CN106200084A - 液晶显示设备及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

液晶显示设备及其制造方法。本发明提供一种制造液晶显示设备的方法，其中用于电连接像素电极与晶体管的源电极和漏电极之一的接触孔以及用于处理半导体层的接触孔同时形成。该方法有助于减少光学成像步骤。晶体管包括其中形成有沟道形成区的氧化物半导体层。

Description

液晶显示设备及其制造方法
本申请是申请日为2011年9月9日、申请号为201110283656.5、发明名称为液晶显示设备及其制造方法的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种用于制造薄膜晶体管和液晶显示设备的方法。
背景技术
近年来，非常需要减少液晶显示设备的成本、厚度、重量。
作为实现液晶显示设备成本减少的一种方法，可给出液晶显示设备的制造工艺的简化。
液晶显示设备的驱动方法宽泛地分类成无源矩阵法和有源矩阵法。近年来，图像质量和高速响应极佳的有源矩阵液晶显示设备已成为主流。
在有源矩阵液晶显示设备中，每个像素都设置有开关元件。薄膜晶体管主要用作开关元件。作为这样的薄膜晶体管，给出了沟道形成区设置在栅电极下方的顶栅晶体管和沟道形成区设置在栅电极上方的底栅晶体管。这些薄膜晶体管通常使用至少五层光掩模来制造。
尽可能地减少光掩模的数量是以较低成本制造液晶显示设备的一个重要因素。为了减少光掩模的数量，在许多情况下使用复杂的技术，如背侧曝光(如参见专利文献1)、抗蚀剂回流、或需要特殊装置的剥离法。使用这种复杂的技术可能导致各种问题，如液晶显示设备的产量减小和薄膜晶体管的电特性劣化。
此外，作为实现液晶显示设备的厚度和重量减小的一种方法，给出通过机械抛光、化学抛光等来减小其中夹有液晶材料的基板的厚度。
玻璃基板主要被用作夹有液晶材料的基板，因此对通过机械抛光、化学抛光等来减小这种基板的厚度有限制。此外，存在这样的问题，随着这种基板的厚度的减小，基板的强度也降低，且液晶显示设备更有可能被外部冲击损坏。因此，理想的是，使用显著强韧的支承件(如树脂膜和金属膜)作为夹有液晶材料的基板来制造液晶显示设备。
[参考文献]
[专利文献1]日本公开专利申请No.H05-203987
发明内容
鉴于上述技术背景做出本发明。因此，本发明一个实施例的目的是与常规情况相比减少光掩模数量，而不需要复杂的技术或特殊装置。本发明一个实施例的另一目的是提供一种制造薄的、轻量的、且不易断裂的液晶显示设备的方法。
也就是说，本发明的一个实施例是一种制造液晶显示设备的方法，它包括以下步骤：在基板上形成分离层；在分离层上形成第一导电层；在第一导电层上形成第一抗蚀剂掩模；使用第一抗蚀剂掩模部分地去除第一导电层以形成栅电极；在栅电极上形成作为栅绝缘层的第一绝缘层；在第一绝缘层上形成半导体层；在半导体层上形成第二导电层；在第二导电层上形成第二抗蚀剂掩模；使用第二抗蚀剂掩模部分地去除第二导电层以形成源电极和漏电极，从而制造包括栅电极、源电极和漏电极的晶体管；形成用作保护绝缘层的第二绝缘层，以使第二绝缘层覆盖源电极、漏电极和半导体层；在第二绝缘层上形成第三抗蚀剂掩模；使用第三抗蚀剂掩模选择性地去除与漏电极重叠的部分第二绝缘层，以形成第一开口，并同时使用第三抗蚀剂掩模去除未与源电极或漏电极重叠的部分第二绝缘层、部分半导体层和部分第一绝缘层，以形成第二开口；形成第三导电层，以使第三导电层覆盖第一开口、第二开口和第二绝缘层；在第三导电层上形成第四抗蚀剂掩模；以及使用第四抗蚀剂掩模部分地去除第三导电层以形成像素电极。
根据本发明的实施例，形成用作接触孔的第一开口的步骤和蚀刻半导体层的步骤同时执行，由此可使用比常规情况所用光掩模数量少的光掩模来制造薄膜晶体管，并且包括薄膜晶体管的诸层可与基板分离。
在制造液晶显示设备的方法中，根据本发明的一个实施例，基底层在基板上形成并与分离层接触。
根据本发明的实施例，可抑制杂质元素从基板扩散。因此，可抑制由于杂质元素向半导体层的扩散引起的、薄膜晶体管的特性的改变。
在制造液晶显示设备的方法中，根据本发明的一个实施例，半导体层的侧表面(半导体层的端部的侧表面)覆盖有像素电极。
根据本发明的实施例，可抑制杂质从外部进入。因此，可抑制由于杂质从外部进入引起的、薄膜晶体管的特性的改变。
在制造液晶显示设备的方法中，根据本发明的一个实施例，半导体层包括氧化物半导体。
根据本发明的实施例，可通过将氧化物半导体用作半导体层来实现具有低功耗的高度可靠的液晶显示设备。
在用于制造液晶显示设备的方法中，根据本发明的一个实施例，对氧化物半导体执行热处理。
根据本发明的实施例，可充分降低诸如用作半导体层的电子供体(供体)的水分和氢的杂质浓度。因此，可减小晶体管的截止状态电流。
对于其中诸如用作电子供体(供体)的水分和氢的杂质减少的氧化物半导体(净化的氧化物半导体)，由二次离子质谱法(SIMS)测得的氢浓度是5×1019/cm3或更小，优选的是5×1018/cm3或更小，更优选的是5×1017/cm3或更小，更加优选的是1×1016/cm3或更小。此外，氧化物半导体的带隙是2eV或更大，优选的是2.5eV或更大，更优选的是3eV或更大。
在此描述氧化物半导体中氢浓度的SIMS分析。由于SIMS分析的原理，已知难以获得样本表面附近或由不同材料形成的叠层膜之间的界面附近的准确数据。因此，当通过SIMS分析膜的氢浓度时，其中值不极端变化并基本上恒定的区域中的平均值被用作氢浓度。此外，在膜的厚度小的情况下，由于彼此邻近的膜中的氢的影响，在某些情况下不能找到可获得恒定值的区域。在这种情况下，将氢浓度的最大值或最小值用作膜中的氢浓度。此外，在最大峰或最小谷不存在的情况下，将拐点的值用作氢浓度。
在用于制造液晶显示设备的方法中，根据本发明的一个实施例，使用含铜材料分别形成第一导电层和第二导电层。
根据本发明的实施例，使用含铜材料形成栅电极、源电极、漏电极、或连接到这些电极的布线允许减小布线电阻，从而可防止信号延迟。
在制造液晶显示设备的方法中，根据本发明的一个实施例，在第一导电层和第二导电层形成后时的工艺温度的上限是低于或等于450℃。
根据本发明的实施例，当含铜材料用于形成栅电极、源电极、漏电极、或连接到这些电极的布线时，电极和布线不会变形，并且由于热因素引起的电极和布线中成分的洗脱不会发生。因此，可制造高度可靠的液晶显示设备。
在用于制造液晶显示设备的方法中，根据本发明的一个实施例，使用含铝材料分别形成第一导电层和第二导电层。
根据本发明的实施例，使用含铝材料形成栅电极、源电极、漏电极、或连接到这些电极的布线允许减小布线电阻，从而可防止信号延迟。
在用于制造液晶显示设备的方法中，根据本发明的一个实施例，在第一导电层和第二导电层形成后时的工艺温度的上限是低于或等于380℃。
根据本发明的实施例，当含铝材料用于形成栅电极、源电极、漏电极、或连接到这些电极的布线时，电极和布线不会变形，并且由于热因素引起的电极和布线中成分的洗脱不会发生。因此，可制造高度可靠的液晶显示设备。
根据本发明的一个实施例，一种用于制造液晶显示设备的方法，包括：在基板上形成元件区域的步骤，分离层插在基板和元件区域之间，元件区域至少包括栅电极、第一绝缘层、半导体层、源电极、漏电极、第二绝缘层和像素电极，之后执行形成保护层的步骤以使保护层覆盖元件区域的表面；从基板分离保护层和元件区域的步骤；将第一支承件接合到元件区域的其它表面的步骤，第一支承件的断裂韧度大于或等于1.5[MPa·m1/2]；从第一支承件去除保护层的步骤；在第二支承件的表面上形成第四导电层，第二支承件的断裂韧度大于或等于1.5[MPa·m1/2]；以及在设置有元件区域的第一支承件的表面和设置有第四导电层的第二支承件的表面之间提供液晶材料。
根据本发明的实施例，设置在基板上的元件区域可被转移到其断裂韧度大于或等于1.5[MPa·m1/2]的第一支承件。此外，用来夹持液晶材料的第二支承件可具有大于或等于1.5[MPa·m1/2]的断裂韧度。因此，可制造薄的、轻量的、且不易断裂的液晶显示设备。
本说明书中的半导体器件是指可通过利用半导体特性起作用的任何器件。半导体电路、存储器件、成像器件、显示器件、电光器件、电子器件等都是半导体器件。
当在本说明书中明确描述“B在A上形成”或“B在A上方形成”时，这并不一定意味着B直接与A接触地形成。该表述包括A与B彼此不直接接触的情况，即包括另一对象插入在A与B之间的情况。在此，A与B各自对应于一对象(例如，器件、元件、电路、布线、电极、端子、膜、层、或基板)。
因此，例如，当明确描述层B在层A上(或上方)形成时，它包括层B与层A直接接触地形成的情况，以及另一层(例如，层C或层D)与层A直接接触地形成而层B与该层C或层D直接接触地形成的情况两者。要注意，另一层(例如层C或层D)可以是单层或者是多层。
在本说明书中，为了避免组件之间的混淆使用诸如“第一”、“第二”和“第三”的序数，这些术语并不意味着组件的数量。
本说明书中的“晶体管”是一种半导体元件，且可进行电流或电压的放大、用于控制导电或不导电的开关操作等。本说明书中的“晶体管”包括绝缘栅场效应晶体管(IGFET)和薄膜晶体管(TFT)。
本说明书中晶体管的“源极”与“漏极”的功能有时可彼此互换，例如，当使用相反极性的晶体管时或在电路操作中改变电流流向时。因此，在本说明书中术语“源极”与“漏极”可分别用于表示漏极和源极。
在本说明书中，术语“电极”或“布线”不限制组件的功能。例如，“电极”有时用作“布线”的一部分，反之亦然。此外，术语“电极”或“布线”可包括以集成的方式形成多个“电极”或“布线”的情况。
本说明书中的术语“韧度”表示材料对断裂的抵抗力。当材料具有较高的韧度时，即使在施加重负载或进行强冲击的情况下断裂也不易发生，并且例如当部分基板中产生的裂纹用作开始点时断裂不易发生。韧度等级可表示为断裂韧度Kc。要注意，断裂韧度Kc可通过JIS R1607中定义的测试法确定。
根据本发明的一个实施例，与常规情况相比可减少光掩模的数量，而不需要使用复杂的技术或特殊装置。此外，可提供一种制造薄的、轻量的、且显著强韧的液晶显示设备的方法。
附图说明
在附图中：
图1A和1B是示出本发明的一个实施例的俯视图和截面图；
图2A和2B是示出本发明的一个实施例的俯视图和截面图；
图3A和3B是示出本发明的一个实施例的电路图；
图4A-1和4B-1是示出本发明的实施例的俯视图，图4A-2和4B-2是示出本发明的实施例的截面图；
图5A到5C是示出本发明的一个实施例的截面工艺图；
图6A到6C是示出本发明的一个实施例的截面工艺图；
图7A到7C是示出本发明的一个实施例的截面图；
图8A和8B是示出本发明的一个实施例的俯视图和截面图；
图9A到9C是示出本发明的一个实施例的截面工艺图；
图10A到10C是示出本发明的一个实施例的截面工艺图；
图11A到11B是示出本发明的一个实施例的截面工艺图；
图12A到12F是各自示出电子设备的应用示例的视图；以及
图13A到13B是示出电子设备的应用示例的视图。
具体实施方式
将参照附图详细描述多个实施例。要注意，本发明不限于以下描述，且本领域技术人员将容易理解，可按各种方式改变本发明的方式与细节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诸实施例的描述。要注意，在以下进行描述的本发明的结构中，在不同附图中，由相同附图标记指示相同部分或具有类似功能的部分，且不再重复其描述。
(实施例1)
在本实施例中，将参考图1A到6C描述根据本发明的一个实施例的液晶显示设备中所包括的像素部分的结构示例。
图3A示出液晶显示设备中使用的半导体器件100的结构示例。半导体器件100包括在基板101上的像素区域102、包括m个(m是大于或等于1的整数)端子105的端子部分103，和包括n个(n是大于或等于1的整数)端子106的端子部分104。半导体器件100还包括电连接到端子部分103的m个布线212和电连接到端子部分104的n个布线216。像素区域102包括按m行(纵向上)×n列(横向上)的矩阵排列的多个像素110。第i行第j列的像素110(i，j)(i是大于或等于1并小于或等于m的整数，j是大于或等于1并小于或等于n的整数)电连接到布线212-i和布线216-j。布线212-i电连接到端子105-i，布线216-j电连接到端子106-j。
端子部分103和端子部分104是外部输入端子，并通过柔性印刷电路(FPC)等连接到设置在外部的控制电路。从设置在外部的控制电路供应的信号通过端子部分103和端子部分104输入到半导体器件100。在图3A中，端子部分103设置在像素区域102的右外侧和左外侧，信号从两部分输入。端子部分104设置在像素区域102的上外侧和下外侧，信号从两部分输入。通过来自两部分的信号输入增加了信号供应能力；因此，可容易地实现半导体器件100的高速操作。此外，因为由半导体器件100的大小或清晰度增加造成的布线电阻增加所引起的信号延迟的影响可被减小。此外，半导体器件100可具有冗余，以使半导体器件100的可靠性增加。要注意，虽然图3A示出了设置两个端子部分103和两个端子部分104的结构，但是可采用设置一个端子部分103和一个端子部分104的结构。
