TWI476915B

TWI476915B - 半導體裝置及其製造方法

Info

Publication number: TWI476915B
Application number: TW098142075A
Authority: TW
Inventors: Kengo Akimoto; Masashi Tsubuku
Original assignee: Semiconductor Energy Lab
Priority date: 2008-12-25
Filing date: 2009-12-09
Publication date: 2015-03-11
Also published as: JP6220412B2; JP2014239244A; TW201036164A; JP5917623B2; US20130175523A1; JP5588669B2; CN101794818A; CN101794818B; KR20100075735A; KR101635842B1; JP2010171415A; US8772784B2; US20100163866A1; US8383470B2; JP2016149563A

Description

半導體裝置及其製造方法

本發明關於半導體裝置及其製造方法。舉例而言，本發明關於在通道形成區中包括氧化物半導體膜的薄膜電晶體或半導體裝置。此外，舉例而言，本發明關於以包括薄膜電晶體的液晶顯示面板為代表的電光裝置，或關於包括薄膜電晶體和有機發光元件的發光顯示裝置。此外，本發明關於將上述電光裝置或發光顯示裝置併入作為元件的電子設備。

本說明書中的半導體裝置指的是藉由利用半導體特徵的所有裝置；半導體元件、電光裝置、半導體電路以及包括半導體裝置的電子設備都是半導體裝置。

近年來，積極開發了主動矩陣顯示裝置(諸如液晶顯示裝置、發光顯示裝置或電泳顯示裝置)，其中對排列成矩陣的每一顯示像素設置包括薄膜電晶體(以下稱為TFT)的開關元件。在這些主動矩陣顯示裝置中，對每個像素(或每個點)設置了開關元件，因此，在像素密度增加的情況下，存在能使用比主動矩陣顯示裝置更低的電壓來驅動主動矩陣顯示裝置的優點。

同時，存在為多種用途而設計的多種類型的金屬氧化物。氧化銦是習知的材料，且用作液晶顯示器等所必需的透明電極材料。

此外，某些金屬氧化物具有半導體特性。具有半導體特性的金屬氧化物是一種化合物半導體。化合物半導體是藉由接合到一起的兩種或多種原子形成的半導體。一般而言，金屬氧化物是絕緣體；然而，已知金屬氧化物根據其所包括的元素的組合而成為半導體。

舉例而言，在金屬氧化物中，已知氧化鎢、氧化錫、氧化銦、氧化鋅等是具有半導體特性的金屬氧化物。以上的金屬氧化物用於薄膜電晶體中作為通道形成區的透明半導體層(如專利文獻1到4和非專利文獻1所公開的那樣)。

金屬氧化物的實施例不僅包括單金屬元素的氧化物，還包括多種金屬元素的氧化物。舉例而言，同系化合物InGaO₃ (ZnO)_m (m為自然數)是已知的材料(非專利文獻2到4)。

然後，已經確認上述的這樣的In-Ga-Zn基氧化物可應用於薄膜電晶體的通道層(專利文獻5與非專利文獻5和6)。

專利文獻6和7等公開了應用於影像顯示裝置的開關元件等的技術，其中在透光基底上形成了包括這樣的氧化物半導體膜的薄膜電晶體。此外，專利文獻8和9公開了藉由將透光導電膜用於閘極電極、源極電極以及汲極電極中的每一個來製造透光薄膜電晶體的嘗試。專利文獻10公開了其中在氧氣氣氛中處理閘極絕緣膜以提高與氧化物半導體膜的介面的特性的技術。

[參考文獻]

[專利文獻]

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[非專利文獻]

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[非專利文獻6]K. Nomura、H. Ohta、A. Takagi、T. Kamiya、M. Hirano以及H. Hosono，“使用非晶氧化物半導體的透明柔性薄膜電晶體的室溫製造(Room-temperature fabrication of transparent flexible thin-film transistors using amorphous oxide semiconductors)”，NATURE ，2004年，第432卷，第488-492頁

對於使用半導體膜形成通道形成區的薄膜電晶體而言，需要高速工作、相對簡單的製造工藝以及充分的可靠性。

在形成薄膜電晶體時，將具有低電阻的金屬材料用於源極電極層和汲極電極層。具體而言，當製造具有大面積顯示的顯示裝置時，由於引線的電阻引起的信號延遲問題變得突出。因此，較佳地將具有低電阻值的金屬材料用於引線和電極的材料。

而且，在包括有機發光元件的液晶顯示裝置或顯示裝置中，舉例而言，在半導體裝置的電晶體特性具有大差異的情況下，由於該差異而造成顯示不均勻的風險。具體而言，在包括發光元件的顯示裝置中，在排列成使像素電極層中的電流恒定的TFT(向驅動器電路或配置在像素中的發光元件提供電流的TFT)的導通電流(I_on )存在大變化的情況下，會有顯示幕上產生亮度變化的風險。

在包括通道形成區的半導體層與源極和汲極電極層之間的介面處的接觸電阻高的情況下，按照類似於引線電阻的情況的方式會引起信號延遲問題。此外，接觸電阻的變化導致電晶體特性的變化，這會引起顯示不均勻。

有多種因素會增大接觸電阻。舉例而言，有一現象存在，由於用於源極和汲極電極層的金屬材料的表面的灰塵或雜質污染而形成具有高電阻的膜。

本發明的實施例的目的是提供一種半導體裝置及其製造方法，在該半導體裝置中，作為源極和汲極電極層的第一電極層和第二電極層，經由在第一電極層和第二電極層上形成的包括第二半導體的保護層，與形成有通道的包括第一半導體的層接觸。於下，將包括第一半導體的層也稱為第一半導體層，而包括第二半導體的層也稱為第二半導體層。

在本說明書中使用的第一半導體和第二半導體的實施例包括：含有以Si、Ge或SiC為代表的14族元素的半導體；諸如GaAs、InP、ZnSe、CdS或CuAlOS之類的化合物半導體；諸如GaN、AlN或InN之類的氮化物半導體；以及諸如ZnO或CuAlO₂ 之類的氧化物半導體。此外，第一半導體和第二半導體中的每一半導體可以是非晶、微晶、多晶或單晶。

第一半導體和第二半導體中的每一個的實施例包括銦、鎵、鋅以及錫中的任一種的氧化物半導體；舉例而言，可使用通過InMO₃ (ZnO)_m (m >0)表示的氧化物半導體的薄膜作為用於製造薄膜電晶體的第一半導體層和第二半導體層中的每一者。注意M代表從Ga、Fe、Ni、Mn或Co中選擇的一種或多種金屬元素。舉例而言，在某些情況下，M僅代表Ga，或可代表除Ga之外的上述金屬元素中的任一種，例如Ga和Ni或Ga和Fe。而且，在氧化物半導體中，在某些情況下，除包含金屬元素作為M之外，還包含諸如Fe或Ni等過渡金屬元素或過渡金屬的氧化物作為雜質元素。在本說明書中，該薄膜也稱為包括銦、鎵以及鋅的氧化物半導體膜或In-Ga-Zn-O基非單晶膜。注意，In-Ga-Zn-O基非單晶膜中包括的鈉(Na)被設置成5×10¹⁸ /cm³ 或更低，較佳地為1×10¹⁸ /cm³ 或更低。

在作為第一電極層和第二電極層的導電膜上形成的包括第二半導體的保護層防止引起接觸電阻增大的膜在導電膜上形成，並使導電膜的表面均勻。因此，無變化地抑制了半導體裝置的源極區和汲極區的寄生電阻，從而提供了具有高場效應遷移率的薄膜電晶體。

本發明的一實施例是一種半導體裝置，包括：閘極電極層；在閘極電極層上的閘極絕緣膜；在閘極絕緣膜上的第一和第二電極層，它們的末端與閘極電極層交疊；分別設置在第一或第二電極層上的保護層；以及與閘極電極層交疊且與閘極絕緣膜、第一和第二電極層的側面部分以及保護層的側面部分和頂面部分接觸的第一半導體層，其中該保護層的導電率低於或等於第一半導體層的導電率。

本發明的另一實施例是一種半導體裝置，使用包括與第一半導體層相同的元素的組成物形成保護層。

本發明的另一實施例是使用氧化物半導體形成第一半導體層的一種半導體裝置。

本發明的一實施例是使用包括銦、鎵以及鋅的氧化物半導體形成第一半導體層的一種半導體裝置。

本發明的另一實施例是一種半導體裝置，在半導體裝置中，在第一和第二電極層上形成了導電率小於或等於第一半導體層且厚度小於第一半導體層的第二半導體層。

本發明的另一實施例是一種半導體裝置，包括：第一和第二電極層；分別設置在第一或第二電極層上的保護層；與第一和第二電極層的側面部分以及保護層的側面部分和頂面部分接觸的第一半導體層；在第一半導體層上的閘極絕緣膜；以及經由閘極絕緣膜與第一和第二電極層的端部交疊的閘極電極層，其中保護層的導電率小於或等於第一半導體層的導電率。

本發明的另一實施例是使用包括銦、鎵以及鋅的氧化物半導體形成第一半導體層的一種半導體裝置。

本發明的另一實施例是半導體裝置的製造方法，包括以下步驟：形成閘極電極層；在閘極電極層上形成閘極絕緣膜；在閘極絕緣膜上形成第一和第二電極層；形成分別設置在第一或第二電極層上的保護層；以及形成與閘極電極層交疊且與閘極絕緣膜、第一和第二電極層的側面部分以及保護層的側面部分和頂面部分接觸的第一半導體層，其中保護層的導電率小於或等於第一半導體層的導電率。

本發明的另一實施例是半導體裝置製造方法，包括以下步驟：形成第一和第二電極層；形成分別設置在第一或第二電極層上的保護層；形成與第一和第二電極層的側面部分以及保護層的側面部分和頂面部分接觸的第一半導體層；在第一半導體層上形成閘極絕緣膜；以及形成經由閘極絕緣膜與第一和第二電極層的端部交疊的閘極電極層，其中保護層的導電率小於或等於第一半導體層的導電率。

本發明的另一實施例是半導體裝置的製造方法，還包括以下步驟：藉由形成導電膜然後在不使該導電膜曝露於空氣的情況下，在導電膜上連續形成第二半導體層來形成膜的疊層，其中，藉由使用膜的疊層形成分別包括保護層的第一和第二電極層。

根據本發明的實施例，提供半導體裝置及其製造方法，在該半導體裝置中，作為源極和汲極電極層的第一電極層和第二電極層經由各自在第一電極層或第二電極層上形成的包括第二半導體的保護層，與有通道形成的包括第一半導體的層接觸。

以下將參照附圖詳細描述本發明的實施例和示例。然而，本發明不限於以下描述，而且本領域技術人員容易理解，可按照多種方式修改本文中公開的模式和細節，而不背離本發明的精神和範圍。因此，本發明不應當被解釋為受限於對以下實施例和示例的描述。注意，在以下描述的本發明的結構中，不同附圖中相同的代號表示相同部分或具有相似功能的部分，而且將不再重復其說明。

[實施例1]

實施例1描述作為半導體裝置的實施例的薄膜電晶體及其製造方法。具體而言，描述了用於製造包括薄膜電晶體的顯示裝置的像素部分的製程。

圖1A和1B示出實施例1的薄膜電晶體。圖1A是平面圖，而圖1B是沿圖1A中的線A1-A2和B1-B2所取的截面圖。

在圖1A和1B中所示的薄膜電晶體151中，在基底100上形成了閘極電極層111，在閘極電極層111上形成了閘極絕緣膜102，以及在閘極絕緣膜102上形成了作為源極電極層和汲極電極層的第一電極層115a和第二電極層115b，以使第一電極層115a和第二電極層115b的端部與閘極電極層111交疊。第一氧化物半導體層113被設置成與閘極電極層111交疊，並且與閘極絕緣膜102、第一電極層115a和第二電極層115b的側面部分、以及第一保護層114a和第二保護層114b的側面部分和頂面部分接觸。

換言之，閘極絕緣膜102存在於包括薄膜電晶體151的整個區域中，在閘極絕緣膜102與基底100之間設置了閘極電極層111，在閘極絕緣膜102上除作為源極電極層和汲極電極層的第一電極層115a和第二電極層115b之外還設置了引線，在第一電極層115a和第二電極層115b上設置了第一氧化物半導體層113，在第一氧化物半導體層113與第一電極層115a之間設置了第一保護層114a，在第一氧化物半導體層113與第二電極層115b之間設置了第二保護層114b，以及引線延伸超過第一氧化物半導體層113的外邊界。

使用In-Ga-Zn-O為基礎非單晶膜形成實施例1的第一氧化物半導體層113。In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜的成份比取決於沈積條件。在沈積條件的實施例中，使用了包括氧化銦(In₂ O₃ )、氧化鎵(Ga₂ O₃ )以及氧化鋅(ZnO)被設為1:1:1(=In₂ O₃ :Ga₂ O₃ :ZnO)的靶材(In:Ga:Zn=1:1:0.5)，而且將濺射法中的氬氣流速設定為40 sccm。該沈積條件被定義為條件1。在沈積條件的另一實施例中，使用了相同的靶材，而將濺射法中的氬氣流速和氧氣流速分別設定為10 sccm和5 sccm。後一種沈積條件被定義為條件2。

藉由感應耦合電漿質譜測量(ICP-MS)測得的氧化物半導體膜的典型成份比在條件1下沈積的情況下為InGa_0.95 Zn_0.41 O_3.33 ，而在條件2下沈積的情況下為InGa_0.94 Zn_0.40 O_3.31 。

通過拉塞福背散射質譜測量(RBS)測得的氧化物半導體膜的典型成份比在條件1下沈積的情況下為InGa_0.93 Zn_0.44 O_3.49 ，而在條件2下沈積的情況下為InGa_0.92 Zn_0.45 O_3.86 。

根據通過X光衍射(XRD)的分析中的觀測，In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜的晶體結構為非晶的。注意，以這樣的方式形成作為待測樣本的In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜：在藉由濺射法沈積之後，在200℃到500℃下、通常在300℃到400℃下執行熱處理10分鐘到100分鐘。

