TWI524535B - 半導體裝置 - Google Patents

Description

半導體裝置

本發明係有關於使用氧化物半導體的半導體裝置及其製造方法。

如同液晶顯示裝置典型上所見般，使用非晶矽或多晶矽，以製造形成於例如玻璃基板之平板上的薄膜電晶體。使用非晶矽所製成的薄膜電晶體具有低場效遷移率，但是，可以形成於具有更大面積的玻璃基板上。相反地，使用結晶矽所製成的薄膜電晶體具有高的場效遷移率，但是，由於例如雷射退火之晶化步驟，此種電晶體總是不適合形成於較大的玻璃基板上。

使用氧化物半導體來製造薄膜電晶體且將其應用至電子裝置或光學裝置之技術已引起注意。舉例而言，專利文獻1及專利文獻2揭示以氧化鋅或In-Ga-Zn-O為基礎的氧化物半導體用於氧化物半導體膜來製造薄膜電晶體並將此種電晶體使用作為影像顯示裝置的切換元件等之技術。

[專利文獻]

[專利文獻1]日本公開專利申請號2007-123861

[專利文獻2]日本公開專利申請號2007-096055

此種氧化物半導體的半導體特徵顯著地受氧化物半導體中的氧空位濃度影響。因此，為了抑制氧化物半導體的半導體特徵的變化，重要的是抑制氧化物半導體的氧化還原反應以及保持氧空位的濃度。因此，藉由在氧化物半導體上設置主要包含矽之氧化物膜或氮化物膜，以防止濕氣及氧混入氧化物半導體中。

但是，藉由使用氧化矽膜或氮化矽膜，難以令人滿意地防止濕氣及氧混入氧化物半導體中。此外，假使氧化矽膜或氮化矽膜的厚度增加以防止濕氣及氧時，容易造成斷裂。

此外，會有下述問題：當例如鹼金屬(Li、Cs、Na、等等)、鹼土金屬(Ca、Mg、等等)、或其它金屬元素之雜質與濕氣及氧擴散至氧化物半導體中時，氧化物半導體的半導體特徵會改變。

慮及上述問題，本發明之目的在於防止例如濕氣及氧等雜質混入氧化物半導體中，以及抑制使用氧化物半導體的半導體裝置的半導體特徵之變化。另一目的在於提供具有高可靠度的半導體裝置。

揭示之本發明的實施例是半導體裝置，其包含設於具有絕緣表面的基板上的閘極電極層、設於閘極電極層上的閘極絕緣膜、設於閘極絕緣膜上的源極電極和汲極電極、設於源極電極和汲極電極上的第一氧化物半導體層、以及設於源極電極與汲極電極與第一氧化物半導體層之間的源極區和汲極區。在半導體裝置中，設置與第一氧化物半導體層接觸的障壁(barrier)膜。

揭示之本發明的另一實施例是半導體裝置，其包含設於具有絕緣表面的基板上的閘極電極層、設於閘極電極層上的閘極絕緣膜、設於閘極電極層上而以閘極絕緣膜插置於其間的第一氧化物半導體層、彼此分開地設於第一氧化物半導體層上的源極區和汲極區、設於源極區上及與源極區接觸的源極電極、以及設於汲極區上及與及極區接觸的汲極電極。在半導體裝置中，障壁膜設置成與第一氧化物半導體層接觸。

揭示之本發明的另一實施例是半導體裝置，其包含設於具有絕緣表面的基板上的閘極電極層、設於閘極電極層上的閘極絕緣膜、設於閘極絕緣膜上的第一氧化物半導體層、設於與第一氧化物半導體層的通道形成區重疊的區域中的通道保護層、設於第一氧化物半導體層上的源極電極和汲極電極、以及在第一氧化物半導體層與源極電極和汲極電極之間的源極區和汲極區。在半導體裝置中，設置與通道保護層接觸的障壁膜。

在上述結構中，障壁膜包含氧化鋁膜、氮化鋁膜、氮氧化鋁膜、及氧氮化鋁膜的其中之一或更多。障壁膜的厚度較佳地大於或等於1nm及小於或等於200nm。

此外，在上述結構中，基底絕緣膜可以被設於具有絕緣表面的基板上。基底絕緣膜包含氧化鋁膜、氮化鋁膜、氮氧化鋁膜、及氧氮化鋁膜的其中之一或更多。

此外，在上述結構中，閘極絕緣膜包含氧化鋁膜、氮化鋁膜、氮氧化鋁膜、及氧氮化鋁膜的其中之一或更多。

此外，在上述結構中，通道保護層包含氧化鋁膜、氮化鋁膜、氮氧化鋁膜、及氧氮化鋁膜的其中之一或更多。通道保護層的厚度大於0nm及小於或等於5nm。

在上述結構中，源極區和汲極區是導電率高於第一氧化物半導體層之第二氧化物半導體層。

本說明書中所使用的氧化物半導體的實施例包含InMO₃(ZnO)_m(m>0)。此處，M是選自鎵(Ga)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、錳(Mn)、及鈷(Co)的其中之一或多個金屬元素。舉例而言，當M是Ga時，僅有Ga被包含，或者除了Ga之外，尚包含上述金屬元素，舉例而言，M包含Ga和Na、Ga和Fe、等等。此外，在上述氧化物半導體中，除了包含金屬元素作為M之外，尚可包含例如Fe或Ni等過渡金屬元素、或過渡金屬元素的氧化物作為雜質元素。在本說明書中，在上述氧化物半導體中，包含至少鎵作為M之氧化物半導體被稱為以In-Ga-Zn-O為基礎的氧化物半導體，並且，在某些情況中，使用所述材料的薄膜被稱為以In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜。

注意，在本說明書中的「半導體裝置」一詞大致上係指可以藉由使用半導體特徵而操作的裝置，並且，顯示裝置、電光裝置、半導體電路、及電子裝置均被包含於半導體裝置的類別中。

根據本發明的實施例，使用對於例如濕氣及氧等雜質具有高障壁特性的膜以防止例如濕氣及氧之雜質混於氧化物半導體中，使得可以抑制使用氧化物半導體的半導體裝置的半導體特徵變化。此外，可以增進半導體裝置的可靠度。

將參考圖式來說明實施例。注意，本發明並不限於下述實施例中的說明，習於此技藝者清楚可知，在不違離本發明的精神下，可以用不同的方式來修改本發明的模式及細節。此外，經由適當的組合，可以實施根據不同實施例的結構及方法。在下述的本發明的結構及方法中，相同的部分或具有類似功能的部分以相同的代號表示，且不重複其說明。

在本說明書中，「膜」係指形成於整個表面上且未經過圖案化。「層」係指藉由光阻掩罩等而圖案化成所需形狀。「膜」與「層」之間的此區別係為了方便起見，在某些情況中，沒有區別地使用它們。而且，在某些情況中，毫無區別地使用「膜」及「層」。

注意，在本說明書中，包含於名詞中之例如「第一」、「第二」、及「第三」等數字是為了方便區別元件，並非限定數目、配置、及步驟的次序。

[實施例1]

在本實施例中，參考圖1A和1B、圖2A至2E、圖3A至3C、圖4A至4C、圖5A1、5A2、5B1、及5B2、以及圖6，以說明半導體裝置及其製造方法。

圖1A及IB顯示包含本實施例的薄膜電晶體之像素。圖1A是平面視圖，圖1B是圖1A的A1-A2剖面視圖。

圖1A及1B中所示的薄膜電晶體150是所謂的反交錯式薄膜電晶體。薄膜電晶體150包含設於基板100上的閘極電極層、覆蓋閘極電極層101的閘極絕緣膜102、設於閘極絕緣膜102上的氧化物半導體層107、設於氧化物半導體層107上且與其接觸並彼此分開的成對的氧化物半導體層111a和111b、以及分別與成對的氧化物半導體層111a和111b接觸且彼此分開的成對的導電層110a和110b。

使用以In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜來形成氧化物半導體層107。此外，使用導電率比氧化物半導體層107高的In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜而形成的氧化物半導體層111a和111b來形成源極區和汲極區。此外，導電層110a和110b形成源極電極層和汲極電極層。彼此分開形成之作為源極電極和汲極電極的導電層110a和110b對應於彼此分開形成的氧化物半導體層111a和111b。亦即，導電層110a係設於氧化物半導體層111a上，導電層110b係設於氧化物半導體層111b上。此外，每一層圖案化成所需形狀。注意，氧化物半導體層111a和111b也被稱為n⁺層。

圖1A和1B中所示的薄膜電晶體150是凹部包含於氧化物半導體層107中，凹部係位於形成源極區和汲極區之氧化物半導體層111a和111b之間。此種薄膜電晶體也被稱為通道蝕刻型薄膜電晶體。

在圖1B中，障壁膜113係設於導電層110與110b上。此外，障壁膜113係設置成與部分氧化物半導體層107接觸。設置障壁膜113以防止例如有機物質及金屬；濕氣；氧；等漂浮於大氣中的雜質進入，且較佳地為密緻膜。藉由使用密緻膜之形成，可以增進防止例如濕氣及氧等雜質之障壁特性。使用氧化鋁膜、氮化鋁膜、氮氧化鋁膜、或氧氮化鋁膜，以單層或堆疊層來形成障壁膜113。障壁膜113的厚度較佳大於或等於1nm且小於或等於200nm。注意，以X光反射計(XRR)、熱脫附質譜儀(TDS)、歐傑電子光譜儀(AES)、或二次離子質譜儀(SIMS)，以找出障壁膜113的特性。

當在氧化物半導體層上形成對濕氣及氧具有高障壁特性的膜以覆蓋氧化物半導體層時，可以防止濕氣及氧混入氧化物半導體層中。因此，可以抑制氧化物半導體層的氧化還原反應及氧空位濃度的變化。此外，可以防止包含於大氣中或基底材料中之例如有機物及金屬的雜質混入氧化物半導體層中。因此，可以抑制使用氧化物半導體的半導體裝置的半導體特徵變化。此外，可以增進半導體裝置的可靠度。

在圖1B中，在基底絕緣膜係設於基板100與閘極電極101之間的情況中，也可以使用氧化鋁膜、氮化鋁膜、氮氧化鋁膜、氧氮化鋁膜、等等，以單層或堆疊層來形成基底絕緣膜。當使用密緻膜來形成基底絕緣膜時，可以防止濕氣及氧從基板100側進入氧化物半導體層。此外，可以防止例如鹼金屬(Li、Cs、Na、等等)、鹼土金屬(Ca、Mg、等等)、或其它金屬元素等包含於基板100中的雜質進入氧化物半導體層。注意，當半導體裝置完成時，Na包含於氧化物半導體層107中，小於或等於5 x 10¹⁹/cm³，或者，較佳地，小於或等於1 x 10¹⁸/cm³。因而，可以抑制使用氧化物半導體的半導體裝置的半導體特徵變化。因此，可以增進半導體裝置的可靠度。

圖1A中所示的薄膜電晶體150可以被應用至顯示裝置的像素部中的像素電晶體，典型上，顯示裝置為液晶顯示裝置或電致發光(EL)顯示裝置。因此，在所示的實施例中，接觸孔126係設於障壁膜113中，像素電極層(透明導電層114)係設於障壁膜113上，像素電極層(透明導電層114)係設於障壁膜113上、以及像素電極層(透明導電層114)及導電層110b經由設於障壁膜113中的接觸孔126而彼此連接。

如圖1A所示，薄膜電晶體150之源極電極和汲極電極的其中之一具有U形(或經旋轉的C形或馬蹄形)並且包圍源極電極和汲極電極。源極電極和汲極電極之間的距離幾乎保持固定。

薄膜電晶體150具有上述形狀，因此，薄膜電晶體150的通道寬度可以增加，且因而增加電流量。此外，可以降低電特徵的變化。此外，可以抑制導因於製程中掩罩圖案的未對齊之可靠度降低。本實施例不限於此形狀，且薄膜電晶體150之源極電極和汲極電極的其中之一不必然具有U形。

接著，參考圖2A至2E，說明半導體裝置的製程實施例。

首先，在具有絕緣表面的基板100上，形成閘極電極層101，然後，在閘極電極層101上形成閘極絕緣膜102。之後，形成堆疊的氧化物半導體膜103及氧化物半導體膜104(請參見圖2A)。

做為具有絕緣表面的基板100，舉例而言，可以使用用於液晶顯示器之具有可見光透射特性的玻璃基板。上述玻璃基板較佳地為無鹼玻璃基板。做為無鹼玻璃基板的材料，舉例而言，可以使用例如鋁矽酸鹽玻璃、硼矽酸鋁玻璃、或硼矽酸鋇玻璃等玻璃材料。此外，做為具有絕緣表面的基板100，可以使用由例如陶瓷基板之絕緣體所形成的絕緣基板、石英基板、或藍寶石基板；由例如矽之半導體材料所形成且表面被絕緣材料所覆蓋的半導體基板；由例如金屬或不銹鋼之導體所形成且表面被絕緣材料所覆蓋的導電基板；等等。

注意，如圖2A所示，要成為基底膜的絕緣膜130可以被設於具有絕緣表面的基板100上。絕緣膜130具有防止例如鹼金屬(Li、Cs、Na、等等)、鹼土金屬(Ca、Mg、等等)、或其它金屬元素等雜質從基板100擴散。注意，當半導體裝置完成時，Na包含於氧化物半導體層107中，小於或等於5 x 10¹⁹/cm³，或者，較佳地，小於或等於1 x 10¹⁸/cm³。絕緣膜130可以由選自氮化矽膜、氧化矽膜、氧氮化矽膜、氮氧化矽膜、氧化鋁膜、氮化鋁膜、氮氧化鋁膜、及氧氮化鋁膜的其中之一或多個膜的堆疊結構所形成。

在導電膜形成於基板100上之後，使用由微影法所形成的光阻掩罩來選擇性地蝕刻導電膜，因而可以形成閘極電極層101。在此情況中，為了增進由稍後形成的閘極絕緣膜102的覆蓋及防止斷開，閘極電極層101的邊緣部分較佳地被蝕刻成具有錐形形狀。注意，閘極電極層101包含使用導電膜所形成的電極及佈線，例如閘極佈線。

使用例如選自鋁、銅、鉭(Ta)、鉬、鈦、鉻、鉭、或鎢等金屬材料；包含這些材料中的任意材料作為主成分之合金材料；或包含這些材料中的任意材料作為主成分之氮化物，以形成單層或堆疊層的閘極電極層101。使用例如鋁之低電阻導電材料，期望形成閘極電極層101。注意，在以鋁使用於佈線及電極的情況中，由於單獨使用鋁會導致例如低抗熱性及腐蝕傾向之缺陷，所以，較佳地，與抗熱導電材料相組合地使用鋁。

做為抗熱導電材料，可以使用選自鈦、鉭、鎢、鉬、及鉻的元素、或包含這些元素中的任何元素之合金、包含這些元素中的任意組合之合金膜、或包含這些元素中的任意元素之氮化物。由此抗熱導電材料所形成的膜與鋁(或銅)相堆疊，使得可以形成佈線及電極。

使用氧化矽膜、氧氮化矽膜、氮化矽膜、氮氧化矽膜、氧化鋁膜、氮化鋁膜、氮氧化鋁膜、氧氮化鋁膜、或氧化鉭膜，以形成單層或堆疊層的閘極絕緣膜102。以濺射法等等，形成厚度大於或等於50nm且小於250nm的閘極絕緣膜102。

舉例而言，以濺射法形成厚度100nm的氧化矽膜作為閘極絕緣層102。或者，以濺射法，形成厚度100nm的氧化鋁膜。

當使用密緻膜形成絕緣膜103或閘極絕緣膜102時，可以防止濕氣及氧從基板100側進入氧化物半導體層。此外，可以防止例如鹼金屬(Li、Cs、Na、等等)、鹼土金屬(Ca、Mg、等等)、或其它金屬元素等包含於基板100中的雜質進入氧化物半導體層。注意，當半導體裝置完成時，Na包含於氧化物半導體層107中，小於或等於5 x 10¹⁹/cm³，或者，較佳地，小於或等於1 x 10¹⁸/cm³。因而，可以抑制使用氧化物半導體的半導體裝置的半導體特徵變化。因此，可以增進半導體裝置的可靠度。

