TW201547003A - 邏輯電路 - Google Patents
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Abstract
一種邏輯電路。本發明的目標是要將使用氧化物半導體的電晶體應用於包括增強型電晶體的邏輯電路。該邏輯電路包括空乏型電晶體(101)和增強型電晶體(102)。電晶體(101和102)的每個包括閘極電極、閘極絕緣層、第一氧化物半導體層、第二氧化物半導體層、源極電極、及汲極電極。電晶體(102)包括設置於第一氧化物半導體層在源極電極和汲極電極之間的區域之上的還原防止層。
Description
本發明係關於一種包括使用氧化物半導體的薄膜電晶體的電路。具體地，本發明係關於邏輯電路。
形成於平板(例如典型用於液晶顯示裝置的玻璃基板)上的薄膜電晶體(TFT)一般使用半導體材料(例如非晶矽或多晶矽)來形成。使用非晶矽的TFT具有低電場遷移率但卻能夠隨玻璃基板尺寸的增大而變化。另一方面，使用多晶矽的TFT具有高電場遷移率，但是需要結晶步驟(例如雷射退火)而且並非總能適應於玻璃基板尺寸的增大。
因而，其中TFT使用作為半導體材料的氧化物半導體來形成以及應用於電子裝置或光學裝置的技術已經引起了注意。例如，專利文獻1和2各自公開了其中使用氧化鋅或In-Ga-Zn-O基氧化物半導體作為半導體材料形成TFT以及將TFT使用於圖像顯示裝置中的開關元件等的技術。
其中通道形成區(也稱作通道區)被設置於氧化物半導體內的TFT能夠具有比使用非晶矽的TFT更高的電場遷移率。氧化物半導體膜能夠在300℃或以下的溫度下用濺射法等形成，並且使用氧化物半導體的TFT的製造過程比使用多晶矽的TFT的更簡單。
使用這種氧化物半導體形成於玻璃基板、塑料基板等之上的TFT有望被應用於顯示裝置，例如液晶顯示器、電致發光顯示器(也稱作EL顯示器)、及電子紙。
專利文獻1：日本公開專利申請No.2007-123861
專利文獻2：日本公開專利申請No.2007-096055
但是，使用氧化物半導體的習知TFT往往是空乏型TFT，該空乏型TFT是常導通的，並且TFT的臨界值電壓隨時間而變動。因此，將使用氧化物半導體的習知TFT應用於由具有所期望的臨界值電壓的電晶體(例如增強型電晶體，它是常關斷的)構建的邏輯電路是困難的。
鑑於上述問題，目標是要獲得使用氧化物半導體的薄膜電晶體的期望臨界值電壓，以及具體地，目標是要將薄膜電晶體應用於由具有期望臨界值電壓的電晶體構建的邏輯電路。
本說明書所公開的發明的一種實施例是包含增強型電
晶體的邏輯電路，其中該增強型電晶體在背通道上包含用於防止降低的層以使臨界值電壓受到控制。
一種實施例是如下所描述的一種具體結構的邏輯電路。該邏輯電路包括空乏型電晶體，在該空乏型電晶體中高電源電壓被施加到源極和汲極中的一個，並且閘極與源極和汲極中的另一個電連接；以及增強型電晶體，在該增強型電晶體中第一信號被輸入到閘極，源極和汲極中的一個與所述空乏型電晶體的源極和汲極中的另一個電連接，並且低電源電壓被施加到源極和汲極中的另一個。增強型電晶體將其中增強型電晶體與空乏型電晶體連接的那部份上的電壓輸出作為第二信號。空乏型電晶體和增強型電晶體每個都包括閘極電極；設置於閘極電極之上的閘極絕緣層；設置於閘極絕緣層之上的第一氧化物半導體層；一對與第一氧化物半導體層的部份接觸並用作源區和汲區的第二氧化物半導體層；與所述第二氧化物半導體層中的一個半導體層接觸的源極電極，其中該第二氧化物半導體層是源區；以及與所述第二氧化物半導體層中的另一半導體層接觸的汲極電極，其中該第二半導體層是汲區。增強型電晶體包括在第一氧化物半導體層於源極電極和汲極電極之間的區域之上的還原防止層。
一種實施例是如下所描述的另一種具體結構的邏輯電路。邏輯電路包括第一電晶體，在該第一電晶體中第一時鐘信號被輸入到閘極，並且輸入信號被輸入到源極和汲極中的一個；其輸入端與第一電晶體的源極和汲極中的另一
個電連接的第一反相器；其輸入端與第一反相器的輸出端電連接的第二反相器；具有與第一反相器的輸出端電連接的輸入端以及輸出輸出信號的輸出端的第三反相器；以及第二電晶體，在該第二電晶體中第二時鐘信號被輸入到閘極，源極和汲極中的一個與第一電晶體的源極和汲極中的另一個電連接，並且源極和汲極中的另一個與第二反相器的輸出端電連接。第一反相器和第二反相器每個都包括空乏型電晶體，在該空乏型電晶體中高電源電壓被施加到源極和汲極中的一個，並且閘極與源極和汲極中的另一個電連接；以及增強型電晶體，在該增強型電晶體中第一信號被輸入到閘極，源極和汲極中的一個與所述空乏型電晶體的源極和汲極中的另一個電連接，並且低電源電壓被施加到源極和汲極中的另一個。增強型電晶體將其中增強型電晶體與空乏型電晶體連接的那部份的電壓輸出作為第二信號。空乏型電晶體和增強型電晶體每個都包括閘極電極；設置於閘極電極之上的閘極絕緣層；設置於閘極絕緣層之上的第一氧化物半導體層；一對與第一氧化物半導體層的部份接觸並用作源區和汲區的第二氧化物半導體層；與所述第二氧化物半導體層中的一個半導體層接觸的源極電極，其中該第二氧化物半導體層是源區；以及與所述第二氧化物半導體層中的另一半導體層接觸的汲極電極，其中該第二氧化物半導體層是汲區。增強型電晶體包括在第一氧化物半導體層於源極電極和汲極電極之間的區域之上的還原防止層。
增強型電晶體能夠包括在第一氧化物半導體層的表面上於源極電極和汲極電極之間的氧空位控制區，其中該第一氧化物半導體層的表面與同閘極絕緣層接觸的表面相對。
第一氧化物半導體層和第二氧化物半導體層每個都能夠包括銦、鎵、及鋅。
一種實施例是如下所描述的另一種具體結構的邏輯電路。邏輯電路包括空乏型電晶體，在該空乏型電晶體中高電源電壓被施加到源極和汲極中的一個，並且閘極與源極和汲極中的另一個電連接；以及增強型電晶體，在該增強型電晶體中第一信號被輸入到閘極，源極和汲極中的一個與所述空乏型電晶體的源極和汲極中的另一個電連接，並且低電源電壓被施加到源極和汲極中的另一個。增強型電晶體將其中增強型電晶體與空乏型電晶體連接的那部份的電壓輸出作為第二信號。空乏型電晶體和增強型電晶體每個都包括閘極電極；設置於閘極電極之上的閘極絕緣層；設置於閘極絕緣層之上的氧化物半導體層；以及與氧化物半導體層的部份接觸的源極電極和汲極電極。增強型電晶體包括在氧化物半導體層於源極電極和汲極電極之間的區域之上的還原防止層。
一種實施例是如下所描述的另一種具體結構的邏輯電路。該邏輯電路包括第一電晶體，在該第一電晶體中第一時鐘信號被輸入到閘極，並且輸入信號被輸入到源極和汲極中的一個；其輸入端與第一電晶體的源極和汲極中的另
一個電連接的第一反相器；其輸入端與第一反相器的輸出端電連接的第二反相器；具有與第一反相器的輸出端電連接的輸入端以及輸出輸出信號的輸出端的第三反相器；以及第二電晶體，在該第二電晶體中第二時鐘信號被輸入到閘極，源極和汲極中的一個與第一電晶體的源極和汲極中的另一個電連接，並且源極和汲極中的另一個與第二反相器的輸出端電連接。第一反相器和第二反相器每個都包括空乏型電晶體，在該空乏型電晶體中高電源電壓被施加到源極和汲極中的一個，並且閘極與源極和汲極中的另一個電連接；以及增強型電晶體，在該增強型電晶體中第一信號被輸入到閘極，源極和汲極中的一個與所述空乏型電晶體的源極和汲極中的另一個電連接，並且低電源電壓被施加到源極和汲極中的另一個。增強型電晶體將其中增強型電晶體與空乏型電晶體連接的那部份的電壓輸出作為第二信號。空乏型電晶體和增強型電晶體每個都包括閘極電極；設置於閘極電極之上的閘極絕緣層；設置於閘極絕緣層之上的氧化物半導體層；以及與氧化物半導體層的部份接觸的源極電極和汲極電極。增強型電晶體包括在氧化物半導體層於源極電極和汲極電極之間的區域之上的還原防止層。
增強型電晶體能夠包括在第一氧化物半導體層的表面上於源極電極和汲極電極之間的氧空位控制區，其中該表面在與閘極絕緣層接觸的表面的相對面。
氧化物半導體層可以包含銦、鎵、及鋅。
空乏型電晶體和增強型電晶體可以具有相同的導電類型。
空乏型電晶體的源極電極或汲極電極可以透過在閘極絕緣層中所設置的開口部份與增強型電晶體的閘極電極接觸。
本說明書中所使用的氧化物半導體由InMO3(ZnO)m(m>0)表示。注意，M表示一種或多種選自鎵(Ga)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、錳(Mn)、或鈷(Co)的金屬元素。例如，M可以是Ga或者除了Ga之外還可以包括以上金屬元素，例如，M可以是Ga和Ni或者Ga和Fe。此外，除了被包含作為M的金屬元素之外，氧化物半導體也可以包含作為雜質元素的過渡金屬元素(例如Fe或Ni)或過渡金屬元素的氧化物。注意，在本說明書中，包含銦、鎵、及鋅的氧化物半導體膜也稱作In-Ga-Zn-O基非單晶膜。
因為In-Ga-Zn-O基非單晶膜透過濺射法形成並且經過在200℃~500℃(特別是300℃~400℃)的溫度下10~100分鐘的熱處理，所以非晶體結構被作為晶體結構透過X射線衍射(XRD)分析進行觀察。此外，就電特性而論，能夠製造通/斷比(on/off ratio)為109或以上並且在閘極電壓為±20V的情況下遷移率為10或以上的TFT。
注意，在本文中(本說明書、申請專利範圍、附圖等)，邏輯電路基於輸入到其中的信號進行邏輯運算並根據運算結果輸出信號。例如，邏輯電路在類型上包括組合
邏輯電路(例如，NOT電路和NAND電路)及時序邏輯電路(例如，正反器電路和移位暫存器)。
使用氧化物半導體且其中臨界值電壓隨時間的變動受到抑制的增強型薄膜電晶體能夠得以提供，由此使用氧化物半導體的電晶體能夠被應用於包括增強型電晶體的邏輯電路。
101‧‧‧電晶體
102‧‧‧電晶體
103‧‧‧電源線
104‧‧‧電源線
105‧‧‧節點
111‧‧‧電晶體
1121‧‧‧反相器
1122‧‧‧反相器
1123‧‧‧反相器
113‧‧‧電晶體
114‧‧‧節點
115‧‧‧節點
106‧‧‧電晶體
107‧‧‧電晶體
108‧‧‧電容器
109‧‧‧電容器
110‧‧‧節點
111‧‧‧節點
201‧‧‧電晶體
202‧‧‧電晶體
210‧‧‧基板
2111‧‧‧閘極電極
2112‧‧‧閘極電極
212‧‧‧閘極絕緣層
2131‧‧‧氧化物半導體層
2132‧‧‧氧化物半導體層
2141a、2141b‧‧‧氧化物半導體層
2142a、2142b‧‧‧氧化物半導體層
218‧‧‧還原防止層
215‧‧‧電極
216‧‧‧電極
217‧‧‧電極
3011‧‧‧邏輯電路
3012‧‧‧邏輯電路
3013‧‧‧邏輯電路
3140‧‧‧NAND電路
3141‧‧‧NAND電路
3142‧‧‧NAND電路
3143‧‧‧NAND電路
3111‧‧‧電晶體
3121A‧‧‧反相器
3122A‧‧‧反相器
3123A‧‧‧反相器
3131‧‧‧電晶體
3112‧‧‧電晶體
3121B‧‧‧反相器
3122B‧‧‧反相器
3123B‧‧‧反相器
3132‧‧‧電晶體
3113‧‧‧電晶體
3121C‧‧‧反相器
3122C‧‧‧反相器
3123C‧‧‧反相器
3133‧‧‧電晶體
321‧‧‧電晶體
322‧‧‧電晶體
323‧‧‧電晶體
325‧‧‧電源線
324‧‧‧電源線
326‧‧‧節點
2191‧‧‧緩衝層
2192‧‧‧緩衝層
701‧‧‧像素部份
702‧‧‧掃描線驅動電路
703‧‧‧信號線驅動電路
704‧‧‧像素
900‧‧‧移位暫存器
901‧‧‧位準移位器
902‧‧‧緩衝器
903‧‧‧移位暫存器
904‧‧‧第一鎖存電路
905‧‧‧第二鎖存電路
906‧‧‧位準移位器
907‧‧‧緩衝器
821‧‧‧電晶體
822‧‧‧液晶元件
823‧‧‧儲存電容器
804‧‧‧掃描線
805‧‧‧信號線
2000‧‧‧基板
2001‧‧‧閘極電極
2002‧‧‧閘極絕緣層
2003‧‧‧氧化物半導體層
2004a、2004b‧‧‧氧化物半導體層
2005a、2005b‧‧‧電極
2007‧‧‧保護絕緣層
2008‧‧‧電極
2020‧‧‧電極
2022‧‧‧電極
2029‧‧‧電極
2023‧‧‧電極
2024‧‧‧電極
2028‧‧‧電極
2111‧‧‧閘極電極
2112‧‧‧閘極電極
2141a、2141b‧‧‧氧化物半導體層
2142a、2142b‧‧‧氧化物半導體層
2051‧‧‧第一端線
2052‧‧‧閘極絕緣層
2053‧‧‧連接電極
2054‧‧‧保護絕緣層
2055‧‧‧透明導電膜
851‧‧‧電晶體
852‧‧‧儲存電容器
853‧‧‧電晶體
854‧‧‧發光元件
855‧‧‧掃描線
856‧‧‧信號線
7001‧‧‧TFT
7002‧‧‧發光元件
7003‧‧‧陰極
7004‧‧‧發光層
7005‧‧‧陽極
7012‧‧‧發光元件
7017‧‧‧陰極
7011‧‧‧驅動TFT
7013‧‧‧透光導電膜
7014‧‧‧發光層
7015‧‧‧陽極
7016‧‧‧遮光膜
7022‧‧‧發光元件
7023‧‧‧透光導電膜
7024‧‧‧發光層
7025‧‧‧陽極
7027‧‧‧陰極
4501‧‧‧第一基板
4502‧‧‧像素部份
4503a、4503b‧‧‧信號線驅動電路
4504a、4504b‧‧‧掃描線驅動電路
4505‧‧‧密封材料
4506‧‧‧第二基板
4507‧‧‧填充料
4510‧‧‧TFT
4509‧‧‧TFT
4511‧‧‧發光元件
4517‧‧‧第一電極
4512‧‧‧電致發光層
4513‧‧‧第二電極
4520‧‧‧堆層
4518a、4518b‧‧‧FPC
4515‧‧‧連接端電極
4519‧‧‧各向異性導電膜
580‧‧‧基板
581‧‧‧TFT
583‧‧‧絕緣層
584‧‧‧絕緣層
585‧‧‧絕緣層
587‧‧‧電極
588‧‧‧電極
596‧‧‧基板
589‧‧‧球形粒子
590a‧‧‧黑色區
590b‧‧‧白色區
594‧‧‧空腔
595‧‧‧填充料
2701‧‧‧外殼
2703‧‧‧外殼
2700‧‧‧電子書閱讀器
2711‧‧‧軸部份
2705‧‧‧顯示部份
2707‧‧‧顯示部份
2721‧‧‧電源開關
2723‧‧‧操作按鍵
2725‧‧‧揚聲器
4001‧‧‧第一基板
4013‧‧‧液晶元件
4010‧‧‧TFT
4011‧‧‧TFT
4005‧‧‧密封材料
4006‧‧‧第二基板
4002‧‧‧像素部份
4003‧‧‧信號線驅動電路
4004‧‧‧掃描線驅動電路
4030‧‧‧像素電極
4013‧‧‧液晶元件
4031‧‧‧對置電極
4032‧‧‧絕緣層
4033‧‧‧絕緣層
210‧‧‧基板
4035‧‧‧間隔
4020‧‧‧絕緣層
4021‧‧‧絕緣層
4018‧‧‧FPC
4015‧‧‧連接端電極
4016‧‧‧端電極
4019‧‧‧各向異性導電膜
9600‧‧‧電視設備
9601‧‧‧外殼
9603‧‧‧顯示部份
9610‧‧‧分離的遙控器
9609‧‧‧操作鍵
9605‧‧‧支座
9607‧‧‧顯示部份
9700‧‧‧數位相框
9701‧‧‧外殼
9703‧‧‧顯示部份
9881‧‧‧外殼
9891‧‧‧外殼
