TWI749989B

TWI749989B - 顯示裝置

Info

Publication number: TWI749989B
Application number: TW110100301A
Authority: TW
Inventors: 横山雅俊; 小森茂樹; 佐藤学; 岡崎健一; 山崎舜平
Original assignee: 日商半導體能源研究所股份有限公司
Priority date: 2012-07-20
Filing date: 2013-07-18
Publication date: 2021-12-11
Also published as: US20200264471A1; JP2021047423A; JP6126484B2; US20180329244A1; TWI604253B; TW201409142A; US9366894B2; TW201804235A; DE112013007837B3; US20240192558A1; US20210072605A1; KR20200039835A; US20140022480A1; US11327376B2; DE112013007498B3; DE112013003606T5; JP6585224B2; JP7612774B2; US11543718B2; US11137651B2

Abstract

本發明的目的之一在於抑制因從有機絕緣膜釋放的氣體造成的電晶體特性的變動，由此提高顯示裝置的可靠性。本發明的一個方式的顯示裝置包括：電晶體；為了減少因該電晶體導致的凹凸而設置於電晶體上的有機絕緣膜；以及有機絕緣膜上的電容元件。其中，電容元件的構成要素(透明導電層及無機絕緣膜)不覆蓋整個有機絕緣膜的表面，從有機絕緣膜釋放出的氣體能夠從露出的有機絕緣膜的上表面的一部分釋放到外部。

Description

顯示裝置

本發明的一個方式涉及顯示裝置及顯示裝置的製造方法。

用於大多數液晶顯示裝置或以利用電致發光(也稱為EL：Electro Luminessence)的發光顯示裝置為代表的平板顯示器等顯示裝置的電晶體包含形成於玻璃基板上的非晶矽、單晶矽或多晶矽等半導體。

代替上述矽半導體，將呈現半導體特性的氧化物(以下稱為氧化物半導體)用於電晶體的技術受到關注。

例如，已公開有一種如下技術：使用In-Ga-Zn氧化物作為氧化物半導體來製造電晶體，並將該電晶體用於顯示裝置的像素切換元件等(參照專利文獻1)。

[專利文獻1]日本專利申請公開第2007-123861號公報

但是，將氧化物半導體用於通道形成區的電晶體當氧化物半導體中侵入氫、水分等雜質時生成載子，而導致電晶體的電特性變動。

為此，作為顯示裝置內的電晶體，當氫、水分等非特意添加的雜質從形成於電晶體上的有機絕緣膜侵入電晶體的半導體層時，半導體層內的載子密度增加，而導致電晶體的電特性發生變動。

另外，由於電晶體的特性變動，顯示裝置的顯示質量下降，而引起可靠性降低的問題。

於是，本發明的一個方式的目的之一是抑制用於顯示裝置的電晶體的電特性變動而提高可靠性。此外，本發明的一個方式的目的之一是抑制使用電晶體的顯示裝置的顯示質量下降而提高可靠性。

本發明的一個方式的顯示裝置包括：電晶體；為了減少因該電晶體導致的凹凸而設置於電晶體上的有機絕緣膜；以及有機絕緣膜上的電容元件。藉由採用電容元件的構成要素(透明導電層及無機絕緣膜)不覆蓋整個有機絕緣膜的表面的結構，可以使從有機絕緣膜釋放出的氣體(也稱為釋放氣體)從上方釋放至該有機絕緣膜的外部。

由此，本發明的一個方式的顯示裝置包括像素部，該像素部包括：電晶體；覆蓋電晶體的第一無機絕緣膜；第一無機絕緣膜上的有機絕緣膜；有機絕緣膜上的第一透明導電層；第一透明導電層上的第二無機絕緣膜；隔著第二無機絕緣膜至少設置在第一透明導電層上並在有機絕緣膜及第一無機絕緣膜中形成的開口中與電晶體的源極電極層或汲極電極層電連接的第二透明導電層；以及第二透明導電層上的液晶層。其中，在像素部中，第二無機絕緣膜在與有機絕緣膜重疊的區域中具有端部。

由於第二無機絕緣膜的端部位於與有機絕緣膜重疊的區域中，所以有機絕緣膜具有不與第二無機絕緣膜重疊的區域。由此，有機絕緣膜的釋放氣體可以從第二無機絕緣膜與有機絕緣膜不重疊而露出有有機絕緣膜的區域向上方釋放。

另外，在上述結構中，也可以使有機絕緣膜的不與第二無機絕緣膜重疊的區域與電晶體重疊。

另外，本發明的一個方式的顯示裝置包括：電晶體；覆蓋電晶體的第一無機絕緣膜；第一無機絕緣膜上的有機絕緣膜；有機絕緣膜上的第一透明導電層；第一透明導電層上的第二無機絕緣膜；隔著第二無機絕緣膜至少設置在第一透明導電層上並在有機絕緣膜及第一無機絕緣膜中形成的開口中與電晶體的源極電極層或汲極電極層電連接的第二透明導電層；以及第二透明導電層上的液晶層。其中，液晶層與有機絕緣膜至少部分接觸。

另外，在上述結構中，也可以使液晶層與有機絕緣膜在與電晶體重疊的區域彼此接觸。

另外，電晶體可以採用通道形成於氧化物半導體層中的電晶體。

另外，第一無機絕緣膜及第二無機絕緣膜可以使用氮化矽膜或氮氧化矽膜。

另外，有機絕緣膜較佳為使用包含丙烯酸樹脂的膜。藉由使用丙烯酸樹脂等有機樹脂，可易於形成平坦的表面。

可以使第二無機絕緣膜與第一透明導電層或第二透明導電層的折射率之差為第一透明導電層或第二透明導電層的折射率的10%以下，較佳為5%以下。另外，可以在有機絕緣膜與第一透明導電層之間形成具有透明導電層的折射率與有機絕緣膜的折射率之間的折射率的膜。

另外，在本發明的一個方式的顯示裝置中，液晶層的配向由第一透明導電層及第二透明導電層間的電場控制。

另外，較佳的是第一無機絕緣膜與第二無機絕緣膜至少部分接觸。

根據本發明的一個方式可以抑制用於顯示裝置的電晶體的電特性變動而提高可靠性。此外，可以抑制使用電晶體的顯示裝置的顯示質量下降而提高可靠性。

101:基板

102:基板

105:閘極電極層

107:閘極絕緣層

109:半導體層

111a:源極電極層

111b:汲極電極層

114:第一無機絕緣膜

113:無機絕緣膜

115:無機絕緣膜

117:有機絕緣膜

119:第二無機絕緣膜

121:透明導電層

123:透明導電層

125:液晶層

127:透明導電層

129:第二無機絕緣膜

150:電晶體

170:電容元件

180:電容元件

1000:像素部

1001:密封材料

1003:信號線驅動電路

1004:掃描線驅動電路

1018:FPC

4001:基板

4002:光電二極體組件

4016:有機絕緣膜

4020:無機絕緣膜

4024:配向膜

4030:電晶體

4032:電容元件

4034:液晶組件

4036:閘極線

4040:電晶體

4052:相對基板

4056:電晶體

4057:閘極選擇線

4058:重設信號線

4059:影像信號線

4071:輸出信號線

4084:配向膜

4086:有機絕緣膜

4088:對電極

4096:液晶層

5042:像素部

8033:卡子

8034:開關

8035:電源開關

8036:開關

8038:操作開關

8630:機殼

8631:顯示部

8631a:顯示部

8631b:顯示部

8633:太陽能電池

8634:充放電控制電路

8635:電池

8636:DCDC轉換器

8637:轉換器

9300:機殼

9301:按鈕

9302:麥克風

9303:顯示部

9304:揚聲器

9305:影像拍攝裝置

9310:機殼

9311:顯示部

9320:機殼

9321:按鈕

9322:麥克風

9323:顯示部

在圖式中：

圖1A和1B是本發明的一個方式的顯示裝置的俯視圖及剖面圖；

圖2A至2C是本發明的一個方式的顯示裝置的俯視圖；

圖3是示出各質量電荷比的釋放氣體的離子強度的圖；

圖4是示出對應基板表面溫度的各質量電荷比的離子強度的圖；

圖5A和5B是本發明的一個方式的顯示裝置的俯視圖及剖面圖；

圖6A和6B是示出根據本發明的一個方式的影像感測器的一個例子的電路圖及剖面圖；

圖7A至7C是示出根據本發明的一個方式的平板終端的一個例子的圖；

圖8A至8C是示出根據本發明的一個方式的電子裝置的例子的圖。

下面，參照圖式對本發明的實施方式進行詳細說明。但是，本發明不限於以下的說明，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宗旨及其範圍下可以被變換為各種形式。此外，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。

