TWI538146B - 顯示裝置及其製造方法 - Google Patents

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山崎舜平
秋元健吾
梅崎敦司
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半導體能源研究所股份有限公司
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Description

顯示裝置及其製造方法
本發明關於使用氧化物半導體的顯示裝置及其製造方法。
如以液晶顯示裝置為代表那樣，形成在玻璃基板等的平板的薄膜電晶體由非晶矽、多晶矽製造。使用非晶矽的薄膜電晶體具有如下特徵：雖然其電場效應遷移率低，但是可以對應於玻璃基板的大面積化。另一方面，使用結晶矽的薄膜電晶體具有如下特徵：雖然其電場效應遷移率高，但是需要雷射退火等的晶化製程，且不一定適用於玻璃基板的大面積化。
針對於此，使用氧化物半導體製造薄膜電晶體，並應用於電子裝置及光裝置的技術引人注目。例如，專利文獻1及專利文獻2公開使用氧化鋅、In-Ga-Zn-O類氧化物半導體用作氧化物半導體膜製造薄膜電晶體，並將它用作圖像顯示裝置的開關元件等的技術。
[專利文獻1]日本專利申請公開2007-123861號公報
[專利文獻2]日本專利申請公開2007-096055號公報
在氧化物半導體設置通道形成區的薄膜電晶體可以獲得比使用非晶矽的薄膜電晶體高的電場效應遷移率。可以藉由濺射法等以小於或等於300℃形成氧化物半導體膜，其製造製程與使用多晶矽的薄膜電晶體的製造製程相比簡單。
期望使用這種氧化物半導體在玻璃基板、塑膠基板等形成薄膜電晶體，並將它應用於液晶顯示器、電致發光顯示器或電子紙等的顯示裝置。
隨著顯示裝置的高精細化，像素數增加，並且閘極數及信號線數也增加。當閘極數及信號線數增加時，不容易藉由接合等安裝包括用來驅動它們的驅動電路的IC晶片，因此製造成本增高。
於是，本發明的實施例模式之一的目的在於將氧化物半導體用於驅動像素部的驅動電路的至少一部分來減少製造成本。
此外，本發明的實施例模式之一的目的還在於在驅動電路中減少連接元件的佈線之間的接觸電阻等，以謀求高速驅動。例如，當閘極佈線和上層佈線的接觸電阻高時，有在被輸入的信號中產生應變的憂慮。
此外，本發明的實施例模式之一的目的還在於提供可以減少接觸孔數並縮小驅動電路的佔有面積的顯示裝置的 結構。
在本發明的實施例模式之一中，在同一基板上由使用氧化物半導體的薄膜電晶體構成像素部和驅動像素部的驅動電路的至少一部分的電路。藉由在同一基板上設置像素部和驅動電路，減少製造成本。
在本發明說明中使用的氧化物半導體形成表示為InMO3(ZnO)m(m>0)的薄膜，並製造將該薄膜用作半導體層的薄膜電晶體。另外，M表示選自Ga(鎵)、Fe(鐵)、Ni(鎳)、Mn(錳)及Co(鈷)中的一種金屬元素或多種金屬元素。例如，作為M，有時採用Ga，有時包含Ga以外的上述金屬元素諸如Ga和Ni或Ga和Fe等。此外，在上述氧化物半導體中，有不僅包含作為M的金屬元素，而且還包含作為雜質元素的Fe、Ni等其他遷移金屬元素或該遷移金屬的氧化物的氧化物半導體。在本發明說明中，也將該薄膜稱為In-Ga-Zn-O類非單晶膜。
表1示出利用ICP-MS(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry：感應耦合電漿質譜分析法)的分析的典型測量例子。在使用In2O3：Ga2O3：ZnO=1：1：1的靶材(In：Ga：Zn=1：1：0.5)，並在將進行濺射法時的氬氣體流量設定為40sccm的條件1下可獲得的氧化物半導體膜是InGa0.95Zn0.41O3.33。此外，在將進行濺射法時的氬氣體流量設定為10sccm，氧流量設定為5sccm的條件2下可獲得的氧化物半導體膜是InGa0.94Zn0.40O3.31。
此外，表2示出將測量方法變為RBS(Rutherford Backscattering Spectrometry：盧瑟福背散射光譜學法)進行定量化而得到的結果。
利用RBS分析測量條件1的樣品。其結果是，氧化物半導體膜是InGa0.93Zn0.44O3.49。此外，利用RBS分析測量條件2的樣品。其結果是，氧化物半導體膜是InGa0.92Zn0.45O3.86。
當進行XRD(X射線繞射)測量時，在In-Ga-Zn-O類非單晶膜中觀察到非晶結構。另外，藉由濺射法形成測量的樣品的In-Ga-Zn-O類非單晶膜之後，對它以200℃至500℃，典型地以300℃至400℃進行10分至100分的加熱處理。此外，可以製造具有如下電特性的薄膜電晶體：當閘電壓是±20V時，導通截止比是大於或等於109，遷移 率是大於或等於10。
將具有這種電特性的薄膜電晶體用於驅動電路是有效的。例如，閘極線驅動電路由按順序傳送閘極信號的移位暫存器電路、緩衝電路等構成，而源極線驅動電路由按順序傳送閘極信號的移位暫存器電路、緩衝電路、切換向像素傳送影像信號的導通截止的類比開關等構成。其遷移率比使用非晶矽的TFT的遷移率高的使用氧化物半導體膜的TFT可以使移位暫存器電路進行高速驅動。
此外，在由使用氧化物半導體的薄膜電晶體構成驅動像素部的驅動電路的至少一部分的電路的情況下，都由n通道型TFT形成，並且以圖1B所示的電路為基本單位而形成。另外，在驅動電路中，藉由使閘極電極和源極佈線或汲極佈線直接連接，可以獲得良好的接觸，並減少接觸電阻。當在驅動電路中藉由其他導電膜，例如透明導電膜連接閘極電極和源極佈線或汲極佈線時，有引起如下現象的憂慮：接觸孔數的增加、接觸孔數的增加所引起的佔有面積的增大或接觸電阻及佈線電阻的增大、以及製程的複雜化。
本發明說明所公開的發明結構是一種顯示裝置，包括像素部以及驅動電路，其中，像素部至少包括具有第一氧化物半導體層的第一薄膜電晶體，驅動電路至少包括具有第二氧化物半導體層的第二薄膜電晶體以及具有第三氧化物半導體層的第三薄膜電晶體，與設置在第二氧化物半導體層的下方的第二薄膜電晶體的閘極電極直接接觸的佈線 是與第三氧化物半導體層電連接的第三薄膜電晶體的源極佈線或汲極佈線，並且第三氧化物半導體層直接接觸於佈線上。
本發明的實施例模式之一解決上述課題中的至少一個。
此外，在上述結構中，第二薄膜電晶體的閘極電極藉由形成在覆蓋閘極電極的閘極絕緣層的接觸孔與佈線電連接。另外，在上述結構中，藉由將像素部和驅動電路設置在同一基板上，減少製造成本。
此外，由於薄膜電晶體因靜電等而容易損壞，因此較佳對於閘極線或源極線將驅動電路保護用保護電路設置在同一基板上。較佳由使用氧化物半導體的非線性元件構成保護電路。
此外，作為具有驅動電路的顯示裝置，除了液晶顯示裝置之外，還可以舉出使用發光元件的發光顯示裝置以及使用電泳顯示元件的也被稱為電子紙的顯示裝置。
在使用發光元件的發光顯示裝置中，像素部具有多個薄膜電晶體，並且在像素部中也具有使某個薄膜電晶體的閘極電極和其他電晶體的源極佈線或汲極佈線直接連接的部分。另外，在使用發光元件的發光顯示裝置的驅動電路中具有使薄膜電晶體的閘極電極和該薄膜電晶體的源極佈線或汲極佈線直接連接的部分。
此外，製造方法也是本發明的實施例模式之一，該結構是如下：在基板上形成第一閘極電極及第二閘極電極； 形成覆蓋第一閘極電極及第二閘極電極的閘極絕緣層；對閘極絕緣層選擇性地進行蝕刻來形成到達第二閘極電極的接觸孔；形成藉由接觸孔與第二閘極電極直接接觸的第一佈線及隔著第一閘極絕緣層與第一閘極電極及第二閘極電極的雙方重疊的第二佈線；以及在閘極絕緣層上形成與第一閘極電極重疊的第一氧化物半導體層，且在閘極絕緣層上形成與第二閘極電極重疊的第二氧化物半導體層，其中，第二氧化物半導體層接觸於第一佈線上及第二佈線上。根據上述製造方法的結構，可以製造作為驅動電路的基本單位的反相器電路。
當然，除了驅動電路之外，還可以將像素部的薄膜電晶體製造在同一基板上。
此外，在上述製造製程中，較佳藉由在形成第一氧化物半導體層及第二氧化物半導體層之前，對閘極絕緣層表面進行電漿處理，具體地說，進行反濺射，來去除表面的塵屑等。另外，較佳在形成第一佈線及第二佈線之前對露出在閘極絕緣層表面及接觸孔底面的第二閘極電極表面進行電漿處理，具體地說，進行反濺射，來去除表面的塵屑等。
注意，從方便起見附加了第一、第二等序數詞，因此其並不表示特定發明的製程順序或層疊順序。
藉由在閘極線驅動電路或源極線驅動電路中使用氧化物半導體的薄膜電晶體，減少製造成本。而且，可以提供一種顯示裝置，其中藉由使用於驅動電路的薄膜電晶體的 閘極電極和源極佈線或汲極佈線直接連接，可以減少接觸孔數並縮小驅動電路的佔有面積。
100‧‧‧基板
101‧‧‧閘極電極
102‧‧‧閘極絕緣層
103‧‧‧氧化物半導體層
105a‧‧‧源極電極層
105b‧‧‧汲極電極層
107‧‧‧保護絕緣膜
108‧‧‧電容佈線
109‧‧‧氧化物半導體膜
110‧‧‧像素電極
111‧‧‧氧化物半導體膜
120‧‧‧連接電極
121‧‧‧端子
122‧‧‧端子
125‧‧‧接觸孔
126‧‧‧接觸孔
127‧‧‧接觸孔
128‧‧‧透明導電膜
129‧‧‧透明導電膜
131‧‧‧抗蝕劑掩模
132‧‧‧導電膜
150‧‧‧端子
151‧‧‧端子
152‧‧‧閘極絕緣層
153‧‧‧連接電極
154‧‧‧保護絕緣膜
155‧‧‧透明導電膜
156‧‧‧電極
170‧‧‧薄膜電晶體
201‧‧‧源極線驅動電路
202‧‧‧閘極線驅動電路
400‧‧‧基板
401‧‧‧閘極電極
402‧‧‧閘極電極
403‧‧‧閘極絕緣層
404‧‧‧接觸孔
405‧‧‧氧化物半導體層
407‧‧‧氧化物半導體層
409‧‧‧佈線
410‧‧‧佈線
411‧‧‧佈線
430‧‧‧薄膜電晶體
431‧‧‧薄膜電晶體
440‧‧‧基板
441‧‧‧閘極電極
442‧‧‧閘極電極
443‧‧‧閘極絕緣層
444‧‧‧接觸孔
445‧‧‧氧化物半導體層
447‧‧‧氧化物半導體層
449‧‧‧第一佈線
450‧‧‧第二佈線
451‧‧‧第三佈線
452‧‧‧保護層
453‧‧‧連接佈線
460‧‧‧薄膜電晶體
461‧‧‧薄膜電晶體
581‧‧‧薄膜電晶體
585‧‧‧絕緣層
587‧‧‧電極層
588‧‧‧電極層
589‧‧‧球形粒子
590a‧‧‧黑色區
590b‧‧‧白色區
594‧‧‧空洞
595‧‧‧填料
1000‧‧‧行動電話機
1001‧‧‧框體
1002‧‧‧顯示部
1003‧‧‧操作鍵
1004‧‧‧外部連接埠
1005‧‧‧揚聲器
1006‧‧‧麥克風
2600‧‧‧TFT基板
2601‧‧‧對置基板
2602‧‧‧密封材料
2603‧‧‧像素部
2604‧‧‧顯示元件
2605‧‧‧著色層
2606‧‧‧偏光板
2607‧‧‧偏光板
2608‧‧‧佈線電路部
2609‧‧‧撓性佈線基板
2610‧‧‧冷陰極管
2611‧‧‧反射板
2612‧‧‧電路基板
2613‧‧‧漫射片
2631‧‧‧海報
2632‧‧‧車廂廣告
2700‧‧‧電子書籍
2701‧‧‧框體
2703‧‧‧框體
2705‧‧‧顯示部
2707‧‧‧顯示部
2711‧‧‧軸部
2721‧‧‧電源
2723‧‧‧操作鍵
2725‧‧‧揚聲器
4001‧‧‧基板
4002‧‧‧像素部
4003‧‧‧源極線驅動電路
4004‧‧‧閘極線驅動電路
4005‧‧‧密封材料
4006‧‧‧基板
4008‧‧‧液晶層
4010‧‧‧薄膜電晶體
4011‧‧‧薄膜電晶體
4013‧‧‧液晶元件
4015‧‧‧連接端子電極
4016‧‧‧端子電極
4018‧‧‧FPC
4019‧‧‧各向異性導電膜
4020‧‧‧絕緣層
4021‧‧‧絕緣層
4030‧‧‧像素電極層
4031‧‧‧對置電極層
4032‧‧‧絕緣層
4501‧‧‧基板
4502‧‧‧像素部
4503a、4503b‧‧‧源極線驅動電路
4504a、4504b‧‧‧閘極線驅動電路
4505‧‧‧密封材料
4506‧‧‧基板
4507‧‧‧填料
4509‧‧‧薄膜電晶體
4510‧‧‧薄膜電晶體
4511‧‧‧發光元件
4512‧‧‧場致發光層
4513‧‧‧電極層
4515‧‧‧連接端子電極
4516‧‧‧端子電極
4517‧‧‧電極層
4518a、4518b‧‧‧FPC
4519‧‧‧各向異性導電膜
4520‧‧‧分隔壁
5300‧‧‧基板
5301‧‧‧像素部
5302‧‧‧閘極線驅動電路
5303‧‧‧源極線驅動電路
5400‧‧‧基板
5401‧‧‧像素部
5402‧‧‧閘極線驅動電路
5403‧‧‧源極線驅動電路
5404‧‧‧閘極線驅動電路
