CN101640220A - 半导体装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的课题在于提供包括电特性优良且可靠性高的薄膜晶体管的半导体装置及没有不均匀性地制造该半导体装置的方法。本发明的要旨在于使用包含In、Ga及Zn的氧化物半导体膜作为半导体层，并包括在半导体层和源电极层及漏电极层之间设置有缓冲层的反交错型(底栅结构)的薄膜晶体管。通过在源电极层及漏电极层和半导体层之间意图性地设置载流子浓度比半导体层高的包含In、Ga及Zn的缓冲层，形成欧姆接触。
Description
技术领域
本发明的一个方式涉及一种包括由将氧化物半导体膜用于沟道形成区的薄膜晶体管(下面称为TFT)构成的电路的半导体装置及其制造方法。例如，本发明的一个方式涉及将以液晶显示面板为代表的电光装置及具有有机发光元件的发光显示装置用作部件而安装的电子设备。
注意，在本说明书中，半导体装置是指利用半导体特性来能够发挥功能的所有装置。电光装置、半导体电路及电子设备都是半导体装置。
背景技术
近年来，对一种有源矩阵型显示装置(液晶显示装置、发光显示装置、电泳显示装置)正在进行积极的研究开发，在该有源矩阵型显示装置中的配置为矩阵状的每个显示像素中设置由薄膜晶体管(TFT)构成的开关元件。在有源矩阵型显示装置中，每个像素(或每一个点)设置有开关元件，且在其像素密度与单纯矩阵方式相比增加的情况下可以进行低电压驱动，所以是有利的。
此外，将氧化物半导体膜用于沟道形成区来制造薄膜晶体管(TFT)等并应用于电子器件及光器件的技术受到关注。例如，可举出将ZnO用作氧化物半导体膜的TFT及将InGaO3(ZnO)m用作氧化物半导体膜的TFT。在专利文献1、专利文献2等中公开将这种使用氧化物半导体膜形成的TFT形成在具有透光性的衬底上并用作图像显示装置的开关元件等的技术。
[专利文献1]日本专利申请公开2007-123861号公报
[专利文献2]日本专利申请公开2007-96055号公报
对将氧化物半导体膜用于沟道形成区的薄膜晶体管，要求工作速度高，制造工序较简单，具有充分的可靠性。
当形成薄膜晶体管时，作为源电极层及漏电极层使用低电阻的金属材料。尤其是，当制造进行大面积的显示的显示装置时，明显地出现布线的电阻所引起的信号的延迟问题。因此，作为布线及电极的材料，优选使用电阻值低的金属材料。另一方面，当采用由电阻值低的金属材料构成的源电极层及漏电极层和氧化物半导体膜直接接触的薄膜晶体管结构时，有接触电阻增高的忧虑。在源电极层及漏电极层和氧化物半导体膜的接触面形成肖特基结的现象被认为是接触电阻增高的原因之一。
再者，还有如下忧虑：在源电极层及漏电极层和氧化物半导体膜直接接触的部分形成电容，频率特性(被称为f特性)降低，因此阻碍薄膜晶体管的高速工作。
发明内容
本发明的一个方式的课题之一在于：提供一种使用包含铟(In)、镓(Ga)及锌(Zn)的氧化物半导体膜的薄膜晶体管，其中降低源电极及漏电极和氧化物半导体层的接触电阻，并且还提供其制造方法。
此外，本发明的一个方式的课题之一还在于：提高使用包含In、Ga及Zn的氧化物半导体膜的薄膜晶体管的工作特性及可靠性。
另外，本发明的一个方式的课题之一还在于：减少使用包含In、Ga及Zn的氧化物半导体膜的薄膜晶体管的电特性的不均匀。尤其是，在液晶显示装置中，当各个元件之间的不均匀大时，有发生起因于其TFT特性的不均匀的显示不均匀的忧虑。
此外，在具有发光元件的显示装置中，也有如下忧虑：当配置为在像素电极中流过一定的电流的TFT(配置于驱动电路或对像素的发光元件供给电流的TFT)的导通电流(Ion)的不均匀大时，在显示屏中产生亮度的不均匀。如上所述，本发明的一个方式的目的在于解决上述课题中的至少一个。
本发明的一个方式的要旨在于：使用包含In、Ga及Zn的氧化物半导体层作为半导体层，并包括在半导体层和源电极层及漏电极层之间设置有缓冲层的反交错型(底栅结构)的薄膜晶体管。
在本说明书中，将使用包含In、Ga及Zn的氧化物半导体膜形成的半导体层也表示为“IGZO半导体层”。
源电极层和IGZO半导体层需要实现欧姆接触。再者，优选尽量减少该接触电阻。同样地，漏电极层和IGZO半导体层需要实现欧姆接触。再者，优选尽量减少该接触电阻。
于是，通过在源电极层及漏电极层和IGZO半导体层之间意图性地设置载流子浓度比IGZO半导体层高的缓冲层形成欧姆接触。
作为缓冲层，使用具有n型导电型的包含In、Ga及Zn的氧化物半导体膜。也可以使缓冲层包含赋予n型的杂质元素。作为杂质元素，例如可以使用镁、铝、钛、钪、钇、锆、铪、硼、铊、锗、锡、铅等。当使缓冲层包含镁、铝、钛等时，发挥对氧的阻挡效果等，且通过成膜之后的加热处理等可以将半导体层的氧浓度保持于最合适的范围内。
该缓冲层用作n+层，并且也可以称为漏区或源区。
本发明的半导体装置的一个方式包括薄膜晶体管，该薄膜晶体管形成有：栅电极；覆盖栅电极的栅极绝缘膜；隔着栅极绝缘膜的栅电极上的IGZO半导体层；与IGZO半导体层的沟道形成区重叠的区域的沟道保护层；IGZO半导体层上的源电极层及漏电极层；以及在半导体层和源电极层及漏电极层之间的缓冲层，其中，缓冲层的载流子浓度比IGZO半导体层的载流子浓度高，并且，IGZO半导体层隔着缓冲层与源电极层及漏电极层电连接。
在上述结构中，也可以在半导体层和缓冲层之间设置载流子浓度比半导体层的载流子浓度高且比缓冲层的载流子浓度低的第二缓冲层。第二缓冲层用作n-层。
包含In、Ga及Zn的氧化物半导体膜(IGZO膜)具有随着载流子浓度增高而空穴迁移率也增高的特性。因此，包含In、Ga及Zn的氧化物半导体膜的载流子浓度和空穴迁移率的关系成为图29所示那样的。在本发明的一个方式中，优选的是，适合半导体层的沟道的IGZO膜的载流子浓度范围(沟道浓度范围1)低于1×1017atoms/cm3(更优选为1×1011atoms/cm3以上)，且适合缓冲层的IGZO膜的载流子浓度范围(缓冲层浓度范围2)为1×1018atoms/cm3以上(1×1022atoms/cm3以下)。在将IGZO膜用作半导体层的情况下，上述IGZO膜的载流子浓度为当在室温下不施加源极、漏极及栅极电压的状态时的值。
当沟道用IGZO膜的载流子浓度范围超过上述范围(沟道用浓度范围1)时，有作为薄膜晶体管处于常导通状态(normally on)的忧虑。
注意，根据空穴效应测量可以求得IGZO膜的载流子浓度及空穴迁移率。作为空穴效应测量器的例子，可以举出比电阻/空穴测量系统ResiTest8310(日本TOYO Corporation制造)。比电阻/空穴测量系统ResiTest8310可以进行AC(交流)空穴测量，即以一定的周期改变磁场的方向和大小，并只检测出与此同步地产生在样品中的空穴起电压(hole electromotive voltage)。也可以检测出迁移率低且电阻率高的材料的空穴起电压。
在上述结构中，源电极层和漏电极层优选包含钛。例如，当使用层叠钛膜、铝膜、钛膜的多层膜时，实现低电阻且在铝膜中不容易产生小丘。
由于本发明的一个方式的薄膜晶体管的结构是设置沟道保护层的结构，因此可以保护IGZO半导体层的与接触于栅极绝缘膜的面相反的一侧的区域，即所谓的背沟道免受工序时的损坏(蚀刻时的等离子体及蚀刻剂所引起的膜厚度的降低、氧化等)，并提高半导体装置的可靠性。
本发明的半导体装置的制造方法的一个方式包括如下步骤：在衬底上形成栅电极层；在栅电极层上形成栅极绝缘膜；在栅极绝缘膜上形成IGZO半导体层；在与IGZO半导体层上的沟道形成区重叠的区域形成沟道保护层；在IGZO半导体层上形成具有n型导电型的一对缓冲层；以及在缓冲层上形成源电极层及漏电极层。其中，使用包含In、Ga及Zn的氧化物半导体层形成具有n型导电型的一对缓冲层，并且，缓冲层的载流子浓度比IGZO半导体层的载流子浓度高，并且，IGZO半导体层和源电极层及漏电极层隔着缓冲层电连接。
此外，当以不暴露于大气的方式连续形成所述栅极绝缘膜、所述半导体膜及所述沟道保护层时，不仅提高生产率，而且可以形成不产生水蒸气等的大气成分及在大气中悬浮的杂质元素、尘屑所引起的污染的叠层界面，所以可以减少薄膜晶体管特性的不均匀。
换言之，当以不暴露于大气的方式连续形成栅极绝缘膜、成为半导体膜的包含In、Ga及Zn的氧化物半导体膜、成为沟道保护层的绝缘膜时，不仅提高生产率，而且可以形成不产生水蒸气等的大气成分及在大气中悬浮的杂质元素、尘屑所引起的污染的叠层界面，所以可以减少薄膜晶体管特性的不均匀。
本说明书中的连续成膜是指如下状态：在从采用溅射法进行的第一成膜工序到采用溅射法进行的第二成膜工序的一系列过程中，放置有被处理衬底的气氛不接触大气等的污染气氛而一直控制为真空或惰性气体气氛(氮气氛或稀有气体气氛)。通过进行连续成膜，可以防止水分等再次附着到清洗化了的被处理衬底地进行成膜。
本说明书中的连续成膜的范围包括在同一个处理室中进行第一成膜工序到第二成膜工序的一系列过程的情况。
此外，本说明书中的连续成膜的范围还包括当在不同的处理室中进行从第一成膜工序到第二成膜工序的一系列过程时，在结束第一成膜工序之后以不接触大气的方式在处理室之间传送衬底来进行第二成膜的情况。
注意，本说明书中的连续成膜的范围还包括在第一成膜工序和第二成膜工序之间具有衬底传送工序、对准工序、缓冷工序或为了得到第二工序所需要的温度而对衬底进行加热或冷却的工序等的情况。
但是，本说明书中的连续成膜的范围不包括在第一成膜工序和第二成膜工序之间具有清洗工序、湿蚀刻、抗蚀剂形成等的使用液体的工序的情况。
此外，通过在氧气氛下(或氧为90％以上，稀有气体(氩等)为10％以下)形成栅极绝缘膜、半导体层及沟道保护层，可以减轻退化所引起的可靠性的降低、薄膜晶体管特性的常导通状态一侧的移动等。另外，优选在稀有气体(氩等)气氛下形成具有n型导电型的缓冲层。
本发明的半导体装置的制造方法的一个方式包括如下步骤：在衬底上形成栅电极层；在栅电极层上形成栅极绝缘膜；在栅极绝缘膜上形成IGZO半导体层；在与IGZO半导体层上的沟道形成区重叠的区域形成沟道保护层；以及在IGZO半导体层上形成具有n型导电型的一对缓冲层；在缓冲层上形成源电极层及漏电极层。其中，使用包含In、Ga及Zn的氧化物半导体层形成具有n型导电型的一对缓冲层，并且，缓冲层的载流子浓度比IGZO半导体层的载流子浓度高，并且，IGZO半导体层和源电极层及漏电极层隔着缓冲层电连接，并且，以不暴露于大气的方式连续形成栅极绝缘膜、半导体层及沟道保护层。
本发明的半导体装置的一个方式是一种薄膜晶体管，该薄膜晶体管形成有：栅电极；覆盖栅电极的栅极绝缘膜；隔着栅极绝缘膜的栅电极上的半导体层；与半导体层的沟道形成区重叠的区域的沟道保护层；半导体层上的源电极层及漏电极层；半导体层和源电极层及漏电极层之间的缓冲层。其中，半导体层及缓冲层包括包含铟、镓及锌的氧化物半导体，并且，缓冲层的载流子浓度比半导体层的载流子浓度高，并且，半导体层和源电极层及漏电极层隔着缓冲层电连接。
本发明的半导体装置的一个方式是一种半导体装置，其中，缓冲层包含n型杂质。
本发明的半导体装置的一个方式是一种半导体装置，其中，半导体层的载流子浓度低于1×1017atoms/cm3，且缓冲层的载流子浓度为1×1018atoms/cm3以上。
本发明的半导体装置的一个方式是一种半导体装置，其中，在半导体层和缓冲层之间包括载流子浓度比半导体层的载流子浓度高且比缓冲层的载流子浓度低的第二缓冲层。
本发明的半导体装置的一个方式是一种半导体装置，其中，源电极层及漏电极层包含钛。
所公开的发明的另一方式是一种半导体装置的制造方法，包括如下步骤：在衬底上形成栅电极层；在栅电极层上形成栅极绝缘膜；在栅极绝缘膜上形成半导体层；在与半导体层上的沟道形成区重叠的区域形成沟道保护层；以及在半导体层上形成具有n型导电型的一对缓冲层；在缓冲层上形成源电极层及漏电极层。其中，使用包含In、Ga及Zn的氧化物半导体层形成半导体层和具有n型导电型的缓冲层，并且，缓冲层的载流子浓度比半导体层的载流子浓度高，并且，半导体层和源电极层及漏电极层隔着缓冲层电连接。
所公开的发明的另一方式是一种半导体装置的制造方法，包括如下步骤：在衬底上形成栅电极层；在栅电极层上形成栅极绝缘膜；在栅极绝缘膜上形成半导体层；在与半导体层上的沟道形成区重叠的区域形成沟道保护层；以及在半导体层上形成具有n型导电型的缓冲层；在缓冲层上形成源电极层及漏电极层。其中，使用包含铟、镓及锌的氧化物半导体层形成半导体层和缓冲层，并且，缓冲层的载流子浓度比半导体层的载流子浓度高，并且，半导体层和源电极层及漏电极层隔着缓冲层电连接，并且，以不暴露于大气的方式连续形成栅极绝缘膜、半导体层及沟道保护层。
所公开的发明的另一方式是一种半导体装置的制造方法，其中，通过溅射法形成栅极绝缘膜、半导体层及沟道保护层。
所公开的发明的另一方式是一种半导体装置的制造方法，其中，在氧气氛下形成栅极绝缘膜、半导体层及沟道保护层。
所公开的发明的另一方式是一种半导体装置的制造方法，其中，在稀有气体气氛下形成缓冲层。
所公开的发明的另一方式是一种半导体装置的制造方法，其中，半导体层的载流子浓度低于1×1017atoms/cm3，且缓冲层的载流子浓度为1×1018atoms/cm3以上。
所公开的发明的另一方式是一种半导体装置的制造方法，其中，缓冲层包含镁、铝或钛形成。
根据本发明的一个方式，可以获得光电流少，寄生电容小，且导通/截止比高的薄膜晶体管，并且还可以制造具有优良的动态特性(f特性)的薄膜晶体管。因此，可以提供包括电特性高且可靠性高的薄膜晶体管的半导体装置。
附图说明
图1A和1B是说明本发明的一个方式的半导体装置的图；
图2A至2D是说明本发明的一个方式的半导体装置的制造方法的图；
图3A1至3D是说明本发明的一个方式的半导体装置的制造方法的图；
图4A至4D是说明本发明的一个方式的半导体装置的制造方法的图；
图5A和5B是说明本发明的一个方式的半导体装置的图；
图6A和6B是说明本发明的一个方式的半导体装置的图；
图7A和7B是说明本发明的一个方式的半导体装置的图；
图8是说明本发明的一个方式的半导体装置的图；
