触摸屏及触摸屏的驱动方法

xiaoxiao2020-7-2  2

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专利名称:触摸屏及触摸屏的驱动方法
技术领域
本发明涉及一种包括光电传感器的触摸屏及其驱动方法。本发明尤其涉及一种包括分别设置有光电传感器的多个像素的触摸屏及其驱动方法。进一步地,本发明还涉及包括该触摸屏的电子设备。
背景技术
近年来,设置有触控传感器的显示设备引人注目。设置有触控传感器的显示设备被称为触摸屏或触控屏幕等(下面,将它们简单地称为“触摸屏”)。触控传感器的示例根据其工作原理包括电阻式触控传感器、电容式触控传感器、以及光学触控传感器。在任一种传感器中,当待检测对象与显示设备接触或相近时,可输入数据。例如,通过作为光学触控传感器将检测光的传感器(也称为“光电传感器”)设置在显示部,可以制造显示部兼作输入区域的触摸屏。作为包括这种光学触控传感器的设备的示例,可以举出作为捕捉图像的接触型区域传感器的具有图像捕捉功能的显示设备(例如,参照专利文献1)。在包括光学触控传感器的触摸屏的情形中,从触摸屏发射光,且该光的一部分被待检测对象反射。在触摸屏内的像素中设置有能够检测光的光电传感器(也称为“光电转换元件”),并且该光电传感器检测被反射的光,从而能够知道在检测到光的区域中存在着待检测对象。已经进行了在诸如移动电话或便携式信息终端的电子设备中设置触摸屏来赋予身份认证功能等的研究开发(例如,参照专利文献2)。指纹、脸、手印、掌纹和手背静脉的图案等被用于身份认证。在与显示部不同的部分具有身份认证功能的情况下,零部件个数增多而电子设备的重量或价格可能增大。在触控传感器系统中,已知根据外部光的亮度选择检测指尖位置的图像处理方法的技术(例如,参照专利文献3)。[参考文献][专利文献][专利文献1]日本专利申请公开2001-292276号公报[专利文献2]日本专利申请公开2002-033823号公报[专利文献3]日本专利申请公开2007-183706号公报

发明内容
当触摸屏用于具有身份认证功能等的电子设备中时,采集设置在触摸屏的各个像素中的光电传感器通过检测出光所生成的电信号,并且进行图像处理。因此,针对触摸屏设置包括晶体管的电路。当采用包括单晶硅的晶体管时,根据单晶硅衬底的尺寸来性质区域传感器的尺寸。换言之,使用单晶硅衬底形成大区域传感器或兼用作显示设备的大区域传感器是成本高而不切实际的。
另一方面,当使用包括非晶硅的薄膜晶体管(TFT)时容易增大衬底的尺寸。但是非晶硅膜的场效应迁移率低;由此,对电路设计有限制;因此,电路所占的面积增大。多晶硅具有比非晶硅大的电场效应迁移率。但是在许多情形中包括多晶硅的薄膜晶体管通过采用使用受激准分子激光退火的结晶法来形成,因此其特性因为受激准分子激光退火而变化。由此,使用由其特性有变化的薄膜晶体管构成的电路的光电传感器难以将检测出来的光的强度分布高再现性地转换为电信号。本发明的一个实施方式的一个目的是提供一种包括光电传感器的触摸屏,该触摸屏可以在大衬底上大规模制造,并具有均勻且稳定的电特性。本发明的一个实施方式的另一个目的是提供一种能够高速响应的高功能触摸屏。另外,本发明的一个实施方式的又一个目的是提供一种其中可以通过独立地控制光电传感器的重置操作及读出操作来提高成像的帧频率的触摸屏。包括光电传感器的触摸屏或设置有触控传感器的显示设备设置有具有使用氧化物半导体层形成的晶体管的电路。但是,氧化物半导体在薄膜形成工艺中发生与化学计量成分的偏差。例如,由于氧的过多或不足,在成膜之后氧化物半导体的导电率改变。此外,在形成薄膜期间进入氧化物半导体的氢或水分形成氧(0)-氢(H)键且用作为电子供体,其为使导电率变化的一个因素。再者,因为O-H具有极性,所以它成为诸如使用氧化物半导体制造的薄膜晶体管的有源器件的特性的变动因素。为了抑制在本说明书所公开的使用氧化物半导体层形成的薄膜晶体管的电特性变动,从氧化物半导体层中意图性地去除成为变动因素的诸如氢、水分、羟基或氢化物(也称为氢化合物)等的杂质。此外,通过供给作为氧化物半导体层的主要成分且在杂质去除步骤中同时减少的氧,氧化物半导体层高纯度化以变成I型(本征)。因此,优选氧化物半导体含尽可能少的氢及载流子。在本说明书所公开的薄膜晶体管中,在氧化物半导体层中形成沟道形成区,其中氧化物半导体中所包含的氢浓度设定为小于或等于5X1019/cm3,优选设定为小于或等于5X1018/cm3,更优选设定为小于或等于5 X IO1Vcm3,或者低于5 X IOlfVcm3 ;尽可能多地去除氧化物半导体中所包含的氢,即接近于0 ;且载流子浓度为低于5 X IO1Vcm3,优选为低于或等于5 X 1012/cm3。对于薄膜晶体管的反向特性而言,优选截止状态电流尽可能地小。截止状态电流(也称为泄漏电流)是指当施加-IV至-IOV之间的栅极电压时在薄膜晶体管的源极和漏极之间流过的电流。本说明书所公开的使用氧化物半导体的薄膜晶体管的沟道宽度(W)的每Iym的电流值为小于或等于IOOaA/μ m,优选为小于或等于IOaA/μ m,更优选为小于或等于IaA/ μ m。再者,由于没有产生pn结及热载流子劣化,因此薄膜晶体管的电特性不受负面影响。通过二次离子质谱分析技术(SIMS)或根据SIMS的数据,可预计氢的浓度。可以通过霍尔效应测量来测量载流子浓度。作为用于霍尔效应测量的装置的例子,可举出比电阻/霍尔测量系统ResiTest 8310 (日本TOYO Corporation制造)。通过使用比电阻/霍尔测量系统ResiTest 8310,以一定的周期并同步地改变磁场的方向和强度,并只检测出样品中引发的霍尔电动势,从而可以进行AC (交流)霍尔测量。甚至在电场迁移率低且电阻率高的材料的情形下,也可以检测出霍尔电动势。
作为在本说明书中使用的氧化物半导体层,可以使用诸如In-Sn-Ga-ai-Ο膜的四元金属氧化物,诸如 h-Ga-Si-O 膜、In-Sn-Zn-O 膜、In-Al-Zn-O 膜、Sn-Ga-Zn-O 膜、Al-Ga-Zn-O膜和Sn-Al-Si-O膜的三元金属氧化物,或者诸如In-Si-O膜、Sn-Zn-O膜、Al-Zn-O 膜、Zn-Mg-O 膜、Sn-Mg-O 膜、In-Mg-O 膜的二元金属氧化物,In-O 膜,Sn-O 膜,Zn-O膜。此外,上述氧化物半导体层也可以包含Si02。注意,作为氧化物半导体层,可以使用表示为InMO3 (ZnO)m (m>0)的薄膜。在此,M示出选自fei、Al、Mn及Co中的一种或多种金属元素。例如,M可以feufei及Al、fei及Mn或( 及Co等。具有表示为InMO3 (ZnO)ffl (m>0)的结构且包含( 作为M的氧化物半导体层称为上述h-Ga-Si-O氧化物半导体,且h-Ga-Si-O氧化物半导体的薄膜也称为h-Ga-Si-O
基非单晶膜。根据本发明的一个实施方式的触摸屏包括各自包括显示元件和光电传感器的多个像素;以及能够独立地控制光电传感器的重置操作及读出操作的控制电路。该控制电路以两者彼此不重叠的方式执行光电传感器的重置操作及读出操作。注意,包括具有氧化物半导体层的薄膜晶体管被用作光电传感器。本发明的一个实施方式是一种触摸屏,包括各自包括显示元件和光电传感器的多个像素;以及能够独立地控制光电传感器的重置操作及读出操作的控制电路。光电传感器包括光电二极管和含有氧化物半导体层的晶体管。控制电路以不同时进行的方式执行光电传感器的重置操作及读出操作。本发明的另一个实施方式是一种触摸屏,包括各自包括显示元件和光电传感器的多个像素;以及能够独立地控制光电传感器的重置操作及读出操作的控制电路。光电传感器包括含有非晶半导体层的光电二极管、以及含有氧化物半导体层的晶体管。控制电路以两者彼此不重叠的方式执行光电传感器的重置操作及读出操作。在上述结构中,薄膜晶体管的氧化物半导体层可以包含铟、镓或锌。本发明的又一个实施方式是一种包括多个像素的触摸屏的驱动方法,每一个像素包括具有光电二极管、含有氧化物半导体层的第一晶体管以及含有氧化物半导体层的第二晶体管的光电传感器。多个像素各自进行以下操作用于将电连接到第二晶体管的源极和漏极之一的光电传感器的输出信号线的电位设定为基准电位的第一操作;用于按照光电二极管的光电流改变第一晶体管的栅极电位的第二操作;以及用于通过改变第二晶体管的栅极电位,以使通过第一晶体管和第二晶体管将光电传感器的输出信号线和电连接到第一晶体管的源极及漏极之一的光电传感器的基准信号线彼此电连接,来根据光电流改变光电传感器输出信号线的电位的第三操作。本发明的另一个实施方式是一种包括多个像素的触摸屏的驱动方法,每一个像素包括具有光电二极管、第一晶体管及第二晶体管的光电传感器。多个像素各自进行以下操作用于将电连接到第一晶体管的源极及漏极之一的光电传感器输出信号线的电位设定为基准电位的第一操作;用于按照光电二极管的光电流改变第一晶体管的栅极电位的第二操作;以及用于通过改变第二晶体管的栅极电位,以使通过第一晶体管和第二晶体管将光电传感器的输出信号线和电连接到第二晶体管的源极及漏极之一的光电传感器的基准信号线彼此电连接,来根据光电流改变光电传感器的输出信号线的电位的第三操作。在上述根据本发明的实施方式的触摸屏的驱动方法中,在多个像素中的一个像素进行第一操作的同时,多个像素中的另一个像素进行第三操作。在上述根据本发明的实施方式的触摸屏的驱动方法中,在多个像素中的一个像素所进行的第一操作与在行方向上与该像素相邻的像素所进行的第一操作之间,多个像素中的另一个像素进行第三操作。在上述根据本发明的实施方式的触摸屏的驱动方法中,在多个像素中的一个像素所进行的第三操作与在行方向上与该像素相邻的像素所进行的第三操作之间,多个像素中的另一个像素进行第一操作。本发明的一个实施方式可以提供能够高速成像的触摸屏。此外,本发明的一个实施方式可以提供在确保光电传感器的操作时间的情况下能够高速成像的触摸屏的驱动方法。此外,本发明的一个实施方式可以提供在使光电传感器的操作稳定的情况下能够高速成像的触摸屏的驱动方法。此外,根据本发明的一个实施方式,可以提供具有使用氧化物半导体层形成的薄膜晶体管的能够高速响应的高功能触摸屏。


图1示出触摸屏的结构的示例;图2示出像素的电路图的示例;图3示出光电传感器读出电路的结构的示例;图4是光电传感器的读出操作的示例的时序图;图5示出触摸屏的截面的示例;图6示出触摸屏的截面的示例;图7是触摸屏的操作的示例的时序图;图8示出包括触摸屏的液晶显示设备的结构的示例的透视图;图9A至9D各自示出应用触摸屏的电子设备的示例;图10是触摸屏的操作的示例的时序图;图11是触摸屏的操作的示例的时序图;图12A至12E示出薄膜晶体管及薄膜晶体管的制造方法;图13A至13E示出薄膜晶体管及薄膜晶体管的制造方法;图14A至14D示出薄膜晶体管及薄膜晶体管的制造方法;图15A至15D示出薄膜晶体管及薄膜晶体管的制造方法;图16示出薄膜晶体管;图17示出薄膜晶体管;图18是使用氧化物半导体形成的反交错型薄膜晶体管的纵向截面图;图19A是沿着图18所示的A-A'截面的能带图(示意图),而图19B是施加电压时的能带图;图20A是示出其中对栅极(Gl)施加正电位(+VG)的状态的能带图,图20B是示出其中对栅极(Gl)施加负电位(-VG)的状态的能带图;图21是示出真空能级和金属的功函数(ΦΜ)之间的关系以及真空能级和氧化物半导体的电子亲和力(X )之间的关系的能带图;图22是示出通过计算得到的晶体管的电场效应迁移率和成像频率之间的关系的图表。
具体实施例方式下面,将参照附图详细说明各个实施方式。但是,本发明的实施方式可以通过多种不同的方式来实施,所属技术领域的普通技术人员可以很容易地理解方式和细节在不脱离本发明的范围的情况下可以被不同地变换。因此,本发明不应该被解释为限于各个实施方式的以下描述。在用于说明实施方式的所有附图中,使用相同的附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分,而省略其重复说明。(实施方式1)在本实施方式中,参照图1至图4、图7、图10、图11说明根据本发明的一个实施方式的触摸屏的结构及其驱动方法。参照图1说明触摸屏的结构的示例。触摸屏100包括像素电路101、显示元件控制电路102及光电传感器控制电路103。像素电路101包括在行列方向上排列为矩阵状的多个像素104。每个像素104包括显示元件105及光电传感器106。每一个显示元件105包括薄膜晶体管(TFT)、存储电容器、具有液晶层的液晶元件等。薄膜晶体管具有控制电荷向/从存储电容器的注入或排出的功能。存储电容器具有保持与施加到液晶层的电压相对应的电荷的功能。利用由于对液晶层施加电压而使偏光方向改变来形成透过液晶层的光的色调(进行灰度显示),从而实现图像显示。作为透过液晶层的光,使用从位于液晶显示设备背面的光源(背光灯)照射的光。注意,彩色图像的显示方法包括使用滤色片的方法,S卩,所谓的滤色片方法。此方法使得在透过液晶层的光通过滤色片时可进行特定色彩(例如,红(R)、绿(G)、蓝(B))的灰度显示。在此,当采用滤色片方法时,将具有发射红(R)光功能的像素104、发射绿(G)光功能的像素104、发射蓝(B)光功能的像素104分别称为R像素、G像素、B像素。彩色图像的显示方法还包括所谓的场序制方法,S卩,特定色彩(例如,红(R)、绿(G)、蓝(B))的光源用作背光灯,且依次点亮的方法。在该场序制方法中,在各种色彩的光源发光时形成透过液晶层的光的色调,可以进行该色彩的灰度显示。注意,描述了显示元件105包括液晶元件的情况;但是也可以包括诸如发光元件的其他元件。发光元件是其亮度由电流或电压控制的元件。具体地,可以举出发光二极管、EL元件(有机EL元件(有机发光二极管(OLED))、或无机EL元件)等。光电传感器106各自包括诸如光电二极管等的具有在接收到光时产生电信号的功能的元件以及薄膜晶体管。注意,作为光电传感器106所接收的光,利用在来自背光灯的光照射到待检测对象时获得的反射光。显示元件控制电路102控制显示元件105,且包括显示元件驱动电路107和显示元件驱动电路108。显示元件驱动电路107通过诸如视频数据信号线等的信号线(也称为“源极信号线”)向显示元件105输入信号。显示元件驱动电路108通过扫描线(也称为“栅极信号线”)向显示元件105输入信号。例如,用于驱动扫描线一侧的显示元件驱动电路108具有选择置于特定行的像素所包括的显示元件105的功能。此外,用于驱动信号线的显示元件驱动电路107具有向置于所选择的行中的像素所包括的显示元件105提供预定电位的功能。注意,在用于驱动扫描线的显示元件驱动电路108施加高电位的显示元件中,薄膜晶体管成为导通状态,并且由用于驱动信号线的显示元件驱动电路107提供的电荷被供应给显示元件。光电传感器控制电路103控制光电传感器106,并且包括与光电传感器输出信号线和光电传感器基准信号线连接的光电传感器读出电路109以及光电传感器驱动电路110。光电传感器驱动电路110具有对置于特定行的像素所包括的光电传感器106执行后述的重置操作及选择操作的功能。光电传感器读出电路109具有提取所选择行的像素所包括的光电传感器106的输出信号的功能。注意,光电传感器读出电路109可以具有如下系统通过运算放大器将作为模拟信号的光电传感器的输出提取到触摸屏外部,作为模拟信号;或者通过A/D转换电路将输出转换为数字信号,然后提取到触摸屏外部。包括光电传感器的触摸屏100设置有具有使用氧化物半导体层形成的晶体管的电路。为了抑制含有光电传感器的触摸屏100中所包括的使用氧化物半导体层形成的薄膜晶体管的电特性变动,从氧化物半导体层中意图性地去除成为变动因素的氢、水分、羟基或氢化物(也称为氢化合物)等的杂质。此外,通过供给构成氧化物半导体的主要成分且在杂质去除步骤中同时减少的氧,氧化物半导体层被高度纯化以变成I型(本征)。因此,优选氧化物半导体所包含的氢及载流子尽可能地少。在本说明书所公开的薄膜晶体管中,在氧化物半导体层中形成沟道形成区,其中氧化物半导体中所包含的氢设定为小于或等于5X1019/cm3,优选设定为小于或等于5X1018/cm3,更优选设定为小于或等于SXlO1Vcm3或低于5X IOlfVcm3;尽可能多地去除氧化物半导体中所包含的氢以接近于0 ;且载流子浓度为低于5 X IO1Vcm3,优选设定为低于或等于5 X 1012/cm3。对于薄膜晶体管的反向特性,优选截止状态电流尽可能地少。截止状态电流是指当施加-IV至-IOV之间的栅极电压时流过薄膜晶体管的源极和漏极之间的电流。本说明书所公开的使用氧化物半导体形成的薄膜晶体管的沟道宽度(w)的每Iym的电流值为小于或等于IOOaA/ μ m,优选为小于或等于IOaA/ μ m,更优选为小于或等于IaA/ μ m。再者,由于没有Pn结及热载流子劣化,因此薄膜晶体管的电特性不受到负面影响。参照图2描述像素104的电路图的示例。像素104包括显示元件105及光电传感器106,该显示元件105包括晶体管201、存储电容器202及液晶元件203,而该光电传感器106包括光电二极管204、晶体管205及晶体管206。在图2中,晶体管201、晶体管205、晶体管206是使用氧化物半导体层形成的薄膜晶体管。晶体管201的栅极电连接到栅极信号线207,晶体管201的源极及漏极之一电连接到视频数据信号线210,而晶体管201的源极及漏极中的另一个电连接到存储电容器202的一个电极及液晶元件203的一个电极。存储电容器202的另一个电极及液晶元件203的另一个电极各自保持在特定电位。液晶元件203是包括一对电极及介于该一对电极之间的液晶层的元件。当对栅极信号线207施加高电平“H”的电位时,晶体管201向存储电容器202和液晶元件203施加视频数据信号线210的电位。存储电容器202保持所施加的电位。液晶元件203根据所施加的电位改变光透射率。
