CN102668097A - 半导体器件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于，提供用于制造具有使用氧化物半导体形成的薄膜晶体管且具有稳定电特性的高度可靠的半导体器件的方法。半导体器件包括隔着栅绝缘膜与栅电极重叠的氧化物半导体膜、以及与氧化物半导体膜接触的源电极和漏电极。源电极和漏电极包括混合物、金属化合物、或者包含具有低负电性的金属(诸如钛、镁、钇、铝、钨和钼)中的一种或多种的合金。源电极和漏电极中的氢浓度是氧化物半导体膜中的氢浓度的1.2倍、优选大于或等于它的5倍。
Description
技术领域
本发明涉及包括氧化物半导体的半导体器件及其制造方法。
背景技术
包括在绝缘表面上形成的半导体膜的薄膜晶体管是半导体器件的主要半导体元件。由于制造薄膜晶体管在衬底的容许温度限值方面受限，因此包括可在相对较低的温度下形成的非晶硅、可通过使用激光束或催化元件的结晶而获得的多晶硅等作为有源层的薄膜晶体管主要被用作半导体显示设备的晶体管。
近年来，作为具有作为多晶硅特性的高迁移率、以及作为非晶硅特性的均一元件特性两者的新颖半导体材料，具有半导体特性的金属氧化物(称为氧化物半导体)已引起了关注。金属氧化物用于各种应用。例如，氧化铟是公知的金属氧化物，并且被用作液晶显示设备等中所包括的透明电极的材料。具有半导体特性的这些金属氧化物的示例包括氧化钨、氧化锡、氧化铟、氧化锌等。在沟道形成区中包括具有半导体特性的这种金属氧化物的薄膜晶体管是已知的(专利文献1和2)。
[参考文献]
[专利文献1]日本公开专利申请No.2007-123861
[专利文献2]日本公开专利申请No.2007-096055
发明内容
用于半导体器件的晶体管优选具有由随时间退化引起的小的阈值电压变化、低截止状态电流等。当使用由随时间退化引起阈值电压变化小的晶体管时，可增加半导体器件的可靠性。另外，当使用具有低截止状态电流的晶体管时，可抑制半导体器件的功耗。
本发明的目的在于，提供用于制造高度可靠的半导体器件的方法。本发明的另一目的在于，提供用于制造具有低功耗的半导体器件的方法。本发明的又一目的在于，提供高度可靠的半导体器件。本发明的目的在于，提供具有低功耗的半导体器件。
本发明人已注意到：存在于氧化物半导体膜中的杂质(诸如氢或水)导致晶体管随时间退化，诸如阈值电压的偏移。然后，他们已想到，使用具有低负电性的金属(具体地，负电性低于作为氢的负电性的2.1的金属)形成的导电膜被形成为与氧化物半导体膜接触，从而氧化物半导体膜中的杂质(诸如氢或水)被导电膜吸收(吸取)以增加氧化物半导体膜的纯度，并且抑制晶体管随时间退化。导电膜被处理成期望形状，从而可形成源电极和漏电极。
具体地，根据本发明的一个实施例的半导体器件包括隔着栅绝缘膜与栅电极重叠的氧化物半导体膜、以及与氧化物半导体膜接触的源电极和漏电极。源电极和漏电极包含具有低负电性的金属。源电极和漏电极中的氢浓度是氧化物半导体膜中的氢浓度的1.2倍、优选大于或等于氧化物半导体膜中的氢浓度的5倍。
可给出钛、镁、钇、铝、钨、钼等作为具有低负电性的金属。包含这些金属中的一种或多种的混合物、金属化合物、或者合金可被用作源电极和漏电极的导电膜。此外，以上材料可与耐热导电材料(诸如从钽、铬、钕、以及钪中选择的元素；包含这些元素中的一种或多种作为组分的合金；包含该元素作为组分的氮化物)组合。
注意，可使用单个导电膜或层叠的多个导电膜来形成源电极和漏电极。当使用层叠的多个导电膜来形成源电极和漏电极时，在多个导电膜中，与氧化物半导体膜接触的至少一个导电膜可使用具有低负电性的金属(诸如钛、镁、钇、铝、钨、或钼)、使用该金属的混合物、金属化合物、或合金来形成。与氧化物半导体膜接触的导电膜之一中的氢浓度是氧化物半导体膜中的氢浓度的1.2倍、优选大于或等于其5倍。
当作为可通过消除诸如水分或氢之类的杂质来获得本征(i型)半导体或基本i型的半导体的氧化物半导体时，可防止促进晶体管的特性因杂质造成的劣化(诸如阈值电压的偏移)，并且可减小截止状态电流。
被导电膜吸收的诸如氢或水之类的杂质容易与导电膜中所包含的具有低负电性的金属组合。与作为固溶体存在于导电膜中的氢相比，与导电膜中的金属具有化学键的杂质不太可能被释放，因为在这些杂质被导电膜吸收之后该与金属的键是稳定的。因此，在根据本发明的一个实施例的半导体器件中，保持其中杂质(诸如氢或水)被捕获在晶体管中所包括的源电极和漏电极中，并且源电极和漏电极中的氢浓度高于氧化物半导体膜中的氢浓度的状态。具体地，源电极和漏电极中的氢浓度是氧化物半导体膜中的氢浓度的1.2倍、优选大于或等于其5倍。
具体地，导电膜中的氢浓度大于或等于1×1019/cm3、优选大于或等于5×1018/cm3、更优选大于或等于5×1017/cm3，并且是氧化物半导体膜中的氢浓度的1.2倍、优选大于或等于其5倍。导电膜中的氢浓度是通过二次离子质谱法(SIMS)所测量的值。
在此描述对氧化物半导体膜中的氢浓度的分析。氧化物半导体膜和导电膜中的氢浓度通过二次离子质谱法(SIMS)来测量。已知原则上难以通过SIMS分析来获得样本表面附近或使用不同材料形成的层叠膜之间的界面附近的数据。由此，在通过SIMS来分析这些膜中的氢浓度在厚度方向上的分布的情况下，采用设置有这些膜的区域中的平均值作为氢浓度，在该区域中该值改变不大且大致可获得相同浓度。此外，在该膜厚度小的情况下，由于彼此相邻的这些膜中的氢浓度的影响，在一些情况下无法找到大致可获得相同浓度的区域。在此情况下，采用设置有这些膜的区域中的氢浓度的最大值或最小值作为该膜中的氢浓度。此外，在设置有这些膜的区域中不存在具有最大值的山状峰以及具有最小值的谷状峰的情况下，采用拐点的值作为氢浓度。
晶体管可以是底栅晶体管，顶栅晶体管、或底接触晶体管。底栅晶体管包括：绝缘表面上的栅电极；栅电极上的栅绝缘膜；隔着栅绝缘膜与栅电极重叠的氧化物半导体膜；氧化物半导体膜上的源电极和漏电极；源电极、漏电极和氧化物半导体膜上的绝缘膜。顶栅晶体管包括：绝缘表面上的氧化物半导体膜；氧化物半导体膜上的栅绝缘膜；与栅绝缘膜上的氧化物半导体膜重叠且用作导电膜的栅电极；源电极；漏电极；以及源电极、漏电极和氧化物半导体膜上的绝缘膜。底接触晶体管包括：绝缘表面上的栅电极；栅电极上的栅绝缘膜；栅绝缘膜上的源电极和漏电极；在源电极和漏电极上且隔着栅绝缘膜与栅电极重叠的氧化物半导体膜；以及源电极、漏电极和氧化物半导体膜上的绝缘膜。
注意，在具有低负电性的金属中，钛、钼、以及钨具有与氧化物半导体膜的低接触电阻。因此，钛、钼、或钨用于与氧化物半导体膜接触的导电膜，从而可减少氧化物半导体膜中的杂质，并且可形成与氧化物半导体膜具有低接触电阻的源电极和漏电极。
除了以上结构以外，源电极和漏电极的暴露导电膜可在惰性气体气氛中进行热处理，从而可促进对氧化物半导体膜中的杂质(诸如氢或水)的吸取。用于促进吸取的热处理的温度范围优选高于或等于100℃且低于或等于350℃、更优选高于或等于220℃且低于或等于280℃。进行热处理以使存在于氧化物半导体膜、栅绝缘膜中、或者氧化物半导体膜与另一栅绝缘膜之间的界面处以及该界面附近的杂质(诸如水分或氢)可被使用具有低负电性的金属形成的导电膜容易地吸取。
注意，已发现通过溅射等形成的氧化物半导体膜包含作为杂质的大量氢或水。根据本发明的一个实施例，为了减少氧化物半导体膜中的杂质(诸如水分或氢)，在形成氧化物半导体膜之后，所暴露的氧化物半导体膜在还原气氛、氮气、稀有气体等的惰性气体气氛、氧气气氛、或超干空气气氛(在其水分含量在使用腔衰荡激光谱(CRDS)系统的露点表来进行测量的情况下小于或等于20ppm(露点变换，-55℃)、优选小于或等于1ppm、更优选小于或等于10ppb的空气中)中进行热处理。该热处理优选在高于或等于500℃且低于或等于750℃(或者低于或等于玻璃衬底的应变点)的温度下进行。注意，该热处理在不超过要使用的衬底的容许温度限值的温度下进行。通过热处理消除水或氢的效果由热解吸谱仪(TDS)确认。
炉内热处理或快速热退火法(RTA法)用于该热处理。可采用使用灯光源的方法、或其中在加热气体中移动衬底时进行短时间的热处理的方法来作为RTA法。通过使用RTA法，也有可能使热处理所需的时间短于0.1小时。
不仅在通过溅射等的膜形成时、而且在膜形成之后，氧化物半导体膜周围的氢或水容易被氧化物半导体膜吸收。水或氢容易形成施主能级，并且由此用作氧化物半导体中的杂质本身。因此，根据本发明的一个实施例，在形成源电极和漏电极之后，使用具有高阻挡性的绝缘材料的绝缘膜可被形成为覆盖源电极、漏电极、以及氧化物半导体膜。具有高阻挡性的绝缘材料优选用于该绝缘膜。例如，可使用氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化铝膜、氮氧化铝膜等作为具有高阻挡性的绝缘膜。当使用层叠的多个绝缘膜时，在更接近氧化物半导体膜的一侧上形成其氮的比例低于具有阻挡性的绝缘膜(诸如氧化硅膜或氧氮化硅膜)的绝缘膜。然后，具有阻挡性的绝缘膜被形成为与源电极、漏电极、以及氧化物半导体膜重叠，其中在具有阻挡性的绝缘膜与源电极、漏电极、以及氧化物半导体膜之间具有氮的比例较低的绝缘膜。当使用具有阻挡性的绝缘膜时，可防止诸如水分或氢之类的杂质进入氧化物半导体膜、栅绝缘膜、或者氧化物半导体膜与另一绝缘膜之间的界面及其附近。
另外，在栅电极和氧化物半导体膜之间，栅绝缘膜可被形成为具有其中使用具有高阻挡性的材料形成的绝缘膜、以及具有较低比例氮的绝缘膜(诸如氧化硅膜或氧氮化硅膜)层叠的结构。在具有阻挡性的绝缘膜和氧化物半导体膜之间形成绝缘膜，诸如氧化硅膜或氧氮化硅膜。使用具有阻挡性的绝缘膜，从而可防止气氛中的杂质(诸如水分或氢)、或者衬底中所包括的杂质(诸如碱金属或重金属)进入氧化物半导体膜、栅绝缘膜、或者氧化物半导体膜与另一绝缘膜之间的界面及其附近。
可使用诸如In-Sn-Ga-Zn-O基氧化物半导体之类的四组分金属氧化物，诸如In-Ga-Zn-O基氧化物半导体、In-Sn-Zn-O基氧化物半导体、In-Al-Zn-O基氧化物半导体、Sn-Ga-Zn-O基氧化物半导体、Al-Ga-Zn-O基氧化物半导体、以及Sn-Al-Zn-O基氧化物半导体之类的三组分金属氧化物，或者诸如In-Zn-O基氧化物半导体、Sn-Zn-O基氧化物半导体、Al-Zn-O基氧化物半导体、Zn-Mg-O基氧化物半导体、Sn-Mg-O基氧化物半导体、In-Mg-O基氧化物半导体、In-Ga-O基氧化物半导体之类的二组分金属氧化物，In-O基氧化物半导体、Sn-O基氧化物半导体、以及Zn-O基氧化物半导体来作为氧化物半导体。注意，在本说明书中，例如，In-Sn-Ga-Zn-O基氧化物半导体是指包含铟(In)、锡(Sn)、镓(Ga)、以及锌(Zn)的金属氧化物。对组分比没有具体的限制。以上氧化物半导体可包含硅。
替换地，氧化物半导体可由化学式InMO3(ZnO)m(m＞0)表示。在此，M表示从Ga、Al、Mn、以及Co中选择的一种或多种金属元素。
去除氧化物半导体中所包含的诸如氢或水之类的杂质，具体地，通过二次离子质谱法(SIMS)所测量的氧化物半导体中的氢浓度值小于或等于5×1019/cm3、优选小于或等于5×1018/cm3、更优选小于或等于5×1017/cm3、再优选小于1×1016/cm3，并且使用其氢浓度充分降低的高度提纯的氧化物半导体膜，由此晶体管的截止状态电流可减小。
具体地，可通过各种实验来证明其中高度提纯的氧化物半导体膜被用作有源层的晶体管的低截止状态电流。例如，即使在使用沟道宽度为1×106μm且沟道长度为10μm的元件时，截止状态电流(栅电极和源电极之间的电压小于或等于0V时的漏电流)也可小于或等于半导体参数分析仪的测量限值，即在源电极和漏电极之间的电压(漏电压)为从1V到10V的范围内小于或等于1×10-13A。在此情况下，已发现与以截止状态电流除以晶体管的沟道宽度的方式而计算的数值相对应的截止状态电流密度小于或等于100zA/μm。此外，通过使用其中电容器和晶体管彼此连接、并且流入电容器或从电容器流出的电荷受晶体管控制的电路来测量截止状态电流密度。在该测量中，高度提纯的氧化物半导体膜用于晶体管的沟道形成区，并且通过电容器每单位小时的电荷量变化来测量晶体管的截止态电流密度。因此，已发现在晶体管的源电极和漏电极之间的电压为3V的情况下，获得几十yA/μm的较低截止态电流密度。由此，在根据本发明一个实施例的半导体器件中，取决于源电极和漏电极之间的电压，其中高度提纯的氧化物半导体膜被用作有源层的晶体管的截止态电流密度可被设为小于或等于100yA/μm、优选小于或等于10yA/μm、更优选小于或等于1yA/μm。因此，其中高度提纯的氧化物半导体膜被用作有源层的晶体管的截止状态电流比其中使用具有一结晶度的硅的晶体管低很多。
可提供用于制造高度可靠的半导体器件的方法。可提供用于制造具有低功耗的半导体器件的方法。可提供高度可靠的半导体器件。可提供具有低功耗的半导体器件。
附图简述
图1A至1C是示出半导体器件的结构的视图。
图2A至2E是示出用于制造半导体器件的方法的视图。
图3A至3C是示出半导体器件的结构的视图。
图4A和4B是示出用于制造半导体器件的方法的视图。
图5A至5E是示出用于制造半导体器件的方法的视图。
图6是薄膜晶体管的俯视图。
图7A和7B是薄膜晶体管的截面图，而图7C是薄膜晶体管的俯视图。
图8A至8E是薄膜晶体管的截面图。
图9是薄膜晶体管的俯视图。
图10A至10C是示出用于制造半导体器件的方法的截面图。
图11A和11B是示出用于制造半导体器件的方法的截面图。
图12A和12B是示出用于制造半导体器件的方法的截面图。
图13是示出用于制造半导体器件的方法的俯视图。
图14是示出用于制造半导体器件的方法的俯视图。
图15是示出用于制造半导体器件的方法的俯视图。
图16A是电子纸的俯视图，而图16B是其截面图。
图17A和17B是半导体器件的框图。
图18A是示出信号线驱动电路的结构的示图，而图18B是其时序图。
图19A和19B是各自示出移位寄存器的结构的电路图。
图20A是移位寄存器的电路图，而图20B是示出移位寄存器的操作的时序图。
图21是液晶显示设备的截面图。
图22是发光设备的截面图。
图23A至23C各自示出液晶显示设备模块的结构。
图24A至24F是各自示出包括半导体器件的电子设备的视图。
图25是使用氧化物半导体形成的倒交错薄膜晶体管的截面图。
图26A和26B是沿图25中的线A-A′所取的截面的能带图(示意图)。
图27A是示出其中正电位(+VG)被施加到栅极(GI)的状态的示图，而图27B是示出其中负电位(-VG)被施加到栅极(GI)的状态的示图。
图28是示出真空能级、金属的功函数(φM)、以及氧化物半导体的电子亲和性(χ)之间的关系的示图。
图29A和29B示出通过SIMS对氢的二次离子强度的分析结果。
图30A和30B示出通过SIMS对氢的二次离子强度的分析结果。
用于实现本发明的最佳模式
在下文中，将参考附图详细地描述本发明的各个实施例。然而，本发明不限于以下描述，并且本领域技术人员容易理解，模式和细节可以各种方式改变而不背离本发明的精神与范围。因此，本发明不应被解释为限于以下各个实施例的描述。
本发明可应用于制造包括微处理器、诸如图像处理电路之类的集成电路、RF标签、以及半导体显示设备的任何种类的半导体器件。半导体器件是指可通过利用半导体特性而起作用的任何器件，并且半导体显示设备、半导体电路、以及电子设备都包括在半导体器件的范畴内。半导体显示设备在其范畴内包括以下元件：液晶显示设备；其中为每一像素设置以有机发光元件(OLED)为代表的发光元件的发光设备；电子纸；数字微镜设备(DMD)；等离子体显示面板(PDP)；场发射显示器(FED)；以及其中使用半导体膜的电路元件包括在驱动电路中的其他半导体显示设备。
(实施例1)
以具有沟道蚀刻结构的底栅薄膜晶体管为例，并且将描述根据本发明的一个实施例的半导体器件中所包括的晶体管的结构。
图1A示出薄膜晶体管110的截面图，而图1C示出图1A所示的薄膜晶体管10的俯视图。注意，沿图1C中的虚线A1-A2所取的截面图对应于图1A。
薄膜晶体管110包括在具有绝缘表面的衬底100上形成的栅电极101、栅电极101上的栅绝缘膜102、在栅绝缘膜102上且与栅电极101重叠的氧化物半导体膜108、以及在氧化物半导体膜108上形成的一对源电极106和漏电极107。此外，薄膜晶体管110可包括在氧化物半导体膜108上形成的绝缘膜109作为组件。薄膜晶体管110具有其中蚀刻掉氧化物半导体膜108在源电极106和漏电极107之间的一部分的沟道蚀刻结构。可在栅电极101和衬底100之间设置用作基膜的绝缘膜。
岛状氧化物半导体膜108以在通过使用氧化物半导体靶的溅射法形成氧化物半导体膜之后、通过蚀刻等将氧化物半导体膜处理成期望形状的方式形成。此外，可在稀有气体(例如，氩气)气氛、氧气气氛、或包含稀有气体(例如，氩气)和氧气的气氛中通过溅射法形成该氧化物半导体膜。岛状氧化物半导体膜108的厚度被设为大于或等于10nm且小于或等于300nm、优选大于或等于20nm且小于或等于100nm。
以上氧化物半导体可用于氧化物半导体膜108。
