TW201220507A - Liquid crystal display device and manufacturing method thereof - Google Patents
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- H01L27/1214—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body comprising a plurality of TFTs formed on a non-semiconducting substrate, e.g. driving circuits for AMLCDs
- H01L27/1255—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body comprising a plurality of TFTs formed on a non-semiconducting substrate, e.g. driving circuits for AMLCDs integrated with passive devices, e.g. auxiliary capacitors
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- H—ELECTRICITY
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
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- H01L29/41725—Source or drain electrodes for field effect devices
- H01L29/41733—Source or drain electrodes for field effect devices for thin film transistors with insulated gate
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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- G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
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- G—PHYSICS
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- G02F1/13458—Terminal pads
Description
201220507 六、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種半導體裝置、液晶顯示裝置及其製 造方法。 注意,在本發明說明中,半導體裝置指的是能夠藉由 利用半導體特性工作的所有裝置,因此,電晶體、半導體 電路、儲存裝置、攝像裝置、顯示裝置、電光裝置及電子 裝置等都是半導體裝置。 【先前技術】 近年來’由形成在玻璃基板等的具有絕緣表面的基板 上的厚度爲幾nm至幾百nm左右的半導體薄膜構成的電晶 體引人注目。電晶體廣泛地應用於電子裝置諸如1C ( Integrated Circuit :積體電路)及電光裝置。尤其是,目 前正在加快開發作爲以液晶顯示裝置等爲代表的影像顯示 裝置的切換元件的電晶體。在主動矩陣型液晶顯示裝置中 ,在連接到被選擇了的切換元件的像素電極和對應於該像 素電極的對置電極之間施加電壓,從而進行配置在像素電 極和對置電極之間的液晶層的光學調變,並且該光學調變 被觀察者識別爲顯示圖案。在此’主動矩陣型液晶顯示裝 置是指一種液晶顯示裝置’其中採用藉由利用切換元件使 配置爲矩陣狀的像素電極驅動,而在螢幕上形成顯示圖案 的方式。 目前,如上所述那樣的主動矩陣型液晶顯示裝置的用 -5- 201220507 途正在擴大,並且對於螢幕尺寸的大面積化、高清晰化及 高孔徑比化的要求提高。此外,對於主動矩陣型液晶顯示 裝置要求高可靠性,並且對於其生產方法要求高生產率及 生產成本的降低。作爲提高生產率並降低生產成本的方法 之一,可以舉出製程的簡化。 在主動矩陣型液晶顯示裝置中,主要將電晶體用作切 換元件。在製造電晶體時,爲了製程整體的簡化,重要的 是光刻製程的縮減或簡化。例如,若是增加一個光刻製程 ,則需要如下製程:抗蝕劑塗敷、預烘乾、曝光、顯影、 後烘乾等的製程以及在其前後的製程中的膜的形成、蝕刻 製程、抗蝕劑的剝離、清洗及乾燥製程等。因此,若是在 製造製程中增加一個光刻製程,則大幅度地增加製程數。 由此,爲了縮減或簡化製造製程中的光刻製程,展開了大 量的技術開發。 電晶體大致劃分爲通道形成區域設置於閘電極的下層 的頂閘型和通道形成區域設置於閘電極的上層的底閘型。 一般而言,這些電晶體使用至少五個光掩模製造。 用來簡化光刻製程的現有技術主要採用複雜的技術如 背面曝光、抗蝕劑回流或剝離法(lift-〇ff meth〇d)等並 需要特殊的裝置。因利用這種複雜的技術會導致各種問題 ,因此其成爲降低良率的原因之—。另外’也在很多情況 下降低電晶體的電特性。 此外,作爲電晶體的製造製程中的用來簡化光刻製程 的典型技術,使用多色調掩模(被稱爲半色調掩模或灰色 -6- 201220507 調掩模的掩模)的技術被廣泛地周知。作爲使用多色調掩 模減少製造製程的技術,例如可舉出專利文獻1。 [專利文獻1]日本專利申請公開第2003-1 79069號公報 【發明內容】 本發明的一個方式的課題之一是使用於電晶體的製造 的光刻製程少於現有技術。 本發明的一個方式的課題之一是使用於具有電晶體的 顯示裝置的製造的光掩模數少於現有技術。 本發明的一個方式的課題之一是以低成本高生產率地 提供液晶顯示裝置。 本發明的一個方式的課題之一是提供耗電量減少的液 晶顯不裝置。 本發明的一個方式的課題之一是提供可靠性高的液晶 顯示裝置。 在本發明的一個方式中,省略用來形成島狀半導體層 的光刻製程及蝕刻製程,而藉由四個光刻製程製造用於液 晶顯示裝置的半導體裝置,該四個光刻製程包括:形成閘 電極(包括由同一層形成的佈線)的製程;形成源極電極 及汲極電極(包括由同一層形成的佈線)的製程;形成接 觸孔(包括接觸孔之外的絕緣層等的去除)的製程;以及 形成像素電極(包括由同一層形成的佈線等)的製程。 因爲在此情況下,不進行用來形成島狀半導體層的光 刻製程及鈾刻製程,所以半導體層還殘留在形成有電晶體 201220507 的區域之外的部分。因此,例如有時因受到供給到像素電 極的電位的影響,而通道形成在與像素電極重疊的半導體 層中。注意,將這種形成在本來不需要形成的部分的通道 稱爲寄生通道。 例如’有如下憂慮:當在與多個像素中的第一像素所 具有的像素電極重疊的半導體層中形成寄生通道時,第一 像素所具有的佈線和與所述第一像素相鄰的第二像素所具 有的佈線因寄生通道而電連接。換言之,形成一種電晶體 ,其中第一像素所具有的像素電極用作閘電極,第一像素 所具有的佈線用作源極電極及汲極電極中的一方,並且第 二像素所具有的佈線用作源極電極及汲極電極中的另一方 。像這樣,在本來不需要形成的部分上形成通道的電晶體 被稱爲寄生電晶體。 此外,當相鄰的佈線的距離短時,有如下憂慮:即使 沒有用作閘電極的層,也在相鄰的佈線之間形成寄生通道 ,因此相鄰的佈線彼此電連接。 當形成寄生通道或寄生電晶體時,佈線之間的信號產 生干擾,因此正確地傳達信號很困難。 沿著與源極電極電連接的第二佈線設置槽部,以避免 寄生通道或寄生電晶體的形成所導致的影響。以超過與閘 電極電連接的第一佈線的線寬方向上的雙端部並橫穿第一 佈線的至少一部分的方式形成槽部。此外,以超過電容佈 線的線寬方向上的雙端部並橫穿電容佈線的至少一部分的 方式形成槽部。此外,在與第二佈線延伸的方向平行的方 -8 - 201220507 向上超過像素電極的端部地形成槽部。另外,槽部和像素 電極可以重疊或不重疊。 在形成接觸孔的製程中,同時形成接觸孔及槽部。在 槽部中’去除半導體層。也就是說,至少在槽部的底面沒 有半導體層。 在本發明的一個方式中’包括:具有閘電極、源極電 極、汲極電極及半導體層的電晶體;與閘電極電連接的第 一佈線;與源極電極電連接的第二佈線;與汲極電極電連 接的像素電極;電容佈線;以及槽部,其中,半導體層與 第一佈線、第二佈線、像素電極及電容佈線重疊,槽部形 成在第一佈線上的至少一部分及電容佈線上的至少一部分 ’槽部沿著第二佈線地形成,並且,槽部在與第二佈線延 伸的方向平行的方向上超過像素電極的端部地形成。 藉由形成去除半導體層的槽部,可以防止生成寄生電 晶體。 既可以分別構成形成在第一佈線上的槽部(也稱爲第 一槽部)、形成在電容佈線上的槽部(也稱爲第二槽部) 以及超過像素電極的端部地形成的槽部(也稱爲第三槽部 )’也可以將一個槽部用作第一槽部至第三槽部中的多個 槽部。 此外,對槽部的大小並沒有限制,而爲了確實地防止 產生寄生電晶體,更佳將與第二佈線延伸的方向正交的方 向上的槽部中的去除半導體層的部分的寬度設定爲1μιη以 上,更佳設定爲2μιη以上。 -9 - 201220507 此外,本發明的一個方式包括如下步驟·:藉由光刻製 程在基板上形成閘電極、與閘電極電連接的第一佈線及電 容佈線:在閘電極、第一佈線及電容佈線上形成閘極絕緣 層;在閘極絕緣層上形成半導體層;藉由第二光刻製程在 半導體層上形成源極電極及汲極電極;在源極電極及汲極 電極上形成絕緣層;在第三光刻製程中,選擇性地去除與 汲極電極重疊的絕緣層的一部分來形成接觸孔,去除第一 佈線上的至少一部分,並去除電容佈線上的半導體層的至 少一部分;以及藉由第四光刻製程在絕緣層上形成像素電 極。 此外,也可以在基板和閘電極之間設置用來防止從基 板擴散的雜質元素的絕緣層。 本發明的一個方式包括如下步驟:在基板上形成第一 絕緣層;在第一絕緣層上形成第一電極:在第一電極上形 成第二絕緣層;在第二絕緣層上形成半導體層;在半導體 層上形成第三電極及第四電極;覆蓋第三電極及第四電極 地形成第三絕緣層;以及藉由同一製程,去除與第三電極 或第四電極重疊的第三絕緣層的一部分來形成接觸孔,並 去除第三絕緣層的一部分、半導體層的一部分及第二絕緣 層的一部分。 第二絕緣層用作閘極絕緣層。第三絕緣層用作保護絕 緣層。第一電極用作閘電極。第三電極用作源極電極及汲 極電極中的一方。第四電極用作源極電極及汲極電極中的 另一方。 -10- 201220507 藉由乾蝕刻及濕蝕刻的一方或兩者,可以形成接觸孔 並去除第三絕緣層、半導體層及第二絕緣層的—部分。 藉由使用包含銅或錯的材料形成鬧電極、源極電極、 汲極電極或連接到這些電極的佈線,可以減少佈線電阻來 防止信號的延遲。 此外’藉由將氧化物半導體用於半導體層,可以實現 耗電量低且可靠性高的液晶顯示裝置。 成爲電子給體(施體)的水分或氫等的雜質減少而實 現筒純度化的氧化物半導體(purified OS)可以藉由之後 對氧化物半導體供給氧減少氧化物半導體中的氧缺陷,來 成爲i型(本質)的氧化物半導體或無限趨近於i型(實際 上i型化)的氧化物半導體。使用i型或實際上i型化的氧化 物半導體的電晶體具有截止電流顯著低的特性。明確而言 ,利用二次離子質譜分析法(SIMS : Secondary I〇n Mass Spectrometry )測量的高純度化的氧化物半導體所包含的 氫濃度爲5xl〇I9/cm3以下,更佳爲5xi〇i8/cm3以下,更佳 爲5xl017/cm3以下’進一步更佳爲lxl〇i6/cm3以下。 此外,可以利用霍爾效應測量來測量的i型或實際上i 型化的氧化物半導體的載子密度低於lxl0“/cm3,更佳低 於lxl012/cm3,更佳低於ΐχίο11/^3。另外,氧化物半導 體的能隙是2eV以上’更佳是2.5eV以上,更佳是3eV以上 。藉由使用i型或實際上i型化的氧化物半導體,可以降低 電晶體的截止電流。 在此’提到氧化物半導體中的氫濃度的SIMS分析。已 -11 - 201220507 知的是,在SIMS分析中,由於其原理而難以獲得樣品表面 附近或與材質不同的膜之間的疊層介面附近的準確資料。 因此,當使用SIMS來分析膜中的厚度方向上的氫濃度分佈 時,採用在物件的膜所存在的範圍中沒有値的極端變動而 可以獲得大致一定的値的區域中的平均値作爲氫濃度。另 外,當成爲測量物件的膜的厚度小時,有時因受到相鄰的 膜內的氫濃度的影響而找不到可以獲得大致一定的値的區 域。此時,採用該膜所存在的區域中的氫濃度的最大値或 最小値作爲該膜中的氫濃度。再者,當在存在該膜的區域 中不存在具有最大値的山形峰値、具有最小値的榖形峰値 時,採用拐點的値作爲氫濃度。 因爲根據本發明的一個方式,可以減少液晶顯示裝置 的製造製程,所以可以以低成本高生產率地提供液晶顯示 裝置。 根據本發明的一個方式,可以提供耗電量低且可靠性 高的液晶顯示裝置。 本發明的一個方式解決上述課題中的至少一個。 【實施方式】 參照圖式對實施方式進行詳細的說明。但是,本發明 並不侷限於以下說明,所屬技術領域的普通技術人員可以 很容易地理解一個事實就是其方式及詳細內容可以不脫離 本發明的宗旨及其範圍地變換爲各種各樣的形式。因此’ 本發明不應該'被解釋爲僅限定在以下實施方式所記載的內 -12- 201220507 容中。注意,在以下說明的發明的結構中,在不同 之間共同使用同一圖式標記來表示同一部分或具有 能的部分,而省略其重複說明。 另外,本發明說明等中的“第一”、“第二” 三”等的序數詞是爲了避免構成要素的混淆而附記 不是用於在數目方面上進行限制。 另外,爲了便於理解,有時圖式等中示出的各 位置、大小及範圍等並不表示其實際的位置、大小 等。爲此,所公開的發明不侷限於在圖式等中公開 、大小及範圍等。 電晶體是半導體元件的一種,且可以實現電流 的放大、控制導通或非導通的開關工作等。本發明 的電晶體包括 IGFET ( Insulated Gate Field Transistor :絕緣閘場效應電晶體)、薄膜電晶體( Thin Film Transistor)。 另外,電晶體的“源極”和“汲極”的功能在 性不同的電晶體的情況或電路工作的電流方向變化 等下,有時互相調換。因此,在本發明說明中,“ 及“汲極”可以被互相調換。
