TW201921703A - 半導體裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明的一個方式提供一種使用氧化物半導體的通態電流較大的半導體裝置。該半導體裝置包括設置在驅動電路部的第一電晶體及設置在像素部的第二電晶體，第一電晶體與第二電晶體的結構不同。另外，第一電晶體及第二電晶體是頂閘極結構的電晶體，並在氧化物半導體膜中的不與閘極電極重疊的區域中包含雜質元素。在氧化物半導體膜中，包含雜質元素的區域具有低電阻區域的功能。另外，在氧化物半導體膜中，包含雜質元素的區域與包含氫的膜接觸。另外，設置在驅動電路部的第一電晶體可以包括層疊有第一膜及第二膜的氧化物半導體膜，設置在像素部的第二電晶體也可以包括其金屬元素的原子個數比與第一膜不同的氧化物半導體膜。
Description
本發明的一個方式係關於一種使用氧化物半導體膜的半導體裝置及使用該半導體裝置的顯示裝置。
注意，本發明的一個方式不侷限於上述技術領域。本說明書等所公開的發明的一個方式的技術領域係關於一種物體、方法或製造方法。或者，本發明係關於一種製程(process)、機器(machine)、產品(manufacture)或組合物(composition of matter)。本發明的一個方式尤其係關於一種半導體裝置、顯示裝置、發光裝置、蓄電裝置、記憶體裝置以及其驅動方法或其製造方法。
注意，在本說明書等中，半導體裝置是指能夠藉由利用半導體特性而工作的所有裝置。除了電晶體等半導體元件，半導體電路、算術裝置或記憶體裝置也是半導體裝置的一個方式。攝像裝置、顯示裝置、液晶顯示裝置、發光裝置、電光裝置、發電裝置(包括薄膜太陽能電池、有機薄膜太陽能電池等)及電子裝置有時包括半導體裝置。
藉由利用形成在具有絕緣表面的基板上的半導體薄膜來構成電晶體(也稱為薄膜電晶體(TFT))的技術受到關注。該電晶體被廣泛地應用於如積體電路(IC)、影像顯示裝置(顯示裝置)等電子裝置。作為可以應用於電晶體的半導體薄膜，以矽為代表的半導體材料被周知，而作為其他材料，氧化物半導體受到關注。
例如，專利文獻1公開一種技術，其中作為氧化物半導體使用包含In、Zn、Ga、Sn等的非晶氧化物製造電晶體。
[專利文獻1]日本專利申請公開第2006-165529號公報
作為使用氧化物半導體膜的電晶體，例如，可以舉出反交錯型(也稱為底閘極結構)或平面型(也稱為頂閘極結構)等。當將使用氧化物半導體膜的電晶體應用於顯示裝置時，反交錯型電晶體比平面型電晶體的製程簡單而可以抑制製造成本，所以利用反交錯型電晶體的情況較多。然而，隨著顯示裝置的螢幕的大型化或顯示裝置的影像的高清晰化(例如，典型為4k×2k(水平方向像素數=3840像素，垂直方向像素數=2160像素)或8k×4k(水平方向像素數=7680像素，垂直方向像素數=4320像素)的高清晰的顯示裝置)，有如下問題：在反交錯型電晶體中，閘極電極與源極電極及汲極電極之間有寄生電容，該寄生電容導致信號延遲等變大，而使顯示裝置的影像品質劣化。另 外，反交錯型電晶體有與平面型電晶體相比電晶體的佔有面積較大的問題。於是，作為使用氧化物半導體膜的平面型電晶體，期待著如下電晶體的開發：具有穩定的半導體特性及較高的可靠性的結構並由簡單的製程形成。
鑒於上述問題，本發明的一個方式的目的之一是提供一種使用氧化物半導體的新穎的半導體裝置。尤其是，本發明的一個方式的目的之一是提供一種使用氧化物半導體的平面型半導體裝置。另外，本發明的一個方式的目的之一是提供一種使用氧化物半導體的通態電流(on-state current)大的半導體裝置，提供一種使用氧化物半導體的關態電流(off-state current)小的半導體裝置，提供一種使用氧化物半導體的佔有面積小的半導體裝置，提供一種使用氧化物半導體的具有穩定的電特性的半導體裝置，提供一種使用氧化物半導體的可靠性高的半導體裝置，提供一種新穎的半導體裝置，提供一種新穎的顯示裝置。
注意，上述目的的記載不妨礙其他目的的存在。此外，本發明的一個方式並不需要解決所有上述目的。上述以外的目的從說明書等的記載看來顯而易見，且可以從說明書等的記載中抽出上述以外的目的。
本發明的一個方式是包括設置在驅動電路部的第一電晶體及設置在像素部的第二電晶體的半導體裝置，其中第一電晶體與第二電晶體的結構不同。另外，第 一電晶體及第二電晶體是頂閘極結構的電晶體，在各電晶體的氧化物半導體膜中，在不與閘極電極重疊的區域中包含雜質元素。在氧化物半導體膜中，包含雜質元素的區域具有低電阻區域的功能。另外，在氧化物半導體膜中，包含雜質元素的區域與包含氫的膜接觸。另外，也可以包括：在包含氫的膜的開口部中與包含雜質元素的區域接觸的具有源極電極及汲極電極的功能的導電膜。
本發明的一個方式是包括設置在驅動電路部的第一電晶體、設置在像素部的第二電晶體及第三電晶體的半導體裝置，並且至少第二電晶體與第三電晶體的結構不同。另外，第一電晶體至第三電晶體是頂閘極結構的電晶體，在各電晶體的氧化物半導體膜中，在不與閘極電極重疊的區域中包含雜質元素。另外，在氧化物半導體膜中，包含雜質元素的區域與包含氫的膜接觸。另外，也可以包括：在包含氫的膜的開口部中與包含雜質元素的區域接觸的具有源極電極及汲極電極的功能的導電膜。
注意，設置在驅動電路部的第一電晶體也可以包括隔著氧化物半導體膜重疊的兩個閘極電極。
注意，設置在驅動電路部的第一電晶體及設置在像素部的第三電晶體也可以包括隔著氧化物半導體膜重疊的兩個閘極電極。
另外，設置在驅動電路部的第一電晶體可以包括層疊有第一膜及第二膜的氧化物半導體膜，設置在像素部的第二電晶體也可以包括其原子個數比與第一膜的金 屬元素的原子個數比不同的氧化物半導體膜。再者，第二電晶體中的氧化物半導體膜也可以與第一電晶體的氧化物半導體膜中的第二膜的金屬元素的原子個數比相同。
另外，設置在像素部的第三電晶體可以包括層疊有第一膜及第二膜的氧化物半導體膜，設置在像素部的第二電晶體也可以包括其原子個數比與第一膜的金屬元素的原子個數比不同的氧化物半導體膜。再者，第二電晶體中的氧化物半導體膜也可以與第三電晶體的氧化物半導體膜中的第二膜的金屬元素的原子個數比相同。
另外，設置在驅動電路部的第一電晶體及設置在像素部的第三電晶體可以各包括層疊有第一膜及第二膜的氧化物半導體膜，並且第一膜及第二膜的金屬元素的原子個數比也可以不同。
作為雜質元素，有氫、硼、碳、氮、氟、鋁、矽、磷、氯或稀有氣體元素。
在氧化物半導體膜中，藉由包括稀有氣體元素、硼、碳、氮、氟、鋁、矽、磷及氯中的至少一個雜質元素以及氫，導電性得到提高。因此，在氧化物半導體膜中，藉由在不與閘極電極重疊的區域中具有包含該雜質元素的區域，並使包含雜質元素的區域與源極電極及汲極電極接觸，能夠降低電晶體的寄生電阻及寄生電容，而成為通態電流高的電晶體。
藉由本發明的一個方式，可以提供一種使用氧化物半導體的新穎的半導體裝置。尤其是，可以提供一 種使用氧化物半導體的平面型半導體裝置。可以提供一種使用氧化物半導體的通態電流大的半導體裝置。可以提供一種使用氧化物半導體的關態電流小的半導體裝置。可以提供一種使用氧化物半導體的佔有面積小的半導體裝置。可以提供一種使用氧化物半導體的具有穩定的電特性的半導體裝置。可以提供一種使用氧化物半導體的可靠性高的半導體裝置。可以提供一種新穎的半導體裝置。可以提供一種新穎的顯示裝置。
注意，這些效果的記載不妨礙其他效果的存在。本發明的一個方式並不一定必須要具有所有上述效果。另外，說明書、圖式以及申請專利範圍等的記載中顯然存在上述效果以外的效果，可以從說明書、圖式以及申請專利範圍等的記載中獲得上述效果以外的效果。
100a‧‧‧電晶體
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101‧‧‧基板
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104‧‧‧絕緣膜
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105‧‧‧氧化物半導體膜
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113‧‧‧開口部
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126‧‧‧絕緣膜
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128‧‧‧開口部
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142‧‧‧氧化物半導體膜
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143‧‧‧氧化物半導體膜
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145d‧‧‧膜
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146d‧‧‧氧
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149a‧‧‧通道區域
149b‧‧‧低電阻區域
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161‧‧‧氮化物絕緣膜
162‧‧‧氮化物絕緣膜
500‧‧‧FET
501‧‧‧基板
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504B‧‧‧發光元件
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506‧‧‧導電膜
506a‧‧‧導電膜
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509‧‧‧結構體
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522‧‧‧電晶體
541‧‧‧像素電路
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544‧‧‧驅動電路部
544a‧‧‧閘極驅動器
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546‧‧‧保護電路
547‧‧‧端子部
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600‧‧‧外殼
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603‧‧‧揚聲器
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605‧‧‧操作鍵
606‧‧‧連接端子
607‧‧‧感測器
608‧‧‧麥克風
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612‧‧‧顯示部
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700a‧‧‧顯示裝置
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710‧‧‧信號線
711‧‧‧佈線部
712‧‧‧密封材料
716‧‧‧FPC
719‧‧‧絕緣膜
720‧‧‧黏合劑
730‧‧‧絕緣膜
732‧‧‧密封膜
734‧‧‧絕緣膜
736‧‧‧彩色膜
738‧‧‧遮光膜
739‧‧‧絕緣膜
740‧‧‧黏合劑
750‧‧‧電晶體
752‧‧‧電晶體
760‧‧‧連接電極
766‧‧‧絕緣膜
770‧‧‧平坦化絕緣膜
772‧‧‧導電膜
774‧‧‧導電膜
775‧‧‧液晶元件
776‧‧‧液晶層
778‧‧‧結構體
780‧‧‧異方性導電膜
782‧‧‧發光元件
784‧‧‧導電膜
786‧‧‧EL層
788‧‧‧導電膜
790‧‧‧電容元件
5100‧‧‧顆粒
5120‧‧‧基板
5161‧‧‧區域
8000‧‧‧顯示模組
8001‧‧‧上蓋
8002‧‧‧下蓋
8003‧‧‧FPC
8004‧‧‧觸控面板
8005‧‧‧FPC
8006‧‧‧顯示面板
8007‧‧‧背光
8008‧‧‧光源
8009‧‧‧框架
8010‧‧‧印刷基板
8011‧‧‧電池
在圖式中：圖1A和圖1B是說明半導體裝置的一個方式的俯視圖；圖2A和圖2B是說明半導體裝置的一個方式的剖面圖；圖3A和圖3B是說明半導體裝置的一個方式的剖面圖；圖4A至圖4C是說明半導體裝置的製造方法的一個方式的剖面圖； 圖5A至圖5C是說明半導體裝置的製造方法的一個方式的剖面圖；圖6A和圖6B是說明半導體裝置的製造方法的一個方式的剖面圖；圖7A和圖7B是說明半導體裝置的一個方式的俯視圖；圖8A和圖8B是說明半導體裝置的一個方式的剖面圖；圖9A和圖9B是說明半導體裝置的一個方式的剖面圖；圖10A和圖10B是說明半導體裝置的一個方式的剖面圖；圖11A至圖11C是說明半導體裝置的一個方式的俯視圖；圖12是說明半導體裝置的一個方式的剖面圖；圖13是說明半導體裝置的一個方式的剖面圖；圖14是說明半導體裝置的一個方式的剖面圖；圖15是說明半導體裝置的一個方式的剖面圖；圖16是說明半導體裝置的一個方式的剖面圖；圖17是說明半導體裝置的一個方式的剖面圖；圖18A至圖18C是說明半導體裝置的一個方式的俯視圖；圖19是說明半導體裝置的一個方式的剖面圖；圖20是說明半導體裝置的一個方式的剖面圖； 圖21A至圖21C是說明半導體裝置的一個方式的俯視圖；圖22是說明半導體裝置的一個方式的剖面圖；圖23是說明半導體裝置的一個方式的剖面圖；圖24A和圖24B是說明半導體裝置的製造方法的一個方式的剖面圖；圖25A和圖25B是說明半導體裝置的製造方法的一個方式的剖面圖；圖26A和圖26B是說明半導體裝置的製造方法的一個方式的剖面圖；圖27A和圖27B是說明半導體裝置的製造方法的一個方式的剖面圖；圖28A和圖28B是說明根據本發明的一個方式的電晶體的能帶結構的圖；圖29A至圖29F是說明電晶體的結構的剖面圖；圖30A至圖30F是說明電晶體的結構的剖面圖；圖31A至圖31E是說明電晶體的結構的剖面圖；圖32A和圖32B是說明電晶體的結構的剖面圖；圖33A至圖33D是說明電晶體的結構的剖面圖；圖34A和圖34B是說明電晶體的製程的剖面圖；圖35是說明計算模型的圖；圖36A和圖36B是說明初始狀態及最終狀態的圖；圖37是說明活化能的圖；圖38A和圖38B是說明初始狀態及最終狀態的圖； 圖39是說明活化能的圖；圖40是說明VOH的遷移能階的圖；圖41A至圖41D是說明顯示裝置的方塊圖及電路圖；圖42是說明顯示裝置的一個方式的俯視圖；圖43A和圖43B是說明顯示裝置的一個方式的剖面圖；圖44A和圖44B是說明顯示裝置的一個方式的剖面圖；圖45是說明發光裝置的像素部的結構的剖面圖；圖46是說明顯示模組的圖；圖47A至圖47G是說明電子裝置的圖；圖48是說明電阻率的溫度依賴性的圖；圖49A至圖49D是CAAC-OS的剖面的Cs校正高解析度TEM影像以及CAAC-OS的剖面示意圖；圖50A至圖50D是CAAC-OS的平面的Cs校正高解析度TEM影像；圖51A至圖51C是說明藉由XRD得到的CAAC-OS以及單晶氧化物半導體的結構分析的圖；圖52A和圖52B是示出CAAC-OS的電子繞射圖案的圖；圖53是示出藉由電子照射的In-Ga-Zn氧化物的結晶部的變化的圖。
下面，參照圖式詳細說明本發明的實施方式。但是，本發明不侷限於以下說明，所屬技術領域的普通技術人員可以很容易地理解一個事實就是其方式及詳細內容在不脫離本發明的精神及其範圍的情況下可以被變換為各種各樣的形式。因此，本發明不應該被解釋為僅限定在以下所示的實施方式所記載的內容中。
另外，為了便於理解，有時在圖式等中示出的各結構的位置、大小及範圍等並不表示其實際的位置、大小及範圍等。因此，所公開的發明不一定侷限於圖式等所公開的位置、大小、範圍等。
另外，在本說明書等中使用的“第一”、“第二”、“第三”等序數詞是為了方便識別構成要素而附的，而不是為了在數目方面上進行限定的。
在本說明書等中，“上”或“下”不侷限於構成要素的位置關係為“直接在...之上”或“直接在...之下”。例如，“閘極絕緣膜上的閘極電極”包括在閘極絕緣層和閘極電極之間包含其他構成要素的情況。
另外，在本說明書等中，“電極”或“佈線”不在功能上限定其構成要素。例如，有時將“電極”用作“佈線”的一部分，反之亦然。再者，“電極”或“佈線”還包括多個“電極”或“佈線”被形成為一體的情況等。
另外，在使用極性不同的電晶體的情況或在電路工作中在電流方向變化的情況等下，“源極”及“汲極” 的功能有時被互相調換。因此，在本說明書等中，“源極”和“汲極”可以被互相調換。
注意，在本說明書等中，“電連接”包括隔著“具有某種電作用的元件”連接的情況。在此，“具有某種電作用的元件”只要可以進行連接目標間的電信號的發送和接收，就對其沒有特別的限制。例如，“具有某種電作用的元件”不僅包括電極和佈線，而且還包括電晶體等切換元件、電阻元件、電感器、電容器、其他具有各種功能的元件等。
在本實施方式中，參照圖1A至圖10B對半導體裝置及半導體裝置的製造方法的一個方式進行說明。
圖1A至圖2B示出頂閘極結構的電晶體作為包括在半導體裝置中的電晶體的一個例子。在此，作為半導體裝置的一個例子，對顯示裝置進行說明。另外，說明分別設置在顯示裝置的驅動電路部及像素部的電晶體的結構。在本實施方式中，設置在驅動電路部的電晶體與設置在像素部的電晶體的不同之處在於氧化物半導體膜的結構。
圖1A和圖1B示出設置在驅動電路部的電晶體100g及設置在像素部的電晶體100h的俯視圖，圖2A和圖2B示出電晶體100g、100h的剖面圖。圖1A是電晶 體100g的俯視圖，圖1B是電晶體100h的俯視圖。圖2A是圖1A的點劃線A-B間的剖面圖以及圖1B的點劃線C-D間的剖面圖。圖2B是圖1A的點劃線G-H間的剖面圖以及圖1B的點劃線I-J間的剖面圖。注意，在圖1A和圖1B中，為了明確起見，省略基板101、絕緣膜104、絕緣膜126、絕緣膜127等。另外，圖2A是電晶體100g、100h的通道長度方向上的剖面圖。此外，圖2B是電晶體100g、100h的通道寬度方向上的剖面圖。
注意，在後面的俯視圖中有時也與電晶體100g及電晶體100h同樣地省略構成要素的一部分。另外，有時將點劃線A-B方向及點劃線C-D方向稱為通道長度方向，並將點劃線G-H方向及點劃線I-J方向稱為通道寬度方向。
圖2A和圖2B所示的電晶體100g包括：形成在基板101上的絕緣膜104上的多層膜107；接觸於多層膜107的絕緣膜116；以及隔著絕緣膜116與多層膜107重疊的導電膜119。導電膜119具有閘極電極的功能。絕緣膜116具有閘極絕緣膜的功能。多層膜107包括通道區域107a及低電阻區域107b、107c。此外，通道區域107a包括接觸於絕緣膜104的通道區域105a及接觸於通道區域105a的通道區域106a。低電阻區域107b包括接觸於絕緣膜104的低電阻區域105b及接觸於低電阻區域105b的低電阻區域106b。低電阻區域107c包括接觸於絕緣膜104的低電阻區域105c及接觸於低電阻區域105c的低電 阻區域106c。注意，雖然在圖2A和圖2B中未圖示，但是將包括通道區域105a、低電阻區域105b及低電阻區域105c的氧化物半導體膜稱為氧化物半導體膜105，並將包括通道區域106a、低電阻區域106b及低電阻區域106c的氧化物半導體膜稱為氧化物半導體膜106。也就是說，多層膜107層疊有氧化物半導體膜105及氧化物半導體膜106。
注意，在俯視形狀中，氧化物半導體膜106的端部位於氧化物半導體膜105的端部的外側。也就是說，氧化物半導體膜106覆蓋氧化物半導體膜105的頂面及側面。
另外，在電晶體100g中，設置有接觸於低電阻區域107b、107c的絕緣膜126。此外，也可以在絕緣膜126上設置絕緣膜127。另外，設置有在絕緣膜126及絕緣膜127的開口部128、129中接觸於多層膜107的低電阻區域107b、107c的導電膜134、135。
電晶體100h包括：形成於基板101上的絕緣膜104之上的氧化物半導體膜108；接觸於氧化物半導體膜108的絕緣膜117；以及隔著絕緣膜117與氧化物半導體膜108重疊的導電膜120。
導電膜120具有閘極電極的功能。另外，絕緣膜117具有閘極絕緣膜的功能。
氧化物半導體膜108包括：與導電膜120重疊的通道區域108a；以及夾著該通道區域108a的低電阻 區域108b、108c。
另外，在電晶體100h中，設置有接觸於低電阻區域108b、108c的絕緣膜126。此外，也可以在絕緣膜126上設置絕緣膜127。另外，設置有在絕緣膜126及絕緣膜127的開口部130、131中接觸於氧化物半導體膜108的低電阻區域108b、108c的導電膜136、137。
注意，較佳為以覆蓋導電膜134、135、136、137的方式設置氮化物絕緣膜162。藉由設置氮化物絕緣膜162，能夠防止來自外部的雜質擴散。
在電晶體100g及電晶體100h中，多層膜107中的氧化物半導體膜105與氧化物半導體膜108的組成不同。另一方面，多層膜107中的氧化物半導體膜106與氧化物半導體膜108的組成相同。也就是說，氧化物半導體膜105及氧化物半導體膜108藉由不同的製程形成，而氧化物半導體膜106及氧化物半導體膜108藉由相同的製程形成。
在電晶體100g中，通道形成在氧化物半導體膜105中。因此，氧化物半導體膜105比氧化物半導體膜106厚。
氧化物半導體膜105的厚度為3nm以上且200nm以下，或10nm以上且50nm以下，或20nm以上且35nm以下。氧化物半導體膜106、108的厚度為3nm以上且200nm以下，或3nm以上且100nm以下，或10nm以上且100nm以下，或30nm以上且50nm以下。
氧化物半導體膜105、106、108由至少包含In的金屬氧化物形成，典型的是由In-Ga氧化物、In-M-Zn氧化物(M為Mg、Al、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf)等形成。藉由使氧化物半導體膜105的銦含量多於氧化物半導體膜106，能夠在電晶體100g中形成埋入通道。因此，能夠降低電晶體100g的臨界電壓的變動，並可以降低通道電阻，對於該情況將在後面所述的〈能帶結構〉中詳細地說明。
氧化物半導體膜105的In的原子個數比大於M(M為Mg、Al、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf)的原子個數比。當氧化物半導體膜105包含In-M-Zn氧化物(M為Mg、Al、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf)時，在用來形成氧化物半導體膜105的靶材中的金屬元素的原子個數比為In：M：Zn=x1：y1：z1的情況下，x1/y1較佳為大於1且6以下。作為靶材的金屬元素的原子個數比的代表例子，有In：M：Zn=2：1：1.5、In：M：Zn=2：1：2.3、In：M：Zn=2：1：3、In：M：Zn=3：1：2、In：M：Zn=3：1：3、In：M：Zn=3：1：4等。
氧化物半導體膜106、108的In的原子個數比等於或小於M(M為Mg、Al、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf)的原子個數比。當氧化物半導體膜106、108包含In-M-Zn氧化物(M為Mg、Al、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf)時，在用來形成氧化物半導體膜106、108的靶材的金屬元素的原子個數比為In：M： Zn=x2：y2：z2的情況下，x2/y2較佳為1/6以上且1以下。另外，z2/y2較佳為1/3以上且6以下，更佳為1以上且6以下。藉由使z2/y2為1以上且6以下，作為氧化物半導體膜106、108的CAAC-OS(C-Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor：c軸配向結晶氧化物半導體)膜的形成變得容易。作為靶材的金屬元素的原子個數比的代表例子，有In：M：Zn=1：1：1、In：M：Zn=1：1：1.2、In：M：Zn=1：3：2、In：M：Zn=1：3：4、In：M：Zn=1：3：6、In：M：Zn=1：3：8、In：M：Zn=1：4：4、In：M：Zn=1：4：5、In：M：Zn=1：4：6、In：M：Zn=1：4：7、In：M：Zn=1：4：8、In：M：Zn=1：5：5、In：M：Zn=1：5：6、In：M：Zn=1：5：7、In：M：Zn=1：5：8、In：M：Zn=1：6：8等。
作為電晶體100g，由於通道形成在在In的原子個數比大於M(M為Mg、Al、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf)的原子個數比的氧化物半導體膜105中，因此場效移動率高。典型的是場效移動率為大於10cm2/Vs且小於60cm2/Vs，較佳為15cm2/Vs以上且小於50cm2/Vs的電晶體。然而，當被照射光時，關態電流增大。因此，藉由在驅動電路部設置遮光膜，實現場效移動率高且關態電流低的電晶體。其結果是，可以製造能夠進行高速工作的驅動電路部。
另一方面，作為電晶體100h，由於通道形成在在In的原子個數比等於或小於M(M為Mg、Al、Ti、 Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf)的原子個數比的氧化物半導體膜中，因此即使對氧化物半導體膜照射光，關態電流的增大量也少。因此，藉由在像素部中設置包括In的原子個數比等於或小於M(M為Mg、Al、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf)的原子個數比的氧化物半導體膜的電晶體，可以製造光照射的劣化少且顯示品質優異的像素部。
