TWI485851B - 半導體裝置及其製造方法 - Google Patents
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Description
本發明關於一種包含半導體元件的半導體裝置以及一種半導體裝置的製造方法。
多樣地存在的金屬氧化物用於各種各樣的用途。
氧化銦是公知材料，它用作液晶顯示器等所需要的透明電極材料。
有的金屬氧化物呈現半導體特性。作為呈現半導體特性的金屬氧化物，例如有氧化鎢、氧化錫、氧化銦、氧化鋅等，已知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至4、非專利文獻1)。
另外，作為金屬氧化物不僅已知單一金屬元素氧化物，還已知多金屬元素氧化物。例如，已知具有同系物(homologous compound)的InGaO3
(ZnO)m
(m為自然數)作為具有In、Ga及Zn的多元氧化物半導體(非專利文獻2至4)。
此外，已確認到可以將包括如上所述的In-Ga-Zn類氧化物的氧化物半導體用作薄膜電晶體的通道層(專利文獻5、非專利文獻5和6)。
現有的設置在主動矩陣型液晶顯示器的各像素中的薄膜電晶體(TFT)使用非晶矽或多晶矽，但是使用如上述那樣的金屬氧化物半導體代替這些矽材料來製造薄膜電晶體的技術引人矚目。例如，在專利文獻6至專利文獻9中公開作為金屬氧化物半導體使用氧化鋅、In-Ga-Zn-O類氧化物半導體來製造薄膜電晶體，並將該薄膜電晶體用於影像顯示裝置的切換元件等的技術。此外，已知包括矽以外的第14族元素的半導體或上述氧化物半導體以外的化合物半導體也可以用作薄膜電晶體的通道層。
此外，藉由濺射法等在300℃或更低的溫度中可以形成氧化物半導體膜，並且可以容易在大型基板的廣範圍內形成使用氧化物半導體來形成通道形成區的薄膜電晶體。因此，可以期待將氧化物半導體膜應用於主動矩陣型的顯示裝置。
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,and Ga2
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(ZnO) m
(m
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O3
-ZnGa2
O4
-ZnO System"(同系物的合成和單晶資料，In2
O3
-ZnGa2
O4
-ZnO類的In2
O3
(ZnO) m
(m
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(ZnO)3
,and Ga2
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連接於液晶顯示元件或發光元件的電晶體的汲極電壓取決於元件的驅動電壓。此外，在電晶體例如用於顯示器用途時，在實現以高亮度化為目的的孔徑比的提高、高清晰化、耗電量的降低上需要實現電晶體的小型化，並最好電晶體的通道區較短。然而，若在維持電晶體的汲極電壓的狀態下縮短通道長度，則集中在汲區附近的電場的強度增高，並容易產生熱載子。
所產生的熱載子例如若植入到汲區附近而成為固定電荷，則引起電晶體的導通電流值(在半導體元件導通工作時流過的汲極電流)隨時間下降的現象，所謂熱載子劣化。
於是，本發明的一個實施例的目的之一在於提供不容易在汲區電場集中的電晶體。此外，本發明的一個實施例的目的之一在於提供有電晶體的顯示裝置。
本發明的一個實施例是一種電晶體，包括：第一電極層及第二電極層；與第一電極層電連接的第一佈線層；與第二電極層電連接的第二佈線層；第一電極層及第二電極層上的氧化物半導體層；與氧化物半導體層接觸的閘極絕緣膜；以及隔著閘極絕緣膜與第一電極層及第二電極層的端部重疊的閘極電極層，其中閘極電極層的開口部與第一佈線層及第二佈線層重疊，第一電極層及第二電極層的側面及上面與氧化物半導體層電連接，第一電極層及第二電極層的導電率為等於或大於氧化物半導體層的導電率且小於或等於第一佈線層及第二佈線層的導電率。此外，本說明書中，閘極電極層的開口部與第一佈線層及第二佈線層重疊的情況是指閘極電極層不與第一佈線層及第二佈線層重疊的情況。
換言之，藉由具有高導電率的第一佈線層及第二佈線層的端部不與閘極電極層重疊，緩和在第一電極層及第二電極層附近電場集中的現象，抑制熱載子的產生，其電阻高於第一佈線層及第二佈線層的電阻的第一電極層及第二電極層用作汲極電極層，而構成電晶體。
所公開的發明的一例是一種半導體裝置，包括：閘極電極層；閘極電極層上的閘極絕緣膜；閘極絕緣膜上的其端部與閘極電極層重疊的第一電極層及第二電極層；閘極絕緣膜上的與閘極電極層的開口部重疊的第一佈線層及第二佈線層；以及與閘極電極層重疊的區域的氧化物半導體層。第一佈線層與第一電極層電連接，並且第二佈線層與第二電極層電連接。第一電極層延伸，以便使該第一電極層的端部位於第一佈線層的端部的內側並重疊於閘極電極層，並且第二電極層延伸，以使使該第二電極層的端部位於第二佈線層的端部的內側並重疊於閘極電極層。第一電極層及第二電極層的側面及上面與氧化物半導體層電連接。在閘極絕緣膜的上面與氧化物半導體層接觸。第一電極層及第二電極層的導電率為等於或大於氧化物半導體層的導電率且小於或等於第一佈線層及第二佈線層的導電率。
此外，在上述半導體裝置中，第一電極層及第二電極層的導電率為1×10-4
S/cm至1×102
S/cm，最好為1×10-3
S/cm至1×101
S/cm。
此外，在上述半導體裝置中，閘極電極層與第一電極層重疊的長度(v1)及閘極電極層與第二電極層重疊的長度(v2)分別為0.2μm至5μm。
此外，在上述半導體裝置中，氧化物半導體層的厚度為5nm至200nm，最好為20nm至60nm，第一電極層及第二電極層的厚度為5nm至200nm，最好為5nm至氧化物半導體層的厚度的一半。
此外，在上述半導體裝置中，第一佈線層的端部隔著閘極絕緣膜和第一電極層在閘極電極層的一個端部上，並且第二佈線層的端部隔著閘極絕緣膜和第二電極層在閘極電極層的另一個端部上。
所公開的發明的另一個例子是一種半導體裝置，包括：第一電極層及第二電極層；與第一電極層電連接的第一佈線層；與第二電極層電連接的第二佈線層；第一電極層及第二電極層上的氧化物半導體層；氧化物半導體層上的閘極絕緣膜；以及閘極絕緣膜上與第一電極層及第二電極層的端部重疊的閘極電極層。在閘極電極層的開口部具有第一佈線層及第二佈線層。第一電極層及第二電極層的側面及上面與氧化物半導體層電連接。第一電極層及第二電極層的導電率為等於或大於氧化物半導體層的導電率且等於或小於第一佈線層及第二佈線層的導電率。
此外，在上述半導體裝置中，第一電極層及第二電極層的導電率為1×10-4
S/cm至1×102
S/cm，最好為1×10-3
S/cm至1×101
S/cm。
此外，在上述半導體裝置中，閘極電極層與第一電極層重疊的長度(v1)及閘極電極層與第二電極層重疊的長度(v2)分別為0.2μm至5μm。
此外，在上述半導體裝置中，氧化物半導體層的厚度為5nm至200nm，最好為20nm至60nm，第一電極層及第二電極層的厚度為5nm至200nm，最好為5nm至氧化物半導體層的厚度的一半。
此外，在上述半導體裝置中，閘極電極層的一個端部隔著氧化物半導體層和閘極絕緣膜在第一佈線層的端部上，並且閘極電極層的另一個端部隔著氧化物半導體層和閘極絕緣膜在第二佈線層的端部上。
所公開的發明的另一個例子是一種半導體裝置的製造方法，包括如下步驟：在基板上形成閘極電極層；在閘極電極層上形成閘極絕緣膜；在閘極絕緣膜上其端部與閘極電極層重疊地形成第一電極層及第二電極層；與閘極電極層的開口部重疊地形成與第一電極層電連接的第一佈線層以及與第二電極層電連接的第二佈線層；以及在與閘極電極層重疊的區域形成氧化物半導體層。第一電極層延伸，以便使該第一電極層的端部位於第一佈線層的端部的內側並重疊於閘極電極層，並且第二電極層延伸，以便使該第二電極層的端部位於第二佈線層的端部的內側並重疊於閘極電極層。第一電極層及第二電極層的側面及上面與氧化物半導體層電連接。在閘極絕緣膜的上面與氧化物半導體層接觸。第一電極層及第二電極層的導電率為大於或等於氧化物半導體層的導電率且小於或等於第一佈線層及第二佈線層的導電率。
一種半導體裝置的製造方法，包括如下步驟：在基板上形成第一電極層及第二電極層；形成與第一電極層電連接的第一佈線層以及與第二電極層電連接的第二佈線層；在第一電極層及第二電極層上形成氧化物半導體層；在氧化物半導體層上形成閘極絕緣膜；以及在閘極絕緣膜上形成與第一電極層及第二電極層的端部重疊的閘極電極層。在第一佈線層及第二佈線層的開口部具有閘極電極層。第一電極層及第二電極層的側面及上面與氧化物半導體層電連接。第一電極層及第二電極層的導電率為大於或等於氧化物半導體層的導電率且小於或等於第一佈線層及第二佈線層的導電率。
此外，為了方便起見附加第一、第二等序數詞，但其並不表示步驟順序或層疊順序。另外，本說明書中的序數詞不表示用來特定發明的事項的固有名詞。
此外，在本說明書中半導體裝置是指能夠藉由利用半導體特性而工作的所有裝置，因此利用半導體電路及半導體特性的電光裝置以及電子設備都是半導體裝置。
根據本發明的一個實施例，可以提供緩和在第一電極層及第二電極層附近電場集中的現象並抑制熱載子的產生的電晶體。
此外，藉由將該電晶體用於顯示裝置的像素部及驅動電路部，可以提供電特性高且可靠性高的顯示裝置。
參照附圖詳細說明實施例。但是，本發明不侷限於以下說明，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以下所示的實施例所記載的內容中。此外，在以下說明的發明結構中，在不同附圖中使用同一附圖標記來表示同一部分或具有相同功能的部分，而省略重複說明。
實施例1
在本實施例中，對半導體裝置的一個實施例的電晶體的結構進行說明。
圖1A至1C示出本實施例的底閘結構的電晶體。圖1A是俯視圖，圖1B是截面圖。圖1B是沿著圖1A中的虛線A1-A2及B1-B2截斷的截面圖。圖1C是放大圖1B中的電晶體141的第一電極層114a從第一佈線層115a延伸的部分以及第二電極層114b從第二佈線層115b延伸的部分的截面圖。
在圖1A至1C所示的薄膜電晶體141中，在基板100上設置有閘極電極層111，在閘極電極層111上設置有閘極絕緣膜102，在閘極絕緣膜102上設置有成為源極電極層及汲極電極層的第一電極層114a及第二電極層114b，以使其端部重疊於閘極電極層111。此外，在第一電極層114a及第二電極層114b上分別設置有第一佈線層115a及第二佈線層115b，彼此電連接。另外，在與閘極電極層111重疊的區域形成有半導體層113。在本實施例中，形成氧化物半導體作為半導體層113。
第一佈線層115a及第二佈線層115b與閘極電極層111的開口部重疊，第一佈線層115a的端部隔著閘極絕緣膜102和第一電極層114a在閘極電極層111的一個端部上，而第二佈線層115b的端部隔著閘極絕緣膜102和第二電極層114b在閘極電極層111的另一個端部上。此外，第一電極層114a從第一佈線層115a的端部向與閘極電極層111重疊的方向延伸，第二電極層114b從第二佈線層115b的端部向與閘極電極層111重疊的方向延伸。
此外，半導體層113與第一電極層114a及第二電極層114b的側面及上面接觸地設置，半導體層113的至少一部分與閘極絕緣膜102上接觸地設置。
在圖1B中，作為基板100，可以使用藉由熔化法或浮法製造的無鹼玻璃基板例如鋇硼矽酸鹽玻璃、鋁硼矽酸鹽玻璃、鋁矽酸鹽玻璃等；或陶瓷基板，還可以使用具有可承受本半導體裝置的製造程序的處理溫度的耐熱性的塑膠基板等。例如，最好使用氧化鋇(BaO)的成分比大於氧化硼(B2
O3
)，並應變點為等於或大於730℃的玻璃基板。這是因為當在700℃左右的高溫下對氧化物半導體層進行熱處理時，也玻璃基板不歪的緣故。
此外，還可以使用在不鏽鋼合金等金屬基板表面上設置絕緣膜的基板。在基板100為母玻璃的情況下，基板的尺寸可以採用第一代(320mm×400mm)、第二代(400mm×500mm)、第三代(550mm×650mm)、第四代(680mm×880mm或730mm×920mm)、第五代(1000mm×1200mm或1100mm×1250mm)、第六代(1500mm×1800mm)、第七代(1900mm×2200mm)、第八代(2160mm×2460mm)、第九代(2400mm×2800mm或2450mm×3050mm)、第十代(2950mm×3400mm)等。
此外，還可以在基板100上形成絕緣膜作為基底膜。作為基底膜，可以利用CVD法或濺射法等由氧化矽膜、氮化矽膜、氧氮化矽膜、或氮氧化矽膜的單層或疊層來形成即可。
閘極電極層111使用鋁(Al)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、鉑(Pt)、鉬(Mo)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、鉭(Ta)、鎢(W)、釹(Nd)、鈧(Sc)等的金屬材料、以這些金屬材料為主要成分的合金材料或以這些金屬材料為成分的氮化物以單層或疊層形成。閘極電極層111最好使用鋁或銅等的低電阻導電材料形成，但是由於具有耐熱性低或容易腐蝕的問題，所以最好與耐熱性導電材料組合而使用。作為耐熱性導電材料，使用鉬、鈦、鉻、鉭、鎢、釹、鈧等。
作為以鋁為第一成分的導電膜，最好使用鈦(Ti)、鉭(Ta)、鎢(W)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、釹(Nd)、鈧(Sc)、鎳(Ni)、鉑(Pt)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、錳(Mn)、碳(C)或矽(Si)等的元素、以這些元素為主要成分的合金材料或添加有化合物的鋁合金。
此外，當在低電阻的導電膜上層疊由耐熱性導電材料構成的導電膜而使用時，例如最好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，最好採用鎢層或氮化鎢層、鋁和矽的合金層或鋁和鈦的合金層、氮化鈦層或鈦層的疊層。
此外，還可以使用透明導電膜，作為其材料還可以使用氧化銦氧化錫合金(In2
O3
-SnO2
，簡稱為ITO)、含有矽或氧化矽的銦錫氧化物、銦鋅氧化物、氧化鋅、添加有鋁的氧化鋅(AZO)或添加有鎵的氧化鋅(GZO)等。
作為用作閘極絕緣膜102的絕緣膜，例如可以舉出氧化矽膜、氮化矽膜、氧氮化矽膜、氮氧化矽膜、氧化鋁膜、氮化鋁膜、氧化鎂膜、氧化釔膜、氧化鉿膜、氧化鉭膜。由這些材料構成的單層或疊層結構來形成閘極絕緣膜102。
注意，在本說明書中，氧氮化物是指在其組成中氧原子多於氮原子的物質，而氮氧化物是指在其組成中氮原子多於氧原子的物質。例如，氧氮化矽膜是指在其成分中氧原子多於氮原子的膜，並且當利用盧瑟福背散射光譜學法(RBS:Rutherford Backscattering Spectrometry)以及氫前方散射法(HFS：Hydrogen Forward Scattering)進行測定時，作為濃度範圍，其包含50原子%至70原子%的氧、0.5原子%至15原子%的氮、25原子%至35原子%的矽、0.1原子%至10原子%的氫。另外，氮氧化矽膜是指在其組成中氮原子多於氧原子的膜，並且當利用RBS及HFS進行測定時，作為濃度範圍，其包含5原子%至30原子%的氧、20原子%至55原子%的氮、25原子%至35原子%的矽、10原子%至30原子%的氫。注意，將構成氧氮化矽或氮氧化矽的原子的總計設為100原子%時，氮、氧、矽及氫的含有比率包含在上述範圍內。
