TWI508301B - 半導體裝置及該半導體裝置的製造方法 - Google Patents
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- H01L27/1255—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body comprising a plurality of TFTs formed on a non-semiconducting substrate, e.g. driving circuits for AMLCDs integrated with passive devices, e.g. auxiliary capacitors
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Description
本發明關於一種使用氧化物半導體的半導體裝置及該半導體裝置的製造方法。
另外，本說明書中的半導體裝置指的是能夠藉由利用半導體特性而工作的所有裝置，因此諸如顯示裝置等的電光裝置、半導體電路及電子設備都是半導體裝置。
近年來，一種利用形成在具有絕緣表面的基板上的半導體薄膜(厚度大約為幾nm至幾百nm)來構成薄膜電晶體(TFT：也稱為Thin Film Transistor)的技術受到注目。薄膜電晶體被廣泛地應用於諸如IC、電光裝置等的電子裝置，尤其是對其作為影像顯示裝置的切換元件的開發日益火熱。此外，金屬氧化物的種類繁多且用途廣。例如，氧化銦是普遍的材料，並且它被用於液晶顯示器等所需要的透明電極材料。
一些金屬氧化物呈現半導體特性。作為呈現半導體特性的金屬氧化物，例如可以舉出氧化鎢、氧化錫、氧化銦、氧化鋅等，並且已知將這種呈現半導體特性的金屬氧化物用於通道形成區的薄膜電晶體(專利文獻1及專利文獻2)。
[專利文獻1]日本專利申請公開第2007-123861號公報
[專利文獻2]日本專利申請公開第2007-96055號公報
當在絕緣表面上形成驅動電路時，用於驅動電路的薄膜電晶體的工作速度較佳較快。
例如，當使薄膜電晶體的通道長度(也稱為L)變短或使通道寬度(也稱為W)變大時，工作速度高速化。然而，當使通道長度變短時，開關特性例如導通/截止比有可能會變小。此外，當使通道寬度W變大時，薄膜電晶體本身的電容負荷有可能會上升。
本發明的一種實施例的課題之一是提供一種具備其通道長度短也具有穩定的電特性的薄膜電晶體的半導體裝置。
另外，當在絕緣表面上形成多個不同的電路時，例如，當將像素部和驅動電路形成在同一基板上時，用於像素部的薄膜電晶體被要求具有優越的開關特性，例如被要求具有較大的導通/截止比，而且用於驅動電路的薄膜電晶體被要求具有較快的工作速度。尤其是，顯示裝置的清晰度越高，顯示圖像的寫入時間越短，所以用於驅動電路的薄膜電晶體的工作速度較佳快。
另外，本發明的一種實施例的課題之一在於提供一種半導體裝置，其中，防止成為複雜的製程並防止製造成本的增大而在同一基板上形成多種電路，並且具備對應於多種電路的特性的多種薄膜電晶體。
本發明的一種實施例是如下：在同一基板上具有驅動電路及像素部(也稱為顯示部)，並且，驅動電路及像素部分別具有薄膜電晶體。藉由在同一基板上製造驅動電路及像素部，謀求實現製造成本的降低。
此外，在同一基板上形成驅動電路薄膜電晶體和像素薄膜電晶體，從而可以製造諸如液晶顯示器等的顯示裝置。
在本發明的一種實施例中，驅動電路薄膜電晶體(也稱為第一薄膜電晶體)和像素薄膜電晶體(也稱為第二薄膜電晶體)分別是包括閘極電極、源極電極、汲極電極、以及具有通道形成區的半導體層的底閘型結構的薄膜電晶體，並且，像素薄膜電晶體是具有重疊於源極電極及汲極電極上的半導體層的反共面型(也稱為底接觸型)薄膜電晶體。
在本發明的一種實施例中，像素薄膜電晶體的閘極電極、源極電極、汲極電極使用具有透光性的導電層構成，並且，其半導體層使用具有透光性的半導體層構成。就是說，薄膜電晶體的閘極電極、源極電極、汲極電極、半導體層具有透光性。由此，謀求實現像素部的孔徑比的提高。
此外，在本發明的一種實施例中，驅動電路薄膜電晶體的閘極電極使用其電阻值低於用於像素薄膜電晶體的閘極電極的材料的材料構成，並且，驅動電路薄膜電晶體的源極電極、汲極電極使用其電阻值低於像素薄膜電晶體的源極電極、汲極電極的材料構成。因此，驅動電路薄膜電晶體的閘極電極、源極電極、汲極電極的各電阻值低於像素薄膜電晶體的閘極電極、源極電極、汲極電極的各電阻值。由此，謀求實現驅動電路的工作速度的提高。
此外，在本發明的一種實施例中，驅動電路薄膜電晶體也可以具有在半導體層與源極電極之間以及在半導體層與汲極電極之間具有導電層的結構。該導電層的電阻值較佳低於半導體層且高於源極電極及汲極電極。
此外，在本發明的一種實施例中，像素薄膜電晶體具有在汲極電極層與像素電極層之間具有導電層的結構。該導電層是用來降低汲極電極層與像素電極層之間的接觸電阻的，並且，其電阻較佳低於汲極電極層。
本發明的一種實施例是一種半導體裝置，包括：同一基板上的設置有驅動電路的驅動電路部及設置有像素的像素部；設置在所述驅動電路部中的第一閘極電極層；設置在所述像素部中的具有透光性的第二閘極電極層；設置在所述第一閘極電極層及所述第二閘極電極層上的閘極絕緣層；夾著所述閘極絕緣層而設置在所述第一閘極電極層上的第一氧化物半導體層；設置在所述第一氧化物半導體層的一部分上的第一源極電極層及第一汲極電極層；設置在所述像素部中的所述閘極絕緣層上的具有透光性的第二源極電極層及第二汲極電極層；夾著所述閘極絕緣層而設置在所述第二閘極電極層上的覆蓋所述第二源極電極層的頂面及側面、所述第二汲極電極層的頂面及側面的第二氧化物半導體層；設置在所述第二氧化物半導體層的一部分上且其電阻低於所述第二源極電極層及所述第二汲極電極層的導電層；接觸於所述第一氧化物半導體層的一部分及所述第二氧化物半導體層的一部分的氧化物絕緣層。
在本發明的一種實施例中，所述第一源極電極層及所述第一汲極電極層也可以是由以選自鉬、鈦、鉻、鉭、鎢、鋁、銅、釹及鈧中的元素為主要成分的金屬材料或合金材料構成的層的單層或疊層。
在本發明的一種實施例中，所述第二源極電極層及所述第二汲極電極層也可以是使用氧化銦、氧化銦氧化錫合金、氧化銦氧化鋅合金、氧化鋅構成的層。
在本發明的一種實施例中，所述導電層也可以是由以選自鉬、鈦、鉻、鉭、鎢、鋁、銅、釹及鈧中的元素為主要成分的金屬材料或合金材料構成的層的單層或疊層。
在本發明的一種實施例中，所述像素也可以包括電容部，且所述電容部也可以包括電容器佈線及重疊於該電容器佈線的電容器電極，並且所述電容器佈線及所述電容器電極也可以具有透光性。
在本發明的一種實施例中，也可以包括夾著所述氧化物絕緣層而重疊於所述第一氧化物半導體層的導電層。
在本發明的一種實施例中，也可以在所述第一氧化物半導體層與所述第一源極電極層或所述第一汲極電極層之間包括氧化物導電層。
在本發明的一種實施例中，所述氧化物導電層也可以是使用氧化銦、氧化銦氧化錫合金、氧化銦氧化鋅合金、氧化鋅構成的層。
本發明的一種實施例是一種在同一基板上形成驅動電路部及像素部的半導體裝置的製造方法，包括如下步驟：在所述驅動電路部中的所述基板上形成第一閘極電極層；在所述像素部中的所述基板上使用具有透光性的材料來形成第二閘極電極層；在所述驅動電路部的所述第一閘極電極層及所述像素部的所述第二閘極電極層上形成閘極絕緣層；在所述像素部中的所述閘極絕緣層上使用具有透光性的材料來形成第二源極電極層及第二汲極電極層；藉由在所述閘極絕緣層上形成氧化物半導體膜並對所述氧化物半導體膜的一部分進行蝕刻，形成夾著所述閘極絕緣層而設置在所述驅動電路部中的所述第一閘極電極層上的第一氧化物半導體層，並且，形成夾著所述閘極絕緣層而設置在所述像素部中的所述第二閘極電極層上並覆蓋所述像素部中的所述第二源極電極層及所述第二汲極電極層的頂面及側面的第二氧化物半導體層；藉由加熱處理，使所述第一氧化物半導體層及所述第二氧化物半導體層脫水化或脫氫化；藉由夾著所述第一氧化物半導體層及所述第二氧化物半導體層而在所述閘極絕緣層上形成導電膜並對所述導電膜的一部分進行蝕刻，在所述第一氧化物半導體層的一部分上形成第一源極電極層及第一汲極電極層，並且，在所述第二氧化物半導體層的一部分上形成導電層；在所述第一氧化物半導體層及所述第二氧化物半導體層上形成氧化物絕緣層；在所述氧化物絕緣層的一部分中形成通到所述導電層的接觸孔；藉由在所述氧化物絕緣層上形成具有透光性的導電膜並對所述具有透光性的導電膜的一部分進行蝕刻，形成像素電極層。
本發明的一種實施例是一種在同一基板上形成驅動電路部及像素部的半導體裝置的製造方法，包括如下步驟：在所述驅動電路部中的所述基板上形成第一閘極電極層；在所述像素部中的所述基板上使用具有透光性的材料來形成第二閘極電極層；在所述驅動電路部的所述第一閘極電極層及所述像素部的所述第二閘極電極層上形成閘極絕緣層；在所述像素部中的所述閘極絕緣層上使用具有透光性的材料來形成第二源極電極層及第二汲極電極層；藉由在所述閘極絕緣層上形成氧化物半導體膜並對所述氧化物半導體膜的一部分進行蝕刻，形成夾著所述閘極絕緣層而設置在所述驅動電路部中的所述第一閘極電極層上的第一氧化物半導體層，並且，形成夾著所述閘極絕緣層而設置在所述像素部中的所述第二閘極電極層上並覆蓋所述像素部中的所述第二源極電極層及汲極電極層的頂面及側面的第二氧化物半導體層；藉由加熱處理，使所述第一氧化物半導體層及所述第二氧化物半導體層脫水化或脫氫化；夾著所述第一氧化物半導體層及所述第二氧化物半導體層而在所述閘極絕緣層上形成氧化物導電膜；藉由在所述氧化物導電膜上形成導電膜並對所述氧化物導電膜及所述導電膜的一部分進行蝕刻，形成設置在所述第一氧化物半導體層的一部分上的第一氧化物導電層及第二氧化物導電層，在所述第一氧化物導電層的一部分上形成第一源極電極層，並在所述第二氧化物導電層的一部分上形成第一汲極電極層，並且在所述第二氧化物半導體層的一部分上形成導電層；在所述第一氧化物半導體層及所述第二氧化物半導體層上形成氧化物絕緣層；在所述氧化物絕緣層的一部分中形成通到所述導電層的接觸孔；藉由在所述氧化物絕緣層上形成具有透光性的導電膜並對所述具有透光性的導電膜的一部分進行蝕刻，形成像素電極層。
此外，作為在本說明書中使用的氧化物半導體，例如形成表示為InMO3
(ZnO)m(m>0)的薄膜，並且製造將該薄膜用作氧化物半導體層的薄膜電晶體。另外，M表示選自Ga、Fe、Ni、Mn及Co中的一種金屬元素或多種金屬元素。例如，作為M，除了有包含Ga的情況之外，還有包含Ga和Ni或Ga和Fe等的Ga以外的上述金屬元素的情況。此外，在上述氧化物半導體中，有不僅包含作為M的金屬元素，而且還包含作為雜質元素的Fe、Ni等其他過渡金屬元素或該過渡金屬的氧化物的氧化物半導體。在本說明書中，在具有表示為InMO3
(ZnO)m(m>0且m不是整數)的結構的氧化物半導體層中，將具有作為M而包含Ga的結構的氧化物半導體稱為In-Ga-Zn-O類氧化物半導體，並且將該薄膜也稱為In-Ga-Zn-O類半導體膜。
另外，作為應用於氧化物半導體層的金屬氧化物，除了可以使用上述材料之外，還可以使用In-Sn-Zn-O類、In-Al-Zn-O類、Sn-Ga-Zn-O類、Al-Ga-Zn-O類、Sn-Al-Zn-O類、In-Zn-O類、Sn-Zn-O類、Al-Zn-O類、In-O類、Sn-O類、Zn-O類的氧化物半導體。另外，還可以使由上述金屬氧化物構成的氧化物半導體層包含氧化矽。
氧化物半導體較佳為包含In的氧化物半導體，更較佳為包含In及Ga的氧化物半導體。脫水化或脫氫化有效於氧化物半導體層的I型(本質)化。
此外，當在上述半導體裝置的製造製程中，在氮或稀有氣體(氬、氦等)的惰性氣體氣圍下進行加熱處理時，氧化物半導體層由於加熱處理而成為氧缺乏型，從而低電阻化，即N型化(N-
化等)，然後，形成接觸於氧化物半導體層的氧化物絕緣層，將氧化物半導體層成為氧過剩的狀態，可以使氧化物半導體層高電阻化，即I型化。由此，可以製造並提供具有優良的電特性和可靠性的薄膜電晶體的半導體裝置。
注意，在上述半導體裝置的製造製程中，在氮或稀有氣體(氬、氦等)的惰性氣體氣圍下進行350℃以上，較佳為400℃以上且700℃以下，更較佳為420℃以上且570℃以下的加熱處理，以降低氧化物半導體層的含有水分等的雜質。此外，可以防止此後的水(H2
O)的再浸漬。
用於脫水化或脫氫化的熱處理較佳在H2
O的濃度為20ppm以下的氮氣圍下進行。此外，也可以在H2
O的濃度為20ppm以下的超乾燥空氣下進行。
受到脫水化或脫氫化的氧化物半導體層即使利用升溫脫離分光法(也稱為TDS)進行測量到450℃也不檢測出兩個水的峰值，至少一個出現於300℃附近的峰值。從而，即使利用TDS對使用受到脫水化或脫氫化的氧化物半導體層的薄膜電晶體進行測量到450℃也不檢測出至少一個出現於300℃附近的水的峰值。
並且，在上述半導體裝置的製造製程中，不使氧化物半導體層接觸於大氣，並且，不對氧化物半導體層再次混入水或氫，是很重要的。當使用如下氧化物半導體層製造薄膜電晶體時，可以將薄膜電晶體的臨界值電壓值成為正值，從而可以實現所謂的常關閉型切換元件。該氧化物半導體層是在進行脫水化或脫氫化，使氧化物半導體層低電阻化，即N型化(N-
化等)後，供應氧而實現I型，從而實現高電阻化的氧化物半導體層。較佳的是，以薄膜電晶體的閘電壓儘量近於0V的正的臨界值電壓形成通道。注意，當薄膜電晶體的臨界值電壓值為負值時，容易成為所謂的常開啟型，其中，即使閘電壓為0V也在源極電極與汲極電極之間產生電流。例如，在主動矩陣型顯示裝置中，構成電路的薄膜電晶體的電特性是重要的，並且，該電特性影響到顯示裝置的性能。尤其是，在薄膜電晶體的電特性中，臨界值電壓(Vth)是很重要的。例如，當薄膜電晶體的電場效應遷移率高且臨界值電壓值高，或者臨界值電壓值為負值時，難以作為電路進行控制。此外，當採用臨界值電壓值高且臨界值電壓的絕對值大的薄膜電晶體時，在驅動電壓低的狀態下不能發揮作為TFT的開關功能，而有可能會成為負荷。例如，當採用n通道型薄膜電晶體時，較佳採用如下電晶體：在對閘極電極施加正電壓後形成通道，以產生汲電流。如果不提高驅動電壓就不形成通道的電晶體、即使在負電壓的狀態下也形成通道而產生汲電流的電晶體不合適用於電路的薄膜電晶體。
此外，從加熱溫度T降低溫度的氣體氣圍也可以被轉換為不同於升溫到加熱溫度T的氣體氣圍的氣體氣圍。例如，在與進行脫水化或脫氫化的爐同一爐中不暴露於大氣地將高純度的氧氣體或N2
O氣體填充到爐中而進行冷卻。
使用在藉由用於脫水化或脫氫化的加熱處理降低膜中的含有水分後，在不包含水分的氣圍(露點為-40℃以下，較佳為-60℃以下)下進行緩冷(或冷卻)的氧化物半導體膜，提高薄膜電晶體的電特性，並且，實現具有批量生產性和高性能的兩者的薄膜電晶體。
在本說明書中，將氮或稀有氣體(氬、氦等)的惰性氣體氣圍下的加熱處理稱為用於脫水化或脫氫化的加熱處理。在本說明書中，為方便起見，不僅將藉由該加熱處理使H2
脫離的情況稱為脫氫化，而且還將藉由該加熱處理使H、OH等脫離的情況稱為脫水化或脫氫化。
在上述半導體裝置的製造製程中，在進行氮或稀有氣體(氬、氦等)的惰性氣體氣圍下的加熱處理的情況下，氧化物半導體層由於加熱處理而成為氧缺乏型，從而低電阻化，即N型化(N-
化等)。其結果，形成與源極電極層重疊的氧缺乏型高電阻源極區(HRS(也稱為High Resistance Source)區)，並且，形成與汲極電極層重疊的氧缺乏型高電阻汲極區(也稱為HRD(High Resistance Drain)區)。
明確而言，高電阻汲極區的載子濃度為1×1018
/cm3
以上，並且它至少高於通道形成區的載子濃度(小於1×1018
/cm3
)。另外，本說明書的載子濃度指的是在室溫下藉由霍爾效應測量來求出的載子濃度的值。
此外，也可以在氧化物半導體層和源極電極及汲極電極之間形成氧化物導電層。氧化物導電層較佳作為成分而包含氧化鋅，並且較佳不包含氧化銦。例如，可以使用氧化鋅、氧化鋅鋁、氧氮化鋅鋁、氧化鋅鎵等。氧化物導電層也用作低電阻汲極區(也稱為LRN(Low Resistance N-type conductivity)區、LRD(Low Resistance Drain)區)或者低電阻源極區(也稱為LRN(Low Resistance N-type conductivity)區、LRS(Low Resistance Source)區)。明確地說，低電阻汲極區的載子濃度較佳大於高電阻汲極區(HRD區)，例如為1×1020
/cm3
以上且1×1021
/cm3
以下的範圍內。藉由在氧化物半導體層和源極電極及汲極電極之間設置氧化物導電層，可以降低接觸電阻，並且可以實現電晶體的高速工作，所以可以提高週邊電路(驅動電路)的頻率特性。
用來形成氧化物導電層和源極電極及汲極電極的導電層可以連續形成。
並且，藉由將脫水化或脫氫化了的氧化物半導體層中的至少一部分成為氧過剩的狀態，來使氧化物半導體層進一步高電阻化，即I型化，以形成通道形成區。注意，作為用來將脫水化或脫氫化了的氧化物半導體層成為氧過剩的狀態的方法，例如可以舉出利用濺射法形成氧化物絕緣層的方法等。此外，還可以進行：形成該氧化物絕緣層後的加熱處理(例如，包含氧的氣圍下的加熱處理)；在惰性氣體氣圍下進行加熱後在氧氣圍下進行冷卻的處理；利用超乾燥空氣(露點為-40℃以下，較佳為-60℃以下)進行冷卻的處理；等等。
此外，為了將脫水化或脫氫化了的氧化物半導體層中的至少一部分(重疊於閘極電極層的部分)成為通道形成區，藉由選擇性地實現氧過剩的狀態，可以實現氧化物半導體層的高電阻化，即I型化。例如，在脫水化或脫氫化了的氧化物半導體層上以接觸的方式形成由Ti等的金屬電極構成的源極電極層或汲極電極層，選擇性地將不重疊於源極電極層或汲極電極層的氧化物半導體層的露出區成為氧過剩的狀態，從而可以形成通道形成區。在選擇性地實現氧化物半導體層的氧過剩的狀態的情況下，形成重疊於源極電極層的高電阻源極區、重疊於汲極電極層的高電阻汲極區，並且，高電阻源極區和高電阻汲極區之間的區成為通道形成區。就是說，在源極電極層和汲極電極層之間以自對準的方式形成通道形成區。
根據本發明的一種實施例，可以製造並提供具有優良的電特性和可靠性的薄膜電晶體的半導體裝置。
注意，藉由在重疊於汲極電極層(及源極電極層)的氧化物半導體層中形成高電阻汲極區(及高電阻源極區)，可以謀求實現驅動電路的可靠性的提高。明確地說，藉由形成高電阻汲極區，可以得到導電性有可能會從電晶體的汲極電極層階段性地變化到高電阻汲極區、通道形成區的結構。因此，當連接到對汲極電極層供應高電源電位VDD的佈線而工作時，對閘極電極層和汲極電極層之間施加高電場也高電阻汲極區成為緩衝而不發生局部性的電場集中，從而可以提高電晶體的絕緣耐壓性。
此外，藉由形成高電阻汲極區(及高電阻源極區)，可以謀求實現降低驅動電路的漏電流。明確地說，藉由形成高電阻源極區及高電阻汲極區，作為流過在汲極電極層和源極電極層之間的電晶體的漏電流的通路，可以依次得到汲極電極層、汲極電極層一側的高電阻汲極區、通道形成區、源極電極層一側的高電阻源極區、源極電極層。此時，在通道形成區中，可以將從汲極電極層一側的高電阻汲極區流過到通道形成區的漏電流集中在當電晶體處於截止狀態時成為高電阻的閘極絕緣層和通道形成區的介面附近，從而可以降低背通道部(離閘極電極層遠的通道形成區的表面的一部分)的漏電流。
此外，重疊於源極電極層的高電阻源極區和重疊於汲極電極層的高電阻汲極區雖然與閘極電極層的寬度有關但是採用隔著閘極絕緣層而重疊於閘極電極層的一部分的結構，從而可以更有效地緩和汲極電極層的端部附近的電場強度。
