TWI527219B - 半導體裝置及半導體裝置的製造方法 - Google Patents

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Description

半導體裝置及半導體裝置的製造方法
本發明係相關於包括使用薄膜電晶體(下面稱作TFT)所形成的電路之半導體裝置及其製造方法。例如，本發明係相關於以液晶顯示面板為代表之電光裝置，或者具有包括有機發光元件作為組件的發光顯示裝置之電子裝置。
在此說明書中，半導體裝置通常意指可藉由利用半導體特性來運作之裝置，及電光裝置、半導體電路、和電子設備都是半導體裝置。
近年來，藉由使用形成在具有絕緣表面之基板上的半導體薄膜(具有厚度約幾奈米至幾百奈米)來形成薄膜電晶體(TFT)之技術已引起關注。薄膜電晶體被應用到範圍廣泛的電子裝置，諸如IC或電光裝置等，尤其是正熱烈推動薄膜電晶體快速發展作為影像顯示裝置中的切換元件。
此外，具有被用於範圍廣泛的應用之各種金屬氧化物。氧化銦是眾所皆知的材料，及被使用作為液晶顯示等所需之透光電極材料。一些金屬氧化物具有半導體特性。具有半導體特性之此種金屬氧化物的例子包括氧化鎢、氧化錫、氧化銦、氧化鋅等。已知有使用具有半導體特性的此種金屬氧化物來形成通道形成區之薄膜電晶體(例如，見專利文件1及2)。
[參考文件]
[專利文件1]日本公開專利申請案號2007-123861
[專利文件2]日本公開專利申請案號2007-096055
本發明的實施例之目的係用以降低氧化物半導體層與在包括氧化物半導體層的薄膜電晶體中電連接到氧化物半導體層的源極和汲極電極層之間的接觸電阻。
此外，目的係用以擴大在包括氧化物半導體層的薄膜電晶體中的源極和汲極電極層之材料的選擇。
此說明書所揭示之本發明的實施例為半導體裝置，其中設置在具有絕緣表面之基板上的源極和汲極電極層具有兩或多層之堆疊結構。在此堆疊的層中，與氧化物半導體層接觸之層為薄的銦層或薄的銦合金層。藉由使用銦層或銦合金層作為與氧化物半導體層接觸之層，可擴大源極和汲極電極層之材料的選擇。例如，可使用高耐熱性金屬材料，及可提高欲待執行的處理之溫度的上限。
尤其是，藉由使用銦層或銦合金層作為與氧化物半導體層接觸之層，在含氧化銦的氧化物半導體材料被使用作為氧化物半導體層的材料之例子中可形成最佳接觸狀態。例如，可降低接觸電阻。在氧化物半導體層和源極電極層之間的介面以及在氧化物半導體層和汲極電極層之間的介面中特意設置只含有銦之區域或含有大量銦之區域是重要的。
此外，可使用鋅來取代銦。本發明的另一實施例為半導體裝置，其中氧化物半導體層、源極電極層、和汲極電極層係設置在具有絕緣表面之基板上，及源極電極層和汲極電極層具有堆疊結構。在此堆疊中，與氧化物半導體層接觸之層為鋅層或鋅合金層。此外，藉由鋅層或鋅合金層作為與氧化物半導體層接觸之層，在含氧化鋅的氧化物半導體材料被使用作為氧化物半導體層的材料之例子中可形成最佳接觸狀態。例如，可降低接觸電阻。
另外，可使用銦和鋅的合金或鎵合金(氮化鎵等)來取代銦。在氧化物半導體層和源極電極層之間的介面以及在氧化物半導體層和汲極電極層之間的介面中特意設置含有這些合金之區域或含有大量這些合金之區域是重要的。藉由設置這些合金的區域或含有大量這些合金的任一個之區域，可形成與氧化物半導體層接觸之最佳狀態。例如，可降低接觸電阻。
源極和汲極電極層中之第二層或第二層和隨後層的任一個係使用選自Al(鋁)、Cr(鉻)、Cu(銅)、Ta(鉭)、Ti(鈦)、Mo(鉬)、及W(鎢)的元素，含有這些元素的任一個作為成分之合金，或含有這些元素組合的任一個之合金等等所形成。另一選擇是，源極電極層和汲極電極層係可使用透光導電材料來形成，諸如含氧化鎢之氧化銦、含氧化鎢之氧化銦鋅、含氧化鈦之氧化銦、含氧化鈦之氧化銦錫、氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅、或添加氧化矽之氧化銦錫等。在薄膜電晶體被用於顯示面板之例子中，可提高孔徑比。
藉由上述結構，可達成上述目的的至少其中之一。
較佳的是，在上述結構的每一個中，常見金屬元素的至少一種包括在用於氧化物半導體層的一或複數個材料中，以及在源極和汲極電極層的堆疊中之與氧化物半導體層接觸之層的材料中。例如，當將銦用於在源極和汲極電極層的堆疊中之與氧化物半導體層接觸之層的材料，將In-Ga-Zn-O基、In-Sn-Zn-O基、In-Al-Zn-O基、In-Zn-O基、In-Sn-O基、或In-O基的氧化物半導體材料用於氧化物半導體層的材料較佳。
另外，在將鋅用於在源極和汲極電極層的堆疊中之與氧化物半導體層接觸之層的材料之例子中，可使用In-Ga-Zn-O基、In-Sn-Zn-O基、In-Al-Zn-O基、Sn-Ga-Zn-O基、Al-Ga-Zn-O基、Sn-Al-Zn-O基、In-Zn-O基、Sn-Zn-O基、Al-Zn-O基、或Zn-O基的氧化物半導體材料。
用以實現上述結構之本發明的一實施例為用以製造半導體裝置之方法，其中將閘極電極層形成在具有絕緣表面的基板上；將閘極絕緣層形成在閘極電極層上；將氧化物半導體層形成在閘極絕緣層上；將銦層或銦合金層和金屬導電層的堆疊形成在氧化物半導體層上；以及選擇性蝕刻銦層或銦合金層和金屬導電層的堆疊，使得具有銦層或銦合金層和金屬導電層的堆疊結構之源極和汲極電極層被形成。
底閘極薄膜電晶體係可根據上述製造方法來製造。
另外，可使用鋅來取代銦。相關於本發明的製造方法之另一實施例為用以製造半導體裝置之方法，其中將閘極電極層形成在具有絕緣表面的基板上；將閘極絕緣層形成在閘極電極層上；將氧化物半導體層形成在閘極絕緣層上；將鋅層或鋅合金層和金屬導電層的堆疊形成在氧化物半導體層上；以及選擇性蝕刻鋅層或鋅合金層和金屬導電層的堆疊，使得具有鋅層或鋅合金層和金屬導電層的堆疊結構之源極和汲極電極層被形成。
此外，在製造反向共面(亦稱作底接觸)薄膜電晶體之例子中，將閘極電極層形成在具有絕緣表面的基板上；將閘極絕緣層形成在閘極電極層上；將金屬導電層和銦層或銦合金層的堆疊形成在閘極絕緣層上；選擇性蝕刻金屬導電層和銦層或銦合金層，使得具有金屬導電層和銦層或銦合金層的堆疊結構之源極和汲極電極層被形成；以及將氧化物半導體層形成在源極和汲極電極層上。
在製造方法的每一個之結構中，藉由濺鍍法或蒸發法來形成銦層或銦合金層。此外，在沉積銦層或銦合金層之後，在未暴露至空氣之下，將金屬導電層形成在銦層或銦合金層上較佳。
在製造方法的每一個之結構中，鋅層、鋅合金層、銦和鋅的合金之層、或鎵合金(氮化鎵等)層係藉由濺鍍法、蒸發法、或MOCVD法來形成。另外，在沉積鋅層、鋅合金層、銦和鋅的合金之層、或鎵合金(氮化鎵等)層之後，在未暴露至空氣之下，將金屬導電層形成在其上較佳，以防止氧化和電阻的增加。
此外，難以使用銦來製造濺鍍靶材。因此，在沉積諸如銦等難以製造濺鍍靶材之金屬或合金的例子中，一球團的銦被置放在諸如鉬靶材或鎢靶材等另一金屬靶材上，並且藉由濺鍍法執行連續沉積。在此例中，可在未暴露至空氣之下，在一濺鍍設備中執行沉積。雖然依據濺鍍條件，但是在一些例子中形成銦和鎢的合金層。此外，在複數個銦球團排列在金屬靶材上之例子中可執行濺鍍。球團具有直徑5 mm至50 mm及高度2 mm至30 mm的圓柱形。需注意的是，並未特別限制球團的形狀。球團可以是立方塊、矩形立方體、橢圓圓柱體等。
此說明書中之“連續沉積”一詞意指在一連串利用濺鍍法(蒸發法等)之第一沉積步驟到利用濺鍍法(蒸發法等)之第二沉積步驟期間，配置欲待處理的基板之大氣未受到諸如空氣等污染大氣的污染，及經常被控制成真空或鈍氣大氣(氮大氣或稀有氣體大氣)。藉由連續沉積，可對已弄乾淨並且未再附著濕氣等之基板實施沉積。