在閘極絕緣膜102上形成氧化物半導體膜103之前，閘極絕緣膜102的表面可以接受電漿處理。藉由電漿處理，可以移除附著於閘極絕緣表面102的表面之灰塵。

以例如氬(Ar)氣之惰性氣體導入真空室，以及施加偏壓電壓至處理物件(此處，閘極絕緣膜102係形成於基板100之上)以便產生電漿狀態的方式，實施電漿處理。在將Ar氣導入室中的情況中，Ar的電子及陽離子存在於電漿，並且，Ar的陽離子在陰極方向上(朝向基板100側)被加速。經加速的Ar陽離子與形成於基板100上之閘極絕緣膜102的表面相撞擊，因此，閘極絕緣膜102的表面藉由電漿蝕刻而被重組(reformed)。上述此種電漿處理在某些情況中也被稱為「反向濺射」。在本實施例中，在電漿處理中，偏壓電壓被施加至基板100側。或者，只要可以重組(reformed)閘極絕緣膜102的表面，可以實施電漿處理但不用施加偏壓電壓。

可以使用氦氣作為電漿處理中使用的氣體，以取代氬氣。或者，可以使用添加氧、氫、氮等等的氬氣氛圍。又或者，可以使用添加Cl₂、CF₄、等等之氬氣氛圍。

使用以In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜來形成氧化物半導體膜103。舉例而言，使用包含In、Ga、及Zn之氧化物半導體靶材(In₂O₃：Ga₂O₃：ZnO=1：1：1)，以濺射法形成氧化物半導體膜。舉例而言，可以用下述條件用於濺射：靶材與基板100之間的距離是30mm至500nm；壓力為0.1Pa至2.0Pa；直流(DC)電源為0.25kW至5.0kW(當使用直徑為8吋的靶材時)；並且，氛圍為氬氣氛圍或氧氣氛圍、或氬與氧的混合氛圍。

由於可以減少灰塵及膜厚可以變均勻，所以，較佳使用脈衝式直流(DC)電源。此外，實施上述電漿處理，然後形成氧化物半導體膜103，而不用曝露於大氣，使得可以防止灰塵及濕氣附著至閘極絕緣膜102與氧化物半導體膜103之間的介面。氧化物半導體膜103的厚度約為5nm至200nm。

做為濺射方法，使用高頻功率源作為濺射功率源之RF濺射法、DC濺射法、及以脈衝方式施加直流偏壓的脈衝式DC濺射法、等等。在形成絕緣膜的情況中，主要使用RF濺射法，並且，在形成金屬膜的情況中，主要使用DC濺射法。

或者，可以使用彼此不同的材料形成的多個靶材之多靶材濺射設備。在多靶材濺射設備中，可以在一室中形成不同膜的堆疊，或是，在一室中，同時使用多種材料，以濺射形成一膜。或者，可以使用在室內設有磁場產生系統之磁控管濺射設備的方法(磁控管濺射法)、使用微波產生的電漿之ECR濺射法、等等。又或者，可以使用在膜形成時靶材物質與濺射氣體成分彼此化學反應而形成化合物之反應濺射法、在膜形成時電壓也施加至基板之偏壓濺射法、等等。

接著，在氧化物半導體膜103上形成導電率比氧化物半導體膜103還高的氧化物半導體膜104。使用以In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜來形成氧化物半導體膜104。舉例而言，使用包含In、Ga、及Zn之氧化物半導體靶材(In₂O₃：Ga₂O₃：ZnO=1：1：1)，以濺射法，在氧化物半導體膜103上形成氧化物半導體膜104。

此外，使用用於氧化物半導體膜103形成之靶材(In₂O₃：Ga₂O₃：ZnO=1：1：1)，形成氧化物半導體膜104。關於濺射條件，舉例而言，溫度可為20℃至100℃，壓力為0.1Pa至2.0Pa，功率為250W至3kW(在8吋φ的情形中)。此外，以40sccm的流速導入氬氣。藉由適當地控制靶材的成分比或其它濺射形成條件，可以控制晶粒存在或不存在、晶粒的密度、等等。晶粒的直徑約為1nm至10nm。氧化物半導體膜的厚度約為2nm至20nm。無需多言，當晶粒包含於膜中時，晶粒的尺寸不超過膜的厚度。

此處，較佳地，氧化物半導體膜103的形成條件與氧化物半導體膜104的形成條件不同。舉例而言，氧化物半導體膜103的形成條件中氧氣對氬氣的流速比大於氧化物半導體膜104的形成條件中氧氣對氬氣的流速比。具體而言，使用稀有氣體氛圍(氬、氦、等等)、或包含10%或更少的氧及90%或更多的稀有氣體的氛圍，用於氧化物半導體膜104的形成條件。使用氧氛圍或氧氣對稀有氣體的流速比為1或更多的氛圍，用於氧化物半導體膜103的形成條件。可以連續地形成氧化物半導體膜104，以使氧化物半導體膜103不會曝露至空氣。注意，可以使用不同的材料以形成氧化物半導體膜103及氧化物半導體膜104。

接著，光阻掩罩106係形成於氧化物半導體膜104，並且，使用光阻掩罩106以選擇性地蝕氧化物半導體膜103及氧化物半導體膜104，以便形成島狀氧化物半導體層107及島狀氧化物半導體層108(請參見圖2B)。

此時，可以使用濕式蝕刻或乾式蝕刻作為蝕刻方法。此處，使用醋酸、硝酸、及磷酸的混合溶液，以濕式蝕刻移除氧化物半導體膜103及氧化物半導體膜104的不需要部分，以形成島狀氧化物半導體層107及島狀氧化物半導體層108。注意，在上述蝕刻之後，移除光阻掩罩106。此外，用於濕式蝕刻的蝕刻劑並不限於上述溶液，只要使用蝕刻劑可以蝕刻氧化物半導體膜103及氧化物半導體膜104。當實施乾式蝕刻時，較佳地使用包含氯的氣體及添加氧之包含氯的氣體。這是因為藉由使用包含氯及氧的氣體，可以容易取得氧化物半導體膜103(及氧化物半導體膜104)相對於閘極絕緣膜102的蝕刻選擇性，並且，可以充分地降低對閘極絕緣膜102的傷害。

在本實施例中，說明氧化物半導體層107及導電率高於氧化物半導體層107的氧化物半導體層108相堆疊的實施例。或者，可以單獨地形成單層氧化物半導體層107。

接著，導電膜係形成於島狀氧化物半導體層107上。以濺射法、真空蒸鍍法、等等，使用選自鋁、銅、鈦、鉭、鎢、鉬、鎳、鎂、鉻、鈮、及鈧之元素；包含上述元素的任何元素之合金；包含上述元素中的任何元素之氮化物；等等，以形成導電膜。在形成導電膜之後實施熱處理(例如約200℃至600℃的熱處理)的情況中，導電膜較佳具有給定的抗熱性。

舉例而言，以單層結構的鈦膜來形成導電膜。或者，以堆疊層結構來形成導電膜。舉例而言，以鈦膜及鋁膜的堆疊層結構來形成導電膜。又或者，可以使用鈦膜、包含鈮之鋁(Al-Nd)膜、及鈦膜的三層結構。又或者，以包含矽的鋁膜的單層結構來形成導電膜。

接著，在導電膜上形成光阻掩罩109a和109b，然後，選擇性地蝕刻導電膜以形成導電層110a和110b。同時，蝕刻島狀氧化物半導體層108以形成導電率高於氧化物半導體層107的半導體區(氧化物半導體層111a和111b)，並且，移除(通道蝕刻)部分氧化物半導體層107(接近其表面的部分)，以便在氧化物半導體層107中形成凹部112(請參見圖2C)。

藉由移除部分氧化物半導體層107而形成的凹部112對應於導電層110a與導電層110b之間的區域，也位於導電率高於氧化物半導體層107之半導體區(氧化物半導體層111a)與導電率高於氧化物半導體層107的半導體區(氧化物半導體層111b)之間。因此，導電層110a作為電晶體之源極電極與汲極電極的其中之一，而導電層110b作為電晶體之源極電極與汲極電極的另一者。注意，在上述蝕刻之後，移除光阻掩罩109a和109b。

此時，可以使用濕式蝕刻或乾式蝕刻作為蝕刻方法。此處，較佳地使用包含氯之氣體，此實施乾式蝕刻。相較於使用濕式蝕刻的情況，使用乾式蝕刻能夠使佈線結構等最小化。此外，歸功於乾式蝕刻的高控制力，藉由乾式蝕刻，以高控制力，實施氧化物半導體層107的移除。更佳地，氧添加至包含氯的氣體。這是因為藉由使用包含氯及氧的氣體，可以容易取得氧化物半導體層107(及氧化物半導體層108)相對於閘極絕緣膜的蝕刻選擇力，並且，充分地降低閘極絕緣膜102的損傷。

之後，在200℃至600℃下，典型地在300℃至500℃下，較佳地實施熱處理。此處，在氮氛圍中，在350℃下，實施熱處理1小時。藉由此熱處理，包含於氧化物半導體層107和氧化物半導體層111a和111b中之以In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜的原子層重排列。由於此熱處理能夠釋放中斷氧化物半導體層107與氧化物半導體層111a和111b中的載子傳輸之變形，所以此熱處理(也包含光退火等等)是重要的。注意，對於上述熱處理的時機並無特別限定，只要在氧化物半導體層107形成後實施熱處理即可。

接著，在形成障壁膜113之前，氧化物半導體層107的表面較佳地接受電漿處理。做為氧化物半導體層107的表面之電漿處理，可以實施藉由氧自由基的氧自由基處理或反向濺射。

在O₂、N₂O、包含氧的N₂、包含氧的He、包含氧的Ar、等氛圍中，較佳地實施藉由氧自由基之氧自由基處理。或者，在Cl₂或CF₄添加至上述氛圍之氛圍中實施氧自由基處理。注意，較佳地實施自由基處理而不施加偏壓電壓至基板100側。藉由實施氧自由基處理，薄膜電晶體可以為常關(normally-off)電晶體，在所述薄膜電晶體中，島狀氧化物半導體層107包含通道形成區，常關電晶體係當電壓並未被施加至閘極電極時處於關閉狀態。此外，藉由實施自由基處理，可以修復導因於蝕刻之島狀氧化物半導體層107的損傷。

以例如氬(Ar)氣之惰性氣體導入真空室中以及施加偏壓電壓至處理物件(此處為基板100)以便產生電漿狀態之方式，實施反向濺射。在此情況中，Ar的電子及陽離子存在於電漿中且Ar的陽離子在陰極方向上(朝向基板100側)被加速。經加速的Ar陽離子與形成於基板100上的氧化物半導體層107、閘極絕緣膜102、及導電層110a和110b等的表面相撞擊，因此，這些表面藉由濺射蝕刻而被重組。可以使用氦氣以取代氬氣。或者，可以使用添加氧、氫、氮等等的氬氣氛圍。又或者，可以使用添加Cl₂、CF₄、等等之氬氣氛圍。

當氧化物半導體層107的表面接受反向濺射時，可以藉由蝕刻而移除導因於氧化物半導體層107的表面曝露於大氣而形成的氧化物及吸收的有機物。此外，氧化物半導體層107的表面可以被活化，且因此，可以強化與接著形成的障壁膜113之化學鍵。使用RF濺射法，較佳地實施反向濺射。這是因為當接著藉由RF濺射法來形成障壁膜113時，可以形成障壁膜113而不用曝露至大氣。

接著，形成障壁膜113以覆蓋包含閘極電極層101、氧化物半導體層107、氧化物半導體層111a和111b、導電層110a和110b、等等之薄膜電晶體150(請參見圖2D)。障壁膜113係較佳地形成為與曝露氧化物半導體層107的區域相接觸。使用氧化鋁膜、氮化鋁膜、氮氧化鋁膜、或氧氮化鋁膜，以單層或堆疊層來形成障壁膜。

氧化物半導體層107及氧化物半導體層111a和111b的半導體特徵顯著地受氧化物半導體層中的氧空位濃度影響。濕氣與氧進入氧化物半導體層107及氧化物半導體層111a和111b顯著地影響氧化物半導體層的半導體特徵。使用能夠防止例如有機物及金屬、濕氣、氧等漂浮於大氣中的雜質進入之緻密膜，以較佳地形成障壁膜113。當使用氧化矽膜或氮化矽膜作為障壁膜113時，因為導因於膜中的分子鏈等之矽原子空位的存在而抑制抗濕氣及氧的障壁特性。相反地，氧化鋁膜等由於其高密度而具有優於氧化矽膜、氮化矽膜等的障壁特性。因此，使用氧化鋁膜等作為氧化物半導體層的障壁膜可以防止例如濕氣及氧等雜質進入氧化物半導體層。

在形成作為障壁膜113的氧化鋁膜之情況中，舉例而言，在氬氛圍中，使用氧化鋁(Al₂O₃)靶材，以濺射法形成氧化鋁膜。為了取得極高的光透射特性，氧化鋁膜可以包含雜質，特別是大於0原子%及小於2.5原子%的氮。藉由適當地調整濺射條件(基板溫度、氣體源及其流速、形成壓力、等等)，可以調整氮濃度。或者，在包含氧氣的氛圍中，使用鋁(Al)靶材，形成氧化鋁膜。特別是，使用φ8吋的鋁靶材及下述條件之RF濺射，以形成氧化鋁膜：形成功率1Kw；形成壓力0.4Pa；流速10sccm的氬氣；流速5sccm的氧氣；靶材與基板之間的距離160mm；膜形成時的基板溫度為20℃至25℃；並且，膜形成速率為1.5nm/分鐘。

在形成作為障壁膜113的氮化鋁膜的情況中，舉例而言，在氬氣與氮氣的混合氛圍中，使用氮化鋁(AlN)靶材，以濺射法形成氮化鋁膜。特別是，在氬氣流速20sccm及氮氣流速20sccm的混合氛圍中，使用氮化鋁(AlN)靶材，以形成氮化鋁膜。氮化鋁膜包含雜質，特別是氧為0原子%或更高且小於10原子%。藉由適當地調整濺射條件(基板溫度、氣體源及其流速、形成壓力、等等)，可以調整氧濃度。或者，在包含氮氣的氛圍中，使用鋁(Al)靶材，以形成氮化鋁膜。

在形成作為障壁膜113的氧氮化鋁膜的情況中，舉例而言，在氬氣、氮氣、與氧氣的混合氛圍中，使用氮化鋁(AlN)靶材，以濺射法形成氧氮化鋁膜。特別是，在氬氣流速20sccm、氮氣流速15sccm及氧氣流速5sccm的混合氛圍中，使用氮化鋁(AlN)靶材，以形成氧氮化鋁膜。氧氮化鋁膜包含數原子%或更高或較佳地2.5原子%至47.5原子%的氮。藉由適當地調整濺射條件(基板溫度、氣體源及其流速、形成壓力、等等)，可以調整氮濃度。或者，在包含氮氣及氧氣的氛圍中，使用鋁(Al)靶材，以形成氮化鋁膜。

注意，形成這些膜的方法並不限於濺射法。或者，可以使用蒸鍍法或其它習知技術。

此外，形成的障壁膜113可以接受電漿處理或是例如臭氧水之具有高氧化力的溶液處理，以便修復障壁膜113中的氧缺陷。在氧、氮、一氧化二氮、或氣體與其它氣體的混合氣體之氛圍中，實施電漿處理。藉由電漿處理，障壁膜可以更密實。

當在氧化物半導體層上形成對濕氣及氧具有高障壁特性的膜以覆蓋氧化物半導體層時，可以防止濕氣及氧混入氧化物半導體層中。因此，可以抑制氧化物半導體層的氧化還原反應及氧空位濃度的變化。此外，可以防止例如有機物及金屬等漂浮於氛圍中的雜質混入氧化物半導體層中。因此，可以抑制使用氧化物半導體的半導體裝置的半導體特徵變化。此外，可以增進半導體裝置的可靠度。

注意，在使用氧化鋁膜、氮化鋁膜、氮氧化鋁膜、或氧氮化鋁膜以形成作為基底膜的絕緣膜130或閘極絕緣膜102的情況中，可以採用上述製造方法。

接著，於障壁膜113上形成光阻掩罩以及選擇性地蝕刻障壁膜113以形成接觸孔。之後，形成透明導電層114(請參見圖2)。此時的蝕刻較佳為使用氯氣的乾式蝕刻。

使用氧化銦(In₂O₃)、氧化銦及氧化錫(In₂O₃-SnO₂，此後縮寫為ITO)的合金、氧化銦及氧化鋅(In₂O₃-ZnO)的合金、等等，以濺射法、真空蒸鍍法、等等，以形成透明導電層114。舉例而言，形成透明導電膜，然後，在透明導電膜上形成光阻掩罩。然後，藉由蝕刻以移除不必要的部分，以便可以形成透明導電層114。

經由上述製程，可以形成薄膜電晶體150。依此方式，形成薄膜電晶體150，其中，使用對例如濕氣及氧等雜質具有高障壁特性的膜以防止例如濕氣及氧等雜質混入氧化物半導體中。因此，可以抑制使用氧化物半導體的半導體裝置的半導體特徵變化，又可增進半導體裝置的可靠度。

