低於或者等於圖4A中的Vmin的狀態下液晶分子800的配向。配向隨電場強度的增加而變化；電場越強，相對於圖4B的狀態的旋轉角越大(圖4C)。
液晶分子具有杆的形狀。液晶分子可以具有正或者負的介電常數各向異性。具有這種屬性的液晶分子800對入射的極化光的回應根據極化光的振動面和液晶分子所配向的方向之間的關係而改變。換言之，液晶分子800具有折射係數各向異性。液晶的折射係數各向異性可以導致視角相關性。
同時，液晶元件可被劃分為具有不同配向方向的多個區域。 因此，當液晶元件被劃分到處於各自配向狀態的多個區域中時，一個區域中的折射係數各向異性可被另一個區域中的折射係數各向異性抵消。可以利用這種方法減小視角相關性。具體地，在一個區域和另一個區域之間平衡折射係數各向異性，由此可以減小視角相關性。
當電極圖案在圖元中心線處彎曲時，在兩個不同方向上執行分子切換。例如，圖5A和5B是示意地示出了襯底的俯視圖，在該襯底上佈置有圖元電極和公共電極以及它們之間的液晶分子800。在圖5A和5B的例子中，點劃線A-B上面的液晶分子800和點劃線A-B下面的液晶分子800分別配向在兩個方向上。圖5A示出了初始狀態，其中沒有在圖元電極808和公共電極810之間施加電場，而圖5B示出了施加電場的狀態。如圖5B所示，點劃線A-B上面的液晶分子800的傾角與點劃線A-B下面的液晶分子800的傾角不同。
在這種結構中，可以如下平衡折射係數各向異性：在施加電場之前，液晶分子配向在圖5A所示的一個方向上；當施加電場時，如圖5B所示，配向對於以點劃線A-B水準劃分的兩個區域是不同的。圖1示出了將這種方法應用於顯示裝置80的圖元部分的例子。
通常，液晶元件中的液晶分子被配向為它們的長軸基本上面對相同的方向；然而，在一個部分中可能發生配向混亂(配向缺陷)。具有配向混亂的部分的光透射屬性與良好配向部分的不同。
另外，雖然如上所述隨著電場的強度的增加，相對于初始配向狀態的旋轉角增加，但旋轉角在某個角度飽和。只要電場強度在旋轉角不飽和的範圍之中，在相同平面上具有不同電場強度的區域之間旋轉角改 變。具有較高電場強度的區域中的液晶首先移動。通過以電位差除以電極之間的距離獲得電場強度。因此，在給圖元電極和公共電極中的每一個提供恒定電位的情況下，電場強度更可能在圖元電極和公共電極之間的距離較小的區域中改變。電場強度的突變很可能引起液晶的顯著配向混亂；相反，電場強度的緩慢改變很少會引起配向混亂。
在這個實施例其中圖元電極和公共電極之間的距離逐漸減小的結構中，可以消除在圖元電極和公共電極之間產生的電力線的方向突然改變的區域，由此可以減少配向缺陷。
在圖1的俯視圖中，與導電膜21a相鄰地設置公共電極29。在這種結構中，公共電極29阻斷從導電膜21a到氧化物半導體膜19b產生的電場；因此，可以減少配向缺陷，並且因此可以改善顯示品質。
當為公共電極29的被設置在兩個區域522a和522b之間的並且平行於導電膜13延伸的部分使用光阻斷導電材料時，公共電極29可以掩蓋在兩個區域522a和522b之間的邊界處發生的液晶的配向缺陷，從而防止顯示裝置的使用者察覺到配向缺陷。因此，可以改善顯示品質。
此外，雖然導電膜21a的大部分具有線性圖案，但圖案寬度在區域528a和528b中較小。這種結構使得能夠減小導電膜21a和公共電極29之間的寄生電容，從而抑制功耗的增加。
因此，通過如圖1中那樣佈置導電膜21a、氧化物半導體膜19b和公共電極29，可以改善視角特性，可以更加穩定地驅動液晶分子，以及可以減少功耗。
注意，這個實施例可以與本說明書中的任意其它實施例適當 地組合。
(實施例2)
在這個實施例中，將參考圖6和圖7A和7B描述包括顯示部分的液晶顯示裝置的例子，該顯示部分包括實施例1中描述的圖元。
圖6是示出了本發明的一個實施例的具有顯示功能的液晶顯示裝置的配置的框圖。
圖7A和7B分別是俯視圖和電路圖，它們示出了本發明的一個實施例的具有顯示功能的液晶顯示裝置的顯示部分的配置。
<1.液晶顯示裝置的配置>
在這個實施例中，將參考圖6描述具有顯示功能的液晶顯示裝置600。液晶顯示裝置600包括：運算裝置620，控制部分610，顯示部分630和輸入單元500。
顯示部分630包括圖元部分631。圖元部分631包括多個圖元631p，並且每一個圖元631p包括圖元電路634。
接著，將概述這些元件之間的關係。首先，運算裝置620向控制部分610輸出初級控制信號625_C和初級圖像信號625_V。
設置輸入單元500以向運算裝置620輸出控制信號，由此基於使用者向輸入單元提供的資訊的信號可被從運算裝置620輸出到控制部分610。
控制部分610控制信號線驅動器電路(在下文中被稱為S驅動器電路633)和掃描線驅動器電路(在下文中被稱為G驅動器電路632)。
G驅動器電路632輸出G信號632_G。通過控制G信號 632_G，可以改變選擇在圖元部分631中設置的多個圖元電路634中的圖元電路的頻率。
在具有這個實施例的配置的顯示裝置中，操作可被在下面模式之間切換：顯示平滑的運動圖像的操作模式和以較低幀頻顯示圖像的操作模式，從而可以減少功耗並且可以實現具有較少閃爍的對眼睛友好的顯示。
例如，可以採用下面的模式：第一模式，其中以60Hz或者更高的頻率輸出用於選擇圖元的G信號，和第二模式，其中以1Hz或者更低(優選地，0.2Hz或者更低)的頻率輸出G信號。
結果，液晶顯示裝置600可以具有產生較少的使用者眼睛疲勞的顯示功能。
下面將描述本發明的一個實施例的具有顯示功能的液晶顯示裝置的元件。
<2.運算裝置>
運算裝置620產生初級圖像信號625_V和初級控制信號625_C。
由運算裝置620產生的初級控制信號625_C包括模式切換信號。
例如，運算裝置620可以根據從輸入單元500輸出的圖像切換信號500_C輸出包括模式切換信號的初級控制信號625_C。
<3.控制部分>
控制部分610輸出從初級圖像信號625_V產生的次級圖像信 號615_V。雖然次級圖像信號615_V在圖6中被輸出到S驅動器電路633，但本發明的一個實施例不限於這個配置，並且初級圖像信號625_V可被直接輸出到顯示部分630。
控制部分610具有使用初級控制信號625_C(包括同步信號，諸如垂直同步訊號或者水準同步信號)產生次級控制信號615_C(諸如，啟動脈衝信號SP，鎖存信號LP和脈衝寬度控制信號PWC)，並將次級控制信號提供給顯示部分630的功能。次級控制信號615_C還包括時鐘信號CK等等。
控制部分610可以設置有反轉控制電路，以便具有在反轉控制電路通知的時刻反轉次級圖像信號615_V的極性的功能。具體地，次級圖像信號615_V的極性可在控制部分610中反轉，或者可在顯示部分630中根據來自控制部分610的指令反轉。
反轉控制電路具有使用同步信號確定反轉次級圖像信號615_V的極性的時刻的功能。例如，反轉控制電路包括計數器和信號產生電路。
計數器具有通過使用水準同步信號的脈衝計數幀週期的數目的功能。
信號產生電路具有如下的功能：向控制部分610通知反轉次級圖像信號615_V的極性的時刻，從而通過使用由計數器獲得的關於幀週期的數目的資訊，每多個相繼幀週期反轉次級圖像信號615_V的極性。
<4.顯示部分>
顯示部分630包括：圖元部分631，其包括每一個圖元中的顯 示元件635；以及驅動器電路，諸如S驅動器電路633和G驅動器電路632。圖元部分631包括多個圖元631p，每一個圖元631p設置有顯示元件635(見圖6)。
從控制部分610輸入到顯示部分630的次級圖像信號615_V被提供給S驅動器電路633。另外，電源電位被提供給S驅動器電路633和G驅動器電路632，並且次級控制信號615_C被提供給G驅動器電路632。
S驅動器電路633保持輸入的第一驅動信號(也被稱為S信號)633_S，並且將其輸出到圖元部分631。包括在圖元部分631的圖元電路634中的顯示元件635根據S信號633_S顯示圖像。
G驅動器電路632向圖元部分631輸出用於選擇圖元電路634的第二驅動信號(G信號)632_G。
注意，次級控制信號615_C包括：用於控制S驅動電路633的操作的S驅動電路時鐘信號CK和S驅動電路啟動脈衝信號SP，鎖存信號LP，用於控制G驅動電路632的操作的G驅動電路時鐘信號CKG和驅動電路啟動脈衝SP，脈衝寬度控制信號PWC等等。
圖7A示出了顯示部分630的一個配置例子。
在圖7A的顯示部分630中，在圖元部分631中設置：多個圖元631p，用於逐行選擇圖元631p的多個掃描線G，和用於向選擇的圖元631p提供從次級圖像信號615_V產生的S信號633_S的多個信號線S。
由G驅動電路632控制G信號632_G向掃描線G的輸入。由S驅動電路633控制S信號633_S向信號線S的輸入。多個圖元631p中的每一個連接到至少一個掃描線G和至少一個信號線S。
注意，可以根據圖元631p的配置、數目和佈置確定在圖元部 分631中設置的導線的種類和數目。具體地，在圖7A的圖元部分631中，圖元631p以x列和y行的矩陣佈置，並且信號線S1到Sx和掃描線G1到Gy佈置在圖元部分631中。
<4-1.圖元>
每一個圖元631p包括包含顯示元件635的圖元電路634。
<4-2.圖元電路>
作為這個實施例的一個例子，圖7B示出了圖元電路634的一個配置，其中液晶元件635LC被用作顯示元件635。
圖元電路634包括用於控制向液晶元件635LC供應S信號633_S的電晶體634t。將描述電晶體634t和顯示元件635之間的連接關係的例子。
電晶體634t的柵極連接到掃描線G1到Gy中的一個。電晶體634t的源電極和漏電極中的一個連接到信號線S1到Sx中的一個。電晶體634t的源電極和漏電極中的另一個連接到液晶元件635LC的第一電極。
根據需要，圖元631p可以包括，除了用於保持液晶元件635LC的第一電極和第二電極之間的電壓的電容器634c之外，另一個電路元件，諸如電晶體、二極體、電阻、電容器或者電感器。
在圖7B的圖元631p中，一個電晶體634t被用作開關元件，用於控制S信號633_S向圖元631p的輸入。替代地，可以為圖元631p使用作為一個開關元件的多個電晶體。作為一個開關元件的多個電晶體可被以並聯、串聯或者並聯和串聯的組合的方式彼此連接。
注意，可以適當地調整圖元電路634中的電容。例如，在S 信號633_S被保持在第二模式相對長的時間段(具體地，1/60秒或者更長)的情況下，提供電容器634c。可以使用電容器634c之外的元件調整圖元電路634的電容。例如，液晶元件635LC的第一電極和第二電極可以彼此重疊，以便本質上形成一個電容器。
還可以使用氧化物半導體作為電容器的第一電極或者第二電極。對於使用氧化物半導體作為電容器的電極的方法，參考另一個實施例。
可以根據顯示元件635的種類或者驅動方法選擇圖元電路634的配置。
<4-2a.顯示元件>
液晶元件635LC包括第一電極、第二電極和包含液晶材料的液晶層，給該液晶材料施加第一電極和第二電極之間的電壓。在液晶元件635LC中，液晶分子的配向根據在第一電極和第二電極之間施加的電壓改變，從而改變透射度。因此，以S信號633_S的電位控制顯示元件635的透射度，由此可以表達漸變。
<4-2b.電晶體>
電晶體634t控制是否將信號線S的電位提供給顯示元件635的第一電極。給顯示元件635的第二電極供應預定參考電位Vcom。
注意，包括氧化物半導體的電晶體可被適合地用作本發明的一個實施例的液晶顯示裝置中的電晶體。對於包括氧化物半導體的電晶體的細節，可以參考實施例7到9或者實施例11。
<5.光供應部分>
在使用液晶元件作為顯示元件635的情況下，給顯示部分630設置光供應部分650。在光供應部分650中設置多個光源。控制部分610控制包括在光供應部分650中的光源的操作。
在反射液晶顯示裝置中，並不必然設置光供應部分650，因為，例如在室外可以使用日光作為光源，並且在室中可以使用內部照明作為光源。然而，考慮到在沒有光源或者僅僅有具有低亮度的光源的夜晚或者黑暗環境中的使用，可以設置光供應部分650，以便向包括液晶元件的圖元部分631供應光；因此，即使在黑暗環境中也可以看見顯示的圖像。
光供應部分650的光源可以是冷陰極螢光燈、發光二極體(LED)、當給其施加電場時產生螢光(電致發光)的OLED元件等等。來自光供應部分650的光源的光可被下面任意系統著色：使用紅光綠光和藍光的三色系統，將部分藍光轉換為紅光或者綠光的量子點系統或者顏色轉換系統，通過濾色器將部分白光轉換為紅光、綠光和藍光的濾色器系統等等。
<6.輸入單元>
作為輸入單元500，可以使用觸摸面板、觸控板、手指控制杆、軌跡球、資料手套、成像設備等等。在運算裝置620中，從輸入單元500輸出的電信號可被與顯示部分的座標相關聯。因此，使用者可以輸入用於處理將在顯示部分上顯示的資訊的指令。
使用者以輸入單元500輸入的資訊的例子包括：用於改變圖像在顯示部分上的顯示位置的拖動指令，用於轉換顯示的圖像以便顯示下一個圖像的劃動指令，用於連續地轉換一系列圖像的滾動指令，特定圖像的選擇指令，用於改變顯示的圖像的尺寸的捏指令，和手寫字元的輸入指 令。
以下面的方式切換多個顯示模式，例如，兩個模式(第一模式和第二模式)：當圖像切換信號500_C被從輸入單元500通過控制部分610輸入到在第二模式中操作的G驅動電路632時，G驅動電路632從第二模式切換到第一模式，輸出G信號至少一次，並且然後切換到第二模式。
<7.操作例子>
例如，當輸入單元500感測到翻頁操作時，輸入單元500向運算裝置620輸出圖像切換信號500_C。
運算裝置620產生包括翻頁操作信號的初級圖像信號625_V，並且輸出初級圖像信號625_V以及包括圖像切換信號500_C的初級控制信號625_C。
控制部分610向G驅動電路632輸出次級控制信號615_C，並且向S驅動電路633輸出包括翻頁操作信號的次級圖像信號615_V。
G驅動電路632具有：第一模式，其中G信號632_G被以30或更多次每秒的頻率(優選地，60或更多次並且少於960次每秒的頻率)輸出到圖元；以及第二模式，其中G信號632G被以每天一次或多次並且少於0.1次每秒的頻率(優選地，每小時一次或多次並且少於一次每秒的頻率)輸出。
注意，G驅動電路632被根據輸入的模式切換信號在第一模式和第二模式之間切換。
G驅動電路632被從第二模式切換到第一模式，並且以觀看者不能察覺圖像改變的速率通過信號重寫操作輸出G信號632_G。
同時，S驅動電路633向圖元電路634輸出從包括翻頁操作信號的次級圖像信號615_V產生的S信號633_S。
以這種方式，包括翻頁操作信號的次級圖像信號615_V被提供給圖元631p。因此，可以在短時間中顯示包括翻頁操作的許多幀圖像，從而可以顯示平滑的翻頁操作。
運算裝置620可以配置來確定從運算裝置620向顯示部分630輸出的初級圖像信號625_V是運動圖像信號還是靜態圖像信號，並且當初級圖像信號625_V是運動圖像信號時輸出用於選擇第一模式的切換信號，並且當初級圖像信號625_V是靜態圖像信號時輸出用於選擇第二模式的切換信號。
可以根據初級圖像信號625_V中的幀信號和前一個或者下一個幀信號之間的差異確定初級圖像信號625_V是運動圖像信號還是靜態圖像信號。當所述差異大於預定值時，初級圖像信號625_V可被確定為是運動圖像信號，而當所述差異小於或等於所述預定值時，被確定為是靜態圖像信號。
此外，可以採用下面的配置：當從第二模式切換到第一模式時，G驅動電路632輸出G信號632_G預定次(至少一次)，並且然後切換到第二模式。
在實施例3中描述的配置可以在使用中減少眼睛疲勞。
在這個實施例中，描述了本發明的一個實施例。將在其它實施例中描述本發明的其它實施例。注意，本發明的一個實施例不限於此。即，因為在這個實施例中和其它實施例中公開了本發明的各種實施例，本 發明的一個實施例不限於特定的實施例。雖然作為本發明的一個實施例描述了其中電晶體的溝道形成區、源區、漏區等等包括氧化物半導體的例子，但本發明的實施例不限於此。根據情況或者條件，本發明的一個實施例的各種電晶體或者電晶體的溝道形成區、源區、漏區等等可以包括各種半導體。根據情況或者條件，本發明的一個實施例的各種電晶體或者電晶體的溝道形成區、源區、漏區等等可以包括，例如，矽、鍺、矽鍺、碳化矽、砷化鎵、砷化鋁鎵、磷化銦、氮化鎵和有機半導體中的至少一種。替代地，例如，根據情況或者條件，本發明的一個實施例的各種電晶體或者電晶體的溝道形成區、源區、漏區等等並不必然包括氧化物半導體。
注意，這個實施例可以與本說明書中的其它任意實施例適當地組合。
(實施例3)
<部分驅動>
在這個實施例中，將參考圖7A和7B和圖8描述用於驅動液晶顯示裝置的方法的例子。
圖7A和7B分別是俯視圖和電路圖，示出了本發明的一個實施例的具有顯示功能的液晶顯示裝置的顯示部分的配置。圖8是俯視圖，示出了本發明的一個實施例的具有顯示功能的液晶顯示裝置的顯示部分的配置的修改例子。
<1.用於向圖元部分寫入S信號的方法>
將描述用於向圖7A或圖8中的圖元部分631寫入S信號633_S的方法的例子。具體地，將描述用於向圖元部分631中的具有圖7B中的圖元 電路的每一個圖元631p寫入S信號633_S的方法。
<對圖元部分的信號寫入>
在第一幀週期中，G信號632_G被輸入到掃描線G1，以便選擇掃描線G1。在連接到選擇的掃描線G1的多個圖元631p中的每一個中，電晶體634t導通。
當電晶體634t導通時(在一個行週期中)，從次級圖像信號615_V產生的S信號633_S的電位被提供給信號線S1到Sx。通過導通的每一個電晶體634t，對應於S信號633_S的電位的電荷被累積在電容器634c中，並且S信號633_S的電位被提供給液晶元件635LC的第一電極。
當在第一幀週期中選擇掃描線G1時，具有正極性的S信號633_S被連續地輸入到所有信號線S1到Sx。具有正極性的S信號633_S被提供給連接到掃描線G1和相應的信號線S1到Sx的圖元631p中的第一電極G1S1到G1Sx。因此，由S信號633_S的電位控制液晶元件635LC的透射度；因此，由圖元表達漸變。
以類似的方式，順序地選擇掃描線G2到Gy，並且對連接到掃描線G2到Gy的圖元631p順序地進行類似於掃描線G1被選擇時所執行的操作。通過上述操作，可以在圖元部分631上顯示第一幀的圖像。
在本發明的一個實施例中，掃描線G1到Gy並不必然被順序地選擇。
可以採用點順序驅動，其中S信號633_S被順序地從S驅動電路633輸入到信號線S1到Sx，或者行順序驅動，其中S信號633_S被同時輸入。替代地，可以採用將S信號633_S順序地輸入到各多個信號線S的驅動方 法。
用於選擇掃描線G的方法不限於逐行掃描；也可以採用隔行掃描選擇掃描線G。
在一個給定的幀週期中，輸入到所有信號線的S信號633_S的極性可以相同，或者輸入到圖元的S信號633_S的極性可被每隔一個信號線反轉。
<對劃分為多個區域的圖元部分的信號寫入>
圖8示出了顯示部分630的配置的修改例子。
在圖8的顯示部分630中，在劃分為多個區域(具體地，第一區域631a、第二區域631b和第三區域631c)的圖元部分631中設置多個圖元631p、用於逐行選擇圖元631p的多個掃描線G、和用於向選擇的圖元631p提供S信號633_S的多個信號線S。
由對應的G驅動電路632控制G信號632_G向每一個區域中的掃描線G的輸入。由S驅動電路633控制S信號633_S向信號線S的輸入。所述多個圖元631p中的每一個連接到至少一個掃描線G和至少一個信號線S。
這種配置允許圖元部分631被劃分為被分別驅動的區域。
例如，可以如下操作：當從用作輸入單元500的觸摸面板輸入資訊時，獲得指示該資訊要被輸入的區域的座標，驅動對應於該座標的區域的G驅動電路632以第一模式操作，而驅動另一個區域的G驅動電路632以第二模式操作。因此，可以停止G驅動電路對沒有從觸摸面板對其輸入資訊的區域(即，不必進行顯示的圖像的重寫的區域)的操作。
<2.第一模式和第二模式下的G驅動電路>
S信號633_S被輸入到輸入了從G驅動電路632輸出的G信號632_G的圖元電路634。在未輸入G信號632_G的週期期間，圖元電路634保持S信號633_S的電位。換言之，圖元電路634保持S信號633_S的電位被寫入的狀態。
被寫入顯示資料的圖元電路634保持對應於S信號633_S的顯示狀態。注意，保持顯示狀態是將顯示狀態的改變數量保持在給定範圍內。這個給定範圍被適當地設置，並且優選被設置使得使用者可以將顯示的圖像看作相同圖像。
G驅動電路632具有第一模式和第二模式。
<2-1.第一模式>
第一模式下的G驅動電路632以30或更多次每秒(優選地，60或更多次並且少於960次每秒的頻率)向圖元輸出G信號632_G。
第一模式下的G驅動電路632以使用者不能察覺到每次信號重寫時發生的圖像改變的速度重寫信號。結果，可以顯示平滑的運動圖像。
<2-2.第二模式>
第二模式下的G驅動電路632以一次或多次每天並且少於0.1次每秒(優選地，一次或多次每小時並且少於一次每秒的頻率)向圖元輸出G信號632_G。
在不輸入G信號632_G的週期期間，圖元電路634繼續保持S信號633_S，並且保持對應於S信號633_S的電位的顯示狀態。
因此，在第二模式中，可以顯示沒有由於圖元中的重寫而產生的閃爍的圖像。
結果，可以減少具有顯示功能的液晶顯示裝置的使用者的眼睛疲勞。
在G驅動電路632不操作的週期期間，可以減少G驅動電路632消耗的電力。
注意，由第二模式的G驅動電路632驅動的圖元電路優選被配置為長時間保持S信號633_S。例如，電晶體634t的截止態洩漏電流優選盡可能的低。
具有低的截止態洩漏電流的電晶體634t的結構的例子，可以參考另一個實施例。
注意這個實施例可以與本說明書中的任意其它實施例適當地組合。
(實施例4)
<反轉驅動>
在這個實施例中，將參考圖9、圖10A-1、10A-2、10B-1、10B-2和10C和圖11描述用於驅動實施例2和3中描述的液晶顯示裝置的方法的例子。
圖9是示出了本發明的一個實施例的具有顯示功能的液晶顯示裝置的電路圖。
圖10A-1、10A-2、10B-1、10B-2和10C示出了本發明的一個實施例的具有顯示功能的液晶顯示裝置的源極線反轉驅動和點反轉驅動。圖11是時序圖，示出了本發明的一個實施例的具有顯示功能的液晶顯示裝置的源極線反轉驅動和點反轉驅動。
<1.過驅動>
從電壓施加到透射度改變的飽和的液晶回應時間一般大約為10毫秒。因此，液晶的慢響應往往被察覺為運動圖像的模糊。