另外,在本發明說明等中,“電極”或“佈線 功能上限定其構成要素。例如,有時將“電極”用 線”的一部分,反之亦然。再者,“電極”或“佈 包括多個“電極”或“佈線”被形成爲一體的情況I 的圖式 同一功 、“第 的,而 構成的 及範圍 的位置 及電壓 說明中 E ffe ct TFT : 使用極 的情況 源極” ”不在 作“佈 線”還 -13- 201220507 [實施方式i] 在本實施方式中,參照圖1至圖10C說明縮減光掩模數 及光刻製程數的液晶顯示裝置的像素結構及製造方法的一 例。 圖6A說明用於液晶顯示裝置的半導體裝置100的結構 的一例。半導體裝置1〇〇在基板101上包括:像素區域102 :具有m個(m是1以上的整數)端子105及端子107的端子 部103;以及具有η個(η是1以上的整數)端子106的端子 部104。此外,半導體裝置100包括:電連接到端子部103 的m個佈線212 ;以及電連接到端子部104的η個佈線216及 佈線203。另外,像素區域102包括配置爲縱m個(行)X橫 η個(歹lj )的矩陣狀的多個像素1 1 0 » i行j列的像素1 1 0 ( i ,j ) ( i是1以上且m以下的整數,j是1以上且η以下的整數 )電連接到佈線212-i、佈線216-j。另外,各像素與用作 電容電極或電容佈線的佈線2 03連接,且佈線203與端子 107電連接。此外,佈線212-i與端子105-i電連接,佈線 216-j與端子106-j電連接。 端子部103及端子部104是外部輸入端子,其使用FPC (Flexible Printed Circuit:撓性印刷電路)等與設置在外 部的控制電路及連接。從設置在外部的控制電路供給的信 號藉由端子部103及端子部104輸入到半導體裝置1〇〇中。 圖6A示出在像素區域102的左右的外側形成端子部103,並 從兩個部分輸入信號的結構以及在像素區域102的上下的 外側形成端子部1 04,並從兩個部分輸入信號的結構。因 -14- 201220507 爲藉由從兩個部分輸入信號’供給信號的能力提高’所以 半導體裝置100容易進行高速工作。另外,可以減少因半 導體裝置1 0 0的大型化及高精細化所帶來的佈線電阻的增 大,而信號延遲的影響。此外’因爲可以使半導體裝置 100具有冗餘性,所以可以提高半導體裝置100的可靠性。 注意,雖然圖6A示出將端子部103和端子部104分別設置在 兩個部分上,但是也可以設置在一個部分上。 圖6B示出像素110的電路結構。像素110包括電晶體 1 1 1、液晶元件1 1 2及電容元件1 1 3。電晶體1 1 1的閘電極電 連接到佈線212-i,且電晶體111的源極電極及汲極電極中 的一方電連接到佈線216-j。此外,電晶體111的源極電極 及汲極電極中的另一方電連接到液晶元件112中的一方電 極及電容元件113中的一方電極。液晶元件112中的另一方 電極電連接到電極114。只要將電極11 4的電位設定爲0V、 GND或共同電位等的固定電位,即可。電容元件113中的 另一方電極電連接到佈線203。 電晶體111具有選擇是否對液晶元件112輸入從佈線 216-j供給的視頻信號的功能。當對佈線212-i供給使電晶 體111成爲導通狀態的信號時,對液晶元件112藉由電晶體 1 1 1供給佈線2 1 6-j的視頻信號。根據被供給的視頻信號( 電位),決定液晶元件1 1 2中的光透射率。電容元件1 1 3用 作用來保持供給到液晶元件1 1 2的電位的儲存電容(也稱 爲Cs電容)。不必需要設置電容元件113,但是藉由設置 電容元件1 1 3,可以抑制起因於在電晶體1 1 1處於截止狀態 -15- 201220507 時流在源極電極和汲極電極之間的電流(截止電流)的提 供到液晶元件1 1 2的電位的變動。 作爲形成電晶體111的通道的半導體層,可以使用單 晶半導體、多晶半導體、微晶半導體或非晶半導體等。作 爲半導體材料,例如可以舉出矽、鍺、矽鍺、碳化矽或砷 化鎵等。另外,因爲本實施方式所說明的顯示裝置具有半 導體層殘留在像素區域中的結構,所以在將使用上述半導 體的顯示裝置用作透射顯示裝置的情況下,更佳藉由使半 導體層減薄等,提高可見光的透射率。 此外,也可以將氧化物半導體用於形成有電晶體111 的通道的半導體層。氧化物半導體具有很大的能隙,即 3.0eV以上,且其對可見光的透射率也很大。此外,在以 適當地條件對氧化物半導體進行加工而得到的電晶體中, 在使用時的溫度條件下(例如,25 °C ),可以將截止電流 設定爲 ΙΟΟζΑ ( 1χ10·19Α)以下、ΙΟζΑ ( 1χ10_2°Α)以下或 1ζΑ(1χ10·21Α)以下。爲此,即使不設置電容元件113, 也可以保持施加到液晶元件1 1 2的電位。此外,由於可以 實現耗電量低的液晶顯示裝置,因此更佳將氧化物半導體 用於形成有電晶體111的通道的半導體。 接著,參照圖1以及圖2Α至2D說明圖6Α和6Β所示的像 素110的結構實例。圖1是示出像素110的平面結構的俯視 圖。圖2Α至2D是示出像素110的疊層結構的剖面圖。另外 ,圖1中的虛線Α1-Α2、Β1-Β2、C1-C2、D1-D2相當於圖2Α 至 2D 中的剖面 Α1-Α2、Β1-Β2、C1-C2、D1-D2。 -16- 201220507 在本實施方式所示的電晶體ill中,由U字型(C字型 、日本片假名“3”字型或者馬蹄型)的源電極206a圍繞 汲電極206b。藉由採用這種形狀,即使電晶體的面積小, 也可以確保充分寬的通道寬度,從而可以增大當電晶體導 通時流過的電流(也稱爲導通電流)。 此外,如果在與像素電極210電連接的汲極電極206b 和閘電極202之間產生的寄生電容大,則容易受到饋通( feedthrough )的影響,所以不能正確地保持供給到液晶元 件112中的電位》這導致顯示品質的降低。如本實施方式 所示,藉由將源極電極2 06 a形成爲U字型而使其圍繞汲極 電極206b,可以確保充分寬的通道寬度,而且在汲極電極 2 06b和閘電極202之間產生的寄生電容,所以可以提高液 晶顯示裝置的顯示品質。 佈線203用作電容電極或電容佈線。在本實施方式中 ,使佈線203和汲極電極206b重疊來形成電容元件1 13。 此外,由於爲了簡化製程,對本實施方式所說明的半 導體裝置不進行用來形成島狀半導體層的光刻製程及鈾刻 製程,因此半導體層205殘留在像素區域的整個部分中。 其結果是,產生第一寄生電晶體,其中佈線212-i用作閘電 極,佈線2 1 6 -j用作源極電極及汲極電極中的一方,並且佈 線2 1 6-j + 1用作源極電極及汲極電極中的另一方。 另外,還產生第二寄生電晶體,其中佈線203用作閘 電極,佈線2 1 6 - j用作源極電極及汲極電極中的一方,並且 佈線2 1 6-j+ 1用作源極電極及汲極電極中的另一方。 -17- 201220507 此外,還產生第三寄生電晶體,其中像素電極210用 作閘電極,絕緣層207用作閘極絕緣層,佈線216-j用作源 極電極及汲極電極中的一方,並且佈線216-j + l用作源極電 極及汲極電極中的另一方。 當對佈線212-i供給使電晶體111成爲導通狀態的電位 時,第一寄生電晶體也成爲導通狀態,且佈線216-j和佈線 2 16-j + l電連接。當因第一寄生電晶體而佈線216-j和佈線 216-j + l電連接時,兩者的視頻信號產生干擾,因此對液晶 元件1 1 2供給正確的視頻信號很困難。 此外,在第二寄生電晶體用作η型電晶體的情況下, 當供給到佈線216-j或佈線216-j + l的電位低於供給到佈線 203的電位,且其電位差的絕對値大於第二寄生電晶體的 臨界値時,在位於像素電極210之下的半導體層205中形成 通道,因此第二寄生電晶體成爲導通狀態。 當第二寄生電晶體成爲導通狀態時,佈線216-j和佈線 216-j + l電連接。當因第二寄生電晶體而佈線216-j和佈線 216-j + l電連接時,兩者的視頻信號產生干擾,因此對液晶 元件1 1 2供給正確的視頻信號很困難。 此外,在第三寄生電晶體用作η型電晶體的情況下, 當供給到佈線2 1 6-j或佈線2 1 6-j + 1的電位低於供給到像素 電極210的電位或保持在像素電極210的電位,且其電位差 的絕對値大於第三寄生電晶體的臨界値時,在位於像素電 極210之下的半導體層205中形成通道,因此第三寄生電晶 體成爲導通狀態。 -18- 201220507 當第三寄生電晶體成爲導通狀態時,佈線2 1 6-j和佈線 2 16-j+l電連接。當因第三寄生電晶體而佈線216-j和佈線 2 16-j + l電連接時,兩者的視頻信號產生干擾,因此對液晶 元件112供給正確的視頻信號很困難。此外,當爲提高像 素的孔徑比等而使像素電極2 1 0靠近於佈線2 1 6-j及佈線 216-j + l時,第三寄生電晶體的影響變更大。 於是,在本實施方式中,在像素110中設置去除半導 體層205的槽部23 0,來防止產生上述寄生電晶體。藉由以 超過佈線212-i的線寬方向上的雙端部而橫穿的方式設置槽 部230,可以防止產生第一寄生電晶體。此外,以超過佈 線203的線寬方向的雙端部而橫穿的方式設置槽部23 0,可 以防止產生第二寄生電晶體。另外,也可以在佈線212-i上 或佈線203上分別設置多個槽部230。 在佈線216-j和像素電極210之間及佈線216-j + l和像素 電極210之間中的至少一方,以沿著與佈線216-j或佈線 216-j + l延伸的方向平行的方向,超過像素電極210的端部 231及端部23 2的方式形成槽部23 0。由此,可以防止產生 第三寄生電晶體。另外,不需要與佈線216-j或佈線216_ j + Ι平行地設置槽部23〇,而也可以具有折彎部或彎曲部。 另外’雖然在圖1中,槽部230在佈線212-i和佈線203 之間的區域中分斷,但是也可以使以超過佈線212-i的線寬 方向上的端部的方式設置的槽部23 0延伸,並使其與以超 過佈線203的寬度方向上的端部的方式設置的槽部23〇連接 -19- 201220507 此外,藉由在佈線2 03上不設置槽部23 0,並使佈線 203的電位低於供給到佈線216-j或佈線216-j + l的電位,來 可以防止產生第二寄生電晶體。但是,在此情況下,需要 另外設置用來將上述電位供給到佈線203的電源。 此外,對去除半導體層205的槽部230的大小並沒有限 制,而爲了確實地防止產生寄生電晶體,更佳將與佈線 216-j或佈線216-j + l延伸的方向正交的方向上的槽部230中 的去除半導體層的部分的寬度設定爲Ιμιη以上,更佳設定 爲2 μηι以上。 剖面Α1-Α2示出電晶體111及電容元件113的疊層結構 。電晶體1 1 1是底閘結構的電晶體。剖面Β 1 -Β2示出包括像 素電極210及槽部230的從佈線216-j到佈線216-j + l的疊層 結構。剖面C1-C2示出佈線216-j與佈線212-i的交叉部的疊 層結構。剖面D1-D2示出佈線216-j + l與佈線212-i的交叉部 的疊層結構以及槽部23 0的疊層結構。 在圖2A所示的剖面A1-A2中,在基板200上形成有基 底層201。在基底層201上形成有閘電極2 02及佈線203。在 閘電極202及佈線203上形成有閘極絕緣層204和半導體層 205。在半導體層205上形成主動電極206a及汲極電極20 6b 。在源極電極206a及汲極電極206b上形成有與半導體層 205的一部分接觸的絕緣層207。在絕緣層207上形成有像 素電極210,並且該像素電極210藉由形成在絕緣層207中 的接觸孔208電連接到汲極電極206b。 佈線203和汲極電極206b在兩者之間夾著閘極絕緣層 -20- 201220507 204及半導體層205地重疊的部分用作電容元件113。閘極 絕緣層204及半導體層205用作介質層。藉由在佈線2〇3和 像素電極210之間形成多層結構的介質層,在一個介質層 中產生針孔的情況下,也針孔被其他介質層覆蓋’所以可 以使電容元件113進行正常工作。此外,由於氧化物半導 體的介電常數大,即14至16,因此藉由將氧化物半導體用 於半導體層2 05,可以提高電容元件113的電容値。 在圖2B所示的剖面B1-B2中,在基板200上形成有基底 層201,在基底層201上形成有閘極絕緣層204。在閘極絕 緣層2 04上形成有半導體層205。在半導體層205上形成有 佈線216-j及佈線216-j + l。在半導體層205和佈線216-j及佈 線216-j + l上形成有絕緣層207。在絕緣層207上形成有像素 電極2 1 0。 