TWI529945B - 半導體裝置 - Google Patents

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TWI529945B
TWI529945B TW103128650A TW103128650A TWI529945B TW I529945 B TWI529945 B TW I529945B TW 103128650 A TW103128650 A TW 103128650A TW 103128650 A TW103128650 A TW 103128650A TW I529945 B TWI529945 B TW I529945B
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坂田淳一郎
秋元健吾
野田耕生
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半導體能源研究所股份有限公司
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    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
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Description

半導體裝置
本發明係相關於包括氧化物半導體之半導體裝置。
需注意的是，在此說明書中，半導體裝置意指可利用半導體特性來運作之任何裝置，以及諸如液晶顯示裝置或發光裝置等電光裝置、半導體電路、和電子用品都是半導體裝置。
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)來形成電晶體之技術已引起關注。電晶體已被廣泛應用到諸如IC或電光裝置等電子裝置，尤其是正加速其快速發展作為影像顯示裝置的交換元件。
已知金屬氧化物為具有半導體特性的材料。具有半導體特性之此種金屬氧化物的例子例示有氧化鎢、氧化錫、氧化銦、氧化鋅等。已知使用具有半導體特性之此種金屬氧化物形成通道形成區之電晶體(例如見專利文件1及2)。
應用氧化物半導體之電晶體具有極高的場效遷移率。 如此，用於顯示裝置的驅動器電路等係可使用包括氧化物半導體的電晶體來形成。
[參考]
[專利文件]
[專利文件1]日本已出版專利申請案號2007-123861
[專利文件2]日本已出版專利申請案號2007-096055
當諸如像素電路(亦稱作像素部)和驅動器電路等複數個不同電路形成在絕緣表面上時，像素電路中所使用的電晶體需要諸如高開關彼等絕佳交換特性，及驅動器電路中所使用的電晶體需要高操作速度。尤其是，隨著顯示部的清晰度增加，需要降低顯示影像的寫入時間。因此，驅動器電路中所使用的電晶體以高速操作較佳。此外，藉由增加根據較高清晰度的增加而減少之孔徑比，亦可提高顯示品質。
因此，本發明的目的係用以解決上述問題。尤其是，本發明的目的係用以設置半導體裝置，其擁有絕佳交換特性、以高速操作、及即使顯示部的清晰度增加時仍不會導致孔徑比減少。
本發明的實施例為半導體裝置，其包括使用電晶體所形成之驅動器電路部和像素部在一基板上；及其製造方法。電晶體包括源極區和汲極區中之氧化物導體，以及使用氧化物半導體所形成之半導體層。
本發明的實施例為半導體裝置，其包含包括第一電晶體之像素部以及包括第二電晶體之驅動器電路部在一基板上。第一電晶體和第二電晶體包含：閘極電極層；閘極絕緣層，在閘極電極層上；氧化物半導體層，其在閘極絕緣層上，包括包含奈米晶體的微晶群之表層；源極電極層和汲極電極層，各個與氧化物半導體層的一部分重疊；以及氧化物絕緣層，其與氧化物半導體層接觸。第一電晶體的閘極電極層、源極電極層、和汲極電極層係使用非晶氧化物導體所形成，而第二電晶體的閘極電極層、源極電極層、和汲極電極層係使用金屬所形成。
需注意的是，為了方便而使用此說明書中之諸如"第一"和"第二"等序數，並不表示步驟的順序或層的堆疊順序。此外，此說明書中的序數不表示指定本發明的特定名稱。
在上述結構中，第一電晶體的閘極電極層、源極電極層、和汲極電極層係使用透光材料所形成，藉以可增加孔徑比。
第二電晶體的閘極電極層、源極電極層、和汲極電極層可以是含有選自Ti(鈦)、Mo(鉬)、W(鎢)、Al(鋁)、Cr(鉻)、Cu(銅)、及Ta(鉭)的元素作為主要成分的單一膜、含有這些元素的任一個之合金膜、或包括膜的任一個之堆疊膜。
氧化物導電層可設置在源極電極層和第二電晶體的氧化物半導體層之間，以及在汲極電極層和第二電晶體的氧 化物半導體層之間。利用此結構，可降低接觸電阻，如此產生能夠高速操作之電晶體。
形成在第一和第二電晶體的每一個之氧化物半導體層上的氧化物絕緣層係可使用氧化矽膜、氧氮化矽膜、氧化鋁膜、氮氧化鋁膜等來形成。
藉由使用本發明的實施例之電晶體，可藉由在一基板上形成驅動器電路部和像素電路部，以及使用EL元件、液晶元件、和電泳元件等來製造半導體裝置。
本發明的實施例為用以製造半導體裝置之方法，包含以下步驟：將第一閘極電極層和第二閘極電極層形成在具有絕緣表面之基板上；將閘極絕緣層形成在第一閘極電極層和第二閘極電極層上；將第一氧化物半導體層和第二氧化物半導體層在閘極絕緣層上；藉由熱處理，將奈米晶體的微晶群形成第一氧化物半導體層和第二氧化物半導體層的表層中；將氧化物導電層形成在閘極絕緣層、第一氧化物半導體層、和第二氧化物半導體層上；將金屬層形成在氧化物導電層上；選擇性蝕刻金屬層和氧化物導電層，使得包含氧化物導電層之第一源極電極層和第一汲極電極層各個被形成，以與第一氧化物半導體層的部分重疊，而包含氧化物導電層和金屬層的堆疊之第二源極電極層和第二汲極電極層各個被形成，以與第二氧化物半導體層的部分重疊；以及將氧化物絕緣層形成在第一氧化物半導體層、第二氧化物半導體層、第一源極電極層、第一汲極電極層、第二源極電極層、和第二汲極電極層上。
本發明的實施例為反向交錯型底閘極電晶體。源極電極層、汲極電極層、和通道區係藉由蝕刻氧化物導電層的一部分所形成。那時，使用對包括由奈米晶體所形成之微晶群的表層之氧化物導電層和氧化物半導體層具有高蝕刻選擇率的包括磷酸、醋酸、硝酸之混合酸較佳。藉由使用混合酸，氧化物導電層下方之氧化物半導體層的表層中之大部分的奈米晶體之微晶群能夠被留下而未被蝕刻。
以快速熱退火法來執行第一氧化物半導體層和第二氧化物半導體層的熱處理較佳。
根據本發明的一實施例，能夠製造具有令人滿意的電特性之高度可靠的電晶體，及設置具有高顯示品質的高度可靠的半導體裝置。
400‧‧‧基板
402‧‧‧閘極絕緣層
403‧‧‧閘極絕緣層
404‧‧‧氧化物半導體層
404a‧‧‧微晶群
405a‧‧‧微晶群
405‧‧‧氧化物半導體層
417‧‧‧導電層
421a‧‧‧閘極電極層
421b‧‧‧閘極電極層
421c‧‧‧閘極配線層
422‧‧‧源極配線層
426‧‧‧氧化物絕緣層
427‧‧‧氧化物絕緣層
428‧‧‧保護絕緣層
430‧‧‧電容器配線層
431‧‧‧電容器電極層
432‧‧‧儲存配線層
440‧‧‧電晶體
442‧‧‧連接電極層
443‧‧‧通道形成區
444c‧‧‧第一區
444d‧‧‧第二區
445a‧‧‧源極電極層
445b‧‧‧汲極電極層
446a‧‧‧氧化物導電層
446b‧‧‧氧化物導電層
448‧‧‧連接電極層
449‧‧‧連接電極層
451a‧‧‧閘極電極層
451b‧‧‧閘極電極層
452‧‧‧連接電極層
453‧‧‧濾色器層
455a‧‧‧源極電極層
455b‧‧‧汲極電極層
456‧‧‧平面化絕緣層
457‧‧‧像素電極層
457a‧‧‧像素電極層
457b‧‧‧第一電極
458‧‧‧外罩層
459‧‧‧隔牆
460‧‧‧電晶體
581‧‧‧電晶體
585‧‧‧絕緣層
587‧‧‧第一電極層
588‧‧‧第二電極層
589‧‧‧球狀粒子
594‧‧‧空腔
595‧‧‧填料
590a‧‧‧黑色區域
590b‧‧‧白色區域
1000‧‧‧行動電話聽筒
1001‧‧‧外殼
1002‧‧‧顯示部
1003‧‧‧操作按鈕
1004‧‧‧外部連接埠
1005‧‧‧揚聲器
1006‧‧‧麥克風
2600‧‧‧基板
2601‧‧‧相對基板
2602‧‧‧密封劑
2603‧‧‧像素部
2604‧‧‧顯示元件
2605‧‧‧著色層
2606‧‧‧極化板
2607‧‧‧極化板
2608‧‧‧配線電路部
2609‧‧‧撓性配線板
2610‧‧‧冷陰極管
2611‧‧‧反射板
2612‧‧‧電路基板
2613‧‧‧擴散板
2631‧‧‧佈告欄
2632‧‧‧交通工具中的廣告
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
4001‧‧‧基板
4002‧‧‧像素部
4003‧‧‧信號線驅動器電路部
4004‧‧‧掃描線驅動器電路部
4005‧‧‧密封劑
4006‧‧‧基板
4008‧‧‧液晶層
4010‧‧‧電晶體
4011‧‧‧電晶體
4013‧‧‧液晶元件
4015‧‧‧連接終端電極
4016‧‧‧終端電極
4018‧‧‧撓性印刷電路
4019‧‧‧各向異性導電膜
4020‧‧‧保護絕緣層
4021‧‧‧絕緣層
4030‧‧‧像素電極
4031‧‧‧相對電極
4032‧‧‧絕緣層
4033‧‧‧絕緣層
4035‧‧‧間隔物
4040‧‧‧導電層
4041‧‧‧絕緣層
4501‧‧‧基板
4502‧‧‧像素部
4505‧‧‧密封劑
4506‧‧‧基板
4507‧‧‧填料
4509‧‧‧電晶體
4510‧‧‧電晶體
4511‧‧‧發光元件
4512‧‧‧電致發光層
4513‧‧‧電極層
4515‧‧‧連接終端電極
4516‧‧‧終端電極
4517‧‧‧第一電極
4519‧‧‧各向異性導電膜
4520‧‧‧隔牆
4540‧‧‧導電層
4541‧‧‧氧化物絕緣層