閘極絕緣膜既可以由單層形成，又可以由兩層或三層的絕緣膜的疊層形成。例如，藉由使用氮化矽膜或氮氧化矽膜形成接觸於基板的閘極絕緣膜，基板和閘極絕緣膜的密接性提高，並且當將玻璃基板用作基板時，可以防止來自基板的雜質擴散到半導體層，而且還可以防止閘極電極層的氧化。換言之，可以防止膜剝離，並可以提高後面形成的電晶體的電特性。
成為第一電極層114a及第二電極層114b的下部導電膜既可以使用金屬又可以使用半導體，但是使用具有第一佈線層115a及第二佈線層115b的導電率以下且半導體層113的導電率以上的導電率的導電膜。第一電極層114a及第二電極層114b具體地使用具有1×10-4
S/cm至1×102
S/cm，最好1×10-3
S/cm至1×101
S/cm的導電率的導電膜而形成。此外，下部導電膜可以以單層或疊層形成。
此外，在構成第一電極層114a及第二電極層114b和在其上形成的半導體層113的元素彼此擴散而形成混合層時或在半導體層113的成膜氣圍中含有的元素與第一電極層114a及第二電極層114b的表面起反應而形成膜時，最好選擇導電膜和半導體層113的材料的組合，以便使混合層或膜呈現導電性。
例如，如本實施例那樣，在作為半導體層113使用氧化物半導體時，作為形成第一電極層114a及第二電極層114b的金屬材料使用鉬(Mo)、鈦(Ti)、鎢(W)等，具有導電性的氧化膜產生在介面，因此是最好的。
作為形成第一電極層114a及第二電極層114b的半導體材料，也可以使用氧化銦氧化錫合金、含有矽或氧化矽的銦錫氧化物、銦鋅氧化物、氧化鋅、添加有鋁的氧化鋅(AZO)或添加有鎵的氧化鋅(GZO)等。
此外，作為形成第一電極層114a及第二電極層114b的半導體材料，可以使用可利用於形成通道的半導體層113的半導體材料的載子濃度提高。例如，可以以調整成膜氣體中的氧濃度範圍的方式形成載子的濃度為1×1016
/cm3
至1×1018
/cm3
的具有n型導電型的In-Ga-Zn-O類氧化物半導體膜。
此外，第一電極層114a及第二電極層114b的厚度最好為5nm至200nm，更最好為半導體層113所具有的厚度的一半或更小。第一電極層114a及第二電極層114b的厚度越薄，產生在閘極絕緣膜上的臺階越小，而半導體層容易覆蓋臺階。其結果是在接觸於臺階部的半導體層中不產生空隙等的阻礙載子的遷移的結構，可以形成包括形成通道的區域的半導體層。另一方面，在第一電極層114a及第二電極層114b太薄時加工變得困難，並且電阻升高，而損失電極的功能。
此外，在第一電極層114a及第二電極層114b的端部的形狀為曲面形狀(其端部與基底(在此，閘極絕緣膜102)接觸並向下形成凸的抛物線而增加的形狀或其端部與基底(在此，閘極絕緣膜102)接觸並向上形成凸的抛物線而增加的形狀)、楔形(錐形)或S字形時，在基底上產生的臺階更小，因此是最好的。
圖1C示出放大第一電極層114a及第二電極層114b接觸於半導體層113的部分的截面圖。長度v1及長度v2最好分別為0.2μm至5μm。如圖1C所示，長度v1是指與第一電極層114a接觸的第一佈線層115a的端部和重疊於閘極電極層111並接觸於基底的第一電極層114a的端部之間的長度，長度v2是指接觸於第二電極層114b的第二佈線層115b的端部和重疊於閘極電極層111並接觸於基底的第二電極層114b的端部之間的長度。
若第一電極層114a及第二電極層114b從第一佈線層115a及第二佈線層115b的端部向內延伸的長度(v1或v2)太短，則難以實現第一電極層114a的側面及上面與半導體層113的電連接以及第二電極層114b的側面及上面與半導體層113的良好的電連接。此外，若v1或v2太短，則在第一電極層114a或第二電極層114b的端部集中的電場與在閘極電極層111的端部上集中的電場重疊，而電場變大。其結果是藉由設置v1或v2緩和電場集中的現象的效果減少。另外，若v1或v2太長，則不僅電晶體變大，而且因第一電極層114a及第二電極層114b所具有的電阻而電晶體導通工作時流過的汲極電流降低。
此外，以第一電極層114a及第二電極層114b為源極電極層及汲極電極層的電晶體141的通道長度L相當於第一電極層114a和第二電極層114b的距離。
第一佈線層115a及第二佈線層115b可以使用與閘極電極層111同樣的材料以單層或層疊多個層形成，尤其以鋁為主要成分的佈線層的電阻低，加工性良好，並便宜，因此是最好的。此外，第一佈線層115a及第二佈線層115b的厚度最好為5nm至1000nm。佈線層的厚度越厚佈線電阻越降低，但是若其厚度太厚，則在成膜時需要很長時間，並增大膜的應力而成為產生膜剝離等缺陷的原因。
作為在本說明書中使用的半導體，例如可以舉出包含以Si、Ge為代表的第14族元素的半導體、GaAs、InP、ZnSe、CdS、CuAlOS等化合物半導體、GaN、AlN、InN等氮化物半導體以及ZnO、CuAlO2
等氧化物半導體。此外，也可以舉出非晶、包含微晶、多晶以及單晶。可以包含這些半導體來形成半導體層113。
在本實施例中，作為半導體層113使用氧化物半導體。作為形成半導體層113的氧化物半導體，最好使用具有表示為InMO3
(ZnO)m
(m>0)的結構的氧化物半導體，尤其最好使用In-Ga-Zn-O類氧化物半導體。另外，M表示選自鎵(Ga)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、錳(Mn)及鈷(Co)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和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，具有不僅包含作為M的金屬元素，而且還包含作為雜質元素的Fe、Ni等其他過渡金屬元素或該過渡金屬的氧化物的氧化物半導體。在本說明書中，在表示為InMO3
(ZnO)m
(m>0)的結構的氧化物半導體中，將具有作為M至少包含Ga的結構的氧化物半導體稱為In-Ga-Zn-O類氧化物半導體，將該薄膜也稱為In-Ga-Zn-O類非單晶膜。
藉由XRD(X線分析)分析在In-Ga-Zn-O類非單晶膜的結晶結構中，觀察到非晶結構。另外，至於In-Ga-Zn-O類非單晶膜，在使用濺射法進行成膜之後以200℃至500℃，典型地以300℃至400℃進行10分鐘至100分鐘的熱處理。
然而，形成半導體層113的氧化物半導體不侷限於具有表示為InMO3
(ZnO)m
(m>0)的結構的氧化物半導體。例如，也可以使用氧化銦(InOx
)、氧化鋅(ZnOx
)、氧化錫(SnO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化銦錫(ITO)、包含氧化矽的氧化銦錫(ITSO)、包含氧化矽的氧化銦鋅(包含SiOx
的IZO)、包含氧化矽的氧化鋅(ZSO)、包含氧化矽和氧化錫的氧化鋅(TSZO)、添加有鎵的氧化鋅(GZO)等形成的氧化物半導體。
使用氧化物半導體的半導體層113的厚度為5nm至200nm，最好為20nm至60nm。
使用氧化物半導體的半導體層113的載子濃度範圍最好小於1×1017
/cm3
(更最好為等於或大於1×1011
/cm3
)。在使用氧化物半導體的半導體層113的載子濃度範圍超過上述範圍時，有電晶體成為常開啟狀態(normally-on)的憂慮。
作為用於半導體層113的氧化物半導體，除了上述材料之外，還可以應用In-Sn-Zn-O類、Sn-Ga-Zn-O類、In-Zn-O類、Sn-Zn-O類、Ga-Zn-O類、In-O類、Sn-O類、Zn-O類的氧化物半導體。換言之，藉由使這些氧化物半導體包含絕緣雜質，可以抑制該半導體層113的晶化，並且使電晶體的特性穩定。
使用氧化物半導體的半導體層113也可以包含絕緣雜質。作為該雜質，應用以氧化矽、氧化鍺等為代表的絕緣氧化物；以氮化矽等為代表的絕緣氮化物；或者氧氮化矽等的絕緣氧氮化物。
以不降低氧化物半導體的導電性的濃度添加這些絕緣氧化物或絕緣氮化物。
藉由使用氧化物半導體的半導體層113包含絕緣雜質，可以抑制該使用氧化物半導體的半導體層113的晶化。藉由抑制使用氧化物半導體的半導體層113的晶化，可以使電晶體的特性穩定。
此外，藉由使In-Ga-Zn-O類氧化物半導體包含氧化矽等的雜質，即使進行300℃至600℃的熱處理，也可以防止該氧化物半導體的晶化或微晶粒的生成。
在將In-Ga-Zn-O類氧化物半導體用作通道形成區的電晶體的製造步驟中，藉由進行熱處理可以提高S值(次臨界擺幅值)、場效應遷移率，藉由In-Ga-Zn-O類氧化物半導體包含氧化矽等的雜質，即使在這種情況下也可以防止電晶體成為常開啟狀態。另外，即使在對該電晶體施加熱壓力、偏壓力的情況下，也可以防止臨界值電壓的變動。
藉由採用上述結構，可以提供如下電晶體：具有高導電率的第一佈線層及第二佈線層的端部不與閘極電極層重疊，緩和在第一電極層及第二電極層附近電場集中的現象，而抑制載子的產生。此外，可以提供不容易發生隨時間電晶體的導通電流值(在半導體元件導通工作時流過的汲極電流)降低的熱載子劣化的電晶體。
此外，藉由第一佈線層及第二佈線層的端部形成在閘極電極層的端部上，可以提供在電晶體的導通工作時流過的汲極電流不容易降低的電晶體。
注意，本實施例所示的結構可以與其他實施例所例示的結構適當地組合而使用。
實施例2
下面，參照圖2A至2C及圖3A至3C說明圖1A至1C的薄膜電晶體141的製造方法。明確而言，對具有電晶體的顯示裝置的像素部的製造程序進行說明。
基板100使用與實施例1所說明的基板同樣的基板，並藉由濺射法或真空蒸鍍法在基板100的整個表面上形成實施例1所說明的用於閘極電極層111的導電膜材料。接著，進行第一光刻步驟形成抗蝕劑掩模，並且藉由蝕刻去除不需要的部分來形成包括閘極電極層111的閘極佈線、電容器佈線123以及第一端子118。此時，最好藉由蝕刻至少將閘極電極層111的端部形成為錐形，以便防止斷開。
接著，在閘極電極層111的整個表面上形成閘極絕緣膜102。閘極絕緣膜102利用CVD法或濺射法等形成，將其膜厚度設定為50nm至250nm。
例如，藉由CVD法或濺射法使用氧化矽膜以100nm的厚度形成閘極絕緣膜102。當然，閘極絕緣膜102不侷限於這樣的氧化矽膜，可以使用實施例1所舉出的各種材料的單層或疊層結構。
此外，作為閘極絕緣膜102，還可以藉由使用有機矽烷氣體的CVD法而形成氧化矽層。作為有機矽烷氣體，可以使用如正矽酸乙酯(TEOS：化學式為Si(OC2
H5
)4
)、四甲基矽烷(TMS：化學式為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(OC2
H5
)3
)、三二甲基氨基矽烷(SiH(N(CH3
)2
)3
)等的含矽化合物。
接著，進行第二光刻步驟形成抗蝕劑掩模，藉由蝕刻去除不需要的部分形成到達與閘極電極層111相同的材料的佈線或電極層的接觸孔。該接觸孔是為用來與後面形成的導電膜直接連接而設置的。例如，在驅動電路部中，在形成與閘極電極層和源極電極層或汲極電極層直接接觸的電晶體、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，將成為第一電極層114a及第二電極層114b的下部導電膜形成在閘極絕緣膜102上。下部導電膜使用具有實施例1所說明的第一佈線層115a及第二佈線層115b的導電率或更小，並且半導體層113的導電率或更小的導電率的導電膜來形成。另外，可以利用濺射法或真空蒸鍍法形成下部導電膜。
在本實施例中，下部導電膜使用具有n型的導電型的In-Ga-Zn-O類氧化物半導體膜而形成。In-Ga-Zn-O類氧化物半導體膜由於根據成膜條件可以控制載子濃度，所以選擇提高載子濃度的成膜條件形成具有n型的導電型的半導體膜，它可以用作下部導電膜。此外，對後面形成通道的半導體層113利用In-Ga-Zn-O類氧化物半導體膜的情況進行說明。
具有n型的導電型的In-Ga-Zn-O類氧化物半導體膜利用濺射法在氬等稀有氣體和氧氣體的氣圍下形成。此時，藉由在氬等稀有氣體的流量的比率大於氧氣體的流量的比率下進行成膜或者在不使用氧氣體而只使用氬等稀有氣體的氣圍下進行成膜，可以形成具有等於或大於半導體層113的導電率且等於或小於第一佈線層115a及第二佈線層115b的導電率的下部導電膜。
作為具體的條件例子，使用直徑為8英寸的包含In、Ga以及Zn的氧化物半導體靶材(In2
O3
：Ga2
O3
：ZnO=1：1：1)，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，成膜氣體Ar：O2
=50：1(sccm)，將成膜溫度設定為室溫來進行濺射成膜。
具有n型的導電型的In-Ga-Zn-O類氧化物半導體膜不僅示出1×10-4
S/cm至1×102
S/cm的導電率，而且可以與用於本實施例中的後述的半導體層113的In-Ga-Zn-O類氧化物半導體膜良好地電連接，因此是最好的。
接著，進行第三光刻步驟形成抗蝕劑掩模133，對下部導電膜進行蝕刻，形成第一電極層114a、第二電極層114b。作為此時的蝕刻方法使用濕蝕刻或乾蝕刻。
例如，在下部導電膜使用具有n型的導電型的In-Ga-Zn-O類氧化物半導體膜時，作為蝕刻劑使用用於以後說明的形成通道的半導體層113的蝕刻劑即可，例如可以將ITO-07N(日本關東化學株式會社製造)用作蝕刻劑進行濕蝕刻。此外，在使用濕蝕刻的情況下，各向同性地進行蝕刻，第一電極層114a及第二電極層114b的端部比抗蝕劑掩模133更向內縮退。此外，圖2A示出這個步驟的截面圖。
接著，在包括第一電極層114a及第二電極層114b的基板的整個表面上形成成為第一佈線層115a及第二佈線層115b的上部導電膜。成為第一佈線層115a及第二佈線層115b的上部導電膜可以使用與用於實施例1所說明的閘極電極層111的導電膜材料同樣的材料。此外，可以上部導電膜以單層或層疊多個層來形成。此外，可以利用濺射法或真空蒸鍍法來形成上部導電膜。
在本實施例中，作為上部導電膜使用層疊20nm厚的鈦膜和150nm厚的鋁膜的疊層膜。鋁是佈線電阻低的材料，藉由層疊鈦膜可以佈線層具有耐熱性。
接著，進行第四光刻步驟形成抗蝕劑掩模134，藉由蝕刻對上部導電膜進行蝕刻，形成第一佈線層115a、第二佈線層115b以及第二端子122。作為此時的蝕刻方法使用濕蝕刻或乾蝕刻。
例如，在上部導電膜使用鈦和鋁的疊層膜時，可以將過氧化氫溶液、加熱鹽酸或包含氟化銨的硝酸水溶液用作蝕刻劑來進行濕蝕刻。此外，例如使用KSMF-240(日本關東化學株式會社製造)，可以對鈦和鋁一同進行蝕刻。另外，也可以使用乾蝕刻對鈦和鋁一同進行蝕刻。
藉由上述步驟形成的第一電極層114a及第二電極層114b成為電晶體的源極電極層及汲極電極層，而第一佈線層115a及第二佈線層115b成為源極電極佈線及汲極電極佈線。圖2B示出這個步驟的截面圖。
此外，本實施例例示由第一佈線層115a及第二佈線層115b覆蓋第一電極層114a及第二電極層114b的與閘極電極層111的開口部重疊的端部的形狀而說明，但是也可以採用第一電極層114a及第二電極層114b的該端部從第一佈線層115a及第二佈線層115b的端部延伸出的形狀。
此外，在該第四光刻步驟中，第二端子122留在端子部。另外，第二端子122使用源極電極佈線的一部分形成，並與信號線電連接。
此外，在端子部中連接電極120藉由形成在閘極絕緣膜中的接觸孔與端子部的第一端子118直接連接。另外，在此未圖示，藉由與上述步驟同一的步驟，驅動電路的電晶體的源極電極佈線或汲極電極佈線與閘極電極藉由閘極絕緣膜的開口部直接連接。
