用於製造半導體裝置的方法與流程
2023-06-24 08:06:56
本申請是申請日為「2013年6月20日」、申請號為「201380034241.1」、題為「半導體裝置」的分案申請。
本說明書等所公開的發明涉及半導體裝置。
注意，本說明書等中的半導體裝置是指通過利用半導體特性而能夠工作的任何裝置，例如，電光裝置、圖像顯示裝置、半導體電路以及電子設備都是半導體裝置。
背景技術：
對於以液晶顯示裝置及發光顯示裝置為代表的圖像顯示裝置，利用了使用形成於具有絕緣表面的襯底上的半導體薄膜的電晶體。此外，該電晶體也被廣泛應用於如集成電路(ic)等的電子設備。對於能夠應用於該電晶體的半導體薄膜，不僅可以使用廣為人知的矽類半導體，還可以使用呈現半導體特性的金屬氧化物(以下，稱為氧化物半導體)。
例如，已公開了製造使用氧化鋅或in-ga-zn類氧化物半導體作為氧化物半導體的電晶體的技術(參照專利文獻1及2)。
在本說明書中，使用氧化物半導體薄膜作為形成於具有絕緣表面的襯底上的半導體薄膜的電晶體稱為使用氧化物半導體的電晶體。另外，電晶體可以通過利用半導體特性能夠工作；由此，在本說明書中，電晶體是半導體裝置。
[參考文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利申請公開第2007-123861號
[專利文獻2]日本專利申請公開第2007-096055號
技術實現要素：
在使用氧化物半導體的半導體裝置中，在有些情況中，從設置在包含溝道形成區的氧化物半導體膜上的絕緣膜等中釋放出的元素作為雜質擴散到上述氧化物半導體膜中，由此半導體裝置的電特性(典型的是，閾值電壓)改變了，這使半導體裝置的可靠性降低了。
例如，在水及/或氫、或者氮及/或氨被包含在設置於氧化物半導體膜上的絕緣膜中的情況下，水、氫、氮及氨中的任一種的擴散導致了半導體裝置的電特性的變化，這使半導體裝置的可靠性降低了。
滲入氧化物半導體膜中的氫與鍵合到金屬原子的氧起反應而生成水，並且缺陷形成在氧脫離的晶格(或氧脫離的部分)中。另外，部分氫與氧起反應而生成了作為載流子的電子。此外，滲入氧化物半導體膜的氮與金屬原子或氧起反應而生成了作為載流子的電子。其結果是，包括含有氫或氮的氧化物半導體膜的電晶體很容易成為正常情況下導通。
於是，本發明的一個方式的目的是提供一種電特性的變化得到抑制或者可靠性得到提高的包含氧化物半導體的半導體裝置。
本發明的一個方式是一種具有包含溝道形成區的氧化物半導體膜的半導體裝置，並且在上述氧化物半導體膜上包括至少含有氮且抑制水的滲入(擴散)的絕緣膜以及抑制從該絕緣膜釋放出的元素(典型地是氮)滲入(擴散)的絕緣膜。作為滲入氧化物半導體膜的水，可以舉出空氣中含有的水以及設置在抑制水滲入的絕緣膜上的膜中的水等。另外，作為氮的來源，可以舉出n2及nh3等。
也就是說，本發明的一個方式的半導體裝置至少包括抑制水滲入的絕緣膜以及保護氧化物半導體膜而避免從上述絕緣膜釋放出的包含於上述絕緣膜中的元素滲入氧化物半導體膜的絕緣膜。用來保護氧化物半導體膜的該絕緣膜抑制氮的滲入要多於氫的滲入。因此，抑制水的滲入的絕緣膜優選為氫含量儘量被降低的絕緣膜。例如，通過加熱從抑制水的滲入的絕緣膜中釋放的氫分子的量優選低於5.0×1021分子/cm3。
於是，本發明的一個方式是一種半導體裝置，該半導體裝置包括：柵電極；覆蓋柵電極的柵極絕緣膜；隔著柵極絕緣膜與柵電極重疊的氧化物半導體膜；與氧化物半導體膜接觸的一對電極；設置於氧化物半導體膜上的第一絕緣膜；以及與第一絕緣膜接觸且至少含有氮的第二絕緣膜。第一絕緣膜保護氧化物半導體膜而避免從第二絕緣膜釋放出的氮滲入到氧化物半導體膜。通過加熱從第二絕緣膜釋放出的氫分子的量低於5.0×1021分子/cm3。
另外，在本發明的一個方式的半導體裝置中，可以使用緻密的氧化物絕緣膜作為保護氧化物半導體膜而避免從抑制水滲入的絕緣膜釋放出的元素的影響的絕緣膜。作為抑制水滲入的絕緣膜，可以使用氮化物絕緣膜，並通過加熱從該氮化物絕緣膜釋放出的氫分子的量是在上述範圍內。
本發明的一個方式是一種半導體裝置，該半導體裝置包括：柵電極；覆蓋柵電極的柵極絕緣膜；隔著柵極絕緣膜與柵電極重疊的氧化物半導體膜；與氧化物半導體膜接觸的一對電極；設置於氧化物半導體膜上的第一絕緣膜；以及與第一絕緣膜接觸的第二絕緣膜。第一絕緣膜是緻密的氧化物絕緣膜。通過加熱從第二絕緣膜釋放出的氫分子的量低於5.0×1021分子/cm3。
另外，在本發明的一個方式的半導體裝置中，緻密的氧化物絕緣膜是在25℃用0.5wt％的氫氟酸對其進行蝕刻的速率低於或等於10nm/min的氧化物絕緣膜。
本發明的一個方式是一種半導體裝置，該半導體裝置包括：柵電極；覆蓋柵電極的柵極絕緣膜；隔著柵極絕緣膜與柵電極重疊的氧化物半導體膜；與氧化物半導體膜接觸的一對電極；設置在氧化物半導體膜上的第一絕緣膜；以及與第一絕緣膜接觸的第二絕緣膜。第一絕緣膜是在25℃用0.5wt％的氫氟酸對其進行蝕刻的速率低於或等於10nm/min的氧化物絕緣膜。第二絕緣膜是氮化物絕緣膜，並且通過加熱從氮化物絕緣膜釋放出的氫分子的量低於5.0×1021分子/cm3。
在上述半導體裝置中，在有機樹脂膜被設置為與第二絕緣膜接觸且被用作層間絕緣膜或平坦化絕緣膜的情況下，第二絕緣膜可以抑制包含於該有機樹脂膜中的水及空氣中含有的水透過該有機樹脂膜進入氧化物半導體膜中。作為上述有機樹脂膜的例子，可以舉出丙烯酸膜等。
在本發明的一個方式的半導體裝置中，能夠填充氧化物半導體膜中所包括的氧空位的絕緣膜被設置在氧化物半導體膜與保護氧化物半導體膜而避免從抑制水滲入的絕緣膜中釋放出的元素的影響的絕緣膜之間。具體地，設置了與氧化物半導體膜接觸且使氧透過的絕緣膜以及與使氧透過的絕緣膜接觸且含有比化學計量組成更高比例的氧的絕緣膜。
在上述半導體裝置中，使氧透過的絕緣膜以及含有比化學計量組成更高比例的氧的絕緣膜被設置在氧化物半導體膜上。因此，本發明的一個方式的半導體裝置包括在氧化物半導體膜上的具有不同功能的四種絕緣膜。
本發明的一個方式是一種半導體裝置，該半導體裝置包括：柵電極；覆蓋柵電極的柵極絕緣膜；隔著柵極絕緣膜與柵電極重疊的氧化物半導體膜；與氧化物半導體膜接觸的一對電極；與氧化物半導體膜接觸的第一絕緣膜；與第一絕緣膜接觸的第二絕緣膜；與第二絕緣膜接觸的第三絕緣膜；以及與第三絕緣膜接觸且至少含有氮的第四絕緣膜。第一絕緣膜是使氧透過的絕緣膜。第二絕緣膜含有比化學計量組成更高比例的氧。第三絕緣膜保護氧化物半導體膜而避免從第四絕緣膜釋放出的氮滲入氧化物半導體膜。通過加熱從第四絕緣膜釋放出的氫分子的量低於5.0×1021分子/cm3。
另外，在上述半導體裝置中，使氧透過的氧化物絕緣膜可以用作第一絕緣膜，含有比化學計量組成更高比例的氧的氧化物絕緣膜可以用作第二絕緣膜，緻密的氧化物絕緣膜可以用作第三絕緣膜，氮化物絕緣膜可以用作第四絕緣膜，通過加熱從氮化物絕緣膜釋放出的氫分子的量是在上述範圍內。
在上述半導體裝置中，能夠用作第三絕緣膜的緻密的氧化物絕緣膜是在25℃用0.5wt％的氫氟酸對其進行蝕刻的速率低於或等於10nm/min的氧化物絕緣膜，這低於第二絕緣膜的蝕刻速率。
在上述半導體裝置中，在有機樹脂膜被設置為接觸於第四絕緣膜以被用作層間絕緣膜或平坦化絕緣膜的情況下，該第四絕緣膜可以抑制包含於該有機樹脂膜中的水及空氣中的水透過該有機樹脂膜擴散至氧化物半導體膜中。例如，作為上述有機樹脂膜，可以舉出丙烯酸膜等。
根據本發明的一個方式，可以提供一種電特性的變化得到抑制的半導體裝置或可靠性得到提高的半導體裝置。注意，作為通過本發明的一個方式的半導體裝置能夠抑制的電特性的變化，可以舉出隨時間變化的半導體裝置的閾值電壓的變化、因利用光照射的柵極偏壓-溫度bt(bias-temperature)應力試驗而導致的半導體裝置的閾值電壓的變化等。
附圖說明
圖1a至1c是示出電晶體的一個方式的俯視圖及截面圖。
圖2a至2d是示出電晶體的製造方法的一個方式的截面圖。
圖3是示出電晶體的一個方式的截面圖。
圖4a至4c是示出顯示裝置的一個方式的俯視圖。
圖5a和5b是示出顯示裝置的一個方式的截面圖。
圖6是示出顯示裝置的一個方式的截面圖。
圖7a至7c是示出顯示裝置的一個方式的俯視圖及截面圖。
圖8是示出顯示裝置的一個方式的截面圖。
圖9a和9b是示出半導體裝置的一個方式的電路圖及截面圖。
圖10a至10c都示出電子設備。
圖11a至11c示出電子設備。
圖12a和12b示出樣品的結構。
圖13a至13c示出熱脫附(desorption)譜分析的結果。
圖14a和14b示出熱脫附譜分析的結果。
圖15a和15b示出熱脫附譜分析的結果。
圖16a和16b示出熱脫附譜分析的結果。
圖17a至17d是示出電晶體的製造方法的截面圖。
圖18a至18c都示出電晶體的vg-id特性。
圖19a至19c都示出電晶體的vg-id特性。
圖20a至20c都示出電晶體的vg-id特性。
圖21示出電晶體的vg-id特性與氮化矽膜中的氫分子的釋放量及氨分子的釋放量之間的關係。
具體實施方式
下面，參照附圖詳細說明本發明的實施方式。注意，本發明不局限於以下說明，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於以下實施方式的記載內容中。
另外，在下面所說明的本發明的結構中，在不同的附圖中使用相同的附圖標記來顯示相同的部分或具有相同功能的部分，而不進行重複說明。此外，相同的陰影線適用於具有相同功能的部分，該部分有時不特別由附圖標記而表示。
另外，在本說明書所說明的每個附圖中，各構成要素的大小、膜的厚度或區域為了清晰可見而有時被誇大。因此，本發明的一個方式並不一定限定於這種比例。此外，在本說明書等中的「第一」、「第二」等序數詞為方便而使用，並不表示工序順序或疊層順序。另外，在本說明書等中的序數詞不表示用來特定發明的固有名稱。
例如，在電路工作的電流方向變化的情況下，本發明中的「源極」及「漏極」的功能有時互相調換。因此，在本說明書中詞語「源極」及「漏極」可以被互相調換。
另外，電壓是指兩個點的電位之間的差，電位是指某一點的靜電場中的單位電荷的靜電能(電位能量)。注意，一般來說，將一點的電位與標準電位之間的差簡單地稱為電位或電壓，在很多情況下，電位和電壓被用作同義詞。因此，在本說明書中，除了特別指定的情況以外，電位被可稱為電壓，電壓也被可稱為電位。
在本說明書中，在光刻工序之後進行蝕刻工序的情況下，在蝕刻工序後去除光刻工序中形成的掩模。
實施方式1
在本實施方式中，參照附圖說明本發明的一個方式的半導體裝置及該半導體裝置的製造方法。在本實施方式中，說明包括氧化物半導體膜的電晶體作為半導體裝置的例子。
圖1a至1c是電晶體50的俯視圖及截面圖。圖1a是電晶體50的俯視圖，圖1b是沿圖1a的點劃線a-b的截面圖，並且圖1c是沿圖1a的點劃線c-d的截面圖。另外，在圖1a中，為了簡化，省略襯底11、基底絕緣膜13、電晶體50的一些部件(例如，柵極絕緣膜18)、絕緣膜23至26等。
電晶體50是柵電極15被設置於襯底11上的底部柵極型電晶體。在電晶體50中，柵極絕緣膜18設置在襯底11及柵電極15上，氧化物半導體膜20隔著柵極絕緣膜18設置為與柵電極15重疊，並且一對電極21設置為接觸於氧化物半導體膜20。此外，在電晶體50中，絕緣膜25及26至少設置在柵極絕緣膜18、氧化物半導體膜20及一對電極21上。電晶體50優選包括由設置在絕緣膜25與氧化物半導體膜20之間的絕緣膜23及24以及絕緣膜25及26形成的保護膜27(參照圖1b及1c)。
絕緣膜26至少含有氮，且具有抑制外部的水滲入氧化物半導體膜20的功能。絕緣膜25具有抑制從絕緣膜26釋放出的元素滲入氧化物半導體膜20的功能。換言之，絕緣膜25保護氧化物半導體膜20以免受從絕緣膜26釋放出的元素的影響。另外，絕緣膜25還具有抑制包含在氧化物半導體膜20、設置在氧化物半導體膜20上的膜(例如，絕緣膜23及24)等中的氧釋放到外部的功能(氧的阻擋效果)。絕緣膜26也可以具有氧的阻擋效果。從絕緣膜26釋放出的元素主要為氮及含有如氨等可以成為氮的來源的化合物。在本說明書中，外部的水是指空氣中含有的水或者除了絕緣膜26以外的任一構成要素(例如，絕緣膜)中含有的水。
作為絕緣膜25，可以應用緻密的氧化物絕緣膜。具體來說，該緻密的氧化物絕緣膜是在25℃用0.5wt％的氫氟酸對其進行蝕刻的速率低於或等於10nm/min(優選低於或等於8nm/分)的氧化物絕緣膜。
絕緣膜25具有能夠抑制從絕緣膜26釋放出的元素滲入氧化物半導體膜20的厚度。例如，絕緣膜25的厚度可以大於或等於5nm且小於或等於150nm，優選大於或等於5nm且小於或等於50nm，更優選大於或等於10nm且小於或等於30nm。
因此，作為絕緣膜25，可以使用具有上述蝕刻速率及上述範圍內的厚度的氧化矽膜或氧氮化矽膜等。
可用作絕緣膜25的氧化矽膜或氧氮化矽膜可以使用下述條件來形成。將經真空排氣的等離子體cvd裝置的處理室內所放置的襯底置於高於或等於300℃且低於或等於400℃，優選高於或等於320℃且低於或等於370℃的溫度下，向處理室中引入源氣體從而使得壓力為高於或等於100pa且低於或等於250pa，優選高於或等於100pa且低於或等於200pa，並且高頻電力被施加到設置於處理室內的電極。
作為絕緣膜25的源氣體，優選使用含有矽的沉積氣體及氧化氣體。含有矽的沉積氣體的典型例子包括矽烷、乙矽烷、丙矽烷、氟化矽烷。氧化氣體的例子包括氧、臭氧、一氧化二氮、二氧化氮。
作為絕緣膜26，優選使用氮化物絕緣膜，並且通過加熱從該氮化絕物緣膜釋放出的氫分子的量儘量低。這是因為絕緣膜25有效地抑制從絕緣膜26釋放出的氮的擴散，但是較弱地抑制從絕緣膜26釋放出的氫的擴散。具體地說，作為絕緣膜26，可以使用氮化物絕緣膜，並且通過加熱從該氮化物絕緣膜釋放出的氫分子的量為以下範圍內。通過加熱釋放出的氫分子的量低於5.0×1021分子/cm3，優選低於3.0×1021分子/cm3，更優選低於1.0×1021分子/cm3。雖然在電晶體50中通過絕緣膜25可以抑制從絕緣膜26釋放出的氮的滲入，但是優選儘量降低絕緣膜26中的可作為氮的源的氨的量。就是說，作為絕緣膜26，優選使用氮化物絕緣膜，並且通過加熱從該氮化物絕緣膜釋放出的氨分子的量儘量低。
下面，說明通過熱脫附譜分析(以下稱為tds)而釋放出的氫分子的量及氨的量的測量方法。
在tds分析中的氣體的釋放量與譜(spectrum)的積分值成正比。因此，根據絕緣膜的譜的積分值與標準樣品的基準值之間的比率，可以算出氣體的釋放量。標準樣品的基準值是指包含在樣品中的預定的原子的密度相對於譜的積分值的比率。
例如，根據公式1，使用標準樣品的含有預定密度的氫的矽晶片的tds分析結果以及絕緣膜的tds分析結果，就可以算出從絕緣膜釋放出的氫分子的量(nh2)。在此，通過tds分析而得到的質量數為2的所有的譜都被假設為源自氫分子。並不考慮其質量數不是1的氫原子同位素，因為這種分子的在自然界中的比率極低。