4542‧‧‧氧化物絕緣層
4543‧‧‧絕緣層
4544‧‧‧絕緣層
4545‧‧‧濾色器層
4546‧‧‧絕緣層
4548‧‧‧源極配線
4503a‧‧‧信號線驅動器電路部
4503b‧‧‧信號線驅動器電路部
4504a‧‧‧掃描線驅動器電路部
4504b‧‧‧掃描線驅動器電路部
4518a‧‧‧撓性印刷電路
4518b‧‧‧撓性印刷電路
9400‧‧‧通訊裝置
9401‧‧‧外殼
9402‧‧‧操作按鈕
9403‧‧‧外部輸入終端
9404‧‧‧麥克風
9405‧‧‧揚聲器
9406‧‧‧發光部
9410‧‧‧顯示裝置
9411‧‧‧外殼
9412‧‧‧顯示部
9413‧‧‧操作按鈕
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
9881‧‧‧外殼
9882‧‧‧顯示部
9883‧‧‧顯示部
9884‧‧‧揚聲器部
9885‧‧‧操作鍵
9886‧‧‧儲存媒體插入部
9887‧‧‧連接終端
9888‧‧‧感測器
9889‧‧‧麥克風
9890‧‧‧發光二極體燈
9891‧‧‧外殼
9893‧‧‧連接器
9900‧‧‧投幣機
9901‧‧‧外殼
9903‧‧‧顯示部
在附圖中：圖1A至1E為本發明的一實施例之橫剖面處理圖；圖2為本發明的一實施例之橫剖面圖；圖3為本發明的一實施例之橫剖面圖；圖4A1及4A2為半導體裝置的平面圖，而圖4B為半導體裝置的橫剖面圖；圖5為半導體裝置的橫剖面圖；圖6A為半導體裝置的平面圖，而圖6B為半導體裝置的橫剖面圖；圖7A及7B為本發明的一實施例之橫剖面圖； 圖8為半導體裝置的橫剖面圖；圖9A及9B各個為電子裝置圖；圖10為電子裝置圖；圖11A及11B各個為電子裝置圖；圖12A及12B各個為電子裝置圖；及圖13A及13B各個為電子裝置圖。
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可以各種方式改變模式和細節。此外，本發明不應闡釋作侷限於實施例的說明。需注意的是，在此說明書的圖式中，相同部位或具有類似功能的部位係由相同參考號碼來表示，及可省略其說明。
[實施例1]
在此實施例中，將說明各個為本發明的實施例之半導體裝置及半導體裝置的製造方法。
圖1E圖解在一基板上所製造之具有不同結構的兩電晶體之橫剖面結構。電晶體440及460具有一種被稱作反向交錯型的底閘極結構。
設置在像素中之電晶體460包括閘極電極層451a、閘極絕緣層402、氧化物半導體層405、源極電極層455a、和汲極電極層455b在具有絕緣表面的基板400 上。此外，氧化物絕緣層426被設置，以覆蓋電晶體460並且與氧化物半導體層405的側表面接觸，而氧化物絕緣層427被設置，以覆蓋電晶體460並且與氧化物半導體層405的頂表面接觸。需注意的是，不一定要設置氧化物絕緣層426。
雖然使用單閘極電晶體作為例子來說明設置在像素中之電晶體460，但是電晶體460可以是包括複數個通道形成區之多閘極電晶體。
在電晶體460中，閘極絕緣層402和氧化物半導體層405與閘極電極層451a重疊，以及形成與氧化物半導體層405部分重疊之源極電極層455a和汲極電極層455b。電晶體460的通道形成區為彼此面對之源極電極層455a的側表面和汲極電極層455b的側表面之間的氧化物半導體層405之區域，即、與閘極絕緣層402接觸並且與閘極電極層451a重疊之氧化物半導體層405的區域。
為了實現具有高孔徑比的半導體裝置，電晶體460中的閘極電極層451a、源極電極層455a、和汲極電極層455b係由透光導電膜所形成。
作為透光導電膜的材料，可利用透射可見光之導電材料，例如，可利用In-Sn-O基的氧化物導電材料、In-Sn-Zn-O基的氧化物導電材料、In-Al-Zn-O基的氧化物導電材料；Sn-Ga-Zn-O基的氧化物導電材料、Al-Ga-Zn-O基的氧化物導電材料、Sn-Al-Zn-O基的氧化物導電材料、In-Zn-O基的氧化物導電材料、Sn-Zn-O基的氧化物導電 材料、Al-Zn-O基的氧化物導電材料、In-O基的氧化物導電材料、Sn-O基的氧化物導電材料、或Zn-O基的氧化物導電材料。需注意的是，在使用用以形成透光導電膜之濺鍍法的例子中，以包括濃度大於或等於2wt%(重量百分比)及小於或等於10wt%的氧化矽之目標來執行沈積，使得SiO x (X>0)包括在透光導電膜中以成為非晶的。
設置在驅動器電路部中之電晶體440包括閘極電極層421a、閘極絕緣層402、氧化物半導體層404、氧化物導電層446a及446b、源極電極層445a、和汲極電極層445b在具有絕緣表面之基板400上。另外，絕緣層427和保護絕緣層428係設置在通道形成區443、源極電極層445a、和汲極電極層445b上。
電晶體440之閘極電極層421a、源極電極層445a、和汲極電極層445b可以是含有選自Ti(鈦)、Mo(鉬)、W(鎢)、Al(鋁)、Cr(鉻)、Cu(銅)、及Ta(鉭)的元素作為主要成分的單一膜、含有這些元素的任一個之合金膜、或包括膜的任一個之堆疊膜。另外，將氧化物導電層446a及446b分別形成在源極電極層445a和氧化物半導體層404之間以及在汲極電極層445b和氧化物半導體層404之間。利用此結構，可降低接觸電阻，如此產生能夠高速操作之電晶體。需注意的是，使用與電晶體460中之源極電極層455a和汲極電極層455b相同的材料來形成氧化物導電層446a及446b。
與氧化物絕緣層426重疊之氧化物半導體層404的第 一區444c和第二區444d是在像通道形成區443之氧過量狀態；如此，可降低漏電流，及可降低寄生電容。
作為氧化物半導體層404及405的材料，可使用下面氧化物半導體的任一個：四成分的金屬氧化物半導體，諸如In-Sn-Ga-Zn-O基的金屬氧化物等；三成分的金屬氧化物，諸如In-Ga-Zn-O基的金屬氧化物、In-Sn-Zn-O基的金屬氧化物、In-Al-Zn-O基的金屬氧化物、Sn-Ga-Zn-O基的金屬氧化物、Al-Ga-Zn-O基的金屬氧化物、或Sn-Al-Zn-O基的金屬氧化物等；或者兩成分的金屬氧化物，諸如In-Zn-O基的金屬氧化物、Sn-Zn-O基的金屬氧化物、Al-Zn-O基的金屬氧化物、Zn-Mg-O基的金屬氧化物、Sn-Mg-O基的金屬氧化物、或In-Mg-O基的金屬氧化物等；In-O基的金屬氧化物、Sn-O基的金屬氧化物、或Zn-O基的金屬氧化物。上述氧化物半導體可包括氧化矽。
需注意的是，作為氧化物半導體層404及405，可使用以InMO3(ZnO) m (m>0)表示之薄膜。此處，M表示選自Ga(鎵)、Al(鋁)、Mn(錳)、及Co(鈷)的一或多個金屬元素。例如，M表示Ga、Ga及Al、Ga及Mn、Ga及Co等等。在以InMO3(ZnO) m (m>0)表示之氧化物半導體膜之中，包括Ga作為M之氧化物半導體膜被稱作In-Ga-Zn-O氧化物半導體膜，如上述，以及In-Ga-Zn-O氧化物半導體的薄膜亦被稱作In-Ga-Zn-O膜。
以高溫，利用快速熱退火(RTA)法等，短時間將氧 化物半導體層404及405的每一個經過脫水作用或除氫作用。藉由以高於或等於500℃及低於或等於750℃的溫度(或低於或等於玻璃基板的應變點之溫度)的熱處理，在鈍氣大氣中，使用電阻加熱、燈輻射等可執行脫水作用或除氫作用約一分鐘至十分鐘，以650℃達約三分鐘至六分鐘較佳。利用RTA法，可在短時間執行脫水作用或除氫作用；因此，甚至以高於玻璃基板的應變點之溫度仍可執行處理。
在氧化物半導體層404及405是在剛沈積狀態的階段中，氧化物半導體層404及405為具有許多懸鍵的非晶層。經由用於脫水作用或除氫作用的加熱步驟，短距離內的懸鍵彼此接合，使得氧化物半導體層404及405可具有整齊的非晶結構。隨著整理進行，氧化物半導體層404及405由非晶氧化物半導體和微晶氧化物半導體的混合物所形成，其中非晶區星羅棋布著微晶；或者由微晶群所形成。此處，微晶是具有粒子尺寸大於或等於1nm及小於或等於20nm之所謂的奈米晶體，其小於通常被稱作微晶之微晶粒子的尺寸。
在經由加熱步驟的結晶區之氧化物半導體層404及405的每一個之表層中，形成奈米尺寸的微晶，其c軸定向於垂直於層的表面之方向上。在那例子中，晶體的長軸是在c軸方向，而短軸方向上的尺寸大於或等於1nm及小於或等於20nm。
因此，在氧化物半導體層404及405的表層部中，存 在包括包括奈米晶體的微晶群404a及405a之濃密晶體區，如此可防止由於改變到n型所導致的電特性退化(歸咎於濕氣經由表層部進入或去除氧)。另外，因為氧化物半導體層404及405的表層部是在背通道側，所以防止氧化物半導體層404及405的表層被改變成n型對抑制寄生通道的產生亦有效。而且，可降低由於晶體區和源極電極層445a及455a或汲極電極層445b及455b而增加導電性的表層部之間的接觸電阻。
此處，容易藉由晶體生長所獲得之In-Ga-Zn-O膜的晶體結構係根據金屬氧化物目標。例如，在使用金屬氧化物目標形成In-Ga-Zn-O膜，其中含有莫耳比In2O3：Ga2O3：ZnO=1：1：1之In、Ga、及Zn，及經由加熱步驟執行結晶之例子中，In氧化物層之間的區域傾向生長屬於六角形系統之層式化合物晶體結構，其中含有Ga及Zn之一氧化物層或兩氧化物層共存。另一選擇是，在In2O3對Ga2O3對ZnO之莫耳比為1：1：2的目標被用於沈積，及經由加熱步驟執行結晶之例子中，在In氧化物層之間含有Ga及Zn的氧化物層容易形成兩層結構。因為具有兩層結構的後者之含有Ga及Zn的氧化物層之晶體結構穩定，所以容易出現晶體生長。在In2O3對Ga2O3對ZnO之莫耳比為1：1：2的目標被用於沈積，及經由加熱步驟執行結晶之例子中，在一些例子中，形成連續從含有Ga及Zn的氧化物層之外層到閘極絕緣膜和含有Ga及Zn的氧化物層之間的介面之晶體。需注意的是，莫耳比可被 稱作氧化物層中之原子數目的比。
