CN101617408B

CN101617408B - 薄膜晶体管制造方法和显示装置

Info

Publication number: CN101617408B
Application number: CN2008800053105A
Authority: CN
Inventors: 佐野政史; 林享
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2007-02-20
Filing date: 2008-02-18
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2028-02-18
Also published as: JP2008235871A; CN101617408A

Abstract

在其中要在基板1上形成栅电极4的薄膜晶体管的制造方法中，该方法具有以下步骤：在基板1上形成栅电极4；以覆盖所述栅电极4的方式形成金属氧化物层7；形成源电极6和漏电极5；以及在惰性气体中实施退火，以将金属氧化物层7的一部分变成沟道区域。

Description

薄膜晶体管制造方法和显示装置

技术领域

本发明涉及用于制造薄膜晶体管的方法和显示装置。更具体地，本发明涉及用于制造其中在沟道层中使用氧化物半导体的薄膜晶体管的方法和利用所获得的薄膜晶体管的显示装置。

背景技术

日本专利申请特开No.2002-76356公开了一种技术，该技术涉及在沟道层中使用透明导电氧化物多晶薄膜的薄膜晶体管(TFT)，所述透明导电氧化物多晶薄膜利用ZnO作为其主要成分。注意，此薄膜可在低温下形成并对可见光透明，由此可在诸如塑料片或膜之类的基板上制造柔性透明TFT。

国际公布WO 2005/088726A1 Pamphlet and Nature，488，Vol.432(2004)也公开了在TFT的沟道层中使用由铟、镓、锌和氧构成的透明非晶氧化物半导体膜(a-IGZO膜)的技术。还公开了可以在室温下在诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜之类的基板上制造表现出6～9cm²V^-1s^-1的好的电场效应迁移率的柔性透明TFT。

Nikkei Microdevice，page 73，Fig.7，the February issue，2006进一步公开了在沟道层中使用a-IGZO的薄膜晶体管的绝缘层和元件间隔离区域中使用SiON。

包括非晶硅薄膜晶体管(TFT)在内，TFT一般是通过许多精细处理步骤制造的。为了以低成本制造可享有稳定操作的TFT，简化这些精细处理步骤是重要的。

在如在以上的日本专利申请特开No.2002-76356和国际公布WO2005/088726A1 Pamphlet and Nature，488，Vol.432(2004)中公开的那样在TFT的沟道区域中使用包含锌和氧的透明半导体膜的情况下，涉及以下困难。

导电透明氧化物沟道区域是通过光刻法并通过干法蚀刻或湿法蚀刻形成的。通常使用昂贵的真空系统实施干法蚀刻，这是增加制造成本的一个因素。湿法蚀刻在考虑成本降低方面是有效的。但是，在湿法蚀刻中，存在以下情况：即，由于例如低的精细处理精度和由湿法处理导致的沟道区域对于水分的吸收，因而使得器件尺寸受到限制；以及，由于必须增加干燥化步骤，因而会导致生产率低下。

发明内容

因此，本发明的目的是，提供用于以低成本制造其中使用氧化物半导体的薄膜晶体管的方法，该薄膜晶体管由于其制造步骤的简化而可以是稳定的，并且提供利用通过这种方法获得的薄膜晶体管的显示装置。

作为用于解决以上主题的手段，本发明提供一种用于制造其中要在基板上形成栅电极的薄膜晶体管的方法，该方法包括以下步骤：

在所述基板上形成所述栅电极；

以覆盖所述栅电极的方式形成金属氧化物层；

形成源电极和漏电极；以及

在惰性气体中实施热处理，以将所述金属氧化物层的一部分变成沟道区域。

本发明还提供一种用于制造其中要在基板上形成栅电极的薄膜晶体管的方法，该方法包括以下步骤：

在所述基板上形成所述栅电极；

以覆盖所述栅电极的方式形成栅绝缘膜；

在所述栅绝缘膜上形成金属氧化物层；

形成源电极和漏电极；以及

根据本发明，在一次的成膜步骤中形成用于在其中形成高电阻区域和沟道区域的金属氧化物层。例如，形成高电阻金属氧化物层，并且，高电阻层的一部分经受热处理以使得其电阻局部降低。然后，利用电阻降低的区域作为沟道区域。结果，可通过利用在同一成膜步骤中形成的金属氧化物层形成高电阻区域和沟道区域。通过以这种方式使得金属氧化物层(高电阻层)的一部分局部改性以形成用作高电阻区域和沟道层的区域(沟道区域)，使得能够省略常规需要的半导体区域的蚀刻步骤。

