專利名稱：半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括氧化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
如通常在液晶顯示裝置中所見到地，在諸如玻璃基板之類的平板上形成的薄膜晶 體管是使用非晶硅或多晶硅制造的。使用非晶硅的薄膜晶體管具有低場效應(yīng)遷移率，但可 在較大面積的玻璃基板上形成這樣的晶體管。另一方面，使用多晶硅的薄膜晶體管具有高 場效應(yīng)遷移率，但諸如激光退火之類的結(jié)晶步驟是必須的，而且這樣的晶體管不總是適合 較大的玻璃基板。 鑒于上述描述，已經(jīng)注意到使用氧化物半導(dǎo)體制造薄膜晶體管的技術(shù)，而且這樣 的晶體管應(yīng)用于電子器件或光學(xué)器件。例如，專利文獻(xiàn)1和專利文獻(xiàn)2公開了使用氧化鋅或 In-Ga-Zn-0基氧化物半導(dǎo)體作為氧化物半導(dǎo)體膜來制造薄膜晶體管的技術(shù)，而且用這樣的
晶體管作為圖像顯示裝置的開關(guān)元件等。
[參考文獻(xiàn)]
[專利文獻(xiàn)][專利文獻(xiàn)1]日本已公開專利申請(qǐng)No. 2007-123861
[專利文獻(xiàn)2]日本已公開專利申請(qǐng)No. 2007-9605
發(fā)明內(nèi)容
對(duì)于溝道形成區(qū)而言，使用氧化物半導(dǎo)體的薄膜晶體管的場效應(yīng)遷移率高于使用 非晶硅的薄膜晶體管的場效應(yīng)遷移率。可通過濺射等方法在30(TC或更低溫度下形成氧化 物半導(dǎo)體膜。其制造工藝比使用多晶硅的薄膜晶體管的制造工藝更簡單。
預(yù)期使用這樣的氧化物半導(dǎo)體在玻璃基板、塑料基板等上面形成薄膜晶體管，而 且將應(yīng)用于液晶顯示器、電致發(fā)光顯示器、電子紙等。 重要的是，諸如閾值電壓之類的薄膜晶體管的電特性不應(yīng)當(dāng)不同。具體而言，當(dāng)半
導(dǎo)體層的光敏性高時(shí)，薄膜晶體管的電特性不同，這會(huì)降低半導(dǎo)體器件的可靠性。 本發(fā)明的一個(gè)目的是提供包括電特性穩(wěn)定的薄膜晶體管的高可靠半導(dǎo)體器件。此
外，另一 目的是以低成本高生產(chǎn)率制造高可靠性的半導(dǎo)體器件。 在包括薄膜晶體管的半導(dǎo)體器件中，使用包含鐵、鎳、鈷、銅、金、錳、鉬、鎢、鈮以及 鉭金屬元素中的至少一種的氧化物半導(dǎo)體層形成薄膜晶體管的半導(dǎo)體層。
作為在此說明書中使用的氧化物半導(dǎo)體膜，形成了通過InMO"ZnO)m(mX))表 示的材料的膜，而且制造了其中使用該薄膜作為半導(dǎo)體層的薄膜晶體管。注意M表示從鎵 (Ga)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、錳(Mn)以及鈷(Co)中選擇的一種或多種金屬元素。除其中僅包含 Ga作為M的情況之外，存在包含Ga和除Ga之外的任一種上述金屬元素(例如Ga和Ni或 Ga和Fe)作為M的情況。而且，在該氧化物半導(dǎo)體中，在某些情況下，除包含該金屬元素作 為M之外，還包含諸如Fe或Ni之類的過渡金屬元素或該過渡金屬的氧化物作為雜質(zhì)元素。在此說明書中，用M表示該金屬元素，而在氧化物半導(dǎo)體膜的沉積期間包含上述雜質(zhì)元素。 