注意，在後述的形成包括形成通道的區域的氧化物半導體膜103之前，最好藉由進行在設置有基板100的處理室內引入氬氣體來產生電漿的反濺射，去除附著於閘極絕緣膜表面的塵屑。另外，藉由進行反濺射，可以提高閘極絕緣膜102表面的平坦性。反濺射是指一種方法，其中不對靶材一側施加電壓，而在氬氣圍下使用RF電源對基板一側施加電壓並在基板上產生電漿來對表面進行改性。此外，也可以使用氮、氦等代替氬氣圍。另外，也可以在對氬氣圍中加入氧、N2
O等的氣圍下進行。另外，也可以對氬氣圍中加入Cl2
、CF4
等的氣圍下進行。在反濺射處理之後，藉由不暴露於大氣地形成氧化物半導體膜103，可以防止在閘極絕緣膜102和氧化物半導體膜103的介面上附著塵屑或水分。
接著，在氬等稀有氣體和氧氣體的氣圍下藉由濺射法不暴露於大氣地形成成為半導體層113的氧化物半導體膜103。作為氧化物半導體膜103可以使用實施例1所示的氧化物半導體，最好使用In-Ga-Zn-O類氧化物半導體。
作為具體的條件例子，使用直徑為8英寸的包含In、Ga以及Zn的氧化物半導體靶材(In2
O3
：Ga2
O3
：ZnO=1：1：1)，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，成膜氣體Ar：O2
=10：5(sccm)，將成膜溫度設定為室溫來進行濺射成膜。另外，可以在包括In2
O3
的直徑為8英寸的圓盤上配置顆粒狀的Ga2
O3
和ZnO作為靶材。此外，藉由使用脈衝直流(DC)電源，可以減少塵屑，膜厚度分佈也變為均勻，因此是最好的。將In-Ga-Zn-O類非單晶膜的厚度設定為5nm至200nm，最好為20nm至60nm。圖2C示出這個步驟的截面圖。
在藉由濺射法形成In-Ga-Zn-O類非單晶膜的情況下，也可以使包含In、Ga及Zn的氧化物半導體靶材包括絕緣雜質。該雜質是以氧化矽、氧化鍺等為代表的絕緣氧化物、以氮化矽為代表的絕緣氮化物或氧氮化矽等的絕緣氧氮化物等。例如，最好使氧化物半導體靶材包含0.1wt%至30wt%的SiO2
。
藉由使氧化物半導體包含絕緣雜質，可以容易使形成的氧化物半導體非晶化。另外，在對氧化物半導體膜103進行熱處理時，可以抑制氧化物半導體膜103的晶化。
除了In-Ga-Zn-O類氧化物半導體之外，還可以使In-Sn-Zn-O類、Sn-Ga-Zn-O類、In-Zn-O類、Sn-Zn-O類、Ga-Zn-O類、In-O類、Sn-O類、Zn-O類的氧化物半導體包含絕緣雜質，來獲得同樣的效果。
例如，在藉由濺射法形成添加有氧化矽的In-Sn-Zn-O類氧化物半導體的情況下，作為靶材使用以預定的比率燒結In2
O3
、SnO2
、ZnO、SiO2
的靶材。另外，在採用添加有氧化矽的In-Zn-O類氧化物半導體的情況下，作為靶材使用以預定的比率燒結In2
O3
、ZnO、SiO2
的靶材。另外，在藉由濺射法形成添加有氧化矽的Sn-Zn-O類氧化物半導體的情況下，使用如下靶材，即：以預定的比率混合SnO2
和ZnO，以SnO2
和ZnO的總計的1wt%至30wt%的比率添加SiO2
，並且進行燒結的靶材。
在形成In-Ga-Zn-O類非單晶膜時，既可以使用與前面進行了反濺射的處理室同一處理室，又可以使用與前面進行了反濺射的處理室不同的處理室。
在濺射法中，有作為濺射電源使用高頻電源的RF濺射法、DC濺射法，還有以脈衝方法施加偏壓的脈衝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材的多元濺射裝置。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同時對多種材料進行放電而進行成膜。
此外，具有利用如下濺射法的濺射裝置：在處理室內具備磁石機構的磁控管濺射法；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，還有在成膜時使靶材物質和濺射氣體成分起化學反應而形成它們的化合物薄膜的反應濺射法以及在成膜時對基板也施加電壓的偏壓濺射法。
接著，進行第五光刻步驟形成抗蝕劑掩模135，並且對In-Ga-Zn-O類非單晶膜進行蝕刻。可以將檸檬酸或草酸等的有機酸用作蝕刻劑進行蝕刻。在本實施例中，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使In-Ga-Zn-O類非單晶膜成為島狀，而形成作為In-Ga-Zn-O類非單晶膜的半導體層113。藉由將半導體層113的端部蝕刻為錐形，可以防止因臺階形狀導致的佈線的斷開。
此外，此時的蝕刻不侷限於濕蝕刻，而也可以利用乾蝕刻。作為用於乾蝕刻的蝕刻裝置，可以使用如下裝置：利用反應性離子蝕刻法(Reactive Ion Etching：RIE法)的蝕刻裝置；利用ECR(Electron Cyclotron Resonance：電子迴旋加速器諧振)或ICP(Inductively Coupled Plasma：感應耦合電漿)等的高密度電漿源的乾蝕刻裝置。另外，作為與ICP蝕刻裝置相比容易得到在較大面積上的均勻放電的乾蝕刻裝置，有ECCP(Enhanced Capacitively Coupled Plasma：增大電容耦合電漿)模式的蝕刻裝置，在該ECCP模式的蝕刻裝置中，上部電極接地，下部電極連接到13.56MHz的高頻電源，並且下部電極還連接到3.2MHz的低頻電源。該ECCP模式的蝕刻裝置可以對應例如使用第十代的超過3m的尺寸的基板作為基板的情況。
藉由上述步驟，可以製造將使用氧化物半導體的半導體層113用作通道形成區的電晶體141。圖3A示出這個步驟的截面圖。
在去除抗蝕劑掩模135之後，最好以200℃至600℃，典型的是以250℃至500℃進行熱處理。在本實施例中在爐中，在氮氣圍下以350℃進行一個小時的熱處理。藉由該熱處理，進行In-Ga-Zn-O類非單晶膜的原子級的重新排列。由於藉由該熱處理而釋放阻礙載子遷移的應變，所以在此的熱處理(還包括光退火)是重要的。另外，進行熱處理的時序只要在形成In-Ga-Zn-O類非單晶膜之後，就沒有特別的限制，例如也可以在形成像素電極之後進行。
再者，也可以對使用氧化物半導體的半導體層113的通道形成區的背面，所謂形成背通道的面進行氧自由基處理。藉由進行氧自由基處理，可以使電晶體成為常截止狀態(normally-off)。另外，藉由進行自由基處理，可以恢復使用氧化物半導體的半導體層113的露出的面的損傷。自由基處理在O2
、N2
O氣圍下，或最好在包含氧的N2
、He、Ar氣圍下進行。另外，還可以在對上述氣圍添加Cl2
、CF4
的氣圍下進行自由基處理。注意，自由基處理最好不加偏壓地進行。
接著，形成覆蓋電晶體141的保護絕緣層109。作為保護絕緣層109，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。
接著，進行第六光刻步驟形成抗蝕劑掩模，藉由對保護絕緣層109進行蝕刻來形成到達第二佈線層115b的接觸孔125。此外，藉由在此的蝕刻，形成到達第二端子122的接觸孔124、到達連接電極120的接觸孔126。圖3B示出去除抗蝕劑掩模之後的截面圖。
接著，形成透明導電膜。作為透明導電膜的材料，藉由濺射法、真空蒸鍍法等形成氧化銦(In2
O3
)、氧化銦氧化錫合金(In2
O3
-SnO2
、簡稱為ITO)等。使用鹽酸之類的溶液對這些材料進行蝕刻處理。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(In2
O3
-ZnO)，以便改善蝕刻加工性。
接著，進行第七光刻步驟形成抗蝕劑掩模，藉由蝕刻去除不需要的部分來形成像素電極層128。
此外，在該第七光刻步驟中，以閘極絕緣膜102及保護絕緣層109為電介質，並在電容器部中使用電容器佈線123和像素電極層128形成儲存電容器(storage capacitor)。
另外，在該第七光刻步驟中，使用抗蝕劑掩模覆蓋第一端子及第二端子並使形成在端子部的透明導電膜127、129殘留。透明導電膜127、129成為用來與FPC連接的電極或佈線。形成在與第一端子118直接連接的連接電極120上的透明導電膜129是用作閘極佈線的輸入端子的用於連接的端子電極。形成在第二端子122上的透明導電膜127是用作源極電極佈線的輸入端子的用於連接的端子電極。
接著，去除抗蝕劑掩模。圖3C示出這個步驟的截面圖。
此外，圖4A1和圖4A2分別示出這個步驟的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，形成在保護絕緣膜154上的透明導電膜155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，使用與閘極佈線相同的材料形成的第一端子151和使用與源極電極佈線相同的材料形成的連接電極153藉由閘極絕緣層152互相重疊，並互相直接接觸以實現導通。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中的接觸孔直接接觸以實現導通。
另外，圖4B1及圖4B2分別示出源極電極佈線端子部的截面圖及俯視圖。此外，圖4B1相當於沿著圖4B2中的線D1-D2的截面圖。在圖4B1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156隔著閘極絕緣層152重疊於與源極電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，可以形成用於對雜波的措施的電容器或用於對靜電的措施的電容器。此外，第二端子150隔著保護絕緣膜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、源極電極佈線及電容器佈線。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、多個具有與電容器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。
像這樣，藉由七次的光刻步驟，使用七個光掩模可以完成包括底閘型的n通道型電晶體的電晶體141的像素部、儲存電容器。而且，藉由對應於每一個像素將該像素部、儲存電容器配置為矩陣狀來構成像素部，可以將它用作用來製造主動矩陣型顯示裝置的一個基板。在本說明書中，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，以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上的對置電極電連接的共同電極，並且在端子部中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，本實施例不侷限於圖1A的像素結構。圖5示出與圖1A不同的平面圖的例子。圖5示出一例，其中不設置電容器佈線，並隔著保護絕緣膜及閘極絕緣膜重疊像素電極與相鄰的像素的閘極佈線來形成儲存電容器。在此情況下，可以省略電容器佈線及與電容器佈線連接的第三端子。另外，在圖5中，使用同一附圖標記說明與圖1A同一部分。
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，在畫面上形成顯示圖案。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變，該光學調變被觀察者識別為顯示圖案。
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。有一種被稱為黑插入的驅動技術，在該驅動技術中為了改善液晶顯示裝置的動態圖像特性，在每隔一框進行整個畫面的黑顯示。
此外，還有被稱為倍速驅動的驅動技術，其中藉由將垂直同步頻率設定為1.5倍或更大，最好設定為2倍或更大來改善動態特性。
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框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變的切換時序使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，所以尤其是在進行一個畫面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，可以與現有的液晶顯示裝置相比進一步改善液晶顯示裝置的動態圖像特性等的顯示特性。
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個電極(也稱為陰極)設定為低電源電位，例如GND、0V等，所以在端子部中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，除了源極電極佈線及閘極佈線之外還設置電源供給線。由此，在端子部中設置與電源供給線電連接的第五端子。
藉由採用上述結構，可以提供如下電晶體：具有高導電率的第一佈線層及第二佈線層的端部不與閘極電極層重疊，緩和在第一電極層及第二電極層附近電場集中的現象，而抑制熱載子的產生。此外，可以提供不容易發生隨時間電晶體的導通電流值(在半導體元件導通工作時流過的汲極電流)降低的熱載子劣化的電晶體。此外，由於第一電極層及第二電極層和包括形成通道的區域的半導體層的接觸區具有充分的面積，所以可以減小接觸電阻，不容易產生接觸電阻的不均勻，並可以提高可靠性。
此外，本實施例所得到的電晶體由於具有良好的動態特性，所以可以用於液晶顯示裝置或發光顯示裝置的像素部及驅動電路部並與這些驅動技術組合，可以提供電特性高且可靠性高的顯示裝置。
注意，本實施例所示的結構可以與其他實施例所例示的結構適當地組合而使用。
實施例3
在實施例2中，形成第一電極層及第二電極層的第三光刻步驟以及形成第一佈線層及第二佈線層的第四光刻步驟使用兩個掩模。然而，如本實施例例示，在採用使用多色調(高色調)掩模形成的具有多種(典型地是兩種)厚度的區域的抗蝕劑掩模時，可以縮減所使用的抗蝕劑掩模數，而可以實現程序的簡化以及低成本化。
圖6A至6C示出本實施例的底閘結構的電晶體。圖6A是平面圖，圖6B是截面圖。圖6B是沿著圖6A中的虛線A1-A2及B1-B2截斷的截面圖。圖6C是放大圖6B中的電晶體142的第一電極層114a從第一佈線層115a延伸的部分以及第二電極層114b從第二佈線層115b延伸的部分的截面圖。
在圖6A至6C所示的電晶體142中，在基板100上設置有閘極電極層111，在閘極電極層111上設置有閘極絕緣膜102，在閘極絕緣膜102上設置有成為源極電極層及汲極電極層的第一電極層114a及第二電極層114b，以其端部重疊於閘極電極層111。此外，在第一電極層114a上設置有第一佈線層115a，在第二電極層114b上設置有第二佈線層115b，第一電極層114a及第二電極層114b分別與第一佈線層115a及第二佈線層115b電連接。另外，在與閘極電極層111重疊的區域形成有半導體層113。
第一佈線層115a及第二佈線層115b與閘極電極層111的開口部重疊，第一佈線層115a的端部隔著閘極絕緣膜102和第一電極層114a在於閘極電極層111的個端部上，而第二佈線層115b的端部隔著閘極絕緣膜102和第二電極層114b在於閘極電極層111的另一個端部上。此外，第一電極層114a從第一佈線層115a的端部向與閘極電極層111重疊的方向延伸，第二電極層114b從第二佈線層115b的端部向與閘極電極層111重疊的方向延伸。
此外，半導體層113與第一電極層114a及第二電極層114b的側面及上面接觸地設置，半導體層113的至少一部分與閘極絕緣膜102上接觸地設置。