通过使用此氧化物半导体薄膜晶体管及其制造方法，能够以低成本提供由稳定的薄膜晶体管形成的电子元件。

通过参照附图阅读示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清晰。

附图说明

图1是示出作为根据本发明的第一实施例的薄膜晶体管的底栅结构薄膜晶体管的配置的截面图。

图2是示出作为根据本发明的第二实施例的薄膜晶体管的底栅结构薄膜晶体管的配置的截面图。

图3是示出当在Ar气体中对高电阻非晶In-Ga-Zn-O膜进行退火时引起的电阻率变化的曲线图。

图4是示出其中使用作为显示元件的电致发光元件的显示装置的一个例子的截面图。

图5是示出其中使用作为显示元件的液晶单元的显示装置的一个例子的截面图。

图6是示出显示装置的电路的电路图，其中，二维地布置各包含电致发光显示元件和薄膜晶体管的像素。

图7是示出膜的电阻率和泄漏电流之间的关系的曲线图。

图8是用于说明根据本发明的薄膜晶体管的制造方法的步骤的图。

图9是用于说明根据本发明的薄膜晶体管的另一制造方法的步骤的图。

具体实施方式

以下参照附图描述用于实施本发明的最佳模式的实施例。

根据本发明的实施例的薄膜晶体管的特征在于，高电阻区域和沟道区域由同一金属氧化物层构成。

然后，在本发明中，下面描述的特定金属氧化物材料经受特定的热处理，以局部改变金属氧化物材料的特性，由此通过使用同一非晶氧化物层形成高电阻区域和沟道区域。

在本发明中，措词“将金属氧化物层的一部分变成沟道区域”意味着通过热处理局部改变金属氧化物层的至少一些区域的性质，以使其变为具有满足作为半导体器件的沟道层的功能的电气特性。

现在，图8示出用于说明作为本发明的一个实施例的薄膜晶体管的制造方法的步骤的流程图。与该方法的步骤一起描述其中在基板上形成栅电极的薄膜晶体管的制造方法。

(形成栅电极的步骤)

在此步骤中，根据使用的基板的尺寸及其目的，事先考虑电压降或增大的热量来计算和设计用于栅电极的材料、栅电极宽度和栅电极膜厚。可通过气相沉积或溅射方法以及光刻工艺来形成栅电极。

(形成金属氧化物层的步骤)

在此步骤中，在形成栅电极之后，以覆盖栅电极的方式形成金属氧化物层。通过例如溅射方法形成还可被用作栅绝缘层的高电阻膜。在此步骤中，可以省略通过光刻工艺进行的构图。

(形成源电极和漏电极的步骤)

在此步骤中，通过借助光刻工艺进行构图在所需的位置上由例如金属形成源电极和漏电极。

(将金属氧化物层的一部分变为沟道区域的步骤)

此步骤是本发明中的重要步骤之一。在此步骤中，通过在惰性气体中实施热处理，金属氧化物层(高电阻层)的一部分被局部改性，以形成高电阻区域和能够用作沟道层的区域(沟道区域)。并且，可以多次重复此步骤以提供所需的沟道区域。

由此，通过上述的步骤制造所需的薄膜晶体管。

下面，图9示出用于说明作为本发明的另一实施例的薄膜晶体管的制造方法的步骤的流程图。该方法具有单独的形成栅绝缘层的步骤。以与图8相同的方式描述图9所示的方法的各步骤。

(在基板上形成栅电极的步骤)

在此步骤中，根据在基板上形成栅电极时使用的基板的尺寸及其目的，事先考虑电压降或增大的热量来计算和设计用于栅电极的材料、栅电极宽度和栅电极膜厚。可通过气相沉积或溅射方法以及光刻工艺形成栅电极。

(形成栅绝缘膜的步骤)

在此步骤中，以覆盖栅电极的方式形成栅绝缘膜。栅绝缘膜必须至少具有使得栅极泄漏电流不对薄膜晶体管的工作造成不利影响的程度的膜特性、膜厚和栅电极覆盖率。

(形成金属氧化物层的步骤)

在此步骤中，在形成栅绝缘膜之后，形成金属氧化物层。通过例如溅射方法以薄膜形成还可被用作栅绝缘膜的高电阻膜。由于金属氧化物层不必需满足作为栅绝缘膜的功能，因此它可形成为薄膜。在此步骤中，可以省略通过光刻工艺进行的构图。

(形成源电极和漏电极的步骤)

在此步骤中，通过借助例如光刻工艺进行构图在所需的位置上由例如金属形成源电极和漏电极。

(将金属氧化物层的一部分变为沟道区域的步骤)

