TWI647855B - 半導體裝置和其製造方法 - Google Patents

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TWI647855B
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transistor
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山崎舜平
細羽美雪
坂田淳一郎
桑原秀明
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日商半導體能源研究所股份有限公司
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Abstract

本發明的目的之一是提供一種具備可以有效地降低佈線之間的寄生電容的結構的半導體裝置。在使用氧化物半導體層的底閘結構的薄膜電晶體中，以與重疊於閘極電極層的氧化物半導體層的一部分上接觸的方式形成用作通道保護層的氧化物絕緣層，當形成該氧化物絕緣層時形成覆蓋氧化物半導體層的疊層的邊緣部(包括側面)的氧化物絕緣層。另外，不與通道保護層重疊地形成源極電極層及汲極電極層，以採用源極電極層及汲極電極層上的絕緣層與氧化物半導體層接觸的結構。

Description

半導體裝置和其製造方法
本發明係關於一種使用氧化物半導體的半導體裝置及其製造方法。
另外，本說明書中的半導體裝置指的是能夠藉由利用半導體特性工作的所有裝置，因此電光裝置、半導體電路及電子設備都是半導體裝置。
近年來，一種利用形成在具有絕緣表面的基板上的半導體薄膜(厚度大約為幾nm至幾百nm)來製造薄膜電晶體(TFT)的技術備受矚目。薄膜電晶體被廣泛地應用於如IC及電光裝置之類的電子裝置，尤其是對作為影像顯示裝置的切換元件的TFT的開發日益火熱。金屬氧化物的種類繁多且用途廣。氧化銦作為較普遍的材料被用於液晶顯示器等所需要的透明電極材料。
在金屬氧化物中存在呈現半導體特性的金屬氧化物。作為呈現半導體特性的金屬氧化物，例如可以舉出氧化鎢、氧化錫、氧化銦、氧化鋅等，並且已知一種將這種呈 現半導體特性的金屬氧化物用作通道形成區的薄膜電晶體(專利文獻1及專利文獻2)。
[專利文獻1]日本專利申請公開第2007-123861號公報
[專利文獻2]日本專利申請公開第2007-96055號公報
當在絕緣表面上製造多個薄膜電晶體時，例如存在閘極佈線和源極電極佈線交叉的部分。在該交叉部分中，閘極佈線和其電位與該閘極佈線不同的源極電極佈線之間設置有絕緣層，該絕緣層成為電介質而形成電容。該電容也被稱為佈線間的寄生電容，其有可能導致信號波形產生畸變。此外，當寄生電容較大時，有可能導致信號的傳達變慢。
另外，寄生電容的增加會引起佈線間的電信號洩漏即串擾現象，並使耗電量增大。
另外，在主動矩陣型的顯示裝置中，尤其是當提供影像信號的信號佈線與其他的佈線或電極之間形成有較大的寄生電容時，有可能導致顯示品質下降。
另外，當謀求電路的微細化時，佈線間隔變窄，而有可能導致佈線間的寄生電容的增加。
本發明的一個實施例的目的之一在於提供一種具有能夠充分降低佈線間的寄生電容的結構的半導體裝置。
另外，當在絕緣表面上形成多個不同的電路時，例 如，當將像素部和驅動電路形成在同一基板上時，用作像素部的薄膜電晶體要求具有優越的開關特性，例如要求其導通截止比較大，而用作驅動電路的薄膜電晶體要求工作速度快。尤其是，顯示裝置的精細度越高顯示圖像的寫入時間越短，所以最好用於驅動電路的薄膜電晶體的工作速度快。
另外，本發明的目的之一在於防止藉由複雜的製程並防止製造成本的增大地提供一種半導體裝置，該半導體裝置在同一基板上形成多種電路並具備分別對應於上述多種電路的特性的多種薄膜電晶體。
在底閘結構的薄膜電晶體中，形成接觸於與閘極電極層重疊的氧化物半導體層的一部分的成為通道保護層的氧化物絕緣層，並在形成該氧化物絕緣層時形成覆蓋氧化物半導體層的邊緣部(包括側面)的氧化物絕緣層。
覆蓋氧化物半導體層的邊緣部(包括側面)的氧化物絕緣層將閘極電極層與形成在閘極電極層上方或周邊的佈線層(源極電極佈線層或電容佈線層等)之間的距離拉大，從而可以降低寄生電容。由於覆蓋氧化物半導體層的邊緣部的氧化物絕緣層與通道保護層在同一製程中形成，所以可以在不增加製程數目的情況下降低寄生電容。
覆蓋氧化物半導體層的邊緣部(包括側面)的氧化物絕緣層可以降低寄生電容，從而可以控制信號波形的畸變。
另外，為了降低寄生電容，最好使用介電常數小的絕緣材料形成夾在佈線之間的氧化物絕緣層。
本說明書所公開的本發明的一個實施例是一種半導體裝置，包括：絕緣表面上的閘極電極層；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氧化物絕緣層；該氧化物絕緣層上的源極電極層或汲極電極層；以及該源極電極層或汲極電極層上的絕緣層，其中氧化物半導體層包括接觸於氧化物絕緣層的第一區域、接觸於源極電極層或汲極電極層的第二區域、接觸於絕緣層的第三區域，第一區域中的隔著閘極絕緣層與閘極電極層重疊的區域是通道形成區，並且，在通道形成區和第二區域之間具有第三區域。
上述結構解決上述目的中的至少一個。
由Ti等金屬電極構成的汲極電極層接觸於氧化物半導體層上面的一部分，而形成與汲極電極層重疊的氧缺乏型的高電阻汲極區(也稱為HRD(High Resistance Drain)區)。另外，源極電極層與氧化物半導體層上面的一部分接觸，而形成與源極電極層重疊的氧缺乏型的高電阻源極區(也稱為HRS(High Resistance Source)區)。
另外，源極電極層及汲極電極層採用不與氧化物半導體層的通道形成區重疊的結構，隔著閘極絕緣層與閘極電極層重疊的區域的面積也極小，或者沒有與閘極電極層重疊的區域，因此降低寄生電容。另外，源極電極層的側面與相對於該側面的汲極電極層的側面之間的間隔距離寬於用作通道保護層的氧化物絕緣層的寬度。當為了實現薄膜 電晶體的工作速度的高速化而將用作通道保護層的氧化物絕緣層的寬度(通道長度方向的寬度)設定得窄時，源極電極層的側面與相對於該側面的汲極電極層的側面之間的間隔距離也變窄，有可能產生源極電極層和汲極電極層之間的短路，因此將間隔距離設定得寬是有效的。
另外，在上述結構中，用作通道保護層的氧化物絕緣層使用藉由濺射法形成的無機絕緣膜，典型地使用氧化矽膜、氮氧化矽膜、氧化鋁膜或氧氮化鋁膜等。
在上述結構中，氧化物半導體層在氧化物半導體層的上面具有不與氧化物絕緣層、汲極電極層及源極電極層重疊的區域，即第三區域。氧化物半導體層的構圖位置和汲極電極層及源極電極層的構圖位置決定該第三區域的通道長度方向的寬度。藉由將該第三區域的通道長度方向的寬度設定得寬，可以實現薄膜電晶體的截止電流的降低。另外，藉由將該第三區域的通道長度方向的寬度設定得窄，可以實現薄膜電晶體的工作速度的高速化。
另外，接觸於第三區域的絕緣層也使用藉由濺射法形成的無機絕緣膜，典型地使用氧化矽膜、氮氧化矽膜、氧化鋁膜或氧氮化鋁膜等。另外，當接觸於第三區域的絕緣層使用與用作通道保護層的氧化物絕緣層相同的材料時，可以將用作通道保護層的氧化物絕緣層稱為第一氧化物絕緣層，可以將接觸於第三區域的絕緣層稱為第二氧化物絕緣層，而第一氧化物半導體層和第二氧化物絕緣層的分界不清楚。
另外，作為本說明書中使用的氧化物半導體，例如形成由InMO3(ZnO)m(m>O)表示的薄膜，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、Fe、Ni、Mn和Co中的其中之一者金屬元素或多種金屬元素。例如，作為M，除了有包含Ga的情況以外，還有包含Ga和Ni或Ga和Fe等包含Ga以外的上述金屬元素的情況。此外，在上述氧化物半導體中，除了作為M而包含的金屬元素之外，有時還包含作為雜質元素的Fe、Ni等其他過渡金屬元素或該過渡金屬的氧化物。在本說明書中，在具有由InMO3(ZnO)m(m>0)表示的結構的氧化物半導體層中，將具有作為M包含Ga的結構的氧化物半導體稱為In-Ga-Zn-O類氧化物半導體，並且將其薄膜也稱為In-Ga-Zn-O類非單晶膜。
另外，作為用於氧化物半導體層的金屬氧化物，除了可以使用上述材料之外，還可以使用In-Sn-Zn-O類、In-Al-Zn-O類、Sn-Ga-Zn-O類、Al-Ga-Zn-O類、Sn-Al-Zn-O類、In-Zn-O類、Sn-Zn-O類、Al-Zn-O類、In-O類、Sn-O類、Zn-O類的金屬氧化物。另外，由上述金屬氧化物構成的氧化物半導體層還可以含有氧化矽。
另外，在上述結構中，源極電極層及汲極電極層使用選自Ti、Mo、W、Al、Cr、Cu、Ta中的元素、以上述元素為成分的合金、組合上述元素的合金等。源極電極層及汲極電極層不侷限於包含上述元素的單層，而可以使用兩層以上的疊層。
另外，實現上述結構的本發明的一個實施例是一種半導體裝置的製造方法，包括如下步驟：在具有絕緣表面的基板上形成閘極電極層；在所述閘極絕緣層上形成閘極絕緣層；在所述閘極絕緣層上形成氧化物半導體層；在對所述氧化物半導體層進行脫水化或脫氫化之後，不接觸於大氣地防止水或氫再次混入到氧化物半導體層；形成接觸於所述氧化物半導體層的一部分且覆蓋所述氧化物半導體層的邊緣及側面的氧化物絕緣層；在所述氧化物絕緣層上形成源極電極層及汲極電極層；以及形成接觸於所述氧化物絕緣層、所述源極電極層、所述汲極電極層及所述氧化物半導體層的絕緣層。
脫水化或脫氫化是在氮或稀有氣體(氬、氦等)的惰性氣體氣圍下以400℃以上且低於基板的應變點，最好以420℃以上且570℃以下的溫度進行的加熱處理，並降低包含在氧化物半導體層中的水分等的雜質。
當在氮或稀有氣體(氬、氦等)等惰性氣體氣圍下進行加熱處理時，氧化物半導體層藉由加熱處理變成氧缺乏型而被低電阻化，即被N型化(N-化等)，然後，藉由形成與氧化物半導體層接觸的氧化物絕緣膜並在成膜之後進行加熱處理，來使氧化物半導體層變成氧過剩狀態而被高電阻化，即被I型化。另外，也可以說成是進行使氧化物半導體層成為氧過剩狀態的固相氧化。由此，可以製造並提供具有電特性好且可靠性高的薄膜電晶體的半導體裝置。
用來進行氧化物半導體層的脫水化或脫氫化的熱處理條件是：即使在將溫度升至450℃的條件下利用TDS對該進行了脫水化或脫氫化之後的氧化物半導體層進行測定，水的兩個峰值或至少出現在300℃附近的峰值也不被檢測出。所以，即使在將溫度升至450℃的條件下利用TDS對包括進行了脫水化或脫氫化的氧化物半導體層的薄膜電晶體進行測定，至少出現在300℃附近的水的峰值也不被檢測出。
並且，當對氧化物半導體層進行用於脫水化或脫氫化的加熱溫度T的降溫時，重要的是：藉由使用進行了脫水化或脫氫化的同一爐來不使氧化物半導體層接觸大氣，從而使水或氫不再混入到氧化物半導體層中。藉由進行脫水化或脫氫化，使氧化物半導體層的電阻降低，即在將其N型化(N-等)之後使其電阻增大而使其成為I型的氧化物半導體層。藉由使用該氧化物半導體層製造薄膜電晶體，可以使薄膜電晶體的臨界值電壓值為正，從而實現所謂常關閉型的切換元件。作為半導體裝置(顯示裝置)，最好以薄膜電晶體的閘極電壓為儘量近於0V的正的臨界值電壓的條件形成通道。注意，當薄膜電晶體的臨界值電壓值為負時，容易成為所謂常開啟型，也就是說即使閘極電壓為0V，在源極電極和汲極電極之間也有電流流過。在主動矩陣型的顯示裝置中，構成電路的薄膜電晶體的電特性十分重要，該電特性決定顯示裝置的性能。尤其是，在薄膜電晶體的電特性之中臨界值電壓(Vth)很重要。即使 在場效應遷移率高的情況下，當臨界值電壓值高或臨界值電壓值為負時，電路的控制比較困難。在薄膜電晶體的臨界值電壓值高並且臨界值電壓的絕對值大的情況下，當驅動電壓低時TFT不能起到開關功能而有可能導致負載。在是n通道型的薄膜電晶體的情況下，最好當對閘極電壓施加正的電壓時初次形成通道並產生汲極電極電流的電晶體。不提高驅動電壓就不能形成通道的電晶體和即使在負的電壓狀態下也能形成通道並產生汲極電極電流的電晶體不適合用作用於電路的薄膜電晶體。
另外，可以將從加熱溫度T開始降溫的氣體氣圍轉換成與升溫到加熱溫度T的氣體氣圍不同的氣體氣圍。例如，使用與進行了脫水化或脫氫化的相同的爐而在不接觸於大氣的情況下，使爐中充滿高純度的氧氣體或N2O氣體、超乾燥空氣(露點為-40℃以下，最好為-60℃以下)來進行冷卻。
在藉由進行脫水化或脫氫化的加熱處理使膜中所含有的水分減少之後，在不含有水分的氣圍(露點為-40℃以下，最好為-60℃以下)下進行緩冷(或冷卻)。藉由使用該氧化物半導體膜，可以在提高薄膜電晶體的電特性的同時實現具有高的量產性和高的性能的薄膜電晶體。
在本說明書中，將在氮或稀有氣體(氬、氦等)等惰性氣體氣圍下的加熱處理稱為用於脫水化或脫氫化的加熱處理。在本說明書中，為了方便起見，不僅將藉由該加熱處理使H2脫離稱為脫氫化，而且將包括H、OH等的脫離 也稱為脫水化或脫氫化。
當在氮或稀有氣體(氬、氦等)等惰性氣體氣圍下進行加熱處理時，氧化物半導體層藉由加熱處理變成氧缺乏型而被低電阻化，即被N型化(N-化等)。
另外，形成與汲極電極層重疊的氧缺乏型高電阻汲極區(也稱為HRD區域)。此外，還形成與源極電極層重疊的氧缺乏型高電阻源極區(也稱為HRS區域)。
明確而言，高電阻汲極區的載子濃度在1×1018/cm3以上的範圍內，並且高電阻汲極區是載子濃度至少高於通道形成區的載子濃度(小於1×1018/cm3)的區域。另外，本說明書的載子濃度指的是在室溫下藉由霍爾效應測量而求出的載子濃度的值。
並且，藉由至少使經過脫水化或脫氫化的氧化物半導體層的一部分處於氧過剩狀態，來使其電阻增大，即被I型化，而形成通道形成區。另外，至於使經過脫水化或脫氫化的氧化物半導體層變為氧過剩狀態的處理，可以藉由以下處理來實現：利用濺射法的氧化物絕緣膜的成膜，該氧化物絕緣膜接觸於經過脫水化或脫氫化的氧化物半導體層；形成氧化物絕緣膜之後的加熱處理；形成氧化物絕緣膜之後的含有氧的氣圍下的加熱處理；形成氧化物絕緣膜之後的在惰性氣體氣圍下加熱之後在氧氣圍下冷卻的處理；形成氧化物絕緣膜之後的在惰性氣體氣圍下加熱之後使用超乾燥空氣(露點為-40℃以下，最好為-60℃以下)冷卻的處理；等等。
另外，為了將經過脫水化或脫氫化的氧化物半導體層的至少一部分(與閘極電極層重疊的部分)用作通道形成區，藉由選擇性地使其成為氧過剩狀態，可以使其電阻增大，即被I型化。
由此，可以製作並提供具有電特性良好且可靠性高的薄膜電晶體的半導體裝置。
另外，藉由在與汲極電極層重疊的氧化物半導體層中形成高電阻汲極區，可以提高形成驅動電路時的可靠性。明確而言，藉由形成高電阻汲極區，可以形成如下結構：從汲極電極層至高電阻汲極區、通道形成區，導電性能夠階梯性地變化。所以，當將汲極電極層連接到提供高電源電位VDD的佈線來使薄膜電晶體工作時，即使閘極電極層與汲極電極層之間被施加高電場，由於高電阻汲極區成為緩衝區而不被施加局部性的高電場，所以可以提高電晶體的耐壓性。
另外，藉由在與汲極電極層(以及源極電極層)重疊的氧化物半導體層中形成高電阻汲極區，可以降低形成驅動電路時的通道形成區中的洩漏電流。明確而言，藉由形成高電阻汲極區，在汲極電極層和源極電極層之間流過的電晶體的洩漏電流依次流過汲極電極層、汲極電極層一側的高電阻汲極區、通道形成區、源極電極層一側的高電阻源極區及源極電極層。此時在通道形成區中，可以將從汲極電極層一側的高電阻汲極區流向通道形成區的洩漏電流集中在當電晶體處於截止狀態時成為高電阻的閘極絕緣層 與通道形成區的介面附近，而可以降低背通道部(遠離閘極電極層的通道形成區的表面的一部分)中的洩漏電流。
另外，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或使用電泳顯示元件的也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，像素部中具有多個薄膜電晶體，並且在像素部中還具有將某個薄膜電晶體的閘極電極和其他的電晶體的源極電極佈線或汲極電極佈線連接在一起的部分。另外，在使用發光元件的發光顯示裝置的驅動電路中具有將薄膜電晶體的閘極電極與該薄膜電晶體的源極電極佈線或汲極電極佈線連接在一起的部分。
另外，因為薄膜電晶體容易被靜電等損壞，所以最好將用來保護像素部的薄膜電晶體的保護電路設置在與閘極線或源極電極線同一基板上。保護電路最好由使用氧化物半導體層的非線形元件構成。
注意，為了方便起見而附加第一、第二等序數詞，但其並不表示製程順序或疊層順序。此外，其在本說明書中不表示特定發明的事項的固有名稱。
可以製造覆蓋氧化物半導體層的邊緣部且降低寄生電容的薄膜電晶體。另外，藉由拉開源極電極層和汲極電極層之間的間隔距離，可以實現降低截止電流的薄膜電晶體。
10‧‧‧脈衝輸出電路
11‧‧‧第一佈線
12‧‧‧第二佈線
13‧‧‧第三佈線
14‧‧‧第四佈線
15‧‧‧第五佈線
21‧‧‧第一輸入端子
22‧‧‧第二輸入端子
23‧‧‧第三輸入端子
24‧‧‧第四輸入端子
25‧‧‧第五輸入端子
26‧‧‧第一輸出端子
27‧‧‧第二輸出端子
28‧‧‧薄膜電晶體
31‧‧‧電晶體
32‧‧‧電晶體
33‧‧‧電晶體
34‧‧‧電晶體
35‧‧‧電晶體
36‧‧‧電晶體
37‧‧‧電晶體
38‧‧‧電晶體
39‧‧‧電晶體
40‧‧‧電晶體
41‧‧‧電晶體
42‧‧‧電晶體
43‧‧‧電晶體
51‧‧‧電源線
52‧‧‧電源線
53‧‧‧電源線
61‧‧‧期間
62‧‧‧期間
200‧‧‧基板
202‧‧‧閘極絕緣層
203‧‧‧保護絕緣層
204‧‧‧平坦化絕緣層
205‧‧‧共同電位線
206‧‧‧共同電極層
207‧‧‧氧化物半導體層
208‧‧‧氧化物絕緣層
209‧‧‧共同電位線
216‧‧‧絕緣層
220‧‧‧薄膜電晶體
221‧‧‧端子
222‧‧‧端子
223‧‧‧連接電極層
225‧‧‧導電層
226‧‧‧電極層
227‧‧‧像素電極層
230‧‧‧電容佈線層
231‧‧‧電容電極
236‧‧‧金屬佈線層
237‧‧‧金屬佈線層
241‧‧‧金屬佈線層
242‧‧‧金屬佈線層
243‧‧‧金屬佈線層
244‧‧‧金屬佈線層
250‧‧‧電容佈線層
251‧‧‧氧化物半導體層
254‧‧‧源極電極佈線
255‧‧‧端子電極
256‧‧‧源極電極佈線
257‧‧‧端子電極
260‧‧‧薄膜電晶體
261‧‧‧閘極電極層
263‧‧‧通道形成區
264a‧‧‧高電阻源極區
