TWI501319B - 半導體裝置及其製造方法 - Google Patents

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Description

半導體裝置及其製造方法
本發明關於具有利用薄膜電晶體(下文稱為TFT)形成的電路的半導體裝置及其製造方法。舉例而言，本發明關於電子設備，其中安裝了以液晶顯示面板作為代表的電光裝置或以包括有機發光元件的發光顯示裝置作為其元件的。
注意，此說明書中的半導體裝置指的是可使用半導體特性操作的所有裝置，而且光電裝裝置、半導體電路以及電子設備都是半導體裝置。
對不同應用，使用不同金屬氧化物。氧化銦是衆所周知的材料，且用作液晶顯示器等所必需的透明電極材料。
某些金屬氧化物具有半導體特性。具有半導體特性的金屬氧化物是一種類型的化合物半導體。化合物半導體是利用結合在一起的兩種或多種類型的半導體形成的半導體。一般而言，金屬氧化物變成絕緣體。然而，已知金屬氧化物根據金屬氧化物中包括的元素的組合而變成半導體。
舉例而言，已知氧化鎢、氧化錫、氧化銦、氧化鋅等是具有半導體特性的金屬氧化物。揭示利用這樣的金屬氧化物形成的透明半導體層作為通道形成區的一種薄膜電晶體(專利文獻1到4與非專利文獻1)。
此外，已知作為金屬氧化物的不僅有單成份氧化物而且有多成份氧化物。舉例而言，作為同系化合物的InGaO3 (ZnO) m (m為自然數)是已知的材料(非專利文獻2到4)。
此外，已經確認這樣的In-Ga-Zn為基礎的氧化物可應用於薄膜電晶體的通道層(專利文獻5和非專利文獻5和6)。
此外，利用氧化物半導體製造薄膜電晶體、並將薄膜電晶體應用於電子設備或光學器件的技術已經引起人們的注意。舉例而言，專利文獻6和專利文獻7公開了使用氧化鋅或In-Ga-Zn-O基氧化物半導體作為氧化物半導體膜來製造薄膜電晶體的技術，而且用這樣的電晶體作為影像顯示裝置的開關元件等。
[專利文獻]
[專利文獻1]日本公開專利申請No. S60-198861
[專利文獻2]日本公開專利申請No. H8-264794
[專利文獻3]PCT國際申請No. H11-505377的日文譯本
[專利文獻4]日本公開專利申請No. 2000-150900
[專利文獻5]日本公開專利申請No. 2004-103957
[專利文獻6]日本公開專利申請No. 2007-123861
[專利文獻7]日本公開專利申請No. 2007-096055
[非專利文獻]
[非專利文獻1]M. W. Prins、K. O. Grosse-Holz、G. Muller、J. F. M. Cillessen、J. B. Giesbers、R. P. Weening以及R. M. Wolf，“鐵電透明薄膜電晶體(A ferroelectric transparent thin-film transistor)”，應用物理快報(Appl. Phys. Lett. )，1996年6月17日第68卷第3650-3652頁
[非專利文獻2]M. Nakamura、N. Kimizuka以及T. Mohri，“In2 O3 -Ga2 ZnO4 -ZnO系統在1350℃下的相態關係(The Phase Relations in the In2 O3 -Ga2 ZnO4 -ZnO System at 1350℃)”，J. Solid State Chem. ，1991，第93卷第298-315頁
[非專利文獻3]N. Kimizuka、M. Isobe以及M. Nakamura，“In2 O3 -ZnGa2 O4 -ZnO系統中的同系化合物──In2 O3 (ZnO)m (m=3,4,和5)、InGaO3 (ZnO)3 、以及Ga2 O3 (ZnO)m (m=7,8,9,和16)的合成和單晶資料(Syntheses and Single-Crystal Data of Homologous Compounds,In2 O3 (ZnO)m (m=3,4,and 5),InGaO3 (ZnO)3 ,and Ga2 O3 (ZnO)m (m=7,8,9,and 16)in the In2 O3 -ZnGa2 O4 -ZnO System)”，J. Solid State Chem. ，1995，第116卷第170-178頁
[非專利文獻4]M. Nakamura、N. Kimizuka、T. Mohri以及M. Isobe，“InFeO3 (ZnO)m(m：自然數)及其同構化合物的同系系列、合成以及晶體結構(Homologous Series,Synthesis and Crystal Structure of InFeO3 (ZnO)m(m：natural number) and its Isostructural Compound)”，KOTAI BUTSURI固態物理(SOLID STATE PHYSICS) ，1993，第28卷，No. 5，第317-327頁
[非專利文獻5]K. Nomura、Ohta、K. Ueda、T. Kamiya、M. Hirano以及H. Hosono，“在單晶透明氧化物半導體中製造的薄膜電晶體(Thin-film transistor fabricated in single-crystalline transparent oxide semiconductor)”，SCIENCE ，2003年，第300卷，第1269-1272頁
[非專利文獻6]K. Nomura、H. Ohta、A. Takagi、T. Kamiya、M. Hirano以及H. Hosono，“使用非晶氧化物半導體的透明柔性薄膜電晶體的腔室溫製造(Room-temperature fabrication of transparent flexible thin-film transistors using amorphous oxide semiconductors)”，NATURE ，2004年，第432卷，第488-492頁
一目的是提供一種包括薄膜電晶體的半導體裝置，薄膜電晶體具有氧化物半導體層和優良的電特性。
此外，另一目的是提供一種用於製造半導體裝置的方法，其中在一個基底上形成多種類型的不同結構的薄膜電晶體以形成多種類型的電路，而且其中沒有顯著增加步驟數量。
在絕緣表面上形成金屬薄膜之後，在金屬薄膜上形成比金屬薄膜厚的氧化物半導體層。然後，執行諸如熱處理之類的氧化處理以部分或全部地氧化金屬薄膜。作為金屬薄膜，能使用在氧化處理之後用作半導體的材料，舉例而言，較佳地使用銦、鋅、錫、鉬或鎢。經過氧化的金屬薄膜成為第一氧化物半導體層，藉此獲得第一氧化物半導體層和重疊的第二氧化物半導體層的疊層。注意，第一氧化物半導體層具有比第二氧化物半導體層低的電阻率(即更高的電導率)。此外，第一氧化物半導體層與閘極電極之間的距離比第二氧化物半導體層與閘極電極之間的距離短。第一氧化物半導體層至少與閘極絕緣膜接觸。藉由使用此疊層製造薄膜電晶體，能獲得具有優良的電特性(例如電場遷移率)的薄膜電晶體。
根據此說明書公開的本發明實施例的結構是用於製造半導體裝置的方法，包括以下步驟：在絕緣表面上形成閘極電極；在閘極電極上形成絕緣層；在絕緣層上形成金屬薄膜；在金屬薄膜上形成氧化物半導體層；以及在形成氧化物半導體層之後執行氧化處理以至少部分地氧化金屬薄膜。
藉由上述結構，可解決上述問題中的至少之一。
藉由濺射法、真空汽相沈積法、塗覆法等形成該金屬薄膜。金屬薄膜的厚度大於0 nm且小於或等於10 nm，較佳地為3 nm到5 nm(含3 nm和5 nm)。可替代地使用不同金屬薄膜的疊層，疊層的厚度小於或等於10 nm。注意，氧化金屬薄膜至少部分意味著將金屬薄膜氧化到薄膜電晶體能起作用並呈現出開關特性的程度。換言之，金屬薄膜被氧化成不致引起源極電極與汲極電極之間流過的電流量在對閘極施加了電壓與未對閘極施加電壓之間幾乎沒有差別的狀態，或不致引起其中源極電極與汲極電極電導通的狀態。
此外，氧化處理是在含氧氣的氣氛、空氣和氮氣氣氛中的任一氣氛中執行的熱處理(在200℃到600℃下)。即使在氮氣氣氛中，藉由熱處理，金屬薄膜與在金屬薄膜上且與金屬薄膜接觸的氧化物半導體層(第二氧化物半導體層)中的氧結合，從而氧化了金屬薄膜。在此情況下，由於金屬薄膜的存在，取出了第二氧化物半導體層的氧，藉此可在第二氧化物半導體層中形成缺氧區。此外，不限於氮氣氣氛中的熱處理，由於金屬薄膜的存在，在含氧氣的氣氛中或空氣中，藉由熱處理也可取出第二氧化物半導體層中的氧，藉此能在第二氧化物半導體層中形成缺氧區。藉由在第二氧化物半導體層中形成缺氧區，能改善電場遷移率。雖然在某些情況下取決於金屬薄膜的材料而使金屬薄膜與上氧化物半導體層之間的介面因為此熱處理而變得不清晰，但是，靠近閘極絕緣層的作為下氧化物半導體層的氧化物半導體層和上氧化物半導體層具有不同的電特性。
注意，第二氧化物半導體層是含In、M以及Zn中的至少一種的氧化物半導體，而M是從Ga、Fe、Ni、Mn、Co等等中選擇的一種或多種元素。注意M不包括諸如Cd或Hg之類的元素，即對人體有害的物質。在此說明書中，如果將Ga用作M，則此薄膜也稱為In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜。在本說明書中，使用含In、Ga以及Zn的氧化物半導體膜形成的半導體層也稱為“IGZO半導體層”。而且，在氧化物半導體中，在某些情況下，除包含金屬元素作為M之外，還包含諸如Fe或Ni之類的過渡金屬元素或過渡金屬的氧化物作為雜質元素。此外，第二氧化物半導體層可包含絕緣雜質。作為雜質，應用了以氧化矽、氧化鍺、氧化鋁等為代表的絕緣氧化物等、以氮化矽、氮化鋁等為代表的絕緣氮化物等、或諸如氧氮化矽或氧氮化鋁之類的絕緣氧氮化物。以氧化物半導體的電導率不會退化的濃度向該氧化物半導體添加絕緣氧化物、絕緣氮化物或絕緣氧氮化物。藉由包含這樣的絕緣雜質，氧化物半導體變得難以結晶；因此，能穩定薄膜電晶體的特性。
因為In-Ga-Zn-O為基礎的氧化物半導體包含諸如氧化矽之類的雜質，所以即使氧化物半導體接受300℃到600℃下的熱處理，也能防止氧化物半導體的結晶或微晶粒的產生。在In-Ga-Zn-O為基礎的氧化物半導體層是通道形成區的薄膜電晶體的製程中，藉由熱處理能改善S值(亞閾值擺動值)或電場效應遷移率。即使在這樣的情況下，也能防止薄膜電晶體正常導通。此外，即使對薄膜電晶體施加熱應力或偏置應力，也能防止閾值電壓的變化。
作為應用於薄膜電晶體的通道形成區的氧化物半導體，可添加以下除上述以外的以下氧化物半導體中的任一種：In-Sn-Zn-O為基礎的氧化物半導體、In-Al-Zn-O為基礎的氧化物半導體、Sn-Ga-Zn-O為基礎的氧化物半導體、Al-Ga-Zn-O為基礎的氧化物半導體、Sn-Al-Zn-O為基礎的氧化物半導體、In-Zn-O為基礎的氧化物半導體、Sn-Zn-O為基礎的氧化物半導體、Al-Zn-O為基礎的氧化物半導體、In-O為基礎的氧化物半導體、Sn-O為基礎的氧化物半導體以及Zn-O為基礎氧化物半導體。換言之，藉由向這些氧化物半導體添加抑制結晶的雜質以保持非晶態，能使薄膜電晶體的特性穩定。作為雜質，應用了以氧化矽、氧化鍺、氧化鋁等為代表的絕緣氧化物等、以氮化矽、氮化鋁等為代表的絕緣氮化物等、或諸如氧氮化矽或氧氮化鋁之類的絕緣氧氮化物。
舉例而言，在藉由濺射法形成添加了氧化矽的In-Sn-Zn-O為基礎的氧化物半導體膜的情況下，使用了以預定比例燒結的In2 O3 、SnO2 、ZnO以及SiO2 的靶。在添加了氧化矽的In-Al-Zn-O為基礎的氧化物半導體的情況下，使用其中以預定比例燒結In2 O3 、Al2 O3 、ZnO、SiO2 的靶形成膜。
此外，作為用於薄膜電晶體的n+ 型層的氧化物半導體，可使用含氮的In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜，即In-Ga-Zn-O-N為基礎的非單晶膜(也稱為IGZON膜)。藉由在含氮氣的氣氛中使用包括含銦、鎵以及鋅的氧化物的靶形成含銦、鎵以及鋅的氧氮化物膜、然後對膜執行熱處理，可獲得此In-Ga-Zn-O-N為基礎的非單晶膜。
此外，較佳地，第二氧化物半導體層的厚度至少大於金屬薄膜的厚度，例如金屬薄膜的厚度的兩倍或更多倍。具體而言，第二氧化物半導體層的厚度是30 nm或更厚，較佳地是60 nm到150 nm(含60 nm和150 nm)。此外，第二氧化物半導體層較佳地包含金屬薄膜中包含的至少一種元素。如果第二氧化物半導體層包含金屬薄膜中包含的至少一種元素，則能使用同一蝕刻劑或同一蝕刻氣體以在同一蝕刻步驟中蝕刻第二氧化物半導體層和金屬薄膜，這能使製造步驟的數量減少。
此外，藉由在一個基底上製造矩陣電路和驅動器電路，降低了半導體裝置的製造成本。驅動器電路包括例如強調操作速度的邏輯電路。在這樣的電路中使用包括第一氧化物半導體層和第二氧化物半導體層的疊層的薄膜電晶體，而在形成像素部分的矩陣電路中，使用包括第三氧化物半導體層的單層的薄膜電晶體。以這樣的方式，在諸如邏輯電路之類強調操作速度的電路與矩陣電路之間，薄膜電晶體的結構不同。
根據本發明的實施例的另一結構是半導體裝置，包括在絕緣表面上的矩陣電路和驅動矩陣電路的驅動器電路。在半導體裝置中，驅動器電路具有第一薄膜電晶體，第一薄膜電晶體包括第一氧化物半導體層和與第一閘極電極交疊的第二氧化物半導體層的疊層，疊層與第一閘極電極之間插入有第一閘極絕緣膜，而矩陣電路包括第二薄膜電晶體，第二薄膜電晶體包括與第二閘極電極交疊的第三氧化物半導體層，第三氧化物半導體層與第二閘極電極之間插入有第二閘極絕緣膜。第一氧化物半導體層的材料與第二氧化物半導體層的材料彼此不同，而第二氧化物半導體層的材料和第三氧化物半導體層的材料相同。
藉由上述結構，可解決上述問題中的至少一個。
在上述結構中，第一薄膜電晶體包括在第一閘極電極上的第一閘極絕緣膜、在第一閘極絕緣膜上的第一氧化物半導體層以及在第一氧化物半導體層上的第二氧化物半導體層。第一氧化物半導體層的電阻率低於第二氧化物半導體層的電阻率。此外，在上述結構中，第二薄膜電晶體包括在第二閘極電極上的第二閘極絕緣膜和在第二閘極絕緣膜上的第三氧化物半導體層。
本發明的實施例中還包括用於製造上述結構的方法。這些方法之一是用於製造半導體裝置的方法，半導體裝置包括在一個基底上的矩陣電路和用於驅動矩陣電路的驅動器電路。方法包括以下步驟：在基底的矩陣電路區和驅動器電路區上均形成第一氧化物半導體層；藉由蝕刻以去除矩陣電路區上的第一氧化物半導體層；以及在驅動器電路區中的第一氧化物半導體層和矩陣電路區中的第三氧化物半導體層上形成第二氧化物半導體層，以形成包括驅動器電路區中的第一氧化物半導體層和第二氧化物半導體層的疊層的第一薄膜電晶體，和包括矩陣電路區中的第三氧化物半導體層的第二薄膜電晶體。
此外，也能夠藉由將如所選擇而形成的金屬薄膜氧化來形成第一氧化物半導體層。本發明的實施例還包括了這樣的情況下的製造方法。方法是用於製造半導體裝置的方法，半導體裝置包括在一個基底上的矩陣電路和用於驅動矩陣電路的驅動器電路。方法包括以下步驟：在基底的矩陣電路區和驅動器電路區上形成金屬薄膜；藉由蝕刻以去除矩陣電路區上的金屬薄膜；在驅動器電路區中和矩陣電路區中的金屬薄膜上形成氧化物半導體層；以及在形成氧化物半導體層之後執行氧化處理以便氧化金屬薄膜，從而形成包括驅動器電路區中的第一氧化物半導體層和第二氧化物半導體層的疊層的第一薄膜電晶體，和包括矩陣電路區中的第三氧化物半導體層的第二薄膜電晶體。
在藉由上述方法製造的每一種結構中，第一氧化物半導體層的電阻率低於第二氧化物半導體層的電阻率。此外，在藉由上述方法製造的每一種結構中，第一氧化物半導體層的材料與第二氧化物半導體層的材料彼此不同，而第二氧化物半導體層的材料和第三氧化物半導體層的材料相同。
本說明書中指示諸如“在……之上”、“在……上方”、“在……之下”、“在……下方”、“側面”、“水平”、或“垂直”之類的方向的術語是基於裝置設置在基底表面之上的假定。
利用氧化物半導體層的疊層，能實現包括具有優良電特性的薄膜電晶體的半導體裝置。
此外，在一個基底上形成包括氧化物半導體層的疊層的薄膜電晶體和包括單層的氧化物半導體層的薄膜電晶體，藉此能製造多種類型的電路。
以下將描述本發明的實施例。