图9是多室型制造装置的俯视模式图；
图10A和10B是说明显示装置的框图的图；
图11是说明信号线驱动电路的结构的图；
图12是说明信号线驱动电路的工作的时序图；
图13是说明信号线驱动电路的工作的时序图；
图14是说明移位寄存器的结构的图；
图15是说明图14所示的触发器的连接结构的图；
图16A和16B是说明应用本发明的一个方式的液晶显示装置的图；
图17是说明应用本发明的一个方式的电子纸的图；
图18A和18B是说明应用本发明的一个方式的发光显示装置的图；
图19是说明应用本发明的一个方式的发光显示装置的图；
图20A至20C是说明应用本发明的一个方式的发光显示装置的图；
图21A和21B是说明应用本发明的一个方式的发光显示装置的图；
图22A1、22A2和22B是说明应用本发明的一个方式的液晶显示装置的图；
图23是说明应用本发明的一个方式的液晶显示装置的图；
图24A和24B是说明应用本发明的一个方式的电子设备的图；
图25是说明应用本发明的一个方式的电子设备的图；
图26A和26B是说明应用本发明的一个方式的电子设备的图；
图27是说明应用本发明的一个方式的电子设备的图；
图28是说明应用本发明的一个方式的电子设备的图；
图29是说明载流子浓度和空穴迁移率的关系的图。
具体实施方式
下面，参照附图详细地说明本发明的实施方式。但是，本发明不局限于以下说明，所属技术领域的普通技术人员可以很容易地理解一个事实，就是其方式和详细内容可以被变换为各种各样的形式而不脱离本发明的宗旨及其范围。因此，本发明不应该被解释为仅限定在下面所示的实施方式所记载的内容中。注意，在下面所说明的本发明的结构中，在不同的附图中共同使用相同的附图标记来表示相同的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1A和1B以及图2A至2D说明薄膜晶体管及其制造工序。
图1A和1B示出本实施方式的底栅结构的薄膜晶体管。图1A是平面图，而图1B是沿着图1A中的A1-A2截断的截面图。在图1A和1B所示的薄膜晶体管中，在衬底100上形成有栅电极101，在栅电极101上形成有栅极绝缘膜102，在栅电极101上隔着栅极绝缘膜102形成有用作沟道形成区的非晶氧化物半导体层103，在与非晶氧化物半导体层103的沟道形成区重叠的区域形成有沟道保护层106，在非晶氧化物半导体层103上形成有缓冲层104a及104b，与缓冲层104a及104b接触地形成有源电极层及漏电极层105a及105b。
通过作为半导体层103使用包含In、Ga及Zn的氧化物半导体，并在源电极层及漏电极层105a、105b和半导体层103之间意图性地设置载流子浓度比半导体层103高的缓冲层104a、104b，形成欧姆接触。
使用具有n型导电型的包含In、Ga及Zn的氧化物半导体形成缓冲层104a、104b。此外，也可以使缓冲层包含赋予n型的杂质元素。作为杂质元素，例如可以使用镁、铝、钛、钪、钇、锆、铪、硼、铊、锗、锡、铅等。通过使缓冲层包含镁、铝、钛等，对发挥氧的阻挡效果等，并且通过在成膜之后的加热处理等，可以将半导体层103的氧浓度保持在最合适的范围内。
缓冲层104a、104b用作n+层，也可以称为漏区或源区。
参照图2A至2D说明图1A和1B所示的薄膜晶体管的制造方法。首先，在衬底100上形成栅电极101、栅极绝缘膜102、半导体膜133、沟道保护层106(参照图2A)。
作为衬底100，除了通过熔融法或浮法制造的无碱玻璃衬底如钡硼硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃或铝硅酸盐玻璃等、以及陶瓷衬底之外，还可以使用具有可耐受本制造工序的处理温度的耐热性的塑料衬底等。此外，还可以应用在不锈钢合金等的金属衬底的表面设置绝缘膜的衬底。在衬底100是母体玻璃的情况下，作为衬底的尺寸，可以使用第一代(320mm×400mm)、第二代(400mm×500mm)、第三代(550mm×650mm)、第四代(680mm×880mm或730mm×920mm)、第五代(1000mm×1200mm或1100mm×1250mm)、第六代(1500mm×1800mm)、第七代(1900mm×2200mm)、第八代(2160mm×2460mm)、第九代(2400mm×2800mm、2450mm×3050mm)、第十代(2950mm×3400mm)等。
此外，也可以在衬底100上形成用作基底膜的绝缘膜。作为基底膜，通过CVD法或溅射法等形成氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜或氮氧化硅膜的单层或叠层，即可。
栅电极101由金属材料形成。作为金属材料，应用铝、铬、钛、钽、钼、铜等。栅电极的优选例子由铝或铝和阻挡金属的叠层结构体形成。作为阻挡金属，应用钛、钼、铬等的高熔点金属。优选设置阻挡金属，以便防止铝的小丘及氧化。
以50nm以上且300nm以下的厚度形成栅电极。通过将栅电极的厚度设定为300nm以下，可以防止后面形成的半导体膜及布线的破裂。此外，通过将栅电极的厚度设定为150nm以上，可以降低栅电极的电阻，并还可以实现大面积化。
注意，由于在栅电极101上形成半导体膜及布线，因此优选将其端部加工为锥形，以便防止破裂。此外，虽然未图示，但是通过该工序可以同时形成连接到栅电极的布线及电容布线。
可以采用溅射法、CVD法、镀敷法、印刷法或银、金、铜等的导电纳米膏形成栅电极101。此外，可以通过喷墨法喷出包括导电粒子等的液滴并焙烧来形成栅电极。
注意，在此如图2A所示那样地在衬底上通过溅射法形成铝膜和钼膜的叠层作为导电膜，并且采用使用本实施方式中的第一光掩模形成的抗蚀剂掩模来对形成在衬底上的导电膜进行蚀刻，从而形成栅电极101。
在本实施方式中示出将层叠两层的绝缘膜的多层膜用作栅极绝缘膜102的例子。可以使用50nm至150nm厚的氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜或氮氧化硅膜分别形成第一绝缘膜102a、第二绝缘膜102b。在此示出如下方式，即作为第一栅极绝缘膜102a形成氮化硅膜或氮氧化硅膜，作为第二栅极绝缘膜102b形成氧化硅膜或氧氮化硅膜而层叠。注意，可以不以两层形成栅极绝缘膜而以氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜或氮氧化硅膜的单层形成栅极绝缘膜。此外，还可以形成三层栅极绝缘膜。
通过使用氮化硅膜或氮氧化硅膜形成第一栅极绝缘膜102a，衬底和第一栅极绝缘膜102a的密接性提高，并且当将玻璃衬底用作衬底时，可以防止来自衬底的杂质扩散到氧化物半导体膜，而且可以防止栅电极101的氧化。换言之，可以在防止膜剥离的同时提高后面要形成的薄膜晶体管的电特性。另外，当第一栅极绝缘膜102a、第二栅极绝缘膜102b的厚度分别为50nm以上时，可以覆盖栅电极101的凹凸，所以是优选的。
在此，氧氮化硅膜是指在其组成上氧含量多于氮含量的膜，作为其浓度范围包含55原子％至65原子％的氧、1原子％至20原子％的氮、25原子％至35原子％的Si、以及0.1原子％至10原子％的氢。此外，氮氧化硅膜是指在其组成上氮含量多于氧含量的膜，作为其浓度范围包含15原子％至30原子％的氧、20原子％至35原子％的氮、25原子％至35原子％的Si、以及15原子％至25原子％的氢。
此外，作为接触于半导体层103的第二栅极绝缘膜102b，例如可以使用氧化硅、氧化铝、氧化镁、氮化铝、氧化钇、氧化铪。
可以通过CVD法或溅射法等形成第一栅极绝缘膜102a、第二栅极绝缘膜102b。在此，作为第一栅极绝缘膜102a，通过等离子体CVD法形成氮化硅膜。
特别是，优选连续形成接触于半导体膜133的第二栅极绝缘膜102b和半导体膜133。通过连续形成，可以形成不产生水蒸气等的大气成分、在大气中悬浮的杂质元素及尘屑所引起的污染的叠层界面，所以可以减少薄膜晶体管特性的不均匀。
在有源矩阵型显示装置中，构成电路的薄膜晶体管的电特性很重要，且该电特性影响到显示装置的性能。特别是，在薄膜晶体管的电特性中，阈值电压(Vth)很重要。即使在场效应迁移率高，阈值电压值高，或者即使场效应迁移率高，阈值电压值为负时，作为电路的控制也很困难。在采用阈值电压值高且阈值电压值的绝对值大的薄膜晶体管的情况下，有如下忧虑，即在驱动电压低的状态下不能发挥作为薄膜晶体管的开关功能，而成为负荷。此外，当阈值电压值为负时，容易变成所谓的常导通状态，其中即使栅极电压为0V，也在源电极和漏电极之间产生电流。
在采用n沟道型薄膜晶体管的情况下，优选采用只有对栅极电压施加正电压，才形成沟道而开始产生漏电流的晶体管。如下晶体管不适合用于电路的薄膜晶体管：除非增高驱动电压，否则不形成沟道的晶体管；在负电压状态下也形成沟道而产生漏电流的晶体管。因此，使用包含In、Ga及Zn的氧化物半导体膜的薄膜晶体管也优选利用栅极电压尽量相近于0V的正阈值电压形成沟道。
薄膜晶体管的阈值电压被认为给半导体层的界面，即半导体层和栅极绝缘膜的界面带来很大的影响。于是，通过在清洁的状态下形成这些界面，可以提高薄膜晶体管的电特性并防止制造工序的复杂化，从而实现具备量产性和高性能的薄膜晶体管。
特别是，若是水分存在于氧化物半导体层和栅极绝缘膜的界面，则导致如下问题：薄膜晶体管的电特性的退化；阈值电压的不均匀；容易变成常导通状态等。通过连续形成氧化物半导体层和栅极绝缘膜，可以去除这种氢化合物。
因此，通过在减压下以不暴露于大气的方式采用溅射法连续形成栅极绝缘膜和氧化物半导体膜，可以实现具有优质的界面，泄漏电流低，且电流驱动能力高的薄膜晶体管。
此外，优选在氧气氛下(或氧为90％以上，稀有气体(氩等)为10％以下)形成栅极绝缘膜及包含In、Ga及Zn的氧化物半导体膜。
像这样，当采用溅射法进行连续成膜时，生产率提高且薄膜界面的可靠性稳定。此外，通过在氧气氛下形成栅极绝缘膜和半导体层并使它们包含许多氧，可以减轻退化所引起的可靠性降低、薄膜晶体管变成常导通状态的现象。
此外，优选在形成半导体膜之后连续形成成为沟道保护层106的绝缘膜。通过进行连续成膜，可以在半导体膜的与接触于栅极绝缘膜的面相反一侧的区域，即所谓的背沟道中形成不产生水蒸气等的大气成分、在大气中悬浮的杂质元素及尘屑所引起的污染的叠层界面，从而可以减少薄膜晶体管特性的不均匀。
作为连续成膜的方法，使用具有多个成膜室的多室型溅射装置、具有多个靶材的溅射装置或脉冲激光蒸镀(PLD)装置，即可。
在形成氧化硅作为绝缘膜的情况下，可以将氧化硅(人工石英)或单晶硅用作靶材并采用高频溅射法或反应性溅射法来形成。
注意，在此使用具备单晶硅靶材和半导体膜用靶材的多室型溅射装置形成氧化硅膜作为接触于半导体膜的第二层栅极绝缘膜102b，以不暴露于大气的方式连续形成半导体膜和成为沟道保护层的氧化硅膜。
半导体层103由非晶氧化物半导体膜形成。作为非晶氧化物半导体膜，可以使用选自铟、镓、铝、锌及锡中的元素的复合氧化物。例如，作为其例子可以举出包含氧化锌的氧化铟(IZO)、包含In、Ga及Zn的氧化物(IGZO)或由氧化锌和氧化锡构成的氧化物(ZTO)。
至于由氧化铟、氧化镓和氧化锌构成的氧化物，金属元素的组成比的自由度高，且以广范围的混合比用作半导体层。例如，作为一例可以举出包含10重量％的氧化锌的氧化铟、以等摩尔比混合氧化铟、氧化镓和氧化锌的材料、膜中的金属元素的存在比为In∶Ga∶Zn＝2.2∶2.2∶1.0的氧化物。
用于半导体层103的氧化物半导体膜133以2nm以上且200nm以下的厚度，优选以20nm以上且150nm以下的厚度形成。此外，当膜中的氧缺陷增多时，载流子浓度增高且薄膜晶体管特性受到损害，因此采用抑制氧缺陷的组成。
可以通过反应性溅射法、脉冲激光蒸镀法(PLD法)或溶胶-凝胶法形成非晶氧化物半导体膜133。在气相法中，从容易控制材料之类的组成的观点来看，PLD法是合适的，并且从量产性的观点来看，如上所述溅射法是合适的。在此，作为半导体膜133的形成方法的一例，说明使用包含In、Ga及Zn的氧化物(IGZO)的方法。
以等摩尔比混合氧化铟(In2O3)、氧化镓(Ga2O3)和氧化锌(ZnO)，使用烧结了的直径为8英寸的靶材，在离靶材有170mm的位置上配置衬底，并以500W的输出进行DC(Direct Current；直流)溅射来形成半导体膜133。在处理室的压力为0.4Pa且气体组成比为Ar/O2为10/5sccm的条件下形成50nm厚的半导体膜。优选的是，将成膜时的氧分压设定得高于氧化铟锡(ITO)等的透明导电膜的成膜条件，并控制成膜气氛的氧浓度来抑制氧缺陷。此外，通过使用脉冲直流(DC)电源，可以减轻尘屑，而且半导体层的膜厚度分布也变均匀，所以是优选的。
注意，也可以对半导体层103进行等离子体处理。通过进行等离子体处理，可以恢复半导体层103的蚀刻所引起的损坏。优选在O2、N2O气氛下，或在包含氧的N2、He、Ar气氛下进行等离子体处理。此外，也可以在对上述气氛添加Cl2、CF4的气氛下进行。注意，优选在无偏压下进行等离子体处理。
注意，在本实施方式中，使用具备氧化物半导体膜用靶材和单晶硅靶材的多室型溅射装置，以不使在前面的工序中形成的第二栅极绝缘膜102b暴露于大气的方式在其上形成半导体膜。以继续不使所形成的半导体膜暴露于大气的方式，在其次工序中在半导体膜上形成成为沟道保护层106的绝缘膜。
如图2A所示那样，在与半导体层103的沟道形成区重叠的区域使用绝缘膜形成沟道保护层106。作为用作沟道保护层106的绝缘膜，可以使用无机材料(氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、氮氧化硅等)。此外，也可以使用由感光性或非感光性有机材料(有机树脂材料)(聚酰亚胺、丙烯、聚酰胺、聚酰亚胺酰胺、抗蚀剂、苯并环丁烯等)中的一种或多种构成的膜、或这些膜的叠层等。另外，还可以使用硅氧烷。
可以通过等离子体CVD法及热CVD法等的气相成长法或溅射法形成成为沟道保护层106的绝缘膜。此外，还可以采用湿式法的旋涂法等的涂敷法。另外，也可以通过液滴喷出法、印刷法(丝网印刷法及胶印刷法等的形成图案的方法)等选择性地形成绝缘膜。