例如，使用了包含由M表示的金屬元素和雜質(zhì)元素的靶，而且通過濺射方法形成InM03(Zn0) m(m>0)的膜。 在此說明書中，當(dāng)M是InM03(ZnO)m(mX))的薄膜(層)中的鎵(Ga)時(shí)，此薄膜 也被稱為In-Ga-Zn-O基非單晶膜。通過X射線衍射(XRD)觀測到非晶結(jié)構(gòu)為In-Ga-Zn-0 基非單晶膜的晶體結(jié)構(gòu)。注意，在通過濺射方法形成膜之后，在20(TC到50(rC下，通常在 30(TC到40(TC下，對(duì)受測樣本的In-Ga-Zn-O基非單晶膜進(jìn)行熱處理達(dá)10分鐘到100分鐘。 此外，可制造具有諸如在±20V的柵極電壓下109或更高的導(dǎo)通/截止比和10或更高的遷 移率的電特性的薄膜晶體管。通過濺射方法使用其中l(wèi)n203 : Ga203 : ZnO為1 : 1 : 1的 靶形成的In-Ga-Zn-0基非單晶膜具有在450nm或更短波長的光敏性。
鐵、鎳、鈷、銅、金、錳、鉬、鴇、鈮以及鉭金屬元素中的至少一種被添加到諸如上述 InM03(ZnO)m(m>0)膜之類的薄氧化物半導(dǎo)體層中。通過選擇用于添加金屬元素的條件和 方法，可控制其中添加了金屬元素的區(qū)域或氧化物半導(dǎo)體層中金屬元素的濃度分布。
通過將金屬元素添加到氧化物半導(dǎo)體層中，該金屬元素成為氧化物半導(dǎo)體層中的 復(fù)合中心；因此，能降低氧化物半導(dǎo)體層的光敏性。在低光敏性的情況下，薄膜晶體管的電 特性會(huì)穩(wěn)定，這防止由閾值電壓變化等引起的截止電流增大。 該金屬元素被添加到InM03(ZnO)m(m > 0)膜中而成為該膜的復(fù)合中心，藉此可降 低該膜的光敏性。作為該金屬元素，可使用鐵、鎳、鈷、銅、金、錳、鉬、鎢、鈮以及鉭金屬元素 中的至少一種。不管InM03(ZnO)m(m > 0)膜中包含的金屬元素類型如何，通過添加這些金 屬，可穩(wěn)定薄膜晶體管的電特性。此外，可控制其中添加了該金屬元素的區(qū)域或氧化物半導(dǎo) 體層中的金屬元素的濃度分布，藉此可降低其光敏性，并有效地穩(wěn)定薄膜晶體管的電特性。
用于將金屬元素添加到氧化物半導(dǎo)體層的方法不限于特定方法，而可使用諸如干 法或濕法(涂敷方法)之類的多種方法中的任何一種。優(yōu)選使用離子注入方法或離子摻雜 方法。 在此說明書中公開的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例包括柵電極層、柵絕緣層、包含
銦、鎵以及鋅的氧化物半導(dǎo)體層、源電極層以及漏電極層，其中包含銦、鎵以及鋅的氧化物
半導(dǎo)體層包含鐵、鎳、鈷、銅、金、錳、鉬、鎢、鈮以及鉭金屬元素中的至少一種。 在此說明書中公開的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的另一實(shí)施例包括具有絕緣表面的基板上的
柵電極層；該柵電極層上的柵絕緣層；該柵絕緣層上的包含銦、鎵以及鋅的氧化物半導(dǎo)體
層；包含銦、鎵以及鋅的氧化物半導(dǎo)體層上的源電極層以及漏電極層，其中包含銦、鎵以及
鋅的氧化物半導(dǎo)體層包含鐵、鎳、鈷、銅、金、錳、鉬、鎢、鈮以及鉭金屬元素中的至少一種。 該金屬元素可被添加到氧化物半導(dǎo)體層的整個(gè)表面，或被選擇性地添加。例如，可
采用一種結(jié)構(gòu)，其中氧化物半導(dǎo)體層具有厚度較薄的區(qū)域、而且金屬元素被包含在氧化物