需注意的是，依據步驟的順序，晶體區未形成在氧化物半導體層的側表面部中，如此晶體區只形成在上層部。然而，側表面部的區域小；因此，在那例子中亦可保持對諸如電特性的退化和寄生通道的產生之效果等上述效果。
下面將參考圖1A至1E說明在一基板上之製造電晶體440及460的處理。
首先，在將導電膜形成在具有絕緣表面的基板400上之後，藉由第一光致微影步驟和蝕刻步驟來形成閘極電極層421a及421b。
需注意的是，可以噴墨法形成抗蝕遮罩，以噴墨法形成抗蝕遮罩不需要光遮罩；如此，可降低製造成本。無須說，噴墨法不僅可應用到第一光致微影步驟亦可應用到另一光致微影步驟。
作為形成閘極電極層421a及421b的每一個之導電膜，可利用含有選自Ti(鈦)、Mo(鉬)、W(鎢)、Al(鋁)、Cr(鉻)、Cu(銅)、及Ta(鉭)的元素作為主要成分的單一膜、含有這些元素的任一個之合金膜、包括膜的任一個之堆疊膜等等。
作為基板400，當稍後執行的熱處理之溫度高時，使用應變點為730℃或更高之玻璃基板較佳。作為玻璃基板，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)的量大於硼酸，可獲得更實用的耐熱玻璃。因 此，使用含BaO的量大於B2O3的量之含有BaO及B2O3之玻璃基板較佳。
需注意的是，可使用由諸如陶瓷基板、石英基板、或藍寶石基板等絕緣體所形成的基板來取代上述玻璃基板。另一選擇是，可使用結晶玻璃。
充作基極膜之絕緣層可設置在基板400和閘極電極層421a及421b之間。基極膜具有防止雜質元素從基板400擴散之功能，及可被形成具有使用氮化矽膜、氧化矽膜、氧氮化矽膜、和氮氧化矽膜的一或多個之單層或疊層結構。
接著，透光氧化物導電層被形成，以覆蓋閘極電極層421a及421b，然後藉由第二光致微影步驟和蝕刻步驟形成閘極電極層451a及451b。在此實施例中，為了降低配線電阻，設置在像素部中之閘極配線係使用與閘極電極層421b相同的金屬膜所形成。
作為透光氧化物導電層的材料，可利用透射可見光之導電材料，例如，In-Sn-O基的氧化物導電材料、In-Sn-Zn-O基的氧化物導電材料、In-Al-Zn-O基的氧化物導電材料；Sn-Ga-Zn-O基的氧化物導電材料、Al-Ga-Zn-O基的氧化物導電材料、Sn-Al-Zn-O基的氧化物導電材料、In-Zn-O基的氧化物導電材料、Sn-Zn-O基的氧化物導電材料、Al-Zn-O基的氧化物導電材料、In-O基的氧化物導電材料、Sn-O基的氧化物導電材料、或Zn-O基的氧化物導電材料。在使用濺鍍法之例子中，可利用包括大於或等 於2wt%及小於或等於10wt%的氧化矽之目標來執行沈積，使得SiO x (X>0)包括在透光導電膜中以成為非晶的。在此實施例中，使用含有氧化矽之氧化銦錫。
接著，將閘極絕緣層402形成在閘極電極層421a、421b、451a、及451b上。
在此實施例中，閘極絕緣層402係使用高密度電漿設備來形成。此處，高密度電漿設備意指可實現電漿密度1×1011/cm3或更高之設備。例如，藉由施加高於或等於3kW及低於或等於6kW之微波功率來產生電漿，使得絕緣膜被形成。
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，以在壓力高於或等於10Pa及低於或等於30Pa中產生高密度電漿，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，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。即使其具有如100nm或更小的厚度，經由上述程序所形成之絕緣膜有助於形成仍具有高度可靠性之半導體裝置。
在形成閘極絕緣層402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。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。
因為藉由使用高密度電漿設備所形成之絕緣膜可具有 均勻厚度，所以絕緣膜具有覆蓋表面的不均勻之絕佳能力。另外，使用高密度電漿設備使得絕緣膜的厚度能夠被精確控制。
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，使用高密度電漿設備所形成之具有厚度100nm的氮氧化矽膜(亦稱作SiOxNy，其中x>y>0)被使用作為閘極絕緣層402。
作為另一方法，可藉由電漿CVD法、濺鍍法等來形成閘極絕緣層402。在那例子中，閘極絕緣層402可被形成具有氧化矽層、氮化矽層、氮氧化矽層、氧氮化矽層的單層結構或者其堆疊層結構。例如，可藉由使用SiH4、氧、及氮作為沈積氣體之電漿CVD法來形成氮氧化矽層。閘極絕緣層402的厚度大於或等於100nm及小於或等於500nm；在堆疊層的結構中，例如，具有厚度大於或等於5nm及小於或等於300nm的第二閘極絕緣層被堆疊在具有厚度大於或等於50nm及小於或等於200nm的第一閘極絕緣層上。
接著，藉由第三光致微影步驟及蝕刻步驟，將到達閘極電極層421b之接觸孔形成在閘極絕緣層402中。需注 意的是，可沈積和蝕刻氧化物半導體膜，之後可將抗蝕遮罩形成在氧化物半導體層上，及可形成到達閘極電極層421b之接觸孔。在那例子中，執行逆向濺鍍，以去除來自氧化物半導體層和閘極絕緣層402的表面之抗蝕剩餘物等較佳。
在此實施例中，藉由第三光致微影步驟及蝕刻步驟來形成到達閘極電極層421b的接觸孔；因此，在形成接觸孔之後執行於鈍氣大氣中(如、氮、氦、氖、或氬)的熱處理(以高於或等於400℃及低於基板的應變點)較佳，以去除諸如含在閘極絕緣層402中之諸如氫或水等雜質，然後形成氧化物半導體膜。
接著，在閘極絕緣層402上，氧化物半導體膜403被形成厚度大於或等於5nm及小於或等於200nm，大於或等於10nm或小於或等於20nm較佳(見圖1A)。
作為氧化物半導體膜403的材料，可使用四成分的金屬氧化物，諸如In-Sn-Ga-Zn-O基的金屬氧化物等；三成分的金屬氧化物，諸如In-Ga-Zn-O基的金屬氧化物、In-Sn-Zn-O基的金屬氧化物、In-Al-Zn-O基的金屬氧化物、Sn-Ga-Zn-O基的金屬氧化物、Al-Ga-Zn-O基的金屬氧化物、或Sn-Al-Zn-O基的金屬氧化物等；或者兩成分的金屬氧化物，諸如In-Zn-O基的金屬氧化物、Sn-Zn-O基的金屬氧化物、Al-Zn-O基的金屬氧化物、Zn-Mg-O基的金屬氧化物、Sn-Mg-O基的金屬氧化物、或In-Mg-O基的金屬氧化物等；In-O基的金屬氧化物、Sn-O基的金屬氧化 物、或Zn-O基的金屬氧化物。上述氧化物半導體膜可包括氧化矽。氧化物半導體膜403係可在稀有氣體(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，藉由濺鍍法來形成。
在此實施例中，在下面條件下，使用包括In、Ga、及Zn之金屬氧化物目標(莫耳比為In2O3對Ga2O3對ZnO的比例為1：1：1或1：1：2)來執行沈積：基板和目標之間的距離為100mm、壓力為0.6Pa、直流(DC)電力供應為0.5kW、及大氣為氧(氧的流率為100%)。需注意的是，使用脈衝式直流(DC)電力供應較佳，因為可降低沈積時所產生之粉末物質(亦稱作粒子或粉塵)，及膜厚度可以是均勻的。在此實施例中，作為氧化物半導體膜403，使用In-Ga-Zn-O基的金屬氧化物目標，藉由濺鍍法形成15nm厚的In-Ga-Zn-O膜。
濺鍍法的例子包括：RF濺鍍法，其中高頻電源被使用作為濺鍍電源；DC濺鍍法；及脈衝式DC濺鍍法，其中以脈衝方式施加偏壓。RF濺鍍法主要用在形成絕緣層時，及DC濺鍍法主要用在形成導電層時。
此外，亦具有多源濺鍍設備，其中可設定複數個不同材料的目標。利用多源濺鍍設備，不同材料的膜可被形成和堆疊在同一室中，或者亦可在同一室中同時藉由放電形成複數種材料的膜。
此外，具有用於磁電管濺鍍之濺鍍設備，其中磁性系統被設置在室內；及用於ECR濺鍍法之濺鍍設備，其中 在未使用輝光放電之下使用藉由使用微波所產生的電漿。
而且，亦具有反應性濺鍍法，其中在沈積期間目標物質和濺鍍氣體彼此起化學反應以形成其薄的化合物膜；及偏壓濺鍍法，其中在沈積期間亦施加電壓到基板。
需注意的是，在藉由濺鍍法形成氧化物半導體膜之前，藉由引進氬氣和產生電漿之逆向濺鍍去除閘極絕緣層402的表面上之粉塵較佳。逆向濺鍍意指在氬大氣中，RF電源被用於施加電壓到基板側，使得離子化氬與基板碰撞以修改表面之方法。需注意的是，可使用氮、氦、氧等來取代氬。
在沈積氧化物半導體膜之前，可在鈍氣大氣中(諸如氮、氦、氖、或氬等)執行熱處理，以去除含在閘極絕緣層402中之諸如氫和水等雜質。
然後，藉由第四光致微影步驟和蝕刻步驟，將氧化物半導體膜403處理成島型氧化物半導體層404及405。
接著，將氧化物半導體層404及405脫水或除氫。可以高於或等於500℃及低於或等於750℃的溫度(或低於或等於玻璃的應變點之溫度)，在鈍氣大氣中，藉由使用電阻加熱法、燈照射等來執行用於脫水作用或除氫作用之第一熱處理長於或等於一分鐘及短於或等於十分鐘，以650°達長於或等於三分鐘及短於或等於六分鐘較佳。利用RTA法，可在短時間執行脫水作用或除氫作用；因此，甚至以高於玻璃基板的應變點之溫度仍可執行處理。需注意的是，第一熱處理的時序並不侷限於此時序，及第一熱處 理可被執行複數次，例如，在光致微影處理或沈積步驟之前和之後。
在此說明書中，在諸如氮等鈍氣或稀有氣體的大氣中熱處理氧化物半導體層被稱作用於脫水作用或除氫作用的熱處理。在此說明書中，除氫作用不僅僅意指以熱處理去除H2的形式，為了方便，脫水作用或除氫作用亦意指去除H、OH等。