接著，參考圖3A至3C及圖4A至4C，說明半導體裝置的實施例之顯示裝置的製程。注意，圖3A至3C及圖4A至4C中所示的製程的很多部分與圖2A至2E中所示的部分是共通的。因此，省略相同部分的說明，並且於下詳述不同的部分。

首先，在具有絕緣表面的基板100上形成佈線及電極(包含閘極電極層101、電容器佈線120、及第一端子102的閘極佈線)(請參見圖3A)。使用與閘極電極層101相同的材料，形成電容器佈線120及第一端子121。注意，基板100的材料及閘極電極層101的材料和形成方法可以參考圖2A。此外，要成為基底膜的絕緣膜130可以被設於具有絕緣表面的基板100上。絕緣膜130的材料及形成方法可以參見圖2A。

接著，在閘極電極層101上形成閘極絕緣膜102，並且，在閘極電極層101上形成島狀氧化物半導體層107及島狀氧化物半導體層108，而以絕緣膜102插置於其間(請參見圖3B)。閘極絕緣膜102的材料及形成方法可以參見圖2A。氧化物半導體層107及氧化物半導體層108的材料及形成方法可以參見圖2A和2B。

接著，在閘極絕緣膜102中形成接觸孔122，以使第一端子121曝露出，然後，形成導電膜123以覆蓋閘極絕緣膜102、氧化物半導體層107、及氧化物半導體層108(請參見圖3C)。

使用包含選自鋁(Al)、銅(Cu)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、鎢(W)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、鈮(Nd)、及鈧(Sc)的元件之金屬；包含上述元素的任何元素之合金；包含上述元素的任何元素之氮化物；等等，以濺射法、真空蒸鍍法、等等來形成導電膜123。注意，在形成導電膜123後實施熱處理(例如約200℃至600℃的熱處理)之情況中，導電膜123較佳具有給定的抗熱特性。

舉例而言，以單層結構的鈦膜來形成導電膜123。或者，以堆疊層結構來形成導電膜123。舉例而言，以鈦膜及鋁膜的堆疊層結構來形成導電膜123。又或者，可以使用鈦膜、包含鈮之鋁(Al-Nd)膜、及鈦膜的三層結構。又或者，以包含矽的鋁膜的單層結構來形成導電膜123。導電膜123與第一端子121經由接觸孔122而彼此電連接。

接著，在導電膜123上形成光阻掩罩109a、109b、109c、和109d，然後，選擇性地蝕刻導電膜123以形成導電層110a和110b、第二端子124、及連接電極125。同時，蝕刻氧化物半導體層108以形成導電率高於氧化物半導體層107的半導體區(氧化物半導體層111a和111b)，並且，移除(通道蝕刻)部分氧化物半導體層107(接近其表面的部分)，以使在氧化物半導體層107中形成凹部112(請參見圖4A)。

氧化物半導體層111a和111b用作為電晶體的源極區和汲極區。導電層110a用作為電晶體之源極電極與汲極電極的其中之一，而導電層110b作為電晶體的源極電極與汲極電極之另一電極。第二端子124可以電連接至源極佈線(包含導電層110a或導電層110b的源極佈線)。此外，連接電極125可以經由形成於閘極絕緣膜102中的接觸孔122而直接連接至第一端子121。

此時，較佳實施乾式蝕刻作為此步驟中的蝕刻。相較於使用濕式蝕刻的情形，使用乾式蝕刻能夠使佈線結構等最小化。此外，歸功於乾式蝕刻的高控制力，藉由乾式蝕刻，以高控制力來實施島狀氧化物半導體層107的移除。用於乾式蝕刻的氣體等可以參見圖2C。注意，在上述蝕刻之後，移除光阻掩罩109a、109b、109c、及109d。

然後，在200℃至600℃下，典型為在300℃至500℃下，較佳地實施熱處理。舉例而言，在氮氛圍中，在350℃下，實施熱處理1小時。藉由此熱處理，包含於氧化物半導體層107和氧化物半導體層111a和111b中之以In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜的原子層重排列。由於此熱處理能夠釋放中斷氧化物半導體層107與氧化物半導體層111a和111b中的載子傳輸之變形，所以此熱處理(也包含光退火等等)是有效的。注意，對於熱處理的時機並無特別限定，只要在氧化物半導體層107及氧化物半導體層111a和111b形成後實施熱處理即可。

接著，在形成障壁膜113之前，氧化物半導體層107的表面較佳接受電漿處理。做為氧化物半導體層107的表面之電漿處理，可以實施藉由氧自由基的氧自由基處理或反向濺射。

在O₂、N₂O、包含氧的N₂、包含氧的He、包含氧的Ar、等氛圍中，較佳地實施藉由氧自由基之氧自由基處理。或者，在Cl₂或CF₄添加至上述氛圍之氛圍中實施氧自由基處理。注意，較佳地實施自由基處理而不施加偏壓電壓至基板100側。藉由實施氧自由基處理，薄膜電晶體可以為常關電晶體，在所述薄膜電晶體中，島狀氧化物半導體層107包含通道形成區，常關電晶體係當電壓並未被施加至閘極電極時處於關閉狀態。此外，藉由實施自由基處理，可以修復導因於蝕刻之島狀氧化物半導體層107的損傷。

以例如氬(Ar)氣等惰性氣體導入真空室中以及施加偏壓電壓至處理物件(此處為基板100)以便產生電漿狀態之方式，實施反向濺射。在此情況中，Ar的電子及陽離子存在於電漿中且Ar的陽離子在陰極方向上(朝向基板100側)被加速。經加速的Ar陽離子與形成於基板100上的氧化物半導體層107、閘極絕緣膜102、及導電層110a和110b等的表面相撞擊，因此，這些表面藉由濺射蝕刻而被重組(reformed)。注意，可以使用氦氣以取代氬氣。或者，可以使用添加氧、氫、氮等等的氬氣氛圍。又或者，可以使用添加Cl₂、CF₄、等等之氬氣氛圍。

當氧化物半導體層107的表面接受反向濺射時，可以藉由蝕刻而移除導因於氧化物半導體層107的表面曝露於大氣而形成的氧化物及吸收的有機物。此外，氧化物半導體層107的表面可以被活化，因此，可以強化與接著形成的障壁膜113之化學鍵。使用RF濺射法，較佳地實施反向濺射。這是因為當接著藉由RF濺射法來形成障壁膜113時，可以形成障壁膜113而不用曝露於大氣。

接著，在電晶體150上形成障壁膜113。障壁膜113較佳係設置成與曝露氧化物半導體層107的區域相接觸。由於形成障壁膜113以防止例如有機物及金屬、濕氣、氧等漂浮於大氣中的雜質進入，所以，較佳地使用緻密膜以形成障壁膜113。藉由使用緻密膜來形成，可以增進對抗例如濕氣及氧等雜質的障壁特性。以濺射法等，使用氧化鋁膜、氮化鋁膜、氮氧化鋁膜、或氧氮化鋁膜，以單層或堆疊層來形成障壁膜113。障壁膜113的製造方法可以參考圖2D。

此外，形成的障壁膜113可以接受電漿處理或是例如臭氧水等具有高氧化力的溶液處理，以便修復障壁膜113中的氧缺陷。在氧、氮、一氧化二氮、或氣體與其它氣體的混合氣體之氛圍中，實施電漿處理。藉由電漿處理，障壁膜可以更密電。

當在氧化物半導體層上形成對濕氣及氧具有高障壁特性的膜以覆蓋氧化物半導體層時，可以防止濕氣及氧混入氧化物半導體層中。因此，可以抑制氧化物半導體層的氧化還原反應及氧空位濃度的變化。此外，可以防止例如有機物及金屬等漂浮於氛圍中的雜質混入氧化物半導體層中。因此，可以抑制使用氧化物半導體的半導體裝置的半導體特徵變化。此外，可以增進半導體裝置的可靠度。

然後，於障壁膜113上形成光阻掩罩以及選擇性地蝕刻障壁膜113以便形成抵達導電層110b的接觸孔126b、到達連接電極125的接觸126c、及到達第二端子124的接觸孔126a(請參見圖4B)。使用氯氣乾式蝕刻較佳地實施此步驟中的蝕刻。

之後，形成電連接至導電層110b的透明導電層114a、電連接至連接電極125的透明導電層114c、及電連接至第二端子124的透明導電層114b(請參見圖4C)。此步驟的上視圖對應於圖1A。

使用氧化銦(In₂O₃)、氧化銦及氧化錫(In₂O₃-SnO₂，此後縮寫為ITO)的合金、氧化銦及氧化鋅(In₂O₃-ZnO)的合金、等等，以濺射法、真空蒸鍍法、等等來形成透明導電層114a、114b、及114c。舉例而言，形成透明導電膜，然後，在透明導電膜上形成光阻掩罩。然後，藉由蝕刻以移除不必要的部分，以便可以形成透明導電層114a、114b、及114c。

透明導電層114a用作為像素電極。透明導電層114b和114c用作為用以連接至可撓電路板(FPC)的電極或佈線。特別是，形成於連接電極125上的透明導電層114c可以用作為連接端電極，連接端電極用作為閘極佈線的輸入端。形成於第二端子124上的透明導電層114b可以用作為連接端電極，連接端電極用作為用於源極佈線的輸入端。

此外，電容器佈線120、閘極絕緣膜102、障壁膜113、及透明導電層114a可以形成儲存電容器。在此情況中，電容器佈線120及透明導電層114a用作為電極，以及，閘極絕緣膜102和障壁膜113用作為電介質。

又，圖5A1及5A2分別為在此步驟之閘極佈線端子部的剖面視圖、及其上視圖。圖5A1是圖5A2的C1-C2剖面視圖。在圖5A1中，形成於障壁膜113上的透明導電層114_c是用作為輸入端的連接端子電極。此外，在圖5A1中，在端子部中，使用與閘極佈線相同的材料形成的第一端子121及使用與源極佈線相同的材料形成的連接電極125彼此重疊而以閘極絕緣膜102插置於其間，以及在端子部彼此接觸而導通。此外，連接電極125與透明導電層114_c經由形成於障壁膜113中的接觸孔而彼此直接接觸以及導通。

圖5B1及5B2分別為源極佈線端子部的剖面視圖^、及上視圖。圖5B1相當於圖5B2的D1-D2剖面視圖。在圖5B1中，形成於障壁膜113上的透明導電層114b是用作為輸入端的連接端子電極。此外，圖5B1顯示材料與閘極佈線相同的電極127係位於電連接至源極佈線的第二端子124之下，以及，在端子部與第二端子124重疊而以閘極絕緣膜102插置於其間。電極127電連接至第二端子124。假使電極127設定於不同於第二端子124的電位之電位時，例如浮置、GND、0V等，可以形成有效對抗雜訊或靜電之電容器。此外，第二端子124電連接至透明導電層114b而以障壁膜113插置於其間。

視像素密度而設置多個閘極佈線、源極佈線、及電容器佈線。也在端子部中配置與閘極佈線相同電位的多個第一端子、與源極佈線相同電位的多個第二端子、與電容器佈線相同電位的多個第三端子、等等。對於每一個端子的數目並無特別限定，可以由實施者適當地決定端子的數目。

經由上述製程，藉由使用六個掩罩，可以完成例如n通道底部閘極薄膜電晶體及儲存電容器等元件。此外，元件以矩陣配置成對應於個別像素，因而可以取得用以製造主動矩陣型顯示裝置的一個基板。在本說明書中，為了方便起見，此基板稱為主動矩陣基板。

當製造主動矩陣液晶顯示裝置時，將主動矩陣基板與設有對置電極的對置基板彼此接合，而以液晶層插置於其間。注意，電連接至對置基板上的對置電極的共同電極係設於主動矩陣基板上，並且，電連接至共同電極的第四端子係設於端子部中。此第四端子係設置成共同電極固定至例如GND或OV等預定電位。

根據本實施例的結構不限於圖1A中所示的像素結構。圖6顯示結構的另一實施例。圖6顯示一種結構，其中，相鄰像素的像素電極與閘極佈線用作為電極、障壁膜及閘極絕緣膜用作為電介質，因而無電容器佈線而形成儲存電容器。在此情況中，可以省略電容器佈線及連接至電容器佈線的第三端子。

本實施例可以與其它實施例適當地結合實施。

[實施例2]

在本實施例中，參考圖7A及7B、圖8A至8C、圖9A及9B、以及圖10A至10C，說明不同於實施例1的半導體裝置及其製程。注意，本實施例中所述的半導體裝置及製程的很多部分與實施例1中所述相同。因此，於下，將省略相同部分的說明，並且，詳述不同部分。

圖7A及7B顯示本實施例的薄膜電晶體。圖7A是平面視圖，圖7B是圖7A的A1-A2剖面視圖。

圖7A及7B顯示薄膜電晶體250，其中，閘極電極層201係形成於具有絕緣表面的基板200上，並且，閘極絕緣膜202係形成於閘極電極層201上。用作為源極電極和汲極電極的導電層210a和210b係設於與閘極電極層210重疊的閘極絕緣膜202上。此外，氧化物半導體層211a和211b係分別設於導電層210a和210b上。設置氧化物半導體層207以覆蓋氧化物半導體層211a和211b。使用以In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜，以形成氧化物半導體層207。氧化物半導體層211a和211b是導電率高於氧化物半導體層207之以In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜，氧化物半導體層211a和211b形成源極區和汲極區。注意，氧化物半導體層211a和211b也被稱為n⁺層。

此外，如圖7B所示，障壁膜213係設置成與氧化物半導體層207接觸，並且，透明導電層214係設置成接觸障壁膜213的接觸孔中的導電層210b。

圖7A及7B中所示的薄膜電晶體250具有被稱為底部閘極接觸結構的結構。在本實施例中所述的半導體裝置中，閘極絕緣膜202存在於包含薄膜電晶體250的所有區域中，閘極電極層201係設於閘極絕緣膜202與具有絕緣表面的基板200之間。此外，包含用作為源極電極和汲極電極的導電層210a和210b之佈線在閘極絕緣膜202上，以及，半導體層207係設於導電層210a和210b上。此外，佈線延伸至氧化物半導體層207的周圍部分之外。氧化物半導體層211a和211b係分別堆疊於導電層210a和210b上。

接著，參考圖8A至8c、及圖9A和9B，說明半導體裝置的製程實施例。

首先，在具有絕緣表面的基板200上，形成閘極電極層201。接著，在閘極電極層201上形成閘極絕緣膜202。(請參見圖8A)。

基板200的材料、以及閘極電極層201和閘極絕緣膜202的材料及形成方法可以參考實施例1中所述的基板100、閘極電極層101、及閘極絕緣膜102。此外，在具有絕緣表面的基板200上設置用作為基底絕緣膜的絕緣膜230。絕緣膜230的材料及形成方法可以參考實施例1中所述的絕緣膜130。

然後，在閘極絕緣膜202上形成導電膜。導電膜的材料及形成方法可以參考實施例1中所述的導電膜123。

接著，在導電膜上形成第一氧化物半導體膜。第一氧化物半導體膜的材料及形成方法可以參考實施例1中所述的氧化物半導體膜104。注意，較佳地連續形成導電膜及第一氧化物半導體膜。以濺射法而不用曝露於空氣中，形成導電膜及第一氧化物半導體膜，以便在製程中可以防止導因於導電膜的曝露之灰塵對導電膜的黏著。

接著，在第一氧化物半導體膜上形成光阻掩罩。使用光阻掩罩，藉由選擇性蝕刻，移除導電膜及第一氧化物半導體膜的不必要部分，以形成導電層210a和210b以及氧化物半導體層211a和211b(請參見圖8B)。氧化物半導體層211a和211b用作為源極區和汲極區。以濕式蝕刻或乾式蝕刻來蝕刻導電膜及第一氧化物半導體膜。

接著，在氧化物半導體層211a和211b上形成導電率低於第一氧化物半導體膜的第二氧化物半導體膜。第二氧化物半導體膜的材料及形成方法可以參考實施例1中所述的氧化物半導體膜103。

接著，在第二氧化物半導體膜上形成光阻掩罩。使用光阻掩罩，藉由選擇性蝕刻來移除第二氧化物半導體膜的不必要部分，以便形成氧化物半導體層207(請參見圖8C)。此外，此時，與氧化物半導體層207重疊的區域以外的氧化物半導體層211a和211b的部分也被蝕刻。以濕式蝕刻或乾式蝕刻來蝕刻第二氧化物半導體膜。