另外，附上第一、第二的序數詞是為了方便而使用的，該序數詞不表示製程順序或疊層順序。此外，在本說明書中，上述序數詞不表示作為用來特定發明的事項的固有名稱。
此外，作為具有驅動電路的顯示裝置，除了液晶顯示裝置以外，還可以舉出使用電泳顯示元件的也稱為電子紙的顯示裝置。
此外，在液晶顯示裝置中，當在同一基板上形成像素部和驅動電路時，在驅動電路中，構成諸如反相電路、NAND電路、NOR電路、鎖存電路的邏輯閘極的薄膜電晶體、構成諸如讀出放大器、恆壓產生電路、VCO的類比電路的薄膜電晶體，對源極電極和汲極電極之間只施加正極性或負極性電壓。從而，也可以將被要求絕緣耐壓性的一個的高電阻汲極區的寬度設計為大於另一個高電阻源極區的寬度。此外，也可以使高電阻源極區、以及高電阻汲極區與閘極電極層重疊的寬度變大。
此外，作為配置於驅動電路中的薄膜電晶體而使用單閘結構的薄膜電晶體進行說明，但是，根據需要，而也可以形成具有多個通道形成區的多閘結構的薄膜電晶體。
此外，液晶顯示裝置為了防止液晶的退化而進行交流驅動。根據該交流驅動，每一定期間對像素電極層施加的信號電位的極性反轉為正極性或負極性。對連接到像素電極層的TFT來說，一對電極交替發揮作為源極電極層和汲極電極層的作用。在本說明書中，為方便起見，將像素的薄膜電晶體的一個稱為源極電極層，並且，將另一個稱為汲極電極層，但是，實際上當進行交流驅動時，一個電極交替用作源極電極層和汲極電極層。此外，為了謀求實現漏電流的降低，而也可以使配置於像素中的薄膜電晶體的閘極電極層的寬度小於驅動電路中的薄膜電晶體的閘極電極層的寬度。此外，為了謀求實現漏電流的降低，而也可以將配置於像素中的薄膜電晶體的閘極電極層設計為不重疊於源極電極層或汲極電極層。
此外，由於薄膜電晶體容易因靜電等而破壞，所以較佳將像素部中的薄膜電晶體的保護用的保護電路設置在與閘極線或源極電極線同一基板上。保護電路較佳由使用氧化物半導體層的非線性元件構成。
根據本發明的一種實施例，可以製造並提供具有穩定的電特性的薄膜電晶體。因此，可以提供具有優良的電特性和可靠性的薄膜電晶體的半導體裝置。
參照附圖而詳細說明實施例。但是，不侷限於以下說明，而所屬技術領域的普通技術人員可以很容易地理解一個事實就是其方式及詳細內容可以不脫離本發明的宗旨及其範圍地變換為各種各樣的形式。因此，不應該被解釋為僅限定在以下實施例所記載的內容中。注意，在以下說明的結構中，在不同的附圖之間共同使用同一附圖標記來表示同一部分或具有同一功能的部分，而省略其重複說明。
注意，各實施例所示的內容可以彼此適當地組合或替換。
實施例1
參照圖1而說明本實施例的半導體裝置的結構。圖1是示出本實施例的半導體裝置的結構的一例的截面圖。
圖1所示的半導體裝置在基板400上包括驅動電路及像素部，其中，驅動電路包括薄膜電晶體410，並且，像素包括薄膜電晶體420。
薄膜電晶體410包括：設置在基板400上的閘極電極層411；設置在閘極電極層411上的閘極絕緣層402；夾著閘極絕緣層402而設置在閘極電極層411上的至少包括通道形成區413、高電阻源極區414a及高電阻汲極區414b的氧化物半導體層412；設置在氧化物半導體層412上的源極電極層415a及汲極電極層415b。
閘極電極層411的電阻較佳低，並且，作為閘極電極層，例如較佳使用金屬材料。
閘極絕緣層402例如由氧化物絕緣層及氮化物絕緣層中的任一個的單層或者它們中的任一個或多個的疊層構成。閘極絕緣層402較佳具有透光性。
高電阻源極區414a以接觸於源極電極層415a的下面的方式自對準地形成。此外，高電阻汲極區414b以接觸於汲極電極層415b的下面的方式自對準地形成。此外，通道形成區413是其電阻高於高電阻源極區414a及高電阻汲極區414b的區(I型區)。
源極電極層415a及汲極電極層415b的電阻較佳低，例如，作為源極電極層415a及汲極電極層415b，較佳使用金屬材料。
此外，驅動電路也可以採用如下結構：閘極電極層或者使用與閘極電極層相同的導電膜形成的導電層與源極電極層或汲極電極層或者使用與源極電極層或汲極電極層相同的導電膜形成的導電層藉由設置在閘極絕緣層中的開口部電連接。圖1所示的半導體裝置包括使用與閘極電極層411相同的導電膜形成的導電層457、設置在導電層457上的使用與閘極電極層421相同的導電膜形成的導電層458、設置在導電層458上的閘極絕緣層402、設置在閘極絕緣層402上的藉由設置在閘極絕緣層402中的開口部電連接到導電層457的導電層459。導電層459使用與源極電極層415a及汲極電極層415b相同的導電膜形成。由此，可以得到良好的接觸，並且，可以降低接觸電阻。因此，可以謀求實現開口數的降低以及開口數的降低所導致的驅動電路的佔有面積的縮小。
薄膜電晶體420包括：設置在基板400上的閘極電極層421；設置在閘極電極層421上的閘極絕緣層402；分別設置在閘極絕緣層402上的源極電極層409a及汲極電極層409b；設置在源極電極層409a及汲極電極層409b、閘極絕緣層402上的氧化物半導體層422。
作為閘極電極層421，為了實現具有高孔徑比的顯示裝置而使用具有透光性的材料，並且，閘極電極層421例如使用具有透光性的膜來形成。
此外，作為源極電極層409a及汲極電極層409b，為了實現具有高孔徑比的顯示裝置而使用具有透光性的材料，並且，源極電極層409a及汲極電極層409b例如使用具有透光性的膜來形成。
此外，在本說明書中，具有透光性的膜是指具有像可見光的透過率成為75%至100%那樣的厚度的膜，並且，在其材料具有導電性的情況下也稱為透明導電膜。此外，也可以使用相對於可見光而具有半透明性的導電膜來形成閘極電極層、源極電極層、汲極電極層、像素電極層、其他電極層、佈線層。相對於可見光而具有半透明性的情況是指可見光的透過率為50%至75%的情況。
注意，圖1所示的薄膜電晶體420具有其源極電極層409a及汲極電極層409b的頂面及側面由氧化物半導體層422覆蓋的結構。但是，不侷限於此，而薄膜電晶體420也可以具有在源極電極層409a及汲極電極層409b的一部分上包括氧化物半導體層422的結構。
此外，像素部包括電連接到汲極電極層409b的導電層442。圖1所示的導電層442設置在氧化物半導體層422的一部分上。
導電層442的電阻較佳低，例如，作為導電層442，較佳使用金屬材料。
此外，氧化物半導體層422包括區428。區428以接觸於導電層442的下面的方式自對準地形成。區428是由於加熱處理而成為氧缺乏型，從而低電阻化，即N型化(N-
化等)的區，並且，它是與高電阻源極區或高電阻汲極區相同的氧缺乏型的區。因此，區428的載子濃度與高電阻源極區或高電阻汲極區相同並高於通道形成區的載子濃度。注意，將區428也稱為高電阻區。
此外，像素部也可以包括電容器454。電容器454包括設置在基板400上的導電層438、夾著閘極絕緣層402而設置在導電層438上的導電層439、設置在導電層439上的氧化物半導體層435。電容器454具有作為像素部的儲存電容器的功能。
藉由都使用具有透光性的材料構成電容器454，可以提高像素的孔徑比。因此，導電層438、導電層439以及氧化物半導體層435較佳具有透光性。
為了提高孔徑比，電容器454具有透光性是很重要的。尤其是，關於10英寸以下的小型液晶顯示面板，藉由增加閘極佈線的數量等來謀求實現顯示圖像的高清晰化，即使將像素尺寸微小化，也可以實現高的孔徑比。此外，藉由將具有透光性的膜用於薄膜電晶體420及電容器454的結構構件，來實現廣視野角，因此，即使將一個像素分割為多個子像素也可以實現高孔徑比。就是說，當配置高密度的薄膜電晶體群時，也可以實現大的孔徑比，並且，可以充分確保顯示區的面積。例如，當在一個像素內具有兩個至四個子像素時，由於除了薄膜電晶體具有透光性以外，各儲存電容器也具有透光性，所以可以提高孔徑比。
此外，圖1所示的半導體裝置在驅動電路及像素部中包括至少接觸於氧化物半導體層412的一部分及氧化物半導體層422的一部分的氧化物絕緣層416。
此外，圖1所示的半導體裝置在驅動電路中在氧化物絕緣層416上包括重疊於通道形成區413的導電層417。例如，藉由將導電層417電連接到閘極電極層411並且使其電位與閘極電極層411的電位相同，可以從上下對配置在閘極電極層411與導電層417之間的氧化物半導體層412施加閘電壓。此外，當將閘極電極層411和導電層417的電位設定為不同的電位，例如，固定電位、GND、0V時，可以控制TFT的電特性，例如，臨界值電壓等。
再者，圖1所示的半導體裝置在像素部中包括設置在氧化物絕緣層416上的藉由設置在氧化物絕緣層416中的開口部接觸於導電層442的像素電極層427。
注意，電容器454也可以不設置導電層438而由設置在閘極絕緣層402上的導電層439、設置在導電層439上的氧化物半導體層435、設置在氧化物半導體層435上的氧化物絕緣層416、像素電極層427構成。
注意，也可以在氧化物絕緣層416上設置氮化物絕緣層。氮化物絕緣層較佳具有接觸於設置在氧化物絕緣層416的下方的閘極絕緣層402或者成為基底的絕緣膜的結構，並且，它阻擋水分、氫離子、OH-
等雜質從基板的側面附近侵入。尤其是，當將接觸於氧化物絕緣層416的閘極絕緣層402或者成為基底的絕緣膜為氮化矽膜時，是很有效的。就是說，當以圍繞氧化物半導體層412及氧化物半導體層422的下面、頂面、側面的方式設置氮化矽膜時，提高顯示裝置的可靠性。
另外，也可以在氧化物絕緣層416與像素電極層427之間設置平坦化絕緣層。當在氧化物絕緣層416上具有氮化物絕緣層時，較佳在氮化物絕緣層上設置平坦化絕緣層。作為平坦化絕緣層，可以使用諸如聚醯亞胺、丙烯酸樹脂、苯並環丁烯樹脂、聚醯胺、環氧樹脂等的具有耐熱性的有機材料。此外，除了上述有機材料以外，作為平坦化絕緣層，還可以使用低介電常數材料(low-k材料)、矽氧烷類樹脂、PSG(磷矽玻璃)、BPSG(硼磷矽玻璃)等。注意，也可以藉由層疊多個由這些材料形成的絕緣膜，來形成平坦化絕緣層。
另外，矽氧烷類樹脂相當於以矽氧烷類材料為起始材料而形成的包含Si-O-Si鍵的樹脂。此外，矽氧烷類樹脂，作為取代基，也可以使用有機基(例如烷基、芳基)。另外，有機基也可以具有氟基團。
對平坦化絕緣層的形成方法沒有特別的限制，而可以根據其材料利用如下方法及設備：方法諸如濺射法、SOG法、旋塗、浸漬、噴塗、液滴噴射法(噴墨法、絲網印刷、膠版印刷等)等；設備諸如刮片、輥塗機、幕塗機、刮刀塗佈機等。
注意，對氧化物半導體層412及氧化物半導體層422進行用來降低雜質的水分等的加熱處理(用於脫水化或脫氫化的加熱處理)。藉由在進行用於脫水化或脫氫化的加熱處理及緩冷後，接觸於氧化物半導體層地形成作為氧化物絕緣層的氧化物絕緣膜等來降低氧化物半導體層的載子濃度，可以提高薄膜電晶體410及薄膜電晶體420的電特性及可靠性。
注意，在圖1所示的半導體裝置中，與像素部的薄膜電晶體相比，驅動電路部的薄膜電晶體被要求高速工作，所以也可以將薄膜電晶體410的通道長度設定為短於薄膜電晶體420的通道長度。此時，例如，薄膜電晶體410的通道長度較佳為1μm至5μm左右，並且，薄膜電晶體420的通道長度較佳為5μm至20μm。
如上所述，本實施例的半導體裝置的一例是在同一基板上包括具有第一薄膜電晶體(薄膜電晶體410)的驅動電路及具有第二薄膜電晶體(薄膜電晶體420)的像素部的結構，其中，第二薄膜電晶體的電極由具有透光性的材料構成，並且，第一薄膜電晶體的電極由其電阻值低於具有透光性的材料的材料構成。由此，可以提高像素部的孔徑比，並且，可以提高驅動電路的工作速度。此外，藉由在同一基板上設置驅動電路及像素部，可以減少用來連接驅動電路及像素部的佈線數並且縮短佈線的長度，所以可以實現半導體裝置的小型化、低成本化。
此外，本實施例的半導體裝置的一例可以採用在驅動電路的薄膜電晶體中在氧化物絕緣層上具有由具有透光性的材料構成的重疊於通道形成區的導電層的結構，由此，可以控制薄膜電晶體的臨界值電壓。
此外，本實施例的半導體裝置的一例具有像素部的像素電極夾著導電層(導電層442)而電連接到像素部的薄膜電晶體的汲極電極的結構。由此，可以降低像素電極和薄膜電晶體的汲極電極的接觸電阻。
此外，本實施例的半導體裝置的一例具有在像素部中像素電極層夾著導電層而電連接到氧化物半導體層的結構。由此，可以降低像素電極層和氧化物半導體層之間的接觸電阻。
接著，參照圖2A至圖4B而說明圖1所示的半導體裝置的製造方法的一例。
首先，準備基板400，在基板400上形成導電膜後，進行第一光刻過程，在導電膜的一部分上形成抗蝕劑光罩，利用該抗蝕劑光罩對導電膜進行蝕刻，以形成閘極電極層411(參照圖2A)。
基板400需要具有絕緣表面並且至少具有能夠承受後面的加熱處理程度的耐熱性。作為基板400，例如可以使用玻璃基板等。
此外，當後面的加熱處理的溫度高時，作為玻璃基板，使用其應變點為730℃以上的基板，即可。此外，作為玻璃基板，例如使用鋁矽酸鹽玻璃、鋁硼矽酸鹽玻璃、鋇硼矽酸鹽玻璃等玻璃材料。注意，藉由包括比硼多的氧化鋇(BaO)，可以得到更有實用性的耐熱玻璃。由此，較佳使用包括比B2
O3
多的BaO的玻璃基板。
注意，也可以使用陶瓷基板、石英基板、藍寶石基板等的由絕緣體構成的基板而代替上述玻璃基板。此外，作為基板400，還可以使用結晶化玻璃等。因為在本實施例中示出的半導體裝置為透過型，所以作為基板400使用具有透光性的基板，但是，當採用反射型時，作為基板400，也可以使用非透光型的金屬基板等的基板。
此外，也可以在基板400與閘極電極層411之間設置作為基底膜的絕緣膜。基底膜具有防止雜質元素從基板400擴散的功能，並且它可以使用選自氮化矽膜、氧化矽膜、氮氧化矽膜和氧氮化矽膜中的一個或多個膜的疊層膜形成。
作為用來形成閘極電極層411的導電膜的材料，例如可以使用鉬、鈦、鉻、鉭、鎢、鋁、銅、釹、鈧等的金屬材料或以這些材料為主要成分的合金材料，並且，閘極電極層411、用來形成導電層457的導電膜可以使用包括這些材料中的任一個或多個的膜的單層膜或疊層膜來形成。
此外，作為用來形成閘極電極層411的導電膜，例如較佳使用由鈦膜、設置在該鈦膜上的鋁膜以及設置在該鋁膜上的鈦膜構成的三層的疊層膜或者由鉬膜、設置在該鉬膜上的鋁膜以及設置在該鋁膜上的鉬膜構成的三層的疊層膜。當然，作為金屬導電膜，也可以使用單層膜、兩層的疊層膜、或者四層以上的疊層膜。此外，當作為導電膜而使用由鈦膜、鋁膜及鈦膜構成的疊層導電膜時，可以利用使用氯氣體的乾蝕刻法進行蝕刻。
此外，在驅動電路中，使用與閘極電極層411相同的材料、相同的光刻過程形成導電層457。導電層457具有作為端子電極或端子佈線的功能。
接著，去除抗蝕劑光罩，在閘極電極層411及導電層457上形成導電膜，進行第二光刻過程，在導電膜的一部分上形成抗蝕劑光罩，利用該抗蝕劑光罩對導電膜進行蝕刻，以形成閘極電極層421(參照圖2B)。
作為用來形成閘極電極層421的導電膜，可以應用相對於可見光而具有透光性的導電材料諸如In-Sn-Zn-O類、In-Al-Zn-O類、Sn-Ga-Zn-O類、Al-Ga-Zn-O類、Sn-Al-Zn-O類、In-Zn-O類、Sn-Zn-O類、Al-Zn-O類、In-Sn-O類、In-O類、Sn-O類、Zn-O類的導電材料，並且，將該導電膜的厚度設定為50nm以上且300nm以下的範圍內。作為用於閘極電極層421的金屬氧化物膜的成膜方法，使用濺射法、真空蒸鍍法、(電子束蒸鍍法等)、電弧放電離子電鍍法、噴射法。此外，在利用濺射法的情況下，也可以使用包括2wt%以上且10wt%以下的SiO2
的靶材進行成膜，使具有透光性的導電膜包括阻礙結晶化的SiOx
(X>0)。由此，可以抑制當在後面的製程中進行用於脫水化或脫氫化的加熱處理時進行結晶化。
此外，使用與閘極電極層421相同的材料、相同的製程，在驅動電路部中形成導電層458並且在像素部中形成導電層438。導電層458具有作為端子電極或端子佈線的功能，並且，導電層438具有作為電容器佈線的功能。此外，除了像素部以外，在驅動電路還需要電容器的情況下，也在驅動電路中形成電容器佈線。
接著，去除抗蝕劑光罩，在閘極電極層411、導電層457、導電層458、閘極電極層421、導電層438上形成閘極絕緣層402。
閘極絕緣層402可以藉由電漿CVD法、濺射法等以氧化矽層、氮化矽層、氧氮化矽層、氮氧化矽層的單層或疊層形成。例如，在形成氧氮化矽層的情況下，可以使用SiH4
、氧及氮作為成膜氣體並且利用電漿CVD法形成氧氮化矽層。此外，將閘極絕緣層402的厚度設定為100nm以上且500nm以下，並且，在採用疊層的情況下，例如採用如下疊層：在厚度為50nm以上且200nm以下的第一閘極絕緣層上層疊有厚度為5nm以上且300nm以下的第二閘極絕緣層。此外，藉由作為閘極絕緣層402而使用藉由利用摻雜有硼的矽靶材材料來形成的氧化矽膜，可以抑制雜質(水分、氫離子、OH-
等)的侵入。
在本實施例中，藉由電漿CVD法形成作為氮化矽層的厚度為200nm以下的閘極絕緣層402。
接著，在閘極絕緣層402上形成導電膜，進行第三光刻過程，在導電膜的一部分上形成抗蝕劑光罩，利用該抗蝕劑光罩對導電膜進行蝕刻，以形成源極電極層409a及汲極電極層409b。
作為用來形成源極電極層409a及汲極電極層409b的導電膜，例如可以應用相對於可見光而具有透光性的導電材料諸如In-Sn-O類、In-Sn-Zn-O類、In-Al-Zn-O類、Sn-Ga-Zn-O類、Al-Ga-Zn-O類、Sn-Al-Zn-O類、In-Zn-O類、Sn-Zn-O類、Al-Zn-O類、In-O類、Sn-O類、Zn-O類的氧化物導電膜，並且，將該導電膜的厚度適當地設定為50nm以上且300nm以下的範圍內。此外，在作為該導電膜的成膜方法而使用濺射法的情況下，較佳的是，使用包括2wt%以上且10wt%以下的SiO2
的靶材進行成膜，使具有透光性的導電膜包括阻礙結晶化的SiOx
(X>0)，以抑制在後面的製程中進行用於脫水化或脫氫化的加熱處理後形成的氧化物導電層結晶化。
此外，在像素部中利用與源極電極層409a及汲極電極層409b相同的材料及製程形成導電層439。導電層439用作電容器電極。此外，除了像素部以外，還在驅動電路中需要電容器的情況下，在驅動電路中也形成電容器佈線。
接著，去除抗蝕劑光罩，在閘極絕緣層402、源極電極層409a及汲極電極層409b以及導電層439上形成厚度為2nm以上且200nm以下的氧化物半導體膜430。為了即使在形成氧化物半導體膜430之後進行用於脫水化或脫氫化的加熱處理也使後面形成的氧化物半導體層成為非晶狀態，較佳將氧化物半導體膜430的厚度設定為薄，即50nm以下。藉由將氧化物半導體膜430的厚度設定為薄，可以抑制當在形成氧化物半導體膜430後進行加熱處理時後面形成的氧化物半導體層被結晶化。
另外，較佳在利用濺射法形成氧化物半導體膜430之前，進行引入氬氣體來產生電漿的反濺射，而去除附著在閘極絕緣層的表面上的塵屑。反濺射是指一種方法，其中，不對靶材一側施加電壓而在氬氣圍中使用RF電源對基板一側施加電壓來在基板附近形成電漿以進行表面修改。注意，也可以代替氬氣圍而使用氮、氦、氧等。
作為氧化物半導體膜430，使用In-Ga-Zn-O類、In-Sn-Zn-O類、In-Al-Zn-O類、Sn-Ga-Zn-O類、Al-Ga-Zn-O類、Sn-Al-Zn-O類、In-Zn-O類、Sn-Zn-O類、Al-Zn-O類、In-Sn-O類、In-O類、Sn-O類、Zn-O類的氧化物半導體膜。在本實施例中，藉由使用In-Ga-Zn-O類氧化物半導體靶材的濺射法進行成膜。此外，氧化物半導體膜430可以在稀有氣體(典型為氬)氣圍下、氧氣圍下、稀有氣體(典型為氬)及氧氣圍下藉由濺射法來形成。此外，在利用濺射法的情況下，也可以使用包括2wt%以上且10wt%以下的SiO2