半導(dǎo)體層的厚度較薄的區(qū)域中。金屬元素還被添加到除氧化物半導(dǎo)體層之外的膜，這取決
于在工藝或掩模條件中何時(shí)添加金屬元素。例如，在倒交錯(cuò)薄膜晶體管中，當(dāng)通過使用源電
極層和漏電極層作為掩模將金屬元素添加到氧化物半導(dǎo)體層的暴露區(qū)域時(shí)，金屬元素也被
添加到源電極層和漏電極層。 在此說明書中公開的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的另一實(shí)施例包括在具有絕緣表面的基板上 的柵電極層；在該柵電極層上的柵絕緣層；在該柵絕緣層上的源電極層和漏電極層；以及在源電極層和漏電極層上的包含銦、鎵以及鋅的氧化物半導(dǎo)體層，其中包含銦、鎵以及鋅的
氧化物半導(dǎo)體層包含鐵、鎳、鈷、銅、金、錳、鉬、鎢、鈮以及鉭金屬元素中的至少一種。 在此說明書中公開的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的另一實(shí)施方式包括以下步驟在具有絕緣表
面的基板上形成柵電極層；在該柵電極層上形成柵絕緣層；在該柵絕緣層上形成氧化物半
導(dǎo)體層；在該氧化物半導(dǎo)體層上形成源電極層和漏電極層；以及向氧化物半導(dǎo)體層中未被
源電極層或漏電極層覆蓋的區(qū)域添加金屬元素。 在此說明書中公開的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的另一實(shí)施方式包括以下步驟在具有絕緣表 面的基板上形成柵電極層；在該柵電極層上形成柵絕緣層；在該柵絕緣層上形成氧化物半 導(dǎo)體層；向氧化物半導(dǎo)體層添加金屬元素；以及在添加了金屬元素的氧化物半導(dǎo)體層上形 成源電極層和漏電極層。 在此說明書中公開的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的另一實(shí)施方式包括以下步驟在具有絕緣表 面的基板上形成柵電極層；在該柵電極層上形成柵絕緣層；在該柵絕緣層上形成源電極層 和漏電極層；在源電極層和漏電極層上形成氧化物半導(dǎo)體層；以及向氧化物半導(dǎo)體層添加
金屬元素。 在此說明書中公開的半導(dǎo)體器件和用于制造半導(dǎo)體器件的方法實(shí)現(xiàn)以上目的中 的至少一個(gè)。 此外，可將源區(qū)設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體層(也稱為第一氧化物半導(dǎo)體層)與源電極 層之間，而將漏區(qū)設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體層與漏電極層之間。作為源區(qū)和漏區(qū)，可使用具有n 型導(dǎo)電性的氧化物半導(dǎo)體層(也稱為第二氧化物半導(dǎo)體層)。 此外，用于薄膜晶體管的源區(qū)和漏區(qū)的第二氧化物半導(dǎo)體層優(yōu)選地比用于溝道形 成區(qū)的第一氧化物半導(dǎo)體層更薄，而且優(yōu)選地具有比第一氧化物半導(dǎo)體層更高的導(dǎo)電性 (電導(dǎo)率)。 此外，在某些情況下，用于溝道形成區(qū)的第一氧化物半導(dǎo)體層具有非晶結(jié)構(gòu)，而用 于源區(qū)和漏區(qū)的第二氧化物半導(dǎo)體層包括非晶結(jié)構(gòu)中的晶粒(納米晶體)。