图3B示出像素110的电路配置。像素110包括晶体管111、液晶元件112以及电容器113。晶体管111的栅电极电连接到布线212-i，且晶体管111的源电极和漏电极中的一个电连接到布线216-j。晶体管111的源电极和漏电极中的另一个电连接到液晶元件112的一个电极和电容器113的一个电极。液晶元件112的另一个电极和电容器113的另一个电极电连接到电极114。电极114的电位可以是固定电位，如0V、接地或公共电位。
晶体管111具有确定从布线216-j供应的图像信号是否被输入到液晶元件112的功能。当用于导通晶体管111的信号被供应给布线212-i时，来自布线216-j的图像信号通过晶体管111供应给液晶元件112。取决于所供应的图像信号(电位)来控制液晶元件112的透光率。电容器113用作保持供应给液晶元件112的电位的存储电容器(也称为Cs电容器)。虽然电容器113不是必需设置的，但是当设置电容器113时，可抑制在晶体管111截止时由源电极和漏电极之间的电流(截止状态电流)流动引起的施加到液晶元件112的电位变化。
考虑像素部分中所设置的晶体管的漏电流等来设定液晶显示设备中设置的存储电容器的电容，以使得电荷可被保持预定时段。当具有高度净化氧化物半导体的晶体管被用于其中形成沟道区的半导体层时，它足以提供电容小于或等于每个像素的液晶电容的1/3，优选小于或等于1/5的存储电容器。
单晶半导体、多晶半导体、微晶半导体、非晶半导体等可用作用于形成晶体管111的沟道的半导体。半导体材料的示例包括硅、锗、硅锗、碳化硅和砷化锗。
或者，氧化物半导体可用作用于形成晶体管111的沟道的半导体。氧化物半导体可以是单晶氧化物半导体或非单晶氧化物半导体。在后者的情况下，非单晶氧化物半导体可以是非晶的、微晶的(纳米晶的)或多晶的。此外，氧化物半导体可具有包括具有结晶度的部分的非晶结构、或不包括具有结晶度的部分的非非晶结构。非晶氧化物半导体可通过使用氧化物半导体靶溅射来形成。晶体氧化物半导体可在溅射中将基板加热至高于或等于室温的温度时形成。作为氧化物半导体，可使用晶轴对准的氧化物半导体，如在实施例2中所描述的。
氧化物半导体具有3.0eV或更大的宽能隙。在具有在适当条件下制备的氧化物半导体的晶体管中，截止状态电流在操作温度(如25℃)下可低于或等于100zA(1×10-19A)，进一步低于或等于10zA(1×10-20A)，更进一步低于或等于1zA(1×10-21A)。
因此，将氧化物半导体用于其中形成沟道的晶体管111的半导体层允许减小截止状态中的电流值(截止状态电流值)。因此，可增加诸如图像信号的电信号的保持时间，并且即使不执行附加写入，信号也可被保持较长时间。因此，可降低刷新操作的频率，这对减小功耗有贡献。此外，氧化物半导体用于半导体层的晶体管111即使在不设置存储电容器时，也可保持供应给液晶元件的电位。
氧化物半导体用于其中形成沟道的半导体层的晶体管具有相对高的场效应迁移率，使得高速操作成为可能。因此，通过在液晶显示设备的像素部分中使用这种晶体管，可提供高质量的图像。此外，由于这种晶体管可在设置于一个基板上的驱动电路部分和像素部分的每一个中设置，所以可减少液晶显示设备的组件数量。
接着，将参考图1A和1B描述图3A和3B所示的像素110的结构示例。图1A是示出像素110的平面结构的俯视图，图1B是示出像素110的分层结构的截面图。要注意，图1A中的虚线A1-A2、B1-B2、和C1-C2分别对应于图1B中的截面A1-A2、B1-B2、和C1-C2。
在本实施例描述的晶体管111中，漏电极206b被U形(C形、反C形、或马蹄形)源电极206a部分包围。利用具有这种形状的源电极，即使在晶体管面积较小时，也可充分确保沟道宽度；因此，在晶体管的导通状态期间流动的电流量(也称为导通状态电流)可增加。
当栅电极202和电连接到像素电极210的漏电极206b之间的寄生电容较大时，由于馈通引起的影响容易被增进；因此，供应给液晶元件112的电位不能准确保持，这会使显示质量恶化。如本实施例中所述，利用漏电极206被U形源电极206A部分包围的结构，可充分确保沟道宽度，并且漏电极206b和栅电极202之间的寄生电容可较小；由此可改善液晶显示设备的显示质量。
在图1B的截面A1-A2中，示出了晶体管111的分层结构。晶体管111是底栅晶体管。在图1B的截面B1-B2中，示出了电容器113的分层结构。在截面C1-C2中，示出了电容器布线203和布线216的布线相交部分的分层结构。
在截面A1-A2中，分离层250形成在基板200上，基底层201形成在分离层250上，栅电极202形成在基底层201上。在栅电极202上形成第一绝缘层204和半导体层205。此外，源电极206a和漏电极206b形成在半导体层205上。在源电极206a和漏电极206b上，第二绝缘层207形成为与部分半导体层205接触。像素电极210形成在第二绝缘层207上，并通过第二绝缘层207中形成的接触孔208电连接到漏电极206b。
部分第一绝缘层204、部分半导体层205和部分第二绝缘层207被去除，并且像素电极210形成为与第一绝缘层204、半导体层205和第二绝缘层207接触。在本实施例中，载流子浓度显著减小的氧化物半导体(也称为i型(本征)或大致i型氧化物半导体)被用于半导体层205。氧化物半导体基本上可被视为截止状态中的绝缘体。因此，即使像素电极210与半导体层205的端部的侧表面接触，诸如漏电流的问题也不会发生。
此外，由于半导体层205的端部的侧表面覆盖有像素电极210，因此可防止外部的杂质(如氢、水、具有羟基的化合物、氢化物、碱金属(如钠、锂和钾)、和碱土金属)到达半导体层205并不利地影响晶体管的电特性和可靠性。
在截面B1-B2中，分离层250形成在基板200上，基底层201形成在分离层250上，电容器布线203形成在基底层201上。第一绝缘层204和半导体层205形成在电容器布线203上，并且第二绝缘层207形成在半导体层205上。此外，在第二绝缘层207上形成有像素电极210。
电容器布线203和像素电极210彼此重叠，且第一绝缘层204、半导体层205和第二绝缘层207插在它们之间的部分用作电容器113。第一绝缘层204、半导体层205和第二绝缘层207用作介电层。由于在电容器布线203和像素电极210之间形成的介电层具有多层结构，所以即使在一个介电层中形成小孔时，该小孔也还覆盖有另一介电层；因此，电容器113可正常作用。此外，氧化物半导体的相对介电常数高于通常用作绝缘膜的氧化硅、氮化硅等；因此，通过将氧化物半导体用于半导体层205，电容器113的电容可以较大。
在截面C1-C2中，分离层250形成在基板200上，基底层201形成在分离层250上，电容器布线203形成在基底层201上。第一绝缘层204和半导体层205形成在电容器布线203上。布线216形成在半导体层205上，且第二绝缘层207和像素电极210形成在布线216上。
要注意，在图1B中，在分离层250上形成的诸层在下文中合称为元件区域260。元件区域260至少包括栅电极202、第一绝缘层204、半导体层205、源电极206a、漏电极206b、第二绝缘层207和像素电极210。元件区域206还可包括基底层201和布线216。元件区域260还可包括稍后将描述的布线212、电极221和电极222等。
接着，将参考图2A和2B描述像素的结构，该像素的电容器不同于图1A和1B中的像素110的电容器。图2A是示出像素120的平面结构的俯视图，图2B是示出像素120的分层结构的截面图。要注意，图2A中的虚线A1-A2、B1-B2、和C1-C2分别对应于图2B中的截面A1-A2、B1-B2、和C1-C2。
在截面B1-B2中，分离层250形成在基板200上，基底层201形成在分离层250上，电容器布线203形成在基底层201上。第一绝缘层204和半导体层205形成在电容器布线203上，并且电极217形成在半导体层205上。此外，第二绝缘层207形成在电极217上，并且像素电极210形成在第二绝缘层207上。像素电极210通过形成在第二绝缘层207中的接触孔218电连接到电极217。
电容器布线203和电极217彼此重叠，且第一绝缘层204和半导体层205插在它们之间的部分用作电容器123。在电容器123的电容器布线203和电极217之间形成的介电层的厚度可比图1B所示的电容器113中的小第二绝缘层207的厚度。因此，电容器123的电容可大于电容器113。
要注意，在图2B中，在分离层250上形成的诸层在下文中合称为元件区域260。元件区域260至少包括栅电极202、第一绝缘层204、半导体层205、源电极206a、漏电极206b、第二绝缘层207和像素电极210。元件区域206还可包括基底层201和布线216。元件区域260还可包括稍后将描述的布线212、电极221和电极222等。
接着，将参考图4A-1、4A-2、4B-1和4B-2描述端子105和端子106的结构示例。图4A-1和4A-2分别是示出端子105的俯视图和截面图。图4A-1中的虚线D1-D2对应于图4A-2中的截面D1-D2。图4B-1和4B-2分别是示出端子106的俯视图和截面图。图4B-1中的虚线E1-E2对应于图4B-2中的截面E1-E2。
在截面D1-D2中，分离层250形成在基板200上，基底层201形成在分离层250上，布线212形成在基底层201上。第一绝缘层204、半导体层205和第二绝缘层207形成在布线212上。电极221形成在第二绝缘层207上，并通过形成于第一绝缘层204、半导体层205和第二绝缘层207中的接触孔219电连接到布线212。
在截面E1-E2中，分离层形成在基板200上，基底层201形成在分离层250上，第一绝缘层204形成在基底层201上，并且半导体层205形成在第一绝缘层204上。布线216形成在半导体层205上，且第二绝缘层207形成在布线216上。电极222形成在第二绝缘层207上，并通过第二绝缘层207中形成的接触孔220电连接到布线216。
接着，使用图1A和1C描述的液晶显示设备中像素部分的制造方法将参考图5A到5C和图6A到6C来描述。要注意，图5A到5C和图6A到6C中的截面A1-A2、B1-B2和C1-C2分别是沿图1A中的虚线A1-A2、B1-B2和C1-C2所取的截面。
要注意，在图5A到5C和图6A到6C中，额外地示出了示出端子105的分层结构的截面D1-D2和示出端子106的分层结构的截面E1-E2。在截面D1-D2和E1-E2中，D2和E2各自对应于基板的边缘。
首先，在基板200上形成分离层250，其厚度达大于或等于50nm且小于或等于1000nm，优选大于或等于100nm且小于或等于500nm，更优选大于或等于100nm且小于或等于300nm。
基板200可以是玻璃基板、石英基板、蓝宝石基板、陶瓷基板、金属基板等。要注意，不是薄到足以明确可弯曲的这种基板能够精确形成诸如晶体管的元件。“不是明确可弯曲”表示基板的弹性模量高于或等于通常用于制造液晶显示器的玻璃基板。在该实施例中，铝硼硅酸盐玻璃用作基板200。
通过溅射法、等离子体CVD法、涂刷法、印刷法等，并使用从以下选择的任何元素：钨(W)、钼(Mo)、钛(Ti)、钽(Ta)、铌(Nb)、镍(Ni)、钴(Co)、锆(Zr)、锌(Zn)、钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、锇(Os)、铱(Ir)和硅(Si)，包含上述元素的任一种作为其主要成分的合金，和包含上述元素的任一种作为其主要成分的化合物，分离层250形成为具有单层或分层结构。
当分离层250具有单层结构时，优选地形成含钨、钼、或钨和钼的混合物的层。或者，形成含钨的氧化物或氧氮化物的层、含钼的氧化物或氧氮化物的层、或者含钨和钼的混合物的氧化物或氧氮化物的层。要注意，钨和钼的混合物对应于例如钨和钼的合金。
在分离层250具有分层结构的情况下，优选地将金属层和金属氧化物层分别形成为第一层和第二层。通常，优选形成钨层、钼层、或含钨和钼的混合物的层作为第一层，并形成钨、钼、或者钨和钼的混合物的氧化物、氧氮化物、或氮氧化物作为第二层。当金属氧化物层形成为第二层时，氧化物层(如可用作绝缘层的氧化硅)可形成在作为第一层的金属层上，使得金属的氧化物形成在金属层的表面上。
也可能使用含氢的非晶硅层、含氮、氧、氢等的层(如含氢的非晶硅膜、含氢的合金膜、或含氧的合金膜)、或有机树脂作为分离层250。
在本实施例中，厚度为150nm的钨膜用作分离层250。要注意，钨膜可以是其表面被氧化的状态(即，氧化钨膜形成在钨膜的表面上的状态)。