在佈線216-j + l和像素電極210之間形成有去除閘極絕 緣層2 04的一部分、半導體層205的一部分及絕緣層207的 一部分的槽部230。槽部23 0至少在其底面沒有半導體層。 在圖2C所示的剖面C1-C2中,在基板200上形成有基底 層2 0 1。在基底層2 0 1上形成有佈線2 1 2 - i。在佈線2 1 2 - i上 形成有閘極絕緣層2 04及半導體層205。在半導體層205上 形成有佈線216-j。在佈線216-j上形成有絕緣層207。 在圖2D所示的剖面D1-D2中,在基板200上形成有基 底層201。在基底層201上形成有佈線212-i。在佈線212-i 上形成有閘極絕緣層204及半導體層205。在半導體層205 上形成有佈線216-j + l。在佈線216-j + l上形成有絕緣層207 -21 - 201220507 。此外,還形成有去除閘極絕緣層2 04的一部分、半導體 層205的一部分及絕緣層207的一部分的槽部230。 接著,參照圖3至圖4C說明與圖1所示的結構不同的像 素結構實例。圖3是示出像素120的平面結構的俯視圖。圖 4A至4C所示的剖面A1-A2、E1-E2、F1-F2相當於圖3中的 虛線A1-A2、E1-E2、F1-F2所示的部分的剖面。圖3所示的 像素120中的槽部230的結構與圖1所示的像素110中的槽部 230的結構不同。另外,圖3中的虛線A1-A2所示的部分的 結構與圖1及圖2 A所說明的結構相同。 在像素120中,在佈線216-j和像素電極210之間以及在 佈線216-j+l和像素電極210之間設置槽部230 »此外,在像 素120中,不僅以超過佈線212-i及佈線203的寬度方向上的 端部而橫穿的方式設置槽部23 0,而且在佈線212-i和佈線 203之間設置槽部230。像這樣,藉由在更大的區域中設置 槽部230,可以更確實地防止產生寄生電晶體。 接著,參照圖5A和5B說明與圖1至圖4C所示的結構不 同的像素結構實例。圖5A是示出像素130的平面結構的俯 視圖。圖5B所示的剖面G1-G2相當於圖5A中的虛線G1-G2 所示的部分的剖面。圖5A和5B所示的像素130示出藉由將 具有高光反射率的導電層用於像素電極211,可以應用於 反射型液晶顯示裝置的像素結構的一例。 在像素130中,以超過佈線212-i的線寬方向的雙端部 而橫穿的方式設置有去除半導體層205的槽部251及槽部 252。藉由以超過佈線212-i的線寬方向的雙端部而橫穿的 -22- 201220507 方式設置多個槽部,可以更確實地抑制與佈線2 1 2 - i重疊地 產生的寄生電晶體的影響。 此外,在像素130中,以超過佈線203的線寬方向的雙 端部而橫穿的方式設置有去除半導體層205的槽部253及槽 部254。藉由設置超過佈線2 03的線寬方向的雙端部而橫穿 的多個槽部,可以更確實地抑制與佈線20 3重疊地產生的 寄生電晶體的影響。 另外,在像素130中,以沿著與佈線216-j或佈線216-j + Ι延伸的方向平行的方向,超過像素電極211的端部233 及端部234的方式設置有去除半導體層205的槽部255及槽 部256。藉由以沿著與佈線216-j或佈線216-j+ 1延伸的方向 平行的方向,超過像素電極211的端部233及端部234的方 式設置多個槽部,可以更確實地抑制與像素電極211重疊 地產生的寄生電晶體的影響。不需要與佈線2 1 6-j或佈線 216-j + Ι平行地設置槽部255及槽部256,而也可以具有折彎 部或彎曲部。 像素130所具有的槽部255及槽部256具有彎曲部,並 且其一部分與像素電極211重疊地形成。此外,像素13〇具 有與像素電極211重疊地形成的槽部257及槽部258。像這 樣,藉由與像素電極211重疊地設置槽部255至槽部258, 可以在像素電極211表面上設置凹凸。藉由在像素電極211 表面上設置凹凸,使入射的外光漫反射,因此可以進行更 優良的顯示。由此,提高顯示時的可見度。 此外,如果與像素電極211重疊地形成的槽部255至槽 / · 23 - 201220507 部2 5 8的側面是錐形,則提高像素電極2 1 1的覆蓋性,所以 是更佳的。 接著,圖7A1、7A2、7B1及7B2說明端子105及端子 106的結構實例。圖7A1、7A2分別示出端子105的俯視圖 及剖面圖。圖7A1中的虛線J1-J2相當於圖7A2中的剖面J1-J2。此外,圖7B1、7B2分別示出端子106的俯視圖及剖面 圖。圖7B1中的虛線K1-K2相當於圖7B2中的剖面K1-K2。 另外,在剖面J1-J2及剖面K1-K2中,:Γ2及K2相當於基板端 部。 在剖面J1-J2中,在基板200上形成有基底層201。在基 底層2 0 1上形成有電容佈線2 1 2。在佈線2 1 2上形成有閘極 絕緣層204、半導體層205及絕緣層207。在絕緣層207上形 成有電極221。電極221藉由形成在閘極絕緣層204、半導 體層205及絕緣層207中的接觸孔21 9電連接到佈線212。 在剖面K1-K2中,在基板200上形成有基底層201、閘 極絕緣層204及半導體層205。在半導體層205上形成有佈 線216。在佈線216上形成有絕緣層207。在絕緣層207上形 成有電極22 2。電極222藉由形成在絕緣層207中的接觸孔 220電連接到佈線216。 另外,端子107的結構也可以採用與端子105或端子 106相同的結構。 此外,像素區域102和端子部104藉由η個佈線216連接 ,但是當在從像素區域102至端子部104所具有的端子106 的佈線216所引導的部分中,相鄰的佈線216彼此靠近時, -24- 201220507 有如下憂慮:因相鄰的佈線2 1 6之間的電位差而在存在於 佈線216之間的半導體層205中產生寄生通道,因此相鄰的 佈線21 6彼此電連接。 可以藉由如下方法可以防止上述現象:在從像素區域 102到端子部104的區域整體或在相鄰的佈線216之間設置 導電層’在該導電層和半導體層205之間設有絕緣層,並 且將該導電層的電位設定爲不在半導體層205中形成寄生 通道的電位》 例如,因爲當將氧化物半導體用於半導體層205時, 大部分的氧化物半導體容易成爲η型半導體,所以只要使 導電層的電位低於供給到佈線21 6的電位,即可。 此外,在下述接觸孔的形成製程中,藉由去除相鄰的 佈線2 1 6之間的半導體層205,也可以防止相鄰的佈線2 1 6 彼此電連接。 圖8Α和8Β示出在相鄰的佈線216之間形成槽部240,並 去除半導體層205的結構。圖8Α是示出連接到端子106的佈 線2 1 6的平面結構的俯視圖。圖8 Β所示的剖面L 1 - L 2相當於 圖8Α中的虛線L1-L2所示的部分的剖面。在圖8Α中’佈線 216-j連接到端子l〇6_j ’佈線216_j + 1連接到端子106-j + 1, 佈線216-j + 2連接到端子l〇6-j + 2。另外’可以與槽部23 0同 樣形成槽部240。 在相鄰的佈線2 1 6 -j和佈線2 1 6 -j + 1之間形成有去除半 導體層205的槽部24〇。此外’相鄰的佈線216-j+ 1和佈線 216-j + 2之間形成有去除半導體層205的槽部24〇 °像這樣, -25- 201220507 藉由在相鄰的佈線216之間設置去除半導體層205的槽部 240,可以防止相鄰的佈線216之間的電連接。 此外,對去除半導體層205的槽部240的大小並沒有限 制,而爲了確實地防止產生寄生通道’更佳將與佈線216-j 或佈線216-j + 1延伸的方向正交的方向上的槽部2 40中的去 除半導體層的部分的寬度設定爲1 以上’更佳設定爲 2 μηι以上。 接著,參照圖9 Α至1 OC說明圖1所說明的液晶顯示裝置 的像素部的製造方法。注意,圖9A至10C中的剖面A1-A2 、J1-J2、K1-K2 是沿著圖 1、圖 7A1、7A2、7B1、7B2 中的 虛線A1-A2、J1-J2、K1-K2的部分的剖面圖。 首先,在基板200上以50nm以上且300nm以下的厚度 ,更佳以1 OOnm以上且200nm以下的厚度形成成爲基底層 2〇1的絕緣層。作爲基板200,除了可以使用玻璃基板、陶 瓷基板以外,還可以使用具有能夠耐受本製造製程的處理 溫度的程度的耐熱性的塑膠基板等。在基板無需透光性的 情況下,可使用其表面提供有絕緣層的不鏽鋼合金等金屬 基板。作爲玻璃基板,例如可以使用如鋇硼矽酸鹽玻璃、 鋁硼矽酸鹽玻璃或鋁矽酸鹽玻璃等的無鹼玻璃基板。除此 之外’還可以使用石英基板、藍寶石基板等。此外,作爲 基板200’可以使用如下玻璃基板:第3代(55〇mmx65〇mm )、第 3.5 代( 600mmx720mm 或 620mmx750mm)第 4代( 680mmx880mm 或 730mmx920mm )、第 5 代(llOOmmx 1300mm)、第 6代(1500mmxl850mm)、第 7代(1870mm -26- 201220507 x 2200mm )、第 8 代(2200mm x 2400mm )、第 9 代( 2400mmx2800mm 或 2450mmx3050mm)及第 10 代(2950mm χ 3 400mm )等。在本實施方式中,作爲基板200使用鋁硼 矽酸鹽玻璃。 基底層201可以由選自氮化鋁、氧氮化鋁、氮化矽、 氧化砂、氮氧化砂或氧氮化砂中的一種或多種絕緣層的疊 層形成,且具有防止來自基板200的雜質元素擴散的功能 。注意,在本發明說明中,氮氧化矽是指在其組成上含氮 量多於含氧量的物質,並更佳在藉由RBS法及HFS法進行 測量時,作爲組成範圍包含5at.%以上且30at.%以下的氧; 20at.%以上且55at.%以下的的氮;25at·%以上且35at.%以 下的矽;以及l〇at.%以上且30at·%以下的氫。可以適當地 利用濺射法、CVD法、塗敷法、印刷法等’來形成基底層 201 〇 在本實施方式中,作爲基底層201,使用氮化矽和氧 化矽的疊層。明確而言,在基板200上形成50nm厚的氮化 矽,並且在該氮化矽上形成150nm厚的氧化矽。另外’也 可以在基底層201中摻雜有磷(P)或硼(B)。 此外,藉由使基底層201包含氯、氟等的鹵素元素’ 可以進一步提高防止來自基板2 00的雜質元素擴散的功能 。,只要將利用SIMS (二次離子質譜分析儀)的分析出來 的包含在基底層20 1中的鹵素元素的濃度的濃度峰値中’ 使其設定爲lxl015/cm3以上且lxl02Q/cm3以下,即可。 此外,作爲基底層201,也可以使用氧化鎵。此外’ -27- 201220507 基底層201也可以採用氧化鎵和上述絕緣層的疊層結構。 因爲氧化鎵是不容易帶電的材料,所以可以抑制絕緣層的 充電所引起的臨界値電壓的變動。 接著,在基底層201上藉由濺射法、真空蒸鍍法或鍍 法以100nm以上且500nm以下的厚度,更佳以2〇〇nm以上且 3 0 Onm以下的厚度形成導電層’藉由第—光刻製程形成抗 蝕劑掩模,對導電層選擇性地進行蝕刻去除,從而形成閘 電極202、佈線203及佈線212。 用來形成閘電極2 0 2、電容佈線2 0 3及佈線2 1 2的導電 層使用鉬(Mo )、鈦(Ti )、鎢(W )、鉬(Ta )、銘( A1)、銅(Cu)、鉻(Cr)、钕(Nd)、銃(Sc)等的金 屬材料或以上述材料爲主要成分的合金材料以單層或疊層 形成。 因爲導電層成爲佈線,所以使用低電阻材料的Al、Cu 等較佳。藉由使用Al、Cu,可以減少信號延遲而實現高影 像品質化。另外,由於A1的耐熱性低,因此容易產生小丘 、晶須或遷移所導致的不良。爲了防止A1的遷移,使用包 括A1及其熔點比A1高的金屬材料諸如Mo、Ti、W等的疊層 結構較佳。此外,當作爲導電層使用包含A1的材料時,更 佳將後面的製程中的工藝最高溫度設定爲3 80。(:以下,更 佳設定爲350°C以下。 此外’當作爲導電層使用Cu時,爲了防止遷移所導致 的不良或Cu元素的擴散,更佳層疊其熔點比Cu高的金屬材 料諸如Mo、Ti、W等·。另外,當作爲導電層使用包含Cu的 -28- 201220507 材料時,更佳將後面的製程中的工藝最高溫度設定爲450 °c以下。 在本實施方式中,在基底層201上形成5nm厚的Ti層作 爲導電層,在Ti層上形成25 0nm厚的Cu層作爲導電層。然 後,藉由第一光刻製程選擇性地蝕刻去除導電層,來形成 閘電極2 0 2、佈線2 0 3、佈線2 1 2 (參照圖9 A )。此外,更 佳將所形成的閘電極202、佈線203、佈線212的端部形成 爲錐形,這是因爲後面層疊的絕緣層或導電層的覆蓋性提 高。 另外,也可以藉由噴墨法形成用於光刻製程的抗蝕劑 掩模。因爲在噴墨法中不使用光掩模,所以可以進一步減 少製造成本。此外,在進行蝕刻製程之後剝離抗蝕劑掩模 ’而在各光刻製程中省略說明抗蝕劑掩模的剝離。此外, 在沒有特別的說明的情況下,在本發明說明中提到的光刻 製程包括抗蝕劑掩模形成製程、導電層或絕緣層的蝕刻製 程及抗蝕劑掩模的剝離製程。 接著,在閘電極202、佈線203、佈線2 12上以50nm以 上且800nm以下的厚度,更佳以1〇〇11111以上且6〇〇nm以下的 厚度形成閘極絕緣層2 0 4 »作爲閘極絕緣層2 〇 4,可以使用 氧化矽、氮化矽、氧氮化矽、氮氧化矽、氧化鋁、氮化鋁 、氧氮化鋁、氮氧化鋁、氧化钽、氧化鎵、氧化釔、氧化 鑭、氧化給、砂酸給(HfSixOy(X>〇、y>〇))、引入有 氮的矽酸鈴、引入有氮的鋁酸铪等,並可以藉由電漿CVD 法或濺射法等形成。此外,閘極絕緣層2〇4不侷限於單層 -29- 201220507 而可以採用不同的層的疊層。