本發明的一個實施例的具有顯示功能的液晶顯示裝置可以採用過驅動，其中施加到液晶元件635LC的電壓被暫時增加，以便迅速地改變液晶的配向。過驅動可以增加液晶的響應速度，防止運動圖像模糊，並且改善運動圖像的品質。
如果在電晶體634t截止之後液晶元件635LC的透射度繼續改變而沒有飽和，則液晶的相對電容率也改變；因此，液晶元件635LC所保持的電壓容易發生改變。
例如，在電容器634c不並聯連接到液晶元件635LC的情況下，或者在連接到液晶元件635LC的電容器634c具有小的電容的情況下，往往顯著地發生液晶元件635LC所保持的電壓的改變。然而，因為過驅動可以縮短回應時間，因此可降低在電晶體634t截止之後液晶元件635LC的透射度的改變。因此，即使在並聯連接到液晶元件635LC的電容器634c具有小的電容的情況下，也可以防止液晶元件635LC所保持的電壓在電晶體634t截止之後發生改變。
<2.源極線反轉驅動和點反轉驅動>
在連接到圖10C中的圖元電路的信號線Si的圖元631p中，圖元電極635_1定位在信號線Si和與信號線Si相鄰的信號線Si+1之間。在電晶體634t截止時圖元電極635_1和信號線Si彼此電隔開是理想的。此外，理想地，圖元電極635_1和信號線Si+1彼此電隔開。然而，實際上在圖元電極 635_1和信號線Si之間存在寄生電容634c(i)，以及在圖元電極635_1和信號線Si+1之間存在寄生電容634c(i+1)(見圖10C)。注意，圖10C示出了作為液晶元件635LC的第一電極或者第二電極的圖元電極635_1，而不是圖9中的液晶元件635LC。
當液晶元件635LC的第一電極和第二電極彼此重疊，並且兩個電極的重疊實際上被作為電容器時，使用電容器佈線形成的電容器634c並不必然連接到液晶元件635LC，或者連接到液晶元件635LC的電容器634c的電容可能是小的。在此情況下，作為液晶元件的第一電極或者第二電極的圖元電極635_1的電位容易受寄生電容634c(i)和寄生電容634c(i+1)的影響。
因此，容易發生下面的現象：即使當電晶體634t在圖像信號的電位被保持的週期中截止時，信號線Si或者信號線Si+1的電位的改變也會引起圖元電極635_1的電位的波動。
上面的現象被稱為串擾；即，在圖像信號的電位被保持的週期中，信號線的電位的改變引起圖元電極的電位的波動。串擾引起顯示對比度的減小。例如，在為液晶元件635LC使用通常白色(normally-white)液晶的情況下，顯示偏白的圖像。
鑒於上面的描述，本發明的一個實施例的具有顯示功能的液晶顯示裝置可以採用這樣的驅動方法，其中在一個給定的幀週期中，具有相反極性的圖像信號被輸入到其間佈置有圖元電極635_1的信號線Si和信號線Si+1。
注意，具有相反極性的圖像信號意指：假設液晶元件的公共 電極的電位是參考電位，具有高於參考電位的電位的圖像信號和具有低於參考電位的電位的圖像信號。
可以給出兩個方法(源極線反轉和點反轉)作為用於連續地和交替地向選擇的圖元寫入具有相反極性的圖像信號的方法的例子。
在任意一個方法中，在第一幀週期，具有正(+)極性的圖像信號輸入到信號線Si，並且具有負(-)極性的圖像信號輸入到信號線Si+1。接著，在第二幀週期，具有負(-)極性的圖像信號輸入到信號線Si，並且具有正(+)極性的圖像信號輸入到信號線Si+1。然後，在第三幀週期，具有正(+)極性的圖像信號輸入到信號線Si，並且負(-)極性的圖像信號輸入到信號線Si+1(見圖10C)。
這種一對信號線的電位以相反極性波動的驅動方法可以抵消圖元電極的電位的波動。因此，可以抑制串擾。
<2-1.源極線反轉驅動>
在源極線反轉中，在一個給定幀週期中，具有一種極性的圖像信號輸入到連接到信號線的多個圖元，並且具有相反極性的圖像信號輸入到連接到與該信號線相鄰的另一個信號線的多個圖元。
圖10A-1和10A-2示意地示出了提供給被以源極線反轉驅動的圖元的圖像信號的極性。在圖10A-1和10A-2中，"+"指示在一個給定幀週期中被供應有具有正極性的圖像信號的圖元，並且“-”指示被供應有具有負極性的圖像信號的圖元。圖10A-2中的幀在圖10A-1中的幀之後。
<2-2.點反轉驅動>
在點反轉中，在一個給定幀週期中，具有一個極性的圖像信 號被輸入到連接到一個信號線的多個圖元，並且具有相反極性的圖像信號被輸入到連接到與該信號線相鄰的另一個信號線的多個圖元，從而被提供給連接到相同信號線的相鄰圖元的圖像信號具有相反的極性。
圖10B-1和10B-2示意地示出了提供給以點反轉驅動的圖元的圖像信號的極性。在圖10B-1和10B-2中，"+"指示在一個給定幀週期中提供有具有正極性的圖像信號的圖元，並且“-”指示提供有具有負極性的圖像信號的圖元。圖10B-2中的幀在圖10B-1中的幀之後。
<23.時序圖>
圖11是圖9的圖元部分631被以源極線反轉驅動的情況的時序圖。具體地，圖11示出了提供給掃描線G1的信號的電位、提供給信號線S1到Sx的圖像信號的電位、包括在連接到掃描線G1的圖元中的圖元電極的電位的隨時間的變化。
首先，通過輸入到掃描線G1的信號選擇掃描線G1。在連接到所選擇的掃描線G1的多個圖元631p中的每一個中，電晶體634t導通。當在電晶體634t導通時圖像信號的電位被提供給信號線S1到Sx時，圖像信號的電位被通過導通的電晶體634t提供給液晶元件635LC的圖元電極。
在圖11的時序圖所示的例子中，在第一幀週期中在掃描線G1被選擇的週期期間，具有正極性的圖像信號被順序地輸入奇數信號線S1、S3、…，具有負極性的圖像信號被順序地輸入偶數信號線S2、s4、…和Sx。因此，具有正極性的圖像信號被提供給連接到奇數信號線S1、S3、…的圖元631p中的圖元電極(S1)，(S3)，…。具有負極性的圖像信號被提供給連接到偶數信號線S2、s4、…和Sx的圖元631p中的圖元電極(S2)，(S4),… 和(Sx)。
在液晶元件635LC中，液晶分子的配向根據在圖元電極和公共電極之間施加的電壓改變，由此改變透射度。因此，可以通過圖像信號的電位控制液晶元件635LC的透射度；因此，可以表達漸變。
當完成圖像信號到信號線S1到Sx的輸入時，終止對掃描線G1的選擇。當掃描線的選擇終止時，連接到掃描線的圖元631p中的電晶體634t截止。因此，液晶元件635LC保持在圖元電極和公共電極之間施加的電壓，從而保持顯示灰度級。然後，順序地選擇掃描線G2到Gy，在連接到上面相應掃描線的圖元中執行與在掃描線G1被選擇的週期期間的操作類似的操作。
接著，在第二幀週期中再次選擇掃描線G1。在第二幀週期中掃描線G1被選擇時，具有負極性的圖像信號被順序地輸入奇數信號線S1,S3,…，並且具有正極性的圖像信號被順序地輸入偶數信號線S2,S4,…和Sx，這與掃描線G1在第一幀週期中被選擇時執行的操作不同。因此，具有負極性的圖像信號被提供給連接到奇數信號線S1,S3,…的圖元631p中的圖元電極(S1)，(S3)，…。具有正極性的圖像信號被提供給連接到偶數信號線S2,S4,…和Sx的圖元631p中的圖元電極(S2),(S4),…和(Sx)。
另外，在第二幀週期中，當完成圖像信號到信號線S1到Sx的輸入時，終止對掃描線G1的選擇。然後，順序地選擇掃描線G2到Gy，在連接到上面相應掃描線的圖元中執行與在掃描線G1被選擇的週期期間的操作類似的操作。
在第三幀週期和第四幀週期中重複與上面的操作類似的操 作。
雖然圖11的時序圖示出了其中圖像信號被順序地輸入信號線S1到Sx的例子，但本發明的實施例不限於該配置。圖像信號可被同時輸入到信號線S1到Sx，或者圖像信號可被每隔幾個信號線順序地輸入。
在這個實施例中，以逐行掃描選擇掃描線；然而，可以根據隔行掃描選擇掃描線。
其中使用公共電極的電位作為參考來反轉圖像信號的電位的極性的反轉驅動，可以防止被稱為燒入(burn-in)的液晶劣化。
然而，在反轉驅動中，當圖像信號的極性改變時，被提供給信號線的電位的改變增加；因此，作為開關元件的電晶體634t的源電極和漏電極之間的電位差增加。因此，容易引起電晶體634t的特性劣化，諸如閾值電壓偏移。
此外，為了維持液晶元件635LC所保持的電壓，即使當源電極和漏電極之間的電位差大時，電晶體634t的截止態電流也需要是低的。
注意，這個實施例可以與本說明書中的任意其它實施例適當地組合。
(實施例5)
在這個實施例中，將參考圖12A和12B描述用於產生可在本發明的一個實施例的液晶顯示裝置上顯示的圖像的方法。具體地，將描述用於以眼睛友好的方式切換圖像的方法，用於以較少的使用者眼睛疲勞切換圖像的方法，和用於切換圖像而不引起使用者眼睛疲勞的方法。
當顯示的圖像迅速地切換時，例如，當運動圖像的場景被頻 繁地切換時或者當靜態圖像被切換到另一個靜態圖像時，使用者可能感覺到眼睛疲勞。
當顯示的圖像從一個圖像切換另一個圖像時，優選地，不是瞬間切換圖像，而是逐漸地(平滑地)和自然地切換圖像。
例如，當第一圖像被切換到與第一圖像不同的第二圖像時，優選地在第一圖像和第二圖像之間插入第一圖像的淡出圖像或者第二圖像的淡入圖像。還可以插入通過重疊第一圖像和第二圖像獲得的圖像，從而當第一圖像淡出時第二圖像淡入(這個技術也被稱為疊像漸變(crossfading))，或者插入運動圖像，其中第一圖像逐漸地變成第二圖像(這個技術也被稱為影像變形(morphing))。
具體地，以低的刷新速率顯示第一靜態圖像，以高的刷新速率顯示用於圖像切換的圖像，然後，以低的刷新速率顯示第二靜態圖像。
<淡入，淡出>
下面將描述將顯示從圖像A切換到另一個圖像B的方法的例子。
圖12A是示出了能夠切換圖像的顯示裝置的配置的框圖。圖12A的顯示裝置包括：運算裝置671，記憶體裝置672，圖形單元673和顯示單元674。
在第一步，運算裝置671將從外部記憶體裝置等等輸出的圖像A的資料和圖像B的資料存儲在記憶體裝置672中。
在第二步，運算裝置671基於圖像A的資料和圖像B的資料，根據所述圖像資料要被劃分的預定數目順序地產生新的圖像資料。
在第三步，產生的圖像資料被輸出到圖形單元673。圖形單元673使得顯示單元674顯示輸入的圖像資料。
圖12B示意地示出了為從圖像A到圖像B的逐漸圖像變化產生的圖像資料。
圖12B示出了在圖像A和圖像B之間產生N個圖像資料(N是自然數)，並且每一個被顯示f個幀週期(f是自然數)的例子。因此，從圖像A到圖像B切換顯示花費f×N幀。
優選地，用戶可以自由地設置諸如N和f的參數。運算裝置671預先獲取這些參數，並且根據這些參數產生圖像資料。
作為一個例子，可以通過對圖像A的資料和圖像B的資料加權，並且將加權的資料相加，產生第i個產生的圖像資料(i是大於等於1並且小於等於N的整數)。例如，當顯示圖像A的圖元的亮度(灰度級)以a表示，並且顯示圖像B的圖元的亮度(灰度級)以b表示時，顯示第i個產生的圖像資料的圖元的亮度(灰度級)c以公式(1)表示。
[公式1] (1)
使用以這種方法產生的圖像資料將顯示從圖像A切換到圖像B，從而可以逐漸地(平滑地)和自然地改變不連續的圖像。
注意，在公式(1)中所有圖元滿足a=0的情況對應於黑色圖像逐漸地改變為圖像B的淡入。所有圖元滿足b=0的情況對應於圖像A逐漸地改變為黑色圖像的淡出。
在上面的方法中，顯示被從一個圖像切換到另一個圖像，以 使兩個圖像暫時彼此重疊；然而，也可以採用沒有重疊操作的方法。
在兩個圖像不彼此重疊的情況下，可以在圖像A和圖像B之間插入黑色圖像。在這種情況下，當顯示被從圖像A切換到黑色圖像和/或從黑色圖像切換到圖像B時，可以使用上面的圖像切換方法。插入圖像A和圖像B之間的圖像不限於黑色圖像，並且可以是單色圖像，諸如白色圖像，或者不同於圖像A和圖像B時多色圖像。在圖像A和圖像B之間插入另一個圖像，特別是單色圖像(諸如，黑色圖像)，使得使用者能夠更加自然地察覺到圖像切換，而不會感覺到壓力。
注意，這個實施例可以與本說明書中的任意其它實施例適當地組合。
(實施例6)
在這個實施例中，將參考圖13A和13B、圖14A和14B、圖15A和15B、圖16A到16D、圖17A到17C和圖18A到18C描述本發明的一個實施例的半導體裝置。
<半導體裝置的結構例子>
圖13A示出了可用于本發明的一個實施例的顯示裝置的半導體裝置的俯視圖，並且圖13B示出了沿著圖13A中的點劃線A-B、點劃線C-D和點劃線E-F截取的截面圖。注意，圖13A未示出半導體裝置的某些元件(例如，柵極絕緣膜)以便避免複雜。如圖13A所示，在某些情況下在下面描述的電晶體的俯視圖中未示出某些組件。
圖13A中的點劃線A-B的方向對應於電晶體150的溝道長度方向。點劃線E-F的方向對應於電晶體150的溝道寬度方向。在本說明書中， 電晶體的溝道長度方向意指：載流子在源極(源區或者源電極)和漏極(漏區或者漏電極)之間移動的方向。溝道寬度方向意指在平行於襯底的平面中與溝道長度方向垂直的方向。
圖13A和13B中的半導體裝置包括：包含第一氧化物半導體膜110的電晶體150，以及包含在一對電極之間的絕緣膜的電容器160。在電容器160中，該對電極中的一個是第二氧化物半導體膜111，並且該對電極中的另一個是導電膜120。
電晶體150包括：襯底102之上的柵電極104，柵電極104之上的作為柵極絕緣膜的絕緣膜108，絕緣膜108之上並且與柵電極104重疊的第一氧化物半導體膜110，和第一氧化物半導體膜110之上的源電極112a和漏電極112b。換言之，電晶體150包括：第一氧化物半導體膜110，被設置為與第一氧化物半導體膜110接觸並且作為柵極絕緣膜的絕緣膜108，被設置為與絕緣膜108接觸並且與第一氧化物半導體膜110重疊的柵電極104，以及電連接到第一氧化物半導體膜110的源電極112a和漏電極112b。注意，圖13A和13B中的電晶體150具有底部柵極結構。
另外，絕緣膜114、116和118形成在電晶體150之上，具體地，形成在第一氧化物半導體膜110、源電極112a和漏電極112b之上。絕緣膜114、116和118作為電晶體150的保護絕緣膜。在絕緣膜114、116和118中形成到達漏電極112b的開口142。在絕緣膜118之上形成導電膜120，以覆蓋開口142。導電膜120例如作為圖元電極。
電容器160包括：在絕緣膜116之上並且作為一對電極中的一個電極的第二氧化物半導體膜111，在第二氧化物半導體膜111之上並且作為 電介質膜的絕緣膜118，和以絕緣膜118位於它們之間的方式與第二氧化物半導體膜111重疊的並且作為該對電極中的另一個電極的導電膜120。換言之，導電膜120作為圖元電極和電容器的電極。
注意，第一氧化物半導體膜110作為電晶體150的溝道區。第二氧化物半導體膜111作為電容器160的該對電極中的一個電極。因此，第二氧化物半導體膜111具有比第一氧化物半導體膜110低的電阻率。另外，第一氧化物半導體膜110和第二氧化物半導體膜111優選地包含相同的金屬元素。當第一氧化物半導體膜110和第二氧化物半導體膜111包含相同金屬元素時，可以使用公共的製造裝置(例如，沉積裝置或者處理裝置)，並且因此可以抑制製造成本。
此外，第二氧化物半導體膜111可以被連接到使用金屬膜等等單獨形成的佈線等等。例如，在圖1的結構被應用於顯示裝置的圖元部分中的電晶體和電容器的情況下，可以使用金屬膜形成引線佈線、柵極佈線等等，並將它們連接到第二氧化物半導體膜111。因為引線佈線、柵極佈線等等使用金屬膜形成，因而可以減小佈線電阻，並因此可以抑制信號延遲。
此外，第二氧化物半導體膜111可以被連接到使用金屬膜等等單獨形成的端子的圖案。例如，在圖1的結構被應用於顯示裝置的圖元部分中的電晶體和電容器的情況下，第二氧化物半導體膜111可以連接到端子等等的金屬膜。作為一個例子，圖14A和14B示出了第二氧化物半導體膜111連接到電晶體150的漏電極112b的結構。
另外，電容器160可以透射光。在這種情況下，包括在電容器160中的第二氧化物半導體膜111、導電膜120和絕緣膜118中的每一個由透 光材料形成。因為電容器160透光，所以除了其中形成電晶體的區域之外，可以在圖元中形成大的電容器160(大的面積)；因此，顯示裝置可以具有大電容以及高孔徑比。因此，顯示裝置可以具有優異的顯示品質。
作為設置在電晶體150之上並且用於電容器160的絕緣膜118，使用至少包含氫的絕緣膜。作為用於電晶體150的絕緣膜107和設置在電晶體150之上的絕緣膜114和116，使用至少包含氧的絕緣膜。這樣的絕緣膜被用作用於電晶體150和電容器160的絕緣膜，以及在電晶體150和電容器160之上的絕緣膜，從而可以控制包括在電晶體150中的第一氧化物半導體膜110的電阻率和包括在電容器160中的第二氧化物半導體膜111的電阻率。
當用於電容器160的絕緣膜以及在電晶體150和電容器160之上的絕緣膜被如下設置時，可以增加導電膜120的平坦性。具體地，在第一氧化物半導體膜110之上設置絕緣膜114和116，並且在第二氧化物半導體膜111之上設置絕緣膜118，使得第二氧化物半導體膜111定位在絕緣膜116和絕緣膜118之間；因此，可以控制第二氧化物半導體膜111的電阻率，而無需在與第二氧化物半導體膜111重疊的絕緣膜114和116中設置開口。在圖13A和13B中的半導體裝置的這種結構被應用於液晶顯示裝置的圖元部分中的電晶體和電容器的情況下，可以改善導電膜120之上的液晶的配向。
注意，被與導電膜120同時沉積、蝕刻和完成的導電膜120a可被設置為與電晶體的溝道區重疊。圖15A示出了這種情況的例子。例如，因為導電膜120a被與導電膜120同時沉積、蝕刻和完成，所以導電膜120a包含與導電膜120相同的材料。因此，不會增加工藝步驟的數目。注意，本發明的一個實施例不限於此。導電膜120和導電膜120a可在不同步驟中形成。 導電膜120a包括與電晶體的溝道區重疊的區域。因此，導電膜120a作為電晶體的第二柵電極。因此，導電膜120a可被連接到柵電極104。取代被連接到柵電極104，導電膜120a可以被供應以與供應到柵電極104的信號或者電位不同的信號或者電位。這種結構可以進一步改善電晶體150的電流驅動能力。在該情況下，絕緣膜114、116和118作為用於第二柵電極的柵極絕緣膜。
注意，可以將與第二氧化物半導體膜111同時沉積、蝕刻和完成的第二氧化物半導體膜111a設置為與電晶體的溝道區重疊。圖15B示出了這種情況的例子。例如，由於第二氧化物半導體膜111a被與第二氧化物半導體膜111同時沉積、蝕刻和完成，因此第二氧化物半導體膜111a包含與第二氧化物半導體膜111相同的材料。因此，不會增加工藝步驟的數目。注意，本發明的一個實施例不限於此。第二氧化物半導體膜111和第二氧化物半導體膜111a可在不同步驟中形成。第二氧化物半導體膜111a包括與作為電晶體150的溝道區的第一氧化物半導體膜110重疊的區域。因此，第二氧化物半導體膜111a作為電晶體150的第二柵電極。因此，第二氧化物半導體膜111a可以連接到柵電極104。取代連接到柵電極104，第二氧化物半導體膜111a可以被供應以與供應到柵電極104的信號或者電位不同的信號或者電位。與圖15A的電晶體的結構相比，其中絕緣膜114和116作為第二柵電極的柵極絕緣膜的這種結構可以進一步改善電晶體150的電流驅動能力。
注意，被用作電晶體150的溝道區的第一氧化物半導體膜110具有比第二氧化物半導體膜111高的電阻率。相反，與第一氧化物半導體膜110相比，作為電極的第二氧化物半導體膜111具有低的電阻率。
下面將描述用於控制第一氧化物半導體膜110的電阻率和第 二氧化物半導體膜111的電阻率的方法。
<用於控制氧化物半導體的電阻率的方法>
可用作第一氧化物半導體膜110和第二氧化物半導體膜111的氧化物半導體膜包括其電阻率可以由膜中的氧空位的數目和/或膜中的諸如氫或者水分的雜質的濃度控制的半導體材料。因此，為了控制第一氧化物半導體膜110的電阻率和第二氧化物半導體膜111的電阻率，從用於增加氧空位和/或雜質濃度的處理中選擇對每一個氧化物半導體膜執行的處理。
具體地，在用作作為電容器160的電極的第二氧化物半導體膜111的氧化物半導體膜上執行等離子處理，以增加氧化物半導體膜中的氧空位和/或雜質諸如氫或者水分；因此，氧化物半導體膜可以具有高的載流子密度和低的電阻。替代地，形成包含氫的絕緣膜，例如，作為與該氧化物半導體膜接觸的絕緣膜118，從而氫可以從包含氫的絕緣膜擴散到該氧化物半導體膜中，因此，氧化物半導體膜可以具有高的載流子密度和低的電阻。如上所述，在增加氧空位或者向膜鐘擴散氫的步驟之前，第二氧化物半導體膜111作為半導體，而在該步驟之後它作為導體。
相反，由於設置了絕緣膜107、114和116，因此作為電晶體150的溝道區的第一氧化物半導體膜110不與包含氫的絕緣膜106和118接觸。使用包含氧的絕緣膜(即，能夠釋放氧的絕緣膜)作為絕緣膜107、114和116中的至少一個，可以給第一氧化物半導體膜110供應氧。由於膜中或者在接觸面處的氧空位被填充，因此被對其供應氧的第一氧化物半導體膜110具有高的電阻率。作為能夠釋放氧的絕緣膜，例如，可以使用氧化矽膜或者氧氮化矽膜。
為了獲得具有低的電阻率的氧化物半導體膜，可以通過離子注入方法、離子摻雜方法、等離子浸入離子注入方法等，向氧化物半導體膜中引入氫、硼、磷或者氮。
為了減小氧化物半導體膜的電阻率，可以對氧化物半導體膜執行等離子處理。一個典型的等離子處理的例子是使用包含稀有氣體(He，Ne，Ar,Kr或者Xe)、氫和氮中的至少一個的氣體的等離子處理。具體地，可以採用氬氣氛中的等離子處理、氬和氫的混合氣體氣氛中的等離子處理、氨氣氛中的等離子處理、氬和氨的混合氣體氣氛中的等離子處理、或氮氣氛中的等離子處理等等。
在經受等離子處理的氧化物半導體膜中，在從其釋放了氧的晶格中(或者在從其釋放氧的部分中)形成氧空位。這種氧空位可以引起載流子產生。此外，從該氧化物半導體膜附近的絕緣膜(具體地，與該氧化物半導體膜的底面或者頂面接觸的絕緣膜)供應的氫可能被結合到氧空位，從而可能產生作為載流子的電子。
其中氧空位被填充並且氫濃度被減小的氧化物半導體膜可以被稱為高純的本征或高純的基本本征的氧化物半導體膜。術語"基本本征"指氧化物半導體膜具有低於8×1011/cm3(優選低於1×1011/cm3，更優選地低於1×1010/cm3)的載流子密度的狀態。高純本征或基本上高純本征的氧化物半導體膜具有很少的載流子產生源，並因此可以具有低的載流子密度。高純本征或基本上高純本征的氧化物半導體膜具有低的缺陷態密度，並因此可以具有低的陷阱態(trap state)密度。