在同一室中執行從第一沉積步驟到第二沉積步驟之處理是在此說明書中之連續沉積的範圍內。
此外，下面亦在此說明書中之連續沉積的範圍內：在複數個室中執行從第一沉積步驟到第二沉積步驟之處理的例子中，在未暴露至空氣之下，在第一沉積步驟之後將基板轉移到另一室，及接受第二沉積。
需注意的是，在第一沉積步驟和第二沉積步驟之間，可提供基板轉移步驟、對準步驟、慢速冷卻步驟、加熱或冷卻基板到第二沉積步驟所需的溫度之步驟等。此種處理亦在此說明書中之連續沉積的範圍內。
然而，在第一沉積步驟和第二沉積步驟之間具有諸如清潔步驟、濕蝕刻、或抗蝕形成等使用液體的步驟並不在此說明書中之連續沉積的範圍中。
在包括氧化物半導體層的薄膜電晶體中，可擴大源極和汲極電極層之材料的選擇，使得可獲得具有絕佳特性和高度可靠性之薄膜電晶體。
下面，將參考附圖詳細說明本發明的實施例。然而，本發明並不侷限於下面的說明，精於本技藝之人士應容易明白，只要不違背本發明的精神和範疇，可以各種方式修改此處所揭示之模式和細節。因此，本發明並不被闡釋作侷限於實施例的說明。
[實施例1]
在此實施例中，將參考圖解薄膜電晶體的製造步驟之橫剖面圖的圖1A至1D說明製造圖1D所示之薄膜電晶體150的方法之一模式。薄膜電晶體150具有底閘極結構的其中之一。
使用玻璃基板作為基板100較佳。作為用於基板100的玻璃基板，若稍後欲執行的處理之溫度高，則使用應變點為730℃或更高之玻璃基板較佳。另外，作為基板100的材料，例如，使用諸如鋁矽酸鹽玻璃、鋁硼矽酸鹽玻璃、或鋇硼矽酸鹽玻璃等玻璃材料。需注意的是，藉由含氧化鋇(BaO)的量多於氧化硼的量，玻璃基板是耐熱的並且更實用。因此，使用含BaO和B2O3之玻璃基板，使得BaO的量多於B2O3的量較佳。
需注意的是，可使用從諸如陶瓷基板、石英玻璃基板、石英基板、或藍寶石基板等絕緣體所形成之基板來取代基板100。另一選擇是，可使用結晶玻璃等。
充作基極層的絕緣層可設置在基板100和閘極電極層101之間。基極層具有防止雜質元素從基板100擴散之功能，及可以使用氮化矽層、氧化矽層、氧氮化矽層、和氮氧化矽層的一或多個之單層或疊層結構來形成。
作為閘極電極層101，可使用金屬導電層。作為金屬導電層的材料，可使用選自Al(鋁)、Cr(鉻)、Cu(銅)、Ta(鉭)、Ti(鈦)、Mo(鉬)、及W(鎢)的元素，含有這些元素的任一個作為成分之合金，或含有這些元素組合的任一個之合金等較佳。例如，鋁層堆疊在鈦層上和鈦層堆疊在鋁層上之三層結構，或鋁層堆疊在鉬層上和鉬層堆疊在鋁層上之三層結構較佳。無須說，金屬導電層可以是單層、兩層、或堆疊四或更多層之堆疊結構。
然後，閘極絕緣層102係形成在閘極電極層101上。
在此實施例中，以高密度電漿設備執行閘極絕緣層102的形成。此處，高密度電漿設備意指可實現1×1011/cm3或更高的電漿密度之設備。例如，藉由施加微波功率3 kW至6 kW來產生電漿，使得絕緣膜被沉積。
甲矽烷氣體(SiH4)、氧化亞氮(N2O)、和稀有氣體被引進室內作為來源氣體，以產生在壓力10 Pa至30Pa中高密度電漿，使得絕緣膜形成在諸如玻璃基板等具有絕緣表面的基板上。之後，可停止供應甲矽烷氣體，及可在未暴露至空氣之下引進氧化亞氮(N2O)和稀有氣體，以在絕緣膜的表面上執行電漿處理。在沉積絕緣膜之後，至少執行藉由引進氧化亞氮(N2O)和稀有氣體以在絕緣膜的表面上所執行之電漿處理。經由上述處理程序所形成之絕緣膜具有小的厚度，及對應於即使絕緣膜具有例如小於100 nm的厚度仍可確保可靠性之絕緣膜。
在形成閘極絕緣層102時，引進到室內之甲矽烷氣體(SiH4)比氧化亞氮(N2O)的流率在1：10至1：200的範圍中。此外，作為引進到室內之稀有氣體，可使用氦、氬、氪、氙。尤其是，使用不昂貴的氬較佳。
此外，因為藉由使用高密度電漿設備所形成之絕緣膜可具有某種厚度，所以絕緣膜具有絕佳階梯覆蓋範圍。另外，至於藉由高密度電漿設備所形成之絕緣膜，可精確控制薄膜的厚度。
不像在許多點中藉由使用習知平行板PCVD設備所形成之絕緣膜，在以相同蝕刻劑的蝕刻率彼此比較時，經由上述處理程序所形成之絕緣膜具有低於藉由使用習知平行板PCVD設備所形成的絕緣膜10%或更多或20%或更多之蝕刻率。如此，可說是，藉由高密度電漿設備所獲得之絕緣膜是濃密膜。
在此實施例中，作為閘極絕緣層102，使用藉由高密度電漿設備所形成之具有厚度100 nm的氮氧化矽膜(亦稱作SiOxNy，其中x>y>0)。
接著，在閘極絕緣層102上，氧化物半導體膜被形成厚度大於或等於5 nm及小於或等於200 nm，大於或等於10 nm及小於或等於50 nm較佳。另外，氧化物半導體膜係可在稀有氣體(典型上為氬)大氣、氧大氣、或含稀有氣體(典型上為氬)和氧之大氣中以濺鍍法來形成。
氧化物膜係使用In-Ga-Zn-O基、In-Sn-Zn-O基、In-Al-Zn-O基、Sn-Ga-Zn-O基、Al-Ga-Zn-O基、Sn-Al-Zn-O基、In-Zn-O基、Sn-Zn-O基、In-Sn-O基、Al-Zn-O基、In-O基、Sn-O基、或Zn-O基的氧化物半導體膜來形成。在此實施例中，例如，藉由濺鍍法，使用In-Ga-Zn-O基的金屬氧化物靶材來形成氧化物半導體層。
此處，在下面條件之下，使用含In、Ga、及Zn的金屬氧化物靶材(In2O3：Ga2O3：ZnO=1：1：1[莫爾比])來沉積具有厚度30 nm之In-Ga-Zn-O基的膜：基板和靶材之間的距離為100 mm、壓力為0.6Pa、直流(DC)電力供應為0.5 kW、及大氣為氧(氧的流率為100%)。
此外，包含在金屬氧化物靶材中之氧化物半導體具有相對密度高於或等於80%、高於或等於95%較佳、高於或等於99.9%更好。當使用具有高相對密度之靶材時，欲形成之氧化物半導體膜的雜質濃度可被降低，使得可獲得具有絕佳電特性或高可靠性之薄膜電晶體。
此外，在氧化物半導體膜的沉積之前，執行預熱處理較佳，以去除留在濺鍍設備的內壁上、靶材表面上、或在靶材的材料中之濕氣或氫較佳。作為預熱處理，可提出在降壓下將沉積室內部加熱至200℃至600℃之方法、在加熱沉積室內部的同時重複引進和排出氮或鈍氣之方法等等。在此例中，使用油等而非水作為用於靶材的冷卻劑較佳。雖然當在未加熱之下重複引進和排出氮時可獲得某些程度的效果，但是執行具有沉積室內部的加熱之處理更好。在執行預熱處理之後，冷卻基板或濺鍍設備，然後沉積氧化物半導體膜。
此外，當執行藉由濺鍍法的沉積時，可將基板加熱至溫度高於或等於400℃及低於或等於700℃。
此外，在沉積氧化物半導體膜之前、期間、之後，使用低溫泵去除留在濺鍍設備中之濕氣等較佳。
另外，可在未暴露至空氣之下連續形成閘極絕緣層102和氧化物半導體膜。未暴露至空氣的膜形成使其能夠獲得未受到諸如水或碳氫化合物等飄浮在空氣中之大氣成分或雜質元素污染的堆疊層之間的介面。因此，可降低薄膜電晶體的特性變化。
接著，藉由光致微影步驟，將氧化物半導體膜處理成島形氧化物半導體層103(見圖1A)。另外，可藉由噴墨法形成用於島形氧化物半導體層103的形成之抗蝕遮罩。藉由噴墨法形成抗蝕遮罩不需要光遮罩；如此，可降低製造成本。
然後，執行第一熱處理，使得氧化物半導體層103的脫水作用或除氫作用被執行。用於脫水作用或除氫作用之第一熱處理的最大溫度高於或等於350℃及低於或等於750℃、高於或等於425℃較佳。需注意的是，在溫度425℃或更高之例子中，熱處理時間可以是1小時間或更短，反之在溫度低於425℃的例子中，熱處理時間大於1小時。在此實施例中，在爐中於氮大氣中450℃下執行熱處理1小時。