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‧‧‧開關群
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5621_M‧‧‧佈線
5701_1至5701_n‧‧‧正反器
5701_i‧‧‧正反器
5703a‧‧‧第一薄膜電晶體的導通．截止的時序
5703b‧‧‧第二薄膜電晶體的導通．截止的時序
5703c‧‧‧第三薄膜電晶體的導通．截止的時序
5803a‧‧‧第一薄膜電晶體的導通．截止的時序
5803b‧‧‧第二薄膜電晶體的導通．截止的時序
5803c‧‧‧第三薄膜電晶體的導通．截止的時序
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‧‧‧第七佈線
5721‧‧‧信號
5821‧‧‧信號
590a‧‧‧黑色區
590b‧‧‧白色區
6400‧‧‧像素
6401‧‧‧開關電晶體
6402‧‧‧驅動電晶體
6403‧‧‧電容元件
6404‧‧‧發光元件
6405‧‧‧信號線
6406‧‧‧掃描線
6407‧‧‧電源線
6408‧‧‧共同電極
7001‧‧‧TFT
7002‧‧‧發光元件
7003‧‧‧陰極
7004‧‧‧發光層
7005‧‧‧陽極
7011‧‧‧驅動TFT
7012‧‧‧發光元件
7013‧‧‧陰極
7014‧‧‧發光層
7015‧‧‧陽極
7016‧‧‧遮罩膜
7017‧‧‧導電膜
7021‧‧‧驅動TFT
7022‧‧‧發光元件
7023‧‧‧陰極
7024‧‧‧發光層
7025‧‧‧陽極
7027‧‧‧導電膜
9400‧‧‧通信裝置
9401‧‧‧框體
9402‧‧‧操作按鈕
9403‧‧‧外部輸入端子
9404‧‧‧麥克風
9405‧‧‧揚聲器
9406‧‧‧發光部
9410‧‧‧顯示裝置
9411‧‧‧框體
9412‧‧‧顯示部
9413‧‧‧操作鍵
9600‧‧‧電視裝置
9601‧‧‧框體
9603‧‧‧顯示部
9605‧‧‧支架
9607‧‧‧顯示部
9609‧‧‧操作鍵
9610‧‧‧遙控操作機
9700‧‧‧數位相框
9701‧‧‧框體
9703‧‧‧顯示部
9881‧‧‧框體
9882‧‧‧顯示部
9883‧‧‧顯示部
9884‧‧‧揚聲器部
9885‧‧‧操作鍵
9886‧‧‧記錄媒體插入部
9887‧‧‧連接端子
9888‧‧‧感測器
9889‧‧‧麥克風
9890‧‧‧LED燈
9891‧‧‧框體
9893‧‧‧連接部
9900‧‧‧自動賭博機
9901‧‧‧框體
9903‧‧‧顯示部
圖1A是本發明的實施例模式之一的半導體裝置的截面圖，圖1B是等效電路圖，圖1C是俯視圖；圖2A是本發明的實施例模式之一的半導體裝置的等效電路圖，圖2B是俯視圖；圖3A至3C是本發明的實施例模式之一的半導體裝置的製程截面圖；圖4A至4C是本發明的實施例模式之一的半導體裝置的製程截面圖；圖5A至5C是本發明的實施例模式之一的半導體裝置的製程截面圖；圖6是本發明的實施例模式之一的半導體裝置的俯視圖；圖7是本發明的實施例模式之一的半導體裝置的俯視圖；圖8是本發明的實施例模式之一的半導體裝置的俯視圖；圖9是本發明的實施例模式之一的半導體裝置的俯視圖；圖10A至10D是本發明的實施例模式之一的半導體裝置的端子部的俯視圖及截面圖； 圖11是本發明的實施例模式之一的半導體裝置的像素俯視圖；圖12是電子紙的截面圖；圖13A和13B是說明半導體裝置的方塊圖的圖；圖14是說明源極線驅動電路的結構的圖；圖15是說明源極線驅動電路的工作的時序圖；圖16是說明源極線驅動電路的工作的時序圖；圖17是說明移位暫存器的結構的圖；圖18是說明圖17所示的正反器的連接結構的圖；圖19A至19C是說明本發明的實施例模式之一的半導體裝置的俯視圖及截面圖；圖20是說明本發明的實施例模式之一的半導體裝置的截面圖；圖21是說明本發明的實施例模式之一的半導體裝置的像素等效電路的圖；圖22A至22C是說明本發明的實施例模式之一的半導體裝置的圖；圖23A和23B是說明本發明的實施例模式之一的半導體裝置的俯視圖及截面圖；圖24A和24B是說明電子紙的使用方式的例子的圖；圖25是示出電子書籍的一例的外觀圖；圖26A和26B是示出電視裝置及數位相框的例子的外觀圖； 圖27A和27B是示出遊戲機的例子的外觀圖；圖28A和28B是示出行動電話機的一例的外觀圖；圖29是示出作為TFT的電特性的VG-ID曲線的圖；圖30是示出表示移位暫存器的第44級、第43級及第42級的輸出波形的利用示波器的測量結果的圖；圖31是示出表示最大驅動頻率時的驅動器輸出波形的利用示波器的測量結果的圖；圖32是示出液晶顯示器的顯示的狀態的圖。
下面，說明本發明的實施例模式。
[實施例模式1]
在此，根據使用兩個n通道型薄膜電晶體構成反相器電路的例子，以下說明本發明的實施例模式之一。
使用反相器電路、電容、電阻等構成用來驅動像素部的驅動電路。有組合兩個n通道型TFT形成反相器電路的情況、組合增強型電晶體和耗盡型電晶體形成反相器電路的情況(下面稱為EDMOS電路)、使用增強型TFT形成反相器電路的情況(下面稱為EEMOS電路)。注意，在n通道型TFT的臨界值電壓是正的情況下，定義為增強型電晶體，而在n通道型TFT的臨界值電壓是負的情況下，定義為耗盡型電晶體。在本發明說明中按照該定義進行描述。
將像素部和驅動電路形成在同一基板上，並且在像素部中，使用配置為矩陣狀的增強型電晶體切換對像素電極的電壓施加的導通截止。這種配置在像素部的增強型電晶體使用氧化物半導體，在其電特性中，當閘電壓是±20V時，導通截止比是大於或等於109，所以洩漏電流少且可以實現低耗電量驅動。
圖1A示出驅動電路的反相器電路的截面結構。在圖1A中，在基板400上設置第一閘極電極401及第二閘極電極402。可以使用鉬、鈦、鉻、鉭、鎢、鋁、銅、釹、鈧等的金屬材料或以這些材料為主要成分的合金材料，以它們的單層或疊層形成第一閘極電極401及第二閘極電極402。
例如，作為第一閘極電極401及第二閘極電極402的兩層的疊層結構，較佳採用在鋁層上層疊鉬層的兩層結構、在銅層上層疊鉬層的兩層結構、在銅層上層疊氮化鈦層或氮化鉭層的兩層結構、層疊氮化鈦層和鉬層的兩層結構。作為三層的疊層結構，較佳採用鎢層或氮化鎢、鋁和矽的合金或鋁和鈦的合金、氮化鈦或鈦層的疊層。
此外，在覆蓋第一閘極電極401及第二閘極電極402的閘極絕緣層403上設置第一佈線409、第二佈線410及第三佈線411，並且在第二佈線410藉由形成在閘極絕緣層403的接觸孔404與第二閘極電極402直接連接。
此外，在與第一閘極電極401重疊的位置設置接觸於第一佈線409及第二佈線410上的第一氧化物半導體層 405，且在與第二閘極電極402重疊的位置設置接觸於第二佈線410及第三佈線411上的第二氧化物半導體層407。另外，較佳在形成第一氧化物半導體層405或第二氧化物半導體層407之前，對閘極絕緣層403的表面進行電漿處理。例如，較佳藉由在採用濺射法形成氧化物半導體膜之前進行引入氬氣體來產生電漿的反濺射，去除附著到閘極絕緣層403的表面及接觸孔404的底面的塵屑。反濺射是指一種方法，其中不對靶材一側施加電壓而在氬氣氛下使用RF電源對基板一側施加電壓來在基板形成電漿，從而對表面進行改性。另外，也可以使用氮、氦等代替氬氣氛。此外，也可以在對氬氣氛添加氧、氫、N2O等的氣氛下進行反濺射。另外，也可以在對氬氣氛添加Cl2、CF4等的氣氛下進行反濺射。
第一薄膜電晶體430具有第一閘極電極401和隔著閘極絕緣層403與第一閘極電極401重疊的第一氧化物半導體層405，並且第一佈線409是接地電位的電源線(接地電源線)。該接地電位的電源線也可以是被施加負電壓VDL的電源線(負電源線)。
此外，第二薄膜電晶體431具有第二閘極電極402和隔著閘極絕緣層403與第二閘極電極402重疊的第二氧化物半導體層407，並且第三佈線411是被施加正電壓VDD的電源線(正電源線)。
如圖1A所示那樣，電連接到第一氧化物半導體層405和第二氧化物半導體層407的雙方的第二佈線410藉 由形成在閘極絕緣層403的接觸孔404與第二薄膜電晶體431的第二閘極電極402直接連接。藉由使第二佈線410和第二閘極電極402直接連接，可以獲得良好的接觸並減少接觸電阻。與隔著其他導電膜，例如透明導電膜連接第二閘極電極402和第二佈線410的情況相比，可以謀求接觸孔數的減少、借助於接觸孔數的減少的佔有面積的縮小。
此外，圖1C示出驅動電路的反相器電路的俯視圖。在圖1C中，沿著虛線Z1-Z2截斷的截面對應於圖1A。
另外，圖1B示出EDMOS電路的等效電路。圖1A及圖1C所示的電路連接相當於圖1B，並且它是第一薄膜電晶體430是增強型n通道型電晶體，而第二薄膜電晶體431是耗盡型n通道型電晶體的例子。
作為在同一基板上製造增強型n通道型電晶體和耗盡型n通道型電晶體的方法，例如使用不同的材料及不同的成膜條件製造第一氧化物半導體層405和第二氧化物半導體層407。此外，也可以在氧化物半導體層的上下設置閘極電極控制臨界值，對閘極電極施加電壓以使得一方TFT成為常導通狀態(normally-on)，並使得另一方TFT成為常截止狀態(normally-off)而構成EDMOS電路。
[實施例模式2]
實施例模式1示出EDMOS電路的例子。在本實施例模式中，圖2A示出EEMOS電路的等效電路。在圖2A的 等效電路中，既可以採用兩個都是增強型n通道型電晶體的組合，又可以採用第一薄膜電晶體460是增強型n通道型電晶體，而另一方電晶體的第二薄膜電晶體461是耗盡型n通道型電晶體的組合。藉由採用上述組合中任一個都可以製造驅動電路。
當將可採用兩個都是相同的增強型n通道型電晶體的組合製造的圖2A的電路結構用於驅動電路時，用於像素部的電晶體也是相同的增強型n通道型電晶體，所以製造製程不增大，因此可以說是較佳的。此外，圖2B示出俯視圖。
此外，圖3A、圖3B及圖3C示出反相器電路的製造製程的一例。另外，沿著圖2B中的虛線Y1-Y2截斷的截面相當於圖3C。
在基板440上藉由濺射法形成第一導電膜，使用第一光掩模對第一導電膜選擇性地進行蝕刻，形成第一閘極電極441及第二閘極電極442。接著，採用電漿CVD法或濺射法形成覆蓋第一閘極電極441及第二閘極電極442的閘極絕緣層443。可以採用CVD法或濺射法等使用氧化矽層、氮化矽層、氧氮化矽層或氮氧化矽層的單層或疊層形成閘極絕緣層443。此外，作為閘極絕緣層443，也可以採用使用有機矽烷氣體的CVD法形成氧化矽層。作為有機矽烷氣體，可以使用含矽化合物諸如正矽酸乙酯(TEOS：化學式Si(OC2H5)4)、四甲基矽烷(TMS：化學式Si(CH3)4)、四甲基環四矽氧烷(TMCTS)、八甲基 環四矽氧烷(OMCTS)、六甲基二矽氮烷(HMDS)、三乙氧基矽烷(SiH(OC2H5)3)、三(二甲氨基)矽烷(SiH(N(CH3)2)3)等。
接著，使用第二光掩模對閘極絕緣層443選擇性地進行蝕刻來形成到達第二閘極電極442的接觸孔444。至此為止的步驟的截面圖相當於圖3A。
接著，在閘極絕緣層443上藉由濺射法形成第二導電膜，使用第三光掩模對第二導電膜選擇性地進行蝕刻，形成第一佈線449及第二佈線450及第三佈線451。第三佈線451藉由接觸孔444與第二閘極電極442直接接觸。另外，較佳藉由在採用濺射法形成第二導電膜之前進行引入氬氣體來產生電漿的反濺射，去除附著到閘極絕緣層443的表面及接觸孔444的底面的塵屑。反濺射是指一種方法，其中不對靶材一側施加電壓而在氬氣氛下使用RF電源對基板一側施加電壓來在基板形成電漿，從而對表面進行改性。另外，也可以使用氮、氦等代替氬氣氛。此外，也可以在對氬氣氛添加氧、氫、N2O等的氣氛下進行反濺射。另外，也可以在對氬氣氛添加Cl2、CF4等的氣氛下進行反濺射。
接著，藉由濺射法形成氧化物半導體膜。
作為濺射法，有將高頻電源用於濺射用電源的RF濺射法、以及DC濺射法，還有以脈衝方式施加偏壓的脈衝DC濺射法。當形成絕緣膜時主要使用RF濺射法，而當形成金屬膜時主要使用DC濺射法。
此外，還有可設置多種材料不同的靶材的多源濺射裝置(multi-source sputtering apparatus)。多源濺射裝置能夠在同一反應室中層疊形成不同的材料膜或在同一反應室中同時使多種材料放電來進行成膜。
另外，還有在反應室中具備磁鐵機構的採用磁控濺射法的濺射裝置、以及採用ECR濺射法的濺射裝置，該ECR濺射法採用不使用輝光放電而使用微波產生的電漿。
作為濺射反應室，適當地使用上述各種濺射法。