此外，在圖6A至6C所示的電晶體142中，第一電極層114a、第二電極層114b、第一佈線層115a以及第二佈線層115b可以使用實施例1所說明的材料來形成。
在本實施例中，參照圖7A至7C及圖8A至8C對利用使用多色調掩模的光刻步驟製造圖6A至6C的電晶體142的製造方法進行說明。明確而言，對具有電晶體的顯示裝置的像素部的製造程序進行說明。
與實施例2所說明的方法同樣，對基板100進行第一光刻步驟，形成包括閘極電極層111的閘極佈線、電容器佈線123以及第一端子118。接著，進行第二光刻步驟，形成與閘極電極層111同樣的材料的佈線和到達電極層的接觸孔。
接著，與實施例2所說明的方法同樣，在閘極絕緣膜102的整個表面上形成成為第一電極層114a及第二電極層114b的下部導電膜，在下部導電膜的整個表面上形成成為第一佈線層115a及第二佈線層115b的上部導電膜。
接著，進行使用透過的光具有多種強度的多色調(高色調)掩模的第三光刻步驟，如圖7A所示，在上部導電層上形成具有多個不同厚度的區域的抗蝕劑掩模133a。抗蝕劑掩模133a在與閘極電極層111的一部分重疊的區域具有厚度薄的區域。接著，使用抗蝕劑掩模133a，對上部導電層和下部導電層進行蝕刻加工為島狀，形成包括第一佈線層115a及第二佈線層115b、第一電極層114a及第二電極層114b的源極電極佈線。圖7A相當於這個步驟的截面圖。
接著，對抗蝕劑掩模133a進行灰化，形成抗蝕劑掩模133b。如圖7B所示，藉由灰化使抗蝕劑掩模133b的面積縮小，其厚度變薄，並去除具有厚度較薄的區域。
最後，使用其面積縮小的抗蝕劑掩模133b，對第一佈線層115a及第二佈線層115b的外緣部分進行蝕刻，去除第一佈線層115a及第二佈線層115b的與閘極電極層111重疊的部分，而形成其端部從第一佈線層115a延伸在閘極電極層111上的第一電極層114a以及其端部從第二佈線層115b延伸在閘極電極層111上的第二電極層114b。另外，藉由縮小抗蝕劑掩模133a而成抗蝕劑掩模133b，從第一佈線層115a的外周延伸出第一電極層114a，而從第二佈線層115b的外周延伸出第二電極層114b。圖7B示出這個步驟的截面圖。
接著，去除抗蝕劑掩模，與實施例2同樣進行反濺射處理，然後形成氧化物半導體膜103。圖7C相當於這個步驟的截面圖。
接著，進行第四光刻步驟形成抗蝕劑掩模134，與實施例2所說明的方法同樣對氧化物半導體膜103進行蝕刻，形成In-Ga-Zn-O類非單晶膜的半導體層113。此外，可以將第一佈線層115a及第二佈線層115b用作掩模去除從第一佈線層115a的外周延伸出的第一電極層114a以及從第二佈線層115b的外周延伸出的第二電極層114b。
藉由上述步驟，可以製造將使用氧化物半導體的半導體層113用作通道形成區的電晶體142。圖8A示出這個步驟的截面圖。
接著，形成覆蓋電晶體142的保護絕緣層109，藉由使用利用第五光刻步驟形成的抗蝕劑掩模，形成接觸孔125、接觸孔124、接觸孔126。圖8B示出去除抗蝕劑掩模之後的截面圖。
接著，與實施例2同樣形成透明導電膜，使用利用第六光刻步驟形成的抗蝕劑掩模形成像素電極層128、儲存電容器部、源極電極佈線的輸入端子、閘極佈線的輸入端子。圖8C示出去除抗蝕劑掩模的步驟的截面圖。
藉由上述步驟，藉由使用利用多色調(高色調)掩模形成的具有多種(典型地是兩種)的厚度的區域的抗蝕劑掩模，可以縮減抗蝕劑掩模數，並實現本發明的一個實施例的電晶體的製造程序的簡化及低成本化。
此外，可以形成如下電晶體：具有高導電率的第一佈線層及第二佈線層的端部不與閘極電極層重疊，緩和在第一電極層及第二電極層附近電場集中的現象，而抑制熱載子的產生。此外，可以提供不容易發生隨時間電晶體的導通電流值(在半導體元件導通工作時流過的汲極電流)降低的熱載子劣化的電晶體。此外，由於第一電極層及第二電極層和包括形成通道的區域的半導體層的接觸區具有充分的面積，所以可以減小接觸電阻，不容易產生接觸電阻的不均勻，並可以提高可靠性。
此外，本實施例所得到的電晶體由於具有良好的動態特性，所以可以用於液晶顯示裝置或發光顯示裝置的像素部及驅動電路部並與這些驅動技術組合，可以提供電特性高且可靠性高的顯示裝置。
注意，本實施例所示的結構可以與其他實施例所例示的結構適當地組合而使用。
實施例4
對本發明的一個實施例的電晶體的電特性進行計算。
根據使用電腦的計算結果估計閘極絕緣膜和半導體層之間、閘極絕緣膜和第一電極層之間及第二電極層之間的介面附近產生的水平方向的電場強度以及電晶體的Id
-Vg
特性。以下示出計算模型和計算條件。
使用矽穀科技公司(Silvaco Data Systems Inc.)製造的Atlas進行計算，計算模型為具有圖26A1及26A2、26B1及26B2、26C1及26C2以及圖27A1及27A2以及圖27B1及27B2所示的截面的結構的電晶體(144a、144b、144c、144d、144e)。此外，圖26A2、26B2、26C2分別放大圖26A1、26B1、26C1中的第二電極層114b附近，而圖27A2、27B2分別放大圖27A1、27B1中的第二電極層114b附近。閘極電極層111(功函數為4.6eV)上的閘極絕緣膜102為氧氮化矽層(其厚度為100nm，相對介電常數為4.1)，具有通道形成區的半導體層113為In-Ga-Zn-O類氧化物半導體層(其厚度為50nm，電子親和力為4.3eV)，第一電極層114a及第二電極層114b為In-Ga-Zn-O類氧化物半導體層(其厚度為10nm，電子親和力為4.3eV)，第一佈線層115a及第二佈線層115b為Ti(功函數為4.3eV)，具有通道形成區的半導體層113的通道方向的長度(L)為4μm，通道方向的寬度(W)為100μm，電子遷移率為15cm2
/Vs，電洞遷移率為0.1cm2
/Vs。
圖28A至28C以及圖29A及29B示出對示出對於第一電極層114a及第二電極層114b的載子濃度為1×1016
/cm3
、1×1017
/cm3
以及1×1018
/cm3
時的電晶體(144a、144b、144c、144d、144e)的閘極-源極電極間電壓(Vgs
[V])的汲極電極-源極電極間電流(Ids
[A])的傳送的Id
-Vg
特性進行計算的結果。此外，汲極電極源極電極間電壓Vds
為10V。
此外，圖30A至30C以及圖31A及31B示出對與電晶體(144a、144b、144c、144d、144e)的半導體層113或第二電極層114b接觸的閘極絕緣膜102的介面產生的水平方向的電場強度進行計算的結果。此外，採用如下條件進行計算：第一電極層114a及第二電極層114b的載子濃度為1×1018
/cm3
，閘極-源極電極間電壓Vgs
為2V，汲極電極-源極電極間電壓Vds
為10V。
圖26A1示出本發明的一個實施例的電晶體144a的截面圖。在本發明的一個實施例的電晶體144a中，閘極電極層111的開口部具有第一佈線層115a及第二佈線層115b，在閘極電極層111的端部上具有第一佈線層115a及第二佈線層115b的端部。閘極電極層111與第一電極層114a的端部重疊的長度以及閘極電極層111與第二電極層114b的端部重疊的長度分別為3μm，閘極電極層111不與第一佈線層115a重疊，並且閘極電極層111不與第二佈線層115b重疊。
圖26A2示出放大圖26A1的第二佈線層115b附近的截面圖。用χ所示的軸的座標表示與半導體層113或第二電極層114b接觸的閘極絕緣膜102的介面的位置。圖30A示出位置χ的電場強度的計算結果，而圖28A示出電晶體144a的Id
-Vg
特性的計算結果。
圖30A示出電晶體144a的閘極絕緣膜102的介面中的水平方向的電場強度的極大點分散在第二電極層114b的端部和閘極電極層111的端部上的兩個位置而出現。藉由電場分散在兩個位置上，可以抑制熱載子的產生。此外，在圖28A所示的Id
-Vg
特性中可以確認到良好的導通電流。
下面，圖26B1示出本發明的一個實施例的電晶體144b的截面圖。本發明的一個實施例的電晶體144b中的閘極電極層111與第一電極層144a的端部重疊的長度以及閘極電極層111與第二電極層114b的端部重疊的長度與上述的電晶體144a同樣為3μm。此外，在閘極電極層111的端部和第一佈線層115a的端部之間以及在閘極電極層111的端部和第二佈線層115b的端部之間從基板的鉛垂方向來看設置1μm的間隔，而配置第一佈線層115a及第二佈線層115b。
圖26B2示出放大圖26B1的第二佈線層115b附近。用χ所示的軸的座標表示與半導體層113或第二電極層114b接觸的閘極絕緣膜102的介面的位置。圖30B示出位置χ的電場強度的計算結果，而圖28B示出電晶體144b的Id
-Vg
特性的計算結果。
圖30B示出電晶體144b的閘極絕緣膜102的介面中的水平方向的電場強度的極大點分散地出現在第二電極層114b的端部和閘極電極層111的端部上的兩個位置。藉由電場分散在兩個位置上，可以抑制熱載子的產生。此外，圖28B所示的Id
-Vg
特性的導通電流隨著第一電極層114a及第二電極層114b的載子濃度的減少而變化。不與閘極電極層111及第一佈線層115a重疊的第一電極層114a的區域以及不與閘極電極層111及第二佈線層115b重疊的第二電極層114b的區域成為串聯電阻，使電晶體的耐壓提高。
下面，圖26C1示出本發明的一個實施例的電晶體144c的截面圖。本發明的一個實施例的電晶體144c中的閘極電極層111與第一電極層144a的端部重疊的長度以及閘極電極層111與第二電極層114b的端部重疊的長度與上述的電晶體144a同樣為3μm。此外，在閘極電極層111的端部和第一佈線層115a的端部之間以及在閘極電極層111的端部和第二佈線層115b的端部之間從基板的垂直方向來看設置3μm的間隔，而配置第一佈線層115a及第二佈線層115b。
圖26C2示出放大圖26C1的第二佈線層115b附近。用χ所示的軸的座標表示與半導體層113或第二電極層114b接觸的閘極絕緣膜102的介面的位置。圖30C示出位置χ的電場強度的計算結果，而圖28C示出電晶體144c的Id
-Vg
特性的計算結果。
圖30C示出電晶體144c的閘極絕緣膜102的介面中的水平方向的電場強度的極大點分散地出現在第二電極層114b的端部和閘極電極層111的端部上的兩個位置。藉由電場分散在兩個位置上，可以抑制熱載子的產生。此外，圖28C所示的Id
-Vg
特性的導通電流隨著第一電極層114a及第二電極層114b的載子濃度的減少而變化。不與閘極電極層111及第一佈線層115a重疊的第一電極層114a的區域以及不與閘極電極層111及第二佈線層115b重疊的第二電極層114b的區域成為串聯電阻，使電晶體的耐壓提高。
下面，圖27A1示出電晶體144d的截面圖。電晶體144d中的閘極電極層111與第一電極層144a的端部重疊的長度以及閘極電極層111與第二電極層114b的端部重疊的長度與上述的電晶體144a同樣為3μm。此外，閘極電極層111與第一佈線層115a重疊的長度以及閘極電極層111與第二佈線層115b重疊的長度分別為1.5μm而配置。
圖27A2示出放大圖27A1的第二佈線層115b附近。用χ所示的軸的座標表示與半導體層113或第二電極層114b接觸的閘極絕緣膜102的介面的位置。圖31A示出位置χ的電場強度的計算結果，而圖29A示出電晶體144d的Id
-Vg
特性的計算結果。
圖31A示出電晶體144d的閘極絕緣膜102的介面中的水平方向的電場強度的極大點分散地出現在第二電極層114b的端部和閘極電極層115b的端部上的兩個位置。電場的集中分散在兩個位置，但是與電晶體144a的結構相比，與閘極電極層111重疊的第二佈線層115b的端部附近的電場強度高。
接著，圖27B1示出電晶體144e的截面圖。電晶體144e的閘極電極層111與第一電極層114a的端部重疊的長度以及閘極電極層111與第二電極層114b的端部重疊的長度與上述電晶體144a同樣為3μm。此外，閘極電極層111與第一佈線層115a重疊的長度以及閘極電極層111與第二佈線層115b重疊的長度分別為3μm。換言之，第一佈線層115a的端部與第一電極層114a的端部對準，而第二佈線層115b的端部與第二電極層114b的端部對準。
圖27B2示出放大圖27B1的第二佈線層115b附近的截面圖。用χ所示的軸的座標表示與半導體層113或第二電極層114b接觸的閘極絕緣膜102的介面的位置。圖31B示出位置χ的電場強度的計算結果，而圖29B示出電晶體144e的Id
-Vg
特性的計算結果。
圖31B示出電晶體144e的閘極絕緣膜102的介面中的水平方向的電場強度的極大點集中在第二佈線層115b和第二電極層114b的端部上的一個位置。像這樣，在水平方向的較強的電場所集中的位置中，載子被加速而容易產生熱載子。
上述計算結果示出在具有高導電率的第一佈線層及第二佈線層的端部不與閘極電極層重疊的本發明的一個實施例的電晶體中緩和在第一電極層及第二電極層附近電場集中的現象，而抑制熱載子的產生。從而，本發明的一個實施例的電晶體提供不容易發生隨時間電晶體的導通電流值(在半導體元件導通工作時流過的汲極電流)降低的熱載子劣化的電晶體。此外，由於第一電極層及第二電極層和包括形成通道的區域的半導體層的接觸區具有充分的面積，所以可以接觸電阻小，不容易產生接觸電阻的不均勻，並可以提高可靠性。
此外，本實施例所得到的電晶體由於具有良好的動態特性，所以藉由用於液晶顯示裝置或發光顯示裝置的像素部及驅動電路部並與這些驅動技術組合，可以提供電特性高且可靠性高的顯示裝置。
注意，本實施例所示的結構可以與其他實施例所例示的結構適當地組合而使用。
實施例5
在本實施例中，說明半導體裝置的電晶體。明確而言，說明具有頂閘型電晶體的顯示裝置的像素部。圖9A和9B示出本實施例的電晶體。圖9A是俯視圖，而圖9B是沿著圖9A中的A1-A2及B1-B2截斷的截面圖。
在圖9A和9B所示的電晶體143中，在基板100上形成有成為源極電極層及汲極電極層的第一電極層114a及第二電極層114b。此外，在第一電極層114a上設置有第一佈線層115a，在第二電極層114b上設置有第二佈線層115b，在第一電極層114a及第二電極層114b上設置有半導體層113。另外，在半導體層113上設置有閘極絕緣膜102，在閘極絕緣膜102上設置有與第一電極層114a及第二電極層114b的端部重疊的閘極電極層111。此外，第一佈線層115a及第二佈線層115b的開口部具有閘極電極層111，第一電極層114a及第二電極層114b的側面及上面與半導體層113電連接。
第一電極層114a及第二電極層114b使用實施例1至實施例3所說明的下部導電膜而同樣地形成。在本實施例中，使用具有20nm厚的n型的導電型的In-Ga-Zn-O類氧化物半導體膜而形成第一電極層114a及第二電極層114b。
此外，第一佈線層115a及第二佈線層115b也使用實施例1至實施例3所說明的上部導電膜而同樣地形成。在本實施例中，使用150nm厚的鋁膜而形成第一佈線層115a及第二佈線層115b。
此外，半導體層113使用實施例1至實施例3所說明的半導體膜而同樣地形成。在本實施例中，使用50nm厚的In-Ga-Zn-O類氧化物半導體。
此外，形成在半導體層113上的閘極絕緣膜102使用實施例1至實施例3所說明的材料而同樣地形成。另外，隔著閘極絕緣膜102與第一電極層114a及第二電極層114b的端部重疊並使用與實施例1至實施例3所說明的材料同樣地形成閘極電極層111。