另外，在顯示裝置中，包括在驅動電路部及像素部中的電晶體的通道長度也可以不同。
典型的是，可以將驅動電路部所包括的電晶體100g的通道長度設定為小於2.5μm，或1.45μm以上且2.2μm以下。另一方面，可以將像素部所包括的電晶體100h的通道長度設定為2.5μm以上，或2.5μm以上且20μm以下。
藉由將驅動電路部所包括的電晶體100g的通道長度設定為小於2.5μm，較佳為1.45μm以上且2.2μm以下，與像素部所包括的電晶體100h相比，能夠提高場效移動率並增大通態電流。其結果是，可以製造能夠進行高速工作的驅動電路部。
在多層膜107中，在不與導電膜119重疊的區域中具有形成氧缺陷的元素。另外，在氧化物半導體膜108中，在不與導電膜120重疊的區域中具有形成氧缺陷的元素。下面，將藉由對氧化物半導體膜添加而在其中形成氧缺陷的元素稱為雜質元素來進行說明。作為雜質元素 的典型例子，有氫、硼、碳、氮、氟、鋁、矽、磷、氯以及稀有氣體元素等。作為稀有氣體元素的典型例子，有氦、氖、氬、氪以及氙。
另外，絕緣膜126是包含氫的膜，典型的有氮化物絕緣膜。作為氮化物絕緣膜的例子，有氮化矽膜、氮化鋁膜等。藉由使絕緣膜126與多層膜107及氧化物半導體膜108接觸，絕緣膜126所包含的氫擴散到多層膜107及氧化物半導體膜108。其結果是，在多層膜107及氧化物半導體膜108中的與絕緣膜126接觸的區域中，含有多量的氫。
當雜質元素被添加到氧化物半導體時，氧化物半導體中的金屬元素與氧的鍵合被切斷，而形成氧缺陷。當對因添加雜質元素而形成有氧缺陷的氧化物半導體添加氫時，氫進入氧缺陷部，在導帶附近形成施體能階，而氧化物半導體的導電率變高。其結果是，可以形成氧化物導電體。因此，氧化物導電體具有透光性。在此，將導電體化的氧化物半導體稱為氧化物導電體。
氧化物導電體是簡併半導體，可以推測其導帶邊緣能階與費米能階一致或大致一致。因此，氧化物導電體膜與具有源極電極及汲極電極的功能的導電膜之間的接觸為歐姆接觸，可以降低氧化物導電體膜與具有源極電極及汲極電極的功能的導電膜之間的接觸電阻。
換言之，低電阻區域107b、107c、108b、108c具有源極區域及汲極區域的功能。
另外，當使用鎢、鈦、鋁、銅、鉬、鉻、鉭或這些元素的合金等容易與氧鍵合的導電材料形成導電膜134、135、136、137時，氧化物半導體膜所包含的氧與導電膜134、135、136、137所包含的導電材料鍵合，在多層膜107及氧化物半導體膜108中形成氧缺陷。另外，有時形成導電膜134、135、136、137的導電材料的構成元素的一部分混入到多層膜107及氧化物半導體膜108中。其結果是，與導電膜134、135、136、137接觸的低電阻區域107b、107c、108b、108c的導電性提高，並具有源極區域及汲極區域的功能。
當雜質元素為稀有氣體元素且使用濺射法形成多層膜107及氧化物半導體膜108時，低電阻區域107b、107c、108b、108c分別包含稀有氣體元素，並且與通道區域107a、108a相比，低電阻區域107b、107c、108b、108c的稀有氣體元素濃度較高。這是因為，由於當使用濺射法形成多層膜107及氧化物半導體膜108時，作為濺射氣體使用稀有氣體，因此多層膜107及氧化物半導體膜108包含稀有氣體，並且為了在低電阻區域107b、107c、108b、108c中形成氧缺陷，有意地添加稀有氣體。注意，在低電阻區域107b、107c、108b、108c中，也可以添加與通道區域107a、108a不同的稀有氣體元素。
另外，低電阻區域107b、107c因為與絕緣膜126接觸，所以與通道區域107a相比氫濃度較高。另 外，低電阻區域108b、108c因為與絕緣膜126接觸，所以與通道區域108a相比氫濃度較高。
在低電阻區域107b、107c、108b、108c中，可以使藉由二次離子質譜分析法得到的氫濃度為8×1019atoms/cm3以上、1×1020atoms/cm3以上或5×1020atoms/cm3以上。可以使通道區域107a、108a的藉由二次離子質譜分析法得到的氫濃度為5×1019atoms/cm3以下、1×1019atoms/cm3以下、5×1018atoms/cm3以下、1×1018atoms/cm3以下、5×1017atoms/cm3以下或1×1016atoms/cm3以下。
與通道區域107a、108a相比，低電阻區域107b、107c、108b、108c的氫濃度高且因稀有氣體元素的添加而產生的氧缺陷量較多。因此，導電性變高，並且具有源極區域及汲極區域的功能。典型的是，低電阻區域107b、107c、108b、108c的電阻率可以為1×10-3Ωcm以上且低於1×104Ωcm，或者1×10-3Ωcm以上且低於1×10-1Ωcm。
注意，在低電阻區域107b、107c、108b、108c中，當氫的量與氧缺陷的量相同或比氧缺陷的量少時，氫容易被氧缺陷俘獲，而不容易擴散到通道區域107a、108a。其結果是，可以製造常關閉(normally-off)特性的電晶體。
另外，在低電阻區域107b、107c、108b、108c中，當氧缺陷的量比氫的量多時，藉由控制氫的 量，可以控制低電阻區域107b、107c、108b、108c的載子密度。或者，在低電阻區域107b、107c、108b、108c中，當氫的量比氧缺陷的量多時，藉由控制氧缺陷的量，可以控制低電阻區域107b、107c、108b、108c的載子密度。藉由將低電阻區域107b、107c、108b、108c的載子密度設定為5×1018個/cm3以上、1×1019個/cm3以上或1×1020個/cm3以上，可以製造通道區域與具有源極電極及汲極電極的功能的導電膜134、135、136、137之間的電阻小且通態電流大的電晶體。
在本實施方式所示的電晶體100g、100h中，由於在通道區域與具有源極電極及汲極電極的功能的導電膜134、135、136、137之間包括低電阻區域107b、107c、108b、108c，因此寄生電阻較小。
另外，在電晶體100g中，導電膜119不與導電膜134、135重疊。因此，能夠降低導電膜119與導電膜134、135之間的寄生電容。另外，在電晶體100h中，導電膜120不與導電膜136、137重疊。因此，能夠降低導電膜120與導電膜136、137之間的寄生電容。其結果是，當作為基板101使用大面積基板時，能夠降低導電膜119、120、134、135、136、137中的信號延遲。
因此，電晶體100g、100h的通態電流較大，場效移動率較高。
另外，在電晶體100g中，以導電膜119為遮罩，對多層膜107添加雜質元素。另外，在電晶體100h 中，以導電膜120為遮罩，對氧化物半導體膜108添加雜質元素。換言之，可以以自對準的方式形成低電阻區域。
驅動電路部所包括的電晶體100g的通態電流較大且場效移動率較高。因此，可以製造驅動電路部的佔有面積小的顯示裝置。
另外，藉由使用場效移動率較高的電晶體，可以在作為驅動電路部的一個例子的信號線驅動電路中形成解多工器電路。解多工器電路是將一個輸入信號分配到多個輸出中的任一個的電路，因此能夠減少用於輸入信號的輸入端子的數量。例如，一個像素包括紅色子像素、綠色子像素及藍色子像素，並且藉由對各像素設置解多工器電路，可以利用解多工器電路分配對各子像素輸入的輸入信號，因此能夠將輸入端子的數量減少到1/3。
另外，藉由在像素部中設置通態電流較大的電晶體100h，即使在大型顯示裝置或高清晰顯示裝置中佈線的數量增多，也能夠降低各佈線的信號延遲，而能夠抑制顯示的不均勻。
如上所述，藉由使用能夠進行高速工作的電晶體製造驅動電路部，並使用寄生電容及寄生電阻較少的電晶體製造像素部，可以製造高清晰且能夠進行倍速驅動的顯示裝置。
下面詳細說明圖1A和圖1B所示的結構。
作為基板101可以使用各種各樣的基板，而不侷限於特定的基板。作為基板的一個例子，有半導體基 板(例如單晶基板或矽基板)、SOI基板、玻璃基板、石英基板、塑膠基板、金屬基板、不鏽鋼基板、包含不鏽鋼箔的基板、鎢基板、包含鎢箔的基板、撓性基板、貼合薄膜、包含纖維狀材料的紙或者基材薄膜等。作為玻璃基板的一個例子，可以舉出鋇硼矽酸鹽玻璃、鋁硼矽酸鹽玻璃或鈉鈣玻璃等。作為撓性基板、貼合薄膜、基材薄膜等，可以舉出如下例子。例如可以舉出以聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚碸(PES)為代表的塑膠。或者，作為一個例子，可以舉出丙烯酸樹脂等合成樹脂等。或者，作為一個例子，可以舉出聚丙烯、聚氟化乙烯或聚氯乙烯等。或者，作為一個例子，可以舉出聚酯、聚醯胺、聚醯亞胺、芳族聚醯胺、環氧樹脂、無機蒸鍍薄膜、紙等。尤其是，藉由使用半導體基板、單晶基板或SOI基板等製造電晶體，可以製造特性、尺寸或形狀等的不均勻性小、電流能力高且尺寸小的電晶體。當利用上述電晶體構成電路時，可以實現電路的低功耗化或電路的高集成化。
另外，作為基板101，也可以使用撓性基板，並且在撓性基板上直接形成電晶體。或者，也可以在基板101與電晶體之間設置剝離層。剝離層可以在如下情況下使用，即在剝離層上製造半導體裝置的一部分或全部，然後使其從基板101分離並轉置到其他基板上的情況。此時，也可以將電晶體轉置到耐熱性低的基板或撓性基板上。另外，作為上述剝離層，例如可以使用鎢膜與氧化矽 膜的無機膜的層疊結構或在基板上形成有聚醯亞胺等有機樹脂膜的結構等。
作為電晶體所轉置到的基板的一個例子，除了上述可以形成電晶體的基板之外，還可以使用紙基板、玻璃紙基板、芳族聚醯胺薄膜基板、聚醯亞胺薄膜基板、石材基板、木材基板、布基板(包括天然纖維(絲、棉、麻)、合成纖維(尼龍、聚氨酯、聚酯)或再生纖維(醋酯纖維、銅氨纖維、人造纖維、再生聚酯)等)、皮革基板、橡膠基板等。藉由使用上述基板，能夠形成特性良好的電晶體或功耗低的電晶體，能夠提供耐久性高或耐熱性高的裝置，或能夠實現輕量化或薄型化。
絕緣膜104可以是氧化物絕緣膜或氮化物絕緣膜的單層或疊層。注意，為了提高絕緣膜104與多層膜107及氧化物半導體膜108的介面特性，絕緣膜104中的至少與多層膜107及氧化物半導體膜108接觸的區域較佳為使用氧化物絕緣膜形成。另外，藉由作為絕緣膜104使用因加熱而釋放氧的氧化物絕緣膜，可以利用加熱處理使絕緣膜104所包含的氧移動到多層膜107及氧化物半導體膜108中。另外，作為絕緣膜104，藉由使用氮化物絕緣膜形成與基板101接觸的區域，可以防止基板101所包含的元素移動到多層膜107及氧化物半導體膜108中，所以是較佳的。
絕緣膜104的厚度可以是50nm以上，或者100nm以上且3000nm以下，或者200nm以上且1000nm 以下。藉由使絕緣膜104較厚，不僅可以增加絕緣膜104的氧的釋放量，還可以降低絕緣膜104與多層膜107及氧化物半導體膜108的介面的介面態密度並降低多層膜107中的通道區域107a以及氧化物半導體膜108中的通道區域108a所包含的氧缺陷。
作為絕緣膜104，例如可以使用氧化矽、氧氮化矽、氮氧化矽、氮化矽、氧化鋁、氧化鉿、氧化鎵或Ga-Zn氧化物等，並以單層或疊層設置。
在此，作為絕緣膜104，層疊絕緣膜104a及絕緣膜104b來形成。藉由作為絕緣膜104a使用氮化物絕緣膜，可以防止基板101所包含的元素的擴散。另外，藉由作為絕緣膜104b使用氧化物絕緣膜，可以降低絕緣膜104b與多層膜107及氧化物半導體膜108的介面的介面態密度等。
在多層膜107及氧化物半導體膜108中，當包含第14族元素之一的矽或碳時，在多層膜107及氧化物半導體膜108中氧缺陷增加而n型化。因此，在多層膜107及氧化物半導體膜108中，尤其在通道區域107a、108a中，可以將矽或碳的濃度(藉由二次離子質譜分析法得到的濃度)設定為2×1018atoms/cm3以下或2×1017atoms/cm3以下。其結果是，電晶體具有正臨界電壓的電特性(也稱為常關閉特性)。
另外，在多層膜107及氧化物半導體膜108中，尤其在通道區域107a、108a中，可以將藉由二次離 子質譜分析法得到的鹼金屬或鹼土金屬的濃度設定為1×1018atoms/cm3以下或2×1016atoms/cm3以下。鹼金屬及鹼土金屬在與氧化物半導體鍵合時有時生成載子，而使電晶體的關態電流增大。因此，較佳為降低通道區域107a、108a的鹼金屬或鹼土金屬的濃度。其結果是，電晶體具有正臨界電壓的電特性(也稱為常關閉特性)。
在多層膜107及氧化物半導體膜108中，尤其在通道區域107a、108a中，當包含氮時，生成作為載子的電子，載子密度增加，而n型化。其結果是，使用包含氮的氧化物半導體膜的電晶體容易具有常開啟(normally-on)特性。因此，在該氧化物半導體膜中，尤其在通道區域107a、108a中，較佳為儘可能地降低氮。例如，可以將藉由二次離子質譜分析法得到的氮濃度設定為5×1018atoms/cm3以下。
在多層膜107及氧化物半導體膜108中，尤其在通道區域107a、108a中，藉由降低雜質元素，可以降低氧化物半導體膜的載子密度。因此，在多層膜107及氧化物半導體膜108中，尤其在通道區域107a、108a中，可以將載子密度設定為1×1017個/cm3以下，或1×1015個/cm3以下，或1×1013個/cm3以下，或8×1011/cm3個以下，或1×1011個/cm3以下，較佳為低於1×1010/cm3個且為1×10-9/cm3個以上。
作為多層膜107及氧化物半導體膜108，藉由使用雜質濃度低且缺陷態密度低的氧化物半導體膜，可以 製造具有更優異的電特性的電晶體。在此，將雜質濃度低且缺陷態密度低(氧缺陷少)的狀態稱為高純度本質或實質上高純度本質。高純度本質或實質上高純度本質的氧化物半導體具有較少的載子發生源，因此有時可以降低其載子密度。由此，通道區域形成在該氧化物半導體膜中的電晶體容易具有正臨界電壓的電特性(也稱為常關閉特性)。此外，高純度本質或實質上高純度本質的氧化物半導體膜具有較低的缺陷態密度，所以有時其陷阱態密度也變低。此外，高純度本質或實質上高純度本質的氧化物半導體膜的關態電流顯著小，在源極電極與汲極電極間的電壓(汲極電壓)在1V至10V的範圍內時，關態電流可以為半導體參數分析儀的測量極限以下，即1×10-13A以下。因此，有時通道區域形成在該氧化物半導體膜中的電晶體的電特性變動小，而該電晶體具有高可靠性。
另外，構成多層膜107的氧化物半導體膜105、106及氧化物半導體膜108例如也可以是非單晶結構。非單晶結構例如包括下述CAAC-OS、多晶結構、下述微晶結構或非晶結構。在非單晶結構中，非晶結構的缺陷態密度最高，而CAAC-OS的缺陷態密度最低。
構成多層膜107的氧化物半導體膜105、106及氧化物半導體膜108也可以為具有非晶結構的區域、微晶結構的區域、多晶結構的區域、CAAC-OS的區域和單晶結構的區域中的兩種以上的混合膜。混合膜有時採用例如具有非晶結構的區域、微晶結構的區域、多晶結構的區 域、CAAC-OS的區域和單晶結構的區域中的兩種以上的區域的單層結構。另外，混合膜有時採用例如層疊有非晶結構的區域、微晶結構的區域、多晶結構的區域、CAAC-OS的區域和單晶結構的區域中的兩種以上的區域的結構。
注意，在多層膜107中，有時通道區域107a與低電阻區域107b、107c的結晶性不同。另外，在氧化物半導體膜108中，有時通道區域108a與低電阻區域108b、108c的結晶性不同。這是因為，當低電阻區域107b、107c、108b、108c被添加雜質元素時，低電阻區域107b、107c、108b、108c中產生損傷，而結晶性下降。
絕緣膜116、117可以是氧化物絕緣膜或氮化物絕緣膜的單層或疊層。注意，為了提高絕緣膜116、117與多層膜107及氧化物半導體膜108的介面特性，絕緣膜116、117中的至少與多層膜107及氧化物半導體膜108接觸的區域較佳為使用氧化物絕緣膜形成。作為絕緣膜116、117，例如可以使用氧化矽、氧氮化矽、氮氧化矽、氮化矽、氧化鋁、氧化鉿、氧化鎵或Ga-Zn氧化物等，並以單層或疊層設置。
另外，藉由作為絕緣膜116、117設置具有對氧、氫、水等的阻擋效果的絕緣膜，可以防止氧從多層膜107及氧化物半導體膜108擴散到外部以及氫、水等從外部侵入到多層膜107及氧化物半導體膜108。作為具有對氧、氫、水等的阻擋效果的絕緣膜，有氧化鋁、氧氮化 鋁、氧化鎵、氧氮化鎵、氧化釔、氧氮化釔、氧化鉿、氧氮化鉿等。
另外，作為絕緣膜116、117，藉由使用矽酸鉿(HfSiOx)、添加有氮的矽酸鉿(HfSixOyNz)、添加有氮的鋁酸鉿(HfAlxOyNz)、氧化鉿、氧化釔等high-k材料，可以降低電晶體的閘極漏電流。
另外，作為絕緣膜116、117，藉由使用因加熱而釋放氧的氧化物絕緣膜，能夠藉由加熱處理使絕緣膜116、117所包含的氧移動到多層膜107及氧化物半導體膜108中。
絕緣膜116、117的厚度可以為5nm以上且400nm以下、5nm以上且300nm以下或10nm以上且250nm以下。
導電膜119、120可以使用選自鋁、鉻、銅、鉭、鈦、鉬、鎳、鐵、鈷、鎢中的金屬元素、以上述金屬元素為成分的合金或組合上述金屬元素的合金等形成。另外，還可以使用選自錳和鋯中的一種或多種的金屬元素。另外，導電膜119、120既可以是單層結構又可以是兩層以上的疊層結構。例如，有包含矽的鋁膜的單層結構、包含錳的銅膜的單層結構、在鋁膜上層疊鈦膜的兩層結構、在氮化鈦膜上層疊鈦膜的兩層結構、在氮化鈦膜上層疊鎢膜的兩層結構、在氮化鉭膜或氮化鎢膜上層疊鎢膜的兩層結構、在包含錳的銅膜上層疊銅膜的兩層結構、依次層疊鈦膜、鋁膜及鈦膜的三層結構、依次層疊包含錳的銅膜、 銅膜及包含錳的銅膜的三層結構等。另外，也可以使用：組合鋁與選自鈦、鉭、鎢、鉬、鉻、釹、鈧中的一種或多種元素而成的合金膜或氮化膜。
另外，導電膜119、120也可以使用銦錫氧化物、包含氧化鎢的銦氧化物、包含氧化鎢的銦鋅氧化物、包含氧化鈦的銦氧化物、包含氧化鈦的銦錫氧化物、銦鋅氧化物、包含氧化矽的銦錫氧化物等透光導電材料。另外，也可以採用上述具有透光性的導電性材料和上述金屬元素的疊層結構。
導電膜119、120的厚度可以為30nm以上且500nm以下或100nm以上且400nm以下。
導電膜134、135、136、137具有源極電極及汲極電極的功能。導電膜134、135、136、137可以適當地使用導電膜119、120所示的材料及結構。
絕緣膜127可以是氧化物絕緣膜或氮化物絕緣膜的單層或疊層。另外，作為絕緣膜127，藉由使用因加熱而釋放氧的氧化物絕緣膜，能夠藉由加熱處理使絕緣膜127所包含的氧移動到多層膜107及氧化物半導體膜108中。
作為絕緣膜127，例如可以使用氧化矽、氧氮化矽、氮氧化矽、氮化矽、氧化鋁、氧化鉿、氧化鎵或Ga-Zn氧化物等，並以單層或疊層設置。
絕緣膜127的厚度可以為30nm以上且500nm以下或100nm以上且400nm以下。
接著，使用圖3A和圖3B說明半導體裝置的其他結構。在此，在形成在驅動電路部的電晶體100i及形成在像素部的電晶體100j中，具有閘極電極的功能的導電膜119、120為疊層結構。注意，圖3A示出通道長度方向的電晶體100i、100j的剖面圖，圖3B示出通道寬度方向的電晶體100i、100j的剖面圖。
導電膜119包括接觸於絕緣膜116的導電膜119a及接觸於導電膜119a的導電膜119b。另外，導電膜119a的端部位於導電膜119b的端部的外側。換言之，導電膜119a具有其端部比導電膜119b的端部突出的形狀。
另外，絕緣膜116的端部位於導電膜119a的端部的外側。換言之，絕緣膜116具有其端部比導電膜119a的端部突出的形狀。再者，絕緣膜116的側面也可以是彎曲的。
導電膜120包括接觸於絕緣膜117的導電膜120a及接觸於導電膜120a的導電膜120b。另外，導電膜120a的端部位於導電膜120b的端部的外側。換言之，導電膜120a具有其端部比導電膜120b的端部突出的形狀。
另外，絕緣膜117的端部位於導電膜120a的端部的外側。換言之，絕緣膜117具有其端部比導電膜120a的端部突出的形狀。再者，絕緣膜117的側面也可以是彎曲的。
作為導電膜119a、120a，可以使用鈦、鉭、鉬、鎢、這些元素的合金、氮化鈦、氮化鉭、氮化鉬或氮化鎢等形成。或者，導電膜119a、120a可以使用Cu-X合金(X為Mn、Ni、Cr、Fe、Co、Mo、Ta或Ti)等形成。
導電膜119b、120b使用低電阻材料形成。作為導電膜119b、120b，可以使用銅、鋁、金、銀、鎢等、這些元素的合金或者以上述材料為主成分的化合物等形成。
注意，當作為導電膜119a、120a使用Cu-X合金(X為Mn、Ni、Cr、Fe、Co、Mo、Ta或Ti)時，有時因加熱處理而在與絕緣膜接觸的區域中形成覆蓋膜。覆蓋膜由包含X的化合物形成。作為包含X的化合物的一個例子，有X的氧化物、X的氮化物等。藉由在導電膜119a、120a的表面形成覆蓋膜，覆蓋膜成為障壁膜，而可以抑制Cu-X合金膜中的Cu進入氧化物半導體膜中。
藉由將多層膜107及氧化物半導體膜108中的通道區域的銅的濃度設定為1×1018atoms/cm3以下，能夠降低具有閘極絕緣膜的功能的絕緣膜116、117與多層膜107及氧化物半導體膜108的介面的電子陷阱態密度。其結果是，能夠製造次臨界擺幅值(S值)優異的電晶體。
另外，如電晶體100i、100j所示，藉由包括圖3A和圖3B所示的形狀的導電膜119、120及絕緣膜116、117，能夠使電晶體的汲極區域的電場弛豫。因此，能夠減輕起因於汲極區域的電場的電晶體的臨界電壓的變 動等劣化。
接著，使用圖7A至圖8B說明半導體裝置的其他結構。在此，形成在驅動電路部的電晶體100k為雙閘極結構的電晶體。圖7A為電晶體100k的俯視圖，圖7B為電晶體100z的俯視圖。圖8A是圖7A的點劃線A-B間的剖面圖及圖7B的點劃線C-D間的剖面圖。圖8B是圖7A的點劃線G-H間的剖面圖及圖7B的點劃線I-J間的剖面圖。
圖8和圖8B所示的電晶體100k包括：基板101上的導電膜102；基板101及導電膜102上的絕緣膜104；絕緣膜104上的多層膜107；接觸於多層膜107的絕緣膜116；以及隔著絕緣膜116與多層膜107重疊的導電膜119。由於多層膜107的結構與〈半導體裝置的結構1〉所示的多層膜107相同，因此省略詳細的說明。
導電膜102及導電膜119具有閘極電極的功能。換言之，電晶體100k是雙閘極結構的電晶體。另外，絕緣膜104及絕緣膜116具有閘極絕緣膜的功能。
注意，雖然未圖示，但是導電膜102也可以與整個多層膜107重疊。
此外，較佳為在基板101上設置氮化物絕緣膜161。作為氮化物絕緣膜161，有氮化矽膜、氮化鋁膜等。藉由由氮化物絕緣膜161及絕緣膜104a覆蓋導電膜 102，可以防止導電膜102所包含的金屬元素的擴散，所以是較佳的。
在電晶體100k中，藉由使導電膜102與導電膜119不連接並分別對其施加不同的電位，可以控制電晶體100k的臨界電壓。或者，如圖8B所示，藉由使導電膜102與導電膜119連接並對其施加相同的電位，可以降低初始特性偏差，抑制-GBT(-Gate Bias-Temperature)應力測試的劣化，並抑制通態電流的上升電壓在不同的汲極電壓下的變動。另外，藉由如圖8B所示那樣使導電膜102與導電膜119連接，導電膜102、119的電場影響到多層膜107的頂面及側面，因此載子在多層膜107整體中流動。 換言之，由於載子流動的區域在膜厚度方向上進一步增大，因此載子的遷移量增多。其結果是，電晶體100k在通態電流變大的同時，其場效移動率變高。藉由將電晶體的通道長度設定為小於2.5μm或1.45μm以上且2.2μm以下，可以在進一步增大通態電流的同時，提高其場效移動率。另外，由於電晶體100k的通態電流較大，因此能夠縮小其平面的面積。其結果是，能夠製造驅動電路部的佔有面積小且窄邊框化的顯示裝置。
由於電晶體100z可以採用與〈半導體裝置的結構1〉所示的電晶體100h同樣的結構，因此省略詳細的說明。
在本實施方式所示的顯示裝置中，在驅動電路部及像素部中，電晶體的結構不同。驅動電路部所包括 的電晶體是雙閘極結構。換言之，驅動電路部包括與像素部相比場效移動率高的電晶體。其結果是，可以製造能夠進行高速工作的驅動電路部。另外，藉由使用能夠進行高速工作的電晶體製造驅動電路部並使用寄生電容及寄生電阻少的電晶體製造像素部，可以製造高清晰且能夠進行倍速驅動的顯示裝置。
接著，使用圖9A和圖9B說明半導體裝置的其他結構。在此，在形成於驅動電路部的電晶體100m及形成於像素部的電晶體100n中，具有閘極電極的功能的導電膜119、120為疊層結構。注意，圖9A示出通道長度方向的電晶體100m、100n的剖面圖，圖9B示出通道寬度方向的電晶體100m、100n的剖面圖。
導電膜119、120具有與本實施方式的〈半導體裝置的結構2〉所示的導電膜119、120同樣的疊層結構。
另外，絕緣膜116、117具有與本實施方式的〈半導體裝置的結構2〉所示的絕緣膜116、117同樣的結構。
如電晶體100m、100n所示，藉由包括圖9A和圖9B所示的形狀的導電膜119、120及絕緣膜116、117，能夠使電晶體的汲極區域的電場弛豫。因此，能夠降低起因於汲極區域的電場的電晶體的臨界電壓的變動等 劣化。
接著，使用圖10A和圖10B說明半導體裝置的其他結構。在此，形成在驅動電路部的電晶體111w、111x及形成在像素部的電晶體111y包括多層膜。注意，圖10A示出通道長度方向的電晶體111w、100h的剖面圖，圖10B示出通道長度方向的電晶體111x、111y的剖面圖。