在以下所說明的實施方式中，有時在不同圖式之間共同使用相同的參考符號來表示相同的部分或具有同樣功能的部分。另外，在各實施方式的說明中，為了明確起見，有時誇大表示圖式所示的各構成要素，即，層或區域等的厚度、幅度以及相對位置關係等。

注意，在本說明書等中，“上”不侷限於構成要素的位置關係為“直接在...之上”。例如，“絕緣膜上的閘極電極層”包括在絕緣膜與閘極電極層之間包含其他構成要素的情況。“下”也是同樣的。

另外，在本說明書等中，“電極層”或“佈線層”不限定這些構成要素的功能。例如，有時將“電極層”用作“佈線層”的一部分，反之亦然。再者，“電極層”或“佈線層”還包括多個“電極層”或“佈線層”形成為一體的情況等。

此外，在採用極性不同的電晶體的情況或在電路工作中電流方向發生變化的情況等下，“源極”和“汲極”的功能有時互相調換。因此，在本說明書中，“源極”和“汲極”可以互相調換。

另外，在本說明書等中，“電連接”包括藉由“具有某種電作用的元件”連接的情況。這裡，“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授受，就對其沒有特別的限制。

例如，“具有某種電作用的元件”包括電極和佈線等。

實施方式1

在本實施方式中，將參照圖式對根據本發明的一個方式的顯示裝置進行說明。圖2A至2C示出本實施方式的顯示裝置的俯視圖。

圖2A是本發明的一個方式的顯示裝置的俯視圖。在圖2A中，以圍繞設置於第一基板101上的像素部1000的方式設置密封材料1001，並以第二基板102密封。在圖2A中，在與第一基板101上的由密封材料1001圍繞的區域不同的區域中安裝有掃描線驅動電路1004及信號線驅動電路1003，該掃描線驅動電路1004及信號線驅動電路1003使用單晶半導體膜或多晶半導體膜形成於另行準備的基板上。另外，由FPC(Flexible printed circuit：撓性印刷電路)1018a、1018b向另行形成的信號線驅動電路1003、掃描線驅動電路1004或像素部1000提供各種信號及電位。

另外，對另行形成的驅動電路的連接方法沒有特別的限制，而可以採用COG(Chip On Glass：玻璃上晶片)方法、打線接合方法、TAB(Tape Automated Bonding：捲帶式自動接合)方法等。圖2A是利用COG方法安裝信號線驅動電路1003及掃描線驅動電路1004的例子。

此外，顯示裝置包括顯示元件為密封狀態的面板和在該面板中安裝有IC諸如控制器等的模組。

注意，本說明書中的顯示裝置是指影像顯示裝置、顯示裝置或光源(包括照明設備)。此外，顯示裝置包括如下模組：安裝有諸如FPC或TCP等連接器的模組；在TCP的端部設置有印刷線路板的模組；或者利用COG方法將IC(積體電路)直接安裝到顯示元件的模組。

另外，本實施方式所示的顯示裝置的結構不侷限於上述結構，還可以如圖2B所示那樣以圍繞設置於第一基板101上的像素部1000及掃描線驅動電路1004的方式設置密封材料1001。另外，還可以在像素部1000和掃描線驅動電路1004上設置第二基板102。由此，像素部1000、掃描線驅動電路1004及顯示元件由第一基板101、密封材料1001及第二基板102密封。

作為密封材料1001，典型地較佳為使用可見光固化樹脂、紫外線固化樹脂、熱固性樹脂。典型的是，可以使用丙烯酸樹脂、環氧樹脂、胺樹脂等。此外，也可以包括光(典型為紫外線)聚合引發劑、熱固化劑、填料、耦合劑。

在圖2B及2C中，在與第一基板101上的由密封材料1001圍繞的區域不同的區域中安裝有信號線驅動電路1003，該信號線驅動電路1003使用單晶半導體膜或多晶半導體膜形成在另行準備的基板上。此外，由FPC1018向另行形成的信號線驅動電路1003和掃描線驅動電路1004或像素部1000提供各種信號及電位。

另外，圖2B示出另行形成信號線驅動電路 1003並將其安裝於第一基板101的例子，圖2C示出信號線驅動電路1003安裝於FPC1018上的例子。但是，本實施方式的一個方式的顯示裝置不限定於此。既可以另行形成掃描線驅動電路並安裝，也可以僅另行形成信號線驅動電路的一部分或掃描線驅動電路的一部分並安裝。

圖1A和1B示出本發明的一個方式的顯示裝置的像素部1000所具有的一個像素。圖1A示出像素部1000所具有的像素的一部分的俯視圖，圖1B示出沿著圖1A中示出的點劃線A-B的剖面圖。

本發明的一個方式的顯示裝置所具有的像素部包括：設置於第一基板101上的電晶體150；電晶體150上的第一無機絕緣膜114(無機絕緣膜113及無機絕緣膜115的疊層)；第一無機絕緣膜114上的有機絕緣膜117；有機絕緣膜117上的電容元件170；有機絕緣膜117及電容元件170上的液晶層125；液晶層125上的第二基板102；以及設置於第二基板102上的透明導電層127。電容元件170包括透明導電層121、透明導電層123以及由透明導電層121及透明導電層123夾持的第二無機絕緣膜119。

另外，如圖1B所示，第二無機絕緣膜119在與有機絕緣膜117重疊的區域具有端部。因此，存在第二無機絕緣膜119與有機絕緣膜117互不重疊的區域，有機絕緣膜117的釋放氣體從有機絕緣膜117露出的區域向上方釋放到外部。此外，在與電晶體150重疊的區域中不設置有第二無機絕緣膜119，有機絕緣膜117與第二無機絕緣膜119不重疊，有機絕緣膜117露出的區域與電晶體150重疊。另外，有機絕緣膜117具有不與第二無機絕緣膜119、透明導電層121及透明導電層123重疊而露出的區域。

在本發明的一個方式所示的顯示裝置中，有機絕緣膜117上不設置有第二無機絕緣膜119，有機絕緣膜117的上表面的一部分露出而具有有機絕緣膜117的釋放氣體從上述上表面的一部分釋放到外部的區域。由此，可以防止釋放氣體進入電晶體一側，而電晶體150的特性不易發生變動，從而抑制了顯示質量降低，由此可以提供可靠性高的顯示裝置。

電晶體150包括：第一基板101上的閘極電極層105；覆蓋閘極電極層105的閘極絕緣層107；閘極絕緣層107上的半導體層109；以及與半導體層109接觸的源極電極層111a及汲極電極層111b。

作為電晶體150的半導體層可以使用矽類半導體(非晶矽、多晶矽等)、氧化物半導體(氧化鋅、氧化銦等)等。在本實施方式中，對作為適用於半導體層109的半導體使用氧化物半導體時的情況進行說明。

在電晶體150上，作為第一無機絕緣膜114形成有無機絕緣膜113及無機絕緣膜115。注意，第一無機絕緣膜114的結構不侷限於此，可以根據所需要的功能適當地設置單層或疊層的絕緣膜。

作為設置於電晶體150上的無機絕緣膜113，可以使用氧化矽、氧化鎵、氧化鋁、氧氮化矽、氮氧化矽、氧化鉿或氧化鉭等氧化物絕緣層。此外，可以以單層結構或兩層以上的疊層結構形成這些化合物。

注意，這裡氧氮化矽是指在其組成中氧含量比氮含量多的物質，例如是指至少包含50原子%以上且70原子%以下的範圍內的氧、0.5原子%以上且15原子%以下的範圍內的氮、25原子%以上且35原子%以下的範圍內的矽的物質。但是，上述範圍是當利用盧瑟福背散射光譜學法(RBS：Rutherford Backscattering Spectrometry)或氫前方散射法(HFS：Hydrogen Forward Scattering)測定時的範圍。此外，構成元素的含量比率為其總計不超過100原子%的值。

形成於無機絕緣膜113上的無機絕緣膜115具有防止氫等雜質進入半導體層109(以下，稱為氫阻擋性)及防止氧化物半導體層中的氧等脫離的功能。藉由設置具有阻擋氧、氫、水等效果的無機絕緣膜115，可以防止氧從半導體層109擴散到外部並可以防止來自有機絕緣膜117及外部的氫等雜質進入半導體層109。

作為具有阻擋氧、氫、水等的效果的絕緣膜，可以舉出氧化鋁、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。

無機絕緣膜115上設置有用來減少因電晶體150導致的凹凸的用作平坦化絕緣層的有機絕緣膜117。平坦化絕緣層可以防止設置於平坦化絕緣層上的液晶層的配向不良等，用來提高顯示質量。藉由使用有機絕緣膜作為平坦化絕緣層，可以容易地形成平坦的表面。