需注意的是，在第一熱處理中，水、氫等未含在氮或諸如氦、氖、或氬等稀有氣體中較佳。較佳的是，引進到熱處理設備內之氮或諸如氦、氖、或氬等稀有氣體的純度可設定成6N(99.9999%)或更高，7N(99.99999%)或更高較佳(即、雜質濃度為1 ppm或更低，0.1 ppm或更低較佳)。
此外，在第一熱處理中，可使用藉由使用電爐之加熱方法。需注意的是，在第一熱處理中，熱處理設備並不侷限於電爐，及可被設置有藉由利用來自諸如電阻加熱器等加熱器熱傳導或熱輻射來加熱物體之裝置。例如，可使用諸如氣體快速熱退火(GRTA)設備等或燈快速熱退火(LRTA)設備等快速熱退火(RTA)設備。LRTA設備為藉由從諸如鹵素燈、金屬鹵化物燈、氙弧光燈、碳弧光燈、高壓鈉燈、或高壓水銀燈等燈所發出的光之輻射(電磁波)來加熱欲處理的物體之設備。GRTA設備為使用高溫氣體來執行熱處理的方法。作為氣體，使用不由於熱處理而與欲處理的物體起反應之鈍氣，例如氮或諸如氬等稀有氣體。
接著，用以形成源極和源極電極層之導電層的堆疊係形成在閘極絕緣層102和氧化物半導體層103。
銦層或銦合金層被形成為厚度大於或等於1 nm及小於或等於50 nm在氧化物半導體層103上並且與其接觸，然後從選自Al(鋁)、Cr(鉻)、Cu(銅)、Ta(鉭)、Ti(鈦)、Mo(鉬)、及W(鎢)的元素；含有這些元素的任一個作為成分之合金；或含有這些元素組合的任一個之合金所形成之金屬導電層被堆疊在其上。
在此實施例中，利用小於半導體層的厚度之具有厚度大於或等於1 nm及小於或等於50 nm的第一鉬層、鋁層、和第二鉬層堆疊在銦合金層上之四層的堆疊結構。藉由使用放置銦球團(功函數：3.8 eV和熔點：156℃)之第一鉬靶材、沒有銦球團之第二鉬靶材、和鋁靶材，在可設定複數個不同材料的靶材之一多源濺鍍設備中，在未暴露至空氣之下連續堆疊四層。需注意的是，銦合金層為四層之中最薄的層，比氧化物半導體層還薄。藉由連續沉積，可防止氧化和薄的銦合金層之電阻增加。
此實施例說明銦合金層，作為包括在源極和汲極電極層的堆疊中並且與氧化物半導體層接觸之層的例子；然而，亦可使用銦層、鋅層、鋅合金層、或鎵化合物層。
然後，藉由使用光遮罩來執行光致微影步驟，及選擇性蝕刻用以形成源極和汲極電極層之四層的堆疊，使得具有堆疊結構之源極電極層104a及105a和汲極電極層104b及105b被形成(見圖1B)。需注意的是，在氧化物半導體層103上並且與其接觸之銦合金層對應於源極和汲極電極層之中的源極電極層104a和汲極電極層104b。此外，此時亦蝕刻氧化物半導體層103的部分，使得氧化物半導體層103具有溝槽(凹下部)。需注意的是，依據氧化物半導體層103的材料、源極和汲極電極層的材料、和蝕刻條件，在一些例子中氧化物半導體層103不具有溝槽(凹下部)。
接著，覆蓋閘極絕緣層102、氧化物半導體層103、源極電極層104a及105a、和汲極電極層104b及105b並且與氧化物半導體層103的部分接觸之保護絕緣層107被形成(見圖1C)。可適當使用諸如CVD法或濺鍍法等防止諸如水和氫等雜質混合到保護絕緣層107之方法，將保護絕緣層107形成厚度至少1 nm或更多。此處，使用濺鍍法的其中之一的反應性濺鍍法形成保護絕緣層107。與氧化物半導體層103的部分之保護絕緣層107未含有諸如濕氣、氫離子、和OH-等雜質，及係使用防止這些從外面進入之無機絕緣層來形成。尤其是，可使用氧化矽層、氧氮化矽層、氮化矽層、氧化鋁層、氮氧化鋁層、或氮化鋁層。
此外，保護絕緣層107可具有氮化矽層或氮化鋁層堆疊在氧化矽層、氧氮化矽層、氧化鋁層、或氮氧化鋁層上之結構。尤其是，氮化矽膜未含有諸如濕氣、氫離子、和OH-等雜質，及防止雜質從外面進入。
形成保護絕緣層107時的基板溫度可高於或等於室溫及低於或等於300℃。可在稀有氣體(典型上為氬)大氣、氧大氣、或包括稀有氣體(典型上為氬)和氧之大氣中執行由濺鍍法來沉積氧化矽層。作為靶材，可使用氧化矽靶材或矽靶材。例如，藉由使用矽靶材，可在氧和稀有氣體的大氣中，由濺鍍法形成氧化矽層。在此實施例中，可使用矽靶材來形成具有厚度300nm之氧化矽層。
經由上述步驟，可形成底閘極薄膜電晶體150。在底閘極薄膜電晶體150中，閘極電極層101係設置在具有絕緣表面之基板的基板100上；閘極絕緣層102係設置在閘極電極層101上；氧化物半導體層103係設置在閘極絕緣層102上；從堆疊所形成之源極電極層104a及105a和汲極電極層104b及105b係設置在氧化物半導體層103上；以及設置保護絕緣層107，其覆蓋閘極絕緣層102、氧化物半導體層103、源極電極層104a及105a、和汲極電極層104b及105b，並且與氧化物半導體層103的部分接觸(見圖1D)。
圖2為此實施例所說明之薄膜電晶體150的俯視圖。圖1D圖解沿著圖2的X1-X2所取之部位的橫剖面圖。在圖2中，L表示通道長度，而W表示通道寬度。此外，A表示在平行於通道寬度方向之方向上，氧化物半導體層103未與源極電極層105a和汲極電極層105b重疊之區域的長度。Ls表示源極電極層105a和閘極電極層101彼此重疊之區域的長 度，而Ld表示汲極電極層105b和閘極電極層101彼此重疊之區域的長度。
此外，若需要的話，在形成具有厚度300nm之氧化矽膜作為保護絕緣層107之後，可以高於或等於100℃及低於或等於400℃的溫度執行第二熱處理。在此實施例中，以基板溫度150℃執行加熱達10小時。藉由此第二熱處理，可製造具有高度可靠性的薄膜電晶體。
此外，第二熱處理的時序並不侷限於剛好在形成保護絕緣層107之後。可在佈線或電極(例如像素電極)形成在保護絕緣層107之後執行第二熱處理。
另外，圖4為薄膜電晶體的源極電極層和汲極電極層之間的能帶圖。在圖4中，In-Ga-Zn-O基的膜(IGZO)之電子親合性為4.3eV，銦層的功函數為41eV，及從鈦形成之源極電極和汲極電極的功函數為41eV。如圖4所示，在銦和In-Ga-Zn-O基的膜之電子親合性之間只具有小差異。因此，可獲得令人滿意的連接結構。
此外，雖然此實施例說明製造圖1D所示之底閘極薄膜電晶體150的方法，但是此實施例並不侷限於此結構。可使用相同材料和相同方法來形成具有如圖3A所示之底閘極結構的底接觸(亦稱作反向共面)薄膜電晶體160、包括如圖3B所示之通道保護層110的通道保護(亦稱作通道阻)薄膜電晶體170等。圖3C圖解通道蝕刻薄膜電晶體的例子。圖3C所示之薄膜電晶體180具有閘極電極層101延伸到氧化物半導體層103的邊緣部外面之結構。
此外，為了降低光遮罩數目和光致微影步驟的步驟數目，可藉由使用使用多色調遮罩所形成之遮罩來執行蝕刻，多色調遮罩為經此透射光以具有複數個強度之曝光遮罩。因為使用多色調遮罩所形成之抗蝕遮罩具有複數個厚度，並且可藉由執行蝕刻進一步改變形狀，所以可將抗蝕遮罩用在複數個蝕刻步驟以提供不同的圖案。因此，對應於至少兩種不同圖案之抗蝕遮罩係可藉由多色調遮罩來形成。如此，可降低曝光遮罩的數目，及亦可降低對應的光致微影步驟之數目，藉以可實現處理的簡化。
需注意的是，通道長度(圖2中的L)被界定作源極電極層105a和汲極電極層105b之間的距離，及通道保護薄膜電晶體的通道長度被界定作平行於載子流動之方向的方向上之通道保護層的寬度。
[實施例2]
在此實施例中，製造薄膜電晶體，及將薄膜電晶體用於像素部而且用於驅動器電路來製造具有顯示功能之半導體裝置(亦稱作顯示裝置)。此外，用於驅動器電路的部分或整個之薄膜電晶體係形成在形成像素部之基板上，使得能夠形成系統面板。
顯示裝置包括顯示元件。作為顯示元件，可使用液晶元件(亦稱作液晶顯示元件)或發光元件(亦稱作發光顯示元件)。發光元件包括亮度受電流或電壓控制之元件在其種類中，及尤其是包括無機電致發光(EL)元件、有 機EL元件等在其種類中。而且，可使用諸如電子墨水等藉由電作用改變反差之顯示媒體。