圖10A所示的電晶體111w所包括的多層膜107包括通道區域107a及低電阻區域107b、107c。另外，通道區域107a包括：接觸於絕緣膜104的通道區域142a；接觸於通道區域142a的通道區域105a；以及接觸於通道區域105a的通道區域106a。低電阻區域107b包括：接觸於絕緣膜104的低電阻區域142b；接觸於低電阻區域142b的低電阻區域105b；以及接觸於低電阻區域105b的低電阻區域106b。低電阻區域107c包括：接觸於絕緣膜104的低電阻區域142c；接觸於低電阻區域142c的低電阻區域105c；以及接觸於低電阻區域105c的低電阻區域106c。注意，雖然在圖10A和圖10B中未圖示，但是將包括通道區域142a、低電阻區域142b及低電阻區域142c的氧化物半導體膜稱為氧化物半導體膜142。換言之，多層膜107依次層疊有氧化物半導體膜142、氧化物半導體膜105及氧化物半導體膜106。
圖10B所示的電晶體111x所包括的多層膜 107包括通道區域107a及低電阻區域107b、107c。另外，通道區域107a包括：接觸於絕緣膜104的通道區域142a；接觸於通道區域142a的通道區域105a；接觸於通道區域105a的通道區域106a；以及接觸於通道區域106a的通道區域143a。低電阻區域107b包括：接觸於絕緣膜104的低電阻區域142b；接觸於低電阻區域142b的低電阻區域105b；接觸於低電阻區域105b的低電阻區域106b；以及接觸於低電阻區域106b的低電阻區域143b。低電阻區域107c包括：接觸於絕緣膜104的低電阻區域142c；接觸於低電阻區域142c的低電阻區域105c；接觸於低電阻區域105c的低電阻區域106c；以及接觸於低電阻區域106c的低電阻區域143c。注意，雖然在圖10A和圖10B中未圖示，但是將包括通道區域143a、低電阻區域143b及低電阻區域143c的氧化物半導體膜稱為氧化物半導體膜143。換言之，多層膜107依次層疊有氧化物半導體膜142、氧化物半導體膜105、氧化物半導體膜106及氧化物半導體膜143。
圖10B所示的電晶體111y所包括的多層膜110包括通道區域110a及低電阻區域110b、110c。另外，通道區域110a包括：接觸於絕緣膜104的通道區域108a；以及接觸於通道區域108a的通道區域144a。低電阻區域110b包括：接觸於絕緣膜104的低電阻區域108b；以及接觸於低電阻區域108b的低電阻區域144b。低電阻區域110c包括：接觸於絕緣膜104的低電阻區域 108c；以及接觸於低電阻區域108c的低電阻區域144c。注意，雖然在圖10A和圖10B中未圖示，但是將包括通道區域144a、低電阻區域144b及低電阻區域144c的氧化物半導體膜稱為氧化物半導體膜144。換言之，多層膜110依次層疊有氧化物半導體膜108及氧化物半導體膜144。
氧化物半導體膜142、143、144較佳為與氧化物半導體膜105、106、108相比能隙大、電子親和力小、且絕緣性高。另外，氧化物半導體膜142、143、144較佳為與氧化物半導體膜105、106、108相比銦的含有量少。另外，氧化物半導體膜142、143、144較佳為具有遮蔽來自外部的雜質的功能。在這種氧化物半導體膜中，In的原子個數比小於M(M為Mg、Al、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf)的原子個數比。當氧化物半導體膜142、143、144包含In-M-Zn氧化物(M為Mg、Al、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf)時，在用來形成氧化物半導體膜142、143、144的靶材的金屬元素的原子個數比為In：M：Zn=x3：y3：z3的情況下，x3/y3較佳為1/6以上且小於1。另外，z3/y3較佳為1/3以上且6以下，更佳為1以上且6以下。藉由將z3/y3設定為1以上且6以下，作為氧化物半導體膜142、143、144的CAAC-OS膜的形成變得容易。作為靶材的金屬元素的原子個數比的代表例子，有In：M：Zn=1：3：2、In：M：Zn=1：3：4、In：M：Zn=1：3：6、In：M：Zn=1：3：8、In：M：Zn=1： 4：4、In：M：Zn=1：4：5、In：M：Zn=1：4：6、In：M：Zn=1：4：7、In：M：Zn=1：4：8、In：M：Zn=1：5：5、In：M：Zn=1：5：6、In：M：Zn=1：5：7、In：M：Zn=1：5：8、In：M：Zn=1：6：8等。
在圖10A所示的電晶體111w中，氧化物半導體膜142與氧化物半導體膜105相比能隙大且電子親和力小，因此在氧化物半導體膜105中形成通道。即，實現埋入通道結構。另外，由於電晶體111w包括包含一種以上的構成氧化物半導體膜105的金屬元素的氧化物半導體膜106及氧化物半導體膜142，因此不容易在氧化物半導體膜105與氧化物半導體膜106的介面及氧化物半導體膜105與氧化物半導體膜142的介面形成介面能階。因此，藉由設置氧化物半導體膜106及氧化物半導體膜142，可以降低電晶體的臨界電壓等的電特性的偏差或變動。
另外，同樣地，在圖10B所示的電晶體111x中，氧化物半導體膜142、143與氧化物半導體膜105、106相比能隙大且電子親和力小，因此在氧化物半導體膜105中形成通道。即，實現埋入通道結構。另外，藉由形成包括氧化物半導體膜142、143的多層膜107，氧化物半導體膜142與氧化物半導體膜105的介面、氧化物半導體膜105與氧化物半導體膜106的介面及氧化物半導體膜106與氧化物半導體膜143的介面不容易形成介面能階。其結果是，可以降低電晶體的臨界電壓等的電特性的偏差或變動。
另外，同樣地，在圖10B所示的電晶體111y中，藉由形成包括氧化物半導體膜144的多層膜110，氧化物半導體膜144與氧化物半導體膜108的介面不容易形成介面能階。其結果是，可以降低電晶體的臨界電壓等的電特性的偏差或變動。
接著，作為本實施方式所示的電晶體的典型例子，說明圖8A和圖8B所示的電晶體100k的任意剖面中的能帶結構。
圖28A示出包括圖8A所示的電晶體100k的通道區域的O-P間的剖面的能帶結構。注意，通道區域106a的能隙稍微大於通道區域105a的能隙。另外，絕緣膜104a、絕緣膜104b及絕緣膜116的能隙充分大於通道區域106a及通道區域105a。此外，假設通道區域106a、通道區域105a、絕緣膜104a、絕緣膜104b及絕緣膜116的費米能階(記為Ef)都與本質費米能階(記為Ei)大致相同。另外，導電膜102及導電膜119的功函數與該費米能階大致相同。
當將閘極電壓設定為電晶體的臨界電壓以上時，由於通道區域106a與通道區域105a之間的導帶底能量的差，電子優先地流過通道區域105a。也就是說，可以推測電子埋入在通道區域105a中。注意，將導帶底的能量記為Ec，將價帶頂的能量記為Ev。
因此，根據本發明的一個方式的電晶體藉由電子的埋入而降低其介面的散射。因此，根據本發明的一個方式的電晶體的通道電阻小。
接著，圖28B示出包括圖8A所示的電晶體100k的源極區域或汲極區域的Q-R間的剖面的能帶結構。注意，低電阻區域105b、105c、106b、106c處於簡併態(degenerate state)。也就是說，在低電阻區域105b、105c、106b、106c中，費米能階Ef與導帶底的能量Ec大致相同。另外，低電阻區域105b的導帶底的能量與通道區域105a的費米能階大致相同。此外，低電阻區域106b的導帶底的能量與通道區域106a的費米能階大致相同。低電阻區域105c及低電阻區域106c也是同樣的情況。
此時，因為導電膜134與低電阻區域106b之間的能障足夠小，所以成為歐姆接觸。此外，低電阻區域106b與低電阻區域105b成為歐姆接觸。同樣地，導電膜135與低電阻區域106c之間的能障足夠小，所以成為歐姆接觸。此外，低電阻區域106c與低電阻區域105c成為歐姆接觸。因此，可知在導電膜134及導電膜135與通道區域106a及通道區域105a之間順利地進行電子的授受。
如上所述，在根據本發明的一個方式的電晶體中，在源極電極以及汲極電極與通道區域之間順利地進行電子的授受，並且其通道電阻小。即，可知上述電晶體具有良好的開關特性。
接下來，參照圖4A至圖6B說明圖1A和圖1B及圖2A和圖2B所示的電晶體100g、100h的製造方法。
構成電晶體100g、100h的膜(絕緣膜、氧化物半導體膜、導電膜等)可以藉由濺射法、化學氣相沉積(CVD)法、真空蒸鍍法、脈衝雷射沉積(PLD)法形成。或者，可以藉由塗佈法或印刷法形成。作為成膜方法，典型的有濺射法、電漿化學氣相沉積(PECVD)法，但也可以使用熱CVD法。作為熱CVD法的例子，可以使用MOCVD(有機金屬化學氣相沉積)法或ALD(原子層沉積)法。
藉由熱CVD法進行的成膜可以按以如下方式來執行：藉由將處理室內的壓力設定為大氣壓或減壓，將源氣體及氧化劑同時供應到處理室內，並使其在基板附近或基板上相互反應而沉積在基板上。如此，由於熱CVD法不產生電漿來形成膜，因此具有不產生起因於電漿損傷的缺陷的優點。
另外，藉由ALD法進行的成膜可以按如下方式來執行：將處理室內的壓力設定為大氣壓或減壓，將用於反應的源氣體依次引入處理室內，然後按該順序反復地引入氣體。例如，藉由切換各自的開關閥(也稱為高速閥)來將兩種以上的源氣體依次供應到處理室內。在該情況下，以防止多種源氣體混合的方式在將第一源氣體引入的同時或之後將惰性氣體(氬或氮等)等引入，然後將第二源 氣體引入。注意，在將第一源氣體和惰性氣體同時引入的情況下，惰性氣體成為載子氣體，並且，惰性氣體也可以在將第二源氣體引入的同時引入。另外，也可以不引入惰性氣體而藉由真空抽氣將第一源氣體排出，然後引入第二源氣體。第一源氣體吸附於基板表面上，以形成第一單原子層；然後第二源氣體被引入以與第一單原子層起反應；其結果是，第二單原子層層疊於第一單原子層上，從而形成薄膜。
藉由按該順序反復多次地引入氣體直到獲得所希望的厚度為止，可以形成步階覆蓋性良好的薄膜。薄膜的厚度可以藉由按該順序反復引入氣體的次數來調整，因此ALD法能夠精確地調整膜厚度，因而適用於製造微型電晶體。
如圖4A所示，在基板101上形成絕緣膜104。接著，在驅動電路部的絕緣膜104上形成氧化物半導體膜105。
絕緣膜104可以藉由適當地利用濺射法、CVD法、蒸鍍法、脈衝雷射沉積(PLD)法、印刷法、塗佈法等形成。另外，可以在基板101上形成絕緣膜之後對該絕緣膜添加氧，來形成絕緣膜104。作為對絕緣膜添加的氧，有氧自由基、氧原子、氧原子離子、氧分子離子等。此外，作為添加方法，有離子摻雜法、離子植入法、電漿處理法等。另外，也可以在絕緣膜上形成抑制氧脫離的膜之後，經過該膜對絕緣膜添加氧。
此外，利用如下條件形成能夠藉由加熱處理使氧釋放的氧化矽膜或氧氮化矽膜作為絕緣膜104：將設置在電漿CVD設備的抽成真空的處理室內的基板保持在180℃以上且280℃以下或在200℃以上且240℃以下的溫度，將源氣體引入處理室內而將處理室內的壓力設定為100Pa以上且250Pa以下或100Pa以上且200Pa以下，並對設置在處理室內的電極供應0.17W/cm2以上且0.5W/cm2以下，或0.25W/cm2以上且0.35W/cm2以下的高頻功率。
在此，可以以層疊絕緣膜104a及絕緣膜104b的方式形成絕緣膜104。例如，作為絕緣膜104a藉由利用電漿CVD法形成100nm厚的氮化矽膜，作為絕緣膜104b藉由利用電漿CVD法形成300nm厚的氧氮化矽膜。
下面，對氧化物半導體膜105的形成方法進行說明。在絕緣膜104上藉由濺射法、塗佈法、脈衝雷射蒸鍍法、雷射剝蝕法、熱CVD法等形成氧化物半導體膜。接著，在氧化物半導體膜上藉由光微影製程形成遮罩之後，使用該遮罩對氧化物半導體膜的一部分進行蝕刻，由此可以如圖4A所示那樣形成氧化物半導體膜105。然後，去除遮罩。另外，也可以在藉由對氧化物半導體膜的一部分進行蝕刻形成氧化物半導體膜105之後，進行加熱處理。
或者，藉由利用印刷法形成氧化物半導體膜105，可以直接形成元件隔離的氧化物半導體膜105。
在藉由濺射法形成氧化物半導體膜的情況下，作為用來產生電漿的電源裝置，可以適當地使用RF電源裝置、AC電源裝置、DC電源裝置等。藉由使用AC電源裝置或DC電源裝置，可以形成CAAC-OS膜。另外，與藉由使用RF電源裝置的濺射法形成氧化物半導體膜的情況相比，藉由使用AC電源裝置或DC電源裝置的濺射法形成氧化物半導體膜，可以使該膜的厚度、組成或結晶性的分佈均勻，所以是較佳的。
作為濺射氣體，適當地使用稀有氣體(典型的是氬)、氧、稀有氣體和氧的混合氣體。注意，當採用稀有氣體和氧的混合氣體時，較佳為增高相對於稀有氣體的氧氣體比例。
另外，當金屬元素的原子個數比為In：M：Zn=x1：y1：z1的情況下，使用x1/y1大於1且為6以下的In-M-Zn氧化物(M為Mg、Al、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf)靶材形成氧化物半導體膜105。
另外，在形成氧化物半導體膜時例如使用濺射法的情況下，藉由將基板溫度設定為150℃以上且750℃以下，或150℃以上且450℃以下，或200℃以上且350℃以下來形成氧化物半導體膜，可以形成CAAC-OS膜。此外，藉由將基板溫度設定為25℃以上且低於150℃，可以形成微晶氧化物半導體膜。
另外，為了形成將在後面說明的CAAC-OS膜，較佳為應用如下條件。
藉由抑制成膜時的雜質混入，可以抑制雜質所導致的結晶態的損壞。例如，降低存在於成膜室內的雜質濃度(氫、水、二氧化碳及氮等)即可。另外，降低成膜氣體中的雜質濃度即可。明確而言，使用露點為-80℃以下，或-100℃以下的成膜氣體。
另外，較佳的是，藉由增高成膜氣體中的氧比例並對電力進行最佳化，來減輕成膜時的電漿損傷。將成膜氣體中的氧比例設定為30vol.%以上，或100vol.%。
另外，也可以在形成氧化物半導體膜之後藉由進行加熱處理來實現氧化物半導體膜的脫氫化或脫水化。典型的是，該加熱處理的溫度為150℃以上且低於基板的應變點，或250℃以上且450℃以下，或300℃以上且450℃以下。
在包含氦、氖、氬、氙、氪等稀有氣體或包含氮的惰性氣體氛圍中進行加熱處理。或者，也可以在惰性氣體氛圍中進行加熱之後在氧氛圍中進行加熱。另外，上述惰性氣體氛圍及氧氛圍較佳為不包含氫、水等。處理時間是3分鐘以上且24小時以下。
該加熱處理可以使用電爐、RTA裝置等。藉由使用RTA裝置，可以限定於短時間內在基板的應變點以上的溫度下進行加熱處理。由此，可以縮短加熱處理時間。
邊對氧化物半導體膜進行加熱邊形成該氧化物半導體膜，或者在形成氧化物半導體膜之後進行加熱處 理，由此，藉由二次離子質譜分析法得到的氧化物半導體膜中的氫濃度可以為5×1019atoms/cm3以下，或1×1019atoms/cm3以下，或5×1018atoms/cm3以下，或1×1018atoms/cm3以下，或5×1017atoms/cm3以下，或1×1016atoms/cm3以下。
當使用利用ALD的沉積裝置來形成氧化物半導體膜如InGaZnOX(X>0)膜時，依次反復引入In(CH3)3氣體和O3氣體形成InO2層，同時引入Ga(CH3)3氣體和O3氣體形成GaO層，然後同時引入Zn(CH3)2氣體和O3氣體形成ZnO層。注意，這些層的順序不侷限於上述例子。此外，也可以混合這些氣體來形成混合化合物層如InGaO2層、InZnO2層、GaInO層、ZnInO層、GaZnO層等。注意，雖然也可以使用利用Ar等惰性氣體使其起泡的H2O氣體來代替O3氣體，但較佳為使用不含有H的O3氣體。還可以使用In(C2H5)3氣體代替In(CH3)3氣體。還可以使用Ga(C2H5)3氣體代替Ga(CH3)3氣體。另外，也可以使用Zn(CH3)2氣體代替Zn(C2H5)2氣體。
在此，利用濺射法形成35nm厚的氧化物半導體膜。接著，在該氧化物半導體膜上形成遮罩，並選擇性地對氧化物半導體膜的一部分進行蝕刻，來形成氧化物半導體膜105。作為氧化物半導體膜105，形成In：Ga：Zn=3：1：2的In-Ga-Zn氧化物膜。
接著，如圖4B所示，在驅動電路部中的氧化物半導體膜105上形成氧化物半導體膜106，並在像素部 中形成氧化物半導體膜108。換言之，形成依次層疊有氧化物半導體膜105及氧化物半導體膜106的多層膜107。
注意，在該製程中，藉由以覆蓋氧化物半導體膜105的頂面及側面的方式形成氧化物半導體膜106，防止氧化物半導體膜105在後面的形成具有源極電極及汲極電極的功能的導電膜的製程中被蝕刻。其結果是，可以降低電晶體的通道寬度方向上的氧化物半導體膜105的長度的變動，所以是較佳的。
在此，藉由濺射法形成厚度為20nm的氧化物半導體膜。接著，藉由在該氧化物半導體膜上形成遮罩並選擇性地對氧化物半導體膜的一部分進行蝕刻，形成氧化物半導體膜106、108。作為氧化物半導體膜106、108，形成In：Ga：Zn=1：1：1.2的In-Ga-Zn氧化物膜。
接著，進行加熱處理，使絕緣膜104所含的氧移動到氧化物半導體膜。注意，該加熱處理也可以在形成成為氧化物半導體膜106、108的氧化物半導體膜之後且在對該氧化物半導體膜進行蝕刻而形成氧化物半導體膜106、108之前進行。
另外，藉由在高於350℃且650℃以下，或450℃以上且600℃以下的溫度下進行加熱處理，能夠獲得後述的CAAC化率為60%以上且低於100%，或80%以上且低於100%，或90%以上且低於100%，或95%以上且98%以下的氧化物半導體膜。此外，能夠獲得氫、水等的含量得到降低的氧化物半導體膜。即，能夠形成雜質濃度 低且缺陷態密度低的氧化物半導體膜。
接著，如圖4C所示，在絕緣膜104、多層膜107及氧化物半導體膜108上形成絕緣膜115。接著，在絕緣膜115上形成導電膜119、120。
在作為導電膜119、120例如使用低電阻材料時，若低電阻材料混入氧化物半導體膜中，則會引起電晶體的電特性的劣化。在本實施方式中，藉由在形成導電膜119、120之前形成絕緣膜115，使氧化物半導體膜105、108的通道區域不接觸於導電膜119、120，因此能夠抑制電晶體的電特性的變動，典型的是臨界電壓的變動。
作為絕緣膜115，可以藉由使用CVD法形成氧化矽膜或氧氮化矽膜。此時，作為源氣體，較佳為使用包含矽的沉積氣體及氧化性氣體。作為包含矽的沉積氣體的典型例子，有矽烷、乙矽烷、丙矽烷、氟化矽烷等。作為氧化性氣體，有氧、臭氧、一氧化二氮、二氧化氮等。
另外，作為絕緣膜115，可以在如下條件下利用CVD法形成缺陷量少的氧氮化矽膜：在相對於沉積氣體的氧化性氣體比例為大於20倍且小於100倍，或者為40倍以上且80倍以下；並且處理室內的壓力為低於100Pa，或50Pa以下。
此外，作為絕緣膜115，可以利用如下條件形成緻密的氧化矽膜或氧氮化矽膜：將設置在電漿CVD設備的抽成真空的處理室內的基板保持在280℃以上且400℃以下的溫度，將源氣體引入處理室內而將處理室內的壓 力設定為20Pa以上且250Pa以下，更佳為100Pa以上且250Pa以下，並對設置在處理室內的電極供應高頻功率。
另外，可以藉由使用微波的電漿CVD法形成絕緣膜115。微波是指300MHz至300GHz的頻率範圍。微波的電子溫度低，並且其電子能量小。此外，在被供應的電力中，用於加速電子的比例少，能夠用於更多分子的離解及電離，並且能夠使密度高的電漿(高密度電漿)激發。因此，電漿對被形成面及沉積物造成的損傷少，由此能夠形成缺陷少的絕緣膜115。
另外，可以藉由使用有機矽烷氣體的CVD法形成絕緣膜115。作為有機矽烷氣體，可以使用四乙氧基矽烷(TEOS：化學式為Si(OC2H5)4)、四甲基矽烷(TMS：化學式為Si(CH3)4)、四甲基環四矽氧烷(TMCTS)、八甲基環四矽氧烷(OMCTS)、六甲基二矽氮烷(HMDS)、三乙氧基矽烷(SiH(OC2H5)3)、三(二甲胺基)矽烷(SiH(N(CH3)2)3)等含有矽的化合物。藉由利用使用有機矽烷氣體的CVD法，能夠形成覆蓋性高的絕緣膜115。
此外，當作為絕緣膜115形成氧化鎵膜時，可以藉由MOCVD法形成。
另外，在作為絕緣膜115藉由MOCVD法或ALD法等熱CVD法形成氧化鉿膜時，使用兩種氣體，即用作氧化劑的臭氧(O3)和藉由使包含溶劑和鉿前體化合物的液體(鉿醇鹽溶液，典型的是四二甲基醯胺鉿(TDMAH))氣化而獲得的源氣體。注意，四二甲基醯胺鉿的化學式為 Hf[N(CH3)2]4。另外，作為其它材料液，有四(乙基甲基醯胺)鉿等。
另外，在作為絕緣膜115藉由MOCVD法或ALD法等熱CVD法形成氧化鋁膜時，使用兩種氣體，即用作氧化劑的H2O和藉由使包含溶劑和鋁前體化合物的液體(三甲基鋁(TMA)等)氣化而獲得的源氣體。注意，三甲基鋁的化學式為Al(CH3)3。另外，作為其它材料液，有三(二甲基醯胺)鋁、三異丁基鋁、鋁三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮)等。，藉由利用ALD法能夠形成覆蓋性高且厚度薄的絕緣膜115。
另外，在作為絕緣膜115藉由MOCVD法或ALD法等熱CVD法形成氧化矽膜時，使六氯乙矽烷(hexachlorodisilane)吸附於被形成面上，去除吸附物所包含的氯，供應氧化性氣體(O2或一氧化二氮)的自由基使其與吸附物起反應。
在此，作為絕緣膜115，藉由電漿CVD法形成100nm厚的氧氮化矽膜。
利用濺射法、真空蒸鍍法、脈衝雷射沉積(PLD)法、熱CVD法等形成導電膜，並在該導電膜上藉由光微影製程形成遮罩之後進行蝕刻處理，由此形成導電膜119、120。
另外，可以藉由利用ALD的成膜裝置形成用作導電膜的鎢膜。在該情況下，依次反復引入WF6氣體及B2H6氣體來形成初期鎢膜，然後同時引入WF6氣體及H2 氣體形成鎢膜。另外，也可以使用SiH4氣體代替B2H6氣體。
另外，在此，在導電膜上藉由光微影製程形成遮罩122、123之後，對該導電膜進行蝕刻，來形成導電膜119、120。
此外，作為導電膜119、120的形成方法，也可以利用電鍍法、印刷法、噴墨法等來代替上述形成方法。
接著，如圖5A所示，在殘留著遮罩122、123的情況下對絕緣膜115進行蝕刻，由此形成絕緣膜116、117。
接著，如圖5B所示，在殘留著遮罩122、123的情況下對多層膜107及氧化物半導體膜108添加雜質元素125。其結果是，對多層膜107及氧化物半導體膜108中的沒有被遮罩122、123覆蓋的區域添加雜質元素。另外，藉由添加雜質元素125，在多層膜107及氧化物半導體膜108中形成氧缺陷。
此外，也可以在去除遮罩122、123之後，形成其厚度能夠對氧化物半導體膜添加雜質元素125的膜，典型的是氮化物絕緣膜、氧化物絕緣膜等，並且將雜質元素125添加到氧化物半導體膜。另外，能夠對氧化物半導體膜添加雜質元素125的膜厚度為0.1nm以上且50nm以下，或1nm以上且10nm以下。
作為雜質元素125的添加方法，有離子摻雜 法、離子植入法、電漿處理法等。在採用電漿處理法的情況下，藉由在包含所添加的雜質元素的氣體氛圍下產生電漿，然後進行電漿處理，能夠添加雜質元素。作為產生上述電漿的裝置，可以使用乾蝕刻裝置、電漿CVD設備或高密度電漿CVD設備等。另外，在進行電漿處理的情況下，將基板設置到平行板電極的陰極一側，並以對基板101一側施加偏壓的方式供應RF電力即可。作為該RF電力，例如將電力密度設定為0.1W/cm2以上且2W/cm2以下即可。其結果是，能夠增加對多層膜107及氧化物半導體膜108添加的雜質元素的量，從而能夠在多層膜107及氧化物半導體膜108中形成更多的氧缺陷。
另外，作為雜質元素125的源氣體，可以使用B2H6、PH3、CH4、N2、NH3、AlH3、AlCl3、SiH4、Si2H6、F2、HF、H2和稀有氣體中的一種以上。或者，也可以使用由稀有氣體稀釋的B2H6、PH3、N2、NH3、AlH3、AlCl3、F2、HF和H2中的一種以上。藉由使用由稀有氣體稀釋的B2H6、PH3、N2、NH3、AlH3、AlCl3、F2、HF和H2中的一種以上將雜質元素125添加到多層膜107及氧化物半導體膜108，可以將稀有氣體與氫、硼、碳、氮、氟、鋁、矽、磷及氯中的一種以上同時添加到多層膜107及氧化物半導體膜108。
或者，也可以在將稀有氣體添加到多層膜107及氧化物半導體膜108之後，將B2H6、PH3、CH4、N2、NH3、AlH3、AlCl3、SiH4、Si2H6、F2、HF和H2中的一種 以上添加到多層膜107及氧化物半導體膜108。
或者，也可以在將B2H6、PH3、CH4、N2、NH3、AlH3、AlCl3、SiH4、Si2H6、F2、HF及H2中的一種以上添加到多層膜107及氧化物半導體膜108之後，將稀有氣體添加到多層膜107及氧化物半導體膜108。
雜質元素125的添加藉由適當地設定加速電壓或劑量等的注入條件來控制即可。例如，在藉由離子植入法添加氬時，將加速電壓設定為10kV，並將劑量設定為1×1013ions/cm2以上且1×1016ions/cm2以下即可，例如可以設定為1×1014ions/cm2。此外，在藉由離子植入法添加磷離子時，將加速電壓設定為30kV，並將劑量設定為1×1013ions/cm2以上且5×1016ions/cm2以下即可，例如可以設定為1×1015ions/cm2。
其結果是，可以在多層膜107中形成低電阻區域107b、107c。另外，可以在氧化物半導體膜108中形成低電阻區域108b、108c。之後，去除遮罩122、123。
另外，若在導電膜119、120露出的狀態下添加雜質元素125，導電膜119、120的一部分則會剝離而附著於絕緣膜116、117的側面。其結果是，導致電晶體的洩漏電流增大。因此，藉由在由遮罩122、123覆蓋導電膜119、120的狀態下對多層膜107及氧化物半導體膜108添加雜質元素125，能夠防止導電膜119、120的一部分附著於絕緣膜116、117的側面。
然後，也可以進行加熱處理來進一步提高添加有雜質元素125的區域的導電性。典型的是，加熱處理的溫度為150℃以上且低於基板的應變點，或250℃以上且450℃以下，或300℃以上且450℃以下。
接著，如圖5C所示，在絕緣膜104、多層膜107、氧化物半導體膜108、絕緣膜116、117、導電膜119、120上形成絕緣膜126。