注意，在此使用具备单晶硅靶材和氧化物半导体膜用靶材的多室型溅射装置，以不使在前面的工序中形成的氧化物半导体膜133暴露于大气的方式形成成为沟道保护层106的氧化硅膜。
接着，采用使用本实施方式中的第二光掩模形成的抗蚀剂掩模对形成在半导体膜133上的氧化硅膜选择性地进行蚀刻来如图2A所示那样地形成沟道保护层106。
接着，采用使用本实施方式中的第三光掩模形成的抗蚀剂掩模对形成在栅极绝缘膜上的氧化物半导体膜133进行蚀刻来形成半导体层103。
注意，作为蚀刻包含In、Ga及Zn的氧化物(IGZO)膜的方法，可以利用湿蚀刻法。可以将柠檬酸或草酸等的有机酸用作蚀刻剂。例如，作为50nm厚的包含In、Ga及Zn的氧化物(IGZO)膜，可以使用ITO07N(日本关东化学公司制造)以150秒进行蚀刻加工。
使用具有n型导电型的包含In、Ga及Zn的氧化物半导体膜形成在非晶氧化物半导体膜上形成的一对缓冲层104a、104b。
此外，也可以对具有n型导电型的包含In、Ga及Zn的氧化物半导体膜掺杂不同种类的金属而使用。作为掺杂剂，可以举出镁、铝、钛、钪、钇、锆、铪、硼、铊、锗、锡、铅等。通过使缓冲层包含镁、铝、钛等，发挥氧的阻挡效应等，并且通过在成膜之后的加热处理等，可以将半导体层的氧浓度保持在最合适的范围内。
在本发明的一个方式中，优选的是，半导体层的载流子浓度范围(沟道浓度范围1)低于1×1017atoms/cm3(更优选为1×1011atoms/cm3以上)，而适合缓冲层的IGZO膜的载流子浓度范围(缓冲层浓度范围2)为1×1018atoms/cm3以上(更优选为1×1022atoms/cm3以下)。此外，也可以在半导体层和缓冲层之间设置载流子浓度比半导体层的载流子浓度高且比缓冲层的载流子浓度低的用作n-层的第二缓冲层。
因为缓冲层104a、104b的载流子浓度比由包含In、Ga及Zn的氧化物(IGZO)构成的半导体层的载流子浓度高，且其导电性优越，所以与源电极层及漏电极层105a、105b和半导体层103直接接合的情况相比，可以降低接触电阻。此外，通过将缓冲层104a、104b夹在源电极层及漏电极层105a、105b和半导体层103的接合界面，可以缓和集中在接合界面的电场。
注意，也可以如图2B所示那样进行构图为使缓冲层重叠于沟道保护层106的一部分，以使缓冲层104a、104b确实地覆盖半导体层103。
成为缓冲层104a、104b的具有n型导电型的包含In、Ga及Zn的氧化物半导体膜优选以2nm以上且100nm以下的厚度形成。
成为缓冲层104a、104b的具有n型导电型的包含In、Ga及Zn的氧化物半导体膜可以通过溅射法或脉冲激光蒸镀法(PLD法)形成。
注意，在此采用使用本实施方式中的第四光掩模形成的抗蚀剂掩模，并对形成在半导体层103和沟道保护层106上的具有n型导电型的包含In、Ga及Zn的氧化物半导体膜进行干蚀刻或湿蚀刻来形成缓冲层104a、104b。
源电极层及漏电极层105a、105b由导电膜构成，并可以使用与栅电极101相同的材料。然而，特别是，其接触于缓冲层104a、104b的层优选是钛膜。作为导电膜的具体例子，也可以采用单体的钛膜、钛膜和铝膜的叠层膜或按顺序层叠有钛膜、铝膜和钛膜的三层结构。
在此，如图2C那样，在缓冲层104a、104b及沟道保护层上通过溅射法形成由钛膜、铝膜和钛膜构成的三层叠层膜。接着，采用使用本实施方式中的第五光掩模形成的抗蚀剂掩模，对形成在沟道保护层106上的导电膜进行蚀刻并分离它，然后如图2D所示那样形成源电极层及漏电极层105a、105b。注意，可以将过氧化氢溶液或加热盐酸用作蚀刻剂蚀刻按顺序层叠钛膜、铝膜和钛膜的三层结构的导电膜。
注意，在本实施方式中，由于分别进行缓冲层104a、104b的形成和源电极层及漏电极层105a、105b的形成，因此容易控制缓冲层104a、104b和源电极层及漏电极层105a、105b的端部中的重叠部分的长度。
将本实施方式所记载的包含In、Ga及Zn的氧化物(IGZO)用作半导体层103的薄膜晶体管通过对所形成的半导体层103进行加热处理来改善其特性。具体而言，导通电流增大且晶体管特性的不均匀减少。
半导体层103的加热处理温度优选在300℃至400℃的范围内。在此，以350℃进行一个小时的处理。只要在形成半导体层103之后，就在任何时候可以进行加热处理。例如，可以在连续形成半导体层103和成为沟道保护层106的绝缘膜之后进行加热处理，在对沟道保护层106进行构图而形成之后进行加热处理，或在形成成为缓冲层104a、104b的具有n型导电型的包含In、Ga及Zn的氧化物半导体膜之后进行加热处理。此外，也可以在形成成为源电极层及漏电极层105a、105b的导电膜之后进行加热处理，在形成薄膜晶体管的密封膜之后进行加热处理。而且，还可以形成在薄膜晶体管上的平坦化膜的热固化处理兼作半导体层103的加热处理。
根据上述说明，形成图1A和1B所示的非晶氧化物半导体层103、沟道保护层106、缓冲层104a、104b以及源电极层及漏电极层105a、105b。
本发明的一个方式的薄膜晶体管具有栅电极、栅极绝缘膜、半导体层(包含In、Ga及Zn的氧化物半导体层)、缓冲层、沟道保护层、源电极层及漏电极层的叠层结构。通过使用载流子浓度比半导体层的载流子浓度高的缓冲层，可以在将半导体层的膜厚度为薄的状态下抑制寄生电容。
因为本发明的一个方式的薄膜晶体管的结构是设置沟道保护层106的结构，所以可以保护氧化物半导体膜的与接触于栅极绝缘膜102b的面相反的一侧的区域，即所谓的背沟道免受工序时的损坏(蚀刻时的等离子体及蚀刻剂所引起的膜厚度的降低、氧化等)。因此，可以提高薄膜晶体管的可靠性。
注意，沟道保护层106因在形成半导体层103的蚀刻工序中用作蚀刻停止层而可以说是沟道停止层。
此外，在本实施方式中，由于在沟道保护层106上源电极层及漏电极层105a、105b的端部从缓冲层104a、104b的端部后退，并位于互相离开的位置上，因此可以防止源电极层及漏电极层105a、105b之间产生的泄漏电流及短路。
因而，通过应用本发明的一个方式，可以获得一种薄膜晶体管，其中光电流少，寄生电容小，且导通/截止比高，并且还可以制造具有优良的动态特性的薄膜晶体管。因此，可以提供包括电特性高且可靠性高的薄膜晶体管的半导体装置。
实施方式2
在本实施方式中，参照图3A1至3D说明一种薄膜晶体管，其中缓冲层包括采用与实施方式1不同的结构的具有n型导电型的包含In、Ga及Zn的氧化物半导体。此外，在本实施方式中，与实施方式1相同的部分使用相同的附图标记，且省略详细说明。
通过与实施方式1相同的工序，如图3A-1所示那样，在与半导体层103的沟道形成区重叠的区域中使用绝缘膜形成沟道保护层106。注意，在沟道保护层106的蚀刻加工中，也可以如图3A-2所示那样蚀刻半导体层103的与缓冲层104接合的表面。通过蚀刻氧化物半导体层的与缓冲层104接合的表面，可以获得与缓冲层104的更优质的接合。
换言之，通过与实施方式1相同的工序，在半导体膜133上的重叠于栅电极101的区域中形成沟道保护层106。注意，也可以在形成沟道保护层106的工序中，如图3A-2所示那样蚀刻半导体膜133的表面。位于沟道保护层106的开口部的半导体膜133的表面被蚀刻，结果，该表面可以与其次形成的成为缓冲层的具有n型导电型的包含In、Ga及Zn的氧化物半导体膜134优越地接合。注意，在本实施方式中，根据图3A-2的方式继续说明。
在本实施方式中，如图3B所示那样形成成为缓冲层的具有n型导电型的包含In、Ga及Zn的氧化物半导体膜134。在与实施方式1所记载的方法同样地形成成为缓冲层的具有n型导电型的包含In、Ga及Zn的氧化物半导体膜134之后，不进行构图而如图3C那样层叠成为源电极层及漏电极层105a、105b的导电膜105。
与实施方式1所记载的方法同样地形成导电膜105。在此，作为导电膜105，通过溅射法形成三层叠层膜。例如，可以将钛膜用作源电极层或漏电极层105a1、105b1，将铝膜用作源电极层或漏电极层105a2、105b2，并将钛膜用作源电极层或漏电极层105a3、105b3。
换言之，使用层叠用作第一导电膜的钛、用作第二导电膜的铝、用作第三导电膜的钛的导电膜105来形成层叠由钛构成的第一导电层(105a1、105b1)、由铝构成的第二导电层(105a2、105b2)、由钛构成的第三导电层(105a3、105b3)的源电极层及漏电极层(105a、105b)。
接着，采用使用本实施方式中的第四光掩模形成的抗蚀剂掩模蚀刻导电膜105。
首先，将源电极层及漏电极层105a1、105b1用作蚀刻停止层，并通过湿蚀刻进行蚀刻而形成源电极层及漏电极层105a2、105a3、105b2、105b3。使用与上述湿蚀刻相同的掩模，并通过干蚀刻进行蚀刻而形成源电极层或漏电极层105a1、105b1、缓冲层104a、104b、半导体层103。因此，如图3D所示，源电极层105a1的端部与缓冲层104a的端部一致，而源电极层105b1的端部与缓冲层104b的端部一致。源电极层或漏电极层105a2、105a3的端部以及源电极层或漏电极层105b2、105b3的端部从源电极层或漏电极层105a1、105b1的端部后退。
换言之，首先，蚀刻作为第三导电膜的钛膜来形成第三导电层(105a3、105b3)，接着，将作为第一导电膜的钛膜用作蚀刻停止膜并蚀刻作为第二导电膜的铝膜来形成第二导电层(105a2、105b2)。再者，使用与上述湿蚀刻相同的抗蚀剂掩模对作为第一导电膜的钛膜和具有n型导电型的包含In、Ga及Zn的氧化物半导体膜134进行干蚀刻来形成第三导电层(105a3、105b3)和缓冲层(104a、104b)。当通过这种工序形成源电极层及漏电极层(105a、105b)时，第一导电层(105a1、105b1)的端部与缓冲层(104a、104b)的端部一致，而第二导电层(105a2、105b2)的端部及第三导电层(105a3、105b3)的端部从第一导电层(105a1、105b1)的端部后退。注意，图3D示出该阶段的截面图。
像这样，当在蚀刻工序中用于源电极层及漏电极层的导电膜和缓冲层及半导体层的选择比低时，层叠用作蚀刻停止膜的导电膜并以其他蚀刻条件进行蚀刻工序多次。
此外，与实施方式1同样地对所形成的半导体层103进行加热处理。
根据本实施方式，因为采用使用相同的光掩模形成的抗蚀剂掩模对缓冲层104a、104b和源电极层及漏电极层105a、105b进行构图，所以与实施方式1相比，可以节省所使用的光掩模的个数。结果，通过将多个工序统一为一个工序，可以缩减工序数，提高成品率，并缩短制造时间。
实施方式3
在本实施方式中，参照图4A至4D说明具有与上述实施方式1及实施方式2不同的结构的包括缓冲层的薄膜晶体管的结构。此外，在本实施方式中，与实施方式1相同的部分使用相同的附图标记，且省略详细说明。
通过与实施方式2相同的工序，如图4A所示，在成为半导体层103的包含In、Ga及Zn的氧化物(IGZO)半导体膜133上形成沟道保护层106。
在本实施方式中，在此不选择性地蚀刻半导体膜133来形成半导体层103，而通过与实施方式2相同的方法在半导体膜133上形成成为缓冲层104a、104b的具有n型导电型的包含In、Ga及Zn的氧化物半导体膜。接着，采用使用本实施方式中的第三光掩模形成的抗蚀剂掩模来如图4B所示那样形成缓冲层104a、104b和半导体层103。
源电极层及漏电极层105a、105b由导电膜构成，与实施方式1相同地形成。在此，在缓冲层104a、104b及沟道保护层106上通过溅射法形成用作导电膜的由钛膜、铝膜和钛膜构成的三层叠层膜。接着，采用使用本实施方式中的第四光掩模形成的抗蚀剂掩模蚀刻导电膜而去除，并如图4D所示那样形成源电极层及漏电极层105a、105b。图4D是平面图，而图4C是沿着图4D中的A1-A2截断的截面图。
此外，与实施方式1同样地对所形成的半导体层103进行加热处理。
根据本实施方式，由于同时对缓冲层104a、104b和半导体层103进行构图，因此与实施方式1相比，可以节省所使用的光掩模的个数。结果，通过将多个工序统一为一个工序，可以缩减工序数，提高成品率，并缩短制造时间。
实施方式4
在本实施方式中，参照图5A至7B说明包括电连接的多个栅电极和缓冲层的薄膜晶体管。图5A是平面图，而图5B是沿着图5A中的A1-A2截断的截面图。图6A是平面图，而图6B是沿着图6A中的A1-A2截断的截面图。图7A是平面图，而图7B是沿着图7A中的A1-A2截断的截面图。此外，在本实施方式中，与实施方式1相同的部分使用相同的附图标记，且省略详细说明。
注意，虽然在本实施方式中采用连接两个沟道形成区的结构，但是不局限于此而也可以采用连接三个沟道形成区的三栅极结构等的所谓多栅结构(包括串联连接的两个以上的沟道形成区的结构)。
作为本实施方式的薄膜晶体管的连接两个沟道形成区的方式，有如下三个方式：只使用缓冲层104c连接两个沟道形成区的方式(图5A和5B)；使用缓冲层104c及导电层105c连接两个沟道形成区的方式(图6A和6B)；以及使用半导体层103、缓冲层104c和导电层105c连接两个沟道形成区的方式(图7A和7B)。通过改变被两个第一栅电极101a、第二栅电极101b夹住的相当的层的光掩模的部分，可以采用与实施方式1同样的方法来形成这些薄膜晶体管。
这种多栅结构是在减少截止电流值时极有效的。
实施方式5
在本实施方式中，参照图8说明具有与上述实施方式1至实施方式4不同的结构的包括缓冲层的薄膜晶体管的结构。注意，因为本实施方式的薄膜晶体管的缓冲层以外的部分可以与实施方式1所记载的方法同样地形成，所以省略缓冲层以外的详细说明。
本实施方式的缓冲层由第一缓冲层和第二缓冲层的两层构成。以接触于源电极或漏电极的缓冲层104a、104b为第一缓冲层，以被第一缓冲层104a、104b和半导体层103夹住的第二缓冲层分别为第二缓冲层114a、114b。