分离层250是主要用于从基板200分离设置在基底层201上的半导体器件的层，并进一步具有防止杂质元素从基板200扩散的功能。
接着，在分离层250上形成用作基底层201的绝缘层，其厚度达大于或等于50nm且小于或等于300nm，优选大于或等于100nm且小于或等于200nm。
基底层201可形成为使用以下绝缘层中的至少一个的单层结构或分层结构：氮化铝层、氧氮化铝层、氮化硅层、氧化硅层、氮氧化硅层、和氧氮化硅层。基底层201具有防止杂质元素从基板200和分离层250扩散的功能。要注意，本说明书中的氮氧化硅包含氧和氮，以使氮含量高于氧含量。优选的是，在利用卢瑟福背散射能谱法(RBS)和氢前向散射法(HFS)执行测量的情况下，估计氮氧化硅具有的组分为分别为5at.％(原子百分比)到30at.％、20at.％到55at.％、25at.％到35at.％、以及10at.％到30at.％的氧、氮、硅和氢。基底层201可通过溅射法、CVD法、涂敷法、印刷法等适当形成。在诸如氮氧化硅膜的含氧膜形成为基底层201的情况下，分离层250的表面被氧化，从而在膜形成中使金属氧化物薄膜形成在分离层250的表面。金属氧化物作为分离层250处理。
在本实施例中，氮化硅层和氧化硅层的叠层用作基底层201。具体而言，50nm厚的氮化硅层形成在分离层250上，且150nm厚的氧化硅层形成在氮化硅层上。要注意，基底层201可掺杂有磷(P)或硼(B)。
当诸如氯或氟的卤族元素包含在基底层201中时，防止杂质元素从基板200扩散的功能可被进一步改进。基底层201中包含的卤族元素的浓度通过二次离子质谱法(SIMS)测量，其峰值优选大于或等于1×1015/cm3且小于或等于1×1020/cm3。
基底层201可使用氧化镓形成。或者，基底层201可具有氧化镓层和上述绝缘层的分层结构。氧化镓是难以改变的材料；因此，可抑制由于绝缘层的电荷累积引起的阈值电压的变化。
接着，在基底层201上通过溅射法、真空蒸镀法或电镀法形成第一导电层，其厚度达大于或等于100nm且小于或等于500nm的厚度，优选大于或等于200nm且小于或等于300nm。然后，第一抗蚀剂掩模形成在第一导电层上，且使用第一抗蚀剂掩模部分地蚀刻第一导电层，由此形成栅电极202、电容器布线203和布线212。
用于形成栅电极202、电容器布线203和布线212的第一导电层可形成为具有单层或分层结构，其中使用的是诸如钼(Mo)、钛(Ti)、钨(W)、钽(Ta)、铝(Al)、铜(Cu)、铬(Cr)、钕(Nd)、或钪(Sc)的金属材料、或包括这些元素中的任一种作为其主要成分的合金。或者，可使用导电金属氧化物形成第一导电层。作为导电金属氧化物，可使用氧化铟(In2O3)、氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)、氧化铟-氧化锡(In2O3-SnO2，简称为ITO)、氧化铟-氧化锌(In2O3-ZnO)、或含氧化硅的这些金属氧化物中的任一种。又或者，含导电大分子的导电组合物(也称为导电聚合物)可用于形成第一导电层。作为导电大分子，可使用所谓的π电子共轭导电大分子。例如，可给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、以及苯胺、吡咯和噻吩或其衍生物中的两种或多种的共聚物。
由于第一导电层用作布线，所以优选使用诸如Al或Cu的低电阻材料。通过使用Al或Cu，减少信号延迟，从而可预期较高的图像质量。要注意，Al具有低热阻，由此由于小丘、金属须或迁移引起的缺陷容易产生。为了防止Al迁移，优选在Al层上堆叠熔点高于Al的金属层，如Mo、Ti或W，或者优选使用Al和防止小丘的元素(如Nd、Ti、Si或Cu)的合金层。在含Al的材料用作第一导电层的情况下，稍后步骤中的最大工艺温度优选设为380℃或更低，更优选设为350℃或更低。
同样，在Cu用作第一导电层的情况下，为了防止由于Cu元素迁移和扩散引起的缺陷，优选在含Cu的第一导电层上堆叠熔点高于Cu的金属层，如Mo、Ti或W。在含Cu的材料用作第一导电层的情况下，稍后步骤中的最大工艺温度优选设为450℃或更低。
在本实施例中，作为第一导电层，5nm厚的Ti层形成在基底层201上，且250nm厚的Cu层形成在Ti层上。然后，第一抗蚀剂掩模形成在第一导电层上，且使用第一抗蚀剂掩模部分地蚀刻第一导电层，由此形成栅电极202、电容器布线203和布线212(参见图5A)。
要注意，在第一导电层上形成的第一抗蚀剂掩模可通过喷墨法形成。通过喷墨法形成第一抗蚀剂掩模不需要光掩模；因此可降低制造成本。在蚀刻后去除第一抗蚀剂掩模。关于去除第一抗蚀剂掩模的工艺的描述被省略。
要注意，第一导电层的蚀刻可以是干法蚀刻、或湿法蚀刻、或干法蚀刻和湿法蚀刻两者。作为用于干法蚀刻的蚀刻气体，可使用含氯的气体(诸如氯气(Cl2)、三氯化硼(BCl3)、四氯化硅(SiCl4)或四氯化碳(CCl4)的氯基气体)。
对于干法蚀刻，可使用平行板反应离子蚀刻(RIE)法或感应耦合等离子体(ICP)蚀刻法。优选设置蚀刻条件，以使基底层201不被尽可能多地蚀刻，因为基底层201具有防止杂质元素从基板200扩散的功能。
然后，在栅电极202、电容器布线203和布线212上形成用作栅绝缘层的第一绝缘层204，其厚度达大于或等于50nm且小于或等于800nm，优选大于或等于100nm且小于或等于600nm。可使用氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氧化铝、氮化铝、氧氮化铝、氮氧化铝、氧化钽、氧化镓、氧化钇、氧化铪、硅酸铪(HfSixOy(x>0,y>0))、添加氮的硅酸铪、添加氮的铝酸铪等来形成第一绝缘层204。可采用等离子体CVD法、溅射法等。第一绝缘层204不限于单层，并可以是不同层的叠层。例如，第一绝缘层204可用以下方式形成：氮化硅层(SiNy(y>0))通过等离子体CVD法形成作为栅绝缘层A，且氧化硅层(SiOx(x>0))堆叠在栅绝缘层A上作为栅绝缘层B。
除了溅射法和等离子体CVD法，第一绝缘层204可用例如使用微波(例如频率为2.45GHz)的高密度等离子体CVD法形成。
在本实施例中，氮化硅和氧化硅的叠层用作第一绝缘层204。具体而言，50nm厚的氮化硅层形成在栅电极202上，且100nm厚的氧化硅层形成在氮化硅层上。
第一绝缘层204也用作保护层。利用含Cu的栅电极202覆盖有含氮化硅的绝缘层的结构，可防止Cu从栅电极202扩散。
在氧化物半导体用于在稍后步骤中形成的半导体层的情况下，第一绝缘层204可使用含有类似于氧化物半导体的成分的绝缘材料形成。在第一绝缘层204是不同层的叠层的情况下，与氧化物半导体接触的层使用含有类似于氧化物半导体的成分的绝缘材料形成。这种材料与氧化物半导体兼容，并且将这种材料用于第一绝缘层204允许氧化物半导体和第一绝缘层204之间的界面状态保持良好。此处，“类似于氧化物半导体的成分”表示选自氧化物半导体的构成元素的一个或多个元素。例如，在氧化物半导体使用基于In-Ga-Zn的氧化物半导体材料形成的情况下，给出氧化镓作为含有类似于氧化物半导体的成分的绝缘材料。
在使用分层结构的情况下，第一绝缘层204可具有分层结构，包括使用含有类似于氧化物半导体的成分的绝缘材料形成的膜，和含有不同于上述膜的成分材料的材料的膜。
优选的是，在形成第一绝缘层204时，将去除了诸如氢、水、具有羟基的化合物、和氢化物的杂质的高纯度气体用作溅射气体。例如，去除了杂质并被引入溅射装置的高纯度气体的纯度是6N(99.9999％)或更高，优选7N(99.99999％)或更高(即杂质浓度是1ppm或更低，优选0.1ppm或更低)。
接着，半导体层205形成在第一绝缘层204上。
所用的氧化物半导体优选至少包含铟(In)或锌(Zn)。尤其，优选包含In和Zn。作为用于减少包括氧化物半导体的晶体管的电特性的变化的稳定剂，优选另外包含镓(Ga)。优选包含锡(Sn)作为稳定剂。优选包含铪(Hf)作为稳定剂。优选包含铝(Al)作为稳定剂。
作为另一种稳定剂，可包含一种或多种镧系元素，诸如，镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、和镥(Lu)。
作为氧化物半导体，例如可使用以下：氧化铟、氧化锡、氧化锌、两组分的金属氧化物(如基于In-Zn的氧化物、基于Sn-Zn的氧化物、基于Al-Zn的氧化物、基于Zn-Mg的氧化物、基于Sn-Mg的氧化物、基于In-Mg的氧化物、或基于In-Ga的氧化物)、三组分的金属氧化物(如基于In-Ga-Zn的氧化物(也称作IGZO)、基于In-Al-Zn的氧化物、基于In-Sn-Zn的氧化物、基于Sn-Ga-Zn的氧化物、基于Al-Ga-Zn的氧化物、基于Sn-Al-Zn的氧化物、基于In-Hf-Zn的氧化物、基于In-La-Zn的氧化物、基于In-Ce-Zn的氧化物、基于In-Pr-Zn的氧化物、基于In-Nd-Zn的氧化物、基于In-Sm-Zn的氧化物、基于In-Eu-Zn的氧化物、基于In-Gd-Zn的氧化物、基于In-Tb-Zn的氧化物、基于In-Dy-Zn的氧化物、基于In-Ho-Zn的氧化物、基于In-Er-Zn的氧化物、基于In-Tm-Zn的氧化物、基于In-Yb-Zn的氧化物、或基于In-Lu-Zn的氧化物)，或四组分的金属氧化物(如基于In-Sn-Ga-Zn的氧化物、基于In-Hf-Ga-Zn的氧化物、基于In-Al-Ga-Zn的氧化物、基于In-Sn-Al-Zn的氧化物、基于In-Sn-Hf-Zn的氧化物、或基于In-Hf-Al-Zn的氧化物)。
此处要注意，例如，“基于In-Ga-Zn的氧化物”意味着包含In、Ga和Zn作为主要成分的氧化物，并且对In、Ga和Zn的比率没有具体限制。基于In-Ga-Zn的氧化物可包含除In、Ga和Zn之外的另一金属元素。
例如，可使用原子比为In:Ga:Zn＝1:1:1(＝1/3:1/3:1/3)或In:Ga:Zn＝2:2:1(＝2/5:2/5:1/5)的基于In-Ga-Zn的氧化物，或者其组分接近以上组分的任何氧化物。或者，可使用原子比为In:Sn:Zn＝1:1:1(＝1/3:1/3:1/3)、In:Sn:Zn＝2:1:3(＝1/3:1/6:1/2)、或In:Sn:Zn＝2:1:5(＝1/4:1/8:5/8)的基于In-Sn-Zn的氧化物，或者其组分接近以上组分的任何氧化物。
要注意，本发明的一个实施例不限于此，并且取决于半导体特性(迁移率、阈值、变化等)可使用具有合适组分的材料。此外，为了获得必要的半导体特性，优选适当地设定载流子浓度、杂质浓度、缺陷密度、金属元素和氧的原子比、原子间的距离、密度等。
例如，利用基于In-Sn-Zn的氧化物，可相对容易地获得高迁移率。然而，即使利用基于In-Ga-Zn的氧化物，也可通过减小批量缺陷密度来提高迁移率。
要注意，例如，表述“原子比为In:Ga:Zn＝a:b:c(a+b+c＝1)的氧化物的组分接近于原子比为In:Ga:Zn＝A:B:C(A+B+C＝1)的氧化物的组分”意味着a、b和c满足以下关系：(a-A)2+(b-B)2+(c-C)2≤r2。例如变量r可为0.05。相同的表述可应用于其他氧化物。
氧化物半导体可以是单晶氧化物半导体或非单晶氧化物半导体。在后者的情况下，非单晶氧化物半导体可以是非晶的或多晶的。此外，氧化物半导体可具有包括具有结晶度的部分的非晶结构、或不具有结晶区域的非晶结构。
在非晶状态的氧化物半导体中，可相对容易地获得平坦表面，从而可抑制晶体管的界面散射，并可相对容易地获得相对高的迁移率。
在具有结晶度的氧化物半导体中，可进一步减小批量缺陷，并且在改进了表面平坦度时，可实现高于非晶状态的氧化物半导体层的迁移率。为了改进表面平坦度，氧化物半导体优选形成在平坦表面上。具体而言，氧化物半导体可形成在平均表面粗糙度(Ra)小于或等于1nm，优选小于或等于0.3nm，更优选小于或等于0.1nm的表面上。
要注意，本说明书中的Ra是指通过三维扩展由JIS B0601定义的中心线平均粗糙度以应用于待测表面而获得的中心线平均粗糙度。Ra可表达为“从参考平面到指定平面的偏差的绝对值的平均值”，并用以下等式定义。
[等式1]
R a = 1 S 0 ∫ y 1 y 2 ∫ x 1 x 2 | f ( x , y ) - Z 0 | d x d y
要注意，在等式1中，S0表示测量表面的面积(由坐标(x1,y1),(x1,y2),(x2,y1)和(x2,y2)表示的四点定义的矩形区域)，而Z0表示测量表面的平均高度。Ra可使用原子力显微镜(AFM)测量。
作为具有结晶度的氧化物半导体的示例，存在包括c-轴对准的晶体(也称为C-轴对准晶体(CAAC))的氧化物，当从a-b平面、表面或界面的方向观看时它具有三角形或六边形原子排列。在晶体中，金属原子以分层方式排列，或者金属原子和氧原子沿c-轴以分层方式排列，并且a-轴或b-轴方向在a-b平面变化(晶体绕c-轴旋转)。