使用具有充分减小的氢浓度的高度提纯的氧化物半导体膜，在该氧化物半导体膜中去除了氧化物半导体中所包含的杂质(诸如氢或水)以使通过二次离子质谱法(SIMS)所测量的氧化物半导体中的氢浓度值小于或等于5×1019/cm3、优选小于或等于5×1018/cm3、更优选小于或等于5×1017/cm3，由此晶体管的截止状态电流可减小。
在本实施例中，通过使用包含铟(In)、镓(Ga)、以及锌(Zn)(In2O3∶Ga2O3∶ZnO＝1∶1∶1)的氧化物半导体靶的溅射法而获得的厚度为30nm的In-Ga-Zn-O基非单晶膜被用作为氧化物半导体膜108。
在岛状氧化物半导体膜108上形成源电极和漏电极的导电膜之后，导电膜通过蚀刻等来图案化，从而形成源电极106和漏电极107。当通过以上图案化来形成源电极106和漏电极107时，在一些情况下部分地蚀刻岛状氧化物半导体膜108的暴露部分。因此，如图1A所示，当部分地蚀刻掉氧化物半导体膜108位于源电极106和漏电极107之间的区域时，该区域的厚度变得小于与源电极106或漏电极107重叠的区域的厚度。
使用具有低负电性的金属、或者使用该金属的混合物、金属化合物、或合金来形成源电极106和漏电极107，并且源电极106和漏电极107中的氢浓度是氧化物半导体膜108中的氢浓度的1.2倍、优选大于或等于其5倍。
具体地，源电极106和漏电极107中的氢浓度大于或等于1×1019/cm3、优选大于或等于5×1018/cm3、更优选大于或等于5×1017/cm3，并且是氧化物半导体膜108中的氢浓度的1.2倍、优选大于或等于其5倍。源电极106和漏电极107中的氢浓度是通过二次离子质谱法(SIMS)所测量的值。
可给出钛、镁、钇、铝、钨、钼等作为具有低负电性的金属。包含这些金属中的一种或多种的混合物、金属化合物、或者合金可被用作源电极106和漏电极107。此外，以上材料可与耐热导电材料(诸如从钽、铬、钕、以及钪中选择的元素；包含这些元素中的一种或多种作为组分的合金；或者包含该元素作为组分的氮化物)组合。
在本发明的一个实施例中，由于具有低负电性的金属、或者使用该金属的混合物、金属化合物、或合金用于源电极106和漏电极107，因此存在于氧化物半导体膜108、栅绝缘膜102中、或者氧化物半导体膜108与另一绝缘膜之间的界面处及其附近的杂质(诸如水分或氢)可被用于形成源电极106和漏电极107的导电膜容易地吸取。因此，可通过消除诸如水分或氢之类的杂质来获得作为本征(i型)半导体或基本i型的半导体的氧化物半导体膜108，并且可防止促进晶体管110的特性因杂质造成的劣化(诸如阈值电压的偏移)，且可减小截止状态电流。
注意，在具有低负电性的金属中，钛、钼、以及钨具有与氧化物半导体膜108的低接触电阻。因此，钛、钼、或钨用于形成源电极106和漏电极107的导电膜，从而可减少氧化物半导体膜108中的杂质，并且可形成具有与氧化物半导体膜108的低接触电阻的源电极106和漏电极107。
另外，通过二次离子质谱法(SIMS)，观察到氧化物半导体膜中的氢浓度在形成氧化物半导体膜时的该时刻约为1020/cm3。在本发明中，去除不可避免地存在于氧化物半导体中且形成施主能级的杂质(诸如水或氢)，从而氧化物半导体膜被高度提纯为i型(本征)半导体膜。另外，在去除水或氢的情况下，作为氧化物半导体的组分之一的氧也减少。由此，作为本发明的技术思想之一，含氧的绝缘膜被形成为与氧化物半导体膜接触，从而向具有氧空位的氧化物半导体膜供应足够的氧。
氧化物半导体膜中的氢含量优选尽可能地小，并且氧化物半导体中的载流子优选较少。即，作为一指标，氢浓度小于或等于1×1019/cm3、优选小于或等于5×1018/cm3、更优选小于或等于5×1017/cm3或者小于或等于1×1016/cm3。另外，载流子密度小于或等于1×1014/cm3、优选小于或等于1×1012/cm3。更理想地，载流子密度基本为0。在本发明中，氧化物半导体膜的载流子密度尽可能地减小，并且其理想载流子密度基本为0；因此，氧化物半导体膜用作从TFT的源电极和漏电极供应的载流子通过的路径。
氧化物半导体膜的载流子密度被尽可能地减小到小于1×1011/cm3，并且理想地基本为0；因此，TFT的截止状态电流可减小为尽可能地低。
通过溅射法绝缘膜109形成为与岛状氧化物半导体膜108、源电极106和漏电极107接触。在本实施例中，绝缘膜109被形成为具有其中通过溅射法形成的100nm厚的氮化硅膜层叠在通过溅射法形成的200nm厚的氧化硅膜上的结构。
注意，在图1A中，描述其中使用单层导电膜来形成源电极106和漏电极107的情况。然而，本发明的一个实施例不限于该结构，并且例如，可使用层叠的多个导电膜来形成源电极106和漏电极107。图1B是在源电极106和漏电极107各自具有相层叠的第一导电膜105a和第二导电膜105b的情况下的晶体管的截面图。注意，在图1B中，具有类似于图1A所示的晶体管110的功能的部分由相同的附图标记标示。
图1B所示的晶体管中的源电极106和漏电极107以如下方式形成：源电极和漏电极的第一导电膜105a和第二导电膜105b层叠在岛状氧化物半导体膜108上，并且随后这些导电膜通过蚀刻等来图案化。因此，源电极106和漏电极107各自具有与氧化物半导体膜108接触的第一导电膜105a以及层叠在第一导电膜105a上的第二导电膜105b。随后，使用具有低负电性的金属、或者使用该金属的混合物、金属化合物、或合金来形成第一导电膜105a，并且第一导电膜105a中的氢浓度是氧化物半导体膜108中的氢浓度的1.2倍、优选大于或等于其5倍。
具体地，当第一导电膜105a中的氢浓度大于或等于1×1019/cm3、优选大于或等于5×1018/cm3、且更优选大于或等于5×1017/cm3时，第一导电膜105a中的氢浓度是氧化物半导体膜108中的氢浓度的1.2倍、优选大于或等于其5倍。第一导电膜105a中的氢浓度是通过二次离子质谱法(SIMS)所测量的值。
具体地，第二导电膜105b可被形成为具有使用利用诸如钼、钛、铬、钽、钨、钕、或钪之类的金属材料、包含这些金属材料中的任一种作为其主要组分的合金材料、或者包含这些金属中的任一种的氮化物的一个或多个导电膜的单层结构或叠层结构。注意，对于第二导电膜105b，如果铝或铜可耐受后续工艺中进行的热处理的温度，则也可被用作这种金属材料。铝或铜优选与高熔点(refractory)金属材料组合使用以避免耐热和腐蚀的问题。可使用钼、钛、铬、钽、钨、钕、钪等作为高熔点金属材料。替换地，氧化铟、氧化铟氧化锡合金、氧化铟氧化锌合金、氧化锌、氧化铝锌、氧氮化铝锌、或氧化镓锌的透光氧化物导电膜可被用作第二导电膜105b。
具体而言，当诸如铝或铜之类的低电阻率材料用于第二导电膜105b时，使用第一导电膜105a和第二导电膜105b而形成的源电极106和漏电极107的组合电阻可减小。
当使用具有低负电性的金属、或者使用该金属的混合物、金属化合物、或合金来形成与氧化物半导体膜108接触的第一导电膜105a时，存在于氧化物半导体膜108、栅绝缘膜102中、或者氧化物半导体膜108与另一绝缘膜之间的界面处及其附近的杂质(诸如水分或氢)可被第二导电膜105b容易地吸取，如在图1A中。因此，可通过消除诸如水分或氢之类的杂质来获得作为本征(i型)半导体或基本i型半导体的氧化物半导体膜108，并且可防止促进晶体管110的特性因杂质造成的劣化(诸如阈值电压的偏移)，且可减小截止状态电流。
注意，在具有低负电性的金属之间，钛、钼、以及钨具有与氧化物半导体膜108的低接触电阻。因此，钛、钼、或钨用于第一导电膜105a，从而可减少氧化物半导体膜108中的杂质，并且可形成具有与氧化物半导体膜108的低接触电阻的源电极106和漏电极107。
接着，具有图1B所示的沟道蚀刻结构的底栅薄膜晶体管被用作一示例，并且将参考图2A至2E以及图3A至3C来描述半导体器件的更详细结构及其制造方法。
如图2A所示，在衬底100上形成栅电极101。
可在衬底100和栅电极101之间形成用作基膜的绝缘膜。例如，可使用氧化硅膜、氧氮化硅膜、氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化铝膜、以及氮氧化铝膜中的任一个或多个的单层或叠层来作为基膜。具体而言，具有高阻挡性的绝缘膜(例如，氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化铝膜、或氮氧化铝膜)用于基膜，从而可防止气氛中的杂质(诸如水分或氢)、或者衬底100中所包括的杂质(诸如碱金属或重金属)进入氧化物半导体膜、栅绝缘膜、或者氧化物半导体膜与另一绝缘膜之间的界面及其附近。
在本说明书中，氧氮化物是指含氧量大于含氮量的物质，而氮氧化物是指含氮量大于含氧量的物质。
栅电极101可被形成为具有使用利用诸如钼、钛、铬、钽、钨、钕、或钪之类的金属材料、包含这些金属材料中的任一种作为其主要组分的合金材料、或者包含这些金属中的任一种的氮化物的一个或多个导电膜的单层或叠层。注意，如果铝或铜可耐受后续工艺中进行的热处理的温度，则也可被用作这种金属材料。铝或铜优选与高熔点金属材料组合以避免耐热和腐蚀的问题。可使用钼、钛、铬、钽、钨、钕、钪等作为高熔点金属材料。
例如，作为栅电极101的双层结构，以下结构是优选的：其中钼膜层叠在铝膜上的双层结构，其中钼膜层叠在铜膜上的双层结构，其中氮化钛膜或氮化钽膜层叠在铜膜上的双层结构，以及氮化钛膜和钼膜层叠的双层结构。作为栅电极101的三层结构，以下结构是优选的：包含铝膜、铝和硅的合金膜、铝和钛的合金膜，或者中间层中的铝和钕的合金膜、以及顶层和底层中的钨膜、氮化钨膜、氮化钛膜、以及钛膜中的任一种的层叠结构。
此外，氧化铟、氧化铟氧化锡合金、氧化铟氧化锌合金、氧化锌、氧化铝锌、氧氮化铝锌、氧化镓锌等的透光氧化物导电膜被用作栅电极101，从而可增加像素部分的开口率。
栅电极101的厚度为10nm至400nm、优选为100nm至200nm。在本实施例中，在通过使用钨靶的溅射法将栅电极的导电膜形成为具有150nm的厚度之后，通过蚀刻将导电膜处理(图案化)成期望形状，由此形成栅电极101。
接着，在栅电极101上形成栅绝缘膜102。可通过等离子体增强的CVD法、溅射法等将栅绝缘膜102形成为具有单层的氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜、氧化铝膜、或氧化钽膜、或者其叠层。优选栅绝缘膜102包括尽可能少的杂质，诸如水分或氢。栅绝缘膜102可具有其中使用具有高阻挡性的材料形成的绝缘膜、以及具有较低比例的氮的绝缘膜(诸如氧化硅膜或氧氮化硅膜)层叠的结构。在此情况下，在具有阻挡性的绝缘膜和氧化物半导体膜之间形成绝缘膜，诸如氧化硅膜或氧氮化硅膜。例如，可给出氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化铝膜、氮氧化铝膜等作为具有高阻挡性的绝缘膜。使用具有阻挡性的绝缘膜，从而可防止气氛中的杂质(诸如水分或氢)、或者衬底中所包括的杂质(诸如碱金属或重金属)进入氧化物半导体膜、栅绝缘膜102、或者氧化物半导体膜与另一绝缘膜之间的界面及其附近。另外，具有较低比例的氮的绝缘膜(诸如氧化硅膜或氧氮化硅膜)被形成为与氧化物半导体膜接触，从而可防止使用具有高阻挡性的材料形成的绝缘膜与氧化物半导体膜直接接触。
在本实施例中，栅绝缘膜102被形成为具有其中通过溅射法形成的100nm厚的氧化硅膜层叠在通过溅射法形成的50nm厚的氮化硅膜上的结构。
接着，在栅绝缘膜102上形成氧化物半导体膜。该氧化物半导体膜通过使用氧化物半导体靶的溅射法来形成。此外，可在稀有气体(例如，氩气)气氛、氧气气氛、或者包含稀有气体(例如，氩气)和氧气的气氛中通过溅射法形成该氧化物半导体膜。
注意，在通过溅射法形成氧化物半导体膜之前，优选通过导入氩气并生成等离子体的反溅射来去除附着到栅绝缘膜102的表面的灰尘。反溅射是指其中在未向靶侧施加电压的情况下，RF电源用于在氩气气氛中向基板侧施加电压、从而在衬底附近生成等离子体以使表面改性的方法。注意，可使用氮气气氛、氦气气氛等来代替氩气气氛。替换地，可使用添加了氧气、一氧化二氮等的氩气气氛。替换地，可使用添加了氯气、四氟化碳等的氩气气氛。
对于氧化物半导体膜，可使用如以上所述的氧化物半导体。
氧化物半导体膜的厚度被设为10nm至300nm、优选20nm至100nm。在本实施例中，使用通过使用包含铟(In)、镓(Ga)、以及锌(Zn)(摩尔比In2O3∶Ga2O3∶ZnO＝1∶1∶1或1∶1∶2)的氧化物半导体靶的溅射法而获得的厚度为30nm的In-Ga-Zn-O基非单晶膜来作为氧化物半导体膜。在本实施例中，采用DC溅射法，氩气的流速为30sccm，氧气的流速为15sccm，并且衬底温度是室温。
可在不暴露给空气的情况下连续地形成栅绝缘膜102和氧化物半导体膜。在不暴露给空气的情况下连续的膜形成可能获得叠层之间的每一界面，该界面不受大气组分或在空气中漂浮的杂质元素(诸如水、碳氢化合物)污染。因此，可减少薄膜晶体管的特性变化。
接着，如图2A所示，通过蚀刻等将氧化物半导体膜处理(图案化)成期望形状，由此在岛状氧化物半导体膜103与栅电极101重叠的位置处岛状氧化物半导体膜103在栅绝缘膜102上形成。
然后，可在还原气氛、氮气、稀有气体等的惰性气体气氛、氧气气氛、或超干空气气氛(在其水分含量在使用腔衰荡激光谱(CRDS)系统的露点表来进行测量的情况下小于或等于20ppm(露点变换，-55℃)、优选小于或等于1ppm、更优选小于或等于10ppb的空气中)中对氧化物半导体膜103进行热处理。当对氧化物半导体膜103进行热处理时，形成其中消除了水分或氢的氧化物半导体膜104。具体地，可在惰性气体(氮气、氦气、氖气、氩气等)气氛中，在高于或等于500℃且低于或等于750℃(或者低于或等于玻璃衬底的应变点)的温度下进行快速热退火(RTA)处理约大于或等于1分钟且小于或等于10分钟，优选在600℃的温度下进行该RTA处理约大于或等于3分钟且小于或等于6分钟。由于可通过RTA法在短时间内进行脱水或脱氢，因此即使在高于玻璃基板的应变点的温度下也可进行处理。注意，在形成岛状氧化物半导体膜103之后不一定进行热处理，而在形成岛状氧化物半导体膜103之前对氧化物半导体膜进行热处理。可在形成氧化物半导体膜104之后进行一次以上的热处理。通过热处理来消除诸如水分或氢之类的杂质，从而岛状氧化物半导体膜104变成本征(i型)半导体或基本i型的半导体；因此，可防止促进晶体管的特性因杂质造成的劣化，并且可减小截止状态电流。
在本实施例中，在衬底温度达到设定温度的状态中，在氮气气氛中在600℃下进行热处理达6分钟。此外，使用电炉的加热法、诸如使用加热气体的气体快速热退火(GRTA)法或使用灯光的灯快速热退火(LRTA)法之类的快速加热法等可用于该热处理。例如，在使用电炉进行热处理的情况下，温度上升特性优选被设为高于或等于0.1℃/分钟且低于或等于20℃/分钟，而温度下降特性优选被设为高于或等于0.1℃/分钟且低于或等于15℃/分钟。
注意，优选在热处理中，在氮气、或者诸如氦气、氖气或氩气之类的稀有气体中不包含水分、氢等。替换地，优选导入热处理装置的氮气、或者诸如氦气、氖气或氩气之类的稀有气体的纯度被设为高于或等于6N(99.9999％)、优选高于或等于7N(99.99999％)(即，杂质浓度低于或等于1ppm、优选低于或等于0.1ppm)。
接着，如图2C所示，在岛状氧化物半导体膜104上形成用于源电极和漏电极的导电膜。在本实施例中，使用具有低负电性的金属、或者使用该金属的混合物、金属化合物、或合金的第一导电膜105a被形成为与氧化物半导体膜104接触，并且随后第二导电膜105b层叠在第一导电膜105a上。
可给出钛、镁、钇、铝、钨、钼等作为具有低负电性的金属。包含这些金属中的一种或多种的混合物、金属化合物、或者合金可被用作第一导电膜105a。此外，以上材料可与耐热导电材料(诸如从钽、铬、钕、以及钪中选择的元素；包含这些元素中的一种或多种作为组分的合金；或者包含该元素作为组分的氮化物)组合。
具体地，第二导电膜105b可被形成为具有使用利用诸如钼、钛、铬、钽、钨、钕、或钪之类的金属材料、包含这些金属材料中的任一种作为其主要组分的合金材料、或者包含这些金属中的任一种的氮化物的一个或多个导电膜的单层结构或叠层结构。注意，对于第二导电膜105b，如果铝或铜可耐受后续工艺中进行热处理的温度，则也可被用作这种金属材料。铝或铜优选与高熔点金属材料组合使用以避免耐热和腐蚀的问题。可使用钼、钛、铬、钽、钨、钕、钪等作为高熔点金属材料。替换地，氧化铟、氧化铟氧化锡合金、氧化铟氧化锌合金、氧化锌、氧化铝锌、氧氮化铝锌、或氧化镓锌的透光氧化物导电膜可被用作第二导电膜105b。
具体而言，当诸如铝或铜之类的低电阻率材料用于第二导电膜105b时，使用第一导电膜105a和第二导电膜105b形成的源电极106和漏电极107的组合电阻可减小。
第一导电膜105a的厚度优选为10nm至200nm、更优选为50nm至150nm。第二导电膜105b的厚度优选为100nm至300nm、更优选为150nm至250nm。在本实施例中，通过溅射法形成的100nm厚的钛膜被用作第一导电膜105a，而通过溅射法形成的200nm厚的铝膜被用作第二导电膜105b。