在本實施例中，說明設置氧化物半導體層211a和211b以及導電率低於氧化物半導體層211a和211b的氧化物半導體層207。或者，單獨形成單層的氧化物半導體層207。

之後，在200℃至600℃下，典型為在300℃至500℃下，較佳地實施熱處理。此處，在氮氛圍中，在350℃下，實施熱處理1小時。藉由此熱處理，包含於島狀氧化物半導體層207和氧化物半導體層211a和211b中之以In-Ga-Zn-O為基礎的氧化物半導體被重排列。由於此熱處理能夠釋放中斷島狀氧化物半導體層207中的載子傳輸之變形，所以此熱處理(也包含光退火等等)是重要的。注意，對於上述熱處理的時機並無特別限定，只要在氧化物半導體層107及氧化物半導體層211a和211b形成後實施熱處理即可。

在形成障壁膜213之前，氧化物半導體層207的表面較佳地接受電漿處理。做為氧化物半導體層207的表面之電漿處理，可以實施藉由氧自由基的氧自由基處理或反向濺射。在氧化物半導體層207的表面上實施的氧自由基處理或反向濺射之方法可以參考實施例1中所述的於氧化物半導體層107的表面上實施的氧自由基處理或反向濺射方法。

接著，障壁膜213係形成於薄膜電晶體250上(請參見圖9A)。障壁膜213較佳係設置成與氧化物半導體層207相接觸。由於形成障壁膜213以防止例如有機物及金屬、濕氣、氧等漂浮於大氣中的雜質進入，所以，較佳地使用緻密膜以形成障壁膜213。藉由使用緻密膜之形成，以增進對例如濕氣及氧等雜質的障壁性。以濺射法等，使用氧化鋁膜、氮化鋁膜、氮氧化鋁膜、或氧氮化鋁膜，以單層或堆疊層來形成障壁膜。障壁膜213的製造方法可以參考實施例1中所述的障壁膜113。此外，形成的障壁膜213可以接受電漿處理或是例如臭氧水等具有高氧化力的溶液處理，以便修復障壁膜中的氧缺陷。

當在氧化物半導體層上形成對濕氣及氧具有高障壁特性的膜以覆蓋氧化物半導體層時，可以防止濕氣及氧混入氧化物半導體層中。因此，可以抑制氧化物半導體層的氧化還原反應及氧空位濃度的變化。此外，可以防止例如有機物或金屬等漂浮於氛圍中的雜質混入氧化物半導體層中。因此，可以抑制使用氧化物半導體的半導體裝置的半導體特徵變化。此外，可以增進半導體裝置的可靠度。

接著，於障壁膜213上形成光阻掩罩以及選擇性地蝕刻障壁膜213以形成到達導電層210b的接觸孔。之後，形成透明導電層214(請參見圖9B)。此時的蝕刻較佳地為使用氯氣的乾式蝕刻。注意，此步驟的上視圖對應於圖7A。透明導電層214的材料及形成方法可以參考實施例1中所述的透明導電層114。

經由上述製程，可以形成薄膜電晶體250。依此方式，形成薄膜電晶體250，其中，使用對例如濕氣及氧等雜質具有高障壁特性的膜以防止例如濕氣及氧等雜質混入氧化物半導體中。因此，可以抑制使用氧化物半導體的半導體裝置的半導體特徵變化，又可增進半導體裝置的可靠度。

本實施例中所述的半導體裝置及其製程不限於圖7A和7B、圖8A至8C、及圖9A及9B中所示。參考圖10A至10C，說明本實施例的另一半導體裝置及其另一製程。注意，與圖7A及7B、圖8A至8C、及圖9A及9B中相同的部分之說明將省略，並且，詳述不同的部分。

在圖10A中，根據圖8A及8B中所示的方法，在基板200上形成閘極絕緣膜230、閘極電極層201、閘極絕緣膜202、導電層210a和210b、以及氧化物半導體層211a和211b。

接著，在氧化物半導體層211a和211b上形成導電率低於氧化物半導體層211a和211b的氧化物半導體膜203。氧化物半導體膜的材料及形成方法可以參見實施例1中所述的氧化物半導體膜103。

接著，在氧化物半導體膜203上形成障壁膜213(請參見圖10B)。障壁膜213的材料及形成方法可以參考實施例1中所述的障壁膜113。

接著，在障壁膜213形成層間絕緣膜231。使用例如丙烯酸樹脂、聚醯亞胺樹脂、聚醯胺樹脂、酚醛樹脂、酚醛清漆樹脂、三聚氰胺樹脂、環氧樹脂、胺甲酸乙酯樹脂等有機材料形成的絕緣膜，以形成層間絕緣膜231。此外，可以使用例如氧化矽膜、氮化矽膜、氮氧化矽膜、或氧氮化矽膜、或矽烷(包含由矽(Si)及氧(O)的鍵所形成的主幹結構)樹脂等無機材料形成的絕緣膜，以使用於層間絕緣膜231，或者，也可使用由有機材料形成的這些絕緣膜中的任何絕緣膜與無機材料形成的這些絕緣膜中的任何絕緣膜的堆疊層。

接著，在層間絕緣膜231上形成光阻掩罩，並且，選擇性地蝕刻層間絕緣膜231、障壁膜213、氧化物半導體膜203、及氧化物半導體層211b，以便形成到達接觸孔的導電層210b。之後，形成透明導電層214(請參見圖10C)。

不用蝕刻氧化物半導體膜203，即可形成圖10中所示的半導體裝置。因此，可以省略用於蝕刻氧化物半導體膜203的掩罩，便使得相較於圖7A和7B、圖8A至8C、及圖9A和9B中所示的製程，製程可以簡化。

本實施例可以與其它實施例適當地結合實施。

[實施例3]

在本實施例中，參考圖11A及11B、及圖12A至12D，說明不同於實施例1及2的半導體裝置及其製程。注意，本實施例中所述的製程的很多部分與實施例1及2中所述相同。因此，將省略相同部分的說明，以及，詳述不同部分。

圖11A及11B顯示本實施例的薄膜電晶體。圖11A是平面視圖，圖11B是圖11A的A1-A2剖面視圖。

圖11A及11B顯示薄膜電晶體350，其中，閘極電極層301係形成於具有絕緣表面的基板300上，並且，閘極絕緣膜302係形成於閘極電極層301上。在閘極絕緣膜302上，形成半導體層307及覆蓋與氧化物半導體層307的通道形成區重疊的通道保護層315。在閘極電極層301上形成彼此面對的導電層310a和310b，而以氧化物半導體層307插置於其間。

氧化物半導體層307係設於彼此面對的導電層310a和310b之下以覆蓋閘極電極層301，而以閘極絕緣膜302插置於氧化物半導體層307與閘極電極層301之間。亦即，氧化物半導體層係設置成接觸覆蓋與通道形成區相重疊的區域之通道保護層315的底表面、與閘極電極層301重疊的閘極絕緣膜302的上表面、及氧化物半導體層311a和311b的底表面。此處，第二氧化物半導體層311a與導電層310a依此次序從氧化物半導體層307側堆疊。以類似方式，氧化物半導體層311b與導電層310b依此次序從氧化物半導體層307側堆疊。

使用以In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜來形成氧化物半導體層307。氧化物半導體層311a和311b是導電率高於氧化物半導體層307之以In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜，氧化物半導體層311a和311b形成源極區和汲極區。注意，氧化物半導體層311a和311b也被稱為n⁺層。如圖11A及11B所示，設置障壁膜313及透明導電膜314。

圖11B顯示反交錯式(底部閘極)電晶體的剖面結構。特別是，圖11B中所示的電晶體具有通道保護(通道阻絕)結構。

接著，參考圖12A至12D來說明半導體裝置的製程實施例。

首先，在具有絕緣表面的基板300上，形成閘極電極層301。接著，在閘極電極層301上形成閘極絕緣膜302。基板300的材料、以及閘極電極層301和閘極絕緣膜302的材料及形成方法可以參考實施例1中所述的基板100、閘極電極層101、及閘極絕緣膜102。此外，設置用作為基底絕緣膜的絕緣膜330。

接著，在電極層301上形成第一氧化物半導體膜303，而以閘極絕緣膜302插置於其間(請參見圖12A)。第一氧化物半導體膜300的材料及形成方法可以參考實施例1中所述的氧化物半導體膜103。

接著，在第一氧化物半導體膜303上形成絕緣膜。以濺射法，使用氧化鋁膜、氮化鋁膜、氮氧化鋁膜、氧氮化鋁膜、或氧化鉭膜，以形成單層或堆疊層的絕緣膜。絕緣膜較佳地形成為厚度大於0nm且小於或等於5nm。絕緣膜的製造方法可以參考實施例1中所述的障壁膜113。在絕緣膜上形成光阻掩罩。使用光阻掩罩，藉由選擇性蝕刻來移除絕緣膜的不必要部分，以便形成通道保護層315(請參見圖12B)。以濕式蝕刻或乾式蝕刻來蝕刻絕緣膜。

通道保護層315係設置成接觸與氧化物半導體層307的通道形成區重疊的區域。通道保護層315係設置成在製程中可以防止氧化物半導體層307的通道形成區的損傷(例如，導因於蝕刻時的電漿或蝕刻劑、或氧化的厚度縮減)。因此，可以增進薄膜電晶體350的可靠度。此外，通道保護層315可以被形成至厚度為大於0nm且小於或等於5nm。因此，可以抑制導因於蝕刻之氧化物半導體層307的厚度縮減。

在形成通道保護層315之前，氧化物半導體層307的表面較佳地接受電漿處理。做為氧化物半導體層307的表面之電漿處理，可以實施藉由氧自由基的氧自由基處理或反向濺射。在氧化物半導體層307的表面上實施的氧自由基處理或反向濺射之方法可以參考實施例1中所述的於氧化物半導體層107的表面上實施的氧自由基處理或反向濺射方法。

然後，在第一氧化物半導體膜及通道保護層315上形成第二氧化物半導體膜。第二氧化物半導體膜的材料及形成方法可以參考實施例1中所述的氧化物半導體膜104。

接著，於第二氧化物半導體膜上形成光阻掩罩以及選擇性地蝕刻第二氧化物半導體膜，以便形成島狀氧化物半導體層307和島狀氧化物半導體層308。

在本實施例中，說明設置氧化物半導體層307以及導電率高於氧化物半導體層307的氧化物半導體層308。或者，單獨形成單層的氧化物半導體層307。

接著，在氧化物半導體層308和閘極絕緣膜302上形成導電膜323(請參見圖12C)。導電膜的材料及形成方法可以參考實施例1中所述的導電膜123。

在導電膜323上形成光阻掩罩，使用光阻掩罩，藉由選擇性地蝕刻以移除導電膜323的不必要部分。同時，蝕刻島狀氧化物半導體層308以形成具有高導電率的半導體區(氧化物半導體層311a和311b)(請參見圖12D)。氧化物半導體層311a和311b用作為源極區和汲極區。

之後，在200℃至600℃下，典型為在300℃至500℃下，較佳地實施熱處理。此處，在氮氛圍中，在350℃下，實施熱處理1小時。藉由此熱處理，包含於島狀氧化物半導體層307中之以In-Ga-Zn-O為基礎的氧化物半導體被重排列。由於此熱處理能夠釋放中斷島狀氧化物半導體層307中的載子傳輸之變形，所以此熱處理(也包含光退火等等)是重要的。注意，對於上述熱處理的時機並無特別限定，只要在氧化物半導體層307形成後實施熱處理即可。

接著，形成障壁膜313以覆蓋包含閘極電極層301、氧化物半導體層307、氧化物半導體層311a和311b、導電層310a和310b等等之薄膜電晶體350。障壁膜313較佳地係設置成與通道保護層315相接觸。由於形成障壁膜313以防止例如有機物及金屬、濕氣、氧之漂浮於大氣中的雜質進入，所以，較佳地使用緻密膜以形成障壁膜313。藉由使用緻密膜之形成，增進對例如濕氣及氧等雜質的障壁性。以濺射法等，使用氧化鋁膜、氮化鋁膜、氮氧化鋁膜、或氧氮化鋁膜，以單層或堆疊層來形成障壁膜313。

在本實施例中，使用氧化鋁膜、氮化鋁膜、氮氧化鋁膜、或氧氮化鋁膜，以單層或堆疊層來形成通道保護層315。因此，可以使用氧化矽膜、氮化矽膜、氮氧化矽膜、或氧氮化矽膜作為障壁膜313。

形成覆蓋與氧化物半導體層307的通道形成區重疊的區域之通道保護層315，以使得可以防止濕氣及氧進入氧化物半導體層中。因此，可以抑制氧化物半導體層的氧化還原反應及氧空位濃度的變化。

接著，於障壁膜313形成光阻掩罩，並且，選擇性地蝕刻障壁膜313以形成到達導電層310b的接觸孔。之後，形成透明導電層314(請參見圖12D)。注意，在此步驟的上視圖對應於圖11A。透明導電層314的材料及形成方法可以參考實施例1中所述的透明導電層114。

經由上述製程，可以形成薄膜電晶體350。依此方式，形成薄膜電晶體350，其中，使用對例如濕氣及氧之雜質具有高障壁特性的膜以防止例如濕氣及氧之雜質混入氧化物半導體中。因此，可以抑制使用氧化物半導體的半導體裝置的半導體特徵變化，又可增進半導體裝置的可靠度。

本實施例可以與任何其它實施例適當地結合實施。

[實施例4]

在本實施例中，將說明於顯示裝置的一個基板上形成至少部分驅動電路及像素部的薄膜電晶體之實施例。

根據實施例1，形成配置於像素部中的薄膜電晶體。此外，實施例1中所述的薄膜電晶體是n通道TFT。因此，在與像素部的薄膜電晶體相同的基板上，形成驅動電路中可以使用n通道TFT形成的部分驅動電路。

圖14A顯示主動矩陣型液晶顯示裝置的方塊圖的實施例，主動矩陣型液晶顯示裝置是顯示裝置的實施例。圖14A中所示的顯示裝置包含設於基板5300上之包含多個均設有顯示元件的像素之像素部5301、選取像素的掃描線驅動電路5302、及控制輸入至選取的像素之視頻訊號的訊號線驅動電路5303。

此外，實施例1中所述的薄膜電晶體是n通道TFT，並且，參考圖15，說明包含n通道TFT的訊號線驅動電路。

圖15中所示的訊號線驅動電路包含驅動器IC5601、開關組5602_1至5602_M、第一佈線5611、第二佈線5612、第三佈線5613、及佈線5621_1至5621_M。開關組5602_1至5602_M中的每一組均包含第一薄膜電晶體5603a、第二薄膜電晶體5603b、及第三薄膜電晶體5603c。

驅動器IC 5601連接至第一佈線5611、第二佈線5612、第三佈線5613、及佈線5621_1至5621_M。開關組5602_1至5602_M中的每一組連接至第一佈線5611、第二佈線5612、第三佈線5613、及開關組5602_1至5602_M分別連接至佈線5621_1至5621_M。佈線5621_1至5621_M之中的每一個佈線經由第一薄膜電晶體5603a、第二薄膜電晶體5603b、及第三薄膜電晶體5603c連接至三訊號線(訊號線Sm-2、訊號線Sm-1、及訊號線Sm(m=3M))。舉例而言，第J行的佈線5621_J(佈線5621_1至5621_M中的任一佈線)經由包含於開關組5602_J中的第一薄膜電晶體5603a、第二薄膜電晶體5603b、及第三薄膜電晶體5603c連接至訊號線Sj-2、訊號線Sj-1、及訊號線Sj(j=3J)。

訊號輸入至第一佈線5611、第二佈線5612、及第三佈線5613中的每一佈線。

注意，較佳地，使用單晶半導體，以形成驅動器IC 5601。開關組5602_1至5602_M較佳地係形成於與像素部相同的基板上。因此，驅動器IC 5601與開關組5602_1至5602_M經由FPC等較佳地相連。或者，以例如接合之方法，使用形成於與像素部相同基板上的單晶半導體，以形成驅動器IC 5601。

接著，參考圖16的時序圖，說明圖15中所示的訊號線驅動電路的操作。圖16中的時序圖顯示第i級中的掃描線Gi被選取之情形。第i級中的掃描線Gi的選取週期分割成第一子選取週期T1、第二子選取週期T2、及第三子選取週期T3。此外，即使當另一級的掃描線被選取時，圖15中的訊號線驅動電路如圖16中所示般操作。

注意，圖16的時序圖顯示第J行中的佈線5621_J分別經由第一薄膜電晶體5603a、第二薄膜電晶體5603b、及第三薄膜電晶體5603c而連接至訊號線Sj-2、訊號線Sj-1、及訊號線Sj。