264b‧‧‧高電阻汲極區
264c‧‧‧區域
264d‧‧‧區域
265a‧‧‧源極電極電極層
265b‧‧‧汲極電極電極層
266a‧‧‧氧化物絕緣層
266b‧‧‧氧化物絕緣層
267‧‧‧導電層
270‧‧‧薄膜電晶體
271‧‧‧閘極電極層
273‧‧‧通道形成區
274a‧‧‧高電阻源極區
274b‧‧‧高電阻汲極區
274c‧‧‧區域
274d‧‧‧區域
274e‧‧‧區域
274f‧‧‧區域
275a‧‧‧源極電極電極層
275b‧‧‧汲極電極電極層
276a‧‧‧氧化物絕緣層
276b‧‧‧氧化物絕緣層
277‧‧‧導電層
280‧‧‧薄膜電晶體
282a‧‧‧第一閘極絕緣層
282b‧‧‧第二閘極絕緣層
282c‧‧‧閘極絕緣層
286b‧‧‧氧化物絕緣層
290‧‧‧薄膜電晶體
292a‧‧‧第一閘極絕緣層
292b‧‧‧第二閘極絕緣層
400‧‧‧基板
402‧‧‧閘極絕緣層
403‧‧‧保護絕緣層
404‧‧‧平坦化絕緣層
420‧‧‧薄膜電晶體
421a‧‧‧閘極電極層
421b‧‧‧閘極電極層
422‧‧‧氧化物半導體層
423‧‧‧通道形成區
424a‧‧‧高電阻源極區
424b‧‧‧高電阻汲極區
424c‧‧‧區域
424d‧‧‧區域
424e‧‧‧高電阻源極區
424f‧‧‧高電阻汲極區
425a‧‧‧源極電極電極層
425b‧‧‧汲極電極電極層
426a‧‧‧氧化物絕緣層
426b‧‧‧氧化物絕緣層
427‧‧‧像素電極層
428‧‧‧絕緣層
429‧‧‧氧化物半導體層
441‧‧‧接觸孔
442‧‧‧氧化物半導體層
448‧‧‧薄膜電晶體
580‧‧‧基板
581‧‧‧薄膜電晶體
583‧‧‧絕緣膜
585‧‧‧絕緣層
587‧‧‧電極層
588‧‧‧電極層
589‧‧‧球形粒子
590a‧‧‧黑色區
590b‧‧‧白色區
594‧‧‧空洞
595‧‧‧填料
596‧‧‧基板
600‧‧‧基板
601‧‧‧對置基板
602‧‧‧閘極佈線
603‧‧‧閘極佈線
604‧‧‧電容佈線
605‧‧‧電容佈線
606‧‧‧閘極絕緣膜
607‧‧‧電極層
608‧‧‧通道保護層
609‧‧‧共同電位線
611‧‧‧通道保護層
615‧‧‧電容電極
616‧‧‧佈線
617‧‧‧電容佈線
618‧‧‧佈線
619‧‧‧佈線
620‧‧‧絕緣膜
621‧‧‧絕緣膜
622‧‧‧絕緣膜
623‧‧‧接觸孔
624‧‧‧像素電極
625‧‧‧狹縫
626‧‧‧像素電極
627‧‧‧接觸孔
628‧‧‧TFT
629‧‧‧TFT
630‧‧‧儲存電容部
631‧‧‧儲存電容部
632‧‧‧遮光膜
633‧‧‧接觸孔
636‧‧‧彩色膜
637‧‧‧平坦化膜
640‧‧‧對置電極層
641‧‧‧狹縫
644‧‧‧突起
646‧‧‧取向膜
648‧‧‧取向膜
650‧‧‧液晶層
651‧‧‧液晶元件
652‧‧‧液晶元件
690‧‧‧電容佈線
2600‧‧‧TFT基板
2601‧‧‧對置基板
2602‧‧‧密封材料
2603‧‧‧像素部
2604‧‧‧顯示元件
2605‧‧‧著色層
2606‧‧‧偏光板
2607‧‧‧偏光板
2608‧‧‧佈線電路部
2609‧‧‧撓性線路基板
2610‧‧‧冷陰極管
2611‧‧‧反射板
2612‧‧‧電路基板
2613‧‧‧擴散板
2700‧‧‧電子書閱讀器
2701‧‧‧框體
2703‧‧‧框體
2705‧‧‧顯示部
2707‧‧‧顯示部
2711‧‧‧軸部
2721‧‧‧電源
2723‧‧‧操作鍵
2725‧‧‧揚聲器
4001‧‧‧基板
4002‧‧‧像素部
4003‧‧‧信號線驅動電路
4004‧‧‧掃描線驅動電路
4005‧‧‧密封材料
4006‧‧‧基板
4008‧‧‧液晶層
4010‧‧‧薄膜電晶體
4011‧‧‧薄膜電晶體
4013‧‧‧液晶元件
4015‧‧‧連接端子電極
4016‧‧‧端子電極
4018‧‧‧FPC
4019‧‧‧各向異性導電膜
4020‧‧‧絕緣層
4021‧‧‧絕緣層
4030‧‧‧像素電極層
4031‧‧‧對置電極層
4032‧‧‧絕緣層
4040‧‧‧導電層
4041a‧‧‧絕緣層
4041b‧‧‧絕緣層
4042a‧‧‧絕緣層
4042b‧‧‧絕緣層
4501‧‧‧基板
4502‧‧‧像素部
4503a、4503b‧‧‧信號線驅動電路
4504a、4504b‧‧‧掃描線驅動電路
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‧‧‧電場發光層
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
4540‧‧‧導電層
4541a‧‧‧絕緣層
4541b‧‧‧絕緣層
4542a‧‧‧絕緣層
4542b‧‧‧絕緣層
4543‧‧‧絕緣層
4544‧‧‧絕緣層
5300‧‧‧基板
5301‧‧‧像素部
5302‧‧‧掃描線驅動電路
5303‧‧‧掃描線驅動電路
5304‧‧‧信號線驅動電路
5305‧‧‧時序控制電路
5601‧‧‧移位暫存器
5602‧‧‧開關電路
5603‧‧‧薄膜電晶體
5604‧‧‧佈線
5605‧‧‧佈線
6400‧‧‧像素
6401‧‧‧開關電晶體
6402‧‧‧發光元件驅動電晶體
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
7000‧‧‧保護絕緣層
7001‧‧‧TFT
7002‧‧‧發光元件
7003‧‧‧陰極
7004‧‧‧發光層
7005‧‧‧陽極
7006‧‧‧絕緣層
7007‧‧‧平坦化絕緣層
7009‧‧‧分隔壁
7011‧‧‧發光元件驅動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‧‧‧發光元件驅動TFT
7022‧‧‧發光元件
7023‧‧‧陰極
7024‧‧‧發光層
7025‧‧‧陽極
7027‧‧‧導電膜
9201‧‧‧顯示部
9202‧‧‧顯示按鈕
9203‧‧‧操作開關
9204‧‧‧帶部
9205‧‧‧調節部
9206‧‧‧拍攝裝置部
9207‧‧‧揚聲器
9208‧‧‧麥克風
9301‧‧‧上部框體
9302‧‧‧下部框體
9303‧‧‧顯示部
9304‧‧‧鍵盤
9305‧‧‧外部連接埠
9306‧‧‧定位裝置
9307‧‧‧顯示部
9600‧‧‧電視裝置
9601‧‧‧框體
9603‧‧‧顯示部
9605‧‧‧支架
9607‧‧‧顯示部
9609‧‧‧操作鍵
9610‧‧‧遙控操作機
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‧‧‧輸入單元(操作鍵)
9886‧‧‧記錄媒體插入部
9887‧‧‧連接端子
9888‧‧‧感測器
9889‧‧‧麥克風
9890‧‧‧LED燈
9891‧‧‧框體
9893‧‧‧連接部
9900‧‧‧投幣機
9901‧‧‧框體
9903‧‧‧顯示部
在附圖中：圖1A至1C是示出本發明的一個實施例的平面圖及截面圖；圖2A至2E是示出本發明的一個實施例的製程的截面圖；圖3A和3B是示出本發明的一個實施例的截面圖；圖4A1至4B2是示出本發明的一個實施例的截面圖及俯視圖；圖5A和5B是示出本發明的一個實施例的截面圖及俯視圖；圖6A和6B是示出本發明的一個實施例的截面圖；圖7A至7C是示出本發明的一個實施例的平面圖及截面圖；圖8A至8E是示出本發明的一個實施例的形成製程的截面圖；圖9A和9B是說明半導體裝置的圖；圖10A1、10A2和10B是說明半導體裝置的圖；圖11A和11B是說明半導體裝置的圖；圖12是說明半導體裝置的像素等價電路的圖；圖13A至13C是說明半導體裝置的圖；圖14A和14B是說明半導體裝置的方塊圖的圖；圖15A和15B是說明信號線驅動電路的結構的圖以及說明其工作的時序圖； 圖16A至16D是示出移位暫存器的結構的電路圖；圖17A和17B是說明移位暫存器的結構的圖及時序圖；圖18是說明半導體裝置的圖；圖19是說明半導體裝置的圖；圖20是示出電子書閱讀器的一個例子的外觀圖；圖21A和21B是示出電視裝置及數位相框的例子的外觀圖；圖22A和22B是示出遊戲機的例子的外觀圖；圖23A和23B是示出可攜式電腦及行動電話機的一個例子的外觀圖；圖24是說明半導體裝置的圖；圖25是說明半導體裝置的圖；圖26是說明半導體裝置的圖；圖27是說明半導體裝置的圖；圖28是說明半導體裝置的圖；圖29是說明半導體裝置的圖；圖30是說明半導體裝置的圖；圖31是說明半導體裝置的圖；圖32是說明半導體裝置的圖；圖33是說明半導體裝置的圖；圖34是說明半導體裝置的圖；以及圖35是說明半導體裝置的圖。
下面，關於本發明的實施例模式將參照附圖給予說明。但是，所屬技術領域的普通技術人員可以很容易地理解一個事實，就是本發明可以以多個不同形式來實施，其方式和詳細內容可以被變換為各種各樣的形式而不脫離本發明的宗旨及其範圍。因此，本發明不應該被解釋為僅限定在本實施例模式所記載的內容中。
實施例模式1
在本實施例模式中，參照圖1A至2E對半導體裝置及半導體裝置的製造方法的一個實施例進行說明。
另外，圖1A是配置在像素中的通道保護型薄膜電晶體448的平面圖，圖1B是沿著圖1A的線D1-D2的截面圖以及沿著圖1A的線D5-D6的截面圖。另外，圖1C是沿著圖1A的線D3-D4的截面圖。此外，圖2E與圖1B相同。
配置在像素中的薄膜電晶體448是通道保護型(也稱作通道停止型)的薄膜電晶體，並且在具有絕緣表面的基板400上包括：閘極電極層421a、閘極絕緣層402、包括通道形成區423的氧化物半導體層442、用作通道保護層的氧化物絕緣層426a、源極電極層425a以及汲極電極層425b。另外，覆蓋薄膜電晶體448並接觸於氧化物絕緣層426a、源極電極層425a及汲極電極層425b地設置有絕緣層428。在絕緣層428上層疊有保護絕緣層403和平坦化 絕緣層404。在平坦化絕緣層404上設置有與汲極電極層425b接觸的像素電極層427，並且像素電極層427電連接到薄膜電晶體448。
用於像素的薄膜電晶體448具有氧化物半導體層442，該氧化物半導體層442包括與源極電極層重疊的高電阻源極區424a、與汲極電極層重疊的高電阻汲極區424b、不與源極電極層重疊的高電阻源極區424e、不與汲極電極層重疊的高電阻汲極區424f及通道形成區423。另外，接觸於源極電極層425a的下面地形成有高電阻源極區424a。另外，接觸於汲極電極層425b的下面地形成有高電阻汲極區424b。薄膜電晶體448具有以下結構：即使其被施加高電場，由於高電阻汲極區或高電阻源極區成為緩衝區而不被施加局部性的高電場，所以電晶體的耐壓性得到提高。
另外，在圖1B中將如下區域稱為通道形成區，該區域是用作通道保護層的氧化物絕緣層426a隔著閘極絕緣層重疊於閘極電極層的區域。因此，薄膜電晶體448的通道長度L等於氧化物絕緣層426a的通道長度方向的寬度。另外，薄膜電晶體448的通道長度L是氧化物半導體層與氧化物絕緣層426a的介面中的長度，即在圖1B所示的截面圖中氧化物絕緣層426a是梯形，薄膜電晶體448的通道長度L是該梯形的底邊長度。
另外，為了降低寄生電容，在閘極佈線和源極電極佈線彼此交叉的佈線交叉部中，在閘極電極層421b和源極 電極層425a之間設置有閘極絕緣層402和氧化物絕緣層426b。另外，雖然使用不同的符號426a和426b表示與通道形成區423重疊的區域的氧化物絕緣層和不與通道形成區423重疊的區域的氧化物半導體層，但是426a和426b是使用相同的材料和相同的製程形成的層。
下面，參照圖2A至2E對在同一基板上製造薄膜電晶體448和佈線交叉部的製程進行說明。另外，不僅可以形成像素部的薄膜電晶體還可以形成驅動電路的薄膜電晶體，並且上述電晶體可以使用相同製程在同一基板上製造。
首先，在具有絕緣表面的基板400上形成導電膜之後，利用第一光微影製程形成閘極電極層421a、421b。另外，在像素部中，使用與閘極電極層421a、421b相同的材料並利用同一第一光微影製程形成電容佈線層。此外，當除了形成像素部還形成驅動電路部時，並且在驅動電路需要電容時在驅動電路中也形成電容佈線層。另外，還可以使用噴墨法形成抗蝕劑掩模。當使用噴墨法形成抗蝕劑掩模時不需要光掩模，由此可以降低製造成本。
作為用來形成閘極電極層421a、421b的導電膜，可以使用選自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。另外，作為用來形成閘極電極層421a、421b的導電膜，還可以使用具有透光性的導電膜，可以使用氧化銦(In2O3)或氧化銦氧化錫合金(In2O3-SnO2，簡稱為ITO)等。
在本說明書中，對可見光具有透光性的膜是指具有可見光的透過率是75%至100%的膜厚度的膜，當該膜具有導電性時將其也稱為透明導電膜。另外，作為用於閘極電極層、源極電極層、汲極電極層、像素電極層、其他電極層或其他佈線層的金屬氧化物，也可以使用對可見光半透明的導電膜。對可見光半透明是指可見光的透過率是50%至75%的狀態。
另外，當後面的加熱處理的溫度較高時，作為玻璃基板最好使用應變點為730℃以上的玻璃基板。另外，作為玻璃基板，例如可以使用如鋁矽酸鹽玻璃、鋁硼矽酸鹽玻璃或鋇硼矽酸鹽玻璃等的玻璃材料。另外，藉由使玻璃基板相比氧化硼而含有更多的氧化鋇(BaO)，可以獲得更實用的耐熱玻璃。因此，最好使用相比B2O3包含更多的BaO的玻璃基板。
另外，還可以使用如陶瓷基板、石英基板、藍寶石基板等的由絕緣體構成的基板代替上述玻璃基板。此外，還可以使用晶化玻璃等。
另外，還可以將成為基底膜的絕緣膜設置在基板400與閘極電極層421a、421b之間。基底膜具有防止雜質從基板400擴散的作用，可以由選自氮化矽膜、氧化矽膜、氮氧化矽膜、或氧氮化矽膜中的其中之一者或多種膜的疊層結構來形成。
接著，在閘極電極層421a、421b上形成閘極絕緣層402。
藉由利用電漿CVD法或濺射法等並使用氧化矽層、氮化矽層、氧氮化矽層或氮氧化矽層的單層或疊層，可以形成閘極絕緣層402。例如，作為成膜氣體使用SiH4、氧及氮並藉由電漿CVD法來形成氧氮化矽層，即可。將閘極絕緣層402的厚度設定為100nm以上且500nm以下。當採用疊層時，例如採用50nm以上且200nm以下的第一閘極絕緣層和第一閘極絕緣層上的5nm以上且300nm以下的第二閘極絕緣層的疊層。
在本實施例模式中，藉由電漿CVD法形成200nm以下的氮化矽層作為閘極絕緣層402。
接著，在閘極絕緣層402上形成5nm以上且200nm以下，最好是10nm以上且20nm以下的氧化物半導體膜430(參照圖2A)。為了即使在形成氧化物半導體膜430之後進行用於脫水化或脫氫化的加熱處理也使氧化物半導體膜處於非晶狀態，最好將氧化物半導體膜430的厚度設定得薄，即50nm以下。藉由將氧化物半導體膜的厚度設定得薄，即使在形成氧化物半導體層之後進行加熱處理也可以抑制晶化。
氧化物半導體膜430使用In-Ga-Zn-O類非單晶膜、In-Sn-Zn-O類、In-Al-Zn-O類、Sn-Ga-Zn-O類、Al-Ga-Zn-O類、Sn-Al-Zn-O類、In-Zn-O類、Sn-Zn-O類、Al-Zn-O類、In-O類、Sn-O類、Zn-O類的氧化物半導體膜。在本實施例模式中，使用In-Ga-Zn-O類氧化物半導體靶並藉由濺射法來形成氧化物半導體膜430。另外，可 以在稀有氣體(典型是氬)氣圍下、在氧氣圍下或者在稀有氣體(典型是氬)及氧氣圍下藉由濺射法來形成氧化物半導體膜430。另外，當使用濺射法時，最好使用含有2wt%以上且10wt%以下的SiO2的靶來進行成膜，而使氧化物半導體膜430含有阻礙晶化的SiOx(X>0)，以抑制在後面的製程中進行用於脫水化或脫氫化的加熱處理時被晶化。
氧化物半導體最好是含有In的氧化物半導體，更佳的是含有In及Ga的氧化物半導體。為了使氧化物半導體層為I型(本徵)，經過脫水化或脫氫化的製程是有效的。
在本實施例模式中，使用In-Ga-Zn-O類氧化物半導體膜。
在此，使用包含In、Ga及Zn的氧化物半導體靶(In2O3：Ga2O3：ZnO=1：1：1[mol數比])並以如下條件下進行成膜，該條件是：基板和靶之間的距離是100mm；壓力是0.2Pa；直流(DC)電流是0.5kW；在氬及氧(氬：氧=30sccm：20sccm氧流量比率40%)氣圍下。另外，當使用脈衝直流(DC)電源時，可以減少塵屑且膜厚度分佈也均勻，所以是較佳的。將In-Ga-Zn-O類非單晶膜的厚度設定為5nm至200nm。在本實施例模式中，使用In-Ga-Zn-O類氧化物半導體靶並藉由濺射法來形成20nm的In-Ga-Zn-O類非單晶膜作為氧化物半導體膜。
作為濺射法，有作為濺射電源使用高頻電源的RF濺 射法、DC濺射法，並且還有以脈衝方式施加偏壓的脈衝DC濺射法。RF濺射法主要用於絕緣膜的形成，而DC濺射法主要用於金屬膜的形成。
此外，還有可以設置多個材料不同的靶的多元濺射裝置。多元濺射裝置既可以在同一處理室中層疊形成不同材料的膜，又可以在同一處理室中使多種材料同時放電而進行成膜。
此外，有利用如下濺射法的濺射裝置，該濺射法是：在處理室內具備磁體機構的磁控管濺射法；以及不使用輝光放電而利用使用微波來產生的電漿的ECR濺射法。
此外，作為使用濺射法的成膜方法，還有：在膜形成期間使靶物質與濺射氣體成分產生化學反應而形成它們的化合物薄膜的反應濺射法；以及在膜形成期間對基板也施加電壓的偏壓濺射法。
接著，藉由第二光微影製程將氧化物半導體膜430加工為島狀氧化物半導體層。另外，也可以藉由噴墨法形成用於形成島狀氧化物半導體層的抗蝕劑掩模。當藉由噴墨法形成抗蝕劑掩模時不使用光掩模，因此可以降低製造成本。
接著，進行氧化物半導體層的脫水化或脫氫化。將進行脫水化或脫氫化的第一加熱處理的溫度設定為400℃以上且低於基板的應變點，最好設定為425℃以上。注意，當採用425℃以上的溫度時加熱處理時間是1小時以下即可，但是當採用低於425℃的溫度時加熱處理時間長於1 小時。在此，將基板導入到加熱處理裝置之一的電爐中，在氮氣圍下對氧化物半導體層進行加熱處理，然後不使其接觸於大氣而防止水或氫再次混入到氧化物半導體層，而形成氧化物半導體層。在本實施例模式中，在氮氣圍下使用同一爐將氧化物半導體層的溫度從進行氧化物半導體層的脫水化或脫氫化所需的加熱溫度T緩冷到水無法再次混入的溫度，明確而言，在氮氣圍下將氧化物半導體層的溫度降低到比加熱溫度T低100℃以上的溫度。另外，不侷限於氮氣圍，而在氦、氖、氬等稀有氣體氣圍下進行脫水化或脫氫化。