在广义上，包括CAAC的氧化物意味着非单晶氧化物，它包括在从垂直于a-b平面的方向观看时具有三角形、六边形、正三角形或正六边形原子排列的晶相，并且其中当从垂直于c-轴方向的方向观看时金属原子以分层方式排列，或者金属原子和氧原子以分层方式排列。
CAAC不是单晶体，但是这并不意味着CAAC只包括非晶成分。虽然CAAC包括结晶部分(晶体部分)，但是一个晶体部分和另一个晶体部分之间的边界在某些情况下不清晰。
在CAAC中包括氧的情况下，部分氧可用氮取代。CAAC中包括的各个晶体部分的c-轴可在一个方向(如垂直于CAAC在其上形成的基板表面或垂直于CAAC表面的方向)对准。或者，CAAC中包括的各个晶体部分的a-b平面的法线可在一个方向(如垂直于CAAC在其上形成的基板表面或垂直于CAAC表面的方向)对准。
CAAC取决于其组分等成为导体、半导体或绝缘体。CAAC取决于其组分等透射或不透射可见光。
作为这种CAAC的示例，存在形成为膜状并在从垂直于膜表面或垂直于支承基板表面的方向观看时具有三角形或六边形原子排列的晶体，其中在观看膜的截面时金属原子以分层方式排列，或者金属原子和氧原子(或氮原子)以分层方式排列。
在本实施例中，作为半导体层205，通过利用基于In-Ga-Zn-O的氧化物靶的溅射法基于In-Ga-Zn的氧化物半导体形成为达30nm的厚度。
为了在半导体层205中包含尽可能少的氢、羟基、和水分，优选的是，在溅射装置的预热腔中预热基板200，用于进行形成半导体层205之前的预热，从而消除并去除吸附在基板200和第一绝缘层204上的诸如氢或水分的杂质。要注意，可省略该预热处理。此外，在形成第一绝缘层204之前，可类似地对其上形成直到并包括栅电极202、电容器布线203和布线212的组件的基板200执行该预热处理。
金属氧化物靶的填充速率高于或等于90％且低于或等于100％，优选高于或等于95％且低于或等于99.9％。通过使用具有高填充速率的金属氧化物靶，形成的氧化物半导体层可具有高密度。
优选的是，在形成半导体层205时，将去除了诸如氢、水、具有羟基的化合物、和氢化物的杂质的高纯度气体用作溅射气体。例如，去除了杂质并被引入溅射装置的高纯度气体的纯度是6N(99.9999％)或更高，优选7N(99.99999％)或更高(即杂质浓度是1ppm或更低，优选0.1ppm或更低)。
半导体层205优选通过溅射法形成，在溅射法中诸如氢、水、羟基和氢化物的杂质不太可能进入半导体层。在氧气气氛中执行沉积，同时基板加热温度高于或等于100℃且低于或等于600℃，优选高于或等于150℃且低于或等于550℃，更优选高于或等于200℃且低于或等于500℃。要注意，当Al用作通过蚀刻第一导电层形成的布线层(如栅电极202)时，基板温度设为低于或等于380℃，优选低于或等于350℃。要注意，当Cu用作通过蚀刻第一导电层形成的布线层时，基板温度设为低于或等于450℃。半导体层205的厚度大于或等于1nm且小于或等于40nm，优选大于或等于3nm且小于或等于20nm。随着沉积中基板加热温度变高，获得的半导体层205的杂质浓度变低。此外，半导体层205中的原子排列是有序的，其密度增加，从而多晶体或CAAC容易形成。此外，由于采用氧气气氛用于沉积，所以与采用稀有气体气氛的情况不同，半导体层205中不包含不必要的原子，从而多晶体或CAAC容易形成。要注意，可使用包括氧气和稀有气体的混合气体气氛。在这种情况下，氧气的百分比高于或等于30vol.％(体积百分比)，优选高于或等于50vol.％，更优选高于或等于80vol.％。要注意，随着半导体层205变薄，晶体管的短沟道效应减小。然而，当半导体层205太薄时，半导体层205受界面散射的显著影响；因此场效应迁移率可能减小。
通过在沉积期间加热基板，半导体层205中诸如氢、水分、氢化物或羟基的杂质浓度可减小。此外，可减少由于溅射造成的损坏。然后，去除了诸如氢、水、具有羟基的化合物、和氢化物的杂质的高纯度气体被引入沉积腔，从沉积腔中去除其中残留的水分，并且使用上述靶形成半导体层205。
为了去除残留在沉积腔中的水分，优选使用诸如低温泵、离子泵、或钛升华泵的截留真空泵。作为排气单元，可使用添加了冷阱的涡轮分子泵。在用低温泵排气的沉积腔中，排出氢原子、包含氢原子的诸如水(H2O)的化合物(优选，还有包含碳原子的化合物)等，由此可减少在沉积腔中形成的半导体层205中的杂质浓度。
沉积条件的示例如下：基板和靶之间的距离是100mm，压力是0.6Pa，直流功率是0.5kW，并使用氧气气氛(氧的流速是100％)。要注意，优选使用脉冲直流电源，在这种情况下，可减少在沉积中产生的粉末物质(也称作颗粒或灰尘)并且膜厚可以是均匀的。
要注意，已经指出氧化物半导体对杂质是不敏感的，并且当氧化物半导体膜中包含大量金属杂质时也没有问题，因此也可使用包含大量诸如钠的碱金属的廉价的碱石灰玻璃(Kamiya，Nomura和Hosono，“非晶氧化物半导体的载流子传输性质和电子结构：当前状态(Carrier Transport Properties and Electronic Structures of Amorphous OxideSemiconductors:The present status)”，KOTAI BUTSURI(固态物理(SOLID STATEPHYSICS))，2009，第44卷，第621-633页)。然而，这种考虑是不适当的。当氧化物半导体中的碱金属的浓度用二次离子质谱法测量时，优选的是钠(Na)含量为5×1016cm-3或更小，优选1×1016cm-3或更小，更优选1×1015cm-3或更小；锂(Li)含量为5×1015cm-3或更小，优选1×1015cm-3或更小；钾(K)含量为5×1015cm-3或更小，优选的是1×1015cm-3或更小。
碱金属和碱土金属对于氧化物半导体是不利的杂质，并且优选包含得尽可能少。当与氧化物半导体接触的绝缘膜是氧化物时，碱金属，尤其是Na离子从绝缘膜扩散到氧化物。此外，Na解理金属和氧之间的键，或插入金属-氧键之间。结果，造成晶体管特性的劣化(如阈值向负侧偏移(造成晶体管常开)或者迁移率减小)。另外，这还导致特性的变化。这个问题在氧化物半导体中的氢浓度极低的情况下尤为明显。因此，在氧化物半导体中的氢浓度低于或等于5×1019cm–3的情况下，尤其是低于或等于5×1018cm–3的情况下，强烈要求将碱金属浓度设为上述值。
即使在半导体层205用上述方法形成时，半导体层205在某些情况下仍包括作为杂质的水分或氢(包括羟基)。水分或氢容易形成供体能级，从而用作氧化物半导体中的杂质。为了减少半导体层205中诸如水分和氢的杂质(对半导体层205进行脱水或脱氢)，半导体层205可在减压气氛、诸如氮气气氛或稀有气体气氛的惰性气体气氛、氧气气氛等中经历热处理用于脱水或脱氢(在下文中简称为第一热处理)。
通过对半导体层205执行第一热处理，可消除半导体层205表面上和半导体层205内的水分或氢。具体而言，热处理可在高于或等于250℃且低于或等于750℃的温度下执行，优选高于或等于400℃且低于基板的应变点。例如，热处理可在500℃执行约3分钟至6分钟。当RTA法用于热处理时，脱水或脱氢可在短时间内执行；因此，即使在高于玻璃基板应变点的温度下也可执行处理。要注意，当Al用作通过蚀刻第一导电层形成的布线层(如栅电极202)时，热处理温度设为低于或等于380℃，优选低于或等于350℃。要注意，当Cu用作通过蚀刻第一导电层形成的布线层时，热处理温度设为低于或等于450℃。
要注意，热处理装置不限于电炉，且可包括通过来自诸如电阻加热元件的加热元件的热传导或热辐射对要处理的对象进行加热的设备。例如，可使用诸如气体快速热退火(GRTA)装置或灯快速热退火(LRTA)装置的快速热退火(RTA)装置。LRTA装置是用于通过从诸如卤素灯、卤化金属灯、氙弧灯、碳弧灯、高压钠灯、或高压汞灯之类的灯发射的光(电磁波)辐射来对要处理的对象进行加热的装置。GRTA装置是用于使用高温气体来进行热处理的装置。作为气体，使用如氩气的稀有气体或不与要通过热处理处理的对象发生反应的惰性气体，如氮气。
在减压气氛或诸如氮气气氛、氦气气氛、氖气气氛、或氩气气氛的惰性气体气氛中执行第一热处理。要注意，上述气氛优选不包含水分，氢等。向热处理装置中引入的氮气或诸如氦气、氖气或氩气的稀有气体的纯度设为6N(99.9999％)或更高，优选为7N(99.99999％)或更高(即，杂质浓度为1ppm或更低，优选为0.1ppm或更低)。
经历第一热处理的半导体层205可进一步经历第二热处理。第二热处理在氧化气氛中执行，以将氧供应给半导体层205，由此可补偿在第一热处理中在半导体层205中产生的缺氧。由此，第二热处理可称为供氧用热处理。第二热处理可在高于或等于200℃且低于或等于基板应变点的温度下执行，优选在高于或等于250℃且低于或等于450℃的温度下执行。处理时间是3分钟至24小时。随着处理时间增加，半导体层中结晶区域与非晶区域的比例可以增加。要注意，超过24小时的热处理不是优选的，因为降低了生产率。
氧化气氛是包含氧化气体的气氛。要注意，氧化气体是氧、臭氧、一氧化二氮等，优选的是，氧化气体不含水、氢等。例如，引入热处理装置的氧、臭氧或一氧化二氮的纯度设为6N(99.9999％)或更高，优选7N(99.99999％)或更高(即杂质浓度小于1ppm，优选小于0.1ppm)。作为氧化气氛，可混合氧化气体和惰性气体以供使用。在这种情况下，混合物含氧化气体的浓度大于或等于10ppm。此外，惰性气氛是指含惰性气体(如氦、氖、氩、氪或氙)作为主要成分的气氛。具体而言，诸如氧化气体的反应气体的浓度小于10ppm。
要注意，第二热处理可使用与第一热处理相同的热处理装置和相同的气体来执行。优选的是，用于脱水或脱氢的第一热处理和用于供氧的第二热处理连续执行。当第一热处理和第二热处理连续执行时，可增加半导体器件的生产率。
在通过充分减少氢浓度来净化的半导体层205中，通过充分供氧减小了由缺氧引起的能隙中的缺陷能级，该半导体层具有小于1×1012/cm3、小于1×1011/cm3或小于1.45×1010/cm3的载流子浓度。因此，在室温(25℃)下截止状态电流(每单位沟道宽度(1μm))是100zA/μm(1zA(千的七乘方分之一(zepto)安培)是1×10-21A)或更低，或者10zA/μm或更低。在85℃下的截止状态电流是100zA/μm(1×10-19A/μm)或更低，或者10zA/μm(1×10-20A/μm)或更低。具有极佳截止状态电流特性的晶体管可使用其中载流子浓度显著减小的这种氧化物半导体(也称为i型(本征)或大致i型氧化物半导体)获得。
晶体管111的诸如阈值电压和导通状态电流的电特性几乎没有温度依赖性。此外，由于光劣化引起的晶体管特性的改变几乎不发生。
因此，包括载流子浓度显著减小的高度净化氧化物半导体的晶体管的电特性的变化被抑制，因此晶体管电稳定。因此，通过使用具有稳定电特性的氧化物半导体，可提供高度可靠的液晶显示设备。
要注意，虽然以上描述了在形成半导体层205之后立即对半导体层205进行第一热处理和第二热处理的情况，但是热处理可在形成半导体层205之后的任何时间进行。
此外，在形成半导体层205之后，可首先对半导体层205执行以下将描述的加氧处理，然后可执行第一热处理以消除氧化物半导体中包含的氢、羟基或水分，并同时允许氧化物半导体结晶化。结晶可在稍后执行的附加热处理中执行。通过这种结晶或再结晶工艺，半导体层205的结晶度可进一步提高。
此处，“加氧处理”意味着氧(包括氧自由基、氧原子和氧离子中的至少一个)添加到大块的半导体层205。要注意，术语“大块”用于阐明氧不仅添加到薄膜的表面，还添加到薄膜的内部。此外，“氧掺杂”包括“氧等离子体掺杂”，其中成为等离子体的氧被添加到大块。当执行加氧处理时，可使半导体层205中所含的氧的量大于化学计量比。此外，在后续步骤中形成第二绝缘层207之后，第二绝缘层207可经历加氧处理，由此可使第二绝缘层207中氧的量大于化学计量比。通过对第二绝缘层207执行加氧处理和之后的热处理，第二绝缘层207中的氧可传输到半导体层205，以有效地补偿半导体层205中的缺氧。
加氧处理优选通过感应耦合等离子体(ICP)法，使用微波(例如频率为2.45GHz)激发的氧等离子体来执行。
要注意，加氧处理也可称为供氧处理，因为它使得半导体层205、第二绝缘层207等中氧的量大于化学计量比。过量的氧主要存在于晶格间。当氧浓度设为大于或等于1×1016/cm3且小于或等于2×1020/cm3时，过量的氧可包含在氧化物半导体中，而不引起晶体畸变等。
接着，第二导电层形成在半导体层205上，第二抗蚀剂掩模形成在第二导电层上，且使用第二抗蚀剂掩模部分地蚀刻第二导电层，从而形成源电极206a、漏电极206b和布线216。