在本发明的一个实施例中，使用具有低负电性的金属、或者使用该金属的混合物、金属化合物、或合金来形成第一导电膜105a，从而存在于氧化物半导体膜104、栅绝缘膜102中、或者氧化物半导体膜104与另一绝缘膜之间的界面处及其附近的杂质(诸如水分或氢)被第一导电膜105a吸取。因此，通过消除诸如水分或氢之类的杂质，可获得作为本征(i型)半导体或基本i型半导体的氧化物半导体膜108，并且可防止促进晶体管的特性因杂质造成的劣化(诸如阈值电压的偏移)，且可减小截止状态电流。
除了以上结构以外，所暴露的第二导电膜105b可在诸如氮气气氛或稀有气体(氩气、氦气等)气氛之类的惰性气体气氛中进行热处理，从而可促进对诸如氢或水之类的杂质的吸取。用于促进吸取的热处理的温度范围优选高于或等于100℃且低于或等于350℃、更优选高于或等于220℃且低于或等于280℃。进行热处理以使存在于氧化物半导体膜104、栅绝缘膜102中、或者氧化物半导体膜104与另一栅绝缘膜之间的界面处及其附近的杂质(诸如水分或氢)可被第一导电膜105a容易地吸取。
接着，如图2D所示，通过蚀刻等将第一导电膜105a和第二导电膜105b处理(图案化)成期望形状，由此形成源电极106和漏电极107。例如，当钛膜用于第一导电膜105a而铝膜用于第二导电膜105b时，在使用含磷酸的溶液对第二导电膜105b进行湿法蚀刻之后，可使用含氨和双氧水的溶液(氨双氧水混合物)对第一导电膜105a进行湿法蚀刻。具体地，在本实施例中，由沃克纯化学工业有限公司(Wako Pure Chemical Industries，Ltd.)生产的Al-蚀刻剂(包含2.0wt％的硝酸、9.8wt％的醋酸、以及72.3wt％的磷酸的水溶液)被用作含磷酸的溶液。另外，具体地，使用其中31wt％的双氧水、28wt％的氨水、以及水以5∶2∶2的体积比混合的水溶液作为氨双氧水混合物。替换地，可使用包含氯(Cl2)、氯化硼(BCl3)等的气体对第一导电膜105a和第二导电膜105b进行干法蚀刻。
当通过图案化来形成源电极106和漏电极107时，在一些情况下蚀刻掉岛状氧化物半导体膜104的暴露部分的一部分。在本实施例中，描述形成具有凹槽(凹陷部分)的岛状氧化物半导体膜108的情况。
注意，如图2E所示，在形成源电极106和漏电极107之后，绝缘膜109被形成为覆盖源电极106、漏电极107、以及氧化物半导体膜108。绝缘膜109优选包括尽可能少的杂质(诸如水分或氢)，并且绝缘膜109可使用单层绝缘膜或层叠的多个绝缘膜来形成。具有高阻挡性的材料优选用于绝缘膜109。例如，可使用氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化铝膜、氮氧化铝膜等作为具有高阻挡性的绝缘膜。当使用层叠的多个绝缘膜时，在更接近氧化物半导体膜108的一侧上形成其氮的比例比具有阻挡性的绝缘膜(诸如氧化硅膜或氧氮化硅膜)低的绝缘膜。然后，具有阻挡性的绝缘膜被形成为与源电极106、漏电极107、以及氧化物半导体膜108重叠，其中在具有阻挡性的绝缘膜与源电极106、漏电极107、以及氧化物半导体膜108之间具有氮的比例较低的绝缘膜。当使用具有阻挡性的绝缘膜时，可防止诸如水分或氢之类的杂质进入氧化物半导体膜108、栅绝缘膜102、或者氧化物半导体膜108与另一绝缘膜之间的界面及其附近。另外，具有较低比例氮的绝缘膜(诸如氧化硅膜或氧氮化硅膜)被形成为与氧化物半导体膜108接触，从而可防止使用具有高阻挡性的材料形成的绝缘膜与氧化物半导体膜直接接触。
在本实施例中，绝缘膜109被形成为具有其中通过溅射法形成的100nm厚的氮化硅膜层叠在通过溅射法形成的200nm厚的氧化硅膜上的结构。膜形成时的衬底温度可高于或等于室温且低于或等于300℃，且在本实施例中为100℃。
氧化物半导体膜108设置在源电极106和漏电极107之间的暴露区域、以及形成绝缘膜109的氧化硅被设置成彼此接触，从而通过供氧来增大氧化物半导体膜108与绝缘膜109接触的区域的电阻，由此可形成包括具有高电阻的沟道形成区的氧化物半导体膜108。
注意，可在形成绝缘膜109之后进行热处理。该热处理优选在空气气氛或惰性气体(氮气、氦气、氖气、或氩气)气氛中在高于或等于200℃且低于或等于400℃(例如，高于或等于250℃且低于或等于350℃)的温度下进行。例如，在本实施例中，在氮气气氛中在250℃下进行热处理达1小时。替换地，在形成第一导电膜105a和第二导电膜105b之前，在高温下短时间的RTA处理可以类似于对氧化物半导体膜进行的热处理的方式进行。通过热处理，氧化物半导体膜108在与形成绝缘膜109的氧化硅接触时进行加热。另外，通过向氧化物半导体膜108供应氧来增大氧化物半导体膜108的电阻。因此，可改进晶体管的电特性，并且可减小其电特性的变化。对何时进行该热处理没有具体限制，只要它在形成绝缘膜109之后进行即可。当该热处理还用作另一步骤中的热处理(例如，形成树脂膜时的热处理、或者用于减小透明导电膜的电阻的热处理)时，可防止步骤的数量增加。
接着，如图3A所示，在绝缘膜109上形成导电膜之后，将导电膜图案化，从而背栅电极111可被形成为与氧化物半导体膜108重叠。可使用类似于栅电极101或者源电极106和漏电极107的材料和结构来形成背栅电极111。
背栅电极111的厚度为10nm至400nm、优选为100nm至200nm。在本实施例中，形成其中钛膜、铝膜、以及钽膜按顺序层叠的导电膜。然后，通过光刻法形成蚀刻剂掩模，通过蚀刻来去除不必要的部分，并且将导电膜处理成(图案化)成期望形状，由此形成背栅电极111。
接着，如图3B所示，绝缘膜112被形成为覆盖背栅电极111。优选使用具有高阻挡性的材料来形成绝缘膜112，该具有高阻挡性的材料可防止气氛中的水分、氢、氧等影响晶体管110的特性。例如，可通过等离子体增强的CVD法、溅射法等将绝缘膜112形成为具有使用具有高阻挡性的绝缘膜(诸如氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化铝膜、氮氧化铝膜等)的单层或叠层。绝缘膜112优选形成为具有例如15nm至400nm的厚度以获得阻挡性的效果。
在本实施例中，通过等离子体增强的CVD法将绝缘膜形成为具有300nm的厚度。绝缘膜在以下条件下形成：硅烷气体的流速为4sccm；一氧化二氮(N2O)的流速为800sccm；并且衬底温度为400℃。
图3C是图3B中的半导体器件的俯视图。图3B对应于沿图3C中的虚线A1-A2所取的截面图。
注意，在图3B中，示出背栅电极111覆盖整个氧化物半导体膜108的情况；然而，本发明的一个实施例不限于该结构。背栅电极111可与氧化物半导体膜108中所包括的沟道形成区的至少一部分重叠。
背栅电极111可处于浮动状态(即，电隔离)、或处于施加一电位的状态。在后者状态中，可向背栅电极111施加与栅电极101相同电平的电位，或者可向其施加诸如接地之类的固定电位。控制施加到背栅电极111的电位电平，从而可控制晶体管110的阈值电压。
注意，可使用具有三层或更多个层的导电膜来形成晶体管110中的源电极106和漏电极107。图4A是在使用层叠的第一导电膜105a、第二导电膜105b、以及第三导电膜105c来形成源电极106和漏电极107的情况下的晶体管110的截面图。第三导电膜105c可使用与第一导电膜105a和第二导电膜105b相同的材料来形成。注意，当使用三层导电膜来形成源电极106和漏电极107时，不太可能被氧化的导电材料用于第三导电膜105c，从而可防止第二导电膜105b的表面被氧化。作为在防止氧化时有效的材料，例如，钛、钽、钨、钼、铬、钕、或钪、包含这些金属中的一种或多种的混合物、金属化合物、或者合金可用于第三导电膜105c。
另外，图4A所示的晶体管110可具有如图3B中的背栅电极111。当图4A所示的晶体管110设置有背栅电极111时，晶体管110的结构在图4B中示出。可使用类似于栅电极101或者源电极106和漏电极107的材料和结构来形成背栅电极111。
如在本实施例中，将描述通过尽可能多地去除杂质(氧化物半导体膜中所包含的氢、水等)而高度提纯氧化物半导体膜会如何影响晶体管的特性。
图25是使用氧化物半导体形成的倒交错薄膜晶体管的纵向截面图。氧化物半导体膜(OS)隔着栅绝缘膜(GI)设置在栅电极(GE)上，并且源电极(S)和漏电极(D)设置在该栅绝缘膜上。
图26A和26B是沿图25中的线A-A′所取的截面的能带图(示意图)。图26A示出源电极和漏电极之间的电压是等电位(VD＝0V)的情况，而图26B示出当源电极的电位用作基准电位时为正的电位被施加到漏电极(VD＞0)的情况。
图27A和27B是沿图25中的线B-B′所取的截面的能带图(示意图)。图27A示出其中正电位(+VG)被施加到栅电极(GE)的状态、以及载流子(电子)在源电极和漏电极之间流动的导通状态。图27B示出负电位(-VG)被施加到栅极(GE)的状态、以及截止状态(其中少数载流子不流动)。
图28示出真空能级、金属的功函数(φM)、以及氧化物半导体的电子亲和性(χ)之间的关系。
由于金属简并，因此导带对应于费米能级。另一方面，一般而言，常规氧化物半导体是n型半导体，并且其费米能级(EF)的位置更接近远离位于导带中心的本征费米能级(Ei)的导带(Ec)。注意，已知氧化物半导体中的氢是施主、并且是使氧化物半导体成为n型半导体的因素之一。
另一方面，根据本发明的一个实施例，当负电性比氢低的金属用于源电极或漏电极的导电膜时，从氧化物半导体去除作为n型杂质的氢，并且高度提纯氧化物半导体，从而尽可能少地包括不是氧化物半导体的主要组分的杂质以使氧化物半导体可成为本征(i型)半导体。即，不通过添加杂质而通过尽可能多地去除杂质(诸如氢或水)以具有高纯度，氧化物半导体变成i型半导体，从而获得作为本征(i型)半导体或基本本征(i型)的半导体的氧化物半导体。在以上结构的情况下，费米能级(EF)可基本接近与本征费米能级(Ei)相同的电平，如箭头所指示的。
当氧化物半导体的带隙(Eg)为3.15eV时，电子亲和性(χ)据说为4.3eV。形成源电极和漏电极的钛(Ti)的功函数约等于氧化物半导体的电子亲和性(χ)。在此情况下，在金属和氧化物半导体之间的界面处不形成电子的肖特基势垒。
即，在金属的功函数(φM)等于氧化物半导体的电子亲和性(χ)的情况下，当氧化物半导体与源电极或漏电极彼此接触时，能带图(示意图)如图26A所示。
在图26B中，黑点(●)指示电子，并且当正电位被施加到漏电极时，跨过势垒(h)的电子被注入氧化物半导体，并且流向漏电极。在此情况下，势垒的高度(h)根据栅电压和漏电压而改变。当施加正的漏电压时，势垒的高度(h)小于图26A中未施加电压的势垒的高度(h)，即，带隙(Eg)的1/2。
此时，在栅绝缘膜和如图27A所示的高度提纯的氧化物半导体之间的界面处，电子沿着氧化物半导体的能量稳定的最低部分移动。
在图27B中，当负电位(反向偏压)被施加至栅电极(GE)时，作为少数载流子的空穴的数量基本为0；由此，电流值变成尽可能地接近于0的值。
如上所述，氧化物半导体膜被高度提纯，从而使不是氧化物半导体的主要组分的杂质(诸如水或氢)的量最小化，由此可获得薄膜晶体管的良好操作。
接着，将描述对氧化物半导体膜和导电膜层叠的样本进行氢在膜厚方向上的二次离子强度分布的分析的结果。
首先，将描述用于该分析的样本的结构及其制造方法。四个样本(样本A至D)用于该分析。对于这些样本中每一个，厚度约为80nm的氧氮化硅膜、以及厚度约为30nm的In-Gz-Zn-O膜按顺序层叠在厚度为0.7mm的玻璃衬底上，并且随后这些膜在氮气气氛中在600℃下进行热处理达6分钟。此外，对于样本A和样本B，厚度约为100nm的钛膜、以及厚度约为140nm的铝膜按顺序层叠在In-Ga-Zn-O膜上，而对于样本C和样本D，厚度约为50nm的钛膜在In-Ga-Zn-O膜上形成。最后，样本B和样本D在氮气气氛中在250℃下进行热处理达1小时。
氢的二级离子强度分布通过二级离子质谱法(SIMS)来分析。对样本A、样本B、样本C、以及样本D的SIMS分析分别在图29A、29B、图30A、以及图30B中示出，它们示出氢在膜厚方向上的二级离子强度分布。水平轴示出距样本表面的深度，而左边0nm的深度对应于样本表面的大致位置。垂直轴示出氢在对数标尺上的二级离子强度。在距作为离玻璃衬底最远的表面的铝膜的方向上分析图29A的样本A、以及图29B的样本B。在距作为离玻璃衬底最远的表面的钛膜的方向上分析图30A的样本C、以及图30B的样本D。
已发现，根据图29A的样本A以及图29B的样本B中的氢的二级离子强度分布，示出二次离子强度急剧下降的谷状峰出现在具有In-Ga-Zn-O膜的区域中，在该区域中距样本表面的深度为从约240nm到约270nm。另外，已发现，根据图30A的样本C以及图30B的样本D中的氢的二级离子强度分布，示出二次离子强度显著下降的谷状峰出现在具有In-Ga-Zn-O膜的区域中，在该区域中距样本表面的深度为从约50nm到约80nm。
已发现，根据图29A所示样本A的氢的二级离子强度分布以及图30A所示样本C的氢的二级离子强度分布，在进行热处理之前，钛膜中的氢的二级离子强度约为In-Ga-Zn-O膜中的氢的二级离子强度的100倍。另外，已发现，根据图29B所示样本B的氢的二级离子强度分布以及图30B所示样本D的氢的二级离子强度分布，在进行热处理之后，钛膜中的氢的二级离子强度约为In-Ga-Zn-O膜中的氢的二级离子强度的1000倍。已发现，根据热处理之前和之后的氢的二级离子强度分布之间的比较，通过热处理氢的二级离子强度降低一个或更大的数量级，并且促进对In-Ga-Zn-O膜中的氢的消除。
(实施例2)
在本实施例中，将参考图5A至5E、图6、以及图7A至7C使用具有沟道保护结构的底栅薄膜晶体管作为示例来描述结构以及用于制造半导体器件的方法。注意，与实施例1相同的部分、或者具有类似于实施例1的功能的部分可如实施例1中地形成，并且同样与实施例1相同的步骤、或者类似于实施例1的步骤可以类似于实施例1的方式执行；因此，省略重复描述。
如图5A所示，在具有绝缘表面的衬底300上形成栅电极301。可在衬底300和栅电极301之间设置用作基膜的绝缘膜。栅电极301的材料、结构、以及厚度可参照对实施例1中的栅电极101的材料、结构、以及厚度的描述。基膜的材料、结构、以及厚度可参照对实施例1中的基膜的材料、结构、以及厚度的描述。
接着，在栅电极301上形成栅绝缘膜302。栅绝缘膜302的材料、厚度、结构、以及制造方法可参照对实施例1中的栅绝缘膜102的材料、厚度、结构、以及制造方法的描述。
然后，在栅绝缘膜302上形成岛状氧化物半导体膜303。岛状氧化物半导体膜303的材料、厚度、结构、以及制造方法可参照对实施例1中的氧化物半导体膜103的材料、厚度、结构、以及制造方法的描述。
接着，可在还原气氛、氮气、稀有气体等的惰性气体气氛、氧气气氛、或超干空气气氛(在其水分含量在使用腔衰荡激光谱(CRDS)系统的露点表来进行测量时小于或等于20ppm(露点变换，-55℃)、优选小于或等于1ppm、更优选小于或等于10ppb的空气中)中对岛状氧化物半导体膜103进行热处理。氧化物半导体膜303的热处理可参照对实施例1中所述的氧化物半导体膜103的热处理。氧化物半导体膜303在以上气氛中进行热处理，从而如图5B所示地形成其中消除了氧化物半导体膜303中所包含的水分或氢的岛状氧化物半导体膜304。通过热处理来消除诸如水分或氢之类的杂质，并且岛状氧化物半导体膜304变成本征(i型)半导体或基本i型的半导体；因此，可防止促进晶体管的特性因杂质造成的劣化(诸如阈值电压的偏移)，并且可减小截止状态电流。
接着，如图5C所示，沟道保护膜311在氧化物半导体膜304上形成为与氧化物半导体膜304的用作沟道形成区的一部分重叠。沟道保护膜311可防止氧化物半导体膜304的用作沟道形成区的该部分在后续步骤中被损坏(例如，厚度因等离子体或蚀刻时的蚀刻剂而减小)。因此，可改进薄膜晶体管的可靠性。
可使用含氧的无机材料(诸如，氧化硅、氧氮化硅、或氮氧化硅)来形成沟道保护膜311。可通过诸如等离子体增强的CVD法或热CVD法之类的气相沉积法、或者溅射法来形成沟道保护膜311。在形成沟道保护膜311之后，其形状通过蚀刻来处理。在此，以氧化硅膜通过溅射法形成并通过使用经由光刻形成的掩模的蚀刻来处理的方式形成沟道保护膜311。
当通过溅射法、PCVD法等形成作为诸如氧化硅膜或氧氮化硅膜之类的绝缘膜的沟道保护膜311以与岛状氧化物半导体膜304接触时，通过供氧来增大岛状氧化物半导体膜304与沟道保护膜311接触的至少一个区域的电阻，从而形成高电阻氧化物半导体区。通过形成沟道保护膜311，氧化物半导体膜304可在沟道保护膜311和氧化物半导体膜304之间的界面附近具有高电阻氧化物半导体区。
接着，使用具有低负电性的金属、或者使用该金属的混合物、金属化合物、或合金而形成的第一导电膜305a、以及第二导电膜305b在岛状氧化物半导体膜304上按顺序形成。第一导电膜305a和第二导电膜305b的材料、结构、厚度、以及制造方法可参照对实施例1中的第一导电膜105a和第二导电膜105b的这种材料、结构、厚度、以及制造方法的描述。在本实施例中，通过溅射法形成的100nm厚的钛膜被用作第一导电膜305a，而通过溅射法形成的200nm厚的铝膜被用作第二导电膜305b。