9893‧‧‧接合部份
9882‧‧‧顯示部份
9884‧‧‧揚聲器部份
9886‧‧‧記錄媒體插入部份
9890‧‧‧LED燈
9885‧‧‧操作鍵
9887‧‧‧連接端
9888‧‧‧傳感器
9889‧‧‧麥克風
9900‧‧‧投幣機
9903‧‧‧顯示部份
9901‧‧‧外殼
9000‧‧‧行動電話
9001‧‧‧外殼
9002‧‧‧顯示部份
9003‧‧‧操作按鈕
9004‧‧‧外部連接端
9005‧‧‧揚聲器
9006‧‧‧麥克風
9410‧‧‧顯示裝置
9411‧‧‧外殼
9412‧‧‧顯示部份
9413‧‧‧操作按鈕
9400‧‧‧通信裝置
9401‧‧‧外殼
9402‧‧‧掃描按鈕
9403‧‧‧外部輸入端
9404‧‧‧麥克風
9405‧‧‧揚聲器
9406‧‧‧發光部份
5001‧‧‧基板
5002‧‧‧閘極電極
5003‧‧‧閘極絕緣層
5004‧‧‧氧化物半導體層
5005a、5005b‧‧‧電極
5006‧‧‧曲線
5007‧‧‧曲線
在附圖中：圖1是示出實施例1中的邏輯電路的電路佈局的電路圖；圖2A和2B是示出實施例1中的邏輯電路的操作的電路圖；圖3是示出實施例1中的邏輯電路的電路佈局的電路圖；圖4A和4B是示出實施例1中的邏輯電路的操作的電路圖；圖5A和5B是示出實施例1中的邏輯電路的操作的電路圖；圖6是示出實施例1中的邏輯電路的操作的時序圖；圖7是示出實施例1中的邏輯電路的電路佈局的電路圖；圖8A和8B是示出實施例1中的邏輯電路的操作的電路圖；
圖9A~9C各自示出實施例1中的邏輯電路的結構；圖10A和10B示出實施例1中的邏輯電路的結構；圖11是示出實施例2中的邏輯電路的電路佈局的電路圖；圖12是示出實施例2中的NAND電路的電路佈局的電路圖；圖13A和13B是各自示出實施例2中的NAND電路的操作的電路圖；圖14是示出實施例2中的邏輯電路的操作的時序圖；圖15A和15B示出實施例3中的邏輯電路的結構；圖16A和16B示出實施例4中的邏輯電路的結構；圖17A和17B是示出製造實施例5中的邏輯電路的方法的截面圖；圖18A和18B是示出製造實施例5中的邏輯電路的方法的截面圖；圖19是示出實施例6中的顯示裝置的結構的方塊圖；圖20A和20B是各自示出在實施例6中所顯示的顯示裝置中的驅動電路的結構的方塊圖；圖21是示出在實施例7的顯示裝置中的像素的電路佈局的電路圖；圖22A和22B示出在實施例7的顯示裝置中的像素的結構；
圖23A~23D各自示出在實施例7的顯示裝置中的像素的結構；圖24是示出在實施例8的顯示裝置中的像素的電路佈局的電路圖；圖25A~25C是各自示出在實施例8的顯示裝置中的像素的結構的截面圖；圖26A和26B示出實施例8中的顯示裝置的結構；圖27是示出實施例9中的電子紙的結構的截面圖；圖28示出其中應用了實施例9中的電子紙的電子裝置；圖29A~29C各自示出實施例10中的顯示裝置的結構；圖30A和30B各自示出實施例11中的電子裝置；圖31A和31B各自示出實施例11中的電子裝置；圖32A和32B各自示出實施例11中的電子裝置；以及圖33A和33B各自示出實例1中的薄膜電晶體。
以下參考附圖描述實施例。注意，本說明書所公開的發明並不限定於以下描述，並且本領域技術人員容易理解在沒有脫離本發明的精神和範圍的情況下能夠對模式和細節進行各種改變。因此，本說明書所公開的發明不應被看
作僅限定於以下實施例的描述。
在本實施例中，將描述邏輯電路的一種實施例。
首先，本實施例中的邏輯電路的電路佈局將參考圖1進行描述。圖1是示出本實施例中的邏輯電路的電路佈局的電路圖。
圖1所示出的邏輯電路是包括電晶體101和電晶體102的組合邏輯電路。
注意，在本文(本說明書、申請專利範圍、附圖等)中，電晶體具有至少三個終端：閘極、源極、及汲極。
閘極是整個閘極電極和閘極佈線或其一部份。閘極佈線是用於將至少一個電晶體的閘極電極電連接到另外電極或另外佈線的佈線，並且例如，在類型上包括顯示裝置中的掃描線。
源極是整個源區、源極電極、以及源極佈線或其一部份。源區表示在半導體層中電阻率等於或小於給定值的區域。源極電極表示與源區連接的那部份導電層。源極佈線是用於將至少一個電晶體的源極電極電連接到另外電極或另外佈線的佈線。例如，在顯示裝置的信號線與源極電極電連接的情況下，源極佈線在類型上包括信號線。
汲極是整個汲區、汲極電極、以及汲極佈線或其一部份。汲區表示在半導體層中電阻率等於或小於給定值的區域。汲極電極表示與汲區連接的那部份導電層。汲極佈線
是用於將至少一個電晶體的汲極電極電連接到另外電極或另外佈線的佈線。例如，在顯示裝置的信號線與汲極電極電連接的情況下，汲極佈線在類型上包括信號線。
另外，在本文(本說明書、申請專利範圍、附圖等)中，電晶體的源極和汲極根據電晶體的結構、操作條件等而改變；因此，要確定哪個是源極以及哪個是汲極是困難的。因此，在本文(本說明書、申請專利範圍、附圖等)中，任意選自源極和汲極中的一個終端稱作源極和汲極中的一個，而另一終端則稱作源極和汲極中的另一個。
電晶體101是空乏型電晶體(也稱作耗盡電晶體)。電晶體101的源極和汲極中的一個與電源線103電連接，並且高電源電壓(Vdd)透過電源線103施加到源極和汲極中的一個。此外，閘極與電晶體101的源極和汲極中的另一個互相電連接(即，電晶體101是二極管式連接的)。注意，空乏型電晶體的一個實例是其臨界值電壓在n通道電晶體的情況下為負的電晶體。
注意，一般地，電壓指的是在兩個點的電位之間的差(也稱作電位差)，以及電位指的是單位電荷在靜電場中於一點上所具有的靜電能(電勢能)。但是，在電路中，例如在一點上的電位與用作參考的電位(也稱作參考電位)之間的電位差有時作為值使用。此外，電壓值和電位值兩者都用伏特(V)表示；因此，在本申請的文(本說明書和申請專利範圍)中，一點上的電壓有時作為值使用，除非另有說明。
電晶體102是增強型電晶體(也稱作增強電晶體)。電晶體102的源極和汲極中的一個與電晶體101的源極和汲極中的另一個電連接。電晶體102的源極和汲極中的另一個與電源線104電連接，並且低電源電壓(Vss)透過電源線104施加到電晶體102的源極和汲極中的另一個。例如，低電源電壓是地電位(VGND)或給定電壓。注意，增強型電晶體的一個實例是其臨界值電壓在n通道電晶體的情況下為正的電晶體。
高電源電壓相對高於低電源電壓，並且低電源電壓相對低於高電源電壓。每個值都基於電路的規範等進行適當的設置，因而對該值沒有特別的限定。例如，在Vdd>Vss時，也並不總能滿足|Vdd|>|Vss|。此外，在Vdd>Vss時，也並不總能滿足VGND≧Vss。
此外，相同導電類型的電晶體能夠使用於電晶體101和102。在本實施例中，其中電晶體101和102是n通道電晶體的情況將作為一個實例進行描述。
其次，圖1所示出的邏輯電路的操作將被描述。在本實施例的邏輯電路中，第一信號被輸入到電晶體102的閘極，並且其中電晶體101和102相互連接的部份(也稱作節點)105上的電壓被輸出作為第二信號。邏輯電路的具體操作將在下面描述。
本實施例中的邏輯電路的操作能夠根據第一信號是處於低態還是高態劃分為兩類。低態與高態相比是電壓相對低的狀態，並且高態與低態相比是電壓相對高的狀態。兩
種情況都將參考圖2A和2B進行描述。圖2A和2B示出了本實施例中的邏輯電路的操作。注意，在本實施例中，其中資料在低態下是0以及資料在高態下是1的情況將作為一個實例進行描述；但是，本發明的一種實施例並不限定於此，並且資料在低態下能夠是1而在高態下能夠是0。注意，低態下的電壓被稱為低電壓(VL)，並且高態下的電壓被稱為高電壓(VH)。低電壓和高電壓的值並不限定於具體值，並且低電壓應當等於或小於給定值而高電壓應當等於或高於給定值。
圖2A示出了在第一信號的電壓(V1)為高(即，V1=VH)的情況下的操作。如圖2A所示出的，在V1=VH的情況下，電晶體102被導通。當電晶體102導通時，則晶體102的電阻(R102)小於電晶體101的電阻(R101)(即，R102<R101)；因此，節點105的電壓(V105)是VL以及第二信號的電壓(V2)是VL。
圖2B示出了在V1=VL的情況下的操作。如圖2B所示出的，在V1=VL的情況下，電晶體102被截止。當電晶體102截止時，R102高於R101，使得V105是VH以及V2是VH。此時，其中是第二信號的電壓的VH的值是(Vdd-Vth101)(Vth101表示電晶體101的臨界值電壓)。以上是圖1所示出的的邏輯電路的操作。
此外，時序邏輯電路能夠由圖1所示出的組合邏輯電路構成。使用組合電路的邏輯電路的電路佈局將參考圖3進行描述。圖3是示出本實施例中的邏輯電路的電路佈局
的電路圖。
圖3所示出的邏輯電路包括電晶體111、反相器1121、反相器1122、反相器1123、及電晶體113。
第一時鐘信號(CL1)被輸入到電晶體111的閘極，並且一信號被輸入到電晶體111的源極和汲極中的一個。被輸入到源極和汲極中的一個的信號將稱為輸入信號。
反相器1121的輸入端與電晶體111的源極和汲極中的另一個電連接。
反相器1122的輸入端與反相器1121的輸出端電連接。
反相器1123的輸入端與反相器1121的輸出端電連接。第二信號從反相器1123的輸出端輸出。
圖1所示出的邏輯電路能夠被施加到每個反相器1121~1123。
第二時鐘信號(CL2)被輸入到電晶體113的閘極。電晶體113的源極和汲極中的一個與電晶體111的源極和汲極中的另一個電連接。電晶體113的源極和汲極中的另一個與反相器1122的輸出端電連接。
第一時鐘信號和第二時鐘信號每個都具有高態和低態這兩種狀態。高態下的電壓是高電壓，並且低態下的電壓是低電壓。
此外，第一時鐘信號和第二時鐘信號具有相反的相位。例如，在預定週期內，當第一時鐘信號為高時第二時鐘信號為低，而當第一時鐘信號為低時第二時鐘信號為
高。
注意，在本實施例中，描述了第一時鐘信號被輸入到電晶體111的閘極並且第二時鐘信號被輸入到電晶體113的閘極的情況；但是，本發明的一種實施例並不限定於此，並且能夠使用其中第二時鐘信號被輸入到電晶體111的閘極以及第一時鐘信號被輸入到電晶體113的閘極的結構。
然後，圖3所示出的邏輯電路的操作將參考圖4A和4B、圖5A和5B、以及圖6進行描述。圖4A和4B與圖5A和5B示出了圖3中的邏輯電路的操作。圖6是示出圖3中的邏輯電路的操作的時序圖。
圖3所示出的邏輯電路的操作主要劃分為四個週期。每個週期都將在下面描述。
首先，在第一個週期中，如圖6所示出的，第一時鐘信號是高的，即CL1為VH並且第二時鐘信號是低的，即CL2為VL。因此，電晶體111被導通並且電晶體113被截止，如圖4A所示出的。此外，輸入信號的電壓(Vin)是高電壓，即Vin為VH。
此時，由於電晶體111是導通的，所以節點114的電壓(V114)是VH。由於節點114的電壓被施加到反相器1121的輸入端，所以信號VL由反相器1121輸出，並且節點115的電壓(V115)是VL。此外，由於節點115的電壓被施加到反相器1122的輸出端，所以信號VH由反相器1122輸出。但是，反相器1122的輸出信號的電壓沒
有被施加到節點114，因為電晶體113是截止的。此外，節點115的電壓也施加到反相器1123的輸入端，使得信號VH由反相器1123輸出，如圖4A所示出的。以上是第一個週期內的操作。
其次，在第二個週期內，如圖6所示出的，CL1是VL並且CL2是VH；因此，電晶體111被截止並且電晶體113被導通，如圖4B所示出的。此外，Vin是VL。
此時，由於電晶體111是截止的，所以即使在Vin為VL時V114仍保持為VH。由於節點114的電壓被施加到反相器1121的輸入端，所以信號VL由反相器1121輸出，並且V115保持為VL。此外，節點115的電壓被施加到反相器1122的輸入端，並且信號VH由反相器1122輸出。此外，由於電晶體113是截止的，來自反相器1122的信號的電壓被施加到節點114。節點115的電壓還被施加到反相器1123的輸入端，使得信號VH由反相器1123輸出，如圖4B所示出的。以上是第二個週期內的操作。
然後，在第三個週期內，如圖6所示出的，CL1是VH並且CL2是VL；因此，電晶體111被導通並且電晶體113被截止，如圖5A所示出的。此外，Vin保持為VL。
此時，由於電晶體111是導通的，所以V114是VH。由於節點114的電壓被施加到反相器1121的輸入端，所以信號VH由反相器1121輸出，並且V115是VH。此外，由於節點115的電壓被施加到反相器1122的
輸入端，所以信號VL由反相器1122輸出。但是，反相器1122的輸出信號的電壓沒有被施加到節點114，因為電晶體113是截止的。此外，節點115的電壓還被施加到反相器1123的輸入端，使得信號VL由反相器1123輸出，如圖5A所示出的。以上是第三個週期內的操作。
然後，在第四個週期內，如圖6所示出的，CL1是VL以及CL2是VH；因此，電晶體111被截止並且電晶體113被導通，如圖5B所示出的。此外，Vin保持為VL。
此時，由於電晶體111是截止的，所以V114保持為VL。由於V114是VL，所以信號VH由反相器1121輸出，並且V115保持為VH。此外，由於V115是VH，所以信號VL由反相器1122輸出，並且由於電晶體113是導通的，所以反相器1122的信號的電壓被施加到節點114。此外，節點115的電壓還被施加到反相器1123的輸入端，使得信號VL由反相器1123輸出，如圖5B所示出的。以上是第四個週期內的操作。
透過以上操作，圖3所示出的邏輯電路能夠根據輸入其中的信號的狀態產生輸出信號。
注意，在圖3所描述的邏輯電路中，使用拔靴法(bootstrap method)的組合邏輯電路能夠被施加到反相器1123。使用拔靴法的邏輯電路將參考圖7進行描述。圖7是示出在本實施例中使用拔靴法的邏輯電路的電路佈局的電路圖。
除了圖1所示出的邏輯電路的電路佈局之外，圖7所示出的邏輯電路還包括電晶體106、電容器108、及電容器109，以及還包括代替電晶體101的電晶體107。在圖7的邏輯電路中，圖1中的邏輯電路的描述被適當地使用於與圖1中的邏輯電路相同的部份。
電晶體106的閘極以及源極和汲極中的一個與電源線103電連接，並且高電源電壓被施加到閘極以及源極和汲極中的一個。電晶體106的源極和汲極中的另一個與電晶體107的閘極電連接。
電晶體107的閘極與電晶體106的源極和汲極中的另一個電連接。電晶體107的源極和汲極中的一個與電源線103電連接，並且高電源電壓被施加到源極和汲極中的一個。
電容器108具有第一終端和第二終端。第一終端與電晶體106的源極和汲極中的另一個電連接，並且第二終端與電晶體107的源極和汲極中的另一個電連接。
電容器109具有第一終端和第二終端。第一終端與電晶體107的源極和汲極中的另一個電連接。第二終端與電源線104電連接，並且低電源電壓被施加到第二終端。
然後，將描述圖7所示出的邏輯電路的操作。
在圖7的邏輯電路中，如同在圖1的邏輯電路中，第一信號被輸入到電晶體102的閘極，並且電晶體107和102之間的節點1111的電壓被輸出作為第二信號。