用于形成源电极206a、漏电极206b和布线216的第二导电层可形成为具有单层或分层结构，其中使用的是诸如钼(Mo)、钛(Ti)、钨(W)、钽(Ta)、铝(Al)、铜(Cu)、铬(Cr)、钕(Nd)、或钪(Sc)的金属材料、或包括这些元素中的任一种作为其主要成分的合金。或者，可使用导电金属氧化物形成第二导电层。作为导电金属氧化物，可使用氧化铟(In2O3)、氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)、氧化铟-氧化锡(In2O3-SnO2，简称为ITO)、氧化铟-氧化锌(In2O3-ZnO)、或含氧化硅的这些金属氧化物材料中的任一种。又或者，含导电大分子的导电组合物(也称为导电聚合物)可用于形成第二导电层。作为导电大分子，可使用所谓的π电子共轭导电大分子。例如，可给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、以及苯胺、吡咯和噻吩或其衍生物中的两种或多种的共聚物。
由于第二导电层用作布线，所以优选使用诸如Al或Cu的低电阻材料。通过使用Al或Cu，减少信号延迟，从而可预期较高的图像质量。要注意，Al具有低热阻，由此由于小丘、金属须或迁移引起的缺陷容易产生。为了防止Al迁移，优选在Al层上堆叠熔点高于Al的金属材料层，如Mo、Ti或W，或者优选使用Al和防止小丘的元素(如Nd、Ti、Si或Cu)的合金层。在含Al的材料用作第二导电层的情况下，之后步骤中的最大工艺温度优选设为380℃或更低，更优选设为350℃或更低。
同样，在Cu用作第二导电层的情况下，为了防止由于Cu元素迁移和扩散引起的缺陷，优选在含Cu的第二导电层上堆叠熔点高于Cu的金属材料层，如Mo、Ti或W。在含Cu的金属用作第二导电层的情况下，之后步骤中的最大工艺温度优选设为450℃或更低。
在本实施例中，作为第二导电层，5nm厚的Ti层形成在半导体层205上，且250nm厚的Cu层形成在Ti层上。然后，第二抗蚀剂掩模形成在第二导电层上，且使用第二抗蚀剂掩模部分地蚀刻第二导电层，由此形成源电极206a、漏电极206b和布线216(参见图5C)。
要注意，在第二导电层上形成的第二抗蚀剂掩模可通过喷墨法形成。通过喷墨法形成第二抗蚀剂掩模不需要光掩模；因此可降低制造成本。在蚀刻后移除第二抗蚀剂掩模。可省略其描述。
然后，在源电极206a、漏电极206b、布线216和半导体层205上形成第二绝缘层207(参见图6A)。第二绝缘层207可使用类似于第一绝缘层204或基底层201的材料和方法形成。优选采用溅射法来形成第二绝缘层207，这是因为它不太可能引入氢和含氢杂质。如果第二绝缘层207含有氢，则氢可能进入半导体层或提取半导体层中的氧。由此，用其中不含有氢和含氢杂质的方法来形成第二绝缘层207是重要的。
对于第二绝缘层207，可使用无机绝缘材料，如氧化硅、氧氮化硅、氧化铪、氧化铝、或氧化镓。氧化镓是难以改变的材料；因此，可抑制由于绝缘层的电荷累积引起的阈值电压的变化。要注意，在氧化物半导体用于半导体层205的情况下，含有与氧化物半导体相同类型成分的金属氧化物层可形成为第二绝缘层207或堆叠在第二绝缘层207上。
在该实施例中，作为第二绝缘层207，通过溅射法形成200nm厚的氧化硅层。沉积中的基板温度可以高于或等于室温且低于或等于300℃，而在该实施例中为100℃。可在稀有气体(通常为氩气)气氛下、氧气气氛下、或稀有气体和氧气的混合气氛下通过溅射法来形成氧化硅层。作为靶，可使用氧化硅或硅。例如，通过将硅用作靶，可通过在含氧气氛中溅射来形成氧化硅层。
为了去除在形成第二绝缘层207时残留在沉积腔中的水分，优选使用诸如低温泵、离子泵、或钛升华泵的截留真空泵。例如，第二绝缘层207在使用低温泵排气的沉积腔中形成，由此可减小第二绝缘层207中的杂质浓度。或者，作为用于去除沉积腔中残留的水分的排气单元，可使用添加了冷阱的涡轮分子泵。
优选的是，在形成第二绝缘层207时，将去除了诸如氢、水、含有羟基的化合物、和氢化物的杂质的高纯度气体用作溅射气体。例如，去除了诸如氢、水、含有羟基的化合物、和氢化物的杂质的高纯度气体的纯度是6N(99.9999％)或更高，优选7N(99.99999％)或更高(即杂质浓度是1ppm或更低，优选0.1ppm或更低)。
然后，可在减压气氛、惰性气体气氛、氧气气氛或超干空气气氛中(优选为高于或等于200℃且低于或等于600℃，更优选为高于或等于250℃且低于或等于550℃)执行第三热处理。要注意，在Al用作通过蚀刻第一导电层形成的布线层和通过蚀刻第二导电层形成的布线层中的一个或两者的情况下，热处理温度设为380℃或更低，优选为350℃或更低。或者，在Cu用作布线层的情况下，热处理温度设为450℃或更低。例如，第三热处理可在氮气气氛中在450℃下执行达1小时。在第三热处理中，部分半导体层(沟道形成区)在与第二绝缘层207接触的状态下被加热，因此氧可从含氧的第二绝缘层207供应给半导体层205，从而可减少半导体层205中的缺氧。要注意，在第三热处理时的气氛中，优选在形成第二绝缘层207的沉积腔中尽可能地减少诸如水和氢的杂质。
接着，第三抗蚀剂掩模形成在第二绝缘层207上，且部分地蚀刻第二绝缘层、半导体层205和第一绝缘层204。此时，在不形成薄膜晶体管的部分像素中，去除部分第二绝缘层207、部分半导体层205和部分第一绝缘层204，以形成像素开口225。此外，在漏电极206b上，只蚀刻第二绝缘层207，由此形成接触孔208。在截面E1-E2中的布线216上，只蚀刻第二绝缘层207，由此形成接触孔220。在截面D1-D2中的布线212上，蚀刻第二绝缘层207、半导体层205和第一绝缘层204，由此形成接触孔219(参见图6B)。
要注意，像素开口(部分像素，其中不形成薄膜晶体管)中的第二绝缘层207、半导体层205和第一绝缘层204不是必需被蚀刻的。然而，在液晶显示设备用作透射液晶显示设备的情况下，像素开口中第二绝缘层207、半导体层205和第一绝缘层204的蚀刻可改进像素的透射率。因此，像素从背光有效地发射光，因此由于亮度的增加，减小功耗或改进显示质量是可能的。
对于蚀刻第二绝缘层207、半导体层205和第一绝缘层204，可采用干法蚀刻、或湿法蚀刻、或干法蚀刻和湿法蚀刻两者。例如，可使用含氯的气体(诸如氯气(Cl2)、三氯化硼(BCl3)、四氯化硅(SiCl4)或四氯化碳(CCl4)的氯基气体)作为用于干法蚀刻的蚀刻气体。
对于干法蚀刻，可使用平行板反应离子蚀刻(RIE)法或感应耦合等离子体(ICP)蚀刻法。优选设置蚀刻条件，以使基底层201不被尽可能多地蚀刻，因为基底层201具有防止杂质元素从基板200扩散的功能。
一般而言，半导体层的蚀刻和绝缘层中接触孔的形成通过不同的抗蚀剂掩模形成步骤和不同的蚀刻步骤分开执行；然而，根据本实施例的制造工艺，半导体层的蚀刻和绝缘层中接触孔的形成可通过一个抗蚀剂掩模形成步骤和一个蚀刻步骤执行。因此，不仅可实现光掩模的数量的减少，还可实现抗蚀剂掩模形成步骤的数量和不同蚀刻步骤的数量的减少。由于步骤数量的减少，因此可以较低的成本和较高的生产率来制造液晶显示设备。
此外，根据该实施例的制造工艺，抗蚀剂掩模不是直接形成在半导体层205上。此外，由于半导体层205中的沟道形成区被第二绝缘层207保护，因此在光刻胶的分离步骤、清洗步骤等中水分不会附着到半导体层中的沟道形成区；由此，可减小晶体管111的特性变化并提高可靠性。尤其在氧化物半导体用作半导体层205情况下，上述效果更为明显。
接着，第三导电层通过溅射法、真空蒸镀法等形成在第二绝缘层207上，第四抗蚀剂掩模形成在第三导电层上，且部分地蚀刻第三导电层，从而形成像素电极210、电极221和电极222。要注意，第三导电层优选形成为大于或等于30nm且小于或等于200nm的厚度，更优选大于或等于50nm且小于或等于100nm。通过上述步骤，元件区域260在基板200上形成，它们之间插入分离层250(参见图6C)。
对于用作像素电极的第三导电层，优选使用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(下文称为ITO)、氧化铟锌、或添加了氧化硅的氧化铟锡的透光导电材料。或者，可使用由1至10片石墨烯薄片构成的材料(对应于一层石墨)。又或者，含导电大分子的导电组合物(也称为导电聚合物)可用于形成第三导电层。作为导电大分子，可使用所谓的π电子共轭导电大分子。例如，可给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、以及苯胺、吡咯和噻吩或其衍生物中的两种或多种的共聚物。
在本实施例中，作为第三导电层，形成80nm厚的ITO层，并且形成第四抗蚀剂掩模且部分地蚀刻第三导电层，由此形成像素电极210、电极221和电极222。
像素电极210通过接触孔208电连接到漏电极206b。电极221通过接触孔219电连接到布线212。电极222通过接触孔220电连接到布线216。
在接触孔219和接触孔220中，保持布线212和布线216不被暴露并用诸如ITO的氧化物导电材料覆盖是重要的。由于布线212和布线216是金属层，因此如果布线212和布线216保持暴露，那么暴露表面被氧化，且与FPC等的接触电阻将增大，由此导致可靠性降低。布线212和布线216的暴露表面覆盖有诸如ITO的氧化物导电材料，由此可防止接触电阻的增加，并因此可改进液晶显示设备的可靠性。
虽然图中未示出，但是由于静电等，在元件区域206上设置的晶体管易于断裂；因此优选设置保护电路。保护电路优选使用非线性元件形成。
根据本实施例，与常规情况相比，液晶显示设备可通过数量较少的光刻工艺制造。因此，液晶显示设备可以较低的成本和较高的生产率来制造。此外，操作液晶显示设备所需的元件区域206设置在基板200上，且其间插入分离层250；因此元件区域206可与基板200分离并转移到另一支承件上。
本实施例能自由地与任何其它实施例结合。
(实施例2)
在本实施例中，参考图7A到7C描述部分不同于实施例1的工艺示例。要注意，相同的附图标记用于与实施例1中相同的部分，并且在此省略对具有相同附图标记的部分的具体描述。此外，在本实施例中，只参考附图描述晶体管部分的步骤的示例。
首先，与实施例1中一样，分离层250形成在具有绝缘表面的基板200上，第一导电层形成在分离层250上，第一抗蚀剂掩模形成在第一导电层上，然后使用第一抗蚀剂掩模选择性地蚀刻第一导电层以形成栅电极202。
可在分离层250与栅电极202之间形成用作基底层的绝缘层。在本实施例中，形成基底层201。基底层201具有防止杂质元素(如Na)从基板200扩散的功能，并可使用选自以下的膜形成：氧化硅膜、氧氮化硅膜、氮化硅膜、氧化铪膜、氧化铝膜、氧化镓膜和氧化镓铝膜。基板201的结构不限于单层结构，并可以是多个上述膜的分层结构。
在本实施例中，稍后形成的半导体层的沉积温度高于或等于200℃且低于或等于450℃，且在形成半导体层之后执行的热处理温度高于或等于200℃且低于或等于450℃。因此，对于栅电极202，可采用其中铜作为下层且钼作为上层的分层结构或者其中铜作为下层且钨作为上层的分层结构。
接着，与实施例1一样，第一绝缘层204通过CVD法、溅射法等形成在栅电极202上。图7A是示出通过直至并包括本步骤的诸步骤获得的结构的截面图。
然后，在第一绝缘层204上，形成第一半导体层，其厚度达大于或等于1nm且小于或等于10nm。在本实施例中，在氧气气氛、氩气气氛、或氩气和氧气的混合气氛中在以下条件下形成第一半导体层达5nm的厚度：使用用于氧化物半导体的靶(用于基于In-Ga-Zn的氧化物半导体(In2O3:Ga2O3:ZnO＝1:1:2[摩尔比])的靶)；基板和靶之间的距离为170mm；基板温度为250℃；压强为0.4Pa；并且直流(DC)功率为0.5kW。
之后，执行第一热处理，基板置于氮气气氛或干燥空气气氛中。第一热处理的温度设为高于或等于200℃且低于或等于450℃。在第一热处理中，执行加热大于或等于1小时且小于或等于24小时。通过第一热处理，形成第一晶体半导体层748a(参见图7B)。
接着，在第一晶体半导体层748a上形成第二半导体层，其厚度达大于10nm。在本实施例中，在氧气气氛、氩气气氛、或氩气气氛和氧气气氛的混合气氛中在以下条件下形成第二半导体层达25nm的厚度：使用用于氧化物半导体的靶(用于基于In-Ga-Zn的氧化物半导体(In2O3:Ga2O3:ZnO＝1:1:2[摩尔比])的靶)；基板和靶之间的距离为170mm；基板温度为400℃；压强为0.4Pa；并且直流(DC)功率为0.5kW。
然后，执行第二热处理，基板置于氮气气氛或干燥空气气氛中。第二热处理的温度设为高于或等于200℃且低于或等于450℃。在第二热处理中，执行加热大于或等于1小时且小于或等于24小时。通过第二热处理，形成第二晶体半导体层748b(参见图7C)。