在本发明的一个实施例中，使用具有低负电性的金属、或者使用该金属的混合物、金属化合物、或合金来形成第一导电膜305a，从而存在于氧化物半导体膜304、栅绝缘膜302中、或者氧化物半导体膜304与另一绝缘膜之间的界面处及其附近的杂质(诸如水分或氢)被第一导电膜305a吸取。因此，通过消除诸如水分或氢之类的杂质，可获得作为本征(i型)半导体或基本i型的半导体的氧化物半导体膜304，并且可防止促进晶体管的特性因杂质造成的劣化(诸如阈值电压的偏移)，且可减小截止状态电流。
注意，在本实施例中，使用其中第一导电膜305a和第二导电膜305b层叠的双层导电膜；然而，本发明的一个实施例不限于该结构。可单独使用包含具有低负电性的金属的第一导电膜305a，或者可使用其中三个或三个以上导电膜层叠的导电膜。在第二导电膜305b上形成第三导电膜的情况下，使用可防止第二导电膜305b的表面被氧化的材料来形成第三导电膜。具体地，可使用钛、钽、钨、钼、铬、钕、以及钪，或者包含以上金属中的一种或多种的混合物、金属、或合金来形成第三导电膜。
在形成第一导电膜305a和第二导电膜305b之后，所暴露的第二导电膜305b可在诸如氮气气氛或稀有气体(氩气、氦气等)气氛之类的惰性气体气氛中进行热处理。如在实施例1中，用于促进吸取的热处理的温度范围优选高于或等于100℃且低于或等于350℃、更优选高于或等于220℃且低于或等于280℃。
接着，如图5D所示，通过蚀刻等将第一导电膜305a和第二导电膜305b处理(图案化)成期望形状，由此形成源电极306和漏电极307。例如，当钛膜用于第一导电膜305a而铝膜用于第二导电膜305b时，在使用含磷酸的溶液对第二导电膜305b进行湿法蚀刻之后，可使用含氨和双氧水的溶液(氨双氧水混合物)对第一导电膜305a进行湿法蚀刻。具体地，在本实施例中，由沃克纯化学工业有限公司生产的Al-蚀刻剂(包含2.0wt％的硝酸、9.8wt％的醋酸、以及72.3wt％的磷酸的水溶液)被用作含磷酸的溶液。另外，具体地，使用其中31wt％的双氧水、28wt％的氨水、以及水以5∶2∶2的体积比混合的水溶液作为氨双氧水混合物。替换地，可使用包含氯(Cl2)、氯化硼(BCl3)等的气体对第一导电膜305a和第二导电膜305b进行干法蚀刻。
然后，如图5E所示，在形成源电极306和漏电极307之后，绝缘膜309被形成为覆盖氧化物半导体膜304、源电极306、漏电极307、以及沟道保护膜311。绝缘膜309的这种材料、结构、以及厚度的范围与实施例1中所述的绝缘膜109的材料、结构、以及厚度的范围相同。在本实施例中，绝缘膜309被形成为具有其中通过溅射法形成的100nm厚的氮化硅膜层叠在通过溅射法形成的200nm厚的氧化硅膜上的结构。膜形成时的衬底温度可高于或等于室温且低于或等于300℃，且在本实施例中为100℃。
注意，可在形成绝缘膜309之后进行热处理。至于热处理的条件，可参考在实施例1中形成绝缘膜109之后进行的热处理的条件。
图6是图5E中的半导体器件的俯视图。图5F对应于沿图6中的虚线C1-C2所取的截面图。
根据制造方法形成的薄膜晶体管310具有栅电极301、栅电极301上的栅绝缘膜302、栅绝缘膜302上的氧化物半导体膜304、氧化物半导体膜304上的沟道保护膜311、氧化物半导体膜304上的源电极306和漏电极307、以及氧化物半导体膜304、源电极306、漏电极307和沟道保护膜311上的绝缘膜309。
接着，如图7A所示，在绝缘膜309上形成导电膜之后，将导电膜图案化，从而背栅电极312可被形成为与氧化物半导体膜304重叠。由于背栅电极312的这种材料、结构、以及厚度的范围类似于实施例1中所述的背栅电极111的材料、结构、以及厚度的范围，因此在此省略描述。
当形成背栅电极312时，绝缘膜313被形成为覆盖背栅电极312，如图7B所示。由于绝缘膜313的这种材料、结构、以及厚度的范围类似于实施例1中所述的绝缘膜112的材料、结构、以及厚度的范围，因此在此省略描述。
图7C是图7B中的半导体器件的俯视图。图7B对应于沿图7C中的虚线C1-C2所取的截面图。
注意，在本实施例中，描述其中根据实施例1中所述的制造方法来形成源电极和漏电极的示例；然而本发明的一个实施例不限于该结构。可根据实施例2至4中所述的任一制造方法来形成源电极和漏电极。
可通过适当地结合任一上述实施例来实现本实施例。
(实施例3)
在本实施例中，将参考图8A至8E以及图9以底接触薄膜晶体管为例来描述结构以及用于制造半导体器件的方法。注意，与实施例1相同的部分、或者具有类似于实施例1的功能的部分可如实施例1中地形成，并且同样与实施例1相同的步骤、或者类似于实施例1的步骤可以类似于实施例1的方式执行；因此，省略重复描述。
如图8A所示，在具有绝缘表面的衬底400上形成栅电极401。可在衬底400和栅电极401之间设置用作基膜的绝缘膜。栅电极401的材料、结构、厚度、以及制造方法可参照对实施例1中的栅电极101的材料、结构、以及厚度的描述。基膜的材料、结构、以及厚度可参照对实施例1中的基膜的材料、结构、以及厚度的描述。
接着，在栅电极401上形成栅绝缘膜402。栅绝缘膜402的材料、厚度、结构、以及制造方法可参照对实施例1中的栅绝缘膜102的材料、厚度、结构、以及制造方法的描述。
接着，在栅绝缘膜402上，第一导电膜405a、以及使用具有低负电性的金属、或者使用该金属的混合物、金属化合物、或合金而形成的第二导电膜405b按顺序形成。第一导电膜405a和第二导电膜405b的材料、结构、厚度、以及制造方法可参照对实施例1中的第一导电膜105a和第二导电膜105b的这种材料、结构、厚度、以及制造方法的描述。在本实施例中，通过溅射法形成的200nm厚的铝膜被用作第一导电膜405a，而通过溅射法形成的100nm厚的钛膜被用作第二导电膜405b。
注意，在本实施例中，使用其中第一导电膜405a和第二导电膜405b层叠的双层导电膜；然而，本发明的一个实施例不限于该结构。可单独使用包含具有低负电性的金属的第二导电膜405a，或者可使用其中三个或三个以上导电膜层叠的导电膜。
在形成第一导电膜405a和第二导电膜405b之后，所暴露的第二导电膜405b可在诸如氮气气氛或稀有气体(氩气、氦气等)气氛之类的惰性气体气氛中进行热处理。如在实施例1中，用于促进吸取的热处理的温度范围优选高于或等于100℃且低于或等于350℃、更优选高于或等于220℃且低于或等于280℃。
接着，如图8B所示，通过蚀刻等将第一导电膜405a和第二导电膜405b处理(图案化)成期望形状，由此形成源电极406和漏电极407。例如，当铝膜用于第一导电膜405a而钛膜用于第二导电膜405b时，在使用含氨和双氧水的溶液(氨双氧水混合物)对第二导电膜405b进行湿法蚀刻之后，可使用含磷酸的溶液对第一导电膜405b进行湿法蚀刻。具体地，在本实施例中，由沃克纯化学工业有限公司生产的Al-蚀刻剂(包含2.0wt％的硝酸、9.8wt％的醋酸、以及72.3wt％的磷酸的水溶液)被用作含磷酸的溶液。另外，具体地，使用其中31wt％的双氧水、28wt％的氨水、以及水以5∶2∶2的体积比混合的水溶液作为氨双氧水混合物。替换地，可使用包含氯(Cl2)、氯化硼(BCl3)等的气体对第一导电膜405a和第二导电膜405b进行干法蚀刻。
接着，如图8C所示，在栅绝缘膜402、源电极406、以及漏电极407上形成岛状氧化物半导体膜403。岛状氧化物半导体膜403的材料、厚度、结构、以及制造方法可参照对实施例1中的氧化物半导体膜103的材料、厚度、结构、以及制造方法的描述。
接着，可在还原气氛、氮气、稀有气体等的惰性气体气氛、氧气气氛、或超干空气气氛(在其水分含量在使用腔衰荡激光谱(CRDS)系统的露点表来进行测量时小于或等于20ppm(露点变换，-55℃)、优选小于或等于1ppm、更优选小于或等于10ppb的空气中)中对岛状氧化物半导体膜403进行热处理。氧化物半导体膜403的热处理可参照对实施例1中所述的氧化物半导体膜103的热处理的描述。氧化物半导体膜403在以上气氛中进行热处理，从而如图8D所示地形成其中消除了氧化物半导体膜403中所包含的水分或氢的岛状氧化物半导体膜404。通过热处理来消除诸如水分或氢之类的杂质，并且岛状氧化物半导体膜404变成本征(i型)半导体或基本i型的半导体；因此，可防止促进晶体管的特性因杂质造成的劣化(诸如阈值电压的偏移)，并且可减小截止状态电流。
在本发明的一个实施例中，使用具有低负电性的金属、或者使用该金属的混合物、金属化合物、或合金来形成第二导电膜405b，从而存在于氧化物半导体膜404、栅绝缘膜402中、或者氧化物半导体膜404与另一绝缘膜之间的界面处及其附近的杂质(诸如水分或氢)被第二导电膜405b吸取。因此，通过消除诸如水分或氢之类的杂质，可获得作为本征(i型)半导体或基本i型的半导体的氧化物半导体膜404，并且可防止促进晶体管的特性因杂质造成的劣化(诸如阈值电压的偏移)，且可减小截止状态电流。
注意，在如本实施例中使用底栅晶体管的情况下，不仅第二导电膜405b而且第一导电膜405a都与氧化物半导体膜404接触。因此，当具有低负电性的金属用于第一导电膜405a时，存在于氧化物半导体膜404、栅绝缘膜102中、或者氧化物半导体膜404与另一绝缘膜之间的界面处及其附近的杂质(诸如水分或氢)可被第一导电膜405a吸取。
然后，如图8E所示，在形成源电极406和漏电极407之后，绝缘膜409被形成为覆盖氧化物半导体膜404、源电极406、以及漏电极407。绝缘膜409的这种材料、结构、以及厚度的范围与实施例1中所述的绝缘膜109的材料、结构、以及厚度的范围相同。在本实施例中，绝缘膜409被形成为具有其中通过溅射法形成的100nm厚的氮化硅膜层叠在通过溅射法形成的200nm厚的氧化硅膜上的结构。膜形成时的衬底温度可高于或等于室温且低于或等于300℃，且在本实施例中为100℃。
注意，可在形成绝缘膜409之后进行热处理。至于热处理的条件，可参考在实施例1中形成绝缘膜109之后进行的热处理的条件。
图9是图8E所示的半导体器件的俯视图。图8E对应于沿图9中的虚线B1-B2所取的截面图。
根据该制造方法而形成的薄膜晶体管410具有栅电极401，栅电极401上的栅绝缘膜402，栅绝缘膜402上的源电极406和漏电极407，栅绝缘膜402、源电极406和漏电极407上的氧化物半导体膜404，以及氧化物半导体膜404、源电极106和漏电极407上的绝缘膜409。
接着，在绝缘膜409上形成导电膜之后，将导电膜图案化，从而背栅电极可被形成为与氧化物半导体膜404重叠。由于背栅电极的这种材料、结构、以及厚度的范围类似于实施例1中所述的背栅电极111的材料、结构、以及厚度的范围，因此在此省略描述。
当形成背栅电极时，绝缘膜被形成为覆盖背栅电极。由于绝缘膜的这种材料、结构、以及厚度的范围类似于实施例1中所述的绝缘膜112的材料、结构、以及厚度的范围，因此在此省略描述。
可通过适当地结合任一上述实施例来实现本实施例。
(实施例4)
在本实施例中，将参考图10至10C、图11A和11B、图12A和12B、图13、图14、以及图15来描述用于制造根据本发明的一个实施例的半导体显示设备的方法。
注意，本说明书中的术语“连续的膜形成”是指：在通过溅射的第一膜形成步骤和通过溅射的第二膜形成步骤的一系列步骤期间，其中设置要处理衬底的气氛未被诸如空气之类的污染气氛污染，并且被恒定地控制成真空或惰性气体气氛(氮气气氛或稀有气体气氛)。通过连续的膜形成，可在不重新附着水分等的情况下对已清洗的衬底进行膜形成。
在同一腔室中执行从第一膜形成步骤到第二膜形成步骤的工艺在本说明书中的连续膜形成的范围内。
此外，以下也在本说明书中的连续形成的范围内：在多个腔室中执行从第一膜形成步骤到第二膜形成步骤的工艺的情况下，衬底在第一膜形成步骤之后被传送到另一腔室而不暴露给空气，并且进行第二膜形成。
注意，在第一膜形成步骤和第二膜形成步骤之间，可设置衬底传送步骤、对齐步骤、缓慢冷却步骤、将衬底加热或冷却到第二膜形成步骤所必需的温度的步骤等。这种工艺也在本说明书中的连续形成的范围内。
可在第一膜形成步骤和第二膜形成步骤之间设置使用液体的步骤(诸如清洗步骤、湿法蚀刻、或形成抗蚀剂)。此情况不在本说明书中的连续膜形成的范围内。
在图10A中，可使用通过熔化法或漂浮法制成的玻璃衬底、或者在其表面上设置有绝缘膜的金属衬底(诸如不锈钢合金衬底)来作为透光衬底800。由柔性合成树脂(诸如塑料)构成的衬底一般倾向于具有低的温度上限，但是可被用作衬底800，只要该衬底可耐受后续制造工艺中的处理温度即可。塑料衬底的示例包括以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚醚砜(PES)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、聚醚醚酮(PEEK)、聚砜(PSF)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚芳酯(PAR)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚酰亚胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂、聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙酸乙烯酯、丙烯酸树脂等为代表的聚酯。
在使用玻璃衬底且在后续工艺中要进行的热处理的温度为高的情况下，优选使用其应变点高于或等于730℃的玻璃衬底。例如，使用诸如铝硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃、或钡硼硅酸盐玻璃之类的玻璃材料作为玻璃衬底。通过包含比氧化硼的量多的氧化钡(BaO)，可获得更实用的耐热玻璃衬底。因此，优选使用包含BaO和B2O3的玻璃衬底以使BaO的量大于的B2O3的量。
注意，可使用利用诸如陶瓷衬底、石英衬底、或兰宝石衬底之类的绝缘体而形成的衬底来作为以上玻璃衬底。可选地，可使用结晶玻璃等。
接着，在衬底800的整个表面上形成导电膜之后，执行第一光刻步骤以形成抗蚀剂掩模，并且通过蚀刻来去除导电膜的不必要部分以形成布线和电极(栅极布线包括栅电极801、电容器布线822、以及第一端子821)。此时，进行蚀刻，从而栅电极801的至少端部可逐渐变细。
导电膜的材料是可以使用诸如钼、钛、铬、钽、钨、钕、或钪之类的金属材料、包含这些金属材料中的任一种作为主要组分的合金材料、或者包含这些金属中的任一种的氮化物中的一种或多种的单层或叠层。注意，如果铝或铜可耐受后续工艺中进行的热处理的温度，则也可被用作这种金属材料。
例如，作为具有双层结构的导电膜，以下结构是优选的：其中钼层层叠在铝层上的双层结构，其中钼层层叠在铜层上的双层结构，其中氮化钛层或氮化钽层层叠在铜层上的双层结构，以及氮化钛层和钼层的双层结构。作为三层结构，以下结构是优选的：包含铝、铝和硅的合金、铝和钛的合金，或者中间层中的铝和钕的合金、以及顶层和底层中的钨、氮化钨、氮化钛、以及钛中的任一种的层叠结构。
透光氧化物导电膜可用于电极和布线的一部分以增大开口率。例如，氧化铟、氧化铟-氧化锡合金、氧化铟-氧化锌合金、氧化锌、氧化锌铝、氧氮化铝锌、氧化镓锌等可被用作氧化物导电膜。
栅电极801、电容器布线822、以及第一端子821各自的厚度为10nm至400nm、优选为100nm至200nm。在本实施例中，通过使用钨靶的溅射法将栅电极的导电膜形成为具有100nm的厚度。然后，通过蚀刻将导电膜处理(图案化)成期望形状，由此形成栅电极801、电容器布线822、以及第一端子821。
注意，可在衬底800与栅电极801、电容器布线800、以及第一端子821之间形成用作基膜的绝缘膜。例如，可使用氧化硅膜、氧氮化硅膜、氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化铝膜、以及氮氧化铝膜中的任一个或多个的单层或叠层来作为基膜。具体而言，具有高阻挡性的绝缘膜(例如，氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化铝膜、或氮氧化铝膜)用于基膜，从而可防止气氛中的杂质(诸如水分或氢)、或者衬底800中所包括的杂质(诸如碱金属或重金属)进入氧化物半导体膜、栅绝缘膜、或者氧化物半导体膜与另一绝缘膜之间的界面及其附近。
接着，在栅电极801、电容器布线822、以及第一端子821上形成栅绝缘膜802，如图10B所示。可通过等离子体增强的CVD法、溅射法等将栅绝缘膜802形成为具有单层的氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜、氧化铝膜、或氧化钽膜、或者其叠层。优选栅绝缘膜802包含尽可能少的杂质，诸如水分或氢。栅绝缘膜802可具有其中使用具有高阻挡性的材料形成的绝缘膜、以及具有较低比例的氮的绝缘膜(诸如氧化硅膜或氧氮化硅膜)层叠的结构。在此情况下，在具有阻挡性的绝缘膜和氧化物半导体膜之间形成绝缘膜，诸如氧化硅膜或氧氮化硅膜。例如，可给出氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化铝膜、氮氧化铝膜等作为具有高阻挡性的绝缘膜。使用具有阻挡性的绝缘膜，从而可防止气氛中的杂质(诸如水分或氢)、或者衬底中所包括的杂质(诸如碱金属或重金属)进入氧化物半导体膜、栅绝缘膜802、或者氧化物半导体膜与另一绝缘膜之间的界面及其附近。另外，具有较低比例氮的绝缘膜(诸如氧化硅膜或氧氮化硅膜)被形成为与氧化物半导体膜接触，从而可防止使用具有高阻挡性的材料形成的绝缘膜与氧化物半导体膜直接接触。