作為絕緣膜126的形成方法，有濺射法、CVD法、真空蒸鍍法、脈衝雷射沉積(PLD)法等。另外，藉由使用將矽烷及氨、或者矽烷及氮用作源氣體的電漿CVD法，可以形成包含氫的氮化矽膜。此外，藉由利用電漿CVD法，能夠對多層膜107及氧化物半導體膜108造成損傷，從而能夠在多層膜107及氧化物半導體膜108中形成氧缺陷。
由於在絕緣膜126中包含氫，因此藉由使多層膜107及氧化物半導體膜108中的添加有雜質元素的區域與絕緣膜126接觸，包含在絕緣膜126中的氫移動到多層膜107及氧化物半導體膜108中的添加有雜質元素的區域。因為在添加有雜質的區域中包含氧缺陷，所以可以在多層膜107及氧化物半導體膜108中形成低電阻區域。
或者，藉由在代替絕緣膜126形成鋁膜或氧化鋁膜之後進行加熱處理，使包含在多層膜107及氧化物半導體膜108中的氧與鋁膜或氧化鋁膜起反應，而作為絕緣膜126形成氧化鋁膜，並在多層膜107及氧化物半導體 膜108的低電阻區域107b、107c、108b、108c中形成氧缺陷。其結果是，能夠進一步提高低電阻區域107b、107c、108b、108c的導電性。
在此，作為絕緣膜126藉由電漿CVD法形成100nm厚的氮化矽膜。
然後，也可以進行加熱處理來進一步提高低電阻區域107b、107c、108b、108c的導電性。典型的是，加熱處理的溫度為150℃以上且低於基板的應變點，或250℃以上且450℃以下，或300℃以上且450℃以下。
接著，如圖6A所示，也可以形成絕緣膜127。藉由形成絕緣膜127，能夠降低將在後面形成的導電膜134、135、136、137與導電膜119、120之間的寄生電容。
接著，在絕緣膜126、127中形成開口部128、129、130、131而使低電阻區域的一部分露出，然後形成導電膜134、135、136、137。此外，較佳為形成氮化物絕緣膜162(參照圖6B)。
導電膜134、135、136、137的形成方法可以適當地採用與導電膜119、120同樣的形成方法。氮化物絕緣膜162可以適當地使用濺射法、CVD法等形成。
藉由上述製程，可以製造電晶體100g、100h。
接著，對圖8A和圖8B所示的電晶體100k、100z的製造方法進行說明。
在驅動電路部的基板101上形成絕緣膜161，並在絕緣膜161上形成導電膜102。可以適當地使用導電膜119、120的製造方法來形成導電膜102。
接著，在絕緣膜161及導電膜102上層疊絕緣膜104a及絕緣膜104b來形成絕緣膜104。
然後，藉由圖4A及圖4B的製程形成多層膜107及氧化物半導體膜108。
接著，如圖4C所示，在形成絕緣膜115之後對絕緣膜115的一部分進行蝕刻，形成圖7A所示的開口部113。
接著，在形成圖4C所示的導電膜119、120之後，藉由與圖5A至圖5C及圖6A和圖6B同樣的製程可以製造電晶體100k、100z。
在本實施方式所示的電晶體中，由於具有源極電極以及汲極電極的功能的導電膜不與具有閘極電極的功能的導電膜重疊，因此能夠降低寄生電容，所以通態電流較大。另外，在本實施方式所示的電晶體中，可以穩定地形成低電阻區域，所以與習知的電晶體相比，其通態電流得到提高，並且其電特性的偏差得到減少。
本實施方式所示的結構及方法等可以與其他實施方式所示的結構及方法等適當地組合而實施。
在本實施方式中，參照圖11A至圖23對半導體裝置及半導體裝置的製造方法的一個方式進行說明。
圖11A至圖13示出頂閘極結構的電晶體作為包括在半導體裝置中的電晶體的一個例子。在此，作為半導體裝置的一個例子，對顯示裝置進行說明。另外，說明分別設置在顯示裝置的驅動電路部及像素部的電晶體的結構。
圖11A至圖11C示出設置在驅動電路部的電晶體100s及設置在像素部的電晶體100t、100u的俯視圖，圖12及圖13示出電晶體100s及電晶體100t、100u的剖面圖。圖11A是電晶體100s的俯視圖，圖11B是電晶體100t的俯視圖，圖11C是電晶體100u的俯視圖。圖12是圖11A的點劃線A-B間的剖面圖、圖11B的點劃線C-D間的剖面圖及圖11C的點劃線E-F間的剖面圖。圖13是圖11A的點劃線G-H間的剖面圖、圖11B的點劃線I-J間的剖面圖及圖11C的點劃線K-L間的剖面圖。
圖12和圖13所示的電晶體100s包括：基板101上的絕緣膜104；絕緣膜104上的多層膜107；接觸於多層膜107的絕緣膜116；以及隔著絕緣膜116與多層膜107重疊的導電膜119。由於電晶體100s與實施方式1所示的電晶體100g的結構相同，因此詳細內容可以援用實施方式1的電晶體100g的說明。
電晶體100t包括形成在基板101上的絕緣膜104上的氧化物半導體膜108；接觸於氧化物半導體膜108的絕緣膜117；以及隔著絕緣膜117與氧化物半導體膜108重疊的導電膜120。電晶體100t與實施方式1所示的電晶體100h的結構相同，所以詳細內容可以援用實施方式1的電晶體100h的說明。
電晶體100u包括形成在基板101上的絕緣膜104上的多層膜147；接觸於多層膜147的絕緣膜118；以及隔著絕緣膜118與多層膜147重疊的導電膜121。電晶體100u與電晶體100s的結構相同。
導電膜121具有閘極電極的功能。另外，絕緣膜118具有閘極絕緣膜的功能。
多層膜147包括：與導電膜121重疊的通道區域147a；以及夾著該通道區域147a的低電阻區域147b、147c。另外，通道區域147a具有接觸於絕緣膜104的通道區域145a以及接觸於通道區域145a的通道區域146a。低電阻區域147b包括接觸於絕緣膜104的低電阻區域145b以及接觸於低電阻區域145b的低電阻區域146b。低電阻區域147c包括接觸於絕緣膜104的低電阻區域145c以及接觸於低電阻區域145c的低電阻區域146c。注意，雖然在圖12中未圖示，但是將包括通道區域145a、低電阻區域145b以及低電阻區域145c的氧化物半導體膜稱為氧化物半導體膜145，並將包括通道區域146a、低電阻區域146b以及低電阻區域146c的氧化物半 導體膜稱為氧化物半導體膜146。即，在多層膜147中層疊有氧化物半導體膜145以及氧化物半導體膜146。
此外，在俯視形狀上氧化物半導體膜146的端部位於氧化物半導體膜145的端部外側。換言之，氧化物半導體膜146覆蓋氧化物半導體膜145的頂面及側面。
另外，在電晶體100u中，設置有接觸於低電阻區域147b、147c的絕緣膜126。此外，也可以在絕緣膜126上設置有絕緣膜127。另外，在絕緣膜126及絕緣膜127的開口部132、133中設置有接觸於多層膜147的低電阻區域147b、147c的導電膜138、139。
在多層膜147中，在不與導電膜121重疊的區域中具有形成氧缺陷的元素。作為形成氧缺陷的元素，可以使用實施方式1所示的雜質元素。
另外，絕緣膜126是包含氫的膜，典型的有氮化物絕緣膜。作為氮化物絕緣膜的例子，有氮化矽膜、氮化鋁膜等。藉由使絕緣膜126與多層膜147接觸，絕緣膜126所包含的氫擴散到多層膜147。其結果是，在多層膜147中的與絕緣膜126接觸的區域中，含有多量的氫。
當雜質元素被添加到氧化物半導體時，氧化物半導體中的金屬元素與氧的鍵合被切斷，而形成氧缺陷。當對因添加雜質元素而形成有氧缺陷的氧化物半導體添加氫時，氫進入氧缺陷位點(site)，在導帶附近形成施體能階，而氧化物半導體的導電率變高。其結果是，可以形成氧化物導電體。因此，氧化物導電體具有透光性。
氧化物導電體是簡併半導體，可以推測其導帶邊緣能階與費米能階一致或大致一致。因此，氧化物導電體膜與具有源極電極及汲極電極的功能的導電膜之間的接觸為歐姆接觸，可以降低氧化物導電體膜與具有源極電極及汲極電極的功能的導電膜之間的接觸電阻。
換言之，低電阻區域147b、147c具有源極區域及汲極區域的功能。
另外，當使用鎢、鈦、鋁、銅、鉬、鉻、鉭或這些元素的合金等容易與氧鍵合的導電材料形成導電膜138、139時，氧化物半導體膜所包含的氧與導電膜138、139所包含的導電材料鍵合，在多層膜147中形成氧缺陷。另外，有時形成導電膜138、139的導電材料的構成元素的一部分混入到多層膜147中。其結果是，與導電膜138、139接觸的低電阻區域147b、147c的導電性提高，並具有源極區域及汲極區域的功能。
當雜質元素為稀有氣體元素且使用濺射法形成多層膜147時，低電阻區域147b、147c分別包含稀有氣體元素，並且與通道區域147a相比，低電阻區域147b、147c的稀有氣體元素濃度較高。這是因為，由於當使用濺射法形成多層膜147時，作為濺射氣體使用稀有氣體，因此多層膜147包含稀有氣體，並且為了在低電阻區域147b、147c中形成氧缺陷，有意地添加稀有氣體。注意，在低電阻區域147b、147c中，也可以添加與通道區域147a不同的稀有氣體元素。
另外，低電阻區域147b、147c因為與絕緣膜126接觸，所以與通道區域147a相比氫濃度較高。
在低電阻區域147b、147c中，可以使藉由二次離子質譜分析法得到的氫濃度為8×1019atoms/cm3以上、1×1020atoms/cm3以上或5×1020atoms/cm3以上。可以使通道區域147a的藉由二次離子質譜分析法得到的氫濃度為5×1019atoms/cm3以下、1×1019atoms/cm3以下、5×1018atoms/cm3以下、1×1018atoms/cm3以下、5×1017atoms/cm3以下或1×1016atoms/cm3以下。
與通道區域147a相比，低電阻區域147b、147c的氫濃度高且因稀有氣體元素的添加而產生的氧缺陷量較多。因此，導電性變高，並且具有源極區域及汲極區域的功能。典型的是，低電阻區域147b、147c的電阻率可以為1×10-3Ωcm以上且低於1×104Ωcm，或者1×10-3Ωcm以上且低於1×10-1Ωcm。
注意，在低電阻區域147b、147c中，當氫的量與氧缺陷的量相同或比氧缺陷的量少時，氫容易被氧缺陷俘獲，而不容易擴散到通道區域147a。其結果是，可以製造常關閉特性的電晶體。
另外，在低電阻區域147b、147c中，當氧缺陷的量比氫的量多時，藉由控制氫的量，可以控制低電阻區域147b、147c的載子密度。或者，在低電阻區域147b、147c中，當氫的量比氧缺陷的量多時，藉由控制氧缺陷的量，可以控制低電阻區域147b、147c的載子密 度。藉由將低電阻區域147b、147c的載子密度設定為5×1018個/cm3以上、1×1019個/cm3以上或1×1020個/cm3以上，可以製造通道區域與具有源極電極及汲極電極的功能的導電膜138、139之間的電阻小且通態電流大的電晶體。
在本實施方式所示的電晶體100s、100t、100u中，由於在通道區域與具有源極電極及汲極電極的功能的導電膜134、135、136、137、138、139之間包括低電阻區域107b、107c、108b、108c、147b、147c，因此寄生電阻較小。
另外，在電晶體100s中，導電膜119不與導電膜134、135重疊。因此，能夠降低導電膜119與導電膜134、135之間的寄生電容。另外，在電晶體100t中，導電膜120不與導電膜136、137重疊。因此，能夠降低導電膜120與導電膜136、137之間的寄生電容。另外，在電晶體100u中，導電膜121不與導電膜138、139重疊。因此，能夠降低導電膜121與導電膜138、139之間的寄生電容。其結果是，當作為基板101使用大面積的基板時，能夠降低導電膜119、120、121、134、135、136、137、138、139中的信號延遲。
因此，電晶體100s、100t、100u的通態電流大且場效移動率高。
另外，在電晶體100s中，以導電膜119為遮罩，對多層膜107添加雜質元素。此外，在電晶體100t 中，以導電膜120為遮罩，對氧化物半導體膜108添加雜質元素。在電晶體100u中，以導電膜121為遮罩，對多層膜147添加雜質元素。換言之，可以以自對準的方式形成低電阻區域。
驅動電路部的電晶體100s的通態電流大且場效移動率高。因此，可以製造驅動電路部的佔有面積小的顯示裝置。
另外，藉由使用場效移動率較高的電晶體，可以在作為驅動電路部的一個例子的信號線驅動電路中形成解多工器電路。解多工器電路是將一個輸入信號分配到多個輸出中的任一個的電路，因此能夠減少用於輸入信號的輸入端子的數量。例如，一個像素包括紅色子像素、綠色子像素及藍色子像素，並且藉由對各像素設置解多工器電路，可以利用解多工器電路分配對各子像素輸入的輸入信號，因此能夠將輸入端子的數量減少到1/3。
另外，藉由在像素部中設置通態電流較大的電晶體100t、100u，即使在大型顯示裝置或高清晰顯示裝置中佈線的數量增多，也能夠降低各佈線的信號延遲，而能夠抑制顯示的不均勻。另外，構成發光裝置的EL元件的亮度與流在控制EL元件的驅動的電晶體中的電流成比例。因此，作為驅動EL元件的電晶體，藉由使用通態電流大且場效移動率高的電晶體如電晶體100u，能夠提高EL元件的亮度。另外，由於電晶體100u的通態電流較大而可以縮小平面上的電晶體的佔有面積，因此在像素中， 電晶體的配置的彈性得到提高。其結果是，能夠製造高解析度的顯示裝置。
如上所述，藉由使用能夠進行高速工作的電晶體製造驅動電路部，並使用寄生電容及寄生電阻較少的電晶體製造像素部，可以製造高清晰且能夠進行倍速驅動的顯示裝置。
下面說明圖12所示的詳細結構。注意，在此，主要說明電晶體100s的詳細結構。
在電晶體100s中，多層膜107中的氧化物半導體膜105的組成與氧化物半導體膜106的組成不同。另外，在電晶體100u中，多層膜147中的氧化物半導體膜145的組成與氧化物半導體膜146的組成不同。另一方面，多層膜107中的氧化物半導體膜105的組成與多層膜147中的氧化物半導體膜145的組成相同。此外，多層膜107中的氧化物半導體膜106的組成、氧化物半導體膜108的組成及多層膜147中的氧化物半導體膜146的組成相同。也就是說，氧化物半導體膜105及氧化物半導體膜145被同時形成，並且，氧化物半導體膜106、氧化物半導體膜108及氧化物半導體膜146被同時形成。
在電晶體100u中，氧化物半導體膜145中形成有通道。因此，氧化物半導體膜145比氧化物半導體膜146厚。
可以在氧化物半導體膜105的厚度的範圍內使氧化物半導體膜145的厚度為所希望的厚度。
作為氧化物半導體膜145、146，可以適當地使用氧化物半導體膜105、106、108所示的材料。藉由使氧化物半導體膜145的銦的含有量比氧化物半導體膜146多，可以在電晶體100u中形成埋入通道。因此，能夠降低電晶體100u的臨界電壓的變動，並降低通道電阻。
明確而言，氧化物半導體膜145可以適當地使用氧化物半導體膜105所示的材料。
另外，明確而言，氧化物半導體膜146可以適當地使用氧化物半導體膜106、108所示的材料。
在電晶體100u中，由於通道形成在在In的原子個數比大於M(M為Mg、Al、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf)的氧化物半導體膜145中，因此場效移動率較高。典型的是場效移動率為大於10cm2/Vs且小於60cm2/Vs，較佳為15cm2/Vs以上且小於50cm2/Vs的電晶體。然而，當被照射光時，關態電流會增大。因此，藉由以與電晶體100u重疊的方式設置遮光膜，實現場效移動率高且關態電流低的電晶體。其結果是，可以製造能夠進行高速工作的電晶體。
另外，在多層膜147中，較佳為降低第14族的元素之一的矽或碳、鹼金屬或鹼土金屬、氮、雜質元素等的濃度。典型的是，藉由使其濃度為與多層膜107所包含的第14族的元素之一的矽或碳、鹼金屬或鹼土金屬、氮、雜質元素等同樣的濃度，電晶體100u具有正臨界電壓的電特性(也稱為常關閉特性)。
在多層膜147中，尤其在通道區域147a中，藉由與通道區域107a同樣地降低雜質元素，能夠降低氧化物半導體膜的載子密度。
作為多層膜147，藉由使用雜質濃度低且缺陷態密度低的氧化物半導體膜，可以製造具有更優異的電特性的電晶體。在此，將雜質濃度低且缺陷態密度低(氧缺陷少)的狀態稱為高純度本質或實質上高純度本質。高純度本質或實質上高純度本質的氧化物半導體具有較少的載子發生源，因此有時可以降低其載子密度。由此，通道區域形成在該氧化物半導體膜中的電晶體容易具有正臨界電壓的電特性(也稱為常關閉特性)。此外，高純度本質或實質上高純度本質的氧化物半導體膜具有較低的缺陷態密度，所以有時其陷阱態密度也變低。此外，高純度本質或實質上高純度本質的氧化物半導體膜的關態電流顯著小，在源極電極與汲極電極間的電壓(汲極電壓)在1V至10V的範圍內時，關態電流可以為半導體參數分析儀的測量極限以下，即1×10-13A以下。因此，有時通道區域形成在該氧化物半導體膜中的電晶體的電特性變動小，而該電晶體具有高可靠性。
另外，在氧化物半導體膜145、146中，可以適當地使用氧化物半導體膜105、106、108的說明所示的結晶結構。
注意，在多層膜147中，有時通道區域147a與低電阻區域147b、147c的結晶性不同。這是因為，當 低電阻區域147b、147c被添加雜質元素時，低電阻區域147b、147c中產生損傷，而結晶性下降。
接著，使用圖14及圖15說明半導體裝置的其他結構。在此，在形成於驅動電路部的電晶體100v及形成在像素部的電晶體100w、100x中，具有閘極電極的功能的導電膜119、120、121為疊層結構。注意，圖14示出通道長度方向的電晶體100v、100w、100x的剖面圖，圖15示出通道寬度方向的電晶體100v、100w、100x的剖面圖。電晶體100v與實施方式1所示的電晶體100i的結構相同，所以詳細內容可以援用實施方式1的電晶體100i的說明。電晶體100w與實施方式1所示的電晶體100j的結構相同，所以詳細內容可以援用實施方式1的電晶體100j的說明。電晶體100x與本實施方式所示的電晶體100v的結構相同。
電晶體100x中的導電膜121包括接觸於絕緣膜118的導電膜121a及接觸於導電膜121a的導電膜121b。另外，導電膜121a的端部位於導電膜121b的端部的外側。換言之，導電膜121a具有其端部比導電膜121b的端部突出的形狀。
另外，絕緣膜118的端部位於導電膜121a的端部的外側。換言之，絕緣膜118具有其端部比導電膜121a的端部突出的形狀。再者，絕緣膜118的側面也可 以是彎曲的。
作為導電膜121a，可以適當地使用導電膜119a、120a的材料。作為導電膜121b，可以適當地使用導電膜119b、120b的材料。
注意，藉由使多層膜147中的通道區域的銅的濃度為多層膜107所示的範圍的濃度，能夠製造次臨界擺幅值(S值)良好的電晶體。
另外，電晶體100x與電晶體100v、100w同樣，藉由包括圖14及圖15所示的形狀的導電膜121及絕緣膜118，能夠使電晶體的汲極區域的電場弛豫。因此，能夠降低起因於汲極區域的電場的電晶體的臨界電壓的變動等劣化。
接著，使用圖16及圖17說明半導體裝置的其他結構。在此，形成在驅動電路部的電晶體111a、111d以及形成在像素部的電晶體111b、111c、111e、111f包括多層膜。注意，圖16示出通道長度方向的電晶體111a、111b、111c的剖面圖，圖17示出通道長度方向的電晶體111d、111e、111f的剖面圖。
電晶體111a與實施方式1所示的電晶體111w的結構相同，所以詳細內容可以援用實施方式1的電晶體111w的說明。電晶體111b與實施方式1所示的電晶體100h的結構相同，所以詳細內容可以援用實施方式 1的電晶體100h的說明。電晶體111c與本實施方式所示的電晶體111a的結構相同，所以詳細內容可以援用實施方式1所示的電晶體111w的說明。電晶體111d與實施方式1所示的電晶體111x的結構相同，所以詳細內容可以援用實施方式1的電晶體111x的說明。電晶體111e與實施方式1所示的電晶體111y的結構相同，所以詳細內容可以援用實施方式1的電晶體111y的說明。電晶體111f與本實施方式所示的電晶體111d的結構相同，所以詳細內容可以援用實施方式1所示的電晶體111x的說明。
圖16所示的電晶體111c中的多層膜147包括通道區域147a及低電阻區域147b、147c。另外，通道區域147a包括：接觸於絕緣膜104的通道區域148a；接觸於通道區域148a的通道區域145a；以及接觸於通道區域145a的通道區域146a。低電阻區域147b包括：接觸於絕緣膜104的低電阻區域148b；接觸於低電阻區域148b的低電阻區域145b；以及接觸於低電阻區域145b的低電阻區域146b。低電阻區域147c包括：接觸於絕緣膜104的低電阻區域148c；接觸於低電阻區域148c的低電阻區域145c；以及接觸於低電阻區域145c的低電阻區域146c。注意，雖然在圖16中未圖示，但是將包括通道區域148a、低電阻區域148b及低電阻區域148c的氧化物半導體膜稱為氧化物半導體膜148。也就是說，作為多層膜147，依次層疊有氧化物半導體膜148、氧化物半導體膜145、氧化物半導體膜146。
圖17所示的電晶體111f中的多層膜147包括通道區域147a及低電阻區域147b、147c。另外，通道區域147a包括：接觸於絕緣膜104的通道區域148a；接觸於通道區域148a的通道區域145a；接觸於通道區域145a的通道區域146a；以及接觸於通道區域146a的通道區域149a。低電阻區域147b包括：接觸於絕緣膜104的低電阻區域148b；接觸於低電阻區域148b的低電阻區域145b；接觸於低電阻區域145b的低電阻區域146b；以及接觸於低電阻區域146b的低電阻區域149b。低電阻區域147c包括：接觸於絕緣膜104的低電阻區域148c；接觸於低電阻區域148c的低電阻區域145c；接觸於低電阻區域145c的低電阻區域146c；以及接觸於低電阻區域146c的低電阻區域149c。注意，雖然在圖17中未圖示，但是將包括通道區域149a、低電阻區域149b及低電阻區域149c的氧化物半導體膜稱為氧化物半導體膜149。也就是說，作為多層膜147，依次層疊有氧化物半導體膜148、氧化物半導體膜145、氧化物半導體膜146及氧化物半導體膜149。
氧化物半導體膜148、149較佳為與氧化物半導體膜145、146相比能隙大、電子親和力小、且絕緣性高。另外，氧化物半導體膜148、149較佳為與氧化物半導體膜145、146相比銦的含有量少。另外，氧化物半導體膜148、149較佳為具有遮蔽來自外部的雜質的功能。在這種氧化物半導體膜中，In的原子個數比小於M(M為 Mg、Al、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf)的原子個數比。當氧化物半導體膜148、149包含In-M-Zn氧化物(M為Mg、Al、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf)時，在用來形成氧化物半導體膜148、149的靶材的金屬元素的原子個數比為In：M：Zn=x3：y3：z3的情況下，x3/y3較佳為1/6以上且小於1。另外，z3/y3較佳為1/3以上且6以下，更佳為1以上且6以下。藉由將z3/y3設定為1以上且6以下，作為氧化物半導體膜148、149的CAAC-OS膜的形成變得容易。作為靶材的金屬元素的原子個數比的代表例子，有In：M：Zn=1：3：2、In：M：Zn=1：3：4、In：M：Zn=1：3：6、In：M：Zn=1：3：8、In：M：Zn=1：4：4、In：M：Zn=1：4：5、In：M：Zn=1：4：6、In：M：Zn=1：4：7、In：M：Zn=1：4：8、In：M：Zn=1：5：5、In：M：Zn=1：5：6、In：M：Zn=1：5：7、In：M：Zn=1：5：8、In：M：Zn=1：6：8等。
在圖16所示的電晶體111a中，氧化物半導體膜142與氧化物半導體膜105相比能隙大且電子親和力小，因此通道形成在氧化物半導體膜105中。即，成為埋入通道結構。另外，由於電晶體111a包括包含一種以上的構成氧化物半導體膜105的金屬元素的氧化物半導體膜106及氧化物半導體膜142，因此不容易在氧化物半導體膜105與氧化物半導體膜106的介面及氧化物半導體膜105與氧化物半導體膜142的介面形成介面能階。因此，藉由設置氧化物半導體膜106及氧化物半導體膜142，可 以降低電晶體的臨界電壓等的電特性的偏差或變動。此外，在電晶體111c中也具有同樣的效果。
另外，同樣地，在圖17所示的電晶體111d中，氧化物半導體膜142、143與氧化物半導體膜105、106相比能隙大且電子親和力小，因此通道形成在氧化物半導體膜105中。即，成為埋入通道結構。另外，藉由形成包括氧化物半導體膜142、143的多層膜107，氧化物半導體膜142與氧化物半導體膜105的介面、氧化物半導體膜105與氧化物半導體膜106的介面及氧化物半導體膜106與氧化物半導體膜143的介面不容易形成介面能階。其結果是，可以降低電晶體的臨界電壓等的電特性的偏差或變動。此外，在電晶體111f中也具有同樣的效果。
另外，同樣地，在圖17所示的電晶體111e中，藉由形成包括氧化物半導體膜144的多層膜110，氧化物半導體膜144與氧化物半導體膜108的介面不容易形成介面能階。其結果是，可以降低電晶體的臨界電壓等的電特性的偏差或變動。
接著，使用圖18A至圖20說明半導體裝置的其他結構。在此，形成在驅動電路部的電晶體111g及形成在像素部的電晶體111i為雙閘極結構的電晶體。圖18A為電晶體111g的俯視圖，圖18B為電晶體111h的俯視圖，圖18C為電晶體111i的俯視圖。圖19是圖18A的點劃線A- B間的剖面圖、圖18B的點劃線C-D間的剖面圖以及圖18C的點劃線E-F間的剖面圖。圖20是圖18A的點劃線G-H間的剖面圖、圖18B的點劃線I-J間的剖面圖以及圖18C的點劃線K-L間的剖面圖。