由此，通过上述的步骤制造所需的薄膜晶体管。

在根据本发明的实施例的薄膜晶体管的高电阻区域和沟道区域中，优选使用包含Zn和In的氧化物。

在高电阻区域中，优选使用包含Zn并且包含In、Ga、Al、Fe、Sn、Mg、Ca、Si和Ge中的至少一种并且电阻率为10⁸Ω·cm或更大的非晶氧化物。还优选使用电阻率为10¹⁰Ω·cm或更大的非晶氧化物。

由根据本发明的实施例的薄膜晶体管制成的电子元件可被用作显示装置的驱动晶体管。在这种情况下，如根据200dpi的像素尺寸假定的那样，彼此相邻的TFT的源电极和漏电极之间的距离可以为约10μm，并且，各像素中的各TFT的宽度可以为约100μm。

假定将这些元件相互电隔离的高电阻区域的层厚为50nm，在该区域(也称为元件间隔离膜)的电阻率被设为变量时估计其泄漏电流，得到图7所示的关系。由于以上的泄漏电流需要为10^-11A或更小，因此要将薄膜晶体管用作有机EL器件驱动TFT，高电阻区域(元件间隔离膜)需要如上面说明的那样具有10¹⁰Ω·cm或更大的膜电阻率。

接着进一步描述使得本发明中的非晶氧化物半导体用作高电阻区域(高电阻层)的情况。

在主要由ZnO构成的多晶透明导电氧化物的情况下，趋于出现氧缺陷以导致大量的载流子电子。并且，由于存在晶粒界面(crystal grainboundary)，因此，电阻率变得比以上的值低，由此难以提供本发明意图得到的高电阻区域。

在本发明中，添加控制氧化物半导体中的载流子电子的产生、并且还使得氧化物容易形成非晶结构的化学元素(具体而言为Ga)，这使得能够形成足以用作元件间隔离区域的、具有10¹⁰Ω·cm或更大的高电阻率的氧化物膜(高电阻层)。

作为本发明中的高电阻区域所需要的电气特性，它可优选具有大于或等于10⁸Ω·cm且小于或等于10¹⁰Ω·cm的电阻率。如果它具有大于或等于10¹⁰Ω·cm的高电阻率，那么难以在退火之后将该区域制成沟道层。另一方面，如果它具有小于10⁸Ω·cm的电阻率，那么大的泄漏电流会太大，以导致作为元件间隔离区域(元件间隔离膜)的功能低。

同时，本发明中的沟道区域是通过使高电阻区域(高电阻层)经受热处理使氧化物半导体改变电气特性而形成以用作沟道层的沟道区域。

作为本发明中的沟道区域所需要的电气特性，它可优选具有大于或等于10¹Ω·cm且小于或等于10⁷Ω·cm的电阻率。如果它具有超出此范围的电阻率，那么当制成薄膜晶体管时，会得到低的特性。在本发明中，为了使高电阻区域改性以用作沟道区域，实施以下的热处理(退火)。即，在选自从真空到大气压(例如，从1.1×10⁵Pa到1.0×10^-3Pa)的范围的压力下并且在惰性气体(诸如N₂、Ar、He、Ne、Kr或Xe)的气氛中，在150℃～250℃的温度范围内实施几十秒到几十分钟的热处理。

在本发明中，在沟道区域经受了以上的热处理(退火)之后，该区域保持非晶状态是重要的。例如，如果热处理(退火)的温度范围条件与本发明中的以上范围不同，那么沟道区域会结晶。如果沟道区域由此结晶，那么该沟道区域可能未必具有低的电阻，使得它作为沟道可能具有低的特性，或者可能不能用作沟道。

在本发明中，作为使得金属氧化物层(或膜)局部改变电阻率(改性成沟道区域)的特定方法，以下的方法是可用的。

在源电极或漏电极中使用具有比诸如ITO或IZO之类的氧化物绝缘层的带隙小的带隙的金属或材料，这里，通过使用紫外线灯、可见光灯、红外线灯、近红外线灯、远红外线灯或可见光激光来照射电极。作为这种照射的结果，源电极或漏电极被选择性加热，由此可使得邻接电极的区域的电阻局部变低。在这种情况下也是同样，与以上情况类似，在热处理(退火)前后保持经受了热处理(退火)的区域的非晶状态是重要的。

此外，在源电极或漏电极中使用金属，这里，通过使用紫外线激光或准分子激光照射氧化物半导体。由金属形成的电极反射(或不能容易地吸收)紫外线激光或准分子激光。因此，作为这种照射的结果，可更加迅速地使源电极和漏电极之间的区域的电阻局部变低并使其成为沟道区域。在这种情况下也是同样，与以上情况类似，在热处理(退火)前后保持经受了热处理(退火)的区域的非晶状态是重要的。