氧化物半導體的上述測量值僅僅是示例，而且可將作為InMO₃ (ZnO)_m (m >0)的氧化物半導體用於第一氧化物半導體層113。注意，M代表從Ga、Fe、Ni、Mn或Co中選擇的一種或多種金屬元素。

第一保護層114a被設置在第一氧化物半導體層113與第一電極層115a之間並與它們接觸，而第二保護層114b被設置在第一氧化物半導體層113與第二電極層115b之間並與它們接觸。此外，第一保護層114a和第二保護層114b分別包括導電率小於或等於第一氧化物半導體層113的半導體。在實施例1中，形成了包含與第一氧化物半導體層113相同成份的銦、鎵以及鋅的氧化物半導體膜作為第二氧化物半導體膜，並將其用作保護層。

在形成作為第一電極層115a和第二電極層115b的導電膜之後，在不曝露於空氣的情況下，在導電膜上連續形成作為保護層的第二半導體層，藉此形成膜的疊層。因此，未在導電膜與第二氧化物半導體層之間的介面處形成使接觸電阻增大的受灰塵和雜質污染的膜。

以此方式，第一保護層114a和第二保護層114b防止在第一電極層115a和第二電極層115b的表面上形成引起接觸電阻增大的膜；因此，無變化地抑制了薄膜電晶體151的源極區和汲極區的寄生電阻。因此，能提供具有諸如優秀的導通/截止比、減小的變化以及高可靠性之類的高電特性的薄膜電晶體。

注意，導通/截止比指的是當電晶體導通時在源極電極與汲極電極之間流動的導通電流(I_on )與當電晶體截止時在源極電極與汲極電極之間流動的截止電流之比(I_on /I_off )。可以認為，導通/截止比越高開關特性越好，而且高導通/截止比有助於例如顯示對比度的提高。

接著，參照圖2A到2C以及圖3A到3C描述了用於製造圖1A和1B中的薄膜電晶體151的方法。

在圖2A中，可使用以下基底中的任一種作為基底100：藉由熔融法或浮動法，使用鋇硼矽玻璃、鋁硼矽玻璃、鋁矽玻璃等形成的無鹼玻璃基底；陶瓷基底；具有足以承受製程的處理溫度的耐熱性的塑膠基底；等等。舉例而言，較佳地，包括成份比是氧化鋇(BaO)比氧化硼(B₂ O₃ )更多、而且應變點為730℃或更高的玻璃基底。這是因為，即使在約700℃的高溫下熱處理氧化物半導體層，該玻璃基底也不會應變。

或者，可使用表面設置有絕緣膜的諸如不銹鋼合金基底之類的金屬基底。當基底100是樣品玻璃時，該基底可具有以下尺寸中的任一種：第一代(320 mm×400 mm)、第二代(400 mm×500 mm)第三代(550 mm×650 mm)、第四代(680 mm×880 mm，或730 mm×920 mm)、第五代(1000 mm×1200 mm，或1100 mm×1250 mm)、第六代(1500 mm×1800 mm)、第七代(1900 mm×2200 mm)、第八代(2160 mm×2460 mm)、第九代(2400 mm×2800 mm，或2450 mm×3050 mm)、第十代(2950 mm×3400 mm)等。

此外，可在基底100上設置絕緣膜作為基膜。可藉由CVD方法、濺射方法等將該基膜形成為具有氧化矽膜、氮化矽膜、氧氮化矽膜、和/或氮氧化矽膜的單層結構或疊層結構。

接著，形成包括閘極電極層111的作為閘極引線的導電膜、電容器引線以及端子部分。可使用鈦(Ti)、鉭(Ta)、鎢(W)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、鉑(Pt)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)等形成該導電膜。首先，較佳地，諸如鋁(Al)或銅(Cu)之類的低阻導電材料；然而，因為鋁本身具有諸如低耐熱性和易受腐蝕之類的缺點，所以將鋁與具有耐熱性和導電性的材料組合使用以形成該導電膜。

當導電膜包括鋁作為第一成份時，較佳地使用諸如鈦(Ti)、鉭(Ta)、鎢(W)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、釹(Nd)、鈧(Sc)、鎳(Ni)、鉑(Pt)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、錳(Mn)、碳(C)或矽之類的元素、包括這些元素中的任一種作為其主要成份的合金材料；或添加了化合物的鋁合金。

或者，可使用在低電阻導電膜上形成了包括耐熱導電材料的導電膜的疊層。作為耐熱導電材料，可使用以下材料中的任一種：從鈦(Ti)、鉭(Ta)、鎢(W)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、釹(Nd)以及鈧(Sc)中選擇的元素、包括這些元素中的任一種作為成份的合金、包括這些元素的任一種作為成份的合金、以及包括這些元素中的任一種作為成份的氮化物。

此外，該導電膜可以是透明導電膜，而且作為其材料，可使用氧化錫銦(In₂ O₃ -SnO₂ ，簡稱為ITO)、包括矽或氧化矽的氧化錫銦、氧化鋅銦、氧化鋅等等。

藉由濺射法或真空蒸鍍法，將作為閘極電極層111的導電膜形成為具有50 nm或更大以及300 nm或更小的厚度。藉由將閘極電極層111形成為300 nm或更小的厚度，能防止半導體膜與稍後要形成的引線的斷開。此外，藉由將閘極電極層111形成為50 nm或更大的厚度，能減小閘極電極層111的電阻，從而可增大基底的尺寸。

在實施例1中，藉由濺射法在基底100的整個表面上堆疊包括鋁作為第一成份的膜和鈦膜以形成為導電膜。

接著，使用利用實施例1中的第一光罩形成的光阻掩罩並蝕刻在基底100上形成的導電膜的不必要部分，藉此形成包括閘極電極層111的柵極引線、電容器引線以及端子。在該情況下，執行蝕刻以使閘極電極層111的至少端部楔化。

接著，在閘極電極層111上形成閘極絕緣膜102。作為可用作閘極絕緣膜102的絕緣膜的實施例，有氧化矽膜、氮化矽膜、氧氮化矽膜、氮氧化矽膜、氧化鋁膜、氮化鋁膜、氧化鎂膜、氧化釔膜、氧化鉿膜以及氧化鉭膜。

注意，這裏氧氮化矽膜表示含氧多於氮的膜，且包括濃度範圍分別為55%到65%原子百分比、1%到20%原子百分比、25%到35%原子百分比以及0.1%到10%原子百分比的氧、氮、矽以及氫。而且，氮氧化矽膜表示含氮多於含氧的膜，且包括濃度範圍分別為15%到30%原子百分比、20%到35%原子百分比、25%到35%原子百分比以及15%到25%原子百分比的氧、氮、矽以及氫。

閘極絕緣膜102可以是單層或兩層或三層絕緣膜的疊層。舉例而言，當使用氮化矽膜或氮氧化矽膜形成與基底接觸的閘極絕緣膜102時，增強了基底100與閘極絕緣膜102之間的黏著。在將玻璃基底用作基底100的情況下，能防止基底100中的雜質擴散到第一氧化物半導體層113中，而且能防止閘極電極層111被氧化。也就是說，能防止膜脫落，從而能提高稍後完成的薄膜電晶體的電特性。

將閘極絕緣膜102形成為具有50 nm到250 nm的厚度。閘極絕緣膜102的厚度較佳地為50 nm或更大，因為這樣能減小閘極電極層111的不平整性。

在實施例1中，藉由電漿CVD法或濺射法形成厚度為100 nm的氧化矽膜作為閘極絕緣膜102。

在形成導電膜105之前，可使閘極絕緣膜102接受電漿處理。在實施例1中，藉由利用在引入氧氣和氬氣之後產生的電漿來對閘極絕緣膜102的表面執行反濺射，並用氧自由基或氧照射曝露的閘極絕緣膜102。以此方式，去除了表面上的灰塵等。

接著，藉由濺射方法或真空蒸鍍方法在閘極絕緣膜102上形成導電膜105。可使用類似於閘極電極的導電材料形成用於引線和電極的導電膜105。用於源極電極層和汲極電極層的導電膜的厚度較佳地為50 nm或更厚以及500 nm或更薄。500 nm或更薄的厚度能有效防止半導體膜與稍後形成的引線之間的斷開。在實施例1中，導電膜105具有依序堆疊之鈦膜、包含釹的鋁膜(Al-Nd膜)以及鈦膜的三層結構。

接著，形成作為保護層的第二半導體膜104。期望在不使導電膜105曝露於空氣的情況下連續沈積第二半導體膜104。藉由連續沈積步驟，能防止導電膜與用作保護層的第二半導體膜104之間的介面被空氣污染。

在實施例1中，在以下條件下形成第二半導體膜104，以使其具有與在稍後步驟中形成的第一氧化物半導體層113一樣高的電阻：氧化物半導體靶材是包括In、Ga和Zn(在成份比上In₂ O₃ :Ga₂ O₃ :ZnO=1:1:1)的直徑為8英寸的氧化物半導體靶材，基底與靶材之間的距離是170mm，壓力是0.4 Pa，直流(DC)功率源是0.5 kw，以及氣氛是氬氣或氧氣。注意，較佳地使用脈衝直流(DC)功率源，這樣可減少灰塵並使厚度分佈均勻。第二半導體膜104的厚度被設定在1 nm到10 nm的範圍內。在實施例1中，第二半導體膜104具有5 nm的厚度。圖2A是在此步驟完成時的截面圖。

此外，在不曝露於空氣的情況下，不能在導電膜105之後連續形成第二半導體膜104的情況下，可通過反濺射清洗曝露於空氣的導電膜105的表面，然後形成第二半導體膜104。

接著，藉由使用實施例1中的第二光罩，在作為保護層的第二半導體膜104上形成光阻掩罩131。在使用光阻掩罩131的情況下，藉由選擇性蝕刻去除第二半導體膜104的不必要部分，藉此形成第一保護層114a和第二保護層114b。這時使用濕蝕刻或乾蝕刻作為蝕刻方法。在實施例1中，藉由使用ITO-07N(KANTO CHEMICAL公司)的濕蝕刻形成第一保護層114a和第二保護層114b。

接著，使用用於形成第一保護層114a和第二保護層114b的同一光阻掩罩131來去除導電膜105的不必要部分；因而，形成第一電極層115a和第二電極層115b。在實施例1中，利用SiCl₄ 、Cl₂ 以及BCl₃ 的混合氣體作為反應氣體執行乾蝕刻，以蝕刻鈦膜、鋁膜以及鈦膜依序堆疊的導電膜，因而形成第一電極層115a和第二電極層115b。注意，蝕刻不限於乾蝕刻，而可替代地採用濕蝕刻。圖2B是在此步驟完成時的截面圖。

接著，藉由與形成第二半導體膜104的方法相似的方法形成包括銦、鎵以及鋅的氧化物半導體膜以作為用作第一氧化物半導體層113的第一半導體膜103。第一半導體膜103的厚度被設定為5 nm到200 nm。實施例1中的第一半導體膜103的厚度為50 nm。圖2C是在此步驟完成時的截面圖。注意，因為使用相同成份形成了第一半導體膜103和第一保護層114a以及第二保護層114b，所以用虛線表示它們之間的介面。

注意，在形成第一半導體膜103之前，可使第一保護層114a和第二保護層114b以及閘極絕緣膜102的曝露表面接受電漿處理。引入了氧氣和氬氣而且執行了反濺射，並用氧自由基或氧執行了照射；因此，能去除表面上的灰塵。

在不使經過電漿處理的基底曝露於空氣的情況下連續沈積第一半導體膜103，而提供了防止灰塵和水分黏在第一保護層114a與第一半導體膜103之間的介面上、第二保護層114b與第一半導體膜103之間的介面上、以及閘極絕緣膜102與第一半導體膜103之間的介面上的有益效果。可在之前執行反濺射的同一腔室中形成第一半導體膜103，或可在與之前執行反濺射不同的腔室中形成第一半導體膜103，只要能在不曝露於空氣的情況下執行沈積即可。

接著，使用利用第三光罩形成的光阻掩罩132來藉由蝕刻以去除第一半導體膜103和第一保護層114a以及第二保護層114b的不必要部分。在實施例1中，藉由使用ITO-07N(KANTO CHEMICAL公司)的濕法蝕刻去除這些不必要部分。注意，蝕刻不限於濕蝕刻，而可替代地採用乾蝕刻。圖3A是在此步驟完成時的截面圖。

接著，去除光阻掩罩132。在去除光阻掩罩132之後，可使第一氧化物半導體層113接受電漿處理。藉由電漿處理，能修復由於蝕刻引起的第一氧化物半導體層113的損傷。較佳地，在O₂ 或N₂ O的氣氛下、或較佳地在包含氧氣的N₂ 、包含氧氣的He、或包含氧氣的Ar的氣氛下執行電漿處理。或者，可在向上述氣氛中添加了Cl₂ 或CF₄ 的氣氛中執行電漿處理。注意，較佳地在未施加偏壓的情況下執行電漿處理。

然後，較佳地在200℃到600℃下、通常在300℃到500℃下執行熱處理。舉例而言，在氮氣氛或空氣氣氛中在350℃下執行熱處理一小時。藉由此熱處理，在氧化物半導體膜中包括的In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜中發生原子級重排列。因為熱處理釋放了阻止載流子運動的應變，所以這裏的熱處理(包括光退火)是重要的。對何時執行熱處理並無特定限制，只要在形成氧化物半導體膜之後執行熱處理既可；舉例而言，較佳地在稍後執行的形成像素電極層128之後執行處理。

經由上述製程，完成了以第一氧化物半導體層113作為通道形成區的薄膜電晶體151。

接著，形成覆蓋薄膜電晶體151的層間絕緣膜109。可藉由濺射方法等，使用氮化矽膜、氧化矽膜、氧氮化矽膜、氧化鋁膜、氧氮化鋁膜、氧化鉭膜等，以形成層間絕緣膜109。

接著，使用利用實施例1中的第四光罩形成的光阻掩罩來蝕刻層間絕緣膜109，藉此形成達到引線和第二電極層115b的接觸孔(124和125)。為減少光罩數量，較佳地進一步使用同一光阻掩罩來蝕刻閘極絕緣膜102，以形成達到引線118的接觸孔126。圖3B是在此步驟完成時的截面圖。