圖16中的時序圖顯示第i級的掃描線Gi被選取的時序、第一薄膜電晶體5603a的開/關的時序5703a、第二薄膜電晶體5603b的開/關的時序5703b、第三薄膜電晶體5603c的開/關的時序5703c、及輸入至第J行的佈線5621_J之訊號5721_J。

在第一子選取週期T1、第二子選取週期T2、第三子選取週期T3中，不同的視頻訊號輸入至佈線5621_1至5621_M。舉例而言，在第一子選取週期T1中輸入至佈線5621_J的視頻訊號輸入至訊號線Sj-2，在第二子選取週期T2中輸入至佈線5621_J的視頻訊號輸入至訊號線Sj-1，在第三子選取週期T3中輸入至佈線5621_J的視頻訊號輸入至訊號線Sj。此外，在第一子選取週期T1、在第二子選取週期T2、及在第三子選取週期T1中，輸入至佈線5621_J的視頻訊號分別以Data_j-2、Data_j-1、及Data_j表示。

如圖16所示，在第一子選取週期T1中，第一薄膜電晶體5603a開啟，以及，第二薄膜電晶體5603b及第三薄膜電晶體5603c關閉。此時，輸入至佈線5621_J之DATA_j-2經由第一薄膜電晶體5603a而輸入至訊號線Sj-2。在第二子選取週期T2中，第二薄膜電晶體5603b開啟，並且，第一薄膜電晶體5603a及第三薄膜電晶體5603c關閉。此時，輸入至佈線5621_J之DATA_j-1經由第二薄膜電晶體5603b而輸入至訊號線Sj-1。在第三子選取週期T3中，第三薄膜電晶體5603c開啟，並且，第一薄膜電晶體5603a及第二薄膜電晶體5603b關閉。此時，輸入至佈線5621_J之DATA_j經由第三薄膜電晶體5603c而輸入至訊號線Sj。

如上所述，在圖15的訊號線驅動電路中，將一個閘極選取週期一分為三，視頻訊號可以在一個閘極選取週期中從一個佈線5621_J輸入至三訊號線。因此，在圖15的訊號線驅動電路中，設有驅動器IC 5601的基板與設有像素部的基板之間的連接數目可以降低至約訊號線數目的三分之一。連接數目降低至約訊號線的數目的三分之一，使得可以增進圖15的訊號線驅動電路的可靠度、產能、等等。

注意，只要如圖16所示般將一個閘極選取週期分成多個子選取週期，並且，在個別子選取週期中，視頻訊號從一個佈線輸入至多個訊號線即可，對於薄膜電晶體的配置、數目、驅動方法、等等並無特別限制。

舉例而言，當在三或更多子選取週期中的每一個子選取週期中，視頻訊號從一個佈線輸入至三或更多訊號線時，需要增加薄膜電晶體及用於控制薄膜電晶體的佈線。注意，當一個閘極選取週期分成四或更多子選取週期時，一個子選取週期變得更短。因此，一個閘極選取週期係較佳地分成二或三子選取週期。

做為另一實施例，如圖17的時序圖所示，一個選取週期可以分成預充電週期Tp、第一子選取週期T1、第二子選取週期T2、及第三子選取週期T3。圖17中的時序圖顯示第i級中的掃描線Gi被選取時，第一薄膜電晶體5603a的開/關時序5803a、第二薄膜電晶體5603b的開/關時序5803b、及第三薄膜電晶體5603c的開/關時序5803c、及輸入至第J行的佈線5621_J之訊號5821_J。如圖17所示，在預充電週期Tp中，第一薄膜電晶體5603、第二薄膜電晶體5603b、及第三薄膜電晶體5603c開啟。此時輸入至佈線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、及第三薄膜電晶體5603c，輸入至訊號線Sj-2、訊號線Sj-1、及訊號線Sj。在第一子選取週期T1中，第一薄膜電晶體5603a開啟，並且，第二薄膜電晶體5603b及第三薄膜電晶體5603c關閉。此時，輸入至佈線5621_J之DATA_j-2經由第一薄膜電晶體5603a而輸入至訊號線Sj-2。在第二子選取週期T2中，第二薄膜電晶體5603b開啟，並且，第一薄膜電晶體5603a及第三薄膜電晶體5603c關閉。此時，輸入至佈線5621_J之DATA_j-1經由第二薄膜電晶體5603b而輸入至訊號線Sj-1。在第三子選取週期T3中，第三薄膜電晶體5603c開啟，並且，第一薄膜電晶體5603a及第二薄膜電晶體5603b關閉。此時，輸入至佈線5621_J之DATA_j經由第三薄膜電晶體5603c而輸入至訊號線Sj。

如上所述，在應用圖7的時序圖之圖15的訊號線驅動電路中，由於藉由在子選取週期之前提供預充電選取週期，可以將訊號線預充電，所以，可以將視頻訊號高速地寫至像素。注意，圖17中類似於圖16的部分以共同代號表示，並省略相同部分及具有類似功能的部分之說明。

此外，說明掃描線驅動電路的結構。掃描線驅動電路包含移位暫存器及緩衝器。此外，在某些情況中，掃描線驅動電路可以包含位準移位器。在掃描線驅動電路中，當時脈訊號(CLK)及啟動脈衝訊號(SP)輸入至移位暫存器時，產生選取訊號。所產生的訊號由緩衝器緩衝及放大，並且，所造成的訊號係供應給對應的掃描線。一條線之像素中的電晶體的閘極電極連接至掃描線。此外，由於一條線的像素中的電晶體必須同時開啟，所以，使用可以饋送大電流的緩衝器。

參考圖18及圖19，說明用於部分掃描線驅動電路的移位暫存器之一個模式。

圖18顯示移位暫存器的配置。圖18中所示的移位暫存器包含多個正反器5701_1至5701_n。此外，藉由輸入第一時脈訊號、第二時脈訊號、啟始脈衝訊號、及重置訊號，以操作移位暫存器。

說明圖18中的移位暫存器的連接關係。第一級的正反器5701_1連接至第一佈線5711、第二佈線5712、第四佈線5714、第五佈線5715、第七佈線5717_1、及第七佈線5717_2。第二級的正反器5701_2連接至第三佈線5713、第四佈線5714、第五佈線5715、第七佈線5717_1、第七佈線5717_2、及第七佈線5717_3。

以類似方式，第i級的正反器5701_i(正反器5701_1至5701_n中的任一正反器)連接至第二佈線5712、第三佈線5713、第四佈線5714、第五佈線5715、第七佈線5717_1、第七佈線5717_i、及第七佈線5717_i+1的其中之一。此處，當「i」為奇數時，第i級的正反器5701_i連接至第二佈線5712；當「i」為偶數時，第i級的正反器5701_i連接至第三佈線5713。

第n級的正反器5701_n連接至第三佈線5713、第四佈線5714、第五佈線5715、第七佈線5717_n-1、第七佈線5717_n、及第六佈線5716中之一。

注意，第一佈線5711、第二佈線5712、第三佈線5713、及第六佈線5716可以分別被稱為第一訊號線、第二訊號線、第三訊號線、及第四訊號線。第四佈線5714及第五佈線5715可以分別被稱為第一電源線及第二電源線。

接著，圖19顯示圖18中所示的正反器的細節。圖19中所示的正反器包含第一薄膜電晶體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、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、及第八薄膜電晶體5578均為n通道電晶體，並且，當閘極-源極電壓(V_gs)超過臨界電壓(V_th)時，它們開啟。

此外，圖19中所示的正反器包含第一佈線5501、第二佈線5502、第三佈線5503、第四佈線5504、第五佈線5505、及第六佈線5506。

注意，所有薄膜電晶體為增強模式n通道電晶體；但是，本發明不限於此。舉例而言，驅動電路可以使用空乏模式n通道電晶體來操作。

接著，於下說明圖19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(源極電極與汲極電極的其中之一)連接至第四佈線5504。第一薄膜電晶體5571的第二電極(源極電極與汲極電極中的另一電極)連接至第三佈線5503。

第二薄膜電晶體5572的第一電極連接至第六佈線5506，第二薄膜電晶體5572的第二電極連接至第三佈線5503。

第三薄膜電晶體5573的第一電極及閘極電極連接至第五佈線5505，並且，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。

第四薄膜電晶體5574的第一電極連接至第六佈線5506，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，並且，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。

第五薄膜電晶體5575的第一電極連接至第五佈線5505，第五薄膜電晶體5575的閘極電極連接至第一佈線5501，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。

第六薄膜電晶體5576的第一電極連接至第六佈線5506，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，及第六薄膜電晶體5576的第二電極連接至第一薄膜電晶體5571的閘極電極。

第七薄膜電晶體5577的第一電極連接至第六佈線5506，第七薄膜電晶體5577的閘極電極連接至第二佈線5502，及第七薄膜電晶體5577的第二電極連接至第一薄膜電晶體5571的閘極電極。

第八薄膜電晶體5578的第一電極連接至第六佈線5506，第八薄膜電晶體5578的閘極電極連接至第一佈線5501，及第八薄膜電晶體5578的第二電極連接至第二薄膜電晶體5571的閘極電極。

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、及第七薄膜電晶體5577的第二電極相連接的點稱為節點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、及第八薄膜電晶體5578的第二電極相連接的點稱為節點5544。

注意，第一佈線5501、第二佈線5502、第三佈線5503、及第四佈線5504可分別被稱為第一訊號線、第二訊號線、第三訊號線、及第四訊號線。第五佈線5505及第六佈線可以分別被稱為第一電源線及第二電源線。

在第i級的正反器5701_i中，圖19中的第一佈線5501連接至圖18中的第七佈線5717_i-1。圖19中所示的第二佈線5502連接至圖18中第七佈線5717_i-1。圖19中的第三佈線5503連接至第七佈線5717_i。圖19中的第六佈線5506連接至第五佈線5715。

假使「i」為奇數時，圖19中的第四佈線5504連接至圖18中的第二佈線5712；假使「i」為偶數時，圖19中的第四佈線5504連接至圖18中的第三佈線5713。此外，圖19中的第五佈線5505連接至圖18中的第四佈線5714。

注意，在第一級的正反器5701_1中，圖19中的第一佈線5501連接至圖18中的第一佈線5711。此外，在第n級的正反器5701_1中，圖19中的第二佈線5502連接至圖18中的第六佈線5716。

注意，可以僅使用實施例1中所述的n通道TFT，形成訊號線驅動電路及掃描線驅動電路。實施例1中所述的n通道TFT具有高遷移率，因此，可以增加驅動電路的驅動頻率。此外，在實施例1中所述的n通道TFT中，由於寄生電容由使用以In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜形成的源極和汲極區降低，所以，頻率特徵(稱為f特徵)高。舉例而言，實施例1中所述的使用n通道TFT之掃描線驅動電路可以高速地操作，因此，舉例而言，能夠增加框頻率及實現黑色影像插入等等。

此外，當掃描線驅動電路中的電晶體的通道寬度增加或是設置多個掃描線驅動電路時，可以實現更高的框頻率。當設置多個掃描線驅動電路時，在一側上設置用於驅動偶數掃描線的掃描線驅動電路，以及，在相反側上設置用於驅動奇數掃描線的掃描線驅動電路；因此，可以增加框頻率。此外，由多個掃描線驅動電路輸出訊號給一條掃描線具有增加顯示裝置的尺寸之優點。

此外，當製造顯示裝置的實施例之主動矩陣發光顯示裝置時，多個薄膜電晶體配置於至少一像素中，因而較佳地配置多個掃描線驅動電路。圖14B是方塊圖，顯示主動矩陣型發光顯示裝置的實施例。

圖14B中所示的發光顯示裝置包含設於基板5400上之具有均設有顯示元件的多個像素之像素部5401、選取像素之第一掃描線驅動電路5402及第二掃描線驅動電路5404、及控制輸入至選取的像素之視頻訊號的訊號線驅動電路5403。

當輸入至圖14B中所示的發光顯示裝置的像素之視頻訊號為數位號時，藉由開啟/關閉電晶體，使像素處於發光狀態或非發光狀態。因此，使用面積比例灰階法或時間比例灰階法，可以顯示灰階。面積比例灰階法係驅動方法，其將一個像素分成多個子像素及根據一個視頻訊號以分別驅動個別的子像素，以便顯示灰階。此外，時間比例灰階法為驅動方法，其控制像素處於發光狀態期間的時間，以便顯示灰階。

由於發光元件的反應速度比液晶元件等的反應速度快，所以，發光元件比液晶元件更適於時間比例灰階法。在以時間灰階法顯示的情形中，將一個週期分成多個子框週期。然後，根據視頻訊號，使像素中的發光元件於每一個子框週期中處於發光狀態或非發光狀態。藉由將一個框分成多個子框，以視頻訊號來控制一個框週期中像素發光之總時間長度，以便顯示灰階。

在圖14B中所示的發光顯示裝置中，在二個切換TFT配置於一個像素中的情況中，第一掃描線驅動電路5402產生輸入至作為一個切換TFT的閘極佈線之第一掃描線的訊號，並且，第二掃描線驅動電路5404產生輸入至用作為其它切換TFT的閘極佈線之第二掃描線的訊號；但是，一掃描線驅動電路可以產生輸入至第一掃描線的訊號及輸入至第二掃描線的訊號等二個訊號。此外，舉例而言，用以控制切換元件的操作之多個掃描線可能視包含於一個像素中的切換TFT的數目而設於每一個像素中。在此情況中，一個掃描線驅動電路可以產生輸入至多個掃描線的所有訊號，或是，多個掃描線驅動電路可以產生輸入至多個掃描線的訊號。

此外，也是在發光顯示裝置中，驅動電路中由n通道TFT所形成的部分驅動電路可以被形成於與像素部的薄膜電晶體相同的基板上。或者，可以僅使用實施例1中所述的n通道TFT，以形成訊號線驅動電路及掃描線驅動電路。

此外，上述驅動電路可以用於電子紙，而非限於應用至液晶顯示裝置或發光顯示裝置，在電子紙中，使用電連接至切換元件之元件以驅動電子墨水。電子紙也稱為電泳顯示裝置(電泳顯示器)，其優點在於具有與一般紙相同等級的可讀性，比顯示裝置具有更少的耗電，並且，可以製成薄及輕的。

電泳顯示器有不同模式。舉例而言，電泳顯示器包含多個微囊散佈於溶劑或溶質中，每一個微囊均具有正電荷的第一粒子及具有負電荷的第二粒子。在此情形中，藉由施加電場至微囊，微囊中的粒子以彼此相反的方向移動，以及，僅有聚集於一側上的粒子的顏色被顯示。注意，第一粒子或第二粒子均包含著色劑，且當無電場時不會移動。此外，第一粒子的顏色與第二粒子的顏色彼此不同(包含無色的或單色的)。

依此方式，電泳顯示器是使用粒子由電場等移動的系統之顯示器。電泳顯示器不要求液晶顯示裝置所需的極化板及對置基板，因此電泳顯示器的厚度及重量可以顯著地減少。

藉由將上述微囊遍佈於溶劑中而取得的溶液稱為電子墨水。且此電子墨水可以印於玻璃表面、塑膠、布、紙、等等上。此外，藉由使用濾色器或具有色料的粒子，也能夠有彩色顯示。

當多個微囊配置於主動矩陣基板上且微囊插入於形成於主動矩陣基板與另一電極之間時，以完成主動矩陣型顯示裝置。藉由施加電場至微囊，主動矩陣型顯示裝置可以實施顯示。舉例而言，可以使用實施例1中取得之使用薄膜電晶體的主動矩陣基板作為主動矩陣基板。

注意，微囊中的第一粒子及第二粒子均可由選自導電材料、絕緣材料、半導體材料、磁性材枓、液晶材料、鐵電材料、電致發光材料、電色顯示材料、或磁泳材料中的單一材料、或這些材料中的任何材料的複合材料所形成。

經由上述製程，可以製造高度可靠的顯示裝置作為半導體裝置。

本實施例可以與其它實施例適當地結合實施。

[實施例5]

在本實施例中，製造薄膜電晶體，並且，以薄膜電晶體使用於像素部且又使用於驅動電路，以製造具有顯示功能之半導體裝置(也稱為顯示裝置)。此外，使用根據本發明的實施例之薄膜電晶體，在與像素部相同的基板上形成部分或全部驅動電路，因而可以取得面板上的系統(system-on-panel)。

顯示裝置包含顯示元件。做為顯示元件，可以使用液晶元件(也稱為液晶顯示元件)或發光元件(也稱為發光顯示元件)。發光元件在其類別內包含亮度受電流或電壓控制的元件，並且，具體地包含無機電致發光(EL)元件、有機EL元件、等等。此外，可以使用例如電子墨水等對比會受電場改變的顯示媒體。