当使用顶栅型TFT时，形成源电极和漏电极。然后，在源电极和漏电极二者上形成可被用作栅绝缘层的高电阻金属氧化物膜，由此在所需的位置上形成栅电极。可以从基板的后侧在惰性气体中用上述的光源照射源电极和漏电极的附近，由此执行与上述的热处理相同的热处理(退火)。通过所述热处理，可以形成高电阻区域和能够用作沟道层的区域(沟道区域)。在这种情况下也是同样，在热处理(退火)前后保持经受了热处理(退火)的区域的非晶状态是重要的。

并且，在顶栅型TFT中，在基板上形成源电极和漏电极，然后，在源电极和漏电极上形成栅绝缘层。然后，形成还可被用作栅绝缘层的高电阻金属氧化物膜。然后，在所需的位置上形成栅电极，并且进行上述的热处理以制造薄膜晶体管。在这种情况下，由于高电阻金属氧化物膜不总是满足作为栅绝缘层的功能，因此，可以在退火之后形成膜厚足以提供用作沟道层(沟道区域)的区域的金属氧化物膜。

在本发明中，在使用包含In、Zn和O的非晶氧化物作为高电阻区域和沟道区域的情况下，可以在室温下制造薄膜晶体管，因此，只要通过溅射方法形成绝缘层，就可在室温下实施所有的成膜步骤。

作为基板，金属基板和玻璃基板当然是可用的，并且，塑料基板和塑料膜也是可用的。

第一实施例：反交错型TFT(reverse stagger type TFT)

图1是示出作为根据本发明的第一实施例的薄膜晶体管的底栅型结构的薄膜晶体管的配置的截面图。

在基板1上设置栅电极4，并且在其上设置高电阻氧化物层7作为金属氧化物层，该金属氧化物层表现出10¹⁰Ω·cm或更大的高电阻率。在该层7上，设置源电极6和漏电极5。作为用于这些电极的材料，例如，选自Mo、Ti、W和Al的金属或这些金属中的任意金属的合金是可用的。对于各电极，可形成由这些材料中的任意材料构成的至少一个层。具体而言，可以以三层结构形成各电极，在所述三层结构中，由具有相对较低的电阻的金属构成的导体被保持在顶部和底部的不同的导体之间(诸如Mo/W/Mo、Mo/Al/Mo、Ti/Al/Ti、Ti/Mo/Ti和MoW/Al/MoW)。

然后，基于当高电阻氧化物层在Ar气体中经受热处理(以下称为“退火”)时引起的如图3所示的电阻率的变化，在所需的温度下实施退火，以使得高电阻氧化物层的一部分的电阻变低以提供沟道区域2。

在此退火中，希望使得半导体区域具有大于或等于10³Ω·cm且小于或等于10⁷Ω·cm的电阻率。使该区域具有此电阻率使得薄膜晶体管能够实现1cm²/Vs或更大的电场效应迁移率。在此，在大气压下在Ar气体的气氛中使用可见光灯实施10分钟的照射，以使得邻接源电极和漏电极的区域的电阻局部变低，由此形成沟道区域。

以这种方式，可以制造反交错型底栅薄膜晶体管，其中，不使用任何蚀刻氧化物半导体区域的步骤而整体地形成元件间隔离区域和氧化物半导体区域。

因此，氧化物半导体区域的蚀刻步骤的这种省略提高制造生产率。此外，在氧化物半导体层和栅绝缘层之间不存在可能由于对它们的成膜而出现的任何物理界面，因此，界面水平会降低以使得能够补救滞后作用，并且还提高长期稳定性。

可通过这样一种事实来确认非晶状态，该事实即：当在低入射角下、例如在约0.5度的入射角下通过X射线衍射分析用于测量的膜时，检测不到任何清晰的衍射峰。检测不到任何清晰的衍射峰的事实在于观察到晕圈图案。

顺便提及，本实施例决不排除这样一种情况，即，在电场效应型晶体管的元件间隔离区域和氧化物半导体区域中使用以上的材料的情况下，元件间隔离区域和氧化物半导体区域包含微晶构成材料(constituent material standing microcrystalline)。

第二实施例：反交错型TFT

在基板1上设置栅电极4，并在其上进一步设置栅绝缘膜3。在此膜3上，设置高电阻氧化物层7作为金属氧化物层，该金属氧化物层表现出10¹⁰Ω·cm或更大的高电阻率。在此层7上，设置源电极6和漏电极5。