作為成膜方法，還有在成膜時使靶材物質和濺射氣體成分引起化學反應來形成它們的化合物薄膜的反應濺射法、以及在成膜時也對基板施加電壓的偏壓濺射法。
另外，較佳藉由在採用濺射法形成氧化物半導體膜之前進行引入氬氣體來產生電漿的反濺射，去除附著到閘極絕緣層443的表面及第一佈線449、第二佈線450及第三佈線451的塵屑。反濺射是指一種方法，其中不對靶材一側施加電壓而在氬氣氛下使用RF電源對基板一側施加電壓來在基板形成電漿，從而對表面進行改性。另外，也可以使用氮、氦等代替氬氣氛。此外，也可以在對氬氣氛添加氧、氫、N2O等的氣氛下進行反濺射。另外，也可以在對氬氣氛添加Cl2、CF4等的氣氛下進行反濺射。
接著，使用第四光掩模對氧化物半導體膜選擇性地進行蝕刻。在結束該蝕刻的步驟，完成第一薄膜電晶體460和第二薄膜電晶體461。至此為止的截面圖相當於圖3B。
接著，在大氣氣氛下或氮氣氛下進行200℃至600℃ 的加熱處理。另外，對於進行該加熱處理的時序沒有限制而只要在形成氧化物半導體膜之後就可以進行。
接著，形成保護層452，使用第五光掩模對保護層452選擇性地進行蝕刻形成接觸孔，然後形成第三導電膜。最後，使用第六光掩模對第三導電膜選擇性地進行蝕刻形成與第二佈線450電連接的連接佈線453。至此為止的步驟的截面圖相當於圖3C。
在使用發光元件的發光顯示裝置中，像素部具有多個薄膜電晶體，在像素部中也具有用來使某一個薄膜電晶體的閘極電極和其他電晶體的源極佈線或汲極佈線直接連接的接觸孔。當使用第二光掩模在閘極絕緣層形成接觸孔時，可以使用相同的掩模形成該接觸部。
此外，關於液晶顯示裝置及電子紙，在用來與FPC等的外部端子連接的端子部中，當形成到達閘極佈線的接觸孔時以及當使用第二光掩模在閘極絕緣層形成接觸孔時可以使用相同的掩模。
[實施例模式3]
在本實施例模式中，參照圖4A至4C、圖5A至5C、圖6、圖7、圖8、圖9、圖10A至10D以及圖11對於可以形成在與實施例模式1或實施例模式2所示的驅動電路同一基板上的像素部的薄膜電晶體及端子部的製造製程進行詳細的說明。
在圖4A中，作為具有透光性的基板100，可以使用 以康寧公司的7059玻璃或1737玻璃等為代表的鋇硼矽酸鹽玻璃或鋁硼矽酸鹽玻璃等的玻璃基板。
接著，在基板100的整個表面上形成導電層，然後進行第一光石印製程來形成抗蝕劑掩模，藉由蝕刻去除不需要的部分來形成佈線及電極(包括閘極電極101的閘極佈線、電容佈線108以及第一端子121)。此時，進行蝕刻以至少使閘極電極101的端部形成為錐形形狀。圖4A示出這個步驟的截面圖。另外，這個步驟的俯視圖相當於圖6。
包括閘極電極101的閘極佈線、電容佈線108以及端子部的第一端子121較佳使用鋁(Al)及銅(Cu)等的低電阻導電材料形成，但是因為當使用Al單體時有耐熱性低並且容易腐蝕等問題，所以與耐熱性導電材料組合而形成。作為耐熱性導電材料，使用選自鈦(Ti)、鉭(Ta)、鎢(W)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、釹(Nd)、鈧(Sc)中的元素、以上述元素為成分的合金、組合上述元素的合金、或以上述元素為成分的氮化物。
接著，在閘極電極101的整個表面上形成閘極絕緣層102。藉由PCVD法或濺射法等，形成50nm至250nm厚的閘極絕緣層102。
例如，藉由PCVD法或濺射法並使用氧化矽膜來形成100nm厚的閘極絕緣層102。當然，閘極絕緣層102不局限於這種氧化矽膜，而使用氧氮化矽膜、氮化矽膜、氧化鋁膜、氧化鉭膜等的其他絕緣膜來形成由這些材料構成的 單層或疊層結構作為閘極絕緣層102。
接著，進行第二光石印製程形成抗蝕劑掩模，藉由蝕刻去除不需要的部分形成到達與閘極電極相同的材料的佈線和電極的接觸孔。以用於與後面形成的導電膜直接連接設置該接觸孔。例如，在驅動電路中，在形成與閘極電極和源極電極或汲極電極直接接觸的薄膜電晶體、與端子部的閘極佈線電連接的端子的情況下形成接觸孔。
接著，利用濺射法或真空蒸鍍法形成由金屬材料構成的導電膜。在此採用Ti膜、包含Nd的鋁膜、Ti膜的三層結構。作為導電膜的材料，可以舉出選自Al、Cr、Ta、Ti、Mo、W中的元素、以上述元素為成分的合金、組合上述元素的合金膜等。此外，作為導電膜也可以採用兩層結構，即也可以在鋁膜上層疊鈦膜。另外，作為導電膜，還可以採用包含矽的鋁膜的單層結構或鈦膜的單層結構。
接著，進行第三光石印製程形成抗蝕劑掩模，藉由蝕刻去除不需要的部分來形成源極電極層105a及汲極電極層105b以及連接電極120。作為此時的蝕刻方法，採用濕蝕刻或乾蝕刻。在此，將氨水和過氧化氫以及純水的混合液(過氧化氫：氨：水=5：2：2)用作Ti膜的蝕刻劑進行蝕刻，並且將混合磷酸、醋酸、硝酸的溶液用於包含Nd的鋁膜進行蝕刻。藉由該濕蝕刻，對按順序層疊Ti膜、Al-Nd膜和Ti膜的導電膜進行蝕刻來形成源極電極層105a及汲極電極層105b。圖4B示出這個步驟的截面 圖。此外，圖7相當於這個步驟的俯視圖。
在端子部中，連接電極120藉由形成在閘極絕緣層的接觸孔與端子部的第一端子121直接連接。另外，雖然在此不圖示，但是經過與上述製程相同的製程，驅動電路的薄膜電晶體的源極佈線或汲極佈線和閘極電極直接連接。
接著，在去除抗蝕劑掩模之後，進行電漿處理。圖4C示出這個步驟的截面圖。在此，進行引入氬氣體使用RF電源來產生電漿的反濺射，並對露出的閘極絕緣層進行電漿處理。
接著，在進行電漿處理之後，不暴露於大氣地形成氧化物半導體膜。在進行電漿處理之後，不暴露於大氣地形成氧化物半導體膜來防止塵屑及水分附著到閘極絕緣層和氧化物半導體膜的介面，所以是有效的。在此，使用直徑為8英寸的包含In、Ga及Zn的氧化物半導體靶材(In2O3：Ga2O3：ZnO=1：1：1)在氬或氧氣分下以如下條件進行成膜：基板和靶材之間的距離為170mm；壓力為0.4Pa；直流(DC)電源為0.5kW。另外，藉由使用直流電流(DC)電源，可以減輕塵屑，且膜厚度分佈也變均勻，所以是較佳的。氧化物半導體的厚度為5nm至200nm。在本實施例模式中，氧化物半導體膜的厚度為100nm。
可以採用與預先進行反濺射的反應室同一個反應室形成氧化物半導體膜。只要不暴露於大氣地進行成膜就可以採用與預先進行反濺射的反應室不同的反應室形成氧化物 半導體膜。
接著，進行第四光石印製程，形成抗蝕劑掩模，藉由蝕刻去除不需要的部分來形成氧化物半導體層103。在此，藉由使用ITO-07N(日本關東化學株式會社製造)的濕蝕刻去除不需要的部分來形成氧化物半導體層103。另外，在此的蝕刻不局限於濕蝕刻而也可以使用乾蝕刻。然後，去除抗蝕劑掩模。
接著，較佳以200℃至600℃，典型地以300℃至500℃進行熱處理。例如，利用爐並在氮氣氛下或大氣氣氛下以350℃進行一個小時的熱處理。藉由上述製程，可以製造將氧化物半導體層103用作通道形成區的薄膜電晶體170。圖5A示出這個步驟的截面圖。另外，這個步驟的俯視圖相當於圖8。此外，圖5A的截面圖對應於實施例模式2所示的驅動電路的製造製程中的圖3B。另外，進行熱處理的時序只要在形成氧化物半導體膜之後就並沒有限制，例如也可以在形成保護絕緣膜之後進行熱處理。
接著，形成覆蓋氧化物半導體層103的保護絕緣膜107。作為保護絕緣膜107，可以使用利用濺射法等而得到的氮化矽膜、氧化矽膜、氧氮化矽膜、氧化鋁膜、氧化鉭膜等。此外，較佳在形成保護絕緣膜107之前對氧化物半導體層103的表面進行氧自由基處理。作為對氧化物半導體層103的表面的氧自由基處理，進行電漿處理或反濺射，即可。反濺射是指一種方法，其中不對靶材一側施加電壓而在氧或氧及氬的氣氛下對基板一側施加電壓來在基 板形成電漿，從而對表面進行改性。藉由對氧化物半導體層103的表面進行氧自由基處理，可以使薄膜電晶體170的臨界值電壓值為正，從而可以實現所謂的常導通狀態的開關元件。至於顯示裝置，較佳的是，以薄膜電晶體的閘極電壓儘量近於0V的正的臨界值電壓形成通道。另外，當薄膜電晶體的臨界值電壓值為負時，容易成為所謂的常導通狀態，其中即使閘極電壓為0V也在源極電極和汲極電極之間產生電流。
接著，進行第五光石印製程，形成抗蝕劑掩模，並對保護絕緣膜107進行蝕刻來形成到達汲極電極層105b的接觸孔125。然後，去除抗蝕劑掩模。此外，藉由在此的蝕刻，形成到達第二端子122的接觸孔127。另外，為了縮減掩模數量，較佳使用相同的抗蝕劑掩模還蝕刻閘極絕緣層，並使用相同的蝕刻劑掩模形成到達連接電極120的接觸孔126。圖5B示出這個步驟的截面圖。
接著，在保護絕緣膜107上形成透明導電膜。藉由濺射法或真空蒸鍍法等使用氧化銦(In2O3)或氧化銦氧化錫合金(In2O3-SnO2，縮寫為ITO)等以形成透明導電膜。使用鹽酸之類的溶液進行對這些材料的蝕刻處理。然而，由於對ITO的蝕刻特別容易產生殘渣，因此也可以使用氧化銦氧化鋅合金(In2O3-ZnO)，以便改善蝕刻加工性。
接著，進行第六光石印製程，形成抗蝕劑掩模，並藉由蝕刻去除不需要的部分，來形成像素電極110。
此外，在該第六光石印製程中，以電容部中的閘極絕緣層102及保護絕緣膜107為電介質並使用電容佈線108和像素電極110形成儲存電容(storage capacitor)。
另外，在該第六光石印製程中，使用抗蝕劑掩模覆蓋第一端子及第二端子的上方並使形成在端子部的透明導電膜128、129殘留。透明導電膜128、129成為用來與FPC連接的電極或佈線。形成在與第一端子121直接連接的連接電極120上的透明導電膜128是用作閘極佈線的輸入端子的連接用端子電極。形成在第二端子122上的透明導電膜129成為用作源極佈線的輸入端子的連接用端子電極。
接著，去除抗蝕劑掩模。圖5C示出這個步驟的截面圖。另外，這個步驟的俯視圖相當於圖9。此外，圖5C的截面圖與實施例模式2所示的驅動電路的製造製程中的圖3C對應。
此外，圖10A和圖10C分別示出這個步驟的閘極佈線端子部的俯視圖及截面圖。圖10A相當於沿著圖10C中的C1-C2線的截面圖。在圖10A中，形成在保護絕緣膜154上的透明導電膜155是用作輸入端子的連接用端子電極。另外，在圖10A中，在端子部使用與閘極佈線相同的材料形成的第一端子151和使用與源極佈線相同的材料形成的連接電極153夾著閘極絕緣層152重疊，並直接連接而導通。另外，連接電極153與透明導電膜155藉由設置在保護絕緣膜154中的接觸孔直接連接並導通。
另外，圖10B及圖10D分別示出源極佈線端子部的 俯視圖及截面圖。此外，圖10B相當於沿著圖10D中的G1-G2線的截面圖。在圖10B中，形成在保護絕緣膜154上的透明導電膜155是用作輸入端子的連接用端子電極。另外，在圖10B中，在端子部使用與閘極佈線相同的材料形成的電極156夾著閘極絕緣層152重疊於與源極佈線電連接的第二端子150的下方。電極156不與第二端子150電連接，藉由將電極156設定為與第二端子150不同的電位，例如浮動狀態、GND、0V等，可以形成作為對雜波的措施的電容或作為對靜電的措施的電容。此外，第二端子150夾著保護絕緣膜154與透明導電膜155電連接。
根據像素密度設置多個閘極佈線、源極佈線及電容佈線。此外，在端子部排列地配置多個具有與閘極佈線相同的電位的第一端子、多個具有與源極佈線相同的電位的第二端子、多個具有與電容佈線相同的電位的第三端子等。各端子的數量可以是任意的，而實施者適當地決定各端子的數量即可。
像這樣，藉由六次的光石印製程，使用六個光掩模來可以完成包括底閘型的薄膜電晶體170的像素部、儲存電容。而且，藉由這些對應於每一個像素以矩陣狀地配置來構成像素部，用來製造主動矩陣型顯示裝置的一方基板。在本發明說明中，為方便起見將這種基板稱為主動矩陣基板。
當製造主動矩陣型液晶顯示裝置時，在主動矩陣基板和設置有對置電極的對置基板之間設置液晶層，固定主動 矩陣基板和對置基板。另外，在主動矩陣基板上設置與設置在對置基板的對置電極電連接的共同電極，在端子部設置與共同電極電連接的第四端子。該第四端子是用來將共同電極設定為固定電位例如GND、0V等的端子。
此外，本實施例模式不局限於圖9的像素結構。圖11示出與圖9不同的俯視圖的例子。圖11示出一例，其中不設置電容佈線，並夾著保護絕緣膜及閘極絕緣層重疊像素電極與相鄰的像素的閘極佈線來形成儲存電容。在此情況下，可以省略電容佈線及與電容佈線連接的第三端子。另外，在圖11中，使用相同的附圖標記說明與圖9相同的部分。
在主動矩陣型液晶顯示裝置中，藉由驅動配置為矩陣狀的像素電極，在螢幕上形成顯示圖案。詳細地說，藉由在被選擇的像素電極和對應於該像素電極的對置電極之間施加電壓，進行配置在像素電極和對置電極之間的液晶層的光學調製，該光學調製被觀察者認為顯示圖案。