接著，在去除該光阻掩罩之後，除閘極電極層111和第一電極層115a以及第二電極層115b之外，還形成作為像素電極層128的透明導電膜。藉由濺射方法、真空蒸鍍方法等，使用氧化銦(In₂ O₃ )、氧化銦一氧化錫合金(In₂ O₃ -SnO₂ ，簡稱為ITO)等形成透明導電膜。使用鹽酸基溶液對這樣的材料執行蝕刻處理。替代地，因為在蝕刻ITO時尤其傾向於產生殘留物，所以可使用氧化銦和氧化鋅的合金(In₂ O₃ -ZnO)以提高蝕刻處理力。

接著，使用利用第五光罩形成的光阻掩罩來蝕刻透明導電膜，因而去除其不必要部分。因此，形成了像素電極層128。而且，利用閘極絕緣膜102和層間絕緣膜109作為電介質，藉由電容器引線123和像素電極層128可形成存儲電容器部分。藉由使用端子部分中剩下的透明導電膜，形成了用於與FPC連接的電極或引線、利用於起源極引線的輸入端子作用的用於連接的端子電極。圖3C是在此步驟完成時的截面圖。

以此方式，藉由形成薄膜電晶體的像素電極，能完成包括n通道TFT的顯示裝置的像素部分。

根據用於製造實施例1中所描述的半導體裝置的方法，沒有在用作源極電極層和汲極電極層的導電膜的表面上形成增大接觸電阻的膜。因此，無變化地抑制了薄膜電晶體的源極區和汲極區的寄生電阻；因此，能提供具有諸如優秀的導通/截止比、減小的變化以及高可靠性之類的高電特性的薄膜電晶體。此外，藉由將實施例1中所描述的薄膜晶體用於顯示裝置，能製造具有更高性能和更穩定工作的主動矩陣顯示裝置面板。

[實施例2]

在實施例2中，以下基於利用兩個n通道薄膜電晶體來形成反相器電路的實施例，描述本發明的實施例。

用於驅動主動矩陣顯示裝置板的像素部分的驅動器電路是使用反相器電路、電容器、電阻器等形成的。當組合兩個n通道TFT以形成反相器電路時，存在兩種類型的組合：增強型電晶體和空乏型電晶體的組合(下文將藉由這種組合形成的電路稱為“EDMOS”電路)以及增強型TFT的組合(下文將藉由這種組合形成的電路稱為“EEMOS電路”)。注意，當n通道TFT的閾值電壓為正時，該n通道TFT被定義為增強型電晶體，而當n通道TFT的閾值電壓為負時，該n通道TFT被定義為空乏型電晶體，而且此說明書遵循上述定義。

在同一基底上形成像素部分和驅動器電路。在像素部分中，使用排列成矩陣的增強型電晶體切換施加給像素電極的電壓的導通/截止。將包括銦、鎵以及鋅的氧化物半導體用於設置在像素部分中的這些增強型電晶體。至於增強型電晶體的電特性，導通/截止比在±20 V的閘極電壓下大於或等於10⁸ ；因此能減小漏電流而且能實現低功耗驅動。

在實施例2中，利用EEMOS電路形成了用於驅動像素部分的反相器電路。圖4A示出了EEMOS電路的等效電路。而且，圖4B是其中第一薄膜電晶體152和第二薄膜電晶體153為增強型n通道電晶體的EEMOS電路的平面圖，而圖4C是沿圖4B的點劃線Z1-Z2所取的截面圖。

實施例2中所描述的EEMOS電路具有圖4C中所示的截面結構。在基底100上形成了第一閘極電極層111_1和第二閘極電極層111_2，而且在第一閘極電極層111_1和第二閘極電極層111_2上形成了閘極絕緣膜102。在閘極絕緣膜102上形成了作為源極電極層和汲極電極層的第一電極層115a、第二電極層115b以及第三電極層115c。第一電極層115a和第二電極層115b的端部與閘極電極層111_1交疊，而第二電極層115b和第三電極層115c的端部與閘極電極層111_2交疊。而且，第三電極層115c經由接觸孔124直接連接至第二閘極電極層111_2。在第一電極層115a上形成了第一保護層114a，在第二電極層115b上形成了第二保護層114b，以及在第三電極層115c上形成了第三保護層114c。第一半導體層113_1與第一閘極電極層111_1交疊，而第一半導體層113_2與第二閘極電極層111_2交疊。第一半導體層113_1被設置成與閘極絕緣膜102、第一電極層115a和第二電極層115b的側面部分、以及第一保護層114a和第二保護層114b的側面部分和頂面部分接觸。第一半導體層113_2被設置成與閘極絕緣膜102、第二電極層115b和第三電極層115c的側面部分、以及第二保護層114b和第三保護層114c的側面部分和頂面部分接觸。

換言之，閘極絕緣膜102存在於包括第一薄膜電晶體152和第二薄膜電晶體153的整個區域中，而第一閘極電極層111_1和第二閘極電極層111_2被設置在閘極絕緣膜102與基底100之間。第一電極層115a、第二電極層115b以及第三電極層115c被設置成在閘極絕緣膜102的未設置有閘極電極層111_1和第二閘極電極層111_2的那一面上與閘極絕緣膜102接觸。而且，在第一電極層115a上和第二電極層115b上設置了第一半導體層113_1，並在第一電極層115a與第一半導體層113_1之間插入了第一保護層114a，且在第二電極層115b與第一半導體層113_1之間插入了第二保護層114b。而且，在第二電極層115b上和第三電極層115c上設置了第二半導體層113_2，並在第二電極層115b與第二半導體層113_2之間插入了第二保護層114b，且在第三電極層115c與第二半導體層113_2之間插入了第三保護層114c。在閘極絕緣膜102上設置了用作源極電極層和汲極電極層的第一電極層115a、第二電極層115b和第三電極層115c以及引線，而且第三電極層115c和閘極電極層111_2通過接觸孔124相互直接連接。

接著，參照圖5A到5C描述了用於製造圖4A到4C中的EEMOS電路中的薄膜電晶體的方法。

作為實施例2中使用的基底100，可使用類似於實施例1的基底。而且，可形成絕緣膜作為基膜。

藉由類似於實施例1的方法形成第一閘極電極層111_1和第二閘極電極層111_2。在實施例2中，作為第一閘極電極層111_1和第二閘極電極層111_2，使用了藉由濺射法堆疊包括鋁作為第一成分的膜與鈦膜而形成的導電膜。接著，使用利用實施例2中的第一光罩形成的光阻掩罩來蝕刻基底100上形成的導電膜的不必要部分，藉此形成引線和電極(包括第一閘極電極層111_1和第二閘極電極層111_2的端子、電容器引線以及閘極引線)。在此情況下，執行蝕刻以使至少第一閘極電極層111_1和第二閘極電極層111_2的端部楔化。

藉由與實施例1相似的方法形成實施例2的閘極絕緣膜102。舉例而言，通過電漿CVD法或濺射法形成厚度為100 nm的氧化矽膜作為閘極絕緣膜102。

接著，使用實施例2中利用第二光罩形成的光阻掩罩在閘極絕緣膜102中形成達到第二閘極電極層111_2的接觸孔124。

利用與實施例1中的導電材料相似的導電材料形成用於引線和電極的導電膜105。作為源極電極層和汲極電極層的導電膜的厚度較佳地為50 nm或更厚以及500 nm或更薄。500 nm或更薄的厚度能有效防止半導體膜與稍後形成的引線之間的斷開。此外，藉由濺射法或真空蒸鍍法形成導電膜105。在實施例1中，使用Ti膜作為導電膜105。注意，導電膜105通過接觸孔124直接連接至第二閘極電極層111_2。

接著，以與實施例1相似的方式，在所形成的導電膜105不曝露於空氣的情況下，連續形成作為保護層的第二半導體膜104。注意，使用包括銦、鎵以及鋅的氧化物半導體以形成第二半導體膜104。在實施例2中，第二半導體膜104具有10 nm的厚度。圖5A是在此步驟完成時的截面圖。

接著，使用實施例2中的第三光罩在作為保護層的第二半導體膜104上形成光阻掩罩131。以與實施例1相似的方式，使用光阻掩罩131去除第二半導體膜104的不必要部分，藉此形成第一保護層114a、第二保護層114b以及第三保護層114c。而且，使用相同的光阻掩罩131去除導電膜105的不必要部分，藉此形成第一電極層115a、第二電極層115b以及第三電極層115c。圖5B是在此步驟完成時的截面圖。

接著，在形成作為第一半導體層113_1和第一半導體層113_2的第一半導體膜103(未示出)之前，可對第一保護層114a、第二保護層114b、第三保護層114c以及閘極絕緣膜102的曝露表面執行電漿處理。向濺射裝置引入氧氣和氬氣而且執行反濺射，並用氧自由基或氧執行照射；因此，能去除這些表面上的灰塵和雜質。注意，閘極絕緣膜102、第一保護層114a、第二保護層114b以及第三保護層114c的端部被輕微減薄或磨圓，因為在反濺射過程中刮削了它們的表面。當第一保護層114a、第二保護層114b以及第三保護層114c的端部被刮削以具有小斜角時，要堆疊在它們上面的第一半導體膜103能容易地覆蓋這些傾斜部分，因此不容易引起斷開。

接著，當第一保護層114a、第二保護層114b、第三保護層114c以及曝露的閘極絕緣膜102未曝露於空氣時，在電漿處理之後連續沈積包括銦、鎵以及鋅的氧化物半導體膜作為第一半導體膜103。連續沈積提供防止灰塵和水分附著到第一保護層114a和第一半導體膜103之間的介面上、第二保護層114b和第一半導體膜103之間的介面上、第三保護層114c與第一半導體膜103之間的介面上、以及閘極絕緣膜102與第一半導體膜103之間的介面上的有益效果。可在之前執行反濺射的同一腔室中形成第一半導體膜103，或可在與之前執行反濺射不同的腔室中形成第一半導體膜103，只要能在不曝露於空氣的情況下執行該沈積。

在實施例2中，藉由與實施例1類似的方法形成包括銦、鎵以及鋅的氧化物半導體膜作為第一半導體膜103。第一半導體膜103的厚度被設置為5 nm到200 nm。實施例2中的第一半導體膜103的厚度為100 nm。

接著，使用實施例2中的第四光罩在第一半導體膜103上形成光阻掩罩132。以與實施例1相似的方式，藉由使用光阻掩罩132的蝕刻以去除第一半導體膜103和第二半導體膜104的不必要部分，藉此形成第一半導體層113_1和113_2。圖5C是在此步驟完成時的截面圖。

第一薄膜電晶體152包括第一閘極電極層111_1和與第一閘極電極層111_1交疊的第一半導體層113_1，其中在第一半導體層113_1與第一閘極電極層111_1之間插入了閘極絕緣膜102，而且第一電極層115a是處於地電位的電源線(接地電源線)。處於地電位的該電源線可以是施加了負電壓VDL的電源線(負電源線)。

此外，第二薄膜電晶體153包括第二閘極電極層111_2和與第二閘極電極層111_2交疊的第一半導體層113_2，其中在第一半導體層113_2與第二閘極電極層111_2之間插入了閘極絕緣膜102，而且第三電極層115c是施加了正電壓VDD的電源線(正電源線)。

如圖4C所示，第二電極層115b使第一薄膜電晶體152和第二薄膜電晶體153相互電連接。第三電極層115c通過閘極絕緣膜102中形成的接觸孔124直接連接至第二薄膜電晶體153的第二閘極電極層111_2。藉由第二電極層115b與第二閘極電極層111_2的直接連接，能實現良好的接觸，並能減小接觸電阻。與第二電極層115b和第二閘極電極層111_2利用另一導電膜──例如插入它們之間的透明導電膜──彼此連接的情況相比，可實現接觸孔數量的減少和由於接觸孔數量減少引起的佔據面積減小。

實施例2中所描述的反相器電路包括設置有保護層的薄膜電晶體，保護層防止在源極電極層和汲極電極層與其中形成通道的第一半導體層之間形成使接觸電阻增大的膜；因此，差異小且可靠性高。而且，因為藉由減少接觸孔的數量減小了接觸電阻，所以反相器電路具有優秀的工作特性。此外，因為減少了接觸孔的數量，所以能減小電路佔據的面積。

[實施例3]

實施例3描述了半導體裝置的薄膜電晶體。具體而言，描述了包括頂閘極型薄膜電晶體的顯示裝置的像素部分。

圖6A和6B示出實施例3的薄膜電晶體。圖6A是平面圖，而圖6B是沿圖6A中的線A1-A2和B1-B2所取的截面圖。

在圖6A和6B中所示的薄膜電晶體154中，在基底100上形成了作為源極電極層和汲極電極層的第一電極層115a和第二電極層115b，在第一電極層115a上形成了第一保護層114a，以及在第二電極層115b上形成了第二保護層114b。形成了第一半導體層113以使其與第一電極層115a和第二電極層115b的側面部分、以及第一保護層114a和第二保護層114b的側面部分和頂面部分接觸。在第一半導體層113上形成了閘極絕緣膜102，並形成了閘極電極層111以與第一電極層115a和第二電極層115b的端部交疊，且在閘極電極層111與第一電極層115a和第二電極層115b之間插入了閘極絕緣膜102。

第一保護層114a被設置在第一半導體層113與第一電極層115a之間並與它們接觸，而第二保護層114b被設置在第一半導體層113與第二電極層115b之間並與它們接觸。注意，第一保護層114a和第二保護層114b的導電率小於或等於第一半導體層113的導電率。而且，將包括與第一半導體層113不同的成分的第二半導體層用於第一保護層114a和第二保護層114b。而且，根據第一半導體層113的蝕刻條件，在某些情況下，第一保護層114a和第二保護層114b被保留在第一電極層115a和第二電極層115b上，如圖6A和6B所示。