[公式1]
注意，nh2是氫分子的釋放量。nh2(s)是將從標準樣品釋放出的氫分子的量換算為密度而得到的值。sh2(s)是當對標準樣品進行tds分析時的譜的積分值。這裡，將標準樣品的基準值設定為nh2(s)/sh2(s)。sh2是當對絕緣膜進行tds分析時的譜的積分值。α是影響tds分析中的譜的強度的係數。關於公式1的詳細內容參照日本專利申請公開h6-275697號公報。另外，從上述絕緣膜釋放出的氫分子的量是使用由電子科學株式會社(escoltd.)製造的熱脫附分析裝置emd-wa1000s/w並使用包含1×1016原子/cm2的氫原子的矽晶片作為標準樣品而測量的。
另外，在公式1中，對絕緣膜的氨分子的釋放量進行tds分析而得到的譜的積分值被代入sh2，由此可以求出氨分子的釋放量。
絕緣膜26具有能夠抑制從外部的水的滲入的厚度。例如，該厚度可以成為大於或等於50nm且小於或等於200nm，優選大於或等於50nm且小於或等於150nm，更優選大於或等於50nm且小於或等於100nm。
作為絕緣膜26，可以使用其厚度在上述範圍內的氮化矽膜等，並且通過加熱從該氮化矽膜等釋放出的氫分子的量是在上述範圍內。
能夠用作絕緣膜26的氮化矽膜可以使用下述條件來形成。經真空排氣的等離子體cvd裝置的處理室內所放置的襯底被置於高於或等於80℃且低於或等於400℃，優選高於或等於200℃且低於或等於370℃的溫度下，對處理室中引入源氣體使得壓力高於或等於100pa且低於或等於250pa，優選高於或等於100pa且低於或等於200pa，並且高頻電力施加於設置在處理室內的電極。
作為絕緣膜26的源氣體，優選使用含有矽的沉積氣體、氮氣及氨氣。含有矽的沉積氣體的典型例子包括矽烷、乙矽烷、丙矽烷及氟化矽烷。另外，氮的流量優選為氨的流量的5倍至50倍，更優選為氨的流量的10倍至50倍。
通過使用氨作為源氣體，促進了含有矽的沉積氣體及氮的分解。這是由於氨因等離子體能量或熱能被解離，並且由解離產生的能量有助於含有矽的沉積氣體分子的鍵與氮分子的鍵的分解。通過上述方式，能夠抑制水的滲入並且可以形成具有氧阻擋性的氮化矽膜。
由此，通過設置絕緣膜25及絕緣膜26，可以製造電特性的變化得到抑制的電晶體50。
作為電晶體50的電特性的變化，可以舉出電晶體50的閾值電壓隨時間的變化、或因使用光照射的柵極bt壓力試驗而導致的電晶體50的閾值電壓的變化等。
另外，使用氧化物半導體的電晶體為n溝道電晶體；因此，在本說明書中，當柵電壓為0v時可被視為沒有漏電流在其中流過的電晶體被定義為具有正常情況下截止的(normally-off)特性的電晶體。想反，當柵電壓為0v時可被視為有漏電流在其中流過的電晶體被定義為具有正常情況下導通的(normally-on)特性的電晶體。
接著，說明保護膜27。保護膜27包括絕緣膜23、24、25及26。即，保護膜27包括具有不同功能的四種絕緣膜。
在電晶體50中，絕緣膜23被設置為接觸於氧化物半導體膜20，絕緣膜24被設置為接觸於絕緣膜23，絕緣膜25被設置為接觸於絕緣膜24，並且絕緣膜26被設置為接觸於絕緣膜25(參照圖1b及1c)。
絕緣膜23是使氧透過的絕緣膜。例如，作為絕緣膜23，可以使用使氧透過的氧化物絕緣膜。在絕緣膜23中，從外部滲入絕緣膜23的氧不是全都穿過絕緣膜23，也有一些留在絕緣膜23中的氧。另外，也有一開始就包含於絕緣膜23中且從絕緣膜23移動到外部的氧。因此，絕緣膜23優選具有很高的氧的擴散係數。
由於絕緣膜23與氧化物半導體膜20接觸，所以絕緣膜23優選為使氧透過且與氧化物半導體膜20之間的界面態很低的氧化物絕緣膜。例如，絕緣膜23優選為具有比絕緣膜24低的缺陷密度的氧化物絕緣膜。具體而言，通過電子自旋共振法獲得的g值為2.001(e′-中心)的氧化物絕緣膜的自旋密度為3.0×1017自旋/cm3或更低，優選為5.0×1016自旋/cm3或更低。另外，通過電子自旋共振法獲得的g值為2.001的自旋密度對應於包含於絕緣膜23中的自由鍵(danglingbond)的數量。
絕緣膜23的厚度可以大於或等於5nm且小於或等於150nm，優選大於或等於5nm且小於或等於50nm，更優選大於或等於10nm且小於或等於30nm。
例如，作為絕緣膜23，可以使用具有上述自旋密度且其厚度在上述範圍內的氧化矽膜或氧氮化矽膜等。
能夠用作絕緣膜23的氧化矽膜或氧氮化矽膜可以使用下述條件來形成。經真空排氣的等離子體cvd裝置的處理室內所放置的襯底被置於高於或等於180℃且低於或等於400℃，優選高於或等於200℃且低於或等於370℃的溫度下；對處理室中引入源氣體從而使得處理室內的壓力高於或等於30pa且低於或等於250pa，優選高於或等於40pa且低於或等於200pa；並且高頻電力施加於設置在處理室內的電極。
作為絕緣膜23的源氣體，可以使用能夠應用於絕緣膜25的源氣體。
通過將氧化氣體的量與含矽的沉積氣體的量的比率設定為100或更高，可以減少絕緣膜23中的氫含量並且可以減少絕緣膜23中所包含的自由鍵。有時，從絕緣膜24移動出來的氧被絕緣膜23中所包含的自由鍵俘獲；由此，在絕緣膜23中所包含的自由鍵減少的情況下，絕緣膜24中的氧可以有效地移動至氧化物半導體膜20，從而可以填補氧化物半導體膜20中的氧空位。其結果是，可以減少滲入氧化物半導體膜20中的氫的量，並且可以減少包含在氧化物半導體膜20中的氧空位；因此，可以抑制電晶體50的初期特性的缺陷及電特性的變化。
絕緣膜24是含有比化學計量組成更高比例的氧的絕緣膜。例如，作為絕緣膜24，可以使用含有比化學計量組成更高比例的氧的氧化物絕緣膜。
通過加熱從含有比化學計量組成更高比例的氧的氧化物絕緣膜中釋放了一部分氧。為此，當通過加熱釋放了一部分氧的氧化物絕緣膜被設置在絕緣膜23上作為絕緣膜24時，氧可以移動到氧化物半導體膜20，可以補償氧化物半導體膜20中的氧空位。或者，在加熱期間在絕緣膜23上形成絕緣膜24時，氧可以移動至氧化物半導體膜20，可以補償氧化物半導體膜20中的氧空位。或者，當在絕緣膜23上形成絕緣膜24並且然後進行加熱處理時，氧可以移動至氧化物半導體膜20，可以補償氧化物半導體膜20中的氧空位。由此，可以減少氧化物半導體膜中的氧空位的數量。例如，在氧化物半導體膜20中，可以將通過以平行於膜表面的方向施加磁場的電子自旋共振法的g值為1.93時的自旋密度(氧化物半導體膜20中的氧空位密度)降低到低於或等於檢測的下限。
當含有比化學計量組成更高比例的氧的氧化物絕緣膜(絕緣膜24)隔著使氧透過的氧化物絕緣膜(絕緣膜23)而設置在氧化物半導體膜20的背溝道區域(氧化物半導體膜20的表面，該表面與面朝著柵電極15的表面相反)上時，氧可以移動至氧化物半導體膜20的背溝道側，可以減少該背溝道側的氧空位。
在絕緣膜24中，通過加熱釋放出的氧分子的量優選為1.0×1018分子/cm3或更大。另外，具有該釋放量的氧化物絕緣膜可以填補氧化物半導體膜20中所包含的部分氧空位。
另外，在絕緣膜24(它是一部分氧已從中脫離的氧化物絕緣膜)中，隨著電晶體50的電特性下降，其缺陷密度往往會增大。即，通過設置與氧化物半導體膜20接觸的絕緣膜24就會導致電晶體50的電特性降低。於是，通過設置具有比絕緣膜24低的缺陷密度的絕緣膜23，可以抑制電晶體50的電特性的降低。另外，即使在絕緣膜24中，缺陷密度優選儘量地低。例如，通過電子自旋共振法而獲得的g值為2.001時的自旋密度優選為1.0×1018自旋/cm3或更低。
絕緣膜24可以具有大於或等於30nm且小於或等於500nm，優選大於或等於150nm且小於或等於400nm的厚度。
例如，作為絕緣膜24，可以使用具有通過加熱而在上述範圍內釋放出的氧分子的量且具有上述範圍內的自旋密度和厚度的氧化矽膜或氧氮化矽膜等。
能夠用作絕緣膜24的氧化矽膜或氧氮化矽膜可以使用下述條件來形成。將經真空排氣的等離子體cvd裝置的處理室內所放置的襯底置於在高於或等於180℃且低於或等於250℃，優選高於或等於180℃且低於或等於230℃的溫度下，對處理室中引入源氣體從而使得處理室內的壓力高於或等於100pa且低於或等於250pa，優選高於或等於100pa且低於或等於200pa，並且高於或等於0.17w/cm2且低於或等於0.5w/cm2且優選高於或等於0.26w/cm2且低於或等於0.35w/cm2的高頻電力表施加於設置在處理室內的電極。
作為絕緣膜24的源氣體，可以使用能夠應用於絕緣膜25的源氣體。
作為絕緣膜24的形成條件，具有上述功率密度的高頻電力表提供給具有上述壓力的處理室，由此等離子體中的源氣體的分解效率得到提高，氧自由基增加了，並且源氣體的氧化得到促進；因此，絕緣膜24的氧含量變為多於化學計量組成中的氧含量。但是，在上述範圍內的襯底溫度下，矽與氧的鍵合力很弱；由此，一部分的氧通過加熱而被釋放。因此，可以形成含有比化學計量組成更高比例的氧且通過加熱使一部分的氧從中釋放的氧化物絕緣膜。另外，絕緣膜23被設置在氧化物半導體膜20上。因此，在形成絕緣膜24的工序中，絕緣膜23被用作氧化物半導體膜20的保護膜。因此，可以在減少對氧化物半導體膜20的損傷的同時，使用功率密度高的高頻電力形成絕緣膜24。
通過增大絕緣膜24的厚度，通過加熱而脫離的氧的量可以增多；因此，絕緣膜24優選形成為厚於絕緣膜23。通過設置絕緣膜23，即使在絕緣膜24具有較大的厚度，覆蓋性也可得到改善，由此，可以抑制電晶體50的電特性變化。
關於絕緣膜25及26，可以參照上述說明。由於絕緣膜25具有氧阻擋性，因此從絕緣膜24脫離的氧可以向氧化物半導體膜20的方向移動，由此可以有效地且充分地填補包含在氧化物半導體膜20中的氧空位。
由此，在電晶體50中，通過具有保護膜27，可以減少包含在氧化物半導體膜20中的氧空位的數量。另外，可以減少滲入到氧化物半導體膜20的雜質(水、氫或氮等)。因此，可以抑制電晶體50的初期特性的缺陷及電特性的變化。
在不設置絕緣膜23及24也可以填補氧化物半導體膜20中的氧空位的情況下，保護膜27也可以由絕緣膜25及26構成。例如，可以在氧氣氛下進行加熱處理。當在絕緣膜24的形成工序中不會對氧化物半導體膜20造成損傷時，保護膜27也可以由絕緣膜24、25及26構成，而不設置絕緣膜23。
以下說明電晶體50的其他詳細內容。
只要具有能夠承受後面的加熱處理的耐熱性，對襯底11的材質等的性質沒有特別的限制。例如，也可以使用玻璃襯底、陶瓷襯底、石英襯底、藍寶石襯底等作為襯底11。此外，也可以使用由矽或碳化矽等製造的單晶半導體襯底或多晶半導體襯底、由矽鍺等製造的化合物半導體襯底、soi襯底等作為襯底11。並且，也可以使用在上述襯底上設置有半導體元件的襯底作為襯底11。
或者，也可以使用柔性襯底作為襯底11，並且電晶體50也可以直接形成在柔性襯底上。或者，剝離層也可以設置在襯底11與電晶體50之間。當將形成於剝離層上的半導體裝置的一部分或全部從襯底11分離並轉置到其他襯底上時，可以使用剝離層。在此情況下，電晶體50可以被轉置到耐熱性低的襯底或柔性襯底上。
基底絕緣膜13也可以設置在襯底11及柵電極15之間。作為基底絕緣膜13，可以舉出氧化矽膜、氧氮化矽膜、氮化矽膜、氮氧化矽膜、氧化鎵膜、氧化鉿膜、氧化釔膜、氧化鋁膜、氧氮化鋁膜等作為其例子。另外，當使用氮化矽膜、氧化鎵膜、氧化鉿膜、氧化釔膜、氧化鋁膜等作為基底絕緣膜13時，可以抑制雜質(典型地有鹼金屬、水、氫等)從襯底11擴散到氧化物半導體膜20。注意，在本說明書中，「氧氮化矽膜」是指包含多於氮的氧的膜，「氮氧化矽膜」是指包含多於氧的氮的膜。
柵電極15可以使用下列而形成：選自鋁、鉻、銅、鉭、鈦、鉬、鎢中的金屬元素；包含上述金屬元素作為成分的合金；或者包含上述金屬元素組合的合金等。另外，也可以使用選自錳、鋯中的一個或更多的金屬元素。此外，柵電極15也可以具有單層結構或兩層或更多層的疊層結構。作為其例子，可以舉出包含矽的鋁膜的單層結構；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；以及依次層疊有鈦膜、鋁膜和鈦膜的三層結構。此外，也可以使用包含鋁與選自鈦、鉭、鎢、鉬、鉻、釹、鈧中的任一種或更多種元素的膜、合金膜或氮化膜。
柵電極15也可以使用透光導電材料，諸如銦錫氧化物、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、添加有氧化矽的銦錫氧化物。也可以具有使用上述透光導電材料與上述金屬元素而形成的疊層結構。
另外，in-ga-zn類氧氮化物半導體膜、in-sn類氧氮化物半導體膜、in-ga類氧氮化物半導體膜、in-zn類氧氮化物半導體膜、sn類氧氮化物半導體膜、in類氧氮化物半導體膜、金屬氮化膜(例如，inn膜或znn膜)等也可以設置在柵電極15與柵極絕緣膜18之間。上述膜都具有高於或等於5ev且優選高於或等於5.5ev的功函數，該值比氧化物半導體的電子親和勢大；由此，包含氧化物半導體的電晶體的閾值電壓可以向正方向偏移。因此，可以實現具有所謂常關閉特性的開關元件。例如，在使用in-ga-zn類氧氮化物半導體膜的情況下，使用氮濃度至少高於氧化物半導體膜20，具體來說，具有高於或等於7原子％的氮濃度的in-ga-zn類氧氮化物半導體膜。
柵極絕緣膜18可以形成為具有例如使用氧化矽膜、氧氮化矽膜、氮氧化矽膜、氮化矽膜、氧化鋁膜、氧化鉿膜、氧化鎵膜或ga-zn類金屬氧化物膜中的任一種或更多種的單層結構或疊層結構。
柵極絕緣膜18可以是使用通過加熱而使氧從中釋放的氧化物絕緣體而形成的。通過使用通過加熱而使氧從中釋放的氧化物絕緣膜作為柵極絕緣膜18，可以降低氧化物半導體膜20與柵極絕緣膜18之間的界面處的界面態；由此，可以得到初期特性優良的電晶體。
通過為柵極絕緣膜18提供具有阻擋氧、氫、水等的功能的絕緣膜，可以抑制氧從氧化物半導體膜20向外擴散以及氫、水等從外部滲入到氧化物半導體膜20中。作為具有阻擋氧、氫、水等的功能的絕緣膜，可以舉出氧化鋁膜、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、氧氮化鉿膜等作為其例子。作為柵極絕緣膜18，可以使用具有阻擋氫、水的功能的絕緣膜的氮化矽膜或氮氧化矽膜。
通過使用氮化矽膜作為柵極絕緣膜18，可以獲得如下效果。該氮化矽膜具有高於氧化矽膜的介電常數，為了得到相等的靜電容量所需要的厚度更大。因此，可以增大柵極絕緣膜的物理厚度。因此，可以抑制電晶體50的耐受電壓的下降並且進一步提高耐受電壓，由此抑制了靜電放電對半導體裝置造成的損壞。由此，可以提高電晶體50的成品率。在能夠用於絕緣膜26的氮化矽膜中，氫含量減少；因此，可以將能夠用於絕緣膜26的氮化矽膜用於柵極絕緣膜18，由此，可以抑制靜電放電損壞以及從柵極絕緣膜18的下方的一部分滲入的氫。