當液晶顯示裝置顯示動態圖像時，由於液晶分子本身的響應慢，所以有產生餘象或動態圖像的模糊的問題。有一種所謂被稱為黑插入的驅動技術，其中為了改善液晶顯示裝置的動態圖像特性，而在每隔一幀進行整個表面的黑顯示。
此外，還有所謂被稱為倍速驅動的驅動技術，其中藉由將垂直週期設定為經常的垂直週期的大於或等於1.5倍(較佳設定為大於或等於2倍)，改善動態圖像特性。
另外，還有如下驅動技術：為了改善液晶顯示裝置的動態圖像特性，而作為背光燈使用多個LED(發光二極體)光源或多個EL光源等構成面光源，並使構成面光源的各光源獨立地在一個幀期間內進行間歇發光驅動。作為面光源，可以使用三種以上的LED或白色發光的LED。由於可以獨立地控制多個LED，因此也可以按照液晶層的光學調製的切換時序使LED的發光時序同步。因為在這種驅動技術中可以部分地關斷LED，所以特別在進行一個螢幕中的黑色顯示區所占的比率高的圖像顯示的情況下，可以得到耗電量的減少效果。
藉由組合這些驅動技術，與現有的液晶顯示裝置的動態圖像特性等的顯示特性相比，進一步進行改善。
由於根據本實施例模式而得到的n通道型電晶體將In-Ga-Zn-O類非單晶膜用於通道形成區並具有良好的動態特性，因此可以組合這些驅動技術。
此外，在製造發光顯示裝置的情況下，因為將有機發光元件的一方電極(也稱為陰極)設定為低電源電位，例如GND、0V等，所以在端子部設置用來將陰極設定為低電源電位，例如GND、0V等的第四端子。此外，在製造發光顯示裝置的情況下，除了源極佈線及閘極佈線之外還設置電源供給線。由此，在端子部設置與電源供給線電連接的第五端子。
本實施例模式可以與實施例模式1或實施例模式2自由地組合。
[實施例模式4]
在本實施例模式中，作為本發明的一個方式的半導體裝置示出電子紙的例子。
圖12示出主動矩陣型電子紙作為應用本發明的實施例模式之一的半導體裝置的例子。可以與實施例模式3所示的薄膜電晶體170同樣地製造用於半導體裝置的薄膜電晶體581，並且它是一種電特性高的薄膜電晶體，其中在閘極絕緣層、源極電極層、汲極電極層上具有氧化物半導體層。
圖12的電子紙是採用旋轉球顯示方式的顯示裝置的例子。旋轉球顯示方式是指一種方法，其中將一個半球表面為黑色而另一半球表面為白色的球形粒子用於顯示元件並配置在電極層的第一電極層和第二電極層之間，並在第一電極層及第二電極層之間產生電位差來控制球形粒子的方向，以進行顯示。
薄膜電晶體581是底閘結構的薄膜電晶體，並且它在形成在絕緣層585中的開口利用源極電極層或汲極電極層與第一電極層587接觸並電連接。在第一電極層587和第二電極層588之間設置有具有球形粒子589，該球形粒子589具有黑色區590a和白色區590b，且其周圍包括充滿了液體的空洞594，並且球形粒子589的周圍充滿有樹脂等的填料595(參照圖12)。在本實施例模式中，第一電極層587相當於像素電極，第二電極層588相當於共同電 極。
此外，還可以使用電泳元件來代替旋轉球。使用直徑為10μm至200μm左右的微囊，該微囊中封入有透明液體、帶正電的白色微粒和帶負電的黑色微粒。對於設置在第一電極層和第二電極層之間的微囊，當由第一電極層和第二電極層施加電場時，白色微粒和黑色微粒移動到相反方向，從而可以顯示白色或黑色。應用這種原理的顯示元件就是電泳顯示元件，一般地被稱為電子紙。電泳顯示元件具有比液晶顯示元件高的反射率，因而不需要輔助燈。此外，其耗電量低，並且在昏暗的地方也能夠辨別顯示部。另外，即使不向顯示部供應電源，也能夠保持顯示過一次的圖像，因此，即使使具有顯示功能的半導體裝置(簡單地稱為顯示裝置，或稱為具備顯示裝置的半導體裝置)遠離電波發射源，也能夠儲存顯示過的圖像。
藉由上述製程，可以製造可靠性高的電子紙作為半導體裝置。
本實施例模式可以與實施例模式1至3中任一個所記載的驅動電路或像素部適當地組合而實施。
[實施例模式5]
在本實施例模式中，下面說明在本發明的實施例模式之一的半導體裝置的一例的顯示裝置中在同一基板上至少製造驅動電路的一部分以及配置在像素部的薄膜電晶體的例子。
根據實施例模式3形成配置在像素部的薄膜電晶體。此外，由於實施例模式3所示的薄膜電晶體170是n通道型TFT，因此將驅動電路中的可以由n通道型TFT構成的驅動電路的一部分形成在與像素部的薄膜電晶體同一基板上。
圖13A示出本發明的實施例模式之一的半導體裝置的一個例子的主動矩陣型液晶顯示裝置的方塊圖的一個例子。圖13A所示的顯示裝置在基板5300上包括：具有多個具備顯示元件的像素的像素部5301；選擇各像素的閘極線驅動電路5302；以及控制對被選擇的像素的視頻信號的輸入的源極線驅動電路5303。
此外，實施例模式3所示的薄膜電晶體170是n通道型TFT。參照圖14說明由n通道型TFT構成的源極線驅動電路。
圖14所示的源極線驅動電路包括驅動器IC5601、開關群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。開關群5602_1至5602_M分別包括第一薄膜電晶體5603a、第二薄膜電晶體5603b及第三薄膜電晶體5603c。
像素部5301藉由從源極線驅動電路5303在行方向上延伸地配置的多個信號線S1-Sm(未圖示)與源極線驅動電路5303連接，並且藉由從閘極線驅動電路5302在列方向上延伸地配置的多個掃描線G1-Gn(未圖示)與閘極線驅動電路5302連接，並具有對應於信號線S1-Sm以及掃 描線G1-Gn配置為矩陣形的多個像素(未圖示)。並且，各個像素與信號線Sj(信號線S1-Sm中任一)、掃描線Gi(掃描線G1-Gn中任一)連接。
驅動器IC5601連接到第一佈線5611、第二佈線5612、第三佈線5613及佈線5621_1至5621_M。而且，開關群5602_1至5602_M分別連接到第一佈線5611、第二佈線5612、第三佈線5613及分別對應於開關群5602_1至5602_M的佈線5621_1至5621_M。而且，佈線5621_1至5621_M分別藉由第一薄膜電晶體5603a、第二薄膜電晶體5603b及第三薄膜電晶體5603c連接到三個信號線。例如，第J行的佈線5621_J(佈線5621_1至佈線5621_M中任一)分別藉由開關群5602_J所具有的第一薄膜電晶體5603a、第二薄膜電晶體5603b及第三薄膜電晶體5603c連接到信號線Sj-1、信號線Sj、信號線Sj+1。
另外，對第一佈線5611、第二佈線5612、第三佈線5613分別輸入信號。
另外，驅動器IC5601較佳形成在單晶基板上。再者，開關群5602_1至5602_M較佳形成在與像素部同一基板上。因此，較佳藉由FPC等連接驅動器IC5601和開關群5602_1至5602_M。
接著，參照圖15的時序圖說明圖14所示的源極線驅動電路的工作。另外，圖15的時序圖示出選擇第i列掃描線Gi時的時序圖。再者，第i列掃描線Gi的選擇期間被分割為第一子選擇期間T1、第二子選擇期間T2及第三 子選擇期間T3。而且，圖14的源極線驅動電路在其他列的掃描線被選擇的情況下也進行與圖15相同的工作。
另外，圖15的時序圖示出第J行佈線5621_J藉由第一薄膜電晶體5603a、第二薄膜電晶體5603b及第三薄膜電晶體5603c連接到信號線Sj-1、信號線Sj、信號線Sj+1的情況。
另外，圖15的時序圖示出第i列掃描線Gi被選擇的時序、第一薄膜電晶體5603a的導通．截止的時序5703a、第二薄膜電晶體5603b的導通．截止的時序5703b、第三薄膜電晶體5603c的導通．截止的時序5703c及輸入到第J行佈線5621_J的信號5721_J。
另外，在第一子選擇期間T1、第二子選擇期間T2及第三子選擇期間T3中，對佈線5621_1至佈線5621_M分別輸入不同的視頻信號。例如，在第一子選擇期間T1中輸入到佈線5621_J的視頻信號輸入到信號線Sj-1，在第二子選擇期間T2中輸入到佈線5621_J的視頻信號輸入到信號線Sj，在第三子選擇期間T3中輸入到佈線5621_J的視頻信號輸入到信號線Sj+1。再者，在第一子選擇期間T1、第二子選擇期間T2及第三子選擇期間T3中輸入到佈線5621_J的視頻信號分別為Data_j-1、Data_j、Data_j+1。
如圖15所示，在第一子選擇期間T1中，第一薄膜電晶體5603a導通，第二薄膜電晶體5603b及第三薄膜電晶體5603c截止。此時，輸入到佈線5621_J的Data_j-1藉 由第一薄膜電晶體5603a輸入到信號線Sj-1。在第二子選擇期間T2中，第二薄膜電晶體5603b導通，第一薄膜電晶體5603a及第三薄膜電晶體5603c截止。此時，輸入到佈線5621_J的Data_j藉由第二薄膜電晶體5603b輸入到信號線Sj。在第三子選擇期間T3中，第三薄膜電晶體5603c導通，第一薄膜電晶體5603a及第二薄膜電晶體5603b截止。此時，輸入到佈線5621_J的Data_j+1藉由第三薄膜電晶體5603c輸入到信號線Sj+1。
據此，圖14的源極線驅動電路藉由將一個閘極選擇期間分割為三個而可以在一個閘極選擇期間中將視頻信號從一個佈線5621輸入到三個信號線。因此，圖14的源極線驅動電路可以將形成有驅動器IC5601的基板和形成有像素部的基板的連接數設定為信號線數的大約1/3。藉由將連接數設定為大約1/3，圖14的源極線驅動電路可以提高可靠性、成品率等。
另外，只要能夠如圖14所示，將一個閘極選擇期間分割為多個子選擇期間，並在多個子選擇期間的每一個中從某一個佈線分別將視頻信號輸入到多個信號線，就對薄膜電晶體的配置、數量及驅動方法等沒有限制。
例如，當在三個以上的子選擇期間的每一個中從一個佈線將視頻信號分別輸入到三個以上的信號線時，追加薄膜電晶體及用來控制薄膜電晶體的佈線，即可。但是，當將一個閘極選擇期間分割為四個以上的子選擇期間時，子選擇期間變短。因此，較佳將一個閘極選擇期間分割為兩 個或三個子選擇期間。
作為另一個例子，也可以如圖16的時序圖所示，將一個閘極選擇期間分割為預充電期間Tp、第一子選擇期間T1、第二子選擇期間T2、第三子選擇期間T3。再者，圖16的時序圖示出選擇第i列掃描線Gi的時序、第一薄膜電晶體5603a的導通．截止的時序5803a、第二薄膜電晶體5603b的導通．截止的時序5803b、第三薄膜電晶體5603c的導通．截止的時序5803c以及輸入到第J行佈線5621_J的信號5821_J。如圖16所示，在預充電期間Tp中，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導通。此時，輸入到佈線5621_J的預充電電壓Vp藉由第一薄膜電晶體5603a、第二薄膜電晶體5603b及第三薄膜電晶體5603c分別輸入到信號線Sj-1、信號線Sj、信號線Sj+1。在第一子選擇期間T1中，第一薄膜電晶體5603a導通，第二薄膜電晶體5603b及第三薄膜電晶體5603c截止。此時，輸入到佈線5621_J的Data_j-1藉由第一薄膜電晶體5603a輸入到信號線Sj-1。在第二子選擇期間T2中，第二薄膜電晶體5603b導通、第一薄膜電晶體5603a及第三薄膜電晶體5603c截止。此時，輸入到佈線5621_J的Data_j藉由第二薄膜電晶體5603b輸入到信號線Sj。在第三子選擇期間T3中，第三薄膜電晶體5603c導通，第一薄膜電晶體5603a及第二薄膜電晶體5603b截止。此時，輸入到佈線5621_J的Data_j+1藉由第三薄膜電晶體5603c輸入到信號線Sj+1。
據此，因為應用圖16的時序圖的圖14的源極線驅動電路藉由在子選擇期間之前設置預充電選擇期間來可以對信號線進行預充電，所以可以高速地對像素進行視頻信號的寫入。另外，在圖16中，使用相同的附圖標記來表示與圖15相同的部分，而省略對於相同的部分或具有相同的功能的部分的詳細說明。
此外，說明閘極線驅動電路的結構。閘極線驅動電路包括移位暫存器或緩衝器。此外，根據情況，可以包括位準轉移器或只包括移位暫存器。在閘極線驅動電路中，藉由對移位暫存器輸入時鐘信號(CLK)及起始脈衝信號(SP)，生成選擇信號。所生成的選擇信號在緩衝器中被緩衝放大，並供給到對應的掃描線。掃描線連接有一條線上的像素的電晶體的閘極電極。而且，由於需要將一條線上的像素的電晶體同時導通，因此使用能夠產生大電流的緩衝器。
參照圖17和圖18說明用於閘極線驅動電路的一部分的移位暫存器的一個方式。
圖17示出移位暫存器的電路結構。圖17所示的移位暫存器由多個正反器，即正反器5701_i至5701_n構成。此外，輸入第一時鐘信號、第二時鐘信號、起始脈衝信號、重定信號來進行工作。