的靶材進行成膜，使氧化物半導體膜包括阻礙結晶化的SiOx
(X>0)。由此，可以抑制當在後面的製程中進行用於脫水化或脫氫化的加熱處理時後面形成的氧化物半導體層被結晶化。
接著，藉由第四光刻過程在氧化物半導體膜430上形成抗蝕劑光罩，藉由蝕刻去除氧化物半導體膜430及閘極絕緣層402的不需要的部分，以在閘極絕緣層402中形成到達導電層457的接觸孔426(參照圖2C)。
如此，在將氧化物半導體膜層疊在閘極絕緣層的整個表面上的狀態下進行在閘極絕緣層中形成接觸孔的製程時，由於閘極絕緣層的表面不直接接觸抗蝕劑光罩，所以可以防止閘極絕緣層表面被污染(雜質等的附著等)。因此，可以使閘極絕緣層與氧化物半導體膜之間的介面狀態為良好，從而提高可靠性。
此外，並不侷限於此，而還可以在閘極絕緣層上直接形成抗蝕劑圖案來進行接觸孔的開口。在這種情況下，較佳在剝離抗蝕劑之後進行熱處理來進行閘極絕緣膜表面的脫水化、脫氫化、脫羥基化處理。例如，可以在惰性氣體氣圍(氮、氦、氖或氬等)下、氧氣圍下進行加熱處理(例如，400℃以上且700℃以下)，來去除閘極絕緣層所含有的氫及水等的雜質。
接著，藉由第五光刻過程形成抗蝕劑光罩，利用該抗蝕劑光罩，進行選擇性的蝕刻，以將氧化物半導體膜430加工為島狀的氧化物半導體層。
接著，去處抗蝕劑光罩，進行氧化物半導體層的脫水化或脫氫化。將進行脫水化或脫氫化的第一加熱處理的溫度例如設定為400℃以上且700℃以下，較佳為425℃以上。注意，只要採用425℃以上的溫度就熱處理時間是一個小時以下，即可。但是，如果採用低於425℃的溫度就熱處理時間是一個小時以上。在此，將其上部形成有氧化物半導體層的基板放入加熱處理裝置之一的電爐中，在氮氣氣圍下對氧化物半導體層進行加熱處理後，不接觸於大氣，防止水、氫再混入到氧化物半導體層中，而得到氧化物半導體層431、432(參照圖3A)。在本實施例中，在氮氣圍下使用同一爐將氧化物半導體層的溫度從進行氧化物半導體層的脫水化或脫氫化所需的加熱溫度T緩冷到水無法再次混入的溫度，明確而言將氧化物半導體層的溫度降低到比加熱溫度T低100℃以上的溫度。此外，不侷限於氮氣圍，而在氦、氖、氬等稀有氣體氣圍下進行脫水化或脫氫化。
藉由以400℃至700℃的溫度對氧化物半導體層進行熱處理，實現氧化物半導體層的脫水化或脫氫化，可以防止後面氧化物半導體層再次含有水(H2
O)。
注意，在第一加熱處理中，較佳的是，在氮或者諸如氦、氖、氬等的稀有氣體中不包括水、氫等。此外，較佳將引入加熱處理裝置中的氮或諸如氦、氖、氬等稀有氣體的純度設定為6N(99.9999%)以上，較佳設定為7N(99.99999%)以上(即雜質濃度為1ppm以下，較佳為0.1ppm以下)。
另外，加熱處理裝置不侷限於電爐，也可以具備利用來自電阻發熱體等發熱體的熱傳導或熱輻射加熱被處理物的裝置。例如，可以使用GRTA(Gas Rapid Thermal Anneal，即氣體快速熱退火)裝置、LRTA(Lamp Rapid Thermal Anneal，即燈快速熱退火)裝置等的RTA(Rapid Thermal Anneal，即快速熱退火)裝置。LRTA裝置是利用從燈如鹵素燈、金鹵燈、氙弧燈、碳弧燈、高壓鈉燈或高壓汞燈等發出的光(電磁波)的輻射加熱被處理物的裝置。GRTA裝置是指使用高溫氣體進行加熱處理的裝置。作為氣體，使用如氬等的稀有氣體或者如氮等的即使進行加熱處理也不與被處理物產生反應的惰性氣體。當使用GRTA裝置時，較佳將加熱溫度例如設定為450℃以上且700℃以下。
另外，根據第一加熱處理的條件或氧化物半導體層的材料，也有時進行結晶化，而成為微晶膜或多晶膜。此外，微晶膜較佳為其結晶成分在整體上所佔有的比例為80%以上(較佳為90%以上)並且相鄰的微晶粒以彼此接觸的方式被填充的膜。此外，也有時整個氧化物半導體層成為非晶狀態。
另外，也可以對加工為島狀的氧化物半導體層之前的氧化物半導體膜進行第一加熱處理。在這種情況下，在第一加熱處理之後，從加熱裝置取出基板，進行光刻過程，形成抗蝕劑光罩，利用該抗蝕劑光罩選擇性地進行蝕刻，從而將氧化物半導體膜加工為氧化物半導體層。
作為對氧化物半導體層的脫水化、脫氫化的熱處理可以在以下任一製程之後進行：形成氧化物半導體層後；在驅動電路中的氧化物半導體層上層疊源極電極層及汲極電極層之後；在源極電極層及汲極電極層上形成氧化物半導體層之後。
此外，也可以在形成氧化物半導體膜之前在惰性氣體氣圍(氮、或者氦、氖、氬等的稀有氣體)下、在氧氣圍下進行加熱處理(例如為400℃以上且低於700℃)，去除包含在閘極絕緣層內的氫及水等的雜質。
注意，這裏的對氧化物半導體膜的蝕刻不侷限於濕蝕刻，而還可以使用乾蝕刻。
作為用於乾蝕刻的蝕刻氣體，較佳使用包括氯的氣體(氯類氣體，例如，氯(Cl2
)、三氯化硼(BCl3
)、四氯化矽(SiCl4
)、四氯化碳(CCl4
)等)。
另外，還可以使用包括氟的氣體(氟類氣體，例如四氟化碳(CF4
)、六氟化硫(SF6
)、三氟化氮(NF3
)、三氟甲烷(CHF3
)等)、溴化氫(HBr)、氧(O2
)、對上述氣體添加氦(He)或氬(Ar)等的稀有氣體的氣體等。
作為乾蝕刻法，可以使用平行平板型RIE(Reactive Ion Etching：反應離子蝕刻)法或ICP(Inductively Coupled Plasma：感應耦合電漿)蝕刻法。適當地調節蝕刻條件(施加到線圈形電極的電力量、施加到基板一側的電極的電力量、基板一側的電極溫度等)，以可以蝕刻為所希望的加工形狀。
作為用於濕蝕刻的蝕刻液，可以使用將磷酸、醋酸及硝酸混合而成的溶液。此外，也可以使用ITO07N(關東化學株式會社製造)。
此外，藉由清洗去除濕蝕刻後的蝕刻液以及受到蝕刻的材料。也可以提純包括該被去除的材料的蝕刻液的廢液，並且再次利用所包括的材料。藉由從該蝕刻後的廢液回收包括在氧化物半導體層中的銦等的材料並將它再次利用，可以有效地利用資源並且實現低成本化。
根據材料而適當地調節蝕刻條件(蝕刻液、蝕刻時間、溫度等)，以便可以蝕刻為所希望的加工形狀。
在此，在以下條件下形成氧化物半導體膜430：使用包含In、Ga及Zn的氧化物半導體靶材(In2
O3
：Ga2
O3
：ZnO=1：1：1[mol比]、In：Ga：Zn=1：1：0.5[atom比])；基板與靶材之間的距離是100mm；壓力是0.2Pa；直流(DC)電源是0.5kW；以及氬及氧(氬：氧=30sccm：20sccm氧流量比率是40%)氣圍下。較佳使用脈衝直流(DC)電源，因為可以減少塵屑，而且膜厚分佈也變得均勻。將In-Ga-Zn-O類膜的厚度設定為5nm至200nm。此外，作為氧化物半導體靶材材料，例如也可以使用In：Ga：ZnO=1：1：1、或者In：Ga：ZnO=1：1：4等的靶材材料。
在濺射法中，有作為濺射電源使用高頻電源的RF濺射法、DC濺射法，並且還有以脈衝方式施加偏壓的脈衝DC濺射法。RF濺射法主要用於絕緣膜的形成，而且DC濺射法主要用於金屬膜的形成。
此外，還有可以設置多個材料不同的靶材的多元濺射裝置。多元濺射裝置既可以在同一處理室中層疊形成不同材料的膜，又可以在同一處理室中使多種材料同時放電而進行成膜。
此外，有利用如下濺射法的濺射裝置：即在處理室內具備磁鐵機構並且利用磁控管濺射法；以及不使用輝光放電而利用使用微波來產生的電漿的ECR濺射法。
此外，作為使用濺射法的成膜方法，還有在膜形成期間使靶材物質與濺射氣體成分產生化學反應而形成它們的化合物薄膜的反應濺射法、在膜形成期間對基板也施加電壓的偏壓濺射法。
注意，圖3A所示的氧化物半導體層432覆蓋源極電極層409a及汲極電極層409b的頂面及側面地形成。由此，不考慮到氧化物半導體膜和源極電極層409a及汲極電極層409b之間的蝕刻選擇比而進行對氧化物半導體膜的蝕刻。此外，不侷限於此，而只要在源極電極層409a及汲極電極層409b不受到蝕刻的條件下，就也可以對氧化物半導體膜進行蝕刻以在源極電極層409a及汲極電極層409b的一部分上形成氧化物半導體層432。
此外，在像素部中使用與氧化物半導體層431及氧化物半導體層432相同的材料及製程形成氧化物半導體層435。氧化物半導體層435具有作為電容器佈線的功能。此外，除了像素部以外，還在驅動電路需要電容器的情況下，也在驅動電路中形成電容器佈線。
接著，在氧化物半導體層431、氧化物半導體層432、氧化物半導體層435以及閘極絕緣層402上形成導電膜，藉由第六光刻過程在導電膜上形成抗蝕劑光罩433a及抗蝕劑光罩433b，選擇性地進行蝕刻來形成源極電極層415a、汲極電極層415b(參照圖3B)。
作為用來形成源極電極層415a及汲極電極層415b的導電膜的材料，例如可以使用鉬、鈦、鉻、鉭、鎢、鋁、銅、釹、鈧等的金屬材料或者以它們為主要成分的合金材料。並且，用來形成源極電極層415a及汲極電極層415b的導電膜可以使用包括這些材料中的任一種或多種的膜的單層膜或疊層膜來形成。
此外，作為用來形成源極電極層415a及汲極電極層415b的導電膜，較佳使用：由鈦膜、設置在該鈦膜上的鋁膜以及設置在該鋁膜上的鈦膜構成的三層的疊層膜；或者，由鉬膜、設置在該鉬膜上的鋁膜以及設置在該鋁膜上的鉬膜構成的三層的疊層膜。當然，作為金屬導電膜，也可以使用單層膜、兩層的疊層膜、四層以下的疊層膜。此外，當作為導電膜而使用由鈦膜、鋁膜以及鈦膜構成的疊層導電膜時，可以藉由使用氯氣體的乾蝕刻法進行蝕刻。
此外，利用與抗蝕劑光罩433a及抗蝕劑光罩433b相同的製程，形成抗蝕劑光罩433c，在驅動電路部中利用與源極電極層415a及汲極電極層415b相同的材料及製程形成導電層459。導電層459具有作為端子電極或端子佈線的功能。
此外，利用與抗蝕劑光罩433a及抗蝕劑光罩433b相同的製程，形成抗蝕劑光罩433d，在像素部中利用與源極電極層415a及汲極電極層415b相同的材料及製程形成導電層442。
接著，去除抗蝕劑光罩433a至抗蝕劑光罩433d，接觸於氧化物半導體層431及氧化物半導體層432的露出面地形成氧化物絕緣層416。
將氧化物絕緣層416的厚度設定為至少1nm以上。此外，氧化物絕緣層416可以藉由適當地利用濺射法等不使水、氫等雜質混入到氧化物絕緣層416中的方法來形成。在本實施例中，作為氧化物絕緣層416，藉由濺射法形成厚度為300nm的氧化矽膜。將膜形成期間的基板溫度設定為室溫以上且300℃以下即可，而在本實施例中採用100℃。利用濺射法的氧化矽膜的形成可以在稀有氣體(典型為氬)氣圍下、氧氣圍下、稀有氣體(典型為氬)及氧的氣圍下進行。此外，作為靶材，可以使用氧化矽靶材或矽靶材。例如，可以在氧及氮氣圍下藉由使用矽靶材的濺射法形成氧化矽膜。接觸於氧化物半導體層431、氧化物半導體層432以及氧化物半導體層435地形成的氧化物絕緣層416不包括水分、氫離子、OH-
等雜質，並且採用阻擋水分、氫離子、OH-
等雜質從外部侵入的無機絕緣膜，而典型地採用氧化矽膜、氮氧化矽膜、氧化鋁膜或者氧氮化鋁膜等。此外，藉由使用摻雜有硼的矽靶材材料而形成的氧化矽膜來形成氧化物絕緣層416，可以抑制雜質(水分、氫離子、OH-
等)的侵入。
此外，在惰性氣體氣圍下或者氧氣體氣圍下進行第二加熱處理(較佳為200℃以上且400℃以下，例如為250℃以上且350℃以下)。例如，在氮氣圍下進行250℃且一個小時的第二加熱處理。當進行第二加熱處理時，氧化物半導體層431及氧化物半導體層432的一部分、氧化物半導體層435以接觸於氧化物絕緣層416的狀態受到加熱。
藉由上述製程，使氧化物半導體層431、氧化物半導體層432及氧化物半導體層435低電阻化，來將氧化物半導體層431及氧化物半導體層432的一部分選擇性地成為氧過剩狀態。其結果，接觸於氧化物絕緣層416的通道形成區413成為I型，接觸於氧化物絕緣層416的氧化物半導體層435的部分成為I型，並且，以自對準的方式形成重疊於源極電極層415a的高電阻源極區414a、重疊於汲極電極層415b的高電阻汲極區414b、以及重疊於導電層442的區428(參照圖3C)。
注意，根據氧化物半導體層的厚度而高電阻源極區414a、高電阻汲極區414b以及區428的形成範圍不同。在氧化物半導體層的厚度例如為15nm以下的情況下，源極電極層、汲極電極層、以及重疊於導電層的部分部成為N型(N-
)區，但是，在氧化物半導體層的厚度例如為30nm至50nm的情況下，對源極電極層、汲極電極層、以及重疊於導電層的部分來說，在源極電極層、汲極電極層、以及導電層的附近形成N型區，並且，在N型區下形成1型區。
此外，藉由形成高電阻汲極區414b(或者高電阻源極區414a)，可以謀求實現驅動電路的可靠性的提高。明確而言，藉由形成高電阻汲極區414b，可以得到導電性從汲極電極層到高電阻汲極區414b、通道形成區能夠階段性地變化的電晶體的結構。因此，當在汲極電極層415b與供應高電源電位VDD的佈線接觸的同時電晶體工作時，即使對閘極電極層411和汲極電極層415b之間施加高電場也高電阻汲極區414b(或者高電阻源極區414a)成為緩衝而不發生局部性的電場集中，從而可以提高電晶體的絕緣耐壓性。
此外，藉由形成高電阻汲極區414b(或者高電阻源極區414a)，可以謀求實現驅動電路的漏電流的降低。
接著，進行第七光刻過程，形成抗蝕劑光罩，藉由對氧化物絕緣層416進行蝕刻來形成到達導電層442的接觸孔441(參照圖4A)。此外，藉由在此的蝕刻，也形成到達閘極電極層411、421的接觸孔。
接著，在去除抗蝕劑光罩後，形成具有透光性的導電膜。例如，藉由利用濺射法或真空蒸鍍法等形成氧化銦(In2
O3
)、氧化銦氧化錫合金(In2
O3
-SnO2
、縮寫為ITO)等的膜，來形成具有透光性的導電膜。此外，作為具有透光性的導電膜，也可以使用：包括氮的Al-Zn-O類膜，即Al-Zn-O-N類膜；包括氮的Zn-O類膜；包括氮的Sn-Zn-O類膜。注意，Al-Zn-O-N類膜中的鋅的組成比(原子%)為47原子%以下，大於Al-Zn-O-N類膜中的鋁的組成比(原子%)，並且，Al-Zn-O-N類膜中的鋁的組成比(原子%)大於Al-Zn-O-N類膜中的氮的組成比(原子%)。對上述材料的蝕刻處理利用鹽酸類溶液來進行。然而，尤其是，當對ITO進行蝕刻時容易發生殘渣，所以也可以使用用來改善蝕刻加工性的氧化銦氧化鋅合金(In2
O3
-ZnO)。
注意，將具有透光性的導電膜的組成比的單位設定為原子%，並且，利用使用電子探針X射線微區分析儀(EPMA：Electron Probe X-ray MicroAnalyzer)的分析進行評價。
接著，進行第八光刻過程，形成抗蝕劑光罩，藉由蝕刻去除不需要的部分，形成像素電極層427以及導電層417(參照圖4B)。
此外，圖5A1和5A2分別表示該步驟的閘極佈線端子部的截面圖及俯視圖。圖5A1相當於沿著圖5A2中的線C1-C2的截面圖。在圖5A1中，形成在氧化物絕緣層416上的導電層155是用作輸入端子的用來連接的端子電極。此外，在圖5A1中，在端子部中，使用與閘極電極層411及閘極佈線相同的材料形成的端子電極151和使用與源極電極層415a及源極電極佈線相同的材料形成的連接電極153隔著閘極絕緣層402而彼此重疊並接觸。此外，連接電極153和導電層155藉由設置於氧化物絕緣層416中的接觸孔彼此接觸。
此外，圖5B1和5B2分別表示源極電極佈線端子部的截面圖及俯視圖。此外，圖5B1相當於沿著圖5B2中的線D1-D2的截面圖。在圖5B1中，形成在氧化物絕緣層416上的導電層155是用作輸入端子的用來連接的端子電極。此外，在圖5B1中，在端子部中，使用與閘極電極層411及閘極佈線相同的材料形成的端子電極156被形成在電連接到源極電極層415a及源極電極佈線的端子電極150的下方並且隔著閘極絕緣層402彼此重疊。端子電極156不電連接到端子電極150，並且，當將端子電極156設定為不同於端子電極150的電位，例如，浮動電位、GND、0V等時，可以形成作為對雜波的對策的電容器或者作為對靜電的對策的電容器。此外，端子電極150隔著氧化物絕緣層416電連接到導電層155。
藉由上述製程，可以利用八個光罩，在同一基板上的驅動電路中和像素部中分別製造薄膜電晶體410及薄膜電晶體420，所以與利用不同的製程分別製造像素部和驅動電路的情況相比，可以降低製造成本。作為驅動用電晶體的薄膜電晶體410是包括具有高電阻源極區414a、高電阻汲極區414b以及通道形成區413的氧化物半導體層412的薄膜電晶體，並且，作為像素用電晶體的薄膜電晶體420是包括氧化物半導體層422的底接觸型薄膜電晶體。薄膜電晶體410具有如下結構：即使被施加高電場也高電阻汲極區成為緩衝器而不發生局部性的電場集中，從而提高電晶體的絕緣耐壓性。
此外，在圖2A至圖4B所示的半導體裝置的製造方法中，可以在同一基板上形成以閘極絕緣層為電介質並且使用電容器佈線和電容器電極形成的儲存電容器。藉由相對於各像素而將薄膜電晶體420和儲存電容器配置為矩陣狀來構成像素部，並且，在像素部的周邊配置包括薄膜電晶體410的驅動電路，可以得到用來製造主動矩陣型顯示裝置的一個基板。在本說明書中，為方便起見，將這種基板也稱為主動矩陣基板。
此外，藉由將導電層417設置在重疊於氧化物半導體層的通道形成區413的部分，可以在用來檢查薄膜電晶體的可靠性的偏壓-熱壓力試驗(以下，稱為BT試驗)中，可以減低BT試驗前後的薄膜電晶體410的臨界值電壓的變化量。此外，導電層417的電位既可以與閘極電極層411的電位相同或不同。並且，可以將導電層417用作閘極電極層。此外，導電層417的電位也可以為GND狀態、被施加0V的電位的狀態或浮動狀態。
此外，在圖2A至圖4B所示的半導體裝置的製造方法中，也可以利用噴墨法形成抗蝕劑光罩。當利用噴墨法形成抗蝕劑光罩時，不使用光光罩，所以可以降低製造成本。
實施例2
在本實施例中，將說明在實施例1的驅動電路的薄膜電晶體中，在氧化物半導體層和源極電極層或汲極電極層之間設置作為低電阻源極區及低電阻汲極區的氧化物導電層的實例。從而，其他部分可以與實施例1同樣地實施，並且，省略對於與實施例1相同的部分或者具有與實施例1相同的功能的部分以及製程的重複說明。
參照圖6而說明本實施例的半導體裝置的結構。圖6是示出本實施例的半導體裝置的結構的一例的截面圖。
圖6所示的半導體裝置與圖1所示的半導體裝置同樣地包括基板400、基板400上的驅動電路及像素部，其中，驅動電路包括薄膜電晶體410，而且像素部包括薄膜電晶體420。
薄膜電晶體410包括設置在基板400上的閘極電極層411、設置在閘極電極層411上的閘極絕緣層402、隔著閘極絕緣層402而設置在閘極電極層411上的至少包括通道形成區413、高電阻源極區414a、高電阻汲極區414b的氧化物半導體層412、設置在氧化物半導體層412上的氧化物導電層408a及氧化物導電層408b、設置在氧化物導電層408a上的源極電極層415a、設置在氧化物導電層408b上的汲極電極層415b。
作為氧化物導電層408a及氧化物導電層408b，可以使用其電阻值低於氧化物半導體層412且高於源極電極層415a及汲極電極層415b的材料，例如可以應用諸如In-Sn-Zn-O類、In-Al-Zn-O類、Sn-Ga-Zn-O類、Al-Ga-Zn-O類、Sn-Al-Zn-O類、In-Zn-O類、Sn-Zn-O類、Al-Zn-O類、In-Sn-O類、In-O類、Sn-O類、Zn-O類的導電性金屬氧化物。此外，將氧化物導電層408a及氧化物導電層408b的厚度適當地設定為50nm以上且300nm以下的範圍內。此外，在利用濺射法的情況下，也可以使用包括2wt%以上且10wt%以下的SiO2