换言之，本实施方式的缓冲层由接触于源电极及漏电极中的一方的第一缓冲层104a、接触于源电极及漏电极中的另一方的第一缓冲层104b、被第一缓冲层104a和半导体层103夹住的第二缓冲层114a、以及被第一缓冲层104b和半导体层103夹住的第二缓冲层114b构成。
第一缓冲层104a、104b及第二缓冲层114a、114b都由具有n型导电型的包含In、Ga及Zn的氧化物半导体形成。
此外，也可以对具有n型导电型的包含In、Ga及Zn的氧化物半导体掺杂不同种类的金属而使用。作为掺杂剂，可以举出镁、铝、钛、钪、钇、锆、铪、硼、铊、锗、锡、铅等。通过掺杂可以提高缓冲层中的载流子浓度。
作为缓冲层的成膜方法的一个例子，也可以采用共溅射法，其中同时溅射烧结了包含In、Ga及Zn的氧化物(IGZO)的靶材和包含赋予n型的导电型的掺杂剂的化合物的靶材。通过共溅射法，可以形成包含In、Ga及Zn的氧化物(IGZO)和包含掺杂剂的化合物的混合层，而且还可以分别形成第一缓冲层104a、104b和第二缓冲层114a、114b。
第一缓冲层104a、104b及第二缓冲层114a、114b的载流子浓度比由包含In、Ga及Zn的氧化物(IGZO)构成的半导体层103高且其导电性优越，并且第一缓冲层104a、104b选择比第二缓冲层114a、114b的载流子浓度高的组成。也就是，缓冲层104a、104b用作n+层，而第二缓冲层(缓冲层114a、114b)用作n-层。
优选的是，半导体层103的载流子浓度范围(沟道浓度范围1)低于1×1017atoms/cm3(更优选为1×1011atoms/cm3以上)，而适合用作n+层的缓冲层104a、104b的IGZO膜的载流子浓度范围(缓冲层浓度范围2)为1×1018atoms/cm3以上(更优选为1×1022atoms/cm3以下)。
通过使载流子浓度具有从半导体层103到源电极层及漏电极层105a、105b升高的坡度，可以降低半导体层103和源电极层及漏电极层105a、105b之间的接触电阻。
此外，通过将具有其载流子浓度从半导体层103到源电极层及漏电极层105a、105b升高的坡度的缓冲层夹在接合界面，可以缓和集中在接合界面的电场。
本发明的一个方式的具有层叠的缓冲层的薄膜晶体管的截止电流少，并且包括这种薄膜晶体管的半导体装置可以赋予高电特性及高可靠性。
本实施方式可以与其他实施方式适当地组合而实施。
实施方式6
在此，下面示出以至少不使栅极绝缘膜和氧化物半导体膜的叠层接触大气的方式连续形成的反交错型薄膜晶体管的制造例子。在此，示出到进行连续成膜的工序，在其后的工序中根据实施方式1至5中任一个制造薄膜晶体管，即可。
在以不接触大气的方式进行连续成膜的情况下，优选使用图9所示的多室型制造装置。
在制造装置的中央部，设置具备传送衬底的传送机构(典型的是传送机械81)的传送室80，并且传送室80联结有卡匣室(cassettechamber)82，其中安装容纳多个搬入到传送室中或从传送室中搬出的衬底的卡匣盒(cassette case)。
此外，多个处理室分别通过闸阀84至88联结到传送室。在此，示出将五个处理室联结到俯视形状是六角形的传送室80的例子。注意，通过改变传送室的俯视形状，可以改变能够联结的处理室数。例如，当改为四角形时可以联结三个处理室，并且当改为八角形时可以联结七个处理室。
五个处理室中的至少一个处理室是进行溅射的溅射处理室。溅射处理室在其内部至少设置有溅射靶材、用来对靶材进行溅射的电力施加机构及气体引入单元、在预定位置上保持衬底的衬底支架等。此外，在溅射处理室中设置有控制处理室中的压力的压力控制单元，以将溅射处理室中处于减压状态。
作为溅射法，有将高频电源用作溅射用电源的RF溅射法、DC溅射法，再者还有以脉冲方式施加偏压的脉冲DC溅射法。在形成绝缘膜的情况下主要采用RF溅射法，而在形成金属膜的情况下主要采用DC溅射法。
此外，还有能够设置多个材料不同的靶材的多元溅射装置(multi-source sputtering apparatus)。多元溅射装置能够在同一个处理室中层叠形成不同的材料膜或在同一个的处理室中同时使多种材料放电来进行成膜。
另外，还有在处理室中具备磁铁机构的采用磁控溅射法的溅射装置、以及采用ECR溅射法的溅射装置，该ECR溅射法采用不使用辉光放电而使用微波来产生的等离子体。
在溅射处理室中，适当地使用上述各种溅射法。此外，作为成膜方法，还有在成膜时使靶材物质和溅射气体成分起化学反应来形成它们的化合物薄膜的反应溅射法、以及在成膜时也对衬底施加电压的偏压溅射法。
此外，在五个处理室中，其他处理室中之一是在溅射之前对衬底进行预热等的加热处理室、在溅射之后冷却衬底的冷却处理室或进行等离子体处理的处理室。
接着，说明制造装置的工作的一例。
将容纳其被成膜面朝向下面的衬底94的衬底卡匣安装在卡匣室82，并利用设置在卡匣室82中的真空排气单元将卡匣室处于减压状态。注意，预先对各处理室及传送室80的内部利用分别设置在它们中的真空排气单元进行减压。通过上述步骤，可以当在各处理室之间传送衬底时不接触大气地维持清洁的状态。
注意，在其被成膜面朝向下面的衬底94预先至少设置有栅电极。例如，也可以在衬底和栅电极之间设置可通过等离子体CVD法而获得的氮化硅膜、氮氧化硅膜等的基底绝缘膜。在将包含碱金属的玻璃衬底用作衬底94的情况下，基底绝缘膜具有如下作用：抑制因钠等的移动离子从衬底侵入到其上的半导体区中而TFT的电特性变化的现象。
在此使用如下衬底，其中通过等离子体CVD法形成覆盖栅电极的氮化硅膜来形成第一层栅极绝缘膜。通过等离子体CVD法形成的氮化硅膜致密，并通过将它用作第一层栅极绝缘膜可以抑制针孔等的产生。注意，虽然在此示出栅极绝缘膜是叠层的例子，但是并不局限于此而也可以采用单层或三层以上的叠层。
接着，开启闸阀83并利用传送机械81将第一个衬底94从卡匣抽出，开启闸阀84并将第一个衬底94传送到第一处理室89中，并且关闭闸阀84。在第一处理室89中，利用加热器或灯加热对衬底进行加热来去除附着到衬底94的水分等。特别是，当栅极绝缘膜包含水分时，有TFT的电特性变化的忧虑，所以在进行溅射成膜之前的加热是有效的。注意，当在卡匣室82中安装衬底的阶段中已充分地去除水分时，不需要该加热处理。
此外，也可以在第一处理室89中设置等离子体处理单元，并对第一层栅极绝缘膜的表面进行等离子体处理。另外，还可以在卡匣室82中设置加热单元并在卡匣室82中进行加热以去除水分。
接着，开启闸阀84并利用传送机械81将衬底传送到传送室80，开启闸阀85将衬底传送到第二处理室90中，并且关闭闸阀85。
在此，第二处理室90是采用RF磁控溅射法的溅射处理室。在第二处理室90中，形成用作第二层栅极绝缘膜的氧化硅膜(SiOx膜(x＞0))。作为第二栅极绝缘膜，除了氧化硅膜之外，还可以使用氧化铝膜(Al2O3膜)、氧化镁膜(MgOx膜(x＞0))、氮化铝膜(AlNx膜(x＞0))、氧化钇膜(YOx膜(x＞0))等。
此外，也可以对第二层栅极绝缘膜添加少量的卤族元素例如氟、氯等来使钠等的可动离子固定化。作为其方法，在处理室中引入包含卤族元素的气体进行溅射。但是，在引入包含卤族元素的气体的情况下，处理室的排气单元需要设置有除害装置。优选将栅极绝缘膜所包含的卤族元素的浓度设定为通过采用SIMS(二次离子质谱分析器)的分析而获得的浓度峰值是1×1015cm-3以上且1×1020cm-3以下的范围内。
在获得SiOx膜(x＞0)的情况下，可以采用如下方法：作为靶材使用人工石英并使用稀有气体，典型地使用氩的溅射法；或作为靶材使用单晶硅并使其与氧气体起化学反应而获得SiOx膜(x＞0)的反应溅射法。在此，为了使SiOx膜(x＞0)包含极多的氧，作为靶材使用人工石英，在只有氧的气氛下，或在氧为90％以上且Ar为10％以下的气氛下进行溅射，来形成具有过量的氧的SiOx膜(x＞0)。
在形成SiOx膜(x＞0)之后，以不接触大气的方式开启闸阀85并利用传送机械81将衬底传送到传送室80，开启闸阀86并将衬底传送到第三处理室91，并且关闭闸阀86。
在此，第三处理室91是采用DC磁控溅射法的溅射处理室。在第三处理室91中，形成用作半导体层的氧化金属层(IGZO膜)。可以在稀有气体气氛下或氧气氛下使用包含铟(In)、镓(Ga)及锌(Zn)的氧化物半导体靶材形成氧化金属层。在此，为了使IGZO膜包含极多的氧，将包含In、Ga及Zn的氧化物半导体用作靶材，在只有氧的气氛下，或在氧为90％以上且Ar为10％以下的气氛下进行采用脉冲DC溅射法的溅射，来形成具有过量的氧的IGZO膜。
像这样，通过以不接触大气的方式连续形成具有过量的氧的SiOx膜(x＞0)和具有过量的氧的IGZO膜，因为它们都是具有过量的氧的膜，所以可以使它们之间的界面状态稳定，并提高TFT的可靠性。当衬底在形成IGZO膜之前接触大气时，水分等附着且给界面状态带来坏影响，因此有引起阈值不均匀、电特性退化、成为常导通状态的TFT的现象等的忧虑。水分是氢化合物，通过以不接触大气的方式进行连续成膜，可以排除存在于界面的氢化合物。从而，通过连续形成，可以减少阈值的不均匀，防止电特性的退化，减少TFT移动到常导通状态一侧，优选可以去掉这种移动。
此外，通过在第二处理室90的溅射处理室中设置人工石英的靶材和包含In、Ga及Zn的氧化物半导体靶材的双方，并使用挡板(shutter)按顺序层叠而进行连续成膜，也可以在同一个处理室中层叠。在靶材和衬底之间设置挡板，打开进行成膜的靶材的挡板，而关闭不进行成膜的靶材的挡板。在同一个处理室中层叠的优点是可减少所使用的处理室数以及可防止当在不同的处理室之间传送衬底时微粒等附着到衬底。
接着，以不接触大气的方式开启闸阀86并利用传送机械81将衬底传送到传送室80，开启闸阀87将衬底传送到第四处理室92中，并且关闭闸阀87。
在此，第四处理室92是采用RF磁控溅射法的溅射处理室。在第四处理室92中，形成用作成为沟道保护层的绝缘膜的氧化硅膜(SiOx膜(x＞0))。此外，作为沟道保护层，除了氧化硅膜之外，还可以使用氧化铝膜(Al2O3膜)、氧化镁膜(MgOx膜(x＞0))、氮化铝膜(A1Nx膜(x＞0))、氧化钇膜(YOx膜(x＞0))等。
此外，也可以对沟道保护层添加少量的卤族元素例如氟、氯等来使钠等的可动离子固定化。作为其方法，在处理室中引入包含卤族元素的气体进行溅射。但是，在引入包含卤族元素的气体的情况下，处理室的排气单元需要设置除害装置。优选将沟道保护层所包含的卤族元素的浓度设定为通过采用SIMS(二次离子质谱分析器)的分析而获得的浓度峰值是1×1015cm-3以上且1×1020cm-3以下的范围内。
在获得用作沟道保护层的SiOx膜(x＞0)的情况下，可以采用如下方法：作为靶材使用人工石英并使用稀有气体，典型地使用氩的溅射法；或作为靶材使用单晶硅并使其与氧气体起化学反应而获得SiOx膜(x＞0)的反应溅射法。在此，为了使SiOx膜(x＞0)包含极多的氧，作为靶材使用人工石英，在只有氧的气氛下，或在氧为90％以上且Ar为10％以下的气氛下进行溅射，来形成具有过量的氧的SiOx膜(x＞0)。
像这样，通过以不接触大气的方式连续形成具有过量的氧的SiOx膜(x＞0)、具有过量的氧的IGZO膜和具有过量的氧的沟道保护层，三层都是具有过量的氧的膜，因此其界面状态更稳定，并可以提高TFT的可靠性。当衬底在形成IGZO膜之前后接触大气时，水分等附着且给界面状态带来坏影响，因此有引起阈值不均匀、电特性退化、成为常导通状态的TFT的现象等的忧虑。水分是氢化合物，通过以不接触大气的方式进行连续成膜，可以排除存在于IGZO膜的界面的氢化合物。从而，通过连续形成三层，可以减少阈值的不均匀，防止电特性的退化，减少TFT移动到常导通一侧，优选去掉这种移动。
此外，也可以在第二处理室90的溅射处理室中设置人工石英的靶材和包含In、Ga及Zn的氧化物半导体靶材的双方，并通过使用挡板按顺序层叠而连续形成三层来在同一个处理室中层叠。在同一个处理室中层叠的优点是可减少所使用的处理室数以及防止当在不同的处理室之间传送衬底时微粒等附着到衬底。
在通过反复上述工序对卡匣盒中的衬底进行成膜处理，结束对多个衬底的处理之后，将卡匣室的真空开放到大气并取出衬底及卡匣。
接着，为了对IGZO膜进行构图，对沟道保护层选择性地进行蚀刻并对IGZO膜选择性地进行蚀刻。既可以采用干蚀刻或湿蚀刻形成，又可以进行两次蚀刻而分别选择性地蚀刻IGZO膜。在这个阶段中，在去除IGZO膜的区域中，栅极绝缘膜的表面露出。
接着，再者以只残留与栅电极重叠的位置，即与IGZO膜的成为沟道形成区的位置重叠的部分的方式对沟道保护层进行蚀刻。作为在此的对沟道保护层的蚀刻采用其蚀刻速度充分不同于IGZO膜的蚀刻速度的条件。在当进行沟道保护层的蚀刻时蚀刻速度没有充分的差异的情况下，IGZO膜的表面部分地被蚀刻，而形成其膜厚度比与沟道保护层重叠的区域的膜厚度薄的区域。注意，当沟道保护层的材料和栅极绝缘膜的材料相同时，栅极绝缘膜也因该蚀刻被蚀刻。因此，沟道保护层优选使用与栅极绝缘膜不同的材料，以防止栅极绝缘膜被蚀刻。在本实施方式中，栅极绝缘膜是两层，其中上层是SiOx膜(x＞0)，所以有被去除的忧虑，但是下层是氮化硅膜，所以用作蚀刻停止膜。
接着，再次将衬底安装到图9所示的多室型制造装置的卡匣室。
接着，在使卡匣室处于减压状态之后，将衬底传送到传送室80，并传送到第三处理室91。在此，在只有稀有气体的气氛下进行采用脉冲DC溅射法的溅射，形成成为缓冲层的具有n型导电型的包含In、Ga及Zn的氧化物半导体膜。该具有n型导电型的包含In、Ga及Zn的氧化物半导体膜中的氧浓度比具有过量的氧的IGZO膜的氧浓度低。此外，作为具有n型导电型的包含In、Ga及Zn的氧化物半导体膜，优选将其载流子浓度设定为高于具有过量的氧的IGZO膜的载流子浓度，并且作为靶材，也可以使用包含In、Ga及Zn的氧化物半导体还包含Mg、Al、Ti的靶材。Mg、Al、Ti是容易产生氧化反应的材料。通过使具有n型导电型的包含In、Ga及Zn的氧化物半导体膜包含这种材料，发挥氧的阻挡效应等，并且即使在成膜后进行加热处理等，也可以将半导体层的氧浓度保持在最合适的范围内。该具有n型导电型的包含In、Ga及Zn的氧化物半导体膜用作源区或漏区。