說明圖17的移位暫存器的連接關係。在圖17的移位暫存器的第i級正反器5701_i(正反器5701_1至5701_n中任一)中，圖18所示的第一佈線5501連接到第七佈線 5717_i-1，圖18所示的第二佈線5502連接到第七佈線5717_i+1，圖18所示的第三佈線5503連接到第七佈線5717_i，並且圖18所示的第六佈線5506連接到第五佈線5715。
此外，圖18所示的第四佈線5504在奇數級的正反器中連接到第二佈線5712，在偶數級的正反器中連接到第三佈線5713，並且圖18所示的第五佈線5505連接到第四佈線5714。
但是，第一級正反器5701_1的圖18所示的第一佈線5501連接到第一佈線5711，而第n級正反器5701_n的圖18所示的第二佈線5502連接到第六佈線5716。
另外，第一佈線5711、第二佈線5712、第三佈線5713、第六佈線5716也可以分別稱為第一信號線、第二信號線、第三信號線、第四信號線。再者，第四佈線5714、第五佈線5715也可以分別稱為第一電源線、第二電源線。
接著，圖18示出圖17所示的正反器的詳細結構。圖18所示的正反器包括第一薄膜電晶體5571、第二薄膜電晶體5572、第三薄膜電晶體5573、第四薄膜電晶體5574、第五薄膜電晶體5575、第六薄膜電晶體5576、第七薄膜電晶體5577以及第八薄膜電晶體5578。另外，第一薄膜電晶體5571、第二薄膜電晶體5572、第三薄膜電晶體5573、第四薄膜電晶體5574、第五薄膜電晶體5575、第六薄膜電晶體5576、第七薄膜電晶體5577以及 第八薄膜電晶體5578是n通道型電晶體，並且當閘極．源極之間的電壓(Vgs)超過臨界值電壓(Vth)時成為導通狀態。
在圖18中，第三薄膜電晶體5573的閘極電極與電源線電連接。此外，第三薄膜電晶體5573和第四薄膜電晶體5574連接的電路(圖18中的由虛線圍繞的電路)可以說相當於圖2A所示的電路結構。在此示出所有薄膜電晶體都是增強型n通道型電晶體的例子，但是並沒有限制，例如第三薄膜電晶體5573也可以使用耗盡型n通道型電晶體使驅動電路驅動。
接著，下面示出圖18所示的正反器的連接結構。
第一薄膜電晶體5571的第一電極(源極電極或汲極電極中的一方)連接到第四佈線5504，並且第一薄膜電晶體5571的第二電極(源極電極或汲極電極中的另一方)連接到第三佈線5503。
第二薄膜電晶體5572的第一電極連接到第六佈線5506，並且第二薄膜電晶體5572的第二電極連接到第三佈線5503。
第三薄膜電晶體5573的第一電極連接到第五佈線5505，第三薄膜電晶體5573的第二電極連接到第二薄膜電晶體5572的閘極電極，第三薄膜電晶體5573的閘極電極連接到第五佈線5505。
第四薄膜電晶體5574的第一電極連接到第六佈線5506，第四薄膜電晶體5574的第二電極連接到第二薄膜 電晶體5572的閘極電極，並且第四薄膜電晶體5574的閘極電極連接到第一薄膜電晶體5571的閘極電極。
第五薄膜電晶體5575的第一電極連接到第五佈線5505，第五薄膜電晶體5575的第二電極連接到第一薄膜電晶體5571的閘極電極，並且第五薄膜電晶體5575的閘極電極連接到第一佈線5501。
第六薄膜電晶體5576的第一電極連接到第六佈線5506，第六薄膜電晶體5576的第二電極連接到第一薄膜電晶體5571的閘極電極，並且第六薄膜電晶體5575的閘極電極連接到第二薄膜電晶體5572的閘極電極。
第七薄膜電晶體5577的第一電極連接到第六佈線5506，第七薄膜電晶體5577的第二電極連接到第一薄膜電晶體5571的閘極電極，並且第七薄膜電晶體5577的閘極電極連接到第二佈線5502。第八薄膜電晶體5578的第一電極連接到第六佈線5506，第八薄膜電晶體5578的第二電極連接到第二薄膜電晶體5572的閘極電極，並且第八薄膜電晶體5578的閘極電極連接到第一佈線5501。
另外，將第一薄膜電晶體5571的閘極電極、第四薄膜電晶體5574的閘極電極、第五薄膜電晶體5575的第二電極、第六薄膜電晶體5576的第二電極以及第七薄膜電晶體5577的第二電極的連接部作為節點5543。再者，將第二薄膜電晶體5572的閘極電極、第三薄膜電晶體5573的第二電極、第四薄膜電晶體5574的第二電極、第六薄膜電晶體5576的閘極電極以及第八薄膜電晶體5578的第 二電極的連接部作為節點5544。
另外，第一佈線5501、第二佈線5502、第三佈線5503以及第四佈線5504也可以分別稱為第一信號線、第二信號線、第三信號線、第四信號線。再者，第五佈線5505、第六佈線5506也可以分別稱為第一電源線、第二電源線。
此外，也可以僅使用實施例模式3所示的n通道型TFT製造源極線驅動電路及閘極線驅動電路。因為實施例模式3所示的n通道型TFT的電晶體遷移率大，所以可以提高驅動電路的驅動頻率。例如，由於使用實施例模式3所示的n通道型TFT的閘極線驅動電路可以進行高速工作，因此可以提高幀頻率或實現黑屏插入等。
再者，藉由增大閘極線驅動電路的電晶體的通道寬度，或配置多個閘極線驅動電路等，可以實現更高的幀頻率。在配置多個閘極線驅動電路的情況下，藉由將用來使偶數列的掃描線驅動的閘極線驅動電路配置在一側，並將用來使奇數列的掃描線驅動的閘極線驅動電路配置在其相反一側，可以實現幀頻率的提高。此外，當利用多個閘極線驅動電路將信號輸出到相同的掃描線時，有利於顯示裝置的大型化。
此外，在製造本發明的實施例模式之一是半導體裝置的一個例子的主動矩陣型發光顯示裝置的情況下，在至少一個像素中配置多個薄膜電晶體，因此較佳配置多個閘極線驅動電路。圖13B示出主動矩陣型發光顯示裝置的方塊 圖的一個例子。
圖13B所示的發光顯示裝置在基板5400上包括：具有多個具備顯示元件的像素的像素部5401；選擇各像素的第一閘極線驅動電路5402及第二閘極線驅動電路5404；以及控制對被選擇的像素的視頻信號的輸入的源極線驅動電路5403。
當將輸入到圖13B所示的發光顯示裝置的像素的視頻信號設定為數位方式的情況下，藉由將電晶體切換為導通狀態或截止狀態，像素變成發光或非發光狀態。因此，可以採用面積灰度法或時間灰度法進行灰度顯示。面積灰度法是一種驅動法，其中藉由將一個像素分割為多個子像素並驅動各子像素分別根據視頻信號，來進行灰度顯示。此外，時間灰度法是一種驅動法，其中藉由控制像素發光的期間，來進行灰度顯示。
發光元件的回應速度比液晶元件等高，所以與液晶元件相比適合時間灰度法。具體地，在採用時間灰度法進行顯示的情況下，將一個幀期間分割為多個子幀期間。然後，根據視頻信號，在各子幀期間中使像素的發光元件處於發光或非發光狀態。藉由分割為多個子幀期間，可以利用視頻信號控制像素在一個幀期間中實際上發光的期間的總長度，並顯示灰度。
另外，在圖13B所示的發光顯示裝置中示出一種例子，其中當在一個像素中配置兩個TFT時，使用第一閘極線驅動電路5402生成輸入到一方開關TFT的閘極佈線 的第一掃描線的信號，使用第二閘極線驅動電路5404生成輸入到另一方開關TFT的閘極佈線的第二掃描線的信號。但是，也可以共同使用一個閘極線驅動電路生成輸入到第一掃描線的信號和輸入到第二掃描線的信號。此外，例如根據開關元件一個像素所具有的開關TFT的數量，可能會在各像素中設置多個用來控制的工作的掃描線。在此情況下，既可以使用一個閘極線驅動電路生成輸入到多個掃描線的所有信號，也可以使用多個閘極線驅動電路分別生成輸入到多個掃描線的信號。
此外，在發光顯示裝置中也可以將驅動電路中的能夠由n通道型TFT構成的驅動電路的一部分形成在與像素部的薄膜電晶體同一基板上。另外，也可以僅使用實施例模式3所示的n通道型TFT製造源極線驅動電路及閘極線驅動電路。
此外，上述驅動電路除了液晶顯示裝置及發光顯示裝置之外還可以用於利用與開關元件電連接的元件來驅動電子墨水的電子紙。電子紙也被稱為電泳顯示裝置(電泳顯示器)，並具有如下優點：具有與紙相同的易讀性、其耗電量比其他的顯示裝置小、可形成為薄且輕的形狀。
作為電泳顯示器可考慮各種方式。電泳顯示器是如下裝置，即在溶劑或溶質中分散有多個包含具有正電荷的第一粒子和具有負電荷的第二粒子的微囊，並且藉由對微囊施加電場使微囊中的粒子互相向相反的方向移動，以僅顯示集合在一方的粒子的顏色。另外，第一粒子或第二粒子 包含染料，且在沒有電場時不移動。此外，第一粒子和第二粒子的顏色不同(包含無色)。
像這樣，電泳顯示器是利用所謂的介電電泳效應的顯示器。在該介電電泳效應中，介電常數高的物質移動到高電場區。電泳顯示器不需要使用液晶顯示裝置所需的偏光板和對置基板，從而可以使其厚度和重量減少一半。
將在其中分散有上述微囊的溶劑稱作電子墨水，該電子墨水可以印刷到玻璃、塑膠、布、紙等的表面上。另外，還可以藉由使用彩色濾光片或具有色素的粒子來進行彩色顯示。
此外，在主動矩陣基板上適當地佈置多個上述微囊，使得微囊夾在兩個電極之間而完成主動矩陣型顯示裝置，藉由對微囊施加電場可以進行顯示。例如，可以使用根據實施例模式3的薄膜電晶體和實施例模式2所示的驅動電路而獲得的主動矩陣基板。
此外，作為微囊中的第一粒子及第二粒子，採用選自導電體材料、絕緣體材料、半導體材料、磁性材料、液晶材料、鐵電性材料、電致發光材料、電致變色材料、磁泳材料中的一種或這些材料的組合材料即可。
根據上述製程可以製造作為半導體裝置的可靠性高的顯示裝置。
本實施例模式可以與其他實施例模式所記載的結構適當地組合而實施。
[實施例模式6]
可以使用氧化物半導體層製造薄膜電晶體並將該薄膜電晶體用於像素部及驅動電路來可以製造具有顯示功能的半導體裝置(也稱為顯示裝置)。此外，使用實施例模式1或實施例模式2所示的反相器電路將驅動電路的一部分或整體一體形成在與像素部同一基板上來可以形成系統型面板(system-on-panel)。
顯示裝置包括顯示元件。作為顯示元件，可以使用液晶元件(也稱為液晶顯示元件)、發光元件(也稱為發光顯示元件)。在發光元件的範圍內包括由電流或電壓控制亮度的元件，具體而言，包括無機EL(Electro Luminescence；電致發光)元件、有機EL元件等。此外，也可以應用電子墨水等的對比度因電作用而變化的顯示介質。
此外，顯示裝置包括密封有顯示元件的面板和在該面板中安裝有包括控制器的IC等的模組。再者，本發明的實施例模式之一關於一種元件基板，該元件基板相當於製造該顯示裝置的過程中的顯示元件完成之前的一個方式，並且其在多個像素中分別具備用來將電流供給到顯示元件的單元。具體而言，元件基板既可以是只形成有顯示元件的像素電極的狀態，又可以是形成成為像素電極的導電膜之後且藉由蝕刻形成像素電極之前的狀態，或其他任何方式。
另外，本發明說明中的顯示裝置是指圖像顯示器件、 顯示器件、或光源(包括照明裝置)。另外，顯示裝置還包括安裝有連接器諸如FPC(Flexible Printed Circuit；撓性印刷電路)、TAB(Tape Automated Bonding；載帶自動接合)帶或TCP(Tape Carrier Package；載帶封裝)的模組；將印刷線路板設置於TAB帶或TCP端部的模組；藉由COG(Chip On Glass；玻璃上晶片)方式將IC(積體電路)直接安裝到顯示元件上的模組。
在本實施例模式中，參照圖19A至19C說明相當於本發明的實施例模式之一的半導體裝置的一個方式的液晶顯示面板的外觀及截面。圖19A和19B是一種面板的俯視圖，其中利用密封材料4005將包括在形成在第一基板4001上的閘極絕緣層、源極電極層及汲極電極層上的氧化物半導體層的電特性高的薄膜電晶體4010、4011以及液晶元件4013密封在與第二基板4006之間。圖19C相當於沿著圖19A和19B的M-N的截面圖。
以圍繞設置在第一基板4001上的像素部4002和閘極線驅動電路4004的方式設置有密封材料4005。此外，在像素部4002和閘極線驅動電路4004上設置有第二基板4006。因此，像素部4002和閘極線驅動電路4004與液晶層4008一起由第一基板4001、密封材料4005和第二基板4006密封。此外，在與第一基板4001上的由密封材料4005圍繞的區域不同的區域中安裝主動極線驅動電路4003，該源極線驅動電路4003使用單晶半導體膜或多晶半導體膜形成在另外準備的基板上。
另外，對於另外形成的驅動電路的連接方法沒有特別的限制，而可以採用COG方法、引線接合方法或TAB方法等。圖19A是藉由COG方法安裝源極線驅動電路4003的例子，而圖19B是藉由TAB方法安裝源極線驅動電路4003的例子。
此外，設置在第一基板4001上的像素部4002和閘極線驅動電路4004包括多個薄膜電晶體。在圖19C中例示像素部4002所包括的薄膜電晶體4010和閘極線驅動電路4004所包括的薄膜電晶體4011。在薄膜電晶體4010、4011上設置有絕緣層4020、4021。