的靶材進行成膜，使所形成的具有透光性的導電膜包括阻礙結晶化的SiOx
(X>0)。由此，可以抑制當在後面的製程中進行用於脫水化或脫氫化的加熱處理時進行結晶化。氧化物導電層408a具有作為低電阻源極區的功能，並且，氧化物導電層408b具有作為低電阻汲極區的功能。
此外，驅動電路也可以採用如下結構：閘極電極層或者使用與閘極電極層相同的導電膜形成的導電層藉由設置在閘極絕緣層中的開口部電連接到源極電極層、汲極電極層或者使用與源極電極層和汲極電極層相同的導電膜形成的導電層。圖6所示的半導體裝置包括使用與閘極電極層411相同的導電膜形成的導電層457、設置在導電層457上的使用與閘極電極層421相同的導電膜形成的導電層458、設置在導電層458上的閘極絕緣層402、設置在閘極絕緣層402上的藉由設置在閘極絕緣層402中的開口部電連接到導電層457的氧化物導電層446、氧化物導電層446上的導電層459。氧化物導電層446使用與氧化物導電層408a及氧化物導電層408b相同的導電膜及製程形成，並且，導電層459使用與源極電極層415a及汲極電極層415b相同的導電膜及製程形成。由此，可以得到良好的接觸，並且，可以降低接觸電阻。因此，可以謀求實現開口數的降低以及開口數的降低所導致的佔有面積的縮小。
薄膜電晶體420與圖1所示的半導體裝置同樣地包括設置在基板400上的閘極電極層421、設置在閘極電極層421上的閘極絕緣層402、分別設置在閘極絕緣層402上的源極電極層409a及汲極電極層409b、設置在源極電極層409a及汲極電極層409b和閘極絕緣層402上的氧化物半導體層422。
此外，像素部包括電連接到汲極電極層409b的氧化物導電層447、以及設置在氧化物導電層447上的導電層442。圖6所示的氧化物導電層447被設置在氧化物半導體層422的一部分上。
此外，氧化物半導體層422包括區428。區428以接觸於導電層442的下面的方式自對準地形成。
此外，圖6所示的半導體裝置在驅動電路及像素部中包括至少接觸於氧化物半導體層412的一部分及氧化物半導體層422的一部分的氧化物絕緣層416。
注意，也可以在氧化物絕緣層416上設置氮化物絕緣層。氮化物絕緣層較佳具有接觸於設置在氧化物絕緣層416的下方的閘極絕緣層402或者成為基底的絕緣膜的結構，並且，它阻擋水分、氫離子、OH-
等雜質從基板的側面附近侵入。尤其是，當將接觸於氧化物絕緣層416的閘極絕緣層402或者成為基底的絕緣膜為氮化矽膜時，是很有效的。就是說，當以圍繞氧化物半導體層的下面、頂面、側面的方式設置氮化矽膜時，提高顯示裝置的可靠性。
此外，圖6所示的半導體裝置在驅動電路中在氧化物絕緣層416上具有重疊於通道形成區413的導電層417。例如，藉由將導電層417電連接到閘極閘極層411並將其電位設定為與閘極閘極層411的電位相同，可以從上下對配置在閘極電極層411和導電層417之間的氧化物半導體層412施加閘電壓。此外，當將閘極電極層411和導電層417設定為不同的電位，例如固定電位、GND電位、0V時，可以控制TFT的電特性例如臨界值電壓等。就是說，藉由將閘極電極層411及導電層417中的一個用作第一閘極電極層，並且將閘極電極層411及導電層417中的另一個用作第二閘極電極層，可以將薄膜電晶體410用作四端子薄膜電晶體。
並且，圖6所示的半導體裝置在像素部中包括設置在氧化物絕緣層416上並且藉由設置在氧化物絕緣層416中的開口部接觸於導電層442的像素電極層427。
另外，也可以在氧化物絕緣層416與像素電極層427之間設置平坦化絕緣層。當在氧化物絕緣層416上具有氮化物絕緣層時，較佳在氮化物絕緣層上設置平坦化絕緣層。
注意，對氧化物半導體層412及氧化物半導體層422進行用來降低雜質的水分等的加熱處理(用於脫水化或脫氫化的加熱處理)。藉由在進行用於脫水化或脫氫化的加熱處理及緩冷後，接觸於氧化物半導體層地形成作為氧化物絕緣層的氧化物絕緣膜等來降低氧化物半導體層的載子濃度，可以提高薄膜電晶體410及薄膜電晶體420的電特性及可靠性。
注意，在圖6所示的半導體裝置中，與像素部的薄膜電晶體相比，驅動電路部的薄膜電晶體被要求高速工作，所以也可以將薄膜電晶體410的通道長度設定為短於薄膜電晶體420的通道長度。此時，例如，薄膜電晶體410的通道長度較佳為1μm至5μm左右，並且，薄膜電晶體420的通道長度較佳為5μm至20μm。
如上所述，本實施例的半導體裝置的一例除了圖1所示的結構以外還包括源極電極層及汲極電極層與氧化物半導體層之間的使用氧化物導電層構成的低電阻源極區或低電阻汲極區。由此，可以提高週邊電路(驅動電路)的頻率特性。例如，這是因為如下緣故：與金屬電極層與氧化物半導體層的接觸相比，金屬電極層與低電阻源極區及低電阻汲極區的接觸可以降低接觸電阻。此外，使用鉬的電極層(例如，由鉬層、鋁層、鉬層構成的疊層等)與氧化物半導體層的接觸電阻高，這是因為如下緣故：與鈦相比，鉬不容易氧化，所以從氧化物半導體層抽出氧的作用弱，而鉬層和氧化物半導體層的接觸介面不進行n型化。然而，藉由在氧化物半導體層與源極電極層及汲極電極層之間設置低電阻源極區及低電阻汲極區，可以降低接觸電阻，並且，可以提高週邊電路(驅動電路)的頻率特性。此外，因為藉由設置低電阻源極區及低電阻汲極區，當對成為低電阻源極區及低電阻汲極區的層進行蝕刻時決定薄膜電晶體的通道長度，所以可以使通道長度進一步變短。
接著，參照圖7及圖8而說明圖6所示的半導體裝置的製造方法的一例。
首先，與圖2A所示的製程同樣，準備基板400，在基板400上形成導電膜，然後藉由第一光刻過程，在導電膜的一部分上形成抗蝕劑光罩，利用該抗蝕劑光罩對導電膜進行蝕刻，形成閘極電極層411及導電層457。
接著，與圖2B所示的製程同樣，在閘極電極層411及導電層457上形成導電膜，藉由第二光刻過程，在導電膜的一部分上形成抗蝕劑光罩，利用該抗蝕劑光罩對導電膜進行蝕刻，形成閘極電極層421、導電層458及導電層438。
接著，與圖2C所示的製程同樣，在閘極電極層411、導電層457、導電層458、閘極電極層421以及導電層438上形成閘極絕緣層402，在閘極絕緣層402上形成導電膜，利用第三光刻過程，在導電膜的一部分上形成抗蝕劑光罩，利用該抗蝕劑光罩對導電膜進行蝕刻，形成源極電極層409a及汲極電極層409b、導電層439，在閘極絕緣層402、源極電極層409a及汲極電極層409b、導電層439上形成厚度為2nm以上且200nm以下的氧化物半導體膜430，在氧化物半導體膜430上藉由第四光刻過程形成抗蝕劑光罩，藉由蝕刻去除氧化物半導體膜430及閘極絕緣層402的不需要的部分，在閘極絕緣層402中形成到達導電層457的接觸孔426。
接著，與圖3A所示的製程同樣，藉由第五光刻過程在氧化物半導體膜430的一部分上形成抗蝕劑光罩，利用該抗蝕劑光罩對氧化物半導體膜430進行蝕刻，將氧化物半導體膜430加工為島狀氧化物半導體層，對氧化物半導體層進行脫水化或脫氫化。
將進行脫水化或脫氫化的第一加熱處理的溫度例如設定為400℃以上且700℃以下，較佳為425℃以上。注意，只要採用425℃以上的溫度就熱處理時間是一個小時以下，即可。但是，如果採用低於425℃的溫度就熱處理時間是一個小時以上。在此，將其上部形成有氧化物半導體層的基板放入加熱處理裝置之一的電爐中，在氮氣氣圍下對氧化物半導體層進行加熱處理後，不接觸於大氣，防止水、氫再混入到氧化物半導體層中，而得到氧化物半導體層431、432。在本實施例中，在氮氣圍下使用同一爐將氧化物半導體層的溫度從進行氧化物半導體層的脫水化或脫氫化所需的加熱溫度T緩冷到水無法再次混入的溫度，明確而言將氧化物半導體層的溫度降低到比加熱溫度T低100℃以上的溫度。此外，不侷限於氮氣圍，而在氦、氖、氬等稀有氣體氣圍下進行脫水化或脫氫化。
藉由以400℃至700℃的溫度對氧化物半導體層進行熱處理，實現氧化物半導體層的脫水化或脫氫化，可以防止後面的水(H2
O)的再浸漬。
注意，在第一加熱處理中，較佳的是，在氮或者諸如氦、氖、氬等的稀有氣體中不包括水、氫等。此外，較佳將引入加熱處理裝置中的氮或氦、氖、氬等稀有氣體的純度設定為6N(99.9999%)以上，較佳設定為7N(99.99999%)以上(即雜質濃度為20ppm以下，較佳為1ppm以下，更較佳為0.1ppm以下)。
此外，根據第一加熱處理的條件或者氧化物半導體層的材料，有時氧化物半導體層結晶化而成為微晶層或多晶層。此外，微晶膜較佳為其結晶成分在整體上所佔有的比例為80%以上(較佳為90%以上)並且相鄰的微晶粒以彼此接觸的方式被填充的膜。此外，也有時整個氧化物半導體層成為非晶狀態。
另外，也可以對加工為島狀的氧化物半導體層之前的氧化物半導體膜進行第一加熱處理。在這種情況下，在第一加熱處理之後，從加熱裝置取出基板，進行光刻過程，形成抗蝕劑光罩，利用該抗蝕劑光罩選擇性地進行蝕刻，從而對氧化物半導體膜進行加工。
作為對氧化物半導體層的脫水化、脫氫化的熱處理可以在以下任一製程之後進行：形成氧化物半導體層後；在驅動電路中的氧化物半導體層上層疊源極電極層及汲極電極層之後；在源極電極層及汲極電極層上形成絕緣膜之後。
此外，也可以在形成氧化物半導體膜之前在惰性氣體氣圍(氮、或者氦、氖、氬等)下、在氧氣圍下進行加熱處理(例如為400℃以上且700℃以下)，去除包含在閘極絕緣層內的氫及水等的雜質。
藉由上述製程，將整個氧化物半導體膜成為氧過剩的狀態，實現高電阻化，即I型化(參照圖7A)。注意，雖然在本實施例中，示出剛形成氧化物半導體膜之後進行用於脫水化或脫氫化的第一加熱處理的實例，但是不特別侷限於此，而在形成氧化物半導體膜之後即可。
接著，在氧化物半導體層431、氧化物半導體層432、氧化物半導體層435以及閘極絕緣層402上形成氧化物導電膜405，在氧化物導電膜405上形成導電膜，藉由第六光刻過程在氧化物導電膜405上的導電膜上形成抗蝕劑光罩433a及抗蝕劑光罩433b，進行選擇性的蝕刻，形成源極電極層415a、汲極電極層415b(參照圖7B)。
作為氧化物導電膜405的形成方法，使用濺射法、真空蒸鍍法(電子束蒸鍍法等)、電弧放電離子電鍍法、噴射法。作為氧化物導電膜405的材料，較佳使用作為成分而包括氧化鋅的材料，並且較佳使用不包括氧化銦的材料。作為這種氧化物導電膜405，可以應用氧化鋅、氧化鋅鋁、氧氮化鋅鋁、氧化鋅鎵等。將厚度適當地設定為50nm以上且300nm以下。此外，在利用濺射法的情況下，較佳的是，使用包括2wt%以上且10wt%以下的SiO2
的靶材進行成膜，使氧化物導電膜包括阻礙結晶化的SiOx
(X>0)，以抑制當在後面的製程中進行用於脫水化或脫氫化的加熱處理時被結晶化。
注意，當對氧化物導電膜405上的導電膜進行蝕刻時，為了防止氧化物導電膜405、氧化物半導體層431、氧化物半導體層432以及氧化物半導體層435也被去除，而適當地調整各材料及蝕刻條件。
此外，利用與抗蝕劑光罩433a及抗蝕劑光罩433b相同的製程形成抗蝕劑光罩433c，並且，在驅動電路部中，使用與源極電極層415a及汲極電極層415b相同的材料及製程形成導電層459。導電層459具有作為端子電極或端子佈線的功能。
此外，利用與抗蝕劑光罩433a及抗蝕劑光罩433b相同的製程形成抗蝕劑光罩433d，並且，在像素部中，使用與源極電極層415a及汲極電極層415b相同的材料及製程形成導電層442。
接著，去除抗蝕劑光罩433a、抗蝕劑光罩433b、抗蝕劑光罩433c以及抗蝕劑光罩433d，以源極電極層415a、汲極電極層415b、導電層459以及導電層442為光罩對氧化物導電膜405進行蝕刻以形成氧化物導電層408a、氧化物導電層408b、氧化物導電層446、氧化物導電層447。例如，作為以氧化鋅為成分的氧化物導電膜405，可以使用如抗蝕劑剝離液那樣的鹼性溶液容易地進行蝕刻。
此外，利用氧化物半導體層和氧化物導電層的蝕刻速度差，進行分割用來形成通道區的氧化物導電層的蝕刻處理。利用氧化物導電層的蝕刻速度比氧化物半導體層的蝕刻速度快這一點，對氧化物半導體層上的氧化物導電層進行選擇性的蝕刻。
此外，較佳利用灰化製程去除抗蝕劑光罩433a、433b、433c、433d。當進行使用剝離液的蝕刻時，以氧化物導電膜405、氧化物半導體層431、氧化物半導體層432以及氧化物半導體層435不被過剩地蝕刻的方式適當地調節蝕刻條件(蝕刻劑的種類、濃度、蝕刻時間)。
藉由在將氧化物半導體層蝕刻為島狀之後形成氧化物導電膜，在氧化物導電膜上層疊導電膜，使用同一光罩蝕刻包括源極電極層及汲極電極層的佈線圖案，可以使氧化物導電膜殘留在氧化物導電膜上的導電膜的佈線圖案之下。
此外，在導電層457和導電層459的接觸部分中，藉由在源極電極佈線的下層形成氧化物導電層446，氧化物導電層446成為緩衝器，並且，氧化物導電層446與金屬不形成絕緣性氧化物，所以電阻成分成為所述氧化物導電層446的厚度的串聯電阻。
此外，當在對用來形成源極電極層415a、汲極電極層415b、導電層459以及導電層442的導電膜進行選擇性的蝕刻後進行第一加熱處理時，如果氧化物導電層408a、氧化物導電層408b、氧化物導電層446、氧化物導電層447不包括如氧化矽的結晶化阻礙物質，就氧化物導電層408a、氧化物導電層408b、氧化物導電層446、氧化物導電層447被結晶化。另一方面，藉由第一加熱處理，氧化物半導體層不被結晶化，而保持非晶結構。氧化物導電層的結晶相對於基底面而生長為柱形。其結果，在為了形成源極電極層及汲極電極層而對氧化物導電膜的上層的導電膜進行蝕刻的情況下，可以防止在下層的氧化物導電膜中形成凹蝕(undercut)。
接著，與圖3C所示的製程同樣，也可以接觸於氧化物半導體層431及氧化物半導體層432的露出面地形成氧化物絕緣層416，並且，在惰性氣體氣圍、或者氧氣體氣圍下進行第二加熱處理。當進行第二加熱處理時，氧化物半導體層431、氧化物半導體層432及氧化物半導體層435的一部分以接觸於氧化物絕緣層416的狀態被加熱。
藉由上述製程，使藉由脫水或脫氫化低電阻化了的區的一部分選擇性地成為氧過剩狀態。其結果，接觸於氧化物絕緣層416的通道形成區413成為I型，接觸於氧化物絕緣層416的氧化物半導體層435的部分成為I型，在重疊於低電阻源極區(氧化物導電層408a)的氧化物半導體層431的部分以自對準的方式形成高電阻源極區414a，在重疊於低電阻汲極區(氧化物導電層408b)的氧化物半導體層431的部分以自對準的方式形成高電阻汲極區414b，並且，在重疊於氧化物導電層447的氧化物半導體層432的部分以自對準的方式形成區428(參照圖7C)。
藉由上述製程，可以在同一基板上製造薄膜電晶體410及薄膜電晶體420。
接著，與圖4A所示的製程同樣，藉由第七光刻過程形成抗蝕劑光罩，藉由蝕刻氧化物絕緣層416來形成到達導電層442的接觸孔441(參照圖8A)。此外，藉由在此的蝕刻，也形成到達閘極電極層411、421的接觸孔。
接著，與圖4B所示的製程同樣，在去除抗蝕劑光罩後，形成具有透光性的導電膜，藉由第八光刻過程，形成抗蝕劑光罩，藉由蝕刻去除不需要的部分來形成像素電極層427及導電層417。
藉由上述製程，可以利用八個光罩，在同一基板上的驅動電路中或像素部中分別製造薄膜電晶體410及薄膜電晶體420，所以與利用不同的製程分別製造像素部和驅動電路的情況相比，可以降低製造成本。作為驅動用電晶體的薄膜電晶體410是包括具有高電阻源極區414a、高電阻汲極區414b以及通道形成區413的氧化物半導體層412的薄膜電晶體，並且，作為像素用電晶體的薄膜電晶體420是包括氧化物半導體層432的底接觸型薄膜電晶體。薄膜電晶體410具有如下結構：即使被施加高電場也高電阻汲極區成為緩衝器而不發生局部性的電場集中，從而提高電晶體的絕緣耐壓性。
此外，在圖7A至圖8B所示的半導體裝置的製造方法中，可以在同一基板上形成以閘極絕緣層為電介質並且使用電容器佈線和電容器電極形成的儲存電容器。藉由相對於各像素而將薄膜電晶體420和儲存電容器配置為矩陣狀來構成像素部，並且，在像素部的周邊配置包括薄膜電晶體410的驅動電路，可以得到主動矩陣基板。
實施例3
在本實施例中，參照圖9而說明本發明的一種實施例的作為半導體裝置的一例的液晶顯示裝置。
在圖9所示的液晶顯示裝置中，基板100和對置基板190夾著液晶層192對置，其中基板100設置有包括薄膜電晶體170的驅動電路、包括薄膜電晶體180及電容器147的像素部、像素電極層110以及用作取向膜的絕緣層191，並且對置基板190設置有用作取向膜的絕緣層193、對直電極層194以及用作濾色片的著色層195。此外，在基板100及對置基板190的與設置有液晶層192的平面相反一側分別設置有偏光板(具有偏振器的層，也簡單地稱為偏振器)196a、196b，並在閘極佈線的端子部設置有連接電極117、端子電極121、連接電極120及連接用的端子電極128，並且在源極電極佈線的端子部設置有端子電極122、連接電極118及連接用的端子電極129。
作為薄膜電晶體170，例如可以應用實施例1所示的驅動電路的薄膜電晶體，並且，作為薄膜電晶體180，例如可以應用實施例1所示的像素部的薄膜電晶體。在圖9所示的液晶顯示裝置中，作為一例而說明如下情況：作為薄膜電晶體170而應用圖1所示的薄膜電晶體410，並且，作為薄膜電晶體180而應用圖1所示的薄膜電晶體420。
此外，作為電容器147，例如可以應用實施例1所示的電容器。在圖9所示的液晶顯示裝置中，作為一例而說明如下情況：作為電容器147而應用圖1所示的電容器454。
如此，可以在同一基板上形成作為以閘極絕緣層102為電介質並利用電介質、電容器佈線層和電容器電極形成的儲存電容器的電容器147。此外，也可以不設置電容器佈線，而隔著保護絕緣膜及閘極絕緣層102重疊像素電極與相鄰的像素的閘極佈線來形成儲存電容器。
形成在端子部的端子電極128、129成為用來與FPC(Flexible Printed Circuit：撓性印刷電路)連接的電極或佈線。隔著連接電極120及連接電極117而形成在端子電極121上的端子電極128成為用作閘極佈線的輸入端子的連接用的端子電極。隔著連接電極118而形成在端子電極122上的端子電極129是用作源極電極佈線的輸入端子的連接用的端子電極。
當製造主動矩陣型液晶顯示裝置時，在主動矩陣基板和設置有對置電極的對置基板之間設置液晶層，以固定主動矩陣基板和對置基板。另外，在主動矩陣基板上設置與設置在對置基板上的對置電極電連接的公共電極，並且在端子部設置與公共電極電連接的端子。該端子是用來將公共電極設定為固定電位，例如GND、0V等的端子。
此外，在氧化物絕緣層107、導電層111、像素電極層110上形成用作取向膜的絕緣層191。
此外，在對置基板190上形成著色層195、對置電極層194、用作取向膜的絕緣層193。隔著用來調節液晶顯示裝置的單元間隙的間隔物並夾持液晶層192而利用密封材料(未圖示)將基板100和對置基板190貼合在一起。上述貼合製程也可以在減壓下進行。
作為密封材料，較佳典型地使用可見光固化樹脂、紫外線固化樹脂、熱固化樹脂。典型的是，可以使用丙烯酸樹脂、環氧樹脂、胺樹脂等。此外，也可以使密封材料包括光(典型為紫外線)聚合引發劑、熱固化劑、填料、耦合劑。
此外，液晶層192藉由對空隙封入液晶材料來形成。此外，既可以利用在將基板100和對置基板190貼合在一起之前進行滴下的分配器方法(滴落法)來形成液晶層192，又可以在將基板100和對置基板190貼合在一起後利用使用毛細現象植入液晶的植入法來形成液晶層192。對液晶材料沒有特別的限制，而可以使用各種各樣的材料。此外，當作為液晶材料而使用呈現藍相的材料時，不需要取向膜。