此外，高純本征或者基本高純本征的氧化物半導體膜具有極 低的截止態電流；即使當元件具有1×106μm的溝道寬度和10μm的溝道長度L時，截止態電流也可以低於或者等於半導體參數分析儀的測量極限，即，在源電極和漏電極之間的電壓(漏電壓)為1V到10V時，低於或者等於1×10-13A。因此，其中在作為高純本征或者基本高純本征的氧化物半導體膜的第一氧化物半導體膜110中形成溝道區的電晶體150僅僅具有電特性的小的改變，並且是非常可靠的。
例如，包含氫的絕緣膜(即，能夠釋放氫的絕緣膜，一般地，氮化矽膜)被用作絕緣膜118，由此可以給第二氧化物半導體膜111提供氫。能夠釋放氫的絕緣膜優選具有1×1022原子/cm3或者更高的氫濃度。這種絕緣膜被形成為與第二氧化物半導體膜111接觸，由此氫可被有效地包含在第二氧化物半導體膜111中。因此，可以通過對與該氧化物半導體膜接觸的絕緣膜使用不同的材料來控制第一氧化物半導體膜110的電阻率和第二氧化物半導體膜111的電阻率。注意，絕緣膜106的材料可以類似於絕緣膜118的材料。用於絕緣膜106的氮化矽可以防止柵電極104被供應以從絕緣膜107釋放的氧並被其氧化。
包含在氧化物半導體膜中的氫與結合到金屬原子的氧反應形成水，並且還引起從其釋放氧的晶格(或者從其釋放氧的部分)中的氧空位。氫進入氧空位可以產生作為載流子的電子。在某些情況下，部分氫與結合到金屬元素的氧的結合產生作為載流子的電子。因此，被設置為與包含氫的絕緣膜接觸的第二氧化物半導體膜111是具有比第一氧化物半導體膜110高的載流子密度的氧化物半導體膜。
優選盡可能地減少其中形成電晶體150的溝道區的第一氧化 物半導體膜110中的氫。具體地，以二次離子質譜法測量(SIMS)的第一氧化物半導體膜110中的氫濃度低於或者等於2×1020原子/cm3，優選低於或者等於5×1019原子/cm3，更優選低於或者等於1×1019原子/cm3，低於5×1018原子/cm3，優選低於或者等於1×1018原子/cm3，更優選低於或者等於5×1017原子cm3，更優選低於或者等於1×1016原子/cm3。
作為電容器160的電極的第二氧化物半導體膜111是具有比第一氧化物半導體膜110高的氫濃度和/或更大數目的氧空位(即，更低電阻率)的氧化物半導體膜。包含在第二氧化物半導體膜111中的氫的濃度高於或等於8×1019原子/cm3，優選高於或者等於1×1020原子/cm3，更優選高於或者等於5×1020原子/cm3。第二氧化物半導體膜111中包含的氫的濃度是第一氧化物半導體膜110中包含的氫的濃度的兩倍或更多，優選為10倍或更多。第二氧化物半導體膜110的電阻率優選大於或等於第一氧化物半導體膜110的電阻率的1×10-8倍並且小於第一氧化物半導體膜110的電阻率的1×10-1倍。第二氧化物半導體膜111的電阻率一般大於或等於1×10-3Ωcm並且小於1×104Ωcm，優選大於或等於1×10-3Ωcm並且小於1×10-1Ωcm。
下面將描述圖13A和13B以及圖14A和14B中的半導體裝置的其它元件的細節。
<襯底>
對襯底102的材料等等沒有特別的限制，只要該材料至少具有足夠高的耐熱性，以便能夠承受後面執行的熱處理。例如，可以使用玻璃襯底、陶瓷襯底、石英襯底或者藍寶石襯底作為襯底102。替代地，可以使用：由矽或者碳化矽形成單晶半導體襯底或者多晶半導體襯底，由矽鍺 等等形成的複合物半導體襯底，SOI襯底等等。替代地，可以使用提供有半導體元件的任意這些襯底作為襯底102。在使用玻璃襯底作為襯底102的情況下，可以使用具有下面尺寸中的任意一個的大襯底：第6代(1500mm×1850mm)，第7代(1870mm×2200mm)，第8代(2200mm×2400mm)，第9代(2400mm×2800mm)和第10代(2950mm×3400mm)。因此，可以製造大的顯示裝置。替代地，可以使用柔性襯底作為襯底102，並且可以在柔性襯底上直接形成電晶體150、電容器160等等。
除了上述之外，可以使用多種多樣的襯底作為襯底102來形成電晶體。襯底的類型不限於特定類型。作為襯底，例如，可以使用塑膠襯底、金屬襯底、不銹鋼襯底、包括不銹鋼箔的襯底、鎢襯底、包括鎢箔的襯底、柔性襯底、附接膜、包含纖維材料的紙、或者基膜。作為玻璃襯底的例子，可以給出鋇硼矽酸鹽玻璃襯底、鋁硼矽酸鹽玻璃襯底和鈉鈣玻璃襯底。對於柔性襯底，可以使用柔性合成樹脂，諸如以聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、和聚醚碸(PES)或者丙烯酸樹脂為代表的塑膠。附接膜的例子是使用聚丙烯、聚酯、聚氟乙烯、聚氯乙烯等等形成的膜。帶基膜的例子包括：使用聚酯、聚醯胺或者聚醯亞胺形成的膜，無機氣相沉積膜，和紙。特別地，使用半導體襯底、單晶襯底、SOI襯底等形成的電晶體可以具有很小的特性、尺寸、形狀等等的變化，大的電流能力，以及小的尺寸。這種電晶體可以實現較低的功耗或者較高的電路集成度。
可以使用一個襯底形成電晶體，然後，電晶體可以轉移到另一個襯底。電晶體被轉移到其上的襯底的例子包括，除了上述的可以在其 上形成電晶體的襯底之外，紙襯底，賽璐玢(cellophane)襯底，石制襯底，木制襯底，布襯底(包括天然纖維(絲，棉花，大麻纖維)，合成纖維(尼龍、聚氨酯或者聚酯)，再生纖維(醋酸纖維，銅銨(cupra)，人造纖維或者再生聚酯)，等等)，皮革襯底，和橡膠襯底。當使用這樣的襯底時，可以形成具有優異特性的電晶體或者具有低功耗的電晶體，可以製造具有高持久性的裝置，可以提供高耐熱性，或者可以實現減小的重量或者厚度。
<第一氧化物半導體膜和第二氧化物半導體膜>
第一氧化物半導體膜110和第二氧化物半導體膜111中的每一個優選包括In-M-Zn氧化物膜，其至少包含銦(In)、鋅(Zn)和M(金屬，諸如Al，Ti，Ga、Y，Zr，La、Ce，Nd，Sn或者Hf)。為了減少包括氧化物半導體的電晶體的電特性的變化，除了In、Zn和M之外，氧化物半導體優選還包含穩定劑。
穩定劑的例子，包括可被用作M的金屬，是：鎵(Ga)，錫(Sn)，鉿(Hf)，鋁(Al)和鋯(Zr)。作為另一種穩定劑，可以給出鑭系元素，諸如：鑭(La)，鈰(Ce)，鐠(Pr)，釹(Nd)，釤(Sm)，銪(Eu)，釓(Gd)，鋱(Tb)，鏑(Dy)，鈥(Ho)，鉺(Er)，銩(Tm)，鐿(Yb)或者鑥(Lu)。
作為包括在第一氧化物半導體膜110和第二氧化物半導體膜111中的氧化物半導體，例如，可以使用下面的氧化物：基於In-Ga-Zn的氧化物，基於In-Al-Zn的氧化物，基於In-Sn-Zn的氧化物，基於In-Hf-Zn的氧化物，基於In-La-Zn的氧化物，基於In-Ce-Zn的氧化物，基於In-Pr-Zn的氧化物，基於In-Nd-Zn的氧化物，基於In-Sm-Zn的氧化物，基於In-Eu-Zn的氧化物，基於In-Gd-Zn的氧化物，基於In-Tb-Zn的氧化物，基於In-Dy-Zn的氧化 物，基於In-Ho-Zn的氧化物，基於In-Er-Zn的氧化物，基於In-Tm-Zn的氧化物，基於In-Yb-Zn的氧化物，基於In-Lu-Zn的氧化物，基於In-Sn-Ga-Zn的氧化物，基於In-Hf-Ga-Zn的氧化物，基於In-Al-Ga-Zn的氧化物，基於In-Sn-Al-Zn的氧化物，基於In-Sn-Hf-Zn的氧化物，或者基於In-Hf-Al-Zn的氧化物。
此處，"基於In-Ga-Zn的氧化物"意指包含In、Ga和Zn作為其主要組分的氧化物，並且對In與Ga和Zn的比例沒有限制。"基於In-Ga-Zn的氧化物"可以包含除了In、Ga和Zn之外的另一金屬元素。
第一氧化物半導體膜110和第二氧化物半導體膜111可以包含從包含在上面的氧化物中的金屬元素中選擇的相同金屬元素。為第一氧化物半導體膜110和第二氧化物半導體膜111使用相同的金屬元素可以降低製造成本。例如，當使用具有相同金屬組分的金屬氧化物靶時，可以減少製造成本，並且可以在處理該氧化物半導體膜時使用相同的蝕刻氣體或者相同的蝕刻劑。即使當第一氧化物半導體膜110和第二氧化物半導體膜111包含相同金屬元素時，它們在某些情況下具有不同的組分。例如，在電晶體和電容器的製造工藝中，金屬元素可被從膜釋放出來，這導致不同的金屬組分。
在第一氧化物半導體膜110包含In-M-Zn氧化物的情況下，假設In和M的總和為100原子%，In和M的比例優選如下：In的比例高於25原子%並且M的比例低於75原子%，更優選地，In的比例高於34原子%並且M的比例低於66原子%。
第一氧化物半導體膜110的能隙是2eV或更大，優選2.5eV或 更大，更優選3eV或更大。使用具有這種寬能隙的氧化物半導體，可以減小電晶體150的截止態電流。
第一氧化物半導體膜110的厚度大於或等於3nm並且小於或等於200nm，優選大於或等於3nm並且小於或等於100nm，更優選大於或等於3nm並且小於或等於50nm。
在第一氧化物半導體膜110包含In-M-Zn氧化物(M表示Al、Ga、Y、Zr、La、Ce或者Nd)的情況下，用於沉積In-M-Zn氧化物的濺射靶中的金屬元素的原子比優選滿足InM和ZnM。作為這種濺射靶中的金屬元素的原子比的例子，可以給出In：M：Zn=1：1：1、1：1：1.2、3：1：2、1：3：4和1：3：6。注意，沉積的第一氧化物半導體膜110中的金屬元素的原子比可以在濺射靶中的金屬元素的上述原子比的±40%的誤差範圍中改變。
具有低載流子密度的氧化物半導體膜被用作第一氧化物半導體膜110。例如，載流子密度是1×1017cm3或者更低(優選1×1015/cm3或者更低，更優選1×1013/cm3或者更低，更優選1×1011cm3或者更低)的氧化物半導體膜被用作第一氧化物半導體膜110。
不限於上面的例子，根據需要的電晶體的半導體特性和電特性(例如，場效應遷移率和閾值電壓)，可以使用具有適當組分的材料。為了獲得需要的電晶體的半導體特性，優選地，適當地設置第一氧化物半導體膜110的載流子密度、雜質濃度、缺陷密度、金屬元素與氧的原子比、原子間間距、密度等等。
如果第一氧化物半導體膜110中包含矽或者碳(它們是屬於 族14的元素)，則第一氧化物半導體膜110中氧空位的數目增加，並且第一氧化物半導體膜110成為n型膜。為了防止這種情況，第一氧化物半導體膜110中的矽或者碳的濃度(以SIMS測量的濃度)被設置為2×1018原子/cm3或者更低，優選2×1017原子/cm3或者更低。
第一氧化物半導體膜110中的以SIMS測量的鹼金屬或者鹼土金屬的濃度被設置為1×1018原子/cm3或者更低，優選2×1016原子/cm3或者更低。當結合到氧化物半導體時，鹼金屬和鹼土金屬可以產生載流子，在這種情況下，可能增加電晶體的截止態電流。因此，優選減小第一氧化物半導體膜110中的鹼金屬或者鹼土金屬的濃度。
如果第一氧化物半導體膜110中包含氮，則產生作為載流子的電子，並且載流子密度增加，從而第一氧化物半導體膜110容易變為n型膜。因此，使用包含氮的氧化物半導體形成的電晶體很可能是常通的。因此，優選盡可能減少氧化物半導體膜中的氮；以SIMS測量的氮濃度優選為例如5×1018原子/cm3或者更低。
第一氧化物半導體膜110可以具有，例如，非單晶結構。非單晶結構包括，例如：後面描述的c軸取向的晶態氧化物半導體(CAAC-OS)、多晶結構、後面描述的微晶結構、或者非晶結構。在非單晶結構中，非晶結構具有最高的缺陷態密度，而CAAC-OS具有最低的缺陷態密度。
例如，第一氧化物半導體膜110可以具有非晶結構。例如，具有非晶結構的氧化物半導體膜具有混亂的原子配向，並且沒有晶態組分。替代地，非晶氧化膜具有例如完全非晶結構，並且沒有晶體部分。
注意，第一氧化物半導體膜110可以是包括下列區域中的兩個或更多個的混合膜：具有非晶結構的區域，具有微晶結構的區域，具有多晶結構的區域，CAAC-OS區域，和具有單晶結構的區域。混合膜在某些情況下例如包括下列區域中的兩個或更多個：具有非晶結構的區域，具有微晶結構的區域，具有多晶結構的區域，CAAC-OS區域，和具有單晶結構的區域。此外，例如，在某些情況下混合膜具有下列區域中的兩個或更多個的疊層結構：具有非晶結構的區域，具有微晶結構的區域，具有多晶結構的區域，CAAC-OS區域，和具有單晶結構的區域。
<絕緣膜>
作為電晶體150的柵極絕緣膜的絕緣膜106和107中的每一個，可以使用包括下列的由等離子增強化學氣相澱積(PECVD)法或濺射法等形成的膜中的至少一個的絕緣膜：氧化矽膜，氧氮化矽膜，氮氧化矽膜，氮化矽膜，氧化鋁膜，氧化鉿膜，氧化釔膜，氧化鋯膜，氧化鎵膜，氧化鉭膜，氧化鎂膜，氧化鑭膜，氧化鈰膜和氧化釹膜。取代堆疊的絕緣膜106和107，可以使用從上面的膜中選擇的單層絕緣膜。
絕緣膜106作為防止氧的穿透的阻擋膜。例如，在給絕緣膜107、絕緣膜114、絕緣膜116和/或第一氧化物半導體膜110提供過量氧的情況下，絕緣膜106可以抑制氧穿透。
注意，與作為電晶體150的溝道區的第一氧化物半導體膜110接觸的絕緣膜107優選是氧化物絕緣膜，並且更優選包括包含超過化學計量配比的氧的區域(氧過剩區域)。換言之，絕緣膜107是能夠釋放氧的絕緣膜。為了在絕緣膜107中提供氧過剩區域，例如，可以在氧氣氛中形成絕緣膜 107。替代地，可以通過向沉積的絕緣膜107引入氧來形成氧過剩區域。作為用於引入氧的方法，可以採用離子注入法、離子摻雜法、等離子沉浸離子注入法、或等離子處理等等。
在將氧化鉿用於絕緣膜106和107的情況下，獲得下面的效果。氧化鉿具有比氧化矽和氧氮化矽高的介電常數。因此，與使用氧化矽的情況相比，絕緣膜106和107的厚度可以做得大；結果，可以減小由於隧穿電流產生的洩漏電流。即，可以提供具有低截止態電流的電晶體。另外，具有晶體結構的氧化鉿具有比具有非晶結構的氧化鉿高的介電常數。因此，優選使用具有晶體結構的氧化鉿，以提供具有低截止態電流的電晶體。晶體結構的例子包括單斜晶結構和立方晶體結構。注意，本發明的一個實施例不限於這些例子。
在這個實施例中，形成氮化矽膜作為絕緣膜106，並且形成氧化矽膜作為絕緣膜107。氮化矽膜具有比氧化矽膜高的介電常數，並且對於與氧化矽膜的電容相等效的電容來說，需要更大的厚度。因此，當作為電晶體150的柵極絕緣膜的絕緣膜108包括氮化矽膜時，絕緣膜的物理厚度可被增加。這使得可以抑制電晶體150的耐壓的減小，並且可以增加耐壓，從而抑制電晶體150的靜電放電損壞。
<柵電極、源電極和漏電極>
柵電極104、源電極112a和漏電極112b中的每一個可以具有使用以下材料形成的單層結構或者堆疊層結構：金屬，諸如鋁，鈦，鉻，鎳，銅，釔，鋯，鉬，銀，鉭或者鎢，或者包含所述金屬作為其主要組分的合金。例如，可以採用：鈦膜堆疊在鋁膜之上的雙層結構；鈦膜堆疊在 鎢膜之上的雙層結構；銅膜堆疊在鉬膜之上的雙層結構；銅膜堆疊在包含鉬和鎢的合金膜之上的雙層結構；銅膜堆疊在包含銅、鎂和鋁的合金膜之上的雙層結構；鈦膜或者氮化鈦膜、鋁膜或者銅膜，以及鈦膜或者氮化鈦膜被以這種順序堆疊的三層結構；或者，鉬膜或者氮化鉬膜、鋁膜或者銅膜、和鉬膜或者氮化鉬膜被以這種順序堆疊的三層結構。在源電極112a和漏電極112b具有三層結構的情況下，優選：形成鈦、氮化鈦、鉬、鎢、包含鉬和鎢的合金、包含鉬和鋯的合金、或者氮化鉬的膜作為第一層和第三層中的每一個，並且形成低阻材料諸如銅、鋁、金、銀或者包含銅和錳的合金的膜作為第二層。注意，也可以使用透光導電材料，諸如：氧化銦錫，包含氧化鎢的氧化銦，包含氧化鎢的氧化銦鋅，包含氧化鈦的氧化銦，包含氧化鈦的氧化銦錫，氧化銦鋅，或者添加了氧化矽的氧化銦錫。可以通過例如濺射法形成可被用作柵電極104、源電極112a和漏電極112b的材料。
<導電膜>
導電膜120作為圖元電極。例如，對於導電膜120可以使用透射可見光的材料。具體地，優選使用包含銦(In)、鋅(Zn)和錫(Sn)中的一個的材料。對於導電膜120，例如，還可以使用透光導電材料，諸如：包含氧化鎢的氧化銦，包含氧化鎢的氧化銦鋅，包含氧化鈦的氧化銦，包含氧化鈦的氧化銦錫，氧化銦錫(ITO)，氧化銦鋅，或者添加了氧化矽的氧化銦錫。例如，導電膜120可被通過濺射法形成。
<保護絕緣膜>
對於作為電晶體150的保護絕緣膜的絕緣膜114、116和118中的每一個，可以使用包括下面的由PECVD法或濺射法等等形成的膜中的 至少一個的絕緣膜：氧化矽膜，氧氮化矽膜，氮氧化矽膜，氮化矽膜，氧化鋁膜，氧化鉿膜，氧化釔膜，氧化鋯膜，氧化鎵膜，氧化鉭膜，氧化鎂膜，氧化鑭膜，氧化鈰膜和氧化釹膜。
與作為電晶體150的溝道區的第一氧化物半導體膜110接觸的絕緣膜114優選是能夠釋放氧的氧化物絕緣膜。換言之，能夠釋放氧的絕緣膜是包括包含有超過化學計量配比的氧的區域(氧過剩區域)的絕緣膜。為了在絕緣膜114中提供氧過剩區域，例如，可以在氧氣氛中形成絕緣膜114。替代地，可以通過向沉積的絕緣膜114引入氧形成氧過剩區域。作為用於引入氧的方法，可以採用：離子注入法，離子摻雜法，等離子沉浸離子注入法，或等離子處理等等。
使用能夠釋放氧的絕緣膜作為絕緣膜114使得氧能夠移動到作為電晶體150的溝道區的第一氧化物半導體膜110，從而可以減小第一氧化物半導體膜110中的氧空位的數量。例如，可以通過使用具有下面特徵的絕緣膜來減少第一氧化物半導體膜110中的氧空位的數量：當以熱脫附譜法(在下文中被稱為TDS)測量時，在高於或者等於100℃並且低於或者等於700℃，或者高於或者等於100℃並且低於或者等於500℃的膜表面溫度下，從該絕緣膜釋放的氧分子的數量大於或等於1.0×1018分子/cm3。
另外，絕緣膜114中的缺陷的數量優選是小的；一般地，在ESR測量中，由於矽的懸掛鍵在g=2.001出現的信號的自旋密度優選低於或者等於3×1017自旋/cm3(spins/cm3)。這是由於絕緣膜114中的高缺陷密度引起氧與缺陷結合，並且減少了穿透絕緣膜114的氧的數量。此外，絕緣膜114和第一氧化物半導體膜110之間的介面處的缺陷的數量優選是小的；一般 地，在ESR測量中，由於第一氧化物半導體膜110中的缺陷而在g=1.89或更大並且為1.96或者更小處出現的信號的自旋密度優選低於或者等於1×1017自旋/cm3，更優選，低於或者等於檢測的下限。
注意，在某些情況下，從外部進入絕緣膜114的所有的氧移向絕緣膜114的外部。替代地，從外部進入絕緣膜114的部分氧在某些情況下保持在絕緣膜114中。在某些情況下，以這樣的方式在絕緣膜114中發生氧的移動，即，氧從外部進入絕緣膜114，並且包含在絕緣膜114中的氧移向絕緣膜114的外部。當形成氧能穿透的氧化物絕緣膜作為絕緣膜114時，從設置在絕緣膜114之上的絕緣膜116釋放的氧可以通過絕緣膜114移動到第一氧化物半導體膜110。
可以使用具有由於氧化氮而導致低的態密度的氧化物絕緣膜形成絕緣膜114。注意，由於氧化氮產生的態密度可以形成在氧化物半導體膜的價帶最大值的能量(Ev_os)和導帶最小值(Ec_os)的能量之間。僅僅釋放少量氧化氮的氧氮化矽膜、僅僅釋放少量氧化氮的氧氮化鋁膜等等可被用作上述的氧化物絕緣膜。
注意，僅僅釋放少量氧化氮的氧氮化矽膜是在TDS中釋放的氨比氧化氮多的膜；從氧氮化矽膜釋放的氨分子的數量一般地大於或等於1×1018分子/cm3，並且小於或等於5×1019分子/cm3。注意，所述釋放的氨的量是通過高於或者等於50℃並且低於或者等於650℃(優選高於或者等於50℃並且低於或者等於550℃)的膜表面溫度的熱處理釋放的氨的量。
例如，氧化氮(NOx；x大於0並且小於等於2，優選，大於等於1並且小於等於2)(典型為NO2或者NO)形成絕緣膜114中的態。態位於 第一氧化物半導體膜110的能隙中。因此，當氧化氮擴散到絕緣膜114和第一氧化物半導體膜110之間的介面中時，在某些情況下電子被絕緣膜114側上的態捕獲。結果，被捕獲的電子保持在絕緣膜114和第一氧化物半導體膜110之間的介面附近；因此，電晶體的閾值電壓向正方向移動。
氧化氮在熱處理中與氨和氧反應。由於包含在絕緣膜114中的氧化氮在熱處理中與絕緣膜116中包含的氨反應，因此包含在絕緣膜114中的氧化氮的量減小。因此，電子很少被捕獲在絕緣膜114和第一氧化物半導體膜110之間的介面。
通過使用上面的氧化物絕緣膜作為絕緣膜114，可以減小電晶體的閾值電壓的偏移，這導致電晶體的電特性的變化減小。
在經受了電晶體製造工藝中的熱處理(一般地，低於400℃或者低於375℃(優選高於或者等於340℃並且低於或者等於360℃)的溫度的熱處理)的絕緣膜114的在100K或者更低的ESR譜中，觀察到：在大於或等於2.037並且小於或等於2.039的g因數處出現的第一信號，在大於或等於2.001並且小於或等於2.003的g因數處出現的第二信號，和在大於或等於1.964並且小於或等於1.966的g因數處出現的第三信號。通過使用X波段的ESR測量獲得的第一和第二信號的縫隙寬度(split width)和第二和第三信號的縫隙寬度中的每一個近似為5mT。在大於或等於2.037並且小於或等於2.039的g因數處出現的第一信號、在大於或等於2.001並且小於或等於2.003的g因數處出現的第二信號、和在大於或等於1.964並且小於或等於1.966的g因數處出現的第三信號的自旋密度的總和低於1×1018自旋/cm3，典型地高於或者等於1×1017自旋/cm3並且低於1×1018自旋/cm3。
在100K或者更低的ESR譜中，在大於或等於2.037並且小於或等於2.039的g因數處出現的第一信號、在大於或等於2.001並且小於或等於2.003的g因數處出現的第二信號，在大於或等於1.964並且小於或等於1.966的g因數處出現的第三信號對應於歸因於氧化氮(NOx：x大於0並且小於等於2，優選大於等於1並且小於等於2)的信號。氧化氮的典型例子包括一氧化氮和二氧化氮。因此，在大於或等於2.037並且小於或等於2.039的g因數處出現的第一信號、在大於或等於2.001並且小於或等於2.003的g因數處出現的第二信號、在大於或等於1.964並且小於或等於1.966的g因數處出現的第三信號的自旋密度的總和越小，氧化物絕緣膜中的氧化氮的含量越低。
以SIMS測量的上面的氧化物絕緣膜中的氮濃度低於或者等於6×1020原子/cm3。
使用矽烷和一氧化二氮，在高於或者等於220℃並且低於或者等於350℃的襯底溫度，以PECVD法形成上面的氧化物絕緣膜，由此可以形成緻密並且堅硬的膜。