將參照附圖詳細描述實施例。注意，本發明不限於以下描述，而且本領域技術人員容易理解的是，能按照多種方法修改模式和細節，而不悖離本發明的精神和範圍。因此，不應當將本發明解釋為受限於以下給出的實施例的描述。注意在以下描述的結構中，不同附圖中的相似部分或具有相似功能的部分由相似的代號代號表示，並且省略了重復的描述。
(實施例1)
圖1A到1D示出在同一基底上形成用於驅動器電路的第一薄膜電晶體430和用於像素部分(也稱為矩陣電路)的第二薄膜電晶體170的製程的實施例。
在本實施例中，提供了一種新穎的結構及其製造方法，其中在同一基底上形成具有不同結構的薄膜電晶體，以形成能高速工作的驅動器電路和包括具有高導通/截止比的薄膜電晶體的像素部分。此外，在本實施例中，還提供了用於製造以氧化物半導體層的疊層作為通道形成區的薄膜電晶體的一種新穎的方法。
使用反相器電路、電容器、電阻器等形成用於驅動像素部分的能高速工作的驅動器電路。當組合兩個n通道TFT以形成反相器電路時，存在以下組合：增強型電晶體和空乏型電晶體的組合(下文將通過這種組合形成的電路稱為“EDMOS”電路)以及增強型TFT的組合(下文將通過這種組合形成的電路稱為“EEMOS電路”)。注意閾值電壓為正的n通道TFT被定義為增強型TFT，而閾值電壓為負的n通道TFT被定義為空乏型電晶體。本說明書遵循這些定義。
像素部分中的薄膜電晶體用作施加給像素電極的電壓的開關，因此它應當具有高導通/截止比。導通/截止比是導通電流與截止電流之比(ION /IOFF )，而且ION /IOFF 的值越高，則其開關特性越好。因此，高ION /IOFF 比有助於顯示對比度的改進。注意導通電流是在電晶體處於導通狀態時在源極電極與汲極電極之間流動的電流。同時，截止電流是在電晶體處於截止狀態時在源極電極與汲極電極之間流動的電流。舉例而言，在n通道電晶體中，當閘極電壓低於電晶體的閾值電壓時，截止電流是在源極電極與汲極電極之間流動的電流。因此，較佳地將增強型電晶體用於像素部分，以實現高對比度和低功耗的驅動。
如上所述，像素部分與驅動器電路之間所強調的電特性不同。因此，較佳地在像素部分與驅動器電路中使用具有不同結構的薄膜電晶體。在此實施例中，以下將描述用於這樣的情況的製造方法的實施例。
首先，在具有絕緣表面的基底400上設置第一閘極電極401和第二閘極電極101。可使用諸如鉬、鈦、鉻、鉭、鎢、鋁、銅、釹、或鈧之類的金屬材料或包括這些材料中的任一種作為其主要成份的任何合金材料來形成具有單層結構或層疊結構的第一閘極電極401和第二閘極電極101。
舉例而言，作為第一閘極電極401和第二閘極電極101中的每一個的兩層結構，較佳地使用以下結構：鋁層和層疊在鋁層上的鉬層的兩層結構、銅層和層疊在該銅層上的鉬層的兩層結構、銅層和層疊在銅層上的氮化鈦或氮化鉭層的兩層結構、以及氮化鈦層和鉬層的兩層結構。替代地，可採用包括含Ca的銅層和其上作為阻擋層的含Ca的氧化銅層的疊層，或包括含Mg的銅層和其上作為阻擋層的含Mg的氧化銅層的疊層。作為三層結構，較佳的是鎢層或氮化鎢層、鋁和矽的合金層或鋁和鈦的合金層、以及氮化鈦層或鈦層的疊層。
然後，形成覆蓋第一閘極電極401和第二閘極電極101的閘極絕緣層403。藉由濺射法、PCVD法等，將閘極絕緣層403形成為50 nm到400 nm厚度。
舉例而言，藉由濺射法，形成100 nm厚的氧化矽膜作為閘極絕緣層403。不言而喻，閘極絕緣層403不限於這樣的氧化矽膜，且可以是諸如氧氮化矽膜、氮化矽膜、氧化鋁膜、氮化鋁膜、氧氮化鋁膜或氧化鉭膜之類的其它絕緣膜的單層或疊層。在形成疊層的情況下，舉例而言，可藉由PCVD法以形成氮化矽膜，然後藉由濺射法，在氮化矽膜上形成氧化矽膜。如果將氧氮化矽膜、氮化矽膜等用作閘極絕緣層403，則能防止鈉之類的雜質從玻璃基底擴散而進入稍後將在基底上形成的氧化物半導體中。
替代地，可由使用有機矽烷氣體而藉由CVD法形成的氧化矽層來形成閘極絕緣層403。作為有機矽烷氣體，可使用諸如四乙氧基矽烷(TEOS：化學式Si(OC2 H5 )4 )、四甲基矽烷(TMS：化學式Si(CH3 )4 )、四甲基環四矽氧烷(TMCTS)、八甲基環四矽氧烷(OMCTS)、六甲基二矽氮烷(HMDS)、三乙氧基矽烷(SiH(OC2 H5 )3 )或三二甲基氨基矽烷(SiH(N(CH3 )2 )3 )之類的含矽化合物。
然後，在閘極絕緣層403上形成銦、鋅、錫、鉬、鎢等的金屬薄膜。替代地，可形成那些元素的任一種的合金薄膜或疊層。藉由濺射法、真空汽相沈積法或塗覆法，形成金屬薄膜。這裏，以汽相沈積法形成厚度為大於0 nm且小於或等於10 nm(較佳地為3 nm到5 nm(含3 nm和5 nm))的銦膜。注意對於金屬薄膜，將其材料選擇成使金屬薄膜藉由稍後進行的熱處理而變成氧化物，而且氧化物具有比隨後在金屬薄膜上形成並與金屬薄膜接觸的氧化物半導體層更低的電阻率。此外，根據金屬薄膜的材料或成膜條件，金屬薄膜沒有覆蓋閘極絕緣層403的表面，而且閘極絕緣層403的部分可在某些情況下曝露；舉例而言，金屬簇狀物可散佈在閘極絕緣層403上。同樣在金屬簇狀物散佈的情況下，只要金屬藉由稍後進行的氧化處理而變成氧化物半導體，就能提高薄膜電晶體的電場遷移率。此外，在金屬簇狀物散佈的情況下，金屬不限於上述材料；能使用鋁、銅等。此外，可在簇狀物上形成金屬薄膜，以改善薄膜電晶體的電特性。
然後，藉由微影術，按所選擇地去除金屬膜。這裏能使用濕蝕刻或乾蝕刻。因此，在驅動器電路區中形成金屬薄膜470。圖1A是此階段的截面圖。注意，當採用了微影術時，金屬薄膜曝露於空氣中，藉此可根據其材料而在該金屬薄膜的表面上形成天然氧化物膜。如果形成了天然氧化物膜，則可將它用作氧化物半導體層的一部分。
替代地，藉由採用濺射法，利用除期望區域之外的區域被覆蓋的遮光掩罩，可僅在期望區域中形成金屬薄膜。此外，藉由使用遮光掩罩的濺射方法，可在不曝露於空氣的情況下，在金屬薄膜上形成氧化物半導體層。以此方式，可保持金屬薄膜與氧化物半導體層之間的介面清潔，而且能減少光罩的數量。
然後，在金屬薄膜470和閘極絕緣層403上形成氧化物半導體層。氧化物半導體層的厚度較佳地大於金屬薄膜470的厚度。具體而言，氧化物半導體層的厚度大於或等於30 nm，較佳的是60 nm到150 nm(含60 nm和150 nm)。在此實施例中，形成第一In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜作為氧化物半導體層。在氬氣或氧氣氣氛中，使用具有8英寸直徑且包含In(銦)、Ga(鎵)以及Zn(鋅)(1n2 O3 ：Ga2 O3 ：ZnO的莫爾比為1：1：1)的氧化物半導體靶、在基底與靶的距離被設定成170 mm、0.4 Pa的氣壓下、以及直流(DC)功率源為0.5 kW的情況下，形成第一In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜。注意，較佳地使用脈衝直流(DC)功率源，從而減少灰塵並實現均勻厚度。
在以濺射法形成In-Ga-Zn-O為基礎的氧化物半導體層的情況下，含有In、Ga以及Zn的氧化物半導體靶可包含絕緣雜質。雜質是以氧化矽、氧化鍺、氧化鋁等為代表的絕緣氧化物等、以氮化矽、氮化鋁等為代表的絕緣氮化物等、或諸如氧氮化矽或氧氮化鋁之類的絕緣氧氮化物等。舉例而言，較佳地以0.1%到10%重量百分比、更較佳地以1%到6%重量百分比，將SiO2 混入氧化物半導體靶中。
當氧化物半導體中包含絕緣雜質時，容易使氧化物半導體的膜成為非晶的。此外，在氧化物半導體膜接受熱處理的情況下，能抑制氧化物半導體膜的結晶。
除In-Ga-Zn-O為基礎的氧化物半導體之外，藉由含絕緣雜質的In-Sn-Zn-O為基礎的氧化物半導體、In-Al-Zn-O為基礎的氧化物半導體、Sn-Ga-Zn-O為基礎的氧化物半導體、Al-Ga-Zn-O為基礎的氧化物半導體、Sn-Al-Zn-O為基礎的氧化物半導體、In-Zn-O為基礎的氧化物半導體、Sn-Zn-O為基礎的氧化物半導體、Al-Zn-O為基礎的氧化物半導體、In-O為基礎的氧化物半導體、Sn-O為基礎的氧化物半導體以及Zn-O為基礎的氧化物半導體能獲得類似的效果。
舉例而言，在藉由濺射法形成添加了氧化矽的In-Sn-Zn-O為基礎的氧化物半導體膜的情況下，使用了以預定比例燒結的In2 O3 、SnO2 、ZnO以及SiO2 的靶。在添加了氧化矽的In-Al-Zn-O為基礎的氧化物半導體的情況下，使用其中以預定比例燒結In2 O3 、Al2 O3 、ZnO、SiO2 的靶形成膜。
接著，在不曝露於空氣的情況下，藉由濺射法形成電阻率低於第一In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜的氧化物半導體膜(在此實施例中為第二In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜)。這裏，使用In2 O3 ：Ga2 O3 ：ZnO為1：1：1的靶，在壓力為0.4 Pa、功率為500 W、沈積溫度為室溫以及氬氣流速為40 sccm的條件下，執行濺射。不論是否使用In2 O3 ：Ga2 O3 ：ZnO為1：1：1的靶，在膜形成之後，可立刻形成包括大小為1到10 nm的晶粒的In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜。注意，可以認為藉由適當調節靶中的成份比、沈積壓力(0.1 Pa到2.0 Pa)、功率(250 W到3000 W：8英寸Φ )、溫度(室溫到100℃)、用於沈積的反應濺射條件等，可調節晶粒的存在與否或晶粒的密度，並可將其直徑大小調節在1 nm到10 nm範圍內。第二In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜具有5 nm到20 nm的厚度。不言而喻，當膜包括晶粒時，晶粒的大小不會超過膜的厚度。在此實施例中，第二In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜的厚度是5 nm。
在與形成第二In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜的條件不同的條件下形成第一In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜。舉例而言，在氧氣流速與氬氣流速比高於第二In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜的條件下的氧氣流速與氬氣流速比的條件下，形成第一In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜。具體而言，在稀有氣體(例如氬氣或氦氣)氣氛(或氧氣少於或等於10%且氬氣多於或等於90%的氣氛)中，形成第二In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜，而在氧氣氣氛(或氧氣流速大於或等於氬氣流速的氣氛)中，形成第一In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜。
注意，在本實施例中非限制地描述了其中設置了第二In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜的實施例。不一定要設置第二In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜。
濺射法的實施例包括其中將高頻功率源用作濺射功率源的RF濺射法、直流濺射法以及以脈衝方式施加偏壓的脈衝直流濺射法。
此外，還存在可設置不同材料的多個靶的多源濺射設備。利用多源濺射設備，可在同一腔室中沈積層疊的不同材料膜，或可在同一腔室中藉由放電而同時形成多種材料的膜。
此外，存在腔室中設置有磁鐵系統且用於磁控管濺射方法的濺射設備，且在不使用輝光放電的情況下，使用微波產生電漿的用於ECR濺射方法的濺射設備。
此外，作為藉由濺射法的沈積方法，也有反應濺射方法，其中，靶材和濺射氣體成份在沈積期間相互化學反應以形成它們的化合物薄膜，以及在沈積期間也對基底施加電壓的偏壓濺射方法。
接著，執行微影步驟以形成光阻掩罩，並蝕刻第一In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜和第二In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜。這裏，藉由使用ITO07N(KANTO CHEMICAL股份有限公司的產品)的濕蝕刻，去除不必要部分，從而形成作為第一In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜的氧化物半導體膜485a和485b、以及作為第二In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜的氧化物半導體膜486a和486b。如果將銦膜、鋅膜或錫膜用作金屬薄膜470，則也用ITO07N(KANTO CHEMICAL股份有限公司的產品)蝕刻金屬薄膜470。在本實施例中，採用了使用銦膜的實施例；因此，金屬薄膜470具有與作為第一In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜的氧化物半導體膜485a基本相同的頂部形狀。注意，此處的蝕刻不限於濕蝕刻，而可以是乾蝕刻。圖1B是此階段的截面圖。
在金屬薄膜470在上述蝕刻步驟中保留的情況下，使用在上述蝕刻步驟中使用的同一光阻掩罩和不同的蝕刻劑或不同的蝕刻氣體，使金屬薄膜470接受蝕刻步驟，以便按照選擇去除金屬薄膜470。
接著，執行微影步驟以形成光阻掩罩，並藉由蝕刻去除不必要部分以形成接觸孔，接觸孔到達由與閘極電極層相同材料組成的引線或電極層。接觸孔被設置成與稍後形成的導電膜直接接觸。舉例而言，當形成閘極電極層與驅動器電路部分中的源或汲極電極層直接接觸的薄膜電晶體時，或當形成電連接至端子部分的閘極引線的端子時，形成接觸孔。注意，這裏無特殊限制地描述了藉由微影步驟以形成用於與將稍後形成的導電膜直接連接的接觸孔的實施例。可稍後在形成與像素電極連接的接觸孔的步驟中形成到達閘極電極層的接觸孔，而且可將與像素電極相同的材料用於電連接。在將與像素電極相同的材料用於電連接的情況下，可將掩罩的數量減少一個。
然後，藉由濺射法或真空蒸發沈積法，在作為第二In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜的氧化物半導體膜486a和486b上、以及柵絕緣層403上，以金屬材料形成導電膜。
作為導電膜的材料，可為從Al、Cr、Ta、Ti、Mo或W中選擇的元素、包含這些元素中的任一種的合金、包含這些元素的組合的合金膜等。此外，如果在200℃到600℃下執行熱處理，則導電膜較佳地具有針對這樣的熱處理的耐熱性。因為單獨使用Al而帶來了諸如低耐熱性和容易被腐蝕之類的缺點，所以與鋁一起組合地使用具有耐熱性的導電材料。作為要與Al組合使用的具有耐熱性的導電材料，可使用從鈦(Ti)、鉭(Ta)、鎢(W)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、釹(Nd)或鈧(Sc)中選擇的元素、或包含這些元素中的任一種的合金、包含這些元素的組合的合金、或包含這些元素中的任一種的氮化物。
這裏，導電膜具有鈦膜的單層結構。替代地，該導電膜可具有鈦膜疊在鋁膜上的兩層結構。再或者，導電膜可具有包括Ti膜、疊在Ti膜上的含Nd的鋁膜(Al-Nd)、以及在這些膜上形成的Ti膜的三層結構。導電膜可具有含矽鋁膜的單層結構。