例如,也可以作爲閘極絕緣 層A藉由電漿CVD法形成氮化矽層(SiNy(y>0)),並在 閘極絕緣層A上層疊用作閘極絕緣層B的氧化矽層(S i Ο x ( x>0)),來形成聞極絕緣層204。 對於閘極絕緣層204的形成,除了濺射法或電漿CVD 法等之外,還可以應用使用μ波(例如,頻率爲2.45GHz ) 的高密度電漿CVD法等的成膜方法。 在本實施方式中,作爲閘極絕緣層204,使用氮化矽 和氧化矽的疊層。明確而言,在閘電極202上形成50nm厚 的氮化矽,然後在該氮化矽上形成l〇〇nm厚的氧化矽。 此外,閘極絕緣層204還用作保護層。藉由採用由包 含氮化矽的絕緣層覆蓋包含Cu的閘電極202的結構,可以 防止Cu從閘電極202擴散。 此外,在將氧化物半導體用於後面形成的半導體層的 情況下,也可以使用包含與氧化物半導體相同種類的成分 的絕緣材料作爲閘極絕緣層204。在以不同層的疊層形成 閘極絕緣層204的情況下,只要使用包含與氧化物半導體 相同種類的成分的絕緣材料形成與氧化物半導體接觸的層 ,即可。這是因爲:這種材料與氧化物半導體膜的匹配性 好,由此藉由將這種材料用作閘極絕緣層204,可以保持 與氧化物半導體之間的介面的良好狀態。這裡,“與氧化 物半導體相同種類的成分”是指選自氧化物半導體的構成 元素中的一種或多種元素。例如,在氧化物半導體由In-Ga-Zn類的氧化物半導體材料構成的情況下,作爲包含與 -30- 201220507 其相同種類的成分的絕緣材料,可以舉出氧化鎵等。 另外,在閘極絕緣層204採用疊層結構的情況下,也 可以採用由包含與氧化物半導體相同種類的成分的絕緣材 料構成的膜和包含與該膜的成分材料不同的材料的膜的疊 層結構。 另外,爲了盡可能地不使氧化物半導體層包含氫、羥 基以及水分,而作爲形成氧化物半導體層之前的預處理’ 更佳在濺射裝置的預熱室中對基板200進行預熱’使吸附 到基板200及閘極絕緣層204的氫、水分等的雜質脫離並進 行排氣。另外,設置在預熱室中的排氣單元使用低溫泵較 佳。此外,還可以省略該預熱處理。另外’也可以在形成 絕緣層204之前,與此相同地對形成到閘電極202、佈線 2 0 3及佈線2 1 2的基板2 0 0進行該預熱。 用於半導體層20 5的的氧化物半導體更佳至少包含銦 (In )或鋅(Zn )。尤其是更佳包含In及Zn。此外,作爲 用來降低使用該氧化物半導體而成的電晶體的電特性的不 均勻性的穩定劑,除了上述元素以外更佳還包含鎵(Ga) 。此外,作爲穩定劑更佳包含錫(Sn )。另外,作爲穩定 劑更佳包含給(Hf)。此外,作爲穩定劑更佳包含鋁(A1 )° 此外,作爲其他穩定劑,也可以包含鑭系元素的鑭( La)、铈(Ce)、鐯(Pr)、钕(Nd)、釤(Sm )、銪 (Eu)、釓(Gd)、铽(Tb )、鏑(Dy )、鈥(Ho )、 餌(Er )、錶(Tm )、鏡(Yb )、鐺(Lu )中的一種或 -31 - 201220507 多種。 例如’作爲氧化物半導體’可以使用如下材料:氧化 銦、氧化錫、氧化鋅;二元類金屬氧化物諸如In_Zrl類氧 化物、Sn-Zn類氧化物、Al-Zn類氧化物、Zn_Mg類氧化物 、Sn-Mg類氧化物、In-Mg類氧化物、ln-Ga類氧化物;三 元類金屬氧化物諸如In-Ga-Zn類氧化物(也表示爲IGZ〇) 、In-Al-Zn類氧化物、In-Sn-Zn類氧化物、Sn-Ga-Zn類氧 化物、Al-Ga-Zn類氧化物、Sn-Al-Zn類氧化物、in-Hf-Zn 類氧化物、In-La-Zn類氧化物、In-Ce-Zn類氧化物、ιη-ρΓ-Zn類氧化物、In-Nd-Zn類氧化物、In-Sm-Zn類氧化物、In-Eu-Zn類氧化物、In-Gd-Zn類氧化物、In-Tb-Zn類氧化物、 In-Dy-Zn類氧化物、In-Ho-Zn類氧化物、In-Er-Zn類氧化 物、In-Tm-Zn類氧化物、In-Yb-Zn類氧化物、In-Lu-Zn類 氧化物;或者四元類金屬氧化物諸如In-Sn-Ga-Zn類氧化物 、In-Hf-Ga-Zn類氧化物、In-Al-Ga-Zn類氧化物、In-Sn-Al-Zn類氧化物、In-Sn-Hf-Zn類氧化物、In-Hf-Al-Zn類氧 化物等。 氧化物半導體層更佳是包含In的氧化物半導體,更佳 是含有In及Ga的氧化物半導體。爲了使氧化物半導體層, 後面進行的脫水化或脫氫化是有效的。 在此,例如,In-Ga-Zn類氧化物是指具有銦(In )、 鎵(Ga)、鋅(Zn)的氧化物,對In、Ga、Zn的比率沒有 限制。此外,也可以包含In、Ga、Zn以外的金屬元素。 另外,作爲氧化物半導體層,也可以使用表示爲化學 -32- 201220507 式InM03(Zn〇)m ( m>0 )的薄膜。在此,Μ表示選自Sn、 Zn、Ga、A1、Μη和Co中的一種或多種金屬元素。另外, 作爲氧化物半導體,也可以使用表示爲In3Sn〇5(ZnO)n ( n>0)的材料。 例如,可以使用原子數比爲In : Ga : Zn=l : 1 : 1 ( = 1/3 : 1/3 : 1/3 )或 In : Ga : Zn = 2 : 2 : 1 ( =2/5 : 2/5 : 1/5)的In-Ga-Zn類氧化物或近於該組成的氧化物。或者, 使用原子數比爲 In: Sn: Zn=l: 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 In-Sn-Zn 類氧化物或近 於該組成的氧化物較佳。 但是不侷限於此,而只要根據所需要的半導體特性( 遷移率、臨界値、不均句性等)使用具有適當的組成的材 料,即可。此外,爲了得到所需要的半導體特性,更佳採 用適當的載子濃度、雜質濃度、缺陷密度、金屬元素和氧 的原子數比、原子間鍵距離、密度等。 例如,當使用In-Sn-Zn類氧化物時,可以較容易得到 高遷移率。但是,當使用In-Ga-Zri類氧化物時,也可以藉 由降低塊中的缺陷密度來提高遷移率。 注意,例如In、Ga、Zn的原子數比爲In: Ga: Zn = a: b : c ( a + b + c=l )的氧化物的組成近於原子數比爲In ·· Ga :Zn = A : B : C ( A + B + C=l )的氧化物的組成是指a、b、c 滿足(a-A) 2+ ( b-B ) 2+ ( c-C ) 2 5r2的關係。作爲 r,例 如設定爲0.05,即可。在使用其他氧化物的情況下也與此 -33- 201220507 相同。 氧化物半導體可以爲單晶或非單晶。在採用後者時, 可以採用非晶或多晶。另外,可以採用在非晶中包括具有 結晶性的部分的結構或不是非晶的結構。 非晶狀態的氧化物半導體由於可以比較容易地得到平 坦的表面’所以當使用該氧化物半導體製造電晶體時可以 減少介面散射,並可以比較容易得到較高的遷移率。 另外’當使用具有結晶性的氧化物半導體時,可以進 —步降低塊中的缺陷,並藉由提高表面的平坦性,可以得 到非晶狀態的氧化物半導體以上的遷移率。爲了提高表面 的平坦性,更佳在平坦的表面上形成氧化物半導體。明確 而言’在平均面粗糙度(Ra)爲lnm以下,更佳爲〇.3nm以 下,更佳爲〇_lnm以下的表面上形成氧化物半導體。可以 利用原子力顯微鏡(AFM : Atomic Force Microscope)來 對Ra進行評價。 作爲具有晶性的氧化物半導體,也可以使用包含一種 結晶(CAAC : C-Axis Aligned Crystal : C 軸配向結晶)的 氧化物,該結晶進行c軸配向,並且在從ab面、表面或介 面的方向看時具有三角形狀或六角形狀的原子排列,在c 軸上金屬原子排列爲層狀或者金屬原子和氧原子排列爲層 狀’而在ab面上a軸或b軸的方向不同(即,以c軸爲中心 回轉)。 從更廣義來理解,包括C A AC的氧化物是指非單晶, 並是指包括如下相的氧化物,在該相中在從垂直於ab面的 -34- 201220507 方向看時具有三角形狀、六角形狀、正三角形狀或正六角 形狀的原子排列,並且從垂直於C軸方向的方向看時金屬 原子排列爲層狀或者金屬原子和氧原子排列爲層狀。 雖然CAAC不是單晶,但是也不只由非晶形成。另外 ’雖然CAAC包括晶化部分(結晶部分),但是有時不能 明確辨別一個結晶部分與其他結晶部分的邊界。 當CAAC包含氧時,氧的一部分也可以用氮取代。另 外,構成CAAC的各結晶部分的C軸也可以在固定的方向上 (例如,垂直於支撐CAAC的基板面或CAAC的表面等的方 向)一致。或者,構成CAAC的各結晶部分的ab面的法線 也可以朝向固定的方向(例如,垂直於支撐CAAC的基板 面或CAAC的表面等的方向)。 CAAC根據其組成等而成爲導體、半導體或絕緣體。 另外,CAAC根據其組成等而呈現對可見光的透明性或不 透明性》 作爲上述CAAC的例子,也可以舉出一種結晶,該結 晶被形成爲膜狀,並且在該結晶中在從垂直於膜表面或所 支撐的基板面的方向觀察時確認到三角形或六角形的原子 排列,並且在觀察其膜剖面時確認到金屬原子或金屬原子 及氧原子(或氮原子)的層狀排列。 以下,參照圖15A至圖17C詳細地說明包括在CAAC中 的結晶結構的一例。另外’在沒有特別的說明時,在圖 15 A至圖17C中,以垂直方向爲c軸方向,並以與c軸方向正 交的面爲ab面。另外,在只說“上一半”或“下一半”時 -35- 201220507 ’其是指以ab面爲邊界時的上一半或下一半。此外,在圖 15A至15E中’由〇圍繞的〇表示四配位〇,◎表示三配位〇 〇 圖15A示出具有一個六配位in以及靠近^的六個四配 位氧原子(以下稱爲四配位元0)的結構。這裡,將對於 一個金屬原子只示出靠近其的氧原子的結構稱爲小組。雖 然圖15A所示的結構採用八面體結構,但是爲了容易理解 示出平面結構。另外,在圖15A的上一半及下一半中分別 具有三個四配位0。圖15A所示的小組的電荷爲〇。 圖15B示出具有一個五配位Ga、靠近Ga的三個三配位 氧原子(以下稱爲三配位0)以及靠近Ga的兩個四配位元 〇的結構。三配位〇都存在於ab面上。在圖15B的上一半及 下一半分別具有一個四配位0。另外,因爲In也採用五配 位,所以也有可能採用圖1 5 B所示的結構。圖1 5 B所示的小 組的電荷爲〇。 圖15C示出具有一個四配位Zn以及靠近Zn的四個四配 位元〇的結構。在圖15C的上一半具有一個四配位〇,並且 在下一半具有三個四配位〇。或者,也可以在圖15C的上一 半具有三個四配位〇,並且在下一半具有一個四配位0。 圖1 5 C所示的小組的電荷爲〇。 圖15D示出具有一個六配位Sn以及靠近Sn的六個四配 位元〇的結構。在圖15D的上一半具有三個四配位〇,並且 在下一半具有三個四配位0。圖15D所示的小組的電荷爲 36- 201220507 圖15E示出包括兩個Zn的小組。在圖15E的上一半具有 —個四配位〇,並且在下一半具有一個四配位〇。圖15E所 示的小組的電荷爲-1。 在此,將多個小組的集合體稱爲中組,而將多個中組 的集合體稱爲大組(也稱爲單元元件)。 這裡,說明這些小組彼此接合的規則。圖1 5 A所示的 六配位In的上一半的三個Ο在下方向上分別具有三個靠近 的In,而In的下一半的三個Ο在上方向上分別具有三個靠 近的In。圖15B所示的五配位Ga的上一半的一個Ο在下方向 上具有一個靠近的Ga,而Ga的下一半的一個0在上方向上 具有一個靠近的Ga。圖15C所示的四配位Zn的上一半的一 個〇在下方向上具有一個靠近的Zn,而Zn的下一半的三個 〇在上方向上分別具有三個靠近的Zn。像這樣,金屬原子 的上方向上的四配位〇的個數與位於該〇的下方向上的靠 近的金屬原子的個數相等。與此同樣,金屬原子的下方向 的四配位Ο的個數與位於該〇的上方向上的靠近的金屬原 子的個數相等。因爲〇爲四配位,所以位於下方向上的靠 近的金屬原子的個數和位於上方向上的靠近的金屬原子的 個數的總和成爲4。因此,在位於一金屬原子的上方向上 的四配位Ο的個數和位於另一金屬原子的下方向上的四配 位〇的個數的總和爲4時,具有金屬原子的兩種小組可以彼 此接合。例如,在六配位元金屬原子(In或Sn )藉由下~ 半的四配位〇接合時,因爲四配位〇的個數爲3,所以其與 五配位元金屬原子(Ga或In)和四配位元金屬原子(Zn) -37- 201220507 中的任何一種接合。 具有這些配位元數的金屬原子在C軸方向上藉由四配 位0接合。另外,除此以外,以使層結構的總和電荷成爲0 的方式使多個小組接合構成中組。 圖16A示出構成In-Sn-Zn類氧化物的層結構的中組的 模型圖。圖16B示出由三個中組構成的大組。另外,圖16C 示出從c軸方向上觀察圖I6B的層結構時的原子排列。 在圖16A中,爲了容易理解,省略三配位0,關於四 配位〇只示出其個數,例如,以③表示Sn的上一半及下一 半分別具有三個四配位〇。與此同樣,在圖16A中,以① 表示In的上一半及下一半分別具有一個四配位0。與此同 樣,在圖16A中示出:下一半具有一個四配位Ο而上一半 具有三個四配位Ο的Zn;以及上一半具有一個四配位Ο而 下一半具有三個四配位0的Zn。 在圖1 6A中,構成In-Sn-Zn類氧化物的層結構的中組 具有如下結構:在從上面按順序說明時,上一半及下一半 分別具有三個四配位〇的Sn與上一半及下一半分別具有一 個四配位〇的In接合;該In與上一半具有三個四配位0的Zn 接合;藉由該Zn的下一半的一個四配位〇與上一半及下一 半分別具有三個四配位Ο的In接合;該In與上一半具有一 個四配位〇的由兩個Ζ η構成的小組接合;藉由該小組的下 一半的一個四配位〇與上一半及下一半分別具有三個四配 位Ο的Sn接合。