另外，在第一加熱處理中，最好氮或氦、氖、氬等的稀有氣體不包含水、氫等。另外，最好將導入於加熱處理裝置中的氮或氦、氖、氬等的稀有氣體的純度設定為6N(99.9999%)以上，最好設定為7N(99.99999%)以上(即，將雜質濃度設定為1ppm以下，最好設定為0.1ppm以下)。
另外，根據第一加熱處理的條件或氧化物半導體層的材料，也有時進行晶化，而形成微晶膜或多晶膜。
另外，也可以對加工成島狀氧化物半導體層之前的氧化物半導體膜430進行氧化物半導體層的第一加熱處理。在此情況下，在第一加熱處理之後從加熱裝置拿出基板，以進行光微影製程。
另外，也可以在形成氧化物半導體膜430之前在惰性氣體氣圍(氮或氦、氖、氬等)下、在氧氣圍下進行加熱 處理(400℃以上且低於基板的應變點)，而去除包含在閘極絕緣層內的氫及水等的雜質。
接著，在藉由濺射法在閘極絕緣層402及氧化物半導體層上形成氧化物絕緣膜之後，藉由第三光微影製程形成抗蝕劑掩模，選擇性地進行蝕刻來形成氧化物絕緣層426a、426b，然後去除抗蝕劑掩模。在該步驟時，形成有氧化物半導體層的接觸於氧化物絕緣層的區域，並且該區域中的隔著閘極絕緣層重疊於閘極電極層且重疊於氧化物絕緣層426a的區域成為通道形成區。另外，也形成有與覆蓋氧化物半導體層的邊緣及側面的氧化物絕緣層426b重疊的區域。
將氧化物絕緣膜的厚度至少設定為1nm以上，並且可以適當地使用濺射法等的防止水、氫等的雜質混入到氧化物絕緣膜的方法來形成氧化物絕緣膜。在本實施例模式中，使用濺射法形成300nm厚的氧化矽膜作為氧化物絕緣膜。將形成膜時的基板溫度設定為室溫以上且300℃以下即可，在本實施例模式中將該基板溫度設定為室溫。可以在稀有氣體(典型為氬)氣圍下、在氧氣圍下或者在稀有氣體(典型為氬)和氧的氣圍下藉由濺射法形成氧化矽膜。另外，作為靶，可以使用氧化矽靶或矽靶。例如，可以使用矽靶在氧及氮氣圍下藉由濺射法形成氧化矽。接觸於被低電阻化的氧化物半導體層地形成的氧化物絕緣膜使用不包含水分、氫離子、OH-等的雜質且阻擋上述雜質從外部侵入的無機絕緣膜，典型地使用氧化矽膜、氮氧化矽 膜、氧化鋁膜或者氧氮化鋁膜等。
接著，在惰性氣體氣圍下或氮氣體氣圍下進行第二加熱處理(最好是200℃以上且400℃以下，例如250℃以上且350℃以下)(參照圖2B)。例如，在氮氣圍下進行250℃且1小時的第二加熱處理。當進行第二加熱處理時，重疊於氧化物絕緣層426b的氧化物半導體層442的端部和重疊於氧化物絕緣層426a的氧化物半導體層442的一部分在與氧化物絕緣層接觸的狀態下被加熱。另外，當進行第二加熱處理時，不重疊於氧化物絕緣層的氧化物半導體層442的一部分在露出的狀態下被加熱。當在氧化物半導體層442露出的狀態下且在氮或惰性氣體氣圍下進行加熱處理時，可以實現氧化物半導體層422中的露出且被高電阻化(被I型化)的區域的低電阻化。另外，氧化物絕緣層426a以接觸於氧化物半導體層442的成為通道形成區的區域上的方式形成，並用作通道保護層。
接著，在閘極絕緣層402、氧化物絕緣層426a、426b以及氧化物半導體層442上形成導電膜，然後藉由第四光微影製程形成抗蝕劑掩模，選擇性地進行蝕刻來形成源極電極層425a及汲極電極層425b(參照圖2C)。作為導電膜的形成方法，使用濺射法或真空蒸鍍法(電子束蒸鍍法等)、電弧放電離子電鍍法、噴射法。作為導電膜，可使用選自Ti、Mo、W、Al、Cr、Cu、Ta、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。導電膜不侷限於包含上述元素的單層，可以使用兩層以上的疊 層。在本實施例模式中，形成鈦膜、鋁膜和鈦膜的三層結構的導電膜。另外，也可以使用氮化鈦膜代替Ti膜。
另外，在第四光微影製程中，選擇性地只去除接觸於氧化物半導體層上的導電膜的部分。因此，因為選擇性地只去除接觸於氧化物半導體層上的導電膜，所以藉由作為鹼性的蝕刻劑使用過氧化氫氨水(過氧化氫：氨：水=5：2：2)等，可以選擇性地去除導電膜，並使由In-Ga-Zn-O類氧化物半導體構成的氧化物半導體層殘留。
另外，也可以藉由噴墨法形成用來形成源極電極層425a、汲極電極層425b的抗蝕劑掩模。當藉由噴墨法形成抗蝕劑掩模時不使用光掩模，因此可以縮減製造成本。
接著，在氧化物絕緣層426a、426b、源極電極層425a、汲極電極層425b上形成絕緣層428和保護絕緣層403。在本實施例模式中，使用濺射法層疊形成氧化矽膜的絕緣層428和氮化矽膜的保護絕緣層403。
另外，雖然為了明瞭地示出氧化物絕緣層426a和絕緣層428而圖示出分界，但是實際上氧化物絕緣層426a和絕緣層428都是藉由濺射法形成的氧化矽膜，所以分界不清楚。
因為RF濺射法的量產性好，所以作為保護絕緣層403的形成方法最好採用RF濺射法。保護絕緣層403使用不包含水分、氫離子、OH-等的雜質且阻擋上述雜質從外部侵入的無機絕緣膜，典型地使用氮化矽膜、氮化鋁膜、氮氧化矽膜或者氧氮化鋁膜等。當然，保護絕緣層 403是具有透光性的絕緣膜。
接著，在保護絕緣層403上形成平坦化絕緣層404。作為平坦化絕緣層404，可以使用具有耐熱性的有機材料如聚醯亞胺、丙烯酸樹脂、苯並環丁烯類樹脂、聚醯胺、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)、矽氧烷類樹脂、PSG(磷矽玻璃)、BPSG(硼磷矽玻璃)等。另外，也可以藉由層疊多個由這些材料形成的絕緣膜來形成平坦化絕緣層404。
另外，矽氧烷類樹脂相當於以矽氧烷類材料為起始材料而形成的包含Si-O-Si鍵的樹脂。作為矽氧烷類樹脂的取代基，也可以使用有機基(例如烷基、芳基)、氟基團。另外，有機基也可以具有氟基團。
對平坦化絕緣層404的形成方法沒有特別的限制，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)、刮片、輥塗機、幕塗機、刮刀塗佈機等。
接著，進行第五光微影製程，形成抗蝕劑掩模，藉由對平坦化絕緣層404、絕緣層428及保護絕緣層403進行蝕刻來形成到達汲極電極層425b的接觸孔441，然後去除抗蝕劑掩模(參照圖2D)。如圖2D所示，在接觸孔的下方設置有氧化物絕緣層426b，與在接觸孔的下方沒有設置氧化物絕緣層的情況相比可以將要去除的平坦化絕緣層的厚度設定得薄，而可以縮減蝕刻時間。另外，與在接 觸孔的下方沒有設置氧化物絕緣層的情況相比可以將接觸孔441的深度設定得淺，而在重疊於接觸孔441的區域中可以提高在後面的製程中形成的具有透光性的導電膜的覆蓋性。另外，藉由在此的蝕刻也形成到達閘極電極層421b的接觸孔。另外，也可以藉由噴墨法形成用來形成到達汲極電極層425b的接觸孔的抗蝕劑掩模。當藉由噴墨法形成抗蝕劑掩模時不使用光掩模，因此可以縮減製造成本。
接著，形成具有透光性的導電膜。使用濺射法或真空蒸鍍法等形成氧化銦(In2O3)或氧化銦氧化錫合金(In2O3-SnO2，簡稱為ITO)等作為具有透光性的導電膜的材料。作為具有透光性的導電膜的其他材料，可以使用含有氮的Al-Zn-O類非單晶膜，即Al-Zn-O-N類非單晶膜、Zn-O-N類非單晶膜、Sn-Zn-O-N類非單晶膜。另外，Al-Zn-O-N類非單晶膜的鋅的組成比(原子百分比)是47原子%以下，該鋅的組成比大於非單晶膜中的鋁的組成比(原子百分比)，並且非單晶膜中的鋁的組成比(原子百分比)大於非單晶膜中的氮的組成比(原子百分比)。上述材料的蝕刻處理使用鹽酸類的溶液進行。但是，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。
另外，以具有透光性的導電膜的組成比的單位為原子百分比，並且藉由使用電子探針顯微分析儀(EPMA： Electron Probe X-ray MicroAnalyzer)的分析進行評價。
接著，進行第六光微影製程，形成抗蝕劑掩模，藉由蝕刻去除不需要的部分來形成像素電極層427，然後去除抗蝕劑掩模(參照圖2E)。
藉由上述製程使用六個掩模可以在同一基板上製造薄膜電晶體448和寄生電容降低的佈線交叉部。用於像素的薄膜電晶體448是包括氧化物半導體層442的通道保護型薄膜電晶體，該氧化物半導體層442包括與源極電極層重疊的高電阻源極區424a、與汲極電極層重疊的高電阻汲極區424b、與源極電極層不重疊的高電阻源極區424e、與汲極電極層不重疊的高電阻汲極區424f及通道形成區423。因此，即使對薄膜電晶體448施加高電場，兩個高電阻汲極區或兩個高電阻源極區成為緩衝區域而不被施加局部性的高電場，因此薄膜電晶體448具有提高薄膜電晶體的耐壓的結構。另外，藉由使源極電極層和汲極電極層之間的間隔距離設定得長，減少薄膜電晶體的截止電流。
另外，也可以在同一基板上形成以閘極絕緣層402為電介質且由電容佈線層和電容電極形成的儲存電容器。藉由對應於每個像素將薄膜電晶體448和儲存電容器配置為矩陣狀來構成像素部，可以形成用來製造主動矩陣型顯示裝置的一方的基板。在本說明書中，為了方便起見將這種基板稱為主動矩陣型基板。
另外，也可以在同一基板上設置驅動電路的薄膜電晶體。藉由在同一基板上形成驅動電路和像素部，可以縮短 驅動電路與外部信號的連接佈線，從而可以實現半導體裝置的小型化、低成本化。
另外，圖1B所示的用於像素的薄膜電晶體448的氧化物半導體層442的邊緣部具有與氧化物絕緣層426b重疊的第一區域424c、第二區域424d。作為氧化物半導體層442的邊緣部的第一區域424c、第二區域424d處於與通道形成區423相同的氧過剩狀態，並且當在其附近設置電位不同的佈線或氧化物半導體層時可以實現漏電流的降低或寄生電容的降低。
特別是在驅動電路中，為了實現高整合化，最好縮小多個佈線或多個氧化物半導體層的間隔地進行配置，所以藉由重疊於氧化物絕緣層426b地設置第一區域424c及第二區域424d來進行漏電流的降低或寄生電容的降低是有效的。另外，當串聯或並聯配置多個薄膜電晶體時，可以以多個薄膜電晶體的氧化物半導體層為一個島狀物，並藉由重疊於氧化物絕緣層426b來進行各個元件的分離，而將重疊於氧化物絕緣層426b的區域用作元件分離區域。藉由上述方法，可以在窄面積中配置多個薄膜電晶體，從而可以實現驅動電路的高整合化。
實施例模式2
在本實施例模式中示出使用實施例模式1所示的薄膜電晶體在同一基板上形成像素部和驅動電路來製造主動矩陣型液晶顯示裝置的一例。
圖3A示出主動矩陣基板的截面結構的一例。
在實施例模式1中只圖示出像素部的薄膜電晶體及佈線交叉部，而在本實施例模式中圖示出薄膜電晶體、佈線交叉部、驅動電路部的薄膜電晶體、儲存電容器、閘極佈線、源極電極佈線的端子部而進行說明。電容、閘極佈線、源極電極佈線的端子部可以藉由與實施例模式1所示的製造製程相同的製程形成。
在圖3A中，與像素電極層227電連接的薄膜電晶體220是設置在像素部中的通道保護型薄膜電晶體，而在本實施例模式中使用與實施例模式1的薄膜電晶體448相同的結構。
由與薄膜電晶體220的閘極電極層相同的具有透光性的材料形成且以相同製程形成的電容佈線層230隔著成為電介質的閘極絕緣層202重疊於電容電極231，以形成儲存電容器。另外，電容電極231利用與薄膜電晶體220的源極電極層或汲極電極層相同的金屬材料和相同製程形成。
另外，儲存電容器設置在像素電極層227的下方，並且電容電極231電連接到像素電極層227。
雖然在本實施例模式中示出使用電容電極231及電容佈線層230形成儲存電容器的例子，但是對形成儲存電容器的結構沒有特別的限制。例如，也可以不設置電容佈線層而使像素電極層隔著平坦化絕緣層、保護絕緣層及閘極絕緣層重疊於相鄰的像素的閘極佈線，以形成儲存電容 器。
另外，雖然在圖3A中儲存電容器形成大電容，所以在電容佈線層和電容電極之間只有閘極絕緣層202，在佈線交叉部中為了降低寄生電容在閘極電極層421b和在其上方形成的佈線之間設置閘極絕緣層202和氧化物絕緣層266b。在儲存電容器中，在電容佈線層和電容電極之間只有閘極絕緣層202的情況下，當去除氧化物絕緣層266b的蝕刻時，選擇選擇性地只留下閘極絕緣層202的蝕刻條件或閘極絕緣層的材料。在本實施例模式中，因為氧化物絕緣層266b是藉由濺射法得到的氧化矽膜且閘極絕緣層202是藉由CVD法得到的氮化矽膜，所以可以選擇性地進行去除。另外，當氧化物絕緣層266b和閘極絕緣層202使用以相同蝕刻條件去除的材料時，最好採用即使藉由蝕刻而閘極絕緣層的一部分被薄膜化也至少使閘極絕緣層殘留而可以形成電容的膜厚度。因為為了將儲存電容器形成得大最好將閘極絕緣層的膜厚度設定得薄，所以也可以採用當對氧化物絕緣層266b選擇性地進行蝕刻時使電容佈線上的閘極絕緣層實現薄膜化的結構。
另外，薄膜電晶體260是設置在驅動電路中的通道保護型的薄膜電晶體，其通道長度L比薄膜電晶體220短，以實現工作速度的高速化。最好將設置在驅動電路中的通道保護型薄膜電晶體的通道長度L設定為0.1μm以上且2μm以下。另外，薄膜電晶體260具有與薄膜電晶體220不同的結構，其中源極電極層265a及汲極電極層265b形 成為與氧化物絕緣層266a重疊。
薄膜電晶體260在具有絕緣表面的基板200上包括閘極電極層261、閘極絕緣層202、氧化物半導體層、源極電極層265a及汲極電極層265b，該氧化物半導體層至少具有通道形成區263、高電阻源極區264a及高電阻汲極區264b。另外，設置有接觸於通道形成區263的氧化物絕緣層266a。
另外，驅動電路的薄膜電晶體260的閘極電極層也可以採用與設置在氧化物半導體層的上方的導電層267電連接的結構。此時，使用與用於電連接薄膜電晶體220的汲極電極層與像素電極層227的接觸孔相同的光掩模，並且對平坦化絕緣層204、絕緣層216、保護絕緣層203、氧化物絕緣層266b、閘極絕緣層202選擇性地進行蝕刻來形成接觸孔。藉由該接觸孔使導電層267與驅動電路的薄膜電晶體260的閘極電極層261電連接。
另外，絕緣層216使用無機絕緣膜諸如氧化矽膜、氧化鋁膜、氧氮化矽膜、氧氮化鋁膜等。在本實施例模式中使用藉由濺射法得到的氧化矽膜。
保護絕緣層203使用無機絕緣膜諸如氮化矽膜、氮化鋁膜、氮氧化矽膜、氧氮化鋁膜等。在本實施例模式中使用藉由濺射法得到的氮化矽膜。
另外，薄膜電晶體260採用閘極電極層261的寬度(通道長度方向的寬度)寬於氧化物半導體層的寬度的結構。另外，氧化物絕緣層266b與氧化物半導體層的邊緣 部重疊並與閘極電極層261重疊。氧化物絕緣層266b發揮拉開汲極電極層265b和閘極電極層261之間的間隔來降低形成在汲極電極層265b和閘極電極層261之間的寄生電容的功能。另外，與氧化物絕緣層266b重疊的氧化物半導體層的第一區域264c、第二區域264d處於與通道形成區263相同的氧過剩狀態，並也發揮降低漏電流或降低寄生電容的功能。
另外，根據像素密度設置多個閘極佈線、多個源極電極佈線及多個電容佈線層。另外，在端子部中多個具有與閘極佈線相同的電位的第一端子電極、多個具有與源極電極佈線相同的電位的第二端子電極、多個具有與電容佈線層相同的電位的第三端子等被排列地配置。各端子電極的數量可以是任意的，實施者適當地決定各端子電極的數量，即可。
在端子部中，可以使用與像素電極層227相同的具有透光性的材料形成具有與閘極佈線相同的電位的第一端子電極。第一端子電極藉由到達閘極佈線的接觸孔與閘極佈線電連接。使用與用來使薄膜電晶體220的汲極電極層與像素電極層227電連接的接觸孔相同的光掩模來對平坦化絕緣層204、絕緣層216、保護絕緣層203、氧化物絕緣層266b、閘極絕緣層202選擇性地進行蝕刻，以形成到達閘極佈線的接觸孔。
此外，可以使用與像素電極層227相同的具有透光性的材料形成端子部的具有與源極電極佈線254相同的電位 的第二端子電極255。第二端子電極255藉由到達源極電極佈線254的接觸孔與源極電極佈線254電連接。源極電極佈線是金屬佈線，並且源極電極佈線使用與薄膜電晶體260的源極電極層265a相同的材料及製程形成，並具有相同的電位。
另外，使用與像素電極層227相同的具有透光性的材料形成具有與電容佈線層230相同的電位的第三端子電極。此外，可以使用與用來使電容電極231與像素電極層227電連接的接觸孔相同的光掩模及製程形成到達電容佈線層230的接觸孔。
此外，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來固定主動矩陣基板和對置基板。另外，將與設置在對置基板上的對置電極電連接的共同電極設置在主動矩陣基板上，並且將與共同電極電連接的第四端子電極設置在端子部中。該第四端子電極是用來將共同電極設定為固定電位例如GND、0V等的端子。可以使用與像素電極227相同的具有透光性的材料形成第四端子電極。
此外，當閘極電極層、源極電極層、汲極電極層、像素電極層、其他電極層或其他佈線層使用相同的材料時，可以使用共同的濺射靶或共同的製造裝置，而可以縮減材料成本及在蝕刻時使用的蝕刻劑(或蝕刻氣體)所需要的成本。其結果是，可以縮減製造成本。
另外，當在圖3A的結構中使用感光樹脂材料作為平 坦化絕緣層204時，可以省略形成抗蝕劑掩模的製程。
此外，圖3B示出其一部分與圖3A不同的截面結構。由於除了平坦化絕緣層204不存在於端子部中且驅動電路的薄膜電晶體的結構不同之外圖3B與圖3A相同，所以使用相同的附圖標記表示相同的部分而省略相同的部分的詳細說明。在圖3B中，配置使用金屬佈線的薄膜電晶體270。另外，端子電極也使用與金屬佈線相同的材料及製程形成。
此外，在圖3B的結構中，作為平坦化絕緣層204使用感光樹脂材料而省略形成抗蝕劑掩模的製程。因此，可以不使用抗蝕劑掩模地形成平坦化絕緣層204不存在於端子部的結構。當平坦化絕緣層不存在於端子部時，容易進行與FPC(Flexible Printed Circuit：撓性印刷電路)的良好的連接。
薄膜電晶體270在具有絕緣表面的基板200上包括：閘極電極層271；閘極絕緣層202；至少具有通道形成區273、高電阻源極區274a及高電阻汲極區274b的氧化物半導體層；源極電極層275a；以及汲極電極層275b。此外，還設置有與通道形成區273接觸的氧化物絕緣層276a。另外，在源極電極層275a及汲極電極層275b上設置絕緣層216和保護絕緣層203。