藉由採用上述結構，可以提供一種電晶體，其中具有高導電率的第一佈線層及第二佈線層的端部不與閘極電極層重疊，緩和在第一電極層及第二電極層附近電場集中的現象，而抑制熱載子的產生。此外，可以提供不容易發生隨時間電晶體的導通電流值(在半導體元件導通工作時流過的汲極電流)降低的熱載子劣化的電晶體。
此外，藉由閘極電極層的端部形成在第一佈線層115a及第二佈線層115b的端部上，可以提供在電晶體導通工作時流過的汲極電流不容易降低的電晶體。
注意，本實施例所示的結構可以與其他實施例所例示的結構適當地組合而使用。
實施例6
在本實施例中，在半導體裝置的一例的顯示裝置中，以下使用圖10A及10B、圖11、圖12、圖13、圖14、及圖15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電晶體的例子。
此外，在本實施例中將In-Ga-Zn-O類氧化物用於半導體層，與其他實施例所例示的方法同樣地在同一基板上形成並配置電晶體。在驅動電路中，將可以包括n通道型TFT的驅動電路的一部分形成在與像素部的電晶體同一基板上。
圖10A示出半導體裝置的一例的主動矩陣型液晶顯示裝置的方塊圖的一例。圖10A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；選擇各像素的掃描線驅動電路5302；以及控制對被選擇了的像素的視頻信號輸入的信號線驅動電路5303。
此外，參照圖11說明包括其他實施例所例示的n通道型TFT的信號線驅動電路。
圖11所示的信號線驅動電路包括：驅動器IC5601；開關組5602_1至5602_M；第一佈線5611；第二佈線5612；第三佈線5613；以及佈線5621_1至5621_M。開關組5602_1至5602_M分別包括第一電晶體5603a、第二電晶體5603b以及第三電晶體5603c。
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，開關組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及分別對應於開關組5602_1至5602_M的佈線5621_1至5621_M。而且，佈線5621_1至5621_M分別藉由第一電晶體5603a、第二電晶體5603b及第三電晶體5603c連接到三個信號線(信號線Sm-2、信號線Sm-1、信號線Sm(m=3M))。例如，第J列的佈線5621_J(佈線5621_1至佈線5621_M中的任一個)分別藉由開關組5602_J所具有的第一電晶體5603a、第二電晶體5603b及第三電晶體5603c連接到信號線Sj-2、信號線Sj-1、信號線Sj(j=3J)。
注意，對第一佈線5611、第二佈線5612、第三佈線5613分別輸入信號。
注意，驅動器IC5601最好使用單晶半導體形成。再者，開關組5602_1至5602_M最好形成在與像素部同一基板上。因此，最好藉由FPC等連接驅動器IC5601和開關組5602_1至5602_M。或者，也可以藉由採用貼合在與像素部同一基板上等的方法設置單晶半導體層，來形成驅動器IC5601。
接著，參照圖12的時序圖說明圖11所示的信號線驅動電路的工作。注意，圖12的時序圖示出選擇第i行掃描線Gi時的時序圖。再者，第i行掃描線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11的信號線驅動電路在其他行的掃描線被選擇的情況下也進行與圖12相同的工作。
注意，圖12的時序圖示出第J列的佈線5621_J分別藉由第一電晶體5603a、第二電晶體5603b及第三電晶體5603c連接到信號線Sj-2、信號線Sj-1、信號線Sj的情況。
注意，圖12的時序圖示出第i行掃描線Gi被選擇的時序、第一電晶體5603a的導通/截止的時序5703a、第二電晶體5603b的導通/截止的時序5703b、第三電晶體5603c的導通/截止的時序5703c及輸入到第J列佈線5621_J的信號5721_J。
注意，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，分別對佈線5621_1至佈線5621_M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-2，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-1，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。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-2、Data_j-1、Data_j。
如圖12所示，在第一子選擇期間T1中，第一電晶體5603a導通，第二電晶體5603b及第三電晶體5603c截止。此時，輸入到佈線5621_J的Data_j-2藉由第一電晶體5603a輸入到信號線Sj-2。在第二子選擇期間T2中，第二電晶體5603b導通，第一電晶體5603a及第三電晶體5603c截止。此時，輸入到佈線5621_J的Data_j-1藉由第二電晶體5603b輸入到信號線Sj-1。在第三子選擇期間T3中，第三電晶體5603c導通，第一電晶體5603a及第二電晶體5603b截止。此時，輸入到佈線5621_J的Data_j藉由第三電晶體5603c輸入到信號線Sj。
據此，圖11的信號線驅動電路藉由將一個閘極選擇期間分割為三個，從而可以在一個閘極選擇期間中從一個佈線5621將視頻信號輸入到三個信號線。因此，圖11的信號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大約設定為信號線數的1/3。藉由將連接數大約設定為1/3，可以提高圖11的信號線驅動電路的可靠性、良率等。
注意，只要能夠如圖11所示，將一個閘極選擇期間分割為多個子選擇期間，並在各多個子選擇期間中從任一個佈線向多個信號線分別輸入視頻信號，就對於電晶體的配置、數量及驅動方法等沒有限制。
例如，當在三個或更多的子選擇期間的每個中從一個佈線將視頻信號分別輸入到三個或更多的信號線時，追加電晶體及用來控制電晶體的佈線，即可。但是，當將一個閘極選擇期間分割為四個或更多的子選擇期間時，一個子選擇期間變短。因此，最好將一個閘極選擇期間分割為兩個或三個子選擇期間。
作為另一例，也可以如圖13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13的時序圖示出選擇第i行掃描線Gi的時序、第一電晶體5603a的導通/截止的時序5803a、第二電晶體5603b的導通/截止的時序5803b、第三電晶體5603c的導通/截止的時序5803c以及輸入到第J列佈線5621_J的信號5821_J。如圖13所示，在預充電期間Tp中，第一電晶體5603a、第二電晶體5603b及第三電晶體5603c導通。此時，輸入到佈線5621_J的預充電電壓Vp藉由第一電晶體5603a、第二電晶體5603b及第三電晶體5603c分別輸入到信號線Sj-2、信號線Sj-1、信號線Sj。在第一子選擇期間T1中，第一電晶體5603a導通，第二電晶體5603b及第三電晶體5603c截止。此時，輸入到佈線5621_J的Data_j_2藉由第一電晶體5603a輸入到信號線Sj-2。在第二子選擇期間T2中，第二電晶體5603b導通，第一電晶體5603a及第三電晶體5603c截止。此時，輸入到佈線5621_J的Data_j-1藉由第二電晶體5603b輸入到信號線Sj-1。在第三子選擇期間T3中，第三電晶體5603c導通，第一電晶體5603a及第二電晶體5603b截止。此時，輸入到佈線5621_J的Data_j藉由第三電晶體5603c輸入到信號線Sj。
據此，因為應用了圖13的時序圖的圖11的信號線驅動電路可以藉由在子選擇期間之前提供預充電期間來對信號線進行預充電，所以可以高速地進行對像素的視頻信號的寫入。注意，在圖13中，使用相同的附圖標記來表示與圖12相同的部分，而省略對於同一部分或具有相同的功能的部分的詳細說明。
此外，說明掃描線驅動電路的結構。掃描線驅動電路包括移位暫存器、緩衝器。此外，根據情況，還可以包括位準轉移器。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，並供給到對應的掃描線。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14和圖15說明用於掃描線驅動電路的一部分的移位暫存器的一個方式。
圖14示出移位暫存器的電路結構。圖14所示的移位暫存器包括多個正反器，即正反器5701_1至5701_n。此外，輸入第一時鐘信號、第二時鐘信號、起始脈衝信號、重設信號來進行工作。
說明圖14的移位暫存器的連接關係。第一級正反器5701_1連接到第一佈線5711、第二佈線5712、第四佈線5714、第五佈線5715、第七佈線5717_1及第七佈線5717_2。另外，第二級正反器5701_2連接到第三佈線5713、第四佈線5714、第五佈線5715、第七佈線5717_1、第七佈線5717_2及第七佈線5717_3。
與此同樣，第i級正反器5701_i(正反器5701_1至5701_n中的任一個)連接到第二佈線5712和第三佈線5713的其中一個、第四佈線5714、第五佈線5715、第七佈線5717_i-1、第七佈線5717_i及第七佈線5717_i+1。在此，在i為奇數的情況下，第i級正反器5701_i連接到第二佈線5712，在i為偶數的情況下，第i級正反器5701_i連接到第三佈線5713。
另外，第n級正反器5701_n連接到第二佈線5712和第三佈線5713的其中一個、第四佈線5714、第五佈線5715、第七佈線5717_n-1、第七佈線5717_n及第六佈線5716。
注意，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，使用圖15說明圖14所示的正反器的詳細結構。圖15所示的正反器包括第一電晶體5571、第二電晶體5572、第三電晶體5573、第四電晶體5574、第五電晶體5575、第六電晶體5576、第七電晶體5577以及第八電晶體5578。注意，第一電晶體5571、第二電晶體5572、第三電晶體5573、第四電晶體5574、第五電晶體5575、第六電晶體5576、第七電晶體5577以及第八電晶體5578是n通道型電晶體，並且當閘極-源極電極間電壓(Vgs
)超過臨界值電壓(Vth
)時它們成為導通狀態。
另外，圖15所示的正反器具有第一佈線5501、第二佈線5502、第三佈線5503、第四佈線5504、第五佈線5505及第六佈線5506。
在本實施例中示出作為所有電晶體採用增強型n通道型電晶體的例子，但是沒有特別的限制，例如即使使用耗盡型n通道型電晶體也可以驅動驅動電路。
接著，下面示出圖15所示的正反器的連接結構。
第一電晶體5571的第一電極(源極電極及汲極電極中的一個)連接到第四佈線5504，並且第一電晶體5571的第二電極(源極電極及汲極電極中的另一個)連接到第三佈線5503。
第二電晶體5572的第一電極連接到第六佈線5506，並且第二電晶體5572的第二電極連接到第三佈線5503。
第三電晶體5573的第一電極連接到第五佈線5505，第三電晶體5573的第二電極連接到第二電晶體5572的閘極電極，第三電晶體5573的閘極電極連接到第五佈線5505。
第四電晶體5574的第一電極連接到第六佈線5506，第四電晶體5574的第二電極連接到第二電晶體5572的閘極電極，並且第四電晶體5574的閘極電極連接到第一電晶體5571的閘極電極。
第五電晶體5575的第一電極連接到第五佈線5505，第五電晶體5575的第二電極連接到第一電晶體5571的閘極電極，並且第五電晶體5575的閘極電極連接到第一佈線5501。
第六電晶體5576的第一電極連接到第六佈線5506，第六電晶體5576的第二電極連接到第一電晶體5571的閘極電極，並且第六電晶體5576的閘極電極連接到第二電晶體5572的閘極電極。
第七電晶體5577的第一電極連接到第六佈線5506，第七電晶體5577的第二電極連接到第一電晶體5571的閘極電極，並且第七電晶體5577的閘極電極連接到第二佈線5502。
第八電晶體5578的第一電極連接到第六佈線5506，第八電晶體5578的第二電極連接到第二電晶體5572的閘極電極，並且第八電晶體5578的閘極電極連接到第一佈線5501。
注意，以第一電晶體5571的閘極電極、第四電晶體5574的閘極電極、第五電晶體5575的第二電極、第六電晶體5576的第二電極以及第七電晶體5577的第二電極的連接部為節點5543。再者，以第二電晶體5572的閘極電極、第三電晶體5573的第二電極、第四電晶體5574的第二電極、第六電晶體5576的閘極電極以及第八電晶體5578的第二電極的連接部為節點5544。
注意，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。
在第i級正反器5701_i中，圖15中的第一佈線5501和圖14中的第七佈線5717_i-1連接。另外，圖15中的第二佈線5502和圖14中的第七佈線5717_i+1連接。另外，圖15中的第三佈線5503和第七佈線5717_i連接。而且，圖15中的第六佈線5506和第五佈線5715連接。
在i為奇數的情況下，圖15中的第四佈線5504連接到圖14中的第二佈線5712，在i為偶數的情況下，圖15中的第四佈線5504連接到圖14中的第三佈線5713。另外，圖15中的第五佈線5505和圖14中的第四佈線5714連接。
在第一級正反器5701_1中，圖15中的第一佈線5501連接到圖14中的第一佈線5711。另外，在第n級正反器5701_n中，圖15中的第二佈線5502連接到圖14中的第六佈線5716。
此外，也可以僅使用其他實施例所例示的n通道型TFT製造信號線驅動電路及掃描線驅動電路。因為其他實施例所例示的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，由於使用其他實施例所例示的n通道型TFT的掃描線驅動電路可以進行高速工作，因此可以提高框頻率或實現黑屏插入等。
再者，藉由增大掃描線驅動電路的電晶體的通道寬度或配置多個掃描線驅動電路等，可以實現更高的框頻率。在配置多個掃描線驅動電路的情況下，藉由將用來驅動偶數行的掃描線的掃描線驅動電路配置在一側，並將用來驅動奇數行的掃描線的掃描線驅動電路配置在其相反一側，可以實現框頻率的提高。此外，藉由使用多個掃描線驅動電路對同一掃描線輸出信號，有利於顯示裝置的大型化。
此外，在製造應用半導體裝置的一例的主動矩陣型發光顯示裝置的情況下，因為至少在一個像素中配置多個電晶體，因此最好配置多個掃描線驅動電路。圖10B示出主動矩陣型發光顯示裝置的方塊圖的一例。
圖10B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；選擇各像素的第一掃描線驅動電路5402及第二掃描線驅動電路5404；以及控制對被選擇的像素的視頻信號的輸入的信號線驅動電路5403。
在輸入到圖10B所示的發光顯示裝置的像素的視頻信號為數位方式的情況下，藉由切換電晶體的導通和截止，像素處於發光或非發光狀態。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根據視頻信號分別驅動各子像素，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。