此外，藉由在基板100的外側設置偏光板196a，並且在對置基板190的外側設置偏光板196b，可以製造本實施例中的透過型液晶顯示裝置。
此外，雖然在本實施例中未圖示，但是也可以適當地設置黑底(遮光層)、偏振構件、相位差構件、抗反射構件等的光學構件(光學基板)等。例如，也可以使用利用偏振基板及相位差基板的圓偏振。此外，作為光源，也可以使用背光燈、側光燈等。
在主動矩陣型液晶顯示裝置中，藉由驅動配置為矩陣狀的像素電極，在畫面上形成顯示圖案。詳細地說，藉由在被選擇的像素電極和對應於該像素電極的對置電極之間施加電壓，進行配置在像素電極和對置電極之間的液晶層的光學調變，該光學調變被觀察者識別為顯示圖案。
此外，當液晶顯示裝置顯示動態圖像時，由於液晶分子本身的響應慢，所以有產生餘象或動態圖像的模糊的問題。有一種被稱為所謂的黑插入的驅動技術，在該驅動技術中為了改善液晶顯示裝置的動態圖像特性，而每隔一框地進行整個畫面的黑顯示。
此外，還有被稱為所謂的倍速驅動的驅動技術，其中藉由將垂直同步頻率設定為通常的1.5倍，較佳設定為通常的2倍以上來改善動態圖像特性。
另外，還有如下驅動技術：為了改善液晶顯示裝置的動態圖像特性，作為背光燈使用多個LED(發光二極體)光源或多個EL光源等來構成面光源，並使構成面光源的各光源獨立地在一個框期間內進行間歇點亮驅動。此外，作為面光源，可以使用三種以上的LED或白色發光的LED。此外，也可以獨立地控制多個LED，來使液晶層的光學調變的切換時序和LED的發光時序同步。因為在該驅動技術中可以部分地關斷LED，所以尤其是在一個畫面中的黑色顯示區所占的比率高的圖像顯示的情況下，可以降低耗電量。
藉由組合這些驅動技術，與現有的液晶顯示裝置相比，可以進一步改善液晶顯示裝置的動態圖像特性等的顯示特性。
藉由利用使用氧化物半導體的薄膜電晶體來形成半導體裝置，可以降低製造成本。尤其是，藉由利用上述方法，接觸於氧化物半導體層地形成氧化物絕緣膜，可以製造並提供具有穩定的電特性的薄膜電晶體。因此，可以提供具有電特性和可靠性良好的薄膜電晶體的半導體裝置。
因為通道形成區的半導體層為高電阻化區，所以薄膜電晶體的電特性穩定化，而可以防止截止電流的增加等。因此，可以製造具有電特性和可靠性良好的薄膜電晶體的半導體裝置。
此外，因為薄膜電晶體容易因靜電等而破壞，所以較佳在與像素部或驅動電路同一基板上設置保護電路。保護電路較佳利用使用氧化物半導體層的非線性元件來構成。例如，可以在像素部與掃描線輸入端子及信號線輸入端子之間設置保護電路。在本實施例中，設置多個保護電路，以防止由於因靜電等而對掃描線、信號線及電容線施加衝擊電壓，而電晶體等破壞。因此，當對保護電路施加衝擊電壓時，將電荷釋放在公共佈線。此外，保護電路使用相對於掃描線而並列地配置的非線性元件構成。非線性元件使用如二極體的二端子元件或如電晶體的三端子元件構成。例如，也可以利用與像素部的薄膜電晶體180相同的製程形成非線性元件，例如，藉由連接閘極端子和汲極電極端子來可以得到與二極體同樣的特性。
實施例4
在本實施例中，以下說明在同一基板上至少設置驅動電路的一部分和像素部的半導體裝置的實例。
根據實施例1或實施例2而形成配置在像素部中的薄膜電晶體。此外，實施例1或實施例2所示的薄膜電晶體是n通道型TFT，所以將驅動電路中的可以由n通道型TFT構成的一部分形成在與像素部的薄膜電晶體同一基板上。
圖10A示出主動矩陣型顯示裝置的方塊圖的一例。在顯示裝置的基板5300上包括像素部5301、第一掃描線驅動電路5302、第二掃描線驅動電路5303以及信號線驅動電路5304。在像素部5301中配置有從信號線驅動電路5304延伸的多個信號線以及從第一掃描線驅動電路5302及第二掃描線驅動電路5303延伸的多個掃描線。此外，在掃描線與信號線的交叉區中將具有顯示元件的像素分別配置為矩陣狀。另外，顯示裝置的基板5300藉由FPC(Flexible Printed Circuit：撓性印刷電路)等的連接部電連接到時序控制電路5305(也稱為控制器、控制IC)。
在圖10A中，第一掃描線驅動電路5302、第二掃描線驅動電路5303、信號線驅動電路5304被形成在與像素部5301相同的基板5300上。由此，減少設置在外部的驅動電路等的構件的數量，所以可以謀求實現成本的降低。另外，可以減少從設置在基板5300的外部的驅動電路延伸的佈線的連接部的數量，因此可以謀求實現可靠性或良率的提高。
另外，時序控制電路5305向第一掃描線驅動電路5302作為一例而供應第一掃描線驅動電路啟動信號(GSP1)(也稱為開始脈衝)、第一掃描線驅動電路時鐘信號(GCK1)。此外，時序控制電路5305向第二掃描線驅動電路5303作為一例而供應第二掃描線驅動電路啟動信號(GSP2)(也稱為起始脈衝)、第二掃描線驅動電路時鐘信號(GCK2)。此外，時序控制電路5305向信號線驅動電路5304作為一例而供應信號線驅動電路啟動信號(SSP)、信號線驅動電路時鐘信號(SCK)、視頻信號用資料(DATA)(也簡單地稱為視頻信號)及鎖存信號(LAT)。另外，各時鐘信號可以是錯開其週期的多個時鐘信號或者與使時鐘信號反轉的信號(CKB)一起供應的信號。另外，可以省略第一掃描線驅動電路5302和第二掃描線驅動電路5303中的一個。
圖10B示出在與像素部5301同一的基板5300上形成驅動頻率低的電路(例如，第一掃描線驅動電路5302、第二掃描線驅動電路5303)，並且在與像素部5301不同的基板上形成信號線驅動電路5304的結構。藉由採用該結構，可以利用與使用單晶半導體的電晶體相比其場效應遷移率小的薄膜電晶體構成形成在基板5300上的驅動電路。從而，可以謀求實現顯示裝置的大型化、製程數的削減、成本的降低或良率的提高等。
另外，實施例1或實施例2所示的薄膜電晶體是n通道型TFT。圖11A和圖11B示出使用n通道型TFT構成的信號線驅動電路的結構、工作的一例而說明。
圖11A所示的信號線驅動電路具有移位暫存器5601及開關電路5602。開關電路5602具有多個開關電路。開關電路5602_1至5602_N(N是2以上的自然數)分別具有薄膜電晶體5603_1至5603_k(k是2以上的自然數)的多個電晶體。對薄膜電晶體5603_1至5603_k是N通道型TFT的例子進行說明。
以開關電路5602_1為例子對信號線驅動電路的連接關係進行說明。薄膜電晶體5603_1至5603_k的第一端子分別連接到佈線5604_1至5604_k。薄膜電晶體5603_1至5603_k的第二端子分別連接到信號線S1至Sk。薄膜電晶體5603_1至5603_k的閘極連接到佈線5605_1。
移位暫存器5601具有對佈線5605_1至5605_N依次輸出H位準(也稱為H信號、高電源電位水準)的信號，並依次選擇開關電路5602_1至5602_N的功能。
開關電路5602_1具有控制佈線5604_1至5604_k與信號線S1至Sk的導電狀態(第一端子和第二端子之間的導電)的功能，即將佈線5604_1至5604_k的電位供應還是不供應到信號線S1至Sk的功能。像這樣，開關電路5602_1具有作為選擇器的功能。另外，薄膜電晶體5603_1至5603_k分別具有控制佈線5604_1至5604_k與信號線S1至Sk的導電狀態的功能，即將佈線5604_1至5604_k的電位供應到信號線S1至Sk的功能。像這樣，薄膜電晶體5603_1至5603_k分別具有作為開關的功能。
另外，對佈線5604_1至5604_k分別輸入視頻信號用資料(DATA)。在很多情況下，視頻信號用資料(DATA)是根據圖像資料或視頻信號的類比信號。
接著，參照圖11B的時序圖而說明圖11A的信號線驅動電路的工作。圖11B示出信號Sout_1至Sout_N及信號Vdata_1至Vdata_k的一例。信號Sout_1至Sout_N分別是移位暫存器5601的輸出信號的一例，而且信號Vdata_1至Vdata_k分別是輸入到佈線5604_1至5604_k的信號的一例。另外，信號線驅動電路的一個工作期間對應於顯示裝置中的一個閘極選擇期間。作為一例，一個閘極選擇期間被分割為期間T1至期間TN。期間T1至期間TN分別是用來對屬於被選擇的行的像素寫入視頻信號用資料(DATA)的期間。
注意，為了明確地表示而有時誇大而表示本實施例的附圖等中示出的各結構的信號波形畸變等。因此，並不侷限於其尺寸。
在期間T1至期間TN中，移位暫存器5601將H位準的信號依次輸出到佈線5605_1至5605_N。例如，在期間T1中，移位暫存器5601將高位準的信號輸出到佈線5605_1。然後，薄膜電晶體5603_1至5603_k導通，所以佈線5604_1至5604_k和信號線S1至Sk成為導電狀態。此時，對佈線5604_1至5604_k輸入Data(S1)至Data(Sk)。Data(S1)至Data(Sk)分別藉由薄膜電晶體5603_1至5603_k寫入到屬於被選擇的行的像素中的第一列至第k列像素。如此，在期間T1至TN中，對屬於被選擇的行的像素的每k列按順序寫入視頻信號用資料(DATA)。
如上所述，藉由對每多個列的像素寫入視頻信號用資料(DATA)，可以減少視頻信號用資料(DATA)的數量或佈線的數量。因此，可以減少與外部電路的連接數量。此外，藉由對每多個列的像素寫入視頻信號，可以延長寫入時間，因此可以防止視頻信號的寫入不足。
另外，作為移位暫存器5601及開關電路5602，可以使用利用實施例1或實施例2所示的薄膜電晶體構成的電路。此時，移位暫存器5601所具有的所有電晶體的極性可以僅利用N通道型和P通道型中的任一個極性構成。
再者，對掃描線驅動電路及信號線驅動電路的一部分、或者用於掃描線驅動電路及信號線驅動電路的一部分的移位暫存器的一例進行說明。
掃描線驅動電路具有移位暫存器。此外，有時也可以具有位準移動器、緩衝器等。在掃描線驅動電路中，藉由對移位暫存器輸入時鐘信號(CLK)及起始脈衝信號(SP)，生成選擇信號。所生成的選擇信號在緩衝器中被緩衝放大，並供應到對應的掃描線。掃描線連接到一行的像素的電晶體的閘極電極。而且，由於需要將一行的像素的電晶體同時導通，因此使用能夠產生大電流的緩衝器。
再者，參照圖12A至圖13B而說明掃描線驅動電路及信號線驅動電路的一部分、或者用於掃描線驅動電路及信號線驅動電路的一部分的移位暫存器的一種實施例。
移位暫存器具有第一脈衝輸出電路10_1至第N脈衝輸出電路10_N(N是3以上的自然數)(參照圖12A)。向圖12A所示的移位暫存器的第一脈衝輸出電路10_1至第N脈衝輸出電路10_N從第一佈線11供應第一時鐘信號CK1，從第二佈線12供應第二時鐘信號CK2，從第三佈線13供應第三時鐘信號CK3，從第四佈線14供應第四時鐘信號CK4。另外，對第一脈衝輸出電路10_1輸入來自第五佈線15的起始脈衝SP1(第一起始脈衝)。此外，對第二級以後的第n脈衝輸出電路10_n(n是2以上且N以下的自然數)輸入來自前一級的脈衝輸出電路10(n-1)的信號(稱為前級信號OUT(n-1))(n是2以上且N以下的自然數)。另外，對第一脈衝輸出電路10_1輸入來自後二級的第三脈衝輸出電路10_3的信號，並且，對第二級以後的第n脈衝輸出電路10_h輸入來自後二級的第(n+2)脈衝輸出電路10_n的信號(稱為後級信號OUT(n+2))。從而，從各級的脈衝輸出電路輸出用來輸入到後級及/或前二級的脈衝輸出電路的第一輸出信號(OUT(1)(SR)至OUT(N)(SR))、輸入到其他電路等的第二輸出信號(OUT(1)至OUT(N))。另外，如圖12A所示，由於不對移位暫存器的最後級的兩個級輸入後級信號OUT(n+2)，所以作為一例，採用分別輸入第二起始脈衝SP2、第三起始脈衝SP3的結構即可。
另外，時鐘信號(CK)是以一定間隔反復H位準和L位準(也稱為L信號、低電源電位水準)的信號。在此，第一時鐘信號(CK1)至第四時鐘信號(CK4)依次遲延1/4週期。在本實施例中，利用第一時鐘信號(CK1)至第四時鐘信號(CK4)而進行脈衝輸出電路的驅動的控制等。注意，時鐘信號根據所輸入的驅動電路而有時稱為GCK、SCK，但是在此稱為CK而進行說明。
此外，第一脈衝輸出電路10_1至第N脈衝輸出電路10_N分別包括第一輸入端子21、第二輸入端子22、第三輸入端子23、第四輸入端子24、第五輸入端子25、第一輸出端子26、第二輸出端子27(參照圖12B)。第一輸入端子21、第二輸入端子22及第三輸入端子23電連接到第一佈線11至第四佈線14中的任一個。例如，在圖12A中，在第一脈衝輸出電路10_1中，第一輸入端子21電連接到第一佈線11，第二輸入端子22電連接到第二佈線12，並且第三輸入端子23電連接到第三佈線13。此外，在第二脈衝輸出電路10_2中，第一輸入端子21電連接到第二佈線12，第二輸入端子22電連接到第三佈線13，並且第三輸入端子23電連接到第四佈線14。
第一脈衝輸出電路10_1至第N脈衝輸出電路10_N分別包括第一輸入端子21、第二輸入端子22、第三輸入端子23、第四輸入端子24、第五輸入端子25、第一輸出端子26、第二輸出端子27(參照圖12B)。在第一脈衝輸出電路10_1中，對第一輸入端子21輸入第一時鐘信號CK1，對第二輸入端子22輸入第二時鐘信號CK2，對第三輸入端子23輸入第三時鐘信號CK3，對第四輸入端子24輸入起始脈衝，對第五輸入端子25輸入後級信號OUT(3)，從第一輸出端子26輸出第一輸出信號OUT(1)(SR)，從第二輸出端子27輸出第二輸出信號OUT(1)。
注意，在第一脈衝輸出電路10_1至第N脈衝輸出電路10_N中，除了三端子薄膜電晶體以外，還可以使用在上述實施例中說明的四端子薄膜電晶體。注意，在本說明書中，在薄膜電晶體隔著半導體層而具有兩個閘極電極的情況下，將半導體層的下方的閘極電極稱為下方的閘極電極，並且將半導體層的上方的閘極電極稱為上方的閘極電極。
在將氧化物半導體用於薄膜電晶體的包括通道形成區的半導體層的情況下，根據製造製程，而有時臨界值電壓移動到負側或正側。因此，在將氧化物半導體用於包括通道形成層的半導體層的薄膜電晶體中，較佳採用能夠控制臨界值電壓的結構。四端子薄膜電晶體的臨界值電壓可以藉由在薄膜電晶體的通道形成區的上下隔著閘極絕緣膜而設置閘極電極，以控制上方及/或下方的閘極電極的電位來控制為所希望的值。
接著，參照圖12C而說明脈衝輸出電路的具體的電路結構的一例。
第一脈衝輸出電路10_1具有第一電晶體31至第十三電晶體43。此外，除了上述第一輸出端子21至第五輸出端子25以及第一輸出端子26、第二輸出端子27以外，從被供應第一高電源電位VDD的電源線51、被供應第二高電源電位VCC的電源線52、被供應低電源電位VSS的電源線53向第一電晶體31至第十三電晶體43供應信號或電源電位。在此示出，圖12C中的各電源線的電源電位的大小關係：第一電源電位VDD是第二電源電位VCC以上的電位；第二電源電位VCC是大於第三電源電位VSS的電位。此外，第一時鐘信號(CK1)至第四時鐘信號(CK4)是以一定間隔反復H位準和L位準的信號，在H位準時電位為VDD，並且在L位準時電位為VSS。另外，藉由使電源線52的電位VCC低於電源線51的電位VDD，可以不影響到工作地將施加到電晶體的閘極電極的電位抑制為低，降低電晶體的臨界值的移動，可以抑制劣化。注意，作為第一電晶體31至第十三電晶體43中的第一電晶體31、第六電晶體36至第九電晶體39，較佳使用四端子電晶體。第一電晶體31、第六電晶體36至第九電晶體39是需要根據控制信號而切換電晶體33的閘極電極及電晶體40的閘極電極的電位的電晶體，並且它們是由於對於輸入到閘極電極的控制信號的回應快(導通電流的上升陡峭)而可以進一步降低脈衝輸出電路的錯誤工作的電晶體。因此，藉由使用四端子電晶體，可以控制臨界值電壓，並且，可以進一步降低錯誤工作的脈衝輸出電路。
注意，薄膜電晶體是指包括閘極、汲極電極以及源極電極的至少三個端子的元件。此外，薄膜電晶體包括在重疊於閘極的區中形成通道區的半導體區(也稱為通道形成區)，並且，藉由控制閘極的電位，可以控制藉由通道區而流過在汲極電極和源極電極之間的電流。在此，因為源極電極和汲極電極根據薄膜電晶體的結構或工作條件等而改變，因此很難限定哪個是源極電極哪個是汲極電極。因此，有時不將用作源極電極及汲極電極的區稱為源極電極或汲極電極。在此情況下，作為一例，有時將它們分別記為第一端子、第二端子。
在圖12C中，在第一電晶體31中，第一端子電連接到電源線51，第二端子電連接到第九電晶體39的第一端子，閘極電極(第一閘極電極及第二閘極電極)電連接到第四輸入端子24。在第二電晶體32中，第一端子電連接到電源線53，第二端子電連接到第九電晶體39的第一端子，閘極電極電連接到第四電晶體34的閘極電極。在第三電晶體33中，第一端子電連接到第一輸入端子21，第二端子電連接到第一輸出端子26。在第四電晶體34中，第一端子電連接到電源線53，第二端子電連接到第一輸出端子26。在第五電晶體35中，第一端子電連接到電源線53，第二端子電連接到第二電晶體32的閘極電極及第四電晶體34的閘極電極，閘極電極電連接到第四輸入端子24。在第六電晶體36中，第一端子電連接到電源線52，第二端子電連接到第二電晶體32的閘極電極及第四電晶體34的閘極電極，閘極電極(第一閘極電極及第二閘極電極)電連接到第五輸入端子25。在第七電晶體37中，第一端子電連接到電源線52，第二端子電連接到第八電晶體38的第二端子，閘極電極(第一閘極電極及第二閘極電極)電連接到第三輸入端子23。在第八電晶體38中，第一端子電連接到第二電晶體32的閘極電極及第四電晶體34的閘極電極，閘極電極(第一閘極電極及第二閘極電極)電連接到第二輸入端子22。在第九電晶體39中，第一端子電連接到第一電晶體31的第二端子及第二電晶體32的第二端子，第二端子電連接到第三電晶體33的閘極電極及第十電晶體40的閘極電極，閘極電極(第一閘極電極及第二閘極電極)電連接到電源線52。在第十電晶體40中，第一端子電連接到第一輸入端子21，第二端子電連接到第二輸出端子27，閘極電極電連接到第九電晶體39的第二端子。在第十一電晶體41中，第一端子電連接到電源線53，第二端子電連接到第二輸出端子27，閘極電極電連接到第二電晶體32的閘極電極及第四電晶體34的閘極電極。在第十二電晶體42中，第一端子電連接到電源線53，第二端子電連接到第二輸出端子27，閘極電極電連接到第七電晶體37的閘極電極(第一閘極電極及第二閘極電極)。在第十三電晶體43中，第一端子電連接到電源線53，第二端子電連接到第一輸出端子26，閘極電極電連接到第七電晶體37的閘極電極(第一閘極電極及第二閘極電極)。
在圖12C中，以第三電晶體33的閘極電極、第十電晶體40的閘極電極以及第九電晶體39的第二端子的連接部分為節點A。此外，以第二電晶體32的閘極電極、第四電晶體34的閘極電極、第五電晶體35的第二端子、第六電晶體36的第二端子、第八電晶體38的第一端子以及第十一電晶體41的閘極電極的連接部分為節點B(參照圖13A)。
注意，在圖12C、圖13A中，也可以另行設置藉由使節點A成為浮動狀態來進行自舉操作的電容器。此外，也可以另行設置為了保持節點B的電位而將一個電極電連接到節點B的電容器。
在此，圖13B示出具有多個圖13A所示的脈衝輸出電路的移位暫存器的時序圖。此外，在移位暫存器是掃描線驅動電路時，圖13B中的期間61相當於垂直回掃期間，而且期間62相當於閘極選擇期間。
此外，如圖13A所示，藉由設置對其閘極電極施加第二電源電位VCC的第九電晶體39，在自舉操作的前後，有
如下優點。