重要的是，已脫水或已除氫的氧化物半導體層未暴露至空氣，使得能夠防止水或氫進入氧化物半導體層。在使用以藉由脫水作用或除氫作用使氧化物半導體層成為n型(如、n-型或n+型)氧化物半導體層，即、低電阻氧化物半導體層，然後將n型氧化物半導體改變成i型氧化物半導體層以具有高電阻之此種方式所獲得的氧化物半導體層之電晶體中，電晶體的臨界電壓是正電壓，使得電晶體顯現所謂的正常關特性。就顯示裝置所使用的電晶體而言，閘極電壓為盡可能接近0V之正臨界電壓較佳。至於主動矩陣式顯示裝置，包括在電路中之電晶體的電特性是重要的，及顯示裝置的性能依賴其電特性。在電晶體的電特性之中，臨界電壓尤其重要。若電晶體的臨界電壓是負的，則電晶體是在正常開狀態；換言之，甚至當閘極電壓為0V時，電流仍流動在源極電極和汲極電極之間。因此，難以控制包括電晶體的電路。另外，在一些例子中，當即使臨界電壓是正的，臨界電壓的絕對值仍舊較高時，在一些例子中，驅動電壓升高，及電晶體無法執行交換操作。在 n通道電晶體的例子中，通道被形成及在施加正電壓作為閘極電壓之後汲極電流開始流動較佳。除非驅動電壓不必要地是高的否則不形成通道之電晶體，以及形成通道並且甚至在負電壓時汲極電流仍流動之電晶體都不適合電路所使用的電晶體。
可在不同於脫水作用或除氫作用的大氣之大氣中實行脫水作用或除氫作用之後的氧化物半導體之冷卻。例如，可藉由使用執行脫水作用或除氫作用之爐，以及在未暴露至空氣之下，將爐充填有高純度氧氣、高純度N2O氣體、或超乾燥空氣(具有露點-40℃或更低，較佳的是-60℃或更低)來執行冷卻。
需注意的是，在第一熱處理中，諸如水、氫等未包含在氮或諸如氦、氖、或氬等稀有氣體中較佳。此處，引進到熱處理設備之氮或諸如氦、氖、或氬等稀有氣體的純度為6N(99.9999%)或更多較佳，7N(99.99999%)或更多更好。
如上述，在於鈍氣的大氣中執行第一熱處理之例子中，藉由第一熱處理將氧化物半導體層改變成氧不足氧化物半導體層以成為n型(如、n-型)氧化物半導體層，即、低電阻氧化物半導體層。然後，藉由形成與氧化物半導體層接觸之氧化物絕緣層，將氧化物半導體層變成在氧過量狀態中，以成為高電阻氧化物半導體層，即、i型氧化物半導體層。因此，能夠形成具有令人滿意的電特性之高度可靠的電晶體。
根據以熱去吸附光譜法(TDS)的分析，未經過第一熱處理之氧化物半導體層，在光譜中，顯現濕氣的排出之兩峰值被偵測上達450℃。另一方面，在上述條件之下已充分脫水或除氫的氧化物半導體層中，未偵測到兩峰值的250℃至300℃之至少一峰值。
在此實施例中，將基板引進到快速熱退火(RTA)設備內，及在氮大氣中，對氧化物半導體層404及405以650°執行熱處理達六分鐘。在此時，不僅氧化物半導體層404及405經過脫水作用或除氫作用，並且氧化物半導體層404及405的表層亦被結晶，使得包括奈米晶體之微晶群404a及405a被形成(見圖1B)。
第一熱處理之後的氧化物半導體層存在於氧不足的氧化物半導體層中，及載子濃度高於剛沈積之後，使得氧化物半導體層404及405具有載子濃度為1×1018/cm3或更多之較低的電阻。依據第一熱處理的條件和氧化物半導體層的材料，可將整個膜結晶成微晶或複晶。
另外，依據第一熱處理的條件和材料，閘極電極層451a及451b亦可被結晶成微晶或複晶。例如，在使用氧化銦錫作為閘極電極層451a及451b之例子中，藉由以450℃達一小時的第一熱處理將它們結晶，反之在使用含有氧化矽的氧化銦錫作為閘極電極層451a及451b之例子中，不容易將它們結晶。
可在氧化物半導體膜403被處理成島型氧化物半導體層之前執行用於氧化物半導體層的第一熱處理。
接著，藉由濺鍍法將氧化物絕緣層形成在閘極絕緣層402和氧化物半導體層404及405上。然後，藉由第五光致微影步驟形成抗蝕遮罩，及在其上執行選擇性蝕刻以形成氧化物絕緣層426。之後，去除抗蝕遮罩。在此階段中，氧化物半導體層404及405的周邊和側表面被覆蓋有氧化物絕緣層426。需注意的是，不一定要設置氧化物絕緣層426。接著，藉由第五光致微影步驟和蝕刻步驟來形成到達閘極電極層421b的接觸孔。
適當藉由諸如水或氫等雜質未進入氧化物絕緣層之方法，可將氧化物絕緣層426形成具有至少1nm的厚度。在此實施例中，藉由濺鍍法，將氧化矽膜沈積作為氧化物絕緣層426。沈積時的基板溫度可高於或等於室溫及低於或等於300℃。在此實施例中，沈積時的基板溫度為100℃。為了防止沈積時諸如水或氫等雜質進入，在未暴露至空氣之下，於沈積之前，以大於或等於150℃及小於或等於350℃之溫度在減壓下執行預烘烤長於或等於兩分鐘及短於或等於十分鐘較佳。在稀有氣體(典型上為氬)大氣、氧大氣、或含有稀有氣體(典型上為氬)和氧之混合大氣中，可執行以濺鍍法沈積氧化矽膜。作為用於沈積之目標，可使用氧化矽目標或矽目標。例如，藉由使用矽目標，可在氬和稀有氣體的大氣中，以濺鍍法形成氧化矽膜。作為被形成與氧化物半導體層404及405接觸並且電阻被降低之氧化物絕緣層426，使用未包括諸如濕氣、氫離子、及OH-等雜質並且阻隔這些雜質從外面進入之無機 絕緣膜。尤其是，使用氧化矽膜、氧氮化矽膜、氧化鋁膜、氮氧化鋁膜等。
在此實施例中，使用具有純度6N(電阻為0.01Ωcm)之圓柱複晶、摻雜硼的矽目標，以脈衝式DC濺鍍法來執行沈積，其中基板和目標之間的距離(T-S距離)為89mm、壓力為0.4Pa、直流(DC)電力供應為6kW、及大氣為氧(氧流率為100%)。其膜厚度為300nm。
接著，將氧化物導電層和金屬層堆疊在閘極絕緣層402、氧化物絕緣層426、和氧化物半導體層404及405上。藉由使用濺鍍法，可在未暴露至空氣之下，連續執行沈積氧化物導電層和金屬層的堆疊層(見圖1C)。
作為氧化物導電層，使用對可見光具有透光特性並且被應用到上述之閘極電極層451a及451b之導電材料較佳。在此實施例中，使用含氧化矽之氧化銦錫。
作為金屬膜的材料，使用選自Ti(鈦)、Mo(鉬)、W(鎢)、Al(鋁)、Cr(鉻)、Cu(銅)、及Ta(鉭)的元素、含有上述元素的任一個作為成分之合金、含有組合這些元件之合金等等。金屬層並不侷限於含有上述元件的任一個之單一層，而是可具有兩或多層的堆疊結構。除了上述濺鍍法之外，金屬膜還可藉由真空蒸發法(諸如電子束蒸發法等)、弧放電離子電鍍法、噴灑法等來形成。在此實施例中，使用以濺鍍法所形成之鈦膜。
接著，藉由第六光致微影步驟來形成抗蝕遮罩，及選 擇性蝕刻金屬膜，結果是設置在驅動器電路部中之源極電極層445a、汲極電極層445b，以及電晶體的連接電極層449。之後，去除抗蝕遮罩。此時，藉由蝕刻去除像素部中之電晶體460上的金屬膜。
接著，藉由第七光致微影步驟來形成抗蝕遮罩，及選擇性蝕刻氧化物導電層，結果是與設置在驅動器電路部中之電晶體440的源極電極層445a重疊之氧化物導電層446a、與設置在驅動器電路部中之電晶體440的汲極電極層445b重疊之氧化物導電層446b、設置在像素部中之源極電極層455a、設置在像素部中之汲極電極層455b、和連接電極層448及449。之後，去除抗蝕遮罩(見圖1D)。
此處，含有磷酸、醋酸、硝酸之混合酸被用於氧化物導電層的蝕刻。例如，可使用含有72.3%的磷酸、9.8%的醋酸、2.0%的硝酸、和15.9%的水之混合酸。因為氧化物導電層和氧化物半導體層的組成彼此類似，所以在許多例子中蝕刻選擇率是慢的。然而，此實施例中的氧化物導電層(含有氧化矽之氧化銦錫)是非晶的，及奈米晶體的微晶群被形成在氧化物半導體層(In-Ga-Zn-O膜)404及405的表層，使得能夠獲得相當高的蝕刻率。在使用混合酸的例子中，氧化物導電層的蝕刻率為18.6nm/sec，反之形成奈米晶體的微晶群之氧化物半導體層的蝕刻率為4.0nm/sec。因此，藉由控制蝕刻時間，使用混合酸來蝕刻氧化物導電層，藉以氧化物半導體層404及405的表層 中之大部分的奈米晶體之微晶群能夠被留下而未被蝕刻。
藉由設置氧化物導電層446a及446b在氧化物半導體層404和源極電極層445a及汲極電極層445b的每一個之間，可減少接觸電阻，使得能夠高速操作之電晶體可被實現。在此實施例中，設置在源極電極層445a和設置在驅動器電路部中之電晶體440的氧化物半導體層404之間的氧化物導電層446a充作源極區，及設置在汲極電極層445b和氧化物半導體層404之間的氧化物導電層446b充作汲極區。例如，氧化物導電層446a及446b在提高周邊電路(驅動器電路)的頻率特性是有效的。
另一方面，設置在像素部中之電晶體460的源極電極層455a和汲極電極層455b係使用透光氧化物導電層所形成，使得光能夠被透射；如此，可提高各個像素的孔徑比。
接著，絕緣層427形成在氧化物絕緣層426、設置在像素部中之電晶體460的源極電極層455a和汲極電極層455b、及設置在驅動器電路部中之電晶體440的源極電極層445a和汲極電極層445b、和連接電極層449上(見圖1E)。作為絕緣層427，像上述之氧化物絕緣層426一般，可使用氧化矽膜、氧氮化矽膜、氧化鋁膜、氮氧化鋁膜等。在此實施例中，使用以RF濺鍍法所形成之氧化矽膜作為絕緣層427。
接著，在諸如氮氣等鈍氣的大氣中，以大於或等於200℃及小於或等於400℃，大於或等於250℃及小於或等 於350℃較佳之溫度來執行第二熱處理。例如，在250℃上在氮氣中執行熱處理一小時。另一選擇是，如第一熱處理一般，短時間以高溫執行RTA處理。
在第二熱處理中，是氧化物之絕緣層427的部分和氧化物半導體層404及405彼此接觸被加熱。因此，經由第一熱處理降低電阻之氧化物半導體層404及405被供應有來自絕緣層427的氧，以使氧化物半導體層404及405能夠存在於氧過量狀態中，藉以氧化物半導體層404及405具有高電阻(i型)。
雖然此實施例在沈積絕緣層427之後執行第二熱處理，但是本發明並不侷限於此時序。可在沈積絕緣層427之後的任何時間執行第二熱處理。此外，第二熱處理可被執行複數次。