用于源區(qū)和漏 區(qū)的第二氧化物半導(dǎo)體層中的晶粒(納米晶體)具有l(wèi)nm到10nm、通常約2nm到4nm的直徑。 作為用于源區(qū)和漏區(qū)(n+層)的第二氧化物半導(dǎo)體層，可使用In-Ga-Zn-O基非單 晶膜。 可形成絕緣膜以覆蓋包括氧化物半導(dǎo)體層和源以及漏電極層的薄膜晶體管，并與 包括溝道形成區(qū)的氧化物半導(dǎo)體層接觸。 因?yàn)楸∧ぞw管容易被靜電等損壞，所以優(yōu)選在與柵線或源線相同的基板上設(shè)置 用于保護(hù)驅(qū)動(dòng)器電路的保護(hù)電路。優(yōu)選使用其中使用了氧化物半導(dǎo)體的非線性元件形成保 護(hù)電路。 注意為方便起見而使用諸如"第一"和"第二"之類的序數(shù)。因此，在此說明書中， 它們不表示指定本發(fā)明的步驟的順序、層疊順序以及特定名稱。 而且，作為包括驅(qū)動(dòng)器電路的顯示裝置，除液晶顯示裝置之外，還給出了其中使用 了發(fā)光元件的發(fā)光顯示裝置和其中使用了電泳顯示元件的顯示裝置。 在其中使用了發(fā)光元件的發(fā)光顯示裝置中，像素部分中包括多個(gè)薄膜晶體管，而 且在像素部分中，存在其中薄膜晶體管的柵電極連接至另一薄膜晶體管的源引線或漏引線的區(qū)域。此外，在其中使用了發(fā)光元件的發(fā)光顯示裝置的驅(qū)動(dòng)器電路中，存在薄膜晶體管的 柵電極連接至薄膜晶體管的源引線或漏引線的區(qū)域。 注意此說明書中的半導(dǎo)體裝置意味著可使用半導(dǎo)體特性操作的所有器件、以及光 電器件、半導(dǎo)體電路以及電子電器均包括在該半導(dǎo)體裝置中。 可獲得具有穩(wěn)定電特性的薄膜晶體管，且可制造具有良好動(dòng)態(tài)特性的薄膜晶體 管。因此，可提供包括具有高電特性的高可靠薄膜晶體管的半導(dǎo)體器件。


圖1A和1B示出半導(dǎo)體器件。圖2A到2D示出用于制造半導(dǎo)體器件的方法。圖3A和3B示出半導(dǎo)體器件。圖4A到4D示出用于制造半導(dǎo)體器件的方法。圖5A到5C示出用于制造半導(dǎo)體器件的方法。圖6A到6C示出用于制造半導(dǎo)體器件的方法。圖7示出用于制造半導(dǎo)體器件的方法。圖8示出用于制造半導(dǎo)體器件的方法。圖9示出用于制造半導(dǎo)體器件的方法。圖io示出半導(dǎo)體器件。圖11A1到11B2分別示出半導(dǎo)體器件。圖12示出半導(dǎo)體器件。圖13示出半導(dǎo)體器件。圖14A和14B是半導(dǎo)體器件的框圖。圖15示出信號(hào)線驅(qū)動(dòng)器電路的結(jié)構(gòu)。圖16是信號(hào)線驅(qū)動(dòng)器電路的操作的時(shí)序圖。圖17是信號(hào)線驅(qū)動(dòng)器電路的操作的時(shí)序圖。圖18示出移位寄存器的結(jié)構(gòu)。圖19示出圖18中的觸發(fā)器的連接結(jié)構(gòu)。圖20示出半導(dǎo)體器件的像素等效電路。圖21A到21C分別示出半導(dǎo)體器件。圖22A1到22B分別示出半導(dǎo)體器件。圖23示出半導(dǎo)體器件。圖24A和24B示出半導(dǎo)體器件。圖25A和25B示出電子紙的使用模式的示例。圖26是電子書設(shè)備的示例的外部視圖。圖27A和27B分別是電視設(shè)備的示例和數(shù)碼相框的示例的外部視圖。圖28A和28B是娛樂機(jī)的示例的外部視圖。圖29A和29B是蜂窩電話的示例的外部視圖。圖30A到30E示出用于制造半導(dǎo)體器件的方法。圖31A到31D示出用于制造半導(dǎo)體器件的方法。