圖7所示出的邏輯電路的操作能夠根據第一信號的電
壓是低還是高劃分為兩類。兩種情況都將參考圖8A和8B進行描述。圖8A和8B示出本實施例中的邏輯電路的操作。注意，在本實施例中，其中資料在低態下是0並且資料在高態下是1的情況作為一個實例進行描述；但是，本發明的一種實施例並不限定於此，並且資料在低態下能夠是1以及在高態下能夠是0。
圖8A示出了在V1=VH的情況下的操作。如圖8A所示出的，在V1=VH的情況下，電晶體102被導通。在電晶體102導通時，電晶體102的電阻小於電晶體107的電阻(R107)(即，R102<R107)，並且節點1111的電壓(V1111)是VL；因而，V2是VL。此外，當電晶體106的源極和汲極中的另一個與電晶體107的閘極之間的節點110的電壓變成由高電源電壓減去電晶體106的臨界值電壓(Vth106)所獲得的值，即(Vdd-Vth106)的時候，電晶體106被截止，並且節點110進入到浮態。
圖8B示出在V1=VL的情況下的操作。如圖8B所示出的，在V1=VL的情況下，電晶體102被截止。當電晶體102截止時，R102高於R107，並且節點1111的電壓由電容器109所增加而且節點110的電壓同樣透過與電容器108的電容耦合而增加。因而，由此得出V2=V110=V1111=VH。此時，VH值大於VH，其中該VH是在圖1所示出的邏輯電路中的第二信號的電壓，並且表示為VH=Vdd+Vth106。以上是圖7所示出的邏輯電路的操作。
如上所述，透過將圖7中的邏輯電路用作反相器1123，第二信號的電壓能夠被放大。
然後，圖1中的邏輯電路的結構將參考圖9A~9C進行描述。圖9A~9C各自示出了圖1中的邏輯電路的結構。圖9A是頂視圖。圖9A和9C每個都是圖9A中的邏輯電路沿著Z1-Z2的截面圖。
如圖9A和9B所示出的，本實施例中的邏輯電路包括電晶體201和電晶體202。具體地，邏輯電路包括基板210；在基板210之上的閘極電極2111和2112；被設置以便覆蓋閘極電極2111和2112的閘極絕緣層212；在閘極電極2111之上的閘極絕緣層212之上所設置的氧化物半導體層2131；在閘極電極2112之上的閘極絕緣層212之上所設置的氧化物半導體層2132；氧化物半導體層2141a、2141b、2142a、及2142b；以及還原防止層218。
電晶體201對應於圖1中的電晶體101。閘極電極2111被設置於基板210之上。閘極絕緣層212被設置於閘極電極2111之上。氧化物半導體層2131被設置於閘極絕緣層212之上。氧化物半導體層2141a和2141b被設置於氧化物半導體層2131之上，其中該氧化物半導體層2141a和2141b是一對氧化物半導體層。電極215和216被設置以便分別與氧化物半導體層2141a和2141b接觸，其中該電極215和216是一對電極。
當明確描述B形成於A上或之上時，並不一定意味著B被形成與A直接接觸。該描述包括其中A和B不是
相互直接接觸的情況，即其中另外的對象被佈置於A和B之間的情況。在此，A和B每個都對應於一個對象(即，裝置、元件、電路、佈線、電極、終端、膜、或層)。
因此，例如，當明確描述層B形成於層A上或之上時，它包括兩種情況：層B被形成與層A直接接觸的情形，以及另外的層(即，層C或層D)被形成與層A直接接觸而層B被形成與層C或層D直接接觸的情形。注意，另外的層(即，層C或層D)可以是單個層或多個層。
電晶體202與圖1中的電晶體102對應。閘極電極2112被設置於基板210之上。閘極絕緣層212被設置於閘極電極2112之上。氧化物半導體層2132被設置於閘極絕緣層212之上。氧化物半導體層2142a和2142b被設置於氧化物半導體層2132之上，其中該氧化物半導體層2142a和2142b是一對氧化物半導體層。電極216和電極217被設置以便分別與氧化物半導體層2142a和2142b接觸，其中該電極216和電極217是一對電極。還原防止層218被設置於氧化物半導體層2132之上。
基板210能夠使用由熔化法或浮法所製造的無鹼玻璃基板，例如鋇硼矽酸鹽玻璃、鋁硼矽酸鹽玻璃、或鋁矽酸鹽玻璃的基板；陶瓷基板；具有足以經受這種製造方法的製程溫度的高耐熱性的塑料基板等。例如，能夠使用玻璃纖維增強塑料(FRP)板、聚氟乙烯(PVF)膜、聚酯膜、或丙烯酸樹脂膜作為塑料基板。此外，其中鋁箔被佈
置於PVF膜或聚酯膜之間的薄片能夠被用作基板。
例如，閘極電極2111和2112能夠透過使用像鉬、鈦、鉻、鉭、鎢、鋁、銅、釹、或鈧那樣的金屬材料或者使用以這些金屬材料中的任意材料作為主要成分的合金材料的單層結構或層狀結構來形成。閘極電極2111和2112的邊緣較佳的逐漸變薄。
例如，對於閘極電極2111和2112的雙層結構，優選採用任意以下雙層結構：鉬層堆疊在鋁層之上的結構；鉬層堆層在銅層之上的結構；氮化鈦層或氮化鉭層堆疊於銅層之上的結構；氮化鈦層和鉬層所堆疊的結構。對於層狀結構，鎢層或氮化鎢層，鋁矽合金層或鋁鈦合金層，以及氮化鈦層或鈦層優選被堆疊。
對於閘極絕緣層212，能夠使用矽、鋁、釔、鉭、或給的氧化物、氮化物、氧氮化物、以及氮化氧化物中的一種；或者包含至少兩種此類材料的化合物。此外，鹵族元素(例如氯或氟)可以被包含於閘極絕緣層212中。
氧化物半導體層2131和2132是第一氧化物半導體層。例如，能夠使用In-Ga-Zn-O基非單晶膜作為氧化物半導體層2131和2132。
氧化物半導體層2141a、2141b、2142a、及2142b是第二氧化物半導體層並且起到源區和汲區的作用。例如，氧化物半導體層2141a、2141b、2142a、及2142b使用In-Ga-Zn-O基非單晶膜來形成，其中該In-Ga-Zn-O基非單晶膜在與氧化物半導體層2131和2132不同的沉積條件下
形成。例如，當氧化物半導體層2141a、2141b、2142a、及2142b使用在其中濺射用的氫氣的流量為40sccm的條件下獲得的氧化物半導體膜來形成時，它們具有n型電導率並具有0.01eV~0.1eV的活化能(△E)。注意，在本實施例中，氧化物半導體層2141a、2141b、2142a、及2142b是In-Ga-Zn-O基非單晶膜並且至少包括非晶成分。此外，氧化物半導體層2141a、2141b、2142a、及2142b可以包括晶粒(奈米晶)。氧化物半導體層2141a、2141b、2142a、及2142b中的晶粒(奈米晶)的直徑是1nm~10nm，典型約為2nm~4nm。
注意，不一定要設置氧化物半導體層2141a、2141b、2142a、及2142b。如圖9C所示出的，可以採用其中不設置氧化矽層2141a、2141b、2142a、及2142b的結構。但是，透過設置氧化物半導體層2141a、2141b、2142a、及2142b，上電極與第一氧化物半導體層之間的連結能夠得到滿足，並且與肖特基接面(Schottky junction)相比能夠進行熱穩定的操作。此外，能夠在高汲極電壓下保持良好的遷移率。
電極215~217起著源極電極或汲極電極的作用。電極215~217優選具有單層結構或層狀結構，使用例如元素鋁、銅、氯、矽、鈦、釹、鈧、或鉬或者使用將元素添加其中以防止出現小丘(hillock)的鋁合金。此外，當進行200℃~600℃的熱處理時，導電膜優選具有足以經受熱處理的耐熱性。例如，當將鈦膜、鋁膜、及鈦膜的層狀
結構使用於電極215~217時，電極215~217具有低電阻並且小丘(hillock)不大可能會出現在鋁膜中。電極215~217能夠透過濺射法或真空蒸發法來形成。作為選擇，電極215~217可以透過用絲網印刷法、噴墨法等來排出銀、金、銅等的導電奈米漿並烘焙該奈米漿而形成。
還原防止層218至少被設置於氧化物半導體層2132在電極216和217之間的區域(也稱作背通道區)之上，並且具有防止雜質(例如水氣)進入氧化物半導體層2132以及防止背通道區降低的功能。例如，能夠使用不可還原膜(non-reducible film)(例如由氧化矽、氧化鋁等構成的氧化膜)作為還原防止層218。注意，還原防止層218應該具有防止降低的功能作為其功能之一，以及能夠將另外的功能添加到還原防止層218。
注意，作為在本實施例所顯示的邏輯電路中的電晶體202，能夠使用薄膜電晶體，在該薄膜電晶體中臨界值電壓透過對背通道區進行預定處理來改變以使薄膜電晶體成為增強型電晶體。用於控制氧空位(也稱作氧空位缺陷)密度的處理是預定處理的一個實例(這種處理也稱作氧空位控制處理)。氧空位控制處理的實例包括氧電漿處理、在氧氣流下的退火處理、以及氧離子輻射處理。例如，氧電漿處理指的是這樣的處理，即氧化物半導體層的表面用由氧氣的輝光放電電漿產生的自由基來處理，以及作為單獨使用氧氣的替代，可以使用氧氣和稀有氣體的混合氣體作為用於產生電漿的氣體。透過使用薄膜電晶體，能夠更
容易地形成使用臨界值電壓互不相同的多個電晶體的邏輯電路，即使在使用氧化物半導體的電晶體被使用時。透過氧空位控制處理使得電晶體201和202的氧空位密度互相不同，以便能夠形成包括空乏型電晶體和增強型電晶體的邏輯電路。
另外，在本實施例的邏輯電路中，一個電晶體的源極電極和汲極電極中的一個可以直接連接到另一個電晶體的閘極電極。具有這種結構的邏輯電路將參考圖10A和10B進行描述。圖10A和10B示出了本實施例中的邏輯電路的結構。圖10A是邏輯電路的頂視圖。圖10B是邏輯電路沿著圖10A中的Z1-Z2的截面圖。注意，在圖10A和10B所示出的邏輯電路中，圖9A~9C所示出的邏輯電路的描述被適當地使用於與圖9A~9C中的邏輯電路相同的部份。
如同圖9A~9C中的邏輯電路，圖10A和10B中的邏輯電路包括電晶體201和202。此外，在圖10A和10B的邏輯電路的電晶體201中，閘極電極2111透過在閘極絕緣層212中所設置的開口部份直接連接到電極216。
在使用其中閘極電極2112和電極216透過在上述閘極絕緣層212內所設置的開口部份連接的電晶體的邏輯電路中，能夠實現充分接觸，並且接觸電阻能夠被減小。因此，能夠減少開口的數量，這會導致邏輯電路所佔用的面積減小。
如上所述，包括臨界值電壓互不相同的電晶體的邏輯
電路能夠透過使用包含氧化物半導體的薄膜電晶體來提供。此外，透過使用包含氧化物半導體的薄膜電晶體，邏輯電路能夠在高速下操作。此外，由於邏輯電路能夠使用相同導電類型的電晶體來形成，其製程與使用不同導電類型的電晶體的邏輯電路的製程相比能夠得到簡化。
在本實施例中，使用在實施例1的圖3中所示出的邏輯電路作為單位時序邏輯電路的移位暫存器將被描述。注意，在本實施例中，其中將圖3中的邏輯電路用作單位時序邏輯電路的情況將作為一個實例進行描述。
本實施例中的移位暫存器包括作為單位時序邏輯電路的在實施例1的圖3中的多個邏輯電路，並且多個單位時序邏輯電路相互串行電連接。具體結構將參考圖11討論。圖11是示出本實施例中的移位暫存器的結構的電路圖。
圖11所示出的移位暫存器包括邏輯電路3011、邏輯電路3012、邏輯電路3013、NAND電路3140、NAND電路3141、NAND電路3142、及NAND電路3143。注意，盡管圖11示出了三個(也稱作三級)單位時序邏輯電路，但是本發明的一種實施例並不限定於此並且可以包括至少兩級的單位時序邏輯電路。
邏輯電路3011包括電晶體3111、反相器3121A、反相器3122A、反相器3123A、及電晶體3131。邏輯電路
3011具有與圖3中的邏輯電路相同的電路佈局。具體地，電晶體3111對應於電晶體111；反相器3121A對應於反相器1121；反相器3122A對應於反相器1122；反相器3123A對應於反相器1123；以及電晶體3131對應於電晶體113。因此，圖3中的邏輯電路的描述被適當地使用於每個元件。此外，在邏輯電路3011中，第一時鐘信號被輸入到電晶體3111的閘極，並且第二時鐘信號被輸入到電晶體3131的閘極。
邏輯電路3012包括電晶體3112、反相器3121B、反相器3122B、反相器3123B、及電晶體3132。邏輯電路3012具有與圖3中的邏輯電路相同的佈局。具體地，電晶體3112對應於電晶體111；反相器3121B對應於反相器1121；反相器3122B對應於反相器1122；反相器3123B對應於反相器1123；以及電晶體3132對應於電晶體113。因此，圖3中的邏輯電路的描述被適當地使用於每個元件。此外，在邏輯電路3012中，第二時鐘信號被輸入到電晶體3112的閘極，並且第一時鐘信號被輸入到電晶體3132的閘極。
邏輯電路3013包括電晶體3113、反相器3121C、反相器3122C、反相器3123C、及電晶體3133。邏輯電路3013具有與圖3中的邏輯電路相同的佈局。具體地，電晶體3113對應於電晶體111；反相器3121C對應於反相器1121；反相器3122C對應於反相器1122；反相器3123C對應於反相器1123；以及電晶體3133對應於電晶
體113。因此，圖3中的邏輯電路的描述被適當地使用於每個元件。此外，在邏輯電路3013中，第一時鐘信號被輸入到電晶體3113的閘極，並且第二時鐘信號被輸入到電晶體3133的閘極。
邏輯電路3011中的反相器3123A的輸出端與邏輯電路3012中的電晶體3112的源極和汲極中的一個電連接。邏輯電路3012中的反相器3123B的輸出端與邏輯電路3013中的電晶體3113的源極和汲極中的一個電連接。
此外，在邏輯電路3011中，電晶體3111的源極和汲極中的一個與NAND電路3140的第一輸入端電連接，並且反相器3123A的輸出端與NAND電路3140的第二輸入端和NAND電路3141的第一輸入端電連接。在邏輯電路3012中，電晶體3112的源極和汲極中的一個與NAND電路3140的第二輸入端和NAND電路3141的第一輸入端電連接，並且反相器3123B的輸出端與NAND電路3141的第二輸入端和NAND電路3142的第一輸入端電連接。在邏輯電路3013中，電晶體3113的源極和汲極中的一個與NAND電路3141的第二輸入端和NAND電路3142的第一輸入端電連接，並且反相器3123C的輸出端與NAND電路3142的第二輸入端和NAND電路3143的第一輸入端電連接。
NAND電路3140~3143中的每個都能夠由具有與邏輯電路所包含的電晶體相同的導電類型的電晶體構建。透過使用相同導電類型的電晶體，NAND電路能夠在與邏輯
電路相同的製程中形成，從而能夠容易地形成。包括相同導電類型的電晶體的NAND電路的電路佈局，將參考圖12進行描述。圖12是示出本實施例中的NAND電路的電路佈局的電路圖。
圖12所示出的NAND電路包括電晶體321、電晶體322、及電晶體323。
電晶體321是空乏型電晶體。電晶體321的源極和汲極中的一個與電源線325電連接，並且高電源電壓被施加到源極和汲極中的一個。電晶體321的閘極與其源極和汲極中的另一個相互電連接。
電晶體322是增強型電晶體。電晶體322的源極和汲極中的一個與電晶體321的源極和汲極中的另一個電連接。