使用氧含量高於化學計量配比的氧化物絕緣膜形成與絕緣膜114接觸的絕緣膜116。通過加熱，部分氧被從氧含量高於化學計量配比的氧化物絕緣膜釋放出來。氧含量高於化學計量配比的氧化物絕緣膜具有下面的特徵：在TDS中，被轉換為氧原子的從氧化物絕緣膜釋放的氧的量大於或等於1.0×1019原子/cm3，優選大於或等於3.0×1020原子/cm3。注意，TDS中膜表面溫度優選高於或者等於100℃並且低於或者等於700℃，或者高於或者等於100℃並且低於或者等於500℃。
另外，絕緣膜116中的缺陷的數量優選是小的；一般地，在 ESR測量中，由於矽的懸掛鍵而導致在g=2.001處出現的信號的自旋密度優選低於1.5×1018自旋/cm3，更優選低於或者等於1×1018自旋/cm3。注意，絕緣膜116被定位為比絕緣膜114更加遠離第一氧化物半導體膜110；因此，絕緣膜116可以具有比絕緣膜114高的缺陷密度。
絕緣膜114的厚度可以大於或等於5nm並且小於或等於150nm，優選大於或等於5nm並且小於或等於50nm，更優選大於或等於10nm並且小於或等於30nm。絕緣膜116的厚度可以大於或等於30nm並且小於或等於500nm，優選大於或等於150nm並且小於或等於400nm。
此外，可以使用相同類型的材料形成絕緣膜114和絕緣膜116；因此，在某些情況下不能清楚地觀察到絕緣膜114和絕緣膜116之間的介面。因此，在這個實施例中，絕緣膜114和絕緣膜116之間的介面被以虛線示出。雖然在這個實施例中描述了包括絕緣膜114和絕緣膜116的雙層結構，本發明的一個實施例不限於此。例如，可以使用絕緣膜114的單層結構、絕緣膜116的單層結構或者包括三層或更多層的堆疊層結構。
作為電容器160的電介質膜的絕緣膜118優選是氮化物絕緣膜。尤其是，氮化矽膜具有比氧化矽膜高的介電常數，並且對於與氧化矽膜相等效的電容，需要更大的厚度。因此，當作為電容器160的電介質膜的絕緣膜118包括氮化矽膜時，可以增加絕緣膜的物理厚度。這使得可以抑制電容器160的耐壓的減小，並且更確切地說，增加耐壓，從而防止電容器160的靜電放電損壞。注意，絕緣膜118也具有減小作為電容器160的電極的第二氧化物半導體膜111的電阻率的功能。
絕緣膜118也具有阻擋氧、氫、水分、鹼金屬、鹼土金屬等 等的功能。絕緣膜118可以防止氧從第一氧化物半導體膜110向外擴散，包含在絕緣膜114和116中的氧向外擴散，以及氫、水分等等從外部進入第一氧化物半導體膜110。取代具有阻擋氧、氫、水分、鹼金屬、鹼土金屬等作用的氮化物絕緣膜，可以設置具有阻擋氧、氫、水分等作用的氧化物絕緣膜。作為具有阻擋氧、氫、水分等等作用的氧化物絕緣膜的例子，可以給出：氧化鋁膜，氧氮化鋁膜，氧化鎵膜，氧氮化鎵膜，氧化釔膜，氧氮化釔膜，氧化鉿膜和氧氮化鉿膜。
<用於製造半導體裝置的方法>
接著，將參考圖16A到16D、圖17A到17C、圖18A到18C和圖19A和19B描述用於製造圖13A和13B中的半導體裝置的方法的例子。
首先，在襯底102上形成柵電極104。然後，在襯底102和柵電極104上形成包括絕緣膜106和107的絕緣膜108(見圖16A)。
注意，可以使用從上面列出的材料中選擇的材料形成襯底102、柵電極104和絕緣膜106和107中的每一個。在這個實施例中，使用玻璃襯底作為襯底102；使用鎢膜作為柵電極104的導電膜；使用能夠釋放氫的氮化矽膜作為絕緣膜106；並且使用能夠釋放氧的氧氮化矽膜作為絕緣膜107。
柵電極104可以以下面的方式形成：在襯底102上沉積導電膜，並對其圖案化，從而留下所希望的區域，然後，蝕刻掉導電膜的不需要的區域。
接著，在絕緣膜108上形成第一氧化物半導體膜110，以與柵電極104重疊(見圖16B)。
可以使用從上面列出的材料中選擇的材料形成第一氧化物半導體膜110。在這個實施例中，作為第一氧化物半導體膜110，使用採用In：Ga：Zn=1：1：1.2的金屬氧化物靶形成的In-Ga-Zn氧化物膜。
第一氧化物半導體膜110可以以下面的方式形成：在絕緣膜108上沉積氧化物半導體膜，並對其圖案化，從而留下所希望的區域，然後蝕刻掉氧化物半導體膜的不需要的區域。
在形成第一氧化物半導體膜110之後，優選執行熱處理。可以在惰性氣體氣氛、包含10ppm或更大的氧氣的氣氛或者減壓氣氛中，在高於或者等於250℃並且低於或者等於650℃，優選高於或者等於300℃並且低於或者等於500℃，更優選高於或者等於350℃並且低於或者等於450℃的溫度，執行熱處理。替代地，可以首先在惰性氣體氣氛中執行熱處理，然後，可以在包含10ppm或更大的氧氣的氣氛中執行另一熱處理，以補償從第一氧化物半導體膜110中釋放的氧。通過這種熱處理，可以從下列膜中的至少一個中去除雜質(諸如，氫或者水分)：絕緣膜106和107以及第一氧化物半導體膜110。注意，可以在第一氧化物半導體膜110被加工為島狀之前執行上面的熱處理。
注意，通過減少第一氧化物半導體膜110中的雜質，以使得第一氧化物半導體膜110是本征或基本本征的，可以給第一氧化物半導體膜110作為溝道區的電晶體150有效地賦予穩定的電特性。
接著，在絕緣膜108和第一氧化物半導體膜110之上沉積導電膜，並對其圖案化，從而留下所希望的區域，然後，蝕刻掉導電膜的不需要的區域，由此在絕緣膜108和第一氧化物半導體膜110之上形成源電極112a 和漏電極112b(見圖16C)。
可以使用從上面列出的材料中選擇的材料形成源電極112a和漏電極112b。在這個實施例中，源電極112a和漏電極112b具有包括鎢膜、鋁膜和鈦膜的三層結構。
在形成源電極112a和漏電極112b之後，可以清洗第一氧化物半導體膜110的表面。例如，可以使用諸如磷酸的化學溶液執行清洗。使用諸如磷酸的化學溶液的清洗可以去除附著在第一氧化物半導體膜110的表面上的雜質(例如，包含在源電極112a和漏電極112b中的元素)。注意，並不必然需要執行清洗，並且可以根據情況省略清洗。
在形成源電極112a和漏電極112b的步驟和/或清洗步驟中，第一氧化物半導體膜110的未被源電極112a或漏電極112b覆蓋的區域的厚度可能減小。
接著，在絕緣膜108、第一氧化物半導體膜110、源電極112a和漏電極112b之上形成絕緣膜114和116。然後，對絕緣膜114和116圖案化，從而留下所希望的區域，然後，蝕刻掉不需要的區域，由此形成開口141(見圖16D)。
在形成絕緣膜114之後，優選在不暴露於空氣的情況下繼續形成絕緣膜116。在形成絕緣膜114之後，在不暴露於空氣的情況下，在調整源氣體的流速、壓力、高頻功率以及襯底溫度中的至少一個的同時，繼續形成絕緣膜116，由此可以減小歸因於絕緣膜114和116之間的介面處的氣氛組分的雜質的濃度，並且可以使包含在絕緣膜114和116中的氧移向第一氧化物半導體膜110；因此，可以減小第一氧化物半導體膜110中的氧空位 的數量。
在形成絕緣膜116的步驟中絕緣膜114作為第一氧化物半導體膜110的保護膜。因此，可以在減小對第一氧化物半導體膜110的損傷的同時，使用高強度高頻功率形成絕緣膜116。
可以使用從上面列出的材料中選擇的材料形成絕緣膜114和116中的每一個。在這個實施例中，使用能夠釋放氧的氧氮化矽膜作為絕緣膜114和116中的每一個。
優選地，在沉積絕緣膜114和116之後執行熱處理(在下文中被稱為第一熱處理)。該第一熱處理可以減少包含在絕緣膜114和116中的氧化氮。通過第一熱處理，包含在絕緣膜114和116中的部分氧可被移向第一氧化物半導體膜110，從而可以減小包括在第一氧化物半導體膜110中的氧空位的數量。
第一熱處理的溫度一般低於400℃，優選低於375℃，更優選高於或者等於150℃並且低於或者等於350℃。可以在氮、氧、超幹空氣(具有20ppm或者更小(優選1ppm或者更小，更優選10ppb或者更小)的水分含量的空氣)或者稀有氣體(例如，氬或者氦)的氣氛中執行第一熱處理。氮、氧、超幹空氣或者稀有氣體的氣氛優選不包含氫和水分等等。對於熱處理可以使用電爐或快速熱退火(RTA)裝置等等。
形成開口141以暴露部分漏電極112b。用於形成開口141的方法的例子是(但不限於)乾蝕刻法。替代地，可以採用濕蝕刻法或者乾蝕刻和濕蝕刻的組合作為形成開口141的方法。注意，形成開口141的蝕刻步驟在某些情況下減小漏電極112b的厚度。
接著，在絕緣膜116之上形成要作為第二氧化物半導體膜111的氧化物半導體膜，以覆蓋開口141(見圖17A和17B)。
注意，圖17A是當在絕緣膜116之上形成氧化物半導體膜時使用的沉積裝置的內部的示意截面圖。在圖17A中，使用濺射裝置作為沉積裝置，並且示意地示出了被置於濺射裝置內的靶193和在靶193之下產生的等離子體194。
當形成氧化物半導體膜時，首先，在包含氧氣的氣氛中執行等離子放電。此時，給將在其上形成氧化物半導體膜的絕緣膜116添加氧。當形成氧化物半導體膜時，可以混合惰性氣體(例如，氦氣、氬氣或者氙氣)和第三氧氣。例如，優選使用氬氣和具有高於氬氣的流量的第三氧氣。當第三氧氣的流量較高時，氧可被有利地添加到絕緣膜116。作為氧化物半導體膜的形成條件的一個例子，整個沉積氣體中第三氧氣(third oxygen gas)的比例可以高於或者等於50%並且低於或者等於100%，優選高於或者等於80%並且低於或者等於100%。
在圖17A中，以虛線箭頭示意地示出了被添加到絕緣膜116的氧或者過量氧。
在高於或者等於室溫並且低於340℃(優選高於或者等於室溫並且低於或者等於300℃，更優選高於或者等於100℃並且低於或者等於250℃，更優選高於或者等於100℃並且低於或者等於200℃)的襯底溫度沉積氧化物半導體膜。氧化物半導體膜在被加熱的同時沉積，從而可以增加氧化物半導體膜的結晶度。在另一方面，在使用大的玻璃襯底(例如，第6代到第10代)作為襯底102，並且在高於或者等於150℃並且低於340℃的襯底 溫度沉積氧化物半導體膜的情況下，襯底102可能變形(扭曲或者翹曲)。即使在使用大的玻璃襯底的情況下，也可以通過在高於或者等於100℃並且低於150℃的襯底溫度沉積氧化物半導體膜，抑制玻璃襯底的形狀的改變。
可以使用從上面列出的材料中選擇的材料形成該氧化物半導體膜。在這個實施例中，使用具有In：Ga：Zn=1：3：6的原子比的In-Ga-Zn金屬氧化物靶，通過濺射法形成氧化物半導體膜。
接著，將氧化物半導體膜加工為所希望的形狀，以形成島狀第二氧化物半導體膜111(見圖17C)。
第二氧化物半導體膜111可以以下面的方式形成：在絕緣膜116上沉積氧化物半導體膜並對其圖案化，從而留下所希望的區域，然後蝕刻掉氧化物半導體膜的不需要的區域。
接著，在絕緣膜116和第二氧化物半導體膜111之上形成絕緣膜118(見圖18A)。
絕緣膜118包含氫和/或氮。作為絕緣膜118，例如，優選使用氮化矽膜。例如，絕緣膜118可以以濺射法或者PECVD法形成。在通過PECVD法沉積絕緣膜118的情況下，例如，襯底溫度低於400℃，優選低於375℃，更優選高於或者等於180℃並且低於或者等於350℃。沉積絕緣膜118時的襯底溫度優選在上面的範圍內，因為可以形成緻密膜。此外，當沉積絕緣膜118的襯底溫度在上面的範圍內時，可以使絕緣膜114和116中的氧或者過量氧移向第一氧化物半導體膜110。
在形成絕緣膜118之後，可以執行類似於上面所述的第一熱處理的熱處理(在下文中被稱為第二熱處理)。在沉積要作為第二氧化物半導 體膜111的氧化物半導體膜的同時給絕緣膜116添加氧之後，在低於400℃(優選低於375℃，更優選高於或者等於180℃並且低於或者等於350℃)的溫度執行熱處理，由此絕緣膜116中的氧或者過量氧可移向第一氧化物半導體膜110，並且補償第一氧化物半導體膜110中的氧空位。
將參考圖19A和19B描述氧移向第一氧化物半導體膜110。圖19A和19B是示出了由於沉積絕緣膜118時的襯底溫度(典型地，低於375℃)或者形成絕緣膜118之後的第二熱處理(典型地，低於375℃)而移向第一氧化物半導體膜110的氧的模型圖。在圖19A和19B中，以虛線的箭頭示出了第一氧化物半導體膜110中的氧(氧自由基、氧原子或者氧分子)。注意，圖19A和19B分別是沿著圖13A中的點劃線A-B和點劃線E-F取得的截面圖，並且示出了已經沉積了絕緣膜118的狀態。
在圖19A和19B的第一氧化物半導體膜110中，氧空位被以從與第一氧化物半導體膜110接觸的膜(此處，絕緣膜107和絕緣膜114)中移動來的氧補償。具體地，在本發明的一個實施例的半導體裝置中，由於在使用氧氣通過濺射沉積要作為第一氧化物半導體膜110的氧化物半導體膜時，給絕緣膜107添加了氧，因此絕緣膜107包括氧過剩區域。由於在使用氧氣通過濺射沉積要作為第二氧化物半導體膜111的氧化物半導體膜時，給絕緣膜116添加了氧，因此絕緣膜116也包括氧過剩區域。因此，包括氧過剩區域的絕緣膜之間的第一氧化物半導體膜110中的氧空位可被有利地補償。
此外，絕緣膜106被設置在絕緣膜107之下，並且絕緣膜118被設置在絕緣膜114和116之上。當使用具有低透氧性的材料(諸如氮化矽) 形成絕緣膜106和118中的每一個時，包含在絕緣膜107、114和116中的氧可被限制在第一氧化物半導體膜110側；因此，可以使氧有利地移向第一氧化物半導體膜110。注意，絕緣膜118還具有防止來自外部的雜質，諸如水分、鹼金屬或者鹼土金屬擴散到包括在電晶體150中的第一氧化物半導體膜110中的效果。
絕緣膜118包含氫和/或氮。因此，給與所形成的絕緣膜118接觸的第二氧化物半導體膜111添加氫和/或氮，從而使得第二氧化物半導體膜111具有較高的載流子密度，並且可以作為氧化物導電膜。
由於減小了第二氧化物半導體膜的電阻率，因此圖18A中的第二氧化物半導體膜111的陰影圖案與圖17C中的不同。
第二氧化物半導體膜111的電阻率至少低於第一氧化物半導體膜110的電阻率，並且優選高於或者等於1×10-3Ωcm並且低於1×104Ωcm，更優選高於或者等於1×10-3Ωcm並且低於1×10-1Ωcm。
然後，以下面的方式形成開口142：對絕緣膜118圖案化，從而留下所希望的區域，然後，蝕刻掉不需要的區域(見圖18B)。
形成開口142以暴露部分漏電極112b。用於形成開口142的方法的例子是(但不限於)乾蝕刻法。替代地，可以採用濕蝕刻法或者乾蝕刻和濕蝕刻的組合作為形成開口142的方法。注意，形成開口142的蝕刻步驟在某些情況下減小漏電極112b的厚度。
注意，可以在形成開口142的步驟中同時在絕緣膜114、116和118中形成開口，而不執行形成開口141的步驟。在這種情況下，可以減少本發明的一個實施例的半導體裝置的製造步驟的數量，導致減少的製造 成本。
然後，在絕緣膜118之上沉積導電膜，以覆蓋開口142，並對其圖案化，並且蝕刻為所希望的形狀；因此，形成導電膜120(見圖18C)。
可以使用從上面列出的材料中選擇的材料形成該導電膜120。在這個實施例中，使用氧化銦錫膜作為導電膜120。
在形成導電膜120時，完成電容器160。電容器160包括處於一對電極之間的電介質層。該對電極中的一個對應於第二氧化物半導體膜111，並且該對電極中的另一個對應於導電膜120。另外，絕緣膜118作為電容器160的電介質層。
通過上面的步驟，可以在襯底之上形成電晶體150和電容器160。
在這個實施例中描述的結構、方法等等可以與在任意其它實施例中描述的結構、方法等等適當地組合。
(實施例7)
在這個實施例中，將參考圖20A和20B、圖21A到21D和圖22A到22C描述本發明的一個實施例的半導體裝置的修改例子。注意，以相同附圖標記表示與圖13A和13B、圖14A和14B、圖15A和15B、圖16A到16D、圖17A到17C、圖18A到18C以及圖19A和19B中的部分類似的或者功能類似的部分，並且不再重複其描述。
<半導體裝置的結構例子(修改例1)>
圖20A示出了本發明的一個實施例的半導體裝置的俯視圖。圖20B示出了沿著圖20A中的點劃線G-H、點劃線I-J和點劃線K-L取得的 截面圖。注意，圖20A未示出半導體裝置的某些元件(例如，柵極絕緣膜)以避免複雜。
圖20A和20B中的半導體裝置包括：電晶體151和柵極佈線接觸部分170，電晶體151包括第一氧化物半導體膜110和第二氧化物半導體膜111a、柵極佈線接觸部分170包括第二氧化物半導體膜111b。注意，柵極佈線接觸部分170指其中柵極佈線105被電連接到佈線112的區域。
注意，圖20A中點劃線G-H的方向對應於電晶體151的溝道長度方向。點劃線K-L的方向對應於電晶體151的溝道寬度方向。
電晶體151包括：襯底102之上的柵電極104，柵電極104之上並且作為第一柵極絕緣膜的絕緣膜108，絕緣膜108之上並且與柵電極104重疊的第一氧化物半導體膜110，第一氧化物半導體膜110之上的源電極112a和漏電極112b，第一氧化物半導體膜110、源電極112a和漏電極112b之上並且作為第二柵極絕緣膜的絕緣膜114和116，和絕緣膜116之上並且與第一氧化物半導體膜110重疊的第二氧化物半導體膜111a。第二氧化物半導體膜111a作為電晶體151的第二柵電極。換言之，圖20A和20B中的電晶體151具有雙柵結構。
另外，在電晶體151之上，具體地，在絕緣膜116和第二氧化物半導體膜111a之上，形成絕緣膜118。絕緣膜114和116不僅作為電晶體151的第二柵極絕緣膜，而且還作為電晶體151的保護絕緣膜。絕緣膜118作為電晶體151的保護絕緣膜。
在柵極佈線接觸部分170中，在柵極佈線105和佈線112之上形成第二氧化物半導體膜111b，以覆蓋設置在絕緣膜108中的開口144和設 置在絕緣膜114和116中的開口146。
在這個實施例中描述的半導體裝置的柵極佈線接觸部分170中，柵極佈線105通過第二氧化物半導體膜111b電連接到佈線112。在這種結構中，可以連續地形成開口144和開口146，並且因此，可以縮短半導體裝置的製造工藝。
如果不在第二氧化物半導體膜111b之上設置阻擋氧進入的保護膜，則第二氧化物半導體膜111b可能在高溫和高濕環境中劣化為具有較高電阻率。在這個實施例中描述的半導體裝置中，第二氧化物半導體膜111b被以絕緣膜118覆蓋；因此，可以改善半導體裝置的耐高溫高濕性，而不用形成另一個保護膜。
注意，使用至少包含氫的絕緣膜作為絕緣膜118。另外，使用至少包含氧的絕緣膜作為絕緣膜107、114和116中的每一個。如上所述，當用於電晶體151和柵極佈線接觸部分170的絕緣膜或者與電晶體151和柵極佈線接觸部分170接觸的絕緣膜具有上述結構時，可以控制第一氧化物半導體膜110的電阻率以及第二氧化物半導體膜111a和111b的電阻率。
注意，對於用於控制第一氧化物半導體膜110的電阻率以及第二氧化物半導體膜111a和111b的電阻率的方法，可以參考實施例6的描述。
在實施例6中描述的圖13A和13B的半導體裝置和圖20A和20B的半導體裝置之間的主要差異是：設置柵極佈線接觸部分170而不是電容器160，電晶體151包括作為第二柵電極的第二氧化物半導體膜111a，並且不設置導電膜120。
<用於製造顯示裝置的方法(修改例1)>
接著，將參考圖21A到21D和圖22A到22C描述用於製造圖20A和20B中的半導體裝置的方法的例子。
首先，在襯底102上形成柵電極104和柵極佈線105。然後，在柵電極104和柵極佈線105之上形成包括絕緣膜106和107的絕緣膜108(見圖21A)。柵極佈線105可以使用類似於柵電極104的材料與柵電極104同時形成。
接著，在絕緣膜108上形成第一氧化物半導體膜110，以與柵電極104重疊(見圖21B)。
第一氧化物半導體膜110可以以下面的方式形成：在絕緣膜108上沉積氧化物半導體膜並對其圖案化，從而留下所希望的區域，然後蝕刻掉氧化物半導體膜的不需要的區域。
當通過蝕刻處理第一氧化物半導體膜110時，部分絕緣膜107(未被以第一氧化物半導體膜110覆蓋的區域)可能被過蝕刻，並且厚度減小。
在形成第一氧化物半導體膜110之後，優選執行熱處理。對於此處的熱處理，可以參考對形成實施例6的第一氧化物半導體膜110之後的熱處理的描述。
接著，在絕緣膜108和第一氧化物半導體膜110之上沉積導電膜，並對其圖案化，從而留下所希望的區域，然後，蝕刻掉導電膜的不需要的區域，由此形成源電極112a、漏電極112b和佈線112(見圖21C)。佈線112可被使用類似於源電極112a和漏電極112b的材料，與源電極112a和漏電極112b同時形成。
接著，在絕緣膜108、第一氧化物半導體膜110、源電極112a、漏電極112b和佈線112之上形成絕緣膜114和116(見圖21D)。在形成絕緣膜114和116之後，優選執行實施例6中描述的第一熱處理。
然後，以下面的方式形成開口144和開口146：對絕緣膜106、107、114和116圖案化，從而留下所希望的區域，然後，蝕刻掉不需要的區域(見圖22k)。
形成開口144和開口146，以暴露部分佈線112和部分柵極佈線105。用於形成開口144和開口146的方法的例子是(但不限於)乾蝕刻法。替代地，可以採用濕蝕刻法或者乾蝕刻和濕蝕刻的組合作為用於形成開口144和開口146的方法。
通過一個圖案化步驟然後進行蝕刻，開口144和開口146可被同時形成，這導致更短的製造工藝。
接著，在絕緣膜116之上形成第二氧化物半導體膜111a，以與第一氧化物半導體膜110重疊，並且同時在絕緣膜116之上形成第二氧化物半導體膜111b，以覆蓋開口144和開口146(見圖22B)。對於用於形成第二氧化物半導體膜111a和第二氧化物半導體膜111b的方法，可以參考實施例6的用於形成第二氧化物半導體膜111的方法。
第二氧化物半導體膜111a和111b可以以下面的方式形成：在絕緣膜116上沉積氧化物半導體膜並對其圖案化，從而留下所希望的區域，然後蝕刻掉氧化物半導體膜的不需要的區域。
當通過蝕刻處理第二氧化物半導體膜111a和111b時，部分絕緣膜116(未被第二氧化物半導體膜111a和111b覆蓋的區域)可能被過蝕刻， 並且厚度減小。
接著，在絕緣膜116和第二氧化物半導體膜111a和111b之上形成絕緣膜118(見圖22C)。包含在絕緣膜118中的氫擴散到第二氧化物半導體膜111a和111b中，從而減小第二氧化物半導體膜111a和111b的電阻率。由於減小了第二氧化物半導體膜111a和111b的電阻率，圖22B中的第二氧化物半導體膜111a和111b的陰影圖案與圖22C不同。另外，可以在形成絕緣膜118之後執行在實施例6中描述的第二熱處理。
通過上面的步驟，可以在一個襯底之上形成電晶體151和柵極佈線接觸部分170。