多個上述中組彼此接合而構成大組。 這裡,三配位〇及四配位0的一個接合的電荷分別可 -38- 201220507 以被認爲是-0.6 6 7及-0.5。例如,In (六配位或五配位) 、Zn (四配位)以及Sn (五配位或六配位)的電荷分別爲 + 3、+2以及+4。因此,包含Sn的小組的電荷爲+ 1。因此, 爲了形成包含Sn的層結構,需要消除電荷+1的電荷-1。作 爲具有電荷-1的結構,可以舉出圖15E所示的包含兩個Zn 的小組。例如,因爲如果對於一個包含Sn的小組有一個包 含兩個Zn的小組則電荷被消除,而可以使層結構的總電荷 爲0。 明確而言,藉由反復圖16B所示的大組來可以得到In-Sn-Zn類氧化物的結晶(In2SnZn308 )。注意,可以得到 的In-Sn-Zn類氧化物的層結構可以由組成式 In2SnZn2〇7(ZnO)m ( m是0或自然數)表示。 此外,使用如下材料時也與上述相同:四元金屬氧化 物的In-Sn-Ga-Zn類氧化物;三元金屬氧化物的in-Ga-Zn類 氧化物(也表示爲IGZO ) 、In-Al-Zn類氧化物、 Sn-Ga-Zn 類氧化物、Al-Ga-Zn類氧化物、Sn-Al-Zn類氧化物、In-Hf-Zn類氧化物、In-La-Zn類氧化物、In-Ce-Zn類氧化物、 In-Pr-Zn類氧化物、In-Nd-Zn類氧化物、In-Sm-Zn類氧化 物、In-Eu-Zn類氧化物、In-Gd-Zn類氧化物、in-Tb-Zn類 氧化物、In-Dy-Zn類氧化物、In-Ho-Zn類氧化物、In-Er-Zn類氧化物、In-Tm-Zn類氧化物、In-Yb-Zn類氧化物、In-Lu-Zn類氧化物;二元金屬氧化物的ιη_Ζη類氧化物、sn-Zn類氧化物、Al-Zn類氧化物、Zn-Mg類氧化物、Sn-Mg類 氧化物、In-Mg類氧化物' In-Ga類氧化物等。 -39- 201220507 例如,圖17A示出構成In-Ga-Zn類氧化物的層結構的 中組的模型圖。 在圖17A中,構成In-Ga-Zn類氧化物的層結構的中組 具有如下結構:在從上面按順序說明時,上一半和下一半 分別有三個四配位0的In與上一半具有一個四配位的〇的Zn 接合;藉由該Zn的下一半的三個四配位Ο與上一半及下一 半分別具有一個四配位〇的Ga接合;藉由該Ga的下一半的 一個四配位Ο與上一半及下一半分別具有三個四配位〇的In 接合。多個上述中組彼此接合而構成大組。 圖17B示出由三個中組構成的大組。另外,圖17C示出 從c軸方向上觀察圖17B的層結構時的原子排列。 在此,因爲In (六配位或五配位)、Zn (四配位)、 Ga (五配位)的電荷分別是+3、+2、+3,所以包含In、Zn 及G a中的任一個的小組的電荷爲〇。因此,組合這些小組 而成的中組的總電荷一直爲0。 此外,構成In-Ga-Zn類氧化物的層結構的中組不偈限 於圖17A所示的中組,而有可能是組合In、Ga、Zn的排列 不同的中組而成的大組。 明確而言,藉由反復圖1 7B所示的大組,可以得到In-Ga-Zn類 氧化物 的結晶 。另外 ,可1以由 inGa03(ZnO)n(n是 自然數)的組成式表示可得到的In-Ga-Zn類氧化物的層結 構。 當n=l (InGaZnCU)時,例如有可能具有圖18A所示 的結晶結構。注意,在圖1 8 A所示的結晶結構中,因爲如 -40- 201220507 圖15B所說明’ Ga及In採用五配位,所以也有可能具有將 Ga置換爲In的結構。 此外’當n = 2 ( InGaZn205 )時,例如有可能具有圖 1 8 B所示的結晶結構。注意,在圖丨8 b所示的結晶結構中, 因爲如圖15B所說明,Ga及In採用五配位,所以也有可能 具有將Ga置換爲In的結構。 接著’藉由濺射法、蒸鍍法、PCVD法、PLD法、ALD 法或MB E法等形成氧化物半導體層205。 在如下條件下形成氧化物半導體層205 :更佳利用濺 射法;將基板溫度設定爲100 °C以上且600 °C以下,更佳設 定爲150°C以上且55 0°C以下,更佳設定爲200°C以上且500 °C以下;採用氧氣體氣圍。以lnm以上且40nm以下的厚度 ,更佳以3nm以上且20nm以下的厚度形成氧化物半導體層 2 05。成膜時的基板溫度越高,所得到的氧化物半導體層 20 5的雜質濃度越低。此外,成膜時的基板溫度越高,越 容易地,使氧化物半導體層205中的原子排列有序化,實 現高密度化,且形成多晶或CAAC。再者,藉由在氧氣體 氣圍下進行成膜,也容易形成多晶或CAAC,因爲在氧氣 體氣圍中不包含稀有氣體等的不需要的原子。但是,也可 以採用氧氣體和稀有氣體的混合氣圍。在此情況下,將氧 氣體的比例設定爲30vol.%以上,更佳設定爲50v〇l·%以上 ,更佳設定爲80vol.%以上。注意,氧化物半導體層205的 厚度越薄,電晶體的短通道效應越少。但是,若厚度過薄 ,則有時介面散射的影響變大而場效應遷移率降低(參照 -41 - 201220507 圖 9 B )。 在作爲氧化物半導體層2〇5,藉由濺射法形成In-Ga-Zn類氧化物材料時,更佳原子數比表示爲In : Ga : Zn=l : 1: 1、4:2:3、3: 1:2、1: 1:2、2: 1:3 或 3: 1:4 的In-Ga-Zn -類氧化物靶材較佳。藉由使用具有上述原子數 比的In-Ga-Zn -類氧化物靶材形成氧化物半導體膜,容易形 成多晶或CAAC。注意,可以將In-Ga-Zn類氧化物半導體 稱爲IGZO。 另外,可以將In-Sn-Zn類氧化物半導體稱爲ΐτζ〇β此 外,當藉由濺射法形成In-Sn-Zn類氧化物材料作爲氧化物 半導體層2 05時,使用原子數比表示爲In: Sn: Zn=l: 1: 1、2: 1 : 3、1 : 2: 2 或 20: 45: 35 的 In-Sn-Zn 類氧化物靶 材較佳。藉由使用具有上述原子數比的In-Sn-Zn類氧化物 靶材形成氧化物半導體層205,容易形成多晶或CAAC。 在本實施方式中,藉由使用In-Ga-Zn類氧化物靶材的 濺射法形成30nm厚的氧化物半導體層。另外,氧化物半導 體層可以在稀有氣體(典型爲氬)氣圍下、氧氣圍下或稀 有氣體和氧的混合氣圍下利用濺射法形成(參照圖9B )。 作爲在利用濺射法製造氧化物半導體層時使用的靶材 ,例如使用其組成比爲〗n2〇3 . Ga2〇3 ZnO=l . 1 . 1[莫耳 數比]的金屬氧化物靶材,形成In-Ga-Zn-Ο層。另外,不侷 限於該靶材的材料及組成,例如,還可以使用Ιη203 : Ga203: ZnO=l : 1 : 2[莫耳數比]的金屬氧化物靶材。 另外,金屬氧化物靶材的相對密度爲90%以上且1 00% -42- 201220507 以下’更佳爲95%以上且99.9%以下。藉由使用高相對密度 的金屬氧化物靶材,所形成的氧化物半導體層可以爲緻密 的層。 更佳去除了氫、水、羥基或氫化物等的雜質的高純度 氣體作爲形成氧化物半導體層時的濺射氣體較佳。例如, 當作爲濺射氣體使用氬時,更佳的是,純度爲9N,露點 爲-121°C,含有H20量爲O.lppb以下,並且含有H2量爲 〇.5PPb以下。當作爲濺射氣體使用氧時,更佳的是,純度 爲8N,露點爲-112°C,含有H20量爲lppb以下,並且含有 H2量爲1 ppb以下。 在被保持爲減壓狀態的沉積室內保持基板,且將基板 溫度設定爲1〇〇 °C以上且600 °C以下,更佳設定爲300 °C以 上且500 °C以下來形成氧化物半導體層。在藉由第一光刻 製程形成的佈線層使用A1的情況下,將基板溫度設定爲 380 °C以下,更佳設定爲35CTC以下。此外,在藉由第一光 刻製程形成的佈線層使用Cu的情況下,將基板溫度設定爲 450°C以下。 藉由邊加熱基板邊進行成膜,可以降低包含在所形成 的氧化物半導體層內部的氫、水分、氫化物或羥基等的雜 質濃度。另外,可以減輕由於濺射帶來的損傷。接著,邊 去除殘留在沉積室內的水分邊引入去除了氫及水分的濺射 氣體並使用上述靶材形成氧化物半導體層。 更佳吸附型真空泵較佳,例如,低溫泵、離子泵、鈦 昇華泵來去除殘留在沉積室內的水分。另外,作爲排氣單 -43- 201220507 元,也可以使用配備有冷阱的渦輪分子泵。在使用低溫泵 進行了排氣的沉積室中,例如,對氫原子、水(H2o)等 包含氫原子的化合物(更佳的是,還包括包含碳原子的化 合物)等進行排氣,因此可以降低在該沉積室中形成的氧 化物半導體層所包含的雜質的濃度。 作爲成膜條件的一例,可以採用如下條件:基板與靶 材之間的距離爲100mm ;壓力爲0.6Pa;直流(DC)電源 電流爲0.5kW;作爲濺射氣體採用氧(氧流量比率爲100% )氣圍。另外,當使用脈衝直流電源時,可以減少成膜時 產生的粉狀物質(也稱爲微粒、塵屑),並且厚度分佈也 變均勻,所以是更佳的。 此外,至於氧化物半導體層中的鹼金屬的濃度,鈉( Na)的濃度爲5xl016cm_3以下,更佳爲lxl016cnT3以下, 更佳爲lxl〇15cnT3以下,鋰(Li)的濃度爲5xl015cm_3以下 ,更佳爲lxl015cm_3以下,鉀(K)的濃度爲5xl〇15cm·3以 下,更佳爲lxl〇15cnT3以下》 一般地指出,由於氧化物半導體對雜質不敏感,因此 即使在氧化物半導體中包含多量金屬雜質,也沒有問題, 而也可以使用包含多量的鈉等鹼金屬的廉價的鈉鈣玻璃( 神榖、野村以及細野,“7壬A77只酸化物半導體Φ物 性 ilT 八彳只開発 © 現狀(Carrier Transport Properties and Electronic Structures of Amorphous Oxide Semiconductors: The present status:非晶氧化物半導體的 物性及裝置開發的現狀)”,固體物理,2009年9月號, -44- 201220507
Vo 1.44,p.621-633)。但是,這種指出是不適當的。因爲 鹼金屬不是構成氧化物半導體的元素,所以是雜質。鹼土 金屬也在它不是構成氧化物半導體的元素的情況下成爲雜 質。尤其是,鹼金屬中的Na在與氧化物半導體層接觸的絕 緣層是氧化物的情況下,擴散到該絕緣層中而成爲Na+。 此外,在氧化物半導體層中,Na將構成氧化物半導體的金 屬與氧的鍵斷開或擠進該鍵之中。其結果是,導致電晶體 特性的劣化,例如因臨界値電壓遷移到負方向而產生的常 開啓化、遷移率的降低等。再者,’還產生特性的不均勻。 在氧化物半導體層中的氫濃度充分低的情況下顯著地出現 雜質所引起的電晶體的上述特性劣化及特性不均勻。因此 ,在氧化物半導體膜中的氫濃度爲5x10 19cnT3以下,特別 爲5xlOl8CirT3以下的情況下,強烈要求將鹼金屬的濃度設 定爲上述値。 接著,進行第一加熱處理。藉由進行該第一加熱處理 ,可以去除氧化物半導體層中的過剩的氫(包含水和羥基 )(脫水化或脫氫化)。 在如下條件下進行第一加熱處理:在減壓氣圍下、在 氮或稀有氣體等的惰性氣體氣圍下、在氧氣體氣圍下或在 超乾燥空氣(使用CRDS (光腔衰蕩光譜法)方式的露點 計進行測定時的水分量是2〇ppm (露點換算爲-55°C )以下 ,更佳的是lppm以下,更佳的是lOppb以下的空氣)氣圍 下;以250 °C以上且750 °C以下或400t以上且低於基板的 應變點的溫度。但是,在藉由第一光刻製程形成的佈線層 -45- 201220507 使用A1的情況下,將加熱處理的溫度設定爲3 8 0 °C以下’ 更佳設定爲3 5 CTC以下。此外,在藉由第一光刻製程形成 的佈線層使用Cu的情況下,將加熱處理的溫度設定爲450 t以下。在本實施方式中,將基板放進加熱處理裝置之一 種的電爐中,且在氮氣圍下以45(TC對氧化物半導體膜進 行1小時的加熱處理》 注意,加熱處理裝置不侷限於電爐而可以是具備利用 來自電阻發熱體等的發熱體的熱傳導或熱輻射對被處理物 進行加熱的裝置。例如,可以使用GRTA ( Gas Rapid Thermal Anneal :氣體快速熱退火)裝置、LRTA ( Lamp Rapid Thermal Anneal :燈快速熱退火)裝置等的RTA ( Rapid Thermal Anneal :快速熱退火)裝置。LRTA裝置是 利用從燈如鹵素燈、金鹵燈、氙弧燈、碳弧燈、高壓鈉燈 或高壓汞燈等發射的光(電磁波)的輻射加熱被處理物的 裝置。GRTA裝置是使用高溫的氣體進行加熱處理的裝置 。作爲高溫的氣體,使用如氬等的稀有氣體或如氮那樣的 即使進行加熱處理也不與被處理物產生反應的惰性氣體。 例如,作爲第一加熱處理可以進行GRTA,其中將基 板移動到加熱到高溫的惰性氣體中,進行幾分鐘的加熱’ 然後將基板從加熱到高溫的惰性氣體中取出。 當在氮或稀有氣體等的惰性氣體氣圍下、在氧氣圍下 或在超乾燥空氣氣圍下進行加熱處理時’更佳的是’不使 這種氣圍包含水、氫等。另外,更佳將引入到加熱處理裝 置中的氮、氧或稀有氣體的純度設定爲6N( 99.9999%)以 -46- 201220507 上’更佳設定爲7N ( 99.99999% )以上(即,將雜質濃度 設定爲lppm以下,更佳設定爲〇.lppm以下)。 更佳的是,在減壓氣圍下或惰性氣圍下進行加熱處理 之後,在保持溫度的情況下切換爲氧化氣圍,而進一步進 行第一加熱處理。這是因爲如下緣故:當在減壓氣圍下或 惰性氣圍下進行加熱處理時,可以減少氧化物半導體層中 的雜質濃度,但是在同時產生氧缺陷。藉由在氧化氣圍下 進行加熱處理,可以減少此時產生的氧缺陷。 