在本实施例中，栅绝缘膜802被形成为具有其中通过溅射法形成的100nm厚的氧化硅膜层叠在通过溅射法形成的50nm厚的氮化硅膜上的结构。
接着，在栅绝缘膜802上形成氧化物半导体膜之后，通过蚀刻等将氧化物半导体膜处理成期望形状，由此形成岛状氧化物半导体膜803。通过使用氧化物半导体靶的溅射法来形成该氧化物半导体膜。此外，可在稀有气体(例如，氩气)气氛、氧气气氛、或者包含稀有气体(例如，氩气)和氧气的气氛中通过溅射法形成该氧化物半导体膜。
注意，在通过溅射法形成氧化物半导体膜之前，优选通过导入氩气并生成等离子体的反溅射来去除附着到栅绝缘膜802的表面的灰尘。反溅射是指其中在未向靶侧施加电压的情况下，RF电源用于在氩气气氛中向衬底侧施加电压、从而在衬底附近生成等离子体以使表面改性的方法。注意，可使用氮气气氛、氦气气氛等来代替氩气气氛。替换地，可使用添加了氧气、一氧化二氮等的氩气气氛。替换地，可使用添加了氯气、四氟化碳等的氩气气氛。
对于氧化物半导体膜，可使用如以上所述的氧化物半导体。
氧化物半导体膜的厚度被设为10nm至300nm、优选20nm至100nm。在本实施例中，在以下条件下使用包含In、Ga、以及Zn(摩尔比In2O3∶Ga2O3∶ZnO＝1∶1∶1或In2O3∶Ga2O3∶ZnO＝1∶1∶2)的氧化物半导体靶来进行膜形成：衬底和靶之间的距离为100mm，压强为0.6Pa，直流(DC)电源为0.5kW，以及气氛是氧气(氧气的流率为100％)。注意，脉冲直流(DC)电源是优选的，因为可减少灰尘并且膜厚可以是均匀的。在本实施例中，通过溅射装置，使用In-Ga-Zn-O基氧化物半导体靶来形成厚度为30nm的In-Ga-Zn-O基非单晶膜作为氧化物半导体膜。
注意，在等离子体处理之后，在不暴露给空气的情况下形成氧化物半导体膜，由此可防止灰尘和水分附着到栅绝缘膜802和氧化物半导体膜之间的界面。此外，脉冲直流(DC)电源是优选的，因为可减少灰尘并且膜厚是均匀的。
优选氧化物半导体靶的相对密度大于或等于80％、更优选大于或等于95％、进一步优选大于或等于99.9％。可降低使用具有相对较高密度的靶而形成的氧化物半导体膜中的杂质浓度，由此可获得具有高电特性或高可靠性的薄膜晶体管。
另外，还存在其中可设置不同材料的多个靶的多源溅射装置。通过多源溅射装置，可形成在同一腔室中层叠的不同材料的膜，或者可在同一腔室中通过放电同时形成多种材料的膜。
另外，存在腔室内部设置有磁铁系统且用于磁控溅射法的溅射装置、以及在不使用辉光放电的情况下通过使用微波而生成等离子体的用于ECR溅射的溅射装置。
此外，作为通过溅射法的膜形成方法，还存在其中靶物质和溅射气体组分在膜形成期间相互化学反应以形成其化合物薄膜的反应溅射法、以及在膜形成期间也向衬底施加电压的偏压溅射法。
衬底可在高于或等于400℃且低于或等于700℃的温度下在通过溅射法的膜形成期间通过光或加热器进行加热。在膜形成期间通过加热来进行膜形成的同时，修复因溅射造成的损坏。
优选进行预热处理，从而在形成氧化物半导体膜之前去除残留在溅射装置的内壁上、靶的表面上、或者靶材料中的水分或氢。可给出其中在降低的压力下将膜形成室的内部从200℃加热到600℃的方法、其中在膜形成室的内部进行加热时重复导入和排出氮气或惰性气体的方法等，作为预热处理。在预热处理之后，冷却衬底或溅射装置，并且随后在不暴露给空气的情况下形成氧化物半导体膜。在此情况下，优选不使用水而是油等作为靶的冷却剂。虽然可在不加热的情况下重复导入和排出氮气时可获得一定程度的效果，但是更优选在膜形成室的内部得到加热的情况下进行处理。
优选在形成氧化物半导体膜之前、期间或之后通过使用低温泵来去除溅射装置中残留的水分等。
在第二光刻步骤中，通过使用例如磷酸、醋酸和硝酸的混合物的溶液的湿法蚀刻，将氧化物半导体膜处理成期望形状。岛状氧化物半导体膜803被形成为与栅电极801重叠。在蚀刻氧化物半导体膜时，诸如柠檬酸或草酸之类的有机酸可用于蚀刻剂。在本实施例中，通过使用ITO07N(由坎托化学公司(KantoChemical Co.，Inc.)生产)的湿法蚀刻来去除不必要的部分，由此形成岛状氧化物半导体膜803。注意，此处的蚀刻不限于湿法蚀刻，并且可使用干法蚀刻。
优选使用含氯的气体(诸如氯气(Cl2)、氯化硼(BCl3)、氯化硅(SiCl4)、或四氯化碳(CCl4)之类的氯基气体)作为用于干法蚀刻的蚀刻气体。
替换地，可使用含氟的气体(诸如四氟化碳(CF4)、氟化硫(SF6)、氟化氮(NF3)、或三氟甲烷(CHF3)之类的氟基气体)、溴化氢(HBr)、氧气(O2)、添加了诸如氦(He)或氩(Ar)之类的稀有气体的这些气体中的任一种等。
可使用平行板RIE(反应离子蚀刻)法或ICP(感应耦合等离子体)蚀刻法作为干法蚀刻法。为了将膜蚀刻成期望形状，可适当地调节蚀刻条件(施加到线圈状电极的电功率量、施加到衬底侧上的电极的电功率量、衬底侧上的电极的温度等)。
在湿法蚀刻之后，通过清洗将蚀刻剂与蚀刻掉的材料一起去除。可提纯包括蚀刻剂和蚀刻掉的材料的废液，并且可重新使用该材料。当在蚀刻之后从废液收集氧化物半导体膜中所包括的诸如铟之类的材料、并重新使用该材料时，可有效地使用资源，并且可降低成本。
为了通过蚀刻来获得期望形状，根据材料适当地调节蚀刻条件(诸如蚀刻剂、蚀刻时间、以及温度)。
接着，如图10C所示，可在还原气氛、氮气、稀有气体等的惰性气体气氛、氧气气体气氛、或超干空气气氛(在其水分含量在使用腔衰荡激光谱(CRDS)系统的露点表来进行测量时小于或等于20ppm(露点变换，-55℃)、优选小于或等于1ppm、更优选小于或等于10ppb的空气中)中对氧化物半导体膜803进行热处理。当对氧化物半导体膜803进行热处理时，形成氧化物半导体膜804。具体地，可在惰性气体(氮气、氦气、氖气、氩气等)气氛中，在高于或等于500℃且低于或等于750℃(或者低于或等于玻璃衬底的应变点)的温度下进行快速热退火(RTA)处理约大于或等于1分钟且小于或等于10分钟，优选在650℃的温度下进行该RTA处理约大于或等于3分钟且小于或等于6分钟。由于可通过RTA法在短时间内进行脱水或脱氢，因此即使在高于玻璃衬底的应变点的温度下也可进行处理。注意，在形成岛状氧化物半导体膜803之后不一定进行热处理，并且可在进行蚀刻处理之前对氧化物半导体膜进行热处理。可在形成岛状氧化物半导体膜803之后进行一次以上的热处理。
在本实施例中，在衬底温度达到设定温度的状态中，在氮气气氛中在600℃下进行热处理达6分钟。使用电炉的加热法、诸如使用加热气体的气体快速热退火(GRTA)法或使用灯光的灯快速热退火(LRTA)法之类的快速加热法等可用于该热处理。例如，在使用电炉进行热处理的情况下，温度上升特性优选被设为高于或等于0.1℃/分钟且低于或等于20℃/分钟，而温度下降特性优选被设为高于或等于0.1℃/分钟且低于或等于15℃/分钟。
注意，优选在热处理中，在氮气、或者诸如氦气、氖气或氩气之类的稀有气体中不包含水分、氢等。替换地，优选导入热处理装置的氮气、或者诸如氦气、氖气或氩气之类的稀有气体的纯度被设为高于或等于6N(99.9999％)、优选高于或等于7N(99.99999％)(即，杂质浓度低于或等于1ppm、优选低于或等于0.1ppm)。
注意，沿图10C的虚线D1-D1和E1-E2所取的截面图分别对应于沿图13所示的平面图中的虚线D1-D2和E1-E2所取的截面图。
接着，如图11A所示，通过溅射法或真空蒸镀法在氧化物半导体膜804上形成用于源电极和漏电极的导电膜806。在本实施例中，使用具有低负电性的金属、或者使用该金属的混合物、金属化合物、或合金来形成其中第二导电膜806b层叠在第一导电膜806a上的导电膜806。
可给出钛、镁、钇、铝、钨、钼等作为具有低负电性的金属。各自包括以上金属中的一种或多种的混合物、金属化合物、或者合金可用于第一导电膜806a。以上材料可与耐热导电材料(诸如从钽、铬、钕、以及钪中选择的元素；包含这些元素中的一种或多种作为组分的合金；或者包含该元素作为组分的氮化物)组合。
第一导电膜806a的厚度优选为10nm至200nm、更优选为50nm至150nm。第二导电膜806b的厚度优选为100nm至300nm、更优选为150nm至250nm。在本实施例中，通过溅射法形成的100nm厚的钛膜被用作第一导电膜806a，而通过溅射法形成的200nm厚的铝膜被用作第二导电膜806b。
在本发明的一个实施例中，使用具有低负电性的金属、或者使用该金属的混合物、金属化合物、或合金来形成第一导电膜806a，从而存在于氧化物半导体膜804、栅绝缘膜802中、或者氧化物半导体膜804与另一绝缘膜之间的界面处及其附近的杂质(诸如水分或氢)被第一导电膜806a吸取。因此，通过消除诸如水分或氢之类的杂质，可获得作为本征(i型)半导体或基本i型的半导体的氧化物半导体膜804，并且可防止促进晶体管的特性因杂质造成的劣化(诸如阈值电压的偏移)，且可减小截止状态电流。
除了以上结构以外，所暴露的第二导电膜805b在诸如氮气气氛、或稀有气体(氩气、氦气等)气氛之类的惰性气体气氛中进行热处理，从而可促进吸取。如在实施例1中，用于促进吸取的热处理的温度范围优选高于或等于100℃且低于或等于350℃、更优选高于或等于220℃且低于或等于280℃。进行热处理以使存在于氧化物半导体膜804、栅绝缘膜802中、或者氧化物半导体膜804与另一栅绝缘膜之间的界面处及其附近的杂质(诸如水分或氢)可被第一导电膜806a容易地吸取。
接着，如图11B所示，执行第三光刻步骤，并且通过蚀刻等将第一导电膜806a和第二导电膜806b处理(图案化)成期望形状，由此形成源电极807和漏电极808。例如，当钛膜用于第一导电膜806a而铝膜用于第二导电膜806b时，在用包含磷酸的溶液对第二导电膜806b进行湿法蚀刻之后，可使用含氨和双氧水的溶液(氨双氧水混合物)对第一导电膜806a进行湿法蚀刻。具体地，在本实施例中，由沃克纯化学工业有限公司生产的Al-蚀刻剂(包含2.0wt％的硝酸、9.8wt％的醋酸、以及72.3wt％的磷酸的水溶液)被用作含磷酸的溶液。另外，具体地，使用其中31wt％的双氧水、28wt％的氨水、以及水以5∶2∶2的体积比混合的水溶液作为氨双氧水混合物。替换地，可使用包含氯(Cl2)、氯化硼(BCl3)等的气体对第一导电膜806a和第二导电膜806b进行干法蚀刻。
当通过图案化来形成源电极807和漏电极808时，在一些情况下蚀刻掉岛状氧化物半导体膜804的暴露部分的一部分。在本实施例中，描述形成具有凹槽(凹陷部分)的岛状氧化物半导体膜805的情况。
在第三光刻步骤中，由与源电极807和漏电极808相同的材料构成的第二端子820保留在端子部分中。注意，第二端子820电连接到源极布线(包括源电极层807和漏电极808的源极布线)。
此外，通过使用利用多色调掩模形成且具有多个厚度(例如，两种不同的厚度)的区域的抗蚀剂掩模，可减少抗蚀剂掩模的数量，从而导致简化的工艺和较低的成本。
注意，沿图11B的虚线D1-D1和E1-E2所取的截面图分别对应于沿图14所示的平面图中的虚线D1-D2和E1-E2所取的截面图。
注意，在本实施例中，以具有实施例1中所述的结构的晶体管为例来描述制造方法；然而，可使用实施例2或3中所述的晶体管。
如图12A所示，在形成源电极807和漏电极808之后，绝缘膜809被形成为覆盖源电极807、漏电极808、以及氧化物半导体膜805。绝缘膜809优选包括尽可能少的杂质(诸如水分或氢)，并且绝缘膜809可使用单层绝缘膜或层叠的多个绝缘膜来形成。具有高阻挡性的材料优选用于绝缘膜809。例如，可使用氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化铝膜、氮氧化铝膜等作为具有高阻挡性的绝缘膜。当使用层叠的多个绝缘膜时，在更接近氧化物半导体膜805的一侧上形成其氮的比例低于具有阻挡性的绝缘膜(诸如氧化硅膜或氧氮化硅膜)的绝缘膜。然后，具有阻挡性的绝缘膜被形成为与源电极807、漏电极808、以及氧化物半导体膜805重叠，其中在具有阻挡性的绝缘膜与源电极807、漏电极808、以及氧化物半导体膜805之间具有氮的比例较低的绝缘膜。当使用具有阻挡性的绝缘膜时，可防止诸如水分或氢之类的杂质进入氧化物半导体膜805、栅绝缘膜802、或者氧化物半导体膜805与另一绝缘膜之间的界面及其附近。另外，具有较低比例氮的绝缘膜(诸如氧化硅膜或氧氮化硅膜)被形成为与氧化物半导体膜805接触，从而可防止使用具有高阻挡性的材料形成的绝缘膜与氧化物半导体膜805直接接触。
在本实施例中，绝缘膜809被形成为具有其中通过溅射法形成的100nm厚的氮化硅膜层叠在通过溅射法形成的200nm厚的氧化硅膜上的结构。膜形成时的衬底温度可高于或等于室温且低于或等于300℃，且在本实施例中为100℃。
氧化物半导体膜805设置在源电极807和漏电极808之间的暴露区域、以及形成绝缘膜809的氧化硅被设置成彼此接触，从而将氧供应到氧化物半导体膜805；因此，氧化物半导体膜805与绝缘膜809接触的区域的电阻增大，由此可形成包括具有高电阻的沟道形成区的氧化物半导体膜805。
接着，可在形成绝缘膜809之后进行热处理。该热处理在空气气氛或惰性气体(氮气、氦气、氖气、氩气等)气氛中在高于或等于200℃且低于或等于400℃(例如，高于或等于250℃且低于或等于350℃)的温度下进行。例如，在氮气气氛中，在250℃下进行热处理达1小时。替换地，如在先前热处理中，可在高温下进行短时间的RTA处理。通过热处理，氧化物半导体膜805在与形成绝缘膜809的氧化硅接触时进行加热。另外，通过供氧来增大氧化物半导体膜805的电阻。因此，可改进晶体管的电特性，并且可减小其电特性的变化。对何时要进行该热处理没有具体限制，只要它在形成绝缘膜809之后进行即可。当该热处理还用作另一步骤中的热处理(例如，形成树脂膜时的热处理、或者用于减小透明导电膜的电阻的热处理)时，可防止步骤的数量增加。
通过以上步骤，可制造薄膜晶体管813。
接着，在第四光刻步骤中，形成抗蚀剂掩模，并且蚀刻绝缘膜809和栅绝缘膜802，从而接触孔被形成为露出源电极808、第一端子821、以及第二端子820的各部分。接着，去除抗蚀剂掩模，并且随后形成透明导电膜。通过溅射法、真空蒸镀法等由氧化铟(In2O3)、氧化铟-氧化锡合金(In2O3-SnO2，简称为ITO)等构成透明导电膜。使用盐酸基溶液来蚀刻这种材料。然而，由于在蚀刻ITO时特别容易生成残余物，因此可使用氧化铟-氧化锌合金(In2O3-ZnO)来改进蚀刻加工性。此外，在热处理用于减小透明导电膜的电阻的情况下，该热处理也可用作增大氧化物半导体膜805的电阻的热处理，从而可实现晶体管的电特性的改进和较小的变化。
接着，在第五光刻步骤中，形成抗蚀剂掩模，并且通过蚀刻来去除不必要的部分，从而形成连接到漏电极808的像素电极814、连接到第一端子821的透明导电膜815、以及连接到第二端子820的透明导电膜816。
透明导电膜815和816用作连接到FPC的电极或布线。在第一端子821上形成的透明导电膜815是用作栅极布线的输入端子的连接端子电极。在第二端子820上形成的透明导电膜816是用作源极布线的输入端子的连接端子电极。
在第六光刻步骤中，通过使用栅绝缘膜802和绝缘膜809作为电介质，电容器布线822和像素电极814一起构成存储电容器819。
去除抗蚀剂掩模之后的截面图在图12B中示出。注意，沿图12B的虚线D1-D1和E1-E2所取的截面图分别对应于沿图15所示的平面图中的虚线D1-D2和E1-E2所取的截面图。
通过这六个光刻步骤，可使用六个光掩模来完成存储电容器819、以及包括薄膜晶体管813(其作为具有倒交错结构的底栅薄膜晶体管)的像素薄膜晶体管部分。通过将薄膜晶体管和存储电容器设置在像素部分的每一个像素中(在该像素部分中，各像素以矩阵形式排列)，可获得用于制造有源矩阵显示设备的衬底之一。在本说明书中，为了方便起见，这种衬底被称为有源矩阵衬底。
在制造有源矩阵液晶显示设备的情况下，有源矩阵衬底和设置有对电极的对衬底隔着液晶层彼此接合。
替换地，在不设置电容器布线的情况下，存储电容器可被形成为具有隔着绝缘膜和栅绝缘膜与相邻像素的栅极布线重叠的像素电极。
在有源矩阵液晶显示设备中，驱动以矩阵形式排列的像素电极以在屏幕上形成显示图案。具体地，在选定的像素电极和对应于该像素电极的对电极之间施加电压，从而光调制设置在该像素电极和该对电极之间的液晶层，并且该光调制被观察者识别为显示图案。
在制造发光显示设备的情况下，在一些情况下在有机发光元件之间设置包括有机树脂膜的间隔物。在此情况下，对有机树脂膜进行的热处理也可用作增大氧化物半导体膜805的电阻的热处理，从而可实现晶体管的电特性的改进和较小的变化。
将氧化物半导体用于薄膜晶体管导致制造成本降低。具体而言，通过热处理来减少诸如水分或氢之类的杂质，并且增加氧化物半导体膜的纯度。因此，可在不使用超纯氧化物半导体靶、或者其中膜形成室中的露点减小的特殊溅射装置的情况下制造包括具有良好电特性的高度可靠的薄膜晶体管的半导体显示设备。