根据实施例1执行后续步骤。在形成源电极206a、漏电极206b和第二绝缘层207之后，使用单个抗蚀剂掩模执行同时形成第一开口和第二开口的步骤。通过蚀刻与漏电极206b重叠的部分第二绝缘层207来形成第一开口。通过蚀刻不与源电极206a和漏电极206b重叠的部分第二绝缘层207、部分第一晶体半导体层748a、部分第二晶体半导体层748b、部分第一绝缘层204、和部分第二绝缘层207来形成第二开口。因此，可减少步骤的数量。
之后，可通过类似于实施例1中的步骤获得晶体管111。要注意，在采用本实施例的情况下，包括这种晶体管的沟道形成区的半导体层具有第一晶体半导体层748a和第二晶体半导体层748b的分层结构。在形成第一晶体半导体层748a之后，执行第一热处理，以使第一晶体半导体层748a包括CAAC。然后，第二晶体半导体层748b形成并经历第二热处理，由此以第一晶体半导体层748a作为籽晶，晶体(CAAC)在第二晶体半导体层748b中生长。因此，可有效地形成包括CAAC的氧化物半导体。
具有第一晶体半导体层和第二晶体半导体层的分层结构的晶体管具有稳定的电特性。当晶体管受到光辐照并经历偏置温度(BT)测试时，晶体管的阈值电压的改变量可减小。
本实施例能自由地与任何其它实施例结合。
(实施例3)
在本实施例中，将参考图8A和8B描述薄的、轻量的且显著强韧的半导体器件的结构的示例，该半导体器件以实施例1和2中形成的元件区域206从基板200分离并设置在不同支承件上的方式制造。此外，将参考图9A到9C、图10A到10C和图11A和11B描述用于制造半导体器件的方法的示例。
为了描述图8B中的液晶显示设备的截面图，实施例1中描述的元件区域206的截面图被用于像素部分850的截面图。要注意，将在以下假设下进行描述：本实施例中液晶显示设备的驱动方法是垂直对准(VA)模式，液晶显示设备是包括作为液晶层的呈现蓝相的液晶材料的反射型单色液晶显示设备。
VA模式是控制液晶显示面板的液晶分子对准的方法，其中在不施加电压时液晶分子垂直对准于面板表面。给出一些示例作为垂直对准模式。例如，可给出多畴垂直对准(MVA)模式、图案化垂直对准(PVA)模式、先进超视觉(ASV)模式等。此外，可能使用称为畴倍增或多畴设计的方法，其中像素被分为一些区域(子像素)，并且分子在它们各自的区域中在不同方向上对准。VA模式是控制液晶显示面板的液晶分子对准的方法，其中在不施加电压时液晶分子垂直对准于面板表面。
要注意，对于本实施例中的液晶显示设备，使用VA模式；然而，本发明的实施例不限于此。例如，可替换地使用诸如TN(扭曲向列)模式、IPS(共面切换)模式、FFS(边缘场切换)模式、ASM(轴对称对准微单元)模式、OCB(光学补偿双折射)模式、FLC(铁电液晶)模式、或AFLC(反铁电液晶)模式的驱动方法。
<液晶显示设备的结构的示例>
图8A是在第一支承件800和第二支承件810之间用密封剂820密封元件区域260和液晶材料840的面板的平面图。图8B是沿图8A中的虚线M-N的截面图。
第一支承件800具有大于或等于1.5[MPa·m1/2]的断裂韧度，并设置有元件区域260，其中固定用粘合剂808介于第一支承件800和元件区域260之间。使用断裂韧度大于或等于1.5[MPa·m1/2]的材料作为第一支承件800使得制造薄的、轻量的、且显著强韧的液晶显示设备成为可能。
第二支承件810的断裂韧度大于或等于1.5[MPa·m1/2]。第四导电层814设置在第二支承件810的一个表面上，且偏振滤光片860设置在第二基板810的另一表面上。使用断裂韧度大于或等于1.5[MPa·m1/2]的材料作为第二支承件810使得制造薄的、轻量的、且显著强韧的液晶显示设备成为可能。
密封剂820、液晶材料840和第一导电材料845夹在设有元件区域206的第一支承件800和设有第四导电层814的第二支承件810之间。要注意，密封剂820设置成包围像素部分850；因此，液晶材料840不会泄漏到密封剂820之外。第一导电材料845设置成电连接元件区域260中形成的布线212和第二支承件上形成的第四导电层814。因此，可通过在第四导电层814和像素电极210之间施加电压来改变液晶材料840的对准。
在第一支承件800上设置的密封剂820包围的区域之外设置输入端子880，并且外部布线870a和870b通过第二导电材料855连接到元件区域260中的布线216。外部布线870a和870b各自具有通过第二导电材料855在外部供应操作液晶显示设备所必需的功率和信号的功能。
利用上述结构，可制造薄的、轻量的、且不易断裂的液晶显示设备。
<用于制造液晶显示设备的方法>
接着，将参考图9A到9C、图10A到10C以及图11A和11B描述制造上述液晶显示设备的方法的示例。要注意，在本实施例中通过将液晶显示设备的制造工艺分为以下步骤来对它进行描述：“在第一支承件上设置元件区域的步骤”、“形成第二支承件的步骤”和“密封液晶层的步骤”。
<在第一支承件上设置元件区域的步骤>
首先，临时支承基底902利用分离用粘合剂900接合到实施例1中形成在基板200上的元件区域260的表面，分离层250介于基板200和元件区域260之间，然后元件区域260从基板200分离并转移到临时支承基底902(参见图9A)。要注意，在本说明书中，沿分离层250分离元件区域260并将元件区域260转移到临时支承基底902的该步骤称为转移步骤。
作为分离用粘合剂900，可用可根据需要从临时支承基底902和元件区域260去除的粘合剂，如可溶于水或有机溶剂的粘合剂或可通过紫外光辐照塑化的粘合剂。通过使用诸如旋涂机、狭缝涂敷机、照相凹板涂敷机和辊涂机的涂敷机中的任一种或者诸如柔性印刷机、胶版印刷机、照相凹板印刷机、丝网印刷机和喷墨机的印刷机中的任一种，分离用粘合剂900优选形成为薄的并具有均匀厚度。
作为临时支承基底902，可使用其表面粘附力可任意减小的条带，如UV分离条带和热分离条带。或者，可使用玻璃基板、石英基板、蓝宝石基板、陶瓷基板、金属基板、塑料基板等。要注意，在使用其表面粘附力可任意减小的条带的情况下，分离用粘合剂900不是单独必需的。在塑料基板用作临时支承基底902的情况下，优选使用热阻高到足以耐受稍后执行的工艺的温度的塑料基板。
要注意，对用于将临时支承基底902接合到元件区域260的方法没有特定限制。当诸如条带的柔性材料用作临时支承基底902时，例如可使用可用辊子执行接合的设备(也称为辊式层压机)。因此，元件区域206和临时支承基底902能够可靠地彼此接合，其间没有气泡等。
在本实施例中，通过紫外光辐照固化并可溶于水的粘合剂(下文中称为水溶性粘合剂)被用作分离用粘合剂900并用旋涂装置轻轻地涂敷在元件区域260的表面，并且执行固化处理。之后，作为临时支承基底的UV分离条带(其粘附力可通过UV辐照减弱的条带)利用辊式层压机粘附到分离用粘合剂900。
各种方法中的任一种可适当地用于从基板200分离元件区域260。例如，在分离层250使用选自钨(W)、钼(Mo)、钛(Ti)、钽(Ta)、铌(Nb)、镍(Ni)、钴(Co)、锆(Zr)、锌(Zn)、钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、锇(Os)、铱(Ir)和硅(Si)中的元素或包含上述元素的任一种作为其主要成分的合金或化合物形成的情况下，并且在金属氧化物膜形成在分离层250的表面的情况下(例如，如实施例1中所述，在形成分离层250之后，含氧膜形成为基底层201的情况下)，金属氧化物膜结晶并脆化，并且施加力(从基板200分离临时支承基底902的力)，使得元件区域260可沿分离层250分离。
此外，当含氢的非晶硅膜形成为分离层250时，通过激光辐照或蚀刻去除含氢的非晶硅膜，从而元件区域260可从基板200分离。当含氮、氧、氢等的膜(例如，含氢的非晶硅膜，含氢的合金膜、含氧的合金膜等)用作分离层250时，用激光辐照分离层，使分离层250中所含的氮、氧或氢作为气体释放，从而可促进元件区域260从基板200分离。此外，可使用通过其中利用诸如NF3、BrF3、或ClF3的卤素氟化物气体的蚀刻去除分离层250的方法。
在有机树脂用于分离层250的情况下，有机树脂中的内在应力可用于分离。
此外，可通过组合使用上述的多种分离方法以便于分离工艺。具体而言，在对部分分离层执行激光辐照，用气体、溶液等蚀刻部分分离层，或用快刀、解剖刀等的机械力去除部分分离层之后，可用物理力(通过机器等)执行分离，从而分离层和元件区域可容易地彼此分离。在分离层250形成为具有金属和金属氧化物的分层结构情况下，例如通过使用激光辐照形成的沟槽或快刀、解剖刀等造成的划痕作为触发，可容易地将要分离的层从分离层物理分离。
与通过用溶液、气体等去除分离层来分离元件区域260的方法相比，物理分离元件区域260在较短时间内实现较大面积的分离。此外，由于不使用溶液和气体，所以安全等级高。因此，作为从基板200分离元件区域260的方法，施加力进行分离的方法在生产率和安全性方面最有利。
在用物理手段执行分离的情况下，可在注入诸如水的液体的同时执行分离。因此，可抑制由于分离操作引起的静电对元件区域260的不良影响(如半导体元件被静电破坏的损坏)。
要注意，在氧化物半导体用于半导体层205的情况下，即使在产生静电时，也可防止半导体层205受到静电造成的损坏。这是因为与包括硅材料的一般半导体层相比，氧化物半导体具有较高的耐压和较低的介电击穿可能性。
在沿分离层250分离元件区域260的过程中，固定基板200以尽可能不移动或弯曲，这能够抑制局部施加到元件区域260的力。因此，可以没有任何问题地分离元件区域260(如元件区域260不破裂)。作为用于固定基板200的方法，例如可采用使用粘合剂材料将基板200固定到稳定基底的方法，使用真空吸盘固定基板200的方法等。优选的是，考虑到分离基板200的麻烦和基板200的重新利用，使用真空吸盘来固定基板200。具体而言，优选使用具有多孔表面的真空吸盘(也称为多孔吸盘)，因为可用均匀的力来固定基板200的整个表面。
要注意，在元件区域260上提供分离用粘合剂900之前，优选在元件区域260上执行流体喷射清洗、超声波清洗、等离子体清洗、UV清洗、臭氧清洗等，从而去除附着到元件区域260的表面的灰尘和有机成分。
接着，第一支承件800接合到元件区域260的另一表面，其间置入固定用粘合剂808(参见图9B)。
作为固定用粘合剂808的材料，可使用各种可固化粘合剂，例如，诸如UV固化粘合剂的光固化粘合剂、反应固化粘合剂、热固化粘合剂、和厌氧粘合剂。
通过使用诸如旋涂机、狭缝涂敷机、照相凹板涂敷机和辊涂机的涂敷机中的任一种或者诸如柔性印刷机、胶版印刷机、照相凹板印刷机、丝网印刷机和喷墨机的印刷机中的任一种，固定用粘合剂808优选形成为薄的并具有均匀厚度。
对于第一支承件800，使用具有高韧度(具体而言，断裂韧度大于或等于1.5[MPa·m1/2])的各种材料的任一种。例如，使用有机树脂基板、有机树脂薄膜、金属基板、金属薄膜等。因此，可制造薄的、轻量的、即使在施加外力(例如进行冲击或执行弯曲)的情况下也不易断裂的液晶显示设备。要注意，具有高韧度的各种材料一般具有高柔度和韧度，从而具有高韧度的第一支承件800可自由弯曲。可取决于液晶显示设备的用途应用，适当地确定第一支承件800的厚度。例如，当液晶显示设备设置成沿诸如曲面的形状弯曲时，或者被卷起以携带时，第一支承件800可以是薄的。当液晶显示设备在恒定施加负载的条件下使用时，第一支承件800可以是厚的。
作为有机树脂基板和有机树脂薄膜，例如可使用包括选自以下树脂的至少一种树脂作为成分的基板和薄膜：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)树脂、聚醚砜(PES)树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)树脂、聚乙烯醇(PVA)树脂、聚碳酸酯(PC)树脂、尼龙树脂、丙烯酸树脂、聚丙烯腈树脂、聚醚醚酮(PEEK)树脂、聚苯乙烯(PS)树脂、聚砜(PSF)树脂、聚醚酰亚胺(PEI)树脂、聚芳酯(PAR)树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)树脂、聚酰亚胺(PI)树脂、聚酰胺(PA)树脂、聚酰胺酰亚胺(PAI)树脂、聚异丁烯(PIB)树脂、氯化聚醚(CP)树脂、三聚氰胺(MF)树脂、环氧(EP)树脂、聚偏二氯乙烯(PVdC)树脂、聚丙烯(PP)树脂、聚缩醛(POM)树脂、氟树脂(聚四氟乙烯(PTFE))、苯酚(PF)树脂、呋喃(FF)树脂、不饱和聚脂树脂(纤维加强塑料(FRP))、醋酸纤维(CA)树脂、尿素(UF)树脂、二甲苯(XR)树脂、酞酸二烯丙酯(DAP)树脂、聚乙酸乙烯(PVAc)树脂、聚乙烯(PE)树脂、和ABS树脂。