因为使用氧化物半导体层形成的薄膜晶体管的晶体管201、205、206的截止状态电流非常小,所以存储电容器可以非常小或无需设置存储电容器。光电二极管204的一个电极电连接到光电二极管重置信号线208,而光电二极管204的另一个电极通过栅极信号线213电连接到晶体管205的栅极。晶体管205的源极及漏极之一电连接到光电传感器基准信号线212,而晶体管205的源极及漏极中的另一个电连接到晶体管206的源极及漏极之一。晶体管206的栅极电连接到栅极信号线209,而晶体管206的源极及漏极中的另一个电连接到光电传感器输出信号线211。注意,晶体管205和晶体管206的排列不局限于图2所示的结构。还可以采用如下结构晶体管206的源极及漏极之一电连接到光电传感器基准信号212,晶体管206的源极及漏极中的另一个电连接到晶体管205的源极及漏极之一,而晶体管205的栅极电连接到栅极信号线209,晶体管205的源极及漏极中的另一个电连接到光电传感器输出信号线211。接着,参照图3描述光电传感器读出电路109的结构的示例。在图3中,对应于光电传感器读出电路109所包括的一列像素的电路300包括晶体管301及存储电容器302。此外,附图标记211表示对应于该列像素的光电传感器输出信号线,而附图标记303表示预充电信号线。注意,在本说明书的电路图中,使用氧化物半导体层形成的薄膜晶体管由标记“Os”标示,以使其可被标识为使用氧化物半导体层形成的薄膜晶体管。在图3中,晶体管301是使用氧化物半导体层形成的薄膜晶体管。在对应于一列像素且包括在光电传感器读出电路109中的电路300中,在像素内的光电传感器工作之前将光电传感器输出信号线211的电位设定为基准电位。为光电传感器输出信号线211设定的基准电位可以是高电位或低电位。在图3中,通过将预充电信号线303的电位设定为高电位“H”,可以将光电传感器输出信号线211的电位设定为作为基准电位的高电位。注意,当光电传感器输出信号线211的寄生电容大时,并不需要设置存储电容器302。接下来,参照图4的时序图描述触摸屏中光电传感器的读出操作的示例。在图4中,信号401至信号404分别对应于图2中的光电二极管重置信号线208的电位、与晶体管206的栅极连接的栅极信号线209的电位、与晶体管205的栅极连接的栅极信号线213的电位、以及光电传感器输出信号线211的电位。另外,信号405对应于图3中的预充电信号线303的电位。在时刻A,光电二极管重置信号线208的电位(信号401)设定为电位“H”,换言之,以对光电二极管施加正向偏压的方式设定与光电二极管电连接的光电二极管重置信号线208的电位(重置操作)。光电二极管204导通,从而与晶体管205的栅极连接的栅极信号线213的电位(信号403)设定为电位“H”。预充电信号线303的电位(信号405)设定为电位“H”,而光电传感器输出信号线211的电位(信号404)被预充电到电位“H”。在时刻B,光电二极管重置信号线208的电位(信号401)设定为电位“L”(累加操作),并且由于光电二极管204的光电流,与晶体管205的栅极连接的栅极信号线213的电位(即晶体管205的栅电压)(信号403)开始下降。当照射光时,光电二极管204的光电流增大;因此与晶体管205的栅极连接的栅极信号线213的电位(信号403)根据光的照射量变化。也就是说,晶体管205的源极和漏极之间的电流变化。在时刻C,栅极信号线209的电位(信号402)设定为电位“H”(选择操作)。晶体管206导通,并且光电传感器基准信号线212与光电传感器输出信号线211通过晶体管205和晶体管206导通。然后,光电传感器输出信号线211的电位(信号404)开始下降。注意,在时刻C之前,预充电信号线303的电位(信号405)设定为电位“L”,且完成光电传感器输出信号线211的预充电。在此,光电传感器输出信号线211的电位(信号404)的下降速度取决于晶体管205的源极和漏极之间的电流。也就是说,光电传感器输出信号线211的电位(信号404)根据照射到光电二极管204的光的量而变化。在时刻D,栅极信号线209的电位(信号402)设定为电位“L”,晶体管206截止,从而在时刻D之后,光电传感器输出信号线211的电位(信号404)保持恒定。在此,光电传感器输出信号线211的电位取决于照射到光电二极管204的光的量。因此,根据光电传感器输出信号线211的电位,可以确定照射到光电二极管204的光的量。如上所述,对于各光电传感器,反复进行重置操作、累加操作及选择操作。为了实现触摸屏的高速成像,需要高速进行所有像素的重置操作、累加操作、以及选择操作。简言之,如图10所示的时序图所示,在所有像素的重置操作之后,通过进行所有像素的累加操作,然后进行所有像素的选择操作,可以实现期望成像。图10是触摸屏的操作的示例的时序图。在图10的时序图中,信号1001、信号1002、信号1003、信号1004、信号1005、信号1006、信号1007分别对应于第一行、第二行、第三行、第m行、第(m+1)行、第(n-1)行、以及第η行的光电二极管重置信号线。在该时序图中,信号1011、信号1012、信号1013、信号1014、信号1015、信号1016、信号1017分别对应于第一行、第二行、第三行、第m行、第(m+1)行、第(n-1)行、以及第η行的栅极信号线。周期1018是第m行的光电传感器操作的周期,而周期1019、周期1020、周期1021分别是进行重置操作、累加操作、选择操作的周期。周期1022是所有像素的一次成像所需的周期。注意,m和η是自然数,且满足l<m<n。在此,图10所示的周期T示出从某一行的重置操作的开始至下一行的重置操作的开始之间的周期。在此,通过利用图7的时序图所示的驱动方法,可在确保每个光电传感器的操作时间的情况下,可以容易地进行高速成像。图7是触摸屏的操作的示例的时序图。在图7的时序图中,信号701、信号702、信号703、信号704、信号705、信号706、信号707分别对应于第一行、第二行、第三行、第m行、第(m+1)行、第(n-1)行、以及第η行的光电二极管重置信号线。在该时序图中,信号711、信号712、信号713、信号714、信号715、信号716、信号717分别对应于第一行、第二行、第三行、第m行、第(m+1)行、第(n-1)行、第η行的栅极信号线。周期718是第m行的光电传感器操作的周期,周期719、周期720、周期721分别是进行重置操作、累加操作、选择操作的周期。周期722是所有像素一次成像所需的周期。注意,m和η是自然数,且满足l<m<n。在此,图7所示的周期T示出从某一行的重置操作的开始至下一行的重置操作的开始之间的周期。在图7的时序图所示的驱动方法中,使用不同行同时进行重置操作、累加操作和选择操作。例如,在某一行进行重置操作的同时在另一行进行选择操作。在图7中,同时进行第m行的重置操作和第一行的选择操作。
在此,当将图7所示的时序图中各行的光电传感器的重置操作及选择操作的周期设定为与图10所示的时序图中相同时,可以使图7所示时序图的整个屏幕的一次成像所需的时间(周期722)短于图10所示的周期(周期1022)。因此,与图10的时序图所示的驱动方法相比,图7的时序图所示的驱动方法可以提高成像帧频率和成像速度。由此,通过利用图7的时序图所示的驱动方法,在确保每个光电传感器的工作时间的情况下,归因于成像帧频率的提高,可以进行高速成像。注意,为了实现图7的时序图所示的驱动方法,光电传感器驱动电路110优选独立地具有用于控制重置操作的驱动电路以及用于控制选择操作的驱动电路。例如,优选使用第一移位寄存器构成用于控制重置操作的驱动电路,而使用第二移位寄存器构成用于控制选择操作的驱动电路。此外,通过利用图11所示的时序图的驱动方法,可以实现光电传感器的稳定操作。在图11的时序图中,信号1101、信号1102、信号1103、信号1104、信号1105、信号1106、信号1107分别对应于第一行、第二行、第三行、第m行、第(m+1)行、第(n_l)行、第η行的光电二极管重置信号线。在该时序图,信号1111、信号1112、信号1113、信号1114、信号1115、信号1116、信号1117分别对应于第一行、第二行、第三行、第m行、第(m+1)行、第(n-1)行、第η行的栅极信号线。周期1118是第m行的光电传感器操作的周期,周期1119、周期1120、周期1121分别是进行重置操作、累加操作、选择操作的周期。周期1122是所有像素的一次成像所需的周期。在此,图11所示的周期T示出从某一行的重置操作的开始至下一行的重置操作的开始之间的周期。在图10所示的时序图中,在周期T期间,在所有的行中不进行选择操作;但是在图11所示的时序图中,在某一行的周期T期间,对其它行进行选择操作。例如,如图11中所示,在从开始第m行的重置操作至开始第(m+1)行的重置操作的周期中,在第二行中进行选择操作。在图11的时序图所示的驱动方法中,在不改变用于控制重置操作的驱动电路的操作频率以及用于控制选择操作的驱动电路的操作频率的情况下,不同时地进行对一行的重置操作和对另一行的选择操作。例如,在某一行的重置操作的结束和相邻行的重置操作的开始之间的间隔期间,进行另一行的选择操作,且不同时进行重置操作和选择操作。例如,在图11中,在第m行的重置操作的结束和第(m+1)行的重置操作的开始之间的间隔期间,进行第二行的选择操作。同样地,在某一行的选择操作的结束和相邻行的选择操作的开始之间的间隔期间,进行另一行的重置操作,且不同时进行重置操作和选择操作。在图11中,在第一行的选择操作的结束和第二行的选择操作的开始之间的间隔期间,进行第m行的重置操作。通过利用图11的时序图所示的驱动方法,可以显著地减少进行选择操作的行中的光电传感器所导致的光电传感器输出信号线的电位变化对另一行的光电传感器的重置操作造成的影响。因此,通过利用图11的时序图所示的驱动方法,可以实现光电传感器的稳定操作。在此,对重置操作造成影响归因于,在图2中,因晶体管206的截止状态泄漏电流而从光电传感器输出信号线211经过晶体管205流到光电传感器基准信号线212的泄漏电流。由于对重置操作造成的影响,有可能导致发生光电传感器操作的缺陷,诸如在重置操作中晶体管205的栅极电压达不到期望电压;或者光电传感器输出信号线211的电位以及光电传感器基准信号线212的电位因泄漏电流而变得不稳定。但是,在本说明书所公开的发明中,晶体管206利用使用氧化物半导体层形成的薄膜晶体管来形成且由此截止状态电流非常小;因此,可以减少产生上述缺陷的可能性。再者,通过采用图11的时序图所示的驱动方法,在光电传感器稳定工作的情况下,通过提高成像的帧频率可以进行高速成像。注意,在图11的时序图所示的驱动方法中,在重置周期期间将光电传感器输出信号线的电位设定为等于光电传感器基准信号线的电位电平也是有效的。注意,为了实现图11的时序图所示的驱动方法,光电传感器驱动电路110优选包括彼此独立的控制重置操作的驱动电路和控制选择操作的驱动电路。例如,有效的是使用第一移位寄存器构成控制重置操作的驱动电路,使用第二移位寄存器构成控制选择操作的驱动电路,并且根据相对于各个移位寄存器的输出只在期望周期设定为单位“H”的信号的逻辑和来生成各行的控制信号。图22示出对图2的光电传感器106中成像频率进行电路计算而得出的结果。图22示出光电传感器106中所包括的晶体管205及晶体管206的电场效应迁移率和从读出速度算出的成像帧频率之间的关系。电路计算在假设了如下条件的情况下进行。在20英寸FHD规格(横向为1920个RGB像素,纵向为1080个像素)的触摸屏中,每个像素设置有光电传感器,光电传感器输出信号线211的寄生电容为20pF (对应于电容器302),晶体管205和晶体管206的沟道长度为5 μ m,沟道宽度为16 μ m,而晶体管301的沟道长度为5 μ m,沟道宽度为1000 μ m。注意,电路模拟器Smart Spice (Silvaco数据系统公司制造)被用于计算。电路计算在假设了如下操作的情况下进行。首先,初期状态为刚进行累加操作之后的状态。具体而言,栅极信号线213的电位设定为8V,栅极信号线209的电位设定为0V,光电传感器输出信号线211的电位设定为8V,光电传感器基准信号线212的电位设定为8V,而预充电信号线303的电位设定为0V。在预充电信号线303的电位从初期状态改变为8V,且光电传感器输出信号线211的电位变为OV (预充电状态)之后,预充电信号线303的电位设定为0V,并且栅极信号线209的电位设定为8V。也就是说,开始选择操作。注意,基准电压设定为0V。然后,当光电传感器输出信号线211的电位变为2V时,即电位从进行预充电操作时的电位变化2V的时刻,进入最终状态。上述操作中的初期状态至最终状态之间的时间为每一行的成像时间。成像所需的时间是上述每一行的成像时间的1080倍,并且成像时间的倒数为成像频率。作为示例,成像频率60Hz表示上述每一行的成像时间对应于以下等式1/60 [Hz]/1080 [列]=15. 43 [ μ s]。根据图22的结果,可以知道在基于利用使用氧化物半导体形成的晶体管的假设将晶体管205及206的电场效应迁移率设定为10cm2/Vs至20cm2/VS的情况下,成像频率为70Hz至100Hz。另一方面,在基于利用使用非晶硅形成的晶体管的假设将晶体管205及206的电场效应迁移率设定为0. 5cm2/Vs的情况下,成像频率只达到5Hz左右。也就是说,使用氧化物半导体构成具有光电传感器的晶体管是有效的。通过采用如上结构,可以确保工作时间且提供包括能够进行高速成像的光电传感器的触摸屏。此外,可以提供在确保光电传感器的工作时间的情况下能够进行高速成像的触摸屏的驱动方法。此外,通过采用如上配置,可以提供包括操作稳定且能够进行高速成像的光电传感器的触摸屏。此外,可以提供在光电传感器操作稳定的情况下能够进行高速成像的触摸屏的驱动方法。此外,可以提供具有使用氧化物半导体层形成的薄膜晶体管且能够进行高速响应的高功能触摸屏。(实施方式2)在本实施方式中,参照图5描述根据本发明的一个实施方式的触摸屏的结构。图5示出触摸屏的截面视图的示例。在图5所示的触摸屏中,在具有绝缘表面的衬底501 (TFT衬底)上设置有光电二极管502、晶体管M0、晶体管503、液晶元件505。在晶体管503和晶体管540上设置有氧化物绝缘层531、保护绝缘层532、层间绝缘层533、以及层间绝缘层534。光电二极管502设置在层间绝缘层533上。在光电二极管502中,在形成在层间绝缘层533上的电极层541和形成在层间绝缘层534上的电极层542之间从层间绝缘层533 —侧按顺序层叠第一半导体层506a、第二半导体层506b及第三半导体层506c。电极层541与形成在层间绝缘层534中的导电层M3电连接,且电极层542通过电极层541与栅电极层M5电连接。