電晶體323是增強型電晶體。電晶體323的源極和汲極中的一個與電晶體322的源極和汲極中的另一個電連接。電晶體323的源極和汲極中的另一個與電源線324電連接，並且低電源電壓被施加到電晶體323的源極和汲極中的另一個。
在本實施例的邏輯電路中，第一輸入信號被輸入到電晶體323的閘極，第二輸入信號被輸入到電晶體322的閘極，並且電晶體322和電晶體321之間的節點326的電壓(V326)被輸出作為輸出信號。
然後，圖12所示出的NAND電路的操作將被描述。
圖12中的NAND電路的操作能夠根據第一輸入信號
的電壓(Vin1)和第二輸入信號的電壓(Vin2)中的至少一個是低的還是都是高的而劃分為兩類。兩種情況都將參考圖13A和13B討論。圖13A和13B示出了本實施例中的NAND電路的操作。注意，在本實施例中，其中資料在低態下為0並且資料在高態下為1的情況作為一個實例進行描述；但是，本發明的一種實施例並不限定於此，並且資料在低態下能夠是1而在高態下能夠是0。
圖13A示出了在以下情況下的操作：Vin1=VH及Vin2=VL，Vin1=VL及Vin2=VH，以及Vin1=VL及Vin2=VL。此時，電晶體322和323中的一個或兩個被導通，並且電晶體322和323的電阻(R322+R323)比電晶體321的電阻(R321)更高，即(R322+R323)>R321；因此，V326為VH，並且輸出信號的電壓(Vout)為VH。
圖13B示出了在Vin1=VH及Vin2=VH的情況下的操作。此時，電晶體321和322被導通，並且由此得出R322+R323<R321；因此，V326為VL，並且Vout為VL。以上是圖12所示出的NAND電路的操作。
當NAND電路使用上述相同導電類型的電晶體來形成時，它能夠在與另外的邏輯電路相同的製程中形成。此外，本發明的一種實施例並不限定於圖12中的結構，並且NAND電路能夠具有另外的結構，只要它能夠具有相同的功能。
然後，圖11所示出的移位暫存器的操作將參考圖14
進行描述。圖14是示出圖11中的移位暫存器的操作的時序圖。
在圖11的移位暫存器中，在圖4A和4B、圖5C和5D、以及圖6中所示出的邏輯電路操作在每個邏輯電路3011~3013中依次執行。在圖4A和4B、圖5C和5D、以及圖6中所示出的邏輯電路操作的描述被適當地使用於每個邏輯電路的操作。
本實施例中的移位暫存器的操作被劃分為如圖14所示出的10個週期。在第一個週期內，邏輯電路3011的輸入信號的電壓Vin是VH。在第二個週期和第三個週期內，在邏輯電路3011和邏輯電路3012之間的節點3171的電壓(V3171)由VH改變為VL。此外，在第三個週期和第四個週期內，NAND電路3140的輸出信號的電壓是VH。
在第四個週期和第五個週期內，邏輯電路3012的輸入信號(邏輯電路3011的輸出信號)的電壓由VL改變為VH。在第五個週期和第六個週期內，邏輯電路3012和邏輯電路3013之間的節點3172的電壓(V3172)由VH改變為VL。在第六個週期和第七個週期內，NAND電路3141的輸出信號的電壓是VH。
在第七個週期和第八個週期內，邏輯電路3013的輸入信號(邏輯電路3012的輸出信號)的電壓由VL改變為VH。在第八個週期和第九個週期內，邏輯電路3013和下一級的邏輯電路之間的節點3173的電壓(V3173)由
VH改變為VL。在第九個週期和第十個週期內，NAND電路3142的輸出信號的電壓是VH。
當另外的邏輯電路連接到邏輯電路3013的輸出端時，輸入信號的電壓在給定週期內由VL改變為VH並且輸出信號的電壓在如上所述的另一個給定週期內被改變為VH。此外，在另一個邏輯電路的輸出信號的電壓是VL的週期內，NAND電路3143的輸出信號的電壓是VH。
如上所述，移位暫存器能夠由包含使用氧化物半導體的TFT的邏輯電路構成。使用氧化物半導體的TFT具有比使用非晶矽的習知TFT更高的遷移率；因此，透過將使用氧化物半導體的TFT應用於移位暫存器，移位暫存器能夠在高速下操作。
注意，本實施例能夠適當結合其他實施例來實現。
在本實施例中，包含具有與以上實施例不同的結構的電晶體的邏輯電路將被描述。
本說明書所公開的發明的一種實施例的邏輯電路不僅能夠使用具有圖9A~9C所示出的結構的電晶體來形成也能使用具有另外的結構的電晶體來形成。使用具有另外的結構的電晶體的邏輯電路將參考圖15A和15B進行描述。圖15A和15B示出了本實施例中的邏輯電路的結構。圖15A是頂視圖，而圖15B是邏輯電路沿著圖15A中的Z1-Z2的截面圖。注意，在圖15A和15B所示出的
邏輯電路中，圖9A~9C所示出的邏輯電路的描述被適當地使用於與圖9A~9C中的邏輯電路相同的部份。
如同圖9A~9C中的邏輯電路，圖15A和15B中的邏輯電路包括電晶體201和電晶體202。
此外，在圖15A和15B的邏輯電路的電晶體201中，閘極電極2111被設置於基板210之上。閘極絕緣層212被設置於閘極電極2111之上。電極215和216被設置於閘極絕緣層212之上，其中該電極215和216是一對電極。氧化物半導體層2141a和2141b被設置於電極215和216之上。氧化物半導體層2131被設置於閘極絕緣層212以及電極215和216之上。
在電晶體202中，閘極電極2112被設置於基板210之上。閘極絕緣層212被設置於閘極電極2112之上。電極216和217被設置於閘極絕緣層212之上，其中該電極216和217是一對電極。氧化物半導體層2142a和2142b被設置於電極216和217之上。氧化物半導體層2132被設置於閘極絕緣層212、氧化物半導體層2142a和2142b、以及電極216和217之上。還原防止層218被設置於氧化物半導體層2132在電極216和217之間的區域之上。注意，氧化物半導體層2141a和2141b對應於圖9A和9B所示出的邏輯電路中的氧化物半導體層2141a和2141b，並且氧化物半導體層2142a和2142b對應於圖9A和9B所示出的邏輯電路中的氧化物半導體層2142a和2142b。
圖15A和15B所示出的邏輯電路包括這樣的電晶體，在該電晶體中氧化物半導體層2131和2132形成於電極215~217以及氧化物半導體層2141a、2141b、2142a、及2142b之上(這種結構也稱作底接觸型)。當本說明書所公開的發明的一種實施例的邏輯電路使用底接觸型電晶體來形成時，氧化物半導體層與電極相互接觸的面積能夠被增大，從而能夠避免剝離等。
另外，作為在圖15A和15B的邏輯電路中的電晶體202，薄膜電晶體能夠被使用，在該薄膜電晶體中臨界值電壓透過對背通道區進行預定處理來改變使得薄膜電晶體成為增強型電晶體，如同在圖9A~9C的邏輯電路中。實施例1中所示出的處理能夠被應用於預定的處理。
注意，氧化物半導體層2141a、2141b、2142a、及2142b如同在圖9A和9B的邏輯電路中那樣被設置於圖15A和15B的邏輯電路中；但是，本發明的一種實施例並不限定於此，並且可以使用沒有設置氧化物半導體層2141a、2141b、2142a、及2142b的結構。
此外，在圖15A和15B的邏輯電路中，電晶體202的閘極電極2112與電極216能夠透過在閘極絕緣層212中所設置的開口部份相互接觸，如同在圖10A和10B所示出的邏輯電路中。
注意，本實施例能夠適當結合其他實施例來實施。
在本實施例中，包括具有與以上實施例中的那些結構不相同的結構的電晶體的邏輯電路將被描述。
邏輯電路不僅能夠使用具有在圖9A~9C及圖15A和15B中所示出的結構的電晶體來形成也能夠使用具有另外結構的電晶體來形成。使用具有與在圖9A~9C及圖15A和15B中的那些結構不相同的結構的電晶體的邏輯電路將參考圖16A和16B進行描述。圖16A和16B示出了本實施例中的邏輯電路的結構。圖16A是頂視圖，而圖16B是沿著圖16A中的Z1-Z2的截面圖。注意，在圖16A和16B所示出的邏輯電路中，圖9A~9C所示出的邏輯電路的描述被適當地使用於與圖9A~9C中的邏輯電路相同的部份。
如同圖9A~9C中的邏輯電路，圖16A和16B中的邏輯電路包括電晶體201和電晶體202。
在圖16A和16B的邏輯電路的電晶體201中，閘極電極2111被設置於基板210之上。閘極絕緣層212被設置於閘極電極2111之上。氧化物半導體層2131被設置於閘極絕緣層212之上。緩衝層2191被設置於部份氧化物半導體層2131之上。氧化物半導體層2141a和2141b被設置於氧化物半導體層2131和緩衝層2191之上。電極215和216被分別設置於氧化物半導體層2141a和2141b之上，其中該電極215和216是一對電極。
在電晶體202中，閘極電極2112被設置於基板210之上。閘極絕緣層212被設置於閘極電極2112之上。氧
化物半導體層2132被設置於閘極絕緣層212之上。緩衝層2192被設置於氧化物半導體層2132在電極216和217之間的區域之上。氧化物半導體層2142a和2142b被設置於氧化物半導體層2132及緩衝層2192之上。電極216和217被分別設置於氧化物半導體層2142a和2142b之上，其中該電極216和217是一對電極。
對於緩衝層2191和2192，能夠使用無機材料(例如，氧化矽、氮化矽、氧氮化矽、或氮化氧化矽)。作為選擇，能夠使用光敏或非光敏有機材料(有機樹脂材料，例如，聚醯亞胺、丙烯酸、聚醯胺、聚醯亞胺醯胺、抗蝕劑、或苯并環丁烯)，由多種這些材料構成的膜，或者這種膜的層狀膜，或者可以使用矽氧烷。作為用於製造緩衝層2191和2192的方法，能夠使用汽相沉積法(例如電漿CVD法或熱CVD法)或濺射法。作為選擇，可以使用塗佈法(例如旋塗法)、液滴排放法、或作為濕法的印刷法(例如用以形成圖形的絲網印刷或膠版印刷)。緩衝層2191和2192可以透過以下方式形成，即膜先被沉積然後再蝕刻使得形狀得以加工，或者可以由液滴排放法等選擇性地形成。
在圖16A和16B中所示出的邏輯電路包括設置有緩衝層的電晶體(這種結構也稱作通道阻止型)。例如，當緩衝層使用不可還原膜(例如，由氧化矽或氧化鋁所形成的)形成時，緩衝層能夠起著還原防止層的作用；因此，本說明書所公開的發明的一種實施例的邏輯電路能夠使用
具有與習知的通道阻止型電晶體相同的結構的電晶體來形成。
另外，作為在圖16A和16B的邏輯電路中的電晶體202，能夠使用薄膜電晶體，在該薄膜電晶體中臨界值電壓透過對背通道區進行預定處理來改變使得薄膜電晶體成為增強型電晶體。在實施例1中所顯示的處理能夠被應用於預定處理。
注意，氧化物半導體層2141a、2141b、2142a、及2142b如同在圖9A和9B的邏輯電路中那樣被設置於圖16A和16B的邏輯電路中；但是，本發明的一種實施例並不限定於此，而且可以使用其中沒有設置氧化物半導體層2141a、2141b、2142a、及2142b的結構。
此外，在圖16A和16B的邏輯電路中，電晶體202的閘極電極2112與電極216能夠透過在閘極絕緣層212中所設置的開口部份相互接觸，如同在圖10A和10B所示出的邏輯電路中。
注意，本實施例能夠適合結合其他實施例來實施。
在實施例中，用於製造邏輯電路的方法將被描述。注意，在本實施例中，在圖9A和9B中所示出的用於製造邏輯電路的方法將作為一個實例來描述。
一種用於製造本實施例中的邏輯電路的方法將參考圖17A和17B以及圖18A和18B進行描述。圖17A和17B
以及圖18A和18B是示出用於製造本實施例中的邏輯電路的方法的截面圖。
首先，如圖17A所示出的，第一導電膜被形成於基板210之上。第一導電膜使用第一光掩模進行選擇性的蝕刻以便形成閘極電極2111和2112。然後，閘極絕緣層212被形成於閘極電極2111和2112之上。例如，第一導電膜能夠透過濺射法來形成。閘極絕緣層212能夠透過電漿CVD法或濺射法來形成。此時，閘極電極2111和2112較佳的以逐漸變薄的方式形成。
其次，第一氧化物半導體膜被形成於閘極絕緣層212之上，並且第二氧化物半導體膜被形成於第一氧化物半導體膜之上。例如，第一氧化物半導體膜能夠透過濺射法來形成。注意，在第一氧化物半導體膜形成之前，透過引入氫氣在其中產生電漿的反濺射被較佳的執行以清除附著於閘極絕緣層212的表面以及開口部份的底表面上的灰塵。反濺射(reverse sputtering)是這樣一種方法，在該方法中電壓被施加到基板側，而不是靶子側，在氫氣氣氛中使用RF電源以在基板上產生電漿使得基板表面得以修改。注意，氮氣、氦氣等可以用來代替氫氣氣氛。此外，反濺射可以在氧氣、氫氣、N2O等被添加到氫氣氣氛的氣氛中或者在Cl2、CF4等被添加到氫氣氣氛的氣氛中進行。
然後，第一及第二氧化物半導體膜使用第二光掩模進行蝕刻，以及接著形成第二導電膜。例如，第二導電膜能夠透過濺射法來形成。此外，第二導電膜使用第三光掩模
進行選擇性的蝕刻，使得電極215、216、及217如圖17B所示出的那樣形成。注意，在第二導電膜形成之前，透過引入氫氣在其中產生電漿的反濺射被較佳的地執行以清除附著於閘極絕緣層212以及被蝕刻的氧化物半導體層的表面上的灰塵。
注意，當第二導電膜被蝕刻時，第一及第二氧化物半導體層被部份地蝕刻。因此，如圖15B所示出的，氧化物半導體層2131和2132形成於閘極絕緣層212之上，氧化物半導體層2141a和2142b形成於氧化物半導體層2131之上，以及氧化物半導體層2142a和2142b形成於氧化物半導體層2132之上。透過該蝕刻，氧化物半導體層2131和2132的與閘極電極2111和2112重疊的部份變得更薄。
濕法蝕刻或乾法蝕刻此時被用作蝕刻法。例如，當鋁膜或鋁合金膜被用作第二導電膜時，濕法蝕刻能夠使用其中混合有磷酸、乙酸、及硝酸的溶液來進行。在該蝕刻步驟中，氧化物半導體層2131和2132同樣被部份蝕刻。此外，由於氧化物半導體層2141a、2141b、2142a、及2142b以及電極215~217被同時蝕刻，氧化物半導體層2141a、2141b、2142a、及2142b與電極215~217的邊緣對齊，從而形成了平滑的側表面。此外，在使用濕法蝕刻的情況下，蝕刻以各向同性的方式進行，並且使電極215~217的邊緣相對於抗蝕劑掩模的邊緣凹進。
另外，在用於製造本實施例的邏輯電路的方法中，例
如，對在起到增強型電晶體作用的電晶體中的氧化物半導體層(本實施例中的氧化物半導體層2132)進行氧空位控制處理。如圖18A所示出的，氧空位控制處理被執行，使得具有低氧空位密度的氧化物空位控制區域250被形成於電極216和217之間的氧化物半導體層2132的與閘極絕緣層212接觸的表面相反的表面上。在本實施例中，氧電漿處理作為氧空位控制處理的一個實例來執行。處理條件被適當地設定使得要形成的電晶體的臨界值電壓是正的。
注意，在圖18A中，氧電漿處理應當至少對氧化物半導體層2132執行以及不一定對氧化物半導體層2131執行。例如，當只有氧化物半導體層2132將要受到氧電漿處理的時候，氧電漿處理可以在將掩模形成於氧化物半導體層2131上之後執行。此外，當對氧化物半導體層2131進行氧電漿處理時，臨界值電壓改變為正值；但是，如果在氧化物半導體層2131之上沒有設置還原防止層，則臨界值電壓的變動是由於臨界值電壓隨時間而變動。因而，空乏型電晶體和增強型電晶體都能夠被製造。而且在對氧化物半導體層2131也進行氧電漿處理時，並不一定需要附加的掩模，使得製程能夠得以簡化。