作為有機絕緣膜117，例如可以使用如丙烯酸樹脂、聚醯亞胺樹脂、苯並環丁烯樹脂、聚醯胺樹脂、環氧樹脂等具有耐熱性的有機材料。另外，還可以藉由層疊多個由上述材料形成的絕緣膜來形成有機絕緣膜117。

有機絕緣膜117上形成有電容元件170。電容元件170包括：有機絕緣膜117上的透明導電層121；透明導電層121上的第二無機絕緣膜119；以及第二無機絕緣膜119上的透明導電層123。電容元件170的透明導電層123在設置於第一無機絕緣膜114及有機絕緣膜117中的開口中與電晶體150的汲極電極層111b接觸。

有機絕緣膜117上的電容元件170由透明導電層121、第二無機絕緣膜119及透明導電層123形成。即，透明導電層121用作電容元件170的一個電極，透明導電層123用作電容元件170的另一個電極，第二無機絕緣膜119用作電容元件170的介電質。

考慮電晶體150的洩漏電流等以能夠在預定期間內保持電荷的方式設定電容元件170的儲存電容的大小。考慮電晶體的關態電流等設定儲存電容的大小即可。藉由使用具有氧化物半導體膜的電晶體，只要設定具有相對於各像素中的液晶電容的1/3以下，較佳為1/5以下的電容大小的儲存電容就足夠了。

使用氧化物半導體層的電晶體可以將關閉狀態下的電流值(關態電流值)控制為低。由此，可以延長影像信號等電信號的保持時間，從而可以延長電源導通狀態下的寫入間隔。因此，可以降低更新工作的頻率，所以具有抑制耗電量的效果。此外，因為使用氧化物半導體層的電晶體可以得到較高的場效應遷移率，所以可以實現高速驅動。

作為透明導電層121及透明導電層123使用對可見光具有透光性的材料。作為具有透光性的材料，可以使用氧化銦、氧化銦錫、氧化銦鋅、氧化鋅、添加有鎵的氧化鋅、石墨烯等。注意，這裡“透明”是指對可見光具有透光性，並且只要能夠透過可見光就稱之為透明。另外，即使發生光散射，只要透過一部分的光就稱之為透明。此外，即使可見光域中的一部分的波長域的光被反射，只要至少透過可見光的部分波長域的光即將之稱為透明導電層。藉由使用透明材料形成電容元件170可以提高孔徑比。

這裡，示出如下釋放氣體的調查結果：當作為用於有機絕緣膜117的有機樹脂使用典型的丙烯酸樹脂時的釋放氣體。

作為樣本，在玻璃基板上塗敷丙烯酸樹脂，並在氮氣體氛圍下以250℃進行1小時的加熱處理。注意，丙烯酸樹脂以在加熱處理後厚度成為1.5μm的方式形成。

利用熱脫附譜分析法(TDS：Thermal Desorption Spectroscopy)對製造的樣本的釋放氣體進行測定。

圖3示出基板表面溫度為250℃時的各質量電荷比(也稱為M/z)的釋放氣體的離子強度。由圖3可知，從樣本檢測出起因於水的質量電荷比為18(H₂O)的氣體以及起因於碳化氫的質量電荷比為28(C₂H₄)、44(C₃H₈)及56(C₄H₈)的氣體。另外，在各質量電荷比附近分別檢測出其碎片離子。

圖4示出相對於基板表面溫度的各質量電荷比(18、28、44及56)的離子強度。當將基板表面溫度設定為55℃至270℃的範圍時，可知起因於水的質量電荷比為18的離子強度分別在55℃以上100℃以下及150℃以上270℃以下的範圍內具有峰值。另外，可知起因於碳化氫的質量電荷比為28、44及56的離子強度在150℃以上270℃以下具有峰值。

如上所述，可知從有機樹脂釋放出水、碳化氫等對於氧化物半導體來說為雜質的物質。尤其是，水即使在55℃以上100℃以下相對來說較低的溫度下也發生釋放。也就是說，即使在比較低的溫度下，起因於有機樹脂的雜質也能進入氧化物半導體膜，而使電晶體的電特性劣化。

另外，在以不透過水、碳化氫等釋放氣體的膜(氮化矽膜、氮氧化矽膜、氧化鋁膜等)覆蓋有機樹脂的情況下，當有機樹脂向外釋放氣體時，對不透過水、碳化氫等釋放氣體的膜的壓力增大，而使不透過水、碳化氫等釋放氣體的膜破裂，有時導致電晶體的形狀不良。

夾在透明導電層121與透明導電層123之間的第二無機絕緣膜119可以使用與第一無機絕緣膜114相同的材料形成。由於第二無機絕緣膜119用作電容元件170的介電質，因此可以使用具有電容元件170所需要的介電常數的材料。例如，藉由使用與氧化矽膜等相比相對介電常數高的氮化矽膜，可以增大每單位電極面積的靜電電容。

另外，較佳為使用如下絕緣層：透明導電層121或透明導電層123的折射率與第二無機絕緣膜119的折射率的差為透明導電層121及透明導電層123的折射率的10%以下，更佳為5%以下。當第二無機絕緣膜119與透明導電層121或透明導電層123的折射率的差較小時，可以抑制第二無機絕緣膜與透明導電層121的介面以及第二無機絕緣膜119與透明導電層123的介面的光發生全反射，由此可以減少光損失。

另外，同樣地，為了防止有機絕緣膜117與透明導電層121的介面的全反射，可以在有機絕緣膜117與透明導電層121之間形成折射率為介於有機絕緣膜117與透明導電層121之間的值的絕緣膜。此外，也可以藉由形成多個該絕緣膜而形成折射率從有機絕緣膜117向透明導電層121階段性地變化的結構。

例如，作為有機絕緣膜通常使用的丙烯酸樹脂的折射率大約為1.49，作為透明導電層121通常使用的氧化銦錫的折射率為2.0。因此，作為設置於有機絕緣膜117與透明導電層121之間的絕緣膜，可以使用折射率為1.5以上1.9以下，較佳為1.6以上1.7以下的絕緣膜。或者也可採用其層疊結構。

用作透明導電層121及透明導電層123的氧化銦鋅的折射率為2.0。作為具有與氧化銦鋅相近的折射率的材料，較佳為使用折射率大約為2.03的氮化矽膜作為第二無機絕緣膜119。

另外，第二無機絕緣膜119由透明導電層121及透明導電層123形成電容，只要以能夠發揮作為電容元件170的介電質的作用的方式設置即可，而對其形狀沒有限定。有時在作為第二無機絕緣膜119使用不使從有機絕緣膜117釋放的氣體透過的膜(例如，氮化矽膜、氮氧化矽膜等)的情況下，當第二無機絕緣膜119以覆蓋整個有機絕緣膜117的表面的方式形成時，從有機絕緣膜117釋放出的氣體擴散到電晶體150一側而導致電晶體150的特性發生變動。

或者，有時從有機絕緣膜117釋放的氣體釋放不到外部，而使有機絕緣膜117對第一無機絕緣膜114及第二無機絕緣膜119的壓力增大，第二無機絕緣膜119破裂而導致形狀不良。由於形狀不良，有時第二無機絕緣膜119中形成膜密度低的區域或者膜本身消失的區域等。有時由於該區域的形成，氫等雜質容易進入到半導體層109中，而導致電晶體150的特性發生變動。

因此，第二無機絕緣膜119較佳為採用使從有機絕緣膜117釋放出的氣體從上方(與電晶體150相反的一側)釋放到外部的結構。具體地，較佳的是將第二無機絕緣膜119的端部設置於與有機絕緣膜117重疊的區域。當第二無機絕緣膜119的端部位於與有機絕緣膜117重疊的區域時，無機絕緣膜113及第二無機絕緣膜119不覆蓋整個有機絕緣膜117，並具有用來使有機絕緣膜117的釋放氣體釋放到外部的露出部。

這裡，有機絕緣膜117的露出部是指有機絕緣膜117中的至少不與第二無機絕緣膜119重疊的區域。藉由使有機絕緣膜117具有露出部，可以使有機絕緣膜117的釋放氣體釋放到上方，由此可以抑制雜質進入電晶體150。

另外，有機絕緣膜117露出的區域可以設置於像素部1000內的任一區域，但是，由於從有機絕緣膜117釋放出的氣體含有氫等雜質，因此較佳為盡可能地以從有機絕緣膜117釋放出的氣體不會進入到電晶體150一側的方式設置。

例如，可以使有機絕緣膜117在與電晶體150重疊的區域中具有至少一部分露出的區域。例如，可以使有機絕緣膜117在與電晶體150的源極電極層111a或汲極電極層111b的一部分重疊的區域中露出。或者，可以採用在有機絕緣膜117與半導體層109重疊的區域中有機絕緣膜117的至少一部分露出的結構。