在導電膜形成之後，在不曝露於空氣的情況下，在用作第一電極層115a和第二電極層115b的導電膜上連續形成作為第一保護層114a和第二保護層114b的第二半導體膜。因此，沒有在導電膜的表面上形成受灰塵或雜質污染的膜。

在實施例3所描述的薄膜電晶體中，第一保護層114a和第二保護層114b防止在第一電極層115a和第二電極層115b上形成增大接觸電阻的膜；因此，能無變化地抑制薄膜電晶體154的源極區和汲極區的寄生電阻。因此，薄膜電晶體154呈現出差異小和場效應遷移率高的電晶體特性。

[實施例4]

在實施例4中，描述了作為本發明的半導體裝置的實施例的電子紙的實施例。

圖7示出作為根據本發明的一個實施例的顯示裝置的實施例的主動矩陣型電子紙。能按照與實施例1相似的方式製造用於該顯示裝置的薄膜電晶體581，而且用第二半導體層保護了源極電極層和汲極電極層的表面；因此，未形成受灰塵或雜質污染的膜。因此，薄膜電晶體581是寄生電阻被無變化地抑制、而且工作穩定性優良的薄膜電晶體。

圖7的電子紙是使用扭轉球顯示系統的顯示裝置的實施例。扭轉球顯示系統指的是一種方法，其中各個被著色為黑色和白色的球狀粒子被排列在第一電極層與第二電極層之間，而且在第一電極層與第二電極層之間產生電位差以控制球狀粒子的方向，從而實現顯示。

在基底580上形成的薄膜電晶體581包括閘極絕緣層583和絕緣層584，而且薄膜電晶體581的源極電極層或汲極電極層通過在絕緣層584和絕緣層585中形成的開口而電連接至第一電極層587。在第一電極層587與第二電極層588之間設置了各具有黑區590a、白區590b以及被液體填充的圍繞這些區的空穴594的球狀粒子589。球狀粒子589周圍的空間被諸如樹脂之類的填充物595填充(參見圖7)。

作為扭轉球的替代物，可使用電泳元件。使用了具有約10 μm到200 μm直徑、且其中封裝了透明液體和帶正電的白色微粒以及帶負電的黑色微粒的微膠囊。在設置在第一電極層與第二電極層之間的微膠囊中，當藉由第一電極層和第二電極層施加電場時，白微粒和黑微粒移動到彼此相反側，從而可顯示白色或黑色。使用此原理的顯示元件是電泳顯示元件，而且一般稱為電子紙。電泳顯示元件比液晶顯示元件具有更高的反射率，因此不需要輔助光、功耗低、甚至可在暗處識別其顯示部分。此外，即使不對顯示部分供電，也能保持曾顯示過的影像。因此，即使具有顯示功能的半導體裝置(可簡單稱為顯示裝置或設置有顯示裝置的半導體裝置)遠離作為電源的電波源，也能存儲已顯示的影像。

藉由上述步驟，能製造包括寄生電阻受到無變化地抑制而且工作穩定性優戉的薄膜電晶體的電子紙。因為實施例4中所描述的電子紙包括工作穩定性優戉的薄膜電晶體，所以其可靠性高。

可與本說明書中的實施例的任一結構適當地組合而實現實施例4。

[實施例5]

實施例5參照圖8A和8B、圖9、圖10、圖11、圖12以及圖13描述在作為本發明的半導體裝置的實施例的顯示裝置中的一個基底上製造像素部分的驅動器電路的至少一部分和薄膜電晶體的實施例。

舉例而言，按照與實施例1到3相似的方式形成了設置在一個基底上的薄膜電晶體。該薄膜電晶體被形成為n通道TFT；因此，在驅動器電路中，在與像素部分中的薄膜電晶體相同的基底上形成可使用n通道TFT形成的驅動器電路的一部分。

圖8A示出作為本發明的半導體裝置的實施例的主動矩陣液晶顯示裝置的方塊圖的實施例。圖8A中所示的顯示裝置在基底5300上包括：像素部分5301，其包括分別設置有顯示元件的多個像素；選擇各個像素的掃描線驅動器電路5302；以及控制對選定像素的視頻信號輸入的信號線驅動器電路5303。

像素部分5301藉由從信號線驅動器電路5303沿行方向延伸的多條信號線S1到Sm(未示出)連接至信號線驅動器電路5303，且藉由從掃描線驅動器電路5302沿列方向延伸的多條掃描線G1到Gn(未示出)連接至掃描線驅動器電路5302。各個像素連接至信號線Sj(信號線S1到Sm之一)和掃描線Gi(掃描線G1到Gn之一)。

可藉由與實施例1到3相似的方法將薄膜電晶體形成為n通道TFT，而且參照圖9描述包括n通道TFT的信號線驅動器電路。

圖9中所示的信號線驅動器電路的實施例包括驅動器IC 5601、開關組5602_1到5602_M、第一引線5611、第二引線5612、第三引線5613以及引線5621_1到5621_M。開關組5602_1到5602_M中的每一個包括第一薄膜電晶體5603a、第二薄膜電晶體5603b以及第三薄膜電晶體5603c。

驅動器IC 5601連接至第一引線5611、第二引線5612、第三引線5613以及引線5621_1到5621_M。開關組5602_1到5602_M中的每一個連接至第一引線5611、第二引線5612以及第三引線5613，而引線5621_1到5621_M分別對應於開關組5602_1到5602_M。引線5621_1到5621_M中的每一條經由第一薄膜電晶體5603a、第二薄膜電晶體5603b以及第三薄膜電晶體5603c連接至三條信號線。舉例而言，第J行的引線5621_J(引線5621_1到5621_M中的一條)經由開關組5602_J中所包括的第一薄膜電晶體5603a、第二薄膜電晶體5603b以及第三薄膜電晶體5603c連接至信號線Sj-1、信號線Sj以及信號線Sj+1。

信號被輸入第一引線5611、第二引線5612以及第三引線5613中的每一條。

注意，較佳地，在單晶基底上形成驅動器IC 5601。此外，較佳地，在與像素部分相同的基底上形成開關組5602_1到5602_M。因此，較佳地，藉由FPC等，將驅動器IC 5601連接至開關組5602_1到5602_M。

接著，參照圖10中的時序圖，描述圖9中所示的信號線驅動器電路的操作。圖10是選擇了第i列中的掃描線Gi時的時序圖。第i列的掃描線Gi的選擇週期被分成第一子選擇週期T1、第二子選擇週期T2以及第三子選擇週期T3。此外，即使選擇了另一列的掃描線，圖9中的信號線驅動器電路也以與圖10的時序圖相似的方式工作。

注意，圖10的時序圖示出第J行中的引線5621_J經由第一薄膜電晶體5603a、第二薄膜電晶體5603b以及第三薄膜電晶體5603c連接至信號線Sj-1、信號線Sj以及信號線Sj+1的情況。

圖10的時序圖示出選擇了第i列中的掃描線Gi的時序、當第一薄膜電晶體5603a導通/截止時的時序5703a、當第二薄膜電晶體5603b導通/截止時的時序5703b、當第三薄膜電晶體5603c導通/截止的時序5703c以及輸入第J行中的引線5621_J的信號5721_J。

在第一子選擇週期T1中輸入至引線5621_1到5621_M的視頻信號、在第二子選擇週期T2中輸入至引線5621_1到5621_M的視頻信號以及在第三子選擇週期T3中輸入至引線5621_1到5621_M的視頻信號彼此不同。舉例而言，在第一子選擇週期T1中輸入至引線5621_J的視頻信號輸入至信號線Sj-1，在第二子選擇週期T2中輸入至引線5621_J的視頻信號輸入至信號線Sj，以及在第三子選擇週期T3中輸入至引線5621_J的視頻信號輸入至信號線Sj+1。在第一子選擇週期T1中、第二子選擇週期T2中以及第三子選擇週期T3中輸入至引線5621_J的視頻信號分別用資料_j-1、資料_j以及資料_j+1表示。

如圖10所示，在第一子選擇週期T1中，第一薄膜電晶體5603a導通，而第二薄膜電晶體5603b和第三薄膜電晶體5603c截止。此時，輸入至引線5621_J的資料_j-1經由第一薄膜電晶體5603a輸入至信號線Sj-1。在第二子選擇週期T2中，第二薄膜電晶體5603b導通，而第一薄膜電晶體5603a和第三薄膜電晶體5603c截止。此時，輸入引線5621_J的資料_j經由第二薄膜電晶體5603b而輸入至信號線Sj。在第三子選擇週期T3中，第三薄膜電晶體5603c導通，而第一薄膜電晶體5603a和第二薄膜電晶體5603b截止。此時，輸入引線5621_J的資料_j+1經由第三薄膜電晶體5603c輸入至信號線Sj+1。

如上所述，在圖9中的信號線驅動器電路中，藉由將一個閘極選擇週期分成三個，可在一個閘極選擇週期中，將視頻信號從一條引線5621輸入到三條信號線中。因此，在圖9的信號線驅動器電路中，在設置有驅動器IC 5601的基底與設置有像素部分的基底之間的連接的數量可以是信號線數量的約1/3。連接的數量被減少到信號線數量的約1/3，因此可提高圖9中的信號線驅動器電路的可靠性、生產率等。

要注意的是，對薄膜電晶體的排列、數量、驅動方法等並無特殊限制，只要將一個閘極選擇週期分成多個子選擇週期，並如圖9所示地在多個子選擇週期中的每一週期中，將視頻信號從一條引線輸入至多條信號線即可。

舉例而言，當在三個或更多個子選擇週期中將視頻信號從一條引線輸入到三條或更多條信號線時，只需要添加一個薄膜電晶體和用於控制該薄膜電晶體的一條引線。要注意的是，當一個閘極選擇週期被分成四個或多個子選擇週期時，一個子選擇週期變短。因此，較佳地將一個閘極選擇週期分成兩個或三個子選擇週期。

作為另一實施例，可將一個選擇週期分成如圖11的時序圖所示的預充電週期Tp、第一子選擇週期T1、第二子選擇週期T2以及第三子選擇週期T3。圖11的時序圖示出選擇第i列中的掃描線Gi時的時序、當第一薄膜電晶體5603a導通/截止時的時序5803a、當第二薄膜電晶體5603b導通/截止時的時序5803b、當第三薄膜電晶體5603c導通/截止的時序5803c以及輸入第J行中的引線5621_J的信號5821_J。如圖11所示，第一薄膜電晶體5603a、第二薄膜電晶體5603b以及第三薄膜電晶體5603c在預充電週期Tp中導通。此時，輸入引線5621_J的預充電電壓Vp分別經由第一薄膜電晶體5603a、第二薄膜電晶體5603b以及第三薄膜電晶體5603c輸入至信號線Sj-1、信號線Sj以及信號線Sj+1。在第一子選擇週期T1中，第一薄膜電晶體5603a導通，而第二薄膜電晶體5603b和第三薄膜電晶體5603c截止。此時，輸入引線5621_J的資料_j-1經由第一薄膜電晶體5603a輸入至信號線Sj-1。在第二子選擇週期T2中，第二薄膜電晶體5603b導通，而第一薄膜電晶體5603a和第三薄膜電晶體5603c截止。此時，輸入引線5621_J的資料_j經由第二薄膜電晶體5603b輸入至信號線Sj。在第三子選擇週期T3中，第三薄膜電晶體5603c導通，而第一薄膜電晶體5603a和第二薄膜電晶體5603b截止。此時，輸入引線5621_J的資料_j+1經由第三薄膜電晶體5603c輸入至信號線Sj+1。

如上所述，在應用了圖11的時序圖的圖9的信號線驅動器電路中，因為藉由在子選擇週期之前提供預充電選擇週期，以對信號線預充電，所以，可將視頻信號高速地寫入像素中。注意，藉由共同的代號標識圖11中類似於圖10的部分，並省略對相同部分或具有相似功能的部分的詳細描述。

此外，描述了掃描線驅動器電路的實施例。該掃描線驅動器電路包括移位暫存器和緩衝器。在某些情況下可包括位準移動器。在掃描線驅動器電路中，當將時鐘信號(CLK)和起動脈衝信號(SP)輸入移位暫存器時，產生選擇信號。所產生的選擇信號被緩衝器緩衝和放大，而所得的信號被提供給相對應的掃描線。一條線的像素中的電晶體的閘極電極層被連接至掃描線。因為一條線的像素中的電晶體必須同時立即導通，所以使用了能提供大電流的緩衝器。

參照圖12和圖13，描述用於掃描線驅動器電路的一部分的移位暫存器的一模式。

圖12示出移位暫存器的電路構造。圖12中所示的移位暫存器包括多個正反器：正反器5701_1到5701_n。此外，藉由第一時鐘信號、第二時鐘信號、起動脈衝信號以及重定信號的輸入來操作移位暫存器。

說明圖12中的移位暫存器的連接關係。在圖12的移位暫存器中的第i級的正反器5701_i(正反器5701_1到5701_n中的一個)中，圖13中所示的第一引線5501連接至第七引線5717_i-1，圖13中所示的第二引線5502連接至第七引線5717_i+1，圖13中所示的第三引線5503連接至第七引線5717_i，以及圖13中所示的第六引線5506連接至第五引線5715。

此外，圖13中所示的第四引線5504連接至奇數級的正反器中的第二引線5712，且連接至偶數級的正反器中的第三引線5713。圖13中所示的第五引線5505連接至第四引線5714。

注意，圖13中所示的第一級的正反器5701_1的第一引線5501連接至第一引線5711，而圖13中所示的第n級的正反器5701_n的第二引線5502連接至第六引線5716。

注意，第一引線5711、第二引線5712、第三引線5713以及第六引線5716可分別稱為第一信號線、第二信號線、第三信號線以及第四信號線。第四引線5714和第五引線5715可分別稱為第一電源線和第二電源線。

接著，圖13示出圖12中所示正反器的細節。圖13中所示的正反器包括第一薄膜電晶體5571、第二薄膜電晶體5572、第三薄膜電晶體5573、第四薄膜電晶體5574、第五薄膜電晶體5575、第六薄膜電晶體5576、第七薄膜電晶體5577以及第八薄膜電晶體5578。第一薄膜電晶體5571、第二薄膜電晶體5572、第三薄膜電晶體5573、第四薄膜電晶體5574、第五薄膜電晶體5575、第六薄膜電晶體5576、第七薄膜電晶體5577以及第八薄膜電晶體5578中的每一個均為n通道電晶體，而且在閘極－源極電壓(V_gs )超過閾值電壓(V_th )時導通。