作为金属基板或金属薄膜，例如可使用铝(Al)、钛(Ti)、镍(Ni)、铬(Cr)、钼(Mo)、钽(Ta)、铍(Be)、锆(Zr)、金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、锌(Zn)、铁(Fe)、铅(Pb)、或锌(Sn)、或者包括含有上述元素的任一种的合金的基板或薄膜。
如在本实施例中，在使用外部光的反射来显示图像的反射型液晶显示设备的情况下，优选选择具有高可见光反射率的上述金属基板或金属薄膜作为要使用的第一支承件800的材料。尤其，优选热膨胀系数小于或等于20ppm/℃的金属基板或金属薄膜。在使用背光作为光源来显示图像的透射型和透射反射型液晶显示设备的情况下，具有高可见光透射率的有机树脂基板和有机树脂薄膜优选用作第一支承件800，更优选的是，使用热膨胀系数小于或等于20ppm/℃且没有阻滞(双折射相位差)的有机树脂基板和有机树脂薄膜。
要注意，在本实施例中，第一支承件800具有单层结构；然而，保护层可形成在第一支承件800的顶表面或底表面上。作为保护层，可使用诸如氧化硅(SiO2)膜、氮化硅(SiN)膜、氧氮化硅(SiON)膜、和氮氧化硅(SiNO)膜的无机薄膜，诸如铝(Al)膜或镁(Mg)膜的金属膜，或者任何金属的氧化物薄膜。尤其优选使用具有低水汽渗透性、低气体渗透性、和低UV透射率的膜。保护层优选通过例如溅射法或等离子体CVD法形成。
要注意，在透射型或透射反射型液晶显示设备的情况下，优选使用具有相对高的可见光透射率的无机膜、金属氧化物膜等。另一方面，在反射型液晶显示设备的情况下，优选使用具有高可见光反射率的金属膜。
或者，作为保护层，可使用耐溶剂的树脂。可取决于用于基板清洗的化学溶液的种类和对准膜中所包括的溶剂的种类，适当地选择保护层的成分。保护层的成分可适当选自例如，聚氯乙烯(PVC)树脂、聚乙烯醇(PVA)树脂、聚异丁烯(PIB)树脂、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)树脂、醋酸纤维(CA)树脂、尿素(UF)树脂、二甲苯(XR)树脂、酞酸二烯丙脂(DAP)树脂、聚乙酸乙烯(PVAc)树脂、聚乙烯(PE)树脂、聚酰胺(PA)(尼龙)树脂、聚碳酸酯(PC)树脂、氯化聚醚(CP)树脂、三聚氰胺(MF)树脂、环氧(EP)树脂、聚偏二氯乙烯(PVdC)树脂、聚苯乙烯(PS)树脂、聚丙烯(PP)树脂、聚缩醛(POM)树脂、氟树脂(聚四氟乙烯(PTFE))、苯酚(PF)树脂、呋喃(FF)树脂、不饱和聚脂树脂(纤维加强塑料(FRP))、ABS树脂等。用这种树脂作为保护层，有可能防止由用于清洗基板的化学溶液和对准膜中所包括的溶剂引起的第一支承件的质量改变。
通过使用诸如旋涂机、狭缝涂敷机、照相凹板涂敷机和辊涂机的涂敷机中的任一种或者诸如柔性印刷机、胶版印刷机、照相凹板印刷机、丝网印刷机和喷墨机的印刷机中的任一种，保护层优选形成为薄的并具有均匀厚度。
虽然在本实施例中第一支承件800接合到元件区域206另一表面，其中固定用粘合剂808介于它们之间，但是当其中纤维体浸渍有有机树脂的构件(所谓的预浸渍体)用作第一支承件800时，纤维体浸渍的有机树脂具有固定用粘合剂808的功能；因此，元件区域260和第一支承件800可无需固定用粘合剂808而彼此接合。此时，作为用于构件的有机树脂，优选使用通过附加处理固化的反应固化树脂、热固树脂、UV固化树脂等。
在本实施例中，不锈钢膜(所谓的SUS膜，由包含铁作为基质并添加铬、镍等的材料构成)用作第一支承件，并且热固粘合剂用丝网印刷装置轻轻地涂敷于不锈钢膜的表面。涂敷有热固粘合剂的不锈钢膜附着于元件区域的另一表面，并且执行固化处理。
要注意，在第一支承件800上设置固定用粘合剂808之前，优选在第一支承件800上执行流体喷射清洗、超声波清洗、等离子体清洗、UV清洗、臭氧清洗等，从而去除附着到第一支承件800的表面的灰尘和有机成分。
此外，可对第一支承件800执行热处理。通过热处理，去除附着于第一支承件800的水分和杂质。此外，通过减压状态中的热处理，可更有效地去除水分和杂质。在执行热处理时，热阻高到足以耐受热处理的基板优选用作第一支承件800。
要注意，至于清洗法和热处理，可选择上述清洗法和热处理中的任一种，或者可组合执行上述清洗法和热处理中的两种或更多。例如，在执行流体喷射清洗以去除附着于第一支承件800的灰尘后，执行臭氧清洗以去除有机成分，然后最后执行热处理以去除在执行流体喷射清洗时附着于并吸附在第一支承件800中的水分。以这种方式，第一支承件800上和第一支承件800中的灰尘、有机成分和水分可被有效去除。
接着，从元件区域206去除用于分离的粘合剂900和临时支承基底902。
在本实施例中，水溶性粘合剂和UV分离条带分别用作用于分离的粘合剂900和临时支承基底902。因此，执行UV辐照处理，以首先去除临时支承基底902，然后通过用水清洗去除用于分离的粘合剂900。
由于高韧度，第一支承件800具有足够的柔度来通过施加外部应力变形。因此，优选在具有高刚度的基板通过高刚度的基板和第一支承件800之间的粘合剂材料接合于第一支承件800的状态下，从元件区域260分离临时支承基底902，从而在分离操作和稍后步骤中负载施加于第一支承件800时不会产生变形和断裂。当具有高刚度的基板这样接合时，用于玻璃基板等的制造装置可照常使用。
通过上述步骤，可制造表面设有元件区域260的第一支承件800，固定用粘合剂808介于它们之间。
要注意，根据本实施例，在液晶显示设备中不是必需设置对准膜，其中呈现蓝相的液晶材料用作液晶层；因此，在图8A和8B、图9A到9C、图10A到10C和图11A和11B中没有示出对准膜。然而，在其中不呈现蓝相的液晶材料用作液晶层的液晶显示设备的情况下，对准膜(例如，可使用诸如聚酰亚胺(PI)、聚乙烯醇(PVA)或聚肉桂酸乙烯酯(PVCi)的绝缘有机材料)可形成在元件区域260上(至少在像素电极210上)，并且可对对准膜执行摩擦处理(例如，使用具有纤维(包括人造纤维、棉纤维、尼龙纤维等作为其主要材料)的辊子等摩擦对准膜)，从而对准膜具有对准性质。
在呈现蓝相的液晶材料用作液晶层的情况下，对准膜不是必需设置的，所以摩擦处理也不是必需的。因此，可防止摩擦处理引起的静电放电，并可减小制造工艺中液晶显示设备的损坏。因此，还有一个优点就是可提高液晶显示设备的生产率。
<形成第二支承件的步骤>
接着，制备第二支承件810，并且第四导电层814设置在第二支承件810的一个表面上(参见图10A)。要注意，在本实施例中，不设置滤色片，因为给出的是单色液晶显示设备的描述；然而，当制造彩色液晶显示设备时，滤色片可设置在第二支承件810和第四导电层814之间。
在设置滤色片的情况下，在像素部分设置R、G和B(R、G和B分别对应于红色、绿色和蓝色)三种颜色的滤色片；然而，本发明的一个实施例不限于此。例如，可设置滤色片R、G、B和W(W对应于白色)，或者滤色片R、G、B和黄色、青色、品红色等中的一个或多个。此外，各个色素点之间的显示区大小可不同。作为像素部分中的显示方法，可采用逐行扫描法、隔行扫描法等。
此外，第二支承件可适当地设置有黑矩阵(挡光层)或光学构件(光学基板)，如阻滞构件或抗反射构件。
在本实施例中，描述了液晶显示设备的驱动方法是VA模式的情况；因此，采用垂直电场模式的结构，其中第四导电层814形成在第二支承件810的一个表面上，液晶材料840夹在像素电极210和第四导电层814之间。然而，在采用水平电场模式的驱动方法的情况下，不是必需在第二支承件810上设置第四导电层814。
对于第二支承件810，使用具有高韧度(具体而言，断裂韧度大于或等于1.5[MPa·m1/2])的各种材料的任一种。由于第二支承件需要具有不阻挡传播到外部的光的性质，所以使用有机树脂基板或有机树脂薄膜。因此，可制造薄的、轻量的、即使在施加外力(例如进行冲击或执行弯曲)的情况下也不易断裂的液晶显示设备。要注意，具有高韧度的各种材料一般具有高柔度和韧度，从而具有高韧度的第二支承件810可自由弯曲。可取决于液晶显示设备的用途应用，适当地确定第二支承件810的厚度。例如，当液晶显示设备设置成沿诸如曲面的形状弯曲时，或者被卷起以携带时，第二支承件810可以是薄的。此外，当液晶显示设备在恒定施加负载的条件下使用时，第二支承件810可以是薄的。
作为有机树脂基板和有机树脂薄膜，可使用类似于第一支承件800的材料。
在第二支承件810上形成保护层，清洗第二支承件810等都与第一支承件800的操作类似；因此，在此省略对其的描述。
由于高韧度，第二支承件810具有足够的柔度来通过施加外部应力变形。因此，具有高刚度的基板优选通过其间设置的粘合剂材料接合于第二支承件810，从而在稍后步骤向第二支承件810施加负载时不发生变形或断裂。当具有高刚度的基板这样接合时，用于玻璃基板等的制造装置可照常使用。要注意，由于在第二支承件810接合到元件区域260之后需要分离具有高刚度的基板，因此低粘性的粘合剂(如硅橡胶)或粘附力可通过光辐照或热处理减弱的材料(如UV分离条带或热分离条带)优选用作粘合剂。
第四导电层814可通过溅射法、等离子体CVD法、涂敷法、印刷法等形成形成为具有单层结构或分层结构，它使用包括例如以下的透光导电材料作为其主要成分的层：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(下文称为ITO)、氧化铟锌、或添加了氧化硅的氧化铟锡。
在本实施例中，聚酰亚胺膜用作第二支承件810，并且通过溅射法在聚酰亚胺膜上形成ITO膜作为第四导电层814，其厚度达200nm。
虽然在图10A中未示出，但是在形成第四导电层814之后，可按需在第四导电层814上设置间隔材料(当第一支承件800和第二支承件810彼此接合时，保持用于在像素电极210和第四导电层814之间设置液晶材料840的距离(所谓间隙)的材料)。
要注意，根据本实施例，在液晶显示设备中不是必需设置对准膜，其中呈现蓝相的液晶材料用作液晶层；因此在图10A中未示出对准膜。然而，在使用不呈现蓝相作为液晶相的液晶材料的液晶显示设备的情况下，对准膜(例如，可使用诸如聚酰亚胺(PI)、聚乙烯醇(PVA)或聚肉桂酸乙烯(PVCi)的绝缘有机材料)可形成在第四导电层814上，并且可在对准膜上执行摩擦处理(例如，使用具有纤维(包括人造纤维、棉纤维、尼龙纤维等作为其主要成分)的辊子等摩擦对准膜)，从而对准膜具有对准性质。
要注意，虽然在本实施例中，在第二支承件810上形成第四导电层814的步骤跟随在第一支承件800上通过置于其间的固定用粘合剂808设置元件区域260的步骤之后，但是对这些制造步骤的次序没有限制。这些步骤优选同时执行，以减少液晶显示设备的制造时间。
<密封液晶层的步骤>
在表面设置有元件区域260的第一支承件800(固定用粘合剂808介于它们之间)被制备之后，在像素部分850的外围设置密封剂820以包围像素部分850，然后在像素部分850上设置液晶材料840(参见图10B)。
在设置密封剂820的过程中，可使用以下印刷机中的任一种，如柔性印刷机、胶版印刷机、照相凹板印刷机、丝网印刷机、喷墨机和分配器。作为密封剂820，可使用各种可固化粘合剂中的任一种，例如，诸如UV固化粘合剂的光固化粘合剂、反应固化粘合剂、热固化粘合剂、和厌氧粘合剂。鉴于生产率和对用于液晶显示设备的各种材料的影响，优选使用不需要在高温条件下固化处理并且固化时间较短的光固化粘合剂。此外，密封剂820可包括间隔材料。
要注意，虽然在图8A和8B以及图10A到10C中仅设置了一行密封剂以包围像素部分850，但是可设置多行密封剂820。通过设置多行密封剂820，第一支承件800和第二支承件810可牢固地彼此接合。
作为第一导电材料845，使用包括导电粒子和有机树脂的材料。具体而言，使用其中各个直径为几纳米至几十纳米的导电粒子分散在有机树脂中的材料。作为导电粒子，可使用金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、镍(Ni)、铂(Pt)、钯(Pd)、钽(Ta)、钼(Mo)、钛(Ti)、铝(Al)和碳(C)中的一种或多种的金属粒子，表面设置有含上述金属中的一种或多种的金属膜的绝缘粒子(如玻璃粒子或有机树脂粒子)，卤化银微粒子等。作为第一导电材料845中包含的有机树脂，可使用以下的一种或多种：用作金属粒子的粘合剂的有机树脂，用作金属粒子的溶剂的有机树脂，用作金属粒子的分散剂的有机树脂，或用作金属粒子的涂敷构件的有机树脂。诸如环氧树脂或硅树脂的有机树脂可作为代表示例给出。
在设置第一导电材料845的过程中，可使用诸如柔性印刷机、胶版印刷机、照相凹板印刷机、丝网印刷机、喷墨机和分配器的印刷机中的任一种。