薄膜電晶體4010、4011相當於包括閘極絕緣層、源極電極層及汲極電極層上的氧化物半導體層的電特性高的薄膜電晶體，並可以應用實施例模式3所示的薄膜電晶體170。在本實施例模式中，薄膜電晶體4010、4011是n通道型薄膜電晶體。
此外，液晶元件4013所具有的像素電極層4030與薄膜電晶體4010電連接。而且，液晶元件4013的對置電極層4031形成在第二基板4006上。像素電極層4030、對置電極層4031和液晶層4008重疊的部分相當於液晶元件4013。另外，像素電極層4030、對置電極層4031分別設置有用作對準膜的絕緣層4032、4033，且隔著絕緣層4032、4033夾有液晶層4008。
另外，作為第一基板4001、第二基板4006，可以使用玻璃、金屬(典型的是不銹鋼)、陶瓷、塑膠。作為塑 膠，可以使用FRP(Fiberglass-Reinforced Plastics；纖維增強塑膠)板、PVF(聚氟乙烯)薄膜、聚酯薄膜或丙烯酸樹脂薄膜。此外，還可以使用具有將鋁箔夾在PVF薄膜或聚酯薄膜之間的結構的薄片。
此外，附圖標記4035表示藉由對絕緣膜選擇性地進行蝕刻而獲得的柱狀間隔物，並且它是為控制像素電極層4030和對置電極層4031之間的距離(單元間隙)而設置的。另外，還可以使用球狀間隔物。
另外，還可以使用不使用對準膜的顯示藍相(blue phase)的液晶。藍相是液晶相的一種，是指當使膽固醇相液晶的溫度上升時即將從膽固醇相轉變到均質相之前出現的相。由於藍相只出現在較窄的溫度範圍內，所以為了改善溫度範圍而將使用混合有大於或等於5重量%的手性試劑的液晶組成物用於液晶層4008。包含顯示為藍相的液晶和手性試劑的液晶組成物的回應速度短，即為10μs至100μs，並且由於其具有光學各向同性而不需要對準處理從而視角依賴小。
另外，本實施例模式是透過型液晶顯示裝置的例子，但是可以應用於反射型液晶顯示裝置或半透型液晶顯示裝置。
此外，雖然在本實施例模式的液晶顯示裝置中示出在基板的外側(可見一側)設置偏光板，在基板的內側按順序設置著色層、用於顯示元件的電極層的例子，但是也可以將偏光板設置在基板的內側。另外，偏光板和著色層的 疊層結構不局限於本實施例模式的結構，而根據偏光板及著色層的材料及製造製程條件適當地設定，即可。此外，還可以設置用作黑矩陣的遮光膜。
另外，在本實施例模式中，使用用作保護膜或平坦化絕緣膜的絕緣層(絕緣層4020、絕緣層4021)覆蓋藉由實施例模式3得到的薄膜電晶體170，以降低薄膜電晶體的表面凹凸並提高薄膜電晶體的可靠性。另外，因為保護膜用來防止懸浮在大氣中的有機物、金屬物、水蒸氣等的污染雜質的侵入，所以較佳採用緻密的膜。使用濺射法等並利用氧化矽膜、氮化矽膜、氧氮化矽膜、氮氧化矽膜、氧化鋁膜、氮化鋁膜、氧氮化鋁膜或氮氧化鋁膜的單層或疊層而形成保護膜，即可。雖然在本實施例模式中示出藉由濺射法形成保護膜的例子，但是並沒有限制而採用各種方法形成，即可。
在此，形成具有疊層結構的絕緣層4020作為保護膜，並且作為絕緣層4020的第一層，藉由濺射法或電漿CVD法形成氧化矽膜。藉由使用氧化矽膜作為保護膜，有防止用作源極電極層及汲極電極層的鋁膜中產生小丘的效果。
此外，形成絕緣層4020作為保護膜的第二層。在此，作為絕緣層4020的第二層，藉由電漿CVD法形成氮化矽膜。藉由作為保護膜形成氮化矽膜，可以抑制鈉等的離子侵入到半導體區中而改變TFT的電特性。
另外，也可以在形成保護膜之後進行氧化物半導體層 的退火(300℃至400℃)。
另外，形成絕緣層4021作為平坦化絕緣膜。作為絕緣層4021，可以使用具有耐熱性的有機材料如聚醯亞胺、丙烯酸樹脂、苯並環丁烯、聚醯胺或環氧樹脂等。另外，除了上述有機材料之外，還可以使用低介電常數材料(low-k材料)、矽氧烷基樹脂、PSG(磷矽玻璃)、BPSG(硼磷矽玻璃)等。矽氧烷基樹脂也可以使用有機基(例如，烷基、芳基)及氟基團作為取代基。此外，有機基也可以具有氟基團。另外，也可以藉由層疊多個由這些材料形成的絕緣膜，來形成絕緣層4021。
另外，矽氧烷基樹脂相當於以矽氧烷基材料為起始材料而形成的包含Si-O-Si鍵的樹脂。
對於絕緣膜4021的形成方法沒有特別的限制，而可以根據其材料利用濺射法、SOG法、旋塗、浸漬、噴塗、液滴噴射法(噴墨法、絲網印刷、膠版印刷等)、刮刀、輥塗機、簾塗機、刮刀塗布機等。在使用材料液形成絕緣層4021的情況下，也可以在進行焙燒的製程中同時進行氧化物半導體層的退火(300℃至400℃)。藉由兼作絕緣層4021的焙燒製程和氧化物半導體層的退火，可以高效地製造半導體裝置。
作為像素電極層4030、對置電極層4031，可以使用具有透光性的導電材料諸如包含氧化鎢的氧化銦、包含氧化鎢的氧化銦鋅、包含氧化鈦的氧化銦、包含氧化鈦的氧化銦錫、氧化銦錫(下面表示為ITO)、氧化銦鋅、添加 有氧化矽的氧化銦錫等。
此外，可以使用包含導電高分子(也稱為導電聚合物)的導電組成物形成像素電極層4030、對置電極層4031。使用導電組成物形成的像素電極的薄層電阻較佳為小於或等於10000Ω/□，並且其波長為550nm時的透光率較佳為大於或等於70%。另外，導電組成物所包含的導電高分子的電阻率較佳為小於或等於0.1Ω．cm。
作為導電高分子，可以使用所謂的π電子共軛類導電高分子。例如，可以舉出聚苯胺或其衍生物、聚吡咯或其衍生物、聚噻吩或其衍生物、或者上述材料中的兩種以上的共聚物等。
另外，供給到另外形成的源極線驅動電路4003、閘極線驅動電路4004或像素部4002的各種信號及電位是從FPC4018供給的。
在本實施例模式中，連接端子電極4015由與液晶元件4013所具有的像素電極層4030相同的導電膜形成，端子電極4016由與薄膜電晶體4010、4011的源極電極層及汲極電極層相同的導電膜形成。
連接端子電極4015藉由各向異性導電膜4019與FPC4018所具有的端子電連接。
此外，雖然在圖19A至19C中示出另外形成源極線驅動電路4003並將其安裝在第一基板4001的例子，但是本實施例模式不局限於該結構。既可以另外形成閘極線驅動電路而安裝，又可以另外僅形成源極線驅動電路的一部 分或閘極線驅動電路的一部分而安裝。
圖20示出使用應用本發明的實施例模式之一製造的TFT基板2600來構成用作半導體裝置的液晶顯示模組的一個例子。
圖20是液晶顯示模組的一個例子，利用密封材料2602固定TFT基板2600和對置基板2601，並在其間設置包括TFT等的像素部2603、包括液晶層的顯示元件2604、著色層2605來形成顯示區。在進行彩色顯示時需要著色層2605，並且當採用RGB方式時，對應於各像素設置有分別對應於紅色、綠色、藍色的著色層。在TFT基板2600和對置基板2601的外側配置有偏光板2606、偏光板2607、漫射片2613。光源由冷陰極管2610和反射板2611構成，電路基板2612利用撓性線路板2609與TFT基板2600的佈線電路部2608連接，且其中組裝有控制電路及電源電路等的外部電路。此外，還可以在偏光板和液晶層之間具有相位差板的狀態下進行層疊。
液晶顯示模組可以採用TN(扭曲向列；Twisted Nematic)模式、IPS(平面內轉換；In-Plane-Switching)模式、FFS(邊緣電場轉換；Fringe Field Switching)模式、MVA(多疇垂直對準；Multi-domain Vertical Alignment)模式、PVA(垂直對準構型；Patterned Vertical Alignment)模式、ASM(軸對稱對準微胞；Axially Symmetric aligned Micro-cell)模式、OCB(光學補償彎曲；Optical Compensated Birefringence)模式、 FLC(鐵電性液晶；Ferroelectric Liquid Crystal)模式、AFLC(反鐵電性液晶；Anti Ferroelectric Liquid Crystal)模式等。
藉由上述製程，可以製造可靠性高的液晶顯示面板作為半導體裝置。
本實施例模式可以與其他實施例模式所記載的結構適當地組合而實施。
[實施例模式7]
在本實施例模式中，示出發光顯示裝置的例子作為本發明的實施例模式之一的半導體裝置。在此，示出利用電致發光的發光元件作為顯示裝置所具有的顯示元件。對利用電致發光的發光元件根據其發光材料是有機化合物還是無機化合物來進行區別，一般來說，前者被稱為有機EL元件，而後者被稱為無機EL元件。
在有機EL元件中，藉由對發光元件施加電壓，電子和電洞從一對電極分別注入到包含發光有機化合物的層，以產生電流。然後，由於這些載流子(電子和電洞)重新結合，發光有機化合物達到激發態，並且當該激發態恢復到基態時，獲得發光。根據這種機理，該發光元件被稱為電流激發型發光元件。
根據其元件的結構，將無機EL元件分類為分散型無機EL元件和薄膜型無機EL元件。分散型無機EL元件包括在黏合劑中分散有發光材料的粒子的發光層，且其發光 機理是利用供體能級和受體能級的供體-受體重新結合型發光。薄膜型無機EL元件具有由電介質層夾住發光層並還利用電極夾住該發光層的結構，且其發光機理是利用金屬離子的內層電子躍遷的定域型發光。另外，在此使用有機EL元件作為發光元件而進行說明。
圖21示出可應用數字時間灰度驅動的像素結構的一例作為應用本發明的半導體裝置的例子。
說明可應用數字時間灰度驅動的像素的結構及像素的工作。在此，示出在一個像素中使用兩個將氧化物半導體層用於通道形成區的n通道型電晶體的例子。
像素6400包括開關電晶體6401、驅動電晶體6402、發光元件6404及電容元件6403。在開關電晶體6401中，閘極連接到掃描線6406、第一電極(源極電極及汲極電極中的一方)連接到信號線6405，第二電極(源極電極及汲極電極中的另一方)直接連接到驅動電晶體6402的閘極。另外，由於可以藉由對實施例模式2所示的閘極絕緣層進行的蝕刻形成用來使第二電極直接連接到驅動電晶體6402的閘極的接觸孔，因此光掩模的總數不增加。在驅動電晶體6402中，閘極藉由電容元件6403連接到電源線6407，第一電極連接到電源線6407，第二電極連接到發光元件6404的第一電極(像素電極)。
另外，將發光元件6404的第二電極(共同電極6408)設定為低電源電位。注意，低電源電位是指以設定於電源線6407的高電源電位為標準滿足低電源電位<高電 源電位的電位。作為低電源電位，例如可以設定為GND、0V等。將該高電源電位和低電源電位的電位差施加到發光元件6404並在發光元件6404中產生電流以使發光元件6404發光。為了使發光元件6404發光，將高電源電位和低電源電位分別設定為其間的電位差成為大於或等於發光元件6404的正向臨界值電壓。
此外，也可以代替電容元件6403使用驅動電晶體6402的閘極電容而省略電容元件6403。至於驅動電晶體6402的閘極電容，也可以在通道形成區和閘極電極之間形成電容。
在此，在採用電壓輸入電壓驅動方式的情況下，對驅動電晶體6402的閘極輸入將驅動電晶體6402處於充分導通或截止的狀態的視頻信號。也就是，使驅動電晶體6402在線性區進行工作。由於使驅動電晶體6402在線性區進行工作，因此對驅動電晶體6402的閘極施加比電源線6407的電壓高的電壓。另外，對信號線6405施加大於或等於電源線(電壓+驅動電晶體6402的Vth)的電壓。
此外，在進行類比灰度驅動代替數位時間灰度驅動的情況下，藉由使信號的輸入不同，可以使用與圖21相同的像素結構。
在進行類比灰度驅動的情況下，對驅動電晶體6402的閘極施加發光元件6404的正向電壓+驅動電晶體6402的大於或等於Vth的電壓。發光元件6404的正向電壓是指在設定所希望的亮度時的電壓，至少包括正向臨界值電 壓。注意，藉由輸入使驅動電晶體6402在飽和區中工作的視頻信號，可以在發光元件6404產生電流。為了使驅動電晶體6402在飽和區進行工作，將電源線6407的電位設定為高於驅動電晶體6402的閘極電位。藉由將視頻信號設定為類比方式，可以在發光元件6404中產生根據視頻信號的電流來進行類比灰度驅動。
注意，圖21所示的像素結構不局限於此。例如，還可以對圖21所示的像素中添加開關、電阻元件、電容元件、電晶體或邏輯電路等。
接著，參照圖22A至22C說明發光元件的結構。在此，以驅動TFT是增強型的情況為例子來說明像素的截面結構。可以與實施例模式3所示的薄膜電晶體同樣製造用於圖22A、22B和22C的半導體裝置的作為驅動TFT的TFT7001、7011、7021，並且這些TFT是包括閘極絕緣層、源極電極層、汲極電極層上的氧化物半導體層的可靠性高的薄膜電晶體。