在沒有對其閘極電極施加第二電源電位VCC的第九電晶體39的情況下，當由於自舉操作而節點A的電位上升時，第一電晶體31的第二端子的源極電極的電位上升，而其電位變大於第一電源電位VDD。然後，第一電晶體31的源極電極轉換為第一端子一側，即電源線51一側。由此，在第一電晶體31中，由於閘極和源極電極之間、閘極和汲極電極之間被施加較大的偏壓所以受到較大的壓力，這會導致電晶體的劣化。於是，藉由設置其閘極電極被施加第二電源電位VCC的第九電晶體39，雖然因自舉操作而節點A的電位上升，但是可以不產生第一電晶體31的第二端子的電位的上升。換言之，藉由設置第九電晶體39，可以使對第一電晶體31的閘極和源極電極之間施加的負偏壓值變小。由此，由於藉由採用本實施例的電路結構，可以使施加到第一電晶體31的閘極和源極電極之間的負偏壓也變小，所以可以抑制壓力所導致的第一電晶體31的劣化。
此外，關於設置第九電晶體39的部分，採用在第一電晶體31的第二端子和第三電晶體33的閘極之間藉由第一端子和第二端子連接而設置第九電晶體39的結構即可。另外，在具有多個本實施例的脈衝輸出電路的移位暫存器中，與掃描線驅動電路相比其級數多的信號線驅動電路也可以省略第九電晶體39，由此可以減少電晶體的數量。
另外，藉由作為第一電晶體31至第十三電晶體43的半導體層而使用氧化物半導體，可以降低薄膜電晶體的截止電流並提高導通電流及場效應遷移率，並且可以降低劣化的程度，所以可以降低電路內的錯誤工作。此外，具有氧化物半導體的電晶體的因對其閘極電極施加高電位而發生的電晶體的劣化的程度比使用非晶矽的電晶體小。由此，即使對供應第二電源電位VCC的電源線供應第一電源電位VDD也可以得到相同的工作，並可以減少在電路之間引繞的電源線的數量，所以可以謀求實現電路的小型化。
另外，向第七電晶體37的閘極電極(第一閘極電極及第二閘極電極)藉由第三輸入端子23供應的時鐘信號、向第八電晶體38的閘極電極(第一閘極電極及第二閘極電極)藉由第二輸入端子22供應的時鐘信號成為向第七電晶體37的閘極電極(第一閘極電極及第二閘極電極)藉由第二輸入端子22供應的時鐘信號、向第八電晶體38的閘極電極(第一閘極電極及第二閘極電極)藉由第三輸入端子23供應的時鐘信號，即使替換連接關係也具有同樣的作用。此時，在圖13A所示的移位暫存器中，藉由從第七電晶體37及第八電晶體38的狀態都是導通狀態變化到第七電晶體37截止且第八電晶體38導通的狀態，然後成為第七電晶體37截止且第八電晶體38截止的狀態，而由第二輸入端子22及第三輸入端子23的電位降低所產生的節點B的電位的降低發生兩次，該節點B的電位的降低起因於第七電晶體37的閘極電極的電位的降低及第八電晶體38的閘極電極的電位的降低。另一方面，在圖13A所示的移位暫存器中，藉由從第七電晶體37及第八電晶體38的狀態都是導通狀態變化到第七電晶體37導通且第八電晶體38截止的狀態，然後成為第七電晶體37截止且第八電晶體38截止的狀態，而由第二輸入端子22及第三輸入端子23的電位的降低所產生的節點B的電位的降低僅發生一次，該節點B的電位的降低起因於第八電晶體38的閘極電極的電位的降低。由此，採用向第七電晶體37的閘極電極(第一閘極電極及第二閘極電極)藉由第三輸入端子23供應的時鐘信號、向第八電晶體38的閘極電極(第一閘極電極及第二閘極電極)藉由第二輸入端子22供應的時鐘信號，可以降低節點B的電位的變動次數，並且可以降低雜訊。
像這樣，藉由採用在將第一輸出端子26及第二輸出端子27的電位保持為L位準的期間中，向節點B定期供應H位準的信號的結構，可以抑制脈衝輸出電路的錯誤工作。
實施例5
藉由製造薄膜電晶體並將該薄膜電晶體用於像素部及驅動電路，可以製造具有顯示功能的半導體裝置(也稱為顯示裝置)。此外，可以在與像素部同一基板上一體地形成包括薄膜電晶體的驅動電路的一部分或整體，而形成系統型面板(system-on-panel)。
顯示裝置包括顯示元件。作為顯示元件，可以使用液晶元件(也稱為液晶顯示元件)。
此外，顯示裝置包括密封有顯示元件的面板、在該面板上安裝有包括控制器的IC等的模組。再者，相當於製造該顯示裝置的過程中的顯示元件完成之前的一種實施例的元件基板在多個各像素中分別具備用來將電流供應到顯示元件的單元。明確而言，元件基板既可以處於只形成有顯示元件的像素電極(也稱為像素電極層)的狀態，又可以處於形成成為像素電極的導電膜之後且藉由蝕刻形成像素電極之前的狀態，可以是任意的狀態。
注意，本說明書中的顯示裝置是指影像顯示裝置、顯示裝置或光源(包括照明裝置)。另外，顯示裝置還包括：安裝有連接器諸如FPC(Flexible Printed Circuit：撓性印刷電路)、TAB(Tape Automated Bonding：載帶自動接合)帶或TCP(Tape Carrier Package：載帶封裝)的模組；在TAB帶或TCP的端部上設置有印刷線路板的模組；藉由COG(Chip On Glass：玻璃上晶片)方式將IC(積體電路)直接安裝到顯示元件上的模組。
參照圖14A1至圖14B而說明相當於半導體裝置的一種實施例的液晶顯示面板的外觀及截面。圖14A1、圖14A2是一種面板的平面圖，其中利用密封材料4005將薄膜電晶體4010、4011及液晶元件4013密封在第一基板4001和第二基板4006之間。圖14B相當於沿著圖14A1、圖14A2的M-N的截面圖。
以圍繞設置在第一基板4001上的像素部4002和掃描線驅動電路4004的方式設置有密封材料4005。此外，在像素部4002和掃描線驅動電路4004上設置有第二基板4006。因此，像素部4002和掃描線驅動電路4004與液晶層4008一起由第一基板4001、密封材料4005和第二基板4006密封。此外，在第一基板4001上的與由密封材料4005圍繞的區不同的區中安裝有信號線驅動電路4003，該信號線驅動電路4003使用單晶半導體膜或多晶半導體膜形成在另行準備的基板上。
注意，對另行形成的驅動電路的連接方法沒有特別的限制，而可以採用COG方法、引線接合方法或TAB方法等。圖14A1是藉由COG方法安裝信號線驅動電路4003的例子，而且圖14A2是藉由TAB方法安裝信號線驅動電路4003的例子。
此外，設置在第一基板4001上的像素部4002和掃描線驅動電路4004包括多個薄膜電晶體。在圖14B中例示像素部4002所包括的薄膜電晶體4010和掃描線驅動電路4004所包括的薄膜電晶體4011。在薄膜電晶體4010、4011上依次設置有氧化物絕緣層4041及絕緣層4021。
可以將實施例1或實施例2所示的包括氧化物半導體層的可靠性高的薄膜電晶體應用於薄膜電晶體4010、4011。作為驅動電路薄膜電晶體4011，例如可以使用實施例1或2所示的薄膜電晶體410，並且，作為像素用薄膜電晶體4010，例如可以使用實施例1或2所示的薄膜電晶體420。在本實施例中，薄膜電晶體4010、4011是n通道型薄膜電晶體。
在絕緣層4021上的重疊於驅動電路薄膜電晶體4011的氧化物半導體層的通道形成區的位置上設置有導電層4040。藉由將導電層4040設置在重疊於氧化物半導體層的通道形成區的位置上，可以降低BT試驗前後的薄膜電晶體4011的臨界值電壓的變化量。此外，導電層4040的電位既可以與薄膜電晶體4011的閘極電極層的電位相同，又可以與薄膜電晶體4011的閘極電極層的電位不同。並且，可以將導電層4040用作第二閘極電極層。此外，導電層4040的電位也可以為GND、0V、浮動狀態。
此外，液晶元件4013所具有的像素電極層4030與薄膜電晶體4010電連接。而且，液晶元件4013的對置電極層4031形成在第二基板4006上。像素電極層4030、對置電極層4031和液晶層4008重疊的部分相當於液晶元件4013。另外，像素電極層4030、對置電極層4031分別設置有分別用作取向膜的氧化物絕緣層4032、4033，並隔著氧化物絕緣層4032、4033夾持液晶層4008。
另外，作為第一基板4001、第二基板4006，可以使用透光基板諸如玻璃、陶瓷、塑膠。作為塑膠，可以使用FRP(Fiberglass-Reinforced Plastics；纖維增強塑膠)板、PVF(聚氟乙烯)薄膜、聚酯薄膜或丙烯酸樹脂薄膜。
此外，間隔物4035是藉由對絕緣膜選擇性地進行蝕刻而得到的柱狀間隔物，並且它是為控制像素電極層4030和對置電極層4031之間的距離(單元間隙)而設置的。另外，作為間隔物4035，還可以使用球狀間隔物。另外，對置電極層4031電連接到設置在與薄膜電晶體4010同一基板上的公共電位線。可以使用公共連接部並藉由配置在一對基板之間的導電粒子來使對置電極層4031和公共電位線電連接。此外，將導電粒子包括在密封材料4005中。
另外，還可以使用不使用取向膜的呈現藍相的液晶。藍相是液晶相的一種，是指當使膽固醇相液晶的溫度上升時即將從膽固醇相轉變到各向同性相之前出現的相。由於藍相只出現在較窄的溫度範圍內，所以為了改善溫度範圍而將混合有5wt%以上的手性試劑的液晶組成物用於液晶層4008。由於包括呈現藍相的液晶和手性試劑的液晶組成物的回應速度短，即為1msec以下，並且它具有光學各向同性，所以不需要取向處理，從而視角依賴性低。
另外，也可以將本實施例的液晶顯示裝置應用於透過型液晶顯示裝置或者半透過型液晶顯示裝置。
另外，雖然在本實施例的液晶顯示裝置中示出在基板的外側(可見一側)設置偏光板，並且在內側依次設置著色層(也稱為濾色片)、用於顯示元件的電極層的例子，但是也可以在基板的內側設置偏光板。另外，偏光板和著色層的疊層結構也不侷限於本實施例，而根據偏光板及著色層的材料或製造製程條件而適當地設定即可。
在薄膜電晶體4011中，作為保護絕緣膜而形成接觸於包括通道形成區的半導體層的氧化物絕緣層4041。氧化物絕緣層4041例如可以利用與實施例1所示的氧化物絕緣層416同樣的材料及方法形成。在此，作為氧化物絕緣層4041，與實施例1同樣，藉由濺射法形成氧化矽膜。
此外，也可以在氧化物絕緣層4041上形成保護絕緣層。
另外，為了降低起因於薄膜電晶體的表面的凹凸，而在氧化物絕緣層4041上形成用作平坦化絕緣膜的絕緣層4021。作為絕緣層4021，可以使用具有耐熱性的有機材料如聚醯亞胺、丙烯酸樹脂、苯並環丁烯、聚醯胺、環氧樹脂等。此外，除了上述有機材料之外，還可以使用低介電常數材料(low-k材料)、矽氧烷類樹脂、PSG(磷矽玻璃)、BPSG(硼磷矽玻璃)等。另外，也可以藉由層疊多個使用這些材料形成的絕緣膜來形成絕緣層4021。
對絕緣層4021的形成方法沒有特別的限制，而根據其材料而可以利用如下方法及設備：方法諸如濺射法、SOG法、旋塗、浸漬、噴塗、液滴噴射法(噴墨法、絲網印刷、膠版印刷等)等；設備諸如刮片、輥塗機、幕塗機、刮刀塗佈機等。藉由兼作絕緣層4021的焙燒製程和對半導體層的退火，可以有效地製造半導體裝置。
作為像素電極層4030、對置電極層4031，可以使用具有透光性的導電材料諸如包含氧化鎢的氧化銦、包含氧化鎢的氧化銦鋅、包含氧化鈦的氧化銦、包含氧化鈦的氧化銦錫、氧化銦錫(下面表示為ITO)、氧化銦鋅、添加有氧化矽的氧化銦錫等。
此外，可以使用包含導電高分子(也稱為導電聚合物)的導電組成物形成像素電極層4030、對置電極層4031。使用導電組成物形成的像素電極的薄層電阻較佳為10000Ω/□以下，並且其波長為550nm時的透光率較佳為70%以上。另外，導電組成物所包含的導電高分子的電阻率較佳為0.1Ω‧cm以下。
作為導電高分子，可以使用所謂的π電子共軛類導電高分子。例如，可以舉出聚苯胺或其衍生物、聚吡咯或其衍生物、聚噻吩或其衍生物、或者上述材料中的兩種以上的共聚物等。
另外，供應到另行形成的信號線驅動電路4003、掃描線驅動電路4004或像素部4002的各種信號及電位是從FPC4018供應的。
連接端子電極4015使用與液晶元件4013所具有的像素電極層4030相同的導電膜形成，並且端子電極4016使用與薄膜電晶體4011的源極電極層及汲極電極層相同的導電膜形成。
連接端子電極4015藉由各向異性導電膜4019電連接到FPC4018所具有的端子。
此外，雖然在圖14A1至14B中示出另行形成信號線驅動電路4003並將它安裝在第一基板4001上的例子，但是不侷限於該結構。既可以另行形成掃描線驅動電路而安裝，又可以另行僅形成信號線驅動電路的一部分或掃描線驅動電路的一部分而安裝。
圖15示出作為根據本說明書所公開的製造方法製造的使用TFT基板2600的半導體裝置而構成液晶顯示模組的一例。
圖15是液晶顯示模組的一例，利用密封材料2602固定TFT基板2600和對置基板2601，並在TFT基板2600和對置基板2601之間設置包括TFT等的像素部2603、包括液晶層的顯示元件2604、著色層2605來形成顯示區。在進行彩色顯示時需要著色層2605，並且當採用RGB方式時，對應於各像素地設置有分別對應於紅色、綠色、藍色的各顏色的著色層。在TFT基板2600和對置基板2601的外側配置有偏光板2606、偏光板2607、擴散板2613。光源使用冷陰極管2610和反射板2611構成，電路基板2612利用撓性線路板2609與TFT基板2600的佈線電路部2608連接，並且組裝有控制電路、電源電路等的外部電路。此外，也可以以在偏光板和液晶層之間具有相位差板的狀態層疊。
作為液晶顯示模組，可以採用TN(扭曲向列；Twisted Nematic)模式、IPS(平面內轉換；In-Plane-Switching)模式、FFS(邊緣電場轉換；Fringe Field Switching)模式、MVA(多疇垂直取向；Multi-domain Vertical Alignment)模式、PVA(垂直取向構型；Patterned Vertical Alignment)模式、ASM(軸對稱排列微胞；Axially Symmetric Aligned Micro-cell)模式、OCB(光學補償彎曲；Optically Compensated Birefringence)模式、FLC(鐵電性液晶；Ferroelectric Liquid Crystal)模式、AFLC(反鐵電性液晶；AntiFerroelectric Liquid Crystal)模式等。
藉由上述製程，可以製造作為半導體裝置的可靠性高的液晶顯示面板。
實施例6
本說明書所公開的半導體裝置藉由具有撓性來可以應用於電子書(e-book)讀物讀取器、招貼、電車等交通工具的車廂廣告、信用卡等各種卡片的顯示等。圖16示出電子設備的一例。
圖16示出電子書讀物讀取器的一例。例如，電子書讀物讀取器2700使用兩個框體，即框體2701及框體2703構成。框體2701及框體2703使用軸部2711形成為一體，並且可以以該軸部2711為軸進行開閉動作。藉由該結構，可以進行如紙的書籍那樣的動作。
框體2701組裝有顯示部2705，而且框體2703組裝有顯示部2707。顯示部2705及顯示部2707的結構既可以是顯示連屏圖像的結構，又可以是顯示不同的圖像的結構。藉由採用顯示不同的圖像的結構，例如可以在右邊的顯示部(圖16中的顯示部2705)中顯示文章圖像，而且在左邊的顯示部(圖16中的顯示部2707)中顯示另一個圖像。
此外，在圖16中示出框體2701具備操作部等的例子。例如，在框體2701中具備電源開關2721、操作鍵2723、揚聲器2725等。利用操作鍵2723可以翻頁。另外，也可以採用在與框體的顯示部同一面上具備鍵盤、指向裝置等的結構。另外，也可以採用在框體的背面或側面具備外部連接端子(耳機端子、USB端子或可以與AC適配器及USB電纜等各種電纜連接的端子等)、記錄媒體插入部等的結構。再者，電子書讀物讀取器2700也可以具有作為電子詞典的功能。
此外，電子書讀物讀取器2700也可以採用以無線方式收發資料的結構。還可以採用以無線方式從電子書讀物伺服器購買所希望的書籍資料等並下載的結構。
實施例7
本說明書所公開的半導體裝置可以應用於各種各樣的電子設備(也包括遊戲機)。作為電子設備，例如可以舉出：電視裝置(也稱為電視或電視接收機)；用於電腦等的監視器；如數位相機、數位攝像機等影像拍攝裝置；數位相框；行動電話機(也稱為行動電話、行動電話裝置)；可攜式遊戲機；可攜式資訊終端；聲音再現裝置；彈珠機等大型遊戲機等。
圖17A示出電視裝置9600的一例。在電視裝置9600中，框體9601組裝有顯示部9603。利用顯示部9603可以顯示影像。此外，在此示出利用支架9605支撐框體9601的結構。
可以藉由利用框體9601所具備的操作開關、另行提供的遙控器9610進行電視裝置9600的操作。藉由利用遙控器9610所具備的操作鍵9609，可以進行頻道、音量的操作，並可以對在顯示部9603上顯示的影像進行操作。此外，也可以採用在遙控器9610中設置顯示從該遙控器9610輸出的資料的顯示部9607的結構。
另外，電視裝置9600採用具備接收機、數據機等的結構。藉由利用接收機可以接收一般的電視廣播。再者，藉由數據機連接到有線或無線方式的通信網路，可以進行單向(從發送器到接收器)或雙向(在發送器和接收器之間或在接收器之間等)的資料通信。
圖17B示出數位相框9700的一例。例如，在數位相框9700中，框體9701組裝有顯示部9703。顯示部9703可以顯示各種圖像，例如藉由顯示使用數位相機等拍攝的圖像資料，可以發揮與一般的相框同樣的功能。
另外，數位相框9700具備操作部、外部連接端子(USB端子、可以與USB電纜等的各種電纜連接的端子等)、記錄媒體插入部等。它們也可以組裝到與顯示部同一面上，但是藉由將它們設置在側面或背面上來提高設計性，所以是較佳的。例如，可以對數位相框9700的記錄媒體插入部插入儲存有利用數位相機拍攝的圖像資料的記憶體並提取圖像資料，然後可以將所提取的圖像資料顯示於顯示部9703。
此外，數位相框9700也可以採用能夠以無線的方式收發資料的結構。也可以採用以無線的方式提取所希望的圖像資料並進行顯示的結構。
圖18A示出一種可攜式遊戲機，它使用框體9881和框體9891的兩個框體構成，並且藉由連接部9893連接框體9881和框體9891，使該可攜式遊戲機可以打開或折疊。框體9881安裝有顯示部9882，並且框體9891安裝有顯示部9883。另外，圖18A所示的可攜式遊戲機還具備揚聲器部9884、記錄媒體插入部9886、LED燈9890、輸入單元(操作鍵9885、連接端子9887、感測器9888(包括測定如下因素的功能：力量、位移、位置、速度、加速度、角速度、旋轉頻率(rotational frequency)、距離、光、液、磁、溫度、化學物質、聲音、時間、硬度、電場、電流、電壓、電力、輻射線、流量、濕度、傾斜度、振動、氣味或紅外線)以及麥克風9889)等。當然，可攜式遊戲機的結構不侷限於上述結構，只要採用至少具備本說明書所公開的半導體裝置的結構即可，並且可以採用適當地設置有其他附屬設備的結構。圖18A所示的可攜式遊戲機具有如下功能：讀出儲存在記錄媒體中的程式或資料並將它顯示在顯示部上；以及藉由與其他可攜式遊戲機進行無線通信而實現資訊共用。另外，圖18A所示的可攜式遊戲機所具有的功能不侷限於此，而可以具有各種各樣的功能。
圖18B示出大型遊戲機的一種的投幣機9900的一例。在投幣機9900的框體9901中安裝有顯示部9903。另外，投幣機9900還具備如起動手柄、停止開關等的操作單元、投幣口、揚聲器等。當然，投幣機9900的結構不侷限於此，而只要採用至少具備本說明書所公開的半導體裝置的結構即可，可以採用適當地設置有其他附屬設備的結構。
圖19A是示出可攜式電腦的一例的立體圖。
在圖19A所示的可攜式電腦中，當將連接上部框體9301與下部框體9302的鉸鏈裝置設定為關閉狀態時，可以使具有顯示部9303的上部框體9301與具有鍵盤9304的下部框體9302成為重疊狀態，而便於攜帶，並且，當使用者利用鍵盤進行輸入時，將鉸鏈裝置設定為打開狀態，而可以看著顯示部9303進行輸入操作。