此外，在銅被用於柵電極15並且氮化矽膜被用作接觸於柵電極15的柵極絕緣膜18的情況下，作為柵極絕緣膜18，優選使用氮化矽膜，並通過加熱從該氮化矽膜釋放出的氨分子的量儘可能低。由此，作為氮化矽膜，可以使用可用作氮化物絕緣膜25的氮化矽膜。其結果是，可以抑制銅與氨分子之間的反應。
柵極絕緣膜18也可以是使用高k材料而形成的，諸如矽酸鉿(hfsiox)、添加有氮的矽酸鉿(hfsixoynz)、添加有氮的鋁酸鉿(hfalxoynz)、氧化鉿、或氧化釔，由此可以降低電晶體的柵極漏電流。
柵極絕緣膜18的厚度優選大於或等於5nm且小於或等於400nm，優選大於或等於10nm且小於或等於300nm，更優選大於或等於50nm且小於或等於250nm。
氧化物半導體膜20優選至少包含銦(in)或鋅(zn)。或者，氧化物半導體膜20優選包含in和zn這兩者。為了減少包含該氧化物半導體膜的電晶體的電特性的變化，除了in或zn以外，該氧化物半導體優選具有一種或更多種穩定劑(stabilizer)。
作為穩定劑，可以舉出鎵(ga)、錫(sn)、鉿(hf)、鋁(al)或鋯(zr)等。作為其他穩定劑，可以舉出鑭系元素，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)及鑥(lu)等。
作為氧化物半導體，例如，可以使用如下材料：氧化銦、氧化錫、氧化鋅；二元金屬氧化物諸如in-zn類金屬氧化物、sn-zn類金屬氧化物、al-zn類金屬氧化物、zn-mg類金屬氧化物、sn-mg類金屬氧化物、in-mg類金屬氧化物、in-ga類金屬氧化物、in-w類金屬氧化物；三元金屬氧化物諸如in-ga-zn類金屬氧化物(也稱為igzo)、in-al-zn類金屬氧化物、in-sn-zn類金屬氧化物、sn-ga-zn類金屬氧化物、al-ga-zn類金屬氧化物、sn-al-zn類金屬氧化物、in-hf-zn類金屬氧化物、in-la-zn類金屬氧化物、in-ce-zn類金屬氧化物、in-pr-zn類金屬氧化物、in-nd-zn類金屬氧化物、in-sm-zn類金屬氧化物、in-eu-zn類金屬氧化物、in-gd-zn類金屬氧化物、in-tb-zn類金屬氧化物、in-dy-zn類金屬氧化物、in-ho-zn類金屬氧化物、in-er-zn類金屬氧化物、in-tm-zn類金屬氧化物、in-yb-zn類金屬氧化物、in-lu-zn類金屬氧化物；或四元金屬氧化物諸如in-sn-ga-zn類金屬氧化物、in-hf-ga-zn類金屬氧化物、in-al-ga-zn類金屬氧化物、in-sn-al-zn類金屬氧化物、in-sn-hf-zn類金屬氧化物、in-hf-al-zn類金屬氧化物。
注意，例如，in-ga-zn類金屬氧化物是指具有in、ga和zn作為主要成分的氧化物，對in、ga和zn的比率沒有特別的限制。in-ga-zn類金屬氧化物也可以包含in、ga、zn以外的金屬元素。
另外，也可以使用以inmo3(zno)m(滿足m＞0，m不是整數)表示的材料作為氧化物半導體。注意，m表示選自ga、fe、mn和co中的一種或更多種金屬元素。另外，作為氧化物半導體，也可以使用以in2sno5(zno)n(滿足n＞0，n是整數)表示的材料。
例如，可以使用以1:1:1(＝1/3:1/3:1/3)、2:2:1(＝2/5:2/5:1/5)或3:1:2(＝1/2:1/6:1/3)的原子數比包含in、ga和zn的in-ga-zn類金屬氧化物、或與上述組成相似的任何氧化物。或者，可以使用以1:1:1(＝1/3:1/3:1/3)、2:1:3(＝1/3:1/6:1/2)或2:1:5(＝1/4:1/8:5/8)的原子數比包含in、ga和zn的in-sn-zn類金屬氧化物、或與上述組成類似的任何氧化物。
但是，該組成不局限於此，根據所需要的半導體特性及電特性(例如，場效應遷移率、閾值電壓、偏差)可以使用具有適當的組成的材料。為了得到所需要的半導體特性，優選的是，適當地設定載流子密度、雜質濃度、缺陷密度、金屬元素及氧的原子數比、原子間距離、密度等。
例如，在使用in-sn-zn類金屬氧化物的情況下可以較容易獲得高遷移率。但是，在使用in-ga-zn類金屬氧化物的情況下，通過降低塊體(bulk)內的缺陷密度來可以提高遷移率。
注意，可以用於形成氧化物半導體膜20的氧化物半導體具有大於或等於2ev且優選大於或等於2.5ev且更優選大於或等於3ev的能隙。像這樣，通過使用能隙寬的氧化物半導體，可以減少電晶體的截止狀態電流。
另外，氧化物半導體膜20也可以具有非晶結構、單晶結構或多晶結構。
作為氧化物半導體膜20，也可以使用具有結晶部分的c軸對準結晶氧化物半導體(也稱為caac-os)膜。
caac-os膜是一種包含多個結晶部分的氧化物半導體膜，並且大部分的結晶部分能夠容納於一邊短於100nm的立方體內。因此，有時包括在caac-os膜中的結晶部分能夠容納於一邊短於10nm、短於5nm或短於3nm的立方體內。caac-os膜的缺陷態密度低於微晶氧化物半導體膜。下面詳細說明caac-os膜。
在caac-os膜的透射電子顯微鏡(tem)圖像中，沒有清晰地觀察到結晶部分之間的邊界，即晶界。因此，在caac-os膜中，不容易發生起因於晶界的電子遷移率的降低。
根據在大致平行於樣品表面的方向觀察到的caac-os膜的tem圖像(截面tem圖像)，在結晶部分中金屬原子排列為層狀。各金屬原子層具有在其上形成caac-os膜的表面(在下文中，在其上形成caac-os膜的表面稱為形成面)或caac-os膜的頂面所反映的形態，且被排列為平行於caac-os膜的形成面或頂面。
另一方面，根據在大致垂直於樣品表面的方向觀察到的caac-os膜的tem圖像(平面tem圖像)，在結晶部分中金屬原子排列為三角形狀或六角形狀。但是，在不同的結晶部分之間金屬原子的排列沒有規律性。
從截面tem圖像及平面tem圖像的結果，在caac-os膜中的結晶部分中發現對準性。
使用x射線衍射(xrd)裝置對caac-os膜進行結構分析。例如，當通過面外(out-of-plane)法分析包括ingazno4結晶的caac-os膜時，當衍射角(2θ)為31°附近時頻繁地出現峰值。該峰值來源於ingazno4結晶的(009)面，這顯示caac-os膜中的結晶具有c軸對準性，並且該c軸朝向大致垂直於caac-os膜的形成面或頂面的方向。
另一方面，當通過在垂直於c軸的方向上x線入射到樣品的面內(in-plane)法分析caac-os膜時，當2θ為56°附近時頻繁地出現峰值。該峰值來源於ingazno4結晶的(110)面。在此，在2θ固定於56°附近，以樣品面的法線向量為軸(φ軸)旋轉樣品的條件下進行分析(φ掃描)。在該樣品是ingazno4的單晶氧化物半導體膜的情況下，出現六個峰值。該六個峰值來源於相等於(110)面的結晶面。另一方面，在該樣品是caac-os膜的情況下，即使在2θ固定為56°附近而進行φ掃描也不能觀察到明確的峰值。
根據上述結果，在具有c軸對準的caac-os膜中，雖然a軸及b軸的方向在結晶部分之間不同，但是c軸在平行於形成面的法線向量或頂面的法線向量的方向對準。因此，在上述截面tem圖像中觀察到的排列為層狀的各金屬原子層相當於與結晶的a-b面平行的面。
注意，結晶部分在形成caac-os膜的同時形成或者通過如加熱處理等晶化處理形成。如上所述，結晶的c軸在平行於caac-os膜的形成面的法線向量或頂面的法線向量的方向對準。由此，例如，在通過蝕刻等改變caac-os膜的形狀的情況下，c軸不一定平行於caac-os膜的形成面的法線向量或頂面的法線向量。
此外，caac-os膜中的結晶度未必均勻。例如，在構成caac-os膜的結晶生成從caac-os膜的頂面附近產生的情況下，有時頂面附近的結晶度高於形成面附近的結晶度。另外，當雜質添加在caac-os膜時，被添加雜質的區域的結晶度變化了，而caac-os膜中的結晶度根據區域而變化。
注意，當通過面外(out-of-plane)法分析具有ingazno4結晶的caac-os膜時，除了在31°附近的2θ峰值之外，也可以在36°附近觀察到2θ峰值。在36°附近的2θ峰值顯示不具有c軸對準的結晶包括在caac-os膜的一部分中。優選的是，在caac-os膜中，2θ的峰值出現於31°附近並且在2θ的峰值不出現於36°附近。
在使用caac-os膜的電晶體中，起因於可見光或紫外光的照射的電特性的變化小。因此，該電晶體具有高可靠性。
或者，氧化物半導體膜20也可以具有多個氧化物半導體膜的層疊結構。例如，氧化物半導體膜20也可以具有使用不同組成的金屬氧化物形成的第一氧化物半導體膜和第二氧化物半導體膜的疊層結構。或者，例如，第一氧化物半導體膜也可以使用二元金屬氧化物、三元金屬氧化物和四元金屬氧化物中的任一種形成，而第二氧化物半導體膜也可以使用與第一氧化物半導體膜的氧化物不同的氧化物形成。
此外，第一氧化物半導體膜和第二氧化物半導體膜的構成元素也可以相同，並且第一氧化物半導體膜和第二氧化物半導體膜的構成元素的組成也可以不同。例如，第一氧化物半導體膜也可以以3：1：2的原子數比包含in、ga和zn，第二氧化物半導體膜也可以以1：1：1的原子數比包含in、ga和zn。此外，第一氧化物半導體膜也可以以2：1：3的原子數比包含in、ga和zn，而第二氧化物半導體膜也可以以1：3：2的原子數比包含in、ga和zn。另外，氧化物半導體膜中的各原子數比的比率在±20％的範圍內變化作為誤差。
此時，第一氧化物半導體膜和第二氧化物半導體膜中的離柵電極近的一側(溝道一側)的一個氧化物半導體膜優選以in＞ga的比率包含in和ga。離柵電極遠的一側(背溝道一側)的另一個氧化物半導體膜優選以in≤ga的比率包含in和ga。
此外，氧化物半導體膜20也可以具有第一氧化物半導體膜、第二氧化物半導體膜和第三氧化物半導體膜的三層結構，其中，這些氧化物半導體膜的構成元素相同，並且第一氧化物半導體膜、第二氧化物半導體膜和第三氧化物半導體膜的組成彼此不同。例如，第一氧化物半導體膜也可以以1：3：2的原子數比包含in、ga和zn，第二氧化物半導體膜也可以以3：1：2的原子數比包含in、ga和zn，而第三氧化物半導體膜也可以以1：1：1的原子數比包含in、ga和zn。
與在原子數比上具有比ga及zn多的in的氧化物半導體膜，典型的是第二氧化物半導體膜以及具有相同原子數比的ga、zn及in的氧化物半導體膜，典型的是第三氧化物半導體膜相比，在原子數比上具有比ga及zn少的in的氧化物半導體膜，典型的是以1:3:2的原子數比具有in、ga和zn的第一氧化物半導體膜有較少的氧空位，所以可以抑制載流子密度的增加。另外，當以1:3:2的原子數比包含in、ga和zn的第一氧化物半導體膜具有非晶結構時，第二氧化物半導體膜容易成為caac-os膜。
由於第一氧化物半導體膜、第二氧化物半導體膜和第三氧化物半導體膜的構成元素相同，所以第一氧化物半導體膜在與第二氧化物半導體膜的界面處具有更少的缺陷態(陷阱能級)。因此，當氧化物半導體膜20具有上述結構時，可以減小因隨時間的變化及bt光應力測試而導致的電晶體的閾值電壓的變化的量。
在氧化物半導體中，重金屬的s軌道主要有助於載流子傳導，並且當氧化物半導體中的in含量增加時，s軌道的重疊容易增加。由此，以in＞ga的比率包含in和ga的氧化物具有比以in≤ga的比率包含in和ga的氧化物高的載流子遷移率。另外，在ga中，與in中相比，氧空位的形成能量較大，從而進一步不容易產生氧空位；由此，與以in＞ga的比率具有in和ga的氧化物相比，以in≤ga的比率具有in和ga的氧化物具有更穩定的特性。
以in＞ga的比率包含in和ga的氧化物半導體被用於溝道一側，並且以in≤ga的比率包含in和ga的氧化物半導體被用於背溝道一側，由此，可以進一步提高電晶體的場效應遷移率和可靠性。
另外，也可以使用結晶性不同的氧化物半導體形成第一氧化物半導體膜、第二氧化物半導體膜和第三氧化物半導體膜。就是說，也可以適當地使用單晶氧化物半導體、多晶氧化物半導體、非晶氧化物半導體和caac-os中的任一種形成這些氧化物半導體膜。當非晶氧化物半導體被用於第一氧化物半導體膜和第二氧化物半導體膜中的任一個時，氧化物半導體膜20的內部應力或外部應力緩和了，電晶體特性的變化減小了，並且可以進一步提高電晶體的可靠性。
氧化物半導體膜20的厚度優選大於或等於1nm且小於或等於100nm，優選大於或等於1nm且小於或等於30nm，更優選大於或等於1nm且小於或等於50nm，進一步優選大於或等於3nm且小於或等於20nm。
通過二次離子質譜分析法(sims)得到的氧化物半導體膜20中的鹼金屬或鹼土金屬的濃度優選低於或等於1×1018原子/cm3，更優選低於或等於2×1016原子/cm3。這是因為，當鹼金屬或鹼土金屬與氧化物半導體鍵合時，鹼金屬或鹼土金屬的一部分生成載流子，而導致電晶體的截止狀態電流的上升。
在氧化物半導體膜20中，通過二次離子質譜分析法得到的氫濃度優選低於5×1018原子/cm3，更優選低於或等於1×1018原子/cm3，更進一步優選低於或等於5×1017原子/cm3，更進一步優選低於或等於1×1016原子/cm3。
包含在氧化物半導體膜20中的氫與鍵合於金屬原子的氧起反應而產生水，並且缺陷被形成在氧脫離的晶格(或氧脫離的部分)中。另外，氫的一部分與氧的鍵合產生作為載流子的電子。因此，在形成氧化物半導體膜的工序中極力降低包含氫的雜質，由此可以降低氧化物半導體膜中的氫濃度。因此，通過將儘量去除氫而被高度純化的氧化物半導體膜用作溝道區，可以降低閾值電壓的負方向的漂移，並可以降低電晶體的源極及漏極之間的洩漏電流且典型地可以降低截止狀態電流(off-statecurrent)。其結果是，可以提高電晶體的電特性。
注意，各種實驗可以證明包括被高度純化的氧化物半導體膜作為溝道形成區的電晶體的低截止狀態電流。例如，即使元件具有1×106μm的溝道寬度和10μm的溝道長度，在從1v至10v的源電極和漏電極之間的電壓(漏極電壓)下，截止狀態電流可以小於或等於半導體參數分析儀的測量極限，即小於或等於1×10-13a。在此情況下，可知截止狀態電流為100za/μm或更小。此外，截止狀態電流是通過使用一種電路來測量的，在該電路中電容元件與電晶體彼此連接並且由該電晶體控制流入到電容元件或從電容元件流出的電荷。在該測量中，被高度純化的氧化物半導體膜被用於上述電晶體的溝道形成區，並且根據電容器的每單位時間的電荷量推移測量該電晶體的截止狀態電流。其結果可知在電晶體的源電極與漏電極之間的電壓為3v的情況下，可以得到幾十ya(么科託安培)/μm的更低的截止狀態電流。由此，包括被高度純化的氧化物半導體膜作為溝道形成區的電晶體具有極低的截止狀態電流。
氧化物半導體膜20中的氮的濃度優選為小於或等於5×1018原子/cm3。