另外，與氧化物絕緣層276b重疊的氧化物半導體層的第一區域274c、第二區域274d處於與通道形成區273相同的氧過剩狀態，並且發揮減少漏電流及寄生電容的功 能。另外，與絕緣層216接觸的氧化物半導體層的第三區域274e設置在通道形成區273和高電阻源極區274a之間。此外，與絕緣層216接觸的氧化物半導體層的第四區域274f設置在通道形成區273和高電阻汲極區274b之間。與絕緣層216接觸的氧化物半導體層的第三區域274e及第四區域274f可以實現截止電流的減少。
另外，在通道保護型薄膜電晶體中，當為了縮短通道形成區的通道長度L而將氧化物絕緣層的寬度設定得窄，且在寬度窄的氧化物絕緣層上設置源極電極層及汲極電極層時，有在氧化物絕緣層上產生短路的憂慮。因此，採用將其端部從寬度窄的氧化物絕緣層276a離開而設置源極電極層275a及汲極電極層275b的結構。
此外，驅動電路的薄膜電晶體270的閘極電極層也可以採用與設置在氧化物半導體層的上方的導電層277電連接的結構。
此外，具有與端子部的源極電極佈線256相同電位的第二端子電極257可以由與像素電極層227相同的具有透光性的材料形成。源極電極佈線是金屬佈線，並且源極電極佈線使用與薄膜電晶體270的源極電極層275a相同的材料及製程形成，並具有相同的電位。
另外，因為靜電等容易損壞薄膜電晶體，所以最好在與像素部或驅動電路同一基板上設置保護電路。保護電路最好利用使用氧化物半導體層的非線性元件構成。例如，保護電路設置在像素部和掃描線輸入端子及信號線輸入端 子之間。在本實施例模式中，設置多個保護電路，不使靜電等對掃描線、信號線及電容匯流排施加衝擊電壓而損壞像素電晶體等。因此，保護電路採用當施加衝擊電壓時向公共佈線或公同佈線釋放電荷的結構。另外，保護電路包括隔著掃描線並聯配置的非線性元件。非線性元件由二極體等的二端子元件或電晶體等的三端子元件構成。例如，也可以與像素部的像素電晶體220相同的製程形成非線性元件，例如藉由連接閘極端子和汲極電極端子，可以使其具有與二極體同樣的特性。
另外，也可以省略平坦化絕緣層204的形成製程而採用不設置平坦化絕緣層204的結構。在此情況下，與保護絕緣層203上接觸地設置像素電極層227、第二端子電極255。
本實施例模式可以與實施例模式1自由地組合。
實施例模式3
此外，本實施例模式示出設置在與薄膜電晶體同一基板上的端子部的結構的一例。另外，實施例模式2示出源極電極佈線的端子部的一例，但是本實施例模式圖示具有與實施例模式2不同的結構的源極電極佈線的端子部和閘極佈線的端子部。另外，在圖4A1至圖4B2中，使用與圖3A或圖3B相同的附圖標記說明相同的部分。
圖4A1、圖4A2分別圖示閘極佈線端子部的截面圖及俯視圖。圖4A1相當於沿著圖4A2中的線C1-C2的截面 圖。在圖4A1中，形成在絕緣層216和保護絕緣層203的疊層上的導電層225是用作輸入端子的用於連接的端子電極。另外，在圖4A1中，在端子部中，使用與圖2E的閘極電極層421b相同的材料形成的第一端子221隔著閘極絕緣層202與使用與源極電極佈線相同的材料形成的連接電極層223重疊，並且利用導電層225實現導通。
此外，圖4B1及圖4B2分別示出與圖3B所示的源極電極佈線端子部不同的源極電極佈線端子部的截面圖及俯視圖。另外，圖4B1相當於沿著圖4B2中的線C3-C4的截面圖。在圖4B1中，形成在絕緣層216和保護絕緣層203的疊層上的導電層225是用作輸入端子的用於連接的端子電極。另外，在圖4B1中，在端子部中，使用與閘極佈線相同的材料形成的電極層226隔著閘極絕緣層202與電連接到源極電極佈線的第二端子222的下方重疊。電極層226不與第二端子222電連接，並且藉由將電極層226設定為與第二端子222不同的電位，例如浮動狀態、GND、0V等，可以形成用於對雜波的措施的電容或用於對靜電的措施的電容。此外，第二端子222藉由形成在絕緣層216和保護絕緣層203的疊層中的接觸孔與導電層225電連接。
根據像素密度設置多個閘極佈線、多個源極電極佈線及多個電容佈線。此外，在端子部中，排列地配置多個具有與閘極佈線相同的電位的第一端子、多個具有與源極電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，實施者適當地決定各端子的數量，即可。
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
在此示出一種例子，其中在將液晶層密封在第一基板和第二基板之間的液晶顯示裝置中，在第一基板上形成用來使電連接到設置在第二基板上的對置電極的共同連接部。另外，在第一基板上形成有用作切換元件的薄膜電晶體，並且藉由實現共同連接部的製造製程和像素部的切換元件的製造製程的共同化，不使製程複雜化地形成。
共同連接部配置在與用來黏合第一基板和第二基板的密封材料重疊的位置，而藉由包含在密封材料中的導電粒子實現共同連接部與對置電極的電連接。或者，在不與密封材料重疊的部分(但是，該部分不包括像素部)中設置共同連接部，以與共同連接部重疊的方式將包含導電粒子的膏劑與密封材料另行設置，而使共同連接部與對置電極電連接。
圖5A示出將薄膜電晶體和共同連接部製造在同一基板上的半導體裝置的截面結構圖。
在圖5A中，與像素電極層227電連接的薄膜電晶體220是設置在像素部中的通道保護型薄膜電晶體，並且在本實施例模式中，該薄膜電晶體採用與實施例模式1的薄 膜電晶體448相同的結構。
此外，圖5B是示出共同連接部的俯視圖的一例的圖。附圖中的虛線C5-C6相當於圖5A的共同連接部的截面。另外，在圖5B中，使用與圖5A同一附圖標記說明與圖5A相同的部分。
共同電位線205設置在閘極絕緣層202上並利用與薄膜電晶體220的源極電極層及汲極電極層相同的材料及製程製造。
此外，共同電位線205由絕緣層216和保護絕緣層203的疊層覆蓋，並且絕緣層216和保護絕緣層203的疊層在與共同電位線205重疊的位置中具有多個開口部。該開口部藉由與連接薄膜電晶體220的汲極電極層和像素電極層227的接觸孔相同的製程製造。
注意，在此由於其面積尺寸分別大不一樣，所以將它們分別稱為像素部中的接觸孔和共同連接部的開口部。另外，在圖5A中，不使用相同的縮尺來圖示像素部和共同連接部，例如共同連接部的虛線C5-C6的長度為500μm左右，而薄膜電晶體的寬度小於50μm，即雖然在實際上共同連接部的面積尺寸是薄膜電晶體的10倍以上，但是為了明瞭地示出，在圖5A中分別改變像素部和共同連接部的縮尺而進行圖示。
另外，共同電極層206設置在絕緣層216和保護絕緣層203的疊層上，並使用與像素部的像素電極層227相同的材料及製程製造。
如上所述，進行與像素部的切換元件的製造製程共同的共同連接部的製造製程。
並且，使用密封材料固定設置有像素部和共同連接部的第一基板和具有對置電極的第二基板。
當使密封材料包含導電粒子時，進行一對基板的位置對準以使密封材料與共同連接部重疊。例如，在小型液晶面板中，在像素部的對角等上與密封材料重疊地配置兩個共同連接部。另外，在大型液晶面板中，與密封材料重疊地配置四個以上的共同連接部。
另外，共同電極層206是與包含在密封材料中的導電粒子接觸的電極，並與第二基板的對置電極電連接。
當使用液晶植入法時，在使用密封材料固定兩個基板之後，將液晶植入到一對基板之間。另外，當使用液晶滴落法時，在第二基板或第一基板上塗畫密封材料，在滴落液晶之後，在減壓下貼合兩個基板。
另外，雖然在本實施例模式中示出與對置電極電連接的共同連接部的例子，但是不侷限於此，還可以將共同連接部用於與其他的佈線連接的連接部或與外部連接端子等連接的連接部。
本實施例模式可以與實施例模式1至3中任一個自由地組合。
實施例模式5
雖然實施例模式1或實施例模式2示出閘極絕緣層是 單層的例子，但是本實施例模式示出疊層的例子。另外，在圖6A和圖6B中，使用與圖3A或3B相同的附圖標記說明相同的部分。
在圖6A中，薄膜電晶體280是設置在像素部中的通道保護型薄膜電晶體的例子，其中閘極絕緣層具有兩層結構。另外，除了具有兩個閘極絕緣層的特點之外，薄膜電晶體280與薄膜電晶體220相同。
在本實施例模式中採用厚度為50nm以上且200nm以下的第一閘極絕緣層282a和厚度為50nm以上且300nm以下的第二閘極絕緣層282b的疊層的閘極絕緣層。作為第一閘極絕緣層282a，使用厚度為100nm的氮化矽膜或氮氧化矽膜。此外，作為第二閘極絕緣層282b，使用厚度為100nm的氧化矽膜。
另外，儲存電容器設置在像素電極層227的下方，並且電容電極231與像素電極層227電連接。
在本實施例模式中，使用電容電極231及電容佈線層230形成儲存電容器。
此外，在圖6A中，因為儲存電容器形成大電容，所以在電容佈線和電容電極之間只設置有閘極絕緣層。
本實施例模式示出一種例子，其中作為氧化物絕緣層282b使用藉由濺射法獲得的氧化矽膜，並且當去除與電容佈線層230重疊的氧化物絕緣層時，還對氧化矽膜的第二閘極絕緣層進行蝕刻來進行薄膜化，以形成第三閘極絕緣層282c。另外，第一閘極絕緣層282a是氮化矽膜或氮 氧化矽膜，並且第一閘極絕緣層282a用作蝕刻停止層，以防止對閘極電極層或基板的蝕刻損壞。
藉由形成厚度薄的第三閘極絕緣層282c，可以增大儲存電容器。
此外，圖6B示出其一部分與圖6A不同的截面結構。
圖6B所示的薄膜電晶體290採用厚度為50nm以上且200nm以下的第一閘極絕緣層292a和厚度為1nm以上且50nm以下的第二閘極絕緣層292b的疊層的閘極絕緣層。作為第一閘極絕緣層292a，使用厚度為100nm的氧化矽膜。此外，作為第二閘極絕緣層292b，使用厚度為10nm的氮化矽膜或氮氧化矽膜。
薄膜電晶體290是設置在像素部中的通道保護型薄膜電晶體的例子，其中閘極絕緣層具有兩層結構。另外，除了具有兩個閘極絕緣層的特點之外，薄膜電晶體290與薄膜電晶體220相同。
本實施例模式可以與實施例模式1至4中任一個自由地組合。
實施例模式6
在本實施例模式中，圖7A至圖7C以及圖8A至圖8E示出其薄膜電晶體的製造製程的一部分與實施例模式1不同的例子。因為除了其一部分之外圖7A至圖7C以及圖8A至圖8E的製程與圖1A至圖1C以及圖2A至圖2E 的製程相同，所以使用相同的附圖標記表示相同的部分而省略相同的部分的詳細說明。
首先，根據實施例模式1，在基板上形成閘極電極層、閘極絕緣層及氧化物半導體膜430，然後進行到實施例模式1中的圖2A為止的製程。圖2A與圖8A相同。
而且，藉由第二光蝕刻製程將氧化物半導體層膜430加工為島狀的氧化物半導體層。
接著，進行氧化物半導體層的脫水化或脫氫化。將進行脫水化或脫氫化的第一加熱處理的溫度設定為400℃以上且低於基板的應變點，最好設定為425℃以上。注意，當溫度為425℃以上時，加熱處理時間為1小時以下即可，而當溫度低於425℃時，加熱處理時間長於1小時。在此，將基板放入到在加熱處理裝置中之一種的電爐中而在氮氣圍下對氧化物半導體層進行加熱處理，然後以不接觸於大氣的方式來防止水或氫再次混入到氧化物半導體層，來獲得氧化物半導體層。然後，在相同的爐中導入高純度的氧氣體、高純度的N2O氣體或超乾燥空氣(露點為-40℃以下，最好為-60℃以下)來進行冷卻。最好氧氣體或N2O氣體不包含水、氫等。或者，最好將導入到加熱處理裝置的氧氣體或N2O氣體的純度設定為6N(99.9999%)以上，最好設定為7N(99.99999%)以上(也就是說，將氧氣體或N2O氣體中的雜質濃度設定為1ppm以下，最好設定為0.1ppm以下)。
此外，也可以在進行脫水化或脫氫化的第一加熱處理 之後，在氧氣體或N2O氣體氣圍下以200℃以上且400℃以下，最好以200℃以上且300℃以下的溫度進行加熱處理。
此外，也可以對加工為島狀氧化物半導體層之前的氧化物半導體膜430進行氧化物半導體層的第一加熱處理。在此情況下，在第一加熱處理之後從加熱裝置取出基板而進行光微影製程。
藉由上述製程使氧化物半導體膜的整體處於氧過剩狀態，進行高電阻化，即I型化。
接著，在藉由濺射法在閘極絕緣層402及氧化物半導體層上形成氧化物絕緣膜之後，藉由第三光微影製程形成抗蝕劑掩模，選擇性地進行蝕刻來形成氧化物絕緣層426a、426b，然後去除抗蝕劑掩模(參照圖8B)。
接著，在閘極絕緣層402、氧化物絕緣層426a、426b及氧化物半導體層422上形成導電膜，然後藉由第四光微影製程形成抗蝕劑掩模，並且選擇性地進行蝕刻來形成源極電極層425a及汲極電極層425b(參照圖8C)。
接著，為了減少薄膜電晶體的電特性的不均勻，也可以在惰性氣圍下或氮氣體氣圍下進行加熱處理(最好是150℃以上且低於350℃)。例如，在氮氣圍下以250℃進行1小時的加熱處理。
接著，在氧化物絕緣層426a、426b、源極電極層425a、汲極電極層425b上形成絕緣層428和保護絕緣層403的疊層。
接著，在保護絕緣層403上形成平坦化絕緣層404。
接著，進行第五光微影製程，形成抗蝕劑掩模，藉由對平坦化絕緣層404、保護絕緣層403及絕緣層428進行蝕刻來形成到達汲極電極層425b的接觸孔441，來去除抗蝕劑掩模(參照圖8D)。
接著，形成具有透光性的導電膜。
接著，進行第六光微影製程，形成抗蝕劑掩模，藉由蝕刻去除不需要的部分來形成像素電極層427，來去除抗蝕劑掩模(參照圖8E)。
藉由上述製程，可以使用六個掩模在同一基板上製造薄膜電晶體420和減少了寄生電容的佈線交叉部。
用於像素的薄膜電晶體420是包括具有通道形成區的氧化物半導體層422的通道保護型薄膜電晶體。
此外，圖7A是配置在像素中的通道保護型薄膜電晶體420的平面圖。圖7B是沿著圖7A的線D7-D8的截面圖及沿著圖7A的線D11-D12的截面圖。此外，圖7C是沿著圖7A的線D9-D10的截面圖。此外，圖8E與圖7B相同。
本實施例模式可以與實施例模式1至5中任一個自由地組合。
實施例模式7
在本實施例模式中，圖9A及圖9B示出儲存電容器的結構的與實施例模式2不同的例子。由於除了儲存電容 器的結構之外圖9A與圖3A相同，因此使用相同的附圖標記表示相同的部分而省略相同部分的詳細說明。注意，圖9A示出像素部的薄膜電晶體220和儲存電容器的截面結構。
圖9A是將保護絕緣層203及平坦化絕緣層204用作電介質，並使用像素電極層227和與該像素電極層227重疊的電容佈線層250形成儲存電容器的例子。電容佈線層250使用與像素部的薄膜電晶體220的汲極電極層不同的材料形成。另外，電容佈線層250也使用與薄膜電晶體220的氧化物半導體層不同的材料形成。電容佈線層250使用具有透光性的導電膜形成。另外，與實施例模式2相比增加一個用來對電容電極層250進行構圖的光掩模。另外，在用來形成電容電極層250的蝕刻中，以不使露出的薄膜電晶體220的氧化物半導體層消失的條件進行蝕刻。
在圖9A所示的儲存電容器中，一對電極和電介質具有透光性，而整個儲存電容器具有透光性。藉由使儲存電容器具有透光性，可以實現孔徑比的提高。
另外，圖9B示出與圖9A不同的儲存電容器的結構的例子。因為除了儲存電容器的結構以外圖9B也與圖3A相同，所以使用同樣的附圖標記顯示同樣的部分，而省略同樣的部分的詳細說明。
圖9B示出將閘極絕緣層202用作電介質並由電容佈線層230、重疊於該電容佈線層230的氧化物半導體層251和電容電極231的疊層形成儲存電容器的例子。另 外，電容電極231以接觸於氧化物半導體層251的方式層疊在氧化物半導體層251上，並用作儲存電容器的一方的電極。另外，氧化物半導體層251使用與薄膜電晶體220的氧化物半導體層相同的材料和相同的製程形成。另外，因為電容佈線層230使用與薄膜電晶體220的閘極電極層相同的材料和相同的製程形成，所以以不重疊於薄膜電晶體220的閘極佈線層的方式配置電容佈線層230。另外，電容電極231電連接於像素電極層227。
另外，電容佈線層230使用與薄膜電晶體220的氧化物半導體層也不同的材料形成。電容電極231使用具有透光性的導電膜形成。另外，與實施例模式2相比增加一個用來對電容電極231進行構圖的光掩模。另外，在用來形成電容電極231的蝕刻中，以不使露出的薄膜電晶體220的氧化物半導體層消失的條件進行蝕刻。
在圖9B所示的儲存電容器中一對電極和電介質也具有透光性，而整個儲存電容器具有透光性。
圖9A和9B所示的儲存電容器具有透光性，並且藉由增加閘極佈線的個數等來實現顯示圖像的高清晰化，因此即使進行像素尺寸的微細化，也可以獲得充分的電容，並且，可以實現高孔徑比。
本實施例模式可以與其他實施例模式自由組合。
實施例模式8
在本實施例模式中，下面說明在同一基板上至少製造 驅動電路的一部分和配置在像素部中的薄膜電晶體的例子。
根據實施例模式1、2、5、及6形成配置在像素部中的薄膜電晶體。此外，因為實施例模式1、2、5、及6所示的薄膜電晶體是n通道型TFT，所以將驅動電路中的可以由n通道型TFT構成的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14A示出主動矩陣型顯示裝置的方塊圖的一個例子。在顯示裝置的基板5300上包括：像素部5301；第一掃描線驅動電路5302；第二掃描線驅動電路5303；信號線驅動電路5304。在像素部5301中配置有從信號線驅動電路5304延伸的多個信號線以及從第一掃描線驅動電路5302及第二掃描線驅動電路5303延伸的多個掃描線。此外，在掃描線與信號線的交叉區中分別具有顯示元件的像素設置為矩陣狀。另外，顯示裝置的基板5300藉由FPC(撓性印刷電路)等的連接部連接於時序控制電路5305(也稱為控制器、控制IC)。
在圖14A中，在與像素部5301相同的基板5300上形成第一掃描線驅動電路5302、第二掃描線驅動電路5303、信號線驅動電路5304。由此，設置在外部的驅動電路等的構件的數量減少，所以可以實現成本的降低。另外，可以減少當在基板5300的外部設置驅動電路而使佈線延伸時的連接部的連接數量，因此可以提高可靠性或良率。
另外，作為一個例子，時序控制電路5305向第一掃描線驅動電路5302供應第一掃描線驅動電路啟動信號(GSP1)、掃描線驅動電路時鐘信號(GCK1)。此外，作為一個例子，時序控制電路5305向第二掃描線驅動電路5303供應第二掃描線驅動電路啟動信號(GSP2)(也稱為起始脈衝)、掃描線驅動電路時鐘信號(GCK2)。向信號線驅動電路5304供應信號線驅動電路啟動信號(SSP)、信號線驅動電路時鐘信號(SCK)、視頻信號資料(DATA)(也簡單地稱為視頻信號)及鎖存信號(LAT)。另外，各時鐘信號可以是錯開其週期的多個時鐘信號或者與使時鐘信號反轉的信號(CKB)一起供給的時鐘信號。另外，可以省略第一掃描線驅動電路5302和第二掃描線驅動電路5303中的一方。