栅电极层545与晶体管540的栅电极层电连接,且光电二极管502与晶体管MO电连接。晶体管540对应于实施方式1中的晶体管205。为了抑制包括在含有光电传感器的触摸屏中的各自使用氧化物半导体层形成的晶体管503、晶体管MO的电特性的变动,从氧化物半导体层中意图性地去除成为变动因素的诸如氢、水分、羟基或氢化物(也称为氢化合物)等的杂质。通过供给在杂质去除步骤中同时减少的作为氧化物半导体的主要成分的氧,氧化物半导体层被高度纯化以变成I型(本征)。因此,优选氧化物半导体层中的氢及载流子尽可能地少。在晶体管503、晶体管MO中,在氧化物半导体层中形成沟道形成区,其中使氧化物半导体所包含的氢尽可能多地去除以接近于0,以使氢浓度设定为低于或等于5X1019/cm3,优选设定为低于或等于5 X IO1Vcm3,更优选设定为低于或等于5 X IO1Vcm3或低于5X 1016/cm3,且载流子浓度设定为低于5 X IO1Vcm3,优选设定为低于或等于5 X 1012/cm3。对于晶体管503和540的反向特性,优选截止状态电流尽可能地小。截止状态电流是指当施加-IV至-IOV之间的栅极电压时流过薄膜晶体管的源极和漏极之间的电流。本说明书所公开的使用氧化物半导体形成的薄膜晶体管的沟道宽度(W)的每Iym的电流值为小于或等于IOOaA/ μ m,优选为小于或等于IOaA/ μ m,更优选为小于或等于IaA/ μ m。再者,由于没有Pn结及热载流子劣化,因此薄膜晶体管的电特性不受到负面影响。图18是使用氧化物半导体形成的反交错型薄膜晶体管的纵向截面图。在栅电极(GEl)上隔着栅极绝缘膜(GI)设置氧化物半导体层(0S),且在其上设置源电极(S)及漏电极(D)。图19A和19B示出沿着图18的A-A'截面的能带图(示意图)。图19A示出使施加至源极的电压和施加至漏极的的电压彼此相等(Vd=OV)的情况,而图19B示出相对于源极的电位对漏极施加正电位(VD>0V)的情况。图20A和20B是沿着图18的B-B'截面的能带图(示意图)。图20A示出对栅电极(GEl)施加正电位(+VG),且在源极和漏极之间流过载流子(电子)的导通状态。图20B示出对栅电极(GEl)施加负电位(-VG)且少数载流子不流过的截止状态。图21示出真空能级和金属的功函数(ΦΜ)之间的关系以及真空能级和氧化物半导体的电子亲和力(X)之间的关系。常规氧化物半导体一般是η型半导体,且费密能级(Ef)远离位于带隙中间的本征费密能级(Ei)且接近传导带。注意,因为氢会用作为供体,所以氢是使得氧化物半导体η型化的原因之一。另一方面,根据本发明的氧化物半导体是通过从氧化物半导体去除作为η型杂质的氢且以尽量不包含杂质的方式进行高度纯化获得的本征(I型)或基本上本征型氧化物半导体。也就是说,其特征是通过尽量去除诸如氢或水等的杂质来获取高度纯化的I型(本征)半导体或接近高纯度化的I型半导体。这使得费密能级(Ef)为与本征费密能级(Ei)相同的能级。氧化物半导体的电子亲和力(χ )被认为是4. 3eV0源电极及漏电极中所包括的钛(Ti)的功函数与氧化物半导体的电子亲和力(χ )大致相等。在此情况下,在金属-氧化物半导体界面中,不形成肖特基型的电子势垒。也就是说,在金属的功函数(ΦΜ)和氧化物半导体的电子亲和力(X )彼此相等且金属与氧化物半导体彼此接触的情况下,得到图19A所示的能带图(示意图)。在图19B中,黑色圆点(·)表示电子,并且当对漏电极施加正电位时,电子跨越势垒(h)注入到氧化物半导体层,然后流向漏极。在此情况下,势垒(h)的高度依赖于栅极电压及漏极电压而变化;当施加有正的漏极电压时,势垒(h)的高度低于不施加电压时的图19A的势垒(h)高度,即带隙(Eg)的1/2。此时注入到氧化物半导体中的电子如图20A所示那样地流过氧化物半导体。此外,在图20B中,当对栅电极(GEl)施加负电位时,电流的值尽量接近于0,因为作为少数载流子的空穴实际上不存在。例如,即使薄膜晶体管的沟道宽度W为IX 104μπι,且沟道长度为3 μ m,截止状态电流也为小于或等于KT13A且亚阈值摆幅(S值)为0. lV/dec.(栅极绝缘膜的厚度为lOOnm)。以此方式,通过以尽量不包含杂质的方式使氧化物半导体膜高度纯化,可以实现优良的薄膜晶体管操作。因此,上述使用氧化物半导体层形成的晶体管503和晶体管540是具有稳定的电特性且可靠性高的薄膜晶体管。作为晶体管503和晶体管540所包含的氧化物半导体层,可举出诸如In-Sn-Ga-Zn-O 膜的四元金属氧化物,诸如 In-Ga-Si-O 膜、In-Sn-Zn-O 膜、In-Al-Zn-O膜、Sn-Ga-Zn-O膜、Al-Ga-Zn-O膜、Sn-Al-Zn-O膜的三元类金属氧化物,诸如In-Si-O膜、Sn-Zn-O 膜、Al-Zn-O 膜、Zn-Mg-O 膜、Sn-Mg-O 膜、In-Mg-O 膜的二元金属氧化物,In-O 膜,Sn-O膜,Si-O膜等。此外,也可以使上述氧化物半导体层包含Si02。注意,作为氧化物半导体层,可以使用表示为InMO3 (ZnO)m (m>0)的薄膜。在此,M表示选自feu Al、Mn及Co中的一种或多种金属元素。例如,M可以是feu ( 及Al、( 及Mn或( 及Co等。具有表示为InMO3 (ZnO) m (m>0)的结构、且包含( 作为M的氧化物半导体层称为上述h-Ga-Si-O氧化物半导体,且该h-Ga-Si-O氧化物半导体的薄膜称为基h-Ga-Si-O非单晶膜。在此,例示pin型的光电二极管,其中层叠用作第一半导体层506a的具有ρ型导电性的半导体层、用作第二半导体层506b的高电阻半导体层(i型半导体层)、以及用作第三半导体层506c的具有η型导电性的半导体层。第一半导体层506a是ρ型半导体层,并且可以使用包含赋予ρ型导电性的杂质元素的非晶硅膜而形成。使用包含属于周期表中的族13杂质元素(例如,硼(B))的半导体材料气体并采用等离子体CVD法形成第一半导体层506a。作为半导体材料气体,可使用硅烷(SiH4)0或者,可使用Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、SiF4等。此外,可以形成不包含杂质的非晶硅膜,然后使用扩散法或离子注入法向该非晶硅膜引入杂质元素。在通过采用离子注入法等引入杂质元素之后进行加热等以便于扩散杂质元素。在此情况下,作为形成非晶硅膜的方法,可使用LPCVD法、化学气相沉积法或溅射法等。优选将第一半导体层506a形成为具有大于或等于IOnm且小于或等于50nm的厚度。第二半导体层506b是i型半导体层(本征半导体层),并且使用非晶硅膜形成。作为第二半导体层506b,使用半导体材料气体并采用等离子体CVD法形成非晶硅膜。作为半导体材料气体,可使用硅烷(SiH4)。或者,也可以使用Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、SiF4等。也可以通过LPCVD法、化学气相沉积法、溅射法等形成第二半导体层506b。第二半导体层506b优选形成为具有大于或等于200nm且小于或等于IOOOnm的厚度。第三半导体层506c是η型半导体层,并且使用包含赋予η型导电性的杂质元素的非晶硅膜而形成。使用包含属于周期表中族15的杂质元素(例如,磷(P))的半导体材料气体并采用等离子体CVD法形成第三半导体层506c。作为半导体材料气体,可使用硅烷(SiH4)0或者,可使用Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、SiF4等。此外,也可以形成不包含杂质的非晶硅膜,然后使用扩散法或离子注入法向该非晶硅膜引入杂质元素。在通过采用离子注入法等引入杂质元素之后可进行加热等以便于扩散杂质元素。在此情况下,作为形成非晶硅膜的方法,可使用LPCVD法、化学气相沉积法或溅射法等。优选将第三半导体层506c形成为具有大于或等于20nm且小于或等于200nm的厚度。第一半导体层506a、第二半导体层506b及第三半导体层506c可以不使用非晶半导体形成,而使用多晶半导体或微晶(半非晶半导体SAS)半导体形成。在考虑到吉布斯自由能时,微晶半导体属于非晶和单晶之间的中间的准稳定状态。也就是说,微晶半导体膜是具有在热力学上稳定的第三状态的半导体并具有短程有序及晶格畸变。柱状或针状结晶在相对于衬底表面的法线方向上生长。作为微晶半导体的典型例子的微晶硅的拉曼光谱转移到比表示单晶硅的520CHT1低的小波数区域。即,微晶硅的拉曼光谱的峰值位于表示单晶硅的520CHT1和表示非晶硅的480CHT1之间。此外,微晶硅包含至少1原子%或以上的氢或卤素,以便于端接悬空键。再者,微晶硅可包含诸如氦、氩、氪、氖等的稀有气体元素而进一步促进晶格畸变,从而可以得到热力学上稳定性高的s和a微晶半导体膜。可以通过采用频率为几十MHz至几百MHz的高频等离子体CVD法或频率为高于或等于IGHz的微波等离子体CVD法形成该微晶半导体膜。典型的是,微晶半导体膜可以使用用氢进行稀释的诸如SiH4、Si2H6, SiH2Cl2, SiHCl3的氢化硅等或SiCl4、SiF4等的卤化硅来形成。除氢化硅及氢之外,还可以使用选自氦、氩、氪、氖中的一种或多种稀有气体元素进行稀释,来形成微晶半导体层。在该情形中,氢与氢化硅的流量比设定为5 1至200 :1,优选为50 :1至150 :1,更优选为100 :1。再者,也可以在含硅的气体中混入CH4、C2H6等的炭化氢气体、GeH4, GeF4等的锗化气体、F2等。此外,由于光电效应生成的空穴的场效应迁移率低于电子的场效应迁移率,因此当P型半导体层一侧的表面用作光接收面时Pin型光电二极管具有较好的特性。这里,将描述将光电二极管502从形成有pin型的光电二极管的衬底501的表面接收的光转换为电信号的例子。此外,来自导电性与光接收面上的半导体层的导电性相反的半导体层一侧的光是干扰光;因此电极层优选使用遮光导电膜。注意,可以替代地将η型半导体层一侧的面用作光接收面。液晶元件505包括像素电极507、液晶508、对置电极509、取向膜511、以及取向膜512。像素电极507形成在衬底501上,并且在像素电极507上形成有取向膜511。像素电极507通过导电膜510与晶体管503电连接。衬底513 (对置衬底)设置有对置电极509,在对置电极509上形成取向膜512,并且在取向膜511和取向膜512之间夹有液晶508。晶体管503对应于实施方式1中的晶体管201。像素电极507和对置电极509之间的单元间隙可以利用间隔物516而控制。在图5中,使用通过光刻法选择性地形成的柱状间隔物516来控制单元间隙,替代地,也可以通过将球状间隔物分散在像素电极507和对置电极509之间来控制单元间隙。液晶508在衬底501和衬底513之间被密封材料包围。液晶508可以利用分配器法(滴落法)或浸渍法(抽吸法)注入。作为像素电极507可以使用透光性导电材料,诸如,铟锡氧化物(ΙΤ0)、含有氧化硅的铟锡氧化物(ITS0)、有机铟、有机锡、含有氧化锌(ZnO)的铟锌氧化物(ΙΖ0)、氧化锌(ZnO )、含有镓(Ga )的氧化锌、氧化锡(SnO2)、含有氧化钨的铟氧化物、含有氧化钨的铟锌氧化物、含有氧化钛的铟氧化物、含有氧化钛的铟锡氧化物等。可以使用包含导电高分子(也称为导电聚合物)的导电组成物形成像素电极507。作为导电高分子,可以使用所谓的π电子共轭类导电聚合物。例如,可以举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、或者这些材料中的两种以上的共聚物等。在本实施方式中,因为以透明液晶元件505作为例子,所以与像素电极507的情形一样,对置电极509也可以使用上述透光性导电材料。在像素电极507和液晶508之间设置有取向膜511,并在对置电极509和液晶508之间设置有取向膜512。取向膜511和取向膜512可以使用诸如聚酰亚胺、聚乙烯醇等的有机树脂而形成。对其表面进行了摩擦(rubbing)等用于使液晶分子在特定方向上取向的取向处理。通过在对取向膜施加压力的同时使缠绕有尼龙等的布的滚筒转动,以使沿一定方向磨擦上述取向膜的表面,可以进行摩擦处理。注意,也可以不进行取向处理,而使用氧化硅等的无机材料通过蒸镀法直接形成具有取向特性的取向膜511和取向膜512。另外,在衬底513上与液晶元件505重叠地形成有能够透过特定波长区域的光的滤色片514。可以将分散有颜料的诸如丙烯酸类树脂等的有机树脂涂敷到衬底513上,然后利用光刻法选择性地形成滤色片514。或者,也可以将分散有颜料的聚酰亚胺类树脂涂敷到衬底513上,然后利用蚀刻选择性地形成滤色片514。或者,也可以通过利用喷墨法等的液滴喷射法选择性地形成滤色片514。另外,在衬底513上与光电二极管502重叠地形成有能够遮挡光的遮挡膜515。通过设置遮挡膜515,可以防止透过衬底513而入射到触摸屏内的来自背光灯的光直接照射到光电二极管502。此外,可以防止由于像素之间的液晶508的取向失序而导致的旋错(disclination)被查看到。作为遮挡膜515可以使用碳黑、低原子价氧化钛等的包含黑色颜料的有机树脂。或者,也可以利用使用铬形成的膜来形成遮挡膜515。另外,在衬底501的与形成有像素电极507的表面相反的表面上设置偏振片517,并在衬底513的与形成有对置电极509的表面相反的表面上设置偏振片518。通过使用绝缘材料,可根据该材料采用诸如溅射法、SOG法、旋涂、浸渍、7喷涂、液滴喷出法(喷墨法、丝网印刷、胶版印刷等)等来形成氧化物绝缘层531、保护绝缘层532、层间绝缘层533、层间绝缘层534。作为氧化物绝缘层531可以使用诸如氧化硅层、氧氮化硅层、氧化铝层或氧氮化
铝层等的氧化物绝缘层的单层或叠层。作为用于保护绝缘层532的无机绝缘材料,可以使用诸如氮化硅层、氮氧化硅层、氮化铝层或氮氧化铝层等的氮化物绝缘层的单层或叠层。此外,因为使用微波(2. 45GHz)的高密度等离子体CVD能够形成致密、绝缘耐压高、且具有高质量的绝缘层,所以是优选的。为了减少表面凹凸,优选采用用作平坦化绝缘膜的绝缘层作为层间绝缘层533和534。作为层间绝缘层533、534,例如可以使用诸如聚酰亚胺、丙烯酸树脂、苯并环丁烯、聚酰胺或环氧树脂等的具有耐热性的有机绝缘材料。除了上述有机绝缘材料之外,还可以使用低介电常数材料(低k材料)、硅氧烷类树脂、PSG (磷硅玻璃)、BPSG (硼磷硅玻璃)等的单层或叠层。如箭头520所示,来自背光灯的光经过衬底513、液晶元件505照射到位于衬底501 一侧的待检测对象521。然后,待检测对象521所反射的光如箭头522所示那样入射到光电二极管502。作为液晶元件,除了 TN (扭曲向列)型之外,还可以采用VA (垂直取向)型、OCB (光学补偿双折射)型、IPS (平面内切换)型等。替代地,可以使用表现出蓝相的液晶,其不需要取向膜。蓝相是液晶相之一,其在胆甾相液晶的温度升高的过程中,在即将胆甾相变成各向同性相之前出现。由于蓝相仅在窄的温度范围内出现,因此将混合有大于或等于5wt%的手性试剂的液晶组成物用于液晶层508以便改善温度范围。包括呈现蓝相的液晶和手性试剂的液晶组成物的响应时间短,即小于或等于lms,因具有光学各向同性而不需要取向处理,并且视角依赖性小。此外,因可以不设置取向膜而不需要进行摩擦处理,从而可以防止摩擦处理所引起的静电损坏并减轻制造工艺中的触摸屏的故障或损坏。因此,可以提高触摸屏的生产率。注意,虽然在本实施方式中以具有像素电极507和对置电极509之间夹有液晶508的结构的液晶元件505为例子进行说明,但是根据本发明的一个实施方式的触摸屏不局限于这种结构。也可以采用如IPS型液晶元件那样,一对电极都形成在衬底501 —侧的液晶元件。