一對電極21被形成為單層結構或疊層結構，且作為導電材料包含任何金屬諸如鋁、鈦、鉻、鎳、銅、釔、鋯、鉬、銀、鉭和鎢或者包含這些元素中的任一種作為主要成分的合金。作為其例子可以舉出：包含矽的鋁膜的單層結構；鈦膜層疊於鋁膜上的兩層結構；鈦膜層疊於鎢膜上的兩層結構；銅膜形成在銅-鎂-鋁合金膜上的兩層結構；依次層疊有鈦膜或氮化鈦膜、鋁膜或銅膜、及鈦膜或氮化鈦膜的三層結構；以及依次層疊有鉬膜或氮化鉬膜、鋁膜或銅膜、及鉬膜或氮化鉬膜的三層結構。另外，也可以使用包含氧化銦、氧化錫或氧化鋅的透明導電材料。
接著，參照圖2a至2d說明圖1a至1c所示的電晶體50的製造方法。
如圖2a所示，柵電極15形成在襯底11上，並且柵極絕緣膜18形成在柵電極15上。
以下示出柵電極15的形成方法。首先，通過濺射法、cvd法、蒸鍍法等形成導電膜，然後通過光刻工序在導電膜上形成掩模。然後，用該掩模蝕刻導電膜的一部分來形成柵電極15。然後，去除掩模。
另外，代替上述形成方法，也可以通過電鍍法、印刷法、噴墨法等來形成柵電極15。
在此，通過濺射法形成100nm厚的鎢膜。然後，通過光刻工序形成掩模，用該掩模對鎢膜進行幹蝕刻，來形成柵電極15。
柵極絕緣膜18通過濺射法、cvd法、蒸鍍法等形成。
在使用氧化矽膜、氧氮化矽膜或氮氧化矽膜形成柵極絕緣膜18的情況下，作為源氣體優選使用包含矽的沉積氣體及氧化氣體。作為包含矽的沉積氣體的典型例子，可以舉出矽烷、乙矽烷、丙矽烷、氟化矽烷。作為氧化氣體，可以舉出氧、臭氧、一氧化二氮、二氧化氮等作為其例子。
此外，在當形成氮化矽膜作為柵極絕緣膜18的情況下，除了能夠用於絕緣膜26的氮化矽膜的形成方法之外，優選使用如下形成方法。該形成方法具有兩個步驟。首先，通過等離子體cvd法使用矽烷、氮及氨的混合氣體作為源氣體形成缺陷少的第一氮化矽膜。然後，通過將源氣體換為矽烷及膽的混合氣體來形成氫濃度低且能阻擋水的第二氮化矽膜。通過使用上述形成方法，可以形成缺陷少且具有阻擋氫的效果的氮化矽膜作為柵極絕緣膜18。
此外，在形成氧化鎵膜作為柵極絕緣膜18的情況下，可以使用金屬有機化學氣相沉積(mocvd)法。
接著，如圖2b所示，在柵極絕緣膜18上形成氧化物半導體膜19。
以下說明氧化物半導體膜19的形成方法。通過濺射法、塗敷法、脈衝雷射蒸鍍法、雷射燒蝕法等在柵極絕緣膜18上形成氧化物半導體膜。然後，在通過光刻工序在氧化物半導體膜上形成掩模之後，用該掩模部分蝕刻氧化物半導體膜。由此，如圖2b所示，在柵極絕緣膜18上且經過元件分離的氧化物半導體膜19被形成為部分重疊於柵電極15。然後，去除掩模。
另外，通過使用印刷法形成氧化物半導體膜19，可以直接形成經過元件分離的氧化物半導體膜19。
在通過濺射法形成氧化物半導體膜的情況下，用來產生等離子體的電源裝置可以適當地為rf電源裝置、ac電源裝置、dc電源裝置等。
作為濺射氣體，適當地使用稀有氣體(典型的是氬)、氧氣、稀有氣體和氧的混合氣體。在使用稀有氣體和氧的混合氣體的情況下，氧的比例優選高於稀有氣體的比率。
另外，根據所形成的氧化物半導體膜的組成可以適當地選擇靶材。
例如，在襯底溫度高於或等於150℃且低於或等於750℃(優選高於或等於150℃且低於或等於450℃，更優選高於或等於200℃且低於或等於350℃)的條件下通過濺射法形成氧化物半導體膜的情況下，氧化物半導體膜可以成為caac-os膜。
caac-os膜例如通過濺射法使用多晶的氧化物半導體濺射靶材形成。當離子碰撞到濺射靶材時，包括在濺射靶材中的結晶區域有可能沿著a-b面從靶材劈開；換言之，具有平行於a-b面的面的濺射粒子(平板狀濺射粒子或顆粒狀濺射粒子)有可能從濺射靶材剝離。此時，該平板狀的濺射粒子保持結晶狀態到達襯底，由此可以沉積caac-os膜。
為了沉積caac-os膜，優選使用如下條件。
通過減少沉積期間混入到caac-os膜的雜質，可以抑制結晶態被雜質損壞。例如，優選降低存在於沉積室內的雜質(例如，氫、水、二氧化碳及氮)的濃度。另外，可以降低沉積氣體中的雜質濃度。具體而言，可以使用其露點低於或等於-80℃(優選為低於或等於-100℃)的沉積氣體。
通過增高沉積時的襯底加熱溫度，在濺射粒子到達襯底表面之後容易發生濺射粒子的遷移。具體而言，沉積時的襯底加熱溫度高於或等於100℃且低於或等於740℃，優選高於或等於200℃且低於或等於500℃。通過增高沉積時的襯底加熱溫度，當平板狀的濺射粒子到達襯底時，在襯底表面上發生遷移，由此，平板狀的濺射粒子的平面就附著到襯底。
另外，優選的是，增高沉積氣體中的氧比例並使功率最優化，以減輕沉積時的等離子體損傷。沉積氣體中的氧比例高於或等於30vol.％，優選為100vol.％。
以下，作為濺射靶材的例子，說明in-ga-zn類金屬氧化物靶材。
以規定的摩爾數混合inox粉末、gaoy粉末及znoz粉末，施加壓力，在高於或等於1000℃且低於或等於1500℃的溫度下進行加熱處理，來製造多晶的in-ga-zn類金屬氧化物靶材。該加壓處理可以在進行冷卻的同時進行，或者也可以在進行加熱的同時進行。另外，x、y及z都為任意正數。在此，inox粉末、gaoy粉末及znoz粉末的規定的摩爾數比例如為2:2:1、8:4:3、3:1:1、1:1:1、4:2:3或3:1:2。根據所製造的濺射靶材可以適當地決定粉末的種類及混合粉末的摩爾數比例。
此外，在形成氧化物半導體膜之後，也可以進行加熱處理，以使氧化物半導體膜脫氫化或脫水化。加熱處理的溫度典型地高於或等於150℃且低於襯底的應變點，優選高於或等於200℃且低於或等於450℃，更優選高於或等於300℃且低於或等於450℃。
在含有氮或如氦、氖、氬、氙、氪等稀有氣體的惰性氣體氣氛中進行加熱處理。或者，也可以先在惰性氣體氣氛中然後在氧氣氛中進行加熱。優選的是，上述惰性氣體氣氛及上述氧氣氛不包含氫、水等。處理時間是3分鐘至24小時。
電爐、rta裝置等可以被用於加熱處理。通過使用rta裝置，如果短時間內就可以在高於或等於襯底的應變點的溫度下進行加熱處理。由此，可以縮短加熱處理時間。
上述加熱處理也可以在氮、氧、超乾燥空氣(含水量為20ppm或更低，優選為1ppm或更低，更優選為10ppb或更低的空氣)或稀有氣體(氬、氦等)的氣氛下進行。上述氮、氧、超乾燥空氣或稀有氣體優選不含有氫和水等。
通過在形成氧化物半導體膜之後進行加熱處理，氧化物半導體膜20中的氫濃度可以低於5×1018原子/cm3，優選低於或等於1×1018原子/cm3，更優選低於或等於5×1017原子/cm3，進一步優選低於或等於1×1016原子/cm3。
在此，通過濺射法形成35nm厚的氧化物半導體膜，在該氧化物半導體膜上形成掩模，然後選擇性地蝕刻氧化物半導體膜的一部分。由此形成氧化物半導體膜19。
接著，如圖2c所示，形成一對電極21。
以下說明一對電極21的形成方法。首先，通過濺射法、cvd法、蒸鍍法等形成導電膜。然後，通過光刻工序在該導電膜上形成掩模。接著，用該掩模蝕刻導電膜的一部分來形成一對電極21。然後，去除掩模。
在此，通過濺射法依次層疊50nm厚的鎢膜、400nm厚的鋁膜及100nm厚的鈦膜。然後，通過光刻工序在鈦膜上形成掩模，用該掩模對鎢膜、鋁膜及鈦膜進行幹蝕，來形成一對電極21。
在形成一對電極21之後，優選進行洗滌處理，以去除蝕刻殘渣。通過該洗滌處理，可以抑制一對電極21的短路。該洗滌處理可以通過使用四甲基氫氧化銨(tetramethylammoniumhydroxide：tmah)溶液等鹼性溶液；如氫氟酸溶液、草酸溶液等酸性溶液；或者水而進行。
接著，也可以如圖2c所示以將氧化物半導體膜19暴露於在氧氣氛下產生的等離子體中來供應氧22的方式形成圖2d所示的氧化物半導體膜20。作為氧化氣氛，可以舉出氧、臭氧、一氧化二氮、二氧化氮等的氣氛作為其例子。再者，在等離子體處理中，氧化物半導體膜19優選暴露於對襯底11一側不施加偏壓而產生的等離子體中。由此，可以不使氧化物半導體膜19受損傷且供應氧；由此，可以減少在氧化物半導體膜20中的氧空位量。
在此，將氧化物半導體膜19暴露於通過對等離子體cvd裝置的處理室導入一氧化二氮而產生的氧等離子體中，並使用27.12mhz的高頻電源向設置在處理室中的上部電極供應150w的高頻功率，來形成氧化物半導體膜20。另外，在此使用的等離子體cvd裝置是電極面積為6000cm2的平行平板型等離子體cvd裝置，並且換算為每單位面積的被供應的功率(功率密度)為2.5×10-2w/cm2。
氧化物半導體膜19的表面暴露於在氧氣氛下生成的等離子體中，使得能夠對氧化物半導體膜19供應氧，由此，可以減少氧化物半導體膜中的氧空位量。另外，可以去除因蝕刻處理殘留於氧化物半導體膜19的表面的雜質，例如，滷素諸如氟或氯。
優選在等離子體處理之前對氧化物半導體膜19進行加熱處理。例如，該加熱處理可以以與形成氧化物半導體膜19之後進行的加熱處理相同的方式來進行。
接著，在氧化物半導體膜20及一對電極21上形成保護膜27。具體地，在氧化物半導體膜20及一對電極21上依次形成絕緣膜23、絕緣膜24、絕緣膜25及絕緣膜26。此時，通過上述等離子體處理形成氧化物半導體膜20之後不暴露於大氣形成絕緣膜23，由此，可以降低氧化物半導體膜20與絕緣膜23之間的界面的雜質濃度。
優選的是，在形成絕緣膜23之後不暴露於大氣連續形成絕緣膜24至26。在形成絕緣膜23之後，不暴露於大氣，通過調節源氣體的流量、壓力、高頻電力及襯底溫度中的至少一個而連續形成絕緣膜24，由此可以減少絕緣膜23與絕緣膜24之間的界面的雜質濃度，並且包含於絕緣膜24中的氧移動至氧化物半導體膜20中；由此，可以減少氧化物半導體膜20中的氧空位量。
在形成絕緣膜24之後，不暴露於大氣，通過調節源氣體的流量、壓力、高頻電力及襯底溫度中的至少一個而連續形成絕緣膜25，由此可以減少絕緣膜24與絕緣膜25之間的界面的雜質濃度。因此，可以降低界面態。
在形成絕緣膜25之後，不暴露於大氣，通過調節源氣體的流量、壓力、高頻電力及襯底溫度中的至少一個而連續形成絕緣膜26，由此，可以減少絕緣膜25與絕緣膜26之間的界面的雜質濃度。因此，可以降低界面態。
作為絕緣膜23至26的形成方法可以參照上述說明。
在本實施方式中，通過等離子體cvd法形成厚度為50nm的氧氮化矽膜作為絕緣膜23。該等離子體cvd法在如下條件下進行：源氣體是分別具有20sccm的流量及3000sccm的流量的矽烷及一氧化二氮；處理室的壓力為40pa；襯底溫度為220℃；使用27.12mhz的高頻電源向平行平板電極供給100w的高頻電力。另外，等離子體cvd裝置是電極面積為6000cm2的平行平板型等離子體cvd裝置，並且被供應的功率換算為單位面積的功率(功率密度)為1.6×10-1w/cm2。
在本實施方式中，通過等離子體cvd法形成厚度為400nm的氧氮化矽膜作為絕緣膜24。該等離子體cvd法在如下條件下進行：源氣體是分別具有160sccm的流量及4000sccm的流量的矽烷及一氧化二氮；處理室的壓力為200pa；襯底溫度為220℃；使用27.12mhz的高頻電源向平行平板電極供給1500w的高頻電力。另外，等離子體cvd裝置是電極面積為6000cm2的平行平板型等離子體cvd裝置，並且被供應的功率換算為單位面積的功率(功率密度)為2.5×10-1w/cm2。
在本實施方式中，通過等離子體cvd法形成厚度為10nm的氧氮化矽膜作為絕緣膜25。該等離子體cvd法在如下條件下進行：源氣體是分別具有20sccm的流量及3000sccm的流量的矽烷及一氧化二氮；處理室的壓力為200pa；襯底溫度為350℃；使用27.12mhz的高頻電源向平行平板電極供給100w的高頻電力。另外，等離子體cvd裝置是電極面積為6000cm2的平行平板型等離子體cvd裝置，並且被供應的功率換算為單位面積的功率(功率密度)為1.6×10-1w/cm2。
在本實施方式中，通過等離子體cvd法形成厚度為50nm的氮化矽膜作為絕緣膜26。該等離子體cvd法在如下條件下進行：源氣體是分別具有50sccm的流量、5000sccm的流量及100sccm的流量的矽烷、氮及氨；處理室的壓力為200pa；襯底溫度為220℃；使用27.12mhz的高頻電源向平行平板電極供給1000w的高頻電力。另外，等離子體cvd裝置是電極面積為6000cm2的平行平板型等離子體cvd裝置，並且被供應的功率換算為單位面積的功率(功率密度)為1.6×10-1w/cm2。
另外，在形成絕緣膜26之前進行加熱處理。通過該加熱處理，可以去除包含於絕緣膜23至25中的水(包括氫)，至少使從絕緣膜24脫離的氧移動至氧化物半導體膜20中，由此，可以填補氧化物半導體膜20的氧空位。該加熱處理可以以與形成氧化物半導體膜19之後進行的加熱處理以及進行等離子體處理之前的加熱處理相同的方式進行。
在此，在氮及氧氣氛下進行350℃、1小時的加熱處理。
在形成絕緣膜26之後，也可以進行與形成絕緣膜26之前進行的加熱處理相同的加熱處理。
通過上述工序，可以製造電晶體50。
本實施方式所示的結構、方法等可以與其他的實施方式及實施例所示的結構、方法等適當地組合而使用。
實施方式2
在本實施方式中，參照圖3說明具有與實施方式1不同的結構的電晶體。本實施方式的電晶體70包括隔著氧化物半導體膜彼此對置的多個柵電極。
電晶體70具有設置在襯底11上的柵電極15。另外，在電晶體70中，柵極絕緣膜18設置在襯底11及柵電極15上，並且氧化物半導體膜20被設置為隔著柵極絕緣膜18與柵電極15重疊，一對電極21被設置為接觸於氧化物半導體膜20。在電晶體70中，至少絕緣膜25及26設置在柵極絕緣膜18、氧化物半導體膜20及一對電極21上。柵電極61設置在絕緣膜26上且與氧化物半導體膜20重疊。與電晶體50同樣地，電晶體70優選包括由設置於絕緣膜25與氧化物半導體膜20之間的絕緣膜23及24和絕緣膜25及26形成的保護膜27(參照圖3)。
柵電極61可以以與實施方式1的柵電極15同樣的方式形成。電晶體70的其他結構與實施方式1相同。
電晶體70包括隔著氧化物半導體膜20彼此對置的柵電極15及柵電極61。通過對柵電極15及柵電極61施加不同的電位，可以控制電晶體70的閾值電壓。或者，通過對柵電極15及柵電極61施加相同的電位，可以增加電晶體70的導通狀態電流。另外，電晶體70包括其表面暴露於在氧氣氛中生成的等離子體的氧化物半導體膜20以及在等離子體處理之後連續形成的保護膜27，由此可以降低氧化物半導體膜20與柵電極61之間的雜質，並且可以抑制電晶體70的電特性變化(閾值電壓的偏差)。另外，由於電晶體70包括氧空位的數量得到減少的氧化物半導體膜20，所以可以抑制電晶體70的初期特性的缺陷。
本實施方式所示的結構、方法等可以與其他的實施方式及實施例所示的結構、方法等適當地組合而使用。
實施方式3
通過使用本發明的一個方式的電晶體可以製造具有顯示功能的半導體裝置(也稱為顯示裝置)。此外，半導體裝置的驅動電路的一部分或全部可以形成在形成有像素部分的襯底上，由此可以得到系統整合型面板(system-on-panel)。