圖32A到32D示出用于制造半導(dǎo)體器件的方法。 具體實(shí)施例 將參照附圖詳細(xì)描述多個(gè)實(shí)施例。然而，本發(fā)明不限于上述描述，而且對(duì)本發(fā)明的
模式和細(xì)節(jié)的各種改變對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的，除非這些改變背離了本發(fā)明的精
神和范圍。因此，本發(fā)明不應(yīng)被解釋為受限于實(shí)施例中所描述的內(nèi)容。在以下要描述的本
發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，在附圖通篇中通過相同附圖標(biāo)記來標(biāo)記具有相似功能的相同部分或多個(gè)部
分，以省略重復(fù)的說明。(實(shí)施例l) 將參照?qǐng)D1A和IB以及圖2A至2D描述一種半導(dǎo)體器件和一種用于制造半導(dǎo)體器 件的方法。 圖1A是半導(dǎo)體器件的薄膜晶體管470的俯視圖，而圖1B是沿圖1A的線Cl-C2的 截面圖。薄膜晶體管470是倒交錯(cuò)薄膜晶體管，且包括在具有絕緣表面的基板400上的柵 電極層401、柵絕緣層402、半導(dǎo)體層403、分別作為源區(qū)或漏區(qū)的n+層404a和404b以及源 或漏電極層405a和405b。此外，提供了絕緣膜407以覆蓋薄膜晶體管470并與半導(dǎo)體層 403接觸。 該半導(dǎo)體層403是包括金屬元素的氧化物半導(dǎo)體層，其中添加了鐵、鎳、鈷、銅、 金、錳、鉬、鎢、鈮以及鉭金屬元素中的至少一種。在此說明書的附圖中，半導(dǎo)體層403的陰 影區(qū)是添加了金屬元素的區(qū)域。當(dāng)將金屬元素添加到氧化物半導(dǎo)體層中時(shí)，該金屬元素成 為氧化物半導(dǎo)體層中的復(fù)合中心，由此會(huì)降低氧化物半導(dǎo)體層的光敏性。低光敏性能穩(wěn)定 薄膜晶體管的電特性，且能防止由閾值電壓變化等引起的截止電流增大。
圖2A至2D是示出制造薄膜晶體管470的步驟的截面圖。 在圖2A中，將柵電極層401設(shè)置在作為具有絕緣表面的基板的基板400上?？稍?基板400與柵電極層401之間設(shè)置用作基膜的絕緣膜。該基膜有防止雜質(zhì)元素從基板400 擴(kuò)散的功能，而且可使用氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜以及氧氮化硅膜中的一種或多種 將該基膜形成為具有單層或?qū)盈B結(jié)構(gòu)。可使用諸如鉬、鈦、鉻、鉭、鎢、鋁、銅、或釹、或鈧之類 的金屬材料或包括這些材料中的任一種作為其主要組分的任何合金材料來形成具有單層 或?qū)盈B結(jié)構(gòu)的柵電極層401。 例如，作為柵電極層401的兩層結(jié)構(gòu)，以下結(jié)構(gòu)是優(yōu)選的鉬層堆疊在鋁層之上的 兩層結(jié)構(gòu)；鉬層堆疊在銅層之上的兩層結(jié)構(gòu)；氮化鈦層或氮化鉭層堆疊在銅層之上的兩層 結(jié)構(gòu)；以及氮化鈦層和鉬層堆疊的兩層結(jié)構(gòu)。作為三層結(jié)構(gòu)，優(yōu)選堆疊鎢層或氮化鎢層、鋁 和硅的合金層或鋁和鈦的合金層、以及氮化鈦層或鈦層。