接著，以下描述圖13中所示的正反器的連接。

第一薄膜電晶體5571的第一電極(源極電極和汲極電極中的一個)連接至第四引線5504。第一薄膜電晶體5571的第二電極(源極電極和汲極電極中的另一個)連接至第三引線5503。

第二薄膜電晶體5572的第一電極連接至第六引線5506。第二薄膜電晶體5572的第二電極連接至第三引線5503。

第三薄膜電晶體5573的第一電極連接至第五引線5505。第三薄膜電晶體5573的第二電極連接至第二薄膜電晶體5572的閘極電極層。第三薄膜電晶體5573的閘極電極層連接至第五引線5505。

第四薄膜電晶體5574的第一電極連接至第六引線5506。第四薄膜電晶體5574的第二電極連接至第二薄膜電晶體5572的閘極電極層。第四薄膜電晶體5574的閘極電極層連接至第一薄膜電晶體5571的閘極電極層。

第五薄膜電晶體5575的第一電極連接至第五引線5505。第五薄膜電晶體5575的第二電極連接至第一薄膜電晶體5571的閘極電極層。第五薄膜電晶體5575的閘極電極層連接至第一引線5501。

第六薄膜電晶體5576的第一電極連接至第六引線5506。第六薄膜電晶體5576的第二電極連接至第一薄膜電晶體5571的閘極電極層。第六薄膜電晶體5576的閘極電極層連接至第二薄膜電晶體5572的閘極電極層。

第七薄膜電晶體5577的第一電極連接至第六引線5506。第七薄膜電晶體5577的第二電極連接至第一薄膜電晶體5571的閘極電極層。第七薄膜電晶體5577的閘極電極層連接至第二引線5502。第八薄膜電晶體5578的第一電極連接至第六引線5506。第八薄膜電晶體5578的第二電極連接至第二薄膜電晶體5572的閘極電極層。第八薄膜電晶體5578的閘極電極層連接至第一引線5501。

注意，第一薄膜電晶體5571的閘極電極層、第四薄膜電晶體5574的閘極電極層、第五薄膜電晶體5575的第二電極、第六薄膜電晶體5576的第二電極以及第七薄膜電晶體5577的第二電極彼此連接的點被稱為節點5543。第二薄膜電晶體5572的閘極電極層、第三薄膜電晶體5573的第二電極、第四薄膜電晶體5574的第二電極、第六薄膜電晶體5576的閘極電極層以及第八薄膜電晶體5578的第二電極彼此連接的點被稱為節點5544。

注意，第一引線5501、第二引線5502、第三引線5503以及第四引線5504可分別稱為第一信號線、第二信號線、第三信號線以及第四信號線。第五引線5505和第六引線5506可分別稱為第一電源線和第二電源線。

或者，可僅使用藉由與實施例1到3相似的方法製造的n通道TFT，製造信號線驅動器電路和掃描線驅動器電路。因為藉由與實施例1到3相似的方法形成的n通道TFT具有高遷移率，所以能提高驅動器電路的驅動頻率。舉例而言，可藉由與實施例1到3相似的方法形成的包括n通道TFT的掃描線驅動器電路能高速地工作；因此，舉例而言，有可能提高格頻率或實現黑屏插入。

此外，舉例而言，當提高了掃描線驅動器電路中的電晶體通道寬度或設置了多個掃描線驅動器電路時，能實現高很多的格頻率。當設置了多個掃描線驅動器電路時，用於驅動偶數列掃描線的掃描線驅動器電路被設置在一側，而用於驅動奇數列掃描線的掃描線驅動器電路被設置在另一側；因此可實現格頻率的提高。此外，使用多個掃描線驅動器電路來向同一掃描線輸出信號對於增大顯示裝置的大小是有利的。

在製造作為根據本發明的一實施例的半導體裝置的實施例的主動矩陣型發光顯示裝置的情況下，因為在至少一個像素中排列有多個薄膜電晶體，所以較佳地配置多個掃描線驅動器電路。圖8B中示出了主動矩陣發光顯示裝置的方塊圖的實施例。

圖8B中所示的發光顯示裝置在基底5400上包括：具有分別設置有顯示元件的多個像素的像素部分5401；選擇像素的第一掃描線驅動器電路5402和第二掃描線驅動器電路5404；以及控制輸入選定像素的視頻信號的信號線驅動器電路5403。

在向圖8B的發光顯示裝置的像素輸入數位視頻信號的情況下，藉由開/關電晶體，將像素置於發光狀態或不發光狀態。因此，可使用面積比灰度法或時間比灰度法來顯示灰度。面積比灰度法指的是藉由將一個像素分成多個子像素並根據視頻信號獨立地驅動相對應的子像素以執行灰度顯示的驅動方法。此外，時間比灰度法指的是藉由控制像素處於發射光狀態的週期來執行灰度顯示的驅動方法。

因為發光元件的回應時間比液晶元件等的回應時間快，所以發光元件適合於時間比灰度法。具體而言，在利用時間比灰度法執行顯示的情況下，將一個格週期分成多個子格週期。接著，根據視頻信號，在各個子格週期中，將像素中的發光元件置於發光狀態或不發光狀態。藉由將一個格週期分成多個子格週期，可藉由視頻信號以控制像素在一個格週期中實際發光的總時間長度，以執行灰度顯示。

注意，在圖8B中所示的發光顯示裝置的實施例中，當兩個開關TFT被配置在一個像素中時，第一掃描線驅動器電路5402產生被輸入到用作兩個開關TFT之一的閘極引線的第一掃描線的信號，而第二掃描線驅動器電路5404產生被輸入到用作兩個開關TFT中的另一個閘極引線的第二掃描線的信號；不過，一個掃描線驅動器電路既可產生被輸入到第一掃描線的信號又可產生被輸入到第二掃描線的信號。此外，舉例而言，有可能在每個像素中設置用於控制開關元件的操作的多條掃描線，這取決於一個像素中所包括的開關TFT的數量。在此情況下，一個掃描線驅動器電路可產生被輸入到多條掃描線的所有信號，或多個掃描線驅動器電路可產生被輸入到多條掃描線的信號。

此外，在發光顯示裝置中，可在與像素部分的薄膜電晶體相同的基底上形成可包括n通道TFT的驅動器電路的一部分。此外，可僅使用藉由與實施例1到3相似的方法形成的n通道TFT，製造信號線驅動器電路和掃描線驅動器電路。

此外，上述驅動器電路可用於使用電連接至開關元件的元件來驅動電子墨水的電子紙，而不限於液晶顯示裝置或發光顯示裝置的應用。該電子紙也被稱為電泳顯示裝置(電泳顯示器)，而且其有利之處在於，它具有與普通紙張一樣的可閱讀性，而且它具有比其他顯示裝置更低的功耗和更小的厚度和重量。

可考慮電泳顯示器的多種模式。在電泳顯示器中，各自包括具有正電荷的第一粒子和具有負電荷的第二粒子的多個微膠囊散佈在溶劑或溶液中，而且將電場施加給這些微膠囊，以致於微膠囊中的粒子以彼此相反的方向移動，因而僅顯示聚集在一側上的粒子的顔色。注意第一粒子或第二粒子包括染色劑，而且當沒有電場時它們不移動。此外，第一粒子的顔色不同於第二粒子的顔色(這些粒子也可以是無色的)。

因此，電泳顯示器利用了所謂的介電電泳效應，其中具有高介電常數的物質向具有高電場的區域運動。電泳顯示器不需要液晶顯示器所必需的偏振板和對立基底，因此它的厚度和重量約為液晶顯示器的一半。

微膠囊散佈在溶劑中稱為電子墨水，而且可將電子墨水印刷在玻璃、塑膠、纖維、紙張等的表面上。利用濾色器或包括著色物質的微粒，也可以實現彩色顯示。

此外，當將多個上述微膠囊適當地設置在主動矩陣基底上以插入兩個電極之間時，可完成主動矩陣顯示裝置，而且，可藉由對這些微膠囊施加電場來實現顯示。舉例而言，可以使用利用藉由與實施例1到3相似的方法形成的薄膜電晶體而獲得的主動矩陣基底。

注意，可使用從導電材料、絕緣材料、半導體材料、磁性材料、液晶材料、鐵電材料、電致發光材料、電致變色材料、或磁泳材料中選擇的單一材料、或使用這些材料中的任意材料的複合材料，形成微膠囊中的第一粒子和第二粒子。

因為實施例5中描述的顯示裝置的驅動器電路包括其中源極電極層和汲極電極層受第二半導體層保護的薄膜電晶體，所以能無變化地抑制源極區和汲極區的寄生電阻。因此，能完成性能增強和實現工作穩定性的主動矩陣顯示裝置板。

可與本說明書中的實施例的任一結構適當地組合而實現實施例5。

[實施例6]

在實施例6中，可將以與實施例1到3類似的方式形成的薄膜電晶體用於製造像素部分，或進一步用於製造驅動器電路，以提供具有顯示功能的半導體裝置(也稱為顯示裝置)。此外，可利用以與實施例1到3相似的方式在與像素部分相同的基底上形成驅動器電路的部分或全部，藉此能獲得板上系統。

顯示裝置包括顯示元件。作為顯示元件，可使用液晶元件(也稱為液晶顯示元件)或發光元件(也稱為發光顯示元件)。發光元件在其類別中包括照度受電流或電壓控制的元件，在其類別中具體包括無機電致發光(EL)元件、有機EL元件等。此外，可使用諸如電子墨水之類的對比度被電效應改變的顯示介質。

此外，顯示裝置包括封裝有顯示元件的面板和其中包括控制器的IC等安裝在面板上的模組。本發明的一個實施例關於在用於製造顯示裝置的製程中完成顯示元件之前的元件基底的一模式，而且元件基底設置有用於向顯示元件提供電流的機構。具體而言，元件基底可以處於僅設置有顯示元件的一個像素電極的狀態、在形成要成為像素電極的導電膜之後且在蝕刻導電膜以形成像素電極之前的狀態、或任何其他狀態。

本說明書中的顯示裝置意指影像顯示裝置、顯示裝置或光源(包括發光裝置)。此外，顯示裝置的類別包括：設置有諸如可撓印刷電路(FPC)、帶式自動接合(TAB)帶或帶式載體封裝(TCP)之類的連接器的模組；在TAB帶或TCP端部處設置有印刷線路板的模組；以及具有藉由玻璃上晶片(COG)方法直接安裝在顯示元件上的積體電路(IC)的模組。

在實施例6中，參照圖14A1、14A2以及14B描述了作為本發明的半導體裝置的一實施例的液晶顯示面板的外觀和截面。圖14A1和14A2均為面板的俯視圖，在面板中，用密封劑4005將以與實施例1相似的方式形成的薄膜電晶體4010和4011與液晶元件4013密封在第一基底4001與第二基底4006之間。圖14B是沿圖14A1和圖14A2的線M-N所取的截面圖。

密封劑4005被設置成包圍設置在第一基底4001上的像素部分4002和掃描線驅動器電路4004。在像素部分4002和掃描線驅動器電路4004之上設置了第二基底4006。因此，藉由第一基底4001、密封劑4005以及第二基底4006，將像素部分4002和掃描線驅動器電路4004以及液晶層4008密封到一起。將使用單晶半導體膜或多晶半導體膜形成的信號線驅動器電路4003安裝在第一基底4001上與被密封劑4005包圍的區域不同的區域中。

注意，對於單獨形成的驅動器電路的連接方法無特殊限制，而且可使用COG方法、引線接合方法、TAB方法等。圖14A1示出藉由COG方法安裝信號線驅動器電路4003的實施例，而圖14A2示出藉由TAB方法安裝信號線驅動器電路4003的實施例。

形成於第一基底4001上的像素部分4002和掃描線驅動器電路4004各自包括多個薄膜電晶體，以及像素部分4002中所包括的薄膜電晶體4010和掃描線驅動器電路4004中所包括的薄膜電晶體4011在圖14B中作為實施例示出。在薄膜電晶體4010和4011上設置了絕緣層4020和4021。

作為薄膜電晶體4010和4011中的每一者，舉例而言，可使用實施例1中描述的薄膜電晶體。在實施例6中，薄膜電晶體4010和4011是n通道薄膜電晶體。

液晶元件4013中包括的像素電極層4030電連接至薄膜電晶體4010。在第二基底4006上形成了液晶元件4013的對立電極層4031。像素電極層4030、對立電極層4031以及液晶層4008相互交疊的部分對應於液晶元件4013。注意，像素電極層4030和對立電極層4031分別設置有作為對齊膜的絕緣層4032和絕緣層4033。液晶層4008被夾在像素電極層4030與對立電極層4031之間，其中還插入有絕緣層4032和4033。

注意，藉由使用玻璃、金屬(通常是不銹鋼)、陶瓷或塑膠，分別形成第一基底4001和第二基底4006。作為塑膠，能使用玻璃纖維增強的塑膠(FRP)板、聚氟乙烯(PVF)膜、聚酯膜、或丙烯酸樹脂膜。此外，還能使用PVF膜或聚酯膜之間夾有鋁箔的薄板。

藉由絕緣膜的選擇性蝕刻而獲得由代號4035表示的柱狀隔離件，而且被設置成控制像素電極層4030與對立電極層4031之間的距離(單元間隙)。注意，可使用球狀隔離件。對立電極層4031電連接至設置在與薄膜電晶體4010相同的基底上的公共電位線。注意，這些導電粒子包含在密封劑4005中。

或者，可使用不需要對齊膜的表現出藍相的液晶。藍相是液晶相之一，當膽甾相液晶的溫度升高時，藍相剛好在膽甾相變成各向同性相之前產生。因為僅在窄溫度範圍中產生藍相，所以將包含5%或更多重量百分比的手性劑的液晶成份用於液晶層4008以改善該溫度範圍。包括表現出藍相的液晶和手性劑的液晶組成物具有10 μs到100 μs的短響應時間、具有不需要對齊製程的光學各向同性、且具有小的視角依賴性。