通过采用如上结构,可以提供能够进行高速成像的触摸屏。另外,可以提供能够进行高速成像的触摸屏的驱动方法。此外,可以提供具有使用氧化物半导体层形成的薄膜晶体管且能够进行高速响应的高功能触摸屏。(实施方式3)在本实施方式中,参照图6描述根据本发明的一个实施方式的触摸屏的另一结构。图6示出与实施方式2不同的触摸屏的截面视图的示例。图6的触摸屏示出示例,其中待检测对象521反射的光透过与形成有pin型的光电二极管的衬底501相对的衬底513,然后入射到光电二极管502,并且将它转换为电信号。如箭头560所示,来自背光灯的光经过衬底501及液晶元件505而照射到衬底513一侧的待检测对象521。然后,如箭头562所示,待检测对象521反射的光入射到光电二极管502。注意,在此结构中,在箭头562所示的光经过的区域中不设置屏蔽膜515。此外,滤色片514使用箭头562所示的光透过的材料形成。由于光电效应生成的空穴的场效应迁移率低于电子的高功能迁移率,因此当将ρ型半导体层一侧用作光接收面时Pin型光电二极管呈现较好的特性。这里,将光电二极管502通过对置衬底513接收的光转换为电信号。此外,来自导电性与光接收面上的半导体层一侧的导电性相反的半导体层一侧的光是干扰光;因此电极层541优选使用遮光性导电膜形成。注意,可以替代地将η型半导体层一侧的面用于光接收面。因此,在本实施方式中的光电二极管502中,从与栅电极层545连接的电极层541一侧按顺序层叠具有η型导电性的第三半导体层506c、作为高电阻半导体层(i型半导体层)的第二半导体层506b、具有ρ型导电性的第一半导体层506a、以及电极层M2。通过采用上述结构,可以提供能够进行高速成像的触摸屏。此外,可以提供能够进行高速成像的触摸屏的驱动方法。此外,可以提供具有使用氧化物半导体层形成的薄膜晶体管且能够进行高速响应的高功能触摸屏。(实施方式4)在本实施方式中,作为根据本发明的一个实施方式的触摸屏的例子,参照图8描述设置有触摸屏的液晶显示设备的结构。图8是示出设置有作为根据本发明的一个实施方式的触摸屏的触控传感器的液晶显示设备的结构的透视图的示例。图8所示的液晶显示设备包括在一对衬底之间形成有包括液晶元件、光电二极管、薄膜晶体管等的像素的液晶面板1601 ;第一漫射片1602 ;棱镜片1603 ;第二漫射片1604 ;导光板1605 ;反射板1606 ;具有多个光源1607的背光灯1608 ;以及电路衬底1609。按顺序层叠有液晶面板1601、第一漫射片1602、棱镜片1603、第二漫射片1604、导光板1605、反射板1606。光源1607设置在导光板1605的端部。来自光源1607的光扩散到导光板1605内,且通过第一漫射片1602、棱镜片1603及第二漫射片1604。由此,来自对置衬底一侧(液晶面板1601的设置有导光板1605等的一侧)均勻地照射液晶面板1601。虽然在本实施方式中使用第一漫射片1602和第二漫射片1604,但是漫射片的数量不局限于此。漫射片的数量可以是单数或三个以上。在导光板1605和液晶面板1601之间设置漫射片是可接受的。因此,可以只在棱镜片1603和液晶面板1601之间设置漫射片,或者可以只在棱镜片1603和导光板1605之间设置漫射片。此外,棱镜片1603的截面不局限于图8所示的锯齿状的形状。棱镜片1603可具有能够将来自光导板1605的光集聚到液晶面板1601 —侧的形状。在电路衬底1609中设置有生成输入到液晶面板1601的各种信号的电路、对这些信号进行处理的电路、对从液晶面板1601输出的各种信号进行处理的电路等。在图8中,电路衬底1609与液晶面板1601通过FPC (柔性印刷电路)1611连接。注意,上述电路可以利用COG (玻璃上芯片)法连接到液晶面板1601,或者也可以利用COF (薄膜上芯片)法将上述电路的一部分连接到FPC1611。图8示出在电路衬底1609上设置有用于控制光源1607的驱动的控制电路,并且该控制电路与光源1607通过FPC 1610连接的例子。但是,上述控制电路也可以形成在液晶面板1601上;在此情况下,液晶面板1601与光源1607通过FPC等连接。尽管图8例示在液晶面板1601的端部配置光源1607的边缘照光型光源的示例,但是根据本发明的一个实施方式的触摸屏也可以是在液晶面板1601的正下方配置光源1607的正下型。当待检测对象的手指1612从TFT衬底一侧(液晶面板1601上与背光灯1608相反的一侧)接近液晶面板1601时,来自背光灯1608的光穿过液晶面板1601,并且该光的一部分被手指1612反射,而再次入射到液晶面板1601。可以使用对应于各种色彩的像素104的光电传感器106获得待检测对象的手指1612的彩色图像数据。本实施方式可以与上述实施方式适当地组合而实现。(实施方式5)根据本发明的一个实施方式的触摸屏具有在确保光电传感器的操作时间的情况下能够进行高速成像的特征。此外,根据本发明的一个实施方式的触摸屏具有在光电传感器的操作稳定的情况下能够进行高速成像的特征。因此,使用根据本发明的一个实施方式的触摸屏的电子设备通过采用触摸屏作为其组件,可以配备有更高功能的应用软件。根据本发明的一个实施方式的触摸屏可以包括在显示设备、膝上型计算机、设置有记录介质的图像再现装置(典型地是,能够再现记录介质如DVD (数字多功能磁盘)等的内容并具有可以显示其图像的显示器的装置)中。此外,作为可以使用根据本发明的一个实施方式的触摸屏的电子设备,可以举出移动电话、便携式游戏机、便携式信息终端、电子书阅读器、摄像机、数码静态相机、护目镜型显示器(头盔显示器)、导航系统、音频再现装置(例如车载音响、数字音频播放器等)、复印机、传真机、打印机、多功能打印机、自动取款机(ATM)、自动售货机等。在本实施方式中,参照图9A至9D描述包括根据本发明的一个实施方式的触摸屏的电子设备的示例。图9A示出显示设备,其包括外壳5001、显示部5002、支撑台5003等。根据本发明的一个实施方式的触摸屏可以用于显示部5002。通过将根据本发明的一个实施方式的触摸屏用于显示部5002,可以提供能够获得高分辨率的图像数据、且具有更高功能的应用程序的显示设备。注意,显示设备包括诸如用于个人计算机、TV播放接收、广告显示等的显示设备的用于信息显示的所有显示设备。图9B示出便携式信息终端,其包括外壳5101、显示部5102、开关5103、操作键5104、红外线端口 5105等。根据本发明的一个实施方式的触摸屏可以用于显示部5102。通过将根据本发明的一个实施方式的触摸屏用于显示部5102,可以提供能够获得高分辨率的成像数据、并且具有更高功能的应用程序的便携式信息终端。图9C示出自动取款机,其包括外壳5201、显示部5202、硬币投入口 5203、纸币投入口 5204、卡片放入口 5205、存款簿放入口 5206等。根据本发明的一个实施方式的触摸屏可以用于显示部5202。通过将根据本发明的一个实施方式的触摸屏用于显示部5202,可以提供可获得高分辨率的成像数据,且具有更高功能的应用程序的自动取款机。使用根据本发明的一个实施方式的触摸屏的自动取款机能够以更高精度读出用于生物认证的生物信息,诸如指纹、脸、手印、掌纹和手背静脉的形状、虹膜等。因此,可以减小在生物认证时一人被误认为不同人的伪非匹配率和不同人被误认为一人的伪接受率。图9D示出便携式游戏机,其包括外壳5301、外壳5302、显示部5303、显示部5304、麦克风5305、扬声器5306、操作键5307、触屏笔5308等。根据本发明的一个实施方式的触摸屏可以用于显示部5303或显示部5304。通过将根据本发明的一个实施方式的触摸屏用于显示部5303或显示部5304,可以提供能够获得高分辨率的图像数据且具有更高功能的应用程序的便携式游戏机。注意,尽管图9D所示的便携式游戏机具有显示部5303和显示部5304的两个显示部,但是便携式游戏机所包括的显示部的数量不局限于此。本实施方式可以与上述实施方式适当地组合而实现。(实施方式6)在本实施方式中,将描述可以应用于本说明书所公开的触摸屏的薄膜晶体管的例子。本实施方式中的薄膜晶体管390可以用作上述实施方式中的使用包括沟道形成区的氧化物半导体层形成的薄膜晶体管(例如,实施方式1中的晶体管201、205、206、301以及实施方式2、3中的晶体管503540)。与上述实施方式相同的部分或具有相同功能的部分及步骤可以与上述实施方式相同地进行,而省略重复描述。另外,省略相同部分的详细描述。参照图12A至12E描述本实施方式的薄膜晶体管的制造方法的一个实施方式。图12A至12E示出薄膜晶体管的截面结构的示例。图12A至12E所示的薄膜晶体管390是底栅薄膜晶体管的一种,也称为反交错型薄膜晶体管。虽然使用单栅薄膜晶体管作为薄膜晶体管390来给出描述,但是也可以根据需要形成包括多个沟道形成区的多栅薄膜晶体管。下面,参照图12A至12E对在衬底394上制造薄膜晶体管390的工艺进行描述。首先,在具有绝缘表面的衬底394上形成导电膜之后,通过第一光刻工艺形成栅电极层391。优选栅电极层为锥形,因为层叠在其上的栅极绝缘层的覆盖率可得到提高。注意,可以使用喷墨法形成抗蚀剂掩模。当使用喷墨法形成抗蚀剂掩模时就不使用光掩模;因此可以降低制造成本。对可用作具有绝缘表面的衬底394的衬底没有具体的限制,只要其至少具有能够承受后面的热处理的耐热性即可。可以使用钡硼硅酸盐玻璃或铝硼硅酸盐玻璃等玻璃衬底。当后面执行的热处理的温度较高时,作为玻璃衬底,可以优选使用应变点为高于或等于730°C的玻璃衬底。作为玻璃衬底的材料,例如可以使用如铝硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃或钡硼硅酸盐玻璃等的玻璃材料。通过使所包含的氧化钡(BaO)多于所包含的氧化硼,可以获得耐热且更实用的玻璃衬底。因此,优选使用所包含的BaO多于所包含的化03的玻璃衬底。注意,也可以使用如陶瓷衬底、石英衬底、蓝宝石衬底等的由绝缘体构成的衬底代替上述玻璃衬底。或者,也可以使用结晶玻璃衬底等。再或者,也可以适当地使用塑料衬底寸。也可以将用作基底膜的绝缘膜设置在衬底394和栅电极层391之间。基底膜具有防止杂质元素从衬底394扩散的功能,并且可以使用选自氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜和氧氮化硅膜中的任一种形成为单层结构或叠层结构。作为栅电极层391,可以使用钼、钛、铬、钽、钨、铝、铜、钕、钪等金属材料或以这些金属材料为主要成分的合金材料的单层或叠层形成。例如,作为栅电极层391的双层结构,以下结构是优选的铝层和层叠在铝层之上的钼层的双层结构、铜层和层叠在铜层之上的钼层的双层结构、铜层和层叠在铜层之上的氮化钛层或氮化钽层的双层结构、氮化钛层和钼层的双层结构或氮化钨层和钨层的双层结构。作为三层的叠层结构,优选层叠钨层或氮化钨层、铝和硅的合金层或铝和钛的合金层以及氮化钛层或钛层。注意,也可以使用透光性导电膜形成栅电极层。作为透光性导电膜,例如可以举出透光性导电氧化物等。接着,在栅电极层391上形成栅极绝缘层397。栅极绝缘层397可以通过使用等离子体CVD法或溅射法等并使用氧化硅层、氮化硅层、氧氮化硅层、氮氧化硅层、氧化铝层、氮化铝层、氧氮化铝层、氮氧化铝层或氧化铪层的单层或叠层形成。在通过溅射法形成氧化硅膜时,作为靶材使用硅靶材或石英靶材,并作为溅射气体使用氧或氧及氩的混合气体。在此,由于通过去除杂质变为I型或基本上I型的氧化物半导体(高度纯化的氧化物半导体)对界面能级或界面电荷非常敏感,所以与栅极绝缘层之间的界面很重要。由此,与高度纯化的氧化物半导体接触的栅极绝缘层397需要有高质量。例如,使用微波(2. 45GHz)的高密度等离子体CVD可以形成致密的绝缘耐压高的高质量的绝缘层,因此是优选的。通过使高度纯化的氧化物半导体与高质量的栅极绝缘层彼此接触,可以降低界面能级并使界面特性良好。当然,若作为栅极绝缘层可以形成良好的绝缘层,则可以应用其他成膜方法诸如溅射法或等离子体CVD法等。另外,也可以使用由成膜后的热处理改进栅极绝缘层的膜质及与氧化物半导体之间的界面特性的绝缘层。无论上述哪一种情况,形成用作栅极绝缘层时的膜质良好,且能够降低与氧化物半导体之间的界面能级密度并形成良好的界面的绝缘层。栅极绝缘层397可以具有从栅电极层391 —侧依次层叠氮化物绝缘层和氧化物绝缘层的结构。例如,作为第一栅极绝缘层通过溅射法形成厚度为大于或等于50nm且小于或等于200nm的氮化硅层(SiNy (y>0)),而在第一栅极绝缘层上作为第二栅极绝缘层层叠厚度为大于或等于5nm且小于或等于300nm的氧化硅层(SiOx (x>0))。栅极绝缘层的厚度根据薄膜晶体管所需的特性适当地设定即可,也可以为350nm至400nm左右。
在栅极绝缘层397上形成氧化物半导体层393。在此,如果氧化物半导体层393包含杂质,则杂质和氧化物半导体的主要成分之间的键因较强的电场或高温等的应力而截断,并且所生成的悬空键导致阈值电压(Vth)漂移。因此,以尽量不包含杂质,特别是氢、水等的方式形成氧化物半导体层393及与其接触的栅极绝缘层397,由此,可以得到具有稳定特性的薄膜晶体管390。为了在栅极绝缘层397、氧化物半导体层393中尽量不包含氢、羟基及水分,作为成膜的预处理,优选在溅射装置的预热室中对形成有栅电极层391的衬底394或形成到栅极绝缘层397的衬底394进行预热,以使吸附到衬底394的氢、水分等杂质脱离并排出。预热的温度设定为高于或等于100°C且低于或等于400°C,优选设定为高于或等于150°C且低于或等于300°C。注意,设置在预热室中的排气单元优选是低温泵。注意,可以省略该预热处理。另外,该预热处理也可以在形成氧化物绝缘层396之前对形成到源电极层3%a及漏电极层39 的衬底394同样地进行。接着,在栅极绝缘层397上形成厚度为大于或等于2nm且小于或等于200nm的氧化物半导体层393 (参照图12A)。注意,优选在使用溅射法形成氧化物半导体层393之前,进行引入氩气并产生等离子体的反溅射,而去除附着在栅极绝缘层397的表面上的灰尘。反溅射是指使用RF电源在氩气氛下对衬底一侧施加电压来在衬底附近形成等离子体以进行表面改性的方法。注意,也可以使用氮、氦、氧等代替氩气气氛。氧化物半导体层393通过溅射法形成。作为氧化物半导体层393,使用h-Ga-Si-O基氧化物半导体层、h-Sn-ai-Ο基氧化物半导体层、h-Al-ai-O基氧化物半导体层、Sn-Ga-Zn-O基氧化物半导体层、Al-Ga-Si-O基氧化物半导体层、Sn-Al-Si-O基氧化物半导体层、In-Si-O基氧化物半导体层、Sn-Zn-O基氧化物半导体层、Al-Zn-O基氧化物半导体层、In-O基氧化物半导体层、Sn-O基氧化物半导体层、Zn-O基氧化物半导体层。氧化物半导体层393可以在稀有气体(典型为氩)气氛下、氧气气氛下、稀有气体(典型为氩)及氧气气氛下通过溅射法来形成。当采用溅射法时,也可以使用包含大于或等于且小于或等于10wt%的SW2的靶材形成氧化物半导体层。在本实施方式中,使用h-Ga-Si-O基金属氧化物靶材并通过溅射法来形成氧化物半导体层393。作为用于通过溅射法制造氧化物半导体层393的靶材,可以使用以氧化锌为主要成分的金属氧化物靶材。作为金属氧化物靶材的另一例子,可以使用包含In、( 及Si的金属氧化物靶材(组成比为In2O3 =Ga2O3 =ZnO=I 1 :1[摩尔比])。或者,作为包含In、fei及Zn的金属氧化物靶材,可以使用具有In2O3 =Ga2O3 =ZnO=I 1 :2 [摩尔比]或者In2O3 =Ga2O3 SiO=I :1 :4[摩尔比]的组成比的靶材。金属氧化物靶材的填充率为大于或等于90%且小于或等于100%,优选为大于或等于95%且小于或等于99. 9%。通过使用填充率高的金属氧化物靶材,形成致密的氧化物半导体层。在保持为减压状态的处理室内保持衬底,且衬底加热到低于400°C的温度。然后,向去除了水分的处理室内引入去除了氢及水分的溅射气体,且使用金属氧化物作为靶材在衬底394上形成氧化物半导体层393。为了去除处理室内的水分,优选使用捕集真空泵。例如,优选使用低温泵、离子泵、钛升华泵。另外,作为排气单元,也可以使用设置有冷阱的涡轮分子泵。在使用低温泵排气的成膜室中,排出诸如氢原子、水(H2O)等包含氢原子的化合物(优选也排出包含碳原子的化合物)等,由此可以降低在该成膜室中形成的氧化物半导体层所包含的杂质的浓度。通过在使用低温泵去除处理室内的水分的同事进行溅射成膜,形成氧化物半导体层393时的衬底温度可以为高于或等于室温且低于400°C。成膜条件的示例如下衬底和靶材之间的距离为100mm,压力为0. 6Pa,直流(DC)电源为0.5kW,且气氛为氧气(氧气流率为100%)气氛。