在這個實施例中描述的結構、方法等可以與在其它實施例中描述的結構、方法等適當地組合。
(實施例8)
在這個實施例中，將參考圖23A和23B、圖24A到24D和圖25A到25C描述在實施例6中描述的本發明的一個實施例的半導體裝置的修改例子。注意，以相同附圖標記表示與實施例6所涉及的圖13A和13B、圖14A和14B、圖15A和15B、圖16A到16D、圖17A到17C、圖18A到18C以及圖19A和19B中的部分類似的或者功能類似的部分，並且不再重複其描述。
<半導體裝置的結構例子(修改例2)>
圖23A示出了本發明的一個實施例的半導體裝置的俯視圖。圖23B示出了沿著圖23A中的點劃線M-N、點劃線O-P和點劃線Q-R取得的截面部分。注意，圖23A未示出半導體裝置的某些元件(例如，柵極絕緣膜)以避免複雜。
圖23A和23B中的半導體裝置包括電晶體151和柵極佈線接觸部分171，電晶體151包括第一氧化物半導體膜110和第二氧化物半導體膜111a。注意，柵極佈線接觸部分171指其中柵極佈線105電連接到佈線112的區域。
注意，圖23A中點劃線M-N的方向對應於電晶體151的溝道長度方向。點劃線Q-R的方向對應於電晶體151的溝道寬度方向。
電晶體151包括：襯底102之上的柵電極104，柵電極104之上並且作為第一柵極絕緣膜的絕緣膜108，絕緣膜108之上並且與柵電極104重疊的第一氧化物半導體膜110，第一氧化物半導體膜110之上的源電極112a和漏電極112b，第一氧化物半導體膜110、源電極112a和漏電極112b之上並且作為第二柵極絕緣膜的絕緣膜114和116，和絕緣膜116之上並且與第一氧化物半導體膜110重疊的第二氧化物半導體膜111a。第二氧化物半導體膜111a作為電晶體151的第二柵電極。換言之，圖23A和23B中的電晶體151具有雙柵結構。
另外，在電晶體151之上，具體地，在絕緣膜116和第二氧化物半導體膜111a之上形成絕緣膜118和絕緣膜119。絕緣膜114和116不僅作為電晶體151的第二柵極絕緣膜，而且作為電晶體151的保護絕緣膜。絕緣膜118作為電晶體151的保護絕緣膜。絕緣膜119作為平坦化膜。另外，在絕緣膜114、116、118和119中形成到達漏電極112b的開口。在絕緣膜119之上形成導電膜120以覆蓋這些開口。在絕緣膜114和116中設置的開口被稱為開口146，在絕緣膜118和119中設置的開口被稱為開口148。導電膜120作為例如圖元電極。
在柵極佈線接觸部分171中，在柵極佈線105之上形成佈線112，以覆蓋在絕緣膜108中設置的開口144。
在這個實施例中描述的半導體裝置中，在開口148中絕緣膜118的端部和絕緣膜119的端部基本上彼此對準。由於半導體裝置具有這種結構，因此可以減少圖案化掩模的數量，並因此可以減少製造成本。
注意，使用至少包含氫的絕緣膜作為絕緣膜118。另外，使用至少包含氧的絕緣膜作為絕緣膜107、114和116中的每一個。如上所述，當用於電晶體151的絕緣膜或者與電晶體151接觸的絕緣膜具有上述結構時，可以控制包括在電晶體151中的第一氧化物半導體膜110的電阻率和第二氧化物半導體膜111a的電阻率。
注意，對於用於控制第一氧化物半導體膜110的電阻率以及第二氧化物半導體膜111a的電阻率的方法，可以參考實施例6的描述。
在實施例6中描述的圖13A和13B的半導體裝置和圖23A和23B的半導體裝置之間的主要差異是：提供柵極佈線接觸部分171而不是電容器160，電晶體151包括作為第二柵電極的第二氧化物半導體膜111a，以及提供絕緣膜119。
<用於製造顯示裝置的方法(修改例2)>
接著，將參考圖24A到24D和圖25A到25C描述用於製造圖23A和23B的半導體裝置的方法的例子。
首先，在襯底102之上形成柵電極104和柵極佈線105。然後，在柵電極104和柵極佈線105之上形成包括絕緣膜106和107的絕緣膜108。柵極佈線105可以使用與柵電極104類似的材料與柵電極104同時形成。
接著，在絕緣膜108上形成第一氧化物半導體膜110，以與柵電極104重疊(見圖24A)。
第一氧化物半導體膜110可以以下面的方式形成：在絕緣膜108上沉積氧化物半導體膜，並對其圖案化，從而留下所希望的區域，然後蝕刻掉氧化物半導體膜的不需要的區域。
當通過蝕刻來處理第一氧化物半導體膜110時，部分絕緣膜108(未被以第一氧化物半導體膜110覆蓋的區域)可能被過蝕刻，並且厚度減小。
在形成第一氧化物半導體膜110之後，優選執行熱處理。對於此處的熱處理，可以參考對實施例6中的形成第一氧化物半導體膜110之後的熱處理的描述。
開口144被以下面的方式形成：對絕緣膜106和107圖案化，從而留下所希望的區域，然後，蝕刻掉不需要區域(見圖24B)。
形成開口144以暴露部分柵極佈線105。用於形成開口144的方法的例子是(但不限於)乾蝕刻法。替代地，可以採用濕蝕刻法或者乾蝕刻和濕蝕刻的組合作為用於形成開口144的方法。
接著，在絕緣膜108、柵極佈線105和第一氧化物半導體膜110之上沉積導電膜，並對其圖案化，從而留下所希望的區域，然後，蝕刻掉導電膜的不需要的區域，由此形成源電極112a、漏電極112b和佈線112(見圖24C)。佈線112可被使用類似於源電極112a和漏電極112b的材料與源電極112a和漏電極112b同時形成。
接著，在絕緣膜108、第一氧化物半導體膜110、源電極112a、 漏電極112b和佈線112之上形成絕緣膜114和116。在形成絕緣膜114和116之後，優選執行在實施例6中描述的第一熱處理。
然後，以下面的方式形成開口146：對絕緣膜114和116圖案化，從而留下所希望的區域，然後，蝕刻掉不需要區域(見圖24D)。
形成開口146以暴露部分漏電極112b。用於形成開口146的方法的例子是(但不限於)乾蝕刻法。替代地，可以採用濕蝕刻法或者乾蝕刻和濕蝕刻的組合作為用於形成開口146的方法。
接著，在絕緣膜116之上形成第二氧化物半導體膜111a，以與第一氧化物半導體膜110重疊。對於形成第二氧化物半導體膜111a的方法，可以參考實施例6中的用於形成第二氧化物半導體膜111的方法。
第二氧化物半導體膜111a可以以下面的方式形成：在絕緣膜116上沉積氧化物半導體膜，並對其圖案化，從而留下所希望的區域，然後蝕刻掉氧化物半導體膜的不需要的區域。
當通過蝕刻來處理第二氧化物半導體膜111a時，部分絕緣膜116(未被第二氧化物半導體膜111a覆蓋的區域)可能被過蝕刻，並且厚度減小。
接著，在絕緣膜116、第二氧化物半導體膜111a和漏電極112b之上形成絕緣膜118。包含在絕緣膜118中的氫擴散到第二氧化物半導體膜111a中，從而減小第二氧化物半導體膜111a的電阻率。
接著，在絕緣膜118之上形成絕緣膜119(見圖25A)。可以使用耐熱有機材料(諸如，聚醯亞胺樹脂，丙烯酸樹脂，聚醯亞胺醯胺樹脂(polyimide amide resin)，苯並環丁烯樹脂，聚醯胺樹脂，或者環氧樹脂) 來形成絕緣膜119。在該絕緣膜之上形成有機樹脂膜，並對其圖案化，從而留下所希望的區域，然後，蝕刻掉不需要的區域，由此形成與開口146重疊的開口。
然後，使用具有開口的絕緣膜119作為掩模蝕刻絕緣膜118，由此形成開口148(見圖25B)。由於絕緣膜119可被用作掩模，因此可以形成開口148而不需要附加的掩模和圖案化。因此，可以減少半導體裝置的製造成本。
然後，在絕緣膜119之上沉積導電膜，以覆蓋開口148，並對其圖案化並蝕刻為所希望的形狀；因此，形成導電膜120(見圖25C)。
通過上面的步驟，可以在一個襯底之上形成電晶體151和柵極佈線接觸部分171。
在這個實施例中描述的結構、方法等等可以與在任意其它實施例中描述的結構、方法等等適當地組合。
(實施例9)
在這個實施例中，將描述可用于本發明的一個實施例的半導體裝置的電晶體、電容器和柵極佈線接觸部分的氧化物半導體的例子。
下面將描述氧化物半導體的結構。
在本說明書中，術語"平行"指兩條直線之間形成的角度大於或等於-10°並且小於或等於10°，並且因此還包括該角度大於或等於-5°並且小於或等於5°的情況。術語"基本平行"指在兩條直線之間形成的角度大於或等於-30°並且小於或等於30°。術語"垂直"指在兩條直線之間形成的角度大於或等於80°並且小於或等於100°，並且因此還包括該角度大於或等於85°並且小 於或等於95°的情況。術語"基本垂直"指在兩條直線之間形成的角度大於或等於60°並且小於或等於120°。
在本說明書中，六角晶系包括三角晶系和菱形晶系。
氧化物半導體被分為單晶氧化物半導體和非單晶氧化物半導體。非單晶氧化物半導體的例子包括：c軸配向晶體氧化物半導體(CAAC-OS)，多晶氧化物半導體，納米晶半導體氧化物(nc-OS)，類非晶氧化物半導體(a-like OS)，以及非晶氧化物半導體。
從另一個角度看，氧化物半導體分為非晶氧化物半導體和晶體氧化物半導體。晶體氧化物半導體的例子包括：單晶氧化物半導體，CAAC-OS，多晶氧化物半導體，和nc-OS。
已知非晶結構典型地被定義為是亞穩並且不固定的，並且是各向同性的，並且沒有不一致結構。換言之，非晶結構具有靈活可變的鍵角以及短程有序，但是沒有長程有序。
這意味著固有地穩定的氧化物半導體不能被認為是完全非晶的氧化物半導體。另外，非各向同性的的氧化物半導體(例如，在微觀範圍內具有週期性結構的氧化物半導體)不能被認為是完全非晶的氧化物半導體。雖然在微觀範圍內具有週期性結構，但a-like OS具有包括空的不穩定結構。因此，a-like OS具有類似於非晶氧化物半導體的物理特性。
<CAAC-OS>
首先，將描述CAAC-OS。
CAAC-OS是氧化物半導體之一種，並且具有多個c軸配向的晶體部分(也被稱為小粒(pellets))。
在使用TEM(透射電子顯微鏡)獲得的CAAC-OS的亮視場圖像和衍射圖案的組合分析圖像(也被稱為高解析度透射電子顯微鏡(TEM)圖像)中，可以觀察到多個小粒。然而，在高解析度TEM圖像中，不能清楚地觀察到小粒之間的邊界，即，晶粒(grain)邊界。因此，在CAAC-OS中，很少會發生由於晶粒邊界導致的電子遷移率的減小。
下面將描述以TEM觀察到的CAAC-OS。圖26A示出了在基本平行於樣品表面的方向上觀察的CAAC-OS的截面的高解析度TEM圖像。使用球面像差校正器功能獲得該高解析度TEM圖像。使用球面像差校正器功能獲得的高解析度TEM圖像被特別地稱為Cs校正的高解析度TEM圖像。可以使用例如JEOL Ltd.製造的原子解析度分析電子顯微鏡JEM-ARM200F獲得該Cs校正的高解析度TEM圖像。
圖26B示出了圖26A中的區域(1)的放大的Cs校正的高解析度TEM圖像。圖26B示出在一個小粒中金屬原子以分層方式佈置。每一個金屬原子層具有反映之上形成CAAC-OS的表面(該表面也被稱為形成表面)或者CAAC-OS的頂面的不平坦性的配置，並且被與CAAC-OS的頂面或者形成表面平行地佈置。
如圖26B所示，CAAC-OS具有一種特徵原子排列。該特徵原子排列在圖26C中以輔助線表示。圖26B和26C證明小粒的尺寸為1nm或者更大，或者3nm或者更大，並且由於小粒的傾斜所導致的空間近似為0.8nm。因此，該小粒也可以被稱為納米晶體(nc)。此外，CAAC-OS也可以被稱為包括c軸配向的納米晶體(CANC)的氧化物半導體。
此處，根據該Cs校正的高解析度TEM圖像，襯底5120之上 的CAAC-OS的小粒5100的示意佈置被示出為其中磚或者塊被堆疊在一起的結構(見圖26D)。在圖26C中觀察到小粒傾斜的部分對應於圖26D中的區域5161。
圖27A示出了在基本垂直於樣品表面的方向上觀察到的CAAC-OS的面的Cs校正的高解析度TEM圖像。圖27B、27C和27D分別示出了圖27A中的區域(1)、(2)和(3)的放大的Cs校正的高解析度TEM圖像。圖27B、27C和27D指示出金屬原子被以三角形、四邊形或者六邊形配置佈置在小粒中。然而，在不同小粒之間不存在金屬原子的排列規律性。
接著，將描述通過X射線衍射(XRD)分析的CAAC-OS。例如，當通過面外(out-of-plane)方法分析包括InGaZnO4晶體的CAAC-OS的結構時，如圖28A所示，峰值出現在大約31°的衍射角(2 θ)處。這個峰值源自於InGaZnO4晶體的(009)面，其指示出CAAC-OS中的晶體具有c軸配向，並且c軸被配向在基本垂直於CAAC-OS的頂面或者形成表面的方向上。
在通過面外方法進行的CAAC-OS的結構分析中，除了大約31°的2 θ處的峰值之外，當2 θ為大約36°時，可以出現另一個峰值。大約36°的2 θ處的峰值指示出部分CAAC-OS中包括不具有c軸配向的晶體。在通過面外方法進行的優選的CAAC-OS的結構分析中，當2 θ為大約31°時出現峰值，並且當2 θ為大約36°時不出現峰值。
在另一方面，在通過X射線在基本垂直於c軸的方向入射到樣品上的面內方法進行的CAAC-OS的結構分析中，當2 θ大約為56°時出現峰值。這個峰值源自於InGaZnO4晶體的(110)面。如圖28B所示，當2 θ固定在大約56°並且使用樣品表面的法向量作為軸(Φ軸)旋轉樣品時，對 CAAC-OS進行分析(Φ掃描)，不能清楚地觀察到峰值。相反，如圖28C所示，當以2 θ固定為大約56°對InGaZnO4的單晶氧化物半導體進行Φ掃描時，觀察到源自于等同於(110)面的晶面的6個峰值。因此，使用XRD的結構分析顯示：a軸和b軸的方向在CAAC-OS中不規則地取向。
接著，將描述通過電子衍射分析的CAAC-OS。例如，當具有300nm的探測直徑的電子束在平行於樣品表面的方向入射到包括InGaZnO4晶體的CAAC-OS上時，可以獲得圖29A所示的衍射圖案(也被稱為選擇區域透射電子衍射圖案)。這個衍射圖案包括源自於InGaZnO4晶體的(009)面的斑點。因此，電子衍射的結果也指示出包括在CAAC-OS中的小粒具有c軸配向，並且c軸被配向在基本垂直於CAAC-OS的頂面或者形成表面的方向上。同時，圖29B示出了以具有300nm的探測直徑的電子束在垂直於樣品表面的方向入射到相同樣品上的方式獲得的衍射圖案。在圖29B中，觀察到環狀衍射圖案。因此，電子衍射結果也指示出包括在CAAC-OS中的小粒的a軸和b軸不具有規則的配向。圖29B中的第一個環被認為源自於InGaZnO4晶體的(010)面、(100)面等等。圖29B中的第二個環被認為源自於(110)面等等。
如上所述，CAAC-OS是具有高結晶度的氧化物半導體。雜質的進入、缺陷的形成等等可能降低氧化物半導體的結晶度。這意味著CAAC-OS具有可忽略量的雜質和缺陷(例如，氧空位)。
注意，雜質意指除氧化物半導體的主要組分以外的元素，諸如：氫，碳，矽，或者過渡金屬元素。例如，具有比氧化物半導體中包含的金屬元素更強的對氧的鍵合力的元素(例如，矽)從該氧化物半導體中抽取 氧，這導致原子排列的混亂，以及氧化物半導體的降低的結晶度。諸如鐵或者鎳的重金屬、氬、二氧化碳等等具有大的原子半徑(或者分子半徑)，並且因此干擾氧化物半導體的原子排列，並且降低了結晶度。
具有雜質或者缺陷的氧化物半導體的特性可被光、熱等等改變。包含在氧化物半導體中的雜質可以，例如，作為載流子陷阱或者載流子產生源。此外，當氫被捕捉在其中時，氧化物半導體中的氧空位可以作為載流子陷阱或者載流子產生源。
具有很少雜質和氧空位的CAAC-OS是具有低載流子密度的氧化物半導體(具體地，低於8×1011/cm3，優選低於1×1011/cm3，更優選低於8×1010/cm3，並且高於或者等於1×10-9/cm3)。這種氧化物半導體被稱為高純本征或者基本高純本征的氧化物半導體。CAAC-OS具有低的雜質濃度和低的缺陷態密度。因此，CAAC-OS可以被稱為具有穩定特性的氧化物半導體。
<nc-OS>
接著，將描述nc-OS。
nc-OS的高解析度TEM圖像具有其中觀察到晶體部分的區域，以及不能清楚地觀察到晶體部分的區域。在大多數情況下，包括在nc-OS中的晶體部分的尺寸大於或等於1nm並且小於或等於10nm，或者大於或等於1nm並且小於或等於3nm。包括尺寸大於10nm並且小於或等於100nm的晶體部分的氧化物半導體可以被稱為微晶氧化物半導體。在nc-OS的高解析度TEM圖像中，例如，在某些情況下不能清楚地觀察到晶粒邊界。注意，存在納米晶體的源與CAAC-OS中的小粒的源相同的可能性。因此，在下面的描述中nc-OS的晶體部分也可以被稱為小粒。
在nc-OS中，微觀區域(例如，具有大於或等於1nm並且小於或等於10nm的區域，尤其是，具有大於或等於1nm並且小於或等於3nm的區域)具有週期性原子排列。
nc-OS中不同小粒之間不存在規則的晶體取向。因此，觀察不到整個膜的取向。因此，根據該分析方法，不能將nc-OS與a-like OS或者非晶氧化物半導體區分開。例如，當使用具有大於小粒的尺寸的直徑的X射線束，通過面外方法分析nc-OS時，不出現指示晶面的峰值。此外，當使用具有大於小粒的尺寸的探測直徑(例如，50nm或者更大)的電子束，對nc-OS進行電子衍射時，觀察到類似暈圈(halo)圖案的衍射圖案。同時，當使用具有接近或者小於小粒的尺寸的探測直徑的電子束時，在nc-OS的納米束電子衍射圖案中觀察到斑點。另外，在nc-OS的納米束電子衍射圖案中，在某些情況下觀察到圓形(環形)圖案的具有高亮度的區域。在某些情況下，還在環狀區域中觀察到多個斑點。
由於如上所述在小粒(納米晶體)之間不存在規則的晶體取向，因此nc-OS也可以被稱為包括隨機配向的納米晶體(RANC)的氧化物半導體，或者包括非配向納米晶體(NANC)的氧化物半導體。
nc-OS是具有比非晶氧化物半導體高的規則性的氧化物半導體。因此，nc-OS具有比a-like OS和非晶氧化物半導體低的缺陷態密度。注意，nc-OS中的不同小粒之間不存在規則的晶體取向。因此，nc-OS具有比CAAC-OS高的缺陷態密度。
<a-like OS>
a-like OS具有介於nc-OS的結構和非晶氧化物半導體的結構 之間的結構。
在a-like OS的高解析度TEM圖像中，可以觀察到空。此外，該高解析度TEM圖像具有其中清楚地觀察到晶體部分的區域，以及不能觀察到晶體部分的區域。
a-like OS具有包括空的不穩定結構。為了驗證與CAAC-OS和nc-OS相比a-like OS具有不穩定結構，下面將描述通過電子輻照引起的結構變化。
準備a-like OS(樣品A)、nc-OS(樣品B)和CAAC-OS(樣品C)作為經受電子輻照的樣品。每一個樣品是In-Ga-Zn氧化物。
首先，獲得每一個樣品的高解析度截面TEM圖像。高解析度截面TEM圖像顯示所有樣品具有晶體部分。
注意，可以如下確定哪部分被認為是晶體部分。已知InGaZnO4晶體的單元晶胞(unit cell)具有由3個In-O層和6個Ga-Zn-O層組成的9個層在c軸方向上堆疊的結構。相鄰層之間的距離等同於(009)面的晶格間距(也被稱為d值)。根據晶體結構分析，該值被計算為0.29nm。因此，晶格條紋(lattice fringe)之間的間隔大於或等於0.28nm並且小於或等於0.30nm的部分可以被認為是InGaZnO4的晶體部分。每一個晶格條紋對應於InGaZnO4晶體的a-b面。
圖30示出了每一個樣品中晶體部分(22個點到45個點)的平均尺寸的改變。注意，晶體部分尺寸對應於晶格條紋的長度。圖30指示出a-like OS中的晶體部分尺寸隨著累積的電子劑量的增加而增加。具體地，如圖30中的(1)所示，在TEM觀測開始時近似1.2nm的晶體部分(也被稱為初 始核)在4.2×108e-/nm2的累積電子劑量下生長到近似2.6nm的尺寸。相反，nc-OS和CAAC-OS中的晶體部分尺寸從電子輻照的開始到4.2×108e-/nm2的累積電子劑量表現出很小的變化。具體地，如圖30中的(2)和(3)所示，不論累積的電子劑量如何，nc-OS和CAAC-OS中的平均晶體大小分別為近似1.4nm和近似2.1nm。
以這種方式，可以通過電子輻照引發a-like OS中的晶體部分的生長。相反，在nc-OS和CAAC-OS中，很難通過電子輻照引發晶體部分的生長。即，與nc-OS和CAAC-OS相比，a-like OS具有不穩定的結構。
由於a-like OS包括空，因此a-like OS具有比nc-OS和CAAC-OS低的密度。具體地，a-like OS的密度高於或者等於具有相同組分的單晶氧化物半導體的密度的78.6%並且低於92.3%。nc-OS的密度和CAAC-OS的密度每一個都高於或者等於具有相同組分的單晶氧化物半導體的密度的92.3%並且低於100%。難以沉積具有低於單晶氧化物半導體的密度的78%的密度的氧化物半導體。
例如，在具有In：Ga：Zn=1：1：1的原子比的氧化物半導體的情況下，具有菱形晶體結構的單晶InGaZnO4的密度是6.357g/cm3。因此，在具有In：Ga：Zn=1：1：1的原子比的氧化物半導體的情況下，a-like OS的密度高於或者等於5.0g/cm3並且低於5.9g/cm3。例如，在具有In：Ga：Zn=1：1：1的原子比的氧化物半導體的情況下，nc-OS的密度和CAAC-OS的密度中的每一個高於或者等於5.9g/cm3並且低於6.3g/cm3。
注意，存在具有某個組分的氧化物半導體不能以單晶狀態存在的可能性。在這種情況下，以適當的比例組合具有不同組分的單晶氧化 物半導體，這使得可以計算等同於具有所希望的組分的單晶氧化物半導體的密度的密度。可以使用相對於具有不同組分的單晶氧化物半導體的組合比的加權平均，計算具有所希望的組分的單晶氧化物半導體的密度。注意，優選使用盡可能少的類型的單晶氧化物半導體來計算該密度。
如上所述，氧化物半導體具有各種各樣的結構和各種各樣的屬性。注意，氧化物半導體可以是，例如，包括非晶氧化物半導體、a-like OS、nc-OS和CAAC-OS中的兩個或多個的堆疊的膜。
<沉積CAAC-OS的方法>
下面將描述沉積CAAC-OS的方法的例子。圖31示意地示出了沉積室的內部。可以通過濺射法沉積CAAC-OS。
如圖31所示，襯底5220和靶5230被彼此面對地佈置。在襯底5220和靶5230之間產生等離子體5240。加熱機構5260位於襯底5220之下。靶5230附著在背板(未示出)。多個磁體被佈置為面對靶5230，背板被定位在所述磁體和靶5230之間。利用磁體的磁場增加沉積速率的濺射法被稱為磁控管濺射法。