接着，以不接触大气的方式开启闸阀87并利用传送机械81将衬底传送到传送室80，开启闸阀88并将衬底传送到第五处理室93，并且关闭闸阀88。
在此，第五处理室93是采用DC磁控溅射法的溅射处理室。在第五处理室93中，形成成为源电极及漏电极的金属多层膜。在第五处理室93的溅射处理室中设置钛的靶材和铝的靶材的双方，并使用挡板按顺序层叠进行连续成膜来在相同的处理室中层叠。在此，在钛膜上层叠铝膜，而且在铝膜上层叠钛膜。
像这样，通过以不接触大气的方式连续形成具有n型导电型的包含In、Ga及Zn的氧化物半导体膜和金属多层膜，可以在具有n型导电型的包含In、Ga及Zn的氧化物半导体膜和金属多层膜之间实现优质的界面状态，并降低接触电阻。
在通过反复进行上述工序对卡匣盒中的衬底进行成膜处理，结束对多个衬底的处理之后，将卡匣室的真空开放到大气并取出衬底及卡匣。
接着，对金属多层膜选择性地进行蚀刻来形成源电极及漏电极。再者，以源电极及漏电极为掩模进行蚀刻，并对具有n型导电型的包含In、Ga及Zn的氧化物半导体膜选择性地进行蚀刻形成源区或漏区。当对具有n型导电型的包含In、Ga及Zn的氧化物半导体膜进行蚀刻时，沟道保护层用作蚀刻停止层。
通过上述工序，可以制造具有沟道保护层的反交错型薄膜晶体管。
此外，在上述工序中示出在相同的处理室中形成具有过量的氧的IGZO膜和具有n型导电型的包含In、Ga及Zn的氧化物半导体膜的例子，但是没有特别的限制而也可以在不同的处理室中分别进行成膜。
虽然在此以多室方式的制造装置为例子进行说明，但是也可以使用将溅射处理室串联联结的串列方式(in-line)的制造装置来以不接触大气的方式进行连续成膜。
此外，在图9所示的装置中采用将衬底的被成膜面安装为朝向下面的所谓的朝下方式的处理室，但是也可以采用将衬底竖为垂直的纵向安装方式的处理室。纵向安装方式的处理室具有其占地面积(footprint)比朝下方式的处理室小的优点，并且当使用因衬底的自重而会弯曲的大面积的衬底时是有效的。
实施方式7
在本实施方式中，下面说明在同一个衬底上至少制造驱动电路的一部分和配置在像素部中的薄膜晶体管的例子。
根据实施方式1至实施方式5形成配置在像素部的薄膜晶体管。此外，因为实施方式1至实施方式5所示的薄膜晶体管是n沟道型TFT，所以将驱动电路中的可使用n沟道型TFT构成的驱动电路的一部分形成在与像素部的薄膜晶体管同一个衬底上。
图10A示出有源矩阵型液晶显示装置的框图的一例。图10A所示的显示装置在衬底5300上包括：具有多个具备显示元件的像素的像素部5301；选择各像素的扫描线驱动电路5302；以及控制对被选择的像素的视频信号的输入的信号线驱动电路5303。
像素部5301利用从信号线驱动电路5303向列方向延伸地配置的多个信号线S1至Sm(未图示)与信号线驱动电路5303连接，利用从扫描线驱动电路5302向行方向延伸地配置的多个扫描线G1至Gn(未图示)与扫描线驱动电路5302连接，并具有对应于信号线S1至Sm及扫描线G1至Gn配置为矩阵状的多个像素(未图示)。而且，各像素与信号线Sj(信号线S1至Sm中的任一个)、扫描线Gi(扫描线G1至Gn中的任一个)连接。
此外，实施方式1至实施方式5所示的薄膜晶体管是n沟道型TFT，参照图11示出由n沟道型TFT构成的信号线驱动电路。
图11所示的信号线驱动电路包括：驱动器IC5601；开关群5602_1至5602_M；第一布线5611；第二布线5612；第三布线5613；以及布线5621_1至5621_M。开关群5602_1至5602_M分别包括第一薄膜晶体管5603a、第二薄膜晶体管5603b以及第三薄膜晶体管5603c。
驱动器IC5601连接到第一布线5611、第二布线5612、第三布线5613及布线5621_1至5621_M。而且，开关群5602_1至5602_M分别连接到第一布线5611、第二布线5612、第三布线5613及分别对应于开关群5602_1至5602_M的布线5621_1至5621_M。而且，布线5621_1至5621_M分别通过第一薄膜晶体管5603a、第二薄膜晶体管5603b及第三薄膜晶体管5603c连接到三个信号线。例如，第J列的布线5621_J(布线5621_1至5621_M中任一个)分别通过开关群5602_J所具有的第一薄膜晶体管5603a、第二薄膜晶体管5603b及第三薄膜晶体管5603c连接到信号线Sj-1、信号线Sj、信号线Sj+1。
注意，对第一布线5611、第二布线5612、第三布线5613分别输入信号。
注意，驱动器IC5601优选形成在单晶衬底上。再者，开关群5602_1至5602_M优选形成在与实施方式1至实施方式5所示的像素部同一个的衬底上。因此，优选通过FPC等连接驱动器IC5601和开关群5602_1至5602_M。
接着，参照图12的时序图说明图11所示的信号线驱动电路的工作。注意，图12示出当第i行扫描线Gi被选择时的时序图。再者，第i行扫描线Gi的选择期间被分割为第一子选择期间T1、第二子选择期间T2及第三子选择期间T3。而且，图11的信号线驱动电路在其他行的扫描线被选择的情况下也进行与图12相同的工作。
注意，图12的时序图示出第J列布线5621_J通过第一薄膜晶体管5603a、第二薄膜晶体管5603b及第三薄膜晶体管5603c连接到信号线Sj-1、信号线Sj、信号线Sj+1的情况。
注意，图12的时序图示出第i行扫描线Gi被选择的时序、第一薄膜晶体管5603a的导通/截止的时序5703a、第二薄膜晶体管5603b的导通/截止的时序5703b、第三薄膜晶体管5603c的导通/截止的时序5703c及输入到第J列布线5621_J的信号5721_J。
注意，在第一子选择期间T1、第二子选择期间T2及第三子选择期间T3中，对布线5621_1至布线5621_M分别输入不同的视频信号。例如，在第一子选择期间T1中输入到布线5621_J的视频信号输入到信号线Sj-1，在第二子选择期间T2中输入到布线5621_J的视频信号输入到信号线Sj，在第三子选择期间T3中输入到布线5621_J的视频信号输入到信号线Sj+1。再者，在第一子选择期间T1、第二子选择期间T2及第三子选择期间T3中输入到布线5621_J的视频信号分别为Data_j-1、Data_j、Data_j+1。
如图12所示，在第一子选择期间T1中，第一薄膜晶体管5603a导通，第二薄膜晶体管5603b及第三薄膜晶体管5603c截止。此时，输入到布线5621_J的Data_j-1通过第一薄膜晶体管5603a输入到信号线Sj-1。在第二子选择期间T2中，第二薄膜晶体管5603b导通，第一薄膜晶体管5603a及第三薄膜晶体管5603c截止。此时，输入到布线5621_J的Data_j通过第二薄膜晶体管5603b输入到信号线Sj。在第三子选择期间T3中，第三薄膜晶体管5603c导通，第一薄膜晶体管5603a及第二薄膜晶体管5603b截止。此时，输入到布线5621_J的Data_j+1通过第三薄膜晶体管5603c输入到信号线Sj+1。
据此，图11的信号线驱动电路通过将一个栅极选择期间分割为三个来可以在一个栅极选择期间中将视频信号从一个布线5621输入到三个信号线。因此，图11的信号线驱动电路可以将形成驱动器IC5601的衬底和形成有像素部的衬底的连接数设定为信号线数的大约1/3。通过使连接数成为大约1/3，可以提高图11的信号线驱动电路的可靠性、成品率等。
另外，如图11所示，只要能够将一个栅极选择期间分割为多个子选择期间，并在多个子选择期间中分别将视频信号从某一个布线输入到多个信号线，就不限制薄膜晶体管的配置、数量及驱动方法等。
例如，当在三个以上的子选择期间的每一个中，将视频信号从一个布线分别输入到三个以上的信号线时，追加薄膜晶体管及用来控制薄膜晶体管的布线，即可。但是，当将一个栅极选择期间分割为四个以上的子选择期间时，子选择期间缩短。因此，优选将一个栅极选择期间分割为两个或三个子选择期间。
作为另一个例子，也可以如图13的时序图所示，将一个选择期间分割为预充电期间Tp、第一子选择期间T1、第二子选择期间T2、第三子选择期间T3。再者，图13的时序图示出选择第i行扫描线Gi的时序、第一薄膜晶体管5603a的导通/截止的时序5803a、第二薄膜晶体管5603b的导通/截止的时序5803b、第三薄膜晶体管5603c的导通/截止的时序5803c以及输入到第J列布线5621_J的信号5821_J。如图13所示，在预充电期间Tp中，第一薄膜晶体管5603a、第二薄膜晶体管5603b及第三薄膜晶体管5603c导通。此时，输入到布线5621_J的预充电电压Vp通过第一薄膜晶体管5603a、第二薄膜晶体管5603b及第三薄膜晶体管5603c分别输入到信号线Sj-1、信号线Sj、信号线Sj+1。在第一子选择期间T1中，第一薄膜晶体管5603a导通，第二薄膜晶体管5603b及第三薄膜晶体管5603c截止。此时，输入到布线5621_J的Data_j-1通过第一薄膜晶体管5603a输入到信号线Sj-1。在第二子选择期间T2中，第二薄膜晶体管5603b导通，第一薄膜晶体管5603a及第三薄膜晶体管5603c截止。此时，输入到布线5621_J的Data_j通过第二薄膜晶体管5603b输入到信号线Sj。在第三子选择期间T3中，第三薄膜晶体管5603c导通，第一薄膜晶体管5603a及第二薄膜晶体管5603b截止。此时，输入到布线5621_J的Data_j+1通过第三薄膜晶体管5603c输入到信号线Sj+1。
据此，因为应用图13的时序图的图11的信号线驱动电路可以通过在子选择期间之前提供预充电选择期间来对信号线进行预充电，所以可以高速地对像素进行视频信号的写入。注意，在图13中，使用相同的附图标记来表示与图12相同的部分，而省略对于相同的部分或具有相同的功能的部分的详细说明。
此外，说明扫描线驱动电路的结构。扫描线驱动电路包括移位寄存器、缓冲器。此外，根据情况，还可以包括电平转移器。在扫描线驱动电路中，通过对移位寄存器输入时钟信号(CLK)及起始脉冲信号(SP)，生成选择信号。所生成的选择信号在缓冲器中被缓冲放大，并供给到对应的扫描线。扫描线连接有一条线上的像素的晶体管的栅电极。而且，由于需要将一条线上的像素的晶体管同时导通，因此使用能够产生大电流的缓冲器。
参照图14和图15说明用于扫描线驱动电路的一部分的移位寄存器的一个方式。
图14示出移位寄存器的电路结构。图14所示的移位寄存器由多个触发器5701_i(触发器5701_1至5701_n中任一个)构成。此外，输入第一时钟信号、第二时钟信号、起始脉冲信号、复位信号来进行工作。
说明图14的移位寄存器的连接关系。在图14的移位寄存器的第i级触发器5701_i(触发器5701_1至5701_n中任一个)中，图15所示的第一布线5501连接到第七布线5717_i-1，图15所示的第二布线5502连接到第七布线5717_i+1，图15所示的第三布线5503连接到第七布线5717_i，并且图15所示的第六布线5506连接到第五布线5715。
此外，图15所示的第四布线5504在奇数级的触发器中连接到第二布线5712，在偶数级的触发器中连接到第三布线5713，并且图15所示的第五布线5505连接到第四布线5714。
但是，第一级触发器5701_1的图15所示的第一布线5501连接到第一布线5711，第n级触发器5701_n的图15所示的第二布线5502连接到第六布线5716。
另外，第一布线5711、第二布线5712、第三布线5713、第六布线5716也可以分别称为第一信号线、第二信号线、第三信号线、第四信号线。再者，第四布线5714、第五布线5715也可以分别称为第一电源线、第二电源线。
接着，图15示出图14所示的触发器的详细结构。图15所示的触发器包括第一薄膜晶体管5571、第二薄膜晶体管5572、第三薄膜晶体管5573、第四薄膜晶体管5574、第五薄膜晶体管5575、第六薄膜晶体管5576、第七薄膜晶体管5577以及第八薄膜晶体管5578。另外，第一薄膜晶体管5571、第二薄膜晶体管5572、第三薄膜晶体管5573、第四薄膜晶体管5574、第五薄膜晶体管5575、第六薄膜晶体管5576、第七薄膜晶体管5577以及第八薄膜晶体管5578是n沟道型晶体管，并且它们当栅极/源极之间的电压(Vgs)超过阈值电压(Vth)时成为导通状态。
接着，下面示出图14所示的触发器的连接结构。
第一薄膜晶体管5571的第一电极(源电极及漏电极中的一方)连接到第四布线5504，并且第一薄膜晶体管5571的第二电极(源电极及漏电极中的另一方)连接到第三布线5503。
第二薄膜晶体管5572的第一电极连接到第六布线5506，并且第二薄膜晶体管5572的第二电极连接到第三布线5503。
第三薄膜晶体管5573的第一电极连接到第五布线5505，第三薄膜晶体管5573的第二电极连接到第二薄膜晶体管5572的栅电极，并且第三薄膜晶体管5573的栅电极连接到第五布线5505。
第四薄膜晶体管5574的第一电极连接到第六布线5506，第四薄膜晶体管5574的第二电极连接到第二薄膜晶体管5572的栅电极，并且第四薄膜晶体管5574的栅电极连接到第一薄膜晶体管5571的栅电极。
第五薄膜晶体管5575的第一电极连接到第五布线5505，第五薄膜晶体管5575的第二电极连接到第一薄膜晶体管5571的栅电极，并且第五薄膜晶体管5575的栅电极连接到第一布线5501。
第六薄膜晶体管5576的第一电极连接到第六布线5506，第六薄膜晶体管5576的第二电极连接到第一薄膜晶体管5571的栅电极，并且第六薄膜晶体管5576的栅电极连接到第二薄膜晶体管5572的栅电极。
第七薄膜晶体管5577的第一电极连接到第六布线5506，第七薄膜晶体管5577的第二电极连接到第一薄膜晶体管5571的栅电极，并且第七薄膜晶体管5577的栅电极连接到第二布线5502。第八薄膜晶体管5578的第一电极连接到第六布线5506，第八薄膜晶体管5578的第二电极连接到第二薄膜晶体管5572的栅电极，并且第八薄膜晶体管5578的栅电极连接到第一布线5501。