由于沟道形成区中的半导体膜是其电阻增大的区域，因此稳定了薄膜晶体管的电特性，并且可防止截止状态电流等增大。因此，可提供包括具有良好电特性的高度可靠的薄膜晶体管的半导体显示设备。
可通过适当地结合任一上述实施例来实现本实施例。
(实施例5)
在本实施例中，将描述被称为电子纸或数字纸、且作为使用本发明的制造方法而形成的半导体显示设备之一的半导体显示设备的结构。
可通过电压施加来控制灰度且具有存储特性的显示元件用于电子纸。具体地，在用于电子纸的显示元件中，可使用诸如非水的电泳显示元件之类的显示元件、其中液晶滴分散在两个电极之间的高分子材料中的使用PDLC(聚合物分散液晶)法的显示元件、在两个电极之间包括手性向列液晶或胆甾型液晶的显示元件、在两个电极之间包括带电微粒且采用通过使用电场带电微粒移动通过微粒的粒子移动法的显示元件等。此外，非水的电泳显示元件可以是其中带电微粒散布的分散液夹在两个电极之间的显示元件、其中在隔着绝缘膜的两个电极上包括其中带电微粒散布的分散液的显示元件、其中不同地充电的具有作为不同色彩的半球的扭转球散布在两个电极之间的溶剂中的显示元件、其中多个带电微粒散布在两个电极之间的溶液中的包括微胶囊的显示元件等。
图16A是电子纸的像素部分700、信号线驱动电路701、以及扫描线驱动电路702的俯视图。
像素部分700包括多个像素803。多条信号线707从信号线驱动电路701引入像素部分700。多条扫描线708从扫描线驱动电路702引入像素部分700。
每一像素703包括晶体管704、显示元件705、以及存储电容器706。晶体管704的栅电极连接到信号线708中的一条。晶体管704的源电极和漏电极之一连接到信号线707中的一条，并且晶体管704的源电极和漏电极中的另一个连接到显示元件705的像素电极。
注意，在图16A中，存储电容器706并联连接到显示元件705，从而可存储在显示元件705的像素电极和对电极之间施加的电压；然而，在显示元件705的存储特性高到足以维持显示的情况下，不一定设置存储电容器706。
虽然其中在每一像素中设置有用作开关元件的一个晶体管的有源矩阵像素部分的结构在图16A中示出，但是本发明的一个实施例的电子纸不限于该结构。可在每一像素中设置多个晶体管。此外，除了晶体管以外，也可提供诸如电容器、电阻器、或线圈之类的元件。
以具有微胶囊的电泳电子纸为例，在每一像素703中提供的显示元件705的截面图在图16B中示出。
显示元件705具有像素电极710、对电极711、以及通过像素电极710和对电极711施加电压的微胶囊712。晶体管704的源电极和漏电极713之一连接到像素电极710。
在微胶囊712中，诸如氧化钛之类的带正电白色颜料和诸如碳黑之类的带负电黑色颜料用诸如油之类的分散介质封装在一起。根据施加到像素电极710的视频信号的电压而在像素电极和对电极之间施加电压，并且黑色颜料和白色颜料分别被绘制到正电极侧和负电极侧。因此，可显示灰度。
在图16B中，通过透光树脂714将微胶囊712固定在像素电极710和对电极711之间。然而，本发明的一个实施例不限于该结构，并且由微胶囊712、像素电极710、以及对电极711构成的空间可用诸如空气、惰性气体等气体来填充。注意，在此情况下，优选通过粘合剂将微胶囊712固定到像素电极710和对电极711中的一个或两个。
显示元件705中所包括的微胶囊712的数量不一定是复数，如图16B所示。一个显示元件705可具有多个微胶囊712，或者多个显示元件705可具有一个微胶囊712。例如，两个显示元件705共享一个微胶囊712，并且正电压和负电压分别施加到显示元件705之一中所包括的像素电极710和另一显示元件705中所包括的像素电极710。在此情况下，在微胶囊712中，在与施加有正电压的像素电极710重叠的区域中，黑色颜料被绘制到像素电极710侧，而白色颜料被绘制到对电极711侧。另一方面，在微胶囊712中，在与施加有负电压的像素电极710重叠的区域中，白色颜料被绘制到像素电极710侧，而黑色颜料被绘制到对电极711侧。
接着，给出电泳系统的以上电子纸作为描述电子纸的具体驱动方法的一个示例。
电子纸的操作可根据以下周期来描述：初始化周期，写入周期、以及保持周期。
首先，为了初始化显示元件，在切换显示图像之前的初始化周期中，像素部分中的每一像素的灰度级临时被设为相等。对灰度级的初始化防止残余图像保留。具体地，在电泳系统中，通过显示元件705中所包括的微胶囊712来调节所显示的灰度级以使每一像素的显示为白色或黑色。
在本实施例中，将描述在用于显示黑色的初始化视频信号被输入到像素之后用于显示白色的初始化视频信号被输入到像素的情况下的初始化操作。例如，当在电泳系统的电子纸中相对于对电极711侧进行对图像的显示时，将电压施加到显示元件705，以使微胶囊712中的黑色颜料移动到对电极711侧，而微胶囊712中的白色颜料移动到像素电极710侧。接着，将电压施加到显示元件705，以使微胶囊712中的白色颜料移动到对电极711侧，而微胶囊712中的黑色颜料移动到像素电极710侧。
此外，当初始化视频信号被输入到像素仅一次时，微胶囊712中的白色颜料和黑色颜料根据在初始化周期之前显示的灰度级而未完全完成移动；由此，即使在初始化周期结束之后也有可能出现像素的显示灰度级之间的差异。因此，优选将相对于公共电压Vcom的负电压-Vp多次施加到像素电极710以显示黑色，而将相对于公共电压Vcom的正电压Vp多次施加到像素电极710以显示白色。
注意，当在初始化周期之前显示的灰度级根据每一像素的显示元件而不同时，用于输入初始化视频信号的最小次数也变化。因此，用于输入初始化视频信号的次数可根据在初始化周期之前显示的灰度级而在像素之间改变。在此情况下，公共电压Vcom优选被输入到不一定输入初始化视频信号的像素。
注意，为了将作为初始化视频信号的电压Vp或电压-Vp多次施加到像素电极710，多次执行以下操作序列：在选择信号的脉冲被供应到每一扫描线期间的周期中，初始化视频信号被输入到包括扫描线的线的像素。将初始化视频信号的电压Vp或电压-Vp多次施加到像素电极710，由此微胶囊712中的白色颜料和黑色颜料的移动会聚以防止像素之间的灰度级的差异出现。由此，可进行对像素部分中的像素的初始化。
注意，在初始化周期中的每一像素中，黑色在白色之后显示的情况、以及白色在黑色之后显示的情况是可接受的。替换地，在初始化周期中的每一像素中，黑色在白色显示之后、以及此外在该白色显示之后显示的情况也是可接受的。
此外，至于像素部分中的所有像素，起动初始化周期的时序不一定相同。例如，对于每一像素、或者属于相同线的每一像素等，起动初始化周期的时序可以是不同的。
接着，在写入周期中，具有图像数据的视频信号被输入到该像素。
在整个像素部分上显示图像的情况下，在一个帧周期中，使电压的脉冲偏移的选择信号被按顺序输入到所有扫描线。然后，在选择信号中出现脉冲的一个行周期中，具有图像数据的视频信号被输入到所有信号线。
微胶囊712中的白色颜料和黑色颜料根据施加到像素电极710的视频信号的电压而移动到像素电极710侧和对电极711，以使显示元件705显示灰度。
注意，同样在写入周期中，优选与在初始化周期中一样将视频信号的电压多次施加到像素电极710。因此，多次执行以下操作序列：在选择信号的脉冲被供应到每一扫描线的周期中，视频信号被输入到包括扫描线的线的像素。
接着，在保持周期中，在通过信号线将公共电压Vcom输入到所有像素之后，选择信号未被输入到扫描线，或者视频信号未被输入到信号线。因此，维持白色颜料和黑色颜料在显示元件705中所包括的微胶囊712中的位置，除非在像素电极710和公共电极711之间施加正电压或负电压，从而保持在显示元件705上显示的灰度级。因此，即使在保持周期中也维持在写入周期中写入的图像。
注意，改变用于电子纸的显示元件的灰度级所需的电压倾向于比用于液晶显示设备的液晶元件的电压、或者用于发光设备的发光元件(诸如有机发光元件)的电压高。因此，写入周期中的用作开关元件的像素的晶体管704的源电极和漏电极之间的电位差较大；由此，截止状态电流增大，并且归因于像素电极710的电位波动而可能出现显示的干扰。然而，如上所述，在本发明的一个实施例中，氧化物半导体膜用于晶体管704的有源层。因此，晶体管704在栅电极和源电极之间的电压基本为0的状态中的截止状态电流(即，漏电流)相当地低。因此，即使当晶体管704的源电极和漏电极之间的电位差在写入周期中增大时，也可抑制截止状态电流，并且可防止归因于像素电极710的电位改变而生成显示干扰。另外，写入周期中的用作开关元件的像素的晶体管704的源电极和漏电极之间的电位差较大，从而晶体管704容易劣化。然而，在本发明的一个实施例中，可减小由随时间退化引起的晶体管704的阈值电压的变化，从而可增强电子纸的可靠性。
可通过适当地结合任一上述实施例来实现本实施例。
(实施例6)
图17A是有源矩阵半导体显示设备的框图的示例。在显示设备中的衬底5300上，提供了像素部分5301、第一扫描线驱动电路5302、第二扫描线驱动电路5303、以及信号线驱动电路5304。在像素部分5301中，提供了从信号线驱动电路5304延伸的多条信号线，并且提供了从第一扫描驱动电路5302和第二扫描线驱动电路5303延伸的多条扫描线。注意，包括显示元件的像素以矩阵形式设置在扫描线和信号线彼此交叉的各个区域中。此外，显示设备中的衬底5300通过诸如柔性印刷电路(FPC)之类的连接点连接到时序控制电路5305(也称为控制器或控制器IC)。
在图17A中，在形成有像素部分5301的一个衬底5300上形成第一扫描线驱动电路5302、第二扫描线驱动电路5303、以及信号线驱动电路5304。因此，由于设置在外部的组件(诸如驱动电路)的数量减少，因此有可能不仅减小显示设备的尺寸，而且因组装步骤和检查步骤的数量减少而降低成本。另外，如果驱动电路设置在衬底5300外部，则布线可能需要延伸并且布线连接的数量可能增加，但是如果驱动电路设置在在衬底5300上，则布线连接的数量可能减少。因此，可防止产量因驱动电路和像素部分的缺陷连接而下降，并且可防止可靠性因连接点处的低机械强度而下降。
注意，作为示例，时序控制电路5303将第一扫描线驱动电路起动信号(GSP1)(起动信号也称为起动脉冲)和扫描线驱动电路时钟信号(GCK1)供应到第一扫描线驱动电路5302。例如，时序控制电路5305将第二扫描线驱动电路起动信号(GSP2)和扫描线驱动电路时钟信号(GCK2)供应到第二扫描线驱动电路5303。此外，时序控制电路5305将信号线驱动电路起动信号(SSP)、信号线驱动电路时钟信号(SCK)、视频信号数据(DATA)(也简称为视频信号)、以及闩锁信号(LAT)供应到信号线驱动电路5304。注意，可省略第一扫描线驱动电路5302和第二扫描线驱动电路5303中的一个。
图17B示出其中在一个衬底5300上形成具有低驱动频率的电路(例如，第一扫描线驱动电路5302和第二扫描线驱动电路5303)(在该衬底上形成像素部分5301)、且在与设置有像素部分5301的衬底不同的另一衬底上形成信号线驱动电路5304的结构。有可能形成具有低驱动频率的电路，诸如用于部分地在形成有像素部分5301的一个衬底5300上的信号线驱动电路5304中的采样电路的模拟开关。由此，部分地采用板上系统，从而或多或少地获得板上系统的优点，诸如上述防止产量因缺陷连接、或连接点处的低机械强度而下降，以及因组装步骤和检查步骤的数量的减少而降低成本。此外，与其中在一个衬底上形成像素部分5301、第一扫描线驱动电路5302、第二扫描线驱动电路5303、以及信号线驱动电路5304的板上系统相比，部分地采用板上系统，从而有可能提高具有高驱动频率的电路的性能。此外，形成具有大面积的像素部分是可能的，其在使用单晶半导体的情况下是难以实现的。
接着，将描述包括n沟道晶体管的信号线驱动电路的结构。
图18A所示的信号线驱动电路包括移位寄存器5601和采样电路5602。采样电路5602包括多个开关电路5602_1至5602_N(N是自然数)。开关电路5602_1至5602_N各自包括n沟道晶体管5603_1至5603_k(k是自然数)。
将以开关电路5602_1为例来描述信号线驱动电路中的连接关系。注意，在下文中，晶体管的源电极和漏电极之一被称为第一端子，而另一个被称为第二端子。
晶体管5603_1至5603_k的第一端子分别连接到布线5604_1到5604_k。注意，视频信号被输入到布线5604_1至5604_k中的每一个。晶体管5603_1至5603_k的第二端子分别连接到信号线S1至Sk。晶体管5603_1至5603_k的栅电极连接到移位寄存器5601。
移位寄存器5601具有通过将具有高电平(H电平)电压的时序信号按顺序输出到布线5605_1至5605_N来按顺序地选择开关电路5602_1至5602_N的功能。
开关电路5602_1具有控制布线5604_1至5604_k与信号线S1至Sk之间的导通状态(第一端子和第二端子之间的导通状态)的功能，即，通过开关晶体管5603_1至5603_k来控制是否将布线5604_1至5604_k的电位供应到信号线S1至Sk的功能。
接着，参考图18B中的时序图来描述图18A中的信号线驱动电路的操作。图18B示出分别被输入到布线5605_1至5605_N的时序信号Sout_1至Sout_N、以及从移位寄存器5601分别输入到布线5604_1至5604_k的视频信号Vdata_1至Vdata_k的时序图作为示例。
注意，信号线驱动电路的一个操作周期对应于显示设备中的一个行周期。在图18B中，示出一个行周期分成周期T1至TN的情况。周期T1至TN是用于将视频信号写入所选行中的一个像素的周期。
在周期T1至TN中，移位寄存器5601将H电平时序信号按顺序地输出到布线5605_1至5605_N。例如，在周期T1中，移位寄存器5601将H电平信号输出到布线5605_1。然后，开关电路5602_1中所包括的晶体管5603_1至5603_k导通，从而使布线5604_1至5604_k以及信号线S1至Sk导通。在此情况下，将数据(S1)至数据(Sk)分别输入到布线5604_1至5604_k。通过晶体管5603_1至5603_k将数据(S1)至数据(Sk)输入到所选行中的第一至第k列中的像素。由此，在周期T1到TN中，按k列将视频信号按顺序写入所选行中的像素。
通过按多个列将视频信号写入像素，可减少视频信号的数量、或者布线的数量。由此，可减少与诸如控制器之类的外部电路的连接的数量。通过将视频信号写入每多个列的像素中，可延长写入时间，并且可防止视频信号的不充分写入。
接着，参考图19A和19B以及图20A和20B来描述用于信号线驱动电路或扫描线驱动电路的移位寄存器的一个实施例。
移位寄存器包括第一至第N脉冲输出电路10_1至1_N(N是大于或等于3的自然数)(参见图19A)。第一时钟信号CK1、第二时钟信号CK2、第三时钟信号CK3、以及第四时钟信号CK4分别从第一布线11、第二布线12、第三布线13、以及第四布线14供应到第一至第N脉冲输出电路10_1至10_N。来自第五布线15的起动脉冲SP1(第一起动脉冲)被输入到第一脉冲输出电路10_1。此外，来自前一级的脉冲输出电路10_(n-1)的信号(称为前一级信号OUT(n-1))(n是大于或等于的自然数)被输入到第二或后续级中的第n脉冲输出电路10_n(n是大于或等于2且小于或等于N的自然数)。来自第一脉冲输出电路10_1之后两级的第三脉冲输出电路10_3的信号被输入到第一脉冲输出电路10_1。以类似的方式，来自第n脉冲输出电路10_n之后两级的第(n+2)脉冲输出电路10_(n+2)的信号(称为后续级信号OUT(n+2))被输入到第二级或后续级中的第n脉冲输出电路10_n。由此，各级的脉冲输出电路输出要被输入到后续级的脉冲输出电路和/或要被输入到前一级之前的一级的脉冲输出电路的第一输出信号(OUT(1)(SR)至OUT(N)(SR))、以及要被输入到另一电路等的第二输出信号(OUT(1)至OUT(N))。注意，如图19A所示，后续级信号OUT(n+2)未被输入到移位寄存器的最后两级；因此，作为示例，可分别将第二起动脉冲SP2和第三起动脉冲SP3输入到最后两级。
注意，时钟信号(CK)是以有规律的间隔在H电平和L电平(低电平电压)之间交替的信号。第一至第四时钟信号(CK1)至(CK4)按顺序延迟1/4周期。在本实施例中，通过使用第一至第四时钟信号(CK1)至(CK4)，进行对驱动脉冲输出电路的控制等。
第一输入端子21、第二输入端子22、以及第三输入端子23电连接到第一至第四布线11至14中的任一个。例如，在图19A中，第一脉冲输出电路10_1的第一输入端子21电连接到第一布线11，第一脉冲输出电路10_1的第二输入端子22电连接到第二布线12，而第一脉冲输出电路10_1的第三输入端子23电连接到第三布线13。另外，第二脉冲输出电路10_2的第一输入端子21电连接到第二布线12，第二脉冲输出电路10_2的第二输入端子22电连接到第三布线13，而第二脉冲输出电路10_2的第三输入端子23电连接到第四布线14。