然後，藉由微影步驟形成光阻掩罩，並藉由蝕刻去除不必要部分。因此，在像素部分中形成源和汲極電極層105a和105b以及作為源極區和汲極區的n+ 型層104a和104b，而在驅動器電路部分中形成作為源極和汲極電極層的第一和第二引線409和410以及作為源極區和汲極區的n+ 型層406a和406b。這時使用濕蝕刻或乾蝕刻作為蝕刻方法。舉例而言，當使用鋁膜或鋁合金膜作為導電膜時，可執行使用磷酸、醋酸以及硝酸的混合溶液的濕蝕刻。這裏，藉由使用氨雙氧水混合物的濕蝕刻(雙氧水與氨以及水的比例為5：2：2)，蝕刻Ti膜的導電膜以形成源極和汲極電極層，並蝕刻第二In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜以形成n+ 型層104a和104b。在此蝕刻步驟中，將氧化物半導體膜的曝露區域部分蝕刻為氧化物半導體層103。因此，n+ 型層104a和104b之間的氧化物半導體層103的通道區具有小厚度。在同一步驟中藉由使用氨雙氧水混合物蝕刻源極和汲極電極層105a和105b以及n+ 型層104a和104b；因此，使源極和汲極電極層105a和105b的端部與n+ 型層104a和104b的端部對齊，從而這些端部如圖1所示地連續。藉由上述步驟，能在像素部分中形成包括氧化物半導體層103作為通道形成區的第二薄膜電晶體170。
接著，較佳地在200℃到600℃下、通常在300℃到500℃下執行熱處理(熱處理可以是利用光的退火)。這裏，在爐中在350℃下在氮氣氣氛中執行熱處理1小時。熱處理也可稱為將金屬薄膜470部分或全部氧化的氧化處理。在本實施例中，金屬薄膜470成為氧化銦膜、第一氧化物半導體層471。藉由上述步驟，可在驅動器電路中製造包括第一氧化物半導體層471和第二氧化物半導體層405的疊層的第一薄膜電晶體430。圖1C是此階段的截面圖。此外，藉由此熱處理，在In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜中發生原子級的重排。要注意的是，對熱處理的定時不存在特定限制，只要在第二In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜形成之後的任何時候進行即可，而且，舉例而言，可在像素電極形成之後執行熱處理。
注意，雖然熱處理之前的金屬薄膜470的厚度與熱處理之後的第一氧化物半導體層(亦即經過氧化的金屬薄膜470)的厚度在圖1C中實質上相同，但第一氧化物半導體層471的厚度由於氧化而可大於熱處理之前的金屬薄膜的厚度。而且，由於第一氧化物半導體層471的厚度的增加，所以，覆蓋的第二氧化物半導體層405的厚度可小於熱處理之前的厚度。
接著，去除光阻掩罩，並形成保護絕緣層412以覆蓋第一薄膜電晶體430和第二薄膜電晶體170。作為保護絕緣層412，可使用藉由濺射法等形成的氮化矽膜、氧化矽膜、氧氮化矽膜、氧化鋁膜、氮化鋁膜、氧氮化鋁膜、氧化鉭膜等等的單層或疊層。保護絕緣層412具有50 nm到400 nm的厚度。
接著，執行第五微影步驟以形成光阻掩罩，並蝕刻保護絕緣層412以形成到達源極電極層或汲極電極層105b的接觸孔。
然後去除光阻掩罩。然後形成導電膜，執行微影步驟以形成光阻掩罩，並蝕刻導電膜以形成電連接至源極電極層或汲極電極層105b的第一電極472。然後，形成絕緣層473，絕緣層473用作用於隔離相鄰像素的第一電極的隔離壁。然後，在第一電極472上形成包括發光層的有機化合物層475，並在有機化合物層上形成第二電極474。發光元件至少包括第一電極472、包括發光層的有機化合物層475以及第二電極474。圖1D是此階段的截面圖。
注意，本實施例在無特定限制的情況下給出了包括發光元件的發光顯示裝置的實施例。可製造液晶顯示裝置或電子紙。
藉由將包括氧化物半導體層的疊層的薄膜電晶體用於諸如液晶顯示裝置、發光顯示裝置、電子紙等等中的閘極線驅動器電路或源極線驅動器電路之類的週邊電路，可實現驅動速度的增加和功耗的降低。此外，可在不會顯著增加步驟數量的情況下，在同一基底上既設置像素部分又設置驅動器電路。藉由在同一基底上設置除像素部分之外的多種電路，能降低顯示裝置的製造成本。
(實施例2)
在本實施例中，以下將描述使用兩個n通道薄膜電晶體形成的反相器電路的實施例。本反相器電路被用作驅動器電路的一部分。注意實施例1中的第一薄膜電晶體430與圖2A中的第一薄膜電晶體430相同；因此省略了詳細描述。
在本實施例中，提供了包括在具有絕緣表面的基底上的能高速工作的驅動器電路的新穎結構。此外，還提供了結構的新穎製造方法。此外，還提供了用於在一個基底上製造以氧化物半導體層的疊層用作通道形成區的第一薄膜電晶體和以氧化物半導體層的單層用作通道形成區的第二薄膜電晶體的新穎方法。
圖2A示出驅動器電路的反相器電路的截面結構。在圖2A中，在基底400上設置了第一閘極電極401和第二閘極電極402。
此外，形成了覆蓋第一閘極電極401的閘極絕緣層403和第二閘極電極402。在閘極絕緣層403上與第一閘極電極401交疊的位置處設置第一氧化物半導體層471和第二氧化物半導體405的疊層。在閘極絕緣層403上與第二閘極電極402交疊的位置處設置第三氧化物半導體層451和第四氧化物半導體407的疊層。
此外，在第二氧化物半導體層405和第四氧化物半導體層407上，設置第一引線409、第二引線410以及第三引線411。第二引線410藉由形成在閘極絕緣層403中的接觸孔404而直接連接至第二閘極電極402。注意，對接觸孔404的形成的時機並無特定限制，只要在形成閘極絕緣層403之後進行即可。舉例而言，可在稍後進行的氧化物半導體膜的蝕刻之後、或甚至在蝕刻之後進行的熱處理之後形成接觸孔404。注意，在第二氧化物半導體層405與第一引線409之間設置n+ 型層406a，而在第二氧化物半導體層405與第二引線410之間設置n+ 型層406b。此外，在第四氧化物半導體層407與第二引線410之間設置n+ 型層408a，而在第四氧化物半導體層407與第三引線411之間設置n+ 型層408b。
第一薄膜電晶體430包括：第一閘極電極401；與第一閘極電極401交疊的第一氧化物半導體層471和第二氧化物半導體層405的疊層，疊層與第一閘極電極401之間插入有閘極絕緣層403；以及，第一引線409，為處於接地電位的電源線(接地電源線)。此接地電位的電源線可以是施加了負電壓VDL的電源線(負電源線)。
此外，第二薄膜電晶體431包括：第二閘極電極402；與第二閘極電極402交疊的第三氧化物半導體層451和第四氧化物半導體層407的疊層，疊層與第二閘極電極402之間插入有閘極絕緣層403；以及第三引線411，為被施加正電壓VDD的電源線(正電源線)。
如圖2A所示，電連接至第二氧化物半導體層405和第四氧化物半導體層407的第二引線410藉由形成在閘極絕緣層403中的接觸孔404而直接連接至第二薄膜電晶體431的第二閘極電極402。藉由第二引線410與第二閘極電極402的直接連接，能獲得良好的接觸，這能導致接觸電阻減小。與第二閘極電極402和第二引線410利用例如透明導電膜等其它導電膜而相互連接的情況相比，可實現接觸孔數量的減少和由於接觸孔數量減少而驅動器電路佔據的面積的減小。
進一步，圖2C是驅動器電路的反相器電路的俯視圖。在圖2C中，沿點劃線Z1-Z2所取的截面對應於圖2A。
此外，圖2B示出EDMOS電路的等效電路。圖2B示出了圖2A和2C中所示的電路連接。示出了其中第一薄膜電晶體430是n通道增強型電晶體、而第二薄膜電晶體431是n通道空乏型電晶體的實施例。
雖然在圖2A到2C中描述了EDMOS電路的實施例，但可替代地使用EEMOS電路。圖3中示出了EEMOS電路的等效電路。在圖3中所示的等效電路中，在以下任一種情況下可形成驅動器電路：第一薄膜電晶體460和第二薄膜電晶體461都是n通道增強型電晶體的情況，或第一薄膜電晶體460是n通道增強型電晶體、而第二薄膜電晶體461(亦即另一電晶體)是n通道空乏型電晶體的情況。
可以說較佳的是使用圖3中所示的電路構造，其中，將同一類型的n通道增強型電晶體組合用於驅動器電路。這是因為，在這樣的情況下，用於像素部分的電晶體也由與用於驅動器電路的相同類型的n通道增強型電晶體形成，因而沒有增加製造步驟的數目。
此外，在實施例1中，顯示一實施例而無特定限制，其中，在層疊金屬薄膜和氧化物半導體層之後，將金屬薄膜氧化以形成第一氧化物半導體層和第二氧化物半導體層的疊層。舉例而言，還可採用以下製程：在整個表面上形成第一氧化物半導體層之後，用光阻覆蓋驅動電路中的第一氧化物半導體層，並將像素部分中的第一氧化物半導體層蝕刻掉；然後去除光阻；然後，在整個表面上形成第二氧化物半導體層。利用這樣的製程，能夠在同一基底上形成像素部分和驅動器電路，在像素部分設置了包括氧化物半導體層的單層的薄膜電晶體、在驅動器電路中設置了包括氧化物半導體層的疊層的薄膜電晶體。
注意可將本實施方式與實施例1任意地組合。
(實施例3)
以下描述作為半導體裝置的實施例的顯示裝置。在顯示裝置中，在一個基底上形成驅動器電路的至少一部分和像素部分中的薄膜電晶體。
根據實施例1形成像素部分中的薄膜電晶體。薄膜電晶體是n通道TFT；因此，在與像素部分中的薄膜電晶體相同基底上形成可使用n通道TFT而形成的驅動器電路的一部分。
圖4A示出作為半導體裝置的實施例的主動矩陣液晶顯示裝置的方塊圖的實施例。圖4A中所示的顯示裝置在基底5300上包括：像素部分5301，其包括分別設置有顯示元件的多個像素；選擇像素的掃描線驅動器電路5302；以及控制輸入選定像素的視頻信號的信號線驅動器電路5303。
實施例1中描述的薄膜電晶體是n通道TFT。參照圖5描述包括n通道TFT的信號線驅動器電路。
圖5的信號線驅動器電路包括驅動器IC 5601、開關組5602_1到5602_M、第一引線5611、第二引線5612、第三引線5613以及引線5621_1到5621_M。開關組5602_1到5602_M的每一個包括第一薄膜電晶體5603a、第二薄膜電晶體5603b以及第三薄膜電晶體5603c。
像素部分5301利用從信號線驅動器電路5303沿行方向延伸的多條信號線S1到Sm(未示出)連接至信號線驅動器電路5303，且利用從掃描線驅動器電路5302沿列方向延伸的多條掃描線G1到Gn(未示出)連接至掃描線驅動器電路5302。像素部分5301包括排列成矩陣以便對應於信號線S1到Sm和掃描線G1到Gn的多個像素(未示出)。此外，各個像素連接至信號線Sj(信號線S1到Sm中的任一條)和掃描線Gi(掃描線G1到Gn中的任一條)。
驅動器IC 5601連接至第一引線5611、第二引線5612、第三引線5613以及引線5621_1到5621_M。開關組5602_1到5602_M中的每一個連接至第一引線5611、第二引線5612以及第三引線5613。此外，開關組5602_1到5602_M分別連接至引線5621_1到5621_M。引線5621_1到5621_M中的每一條藉由第一薄膜電晶體5603a、第二薄膜電晶體5603b以及第三薄膜電晶體5603c連接至三條信號線。舉例而言，第J行的引線5621_J(引線5621_1到5621_M中的一條)分別經由開關組5602_J中的第一薄膜電晶體5603a、第二薄膜電晶體5603b以及第三薄膜電晶體5603c而連接至信號線Sj-1、信號線Sj以及信號線Sj+1。
注意，信號被輸入至第一引線5611、第二引線5612以及第三引線5613中的每一條引線。
注意，較佳地，在單晶半導體基底上形成驅動器IC 5601。此外，較佳地，在與像素部分相同的基底上形成開關組5602_1到5602_M。因此，較佳地，經由FPC等，將驅動器IC 5601連接至開關組5602_1到5602_M。
接著，參照圖6中的時序圖，描述圖5的信號線驅動器電路的操作。圖6示出選擇第i列中的掃描線Gi的時序圖。第i列中的掃描線Gi的選擇週期被分成第一子選擇週期T1、第二子選擇週期T2以及第三子選擇週期T3。此外，當選擇了另一列中的掃描線時，圖5的掃描線驅動器電路如圖6所示地工作。
注意，圖6的時序圖示出第J列中的引線5621_J分別經由第一薄膜電晶體5603a、第二薄膜電晶體5603b以及第三薄膜電晶體5603c而連接至信號線Sj-1、信號線Sj以及信號線Sj+1的情況。
圖6的時序圖示出選擇了第i列中的掃描線Gi的時序、第一薄膜電晶體5603a導通/截止的時序5703a、第二薄膜電晶體5603b導通/截止的時序5703b、第三薄膜電晶體5603c導通/截止的時序5703c以及輸入至第J行中的引線5621_J的信號5721_J。
在第一子選擇週期T1、第二子選擇週期T2以及第三子選擇週期T3中，將不同的視頻信號輸入引線5621_1到5621_M。舉例而言，在第一子選擇週期T1中輸入至引線5621_J的視頻信號被輸入至信號線Sj-1，在第二子選擇週期T2中輸入至引線5621_J的視頻信號被輸入至信號線Sj，以及在第三子選擇週期T3中輸入至引線5621_J的視頻信號被輸入至信號線Sj+1。以資料_j-1、資料_j以及資料_j+1分別表示在第一子選擇週期T1中、第二子選擇週期T2中以及第三子選擇週期T3中輸入至引線5621_J的視頻信號。
如圖6所示，在第一子選擇週期T1中，第一薄膜電晶體5603a導通，而第二薄膜電晶體5603b和第三薄膜電晶體5603c截止。此時，輸入至引線5621_J的資料_j-1經由第一薄膜電晶體5603a而輸入至信號線Sj-1。在第二子選擇週期T2中，第二薄膜電晶體5603b導通，而第一薄膜電晶體5603a和第三薄膜電晶體5603c截止。此時，將輸入至引線5621_J的資料_j經由第二薄膜電晶體5603b而輸入至信號線Sj。在第三子選擇週期T3中，第三薄膜電晶體5603c導通，而第一薄膜電晶體5603a和第二薄膜電晶體5603b截止。此時，輸入至引線5621_J的資料_j+1經由第三薄膜電晶體5603c輸入至信號線Sj+1。
如上所述，在圖5的信號線驅動器電路中，將一個閘極選擇週期分成三個；因此，可在一個閘極選擇週期中，將視頻信號從一條引線5621輸入到三條信號線中。因此，在圖5中的信號線驅動器電路中，在設置有驅動器IC 5601的基底與設置有像素部分的基底之間的連接的數量可以是信號線數量的約1/3。當將連接數量減少到信號線數量的約1/3時，能提高圖5中的信號線驅動器電路的可靠性、生產率等。
要注意的是，對薄膜電晶體的配置、數量、驅動方法等並無特定限制，只要將一個閘極選擇週期分成多個子選擇週期，並如圖5所示地在對應的子選擇週期中將視頻信號從一條引線輸入至多條信號線即可。
舉例而言，當在對應的子選擇週期中，將視頻信號從一條引線輸入到三條或更多條信號線時，只需要添加一個薄膜電晶體和用於控制薄膜電晶體的一條引線。要注意的是，當將一個閘極選擇週期分成四個或多個子選擇週期時，每個子選擇週期變短。因此，較佳地將一個閘極選擇週期分成兩個或三個子選擇週期。
作為另一實施例，如圖7的時序圖所示，可將一個選擇週期分成預充電週期Tp、第一子選擇週期T1、第二子選擇週期T2以及第三子選擇週期T3。圖7的時序圖示出選擇了第i列中的掃描線Gi的時序、第一薄膜電晶體5603a導通/截止的時序5803a、第二薄膜電晶體5603b導通/截止的時序5803b、第三薄膜電晶體5603c導通/截止的時序5803c、以及輸入至第J行中的引線5621_J的信號5821_J。如圖7所示，第一薄膜電晶體5603a、第二薄膜電晶體5603b以及第三薄膜電晶體5603c在預充電週期Tp中導通。此時，將輸入至引線5621_J的預充電電壓Vp分別經由第一薄膜電晶體5603a、第二薄膜電晶體5603b以及第三薄膜電晶體5603c而輸入至信號線Sj-1、信號線Sj以及信號線Sj+1。在第一子選擇週期T1中，第一薄膜電晶體5603a導通，而第二薄膜電晶體5603b和第三薄膜電晶體5603c截止。此時，將輸入至引線5621_J的資料_j-1經由第一薄膜電晶體5603a輸入至信號線Sj-1。在第二子選擇週期T2中，第二薄膜電晶體5603b導通，而第一薄膜電晶體5603a和第三薄膜電晶體5603c截止。此時，將輸入至引線5621_J的資料_j經由第二薄膜電晶體5603b輸入至信號線Sj。在第三子選擇週期T3中，第三薄膜電晶體5603c導通，而第一薄膜電晶體5603a和第二薄膜電晶體5603b截止。此時，將輸入至引線5621_J的資料_j+1經由第三薄膜電晶體5603c輸入至信號線Sj+1。
如上所述，在應用圖7的時序圖的圖5的信號線驅動器電路中，可藉由在子選擇週期之前提供預充電週期以對信號線預充電。因此，可將視頻信號高速地寫入像素。注意，以相同的代號表示圖7中類似於圖6的部分，而且省略相同部分或具有相似功能的部分的詳細描述。