圖19及圖20所示的電晶體111g包括：基板101上的導電膜102；基板101及導電膜102上的絕緣膜104；絕緣膜104上的多層膜107；接觸於多層膜107的絕緣膜116；以及隔著絕緣膜116與多層膜107重疊的導電膜119。由於多層膜107的結構與〈半導體裝置的結構1〉所示的多層膜107相同，因此省略詳細的說明。
導電膜102及導電膜119具有閘極電極的功能。換言之，電晶體111g是雙閘極結構的電晶體。另外，絕緣膜104及絕緣膜116具有閘極絕緣膜的功能。
由於電晶體111h可以採用與〈半導體裝置的結構1〉所示的電晶體100t同樣的結構，因此省略詳細的說明。
圖19及圖20所示的電晶體111i包括：基板101上的導電膜103；基板101及導電膜103上的絕緣膜104；絕緣膜104上的多層膜147；接觸於多層膜147的絕緣膜118；以及隔著絕緣膜118與多層膜147重疊的導電膜121。由於多層膜147的結構與〈半導體裝置的結構1〉所示的多層膜147相同，因此省略詳細的說明。
注意，較佳為在基板101上設置氮化物絕緣膜161。作為氮化物絕緣膜161，有氮化矽膜、氮化鋁膜 等。藉由使用氮化物絕緣膜161及絕緣膜104a覆蓋導電膜102、103，可以防止導電膜102、103中的金屬元素擴散，所以是較佳的。
導電膜103及導電膜121具有閘極電極的功能。換言之，電晶體111i是雙閘極結構的電晶體。另外，絕緣膜104及絕緣膜118具有閘極絕緣膜的功能。
注意，雖然圖19及圖20所示的導電膜102、103與多層膜107、147的整個面重疊，但是導電膜102、103也可以分別與多層膜107、147的一部分重疊。
在電晶體111g中，藉由使導電膜102與導電膜119不連接並分別對其施加不同的電位，可以控制電晶體111g的臨界電壓。或者，如圖20所示，藉由使導電膜102與導電膜119連接並對其施加相同的電位，可以降低初始特性偏差，抑制-GBT(-Gate Bias-Temperature)應力測試的劣化，並抑制通態電流的上升電壓在不同的汲極電壓下的變動。另外，藉由如圖20所示那樣使導電膜102與導電膜119連接，導電膜102、119的電場影響到多層膜107的頂面及側面，因此載子在多層膜107整體中流動。換言之，由於載子流動的區域在膜厚度方向上進一步增大，因此載子的遷移量增多。其結果是，電晶體111g在通態電流變大的同時，其場效移動率變高。藉由將電晶體的通道長度設定為小於2.5μm或1.45μm以上且2.2μm以下，可以在進一步增大通態電流的同時，提高其場效移動率。另外，由於電晶體111g的通態電流較大，因此能夠 縮小其平面上的面積。其結果是，能夠製造驅動電路部的佔有面積小且窄邊框化的顯示裝置。
另外，在電晶體111i中，因為採用導電膜103與導電膜121的連接結構，所以具有與電晶體111g同樣的效果。因此，能夠減小平面中的電晶體的佔有面積，而在像素中電晶體的配置的彈性變高。其結果是，能夠製造解析度高的顯示裝置。
在本實施方式所示的顯示裝置中，驅動電路部的電晶體為雙閘極結構。換言之，驅動電路部包括與像素部相比場效移動率高的電晶體。其結果是，可以製造能夠進行高速工作的驅動電路部。另外，藉由使用能夠進行高速工作的電晶體製造驅動電路部並使用寄生電容及寄生電阻少的電晶體製造像素部，可以製造高清晰且能夠進行倍速驅動的顯示裝置。
接著，使用圖21A至圖23說明半導體裝置的其他結構。在此，形成在像素部的電晶體111m為雙閘極結構的電晶體。圖21A為電晶體111j的俯視圖，圖21B為電晶體111k的俯視圖，圖21C為電晶體111m的俯視圖。圖22是圖21A的點劃線A-B間的剖面圖、圖21B的點劃線C-D間的剖面圖以及圖21C的點劃線E-F間的剖面圖。圖23是圖21A的點劃線G-H間的剖面圖、圖21B的點劃線I-J間的剖面圖以及圖21C的點劃線K-L間的剖面圖。
圖22及圖23所示的電晶體111j與〈半導體裝置的結構1〉所示的電晶體100s為相同的單閘極結構，所以省略詳細的說明。
圖22及圖23所示的電晶體111k與〈半導體裝置的結構1〉所示的電晶體100t為相同的結構，所以省略詳細的說明。
圖22及圖23所示的電晶體111m與〈半導體裝置的結構4〉所示的電晶體111i為相同的雙閘極結構，所以省略詳細的說明。
在本實施方式所示的顯示裝置中，設置在像素部的電晶體111i、111m包括遮蔽入射到多層膜147的光的導電膜103、121。因此，電晶體111i、111m的場效移動率高且關態電流低，而能夠減小平面中的電晶體的佔有面積，所以在像素中，電晶體的配置的彈性得到提高，並且影像品質的劣化較少。其結果是，能夠製造影像品質高且解析度高的顯示裝置。另外，藉由使用寄生電容及寄生電阻少的電晶體製造像素部，可以製造高清晰且能夠進行倍速驅動的顯示裝置。
接著，使用圖24A至圖27B說明圖11A至圖13所示的電晶體100s、100t、100u的製造方法。
作為構成電晶體100s、100t、100u的膜(絕緣膜、氧化物半導體膜、導電膜等)，可以適當地使用構成 實施方式1所示的電晶體的膜的製造方法。
如圖24A所示，與實施方式1同樣地在基板101上形成絕緣膜104。接著，在驅動電路部的絕緣膜104上形成氧化物半導體膜105，並在像素部的絕緣膜104上形成氧化物半導體膜145。
在此，作為絕緣膜104利用電漿CVD法形成厚度為300nm的氧氮化矽膜。
氧化物半導體膜105、106、108、145、146可以與實施方式1所示的氧化物半導體膜105、106、108同樣地被形成。
另外，與實施方式1同樣地，也可以在形成氧化物半導體膜之後進行加熱處理，來實現氧化物半導體膜的脫氫化或脫水化。
在此，藉由濺射法形成厚度為35nm的氧化物半導體膜。接著，在該氧化物半導體膜上形成遮罩，並選擇性地對氧化物半導體膜的一部分進行蝕刻，形成氧化物半導體膜105、145。注意，作為氧化物半導體膜，形成In：Ga：Zn=3：1：2的In-Ga-Zn氧化物膜。
接著，如圖24B所示，在驅動電路部中，在氧化物半導體膜105上形成氧化物半導體膜106，在像素部中，形成氧化物半導體膜108，並在氧化物半導體膜145上形成氧化物半導體膜146。也就是說，形成依次層疊有氧化物半導體膜105及氧化物半導體膜106的多層膜107。另外，形成依次層疊有氧化物半導體膜145及氧化 物半導體膜146的多層膜147。
注意，在該製程中，藉由以覆蓋氧化物半導體膜105的頂面及側面的方式形成氧化物半導體膜106，防止氧化物半導體膜105在後面的形成具有源極電極及汲極電極的功能的導電膜的製程中被蝕刻。另外，藉由以覆蓋氧化物半導體膜145的頂面及側面的方式形成氧化物半導體膜146，防止氧化物半導體膜145在後面的形成具有源極電極及汲極電極的功能的導電膜的製程中被蝕刻。其結果是，可以降低電晶體的通道寬度方向上的氧化物半導體膜105、145的長度的變動，所以是較佳的。
在此，藉由濺射法形成厚度為20nm的氧化物半導體膜。接著，在該氧化物半導體膜上形成遮罩，並選擇性地對氧化物半導體膜的一部分進行蝕刻，形成氧化物半導體膜106、108、146。注意，作為氧化物半導體膜106、108、146，形成In：Ga：Zn=1：1：1.2的In-Ga-Zn氧化物膜。
接著，進行加熱處理，使絕緣膜104所含的氧移動到氧化物半導體膜。注意，該加熱處理也可以在形成成為氧化物半導體膜106、108、146的氧化物半導體膜之後且在對該氧化物半導體膜進行蝕刻而形成氧化物半導體膜106、108、146之前進行。
另外，藉由在高於350℃且為650℃以下，或450℃以上且600℃以下的溫度下進行加熱處理，能夠獲得後述的CAAC化率為60%以上且低於100%，或80%以 上且低於100%，或90%以上且低於100%，或95%以上且98%以下的氧化物半導體膜。此外，能夠獲得氫、水等的含量得到降低的氧化物半導體膜。即，能夠形成雜質濃度低且缺陷態密度低的氧化物半導體膜。
接著，如圖25A所示，與實施方式1同樣地，在絕緣膜104、多層膜107、147及氧化物半導體膜108上形成絕緣膜115。接著，與實施方式1同樣地，在絕緣膜115上形成導電膜119、120、121。
在此，作為絕緣膜115，藉由電漿CVD法形成厚度為100nm的氧氮化矽膜。
另外，在此，在導電膜上藉由光微影製程形成遮罩122、123、124之後，對該導電膜進行蝕刻，來形成導電膜119、120、121。
接著，如圖25B所示，與實施方式1同樣地，在殘留著遮罩122、123、124的情況下對絕緣膜115進行蝕刻，由此形成絕緣膜116、117、118。
接著，如圖26A所示，與實施方式1同樣地，在殘留著遮罩122、123、124的情況下對多層膜107、147及氧化物半導體膜108添加雜質元素125。其結果是，對多層膜107、147及氧化物半導體膜108中的沒有被遮罩122、123、124覆蓋的區域添加雜質元素。另外，藉由添加雜質元素125，在多層膜107、147及氧化物半導體膜108中形成氧缺陷。
其結果是，可以在多層膜107中形成低電阻 區域107b、107c。可以在氧化物半導體膜108中形成低電阻區域108b、108c。另外，可以在多層膜147中形成低電阻區域147b、147c。然後，去除遮罩122、123、124。
注意，若在導電膜119、120、121露出的狀態下添加雜質元素125，導電膜119、120、121的一部分則會剝離而附著於絕緣膜116、117、118的側面。其結果是，導致電晶體的洩漏電流增大。因此，藉由在由遮罩122、123、124覆蓋導電膜119、120、121的狀態下對多層膜107、147及氧化物半導體膜108添加雜質元素125，能夠防止導電膜119、120、121的一部分附著於絕緣膜116、117、118的側面。注意，也可以在去除遮罩122、123、124之後對多層膜107、147及氧化物半導體膜108添加雜質元素125。
然後，與實施方式1同樣地，也可以進行加熱處理來進一步提高添加有雜質元素125的區域的導電性。
接著，如圖27A所示，與實施方式1同樣地，在絕緣膜104、多層膜107、147及氧化物半導體膜108、絕緣膜116、117、118、導電膜119、120、121上形成絕緣膜126。
在此，作為絕緣膜126，利用電漿CVD法形成厚度為100nm的氮化矽膜。
然後，與實施方式1同樣地，也可以進行加 熱處理來進一步提高低電阻區域107b、107c、108b、108c、147b、147c的導電性。典型的是，加熱處理的溫度為150℃以上且低於基板的應變點，或250℃以上且450℃以下，或300℃以上且450℃以下。
接著，如圖27A所示，與實施方式1同樣地，也可以形成絕緣膜127。藉由形成絕緣膜127，能夠降低將在後面形成的導電膜134、135、136、137、138、139與導電膜119、120、121之間的寄生電容。
接著，與實施方式1同樣地，在絕緣膜126、127中形成開口部128、129、130、131、132、133(參照圖21A至圖21C)，使低電阻區域的一部分露出之後，形成導電膜134、135、136、137、138、139。此外，較佳為形成氮化物絕緣膜162(參照圖27B)。
導電膜134、135、136、137、138、139可以適當地使用與導電膜119、120同樣的形成方法。氮化物絕緣膜162可以適當地使用濺射法、CVD法等形成。
藉由上述製程，可以製造電晶體100s、100t、100u。
接著，說明圖18A至圖20所示的電晶體111g、111h、111i的製造方法。
在基板101上形成絕緣膜161，並在絕緣膜161上形成導電膜102、103。導電膜102、103可以適當 地使用導電膜119、120的製造方法。
接著，在絕緣膜161及導電膜102、103上形成絕緣膜104。
然後，藉由圖24A和圖24B的製程形成多層膜107、147及氧化物半導體膜108。
接著，如圖25A所示，在形成絕緣膜115之後，對絕緣膜115的一部分進行蝕刻，從而形成圖18A所示的開口部113及圖18C所示的開口部114。
接著，在形成圖25A所示的導電膜119、120、121之後，可以藉由與圖25B、圖26A、圖26B、圖27A及圖27B同樣的製程製造電晶體111g、111h、111i。
在本實施方式所示的電晶體中，由於具有源極電極以及汲極電極的功能的導電膜不與具有閘極電極的功能的導電膜重疊，因此能夠降低寄生電容，所以通態電流較大。另外，在本實施方式所示的電晶體中，可以穩定地形成低電阻區域，所以與習知的電晶體相比，其通態電流得到提高，並且其電特性的偏差得到減少。
本實施方式所示的結構及方法等可以與其他實施方式所示的結構及方法等適當地組合而實施。
在此，使用圖29A至圖33B說明前面的實施方式所示的電晶體的變形例子。在此，作為電晶體，以形成在像素部的電晶體為代表例子進行說明。圖29A至圖29F所 示的電晶體包括：形成在基板101上的絕緣膜104上的氧化物半導體膜108；與氧化物半導體膜108接觸的絕緣膜117；以及與絕緣膜117接觸且與氧化物半導體膜108重疊的導電膜120。
另外，在電晶體中設置有與氧化物半導體膜108接觸的絕緣膜126以及與絕緣膜126接觸的絕緣膜127。另外，在電晶體中設置有藉由絕緣膜126及絕緣膜127的開口部與氧化物半導體膜108接觸的導電膜136、137。
在圖29A所示的電晶體中，氧化物半導體膜108包括：形成在與導電膜120重疊的區域的通道區域108a；以及夾著通道區域108a且包含雜質元素的區域，即低電阻區域108b、108c。另外，導電膜136、137與低電阻區域108b、108c接觸。
或者，如圖29B所示的電晶體，也可以不對在氧化物半導體膜108中與導電膜136、137接觸的區域108d、108e添加雜質元素。此時，在與導電膜136、137接觸的區域108d、108e與通道區域108a之間包括包含雜質元素的區域，即低電阻區域108b、108c。注意，由於當導電膜136、137被施加電壓時具有導電性，因此區域108d、108e具有源極區域及汲極區域的功能。
在形成導電膜136、137之後，將導電膜120及導電膜136、137用作遮罩，並對氧化物半導體膜添加雜質元素，由此形成圖29B所示的電晶體。
在導電膜120中，導電膜120的端部也可以是錐形狀。也就是說，由絕緣膜117及導電膜120相互接觸的面與導電膜120的側面所形成的角度θ1也可以是低於90°，或10°以上且85°以下，或15°以上且85°以下，或30°以上且85°以下，或45°以上且85°以下，或60°以上且85°以下。藉由將角度θ1設定為低於90°，或10°以上且85°以下，或15°以上且85°以下，或30°以上且85°以下，或45°以上且85°以下，或60°以上且85°以下，能夠提高絕緣膜117及導電膜120的側面的絕緣膜126的覆蓋性。
接著，說明低電阻區域108b、108c的變形例子。圖29C至圖29F是圖29A所示的氧化物半導體膜108附近的放大圖。在此，通道長度L是一對低電阻區域的間隔。
如圖29C所示，在通道長度方向的剖面形狀中，通道區域108a及低電阻區域108b、108c的邊界隔著絕緣膜117與導電膜120的端部一致或大致一致。換言之，在俯視形狀中，通道區域108a及低電阻區域108b、108c的邊界與導電膜120的端部一致或大致一致。
或者，如圖29D所示，在通道長度方向的剖面形狀中，通道區域108a包括不與導電膜120的端部重疊的區域。該區域被用作偏置(offset)區域。Loff表示通道長度方向上的偏置區域的長度。注意，當偏置區域為多個時，將一個偏置區域的長度稱為Loff。Loff包括在通道長 度L中。另外，Loff低於通道長度L的20%，或低於10%，或低於5%，或低於2%。
或者，如圖29E所示，在通道長度方向的剖面形狀中，低電阻區域108b、108c包括隔著絕緣膜117與導電膜120重疊的區域。該區域被用作重疊區域。Lov表示通道長度方向上的重疊區域的長度。Lov低於通道長度L的20%，或低於10%，或低於5%，或低於2%。
或者，如圖29F所示，在通道長度方向的剖面形狀中，在通道區域108a與低電阻區域108b之間包括低電阻區域108f，在通道區域108a與低電阻區域108c之間包括低電阻區域108g。與低電阻區域108b、108c相比，低電阻區域108f、108g的雜質元素的濃度較低且電阻率較高。雖然在此低電阻區域108f、108g與絕緣膜117重疊，但是也可以與絕緣膜117及導電膜120重疊。
雖然在圖29C至圖29F中說明了圖29A所示的電晶體，但是也可以對圖29B所示的電晶體適當地應用圖29C至圖29F的結構。
在圖30A所示的電晶體中，絕緣膜117的端部位於導電膜120的端部的外側。也就是說，絕緣膜117具有其端部比導電膜120的端部突出的形狀。由於能夠使通道區域108a與絕緣膜126相離較遠，因此可以抑制絕緣膜126所包含的氮、氫等進入通道區域108a。
在圖30B所示的電晶體中，絕緣膜117及導電膜120是錐形狀，且各錐部的角度不同。換言之，角度 θ1與角度θ2不同，角度θ1是由絕緣膜117及導電膜120相互接觸的面與導電膜120的側面所形成的，而角度θ2是氧化物半導體膜108及絕緣膜117相互接觸的面與絕緣膜117的側面所形成的。角度θ2也可以是低於90°，或30°以上且85°以下，或45°以上且70°以下。例如，當角度θ2小於角度θ1時，絕緣膜126的覆蓋性提高。另外，當角度θ2大於角度θ1時，能夠使電晶體微型化。
接著，使用圖30C至圖30F說明低電阻區域108b、108c的變形例子。注意，圖30C至圖30F是圖30A所示的氧化物半導體膜108附近的放大圖。
如圖30C所示，在通道長度方向的剖面形狀中，通道區域108a及低電阻區域108b、108c的邊界隔著絕緣膜117與導電膜120的端部一致或大致一致。換言之，在俯視形狀中，通道區域108a及低電阻區域108b、108c的邊界與導電膜120的端部一致或大致一致。
或者，如圖30D所示，在通道長度方向的剖面形狀中，通道區域108a包括不與導電膜120重疊的區域。該區域被用作偏置區域。也就是說，在俯視形狀中，低電阻區域108b、108c的端部與絕緣膜117的端部一致或大致一致且不與導電膜120的端部重疊。
或者，如圖30E所示，在通道長度方向的剖面形狀中，低電阻區域108b、108c包括隔著絕緣膜117與導電膜120重疊的區域。將該區域稱為重疊區域。換言之，在俯視形狀中，低電阻區域108b、108c的端部與導 電膜120重疊。
或者，如圖30F所示，在通道長度方向的剖面形狀中，在通道區域108a與低電阻區域108b之間包括低電阻區域108f，在通道區域108a與低電阻區域108c之間包括低電阻區域108g。與低電阻區域108b、108c相比，低電阻區域108f、108g的雜質元素的濃度較低且電阻率較高。雖然在此低電阻區域108f、108g與絕緣膜117重疊，但是也可以與絕緣膜117及導電膜120重疊。
雖然在圖30C至圖30F中說明了圖30A所示的電晶體，但是也可以對圖30B所示的電晶體適當地應用圖30C至圖30F的結構。
在圖31A所示的電晶體中，導電膜120是疊層結構，並包括與絕緣膜117接觸的導電膜120a以及與導電膜120a接觸的導電膜120b。另外，導電膜120a的端部位於導電膜120b的端部的外側。換言之，導電膜120a具有其端部比導電膜120b的端部突出的形狀。
接著，說明低電阻區域108b、108c的變形例子。注意，圖31B至圖31E、圖32A及圖32B是圖31A所示的氧化物半導體膜108附近的放大圖。
如圖31B所示，在通道長度方向的剖面形狀中，通道區域108a及低電阻區域108b、108c的邊界隔著絕緣膜117與導電膜120所包括的導電膜120a的端部一致或大致一致。換言之，在俯視形狀中，通道區域108a及低電阻區域108b、108c的邊界與導電膜120的端部一 致或大致一致。
或者，如圖31C所示，在通道長度方向的剖面形狀中，通道區域108a包括不與導電膜120重疊的區域。該區域被用作偏置區域。也就是說，在俯視形狀中，低電阻區域108b、108c的端部不與導電膜120的端部重疊。
或者，如圖31D所示，在通道長度方向的剖面形狀中，低電阻區域108b、108c包括與導電膜120(在此為導電膜120a)重疊的區域。將該區域稱為重疊區域。換言之，在俯視形狀中，低電阻區域108b、108c的端部與導電膜120a重疊。
或者，如圖31E所示，在通道長度方向的剖面形狀中，在通道區域108a與低電阻區域108b之間包括低電阻區域108f，在通道區域108a與低電阻區域108c之間包括低電阻區域108g。雜質元素透過導電膜120a添加到低電阻區域108f、108g，因此與低電阻區域108b、108c相比，低電阻區域108f、108g的雜質元素的濃度較低且電阻率較高。雖然在此低電阻區域108f、108g與導電膜120a重疊，但是也可以與導電膜120a及導電膜120b重疊。
或者，如圖32A所示，在通道長度方向的剖面形狀中，導電膜120a的端部位於導電膜120b的端部的外側，並且導電膜120a也可以是錐形狀。也就是說，由絕緣膜117及導電膜120a相互接觸的面與導電膜120a的 側面所形成的角度也可以是低於90°，或5°以上且45°以下，或5°以上且30°以下。
再者，絕緣膜117的端部也可以位於導電膜120a的端部的外側。
再者，絕緣膜117的側面也可以是彎曲的。
再者，絕緣膜117也可以是錐形狀。也就是說，由氧化物半導體膜108及絕緣膜117相互接觸的面與絕緣膜117的側面所形成的角度低於90°，較佳為30°以上且低於90°。
圖32A所示的氧化物半導體膜108包括：通道區域108a；夾著通道區域108a的低電阻區域108f、108g；夾著低電阻區域108f、108g的低電阻區域108h、108i；以及夾著低電阻區域108h、108i的低電阻區域108b、108c。雜質元素透過絕緣膜117及導電膜120a添加到低電阻區域108f、108g、108h、108i，因此與低電阻區域108b、108c相比，低電阻區域108f、108g、108h、108i的雜質元素的濃度較低且電阻率較高。
圖32B所示的氧化物半導體膜108包括：通道區域108a；夾著通道區域108a的低電阻區域108h、108i；以及夾著低電阻區域108h、108i的低電阻區域108b、108c。雜質元素透過絕緣膜117添加到低電阻區域108h、108i，因此與低電阻區域108b、108c相比，低電阻區域108h、108i的雜質元素的濃度較低且電阻率較高。
注意，在通道長度方向中，通道區域108a與導電膜120b重疊，低電阻區域108f、108g與其端部比導電膜120b的端部的外側突出的導電膜120a重疊，低電阻區域108h、108i與其端部比導電膜120a的端部的外側突出的絕緣膜117重疊，低電阻區域108b、108c設置在絕緣膜117的外側。
如圖31E及圖32A和圖32B所示，氧化物半導體膜108藉由包括比低電阻區域108b、108c的雜質元素的濃度低且電阻率高的低電阻區域108f、108g、108h、108i，可以使汲極區域的電場弛豫。因此，可以降低起因於汲極區域的電場的電晶體的臨界電壓的變動等劣化。
圖33A所示的電晶體包括包含通道區域108a及低電阻區域108b、108c的氧化物半導體膜108，低電阻區域108b、108c包括厚度小於通道區域108a的區域。典型的是，低電阻區域108b、108c包括與通道區域108a相比厚度小0.1nm以上且5nm以下的區域。
在圖33B所示的電晶體中，與氧化物半導體膜108接觸的絕緣膜104、117之中的至少一個是多層結構。例如，絕緣膜104包括絕緣膜104a、與絕緣膜104a及氧化物半導體膜108接觸的絕緣膜104b。另外，絕緣膜117包括與氧化物半導體膜108接觸的絕緣膜117a以及與絕緣膜117a接觸的絕緣膜117b。
絕緣膜104b、117a可以使用氮氧化物少且缺陷態密度低的氧化物絕緣膜形成。氮氧化物少且缺陷態密 度低的氧化物絕緣膜具體是指位於真空能階的4.6eV以上且8eV以下的缺陷態密度較低的氧化物絕緣膜，換言之，起因於氮氧化物的缺陷態密度較低的氧化物絕緣膜。作為氮氧化物少且缺陷態密度低的氧化物絕緣膜，可以使用氮氧化物的釋放量少的氧氮化矽膜或氮氧化物的釋放量少的氧氮化鋁膜等。注意，絕緣膜104b、117a的平均膜厚為0.1nm以上且50nm以下，或者0.5nm以上且10nm以下。
此外，在熱脫附譜分析法(TDS(Thermal Desorption Spectroscopy))中，氮氧化物的釋放量少的氧氮化矽膜是氨釋放量比氮氧化物的釋放量多的膜，典型的是氨釋放量為1×1018個/cm3以上且5×1019個/cm3以下。注意，氨的釋放量是藉由膜表面溫度為50℃以上且650℃以下，較佳為50℃以上且550℃以下的加熱處理而釋放的量。
絕緣膜104a、117b可以使用藉由加熱釋放氧的氧化物絕緣膜形成。注意，絕緣膜104a、117b的平均膜厚為5nm以上且1000nm以下，或10nm以上且500nm以下。
作為藉由加熱釋放氧的氧化物絕緣膜的代表例子，有氧氮化矽膜、氧氮化鋁膜等。
以NO2或NO為代表的氮氧化物(NOx，x為0以上且2以下，較佳為1以上且2以下)在絕緣膜104及絕緣膜117等中形成能階。該能階形成在氧化物半導體膜 108的能隙中。因此，當氮氧化物擴散到絕緣膜104、117及氧化物半導體膜108之間的介面時，有時該能階在絕緣膜104、117一側俘獲電子。其結果是，被俘獲的電子停留在絕緣膜104、117及氧化物半導體膜108之間的介面附近，而導致電晶體的臨界電壓向正方向漂移。
另外，氮氧化物在加熱處理中與氨及氧起反應。絕緣膜104a、117b所包含的氮氧化物在加熱處理中與絕緣膜104b、117a所包含的氨起反應，因此絕緣膜104a、117b所包含的氮氧化物被降低。因此，在絕緣膜104、117及氧化物半導體膜108的介面，電子不容易被俘獲。
作為絕緣膜104b、117a，藉由使用氮氧化物少且缺陷態密度低的氧化物絕緣膜，能夠降低電晶體的臨界電壓的漂移，而可以降低電晶體的電特性的變動。