第一至第N脉冲输出电路10_1至1_N各自包括第一输入端子21、第二输入端子22、第三输入端子23、第四输入端子24、第五输入端子25、第一输出端子26、以及第二输出端子27(参见图19B)。在第一脉冲输出电路10_1中，第一时钟信号CK1被输入到第一输入端子21，第二时钟信号CK2被输入到第二输入端子22，第三时钟信号CK3被输入到第三输入端子23，起动脉冲SP1被输入到第四输入端子24，后续级信号OUT(3)被输入到第五输入端子25，第一输出信号OUT(1)(SR)从第一输出端子26输出，而第二输出信号OUT(1)从第二输出端子27输出。
接着，将参考图20A描述脉冲输出电路的具体电路结构的示例。
脉冲输出电路各自包括第一至第十三晶体管31至43(参见图20A)。除了上述第一至第五输入端子21至25、第一输出端子26、以及第二输出端子27以外，信号或电源电位从供应第一高电源电位VDD的电源线51、供应第二高电源电位VCC的电源线52、以及供应低电源电位VSS的电源线53供应到第一到第十三晶体管31至43。图20A中的电源线的电源电位的关系如下：第一电源电位VDD高于或等于第二电源电位VCC，而第二电源电位VCC高于或等于第三电源电位VSS。第一至第四时钟信号(CK1)至(CK4)是以有规律的间隔重复变成H电平信号和L电平信号的信号。该电位在时钟信号处于H电平时为VDD，而该电位在时钟信号处于L电平时为VSS。通过使电源线51的第一高电源电位VDD高于电源线52的第二高电源电位VCC，可降低施加到晶体管的栅电极的电位，可减小晶体管的阈值电压的偏移，并且可在对晶体管的操作没有不利影响的情况下抑制晶体管的劣化。
在图20A中，第一晶体管31的第一端子电连接到电源线51，第一晶体管31的第二端子电连接到第九晶体管39的第一端子，而第一晶体管31的栅电极电连接到第四输入端子24。第二晶体管32的第一端子电连接到电源线53，第二晶体管32的第二端子电连接到第九晶体管39的第一端子，而第二晶体管32的栅电极电连接到第四晶体管34的栅电极。第三晶体管33的第一端子电连接到第一输入端子21，而第三晶体管33的第二端子电连接到第一输出端子26。第四晶体管34的第一端子电连接到电源线53，而第四晶体管34的第二端子电连接到第一输出端子26。第五晶体管35的第一端子电连接到电源线53，第五晶体管35的第二端子电连接到第二晶体管32的栅电极和第四晶体管34的栅电极，而第五晶体管35的栅电极电连接到第四输入端子24。第六晶体管36的第一端子电连接到电源线52，第六晶体管36的第二端子电连接到第二晶体管32的栅电极和第四晶体管34的栅电极，而第六晶体管36的栅电极电连接到第五输入端子25。第七晶体管37的第一端子电连接到电源线52，第七晶体管37的第二端子电连接到第八晶体管38的第二端子，而第七晶体管37的栅电极电连接到第三输入端子23。第八晶体管38的第一端子电连接到第二晶体管32的栅电极和第四晶体管34的栅电极，而第八晶体管38的栅电极电连接到第二输入端子22。第九晶体管39的第一端子电连接到第一晶体管31的第二端子和第二晶体管32的第二端子，第九晶体管39的第二端子电连接到第三晶体管33的栅电极和第十晶体管40的栅电极，而第九晶体管39的栅电极电连接到电源线52。第十晶体管40的第一端子电连接到第一输入端子21，第十晶体管40的第二端子电连接到第二输出端子27，而第十晶体管40的栅电极电连接到第九晶体管39的第二端子。第十一晶体管41的第一端子电连接到电源线53，第十一晶体管41的第二端子电连接到第二输出端子27，而第十一晶体管41的栅电极电连接到第二晶体管32的栅电极和第四晶体管34的栅电极。第十二晶体管42的第一端子电连接到电源线53，第十二晶体管42的第二端子电连接到第二输出端子27，而第十二晶体管42的栅电极电连接到第七晶体管37的栅电极。第十三晶体管43的第一端子电连接到电源线53，第十三晶体管43的第二端子电连接到第一输出端子26，而第十三晶体管43的栅电极电连接到第七晶体管37的栅电极。
在图20A中，第三晶体管33的栅电极、第十晶体管40的栅电极、以及第九晶体管39的第二端子的连接点被称为节点A。第二晶体管32的栅电极、第四晶体管34的栅电极、第五晶体管35的第二端子、第六晶体管36的第二端子、第八晶体管38的第一端子、以及第十一晶体管41的栅电极相连接的连接点被称为节点B(参见图20A)。
图20B示出包括图20A所示的多个脉冲输出电路的移位寄存器的时序图。
注意，提供其中第二电源电位VCC被施加到如图20A所示的栅电极的第九晶体管39具有在引导操作之前和之后的如下优点。
在没有其中第二高电源电位VCC被施加到栅电极的第九晶体管39的情况下，如果通过引导操作使节点A的电位上升，则作为第一晶体管31的第二端子的源电极的电位上升到高于第一电源电位VDD的值。然后，第一晶体管31的第一端子(即，电源线51)变成用作其源电极。因此，在第一晶体管31中，施加高偏压，并且由此在栅电极与源电极之间、以及栅电极与漏电极之间施加显著的应力，这可导致晶体管的劣化。通过提供其中第二电源电位VCC被供应到栅电极的第九晶体管39，通过引导操作使节点A的电位上升，但是同时，可防止第一晶体管31的第二端子的电位增加。换句话说，第九晶体管39的放置可降低在第一晶体管31的栅电极和源电极之间施加的负偏压的电平。因此，根据本实施例中的电路结构，可减小在第一晶体管31的栅电极和源电极之间施加的负偏压，从而可进一步约束第一晶体管31因应力造成的劣化。
注意，第九晶体管39被设置成通过其第一端子和第二端子连接在第一晶体管31的第二端子和第三晶体管33的栅电极之间。注意，当在级的数量比扫描线驱动电路多的信号线驱动电路中包括本实施例中的包含多个脉冲输出电路的移位寄存器时，可省略第九晶体管39，这因为减少了晶体管的数量而是有利的。
注意，氧化物半导体用于第一至第十三晶体管31至43的有源层；由此，可减小这些晶体管的截止状态电流，可增大导通状态电流和场效应迁移率，并且可减小这些晶体管的劣化程度；由此，可减少电路故障。此外，使用氧化物半导体形成的的晶体管的因将高电位施加到栅电极的劣化程度小于使用非晶硅形成的晶体管的劣化程度。因此，即使当将第一电源电位VDD供应到供应有第二电源电位VCC的电源线时，也可执行类似的操作，并且可减少设置在电路中的电源线的数量，从而可使该电路小型化。
注意，即使当连接关系改变、从而可从第二输入端子22和第三输入端子23分别供应从第三输入端子23供应到第七晶体管37的栅电极的时钟信号以及从第二输入端子22供应到第八晶体管38的栅电极的时钟信号时，也可获得类似的功能。注意，在图20A所示的移位寄存器中，如果第七晶体管37和第八晶体管28都导通的状态通过第七晶体管37截止而第八晶体管38导通的状态改变到第七晶体管37截止且第八晶体管38截止的状态，则由第七晶体管37的栅电极的电位下降和第八晶体管38的栅电极的电位下降引起由第二输入端子22和第三输入端子23的电位下降引起的节点B处的电位下降两次。另一方面，在图20A所示的移位寄存器中的第七晶体管37和第八晶体管38的状态以第七晶体管37和第八晶体管38两者都导通、随后第七晶体管37导通而第八晶体管38截止、并且随后第七晶体管37和第八晶体管38都截止的方式改变的情况下，由第八晶体管38的栅电极的电位下降引起由第二输入端子22和第三输入端子23的电位下降引起的节点B处的电位下降仅一次。因此，其中将时钟信号CK3从第三输入端子23供应到第七晶体管37的栅电极、并且将时钟信号CK2从第二输入端子22供应到第八晶体管38的栅电极的连接关系是优选的。这是因为可减少节点B的电位改变的次数且可降低噪声。
以此方式，在第一输出端子26和第二输出端子27的电位保持在L电平的周期中，将H电平信号有规律地供应到节点B；因此，可抑制脉冲输出电路的故障。
可通过适当地结合任一上述实施例来实现本实施例。
(实施例7)
在根据本发明的一个实施例的液晶显示设备中，使用具有低截止状态电流的高度可靠的薄膜晶体管；因此，获得高对比度和高可靠性。在本实施例中，将描述根据本发明的一个实施例的液晶显示设备的结构。
图21是作为示例的根据本发明的一个实施例的液晶显示设备的像素的截面图。图21所示的薄膜晶体管1401具有在绝缘表面上形成的栅电极1402、栅电极上的栅绝缘膜1403、在栅绝缘膜1403上且与栅电极1402重叠的氧化物半导体膜1404、以及用作源电极和漏电极且按顺序层叠在氧化物半导体膜1404上的一对导电膜1406a和1406b。此外，薄膜晶体管1401可包括在氧化物半导体膜1404上形成的绝缘膜1407作为组件。绝缘膜1407被形成为覆盖栅电极1402、栅绝缘膜1403、氧化物半导体膜1404、以及导电膜1406a和1406b。
注意，在本实施例中，给出根据实施例1中所述的制造方法而形成的源电极和漏电极作为示例；然而，可使用根据实施例2至4中的任一个所述的制造方法而形成的源电极和漏电极。
在绝缘膜1407上形成绝缘膜1408。绝缘膜1407和绝缘膜1408的一部分设置有开口，并且像素电极140被形成为与导电膜1406b在开口中的一个接触。
此外，在绝缘膜1408上形成用于控制液晶元件的单元间隙的间隔物1417。绝缘膜被蚀刻成具有期望形状，从而可形成间隔物1417。还可通过使填充物分散在绝缘膜1408上来控制单元间隙。
在像素电极1410上形成取向膜1411。此外，在与像素电极1410相反的位置中设置对电极1413，并且在对电极1413接近像素电极1410的一侧上形成取向膜1414。可使用诸如聚酰亚胺或聚乙烯醇之类的有机树脂来形成取向膜1411和取向膜1414。对其表面进行诸如摩擦之类的取向处理，从而在特定方向上对液晶分子取向。可在对取向膜施加压力时通过滚动缠绕尼龙等的织物的辊来进行摩擦，从而在特定方向上摩擦取向膜的表面。注意，也有可能通过使用诸如氧化硅之类的无机材料通过蒸镀法来形成具有取向特性的取向膜1411和1414，而无需取向工艺。
此外，在被像素电极1410和对电极1413之间的密封剂1416包围的区域中设置液晶1415。可通过分配法(滴落法)或浸渍法(抽吸法)来进行液晶1415的注入。注意，可在密封剂1416中混合填充物。
使用像素电极1410形成的液晶元件、对电极1413、以及液晶1415可与特定波长区域中的光可穿过的滤色片重叠。可在设置有对电极1413的衬底(对衬底)1420上形成滤色片。可在涂敷其中颜料分散在衬底1420上的有机树脂(诸如丙烯基树脂)之后通过光刻来选择性地形成滤色片。替换地，可在涂敷其中颜料分散在衬底1420上的聚酰亚胺基树脂之后通过蚀刻来选择性地形成滤色片。此外替换地，可通过诸如喷墨法之类的液滴喷射法来选择性地形成滤色片。
可在像素中形成可阻挡光的挡光膜，从而防止因对液晶1415的取向时的像素之间的变化所造成的旋错(disclination)被看到。可使用包含诸如低碳黑或钛氧化物之类的黑色颜料的有机树脂来形成该挡光膜。替换地，铬膜可用于挡光膜。
例如，可使用诸如包括氧化硅的氧化铟锡(ITSO)、氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧化铟锌(IZO)、或掺杂镓的氧化锌(GZO)之类的透明导电材料来形成像素电极1410和对电极1413。注意，本实施例描述了通过将透光导电膜用于像素电极1410和对电极1413来制造透射型液晶元件的示例；然而，本发明的一个实施例不限于该结构。根据本发明的一个实施例的液晶显示设备可以是反透射液晶显示设备、或反射液晶显示设备。
虽然在本实施例中描述了TN(扭转向列)模式的液晶显示设备，但是本发明的薄膜晶体管可用于VA(垂直取向)模式、OCB(光学补偿双折射)模式、IPS(共面切换)模式等的其他液晶显示设备。
替换地，可使用不需要取向膜的、呈现蓝相的液晶。蓝相是液晶相之一，当胆甾型液晶的温度升高时，蓝相刚好在胆甾相变成各向同性相之前生成。由于只在窄的温度范围内生成蓝相，因此包含大于或等于5％的手性剂以改进温度范围的液晶组分用于液晶1415。包括呈现蓝相的液晶、以及手性剂的液晶组合物具有大于或等于10μs且小于或等于100μs的短响应时间，并且在光学上是各向同性的；因此，对象处理不是必需的，并且视角依赖性较小。
图22示出显示本发明的液晶显示设备的结构的立体图的示例。图22所示的液晶显示设备设置有液晶面板1601，在该液晶显示设备中，在一对衬底、第一漫射板1602、棱镜片1603、第二漫射板1604、导光板1605、反射板1606、光源1607、以及电路衬底1608之间形成有液晶元件。
液晶面板1601、第一漫射板1602、棱镜片1603、第二漫射板1604、导光板1605、以及反射板1606按顺序层叠。光源1607设置在导光板1605的端部。用来自光源1607的光均匀地照射液晶面板1601，由于第一漫射板1602、棱镜片1603、以及第二漫射板1604，该光在导光板1605内部漫射。
虽然在本实施例中使用第一漫射板1602和第二漫射板1604，但是漫射板的数量不限于此。漫射板的数量可以是一个、或者可以是三个或三个以上。只要漫射板设置在导光板1605和液晶面板1601之间，它就是可接受的。因此，只在与棱镜片1603相比离液晶面板1601更近的一侧上、或者只在与棱镜片1603相比离导光板1605更近的一侧上设置漫射板。
此外，棱镜片1603的截面不限于图22所示的锯齿状。棱镜片1603可具有来自导光板1605的光可聚集在液晶面板1601侧上的形状。
电路衬底1608设置有生成输入到液晶面板1601的各种信号的电路、处理这些信号的电路等。在图22中，电路衬底1608和液晶面板1601经由柔性印刷电路(FPC)1609彼此连接。注意，该电路可通过使用玻璃上芯片(COG)法连接到液晶面板1601，或者该电路的一部分可通过膜上芯片(COF)法连接到FPC 1609。
图22示出其中电路衬底1608设置有控制对光源1607的驱动的控制电路，并且该控制电路和光源1607经由FPC 1610彼此连接的示例。注意，可在液晶面板1601上形成上述控制电路。在此情况下，液晶面板1601和光源1607经由FPC等彼此连接。
注意，虽然图22示出其中光源1607设置在液晶面板1601的端部的边缘光型光源，但是本发明的液晶显示设备可以是其中光源1607直接设置在液晶面板1601以下的正下方(direct-below)型。
可通过适当地结合任一上述实施例来实现本实施例。
(实施例8)
在本实施例中，将描述包括用于像素的根据本发明一个实施例的薄膜晶体管的发光设备的结构。在本实施例中，参考图23A至23C描述用于驱动在发光元件的晶体管是n沟道晶体管时的像素的截面结构。虽然在图23A至23C中描述了第一电极是阴极而第二电极是阳极的情况，但是第一电极可以是阳极，而第二电极可以是阴极。
图23A是在采用n沟道晶体管作为晶体管6031、并且从发光元件6033发射的光从第一电极6034提取的情况下的像素的截面图。晶体管6031用绝缘膜6037覆盖，并且在绝缘膜6037上形成具有开口的间隔物6038。在间隔物6038的开口中，部分地露出第一电极6034，并且第一电极6034、电致发光层6035、以及第二电极6036按顺序层叠在该开口中。
第一电极6034使用透光的材料或厚度来形成，并且可使用具有低功函数的金属、其合金、导电化合物、混合物等的材料来形成。具体地，可使用诸如Li或Cs之类的碱金属、诸如Mg、Ca或Sr之类的碱土金属、包含这些金属的合金(例如，Mg:Ag、Al:Li、或Mg:In)、这些材料的化合物(例如，氟化钙或氮化钙)、或诸如Yb或Er之类的稀土金属。此外，在设置有电子注入层的情况下，也可使用诸如铝层之类的另一导电层。然后，第一电极6034被形成为透光的厚度(优选为约5nm至30nm)。此外，可通过形成透光氧化物导电材料的透光导电层来抑制第一电极6034的薄层电阻，以使其与具有透光的厚度的上述导电层接触且位于该导电膜上方或下方。替换地，可只使用另一透光氧化物导电材料(诸如氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧化铟锌(IZO)、或掺杂镓的氧化锌(GZO))的导电层来形成第一电极6034。此外，也可使用其中在包括ITO和氧化硅的氧化铟锡(在下文中称为ITSO)、或包括氧化硅的氧化铟中氧化锌(ZnO)以2％至20％混合的混合物。在使用透光氧化物导电材料的情况下，优选在电致发光层6035中设置电子注入层。
第二电极6036使用反射或阻挡光的材料和厚度来形成，并且可使用适于被用作阳极的材料来形成。例如，包括氮化钛、氮化锆、钛、钨、镍、铂、铬、银、铝等中的一种或多种的单层膜，氮化钛膜以及包括铝作为主要组分的膜的叠层，氮化钛膜、包括铝作为主要组分的膜、以及氮化钛膜的三层结构等可用于第二电极6036。