接著，藉由第八光致微影步驟來形成抗蝕遮罩，形成到達絕緣層427中之汲極電極層455b的接觸孔，及形成在稍後步驟連接到像素電極層之連接電極層442。連接電極層442係可由包括選自選自Ti(鈦)、Mo(鉬)、W(鎢)、Al(鋁)、Cr(鉻)、Cu(銅)、及Ta(鉭)的元素作為主要成分的單一膜、含有這些元素的任一個之合金膜、或包括膜的任一個之堆疊層膜所形成。需注意的是，在直接連接汲極電極層455b和像素電極層之例子中，可省略連接電極層442。
然後，將保護絕緣層428形成在絕緣層427上(見圖1E)。保護絕緣層428係由氮化矽膜、氧氮化矽膜、氮化 鋁膜等所形成。在此實施例中，以RF濺鍍法形成氮化矽膜作為保護絕緣層428。
雖然未圖示，但是平面化絕緣層可設置在像素部中的絕緣層427和保護絕緣層428之間。平面化絕緣層係可使用具有耐熱性之有機材料來形成，諸如丙烯酸樹脂、聚醯亞胺、苯環丁烯基的樹脂、聚醯胺、或環氧樹脂等。除了此種有機材料之外，亦可使用低介電常數材料(低k材料)、矽氧烷基的樹脂、PSG(磷矽酸鹽玻璃)、BPSG(硼磷矽酸鹽玻璃)等。需注意的是，平面化絕緣層係可藉由堆疊使用這些材料所形成之複數個絕緣膜來形成。此外，可使用濾色器層作為平面化絕緣層。
經由上述，在此實施例中，可提供用以製造半導體裝置之方法，此半導體裝置包括能夠高速操作之驅動器電路部和具有在一基板上提高的孔徑比之像素部。
需注意的是，此實施例可與其他實施例的任一個自由組合。
[實施例2]
在此實施例中，將說明主動矩陣式液晶顯示裝置和發光裝置各個係藉由使用實施例1所說明之電晶體來製造，及像素部和驅動器電路係形成在一基板上之例子。
圖2圖解液晶顯示裝置的橫剖面結構之例子作為主動矩陣式基板。
在此實施例中，藉由圖解說明驅動器電路部和像素部 設置在一基板上之結構：用於驅動器電路部之電晶體440；用於像素部之電晶體460；閘極配線接觸部；儲存電容器；閘極配線、源極配線、和其交叉點；像素電極等等。儲存電容器、閘極配線、和源極配線係可藉由與實施例1的電晶體之製造步驟相同的製造步驟來形成，及可在未增加光遮罩和步驟數目之下來製造。
在圖2中，電晶體440為設置在驅動器電路部中之電晶體，及電連接到像素電極層457a的電晶體460為設置在像素部中之電晶體。
在此實施例中，形成在基板400上之電晶體460具有與實施例1的電晶體相同之結構。
在與電晶體460的閘極電極層相同的步驟中使用相同材料所形成之電容器配線層430與電容器電極層431重疊，並且與充作其間的介電之閘極絕緣層402重疊；如此形成儲存電容器。需注意的是，在與電晶體460的源極電極層455a或汲極電極層455b相同的步驟中使用相同材料形成電容器電極層431。
需注意的是，儲存電容器係設置在像素電極層457a下方，及電容器電極層431電連接到像素電極層457a。
雖然此實施例說明使用電容器電極層431和電容器配線層430形成儲存電容器之例子，但是並未特別侷限儲存電容器的結構。例如，可將閘極配線、平面化絕緣層、保護絕緣層、閘極絕緣層、和像素電極層457a彼此重疊以形成儲存電容器。
另外，根據像素密度來設置複數個閘極配線、源極配線、和電容器配線層。在終端部中，配置與閘極配線相同電位之複數個第一終端電極、與源極配線相同電位之複數個第二終端電極、與電容器配線層相同電位之複數個第三終端電極等。終端電極的各種類型之數目可以是由實施者適當決定的任何數目。
在閘極配線接觸部中，閘極電極層421b係可使用低電阻金屬材料來形成。經由到達閘極配線的接觸孔，將閘極電極層421b電連接到閘極配線。
可在形成氧化物半導體層之後；在將氧化物導電層堆疊於氧化物半導體層上之後；或者在將鈍化膜形成於源極電極和汲極電極上之後，來執行用於氧化物半導體層之脫水作用或除氫作用的熱處理。
驅動器電路部中之電晶體440的閘極電極層421a可電連接到設置在氧化物半導體層上之導電層417。
另外，在配線交叉點部，為了降低寄生電容，閘極絕緣層402和氧化物絕緣層426堆疊在閘極配線層421c和源極配線層422之間，如圖2所示。
當製造主動矩陣式液晶顯示裝置時，利用液晶層在其間，將主動矩陣式基板和設置有相對電極的相對基板彼此固定。需注意的是，電連接到設置給相對基板之相對電極的共同電極設置在主動矩陣式基板上，及電連接到共同電極之第四終端電極設置在終端部中。此第四終端電極為用以將共同電極設定在諸如GND或0V等固定電位之終 端。第四終端電極係可從與像素電極層457a相同的透光材料來形成。
當將相同材料用於閘極電極層、源極電極層、汲極電極層、像素電極層、其他電極層、和其他配線層時，可共享共同原料或共同製造設備；如此，可降低製造成本。
當光敏樹脂材料被用於圖2之結構中的平面化絕緣層456時，可省略形成抗蝕遮罩之步驟。
圖3為在EL層形成於第一電極(像素電極)作為主動矩陣式發光裝置之前的基板之狀態的橫剖面圖。
在圖3中，圖解反向交錯式電晶體，及可使用具有類似於實施例1所說明之結構的結構之電晶體。此外，除了下面將圖示之像素部的結構之外，圖3所示之主動矩陣式發光裝置可具有類似於上述液晶顯示裝置的結構之結構。
如圖3所示，在形成絕緣層427之後，形成濾色器層453。濾色器層的顏色為紅色、綠色、和藍色。藉由使用光致微影技術之印刷法、噴墨法、蝕刻法等等來連續形成紅、綠、和藍的濾色器層。藉由將濾色器層453設置在基板400側上，可省略濾色器層453和發光元件的發光區之對準。
接著，形成覆蓋濾色器層453之外罩層458。外罩層458係使用透光樹脂所形成。
此處，圖示使用紅、綠、和藍三種顏色的濾色器層執行全彩顯示之例子；然而，全彩顯示並不侷限於此。另一選擇是，可藉由添加青綠色、洋紅色、黃色或白色的濾色 器層到紅、綠、和藍三種顏色的濾色器層來執行全彩顯示。
接著，形成覆蓋外罩層458和絕緣層427之保護絕緣層428。就保護絕緣層428而言，使用諸如氮化矽膜、氮化鋁膜、氧氮化矽膜、或氮氧化鋁膜等無機絕緣膜。
接著，藉由光致微影步驟選擇性蝕刻保護絕緣層428，使得到達連接電極層452之接觸孔被形成。此外，藉由此光致微影步驟，選擇性蝕刻終端部中之保護絕緣層428和絕緣層427，以露出終端電極的部分。另外，為了將稍後形成的發光元件之第二電極連接到共同電位線，亦形成到達共同電位線之接觸孔。
接著，形成透光導電膜，及藉由光致微影步驟和蝕刻步驟形成電連接到連接電極層452之第一電極457b。
接著，隔牆459被形成，以覆蓋第一電極457b的周邊。隔牆459係使用聚醯亞胺、丙烯酸樹脂、聚醯胺、環氧樹脂等的有機樹脂膜，無機絕緣膜、或有機聚矽氧烷所形成。隔牆459被形成具有開口部在第一電極457b上，使得側壁被形成具有曲率的傾斜表面較佳。藉由使用光敏樹脂材料來形成隔牆459，可容易形成此種開口。
經由上述處理，可獲得圖3所示的狀態中之基板。在上述處理之後，將EL層形成在第一電極457b上，及第二電極形成在EL層上，使得發光元件被形成。需注意的是，第二電極電連接到共同電位線。
導電層417可被設置在圖3所說明之驅動器電路部的 電晶體440之氧化物半導體層上。可在與像素電極層457a或第一電極457b相同的步驟中使用相同材料來形成導電層417。
導電層417被設置，以與氧化物半導體層的通道形成區443重疊，藉以可降低電晶體440隨著時間的臨界電壓變化量。當導電層417具有與閘極電極層421a的電位相同之電位時，導電層417可充作第二閘極電極層。此外，導電層417可具有與閘極電極層421a的電位不同之電位。另一選擇是，導電層417的電位可以是GND或0V，或者導電層417可在浮動狀態中。
因為電晶體容易由於靜電等而遭受破壞，所以將保護電路設置在與像素部和驅動器電路部相同的基板上較佳。以包括氧化物半導體層的非線性元件來形成保護電路較佳。例如，保護電路係設置在像素部和掃描線輸入終端之間以及在像素部和信號線輸入終端之間。在此實施例中，複數個保護電路被設置，以防止當由於靜電等的湧浪電壓施加到掃描線、信號線、或電容器匯流排線時所導致之像素電晶體的破壞等。因此，保護電路被形成，以當湧浪電壓被施加到保護電路時，釋放電荷到共同配線。另外，保護電路包括與其間的掃描線彼此平行排列之非線性元件。非線性元件包括諸如二極體等兩終端元件或者諸如電晶體等三終端元件。例如，亦可經由與像素部中之電晶體460相同的處理來形成非線性元件，及可藉由連接閘極終端到非線性元件的汲極終端，而使其具有與二極體相同的特 性。
需注意的是，在此實施例中，使用與實施例1的電晶體相同之結構。電晶體460的閘極電極層451a、源極電極層455a、和汲極電極層455b以及儲存電容器部的電容器配線層430和電容器電極層431係使用透光氧化物導電層所形成。因此，像素部中之電晶體460和儲存電容器部具有透光特性；如此可增加孔徑比。
需注意的是，此實施例可與其他實施例的任一個自由組合。
[實施例3]
可使用實施例1所說明的電晶體來製造具有顯示功能之半導體裝置(亦稱作顯示裝置)。另外，當包括電晶體之驅動器電路部和像素部形成在一基板上時，可獲得系統面板。
顯示裝置包括顯示元件。諸如液晶元件(亦稱作液晶顯示元件)或電子墨水等藉由電作用改變反差之顯示媒體可利用在顯示元件中。
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)。此外，顯示裝置還包括下面模組的任一個在其種類中：包括撓性印刷電路(FPC)或捲帶式自動接合(TAB)捲帶之模組；具有被設置有印刷配線板在其端部的TAB捲帶之模組；以及具有以玻璃上晶片(COG)法直接安裝在顯示元件上的積 體電路(IC)之模組。
將參考圖4A1、4A2、及4B說明半導體裝置的一實施例之液晶顯示面板的外觀和橫剖面。圖4A1及4A2為以密封劑4005將電晶體4010及4011和液晶元件4013密封在第一基板4001和第二基板4006之間的面板之俯視圖。圖4B為沿著圖4A1及4A2的線M-N所取之橫剖面圖。