然后，基于在高电阻氧化物层在惰性气体中经受退火时引起的如图3所示的电阻率的变化，在所需的温度下实施退火，以使得高电阻氧化物层的一部分的电阻变低以提供沟道区域2。使用He气体作为实施退火时使用的惰性气体。

在此退火中，希望使氧化物半导体区域具有大于或等于10³Ω·cm且小于或等于10⁷Ω·cm的电阻率。使该区域具有此电阻率使得薄膜晶体管能够实现1cm²/Vs或更大的电场效应迁移率。这里，在大气压下在He气体的气氛中使用近红外线灯实施15分钟的照射，以使得邻接源电极和漏电极的区域的电阻局部变低，由此形成沟道区域。

可通过这样一种事实确认非晶状态，该事实即：当在低入射角下、例如在约0.5度的入射角下通过X射线衍射分析用于测量的膜时，检测不到任何清晰的衍射峰。检测不到任何清晰衍射峰的事实在于观察到晕圈图案。

顺便提及，本实施例决不排除这样一种情况，即，在电场效应型晶体管的元件间隔离区域和氧化物半导体区域中使用以上的材料的情况下，元件间隔离区域和氧化物半导体区域包含微晶构成材料。

第三实施例：显示装置

诸如电致发光(EL)元件或液晶元件之类的显示元件的电极可连接到作为以上的薄膜晶体管的输出端子的漏电极，以构成显示装置。以下参照显示装置的附图描述如何具体构建显示装置的例子。

图4是示出其中使用作为显示元件的电致发光元件的显示装置的例子的截面图。

例如，如图4所示，在基板411上形成栅电极416和栅绝缘膜415，然后在栅绝缘膜415上形成表现出高电阻率的高电阻氧化物层421。进一步地，形成源电极413和漏电极414，然后，在惰性气体中实施退火以使高电阻氧化物层421的一部分的电阻变低，以提供沟道区域412，由此制造薄膜晶体管。

然后，电极418通过层间绝缘膜417连接到漏电极414。在电极418上叠置发光层419，并进一步在电极418上叠置电极420。

通过这种配置，可通过从源电极413通过沟道区域412流向漏电极414的电流的值来控制馈送到发光层419中的电流。

因此，可通过薄膜晶体管的栅电极416的电压来控制它。这里，电极418、电极419和电极420构成无机或有机电致发光元件。

图5是示出其中使用作为显示元件的液晶单元的显示装置的例子的截面图。

如图5所示，漏电极514延展以便还用作电极518，并且，显示装置可被设置为使得此电极可以是电极518，其中通过所述电极518向保持在高电阻膜522和524之间的液晶单元或电泳型颗粒单元523施加电压。

液晶单元或电泳型颗粒单元523、高电阻膜522和524、电极518和电极520构成显示元件。

可通过从源电极513通过沟道区域512流向漏电极514的电流的值控制要向这些显示元件中的任一个施加的电压。

因此，可通过薄膜晶体管的栅电极516的电压控制它。这里，只要显示元件的显示介质是通过在绝缘涂层膜包封中密封流体和颗粒形成的舱体(capsule)，高电阻膜522和524就不是必需的。

在以上的两个例子中，各示出与基板平行地设置用于驱动显示元件的一对电极的例子。本实施例决不限于这种构造。例如，只要TFT输出端子漏电极和显示元件之间的连接在相位几何上是相同的，就可以与基板垂直地设置电极中的任一个或两个电极。

进一步地，在以上的两个例子中，仅示出与显示元件连接的一个薄膜晶体管。实施例决不限于这种构造。例如，在各图中示出的薄膜晶体管可进一步与其它的(一个或多个)薄膜晶体管连接。图中的薄膜晶体管可至少为由这种薄膜晶体管构成的电路的最后的级。

这里，在与基板平行地设置用于驱动显示元件的一对电极的情况下，只要显示元件是诸如电致发光显示元件或反射型液晶显示元件之类的反射型显示元件，电极中的任一个就必须对于发射光或反射光透明。而在诸如透射型液晶显示元件之类的透射型显示元件的情况下，两个电极均必须对于透射光透明。

进一步地，在本实施例的显示装置中的薄膜晶体管中，所有的构成构件可被设为透明的，并且，这使得能够制造透明显示装置。

还可通过使用诸如重量轻、柔软、透明并由树脂制成的塑料基板之类的低热阻基板制造这种显示装置。

图6是示出显示装置的电路的电路图，其中，二维布置各包含电致发光显示元件(这里为有机电致发光显示元件)和薄膜晶体管的像素。

在图6中，附图标记61表示驱动有机EL层的晶体管；62是选择像素的晶体管。电容器63是用于保持已被选择的像素的状态的器件，并且存储共用电极线67和晶体管62的源极部分之间的电荷，以保持晶体管61的栅极信号。像素的选择由扫描电极线65和信号电极线66决定。