然後，熱處理在空氣或氮氣氣氛中進行。熱處理較佳的在200℃~600℃進行，典型為300℃~500℃。透過熱處理，氧化物半導體膜中的原子被重新排列。由於阻止載流子遷移的畸變由熱處理所消除，在此執行的熱處理(包
括光退火)是重要的。注意，只要在氧化物半導體膜形成之後進行熱處理，對執行熱處理的時間沒有特別的限定，並且熱處理能夠在半導體膜形成之後的任何時候執行。
然後，如圖18B所示出的，還原防止層218形成於電極216和217之間的區域之上，其中該區域包括在隨後將起到增強型電晶體的作用的電晶體的氧化物半導體層(圖18B中的氧化物半導體層2132)內的氧空位控制區250。還原防止層218只形成於起到增強型電晶體作用的電晶體的氧化物半導體層之上，由此包含其中沒有設置還原防止層218的半導體層的電晶體用作空乏型電晶體；因此，具有不同臨界值電壓的電晶體能夠形成與同一基板上。例如，還原防止層218能夠透過濺射法來形成。
注意，上述步驟順序是一個實例，並且對步驟順序並沒有特別的限定。例如，盡管需要使用另外一個光掩模，但是蝕刻能夠以這樣的方式執行，即第二導電膜使用一個光掩模進行蝕刻而部份氧化物半導體層及部份氧化物半導體膜則使用另外的光掩模進行蝕刻。
作為選擇，作為執行氧電漿處理的替代，還原防止層218可以在沒有圖18A中的氧電漿處理的情況下透過濺射法於圖18B中形成。這是因為在還原防止層218透過濺射法形成時氧氣作為氣體來使用，所以能夠獲得與氧電漿處理的那些效果相似的有利效果。
透過以上方法，圖9A和9B所示出的邏輯電路能夠被形成。此外，透過使用本實施例中的製造方法，能夠形
成使用具有不同臨界值電壓且形成於同一基板之上的電晶體的邏輯電路。
注意，本實施例能夠適當結合其他實施例來實施。
在本實施例中，顯示裝置將作為能夠使用以上實施例所示出的邏輯電路的裝置的一個實例進行描述。
以上實施例所示出的邏輯電路能夠被應用於多種顯示裝置，例如液晶顯示裝置和電致發光顯示裝置。本實施例中的顯示裝置的結構將參考圖19進行描述。圖19是示出本實施例中的顯示裝置的結構的方塊圖。
如圖19所示出的，本實施例中的顯示裝置包括像素部份701、掃描線驅動電路702、以及信號線驅動電路703。
像素部份701包括多個像素704並且具有矩陣結構。具體地，多個像素704按行和列方向佈置。每個像素704透過掃描線與掃描線驅動電路702電連接以及透過信號線與信號線驅動電路703電連接。注意，在圖19中，掃描線和信號線為了簡化起見沒有示出。
掃描線驅動電路702是用於選擇要輸入資料信號的像素704的電路，並且透過掃描線將選擇信號輸出到像素704。
信號線驅動電路703是用於將寫到像素704的資料作為信號輸出的電路，以及透過信號線將像素資料作為信號
輸出到由掃描線驅動電路702所選擇的像素704。
像素704至少包括顯示元件和開關元件。例如，液晶元件或發光元件(例如EL元件)能夠被應用於顯示元件。例如，電晶體能夠被應用於開關元件。
然後，掃描線驅動電路702和信號線驅動電路703的結構的實例將參考圖20A和20B進行描述。圖20A和20B是各自示出驅動電路的結構的方塊圖。圖20A是示出掃描線驅動電路的結構的方塊圖。圖20B是示出信號線驅動電路的結構的方塊圖。
如圖20A所示出的，掃描線驅動電路702包括移位暫存器900、位準移位器901、及緩衝器902。
信號(例如閘極起始脈衝(GSP)和閘極時鐘信號(GCK))被輸入到移位暫存器900，並且選擇信號由時序邏輯電路依次輸出。此外，在實施例2中所示出的移位暫存器能夠被應用於移位暫存器900。
此外，如圖20B所示出的，信號線驅動電路703包括移位暫存器903、第一鎖存電路904、第二鎖存電路905、位準移位器906、及緩衝器907。
信號(例如起始脈衝(SSP))被輸入到移位暫存器903，並且選擇信號由時序邏輯電路依次輸出。
資料信號被輸入到第一鎖存電路904。例如，第一鎖存電路能夠由以上實施例所示出的一種或多種邏輯電路構成。
緩衝器907具有放大信號的功能並且包括運算放大器
等。例如，緩衝器907能夠由以上實施例所示出的一種或多種邏輯電路構成。
第二鎖存電路905能夠臨時保持鎖存(LAT)信號並且將所保持的鎖存信號一次性全部輸出到圖19中的像素部份701。這被稱作線順序驅動。因此，在使用不執行線順序驅動而執行點順序驅動的像素的情況下，第二鎖存電路905是非必要的。例如，第二鎖存電路905能夠由以上實施例所示出的一種或多種邏輯電路構成。
然後，圖19所示出的顯示裝置的操作將被描述。
首先，掃描線由掃描線驅動電路702選擇。資料信號由從信號線驅動電路702輸入的信號從信號線驅動電路703透過信號線輸出到與所選擇的掃描線連接的像素704。因此，資料被寫到像素704，並且像素704進入顯示狀態。掃描線由掃描線驅動電路702選擇，並且資料被寫到全部像素704。以上是本實施例中的顯示裝置的操作。
在圖19所示出的顯示裝置中的電路能夠全部設置於同一基板上，或者能夠由相同導電類型的電晶體構建。透過將電路設置於同一基板上，能夠減小顯示裝置的尺寸。透過使用相同導電類型的電晶體，能夠簡化製程。
注意，本實施例能夠適當結合其他實施例來實施。
在本實施例中，液晶顯示裝置將作為實施例6所示出
的顯示裝置的一個實例進行描述。
在本實施例的顯示裝置中的像素的電路佈局的一個實例將參考圖21進行描述。圖21是示出在本實施例的顯示裝置中的像素的電路佈局的電路圖。
如圖21所示出的，像素包括電晶體821、液晶元件822、以及儲存電容器823。
電晶體821起到選擇開關的作用。電晶體821的閘極與掃描線804電連接，並且電晶體821的源極和汲極中的一個與信號線805電連接。
液晶元件822具有第一終端和第二終端。第一終端電連接電晶體821的到源極和汲極中的另一個。地電位或者具有給定值的電壓被施加到第二終端。液晶元件822包括用作第一終端的一部份或全部的第一電極，用作第二終端的一部份或全部的第二電極，以及包括其透光率透過在第一電極和第二電極之間施加電壓而改變的液晶分子層(這種層被稱作液晶層)。
儲存電容器823具有第一終端和第二終端。第一終端與電晶體821的源極和汲極中的另一個電連接。地電位或者具有給定值的電壓被施加到第二終端。儲存電容器823包括用作第一終端的一部份或全部的第一電極，用作第二終端的一部份或全部的第二電極，以及電介質層。注意，盡管不一定要設置儲存電容器823，但是儲存電容器823的設置能夠減小由電晶體821的洩漏電流引起的不利影響。
注意，對於在本實施例中的顯示裝置，能夠使用TN(扭曲向列)模式、IPS(共面轉換)模式、FFS(邊緣場轉換)模式、MVA(多疇垂直取向)模式、PVA(圖像化垂直取向)模式、ASM(軸對稱排列微單元)模式、OCB(光學補償雙折射)模式、FLC(鐵電液晶)模式、AFLC(反鐵電液晶)模式等。
作為選擇，可以使用不一定需要取向膜的藍相液晶。藍相是一種液晶相關且當膽甾相液晶的溫度升高時只是在從膽甾相到各向同性的相變之前出現。由於藍相只在狹窄的溫度範圍內出現，其中混合了重量5%或以上的手性材料的液晶組合物被用於液晶層以便增大溫度範圍。對於包含藍相液晶及手性材料的液晶組合物，響應速度高為10μs~100μs，由於光學各向同性，取向處理並不是必要的，並且視角依存性是低的。
然後，將描述在圖21中所示出的像素的操作。
首先，選擇要寫入資料的像素，以及所選像素中的電晶體821由從掃描線804輸入的信號導通。
此時，來自信號線805的資料信號透過電晶體821輸入，使得液晶元件822的第一終端具有與資料信號相同的電壓，並且液晶元件822的透光率根據施加於第一終端和第二終端之間的電壓來設置。在資料寫入之後，電晶體821由從掃描線804輸入的信號截止，液晶元件822的透光率在顯示週期內被保持，並且像素進入顯示狀態。以上操作對每個掃描線804依次執行，並且以上操作在所有像
素中執行。以上是像素的操作。
在液晶顯示裝置中顯示運動圖像時，存在由於液晶分子自身的慢響應而產生後像或者運動模糊的問題。為了提高液晶顯示裝置的運動圖像特性，存在一種稱為插黑(black insertion)的驅動技術，在該驅動技術中整個屏幕每隔一幀就顯示為黑色。
此外，存在一種稱為雙幀率驅動的驅動技術，在該驅動技術中垂直同步頻率是通常的垂直同步頻率的1.5倍高或1.5倍以上高，較佳的為2倍高或2倍以上高，由此運動圖像特性被改善。
此外，為了提高液晶顯示裝置的運動圖像特性，存在這樣一種驅動技術，在該驅動技術中多個LED(發光二極管)光源或多個EL光源等被用作背光以形成面光源，並且形成面光源的光源在一個幀週期內被獨立間斷地點亮。對於面光源，可以使用三種或三種以上的LED或者一種發出白光的LED。由於多個LED能夠被獨立控制，所以能夠使LED發光的時間與其中液晶層的光調制被改變的時間同步。在該驅動技術中，能夠關掉部份LED，使得功率消耗能夠被降低，特別是在顯示其中黑色顯示區域佔據了同一屏幕中的大面積的圖像的情況下。
透過結合這些驅動技術，液晶顯示裝置的顯示特性(例如運動圖像特性)與習知液晶顯示裝置的顯示特性相比能夠得到提高。
然後，本實施例中的顯示裝置的結構將參考圖22A和
22B進行描述，其中該結構包括以上像素。圖22A和22B示出了在本實施例的顯示裝置中的像素的結構。圖22A是頂視圖，以及圖22B是截面圖。注意，圖22A中的虛線A1-A2和B1-B2分別對應於圖22B中的截面A1-A2和B1-B2。
如圖22A和22B所示出的，本實施例中的顯示裝置在截面A1-A2中包括在基板2000之上的閘極電極2001；設置於閘極電極2001之上的閘極絕緣層2002；設置於閘極絕緣層2002之上的氧化物半導體層2003；設置於氧化物半導體層2003之上的一對氧化物半導體層2004a和2004b；被設置以便與氧化物半導體層2004a和2004b接觸的電極2005a和2005b；設置於電極2005a和2005b以及氧化物半導體層2003之上的保護絕緣層2007；以及透過在保護絕緣層2007中所設置的開口部份與電極2005b接觸的電極2020。
此外，顯示裝置在截面B1-B2中包括在基板2000之上的電極2008；在電極2008之上的閘極絕緣層2002；設置於閘極絕緣層2002之上的保護絕緣層2007；以及設置於保護絕緣層2007之上的電極2020。
電極2022和2029以及電極2023、2024、及2028用作與FPC連接的佈線或電極。
作為基板2000，能夠使用可應用於實施例1中的基板210的基板。
閘極電極2001和電極2008、2022、及2023能夠使
用可應用於實施例1中的閘極電極2111和2112的材料及方法來形成。
閘極絕緣層2002能夠使用可應用於實施例1中的閘極絕緣層212的材料及方法來形成。在本實施例中，厚50nm的氧化矽膜被形成作為閘極絕緣層2002。
例如，氧化物半導體層2003能夠使用可應用於以上實施例中的氧化物半導體層2131和2132的材料及方法來形成。在此，氧化物半導體層2003透過在氫氣氣氛或氧氣氣氛中使用包含In、Ga、及Zn(In2O3：Ga2O3：ZnO=1：1：1)且直徑為8英寸的氧化物半導體靶在以下條件下沉積In-Ga-Zn-O基非單晶膜而形成：基板和靶之間的距離是170mm，壓力是0.4Pa，並且直流(DC)電源為0.5kW。注意，較佳的使用脈衝直流(DC)電源，因為灰塵能夠被減少並且膜厚度分佈是均勻的。In-Ga-Zn-O基非單晶膜的厚度較佳的是5nm~200nm。在本實施例中，In-Ga-Zn-O基非單晶膜的厚度是100nm。此外，能夠在氧化物半導體膜形成之前執行反濺射。
例如，氧化物半導體層2004a和2004b能夠使用可應用於以上實施例中的氧化物半導體層2141a、2141b、2142a、及2142b的材料及方法來形成。在此，氧化物半導體層2004a和2004b透過使用組成比為In2O3：Ga2O3：ZnO=1：1：1的靶來沉積In-Ga-Zn-O基非單晶膜而形成，其中沉積透過濺射在以下沉積條件下進行：壓力是0.4Pa，功率是500W，沉積溫度是室溫，並且氫氣的流
量是40sccm。注意，有時僅在沉積之後形成含有1nm~10nm的晶粒的In-Ga-Zn-O基非單晶膜，盡管特意使用了組成比為In2O3：Ga2O3：ZnO=1：1：1的靶。此外，透過適當地調整靶的組成比、沉積壓力(0.1Pa~2.0Pa)、功率(250W~3000W：直徑為8英寸)、溫度(室溫~100℃)、反應濺射的沉積條件等，晶粒的出現或存在以及晶粒的密度能夠得到調整並且晶粒的直徑能夠在1nm~10nm的範圍內調整。In-Ga-Zn-O基非單晶膜的厚度較佳的為5nm~20nm。不用說，當在膜中含有晶粒時，晶粒的尺寸不大於膜的厚度。在本實施例中，氧化物半導體層2004a和2004b的厚度是5nm。
注意，用作氧化物半導體層2003的In-Ga-Zn-O基非單晶膜的沉積條件與用作氧化物半導體層2004a和2004b的In-Ga-Zn-O基非單晶膜的沉積條件是不同的。例如，在用作氧化物半導體層2003的In-Ga-Zn-O基非單晶膜的沉積條件中的氧氣流量與氫氣流量的比值高於在用作氧化物半導體層2004a和2004b的In-Ga-Zn-O基非單晶膜的沉積條件中的氧氣流量與氫氣流量的比值。具體地，用作氧化物半導體層2004a和2004b的In-Ga-Zn-O基非單晶膜在稀有氣體(例如，氫氣或氦氣)氣氛(或者具有10%或以下的氧氣以及90%或以上的氫氣的氣氛)中沉積，以及用作氧化物半導體層2003的In-Ga-Zn-O基非單晶膜在氧氣氣氛(或者其中氧氣流量等於或大於氫氣流量的氣氛)中沉積。
用作氧化物半導體層2004a和2004b的In-Ga-Zn-O基非單晶膜可以在與於其中進行了反濺射的容器相同或不同的容器中沉積。
在濺射法中，存在使用高頻電源作為濺射電源的RF濺射法、DC濺射法、以及還有在其中施加脈衝偏壓的脈衝DC濺射法。RF濺射法主要用於沉積絕緣膜，並且DC濺射法主要用於沉積金屬膜。
此外，存在能夠將多個不同材料的靶佈置於其中的多源濺射裝置。使用多源濺射裝置，不同材料的膜能夠在同一容器中堆積，或者多種材料能夠在同一容器中透過放電同時沉積。
此外，有一種在容器內包括磁機構並採用磁控濺射法的濺射裝置；以及一種採用ECR濺射法的濺射裝置，其中該ECR濺射法使用了透過在沒有輝光放電的情況下使用微波所產生的電漿。
此外，作為使用濺射法的沉積方法，存在有反應濺射法，在該反應濺射法中靶基板和濺射氣體分量在沉積過程中相互間產生化學反應以形成這些材料的化合物薄膜；以及偏壓濺射法，在該偏壓濺射法中電壓在沉積過程中同樣被施加於基板上。
例如，電極2005a、2005b、及2024能夠使用可應用於以上實施例中的電極215、216、及217的材料及方法來形成。在此，電極2005a、2005b、及2024具有單層結構的鈦膜。