作为液晶材料840，可使用溶致液晶、热致液晶、低分子液晶、高分子液晶、盘状液晶、铁电液晶、反铁电液晶等。要注意，上述液晶材料取决于条件将呈现向列相、胆甾相、胆甾蓝相、近晶相、近晶蓝相、立方相、近晶D相、手性向列相、各向同性相等。在具有小于或等于500nm的相对短的螺旋间距的胆甾相和近晶相的液晶材料中看出胆甾蓝相和近晶蓝相。液晶材料的对准具有双扭曲结构，并且液晶材料具有间距小于或等于光波长的规则。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产生。
由于本实施例中所用的蓝相只在窄温度范围中出现，所以将混合5wt％(重量百分比)或更多的手性材料的液晶组合物用于液晶材料以展宽温度范围。至于包含蓝相液晶和手性材料的液晶组合物，响应速度高达10μs至100μs；由于光学各向同性，对准膜不是必需的；并且视角依赖性较小。因此，可提高显示图像的质量，并实现成本降低。
液晶材料的电阻率大于或等于1×109Ω·cm，优选大于或等于1×1011Ω·cm，更优选大于或等于1×1012Ω·cm。
接着，设置有第四导电层814的第二支承件810的表面接合至设置有液晶材料840的第一支承件800的表面，并且对密封剂820和第一导电材料845执行固化处理。
第一支承件800和第二支承件810优选在真空接合装置等中保持减压的处理腔中彼此接合。用这种方法，可执行接合，并且密封剂820或液晶材料840中不包括气泡，并且可抑制在密封剂820包围的区域中包括大气成分。
要注意，在执行接合之后，优选执行向第一支承件800和第二支承件810的一侧或两侧施加压力的工艺。因此，液晶材料840在密封剂820包围的区域中均匀地形成。
取决于密封剂820和第一导电材料845的材料组分，通过选自可见光辐射、UV光辐照、和热处理中的一种或多种工艺执行固化处理，从而优化密封剂820和第一导电材料845的固化状态。在密封剂820和第一导电材料845是例如光固化材料的情况下，取决于材料的固化条件，适当地确定辐照光的波长、强度和时间要注意，当使用固化条件相同的材料(如密封剂820和第一导电材料845都是光固化材料，并且用于固化的光的波长和强度几乎相同)时，可减少固化处理的次数，这是优选的。为了改进第一导电材料845的传导率并防止缺陷传导，优选在固化第一导电材料845时施加压力。
在本实施例中，采用在滴落密封剂820和液晶材料840之后第一支承件800和第二支承件810彼此接合的方法(滴落法)。或者，可使用在滴落密封剂820之后，第一支承件800和第二支承件810彼此接合，然后利用第一支承件800和第二支承件810之间产生的空间中的毛细管作用将液晶材料840注入密封剂820包围的区域的方法(注入法)。
接着，在第一支承件800上的电极222上设置第二导电材料855(参见图11A)。
作为第二导电材料855，使用例如包括导电粒子和有机树脂的材料。具体而言，使用其中各个直径为几纳米至几十纳米的导电粒子分散在有机树脂中的材料。作为导电粒子，可使用金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、镍(Ni)、铂(Pt)、钯(Pd)、钽(Ta)、钼(Mo)、钛(Ti)、铝(Al)和碳(C)中的一种或多种的金属粒子，表面设置有含上述金属中的一种或多种的金属膜的绝缘粒子，卤化银微粒子，或焊料等。此外，作为第二导电材料855中包含的有机树脂，可使用以下的一种或多种：用作金属粒子的粘合剂的有机树脂，用作金属粒子的溶剂的有机树脂，用作金属粒子的分散剂的有机树脂，或用作金属粒子的涂敷构件的有机树脂。诸如环氧树脂或硅树脂的有机树脂可作为代表示例给出。
在设置第二导电材料855的过程中，可使用诸如柔性印刷机、胶版印刷机、照相凹板印刷机、丝网印刷机、喷墨机和分配器的印刷机中的任一种。
在本实施例中，混合有各自大小为几纳米至几十纳米的薄片状银粒子的环氧树脂用作第二导电材料855。
接着，在第二导电材料855上设置外部布线870a，执行连接工艺以电连接外部布线870a和电极222，并且偏振滤光片860接合至第二支承件810(参见图11B)。
作为外部布线870a，可使用例如印刷线路板或柔性印刷电路(FPC)。在本实施例的液晶显示设备中，基底基板和对基板具有高韧度，并且液晶显示设备可具有柔度；因此优选外部布线870a也具有柔度。
对于连接工艺，可在固化第二导电材料855的条件下(可见光辐照、UV光辐照、或热处理)处理第二导电材料855。为了改进第二导电材料855的传导率并防止电极222和第二导电材料855之间的缺陷传导，优选在第二导电材料855经历连接工艺时施加压力。要注意，连接工艺通常使用热压接合装置来执行，其中在对第二导电材料855和外部布线870a执行压力处理的同时执行热处理。
要注意，在本实施例中不设置光源，因为其中描述的是反射型液晶显示设备；然而，在透射型或透射反射型液晶显示设备的情况下，可设置背光、侧光等作为第一支承件800侧的光源。
此外，可能采用时分显示法(也称为场序驱动法)，该方法利用多个发光二级管(LED)作为背光。通过采用场序驱动法，可进行彩色显示而无需使用滤色片。
要注意，在本实施例中偏振滤光片860只设置在第二支承件810上，因为其中描述的是反射型液晶显示设备；然而，在透射型或透射反射型液晶显示设备的情况下，偏振滤光片也可设置在第一支承件800侧。要注意，虽然在本实施例中，在电极222和外部布线870a彼此连接之后才接合偏振滤光片860，但是这些步骤可以相反的次序执行。
与常规情况相比，通过上述工艺制造的操作液晶显示设备所需的元件区域260利用较小数量的光掩模来制造。此外，元件区域260形成在第一支承件800上，第一支承件800的断裂韧度大于或等于1.5[MPa·m1/2]。此外，用来夹持液晶材料840的第二支承件810也具有大于或等于1.5[MPa·m1/2]的断裂韧度。
因此，可减少光掩模的数量，而不需要复杂的技术或特殊装置，并且可制造薄的、轻量的、且显著强韧的液晶显示设备。
此外，将高韧度的材料用于第一支承件800和第二支承件810实现了可设置成沿诸如曲面的形状弯曲，或者可被卷起以携带的液晶显示设备的制造。
本实施例能自由地与任何其它实施例结合。
(实施例4)
在本实施例中，将描述根据本发明一个实施例的半导体器件的应用模式的示例。根据本发明一个实施例的半导体器件可通过从其上已形成半导体器件的基板分离，而成为柔性的。以下将参考图12A至12F描述根据本发明实施例的包括半导体器件的电子设备的具体示例。电子设备包括液晶显示设备、电视设备(也称为TV、TV接收机或电视接收机)、蜂窝电话等。
图12A示出显示器1201，它包括支承基座1202和显示部分1203。显示部分1203使用柔性基板形成，它可实现轻量和薄的显示器。此外，显示部分1203可以弯曲，并可从支承基座1202分离，并且显示器可沿弯曲的墙安装。柔性显示器是根据本发明一个实施例的半导体器件的一种应用模式，它可以通过将以上实施例中描述的半导体器件用于显示部分1203来制造。因此，柔性显示器可在弯曲部分和平坦表面上设置；因此，它可用于各种应用。
图12B示出能够卷绕的显示器1211，它包括显示部分1212。能够卷绕的薄的和大面积的显示器是根据本发明一个实施例的半导体器件的一种应用模式，它可以通过将以上实施例中描述的半导体器件用于显示部分1212来制造。由于能够卷绕的显示器1211使用柔性基板形成，因此显示器1211可通过弯曲或沿显示部分1212卷绕以携带。因此，即使在能够卷绕的显示器1211较大的情况下，显示器1211也能通过弯曲或卷绕在包中携带。
图12C示出片型计算机1221，它包括显示部分1222、键盘1223、触摸板1224、外部连接端口1225、电源插座1226等。薄的或片型计算机是根据本发明一个实施例的半导体器件的一种应用模式，它可以通过将以上实施例中描述的半导体器件用于显示部分1222来制造。显示部分1222使用柔性基板形成，它可实现轻量和薄的计算机。此外，当片型计算机1221的一部分主体设置有存储空间时，显示部分1222可卷绕并存储在主体中。此外，通过将键盘1223也形成为柔性的，键盘1223可以类似于显示部分1222的方式卷绕并存储在片型计算机1221的存储空间中，这便于到处携带。通过在不使用的时候弯曲计算机，可不占用空间地存储计算机。
图12D示出具有20英寸至80英寸的大尺寸显示部分的显示设备1231，它包括作为操作部分的键盘1233、显示部分1232、扬声器1234等。由于显示部分1232使用柔性基板形成，所以显示设备1231可通过分离键盘1233并弯曲或卷绕来携带。此外，键盘1233和显示部分1232可无线连接。例如，显示设备1231可沿弯曲的墙安装，并可用无线的键盘1233操作。
在图12D的示例中，以上实施例中描述的半导体器件用于显示部分1232。因此，可制造薄的和大面积的显示设备，它是根据本发明一个实施例的半导体器件的一种应用模式。
图12E示出电子书1241，它包括显示部分1242、操作键1243等。此外，调制解调器可结合在电子书1241中。显示部分1242使用柔性基板形成，并可以弯曲或卷绕。因此，电子书也可以不占用空间地携带。此外，显示部分1242可显示活动图像和诸如字符的静态图像。
在图12E的示例中，以上实施例中描述的半导体器件用于显示部分1242。因此，可制造薄的电子书，它是根据本发明一个实施例的半导体器件的一种应用模式。
图12F示出IC卡1251，它包括显示部分1252、连接端子1253等。由于显示部分1252使用柔性基板形成以具有轻量的和薄的片状形状，因此它可以附连到卡表面上。当IC卡可不接触地接收数据时，从外部获得的信息可显示在显示部分1252上。
在图12F的示例中，以上实施例中描述的半导体器件用于显示部分1252。因此，可制造薄的IC卡，它是根据本发明一个实施例的半导体器件的一种应用模式。
当根据本发明一个实施例的半导体器件用于电子设备时，即使在诸如弯曲的外力施加到电子设备以在其上产生应力的情况下，也能够抑制对诸如晶体管的元件的破坏；因此，可提高半导体器件的产量和可靠性。
如上所述，本发明的应用范围很广泛，从而本发明可应用于各种领域的电子设备和信息显示装置。
(实施例5)
在本实施例中，将根据实施例3制造的液晶显示设备用作高速切换左眼图像和右眼图像的显示设备，参考图13A和13B描述用同步显示设备的视频的专用眼镜观看可以是活动图像或静态图像的3D图像的示例。
图13A示出显示设备1311和专用眼镜1301用电缆1303彼此连接的外形图。在专用眼镜1301中，左眼面板1302a和右眼面板1302b中设置的遮光器交替打开和关闭，由此用户可看到显示设备1311的图像为3D图像。
此外，图13B是示出显示设备1311和专用眼镜1301的主要结构的框图。
图13B所示的显示设备1311包括显示控制电路1316、显示部分1317、时序发生器1313、源线驱动器电路1318、外部操作单元1322、和栅线驱动电路1319。根据本发明一个实施例的半导体器件可用于显示部分1317。要注意，输出信号根据诸如键盘的外部操作单元1322的操作而改变。
在时序发生器1313中，形成开始脉冲信号等，并形成用于同步左眼图像和左眼面板1302a的遮光器的信号，用于同步右眼图像和右眼面板1302b的遮光器的信号等。
左眼图像的同步信号1331a输入到显示控制电路1316，使得左眼图像在显示部分1317上显示。同时，用于打开左眼面板1302a的遮光器的同步信号1330a输入到左眼面板1302a。此外，右眼图像的同步信号1331b被输入到显示控制电路1316，使得右眼图像在显示部分1317上显示。同时，用于打开右眼面板1302b的遮光器的同步信号1330b被输入到右眼面板1302b。
由于左眼图像和右眼图像高速切换，因此显示设备1311优选采用连续混色法(场序法)，其中使用发光二级管(LED)通过时分执行彩色显示。
此外，由于采用场序法，因此优选的是，时序发生器1313将同步信号1330a和1330b输入到背光部分的发光二级管。要注意，背光部分包括R、G和B颜色的LED。
该实施例可按需与本说明书中的任一其他实施例组合。
本申请基于2010年9月13日向日本专利局提交的日本专利申请S/N.2010-204930，该申请的全部内容通过引用结合于此。

Claims (1)

1.一种液晶显示设备，包括柔性基板上的像素，所述像素包括：
薄膜晶体管，包括：
氧化物半导体层；和
源电极和漏电极，它们电连接到所述氧化物半导体层；以及
液晶元件，包括：
像素电极，电连接到所述薄膜晶体管的所述源电极和所述漏电极之一；和
所述像素电极上的液晶材料，
其中，所述像素电极直接接触所述像素中所述氧化物半导体层的侧表面。
CN201610885338.9A 2010-09-13 2011-09-09 液晶显示设备及其制造方法 Expired - Fee Related CN106200084B (zh)

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