因為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於時間灰度法。明確而言，在採用時間灰度法進行顯示的情況下，將一個框期間分割為多個子框期間。然後，根據視頻信號，在各子框期間中使像素的發光元件處於發光或非發光狀態。藉由將一個框期間分割為多個子框期間，可以利用視頻信號控制在一個框期間中像素實際上發光的期間的總長度，並可以進行灰度顯示。
注意，在圖10B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開關TFT時，使用第一掃描線驅動電路5402生成輸入到一個開關TFT的閘極佈線的第一掃描線的信號，而使用第二掃描線驅動電路5404生成輸入到另一個開關TFT的閘極佈線的第二掃描線的信號。但是，也可以使用一個掃描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切換元件的工作的掃描線。在此情況下，既可以使用一個掃描線驅動電路生成輸入到多個掃描線的所有信號，又可以使用多個掃描線驅動電路生成輸入到多個掃描線的所有信號。
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電晶體同一基板上。另外，也可以僅使用其他實施例所例示的n通道型TFT製造信號線驅動電路及掃描線驅動電路。
此外，上述驅動電路除了液晶顯示裝置及發光顯示裝置以外還可以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：具有與紙相同的易讀性；其耗電量比其他顯示裝置小；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包含具有正電荷的第一粒子和具有負電荷的第二粒子的多個微囊，並且藉由對微囊施加電場使微囊中的粒子相互向相反的方向移動，以僅顯示集中在一方的粒子的顏色。注意，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泳效應的顯示器。在該介電泳效應中，介電常數高的物質移動到高電場區。電泳顯示器不需要液晶顯示裝置所需的偏光板，從而可以其厚度和重量減少一半。
將在溶劑中分散有上述微囊的材料稱作電子墨水，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，藉由在主動矩陣基板上適當地設置多個上述微囊，使得微囊夾在兩個電極之間就完成了主動矩陣型顯示裝置，若當對微囊施加電場時可以進行顯示。例如，可以使用利用與其他實施例所例示的方法同樣地形成的電晶體來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，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。
由於安裝有抑制隨時間的導通電流值(在半導體元件導通工作時流過的汲極電流)降低的本發明的一個方式的電晶體，所以本實施例所例示的顯示裝置的可靠性高。
注意，本實施例所示的結構可以與其他實施例所例示的結構適當地組合而使用。
實施例7
藉由製造其他實施例所例示的薄膜電晶體並將該薄膜電晶體用於像素部及驅動電路，從而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，可以將其他實施例所例示的薄膜電晶體用於驅動電路的一部分或全部並一體地形成在與像素部同一基板上，從而形成系統型面板(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，也可以應用電子墨水等的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，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，並且該元件基板在多個像素中分別具備用於將電流供給到顯示元件的單元。明確而言，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並藉由蝕刻形成像素電極之前的狀態，而可以採用各種方式。
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；將印刷線路板固定到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。
在本實施例中，參照圖16A1及16A2與16B說明相當於半導體裝置的一個方式的液晶顯示面板的外觀及截面。圖16A1、16A2是一種面板的俯視圖，其中利用密封材料4005將包括用作氧化物半導體層的形成在第一基板4001上的其他實施例所例示的In-Ga-Zn-O類非單晶膜的可靠性高的薄膜電晶體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16B相當於沿著圖16A1、16A2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以及第二基板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，對於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方法、引線接合方法或TAB方法等。圖16A1是藉由COG方法安裝信號線驅動電路4003的例子，而圖16A2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16B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4020、4021。
作為薄膜電晶體4010、4011可以應用其他實施例所例示的包括用作氧化物半導體層的In-Ga-Zn-O類非單晶膜的可靠性高的薄膜電晶體。在本實施例中，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。注意，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，並且隔著絕緣層4032、4033夾有液晶層4008。
注意，作為第一基板4001、第二基板4006，可以使用玻璃、金屬(典型的是不鏽鋼)、陶瓷、塑膠。作為塑膠，可以使用FRP(Fiberglass-Reinforced Plastics：玻璃纖維增強塑膠)板、PVF(聚氟乙烯)薄膜、聚酯薄膜或丙烯酸樹脂薄膜。此外，也可以使用具有將鋁箔夾在PVF膜之間或聚酯膜之間的結構的薄片。
此外，附圖標記4035表示可以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(單元間隙)而設置的。注意，還可以使用球狀間隔物。另外，對置電極層4031與設置在與薄膜電晶體4010同一基板上的共同電位線電連接。使用共同連接部，可以藉由配置在一對基板之間的導電性粒子電連接對置電極層4031和共同電位線。此外，將導電性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顯示藍相的液晶。藍相是液晶相的一種，它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，使用混合有等於或大於5wt%的手性試劑的液晶組成物而形成液晶層4008。包含顯示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取向處理，從而視角依賴小。
另外，雖然本實施例示出透過型液晶顯示裝置的例子，但是本發明也可以應用於反射型液晶顯示裝置或半透過型液晶顯示裝置。
另外，雖然在本實施例的液晶顯示裝置中示出在基板的外側(可見的一側)設置偏光板，並在內側依次設置著色層、用於顯示元件的電極層的例子，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的結構，只要根據偏光板和著色層的材料或製造程序條件適當地設定即可。另外，還可以設置用作黑底的遮光膜。
另外，在本實施例中，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)覆蓋其他實施例所例示的薄膜電晶體，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，所以最好採用緻密的膜。利用濺射法並利用氧化矽膜、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。雖然在本實施例中示出利用濺射法形成保護膜的例子，但是並不侷限於此，而使用各種方法形成保護膜即可。
在本實施例中，作為保護膜形成疊層結構的絕緣層4020。在本實施例中，作為絕緣層4020的第一層，利用濺射法形成氧化矽膜。當作為保護膜使用氧化矽膜時，對用作源極電極層及汲極電極層的鋁膜的小丘防止有效。
在本實施例中，利用濺射法形成氮化矽膜作為絕緣層4020的第二層。當使用氮化矽膜作為保護膜時，可以抑制鈉等的可動離子侵入到半導體區中而使TFT的電特性變化。
另外，也可以在形成保護膜之後進行對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、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。矽氧烷類樹脂也可以使用有機基(例如烷基或芳基)或氟基作為取代基。另外，有機基也可以具有氟基。
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。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步驟中同時進行對氧化物半導體層的退火(300℃至400℃)。藉由兼作絕緣層4021的焙燒步驟和對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最好為10000Ω/□或更小，並且其波長最好為550nm時的透光率最好為70%或更大。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或更小。
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或更多的共聚物等。
另外，供給到另行形成的信號線驅動電路4003、掃描線驅動電路4004、像素部4002的各種信號及電位是從FPC4018供給的。
在本實施例中，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，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16A1至16B中示出另行形成信號線驅動電路4003並將它安裝在第一基板4001上的例子，但是本實施例不侷限於該結構。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17示出使用應用其他實施例所例示的TFT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例。
圖17是液晶顯示模組的一例，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、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，並且其中安裝有控制電路及電源電路等的外部電路。此外，也可以其間具有相位差板地層疊偏光板和液晶層。
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(垂直取向排列：Patterned Vertical Alignment)模式、ASM(軸對稱排列微胞：Axially Symmetric aligned Micro-cell)模式、OCB(光學補償雙折射：Optically 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。
由於安裝有抑制隨時間的導通電流值(在半導體元件導通工作時流過的汲極電流)降低的本發明的一個方式的電晶體，所以本實施例所例示的液晶顯示面板的可靠性高。
注意，本實施例所示的結構可以與其他實施例所例示的結構適當地組合而使用。
實施例8
在本實施例中，作為應用了其他實施例所例示的薄膜電晶體的半導體裝置示出電子紙的例子。
在圖18中，作為半導體裝置的例子示出主動矩陣型電子紙。作為用於半導體裝置的薄膜電晶體581，可以應用其他實施例所例示的薄膜電晶體。
圖18的電子紙是採用扭轉球顯示方式(twist ball type)的顯示裝置的例子。扭轉球顯示方式是指一種方法，其中將分別塗成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，並使在第一電極層和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。
密封在基板580和基板596之間的薄膜電晶體581是頂閘結構的薄膜電晶體，其源極電極層或汲極電極層藉由在絕緣層583、584和585中形成的開口與第一電極層587接觸，從而使薄膜電晶體581與第一電極層587電連接。在第一電極層587和第二電極層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和白色區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(參照圖18)。在本實施例中，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。第二電極層588與設置在與薄膜電晶體581同一基板上的共同電位線電連接。使用其他實施例所例示的任一個共同連接部來可以藉由配置在一對基板之間的導電性粒子電連接第二電極層588和共同電位線。
此外，還可以使用電泳元件代替扭轉球。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。應用這種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，因而不需要輔助光源。此外，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。從而，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)遠離電波發送源，也能夠儲存顯示過的圖像。
由於安裝有抑制隨時間的導通電流值(在半導體元件導通工作時流過的汲極電流)降低的本發明的一個方式的電晶體，所以本實施例所例示的電子紙的可靠性高。
注意，本實施例所示的結構可以與其他實施例所例示的結構適當地組合而使用。
實施例9
在本實施例中，作為應用其他實施例所例示的薄膜電晶體的半導體裝置示出發光顯示裝置的例子。在本實施例中，藉由利用使用電致發光的發光元件來示出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來區分利用電致發光的發光元件，一般來說，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，以使電流流過。然後，由於這些載子(電子和電洞)的重結合，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，得到發光。根據這種機制，該發光元件稱為電流激勵型發光元件。