為了取出發光，發光元件的陽極或陰極的至少一方是透明的即可。而且，在基板上形成薄膜電晶體及發光元件，並且有如下結構的發光元件，即從與基板相反的面取出發光的頂部發射、從基板一側的面取出發光的底部發射以及從基板一側及與基板相反的面取出發光的雙面發射。像素結構可以應用於任何發射結構的發光元件。
參照圖22A說明頂部發射結構的發光元件。
在圖22A中示出當驅動TFT的TFT7001為n型且從 發光元件7002發射的光穿過到陽極7005一側時的像素的截面圖。在圖22A中，發光元件7002的陰極7003和驅動TFT的TFT7001電連接，在陰極7003上按順序層疊有發光層7004、陽極7005。至於陰極7003，只要是功函數小且反射光的導電膜，就可以使用各種材料。例如，較佳採用Ca、Al、CaF、MgAg、AlLi等。而且，發光層7004可以由單層或多層的疊層構成。在由多層構成時，在陰極7003上按順序層疊電子注入層、電子傳輸層、發光層、電洞傳輸層、電洞注入層。另外，不需要設置所有這種層。使用透過光的具有透光性的導電材料形成陽極7005，例如也可以使用具有透光性的導電膜例如包含氧化鎢的氧化銦、包含氧化鎢的氧化銦鋅、包含氧化鈦的氧化銦、包含氧化鈦的氧化銦錫、氧化銦錫(下面，表示為ITO)、氧化銦鋅、添加有氧化矽的氧化銦錫等。
由陰極7003及陽極7005夾有發光層7004的區域相當於發光元件7002。在圖19A所示的像素中，從發光元件7002發射的光如箭頭所示那樣發射到陽極7005一側。
接著，參照圖22B說明底部發射結構的發光元件。示出在驅動TFT7011是n型，且從發光元件7012發射的光發射到陰極7013一側的情況下的像素的截面圖。在圖22B中，在與驅動TFT7011電連接的具有透光性的導電膜7017上形成有發光元件7012的陰極7013，在陰極7013上按順序層疊有發光層7014、陽極7015。另外，在陽極7015具有透光性的情況下，也可以覆蓋陽極上地形成有 用來反射光或遮光的遮罩膜7016。與圖22A的情況同樣，至於陰極7013，只要是功函數小的導電材料，就可以使用各種材料。但是，將其厚度設定為透過光的程度(較佳為5nm至30nm左右)。例如，可以將膜厚度為20nm的鋁膜用作陰極7013。而且，與圖22A同樣，發光層7014可以由單層或多個層的疊層構成。陽極7015不需要透過光，但是可以與圖22A同樣使用具有透光性的導電材料形成。並且，雖然遮罩膜7016例如可以使用反射光的金屬等，但是不局限於金屬膜。例如，也可以使用添加有黑色的顏料的樹脂等。
由陰極7013及陽極7015夾有發光層7014的區域相當於發光元件7012。在圖22B所示的像素中，從發光元件7012發射的光如箭頭所示那樣發射到陰極7013一側。
接著，參照圖22C說明雙面發射結構的發光元件。在圖22C中，在與驅動TFT7021電連接的具有透光性的導電膜7027上形成有發光元件7022的陰極7023，在陰極7023上按順序層疊有發光層7024、陽極7025。與圖22A的情況同樣，至於陰極7023，只要是功函數小的導電材料，就可以使用各種材料。但是，將其厚度設定為透過光的程度。例如，可以將膜厚度為20nm的Al用作陰極7023。而且，與圖22A同樣，發光層7024可以由單層或多個層的疊層構成。陽極7025可以與圖22A同樣使用透過光的具有透光性的導電材料形成。
陰極7023、發光層7024和陽極7025重疊的部分相 當於發光元件7022。在圖22C所示的像素中，從發光元件7022發射的光如箭頭所示那樣發射到陽極7025一側和陰極7023一側的雙方。
另外，雖然在此描述了有機EL元件作為發光元件，但是也可以設置無機EL元件作為發光元件。
另外，在本實施例模式中示出了控制發光元件的驅動的薄膜電晶體(驅動TFT)和發光元件電連接的例子，但是也可以採用在驅動TFT和發光元件之間連接有電流控制TFT的結構。
另外，本實施例模式所示的半導體裝置不局限於圖22A至22C所示的結構而可以根據本發明的技術思想進行各種變形。
接著，參照圖23A和23B說明相當於本發明的半導體裝置的一個方式的發光顯示面板(也稱為發光面板)的外觀及截面。圖23A是一種面板的俯視圖，其中利用密封材料將包括形成在第一基板上的閘極絕緣層、閘極絕緣層上的源極電極層及汲極電極層、源極電極層及汲極電極層上的氧化物半導體層的電特性高的薄膜電晶體及發光元件密封在與第二基板之間。圖23B相當於沿著圖23A的H-I的截面圖。
以圍繞設置在第一基板4501上的像素部4502、源極線驅動電路4503a、4503b及閘極線驅動電路4504a、4504b的方式設置有密封材料4505。此外，在像素部4502、源極線驅動電路4503a、4503b及閘極線驅動電路 4504a、4504b上設置有第二基板4506。因此，像素部4502、源極線驅動電路4503a、4503b以及閘極線驅動電路4504a、4504b與填料4507一起由第一基板4501、密封材料4505和第二基板4506密封。像這樣，較佳使用氣密性高且脫氣少的保護薄膜(貼合薄膜、紫外線固化樹脂薄膜等)及覆蓋材料進行封裝(封入)。
此外，設置在第一基板4501上的像素部4502、源極線驅動電路4503a、4503b及閘極線驅動電路4504a、4504b包括多個薄膜電晶體。在圖23B中，例示包括在像素部4502中的薄膜電晶體4510和包括在源極線驅動電路4503a中的薄膜電晶體4509。
薄膜電晶體4509、4510相當於包括閘極絕緣層、源極電極層及汲極電極層上的氧化物半導體層的電特性高的薄膜電晶體，並可以應用實施例模式3所示的薄膜電晶體170。在本實施例模式中，薄膜電晶體4509、4510是n通道型薄膜電晶體。
此外，附圖標記4511相當於發光元件，發光元件4511所具有的作為像素電極的第一電極層4517與薄膜電晶體4510的源極電極層或汲極電極層電連接。另外，發光元件4511的結構是第一電極層4517、場致發光層4512、第二電極層4513的疊層結構，但是不局限於本實施例模式所示的結構。可以根據從發光元件4511取出的光的方向等適當地改變發光元件4511的結構。
使用有機樹脂膜、無機絕緣膜或有機聚矽氧烷形成分 隔壁4520。特別較佳的是，使用感光材料，在第一電極層4517上形成開口部，並將其開口部的側壁形成為具有連續的曲率的傾斜面。
場致發光層4512既可以由單層構成，又可以由多個層的疊層構成。
也可以在第二電極層4513及分隔壁4520上形成保護膜，以防止氧、氫、水分、二氧化碳等侵入到發光元件4511中。作為保護膜，可以形成氮化矽膜、氮氧化矽膜、DLC膜等。
另外，供給到源極線驅動電路4503a、4503b、閘極線驅動電路4504a、4504b、或像素部4502的各種信號及電位是從FPC4518a、4518b供給的。
在本實施例模式中，連接端子電極4515由與發光元件4511所具有的第一電極層4517相同的導電膜形成，端子電極4516由與薄膜電晶體4509、4510所具有的源極電極層及汲極電極層相同的導電膜形成。
連接端子電極4515藉由各向異性導電膜4519電連接到FPC4518a所具有的端子。
位於從發光元件4511的取出光的方向上的第二基板4506需要具有透光性。在此情況下，使用如玻璃板、塑膠板、聚酯薄膜或丙烯酸薄膜等的具有透光性的材料。
此外，作為填料4507，除了氮及氬等的惰性氣體之外，還可以使用紫外線固性樹脂或熱固性樹脂。可以使用PVC(聚氯乙烯)、丙烯酸樹脂、聚醯亞胺、環氧樹脂、 矽酮樹脂、PVB(聚乙烯醇縮丁醛)、或EVA(乙烯-醋酸乙烯酯)等。在本實施例模式中，作為填料使用氮。
另外，若有需要，也可以在發光元件的射出面上適當地設置諸如偏光板、圓偏光板(包括橢圓偏光板)、相位差板(λ/4片、λ/2片)、彩色濾光片等的光學薄膜。另外，也可以在偏光板或圓偏光板上設置抗反射膜。例如，可以進行抗眩光處理，該處理利用表面的凹凸來擴散反射光並降低眩光。
源極線驅動電路4503a、4503b及閘極線驅動電路4504a、4504b也可以作為在另行準備的基板上由單晶半導體膜或多晶半導體膜形成的驅動電路而安裝。此外，也可以另外僅形成源極線驅動電路或其一部分、或者閘極線驅動電路或其一部分而安裝。本實施例模式不局限於圖23A和23B的結構。
藉由上述製程，可以製造作為半導體裝置的可靠性高的發光顯示裝置(顯示面板)。
本實施例模式可以與其他實施例模式所記載的結構適當地組合而實施。
[實施例模式8]
本發明的實施例模式之一的半導體裝置可以應用於電子紙。電子紙可以用於用來顯示資訊的所有領域的電子設備。例如，可以將電子紙應用於電子書籍(電子書)、海報、電車等的交通工具的車廂廣告、信用卡等的各種卡片 中的顯示等。圖24A和24B以及圖25示出電子設備的一個例子。
圖24A示出使用電子紙製造的海報2631。在廣告介質是紙的印刷物的情況下用手進行廣告的交換，但是如果使用應用本發明的實施例模式之一的電子紙，則可以在短時間內改變廣告的顯示內容。此外，顯示不會打亂而可以獲得穩定的圖像。另外，海報也可以採用以無線的方式收發資訊的結構。
此外，圖24B示出電車等的交通工具的車廂廣告2632。在廣告介質是紙的印刷物的情況下用手進行廣告的交換，但是如果使用應用本發明的實施例模式之一的電子紙，則在短時間內不需要許多人手地改變廣告的顯示內容。此外，顯示不會打亂而可以獲得穩定的圖像。另外，車廂廣告也可以採用以無線的方式收發資訊的結構。
另外，圖25示出電子書籍2700的一個例子。例如，電子書籍2700由兩個框體，即框體2701及框體2703構成。框體2701及框體2703由軸部2711形成為一體，且可以以該軸部2711為軸進行開閉動作。藉由採用這種結構，可以進行如紙的書籍那樣的動作。
框體2701組裝有顯示部2705，而框體2703組裝有顯示部2707。顯示部2705及顯示部2707的結構既可以是顯示連屏畫面的結構，又可以是顯示不同的畫面的結構。藉由採用顯示不同的畫面的結構，例如在右邊的顯示部(圖25中的顯示部2705)中可以顯示文章，而在左邊 的顯示部(圖25中的顯示部2707)中可以顯示圖像。
此外，在圖25中示出框體2701具備操作部等的例子。例如，在框體2701中，具備電源2721、操作鍵2723、揚聲器2725等。利用操作鍵2723可以翻頁。另外，也可以採用在與框體的顯示部同一個的面上具備鍵盤、定位裝置等的結構。另外，也可以採用在框體的背面及側面具備外部連接用端子(耳機端子、USB端子或可與AC適配器及USB電纜等的各種電纜連接的端子等)、記錄介質插入部等的結構。再者，電子書籍2700也可以具有電子詞典的功能。
此外，電子書籍2700也可以採用以無線的方式收發資訊的結構。還可以採用以無線的方式從電子書籍伺服器購買所希望的書籍資料等，然後下載的結構。
本實施例模式可以與其他實施例模式所記載的結構適當地組合而實施。
[實施例模式9]
根據本發明的實施例模式之一的半導體裝置可以應用於各種電子設備(包括遊戲機)。作為電子設備，例如可以舉出電視裝置(也稱為電視或電視接收機)、用於電腦等的監視器、數位相機、數位攝像機、數位相框、行動電話機(也稱為行動電話、行動電話裝置)、可擕式遊戲機、可擕式資訊終端、聲音再現裝置、彈珠機等的大型遊戲機等。
圖26A示出電視裝置9600的一個例子。在電視裝置9600中，框體9601組裝有顯示部9603。利用顯示部9603可以顯示映射。此外，在此示出利用支架9605支撐框體9601的結構。
可以藉由利用框體9601所具備的操作開關、另外提供的遙控操作機9610進行電視裝置9600的操作。藉由利用遙控操作機9610所具備的操作鍵9609，可以進行頻道及音量的操作，並可以對在顯示部9603上顯示的映射進行操作。此外，也可以採用在遙控操作機9610中設置顯示從該遙控操作機9610輸出的資訊的顯示部9607的結構。
另外，電視裝置9600採用具備接收機及數據機等的結構。可以藉由利用接收機接收一般的電視廣播。再者，藉由數據機連接到有線或無線方式的通信網路，從而也可以進行單向(從發送者到接收者)或雙向(在發送者和接收者之間或在接收者之間等)的資訊通信。
圖26B示出數位相框9700的一個例子。例如，在數位相框9700中，框體9701組裝有顯示部9703。顯示部9703可以顯示各種圖像，例如藉由顯示使用數位相機等拍攝的圖像資料，可以發揮與一般的相框同樣的功能。
另外，數位相框9700採用具備操作部、外部連接用端子(USB端子、可以與USB電纜等的各種電纜連接的端子等)、記錄介質插入部等的結構。這種結構也可以組裝到與顯示部同一個面，但是藉由將其設置在側面或背面 上來提高設計性，所以是較佳的。例如，可以對數位相框的記錄介質插入部插入儲存有使用數位相機拍攝的圖像資料的記憶體並提取圖像資料，然後可以將所提取的圖像資料顯示於顯示部9703。