另外，也可以在有機絕緣膜117不與半導體層109相對的表面形成有機絕緣膜117露出的區域，由此可以使有機絕緣膜117的釋放氣體從與電晶體150所具有的半導體層109相對的有機絕緣膜117的表面的相反一面釋放到外部。另外，與有機絕緣膜117的與半導體層109相對的表面相比，較佳為有極絕緣膜117的不與半導體層109相對的表面(例如，圖1B中的與液晶層125接觸的區域)的露出區域多。

另外，也可以採用有機絕緣膜117與密封材料1001(未圖示)不接觸的結構，為了使釋放氣體從有機絕緣膜117的側面(與密封材料1001相對的表面)釋放到外部，不在有機絕緣膜117的側面形成絕緣層、透明導電層等，而形成有機絕緣膜117露出的區域。另外，也可以採用有機絕緣膜117的端部由第二無機絕緣膜119覆蓋的結構。

在本實施方式所示的顯示裝置中，為了不使從設置於電晶體上的有機絕緣膜釋放出的氣體進入電晶體一側，在電晶體上設置有機絕緣膜的露出部。露出部由不與形成於該有機絕緣膜上的無機絕緣膜重疊的區域形成。由於露出部以不接觸於無機絕緣膜的方式而形成，因此從有機絕緣膜釋放出的氣體可以從露出部釋放到外部。由此，從有機絕緣膜釋放出的包含氫等雜質的氣體進入氧化物半導體層，而可以防止電晶體的特性發生變動，由此可以提供顯示質量高且可靠性高的顯示裝置。

電晶體150在第一基板101上具有閘極電極層105。

第一基板101至少需要具有耐受後面的加熱處理程度的耐熱性。例如，可以使用如硼矽酸鋇玻璃或硼矽酸鋁玻璃等玻璃基板、陶瓷基板、石英基板、藍寶石基板等基板。

另外，較佳的是，預先以低於第一基板101的應變點的溫度進行加熱處理來使第一基板101收縮(也被稱為熱收縮)。由此，可以抑制因顯示裝置的製程中進行的加熱處理而引起的第一基板101的收縮的量。由此，可以抑制如曝光製程等中的圖案不一致等。並且，藉由該加熱處理，可以去除附著在第一基板101表面上的水分及有機物等。

另外，還可以使用在如矽或氮化矽等的單晶半導體基板、多晶半導體基板、矽鍺等化合物半導體基板上有形成絕緣層的基板。

閘極電極層105可以使用選自鋁、鉻、銅、鉭、鈦、鉬、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而形成。此外，也可以使用選自錳、鋯中的一種或多種金屬元素。此外，閘極電極層105可以採用單層結構或者兩層以上的疊層結構。例如，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、以及依次層疊鈦膜、該鈦膜上的鋁膜和其上的鈦膜的三層結構等。另外，也可以使用：組合鋁與選自鈦、鉭、鎢、鉬、鉻、釹、鈧中的元素的膜、組合多種元素的合金膜或氮化膜。

尤其是，為了降低閘極電極層105的電阻並確保耐熱性，可以採用如下結構：在鋁、銅等的電阻率低的金屬膜的下側和上側中的一者或兩者層疊鈦、鉬、鎢等高熔點金屬膜或其金屬氮化物膜(氮化鈦膜、氮化鉬膜、氮化鎢膜)。

另外，閘極電極層105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、添加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。

另外，還可以在閘極電極層105和閘極絕緣層107之間設置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(InN、ZnN等)等。上述膜具有5eV以上，較佳為5.5eV以上的功函數，由於該值比氧化物半導體的電子親和力大，所以可以使使用氧化物半導體的電晶體的臨界電壓成為正值，從而可以實現所謂常關閉(normally-off)特性的切換元件。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，具體為7atoms%以上的In-Ga-Zn類氧氮化物半導體膜。

作為閘極絕緣層107，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類金屬氧化物等以單層或疊層的結構形成。

另外，由於閘極絕緣層107與氧化物半導體接觸，因此較佳為採用如下膜：氫濃度得到降低而能夠抑制氫進入氧化物半導體，並能夠對氧化物半導體的氧缺損供應氧。例如，作為供應氧的膜，較佳為膜中(塊體中)至少含有超過化學計量組成中的含有量的氧。例如，當作為閘極絕緣層107採用氧化矽膜時，閘極絕緣層107的組成式為SiO_2+α(注意，α>0)。

含有超過化學計量組成中的含有量的氧的絕緣膜，因加熱而部分氧脫離。因此，藉由作為閘極絕緣層107設置因加熱部分氧脫離的絕緣膜，可以對氧化物半導體加入氧而填補氧化物半導體中的氧缺損。

藉由作為閘極絕緣層107使用因加熱而氧脫離的膜，可以降低氧化物半導體膜與閘極絕緣層107的介面的介面態密度，從而可以獲得電特性劣化少的電晶體。另外，藉由設置具有阻擋氧、氫、水等效果的絕緣膜作為閘極絕緣層107，可以防止氧從氧化物半導體膜擴散到外部並可以防止氫、水等從外部進入氧化物半導體膜。作為具有阻擋氧、氫、水等效果的絕緣膜，可以舉出氧化鋁、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。

此外，藉由作為閘極絕緣層107使用矽酸鉿(HfSiO_x)、添加有氮的矽酸鉿(HfSi_xO_yN_z)、添加有氮的鋁酸鉿(HfAl_xO_yN_z)、氧化鉿、氧化釔等high-k材料，可以降低電晶體的閘極洩漏。

可以將閘極絕緣層107的厚度設定為5nm以上且400nm以下，較佳為10nm以上且300nm以下，更佳為50nm以上且250nm以下。

閘極絕緣層107採用疊層結構，從閘極電極層側利用PECVD設備分別層疊如下層：具有防止閘極電極層105中含有的金屬成分擴散的效果的用作第一閘極絕緣層的50nm的氮化矽層；具有良好的絕緣強度(dielectric strength)的用作第二閘極絕緣層的300nm的氮化矽層；具有高氫阻擋性的用作第三閘極絕緣層的50nm的氮化矽層；以及具有降低介面態密度的效果的用作第四閘極絕緣層的50nm的氧氮化矽層。

另外，當作為半導體層109使用氧化物半導體時，與閘極絕緣層107同樣地，可以使用因加熱發生氧脫離的氧化絕緣物作為無機絕緣膜113。另外，可以藉由在氧化物半導體上形成無機絕緣膜113之後進行加熱處理，將氧加入到氧化物半導體層中來填補氧化物半導體層中的氧缺損。由此，可以降低氧化物半導體層中的氧缺損量。

較佳為用作半導體層109的氧化物半導體至少包含銦(In)或鋅(Zn)。或者，較佳為包含In和Zn的兩者。為了減少使用該氧化物半導體的電晶體的電特性偏差，較佳為除了上述元素以外還含有穩定劑(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，還可以舉出鑭系元素的鑭(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)、鎦(Lu)等。可以具有上述穩定劑中的一種或多種。

例如，作為氧化物半導體，可以使用：氧化銦；氧化錫；氧化鋅；In-Zn氧化物；Sn-Zn氧化物；Al-Zn氧化物；Zn-Mg氧化物；Sn-Mg氧化物；In-Mg氧化物；In-Ga氧化物；In-Ga-Zn氧化物；In-Al-Zn氧化物；In-Sn-Zn氧化物；Sn-Ga-Zn氧化物；Al-Ga-Zn氧化物；Sn-Al-Zn氧化物；In-Hf-Zn氧化物；In-La-Zn氧化物；In-Ce-Zn氧化物；In-Pr-Zn氧化物；In-Nd-Zn氧化物；In-Sm-Zn氧化物；In-Eu-Zn氧化物；In-Gd-Zn氧化物；In-Tb-Zn氧化物；In-Dy-Zn氧化物；In-Ho-Zn氧化物；In-Er-Zn氧化物；In-Tm-Zn氧化物；In-Yb-Zn氧化物；In-Lu-Zn氧化物；In-Sn-Ga-Zn氧化物；In-Hf-Ga-Zn氧化物；In-Al-Ga-Zn氧化物；In-Sn-Al-Zn氧化物；In-Sn-Hf-Zn氧化物；In-Hf-Al-Zn氧化物。

注意，在此，例如In-Ga-Zn氧化物是指作為主要成分具有In、Ga和Zn的氧化物，對於In、Ga、Zn的比例沒有限制。此外，也可以包含In、Ga、Zn以外的金屬元素。

作為氧化物半導體，還可以使用表示為InMO₃(ZnO)_m(m>0且m不是整數)的材料。注意，M表示選自Ga、Fe、Mn和Co中的一種或多種金屬元素。此外，作為氧化物半導體，還可以使用表示為In₂SnO₅(ZnO)_n(n>0且n是整數)的材料。