注意，實施例6描述了透射型液晶顯示裝置的示例；然而，可將本發明的實施例應用於反射型液晶顯示裝置或半透射型液晶顯示裝置。

在實施例6中，描述了偏振板被設置在基底的外側(觀看者側)上、而用於顯示元件的著色層和電極層以此順序被設置在基底的內側上的液晶顯示裝置的示例；然而，還可將偏振板設置在基底的內側上。偏振板和色層的層疊結構不限於實施例7中描述的結構，而可根據偏振板和色層的材料或製造步驟的條件來適當地設置。此外，可設置用作黑色基質的擋光膜。

在實施例6中，為減少薄膜電晶體的表面粗糙度和提高薄膜電晶體的可靠性，使用分別作為保護膜或平坦化絕緣膜的絕緣層(絕緣層4020和絕緣層4021)以覆蓋藉由實施例1獲得的薄膜電晶體。注意，設置保護膜是為了防止漂浮在空氣中的諸如有機物質、金屬物質或水汽之類的雜質進入，而且較佳地保護膜是緻密膜。可藉由濺射法，將保護膜形成為包括氧化矽膜、氮化矽膜、氧氮化矽膜、氮氧化矽膜、氧化鋁膜、氮化鋁膜、氧氮化鋁膜以及氮氧化鋁膜中的任一種的單層膜或層疊膜。雖然在實施例6中描述了藉由濺射方法以形成保護膜的實施例，但本發明的實施例不限於此方法，而是可採用多種方法。

作為具有層疊結構的用作保護膜的絕緣層4020的第一層，在實施例6中藉由濺射法形成氧化矽膜。使用氧化矽膜作為保護膜具有防止用於源極和汲極電極層的鋁膜的小丘的有益效果。

此外，藉由濺射方法形成氮化矽膜以作為絕緣層4020的第二層。將氮化矽膜用作保護膜能防止諸如鈉離子等移動離子進入半導體區，藉以抑制TFT的電特性變化。

此外，在形成保護膜之後，可對包括銦、鎵以及鋅的氧化物半導體層退火(在300℃到400℃下)。

形成絕緣層4021作為平坦化絕緣膜。可使用諸如聚醯亞胺、丙烯酸、苯並環丁烯、聚醯胺或環氧樹脂之類的具有耐熱性的有機材料形成絕緣層4021。除這些有機材料之外，還可以使用低介電常數材料(低k材料)、矽氧烷基樹脂、PSG(磷矽玻璃)、BPSG(硼磷矽玻璃)等。矽氧烷基樹脂可包括氟、烷基和芳香基以及氫中的至少一種作為取代基。注意，可通過堆疊使用這些材料形成的多層絕緣膜來形成絕緣層4021。

注意，矽氧烷基樹脂是使用矽氧烷基材料作為起始材料形成且具有Si-O-Si鍵的樹脂。矽氧烷基樹脂可包括氟、烷基和芳香基以及氫中的至少之一作為取代基。

對於形成絕緣層4021的方法沒有特定限制，而且根據材料，可通過濺射法、SOG法、旋塗法、浸漬法、噴塗法、液滴放電法(例如噴墨法、絲網印刷、膠版印刷等)、刮片法、輥塗法、幕塗法、刀塗法等形成絕緣層4021。在使用材料溶液形成絕緣層4021的情況下，可在烘焙步驟同時對包括銦、鎵以及鋅的氧化物半導體層退火(在300℃到400℃下)。絕緣層4021的烘焙步驟也用作包括銦、鎵以及鋅的氧化物半導體層的退火步驟，藉此能有效率地製造半導體裝置。

可使用諸如包含氧化鎢的氧化銦、包含氧化鎢的氧化鋅銦、包含氧化鈦的氧化銦、包含氧化鈦的氧化錫銦、氧化錫銦(下文稱為ITO)、氧化鋅銦或添加了氧化矽的氧化錫銦之類的透光導電材料分別形成像素電極層4030和對立電極層4031。

或者，可將包含導電高分子(也稱為導電聚合物)的導電組成物用於像素電極層4030和對立電極層4031。使用導電組成物形成的像素電極層較佳地具有10000歐姆/或更低的薄膜電阻和在550 nm波長下的70%或更高的透射率。此外，導電組成物中包含的導電高分子的電阻率較佳地小於或等於0.1 Ω‧cm。

作為導電高分子，可使用所謂的“π電子共軛導電高分子”。作為導電高分子的實施例，可給出聚苯胺及其衍生物、聚吡咯及其衍生物、聚噻吩及其衍生物、或這些材料中的兩種或多種的共聚物等。

此外，從FPC 4018向單獨形成的信號線驅動器電路4003以及掃描線驅動器電路4004或像素部分4002提供多個信號和電位。

在實施例6中，使用與液晶元件4013中所包括的像素電極層4030相同的導電膜形成連接端子電極4015，而使用與薄膜電晶體4010和4011的源極和汲極電極層相同的導電膜形成端子電極4016。

連接端子電極4015藉由各向異性導電膜4019電連接至FPC 4018中包括的端子。

圖14A1、14A2以及14B示出了單獨形成信號線驅動器電路4003且將其安裝在第一基底4001上的實施例；不過，實施例6不限於此結構。可單獨形成然後安裝掃描線驅動器電路，或僅單獨形成信號線驅動器電路的一部分或掃描線驅動器電路的一部分然後安裝。

圖15示出使用根據本發明的一實施例製造的TFT基底2600以形成作為半導體裝置的液晶顯示模組的實施例。

圖15示出液晶顯示模組的實施例，其中TFT基底2600和對基底2601藉由密封劑2602相互接合，而包括TFT等的像素部分2603、包括液晶層的顯示元件2604以及色層2605設置在這些基底之間以形成顯示區。色層2605是實現彩色顯示所必需的。在RGB系統的情況下，為對應的像素設置了對應於紅色、綠色以及藍色的對應色層。在TFT基底2600和對基底2601外設置了偏振板2606和2607以及漫射板2613。光源包括冷陰極管2610和反射板2611，而且電路基底2612藉由可撓線路板2609連接至TFT基底2600的引線電路部分2608，且包括諸如控制電路和電源電路之類的外部電路。可堆疊偏振板和液晶層，而且在它們之間插入阻滯膜。

液晶顯示模組可使用TN(扭曲向列)模式、IPS(共面切換)模式、FFS(邊緣場切換)模式、MVA(多疇垂直取向)模式、PVA(影像垂直調整)模式、ASM(軸對稱排列微單元)模式、OCB(光學補償雙折射)模式、FLC(鐵電液晶)模式、AFLC(反鐵電液晶)模式等。

藉由上述步驟，能製造包括工作穩定性優良的薄膜電晶體的顯示裝置。因為實施例6的液晶顯示裝置包括工作穩定性優良的薄膜電晶體，所以液晶顯示裝置的可靠性高。

可與本說明書中的實施例的任一結構適當地組合而實現實施例6。

[實施例7]

在實施例7中，描述了作為本發明的半導體裝置的實施例的發光顯示裝置。作為顯示裝置中包括的顯示元件，這裏描述了利用電致發光的發光元件。利用電致發光的發光元件是根據發光材料是有機化合物還是無機化合物來分類的。一般而言，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，藉由對發光元件施加電壓，將電子和電洞分別從一對電極注入包含發光有機化合物的層中，從而電流流動。然後，這些載子(電子和電洞)的複合使發光有機化合物形成激發態，且當它們從激發態返回基態時發光。由於這種機制，這樣的發光元件被稱為電流激發型發光元件。

無機EL元件被分類為散射型無機EL元件和薄膜無機EL元件。散射型無機EL元件包括發光材料的粒子散佈在黏合劑中的發光層，而且其發光機制是利用施主能階和受主能階的施主－受主複合發光。在薄膜無機EL元件中，發光層被夾在介電層之間，而介電層被夾在電極之間。薄膜無機EL元件的發光機制是其中利用金屬離子的內殼層電子躍遷的局部發光。這裏，在描述中將有機EL元件用作發光元件。

圖16示出可應用數位時間灰度驅動的作為根據本發明的一實施例的半導體裝置實施示例的像素結構的實施例。

描述了可應用數位時間灰度驅動的像素的結構和操作。這裏，示出了像素包括兩個n通道電晶體的實施例，在這兩個n通道電晶體的每一者中，使用實施例3中描述的包括銦、鎵以及鋅的氧化物半導體層以形成通道形成區。

像素6400包括開關電晶體6401、驅動電晶體6402、發光元件6404以及電容器6403。開關電晶體6401的閘極連接至掃描線6406，開關電晶體6401的第一電極(源極電極和汲極電極中之一)連接至信號線6405，而開關電晶體6401的第二電極(源極電極和汲極電極中之一)連接至驅動電晶體6402的閘極。驅動電晶體6402的閘極通過電容器6403連接至電源線6407，驅動電晶體6402的第一電極連接至電源線6407，以及驅動電晶體6402的第二電極連接至發光元件6404的第一電極(像素電極層)。發光元件6404的第二電極對應於公共電極6408。公共電極6408電連接至在同一基底上形成的公共電位線。

發光元件6404的第二電極(公共電極6408)被設置為低電源電位。低電源電位是滿足低電源電位小於高電源電位的電位，其中高電源電位被設置到作為基準的電源線6407。舉例而言，GND、0 V等可設置為低電源電位。這裏，為了藉由向發光元件6404施加高電源電位與低電源電位之間的電位差以向發光元件提供電流而使發光元件6404發光，要將各個電位設置成使高電源電位與低電源電位之間的電位差是發光元件6404的正向閾值電壓或更高電壓。

驅動電晶體6402的閘極電容可用作電容器6403的替代物，因此可省去電容器6403。可在通道區與閘極電極層之間形成驅動電晶體6402的閘極電容。

在電壓輸入電壓驅動方法的情況下，視頻信號被輸入到驅動電晶體6402的閘極，從而使驅動電晶體6402處於充分導通和截止這兩種狀態中的任一種狀態。亦即，驅動電晶體6402在線性區中工作。因為驅動電晶體6402在線性區中工作，所以高於電源線6407電壓的電壓被施加給驅動電晶體6402的閘極。注意，大於或等於電源線電壓加上驅動電晶體6402的V_th 的電壓被施加給信號線6405。

在執行類比灰度驅動法以代替數位時間灰度驅動法的情況下，藉由改變信號輸入，可以使用與圖16中一樣的像素結構。

在執行類比灰度驅動的情況下，大於或等於發光元件6404的正向電壓加上驅動電晶體6402的V_th 的電壓被施加給驅動電晶體6402的閘極。發光元件6404的正向電壓指的是獲得期望照度的電壓，且包括至少正向閾值電壓。藉由輸入視頻信號以使驅動電晶體6402能在飽和區中工作，可向發光元件6404提供電流。為了使驅動電晶體6402能工作於飽和區，電源線6407的電位被設置成高於驅動電晶體6402的閘極電位。因為視頻信號是類比信號，所以可將與該視頻信號一致的電流饋送至發光元件6404，以及，可以執行類比灰度驅動。

注意，本發明的像素結構不限於圖16中所示的像素結構。舉例而言，可向圖16中所示的像素添加開關、電阻器、電容器、電晶體、邏輯電路等。

接著，參照圖17A到17C，描述發光元件的結構。藉由以n通道驅動TFT為例來描述像素的截面結構。可按照與實施例3中描述的薄膜電晶體類似的方式製造作為用於圖17A到17C中的半導體裝置的驅動TFT的TFT 7001、7011以及7021中的每一TFT。

為從發光元件取出光，發光元件的陽極和陰極中的至少之一需要是透明的。在基底上形成了薄膜電晶體和發光元件。發光元件可具有藉由與基底相對的表面取出光的頂部發光結構、藉由基底側上的表面取出光的底部發光結構、或藉由與基底相對的表面和基底側上的表面取出光的雙發光結構。可將根據本發明的一個實施例的該像素結構應用於具有這些發光結構中的任一種的發光元件。

參考圖17A，描述具有頂部發光結構的發光元件。

圖17A是作為驅動TFT的TFT 7001是n通道TFT而且光從發光元件7002發射至陽極7005側的情況下的像素的截面圖。在圖17A中，發光元件7002的陰極7003電連接至作為驅動TFT的TFT 7001，而發光層7004和陽極7005以此順序堆疊在陰極7003上。陰極7003可由多種導電材料形成，只要它們具有低功函數並反射光即可。舉例而言，較佳地使用Ca、Al、CaF、MgAg、AlLi等。可使用單層或堆疊的多個層形成發光層7004。如果使用多個層形成發光層7004，則按照以下順序在陰極7003上堆疊電子注入層、電子輸運層、發光層、電洞輸運層以及電洞注入層來形成發光層7004。不一定要形成所有這些層。使用諸如包含氧化鎢的氧化銦膜、包含氧化鎢的氧化鋅銦膜、包含氧化鈦的氧化銦膜、包含氧化鈦的氧化錫銦膜、氧化錫銦膜(下文稱為ITO)、氧化鋅銦或添加了氧化矽的氧化錫銦膜之類的透光導電膜形成陽極7005。

發光層7004夾在陰極7003與陽極7005之間的區域對應於發光元件7002。在圖17A中所示像素的情況下，如箭頭所示，光從發光元件7002發射至陽極7005。

接著，參照圖17B描述具有底部發光結構的發光元件。圖17B是驅動TFT 7011是n型TFT、而且發光元件7012中產生的光發射通過陰極7013側的情況下的像素的截面圖。在圖17B中，在電連接至驅動TFT 7011的透光導電膜7017上形成發光元件7012的陰極7013，而發光層7014和陽極7015以此順序堆疊在陰極7013上。當陽極7015具有透光性質時，可形成用於反射和阻擋光的擋光膜7016來覆蓋陽極7015。對於陰極7013，與圖17A的情況一樣可使用多種材料，只要它們是具有低功函數的導電材料即可。陰極7013具有能透射光的厚度(較佳地約5 nm到30 nm)。舉例而言，可將具有20 nm厚度的鋁膜用作陰極7013。以類似於圖17A的情況的方式，可使用單層結構或多個層的層疊結構形成發光層7014。不需要陽極7015透光，但可使用如圖17A的情況一樣的透光導電材料形成陽極7015。作為擋光膜7016，可使用反射光的金屬等；不過它不限於金屬膜。舉例而言，可使用添加了黑色素的樹脂等。