藉由電晶體的製程的加熱處理(典型為300℃以上且低於基板應變點的加熱處理)，在對絕緣膜104b、117a利用100K以下的ESR進行測量而得到的質譜中，觀察到g值為2.037以上且2.039以下的第一信號、g值為2.001以上且2.003以下的第二信號以及g值為1.964以上且1.966以下的第三信號。在X帶的ESR測定中，第一信號與第二信號之間的分裂寬度(split width)及第二信號與第三信號之間的分裂寬度大約為5mT。另外，g值為2.037以上且2.039以下的第一信號、g值為2.001以上且2.003以下的第二信號以及g值為1.964以上且1.966以下 的第三信號的自旋密度的總計為小於1×1018spins/cm3，典型為1×1017spins/cm3以上且小於1×1018spins/cm3。
在100K以下的ESR譜中，g值為2.037以上且2.039以下的第一信號、g值為2.001以上且2.003以下的第二信號以及g值為1.964以上且1.966以下的第三信號相當於起因於二氧化氮的信號。換言之，g值為2.037以上且2.039以下的第一信號、g值為2.001以上且2.003以下的第二信號以及g值為1.964以上且1.966以下的第三信號的自旋密度的總計越低，氧化物絕緣膜所包含的氮氧化物的含量越少。
另外，在電晶體的製程的加熱處理(典型為300℃以上且低於基板應變點的加熱處理)後，氮氧化物少且缺陷態密度低的氧化物絕緣膜藉由SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry)測定的氮濃度為6×1020atoms/cm3以下。
藉由利用基板溫度為220℃以上、280℃以上或350℃以上並使用矽烷及一氧化二氮的電漿CVD法形成氮氧化物少且缺陷態密度低的氧化物絕緣膜，可以製造緻密且硬度高的膜。
圖33C所示的電晶體包括：氧化物半導體膜108；絕緣膜117；以及導電膜120與絕緣膜126之間的絕緣膜141。絕緣膜141可以使用圖33B的絕緣膜104b、117a所示的氮氧化物少且缺陷態密度低的氧化物絕緣膜來形成。
另外，在通道長度方向的剖面形狀中，通道區域108a與低電阻區域108b之間包括低電阻區域108f，通道區域108a與低電阻區域108c之間包括低電阻區域108g。與低電阻區域108b、108c相比，低電阻區域108f、108g的雜質元素的濃度較低且電阻率較高。注意，在此，低電阻區域108f、108g是重疊於與絕緣膜117及導電膜120的側面接觸的絕緣膜141的區域。另外，低電阻區域108f、108g也可以與絕緣膜126及絕緣膜141重疊。
在圖33D所示的電晶體中，絕緣膜117與氧化物半導體膜108的通道區域108a接觸，並且與低電阻區域108b、108c接觸。另外，在絕緣膜117中，與接觸於通道區域108a的區域相比，接觸於低電阻區域108b、108c的區域的膜厚較薄，典型的是，平均膜厚為0.1nm以上且50nm以下，或0.5nm以上且10nm以下。其結果是，能夠透過絕緣膜117對氧化物半導體膜108添加雜質元素，並且能夠透過絕緣膜117將絕緣膜126所包含的氫移動到氧化物半導體膜108。其結果是，可以形成低電阻區域108b、108c。
再者，將絕緣膜104形成為絕緣膜104a、104b的多層結構，使用藉由加熱釋放氧的氧化物絕緣膜形成絕緣膜104a，使用氮氧化物少且缺陷態密度低的氧化物絕緣膜形成絕緣膜104b。再者，使用氮氧化物少且缺陷態密度低的氧化物絕緣膜形成絕緣膜117。也就是 說，可以由氮氧化物少且缺陷態密度低的氧化物絕緣膜覆蓋氧化物半導體膜108。其結果是，藉由加熱處理將絕緣膜104a所包含的氧移動到氧化物半導體膜108中，可以降低氧化物半導體膜108的通道區域108a所包含的氧缺陷，並且降低絕緣膜104b、117與氧化物半導體膜108的介面的載子的陷阱。其結果是，能夠降低電晶體的臨界電壓的漂移，並降低電晶體的電特性的變動。
在此，使用圖34A及圖34B說明在絕緣膜上形成抑制氧脫離的膜之後透過該膜對絕緣膜添加氧的方法。
如圖34A所示，在基板101上形成絕緣膜104。
接著，在絕緣膜104上形成抑制氧脫離的膜145d。接著，透過膜145d對絕緣膜104添加氧146d。
作為抑制氧脫離的膜145d，使用如下具有導電性的材料來形成：選自鋁、鉻、鉭、鈦、鉬、鎳、鐵、鈷、鎢的金屬元素；以上述金屬元素為成分的合金；組合上述金屬元素的合金；包括上述金屬元素的金屬氮化物；包括上述金屬元素的金屬氧化物；以及包括上述金屬元素的金屬氮氧化物等。
抑制氧脫離的膜145d的厚度可以是1nm以上且20nm以下，或2nm以上且10nm以下。
作為透過膜145d對絕緣膜104添加氧146d 的方法，有離子摻雜法、離子植入法、電漿處理法等。注意，藉由使膜145d暴露在對基板101一側施加偏壓的狀態下發生的電漿，能夠增加對絕緣膜104的氧的添加量，所以是較佳的。作為進行這種電漿處理的裝置的一個例子，有灰化裝置。
藉由在絕緣膜104上設置膜145d並對其添加氧，膜145d被用作抑制氧從絕緣膜104脫離的保護膜。因此，可以對絕緣膜104添加更多的氧。
另外，當以電漿處理進行氧的引入時，藉由使用微波激發氧，產生高密度的氧電漿，可以增加對絕緣膜104引入氧的量。
然後，藉由去除膜145d，如圖34B所示，可以在基板101上形成添加有氧的絕緣膜104。
在本實施方式中，說明形成在氧化物半導體膜的低電阻區域的VOH。
當氧化物半導體膜(以下，稱為IGZO)為完整結晶時，在室溫下H優先地沿著ab面擴散。在進行450℃的加熱處理時H分別擴散在ab面及c軸方向上。於是，計算是否當在IGZO中存在氧缺陷VO時H容易進入氧缺陷VO中。在此，將在氧缺陷VO中存在H的狀態稱為VOH。
在計算中，使用圖35所示的InGaZnO4的結晶模型。在此，利用NEB(Nudged Elastic Band：微動彈性帶)法對VOH中的H從VO被釋放與氧鍵合的反應路徑的活化能(Ea)進行計算。表1示出計算條件。
在InGaZnO4的結晶模型中，如圖35所示，有與氧鍵合的金屬元素及該元素個數不同的氧位置1至氧位置4。在此，對容易形成氧缺陷VO的氧位置1及氧位置2進行計算。
首先，作為容易形成氧缺陷VO的氧位置1，對與三個In原子及一個Zn原子鍵合的氧位置進行計算。
圖36A示出初始狀態的模型，圖36B示出最終狀態的模型。另外，圖37示出在初始狀態及最終狀態下算出的的活化能(Ea)。注意，在此“初始狀態”是指在氧缺陷VO中存在H的狀態(VOH)，而“最終狀態”是指如下 結構：具有氧缺陷VO及鍵合於一個Ga原子及兩個Zn原子的氧與H鍵合的狀態(H-O)。
從計算的結果可知，當氧缺陷VO中的H與其他O原子鍵合時需要大約為1.52eV的能量，而當鍵合於O的H進入氧缺陷VO時需要大約為0.46eV的能量。
在此，根據藉由計算獲得的活化能(Ea)和算式1，計算出反應頻率(Γ)。在算式1中，kB表示波茲曼常數，T表示絕對溫度。
假設頻率因數v=1013[1/sec]，計算出350℃時的反應頻率。H從圖36A所示的模型中的位置移到圖36B所示的模型中的位置的頻率為5.52×100[1/sec]。此外，H從圖36B所示的模型中的位置移到圖36A所示的模型中的位置的頻率為1.82×109[1/sec]。由此可知，擴散在IGZO中的H在其附近有氧缺陷VO時容易形成VOH，一旦形成VOH就不容易從氧缺陷VO釋放H。
接著，作為容易形成氧缺陷VO的氧位置2，對與一個Ga原子及兩個Zn原子鍵合的氧位置進行計算。
圖38A示出初始狀態的模型，圖38B示出最終狀態的模型。另外，圖39示出在初始狀態及最終狀態下算出的活化能(Ea)。注意，在此“初始狀態”是指在氧缺 陷VO中存在H的狀態(VOH)，而“最終狀態”是指如下結構：具有氧缺陷VO及鍵合於一個Ga原子及兩個Zn原子的氧與H鍵合的狀態(H-O)。
從計算的結果可知，當氧缺陷VO中的H與其他O原子鍵合時需要大約為1.75eV的能量，而當鍵合於O的H進入氧缺陷VO時需要大約為0.35eV的能量。
根據藉由計算獲得的活化能(Ea)和上述算式1，計算出反應頻率(Γ)。
假設頻率因數v=1013[1/sec]，計算出350℃時的反應頻率。H從圖38A所示的模型中的位置移到圖38B所示的模型中的位置的頻率為7.53×10-2[1/sec]。此外，H從圖38B所示的模型中的位置移到圖38A所示的模型中的位置的頻率為1.44×1010[1/sec]。由此可知，一旦形成VOH就不容易從氧缺陷VO釋放H。
由上述結果可知，當進行退火時IGZO中的H容易擴散，當具有氧缺陷VO時H容易進入氧缺陷VO而成為VOH。
當在IGZO中存在氧缺陷VO及H時，根據〈(1)VOH的易形成性以及穩定性〉所示的利用NEB法的計算，可以認為氧缺陷VO與H容易形成VOH，並且VOH穩定。於是，為了調查VOH是否與載子陷阱有關係，計算出VOH的遷移能階。
在計算中，使用InGaZnO4的結晶模型(112原子)。在此，製造圖35所示的氧位置1及氧位置2的VOH的模型來計算出遷移能階。表2示出計算條件。
以形成接近實驗值的能隙的方式調整交換項的混合比，沒有缺陷的InGaZnO4的結晶模型的能隙變為3.08eV，該結果接近實驗值3.15eV。
根據下面算式2計算出具有缺陷D的模型的遷移能階(ε(q/q'))。此外，△E(Dq)為缺陷D的電荷q的形成能量，根據下面算式3計算出該能量。
在算式2及算式3中，Etot(Dq)表示包含缺陷D的模型的電荷q的總能量，Etot(bulk)表示沒有缺陷的模型(完整結晶)的總能量，△ni表示起因於缺陷的原子i的增減數，μi表示原子i的化學勢，εVBM表示沒有缺陷的模型中的價帶頂的能量，△Vq表示與靜電勢有關的修正項，EF表示費米能量。
圖40示出根據上述算式計算出的VOH的遷移能階。圖40中的數值表示離導帶底的深度。由圖40可知，氧位置1的VOH的遷移能階存在於導帶底下0.05eV處，氧位置2的VOH的遷移能階存在於導帶底下0.11eV處，由此各VOH與電子陷阱有關係。就是說，可知VOH被用作施體。也可知包含VOH的IGZO具有導電性。
下面，參照圖48說明具有VOH的氧化物導電體膜的電阻率的溫度依存性。
在此，製造具有氧化物導電體膜的樣本。作為氧化物導電體膜，製造如下氧化物導電體膜：氧化物半導體膜與氮化矽膜接觸而成的氧化物導電體膜(OC_SiNx)；在摻雜裝置中將氬添加到氧化物半導體膜且與氮化矽膜接觸而成的氧化物導電體膜(OC_Ar dope+SiNx)；在電漿處理裝置中使氧化物半導體膜暴露於 氬電漿且與氮化矽膜接觸而形成的氧化物導電體膜(OC_Ar plasma+SiNx)。另外，氮化矽膜包含氫。
下面說明包含氧化物導電體膜(OC_SiNx)的樣本的製造方法。在藉由電漿CVD法將400nm厚的氧氮化矽膜形成在玻璃基板上之後，將氧氮化矽膜暴露於氧電漿，然後對氧氮化矽膜添加氧離子，來形成由於加熱而釋放氧的氧氮化矽膜。接著，藉由使用原子個數比為In：Ga：Zn=1：1：1.2的濺射靶材的濺射法在由於加熱而釋放氧的氧氮化矽膜上形成100nm厚的In-Ga-Zn氧化物膜，在450℃的氮氛圍下對該氧化物膜進行加熱處理，然後在450℃的氮及氧的混合氣體氛圍下進行加熱處理。然後，藉由電漿CVD法形成100nm厚的氮化矽膜。然後，在350℃的氮及氧的混合氣體氛圍下進行加熱處理。
下面說明包含氧化物導電體膜(OC_Ar dope+SiNx)的樣本的製造方法。在藉由電漿CVD法將400nm厚的氧氮化矽膜形成在玻璃基板上之後，將氧氮化矽膜暴露於氧電漿，然後對氧氮化矽膜添加氧離子，來形成由於加熱而釋放氧的氧氮化矽膜。接著，藉由使用原子個數比為In：Ga：Zn=1：1：1.2的濺射靶材的濺射法在由於加熱而釋放氧的氧氮化矽膜上形成100nm厚的In-Ga-Zn氧化物膜，在450℃的氮氛圍下對該氧化物膜進行加熱處理，然後在450℃的氮及氧的混合氣體氛圍下進行加熱處理。接著，利用摻雜裝置以10kV的加速電壓對In-Ga-Zn氧化物膜添加劑量為5×1014/cm2的氬，來在In-Ga- Zn氧化物膜中形成氧缺陷。然後，藉由電漿CVD法形成100nm厚的氮化矽膜。然後，在350℃的氮及氧的混合氣體氛圍下進行加熱處理。
下面說明包含氧化物導電體膜(OC_Ar plasma+SiNx)的樣本的製造方法。在藉由電漿CVD法將400nm厚的氧氮化矽膜形成在玻璃基板上之後，將氧氮化矽膜暴露於氧電漿，來形成由於加熱而釋放氧的氧氮化矽膜。接著，藉由使用原子個數比為In：Ga：Zn=1：1：1.2的濺射靶材的濺射法在由於加熱而釋放氧的氧氮化矽膜上形成100nm厚的In-Ga-Zn氧化物膜，在450℃的氮氛圍下對該氧化物膜進行加熱處理，然後在450℃的氮及氧的混合氣體氛圍下進行加熱處理。接著，在電漿處理裝置中產生氬電漿，使加速了的氬離子碰撞到In-Ga-Zn氧化物膜，來形成氧缺陷。然後，藉由電漿CVD法形成100nm厚的氮化矽膜。然後，在350℃的氮及氧的混合氣體氛圍下進行加熱處理。
圖48示出測定各樣本的電阻率的結果。在此，利用四端子的四點探針法(van-der-Pauw法)測定電阻率。在圖48中，橫軸表示測定溫度，縱軸表示電阻率。另外，四角形示出氧化物導電體膜(OC_SiNx)的測定結果，圓圈示出氧化物導電體膜(OC_Ar dope+SiNx)的測定結果，三角形示出氧化物半導體膜(OC_Ar plasma+SiNx)的測定結果。
注意，在圖式中未圖示，但是不與氮化矽膜 接觸的氧化物半導體膜的電阻率高，很難測定出其電阻率。由此可知，氧化物導電體膜的電阻率比氧化物半導體膜低。
從圖48可知，當氧化物導電體膜(OC_Ar dope+SiNx)及氧化物導電體膜(OC_Ar plasma+SiNx)包含氧缺陷及氫時，電阻率的變動小。典型的是，在80K以上且290K以下的範圍中，電阻率的變動率為小於±20%。或者，在150K以上且250K以下的範圍中，電阻率的變動率為小於±10%。也就是說，氧化物導電體是簡併半導體，可以推測其導帶邊緣與費米能階一致或大致一致。由此，藉由將氧化物導電體膜用作電晶體的源極區域及汲極區域，可以使氧化物導電體膜與用作電晶體的源極電極及汲極電極的導電膜處於歐姆接觸，從而可以在氧化物導電體膜與用作電晶體的源極電極及汲極電極的導電膜之間降低接觸電阻。此外，由於氧化物導電體的電阻率不太依賴於溫度，所以在氧化物導電體膜與用作電晶體的源極電極及汲極電極的導電膜之間接觸電阻的變動量小，由此可以製造可靠性高的電晶體。
在本實施方式中，對本發明的一個方式的半導體裝置所包括的氧化物半導體膜的結構進行詳細的說明。
在本說明書中，“平行”是指兩條直線形成的角度為-10°以上且10°以下的狀態。因此，也包括該角度 為-5°以上且5°以下的狀態。另外，“大致平行”是指兩條直線形成的角度為-30°以上且30°以下的情況。另外，“垂直”是指兩條直線的角度為80°以上且100°以下的狀態。因此，也包括該角度為85°以上且95°以下的狀態。“大致垂直”是指兩條直線形成的角度為60°以上且120°以下的狀態。
在本說明書中，六方晶系包括三方晶系和菱方晶系。
下面說明氧化物半導體的結構。
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。作為非單晶氧化物半導體有CAAC-OS、多晶氧化物半導體、nc-OS(nanocrystalline Oxide 5emiconductor)、a-like OS(amorphous-like Oxide Semiconductor)、非晶氧化物半導體等。
從其他觀點看來，氧化物半導體被分為非晶氧化物半導體和結晶氧化物半導體。作為結晶氧化物半導體有單晶氧化物半導體、CAAC-OS、多晶氧化物半導體以及nc-OS等。
已知，非晶結構一般被定義為處於介穩狀態並沒有固定化，並且為各向同性且不具有非均勻結構等。另外，也可以說是鍵角可靈活地改變且具有短程有序而不具有長程有序的結構。
從相反的角度來看，不能將本質上穩定的氧化物半導體稱為完全是非晶(completely amorphous)的氧化物半導體。另外，不能將不是等方性(例如，在微小區域中具有週期性結構)的氧化物半導體稱為完全是非晶的氧化物半導體。注意，a-like OS在微小區域中具有週期性結構，但同時具有空洞(void)，所以是不穩定的結構。因此，a-like OS在物性上接近於非晶氧化物半導體。
首先，對CAAC-OS進行說明。
CAAC-OS是包含多個c軸配向的結晶部(也稱為顆粒)的氧化物半導體之一。
在利用穿透式電子顯微鏡(TEM：Transmission Electron Microscope)觀察所得到的CAAC-OS的明視野影像與繞射圖案的複合分析影像(也稱為高解析度TEM影像)中，觀察到多個顆粒。然而，在高解析度TEM影像中，觀察不到顆粒與顆粒之間的明確的邊界，即晶界(grain boundary)。因此，可以說在CAAC-OS中，不容易發生起因於晶界的電子移動率的降低。
下面，對利用TEM觀察的CAAC-OS進行說明。圖49A示出從大致平行於樣本面的方向觀察所得到的CAAC-OS的剖面的高解析度TEM影像。利用球面像差校正(Spherical Aberration Corrector)功能得到高解析度TEM影像。將利用球面像差校正功能所得到的高解析度TEM 影像特別稱為Cs校正高解析度TEM影像。例如可以使用日本電子株式會社製造的原子解析度分析型電子顯微鏡JEM-ARM200F等得到Cs校正高解析度TEM影像。
圖49B示出將圖49A中的區域(1)放大的Cs校正高解析度TEM影像。由圖49B可以確認到在顆粒中金屬原子排列為層狀。各金屬原子層具有反映了形成CAAC-OS膜的面(也稱為被形成面)或CAAC-OS膜的頂面的凸凹的配置並以平行於CAAC-OS的被形成面或頂面的方式排列。
如圖49B所示，CAAC-OS具有特有的原子排列。圖49C是以輔助線示出特有的原子排列的圖。由圖49B和圖49C可知，一個顆粒的尺寸為1nm以上且3nm以下左右，由顆粒與顆粒之間的傾斜產生的空隙的尺寸為0.8nm左右。因此，也可以將顆粒稱為奈米晶(nc：nanocrystal)。另外，也可以將CAAC-OS稱為具有CANC(C-Axis Aligned nanocrystals：c軸配向奈米晶)的氧化物半導體。
在此，根據Cs校正高解析度TEM影像，將基板5120上的CAAC-OS的顆粒5100的配置示意性地表示為堆積磚塊或塊體的結構(參照圖49D)。在圖49C中觀察到的在顆粒與顆粒之間產生傾斜的部分相當於圖49D所示的區域5161。
圖50A示出從大致垂直於樣本面的方向觀察所得到的CAAC-OS的平面的Cs校正高解析度TEM影 像。圖50B、圖50C和圖50D分別示出將圖50A中的區域(1)、區域(2)和區域(3)放大的Cs校正高解析度TEM影像。由圖50B、圖50C和圖50D可知在顆粒中金屬原子排列為三角形狀、四角形狀或六角形狀。但是，在不同的顆粒之間金屬原子的排列沒有規律性。
接著，說明使用X射線繞射(XRD：X-Ray Diffraction)裝置進行分析的CAAC-OS。例如，當利用out-of-plane法分析包含InGaZnO4結晶的CAAC-OS的結構時，如圖51A所示，在繞射角(2θ)為31°附近時常出現峰值。由於該峰值來源於InGaZnO4結晶的(009)面，由此可知CAAC-OS中的結晶具有c軸配向性，並且c軸朝向大致垂直於被形成面或頂面的方向。
注意，當利用out-of-plane法分析CAAC-OS的結構時，除了2θ為31°附近的峰值以外，有時在2θ為36°附近時也出現峰值。2θ為36°附近的峰值表示CAAC-OS中的一部分包含不具有c軸配向性的結晶。較佳的是，在利用out-of-plane法分析的CAAC-OS的結構中，在2θ為31°附近時出現峰值而在2θ為36°附近時不出現峰值。
另一方面，當利用從大致垂直於c軸的方向使X射線入射到樣本的in-plane法分析CAAC-OS的結構時，在2θ為56°附近時出現峰值。該峰值來源於InGaZnO4結晶的(110)面。在CAAC-OS中，即使將2θ固定為56°附近並在以樣本面的法線向量為軸(Φ軸)旋轉樣本 的條件下進行分析(Φ掃描)，也如圖51B所示的那樣觀察不到明確的峰值。相比之下，在InGaZnO4的單晶氧化物半導體中，在將2θ固定為56°附近來進行Φ掃描時，如圖51C所示的那樣觀察到來源於相等於(110)面的結晶面的六個峰值。因此，由使用XRD的結構分析可以確認到CAAC-OS中的a軸和b軸的配向沒有規律性。
接著，說明利用電子繞射進行分析的CAAC-OS。例如，當對包含InGaZnO4結晶的CAAC-OS在平行於樣本面的方向上入射束徑為300nm的電子線時，可能會獲得圖52A所示的繞射圖案(也稱為選區透過電子繞射圖案)。在該繞射圖案中包含起因於InGaZnO4結晶的(009)面的斑點。因此，由電子繞射也可知CAAC-OS所包含的顆粒具有c軸配向性，並且c軸朝向大致垂直於被形成面或頂面的方向。另一方面，圖52B示出對相同的樣本在垂直於樣本面的方向上入射束徑為300nm的電子線時的繞射圖案。由圖52B觀察到環狀的繞射圖案。因此，由電子繞射也可知CAAC-OS所包含的顆粒的a軸和b軸不具有配向性。可以認為圖52B中的第一環起因於InGaZnO4結晶的(010)面和(100)面等。另外，可以認為圖52B中的第二環起因於(110)面等。
如上所述，CAAC-OS是結晶性高的氧化物半導體。氧化物半導體的結晶性有時會因為雜質的混入或缺陷的產生等而得到降低，所以從相反的角度來看，CAAC-OS也可以說是雜質或缺陷(氧缺陷等)少的氧化物半導 體。
此外，雜質是指氧化物半導體的主要成分以外的元素，諸如氫、碳、矽和過渡金屬元素等。例如，與氧的鍵合力比構成氧化物半導體的金屬元素強的矽等元素會奪取氧化物半導體中的氧，由此打亂氧化物半導體的原子排列，導致結晶性下降。另外，由於鐵或鎳等的重金屬、氬、二氧化碳等的原子半徑(或分子半徑)大，所以會打亂氧化物半導體的原子排列，導致結晶性下降。
在氧化物半導體具有雜質或缺陷的情況下，其特性有時因為光或熱等而發生變動。例如，包含於氧化物半導體的雜質有時會成為載子陷阱或載子發生源。另外，氧化物半導體中的氧缺陷有時會成為載子陷阱或因俘獲氫而成為載子發生源。
雜質或氧缺陷少的CAAC-OS為載子密度低的氧化物半導體。明確而言，可以將載子密度設定為低於8×1011/cm3，較佳為低於1×1011/cm3，更佳為低於1×1010/cm3且為1×10-9/cm3以上。將這種氧化物半導體稱為高純度本質或實質上高純度本質的氧化物半導體。CAAC-OS的雜質濃度和缺陷態密度低。即，CAAC-OS可以說是具有穩定的特性的氧化物半導體。
接著說明nc-OS。
在nc-OS的高解析度TEM影像中有能夠觀察 到結晶部的區域和觀察不到明確的結晶部的區域。nc-OS所包含的結晶部的尺寸大多為1nm以上且10nm以下或1nm以上且3nm以下。注意，有時將其結晶部的尺寸為大於10nm且為100nm以下的氧化物半導體稱為微晶氧化物半導體。例如，在nc-OS的高解析度TEM影像中，有時無法明確地觀察到晶界。注意，奈米晶的來源有可能與CAAC-OS中的顆粒相同。因此，下面有時將nc-OS的結晶部稱為顆粒。
在nc-OS中，微小的區域(例如1nm以上且10nm以下的區域，特別是1nm以上且3nm以下的區域)中的原子排列具有週期性。另外，nc-OS在不同的顆粒之間觀察不到結晶定向的規律性。因此，在膜整體中觀察不到配向性。所以，有時nc-OS在某些分析方法中與a-like OS或非晶氧化物半導體沒有差別。例如，當藉由利用使用其直徑比顆粒大的X射線束的out-of-plane法對nc-OS進行分析時，檢測不到表示結晶面的峰值。此外，在使用其束徑比顆粒大(例如，50nm以上)的電子束對nc-OS進行電子繞射時，觀察到類似光暈圖案的繞射圖案。另一方面，在使用其束徑近於顆粒或者比顆粒小的電子射線對nc-OS進行奈米束電子繞射時，觀察到斑點。另外，在nc-OS的奈米束電子繞射圖案中，有時觀察到如圓圈那樣的(環狀的)亮度高的區域。而且，在nc-OS的奈米束電子繞射圖案中，有時還觀察到環狀的區域內的多個斑點。
如此，由於在顆粒(奈米晶)之間結晶定向都沒 有規律性，所以也可以將nc-OS稱為包含RANC(Random Aligned nanocrystals：無規配向奈米晶)的氧化物半導體或包含NANC(Non-Aligned nanocrystals：無配向奈米晶)的氧化物半導體。
nc-OS是規律性比非晶氧化物半導體高的氧化物半導體。因此，nc-OS的缺陷態密度比a-like OS及非晶氧化物半導體低。但是，在nc-OS中的不同的顆粒之間觀察不到晶體配向的規律性。所以，nc-OS的缺陷態密度比CAAC-OS高。
a-like OS是具有介於nc-OS與非晶氧化物半導體之間的結構的氧化物半導體。
在a-like OS的高解析度TEM影像中有時觀察到空洞。另外，在高解析度TEM影像中，有能夠明確地觀察到結晶部的區域和不能觀察到結晶部的區域。
由於a-like OS包含空洞，所以其結構不穩定。為了證明與CAAC-OS及nc-OS相比a-like OS具有不穩定的結構，下面示出電子照射所導致的結構變化。
作為進行電子照射的樣本，準備a-like OS(樣本A)、nc-OS(樣本B)和CAAC-OS(樣本C)。每個樣本都是In-Ga-Zn氧化物。
首先，取得各樣本的高解析度剖面TEM影像。由高解析度剖面TEM影像可知，每個樣本都具有結 晶部。
注意，如下那樣決定將哪個部分作為一個結晶部。例如，已知InGaZnO4結晶的單位晶格具有包括三個In-O層和六個Ga-Zn-O層的9個層在c軸方向上以層狀層疊的結構。這些彼此靠近的層的間隔與(009)面的晶格表面間隔(也稱為d值)是幾乎相等的，由結晶結構分析求出其值為0.29nm。由此，可以將晶格條紋的間隔為0.28nm以上且0.30nm以下的部分作為InGaZnO4結晶部。每個晶格條紋對應於InGaZnO4結晶的a-b面。