像這樣,在氫濃度被充分地降低而實現高純度化並藉 由被供給充分的氧來降低起因於氧缺陷的能隙中的缺陷能 階的氧化物半導體中,載子濃度爲低於lxl〇12/cm3,更佳 爲低於lxIOU/cm3,更佳爲低於1.45xl01()/Cm3。例如,室 溫(25°C )下的截止電流(在此,每單位通道寬度(Ιμιη )的値)爲1〇〇Α(1ζΑ (仄普托安培)爲1χ1(Γ21Α)以下 ,更佳爲10Α以下。在85°C下,截止電流爲100Α ( 1χ1(Γ19Α )以下,更佳爲10Α ( 1χ1(Γ2()Α )以下。如此,藉由使用i 型化(本質化)或實質上i型化的氧化物半導體,可以得 到截止電流特性極爲優良的電晶體1 1 1。 此外,具有高純度化的氧化物半導體的電晶體的電特 性諸如臨界値電壓、導通電流等幾乎不呈現溫度依賴性。 此外,由於光退化引起的電晶體特性的變動也少。 如此,具有高純度化,且藉由減少氧缺陷來在電性上 實現了 i型(本質)化的氧化物半導體的電晶體的電特性 變動被抑制,所以該電晶體在電性上穩定。因此,可以提 -47- 201220507 供具有穩定的電特性的使用氧化物半導體的可靠性高的液 晶顯示裝置。 接著,在半導體層205上形成成爲源極電極206a、汲 極電極206b及佈線216的導電層。可以藉由與閘電極202相 同的材料及方法形成用於源極《極206a、汲極電極206b及 佈線216的導電層。此外,也可以使用導電金屬氧化物形 成用於源極電極206a、汲極電極206b及佈線216的導電層 。作爲導電金屬氧化物可以使用氧化銦(Ιη203 )、氧化 錫(Sn02 )、氧化鋅(ZnO)、氧化銦氧化錫合金(Ιη203-Sn02,簡稱爲ITO )、氧化銦氧化鋅合金(Ιη203-Ζη0 )或 使上述金屬氧化物材料包含氧化矽的材料。 在本實施方式中,在半導體層205上形成5nm厚的Ti層 且在Ti層上形成250nm厚的Cu層作爲導電層。然後,藉由 第二光刻製程形成抗蝕劑掩模,對導電層選擇性地進行蝕 刻去除,來形成源極電極206a、汲極電極206b及佈線216 (參照圖9C )。 接著,在源極電極206a、汲極電極206b及佈線216上 形成絕緣層207 (參照圖1 0A )。可以藉由與閘極絕緣層 2 04或基底層201相同的材料及方法形成絕緣層207。另外 ,從氫、水等不容易混入的角度來看,更佳藉由濺射法形 成。當絕緣層207包含氫時有如下憂慮:由於該氫侵入到 氧化物半導體層中或該氫從氧化物半導體層中抽出氧,因 此導致氧化物半導體層的低電阻化(η型化)。由此,重 要的是,使用不使絕緣層207包括氫及含氫的雜質的方法 -48- 201220507 形成絕緣層207。 作爲絕緣層2 0 7,典型地使用氧化矽、氧氮化矽、氧 化給、氧化鋁、氧化鎵等的無機絕緣材料。因爲氧化鎵是 不容易帶電的材料,所以可以抑制絕緣層的充電所引起的 臨界値電壓的變動。另外,當將氧化物半導體用作半導體 層205時,作爲絕緣層207,也可以形成包含與氧化物半導 體相同種類的成分的金屬氧化物層,或者與絕緣層207層 疊地形成該金屬氧化物層。 在本實施方式中,作爲絕緣層207,藉由濺射法形成 厚度爲200nm的氧化矽層。將成膜時的基板溫度設定爲室 溫以上且3 00 °C以下,即可。在本實施方式中採用l〇(TC。 可以在稀有氣體(典型的是氬)氣圍下、氧氣圍下或稀有 氣體和氧的混合氣圍下,藉由濺射法形成氧化矽層。此外 ,作爲靶材可以使用氧化矽或矽。例如,藉由在包含氧的 氣圍下將矽用作靶材進行濺射,可以形成氧化矽。 爲了去除形成絕緣層20 7時的沉積室中的殘留水分, 使用吸附型的真空栗(低溫泵等)較佳。當在使用低溫泵 排氣的沉積室中形成絕緣層207時,可以降低絕緣層207所 包含的雜質的濃度。此外,作爲用來去除絕緣層2 07的沉 積室中的殘留水分的排氣單元,也可以使用配備有冷阱的 渦輪分子泵》 作爲當形成絕緣層207時使用的濺射氣體,使用去除 了氫、水、羥基或氫化物等的雜質的高純度氣體較佳。 接著,也可以在減壓氣圍下、惰性氣體氣圍下、氧氣 -49- 201220507 體氣圍下或超乾燥空氣氣圍下進行第二加熱處理(更佳爲 2 0 0 °C以上且6 0 0 °C以下,例如2 5 0。(:以上且5 5 0 °C以下)。 但是,在藉由第一光刻製程或第二光刻製程形成的佈線層 使用A1的情況下’將加熱處理的溫度設定爲380 °C以下, 更佳設定爲3 50 °C以下。此外,在上述佈線層使用CU的情 況下,將加熱處理的溫度設定爲450°C以下。例如,也可 以在氮氣圍下以450 °C進行1小時的第二加熱處理。藉由進 行第二加熱處理,在氧化物半導體層的一部分(通道形成 區域)與絕緣層207接觸的狀態下升溫,可以從包含氧的 絕緣層207向半導體層205供給氧。另外,更佳不在上述氣 圍中包含水、氫等。 接著,藉由第三光刻製程形成抗蝕劑掩模,.並且對汲 極電極206b上的絕緣層207的一部分選擇性地進行蝕刻來 形成接觸孔208。在剖面K1-K2中的佈線216上的絕緣層207 的一部分選擇性地被去除,而形成接觸孔220。此外,在 剖面J1-J2中的佈線212上絕緣層207、半導體層205及閘極 絕緣層204的一部分選擇性的被去除,而形成接觸孔219( 參照圖10B)。另外,雖然未圖示,在本光刻製程中,與 接觸孔同樣形成槽部2 3 0。因此,在槽部2 3 0的側面,絕緣 層207、半導體層205及閘極絕緣層204露出。 作爲絕緣層207、半導體層205及閘極絕緣層204的蝕 刻,可以採用乾蝕刻及濕蝕刻中的一方或兩者。作爲能夠 用於乾蝕刻的蝕刻氣體,可以使用含有氯的氣體(氯類氣 體,例如氯(C12 )、三氯化硼(BC13 )、四氯化矽( -50- 201220507
SiCl4 )、四氯化碳(CC14 )等)。 作爲乾蝕刻,可以使用平行平板RIE ( Reactive Ion Etching :反應離子蝕刻)法或 ICP ( Inductively Coupled Plasma :感應耦合電漿)蝕刻法。此外,因爲基底層201 用來防止雜質元素從基板2 00擴散,所以在進行上述蝕刻 時,更佳調節蝕刻條件以儘量不使基底層20 1蝕刻。 —般而言,藉由不同的光刻製程及蝕刻製程,分別進 行半導體層的蝕刻和接觸孔的形成。但是,根據本實施方 式所示的製造製程,藉由一次光刻製程及蝕刻製程,可以 同時進行半導體層的蝕刻和絕緣層中的接觸孔的形成。因 此,不僅縮減光掩模,而且可以縮減光刻製程本身,且還 可以縮減後面的蝕刻製程。也就是說,藉由進行較少的光 刻製程,可以以低成本高生產率地製造液晶顯示裝置。 此外,根據本實施方式所示的製造製程,不在氧化物 半導體層上直接形成光致抗鈾劑。另外,因爲由絕緣層 207保護氧化物半導體層的通道形成區域,所以在後面的 光致抗蝕劑的剝離清洗製程中,水分也不會附著到氧化物 半導體層的通道形成區域。從而,電晶體111的特性不均 勻減少,而提高可靠性。 接著,藉由濺射法、真空蒸鍍法等,在絕緣層2 07上 以3 0nm以上且200nm以下,更佳以50nm以上且100nm以下 的厚度形成成爲像素電極210、電極221及電極222的透光 導電層(參照圖10C)。 作爲透光導電層,可以使用透光導電材料諸如包含氧 -51 - 201220507 化鎢的氧化銦、包含氧化鎢的氧化銦鋅、包含氧化鈦的氧 化銦、包含氧化鈦的氧化銦錫、氧化銦錫(下面表示爲 ITO )、氧化銦鋅、添加有氧化矽的氧化銦錫等。此外, 也可以使用由1個至10個石墨烯薄片(graphene sheet)構 成的材料。 此外,在本實施方式中例示了透射液晶顯示裝置的像 素部的製造方法,但是不侷限於透射液晶顯示裝置,而也 可以應用於反射液晶顯示裝置或半透射液晶顯示裝置中的 像素部。當得到反射液晶顯示裝置的像素部時,作爲像素 電極使用光反射率高的導電層(也稱爲反射導電層),例 如鋁、鈦、銀、铑、鎳等的可見光的反射率高的金屬、包 含這些金屬中的至少一種的合金或上述材料的疊層,即可 。當得到半透射液晶顯示裝置的像素部時,使用透明導電 層及反射導電層形成一個像素電極,且在該像素電極中設 置透射部分及反射部分。 在本實施方式中,作爲透光導電層形成厚度爲80nm的 ITO層,並且藉由第四光刻製程形成抗鈾劑掩模,並對透 光導電層選擇性地進行蝕刻,從而形成像素電極2 1 0、電 極221及電極222。 像素電極210藉由接觸孔208與汲極電極206b電連接。 此外,電極221藉由接觸孔21 9與佈線212電連接。此外, 電極222藉由接觸孔220與佈線21 6電連接。 另外,重要的是:在形成在端子部103及端子部104的 接觸孔219及接觸孔220中,不使佈線212及佈線216處於露 -52- 201220507 出狀態,而由ITO等的氧化物導電材料覆蓋佈線2 1 2及佈線 2 1 6。因爲佈線2 1 2及佈線2 1 6是金屬層,所以如果使佈線 212及佈線216保持露出狀態,則露出表面被氧化,且與 FPC等的接觸電阻增大。接觸電阻的增大導致從外部輸入 的信號的延遲或波形畸變,並且不能正確地傳達來自外部 的信號,因此半導體裝置的可靠性降低。藉由由ΙΤΟ等的 氧化物導電材料覆蓋佈線212及佈線216的露出表面,可以 防止接觸電阻的增大,並提高半導體裝置的可靠性。 根據本實施方式,可以藉由比現有技術少的光刻製程 製造半導體裝置。因此,可以以低成本高生產率地製造半 導體裝置。 雖然在本實施方式中,以底閘結構的電晶體爲例子而 進行說明,但是也可以將本實施方式應用於頂閘結構的電 晶體。 本實施方式可以與其他實施方式自由地組合。 [實施方式2] 在本實施方式中,參照圖1 1 Α至1 1C說明其一部分與實 施方式1不同的製程實例。注意,與實施方式1相同的部分 使用相同的符號,在此省略相同符號的詳細說明。 首先,與實施方式1相同,在具有絕緣表面的基板2 00 上形成導電層之後,藉由第一光刻製程及蝕刻製程形成閘 電極202。 也可以在基板200和閘電極202之間設置用作基底層的 -53- 201220507 絕緣層。在本實施方式中,設置基底層201。基底層201用 來防止雜質元素(Na等)從基板200擴散,且可以由選自 氧化砂、氧氮化砂、氮化砂、氧化給、氧化銘、氧化鎵、 氧化鎵鋁中的膜形成。此外,該基底層不侷限於單層,而 也可以採用上述多個膜的疊層。 因爲在本實施方式中,後面形成的半導體層的成膜溫 度爲200°C以上且450°C以下,形成半導體層之後的加熱處 理的溫度爲200 t以上且450t以下,所以作爲閘電極202 的材料,使用以銅爲下層,且以鉬爲上層的疊層或以銅爲 下層,且以鎢爲上層的疊層》 接著,與實施方式1相同,藉由CVD法或濺射法等, 在閘電極202上形成閘極絕緣層204。圖11A示出藉由上述 製程的剖面圖。 接下來,在閘極絕緣層204上形成lnm以上且10nm以 下的第一氧化物半導體層。在本實施方式中,在以下條件 下形成5nm厚的第一氧化物半導體層:使用氧化物半導體 用靶材(In-Ga-Zn類氧化物半導體用靶材(ln2〇3 : Ga2〇3 :ZnO=l : 1 : 2[莫耳數比]));基板與靶材之間的距離 是170mm;基板溫度是250°C ;壓力是0.4Pa;直流(DC) 電源是〇.5kW ;並且採用只有氧、只有氬或氧和氬的氣圍 〇 接著,作爲配置基板的氣圍,採用氮或乾燥空氣,來 進行第一加熱處理。第一加熱處理的溫度是200 °C以上且 45 0°C以下。此外,第一加熱處理的加熱時間是1小時以上 -54- 201220507 且24小時以下。藉由第一加熱處理,形成第一結晶氧化物 半導體層148a (參照圖1 1B )。 接著,在第一結晶氧化物半導體層148a上形成厚於 10nm的第二氧化物半導體層。在本實施方式中,在以下條 件下形成厚度爲25nm的第二氧化物半導體層:使用氧化物 半導體用靶材(In-Ga_Zn類氧化物半導體靶材(In2〇3 : Ga203 : ZnO=l : 1 : 2[莫耳數比]));基板與靶材之間的 距離是170mm;基板溫度是400°C ;壓力是0.4Pa;直流( DC )電源電力是〇.5kW ;並且作爲濺射氣體採用只有氧、 只有氬或使用氧和氬混合氣體的氣圍。 接著,作爲配置基板的氣圍,採用氮或乾燥空氣,來 進行第二加熱處理。第二加熱處理的溫度是200°C以上且 45 0°C以下。此外,第二加熱處理的加熱時間是1小時以上 且24小時以下。藉由第二加熱處理,形成第二結晶氧化物 半導體層148b(參照圖11C)。 在後面的製程中,根據實施方式1形成源極電極206a 、汲極電極206b及絕緣層207等,且藉由使用同一抗蝕劑 掩模對絕緣層207、第一結晶氧化物半導體層148a及第二 結晶氧化物半導體層148b進行蝕刻,縮減光刻製程。 由此,根據實施方式1可以得到電晶體1 1 1。但是,在 使用本實施方式的情況下,第一結晶氧化物半導體層148a 及第二結晶氧化物半導體層148b的疊層形成包括上述電晶 體的通道形成區域的半導體層。第一結晶氧化物半導體層 148 a及第二結晶氧化物半導體層148b具有c軸取向。第一 -55- 201220507 結晶氧化物半導體層148a及第二結晶氧化物半導體層148b 既不是單晶結構,也不是非晶結構,而包括—種氧化物, 其中包含具有c軸配向的結晶(也稱爲CAAC)。注意,第 一結晶氧化物半導體層148a及第二結晶氧化物半導體層 148b的一部分具有晶粒介面。 爲了得到CAAC,重要的是:藉由在氧化物半導體膜 的堆疊初期步驟中形成六方晶的結晶並以該結晶爲晶種使 結晶生長。爲此,將基板加熱溫度設定爲100 °C以上且500 °C以下,更佳設定爲200°C以上且400°C以下,更佳設定爲 250°C以上且300°C以下。