此外，數位相框9700也可以採用以無線的方式收發資訊的結構。還可以採用以無線的方式提取所希望的圖像資料並進行顯示的結構。
圖27A示出一種可擕式遊戲機，其由框體9881和框體9891的兩個框體構成，並且藉由連接部9893可以開閉地連接。框體9881安裝有顯示部9882，並且框體9891安裝有顯示部9883。另外，圖27A所示的可擕式遊戲機還具備揚聲器部9884、記錄媒體插入部9886、LED燈9890、輸入單元(操作鍵9885、連接端子9887、感測器9888(包括測定如下因素的功能：力量、位移、位置、速度、加速度、角速度、轉動數、距離、光、液、磁、溫度、化學物質、聲音、時間、硬度、電場、電流、電壓、電力、輻射線、流量、濕度、傾斜度、振動、氣味或紅外線)以及麥克風9889)等。當然，可擕式遊戲機的結構不局限於上述結構，只要採用至少具備包括根據本發明的實施例模式之一的半導體裝置的結構，且可以採用適當地設置有其他附屬設備的結構。圖27A所示的可擕式遊戲機具有如下功能：讀出儲存在記錄介質中的程式或資料並將其顯示在顯示部上；以及藉由與其他可擕式遊戲機進行無線通信而實現資訊共用。另外，圖27A所示的可擕式遊戲 機所具有的功能不局限於此，而可以具有各種各樣的功能。
圖27B示出大型遊戲機的一種的自動賭博機9900的一個例子。在自動賭博機9900的框體9901中安裝有顯示部9903。另外，自動賭博機9900還具備如起動杆或停止開關等的操作單元、投幣孔、揚聲器等。當然，自動賭博機9900的結構不局限於此，只要採用至少具備包括根據本發明的實施例模式之一的半導體裝置的結構，且可以採用適當地設置有其他附屬設備的結構。
圖28A示出行動電話機1000的一個例子。行動電話機1000除了安裝在框體1001的顯示部1002之外還具備操作按鈕1003、外部連接埠1004、揚聲器1005、麥克風1006等。
圖28A所示的行動電話機1000可以用手指等觸摸顯示部1002來輸入資訊。此外，可以用手指等觸摸顯示部1002來打電話或進行電子郵件的輸入的操作。
顯示部1002的畫面主要有三個模式。第一是以圖像的顯示為主的顯示模式，第二是以文字等的資訊的輸入為主的輸入模式，第三是顯示模式和輸入模式的兩個模式混合的顯示+輸入模式。
例如，在打電話或製作電子郵件的情況下，將顯示部1002設定為以文字輸入為主的文字輸入模式，並進行在畫面上顯示的文字的輸入操作，即可。在此情況下，較佳的是，在顯示部1002的畫面的大部分中顯示鍵盤或號碼 按鈕。
此外，藉由在行動電話機1000的內部設置具有陀螺儀和加速度感測器等檢測傾斜度的感測器的檢測裝置，來判斷行動電話機1000的方向(豎向還是橫向)，從而可以對顯示部1002的畫面顯示進行自動切換。
藉由觸摸顯示部1002或對框體1001的操作按鈕1003進行操作，切換畫面模式。還可以根據顯示在顯示部1002上的圖像種類切換畫面模式。例如，當顯示在顯示部上的視頻信號為動態圖像的資料時，將畫面模式切換成顯示模式，而當顯示在顯示部上的視頻信號為文字資料時，將畫面模式切換成輸入模式。
另外，當在輸入模式中藉由檢測出顯示部1002的光感測器所檢測的信號得知在一定期間中沒有顯示部1002的觸摸操作輸入時，也可以以將畫面模式從輸入模式切換成顯示模式的方式來進行控制。
還可以將顯示部1002用作圖像感測器。例如，藉由用手掌或手指觸摸顯示部1002，來拍攝掌紋、指紋等，而可以進行個人識別。此外，藉由在顯示部中使用發射近紅外光的背光燈或發射近紅外光的感測光源，也可以拍攝手指靜脈、手掌靜脈等。
圖28B也是行動電話機的一例。圖28B的行動電話機在框體9411中具有包括顯示部9412及操作鍵9413的顯示裝置9410，在框體9401中具有包括操作按鈕9402、外部輸入端子9403、麥克風9404、揚聲器9405及接電時 發光的發光部9406的通信裝置9400，並且具有顯示功能的顯示裝置9410可以在箭頭所示的兩個方向上與具有電話功能的通信裝置9400卸裝。因此，可以將顯示裝置9410和通信裝置的9400的短軸彼此安裝或將顯示裝置的9410和通信裝置9400的長軸彼此安裝。此外，在只需要顯示功能的情況下，也可以將顯示裝置9410從通信裝置9400卸下，然後單獨地使用顯示裝置9410。通信裝置9400和顯示裝置9410可以利用無線通信或有線通信授受圖像或輸入資訊，並且它們分別具有可充電的電池。
本實施例模式可以與其他實施例模式所記載的結構適當地組合而實施。
[實施例模式10]
在本實施例模式中示出實際上製造4英寸的QVGA的液晶顯示面板的例子。
藉由實施例模式3所示的過程而可獲得的底閘底接觸型TFT因為可以將閘極絕緣膜上的源汲極電極佈線構圖為利用光微影技術和乾蝕刻規定的尺寸，所以可以進行通道長度的控制及微細化，並有利於生產率的提高及源極線驅動電路的高速工作。此外，如圖5C所示，可以使用電容佈線、閘極絕緣層、保護絕緣膜及像素電極形成配置在液晶顯示裝置的像素的儲存電容Cs，因不隔著氧化物半導體層(In-Ga-Zn-O類非單晶膜)而可以以小面積確保電容，並且在採用顯示規格是QVGA的4英寸面板的情況 下，可以提高開口率4%。此外，採用使源極電極或汲極電極藉由形成在閘極絕緣膜的接觸孔與閘極電極直接電連接的結構(也稱為直接接觸結構)，從而可以減少移位暫存器的接觸數。藉由減少接觸數，可以謀求提高成品率。
圖29示出根據實施例模式3所示的過程實際上製造的TFT(同一基板上的任意32個TFT)的測量結果。TFT的條件是如下：閘極氧化膜(相對介電常數為4.1)的厚度為200[nm]；通道長度L=4μm；通道寬度W=20μm。對同一基板上的任意32個TFT的每個進行測量。在圖29中，同一基板上的任意32個TFT的VG-ID曲線大致一致，獲得不均勻少的TFT。根據圖29的VG-ID曲線算出了電場效應遷移率(Field effect mobility)μFE。算出方法假定Gradual Channel(緩變通道)近似，並且在飽和區(Vds=10[V])中，32個TFT中的示出電場效應遷移率(μFE)的最大值的TFT的值為11.3[cm2/Vs]。
如圖17及圖18所示，將多個移位暫存器用於驅動器電路。以驅動電壓16V設計，並且作為電源需要兩個正電源和一個負電源。驅動器電路的TFT的通道長度L=10μm，通道寬度W=50μm。此外，驅動器電路的移位暫存器的級數為44級。圖30示出使用示波器對實際上製造的驅動器電路進行測量而得到的結果。在圖30中，最上面的波形是移位暫存器的最後級(第44級)的輸出波形，其下面的波形是第43級的，在下一個的波形是第42級的。驅動電壓是16[V]。此時消費的電流為0.57[mA]。 圖30的最下面的波形是4相時鐘中的一個波形，其一部分從移位暫存器的第42級輸出。在用作閘極線驅動電路的情況下，當採用顯示規格是QVGA的面板時，需要3.66kHz的驅動器驅動頻率，需要小於或等於68.31[μs]的閘極選擇期間，並且當採用顯示規格是VGA的面板時，需要小於或等於34.44[μs]的閘極選擇期間。可以知道本實施例模式的驅動器電路滿足上述規格。
接著，圖31示出當最大驅動頻率(606.2kHz)時的驅動器輸出波形。第4級的波形是4相時鐘之一，且其一部分從驅動器電路的第42級輸出。當採用顯示規格是QVGA的面板時，驅動器驅動頻率為234.24kHz。根據驅動器輸出波形，當使用該驅動器電路進行視頻寫入時，寫入期間為1.07[μs]。根據其結果，藉由增加視頻信號的數量並分別輸入而對面板傳輸視頻資料，可以在同一基板上安裝像素部、閘極線驅動電路、源極線驅動電路。在本實施例模式中，視頻信號的數量為16個。
在同一基板上形成上述包括移位暫存器的驅動電路和像素部來製造4英寸全彩色液晶顯示器。表3示出該顯示器的規格。
所製造的顯示器的像素數為320×RGB×240(QVGA)，像素密度為99.6dpi。而且，該顯示器是內置主動極線驅動電路及閘極線驅動電路的顯示器。
閘極線驅動電路的時鐘頻率為3.66[kHz]，閘極選擇期間為68.31[μs]。16個視頻信號同時進行類比輸入，藉由開關寫入到面板。視頻寫入期間為1.07[μs]，源極線驅動電路的驅動頻率為234.24[kHz]。試製4.015英寸的全彩色顯示主動矩陣液晶顯示器。圖32示出其附圖。由於在同一基板上形成顯示部和驅動電路，因此如圖32所示，顯示區的周邊具有源極線驅動電路201及閘極線驅動電路202。
本發明說明根據2008年10月3日在日本專利局受理的日本專利申請編號2008-259064以及2009年6月25日在日本專利局受理的日本專利申請編號2009-150998而製作，所述申請內容包括在本發明說明中。
409‧‧‧佈線
405‧‧‧氧化物半導體層
410‧‧‧佈線
404‧‧‧接觸孔
407‧‧‧氧化物半導體層
411‧‧‧佈線
431‧‧‧薄膜電晶體
402‧‧‧閘極電極
403‧‧‧閘極絕緣層
400‧‧‧基板
430‧‧‧薄膜電晶體
401‧‧‧閘極電極
Z1、Z2‧‧‧虛線

Claims (11)

  1. 一種顯示裝置，包括：像素部，包括包含第一氧化物半導體層的第一薄膜電晶體；以及驅動電路，包括：第二薄膜電晶體，包含：第一閘極電極；該第一閘極電極上的閘極絕緣層；以及該閘極絕緣層上的第二氧化物半導體層；第三薄膜電晶體，包含：第二閘極電極；該第二閘極電極上的該閘極絕緣層；以及該閘極絕緣層上的第三氧化物半導體層；第一佈線；以及第二佈線，其隔著該閘極絕緣層與該第一閘極電極及第二閘極電極兩者重疊，其中，該第二佈線直接與該第二氧化物半導體層及該第三氧化物半導體層接觸，其中，該第三氧化物半導體層的整個區域與該第二閘極電極重疊，其中，該第二閘極電極包含第一區、第二區及第三區，其中，該第二區介於該第一區及該第三區之間，並且具有該第三薄膜電晶體之通道長度方向， 其中，於該第三氧化物半導體層中之通道形成區與該第二閘極電極之該第一區重疊，其中，該第一佈線之直接接觸區及該第三氧化物半導體層與該第二閘極電極之該第二區重疊，且其中，該第一佈線透過該閘極絕緣層之接觸孔直接與該第二閘極電極之該第三區接觸。
  2. 如請求項1之顯示裝置，其中，該第一氧化物半導體層、該第二氧化物半導體層及該第三氧化物半導體層包含銦、鎵及鋅。
  3. 如請求項1之顯示裝置，其中，該像素部及該驅動電路設置於相同基板之上。
  4. 如請求項1之顯示裝置，其中，該驅動電路進一步包括該第二氧化物半導體層及該第三氧化物半導體層上的絕緣層，且其中，該絕緣層為氧化矽膜及氮化矽膜的堆疊層。
  5. 如請求項1之顯示裝置，其中，該閘極絕緣層為氮化矽膜及氧化矽膜的堆疊層。
  6. 一種包含如請求項1之顯示裝置之電子裝置。
  7. 一種顯示裝置，包括：基板上的像素部，該像素部包括：第一薄膜電晶體，包含：第一閘極電極；以及隔著閘極絕緣層設置於該第一閘極電極上的第一 氧化物半導體層；以及該基板上的驅動電路，該驅動電路包括：該閘極絕緣層上的佈線；第二薄膜電晶體，包含：第二閘極電極；以及隔著該閘極絕緣層設置於該第二閘極電極上的第二氧化物半導體層，其中該第二氧化物半導體層與該佈線重疊；以及第三薄膜電晶體，包含：第三閘極電極；以及隔著該閘極絕緣層設置於該第三閘極電極上的第三氧化物半導體層，其中該第三氧化物半導體層與該佈線重疊，其中，該佈線直接與該第二氧化物半導體層、該第三氧化物半導體層及該第三閘極電極接觸，其中，該第三氧化物半導體層的整個區域與該第三閘極電極重疊，其中，該第三閘極電極包含第一區、第二區及第三區，其中，該第二區介於該第一區及該第三區之間，並且具有該第三薄膜電晶體之通道長度方向，其中，於該第三氧化物半導體層中之通道形成區與該第三閘極電極之該第一區重疊，其中，該佈線之直接接觸區及該第三氧化物半導體層 與該第三閘極電極之該第二區重疊，且其中，該佈線透過形成在該閘極絕緣層內的接觸孔直接與該第三閘極電極之該第三區接觸。
  8. 如請求項7之顯示裝置，其中該第一氧化物半導體層、該第二氧化物半導體層以及該第三氧化物半導體層包含銦、鎵及鋅。
  9. 如請求項7之顯示裝置，其中，該驅動電路進一步包括該第二氧化物半導體層及該第三氧化物半導體層上的絕緣層，且其中，該絕緣層係為氧化矽膜及氮化矽膜的堆疊層。
  10. 如請求項7之顯示裝置，其中，該閘極絕緣層係為氮化矽膜及氧化矽膜的堆疊層。
  11. 一種包括如請求項7之顯示裝置之電子裝置。
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