另外，下部框體9302除了鍵盤9304之外還包括進行輸入操作的指向裝置9306。另外，當顯示部9303為觸屏輸入面板時，可以藉由觸摸顯示部的一部分來進行輸入操作。另外，下部框體9302還包括CPU、硬碟等的算術功能部。此外，下部框體9302還具有用來插入其他裝置，例如符合USB的通信標準的通信電纜的外部連接埠9305。
在上部框體9301中還具有藉由使它滑動到上部框體9301內部而可以收納的顯示部9307，因此可以實現寬顯示畫面。另外，使用者可以調節可以收納的顯示部9307的畫面的方向。另外，當可以收納的顯示部9307為觸屏輸入面板時，藉由觸摸可以收納的顯示部的一部分來可以進行輸入操作。
顯示部9303或可以收納的顯示部9307使用如液晶顯示面板等的影像顯示裝置。
另外，圖19A的可攜式電腦安裝有接收機等，而可以接收電視廣播並將影像顯示於顯示部9303或者顯示部9307。另外，使用者可以在連接上部框體9301與下部框體9302的鉸鏈裝置處於關閉狀態的狀態下滑動顯示部9307而使其整個面露出並調整畫面角度來觀看電視廣播。此時，不將鉸鏈裝置成為打開狀態而使顯示部9303進行顯示，並僅啟動只顯示電視廣播的電路，所以可以將耗電量控制為最少，這對電池容量有限的可攜式電腦而言是十分有利的。
另外，圖19B是示出像手錶那樣能夠戴在使用者的手臂上的行動電話的一例的立體圖。
該移動電括包括：包括至少具有電話功能的通信裝置以及電池的主體；用來將主體戴在手臂上的帶部9204；調節帶部9204與手臂的固定狀態的調節部9205；顯示部9201；揚聲器9207；以及麥克風9208。
另外，主體具有操作開關9203，並且，諸如當按一下作為操作開關9203的電源輸入按鈕、顯示轉換按鈕、攝像開始指示按鈕時啟動網路用程式等，可以將操作開關9203對應於各功能。
藉由用手指或輸入筆等觸摸顯示部9201；操作操作開關9203；或者對麥克風9208輸入聲音來進行該移動電括的輸入操作。另外，在圖19B中，示出顯示在顯示部9201上的顯示鈕9202，藉由用手指等觸摸該顯示鈕9202來可以進行輸入。
另外，主體具有影像拍攝裝置部9206，該影像拍攝裝置部9206具有將藉由攝影透鏡成像的物體圖像轉換為電子視頻信號的攝影單元。另外，也可以不特別設置影像拍攝裝置部。
另外，圖19B所示的行動電話安裝有電視廣播的接收機等，而可以接收電視廣播並將影像顯示於顯示部9201，並且它還具有記憶體等的儲存裝置等，而可以將電視廣播錄影到記憶體中。此外，圖19B所示的行動電話還可以具有GPS等能夠收集位置資訊的功能。
顯示部9201使用如液晶顯示面板等的影像顯示裝置。由於圖19B所示的行動電話為小型且重量輕，所以其電池容量有限，從而作為用於顯示部9201的顯示裝置，較佳使用能夠以低耗電量進行驅動的面板。
另外，雖然在圖19B中示出具有戴在手臂上的方式的電子設備，但是不特別侷限於此，而只要是具有能夠攜帶的形狀的即可。
實施例8
在本實施例中，作為半導體裝置的一種方式，參照圖20至圖33而說明具有實施例1及實施例2所示的薄膜電晶體的顯示裝置的實例。在本實施例中，參照圖20至圖33而說明將液晶元件用作顯示元件的液晶顯示裝置的實例。作為用於圖20至圖33的液晶顯示裝置的TFT628、629，可以應用實施例1及實施例2所示的薄膜電晶體，並且，它們是可以利用與實施例1及實施例2所示的製程同樣地製造的電特性及可靠性高的薄膜電晶體。TFT628及TFT629是將氧化物半導體層用作通道形成區的薄膜電晶體。雖然在圖20至圖33中說明作為薄膜電晶體的一例而使用圖1所示的薄膜電晶體420的情況，但是不侷限於此。
首先，對VA(Vertical Alignment：垂直取向)型液晶顯示裝置進行描述。VA型液晶顯示裝置是指一種控制液晶顯示面板的液晶分子的排列的方式。VA型液晶顯示裝置具有在沒有施加電壓時液晶分子朝垂直於面板表面的方向的方式。在本實施例中，特別地，將像素分成幾個區(例如，兩個至四個子像素)，並且分別將分子朝不同的方向推倒。這稱為多疇(multi-domain)化或多域設計。在下面的說明中，對考慮多域設計的液晶顯示裝置進行說明。
圖21及圖22分別示出像素電極及對置電極。注意，圖21是形成像素電極的基板一側的平面圖，並且將對應於圖中的切斷線G-H的截面結構示出於圖20。此外，圖22是形成對置電極的基板一側的平面圖。下面，參照這些附圖進行說明。
圖20示出基板600和對置基板601重疊並且植入有液晶的狀態，在該基板600上形成有TFT628、與該TFT628連接的像素電極層624以及儲存電容器部630，並且在該對置基板601上形成有對置電極層640等。
在對置基板601上形成有第一彩色膜、第二彩色膜、第三彩色膜(未圖示)，並且在對置電極層640上形成有突起644。由於該結構，使用來控制液晶的取向的突起644和間隔物的高度不同。在像素電極層624上形成有取向膜648，並且，同樣地在對置電極層640及突起644上也形成有取向膜646。此外，在基板600與對置基板601之間形成有液晶層650。
雖然在此作為間隔物而示出柱狀間隔物，但是也可以散佈珠狀間隔物。再者，也可以將間隔物形成在形成於基板600上的像素電極層624上。
在基板600上形成TFT628、與該TFT628電連接的像素電極層624以及儲存電容器部630。像素電極層624連接到TFT628。像素電極層624藉由分別貫穿覆蓋儲存電容器部630的絕緣膜620、覆蓋絕緣膜620的絕緣膜621、覆蓋絕緣膜621的絕緣膜622的接觸孔623電連接到導電層632、TFT628的氧化物半導體層以及佈線618。作為TFT628，可以適當地使用實施例1及實施例2所示的薄膜電晶體。另外，儲存電容器部630使用與TFT628的閘極佈線602同時形成的作為第一電容器佈線的電容器佈線604、閘極絕緣膜606以及與佈線616、618同時形成的作為第二電容器佈線的電容器佈線617構成。
像素電極層624、液晶層650以及對置電極層640彼此重疊，從而形成液晶元件。
例如，藉由使用實施例1及實施例2所示的材料來形成像素電極層624。在像素電極層624中設置狹縫625。狹縫625具有控制液晶的取向的功能。
圖21所示的TFT629、與該TFT629連接的像素電極層626及儲存電容器部631分別可以與TFT628、像素電極層624及儲存電容器部630同樣地形成。TFT628和TFT629都連接到佈線616。該液晶顯示面板的像素使用像素電極層624及像素電極層626構成。像素電極層624及像素電極層626是子像素。圖21所示的液晶顯示裝置使用兩個子像素構成，但是不侷限於此，而本實施例的液晶顯示裝置也可以使用三個以上的多個子像素構成。
圖22示出對置基板一側的平面結構。對置電極層640較佳使用與像素電極層624同樣的材料形成。在對置電極層640上形成有用來控制液晶取向的突起644。另外，在圖22中，以虛線表示像素電極層624及像素電極層626，並且示出對置電極層640、像素電極層624及像素電極層626彼此重疊地配置的情況。
圖23示出該像素結構的等效電路。TFT628和TFT629都電連接到閘極佈線602和佈線616。此外，TFT628連接到儲存電容器部630以及液晶元件651。此外，TFT629連接到儲存電容器部631以及液晶元件651。在此情況下，藉由使電容器佈線604和電容器佈線605的電位不同，可以使液晶元件651和液晶元件652進行不同的工作。就是說，藉由分別控制電容器佈線604和電容器佈線605的電位，來精密地控制液晶的取向並擴大視角。
此外，當對設置有狹縫625的像素電極層624施加電壓時，在狹縫625附近發生電場的畸變(傾斜電場)。藉由互相咬合地配置該狹縫625和對置基板601一側的突起644，有效地產生傾斜電場來控制液晶的取向，從而根據位置而使液晶所取向的方向不同。就是說，藉由進行多疇化來擴大液晶顯示面板的視角。
接著，參照圖24至圖27而說明與上述不同的VA型液晶顯示裝置。
圖24及圖25示出VA型液晶顯示面板的像素結構。圖25是基板600的平面圖，而且圖24示出沿著圖中的切斷線Y-Z的截面結構。在下面的說明中，參照這些兩個圖而進行說明。
在該像素結構中，一個像素具有多個像素電極，並且各像素電極連接到TFT。各TFT利用不同的閘極信號驅動。就是說，在以多疇方式設計的像素中，獨立地控制施加到各像素電極的信號。
像素電極層624在分別貫穿絕緣膜620、絕緣膜621以及絕緣膜622的接觸孔623中連接到導電層611，並且，該導電層611藉由氧化物半導體層的高電阻汲極區613及佈線618連接到TFT628。此外，像素電極層626在分別貫穿絕緣膜620、絕緣膜621以及絕緣膜622的接觸孔627中連接到導電層612，並且，該導電層612藉由氧化物半導體層的高電阻汲極區614及佈線619連接到TFT629。TFT628的閘極佈線602和TFT629的閘極佈線603彼此分離，以能夠提供不同的閘極信號。另一方面，TFT628和TFT629共用用作資料線的佈線616。作為TFT628和TFT629，可以適當地使用實施例1及實施例2所示的薄膜電晶體。此外，設置有電容器佈線690。注意，在閘極佈線602、閘極佈線603以及電容器佈線690上形成有第一閘極絕緣膜606a、第二閘極絕緣膜606b。
像素電極層624和像素電極層626具有不同的形狀，並且被狹縫625彼此分離。像素電極層626被形成為圍繞擴展為V字狀的像素電極層624的外側。藉由根據TFT628及TFT629而使施加到像素電極層624和像素電極層626的電壓不同，來控制液晶的取向。圖27示出該像素結構的等效電路。TFT628連接到閘極佈線602，而且TFT629連接到閘極佈線603。藉由對閘極佈線602和閘極佈線603施加不同的閘極信號，可以使TFT628和TFT629的工作時序不同。此外，TFT628和TFT629都連接到佈線616。此外，TFT628連接到儲存電容器部630以及液晶元件651，並且，TFT629連接到儲存電容器部631以及液晶元件652。
在對置基板601上形成有彩色膜636、對置電極層640。此外，在彩色膜636和對置電極層640之間形成有平坦化膜637，以防止液晶的取向錯亂。圖26示出對置基板一側的結構。在不同的像素之間共同使用對置電極層640，並且在該對置電極層640中形成有狹縫641。藉由互相咬合地配置該狹縫641和像素電極層624及像素電極層626一側的狹縫625，可以有效地產生傾斜電場來控制液晶的取向。由此，可以根據位置而使液晶所取向的方向不同，從而擴大視角。
像素電極層624、液晶層650以及對置電極層640彼此重疊，從而形成第一液晶元件。此外，像素電極層626、液晶層650以及對置電極層640彼此重疊，從而形成第二液晶元件。此外，採用在一個像素中設置有第一液晶元件和第二液晶元件的多疇結構。
接著，說明橫向電場方式的液晶顯示裝置。橫向電場方式是指藉由對單元內的液晶分子沿水平方向施加電場來驅動液晶而顯示灰度的方式。藉由該橫向電場方式，可以使視角擴大為大約180度。在下面的說明中，對採用橫向電場方式的液晶顯示裝置進行說明。
圖28示出基板600和對置基板601重疊並且植入了液晶的狀態，在該基板600上形成有TFT628以及藉由導電層611而電連接到TFT628的像素電極層624。在對置基板601上形成有彩色膜636、平坦化膜637等。注意，在對置基板601一側不設置對置電極層。此外，在基板600和對置基板601之間隔著取向膜646及取向膜648而形成有液晶層650。
在基板600上形成電極層607、與電極層607連接的電容器佈線604以及實施例1及2所示的薄膜電晶體的TFT628。電容器佈線604可以與TFT628的閘極佈線602同時形成。電極層607可以使用與實施例1及實施例2所示的像素電極層427相同的材料。另外，將電極層607形成為大致分割成像素形狀的形狀。注意，在電極層607及電容器佈線604上形成閘極絕緣膜606。
在閘極絕緣膜606上形成TFT628的佈線616及佈線618。佈線616是在液晶顯示面板中傳送視頻信號的資料線，是沿一個方向延伸的佈線，並且它成為TFT628的源極電極及汲極電極中的一個的電極。佈線618成為TFT628的源極電極及汲極電極中的另一個的電極，是藉由氧化物半導體層的高電阻汲極區613及導電層611而連接到作為第二像素電極的像素電極層624的佈線。導電層611可以使用與實施例1所示的導電層442相同的材料。
此外，在佈線616及佈線618上形成絕緣膜620，並且，在絕緣膜620上形成絕緣膜621。此外，在絕緣膜621上形成藉由形成在絕緣膜620及絕緣膜621中的接觸孔623、導電層611以及高電阻汲極區613連接到佈線618的像素電極層624。像素電極層624使用與實施例1所示的像素電極層427相同的材料來形成。
如上所述，在基板600上形成TFT628以及與該TFT628連接的像素電極層624。注意，儲存電容器形成在電極層607和像素電極層624之間。
圖29是說明像素電極的結構的平面圖。圖28示出對應於圖29所示的切斷線O-P的截面結構。在像素電極層624中設置狹縫625。該狹縫625是用來控制液晶的取向的。在此情況下，電場在電極層607和像素電極層624之間發生。在電極層607和像素電極層624之間形成有閘極絕緣膜606，但是閘極絕緣膜606的厚度為50nm至200nm，該厚度與2μm至10μm的液晶層的厚度相比充分薄，因此實際上在平行於基板600的方向(水平方向)上發生電場。藉由該電場控制液晶的取向。藉由利用該大致平行於基板的方向的電場來使液晶分子水準地旋轉。在此情況下，由於液晶分子在任何狀態下都為水準，所以觀看角度所導致的對比度等的影響很少，從而擴大視角。此外，電極層607和像素電極層624都是透光電極，因此可以提高孔徑比。
接著，說明橫向電場方式的液晶顯示裝置的另一個實例。
圖30及圖31示出IPS型液晶顯示裝置的像素結構。圖31是平面圖，而且圖30示出對應於圖中的切斷線V-W的截面結構。在下面的說明中，參照這些兩個附圖而進行說明。
圖30示出基板600和對置基板601重疊並且植入了液晶的狀態，在該基板600上形成有TFT628及與該TFT628連接的像素電極層624。在對置基板601上形成有彩色膜636、平坦化膜637等。注意，在對置基板601一側不設置對置電極層。此外，在基板600和對置基板601之間隔著取向膜646及取向膜648而形成有液晶層650。
在基板600上形成公共電位線609及實施例1及實施例2所示的TFT628。公共電位線609可以與TFT628的閘極佈線602同時形成。另外，將電極層607形成為大致分割成像素形狀的形狀。此外，作為TFT628，可以應用實施例1及2所示的薄膜電晶體。
在閘極絕緣膜606上形成TFT628的佈線616及佈線618。佈線616是在液晶顯示面板中傳送視頻信號的資料線，是沿一個方向延伸的佈線，並且它成為TFT628的源極電極及汲極電極中的一個的電極。佈線618成為源極電極及汲極電極中的另一個的電極，它是藉由導電層611及高電阻汲極區613連接到像素電極層624的佈線。
此外，在佈線616及佈線618上形成絕緣膜620，並且，在絕緣膜620上形成絕緣膜621。此外，在絕緣膜621上形成藉由形成在絕緣膜620及絕緣膜621中的接觸孔623、導電層611以及高電阻汲極區613連接到佈線618的像素電極層624。像素電極層624使用與實施例1所示的像素電極層427相同的材料形成。注意，如圖31所示，將像素電極層624形成為與在形成公共電位線609的同時形成的梳形電極之間產生橫向電場。此外，將像素電極層624的梳齒部分形成為與在形成公共電位線609的同時形成的梳形電極互相咬合。
當在施加到像素電極層624的電位和公共電位線609的電位之間產生電場時，由於該電場而控制液晶的取向。藉由利用該大致平行於基板的方向的電場來使液晶分子水準地旋轉。在此情況下，由於液晶分子在任何狀態下也為水準，所以觀看角度所導致的對比度等的影響很少，可以擴大視角。
如上所述，在基板600上形成TFT628及與該TFT628連接的像素電極層624。儲存電容器藉由在公共電位線609和電容器電極615之間設置閘極絕緣膜606而形成。電容器電極615和像素電極層624藉由接觸孔633連接。
下面，說明TN型液晶顯示裝置的方式。
圖32及圖33示出TN型液晶顯示裝置的像素結構。圖33是平面圖，而且圖32示出對應於沿著圖中的切斷線K-L的截面結構。在下面的說明中，參照這些兩個附圖而進行說明。
像素電極層624藉由貫穿絕緣膜620、絕緣膜621的接觸孔623、導電層611以及高電阻汲極區613連接到佈線618。用作資料線的佈線616與TFT628連接。TFT628可以應用實施例1及2所示的TFT中的任一種。
像素電極層624使用與實施例1所示的像素電極層427相同的材料來形成。電容器佈線604可以與TFT628的閘極佈線602同時形成。在閘極佈線602及電容器佈線604上形成閘極絕緣膜606a及606b。儲存電容器使用電容器佈線604、電容器電極615以及電容器佈線604和電容器電極615之間的閘極絕緣膜606a及606b來形成。電容器電極615和像素電極層624藉由接觸孔633彼此連接。
在對置基板601上形成有彩色膜636、對置電極層640。此外，在彩色膜636和對置電極層640之間形成平坦化膜637，以防止液晶的取向錯亂。液晶層650隔著取向膜648及取向膜646而形成在像素電極層624和對置電極層640之間。
像素電極層624、液晶層650以及對置電極層640彼此重疊，從而形成液晶元件。
此外，彩色膜636也可以形成在基板600一側。此外，將偏光板貼合到基板600的與形成有薄膜電晶體的表面相反的表面，並且，將偏光板貼合到對置基板601的與形成有對置電極層640的表面相反的表面。
此外，佈線618藉由導電層611及高電阻汲極區613電連接到像素電極層624。
如上所述，可以構成液晶顯示裝置。
實施例9
作為半導體裝置的一種方式，示出電子紙的實例。
也可以將實施例1及實施例2的薄膜電晶體用於利用與切換元件電連接的元件來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)，並具有如下優點：與紙相同的易讀性；耗電量比其他的顯示裝置低；可以形成為薄且輕的形狀。
作為電泳顯示器，可以考慮各種方式。在電泳顯示器中，在溶劑或溶質中分散有多個包含具有正電荷的第一粒子和具有負電荷的第二粒子的微囊，並且藉由對微囊施加電場來使微囊中的粒子向彼此相反的方向移動，以僅顯示集合在一側的粒子的顏色。另外，第一粒子或第二粒子包含染料，並且在沒有電場時不移動。此外，第一粒子和第二粒子的顏色不同(包含無色)。
像這樣，電泳顯示器是利用所謂的介電電泳效應的顯示器，在該介電電泳效應中，介電常數高的物質移動到高電場區。電泳顯示器不需要液晶顯示裝置所需要的偏光板、對置基板，而降低其厚度或重量。
在溶劑中分散有上述微囊的溶液稱為電子墨水，該電子墨水可以印刷到玻璃、塑膠、布、紙等的表面上。另外，還可以藉由使用濾色片或具有色素的粒子來進行彩色顯示。
此外，藉由在主動矩陣基板上適當地配置多個上述微囊以使微囊夾在兩個電極之間，來完成主動矩陣型顯示裝置，並且藉由對微囊施加電場可以進行顯示。例如，可以使用根據實施例1至7的薄膜電晶體而得到的主動矩陣基板。
注意，作為微囊中的第一粒子及第二粒子，使用選自導電材料、絕緣體材料、半導體材料、磁性材料、液晶材料、鐵電性材料、電致發光材料、電致變色材料、磁泳材料中的一種或這些材料的複合材料即可。