更具体而言，从驱动器电路(未示出)通过扫描电极线65向栅电极施加作为脉冲信号的图像信号。同时，还从另一驱动器电路(未示出)通过信号电极线66向晶体管62施加作为脉冲信号的图像信号，由此，该像素被选择。

此时，晶体管62进入导通状态，并且，电荷被存储在位于信号电极线66和晶体管62的源极之间的电容器63中，由此，晶体管61的栅极电压保持为所需的电压，并且晶体管61进入导通状态。该状态被保持，直到接收到之后的信号。在晶体管61处于导通状态的同时，电压和电流持续被馈送到有机EL层64，由此维持光的发射。

在图6所示的此例子中，各像素由两个晶体管和一个电容器构成。为了改善显示性能，可以在各像素中加入更多的晶体管等。

必要的是，在晶体管部分中使用作为根据本发明的薄膜晶体管的、可在低温下被制造并且透明的In-Ga-Zn-O型薄膜晶体管，并且，这可带来有效的电致发光显示元件。

以下参照附图说明本发明的例子。

例子1

在此例子中，呈现出图1所示的反交错(底栅)型MIS FET(金属绝缘体半导体场效应晶体管)元件的制造方法。

首先，在玻璃基板(1737，可从Corning Incorporated得到)上，通过光刻法和剥离过程形成Ti 10nm/Au 100nm栅极端子。进一步地，在其上，作为表现出高电阻率的高电阻氧化物层，通过溅射在室温下形成厚度为400nm并且金属成分比In∶Ga∶Zn＝1.00∶0.94∶0.65的非晶In-Ga-Zn-O膜。使用In∶Ga∶Zn＝1∶1∶1的烧结体作为溅射靶。在溅射中，使用氧气-氩气混合气体作为溅射气体。氧气-氩气混合气体被设为具有5.0×10^-1Pa的总压和7.0×10^-2Pa的氧分压。

可以获得由此获得的膜作为具有10¹⁰Ω·cm或更大的高电阻率的、足以用作元件间隔离区域的薄氧化物膜。

然后，通过电子束真空沉积形成Mo 100nm/Ti 5nm膜，然后通过光刻法和剥离过程形成源电极和漏电极。

再然后，在惰性气体的气氛中用灯加热对于可见光区域的光透明的热处理非晶In-Ga-Zn-O膜。这里，在大气压下并且使用可见光灯在Ar气体的气氛中实施10分钟的照射，以使得邻接源电极和漏电极的区域的电阻局部变低，使得形成沟道区域。

源电极和漏电极吸收和反射灯的光，并且，这使得源电极和漏电极能够被局部加热到大于或等于150℃且小于或等于250℃，以形成氧化物半导体区域(沟道区域)。

因此，能够完成图1所示的反交错(底栅)型MIS FET元件，其中，不使用任何蚀刻氧化物半导体区域的步骤而整体地形成元件间隔离区域和氧化物半导体区域。

该MIS FET元件可实现1cm²/Vs或更大的电场效应迁移率和1E-11A或更小的截止电流。

例子2

在本例子中，呈现出图2所示的反交错(底栅)型MIS FET元件的制造方法。

首先，在玻璃基板(1737，可从Corning Incorporated得到)上，通过光刻法和剥离过程形成Ti 10nm/Au 100nm栅极端子。进一步地，在其上，以100nm的厚度通过溅射形成由a-SiOx构成的绝缘层。在溅射中，使用SiO₂靶作为溅射靶，并且，使用氧气-氩气混合气体作为溅射气体。

然后，在此绝缘层上，在室温下通过溅射形成要被用作元件间隔离区域和氧化物半导体区域的非晶In-Ga-Zn-O膜，该非晶In-Ga-Zn-O膜具有35nm的厚度并且金属成分比In∶Ga∶Zn＝1.00∶0.94∶0.65。在该溅射中，使用氧气-氩气混合气体作为溅射气体。氧气-氩气混合气体被设为具有5.1×10^-1Pa的总压和6.5×10^-2Pa的氧分压。

然后，在惰性气体(He气体)的气氛中用灯加热对于可见光区域的光透明的作为绝缘层的a-SiOx膜和高电阻非晶In-Ga-Zn-O膜。这里，在大气压下并且使用近红外线灯在He气体的气氛中实施15分钟的照射，以使得邻接源电极和漏电极的区域的电阻局部变低，使得形成沟道区域。