此外，顯示裝置包括密封顯示元件之面板；以及將包括控制器之IC等安裝在面板上的模組。顯示裝置係相關於在顯示裝置的製造程序中完成顯示元件之前的元件基板之一模式，及元件基板被設置有用以供應電流到複數個像素的每一個中之顯示元件的機構。尤其是，元件基板可在只有形成顯示元件的像素電極之後的狀態中，在形成欲成為像素電極的導電層之後和蝕刻導電層之前以形成像素電極的狀態，或者任何其他狀態中。
需注意的是，此說明書中的顯示裝置意指影像顯示裝置、顯示裝置、或光源(包括照明裝置)。另外，顯示裝置包括下面模組在其種類中：包括連接器之模組，諸如撓性印刷電路(FPC)、捲帶式自動接合(TAB)捲帶、或捲帶式載子封裝(TCP)等；具有被設置有印刷佈線板在其端部的TAB捲帶或TCP之模組；以及具有藉由玻璃上晶片(COG)法直接安裝在顯示元件上的積體電路(IC)之模組。
在此實施例中，說明液晶顯示裝置的例子作為本發明的一模式之半導體裝置。首先，將參考圖5A1、5A2、及5B說明半導體裝置的一模式之液晶顯示面板的外觀和橫剖面。參考圖5A1、5A2的每一個為以密封劑4005將包括In-Ga-Zn-O基的層之半導體層的薄膜電晶體4010及4011與形成在第一基板4001上之液晶元件4013密封在第一基板4001和第二基板4006之間的面板的俯視圖。圖5B對應於沿著線M-N之圖5A1及5A2的橫剖面圖。
密封劑4005被設置成圍繞設置在第一基板4001上之像素部4002和掃描線驅動器電路4004。第二基板4006被設置在像素部4002和掃描線驅動器電路4004上。因此，藉由第一基板4001、密封劑4005、及第二基板4006，將像素部4002和掃描線驅動器電路4004與液晶層4008密封在一起。從分開備製的基板上之單晶半導體或複晶半導體所形成之信號線驅動器電路4003被安裝在不同於由第一基板4001上之密封劑4005所包圍的區域之區域。
需注意的是，並不特別限制分開形成之驅動器電路的連接方法，可使用COG法、佈線接合法、TAB法等。圖5A1圖解藉由COG法安裝信號線驅動器電路4003之例子，圖5A2圖解藉由TAB法安裝信號線驅動器電路4003之例子。
另外，設置在第一基板4001上之像素部4002和掃描線驅動器電路4004各包括複數個薄膜電晶體。圖5B圖解包括在像素部4002中之薄膜電晶體4010以及包括在掃描線驅動器電路4004中之薄膜電晶體4011。絕緣層4020及4021被設置在薄膜電晶體4010及4011上。
包括實施例1所說明之氧化物半導體層的薄膜電晶體可被用於薄膜電晶體4010及4011。需注意的是，薄膜電晶體4010及4011的源極電極層和汲極電極層係使用鋅層和鎢層的堆疊所形成，其中鋅層係與氧化物半導體層接觸。在此實施例中，薄膜電晶體4010及4011為n通道薄膜電晶體。
導電層4040係設置在絕緣層4021上，以與用於驅動器電路的薄膜電晶體4011之氧化物半導體層的通道形成區重疊。導電層4040被設置於與氧化物半導體層的通道形成區重疊的位置，藉以可降低在BT測試前後的薄膜電晶體4011之臨界電壓的變化量。此外，可藉由設置導電層4040在與用於驅動器電路的薄膜電晶體4011重疊之部位來執行靜電阻隔。靜電阻隔意指阻隔外面的電場，即、防止外面的電場作用於內部(包括TFT的電路等)。可降低BT測試前後的薄膜電晶體4011之臨界電壓的變化量。導電層4040的電位可與薄膜電晶體4011的閘極電極層之電位相同或不同。導電層4040亦可充作第二閘極電極層。另一選擇是，導電層4040的電位可以是GND或0 V，或者導電層4040可在浮動狀態中。
包括在液晶元件4013中之像素電極層4030電連接到薄膜電晶體4010。液晶元件4013的相對電極層4031被設置用於第二基板4006。像素電極層4030、相對電極層4031、和液晶層4008彼此重疊之部位對應於液晶元件4013。需注意的是，像素電極層4030和相對電極層4031被設置有各個充作對準膜之絕緣層4032及4033，以及以絕緣層4032及4033在其間，將液晶層4008夾置在像素電極層4030和相對電極層4031之間。
需注意的是，第一基板4001和第二基板4006係可由玻璃、金屬(典型上為不銹鋼)、陶瓷、或塑膠來形成。作為塑膠，可使用纖維玻璃強化塑膠(FRP)板、聚(乙烯氟)(PVF)膜、聚酯膜、或丙烯酸樹脂膜。此外，可使用具有鋁箔夾置在PVF膜或聚酯膜之間的結構之薄片。
以選擇性蝕刻絕緣層之此種方式所獲得的以參考號碼4035表示之圓柱間隔物被設置，以控制像素電極層4030和相對電極層4031之間的距離(單元間隙)。另一選擇是，亦可使用球狀間隔物。此外，相對電極層4031電連接到形成在與薄膜電晶體4010相同基板上之共同電位線。可藉由排列在一對基板之間的導電粒子將相對電極層4031和共同電位線彼此電連接。需注意的是，導電粒子包括在密封劑4005中。
另一選擇是，可使用不需要對準膜之展現藍相的液晶。藍相為液晶相位的一種，其僅產生在於提高膽固醇液晶的溫度同時膽固醇相變成各向同性相之前。因為藍相產生在相當窄的溫度範圍內，所以將含有5 wt%或更多之對掌性作用物的液晶組成以提高溫度範圍用於液晶層4008。包括展現藍相之液晶和對掌性作用物的液晶組成具有1 msec或更少的短反應時間具有光學各向同性，如此不需要對準處理，及視角相依性小。
當使用展現藍相之液晶時，不需要對準膜上的研磨處理；因此，可防止由於研磨處理所產生之靜電放電破壞，及可降低製造程序中之液晶顯示裝置的故障和破壞。如此，可增加液晶顯示裝置的生產力。包括氧化物半導體層之薄膜電晶體具有薄膜電晶體的電特性會由於靜電的影響而明顯波動及偏離設計範圍之可能性。因此，將藍相液晶材料用於包括具有氧化物半導體層的薄膜電晶體之液晶顯示裝置更有效。
需注意的是，此實施例所說明之液晶顯示裝置為穿透型液晶顯示裝置的例子；然而，可將液晶顯示裝置應用到反射型液晶顯示裝置或辦穿透型液晶顯示裝置。
圖解此實施例所說明之液晶顯示裝置的例子，其中極化板被設置在基板的外表面上(在觀看者側上)，及以用於顯示元件之著色層和電極層的順序將它們設置在基板的內表面上；然而，極化板可設置在基板的內表面上。極化板和著色層的堆疊結構並不侷限於此實施例，及可依據極化板和著色層的材料或製造程序的條件來適當設定。而且，可視需要設置充作黑色矩陣的阻光層。
在此實施例中，為了降低薄膜電晶體的表面不平坦和提高薄膜電晶體的可靠性，薄膜電晶體被覆蓋有充作平面化絕緣層之保護層或絕緣層(絕緣層4020和絕緣層4021)。需注意的是，保護層被設置用以防止飄浮在空氣中之諸如有機物質、金屬物質、或濕氣等污染雜質進入，及為濃密膜較佳。保護層係可藉由濺鍍法，使用氧化矽層、氮化矽層、氮氧化矽層、氧氮化矽層、氧化鋁層、氮化鋁層、氧氮化鋁層、或氮氧化鋁層之單層或層的堆疊來形成。在此實施例中，說明由濺鍍法形成保護層之例子；然而，並未特別限制方法，可使用各種方法。
此處，具有堆疊結構之絕緣層4020被形成作為保護層。此處，作為絕緣層4020的第一層，由濺鍍法形成氧化矽層。在將鋁層用於源極電極層和汲極電極層之例子中，使用氧化矽層作為保護層具有防止所使用的鋁層之小丘的效果。
形成絕緣層作為保護層的第二層。此處，作為絕緣層4020的第二層，由濺鍍法形成氮化矽層。使用氮化矽層作為保護層可防止諸如鈉離子等離子進入半導體區，藉以抑制TFT的電特性變化。
形成絕緣層4021作為平面化絕緣層。作為絕緣層4021，可使用諸如聚醯亞胺、丙烯酸、苯環丁烯、聚醯胺、或環氧等具有耐熱性的有機材料。除了此種有機材料之外，亦能夠使用低介電常數材料(低k材料)、矽氧烷為基的樹脂、磷矽酸鹽玻璃(PSG)、硼磷矽酸鹽玻璃(BPSG)等。需注意的是，絕緣層4021係可藉由堆疊使用這些材料所形成之複數個絕緣層來形成。