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，並且其發光機制是利用施主能級和受主能級的施主-受主重結合型發光。薄膜型無機EL元件具有利用電介質層夾住發光層並還利用電極夾住該夾有發光層的電介質層的結構，並且其發光機制是利用金屬離子的內殼電子躍遷的局部型發光。注意，在本實施例中使用有機EL元件作為發光元件而進行說明。
圖19是作為應用本發明的半導體裝置的例子，示出能夠應用數位時間灰度級驅動(digital time grayscale driving)的像素結構的一例的圖。
以下對能夠應用數字時間灰度級驅動的像素的結構及像素的工作進行說明。在本實施例中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通道型電晶體中將其他實施例所例示的氧化物半導體層(In-Ga-Zn-O類非單晶膜)用作通道形成區。
像素6400包括：開關電晶體6401、驅動電晶體6402、發光元件6404以及電容器元件6403。開關電晶體6401的閘極連接於掃描線6406，開關電晶體6401的第一電極(源極電極及汲極電極中的一個)連接於信號線6405，開關電晶體6401的第二電極(源極電極及汲極電極中的另一個)連接於驅動電晶體6402的閘極。驅動電晶體6402的閘極藉由電容器元件6403連接於電源線6407，驅動電晶體6402的第一電極連接於電源線6407，驅動電晶體6402的第二電極連接於發光元件6404的第一電極(像素電極)。發光元件6404的第二電極相當於共同電極6408。共同電極6408與形成在同一基板上的共同電位線電連接。
此外，將發光元件6404的第二電極(共同電極6408)設置為低電源電位。另外，低電源電位是指以設定於電源線6407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其電位。
另外，還可以使用驅動電晶體6402的閘極電容代替電容器元件6403而省略電容器元件6403。至於驅動電晶體6402的閘極電容，可以在通道形成區與閘極電極之間形成有電容。
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的閘極輸入能夠使驅動電晶體6402充分成為導通或截止的兩個狀態的視頻信號。即，驅動電晶體6402在線形區進行工作。由於驅動電晶體6402在線形區進行工作，將比電源線6407的電壓高的電壓施加到驅動電晶體6402的閘極上。另外，對信號線6405施加電源線電壓與驅動電晶體6402的Vth
之總和(電源線電壓+驅動電晶體6402的Vth
)或更高的電壓。
另外，當進行模擬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19相同的像素結構。
當進行模擬灰度級驅動時，對驅動電晶體6402的閘極施加發光元件6404的正向電壓與驅動電晶體6402的Vth
之總和(發光元件6404的正向電壓+驅動電晶體6402的Vth
)或更高的電壓。發光元件6404的正向電壓是指得到所希望的亮度時的電壓，至少包括正向臨界值電壓。此外，藉由輸入使驅動電晶體6402工作在飽和區中的視頻信號，可以使電流流過發光元件6404。為了使驅動電晶體6402工作在飽和區中，使電源線6407的電位高於驅動電晶體6402的閘極電位。當以視頻信號為模擬信號時，可以在發光元件6404中流過對應於該視頻信號的電流，以進行模擬灰度級驅動。
此外，圖19所示的像素結構不侷限於此。例如，也可以對圖19所示的像素另外添加開關、電阻器元件、電容器元件、電晶體或邏輯電路等。
接著，參照圖20A至20C說明發光元件的結構。在本實施例中，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20A、20B和20C的半導體裝置的驅動TFT7001、7011、7021可以與其他實施例所例示的薄膜電晶體同樣地製造，其是包括用作半導體層的In-Ga-Zn-O類非單晶膜的可靠性高的薄膜電晶體。
發光元件的陽極及陰極中的至少一個具有對於可見光的透光性以取出從發光元件發射的光，即可。而且，有如下結構的發光元件，即在基板上形成薄膜電晶體及發光元件，並從與基板相反的面發光的頂部發射、從基板一側的面發光的底部發射、以及從基板一側及與基板相反的面發光的雙面發射。本發明的像素結構可以應用於任何發射結構的發光元件。
參照圖20A說明頂部發射結構的發光元件。
在圖20A中示出當驅動TFT7001是n型，並且從發光元件7002發射的光透過到陽極7005一側時的像素的截面圖。在圖20A中，發光元件7002的陰極7003和驅動TFT7001電連接，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。在由多個層構成時，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。使用具有對於可見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透光性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夾住發光層7004的區域相當於發光元件7002。在圖20A所示的像素中，從發光元件7002發射的光如圖20A中的箭頭所示那樣發射到陽極7005一側。
接著，參照圖20B說明底部發射結構的發光元件。圖20B示出在驅動TFT7011是n型，並且從發光元件7012的光發射到陰極7013一側的情況下的像素的截面圖。在圖20B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。注意，在陽極7015具有對於可見光的透光性的情況下，也可以覆蓋陽極上地形成有用於反射光或進行遮光的遮罩膜7016。與圖20A的情況同樣地，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20A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20A同樣地使用具有對於可見光的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夾住發光層7014的區域相當於發光元件7012。在圖20B所示的像素中，從發光元件7012發射的光如圖20B中的箭頭所示那樣發射到陰極7013一側。
接著，參照圖20C說明雙面發射結構的發光元件。在圖20C中，在與驅動TFT7021電連接的具有對於可見光的透光性的導電膜7027上形成有發光元件7022的陰極7023，而在陰極7023上按順序層疊有發光層7024、陽極7025。與圖20A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A1用作陰極7023。而且，與圖20A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20A同樣地使用具有對於可見光的透過性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20C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7023一側兩者。
注意，雖然在本實施例中描述了有機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，雖然在本實施例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。
注意，本實施例所示的半導體裝置不侷限於圖20A至20C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21A和21B說明相當於應用其他實施例所例示的薄膜電晶體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21A是一種面板的俯視圖，其中利用密封材料在第一基板與第二基板之間密封有形成在第一基板上的薄膜電晶體及發光元件。圖21B相當於沿著圖21A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，發光顯示面板最好使用氣密性高且漏氣少的保護薄膜(貼合薄膜、紫外線固化樹脂薄膜等)及覆蓋材料且不暴露於空氣地進行封裝(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21B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可以應用包括用作半導體層的In-Ga-Zn-O類非單晶膜的可靠性高的其他實施例所例示的薄膜電晶體。在本實施例中，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。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，但是不侷限於本實施例所示的結構。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。特別最好的是，使用感光材料，在第一電極層4517上形成開口部，並將該開口部的側壁形成為具有連續的曲率而成的傾斜面。
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膜等。
另外，供給到信號線驅動電路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供給的。
在本實施例中，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，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與FPC4518a所具有的端子電連接。
位於從發光元件4511取出的光的方向上的基板需要具有對於可見光的透光性。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對於可見光的透光性的材料。
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)。在本實施例中，作為填料4507使用氮。
另外，若有需要，也可以在發光元件的光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，該處理是利用表面的凹凸來可以擴散反射光以降低眩光的處理。
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安裝。本實施例不侷限於圖21A和21B的結構。
由於安裝有抑制隨時間的導通電流值(在半導體元件導通工作時流過的汲極電流)降低的本發明的一個方式的電晶體，所以本實施例所例示的發光顯示裝置的可靠性高。
注意，本實施例所示的結構可以與其他實施例所例示的結構適當地組合而使用。
實施例10
應用其他實施例所例示的薄膜電晶體的半導體裝置可以應用於電子紙。電子紙可以用於顯示資訊的所有領域的電子設備。例如，可以將電子紙應用於電子書籍(電子書)、招貼、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22示出電子設備的一例。
另外，圖22示出電子書籍2700的一例。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，使電子書籍2700可以以該軸部2711為軸進行開閉工作。藉由這種結構，電子書籍2700可以進行如紙的書籍那樣的工作。
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22中的顯示部2705)中可以顯示文章，而在左邊的顯示部(圖22中的顯示部2707)中可以顯示圖像。
此外，在圖22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。注意，也可以採用在與框體的顯示部同一個面具備鍵盤及指向裝置等的結構。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)、記錄媒體插入部等的結構。再者，電子書籍2700也可以具有作為電子詞典的功能。
此外，電子書籍2700也可以採用能夠以無線的方式收發資料的結構。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。
由於安裝有抑制隨時間的導通電流值(在半導體元件導通工作時流過的汲極電流)降低的本發明的一個方式的電晶體，所以本實施例所例示的顯示裝置的可靠性高。
注意，本實施例所示的結構可以與其他實施例所例示的結構適當地組合而使用。
實施例11
使用其他實施例所例示的薄膜電晶體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、影像拍攝裝置如數位相機及數位攝像機等、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、彈珠機等的大型遊戲機等。
圖23A示出電視裝置9600的一例。在電視裝置9600中，框體9601組裝有顯示部9603。利用顯示部9603可以顯示圖像。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、另行提供的遙控器9610進行電視裝置9600的操作。藉由利用遙控器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上顯示的圖像進行操作。此外，也可以採用在遙控器9610中設置顯示從該遙控器9610輸出的資料的顯示部9607的結構。
注意，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，從而可以進行單向(從發送機到接收機)或雙向(在發送機和接收機之間或在接收機之間等)的資料通信。
圖23B示出數位相框9700的一例。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。
注意，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)、記錄媒體插入部等的結構。這種結構也可以組裝到與顯示部同一個面，但是藉由將它設置在側面或背面上來提高設計性，所以是最好的。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既可以採用以無線的方式收發資訊的結構，又可以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24A示出一種可攜式遊戲機，其由框體9881和框體9891的兩個框體構成，並且藉由連接部9893連接框體9881和框體9891，使該可攜式遊戲機可以打開或折疊。框體9881組裝有顯示部9882，並且框體9891組裝有顯示部9883。另外，圖24A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(即，具有測定如下因素的功能的裝置：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、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，只要採用如下結構即可：至少具備根據本發明的一個方式的半導體裝置。因此，可以採用適當地設置有其他附屬設備的結構。圖24A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；以及藉由與其他可攜式遊戲機進行無線通信而共用資訊。注意，圖24A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24B示出大型遊戲機的投幣機9900的一例。在投幣機9900的框體9901中組裝有顯示部9903。另外，投幣機9900還具備如起動手柄或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，只要採用如下結構即可：至少具備根據本發明的一個方式的半導體裝置。因此，可以採用適當地設置有其他附屬設備的結構。