注意，将第一薄膜晶体管5571的栅电极、第四薄膜晶体管5574的栅电极、第五薄膜晶体管5575的第二电极、第六薄膜晶体管5576的第二电极以及第七薄膜晶体管5577的第二电极的连接部作为节点5543。再者，将第二薄膜晶体管5572的栅电极、第三薄膜晶体管5573的第二电极、第四薄膜晶体管5574的第二电极、第六薄膜晶体管5576的栅电极以及第八薄膜晶体管5578的第二电极的连接部分作为节点5544。
另外，第一布线5501、第二布线5502、第三布线5503以及第四布线5504也可以分别称为第一信号线、第二信号线、第三信号线、第四信号线。再者，第五布线5505、第六布线5506也可以分别称为第一电源线、第二电源线。
此外，也可以仅使用实施方式1至实施方式5所示的n沟道型TFT制造信号线驱动电路及扫描线驱动电路。因为实施方式1至实施方式5所示的n沟道型TFT的晶体管迁移率大，所以可以提高驱动电路的驱动频率。另外，由于实施方式1至实施方式5所示的n沟道型TFT利用缓冲层来减少寄生电容，因此频率特性(被称为f特性)高。例如，由于可以将使用实施方式1至实施方式5所示的n沟道型TFT的扫描线驱动电路进行高速工作，因此可以提高帧频率或实现黑屏插入等。
再者，通过增大扫描线驱动电路的晶体管的沟道宽度，或配置多个扫描线驱动电路等，可以实现更高的帧频率。在配置多个扫描线驱动电路的情况下，通过在显示面板的一侧配置用来驱动偶数行的扫描线的扫描线驱动电路，并将用来驱动奇数行的扫描线的扫描线驱动电路配置在其相反一侧，可以实现帧频率的提高。
此外，在制造有源矩阵型发光显示装置的情况下，在至少一个像素中配置多个薄膜晶体管，因此优选配置多个扫描线驱动电路。图10B示出有源矩阵型发光显示装置的框图的一例。
图10B所示的显示装置在衬底5400上包括：具有多个具备显示元件的像素的像素部5401；选择各像素的第一扫描线驱动电路5402及第二扫描线驱动电路5404；以及控制对被选择的像素的视频信号的输入的信号线驱动电路5403。
在输入到图10B所示的显示装置的像素的视频信号为数字方式的情况下，通过将薄膜晶体管切换为导通状态或截止状态，像素变成发光或非发光状态。因此，可以采用面积灰度法或时间灰度法进行灰度显示。面积灰度法是一种驱动法，其中通过将一个像素分割为多个子像素并使各子像素分别根据视频信号驱动，来进行灰度显示。此外，时间灰度法是一种驱动法，其中通过控制晶体管的像素发光的期间，来进行灰度级显示。
发光元件的响应速度比液晶元件等快，所以与液晶元件相比适合时间灰度法。具体地，在采用时间灰度法进行显示的情况下，将一个帧期间分割为多个子帧期间。然后，根据视频信号，在各子帧期间中使像素的发光元件成为发光或非发光状态。通过分割为多个子帧期间，可以利用视频信号控制像素在一个帧期间中实际上发光的期间的总长度，并显示灰度。
另外，在图10B所示的发光装置中示出一个例子，其中当在一个像素中配置两个TFT，即开关TFT和电流控制TFT时，使用第一扫描线驱动电路5402生成输入到开关TFT的栅极布线的第一扫描线的信号，使用第二扫描线驱动电路5404生成输入到电流控制TFT的栅极布线的第二扫描线的信号。但是，也可以使用一个扫描线驱动电路生成输入到第一扫描线的信号和输入到第二扫描线的信号。此外，例如还可能根据开关元件所具有的各晶体管的数量，在各像素中设置多个用来控制开关元件的工作的第一扫描线。在此情况下，既可以使用一个扫描线驱动电路生成输入到多个第一扫描线的所有信号，又可以使用多个扫描线驱动电路分别生成输入到多个第一扫描线的所有信号。
此外，在发光装置中也可以将驱动电路中的能够由n沟道型TFT构成的驱动电路的一部分形成在与像素部的薄膜晶体管同一个衬底上。另外，也可以仅使用实施方式1至实施方式5所示的n沟道型TFT制造信号线驱动电路及扫描线驱动电路。
此外，上述驱动电路除了液晶显示装置或发光装置之外，还可以用于利用与开关元件电连接的元件来使电子墨水驱动的电子纸。电子纸也被称为电泳显示装置(电泳显示器)，并具有如下优点：与纸相同的易读性、耗电量比其他的显示装置小、可形成为薄且轻的形状。
作为电泳显示器可考虑各种方式。电泳显示器是如下器件，即在溶剂或溶质中分散有多个包含具有正电荷的第一粒子和具有负电荷的第二粒子的微囊，并且通过对微囊施加电场使微囊中的粒子互相向相反方向移动，以仅显示集合在一方的粒子的颜色。另外，第一粒子或第二粒子包含染料，且在没有电场时不移动。此外，第一粒子和第二粒子的颜色不同(包含无色)。
像这样，电泳显示器是利用所谓的介电电泳效应的显示器。在该介电电泳效应中，介电常数高的物质移动到高电场区。电泳显示器不需要液晶显示装置所需的偏振片和对置衬底，从而其厚度和重量减少一半。
将在其中分散有上述微囊的溶剂称作电子墨水，该电子墨水可以印刷到玻璃、塑料、布、纸等的表面上。另外，还可以通过使用彩色滤光片或具有色素的粒子来进行彩色显示。
此外，在有源矩阵衬底上适当地布置多个上述微囊，使得微囊夹在两个电极之间而完成有源矩阵型显示装置，并且通过对微囊施加电场可以进行显示。例如，可以使用根据实施方式2而获得的有源矩阵衬底。
此外，作为微囊中的第一粒子及第二粒子，采用选自导电体材料、绝缘体材料、半导体材料、磁性材料、液晶材料、铁电性材料、电致发光材料、电致变色材料、磁泳材料中的一种或这些材料的组合材料即可。
实施方式8
制造本发明的一个方式的薄膜晶体管并将该薄膜晶体管用于像素部及驱动电路来可以制造具有显示功能的半导体装置(也称为显示装置)。此外，使用本发明的一个方式的薄膜晶体管将驱动电路的一部分或整体一体形成在与像素部相同的衬底上来可以形成系统型面板(system-on-panel)。
显示装置包括显示元件。作为显示元件，可以使用液晶元件(也称为液晶显示元件)、发光元件(也称为发光显示元件)。在发光元件的范畴内包括由电流或电压控制亮度的元件，具体而言，包括无机EL(Electro Luminescence；电致发光)、有机EL等。此外，也可以应用电子墨水等的对比度因电作用而变化的显示介质。
此外，显示装置包括密封有显示元件的面板和在该面板中安装有包括控制器的IC等的模块。再者，本发明的一个方式涉及一种元件衬底，该元件衬底相当于制造该显示装置的过程中的完成显示元件之前的一个方式，并且它在多个像素的每一个中分别具备用来将电流供给到显示元件的单元。具体而言，元件衬底既可以是只形成有显示元件的像素电极的状态，又可以是形成成为像素电极的导电膜之后且通过蚀刻形成像素电极之前的状态，可以采用所有方式。
注意，本说明书中的显示装置是指图像显示器件、显示器件、或光源(包括照明装置)。另外，显示装置还包括安装有连接器诸如FPC(Flexible Printed Circuit；柔性印刷电路)、TAB(Tape AutomatedBonding；载带自动键合)带或TCP(Tape Carrier Package；载带封装)的模块；将印刷线路板固定到TAB带或TCP端部的模块；通过COG(Chip On Glass；玻璃上芯片)方式将IC(集成电路)直接安装到显示元件上的模块。
在本实施方式中，示出液晶显示装置的例子作为本发明的一个方式的半导体装置。
图16A和16B示出应用本发明的一个方式的有源矩阵型液晶显示装置。图16A是液晶显示装置的平面图，而图16B是沿着图16A中的线V-X的截面图。用于半导体装置的薄膜晶体管201可以与实施方式4所示的薄膜晶体管同样制造，并且它是包括IGZO半导体层及由具有n型导电型的包含In、Ga及Zn的氧化物半导体层构成的缓冲层的可靠性高的薄膜晶体管。此外，实施方式1至实施方式3以及实施方式5所示的薄膜晶体管也可以用作本实施方式的薄膜晶体管201。
图16A所示的本实施方式的液晶显示装置包括源极布线层202、多栅结构的反交错型薄膜晶体管201、栅极布线层203、电容布线层204。
另外，在图16B中，本实施方式的液晶显示装置包括其中间夹着液晶层262的衬底200和衬底266以及液晶显示元件260，该衬底200设置有多栅结构的晶体管201、绝缘层211、绝缘层212、绝缘层213、用于显示元件的电极层255、用作取向膜的绝缘层261、偏振片268，并且该衬底266设置有用作取向膜的绝缘层263、用于显示元件的电极层265、用作彩色滤光片的着色层264、偏振片267。
注意，图16A和16B是透过型液晶显示装置的例子，但是本发明的一个方式可以应用于反射型液晶显示装置或半透过型液晶显示装置。
此外，图16A和16B的液晶显示装置示出在衬底266的外侧(可见一侧)设置偏振片267，而在衬底266的内侧按顺序设置着色层264、用于显示元件的电极层265的例子，但是也可以在衬底266的内侧设置偏振片267。另外，偏振片和着色层的叠层结构也不局限于图16A和16B，而根据偏振片及着色层的材料和制造工序条件适当地设定，即可。此外，还可以设置用作黑矩阵的遮光膜。
作为用作像素电极层的电极层255、265，可以使用具有透光性的导电材料诸如包含氧化钨的氧化铟、包含氧化钨的氧化铟锌、包含氧化钛的氧化铟、包含氧化钛的氧化铟锡、氧化铟锡(下面表示为ITO)、氧化铟锌、添加有氧化硅的氧化铟锡等。
此外，可以使用包含导电高分子(也称为导电聚合物)的导电组成物形成电极层255、265。使用导电组成物形成的像素电极的薄层电阻优选为10000Ω/□以下，并且其波长为550nm时的透光率优选为70％以上。另外，导电组成物所包含的导电高分子的电阻率优选为0.1Ω·cm以下。
作为导电高分子，可以使用所谓的π电子共轭类导电高分子。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、或者上述材料中的两种以上的共聚物等。
通过上述工序，可以制造作为半导体装置的可靠性高的液晶显示装置。
本实施方式可以与其他实施方式所记载的结构适当地组合而实施。
实施方式9
在本实施方式中，作为本发明的一个方式的半导体装置示出电子纸的例子。
在图17中，作为应用本发明的一个方式的半导体装置的例子示出有源矩阵型电子纸。可以与实施方式4所示的薄膜晶体管同样地制造用于半导体装置的薄膜晶体管581，并且该薄膜晶体管581是包括IGZO半导体层及由具有n型导电型的包含In、Ga及Zn的氧化物半导体层构成的缓冲层的可靠性高的薄膜晶体管。此外，也可以应用实施方式1、实施方式3或实施方式4所示的薄膜晶体管作为本实施方式的薄膜晶体管581。
图17的电子纸是采用旋转球显示方式的显示装置的例子。旋转球显示方式是指一种方法，其中将一个半球表面为黑色而另一半球表面为白色的球形粒子配置在用于显示元件的电极层的第一电极层及第二电极层之间，并在第一电极层及第二电极层之间产生电位差来控制球形粒子的方向，以进行显示。
薄膜晶体管581是多栅结构的反交错型薄膜晶体管，在形成在绝缘层585的开口中利用源电极层及漏电极层接触于第一电极层587并与它电连接。在第一电极层587和第二电极层588之间设置有球形粒子589，该球形粒子具有黑色区590a和白色区590b，其周围包括充满了液体的空洞594，并且球形粒子589的周围填充了树脂等的填料595(参照图17)。
在图17中，将包括透光性的导电高分子的电极层用作第一电极层。在第一电极层587上设置有无机绝缘膜，并且无机绝缘膜用作阻挡膜，以防止离子性杂质从第一电极层587扩散。
此外，还可以使用电泳元件而代替旋转球。使用直径为10μm至200μm左右的微囊，在该微囊中封入有透明液体、带正电的白色微粒和带负电的黑色微粒。对于设置在第一电极层和第二电极层之间的微囊，当由第一电极层和第二电极层施加电场时，白色微粒和黑色微粒移动到相反方向，从而可以显示白色或黑色。应用这种原理的显示元件就是电泳显示元件，一般地被称为电子纸。电泳显示元件具有比液晶显示元件高的反射率，因而不需要辅助灯。此外，耗电量小，并且在昏暗的地方也能够辨别显示部。另外，即使不向显示部供应电源，也能够保持显示过一次的图像，因此，即使使具有显示功能的半导体装置(简单地称为显示装置，或称为具备显示装置的半导体装置)远离电波发射源，也能够储存显示过的图像。
通过上述工序，可以制造作为半导体装置的可靠性高的电子纸。
本实施方式可以与其他实施方式所记载的结构适当地组合而实施。
实施方式10
在本实施方式中，示出发光显示装置的例子作为本发明的一个方式的半导体装置。在此，示出利用电致发光的发光元件作为显示装置所具有的显示元件。对利用电致发光的发光元件根据其发光材料是有机化合物还是无机化合物而被区别，一般来说，前者被称为有机EL元件，而后者被称为无机EL元件。
在有机EL元件中，通过对发光元件施加电压，电子和空穴从一对电极分别注入到包含发光有机化合物的层，以产生电流。然后，通过使这些载流子(电子和空穴)重新结合，发光有机化合物达到激发态，并且当该激发态恢复到基态时，获得发光。根据这种机理，该发光元件被称为电流激发型发光元件。
根据其元件结构，将无机EL元件分类为分散型无机EL元件和薄膜型无机EL元件。分散型无机EL元件包括在粘合剂中分散有发光材料的粒子的发光层，且其发光机理是利用供体能级和受体能级的供体-受体重新结合型发光。薄膜型无机EL元件具有利用电介质层夹住发光层并还利用电极夹住该发光层的结构，且其发光机理是利用金属离子的内层电子跃迁的定域型发光。注意，在此使用有机EL元件作为发光元件而进行说明。
在图18A和18B中，示出有源矩阵型发光显示装置作为应用本发明的一个方式的半导体装置的例子。图18A是发光显示装置的平面图，而图18B是沿着图18A中的线Y-Z截断的截面图。注意，图19示出图18A和18B所示的发光显示装置的等效电路。
可以与实施方式1及实施方式2所示的薄膜晶体管同样地制造用于半导体装置的薄膜晶体管301、302，并且该薄膜晶体管301、302是包括IGZO半导体层及由具有n型导电型的包含In、Ga及Zn的氧化物半导体层构成的缓冲层的可靠性高的薄膜晶体管。此外，也可以应用实施方式3至实施方式5所示的薄膜晶体管作为本实施方式的薄膜晶体管301、302。