圖14B示出在與像素部5301相同的基板5300上形成驅動頻率低的電路(例如，第一掃描線驅動電路5302、第二掃描線驅動電路5303)，在與像素部5301不同的基板上形成信號線驅動電路5304的結構。藉由採用該結構，可以使用其場效應遷移率比使用單晶半導體的電晶體小的薄膜電晶體構成形成在基板5300上的驅動電路。從而，可以實現顯示裝置的大型化、成本的降低或良率的提高等。
另外，實施例模式1、2、5及6所示的薄膜電晶體是n通道型TFT。圖15A和圖15B示出由n通道型TFT構成的信號線驅動電路的結構、工作的一個例子而說明。
信號線驅動電路具有移位暫存器5601及開關電路部5602。開關電路部5602具有多個電路，即開關電路5602_1至5602_N(N是自然數)。開關電路5602_1至5602_N分別具有多個電晶體，即薄膜電晶體5603_1至5603_k(k是自然數)。對薄膜電晶體5603_1至5603_k是n通道型TFT的例子進行說明。
以開關電路5602_1為例子說明信號線驅動電路的連接關係。薄膜電晶體5603_1至5603_k的第一端子分別連接到佈線5604_1至5604_k。薄膜電晶體5603_1至5603_k的第二端子分別連接到信號線S1至Sk。薄膜電晶體5603_1至5603_k的閘極連接到佈線5605_1。
移位暫存器5601具有對佈線5605_1至5605_N依次輸出H位準(也稱為H信號、高電源電位位準)的信號，並依次選擇開關電路5602_1至5602_N的功能。
開關電路5602_1具有控制佈線5604_1至5604_k與信號線S1至Sk的導通狀態(第一端子和第二端子之間的導通)的功能，即將佈線5604_1至5604_k的電位供應還是不供應到信號線S1至Sk的功能。像這樣，開關電路5602_1具有作為選擇器的功能。另外，薄膜電晶體5603_1至5603_k分別具有控制佈線5604_1至5604_k與信號線S1至Sk的導通狀態的功能，即將佈線5604_1至5604_k的電位供應到信號線S1至Sk的功能。像這樣，薄膜電晶體5603_1至5603_k分別具有作為開關的功能。
另外，對佈線5604_1至5604_k分別輸入視頻信號用 資料(DATA)。在很多情況下，視頻信號資料(DATA)是根據圖像資料或圖像信號的類比信號。
接著，參照圖15B的時序圖說明圖15A的信號線驅動電路的工作。圖15B示出信號Sout_1至Sout_N及信號Vdata_1至Vdata_k的一個例子。信號Sout_1至Sout_N分別是移位暫存器5601的輸出信號的一個例子，並且信號Vdata_1至Vdata_k分別是輸入到佈線5604_1至5604_k的信號的一個例子。另外，信號線驅動電路的一個工作期間對應於顯示裝置中的一個閘極選擇期間。作為一個例子，一個閘極選擇期間被分割為期間T1至期間TN。期間T1至期間TN分別是用來對屬於被選擇的列的像素寫入視頻信號資料(DATA)的期間。
在本實施例模式所示的附圖等中，有時為了明瞭地示出，誇大表示各結構的信號波形的畸變等。因此，不一定侷限於所示的尺寸。
在期間T1至期間TN中，移位暫存器5601將H位準的信號依次輸出到佈線5605_1至5605_N。例如，在期間T1中，移位暫存器5601將高位準的信號輸出到佈線5605_1。然後，薄膜電晶體5603_1至5603_k導通，所以佈線5604_1至5604_k與信號線S1至Sk處於導通狀態。此時，對佈線5604_1至5604_k輸入Data(S1)至Data(Sk)。Data(S1)至Data(Sk)分別藉由薄膜電晶體5603_1至5603_k寫入到屬於被選擇的行的像素中的第一行至第k行的像素。藉由上述步驟，在期間T1至TN 中，對屬於被選擇的列的像素的每k行按順序寫入視頻信號資料(DATA)。
如上所述，藉由對每多個行的像素寫入視頻信號用資料(DATA)，可以減少視頻信號資料(DATA)的數量或佈線的數量。因此，可以減少與外部電路的連接數量。此外，藉由對每多個行的像素寫入視頻信號，可以延長寫入時間，因此可以防止視頻信號的寫入不足。
另外，作為移位暫存器5601及開關電路5602，可以使用由實施例模式1、2、5及6所示的薄膜電晶體構成的電路。此時，移位暫存器5601所具有的所有電晶體的極性可以只由n通道型或p通道型的任一極性構成。
參照圖16A至圖16D及圖17A和圖17B說明用於掃描線驅動電路及/或信號線驅動電路的一部分的移位暫存器的一個實施例。
掃描線驅動電路具有移位暫存器。此外，有時也可以具有位準移動器、緩衝器等。在掃描線驅動電路中，藉由對移位暫存器輸入時鐘信號(CLK)及起始脈衝信號(SP)，生成選擇信號。所生成的選擇信號在緩衝器中被緩衝放大並供應到對應的掃描線。掃描線連接到一行的像素的電晶體的閘極電極。而且，由於需要將一行的像素的電晶體同時導通，因此使用能夠使大電流流過的緩衝器。
移位暫存器具有第一脈衝輸出電路10_1至第N脈衝輸出電路10_N(N是3以上的自然數)(參照圖16A)。向圖16A所示的移位暫存器的第一脈衝輸出電路 10_1至第N脈衝輸出電路10_N從第一佈線11供應第一時鐘信號CK1，從第二佈線12供應第二時鐘信號CK2，從第三佈線13供應第三時鐘信號CK3，從第四佈線14供應第四時鐘信號CK4。另外，對第一脈衝輸出電路10_1輸入來自第五佈線15的起始脈衝SP1(第一起始脈衝)。此外，對第二級以後的第n脈衝輸出電路10_n(n是2以上且N以下的自然數)輸入來自前一級的脈衝輸出電路的信號(稱為前級信號OUT(n-1)(SR))(n是2以上且N以下的自然數)。另外，對第一脈衝輸出電路10_1輸入來自後二級的第三脈衝輸出電路10_3的信號。同樣地，對第二級以後的第n脈衝輸出電路10_n輸入來自後二級的第(n+2)脈衝輸出電路10_(n+2)的信號(後級信號OUT(n+2)(SR))。從而，從各級的脈衝輸出電路輸出用來輸入到後級及/或前二級的脈衝輸出電路的第一輸出信號(OUT(1)(SR)至OUT(N)(SR))、輸入到其他電路等的第二輸出信號(OUT(1)至OUT(N))。另外，如圖16A所示，由於不對移位暫存器的最後級的兩個級輸入後級信號OUT(n+2)，所以作為一個例子，採用另行分別輸入第二起始脈衝SP2、第三起始脈衝SP3的結構即可。
另外，時鐘信號(CK)是以一定間隔反復H位準和L位準(也稱為L信號、低電源電位位準)的信號。在此，第一時鐘信號(CK1)至第四時鐘信號(CK4)依次遲延1/4週期。在本實施例模式中，利用第一時鐘信號 (CK1)至第四時鐘信號(CK4)而進行脈衝輸出電路的驅動的控制等。注意，時鐘信號根據所輸入的驅動電路有時稱為GCK、SCK，在此稱為CK而說明。
第一輸入端子21、第二輸入端子22及第三輸入端子23電連接到第一佈線11至第四佈線14中的任一個。例如，在圖16A中，在第一脈衝輸出電路10_1中，第一輸入端子21電連接到第一佈線11，第二輸入端子22電連接到第二佈線12，並且第三輸入端子23電連接到第三佈線13。此外，在第二脈衝輸出電路10_2中，第一輸入端子21電連接到第二佈線12，第二輸入端子22電連接到第三佈線13，並且第三輸入端子23電連接到第四佈線14。
第一脈衝輸出電路10_1至第N脈衝輸出電路10_N分別包括第一輸入端子21、第二輸入端子22、第三輸入端子23、第四輸入端子24、第五輸入端子25、第一輸出端子26、第二輸出端子27(參照圖16B)。在第一脈衝輸出電路10_1中，對第一輸入端子21輸入第一時鐘信號CK1，對第二輸入端子22輸入第二時鐘信號CK2，對第三輸入端子23輸入第三時鐘信號CK3，對第四輸入端子24輸入起始脈衝，對第五輸入端子25輸入後級信號OUT(3)，從第一輸入端子26輸出第一輸出信號OUT(1)(SR)，從第二輸出端子27輸出第二輸出信號OUT(1)。
另外，第一脈衝輸出電路10_1至第N脈衝輸出電路 10_N除了三端子薄膜電晶體(TFT：Thin Film Transistor)之外還可以使用在上述實施例模式中說明的四端子薄膜電晶體。圖16C示出在上述實施例模式中說明的四端子薄膜電晶體28的標誌。圖16C所示的薄膜電晶體28的標誌是指在上述實施例模式1、2、5及6中的任一中說明的四端子薄膜電晶體，而以下在附圖等中使用該標誌。另外，在本說明書中，當薄膜電晶體隔著半導體層具有兩個閘極電極時，將位於半導體層的下方的閘極電極也稱為下方的閘極電極，而將位於半導體層的上方的閘極電極也稱為上方的閘極電極。薄膜電晶體28是一種元件，該元件能夠利用輸入到下方的閘極電極的第一控制信號G1及輸入到上方閘極電極的第二控制信號G2來電控制In端子與Out端子之間。
當將氧化物半導體用於薄膜電晶體的包括通道形成區的半導體層時，有時臨界值電壓依靠製造製程而移動到負一側或正一側。因此，在將氧化物半導體用於包括通道形成區的半導體層的薄膜電晶體中，最好採用能夠進行臨界值電壓的控制的結構。藉由在薄膜電晶體28的通道形成區上下隔著閘極絕緣膜設置閘極電極，並控制上部及/或下部的閘極電極的電位，而可以將圖16C所示的薄膜電晶體28的臨界值電壓控制為所希望的值。
接著，參照圖16D說明圖16B所示的脈衝輸出電路的具體的電路結構的一個例子。
圖16D所示的脈衝輸出電路具有第一電晶體31至第 十三電晶體43(參照圖16D)。此外，除了上述第一輸入端子21至第五輸入端子25以及第一輸出端子26、第二輸出端子27以外，從被供應第一高電源電位VDD的電源線51、被供應第二高電源電位VCC的電源線52、被供應低電源電位VSS的電源線53向第一電晶體31至第十三電晶體43供應信號或電源電位。在此，示出圖16D的各電源線的電源電位的大小關係：即第一電源電位VDD是第二電源電位VCC以上的電位，並且第二電源電位VCC是大於第三電源電位VSS的電位。此外，第一時鐘信號(CK1)至第四時鐘信號(CK4)是以一定間隔反復H位準和L位準的信號，並且當H位準時電位為VDD，並且當L位準時電位為VSS。另外，藉由使電源線51的電位VDD高於電源線52的電位VCC，可以不影響到工作地將施加到電晶體的閘極電極的電位抑制得低，並降低電晶體的臨界值的移動，而可以抑制劣化。另外，最好作為第一電晶體31至第十三電晶體43中的第一電晶體31、第六電晶體36至第九電晶體39，使用四端子薄膜電晶體28。要求第一電晶體31、第六電晶體36至第九電晶體39利用閘極電極的控制信號切換連接有成為源極電極或汲極電極的電極之一的節點的電位。即，第一電晶體31、第六電晶體36至第九電晶體39是如下電晶體，即對於輸入到閘極電極的控制信號的回應越快(導通電流的上升陡峭)，越可以減少脈衝輸出電路的錯誤工作。因此，藉由使用四端子薄膜電晶體，可以控制臨界值電壓，以可以得 到更可以減少錯誤工作的脈衝輸出電路。
在圖16D的第一電晶體31中，第一端子電連接到電源線51，第二端子電連接到第九電晶體39的第一端子，閘極電極(下方的閘極電極及上方的閘極電極)電連接到第四輸入端子24。在第二電晶體32中，第一端子電連接到電源線53，第二端子電連接到第九電晶體39的第一端子，閘極電極電連接到第四電晶體34的閘極電極。在第三電晶體33中，第一端子電連接到第一輸入端子21，第二端子電連接到第一輸出端子26。在第四電晶體34中，第一端子電連接到電源線53，第二端子電連接到第一輸出端子26。在第五電晶體35中，第一端子電連接到電源線53，第二端子電連接到第二電晶體32的閘極電極及第四電晶體34的閘極電極，閘極電極電連接到第四輸入端子24。在第六電晶體36中，第一端子電連接到電源線52，第二端子電連接到第二電晶體32的閘極電極及第四電晶體34的閘極電極，閘極電極(下方的閘極電極及上方的閘極電極)電連接到第五輸入端子25。在第七電晶體37中，第一端子電連接到電源線52，第二端子電連接到第八電晶體38的第二端子，閘極電極(下方的閘極電極及上方的閘極電極)電連接到第三輸入端子23。在第八電晶體38中，第一端子電連接到第二電晶體32的閘極電極及第四電晶體34的閘極電極，閘極電極(下方的閘極電極及上方的閘極電極)電連接到第二輸入端子22。在第九電晶體39中，第一端子電連接到第一電晶體31的 第二端子及第二電晶體32的第二端子，第二端子電連接到第三電晶體33的閘極電極及第十電晶體40的閘極電極，閘極電極(下方的閘極電極及上方的閘極電極)電連接到電源線52。在第十電晶體40中，第一端子電連接到第一輸入端子21，第二端子電連接到第二輸出端子27，閘極電極電連接到第九電晶體39的第二端子。在第十一電晶體41中，第一端子電連接到電源線53，第二端子電連接到第二輸出端子27，閘極電極電連接到第二電晶體32的閘極電極及第四電晶體34的閘極電極。在第十二電晶體42中，第一端子電連接到電源線53，第二端子電連接到第二輸出端子27，閘極電極電連接到第七電晶體37的閘極電極(下方的閘極電極及上方的閘極電極)。在第十三電晶體43中，第一端子電連接到電源線53，第二端子電連接到第一輸出端子26，閘極電極電連接到第七電晶體37的閘極電極(下方的閘極電極及上方的閘極電極)。
在圖16D中，以第三電晶體33的閘極電極、第十電晶體40的閘極電極以及第九電晶體39的第二端子的連接部分為節點A。此外，以第二電晶體32的閘極電極、第四電晶體34的閘極電極、第五電晶體35的第二端子、第六電晶體36的第二端子、第八電晶體38的第一端子以及第十一電晶體41的閘極電極的連接部分為節點B。
圖17A示出如下信號，即當將圖16D所說明的脈衝輸出電路應用於第一脈衝輸出電路10_1時對第一輸入端 子21至第五輸入端子25輸入的信號或者從第一輸出端子26及第二輸出端子27輸出的信號。
明確而言，對第一輸入端子21輸入第一時鐘信號CK1，對第二輸入端子22輸入第二時鐘信號CK2，對第三輸入端子23輸入第三時鐘信號CK3，對第四輸入端子24輸入起始脈衝，對第五輸入端子25輸入後級信號OUT(3)，從第一輸出端子26輸出第一輸出信號OUT(1)(SR)，並且從第二輸出端子27輸出第二輸出信號OUT(1)。
此外，薄膜電晶體是指至少具有包括閘極、汲極電極以及源極電極的三個端子的元件。另外，在與閘極重疊的區域中具有形成通道區的半導體，因此藉由控制閘極的電位，可以藉由通道區控制流在汲極電極和源極電極之間的電流。在此，因為源極電極和汲極電極根據薄膜電晶體的結構或工作條件等而變化，所以很難限定哪個是源極電極哪個是汲極電極。因此，有時不將用作源極電極及汲極電極的區域稱為源極電極或汲極電極。在此情況下，作為一個例子，有時將用作源極電極及汲極電極的區域分別記為第一端子、第二端子。
另外，在圖16D、圖17A中，也可以另行設置用來藉由使節點A處於浮動狀態來進行升壓工作的電容元件。另外，也可以另行設置將其一方的電極電連接到節點B的電容元件，以保持節點B的電位。
在此，圖17B示出圖17A所示的具備多個脈衝輸出 電路的移位暫存器的時序圖。此外，在移位暫存器是掃描線驅動電路時，圖17B中的期間61相當於垂直回掃期間，並且期間62相當於閘極選擇期間。
此外，如圖17A所示，藉由設置其閘極被施加第二電源電位VCC的第九電晶體39，在升壓工作的前後有如下優點。
在沒有其閘極電極被施加第二電位VCC的第九電晶體39的情況下，當因升壓工作而節點A的電位上升時，第一電晶體31的第二端子的源極電極電位上升，而該源極電極電位變大於第一電源電位VDD。然後，第一電晶體31的源極電極轉換為第一端子一側，即電源線51一側。因此，在第一電晶體31中，因為對閘極和源極電極之間以及閘極和汲極電極之間施加較大的偏壓，所以閘極和源極電極之間以及閘極和汲極電極之間受到較大的壓力，這會導致電晶體的劣化。於是，藉由預先設置其閘極電極被施加第二電源電位VCC的第九電晶體39，雖然因升壓工作而節點A的電位上升，但是可以不使第一電晶體31的第二端子的電位上升。換言之，藉由設置第九電晶體39，可以將對第一電晶體31的閘極和源極電極之間施加的負偏壓的值設定得小。由此，由於藉由採用本實施例模式的電路結構來可以將施加到第一電晶體31的閘極和源極電極之間的負偏壓設定得小，所以可以抑制因壓力而導致的第一電晶體31的劣化。
此外，只要在第一電晶體31的第二端子和第三電晶 體33的閘極之間以藉由第一端子和第二端子連接的方式設置第九電晶體39，就對設置第九電晶體39的結構沒有特別的限制。另外，在採用具有多個本實施例模式的脈衝輸出電路的移位暫存器時，在其級數與掃描線驅動電路相比多的信號線驅動電路中也可以省略第九電晶體39，而減少電晶體的數量是優點。
另外，藉由作為第一電晶體31至第十三電晶體43的半導體層使用氧化物半導體，可以降低薄膜電晶體的截止電流並提高導通電流及場效應遷移率，並且還可以降低劣化的程度，所以可以減少電路內的錯誤工作。此外，因對其閘極電極施加高電位而導致的電晶體的劣化的程度比使用非晶矽的電晶體小。由此，即使對供應第二電源電位VCC的電源線供應第一電源電位VDD也可以得到相同的工作，並且可以減少引導電路之間的電源線的數量，因此可以實現電路的小型化。
另外，即使替換接線關係也具有同樣的作用，向第七電晶體37的閘極電極(下方的閘極電極及上方的閘極電極)藉由第三輸入端子23供應的時鐘信號、向第八電晶體38的閘極電極(下方的閘極電極及上方的閘極電極)藉由第二輸入端子22供應的時鐘信號成為向第七電晶體37的閘極電極(下方的閘極電極及上方的閘極電極)藉由第二輸入端子22供應的時鐘信號、向第八電晶體38的閘極電極(下方的閘極電極及上方的閘極電極)藉由第三輸入端子23供應的時鐘信號。此時，在圖17A所示的移 位暫存器中，藉由從第七電晶體37及第八電晶體38的狀態都是導通狀態變化到第七電晶體37截止且第八電晶體38導通的狀態，然後成為第七電晶體37截止且第八電晶體38截止的狀態，而由第二輸入端子22及第三輸入端子23的電位降低所產生的節點B的電位的降低發生兩次，該節點B的電位的降低起因於第七電晶體37的閘極電極的電位的降低及第八電晶體38的閘極電極的電位的降低。另一方面，在圖17A所示的移位暫存器中，如圖17B的期間61所示那樣，藉由從第七電晶體37及第八電晶體38的狀態都是導通狀態變化到第七電晶體37導通且第八電晶體38截止的狀態，然後成為第七電晶體37截止且第八電晶體38截止的狀態，而由第二輸入端子22及第三輸入端子23的電位的降低所產生的節點B的電位的降低僅發生一次，該節點B的電位的降低起因於第八電晶體38的閘極電極的電位的降低。由此，最好採用如下連接關係：從第三輸入端子23向第七電晶體37的閘極電極(下方的閘極電極及上方的閘極電極)供應時鐘信號，從第二輸入端子22向第八電晶體38的閘極電極(下方的閘極電極及上方的閘極電極)供應時鐘信號.這是因為可以減少節點B的電位的變動次數，並降低雜訊。