接著，描述掃描線驅動器電路的構成。掃描線驅動器電路包括移位暫存器和緩衝器。在某些情況下，掃描線驅動器電路還可包括位準移動器。在掃描線驅動器電路中，當將時脈信號(CLK)和起動脈衝信號(SP)輸入至移位暫存器時，產生選擇信號。所產生的選擇信號被緩衝器緩衝和放大，而所得的信號被提供給對應的掃描線。一條線中的像素中的電晶體的閘極電極連接至掃描線。此外，因為必須使一條線的像素中的電晶體同時立即導通，所以使用了能饋送大電流的緩衝器。
參照圖8和圖9描述用作掃描線驅動器電路的一部分的移位暫存器的實施例。
圖8示出移位暫存器的電路構造。圖8中所示的移位暫存器包括多個正反器：正反器5701_1到5701_n。藉由輸入第一時脈信號、第二時脈信號、起動脈衝信號以及重置信號，以操作移位暫存器。
描述圖8的移位暫存器的連接關係。在圖8的移位暫存器中的第i級的正反器5701_i(正反器5701_1到5701_n中的一個)中，圖9中所示的第一引線5501連接至第七引線5717_i-1，圖9中所示的第二引線5502連接至第七引線5717_i+1，圖9中所示的第三引線5503連接至第七引線5717_i，以及圖9中所示的第六引線5506連接至第五引線5715。
此外，圖9中所示的第四引線5504連接至奇數級的正反器中的第二引線5712，且連接至偶數級的正反器中的第三引線5713。圖9中所示的第五引線5505連接至第四引線5714。
注意，圖9中所示的第一級的正反器5701_1的第一引線5501連接至第一引線5711，而圖9中所示的第n級正反器5701_n的第二引線5502連接至第六引線5716。
注意，第一引線5711、第二引線5712、第三引線5713以及第六引線5716可分別稱為第一信號線、第二信號線、第三信號線以及第四信號線。第四引線5714和第五引線5715可分別稱為第一電源線和第二電源線。
圖9示出圖8中所示正反器的細節。圖9中所示的正反器包括第一薄膜電晶體5571、第二薄膜電晶體5572、第三薄膜電晶體5573、第四薄膜電晶體5574、第五薄膜電晶體5575、第六薄膜電晶體5576、第七薄膜電晶體5577以及第八薄膜電晶體5578。注意第一薄膜電晶體5571、第二薄膜電晶體5572、第三薄膜電晶體5573、第四薄膜電晶體5574、第五薄膜電晶體5575、第六薄膜電晶體5576、第七薄膜電晶體5577以及第八薄膜電晶體5578中的每一個均為n通道電晶體，而且在閘極一源極電壓(Vgs )超過閾值電壓(Vth )時導通。
在圖9中，第三薄膜電晶體5573的閘極電極電連接至電源線。此外，可以說第三薄膜電晶體5573連接至第四薄膜電晶體5574的電路(圖9中的虛線包圍的電路)對應於具有圖2A中所示結構的電路。雖然這裏描述了所有薄膜電晶體都是n通道增強型電晶體的實施例，但並不特定限於此實施例。舉例而言，甚至可將n通道空乏型電晶體用作第三薄膜電晶體5573來驅動驅動器電路。
現在，於下述中描述圖9中所示的正反器的連接結構。
第一薄膜電晶體5571的第一電極(源極電極或汲極電極之一)連接至第四引線5504，而第一薄膜電晶體5571的第二電極(源極電極或汲極電極中的另一個)連接至第三引線5503。
第二薄膜電晶體5572的第一電極連接至第六引線5506。第二薄膜電晶體5572的第二電極連接至第三引線5503。
第三薄膜電晶體5573的第一電極連接至第五引線5505。第三薄膜電晶體5573的第二電極連接至第二薄膜電晶體5572的閘極電極。第三薄膜電晶體5573的閘極電極連接至第五引線5505。
第四薄膜電晶體5574的第一電極連接至第六引線5506。第四薄膜電晶體5574的第二電極連接至第二薄膜電晶體5572的閘極電極。第四薄膜電晶體5574的閘極電極連接至第一薄膜電晶體5571的閘極電極。
第五薄膜電晶體5575的第一電極連接至第五引線5505。第五薄膜電晶體5575的第二電極連接至第一薄膜電晶體5571的閘極電極。第五薄膜電晶體5575的閘極電極連接至第一引線5501。
第六薄膜電晶體5576的第一電極連接至第六引線5506。第六薄膜電晶體5576的第二電極連接至第一薄膜電晶體5571的閘極電極。第六薄膜電晶體5576的閘極電極連接至第二薄膜電晶體5572的閘極電極。
第七薄膜電晶體5577的第一電極連接至第六引線5506。第七薄膜電晶體5577的第二電極連接至第一薄膜電晶體5571的閘極電極。第七薄膜電晶體5577的閘極電極連接至第二引線5502。第八薄膜電晶體5578的第一電極連接至第六引線5506。第八薄膜電晶體5578的第二電極連接至第二薄膜電晶體5572的閘極電極。第八薄膜電晶體5578的閘極電極連接至第一引線5501。
注意，第一薄膜電晶體5571的閘極電極、第四薄膜電晶體5574的閘極電極、第五薄膜電晶體5575的第二電極、第六薄膜電晶體5576的第二電極以及第七薄膜電晶體5577的第二電極所連接的點被稱為節點5543。第二薄膜電晶體5572的閘極電極、第三薄膜電晶體5573的第二電極、第四薄膜電晶體5574的第二電極、第六薄膜電晶體5576的閘極電極以及第八薄膜電晶體5578的第二電極所連接的點被稱為節點5544。
第一引線5501、第二引線5502、第三引線5503以及第四引線5504可分別稱為第一信號線、第二信號線、第三信號線以及第四信號線。第五引線5505和第六引線5506可分別稱為第一電源線和第二電源線。
此外，可僅使用實施例2中描述的n通道TFT以形成信號線驅動器電路和掃描線驅動器電路。實施例2中所描述的n通道TFT具有高遷移率，從而可提高驅動器電路的驅動頻率。舉例而言，使用實施例2中所描述的n通道TFT的掃描線驅動器電路可高速地工作，從而可提高格頻率並實現黑色插入(black insertion)。
此外，舉例而言，當提高了掃描線驅動器電路中的電晶體通道寬度或設置了多個掃描線驅動器電路時，可實現更高的格頻率。當設置了多個掃描線驅動器電路時，將用於驅動偶數掃描線的掃描線驅動器電路設置在一側，而將用於驅動奇數行掃描線的掃描線驅動器電路設置在另一側；因此，可實現格頻率的提高。此外，使用多個掃描線驅動器電路以將信號輸出至同一掃描線，對於增大顯示裝置的尺寸是有利的。
在製造作為半導體裝置的實施例的主動矩陣發光顯示裝置的情況下，因為在至少一個像素中設置多個薄膜電晶體，所以較佳地設置多個掃描線驅動器電路。圖4B中示出了主動矩陣發光顯示裝置的方塊圖的實施例。
圖4B中所示的發光顯示裝置在基底5400上包括：包括分別設置有顯示元件的多個像素的像素部分5401；選擇像素的第一掃描線驅動器電路5402和第二掃描線驅動器電路5404；以及控制輸入選定像素的視頻信號的信號線驅動器電路5403。
在向圖4B的發光顯示裝置的像素輸入數位視頻信號的情況下，藉由開/關電晶體以將像素置於發光狀態或不發光狀態。因此，可使用面積比例灰度法或時間比例灰度法顯示灰度。面積比例灰度法指的是藉由將一個像素分成多個子像素並基於視頻信號而獨立地驅動各個子像素，從而顯示灰度的驅動方法。此外，時間比例灰度法指的是藉由控制像素發射光的週期以顯示灰度的驅動方法。
因為發光元件的響應時間比液晶元件等的響應時間快，所以發光元件適合於時間比例灰度法。具體而言，在藉由時間灰度方法顯示的情況下，將一個格週期分成多個子幀週期。接著，根據視頻信號，在各個子格週期中使像素中的發光元件處於發光狀態或不發光狀態。藉由將一個格週期分成多個子格週期，可利用視頻信號以控制像素在一個格週期中實際發光的總時間長度，從而顯示灰度。
注意，在圖4B的發光顯示裝置的實施例中，在一個像素包括兩個開關TFT的情況下，輸入至第一掃描線(亦即，開關TFT之一的閘極引線)的信號在第一掃描線驅動器電路5402中產生，而輸入至第二掃描線(亦即，另一開關TFT的閘極引線)的信號在第二掃描線驅動器電路5404中產生。不過，輸入至第一掃描線和第二掃描線的信號都可在一個掃描線驅動器電路中產生。此外，舉例而言，根據一個像素中所包括的開關TFT的數量，能夠在每個像素中設置用於控制開關元件的操作的多條掃描線。在此情況下，輸入至掃描線的信號均可在一個掃描線驅動器電路中產生，或在多個掃描線驅動器電路中產生。
也在發光顯示裝置中，將利用n通道TFT形成的驅動器電路的一部分與像素部分的薄膜電晶體一起設置在一個基底上。此外，可僅使用實施例2中描述的n通道TFT以製造信號線驅動器電路和掃描線驅動器電路。
上述驅動器電路不僅可用於液晶顯示裝置或發光顯示裝置，還可用於經由使用電連接至開關元件的元件以驅動電子墨水的電子紙。電子紙也被稱為電泳顯示裝置(電泳顯示器)，而且其優點在於它具有與普通紙張一樣的可閱讀性，它具有比其他顯示裝置更低的功耗，而且它可被製造得薄和輕。
有多種模式的電泳顯示器。在電泳顯示器中，分別包括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散佈在溶劑或溶液中，而且將電場施加給這些微膠囊，從而微膠囊中的粒子以彼此相反的方向移動，從而僅顯示聚集在一側的粒子的顏色。注意，第一粒子或第二粒子包括染色劑，而且當沒有電場時它們不移動。此外，第一粒子的顏色不同於第二粒子的顏色(這些粒子也可以是無色的)。
因此，電泳顯示器利用了所謂的介電電泳效應，其中具有高介電常數的物質向具有高電場的區域運動。電泳顯示器不需要液晶顯示器所必需的極化板和對立基底，因此它的厚度和重量約為液晶顯示器的一半。
在溶劑中散佈的上述微膠囊所處於的溶液被稱為電子墨水。可將此電子墨水印刷在玻璃、塑膠、布料、紙張等的表面上。利用濾色器或包括著色物質的粒子，可以實現彩色顯示。
此外，藉由在主動矩陣基底上適當地設置多個微膠囊以插入兩個電極之間，可完成主動矩陣顯示裝置，而且藉由對微膠囊施加電場，能實現顯示。舉例而言，可使用利用實施例1到2中所描述的薄膜電晶體所獲得的主動矩陣基底。
注意，微膠囊中的第一粒子和第二粒子可分別由導電材料、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、電致變色材料、以及磁泳材料中的任一種材料形成，或由這些材料的複合材料形成。
經由上述製程，可製造高度可靠的顯示裝置以作為半導體裝置。
本實施可與其他實施例中描述的任一結構適當的組合實施。
(實施例4)
本實施例描述作為半導體裝置的發光顯示裝置的實施例。作為顯示裝置的顯示元件，這裏描述了利用電致發光的發光元件。利用電致發光的發光元件是根據發光材料是有機化合物還是無機化合物來分類的。前者稱為有機EL元件，而後者被稱為無機EL元件。
在有機EL元件中，藉由對發光元件施加電壓，電子和電洞分別從一對電極注入包含發光有機化合物的層中，從而電流流動。然後那些載子(電子和電洞)複合，從而激發發光有機化合物。當發光有機化合物從激發態返回基態時，發射光。由於這種機制，這種發光元件被稱為電流激發發光元件。
根據無機EL元件的元件結構而將它們分類為散射型無機EL元件和薄膜型無機EL元件。散射型無機EL元件具有發光材料的粒子散佈在黏合劑中的發光層，而且其發光機制是利用施子能階和受子能階的施子一受子複合型發光。薄膜型無機EL元件具有發光層被夾在介電層之間、而介電層又進一步夾在電極之間的結構，其發光機制是利用金屬離子的內層電子躍遷的局部型發光。注意，這裏使用有機EL元件作為發光元件來說明。
圖10示出可應用數位時間灰度驅動的像素結構之實施例，其作為半導體裝置的實施例。
以下描述可應用數位時間灰度驅動的像素的結構和操作。在本實施例中，一個像素包括通道形成區中有氧化物半導體層(通常為In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜)的兩個n通道電晶體。
像素6400包括開關電晶體6401、驅動電晶體6402、發光元件6404以及電容器6403。開關電晶體6401的閘極連接至掃描線6406，開關電晶體6401的第一電極(源極電極和汲極電極中的一個)連接至信號線6405，而開關電晶體6401的第二電極(源極電極和汲極電極中的另一個)連接至驅動電晶體6402的閘極。驅動電晶體6402的閘極藉由電容器6403連接至電源線6407，驅動電晶體6402的第一電極連接至電源線6407，以及驅動電晶體6402的第二電極連接至發光元件6404的第一電極(像素電極)。發光元件6404的第二電極對應於公共電極6408。公共電極6408電連接至設置在同一基底上的公共電位線，而且可將連接部分用作公共連接部分。
注意，發光元件6404的第二電極(公共電極6408)被設置為低電源電位。當設置給電源線6407的高電源電位是基準時，低電源電位是低於該高電源電位的電位。舉例而言，可採用GND、0V等作為低電源電位。為了藉由對發光元件6404施加高電源電位與低電源電位之間的電位差，以使電流流過發光元件6404而導致發光元件6404發光，要將各個電位設置成使高電源電位與低電源電位之間的電位差高於或等於發光元件6404的正向閾值電壓。
驅動電晶體6402的閘極電容可用作電容器6403的替代物，因此可省去電容器6403。可在通道區與閘極電極之間形成驅動電晶體6402的閘極電容。
在電壓-輸入電壓驅動方法的情況下，將視頻信號輸入至驅動電晶體6402的閘極，以使驅動電晶體6402完全導通或完全截止。亦即，驅動電晶體6402在線性區中工作。因為驅動電晶體6402在線性區中工作，所以高於電源線6407電壓的電壓被施加給驅動電晶體6402的閘極。注意，大於或等於驅動電晶體6402的電源線電壓與電壓Vth 之和的電壓被施加給信號線6405。
在執行類比灰度驅動法以代替數位時間灰度法的情況下，藉由改變信號輸入，可使用同於圖10中所示的像素結構。
在執行類比灰度驅動的情況下，將高於或等於發光元件6404的正向電壓與驅動電晶體6402的Vth 之和的電壓施加給驅動電晶體6402的閘極。發光元件6404的正向電壓指的是獲得期望照度的電壓，且包括至少正向閾值電壓。藉由輸入視頻信號以使驅動電晶體6402能在飽和區中工作，電流可流過發光元件6404。為了使驅動電晶體6402能工作於飽和區，將電源線6407的電位設置成高於驅動電晶體6402的閘極電位。當使用了類比視頻信號時，可根據視頻信號，將電流饋送至發光元件6404，而且能執行類比灰度驅動。
注意，圖10中所示的像素結構不限於此。舉例而言，可向圖10中的像素添加開關、電阻器、電容器、電晶體、邏輯電路等。
接著，參照圖11A到11C，描述發光元件的結構。這裏將以n通道驅動TFT為例來描述像素的截面結構。藉由類似於用於形成實施例1中所描述的第二薄膜電晶體170的方法，可形成用於圖11A到11C所示的半導體裝置的驅動TFT的TFT 7001、7011以及7021。TFT 7001、7011以及7021分別包括氧化物半導體膜作為半導體層。
為取出從發光元件發出的光，需要陽極或陰極中的至少一個為透明。在基底上形成薄膜電晶體和發光元件。發光元件可具有藉由與基底相對的表面取出光的頂部發光結構、藉由基底的表面取出光的底部發光結構、或通過與基底相對的表面和基底的表面取出光的雙發光結構。可將像素結構應用於具有這些發光結構中的任一結構的發光元件。
參照圖11A，描述具有頂部發光結構的發光元件。
圖11A是作為驅動TFT的驅動TFT 7001為n通道TFT而且發光元件7002中產生的光通過陽極7005發射的情況下的像素的截面圖。TFT 7001包括添加了氧化矽的In-Sn-Zn-O為基礎的氧化物半導體作為其半導體層。如果In-Sn-Zn-O為基礎的氧化物半導體包含諸如氧化矽之類的雜質，所以即使In-Sn-Zn-O為基礎的氧化物半導體在300℃到600℃下接受熱處理，也能防止In-Sn-Zn-O為基礎的氧化物半導體的結晶或微晶粒的產生。在圖11A中，發光元件7002的陰極7003電連接至自作為驅動TFT的TFT 7001，而發光層7004和陽極7005以此順序層疊在陰極7003上。可使用具有低功函數的任一種導電材料和反射光的膜形成陰極7003。舉例而言，較佳地使用Ca、Al、CaF、MgAg、AlLi等。可使用單個層或層疊多個層以形成發光層7004。當使用多層形成發光層7004時，按照以下順序在陰極7003上層疊電子注入層、電子輸運層、發光層、電洞輸運層以及電洞注入層而形成發光層7004。不一定要形成所有這些層。陽極7005由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、氧化錫銦(下文稱為ITO)、氧化鋅銦或添加了氧化矽的氧化錫銦之類的透光導電材料製成。