例如，可以使用In：Ga：Zn=1：1：1、In：Ga：Zn=2：2：1或In：Ga：Zn=3：1：2的原子數比的In-Ga-Zn氧化物或與該組成相似的氧化物。或者，可以使用In：Sn：Zn=1：1：1、In：Sn：Zn=2：1：3或In：Sn：Zn=2：1：5的原子數比的In-Sn-Zn氧化物或具有相似組成的氧化物。

但是，本發明不侷限於此，可以根據所需要的半導體特性及電特性(場效應遷移率、臨界電壓、偏差等)而使用具有適當的組成的氧化物。此外，較佳為採用適當的載子密度、雜質濃度、缺陷密度、金屬元素及氧的原子數比、原子間距離(接合距離)、密度等，以得到所需要的半導體特性。

例如，In-Sn-Zn氧化物可以較容易獲得高的遷移率。但是，In-Ga-Zn氧化物也可以藉由減小塊體內缺陷密度提高場效應遷移率。

此外，作為用作半導體層109的氧化物半導體膜，使用能隙為2eV以上，較佳為2.5eV以上，更佳為3eV以上的氧化物半導體。如此，藉由使用能隙寬的氧化物半導體，可以減少電晶體的關態電流。

下面，對氧化物半導體膜的結構進行說明。

注意，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，因此也包括角度為-5°以上且5°以下的情況。此外，“垂直”是指兩條直線形成的角度為80°以上且100°以下，因此也包括角度為85°以上且95°以下的情況。

在本說明書中，六方晶系包括三方晶系和菱方晶系。

氧化物半導體膜大致分為非單晶氧化物半導體膜和單晶氧化物半導體膜。非單晶氧化物半導體膜是指CAAC-OS(C Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor，即C軸配向晶體氧化物半導體)膜、多晶氧化物半導體膜、微晶氧化物半導體膜以及非晶氧化物半導體膜等。

另外，作為半導體層109較佳為使用具有結晶部分的CAAC-OS膜。

CAAC-OS膜是包含多個結晶部的氧化物半導體膜之一，大部分的結晶部的尺寸為能夠容納於一邊短於 100nm的立方體內的尺寸。因此，有時包括在CAAC-OS膜中的結晶部的尺寸為能夠容納於一邊短於10nm、短於5nm或短於3nm的立方體內的尺寸。

在CAAC-OS膜的透射電子顯微鏡(TEM：Transmission Electron Microscope)影像中，觀察不到結晶部與結晶部之間的明確的邊界，即晶界(grain boundary)。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。

根據從大致平行於樣本面的方向觀察的CAAC-OS膜的TEM影像(剖面TEM影像)可知在結晶部中金屬原子排列為層狀。各金屬原子層具有反映形成CAAC-OS膜的面(也稱為被形成面)或CAAC-OS膜的頂面的凸凹的形狀並以平行於CAAC-OS膜的被形成面或頂面的方式排列。

另一方面，根據從大致垂直於樣本面的方向觀察的CAAC-OS膜的TEM影像(平面TEM影像)可知在結晶部中金屬原子排列為三角形狀或六角形狀。但是，在不同的結晶部之間金屬原子的排列沒有規律性。

由剖面TEM影像及平面TEM影像可知，CAAC-OS膜的結晶部具有配向性。

使用X射線繞射(XRD：X-Ray Diffraction)裝置對CAAC-OS膜進行結構分析。例如，當利用out-of-plane法分析包括InGaZnO₄的結晶的CAAC-OS膜時，在繞射角(2θ)為31°附近時出現峰值。由於該峰值來源於 InGaZnO₄結晶的(009)面，由此可以確認CAAC-OS膜中的結晶具有c軸配向性，並且c軸朝向大致垂直於CAAC-OS膜的被形成面或頂面的方向。

另一方面，當利用從大致垂直於c軸的方向使X線入射到樣本的in-plane法分析CAAC-OS膜時，在2θ為56°附近時出現峰值。該峰值來源於InGaZnO₄結晶的(110)面。在此，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)。當該樣本是InGaZnO₄的單晶氧化物半導體膜時，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，當該樣本是CAAC-OS膜時，即使在將2θ固定為56°附近的狀態下進行φ掃描也不能觀察到明確的峰值。

由上述結果可知，在具有c軸配向的CAAC-OS膜中，雖然a軸及b軸的方向在結晶部之間不同，但是c軸都朝向平行於被形成面或頂面的法線向量的方向。因此，在上述剖面TEM影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ab面平行的面。

注意，結晶部在形成CAAC-OS膜或進行加熱處理等晶化處理時形成。如上所述，結晶的c軸朝向平行於CAAC-OS膜的被形成面或頂面的法線向量的方向。由此，例如，當CAAC-OS膜的形狀因蝕刻等而發生改變時，結晶的c軸不一定平行於CAAC-OS膜的被形成面或頂面的法線向量。

此外，CAAC-OS膜中的晶化度不一定均勻。例如，當CAAC-OS膜的結晶部是由CAAC-OS膜的頂面近旁的結晶成長而形成時，有時頂面附近的晶化度高於被形成面附近的晶化度。此外，當對CAAC-OS膜添加雜質時，被添加了雜質的區域的晶化度改變，所以有時CAAC-OS膜中的晶化度根據區域而不同。

注意，當利用out-of-plane法分析包括InGaZnO₄結晶的CAAC-OS膜時，除了在2θ為31°附近的峰值之外，有時還在2θ為36°附近觀察到峰值。因為2θ為36°附近的峰值意味著在CAAC-OS膜的一部分中含有不具有c軸配向性的結晶。較佳的是，在CAAC-OS膜中在2θ為31°附近時出現峰值而在2θ為36°附近時不出現峰值。

CAAC-OS膜是雜質濃度低的氧化物半導體膜。雜質是指氫、碳、矽、過渡金屬元素等氧化物半導體膜的主要成分以外的元素。尤其是，矽等與氧的結合力比構成氧化物半導體膜的金屬元素與氧的結合力更強的元素奪取氧化物半導體膜中的氧而破壞氧化物半導體膜的原子排列，由此成為導致結晶性降低的主要原因。此外，由於鐵或鎳等重金屬、氬、二氧化碳等的原子半徑(或分子半徑)較大，當其包含於氧化物半導體膜內部時，其破壞氧化物半導體膜的原子排列，而成為導致結晶性降低的主要原因。注意，包含在氧化物半導體膜中的雜質有時成為載子陷阱或載子發生源。

此外，CAAC-OS膜是缺陷態密度低的氧化物半導體膜。例如，氧化物半導體膜中的氧缺損有時成為載子陷阱或者藉由俘獲氫而成為載子發生源。

將雜質濃度低且缺陷態密度低(氧缺損的個數少)的狀態稱為“高純度本質”或“實際上高純度本質”。由於高純度本質或實際上高純度本質的氧化物半導體膜中的載子發生源少，因此可以降低載子密度。因此，使用該氧化物半導體膜的電晶體很少具有負臨界電壓的電特性(也稱為常開啟特性)。此外，高純度本質或實際上高純度本質的氧化物半導體膜的載子陷阱少。因此，使用該氧化物半導體膜的電晶體的電特性變動小，而成為高可靠性電晶體。此外，被氧化物半導體膜的載子陷阱俘獲的電荷到被釋放需要長時間，有時表現得像固定電荷。因此，有時使用雜質濃度高且缺陷態密度高的氧化物半導體膜的電晶體的電特性不穩定。

此外，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動小。

接著，對能夠用於半導體層109的微晶氧化物半導體膜進行說明。

在使用TEM觀察的微晶氧化物半導體膜的影像中，有時不能明確地觀察到結晶部。在很多情況下，包含在微晶氧化物半導體膜中的結晶部的尺寸為1nm以上且100nm以下或1nm以上且10nm以下。尤其是，將具有1nm以上且10nm以下或1nm以上且3nm以下的微晶的奈米晶(nc：nanocrystal)的氧化物半導體膜稱為nc-OS(nanocrystalline Oxide Semiconductor)膜。另外，例如在使用TEM觀察的nc-OS膜的影像中，有時不能明確地觀察到晶界。

nc-OS膜在微小的區域(例如，1nm以上且10nm以下的區域，尤其是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膜在不同的結晶部之間的結晶定向沒有有序度。因此，觀察不到膜整體的配向性。因此，根據分析方法，有時不能辨別nc-OS膜與非晶氧化物半導體膜。例如，當利用使用直徑比結晶部大的X射線的XRD裝置對nc-OS膜進行結構分析時，在利用out-of-plane法的分析中，檢測不出顯示結晶面的峰值。此外，在利用探測徑比結晶部大(例如50nm以上)的電子射線來對nc-OS膜進行電子繞射(也稱為選區電子繞射)時，會觀察到類似光暈圖案的繞射影像。另一方面，在利用探測徑與結晶部大小差不多或比結晶部小的電子射線(例如1nm以上且30nm以下)來對nc-OS膜進行電子繞射(也稱為奈米束電子繞射)時，會觀察到光斑。另外，在對nc-OS膜進行奈米束電子繞射時，有時會觀察到如圓圈那樣的(環狀的)亮度高的區域。而且，在對nc-OS膜進行奈米束電子繞射時，有時還會觀察到環狀的區域內的多個光斑。

nc-OS膜是比非晶氧化物半導體膜有序度高的氧化物半導體膜。因此，nc-OS膜的缺陷態密度低於非晶氧化物半導體膜的缺陷態密度。但是，nc-OS膜在不同的結晶部之間的結晶定向沒有有序度。所以，nc-OS膜的缺陷態密度高於CAAC-OS膜的缺陷態密度。