圖53示出調查了各樣本的結晶部(22個部分至45個部分)的平均尺寸的例子。注意，結晶部尺寸對應於上述晶格條紋的長度。由圖53可知，在a-like OS中，結晶部根據電子的累積照射量逐漸變大。明確而言，如圖53中的(1)所示，可知在利用TEM的觀察初期尺寸為1.2nm左右的結晶部(也稱為初始晶核)在累積照射量為4.2×108e-/nm2時生長到2.6nm左右。另一方面，可知nc-OS和CAAC-OS在開始電子照射時到電子的累積照射量為4.2×108e-/nm2的範圍內，結晶部的尺寸都沒有變化。明確而言，如圖53中的(2)及(3)所示，可知無論電子的累積照射量如何，nc-OS及CAAC-OS的平均結晶部尺寸都分別為1.4nm左右及2.1nm左右。
如此，有時電子照射引起a-like OS中的結晶部的生長。另一方面，可知在nc-OS和CAAC-OS中，幾乎沒有電子照射所引起的結晶部的生長。即，a-like OS 與CAAC-OS及nc-OS相比具有不穩定的結構。
此外，由於a-like OS包含空洞，所以其密度比nc-OS及CAAC-OS低。具體地，a-like OS的密度為具有相同組成的單晶氧化物半導體的78.6%以上且小於92.3%。nc-OS的密度及CAAC-OS的密度為具有相同組成的單晶氧化物半導體的92.3%以上且小於100%。注意，難以形成其密度小於單晶氧化物半導體的密度的78%的氧化物半導體。
例如，在原子個數比滿足In：Ga：Zn=1：1：1的氧化物半導體中，具有菱方晶系結構的單晶InGaZnO4的密度為6.357g/cm3。因此，例如，在原子個數比滿足In：Ga：Zn=1：1：1的氧化物半導體中，a-like OS的密度為5.0g/cm3以上且小於5.9g/cm3。另外，例如，在原子個數比滿足In：Ga：Zn=1：1：1的氧化物半導體中，nc-OS的密度和CAAC-OS的密度為5.9g/cm3以上且小於6.3g/cm3。
注意，有時不存在相同組成的單晶。此時，藉由以任意比例組合組成不同的單晶氧化物半導體，可以估計出相當於所希望的組成的單晶氧化物半導體的密度。根據組成不同的單晶的組合比例使用加權平均計算出相當於所希望的組成的單晶氧化物半導體的密度即可。注意，較佳為儘可能減少所組合的單晶氧化物半導體的種類來計算密度。
如上所述，氧化物半導體具有各種結構及各 種特性。注意，氧化物半導體例如可以是包括非晶氧化物半導體、a-like OS、nc-OS和CAAC-OS中的兩種以上的疊層膜。
本實施方式所示的結構、方法可以與其他實施方式所示的結構、方法適當地組合而使用。
在本實施方式中，使用圖41A至圖41D說明可以使用本發明的一個方式的半導體裝置的顯示裝置。
圖41A所示的顯示裝置包括：具有顯示元件的像素的區域(以下稱為像素部542)；配置在像素部542外側並具有用來驅動像素的電路的電路部(以下稱為驅動電路部544)；具有保護元件的功能的電路(以下稱為保護電路546)；以及端子部547。此外，也可以採用不設置保護電路546的結構。
驅動電路部544的一部分或全部較佳為與像素部542形成在同一基板上。由此，可以減少構件的數量或端子的數量。當驅動電路部544的一部分或全部不與像素部542形成在同一基板上時，驅動電路部544的一部分或全部可以藉由COG(Chip On Glass)或TAB(Tape Automated Bonding)安裝。
像素部542包括用來驅動配置為X行(X為2以上的自然數)Y列(Y為2以上的自然數)的多個顯示元件的電路(以下稱為像素電路541)，驅動電路部544包括輸 出選擇像素的信號(掃描信號)的電路(以下稱為閘極驅動器544a)、用來供應用來驅動像素的顯示元件的信號(資料信號)的電路(以下稱為源極驅動器544b)等的驅動電路。
閘極驅動器544a具有移位暫存器等。閘極驅動器544a藉由端子部547被輸入用來驅動移位暫存器的信號並輸出信號。例如，閘極驅動器544a被輸入起動脈衝信號、時脈信號等並輸出脈衝信號。閘極驅動器544a具有控制被供應掃描信號的佈線(以下稱為掃描線GL_1至GL_X)的電位的功能。另外，也可以設置多個閘極驅動器544a，並藉由多個閘極驅動器544a分別控制掃描線GL_1至GL_X。或者，閘極驅動器544a具有能夠供應初始化信號的功能。但是，不侷限於此，閘極驅動器544a也可以供應其他信號。
源極驅動器544b具有移位暫存器等。除了用來驅動移位暫存器的信號之外，從其中得出資料信號的信號(影像信號)也藉由端子部547被輸入到源極驅動器544b。源極驅動器544b具有根據影像信號生成寫入到像素電路541的資料信號的功能。另外，源極驅動器544b具有依照輸入起動脈衝信號、時脈信號等而得到的脈衝信號來控制資料信號的輸出的功能。另外，源極驅動器544b具有控制被供應資料信號的佈線(以下稱為信號線DL_1至DL_Y)的電位的功能。或者，源極驅動器544b具有能夠供應初始化信號的功能。但是，不侷限於此，源極驅動器544b可以供應其他信號。
源極驅動器544b例如使用多個類比開關等來構成。藉由依次使多個類比開關開啟，源極驅動器544b可以輸出對影像信號進行時間分割而成的信號作為資料信號。此外，也可以使用移位暫存器等構成源極驅動器544b。
多個像素電路541的每一個分別藉由被供應掃描信號的多個掃描線GL之一而被輸入脈衝信號，並藉由被供應資料信號的多個信號線DL之一而被輸入資料信號。另外，多個像素電路541的每一個藉由閘極驅動器544a來控制資料信號的資料的寫入及保持。例如，藉由掃描線GL_m(m是X以下的自然數)從閘極驅動器544a對第m行第n列的像素電路541輸入脈衝信號，並根據掃描線GL_m的電位而藉由信號線DL_n(n是Y以下的自然數)從源極驅動器544b對第m行第n列的像素電路541輸入資料信號。
圖41A所示的保護電路546例如與作為閘極驅動器544a和像素電路541之間的佈線的掃描線GL連接。或者，保護電路546與作為源極驅動器544b和像素電路541之間的佈線的信號線DL連接。或者，保護電路546可以與閘極驅動器544a和端子部547之間的佈線連接。或者，保護電路546可以與源極驅動器544b和端子部547之間的佈線連接。此外，端子部547是指設置有用來從外部的電路對顯示裝置輸入電源、控制信號及影像信號的端子的部分。
保護電路546是在與其連接的佈線被供應一定的範圍之外的電位時使該佈線與其他佈線之間導通的電路。
如圖41A所示，藉由對像素部542和驅動電路部544分別設置保護電路546，可以提高顯示裝置對因ESD(Electro Static Discharge：靜電放電)等而產生的過電流的耐性。但是，保護電路546的結構不侷限於此，例如，也可以採用將閘極驅動器544a與保護電路546連接的結構或將源極驅動器544b與保護電路546連接的結構。或者，也可以採用將端子部547與保護電路546連接的結構。
另外，雖然在圖41A中示出由閘極驅動器544a和源極驅動器544b形成驅動電路部544的例子，但是不侷限於此結構。例如，也可以採用只形成閘極驅動器544a並安裝形成有另外準備的源極驅動電路的基板(例如，由單晶半導體膜、多晶半導體膜形成的驅動電路基板)的結構。
另外，圖41A所示的多個像素電路541例如可以採用圖41B所示的結構。
圖41B所示的像素電路541包括液晶元件570、電晶體550以及電容元件560。
作為電晶體550，可以適當地使用前面的實施方式所示的電晶體。
根據像素電路541的規格適當地設定液晶元 件570的一對電極中的一個電極的電位。根據被寫入的資料設定液晶元件570的配向狀態。此外，也可以對多個像素電路541的每一個所具有的液晶元件570的一對電極中的一個電極供應共用電位。此外，也可以對各行的像素電路541的每一個所具有的液晶元件570的一對電極中的一個電極供應不同的電位。
在第m行第n列的像素電路541中，電晶體550的源極電極和汲極電極中的一方與信號線DL_n電連接，源極和汲極中的另一方與液晶元件570的一對電極中的另一個電極電連接。此外，電晶體550的閘極電極與掃描線GL_m電連接。電晶體550具有藉由被開啟或關閉而對資料信號的資料的寫入進行控制的功能。
電容元件560的一對電極中的一個電極與被供應電位的佈線(以下，稱為電位供應線VL)電連接，另一個電極與液晶元件570的一對電極中的另一個電極電連接。此外，根據像素電路541的規格適當地設定電位供應線VL的電位的值。電容元件560具有儲存被寫入的資料的儲存電容器的功能。
例如，在具有圖41B的像素電路541的顯示裝置中，藉由圖41A所示的閘極驅動器544a依次選擇各行的像素電路541，並使電晶體550開啟而寫入資料信號。
當電晶體550被關閉時，被寫入資料的像素電路541成為保持狀態。藉由按行依次進行上述步驟，可 以顯示影像。
圖41A所示的多個像素電路541例如可以採用圖41C所示的結構。
另外，圖41C所示的像素電路541包括電晶體552及554、電容元件562以及發光元件572。在此，可以適當地將前面的實施方式所示的電晶體應用於電晶體552和電晶體554中的一者或兩者。
電晶體552的源極電極和汲極電極中的一個電連接於被供應資料信號的佈線(信號線DL_n)。並且，電晶體552的閘極電極電連接於被供應閘極信號的佈線(掃描線GL_m)。
電晶體552具有藉由被開啟或關閉而對資料信號的寫入進行控制的功能。
作為電晶體552，較佳為使用具有正臨界電壓的電特性(也稱為常關閉特性)的電晶體。另外，較佳為使用截止電流(cutoff current)被降低的電晶體。因此，較佳為適當地使用實施方式1所示的100h、100j、100z、100n、100y或實施方式2所示的電晶體100t、100w、111b、111e、111h、111k。
電容元件562的一對電極中的一個與被供應電位的佈線(以下，稱為電位供應線VL_a)電連接，另一個與電晶體552的源極電極和汲極電極中的另一個電連接。
電容元件562具有儲存被寫入的資料的儲存 電容器的功能。
電晶體554的源極電極和汲極電極中的一個與電位供應線VL_a電連接。並且，電晶體554的閘極電極與電晶體552的源極電極和汲極電極中的另一個電連接。
電晶體554具有藉由被開啟或關閉來控制流在發光元件572中的電流的功能。
為了使發光元件572得到充分的亮度，用作驅動電晶體的電晶體554需使用通態電流高的電晶體。另外，為了提高顯示裝置的驅動頻率而實現更流暢的視頻顯示，需使用場效移動率高的電晶體。因此，作為電晶體554，較佳為適當地使用實施方式2所示的電晶體100u、100x、111c、111f、111i、111m。
藉由縮小電晶體的通道長度，可以得到較高的場效移動率，但有時電晶體的臨界電壓向負方向變動(漂移)。將電晶體554的通道長度設定為0.5μm以上且4.5μm以下，並且如實施方式2所示的電晶體111i、111m，藉由設置相互電連接的一對閘極電極，可以在提高通態電流及場效移動率的同時，抑制臨界電壓的向負方向的變動。
另一方面，用作選擇電晶體的電晶體552不需要如電晶體554那樣高的場效移動率，所以藉由使其通道長度大於電晶體554的通道長度，抑制電晶體554的臨界電壓的向負方向的變動(漂移)。其結果是，能夠實現顯 示裝置的高速工作及低功耗化。
例如，當將電晶體554的通道長度設定為0.5μm以上且4.5μm以下時，可以將電晶體552的通道長度設定為6μm。但是，電晶體552的通道長度至少大於電晶體554的通道長度即可，可以根據顯示裝置所需的特性適當地設定。
另外，電晶體552的截止電流的值較佳為比電晶體554的截止電流的值小。例如，藉由使電晶體552的通道長度與通道寬度的比(也稱為L/W比)大於電晶體554的L/W比，能夠使電晶體552的截止電流的值小於電晶體554的截止電流的值。另外，當電晶體554與電晶體552的通道寬度實質上相等時，藉由使電晶體552的通道長度大於電晶體554的通道長度，能夠降低電晶體552的截止電流的值。
另外，電晶體552也可以採用包括相互電連接的一對閘極電極的結構。注意，藉由使電晶體552為單閘極結構，可以減小用來成為一對閘極電極間的連接部的區域，從而可以縮小電晶體的面積，並可以降低像素的開口率的下降。注意，當採用大型的顯示裝置時，因為對用作像素的選擇電晶體的電晶體552施加的閘極佈線的寄生電容變大，所以採用單閘極結構是有效的。
發光元件572的陽極和陰極中的一個與電位供應線VL_b電連接，另一個與電晶體554的源極電極和汲極電極中的另一個電連接。
作為發光元件572，例如可以使用有機電致發光元件(也稱為有機EL元件)等。注意，發光元件572並不侷限於有機EL元件，也可以為由無機材料構成的無機EL元件。
此外，電位供應線VL_a和電位供應線VL_b中的一個被施加高電源電位VDD，電位供應線VL_a和電位供應線VL_b中的另一個被施加低電源電位VSS。
例如，在具有圖41C的像素電路541的顯示裝置中，藉由圖41A所示的閘極驅動器544a依次選擇各行的像素電路541，並使電晶體552開啟而寫入資料信號。
當電晶體552被關閉時，被寫入資料的像素電路541成為保持狀態。並且，流在電晶體554的源極電極與汲極電極之間的電流量根據被寫入的資料信號的電位被控制，發光元件572以對應於流動的電流量的亮度發光。藉由按行依次進行上述步驟，可以顯示影像。
另外，圖41A所示的多個像素電路541例如可以採用圖41D所示的結構。
圖41D所示的像素電路541包括用作控制資料信號的寫入的選擇電晶體的電晶體552；用作驅動電晶體的電晶體554；電晶體556；電容元件562；以及發光元件572。在此，作為電晶體552，可以適當地使用實施方式2所示的電晶體100t、100w、111b、111e、111h、111k，作為電晶體554，可以適當地使用實施方式2所示 的電晶體100u、100x、111c、111f、111i、111m。
電晶體552的源極電極和汲極電極中的一方與被供應資料信號的佈線(信號線DL_n)電連接。再者，電晶體552的閘極電極與被供應閘極信號的佈線(掃描線GL_m)電連接。
電晶體552具有藉由被開啟或關閉來控制資料信號的寫入的功能。也就是說，電晶體552具有選擇電晶體的功能。
電晶體554的源極電極和汲極電極中的一方與被供應電位的佈線(下面稱為電位供應線VL_a1)電連接，電晶體554的源極電極和汲極電極中的另一方與發光元件572的一個電極電連接。再者，電晶體554的閘極電極與電晶體552的源極電極和汲極電極中的另一方及電容元件562的一個電極電連接。
電晶體556的源極電極和汲極電極中的一方與被供應資料的參考電位的佈線ML連接，電晶體556的源極電極和汲極電極的另一方與發光元件572的一個電極及電容元件562的另一個電極電連接。再者，電晶體556的閘極電極與被供應閘極信號的掃描線GL_m電連接。
電晶體556具有調整流在發光元件572中的電流的功能。例如，在電晶體554的臨界電壓或場效移動率產生偏差時或在電晶體554劣化時，藉由監視流在與電晶體556的源極電極和汲極電極中的一方連接的佈線ML的電流，可以校正流在發光元件572的電流。佈線ML例 如可以被供應發光元件572的臨界電壓以下的電壓。
在本實施方式中，電晶體556的通道長度例如較佳為大於電晶體554的通道長度。注意，電晶體556既可以是單閘極結構，又可以與電晶體554同樣地是雙閘極結構。但是，當電晶體556是單閘極結構時，可以省略用來連接第一閘極電極與第二閘極電極的區域，所以可以縮小電晶體的面積。由此，可以增加像素的開口率，所以是較佳的。
電容元件562的一對電極中的一方與電晶體552的源極電極和汲極電極中的另一方以及電晶體554的閘極電極電連接，電容元件562的一對電極中的另一方與電晶體554的源極電極和汲極電極中的另一方、電晶體556的源極電極和汲極電極中的另一方及發光元件572的一個電極電連接。
發光元件572的一對電極中的一方與電晶體554的源極電極和汲極電極中的另一方、電容元件562的另一個電極及電晶體556的源極電極和汲極電極中的另一方電連接。另外，發光元件572的一對電極中的另一方與用作陰極的電位供應線VL_b電連接。
另外，設置有延伸在與佈線ML平行的方向的電位供應線VL_a2。電位供應線VL_a2與用作陽極線的電位供應線VL_a1連接，能夠降低電位供應線VL_a1、VL_a2的佈線電阻。其結果是，在使用大面積基板的顯示裝置中，能夠降低佈線的電壓下降，而可以降低顯示裝置 的亮度不均勻。
電位供應線VL_a1、VL_a2和電位供應線VL_b中的一方被供應高電源電位VDD，另一方被供應低電源電位VSS。在圖41D所示的結構中，對電位供應線VL_a1、VL_a2供應高電源電位VDD，並對電位供應線VL_b供應低電源電位VSS。
在包括圖41D中的像素電路541的顯示裝置中，例如，藉由圖41A所示的閘極驅動器544a依次選擇各行的像素電路541，並使電晶體552開啟而寫入資料信號。
被寫入資料的像素電路541在電晶體552被關閉時成為保持狀態。再者，由於電晶體552與電容元件562連接，因此能夠長期間保持寫入的資料。另外，由電晶體554控制流在源極電極與汲極電極間的電流的量，發光元件572發出對應於電流量的亮度的光。藉由按每行依次進行上述步驟，可以顯示影像。
本實施方式所示的結構可以與其他實施方式所示的結構適當地組合而使用。
在本實施方式中，使用圖42至圖44B說明使用在前面的實施方式中例示的電晶體的顯示裝置的一個例子。
圖42是示出顯示裝置的一個例子的俯視圖。圖42所示的顯示裝置700包括：設置在第一基板701上 的像素部702；設置在第一基板701上的源極驅動電路部704及閘極驅動電路部706；以圍繞像素部702、源極驅動電路部704及閘極驅動電路部706的方式設置的密封材料712；以及以與第一基板701對置的方式設置的第二基板705。注意，由密封材料712密封第一基板701及第二基板705。也就是說，像素部702、源極驅動電路部704及閘極驅動電路部706被第一基板701、密封材料712及第二基板705密封。注意，雖然在圖42中未圖示，但是在第一基板701與第二基板705之間設置有顯示元件。
另外，在顯示裝置700中，在第一基板701上的不由密封材料712圍繞的區域中設置有電連接於像素部702、源極驅動電路部704及閘極驅動電路部706的FPC(Flexible printed circuit：撓性印刷電路)端子部708。此外，FPC716連接於FPC端子部708，並且藉由FPC716對像素部702、源極驅動電路部704及閘極驅動電路部706供應各種信號。另外，像素部702、源極驅動電路部704、閘極驅動電路部706以及FPC端子部708各與信號線710連接。由FPC716供應的各種信號是藉由信號線710供應到像素部702、源極驅動電路部704、閘極驅動電路部706以及FPC端子部708的。
另外，也可以在顯示裝置700中設置多個閘極驅動電路部706。另外，作為顯示裝置700，雖然示出將源極驅動電路部704及閘極驅動電路部706形成在與像素部702相同的第一基板701上的例子，但是並不侷限於 該結構。例如，可以只將閘極驅動電路部706形成在第一基板701上，或者可以只將源極驅動電路部704形成在第一基板701上。此時，也可以採用將形成有源極驅動電路或閘極驅動電路等的基板(例如，由單晶半導體膜、多晶半導體膜形成的驅動電路基板)安裝於第一基板701的結構。另外，對另行形成的驅動電路基板的連接方法沒有特別的限制，而可以採用COG方法、打線接合方法等。
另外，顯示裝置700所包括的像素部702、源極驅動電路部704及閘極驅動電路部706包括多個的電晶體，作為該電晶體可以適用本發明的一個方式的半導體裝置的電晶體。
另外，顯示裝置700可以包括各種元件。該元件例如包括使用液晶元件、EL(電致發光)元件(包含有機和無機材料的EL元件、有機EL元件或無機EL元件)、LED(白色LED、紅色LED、綠色LED、藍色LED等)、電晶體(根據電流而發光的電晶體)、電子發射元件、電子墨水、電泳元件、柵光閥(GLV)、電漿顯示器(PDP)、使用微機電系統(MEMS)的顯示元件、數位微鏡裝置(DMD)、數位微快門(DMS)、MIRASOL(在日本註冊的商標)、IMOD(干涉測量調節)元件、快門方式的MEMS顯示元件、光干涉方式的MEMS顯示元件、電潤濕(electrowetting)元件、壓電陶瓷顯示器或碳奈米管的顯示元件等中的至少一個。除此之外，也可以具有藉由電作用或磁作用改變對比度、亮度、反射率、透射率等的顯示媒 體。作為使用EL元件的顯示裝置的一個例子，有EL顯示器等。作為使用電子發射元件的顯示裝置的一個例子，有場致發射顯示器(FED)或SED方式平面型顯示器(SED：Surface-conduction Electron-emitter Display：表面傳導電子發射顯示器)等。作為使用液晶元件的顯示裝置的一個例子，有液晶顯示器(透射式液晶顯示器、半透射式液晶顯示器、反射式液晶顯示器、直觀式液晶顯示器、投射式液晶顯示器)等。作為使用電子墨水或電泳元件的顯示裝置的一個例子，有電子紙等。注意，當實現半透射式液晶顯示器或反射式液晶顯示器時，使像素電極的一部分或全部具有反射電極的功能，即可。例如，使像素電極的一部分或全部包含鋁、銀等，即可。並且，此時也可以將SRAM等記憶體電路設置在反射電極下。由此，可以進一步降低功耗。
作為顯示裝置700的顯示方式，可以採用逐行掃描方式或隔行掃描方式等。此外，作為當進行彩色顯示時在像素中控制的顏色要素，不侷限於RGB(R表示紅色，G表示綠色，B表示藍色)這三種顏色。例如，可以由R像素、G像素、B像素及W(白色)像素的四個像素構成。或者，如PenTile排列，也可以由RGB中的兩個顏色構成一個顏色要素，並根據顏色要素選擇不同的兩個顏色來構成。或者可以對RGB追加黃色(yellow)、青色(cyan)、洋紅色(magenta)等中的一種以上的顏色。另外，各個顏色要素的點的顯示區域的大小可以不同。但是，所 公開的發明不侷限於彩色顯示的顯示裝置，而也可以應用於黑白顯示的顯示裝置。
在本實施方式中，使用圖43A和圖43B及圖44A和圖44B說明作為顯示元件使用液晶元件及EL元件的結構。圖43A和圖43B是沿著圖42所示的點劃線Q-R的剖面圖，作為顯示元件使用液晶元件的結構。另外，圖44A和圖44B是沿著圖42所示的點劃線Q-R的剖面圖，作為顯示元件使用EL元件的結構。
圖43A及圖44A是作為第一基板701、第二基板705使用玻璃等的顯示裝置700，其機械強度高。另外，圖43B及圖44B是作為第一基板701、第二基板705使用塑膠等的顯示裝置700a，其具有撓性。由黏合劑720固定第一基板701與形成有電晶體750、752、電容元件790的絕緣膜719。另外，由黏合劑740固定第二基板705與形成有彩色膜736、遮光膜738等的絕緣膜739。
下面，首先說明圖43A和圖43B與圖44A和圖44B所示的共同部分，接著說明不同的部分。
圖43A至圖44B所示的顯示裝置700、700a包括：引繞佈線部711；像素部702；源極驅動電路部704；以及FPC端子部708。另外，引繞佈線部711包括信號線710。另外，像素部702包括電晶體750及電容元件790。另外，源極驅動電路部704包括電晶體752。
電晶體750及電晶體752可以適當地使用前面的實施方式所示的電晶體的結構。
在本實施方式中使用的電晶體包括高度純化且氧缺陷的形成被抑制的氧化物半導體膜。該電晶體可以降低關閉狀態下的電流值(關態電流值)。因此，可以延長影像信號等電信號的保持時間，在開啟電源的狀態下也可以延長寫入間隔。因此，可以降低更新工作的頻率，由此可以發揮抑制功耗的效果。
另外，在本實施方式中使用的電晶體能夠得到較高的場效移動率，因此能夠進行高速驅動。例如，藉由將這種能夠進行高速驅動的電晶體用於液晶顯示裝置，可以在同一基板上形成像素部的開關電晶體及用於驅動電路部的驅動電晶體。也就是說，因為作為驅動電路不需要另行使用由矽晶圓等形成的半導體裝置，所以可以縮減半導體裝置的構件數。另外，在像素部中也可以藉由使用能夠進行高速驅動的電晶體提供高品質的影像。
另外，在圖43A和圖43B及圖44A和圖44B中，在電晶體750、電晶體752及電容元件790上設置有絕緣膜766及平坦化絕緣膜770。
作為絕緣膜766，可以使用與前面的實施方式所示的絕緣膜126同樣的材料及製造方法形成。另外，作為平坦化絕緣膜770，可以使用具有耐熱性的有機材料如聚醯亞胺樹脂、丙烯酸樹脂、聚醯亞胺醯胺樹脂、苯并環丁烯類樹脂、聚醯胺樹脂、環氧樹脂等。也可以藉由層疊 多個由這些材料形成的絕緣膜，形成平坦化絕緣膜770。另外，也可以採用不設置平坦化絕緣膜770的結構。
另外，信號線710與用作電晶體750、752的源極電極及汲極電極的導電膜在同一製程中形成。信號線710也可以使用用作電晶體750、752的閘極電極的導電膜。作為信號線710，例如，當使用包含銅元素的材料時，起因於佈線電阻的信號延遲等較少，而可以實現大螢幕的顯示。
另外，FPC端子部708包括連接電極760、異方性導電膜780及FPC716。連接電極760與用作電晶體750、752的源極電極及汲極電極的導電膜在同一製程中形成。另外，連接電極760與FPC716所包括的端子藉由異方性導電膜780電連接。
另外，作為第一基板701及第二基板705，例如可以使用玻璃基板。另外，作為第一基板701及第二基板705，也可以使用具有撓性的基板。作為該具有撓性的基板，例如可以舉出塑膠基板等。
另外，在第一基板701與第二基板705之間設置有結構體778。結構體778是藉由選擇性地對絕緣膜進行蝕刻而得到的柱狀的間隔物，用來控制第一基板701與第二基板705之間的距離(液晶盒厚(cell gap))。另外，作為結構體778，也可以使用球狀的間隔物。
另外，在第二基板705一側，設置有用作黑矩陣的遮光膜738、用作濾色片的彩色膜736、與遮光膜 738及彩色膜736接觸的絕緣膜734。
圖43A和圖43B所示的顯示裝置700、700a包括液晶元件775。液晶元件775包括導電膜772、導電膜774及液晶層776。導電膜774被設置在第二基板705一側，並具有相對電極的功能。圖43A和圖43B所示的顯示裝置700、700a可以藉由施加到導電膜772及導電膜774的電壓改變液晶層776的配向狀態，由此控制光的透過及非透過而顯示影像。