發光元件7002對應於陰極7003與陽極7005夾著發光層7004的區域。在圖11A中所示的像素中，如箭頭所示，光從發光元件7002發射至陽極7005。
接著，參照圓11B，描述具有底部發光結構的發光元件。圖11B是驅動TFT 7011為n型TFT、而且發光元件7012中產生的光通過陰極7013發射的情況下的像素的截面圖。TFT 7001包括其中添加了氧化矽的In-Al-Zn-O為基礎的氧化物半導體作為其半導體層。如果In-Al-Zn-O為基礎的氧化物半導體包含諸如氧化矽之類的雜質，則即使該In-Al-Zn-O為基礎的氧化物半導體在300℃到600℃下接受熱處理，也能防止該In-Al-Zn-O為基礎的氧化物半導體的結晶或微晶粒的產生。在圖11B中，在電連接至驅動TFT 7011的具有透光性質的導電膜7017上形成發光元件7012的陰極7013，並按順序將發光層7014和陽極7015層疊在陰極7013上。注意，當陽極7015具有透光性質時，可形成用於反射和阻擋光的擋光膜7016來覆蓋陽極7015。對於陰極7013，與圖11A的情況一樣，可使用具有低功函數的任一種導電材料。注意，陰極7013被形成為具有能透光的厚度(較佳地約5 nm到30 nm)。舉例而言，可將具有20 nm厚度的鋁膜用作陰極7013。發光層7014可由單層組成，或如圖11A的情況一樣藉由層疊多個層形成發光層7014。不需要陽極7015透光，但可使用如圖11A的情況一樣的透光導電材料形成陽極7015。作為擋光膜7016，可使用反射光的金屬等；不過它不限於金屬膜。舉例而言，可使用添加了黑色素的樹脂等。
發光元件7012對應於陰極7013與陽極7015夾著發光層7014的區域。在圖11B中所示的像素中，如箭頭所示，光從發光元件7012發射至陽極7013。
接著，參考圖11C描述具有雙發光結構的發光元件。在圖11C中，在電連接至驅動TFT 7021的具有透光性質的導電膜7027上形成發光元件7022的陰極7023，並按順序將發光層7024和陽極7025層疊在陰極7023上。TFT 7001包括添加了氧化矽的Sn-Al-Zn-O為基礎的氧化物半導體作為其半導體層。如果Sn-Al-Zn-O為基礎的氧化物半導體包含諸如氧化矽之類的雜質，則即使Sn-Al-Zn-O為基礎的氧化物半導體在300℃到600℃下接受熱處理，也能防止Sn-Al-Zn-O為基礎的氧化物半導體的結晶或微晶粒的產生。像圖11A的情況一樣，可使用具有低功函數的任一種導電材料形成陰極7023。注意，將陰極7023形成為具有能透射光的厚度。舉例而言，可將具有20 nm厚度的A1膜可用作陰極7023。可使用單層或如圖11A的情況一樣藉由層疊多個層來形成發光層7024。以與圖11A相似的方式，可使用透光導電材料形成陽極7025。
發光元件7022對應於陰極7023、發光層7024以及陽極7025彼此交疊的區域。在圖11C中所示的像素中，如箭頭所示，光從發光元件7022發射通過陽極7025和陰極7023。
雖然這裏描述了有機EL元件作為發光元件，但還可提供無機EL元件作為發光元件。
注意，本實施例描述了控制發光元件的驅動的薄膜電晶體(驅動TFT)電連接至發光元件的實施例；不過，可採用電流控制TFT連接在驅動TFT與發光元件之間的結構。
接著，將參照圖12A和12B描述作為半導體裝置的一個模式的發光顯示面板(也稱為發光面板)的外觀和截面。圖12A是使用密封劑以將第一基底上的發光元件和薄膜電晶體密封在第一基底與第二基底之間的面板的俯視圖。圖12B是沿圖12A的H-I的截面圖。
密封劑4505被設置成包圍設置在第一基底4501上的像素部分4502、信號線驅動器電路4503a和4503b以及掃描線驅動器電路4504a和4504b。此外，將第二基底4506設置在像素部分4502、信號線驅動器電路4503a和4503b以及掃描線驅動器電路4504a和4504b上。因此，藉由第一基底4501、密封劑4505以及第二基底4506，將像素部分4502、信號線驅動器電路4503a和4503b以及掃描線驅動器電路4504a和4504b連同填充物4507密封到一起。以此方式，較佳地用保護膜(諸如黏接膜或紫外光可固化樹脂膜)或具有高氣密性和幾乎無除氣的覆蓋材料以封裝(密封)發光顯示面板，從而使至少像素部分4502不曝露於外部空氣中。
在第一基底4501上形成的像素部分4502、信號線驅動器電路4503a和4503b以及掃描線驅動器電路4504a和4504b分別包括多個薄膜電晶體。在圖12B中示出像素部分4502中包括的薄膜電晶體4510和信號線驅動器電路4503a中包括的薄膜電晶體4509作為實施例。
作為薄膜電晶體4509，採用了實施例1中所描述的包括氧化物半導體層的疊層作為其半導體層的第一薄膜電晶體。作為薄膜電晶體4510，採用了實施例1中所描述的包括In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜的單層的第二薄膜電晶體。在本實施例中，薄膜電晶體4509和4510是n通道薄膜電晶體。
此外，代號4511表示發光元件。包括在發光元件4511中的作為像素電極的第一電極層4517電連接至薄膜電晶體4510的源極電極層或汲極電極層。注意，雖然發光元件4511在本實施例中具有第一電極層4517、電致發光層4512以及第二電極層4513的層疊結構，但發光元件4511的結構不限於此。可根據從發光元件4511取出光的方向等而適當地改變發光元件4511的結構。
使用有機樹脂膜、無機絕緣膜或有機聚矽氧烷，形成隔離壁4520。尤其較佳地使用光敏材料以製成隔離壁4520，且使其在第一電極層4517上具有開口部分，以將開口部分的側壁形成為具有連續彎曲的斜面。
可使用單層或層疊的多個層以形成電致發光層4512。
為阻止氧氣、氫氣、水汽、二氧化碳等進入發光元件4511，可在第二電極層4513和隔離壁4520上形成保護膜。作為保護膜，可形成氮化矽膜、氮氧化矽膜、DLC膜等。
此外，從FPC 4518a和4518b，將多個信號和電壓提供給信號線驅動器電路4503a和4503b、掃描線驅動器電路4504a和4504b或像素部分4502。
在本實施例中，使用與發光元件4511中所包括的第一電極層4517相同的導電膜形成連接端子電極4515。使用與薄膜電晶體4509和4510中所包括的源極電極層和汲極電極層相同的導電膜形成端子電極4516。
連接端子電極4515藉由各向異性導電膜4519而電連接至FPC 4518a中所包括的端子。
位於從發光元件4511取出光的方向的第二基底需要具有透光性質。在此情況下，使用諸如玻璃板、塑膠板、聚酯膜或丙烯酸膜之類的透光材料。
作為填充物4507，可使用紫外光可固化樹脂或熱固性樹脂以及諸如氮氣或氬氣之類的惰性氣體。舉例而言，可使用聚氯乙烯(PVC)、丙烯酸、聚醯亞胺、環氧樹脂、矽酮樹脂、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)或乙烯乙酸乙烯酯(EVA)。在本實施例中，使用氮氣作為填充物。
此外，在需要時，可在發光元件的發光表面上適當地設置諸如極化板、圓形極化板(包括橢圓極化板)、阻滯板(四分之一波板或半波板)以及濾色器等光學膜。此外，極化板或圓形極化板可設置有抗反射膜。舉例而言，可執行抗眩光處理，藉由此處理，反射光能由表面上的凸起和凹陷漫射，而減少眩光。
作為信號線驅動器電路4503a和4503b和掃描線驅動器電路4504a和4504b，可在單獨製備的基底上安裝利用單晶半導體膜或多晶半導體膜形成的驅動器電路。此外，可單獨形成然後安裝信號線驅動器電路及其部分或掃描線驅動器電路及其部分。本電施例不限於圖12A和12B中所示的結構。
藉由上述製程，可製造高度可靠的發光顯示裝置(顯示面板)，以作為半導體裝置。
本實施例可與其他實施例中描述的任一結構適當的組合實施。
(實施例5)
在本實施例中，參照圖13A到13C，描述了金屬薄膜的上表面的面積不同於實施例1中的面積的實施例；換言之，金屬薄膜的端部遠離第二氧化物半導體層的端部。注意，除金屬薄膜的形狀之外，本實施例與圖1A到1C中的實施例相同，而且相同的代號表示相同的部分。
首先，與實施例1中一樣，在具有絕緣表面的基底400上設置第一閘極電極401和第二閘極電極101。注意，在形成第一閘極電極401和第二閘極電極101時，也形成像素部分中的電容器引線108和端子部分中的第一端子121。
然後，形成覆蓋第一閘極電極401和第二閘極電極101的閘極絕緣層403。
然後，在閘極絕緣層403上形成銦、鋅、錫、鉬、鎢等的金屬薄膜。替代地，可形成那些元素中的任一元素的合金薄膜或疊層膜。藉由濺射法、真空汽相沈積法或塗覆法，形成金屬薄膜。這裏，以濺射法形成厚度為大於0 nm且小於或等於10 nm(較佳地為3 nm到5 nm(含3 nm和5 nm))的鋅膜。
然後，通過微影術按選擇地去除金屬膜。在此蝕刻步驟中，形成金屬薄膜490，使其面積小於稍後將形成的氧化物半導體層的圖案化形狀的面積。注意，在與第一閘極電極401部分交疊的位置形成金屬薄膜490，在金屬薄膜490與閘極絕緣層403之間插入有閘極絕緣層403。當按照這種方式形成金屬薄膜490時，金屬薄膜490的側表面被氧化物半導體層覆蓋。因此，即使後續的熱處理未將金屬薄膜充分氧化，也能防止第一引線409與第二引線410之間因金屬薄膜短路。
然後，形成氧化物半導體層以覆蓋金屬薄膜490的上表面和側表面。在本實施例中，以濺射法形成第一In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜作為氧化物半導體層。
在以濺射法形成In-Ga-Zn-O為基礎的氧化物半導體層的情況下，含In、Ga以及Zn的氧化物半導體靶可包含絕緣雜質。雜質是以氧化矽、氧化鍺、氧化鋁等為代表的絕緣氧化物等、以氮化矽、氮化鋁等為代表的絕緣氮化物等、或諸如氧氮化矽或氧氮化鋁之類的絕緣氧氮化物等。舉例而言，較佳地以0.1%到10%重量百分比(含0.1%和10%)、更較佳地以1%到6%(含1%和6%)重量百分比，將SiO2 混入氧化物半導體靶中。
接著，在不曝露於空氣的情況下，藉由濺射法形成電阻率低於第一In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜的氧化物半導體膜(在本實施例中為第二In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜)。
接著，執行微影步驟以形成光阻掩罩，並蝕刻第一In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜和第二In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜。以蝕刻去除不必要的部分，從而形成作為第一In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜的氧化物半導體膜485a和485b、以及作為第二In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜的氧化物半導體膜486a和486b。圖13A是此階段的截面圖。如圖13A所示，作為第一In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜的氧化物半導體膜485a覆蓋金屬薄膜490的上表面和側表面，因而不曝露金屬薄膜490。
注意，在本實施例中非限制性地描述了設置了第二In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜的實施例。不一定要設置第二In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜。
接著，執行微影步驟以形成光阻掩罩，並以蝕刻去除不必要部分以形成接觸孔，接觸孔到達由與閘極電極層相同材料形成的引線或電極層。接觸孔被設置成與稍後形成的導電膜直接接觸。舉例而言，當在驅動器電路部分中形成閘極電極層與源極或汲極電極層直接接觸的薄膜電晶體時，或當形成電連接至端子部分的閘極引線的端子時，形成接觸孔。
然後，以濺射法，在作為第二In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜的氧化物半導體膜486a和486b上、以及閘極絕緣層403上，以金屬材料形成導電膜。
然後，藉由微影步驟，形成光阻掩罩，並以蝕刻去除不必要部分。因此，在像素部分中形成源極和汲極電極層105a和105b以及作為源極區和汲極區的n+ 型層104a和104b，而在驅動器電路部分中形成作為源極和汲極電極層的第一和第二引線409和410以及作為源極區和汲極區的n+ 型層406a和406b。在此蝕刻步驟中，將氧化物半導體膜的曝露區域部分蝕刻為氧化物半導體層103。因此，n+ 型層104a和104b之間的氧化物半導體層103的通道區具有小厚度。藉由上述步驟，能在像素部分中形成包括氧化物半導體層103作為通道形成區的第二薄膜電晶體170。在微影步驟中，由與源極或汲極電極層105a和105b相同的材料製成的第二端子122被保留在端子部分中。注意，第二端子122電連接至源極引線(包括源極電極層或汲極電極層105a和105b的源極引線)。
此外，在端子部分中，連接電極120通過閘極絕緣膜中形成的接觸孔而直接連接至端子部分的第一端子121(參見圖15)。注意，雖然此處未示出，但藉由與上述步驟相同的步驟，將驅動器電路的薄膜電晶體的源極引線或汲極引線直接連接至閘極電極。
接著，較佳地在200℃到600℃下、通常在300℃到500℃下，執行熱處理(熱處理可以是利用光的退火)。這裏，在爐中在350℃下在空氣中執行熱處理1小時。熱處理也可稱為將金屬薄膜490部分或全部氧化的氧化處理。在本實施例中，金屬薄膜490成為具有導電性的氧化鋅膜、第一氧化物半導體層491。藉由上述步驟，可在驅動器電路中製造包括第一氧化物半導體層491和第二氧化物半導體層405的疊層的第一薄膜電晶體420。圖13B是此階段的截面圖。此外，藉由此熱處理，在In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜中發生原子級的重排。要注意的是，對熱處理的時機不存在特殊限制，只要在第二In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜形成之後任何時候進行即可，而且，舉例而言，可在像素電極形成之後執行熱處理。
接著，去除光阻掩罩，並形成保護絕緣層412以覆蓋第一薄膜電晶體420和第二薄膜電晶體170。
接著，執行微影步驟以形成光阻掩罩，並蝕刻保護絕緣層412以形成到達源極電極層或汲極電極層105b的接觸孔。此外，藉由這裏的蝕刻，形成到達第二端子122的接觸孔和到達連接電極120的接觸孔。
然後，在去除光阻掩罩之後，形成透明導電膜。使用氧化銦(In2 O3 )、氧化銦錫(In2 O3 -SnO2 ，簡稱為ITO)等，以濺射方法、真空蒸發方法等形成透明導電膜。使用鹽酸基溶液，對這樣的材料執行蝕刻處理。然而，因為在蝕刻ITO時尤其傾向於產生殘留物，所以可使用氧化銦和氧化鋅合金(In2 O3 -ZnO)以提高蝕刻處理力。
接著，執行微影步驟以形成光阻掩罩，並以蝕刻去除不必要的部分，從而形成像素電極層110。此外，在這個微影步驟中，利用電容器引線108和像素電極層110以形成儲存電容器。儲存電容器包括閘極絕緣層403和電容器部分中的保護絕緣層412作為電介質。此外，在這個微影步驟中，第一端子和第二端子被光阻掩罩覆蓋，從而透明導電膜128和129被保留在端子部分中。透明導電膜128和129用作用於與FPC連接的電極或引線。在連接電極120上形成的直接連接至第一端子121的透明導電膜128用作閘極引線的輸入端子的連接端子電極。在第二端子122上形成的透明導電膜129作為用於連接的端子電極，其作為源極引線的輸入端子(參見圖15)。