像這樣，藉由採用在將第一輸出端子26及第二輸出端子27的電位保持為L位準的期間中對節點B定期供應H位準的信號的結構，可以抑制脈衝輸出電路的錯誤工作。
實施例模式9
藉由製造薄膜電晶體並將該薄膜電晶體用於像素部及驅動電路，可以製造具有顯示功能的半導體裝置(也稱為顯示裝置)。此外，可以在與像素部同一基板上一體地形成使用薄膜電晶體的驅動電路的一部分或整體，而形成系統型面板(system-on-panel)。
顯示裝置包括顯示元件。作為顯示元件，可以使用液晶元件(也稱為液晶顯示元件)、發光元件(也稱為發光顯示元件)。在發光元件的範疇內包括利用電流或電壓控制亮度的元件，明確而言，包括無機EL(Electro Luminescence：電致發光)元件、有機EL元件等。此外，也可以使用電子墨水等的其對比度因電作用而變化的顯示媒體。
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，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的元件基板在多個像素的每一個中分別具備用來將電流供應到顯示元件的單元。明確而言，元件基板既可以處於只形成有顯示元件的像素電極的狀態，又可以處於形成成為像素電極的導電膜之後且藉由蝕刻形成像素電極之前的狀態，可以是任何狀態。
注意，本說明書中的顯示裝置是指影像顯示裝置、顯示裝置或光源(包括照明裝置)。另外，顯示裝置還包 括：安裝有連接器諸如FPC(Flexible Printed Circuit：撓性印刷電路)、TAB(Tape Automated Bonding：載帶自動接合)帶或TCP(Tape Carrier Package：載帶封裝)的模組；在TAB帶或TCP的端部上設置有印刷線路板的模組；藉由COG(Chip On Glass：玻璃上晶片)方式將IC(積體電路)直接安裝到顯示元件上的模組。
參照圖10A1、圖10A2以及圖10B說明相當於半導體裝置的一個實施例的液晶顯示面板的外觀及截面。圖10A1、圖10A2是一種面板的平面圖，其中利用密封材料4005將薄膜電晶體4010、4011及液晶元件4013密封在第一基板4001和第二基板4006之間。圖10B相當於沿著圖10A1、圖10A2的M-N的截面圖。
以圍繞設置在第一基板4001上的像素部4002和掃描線驅動電路4004的方式設置有密封材料4005。此外，在像素部4002和掃描線驅動電路4004上設置有第二基板4006。因此，像素部4002和掃描線驅動電路4004與液晶層4008一起由第一基板4001、密封材料4005和第二基板4006密封。此外，在第一基板4001上的與由密封材料4005圍繞的區域不同的區域中安裝有信號線驅動電路4003，該信號線驅動電路4003使用單晶半導體膜或多晶半導體膜形成在另行準備的基板上。
注意，對另行形成的驅動電路的連接方法沒有特別的限制，而可以採用COG(Chip On Glass：玻璃覆晶封裝)方法、引線接合方法或TAB(Tape Automated Bonding：卷帶式自動接合)方法等。圖10A1是藉由COG方法安裝信號線驅動電路4003的例子，並且圖10A2是藉由TAB方法安裝信號線驅動電路4003的例子。
此外，設置在第一基板4001上的像素部4002和掃描線驅動電路4004包括多個薄膜電晶體。在圖10B中例示像素部4002所包括的薄膜電晶體4010和掃描線驅動電路4004所包括的薄膜電晶體4011。在薄膜電晶體4010、4011上設置有絕緣層4041a、4041b、4042a、4042b、4020、4021。
可以將實施例模式1、2、5及6所示的包括氧化物半導體層的可靠性高的薄膜電晶體用於薄膜電晶體4010、4011。作為用於驅動電路的薄膜電晶體4011可以使用實施例模式1、2、5及6所示的薄膜電晶體260、270，並且作為用於像素的薄膜電晶體4010可以使用薄膜電晶體420、448、220、280、290。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。
在絕緣層4021上，在與用於驅動電路的薄膜電晶體4011的氧化物半導體層的通道形成區重疊的位置上設置有導電層4040。藉由在與氧化物半導體層的通道形成區重疊的位置上設置導電層4040，可以降低BT(Bias Temperture：偏壓-溫度)測試前後的薄膜電晶體4011的臨界值電壓的變化量。另外，導電層4040的電位可以與薄膜電晶體4011的閘極電極層相同或不同，並且也可以將導電層4040用作第二閘極電極層。另外，導電層4040 的電位可以是GND、0V或浮動狀態。
此外，液晶元件4013所具有的像素電極層4030與薄膜電晶體4010電連接。而且，液晶元件4013的對置電極層4031形成在第二基板4006上。像素電極層4030、對置電極層4031和液晶層4008重疊的部分相當於液晶元件4013。另外，像素電極層4030、對置電極層4031分別設置有用作取向膜的絕緣層4032、4033，並隔著絕緣層4032、4033夾有液晶層4008。
另外，作為第一基板4001、第二基板4006，可以使用透光基板，而可以使用玻璃、陶瓷、塑膠。作為塑膠，可以使用FRP(Fiberglass-Reinforced Plastics：玻璃纖維強化塑膠)板、PVF(聚氟乙烯)薄膜、聚酯薄膜或丙烯酸樹脂薄膜。
此外，附圖標記4035表示藉由對絕緣膜選擇性地進行蝕刻而得到的柱狀間隔物，並且它是為控制像素電極層4030和對置電極層4031之間的距離(盒間隙(cell gap))而設置的。另外，還可以使用球狀間隔物。另外，對置電極層4031電連接到設置在與薄膜電晶體4010同一基板上的公共電位線。可以使用公共連接部並藉由配置在一對基板之間的導電粒子電連接對置電極層4031和公共電位線。此外，將導電粒子包含在密封材料4005中。
另外，還可以使用不使用取向膜的呈現藍相的液晶。藍相是液晶相的一種，是指當使膽甾相液晶的溫度上升時 即將從膽甾相轉變到各相同性相之前出現的相。由於藍相只出現在較窄的溫度範圍內，所以為了改善溫度範圍而將混合有5wt%以上的手性試劑的液晶組成物用於液晶層4008。由於包含呈現藍相的液晶和手性試劑的液晶組成物的回應速度短，即為1msec以下，並且它具有光學各向同性，所以不需要取向處理，從而視角依賴性低。
另外，除了可以應用於透過型液晶顯示裝置之外，還可以應用於半透過型液晶顯示裝置。
另外，雖然示出在基板的外側(可見一側)設置偏光板，並且在內側依次設置著色層、用於顯示元件的電極層的液晶顯示裝置的例子，但是也可以在基板的內側設置偏光板。另外，偏光板和著色層的疊層結構也不侷限於本實施例模式的結構，根據偏光板和著色層的材料或製造製程條件適當地設定即可。另外，還可以設置用作黑色矩陣(black matrix)的遮光膜。
薄膜電晶體4011形成有用作通道保護層的絕緣層4041a和覆蓋氧化物半導體層的邊緣部(包括側面)的絕緣層4041b。同樣地，薄膜電晶體4010形成有用作通道保護層的絕緣層4042a和覆蓋氧化物半導體層的邊緣部(包括側面)的絕緣層4042b。
作為覆蓋氧化物半導體層的疊層的邊緣部(包括側面)的氧化物絕緣層的絕緣層4041b、4042b使閘極電極層與形成在其上方或周邊的佈線層(源佈線層或電容佈線層等)之間的距離變大而可以實現寄生電容的降低。絕緣 層4041a、4041b、4042a、4042b藉由與實施例模式1所示的氧化物絕緣層426a、426b相同的材料及方法形成，即可。另外，為了減少薄膜電晶體的表面凹凸，採用使用用作平坦化絕緣膜的絕緣層4021覆蓋的結構。在此，使用實施例模式1並藉由濺射法來形成氧化矽膜作為絕緣層4041a、4041b、4042a、4042b。
另外，在絕緣層4041a、4041b、4042a、4042b上形成有絕緣層4020。層疊形成實施例模式1所示的絕緣層428和保護絕緣層403並使用相同材料及相同方法來形成絕緣層4020，即可。雖然在圖10B中示出單層，但是在此採用絕緣層428和使用與絕緣層428不同材料形成的保護絕緣層403的疊層。在此，層疊形成藉由濺射法形成的氧化矽膜和藉由濺射法形成的氮化矽膜作為絕緣層4020。
另外，形成絕緣層4021作為平坦化絕緣膜。作為絕緣層4021，使用與實施例模式1所示的平坦化絕緣層404相同的材料及方法即可，而可以使用具有耐熱性的有機材料如聚醯亞胺、丙烯酸樹脂、苯並環丁烯類樹脂、聚醯胺、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)、矽氧烷類樹脂、PSG(磷矽玻璃)、BPSG(硼磷矽玻璃)等。另外，也可以藉由層疊多個由這些材料形成的絕緣膜來形成絕緣層4021。
另外，矽氧烷類樹脂相當於以矽氧烷類材料為起始材 料而形成的包含Si-O-Si鍵的樹脂。作為矽氧烷類樹脂的取代基，可以使用有機基(例如烷基、芳基)、氟基團。另外，有機基也可以具有氟基團。
對絕緣層4021的形成方法沒有特別的限制，可以根據其材料利用如下方法及設備：濺射法、SOG法、旋塗、浸漬、噴塗、液滴噴射法(噴墨法、絲網印刷、膠版印刷等)等的方法；刮片、輥塗機、幕塗機、刮刀塗佈機等的設備。藉由兼作絕緣層4021的焙燒製程和對半導體層的退火，可以有效地製造半導體裝置。
作為像素電極層4030、對置電極層4031，可以使用具有透光性的導電材料諸如包含氧化鎢的氧化銦、包含氧化鎢的氧化銦鋅、包含氧化鈦的氧化銦、包含氧化鈦的氧化銦錫、氧化銦錫(下面表示為ITO)、氧化銦鋅、添加有氧化矽的氧化銦錫等。
此外，可以使用包含導電高分子(也稱為導電聚合物)的導電組成物形成像素電極層4030、對置電極層4031。使用導電組成物形成的像素電極的薄層電阻最好為10000Ω/□以下，並且其波長為550nm時的透光率最好為70%以上。另外，導電組成物所包含的導電高分子的電阻率最好為0.1Ω．cm以下。
作為導電高分子，可以使用所謂的π電子共軛類導電高分子。例如，可以舉出聚苯胺或其衍生物、聚吡咯或其衍生物、聚噻吩或其衍生物、或者上述材料中的兩種以上的共聚物等。
另外，供應到另行形成的信號線驅動電路4003、掃描線驅動電路4004或像素部4002的各種信號及電位是從FPC4018供應的。
連接端子電極4015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，並且端子電極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電連接到FPC4018所具有的端子。
此外，雖然在圖10A1、10A2以及10B中示出另行形成信號線驅動電路4003並將信號線驅動電路4003安裝在第一基板4001上的例子，但是不侷限於該結構。既可以另行形成掃描線驅動電路而安裝，又可以另行僅形成信號線驅動電路的一部分或掃描線驅動電路的一部分而安裝。
圖19示出使用藉由本說明書所公開的製造方法製造的TFT基板2600來構成液晶顯示模組作為半導體裝置的一個例子。
圖19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，對應於各像素地設置有分別對應於紅色、綠色、藍色的各顏色的著色層。在TFT基板2600和對置基板2601的外側配置有偏 光板2606、偏光板2607、擴散板2613。光源由冷陰極管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，並且其中組裝有控制電路、電源電路等的外部電路。此外，也可以以在偏光板和液晶層之間具有相位差板的狀態層疊。
作為液晶顯示模組，可以採用TN(扭曲向列：Twisted Nematic)模式、IPS(平面內轉換：In-Plane-Switching)模式、FFS(邊緣電場轉換：Fringe Field Switching)模式、MVA(多疇垂直取向：Multi-domain Vertical Alignment)模式、PVA(垂直取向構型：Patterned Vertical Alignment)模式、ASM(軸對稱排列微胞：Axially Symmetric Aligned Micro-cell)模式、OCB(光學補償彎曲：Optical Compensated Birefringence)模式、FLC(鐵電性液晶：Ferroelectric Liquid Crystal)模式、AFLC(反鐵電性液晶：AntiFerroelectric Liquid Crystal)模式等。
藉由上述製程，可以製造作為半導體裝置的可靠性高的液晶顯示面板。
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
作為半導體裝置，示出電子紙的例子。
可以將半導體裝置用於利用與切換元件電連接的元件 來驅動電子墨水的電子紙。電子紙也稱為電泳顯示裝置(電泳顯示器)，並具有如下優點：與紙相同的易讀性；耗電量比其他的顯示裝置低；可以形成為薄且輕的形狀。
作為電泳顯示器，可以考慮各種方式。在電泳顯示器中，在溶劑或溶質中分散有多個包含具有正電荷的第一粒子和具有負電荷的第二粒子的微囊，並且藉由對微囊施加電場來使微囊中的粒子向彼此相反的方向移動，以僅顯示集合在一側的粒子的顏色。另外，第一粒子或第二粒子包含染料，並且在沒有電場時不移動。此外，第一粒子和第二粒子的顏色不同(包含無色)。
像這樣，電泳顯示器是利用所謂的介電電泳效應的顯示器，在該介電電泳效應中，介電常數高的物質移動到高電場區。
在溶劑中分散有上述微囊的溶液稱為電子墨水，該電子墨水可以印刷到玻璃、塑膠、布、紙等的表面上。另外，還可以藉由使用彩色濾光片或具有色素的粒子來進行彩色顯示。
此外，藉由在主動矩陣基板上適當地設置多個上述微囊以使微囊夾在兩個電極之間，而完成主動矩陣型顯示裝置，並且藉由對微囊施加電場可以進行顯示。例如，可以使用根據實施例模式1、2、5及6的薄膜電晶體而得到的主動矩陣基板。
此外，作為微囊中的第一粒子及第二粒子，使用選自導電材料、絕緣材料、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、磁泳材料中的其中之一者或這些材料的組合材料即可。
在圖18中，作為半導體裝置的例子示出主動矩陣型電子紙。用於半導體裝置的薄膜電晶體581可以與實施例模式1所示的薄膜電晶體同樣地製造，並且該薄膜電晶體581是包括氧化物半導體層的可靠性高的薄膜電晶體。此外，也可以將實施例模式2、5及6所示的薄膜電晶體用於本實施例模式所示的薄膜電晶體581。
圖18的電子紙是採用旋轉球顯示(twisting ball display)方式的顯示裝置的例子。旋轉球顯示方式是指一種方法，其中將分別著色為白色和黑色的球形粒子配置在用於顯示元件的電極層的第一電極層和第二電極層之間，並使第一電極層和第二電極層產生電位差來控制球形粒子的方向，以進行顯示。
形成在基板580上的薄膜電晶體581是底柵結構的薄膜電晶體，並且由與半導體層接觸的絕緣膜583覆蓋。薄膜電晶體581的源極電極層或汲極電極層在形成於絕緣層585中的開口中接觸於第一電極層587，並且薄膜電晶體581的源極電極層或汲極電極層與第一電極層587電連接。在第一電極層587和形成在基板596上的第二電極層588之間設置有球形粒子589，該球形粒子589具有黑色區590a、白色區590b，並且黑色區590a、白色區590b的周圍包括充滿了液體的空洞594，並且球形粒子589的周圍充滿有樹脂等的填料595。第一電極層587相當於像素 電極，第二電極層588相當於公共電極。第二電極層588電連接到設置在與薄膜電晶體581同一基板580上的公共電位線。可以使用公共連接部來藉由配置在一對基板之間的導電粒子電連接第二電極層588和公共電位線。
此外，還可以使用電泳元件代替旋轉球。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。在設置在第一電極層和第二電極層之間的微囊中，當由第一電極層和第二電極層施加電場時，白色微粒和黑色微粒向相反方向移動，從而可以顯示白色或黑色。應用該原理的顯示元件就是電泳顯示元件，一般地稱為電子紙。電泳顯示元件具有比液晶顯示元件高的反射率，因而不需要輔助燈。此外，耗電量低，並且在昏暗的地方也能夠辨認顯示部。另外，即使不向顯示部供應電源，也能夠保持顯示過一次的圖像。因此，即使使具有顯示功能的半導體裝置(簡單地稱為顯示裝置，或稱為具備顯示裝置的半導體裝置)從電波發射源離開，也能夠保存顯示過的圖像。
藉由上述製程，可以製造作為半導體裝置的可靠性高的電子紙。
本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11
作為半導體裝置，示出發光顯示裝置的例子。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。根據其發光材料是有機化合物還是無機化合物對利用電致發光的發光元件進行區別，一般前者稱為有機EL元件，而後者稱為無機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植入到包含發光有機化合物的層，以電流流過。而且，藉由這些載子(電子和電洞)重新結合，發光有機化合物形成激發態，並且當該激發態恢復到基態時獲得發光。根據該機理，這種發光元件稱為電流激發型的發光元件。
無機EL元件根據其元件結構分類為分散型無機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，並且其發光機理是利用施主能級和受主能級的施主-受主重新結合型發光。薄膜型無機EL元件具有利用電介質層夾持發光層並還利用電極夾持該夾有發光層的電介質層的結構，並且其發光機理是利用金屬離子的內殼層電子躍遷的定域型發光。另外，在此，作為發光元件使用有機EL元件而進行說明。
圖12是示出可以使用數位時間灰度級驅動的像素結構的一個例子作為半導體裝置的例子的圖。
說明可以使用數位時間灰度級驅動的像素的結構以及像素的工作。在此示出在一個像素中使用兩個n通道型電晶體的例子，在該n通道型電晶體中將氧化物半導體層用 於通道形成區。