脉冲直流(DC)电源是优选的,因为可以减少灰尘并且可以实现均勻的膜厚分布。氧化物半导体层的厚度优选设定为大于或大于5nm且小于或等于30nm。注意,适当的厚度取决于所使用的氧化物半导体材料,且可根据材料适当地选择厚度。作为溅射法的示例,包括作为溅射电源使用高频电源的RF溅射法、DC溅射法,以及其中以脉冲方式施加偏压的脉冲DC溅射法。RF溅射法主要用于绝缘膜的形成,而DC溅射法主要用于金属膜的形成。还有可以设置多个材料不同的靶材的多源溅射装置。使用多源溅射装置,可以在同一处理室中层叠形成不同材料的膜,或者可以在同一处理室中使多种材料同时放电而进行成膜。另外,有利用磁控管溅射法或ECR溅射法的溅射装置,磁控管溅射法在处理室内具备磁体机构,而ECR溅射法不使用辉光放电而利用使用微波来产生的等离子体。另外,作为使用溅射法的成膜方法,还有在成膜时使靶材物质与溅射气体成分产生化学反应而形成它们的化合物薄膜的反应溅射法;以及在成膜时对衬底也施加电压的偏压溅射法。接着,通过第二光刻工艺将氧化物半导体层加工为岛状氧化物半导体层399(参照图12B)。也可以通过喷墨法形成用于形成岛状氧化物半导体层399的抗蚀剂掩模。当使用喷墨法形成抗蚀剂掩模时不使用光掩模,由此可以降低制造成本。在形成氧化物半导体层399时,可在栅极绝缘层397中形成接触孔。注意,氧化物半导体层393的蚀刻可以是湿蚀刻及干蚀刻之一或两者。作为用于干蚀刻的蚀刻气体,优选使用含氯气体(氯基气体,例如氯(Cl2)、氯化硼(BC13)、氯化硅(SiCl4)或四氯化碳(CCl4)等)。另外,还可以使用含氟气体(氟基气体,例如四氟化碳(CF4)、六氟化硫(SF6)、三氟化氮(NF3)、三氟甲烷(CHF3)等)、溴化氢(HBr)、氧(O2)或对上述气体添加了氦(He)或氩(Ar)等的稀有气体的气体等。作为干蚀刻法,可以使用平行平板型RIE (反应性离子蚀刻)法或ICP (感应耦合等离子体)蚀刻法。适当地调节蚀刻条件(施加到线圈形电极的电功率的量、施加到衬底一侧电极的电功率的量、衬底一侧的电极的温度等),以便蚀刻为所希望的形状。作为用于湿蚀刻的蚀刻剂,可以使用将磷酸、醋酸及硝酸混合而成的溶液、过氧化氢氨水(31wt%的过氧化氢水的氨水=5 2 :2)等。或者,也可以使用IT007N (关东化学株式会社制造)。通过清洗去除湿蚀刻时使用的蚀刻剂以及被蚀刻掉的材料。可以提纯含有被去除材料的蚀刻剂的废液,并重复使用该材料。当从蚀刻之后的废液收集氧化物半导体层中含有的诸如铟的材料并重复使用,可以有效利用资源并降低成本。根据材料适当地调节蚀刻条件(诸如蚀刻剂、蚀刻时间以及温度等),以使将氧化物半导体膜蚀刻为所希望的形状。注意,在形成下一步骤的导电膜之前进行反溅射,优选去除附着在氧化物半导体层399及栅极绝缘层397的表面的抗蚀剂残渣等。接着,在栅极绝缘层397及氧化物半导体层399上形成导电膜。可使用溅射法或真空蒸镀法形成导电膜。作为成为源电极层及漏电极层(包括与其在同一层中形成的布线)的导电膜的材料,可以举出选自Al、Cr、CU、Ta、Ti、M0、W中的元素、以上述元素为成分的合金、组合上述元素的合金等。另外,也可以采用在Al、Cu等的金属层的一个层或双个层上层叠Cr、Ta、Ti、Mo、W等的高熔点金属层的结构。另外注意,通过使用添加有防止在Al膜中产生小丘(hillock)或晶须(whisker)的元素诸如 Si、Ti、Ta、W、Mo、Cr、Nd、Sc、Y 等的 Al材料,可以提高耐热性。导电膜可以采用单层结构或两层以上的叠层结构。例如,可以举出包含硅的铝膜的单层结构;在铝膜上层叠钛膜的双层结构;Ti膜、层叠在该Ti膜上的铝膜、在其上层叠的Ti膜的三层结构等。或者,作为成为源电极层及漏电极层(包括与其在同一层中形成的布线)的导电膜,也可以使用导电金属氧化物形成。作为导电性金属氧化物,可以使用氧化铟(In2O3)、氧化锡(Sn02)、氧化锌(ZnO)、氧化铟和氧化锡的混合氧化物(In2O3-SnO2,简称为ΙΤ0)、氧化铟和氧化锌的混合氧化物(In2O3-ZnO)或在所述金属氧化物中包含硅或氧化硅的材料。执行第三光刻工艺。在导电膜上形成抗蚀剂掩模,并选择性地进行蚀刻,以使形成源电极层39 、漏电极层3卯b。然后去除抗蚀剂掩模(参照图12C)。作为第三光刻工艺中的用于形成抗蚀剂掩模的曝光,使用紫外线、KrF激光、或ArF激光。后面形成的薄膜晶体管的沟道长度L取决于在氧化物半导体层399上彼此相邻的源电极层3%a的端部与漏电极层3%b的端部之间的间隙。注意,在进行沟道长度L小于25nm的曝光时,使用其波长极短(即几nm至几十nm)的超紫外线(Extreme Ultraviolet)进行第三光刻工艺中的用于形成抗蚀剂掩模的曝光。超紫外线的曝光的分辨率高且景深也大。从而,也可以将后面形成的薄膜晶体管的沟道长度L设定为大于或等于IOnm且小于或等于lOOOnm。由此,可以加快电路的操作速度。再者,因为本实施方式的薄膜晶体管的截止状态电流相当小,还可以实现低功耗。注意,适当地调节各种材料及蚀刻条件,以使在对导电膜进行蚀刻时不完全地去除氧化物半导体层399。在本实施方式中,作为导电膜使用Ti膜,作为氧化物半导体层399使用In-Ga-Zn-O基氧化物半导体,作为蚀刻剂使用过氧化氢氨水(3 Iwt %的过氧化氢水28wt%的氨水水=5 2 :2)。注意,在第三光刻工艺中,可仅对氧化物半导体层399的一部分进行蚀刻,从而可形成具有槽部(凹部)的氧化物半导体层。也可以通过喷墨法形成用来形成源电极层3%a和漏电极层3%b的抗蚀剂掩模。当使用喷墨法形成抗蚀剂掩模时不使用光掩模,由此可以降低制造成本。为了减少在光刻工艺中使用的光掩模数量及步骤数量,可以通过使用由多色调掩模形成的抗蚀剂掩模来进行蚀刻,该多色调掩模是使所透过的光具有多种强度的曝光掩模。因为使用多色调掩模形成的抗蚀剂掩模具有多种厚度,并且可以进行蚀刻来进一步地改变其形状,所以可以将其用于提供不同图案的多个蚀刻步骤。因此,利用一个多色调掩模可以形成对应于至少两种以上的不同图案的抗蚀剂掩模。因此,可以减少曝光掩模的数量,并且可以削减相对应的光刻工艺,由此可以简化工艺。也可以通过使用N20、N2或Ar等的气体的等离子体处理去除附着在氧化物半导体层露出部分的表面上的吸附水。另外,也可以使用氧和氩的混合气体进行等离子体处理。在进行等离子体处理时,以不使衬底394暴露于大气的方式继续形成氧化物绝缘层396(参照图12D)。注意,氧化物绝缘层396与氧化物半导体层399的一部分接触并用作保护绝缘膜。在本实施方式中,在氧化物半导体层399不与源电极层3%a、漏电极层3%b重叠的区域中,氧化物绝缘层396与氧化物半导体层399接触地形成。在本实施方式中,作为氧化物绝缘层396,在去除氢或水分的包含高纯度氧的溅射气体中,以室温或低于100°c的温度使用硅靶材来形成包含缺陷的氧化硅层。例如,使用纯度为6N的掺杂有硼的硅靶材(电阻值为0. 01 Ω cm),衬底和靶材之间的距离(T-S之间距离)为89mm,压力为0. 4Pa,直流(DC)电源为6kW,在氧气(氧流量比为100%)气氛下,通过脉冲DC溅射法形成氧化硅膜。氧化硅膜的厚度设定为300nm。注意,可以使用石英(优选为合成石英)作为用来形成氧化硅膜的靶材以代替硅靶材。作为溅射气体使用氧或氧及氩的混合气体。在此情况下,优选在去除处理室内的水分之后形成氧化物绝缘层396。这是为了防止氧化物半导体层399及氧化物绝缘层396含有氢、羟基或水分。为了去除处理室内的水分,优选使用捕集真空泵。例如,优选使用低温泵、离子泵、钛升华泵。另外,作为排气单元,也可以使用设置有冷阱的涡轮分子泵。由于使用低温泵排气的成膜室排出例如氢原子、水(吐0)等包含氢原子的化合物等,所以可以降低在该成膜室中形成的氧化物绝缘层396所包含的杂质浓度。注意,作为氧化物绝缘层396,可以使用氧氮化硅层、氧化铝层或氧氮化铝层等代
替氧化硅层。再者,也可以在氧化物绝缘层396与氧化物半导体层399彼此接触的状态下以100°C至400°C进行热处理。由于本实施方式中的氧化物绝缘层396包含很多缺陷,所以通过该热处理可将氧化物半导体层399中含有的氢、水分、羟基或氢化物等的杂质扩散到氧化物绝缘层396,从而可以进一步降低氧化物半导体层399中包含的杂质。通过上述步骤,可以形成具有其中氢、水分、羟基或氢化物的浓度被降低了的氧化物半导体层392的薄膜晶体管390 (参照图12E)。在如上所述那样形成氧化物半导体层时,通过去除反应气氛中的水分,可以降低该氧化物半导体层中的氢及氢化物的浓度。由此,氧化物半导体层可以稳定。可以在氧化物绝缘层上设置保护绝缘层。在本实施方式中,在氧化物绝缘层396上形成保护绝缘层398。作为保护绝缘层398,可以使用氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化铝膜或
氮氧化铝膜等。将形成了直到氧化物绝缘层396的衬底394加热到100°C至400°C,引入去除了氢及水分的包含高纯度氮的溅射气体,并使用硅靶材,由此形成氮化硅膜作为保护绝缘层398。在此情况下,与氧化物绝缘层396同样地,优选在去除了处理室内的水分之后形成保护绝缘层398。
在形成保护绝缘层398的情况下,在形成保护绝缘层398时将衬底394加热到100°C至400°C,由此可以使包含在氧化物半导体层392中的氢或水分扩散到氧化物绝缘层398中。在此情况下,在形成上述氧化物绝缘层396之后也可以不进行加热处理。在作为氧化物绝缘层396形成氧化硅层,作为保护绝缘层398层叠氮化硅层的情况下,可以在同一处理室中使用公用的硅靶材来形成氧化硅层和氮化硅层。首先引入含氧的溅射气体,使用设置在处理室内的硅靶材形成氧化硅层,接着将溅射气体切换成氮,使用同一硅靶材形成氮化硅层。由此,可以以不使氧化物绝缘层396暴露到大气的方式连续形成氧化硅层和氮化硅层,所以可以防止氢或水分等杂质吸附到氧化物绝缘层396的表面上。此外,也可以在形成保护绝缘层398之后,进行加热处理(温度设定为100°C至400°C),以便使包含在氧化物半导体层中的氢或水分扩散到氧化物绝缘层中。在形成保护绝缘层之后,还可以在大气中以高于或等于100°C且低于或等于200°C的温度下进行长于或等于1小时且短于或短于30小时的热处理。该热处理可在固定加热温度下进行。或者,可以多次反复进行加热温度的以下变化从室温上升到高于或等于100°C且低于或等于200°C的加热温度、然后再下降到室温。此外,也可以在在降低压力下进行该热处理。在降低压力下进行热处理时,可以缩短加热时间。通过进行该热处理,可以进一步提高触摸屏的可靠性。如上所述,当在栅极绝缘层上形成作为沟道形成区的氧化物半导体层时去除反应气氛中的水分,由此可以降低该氧化物半导体层中的氢及氢化物的浓度。上述步骤可以用于液晶显示面板、电致发光显示面板、使用电子墨的显示设备等的背板(形成有薄膜晶体管的衬底)的制造。因为上述步骤在低于或等于400°C的温度下进行,所以也可以应用于其中使用厚度为小于或等于Imm且一边超过Im的玻璃衬底的制造工艺。另外,可以在低于或等于400°C的处理温度下进行所有上述步骤;因此,可制造显示面板而不需要浪费很多能量。本实施方式可以与其他实施方式适当地组合而实现。如上所述,通过使触摸屏具有使用氧化物半导体层形成的薄膜晶体管,可以提供具有稳定电特性且可靠性高的大型的触摸屏。(实施方式7)在本实施方式中,将描述可以应用于本说明书所公开的触摸屏的薄膜晶体管的示例。本实施方式中的薄膜晶体管310可用作上述实施方式的任一个中的使用包括沟道形成区的氧化物半导体层形成的薄膜晶体管(例如,实施方式1中的晶体管201、205、206、301,以及实施方式2、3中的晶体管503540)。与上述实施方式相同的部分或具有相同功能的部分及步骤可以与上述实施方式相同地进行,而省略反复说明。注意,省略相同部分的详细描述。参照图13A至13E描述本实施方式的薄膜晶体管及薄膜晶体管的制造方法的一个实施方式。图13A至13E示出薄膜晶体管的截面结构的一个例子。图13A至13E所示的薄膜晶体管310是底栅薄膜晶体管的一种,并且也称为反交错型薄膜晶体管。虽然使用单栅薄膜晶体管作为薄膜晶体管310来给出描述,但是也可以根据需要形成具有多个沟道形成区的多栅薄膜晶体管。
下面,参照图13A至13E对在衬底305上制造薄膜晶体管310的工艺进行描述。首先,在具有绝缘表面的衬底305上形成导电膜之后,通过第一光刻工艺形成栅电极层311。注意,也可以使用喷墨法形成抗蚀剂掩模。在使用喷墨法形成抗蚀剂掩模时不使用光掩模;因此可以降低制造成本。对可用于具有绝缘表面的衬底305的衬底没有具体的限制,只要其至少具有能够承受后面的热处理的耐热性即可。可以使用钡硼硅酸盐玻璃或铝硼硅酸盐玻璃等玻璃衬底。当后面的热处理的温度较高时,作为玻璃衬底,可以使用应变点为高于或等于730°C的玻璃衬底。作为玻璃衬底的材料,例如可以使用诸如铝硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃或钡硼硅酸盐玻璃等的玻璃材料。通过使所包含的氧化钡(BaO)多于所包含的氧化硼,可以获得耐热且更实用的玻璃衬底。因此,优选使用使所包含的BaO多于所包含的艮03的玻璃衬底。注意,也可以使用诸如陶瓷衬底、石英衬底、蓝宝石衬底等的由绝缘体构成的衬底代替上述玻璃衬底。此外,也可以使用结晶玻璃衬底等。可以将用作基底膜的绝缘膜设置在衬底305和栅电极层311之间。基底膜具有防止杂质元素从衬底305扩散的功能,并且可以使用选自氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜和氧氮化硅膜中的任一种形成有单层结构或叠层结构。作为栅电极层311,可以使用钼、钛、铬、钽、钨、铝、铜、钕、钪等金属材料或以该金属材料为主要成分的合金材料的单层或叠层形成。例如,作为栅电极层311的双层结构,以下结构是优选的铝层和层叠在铝层之上的钼层的双层结构、铜层和层叠在铜层之上的钼层的双层结构、铜层和层叠在铜层之上的氮化钛层或氮化钽层的双层结构、氮化钛层和钼层的双层结构或氮化钨层和钨层的双层结构。作为三层的叠层结构,优选层叠钨层或氮化钨层、铝和硅的合金层或铝和钛的合金层以及氮化钛层或钛层。接着,在栅电极层311上形成栅极绝缘层307。通过利用等离子体CVD法或溅射法等并使用氧化硅层、氮化硅层、氧氮化硅层、氮氧化硅层或氧化铝层的任一个的单层或叠层,可以形成栅极绝缘层307。例如,可以使用SiH4、氧及氮作为成膜气体并通过等离子体CVD法来形成氧氮化硅层。将栅极绝缘层307的厚度设定为大于或等于IOOnm且小于或等于500nm。当采用叠层结构时,例如采用厚度为大于或等于50nm且小于或等于200nm的第一栅极绝缘层和第一栅极绝缘层上的厚度为大于或等于5nm且小于或等于300nm的第二栅极绝缘层的叠层。在本实施方式中,利用等离子体CVD法形成厚度为IOOnm的氧氮化硅层作为栅极绝缘层307。接着,在栅极绝缘层307上形成厚度为大于或等于2nm且小于或等于200nm的氧化物半导体层330。注意,优选在使用溅射法形成氧化物半导体层330之前,进行引入氩气并产生等离子体的反溅射,而去除附着在栅极绝缘层307的表面上的灰尘。注意,也可以使用氮、氦、