注意，這裏描述了使用閘極絕緣層403和保護絕緣層412作為電介質以由電容器引線108和像素電極層110形成儲存電容器的實施例。然而，不存在特殊限制，而且可採用在電容器引線上設置由與源極電極或汲極電極相同的材料形成的電極、並且儲存電容器由電極、電容器引線以及它們之間的作為電介質的閘極絕緣層403形成、以及電極和像素電極電連接的一種結構。
然後去除光阻掩罩，而圖13C示出了此階段的截面圖。注意此階段的像素部分中的第二薄膜電晶體170的俯視圖對應於圖14。
圖15是沿圖14中的線A1-A2和B1-B2取得的截面圖。圖15示出了像素部分中的第二薄膜電晶體170的截面結構、像素部分中的電容器部分的截面結構以及端子部分的截面結構。
此外，圖16A和16B分別是源極引線端子部分的截面圖和俯視圖。圖16A是沿圖16B中的線D1-D2所取的截面圖。在圖16A中，在保護絕緣膜154上形成的透明導電膜155是作為輸入端子的連接端子電極。此外，在圖16A中，在端子部分中，由與閘極引線相同材料組成的電極156位於電連接至源極引線的第二端子150以下且與之交疊，電極156與第二端子150之間插入有閘極絕緣層152。電極156未電連接至第二端子150。當電極156被設置成，例如浮動、GND或0V，以使電極156的電位不同於第二端子150的電位時，可形成用於防止雜訊或靜電的電容器。此外，第二端子150電連接至透明導電膜155，其中保護絕緣膜154插入第二端子150與透明導電膜155之間。注意保護絕緣膜154等同於保護絕緣層412。
根據像素密度設置多條閘極引線、源極引線以及電容器引線。在端子部分中，還分別安排了多個與閘極引線相同電位的第一端子、與源極引線相同電位的第二端子、與電容器引線相同電位的第三端子等。對各種端子的數量並無特定限制，而且可由本領域技術人員適當地確定端子的數量。
以上述方式，能完成包括層疊了氧化物半導體層的第一薄膜電晶體420的驅動器電路、包括作為底閘極型n通道薄膜電晶體的第二薄膜電晶體170和儲存電容器的像素部分、以及端子部分。
當製造主動矩陣液晶顯示裝置時，將主動矩陣基底和設置有對立電極的對立基底相互固定，並在它們之間插入液晶層。注意，在主動矩陣基底上設置有電連接至對立基底上的對立電極的公共電極，而且在端子部分中設置有電連接至公共電極的端子。此端子被設置成將公共電極固定至諸如GND或0 V等預定電位。
此外，本實施例不限於圖14中的像素結構，而且在圖17中示出了與圖14不同的俯視圖的實施例。圖17示出一實施例，其中未設置電容器引線，且像素電極與毗鄰像素的閘極引線交疊，而且保護絕緣膜和閘極絕緣膜插入在像素電極與毗鄰像素電極之間以形成儲存電容器。在該情況下，可忽略電容器引線和連接至電容器引線的第三端子。注意，在圖17中，由相同的代號代表與圖14中相同的部分。
在主動矩陣液晶顯示裝置中，驅動排列成矩陣的像素電極以在螢幕上形成顯示圖案。具體而言，當在選定的像素電極與對應於該像素電極的對電極之間施加電壓時，設置在像素電極與對立電極之間的液晶層被光學地調變，而此光學調變被觀看者識別為顯示圖案。
在顯示運動影像時，液晶顯示裝置具有的問題在於，液晶分子的長響應時間引起運動影像的拖影或模糊。為改善液晶顯示裝置的運動影像特性，採用了稱為黑色插入的驅動方法，其中每隔一個格週期，在整個螢幕上顯示黑色。
替代地，可採用稱為雙格率驅動的驅動方法，其中垂直同步頻率是通常垂直同步頻率的1.5或更多倍、較佳地為2倍或更多倍，藉此改善運動影像特性。
又替代地，為改善液晶顯示裝置的運動影像特性，可採用一種啓動方法，其中使用多個LED(發光二極體)或多個EL光源來形成作為背光的表面光源、而且在一個格週期中以脈衝方式獨立地驅動表面光源的各個光源。作為表面光源，可使用三種或更多種類型的LED，或可使用發射白光的LED。因為能獨立地控制多個LED，所以可使LED的發光時序與對液晶層進行光調變的時序同步。根據此驅動方法，可使LED部分截止；從而，可獲得降低功耗的效果，尤其是顯示具有大部分為黑色的影像的情況下。
藉由組合這些驅動技術，相較於常規液晶顯示裝置的顯示特性，可改善液晶顯示裝置的諸如運動影像特性等顯示特性。
本實施例中獲得的第一薄膜電晶體420包括具有不同導電性和具有良好動態特性的氧化物半導體層的疊層。因此，能夠組合地採用那些驅動技術。
此外，根據本實施例，能以低成本提供具有高電特性和高可靠性的顯示裝置。
(實施例6)
藉由不僅在驅動器電路中而且在像素部分中使用薄膜電晶體，能製造包括具有不同導電性的氧化物半導體層的疊層的薄膜電晶體，且能製造具有顯示功能的液晶顯示裝置。此外，在與像素部分相同的基底上，形成使用薄膜電晶體的驅動器電路的一部分或全部，藉此可獲得板上系統。
液晶顯示裝置包括作為顯示元件的液晶元件(也稱為液晶顯示元件)。
此外，液晶顯示裝置包括封裝有顯示元件的面板和其中包括控制器之類的IC等安裝在面板上的模組。本實施例還關於在用於製造液晶顯示裝置的製程中完成顯示元件之前的元件基底的一模式，而且元件基底設置有分別具有用於向顯示元件提供電流的機構的多個像素。具體而言，元件基底可以處於僅形成顯示元件的一個像素電極之後的狀態、在形成作為像素電極的導電膜之後但在蝕刻導電膜以形成像素電極之前的狀態、或任何其他狀態。
注意，本說明書中的液晶顯示裝置表示影像顯示裝置、顯示裝置或光源(包括發光裝置)。此外，液晶顯示裝置在其種類中還可包括以下模組中的任一模組：有諸如FPC(柔性印刷電路)、TAB(帶式自動接合)帶或TCP(帶式載體封裝)等連接器附著的模組；具有在端部設置有印刷線路板的TAB帶或TCP的模組；以及IC(積體電路)藉由COG(玻璃上晶片)方法直接安裝在顯示元件上的模組。
將參照圖18A1、18A2以及18B，描述作為液晶顯示裝置的一個實施例的液晶顯示面板的外觀和截面。圖18A1和18A2是用密封劑4005將液晶元件4013封裝在第一基底4001與第二基底4006之間的面板的俯視圖。圖18B是沿圖18A1和圖18A2的M-N所取的截面圖。
密封劑4005被設置成包圍設置在第一基底4001上的像素部分4002和掃描線驅動器電路4004。在像素部分4002和掃描線驅動器電路4004之上設置第二基底4006。因此，利用密封劑4005將像素部分4002和掃描線驅動器電路4004以及液晶層4008密封在第一基底4001與第二基底4006之間。在實施例中，無特定限制地將藍相液晶材料用於液晶層4008。呈現出藍相的液晶材料從未施加電壓的狀態到施加電壓的狀態具有1毫秒或更短的響應時間，因此短時間響應成為可能。藍相液晶材料包括液晶和手性劑。採用手性劑以使液晶以螺旋結構對齊，從而使液晶呈現藍相。舉例而言，可將混合了5%重量百分比或更多手性劑的液晶材料用於液晶層。作為液晶，使用了熱致液晶、低分子液晶、高分子液晶、鐵電液晶、反鐵電液晶等。
在圖18A1中，在分別製備的基底上使用單晶半導體膜或多晶半導體膜而形成的信號線驅動器電路4003安裝在一區域上，此區域與第一基底4001上被密封劑4005包圍的區域不同。相比之下，圖18A2示出利用薄膜電晶體以在第一基底4001上形成信號線驅動器電路的一部分的實施例，此薄膜電晶體包括具有不同導電性的氧化物半導體層的疊層。在圖18A2中，在第一基底4001上形成了信號線驅動器電路4003b，且在第一基底4001上安裝了使用單晶半導體膜或多晶半導體膜而在分別製備的基底上形成的信號線驅動器電路4003a。
注意，對於單獨形成的驅動器電路的連接方法無特定限制，可以使用COG法、引線接合法、TAB法等。圖18A1示出藉由COG法安裝信號線驅動器電路4003的實施例，而圖18A2示出藉由TAB法安裝信號線驅動器電路4003的實施例。
在第一基底4001上設置的像素部分4002和掃描線驅動器電路4004各包括多個薄膜電晶體。圖18B示出像素部分4002中包括的薄膜電晶體4010和掃描線驅動器電路4004中包括的薄膜電晶體4011。絕緣層4020和層間膜4021設置在薄膜電晶體4010和4011上。作為薄膜電晶體4010，採用了實施例1中所描述的包括具有不同導電性的氧化物半導體層的疊層作為其半導體層的第一薄膜電晶體。作為薄膜電晶體4011，採用了實施例1中所描述的包括In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜的單層的第二薄膜電晶體。在本實施例中，薄膜電晶體4010和4011是n通道薄膜電晶體。
此外，在第一基底4001上設置了像素電極層4030和公共電極層4031。像素電極層4030電連接至薄膜電晶體4010。液晶元件4013包括像素電極層4030、公共電極層4031以及液晶層4008。在本實施例中，使用了藉由產生與基底實質上平行(即橫向)的電場以使液晶分子在平行於基底的平面中移動來控制灰度的方法。在這樣的方法中，能使用用於共面切換(IPS)模式或邊緣場切換(FFS)模式的電極結構。注意，分別在第一基底4001和第二基底4006的外側上設置了極化板4032和4033。
作為第一基底4001和第二基底4006，可以使用具有透光性質的玻璃、塑膠等。作為塑膠，能使用玻璃纖維增強塑膠(FRP)板、聚氟乙烯(PVF)膜、聚酯膜、或丙烯酸樹脂膜。或者，可使用PVF膜或聚酯膜之間夾有鋁箔的薄板。
代號4035表示對絕緣膜選擇性蝕刻而獲得的柱狀隔離件，而且設置柱狀隔離件以控制液晶層4008的厚度(單元間隙)。注意，可使用球狀隔離件。
圖18A1、18A2以及18B示出了在基底的外側(觀看側)上設置極化板的液晶顯示裝置的實施例；然而，也可在基底的內側上設置極化板。可根據極化板的材料和製程條件，確定極化板的位置。此外，可設置用作黑色基質的擋光層。
層間膜4021是透光樹脂層。層間膜4021的一部分是擋光層4012。擋光層4012覆蓋薄膜電晶體4010和4011。在圖18B中，在第二基底4006上設置了擋光層4034以與薄膜電晶體4010和4011交疊。藉由擋光層4012和擋光層4034，能實現對比度的進一步提高和薄膜電晶體的穩定。
當設置了擋光層4034時，能使入射至薄膜電晶體的半導體層的光強度衰減。因此，能使薄膜電晶體的電特性穩定，並防止電特性因為氧化物半導體的光敏性而變化。
以作為薄膜電晶體的保護膜的絕緣層4020，覆蓋薄膜電晶體；然而，對這樣的結構沒有特殊限制。
注意，設置保護膜以用於防止漂浮在空氣中的諸如有機物質、金屬物質或水汽之類的雜質進入，而且較佳地保護膜是緻密膜。可藉由濺射法，使用氧化矽膜、氮化矽膜、氧氮化矽膜、氮氧化矽膜、氧化鋁膜、氮化鋁膜、氧氮化鋁膜和/或氮氧化鋁膜的單層或疊層來形成保護膜。
此外，在形成另一透光絕緣層作為平坦化絕緣膜的情況下，可使用諸如聚醯亞胺、丙烯酸、苯並環丁烯、聚醯胺或環氧樹脂之類的具有耐熱性的有機材料形成該透光絕緣層。作為這些有機材料的替代物，還可以使用低介電常數材料(低k材料)、矽氧烷基樹脂、磷矽玻璃(PSG)、硼磷矽玻璃(BPSG)等。注意，可藉由層疊這些材料中的任一材料成的多層絕緣膜而形成絕緣層。
用於形成層疊絕緣層的方法不限於特定方法，而且根據材料可使用以下方法：濺射法、SOG法、旋塗法、浸塗法、噴塗法、液滴排出法(例如噴墨法、絲網印刷法或膠版印刷法)、刮片法、輥塗法、幕塗法、刀塗法等。在使用材料解決方案以形成絕緣層的情況下，可在烘焙步驟同時對該半導體層退火(在200℃到400℃下)。當組合絕緣層的烘焙步驟和半導體層的退火時，能高效地製造液晶顯示裝置。
可由諸如包含氧化鎢的氧化銦、包含氧化鎢的氧化鋅銦、包含氧化鈦的氧化銦、包含氧化鈦的氧化錫銦、氧化錫銦(下文稱為ITO)、氧化鋅銦或添加了氧化矽的氧化錫銦之類的透光導電材料製成像素電極層4030和公共電極層4031。
還可將包含導電高分子(也稱為導電聚合物)的導電組合物用於像素電極層4030和公共電極層4031。
此外，從FPC 4018，將多個信號和電壓提供給分別地形成的信號線驅動器電路4003、掃描線驅動器電路4004或像素部分4002。
因為薄膜電晶體容易被靜電等損壞，所以較佳地在與閘極線或源極線相同的基底上設置用於保護驅動器電路的保護電路。較佳地使用利用氧化物半導體的非線性元件以形成保護電路。
在圖18A1、18A2以及18B中，使用與像素電極層4030相同的導電膜形成連接端子電極4015，且使用與薄膜電晶體4010和4011的源極電極層和汲極電極層相同的導電膜形成端子電極4016。
連接端子電極4015通過各向異性導電膜4019電連接至FPC 4018中包括的端子。
圖18A1、18A2以及18B非限制性地示出分別地形成信號線驅動器電路4003並將其安裝在第一基底4001上的實施例。可分別地形成然後安裝掃描線驅動器電路，或僅分別地形成信號線驅動器電路的一部分或掃描線驅動器電路的一部分，然後安裝。
圖19示出液晶顯示裝置的截面結構的實施例，在液晶顯示裝置中，利用密封劑2602，將元件基底2600和對立基底2601彼此附著，而且在這些基底之間設置了包括TFT等的元件層2603和液晶層2604。
在實現彩色顯示的情況下，將發射多色光的發光二極體設置在背光部分中。在RGB模式的情況下，將紅光二極體2910R、綠光二極體2910G以及藍光二極體2910B設置在液晶顯示裝置的顯示區所分成的各個區域中。
在對立基底2601的外側上設置了極化板2606，而在元件基底2600的外側上設置了極化板2607和光學板2613。使用紅光二極體2910R、綠光二極體2910G和藍光二極體2910B以及反射板2611形成光源。為電路基底2612而設置的LED控制電路2912，經由可撓引線板2609而連接至元件基底2600的引線電路部分2608，且進一步包括諸如控制電路或電源電路等外部電路。
本實施例無特殊限制地描述了場序液晶顯示裝置，其中LED控制電路2912使LED單獨地發光。還有可能使用冷陰極螢光燈或白光LED作為背光的光源，或提供濾色器。
此外，本實施例無特定限制地採用了用於共面切換(IPS)模式的電極結構。可使用扭曲向列(TN)模式、多疇垂直取向(MVA)模式、影像垂直調整(PVA)模式、軸對稱排列微單元(ASM)模式、光學補償雙折射(OCB)模式、鐵電液晶(FLC)模式、反鐵電液晶(AFLC)模式等。
本實施可與其他實施例中描述的任一結構適當的組合實施。
(電施例7)
在本實施例中，描述了使用多色調掩罩進行曝光以減少掩罩數量的示例。注意，多色調掩罩能執行三種程度的曝光，以獲得曝光部分、半曝光部分以及未曝光部分。在通過多色調掩罩之後，光具有多種強度。利用多色調掩罩的一次性曝光和顯影製程能形成具有多種厚度(通常為兩種厚度)的區域的光阻掩罩。因此，藉由使用多色調掩罩，能減少光罩的數量。
作為多色調掩罩的示例，有灰色調掩罩、半色調掩罩等。
灰色調掩罩包括具有透光性質的基底、以及在基底上形成的擋光部分和繞射射光柵。擋光部分的透光率是0%。另一方面，繞射光柵具有狹縫狀、點狀、網狀等有間距的透光部分，該間距小於或等於用於曝光的光的解析度極限；因此，能控制透光率。繞射光柵可具有規律地設置的狹縫、點或網、或不規律地設置的狹縫、點或網。
半色調掩罩包括具有透光性質的基底、以及在該基底上形成的半透光部分和擋光部分。可使用MoSiN、MoSi、MoSiO、MoSiON、CrSi等形成半透光部分。可使用諸如鉻或氧化鉻之類吸收光的擋光材料形成擋光部分。當利用光照射半色調掩罩以曝光時，擋光部分的透光率為0%，而未設置擋光部分和半透光部分的區域的透光率為100%。可將半透光部分的透光率控制在10%到70%的範圍內。可藉由控制用於半透光部分的材料來控制半透光部分的透光率。
圖20A到20E是示出薄膜電晶體360的製程的截面圖。
在圖20A中，在其上形成了絕緣膜357的基底350上形成閘極電極層351。在本實施例中，將氧化矽膜(具有100 nm厚度)用作絕緣膜357。將閘極絕緣層352、金屬薄膜380、氧化物半導體膜381以及導電膜383按此順序層疊在閘極電極層351上。在本實施例中，作為金屬薄膜380，採用了藉由濺射法形成的3 nm厚的銦膜和藉由濺射法形成的3 nm厚的鋅膜。
在閘極絕緣層352、金屬薄膜380、氧化物半導體膜381以及導電膜383上形成了掩罩384。
在本實施例中，描述了使用多色調(高色調)掩罩進行曝光以形成掩罩384的示例。