像素6400包括開關電晶體6401、發光元件驅動電晶體6402、發光元件6404以及電容元件6403。在開關電晶體6401中，閘極與掃描線6406連接，第一電極(源極電極和汲極電極中的一方)與信號線6405連接，並且第二電極(源極電極和汲極電極中的另一方)與發光元件驅動電晶體6402的閘極連接。在發光元件驅動電晶體6402中，閘極藉由電容元件6403與電源線6407連接，第一電極與電源線6407連接，第二電極與發光元件6404的第一電極(像素電極)連接。發光元件6404的第二電極相當於公共電極6408。公共電極6408與形成在同一基板上的公共電位線電連接。
另外，將發光元件6404的第二電極(公共電極6408)設定為低電源電位。另外，低電源電位是指以電源線6407所設定的高電源電位為基準滿足低電源電位<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。將該高電源電位與低電源電位的電位差施加到發光元件6404上，為了使電流流過發光元件6404以使發光元件6404發光，以使高電源電位與低電源電位的電位差成為發光元件6404的正向臨界值電壓以上的方式分別設定每個電位。
另外，還可以使用發光元件驅動電晶體6402的閘極電容代替電容元件6403而省略電容元件6403。至於發光元件驅動電晶體6402的閘極電容，也可以在通道區域與 閘極電極之間形成有電容。
在此，當採用電壓輸入電壓驅動方式時，對發光元件驅動電晶體6402的閘極輸入使發光元件驅動電晶體6402充分處於導通或截止的兩種狀態的視頻信號。即，使發光元件驅動電晶體6402在線性區域中工作。由於使發光元件驅動電晶體6402在線性區域中工作，所以將比電源線6407的電壓高的電壓施加到發光元件驅動電晶體6402的閘極。另外，對信號線6405施加(電源線電壓+驅動電晶體6402的Vth)以上的電壓。
另外，當進行類比灰度級驅動而代替數位時間灰度級驅動時，藉由使信號的輸入不同，可以使用與圖12相同的像素結構。
當進行類比灰度級驅動時，對發光元件驅動電晶體6402的閘極施加發光元件6404的正向電壓+發光元件驅動電晶體6402的Vth以上的電壓。發光元件6404的正向電壓是指當設定為所希望的亮度時的電壓，至少包括正向臨界值電壓。另外，藉由輸入使發光元件驅動電晶體6402在飽和區域中工作的視頻信號，可以使電流流過發光元件6404。為了使發光元件驅動電晶體6402在飽和區域中工作，將電源線6407的電位設定為高於發光元件驅動電晶體6402的閘極電位。藉由將視頻信號設定為類比方式，可以使與視頻信號對應的電流流過發光元件6404，而進行類比灰度級驅動。
此外，圖12所示的像素結構不侷限於此。例如，也 可以還對圖12所示的像素追加開關、電阻元件、電容元件、電晶體或邏輯電路等。
接著，參照圖13A至13C說明發光元件的結構。在此，以驅動TFT是n型的情況為例子來說明像素的截面結構。用於圖13A、13B和13C的半導體裝置的驅動TFT7001、7011、7021可以與實施例模式1所示的薄膜電晶體同樣地製造，並且驅動TFT7001、7011、7021是包括氧化物半導體層的可靠性高的薄膜電晶體。此外，也可以將實施例模式2、5及6所示的薄膜電晶體用作TFT7001、7011、7021。
為了得到發光，發光元件的陽極或陰極的至少一方是透明即可。而且，在基板上形成薄膜電晶體及發光元件，並且發光元件有如下結構，即從與基板相反的面得到發光的頂部發射、從基板一側的面得到發光的底部發射以及從基板一側及與基板相反的面得到發光的雙面發射結構。像素結構可以應用於任何發射結構的發光元件。
使用圖13A說明頂部發射結構的發光元件。
在圖13A中示出當發光元件驅動TFT7001是n型，並且從發光元件7002發射的光穿過陽極7005一側時的像素的截面圖。在圖13A中，發光元件7002的陰極7003與驅動TFT7001藉由形成在平坦化絕緣層7007、保護絕緣層7000及絕緣層7006中的接觸孔電連接，在接觸孔上設置有分隔壁7009，在陰極7003上按順序層疊有發光層7004、陽極7005。作為陰極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，最好採用Ca、Al、MgAg、AlLi等。而且，發光層7004可以由單層或多個層的疊層構成。當發光層7004由多個層構成時，在陰極7003上按順序層疊電子植入層、電子傳輸層、發光層、電洞傳輸層、電洞植入層。注意，不需要設置上述的所有層。使用具有透過光的透光性的導電材料形成陽極7005，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。
使用陰極7003及陽極7005夾有發光層7004的區域相當於發光元件7002。在圖13A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，使用圖13B說明底部發射結構的發光元件。圖13B示出在發光元件驅動TFT7011是n型，並且從發光元件7012發射的光向陰極7013一側發射的情況下的像素的截面圖。在圖13B中，在與發光元件驅動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，並且在陰極7013上按順序層疊有發光層7014、陽極7015。另外，當陽極7015具有透光性時，也可以覆蓋陽極上地形成有用來反射光或進行遮光的遮罩膜7016。與圖13A的情況同樣地，作為陰極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(最好為5nm至30nm左右)。例如，也可以將膜厚度為20nm的鋁膜用作陰極7013。而且，與圖13A同樣地，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13A同樣地使用具有透光性的導電材料形成。並且，雖然作為遮罩膜7016例如可以使用反射光的金屬等，但是不侷限於金屬膜。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13B所示的像素中，從發光元件7012發射的光如箭頭所示那樣向陰極7013一側發射。另外，在圖13B中示出作為閘極電極層使用具有透光性的導電膜的例子，使從發光元件7012發射的光藉由閘極電極層而射出。
接著，使用圖13C說明雙面發射結構的發光元件。在圖13C中，在與發光元件驅動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，並且在陰極7023上按順序層疊有發光層7024、陽極7025。與圖13A的情況同樣地，作為陰極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13A同樣地，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13A同樣地使用具有透過光的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13C所示的像素中，從發光元件7022發射的光如箭頭所示那樣向陽極7025一側和陰極7023一側這兩側發射。
注意，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。
注意，雖然在此示出了控制發光元件的驅動的薄膜電晶體(發光元件驅動TFT)與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。
注意，半導體裝置不侷限於圖13A至圖13C所示的結構而可以根據本說明書所公開的技術思想進行各種變形。
接著，參照圖11A和11B說明相當於半導體裝置的一個實施例的發光顯示面板(也稱為發光面板)的外觀及截面。圖11A是一種面板的平面圖，其中利用密封材料在第一基板與第二基板之間密封形成在第一基板上的薄膜電晶體及發光元件。圖11B相當於沿著圖11A的H-I的截面圖。
以圍繞設置在第一基板4501上的像素部4502、信號線驅動電路4503a、4503b及掃描線驅動電路4504a、4504b的方式設置有密封材料4505。此外，在像素部4502、信號線驅動電路4503a、4503b及掃描線驅動電路 4504a、4504b上設置有第二基板4506。因此，像素部4502、信號線驅動電路4503a、4503b以及掃描線驅動電路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，為了不暴露於空氣，最好使用高氣密性且少漏氣的保護薄膜(貼合薄膜、紫外線固化樹脂薄膜等)、覆蓋材料進行封裝(密封)。
此外，設置在第一基板4501上的像素部4502、信號線驅動電路4503a、4503b及掃描線驅動電路4504a、4504b包括多個薄膜電晶體。在圖11B中例示包括在像素部4502中的薄膜電晶體4510和包括在信號線驅動電路4503a中的薄膜電晶體4509。
作為薄膜電晶體4509、4510，可以使用實施例模式1、2、5及6所示的包括氧化物半導體層的可靠性高的薄膜電晶體。作為用於驅動電路的薄膜電晶體4509，可以使用也可以使用實施例模式1、2、5及6所示的薄膜電晶體260、270。作為用於像素的薄膜電晶體4510，可以使用薄膜電晶體420、448、220、280、290。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。
在絕緣層4544上，在與用於驅動電路的薄膜電晶體4509的氧化物半導體層的通道形成區重疊的位置上設置有導電層4540。藉由在與氧化物半導體層的通道形成區重疊的位置上設置導電層4540，可以降低BT測試前後的薄膜電晶體4509的臨界值電壓的變化量。另外，導電層 4540的電位可以與薄膜電晶體4509的閘極電極層相同或不同，並且也可以將導電層4540用作第二閘極電極層。另外，導電層4540的電位可以是GND、0V或浮動狀態。
薄膜電晶體4509形成有用作通道保護層的絕緣層4541a和覆蓋氧化物半導體層的邊緣部(包括側面)的絕緣層4541b。同樣地，薄膜電晶體4510形成有用作通道保護層的絕緣層4542a和覆蓋氧化物半導體層的邊緣部(包括側面)的絕緣層4542b。
作為覆蓋氧化物半導體層的邊緣部(包括側面)的氧化物絕緣層的絕緣層4541b、4542b使閘極電極層與形成在其上方或周邊的佈線層(源佈線層或電容佈線層等)之間的距離變大而可以實現寄生電容的降低。絕緣層4541a、4541b、4542a、4542b藉由與實施例模式1所示的氧化物絕緣層426a、426b相同的材料及方法形成，即可。另外，為了減少薄膜電晶體的表面凹凸，採用使用用作平坦化絕緣膜的絕緣層4543覆蓋的結構。在此，使用實施例模式1並藉由濺射法來形成氧化矽膜作為絕緣層4541a、4541b、4542a、4542b。
另外，在絕緣層4541a、4541b、4542a、4542b上形成有絕緣層4543。層疊形成實施例模式1所示的絕緣層428和保護絕緣層403並使用相同材料及相同方法來形成絕緣層4543，即可。雖然在圖10B中示出單層，但是在此採用絕緣層428和使用與絕緣層428不同材料形成的保護絕緣層403的疊層。在此，層疊形成藉由濺射法形成的 氧化矽膜和藉由濺射法形成的氮化矽膜作為絕緣層4543。
另外，形成絕緣層4544作為平坦化絕緣膜。絕緣層4544使用實施例模式1所示的平坦化絕緣層404同樣的材料及方法形成，即可。在此，作為絕緣層4544，使用丙烯酸樹脂。
在本實施例模式中，也可以使用氮化物絕緣膜一起圍繞像素部中的多個薄膜電晶體。作為絕緣層4543和閘極絕緣層使用氮化物絕緣膜，並且如圖11A和圖11B所示那樣以至少圍繞主動矩陣基板的像素部的邊緣的方式設置絕緣層與閘極絕緣層接觸的區域，即可。藉由採用上述結構，可以防止來自外部的水分的侵入。另外，在完成設備作為半導體裝置，例如顯示裝置之後也可以長期防止來自外部的水分的侵入，從而可以提高設備的長期可靠性。
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。注意，雖然發光元件4511的結構是第一電極層4517、電場發光層4512、第二電極層4513的疊層結構，但是不侷限於所示出的結構。可以根據從發光元件4511得到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。特別佳的是，使用感光材料，在第一電極層4517上形成開口部，以將該開口部的側壁形成為具有連 續的曲率的傾斜面。
電場發光層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(Diamond Like Carbon：類金剛石碳)膜等。
另外，供應到信號線驅動電路4503a、4503b、掃描線驅動電路4504a、4504b或像素部4502的各種信號及電位是從FPC4518a、4518b供應的。
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，並且端子電極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的發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、聚酯薄膜或丙烯酸樹脂薄膜等的具有透光性的材料。
此外，作為填料4507，除了氮或氬等的惰性氣體之外，還可以使用紫外線固化樹脂或熱固化樹脂。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)。例如，作為填料使用氮即可。
另外，若有需要，也可以在發光元件的發射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，該處理是能夠利用表面的凹凸來擴散反射光並降低眩光的處理。
信號線驅動電路4503a、4503b及掃描線驅動電路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，也可以另行僅形成信號線驅動電路或其一部分、或者掃描線驅動電路或其一部分而安裝。據此，不侷限於圖11A和11B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實施例模式1至4及6至8所記載的結構適當地組合而實施。
實施例模式12
本說明書所公開的半導體裝置可以用於電子紙。電子紙可以用於顯示資訊的所有領域的電子設備。例如，可以將電子紙用於電子書閱讀器、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20示出電子設備的一個例子。
圖20示出電子書閱讀器2700的一個例子。例如，電子書閱讀器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，並且可以以該軸部2711為軸進行開閉動作。藉由該結構，可以進行如紙的書籍那樣的動作。
框體2701組裝有顯示部2705，並且框體2703組裝有顯示部2707。顯示部2705及顯示部2707的結構既可以是顯示連屏畫面的結構，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，例如可以在右邊的顯示部(圖20中的顯示部2705)中顯示文章，並且在左邊的顯示部(圖20中的顯示部2707)中顯示圖像。
此外，在圖20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或側面具備外部連接端子(耳機端子、USB端子或可以與AC適配器及USB電纜等各種電纜連接的端子等)、記錄媒體插入部等的結構。再者，電子書閱讀器2700也可以具有電子詞典的功能。
此外，電子書閱讀器2700也可以採用以無線方式收發資訊的結構。還可以採用以無線方式從電子書籍伺服器購買所希望的書籍資料等並下載的結構。
實施例模式13
本說明書所公開的半導體裝置可以應用於各種電子設備(也包括遊戲機)。作為電子設備，例如可以舉出：電視裝置(也稱為電視或電視接收機)；用於電腦等的監視器；如數位相機、數位攝像機等影像拍攝裝置；數位相框；行動電話機(也稱為行動電話、行動電話裝置)；可攜式遊戲機；可攜式資訊終端；聲音再現裝置；彈珠機等大型遊戲機等。
圖21A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可以顯示影像。此外，在此示出利用支架9605支撐框體9601的結構。
可以藉由利用框體9601所具備的操作開關、另行提供的遙控操作機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上顯示的影像進行操作。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、數據機等的結構。藉由利用接收機可以接收一般的電視廣播。再者，藉由數據機連接到有線或無線方式的通信網路，可以進行單向(從發送者到接收者)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21B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、外部連接端子(USB端子、可以與USB電纜等的各種電纜連接的端子等)、記錄媒體插入部等的結構。這種結構也可以組裝到與顯示部相同面上，但是藉由將它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媒體插入部插入儲存有由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。也可以採用以無線的方式提取所希望的圖像資料並進行顯示的結構。