此外,.加上藉由以比成膜時的基 板加熱溫度高的溫度對堆疊的氧化物半導體膜進行熱處理 ,可以修復包括在膜中的微小缺陷及疊層介面的缺陷。 在具有第一結晶氧化物半導體層和第二結晶氧化物半 導體層的疊層的電晶體中,也可以減少對電晶體進行光照 射的前後或偏壓-熱壓力(BT)試驗前後的電晶體的臨界 値電壓的變化量,從而該電晶體具有穩定的電特性。 本實施方式可以與其他實施方式自由地組合。 [實施方式3] 圖12A和12B示出使用實施方式1及實施方式2所例示的 電晶體的顯示裝置的一個方式。 圖12A是一種面板的平面圖,在該面板中利用密封材 料4005將電晶體4010及液晶元件4013密封在第一基板4001 和第二基板4006之間。圖12B相當於沿著圖12A的M-N的剖 -56- 201220507 面圖。此外,在第一基板4001上設置有槽部4040。 以圍繞設置在第一基板4001上的像素部40 02的方式設 置有密封材料4005,並且在像素部400 2上設置有第二基板 4〇〇6。因此,像素部4002與液晶層4008 —起由第一基板 4 00 1、密封材料4005以及第二基板4006密封。 此外,第一基板4001上的由密封材料4005圍繞的區域 的外側區域中包括輸入端子4020,並連接有FPC ( Flexible Printed Circuit :撓性印刷電路)4018a、FPC4018b。 FPC40 18 a與另外設置在不同的基板上的信號線驅動電路 4003電連接,而FPC4〇18b與另外設置在不同的基板上的掃 描線驅動電路4004電連接。提供到像素部4002的各種信號 及電位從信號線驅動電路4003及掃描線驅動電路4004藉由 FPC4018a 及FPC4018b被供給》 注意,對於另外製造在不同基板上的驅動電路的連接 方法沒有特別的限制,而可以採用COG (Chip On Glass: 玻璃覆晶封裝)法、引線接合法、TCP ( Tap e Carrier Package :載帶封裝)法或者 TAB ( Tape Atomated Bonding :卷帶式自動接合)法等。 此外,雖然未圖示,也可以在基板4001上使用本發明 說明所公開的電晶體形成信號線驅動電路4003或掃描線驅 動電路4004。 作爲設置在顯示裝置中的顯示元件,可以使用液晶元 件(也稱爲液晶顯示元件)。也可以應用電子墨水等的其 對比度因電作用而變化的顯示媒體。 -57- 201220507 如圖12A和12B所示,顯示裝置包括電極4015及佈線 401 6,並且,電極401 5及佈線401 6藉由各向異性導電層 4019電連接到FPC4018a所包括的端子。 電極4015由與第一電極4030相同的導電層形成,並且 ,佈線4016由與電晶體4010的源極電極及汲極電極相同的 導電層形成。 在本實施方式中,作爲電晶體4010,也可以應用實施 方式1及實施方式2所示的電晶體。設置在像素部4002中的 電晶體4010電連接到顯示元件來構成顯示面板。只要可以 進行顯示就對顯示元件沒有特別的限制,而可以使用各種 各樣的顯示元件。 圖12A和12B示出作爲顯示元件使用液晶元件的顯示裝 置的例子。在圖1 2A和1 2B中,作爲顯示元件的液晶元件 4〇13包括第一電極4〇3〇、第二霉極4〇31以及液晶層4008。 注意,以夾持液晶層40 08的方式設置有用作對準膜的絕緣 層4032、絕緣層403 3。另外,用作對準膜的絕緣層4032還 設置在槽部4040上。第二電極403 1設置在第二基板4006 — 側,並且第一電極4030和第二電極403 1在兩者之間夾著液 晶層4008而層叠。 此外,間隔物403 5是在第二基板4006上由絕緣層形成 的柱狀間隔物,其是爲了控制液晶層4008的厚度(單元間 隙)而設置的。另外,還可以使用球狀間隔物》 當作爲顯示元件使用液晶元件時,可以使用熱致液晶 、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶、鐵電液 -58- 201220507 晶、反鐵電液晶等。這些液晶材料根據條件呈現出膽固醇 相、近晶相、立方相、手向列相、各向同性相等。 此外,也可以使用不使用對準膜的呈現藍相的液晶。 藍相是液晶相中之一種,當使膽固醇相液晶的溫度升高時 ,在即將由膽固醇相轉變成均質相之前呈現。由於藍相只 出現在較窄的溫度範圍內,所以爲了改善溫度範圍而將混 合有5 wt. %以上的手性試劑的液晶組成物用於液晶層。由 於包含呈現藍相的液晶和手性試劑的液晶組成物的回應速 度短,即爲lmsec以下,並且其具有光學各向同性,所以 不需要配向處理,從而視角依賴性小。另外,由於不需要 設置對準膜,而也不需要摩擦處理,因此可以防止摩擦處 理所引起的靜電破壞,並可以降低製造製程中的液晶顯示 裝置的不良、破損。從而,可以提高液晶顯示裝置的生產 率。 此外,液晶材料的固有電阻率爲1χ109Ω. cm以上,更 佳爲1χ1〇"Ω·(:πι以上,更佳爲lxl〇12n.cm以上。注意’本 發明說明中的固有電阻率的値爲以20°C測量的値。 考慮到配置在像素部中的電晶體的洩漏電流等而以能 夠在指定期間中保持電荷的方式設定設置在液晶顯示裝置 中的儲存電容器的大小。藉由使用將高純度化的氧化物半 導體用作形成通道區域的半導體層的電晶體,設置具有各 像素中的液晶電容的1/3以下,更佳爲1/5以下的電容的大 小的儲存電容器,就足夠了。 在本實施方式中使用的具有高純度化的氧化物半導體 -59- 201220507 層的電晶體可以降低截止狀態下的電流値(截止電流値) 。因此,可以延長視頻信號等的電信號的保持時間,並且 ,還可以延長電源導通狀態下的寫入間隔。因此,可以降 低刷新工作的頻度,所以發揮抑制耗電量的效果。此外, 使用高純度化的氧化物半導體層的電晶體即使不設置儲存 電容器,也可以保持施加到液晶元件的電位。 此外,在本實施方式中使用的具有高純度化的氧化物 半導體層的電晶體可以得到較高的場效應遷移率,所以可 以進行高速驅動。因此,藉由將上述電晶體用於液晶顯示 裝置的像素部,可以提供高影像品質的影像。此外,因爲 也可以在同一基板上將上述電晶體分別形成在驅動電路部 及像素部,所以可以削減液晶顯示裝置的零部件數。 液晶顯示裝置可以採用TN( Twisted Nematic:扭曲 向列)模式、IPS ( In-Plane-Switching :平面內轉換)模 式、FFS ( Fringe Field Switching :邊緣電場轉換)模式 、ASM ( Axially Symmetric aligned Micro-cell :軸對稱排 列微單元)模式、OCB ( Optical Compensated Birefringence:光學補償彎曲)模式、FLC( Ferroelectric Liquid Crystal :鐵電性液晶)模式、以及AFLC ( Anti Ferroelectric Liquid Crystal :反鐵電性液晶)模式等。 此外,也可以使用常黑型液晶顯示裝置,例如採用垂 直配向(VA)模式的透射型液晶顯示裝置。在此,垂直 配向模式是指控制液晶顯示面板的液晶分子的排列的方式 的一種,是當不施加電壓時液晶分子朝向垂直於面板表面 -60- 201220507 的方向的方式。作爲垂直配向模式,可以舉出幾個例子, 例如可以使用 MVA ( Multi-Domain Vertical Alignment : 多象限垂直配向)模式、PVA ( Patterned Vertical Alignment :垂直配向構型)模式、ASV ( Advanced Super-View :高級超視覺)模式等。此外,也可以使用將 像素分成幾個區域(子像素),並且使分子分別倒向不同 方向的稱爲多疇化或者多域設計的方法。 此外,在液晶顯示裝置中,適當地設置黑矩陣(遮光 層)'偏振構件、相位差構件、抗反射構件等的光學構件 (光學基板)等。例如,也可以使用利用偏振基板以及相 位差基板的圓偏振。此外,作爲光源,也可以使用背光燈 、側光燈等。 此外,也可以作爲背光燈利用多個發光電二極體( LED)來進行分時顯示方式(場序制驅動方式)。藉由應 用場序制驅動方式,可以不使用濾色片地進行彩色顯示。 此外,作爲像素部中的顯示方式,可以採用逐行掃描 方式或隔行掃描方式等。此外,當進行彩色顯示時在像素 中受到控制的色彩單元不侷限於RGB ( R表示紅色,G表示 綠色,B表示藍色)的三種顏色。例如,也可以採用 RGBW ( W顯示白色)或者對RGB追加黃色、青色、品紅 色等中的一種顏色以上的顏色。另外,也可以按每個色彩 單元的點使其顯示區域的大小不同。但是,本發明不侷限 於彩色顯示的液晶顯示裝置,而也可以應用於單色顯示的 液晶顯示裝置。 -61 - 201220507 在圖12 A和12B中,作爲第一基板4001、第二基板400 6 ,除了玻璃基板以外,還可以使用具有撓性的基板。例如 ,可以使用具有透光性的塑膠基板等。作爲塑膠,可以使 用 FRP( Fiberglass-Reinforced Plastics;纖維增強塑膠) 板、PVF (聚氟乙烯)薄膜、聚酯薄膜或丙烯樹脂薄膜。 此外,還可以採用具有使用PVF薄膜或聚酯薄膜夾住鋁箔 的結構的薄片。 液晶顯示裝置藉由透射來自光源或顯示元件的光來進 行顯不。因此,設置在透射光的像素部中的基板、絕緣層 、導電層等的薄膜都透射可見光的波長區域的光。 關於對顯示元件施加電壓的第一電極及第二電極(也 稱爲像素電極、公共電極、對置電極等),根據取出光的 方向、設置電極的地方以及電極的圖案結構而選擇其透光 性、反射性,即可。 作爲第一電極4030、第二電極4031,可以使用透光導 電材料諸如包含氧化鎢的氧化銦、包含氧化鎢的氧化銦鋅 、包含氧化鈦的氧化銦、包含氧化鈦的氧化銦錫、氧化銦 錫(下面稱爲IT0 )、氧化銦鋅、添加有氧化矽的氧化銦 錫等。此外,也可以使用由1個至10個石墨烯薄片構成的 材料。 此外,第一電極4030及第二電極4〇31中任一方可以使 用鎢(W )、鉬(Mo )、锆(Zr ) '給(Hf)、釩(V ) 、妮(Nb)、起(Ta)、鉻(Cr)、銘(Co)、鎳(Ni )、鈦(Ti)、鉑(Pt)、鋁(A1)、銅(Cu)、銀(Ag -62- 201220507 )等的金屬、其合金或者其氮化物中的一種或多種來形成 〇 此外’第一電極4030、第二電極4031可以使用包括導 電高分子(也稱爲導電聚合物)的導電組成物來形成。作 爲導電高分子,可以使用所謂的;r電子共軛類導電高分子 。例如’可以舉出聚苯胺或其衍生物、聚吡咯或其衍生物 、聚噻吩或其衍生物或者由苯胺、吡咯和噻吩中的兩種以 上構成的共聚物或其衍生物等。 此外’由於電晶體容易因靜電等而損壞,所以更佳設 置保護電路。保護電路使用非線性元件構成較佳。 藉由如上所述那樣應用實施方式1及實施方式2所示的 電晶體,可以提供可靠性高的液晶顯示裝置。另外,實施 方式1及實施方式2所示的電晶體不僅可以應用於上述具有 顯示功能的半導體裝置,還可以應用於諸如安裝到電源電 路中的功率裝置、LSI等的半導體積體電路、具有讀出物 件的資訊的影像感測器功能的半導體裝置等具有各種功能 的半導體裝置中。 本實施方式可以與其他實施方式自由地組合。 [實施方式4] 在本實施方式中,圖13A和13B示出使用高速地轉換左 眼用影像和右眼用影像的顯示裝置並使用與顯示裝置的影 像同步的專用的眼鏡來認別作爲動態影像或靜態影像的3 D 影像的例子。 -63- 201220507 圖13A示出顯示裝置2711藉由電纜2703與專用的眼鏡 主體2 7〇1連接的外觀圖。作爲顯示裝置2711,可以使用本 發明說明所公開的液晶顯示裝置。至於專用的眼鏡主體 270 1,藉由設置於左眼用面板2702a和右眼用面板2702b的 快門交替開閉,使用者可以將顯示裝置27 1 1的影像認別爲 3D。 圖13B示出顯示裝置2711和專用的眼鏡主體2701的主 要結構的方塊圖。 圖13B所示的顯示裝置2711具有顯示控制電路2716、 顯示部27 17、時序產生器2 7.13、源極線側驅動電路2718、 外部操作單元2722以及閘極線側驅動電路2719。另外,根 據鍵盤等的外部操作單元2 7 22的操作而改變所輸出的信號 〇 在時序產生器2713中,形成起始脈衝信號等,並且形 成用來使左眼用影像與左眼用面板2 7 02a的快門同步的信 號、用來使右眼用影像與右眼用面板2 7 02b的快門同步的 信號等。 在將左眼用影像的同步信號273 la輸入到顯示控制電 路2716並顯示於顯示部2717的同時,將打開左眼用面板 2702a的快門的同步信號2730a輸入到左眼用面板2702a。 另外,在將右眼用影像的同步信號2 7 3 1 b輸入到顯示控制 電路2716並顯示於顯示部2717的同時,將打開右眼用面板 27 02b的快門的同步信號273 Ob輸入到右眼用面板2702b。 另外,因爲高速地轉換左眼用影像和右眼用影像,所 -64- 201220507 以更佳顯示裝置2711採用使用發光二極體(LED )並藉由 分時進行彩色顯示的繼時加法混色法(場序制法)。 另外,因爲使用場序制法,所以更佳時序產生器2713 對發光二極體的背光燈部也輸入與同步信號2730a、2730b 同步的信號。另外,背光燈部具有R、G及B的LED。 注意,本實施方式可以與本發明說明所示的其他實施 方式適當地組合。 [實施方式5] 在本實施方式中,說明具備上述實施方式所示的顯示 裝置的電子裝置的例子。 