另外，氧化物半導體膜例如可以為具有非晶氧化物半導體膜、微晶氧化物半導體膜、CAAC-OS膜中的兩種以上的疊層膜。

另外，像CAAC-OS那樣的具有結晶性的氧化物半導體可以進一步降低塊體內缺陷，藉由提高表面的平坦性，可以得到非晶狀態的氧化物半導體的遷移率以上的遷移率。為了提高表面的平坦性，較佳為在平坦的表面上形成氧化物半導體。

注意，因為本實施方式所說明的電晶體150是底閘極型，所以基板101、閘極電極層105及閘極絕緣層107在氧化物半導體膜的下方。因此，為了得到上述平坦的表面，可以在形成閘極電極層105及閘極絕緣層107之後進行化學機械拋光(CMP：Chemical Mechanical Polishing)處理等的平坦化處理。

另外，氧化物半導體膜也可以採用層疊有多個氧化物半導體膜的結構。例如，也可以作為氧化物半導體膜使用第一氧化物半導體膜和第二氧化物半導體膜的疊層，並且作為第一氧化物半導體膜和第二氧化物半導體膜分別使用不同組成的金屬氧化物。例如，也可以作為第一氧化物半導體膜使用一種金屬氧化物，作為第二氧化物半導體膜使用與第一氧化物半導體膜不同的金屬氧化物。

此外，也可以使第一氧化物半導體膜和第二氧化物半導體膜的構成元素相同，而使兩者的組成不同。例如，可以將第一氧化物半導體膜的原子數比設定為In：Ga：Zn=1：1：1，將第二氧化物半導體膜的原子數比設定為In：Ga：Zn=3：1：2。另外，也可以將第一氧化物半導體膜的原子數比設定為In：Ga：Zn=1：3：2，將第二氧化物半導體膜的原子數比設定為In：Ga：Zn=2：1：3。

此時，較佳為將第一氧化物半導體膜和第二氧化物半導體膜中的離閘極電極層105近的一側(通道一側)的氧化物半導體膜的In與Ga的含量比設定為In>Ga。此外，較佳為將離閘極電極層105遠的一側(背通道一側)的氧化物半導體膜的In與Ga的含量比設定為In

Ga。

此外，也可以採用三層結構的氧化物半導體膜，使第一氧化物半導體膜至第三氧化物半導體膜的構成元素相同，並使各自的組成不同。例如，也可以將第一氧化物半導體膜的原子數比設定為In：Ga：Zn=1：3：2，將第二氧化物半導體膜的原子數比設定為In：Ga：Zn=3：1：2，並且將第三氧化物半導體膜的原子數比設定為In：Ga：Zn=1：1：1。

與Ga及Zn相比In的原子數比小的氧化物半導體膜，典型地有原子數比為In：Ga：Zn=1：3：2的第一氧化物半導體膜，與如下氧化物半導體膜相比絕緣性更高與Ga及Zn相比In的原子數比大的氧化物半導體膜，典型地有第二氧化物半導體膜；以及Ga、Zn、In的原子數比相等的氧化物半導體膜，典型地有第三氧化物半導體膜。

因為第一至第三氧化物半導體膜的構成元素彼此相同，所以第一氧化物半導體膜與第二氧化物半導體膜之間的介面的陷阱能階少。因此，藉由採用具有上述結構的氧化物半導體膜，可以減少電晶體的隨時間變化或因壓力測試導致的臨界電壓的變動量。

在氧化物半導體中，重金屬的s軌道主要有助於載子傳導，並且藉由增加In的含率增加s軌道的重疊，由此具有In>Ga的組成的氧化物的載子遷移率比具有In

Ga的組成的氧化物高。此外，Ga的氧缺損的形成能量比In大，從而Ga不容易產生氧缺損，由此具有In

Ga的組成的氧化物與具有In>Ga的組成的氧化物相比具有穩定的特性。

藉由在通道一側使用具有In>Ga的組成的氧化物半導體並在背通道一側使用具有In

Ga的組成的氧化物半導體，可以進一步提高電晶體的場效應遷移率及可靠性。

此外，當作為半導體層109採用疊層結構時，也可以作為第一氧化物半導體膜至第三氧化物半導體膜使用結晶性不同的氧化物半導體膜。即，可以採用適當地組合單晶氧化物半導體膜、多晶氧化物半導體膜、非晶氧化物半導體膜或CAAC-OS膜的結構。在第一氧化物半導體膜至第三氧化物半導體膜中的至少一個使用非晶氧化物半導體膜時，可以緩和氧化物半導體膜的內部應力或外部應力，降低電晶體的特性偏差。此外，能夠進一步提高電晶體的可靠性。

氧化物半導體膜的厚度為1nm以上且100nm以下，較佳為1nm以上且50nm以下，更佳為1nm以上且30nm以下，進一步較佳為3nm以上且20nm以下。

在氧化物半導體膜中，藉由二次離子質譜分析法(SIMS：Secondary Ion Mass Spectrometry)測得的鹼金屬或鹼土金屬的濃度較佳為1×10¹⁸atoms/cm³以下，更佳為2×10¹⁶atoms/cm³以下。這是因為如下緣故：鹼金屬及鹼土金屬當與氧化物半導體結合時可能生成載子，這成為電晶體的關態電流的上升的原因。

此外，在氧化物半導體膜中，藉由二次離子質譜分析法測得的氫濃度較佳為低於5×10¹⁸atoms/cm³，更佳為1×10¹⁸atoms/cm³以下，進一步較佳為5×10¹⁷atoms/cm³以下，更進一步較佳為1×10¹⁶atoms/cm³以下。

包含在氧化物半導體膜中的氫與接合到金屬原子的氧起反應而成為水，同時在氧脫離的晶格(或氧脫離的部分)中形成缺損。此外，氫的一部分與氧接合而產生作為載子的電子。因此，在形成氧化物半導體膜的製程中，藉由極力降低包含氫的雜質，可以降低氧化物半導體膜的氫濃度。由此，藉由將儘量去除氫而被高度純化的氧化物半導體膜用作通道形成區，可以降低臨界電壓的負向漂移，且可以將電晶體的源極與汲極間的洩漏電流(典型地為關態電流等)降低到幾yA/μm至幾zA/μm，由此可以提高電晶體的電特性。

氧化物半導體膜利用濺射法、塗敷法、脈衝雷射蒸鍍法、雷射燒蝕法等形成。

當利用濺射法形成氧化物半導體膜時，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。

另外，作為濺射氣體，適當地使用稀有氣體(典型為氬)、氧或稀有氣體及氧的混合氣體。此外，當採用稀有氣體及氧的混合氣體時，較佳為相對於稀有氣體提高氧氣的比例。

另外，可以根據所形成的氧化物半導體膜的組成適當地選擇靶材。

另外，當形成CAAC-OS膜時，例如使用多晶氧化物半導體靶材並利用濺射法形成。當離子碰撞到該靶材時，有時包含在靶材中的結晶區域從a-b面劈開，即具有平行於a-b面的面的平板狀或顆粒狀的濺射粒子剝離。此時，藉由該平板狀的濺射粒子保持結晶狀態到達基板，可以形成CAAC-OS膜。

為了形成CAAC-OS膜，較佳為採用如下條件。

藉由降低成膜時的雜質的混入，可以抑制因雜質導致的結晶狀態的破壞。例如，只要降低存在於成膜室內的雜質(氫、水、二氧化碳及氮等)的濃度即可。此外，可以降低成膜氣體中的雜質濃度。明確而言，使用露點為-80℃以下，較佳為-100℃以下的成膜氣體。

此外，藉由增高成膜時的基板加熱溫度，在濺射粒子到達基板之後發生濺射粒子的遷移。明確而言，在將基板加熱溫度設定為100℃以上且740℃以下，較佳為200℃以上且500℃以下的狀態下進行成膜。藉由增高成膜時的基板加熱溫度，當平板狀的濺射粒子到達基板時，在基板上發生遷移，濺射粒子的平坦的面附著到基板。