使用单个层或多个层来形成电致发光层6035。当使用多个层来形成电致发光层6035时，鉴于载流子传输性质，这些层可被归类成空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层等。在除发光层以外电致发光层6035包括空穴注入层、空穴传输层、电子传输层、以及电子注入层中的至少一个的情况下，电子注入层、电子传输层、发光层、空穴传输层、以及空穴注入层按顺序层叠在第一电极6034上。注意，每一层之间的边界不一定清楚，并且可能存在由于用于形成每一层的材料彼此混合而该边界不清楚的情况。可用有机材料或无机材料来形成每一层。可使用高分子量材料、中间分子量材料、以及低分子量材料中的任一种作为有机材料。注意，中间分子量材料对应于其中结构单元的重复数量(聚合度)约为2至20的低聚合物。空穴注入层和空穴传输层之间的区别未必总是明显的，这与空穴传输性质(空穴迁移性)是特别重要的特性的方面相同。为了方便起见，与阳极接触的层被称为空穴注入层，而与空穴注入层接触的层被称为空穴传输层。对于电子传输层和电子注入层，也同样如此；与阴极接触的层被称为电子注入层，而与电子注入层接触的层被称为电子传输层。在一些情况下，发光层也用作电子传输层，并且因此它也称为发光电子传输层。
在图23A所示的像素的情况下，从发光元件6033发射的光可从第一电极6034提取，如中空箭头所示。
接着，在图23B中示出在晶体管6041是n沟道晶体管且从发光元件6043发射的光从第二电极6046侧提取时的像素的截面图。晶体管6041用绝缘膜6047覆盖，并且在绝缘膜6047上形成具有开口的间隔物6048。在间隔物6048的开口中，部分地露出第一电极6044，并且第一电极6044、电致发光层6045、以及第二电极6046按顺序层叠在该开口中。
第一电极6044使用反射或阻挡光的材料或厚度来形成，并且可使用具有低功函数的金属、其合金、导电化合物、混合物等的材料来形成。具体地，可使用诸如Li或Cs之类的碱金属、诸如Mg、Ca或Sr之类的碱土金属、包含这些金属的合金(例如，Mg:Ag、Al:Li、或Mg:In)、这些材料的化合物(例如，氟化钙或氮化钙)、或诸如Yb或Er之类的稀土金属。此外，在设置有电子注入层的情况下，也可使用诸如铝层之类的另一导电层。
第二电极6046使用透光的材料和厚度来形成，并且可使用适于被用作阳极的材料来形成。例如，诸如氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧化铟锌(IZO)、或掺杂镓的氧化锌(GZO)之类的另一透光氧化物导电材料可用于第二电极6046。此外，其中在包括ITO和氧化硅的氧化铟锡(在下文中称为ITSO)、或包括氧化硅的氧化铟中氧化锌(ZnO)以2％至20％混合的混合物也可用于第二电极6046。此外，除了上述透光氧化物导电材料以外，包括氮化钛、氮化锆、钛、钨、镍、铂、铬、银、铝等中的一种或多种的单层膜，氮化钛膜以及包括铝作为主要组分的膜的叠层，氮化钛膜、包括铝作为主要组分的膜、以及氮化钛膜的三层结构等可用于第二电极6046。然而，在使用除透光氧化物导电材料以外的材料的情况下，第二电极6046被形成为具有透光的厚度(优选约为5nm至30nm)。
电致发光层6045可以类似于图23A的电致发光层6035的方式形成。
在图23B所示的像素的情况下，从发光元件6043发射的光可从第二电极6046提取，如中空箭头所示。
接着，在图23C中示出在晶体管6051是n沟道晶体管且从发光元件6053发射的光从第一电极6054侧提取时的像素的截面图。晶体管6051用绝缘膜6057覆盖，并且在绝缘膜6057上形成具有开口的间隔物6058。在间隔物6058的开口中，部分地露出第一电极6054，并且第一电极6054、电致发光层6055、以及第二电极6056按顺序层叠在该开口中。
第一电极6054可以类似于图23A的第一电极6034的方式形成。第二电极6056可以类似于图23B的第二电极6046的方式形成。电致发光层6055可以类似于图23A的电致发光层6035的方式形成。
在图23A所示的像素的情况下，从发光元件6053发射的光可从第一电极6054和第二电极6054两侧提取，如中空箭头所示。
可通过适当地结合任一上述实施例来实现本实施例。
[示例1]
使用根据本发明的一个实施例的半导体器件，从而可提供高度可靠的电子设备和具有低功耗的电子设备。另外，使用根据本发明的一个实施例的半导体器件，从而可提供高度可靠的电子设备、具有高能见度的电子设备、以及具有低功耗的电子设备。具体而言，在便携式电子设备在连续接收功率方面有困难的情况下，将根据本发明的一个实施例的半导体器件或半导体显示设备添加到该器件的组件，由此可获得在延长连续运行周期方面的优点。此外，通过使用具有低截止状态电流的晶体管，避免由高截止状态电流引起的故障所需的冗余电路设计是不必要的；因此，可增加用于半导体器件的集成电路的密度，并且可形成更高性能的半导体器件。
此外，根据本发明的半导体器件，可抑制制造工艺中的热处理温度；因此，即使在使用耐热性低于玻璃的柔性合成树脂(诸如塑料)而形成的衬底上形成薄膜晶体管时，也可形成具有良好特性的高度可靠的薄膜晶体管。因此，通过使用根据本发明的一个实施例的制造方法，可提供高度可靠的、轻量的、以及柔性的半导体器件。塑料衬底的示例包括以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚醚砜(PES)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、聚醚醚酮(PEEK)、聚砜(PSF)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚芳酯(PAR)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚酰亚胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂、聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙酸乙烯酯、丙烯酸树脂等为代表的聚酯。
根据本发明的一个实施例的半导体器件可用于显示设备、膝上型设备、或设置有记录介质的图像再现设备(通常是再现诸如数字多用碟(DVD)的记录介质的内容且具有用于显示所再现图像的显示器的设备)。除此以外，可给出移动电话、便携式游戏机、便携式信息终端、电子书阅读器、摄像机、数码相机、护目镜型显示器(头戴显示器)、导航系统、音频再现设备(例如，汽车音频系统和数字音频播放器)、复印机、传真机、打印机、多功能打印机、自动取款机(ATM)、自动售货机等作为可使用根据本发明的一个实施例的半导体器件的电子设备。图24A至24F示出这些半导体器件的具体示例。
图24A示出包括外壳7001、显示部分7002等的电子书阅读器。根据本发明的一个实施例的半导体显示设备可用于显示部分7002，从而可提供高度可靠的电子书阅读器、能够显示具有高能见度的图像的电子书阅读器、以及具有低功耗的电子书阅读器。根据本发明的一个实施例的半导体器件可用于控制对电子书阅读器的驱动的集成电路，从而可提供高度可靠的电子书阅读器、具有低功耗的电子书阅读器、以及更高性能的电子书阅读器。当使用柔性衬底时，半导体器件和半导体显示设备可具有柔性，由此可提供柔性且轻量的用户友好的电子书阅读器。
图24B示出包括外壳7011、显示部分7012、支承底座7013等的显示设备。根据本发明的一个实施例的半导体显示设备可用于显示部分7012，从而可提供高度可靠的显示设备、能够显示具有高能见度的图像的显示设备、以及具有低功耗的显示设备。根据本发明的一个实施例的半导体器件可用于控制对显示设备的驱动的集成电路，从而可提供高度可靠的显示设备、具有低功耗的显示设备、以及更高性能的显示设备。注意，显示设备在其范畴内包括用于显示信息的所有显示设备，诸如用于个人计算机、用接收电视广播、以及用于显示广告的显示设备。
图24C示出包括外壳7021、显示部分7022等的显示设备。根据本发明的一个实施例的半导体显示设备可用于显示部分7022，从而可提供高度可靠的显示设备、能够显示具有高能见度的图像的显示设备、以及具有低功耗的显示设备。根据本发明的一个实施例的半导体器件可用于控制对显示设备的驱动的集成电路，从而可提供高度可靠的显示设备、具有低功耗的显示设备、以及更高性能的显示设备。当使用柔性衬底时，半导体器件和半导体显示设备可具有柔性，由此可提供柔性且轻量的用户友好的显示设备。因此，如图24C所示，显示设备可在固定到构造等时使用，并且动态地加宽该显示设备的应用范围。
图24D示出包括外壳7031、外壳7032、显示部分7033、显示部分7034、话筒7035、扬声器7036、操作键7037、指示笔7038等的便携式游戏机。根据本发明的一个实施例的半导体显示设备可用于显示部分7033和显示部分7034，从而可提供高度可靠的便携式游戏机、能够显示具有高能见度的图像的便携式游戏机、以及具有低功耗的便携式游戏机。根据本发明的一个实施例的半导体器件可用于控制对便携式游戏机的驱动的集成电路，从而可提供高度可靠的便携式游戏机、具有低功耗的便携式游戏机、以及更高性能的便携式游戏机。虽然图24D所示的便携式游戏机包括两个显示部分7033和7034，但是便携式游戏机中所包括的显示部分的数量不限于两个。
图24E示出包括外壳7041、显示部分7042、音频输入部分7043、音频输出部分7044、操作键7045、光接收部分7046等的移动电话。在光接收部分7046中接收的光被转换成电信号，由此可下载外部图像。根据本发明的一个实施例的半导体显示设备可用于显示部分7042，从而可提供高度可靠的移动电话、能够显示具有高能见度的图像的移动电话、以及具有低功耗的移动电话。根据本发明的一个实施例的半导体器件可用于控制对移动电话的驱动的集成电路，从而可提供高度可靠的移动电话、具有低功耗的移动电话、以及更高性能的移动电话。
图24F示出包括外壳7051、显示部分7052、操作键7053等的便携式信息终端。可将调制解调器结合在图24F所示的便携式信息终端的外壳7051中。根据本发明的一个实施例的半导体显示设备可用于显示部分7052，从而可提供高度可靠的便携式信息终端、能够显示具有高能见度的图像的便携式信息终端、以及具有低功耗的便携式信息终端。根据本发明的一个实施例的半导体器件可用于控制对便携式游戏机的驱动的集成电路，从而可提供高度可靠的便携式信息终端、具有低功耗的便携式信息终端、以及更高性能的便携式信息终端。
可通过适当地结合任一上述实施例来实现本示例。
本申请基于2009年11月13日向日本专利局提交的日本专利申请S/N.2009-259859，该申请的全部内容通过引用结合于此。
Claims (30)
1.一种半导体器件，包括：
栅电极；
隔着栅绝缘膜与所述栅电极相邻的氧化物半导体膜；以及
与所述氧化物半导体膜接触的源电极和漏电极，
其中所述源电极和所述漏电极包含负电性比氢的负电性低的金属，并且
其中所述源电极和所述漏电极中的氢浓度大于或等于所述氧化物半导体膜中的氢浓度的1.2倍。
2.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述金属包括从由镁、钇、以及铝构成的组中选择的一种。
3.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述金属包括从由钛、钼、以及钨构成的组中选择的一种。
4.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，还包括：
所述氧化物半导体膜、所述源电极、以及所述漏电极上的第一绝缘膜；以及
所述第一绝缘膜上的第二绝缘膜，
其中所述第一绝缘层包含氧化硅和氧氮化硅之一，并且
其中所述第二绝缘膜包含氮化硅、氮氧化硅、氮化铝、以及氮氧化铝之一。
5.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，
所述栅绝缘膜包括第一栅绝缘层、以及所述第一栅绝缘膜和所述氧化物半导体膜之间的第二栅绝缘膜，
其中所述第一栅绝缘膜包含氮化硅、氮氧化硅、氮化铝、以及氮氧化铝之一，并且
其中所述第二栅绝缘层包含氧化硅和氧氮化硅之一。
6.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述源电极和所述漏电极包含从由镁、钇、铝、钛、钼、以及钨构成的组中选择的一种、以及从由钽、铬、钕、以及钪构成的组中选择的一种。
7.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述氧化物半导体膜在所述栅电极上形成。
8.一种半导体器件，包括：
栅电极；
隔着栅绝缘膜与所述栅电极相邻的氧化物半导体膜；以及
源电极和漏电极，
其中所述源电极和所述漏电极各自包括与所述氧化物半导体膜接触的第一导电膜、以及与所述第一导电膜接触的第二导电膜，
其中所述第一导电膜包含负电性比氢的负电性低的金属，并且
其中所述第一导电膜中的氢浓度大于或等于所述氧化物半导体膜中的氢浓度的1.2倍。
9.如权利要求8所述的半导体器件，其特征在于，所述金属包括从由镁、钇、以及铝构成的组中选择的一种。
10.如权利要求8所述的半导体器件，其特征在于，所述金属包括从由钛、钼、以及钨构成的组中选择的一种。
11.如权利要求8所述的半导体器件，其特征在于，还包括：
所述氧化物半导体膜、所述源电极、以及所述漏电极上的第一绝缘膜；以及
所述第一绝缘膜上的第二绝缘膜，
其中所述第一绝缘层包括氧化硅和氧氮化硅之一，并且
其中所述第二绝缘膜包括氮化硅、氮氧化硅、氮化铝、以及氮氧化铝之一。
12.如权利要求8所述的半导体器件，其特征在于，
所述栅绝缘膜包括第一栅绝缘层、以及所述第一栅绝缘膜和所述氧化物半导体膜之间的第二栅绝缘膜，
其中所述第一栅绝缘膜包含氮化硅、氮氧化硅、氮化铝、以及氮氧化铝之一，并且
其中所述第二栅绝缘层包含氧化硅和氧氮化硅之一。
13.如权利要求8所述的半导体器件，其特征在于，所述源电极和所述漏电极包含从由镁、钇、铝、钛、钼、以及钨构成的组中选择的一种、以及从由钽、铬、钕、以及钪构成的组中选择的一种。
14.如权利要求8所述的半导体器件，其特征在于，所述第二导电膜的导电性低于所述第一导电膜的导电性。
15.如权利要求8所述的半导体器件，其特征在于，所述氧化物半导体膜在所述栅电极上形成。
16.一种半导体器件，包括：
栅电极；
隔着栅绝缘膜与所述栅电极相邻的氧化物半导体膜；以及
与所述氧化物半导体膜接触的源电极和漏电极，
其中所述源电极和所述漏电极包含负电性比氢的负电性低的金属，并且
其中所述源电极和所述漏电极中的氢浓度大于或等于所述氧化物半导体膜中的氢浓度的5倍。
17.如权利要求16所述的半导体器件，其特征在于，所述金属包括从由镁、钇、以及铝构成的组中选择的一种。
18.如权利要求16所述的半导体器件，其特征在于，所述金属包括从由钛、钼、以及钨构成的组中选择的一种。
19.如权利要求16所述的半导体器件，其特征在于，还包括：
所述氧化物半导体膜、所述源电极、以及所述漏电极上的第一绝缘膜；以及
所述第一绝缘膜上的第二绝缘膜，
其中所述第一绝缘层包含氧化硅和氧氮化硅之一，并且
其中所述第二绝缘膜包含氮化硅、氮氧化硅、氮化铝、以及氮氧化铝之一。
20.如权利要求16所述的半导体器件，其特征在于，
所述栅绝缘膜包括第一栅绝缘层、以及所述第一栅绝缘膜和所述氧化物半导体膜之间的第二栅绝缘膜，
其中所述第一栅绝缘膜包含氮化硅、氮氧化硅、氮化铝、以及氮氧化铝之一，并且
其中所述第二栅绝缘层包含氧化硅和氧氮化硅之一。
21.如权利要求16所述的半导体器件，其特征在于，所述源电极和所述漏电极包含从由镁、钇、铝、钛、钼、以及钨构成的组中选择的一种、以及从由钽、铬、钕、以及钪构成的组中选择的一种。
22.如权利要求16所述的半导体器件，其特征在于，所述氧化物半导体膜在所述栅电极上形成。
23.一种半导体器件，包括：
栅电极；
隔着栅绝缘膜与所述栅电极相邻的氧化物半导体膜；以及
源电极和漏电极，
其中所述源电极和所述漏电极各自包括与所述氧化物半导体膜接触的第一导电膜、以及与所述第一导电膜接触的第二导电膜，
其中所述第一导电膜包含负电性比氢的负电性低的金属，并且
其中所述第一导电膜中的氢浓度大于或等于所述氧化物半导体膜中的氢浓度的5倍。
24.如权利要求23所述的半导体器件，其特征在于，所述金属包括从由镁、钇、以及铝构成的组中选择的一种。
25.如权利要求23所述的半导体器件，其特征在于，所述金属包括从由钛、钼、以及钨构成的组中选择的一种。
26.如权利要求23所述的半导体器件，其特征在于，还包括：
所述氧化物半导体膜、所述源电极、以及所述漏电极上的第一绝缘膜；以及
所述第一绝缘膜上的第二绝缘膜，
其中所述第一绝缘层包含氧化硅和氧氮化硅之一，并且
其中所述第二绝缘膜包含氮化硅、氮氧化硅、氮化铝、以及氮氧化铝之一。
27.如权利要求23所述的半导体器件，其特征在于，
所述栅绝缘膜包括第一栅绝缘层、以及所述第一栅绝缘膜和所述氧化物半导体膜之间的第二栅绝缘膜，
其中所述第一栅绝缘膜包含氮化硅、氮氧化硅、氮化铝、以及氮氧化铝之一，并且
其中所述第二栅绝缘层包含氧化硅和氧氮化硅之一。
28.如权利要求23所述的半导体器件，其特征在于，所述源电极和所述漏电极包含从由镁、钇、铝、钛、钼、以及钨构成的组中选择的一种、以及从由钽、铬、钕、以及钪构成的组中选择的一种。
29.如权利要求23所述的半导体器件，其特征在于，所述第二导电膜的导电性低于所述第一导电膜的导电性。
30.如权利要求23所述的半导体器件，其特征在于，所述氧化物半导体膜在所述栅电极上形成。
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