只有栅电极吸收和反射灯的光，并且，这使得只有栅电极被局部加热到大于或等于150℃且小于或等于200℃，以形成氧化物半导体区域(沟道区域)。

最后，通过电子束真空沉积形成Au 100nm/Ti 5nm膜，然后通过光刻法和剥离过程形成源极端子和漏极端子。

因此，能够完成图2所示的反交错(底栅)型MIS FET元件，其中，不使用任何蚀刻氧化物半导体区域的步骤而整体地形成元件间隔离区域和氧化物半导体区域。

该MIS FET元件可实现1cm²/Vs或更大的电场效应迁移率和10^-11A或更小的截止电流。

例子3

在此例子中，描述图5所示的利用液晶单元作为显示元件的显示装置。

重复例子2中的薄膜晶体管的制造步骤以制造图5所示的薄膜晶体管。

在以上的薄膜晶体管中，用作漏电极的ITO膜的岛状体的短边延伸达100μm。这样延伸的膜的90μm的部分被留下以确保到源电极和栅电极的布线。在该状态中，薄膜晶体管被绝缘层覆盖以获得基板构件。在该构件上，通过涂敷形成聚酰亚胺膜，该聚酰亚胺膜然后经受摩擦(rubbing)。

同时，以相同的方式在塑料基板上形成ITO膜和聚酰亚胺膜，然后通过摩擦制备基板构件，并且，将其与形成有薄膜晶体管的上述基板构件上形成的聚酰亚胺膜对置，留有5μm的气隙，向列型液晶被注入该气隙中。

进一步在由此获得的结构两侧设置一对偏振片。

这里，向薄膜晶体管的源电极施加电压，并且，改变向栅电极施加的电压，于是，光透射率仅在与从漏电极延伸的ITO膜岛状体的一部分对应的30μm×90μm的区域中变化。也可在使得薄膜晶体管进入导通状态的栅极电压的施加下通过源-漏电压连续改变此光透射率。

由此制造与图5器件对应的利用液晶单元作为显示元件的显示装置。

并且，在此例子中，可以这样构建器件，即，使用白色塑料基板作为要在上面制造薄膜晶体管的基板，用金电极代替薄膜晶体管的各电极，并且去除聚酰亚胺膜和偏振片。

然后，这样构建器件，即，用通过在绝缘涂层膜包封中密封颗粒和流体形成的舱体填充白色基板和透明基板之间的气隙。

在以这种方式构建显示装置的情况下，控制跨着根据该薄膜晶体管延伸的漏电极和上部ITO膜施加的电压，由此舱体中的颗粒上下移动。借助于这种移动，延伸的漏电极区域的从透明基板侧观看的反射率被控制，并且这使得能够显示。

在此例子中，还可制造多个薄膜晶体管，使得各薄膜晶体管可相互相邻地排列。例如，可构建由四个晶体管和一个电容器构成的电流控制电路，这里，其最后级的晶体管中的一个被设置成图4所示的薄膜晶体管以驱动电致发光元件。

例如，使用其中上述的ITO膜被设置为漏电极的薄膜晶体管。然后，在与从漏电极延伸的ITO膜岛状体的一部分对应的30μm×90μm的区域上形成主要包含电荷注入层和发光层的有机电致发光元件。由此，可制造利用电致发光元件的显示装置。

例子4

在此例子中，二维布置例子3中的显示元件和薄膜晶体管(TFT)。

例如，沿短边方向以400μm的间隔、并且沿长边方向以120μm的间隔配置7425×1790个像素，每个像素保持约30μm×115μm的面积，该面积包含例子3中的显示元件(诸如液晶单元和电致发光元件)和TFT的面积。

然后，设置栅极布线的1790条线和信号布线的7425条线；前者沿长边方向穿过7425个TFT的栅电极，后者在1790个TFT的源电极的从非晶氧化物半导体膜的岛状体突出5μm的部分上沿短边方向穿过所述1790个TFT的源电极。然后，这些布线与栅极驱动器电路和源极驱动器电路连接。

并且，在液晶显示元件的情况下，可以在表面上设置滤色器，在所述滤色器中，RGB以与液晶显示元件相同的尺寸在位置对准的情况下沿长边方向重复排列，使得可以构建具有约211ppi和A4尺寸的有源矩阵型彩色图像显示装置。

在电致发光元件的情况下也是同样，包含于一个电致发光元件中的两个TFT中的第一TFT的栅电极和第二TFT的源电极可分别被布线连接到栅极线和信号线。然后，可沿长边方向以RGB重复电致发光元件的发光波长。由此可以构建对于各元件具有相同分辨率的发光彩色图像显示装置。