需注意的是，矽氧烷為基的樹脂對應於包括使用矽氧烷為基的材料作為起始材料所形成之Si-O-Si鍵的樹脂。矽氧烷為基的樹脂可包括有機基(如、烷基或芳香族羥基)或氟基作為取代基。此外，有機基可包括氟基。
需注意的是，並不特別限制形成絕緣層4021之方法，及依據材料可利用下面方法或機構：諸如濺鍍、SOG法、旋轉塗佈法、浸泡法、噴灑塗佈法、或微滴排放法(如、噴墨法、絲網印刷、或膠版印刷)等方法，或者諸如刮刀 、滾輪塗佈機、簾幕式塗佈機、或刀式塗佈機等工具。在使用材料溶液形成絕緣層4021之例子中，可與烘烤步驟同時執行半導體層的退火(300℃至400℃)。絕緣層4021的烘烤步驟亦充作氧化物半導體層的退火，藉以能夠有效率地製造半導體裝置。
像素電極層4030和相對電極層4031係可使用透光導電材料來製成，諸如含氧化鎢的氧化銦、含氧化鎢的氧化銦鋅、含氧化鈦的氧化銦、含氧化鈦的氧化銦錫、氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅、或添加氧化矽之氧化銦錫等。
包括導電高分子(亦稱作導電聚合物)的導電組成可被用於像素電極層4030及相對電極層4031。使用導電組成所形成之電極層具有低於或等於10000Ω/square之薄片電阻，及在波長550nm下70%或更多之透射比較佳。另外，包括在導電組成中之導電高分子的電阻率低於或等於0.1Ω．cm較佳。
作為導電高分子，可使用所謂的π電子共軛導電聚合物。例如，可建議聚苯胺或其衍生物、聚比喀或其衍生物、聚塞吩或其衍生物、這些導電高分子之兩或更多種的共聚合物等。
另外，各種信號和電位從FPC 4018供應到分開形成之信號線驅動器電路4003、掃描線驅動器電路4004、或像素部4002。
在此實施例中，連接終端電極4015係使用與包括在液晶元件4013中之像素電極層4030相同的導電層所形成。終端電極4016係使用與包括在薄膜電晶體4010及4011中之源極和汲極電極層相同的導電膜所形成。因此，終端電極4016被形成有鋅層4014和鎢層的堆疊。
以各向異性導電膜4019在其間，將連接終端電極4015電連接到包括在PFC 4018中的終端。
雖然圖5A1、5A2、及5B圖解信號線驅動器電路4003分開形成和安裝在第一基板4001上之例子，但是此實施例並不侷限於此結構。掃描線驅動器電路可分開形成然後安裝，或者只有信號線驅動器電路的部分或掃描線驅動器電路的部分被分開形成然後安裝。
此外，若需要的話，將濾色器設置在像素的每一個中。此外，極化板和擴散板係設置在第一基板4001和第二基板4006的外側上。另外，背光的光源係使用冷陰極管或LED來形成。如此，獲得液晶顯示模組。
液晶顯示模組可利用TN(扭轉向列)模式、IPS(平面轉換)模式、FFS(邊界電場轉換)模式、MVA(多域垂直對準)模式、PVA(圖案化垂直對準)模式、ASM(軸向對稱對準微胞)模式、OCB(光學補償雙折射)模式、FLC(鐵電液晶)模式、AFLC(反鐵電液晶)模式等。
根據上述步驟，能夠製造具有有著絕佳電特性之薄膜電晶體的液晶顯示裝置。
此實施例係可與實施例1所說明之結構自由組合來實施。
[實施例3]
將說明電子紙的例子作為半導體裝置的實施例。
實施例1所說明之薄膜電晶體可被用於電子紙，其中電子墨水係由電連接到開關元件之元件來驅動。電子紙亦稱作電泳顯示裝置(電泳顯示)並且是有利的，因為其具有與一般紙張相同的可閱讀位準、其具有比其他顯示裝置為低的電力消耗、及可使其變薄和重量減輕。
電泳顯示可具有各種模式。電泳顯示含有分散在溶劑或溶質中之複數個微膠囊，各個微膠囊含有正帶電之第一粒子和負帶電之第二粒子。藉由施加電場到微膠囊，微膠囊中的粒子在彼此相反的方向移動，只有聚集在一側上之粒子的顏色被顯示。需注意的是，第一粒子和第二粒子各個含有色素並且沒有電場時不移動。而且，第一粒子和第二粒子具有不同顏色(可以是無色的)。
如此，電泳顯示為利用具有高介電常數的物質移動到高電場區之所謂的介電泳動效應。
上述微膠囊分散在溶劑中之溶液被稱作電子墨水。此電子墨水可被印刷在玻璃表面、塑膠、衣料、紙張等上。而且，藉由使用濾色器或具有色素的粒子，亦可達成彩色顯示。
此外，若適當排列上述微膠囊在主動矩陣式基板上以插入在兩電極之間，則可完成主動矩陣式顯示裝置，及可藉由施加電場到微膠囊來執行顯示。例如，可使用藉由實施例1所說明之薄膜電晶體所獲得的主動矩陣式基板。
需注意的是，微膠囊中之第一粒子和第二粒子係可使用選自導電材料、絕緣材料、半導體材料、磁性材料、液晶材料、鐵電材料、電致發光材料、電致變色材料、及磁泳材料的單一材料來形成，或者從這些的任一個之合成材料來形成。
圖6圖解主動矩陣式電子紙作為半導體裝置的例子。可以類似於實施例1中所說明之薄膜電晶體的方式來製造半導體裝置中所使用的薄膜電晶體581，及包括與半導體層接觸的銦層之堆疊作為源極和汲極電極層。
圖6之電子紙為使用扭轉球顯示系統之顯示裝置的例子。扭轉球顯示系統意指各個以黑和白著色之球狀粒子排列在用於顯示元件之電極層的第一電極層和第二電極層之間，及第一電極層和第二電極層之間產生電位差，以控制球狀粒子的定向，使得顯示被執行之方法。
薄膜電晶體581為具有底閘極結構之薄膜電晶體，及被覆蓋有與半導體層接觸之絕緣層583。薄膜電晶體581的源極電極層或汲極電極層係在形成於絕緣層583及585中的開口與第一電極層587接觸，藉以薄膜電晶體581電連接到第一電極層587。在第一電極層587和第二電極層588之間，設置球狀粒子589。各個球狀粒子589包括黑色區域590a及白色區域590b，及在黑色區域590a及白色區域590b四周的液體充填空腔594。以諸如樹脂等填料595包圍球狀粒子589(見圖6)。第一電極層587對應於像素電極，及第二電極層588對應於共同電極。第二電極層588電連接到設置在與薄膜電晶體581相同基板上之共同電位線。藉由使用共同連接部，透過設置在基板580及596之間的導電粒子，第二電極層588可電連接到和共同電位線。
另外，亦可使用電泳元件來取代扭轉球。使用透明液體、正帶電白色微粒子和負帶電黑色微粒子被裝入膠囊內之具有直徑約10至200 μm的微膠囊。在設置於第一電極層和第二電極層之間的微膠囊中，當由第一電極層和第二電極層施加電場時，白色微粒子和黑色微粒子在相反方向移動，使得能夠顯示白色和黑色。電泳顯示元件具有比液晶顯示元件高的反射比。電泳顯示元件具有比液晶顯示元件高的反射比，如此，不需要輔助光，電力消耗低，及可在黑暗處辨識顯示部。因此，即使未供應電力到顯示部時，曾經顯示的影像仍可被保留。如此，即使具有顯示功能的半導體裝置(可簡稱作顯示裝置或設置有顯示裝置之半導體裝置)遠離電波源，仍可儲存顯示影像。
經由上述步驟，可製造包括具有高電特性之薄膜電晶體的電子紙。
此實施例係可與實施例1所說明之結構適當組合來實施。
[實施例4]
接著，將參考圖7A及7B說明對應於半導體裝置的一模式之發光顯示面板(亦稱作發光面板)的外觀和橫剖面圖。圖7A為以密封劑將薄膜電晶體和形成在第一基板上的發光元件密封在第一基板和第二基板之間的面板之平面圖。圖7B為沿著圖7A的線H-I之橫剖面圖。
密封劑4505被提供，以圍繞設置在第一基板4501上之像素部4502、信號線驅動器電路4503a及4503b、和掃描線驅動器電路4504a及4504b。此外，第二基板4506被設置在像素部4502、信號線驅動器電路4503a及4503b、和掃描線驅動器電路4504a及4504b上。因此，藉由第一基板4501、密封劑4505、及第二基板4506，以填料4507將像素部4502、信號線驅動器電路4503a及4503b、和掃描線驅動器電路4504a及4504b密封在一起。較佳的是，面板被封裝(密封)有保護膜(諸如疊層膜或紫外線可熟化樹脂膜等)或者具有高氣密性並且較少的除氣之覆蓋材料，以此方式使得面板式不暴露至外部空氣。