在圖4a中，密封劑905被設置為圍繞設置在襯底901上的像素部分902，並且像素部分902由襯底906密封。在圖4a中，使用單晶半導體膜或多晶半導體膜形成的信號線驅動電路903及掃描線驅動電路904位於ic晶片或另行準備的襯底上，且安裝在襯底901上的與由密封劑905圍繞的區域不同的區域中。此外，通過信號線驅動電路903及掃描線驅動電路904供應到像素部分902的各種信號及電位從柔性印刷電路(fpc)918a及fpc918b供應。
在圖4b和4c中，密封劑905被設置為圍繞設置在襯底901上的像素部分902和掃描線驅動電路904。襯底906設置在像素部分902和掃描線驅動電路904上。因此，像素部分902及掃描線驅動電路904與顯示元件一起由襯底901、密封劑905及襯底906密封。在圖4b和4c中，使用單晶半導體膜或多晶半導體膜形成且位於ic晶片或另行準備的襯底上的信號線驅動電路903安裝在襯底901上的與由密封劑905圍繞的區域不同的區域中。在圖4b和4c中，通過信號線驅動電路903及掃描線驅動電路904供應到像素部分902的各種信號及電位是從fpc918供應的。
雖然圖4b和4c都示出另行形成信號線驅動電路903並且將其安裝在襯底901上的例子，但是本發明的一個方式不局限於該結構。可以另行形成掃描線驅動電路，然後進行安裝，或者也可以僅另行形成信號線驅動電路的一部分或者掃描線驅動電路的一部分，然後進行安裝。
另外，對另行形成的驅動電路的連接方法沒有特別的限制，而可以使用玻璃覆晶封裝(chiponglass：cog)方法、引線鍵合方法、或卷帶式自動接合(tapeautomatedbonding：tab)方法等。圖4a示出通過cog方法安裝信號線驅動電路903和掃描線驅動電路904的例子。圖4b示出通過cog方法安裝信號線驅動電路903的例子。圖4c示出通過tab方法安裝信號線驅動電路903的例子。
顯示裝置在其範圍內包括密封有顯示元件的面板以及在該面板上安裝有包含控制器等的ic的模塊。本說明書中的顯示裝置是指圖像顯示裝置、顯示裝置或光源(包括照明裝置)。另外，顯示裝置在其範圍內還包括如下模塊：安裝有如fpc或tcp的連接器的模塊；包含其端部設置有印刷線路板的tcp的模塊；以及集成電路(ic)通過cog方法直接安裝在顯示元件上的模塊。
設置在襯底901上的像素部分902及掃描線驅動電路904具有多個電晶體，並且可以使用本發明的一個方式的電晶體。
作為設置在顯示裝置中的顯示元件，可以使用液晶元件(也稱為液晶顯示元件)或發光元件(也稱為發光顯示元件)。發光元件在其範疇內包括由電流或電壓控制亮度的元件，具體而言，包括有機電致發光(el)、無機el等。此外，作為顯示元件，可以使用如電子墨水等通過電作用改變對比度的顯示媒介，作為使用該顯示媒介的顯示裝置，可以舉出電子紙等。
參照附圖說明顯示裝置的一個方式。圖5a及5b相當於沿著圖4b的線m-n的截面圖。在圖5a及5b中示出使用液晶元件的液晶顯示裝置的例子作為顯示元件。
垂直電場方式或水平電場方式(包括傾斜電場方式)可以應用於液晶顯示裝置。圖5a示出應用垂直電場方式的例子，圖5b示出應用邊緣電場轉換(fringefieldswitching：ffs)模式的例子作為水平電場方式的例子。
注意，在顯示面板中，設置於像素部分902中的電晶體910與液晶元件電連接。該液晶元件只要能夠進行顯示就對其種類沒有特別的限制，而可以使用各種模式的顯示元件。
如圖4b及圖5a和5b所示，顯示裝置包括連接端子電極915及端子電極916。連接端子電極915及端子電極916通過各向異性導電膜919電連接到fpc918中所包括的端子。
連接端子電極915是使用在像素電極934的形成工序中形成的導電膜而形成的，並且端子電極916是使用在電晶體910及電晶體911中的柵電極的形成工序中形成的導電膜而形成的。
在圖5a和5b所示的液晶顯示裝置中，設置於襯底901上的像素部分902及掃描線驅動電路904都具有多個電晶體。圖5a和5b示出包含於像素部分902中的電晶體910以及包含於掃描線驅動電路904中的電晶體911。
可以使用本發明的一個方式的電晶體作為電晶體910和電晶體911。在本實施方式中，說明使用具有與實施方式2所示的電晶體70相同的結構的電晶體作為電晶體911，並且使用具有與實施方式1所示的電晶體50相同的結構的電晶體作為電晶體910的例子。
也就是說，像素部分902中的電晶體910包括其中形成了溝道形成區且氧空位被充分填補了的氧化物半導體膜、在該氧化物半導體膜上的抑制水的滲入且至少含有氮的絕緣膜、以及抑制從上述絕緣膜釋放出的氮的滲入的絕緣膜。因此，與電晶體50同樣地，電晶體910是其初期特性的缺陷及電特性的變化得到抑制的電晶體。
掃描線驅動電路904的電晶體911在絕緣膜932上的與氧化物半導體膜的溝道形成區重疊的位置具有柵電極(也稱為背柵電極)。因此，與電晶體70同樣地，電晶體911是其初期特性的缺陷及電特性的變化得到抑制的電晶體。另外，該柵電極還具有遮斷外部電場的功能，即，防止外部電場影響到內部(含有電晶體的電路部)的功能(尤其是，防止靜電的功能)。該柵電極的遮斷功能可以防止電晶體的電特性因外部電場的影響而變化。通過像素電極934的形成工序在電晶體911(掃描線驅動電路904)上形成導電膜並使該導電膜的電位為接地電位等來可以實現遮蔽功能。
在圖5a和5b所示的液晶顯示裝置的每一個中，電晶體910及911設置有絕緣膜932。絕緣膜932相當於電晶體50及70中的保護膜27。因此，絕緣膜932抑制水滲入且至少包括至少含有氮的絕緣膜(圖1a至1c及圖3的絕緣膜26)以及抑制從上述絕緣膜釋放出的氮滲入的絕緣膜(圖1a至1c及圖3的絕緣膜25)。
另外，平坦化絕緣膜940設置在絕緣膜932上。作為平坦化絕緣膜940，可以使用耐熱性有機材料諸如丙烯酸樹脂、聚醯亞胺樹脂、苯並環丁烯樹脂、聚醯胺樹脂、環氧樹脂。作為上述有機材料的代替，可以使用如矽氧烷類樹脂等的低介電常數材料(低k材料)。另外，也可以通過層疊多個由這些材料形成的絕緣膜來形成平坦化絕緣膜940。
對平坦化絕緣膜940的形成方法沒有特別的限制，可以根據其材料而使用濺射法、旋塗、浸漬、噴塗、液滴噴射法(如噴墨法)、絲網印刷、膠版印刷等。
一般來說，作為平坦化絕緣膜，普遍使用如丙烯酸膜等有機樹脂膜。但是，該有機樹脂膜含有比無機絕緣膜多的水；由此，容易使外部的水透過。因此，在使用如丙烯酸膜等有機樹脂膜作為平坦化絕緣膜940的情況下，水有可能引起液晶顯示裝置所包含的電晶體的電特性變化，由此液晶顯示裝置的可靠性降低。
因此，如圖5a和5b所示的液晶顯示裝置，優選在平坦化絕緣膜940上設置具有抑制水的滲入的功能的絕緣膜942。例如，作為絕緣膜942，可以使用如氮化矽膜等氮化物絕緣膜，並且可以使用能夠用作電晶體50及70的絕緣膜26的氮化物絕緣膜。
絕緣膜932相當於保護膜27；因此，絕緣膜932的最外表面使用如氮化矽膜等的氮化物絕緣膜形成。有機樹脂膜與氮化物絕緣膜的粘合性高於與氧化物絕緣膜的粘合性；因此，平坦化絕緣膜940與絕緣膜932之間的粘合性很高。因此，液晶顯示裝置中的電晶體的電特性變化得到抑制，並且液晶顯示裝置的可靠性得到提高。
另外，如圖5a和5b所示，位於密封劑905附近的平坦化絕緣膜940(尤其是平坦化絕緣膜940的端部)也可以被絕緣膜932及絕緣膜942覆蓋(或夾著)。換言之，平坦化絕緣膜940也可以被氮化物絕緣膜覆蓋。
本發明的一個方式的液晶顯示裝置的結構不局限於圖5a和5b所示的結構。例如，也可以採用圖6所示的如下結構：不設置絕緣膜942，分別形成被用作圖5a和5b中的絕緣膜932的絕緣膜938(相當於圖1a至1c及圖3的絕緣膜23至25)及絕緣膜939(相當於圖1a至1c及圖3的絕緣膜26)，並且僅將抑制水滲入的絕緣膜939位於密封劑905之下。該結構可以通過如下方法形成，在形成絕緣膜938以絕緣膜938的端部位於密封劑905的內側之後，在絕緣膜938上形成絕緣膜939，在絕緣膜939上形成平坦化絕緣膜940及對準膜935。抑制水滲入的絕緣膜設置於密封劑之下的結構不僅可應用於液晶顯示裝置，還可應用於後面說明的如發光裝置等本發明的一個方式的顯示裝置。
如上所述，即使在使用如丙烯酸膜等有機樹脂膜作為平坦化絕緣膜940的情況下，也可以抑制水滲入，可以抑制液晶顯示裝置中的電晶體的電特性變化，從而可以提高液晶顯示裝置的可靠性。
在圖5a和5b所示的液晶顯示裝置的每一個中，液晶元件913包括像素電極934、對置電極(也稱為公共電極)931及液晶908，並且對準膜935及對準膜936被設置為夾著液晶908。液晶908由襯底901和906以及密封劑905圍繞的空間被密封劑905填充。密封劑905的襯底906側的接合面設置有對置電極931(參照圖5a)；但是，密封劑905也可以與襯底906直接接合(參照圖5b)。對準膜也可以設置在密封劑905的接合面。對準膜因摩擦處理而具有凹凸形狀；由此，引發了錨定效果，密封劑905的粘合性提高了，由此，液晶顯示裝置的可靠性得到了提高。
在圖5a所示的液晶顯示裝置中，對置電極931設置於襯底906上，間隔物926設置於對置電極931上，並且對準膜936設置為覆蓋間隔物926及對置電極931。因此，在圖5a所示的液晶顯示裝置的液晶元件913中，對置電極931隔著對準膜935、液晶908及對準膜936層疊於像素電極934上。
在圖5b所示的液晶顯示裝置中，間隔物926設置在襯底906上，並對準膜936設置為覆蓋間隔物926。絕緣膜943設置在像素電極934上，具有開口圖案的對置電極931設置在絕緣膜943上，並對準膜935設置為覆蓋對置電極931。對置電極931的開口圖案包括彎曲部或分叉梳齒狀部分。為了在像素電極934與對置電極931之間產生電場，像素電極934和對置電極931被配置成具有互不重疊的部分。因此，在圖5b所示的液晶顯示裝置的液晶元件913中，像素電極934及對置電極931設置在液晶908的下方。另外，像素電極934也可以具有開口圖案，並且對置電極931也可以具有平板狀。
在圖5a和5b所示的液晶顯示裝置的每一個中，密封劑905的襯底901側至少設置有絕緣膜923、端子電極916、絕緣膜924、絕緣膜942。絕緣膜923相當於電晶體910及911的基底絕緣膜(電晶體50及70的基底絕緣膜13)。絕緣膜924相當於電晶體910及911的柵極絕緣膜(電晶體50及70的柵極絕緣膜18)。關於端子電極916及絕緣膜942，可以參照上述說明。
像素電極934及對置電極931可以使用透光導電材料諸如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、銦錫氧化物、銦鋅氧化物、添加有氧化矽的銦錫氧化物、石墨烯而形成。
此外，像素電極934及對置電極931可以使用選自鎢(w)、鉬(mo)、鋯(zr)、鉿(hf)、釩(v)、鈮(nb)、鉭(ta)、鉻(cr)、鈷(co)、鎳(ni)、鈦(ti)、鉑(pt)、鋁(al)、銅(cu)、銀(ag)的金屬中的一種或多種的材料；這些金屬的合金；以及這些金屬的氮化物來形成。
像素電極934及對置電極931可以使用包含導電高分子(也稱為導電聚合物)的導電組成物形成。可以使用作為π電子共軛導電高分子已被周知的導電高分子。可以舉出聚苯胺或其衍生物、聚吡咯或其衍生物、聚噻吩或其衍生物、或者苯胺、吡咯和噻吩中的兩種或更多種的共聚物或其衍生物作為其例子。
密封劑905可以使用絲網印刷法、噴墨裝置或分配器形成在襯底901或襯底906上。作為密封劑905，典型地是，可以使用包含可見光固化性樹脂、紫外線固化性樹脂或熱固化性樹脂的材料。另外，優選的是，選擇不溶於液晶908的密封材料作為密封劑905。密封劑905也可以含有導電粒子，以便在密封劑905之下設置公共連接部分(焊盤部分)。
此外，間隔物926是通過選擇性地蝕刻絕緣膜而得到的柱狀間隔物，並且是為了控制襯底901與襯底906之間的距離(單元間隙)而設置的。此外，也可以使用球狀間隔物作為間隔物926。
作為液晶908，可以使用熱致液晶、液晶材料諸如鐵電液晶或反鐵電液晶等。上述液晶材料也可以為低分子液晶或高分子液晶。上述液晶材料(液晶組成物)根據條件呈現膽甾相、近晶相、立方相、手性向列相、或各向同性相等。
另外，不需要使用對準膜的呈現藍相的液晶組成物也可以用於液晶908。此時，液晶908接觸於像素電極934及對置電極931。藍相是液晶相的一種，且是在使膽甾相液晶的溫度上升時即將從膽甾相轉變到均質相之前出現的相。使用液晶和手性試劑的混合物的液晶組成物可以呈現藍相。為了增大呈現藍相的溫度範圍，通過對呈現藍相的液晶組成物添加聚合性單體及聚合引發劑等，並通過進行高分子穩定化處理，來可以形成液晶層。呈現藍相的液晶組成物具有短響應時間，並且具有光學各向同性，因此不需要對準處理，且視角依賴性小。另外，由於不需要設置對準膜而不需要摩擦處理，所以可以防止由摩擦處理而引起的靜電破壞，並可以降低製造工序中的液晶顯示裝置的不良和破損。因此，可以提高液晶顯示裝置的生產率。
液晶材料的固有電阻高於或等於1×109ω·cm，優選高於或等於1×1011ω·cm，更優選高於或等於1×1012ω·cm。另外，本說明書中的固有電阻在20℃下測量。
通過考慮配置在像素部分中的電晶體的洩漏電流等而設定形成在液晶顯示裝置中的存儲電容器的大小，以能夠在規定的期間中保持電荷。也可以通過考慮電晶體的截止狀態電流等而設定存儲電容的大小。通過使用本說明書所公開的具有氧化物半導體膜的電晶體，設置具有各像素的液晶電容的三分之一或更小，優選為五分之一或更小的電容的存儲電容器就足夠了。
由於本發明的一個方式的電晶體包含氧化物半導體，所以在關閉狀態下的電流(截止狀態電流：off-statecurrent)可以控制為低。因此，可以更長期間保持如圖像信號等的電信號，可以延長寫入間隔。因此，可以降低刷新工作的頻度，由此可以發揮抑制耗電量的效果。使用在像素電極934的形成工程中形成的導電膜作為一個電極、使用在像素電極934上的絕緣膜(圖5b中的絕緣膜943)作為電解質，並使用其他導電膜作為另一個電極，來可以形成保持電容。
另外，本發明的一個方式的電晶體可以具有高場效應遷移率，因此可以進行高速驅動。例如，當這種電晶體用於液晶顯示裝置時，像素部分中的開關電晶體及驅動電路部中的驅動電晶體可以形成在同一襯底上。另外，通過在像素部分中使用這樣的電晶體，可以提供高品質的圖像。
本實施方式中的液晶顯示裝置可以使用扭曲向列(tn)模式、平面內轉換(ips)模式、邊緣電場轉換(ffs)模式、軸對稱排列微單元(asm)模式、光學補償雙折射(ocb)模式、鐵電性液晶(flc)模式、反鐵電性液晶(aflc)模式等。
本實施方式所示的液晶顯示裝置也可以是常黑型液晶顯示裝置例如採用垂直對準(va)模式的透過型液晶顯示裝置。作為垂直對準模式，可以舉出幾個例子。例如，可以使用多象限垂直對準(mva)模式、圖案化垂直對準(pva)模式、高級超視覺(asv)模式等。另外，本實施方式可以應用於va型液晶顯示裝置。該va型液晶顯示裝置是控制液晶顯示面板的液晶分子的排列的方式之一。在va型液晶顯示裝置中，當不被施加電壓時液晶分子在垂直於面板的方向對準。此外，可以使用所謂的多疇化或多疇設計的方法，在該方法中，像素被分成幾個區域(子像素)並且分子在其各自的區域中在不同的方向上對準。