在圖34中，作為半導體裝置的例子而示出主動矩陣型電子紙。用於半導體裝置的薄膜電晶體581可以與實施例1及實施例2所示的薄膜電晶體同樣地製造，並且該薄膜電晶體581是包括氧化物半導體層的可靠性高的薄膜電晶體。此外，也可以將實施例1及實施例2所示的薄膜電晶體用於薄膜電晶體581。
圖34的電子紙是採用旋轉球顯示(twisting ball display)方式的例子。旋轉球顯示方式是指一種方法，其中將分別著色為白色和黑色的球形粒子配置在用於顯示元件的電極層的第一電極層和第二電極層之間，並使第一電極層和第二電極層產生電位差來控制球形粒子的方向，以進行顯示。
形成在基板580上的薄膜電晶體581是底閘結構的薄膜電晶體，並且該薄膜電晶體581被設置在基板580上並且由與半導體層接觸的絕緣膜583覆蓋。薄膜電晶體581的源極電極層或汲極電極層藉由導電層582而電連接到第一電極層587，並且導電層582在形成於絕緣層585中的開口與第一電極層587接觸。在第一電極層587和形成在基板596上的第二電極層588之間設置有球形粒子589，該球形粒子589具有黑色區590a及白色區590b，並且黑色區590a及白色區590b的周圍包括充滿了液體的空洞594，並且球形粒子589的周圍充滿有樹脂等的填料595。第一電極層587相當於像素電極，並且，第二電極層588相當於共同電極。第二電極層588電連接到設置在與薄膜電晶體581同一基板上的共同電位線。可以使用共同連接部並藉由配置在一對基板之間的導電粒子來使第二電極層588和共同電位線電連接。
此外，還可以使用電泳元件而代替使用旋轉球。使用直徑為10μm至200μm左右的微囊，該微囊中封入有透明液體、帶正電的白色微粒和帶負電的黑色微粒。在設置在第一電極層和第二電極層之間的微囊中，當由第一電極層和第二電極層施加電場時，白色微粒和黑色微粒向相反方向移動，從而可以顯示白色或黑色。應用該原理的顯示元件就是電泳顯示元件，一般地稱為電子紙。電泳顯示元件具有比液晶顯示元件高的反射率，因而不需要輔助燈。此外，耗電量低，並且在昏暗的地方也能夠辨認顯示部。另外，即使不向顯示部供應電源，也能夠保持顯示過一次的圖像。因此，即使使具有顯示功能的半導體裝置(簡單地稱為顯示裝置，或稱為具備顯示裝置的半導體裝置)離開電波發送源，也能夠保存顯示過的圖像。
藉由上述製程，可以製造作為半導體裝置的可靠性高的電子紙。
本說明書根據2009年9月4日在日本專利局申請的日本專利申請編號2009-204565而製作，所述申請內容包括在本說明書中。
10．．．脈衝輸出電路
11．．．佈線
12．．．佈線
13．．．佈線
14．．．佈線
15．．．佈線
21．．．輸入端子
22．．．輸入端子
23．．．輸入端子
24．．．輸入端子
25．．．輸入端子
26．．．輸出端子
27．．．輸出端子
28．．．電晶體
31．．．電晶體
32．．．電晶體
33．．．電晶體
34．．．電晶體
35．．．電晶體
36．．．電晶體
37．．．電晶體
38．．．電晶體
39．．．電晶體
40．．．電晶體
41．．．電晶體
42．．．電晶體
43．．．電晶體
51．．．電源線
52．．．電源線
53．．．電源線
61．．．期間
62．．．期間
100．．．基板
102．．．閘極絕緣層
107．．．氧化物絕緣層
110．．．像素電極層
111．．．導電層
117．．．連接電極
118．．．連接電極
120．．．連接電極
121．．．端子電極
122．．．端子電極
128．．．端子電極
129．．．端子電極
147．．．電容器
150．．．端子電極
151．．．端子電極
153．．．連接電極
155．．．導電層
156．．．端子電極
170．．．薄膜電晶體
180．．．薄膜電晶體
190．．．對置基板
191．．．絕緣層
192．．．液晶層
193．．．絕緣層
194．．．對置電極層
195．．．著色層
196a．．．偏光板
196b．．．偏光板
400．．．基板
402．．．閘極絕緣層
405．．．氧化物導電膜
408a．．．氧化物導電層
408b．．．氧化物導電層
409a．．．源極電極層
409b．．．汲極電極層
410．．．薄膜電晶體
411．．．閘極電極層
412．．．氧化物半導體層
413．．．通道形成區
414a．．．高電阻源極區
414b．．．高電阻汲極區
415a．．．源極電極層
415b．．．汲極電極層
416．．．氧化物絕緣層
417．．．導電層
420．．．薄膜電晶體
421．．．閘極電極層
422．．．氧化物半導體層
426．．．接觸孔
427．．．像素電極層
428．．．區
430．．．氧化物半導體膜
431．．．氧化物半導體層
432．．．氧化物半導體層
433a．．．抗蝕劑光罩
433b．．．抗蝕劑光罩
433c．．．抗蝕劑光罩
433d．．．抗蝕劑光罩
435．．．氧化物半導體層
438．．．導電層
439．．．導電層
441．．．接觸孔
442．．．導電層
446．．．氧化物導電層
447．．．氧化物導電層
454．．．電容器
457．．．導電層
458．．．導電層
459．．．導電層
580．．．基板
581．．．薄膜電晶體
582．．．導電層
583．．．絕緣膜
584．．．絕緣層
585．．．絕緣層
587．．．電極層
588．．．電極層
589．．．球形粒子
590a．．．黑色區
590b．．．白色區
594．．．空洞
595．．．填料
596．．．基板
600．．．基板
601．．．對置基板
602．．．閘極佈線
603．．．閘極佈線
604．．．電容器佈線
605．．．電容器佈線
606．．．閘極絕緣膜
606a．．．閘極絕緣膜
606b．．．閘極絕緣膜
607．．．電極層
609．．．公共電位線
611．．．導電層
612．．．導電層
613．．．高電阻汲極區
614．．．高電阻汲極區
615．．．電容器電極
616．．．佈線
617．．．電容器佈線
618．．．佈線
619．．．佈線
620．．．絕緣膜
621．．．絕緣膜
622．．．絕緣膜
623．．．接觸孔
624．．．像素電極層
625．．．狹縫
626．．．像素電極層
627．．．接觸孔
628．．．TFT
629．．．TFT
630．．．儲存電容器部
631．．．儲存電容器部
632．．．導電層
633．．．接觸孔
636．．．彩色膜
637．．．平坦化膜
640．．．對置電極層
641．．．狹縫
644．．．突起
646．．．取向膜
648．．．取向膜
650．．．液晶層
651．．．液晶元件
652．．．液晶元件
690．．．電容器佈線
696．．．絕緣膜
2600．．．TFT基板
2601．．．對置基板
2602．．．密封材料
2603．．．像素部
2604．．．顯示元件
2605．．．著色層
2606．．．偏光板
2607．．．偏光板
2608．．．佈線電路部
2609．．．撓性線路板
2610．．．冷陰極管
2611．．．反射板
2612．．．電路基板
2613．．．擴散板
2700．．．電子書讀物讀取器
2701．．．框體
2703．．．框體
2705．．．顯示部
2707．．．顯示部
2711．．．軸部
2721．．．電源
2723．．．操作鍵
2725．．．揚聲器
4001．．．基板
4002．．．像素部
4003．．．信號線驅動電路
4004．．．掃描線驅動電路
4005．．．密封材料
4006．．．基板
4008．．．液晶層
4010．．．薄膜電晶體
4011．．．薄膜電晶體
4013．．．液晶元件
4015．．．連接端子電極
4016．．．端子電極
4018．．．FPC
4019．．．各向異性導電膜
4021．．．絕緣層
4030．．．像素電極層
4031．．．對置電極層
4032．．．氧化物絕緣層
4035．．．間隔物
4040．．．導電層
4041．．．氧化物絕緣層
5300．．．基板
5301．．．像素部
5302．．．掃描線驅動電路
5303．．．掃描線驅動電路
5304．．．信號線驅動電路
5305．．．時序控制電路
5601．．．移位暫存器
5602．．．開關電路
5603．．．薄膜電晶體
5604．．．佈線
5605．．．佈線
9201．．．顯示部
9202．．．顯示鈕
9203．．．操作開關
9204．．．帶部
9205．．．調節部
9206．．．影像拍攝裝置部
9207．．．揚聲器
9208．．．麥克風
9301．．．上部框體
9302．．．下部框體
9303．．．顯示部
9304．．．鍵盤
9305．．．外部連接埠
9306．．．指向裝置
9307．．．顯示部
9600．．．電視裝置
9601．．．框體
9603．．．顯示部
9605．．．支架
9607．．．顯示部
9609．．．操作鍵
9610．．．遙控器
9700．．．數位相框
9701．．．框體
9703．．．顯示部
9881．．．框體
9882．．．顯示部
9883．．．顯示部
9884．．．揚聲器部
9885．．．操作鍵
9886．．．記錄媒體插入部
9887．．．連接端子
9888．．．感測器
9889．．．麥克風
9890．．．LED燈
9891．．．框體
9893．．．連接部
9900．．．投幣機
9901．．．框體
9903．．．顯示部
在附圖中：
圖1是說明半導體裝置的圖；
圖2A至2C是說明半導體裝置的製造方法的圖；
圖3A至3C是說明半導體裝置的製造方法的圖；
圖4A和4B是說明半導體裝置的製造方法的圖；
圖5A1和5A2及圖5B1和5B2是說明半導體裝置的圖；
圖6是說明半導體裝置的圖；
圖7A至7C是說明半導體裝置的製造方法的圖；
圖8A和8B是說明半導體裝置的製造方法的圖；
圖9是說明半導體裝置的圖；
圖10A和10B是說明半導體裝置的方塊圖；
圖11A和11B是說明信號線驅動電路的結構的圖；
圖12A至12C是示出移位暫存器的結構的電路圖；
圖13A和13B是說明脈衝輸出電路的結構的電路圖及說明移位暫存器的工作的時序圖；
圖14A1和14A2及圖14B是說明半導體裝置的圖；
圖15是說明半導體裝置的圖；
圖16是示出：103電子書讀物讀取器的一例的外觀圖；
圖17A和17B是示出電視裝置及數位相框的實例的外觀圖；
圖18A和18B是示出遊戲機的實例的外觀圖；
圖19A和19B是示出可攜式電腦及行動電話機的一例的外觀圖；
圖20是說明半導體裝置的圖；
圖21是說明半導體裝置的圖；
圖22是說明半導體裝置的圖；
圖23是說明半導體裝置的圖；
圖24是說明半導體裝置的圖；
圖25是說明半導體裝置的圖；
圖26是說明半導體裝置的圖；
圖27是說明半導體裝置的圖；
圖28是說明半導體裝置的圖；
圖29是說明半導體裝置的圖；
圖30是說明半導體裝置的圖；
圖31是說明半導體裝置的圖；
圖32是說明半導體裝置的圖；
圖33是說明半導體裝置的圖；
圖34是說明半導體裝置的圖。
400．．．基板
402．．．閘極絕緣層
409a．．．源極電極層
409b．．．汲極電極層
410．．．薄膜電晶體
411．．．閘極電極層
412．．．氧化物半導體層
413．．．通道形成區
414a．．．高電阻源極區
414b．．．高電阻汲極區
415a．．．源極電極層
415b．．．汲極電極層
416．．．氧化物絕緣層
417．．．導電層
420．．．薄膜電晶體
421．．．閘極電極層
422．．．氧化物半導體層
427．．．像素電極層
428．．．區
435．．．氧化物半導體層
438．．．導電層
439．．．導電層
442．．．導電層
454．．．電容器
457．．．導電層
458．．．導電層
459．．．導電層
Claims (25)
- 一種半導體裝置，包括：設置在絕緣表面上的驅動電路部中的驅動電路及設置在該絕緣表面上的像素部中的像素；該驅動電路包括：該絕緣表面上的第一閘極電極層；該第一閘極電極層上的閘極絕緣層；夾著該閘極絕緣層而位於該第一閘極電極層上的第一氧化物半導體層，其中，該第一氧化物半導體層包括該第一氧化物半導體層的重疊於該第一閘極電極層的區域中的第一通道形成區；該第一氧化物半導體層上的第一源極電極層及第一汲極電極層；以及該第一源極電極層及該第一汲極電極層上的氧化物絕緣層，其中，該氧化物絕緣層與該第一通道形成區接觸，該像素包括：該絕緣表面上的第二閘極電極層；該第二閘極電極層上的該閘極絕緣層；該閘極絕緣層上的第二源極電極層及第二汲極電極層；該閘極絕緣層、第二源極電極層以及該第二汲極電極層上的第二氧化物半導體層，其中，該第二氧化物半導體層至少覆蓋該第二源極電極層和該第二汲極電極層中的一個的端部； 覆蓋該第二氧化物半導體層的端部的第一導電層；以及該第二氧化物半導體層和該第一導電層上的該氧化物絕緣層，其中，該氧化物絕緣層至少與該第二氧化物半導體層的重疊於該第二閘極電極層的部分接觸，其中，該第二閘極電極層、該閘極絕緣層、該第二源極電極層以及該第二氧化物半導體層都具有透光性。
- 如申請專利範圍第1項的半導體裝置，還包括夾著該氧化物絕緣層而位於該第一通道形成區上的第二導電層。
- 如申請專利範圍第1項的半導體裝置，還包括電連接到該第一導電層的像素電極層，其中，該像素電極層具有透光性。
- 如申請專利範圍第1項的半導體裝置，其中，該第一源極電極層及該第一汲極電極層是包括選自由鉬、鈦、鉻、鉭、鎢、鋁、銅、釹及鈧構成的組中的至少一種元素的單層或疊層。
- 如申請專利範圍第1項的半導體裝置，其中，該第二源極電極層及該第二汲極電極層是包括選自由氧化銦、氧化銦氧化錫合金、氧化銦氧化鋅合金、氧化鋅構成的組中的至少一種的單層或疊層。
- 如申請專利範圍第1項的半導體裝置，其中，該第一導電層是包括選自由鉬、鈦、鉻、鉭、鎢、鋁、銅、釹及鈧構成的組中的至少一種元素的單層或疊層。
- 如申請專利範圍第1項的半導體裝置，還包括：該第一氧化物半導體層與該第一源極電極層之間的第一氧化物導電層；以及該第一氧化物半導體層與該第一汲極電極層之間的第二氧化物導電層。
- 如申請專利範圍第7項的半導體裝置，其中，該第一氧化物導電層和該第二氧化物導電層是包括氧化銦、氧化銦氧化錫合金、氧化銦氧化鋅合金、氧化鋅的層。
- 如申請專利範圍第1項的半導體裝置，其中，該像素還包括該絕緣表面上的電容器，其中，該電容器包括電容器佈線和重疊於該電容器佈線的電容器電極，並且其中，該電容器佈線和該電容器電極具有透光性。
- 一種半導體裝置的製造方法，包括如下步驟：在絕緣表面上形成第一閘極電極層；在該絕緣表面上形成第二閘極電極層；在該第一閘極電極層及該第二閘極電極層上形成閘極絕緣層；在該第二閘極電極層的上方夾著該閘極絕緣層而形成第二源極電極層及第二汲極電極層；在該第一閘極電極層上夾著該閘極絕緣層而形成第一氧化物半導體層，並且在該第二源極電極層和該第二汲極電極層上形成第二氧化物半導體層，以便將該第二氧化物半導體層的一部分形成在該第二源極電極層和該第二汲極電極層之間並夾著該閘極絕緣層而與該第二閘極電極層重 疊；對該第一氧化物半導體層和該第二氧化物半導體層進行加熱處理，來降低該第一氧化物半導體層和該第二氧化物半導體層中的氫濃度；在該第一氧化物半導體層上形成第一源極電極層和第一汲極電極層並且在該第二氧化物半導體層的端部上形成第一導電層；以及在該第一源極電極層、該第一汲極電極層、該第一導電層以及該第二氧化物半導體層上形成氧化物絕緣層，其中，該第二閘極電極層、該閘極絕緣層、該第二源極電極層、該第二閘極電極層以及該第二氧化物半導體層都具有透光性。
- 如申請專利範圍第10項的半導體裝置的製造方法，還包括如下步驟：在該氧化物絕緣層上形成第二導電膜；以及藉由去除該第二導電膜的一部分來形成夾著該氧化物絕緣層而位於該第一閘極電極層上的第二導電層和電連接到該第一導電層的像素電極層，其中，該第二導電層以及該像素電極層都具有透光性。
- 如申請專利範圍第10項的半導體裝置的製造方法，其中，該加熱處理以400℃至700℃的溫度進行。
- 如申請專利範圍第10項的半導體裝置的製造方法，其中，該加熱處理在惰性氣體氣圍下進行。
- 如申請專利範圍第13項的半導體裝置的製造方法，其中，該惰性氣體是氮氣體或稀有氣體。
- 如申請專利範圍第10項的半導體裝置的製造方法，其中，該第一源極電極層和該第一汲極電極層是包括選自由鉬、鈦、鉻、鉭、鎢、鋁、銅、釹及鈧構成的組中的至少一種元素的單層或疊層。
- 如申請專利範圍第10項的半導體裝置的製造方法，其中，該第二源極電極層和該第二汲極電極層是包括選自由氧化銦、氧化銦氧化錫合金、氧化銦氧化鋅合金、氧化鋅構成的組中的至少一種的單層或疊層。
- 如申請專利範圍第10項的半導體裝置的製造方法，其中，該第一導電層是包括選自由鉬、鈦、鉻、鉭、鎢、鋁、銅、釹及鈧構成的組中的至少一種元素的單層或疊層。
- 一種半導體裝置的製造方法，包括如下步驟：在絕緣表面上形成第一閘極電極層；在該絕緣表面上形成第二閘極電極層；在該第一閘極電極層及該第二閘極電極層上形成閘極絕緣層；在該第二閘極電極層的上方夾著該閘極絕緣層而形成第二源極電極層及第二汲極電極層；在該第一閘極電極層上夾著該閘極絕緣層而形成第一氧化物半導體層，並且在該第二源極電極層和該第二汲極電極層上形成第二氧化物半導體層，以便將該第二氧化物 半導體層的一部分形成在該第二源極電極層和該第二汲極電極層之間並夾著該閘極絕緣層而與該第二閘極電極層重疊；對該第一氧化物半導體層和該第二氧化物半導體層進行加熱處理，來降低該第一氧化物半導體層和該第二氧化物半導體層中的氫濃度；在該第一氧化物半導體層和該第二氧化物半導體層上形成氧化物導電膜；在該氧化物導電膜上形成導電膜；藉由去除該導電膜的一部分來形成第一源極電極層、第一汲極電極層以及第一導電層；藉由去除該氧化物導電膜來形成第一氧化物導電層、第二氧化物導電層以及第三氧化物導電層；以及在該第一源極電極層、該第一汲極電極層、該第一氧化物導電層以及該第二氧化物半導體層上形成氧化物絕緣層，其中，該第一氧化物導電層和該第二氧化物導電層被形成為覆蓋該第一氧化物半導體層的端部，其中，該第三氧化物導電層被形成為覆蓋該第二氧化物半導體層的端部，其中，該第一源極電極層被形成在該第一氧化物導電層上，其中，該第一汲極電極層被形成在該第二氧化物導電層上， 其中，該第一導電層被形成在該第三氧化物導電層上，並且其中，該第二閘極電極層、該閘極絕緣層、該第二源極電極層、該第二閘極電極層以及該第二氧化物半導體層都具有透光性。
- 如申請專利範圍第18項的半導體裝置的製造方法，還包括如下步驟：在該氧化物絕緣層上形成第二導電膜；以及藉由去除該第二導電膜的一部分來形成夾著該氧化物絕緣層而位於該第一閘極電極層上的第二導電層和電連接到該第一導電層的像素電極層，其中，該第二導電層以及該像素電極層都具有透光性。
- 如申請專利範圍第18項的半導體裝置的製造方法，其中，該加熱處理以400℃至700℃的溫度進行。
- 如申請專利範圍第18項的半導體裝置的製造方法，其中，該加熱處理在惰性氣體氣圍下進行。
- 如申請專利範圍第21項的半導體裝置的製造方法，其中，該惰性氣體是氮氣體或稀有氣體。
- 如申請專利範圍第18項的半導體裝置的製造方法，其中，該第一源極電極層和該第一汲極電極層是包括選自由鉬、鈦、鉻、鉭、鎢、鋁、銅、釹及鈧構成的組中的至少一種元素的單層或疊層。
- 如申請專利範圍第18項的半導體裝置的製造方法 ，其中，該第二源極電極層和該第二汲極電極層是包括選自由氧化銦、氧化銦氧化錫合金、氧化銦氧化鋅合金、氧化鋅構成的組中的至少一種的單層或疊層。
- 如申請專利範圍第18項的半導體裝置的製造方法，其中，該第一導電層是包括選自由鉬、鈦、鉻、鉭、鎢、鋁、銅、釹及鈧構成的組中的至少一種元素的單層或疊層。
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