襯底5220和靶5230之間的距離d(也被稱為靶-襯底距離(T-S距離))大於或等於0.01m並且小於或等於1m，優選大於或等於0.02m並且小於或等於0.5m。沉積室主要被以沉積氣體填充(例如，氧氣，氬氣，或者包含5vol%或者更高的氧的混合氣體)，並且沉積室中的壓力被控制為高於或者等於0.01Pa並且低於或者等於100Pa、優選高於或者等於0.1Pa並且低於或者等於10Pa。此處，以給靶5230施加特定電壓或者更高的電壓開始放電，並且觀察等離子體5240。磁場在靶5230附近形成高密度等離子區域。沉積 氣體在該高密度等離子區域中被離子化，從而產生離子5201。離子5201的例子包括氧陽離子(O+)和氬陽離子(Ar+)。
靶5230具有包括多個晶粒的多晶結構，任意一個晶粒包括解理面。圖32A到32C示出了包括靶5230中的InMZnO4(元素M是，例如，Al、Ga、Y或者Sn)的晶體結構的例子。注意，圖32A示出了在平行於b軸的方向上觀察到的InMZnO4的晶體結構。在InMZnO4中，氧原子帶負電，由此在兩個相鄰的M-Zn-O層之間產生排斥力。因此，InMZnO4晶體具有在兩個相鄰M-Zn-O層之間的解理面。
在高密度等離子區域中產生的離子5201被電場加速到達靶5230側，然後碰撞靶5230。此時，小粒5200被從解理面分離出來(見圖31)，小粒5200是平板狀或者小粒狀濺射顆粒。小粒5200對應於圖32A中的兩個解理面之間的部分。因此，小粒5200的截面如圖32B所示，並且其俯視圖如圖32C所示。注意，小粒5200的結構可能受離子5201的碰撞影響而變形。
小粒5200是具有三角面(例如，正三角面)的平板狀或者小粒狀濺射顆粒。替代地，小粒5200是具有六邊形面(例如，正六邊形面)的平板狀或者粒狀濺射顆粒。然而，小粒5200的平面形狀不限於三角形或者六邊形。例如，該面可以具有通過組合兩個或更多個三角形形成的形狀。例如，通過組合兩個三角形(例如，正三角形)形成四邊形(例如，菱形)。
根據沉積氣體的種類等確定小粒5200的厚度。例如，小粒5200的厚度大於或等於0.4nm並且小於或等於1nm，優選大於或等於0.6nm並且小於或等於0.8nm。小粒5200的寬度，例如，大於或等於1nm並且小於或等於100nm，優選大於或等於2nm並且小於或等於50nm，更優選大於或等 於3nm並且小於或等於30nm。例如，離子5201碰撞包括In-M-Zn氧化物的靶5230。結果，包括三個層(即，M-Zn-O層，In-O層，和M-Zn-O層)的小粒5200被分離。隨著小粒5200的分離，顆粒5203也被從靶5230濺射出來。顆粒5203具有一個原子或者幾個原子的聚集體。因此，顆粒5203也可以被稱為原子顆粒。
當經過等離子體5240時，小粒5200的表面可帶負電或者帶正電。例如，小粒5200從等離子5240中的O2-接收負電荷。結果，小粒5200的表面上的氧原子可以帶負電。另外，當經過等離子體5240時，小粒5200有時結合到等離子5240中的銦、元素M、鋅、氧等等從而生長。
經過等離子體5240的小粒5200和顆粒5203到達襯底5220的表面。注意，由於某些顆粒5203的品質很小，它們可能被通過真空泵等等排放到外部。
接著，將參考圖33A到33F描述小粒5200和顆粒5203在襯底5220的表面上的沉積。
首先，在襯底5220上沉積第一小粒5200。沉積具有平板形狀的小粒5200，使其平坦的面面對襯底5220的表面。此處，襯底5220側上的小粒5200的表面上的電荷通過襯底5220丟失。
接著，第二小粒5200到達襯底5220。由於第一小粒5200的表面和第二小粒5200的表面帶電，因此它們彼此排斥。結果，第二小粒5200避免沉積在第一小粒5200上，而是沉積在與第一小粒5200有一個小距離的位置處，其平坦的面面對襯底5220的表面。重複這個過程，在襯底5220的表面上沉積數以百萬計的小粒5200直到一層的厚度。在相鄰小粒5200之間 形成沒有小粒5200沉積的區域(見圖33A)。
然後，從等離子體接收了能量的顆粒5203到達襯底5220的表面。顆粒5203不能沉積在活性(active)區域(諸如，小粒5200的表面)上。因此，顆粒5203移向其中沒有沉積小粒5200的區域，並且附著到小粒5200的側表面。顆粒5203的可用鍵被以從等離子體接收的能量啟動，從而顆粒5203化學地鍵合到小粒5200，以形成橫向生長部分5202(見圖33B)。
橫向生長部分5202進一步橫向生長，從而小粒5200彼此錨定(見圖33C)。以這種方式，形成橫向生長部分5202，直到其中沒有沉積小粒5200的區域被填充。這種機制類似於原子層沉積(ALD)方法的沉積機理。
即使當沉積的小粒5200在不同方向取向時，顆粒5203也引起橫向生長以填充小粒5200之間的間隙；因此，不形成清晰的晶粒邊界。另外，由於顆粒5203形成小粒5200之間的平滑連接，因此形成了不同于單晶結構和多晶結構的晶體結構。換言之，形成了包括微小的晶體區域(小粒5200)之間的變形的晶體結構。填充了所述晶體區域之間的間隙的區域是畸變晶體區域，並因此，稱這些區域具有非晶結構可能不太適當。
接著，沉積新的小粒5200，使其平坦的面面對襯底5220的表面(見圖33D)。然後，沉積顆粒5203以填充其中沒有小粒5200沉積的區域，從而形成橫向生長部分5202(見圖33E)。以這種方式，顆粒5203附著到小粒5200的側表面，並且橫向生長部分5202的橫向生長繼續進行，從而第二層中的小粒5200被彼此錨定(見圖33F)。沉積繼續進行直到形成第m層(m是2或更大的整數)；結果，形成疊層的薄膜結構。
小粒5200的沉積方式根據襯底5220的表面溫度等而改變。例 如，如果襯底5220的表面溫度高，則在襯底5220的表面之上發生小粒5200的遷移。結果，直接彼此連接而沒有顆粒5203的小粒5200的比例增加，由此形成具有更高取向的CAAC-OS。沉積CAAC-OS的襯底5220的表面溫度高於或者等於室溫並且低於340℃，優選高於或者等於室溫並且低於或者等於300℃，更優選高於或者等於100℃並且低於或者等於250℃，更優選高於或者等於100℃並且低於或者等於200℃。因此，即使當使用第8代的大襯底或者更大襯底作為襯底5220時，也幾乎不發生由於CAAC-OS的沉積導致的翹曲等等。
在另一方面，如果襯底5220的表面溫度低，不容易發生襯底5220的表面之上的小粒5200的遷移。結果，小粒5200堆疊，形成例如具有低取向的nc-OS。在nc-OS中，當小粒5200帶負電時，小粒5200可能沉積帶有某些間隙。因此，nc-OS具有低取向，但是具有某種規則性，並因此具有比非晶氧化物半導體緻密的結構。
在CAAC-OS中，彼此非常接近地定位的小粒可以形成大的小粒。該大的小粒內部具有單晶結構。例如，當從上方看時，該小粒的尺寸可能大於或等於10nm並且小於或等於200nm，大於或等於15nm並且小於或等於100nm，或者大於或等於20nm並且小於或等於50nm。
如這種沉積模型所示，小粒被認為是要沉積在襯底的表面上。即使當形成表面不具有晶體結構時，也可以沉積CAAC-OS。這表明作為一種不同於外延生長的生長機制的上述沉積模型具有高的有效性。另外，根據上述沉積模型，即使在大的玻璃襯底等上，也可以沉積均勻一致的CAAC-OS或者nc-OS。例如，即使在具有非晶結構(例如，非晶氧化矽) 的襯底的表面(形成表面)上，也可以沉積CAAC-OS。
另外，即使當襯底的表面(形成表面)具有不平坦的形狀時，小粒也沿著該形狀配向。
上述沉積模型啟示了可以按下面的方式沉積具有高結晶度的CAAC-OS：在高真空中執行沉積，以獲得長的平均自由程，減弱等離子能量以降低襯底周圍的損傷，以及給形成表面施加熱能以修復在沉積期間由於等離子體產生的損傷。
上述沉積模型不僅適用於其中靶具有複合氧化物(例如，ln-M-Zn氧化物)的多晶結構(其中該複合氧化物具有多個晶粒，任意一個晶粒具有解理面)的情況，而且還適用於其中例如使用包含氧化銦、元素M的氧化物和氧化鋅的混合物的靶的情況。
由於混合物的靶中不存在解理面，因此原子顆粒通過濺射與靶分離。在沉積期間，在靶周圍形成等離子體的高電場區域。由於等離子體的高電場區域，與靶分離的原子顆粒彼此結合，從而引起橫向生長。例如，首先以銦的原子顆粒彼此結合從而成為In-O層的納米晶體的方式發生橫向生長。然後，M-Zn-O層互補地結合到納米晶體In-O層的頂和底表面。以這種方式，即使當使用混合物靶時，也可以形成小粒。因此，，上述沉積模型也適用於使用混合物的靶的情況。在靶的周圍沒有形成等離子體的高電場區域的情況下，僅僅在襯底表面上沉積從靶分離的原子顆粒。在這種情況下，可能在襯底表面上發生原子顆粒的橫向生長。然而，由於原子顆粒不均勻地取向，因此得到的薄膜中的晶體取向不均勻。結果，獲得nc-OS或類似物。
(實施例10)
在這個實施例中，將參考圖34A到34C、圖35A到35D、圖36A和36B以及圖37A和37B描述具有與實施例6中描述的電晶體的結構不同的結構的電晶體。
<電晶體的結構例子1>
圖34A示出了電晶體270的俯視圖。圖34B示出了沿著圖34A中的點劃線X1-X2取得的截面，並且圖34C示出了沿著圖34A中的點劃線Y1-Y2取得的截面。點劃線X1-X2的方向可被稱為溝道長度方向，並且點劃線Y1-Y2的方向可被稱為溝道寬度方向。
電晶體270包括：在襯底202之上並且作為第一柵電極的導電膜204，在襯底202和導電膜204之上的絕緣膜206，在絕緣膜206之上的絕緣膜207，在絕緣膜207之上的氧化物半導體膜208，電連接到氧化物半導體膜208並且作為源電極的導電膜212a，電連接到氧化物半導體膜208並且作為漏電極的導電膜212b，在氧化物半導體膜208以及導電膜212a和212b之上的絕緣膜214和216，和在絕緣膜216之上的氧化物半導體膜211b。另外，在氧化物半導體膜211b之上設置絕緣膜218。
在電晶體270中，絕緣膜214和絕緣膜216作為電晶體270的第二柵極絕緣膜。氧化物半導體膜211a通過設置在絕緣膜214和絕緣膜216中的開口252c連接到導電膜212b。氧化物半導體膜211a作為例如用於顯示裝置的圖元電極。氧化物半導體膜211b作為電晶體270的第二柵電極(也被稱為背柵電極)。
如圖34C所示，氧化物半導體膜211b通過設置在絕緣膜 206、207、214和216中的開口252a和252b連接到作為第一柵電極的導電膜204。因此，導電膜204和氧化物半導體膜211b被供應相同的電位。
本發明的一個實施例不限於在這個實施例中描述的其中氧化物半導體膜211b和導電膜204通過開口252a和252b彼此連接的結構。例如，可以僅僅形成開口252a和252b中的一個來使氧化物半導體膜211b和導電膜204彼此連接，或者不必設置用於將氧化物半導體膜211b連接到導電膜204的開口252a和252b。在氧化物半導體膜211b和導電膜204不彼此連接的情況下，可以給氧化物半導體膜211b和導電膜204提供不同的電位。
如圖34B所示，氧化物半導體膜208位於作為第一柵電極的導電膜204和作為第二柵電極的氧化物半導體膜211b之間，即，在作為柵電極的兩個導電膜之間。作為第二柵電極的氧化物半導體膜211b的在溝道長度方向的長度和在溝道寬度方向的長度，比氧化物半導體膜208的在溝道長度方向的長度和在溝道寬度方向的長度長。整個氧化物半導體膜208被覆蓋以氧化物半導體膜211b，絕緣膜214和216位於它們之間。由於作為第二柵電極的氧化物半導體膜211b通過設置在絕緣膜206、207、214和216中的開口252a和252b連接到作為第一柵電極的導電膜204，因此氧化物半導體膜208的在溝道寬度方向上的側表面面對作為第二柵電極的氧化物半導體膜211b，絕緣膜214和216位於它們之間。
換言之，在電晶體270的溝道寬度方向上，作為第一柵電極的導電膜204和作為第二柵電極的氧化物半導體膜211b，通過設置在作為第一柵極絕緣膜的絕緣膜206和207以及作為第二柵極絕緣膜的絕緣膜214和216中的開口彼此連接，並且導電膜204和氧化物半導體膜211b圍繞氧化物 半導體膜208，作為第一柵極絕緣膜的絕緣膜206和207和作為第二柵極絕緣膜的絕緣膜214和216位於它們之間。
這種結構使得包括在電晶體270中的氧化物半導體膜208能夠被以作為第一柵電極的導電膜204和作為第二柵電極的氧化物半導體膜211b的電場電圍繞。如電晶體270那樣的電晶體的裝置結構(其中第一柵電極和第二柵電極的電場電圍繞其中形成溝道區的氧化物半導體膜)可以被稱為圍繞溝道(S溝道)結構。
由於電晶體270具有S溝道結構，因此用於引發溝道的電場可被通過作為第一柵電極的導電膜204有效地施加到氧化物半導體膜208；因此，可以改善電晶體270的電流驅勵能力，並且可以獲得高的通態電流特性。由於可以增加通態電流，因此可以減小電晶體270的尺寸。另外，由於氧化物半導體膜208被以作為第一柵電極的導電膜204和作為第二柵電極的氧化物半導體膜211b圍繞，因此可以增加電晶體270的機械強度。
<電晶體的結構例子2>
接著，將參考圖35A到35D描述與圖34A到34C中的電晶體270的結構例子不同的結構例子。
圖35A和35B示出了截面圖，示出了圖34B和34C中的電晶體270的修改例子。圖35C和35D示出了截面圖，示出了圖34B和34C中的電晶體270的修改例子。
除了氧化物半導體膜208具有三層結構之外，圖35A和35B中的電晶體270A具有與圖34B和34C中的電晶體270相同的結構。具體地，電晶體270A的氧化物半導體膜208包括氧化物半導體膜208a、氧化物半導體 膜208b和氧化物半導體膜208c。
除了氧化物半導體膜208具有雙層結構之外，圖35C和35D中的電晶體270B具有與圖34B和34C中的電晶體270相同的結構。具體地，電晶體270B的氧化物半導體膜208包括氧化物半導體膜208b和氧化物半導體膜208c。
對於在這個實施例中描述的電晶體270、270A和270B的結構，可以參考對實施例6的半導體裝置的結構的描述。因此，對於襯底202的材料和形成方法，可以參考對襯底102的描述。對於導電膜204的材料和形成方法，可以參考對柵電極104的描述。對於絕緣膜206和絕緣膜207的材料和形成方法，可以分別參考對絕緣膜106和絕緣膜107的描述。對於氧化物半導體膜208的材料和形成方法，可以參考對第一氧化物半導體膜110的描述。對於氧化物半導體膜211a和氧化物半導體膜211b的材料和形成方法，可以參考對第二氧化物半導體膜111的描述。對於導電膜212a和導電膜212b的材料和形成方法，可以參考對源電極112a和漏電極112b的描述。對於絕緣膜214、絕緣膜216和絕緣膜218的材料和形成方法，可以分別參考對絕緣膜114、絕緣膜116和絕緣膜118的描述。
此處，將參考圖36A和36B描述包括氧化物半導體膜和與該氧化物半導體膜接觸的絕緣膜的區域的能帶結構。
圖36A示出了疊層結構的在厚度方向上的能帶結構的例子，所述疊層結構包括：絕緣膜207，氧化物半導體膜208a、208b和208c，以及絕緣膜214。圖36B示出了疊層結構在的厚度方向上的能帶結構的例子，所述疊層結構包括：絕緣膜207，氧化物半導體膜208b和208c以及絕緣 膜214。為了容易理解，能帶結構示出了絕緣膜207，氧化物半導體膜208a、208b和208c，以及絕緣膜214的導帶最小能級(Ec)的能級。
圖36A示出了一個結構的能帶圖，在該結構中使用氧化矽膜作為絕緣膜207和214中的每一個，將使用具有ln：Ga：Zn=1：1：1.2的金屬元素原子比的金屬氧化物靶形成的氧化物半導體膜用作氧化物半導體膜208a和208c中的每一個，並且將使用具有In：Ga：Zn=4：2：4.1的金屬元素原子比的金屬氧化物靶形成的氧化物半導體膜用作氧化物半導體膜208b。
圖36B示出了一個結構的能帶圖，在該結構中使用氧化矽膜作為絕緣膜207和214中的每一個，將使用具有ln：Ga：Zn=4：2：4.1的金屬元素原子比的金屬氧化物靶形成的氧化物半導體膜用作氧化物半導體膜208b，並且將使用具有In：Ga：Zn=1：1：1.2的金屬元素原子比的金屬氧化物靶形成的氧化物半導體膜用作氧化物半導體膜208c。
如圖36A和36B所示，導帶最小能級在氧化物半導體膜208a和氧化物半導體膜208b之間，以及在氧化物半導體膜208b和氧化物半導體膜208c之間逐漸地改變。換言之，導帶最小能級的能級連續地改變，或者形成連續的結。這種能帶結構要求沒有在氧化物半導體膜208a和氧化物半導體膜208b之間的介面處或者在氧化物半導體膜208b和氧化物半導體膜208c之間的介面處存在形成缺陷態(諸如，捕獲中心或者複合中心)的雜質。
為了在氧化物半導體膜208a和氧化物半導體膜208b之間以及在氧化物半導體膜208b和氧化物半導體膜208c之間形成連續結，需要通過使用提供有負載閉鎖腔室(load lock chamber)的多腔室沉積裝置(濺射裝 置)相繼地堆疊膜，而不暴露於空氣。
在具有圖36A或者圖36B的上述疊層結構的電晶體中，在作為阱的氧化物半導體膜208b中形成溝道區。
通過設置氧化物半導體膜208a和208c，氧化物半導體膜208b可以遠離陷阱態。
如果與作為溝道區的氧化物半導體膜208b的導帶最小能級(Ec)相比，陷阱態距離真空能級更遠，則電子很可能被累積在陷阱態中。陷阱態中累積的電子成為負的固定電荷，從而電晶體的閾值電壓向正方向偏移。因此，優選地，與氧化物半導體膜208b的導帶最小能級(Ec)相比，陷阱態更靠近真空能級。這種結構抑制了電子在陷阱態中的累積。結果，可以增加電晶體的通態電流和場效應遷移率。
氧化物半導體膜208a和208c中的每一個的導帶最小能級比氧化物半導體膜208b的導帶最小能級更靠近真空能級。典型地，氧化物半導體膜208b的導帶最小能級和氧化物半導體膜208a和208c中的每一個的導帶最小能級之間的差為0.15eV或更大或者0.5eV或更大，並且2eV或更小或者1eV或更小。即，氧化物半導體膜208a和208c中的每一個的電子親和勢和氧化物半導體膜208b的電子親和勢之間的差為0.15eV或更大或者0.5eV或更大，並且2eV或更小或者1eV或更小。
在這種結構中，氧化物半導體膜208b作為主電流路徑。換言之，氧化物半導體膜208b作為溝道區，而氧化物半導體膜208a和208c作為氧化物絕緣膜。另外，由於氧化物半導體膜208a和208c包含其中形成溝道區的氧化物半導體膜208b中所包含的一種或多種金屬元素，因此在氧化物半導 體膜208a和氧化物半導體膜208b之間的介面或者在氧化物半導體膜208b和氧化物半導體膜208c之間的介面處，很少會發生介面散射。因此，由於載流子的移動在介面處不受阻礙，因此電晶體可以具有高的場效應遷移率。
為了防止氧化物半導體膜208a和208c作為溝道區的一部分，對於氧化物半導體膜208a和208c使用具有充分低的導電率的材料。考慮到它們的屬性和/或功能，氧化物半導體膜208a和208c也可以被稱為氧化物絕緣膜。用於氧化物半導體膜208a和208c的材料具有比氧化物半導體膜208b的材料低的電子親和勢(真空能級和導帶最小能級之間的差)，並且被這樣選擇：使得氧化物半導體膜208a和208c中的每一個的導帶最小能級和氧化物半導體膜208b的導帶最小能級之間存在差異(能帶偏移)。此外，為了防止閾值電壓根據漏極電壓而改變，優選使用這樣的材料形成氧化物半導體膜208a和208c，該材料的導帶最小能級比氧化物半導體膜208b的材料的導帶最小能級更靠近真空能級達0.2eV或更大，更優選0.5eV或更大。
出於下面的原因，優選地，氧化物半導體膜208a和208c中的每一個都不具有尖晶石晶體結構。如果氧化物半導體膜208a或者208c具有尖晶石晶體結構，則導電膜212a和212b的組成元素可能會通過尖晶石晶體結構和另一個區域之間的介面擴散到氧化物半導體膜208b中。注意，氧化物半導體膜208a和208c中的每一個優選是CAAC-OS膜，在這種情況下，獲得針對導電膜212a和212b的組成元素(例如，銅)的更高的阻擋性能。
氧化物半導體膜208a和208c中的每一個具有這樣的厚度，該厚度可以抑制導電膜212a和212b的組成元素擴散到氧化物半導體膜208b中，並且不阻礙從絕緣膜214向氧化物半導體膜208b的氧的供應。例如，當 氧化物半導體膜208a和208c中的每一個的厚度大於或等於10nm時，可以抑制導電膜212a和212b的組成元素擴散到氧化物半導體膜208b中。當氧化物半導體膜208a和208c中的每一個的厚度小於或等於100nm時，可以從絕緣膜214向氧化物半導體膜208b有效地供應氧。
本發明的一個實施例不限於在這個實施例中描述的例子，在該例子中，將使用具有金屬元素原子比In：Ga：Zn=1：1：1.2的金屬氧化物靶形成的氧化物半導體膜用作氧化物半導體膜208a和208c中的每一個。例如，可將使用具有ln：Ga：Zn=1：1：1、1：3：2、1：3：4或者1：3：6的原子比的金屬氧化物靶形成的氧化物半導體膜用作氧化物半導體膜208a和208c中的每一個。
當使用具有In：Ga：Zn=1：1：1的原子比的金屬氧化物靶形成氧化物半導體膜208a和208c時，在某些情況下氧化物半導體膜208a和208c具有In：Ga：Zn=1：β 1(0<β12)：β 2(0<β23)的原子比。當使用具有In：Ga：Zn=1：3：4的原子比的金屬氧化物靶形成氧化物半導體膜208a和208c時，在某些情況下氧化物半導體膜208a和208c具有In：Ga：Zn=1：β 3(1β35)：β 4(2β46)的原子比。當使用具有In：Ga：Zn=1：3：6的原子比的金屬氧化物靶形成氧化物半導體膜208a和208c時，在某些情況下氧化物半導體膜208a和208c具有In：Ga：Zn=1：β 5(1β55)：β 6(4β68)的原子比。
附圖示出了其中包括在電晶體270中的氧化物半導體膜208和包括在電晶體270A和270B中的氧化物半導體膜208c在即不與導電膜212a重疊也不與導電膜212b重疊的區域中具有小的厚度的例子，即，該氧化物 半導體膜的一部分具有下凹部分的例子。然而，本發明的一個實施例不限於此，並且氧化物半導體膜不是必然在既不與導電膜212a重疊也不與導電膜212b重疊的區域中具有下凹部分。圖37A和37B示出了這種情況的例子。圖37A和37B是示出了電晶體的例子的截面圖。除了氧化物半導體膜208不具有下凹部分之外，圖37A和37B中的電晶體270B具有與上面所述相同的結構。