氧等代替氩气气氛。作为氧化物半导体层330,使用h-Ga-Si-O基氧化物半导体层、h-Sn-Si-O基氧化物半导体层、h-Al-ai-Ο基氧化物半导体层、Sn-Ga-Si-O基氧化物半导体层、Al-Ga-Si-O基氧化物半导体层、Sn-Al-Si-O基氧化物半导体层、h-Ζη-Ο基氧化物半导体层、Sn-Si-O基氧化物半导体层、Al-ai-0基氧化物半导体层、In-O基氧化物半导体层、Sn-O基氧化物半导体层、Si-O基氧化物半导体层。氧化物半导体层330可以在稀有气体(典型为氩)气氛下、氧气气氛下、稀有气体(典型为氩)及氧气气氛下通过溅射法来形成。当采用溅射法时,也可以使用包含大于或等于2wt%且小于于或等于10wt%的SiO2的靶材形成氧化物半导体层。在本实施方式中,使用h-Ga-ai-Ο基氧化物半导体靶材并通过溅射法来形成氧化物半导体层330。图13A对应于该阶段的截面图。作为用于通过溅射法制造氧化物半导体层330的靶材,可以使用以氧化锌为主要成分的金属氧化物靶材。作为金属氧化物靶材的另一示例,可以使用包含In、( 及Si的金属氧化物靶材(组成比为In2O3 =Ga2O3 =ZnO=I 1 :1[摩尔比])。或者,作为包含In、fei及Zn的金属氧化物靶材,可以使用具有In2O3 =Ga2O3 =ZnO=I 1 :2 [摩尔比]或者In2O3 =Ga2O3 SiO=I :1 :4[摩尔比]的组成比的靶材。金属氧化物靶材的填充率为大于或等于90%且小于或等于100%,优选为大于或等于95%且小于或等于99. 9%。通过使用填充率高的金属氧化物靶材,形成致密的氧化物半导体层。作为在形成氧化物半导体层330时使用的溅射气体,优选使用将包含氢、水、羟基的物质或氢化物等的杂质去除到浓度几PPm或几ppb左右的高纯度气体。在保持为减压状态的处理室内保持衬底,且将衬底温度设定到高于或等于100°C且低于或等于600°C,优选为高于或等于200°C且低于或等于400°C。在加热衬底的同时进行成膜,由此可以降低包含在所形成的氧化物半导体层中的杂质浓度。另外,可以减少因溅射产生的损伤。然后,向去除了水分的处理室引入去除了氢及水分的溅射气体,且通过使用金属氧化物作为靶材在衬底305上形成氧化物半导体层330。为了去除处理室内的水分,优选使用捕集真空泵。例如,优选使用低温泵、离子泵、钛升华泵。另外,作为排气单元,也可以使用设置有冷阱的涡轮分子泵。由于使用低温泵排气的成膜室排出例如氢原子、水(H2O)等包含氢原子的化合物(优选也排出包含碳原子的化合物)等,因此可以降低在该成膜室中形成的氧化物半导体层所包含的杂质的浓度。成膜条件的示例如下衬底和靶材之间的距离为100mm,压力为0. 6Pa,直流(DC)电源为0.5kW,且气氛为氧气(氧气流率为100%)气氛下。脉冲直流(DC)电源是优选的,因为可以减少灰尘并且可以实现均勻的膜厚分布。氧化物半导体层的厚度优选设定为大于或等于5nm且小于或等于30nm。注意,适当的厚度取决于所使用的氧化物半导体材料,并且可根据材料选择厚度。接着,通过第二光刻工艺将氧化物半导体层330加工为岛状氧化物半导体层。也可以通过喷墨法形成用于形成岛状氧化物半导体层的抗蚀剂掩模。当使用喷墨法形成抗蚀剂掩模时不使用光掩模,由此可以降低制造成本。接着,对氧化物半导体层进行第一热处理。通过进行该第一热处理,可以进行氧化物半导体层的脱水或脱氢。第一热处理的温度设定为高于或等于400°C且低于或等于750°C,优选为高于或等于400°C且低于衬底的应变点。在此,将衬底放入到作为热处理装置之一的电炉中,并且在氮气气氛下在450°C对氧化物半导体层进行1小时的热处理,由此得到氧化物半导体层331 (参照图13B)。
热处理装置不局限于电炉,而可以设置有利用来自诸如电阻发热体等的发热体的热传导或热辐射对待处理物进行加热的装置。例如,可以使用GRTA (气体快速热退火)装置、LRTA (灯快速热退火)装置等的RTA (快速热退火)装置。LRTA装置是利用从卤素灯、金卤灯、氙弧灯、碳弧灯、高压钠灯或高压汞灯等的灯发出的光(电磁波)的辐射加热待处理物的装置。GRTA装置是使用高温的气体进行热处理的装置。作为气体,使用诸如氮的在热处理中不与待处理物产生反应的惰性气体或诸如氩的稀有气体。例如,作为第一热处理,可以如下地进行GRTA。将衬底移动到加热到650°C至700°C的高温的惰性气体中,进行几分钟的加热,移动衬底并从加热到高温的惰性气体中取出该衬底。通过使用GRTA可以在短时间内进行高温热处理。注意,在第一热处理中,优选氮或诸如氦、氖、氩等的稀有气体不包含水、氢等。或者,优选将导入于热处理装置中的氮或诸如氦、氖、氩等的稀有气体的纯度设定为大于或等于6N (99. 9999%),更优选设定为大于或等于7N (99. 99999%)(即,将杂质浓度设定为大于或等于lppm,优选为小于或等于0. lppm)0或者,氧化物半导体层的第一热处理可以对尚未加工为岛状氧化物半导体层的氧化物半导体层330进行。在此情况下,在进行第一热处理之后,从加热装置取出衬底,并进行光刻工艺。作为对氧化物半导体层的脱水或脱氢有效的热处理,可以在以下任一个时刻进行形成氧化物半导体层之后;在氧化物半导体层上层叠了源电极层及漏电极层之后;以及在源电极层及漏电极层上形成了保护绝缘膜之后。在栅极绝缘层307中形成接触孔时,该步骤也可以在对氧化物半导体层330进行脱水或脱氢处理之前或者之后进行。注意,氧化物半导体层的蚀刻不限于湿蚀刻,而也可以干蚀刻。根据材料适当地调节蚀刻条件(诸如蚀刻剂、蚀刻时间以及温度等),可蚀刻为所希望的形状。接着,在栅极绝缘层307及氧化物半导体层331上形成用作源电极层及漏电极层(包括与其在相同层中形成的布线)的导电膜。可使用溅射法或真空蒸镀法形成导电膜。作为成为源电极层及漏电极层(包括与其在相同层中形成的布线)的导电膜的材料,可以举出选自Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、W中的元素、以上述元素为成分的合金、组合上述元素的合金等。或者,也可以采用在Al、Cu等的金属层的一个或双个上层叠Cr、Ta、Ti、Mo、W等的高熔点金属层的结构。或者,通过使用添加有防止在Al膜中产生的小丘(hillock)或晶须(whisker)的元素诸如Si、Ti、Ta、W、Mo、Cr、Nd、Sc、Y等的Al材料,可以提高耐热性。导电膜可以采用单层结构或两层以上的叠层结构。例如,可以举出包含硅的铝膜的单层结构;在铝膜上层叠钛膜的双层结构;Ti膜、层叠在该Ti膜上的铝膜、在其上层叠的Ti膜的三层结构等。或者,作为成为源电极层及漏电极层(包括与其在相同层中形成的布线)的导电膜,也可以使用导电性金属氧化物形成。作为导电性金属氧化物,可以使用氧化铟(Ιη203)、氧化锡(Sn02)、氧化锌(ZnO)、氧化铟和氧化锡的混合氧化物(In2O3-SnO2,简称为ΙΤ0)、氧化铟和氧化锌的混合氧化物(^2O3-SiO)或在所述金属氧化物材料中包含硅或氧化硅的材料。当在形成导电膜之后进行热处理时,优选使导电膜具有耐受该热处理的耐热性。
执行第三光刻工艺。抗蚀剂掩模在导电膜上形成,并且选择性地进行蚀刻来形成源电极层31 和漏电极层31恥。然后去除抗蚀剂掩模(参照图13C)。作为第三光刻工艺中的用于形成抗蚀剂掩模的曝光,使用紫外线、KrF激光、ArF激光。后面形成的薄膜晶体管的沟道长度L取决于在氧化物半导体层331上彼此相邻的源电极层的端部与漏电极层的端部之间的间隙的宽度。注意,在进行沟道长度L小于25nm的曝光时,使用其波长极短(即几nm至几十nm)的超紫外线进行第三光刻工艺中的用于形成抗蚀剂掩模的曝光。超紫外线的曝光的分辨率高且景深也大。从而,也可以将后面形成的薄膜晶体管的沟道长度L设定为大于或等于IOnm且小于或等于lOOOnm。由此,可以加快电路的操作速度。再者,本实施方式的薄膜晶体管的截止状态电流极小,由此可以实现低功
^^ ο注意,适当地调节各种材料及蚀刻条件,以便在对导电膜进行蚀刻时不完全去除氧化物半导体层331。在本实施方式中,作为导电膜使用Ti膜,作为氧化物半导体层331使用h-Ga-Si-O基氧化物半导体,且作为蚀刻剂使用过氧化氢氨水(31wt%的过氧化氢水28wt%的氨水水=5 2 :2)。注意,在第三光刻工艺中,可对氧化物半导体层331的一部分进行蚀刻,由此可形成具有槽部(凹部)的氧化物半导体层。也可以通过喷墨法形成用来形成源电极层31 和漏电极层31 的抗蚀剂掩模。当使用喷墨法形成抗蚀剂掩模时不使用光掩模,由此可以降低制造成本。此外,也可以在氧化物半导体层331和源电极层31 及漏电极层31 之间形成氧化物导电层。可以连续地形成用来形成氧化物导电层和源电极层及漏电极层的金属层。可以将氧化物导电层用作源区及漏区。通过将氧化物导电层设置在氧化物半导体层331与源电极层31 及漏电极层31 之间作为源区及漏区,源区及漏区可具有低电阻,并且晶体管可高速操作。为了减少在光刻工艺中使用的光掩模数量及步骤数量,可以使用由多色调掩模形成的抗蚀剂掩模来进行蚀刻,该多色调掩模是所透过的光具有多种强度的曝光掩模。因为使用多色调掩模形成的抗蚀剂掩模具有多种厚度,并且可以通过进行蚀刻来进一步地改变其形状,所以可以将其用于提供不同图案的多个蚀刻步骤。由此,通过利用多色调掩模,可以形成对应于至少两种的不同图案的抗蚀剂掩模。因此,可以减少曝光掩模的数量,并且可以削减相对应的光刻步骤的数量,由此可以简化工艺。接着,进行使用诸如N20、N2或Ar等的气体的等离子体处理。通过该等离子体处理,去除附着在氧化物半导体层的露出部分的表面上的吸附水。或者,也可以使用氧和氩的混合气体进行等离子体处理。在进行等离子体处理后,以不使氧化物半导体层暴露于大气的方式形成与氧化物半导体层的一部分接触的用作保护绝缘膜的氧化物绝缘层316。氧化物绝缘层316可按需通过溅射法等形成为厚度至少为大于或等于lnm,该溅射法将诸如水、氢等杂质混入到氧化物绝缘层316。如果氧化物绝缘层316含有氢,会导致氢进入氧化物半导体层或者由氢引起的氧化物半导体层中的氧的抽取,由此氧化物半导体层的背沟道的电阻可减小(变为N型),由此可形成寄生沟道。因此,为了使氧化物绝缘层316形成为包含尽可能少的氢,采用不使用氢的成膜方法是重要的。形成为与氧化物半导体层接触的氧化物绝缘层316使用不包含水分、氢离子、OH—等的杂质且阻挡上述杂质从外部侵入的无机绝缘膜,典型地使用氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化铝膜或者氧氮化铝膜等。在本实施方式中,使用溅射法形成厚度为200nm的氧化硅膜作为氧化物绝缘层316。将形成膜时的衬底温度设定为高于或等于室温且低于或等于300°C,在本实施方式中该衬底温度设定为100°C。可以在稀有气体(典型地是氩气)气氛下、氧气气氛下或者稀有气体(典型地是氩气)和氧气气氛下通过溅射法形成氧化硅膜。注意,作为靶材,可以使用氧化硅靶材或硅靶材。例如,可以在含氧及氮的气氛下使用硅靶材并通过溅射法来形成氧化硅膜。在此情况下,优选在去除处理室内的水分的同时形成氧化物绝缘层316。这是为了防止氧化物半导体层331及氧化物绝缘层316含有氢、羟基或水分。为了去除处理室内的残留水分,优选使用捕集真空泵。例如,优选使用低温泵、离子泵、钛升华泵。另外,作为排气单元,也可以使用设置有冷阱的涡轮分子泵。由于使用低温泵排气的成膜室排出例如氢原子、水(吐0)等包含氢原子的化合物等,因此可以降低在该成膜室中形成的氧化物绝缘层316所包含的杂质的浓度。作为在形成氧化物绝缘层316时使用的溅射气体,优选使用将包含氢、水、羟基的物质或氢化物等的杂质去除到浓度几PPm或几ppb的高纯度气体。接着,在惰性气体气氛或氧气气氛下进行第二热处理(优选为高于或等于200 V且低于或等于40(TC,例如高于或等于250°C且低于或等于350°C)。例如,在氮气气氛下在250°C进行1小时的第二热处理。在第二热处理中,在氧化物半导体层的一部分(沟道形成区)与氧化物绝缘层316接触的状态下进行加热。通过上述步骤,初始形成的氧化物半导体层通过用于脱水或脱氢的第一热处理减小电阻,然后通过第二热处理氧化物半导体层的与氧化物绝缘层316接触的部分选择性地变为氧过剩状态。结果,与栅电极层311重叠的沟道形成区313变为I型,并且与源电极层315a重叠的高电阻源区31 以及与漏电极层31 重叠的高电阻漏区314b以自对准的方式形成。由此,通过上述步骤形成薄膜晶体管310 (参照图13D)。当作为氧化物绝缘层316使用包含许多缺陷的氧化硅层时,形成氧化硅层的热处理有如下效果,即使氧化物半导体层含有的诸如氢、水分、含羟基的物质或氢化物等杂质扩散到氧化物绝缘层中,从而进一步减少氧化物半导体层中所包含的杂质。注意,通过在与漏电极层31 (及源电极层315a)重叠的氧化物半导体层中形成高电阻漏区314b (或高电阻源区31 ),可以提高薄膜晶体管的可靠性。具体而言,通过形成高电阻漏区314b,可以获得如下结构使导电性按照漏电极层315b、高电阻漏区314b以及沟道形成区313的次序变化。因此,当将漏电极层31 连接到供应高电源电位VDD的布线来进行操作时,即使在栅电极层311和漏电极层31 之间施加高电场,高电阻漏区也用作缓冲区而不施加局部性的高电场,由此可以提高晶体管的耐压性。氧化物半导体层331中的高电阻漏区31 或高电阻源区314b在氧化物半导体层331的厚度小于或等于15nm的情形中在整个膜厚度方向上形成。然而,当氧化物半导体层331的厚度为大于或等于30nm时,它们也可以仅在氧化物半导体层331的一部分上形成,即与源电极层31 或漏电极层31 接触的区域及其附近。因此,也可以使接近栅极绝缘膜311的区域成为I型。也可以在氧化物绝缘层316上附加形成保护绝缘层308。保护绝缘层308使用不包含水分、氢离子、0H_等的杂质且阻挡上述杂质从外部侵入的无机绝缘膜。例如,使用氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化铝膜或者氧氮化铝膜等。例如,使用RF溅射法形成氮化硅膜。由于高生产率,RF溅射法作为保护绝缘层的成膜方法是优选的。在本实施方式中,使用氮化硅膜形成保护绝缘层308 (参照图13E)。在本实施方式中,将形成了直到氧化物绝缘层316的衬底305加热到100°C至400°C的温度,引入去除了氢及水分的包含高纯度氮的溅射气体,并且使用硅靶材,由此形成氮化硅膜作为保护绝缘层308。在此情况下,与氧化物绝缘层316同样地,优选在去除处理室内的残留水分之后形成保护绝缘层308。在形成保护绝缘层308之后,还可以在大气中以高于或等于100°C且低于或等于200°C进行长于或等于1小时且短于或等于30小时的热处理。该热处理可以在固定温度下进行。或者,可以多次反复进行加热温度的以下改变从室温上升到高于或等于100°C且低于或等于200°C的加热温度、然后下降到室温。此外,也可以在降低压力下进行该热处理。在降低压力下,可以缩短加热时间。注意,可以在保护绝缘层308上设置用来平坦化的平坦化绝缘层。本实施方式可以与其他实施方式适当地组合而实现。由此,通过使触摸屏具有使用氧化物半导体层形成的薄膜晶体管,可以提供具有稳定电特性且可靠性高的大触摸屏。(实施方式8)在本实施方式中,将描述可以应用于本说明书所公开的触摸屏的薄膜晶体管的示例。本实施方式中的薄膜晶体管360可以用作上述实施方式的任一个中的使用包括沟道形成区的氧化物半导体层形成的薄膜晶体管(例如,实施方式1中的晶体管201、205、206、301,以及实施方式2、3中的晶体管503540)。与上述实施方式相同的部分或具有相同功能的部分及步骤可以与上述实施方式相同地进行,而省略反复描述。另外,省略同一部分的详细描述。参照图14A至14D描述本实施方式的薄膜晶体管及薄膜晶体管的制造方法的一个实施方式。图14A至14D示出薄膜晶体管的截面结构的示例。图14A至14D所示的薄膜晶体管360是称为沟道保护薄膜晶体管(也称为沟道截止薄膜晶体管)的底栅薄膜晶体管的一种,并且也称为反交错型薄膜晶体管。虽然使用单栅薄膜晶体管作为薄膜晶体管360来给出描述,但是也可以根据需要形成具有多个沟道形成区的多栅薄膜晶体管。下面参照图14A至14D对在衬底320上制造薄膜晶体管360的工艺进行描述。首先,在具有绝缘表面的衬底320上形成导电膜之后,通过第一光刻工艺形成栅电极层361。注意,也可以使用喷墨法形成抗蚀剂掩模。当使用喷墨法形成抗蚀剂掩模时不使用光掩模,由此可以降低制造成本。另外,作为栅电极层361,可以使用钼、钛、铬、钽、钨、铝、铜、钕、钪等金属材料或以该金属材料为主要成分的合金材料的单层或叠层形成。