此外，顯示裝置包含面板及模組，顯示元件係密封於面板中，包含控制器之IC等係安裝於面板上。顯示裝置包含對應於顯示裝置製程中完成顯示元件之前的一個模式之元件基板，元件基板係設有供應電流給多個像素中的每一個像素中的顯示元件之機構。具體而言，元件基板可以處於僅設有顯示元件的像素電極之狀態、在形成要成為像素電極的導電膜之後及導電膜被蝕刻成形成像素電極之前的狀態、或任何其它狀態。

注意，在本說明書中的顯示裝置係指影像顯示裝置、顯示裝置、或光源(包含照明裝置)。此外，顯示裝置在其類別中包含下述任一模組：例如可撓印刷電路(FPC)、捲帶式自動接合(TAB)帶、或捲帶載體封裝(TCP)等連接器接合之模組；具有尾端設有印刷線路板之TCP或TAB帶的模組；以及，具有以玻璃上晶片(COG)法直接安裝於顯示元件上的積體電路(IC)之模組。

在本實施例中，液晶顯示裝置係顯示作為半導體裝置的一例。將參考圖22A1至22B，說明本發明的半導體裝置的一個實施例之液晶顯示面板的外觀及剖面。圖22A1及22A2均為面板的上視圖，其中，高度可靠的薄膜電晶體4010和4011及液晶元件4013藉由密封劑4005而被密封於第一基板4001與第二基板4006之間，高度可靠的薄膜電晶體4010及4011均包含實施例1中所述之以In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜。圖22B對應於圖22A1及22A2之M-N剖面視圖。

密封劑4005被設置而圍繞設於第一基板4001上的像素部4002及掃描線驅動電路4004。第二基板4006係設於像素部4002及掃描線驅動電路4004上。因此，像素部4002及掃描線驅動電路4004與液晶層4008一起被第一基板4001、密封劑4005、及第二基板4006所密封。使用單晶半導體膜或多晶半導體膜而形成於分別製備之基板上的訊號線驅動電路4003安裝於一區域中，所述區域與第一基板4001上由密封劑4005圍繞的區域不同。

注意，對於分別形成的驅動電路之連接方法並無特別限定，並且，可以使用COG方法、打線接合法、TAB法、等等。圖22A1顯示以COG法安裝訊號線驅動電路4003的實施例，以及，圖22A2顯示以TAB法安裝訊號線驅動電路4003的實施例。

設於第一基板4001上的像素部4002及掃描線驅動電路4004均包含多個薄膜電晶體。圖22B顯示包含於像素部4002中的薄膜電晶體4010以及包含於掃描線驅動電路4004中的薄膜電晶體4011。障壁膜4020和絕緣層4021係設於薄膜電晶體4010和4011上。

每一個薄膜電晶體4010及4011對應於實施例1中所述的高度可靠的薄膜電晶體，其中，包含以In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜用作為半導體層。在本實施例中，薄膜電晶體4010和4011為n通道薄膜電晶體。

包含於液晶元件4013中的像素電極層4030係電連接至薄膜電晶體4010。液晶元件4013的對置電極層4031係形成於第二基板4006上。像素電極層4030、對置電極層4031、及液晶層4008彼此重疊的部分對應於液晶元件4013。注意，像素電極層4030及對置電極層4031分別設有用作為配向膜的絕緣層4032及絕緣層4033，並且，以絕緣層4032及4033將液晶層4008插置於其間。

注意，可以使用玻璃、金屬(典型上為不銹鋼)、陶瓷、或塑膠以形成第一基板4001與第二基板4006。做為塑膠的實施例，可以使用玻璃強化塑膠(FRP)板、聚氯乙烯(PVC)膜、聚酯膜、或丙烯酸樹脂膜。或者，可以使用具有鋁箔夾於PVC膜或聚酯膜之間的結構之板片。

代號4035代表藉由選擇性地蝕刻絕緣膜而取得的柱狀間隔器，其係設置成控制像素電極層4030與對置電極層4031之間的距離(胞間隙)。此外，也可以使用球形間隔器。此外，對置電極層4031係電連接至形成於與薄膜電晶體4010相同的基板上之共同電位線。對置電極層4031及共同電位線使用共同連接部，經由配置於插置於其間的成對基板之間的導電粒子而彼此電連接。注意，導電粒子包含於密封劑4005中。

或者，可以使用不要求配向膜之藍相位液晶。藍相位液晶是當膽茲液晶的溫度增加時，正好在膽茲液晶變成各向等性之前呈現的液晶相位之一。由於藍相位僅在狹窄的溫度範圍內呈現，所以，使用混有5重量%或更高的掌性劑之液晶成分，形成液晶層4008，以擴展溫度範圍。包含顯示藍相位液晶的液晶成分及掌性劑具有這些特徵以致於反應速度為10μs至100μs、由液晶成分具有光學上各向等性所以不需要對齊處理、以及視角相依性小。

注意，本實施例中所述的液晶顯示裝置是透射式液晶顯示裝置的實施例；但是，本實施例中所述的液晶顯示裝置可以應用至反射式液晶顯示裝置及半透射式液晶顯示裝置。

在本實施例中，說明液晶顯示裝置的實施例，其中，極化板係設置於比基板(觀視側上)更外側的位置，用於顯示元件的著色層及電極層設置於比基板更內側的位置；但是，極化板可以被設置於比基板更內側的位置。極化板及著色層的堆疊結構不限於本實施例，可以根據極化板和著色層的材料及製程條件而被適當地設置。此外，可以設置用作為黑矩陣的遮光膜。

在本實施例中，以用作為平坦絕緣膜或保護膜之絕緣層(絕緣層4020和4021)，覆蓋實施例1中所取得的薄膜電晶體，以便降低薄膜電晶體的表面不平整度以及增進薄膜電晶體的可靠度。注意，設置障壁膜4020以防止例如有機物、金屬物質、或濕氣等漂浮於氛圍中的污染雜質進入，且其較佳地為緻密膜。藉由使用緻密膜來形成，可以增進對抗例如濕氣及氧等雜質的障壁性。以濺射法，使用氧化矽膜、氮化矽膜、氮氧化矽膜、氧氮化矽膜、氧化鋁膜、氮化鋁膜、氮氧化鋁膜、及/或氧氮化鋁膜，以單層或堆疊層來形成障壁膜4020。在本實施例中，以濺射法來形成保護膜；但是，本方法並未特別限定於此。可以以任何不同方法來形成保護膜。

此處，使用氧化鋁膜以形成障壁膜4020。當形成具有抗濕氣及氧的高障壁性的膜以覆蓋氧化物半導體層時，可以防止濕氣及氧混入氧化物半導體層。因此，可以抑制氧化物半導體層的氧化還原反應及氧空位濃度的變化。此外，可以防止例如有機物及金屬等漂浮於大氣或包含於基底材料中的雜質混入氧化物半導體層。因此，可以抑制使用氧化物半導體的半導體裝置的半導體特徵變化。又可以增進半導體裝置的可靠度。

此外，氧化矽膜、氧化矽膜、氧氮化矽膜、或氮氧化矽膜可以被形成於障壁膜4020上(未顯示出)。舉例而言，以濺射法，在障壁膜4020上形成氮化矽膜。當氮化矽膜係設置於障壁膜4020上時，能夠防止例如鈉等可移動的離子進入半導體區改變TFT的電特徵。

此外，在形成障壁膜4020之後，可以將半導體層退火(在300℃至400℃)。

此外，在障壁膜4020上形成絕緣層4021。以例如聚醯亞胺、丙烯酸樹膠、苯環丁烯、聚醯胺、或環氧樹脂等具有抗熱性的有機材料形成絕緣膜4021。除了這些有機材料之外，也能夠使用低介電常數材料(低k材料)、矽烷為基礎的樹脂、PSG(磷矽酸鹽玻璃)、BPSG(硼磷矽酸鹽玻璃)、等等。注意，可以藉由堆疊使用這些材料形成的多個絕緣膜，形成絕緣層4021。

注意，以矽烷為基礎的樹脂是由以矽烷為基礎的材料作為啟始材料及具有Si-O-Si鍵之樹脂形成。以矽烷為基礎的樹脂可以包含有機基(舉例而言，烷基或芳基)或氟基作為替代物。此外，有機基可以包含氟基。

對於用於形成絕緣層4021之方法並無特別限定，可以視絕緣層4021的材料而使用下述方法中的任一方法：濺射法、SOG法、旋轉塗敷法、浸漬法、噴灑塗著法、滴放法(例如噴墨法、網版印刷法、偏離印刷法、等等)、手術刀法、或輥塗著器、簾幕塗著器、刀式塗著器、等等。當使用材料溶液以形成絕緣層4021時，與絕緣層4021的烘烤步驟同時將半導體層退火(300℃至400℃)。絕緣層4021的烘烤步驟作為半導體層的退火步驟，可以有效率地製造半導體裝置。

使用例如含有氧化鎢的氧化銦、含有氧化鎢的氧化銦鋅、含有氧化鈦的氧化銦、含有氧化鈦的氧化銦錫、氧化銦錫(此後稱為ITO)、氧化銦鋅、或添加氧化矽之氧化銦錫等透光導電材料，以形成像素電極層4030及對置電極層4031。

此外，含有導電高分子(也稱為導電聚合物)的導電成分可以用於像素電極層4030及對置電極層4031。由導電成分形成的像素電極較佳地具有小於或等於1x10⁴歐姆/平方的薄片電阻以及在波長550nm時大於或等於70%的透射率。此外，包含於導電成分中的導電高分子較佳地小於或等於0.1Ω‧cm。

做為導電高分子，可以使用所謂的π電子共軛導電高分子。做為其實施例，可為聚苯胺或其衍生物、聚吡咯或其衍生物、聚噻吩或其衍生物、它們之中的二或更多種的共聚物、等等。

此外，不同的訊號及電位從FPC 4018被供應給分別形成的訊號線驅動電路4003、掃描線驅動電路4004、及像素部4002。

在本實施例中，使用與包含於液晶元件4013中的像素電極層4030相同的導電膜，以形成連接端子電極4015，並且，以與薄膜電晶體4010和4011的源極和汲極電極層相同的導電膜來形成端子電極4016。

連接端子電極4015經由各向異性導電膜4019而電連接至包含於FPC 4018中的端子。

注意，圖22A1至22B顯示訊號線驅動電路4003分別地形成及安裝於第一基板4001上的實施例；但是，本實施例不限於此結構。可以分開地形成掃描線驅動電路，然後安裝，或是，僅有部分訊號線驅動電路或部分掃描線驅動電路分別地形成，然後安裝。

圖23顯示TFT基板2600被使用於相當於半導體裝置的液晶顯示模組之實施例。

圖23顯示液晶顯示模組的實施例，其中，TFT基板2600與對置基板2601藉由密封劑262而彼此固定，包含TFT等的像素部2603、包含液晶層的顯示元件2604、著色層2605、及極化板係設於基板之間，以形成顯示區。著色層2605是實施彩色顯示時所需的。在RGB系統的情況中，對個別像素，設置對應於紅、綠、藍的個別著色層。極化板2606和2607及散光板2613係設於TFT基板2600及對置基板2601之外。光源包含冷陰極管2610及反射板2611，並且，電路板2612經由可撓線路板2609而被連接至TFT基板2600的佈線電路部2608，而且，包含例如控制電路或電源電路等外部電路。極化板及液晶層相堆疊，以延遲板插置於其間。

對於液晶顯示模組，可以使用TN(扭轉向列)模式、IPS(平面中切換)模式、FFS(邊緣電場切換)模式、MVA(多象限垂直對齊)模式、PVA(圖案化垂直對齊)模式、ASM(軸向對稱對齊)模式、PVA(圖案化垂直對齊模式)、ASM(軸向對稱對齊微胞)模式、OCB(光學補償雙折射)模式、FLC(鐵電液晶)模式、AFLC(抗鐵電液晶)模式、等等。

經由上述製程，可以製造作為半導體裝置之高度可靠的液晶顯示裝置。

本實施例可以與任何其它實施例適當地結合實施。

[實施例6]

在本實施例中，說明作為半導體裝置的電子紙。

圖13顯示作為半導體裝置的實施例之主動矩陣電子紙。以類似於實施例1至3中任何實施例所述的薄膜電晶體之方式，製造用於半導體裝置的薄膜電晶體581。本實施例中所述的半導體裝置為實施例1中所述的半導體裝置。

圖13中的電子紙是使用對扭轉球顯示系統之顯示裝置的實施例。對扭轉球顯示系統係指一方法，其中，顏色為黑白的球形粒子係配置於第一電極層與第二電極層之間，第一電極層與第二電極層是用以顯示元件的電極層，並且，在第一電極層與第二電極層之間產生電位差，以控制球形粒子的配向，以便實施顯示。

圖13顯示障壁層由雙層結構形成的實施例。形成於基板580上的薄膜電晶體581具有底部閘極結構的薄膜電晶體，源極電極層或汲極電極層經由形成於障壁膜583、障壁膜584、和絕緣層585中的接觸孔，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，設置均具有黑色區590及白色區590b的球形粒子589，黑色區590a和白色區590b由液體填充的穴594圍繞。圍繞球形粒子589的空間由例如樹脂等填充物595來予以填充(請參見圖13)。在圖13中，第一電極層587對應於像素電極，第二電極層588對應於共同電極。第二電極層588電連接至設於與薄膜電晶體581相同的基板上之共同電位線。提供給基板596的第二電極層588及共同電位電極使用上述實施例中所述的共同連接部而電連接，而以配置在基板對之間的導電粒子插置於其間。

此外，取代對扭轉球，也可以使用電泳元件。在此情況中，使用具有約10μm至200μm的直徑之微囊，透明液體、正電荷的白微粒子、及負電荷的黑微粒子係封裝於微囊中。在設於第一電極層與第二電極層之間的微囊中，當由第一電極層及第二電極層施加電場時，白色微粒與黑色微粒彼此移至相反側，以便可以顯示白色及黑色。使用此原理的顯示元件是電泳顯示元件，一般稱為電子紙。電泳顯示元件具有比液晶顯示元件還高的反射率，因而不需要輔助光、功率消耗低且即使是微暗的地方仍可辨識顯示部。此外，即使當功率未供應給顯示部時，仍然可以保持曾經顯示的影像。因此，即使具有顯示功能的半導體裝置(也簡稱為顯示裝置或設有顯示裝置之半導體裝置)離開電波源，仍然可以儲存顯示的影像。

經由上述製程，可以製造高度可靠的電子紙作為半導體裝置。

本實施例可以與任何其它實施例適當地結合實施。

[實施例7]

在本實施例中，說明作為半導體裝置實施例的發光顯示裝置。此處，說明利用電致發光的發光元件作為顯示裝置中的顯示元件。利用電致發光的發光元件根據發光材料是否為有機化合物或無機化合物而分類。一般而言，前者稱為有機EL元件，後者稱為無機EL元件。

在有機EL元件中，藉由施加電壓至發光元件，電子及電洞分別從電極對注入含有發光有機化合物的層，並且，電流流通。載子(電子及電洞)再結合，因此，發光有機化合物受激發。發光有機化合物從激態返回至基態時，發出光。歸因於此機制，此發光元件稱為電流激發發光元件。

無機EL元件根據它們的元件結構而分成散佈型無機EL元件及薄膜型無機EL元件。散佈型無機EL元件具有發光層，其中，發光材料的粒子係散佈於結合劑中，並且，其發光機制是利用施子能夠與受子能階之施體一受體型發光。薄膜型無機EL元件具有一結構，在此結構中，發光層係插置於電介層之間，電介層又被插置於電極之間，並且，其發光機制是使用金屬離子之內殼電子轉換之局部型發光。注意，此處使用有機EL元件作為發光元件以作說明。

圖20顯示應用數位時間灰階驅動的像素結構實施例作為半導體裝置的實施例。

將說明應用數位時間灰階驅動的像素的結構及操作。在本電施例中，一個像素包含二個n通道電晶體，每一個n通道電晶體均包含氧化物半導體層(以In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜)作為通道形成區。

像素6400包含切換電晶體6401、驅動電晶體6402、發光元件6404、及電容器6403。切換電晶體6401的閘極連接至掃描線6406，切換電晶體6401的第一電極(源極電極與汲極電極之的其中一)係連接至訊號線6405，切換電晶體6401的第二電極(源極電極與汲極電極中的另一電極)係連接至驅動電晶體6402的閘極。驅動電晶體6402的閘極經由電容器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，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的第二電極對應於共同電極6408。共同電極6408電連接至形成於相同基板上的共同電位線。