這個實施例的電晶體的結構可被自由地彼此組合。
這個實施例中描述的結構和方法可以與在任意其它實施例中描述的結構和方法適當地組合。
(實施例11)
在這個實施例中，下面將參考圖38和圖39描述包括在上面的實施例中描述的電晶體的顯示裝置的例子。
<概述>
圖38是示出了顯示裝置的例子的俯視圖。圖38中的顯示裝置700包括：在第一襯底701上設置的圖元部分702，在第一襯底701之上設置的源極驅動電路部分704和柵極驅動電路部分706，圍繞圖元部分702、源極驅動電路部分704和柵極驅動電路部分706設置的密封劑712，以及面對第一襯底701設置的第二襯底705。第一襯底701和第二襯底705被以密封劑712密封。即，圖元部分702、源極驅動電路部分704和柵極驅動電路部分706被以第一襯底701、密封劑712和第二襯底705封閉。雖然圖38中未示出，顯示元件設置在第一襯底701和第二襯底705之間。
在顯示裝置700中，在與第一襯底701之上並且被以密封劑 712圍繞的區域不同的區域中設置電連接到圖元部分702、源極驅動電路部分704和柵極驅動電路部分706的柔性印刷電路(FPC)端子部分708。另外，FPC 716連接到FPC端子部分708，並且從FPC 716向圖元部分702、源極驅動電路部分704和柵極驅動電路部分706提供各種信號等等。另外，佈線710連接到圖元部分702、源極驅動電路部分704、柵極驅動電路部分706和FPC端子部分708。通過佈線710，各種信號等等被從FPC716提供到圖元部分702、源極驅動電路部分704、柵極驅動電路部分706和FPC端子部分708。
可以在顯示裝置700中設置多個柵極驅動電路部分706。在作為例子示出的顯示裝置700中，在第一襯底701之上形成源極驅動電路部分704和柵極驅動電路部分706以及圖元部分702；然而，結構不限於此。例如，可以在第一襯底701之上僅僅形成柵極驅動電路部分706，或者可以在第一襯底701之上僅僅形成源極驅動電路部分704。在這種情況下，在其上形成源極驅動電路或柵極驅動電路等等的襯底(例如，使用單晶半導體膜或者多晶半導體膜形成的驅動電路板)可被安裝在第一襯底701上。注意，對用於連接單獨準備的驅動電路板的方法沒有特別限制，可以使用玻璃上晶片(COG)方法或導線接合法等等。
在實施例6中描述的半導體裝置的結構可被應用於包括在顯示裝置700的圖元部分702中的多個電晶體和電容器。另外，在實施例7中描述的半導體裝置的結構可被應用於包括在源極驅動電路部分704和柵極驅動電路部分706中的多個電晶體和佈線接觸部分。
<顯示元件>
顯示裝置700可以採用各種模式並且包括各種顯示元件。顯 示元件的例子包括：液晶元件，包括LED(例如，白光LED，紅光LED，綠光LED或藍光LED)的電致發光(EL)元件(包括有機和無機材料的EL元件，有機EL元件，或者無機EL元件)，電晶體(根據電流發光的電晶體)，電子發射器，電泳元件，使用微機電系統(MEMS)的顯示元件，諸如光柵光閥(GLV)，數位微鏡裝置(DMD)，數位微快門(DMS)元件，MIRASOL(注冊商標)顯示器，干涉測量調製器顯示(IMOD)元件，或者壓電陶瓷顯示器，以及電潤(electrowetting)元件。此外，可以包括通過電效應或者磁效應改變其對比度、亮度、反射率、透射率等等的顯示介質。替代地，可以使用量子點作為顯示元件。包括液晶元件的顯示裝置的一個例子是液晶顯示器(透射型液晶顯示器，透反射型液晶顯示器，反射型液晶顯示器，直視型液晶顯示器或者投射型液晶顯示器)。包括EL元件的顯示裝置的例子是EL顯示器。包括電子發射器的顯示裝置的例子包括場發射顯示器(FED)和SED類型平板顯示器(SED：surface-conduction electron-emitter，表面傳導電子發射器顯示器)。包括量子點的顯示裝置的例子是量子點顯示器。包括電子墨水或者電泳元件的顯示裝置的例子是電子紙。在透反射型液晶顯示器或者反射型液晶顯示器中，某種或者全部圖元電極可以作為反射電極。例如，某些或者全部圖元電極可以包含鋁、銀等等。在這種情況下，可以在反射電極之下設置記憶體電路諸如SRAM，這導致更低的功耗。
<顯示系統>
作為顯示裝置700的顯示系統，可以採用逐行系統、隔行系統等等。另外，彩色顯示時圖元中受控制的色彩元素不限於三種顏色：R,G和B(R、G和B分別對應於紅、綠和藍)。例如，可以使用R圖元、G圖元、B 圖元和W(白)圖元這4種圖元。替代地，如PenTile佈局中那樣，一個色彩元素可以由R、G和B中的兩種顏色組成。這兩種顏色對於不同色彩元素可以是不同的。替代地，可以給RGB添加黃色、青色、品紅等等中的一種或多種顏色。注意，在色彩元素點之間，顯示區域的尺寸可以不同。所公開的發明的實施例不限於彩色顯示裝置；所公開的發明也可以應用於單色顯示裝置。
<彩色顯示方法>
可以使用彩色膜(也被稱為濾色器)來獲得全彩色顯示裝置，其中使用白光(W)作為背光(例如，有機EL元件，無機EL元件，LED，或者螢光燈)。例如，紅(R)色膜、綠(G)色膜、藍(B)色膜和黃(Y)色膜可被適當地組合。使用彩色膜，與沒有彩色膜的情況相比，可以獲得高的色彩可再現性。此處，通過設置具有彩色膜的區域和沒有彩色膜的區域，沒有彩色膜的區域中的白光可被直接用於顯示。通過部分地設置沒有彩色膜的區域，可以抑制由於彩色膜引起的明亮圖像的亮度的降低，並且在某些情況下可以減少大約20%到30%的功耗。在使用自發光元件(諸如，有機EL元件或者無機EL元件)執行全彩色顯示的情況下，元件可以以它們相應的R、G、B、Y和W顏色發光。通過使用自發光元件，與使用彩色膜的情況相比，可以進一步降低功耗。
<結構>
在這個實施例中，將參考圖39描述包括液晶元件作為顯示元件的顯示裝置的結構。
圖39是沿著圖38的點劃線U-V取得的截面圖。圖39中的顯示 裝置700包括：引線佈線部分711，圖元部分702，源極驅動電路部分704，FPC端子部分708。引線佈線部分711包括佈線710。圖元部分702包括電晶體750和電容器790。源極驅動電路部分704包括電晶體752。
例如，可將在實施例7中描述的電晶體150用作電晶體750。可將在實施例8中描述的電晶體151用作電晶體752。
在這個實施例中使用的電晶體包括高度純化的並且氧空位的形成被抑制的氧化物半導體膜。該電晶體可以具有低的截止狀態下電流(截止態電流)。因此，諸如圖像信號的電信號可被長時間保持，並且可以在導通狀態設置長的寫入間隔。因此，可以降低刷新操作的頻率，抑制功耗。
另外，在這個實施例中使用的電晶體可以具有相對高的場效應遷移率，並且因此能夠高速操作。例如，在包括能夠高速操作的電晶體的液晶顯示裝置中，可以在一個襯底之上形成圖元部分中的開關電晶體和驅動電路部分中的驅動電晶體。即，不需要使用矽晶片等等形成的附加半導體裝置作為驅動電路；因此，可以減小半導體裝置的元件的數量。另外，還可以在圖元部分中使用能夠高速操作的電晶體，由此可以提供高品質圖像。
可以使用在實施例6中描述的電容器160作為電容器790。由於電容器790透光，因此可以在圖元部分702中包括的圖元中形成大的電容器790(大的面積)。因此，顯示裝置可以具有大的電容以及高孔徑比。
在圖39中，在電晶體750之上設置絕緣膜764、766和768。
可以使用分別類似於在實施例7中描述的絕緣膜114、116和118的材料和方法形成絕緣膜764、766和768。可以在絕緣膜768之上設置平 坦化膜。可以使用類似於在實施例8描述的絕緣膜119的材料和方法形成該平坦化膜。
在與作為電晶體750和752的源電極和漏電極的導電膜相同的工藝中形成佈線710。作為佈線710，可以使用在與電晶體750和752的源電極和漏電極不同的工藝中形成的導電膜，例如，在與作為柵電極的導電膜相同的工藝中形成的導電膜。在使用包含銅的材料形成佈線710的情況下，降低了由於佈線電阻導致的信號延遲等等，這使得能夠實現在大螢幕上顯示。
FPC端子部分708包括：連接電極760，各向異性導電膜780，和FPC716。注意，在與作為電晶體750和752的源電極和漏電極的導電膜相同的工藝中形成連接電極760。連接電極760通過各向異性導電膜780電連接到包括在FPC716中的端子。
例如，可以使用玻璃襯底作為第一襯底701和第二襯底705。可以使用類似於在實施例7中描述的襯底102的材料形成第一襯底701和第二襯底705。
在第二襯底705側設置：作為黑矩陣的阻光膜738，作為濾色器的彩色膜736，以及與阻光膜738和彩色膜736接觸的絕緣膜734。
在第一襯底701和第二襯底705之間設置結構778。結構778是通過絕緣膜的選擇性蝕刻獲得的柱狀間隔件，並且被設置用於控制第一襯底701和第二襯底705之間的距離(單元間隙)。替代地，可以使用球狀間隔件作為結構778。
本發明的一個實施例不限於在這個實施例中描述的在第一 襯底701側設置結構778的結構。例如，結構778可被設置在第二襯底705側上，或者可以給第一襯底701和第二襯底705兩者設置結構778。
顯示裝置700包括液晶元件775。液晶元件775包括導電膜772、導電膜774和液晶層776。導電膜774被設置在第二襯底705的面對第一襯底701的一側，並且作為對電極。顯示裝置700可以以這樣的方式顯示圖像：通過液晶層776中的根據在導電膜772和導電膜774之間施加的電壓而改變的配向狀態控制透光或不透光。
導電膜772連接到作為電晶體750的源電極或者漏電極的導電膜。在絕緣膜768之上形成導電膜772，並且作為圖元電極，即，顯示元件的一個電極。顯示裝置700是透射型彩色液晶顯示裝置，其中在第一襯底701側設置背光或側光等，以通過液晶元件775和彩色膜736執行顯示。
在導電膜772之下設置氧化物半導體膜782，絕緣膜768位於它們之間，並且氧化物半導體膜782作為電容器790的另一個電極。
可以使用透射可見光的導電膜或者反射可見光的導電膜作為導電膜772和774中的每一個。例如，對於透射可見光的導電膜，可以使用包含從銦(In)、鋅(Zn)和錫(Sn)中選擇的元素的材料。可以使用類似於在實施例6中描述的導電膜120的材料形成導電膜772和導電膜774。可以使用類似於在實施例6中描述的第二氧化物半導體膜111的材料形成氧化物半導體膜782。
例如，圖38和圖39中的顯示裝置700可以是(但不限於)：透射型彩色液晶顯示裝置，其中使用透射可見光的導電膜作為導電膜772；反射彩色液晶顯示裝置，其中使用反射可見光的導電膜作為導電膜772：或者 透反射型彩色液晶顯示裝置，其中組合使用反射膜和透射膜。
雖然圖39中未示出，但可以適當地設置光學部件(光學襯底)等等，諸如：極化部件，延遲部件，或者防反射部件。例如，通過使用極化襯底和延遲襯底，可以獲得圓極化。
在圖39中採用的方法中，以這樣的方式顯示圖像，其中通過在導電膜772和導電膜774之間施加的電壓改變液晶層776的配向狀態，以控制透光或不透光；然而，還可以採用下面的方法：以這樣的方式顯示圖像，其中通過在導電膜772和氧化物半導體膜782之間產生的水準電場(基本平行於第一襯底701的電場)改變液晶層776中的配向狀態，以控制透光或不透光(見圖41)。在後一種方法中，雖然可以簡單地用導電膜772和氧化物半導體膜782改變液晶層中的配向狀態，但通過給設置在第二襯底705側上的導電膜774提供電位，可以抑制液晶層776中的配向混亂。
此處，將參考圖1、圖41和圖42描述上述水準電場和液晶層中的配向混亂。
例如，在實施例1的圖1中的電極佈局中，可能由從導電膜21a到氧化物半導體膜19b的電場引起液晶層776中的配向混亂，並且在圖42的電極佈局中，可能由從導電膜21c到氧化物半導體膜19c的電場引起配向混亂。然而，通過給在第二襯底705側上設置的導電膜774提供電位，可以抑制電場從導電膜21a或者導電膜21c的擴展；因此，減少了由於液晶層776中的配向混亂而產生的漏光，這導致顯示裝置的顯示品質的改善。注意，圖42中的氧化物半導體膜19c和導電膜29b分別作為圖元電極和公共電極。另外，導電膜13b作為掃描線，並且在氧化物半導體膜19d中形成溝道區。
在圖41中，在氧化物半導體膜782之上形成導電膜772，絕緣膜768位於它們之間。雖然圖41示出了導電膜772和氧化物半導體膜782分別作為公共電極和圖元電極的例子，但氧化物半導體膜782和導電膜772也可以分別作為公共電極和圖元電極(見圖40)。
<外保護膜>
如圖43所示，可以在顯示裝置700的外表面上形成保護膜717。例如，優選地，通過原子層沉積法(在下文中被稱為ALD法)沉積保護膜717。
ALD法使得能夠極均勻地在沉積表面上沉積膜。通過ALD法，例如，可以沉積下列來作為保護膜：氧化鋁，氧化鉿，氧化鋯，氧化鈦，氧化鋅，氧化銦，氧化錫，氧化銦錫(ITO)，氧化鉭，氧化矽，氧化錳，氧化鎳，氧化鉺，氧化鈷，氧化碲，鈦酸鋇，氮化鈦，氮化鉭，氮化鋁，氮化鎢，氮化鈷，氮化錳，或者氮化鉿。另外，保護膜不限於絕緣膜，並且也可以沉積導電膜。例如，可以沉積：釕，鉑，鎳，鈷，錳，或者銅。
另外，優選地，掩蔽用於電連接的部分，諸如FPC端子部分708，從而不在該部分上沉積保護膜717。對於掩蔽，可以使用有機膜、無機膜、金屬等等。例如，可以使用：包含氧化矽、氧氮化矽、氧化鎵、氧氮化鎵、氧化釔、氧氮化釔、氧化鉿、氧氮化鉿等等的氧化物絕緣膜，包含氮化矽、氮化鋁等等的氮化物絕緣膜，或者有機材料，諸如光致抗蝕劑、聚醯亞胺樹脂、丙烯酸樹脂、聚醯亞胺醯胺樹脂、苯並環丁烯樹脂、聚醯胺樹脂或者環氧樹脂。使用包含任意這些材料的膜形成的掩膜可被在沉積保護膜之後去除。
替代地，還可以用金屬掩膜掩蔽其上通過ALD法沉積保護膜的區域。可以使用下列來形成金屬掩膜：從鐵、鉻、鎳、鈷、鎢、鋁、鋁、銅、鉭和鈦中選擇的金屬元素，包含前述金屬元素作為其組分的合金，包含前述金屬元素的組合的合金等等。金屬掩膜可定位為靠近顯示面板或者與顯示面板接觸。
由ALD法形成的膜可以極均勻並且緻密。當通過ALD法在顯示面板的側表面部分上形成保護膜717時，可以抑制外部成分諸如濕氣的進入。結果，可以抑制電晶體特性的改變，並且週邊電路可以穩定地操作。另外，幀尺寸可以降低，圖元區可以擴大，並且可以增加顯示裝置的解析度。
對於用於液晶層776的液晶，可以參考用於實施例1中的液晶元件51的液晶的描述。
另外，可以使用在實施例6和13中描述的任意驅動方法作為包括液晶元件的顯示裝置的驅動方法。
在這個實施例中描述的結構可被與在其它實施例中描述的任意結構適當地組合。
(實施例12)
<頂柵型電晶體>
在這個實施例中，將描述可用作在上面的實施例中描述的透射顯示裝置的顯示裝置的其它結構例子。
圖44A示出了顯示裝置300的示意俯視圖。圖44B示出了沿著圖44A中的A1-A2、A3-A4和A5-A6取得的示意截面圖。注意，為了清楚起 見，圖44A未示出某些組件。
顯示裝置300包括：在襯底301的頂面之上的顯示部分302、信號線驅動電路303、掃描線驅動電路304和外部連接端子305。
顯示部分302包括液晶元件314。在液晶元件314中，通過在平行於襯底表面的方向上產生的電場控制液晶的配向。
顯示裝置300包括：絕緣層332，絕緣層334，絕緣層338，絕緣層341，絕緣層342，電晶體311，電晶體312，液晶元件314，電極343，電極352，電極360，液晶353，濾色器327，阻光層328等等。
圖元包括至少一個開關電晶體312和由電極343和電極360形成的存儲電容器。電極343電連接到電晶體312的源電極和漏電極中的一個。
在濾色器327上設置電極352。
可以為電極343使用透光導電材料或者反射導電材料。
設置濾色器327與電極343、電極352和電極360重疊。設置阻光層328覆蓋濾色器327的側表面。雖然在圖44B中設置在襯底321上，但濾色器327不是必然位於這個位置。
在襯底301和襯底321之間設置液晶353。可以按下面的方式顯示圖像：在電極343和電極360之間施加電壓以產生電場，由該電場控制液晶353的配向，並且在每一個圖元中控制光的極化。在電極343是反射電極的情況下，可以在控制被反射的入射光的量的同時顯示圖像。
優選在與液晶353接觸的表面上設置用於控制液晶353的配向的配向膜。使用透光材料作為該配向膜。雖然此處未示出，但在襯底321和襯底301的不面對液晶元件314的表面上設置極化片。
作為液晶353，可以使用：熱致液晶，低分子液晶，高分子液晶，鐵電液晶，反鐵電液晶等等。另外，優選使用呈現出藍相的液晶，這是由於不需要配向膜，並且可以獲得寬的視角。
在使用液晶元件314顯示圖像的情況下，電極352(其可以根據需要而設置)在某些情況下改善了液晶的配向。圖44B示出了設置了電極352的情況。在這種情況下，優選使用透光導電材料作為電極352，這是因為可以增加圖元的孔徑比。
優選地，對於液晶353使用低粘度並且高流動性的材料。
注意，這個結構例子中的液晶元件可以以一下模式操作：扭曲向列(TN)模式，面內切換(IPS)模式，散射場切換(FFS)模式，軸向對稱配向微單元(ASM)模式，光學補償雙折射(OCB)模式，鐵電液晶(FLC)模式，反鐵電液晶(AFLC)模式等等。
設置在顯示裝置300中的電晶體(例如，電晶體311和電晶體312)是頂柵型電晶體。每一個電晶體包括：半導體層335，作為柵極絕緣層的絕緣層334，以及柵電極333。另外，設置絕緣層338以覆蓋柵電極333。一對電極336被設置為通過絕緣層334和絕緣層338中的開口與半導體層335接觸。
此處，優選使用氧化物半導體作為半導體層335。作為該氧化物半導體，例如，可以使用在上面的實施例中描述的氧化物半導體。
半導體層335可以包括作為源區或者漏區的區域，該區域具有比作為溝道的區域低的電阻。例如，可以設置源區和漏區，使得它們接觸該對電極336，或者將作為溝道的區域定位在源區和漏區之間。例如，源 區和漏區可以是其電阻率被通過在上面的實施例中描述的方法控制的區域。
通過使用氧化物半導體作為半導體層335，例如，與使用多晶矽的情況相比，可以在大的面積中在低的溫度下形成具有很小變化的電晶體。
對於電極360也可以使用氧化物半導體。
在本發明的一個實施例中，可以採用其中圖元包括有源元件的有源矩陣顯示裝置，或者圖元不包括有源元件的無源矩陣顯示裝置。
作為有源矩陣顯示裝置中的有源元件(非線性元件)，不僅可以使用電晶體，而且可以使用各種有源元件(非線性元件)。例如，也可以使用金屬絕緣體金屬(MIM)或者薄膜二極體(TFD)。由於可以用少量步驟製造這種元件，因此可以降低製造成本，或者可以改善產率。由於元件的尺寸小，因此可以改善孔徑比，從而可以降低功耗，或者可以實現更高亮度。
除了有源矩陣顯示裝置，可以採用不使用有源元件(非線性元件)的無源矩陣顯示裝置。由於不使用有源元件(非線性元件)，製造步驟的數量少，從而可以降低製造成本，或者可以改善產量。由於不使用有源元件(非線性元件)，可以改善孔徑比，從而可以降低功耗，或者例如可以實現更高亮度。
注意，這個實施例可以與本說明書中的任意其它實施例適當地組合。
(實施例13)
在本實施例中，參照圖45A和45B、圖46A和46B、圖 47A-47E、圖48A-48E，說明本發明的一個實施例的顯示裝置以及用於驅動顯示裝置的方法。
注意，本發明的一個實施例的顯示裝置可以包括：資訊處理部分，運算部分，存儲部分，顯示部分，輸入部分等。
通過減少被連續顯示的相同圖像(靜止圖像)的信號寫入(也稱為刷新操作)的次數，可以降低本發明的一個實施例的顯示裝置的功率消耗。注意，刷新操作的頻率被稱為刷新速率(或掃描頻率，或垂直同步頻率)。下面說明其刷新速率被降低而引起很小的眼睛疲勞的顯示裝置。
眼睛疲勞分為兩類：神經疲勞和肌肉疲勞。神經疲勞是由長時間看顯示裝置發出的光或閃爍的圖像引起的，其亮度刺激視網膜以及眼睛和大腦的神經並使其疲勞。肌肉疲勞是用於調節聚焦的睫狀肌的過度使用引起的。
圖45A示意地說明常規顯示裝置的顯示方法。如圖45A所示，在常規的顯示裝置中，圖像重寫每秒進行60次。長時觀看這種螢幕可以刺激使用者的視網膜、視神經以及大腦，因而導致眼睛疲勞。
在本發明的顯示裝置的一個實施例中，使用包括氧化物半導體的電晶體(例如，包括CAAC-OS的電晶體)作為圖元部分。該電晶體的截止電流極低。因而，即使在刷新速率降低時，也可以維持顯示裝置的亮度。
這樣，如圖45B所示，圖像重寫的次數可被降低至每5秒1次。這使得使用者能夠盡可能長的時間看同一圖像，從而可以減少使用者察覺的螢幕上的閃爍。因而，對用戶的視網膜、視神經以及大腦的刺激可 被降低，從而產生少的神經疲勞。
在每個圖元的尺寸大(例如，解析度低於150ppi)的情況下，在圖46A所示的顯示裝置上顯示模糊的字元。當使用者長時間看顯示裝置上顯示的模糊字元時，睫狀肌保持工作，調整聚焦困難，這可能引起眼睛緊張。
與此相反，如圖46B所示，本發明的一個實施例的顯示裝置能夠高清晰度顯示，這是由於每個圖元的尺寸小；因而可以獲得精確而流暢的顯示。在這種情況下，睫狀肌可以容易地調整聚焦，從而降低用戶的肌肉疲勞。當顯示裝置的解析度是150ppi或更高(優選是200ppi或更高時，更優選是300ppi或更高)時，可以有效地降低用戶的肌肉疲勞。
已經研究了量化眼睛疲勞的方法。例如，已知臨界閃爍(融合)頻率(CFF，critical flicker(fusion)frequency)作為用於評價神經疲勞的指示。此外，已知調適時間、近點距離等作為評價肌肉疲勞的指示。
用於評價眼睛疲勞的其它方法包括腦電圖法、熱譜法，計數眨眼的次數，測量眼淚的量，測量瞳孔收縮回應的速度，以及詢問調查主訴症狀。
例如，可以借助於上述的任何方法檢查本發明的一個實施例的用於驅動顯示裝置的方法。
<用於驅動顯示裝置的方法>
下面參照圖47A-E說明本發明的一個實施例的用於驅動顯示裝置的方法。
[圖像資訊的顯示例子]
下面說明其中包括不同圖像資訊的兩個圖像當其正在移動時被顯示的例子。
在圖47A所示的例子中，視窗451和作為在視窗451中顯示的靜止圖像的第一圖像452a，被顯示在顯示部分450上。
此時，顯示優選以第一刷新速率進行。注意，第一刷新速率可以大於或等於1.16×10-15Hz(大約1天1次)且小於或等於1Hz，大於或等於2.78×10-4Hz(大約1小時1次)且小於或等於0.5Hz，或者大於或等於1.67Hz×10-2Hz(大約1分鐘1次)且小於或等於0.1Hz。
當通過設置第一刷新速率為極小的值而降低重寫螢幕的頻率時，可以得到基本上不閃爍的顯示，使用者的眼睛疲勞可被更有效地降低。