图18A及图19所示的本实施方式的发光显示装置包括多栅结构的薄膜晶体管301、发光元件303、电容元件304、源极布线层305、栅极布线层306、电源线307。薄膜晶体管301、302是n沟道型薄膜晶体管。
此外，在图18B中，本实施方式的发光显示装置包括薄膜晶体管302、绝缘层311、绝缘层312、绝缘层313、分隔壁321以及用于发光元件303的第一电极层320、电场发光层322、第二电极层323。
优选使用丙烯、聚酰亚胺、聚酰胺等的有机树脂、或硅氧烷形成绝缘层313。
在本实施方式中，因为像素的薄膜晶体管302是n型，所以优选使用阴极作为像素电极层的第一电极层320。具体而言，作为阴极，可以使用功函数小的材料例如Ca、Al、CaF、MgAg、AlLi等。
使用有机树脂膜、无机绝缘膜或有机聚硅氧烷形成分隔壁321。特别优选的是，使用感光材料，在第一电极层320上形成开口部，并将其开口部的侧壁形成为具有连续的曲率的倾斜面。
电场发光层322既可以由单层构成，又可以由多个层的叠层构成。
覆盖电场发光层322地形成使用阳极的第二电极层323。可以利用在实施方式7中作为像素电极层列举的使用具有透光性的导电材料的透光导电膜形成第二电极层323。除了上述透光导电膜之外，还可以使用氮化钛膜或钛膜。通过重叠第一电极层320、电场发光层322和第二电极层323，形成有发光元件303。然后，也可以在第二电极层323及分隔壁321上形成保护膜，以防止大气(氧、氢、水分、二氧化碳等)侵入到发光元件303中。作为保护膜，可以形成氮化硅膜、氮氧化硅膜、DLC膜等。
再者，在实际上，优选在完成图18B的状态之后使用气密性高且漏气少的保护薄膜(贴合薄膜、紫外线固性树脂薄膜等)、覆盖材料进行封装(密封)，以便防止暴露于空气。
接着，参照图20A至20C说明发光元件的结构。在此，以驱动TFT是n型的情况为例子来说明像素的截面结构。可以与实施方式1所示的薄膜晶体管同样制造用于图20A、20B和20C的半导体装置的驱动TFT7001、7011、7021，并且这些TFT是包括IGZO半导体层及由具有n型导电型的包含In、Ga及Zn的氧化物半导体层构成的缓冲层的可靠性高的薄膜晶体管。此外，也可以应用实施方式2、实施方式3或实施方式4所示的薄膜晶体管作为TFT7001、7011、7021。
为了取出发光，发光元件的阳极及阴极中之至少一方是透明的，即可。而且，在衬底上形成薄膜晶体管及发光元件，并且有如下结构的发光元件，即从与衬底相反的面取出发光的顶部发射、从衬底一侧的面取出发光的底部发射、以及从衬底一侧及与衬底相反的面取出发光的双面发射。本发明的一个方式的像素结构可以应用于任何发射结构的发光元件。
参照图20A说明顶部发射结构的发光元件。
在图20A中示出当驱动TFT7001是n型，且从发光元件7002发射的光穿过阳极7005一侧时的像素的截面图。在图20A中，发光元件7002的阴极7003和驱动TFT7001电连接，在阴极7003上按顺序层叠有发光层7004、阳极7005。至于阴极7003，只要是功函数小且反射光的导电膜，就可以使用各种材料。例如，优选采用Ca、Al、CaF、MgAg、AlLi等。而且，发光层7004可以由单层或多层的叠层构成。在由多层构成时，在阴极7003上按顺序层叠电子注入层、电子传输层、发光层、空穴传输层、空穴注入层。注意，不需要设置所有这些层。使用透过光的具有透光性的透明导电材料形成阳极7005，也可以使用具有透光性的导电膜例如包含氧化钨的氧化铟、包含氧化钨的氧化铟锌、包含氧化钛的氧化铟、包含氧化钛的氧化铟锡、氧化铟锡(下面，表示为ITO)、氧化铟锌、添加有氧化硅的氧化铟锡等。
利用阴极7003及阳极7005夹住发光层7004的区域相当于发光元件7002。在图20A所示的像素中，从发光元件7002发射的光如箭头所示那样发射到阳极7005一侧。
接着，参照图20B说明底部发射结构的发光元件。示出在驱动TFT7011是n型，且从发光元件7012发射的光发射到阴极7013一侧的情况下的像素的截面图。在图20B中，在与驱动TFT7011电连接的具有透光性的导电膜7017上形成有发光元件7012的阴极7013，在阴极7013上按顺序层叠有发光层7014、阳极7015。注意，在阳极7015具有透光性的情况下，也可以覆盖阳极上地形成有用来反射光或进行遮光的屏蔽膜7016。与图20A的情况同样，至于阴极7013，只要是功函数小的导电材料，就可以使用各种材料。但是，将其厚度设定为透过光的程度(优选为5nm至30nm左右)。例如，可以将膜厚度为20nm的铝膜用作阴极7013。而且，与图20A同样，发光层7014可以由单层或多层的叠层构成。阳极7015不需要透过光，但是可以与图20A同样使用具有透光性的导电材料形成。并且，虽然作为屏蔽膜7016例如可以使用反射光的金属等，但是不局限于金属膜。例如，也可以使用添加有黑色的颜料的树脂等。
利用阴极7013及阳极7015夹住发光层7014的区域相当于发光元件7012。在图20B所示的像素中，从发光元件7012发射的光如箭头所示那样发射到阴极7013一侧。
接着，参照图20C说明双面发射结构的发光元件。在图20C中，在与驱动TFT7021电连接的具有透光性的导电膜7027上形成有发光元件7022的阴极7023，在阴极7023上按顺序层叠有发光层7024、阳极7025。与图20A的情况同样，至于阴极7023，只要是功函数小的导电材料，就可以使用各种材料。但是，将其厚度设定为透过光的程度。例如，可以将厚度为20nm的Al用作阴极7023。而且，与图20A同样，发光层7024可以由单层或多层的叠层构成。阳极7025可以与图20A同样使用透过光的具有透光性的导电材料形成。
阴极7023、发光层7024和阳极7025重叠的部分相当于发光元件7022。在图20C所示的像素中，从发光元件7022发射的光如箭头所示那样发射到阳极7025一侧和阴极7023一侧。
另外，虽然在此描述了有机EL元件作为发光元件，但是也可以设置无机EL元件作为发光元件。
另外，在本实施方式中示出了控制发光元件的驱动的薄膜晶体管(驱动TFT)和发光元件电连接的例子，但是也可以采用在驱动TFT和发光元件之间连接有电流控制TFT的结构。
另外，本实施方式所示的半导体装置不局限于图20A至20C所示的结构而可以根据本发明的技术思想进行各种变形。
通过上述工序，可以制造作为半导体装置的可靠性高的发光显示装置。
本实施方式可以与其他实施方式所记载的结构适当地组合而实施。
实施方式11
接着，下面示出本发明的半导体装置的一个方式的显示面板的结构。在本实施方式中，说明包括用作显示元件的液晶元件的液晶显示装置的一个方式的液晶显示面板(也称为液晶面板)、包括用作显示元件的发光元件的半导体装置的一个方式的发光显示面板(也称为发光面板)。
接着，参照图21A和21B说明相当于本发明的半导体装置的一个方式的发光显示面板的外观及截面。图21A和21B是一种面板的俯视图，其中利用密封材料将包括形成在第一衬底上的IGZO半导体层及由具有n型导电型的包含In、Ga及Zn的氧化物半导体层构成的缓冲层的可靠性高的薄膜晶体管及发光元件密封在与第二衬底之间。图21B相当于沿着图21A的H-I的截面图。
以围绕设置在第一衬底4501上的像素部4502、信号线驱动电路4503a、4503b及扫描线驱动电路4504a、4504b的方式设置有密封材料4505。此外，在像素部4502、信号线驱动电路4503a、4503b及扫描线驱动电路4504a、4504b上设置有第二衬底4506。因此，像素部4502、信号线驱动电路4503a、4503b以及扫描线驱动电路4504a、4504b与填料4507一起由第一衬底4501、密封材料4505和第二衬底4506密封。
此外，设置在第一衬底4501上的像素部4502、信号线驱动电路4503a、4503b及扫描线驱动电路4504a、4504b包括多个薄膜晶体管。在图21B中，例示包括在像素部4502中的薄膜晶体管4510和包括在信号线驱动电路4503a中的薄膜晶体管4509。
薄膜晶体管4509、4510相当于包括IGZO半导体层及由具有n型导电型的包含In、Ga及Zn的氧化物半导体层构成的缓冲层的薄膜晶体管，并可以应用实施方式1至实施方式5所示的薄膜晶体管。在本实施方式中，薄膜晶体管4509、4510是n沟道型薄膜晶体管。
此外，附图标记4511相当于发光元件，发光元件4511所具有的作为像素电极的第一电极层4517与薄膜晶体管4510的源电极层或漏电极层电连接。另外，发光元件4511的结构不局限于本实施方式所示的结构。可以根据从发光元件4511取出的光的方向等适当地改变发光元件4511的结构。
另外，供给到信号线驱动电路4503a、4503b、扫描线驱动电路4504a、4504b、或像素部4502的各种信号及电位是从FPC4518a、4518b供给的。
在本实施方式中，使用与源电极层或漏电极层相同的材料形成布线4516，该布线4516通过设置在覆盖薄膜晶体管4509、4510的绝缘膜的未图示的接触孔连接到像素部4502、信号线驱动电路4503a、4503b、或扫描线驱动电路4504a、4504b。此外，在衬底4501的端部的布线4516上使用与第一电极层4517相同的材料形成连接端子4515。
连接端子4515通过各向异性导电膜4519与FPC4518a所具有的端子电连接。
位于来自发光元件4511的光的取出方向上的第二衬底4506需要具有透光性。在此情况下，使用如玻璃板、塑料板、聚酯薄膜或丙烯薄膜等的具有透光性的材料。
此外，作为填料4507，除了氮或氩等的惰性气体之外，还可以使用紫外线固性树脂或热固性树脂。可以使用PVC(聚氯乙烯)、丙烯、聚酰亚胺、环氧树脂、硅酮树脂、PVB(聚乙烯醇缩丁醛)、或EVA(乙烯-醋酸乙烯酯)。在本实施方式中，作为填料使用氮。
另外，若有需要，也可以在发光元件的发射面上适当地设置诸如偏振片、圆偏振片(包括椭圆偏振片)、相位差板(λ/4片、λ/2片)、彩色滤光片等的光学薄膜。另外，也可以在偏振片或圆偏振片上设置抗反射膜。例如，可以进行抗眩光处理，该处理是利用表面的凹凸来扩散反射光并降低眩光的处理。
也可以在另外准备的衬底上作为由单晶半导体膜或多晶半导体膜形成的驱动电路，安装信号线驱动电路4503a、4503b、及扫描线驱动电路4504a、4504b。此外，也可以另外仅形成信号线驱动电路或其一部分、或者扫描线驱动电路或其一部分而安装。本实施方式不局限于图21A和21B的结构。
接着，参照图22A1、22A2和22B说明相当于本发明的半导体装置的一个方式的液晶显示面板的外观及截面。图22A1和22A2是一种面板的俯视图，其中利用密封材料4005将形成在第一衬底4001上的包括IGZO半导体层及由具有n型导电型的包含In、Ga及Zn的氧化物半导体层构成的缓冲层的可靠性高的薄膜晶体管4010、4011及液晶元件4013密封在与第二衬底4006之间。图22B相当于沿着图22A1和22A2的M-N的截面图。
以围绕设置在第一衬底4001上的像素部4002和扫描线驱动电路4004的方式设置有密封材料4005。此外，在像素部4002和扫描线驱动电路4004上设置有第二衬底4006。因此，像素部4002和扫描线驱动电路4004与液晶4008一起由第一衬底4001、密封材料4005和第二衬底4006密封。此外，在第一衬底4001上的与由密封材料4005围绕的区域不同的区域中安装有信号线驱动电路4003，该信号线驱动电路4003使用单晶半导体膜或多晶半导体膜形成在另外准备的衬底上。
另外，对于另外形成的驱动电路的连接方法没有特别的限制，而可以采用COG方法、引线键合方法或TAB方法等。图22A1是通过COG方法安装信号线驱动电路4003的例子，而图22A2是通过TAB方法安装信号线驱动电路4003的例子。
此外，设置在第一衬底4001上的像素部4002和扫描线驱动电路4004包括多个薄膜晶体管。在图22B中例示像素部4002所包括的薄膜晶体管4010和扫描线驱动电路4004所包括的薄膜晶体管4011。
薄膜晶体管4010、4011相当于包括IGZO半导体层及由具有n型导电型的包含In、Ga及Zn的氧化物半导体层构成的缓冲层的薄膜晶体管，并可以应用实施方式1至实施方式5所示的薄膜晶体管。在本实施方式中，薄膜晶体管4010、4011是n沟道型薄膜晶体管。
此外，液晶元件4013所具有的像素电极层4030与薄膜晶体管4010电连接。而且，液晶元件4013的对置电极层4031形成在第二衬底4006上。像素电极层4030、对置电极层4031和液晶层4008重叠的部分相当于液晶元件4013。注意，像素电极层4030、对置电极层4031分别设置有用作取向膜的绝缘层4032、4033，且隔着绝缘层4032、4033夹有液晶层4008。
注意，作为第一衬底4001、第二衬底4006，可以使用玻璃、金属(典型的是不锈钢)、陶瓷、塑料。作为塑料，可以使用FRP(Fiberglass-Reinforced Plastics；纤维增强塑料)板、PVF(聚氟乙烯)薄膜、聚酯薄膜或丙烯树脂薄膜。此外，还可以采用具有使用PVF薄膜或聚酯薄膜夹住铝箔的结构的薄片。
此外，附图标记4035表示通过对绝缘膜选择性地进行蚀刻而获得的柱状间隔物，并且它是为控制像素电极层4030和对置电极层4031之间的距离(单元间隙)而设置的。注意，还可以使用球状间隔物。
另外，供给到另外形成的信号线驱动电路4003、扫描线驱动电路4004或像素部4002的各种信号及电位是从FPC4018供给的。
在本实施方式中，连接端子4015由与液晶元件4013所具有的像素电极层4030相同的导电膜形成，并且布线4016由与薄膜晶体管4010、4011的栅电极层相同的导电膜形成。
连接端子4015通过各向异性导电膜4019电连接到FPC4018所具有的端子。
此外，虽然在图22A和22B中示出另外形成信号线驱动电路4003并将它安装在第一衬底4001的例子，但是本实施方式不局限于该结构。既可以另外形成扫描线驱动电路而安装，又可以另外仅形成信号线驱动电路的一部分或扫描线驱动电路的一部分而安装。