另外，可以對氧化物半導體層2003的通道區域執行氧電漿處理。透過執行氧電漿處理，TFT能夠是常關斷的。此外，透過執行電漿處理，能夠修復蝕刻對氧化物半導體層2003的破壞。氧電漿處理較佳的在O2或N2O氣氛中執行，較佳的為其中含有氧氣的N2、He、或Ar氣氛。作為選擇，氧電漿處理可以在上述氣氛添加了Cl2或CF4的氣氛中執行。
作為保護絕緣層2007，能夠使用由濺射法等獲得的氮化矽膜、氧化矽膜、氧氮化矽膜、氧化鋁膜、氧化鉭膜等。注意，當不可還原膜(例如氧化矽膜)被用作保護絕緣層2007時，經過以上氧電漿處理的TFT通道區受到了保護，並且能夠抑制臨界值電壓隨時間而變動。
電極2020、2029、及2028透過濺射法、真空蒸餾法等使用氧化銦(In2O3)、氧化銦和氧化錫的合金(In2O3-SnO2，被稱作ITO)等來形成。此類材料用基於鹽酸的溶液等蝕刻。注意，由於ITO的蝕刻往往會特別留下殘餘物，所以能夠使用氧化銦和氧化鋅的合金(In2O3-ZnO)以便提高蝕刻性能。
圖23A和23B分別是這個階段的閘極佈終端部份的截面圖和頂視圖。圖23A是沿著圖23B中的C1-C2的截面圖。在圖23A中，形成於保護絕緣層2054之上的透明導電膜2055是用於連接的端電極，其中該端電極起著輸入端的作用。此外，在圖23A中，在終端部份內，由與閘極佈線相同的材料形成的第一終端2051和由與源極佈線
相同的材料形成的連接電極2053相互重疊(在它們之間具有閘極絕緣層2052)並且直接相互接觸以允許電連續性。此外，連接電極2053和透明導電膜2055是透過在保護絕緣膜2054中所設置的接觸孔直接相互接觸的以允許電連續性。
圖23C和23D分別是源極佈終端部份的截面圖和頂視圖。圖23C是沿著圖23D中的D1-D2的截面圖。在圖23C中，形成於保護絕緣膜2054之上的透明導電膜2055是用於連接的端電極，其中該端電極起著輸入端的作用。此外，在圖23C中，在終端部份內，由與閘極佈線相同的材料形成的電極2056被佈置於與源極佈線電連接的第二終端2050之下，使得與第二終端2050重疊並在它們之間具有閘極絕緣層2052。電極2056與第二終端2050電連接。當電極2056被設置以具有與第二終端2050不同的電位(例如，浮動電位、GND、或0V)時，用於防止噪音或靜電的電容能夠被形成。此外，第二終端2050穿過保護絕緣膜2054與透明導電膜2055電連接。
多個閘極佈線、源極佈線、及電容器佈線基於像素密度進行設置。此外，多個電位與閘極佈線相同的第一終端、電位與源極佈線相同的第二終端、電位與電容器佈線相同的第三終端等被佈置於終端部份中。每種終端的數量能夠是給定的數量並且被適當地確定。
因此，包括其中是底閘n通道TFT的TFT的像素TFT部份以及儲存電容器能夠被完成。然後，它們按與像
素對應的矩陣佈置使得像素部份得以形成；從而，能夠形成用於製造主動矩陣顯示裝置的基板。在本說明書中，為了方便起見將這種基板稱作主動矩陣基板。
當主動矩陣液晶顯示裝置被形成時，液晶層被設置於主動矩陣基板與設置有對置電極的對置基板之間，並且主動矩陣基板和對置基板被固定。與設置於對置基板上的對置電極電連接的公共電極被設置於主動矩陣基板之上，並且與公共電極電連接的第四電極被設置於終端部份中。第四終端是使公共電極具有固定電位(例如，GND或0V)的終端。
在本實施例中所獲得的n通道電晶體將In-Ga-Zn-O基非單晶膜用於通道形成區從而具有良好的動態特性，由此以上驅動技術能夠結合使用。
此外，在形成發光顯示裝置時，為了設置有機發光元件的一極(也稱作陰極)以具有低電源電壓，例如GND或0V，用於使陰極具有低電源電壓(例如GND或0V)的第四終端被設置於終端部份中。此外，在形成發光顯示裝置時，除了源極佈線和閘極佈線之外，還設置了電源線。因此，與電源線電連接的第五終端被設置於終端部份中。
閘極線驅動電路或源極線驅動電路由使用氧化物半導體的TFT構成，由此減少了製造成本。因而，在驅動電路中所包含的TFT的閘極電極直接連接到源極佈線或汲極佈線使得接觸孔的數量得以減少，由此能夠提供其中減
少了驅動電路所佔用的面積的顯示裝置。
因此，根據本實施例，具有高電特性的高可靠性顯示裝置能夠以低成本提供。
注意，本實施例能夠適當結合其他實施例來實施。
在本實施例中，發光顯示裝置將作為在實施例6中所示出的顯示裝置的一個實例來描述。例如，將電致發光用於發光元件的發光顯示裝置將在本實施例中描述。
利用電致發光的發光元件根據發光材料是有機化合物還是無機化合物來劃分。一般地，前者稱作有機EL元件，而後者則稱作無機EL元件。
在有機EL元件中，透過將電壓施加到發光元件，電子和電洞由一對電極分別注入包含發光有機化合物的層中，並且電流在其中流過。然後，這些載流子(電子和電洞)重新組合，使得發光有機化合物被設置為激發態。該發光有機化合物在由激發態回復到基態時發出光。基於這樣的機制，這種發光元件被稱作電流激勵發光元件。
無機EL元件根據元件結構劃分為分散無機EL元件和薄膜無機EL元件。分散無機EL元件包括發光材料的粒子被散佈於黏合劑中的發光層，以及它們的發光機制是利用施主能級及受主能級的施主-受主重結合發光。薄膜無機EL元件具有其中發光層被夾在電介質層之間的結構，其中該發光層還被夾在電極之間，以及它的發光機制
被定位於利用金屬離子的內殼層電子躍遷的發光。注意，在此，有機EL元件作為發光元件描述。
在本實施例的顯示裝置中的像素的電路佈局將參考圖24進行描述。圖24是示出本實施例中的顯示裝置的像素電路佈局的電路圖。
如圖24所示出的，本實施例中的顯示裝置的像素包括電晶體851、儲存電容器852、電晶體853、及發光元件854。
電晶體851的閘極與掃描線855電連接，並且它的源極和汲極中的一個與信號線856電連接。高電源電壓透過儲存電容器852被施加到電晶體851的源極和汲極中的另一個。
電晶體853的閘極與電晶體851的源極和汲極中的另一個電連接。高電源電壓被施加到電晶體853的源極和汲極中的一個。
發光元件854具有第一終端和第二終端。第一終端與電晶體853的源極和汲極中的另一個電連接。低電源電壓被施加到第二終端。
然後，圖24所示出的像素的操作將被描述。
在本實施例的顯示裝置中的像素的顯示操作的一個實例將被描述。
首先，選擇要寫入資料的像素。在所選像素中，電晶體851由從掃描線855輸入的掃描信號導通，並且為固定電壓的視頻信號(也稱作資料信號)由信號線856輸入到
電晶體853的閘極。
電晶體852由響應於輸入到閘極的資料信號的電壓導通或截止。當電晶體853導通時，施加於發光元件854的第一終端及第二終端之間的電壓取決於電晶體853的閘極電壓及高電源電壓。此時，電流流過發光元件854取決於施加在第一終端及第二終端之間的電壓，並且發光元件854發出具有與流過其中的電流大小相應的照度的光。此外，由於電晶體853的閘極電壓由儲存電容器852維持一定週期，發光元件854在一定週期內保持發光狀態。
如果從信號線856輸入到像素的資料信號是數字的，則像素透過導通或截止電晶體851進入發光狀態或非發光狀態。因此，灰度級能夠由面積比灰度法或者時間比灰度法表示。面積比灰度法指的是一種驅動方法，透過該驅動方法一個像素被劃分為多個子像素並且每個具有圖24所示出的結構的子像素根據資料信號獨立地驅動使得灰度級得以表示。此外，時間比灰度法指的是一種驅動方法，透過該驅動技術像素處於發光狀態的週期受到控制使得灰度級得以表示。
由於發光元件的響應速度高於液晶元件等的響應速度，因此與液晶元件相比，發光元件適合於時間比灰度法。具體地，當顯示由時間灰度法進行時，一個幀週期被分成多個子幀週期。然後，根據視頻信號，像素中的發光元件在每個子幀週期內被設置成發光狀態或非發光狀態。透過將一個幀週期分成多個子幀週期，像素在一個幀週期
內實際發光的總時長能夠以視頻信號來控制，並且灰度級能夠得以表示。
在發光顯示裝置的驅動電路當中，能夠由n通道TFT構建的驅動電路的一部份能夠被形成於其中像素部份的TFT所形成的基板上。此外，信號線驅動電路和掃描線驅動電路能夠僅由n通道TFT構成。
然後，發光元件的結構將參考圖25A~25C進行描述。在此，像素在n通道驅動TFT的情況下的截面結構作為一個實例進行描述。分別是使用於圖25A、25B、及25C的顯示裝置中的驅動TFT的TFT 7001、7011、及7021能夠以與上述實施例所示出的TFT相似的方式來形成，包括作為半導體層的氧化物半導體層，並且具有高可靠性。
為了引出由發光元件發出的光，陽極和陰極需要至少有一個是透明的。TFT和發光元件被形成於基板之上。存在具有以下結構的發光元件；光穿過與基板相反的表面引出的頂發光結構，光穿過基板側的表面引出的底發光結構，以及光穿過基板側的表面和與基板相反的表面引出的雙發光結構光。本發明的像素結構能夠被應用於具有這些發光結構中的任何一種的發光元件。
具有頂發光結構的發光元件將參考圖25A進行描述。
圖25A是以下像素的截面圖，其中在該像素內作為驅動TFT的TFT 7001是n通道TFT並且由發光元件7002發出的光穿過陽極7005。在圖25A中，發光元件7002的
陰極7003與作為驅動TFT的TFT 7001相互電連接，並且發光層7004和陽極7005被依次堆疊於陰極7003之上。作為陰極7003，只要具有低逸出功並反射光線，任何導電膜都能夠被使用。例如，Ca、Al、CaF、MgAg、AlLi等較佳的被使用。發光層7004可以使用單個層或者透過堆疊多個層來形成。當發光層7004使用多個層來形成時，發光層7004透過將電子注入層、電子傳輸層、發光層、電洞傳輸層、及電洞注入層按順序堆疊於陰極7003之上而形成。注意，不一定要形成所有這些層。陽極7005使用透光導電膜來形成，例如含有氧化鎢的氧化銦、含有氧化鎢的氧化銦鋅、含有氧化鈦的氧化銦、含有氧化鈦的氧化銦錫、氧化銦錫(以下稱作ITO)、氧化銦鋅、或者其中添加了氧化矽的氧化銦錫。
發光元件7002對應於其中陰極7003和陽極7005夾著發光層7004的區域。在圖25A所示出的像素中，光由發光元件7002發射到陽極7005側，如箭頭所示。
然後，具有底發光結構的發光元件將參考圖25B進行描述。圖25B是以下像素的截面圖，其中在該像素內驅動TFT 7011是n通道TFT並且由發光元件7012發出的光穿過陰極7017。在圖25B中，發光元件7012的陰極7017被形成於與驅動TFT 7011電連接的透光導電膜7013之上，並且發光層7014和陽極7015被依次堆疊於陰極7017之上。注意，當陽極7015具有透光性質時，可以形成用於反射或阻擋光線的遮光膜7016以便覆蓋陽極
7015。如同在圖25A的情況中，多種材料都能夠用於陰極7017，只要材料是具有低逸出功的導電材料。注意，陰極7017具有能夠透射光線的厚度(較佳的具有大約5nm~30nm)。例如，厚20nm的鋁膜能夠被用作陰極7017。發光層7014可以像在圖25A中的那樣由單個層或者透過堆疊多個層來形成。陽極7015不一定要透射光線，但是能夠使用如圖25A中的透光膜來形成。例如，遮光膜7016能夠使用反射光線的金屬形成；但是，本發明的一種實施例並不限定於金屬膜。例如，能夠使用添加了黑色顏料的樹脂。
發光元件7012對應於其中陰極7017和陽極7015夾著發光層7014的區域。在圖25B所示出的像素中，光由發光元件7012發射到陰極7017側，如箭頭所示。
然後，具有雙發光結構的發光元件將參考圖25C進行描述。在圖25C中，發光元件的陰極7027被形成於與驅動TFT 7021電連接的透光導電膜7023之上，並且發光層7024和陽極7025被依次堆疊於陰極7027之上。如同圖25A的情形那樣，多種材料都能夠用於陰極7027，只要材料是具有低逸出功的導電材料。注意，陰極7027具有能夠透射光線的厚度。例如，具有厚度20nm的Al能夠用作陰極7027。如同在圖25A中，發光層7024可以使用單個層或多個層的堆疊來形成。如同在圖25A中那樣，陽極7025能夠使用透光導電膜來形成。
發光元件7022對應於陰極7027、發光層7024、及陽
極7025相互重疊的區域。在圖25C所示出的像素中，光由發光元件7022發射到陽極7025側和陰極7027側，如箭頭所示。
注意，盡管有機EL元件在此作為發光元件來描述，但是也能夠將無機EL元件設置為發光元件。
注意，在本實施例中描述了一個實例，在該實例中控制發光元件的驅動的TFT(也稱作驅動TFT)與發光元件電連接；作為選擇，可以使用以下結構，在該結構中用於電流控制的TFT被連接在驅動TFT與發光元件之間。
然後，本實施例中的顯示裝置(也稱作發光板)的外觀及截面將參考圖26A和26B進行描述。圖26A是本實施例中的顯示裝置的頂視圖，在該顯示裝置中TFT與形成於第一基板之上的發光元件由密封材料密封在第一基板和第二基板之間。圖26B是沿著圖26A中的H-I的截面圖。
密封材料4505被提供以便包圍像素部份4502、信號線驅動電路4503a和4503b、以及設置於第一基板4501之上的掃描線驅動電路4504a和4504b。此外，第二基板4506被設置於像素部份4502、信號線驅動電路4503a和4503b、以及掃描線驅動電路4504a和4504b之上。因此，像素部份4502、信號線驅動電路4503a和4503b、以及掃描線驅動電路4504a和4504b用第一基板4501、密封材料4505、及第二基板4506與填充料4507一起來密封。以這種方式，較佳的用具有高氣密性及脫氣少的保護
膜(例如附著膜或紫外線固化樹脂膜)或覆蓋材料來包裝(密封)像素部份4502、信號線驅動電路4503a和4503b、以及掃描線驅動電路4504a和4504b，使得像素部份4502、信號線驅動電路4503a和4503b、以及掃描線驅動電路4504a和4504b不曝露於空氣中。
形成於第一基板4501之上的像素部份4502、信號線驅動電路4503a和4503b、以及掃描線驅動電路4504a和4504b每個都包括多個TFT。在圖26B中，包含於像素部份4502中的TFT 4510與包含於信號線驅動電路4503a中的TFT 4509作為一個實例來說明。
作為TFT 4509和4510，能夠使用在實施例4中所示出的高可靠性的TFT，其中該TFT包括作為半導體層的氧化物半導體層。作為選擇，可以使用在實施例5中所示出的TFT。在本實施例中，TFT 4509和4510是n通道TFT。
此外，參考數字4511指示發光元件。作為包含於發光元件4511中的像素電極的第一電極4517與TFT 4510的源極電極或汲極電極電連接。注意，發光元件4511具有由第一電極4517、電致發光層4512、及第二電極4513組成的層狀結構；但是，發光元件的結構並不限定於本實施例所示出的結構。發光元件4511的結構能夠根據將光由發光元件4511引出的方向等適當地改變。
堆層4520使用有機樹脂膜、無機絕緣膜、或有機聚矽氧烷來形成。特別地，較佳的的是堆層4520使用光敏
材料來形成以在第一電極4517之上具有開口部份，並且開口部份的側壁被形成具有連續曲率的斜面。
電致發光層4512可以使用單個層或多個層的堆疊來形成。