接着,在栅电极层361上形成栅极绝缘层322。在本实施方式中,利用等离子体CVD法形成厚度为IOOnm的氧氮化硅层作为栅极绝缘层322。接着,在栅极绝缘层322上形成厚度为大于或等于2nm且小于或等于200nm的氧化物半导体层,并且通过第二光刻工艺将该氧化物半导体层加工为岛状氧化物半导体层。在本实施方式中,使用h-Ga-ai-Ο基金属氧化物靶材并通过溅射法来形成氧化物半导体层。在此情况下,优选在去除处理室内的残留水分的同时形成氧化物半导体层。这是为了防止氧化物半导体层含有氢、羟基或水分。为了去除处理室内的残留水分,优选使用捕集真空泵。例如,优选使用低温泵、离子泵、钛升华泵。另外,作为排气单元,也可以使用设置有冷阱的涡轮分子泵。由于使用低温泵排气的成膜室排出例如氢原子、水(吐0)等包含氢原子的化合物等,因此可以降低在该成膜室中形成的氧化物半导体层所包含的杂质的浓度。作为在形成氧化物半导体层时使用的溅射气体,优选使用将氢、水、羟基或氢化物等的杂质去除到浓度为几ppm或几ppb的高纯度气体。接着,对氧化物半导体层进行脱水或脱氢。进行脱水或脱氢的第一热处理的温度设定为高于或等于400°C且低于或等于750°C,优选为高于或等于400°C且低于衬底的应变点。在此,将衬底放入到作为热处理装置之一的电炉中,在氮气气氛下对氧化物半导体层在450°C进行1小时的热处理,然后氧化物半导体层不暴露于大气从而防止水、氢再混入到氧化物半导体层中,从而得到氧化物半导体层332 (参照图14A)。接着,进行使用诸如N20、N2或Ar等的气体的等离子体处理。通过该等离子体处理去除附着在氧化物半导体层的露出部分的表面上的吸附水。或者,也可以使用氧和氩的混合气体进行等离子体处理。接着,在栅极绝缘层322及氧化物半导体层332上形成氧化物绝缘层,并且执行第三光刻工艺。形成抗蚀剂掩模,并选择性地进行蚀刻,以使形成氧化物绝缘层366。然后去除抗蚀剂掩模。在本实施方式中,使用溅射法形成厚度为200nm的氧化硅膜作为氧化物绝缘层366。将形成膜时的衬底温度设定为高于或等于室温且低于或等于300°C,在本实施方式中将该衬底温度设定为100°C。可以在稀有气体(典型地是氩)气氛下、氧气气氛下或者稀有气体(典型地是氩)和氧气气氛下通过溅射法形成氧化硅膜。另外,作为靶材,可以使用氧化硅靶材或硅靶材。例如,可以在包含氧及氮的气氛下使用硅靶材并通过溅射法来形成氧化硅膜。形成为与具有较低电阻的氧化物半导体层接触的氧化物绝缘层366使用不包含诸如水分、氢离子、Off等的杂质且阻挡上述杂质从外部侵入的无机绝缘膜,典型地使用氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化铝膜或者氧氮化铝膜等。在此情况下,优选在去除处理室内的残留水分的同时形成氧化物绝缘层366。这是为了防止氧化物半导体层332及氧化物绝缘层366含有氢、羟基或水分。为了去除处理室内的残留水分,优选使用捕集真空泵。例如,优选使用低温泵、离子泵、钛升华泵。另外,作为排气单元,也可以使用设置有冷阱的涡轮分子泵。由于使用低温泵排气的成膜室排出例如氢原子、水(吐0)等包含氢原子的化合物等,因此可以降低在该成膜室中形成的氧化物绝缘层366所包含的杂质的浓度。作为在形成氧化物半导体层366时使用的溅射气体,优选使用将氢、水、羟基或氢化物等的杂质去除到浓度为几ppm或几ppb的高纯度气体。接着,可以在惰性气体气氛或氧气气氛下进行第二热处理(优选为高于或等于200°C且低于或等于400°C,例如高于或等于250°C且低于或等于350°C )。例如,在氮气氛下在250°C进行1小时的第二热处理。通过进行第二热处理,在氧化物半导体层的一部分(沟道形成区)与氧化物绝缘层366接触的状态下进行加热。在本实施方式中,在诸如氮的惰性气体气氛或降低压力下,对设置有氧化物绝缘层366的其一部分露出的氧化物半导体层332进行热处理。通过在诸如氮的惰性气体气氛或降低压力下进行热处理,对不用氧化物绝缘层366覆盖且由此露出的氧化物半导体层332的区域的电阻可减小。例如,在氮气气氛下在250°C进行1小时的热处理。由于在氮气气氛下对设置有氧化物绝缘层366的氧化物半导体层332进行热处理,氧化物半导体层332中的露出区域的电阻降低。因而,形成具有电阻不同的区域(图14B中的阴影区域和白色区域)的氧化物半导体层362。接着,在栅极绝缘层322、氧化物半导体层362以及氧化物绝缘层366上形成导电膜之后,进行第四光刻工艺。形成抗蚀剂掩模,并选择性地进行蚀刻,以使形成源电极层36 、漏电极层36恥。然后去除抗蚀剂掩模(参照图14C)。作为源电极层36 、漏电极层36 的材料,可以举出选自Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、W中的元素、以上述元素为成分的合金、组合上述元素的合金膜等。或者,也可以采用在Al、Cu等的金属层的一个或两个上层叠Cr、Ta、Ti、Mo、W等的高熔点金属层的结构。再或者,通过使用添加有防止在Al膜中产生小丘(hillock)或晶须(whisker)的元素诸如Si、Ti、Ta、W、Mo、Cr、Nd、Sc、Y等的Al材料,可以提高耐热性。源电极层36 和漏电极层36 可以采用单层结构或两层以上的叠层结构。例如,可以举出包含硅的铝膜的单层结构;在铝膜上层叠钛膜的双层结构;Ti膜、层叠在该Ti膜上的铝膜、在其上层叠的Ti膜的三层结构等。或者,源电极层36 和漏电极层36 可以使用导电性金属氧化物形成。作为导电性金属氧化物,可以使用氧化铟(Ιη203)、氧化锡(Sn02)、氧化锌(ZnO)、氧化铟和氧化锡的合金(In2O3-SnO2,简称为ΙΤ0)、氧化铟和氧化锌的合金(In2O3-ZnO)或包含硅或氧化硅的任一种金属氧化物材料。通过上述步骤,通过用于脱水或脱氢的热处理,所形成的氧化物半导体层的电阻降低,然后选择性地使氧化物半导体层的一部分变为氧过剩状态。结果,与栅电极层361重叠的沟道形成区363变成为I型,并且与源电极层36 重叠的高电阻源区36 以及与漏电极层36 重叠的高电阻漏区364b以自对准的方式形成。通过上述步骤形成薄膜晶体管360。注意,通过在与漏电极层36 (及源电极层365a)重叠的氧化物半导体层中形成高电阻漏区364b (和高电阻源区36 ),可以提高薄膜晶体管的可靠性。具体而言,通过形成高电阻漏区364b,可以获得如下结构使漏电极层36 、高电阻漏区364b和沟道形成区363的导电性变化。因此,当通过将漏电极层36 连接到供应高电源电位VDD的布线来使薄膜晶体管操作时,即使在栅电极层361和漏电极层36 之间施加高电场,高电阻漏区成为缓冲区而不施加局部性的高电场,由此可以提高晶体管的耐压性。在源电极层36 、漏电极层36 、氧化物绝缘层366上形成保护绝缘层323。在本实施方式中使用氮化硅膜形成保护绝缘层323 (参照图14D)。注意,也可以在源电极层36 、漏电极层36 、氧化物绝缘层366上形成氧化物绝缘层,并在该氧化物绝缘层上层叠保护绝缘层323。本实施方式可以与其他实施方式适当地组合而实现。由此,通过使触摸屏具有使用氧化物半导体层形成的薄膜晶体管,可以提供具有稳定电特性且可靠性高的大触摸屏。(实施方式9)在本实施方式中,描述可以应用于本说明书所公开的触摸屏的薄膜晶体管的示例。本实施方式中的薄膜晶体管350可以用作上述实施方式的任一个中的使用包括沟道形成区的氧化物半导体层形成的薄膜晶体管(例如,实施方式1中的晶体管201、205、206、301,以及实施方式2、3中的晶体管503540)。与上述实施方式相同的部分或具有相同功能的部分及步骤可以与上述实施方式相同地进行,而省略反复描述。注意,省略相同部分的详细描述。参照图15A至15D描述本实施方式的薄膜晶体管及薄膜晶体管的制造方法的一个实施方式。虽然使用单栅薄膜晶体管作为薄膜晶体管350来给出描述,但是也可以根据需要形成具有多个沟道形成区的多栅薄膜晶体管。下面,参照图15A至15D对在衬底340上制造薄膜晶体管350的工艺进行描述。首先,在具有绝缘表面的衬底340上形成导电膜之后,通过第一光刻工艺形成栅电极层351。在本实施方式中,作为栅电极层351通过溅射法形成厚度为150nm的钨膜。接着,在栅电极层351上形成栅极绝缘层342。在本实施方式中,利用等离子体CVD法形成厚度为IOOnm的氧氮化硅层作为栅极绝缘层342。接着,在栅极绝缘层342上形成导电膜之后,执行第二光刻工艺。在导电膜上形成抗蚀剂掩模,并选择性地进行蚀刻,从而形成源电极层35 和漏电极层35恥。然后去除抗蚀剂掩模(参照图15A)。接着,形成氧化物半导体层345(参照图15B)。在本实施方式中,使用h-Ga-Si-O基金属氧化物靶材并通过溅射法来形成氧化物半导体层345。通过第三光刻工艺将氧化物半导体层345加工为岛状氧化物半导体层。在此情况下,优选在去除处理室内的残留水分的同时形成氧化物半导体层345。这是为了防止氧化物半导体层345含有氢、羟基或水分。为了去除处理室内的残留水分,优选使用捕集真空泵。例如,优选使用低温泵、离子泵、钛升华泵。另外,作为排气单元,也可以使用设置有冷阱的涡轮分子泵。由于使用低温泵排气的成膜室排出例如氢原子、水(吐0)等包含氢原子的化合物等,因此可以降低在该成膜室中形成的氧化物半导体层345所包含的杂质的浓度。作为在形成氧化物半导体层345时使用的溅射气体,优选使用将氢、水、羟基或氢化物等的杂质去除到浓度为几ppm或几ppb的高纯度气体。接着,对氧化物半导体层进行脱水或脱氢。进行脱水或脱氢的第一热处理的温度设定为高于或等于400°C且低于或等于750°C,优选为高于或等于400°C且低于衬底的应变点。在此,将衬底放入到作为热处理装置之一的电炉中,在氮气气氛下对氧化物半导体层在450°C进行1小时的热处理,氧化物半导体层不暴露于大气而防止水、氢再混入到氧化物半导体层中,由此得到氧化物半导体层346 (参照图15C)。注意,作为第一热处理,也可以如下进行GRTA。将衬底移动到加热到650°C至700°C的高温的惰性气体中,进行几分钟的加热,然后移动衬底并从加热到高温的惰性气体中取出该衬底。GRTA实现短时间的高温热处理。接着,形成与氧化物半导体层346接触的用作保护绝缘膜的氧化物绝缘层356。氧化物绝缘层356的厚度至少为大于或等于lnm,并且适当地使用溅射法等不将水、氢等杂质混入到氧化物绝缘层356的方法形成氧化物绝缘层。当氧化物绝缘层356中含有氢时,会导致氢进入氧化物半导体层中,该氢抽取氧化物半导体层中的氧,因此导致氧化物半导体层的背沟道具有低电阻(N型),由此可形成寄生沟道。因此,为了使氧化物绝缘层356含有尽可能少的氢,采用不使用氢的成膜方法是重要的。在本实施方式中,使用溅射法形成厚度为200nm的氧化硅膜作为氧化物绝缘层356。将形成膜时的衬底温度设定为高于或等于室温且低于或等于300°C,在本实施方式中将该衬底温度设定为100°C。可以在稀有气体(典型地是氩)气氛下、氧气气氛下或者稀有气体(典型地是氩)和氧气气氛下通过溅射法形成氧化硅膜。另外,作为靶材,可以使用氧化硅靶材或硅靶材。例如,可以在包含氧及氮的气氛下使用硅靶材并通过溅射法来形成氧化硅膜。形成为与具有低电阻的氧化物半导体层接触的氧化物绝缘层356使用不包含水分、氢离子、Off等的杂质且阻挡上述杂质从外部侵入的无机绝缘膜,典型地使用氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化铝膜或者氧氮化铝膜等。在此情况下,优选在去除处理室内的残留水分的同时形成氧化物绝缘层356。这是为了防止氧化物半导体层352及氧化物绝缘层356中含有氢、羟基或水分。为了去除处理室内的残留水分,优选使用捕集真空泵。例如,优选使用低温泵、离子泵、钛升华泵。注意,作为排气单元,也可以使用设置有冷阱的涡轮分子泵。由于使用低温泵排气的成膜室排出例如氢原子、水(吐0)等包含氢原子的化合物等,因此可以降低在该成膜室中形成的氧化物绝缘层356所包含的杂质的浓度。作为在形成氧化物绝缘层356时使用的溅射气体,优选使用将氢、水、羟基或氢化物等的杂质去除到浓度几PPm或几ppb左右的高纯度气体。接着,在惰性气体气氛或氧气气氛下进行第二热处理(优选为高于或等于200°C且低于或等于40(TC,例如高于或等于250°C且低于或等于350°C)。例如,在氮气气氛下在250°C进行1小时的第二热处理。通过进行第二热处理,在氧化物半导体层的一部分(沟道形成区)与氧化物绝缘层356接触的状态下进行加热。通过上述步骤,所形成的氧化物半导体层通过用于脱水或脱氢的热处理而降低电阻,然后选择性地使氧化物半导体层的一部分变为氧过剩状态。结果,形成I型的氧化物半导体层352。由此通过上述步骤形成薄膜晶体管350。也可以在氧化物绝缘层356上附加形成保护绝缘层。例如,使用RF溅射法形成氮化硅膜。在本实施方式中,作为保护绝缘层,使用氮化硅膜形成保护绝缘层343 (参照图15D)。
注意,可以在保护绝缘层343上设置用来平坦化的平坦化绝缘层。本实施方式可以与其他实施方式适当地组合而实现。由此,通过使触摸屏具有使用氧化物半导体层形成的薄膜晶体管,可以提供具有稳定电特性且可靠性高的大触摸屏。(实施方式10)在本实施方式中,将描述可以应用于本说明书所公开的触摸屏的薄膜晶体管的示例。本实施方式中的薄膜晶体管380可以用作上述实施方式的任一个中的使用包括沟道形成区的氧化物半导体层形成的薄膜晶体管(例如,实施方式1中的晶体管201、205、206、301,以及实施方式2、3中的晶体管503540)。在本实施方式中,图16示出薄膜晶体管的制造工艺的一部分与实施方式7不同的示例。因为图16的结构除了一部分的工艺之外与图13A至13E相同,所以使用相同的附图标记表示相同的部分而省略相同的部分的详细描述。根据实施方式7,在衬底370上形成栅电极层381,并在其上层叠第一栅极绝缘层37 和第二栅极绝缘层372b。在本实施方式中栅极绝缘层具有双层结构,其中作为第一栅极绝缘层37 使用氮化物绝缘层,并且作为第二栅极绝缘层372b使用氧化物绝缘层。作为氧化物绝缘层,可以使用氧化硅层、氧氮化硅层、氧化铝层、氧氮化铝层或氧化铪层等。作为氮化物绝缘层,可以使用氮化硅层、氮氧化硅层、氮化铝层或氮氧化铝层等。在本实施方式中,栅极绝缘层可具有从栅电极层381 —侧依次层叠氮化硅层和氧化硅层的结构。例如,作为第一栅极绝缘层37 通过溅射法形成厚度为大于或等于50nm且小于或等于200nm (在本实施方式中为50nm)的氮化硅层(SiNy (y>0)),在第一栅极绝缘层372a上作为第二栅极绝缘层372b层叠厚度为大于或等于5nm且小于或等于300nm (在本实施方式中为IOOnm)的氧化硅层(SiOx (x>0));由此可形成厚度为150nm的栅极绝缘层。接着,形成氧化物半导体层,然后通过光刻工艺将氧化物半导体层加工为岛状氧化物半导体层。在本实施方式中,使用h-Ga-ai-Ο基金属氧化物靶材并通过溅射法来形成氧化物半导体层。在此情况下,优选在去除处理室内的残留水分的同时形成氧化物半导体层。这是为了防止氧化物半导体层含有氢、羟基或水分。为了去除处理室内的残留水分,优选使用捕集真空泵。例如,优选使用低温泵、离子泵、钛升华泵。另外,作为排气单元,也可以使用设置有冷阱的涡轮分子泵。由于使用低温泵排气的成膜室排出例如氢原子、水(吐0)等包含氢原子的化合物等,因此可以降低在该成膜室中形成的氧化物半导体层所包含的杂质的浓度。作为在形成氧化物半导体层时使用的溅射气体,优选使用将氢、水、羟基或氢化物等的杂质去除到浓度几ppm或几ppb的高纯度气体。接着,对氧化物半导体层进行脱水或脱氢。进行脱水或脱氢的第一热处理的温度设定为高于或等于400°C且低于或等于750°C,优选为高于或等于425°C。注意,当采用高于或等于425°C的温度时热处理时间是短于或等于1小时,但是当采用低于425°C的温度时热处理时间为长于1小时。在此,将衬底放入到作为热处理装置之一的电炉中,在氮气气氛下对氧化物半导体层进行热处理,然后不使其暴露于大气而防止水或氢再次混入到氧化物半导体层。由此得到氧化物半导体层。然后,在相同的炉中引入高纯度的氧气、高纯度的N2O气体或超干燥空气(露点为低于或等于-40°C,优选为低于或等于-60°C)来进行冷却。优选不使氧气或队0气体包含水、氢等。或者,将引入到热处理装置的氧气或队0气体的纯度设定为高于或等于6N (99. 9999%),优选设定为高于或等于7N (99. 99999%)(也就是说,将氧气或N2O气体中的杂质浓度为低于或等于lppm,优选为低于或等于0. lppm)0注意,热处理装置不局限于电炉,例如,可以使用GRTA (气体快速热退火)装置、LRTA (灯快速热退火)装置等的RTA (快速热退火)装置。LRTA装置是利用从卤素灯、金卤灯、氙弧灯、碳弧灯、高压钠灯或高压汞灯等的灯发出的光(电磁波)的辐射加热待处理物的装置。