密封劑4005被設置，以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部4004。第二基板4006被設置在像素部4002和掃描線驅動器電路部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部4004與液晶層4008密封在一起。使用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，並不特別限制信號線驅動器電路4003的連接方法；可使用COG法、佈線接合法、TAB法等。圖4A1圖解藉由COG法安裝信號線驅動器電路4003之例子，圖4A2圖解藉由TAB法安裝信號線驅動器電路4003之例子。
設置在第一基板4001上之像素部4002和掃描線驅動器電路部4004各個包括複數個電晶體。圖4B圖解包括在像素部4002中之電晶體4010以及包括在掃描線驅動器電路部4004中之電晶體4011作為例子。絕緣層4041、 4020、及4021被設置在電晶體4010及4011上。
實施例1所說明之包括氧化物半導體層的高度可靠電晶體可被使用作為電晶體4010及4011。在此實施例中，電晶體4010及4011為n通道電晶體。
導電層4040被設置在絕緣層4021的部分上，以與用於驅動器電路的電晶體部4011中之氧化物半導體層的通道形成區重疊。導電層4040被設置，以與氧化物半導體層的通道形成區重疊，藉以可降低電晶體4011的臨界電壓變化量。此外，導電層4040的電位可與電晶體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0V，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4030電連接到電晶體4010。液晶元件4013的相對電極4031被形成在第二基板4006上。像素電極4030、相對電極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4030和相對電極4031被各別設置有充作對準膜之絕緣層4032及4033。
需注意的是，可使用透光基板作為第一基板4001和第二基板4006；可使用玻璃、陶瓷、或塑膠。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。
藉由選擇性蝕刻絕緣層所獲得的間隔物4035被設置，以控制像素電極4030和相對電極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4031電連接到設置在與電晶體4010相同基板上之共同電位線。藉由使用共同連接部，可經由排列在一對基板之間的導電粒子將相對電極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5wt%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1msec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。
說明液晶顯示裝置的例子，其中極化板設置在基板的外表面上(觀看者側上)，及用於顯示元件之著色層和電極層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處理的條件來適當設定。
在電晶體4011中，絕緣層4041被形成與包括通道形成區之半導體層接觸。絕緣層4041係可使用類似於實施例1所說明之絕緣層427的材料和方法之材料和方法來形成。為了降低由於電晶體所導致的表面粗糙，以充作平面 化絕緣層之絕緣層4021覆蓋絕緣層4041。此處，以類似於實施例1的方式之方式，藉由濺鍍法來形成氧化矽膜作為絕緣層4041。
另外，保護絕緣層4020係形成在絕緣層4041上。保護絕緣層4020係可使用類似於實施例1所說明之保護絕緣層428的材料和方法之材料和方法來形成。此處，以PCVD法形成氮化矽膜作為保護絕緣層4020。
絕緣層4021被形成作為平面化絕緣層。就絕緣層4021而言，可使用具有耐熱性的有機材料，諸如丙烯酸樹脂、聚醯亞胺、苯環丁烯基的樹脂、聚醯胺、或環氧樹脂等。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)、矽氧烷基的樹脂、PSG(磷矽酸鹽玻璃)、BPSG(硼磷矽酸鹽玻璃)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，矽氧烷基的樹脂對應於包括使用矽氧烷基的材料作為起始材料所形成之Si-O-Si鍵的樹脂。矽氧烷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。
並不特別限制絕緣層4021的形成法，及依據材料可利用下面方法或工具：濺鍍法、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。絕緣層4021的烘 烤步驟亦充作氧化物半導體層的退火，藉以可有效率地製造半導體裝置。
像素電極4030和相對電極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(下面稱作ITO)、氧化銦鋅、或添加氧化矽之氧化銦錫等。
另一選擇是，可使用含有導電高分子的導電組成(亦稱作導電聚合物)來形成像素電極4030及相對電極4031。使用導電組成所形成之像素電極具有10000Ω/square或更少之薄片電阻，及在波長550nm下70%或更多之光透射比較佳。另外，包括在導電組成中之導電高分子的電阻率為0.1Ω．cm或更少較佳。
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、他們的兩或多種的共聚合物等。
另外，經由FPC 4018，將各種信號和電位供應到分開形成之信號線驅動器電路4003、掃描線驅動器電路部4004、或像素部4002。
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4030相同的導電膜所形成。終端電極4016係使用與包括在電晶體4010及4011中之源極和汲極電極層相同的導電膜所形成。
透過各向異性導電膜4019，將連接終端電極4015電 連接到包括在PFC 4018中的終端。
需注意的是，圖4A1、4A2、及4B圖解信號線驅動器電路部4003分開形成及安裝在第一基板4001上之例子；然而，此實施例並不侷限於此結構。信號線驅動器電路部4003係可形成在第一基板4001上。
圖5圖解藉由使用包括根據此說明書所揭示之製造方法所製造的電晶體之基板的液晶顯示模組之例子。
圖5圖解液晶顯示模組的例子，其中以密封劑2602將包括電晶體之基板2600和相對基板2601彼此固定，及設置包括電晶體等之像素部2603、包括液晶層之顯示元件2604、著色層2605等。著色層2605對執行彩色顯示是必要的。在RGB系統的例子中，對應於紅、綠、和藍等顏色之著色層被設置給像素。極化板2606及2607和擴散板2613被設置在包括電晶體之基板2600和相對基板2601外面。光源包括冷陰極管2610和反射板2611。電路基板2612經由撓性配線板2609連接到包括電晶體之基板2600的配線電路部2608。電路基板2612包括諸如控制電路或電源電路等外部電路。以減速板在其間，可將極化板和液晶層堆疊。
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。
經由上述處理，能夠製造高度可靠的液晶顯示面板作為半導體裝置。
需注意的是，此實施例可與其他實施例的任一個自由組合。
[實施例4]
在此實施例中，將參考圖6A及6B說明發光顯示面板(亦稱作發光面板)的外觀和橫剖面。圖6A及6B為面板之俯視圖，其中以密封劑將形成在第一基板上之電晶體和發光元件密封在第一基板和第二基板之間。圖6B對應於沿著圖6A的線H-I所取之橫剖面圖。
密封劑4505被設置，以圍繞設置在第一基板4501上之像素部4502、信號線驅動器電路部4503a及4503b、和掃描線驅動器電路部4504a及4504b。此外，第二基板4506被設置在像素部4502、信號線驅動器電路部4503a及4503b、和掃描線驅動器電路部4504a及4504b上。
因此，藉由第一基板4501、密封劑4505、及第二基板4506，將像素部4002、信號線驅動器電路部4503a及4503b、和掃描線驅動器電路部4504a及4504b與填料4507密封在一起。而且，顯示裝置被封裝(密封)有保護膜(諸如接合膜或紫外線可熟化樹脂膜等)或具有高氣密性並且除氣小之覆蓋材料，使得顯示裝置不暴露至外面空氣。
形成在第一基板4501上之像素部4502、信號線驅動器電路部4503a及4503b、和掃描線驅動器電路部4504a及4504b各個包括複數個電晶體，及包括在像素部4502中的電晶體4510以及包括在信號線驅動器電路部4503a中的電晶體4509被圖解作為圖6B的例子。
就電晶體4509及4510而言，可利用包括實施例1所說明之氧化物半導體層之高度可靠的電晶體。在此實施例中，電晶體4509及4510為n通道電晶體。
導電層4540設置在絕緣層4544的部分上，以與用於驅動器電路部的電晶體4509中之氧化物半導體層的通道形成區重疊。導電層4540係設置成與氧化物半導體層的通道形成區重疊，藉以可降低電晶體4509的臨界電壓變化量。此外，導電層4540的電位可與電晶體4509的閘極電極層之電位相同或不同，藉以導電層4540亦可充作第二閘極電極層。可給予導電層4540不同於電晶體4509的閘極電極層之電位。另一選擇是，導電層4540的電位可以是GND或0V，或者導電層4540可在浮動狀態中。
在電晶體4509中，形成覆蓋氧化物半導體層的周邊部(包括側表面)之氧化物絕緣層4541。