使用透光的多色調掩罩進行曝光以獲得多種強度，然後進行顯影，藉此能形成具有不同厚度的掩罩384，如圖20B所示。通過使用多色調掩罩，能減少曝光掩罩的數量。
接著，使用掩罩384執行第一蝕刻步驟，以將金屬薄膜380、氧化物半導體膜381以及導電膜383蝕刻成島狀。因此，能形成圖案化的金屬薄膜390、氧化物半導體層385以及導電層387(參見圖20B)。
然後，使光阻掩罩384接受灰化。因此，減小了掩罩的面積和厚度。此時，去除了具有較小厚度的掩罩的區域(與閘極電極層351的一部分交疊的區域)，從而能形成彼此分離的掩罩388(參見圖20C)。
使用掩罩388以執行第二蝕刻步驟；藉此將氧化物半導體層385和導電層387蝕刻成半導體層353與源極和汲極電極層355a和355b(參見圖20D)。注意，半導體層353是具有凹槽(凹陷)和端部的部分蝕刻的半導體層，所述端部係被部分地蝕刻和曝露。
當使用添加了氧氣(O2 )(較佳地為15%或更高)的氯為基礎的氣體(Cl2 )進行蝕刻時，在使用氧氮化矽膜作為閘極絕緣層352的情況下，能提高氧化物半導體層385的In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜相對於閘極絕緣層352的選擇性。因此，僅氧化物半導體膜381被選擇性地蝕刻。
當在第一蝕刻步驟中對氧化物半導體膜381和導電膜383進行乾蝕刻時，氧化物半導體膜381和導電膜383被各向異性地蝕刻。以此方式，使掩罩384的端部與氧化物半導體層385和導電層387的端部對齊，而且這些端部變得連續。
以類似於上述的方式，當在第二蝕刻步驟中對氧化物半導體層385和導電層387進行乾蝕刻時，氧化物半導體層385和導電層387被各向異性地蝕刻。以此方式，使掩罩388的端部與半導體層353的凹陷的端部和側表面以及源和汲極電極層355a和355b的端部對齊以變得連續。
在本實施方式中，半導體層353與源極和汲極電極層355a和355b在相應的端部處具有相同的斜角，並被層疊以使端部連續。然而，因為這些層的蝕刻速率根據氧化物半導體層和導電層的蝕刻條件或材料而變化，所以在某些情況下這些斜角不同，而且這些端部不連續。
然後去除掩罩388。
然後，在含氧氣的氣氛中，在200℃到600℃下執行熱處理以氧化金屬薄膜390；從而形成第一氧化物半導體層391(參見圖20E)。在本實施例中，第一氧化物半導體層391是氧化銦和氧化鋅的混合層。
經由上述步驟，能製造包括第一氧化物半導體層391和作為第二氧化物半導體層的半導體層353的逆交錯薄膜電晶體360。
本實施例中使用利用多色調掩罩形成的具有多種厚度(通常為兩種厚度)的區域的光阻掩罩，能實現光阻掩罩數量的減少；因此，能使製程簡化、成本降低。因此，能以低成本和高生產率製造高可靠的半導體裝置。
在本實施例中，描述了驅動器電路中的薄膜電晶體和像素部分中的薄膜電晶體都是包括第一氧化物半導體層391和其上作為第二氧化物半導體層的半導體層353的逆交錯薄膜電晶體360的實施例。換言之，本實施例描述了在驅動器電路中和像素部分中以實質上相同的結構用於薄膜電晶體、以及這些電路的製造方法沒有不同的實施例。
本實施可與其他實施例中描述的任一結構適當的組合實施。
(實施例8)
在下述中，將參照圖21A到21C，在本實施例中描述與實施例1或實施例2中所述的底閘極結構實施例不同的底接觸結構(也稱為倒共面結構)的實施例。
在圖21A到21C中示出了反相器電路的製程實施例。
藉由濺射法，在基底740上形成了第一導電膜，並使用第一光掩罩按照選擇般地蝕刻第一導電膜，以形成第一閘極電極741和第二閘極電極742。接著，藉由電漿CVD法或濺射法形成覆蓋第一閘極電極741和第二閘極電極742的閘極絕緣層743。可藉由電漿CVD方法、濺射方法等，使用氧化矽層、氮化矽層、氧氮化矽層、或氮氧化矽層來形成具有單層或疊層的閘極絕緣層743。或者，以使用有機矽烷氣體的CVD法，以氧化矽形成閘極絕緣層743。
接著，使用第二光掩罩，按照選擇般地蝕刻閘極絕緣層743，以形成達到第二閘極電極742的接觸孔744。到此步驟的截面圖對應於圖21A。
然後，以濺射法形成第二導電膜，並使用第三光掩罩，按照選擇般地蝕刻第二導電膜，以形成第一引線746、第二引線750以及第三引線751。第三引線751通過接觸孔744與第二閘極電極742直接接觸。
接著，以濺射法形成金屬膜和氧化物半導體膜的疊層。注意，較佳地執行引入氬氣之後產生電漿的反濺射，以在濺射法形成金屬薄膜之前，去除附著至閘極絕緣層743的表面和接觸孔744的底面的灰塵。反濺射指的是在不對靶側施加電壓的情況下，使用RF電源，在氫氣氣氛下對基底側施加電壓以修改表面的一種方法。注意可使用氮氣、氦氣等代替氬氣氣氛。或者，可在添加了氧氣、氫氣、N2 O等的氬氣氣氛中執行反濺射。再或者，可在添加了Cl2 、CF4 等的氬氣氣氛中執行反濺射。
接著，使用第三光掩罩，按照選擇般地蝕刻金屬薄膜和氧化物半導體膜。
接著，在200℃到600℃，下在空氣或氮氣氣氛下執行熱處理。藉由熱處理，將金屬薄膜氧化成第一氧化物半導體層748和第三氧化物半導體層749。在熱處理之後，在第一氧化物半導體層748上形成第二氧化物半導體層745，藉此形成第一薄膜電晶體760。注意，第一氧化物半導體層748的電導率不同於第二氧化物半導體層745的電導率。第一氧化物半導體層748的電導率更高，這對第一薄膜電晶體760的電場遷移率的提高有貢獻。同樣，在第三氧化物半導體層749上形成第四氧化物半導體層747，藉此形成第二薄膜電晶體761。注意，熱處理的時機不受特殊限制，而且可在形成第二氧化物半導體膜之後任何時候執行熱處理。舉例而言，如果在使用第四光罩蝕刻之前執行熱處理以氧化金屬薄膜並形成第一氧化物半導體膜，則使用第四光罩在隨後的蝕刻步驟中蝕刻氧化物半導體膜的疊層；因此，能實現蝕刻殘留物減少的蝕刻。
接著，形成保護層752，並使用第五光罩，按照選擇般地蝕刻保護層752以形成接觸孔。在那之後，形成第三導電膜。最後，使用第六光罩，按照選擇般地蝕刻第三導電膜，以形成電連接至第二引線750的連接引線753。到此步驟的截面圖對應於圖21C。
注意，上述步驟的次序僅僅是舉例說明，而不存在限制。舉例而言，雖然光罩的數量增加了一個，但可使用不同的光罩以分別執行對金屬薄膜的蝕刻和對氧化物半導體膜的一部分的蝕刻。
此外，還可能藉由濺射法以在第二導電膜上形成In-Ga-Zn-O-N為基礎的非單晶膜，然後將In-Ga-Zn-O-N為基礎的非單晶膜形成圖案，以使In-Ga-Zn-O-N為基礎的非單晶膜作為第二氧化物半導體層745與第一引線746和第二引線750之間的n+ 型層，且作為第四氧化物半導體層747與第二引線750和第三引線751之間的n+ 型層。在那種情況下，In-Ga-Zn-O-N為基礎的非單晶膜被設置在與第一引線746和第二氧化物半導體層745交疊的區域中、與第二引線750和第二氧化物半導體層745交疊的區域中、與第二引線750和第四氧化物半導體層747交疊的區域中以及與第三引線751和第四氧化物半導體層747交疊的區域中。
本實施可與其他實施例中描述的任一結構適當的組合實施。
(實施例9)
在本實施例中，將描述作為半導體裝置的電子紙的實施例。
圖22A是示出主動矩陣電子紙的截面圖。可按照類似於實施例1所描述的第二薄膜電晶體的製造方式的方式來製造用於本半導體裝置的顯示部分的薄膜電晶體581。薄膜電晶體581包括作為其半導體層的氧化物半導體膜，且具有高電特性。在本實施例中，使用了包括Zn-O-Si為基礎的氧化物半導體作為其半導體層且具有高電特性的薄膜電晶體。此外，可任選地在同一基底上設置包括薄膜電晶體的驅動器電路，薄膜電晶體包括Zn-O-Si為基礎的氧化物半導體作為其半導體層，而且具有高電特性。此外，還能夠使用實施例1中具有氧化物半導體層的疊層的第一薄膜電晶體作為本實施例中的薄膜電晶體581。
圖22A的電子紙是採用扭轉球顯示系統的顯示裝置的示例。扭轉球顯示系統指的是一種方法，其中各個著色為黑色和白色的球狀粒子被安排在作為用於顯示元件的電極層的第一電極層與第二電極層之間、而且在第一電極層與第二電極層之間產生電位差以控制球狀粒子的配向，從而實現顯示。
密封在基底580與基底596之間的薄膜電晶體581是具有底閘極結構的薄膜電晶體，而其源極或汲極電極層通過絕緣層583、584以及585中形成的開口而與第一電極層587接觸，藉此薄膜電晶體581電連接至第一電極層587。在第一電極層587與第二電極層588之間設置了各具有黑區590a、白區590b以及被液體填充的圍繞這些區的腔594的球狀粒子589。球狀粒子589周圍的空間被諸如樹脂之類的填充物595填充(參見圖22A)。在本實施例中，第一電極層587對應於像素電極，而第二電極層588對應於公共電極。第二電極層588電連接至設置在與薄膜電晶體581相同的基底上的公共電位線。藉由使用公共連接部分，第二電極層588可藉由設置在對立基底之間的導電粒子而電連接至公共電位線。
可使用電泳元件代替扭轉球。使用了具有約10 μm到200 μm直徑、且其中密封了透明液體和帶正電的白色微粒以及帶負電的黑色微粒的微膠囊。在設置在第一電極層與第二電極層之間的微膠囊中，當在第一電極層和第二電極層之間施加電場時，白微粒和黑微粒移動到彼此相反側，從而可顯示白色或黑色。使用此原理的顯示元件是電泳顯示元件，且被稱為電子紙。電泳顯示元件比液晶顯示元件具有更高反射率，因此不需要輔助光、功耗低、而且可在暗處識別顯示部分。此外，即使未對顯示部分提供電能，也能保持顯示過的影像。因此，即使具有顯示功能的半導體裝置(可簡單稱為顯示裝置或設置有顯示裝置的半導體裝置)遠離電波源，也能保存已顯示的影像。
藉由按照實施例1所描述的製程來製造薄膜電晶體，可以低成本地將電子紙製造為半導體裝置。可將電子紙用於多個領域的電子設備以顯示資訊。舉例而言，可將電子紙應用于電子書閱讀器(電子書)、海報、諸如火車之類的車輛中的廣告、或諸如信用卡之類的多種卡的顯示器。圖22B示出了此類電子設備的實施例。
圖22B示出電子書閱讀器2700的實施例。舉例而言，電子書閱讀器2700包括兩個外殼2701和2703。外殼2701和外殼2703與鉸鏈2711組合，從而該電子書閱讀器2700可沿該鉸鏈2711打開和關閉。利用這樣的結構，可類似於紙書一樣地操作電子書閱讀器2700。
顯示部分2705被包含在外殼2701中，而顯示部分2707被包含在外殼2703中。顯示部分2705和顯示部分2707可顯示一幅影像或顯示不同的影像。舉例而言，在顯示部分2705和顯示部分2707上顯示不同影像的結構中，右邊的顯示部分(圖22B中的顯示部分2705)可顯示文字，而左邊的顯示部分(圖22B中的顯示部分2707)可顯示影像。
圖22B示出外殼2701設置有操作部分等的實施例。舉例而言，外殼2701設置有電源開關2721、操作鍵2723、揚聲器2725等。利用操作鍵2723可翻頁。注意，可在與外殼的顯示部分相同的平面上設置鍵盤、指向裝置等。此外，外殼的後面或側面可設置有外部連接端子(耳機端子、USB端子、可與諸如AC適配器或USB電纜等多種電纜連接的端子等)、儲存媒體插入部等。而且，電子書閱讀器2700可具有電子詞典功能。
此外，電子書閱讀器2700可無線地發送和接收資訊。可從電子書伺服器無線地購買和下載想要的圖書資料等。
本實施可與其他實施例中描述的任一結構適當的組合實施。
(實施例10)
可將具有包括氧化物半導體層的薄膜電晶體的半導體裝置應用於多種電子設備(包括遊戲機)。電子設備的實施例可為電視機(也稱為電視或電視接收機)、電腦的監視器等、諸如數位相機或數位攝像機等照相機、數位相框、蜂巢式電話(也稱為行動電話或行動電話機)、攜帶型遊戲控制臺、攜帶型資訊終端、音頻再生設備、諸如彈珠台等大型遊戲機等。
圖23A示出電視設備9600的實施例。電視設備9600的外殼9601中包括顯示部分9603。顯示部分9603可顯示影像。這裏，外殼9601的背部受到支承，以致於電視設備9600可被固定至牆壁。
可利用外殼9601的操作開關或獨立的遙控器9610來操作電視設備9600。可利用遙控器9610的操作鍵9609以控制頻道和音量，並可控制顯示部分9603上顯示的影像。而且，遙控器9610可具有顯示部分9607，可在顯示部分上顯示從遙控器9610發出的資訊。
注意，電視設備9600設置有接收器、數據機等。利用接收器，可接收一般的電視廣播。而且，當顯示設備經由數據機連接至通信網路時，可實現單向(從發射器到接收器)或雙向(發射器與接收器之間或接收器之間等)資訊通信。
圖23B顯示包括外殼9881和外殼9891的攜帶型遊戲控制臺，其中外殼9881和外殼9891藉由連接器9893而接合到一起以便打開和閉合。顯示部分9882和顯示部分9883分別被包括在外殼9881和外殼9891中。此外，圖23B中所示的攜帶型遊戲控制臺還包括揚聲器部分9884、儲存媒體插入部分9886、LED燈9890、輸入機構(操作鍵9885、連接端子9887、感測器9888(具有測量力、位移、位置、速度、加速度、角速度、旋轉頻率、距離、光、液體、磁性、溫度、化學物質、聲音、時間、硬度、電場、電流、電壓、電功率、射線、流速、濕度、梯度、振動、氣味或紅外線功能))以及麥克風9889)等。不言而喻，攜帶型遊戲控制臺的結構不限於上述，而且可以是設置有至少一個半導體裝置的任何結構。該攜帶型遊戲控制臺可適當地包括其他附加設備。圖23B中所示的攜帶型遊戲控制臺具有讀取儲存在記錄媒體中的程式或資料以將其顯示在顯示部分上的功能、以及藉由無線通信與另一攜帶型遊戲控制臺共用資訊的功能。圖23B的攜帶型遊戲控制臺可具有除上述功能之外的多種功能。
圖24A示出蜂巢式電話1000的實施例。蜂巢式電話1000包括含有顯示部分1002的外殼1001、操作按鈕1003、外部連接埠1004、揚聲器1005、麥克風1006等。
用手指等觸摸顯示部分1002可將資訊輸入至圖24A中所示的蜂巢式電話1000。而且，使用者可用他們的手指等觸摸顯示部分1002來打電話或寫電子郵件。
顯示部分1002主要有三種螢幕模式。第一種模式是主要用於顯示影像的顯示模式。第二種模式是主要用於輸入諸如文字等資訊的輸入模式。第三種模式是組合了顯示模式和輸入模式這兩種模式的顯示及輸入模式。
舉例而言，在打電話或寫電子郵件的情況下，顯示部分1002被設置成主要用於輸入文字的文字輸入模式，而且可輸入在螢幕上顯示的字元。在該情況下，較佳地在顯示部分1002的幾乎整個螢幕上顯示鍵盤或數位按鈕。
當在蜂巢式電話1000內部設置諸如陀螺儀或加速度感測器之類的包括用於檢測傾斜的感測器的檢測設備時，可藉由檢測蜂巢式電話1000的方向(蜂巢式電話1000被放置成水平或是垂直以用於風景模式或人像模式)來自動切換顯示部分1002的螢幕上的顯示內容。
此外，觸摸顯示部分1002或操作外殼1001的操作按鈕1003可切換螢幕模式。替代地，可根據顯示部分1002上顯示的影像類型來切換螢幕模式。舉例而言，當顯示在顯示部分上的影像信號是移動影像資料時，將螢幕模式切換成顯示模式。當信號是文字資料時，將螢幕模式切換成輸入模式。
此外，在輸入模式中，信號由顯示部分1002中的光感測器檢測，而且如果未執行觸摸顯示部分1002一定時間，則可控制螢幕模式從輸入模式切換至顯示模式。
顯示部分1002還能起影像感測器的作用。舉例而言，用手掌或手指觸摸顯示部分1002來採集掌紋、指紋等影像，藉此執行個人認證。此外，當在顯示部分中設置發射近紅外光的背光或感測光源時，可拍攝指紋、掌紋等的影像。
圖24B示出蜂巢式電話1000的另一實施例。圖24B中的蜂巢式電話具有：設置有外殼9411的顯示裝置9410，外殼9411包括顯示部分9412和操作按鈕9413；設置有外殼9401的通信裝置9400，外殼9401包括操作按鈕9402、外部輸入端子9403、麥克風9404、揚聲器9405以及在接收到電話時發光的發光部分9406。具有顯示功能的顯示裝置9410按照箭頭表示的兩個方向可拆卸地附著至具有電話功能的通信裝置9400。因此，顯示裝置9410和通信置9400可沿它們的短邊或長邊彼此附著。此外，當僅需要顯示功能時，顯示裝置9410可從通信器件9400脫離並單獨使用。可藉由無線或有線通信在分別具有充電電池的通信裝置9400和顯示裝置9410之間發送或接收影像或輸入資訊。