圖14A示出筆記本型個人電腦,包括主體3 001、外殻 3 002、顯示部3 003以及鍵盤3004等。藉由應用上述實施方 式所示的液晶顯示裝置,可以提供可靠性高的筆記本型個 人電腦。 圖14B示出可攜式資訊終端(PDA),在主體3021中 設置有顯示部3〇23、外部介面3 025以及操作按鈕3024等。 另外’作爲操作用附屬部件,具備觸屏筆3 022。藉由應用 上述實施方式所示的液晶顯示裝置,可以提供可靠性高的 可攜式資訊終端(PDA)。 圖14C示出電子書閱讀器的一例。例如,電子書閱讀 器由兩個外殼’即外殻27〇6及外殻27〇4構成。外殻2706及 外殼2704由軸部2712形成爲一體,且可以以該軸部2712爲 軸進行開閉工作。藉由這種結構,可以進行如紙的書籍那 -65- 201220507 樣的工作。 外殼2706組裝有顯示部2705,而外殼2704組裝有顯示 部2707。顯示部2705及顯示部2707的結構既可以是顯示連 續的畫面的結構,又可以是顯示不同的畫面的結構。藉由 採用顯示不同的畫面的結構,例如在右邊的顯示部(圖 14C中的顯示部2705)中可以顯示文章’而在左邊的顯示 部(圖14C中的顯示部2707)中可以顯示影像。藉由應用 上述實施方式所示的液晶顯示裝置’可以提供可靠性高的 電子書閱讀器。 此外,在圖MC中示出外殼2706具備操作部等的例子 。例如,在外殼27 06中,具備電源端子2721、操作鍵2 72 3 、揚聲器272 5等。利用操作鍵2723可以翻頁。另外,還可 以採用在與外殼的顯示部同一面上設置鍵盤、指向裝置等 的結構。另外,也可以採用在外殼的背面或側面具備外部 連接端子(耳機端子、USB端子等)、記錄媒體插入部等 的結構。再者,電子書閱讀器也可以具有電子詞典的功能 〇 此外,電子書閱讀器也可以採用能夠以無線的方式收 發資訊的結構。還可以採用以無線的方式從電子書籍的伺 服器購買所希望的書籍資料等,然後下載的結構。 圖14D示出行動電話,由外殻2800及外殼280 1的兩個 外殼構成。外殻2801具備顯示面板28 02、揚聲器2803、麥 克風2804、指示裝置2806、拍攝裝置用透鏡2807、外部連 接端子28 08等。此外,外殼28 00具備對行動電話進行充電 -66- 201220507 的太陽能電池單元2810、外部儲存槽2811等。另外,在外 殼2801內組裝有天線。 另外,顯示面板28 02具備觸摸屏,在圖14D中,使用 虛線示出作爲影像而被顯示出來的多個操作鍵2805。另外 ’還安裝有用來將由太陽能電池單元28 10輸出的電壓升壓 到各電路所需的電壓的升壓電路。 顯示面板2802根據使用方式適當地改變顯示的方向》 另外,由於在與顯示面板2802同一面上設置拍攝裝置用透 鏡2807,所以可以實現可視電話。揚聲器2803及麥克風 2 8 04不侷限於音頻通話,還可以進行可視通話、錄音、再 生等。再者,滑動外殻28 00和外殼2801而可以處於如圖 1 4D那樣的展開狀態和重疊狀態,所以可以實現適合於攜 帶的小型化。 外部連接端子2808可以與AC適配器及各種電纜如USB 電纜等連接,並可以進行充電及與個人電腦等的資料通信 。另外,藉由將記錄媒體插入外部儲存槽28 11中,可以對 應於更大量資料的保存及移動。 另外,除了上述功能之外,還可以具有紅外線通信功 能、電視接收功能等。藉由應用上述實施方式所示的液晶 顯示裝置,可以提供可靠性高的行動電話。 圖14E示出數碼攝像機’其由主體3051、顯示部A3057 、取景器3053、操作開關3054、顯示部B3055以及電池 3 05 6等構成。藉由應用上述實施方式所示的液晶顯示裝置 ’可以提供可靠性高的數碼攝像機。 -67- 201220507 圖14F示出電視裝置的一例。在電視裝置中,外殼 9601安裝有顯示部9603。利用顯示部9603可以顯示影像。 此外,在此示出利用支架9605支撐外殼9601的結構。藉由 應用上述實施方式所示的液晶顯示裝置,可以提供可靠性 高的電視裝置。 可以藉由利用外殼9601所具備的操作開關或另行提供 的遙控操作機進行電視裝置的操作。此外,也可以採用在 遙控操作機中設置顯示從該遙控操作機輸出的資訊的顯示 部的結構。 另外,電視裝置採用具備接收機、數據機等的結構。 可以藉由利用接收機接收一般的電視廣播。再者,藉由數 據機連接到有線或無線方式的通信網路,從而可以進行單 向(從發送者到接收者)或雙向(在發送者和接收者之間 或在接收者之間等)的資訊通信。 本實施方式可以與其他實施方式所記載的結構適當地 組合而實施。 [實施例1]
藉由上述實施方式所公開的方法,利用四個光刻製程 來製造液晶顯示裝置。在本實施例中,參照圖19Α和19Β說 明利用四個光刻製程來製造的液晶顯示裝置的槽部的疊層 結構。圖19Α是用來說明槽部的疊層結構的剖面ΤΕΜ ( Transmission Electron Microscopy)影像,並且圖 19Α 相 當於圖1中的虛線H1-H2所示的部分的剖面《此外。圖19B -68- 201220507 是用來容易理解圖19 A的TEM影像的圖19A的模式圖。另外 ,在圖19Α及19Β中的左下部示出一個刻度相當於0.3μπι的 比例尺(scale bar)。 在圖19A和19B所示的剖面H1-H2中,在玻璃基板900 上形成氮化矽層作爲基底層901a,並形成氧氮化矽層作爲 基底層90 lb。在基底層90 lb上形成氧氮化矽層作爲閘極絕 緣層904。在閘極絕緣層904上形成In-Ga-Zn類氧化物半導 體作爲半導體層905。在半導體層905上從下層一側層疊W 層、Ti層、A1層、Ti層的四層而形成佈線916。在半導體 層905及佈線916上形成氧化矽層作爲絕緣層907。在絕緣 層907上形成氧氮化矽層作爲絕緣層908。 藉由光刻製程形成抗蝕劑掩模,利用ICP蝕刻法選擇 性地去除絕緣層908、絕緣層907、半導體層905、閘極絕 緣層904、基底層901b及基底層901a,然後去除抗蝕劑掩 模來形成槽部9 3 0。另外,在本實施例中,當形成槽部930 時,還去除玻璃基板900的一部分。 然後,形成圖19A和19B沒示出的像素電極,並在像素 電極上形成對準膜911。根據圖19 A和19B,可知的是:在 槽部930中殘留有對準膜911,並且對準膜911覆蓋槽部93 0 的側面。 另外,保護層921及保護層922是作爲用來得到剖面 TEM影像的預處理形成在樣品上的層。 像這樣,藉由在槽部930中去除半導體層905,可以防 止產生寄生電晶體,並利用很少的光刻製程製造液晶顯示 -69- 201220507 44-fr gg 裝置。 【圖式簡單說明】 圖1是說明本發明的一個方式的俯視圖; 圖2A至2D是說明本發明的一個方式的剖面圖; 圖3是說明本發明的一個方式的俯視圖; 圖4A至4C是說明本發明的一個方式的剖面圖; 圖5 A和5 B是說明本發明的一個方式的俯視圖及剖面圖 » 圖6 A和6B是說明本發明的一個方式的電路圖; 圖7A1、7A2、7B1及7B2是說明本發明的一個方式的 俯視圖及剖面圖, 圖8 A和8B是說明本發明的一個方式的俯視圖及剖面圖 * 圖9 A至9 C是說明本發明的一個方式的剖面圖; 圖10A至10C是說明本發明的一個方式的剖面圖; 圖1 1 A至1 1C是說明本發明的一個方式的剖面圖; 圖12A和12B是說明本發明的一個方式的俯視圖及剖面 圖, 圖13A和13B是說明本發明的一個方式的圖; 圖14A至14F是說明電子裝置的使用方式的實例的圖; 圖1 5 A至1 5 E是說明氧化物材料的結晶結構的圖; 圖16A至16C是說明氧化物材料的結晶結構的圖; 圖1 7A至1 7C是說明氧化物材料的結晶結構的圖: -70- 201220507 圖18A和18B是說明氧化物材料的結晶結構的圖; 圖19A和19B是說明半導體裝置的槽部的疊層結構的圖 -71 -
Claims (1)
- 201220507 七、申請專利範圍: 1. 一種顯示裝置,包括: 具有閘電極、源極電極、汲極電極及半導體層的電晶 體; 與該閘電極電連接的第一佈線; 與該源極電極及該汲極電極中的一方電連接的第二佈 線, 與該源極電極及該汲極電極中的另一方電連接的像素 電極; 電容佈線; 該半導體層中的第一槽部;以及 該半導體層中的第二槽部, 其中,該半導體層與該第一佈線、該第二佈線、該像 素電極及該電容佈線重疊, 該第一槽部以在該第一佈線的線寬方向上橫穿該第一 佈線的方式形成在該第一佈線上, 該第二槽部以在該電容佈線的線寬方向上橫穿該電容 佈線的方式形成在該電容佈線上, 並且,該第二槽部在與該第二佈線延伸的方向平行的 方向上超過該像素電極的端部。 2. 根據申請專利範圍第1項之顯示裝置,其中該第一 槽部及該第二槽部的底面沒有該半導體層。 3. 根據申請專利範圍第1項之顯示裝置,其中該第一 槽部及該第二槽部的側面有該半導體層。 -72- 201220507 4.根據申請專利範圍第1項之顯示裝置,其中該第一 槽部及該第二槽部與對準膜重疊。 5 ·根據申請專利範圍第1項之顯示裝置,其中該第二 槽部的至少一部分與該像素電極重疊。 6. 根據申請專利範圍第1項之顯示裝置,其中在該第 二槽部及該像素電極之間具有間隔。 7. 根據申請專利範圍第1項之顯示裝置,其中該半導 體層包括氧化物半導體。 8. —種顯示裝置,包括: 具有閘電極、源極電極、汲極電極及半導體層的電晶 體; 與該閘電極電連接的第一佈線; 與該源極電極及該汲極電極中的一方電連接的第二佈 線, 與該源極電極及該汲極電極中的另一方電連接的像素 電極; 電容佈線;以及 該半導體層中的槽部, 其中,該半導體層與該第一佈線、該第二佈線、該像 素電極及該電容佈線重疊, 該槽部以在該第一佈線的線寬方向上橫穿該第一佈,線 的方式形成在該第一佈線上1 該槽部以在該電容佈線的線寬方向上橫穿該電容佈,線 的方式形成在該電容佈線上1 -73- 201220507 該槽部在與該第二佈線延伸的方向平行的方向 上超過該像素電極的端部。 9.根據申請專利範圍第8項之顯示裝置,其中該槽部 的底面沒有該半導體層。 10·根據申請專利範圍第8項之顯示裝置,其中該槽部 的側面有該半導體層。 11. 根據申請專利範圍第8項之顯示裝置,其中該槽部 與對準膜重疊。 12. 根據申請專利範圍第8項之顯示裝置,其中該槽部 的至少一部分與該像素電極重疊。 13. 根據申請專利範圍第8項之顯示裝置,其中在該槽 部及該像素電極之間具有間隔。 14. 根據申請專利範圍第8項之顯示裝置,其中該半導 體層包括氧化物半導體。 15. —種顯示裝置,包括: 具有閘電極、源極電極、汲極電極及半導體層的電晶 體; 與該閘電極電連接的第一佈線; 與該源極電極及該汲極電極中的一方電連接的第二佈 線; 與該源極電極及該汲極電極中的另一方電連接的像素 電極; 電容佈線; 該半導體層中的第一槽部; -74- 201220507 該半導體層中的第二槽部;以及 該半導體層中的第三槽部, 其中,該半導體層與該第一佈線、該第二佈線、該像 素電極及該電容佈線重疊, 該第一槽部以在該第一佈線的線寬方向上橫穿該第一 佈線的方式形成在該第一佈線上, 該第二槽部以在該電容佈線的線寬方向上橫穿該電容 佈線的方式形成在該電容佈線上, 並且,該第三槽部在與該第二佈線延伸的方向平行的 方向上超過該像素電極的端部。 16·根據申請專利範圍第I5項之顯示裝置,其中該第 一槽部、該第二槽部及該第三槽部的底面沒有該半導體層 〇 17. 根據申請專利範圍第I5項之顯示裝置,其中該第 一槽部、該第二槽部及該第三槽部的側面有該半導體層。 18. 根據申請專利範圍第15項之顯示裝置,其中該第 三槽部與對準膜重疊。 19. 根據申請專利範圍第IS項之顯示裝置,其中該第 三槽部的至少一部分與該像素電極重疊。 20. 根據申請專利範圍第15項之顯示裝置,其中在該 第二槽部及該像素電極之間具有間隔。 21. 根據申請專利範圍第15項之顯示裝置,其中該半 導體層包括氧化物半導體。 22. —種顯不裝置的製造方法,包括如下步驟. -75- 201220507 藉由第一光刻製程在基板上形成閘電極; 在該閘電極上形成閘極絕緣層; 在該閘極絕緣層上形成半導體層; 藉由第二光刻製程在該半導體層上形成源極電極及汲 極電極; 在該源極電極及該汲極電極上形成絕緣層; 藉由第三光刻製程,去除與該汲極電極重疊的該絕緣 層的一部分來形成接觸孔: 藉由第三光刻製程,去除該絕緣層的另一部分、該半 導體層的一部分及該閘極絕緣層的一部分來形成槽部: 並且,藉由第四光刻製程在該絕緣層上形成像素電極 0 23. 根據申請專利範圍第22項之顯示裝置的製造方法 ’其中基底層形成在該基板和該閘電極之間。 24. 根據申請專利範圍第22項之顯示裝置的製造方法 ’其中該半導體層包括氧化物半導體。 25. 根據申請專利範圍第22項之顯示裝置的製造方法 ’其中該閘電極、該源極電極或該汲極電極包括含銅的材 料。 26. 根據申請專利範圍第25項之顯示裝置的製造方法 ’其中形成該閘電極、該源極電極或該汲極電極之後的工 藝最高溫度爲450°C以下。 2 7.根據申請專利範圍第22項之顯示裝置的製造方法 ’其中該閘電極、該源極電極或該汲極電極包括含鋁的材 -76- 201220507 料。 28.根據申請專利範圍第27項之顯示裝置的製造方法 ,其中形成該閘電極、該源極電極或該汲極電極之後的工 藝最高溫度爲3 80°C以下。 -77-
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