另外，形成在第一基板4501上之像素部4502、信號線驅動器電路4503a及4503b、和掃描線驅動器電路4504a及4504b各個包括複數個薄膜電晶體，及包括在像素部4502中的薄膜電晶體4510以及包括在信號線驅動器電路4503a中的薄膜電晶體4509被圖解作為圖7B的例子。
銦合金層與氧化物半導體層接觸之實施例1所說明的薄膜電晶體可被用於薄膜電晶體4509及4510。需注意的是，薄膜電晶體4509及4510之源極和汲極電極層的每一個為銦合金層和鉬層的堆疊。此堆疊結構中之銦合金層係與氧化物半導體層接觸。在此實施例中，薄膜電晶體4509及4510為n通道薄膜電晶體。
導電層4540係設置在絕緣層4544的部分上，以與用於驅動器電路的薄膜電晶體4509中之氧化物半導體層的通道形成區重疊。當導電層4540係設置成與氧化物半導體層的通道形成區重疊時，可降低BT測試前後的薄膜電晶體4509之臨界電壓的位移量。此外，可藉由設置導電層4540在與用於驅動器電路的薄膜電晶體4509重疊之部位來執行靜電阻隔，使得能夠獲得正常關薄膜電晶體。另外，導電層4540的電位可與薄膜電晶體4509的閘極電極層之電位相同或不同。導電層4540亦可充作第二閘極電極層。另一選擇是，導電層4540的電位可以是GND或0 V，或者導電層4540可在浮動狀態中。
在薄膜電晶體4509中，絕緣層4541被形成與包括通道形成區之半導體層接觸，作為保護絕緣層。絕緣層4541係可使用與實施例1所說明之保護絕緣層107的材料和方法類似之材料和方法來形成。而且，充作平面化絕緣層之絕緣層4544覆蓋薄膜電晶體，以降低薄膜電晶體的表面不平坦。此處，以類似於實施例1所說明之保護絕緣層107的方式，使用濺鍍法形成氧化矽層作為絕緣層4541。
另外，保護絕緣層4542係形成在絕緣層4541上。保護絕緣層4542係可使用類似於實施例1所說明之保護絕緣層107的材料和方法之材料和方法來形成。此處，以PCVD法形成氮化矽層作為保護絕緣層4542。
絕緣層4544被形成作為平面化絕緣層。絕緣層4544係可使用類似於實施例2所說明之絕緣層4021的材料和方法之材料和方法來形成。此處，丙烯酸樹脂被用於絕緣層4544。可設置濾色器層來取代絕緣層4544。為了執行全彩顯示，鄰接發光元件的其中之一的發光元件4511以及鄰接發光元件的其中另一個例如分別是綠色發光元件、紅色發光元件、和藍色發光元件。另一選擇是，可使用除了三種發光元件之外還包括白色發光元件的四種發光元件來製造能夠全彩顯示之發光顯示裝置。可以所排列的複數個發光元件全部都是白色發光元件，以及將具有濾色器等之密封基板排列在發光元件4511上方的此種方式來製造能夠全彩顯示之發光顯示裝置。展現諸如白色等單一色彩之材料被形成並且與濾色器或色彩轉換層組合，藉以能夠執行全彩顯示。無須說，亦可執行單色光的顯示。例如，可藉由使用白光發射形成照明裝置，或者可藉由使用單一彩色光發射來形成區域彩色發光裝置。
而且，參考號碼4511表示發光元件。包括在發光元件4511中之像素電極的第一電極層4517電連接到薄膜電晶體4510的源極電極層或汲極電極層。需注意的是，發光元件4511的結構並不侷限於包括第一電極層4517、電致發光層4512、和第二電極層4513之堆疊結構。依據從發光元件4511析取光之方向等等，可適當改變發光元件4511的結構。
隔板4520係由有機樹脂層、無機絕緣層、或有機聚矽氧烷所製成。隔板4520使用光敏材料來形成以及開口部形成在第一電極層4517上，使得開口部的側壁被形成作具有連續曲率之傾斜表面特佳。
電致發光層4512係可以單層或堆疊的複數個層來形成。
保護層係可形成在第二電極層4513和隔板4520上，以防止氧、氫、濕氣、二氧化碳等進入發光元件4511。作為保護膜，可形成氮化矽層、氧氮化矽層、DLC層等。
此外，從FPC 4518a及4518b供應各種信號和電位到信號線驅動器電路4503a及4503b、掃描線驅動器電路4504a及4504b、或像素部4502。
連接終端電極4515係由與包括在發光元件4511中的第一電極層4517相同之導電層來形成，及終端電極4516係從與包括在薄膜電晶體4509及4510中的源極和汲極電極層相同之導電膜來形成。因此，以銦合金層4514和鉬層的堆疊層來形成終端電極4516。
以各向異性導電層4519在其間，將連接終端電極4515電連接到包括在FPC 4518a中的終端。
位在從發光元件4511析取光之方向上的基板需要具有透光特性。在那例子中，使用諸如玻璃板、塑膠板、聚酯膜、或丙烯酸膜等透光材料。
作為填料4507，除了諸如氮或氬等鈍氣之外，還可使用紫外線可熟化樹脂或熱固性樹脂。例如，可使用PVC(聚氯乙烯)、丙烯酸、聚醯亞胺、環氧樹脂、矽氧烷樹脂、PVB(聚乙烯縮丁醛)、或EVA(乙二酯與醋酸乙烯的共聚物)。例如，可將氮用於填料。
此外，若需要的話，在發光元件的發光表面上可適當設置諸如極化板、圓形極化板(包括橢圓極化板)、減速板(四分之一波長板或二分之一波長板)、或濾色器等光學膜。另外，極化板或圓形極化板可被設置有抗反射膜。例如，可執行抗眩光處理，藉此可藉由表面上的凸出或凹下來擴散反射光，以降低眩光。
信號線驅動器電路4503a及4503b和掃描線驅動器電路4504a及4504b可被設置作為分開備製的基板上之使用單晶半導體或複晶半導體所形成之驅動器電路。另一選擇是，只有信號線驅動器電路4503a及4503b或其部分，或者只有掃描線驅動器電路4504a及4504b或其部分可分開形成和安裝。此實施例並不侷限於圖7A及7B所示之結構。
經由上述步驟，可製造包括具有高電特性之薄膜電晶體的發光顯示裝置(顯示面板)。
此實施例可與實施例1所說明之結構適當組合來實施。
[實施例5]
此說明書所揭示之半導體裝置可被應用到各種電子產品(包括遊戲機)。電子裝置的例子包括電視機(亦稱作電視或電視接收器)、電腦等的監視器、諸如數位相機或數位視頻相機等相機、數位相框、行動電話聽筒(亦稱作行動電話或行動電話裝置)、可攜式遊戲機、可攜式資訊終端、聲頻再生裝置、諸如柏青哥遊戲機等大型遊戲機、太陽能電池等等。
圖8A圖解行動電話聽筒1100的例子。行動電話聽筒1100被設置有結合在外殼1101中之顯示部1102、操作按鈕1103、外部連接埠1104、揚聲器1105、麥克風1106等等。
在圖8A所示之行動電話聽筒1100中，當以手指等觸碰顯示部1102時可輸入資料。另外，諸如打電話、寫郵件等操作係可藉由以手指等觸碰顯示部1102來執行。
主要具有三個顯示部1102的螢幕模式。第一模式為主要用以顯示影像之顯示模式。第二模式為用以輸入諸如正文等資料之輸入模式。第三模式為組合顯示模式和輸入模式兩模式之顯示和輸入模式。
例如，在打電話或寫郵件時，選擇主要用以輸入正文之正文輸入模式給顯示部1102，使得可輸入顯示在螢幕上之正文。在那例子中，幾乎在顯示部1102的螢幕所有區域上顯示鍵盤或數字按鈕較佳。
當包括諸如陀螺儀或加速度感測器等用以感測傾斜的感測器之偵測裝置設置在行動電話聽筒1100內時，顯示部1102的螢幕上之顯示可藉由決定行動電話聽筒1100的方向來自動切換(無論行動電話聽筒1000為了風景模式或肖像模式而水平或垂直置放)。