黑矩陣(遮光層)、光學構件(光學襯底)諸如偏振構件、相位差構件、或防反射構件等可以適當地設置在本實施方式的液晶顯示裝置中。例如，也可以使用偏振襯底以及相位差襯底來獲得圓偏振。雖然未圖示，可以使用背光燈、側光燈等作為光源。
作為像素部分中的顯示方式，可以採用逐行掃描方式或隔行掃描方式等。本發明的一個方式的液晶顯示裝置不限定應用於黑白顯示的顯示裝置，也可以適用於彩色顯示的顯示裝置。例如，通過在對置電極931與對準膜936之間設置彩色濾光片，液晶顯示裝置能夠進行彩色顯示。此外，當進行彩色顯示時在像素中被控制的顏色因素不局限於三種顏色：r、g和b(r、g和b分別相當於紅色、綠色和藍色)。例如，可以使用r、g、b和w(w相當於白色)；r、g、b和黃色、青色(cyan)、品紅色(magenta)等中的一種或更多種；等等。另外，顯示區域的大小也可以按每個顏色因素的點彼此不同。
作為彩色濾光片，例如，可以使用彩色透光樹脂。作為彩色透光樹脂，可以使用感光有機樹脂或非感光有機樹脂。優選使用感光有機樹脂層，因為可以減少抗蝕劑掩模的數量來實現工序的簡化。
彩色是如黑、灰、白的無彩色之外的顏色。彩色濾光片使用只使被著色的彩色的光透過的材料形成。作為彩色，可以使用紅色、綠色、藍色等。另外，也可以使用青色、品紅色、黃色等。「只使被著色的彩色的光透過」意味著透過彩色濾光層的光在該彩色的光的波長中具有峰值。彩色濾光層的厚度可以根據所包含的著色材料的濃度與光的透過率之間的關係適當地控制。例如，彩色濾光片也可以具有大於或等於1500nm且小於或等於2000nm的厚度。
圖7a至7c示出圖5a和5b中的顯示裝置的例子，其中，用來與設置在襯底906上的對置電極931電連接的公共連接部分(焊盤部分)形成在襯底901上。
注意，區別表示像素部分中的接觸孔和公共連接部分中的開口，因為這些的尺寸大不相同。在圖5a和5b及圖7a至7c中，不以相同的縮放來示出像素部分902和公共連接部分，例如，公共連接部分的點劃線g1-g2的長度為500μm左右，而像素部分902的電晶體的尺寸小於50μm；因此，公共連接部分的面積是電晶體的10倍或更大。但是，為了簡化，在圖5a和5b及圖7a至7c中改變像素部分902和公共連接部分的縮放。
公共連接部分被配置於與用來粘結襯底901和襯底906的密封劑905重疊的位置，且通過密封劑905所包含的導電粒子與對置電極931電連接。或者，公共連接部分設置在不與密封劑905重疊的位置(像素部分之外的位置)，並且，包含導電粒子的膏劑與密封劑另行設置以與公共連接部分重疊，由此，公共連接部分與對置電極931電連接。
作為導電粒子，可以使用其中被金屬薄膜覆蓋絕緣球的導電粒子。絕緣球使用二氧化矽玻璃、硬樹脂等形成。金屬薄膜可以被形成為具有使用金、銀、鈀、鎳、氧化銦錫及氧化銦鋅的一種或更多種的單層結構或疊層結構。例如，作為各金屬薄膜，可以使用金薄膜、鎳薄膜和金薄膜的疊層等。通過使用在其中心包含絕緣球的導電粒子，彈性可以增強，由此可以降低因外部壓力的損壞。
導電粒子的周圍的空間也可以由導電聚合物填充，而代替由有機樹脂絕緣材料充填。作為導電聚合物的典型例子，可以舉出導電聚苯胺、導電聚吡咯、導電聚吩、聚乙烯二氧噻吩(pedot)和聚(苯乙烯磺酸)(pss)的配合物等。此外，還可適當地使用可用於像素電極934的導電聚合物的上述例子中的任一種。導電聚合物利用噴墨裝置、分配器等塗敷導電聚合物而形成。也就是說，導電聚合物與對置電極或連接布線接觸，由此，導電粒子及導電聚合物與對置電極或連接布線接觸，從而可以減小對置電極及連接布線之間的連接電阻。
在密封劑905包含導電粒子的情況下，一對襯底被對準以便密封劑905與公共連接部分重疊。例如，在小型的液晶面板中，兩個公共連接部分被配置以便在像素部分902的對角等上與密封劑重疊。在大型的液晶面板的情況下，四個或更多個公共連接部分與密封劑重疊。
圖7a是沿著圖7b的俯視圖中的線g1-g2的公共連接部分的截面圖。
公共電位線491設置於絕緣膜923(電晶體910的柵極絕緣膜)上，且使用圖5a和5b的電晶體910及911的源電極及漏電極的形成工序中形成的導電膜來形成。圖7a示出將在電晶體910的源電極及漏電極的形成工序中形成的絕緣膜用於公共電位線491的例子。
絕緣膜932、絕緣膜942及公共電極492設置在公共電位線491上。絕緣膜932及942在與公共電位線491重疊的位置具有多個開口，並且公共電極492通過該開口與公共電位線491接觸。該開口是在與連接電晶體910的源電極和漏電極中的一個與像素電極934的接觸孔相同的工序中形成的。因此，絕緣膜942被設置為接觸於該開口中的絕緣膜932的側面。
公共電極492設置於絕緣膜942上，且使用在連接端子電極915以及像素部分的像素電極934的形成工序中形成的導電膜來形成。
如上述方式，可以在與像素部分902的開關元件相同的製造工序中形成公共連接部分。
注意，公共電極492是與包含在密封劑905中的導電粒子接觸的電極，且與襯底906的對置電極931電連接。
另外，如圖7c所示，公共連接部分中的公共電位線491也可以使用在電晶體910及911的柵電極的形成工序中形成的導電膜而形成。圖7c示出將在電晶體910的柵電極的形成工序中形成的絕緣膜用於公共電位線491的例子。
絕緣膜924、絕緣膜932、絕緣膜942及公共電極492設置在公共電位線491上。絕緣膜924、932及942在與公共電位線491重疊的位置具有多個開口，並且公共電極492通過該開口與公共電位線491接觸。該開口在與連接電晶體910的源電極和漏電極中的一個與像素電極934的接觸孔相同的工序中形成。因此，絕緣膜942被設置為接觸於該開口中的絕緣膜924及932的側面。
另外，作為本發明的一個方式的顯示裝置中的顯示元件，可以使用利用電致發光的發光元件。利用電致發光的發光元件根據發光材料是有機化合物還是無機化合物被區分。一般來說，前者被稱為有機el元件，而後者被稱為無機el元件。
在有機el元件中，通過對發光元件施加電壓，電子及空穴分別從一對電極注入到包括發光性有機化合物的層，並電流流過。這些載流子(電子及空穴)重新結合，由此，發光性有機化合物激發。該發光性有機化合物從激發態回到基態，由此發射光。由於上述機理，這種發光元件被稱為電流激髮型發光元件。在本實施方式中，說明將有機el元件用作發光元件的例子。
無機el元件根據其元件結構而分類為分散型無機el元件和薄膜型無機el元件。分散型無機el元件具有發光材料的粒子分散在粘合劑中的發光層，其發光機理是利用供體能級和受體能級的供體-受體重新結合型發光。薄膜型無機el元件具有發光層夾在介電層之間並且該介電層也夾在電極之間的結構，其發光機理是利用金屬離子的內殼層(inner-shell)電子躍遷的定域型發光(localizedtypelightemission)。注意，在此說明有機el元件作為發光元件的例子。
為了提取從發光元件射出的光，只要一對電極中的至少一個具有透光性就可以。電晶體及發光元件形成在襯底上。該發光元件可以具有透過與襯底相反一側的表面提取發光的頂部發射結構；透過襯底一側的表面取出發光的底部發射結構；以及透過與襯底相反一側的表面及襯底一側的表面取出發光的雙面發射結構，並且可以使用具有上述任一種發射結構的發光元件。
圖8示出使用發光元件作為顯示元件的發光裝置的例子。圖8相當於沿著圖4b的線m-n的截面圖。另外，在圖8所示的發光裝置中，適當地使用圖5a和5b所示的液晶顯示裝置所使用的符號。
顯示元件的發光元件963與設置在像素部分902中的電晶體910電連接。另外，雖然發光元件963的結構是第一電極929、發光層961和第二電極930的疊層結構，但是該結構不局限於此。根據從發光元件963取出的光的方向等可以適當地改變發光元件963的結構。
在圖8所示的發光裝置中，與圖5a和5b的液晶顯示裝置同樣，平坦化絕緣膜940優選設置在電晶體910及911上。此外，絕緣膜942優選設置在平坦化絕緣膜940上。另外，位於密封劑937附近的平坦化絕緣膜940(尤其是平坦化絕緣膜940的端部)也可以被絕緣膜932及絕緣膜942覆蓋(或夾著)。通過設置絕緣膜942，即使在使用如丙烯酸膜等有機樹脂膜作為平坦化絕緣膜940的情況下，也可以抑制水滲入，發光裝置中的電晶體的電特性變化得到抑制，並且可以提高發光裝置的可靠性。
分隔壁960可以是使用有機絕緣材料或無機絕緣材料形成的。尤其優選的是，分隔壁960是使用感光樹脂材料形成的，以在第一電極929上具有開口，並且該開口的側壁具有連續曲率的傾斜面。
發光層961也可以被形成為具有單層結構或包含多個層的疊層結構。
為了防止氧、氫、水分、二氧化碳等滲入到發光元件963，保護膜也可以形成在第二電極930及分隔壁960上。作為保護膜，可以形成氮化矽膜、氮氧化矽膜、氧化鋁膜、氮化鋁膜、氧氮化鋁膜、氮氧化鋁膜、dlc膜等。此外，在由襯底901、襯底906及密封劑937密封的空間中設置有填充材料964並被密封。優選的是，如上述方式，使用氣密性高且脫氣少的保護膜(例如，粘合薄膜或紫外線固化樹脂薄膜)或覆蓋材料封裝(封入)，以使面板不暴露於外部氣體。
作為密封劑937，除了可以用於圖5a和5b所示的液晶顯示裝置的密封劑905之外，可以使用包括低熔點玻璃的燒結玻璃等。該燒結玻璃是優選的，因為它對如水或氧等的雜質具有高阻擋性。當燒結玻璃被用於密封劑937時，如圖8所示那樣，燒結玻璃優選設置在絕緣膜942上。由於絕緣膜942是如氮化矽膜等無機絕緣膜，所以絕緣膜942可以具有到燒結玻璃的更高的粘合性。
作為填充材料964，除了如氮或氬等惰性氣體以外，可以使用紫外線固化樹脂或熱固化樹脂：可以使用聚氯乙烯(pvc)、丙烯酸樹脂、聚醯胺、環氧樹脂、矽酮樹脂、聚乙烯醇縮丁醛(pvb)或乙烯-醋酸乙烯酯(eva)等。例如，氮可以用於填充材料。
如果需要，則也可以在發光元件的發光表面適當地設置光學薄膜諸如偏振片、圓偏振片(包括橢圓偏振片)、相位差板(λ/4板或λ/2板)或濾色片。此外，偏振片或圓偏振片也可以設置有防反射膜。例如，可以進行通過利用表面的凹凸能夠擴散反射光而降低眩光的防眩光處理。
對顯示元件施加電壓的第一電極及第二電極(也稱為像素電極、公共電極、對置電極等)根據取出光的方向、設置電極的位置以及電極的圖案結構可以具有透光性或反射性。
作為第一電極929及第二電極930，可以使用能夠用於圖5a和5b所示的液晶顯示裝置的像素電極934及對置電極931的導電材料。作為第一電極929及第二電極930，也可以使用選自能夠用於圖5a和5b所示的液晶顯示裝置的像素電極934及對置電極931的金屬、其合金及其金屬氮化物中的一種或更多種。作為第一電極929及第二電極930，還可以使用能夠用於圖5a和5b所示的液晶顯示裝置的像素電極934及對置電極931的含有導電高分子的導電組成物。
其他的構成要素諸如襯底901、襯底906、電晶體910、電晶體911、連接端子電極915、端子電極916、fpc918、各向異性導電膜919、絕緣膜923、絕緣膜924及絕緣膜932與圖5a和5b所示的液晶顯示裝置相同。因此，發光裝置所包含的電晶體的電特性變化得到抑制，並且可以提高發光裝置的可靠性。
由於電晶體容易因靜電等而損壞，所以優選設置用來保護驅動電路的保護電路。該保護電路優選使用非線性元件形成。
紅色發光元件、綠色發光元件及藍色發光元件被層疊，以形成白色發光元件，並使用彩色濾光片，由此，本發明的一個方式的發光裝置可以進行彩色顯示。另外，在分開形成紅色發光元件、綠色發光元件及藍色發光元件的情況下，本發明的一個方式的發光裝置可以進行彩色顯示而不使用彩色濾光片等。
此外，可以提供驅動電子墨水的電子紙作為顯示裝置。電子紙也稱為電泳顯示裝置(電泳顯示器)，其優點在於，具有與紙同樣的易讀性，具有比其他顯示裝置低的耗電量，能夠形成為薄且輕。
電泳顯示裝置可以具有各種各樣的形式。電泳顯示裝置包括分散在溶劑中的多個微膠囊，並且各微膠囊具有正電荷的第一粒子和負電荷的第二粒子。通過對微膠囊施加電場，微膠囊中的粒子向彼此相反的方向移動，而只顯示集合在一側的粒子的顏色。另外，第一粒子或第二粒子都包括染料，當沒有電場時不移動。此外，第一粒子和第二粒子具有不同的顏色(也可以是無色)。
在溶劑中的上述微囊的分散物被稱為電子墨水。該電子墨水可以印刷於玻璃、塑料、布、紙等的表面上。另外，通過使用彩色濾光片或具有色素的粒子，實現彩色顯示。
此外，微囊中的第一粒子及第二粒子也可以由導電材料、絕緣材料、半導體材料、磁性材料、液晶材料、鐵電性材料、電致發光材料、電致變色材料、磁泳材料、以及這些材料的複合材料中的一種材料形成。
作為電子紙，也可以採用使用旋轉球(twistingball)顯示系統的顯示裝置。在旋轉球顯示系統中，將分別塗為白色和黑色的球形微粒配置在用於顯示元件的電極的第一電極(例如，像素電極)與第二電極(例如，公共電極)之間，使第一電極與第二電極之間產生電位差來控制球形微粒的方向，以進行顯示。
本實施方式所示的結構、方法等可以與其他的實施方式及實施例所示的結構、方法等適當地組合而使用。
實施方式4
通過使用本發明的一個方式的電晶體可以製造具有用於讀取一對象物的數據的圖像傳感器功能的半導體裝置。在本實施方式中，說明具有該圖像傳感器功能的半導體裝置。
圖9a示出具有圖像傳感器功能的半導體裝置的例子。圖9a示出光電傳感器的等效電路，圖9b是示出光電傳感器的一部分的截面圖。
在光電二極體602中，一個電極電連接到光電二極體復位信號線658，另一個電極電連接到電晶體640的柵極。電晶體640的源極和漏極中的一個電連接到光電傳感器基準信號線672，電晶體640的源極和漏極中的另一個電連接到電晶體656的源極和漏極中的一個。電晶體656的柵極電連接到柵極信號線659，電晶體656的源極和漏極中的另一個電連接到光電傳感器輸出信號線671。
注意，在本說明書的電路圖中，由符號「os」表示使用氧化物半導體膜的電晶體，以使使用氧化物半導體膜的電晶體一目了然。在圖9a中，電晶體640和電晶體656都是使用氧化物半導體膜的電晶體，且可以應用本發明的一個實施方式的電晶體中的任一個。
圖9b是光電傳感器中的光電二極體602和電晶體640的截面圖。用作傳感器的光電二極體602和電晶體640設置在具有絕緣表面的襯底601(元件襯底)上。襯底613設置在光電二極體602和電晶體640上，而粘合層608插入其間。
絕緣膜632、層間絕緣膜633以及層間絕緣膜634設置在電晶體640上。光電二極體602具有：形成在層間絕緣膜633上的電極層641b；在電極層641b上依次層疊的第一半導體膜606a、第二半導體膜606b、第三半導體膜606c；設置在層間絕緣膜634上且通過第一至第三半導體膜與電極層641b電連接的電極層642；以及設置在與電極層641b相同的層中且與電極層642電連接的電極層641a。