此外,LRTA装置除了灯以外还可以具备由来自诸如电阻发热体等的发热体的热传导或热辐射来加热待处理物的设备。GRTA是指使用高温的气体进行热处理的方法。作为气体,使用诸如氮的即使进行热处理也不与被处理物产生反应的惰性气体或诸如氩等的稀有气体。也可以使用RTA法在600°C至750°C进行几分钟的热处理。此外,也可以在进行脱水或脱氢的第一热处理之后,在氧气或队0气体气氛下在高于或等于20(TC且低于或等于40(TC,优选高于或等于20(TC且低于或等于30(TC的温度进行热处理。或者,氧化物半导体层的第一热处理可以对尚未加工为岛状氧化物半导体层的氧化物半导体层进行。在此情况下,在进行第一热处理之后,从加热装置取出衬底,并进行光刻工艺。通过上述工艺,使氧化物半导体层的整个区域成为氧过剩状态;由此,氧化物半导体层具有较高电阻,即氧化物半导体层变为I型。由此,形成整个区域是I型的氧化物半导体层382。接着,在氧化物半导体层382上形成导电膜,并进行光刻工艺。在导电膜上形成抗蚀剂掩模,且对该导电膜选择性地进行蚀刻,由此形成源电极层38 和漏电极层38恥。然后,在第二栅极绝缘膜372b、氧化物半导体层382、源电极层385a以及漏电极层38 上通过溅射法形成氧化物绝缘层386。 在此情况下,优选在去除处理室内的残留水分的同时形成氧化物绝缘层386。这是为了防止氧化物半导体层382及氧化物绝缘层386含有氢、羟基或水分。为了去除处理室内的残留水分,优选使用捕集真空泵。例如,优选使用低温泵、离子泵、钛升华泵。另外,作为排气单元,也可以使用设置有冷阱的涡轮分子泵。由于使用低温泵排气的成膜室排出例如氢原子、水(吐0)等包含氢原子的化合物等,因此可以降低在该成膜室中形成的氧化物绝缘层386所包含的杂质的浓度。作为在形成氧化物绝缘层386时使用的溅射气体,优选使用将氢、水、羟基或氢化物等的杂质去除到浓度几PPm或几ppb左右的高纯度气体。通过上述步骤,可以形成薄膜晶体管380。接着,为了减少薄膜晶体管的电特性的变化,也可以在惰性气氛(例如氮气气氛)下进行热处理(优选在高于或等于150°C且低于350°C的温度下)。例如,在氮气气氛下在250°C进行1小时的热处理。在氧化物绝缘层386上形成保护绝缘层373。在本实施方式中,作为保护绝缘层373,利用溅射法形成厚度为IOOnm的氮化硅膜。由氮化物绝缘层构成的保护绝缘层373及第一栅极绝缘层37 不包含水分、氢、氢化物、羟基等的杂质,并具有防止这些杂质从外部侵入的效果。因此,在形成保护绝缘层373之后的制造工艺中,可以防止水分等的杂质从外部侵入。另外,甚至在完成包括触摸屏的半导体器件(如液晶显示设备)的设备之后,也可以长期防止水分等的杂质从外部侵入,因此能够实现器件的长期可靠性。另外,可去除在各自使用氮化物绝缘层构成的保护绝缘层373和第一栅极绝缘层372a之间的第二栅极绝缘层372b的一部分,以使保护绝缘层373与第一栅极绝缘层37 彼此接触。从而,可以尽量减少氧化物半导体层中的水分、氢、氢化物、羟基等的杂质,防止该杂质的再次混入,从而可使氧化物半导体层中的杂质浓度维持得低。本实施方式可以与其他实施方式适当地组合而实现。由此,通过使触摸屏具有使用氧化物半导体层形成的薄膜晶体管,可以提供具有稳定电特性且可靠性高的大型的触摸屏。(实施方式11)在本实施方式中,将描述可以应用于本说明书所公开的触摸屏的薄膜晶体管的示例。本实施方式中的薄膜晶体管可以应用于上述实施方式1至10的任一个的薄膜晶体管。在本实施方式中,将描述将具有透光性的导电材料用于栅电极层、源电极层及漏电极层的示例。因此,其他部分可以与上述实施方式同样进行,而省略对与上述实施方式相同的部分或具有相同功能的部分及步骤的重复描述。另外,省略相同部分的详细描述。例如,作为栅电极层、源电极层、漏电极层的材料,可以采用对可见光具有透光性的导电材料,例如In-Sn-O基金属氧化物、h-Sn-ai-Ο基金属氧化物、h-Al-Si-O基金属氧化物、Sn-Ga-Si-O基金属氧化物、Al-Ga-Si-O基金属氧化物、Sn-Al-Si-O基金属氧化物、h-Ζη-Ο基金属氧化物、Sn-Zn-O基金属氧化物、Al-Si-O基金属氧化物、基金属氧化物、Sn-O基金属氧化物、Zn-O基金属氧化物,并可以在大于或等于50nm且小于或等于300nm的范围内适当地选择其厚度。作为用于栅电极层、源电极层和漏电极层的金属氧化物的成膜方法,使用溅射法、真空蒸镀法(电子束蒸镀法等)、电弧放电离子电镀法、或喷射法。当采用溅射法时,也可以使用包含大于或等于且小于或等于10wt%的SW2的靶材进行成膜。注意,对可见光具有透光性的导电膜的组成比的单位为原子%,并且通过使用电子探针X射线显微分析仪(EPMA)的分析进行评价。在设置有薄膜晶体管的像素中,当使用对可见光具有透光性的导电膜形成像素电极层、另一电极层(电容电极层等)或另一布线层(诸如电容布线层等),可以实现具有高开口率的显示设备。当然,优选像素中的栅极绝缘层、氧化物绝缘层、保护绝缘层、平坦化绝缘层也各自使用对可见光具有透光性的导电膜来形成。在本说明书中,对可见光具有透光性的膜是指具有对可见光的透过率在75%至100%之间的厚度的膜。当该膜具有导电性时,该膜也称为透明导电膜。另外,也可以使用对可见光半透明的导电膜作为应用于栅电极层、源电极层、漏电极层、像素电极层或者另一电极层、另一布线层的金属氧化物。对可见光半透明的导电膜是指对可见光的透过率为50%至75%之间的膜。当薄膜晶体管具有透光性时,由于即使薄膜晶体管与显示区域或光电传感器重叠地设置也可以透光,并不妨碍显示或检测光,因此可以提高开口率。另外,通过对薄膜晶体管的部件使用具有透光性的膜来实现广视角,因此即使将一个像素分割为多个子像素也可以实现高开口率。即,即使设置高密度的薄膜晶体管群也可以确保大开口率,从而可以确保足够大的显示区域的面积。例如,当在一个像素内具有两个至四个子像素时,由于薄膜晶体管具有透光性,因此可以提高开口率。另外,当使用与薄膜晶体管的部件相同的步骤和相同的材料形成存储电容器时,也可以使存储电容器具有透光性,因此可以提高开口率。本实施方式可以与其他实施方式适当地组合而实现。(实施方式12)在本实施方式中,将描述可以应用于本说明书所公开的触摸屏的薄膜晶体管的示例。本实施方式中的薄膜晶体管650可以用作在上述实施方式的任一个中的使用包括沟道形成区的氧化物半导体层形成的薄膜晶体管(例如,实施方式1中的晶体管201、205、206、301,以及实施方式2、3中的晶体管503540)。在本实施方式中,图17示出从截面看时由氮化物绝缘层包围氧化物半导体层的示例。由于图17与图12除了氧化物绝缘层的上表面形状及端部位置不同以及栅极绝缘层的结构不同之外其他结构都相同,因此使用相同的符号表示相同的部分并省略对相同部分的详细描述。图17所示的薄膜晶体管650是底栅薄膜晶体管,并在具有绝缘表面的衬底394上包括栅电极层391、使用氮化物绝缘层形成的栅极绝缘层65 、使用氧化物绝缘层形成的栅极绝缘层652b、氧化物半导体层392、源电极层39 及漏电极层3卯b。另外,设置有覆盖薄膜晶体管650且层叠在氧化物半导体层392上的氧化物绝缘层656。此外,在氧化物绝缘层656上设置有使用氮化物绝缘层形成的保护绝缘层653。保护绝缘层653与使用氮化物绝缘层形成的栅极绝缘层65 接触。在本实施方式中,在薄膜晶体管650中栅极绝缘层采用从栅电极层一侧依次层叠氮化物绝缘层和氧化物绝缘层而构成的叠层结构。此外,当形成使用氮化物绝缘层形成的保护绝缘层653之前,选择性地去除氧化物绝缘层656和栅极绝缘层652b以露出使用氮化物绝缘层形成的氮化物绝缘层65加。至少使氧化物绝缘层656和栅极绝缘层652b的上表面宽于氧化物半导体层392的上表面,并且优选用氧化物绝缘层656和栅极绝缘层652b的上表面覆盖薄膜晶体管650。此外,使用氮化物绝缘层形成的保护绝缘层653覆盖氧化物绝缘层656的上表面及氧化物绝缘层656和栅极绝缘层652b的侧面,且与使用氮化物绝缘层形成的栅极绝缘层652a接触。作为使用氮化物绝缘层形成的保护绝缘层653及栅极绝缘层652a,使用通过溅射法或等离子体CVD法获得的氮化硅膜、氧氮化硅膜、氮化铝膜、氧氮化铝膜等的不包含水分、氢离子或OH—等的杂质并阻挡上述杂质从外部侵入的无机绝缘膜。在本实施方式中,作为使用氮化物绝缘层形成的保护绝缘层653,以覆盖氧化物半导体层392的下表面、上表面及侧面的方式通过RF溅射法形成厚度为IOOnm的氮化硅层。通过采用图17所示的结构,由于设置成包围且接触氧化物半导体层的栅极绝缘层652b及氧化物绝缘层656,氧化物半导体层中的诸如氢、水分、羟基或氢物等的杂质减少,并且因为氧化物半导体层被使用氮化物绝缘层形成的栅极绝缘层65 及保护绝缘层653包围,所以可以在形成保护绝缘层653之后的制造工艺中防止水分从外部侵入。另外,在完成作为诸如显示设备等的显示面板的器件之后,也可以长期防止水分从外部的侵入,因此能够提高器件的长期可靠性。在本实施方式中,使用氮化物绝缘层覆盖一个薄膜晶体管;但本发明的实施例并不局限于此。替代地,还可以采用一氮化物绝缘层覆盖多个薄膜晶体管,或者使用氮化物绝缘层整体地覆盖像素部中的多个薄膜晶体管。以至少包围有源矩阵衬底的像素部的方式可形成保护绝缘层653与栅极绝缘层65 彼此接触的区域。本实施方式可以与其他实施方式适当地组合而实现。本说明书基于2009年11月6日向日本专利局提交的日本专利申请S/N. 2009-255461,该申请的内容通过弓丨用结合于此。
权利要求
1.一种触摸屏,包括包括显示元件及光电传感器的像素,其中所述光电传感器包括彼此电连接的光电二极管及第一晶体管,以及其中所述第一晶体管包括形成有沟道形成区的氧化物半导体层。
2.根据权利要求1所述的触摸屏,其特征在于,所述光电传感器还包括第二晶体管,所述光电二极管电连接到所述第一晶体管的栅极,所述第一晶体管的第一端子电连接到所述第二晶体管的第一端子,以及所述第二晶体管包括形成有沟道形成区的氧化物半导体层。
3.根据权利要求1所述的触摸屏,其特征在于,所述第一晶体管的所述氧化物半导体层包含铟、镓及锌。
4.根据权利要求2所述的触摸屏,其特征在于,所述第二晶体管的所述氧化物半导体层包含铟、镓及锌。
5.根据权利要求1所述的触摸屏,其特征在于,所述第一晶体管的所述氧化物半导体层的氢浓度是小于或等于5X1019/cm3。
6.根据权利要求2所述的触摸屏,其特征在于,所述第二晶体管的所述氧化物半导体层的氢浓度是小于或等于5X1019/cm3。
7.根据权利要求1所述的触摸屏,其特征在于,所述显示元件选自液晶元件及发光二极管。
8.根据权利要求2所述的触摸屏,其特征在于,所述光电传感器还包括第一信号线;第二信号线;第三信号线;以及第四信号线,所述第一信号线电连接到所述光电二极管,所述第二信号线电连接到所述第二晶体管的第二端子,所述第三信号线电连接到所述第二晶体管的栅极,以及所述第四信号线电连接到所述第一晶体管的第二端子。
9.一种包括多个像素的触摸屏的驱动方法,其特征在于,所述多个像素排列为具有多个行的矩阵状,所述多个像素中的至少一个包括显示元件及光电传感器,所述光电传感器包括彼此电连接的光电二极管及第一晶体管,以及所述第一晶体管包括形成有沟道形成区的氧化物半导体层,所述驱动方法包括对所述多个行的每一行依次进行重置操作、累加操作及选择操作的步骤,其中,同时进行所述多个行中的一行的所述重置操作及所述多个行中的另一行的所述选择操作。
10.根据权利要求9所述的驱动方法,其特征在于,所述第一晶体管的所述氧化物半导体层包含铟、镓及锌。
11.根据权利要求9所述的驱动方法,其特征在于,所述光电二极管电连接到所述第一晶体管的栅极,所述光电传感器还包括电连接到所述光电二极管的第一信号线;其第一端子电连接到所述第一晶体管的第一端子的第二晶体管;电连接到所述第二晶体管的第二端子的第二信号线,所述第二晶体管包括形成有沟道形成区的氧化物半导体层,以及所述重置操作包括以下步骤将所述第一信号线的电位设定为第一电位以使将正向偏压施加到所述光电二极管;以及对所述第二信号线进行预充电。
12.根据权利要求11所述的驱动方法,其特征在于,所述第二晶体管的所述氧化物半导体层包含铟、镓及锌。
13.根据权利要求11所述的驱动方法,其特征在于,所述累加操作包括将所述第一信号线的所述电位设定为第二电位来允许所述第一晶体管的所述栅极的电位降低的步骤。
14.根据权利要求11所述的驱动方法,其特征在于,所述光电传感器还包括电连接到所述第二晶体管的栅极的第三信号线,所述选择操作包括将所述第三信号线的电位设定为第三电位以使所述第二晶体管处于导通状态的步骤,在该步骤之后进行将所述第三信号线的所述电位设定为第四电位以使所述第二晶体管处于截止状态的步骤。
15.根据权利要求9所述的驱动方法,其特征在于,所述第一晶体管的所述氧化物半导体层的氢浓度是小于或等于5X 1019/cm3。
16.根据权利要求11所述的驱动方法,其特征在于,所述第二晶体管的所述氧化物半导体层的氢浓度是小于或等于5X 1019/cm3。
17.根据权利要求9所述的驱动方法,其特征在于,所述显示元件选自液晶元件及发光二极管。
18.—种包括多个像素的触摸屏的驱动方法,其特征在于,所述多个像素排列为具有第一至第η行的矩阵状,该η是大于2的自然数,所述多个像素中的至少一个包括显示元件及光电传感器,所述光电传感器包括彼此电连接的光电二极管及第一晶体管,以及所述第一晶体管包括形成有沟道形成区的氧化物半导体层,所述驱动方法包括对所述第一至第η行的每一行依次进行重置操作、累加操作及选择操作的步骤,其中,在所述第m行的所述重置操作的结束和所述第(m+1)行的顺序重置操作的开始之间的周期中进行所述第一至第η行中的另一行的所述选择操作,并且,m是小于η的自然数。
19.根据权利要求18所述的驱动方法,其特征在于,所述第一晶体管的所述氧化物半导体层包含铟、镓及锌。
20.根据权利要求18所述的驱动方法,其特征在于,所述光电二极管电连接到所述第一晶体管的栅极,所述光电传感器还包括电连接到所述光电二极管的第一信号线;其第一端子电连接到所述第一晶体管的第一端子的第二晶体管;电连接到所述第二晶体管的第二端子的第二信号线,所述第二晶体管包括形成有沟道形成区的氧化物半导体层,以及所述重置操作包括以下步骤将所述第一信号线的电位设定为第一电位以将正向偏压施加到所述光电二极管;以及对所述第二信号线进行预充电。
21.根据权利要求20所述的驱动方法,其特征在于,所述第二晶体管的所述氧化物半导体层包含铟、镓及锌。
22.根据权利要求20所述的驱动方法,其特征在于,所述累加操作包括将所述第一信号线的所述电位设定为第二电位来允许所述第一晶体管的所述栅极的电位降低的步骤。
23.根据权利要求20所述的驱动方法,其特征在于,所述光电传感器还包括电连接到所述第二晶体管的栅极的第三信号线,所述选择操作包括将所述第三信号线的电位设定为第三电位以使所述第二晶体管处于导通状态的步骤,在该步骤之后进行将所述第三信号线的所述电位设定为第四电位以使所述第二晶体管处于截止状态的步骤。
24.根据权利要求18所述的驱动方法,其特征在于,所述第一晶体管的所述氧化物半导体层的氢浓度是小于或等于5X 1019/cm3。
25.根据权利要求20所述的驱动方法,其特征在于,所述第二晶体管的所述氧化物半导体层的氢浓度是小于或等于5X 1019/cm3。
26.根据权利要求18所述的驱动方法,其特征在于,所述显示元件选自液晶元件及发光二极管。
全文摘要
本发明公开的是包括多个像素的触摸屏,该多个像素的每一个包括显示元件及光电传感器。显示元件包括具有氧化物半导体层的晶体管。光电传感器包括光电二极管、第一晶体管及第二晶体管,并且第一及第二晶体管包括氧化物半导体层。本发明还公开实现了高速成像的触摸屏的驱动方法。
文档编号G02F1/1368GK102597930SQ20108005035
公开日2012年7月18日 申请日期2010年10月15日 优先权日2009年11月6日
发明者山崎舜平, 池田隆之, 田村辉, 黑川义元 申请人:株式会社半导体能源研究所

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