發光層7014夾在陰極7013與陽極7015之間的區域對應於發光元件7012。在圖17B中所示像素的情況下，如箭頭所示，光從發光元件7012發射至陰極7013側。

接著，參考圖17C描述具有雙發光結構的發光元件。在圖17C中，在電連接至驅動TFT 7021的透光導電膜7027上形成發光元件7022的陰極7023，而發光層7024和陽極7025以此順序堆疊在陰極7023上。與圖17A的情況一樣，可使用多種導電材料形成陰極7023，只要它們具有低功函數即可。陰極7023具有能透射光的厚度。舉例而言，可將具有20 nm厚度的Al膜用作陰極7023。與圖17A中一樣，可使用單層或多個層的疊層形成發光層7024。可使用與圖17A的情況中一樣的透光導電材料形成陽極7025。

陰極7023、發光層7024以及陽極7025彼此交疊的區域對應於發光元件7022。在圖17C中所示像素的情況下，如箭頭所示，光從發光元件7022發射至陽極7025側和陰極7023側。

雖然這裏描述了有機EL元件作為發光元件，但也可以提供無機EL元件作為發光元件。

實施例7描述了用於控制發光元件的驅動的薄膜電晶體(驅動TFT)電連接至發光元件的實施例。然而，可在驅動TFT與發光元件之間形成電流控制TFT以與它們相連。

實施例7中描述的半導體裝置不限於圖17A到17C中所示的結構，而且可基於根據本發明的技術的精神以多種方式修改。

接著，參照圖18A和18B描述對應於根據本發明的半導體裝置的一模式的發光顯示面板(也稱為發光面板)的外觀和截面。圖18A是利用密封劑將薄膜電晶體和發光元件密封在第一基底與第二基底之間的面板的平面圖，其中該薄膜電晶體包括包含銦、鎵以及鋅的氧化物半導體層且以類似於實施例3的方式形成。圖18B是沿圖18A的線H-I所取的截面圖。

將密封劑4505設置成包圍設置在第一基底4501上的像素部分4502、信號線驅動器電路4503a和4503b以及掃描線驅動器電路4504a和4504b。此外，將第二基底4506設置在像素部分4502、信號線驅動器電路4503a和4503b以及掃描線驅動器電路4504a和4504b上。因此，藉由第一基底4501、密封劑4505以及第二基底4506，將像素部分4502、信號線驅動器電路4503a和4503b以及掃描線驅動器電路4504a和4504b連同填充物4507密封在一起。較佳地，顯示裝置被保護膜(諸如黏接膜或紫外光可固化樹脂膜)或具有高氣密性和幾乎無除氣的覆蓋材料封裝(密封)，以致於顯示裝置不被曝露在外部空氣中。

形成在第一基底4501上的各自包括多個薄膜電晶體的像素部分4502、信號線驅動器電路4503a和4503b以及掃描線驅動器電路4504a和4504b、以及包括在像素部分4502中的薄膜電晶體4510和包括在信號線驅動器電路4503a中的薄膜電晶體4509在圖18B中作為實施例示出。

薄膜電晶體4509和4510是n通道薄膜電晶體，而且可將實施例3中所描述的薄膜晶體用作它們中的每一者。

此外，代號4511表示發光元件。發光元件4511中包括的作為像素電極層的第一電極層4517電連接至薄膜電晶體4510的源極電極層或汲極電極層。注意，雖然發光元件4511具有包括第一電極層4517、電致發光層4512以及第二電極層4513的層疊結構，但發光元件4511的結構不限於實施例9中描述的層疊結構。可根據從發光元件4511取出光的方向等適當改變發光元件4511的結構。

使用有機樹脂膜、無機絕緣膜或有機聚矽氧烷形成隔離壁4520。尤其較佳地，使用光敏材料製成隔離壁4520，以在第一電極層4517上具有開口，且使該開口具有帶有連續彎曲的斜面的側壁。

可將電致發光層4512形成為單層或堆疊的多層。

可在第二電極層4513和隔離壁4520上形成保護膜，以阻止氧氣、氫氣、水汽、二氧化碳等進入發光元件4511。作為保護膜，可形成氮化矽膜、氮氧化矽膜、DLC膜等。

從FPC 4518a和4518b將多個信號和電壓提供給信號線驅動器電路4503a和4503b、掃描線驅動器電路4504a和4504b或像素部分4502。

在實施例7中，使用與發光元件4511中所包括的第一電極層4517相同的導電膜形成連接端子電極4515，而使用與薄膜電晶體4509和4510中所包括的源極和汲極電極層相同的導電膜形成端子電極4516。

連接端子電極4515藉由各向異性導電膜4519電連接至FPC 4518a的端子。

位於從發光元件4511取出光的方向的第二基底4506應當具有透光性質。在此情況下，使用諸如玻璃板、塑膠板、聚酯膜或丙烯酸膜之類的具有透光性質的材料。

作為填充物4507，可使用紫外光可固化樹脂或熱固性樹脂以及諸如氮氣或氬氣之類的惰性氣體。舉例而言，可使用聚氯乙烯(PVC)、丙烯酸、聚醯亞胺、環氧樹脂、矽酮樹脂、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)或乙烯乙酸乙烯酯(EVA)。在實施例7中，使用氮作為填充物4507。

在需要時，可對發光元件的發光表面適當設置諸如偏振板、圓偏振板(包括橢圓偏振板)、阻滯板(四分之一波板或半波板)或濾色器之類的光學膜。此外，偏振板或圓偏振板可設置有抗反射膜。舉例而言，可執行抗眩光處理，藉由該處理，反射光可由表面上的凸起和凹陷散射以減少眩光。

信號線驅動器電路4503a和4503b與掃描線驅動器電路4504a和4504b可作為使用單晶半導體膜或多晶半導體膜形成的驅動器電路被安裝在單獨製備的基底上。此外，可單獨形成信號線驅動器電路及其部分或掃描線驅動器電路及其部分以備安裝。實施例7不限於圖18A和18B中所示的結構。

藉由上述步驟，能製造包括工作穩定性優良的薄膜電晶體的顯示裝置。因為實施例7的液晶顯示裝置(顯示面板)包括工作穩定性優良的薄膜電晶體，所以液晶顯示裝置的可靠性高。

可與本說明書中的實施例的任一結構適當地組合而實現實施例7。

[實施例8]

可應用根據本發明的一實施例的顯示裝置作為電子紙。電子紙可用於多種領域的電子設備，只要它們能顯示資料。舉例而言，電子紙可應用於電子書設備(電子書)、海報、諸如火車之類的車輛中的廣告、或諸如信用卡之類的多種卡的顯示器。圖19A和19B以及圖20示出半導體裝置的實施例。

圖19A示出使用電子紙形成的海報2631。如果廣告媒體是印刷紙，則廣告以人力更換；然而，當使用了根據本發明的一實施例的電子紙時，可在很短的時間內改變廣告顯示。此外，可在無顯示缺陷的情況下獲得穩定的影像。注意，海報可具有能無線發送和接收資料的配置。

圖19B示出諸如火車之類的車輛中的廣告2632。如果廣告媒體是印刷紙，則廣告以人力更換；然而，當使用了根據本發明的一實施例的電子紙時，可在不需要很多人力的情況下在很短的時間內改變廣告顯示。此外，可在無顯示缺陷的情況下獲得穩定的影像。注意，車輛中的廣告可具有能無線發送和接收資料的配置。

圖20顯示電子書設備2700的實施例。舉例而言，電子書設備2700包括兩個外殼──外殼2701和外殼2703。外殼2701和2703藉由軸部分2711相互結合，電子書設備2700沿軸部分2711打開和閉合。利用這樣的結構，電子書設備2700可類似於紙書一樣操作。

顯示部分2705和顯示部分2707分別被包括在外殼2701和外殼2703中。顯示部分2705和顯示部分2707可顯示一幅影像或不同影像。舉例而言，在顯示部分2705和顯示部分2707顯示不同影像的情況下，可在右邊的顯示部分(圖20中的顯示部分2705)上顯示文字，而在左邊的顯示部分(圖20中的顯示部分2707)上顯示影像。

圖20顯示外殼2701設置有操作部分等的示例。舉例而言，外殼2701設置有電源開關2721、操作鍵2723、揚聲器2725等。利用操作鍵2723可翻頁。注意，可在外殼的顯示部分的同一表面上設置鍵盤、指標設備等。此外，外殼的後面或側面可設置有外部連接端子(耳機端子、USB端子、可與諸如AC適配器或USB電纜之類的多種電纜連接的端子等)、儲存媒體插入部等。而且，電子書設備2700可具有電子詞典功能。

電子書設備2700可具有能無線發送和接收資料的配置。藉由無線通信，可從電子書伺服器購買和下載想要的圖書資料等。

藉由上述步驟，能製造包括工作穩定性優良的薄膜電晶體的顯示裝置。包括工作穩定性優良的薄膜電晶體的半導體裝置具有高可靠性。

[實施例9]

可將根據本發明的一實施例的半導體裝置應用於多種電子設備(包括遊戲機)。電子設備的實施例包括電視機(也稱為電視或電視接收機)、電腦監示器等、諸如數位相機或數位攝像機之類的相機、數位相框、蜂巢式電話(也稱為移動電話或移動電話機)、攜帶型遊戲控制臺、攜帶型資訊終端、音頻再現設備、諸如彈珠台之類的大型遊戲機等。

圖21A示出電視機9600的實施例。在電視機9600中，顯示部分9603被包括在外殼9601中。可在顯示部分9603上顯示影像。這裏，外殼9601由支架9605支承。

可利用外殼9601的操作開關或獨立的遙控器9610操作電視機9600。可利用遙控器9610的操作鍵9609控制頻道和音量，從而控制顯示部分9603上顯示的影像。此外，遙控器9610可設置有用於顯示從遙控器9610輸出的資料的顯示部分9607。

注意，電視機9600設置有接收器、數據機等。利用該接收器，可接收一般的電視廣播。此外，當電視機9600經由數據機通過有線或無線連接連接至通信網路時，可執行單向(從發射器到接收器)或雙向(發射器與接收器之間、接收器之間等)資料通信。

圖21B示出數位相框9700的實施例。舉例而言，在數位相框9700中，顯示部分9703被包括在外殼9701中。可在顯示部分9703上顯示多幅影像。舉例而言，顯示部分9703能顯示數位相機等拍攝的影像資料而作為普通相框。

注意，數位相框9700設置有操作部分、外部連接部分(USB端子、可連接至諸如USB電纜之類的多種電纜的端子等)、記錄介質插入部分等。雖然可將這些部分設置在與顯示部分相同的表面上，但較佳地為了改進數位相框9700的設計而將它們設置在側面或後面。舉例而言，儲存了由數位相機拍攝的影像資料的記憶體被插入數位相框的記錄媒體插入部分中，藉此可導入影像資料並將其顯示在顯示部分9703上。

數位相框9700可無線地發送和接收資料。藉由無線通信，可導入期望的影像資料以供顯示。

圖22A示出包括兩個外殼──外殼9881和外殼9891──的攜帶型遊戲控制臺。外殼9881和9891利用連接部分9893相互連接以便打開和閉合。顯示部分9882和顯示部分9883分別被包括在外殼9881和外殼9891中。圖22A中所示的攜帶型遊戲控制臺還包括揚聲器部分9884、儲存媒體插入部分9886、LED燈9890、輸入裝置(操作鍵9885、連接端子9887、感測器9888(包括測量力、位移、位置、速度、加速度、角速度、旋轉次數、距離、光、液體、磁性、溫度、化學物質、聲音、時間、硬度、電場、電流、電壓、電功率、射線、流速、濕度、傾角、振動、氣味或紅外線的功能)以及麥克風9889)等。不言而喻，該攜帶型遊戲控制臺的結構不限於上述結構，而且可以是任何結構，只要設置有根據本發明的一個實施例的半導體裝置。而且，可適當設置其它附件。圖22A中所示的攜帶型遊戲控制臺具有讀出儲存在記錄媒體中的程式或資料以將其顯示在顯示部分上的功能，以及藉由無線通信與另一攜帶型遊戲控制臺共用資訊的功能。注意，圖22A中所示的攜帶型遊戲控制臺的功能不限於上述功能，而且能提供多種功能。

圖22B示出作為大型遊戲機的自動販實機9900的示例。在自動販買機9900中，顯示部分9903被包括在外殼9901中。此外，自動販買機9900包括諸如起始桿或停止開關之類的操作裝置、硬幣槽、揚聲器等。不言而喻，販買機9900的結構不限於上述結構，而且可以是任何結構，只要設置有根據本發明的一實施例的至少一半導體裝置即可。而且，可適當設置其它附件。

圖23示出蜂巢式電話1000的實施例。蜂巢式電話1000設置有包括在外殼1001中的顯示部分1002、操作按鈕1003、外部連接埠1004、揚聲器1005、麥克風1006等。

藉由用手指等觸摸顯示部分1002，可將資訊輸入圖23中所示的蜂巢式電話1000。此外，可藉由用手指等觸摸顯示部分1002來執行諸如打電話和編輯郵件之類的操作。

顯示部分1002主要有三種螢幕模式。第一種模式是主要用於顯示影像的顯示模式。第二種模式是主要用於輸入諸如文字之類的資訊的輸入模式。第三種模式是其中混合了顯示模式和輸入模式這兩種模式的顯示－輸入模式。

舉例而言，在打電話或寫電子郵件的情況下，顯示部分1002被設置成主要用於執行文字輸入的文字輸入模式，而且可在螢幕上執行文字輸入操作。在此情況下，較佳地，在顯示部分1002的螢幕的幾乎全部區域上顯示鍵盤或數位按鈕。