絕緣膜632抑制水滲入電晶體640中，且包括至少含有氮的絕緣膜(相當於圖1a至1c中的絕緣膜26)以及抑制從該絕緣膜釋放出的氮滲入的絕緣膜(相當於圖1a至1c的絕緣膜25)。
電極層641b與形成在層間絕緣膜634上的導電膜643電連接，並且電極層642通過電極層641a與導電膜645電連接。導電膜645與電晶體640的柵電極電連接，由此，光電二極體602與電晶體640電連接。
在此，作為例子示出「pin」型光電二極體，其中層疊有用作第一半導體膜606a的具有p型導電型的半導體膜、用作第二半導體膜606b的高電阻的半導體膜(i型半導體膜)、以及用作第三半導體膜606c的具有n型導電型的半導體膜。
第一半導體膜606a是p型半導體膜且可以使用包含賦予p型導電型的雜質元素的非晶矽膜形成。第一半導體膜606a使用包含屬於第13族的雜質元素(例如，硼(b))的半導體材料氣體通過等離子體cvd法來形成。作為半導體材料氣體，也可以使用矽烷(sih4)。另外，也可以使用si2h6、sih2cl2、sihcl3、sicl4、sif4等。另外，也可以形成不包含雜質元素的非晶矽膜，然後，也可以使用擴散法或離子注入法將雜質元素導入該非晶矽膜。在使用離子注入法等導入雜質元素之後也可以進行加熱等以擴散雜質元素。在此情況下，作為形成非晶矽膜的方法，也可以使用lpcvd法、化學氣相沉積法或濺射法等。第一半導體膜606a優選被形成為具有大於或等於10nm且小於或等於50nm的厚度。
第二半導體膜606b是i型半導體膜(本徵半導體膜)且使用非晶矽膜形成。為了形成第二半導體膜606b，通過等離子體cvd法使用半導體材料氣體來形成非晶矽膜。作為半導體材料氣體，也可以使用矽烷(sih4)。或者，也可以使用si2h6、sih2cl2、sihcl3、sicl4或sif4等。也可以通過lpcvd法、氣相生長法、濺射法等形成第二半導體膜606b。第二半導體膜606b優選被形成為具有大於或等於200nm且小於或等於1000nm的厚度。
第三半導體膜606c是n型半導體膜且使用包含賦予n型導電型的雜質元素的非晶矽膜形成。使用包含屬於第15族的雜質元素(例如，磷(p))的半導體材料氣體通過等離子體cvd法形成第三半導體膜606c。作為半導體材料氣體，也可以使用矽烷(sih4)。或者，也可以使用si2h6、sih2cl2、sihcl3、sicl4或sif4等。另外，也可以形成不包含雜質元素的非晶矽膜，然後，也可以使用擴散法或離子注入法將雜質元素導入該非晶矽膜。在使用離子注入法等導入雜質元素之後也可以進行加熱等以擴散雜質元素。在此情況下，作為形成非晶矽膜的方法，也可以使用lpcvd法、化學氣相沉積法或濺射法等。第三半導體膜606c優選被形成為具有大於或等於20nm且小於或等於200nm的厚度。
第一半導體膜606a、第二半導體膜606b以及第三半導體膜606c不一定需要使用非晶半導體形成，而也可以使用多晶半導體或微晶半導體(半非晶半導體：sas)形成。
此外，通過光電效應生成的空穴的遷移率低於電子的遷移率。因此，當p型半導體膜一側的表面被用作光接收面時，pin型光電二極體具有較好的特性。在此，示出將光電二極體602從形成有「pin」型光電二極體的襯底601的面接收的光轉換為電信號的例子。來自具有與光接收面的半導體膜相反的導電型的半導體膜的光是幹擾光；因此，電極優選使用遮光性導電膜形成。另外，n型半導體膜一側也可以是光接收面。
電晶體640在用作電流通路(溝道)的氧化物半導體膜上包括抑制水的滲入且至少含有氮的絕緣膜以及抑制從該絕緣膜釋放出的氮滲入的絕緣膜；因此，可以抑制電晶體的電特性變化，並且該電晶體的可靠性高。
絕緣膜632可以通過能夠應用於實施方式1所說明的電晶體50的保護膜27的方法來形成。
層間絕緣膜633及層間絕緣膜634可以使用絕緣材料且根據其材料通過濺射法、等離子體cvd法、旋塗法、浸漬法、噴塗法、液滴噴射法(例如，噴墨法等)、絲網印刷或膠版印刷等來形成。
為了減少表面凹凸，優選使用用作平坦化絕緣膜的絕緣膜作為層間絕緣膜633及634。作為層間絕緣膜633及634，可以使用能夠用於上述平坦化絕緣膜940的金屬材料的單層或疊層。
通過檢測入射到光電二極體602的光，可以讀取檢測對象的數據。另外，在讀取檢測對象的信息時，可以使用如背光燈等的光源。通過在本發明的一個方式的顯示裝置上層疊上述具有圖像傳感器功能的半導體裝置來可以製造觸控螢幕。
本實施方式所示的結構、方法等可以與其他實施方式及實施例所示的結構、方法等適當地組合而使用。
實施方式5
本發明的一個方式的半導體裝置可以應用於各種電子設備(包括遊戲機)。電子設備的例子包括電視裝置(也稱為電視或電視接收機)、計算機等的顯示器、影像拍攝裝置諸如數位相機及數碼攝像機、數碼相框、行動電話機、可攜式遊戲機、可攜式信息終端、聲音再現裝置、遊戲機(例如，彈珠機(pachinkomachine)或投幣機(slotmachine))、外殼遊戲機等。圖10a至10c示出上述電子設備的具體例子。
圖10a示出具有顯示部分的桌子9000。在桌子9000中，顯示部分9003被組裝在外殼9001中，並且圖像可以顯示在顯示部分9003上。另外，外殼9001被四個桌腿9002支撐。另外，為外殼9001提供用來供應電力的電源供應線9005。
上述實施方式中任一個所示的半導體裝置可以用於顯示部分9003，由此電子設備可以具有高可靠性。
顯示部分9003具有觸屏輸入功能。當使用者用手指等按觸顯示於桌子9000的顯示部分9003上的顯示按鈕9004時，使用者可以進行屏面操作或信息輸入。並且，當使桌子9000也可以與家電產品進行通信或控制家電產品時，該桌子9000也可以被用作通過屏面操作控制家電產品的控制裝置。例如，通過使用實施方式3所示的具有圖像傳感器的半導體裝置，顯示部分9003可以被用作觸控螢幕。
另外，顯示部分9003的屏面可以使用設置於外殼9001的鉸鏈以垂直於地板的方式立起來；由此，該桌子9000也可以用作電視裝置。當在小房間裡設置大屏面的電視裝置時，自由使用的空間減小；但是，當顯示部分安裝在桌子時，可以有效地使用房間中的空間。
圖10b示出電視裝置9100。在電視裝置9100中，顯示部分9103組裝在外殼9101中，並且圖像可以顯示在顯示部分9103上。此外，在此外殼9101被支架9105支撐。
電視裝置9100可以通過使用外殼9101的操作開關、或獨立的遙控操作機9110進行操作。通過遙控操作機9110的操作鍵9109，可以控制頻道及音量，並可以控制在顯示部分9103上顯示的圖像。此外，遙控操作機9110也可以設置有用作顯示從該遙控操作機9110輸出的信息的顯示部分9107。
圖10b所示的電視裝置9100具備接收機及數據機等。通過使用接收機，電視裝置9100可以接收一般的電視廣播。再者，當電視裝置9100通過數據機以有線或無線連接到通信網絡時，也可以進行單向(從發送者到接收者)或雙向(發送者和接收者之間或接收者之間等)的信息通信。
上述實施方式中的任一個所示的半導體裝置可以用於顯示部分9103及
9107，由此電視裝置及遙控操作機可以具有高可靠性。
圖10c示出計算機，該計算機包括主體9201、外殼9202、顯示部分9203、鍵盤9204、外部連接埠9205、指向裝置9206等。
上述實施方式中的任一個所示的半導體裝置可以用於顯示部分9203，由此計算機可以具有高可靠性。
圖11a和11b示出能夠摺疊的平板終端。在圖11a中，該平板終端被打開，且包括外殼9630、顯示部分9631a、顯示部分9631b、顯示模式切換按鈕9034、電源按鈕9035、省電模式切換按鈕9036、夾子9033以及操作按鈕9038。
上述實施方式中的任一個所示的半導體裝置可以用於顯示部分9631a及顯示部分9631b，由此，平板終端能夠具有高可靠性。
顯示部分9631a的一部分可以為觸控螢幕區域9632a，並且通過按觸所顯示的操作鍵9638可以輸入數據。此外，作為例子圖10a示出顯示部分9631a的一半區域只具有顯示的功能並且另一半區域具有觸控螢幕的功能。但是，顯示部分9631a的結構不局限於此，顯示部分9631a的全部區域也可以具有觸控螢幕的功能。例如，在顯示部分9631b可以用作顯示屏面的同時，顯示部分9631a的整個面可以顯示鍵盤按鈕且被用作觸控螢幕。
在顯示部分9631b中，與顯示部分9631a同樣地，顯示部分9631b的一部分可以為觸控螢幕區域9632b。當手指或觸屏筆等按觸顯示在觸控螢幕的用來切換成鍵盤顯示的按鈕9639的位置時，鍵盤按鈕可以顯示在顯示部分9631b上。
也可以在觸控螢幕區域9632a和9632b中同時進行按觸輸入。
顯示模式切換按鈕9034能夠切換豎屏模式和橫屏模式以及彩色顯示和黑白顯示等。通過使用用來切換成省電模式的省電模式切換按鈕9036，根據由內置於平板終端中的光傳感器所檢測的使用平板終端時的外光量，可以使顯示的亮度最優化。平板終端除了光傳感器以外還可以包括其他檢測裝置，諸如檢測傾斜度的傳感器(例如，陀螺儀或加速度傳感器)。
雖然在圖11a中顯示部分9631b和顯示部分9631a具有相同的顯示面積，但是本發明的一個方式不局限於該例子。顯示部分9631b和顯示部分9631a也可以具有不同的面積以及不同的顯示品質。例如，它們中的一個也可以是能夠進行比另一個更高的精細顯示的顯示面板。
圖11b示出平板終端被合上的狀態，該平板終端包括外殼9630、太陽能電池9633、充放電控制電路9634。此外，圖11b示出充放電控制電路9634包括電池9635和dcdc轉換器9636的例子。
由於上述平板終端可以摺疊，因此在不使用時可以合上外殼9630。因此，可以保護顯示部分9631a和9631b，由此可以提供一種具有高耐久性及長期使用時的高可靠性的平板終端。
此外，圖11a和11b所示的平板終端還可以具有顯示各種各樣的數據(例如，靜態圖像、動態圖像、文字圖像)的功能、在顯示部分上顯示日曆、日期或時刻等的功能、通過觸摸輸入對顯示在顯示部分上的數據進行操作或編輯的觸摸輸入功能、以及通過各種各樣的軟體(程序)控制處理的功能等。
設置在平板終端的表面上的太陽能電池9633，可以對觸控螢幕、顯示部分或圖像信號處理部等供應電力。注意，太陽能電池9633可以設置在外殼9630的一面或兩面，因此可以進行高效的電池9635的充電。當使用鋰離子電池作為電池9635時，有實現小型化等的優點。
參照圖11c中的方框圖說明圖11b所示的充放電控制電路9634的結構和工作。圖11c示出太陽能電池9633、電池9635、dcdc轉換器9636、轉換器9637、開關sw1至sw3以及顯示部分9631，並且電池9635、dcdc轉換器9636、轉換器9637、開關sw1至sw3對應於圖11b所示的充放電控制電路9634。
首先，說明在使用外光通過太陽能電池9633發電時的工作的例子。通過dcdc轉換器9636使太陽能電池所產生的電力升壓或降壓以獲得用來對電池9635進行充電的電壓。當顯示部分9631使用來自太陽能電池9633的電力而工作時，開啟開關sw1並且通過轉換器9637將該電力的電壓升壓或降壓到為顯示部分9631的工作所需要的電壓。另外，當不進行顯示部分9631上的顯示時，關閉開關sw1且開啟開關sw2，由此可以對電池9635進行充電。
在此，示出太陽能電池9633作為發電單元的例子；但是，對電池9635的充電方法沒有特別的限制，電池9635也可以使用其他發電單元，諸如壓電元件或熱電轉換元件(珀耳帖元件(peltierelement))來進行充電。例如，電池9635也可以使用能夠以無線(不接觸)的方式傳送或接收電力來進行充電的無線電力傳輸模塊、或者也可以組合使用其他充電方法。
本實施方式所示的結構、方法等可以與其他實施方式及實施例所示的結構、方法等適當地組合而使用。
實施例1
在本實施例中，說明對抑制水滲入且可以用於本發明的一個方式的電晶體的絕緣膜進行評價的結果。具體來說，說明對通過加熱釋放出的氫分子、氨分子以及水分子的量進行評價的結果。
首先，說明所評價的樣品的製造方法。所製造的樣品都具有結構1或結構2。
在矽晶片991上通過等離子體cvd法使用可以用於實施方式1所示的絕緣膜26(參照圖1a至1c)的形成條件形成氮化矽膜993，由此，形成了具有結構1的樣品(參照圖12a)。
氮化矽膜993使用條件1、條件2和條件3的3個條件形成。使用條件1形成的樣品稱為樣品a1。使用條件2形成的樣品稱為樣品a2。使用條件3形成的樣品稱為樣品a3。樣品a1至a3都具有厚度為50nm的氮化矽膜993。
條件1是如下：矽晶片991的溫度為220℃；源氣體分別是50sccm、5000sccm及100sccm的流量的矽烷、氮及氨；處理室的壓力為200pa；向平行平板電極供應的高頻功率為27.12mhz、1000w(功率密度為1.6×10-1w/cm2)。氮的相對於氨的流量比為50。
條件2除了向平行平板電極供應的高頻功率為150w(功率密度為
2.5×10-2w/cm2)之外，與條件1相同。
條件3是如下：矽晶片991的溫度為220℃；源氣體分別是30sccm、1500sccm及1500sccm的流量的矽烷、氮及氨；處理室的壓力為200pa；向平行平板電極供應的高頻功率為27.12mhz、150w(功率密度為2.5×10-2w/cm2)。氮的相對於氨的流量比為1。
對樣品a1至a3進行tds分析。在各樣品中，以65℃或更高且610℃或更低的溫度加熱矽晶片991。
根據tds分析所得到的結果中顯示的曲線中的峰值是由於包含在所分析的樣品(本實施例中，樣品a1至a3)中的原子或分子釋放到外部而出現的。釋放到外部的原子或分子的總量相當於該峰值的積分值。因此，通過使用該峰值強度的水平，可以評價包含在氮化矽膜中的原子或分子的量。
圖13a至13c以及圖14a和14b示出具有結構1的樣品a1至a3的tds分析結果。圖13a是相對於襯底溫度的m/z為2的氣體，典型地是氫分子的氣體釋放量的圖表。圖13b是相對於襯底溫度的m/z為18的氣體，典型地是水分子的氣體釋放量的圖表。圖13c是從圖13a的曲線的峰值的積分值算出的氫分子釋放量的圖表。圖14a是相對於襯底溫度的m/z為17的氣體，典型地是氨分子的氣體釋放量的圖表。圖14b是從圖14a的曲線的峰值的積分值算出的氨分子釋放量的圖表。在上述tds分析中，氫分子的檢測下限為1.0×1021分子/cm3，氨分子的檢測下限為2.0×1020分子/cm3。
如圖13a所示，樣品a2的氫分子的tds強度高於樣品a1及樣品a3。如圖13c所示，樣品a2的相對於襯底溫度的氫分子釋放量為樣品a1及樣品a3的5倍左右。如圖13b所示，在樣品a1至樣品a3中，當襯底溫度高於或等於100℃且低於或等於200℃的範圍內觀察到顯示水分子的釋放的峰值。另外，只在樣品a3中，在上述範圍內檢測出尖峰的峰值。