圖22A示出一種可攜式遊戲機，它由框體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22A所示的可攜式遊戲機還具備揚聲器部9884、記錄媒體插入部9886、LED燈9890、輸入單元(操作鍵9885、連接端子9887、感測器9888(包括測定如下因素的功能：力量、位移、位置、速度、加速度、角速度、轉速、距離、光、液、磁、溫度、化學物質、聲音、時間、硬度、電場、電流、電壓、電 力、輻射線、流量、濕度、傾斜度、振動、氣味或紅外線)以及麥克風9889)等。當然，可攜式遊戲機的結構不侷限於上述結構，只要採用至少具備本說明書所公開的半導體裝置的結構即可，並且可以採用適當地設置有其他附屬設備的結構。圖22A所示的可攜式遊戲機具有如下功能：讀出儲存在記錄媒體中的程式或資料並將它顯示在顯示部上的功能；以及藉由與其他可攜式遊戲機進行無線通信而實現資訊共用的功能。另外，圖22A所示的可攜式遊戲機所具有的功能不侷限於此，而可以具有各種各樣的功能。
圖22B示出大型遊戲機的一種的投幣機9900的一個例子。在投幣機9900的框體9901中安裝有顯示部9903。另外，投幣機9900還具備如起動手柄、停止開關等的操作單元、投幣口、揚聲器等。當然，投幣機9900的結構不侷限於此，只要採用至少具備本說明書所公開的半導體裝置的結構即可。因此，可以採用適當地設置有其他附屬設備的結構。
圖23A是示出可攜式電腦的一個例子的立體圖。
在圖23A所示的可攜式電腦中，當將連接上部框體9301與下部框體9302的鉸鏈裝置設置為關閉狀態時，可以使具有顯示部9303的上部框體9301與具有鍵盤9304的下部框體9302處於重疊狀態，而便於攜帶，並且，當使用者利用鍵盤進行輸入時，將鉸鏈裝置設置為打開狀態，而可以看著顯示部9303進行輸入操作。
另外，下部框體9302除了鍵盤9304之外還包括進行輸入操作的定位裝置9306。另外，當顯示部9303為觸屏輸入面板時，可以藉由觸摸顯示部的一部分來進行輸入操作。另外，下部框體9302還包括CPU、硬碟等的算術功能部。此外，下部框體9302還具有其他的裝置，例如包括用來插入符合USB的通信標準的通信電纜的外部連接埠9305。
在上部框體9301中還具有藉由使它滑動到上部框體9301內部而可以收納的顯示部9307，因此可以實現寬顯示畫面。另外，使用者可以調節可以收納的顯示部9307的畫面的方向。另外，當可以收納的顯示部9307為觸屏輸入面板時，藉由觸摸可以收納的顯示部9307的一部分來可以進行輸入操作。
顯示部9303或可以收納的顯示部9307使用如液晶顯示面板、有機發光元件或無機發光元件等的發光顯示面板等的影像顯示裝置。
另外，圖23A的可攜式電腦安裝有接收機等，而可以接收電視廣播並將影像顯示於顯示部。另外，使用者可以在連接上部框體9301與下部框體9302的鉸鏈裝置處於關閉狀態的狀態下藉由滑動顯示部9307而使其整個面露出並調整畫面角度來觀看電視廣播。此時，不將鉸鏈裝置設置為打開狀態來使顯示部9303進行顯示，而僅啟動只顯示電視廣播的電路，所以可以將耗電量控制為最少，這對於電池容量有限的可攜式電腦而言是十分有利的。
另外，圖23B是示出像手錶一樣能夠戴在使用者的手臂上的行動電話的一個例子的立體圖。
該移動電括包括：至少包括具有電話功能的通信裝置及電池的主體；用來將主體戴在手臂上的帶部9204；調節帶部與手臂的固定狀態的調節部9205；顯示部9201；揚聲器9207；以及麥克風9208。
另外，主體具有操作開關9203，操作開關9203除了用作電源輸入開關、顯示轉換開關、攝像開始指示開關之外，還用作按一下就可以啟動網路的程式的開關等，如此可以將操作開關9203設定為具有各種功能。
藉由用手指或輸入筆等觸碰顯示部9201；操作操作開關9203；或者對麥克風9208輸入聲音來進行該移動電括的輸入操作。另外，在圖23B中，示出顯示在顯示部9201上的顯示鈕9202，藉由用手指等觸碰該顯示鈕9202來可以進行輸入。
另外，主體具有拍攝裝置部9206，該拍攝裝置部9206具有將藉由攝影透鏡成像的物體圖像轉換為電子視頻信號的攝影單元。另外，也可以不特別設置拍攝裝置部。
另外，圖23B所示的行動電話安裝有電視廣播的接收機等，而可以接收電視廣播並將影像顯示於顯示部9201，並且它還具有記憶體等的儲存裝置等，而可以將電視廣播錄像到記憶體中。此外，圖23B所示的行動電話還可以具有能夠收集GPS等的位置資訊的功能。
顯示部9201使用如液晶顯示面板、有機發光元件或無機發光元件等的發光顯示面板等的影像顯示裝置。由於圖23B所示的行動電話為小型且重量輕，所以其電池容量有限，從而最好將能夠使用低耗電量進行驅動的面板用作用於顯示部9201的顯示裝置。
另外，雖然在圖23B中示出戴在“手臂”上的方式的電子設備，但是不侷限於此，只要是具有能夠攜帶的形狀的即可。
實施例模式14
在本實施例模式中，作為半導體裝置的一個形式，使用圖24至圖35說明具有實施例模式1、2、5及6所示的薄膜電晶體的顯示裝置的例子。在本實施例模式中，使用圖24至圖35說明作為顯示元件使用液晶元件的液晶顯示裝置的例子。作為用於圖24至圖35的液晶顯示裝置的TFT628、629，可以使用實施例模式1、2、5及6所示的薄膜電晶體，並且該TFT628、629是可以藉由實施例模式1、2、5及6所示的製程同樣地製造的電特性及可靠性高的薄膜電晶體。TFT628具有通道保護層608，並且TFT629具有通道保護層611，並且該TFT628、629是將半導體膜用作通道形成區的底閘型薄膜電晶體。
首先，對VA(Vertical Alignment：垂直取向)型液晶顯示裝置進行描述。液晶顯示裝置的VA方式是指一種控制液晶顯示面板的液晶分子的排列的方式。VA型液晶 顯示裝置具有在沒有施加電壓時液晶分子朝垂直於面板表面的方向排列的方式。在本實施例模式中，特別地，將像素分成多個區域(子像素)，並分別將分子朝不同的方向推倒。這稱為多疇(multi-domain)化、或者多域設計。在下面的說明中，對考慮多域設計的液晶顯示裝置進行說明。
圖25及圖26分別示出像素電極及對置電極。圖25是形成像素電極的基板一側的平面圖，並且將沿圖中所示的切斷線E-F的截面結構示出於圖24。另外，圖26是形成對置電極的基板一側的平面圖。下面，參照這些附圖進行說明。
圖24示出基板600和對置基板601重疊且植入有液晶的狀態，在該基板600上形成有TFT628、與TFT628連接的像素電極624以及儲存電容部630，並在該對置基板601上形成有對置電極640等。
雖然不進行圖示，但是在對置基板601的形成間隔物的位置上形成有第一彩色膜、第二彩色膜、第三彩色膜以及對置電極640。藉由採用該結構，使用於控制液晶取向的突起644和間隔物的高度彼此不同。在像素電極624上形成有取向膜648，同樣地在對置電極640上也形成有取向膜646。在此之間形成有液晶層650。
既可以形成柱狀間隔物，又可以散佈珠狀間隔物。當間隔物具有透光性時，也可以在形成在基板600上的像素電極624上形成間隔物。
在基板600上形成有TFT628、與TFT628連接的像素電極624以及儲存電容部630。像素電極624藉由接觸孔623連接到佈線618，該接觸孔分別貫穿：覆蓋TFT628、佈線618及儲存電容部630的絕緣膜620；以及覆蓋絕緣膜620的第三絕緣膜622。絕緣膜620是絕緣層和保護絕緣層的疊層，作為接觸於半導體層的絕緣層使用藉由濺射法形成的氧化矽膜，並且作為其上的保護絕緣層使用藉由濺射法形成的氮化矽膜。另外，為了簡化起見，在圖24中將疊層的絕緣膜620表示為單層。作為TFT628，可以適當地使用實施例模式1、2、5及6所示的薄膜電晶體。另外，儲存電容部630由與TFT628的閘極佈線602同時形成的第一電容佈線604、閘極絕緣膜606以及與佈線616及618同時形成的第二電容佈線617構成。
藉由像素電極624、液晶層650以及對置電極640重疊，形成液晶元件。
圖25示出基板600上的結構。像素電極624使用實施例模式1所示的材料來形成。在像素電極624中設置狹縫625。狹縫625用來控制液晶取向。
圖25所示的TFT629、與TFT629連接的像素電極626及儲存電容部631可以分別與TFT628、像素電極624及儲存電容部630同樣地形成。TFT628和TFT629都連接到佈線616。該液晶面板的像素由像素電極624及像素電極626構成。像素電極624及像素電極626是子像素。
圖26示出對置基板一側的結構。在遮光膜632上形 成有對置電極640。對置電極640最好使用與像素電極624同樣的材料形成。在對置電極640上形成有用來控制液晶取向的突起644。
圖27示出該像素結構的等效電路。TFT628和TFT629都連接到閘極佈線602和佈線616。在此情況下，藉由使電容佈線604的電位和電容佈線605的電位不同，可以使液晶元件651和液晶元件652進行不同的工作。就是說，藉由分別控制電容佈線604和電容佈線605的電位，精密地控制液晶的取向並擴大視角。
當對設置有狹縫625的像素電極624施加電壓時，在狹縫625附近發生電場的畸變(傾斜電場)。藉由互相咬合地配置所述狹縫625和對置基板601一側的突起644，有效地產生傾斜電場來控制液晶的取向，從而根據其位置使液晶具有彼此不同的取向方向。就是說，藉由進行多疇化來擴大液晶顯示面板的視角。
接著，參照圖28至圖31說明與上述不同的VA型液晶顯示裝置。
圖28及圖29示出VA型液晶顯示面板的像素結構。圖29是基板600的平面圖，而圖28示出沿圖中所示的切斷線Y-Z的截面結構。下面，參照上述兩個附圖進行說明。
在該像素結構中，一個像素具有多個像素電極，並且各像素電極連接到TFT。各TFT藉由不同閘極信號驅動。就是說，在以多疇方式設計的像素中，獨立地控制施加到 各像素電極的信號。
像素電極624在接觸孔623中使用佈線618連接到TFT628。另外，像素電極626在接觸孔627中使用佈線619連接到TFT629。TFT628的閘極佈線602和TFT629的閘極佈線603彼此分離，以能夠提供不同的閘極信號。另一方面，TFT628和TFT629共通使用用作資料線的佈線616。TFT628和TFT629可以適當地使用實施例模式1、2、5、6所示的薄膜電晶體。另外，設置有電容佈線690。絕緣膜620是絕緣層和保護絕緣層的疊層，作為接觸於半導體層的絕緣層使用藉由濺射法形成的氧化矽膜，並且作為其上的保護絕緣層使用藉由濺射法形成的氮化矽膜。另外，雖然絕緣膜620是疊層，但是為了簡化起見在圖28中示出單層的絕緣膜620。
像素電極624和像素電極626具有不同的形狀，並且被狹縫625彼此分離。像素電極626被形成為圍繞呈V字狀擴展的像素電極624的外側。藉由使用TFT628及TFT629使施加到像素電極624和像素電極626的電壓時序不相同，來控制液晶的取向。圖31示出該像素結構的等效電路。TFT628連接到閘極佈線602，而TFT629連接到閘極佈線603。藉由對閘極佈線602和閘極佈線603施加不同的閘極信號，可以使TFT628和TFT629的工作時序互不相同。
在對置基板601上形成有第二彩色膜636、對置電極640。此外，在第二彩色膜636和對置電極640之間形成 有平坦化膜637，以防止液晶取向的錯亂。圖30示出對置基板一側的結構。不同的像素之間共同使用對置電極640，該對置電極640形成有狹縫641。藉由互相咬合地配置所述狹縫641與像素電極624及像素電極626一側的狹縫625，可以有效地產生傾斜電場來控制液晶的取向。由此，可以根據其位置使液晶具有彼此不同的取向方向，從而擴大視角。
藉由像素電極624、液晶層650和對置電極640相重疊，形成第一液晶元件。另外，藉由像素電極626、液晶層650和對置電極640相重疊，形成第二液晶元件。另外，採用在一個像素中設置有第一液晶元件和第二液晶元件的多疇結構。
接著，說明橫向電場方式的液晶顯示裝置。橫向電場方式是指藉由對單元內的液晶分子沿水平方向施加電場來驅動液晶而顯示灰度的方式。藉由橫向電場方式，可以使視角增大到大約180°。以下，對採用橫向電場方式的液晶顯示裝置進行說明。
圖32示出基板600和對置基板601重疊且植入有液晶的狀態，在該基板600上形成有TFT628及與TFT628連接的像素電極624。在對置基板601上形成有第二彩色膜636以及平坦化膜637等。由於像素電極在基板600一側，所以不設置在對置基板601一側。在基板600和對置基板601之間形成有液晶層650。
在基板600上形成第一像素電極607、與第一像素電 極607連接的電容佈線604以及實施例模式1、2、5、6所示的TFT628。第一像素電極607可以使用與實施例模式1所示的像素電極層427相同的材料。另外，第一像素電極607形成為大致分割成像素形狀的形狀。另外，在第一像素電極607及電容佈線604上形成閘極絕緣膜606。
在閘極絕緣膜606上形成TFT628的佈線616及618。佈線616是在液晶顯示面板中傳送視頻信號的資料線，並是沿一個方向延伸的佈線，並且佈線616與源極區或汲極區610連接而成為源極電極及汲極電極中的一方的電極。佈線618是成為源極區及汲極區中另一方的電極且與第二像素電極624連接的佈線。
在佈線616及佈線618上形成第二絕緣膜620。絕緣膜620是絕緣層和保護絕緣層的疊層，作為接觸於半導體層的絕緣層使用藉由濺射法形成的氧化矽膜，並且作為其上的保護絕緣層使用藉由濺射法形成的氮化矽膜。另外，為了簡化起見，在圖32中將疊層的絕緣膜620表示為單層。另外，在絕緣膜620上形成像素電極624，該像素電極624在形成於絕緣膜620中的接觸孔中連接到佈線618。像素電極624使用與實施例模式1所示的像素電極427相同的材料形成。
如上所述，在基板600上形成TFT628以及與TFT628連接的第二像素電極624。再者，儲存電容器形成在像素電極607和像素電極624之間。
圖33是說明像素電極的結構的平面圖。圖32示出對 應於圖33所示的切斷線O-P的介面結構。在像素電極624中設置狹縫625。該狹縫625用來控制液晶的取向。在此情況下，電場在像素電極607和像素電極624之間發生。在像素電極607和第像素電極624之間形成有閘極絕緣膜606，但是閘極絕緣膜606的厚度為50nm至200nm，該厚度與2μm至10μm的液晶層的厚度相比充分薄，因此在平行於基板600的方向(水平方向)上發生電場。該電場控制液晶的取向。藉由利用該大致平行於基板的方向的電場使液晶分子水平地旋轉。在此情況下，由於液晶分子在任何狀態下均為水平所以觀看角度導致的對比度等的影響很少，從而擴大視角。而且，像素電極607和像素電極624都是透光電極，因此可以提高孔徑比。
接著，示出橫向電場方式的液晶顯示裝置的另一例。
圖34及圖35示出IPS型液晶顯示裝置的像素結構。圖35是平面圖，而圖34示出沿圖35中所示的切斷線V-W的截面結構。下面，參照上述兩個附圖進行說明。
圖34示出基板600與對置基板601重疊且植入有液晶的狀態，在該基板600上形成有TFT628及與TFT628連接的像素電極624。在對置基板601上形成有第二彩色膜636、平坦化膜637等。由於像素電極624在基板600一側，所以不設置在對置基板601一側。在基板600和對置基板601之間形成有液晶層650。
在基板600上形成公共電位線609及實施例模式1、2、5及6所示的TFT628。公共電位線609可以與TFT628 的閘極佈線602同時形成。
TFT628的佈線616及佈線618形成在閘極絕緣膜606上。佈線616是在液晶面板中傳送視頻信號的資料線，並是沿一個方向延伸的佈線，並且佈線616與源極區或汲極區連接而成為源極電極及汲極電極中一方的電極。佈線618成為源極電極及汲極電極中另一方的電極，並且佈線618是與第二像素電極624連接的佈線。
在佈線616及佈線618上形成第二絕緣膜620。另外，在絕緣膜620上形成藉由形成在絕緣膜620中的接觸孔623中連接到佈線618的像素電極624。絕緣膜620是絕緣層和保護絕緣層的疊層，作為接觸於半導體層的絕緣層使用藉由濺射法形成的氧化矽膜，並且作為其上的保護絕緣層使用藉由濺射法形成的氮化矽膜。另外，為了簡化起見，在附圖中將疊層的絕緣膜620表示為單層。像素電極624使用與實施例模式1所示的像素電極427同樣的材料形成。如圖35所示，像素電極624形成為與在形成公共電位線609時一同形成的梳形電極產生橫向電場。而且，像素電極624的梳齒部分和在形成公共電位線609時一同形成的梳形電極互相咬合。
當在施加到像素電極624的電位和公共電位線609的電位之間產生電場時，由該電場控制液晶的取向。藉由利用該大致平行於基板的方向的電場使液晶分子水平地旋轉。在此情況下，由於液晶分子在任何狀態下均為水平，所以觀看角度導致的對比度等的影響很少，從而視角擴 大。
如上所述，在基板600上形成TFT628以及與TFT628連接的像素電極624。儲存電容器藉由在公共電位線609和電容電極615之間設置閘極絕緣膜606而形成。電容電極615和像素電極624藉由接觸孔633連接。
藉由上述製程可以製造作為顯示裝置的液晶顯示裝置。本實施例模式的液晶顯示裝置是可靠性高的液晶顯示裝置。

Claims (4)

  1. 一種顯示裝置，具有：基板上的像素部；設於前述像素部的電晶體、像素電極、及儲存電容器；前述電晶體具有：閘極電極、隔介著閘極絕緣膜而與前述閘極電極具有重疊的區域的氧化物半導體層、與前述氧化物半導體層電連接的第一導電層、及與前述氧化物半導體層電連接的第二導電層；前述儲存電容器具有：通過前述第二導電層與前述氧化物半導體層電連接的第三導電層、及前述像素電極的一部分；前述第一導電層具有：由第一材料形成的金屬層；前述像素電極具有：由第二材料形成的第一透明導電層；前述第三導電層具有：由第三材料形成的第二透明導電層。
  2. 一種顯示裝置，具有：基板上的像素部；設於前述像素部的電晶體、像素電極、及儲存電容器；前述電晶體具有：閘極電極、隔介著閘極絕緣膜而與前述閘極電極具有重疊的區域的氧化物半導體層、與前述氧化物半導體層電連接的第一導電層、及與前述氧化物半導體層電連接的第二導電層；前述像素電極通過前述第二導電層與前述氧化物半導體層電連接；前述儲存電容器具有：通過前述第二導電層與前述氧化物半導體層電連接的第三導電層、及與前述閘極電極含有相同材料的第四導電層；前述第一導電層具有：由第一材料形成的金屬層；前述像素電極具有：由第二材料形成的第一透明導電層；前述第三導電層具有：由第三材料形成的第二透明導電層。
  3. 如請求項1或2之顯示裝置，其中，前述第三導電層具有：包含In、Ga、Zn、O的層、或與含有In、Zn、O的層重疊的區域。
  4. 如請求項1或2之顯示裝置，其中，前述第二導電層具有：由前述第一材料形成的金屬層。
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