另外，電晶體4510經由連接電極層4548電連接到第一電極4517。另外，形成覆蓋電晶體4510的氧化物半導體層之周邊部(包括側表面)的氧化物絕緣層4542。
氧化物絕緣層4541及4542各個係可使用類似於實施例1所說明之氧化物絕緣層426的材料和方法之材料和方 法來形成。而且，絕緣層4544被形成，以覆蓋氧化物絕緣層4541及4542。絕緣層4544係可使用類似於實施例1所說明之保護絕緣層428的材料和方法之材料和方法來形成。
濾色器層4545係形成在電晶體4510上，以與發光元件4511的發光區重疊。
為了降低由於濾色器層4545所導致之表面不平坦，可以充作平面化絕緣層之外罩層4543來覆蓋濾色器層4545。
另外，絕緣層4546係形成在外罩層4543上。絕緣層4546係可使用類似於實施例1所說明之保護絕緣層428的材料和方法之材料和方法來形成。
此外，為包括在發光元件4511中之像素電極的第一電極4517電連接到電晶體4510的源極電極層或汲極電極層。需注意的是，發光元件4511的結構並不侷限於第一電極4517、電致發光4512、和第二電極4513的堆疊結構。可依據從發光元件4511析取光之方向來適當改變發光元件4511的結構。
隔牆4520係使用有機樹脂膜、無機絕緣膜、或有機聚矽氧烷來形成。隔牆4520被形成具有開口在第一電極4517上，使得側壁被形成作具有曲率的傾斜表面較佳。藉由使用光敏樹脂材料來形成隔牆4520，可容易形成此種開口。
電致發光層4512可被形成有單層或堆疊的複數個 層。
保護膜可形成在第二電極4513和隔牆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，可形成氮化矽膜、氧氮化矽膜、DLC膜等。
從FPC 4518a及4518b供應各種信號和電位到信號線驅動器電路部4503a及4503b、掃描線驅動器電路部4504a及4504b、或像素部4502。
連接終端電極4515係從與包括在發光元件4511中的第一電極4517相同之導電膜來形成，及終端電極4516係從與包括在電晶體4509中的源極和汲極電極層相同之導電膜來形成。
以各向異性導電膜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析取光之方向上的第一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)。
若需要的話，可為發光元件的發光表面上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)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，藉此可藉由表面粗糙來擴散反射光，以降低眩光。
可分開形成和安裝信號線驅動器電路部的部分或掃描線驅動器電路部的部分。此實施例並不侷限於圖6A及6B所示之結構。
經由上述步驟，可製造高度可靠的發光顯示裝置(顯示面板)。
需注意的是，此實施例可與其他實施例的任一個自由組合。
[實施例5]
在此實施例中，將參考圖7A及7B說明不同於實施例2之儲存電容器的結構之例子。除了儲存電容器的結構之外，圖7A與圖2及圖3相同；因此，以相同參考號碼表示相同部位，及省略相同部位的詳細說明。需注意的是，圖7A圖解像素部中之電晶體460和儲存電容器的橫剖面結構。
圖7A圖解藉由使用絕緣層427、保護絕緣層428、和平面化絕緣層456作為介電，以及藉由使用像素電極層457和與像素電極層457重疊之儲存配線層432作為電極來形成儲存電容器之例子。使用相同透光材料以及在與像素部中之電晶體460的源極電極層和汲極電極層相同的步驟中形成電容器配線層432；因此，電容器配線層432被 配置，以與電晶體460的源極配線層重疊。
在圖7A所示之儲存電容器中，成對電極和介電具有透光特性，如此整個儲存電容器具有透光特性。
圖7B圖解具有不同於圖7之結構的結構之儲存電容器的例子。除了儲存電容器的結構之外，圖7B與圖2及圖3相同；因此，以相同參考號碼表示相同部位，及省略相同部位的詳細說明。
圖7B圖解藉由使用電容器配線層430以及以閘極絕緣層402充作介電與電容器配線層430重疊之氧化物半導體層405和電容器電極層431的堆疊來形成儲存電容器之例子。電容器電極層431被堆疊在氧化物半導體層405上並且與其接觸，及充作儲存電容器的一電極。需注意的是，在與電晶體460的源極電極層和汲極電極層相同的步驟中，從相同透光材料形成電容器電極層431。此外，因為在與電晶體460之閘極電極層相同的步驟中，使用相同透光材料形成電容器配線層430，所以電容器配線層430被配置成未與電晶體460的閘極配線層重疊。
另外，電容器電極層431電連接到像素電極層457。
再者，在圖7B所示之儲存電容器中，成對電極和介電具有透光特性；如此，整個儲存電容器具有透光特性。
圖7A及7B所示之儲存電容器的每一個具有透光特性；如此，甚至當例如為了藉由增加閘極配線的數目來實現顯示影像的較高清晰度而減少像素尺寸時，仍可獲得足夠的電容和高孔徑比。
需注意的是，此實施例可與其他實施例的任一個自由組合。
[實施例6]
在此實施例中，說明電子紙的例子作為應用實施例1所說明之電晶體的半導體裝置。
圖8圖解主動矩陣式電子紙作為半導體裝置的例子。實施例1所說明之電晶體可被使用作為用於半導體裝置的電晶體581。
圖8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。
形成在第一基板580上之電晶體581為具有底閘極結構之電晶體，及其源極或汲極電極層經由形成於絕緣層585中的開口與第一電極層587接觸，藉以電晶體581電連接到第一電極層587。在第一電極層587和設置給第二基板596的第二電極層588之間，設置球狀粒子589。球狀粒子589被由諸如樹脂等材料所形成之填料595包圍。以液體充填球狀粒子589中的空腔594，而且包括具有黑色區域590a及白色區域590b之例子。在此實施例中，第一電極層587對應於像素電極，而第二電極層588對應於共同電極(相對電極)。第二電極層588電連接到設置在 與電晶體581相同基板上之共同電位線。藉由使用實施例1所說明之共同連接部，經由設置在成對基板之間的導電粒子，第二電極層588可電連接到共同電位線。
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大於或等於10μm及小於或等於200μm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移動到相對側，使得能夠顯示白色和黑色。使用此原理的顯示元件為電泳顯示元件，及通常被稱作電子紙。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。而且，電力消耗低，及可在黑暗處辨識顯示部。另外，甚至當未供應電力到顯示部時，曾經顯示的影像仍可被保留。因此，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。
經由此處理，可製造高度可靠的電子紙作為半導體裝置。
需注意的是，此實施例可與其他實施例的任一個自由組合。
[實施例7]
可使用應用實施例1所說明之電晶體的半導體裝置作為電子紙。只要它們能夠顯示資料，電子紙可被用於各種 領域的電子用品。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9A、9B、及10圖解電子用品的例子。
圖9A圖解使用電子紙所形成之佈告欄2631。在廣告媒體為印刷紙張的例子中，用手更換廣告；然而，藉由使用電子紙，可改變廣告顯示卻不必更換佈告欄2631本身。而且，可獲得穩定影像卻沒有顯示故障。需注意的是，佈告欄可具有能夠無線發送和接收資料之組態。
圖9B圖解諸如火車等交通工具中的廣告2632。在廣告媒體為印刷紙張之例子中，用手更換廣告；然而，藉由使用電子紙，不需要太多人力，及可改變廣告顯示卻不必更換佈告欄2632本身。而且，可獲得穩定影像卻沒有顯示故障。需注意的是，交通工具中的廣告可具有能夠無線發送和接收資料之組態。
圖10圖解電子書閱讀器的例子。例如，電子書閱讀器2700包括外殼2701和外殼2703兩外殼。外殼2701和外殼2703以軸部位2711來彼此接合，沿著軸部位2711，電子書閱讀器2700可以開闔。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。在不同顯示部顯示不同影像之結構中，例如，在右顯示部(圖10中的顯示部2705)可顯示正文， 而左顯示部(圖10中的顯示部2707)可顯示影像。
圖10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、定位裝置等可設置在與外殼顯示部相同表面上。另外，外部連接終端(如、耳機終端、USB終端、或可連接到諸如電力纜線等任何纜線或任何其他信號纜線等之終端)、記錄媒體插入部等可設置在外殼2701及2702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可具有能夠無線傳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。
需注意的是，此實施例所說明之結構可與其他實施例所說明之結構的任一個適當組合。
[實施例8]
使用實施例1所說明之電晶體的半導體裝置可被應用到各種電子用品(包括遊戲機)。電子裝置的例子為電視機(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、諸如柏青哥機等大型遊戲機等等。
圖11A圖解電視機的例子。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，外殼9601可由座9605來支撐。