較佳的是，藉由增高成膜氣體中的氧比例並對電力進行最優化，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，較佳為100vol.%。

下面，作為濺射靶材的一個例子示出In-Ga-Zn氧化物靶材。

藉由將InO_x粉末、GaO_Y粉末及ZnO_Z粉末以規定的莫耳數混合，並進行加壓處理，然後在1000℃以上且1500℃以下的溫度下進行加熱處理，形成多晶In-Ga-Zn氧化物靶材。另外，X、Y及Z為任意正數。在此，InO_x粉末、GaO_Y粉末及ZnO_Z粉末的規定莫耳數比，例如為2：2：1、8：4：3、3：1：1、1：1：1、4：2：3或3：1：2。另外，粉末的種類及混合粉末時的莫耳數比可以根據所製造的靶材適當地改變。

另外，可以藉由在形成氧化物半導體膜之後進行加熱處理來進行氧化物半導體膜的脫水化或脫氫化。作為該加熱處理的溫度，典型為150℃以上且低於基板的應變點，較佳為250℃以上且450℃以下，更較佳為300℃以上且450℃以下。

在氦、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分鐘至24小時。

藉由在形成氧化物半導體膜之後進行加熱處理，可以使氧化物半導體膜中的氫濃度低於5×10¹⁸atoms/cm³，較佳為1×10¹⁸atoms/cm³以下，更佳為5×10¹⁷atoms/cm³以下，進一步較佳為1×10¹⁶atoms/cm³以下。

另外，當作為閘極絕緣層107使用氧化物絕緣層時，藉由在氧化物絕緣層上設置有氧化物半導體膜的狀態下進行加熱，可以對氧化物半導體膜供應氧，由此減少氧化物半導體膜中的氧缺損，從而具有良好的半導體特性。也可以在使氧化物半導體膜及氧化物絕緣層至少部分接觸的狀態下進行加熱製程，來對氧化物半導體膜供應氧。

作為半導體層109上的源極電極層及汲極電極層，可以使用與上述閘極電極層105所使用的材料及方法相同的材料及方法製造。

在本實施方式中，作為源極電極層111a及汲極電極層111b，利用濺射裝置依次層疊50nm的鈦膜、 400nm的鋁膜及100nm的鈦膜，然後利用光微影法在鈦膜上形成光阻遮罩，利用該光阻遮罩選擇性地去除具有上述鈦膜、鋁膜及鈦膜的疊層膜的一部分。

作為用於電容元件170上的液晶層125的液晶材料，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、反鐵電液晶等液晶材料。上述液晶材料(液晶組成物)根據條件而呈現膽固醇相、近晶相、立方相、手性向列相、各向同性相等。另外，雖然在圖1A和1B中未進行圖示，液晶層125還可以設置有夾持上述材料層的用作配向膜的絕緣膜以及用來控制透明導電層123與透明導電層127之間的距離(單元間隙)的間隔物等。另外，作為配向膜，可以使用丙烯酸樹脂、聚醯亞胺樹脂、苯並環丁烯類樹脂、聚醯胺樹脂、環氧樹脂等具有耐熱性的有機材料。

另外，也可以使用不使用配向膜的呈現藍相的液晶組成物。藍相是液晶相的一種，是指當使膽固醇相液晶的溫度上升時即將從膽固醇相轉變到各向同性相之前出現的相。使用混合了液晶及手性試劑的液晶組成物可以呈現藍相。此外，為了擴大呈現藍相的溫度範圍，也可以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，藉由進行高分子穩定化的處理來形成液晶層。由於呈現藍相的液晶組成物的回應時間短，並且其具有光學各向同性，所以不需要配向處理，且視角依賴性小。另外，由於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損壞，並可以降低製程中的液晶顯示裝置的故障、破損。因此，可以提高液晶顯示裝置的生產率。作為使用氧化物半導體膜的電晶體，電晶體的電特性因靜電的影響而有可能顯著地變動而越出設計範圍。因此，將呈現藍相的液晶組成物用於具有使用氧化物半導體膜的電晶體的液晶顯示裝置是更有效的。

此外，液晶材料的固有電阻為1×10⁹Ω.cm以上，較佳為1×10¹¹Ω.cm以上，更佳為1×10¹²Ω.cm以上。另外，本說明書中的固有電阻的值為在20℃下測量的值。

作為液晶層125的驅動方法，可以採用TN(Twisted Nematic：扭轉向列)模式、IPS(In-Plane-Switching：平面內切換)模式、FFS(Fringe Field Switching：邊緣場切換)模式、ASM(Axially Symmetric aligned Micro-cell：軸對稱排列微胞)模式、OCB(Optical Compensated Birefringence：光學補償彎曲)模式、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal：鐵電性液晶)模式、AFLC(AntiFerroelectric Liquid Crystal：反鐵電性液晶)模式等。

此外，也可以使用常黑型液晶顯示裝置，例如採用垂直配向(VA)模式的透過型液晶顯示裝置。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。另外，也可以用於VA型液晶顯示裝置。VA型液晶顯示裝置是一種控制液晶顯示面板的液晶分子的排列的方式。VA型液晶顯示裝置是在不被施加電壓時液晶分子朝向垂直於面板的方向的方式。此外，也可以使用將像素(pixel)分成幾個區域(子像素)且使分子分別倒向不同方向的被稱為多域化或多域設計的方法。

此外，在顯示裝置中，適當地設置黑矩陣(遮光層)、偏振構件、相位差構件、抗反射構件等的光學構件(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、側光燈等。

此外，作為像素部中的顯示方式，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因素，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，也可以採用RGBW(W表示白色)或對RGB追加黃色(yellow)、青色(cyan)、洋紅色(magenta)等中的一種顏色以上的顏色。另外，各個色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，而也可以應用於單色顯示的顯示裝置。

圖1A和1B示出液晶層125的配向由透明導電層123及透明導電層127控制的結構。在圖1A和1B中，透明導電層123用作像素電極，透明導電層127用作共用電極。圖5A和5B示出根據電容元件180所具有的透明導電層121與透明導電層123之間的電場來控制液晶層125的配向的結構。因此，在圖5A和5B中，透明導電層121用作共用電極，透明導電層123用作像素電極，透明導電層123具有狹縫。

注意，本實施方式所示的顯示裝置不侷限於圖1A和1B的結構，也可以採用例如圖5A和5B所示的結構。

圖5A和5B示出本發明的另一方式的顯示裝置所具有的像素的一部分。圖5A是本發明的另一方式的顯示裝置所具有的像素的一部分的俯視圖，圖5B是沿著圖5A的點劃線C-D的剖面圖。注意，在圖5A和5B中，與圖1A和1B相同的部分使用同樣的符號而省略其詳細說明。

與圖2A至2C相比，圖5A和5B所示的結構的不同之處在於：其一部分用作電容元件180的介電質的第二無機絕緣膜129與電晶體150的汲極電極層111b重疊。藉由採用該結構，第二無機絕緣膜129與無機絕緣膜115接觸，可以由第二無機絕緣膜129及無機絕緣膜115圍繞有機絕緣膜117，由此可以抑制從有機絕緣膜117釋放的氣體擴散至電晶體150一側。

在本實施方式所示的顯示裝置中，為了不使從設置於電晶體上的有機絕緣膜釋放出的氣體進入電晶體一側，在與電晶體相反一側的有機絕緣膜中設置露出部。露出部由不與形成於該有機絕緣膜上的無機絕緣膜重疊的區域形成。由於露出部以不接觸於無機絕緣膜的方式而形成，因此從有機絕緣膜釋放出的氣體可以從露出部釋放到外部。由此，從有機絕緣膜釋放出的包含氫等雜質的氣體進入氧化物半導體層，而可以防止電晶體的特性發生變動，由此可以提供顯示質量高且可靠性高的顯示裝置。

本實施方式可以與其他實施方式所記載的結構適當地組合而實施。

實施方式2

在本實施方式中，對能夠與上述實施方式所示的顯示裝置組合的影像感測器進行說明。

圖6A示出設置有影像感測器的顯示裝置的一個例子。圖6A是說明設置有影像感測器的顯示裝置的一個像素的等效電路。

光電二極體元件4002的一個電極與重設信號線4058電連接，另一個電極與電晶體4040的閘極電極電連接。電晶體4040的源極電極和汲極電極中的一方與電源電位(VDD)電連接，源極電極和汲極電極中的另一方與電晶體4056的源極電極和汲極電極中的一方電連接。電晶體4056的閘極電極與閘極選擇線4057電連接，源極電極和汲極電極中的另一方與輸出信號線4071電連接。