可藉由觸碰顯示部1102或操作外殼1101的操作按鈕1103來切換螢幕模式。另一選擇是，螢幕模式係可依據顯示在顯示部1102上之影像種類來切換。例如，當顯示在顯示部上的影像之信號為移動影像資料的信號時，螢幕模式被切換到顯示模式。當信號為正文資料的信號時，螢幕模式被切換到輸入模式。
另外，在輸入模式中，當某一段週期未執行藉由觸碰顯示部1102來輸入時，而同時在由顯示部1102中的光學感測器所偵測到的信號被偵測到，螢幕模式可被控制，以從輸入模式切換到顯示模式。
顯示部1102亦可充作影像感測器。例如，當以手掌或手指觸碰顯示部1102時取得掌印、指印的影像，藉以可執行個人識別。另外，藉由在顯示部中設置發出近紅外線光之背光或感測光源，可取得手指靜脈、手掌靜脈等的影像。
在顯示部1102中，可配置實施例1所說明之複數個薄膜電晶體作為像素的開關元件。
圖8B為可攜式資訊終端的例子。圖8B所示之一例子的可攜式資訊終端可具有複數個功能。例如，除了電話功能之外，此種可攜式資訊終端可具有藉由結合電腦來處理各種資料段之功能。
圖8B所示之可攜式資訊終端包括外殼2800及外殼2801。外殼2801被設置有顯示面板2802、揚聲器2803、麥克風2804、定位裝置2806、相機透鏡2807、外部連接終端2808等等。此外，外殼2800包括太陽能電池2810，其具有充電可攜式資訊終端之功能；外部記憶體插槽2811等等。此外，天線被結合在外殼2801中。
顯示面板2802被設置有觸碰面板。以圖8B的斷續線圖解顯示為影像之複數個操作鍵2805。
另外，除了上述結構之外，還可結合無線IC晶片、小型記憶體裝置等等
發光裝置可被用於顯示面板2802，及可依據應用模式來適當改變顯示的方向。另外，發光裝置被設置有相機透鏡2807在與顯示面板2802相同表面上，如此其可被使用作為視頻電話。揚聲器2803和麥克風2804可被用於視頻電話撥打、記錄、和播放聲音等以及語音電話。而且，在如圖8B所示一般發展之狀態中的外殼2800及2801可被滑動，使得其中之一重疊在另一個之上；因此，可降低可攜式資訊終端的尺寸，如此能夠使可攜式資訊終端適於攜帶。
外部連接終端2808可連接到AC配接器和USB纜線等各種纜線，藉以能夠充電和與個人電腦資料通訊等等。而且，可藉由插入儲存媒體到外部記憶體插槽2811來儲存大量資料，並可移動該大量資料。
另外，除了上述功能之外，可提供紅外線通訊功能、電視接收功能等等。
圖9A圖解電視機9600的例子。在電視機9600中，顯示部9603結合在外殼9601中。顯示部9603可顯示影像。此處，由座9605支撐外殼9601。
可利用外殼9601的操作開關或分開的遙控器9610來操作電視機9600。可利用遙控器9610的操作鍵9609來切換頻道和控制音量，使得可控制顯示在顯示部9603上的影像。而且，遙控器9610可被設置有用以顯示從遙控器9610輸出的資料之顯示部9607。
需注意的是，電視機9600被設置有接收器、數據機等等。藉由使用接收器，可接收一般電視廣播。而且，當透過數據機以線路或不以線路將顯示裝置連接到通訊網路時，可執行單向(從發射器到接收器)或雙向(發射器和接收器之間或接收器之間等)資訊通訊。
在顯示部9603中，配置實施例1所說明之複數個薄膜電晶體作為像素的開關元件。
圖9B圖解數位相框9700的例子。例如，在數位相框9700中，顯示部9703結合在外殼9701中。顯示部9703可顯示各種影像。例如，顯示部9703可顯示利用數位相機等所拍攝之影像的資料及充作一般相框。
在顯示部9703中，配置實施例1所說明之複數個薄膜電晶體作為像素的開關元件。
需注意的是，數位相框9700被設置有操作部、外部連接終端(如、USB終端、可連接到諸如USB纜線等各種纜線之終端等等)、記錄媒體插入部等等。雖然這些組件被設置在與顯示部相同的表面上，但是為了數位相框9700的設計，將它們設置在側表面或背表面較佳。例如，儲存利用數位相機所拍攝之影像的資料之記憶體被插入在數位相框的記錄媒體插入部中，藉以可轉移影像資料，及然後顯示在顯示部9703上。
數位相框9700可被組配成無線傳輸和接收資料。可利用以無線轉移想要的影像資料來顯示之結構。
圖10為根據實施例4所形成之發光裝置被使用作為室內照明裝置3001之例子。因為實施例4所說明之發光裝置可增加面積，所以發光裝置可被使用作為具有大面積之照明裝置。另外，實施例4所說明之發光裝置可被使用作為桌燈3000。需注意的是，除了頂燈和桌燈之外，照明裝置還包括壁燈、車內用燈、緊急疏散燈等等在其種類中。
如上述，實施例1所說明之薄膜電晶體可被配置在諸如上述等各種電子產品的顯示面板中。
[實施例6]
此說明書所揭示之半導體裝置可被應用到電子紙。只要它們能夠顯示資料，電子紙可被用於各種領域的電子產品。例如，電子紙可被應用到電子書閱讀器(電子書)、佈告欄、諸如火車等交通工具中的廣告、或諸如信用卡等各種卡片的顯示。圖11圖解電子裝置的例子。
圖11圖解電子書閱讀器的例子。例如，電子書閱讀器2700包括兩外殼：外殼2701和外殼2703。外殼2701和外殼2703與鉸鏈2711組合，使得電子書閱讀器2700可以鉸鏈2711作為軸來開闔。利用此種結構，電子書閱讀器2700能夠像紙張書本一樣操作。
顯示部2705和顯示部2707分別結合在外殼2701和外殼2703中。顯示部2705和顯示部2707可顯示同一影像或不同影像。在顯示部2705和顯示部2707顯示不同影像之例子中，例如，在右側上的顯示部(圖11中的顯示部2705)可顯示正文，而左側上的顯示部(圖11中的顯示部2707)可顯示圖形。
圖11圖解外殼2701被設置有操作部等之例子。例如，外殼2701被設置有電力開關2721、操作鍵2723、揚聲器2725等。利用操作鍵2723，可翻動頁面。需注意的是，鍵盤、定位裝置等亦可設置在設置顯示部之外殼的表面上。而且，外部連接終端(如、耳機終端、USB終端、或可連接到諸如AC配接器和USB纜線等各種纜線之終端等)、記錄媒體插入部等可設置在外殼的背表面或側表面上。而且，電子書閱讀器2700可具有電子字典的功能。
電子書閱讀器2700可具有能夠無線發送和接收資料之組態。經由無線通訊，可從電子書伺服器購買或下載想要的書籍資料等。
可藉由適當組合實施例1所說明之薄膜電晶體與實施例3所說明之電子紙來實施此實施例。
此申請案係依據日本專利局於2009年10月9日所發表之日本專利申請案序號2009-235725，藉以併入其全文做為參考。
100．．．基板
101．．．閘極電極層
102．．．閘極絕緣層
103．．．氧化物半導體層
104a．．．源極電極層
105a．．．源極電極層
104b．．．汲極電極層
105b．．．汲極電極層
107．．．保護絕緣層
110．．．通道保護層
150．．．薄膜電晶體
160．．．薄膜電晶體
170．．．薄膜電晶體
180．．．薄膜電晶體
580．．．基板
581．．．薄膜電晶體
583．．．絕緣層
585．．．絕緣層
587．．．電極層
588．．．電極層
589．．．球狀粒子
590a．．．黑色區域
590b．．．白色區域
594．．．空腔
595．．．填料
596．．．基板
1100．．．行動電話聽筒
1101．．．外殼
1102．．．顯示部
1103．．．操作按鈕
1104．．．外部連接埠
1105．．．揚聲器
1106．．．麥克風
2700．．．電子書閱讀器
2701．．．外殼
2703．．．外殼
2705．．．顯示部
2707．．．顯示部
2711．．．鉸鏈
2721．．．電力開關
2723．．．操作鍵
2725．．．揚聲器
2800．．．外殼
2801．．．外殼
2802．．．顯示面板
2803．．．揚聲器
2804．．．麥克風
2805．．．操作鍵