本實施例可與其他實施例中描述的任一結構適當的組合實施。
本申請案基於2008年12月26日向日本專利局提交的日本專利申請S/N. 2008-333788，其全部內容於此一倂列入參考。
101．．．第二閘極電極
103．．．氧化物半導體層
104a．．．n+ 型層
104b．．．n+ 型層
105a．．．源極和汲極電極層
105b．．．源極和汲極電極層
108．．．電容器引線
110．．．像素電極層
120．．．連接電極
121．．．第一端子
122．．．第二端子
128．．．透明導電膜
129．．．透明導電膜
150．．．第二端子
154．．．保護絕緣膜
155．．．透明導電膜
156．．．電極
170．．．第二薄膜電晶體
350．．．基底
351．．．閘極電極層
352．．．閘極絕緣層
353．．．半導體層
355a．．．源極和汲極電極層
355b．．．源極和汲極電極層
357．．．絕緣膜
360．．．薄膜電晶體
380．．．金屬薄膜
381．．．氧化物半導體膜
383．．．導電層
384．．．掩罩
385．．．氧化物半導體層
387．．．導電層
388．．．掩罩
390．．．金屬薄膜
391．．．第一氧化物半導體層
400．．．基底
401．．．第一閘極電極
403．．．閘極絕緣層
405．．．第二氧化物半導體層
406a．．．n+ 型層
406b．．．n+ 型層
407．．．第四氧化物半導體層
408a．．．n+ 型層
408b．．．n+ 型層
409．．．第一引線
410．．．第二引線
411．．．第三引線
412．．．保護絕緣層
420．．．第一薄膜電晶體
430．．．第一薄膜電晶體
431．．．第二薄膜電晶體
451．．．第三氧化物半導體層
460．．．第一薄膜電晶體
461．．．第二薄膜電晶體
470．．．金屬薄膜
471．．．第一氧化物半導體層
472．．．第一電極
473．．．絕緣層
474．．．第二電極
475．．．有機化合物層
485a．．．氧化物半導體層
485b．．．氧化物半導體層
486a．．．氧化物半導體層
486b．．．氧化物半導體層
491．．．第一氧化物半導體層
580．．．基底
581．．．薄膜電晶體
583．．．絕緣層
584．．．絕緣層
585．．．絕緣層
587．．．第一電極層
588．．．第二電極層
589．．．球狀粒子
590a．．．黑區
590b．．．白區
594．．．空穴
595．．．填充物
596．．．基底
740．．．基底
741．．．第一閘極電極
742．．．第二閘極電極
743．．．閘極絕緣層
744．．．接觸孔
745．．．第二氧化物半導體層
746．．．第一引線
747．．．第四氧化物半導體層
748．．．第一氧化物半導體層
749．．．第三氧化物半導體層
750．．．第二引線
751．．．第三引線
752．．．保護層
753．．．連接引線
760．．．第一薄膜電晶體
761．．．第二薄膜電晶體
1000．．．蜂巢式電話
1001．．．外殼
1002．．．顯示部分
1003．．．操作按鈕
1004．．．外部連接埠
1005．．．揚聲器
1006．．．麥克風
2600．．．元件基底
2601．．．對立基底
2602．．．密封劑
2603．．．元件層
2604．．．液晶層
2606．．．極化板
2607．．．極化板
2608．．．引線電路部分
2609．．．可撓引線板
2611．．．反射板
2612．．．電路基底
2613．．．光學板
2700．．．電子書閱讀器
2701．．．外殼
2703．．．外殼
2705．．．顯示部分
2707．．．顯示部分
2711．．．鉸鏈
2721．．．電源開關
2723．．．操作鍵
2725．．．揚聲器
2910R．．．紅光二極體
2910G．．．綠光二極體
2910B．．．藍光二極體
2912．．．LED控制電路
4001．．．第一基底
4002．．．像素部分
4003．．．信號線驅動器電路
4003a．．．信號線驅動器電路
4003b．．．信號線驅動器電路
4004．．．掃描線驅動器電路
4005．．．密封劑
4006．．．第二基底
4008．．．液晶層
4010．．．薄膜電晶體
4011．．．薄膜電晶體
4012．．．擋光層
4013．．．液晶元件
4015．．．連接端子電極
4016．．．端子電極
4018．．．可撓印刷電路
4019．．．各向異性導電膜
4020．．．絕緣層
4021．．．層間膜
4030．．．像素電極層
4031．．．公共電極層
4032．．．極化板
4033．．．極化板
4034．．．擋光層
4035．．．柱狀隔離件
4501．．．第一基底
4502．．．像素部分
4503a．．．信號線驅動器電路
4503b．．．信號線驅動器電路
4504a．．．掃描線驅動器電路
4504b．．．掃描線驅動器電路
4505．．．密封劑
4506．．．第二基底
4507．．．填充物
4509．．．薄膜電晶體
4510．．．薄膜電晶體
4511．．．發光元件
4512．．．電致發光層
4513．．．第二電極層
4515．．．連接端子電極
4516．．．端子電極
4517．．．第一電極層
4518a．．．可撓印刷電路
4518b．．．可撓印刷電路
4519．．．各向異性導電膜
4520．．．隔離壁
5300．．．基底
5301．．．像素部分
5302．．．掃描線驅動器電路
5303．．．信號線驅動器電路
5400．．．基底
5401．．．像素部分
5402．．．第一掃描線驅動器電路
5403．．．信號線驅動器電路
5404．．．第二掃描線驅動器電路
5501．．．第一引線
5502．．．第二引線
5503．．．第三引線
5504．．．第四引線
5505．．．第五引線
5506．．．第六引線
5571．．．第一薄膜電晶體
5572．．．第二薄膜電晶體
5573．．．第三薄膜電晶體
5574．．．第四薄膜電晶體
5575．．．第五薄膜電晶體
5576．．．第六薄膜電晶體
5577．．．第七薄膜電晶體
5578．．．第八薄膜電晶體
5601．．．驅動器IC
5602_M．．．開關組
5603a．．．第一薄膜電晶體
5603b．．．第二薄膜電晶體
5603c．．．第三薄膜電晶體
5611．．．第一引線
5612．．．第二引線
5613．．．第三引線
5621_M．．．引線
5701_n．．．正反器
5711．．．第一引線
5712．．．第二引線
5713．．．第三引線
5714．．．第四引線
5715．．．第五引線
5716．．．第六引線
5717_n．．．第七引線
6400．．．像素
6401．．．開關電晶體
6402．．．驅動電晶體
6403．．．電容器
6404．．．發光元件
6405．．．信號線
6406．．．掃描線
6407．．．電源線
6408．．．公共電極
7001．．．薄膜電晶體
7002．．．發光元件
7003．．．陰極
7004．．．發光層
7005．．．陽極
7011．．．薄膜電晶體
7012．．．發光元件
7013．．．陰極
7014．．．發光層
7015．．．陽極
7016．．．擋光膜
7017．．．導電膜
7021．．．薄膜電晶體
7022．．．發光元件
7023．．．陰極
7024．．．發光層
7025．．．陽極
7027．．．導電膜
9400．．．通信裝置
9401．．．外殼
9402．．．操作按鈕
9403．．．外部輸入端子
9404．．．麥克風
9405．．．揚聲器
9406．．．發光部分
9410．．．顯示裝置
9411．．．外殼
9412．．．顯示部分
9413．．．操作按鈕
9600．．．電視設備
9601．．．外殼
9603．．．顯示部分
9607．．．顯示部分
9609．．．操作鍵
9610．．．遙控器
9881．．．外殼
9882．．．顯示部分
9883．．．顯示部分
9884．．．揚聲器部分
9885．．．操作鍵
9886．．．儲存媒體插入部分
9887．．．連接端子
9888．．．感測器
9889．．．麥克風
9890．．．LED燈
9891．．．外殼
9893．．．連接器
圖1A到1D是半導體裝置的製程的實施例的截面圖。
圖2A到2C是顯示半導體裝置的實施例的截面圖、等效電路圖以及俯視圖。
圖3是半導體裝置的實施例的等效電路圖。
圖4A和4B是半導體裝置的方塊圖的實施例。
圖5示出信號線驅動器電路的結構的實施例。
圖6是信號線驅動器電路的操作的實施例的時序圖。
圖7是信號線驅動器電路的操作的實施例的時序圖。
圖8示出移位暫存器的結構的示例。
圖9示出圖8中所示的正反器中的連接的實施例。
圖10示出半導體裝置的像素等效電路的實施例。
圖11A到11C是半導體裝置的實施例的截面圖。
圖12A和12B分別是半導體裝置的實施例的俯視圖和截面圖。
圖13A到13C是半導體裝置的製程的實施例的截面圖。
圖14是像素的實施例的俯視圖。
圖15是像素部分、電容器部分以及端子部分的實施例的截面圖。
圖16A和16B分別是端子部分的實施例的俯視圖和截面圖。
圖17是像素的實施例的俯視圖。
圖18A1和18A2是俯視圖，而圖18B是半導體裝置的實施例的截面圖。
圖19是半導體裝置的實施例的截面圖。
圖20A到20E是半導體裝置的製程的實施例的截面圖。
圖21A到21C是半導體裝置的製程的實施例的截面圖。
圖22A和22B分別是作為半導體裝置的實施例的電子設備的截面圖和外視圖。
圖23A和23B是電子設備的實施例。
圖24A和24B是電子設備的實施例。
409．．．第一引線
406a、406b．．．n+ 型層
405．．．第二氧化物半導體層
412．．．保護絕緣層
475．．．有機化合物層
474．．．第二電極
473．．．絕緣層
412．．．保護絕緣層
104a、104b．．．n+ 型層
103．．．氧化物半導體層
105a、105b．．．源極和汲極電極層
170．．．第二薄膜電晶體
101．．．第二閘極電極
472．．．第一電極
410．．．第二引線
403．．．閘極絕緣層
430．．．第一薄膜電晶體
401．．．第一閘極電極
400．．．基底

Claims (25)

  1. 一種用於製造半導體裝置的方法，包括：在絕緣表面上形成閘極電極；在該閘極電極上形成絕緣層；在該絕緣層上形成金屬薄膜；在該金屬薄膜上形成氧化物半導體層；以及在形成該氧化物半導體層之後，對該金屬薄膜的至少一部分執行氧化處理，因而形成第一氧化物半導體層及第二氧化物半導體層的層疊，其中通道形成區形成在該第一氧化物半導體層及該第二氧化物半導體層的該層疊中。
  2. 如申請專利範圍第1項的用於製造半導體裝置的方法，其中，該氧化處理是在含氧氣的氣氛、空氣、以及氮氣氣氛之一中執行的熱處理。
  3. 如申請專利範圍第1項的用於製造半導體裝置的方法，其中，該氧化物半導體層含有銦、鎵以及鋅中至少之一。
  4. 如申請專利範圍第1項的用於製造半導體裝置的方法，其中，該金屬薄膜含有銦、鋅、錫、鉬以及鎢中的至少之一。
  5. 如申請專利範圍第1項的用於製造半導體裝置的方法，其中，該氧化物半導體層中含有的元素中至少之一與該金屬 薄膜中含有的元素相同。
  6. 如申請專利範圍第1項的用於製造半導體裝置的方法，其中，藉由濺射法、真空汽相沈積法和塗覆法中的任一方法，形成該金屬薄膜。
  7. 如申請專利範圍第1項的用於製造半導體裝置的方法，其中，該氧化物半導體層的厚度為30nm到150nm(含30nm和150nm)。
  8. 如申請專利範圍第1項的用於製造半導體裝置的方法，其中，該金屬薄膜的厚度小於該氧化物半導體層的厚度。
  9. 一種半導體裝置，包括：在絕緣表面上的矩陣電路和驅動該矩陣電路的驅動器電路，其中，該驅動器電路包括第一薄膜電晶體，該第一薄膜電晶體包括第一氧化物半導體層和第二氧化物半導體層的疊層，該疊層與第一閘極電極交疊，該疊層與該第一閘極電極之間插入有第一閘極絕緣膜，其中，該矩陣電路包括第二薄膜電晶體，該第二薄膜電晶體包括與第二閘極電極交疊的第三氧化物半導體層，該第三氧化物半導體層與該第二閘極電極之間插入有第二閘極絕緣膜，其中，該第一氧化物半導體層包括第一材料， 其中，該第二氧化物半導體層包括與該第一材料不同的第二材料，其中，該第三氧化物半導體層包括該第二材料，以及其中，該第一氧化物半導體層的電阻率低於該第二氧化物半導體層的電阻率。
  10. 如申請專利範圍第9項的半導體裝置，其中，該第一閘極絕緣膜在該第一閘極電極上，其中，該第一氧化物半導體層在該第一閘極絕緣膜上，以及其中，該第二氧化物半導體層在該第一氧化物半導體層上。
  11. 如申請專利範圍第9項的半導體裝置，其中，該第二閘極絕緣膜在該第二閘極電極上，以及其中，該第三氧化物半導體層在該第二閘極絕緣膜上。
  12. 如申請專利範圍第9項的半導體裝置，其中，該第二氧化物半導體層含有銦、鎵以及鋅中的至少之一。
  13. 如申請專利範圍第9項的半導體裝置，其中，該第二氧化物半導體層的厚度和該第三氧化物半導體層的厚度分別為30nm到150nm(含30nm和150nm)。
  14. 如申請專利範圍第9項的半導體裝置，其中，該第一氧化物半導體層的厚度小於該第二氧化物半導體層的厚度。
  15. 一種用於製造半導體裝置的方法，該半導裝置包括在基底上的矩陣電路和用於驅動該矩陣電路的驅動器電路，該方法包括：在矩陣電路區和驅動器電路區內，在該基底上形成第一氧化物半導體層；藉由蝕刻，從該矩陣電路區去除該第一氧化物半導體層；以及形成第二氧化物半導體層和第三氧化物半導體層，該第二氧化物半導體層形成在該驅動器電路區中的該第一氧化物半導體層上，而該第三氧化物半導體層形成在該矩陣電路區中的該基底上，其中，該驅動器電路區中的第一薄膜電晶體包括該第一氧化物半導體層和該第二氧化物半導體層的疊層，其中，該矩陣電路區中的第二薄膜電晶體包括該第三氧化物半導體層，以及其中，該第一氧化物半導體層的電阻率低於該第二氧化物半導體層的電阻率。
  16. 如申請專利範圍第15項的用於製造半導體裝置的方法，其中，該第一氧化物半導體層包括第一材料，其中，該第二氧化物半導體層包括與該第一材料不同的第二材料，以及其中，該第三氧化物半導體層包括該第二材料。
  17. 一種用於製造半導體裝置的方法，包括在基底上 的矩陣電路和用於驅動該矩陣電路的驅動器電路，包括：在矩陣電路區和驅動器電路區內，在該基底上形成金屬薄膜；藉由蝕刻，從該矩陣電路區去除該金屬薄膜；在該驅動器電路區中的該金屬薄膜上和該矩陣電路區中的該基底上形成第一氧化物半導體層；以及在形成該氧化物半導體層之後，藉由對該金屬薄膜執行氧化處理來形成第二氧化物半導體層，其中，第一薄膜電晶體包括該驅動器電路區中的該第一氧化物半導體層和該第二氧化物半導體層的疊層，其中，第二薄膜電晶體包括該矩陣電路區中的第三氧化物半導體層，以及其中，該第二氧化物半導體層中含有的元素中至少之一與該金屬薄膜中含有的元素相同。
  18. 如申請專利範圍第17項的用於製造半導體裝置的方法，其中，該氧化處理是在含氧氣的氣氛、空氣、以及氮氣氣氛之一中執行的熱處理。
  19. 如申請專利範圍第17項的用於製造半導體裝置的方法，其中，該第一氧化物半導體層含有銦、鎵以及鋅中的至少之一。
  20. 如申請專利範圍第17項的用於製造半導體裝置的方法，其中， 該金屬薄膜含有銦、鋅、錫、鉬以及鎢中的至少之一。
  21. 如申請專利範圍第17項的用於製造半導體裝置的方法，其中，藉由濺射法、真空汽相沈積法和塗覆法中的任一方法，形成該金屬薄膜。
  22. 如申請專利範圍第17項的用於製造半導體裝置的方法，其中，該第一氧化物半導體層的厚度為30nm到150nm(含30nm和150nm)。
  23. 如申請專利範圍第17項的用於製造半導體裝置的方法，其中，該金屬薄膜的厚度小於該第一氧化物半導體層的厚度。
  24. 如申請專利範圍第17項的的用於製造半導體裝置的方法，其中，該第二氧化物半導體層的電阻率低於該第一氧化物半導體層的電阻率。
  25. 如申請專利範圍第17項的用於製造半導體裝置的方法，其中，該第一氧化物半導體層包括第一材料，其中，該第二氧化物半導體層包括與該第一材料不同的第二材料，以及其中，該第三氧化物半導體層包括該第一材料。
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