另外，電晶體4030為像素開關用電晶體，其源極電極和汲極電極中的一方與影像信號線4059電連接，源極電極和汲極電極中的另一方與電容元件4032及液晶元件4034電連接。另外，電晶體4030的閘極電極與閘極線4036電連接。

另外，電晶體4030、電容元件4032可以採用與實施方式1所示的顯示裝置相同的結構。

圖6B示出設置有影像感測器的顯示裝置的一個像素的一部分的剖面圖，在像素部中，基板4001上設置有光電二極體組件4002及電晶體4030。另外，在像素部5042中，有機絕緣膜4016上形成有用作電容元件4032的介電質的無機絕緣膜4020。無機絕緣膜4020在與電晶體4030重疊的區域的一部分中具有開口，有機絕緣膜4016具有其上不形成有無機絕緣膜的露出部。

藉由採用該結構，可以抑制從有機絕緣膜4016釋放出的氣體進入電晶體4030一側，由此可以製造可靠性高的顯示裝置。

注意，光電二極體組件4002、電晶體4030上設置有有機絕緣膜4016。另外，有機絕緣膜4016上形成有用作電容元件4032的介電質的無機絕緣膜4020，但是在與電晶體4030重疊的區域的一部分上沒有設置有無機絕緣膜4020。

藉由採用該結構，可以抑制從有機絕緣膜釋放出的氣體擴散至電晶體一側，由此可以製造可靠性高的顯示裝置。

另外，光電二極體元件4002具有一對電極，即：與電晶體4030的源極電極及汲極電極在同一製程中形成的下部電極；以及與液晶元件4034的像素電極在同一製程中形成的上部電極，並且在該一對電極間具有二極體。

作為可以用於光電二極體元件4002的二極體，可以採用如下二極體：包括p型半導體膜、n型半導體膜的疊層的pn型二極體；包括p型半導體膜、i型半導體膜、n型半導體膜的疊層的pin型二極體；肖特基型二極體；等等。

另外，光電二極體元件4002上設置有第一配向膜4024、液晶層4096、第二配向膜4084、對電極4088、有機絕緣膜4086、彩色膜4085、相對基板4052等。

本實施方式採用與實施方式1不同的結構，即，具有夾著液晶層4096的第一配向膜4024及第二配向膜4084。作為第一配向膜4024及第二配向膜4084，可以使用如丙烯酸樹脂、聚醯亞胺樹脂、苯並環丁烯樹脂、聚醯胺樹脂、環氧樹脂等具有耐熱性的有機材料。由於第一配向膜4024接觸於有機絕緣膜4016而形成，所以較佳為採用能使從有機絕緣膜4016釋放出的氣體藉由的膜。

另外，在本實施方式中，藉由對電容元件4032所具有的透明導電層及對電極4088施加的電壓，來控制液晶層4096的配向。

另外，作為pin型二極體，將p型半導體膜一側作為受光面時呈現高光電轉換特性。這是由於電洞遷移率比電子遷移率低的緣故。雖然在本實施方式中示出將由相對基板4052的面穿過液晶層4096等入射至光電二極體組件4002的光轉換為電信號的結構的例子，但是不侷限於此。此外，也可以採用在相對基板一側設置彩色膜等的結構。

本實施方式所示的光電二極體元件4002藉由使光入射至光電二極體元件4002，以使一對電極間流過電流。光電二極體元件4002可以藉由檢測光，來讀取被檢測目標的資訊。

作為本實施方式所示的設置有影像感測器的顯示裝置，可以藉由將電晶體的製造等、顯示裝置及影像感測器的製程共通化來提高生產率。但是，也可以將之前的實施方式所示的顯示裝置與本實施方式所示的影像感測器形成於不同的基板上。具體地，可以在之前的實施方式中所示的顯示裝置中，在第二基板上製造影像感測器。

實施方式3

在本實施方式中，說明根據本發明的一個實施方式的平板終端的一個例子。

圖7A和7B是翻蓋式平板終端。圖7A是平板終端打開的狀態。平板終端包括：機殼8630；以及設置在機殼8630中的顯示部8631a、顯示部8631b、顯示模式切換開關8034、電源開關8035、省電模式切換開關 8036、卡子8033、操作開關8038。

可以將部分顯示部8631a或整個顯示部8631a用作觸控式螢幕，藉由接觸所顯示的操作鍵，可以進行資料輸入。例如，可以使顯示部8631a的整個面顯示鍵盤按鈕來將其用作觸控式螢幕，並且將顯示部8631b用作顯示幕。

與顯示部8631a同樣，可以將部分顯示部8631b或整個顯示部8631a用作觸控式螢幕。

此外，也可以對顯示部8631a的觸控式螢幕的區域和顯示部8631b的觸控式螢幕的區域同時進行觸摸輸入。

此外，顯示模式切換開關8034能夠選擇切換豎屏顯示和橫屏顯示等顯示方向以及黑白顯示和彩色顯示等。省電模式切換開關8036可以根據內置於平板終端中的光感測器檢測出的外光將顯示的亮度設定為最適合的亮度。此外，平板終端除了具有光感測器以外還可以具有能夠檢測出傾斜度的陀螺儀、加速度感測器等其他檢測裝置。

此外，雖然圖7A示出顯示部8631b與顯示部8631a的面積相等的例子，但是不侷限於此。顯示部8631b的面積可以與顯示部8631a的面積不同，並且它們的顯示質量也可以不同。例如可以採用一方與另一方相比能夠進行高清晰顯示的顯示面板。

圖7B是平板終端合上的狀態。平板終端包括機殼8630、設置於機殼8630中的太陽能電池8633及充放電控制電路8634。在圖7B中，作為充放電控制電路8634的一個例子示出具有電池8635和DCDC轉換器8636的結構。

因為是翻蓋式平板終端，所以在不使用時能夠合上機殼8630。由此，可以保護顯示部8631a和顯示部8631b，所以耐久性良好，且從長期使用的觀點來看可靠性良好。

除了上述以外，圖7A及圖7B所示的平板終端還可以具有如下功能：顯示各種各樣的資訊(靜態影像、動態影像、文字影像等)；將日曆、日期或時刻等顯示在顯示部上；對顯示在顯示部上的資訊進行觸摸輸入操作或編輯的觸摸輸入；藉由各種各樣的軟體(程式)控制處理等。

平板終端可以將由太陽能電池8633得到的電力用於平板終端的工作。或者，平板終端可以將該電力儲存在電池8635中。此外，也可以將太陽能電池8633設置在機殼8630的兩個面上。當作為電池8635使用鋰離子電池時，有可以謀求實現小型化等的優點。

以下，參照圖7C所示的方塊圖對圖7B所示的充放電控制電路8634的結構和工作進行說明。圖7C示出太陽能電池8633、電池8635、DCDC轉換器8636、轉換器8637、開關SW1、開關SW2及開關SW3以及顯示部8631。在圖7C中，電池8635、DCDC轉換器8636、轉換器8637以及開關SW1、開關SW2及開關SW3對應於圖7B所示的充放電控制電路8634。

在由太陽能電池8633發電時，使用DCDC轉換器8636對太陽能電池所產生的電力進行升壓或降壓以使它成為用來給電池8635充電的電壓。接著，使開關SW1開啟，並且利用轉換器8637將其升壓或降壓為最合適於顯示部8631的電壓。當不在顯示部8631進行顯示時，使開關SW1關閉且使開關SW2開啟而給電池8635充電。

此外，雖然作為發電單元的一個例子示出了太陽能電池8633，但是不特別侷限於此，也可以使用壓電元件(piezoelectric element)或熱電轉換元件(珀爾帖元件(peltier element))等其他發電單元代替太陽能電池8633。例如，也可以使用以無線(非接觸)的方式收發電力來進行充電的無線電力傳輸模組等的其他充電單元。

藉由將之前的實施方式所示的顯示裝置用於本實施方式所示的平板終端的顯示部8631a及顯示部8631b，可以提高可靠性。

實施方式4

在本實施方式中，說明安裝有上述實施方式所示的顯示裝置等的電子裝置的例子。

圖8A是可攜式資訊終端。圖8A所示的可攜式資訊終端具備機殼9300、按鈕9301、麥克風9302、顯示部9303、揚聲器9304、影像拍攝裝置9305，並且具有作為行動電話機的功能。上述實施方式所示的顯示裝置或/及帶影像感測器顯示裝置可以應用於顯示部9303。

圖8B是顯示器。圖8B所示的顯示器具備機殼9310以及顯示部9311。可以將之前的實施方式所示的顯示裝置或/及影像感測器用於顯示部9311。

圖8C是數位相機。圖8C所示的數位相機具備機殼9320、按鈕9321、麥克風9322、顯示部9323。可以將之前的實施方式所示的顯示裝置或/及影像感測器用於顯示部9323。

藉由使用本發明的一個實施方式，可以提高電子裝置的可靠性。