图23示出使用应用本发明的一个方式制造的TFT衬底2600来构成用作半导体装置的液晶显示模块的一例。
图23是液晶显示模块的一例，利用密封材料2602固定TFT衬底2600和对置衬底2601，并在其间设置包括TFT等的像素部2603、包括液晶层的显示元件2604、着色层2605来形成显示区。在进行彩色显示时需要着色层2605，并且当采用RGB方式时，对应于各像素设置有分别对应于红色、绿色、蓝色的着色层。在TFT衬底2600和对置衬底2601的外侧配置有偏振片2606、偏振片2607、漫射片2613。光源由冷阴极管2610和反射板2611构成，电路衬底2612利用柔性线路板2609与TFT衬底2600的布线电路部2608连接，且其中组装有控制电路及电源电路等的外部电路。此外，也可以在偏振片和液晶层之间具有相位差板的状态下层叠。
作为液晶显示模块，可以采用TN(扭曲向列；Twisted Nematic)模式、IPS(平面内转换；In-Plane-Switching)模式、FFS(边缘电场转换；Fringe Field Switching)模式、MVA(多畴垂直取向；Multi-domain Vertical Alignment)模式、PVA(垂直取向构型；Patterned Vertical Alignment)模式、ASM(轴对称排列微胞；AxiallySymmetric aligned Micro-cell)模式、OCB(光学补偿弯曲；OpticalCompensated Birefringence)模式、FLC(铁电性液晶；FerroelectricLiquid Crystal)模式、AFLC(反铁电性液晶；Anti FerroelectricLiquid Crystal)模式等。
通过上述工序，可以制造作为半导体装置的可靠性高的显示面板。
本实施方式可以与其他实施方式所记载的结构适当地组合而实施。
实施方式12
根据本发明的半导体装置可以应用于各种电子设备(包括游戏机)。作为电子设备，例如可以举出电视装置(也称为电视或电视接收机)、用于计算机等的监视器、电子纸、数码相机、数码摄像机、数码相框、移动电话机(也称为移动电话、移动电话装置)、便携式游戏机、便携式信息终端、声音再现装置、弹珠机等的大型游戏机等。特别是，如实施方式8至实施方式11所示，通过将根据本发明的薄膜晶体管应用于液晶显示装置、发光装置、电泳方式显示装置等，可以用于电子设备的显示部。下面，具体地进行例示。
本发明的一个方式的半导体装置可以如实施方式9所示那样应用于电子纸。电子纸可以用于用来显示信息的所有领域的电子设备。例如，可以将电子纸应用于电子书籍(电子书)、招贴、火车等的交通工具的车厢广告、信用卡等的各种卡片中的显示等。图24A和24B以及图25示出电子设备的一例。
图24A示出使用电子纸制造的招贴1601。在广告介质是纸的印刷物的情况下用手进行广告的交换，但是如果使用应用本发明的一个方式的半导体装置的电子纸，则可以在短时间内改变广告的显示内容。此外，由于使用电特性良好的薄膜晶体管，因此显示不会打乱而可以获得稳定的图像。注意，招贴也可以采用能够以无线的方式收发信息的结构。
此外，图24B示出火车等的交通工具的车厢广告1602。在广告介质是纸的印刷物的情况下用手进行广告的交换，但是如果使用应用本发明的一个方式的半导体装置的电子纸，则可以在短时间内不需要许多人手地改变广告的显示内容。此外，由于使用电特性良好的薄膜晶体管，因此显示不会打乱而可以获得稳定的图像。注意，车厢广告也可以采用能够以无线的方式收发信息的结构。
另外，图25示出电子书籍2700的一例。例如，电子书籍2700由两个框体，即框体2701及框体2703构成。框体2701及框体2703由轴部2711形成为一体，且可以以该轴部2711为轴进行开闭工作。通过采用这种结构，可以进行如纸的书籍那样的工作。
框体2701组装有显示部2705，而框体2703组装有显示部2707。显示部2705及显示部2707的结构既可以是显示连续的屏幕的结构，又可以是显示不同的屏幕的结构。通过采用显示不同的屏幕的结构，例如在右边的显示部(图25中的显示部2705)上可以显示文章，而在左边的显示部(图25中的显示部2707)上可以显示图像。
此外，在图25中示出框体2701具备操作部等的例子。例如，在框体2701中，具备电源2721、操作键2723、扬声器2725等。利用操作键2723可以翻页。另外，也可以采用在与框体的显示部同一个面具备键盘及定位装置等的结构。另外，也可以采用在框体的背面或侧面具备外部连接用端子(耳机端子、USB端子或可与AC适配器及USB电缆等的各种电缆连接的端子等)、记录介质插入部等的结构。再者，电子书籍2700也可以具有电子词典的功能。
此外，电子书籍2700也可以采用能够以无线的方式收发信息的结构。还可以采用以无线的方式从电子书籍服务器购买所希望的书籍数据等，然后下载的结构。
图26A示出电视装置9600的一例。在电视装置9600中，框体9601组装有显示部9603。利用显示部9603可以显示映像。此外，在此示出利用支架9605支撑框体9601的结构。作为显示部9603可以应用实施方式8至实施方式11所示的显示装置。
通过利用框体9601所具备的操作开关、另外提供的遥控操作机9610可以进行电视装置9600的操作。通过利用遥控操作机9610所具备的操作键9609，可以进行频道及音量的操作，并可以对在显示部9603上显示的映像进行操作。此外，也可以采用在遥控操作机9610中设置显示从该遥控操作机9610输出的信息的显示部9607的结构。
另外，电视装置9600采用具备接收机、调制解调器等的结构。可以通过利用接收机接收一般的电视广播。再者，通过调制解调器连接到有线或无线方式的通信网络，从而也可以进行单向(从发送者到接收者)或双向(在发送者和接收者之间或在接收者之间等)的信息通信。
图26B示出数码相框9700的一例。例如，在数码相框9700中，框体9701组装有显示部9703。显示部9703可以显示各种图像，例如通过显示使用数码相机等拍摄的图像数据，可以发挥与一般的相框同样的功能。
另外，数码相框9700采用具备操作部、外部连接用端子(USB端子、可以与USB电缆等的各种电缆连接的端子等)、记录介质插入部等的结构。这些结构也可以组装到与显示部同一个面，但是通过将它们设置在侧面或背面上来提高设计性，所以是优选的。例如，可以对数码相框的记录介质插入部插入储存有由数码相机拍摄的图像数据的存储器并提取图像数据，然后将所提取的图像数据显示于显示部9703。
此外，数码相框9700也可以采用能够以无线的方式收发信息的结构。还可以采用以无线的方式提取所希望的图像数据并进行显示的结构。
图27示出作为便携式音响装置的数码播放器2100的一例。数码播放器2100包括主体2130、显示部2131、存储器部2132、操作部2133、耳机2134、控制部2137等。注意，可以使用头戴式耳机或无线式耳机代替耳机2134。作为显示部2131可以应用实施方式8至实施方式11所示的显示装置。
此外，通过使用存储器部2132对操作部2133进行操作，可以进行映像及声音(音乐)的记录、再现。注意，显示部2131可以通过在黑色的背景上显示白色的文字来抑制耗电量。注意，设置在存储器部2132中的存储器也可以采用能够取出的结构。
图28示出移动电话机1000的一例。移动电话机1000除了安装在框体1001中的显示部1002之外还具备操作按钮1003、外部连接端口1004、扬声器1005、麦克风1006等。作为显示部1002可以应用实施方式8至实施方式11所示的显示装置。
图28所示的移动电话机1000可以用手指等触摸显示部1002来输入信息。此外，可以用手指等触摸显示部1002来进行打电话或写电子邮件的操作。
显示部1002的屏幕主要有三种模式。第一是以图像的显示为主的显示模式，第二是以文字等的信息的输入为主的输入模式，第三是混合显示模式和输入模式的两个模式的显示+输入模式。
例如，在打电话或写电子邮件的情况下，将显示部1002设定为以文字输入为主的文字输入模式，并进行在屏幕上显示的文字的输入操作，即可。在此情况下，优选的是，在显示部1002的屏幕的大多部分上显示键盘或号码按钮。
通过在移动电话机1000的内部设置具有陀螺仪、加速度传感器等检测倾斜度的传感器的检测装置，来判断移动电话机1000的方向(竖向还是横向)，而可以对显示部1002的屏幕显示进行自动切换。
通过触摸显示部1002或对框体1001的操作按钮1003进行操作，切换屏幕模式。还可以根据显示在显示部1002上的图像种类切换屏幕模式。例如，当显示在显示部上的图像信号为动态图像的数据时，将屏幕模式切换成显示模式，而当显示在显示部上的图像信号为文字数据时，将屏幕模式切换成输入模式。
当在输入模式中通过检测出显示部1002的光传感器所检测的信号得知在一定期间中没有利用显示部1002的触摸操作的输入时，也可以以将屏幕模式从输入模式切换成显示模式的方式来进行控制。
还可以将显示部1002用作图像传感器。例如，通过用手掌或手指触摸显示部1002，来拍摄掌纹、指纹等，而可以进行个人识别。此外，通过在显示部中使用发射近红外光的背光灯或发射近红外光的感测光源，也可以拍摄手指静脉、手掌静脉等。
本实施方式可以与其他实施方式所记载的结构适当地组合而实施。
本说明书根据2008年7月31日在日本专利局受理的日本专利申请编号2008-197137而制作，所述申请内容包括在本说明书中。
Claims (20)
1.一种半导体装置，包括：
薄膜晶体管，包括：
栅电极；
覆盖所述栅电极的栅极绝缘膜；
隔着所述栅极绝缘膜的所述栅电极上的半导体层；
与所述半导体层的沟道形成区重叠的区域中的沟道保护层；
所述半导体层上的一对缓冲层；以及
所述一对缓冲层上的源电极层及漏电极层，
其中，所述半导体层包括氧化物半导体，且所述一对缓冲层包括包含铟、镓及锌的氧化物半导体，
并且，所述一对缓冲层的载流子浓度比所述半导体层的载流子浓度高，
并且，所述半导体层通过所述一对缓冲层电连接到所述源电极层及漏电极层。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述氧化物半导体包含铟、镓及锌。
3.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述一对缓冲层包含赋予n型导电型的杂质。
4.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述半导体层的载流子浓度低于1×1017atoms/cm3，且所述一对缓冲层的载流子浓度为1×1018atoms/cm3以上。
5.根据权利要求1所述的半导体装置，还包括设置在所述半导体层和所述一对缓冲层之间的一对第二缓冲层，其中所述一对第二缓冲层的载流子浓度比所述半导体层的载流子浓度高且比所述一对缓冲层的载流子浓度低。
6.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述源电极层及漏电极层包含钛。
7.一种半导体装置的制造方法，包括如下步骤：
在衬底上形成栅电极层；
在所述栅电极层上形成栅极绝缘膜；
在所述栅极绝缘膜上形成半导体层；
在所述半导体层上的与沟道形成区重叠的区域中形成沟道保护层；
在所述半导体层上形成一对具有n型导电型的缓冲层；以及
在所述一对缓冲层上形成源电极层及漏电极层，
其中，所述半导体层包括氧化物半导体，且所述一对缓冲层包括包含铟、镓及锌的氧化物半导体，
并且，所述一对缓冲层的载流子浓度比所述半导体层的载流子浓度高，
并且，所述半导体层和所述源电极层及漏电极层通过所述一对缓冲层彼此电连接。
8.一种半导体装置的制造方法，包括如下步骤：
在衬底上形成栅电极层；
在所述栅电极层上形成栅极绝缘膜；
在所述栅极绝缘膜上形成半导体层；
在所述半导体层上的与沟道形成区重叠的区域中形成沟道保护层；
在所述半导体层上形成一对具有n型导电型的缓冲层；以及
在所述一对缓冲层上形成源电极层及漏电极层，
其中，所述半导体层包括氧化物半导体，且所述一对半导体层包括阿包含铟、镓及锌的氧化物半导体，
并且，所述一对缓冲层的载流子浓度比所述半导体层的载流子浓度高，
并且，所述半导体层和所述源电极层及漏电极层通过所述一对缓冲层彼此电连接，
并且，所述栅极绝缘膜、所述半导体层及所述沟道保护层以不暴露于大气的方式连续形成。
9.根据权利要求7所述的半导体装置的制造方法，其中所述氧化物半导体包含铟、镓及锌。
10.根据权利要求8所述的半导体装置的制造方法，其中所述氧化物半导体包含铟、镓及锌。
11.根据权利要求7所述的半导体装置的制造方法，其中通过溅射法形成所述栅极绝缘膜、所述半导体层及所述沟道保护层。
12.根据权利要求8所述的半导体装置的制造方法，其中通过溅射法形成所述栅极绝缘膜、所述半导体层及所述沟道保护层。
13.根据权利要求7所述的半导体装置的制造方法，其中在氧气氛中形成所述栅极绝缘膜、所述半导体层及所述沟道保护层。
14.根据权利要求8所述的半导体装置的制造方法，其中在氧气氛中形成所述栅极绝缘膜、所述半导体层及所述沟道保护层。
15.根据权利要求7所述的半导体装置的制造方法，其中在稀有气体气氛中形成所述一对缓冲层。
16.根据权利要求8所述的半导体装置的制造方法，其中在稀有气体气氛中形成所述一对缓冲层。
17.根据权利要求7所述的半导体装置的制造方法，其中所述半导体层的载流子浓度低于1×1017atoms/cm3，且所述一对缓冲层的载流子浓度为1×1018atoms/cm3以上。
18.根据权利要求8所述的半导体装置的制造方法，其中所述半导体层的载流子浓度低于1×1017atoms/cm3，且所述一对缓冲层的载流子浓度为1×1018atoms/cm3以上。
19.根据权利要求7所述的半导体装置的制造方法，其中所述一对缓冲层包含镁、铝或钛。
20.根据权利要求8所述的半导体装置的制造方法，其中所述一对缓冲层包含镁、铝或钛。
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