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。另外，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。
圖11B圖解數位相框的例子。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。
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)、外部記憶體插槽等等。雖然這些組件被設置在設置顯示部的表面上，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外部記憶體插槽中，藉以影像資料可被轉移然後顯示在顯示部9703上。
數位相框9700可被組配成無線傳送和接收資料。可利用無線轉移想要的影像資料來顯示之結構。
圖12A為包括外殼9881及外殼9891兩外殼之可攜式遊戲機。利用連接部9893連接外殼9881及9891以能夠開闔。顯示部9882和顯示部9883分別結合在外殼9881和外殼9891中。而且，圖12A所示之可攜式遊戲機被設置有揚聲器部9884、記錄媒體插入部9886、LED燈9890、輸入機構(操作鍵9885、連接終端9887、感測器9888(具有測量力、位移、位置、速度、加速度、角速度、旋轉數目、距離、光、液體、磁性、溫度、化學物質、聲音、時間、硬度、電場、電流、電壓、電力、輻射線、流率、濕度、梯度、振動、氣味、或紅外線之功能)、及麥克風9889)等。無須說，可攜式遊戲機的結構並不侷限於上述結構，而可利用被設置有至少根據本發明的半導體裝置之其他結構。可攜式遊戲機可適當包括其他配件。圖12A所示之可攜式遊戲機具有閱讀儲存在記憶媒體中的程式或資料以將其顯示在顯示部上之功能，及經由無線通訊與另一可攜式遊戲機分享資訊之功能。需注意的是，圖12A所示之可攜式遊戲機的功能並不侷限於上述者，可攜式遊戲機可具有各種功能。
圖12B圖解大型遊戲機之投幣機的例子。在投幣機9900中，顯示部9903結合在外殼9901中。此外，投幣機9900包括諸如開動控制桿或停止開關等操作機構、投幣孔、揚聲器等等。無須說，投幣機9900的結構並不侷 限於上述，而可利用被設置有至少根據本發明的半導體裝置之其他結構。投幣機9900可適當包括其他配件。
圖13A圖解行動電話聽筒的例子。行動電話聽筒1000被設置有結合在外殼1001中之顯示部1002、操作按鈕1003、外部連接埠1004、揚聲器1005、麥克風1006等。
當以手指等觸碰圖13A所示之行動電話聽筒1000的顯示部1002時，可將資料輸入到行動電話聽筒1000內。另外，諸如打電話以及發送和接收郵件等操作係可藉由以手指等觸碰顯示部1002來執行。
主要具有三個顯示部1002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，在打電話或寫郵件訊息時，選擇主要用以輸入正文之正文輸入模式給顯示部1002，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1002的螢幕所有區域上顯示鍵盤或數字按鈕較佳。
當包括諸如迴轉儀或加速度感測器等用以偵測傾斜的感測器之偵測裝置設置在行動電話1000內時，顯示部1002的螢幕中之顯示可藉由決定行動電話1000的安置方向來自動切換(無論行動電話聽筒1000是水平或垂直放置)。
可藉由觸碰顯示部1002或使用外殼1001的操作按鈕 1003來改變螢幕模式。另一選擇是，螢幕模式係可依據顯示在顯示部1002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1002來輸入時，而同時在由顯示部1002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，以能夠從輸入模式切換到顯示模式。
顯示部1002可充作影像感測器。例如，當以手掌或手指觸碰顯示部1002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。
圖13B圖解行動電話聽筒的另一例子。圖13B中的行動電話聽筒包括顯示裝置9410，其中顯示部9412和操作按鈕9413包括在外殼9411中；以及通訊裝置9400，其中操作按鈕9402、外部輸入終端9403、麥克風9404、揚聲器9405、和當接收來電時發出光之發光部9406包括在外殼9401中。具有顯示功能之顯示裝置9410可以兩方向從具有電話功能之通訊裝置9400拆卸或者裝附其上，如箭頭所示。如此，顯示裝置9410的次要軸可被裝附至通訊裝置9400的次要軸，而顯示裝置9410的主要軸可被裝附至通訊裝置9400的主要軸。此外，當只需要顯示功 能時，可從通訊裝置9400拆下顯示裝置9410來單獨使用。藉由無線通訊或有線通訊，通訊裝置9400和顯示裝置9410可至/自彼此傳送和接收影像或輸入資訊，及通訊裝置9400和顯示裝置9410的每一個具有可充電蓄電池。
需注意的是，此實施例可與其他實施例的任一個自由組合。
此申請案係依據日本專利局於2009、10、14所發表之日本專利申請案序號2009-236780，藉以併入其全文做為參考。
404‧‧‧氧化物半導體層
404a‧‧‧微晶群
405a‧‧‧微晶群
405‧‧‧氧化物半導體層
426‧‧‧氧化物絕緣層
427‧‧‧氧化物絕緣層
428‧‧‧保護絕緣層
440‧‧‧電晶體
442‧‧‧連接電極層
443‧‧‧通道形成區
444c‧‧‧第一區
444d‧‧‧第二區
449‧‧‧連接電極層
451a‧‧‧閘極電極層
460‧‧‧電晶體

Claims (18)

  1. 一種半導體裝置，包含：基板上的電晶體，該電晶體包含：閘極電極層；該閘極電極層上的閘極絕緣層；該閘極絕緣層上的氧化物半導體層；該氧化物半導體層上的第一絕緣層，該第一絕緣層包含開口以使該氧化物半導體層的緣部由該第一絕緣層所覆蓋；該氧化物半導體層和該第一絕緣層上的源極電極層和汲極電極層；以及該氧化物半導體層上且與該氧化物半導體層接觸的第二絕緣層，其中該第二絕緣層在該第一絕緣層上。
  2. 如申請專利範圍第1項的半導體裝置，其中該源極電極層和該汲極電極層與該氧化物半導體層接觸。
  3. 如申請專利範圍第1項的半導體裝置，其中該氧化物半導體層包含結晶區，該結晶區為c軸配向在垂直於該基板的方向。
  4. 如申請專利範圍第1項的半導體裝置，更包含第三絕緣層，該第三絕緣層在該第一絕緣層上且與該第一絕緣層接觸。
  5. 如申請專利範圍第4項的半導體裝置，更包含該 第三絕緣層上的像素電極層。
  6. 一種半導體裝置，包含：基板上的顯示部，該顯示部包含像素，其中該像素包含電晶體，該電晶體包含：閘極電極層；該閘極電極層上的閘極絕緣層；該閘極絕緣層上的氧化物半導體層；該氧化物半導體層上的第一絕緣層，該第一絕緣層包含開口以使該氧化物半導體層的緣部由該第一絕緣層所覆蓋；該氧化物半導體層和該第一絕緣層上的源極電極層和汲極電極層；以及該氧化物半導體層上且與該氧化物半導體層接觸的第二絕緣層，以及其中該第二絕緣層在該第一絕緣層上。
  7. 如申請專利範圍第6項的半導體裝置，其中該源極電極層和該汲極電極層與該氧化物半導體層接觸。
  8. 如申請專利範圍第6項的半導體裝置，其中該氧化物半導體層包含結晶區，該結晶區為c軸配向在垂直於該基板的方向。
  9. 如申請專利範圍第6項的半導體裝置，更包含第三絕緣層，該第三絕緣層在該第一絕緣層上且與該第一絕緣層接觸。
  10. 如申請專利範圍第9項的半導體裝置，更包含該第三絕緣層上的像素電極層。
  11. 一種半導體裝置，包含：位在基板上的驅動電路部和顯示部，該顯示部包含像素，其中該像素包含第一電晶體，該第一電晶體包含：閘極電極層；該閘極電極層上的閘極絕緣層；該閘極絕緣層上的氧化物半導體層；該氧化物半導體層上的第一絕緣層，該第一絕緣層包含開口以使該氧化物半導體層的緣部由該第一絕緣層所覆蓋；該氧化物半導體層和該第一絕緣層上的源極電極層和汲極電極層；以及該氧化物半導體層上且與該氧化物半導體層接觸的第二絕緣層，其中該驅動電路部包含第二電晶體，該第二電晶體包含：該閘極電極層；該閘極電極層上的該閘極絕緣層；該閘極絕緣層上的該氧化物半導體層；該氧化物半導體層上的該第一絕緣層，該第一絕緣層包含開口以使該氧化物半導體層的緣部由該第一絕緣層所覆蓋； 該氧化物半導體層和該第一絕緣層上的該源極電極層和該汲極電極層；該氧化物半導體層上且與該氧化物半導體層接觸的該第二絕緣層；以及該第二絕緣層上的第二閘極電極層，以及其中該第二絕緣層在該第一絕緣層上。
  12. 如申請專利範圍第11項的半導體裝置，其中該源極電極層和該汲極電極層與該第一電晶體的該氧化物半導體層接觸。
  13. 如申請專利範圍第11項的半導體裝置，其中該源極電極層和該汲極電極層與該第二電晶體的該氧化物半導體層接觸。
  14. 如申請專利範圍第11項的半導體裝置，其中該第一電晶體的該氧化物半導體層包含結晶區，該結晶區為c軸配向在垂直於該基板的方向。
  15. 如申請專利範圍第11項的半導體裝置，其中該第二電晶體的該氧化物半導體層包含結晶區，該結晶區為c軸配向在垂直於該基板的方向。
  16. 如申請專利範圍第11項的半導體裝置，更包含第三絕緣層，該第三絕緣層在該第一電晶體的該第一絕緣層和該第二電晶體的該第一絕緣層上且與該第一電晶體的該第一絕緣層和該第二電晶體的該第一絕緣層接觸。
  17. 如申請專利範圍第11項的半導體裝置，更包含第三絕緣層，該第三絕緣層在該第二電晶體的該第二閘極 電極層和該第一絕緣層間。
  18. 如申請專利範圍第16項的半導體裝置，更包含該第三絕緣層上的像素電極層。
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