為了防止氧氣、氫氣、水氣、二氧化碳等進入發光元件4511，可以在第二電極4513和堆層4520之上形成保護層。作為保護層，能夠形成氮化矽膜、氮化氧化矽膜、DLC(類金剛石碳)膜等。
此外，來自FPC 4518a和4518b的多種信號及電位被提供給信號線驅動電路4503a和4503b、掃描線驅動電路4504a和4504b、或像素部份4502。
在本實施例中，連接端電極4515使用與包含於發光元件4511中的第一電極4517相同的導電膜來形成。端電極4516使用與TFT 4509和4510的源極電極和汲極電極相同的導電膜來形成。
連接端電極4515透過各向異性導電膜4519與FPC 4158a的一個終端電連接。
位於光從發光元件4511發出的方向上的第二基板需要具有透光性質。在那種情況下，則使用透光材料，例如玻璃板、塑料板、聚酯膜、或丙烯酸膜。
作為填充料4507，除了惰性氣體(例如氮氣或氫氣)以外還能夠使用紫外線固化樹脂或熱固樹膠。例如，能夠使用聚氯乙烯(PVC)、丙烯酸、聚醯亞胺、環氧樹脂、矽樹脂、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、或乙烯-醋酸乙
烯酯(EVA)。在本實施例中，氮氣被用作填充料4507。
如果有必要，可以將光學膜(例如偏振片、圓偏振片(包括橢圓偏振片)、延選片(1/4波片或半波片)、或濾色片)適當地設置於發光元件的發光表面上。此外，偏振片或圓偏振片可以裝備防反射膜。例如，能夠進行防眩處理，透過該防眩處理所反射的光線能夠在不均勻的表面上被散射開以降低眩光。
作為信號線驅動電路4503a和4503b以及掃描線驅動電路4504a和4504b，使用單晶半導體膜或多晶半導體膜形成的驅動電路可以安裝在分別準備的基板上。作為選擇，只有信號線驅動電路或其中一部份，或者掃描線驅動電路或其中一部份可以分別形成以備安裝。本實施例並不限定於圖26A和26B中的結構。
透過以上步驟，高可靠性的發光顯示裝置(顯示板)能夠得以製造。
注意，本實施例能夠適當地結合其他實施例所公開的結構。
在本實施例中，電子紙將作為實施例6所示出的顯示裝置的一個實例來描述。
以上實施例所示出的邏輯電路能夠被使用在電子紙中。電子紙也被稱作電泳顯示裝置(電泳電路器)而其優點是具有與普通紙相當的高可讀性並且比其他顯示裝置更
低的功率消耗，並且既薄又輕。
可以考慮電泳顯示器的多種模式。電泳顯示器包括含有具有正電荷的第一粒子和具有負電荷的第二粒子的多個微膠囊，並且被散佈於溶劑或溶質中。透過將電場施加於微膠囊，微膠囊中的粒子在彼此相反的方向上移動，並且只有聚集在一側的粒子的顏色被顯示。注意，第一粒子或第二粒子含有染料以及在沒有電場時不移動。此外，第一粒子和第二粒子的顏色(包括無色)互不相同。
因此，電泳顯示器使用了所謂的介電泳效應，其中在該介電泳效應中具有高介電常數的基板移動到具有高電場的區域。電泳顯示其不需要液晶顯示裝置所必需的偏振片及對基板，使得電泳顯示器的厚度和重量減小一半。
其中微膠囊散佈於溶劑裡的基板被稱作電子墨水，並且該電子墨水能夠被打印在玻璃、塑料、織物、紙張等的表面上。此外，透過使用濾色片或含有顏料的粒子，顏色顯示是可能的。
此外，當多個以上微膠囊被佈置於主動矩陣基板之上使得被佈置於兩個電極之間的時候，主動矩陣顯示裝置能夠得以完成，以及顯示能夠透過將電場施加於微膠囊上來進行。例如，能夠使用以實施例4或實施例5中的TFT獲得的主動矩陣基板。
注意，對於微膠囊中的第一粒子和第二粒子，可以使用導電材料、絕緣材料、半導體材料、磁性材料、液晶材料、鐵電材料、電致發光材料、電泳材料、或磁泳材料中
的一種或它們的復合材料。
然後，在本實施例中的電子紙的結構的一個實例將參考圖27進行描述。圖27是示出本實施例中的電子紙的結構的截面圖。
圖27所示出的電子紙包括在基板580之上的TFT 581；堆疊於TFT 581之上的絕緣層583、584、及584；透過設置於絕緣層583~585中的開口部份與TFT 581的源極電極或汲極電極接觸的電極587；以及在設置於基板596上的電極587和電極588之間包含球形粒子589，其中每個球形粒子589包括黑色區590a、白色區590b、以及包圍黑色區590a和白色區590b並以液體填充的空腔594；以及設置於球形粒子589周圍的填充料595。
TFT 581能夠以與實施例4所示出的TFT相似的方式形成並且是包含作為半導體層的氧化物半導體層的高可靠性的TFT。作為選擇，在實施例5中所示出的TFT能夠被應用於本實施例中的TFT 581。
一種使用球形粒子589的方法被稱作扭轉球顯示法。在扭轉球顯示系統中，每個都著上黑色及白色的球形粒子被佈置於第一電極和第二電極之間，其中這兩個電極被用於顯示元件，並且電位差產生於第一電極和第二電極之間以控制球形粒子的取向；因此，顯示得以進行。
此外，作為球形元件的替代，電泳元件也能夠被使用。直徑約為10μm~200μm的微膠囊被使用，其中在該微膠囊內封裝有透明液體、電正電的白色微粒以及帶負
電的黑色微粒。在設置於第一電極和第二電極之間的微膠囊中，當電場被施加於第一電極和第二電極之間的時候，白色微粒和黑色粒子朝著彼此相反的方向移動，使得能夠顯示白色或黑色。電泳顯示元件是應用這種規律的顯示元件。電泳顯示元件具有比液晶顯示元件更高的反射率，因而，輔助光是非必要的。此外，功率消耗是低的，並且顯示部份在微暗的場所也能夠識別。此外，即使在沒有給顯示部份提供功率時，能夠保持之前已經顯示的圖像。因此，所顯示的圖像能夠被保存即使具有顯示功能的半導體裝置(可以簡稱作顯示裝置或設置有顯示裝置的半導體裝置)與電波源相隔開。
例如，本說明書所公開的發明的一個實施例的邏輯電路能夠用作本實施例中的電子紙的驅動電路。此外，例如，由於使用氧化物半導體層的薄膜電晶體能夠被應用於顯示部份中的電晶體，所以驅動電路和顯示部份能夠被設置於同一基板上。
電子紙能夠使用於顯示資訊的各種領域的電子裝置中。例如，電子紙能夠應用於電子書(e-book)閱讀器(電子書)、海報、車輛(例如火車)上的廣告、或者各種卡(例如信用卡)上的顯示。這種電子裝置的一個實例將在圖28中進行說明。圖28示出了實例電子書閱讀器2700。
如圖28所示出的，電子書閱讀器2700具有兩個外殼2701和2703。外殼2071和2703與軸部份2711結合，並
且電子書閱讀器2700能夠以軸部份2711作為軸來打開及關閉。使用這種結構，電子書閱讀器2700能夠像紙質書那樣操作。
顯示部份2705被結合到外殼2701內。顯示部份2707被結合到外殼2703內。顯示部份2705和2707可以顯示同一圖像或不同圖像。例如，當顯示部份顯示不同圖像時，文本能夠顯示於右側顯示部份(圖28中的顯示部份2705)上和圖像能夠顯示於左側顯示部份(圖28中的顯示部份2707)上。
此外，圖28示出了其中外殼2701設置有操作部份等的一個實例。例如，外殼2701設置有電源開關2721、操作按鍵2723、揚聲器2725等。頁面能夠用操作按鍵2723來翻轉。注意，鍵盤、指點裝置等可以設置於外殼中的顯示部份的相同側。此外，用於外部連接的終端(例如，耳機端、USB端、及能夠連接多種電纜(例如AC適配器或USB線)的終端)，用於插入記錄媒體的部份等可以被設置在外殼的後表面或側表面上。此外，電子書閱讀器2700可以起到電子詞典的作用。
另外，電子書閱讀器2700可以無線傳輸和接收資訊。電子書閱讀器2700能夠具有這樣的結構，在該結構中所需的書資料等以無線方式從電子書服務器上購買並下載。
在本實施例中，板載系統型(system-on-panel)顯示裝置將作為實施例6中的顯示裝置的一個實施例進行描述。
作為本說明書所公開的發明的一種實施例的邏輯電路能夠應用於板載系統型顯示裝置，在該顯示裝置中顯示部份和驅動電路被設置於同一基板上。顯示裝置的具體結構將在下面描述。
本實施例中的顯示裝置包括顯示元件。作為顯示元件，能夠使用液晶元件(也稱作液晶顯示元件)或發光元件(也稱作發光顯示元件)。發光元件在類型上包括其照度由電流或電壓所控制的元件，具體包括無機電致發光(EL)元件、有機EL元件等。此外，還能夠使用其對比度可透過電效應改變的顯示媒體，例如電子墨水。
另外，本實施例中的顯示裝置在類型上包括顯示元件被密封於其中的面板，以及其中包含控制器的IC等被安裝於面板上的模塊。此外，在顯示元件於製造顯示裝置的過程中被完成之前，本實施例係關於元件基板。元件基板設置有用於給多個像素中的每個像素的顯示元件供應電流的裝置。具體地，元件基板可以是其中只設置了顯示元件的像素電極的情形，在用作像素電極的導電膜形成之後並在導電膜被蝕刻以形成像素電極之前的情形，或者其他情形。
注意，本說明書中的顯示裝置指的是圖像顯示裝置，顯示裝置、或光源(包括照明裝置)。此外，顯示裝置在
類型上包括以下模塊中的任意一種：含有連接器的模塊，例如撓性印製電路(FPC)、帶式自動鍵合(TAB)帶、或帶載封裝(TCP)；含有在其末端設置有印製佈線板的TAB帶或TCP的模塊；以及含有透過玻玻上芯片(COG)法直接安裝於顯示元件上的集成電路(IC)的模塊。
然後，其中是本實施例中的顯示裝置的一種實施例的液晶顯示板的外觀及截面將參考圖29A~29C進行描述。
圖29A和29B各自是本實施例中的顯示裝置的頂視圖，在該顯示裝置中液晶元件4013以及TFT 4010和4011用密封材料4005密封於第一基板4001和第二基板4006之間，其中該TFT 4010和4011包含實施例4所示出的作為半導體層的In-Ga-Zn-O基非單晶膜，該In-Ga-Zn-O基非單晶膜被形成於第一基板4001上。圖29C是沿著圖29A和29B中的M-N的截面圖。
在本實施例的顯示板中，設置了密封材料4005以便包圍設置於第一基板4001上的像素部份4002及掃描驅動電路4004。第二基板4006被設置於像素部份4002和掃描線驅動電路4004之上。因此，像素部份4002和掃描線驅動電路4004以及液晶層4008由第一基板4001、密封材料4005、及第二基板4006所密封。此外，其中使用分別準備於基板上的單晶半導體膜或多晶半導體膜來形成的信號線驅動電路4003被設置於與由第一基板4001之上的密封材料4005所包圍的區域不同的區域中。
注意，對分開形成的驅動電路的連接方法沒有特殊的限定，並且能夠使用COG方法、引線鍵合法、TAB法等。圖29A示出了其中信號線驅動電路4003透過COG法安裝的一個實例。圖29B示出其中信號線驅動電路4003透過TAB法安裝的一個實例。
設置於第一基板4001之上的像素部份4002和掃描線驅動電路4004每個都包括多個TFT。圖29C示出了包含於像素部份4002中的TFT 4010和包含於掃描線驅動電路4004中的TFT 4011。絕緣層4020和4021被設置於TFT 4010和4011之上。
作為TFT 4010和4011，能夠使用在實施例4中所示出的高可靠性的TFT，其中該TFT包括作為半導體層的氧化物半導體層。作為選擇，可以使用在實施例5中所示出的TFT。在本實施例中，TFT 4010和4011是n通道TFT。
包含於液晶元件4013中的像素電極4030與TFT 4010電連接。液晶元件4013的對置電極4031被形成於第二基板4006上。液晶元件4013對應於其中像素電極4030、對置電極4031、以及液晶層4008相互重疊的區域。像素電極4030和對電極4031分別設置有用作取向膜的絕緣層4032和4033，並且夾著液晶層4008，絕緣層4032和4033在它們之間。
可應用於以上實施例中的基板210上的材料及製造方法能夠被應用於第一基板4001和第二基板4006。
間隔4035是透過對絕緣膜進行選擇性蝕刻所獲得的柱形分隔物，並且被設置以便控制像素電極4030與對置電極4031之間的距離(單元間隙)。注意，可以使用球形間隔。此外，對置電極4031與設置於與TFT 4010相同的基板之上的公共電位線電連接。對置電極4031和公共電位線能夠透過佈置於這對基板之間的導電粒子相互電連接。注意，導電粒子包含於密封材料4005中。
注意，盡管本實施例顯示透射液晶顯示裝置的一個實例，但是本發明同樣能夠被應用於反射液晶顯示裝置或透反液晶顯示裝置。
作為本實施例中的液晶顯示裝置，顯示了一個實例，在該實例中偏振片被設置於基板的外側(在觀察者側)以及用於顯示元件的色彩層及電極依次設置於內側；作為選擇，偏振片可以設置於基板的內側。此外，偏振片和色彩層的層狀結構並不限定於本實施例中的那種，並且可以根據偏振片及色彩層的材料或者製造過程的條件適當地確定。此外，可以設置用作黑色矩陣(black matrix)的遮光膜。
在本實施例中，為了減小TFT的表面不均勻性以及提供TFT的可靠性，TFT由用作保護層或平面化絕緣膜的絕緣層(絕緣層4020和4021)覆蓋。注意，保護層防止污染雜質(例如有機物、金屬、或空氣中所含有的水氣)穿過，因而較佳的是致密的。保護層可以透過濺射法由以下膜的單層或疊層形成：氧化矽膜、氮化矽膜、氧氮化矽
膜、氮化氧化矽膜、氧化鋁膜、氮化鋁膜、氧氮化鋁膜、或氮化氧化鋁膜。其中保護層由濺射法形成的實例在本實施例中示出；但是，本發明的一種實施例並不特別限定於此，並且保護層可以透過多種方法形成。此外，透過使用不可還原膜，保護層同樣能夠用作還原防止層。
在此，具有層狀結構的絕緣層4020被形成為保護層。在這種情況下，作為絕緣層4020的第一層，氧化矽膜透過濺射法來形成。將氧化矽膜用作保護層可有效防止小丘(hillock)出現於用作源極電極和汲極電極的鋁膜中。
此外，絕緣層被形成為保護層的第二層。在此，作為絕緣層4020的第二層，氮化矽膜透過濺射法來形成。將氮化矽膜用作保護層能夠防止可移動離子(例如鈉)進入半導體區以及防止改變TFT的電特性。
此外，在保護層形成以後，可以對半導體層進行退火(250℃~400℃)。
然後，絕緣層4021被形成為平面化絕緣膜。具有耐熱性的有機材料(例如聚醯亞胺、丙烯酸、聚醯亞胺醯胺、苯并環丁烯、聚醯胺、或環氧樹脂)能夠用於絕緣層4021。除了此類有機材料以外，還可能使用低介電常數的材料(低k值材料)、矽氧烷基樹脂、磷矽酸鹽玻璃(PSG)、硼磷矽酸鹽玻璃(BPSG)等。注意，絕緣層4021可以透過堆疊多個由此類材料形成的絕緣膜而形成。
注意，矽氧烷基樹脂是一種以矽氧烷材料作為起始材料形成並具有Si-O-Si鍵的樹脂。矽氧烷基樹脂可以包括作為取代基的有機基團(例如，烷基或芳基)或氟代基團。有機基團可以包括氟代基團。
對形成絕緣層4021的方法沒有特別的限定，並且絕緣層4021能夠根據其材料由以下方法及裝置中的任意一種來形成：濺射法、SOG法、旋塗、浸塗、噴塗、液滴排放法(例如，噴墨法、絲網印刷、或膠版印刷)、刮刀(doctor knife)、輥塗機、幕塗機、刮刀式塗機等。當絕緣層4021使用流體材料形成時，半導體層可以在烘培絕緣層4021的步驟中進行退火(300℃~400℃)。烘焙絕緣層4021的步驟用於對半導體層進行退火，由此顯示設備能夠被有效地製造。
像素電極4030和對電極4031能夠使用透光導電材料來形成，例如含有氧化鎢的氧化銦、含有氧化鎢的氧化銦鋅、含有氧化鈦的氧化銦、含有氧化鈦的氧化銦錫、氧化銦錫(以下稱作ITO)、氧化銦鋅，或者其中添加了氧化矽的氧化銦錫。