这里，可使用与像素的TFT相同的根据本发明的TFT、或者使用任何现有的IC芯片构建驱动有源矩阵的驱动器电路。

例子5

在此例子中，描述与图5所示的液晶单元类似地构建的电泳型显示装置。

制造薄膜晶体管的步骤与例子2中的步骤相同。但是，作为薄膜晶体管的尺寸，沟道长度为70μm，沟道宽度为140μm，并且栅极重叠长度为5μm，由此使用适于像素尺寸的薄膜晶体管。

在以上的薄膜晶体管中，用作漏电极的ITO膜的岛状体的短边延伸达338μm。由此延伸的膜的230μm的一部分被留下以确保到源电极和栅电极的布线。在此状态中，用绝缘层覆盖薄膜晶体管。

还在透明基板(未示出)上形成电极，并且其电极侧被设置为与以上的ITO膜侧相对，留下气隙，并且，此气隙被隔板等密封，使得包含电泳颗粒的着色的溶剂不会泄漏。因此，80μm的电极间距离被确保。用黑色着色物质着色的溶剂和白色电泳颗粒(平均粒径为6μm的氧化钛)分散于这些电极之间。从薄膜晶体管侧向其施加电压，并且，这使得能够实现黑白显示。

也可执行这样的黑白显示，其中，使用通过在聚苯乙烯树脂中混入碳获得的颗粒作为硅油中的着色电泳颗粒(平均粒径为1.5μm)，该硅油是无色透明液体。但是，这种情况下的电极可能更优选由高反射率金属形成，原因是这样可保证更高的对比度。

作为着色电泳颗粒，也可使用具有10μm或更小的小粒径的彩色调色剂，并且这使得能够容易地实现彩色显示。

胆甾相液晶(cholesteric liquid crystal)也可被注入到被设为彼此相对的这些电极之间的空间中，以反射适于此胆甾相液晶的特性的光。这也使得能够实现彩色显示。

虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。以下的权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有这些变型以及等同的结构和功能。

本申请要求在2007年2月20日提交的日本专利申请No.2007-039363、在2007年5月23日提交的日本专利申请No.2007-136697和在2008年2月7日提交的日本专利申请No.2008-028001的权益，在此以引用方式包含它们的全部内容。

Claims

1.一种用于制造其中要在基板上形成栅电极的薄膜晶体管的方法，该方法包括以下步骤：

在所述基板上形成所述栅电极；

以覆盖所述栅电极的方式形成金属氧化物层，所述金属氧化物层包含Zn，还包含In、Ga、Al、Fe、Sn、Mg、Ca、Si和Ge中的至少一种，所述金属氧化物层具有大于或等于10⁸Ω·cm并且小于或等于10¹⁰Ω·cm的电阻率，并且为非晶的；

形成源电极和漏电极；以及

在惰性气体中以150℃～250℃的范围中的温度实施热处理，以将所述金属氧化物层的一部分变成沟道区域，所述沟道区域是非晶的并且具有大于或等于10¹Ω·cm并且小于或等于10⁷Ω·cm的电阻率。

2.根据权利要求1的用于制造薄膜晶体管的方法，其中，所述惰性气体为Ar气体。

3.一种用于制造其中要在基板上形成栅电极的薄膜晶体管的方法，该方法包括以下步骤：

在所述基板上形成所述栅电极；

以覆盖所述栅电极的方式形成栅绝缘膜；

在所述栅绝缘膜上形成金属氧化物层，所述金属氧化物层包含Zn，还包含In、Ga、Al、Fe、Sn、Mg、Ca、Si和Ge中的至少一种，所述金属氧化物层具有大于或等于10⁸Ω·cm并且小于或等于10¹⁰Ω·cm的电阻率，并且为非晶的；

形成源电极和漏电极；以及

4.根据权利要求3的用于制造薄膜晶体管的方法，其中，所述惰性气体为Ar气体。

5.一种显示装置，包括通过根据权利要求1的用于制造薄膜晶体管的方法制造的薄膜晶体管，该晶体管的源电极或漏电极与显示元件的电极连接。

6.根据权利要求5的显示装置，其中，所述显示元件是电致发光元件。

7.根据权利要求5的显示装置，其中，所述显示元件是液晶单元。

8.一种显示装置，包括通过根据权利要求3的用于制造薄膜晶体管的方法制造的薄膜晶体管，该晶体管的源电极或漏电极与显示元件的电极连接。

9.根据权利要求8的显示装置，其中，所述显示元件是电致发光元件。

10.根据权利要求8的显示装置，其中，所述显示元件是液晶单元。