當諸如陀螺儀或加速度感測器之類的包括用於檢測傾斜的感測器的檢測設備設置在蜂巢式電話1000內部時，可藉由確定蜂巢式電話1000的方向(無論蜂巢式電話1000被放置成水平還是垂直以用於風景模式或人像模式)自動切換顯示部分1002的螢幕上的顯示內容。

藉由觸摸顯示部分1002或操作外殼1001的操作按鈕1003可切換螢幕模式。或者，可根據顯示部分1002上顯示的影像類型切換螢幕模式。舉例而言，當顯示在顯示部分上的影像信號是移動影像資料時，將螢幕模式切換成顯示模式。當信號是文字資料時，將螢幕模式切換成輸入模式。

此外，在輸入模式中，當未進行通過觸摸顯示部分1002的輸入達指定時間段、同時顯示部分1002中的光感測器檢測到信號時，可控制螢幕模式從輸入模式切換至顯示模式。

顯示部分1002還能作為影像感測器。舉例而言，藉由用手掌或手指觸摸顯示部分1002來採集掌紋、指紋等影像，藉此執行個人認證。此外，利用為顯示部分設置的發射近紅外光的背光或感測光源，也能採集指紋、掌紋等影像。

藉由上述步驟，能製造包括工作穩定性優良的薄膜電晶體的電子設備。因為電子設備包括工作穩定性優良的薄膜電晶體，所以電子設備的穩定性高。

[實例1]

在實例1中，描述了用於製造薄膜電晶體的製程和該薄膜電晶體的特性。

圖24示出實例1的薄膜電晶體的結構。在實例1的薄膜電晶體155中，在基底100上形成了閘極電極層111，在閘極電極層111上形成了閘極絕緣膜102，以及在閘極絕緣膜102上形成了作為源極電極層和汲極電極層的第一電極層115a和第二電極層115b，以使第一電極層115a和第二電極層115b的端部與閘極電極層111交疊。設置第一半導體層113，以使其與閘極電極層111交疊，而且與閘極絕緣膜102、第一電極層115a和第二電極層115b的側面部分、以及第一保護層114a和第二保護層114b的側面部分和頂面部分接觸。

在實例1中，將厚度為0.7 mm的無鹼玻璃基底(康寧公司製造的EAGLE 2000)用作基底100。接著，藉由濺射法，形成作為閘極電極的厚度為100 nm的鎢膜。然後，藉由使用利用光罩形成的光阻掩罩，以蝕刻去除鎢膜的不必要部分，藉此形成引線和閘極電極層。這裏，執行蝕刻以使閘極電極層的至少端部楔化而防止斷開。

接著，藉由電漿CVD法，在基底100和閘極電極層111上形成厚度為100 nm的氧化矽膜作為閘極絕緣膜102。

然後，藉由濺射法形成厚度為100 nm的鈦膜作為用作源極電極層和汲極電極層的導電膜。

在形成作為源極電極層和汲極電極層的鈦膜之後，在不使鈦膜曝露於空氣的情況下連續形成第二半導體層。在實例1中，使用了其中多個腔室連接至轉移腔室的多腔室型濺射裝置，而且在不使鈦膜暴露於空氣的情況下，將基底轉移至形成第二半導體層的腔室中。

在實例1中，藉由過濺射法，在鈦膜上形成包括銦、鎵以及鋅的氧化物半導體膜作為第二半導體層。使用通過燒結成份比為1:1:1(=In₂ O₃ :Ga₂ O₃ :ZnO)的氧化銦、氧化鎵以及氧化鋅形成直徑為12英寸的靶(In:Ga:Zn=1:1:0.5)，以形成第二半導體層。基底與靶之間的距離被設定為60 mm。在壓力為0.4 Pa、直流(DC)電源為0.5 kw以及氣氛為氬氣和氧氣的混合物(氬氣：氧氣=10:5)的條件下執行濺射法。注意，第二半導體層的厚度為5 nm。

接著，藉由使用利用光罩形成的光阻掩罩，以蝕刻去除第二半導體層的不必要部分，藉此形成第一保護層114a和第二保護層114b。接著，將同一光阻掩罩用於蝕刻鈦膜的不必要部分，藉此形成引線和作為源極電極層和汲極電極層的第一電極層115a和第二電極層115b。

在形成第一半導體層113之前，引入氧氣和氬氣，並對第一保護層114a、第二保護層114b以及閘極絕緣膜102的曝露表面執行反濺射，而且執行利用氧自由基或氧的照射；因此，去除了表面上的灰塵和雜質。在某些情況下，由於反濺射，閘極絕緣膜102、第一保護層114a以及第二保護層114b因為表面受到刮削，所以端部被輕微減薄或磨圓，。當第一保護層114a、第二保護層114b的端部被刮削以具有小斜角時，要被堆疊在它們上面的第一半導體層113能容易地覆蓋這些傾斜部分；因此，不容易出現斷開。

接著，藉由濺射法形成作為第一半導體層113的厚度為100 nm的包括銦、鎵以及鋅的氧化物半導體膜。因為在實例1的相同條件下形成了第一半導體層和第二半導體層，所以第二半導體層的導電率小於或等於第一半導體層的導電率。接著，藉由使用利用光罩形成的光阻掩罩，以蝕刻去除第一半導體層113的不必要部分，藉此形成薄膜電晶體155。

接著，使其上形成了薄膜電晶體155的基底在爐中在350℃下在氮氣氣氛中接受熱處理一小時。藉由該熱處理，氧化物半導體膜中包括的In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜中發生原子級重排。因為熱處理釋放了阻止載子運動的應變能，所以熱處理(也包括光退火)是很重要的。

測量實例1中於一個基底上製造的15個薄膜電晶體的電特性，這15個薄膜電晶體均具有10 μm的通道長度和100 μm的通道寬度。圖25中示出了這些結果。按照這種方式，在一個基底上製造了具有差異被抑制的15個薄膜電晶體。注意，在10 V的閘極電壓V_g 和10 V的汲極電壓V_d 下，導通電流(I_on )高。而且，最小截止電流(I_{off_min} )低，為1×10^-12 A，所以能觀測到10⁸ 或更高的導通/截止比。此外，觀測到了超過13 cm² /Vs的高電場效應遷移率。實例1中製造的薄膜電晶體不僅具有受抑制的差異且具有高導通/截止比。而且，實現了高電場效應遷移率。

本申請基於2008年12月25向日本專利局提交的日本專利申請S/N. 2008-330611，其整體內容於此一併列入參考。

100．．．基底

102．．．閘極絕緣膜

103．．．第一半導體膜

104．．．第二半導體膜

105．．．導電膜

109．．．層間絕緣膜

111．．．閘極電極層

111_1．．．第一閘極電極層

111_2．．．第二閘極電極層

113．．．第一氧化物半導體層

113_1．．．第一半導體層

113_2．．．第二半導體層

114a．．．第一保護層

114b．．．第二保護層

115a．．．第一電極層

115b．．．第二電極層

115c．．．第三電極層

118．．．引線

123．．．電容器引線

124．．．接觸孔

125．．．接觸孔

126．．．接觸孔

128．．．像素電極層

131．．．光阻掩罩

132．．．光阻掩罩

151．．．薄膜電晶體

152．．．第一薄膜電晶體

153．．．第二薄膜電晶體

154．．．薄膜電晶體

580．．．基底

581．．．薄膜電晶體

583．．．閘極絕緣層

584．．．絕緣層

585．．．絕緣層

587．．．第一電極層

588．．．第二電極層

589．．．球狀粒子

590a．．．黑區

590b．．．白區

594．．．空穴

595．．．填充物

1000．．．蜂巢式電話

1001．．．外殼

1002．．．顯示部分

1003．．．操作按鈕

1004．．．外部連接埠

1005．．．揚聲器

1006．．．麥克風

2600．．．TFT基底

2601．．．對立基底

2602．．．密封劑

2603．．．像素部分

2604．．．顯示元件

2605．．．色層

2606．．．偏振板

2607．．．偏振板

2608．．．引線電路部分

2609．．．可撓線路板

2610．．．冷陰極管

2611．．．反射板

2612．．．電路基底

2613．．．漫射板

2631．．．海報

2632．．．廣告

2700．．．電子書設備

2701．．．外殼

2703．．．外殼

2705．．．顯示部分

2707．．．顯示部分

2711．．．軸部分

2721．．．電源開關

2723．．．操作鍵

2725．．．揚聲器

4001．．．第一基底

4002．．．像素部分

4003．．．信號線驅動器電路

4004．．．掃描線驅動器電路

4005．．．密封劑

4006．．．第二基底

4008．．．液晶層

4010．．．薄膜電晶體

4011．．．薄膜電晶體

4013．．．液晶元件

4015．．．連接端子電極

4016．．．端子電極

4018．．．可撓印刷電路

4019．．．各向異性導電膜

4020．．．絕緣層

4021．．．絕緣層

4030．．．像素電極層

4031．．．對立電極層

4032．．．絕緣層

4033．．．絕緣層

4035．．．絕緣層

4501．．．第一基底

4502．．．像素部分

4503a．．．信號線驅動器電路

4503b．．．信號線驅動器電路

4504a．．．掃描線驅動器電路

4504b．．．掃描線驅動器電路

4505．．．密封劑

4506．．．第二基底

4507．．．填充物

4509．．．薄膜電晶體

4510．．．薄膜電晶體

4511．．．發光元件

4512．．．電致發光層

4513．．．第二電極層

4515．．．連接端子電極

4516．．．端子電極

4517．．．第一電極層

4518a．．．可撓印刷電路

4518b．．．可撓印刷電路

4519．．．各向異性導電膜

4520．．．隔離壁

5300．．．基底

5301．．．像素部分

5302．．．掃描線驅動器電路

5303．．．信號線驅動器電路

5400．．．基底

5401．．．像素部分

5402．．．第一掃描線驅動器電路

5403．．．信號線驅動器電路

5404．．．第二掃描線驅動器電路

5501．．．第一引線

5502．．．第二引線

5503．．．第三引線

5504．．．第四引線

5505．．．第五引線

5506．．．第六引線

5571．．．第一薄膜電晶體

5572．．．第二薄膜電晶體

5573．．．第三薄膜電晶體

5574．．．第四薄膜電晶體

5575．．．第五薄膜電晶體

5576．．．第六薄膜電晶體

5577．．．第七薄膜電晶體

5578．．．第八薄膜電晶體

5601．．．驅動器IC

5602_M．．．開關組

5603a．．．第一薄膜電晶體

5603b．．．第二薄膜電晶體

5603c．．．第三薄膜電晶體

5611．．．第一引線

5612．．．第二引線

5613．．．第三引線

5621_M．．．引線

5701_n．．．正反器

5711．．．第一引線

5712．．．第二引線

5713．．．第三引線

5714．．．第四引線

5715．．．第五引線

5716．．．第六引線

5717_n．．．第七引線

6400．．．像素

6401．．．開關電晶體

6402．．．驅動電晶體

6403．．．電容器

6404．．．發光元件

6405．．．信號線

6406．．．掃描線

6407．．．電源線

6408．．．公共電極

7001．．．薄膜電晶體

7002．．．發光元件

7003．．．陰極

7004．．．發光層

7005．．．陽極

7011．．．薄膜電晶體

7012．．．發光元件

7013．．．陰極

7014．．．發光層

7015．．．陽極

7016．．．擋光膜

7017．．．透光導電膜

7021．．．薄膜電晶體

7022．．．發光元件

7023．．．陰極

7024．．．發光層

7025．．．陽極

7027．．．透光導電膜

9600．．．電視機

9601．．．外殼

9603．．．顯示部分

9605．．．顯示部分

9607．．．顯示部分

9609．．．操作鍵

9610．．．遙控器

9700．．．數位相框

9701．．．外殼

9703．．．顯示部分

9881．．．外殼

9882．．．顯示部分

9883．．．顯示部分

9884．．．揚聲器部分

9885．．．操作鍵

9886．．．儲存媒體插入部分

9887．．．連接端子

9888．．．感測器

9889．．．麥克風

9890．．．外殼

9891．．．外殼

9900．．．自動販買機

9901．．．外殼

9903．．．顯示部分

圖1A和圖1B分別是用於描述本發明的實施例的半導體裝置的平面圖和截面圖。

圖2A到2C是用於描述製造本發明的實施例的半導體裝置的步驟的截面圖。

圖3A到3C是用於描述製造本發明的實施例的半導體裝置的步驟的截面圖。

圖4A是電路圖，圖4B是平面圖，以及圖4C是截面圖，它們用於描述本發明的實施例的半導體裝置。

圖5A到5C是用於描述製造本發明的實施例的半導體裝置的步驟的截面圖。

圖6A和圖6B分別是用於描述本發明的實施例的半導體裝置的平面圖和截面圖。

圖7是本發明的實施例的電子紙的截面圖。

圖8A和8B均是描述本發明的半導體裝置的方塊圖。

圖9示出信號線驅動器電路的結構。

圖10是用於描述信號線驅動器電路的操作的時序圖。

圖11是用於描述信號線驅動器電路的操作的時序圖。

圖12示出移位暫存器的構造。

圖13示出圖11中所示的正反器的連接結構。

圖14A1和14A2是俯視圖，而圖14B是截面圖，它們都用於描述本發明的實施例的半導體裝置。

圖15是用於描述本發明的實施例的半導體裝置的截面圖。

圖16示出本發明的實施例的半導體裝置的像素等效電路。

圖17A到17C分別示出本發明的實施例的半導體裝置。

圖18A和圖18B分別是用於描述本發明的實施例的半導體裝置的俯視圖和截面圖。

圖19A和19B分別示出電子紙的使用模式的示例。

圖20是示出電子書的示例的外部視圖。

圖21A是電視機的示例的外部視圖，而圖21B是數位相框的實施例的外部視圖。

圖22A和22B是遊戲機的示例的外部視圖。

圖23是蜂巢式電話的示例的外部視圖。

圖24是實例1的薄膜電晶體的截面圖。

圖25示出實例1的薄膜電晶體的電特性。