視窗451例如通過執行用於圖像顯示的應用軟體被顯示，並且包括其中顯示圖像的顯示區域。
此外，在視窗451的下部，提供有用於使被顯示的圖像資訊從一個轉換切換另一個的按鈕453。當使用者選擇按鈕453時，用於移動圖像的指令被供給顯示裝置的資訊處理部分。
注意，使用者操作顯示裝置的方法可根據輸入單元確定。例如，在使用和顯示部分450重疊設置的觸摸面板作為輸入單元時，能夠用手指、觸筆等執行按鈕453的觸摸操作，或者通過用於滑動圖像的手勢進行輸入操作。在通過手勢或聲音執行輸入操作的情況下，不是必然需要顯示按鈕453的。
當顯示裝置的資訊處理部分接收到移動圖像的指令時，在視 窗451中顯示的圖像開始移動(圖47B)。
當在圖47A所示的狀態下以第一刷新速率進行顯示的情況下，在圖像移動之前刷新速率優選被改變為第二刷新速率。第二刷新速率是用於顯示移動圖像所需的值。例如，第二刷新速率可以大於或等於30Hz且小於或等於960Hz，優選大於或等於60Hz且小於或等於960Hz，更優選大於或等於75Hz且小於或等於960Hz，更優選大於或等於120Hz且小於或等於960Hz，更優選大於或等於240Hz且小於或等於960Hz。
當第二刷新速率被設置為高於第一刷新速率的值時，可以更流暢和自然地顯示移動圖像。此外，伴隨著重寫入發生的閃爍較少被用戶識別，因而可以降低用戶的眼睛疲勞。
此時，在視窗451顯示組合了接著要被顯示的第二圖像452b和第一圖像452a的圖像。組合圖像的一部分在視窗451顯示，同時沿一個方向移動(在這種情況下向左)。
隨著組合圖像移動，在視窗451顯示的圖像的亮度由初始亮度(圖47A的狀態下的亮度)逐漸降低。
圖47C示出了在視窗451中顯示的圖像達到預定座標的狀態。這樣，在視窗451顯示的圖像的亮度此時最小。
圖47C中的預定座標被設置為(但不限於)第一圖像452a的一半和第二圖像452b的一半被顯示的座標；優選地，用戶能夠隨意地設置該預定座標。
例如，預定座標可被這樣設置，使得距圖像的初始座標的距離與初始座標和最終座標之間的距離之比大於0且小於1。
優選地，使用者能夠隨意地設置在圖像達到預定座標時的亮度。例如，在圖像達到預定座標時的亮度對初始亮度的比可以大於等於0且小於1，優選大於等於0且小於等於0.8，更優選，大於等於0且小於等於0.5。
接著，使在視窗451中顯示的組合圖像移動，同時亮度逐漸增加(圖47D)。
圖47E示出了組合圖像達到最終座標的狀態。在視窗451中，以等於初始亮度的亮度僅顯示第二圖像452b。
在圖像的移動完成之後，優選地將刷新速率從第二刷新速率改變為第一刷新速率。
在這種顯示模式中，由於圖像亮度被降低，因此即使在跟隨圖像移動時，使用者眼睛也較少地遭受疲勞。因而，這種驅動方法可以實現眼睛友好的顯示。
[顯示文檔資訊的例子]
下面說明在文檔資訊在被滾動(seroll)的同時顯示該文檔資訊的例子，其中文檔的尺寸大於顯示視窗的尺寸。
在圖48A所示的例子中，視窗455和作為在視窗455被顯示的靜止圖像的文檔資訊456的一部分被顯示在顯示部分450上。
此時，顯示優選以第一刷新速率進行。
視窗455例如通過執行用於文檔顯示的應用軟體、用於文檔生成的應用軟體等被顯示，並包括顯示文檔資訊的顯示區域。
在縱向，文檔資訊456的圖像的尺寸大於視窗455的顯示區域的尺寸。因此，只有文檔資訊456的一部分在視窗455中顯示。如圖48A所示， 視窗455還可以具有捲軸457，用於指示文檔資訊456的哪部分被顯示。
當從輸入部分向顯示裝置輸入用於移動圖像的指令(這裡也稱為滾動指令)時，文檔456的移動開始(圖48B)。此外，被顯示的圖像的亮度被逐漸降低。
在圖48A所示的狀態下在以第一刷新速率進行顯示的情況下，優選在文檔資訊456被移動之前，將刷新速率改變為第二刷新速率。
在這種情況下，不僅在視窗455中顯示的圖像的亮度而且在顯示部分450中顯示的整個圖像的亮度都被降低。
圖48C示出文檔資訊456達到預定座標時的狀態。此時，在顯示部分450上顯示的整個圖像的亮度為最低。
接著，文檔資訊456在被移動的同時在視窗455中被顯示(圖48D)。在這種情況下，在顯示部分450上顯示的整個圖像的亮度被逐漸增加。
圖48E示出了文檔資訊456達到最終座標的狀態。在視窗455中，以等於初始亮度的亮度顯示文檔資訊456的與初始狀態下顯示的區域不同的區域。
在文檔資訊456的移動完成之後，優選將刷新速率改變為第一刷新速率。
由於在這種顯示模式中圖像的亮度被降低，因此即使在跟隨圖像移動時，使用者眼睛也較少地遭受疲勞。因而，這種驅動方法可以實現眼睛友好的顯示。
尤其是，高對比的文檔資訊等的顯示可以引起使用者眼睛的嚴重疲勞；因而，對於文檔資訊的顯示，優選應用這種驅動方法。
本實施例可以和本說明書中說明的任何其它實施例合適地組合來實施。
(實施例14)
在本實施例中，將參照圖49和圖50A-50G說明包括本發明的實施例的半導體裝置的顯示模組和電子設備。
在圖49所示的顯示模組8000中，在上蓋8001和下蓋8002之間提供有：和FPC8003相連接的觸摸面板8004，連接到FPC8005的顯示面板8006，背光8007，框架8009，印刷板8010，以及電池8011。
本發明的一個實施例中的顯示裝置例如可以用於顯示面板8006。
上蓋8001和下蓋8002的形狀和尺寸可以根據觸摸面板8004和顯示面板8006的尺寸合適地改變。
觸摸面板8004可以是電阻觸摸面板或電容觸摸面板，並與顯示面板8006重疊。替代地，顯示面板8006的對基板(密封基板)可以具有觸摸面板功能。替代地，在顯示面板8006的每個圖元中，可以設置光感測器，以形成光觸摸面板。
背光8007包括光源8008。本發明的一個實施例不限於圖49的結構，其中光源8008設置在背光8007之上。例如，可以使用這樣一種結構，其中光源8008設置在背光8007的端部，還提供有光漫射板。注意，在使用自發光的發光元件例如有機EL元件的情況下或者在使用反射面板等的情況下，不需要設置背光8007。
框架8009保護顯示面板8006，並作為電磁遮罩，以阻擋印刷 板8010的操作產生的電磁波。框架8009也可以作為散熱板。
印刷板8010包括電源電路和用於輸出視訊訊號與時鐘信號的信號處理電路。可以使用外部商用電源或單獨的電池8011作為用於對電源電路提供電力的電源。在使用商用電源的情況下，可以省略電池8011。
顯示模組8000可以附帶地提供有例如極化板、延遲板或棱鏡片。
圖50A-50G示出了多種電子設備。這些電子設備可以包括：殼體5000，顯示部分5001，揚聲器5003，LED燈5004，操作鍵5005(包括電源開關或操作開關)，連接端子5006，感測器5007(具有測量力、位移、位置、速度、加速度、角速度、轉動頻率、距離、光、液體、磁、溫度、化學物質、聲音、時間、硬度、電場、電流、電壓、電功率、輻射、流量、濕度、梯度、振盪、氣味或紅外線等功能)，麥克風5008等。
圖50A示出了一種移動電腦，除上述之外，其還可以包括：開關5009，紅外線連接埠5010等。圖50B示出了一種便攜圖像再現裝置，其被提供有記錄介質(例如DVD再現裝置)，並且除去上述部件之外，其害可以包括：第二顯示部分5002，記錄介質讀取部分5011等。圖50C示出了一種護目鏡型顯示裝置，除上述部件之外，其還可以包括：第二顯示部分5002，支撐腿5012，耳機5013等。圖50D示出了一種便攜遊戲操縱臺，除去上述部件之外，其還可以包括記錄介質讀取部分5011等。圖50E示出了一種數位照相機，其具有電視接收功能，並且除去上述部件之外，其還可以包括：天線5014，快門按鈕5015，圖像接收部分5016等。圖50F示出了一種便攜遊戲操縱臺，除去上述部件之外，其還可以包括：第二顯示部分5002，記錄介 質讀取部分5011等。圖50G示出了一種便攜電視接收機，除去上述部件之外，其還可以包括能夠發送和接收信號的充電座5017等。
圖50A-50G中的電子設備可以具有多種功能，例如：在顯示部分上顯示各種資訊(例如：靜止圖像，運動圖像，以及文本圖像)的功能，觸摸面板功能，顯示日曆、時間和日期等功能，用各種軟體(程式)進行控制處理的功能，無線通訊功能，通過無線通訊功能連接到各種電腦網路的功能，通過無線通訊功能發送和接收各種資料的功能，以及讀出存儲在記錄介質上的程式或資料並在顯示部分進行顯示的功能。此外，包括多個顯示部分的電子設備可以具有以下功能：在一個顯示部分主要顯示圖像資訊而在另一個顯示部分主要顯示文本資訊，通過考慮到視差在多個顯示部分顯示圖像來顯示三維圖像，等等。此外，包括圖像接收部分的電子設備可以具有以下功能：拍攝靜止圖像；拍攝運動圖像；自動或手動校正所拍攝的圖像；把拍攝的圖像存儲在記錄介質(外部記錄介質或包括在照相機中的記錄介質)中；在顯示部分上顯示拍攝的圖像；等等。注意，圖50A-50G中的電子設備的功能不限於此，這些電子設備可以具有各種功能。
本實施例中所述的電子設備每一個特徵在於用於顯示某類資訊的顯示部分。在任何其它實施例中描述的顯示裝置都可用作該顯示部分。
[例1]
在本例中，計算了本發明的一個實施例的圖元中包括的液晶元件中的液晶的配向狀態。圖51A-51D和圖52A-52B示出了計算結果。
圖51A-51D示出了具有圖1所示意地示出的電極結構的圖元 以及具有比較電極結構的圖元的計算結果。對於該計算，使用SHINTECH公司製造的液晶配向模擬器，LCD Master。本例中的計算條件如下：圖元區域是174μm×55.5μm，液晶層的厚度是3.2μm，液晶的光學各向異性Δn是0.0998，介電常數各向異性Δε是-3.0，公共電極寬度和圖元電極寬度均是3.0μm，初始狀態下的液晶沿平行於掃描線的方向配向，液晶層上下的襯底經受用於反平行配向的配向處理。表1示出了施加到電極的電位：
圖51A-51D示出了用於計算的圖元的示意的頂視圖，以及計算的通過在圖元電極之上的液晶透射的光的二維分佈。圖51A是其中電極沒有彎曲部分的圖元的示意的頂視圖，圖51B示出了在圖51A的電極結構中通過液晶透射的光的二維分佈。圖51C示出了其中電極具有彎曲部分1001的圖元的示意的頂視圖，以及圖51D示出了在圖51C的電極結構中通過液晶透射的光的二維分佈。在通過液晶透射的光的二維分佈中，亮度用從白到黑的灰度級別表示；因而，白得越深，亮度越強，即透射度越高。
在圖51B中觀察到配向缺陷部分1003，而在其中電極具有彎曲部分1001的圖51D中配向缺陷部分縮小或消失了。該結果證實，電極的彎曲部分能夠使液晶的配向缺陷降低，因而能夠改善透射光的分佈。
當信號線電位影響圖元時，液晶配向變得混亂並發生透射度改變。為了檢查這種改變，在信號線和公共電極之間的距離不同的兩種情況下進行了計算。圖52A和52B示出了計算結果。
圖52A示出了在信號線和公共電極之間的距離是6μm的情況下通過液晶透射的光的二維分佈。在圖52A中，區域(a)示出了提供有用於黑色顯示的電極電位的圖元的計算結果，區域(b)示出了提供有用於白色顯示的電極電位的圖元的計算結果。圖52B示出了在信號線和公共電極之間的距離是1μm的情況下通過液晶透射的光的二維分佈。在圖52B中，區域(c)示出了提供有用於黑色顯示的電極電位的圖元的計算結果，區域(d)示出了提供有用於白色顯示的電極電位的圖元的計算結果。
如圖52A中的區域(a)和圖52B中的區域(c)中所示，在信號線和公共電極之間的距離較小的結構中，漏光部分較小。
該結果證實，信號線和公共電極之間距離的減小可以抑制由於液晶的配向混亂而引起的光洩露。這是因為，公共電極的電場阻擋了信號線的電場，從而降低了信號線電場對圖元的影響。
[例2]
在本例中計算了本發明的一個實施例的圖元中包括的液晶元件中的液晶的配向狀態。圖52A-53D示出了計算結果。
計算是對於圖42示意地示出了的圖元電極進行的。對於該計算，使用SHINTECH公司製造的液晶配向模擬器，LCD Master。本例中的計算條件如下：圖元區域是174μm×58μm，液晶層的厚度是4.0μm，液晶的光學各向異性Δn是0.0998，介電常數各向異性Δε是-3.0，公共電極寬 度和圖元電極寬度均是3.0μm，圖元電極的相鄰的兩個梳狀部分之間的距離和公共電極的相鄰的兩個梳狀部分之間的距離都是5.0μm，在初始狀態下的液晶以相對于掃描線成5º的傾角配向，液晶層上下的襯底經受用於反平行配向的配向處理。表2示出了施加到電極的電位：
計算了圖元的透射度與圖元電極和公共電極之間施加的電壓之間的關係(下面稱為VT特性)。在本例中，還檢查了作為信號線電位的函數的透射度。結果示於圖53A和53B。下面說明圖53A和53B中垂直軸表示的透射光的歸一化強度。透射光的歸一化強度是在以下條件下由公式(2)獲得的值。在該公式中，X表示通過這樣一種結構透射的光的量，在該結構中，液晶元件設置在一對極化板之間，所述極化板被設置使得如實際的顯示裝置那樣，其極化方向互相垂直；Y表示通過這樣一種結構透射的光的量，在該結構中，一對極化板被設置使得它們的光透射軸或光吸收軸互相平行(平行的Nicols)，並且其中液晶元件不位於一對極化板之間。
[公式2]透射光的歸一化強度[%]=X/Y×100 (2)
由水準軸表示的圖元電位指的是施加到圖元電極的電位與 施加到公共電極的電位之間的差。施加到圖元電極的電位與施加到公共電極的電位之間的差的單位是V(伏)。
為了比較，在對對電極施不加電位(圖53A)和對對電極施加電位(圖53B)的條件下對包括對電極的結構進行了評估。
對對電極不施加電位的情況和對對電極施加電位的情況進行比較。在後一種情況下，在信號線電位為0V時的VT特性(圖53B中的虛線1012)與信號線電位為6V時的VT特性(圖53B中的實線1013)之間沒有發生偏差(圖53B中，虛線1012和實線1013互相重合)。如圖53A中所示相反地，在不對對電極施加電位的情況下，在信號線電位為0V時的VT特性(圖中的虛線1010)與信號線電位為6V時的VT特性(圖中的實線1011)之間發生偏差。
在圖53C和圖53D中，作為灰度級別的偏差，垂直軸表示信號線電位為0V時的透射光的強度與信號線電位為6V時的透射光的強度之間的偏差。由水準軸表示的圖元電位指的是施加到圖元電極的電位和施加到公共電極的電位之間的差。在對對電極施加電位的情況下，由線1008示出了的灰度級別的偏差量在2個灰度級別之內；在不對對電極施加電位的情況下，由線1009示出了的灰度級別的偏差量覆蓋5個灰度級別。
一般地說，用戶可以覺察的灰度級別的偏差的最小量是大約2個灰度級別；因此，只要偏差量在2個灰度級別之內，用戶便覺察不到灰度級別的偏差。如果在顯示裝置中灰度級別的偏差以規則的時間間隔重複，則用戶會將其感知為閃爍；因此灰度級別的偏差需要被減少到使用者覺察不到的程度。
這個例子表明，圖42所示的圖元電極的佈局減少了顯示閃爍。
[例3]
在這個例子中，為了支持例2中液晶配向的計算結果，製造了其中設置了對電極並且適用包括氧化物半導體的電晶體的顯示裝置，並檢查了灰度偏差是否被抑制。表3示出了製造的顯示裝置的規格。
使用圖42的圖元電極圖案。關於顯示裝置中的對電極的佈局，例如，可以參看實施例11中圖39、圖40和圖41中的導電膜的佈局的描述。
圖54A和54B示出了結果。圖54A示出了本例中製造的顯示裝置的灰度級別的時間變化的特性。根據圖54A，具有對電極的顯示裝置的 灰度級別的偏差(其由特性曲線1020指示)最多為2個灰度級別，而沒有對電極的顯示裝置的灰度級別的最大偏差(其由特性曲線1016示出)接近於10個灰度級別。
圖54A的結果表明，對電極抑制灰度級別偏差。此外，在使用具有負的介電常數各向異性的材料製成的顯示裝置中，能夠減少由於歸因於液晶分子的極化的彎電效應所導致的閃爍。
圖54B示出了正在顯示圖像的顯示裝置的照片。通過使用本發明的一個實施例，能夠進行良好的顯示。
此外，檢查了本例中描述的顯示裝置的幀頻率的降低是否導致一幀中灰度級別的改變。圖55示出了初始特性。圖55中所有的線1028(其以256個灰度級別示出了隨時間的變化)幾乎是恒定地平坦的，與經過的時間無關。這些結果證實，在任何灰度級別都未看到顯著的隨時間的改變。
下面給出另一個檢查的結果。在具有不同厚度的用於將作為信號線的導電膜21c與作為圖元電極的氧化物半導體膜19c絕緣開的絕緣膜的結構中，檢查了在各個灰度級別下透射光的量的偏差量的變化。對於上述的絕緣膜，例如，參見圖2中的絕緣膜23和25的描述，圖2是實施例1中的顯示裝置80的顯示部分71的示意截面圖。
圖56A對應於圖2中的顯示裝置80的顯示部分71的一個示意截面圖。即，沿點畫線S1-T1截取的示意截面圖。厚度1030指的是上述絕緣膜的厚度。
圖56B示出了在使用厚度1030作為參數的情況下，作為灰度級別的函數的透射光的強度的偏差量。圖56B的垂直軸表示在信號線電位為 0V時的透射光的強度與信號線電位為6V時的透射光的強度之間的偏差，作為灰度級別的偏差。水準軸示出了灰度級別。與連接厚度1030為0.45μm的情況下的值(填充的圓)的線1032以及連接厚度1030為0.65μm的情況下的值(填充的三角形)的線1034相比，連接厚度1030為0.85μm的情況下的值(空心圓)的線具有小的灰度級別偏差範圍。
這個例子證實，厚度1030的增加可以有效地抑制由從作為信號線的導電膜21c到作為圖元電極的氧化物半導體膜19c的電場引起的灰度級別的偏差。
本說明書基於2015年3月26日在日本專利局提交的序號為2015-065357的日本專利申請，其全部內容通過引用被包括在本說明書中。
13‧‧‧導電膜
29‧‧‧公共電極
52‧‧‧電晶體
55‧‧‧電容器
19a‧‧‧氧化物半導體膜
19b‧‧‧氧化物半導體膜
21a‧‧‧導電膜
21b‧‧‧導電膜
70a‧‧‧圖元
70b‧‧‧圖元
522a‧‧‧區域
522b‧‧‧區域
524a‧‧‧區域
524b‧‧‧區域
524c‧‧‧區域
526a‧‧‧區域
526b‧‧‧區域
526c‧‧‧區域
528a‧‧‧區域
528b‧‧‧區域

Claims (19)

  1. 一種包括圖元的顯示裝置，所述圖元包括：第一電極；第二電極；液晶；以及第一襯底，其中所述第一電極和所述第二電極位於所述襯底上，其中所述液晶被在所述第一電極與所述第二電極之間產生的電場驅動，其中所述圖元包括第一區域和第二區域，其中，當從上方看時，所述圖元包括：在所述第一區域中，所述第一電極和所述第二電極之間的距離是恒定的，所述第一電極和所述第二電極之間的距離在所述第一區域和所述第二區域之間是不同的，以及其中所述第一電極和所述第二電極中的一個是圖元電極，所述第一電極和所述第二電極中的另一個是公共電極。
  2. 如請求項1所述的顯示裝置，還包括第三電極和第二襯底，其中所述第三電極位於所述第二襯底的面向所述第一襯底的一側上，以及其中所述液晶由在所述第一到第三電極之間產生的電場驅動。
  3. 如請求項1所述的顯示裝置，還包括開關元件，其中所述開關元件電連接到所述第一電極和所述第二電極中的一個。
  4. 如請求項3所述的顯示裝置，其中所述開關元件位於所述第一襯底上。
  5. 如請求項3所述的顯示裝置，其中所述開關元件是場效應電晶體。
  6. 如請求項3所述的顯示裝置，其中所述開關元件包括氧化物半導體。
  7. 如請求項1所述的顯示裝置，還包括在所述第一電極和所述第二電極之間的絕緣膜。
  8. 如請求項1所述的顯示裝置，其中所述第一電極包括第三區域和第四區域，所述第二電極包括第五區域和第六區域，其中，當從上方看時，所述第三區域對所述第四區域是線對稱的，以及其中，當從上方看時，所述第五區域對所述第六區域是線對稱的。
  9. 一種電子設備，包括：如請求項1所述的顯示裝置；和開關、揚聲器以及殼體中的至少一個。
  10. 一種包括圖元的顯示裝置，所述圖元包括：第一電極；第二電極；液晶；以及第一襯底，其中所述第一電極和所述第二電極位於所述第一襯底上，其中所述液晶被在所述第一電極與所述第二電極之間產生的電場驅動，其中所述圖元包括第一區域和第二區域，其中，在所述第一區域中，當從上方看時，所述第一電極的一部分平行於所述第二電極的一部分，其中，在所述第二區域中，當從上方看時，所述第一電極的一部分朝向所述第二電極的一部分彎曲，以及其中所述第一電極和所述第二電極中的一個是圖元電極，所述第一電極和所述第二電極中的另一個是公共電極。
  11. 如請求項10所述的顯示裝置，還包括第三電極和第二襯底，其中所述第三電極位於所述第二襯底的面向所述第一襯底的一側上，以及其中所述液晶由所述第一到第三電極之間產生的電場驅動。
  12. 如請求項10所述的顯示裝置，還包括開關元件，其中所述開關元件電連接到所述第一電極和所述第二電極中的一個。
  13. 如請求項10所述的顯示裝置，還包括在所述第一電極和所述第二電極之間的絕緣膜。
  14. 如請求項10所述的顯示裝置，其中所述第一電極包括第三區域和第四區域，所述第二電極包括第五區域和第六區域，其中，當從上方看時，所述第三區域對所述第四區域是線對稱的，以及其中，當從上方看時，所述第五區域對所述第六區域是線對稱的。
  15. 一種包括圖元的顯示裝置，所述圖元包括：第一電極；第二電極；液晶；以及第一襯底，其中，所述第一電極和所述第二電極位於所述第一襯底上，其中，所述液晶被在所述第一電極與所述第二電極之間產生的電場驅動，其中，所述圖元包括第一區域和第二區域，其中，在所述第一區域中，當從上方看時，所述第一電極的一部分平行於所述第二電極的一部分， 其中，在所述第二區域中，當從上方看時，所述第一電極的一部分朝向所述第二電極的一部分彎曲，以及其中，所述第一電極和所述第二電極之間的距離在所述第一區域與所述第二區域之間不同。
  16. 如請求項15所述的顯示裝置，還包括第三電極和第二襯底，其中所述第三電極位於所述第二襯底的面向所述第一襯底的一側上，以及其中所述液晶由在所述第一到第三電極之間產生的電場驅動。
  17. 如請求項15所述的顯示裝置，還包括開關元件，其中所述開關元件電連接到所述第一電極和所述第二電極中的一個。
  18. 如請求項15所述的顯示裝置，還包括在所述第一電極和所述第二電極之間的絕緣膜。
  19. 如請求項15所述的顯示裝置，其中所述第一電極包括第三區域和第四區域，所述第二電極包括第五區域和第六區域，其中，當從上方看時，所述第三區域對所述第四區域是線對稱的，以及其中，當從上方看時，所述第五區域對所述第六區域是線對稱的。
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