作為選擇，像素電極4030和對電極4031能夠使用含有導電高分子的導電組合物(也稱作導電聚合物)來形成。使用導電組合物形成的電極較佳的具有10000歐姆/平方(ohms/square)或以下的薄層電阻以及在波長為550nm時具有70%或以上的透光率。此外，包含於導電組合物中的導電聚合物的電阻率較佳的等於或小於0.1Ω‧cm。
作為導電聚合物，能夠使用所謂的π-電子共軛的導電聚合物。例如，聚苯胺或其衍生物、聚吡咯或其衍生物、聚噻吩或其衍生物、這些材料中的兩種以上的共聚物等能夠被給出。
此外，多種信號及電位由FPC 4018供應給獨立形成的信號線驅動電路4003、掃描線驅動電路4004、以及像素部份4002。
在本實施例中，連接端電極4015使用與包含於液晶元件4013中的像素電極4030相同的導電膜形成。端電極4016使用與TFT 4010和4011的源極電極及汲極電極相同的導電膜來形成。
連接端電極4015透過各向異性導電膜4019與FPC 4018的一個終端電連接。
注意，圖29A~29C示出了其中信號線驅動電路4003被獨立形成並被安裝於第一基板4001上的實例；但是，本實施例並不限定於該結構。掃描線驅動電路可以先獨立形成然後再安裝，或者只是信號線驅動電路的一部份或掃描線驅動電路的一部份可以被獨立形成然後再安裝。
如上所述，板載系統型顯示裝置能夠形成。例如，對於本實施例中的顯示裝置，以上實施例中的邏輯電路能夠被使用於驅動電路中，並且邏輯電路能夠按照與顯示部份中的TFT相同的製程來形成。
注意，本實施例能夠與其他實施例所公開的結構適當地結合。
在實施例6~10中所示出的顯示裝置能夠應用於多種電子裝置(包括遊藝機)。電子裝置的實例包括電視設備(也稱作電視或電視接收器)、用於電腦等的監視器、照相機(例如數位相機和數位攝像機)、數位相框、行動電話設備(也稱作行動電話或蜂窩式電話)、便攜式遊戲機、便攜式資訊終端、音響設備、以及大遊戲機(例如彈球盤機)。
圖30A示出電視設備9600的一種實例。在電視設備9600中，顯示部份9603被結合到了外殼9601內。顯示部份9603能夠顯示圖像。此外，外殼9601在此由支座9605所支撐。
電視設備9600能夠以外殼9601的操作開關或分離的遙控器9610來操作。頻道和音量能夠用遙控器9610的操作鍵9609來控制使得顯示部份9603上所顯示的圖像能夠得以控制。此外，遙控器9610可以設置用於顯示由遙控器9610輸出的資料的顯示部份9607。
注意，電視設備9600被設置了接收器、調制解調器等。透過接收器，一般的電視廣播能夠被接收。此外，當電視設備9600透過調制解調器用有線或無線連接與通信網路連接時，單向(從發射器到接收器)或雙向(在發射器和接收器之間或者在接收器之間)資料通信能夠得以進行。
圖30B示出了實例數位相框9700。例如，在數位相框9700中，顯示部份9703被結合到了外殼9701內。顯示部份9703能夠顯示多種圖像。例如顯示部份9703能夠顯示用數位相機等拍攝的圖像的資料並且起到普通相框的作用。
注意，數位相框9700設置有操作部份、外部連接部份(例如，USB端，或者能夠與各種電纜(如USB線)連接的終端)、記錄媒體插入部份等。儘管這些部件可以設置於其中設置有顯示部份的表面上，但對於數位相框9700的設計較佳的是將它們設置在側表面或後表面上。例如，保存數位相機所拍攝的圖像的資料的儲存器被插入數位相框的記錄媒體插入部份中，並且圖像資料能夠被傳輸然後顯示於顯示部份9703上。
此外，數位相框9700可以被配置以無線發送及接數資料。其中所需的圖像資料以無線方式傳輸以被顯示的結構可以被使用。
圖31A是便攜式遊戲機並且包括外殼9881和外殼9891這兩個外殼，其中這兩個外殼以接合部份9893連接使得便攜式遊戲機能夠打開及折疊。顯示部份9882被結合到外殼9881內，並且顯示部份9883被結合到外殼9891內。此外，圖31A所示出的便攜式遊戲機設置有揚聲器部份9884、記錄媒體插入部份9886、LED燈9890、輸入裝置(操作鍵9885、連接端9887、傳感器9888(具有測量力、位移、位置、速度、加速度、角速度、旋轉
數、距離、光、流體、磁性、溫度、化學物質、聲音、時間、硬度、電場、電流、電壓、電功率、輻射線、流量、濕度、梯度、振動、氣味、或紅外線的功能)，以及麥克風9889)等。不必說，便攜式遊戲機的結構並不限定於以上所描述的結構。便攜式遊戲機可以具有這樣的結構，在該結構中只要至少設置有顯示設備，則可適當設置附加的輔助設備。圖31A中的便攜式遊戲機具有讀取在記錄媒體中保存的程序或資料以將其顯示於顯示部份上的功能，以及具有透過無線通信與另外的便攜式遊戲機共享資訊的功能。注意，圖31A中的便攜式遊戲機的功能並不限定於以上所描述的那些功能，並且便攜式遊戲機能夠具有多種功能。
圖31B示出了實例投幣機9900，其中該投幣機9900是大遊藝機。在投幣機9900中，顯示部份9903被結合到外殼9901內。此外，投幣機9900設置有操作裝置(例如啟動桿和停止開關)、投幣口、揚聲器等。不必說，投幣機9900的結構並不限定於以上結構。投幣機可以具有這樣的結構，在該結構中只要至少設置有根據本發明的顯示裝置，則可適當設置附加的輔助設備。
圖32A示出了實例行動電路9000。行動電話9000設置有結合於外殼9001內的顯示部份9002、操作按鈕9003、外部連接端9004、揚聲器9005、麥克風9006等。
當在圖32A中所示出的行動電話9000的顯示部份9002以手指等觸摸時，資料能夠被輸入到行動電話9000
內。此外，像撥打電話及發送短信那樣的操作能夠透過用手指等觸摸顯示部份9002來執行。
顯示部份9002主要有三種屏幕模式。第一種模式是主要用於顯示圖像的顯示模式。第二種模式是主要用於輸入資料(例如文本)的輸入模式。第三種模式是顯示-輸入模式，該顯示-輸入模式是所述兩種模式的結合，即顯示模式和輸入模式的結合。
例如，在打電話或發短信時，選擇主要用於輸入文本的文本輸入模式用於顯示部份9002使得顯示於屏幕上的字符能夠被輸入。在那種情況下，較佳的在顯示部份9002的屏幕的幾乎全部區域上顯示鍵盤或數字按鈕。
當包括用於檢測傾角的傳感器的檢測裝置(例如陀螺儀或加速度傳感器)被設置於移動電話9000內時，在顯示部份9002的屏幕上的顯示能夠透過測定行動電話9000的取向(行動電話9000是直立的還是側躺下的)自動改變。
屏幕模式透過觸摸顯示部份9002或者使用外殼9001的操作按鈕9003來改變。作為選擇，屏幕模式可以根據顯示部份9002上所顯示的圖像的種類來改變。例如，當在顯示部份上顯示的圖像的信號是移動圖像的資料時，屏幕模式則改變為顯示模式。當信號是文本資料時，屏幕模式則改變為輸入模式。
此外，在輸入模式中，當在一定時間內沒有透過觸摸顯示部份9002進行輸入然而檢測到了由顯示部份9002中
的光學傳感器檢測的信號時，屏幕模式可以被控制以便由輸入模式改變為顯示模式。
顯示模式9002同樣能夠起到圖像傳感器的作用。例如，掌紋、指紋等的圖像在以手掌或手指觸摸顯示部份9002時被獲得，由此能夠執行身份識別。此外，當發射近紅外線的背光或感測光源被設置於顯示部份時，手指靜脈、手掌靜脈等的圖像能夠被獲得。
圖32B示出行動電話的另一個實例。圖32B中的行動電話包括在外殼9411中的顯示裝置9410，其中該外殼9411包括顯示部份9412和操作按鈕9413；以及在外殼9401中的通信裝置9400，其中該外殼9401包括掃描按鈕9402、外部輸入端9403、麥克風9404、揚聲器9405、以及在收到請求時發出光的發光部份9406。具有顯示功能的顯示裝置9410能夠按照箭頭所示的兩個方向與具有電話功能的通信裝置9400分離及連接。因此，顯示裝置9410和通行裝置9400的短軸能夠相互連接，或者顯示裝置9410和通行裝置9400的長軸能夠相互連接。此外，當只需要顯示功能時，顯示裝置9410可以由通信裝置9400上分離使得半導體裝置9410能夠被單獨使用。通信裝置9400和顯示裝置9410能夠透過無線通信或有線通信傳輸和接收圖像或者相互輸入資訊，並且通信裝置9400和顯示裝置9410每個都具有充電電池。
注意，本實施例能夠與其他實施例所公開的結構適當地結合。
在本實例中，將描述使用氧化物半導體的增強型薄膜電晶體，在該增強型薄膜電晶體中氧電漿處理將被作為氧空位控制處理的一個實例執行以便改變臨界值電壓。
圖33A示出了本實例中的薄膜電晶體的結構。
圖33A所示出的薄膜電晶體包括在基板5001之上的閘極電極5002、在閘極電極5002之上的閘極絕緣層5002、在閘極絕緣層5003之上的氧化物半導體層5004、以及用作源極電極和汲極電極的電極5005a和5005b。
在本實例中，厚100nm的鎢膜被形成作為閘極電極5002；厚100nm的SiON膜作為閘極絕緣層5003；厚50nm的In-Ga-Zn-O基非單晶膜作為氧化物半導體層5004；並且厚100nm的鈦膜作為電極5005a和5005b。
此外，在本實例中，薄膜電晶體的臨界值電壓透過對通道部份的表面執行氧電漿處理而變動。氧電漿處理此時在以下條件下執行：容器內的壓力是0.4P，氫氣和氧氣的流量分別是10sccm和15sccm，並且RF功率是500W以使氧氣變成電漿。在本實例中，電漿處理執行5分鐘。
圖33B顯示了本實例中的電晶體的ID-VG在氧電漿處理之前及之後的測量結果。
如圖33B所示出的，在氧電漿處理之前的電晶體具有負的臨界值電壓並且是常導通的，如曲線5006所示，但是在氧電漿處理之後的電晶體具有正的臨界值電壓並且是
常關斷的，如曲線5007所示。因此，在對包含氧化物半導體的薄膜電晶體執行氧電漿處理時，電晶體的臨界值電壓被改變為正值並且該電晶體用作增強型電晶體。
101‧‧‧電晶體
102‧‧‧電晶體
103‧‧‧電源線
104‧‧‧電源線
105‧‧‧節點
Claims (19)
- 一種半導體裝置，包含：邏輯電路，包含：第一電晶體，包含第一閘極電極，第一電極，和第二電極；第二電晶體，包含第二閘極電極，該第一電晶體的該第二電極，和第三電極；第一端子，其電連接至該第二閘極電極；以及第二端子，其電連接至該第二電晶體電連接至該第一電晶體的部份，其中高電源供應電壓端子電連接至該第一電極；其中低電源供應電壓端子電連接至該第三電極，其中該第一電晶體包含：該第一閘極電極；該第一閘極電極上方的閘極絕緣層；該閘極絕緣層上方的第一氧化物半導體層；電連接至該第一氧化物半導體層的該第一電極；以及電連接至該第一氧化物半導體層的該第二電極，其中該第二電晶體包含：該第二閘極電極；該第二閘極電極上方的該閘極絕緣層；該閘極絕緣層上方的第二氧化物半導體層；電連接至該第二氧化物半導體層的該第二電極； 以及電連接至該第二氧化物半導體層的該第三電極，其中包含氧和矽的層在該第二氧化物半導體層上，其中該第二氧化物半導體層與該層接觸的區域具有比該第二氧化物半導體層與該第二電極接觸的區域和該第二氧化物半導體層與該第三電極接觸的區域小的厚度，以及其中該第二氧化物半導體層的電阻低於該第一氧化物半導體層的電阻。
- 根據申請專利範圍第1項的半導體裝置，其中該第二電晶體包含在該第二電極和該第三電極間的氧空位控制區，該氧空位控制區在該第二氧化物半導體層的表面上，該表面相對於與該閘極絕緣層接觸的表面。
- 根據申請專利範圍第1項的半導體裝置，其中該第一氧化物半導體層和該第二氧化物半導體層中至少一個包含銦、鎵、和鋅。
- 根據申請專利範圍第1項的半導體裝置，更包含：像素部份；以及包含該邏輯電路的驅動電路。
- 根據申請專利範圍第1項的半導體裝置，更包含：與該第二氧化物半導體層的一部份和該第二電極接觸的源極區域，其中該源極區域是第三氧化物半導體層，以及 與該第二氧化物半導體層的一部份和該第三電極接觸的汲極區域，其中該汲極區域是第四氧化物半導體層。
- 根據申請專利範圍第5項的半導體裝置，其中該源極區域和該汲極區域的各個的活化能是0.01eV至0.1eV。
- 根據申請專利範圍第1項的半導體裝置，其中該第一電晶體是空乏型電晶體和該第二電晶體是增強型電晶體。
- 根據申請專利範圍第1項的半導體裝置，其中該第一電晶體的通道長度方向實質垂直於該第二電晶體的通道長度方向。
- 根據申請專利範圍第1項的半導體裝置，其中該第二電極經由設置在該閘極絕緣層中的開口部而與該第一電晶體的該第一閘極電極接觸。
- 根據申請專利範圍第1項的半導體裝置，其中該層更包含鋁。
- 一種半導體裝置，包含：邏輯電路，包含：第一電晶體，包含第一閘極電極，第一電極，和第二電極；第二電晶體，包含第二閘極電極，該第一電晶體的該第二電極，和第三電極；第一端子，其電連接至該第二閘極電極；以及第二端子，其電連接至該第二電晶體電連接至該第一 電晶體的部份，其中高電源供應電壓端子電連接至該第一電極；其中低電源供應電壓端子電連接至該第三電極，其中該第一電晶體包含：該第一閘極電極；該第一閘極電極上方的閘極絕緣層；該閘極絕緣層上方的第一氧化物半導體層；電連接至該第一氧化物半導體層的該第一電極；以及電連接至該第一氧化物半導體層的該第二電極，其中該第二電晶體包含：該第二閘極電極；該第二閘極電極上方的該閘極絕緣層；該閘極絕緣層上方的第二氧化物半導體層；電連接至該第二氧化物半導體層的該第二電極；以及電連接至該第二氧化物半導體層的該第三電極，其中包含氧和鋁的層在該第二氧化物半導體層上，其中該第二氧化物半導體層與該層接觸的區域具有比該第二氧化物半導體層與該第二電極接觸的區域和該第二氧化物半導體層與該第三電極接觸的區域小的厚度，以及其中該第二氧化物半導體層的電阻低於該第一氧化物半導體層的電阻。
- 根據申請專利範圍第11項的半導體裝置，其中 該第二電晶體包含在該第二電極和該第三電極間的氧空位控制區，該氧空位控制區在該第二氧化物半導體層的表面上，該表面相對於與該閘極絕緣層接觸的表面。
- 根據申請專利範圍第11項的半導體裝置，其中該第一氧化物半導體層和該第二氧化物半導體層中至少一個包含銦、鎵、和鋅。
- 根據申請專利範圍第11項的半導體裝置，更包含：像素部份；以及包含該邏輯電路的驅動電路。
- 根據申請專利範圍第11項的半導體裝置，更包含：與該第二氧化物半導體層的一部份和該第二電極接觸的源極區域，其中該源極區域是第三氧化物半導體層，以及與該第二氧化物半導體層的一部份和該第三電極接觸的汲極區域，其中該汲極區域是第四氧化物半導體層。
- 根據申請專利範圍第15項的半導體裝置，其中該源極區域和該汲極區域的各個的活化能是0.01eV至0.1eV。
- 根據申請專利範圍第11項的半導體裝置，其中該第一電晶體是空乏型電晶體和該第二電晶體是增強型電晶體。
- 根據申請專利範圍第11項的半導體裝置，其中 該第一電晶體的通道長度方向實質垂直於該第二電晶體的通道長度方向。
- 根據申請專利範圍第11項的半導體裝置，其中該第二電極經由設置在該閘極絕緣層中的開口部而與該第一電晶體的該第一閘極電極接觸。
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