另外，導電膜772與用作電晶體750所包括的源極電極及汲極電極的導電膜連接。導電膜772被用作形成在平坦化絕緣膜770上的像素電極，即顯示元件的一個電極。另外，導電膜772具有反射電極的功能。圖43A和圖43B所示的顯示裝置700、700a是將外光由導電膜772反射並藉由彩色膜736來進行顯示的所謂反射式彩色液晶顯示裝置。
作為導電膜772，可以使用對可見光具有透光性的導電膜或對可見光具有反射性的導電膜。作為對可見光具有透光性的導電膜，例如，較佳為使用包含選自銦(In)、鋅(Zn)、錫(Sn)中的一種的材料。作為對可見光具有反射性的導電膜，例如，較佳為使用包含鋁或銀的材料。在本實施方式中，作為導電膜772使用對可見光具有反射性的導電膜。
另外，在圖43A和圖43B所示的顯示裝置700、700a中，像素部702的平坦化絕緣膜770的一部分中設置有凹凸。該凹凸例如可以藉由使用有機樹脂膜等形成平坦化絕緣膜770並對該有機樹脂膜的表面設置凹部或凸部而形成。另外，用作反射電極的導電膜772沿著上述凹凸形成。因此，當外光入射到導電膜772時，可以使光在導電膜772的表面漫反射，而可以提高可見度。
注意，雖然作為圖43A和圖43B所示的顯示裝置700、700a例示了反射式彩色液晶顯示裝置，但並不侷限於此，例如，也可以將對可見光具有透光性的導電膜用於導電膜772，由此製造透射式彩色液晶顯示裝置。當顯示裝置為透射式彩色液晶顯示裝置時，也可以採用不設置平坦化絕緣膜770中的凹凸的結構。
注意，雖然在圖43A和圖43B中未圖示，但是也可以分別在導電膜772、774的與液晶層776接觸的一側設置配向膜。另外，雖然在圖43A和圖43B中未圖示，但是可以適當地設置偏振構件、相位差構件、抗反射構件等光學構件(光學基板)等。例如，也可以使用利用偏振基板以及相位差基板的圓偏振。此外，作為光源，也可以使用背光、側光等。
當作為顯示元件使用液晶元件時，可以使用熱致液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶、鐵電液晶、反鐵電液晶等。這些液晶材料根據條件呈現出膽固醇相、層列相、立方相、手性向列相、各向同性 相等。
另外，在採用橫向電場方式的情況下，也可以使用不需要配向膜的呈現藍相的液晶。藍相是液晶相的一種，當使膽固醇相液晶的溫度上升時，在即將從膽固醇相轉變到各向同性相之前出現。由於藍相只出現在較窄的溫度範圍內，所以為了改善溫度範圍而將混合有幾wt.%以上的手性試劑的液晶組成物用於液晶層。包含呈現藍相的液晶和手性試劑的液晶組成物因為反應時間短且具有光學各向同性，所以不需要配向處理且視角依賴性小。另外，因不需要設置配向膜而不需要摩擦處理，因此可以防止由於摩擦處理而引起的靜電破壞，由此可以降低製程中的液晶顯示裝置的不良和破損。
另外，當作為顯示元件使用液晶元件時，可以採用TN(Twisted Nematic：扭曲向列)模式、IPS(In-Plane-Switching：平面內切換)模式、FFS(Fringe Field Switching：邊緣電場切換)模式、ASM(Axially Symmetric aligned Micro-cell：軸對稱排列微單元)模式、OCB(Optical Compensated Birefringence：光學補償彎曲)模式、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal：鐵電液晶)模式、AFLC(Anti Ferroelectric Liquid Crystal：反鐵電液晶)模式等。
另外，也可以使用常黑型液晶顯示裝置，例如採用垂直配向(VA)模式的透射式液晶顯示裝置。作為垂直配向模式，可以舉出幾個例子，例如可以使用 MVA(Multi-Domain Vertical Alignment：多象限垂直配向)模式、PVA(Patterned Vertical Alignment：垂直配向構型)模式、ASV(Advanced Super View：高級超視覺)模式等。
圖44A和圖44B所示的顯示裝置700、700a包括發光元件782。發光元件782包括導電膜784、EL層786及導電膜788。在圖44A和圖44B所示的顯示裝置700、700a中，藉由使發光元件782所包括的EL層786發光，可以顯示影像。
另外，導電膜784與用作電晶體750所包括的源極電極及汲極電極的導電膜連接。導電膜784被用作形成在平坦化絕緣膜770上的像素電極，即顯示元件的一個電極。作為導電膜784，可以使用對可見光具有透光性的導電膜或對可見光具有反射性的導電膜。作為對可見光具有透光性的導電膜，例如，較佳為使用包含選自銦(In)、鋅(Zn)、錫(Sn)中的一種的材料。作為對可見光具有反射性的導電膜，例如，較佳為使用包含鋁或銀的材料。
另外，圖44A和圖44B所示的顯示裝置700、700a中設置有平坦化絕緣膜770及導電膜784上的絕緣膜730。絕緣膜730覆蓋導電膜784的一部分。注意，發光元件782具有頂部發射結構。因此，導電膜788具有透光性，而使EL層786所發射的光透過。注意，雖 然在本實施方式中例示頂部發射結構，但是並不侷限於此。例如，也可以適用對導電膜784一側發射光的底部發射結構或對導電膜784及導電膜788的兩者發射光的雙面發射結構。
另外，在與發光元件782重疊的位置設置有彩色膜736，並且在與絕緣膜730重疊的位置、引繞佈線部711以及源極驅動電路部704中設置有遮光膜738。彩色膜736及遮光膜738被絕緣膜734覆蓋。發光元件782與絕緣膜734之間填充有密封膜732。注意，雖然在圖44A和圖44B所示的顯示裝置700、700a中例示出設置彩色膜736的結構，但是不侷限於此。例如，在藉由分別塗布來形成EL層786時，也可以採用不設置彩色膜736的結構。
本實施方式所示的結構可以與其他實施方式所示的結構適當地組合而實施。
在本實施方式中，說明使用本發明的一個方式的半導體裝置的發光裝置的一個方式。注意，在本實施方式中，使用圖45說明發光裝置的像素部的結構。
在圖45中，在第一基板502上形成有多個FET500，並且各FET500與各發光元件(504R、504G、504B、504W)電連接。明確而言，各FET500與發光元件所包括的第一導電膜506電連接。注意，各發光元件 (504R、504G、504B、504W)由第一導電膜506、第二導電膜507、EL層510以及第三導電膜512構成。
另外，在與各發光元件(504R、504G、504B、504W)相對的位置上分別設置有彩色層(514R、514G、514B、514W)。注意，以與第二基板516接觸的方式設置有彩色層(514R、514G、514B、514W)。另外，在第一基板502與第二基板516之間設置有密封膜518。作為密封膜518，例如可以使用玻璃粉等玻璃材料或者兩液混合型樹脂等在常溫下固化的固化樹脂、光硬化性樹脂、熱固性樹脂等樹脂材料。
另外，以覆蓋相鄰的第一導電膜506及第二導電膜507的端部的方式設置有分隔壁508。另外，在分隔壁508上形成有結構體509。注意，第一導電膜506具有反射電極的功能和發光元件的陽極的功能。此外，第二導電膜507具有調整各發光元件的光程長的功能。另外，在第二導電膜507上形成有EL層510，並在EL層510上形成有第三導電膜512。此外，第三導電膜512具有半透射.半反射電極的功能和發光元件的陰極的功能。另外，結構體509設置於發光元件與彩色層之間且具有間隔物的功能。
另外，EL層510可以被各發光元件(504R、504G、504B、504W)共同使用。注意，各發光元件(504R、504G、504B、504W)具有由第一導電膜506和第三導電膜512使來自EL層510的發光共振的所謂光學微 共振腔(也稱為微腔)結構，即便具有相同的EL層510也可以藉由使不同的波長的光譜變窄而提取。明確而言，在各發光元件(504R、504G、504B、504W)中，藉由分別調整設置於EL層510的下方的第二導電膜507的厚度，使從EL層510得到的光譜成為所希望的發射光譜，而能夠得到高色純度的發光。因此，藉由採用圖45所示的結構，不需要EL層的分別塗布的製程，從而能夠實現高清晰化。
另外，在圖45所示的發光裝置包括彩色層(也稱為濾色片)，因此可以使所希望的發射光譜的光發射。因此，藉由組合微腔結構與濾色片，能夠得到色純度更高的發光。明確而言，調整發光元件504R的光程長以能夠得到紅色發光，而經由彩色層514R向箭頭方向發射出紅色發光。調整發光元件504G的光程長以能夠得到綠色發光，而經由彩色層514G向箭頭方向發射出綠色發光。調整發光元件504B的光程長以能夠得到藍色發光，而經由彩色層514B向箭頭方向發射出藍色發光。調整發光元件504W的光程長以能夠得到白色發光，而經由彩色層514W向箭頭方向發射出白色發光。
注意，各發光元件的光程長的調整方法不侷限於此。例如，在各發光元件中，也可以藉由調整EL層510的厚度來調整光程長。
另外，彩色層(514R、514G、514B)只要具有使特定的波長區的光透過的功能即可，例如可以使用使紅 色的波長區的光透過的紅色(R)濾色片、使綠色的波長區的光透過的綠色(G)濾色片以及使藍色的波長區的光透過的藍色(B)濾色片等。另外，作為彩色層514W例如可以使用不含有顏料等的丙烯酸類樹脂材料等。作為彩色層(514R、514G、514B、514W)可以使用各種材料並藉由印刷法、噴墨法、使用光微影技術的蝕刻法等形成。
作為第一導電膜506，例如可以使用反射率高(可見光的反射率為40%以上且100%以下，較佳為70%以上且100%以下)的金屬膜。作為第一導電膜506，可以使用鋁、銀或包含這些金屬材料的合金(例如，銦與鈀與銅的合金)的單層或疊層形成。
另外，作為第二導電膜507，例如可以使用導電金屬氧化物來形成。作為導電金屬氧化物，可以使用氧化銦、氧化錫、氧化鋅、銦錫氧化物(Indium Tin Oxide，還稱為ITO)、銦鋅氧化物(Indium Zinc Oxide)或者在這些金屬氧化物材料中含有氧化矽、氧化鎢的材料。藉由設置第二導電膜507，能夠抑制在後面形成的EL層510與第一導電膜506之間形成絕緣膜，所以是較佳的。另外，也可以在第一導電膜506的下方形成用作第二導電膜507的導電金屬氧化物。
此外，作為第三導電膜512，使用具有反射性的導電材料和具有透光性的導電材料來形成，對可見光的反射率較佳為20%以上且80%以下，更佳為40%以上且70%以下。作為第三導電膜512，例如將銀、鎂或包含這 些金屬材料的合金等形成得薄(例如，10nm以下)，然後形成可用於第二導電膜507的導電金屬氧化物即可。
在上面所說明的結構中，採用了從第二基板516一側提取發光的結構(頂部發射結構)，但也可以採用從形成有FET500的第一基板501一側提取光的結構(底部發射結構)或從第一基板501一側和第二基板516一側的兩者提取光的結構(雙面發射結構)。在採用底部發射結構的情況下，例如將彩色層(514R、514G、514B、514W)形成於第一導電膜506的下方即可。注意，作為發射光的一側的基板可以使用具有透光性的基板，作為不發射光的一側的基板可以使用具有透光性的基板及具有遮光性的基板。
另外，雖然在圖45中例示了發光元件為4種顏色(紅色(R)、綠色(G)、藍色(B)、白色(W))的結構，但不侷限於此。例如也可以採用發光元件為三種顏色(紅色(R)、綠色(G)、藍色(B))的結構。
在本實施方式中，參照圖46以及圖47A至圖47G對可以使用本發明的一個方式的半導體裝置的顯示模組及電子裝置進行說明。
圖46所示的顯示模組8000在上蓋8001與下蓋8002之間包括連接於FPC8003的觸控面板8004、連接於FPC8005的顯示面板8006、背光8007、框架8009、印 刷基板8010、電池8011。
例如可以將本發明的一個方式的半導體裝置用於顯示面板8006。
上蓋8001及下蓋8002可以根據觸控面板8004及顯示面板8006的尺寸可以適當地改變形狀或尺寸。
觸控面板8004能夠是電阻膜式觸控面板或靜電容量式觸控面板，並且能夠被形成為與顯示面板8006重疊。此外，也可以使顯示面板8006的相對基板(密封基板)具有觸控面板的功能。另外，也可以在顯示面板8006的各像素內設置光感測器，而形成光學觸控面板。
背光8007具有光源8008。注意，雖然在圖46中例示出在背光8007上配置光源8008的結構，但是不侷限於此。例如，可以在背光8007的端部設置光源8008，並使用光擴散板。當使用有機EL元件等自發光型發光元件時，或者當使用反射式面板時，可以採用不設置背光8007的結構。
框架8009除了具有保護顯示面板8006的功能以外還具有用來遮斷因印刷基板8010的工作而產生的電磁波的電磁屏蔽的功能。此外，框架8009也可以具有放熱板的功能。
印刷基板8010具有電源電路以及用來輸出視訊信號及時脈信號的信號處理電路。作為對電源電路供應電力的電源，既可以採用外部的商業電源，又可以採用另 行設置的電池8011的電源。當使用商用電源時，可以省略電池8011。
此外，在顯示模組8000中還可以設置偏光板、相位差板、稜鏡片等構件。
圖47A至圖47D是示出電子裝置的圖。這些電子裝置可以包括外殼600、顯示部601、揚聲器603、LED燈604、操作鍵605(包括電源開關或操作開關)、連接端子606、感測器607(它具有測量如下因素的功能：力、位移、位置、速度、加速度、角速度、轉速、距離、光、液、磁、溫度、化學物質、聲音、時間、硬度、電場、電流、電壓、電力、輻射線、流量、濕度、傾斜度、振動、氣味或紅外線)、麥克風608等。
圖47A示出移動電腦，該移動電腦除了上述以外還可以包括開關609、紅外線埠620等。圖47B示出具備儲存介質的可攜式影像再現裝置(例如DVD再現裝置)，該可攜式影像再現裝置除了上述以外還可以包括第二顯示部602、儲存介質讀取部621等。圖47C示出電視接收機，該電視接收機除了上述以外還可以包括調諧器、影像處理部等。圖47D示出可攜式電視接收機，該可攜式電視接收機除了上述以外還可以包括能夠收發信號的充電器627等。
圖47E至圖47G示出能夠折疊的可攜式資訊終端610。圖47E示出展開狀態的可攜式資訊終端610。圖47F示出從展開狀態和折疊狀態中的一個狀態變為另一 個狀態的中途的狀態的可攜式資訊終端610。圖47G示出折疊狀態的可攜式資訊終端610。可攜式資訊終端610在折疊狀態下可攜性好，在展開狀態下因為具有無縫拼接的較大的顯示區域所以顯示一覽性強。
顯示部612由鉸鏈613所連接的三個外殼615來支撐。藉由鉸鏈613使兩個外殼615之間彎折，可以從可攜式資訊終端610的展開狀態可逆性地變為折疊狀態。可以將使用本發明的一個方式製造的顯示裝置用於顯示部612。例如，可以使用能夠以1mm以上且150mm以下的曲率半徑彎曲的顯示裝置。
圖47A至圖47G所示的電子裝置可以具有各種功能。例如，可以具有如下功能：將各種資訊(靜態影像、動態影像、文字影像等)顯示在顯示部上；觸控面板；顯示日曆、日期或時刻等；藉由利用各種軟體(程式)控制處理；進行無線通訊；藉由利用無線通訊功能來連接到各種電腦網路；藉由利用無線通訊功能，進行各種資料的發送或接收；讀出儲存在儲存介質中的程式或資料來將其顯示在顯示部上等。再者，在具有多個顯示部的電子裝置中，可以具有如下功能：一個顯示部主要顯示影像資訊，而另一個顯示部主要顯示文字資訊；或者，在多個顯示部上顯示考慮到視差的影像來顯示立體影像等。再者，在具有影像接收部的電子裝置中，可以具有如下功能：拍攝靜態影像；拍攝動態影像；對所拍攝的影像進行自動或手動校正；將所拍攝的影像儲存在儲存介質(外部或內置 於相機)中；將所拍攝的影像顯示在顯示部上等。注意，圖47A至圖47G所示的電子裝置可具有的功能不侷限於上述功能，而可以具有各種各樣的功能。
本實施方式所述的電子裝置的特徵在於具有用來顯示某些資訊的顯示部。本發明的一個方式的半導體裝置也可以應用不包括顯示部的電子裝置。
本實施方式所示的結構可以與其他實施方式所示的結構適當地組合而實施。
Claims (37)
- 一種半導體裝置，其包含：第一電晶體與第二電晶體，該第一電晶體與該第二電晶體各在第一絕緣膜之上；該第一電晶體包含：第一氧化物半導體膜；第二氧化物半導體膜，其在該第一氧化物半導體膜之頂面上並且接觸該第一氧化物半導體膜之該頂面；第一閘極絕緣膜，其在該第二氧化物半導體膜上並且接觸該第二氧化物半導體膜；第一閘極電極，其在該第一閘極絕緣膜之上；以及該第二電晶體包含：第三氧化物半導體膜；第二閘極絕緣膜，其在該第三氧化物半導體膜上並且接觸該第三氧化物半導體膜；以及第二閘極電極，其在該第二閘極絕緣膜之上，其中該第一氧化物半導體膜、該第二氧化物半導體膜以及該第三氧化物半導體膜各包含銦、鎵與鋅，以及其中，在該第二氧化物半導體膜與該第三氧化物半導體膜之各者中，銦原子比例小於或等於鎵原子比例。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置，其中該第一電晶體包含源極電極與汲極電極，該源極電極與該汲極電極各在該第二氧化物半導體膜上並且接觸該第二氧化 物半導體膜。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置，其包含第二絕緣膜，該第二絕緣膜在該第一閘極電極與該第二閘極電極之上，其中該第一電晶體包含第一源極電極與第一汲極電極，該第一源極電極與該第一汲極電極各在該第二絕緣膜之上，以及其中該第二電晶體包含第二源極電極與第二汲極電極，該第二源極電極與該第二汲極電極各在該第二絕緣膜之上。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置，其包含第二絕緣膜，該第二絕緣膜在該第一閘極電極與該第二閘極電極之上並且接觸該第二氧化物半導體膜與該第三氧化物半導體膜，其中該第二絕緣膜為氮化物絕緣膜。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置，其中該第二氧化物半導體膜覆蓋該第一氧化物半導體膜。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置，其中，在該第一氧化物半導體膜中，銦原子比例大於鎵原子比例。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置，其中該第一閘極電極電性連接至該第二電晶體的源極電極與汲極電極中的一者。
- 一種顯示裝置，其包含如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置，其中該顯示裝置包含： 驅動器電路部分，其包含該第一電晶體；以及像素部分，其包含：該第二電晶體；以及顯示元件，其電性連接至該第二電晶體。
- 如申請專利範圍第8項所述之顯示裝置，其中該顯示元件為液晶元件。
- 如申請專利範圍第8項所述之顯示裝置，其中該顯示元件為電致發光元件。
- 一種半導體裝置，其包含：第一電晶體與第二電晶體，該第一電晶體與該第二電晶體各在第一絕緣膜之上；該第一電晶體包含：第一閘極電極，其在該第一絕緣膜之上；第一閘極絕緣膜，其在該第一閘極電極之上；第一氧化物半導體膜，其在該第一閘極絕緣膜之上；第二氧化物半導體膜，其在該第一氧化物半導體膜之頂面上並且接觸該第一氧化物半導體膜之該頂面；第二閘極絕緣膜，其在該第二氧化物半導體膜上並且接觸該第二氧化物半導體膜；以及第二閘極電極，其在該第二閘極絕緣膜之上；以及該第二電晶體包含：第三氧化物半導體膜，其在該第一閘極絕緣膜之 上；第三閘極絕緣膜，其在該第三氧化物半導體膜上並且接觸該第三氧化物半導體膜；以及第三閘極電極，其在該第三閘極絕緣膜之上，其中該第一氧化物半導體膜、該第二氧化物半導體膜以及該第三氧化物半導體膜各包含銦、鎵與鋅，以及其中，在該第二氧化物半導體膜與該第三氧化物半導體膜之各者中，銦原子比例小於或等於鎵原子比例。
- 如申請專利範圍第11項所述之半導體裝置，其中該第一電晶體包含源極電極與汲極電極，該源極電極與該汲極電極各在該第二氧化物半導體膜上並且接觸該第二氧化物半導體膜。
- 如申請專利範圍第11項所述之半導體裝置，其包含第二絕緣膜，該第二絕緣膜在該第二閘極電極與該第三閘極電極之上，其中該第一電晶體包含第一源極電極與第一汲極電極，該第一源極電極與該第一汲極電極各在該第二絕緣膜之上，以及其中該第二電晶體包含第二源極電極與第二汲極電極，該第二源極電極與該第二汲極電極各在該第二絕緣膜之上。
- 如申請專利範圍第11項所述之半導體裝置，其包含第二絕緣膜，該第二絕緣膜在該第二閘極電極與該第三閘極電極之上並且接觸該第二氧化物半導體膜與該第三氧 化物半導體膜，其中該第二絕緣膜為氮化物絕緣膜。
- 如申請專利範圍第11項所述之半導體裝置，其中該第一閘極絕緣膜為氮化物絕緣膜。
- 如申請專利範圍第11項所述之半導體裝置，其中該第二氧化物半導體膜覆蓋該第一氧化物半導體膜。
- 如申請專利範圍第11項所述之半導體裝置，其中，在該第一氧化物半導體膜中，銦原子比例大於鎵原子比例。
- 如申請專利範圍第11項所述之半導體裝置，其中該第一閘極電極電性連接至該第二電晶體的源極電極與汲極電極中的一者。
- 一種顯示裝置，其包含如申請專利範圍第11項所述之半導體裝置，其中該顯示裝置包含：驅動器電路部分，其包含該第一電晶體；以及像素部分，其包含：該第二電晶體；以及顯示元件，其電性連接至該第二電晶體。
- 如申請專利範圍第19項所述之顯示裝置，其中該顯示元件為液晶元件。
- 如申請專利範圍第19項所述之顯示裝置，其中該顯示元件為電致發光元件。
- 一種半導體裝置，其包含：第一電晶體與第二電晶體，該第一電晶體與該第二電晶體各在第一絕緣膜之上； 該第一電晶體包含：第一氧化物半導體膜；第二氧化物半導體膜，其在該第一氧化物半導體膜之頂面上並且接觸該第一氧化物半導體膜之該頂面；第一閘極絕緣膜，其在該第二氧化物半導體膜上並且接觸該第二氧化物半導體膜；第一閘極電極，其在該第一閘極絕緣膜之上；以及該第二電晶體包含：第三氧化物半導體膜；第二閘極絕緣膜，其在該第三氧化物半導體膜上並且接觸該第三氧化物半導體膜；以及第二閘極電極，其在該第二閘極絕緣膜之上，其中該第一氧化物半導體膜、該第二氧化物半導體膜以及該第三氧化物半導體膜各包含銦、鎵與鋅，以及其中該第一氧化物半導體膜、該第二氧化物半導體膜以及該第三氧化物半導體膜各包含非單晶氧化物半導體，該非單晶氧化物半導體為c軸配向結晶氧化物半導體或奈米結晶氧化物半導體，其中，在該第二氧化物半導體膜與該第三氧化物半導體膜之各者中，銦原子比例小於或等於鎵原子比例。
- 如申請專利範圍第22項所述之半導體裝置，其中，在該第一氧化物半導體膜中，銦原子比例大於鎵原子比例。
- 如申請專利範圍第22項所述之半導體裝置，其中該第一閘極電極電性連接至該第二電晶體的源極電極與汲極電極中的一者。
- 一種顯示裝置，其包含如申請專利範圍第22項所述之半導體裝置，其中該顯示裝置包含：驅動器電路部分，其包含該第一電晶體；以及像素部分，其包含：該第二電晶體；以及顯示元件，其電性連接至該第二電晶體。
- 如申請專利範圍第25項所述之顯示裝置，其中該顯示元件為液晶元件。
- 如申請專利範圍第25項所述之顯示裝置，其中該顯示元件為電致發光元件。
- 一種半導體裝置，其包含：第一電晶體與第二電晶體，該第一電晶體與該第二電晶體各在第一絕緣膜之上；該第一電晶體包含：第一氧化物半導體膜；第二氧化物半導體膜，其在該第一氧化物半導體膜上並且接觸該第一氧化物半導體膜；第三氧化物半導體膜，其在該第二氧化物半導體膜之頂面以及該第一氧化物半導體膜與該第二氧化物半導體膜之側面上並且接觸該第二氧化物半導體膜之該頂面以 及該第一氧化物半導體膜與該第二氧化物半導體膜之該側面；第一閘極絕緣膜，其在該第三氧化物半導體膜上並且接觸該第三氧化物半導體膜；以及第一閘極電極，其在該第一閘極絕緣膜之上；以及該第二電晶體包含：第四氧化物半導體膜；第二閘極絕緣膜，其在該第四氧化物半導體膜上並且接觸該第四氧化物半導體膜；以及第二閘極電極，其在該第二閘極絕緣膜之上，其中該第一氧化物半導體膜、該第二氧化物半導體膜、該第三氧化物半導體膜以及該第四氧化物半導體膜各包含銦、鎵與鋅，以及其中，在該第三氧化物半導體膜與該第四氧化物半導體膜之各者中，銦原子比例小於或等於鎵原子比例。
- 如申請專利範圍第28項所述之半導體裝置，其中該第一電晶體包含源極電極與汲極電極，該源極電極與該汲極電極各在該第三氧化物半導體膜上並且接觸該第三氧化物半導體膜。
- 如申請專利範圍第28項所述之半導體裝置，其包含第二絕緣膜，其在該第一閘極電極與該第二閘極電極之上，其中該第一電晶體包含第一源極電極與第一汲極電 極，該第一源極電極與該第一汲極電極各在該第二絕緣膜之上，以及其中該第二電晶體包含第二源極電極與第二汲極電極，該第二源極電極與該第二汲極電極各在該第二絕緣膜之上。
- 如申請專利範圍第28項所述之半導體裝置，其包含第二絕緣膜，該第二絕緣膜在該第一閘極電極與該第二閘極電極之上並且接觸該第三氧化物半導體膜與該第四氧化物半導體膜，其中該第二絕緣膜為氮化物絕緣膜。
- 如申請專利範圍第28項所述之半導體裝置，其中該第三氧化物半導體膜覆蓋該第一氧化物半導體膜與該第二氧化物半導體膜。
- 如申請專利範圍第28項所述之半導體裝置，其中，在該第二氧化物半導體膜中，銦原子比例大於鎵原子比例。
- 如申請專利範圍第28項所述之半導體裝置，其中該第一閘極電極電性連接至該第二電晶體的源極電極與汲極電極中的一者。
- 一種顯示裝置，其包含如申請專利範圍第28項所述之半導體裝置，其中該顯示裝置包含：驅動器電路部分，其包含該第一電晶體；以及像素部分，其包含：該第二電晶體；以及顯示元件，其電性連接至該第二電晶體。
- 如申請專利範圍第35項所述之顯示裝置，其中該顯示元件為液晶元件。
- 如申請專利範圍第35項所述之顯示裝置，其中該顯示元件為電致發光元件。
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