發光元件6404的第二電極(共同電極6408)係設於低電源電位。注意，相對於設定於電源線6407的高電源電位，低電源電位是滿足低電源電位<高電源電位之電位。做為低電源電位，舉例而言，可以使用接地(GND)、0V、等等。在高電源電位與低電源電位之間的電位差施加至發光元件6404且電流供應給發光元件6404，以使發光元件6404發光。此處，為了使發光元件6404發光，每一個電位被設定成使得高電源電位與低電源電位之間的電位差為順向臨界電壓或更高。

注意，驅動電晶體6402的閘極電容可以作為電容器6403的替代，以便可以省略電容器6403。驅動電晶體6402的閘極電容可以形成於通道區與閘極電極之間。

在電壓輸入電壓驅動法的情況中，視頻訊號輸入至驅動電晶體6402的閘極，以使驅動電晶體6402處於充分開啟及關閉的二個狀態中的任一狀態。亦即，驅動電晶體6402在線性區操作。由於驅動電晶體6402在線性區操作，所以，比電源線6407的電壓還高的電壓施加至驅動電晶體6402的閘極。注意，高於或等於「驅動電晶體6402的電源線+Vth的電壓」之電壓被施加至訊號線6405。

在實施類比灰階驅動以取代數位時間灰階驅動的情況中，藉由改變訊號輸入，可以使用與圖20中所示的像素結構相同的像素結構。

在實施類比灰階驅動的情形中，高於或等於「驅動電晶體6402的發光元件6404的順向電壓+Vth」之電壓被施加至驅動電晶體6402的閘極。「發光元件6404的順向電壓」表示取得所需亮度且至少高於順向臨界電壓的電壓。輸入使驅動電晶體6402在飽合區操作的視頻訊號，以使電流可以供應給發光元件6404。為了使驅動電晶體6407在飽合區操作，電源線6407的電位被設定為高於驅動電晶體6402的閘極電位。當使用類比視頻訊號時，能夠根據視頻訊號，將電流供應給發光元件6404，並且，實施類比灰階驅動。

注意，圖20中所示的像素結構不限於此。舉例而言，開關、電阻器、電容器、電晶體、邏輯電路、等等可以添加入圖20中所示的像素。

接著，參考圖21A至21C，說明發光元件的結構。以n通道驅動TFT為例，說明像素的剖面結構。以類似於實施例1中所述的薄膜電晶體之方式，製造圖21A至21C中所示之用於半導體裝置的驅動TFT 7001、7011、及7021，TFT 7001、7011、及7021是高度可靠的薄膜電晶體，均包含In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜作為半導體層。此外，在圖21A至21C中，障壁膜設有雙層結構。

在圖21A中，使用氧化鋁膜、氮化鋁膜、氮氧化鋁膜、或氧氮化鋁膜，以形成障壁膜7008及7009。此外，也使用氧化鋁膜、氣化鋁膜、氮氧化鋁膜、或氧氮化鋁膜，以形成圖21B中的障壁膜7018及7019和障壁膜7028及7029。

當形成具有抗濕氣及氧的高障壁性的膜以覆蓋氧化物半導體層時，可以防止濕氣及氧混入氧化物半導體層。因此，可以抑制氧化物半導體層的氧化還原反應及氧空位濃度的變化。此外，可以防止例如有機物及金屬之漂浮於大氣或包含於基底材料中的雜質混入氧化物半導體層。因此，可以抑制使用氧化物半導體的半導體裝置的半導體特徵變化。又可以增進氧化物半導體的可靠度。

為了從發光元件取出光，陽極與陰極中至少其中之一需要使光透射。薄膜電晶體及發光元件係形成於基板上。發光元件可以具有頂部發光結構，其中，經由與基板相反的表面，取出發射光；底部發光結構，其中，經由基板側上的表面，取出發射光；或者，雙發射結構，其中，經由與基板相反的表面及基板側的表面，取出發射光。本發明的像素結構可以應用至具有這些發光結構中的任何結構之發光元件。

參考圖21A，說明具有頂部發光結構的發光元件。

圖21A是TFT 7001是n通道TFT及光從發光元件7002發射至陽極7005側之情形中的像素的剖面視圖。在圖21A中，發光元件7002的陰極7003電連接至驅動TFT 7001，並且，發光層7004及陽極7005依此次序堆疊於陰極7003上。可以使用不同材料以形成陰極7003，材料只要具有低的功函數及將光反射即可。舉例而言，較佳地使用Ca、Al、CaF、MgAg、AlLi、等等。可以使用單層或堆疊多個層來形成發光層7004。當使用多層以形成發光層7004時，依下述次序於陰極7003上堆疊電子注入層、電子傳輸層、發光層、電洞傳輸層、及電洞注入層，以形成發光層7004。並非需要形成所有這些層。使用例如包含氧化鎢的氧化銦膜、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(此後被稱為ITO)、氧化銦鋅、或添加氧化矽之氧化銦錫等透光導電材料，形成陽極7005。

發光元件7002對應於發光層7004夾於陰極7003與陽極7005之間的區域。在圖21A中所示的像素的情形中，如箭頭所述，光從發光元件7002發射至陽極7005側。

接著，參考圖21B，說明具有底部發光結構的發光元件。圖21B是在驅動TFT 7011是n通道電晶體、及光從發光元件7012光發射至陰極7013側之情形中的像素的剖面視圖。在圖21B中，發光元件7012的陰極7013形成於透光導電膜7017上，透光導電膜7017電連接至驅動TFT 7011，並且，發光層7014及陽極7015依此次序堆疊於陰極7013上。當陽極7015具有透光特性時，形成用於反射或阻擋光的遮光膜7016以覆蓋陽極7015。如同圖21A的情況般，不同的材料可以用於陰極7013，材料只要是具有低功函數的導電材料即可。陰極7013形成至具有可使光透射的厚度(較佳地，約5nm至30nm)。舉例而言，可以使用20nm厚的鋁膜作為陰極7013。類似於圖21A的情況，使用單層結構或堆疊的多個層，形成發光層7014。如同圖21A的情況般，並未要求陽極7015使光透射，但是，其可由透光導電材料形成。關於遮光膜7016，舉例而言，可以使用使光反射的金屬等等；但是，其不限於金屬膜。舉例而言，也可以使用添加黑色顏料的樹脂等。

發光元件7012對應於發光層7014插置於陰極7013與陽極7015之間的區域。在圖21B中所示的像素的情形中，如箭頭所述，光從發光元件7012發射至陰極7013側。

接著，參考圖21C，說明具有雙發光結構的發光元件。在圖21C中，發光元件7022的陰極7023形成於透光導電膜7027上，透光導電膜7027電連接至驅動TFT 7021，透光層7024及陰極7025依此次序堆疊於陰極7023上。如同圖21A的情況般，使用不同材料，形成陰極7023，材料只要是具有低功函數的導電材料且即可。注意，陰極7023形成至具有可以使光透射的厚度。舉例而言，可以使用20nm厚的Al膜作為陰極7023。如同圖21A中一般，使用單層或堆疊多個層，以形成發光層7024。如圖21A的情況般，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、及陽極7025彼此重疊的區域。在圖21C中所示的像素的情形中，如箭頭所述，光從發光元件7022發射至陽極7025側及陰極7023側。

注意，雖然此處有機EL元件說明成發光元件，但是，可以替代地設置無機EL元件作為發光元件。

在本實施例中，說明一個實例，其中，控制發光元件的驅動之薄膜電晶體(驅動TFT)係電連接至發光元件；但是，可以使用用於電流控制的TFT連接於驅動TFT與發光元件之間的結構。

本實施例中所述的半導體裝置並不限於圖21A至21C中所述的結構，可以根據本發明的精神及技術，以不同方式來予以修改。

接著，參考圖24A及24B，說明半導體裝置的一個實施例之發光顯示面板(也稱為發光面板)的外觀及剖面。圖24A是面板的頂視圖，其中，高度可靠的薄膜電晶體4509和4510及發光元件4511藉由密封劑4505而被密封於第一基板4501與第二基板4506之間，薄膜電晶體4509和4510係形成於實施例1中所述的第一基板4501上且均包含以In-Ga-Zn-O為基的非單晶膜。圖24B是圖24A的H-I剖面視圖。

密封劑4505係設置成圍繞設於第一基板4501上的像素部4502、訊號線驅動電路4503a和4503b、及掃描線驅動電路4504a和4504b。此外，第二基板4506設於像素部4502、訊號線驅動電路4503a和4503b、以及掃描線驅動電路4504a和4504b上。因此，像素部4502、訊號線驅動電路4503a和4503b、以及掃描線驅動電路4504a和4504b與填充物4507一起被第一基板4501、密封劑4505、及第二基板4506所密封。較佳地，面板由具有高氣密性及低除氣之保護膜(例如層疊膜或紫外線可固化樹脂膜)或覆蓋材料封裝(密封)，以使如上所述般面板不會曝露於外部空氣中。

形成於第一基板4501上的像素部4502、訊號線驅動電路4503a和4503b、以及掃描線驅動電路4504a和4504b均包含多個薄膜電晶體，並且，圖24B中顯示包含於像素部4502中的薄膜電晶體4510及包含於訊號線驅動電路4503a中的薄膜電晶體作為實施例。

做為薄膜電晶體4509和4510，可以使用包含以In-Ga-Zn-O為基礎的非單晶膜用作為半導體層之實施例1中所述的高度可靠的薄膜電晶體。在本實施例中，薄膜電晶體4509和4510為n通道薄膜電晶體。

此外，代號4511代表發光元件。第一電極層4517為包含於發光元件4511中的像素電極，其電連接至薄膜電晶體4510的源極電極層和汲極電極層。注意，雖然發光元件4511的結構是第一電極層4517、電致發光層4512、及第二電極層4513的堆疊層結構，但是，本發明不限於本實施例中所述的結構。發光元件4511的結構可以視從發光元件4511取出光的方向等而被適當地改變。

使用有機樹脂膜、無機絕緣膜、或有機聚矽烷，以形成分隔壁4520。特別較佳地，使用感光材料，以形成分隔壁4520，並且，在第一電極層4517上形成開口，以使開口的側壁形成為具有連續曲度的傾斜表面。

使用單層或堆疊的多個層，以形成電致發光層4512。

在第二電極層4513和分隔壁4520上形成保護膜以防止氧、氫、濕氣、二氧化碳等進入發光元件4511中。做為保護膜，可以形成氮化矽膜、氧氮化矽膜、DLC膜、等等。

此外，不同的訊號及電位從FPC 4518a和4518b供應至訊號線驅動電路4503a和4503b、掃描線驅動電路4504a和4504b、以及像素部4502。

在本實施例中，使用與包含於發光元件4511中的第一電極層4517相同的導電膜，以形成連接端子電極4515，並且，使用與包含於薄膜電晶體4509和4510中的源極和汲極電極層相同的導電膜，以形成端子電極4516。

連接端子電極4515經由各向異性導電膜4519而電連接至包含於FPC 4518a中的端子。

位於從發光元件4511取出光的方向上之基板需要具有透光特性。在該情形中，使用例如玻璃板、塑膠板、聚酯膜、或丙烯酸膜等透光材料。

做為填充物4507，除了例如氮或氬等惰性氣體外，還可以使用紫外光可固化性樹脂或熱固性樹脂。舉例而言，可以使用聚氯乙烯(PVC)、丙烯酸、聚醯亞胺、環氧樹脂、矽樹脂、聚乙烯丁醛(PVB)、或乙烯乙酸乙烯酯(EVA)。在本實施例中，以氮用於填充物4507。

此外，假使需要時，可以在發光元件的發光表面上適當地設置例如極化板、圓形極化板(包含橢圓形極化板)、延遲板(四分之一波板、或半波板)、或濾色器等光學膜。此外，極化板或圓形極化板可以設有抗反射膜。舉例而言，可以實施防眩光處理，藉以使反射光由表面的凹部/凸部散射以降低眩光。

設置訊號線驅動電路4503a及4503b以及掃描線驅動電路4504a和4504b作為在分別製備的基板上使用單晶半導體膜或多晶半導體膜而形成的驅動電路。此外，僅有訊號線驅動電路或僅有其一部分、或是掃描線驅動電路或其一部分，可以分別地形成及安裝。本實施例不限於圖24A及24B中所示的結構。

經由上述製程，製造高度可靠的發光顯示裝置(顯示面板)作為半導體裝置。

本實施例可以與任何其它實施例適當地結合實施。

(實施例8)

根據本發明的半導體裝置可以應用於電子紙。電子紙由於可以顯示資料，所以可以用於不同領域的電子裝置。舉例而言，根據本發明的電子紙可以應用於電子書(e-書)讀取器、海報、例如火車等車輛中的廣告、例如信用卡等不同卡片的顯示、等等。這些電子裝置的實例係顯示於圖25A和25B及圖26中。

圖25A顯示使用電子紙形成的海報2631。在廣告媒體是印刷紙的情況，則以人力更換廣告；但是，藉由使用電子紙，廣告顯示可以在短時間內改變。此外，可以穩定地顯示影像，而不會失真。注意，海報可以配置成無線地發送及接收資料。

圖25B顯示例如火車等車輛中的廣告2632。在廣告媒體是印刷紙時，以人工更換廣告；但是，藉由使用電子紙，可以在短時間內改變廣告顯示，而不用很多人力。此外，可以穩定地顯示影像，而不會失真。注意，車輛中的廣告可以配置成無線地發送及接收資料。

圖26顯示電子書讀取器2700的實施例。舉例而言，電子書讀取器2700包含機殼2701和2703等二機殼。機殼2701和2703藉由鉸鏈2711而彼此接合，以使電子書讀取器2700可以沿著作為軸的鉸鏈2711而打開及閉合。藉由此結構，可以如同紙書般操作電子書讀取器2700。

顯示部2705及顯示部2707分別併入於機殼2701及機殼2703中。顯示部2705和顯示部2707可以被配置成顯示一個影像、或不同的影像。在顯示不同的影像之顯示部2705及顯示部2707的結構中，舉例而言，在右方顯示部上(圖26中的顯示部2705)可以顯示文字，在左方顯示部上(圖26中的顯示部2707)可以顯示圖像。

圖26顯示一實例，其中，機殼2701係設有操作部等等。舉例而言，機殼2701係設有電源開關2721、操作鍵2723、揚音器2725、等等。以操作鍵2723可以翻頁。注意，鍵盤、指向裝置、等等可以被設於機殼的表面上，在機殼的表面上設有顯示部。此外，在機殼的背面或側面上，設置外部連接端子(耳機端子、USB端子、例如AC轉接器或USB電線等可以連接至不同纜線的端子)、記錄媒體插入部、等等。此外，電子書2700可以具有電子字典的功能。

電子書2700可以被配置成無線地發送及接收資料。使用此結構，可以從電子書伺服器無線地購買及下載所需的書資料等等。

[實施例9]

根據本發明的半導體裝置可以應用至不同的電子裝置(包含遊戲機)。電子裝置的實施例包含電視機(也稱為電視或電視接收器)、電腦等的監視器、例如數位相機或數位攝影機等像機、數位相框、蜂巢式電話(也稱為移動式電話或行電話裝置)、可攜式遊戲機、可攜式資訊端、音頻再生裝置、例如柏青哥遊戲機等大型遊戲機、等等。

圖27A顯示電視機9600的實例。在電視機9600中，顯示部9603併入於機殼9601中。顯示部9603可以顯示影像。再者，此處，機殼9601由架子9605來予以支撐。

電視機9600可以由機殼9601的操作開關或分開的遙控器9610來予以操作。以遙控器9610的操作開關9609，可以控制頻道及聲音，以便可以控制顯示於顯示部9603上的影像。此外，遙控器9610可以設有顯示部9607，用以顯示自遙控器9610輸出的資料。

注意，電視機9600係設有接收器、數據機、等等。藉由接收器，可以接收一般電視廣播。此外，當電視機9600經由數據機有線地或無線地連接至通訊網路時，可以實施單向(從發送器至接收器)或雙向(在發送器與接收器之間或在接收器之間)資訊通訊。

圖27B顯示數位相框9700的實例。舉例而言，在數位相框97中，顯示部9703係併入於機殼9701中。顯示部9703可以顯示不同的影像，舉例而言，顯示部9703可以顯示由數位相機等拍攝的影像資料以及作為一般相框。

注意，數位相框9700係設有操作部、外部連接端子(例如USB端子、或可以連接至例USB纜線等不同纜線的端子)、記錄媒體插入部、等等。雖然這些元件可以設於設有顯示部的平面上，但是，較佳地，為了數位相框9700的設計，將它們設於側表面或背面上。舉例而言，儲存數位相機拍攝的影像資料之記憶體插入於數位相框的記錄媒體插入部中，因此，可以傳送影像資料，然後，顯示於顯示部9703上。