圖25示出行動電話機1000的一例。行動電話機1000除了組裝在框體1001中的顯示部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25所示的行動電話機1000可以用手指等觸摸顯示部1002來輸入資料。此外，可以用手指等觸摸顯示部1002來進行打電話或輸入電子郵件等的操作。
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與輸入模式。
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，最好的是，在顯示部1002的畫面的大多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，判斷行動電話機1000的方向(行動電話機1000是以水平或垂直置放，以用於豎向模式還是橫向模式)，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。此外，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，而可以進行身份識別。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用光源，也可以拍攝手指靜脈、手掌靜脈等。
由於安裝有抑制隨時間的導通電流值(在半導體元件導通工作時流過的汲極電流)降低的本發明的一個方式的電晶體，所以安裝有本實施例所例示的顯示裝置的電子設備的可靠性高。
注意，本實施例所示的結構可以與其他實施例所例示的結構適當地組合而使用。
本說明書根據2009年3月30日在日本專利局申請的日本專利申請編號2009-083250而製作，所述申請內容包括在本說明書中。
100．．．基板
102．．．閘極絕緣膜
103．．．半導體膜
109．．．保護絕緣層
111．．．閘極電極層
113．．．半導體層
114a．．．電極層
114b．．．電極層
115a．．．佈線層
115b．．．佈線層
118．．．端子
120．．．連接電極
122．．．端子
123．．．電容器佈線
124．．．接觸孔
125．．．接觸孔
126．．．接觸孔
127．．．透明導電膜
128．．．像素電極層
129．．．透明導電膜
133．．．抗蝕劑掩模
133a．．．抗蝕劑掩模
133b．．．抗蝕劑掩模
134．．．抗蝕劑掩模
135．．．抗蝕劑掩模
141．．．電晶體
142．．．電晶體
143．．．電晶體
144a．．．電晶體
144b．．．電晶體
144c．．．電晶體
144d．．．電晶體
144e．．．電晶體
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
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．．．操作按鈕
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．．．撓性線路板
2610．．．冷陰極管
2611．．．反射板
2612．．．電路基板
2613．．．擴散板
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．．．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
4033．．．絕緣層
4035．．．間隔物
4501．．．基板
4502．．．像素部
4503a．．．信號線驅動電路
4503b．．．信號線驅動電路
4504a．．．掃描線驅動電路
4504b．．．掃描線驅動電路
4505．．．密封材料
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．．．FPC
4518b．．．FPC
4519．．．各向異性導電膜
4520．．．分隔壁
5300．．．基板
5301．．．像素部
5302．．．掃描線驅動電路
5303．．．信號線驅動電路
5400．．．基板
5401．．．像素部
5402．．．掃描線驅動電路
5403．．．信號線驅動電路
5404．．．掃描線驅動電路
5501．．．佈線
5502．．．佈線
5503．．．佈線
5504．．．佈線
5505．．．佈線
5506．．．佈線
5543．．．節點
5544．．．節點
5571．．．電晶體
5572．．．電晶體
5573．．．電晶體
5574．．．電晶體
5575．．．電晶體
5576．．．電晶體
5577．．．電晶體
5578．．．電晶體
5601．．．驅動器IC
5602．．．開關組
5603a．．．電晶體
5603b．．．電晶體
5603c．．．電晶體
5611．．．佈線
5612．．．佈線
5613．．．佈線
5621．．．佈線
5701．．．正反器
5703a．．．時序
5703b．．．時序
5703c．．．時序
5711．．．佈線
5712．．．佈線
5713．．．佈線
5714．．．佈線
5715．．．佈線
5716．．．佈線
5717．．．佈線
5721．．．信號
5803a．．．時序
5803b．．．時序
5803c．．．時序
5821．．．信號
6400．．．像素
6401．．．開關電晶體
6402．．．驅動電晶體
6403．．．電容器元件
6404．．．發光元件
6405．．．信號線
6406．．．掃描線
6407．．．電源線
6408．．．共同電極
7001．．．驅動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
9600．．．電視裝置
9601．．．框體
9603．．．顯示部
9605．．．支架
9607．．．顯示部
9609．．．操作鍵
9610．．．遙控器
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．．．投幣機
9901．．．框體
9903．．．顯示部
在附圖中：
圖1A至1C是說明根據本發明之一個實施例的半導體裝置的圖；
圖2A至2C是說明根據本發明之一個實施例的半導體裝置的製造方法的圖；
圖3A至3C是說明根據本發明之一個實施例的半導體裝置的製造方法的圖；
圖4A1及4A2與4B1及4B2是說明根據本發明之一個實施例的半導體裝置的圖；
圖5是說明根據本發明之一個實施例的半導體裝置的圖；
圖6A至6C是說明根據本發明之一個實施例的半導體裝置的圖；
圖7A至7C是說明根據本發明之一個實施例的半導體裝置的製造方法的圖；
圖8A至8C是說明根據本發明之一個實施例的半導體裝置的製造方法的圖；
圖9A和9B是說明根據本發明之一個實施例的半導體裝置的圖；
圖10A和10B是說明半導體裝置的方塊圖的圖；
圖11是說明信號線驅動電路的結構的圖；
圖12是說明信號線驅動電路的工作的時序圖；
圖13是說明信號線驅動電路的工作的時序圖；
圖14是說明移位暫存器的結構的圖；
圖15是說明根據本發明之一個實施例的正反器的連接結構的圖；
圖16A1及16A2與16B是說明根據本發明之一個實施例的半導體裝置的圖；
圖17是說明根據本發明之一個實施例的半導體裝置的圖；
圖18是說明根據本發明之一個實施例的半導體裝置的圖；
圖19是說明根據本發明之一個實施例的半導體裝置的像素等效電路的圖；
圖20A至20C是說明根據本發明之一個實施例的半導體裝置的圖；
圖21A和21B是說明根據本發明之一個實施例的半導體裝置的圖；
圖22是示出電子書籍的一例的外觀圖；
圖23A和23B是示出電視裝置及數位相框的例子的外觀圖；
圖24A和24B是示出遊戲機的例子的外觀圖；
圖25是示出行動電話機的一例的外觀圖；
圖26A1及26A2、26B1及26B2、與26C1及26C2是說明根據本發明之一個實施例的半導體裝置的圖；
圖27A1及27A2與27B1及27B2是說明根據本發明之一個實施例的半導體裝置的圖；
圖28A至28C是說明根據本發明之一個實施例的半導體裝置的電特性的圖；
圖29A和29B是說明根據本發明之一個實施例的半導體裝置的電特性的圖；
圖30A至30C是說明根據本發明之一個實施例的半導體裝置的計算結果的圖；
圖31A和31B是說明根據本發明之一個實施例的半導體裝置的計算結果的圖。
102．．．閘極絕緣膜
111．．．閘極電極層
113．．．半導體層
114a．．．電極層
114b．．．電極層
115a．．．佈線層
115b．．．佈線層
Claims (14)
- 一種半導體裝置，包括：基板上的閘極電極層；該閘極電極層上的閘極絕緣膜；該閘極絕緣膜上的第一電極層及第二電極層；該第一電極層及該第二電極層上的第一佈線層及第二佈線層，該第一佈線層電連接於該第一電極層，並且該第二佈線層電連接於該第二電極層；該第一佈線層及該第二佈線層上的氧化物半導體層，該氧化物半導體層接觸於該第一電極層及該第二電極層各者的側面及上面；以及在該氧化物半導體層上的保護絕緣層，其中，該閘極電極層與該第一電極層及該第二電極層各者的端部重疊且不與該第一佈線層及該第二佈線層重疊，其中，該第一電極層及該第二電極層各者的導電率為等於或大於該氧化物半導體層的導電率，其中，該第一電極層及該第二電極層各者的導電率為等於或小於該第一佈線層及該第二佈線層各者的導電率，其中，該保護絕緣層直接接觸於該閘極絕緣膜、該第一佈線層、該第二佈線層及該氧化物半導體層，並且其中，該保護絕緣層不直接接觸於該第一電極層及該第二電極層。
- 一種半導體裝置，包括： 基板上的第一電極層及第二電極層；該第一電極層及該第二電極層上的第一佈線層及第二佈線層，該第一佈線層電連接於該第一電極層，並且該第二佈線層電連接於該第二電極層；該第一佈線層及該第二佈線層上的氧化物半導體層，該氧化物半導體層接觸於該第一電極層及該第二電極層各者的側面及上面；該氧化物半導體層上的閘極絕緣膜；該閘極絕緣膜上的閘極電極層；以及在該氧化物半導體層上的保護絕緣層，其中，該閘極電極層與該第一電極層及該第二電極層各者的端部重疊且不與該第一佈線層及該第二佈線層重疊，其中該第一電極層及該第二電極層各者的導電率為等於或大於該氧化物半導體層的導電率，其中該第一電極層及該第二電極層各者的導電率為等於或小於該第一佈線層及該第二佈線層各者的導電率，其中，該保護絕緣層直接接觸於該閘極絕緣膜、該第一佈線層、該第二佈線層及該氧化物半導體層，並且其中，該保護絕緣層不直接接觸於該第一電極層及該第二電極層。
- 如申請專利範圍第1或2項的半導體裝置，其中該第一佈線層的端部與該閘極電極層的一個端部對準，並且其中該第二佈線層的端部與該閘極電極層的另一個端部 對準。
- 如申請專利範圍第1或2項的半導體裝置，其中該氧化物半導體層的厚度為5nm至200nm的範圍內，並且其中該第一電極層及該第二電極層各者的厚度為5nm至200nm的範圍內。
- 如申請專利範圍第1或2項的半導體裝置，其中該第一電極層延伸，以便使該第一電極層的端部位於該第一佈線層的端部的內側，其中該第二電極層延伸，以便使該第二電極層的端部位於該第二佈線層的端部的內側，並且其中各該第一電極層及該第二電極層重疊於該閘極電極層。
- 如申請專利範圍第1或2項的半導體裝置，其中該第一電極層及該第二電極層各者的導電率為1×10-4 S/cm至1×102 S/cm的範圍內。
- 如申請專利範圍第1或2項的半導體裝置，其中該第一電極層與該閘極電極層重疊的長度及該第二電極層與該閘極電極層重疊的長度分別為0.2μm至5μm的範圍內。
- 如申請專利範圍第1或2項的半導體裝置，其中各該第一電極層及該第二電極層包含銦、鎵及鋅，並且其中該氧化物半導體層包含銦、鎵及鋅。
- 如申請專利範圍第1或2項的半導體裝置， 其中各該第一電極層及該第二電極層包含鉬、鈦或鎢，其中具有導電特性的第一氧化膜提供於該氧化物半導體層及該第一電極層之間的介面，並且其中具有導電特性的第二氧化膜提供於該氧化物半導體層及該第二電極層之間的介面。
- 一種半導體裝置的製造方法，包括如下步驟：在基板上形成閘極電極層；在該閘極電極層上形成閘極絕緣膜；在該閘極絕緣膜上形成第一電極層及第二電極層；在該第一電極層及該第二電極層上形成第一佈線層及第二佈線層，該第一佈線層電連接於該第一電極層，並且該第二佈線層電連接於該第二電極層；在該第一佈線層及該第二佈線層上形成氧化物半導體層，該氧化物半導體層接觸於該第一電極層及該第二電極層各者的側面及上面；以及在該氧化物半導體層上形成保護絕緣層，其中，該閘極電極層與該第一電極層及該第二電極層各者的端部重疊且不與該第一佈線層及該第二佈線層重疊，其中，該第一電極層及該第二電極層各者的導電率為等於或大於該氧化物半導體層的導電率，其中，該第一電極層及該第二電極層各者的導電率為等於或小於該第一佈線層及該第二佈線層各者的導電率， 其中，該保護絕緣層直接接觸於該閘極絕緣膜、該第一佈線層、該第二佈線層及該氧化物半導體層，並且其中，該保護絕緣層不直接接觸於該第一電極層及該第二電極層。
- 一種半導體裝置的製造方法，包括如下步驟：在基板上形成第一電極層及第二電極層；在該第一電極層及該第二電極層上形成第一佈線層及第二佈線層，該第一佈線層電連接於該第一電極層，並且該第二佈線層電連接於該第二電極層；在該第一佈線層及該第二佈線層上形成氧化物半導體層，該氧化物半導體層接觸於該第一電極層及該第二電極層各者的側面及上面；在該氧化物半導體層上形成閘極絕緣膜；在該閘極絕緣膜上形成閘極電極層；以及在該氧化物半導體層上形成保護絕緣層，其中，該閘極電極層與該第一電極層及該第二電極層各者的端部重疊且不與該第一佈線層及該第二佈線層重疊，其中，該第一電極層及該第二電極層各者的導電率為等於或大於該氧化物半導體層的導電率，其中，該第一電極層及該第二電極層各者的導電率為等於或小於該第一佈線層及該第二佈線層各者的導電率，其中，該保護絕緣層直接接觸於該閘極絕緣膜、該第一佈線層、該第二佈線層及該氧化物半導體層，並且 其中，該保護絕緣層不直接接觸於該第一電極層及該第二電極層。
- 如申請專利範圍第10或11項的半導體裝置的製造方法，其中該第一佈線層的端部與該閘極電極層的一個端部對準，並且其中該第二佈線層的端部與該閘極電極層的另一個端部對準。
- 如申請專利範圍第10或11項的半導體裝置的製造方法，其中該氧化物半導體層的厚度為5nm至200nm的範圍內，並且其中該第一電極層及該第二電極層各者的厚度為5nm至200nm的範圍內。
- 如申請專利範圍第10或11項的半導體裝置的製造方法，其中該第一電極層延伸，以便使該第一電極層的端部位於該第一佈線層的端部的內側，其中該第二電極層延伸，以便使該第二電極層的端部位於該第二佈線層的端部的內側，並且其中各該第一電極層及該第二電極層重疊於該閘極電極層。
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