2806．．．定位裝置
2807．．．相機透鏡
2808．．．外部連接終端
2810．．．太陽能電池
2811．．．外部記憶體插槽
3000．．．桌燈
3001．．．照明裝置
4001．．．基板
4002．．．像素部
4003．．．信號線驅動器電路
4004．．．掃描線驅動器電路
4005．．．密封劑
4006．．．第二基板
4008．．．液晶層
4010．．．薄膜電晶體
4011．．．薄膜電晶體
4013．．．液晶元件
4014．．．鋅層
4015．．．連接終端電極
4016．．．終端電極
4018．．．撓性印刷電路
4019．．．各向異性導電層
4020．．．絕緣層
4021．．．絕緣層
4030．．．像素電極層
4031．．．相對電極層
4032．．．絕緣層
4033．．．絕緣層
4035．．．圓柱間隔物
4040．．．導電層
4501．．．基板
4502．．．像素部
4503a．．．信號線驅動器電路
4503b．．．信號線驅動器電路
4504a．．．掃描線驅動器電路
4504b．．．掃描線驅動器電路
4505．．．密封劑
4506．．．基板
4507．．．填料
4509．．．薄膜電晶體
4510．．．薄膜電晶體
4511．．．發光元件
4512．．．電致發光層
4513．．．電極層
4514．．．銦合金層
4515．．．連接終端電極
4516．．．終端電極
4517．．．電極層
4518a．．．撓性印刷電路
4518b．．．撓性印刷電路
4519．．．各向異性導電層
4520．．．隔板
4540．．．導電層
4541．．．絕緣層
4542．．．保護絕緣層
4544．．．絕緣層
9600．．．電視機
9601．．．外殼
9603．．．顯示部
9605．．．座
9607．．．顯示部
9609．．．操作鍵
9610．．．遙控器
9700．．．數位相框
9701．．．外殼
9703．．．顯示部
在附圖中：
圖1A至1D為本發明的實施例之橫剖面圖；
圖2為本發明的實施例之俯視圖；
圖3A至3C各個為本發明的實施例之橫剖面圖；
圖4為本發明的實施例之頻帶圖；
圖5A1及5A2和圖5B為本發明的實施例之俯視圖和橫剖面圖；
圖6為本發明的實施例之橫剖面圖；
圖7A及7B為本發明的實施例之平面圖和橫剖面圖；
圖8A及8B為電子設備之例子；
圖9A及9B為電子設備之例子；
圖10為電子設備之例子；以及
圖11為電子設備之例子。
150．．．薄膜電晶體

Claims (18)

  1. 一種半導體裝置，包含：基板，其具有絕緣表面；閘極電極層，其在具有該絕緣表面的該基板上；閘極絕緣層，其在該閘極電極層上；氧化物半導體層，其在該閘極絕緣層上；第一金屬層，其在該氧化物半導體層上且與該氧化物半導體層接觸；以及源極電極層和汲極電極層，其在該第一金屬層上，其中該第一金屬層為銦層或銦合金層，以及其中該第一金屬層設置於在該氧化物半導體層與該源極電極層之間的整個介面及在該氧化物半導體層與該汲極電極層之間的整個介面。
  2. 根據申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中該氧化物半導體層含有氧化銦。
  3. 一種半導體裝置，包含：基板，其具有絕緣表面；閘極電極層，其在具有該絕緣表面的該基板上；閘極絕緣層，其在該閘極電極層上；氧化物半導體層，其在該閘極絕緣層上；第一金屬層，其在該氧化物半導體層上且與該氧化物半導體層接觸；以及源極電極層和汲極電極層，其在該第一金屬層上，其中該第一金屬層為鋅層或鋅合金層，以及 其中該第一金屬層設置於在該氧化物半導體層與該源極電極層之間的整個介面及在該氧化物半導體層與該汲極電極層之間的整個介面。
  4. 根據申請專利範圍第3項之半導體裝置，其中該氧化物半導體層含有氧化鋅。
  5. 根據申請專利範圍第1或3項之半導體裝置，其中，該源極電極層及該汲極電極層包含第二金屬層，其在該第一金屬層上並且與該第一金屬層接觸，該第二金屬層包含選自Al(鋁)、Cr(鉻)、Cu(銅)、Ta(鉭)、Ti(鈦)、Mo(鉬)、及W(鎢)的元素，含有這些元素的任一個作為成分之合金，或含有這些元素組合的任一個之合金。
  6. 根據申請專利範圍第1或3項之半導體裝置，其中，該源極電極層及該汲極電極層包含在該第一金屬層之上且與其接觸的第二金屬層，該第二金屬層包含透光導電材料。
  7. 根據申請專利範圍第6項之半導體裝置，其中該透光導電材料係選自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、氧化銦鋅、及添加氧化矽之氧化銦錫。
  8. 根據申請專利範圍第1或3項之半導體裝置，其中，層的該堆疊包含連續堆疊在該第一金屬層上之第一鉬層、鋁層、及第二鉬層，其中該第一鉬層係在該第一金屬層上並且與該第一金 屬層接觸。
  9. 一種製造半導體裝置之方法，包含以下步驟：將閘極電極層形成在具有絕緣表面的基板上；將閘極絕緣層形成在該閘極電極層上；將氧化物半導體層形成在該閘極絕緣層上；將第一金屬層形成在該氧化物半導體層上並且與該氧化物半導體層接觸；將金屬導電層的堆疊形成在該第一金屬層上；以及蝕刻該第一金屬層和金屬導電層的該堆疊，使得源極電極層和汲極電極層被形成，其中該第一金屬層為銦層或銦合金層，以及其中該第一金屬層設置於在該氧化物半導體層與該源極電極層之間的整個介面及在該氧化物半導體層與該汲極電極層之間的整個介面。
  10. 根據申請專利範圍第9項之製造半導體裝置之方法，其中該氧化物半導體層含有氧化銦。
  11. 根據申請專利範圍第9項之製造半導體裝置之方法，其中該金屬導電層包含連續堆疊在該銦層或該銦合金層上之第一鉬層、鋁層、及第二鉬層，其中該第一鉬層係在該銦層或該銦合金層上並且與該銦層或該銦合金層接觸。
  12. 一種製造半導體裝置之方法，包含以下步驟：將閘極電極層形成在具有絕緣表面的基板上； 將閘極絕緣層形成在該閘極電極層上；將氧化物半導體層形成在該閘極絕緣層上；將第一金屬層形成在該氧化物半導體層上並且與該氧化物半導體層接觸；將金屬導電層的堆疊形成在該第一金屬層上；以及蝕刻該第一金屬層和金屬導電層的該堆疊，使得源極電極層和汲極電極層被形成，其中該第一金屬層為鋅層或鋅合金層，以及其中該第一金屬層設置於在該氧化物半導體層與該源極電極層之間的整個介面及在該氧化物半導體層與該汲極電極層之間的整個介面。
  13. 根據申請專利範圍第9或12項之製造半導體裝置之方法，其中該堆疊係在未暴露至空氣之下所形成。
  14. 根據申請專利範圍第12項之製造半導體裝置之方法，其中該氧化物半導體層含有氧化鋅。
  15. 根據申請專利範圍第9或12項之製造半導體裝置之方法，其中該金屬導電層係使用選自Al(鋁)、Cr(鉻)、Cu(銅)、Ta(鉭)、Ti(鈦)、Mo(鉬)、及W(鎢)的元素，含有這些元素的任一個作為成分之合金，或含有這些元素組合的任一個之合金的金屬層所形成。
  16. 根據申請專利範圍第9或12項之製造半導體裝置之方法，其中該金屬導電層係使用透光導電材料所形成。
  17. 根據申請專利範圍第16項之製造半導體裝置之方 法，其中該透光導電材料係選自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、氧化銦鋅、及添加氧化矽之氧化銦錫。
  18. 根據申請專利範圍第12項之製造半導體裝置之方法，其中該金屬導電層包含連續堆疊在該鋅層或該鋅合金層上之第一鉬層、鋁層、及第二鉬層，其中該第一鉬層係在該鋅層或鋅合金層上並且與該鋅層或該鋅合金層接觸。
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