數位相框9700可以被配置成無線地發送及接收資料。採用此結構，所需的無線資料可以無線地傳輸而顯示。

圖28A是可攜式遊戲機，及包含機殼9881和機殼9891等二機殼，機殼9881和機殼9891藉由接合部9893而連接，以便能夠開啟或彎折可以攜式遊戲機。顯示部9882併入於機殼9881中，顯示部9883併入於機殼9891中。此外，圖28A中所示的可攜式遊戲機設有揚音器部9884、記錄媒體插入部9886、LED燈9890、輸入機構(操作鍵9885、連接端子9887、感測器9888(包含測量力量、位移、位置、速度、加速度、角速度、轉數、距離、光、液體、磁、溫度、化學物質、聲音、時間、硬度、電場、電流、電壓、電力、輻射線、流速、濕度、梯度、振動、氣味、或紅外線的功能)、及麥克風9889)、等等。無需多言，可攜式遊戲機的結構不限於上述。可攜式遊戲機可以具有適當地設有增加的輔助設備之結構，只要至少設有半導體裝置即可。圖28A中所示的可攜式遊戲機具有讀出儲存於儲存媒體中的程式或資料以將其顯示於顯示部上之功能以及具有藉由無線通訊而與其它遊戲機共用資訊之功能。注意，圖28A中所示的可攜式遊戲機的功能不限於上述功能，可攜式遊戲機可以具有不同的功能。

圖28B顯示大型遊戲機之吃角子老虎機9900的實施例。在吃角子老虎機9900中，顯示部9903併入於機殼9901中。此外，吃角子老虎機9900設有例如啟動桿及停止開關、投幣槽、揚音器、等操作機構。無需多言，吃角子老虎機9900的結構不限於上述結構。吃角子老虎機可以具有一結構，其中，適當地設置增加的輔助設備，只要至少設置根據本發明的半導體裝置之增加的輔助設備。

圖29A顯示移動式電話機1000。移動式電話機1000係設有併入於機殼1001中的顯示部1002、操作鍵1003、外部連接埠1004、揚音器1005、麥克風1006、等等。

當以手指等觸控圖29A中所示的移動式電話機1000的顯示部1002時，資料可以被輸入至移動式電話機1000。此外，以手指等觸控顯示部1002，可以實施例播打電話或傳送文字等操作。

顯示部1002主要有三個螢幕模式。第一模式是主要用於顯示影像的顯示模式。第二模式是主要用於輸入例如文字等輸入模式。第三模式是二模式的結合之顯示及輸入模式，亦即，顯示模式與輸入模式的結合。

舉例而言，在播打電話或傳送文字的情況中，選取主要用於輸入文字的文字輸入模式以用於顯示部1002，以便可以輸入顯示在螢幕上的文字。在該情況中，較佳的是在顯示部1002的幾乎整個螢幕上顯示鍵盤或數字鍵。

當包含例如陀螺儀等用以偵測傾斜的感測器或加速度感測器之偵測裝置設置於移動式電話機1000的內部時，藉由判斷移動式電話機1000的方向(移動式電話機1000水平或垂直地置放以用於風景模式或人像模式)，可以自動地改變顯示部1002的螢幕上的顯示。

藉由觸控顯示部1002或使用機殼1001的操作鍵1003，改變螢幕模式。或者，可以視顯示部1002上顯示的影像種類，改變螢幕模式。舉例而言，當顯示於顯示部上的影像之訊號為移動影像資料其中之一時，螢幕模式切換至顯示模式。當訊號為文字資料時，螢幕模式切換至輸入模式。

此外，在輸入模式中，當一段時間並未實施藉由觸控顯示部1002之輸入而偵測到由顯示部1002中的光學感測器偵測到訊號時，螢幕模式受控而從輸入模式切換至顯示模式。

顯示部1002可以作為影像感測器。舉例而言，以手掌或手指觸摸顯示部1002，取得掌紋、指紋等影像，因而實施個人認證。此外，藉由在顯示部中設置發射近紅外光的背照光或感測光源時，可以拍攝指紋、掌紋、等等的影像。

圖29B也顯示移動式電話機的實例。圖29B中的移動式電話機包含顯示裝置9410及通訊裝置9400。顯示裝置9410包含機殼9411，機殼9411包含顯示部9412及操作按鈕9413。通訊裝置9400包含機殼9401，機殼9401包含操作按鈕9402、外部輸入端子9403、麥克風9404、揚音器9405、及當接收電話呼叫時發光之發光部9406。具有顯示功能的顯示裝置9410可以在箭頭所示的二方向上，可從通訊裝置9400拆卸。因此，顯示裝置9410及具有電話功能的通訊裝置9400可以沿著它們的次軸或主軸而彼此附著。當僅需要顯示功能時，可以獨立地使用顯示裝置9410，而通訊裝置9400與顯示裝置9410分開。通訊裝置9400與顯示裝置9410均可以藉由無線通訊或有線通訊而發送及接收影像或輸入資訊，並且，均具有可充電電池。

本申請案根據2008年11月7日向日本專利局申請之日本專利申請序號2008-286278，其整體內容於此一併列入參考。

100．．．基板

101．．．閘極電極層

102．．．閘極絕緣膜

103．．．氧化物半導體膜

104．．．氧化物半導體膜

106．．．光阻掩罩

107．．．氧化物半導體層

108．．．氧化物半導體層

109a．．．光阻掩罩

109b．．．光阻掩罩

110a．．．導電層

110b．．．導電層

111a．．．氧化物半導體層

111b．．．氧化物半導體層

112．．．凹部

113．．．障壁膜

114．．．透明導電層

114a．．．透明導電層

114b．．．透明導電層

114c．．．透明導電層

120．．．電容器佈線

121．．．第一端子

122．．．接觸孔

123．．．導電膜

124．．．第二端子

125．．．連接電極

126．．．接觸孔

126a．．．接觸孔

126b．．．接觸孔

126c．．．接觸孔

127．．．電極

130．．．絕緣膜

150．．．薄膜電晶體

200．．．基板

201．．．閘極電極層

202．．．閘極絕緣膜

203．．．氧化物半導體膜

207．．．氧化物半導體層

210a．．．導電層

210b．．．導電層

211a．．．氧化物半導體層

211b．．．氧化物半導體層

213．．．障壁膜

214．．．透明導電層

230．．．絕緣膜

250．．．薄膜電晶體

300．．．基板

301．．．閘極電極層

302．．．閘極絕緣膜

303．．．第一氧化物半導體膜

307．．．氧化物半導體層

308．．．氧化物半導體層

310a．．．導電層

310b．．．導電層

311a．．．氧化物半導體層

311b．．．氧化物半導體層

313．．．障壁膜

314．．．透明導電層

315．．．通道保護層

323．．．導電層

330．．．絕緣膜

350．．．薄膜電晶體

580．．．基板

581．．．薄膜電晶體

583．．．障壁膜

584．．．障壁膜

585．．．絕緣層

587．．．第一電極層

588．．．第二電極層

589．．．球形粒子

590a．．．黑色區

590b．．．白色區

594．．．穴

595．．．填充物

596．．．基板

1000．．．移動式電話機

1001．．．機殼

1002．．．顯示部

1003．．．操作鍵

1004．．．外部連接埠

1005．．．揚音器

1006．．．麥克風

2600．．．TFT基板

2601．．．對置基板

2602．．．密封劑

2603．．．像素部

2604．．．顯示元件

2605．．．色層

2606．．．極化板

2607．．．極化板

2608．．．佈線電路部

2609．．．可撓佈線板

2610．．．冷陰極管

2611．．．反射板

2612．．．電路基板

2613．．．散射板

2631．．．海報

2632．．．車輛中廣告

2700．．．電子書讀取器

2701．．．機殼

2703．．．機殼

2705．．．顯示部

2707．．．顯示部

2711．．．軸部

2721．．．電源開關

2723．．．操作鍵

2725．．．揚音器

4001．．．第一基板

4002．．．像素部

4003．．．訊號線驅動電路

4004．．．掃描線驅動電路

4005．．．密封劑

4006．．．第二基板

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．．．可撓印刷電路

4019．．．各向異性導電膜

4020．．．障壁膜

4021．．．絕緣層

4030．．．像素電極層

4031．．．對置電極層

4032．．．絕緣層

4033．．．絕緣膜

4035．．．柱狀間隔器

4501．．．第一基板

4502．．．像素部

4503a．．．訊號線驅動電路

4503b．．．訊號線驅動電路

4504a．．．掃描線驅動電路

4504b．．．掃描線驅動電路

4505．．．密封劑

4506．．．第二基板

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．．．分隔壁

5300．．．基板

5301．．．像素部

5302．．．掃描線驅動電路

5303．．．訊號線驅動電路

5400．．．基板

5401．．．像素部

5402．．．第一掃描線驅動電路

5403．．．訊號線驅動電路

5404．．．第二掃描線驅動電路

5501．．．第一佈線

5502．．．第二佈線

5503．．．第三佈線

5504．．．第四佈線

5505．．．第五佈線

5506．．．第六佈線

5543．．．節點

5544．．．節點

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_1至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．．．第一佈線

5612．．．第二佈線

5613．．．第三佈線

5621_1至5622_M．．．佈線

5701．．．正反器

5703a．．．時序

5703b．．．時序

5703c．．．時序

5711．．．第一佈線

5712．．．第二佈線

5713．．．第三佈線

5714．．．第四佈線

5715．．．第五佈線

5716．．．第六佈線

5717_1至5717_n．．．第七佈線

5721_j．．．訊號

5803a．．．時序

5803b．．．時序

5803c．．．時序

5821_j．．．訊號

6400．．．像素

6401．．．切換電晶體

6402．．．驅動電晶體

6403．．．電容器元件

6404．．．發光元件

6405．．．訊號線

6406．．．掃描線

6407．．．電源線

6408．．．共同電極

7001．．．驅動TFT

7002．．．發光元件

7003．．．陰極

7004．．．發光層

7005．．．陽極

7008．．．障壁膜

7011．．．驅動TFT

7012．．．發光元件

7013．．．陰極

7014．．．發光層

7015．．．陽極

7016．．．遮光膜

7017．．．導電膜

7018．．．障壁膜

7019．．．障壁膜

7021．．．驅動TFT

7022．．．發光元件

7023．．．陰極

7024．．．發光層

7025．．．陽極

7027．．．導電膜

7028．．．障壁膜

9400．．．通訊裝置

9401．．．機殼

9402．．．操作按鈕

9403．．．外部輸入端子

9404．．．麥克風

9405．．．揚音器

9406．．．發光部

9410．．．顯示裝置

9411．．．機殼

9412．．．顯示部

9413．．．操作按鈕

9600．．．電視機

9601．．．機殼

9603．．．顯示部

9605．．．架子

9607．．．顯示部

9609．．．操作鍵

9610．．．遙控器

9700．．．數位相框

9701．．．機殼

9703．．．顯示部

9881．．．機殼

9882．．．顯示部

9883．．．顯示部

9884．．．揚音器部

9885．．．操作鍵

9886．．．記憶媒體插入部

9887．．．連接端子

9888．．．感測器

9889．．．麥克風

9890．．．LED燈

9891．．．機殼

9893．．．連接器

9900．．．吃角子老虎機

9901．．．機殼

9903．．．顯示部

圖1A是根據實施例1的半導體裝置的平面視圖，圖1B是圖1A的A1-A2剖面視圖；

圖2A至2E顯示根據實施例1之半導體裝置的製造方法；

圖3A至3C顯示根據實施例1之半導體裝置的製造方法；

圖4A至4C顯示根據實施例1之半導體裝置的製造方法；

圖5A1及5A2以及圖5B1及5B2顯示根據實施例1的半導體裝置；

圖6顯示根據實施例1之半導體裝置；

圖7A是根據實施例2的半導體裝置的平面視圖，圖7B是圖7A的A1-A2剖面視圖；

圖8A至8C顯示根據實施例2之半導體裝置的製造方法；

圖9A及9B顯示根據實施例2之半導體裝置的製造方法；

圖10A至10C顯示根據實施例2之半導體裝置的製造方法；

圖11A是根據實施例3的半導體裝置的平面視圖，圖11B是圖11A的A1-A2剖面視圖；

圖12A至12D顯示根據實施例3之半導體裝置的製造方法；

圖13顯示根據實施例6之半導體裝置的製造方法；

圖14A及14B是方塊圖，均顯示半導體裝置；

圖15顯示訊號線驅動電路的結構；

圖16是時序圖，顯示訊號線驅動電路的操作；

圖17是時序圖，顯示訊號線驅動電路的操作；

圖18顯示移位暫存器的結構；

圖19顯示圖18中所示的正反器的連接結構。

圖20顯示根據實施例7中的半導體裝置中的像素的等效電路；

圖21A至21C均顯示根據實施例7的半導體裝置；

圖22A1和22A2以及圖22B顯示根據實施例5的半導體裝置；

圖23顯示根據實施例5的半導體裝置；

圖24A及24B顯示根據實施例7的半導體裝置；

圖25A和25B均顯示電子紙的使用圖案之實施例；

圖26是電子書讀取器的實施例之外觀視圖；

圖27A是顯示電視裝置的外部視圖，圖27B是數位相框的實施例之外部視圖；

圖28A及28B均顯示遊戲機的實施例；及

圖29A及29B均顯示移動式電話的實施例。

200．．．基板

201．．．閘極電極層

202．．．閘極絕緣膜

207．．．氧化物半導體層

210a．．．導電層

210b．．．導電層

211a．．．氧化物半導體層

211b．．．氧化物半導體層

213．．．障壁膜

214．．．透明導電層

250．．．薄膜電晶體

Claims (11)

1. 一種半導體裝置，包括：基板；在該基板之上的基底膜；在該基底膜之上的閘極電極層；在該閘極電極層之上的閘極絕緣膜；在該閘極絕緣膜之上的源極電極和汲極電極；在該源極電極和該汲極電極之上的第一氧化物半導體層；在該源極電極與該第一氧化物半導體層之間的源極區，及在該汲極電極與該第一氧化物半導體層之間的汲極區；以及與該第一氧化物半導體層相接觸的障壁膜，其中，該第一氧化物半導體層中之鈉的濃度係小於或等於5 x 10¹⁹cm^-3。
2. 一種半導體裝置，包括：基板；在該基板之上的基底膜；在該基底膜之上的閘極電極層；在該閘極電極層之上的閘極絕緣膜；在該閘極電極層之上且具有該閘極絕緣膜插置於其間的第一氧化物半導體層；源極區和汲極區，係彼此分開地設於該第一氧化物半導體層之上； 在該源極區之上且與該源極區相接觸之源極電極，及在該汲極區之上且與該汲極區相接觸之汲極電極；以及與部分之該第一氧化物半導體層相接觸的障壁膜，其中，該第一氧化物半導體層中之鈉的濃度係小於或等於5 x 10¹⁹cm^-3。
3. 一種半導體裝置，包括：基板；在該基板之上的基底膜；在該基底膜之上的閘極電極層；在該閘極電極層之上的閘極絕緣膜；在該閘極絕緣膜之上的第一氧化物半導體層；通道保護層，係設於與該第一氧化物半導體層的通道形成區重疊的區域中；在該第一氧化物半導體層之上的源極電極和汲極電極；在該源極電極與該第一氧化物半導體層之間的源極區，及在該汲極電極與該第一氧化物半導體層之間的汲極區；以及與部分之該通道保護層相接觸的障壁膜，其中，該第一氧化物半導體層中之鈉的濃度係小於或等於5 x 10¹⁹cm^-3。
4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之半導體裝置，其中，該障壁膜包含氧化鋁膜、氮化鋁膜、氮氧化鋁膜、及氧氮化鋁膜的其中之一或更多。
5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之半導體裝置，其中，該障壁膜的厚度係大於或等於1nm且小於或等於200nm。
6. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之半導體裝置，其中，該閘極絕緣膜包含氧化鋁膜、氮化鋁膜、氮氧化鋁膜、及氧氮化鋁膜的其中之一或更多。
7. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之半導體裝置，其中，該第一氧化物半導體層包含銦、鎵、及鋅。
8. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之半導體裝置，其中，該源極區和該汲極區係由具有導電率高於該第一氧化物半導體層之導電率的第二氧化物半導體層所形成。
9. 如申請專利範圍第8項之半導體裝置，其中，該第二氧化物半導體層包含銦、鎵、及鋅。
10. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之半導體裝置，其中，該第一氧化物半導體層包含晶粒。
11. 如申請專利範圍第10項之半導體裝置，其中，該晶粒之直徑係大於或等於1nm且小於或等於10nm。