另一方面，如圖14a所示，樣品a3的氨分子的tds強度高於樣品a1及樣品a2。如圖14b所示，樣品a3的相對於襯底溫度的氨分子釋放量至少為樣品a1及樣品大於或等於a2的16倍左右。樣品a2的氨分子釋放量小於或等於檢測下限。
接著，說明所形成的樣品中的一部分所採用的結構2。在矽晶片991上通過等離子體cvd法使用可以用於絕緣膜24(參照圖1a至1c)的形成條件形成氧氮化矽膜995，在該氧氮化矽膜995上與結構1同樣地形成氮化矽膜993，由此，形成了具有結構2的樣品(參照圖12b)。
在具有結構2的樣品的每一個中，為了對抑制氮化矽膜993中的水的移動的效果進行評價，氧氮化矽膜995被形成為含有比化學計量組成更高比例的氧。圖16a和16b示出對在矽晶片上只形成厚度為400nm的氧氮化矽膜995的樣品進行tds分析的結果。在各樣品中，以70℃或更高且570℃或更低的溫度加熱矽晶片991。圖16a是相對於襯底溫度的m/z為32的氣體，典型地是氧分子的釋放量的圖表。圖16b是相對於襯底溫度的m/z為18的氣體，典型地是水分子的釋放量的圖表。包含比化學計量組成更高比例的氧的氧氮化矽膜不僅包含氧(參照圖16a)而且包含水(參照圖16b)；因此，通過對具有結構2的樣品a4至a6的相對於襯底溫度的水分子的釋放量進行評價，可以評價氮化矽膜993是否具有抑制水的移動的效果。圖16a和16b示出關於在矽晶片上形成400nm厚的氧氮化矽膜995的樣品的結果。
氧氮化矽膜995的形成條件是如下：矽晶片991的溫度為220℃；源氣體分別是160sccm及4000sccm的流量的矽烷及一氧化氮；處理室的壓力為200pa；向平行平板電極供應的高頻功率為27.12mhz、1500w(功率密度為2.5×10-1w/cm2)。氧氮化矽膜995的厚度為400nm。
在具有結構2的樣品中，氮化矽膜993使用條件1、條件2和條件3的3個條件形成。具有結構2且使用條件1形成的樣品稱為樣品a4。具有結構2且使用條件2形成的樣品稱為樣品a5。具有結構2且使用條件3形成的樣品稱為樣品a6。樣品a4至a6都具有厚度為50nm的氮化矽膜993。條件1至3的詳細內容與結構1的情況相同。
對樣品a4至a6進行tds分析，以對抑制水的移動的效果進行評價。在各樣品中，以70℃或更高且580℃或更低的溫度加熱矽晶片991。
圖15a和15b示出具有結構2的樣品a4至a6的tds分析結果。圖15a是相對於襯底溫度的氫分子釋放量的圖表。圖15b是相對於襯底溫度的水分子釋放量的圖表。
如圖15a所示，樣品a5的氫分子的tds強度高於樣品a4及樣品a6。如圖15b所示，在水分子的tds強度中觀察到較小的峰值；但是，在樣品a4至a6中沒有確認到很大的差別。
雖然具有結構2的樣品a4至a6都包含氧氮化矽膜995，但是顯示水分子的脫離的峰值的強度很低。因此，通過使用樣品a4至a6的形成條件，可以形成具有抑制氮化矽膜993中的水的移動的效果的絕緣膜。
但是，具有結構1的樣品a2的氫分子的釋放量多，並且具有結構1的樣品a3的氨分子的釋放量多。在使用氧化物半導體的電晶體中，氫及氮增高了氧化物半導體膜的導電性，從而使該電晶體正常情況下導通，因此，氮源的氫分子及氨分子都是使電特性變化的雜質。例如，在樣品a3中，氨分子的釋放量多，就意味著氮源較多，並且使用這樣的絕緣膜製造的電晶體具有正常情況下導通的特性的可能性很高。並且，本發明的一個方式的電晶體具有抑制氮的滲入的絕緣膜(圖1a至1c中的絕緣膜25)；但是，氨分子的釋放量少的絕緣膜是為了使電晶體具有更好的電特性而優選的。因此，使用樣品a2及a3的條件形成的氮化矽膜不適用於絕緣膜26。
由上所述，使用樣品a1的形成條件的條件1形成的氮化矽膜最適用於絕緣膜26。
由此，通過使用本實施例所示的條件，可以形成氫分子的釋放量少且能抑制水的滲入的絕緣膜。通過使用該絕緣膜，可以製造電特性變化得到抑制的電晶體或者可靠性得到提高的電晶體。
實施例2
在本實施例中，製造包括通過實施例1所示的條件1至3形成的氮化矽膜的電晶體，並且說明vg-id特性的測定結果。本實施例中製造的電晶體具有與本發明的一個方式的電晶體的結構部分不同，以對絕緣膜抑制水從外部滲入的效果進行評價。具體來說，本實施例中製造的電晶體具有之前的實施方式中說明的電晶體50或電晶體70中沒有設置絕緣膜25的結構。
說明包含於樣品b1、樣品b2和樣品b3中的電晶體的製造工序。在本實施例中，參照圖17a至17d說明該工序。
首先，如圖17a所示，使用玻璃襯底作為襯底11，並在襯底11上形成柵電極15。
通過濺射法形成100nm厚的鎢膜，並通過光刻工序在該鎢膜上形成掩模，使用該掩模蝕刻該鎢膜的一部分，來形成柵電極15。
接著，在柵電極15上形成柵極絕緣膜18。
作為柵極絕緣膜18，層疊包含50nm厚的氮化矽膜及200nm厚的氧氮化矽膜的疊層。在如下條件下形成氮化矽膜：向等離子體cvd裝置的處理室中分別以50sccm及5000sccm供應矽烷及氮；處理室內的壓力調節為60pa；使用27.12mhz的高頻電源供給150w的功率。在如下條件下形成上述氧氮化矽膜：向等離子體cvd裝置的處理室中以20sccm及3000sccm供給矽烷及一氧化二氮；處理室內的壓力調節為40pa；使用27.12mhz的高頻電源供給100w的功率。另外，上述氮化矽膜及上述氧氮化矽膜都在350℃的襯底溫度下形成。
接著，形成隔著柵極絕緣膜18與柵電極15重疊的氧化物半導體膜19。
這裡，在柵極絕緣膜18上通過濺射法形成caac-os膜的igzo膜，並且通過光刻工序在該igzo膜上形成掩模，使用該掩模蝕刻該igzo膜的一部分。然後，對被蝕刻的igzo膜進行加熱處理，來形成氧化物半導體膜19。另外，在本實施例中形成的igzo膜具有35nm的厚度。
igzo膜在如下方式形成，使用in：ga：zn＝1：1：1(原子數比)的濺射靶材，向濺射裝置的處理室內各以50sccm的流量供給氬和氧作為濺射氣體，將處理室內的壓力控制為0.6pa，並且供給5kw的直流電力。另外，igzo膜在170℃的襯底溫度下形成。
接著，通過加熱處理釋放氧化物半導體膜中含有的水、氫等。這裡，在氮氣氛下以450℃進行1小時的加熱處理，然後，在氮及氧氣氛下以450℃進行1小時的加熱處理。
關於通過到此為止的工序而獲得的結構，可以參照圖17b。
接著，在通過蝕刻柵極絕緣膜18的一部分使柵電極露出(未圖示)之後，如圖17c所示，形成接觸於氧化物半導體膜19的一對電極21。
在柵極絕緣膜18及氧化物半導體膜19上形成導電膜，通過光刻工序在該導電膜上形成掩模，並利用該掩模蝕刻該導電膜的一部分，來形成一對電極21。注意，作為該導電膜，在50nm厚的鎢膜上形成400nm厚的鋁膜，並在該鋁膜上形成100nm厚的鈦膜。
接著，在將襯底轉移到減壓了的處理室中並以220℃進行加熱之後，將襯底轉移到充滿了一氧化二氮的處理室中。然後，將氧化物半導體膜19暴露於通過使用27.12mhz的高頻電源對設置於處理室內的上部電極供給150w的高頻電力而生成的氧等離子體中，來供給氧22。
接著，在上述等離子體處理之後，在不暴露於大氣的情況下連續地在氧化物半導體膜19及一對電極21上形成絕緣膜23及24。形成50nm厚的第一氧氮化矽膜作為絕緣膜23，形成400nm厚的第二氧氮化矽膜作為絕緣膜24。
第一氧氮化矽膜通過等離子體cvd法在如下條件下形成：使用流量為30sccm的矽烷及流量為4000sccm的一氧化二氮作為源氣體，處理室的壓力為40pa，襯底溫度為220℃，並對平行的平板電極供給150w的高頻電力。
第二氧氮化矽膜通過等離子體cvd法在如下條件下形成：流量為160sccm的矽烷及流量為4000sccm的一氧化二氮作為源氣體使用，處理室的壓力為200pa，襯底溫度為220℃，並對平行的平板電極供給1500w的高頻電力。在上述條件下，可以形成含有比化學計量組成更高比例的氧且通過加熱而從中釋放一部分氧的氧氮化矽膜。
接著，通過加熱處理使水、氫等從絕緣膜23及24釋放出去。這裡，在氮及氧氣氛下以350℃進行加熱處理1小時。
接著，如圖17d所示，在絕緣膜24上形成絕緣膜26。
在樣品b1中，作為絕緣膜26，在實施例1所示的樣品a1的條件1下形成氮化矽膜。
在樣品b2中，作為絕緣膜26，在實施例1所示的樣品a2的條件2下形成氮化矽膜。
在樣品b3中，作為絕緣膜26，在實施例1所示的樣品a3的條件3下形成氮化矽膜。
接著，雖然沒有圖示出，蝕刻絕緣膜23、24及26的一部分，形成露出一對電極的一部分的開口。
接著，在絕緣膜26上形成平坦化膜(未圖示)。這裡，絕緣膜26被組成物覆蓋，並且進行曝光及顯影，由此，形成具有露出一對電極的一部分的開口的平坦化膜。另外，作為平坦化膜，形成1.5μm厚的丙烯酸樹脂。然後，進行加熱處理。該加熱處理以250℃的溫度在氮氣氛下進行1小時。
接著，形成與一對電極的一部分連接的導電膜(未圖示)。這裡，通過濺射法形成100nm厚的含有氧化矽的ito膜。
通過上述工序，製造樣品b1至b3中的電晶體。另外，在各樣品中，在襯底上製造具有相同結構的24個電晶體。
接著，測量樣品b1至b3的電晶體的vg-id特性。
接著，作為加速壽命試驗，進行了壓力鍋測試(pct：pressurecookertest)，以評價耐溼性。在本實施例的pct試驗中，將樣品b1至b3置於如下條件15小時：溫度為130℃、溼度為85％、壓力為0.23mpa。
圖18a至18c、圖19a至19c和圖20a至20c示出樣品b1至b3的各電晶體的vg-id初期特性以及壓力鍋測試後的各電晶體的vg-id特性。就是說，圖18a至18c示出樣品b1的結果，圖19a至19c示出樣品b2的結果，圖20a至20c示出樣品b3的結果。
另外，在各樣品中，測量出溝道長度(l)為2μm且溝道寬度(w)為50μm的電晶體1以及溝道長度(l)為6μm且溝道寬度(w)為50μm的電晶體2的vg-id特性。圖18a、19a和20a示出樣品b1至b3的電晶體1的初期特性，圖18b、19b和20b示出樣品b1至b3的電晶體2的初期特性，圖18c、19c和20c示出壓力鍋測試後的樣品b1至b3的電晶體2的vg-id特性。
根據圖19a所示的vg-id特性，這些電晶體不具有開關特性。另外，根據圖20a所示的vg-id特性，各電晶體的閾值電壓的偏差較大。但是，根據圖18a所示的vg-id特性，可認為各電晶體具有良好的開關特性，並且閾值電壓的偏差較小。
可知，圖18b及圖20b所示的vg-id特性的電晶體的初期特性的閾值電壓的偏差小於圖19b所示的vg-id特性的初期特性的電晶體的閾值電壓的偏差。
與圖19c及圖20c所示的壓力鍋測試後的vg-id特性相比，圖18c所示的vg-id特性具有進一步良好的開關特性。
由上述理由，在電晶體上形成氫分子的釋放量及氨分子的釋放量少的氮化物絕緣膜，由此可以降低閾值電壓的負方向的漂移並可以提高電晶體的可靠性。
接著，通過與本實施例的樣品b1至b3相同的工序且在條件1至3之外的條件下形成絕緣膜26，來製造多個樣品。在各樣品中，在襯底上形成24個具有相同結構的電晶體，並且對各電晶體的vg-id初期特性進行比較。注意，在各電晶體中，溝道長度(l)為2μm，溝道寬度(w)為50μm。
圖21示出在樣品b1至b3或條件1至3以外的條件形成絕緣膜26的多個樣品中來自絕緣膜26的氫分子釋放量及氨分子釋放量與電晶體的vg-id初期特性之間的關係。
在圖21中，橫軸顯示從絕緣膜26釋放的氫分子的量，縱軸顯示從絕緣膜26釋放的氨分子的量。另外，在圖21中，圓圈顯示襯底上的24個電晶體的最大閾值電壓與最小閾值電壓的差(vth_max-vth_min)小於或等於1v。另外，三角印顯示vth_max-vth_min大於1v且小於或等於3v。另外，叉號顯示vth_max-vth_min大於3v。
在圖21中，在從絕緣膜26釋放的氫分子的量低於5.0×1021分子/cm3的區域中，電晶體的閾值電壓的變化得到抑制。由此，可以說氮化物絕緣膜設置在電晶體上，從該氮化物絕緣膜釋放的氫分子的量低於5.0×1021分子/cm3，由此可以抑制電晶體的閾值電壓的變化。另外，可以抑制閾值電壓的負方向的漂移。
通過與本發明的一個方式的電晶體同樣在絕緣膜26與氧化物半導體膜20之間設置可以抑制氮的滲入的絕緣膜(絕緣膜25)，即使在絕緣膜26的形成條件為圖21中的叉號或三角印顯示的條件下，也可以抑制電晶體的閾值電壓變化。
符號說明
11：襯底、13：基底絕緣膜、15：柵電極、18：柵極絕緣膜、19：氧化物半導體膜、20：氧化物半導體膜、21：電極、22：氧、23：絕緣膜、24：絕緣膜、25：絕緣膜、26：絕緣膜、27：保護膜、50：電晶體、61：柵電極、70：電晶體、491：公共電位線、492：公共電極、601：襯底、602：光電二極體、606a：半導體膜、606b：半導體膜、606c：半導體膜、608：粘合層、613：襯底、632：絕緣膜、633：層間絕緣膜、634：層間絕緣膜、640：電晶體、641a：電極、641b：電極、642：電極、643：導電膜、645：導電膜、656：電晶體、658：光電二極體復位信號線、659：柵極信號線、671：光電傳感器輸出信號線、672：光電傳感器基準信號線、901：襯底、902：像素部分、903：信號線驅動電路、904：掃描線驅動電路、905：密封劑、906：襯底、908：液晶、910：電晶體、911：電晶體、913：液晶元件、915：連接端子電極、916：端子電極、918：fpc、918a：fpc、918b：fpc、919：各向異性導電膜、923：絕緣膜、924：絕緣膜、926：間隔物、929：電極、930：電極、931：對置電極、932：絕緣膜、934：像素電極、935：對準膜、936：對準膜、937：密封劑、938：絕緣膜、939：絕緣膜、940：平坦化絕緣膜、942：絕緣膜、943：絕緣膜、960：分隔壁、961：發光層、963：發光元件、964：填充材料、991：矽晶片、993：氮化矽膜、995：氧氮化矽膜、9000：桌子、9001：外殼、9002：桌腿、9003：顯示部分、9004：顯示按鈕、9005：電源供應線、9033：夾子、9034：開關、9035：電源開關、9036：開關、9038：操作開關、9100：電視裝置、9101：外殼、9103：顯示部分、9105：支架、9107：顯示部分、9109：操作鍵、9110：遙控操作機、9201：主體、9202：外殼、9203：顯示部分、9204：鍵盤、9205：外部連接埠、9206：指向裝置、9630：外殼、9631：顯示部分、9631a：顯示部分、9631b：顯示部分、9632a：區域、9632b：區域、9633：太陽能電池、9634：充放電控制電路、9635：電池、9636：dcdc轉換器、9637：轉換器、9638：操作鍵、9639：按鈕
本申請基於2012年6月29日向日本專利局提交的日本專利申請第2012-147783號，其全部內容通過引用納入本文。