在柵電極層401之上形成柵絕緣層402 。 可通過等離子體CVD方法、濺射方法等使用氧化硅層、氮化硅層、氧氮化硅層、或 氮氧化硅層來形成具有單層或?qū)盈B結(jié)構(gòu)的柵絕緣層402。替代地，可通過其中使用了有機(jī) 硅烷氣體的CVD方法使用氧化硅層形成柵絕緣層402。作為有機(jī)硅烷氣體，可使用諸如四 乙氧基硅烷(TEOS :分子式Si(OCA)》、四甲基硅烷(TMS :化學(xué)分子式Si(CH》》、四甲基 環(huán)四硅氧烷(TMCTS)、八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)、六甲基二硅氮烷(HMDS)、三乙氧基硅烷 (SiH(OC2H5)3)或三二甲基氨基硅烷(SiH(N(CH3)2)3)之類的含硅化合物。
在柵絕緣層402上，第一氧化物半導(dǎo)體膜430和第二氧化物半導(dǎo)體膜431以此順 序堆疊。第一氧化物半導(dǎo)體膜430與第二氧化物半導(dǎo)體膜431是通過光刻步驟形成圖案的 島狀氧化物半導(dǎo)體層。 要注意的是，在通過濺射方法形成第一氧化物半導(dǎo)體膜430之前，優(yōu)選地通過其 中引入氬氣并產(chǎn)生等離子體的反濺射去除附連至柵絕緣層402的表面的灰塵。反濺射是一 種方法，其中在氬氣氣氛中使用RF功率源對(duì)基板側(cè)施加電壓而不對(duì)目標(biāo)側(cè)施加電壓以在 基板側(cè)上產(chǎn)生等離子體，從而修改表面?？墒褂玫?dú)?、氦氣等代替氬氣氣氛。替代地，可?氧氣、氫氣、N^等添加至氬氣氣氛。進(jìn)一步替代地，可將Cl2、 CF4等添加至氬氣氣氛。
優(yōu)選地通過等離子體處理修改第二氧化物半導(dǎo)體膜431與導(dǎo)電膜432相互接觸的 區(qū)域。 可使用氮?dú)?、氦氣等代替氬氣氣氛?qǐng)?zhí)行等離子體處理。替代地，可將氧氣、氫氣、 N20等添加至氬氣氣氛。進(jìn)一步替代地，可將Cl2、 CF4等添加至氬氣氣氛。
In-Ga-Zn-0基非單晶膜被用作第一氧化物半導(dǎo)體膜430和第二氧化物半導(dǎo)體膜 431。在不同條件下形成第一氧化物半導(dǎo)體膜430和第二氧化物半導(dǎo)體膜431，而第二氧化 物半導(dǎo)體膜431比第一氧化物半導(dǎo)體膜430具有更高的電導(dǎo)率和更低的電阻。例如，利用 氧化物半導(dǎo)體膜形成第二氧化物半導(dǎo)體膜431，通過其中氬氣流速設(shè)置為40sccm的濺射方 法獲得該氧化物半導(dǎo)體膜。第二氧化物半導(dǎo)體膜431具有n型導(dǎo)電性，且具有0. OleV到 0. leV(含O.OleV和O. leV)的激活能(A E)。注意，第二氧化物半導(dǎo)體膜431是In-Ga-Zn-0 基非單晶膜且至少包括非晶組分。在某些情況下，第二氧化物半導(dǎo)體膜431具有在非晶結(jié) 構(gòu)中的晶粒(納米晶體)。此第二氧化物半導(dǎo)體膜431中的晶粒(納米晶體)具有l(wèi)nm到 10nm的直徑，通常為約2nm到4nm。 通過提供第二氧化物半導(dǎo)體膜431作為n+層，使用金屬層形成的導(dǎo)電膜432與用 作溝道形成區(qū)的第一氧化物半導(dǎo)體膜430具有良好的結(jié)，這允許比肖特基結(jié)中更熱穩(wěn)定的 操作。此外，主動(dòng)提供n+層在向溝道提供載流子(在源側(cè))、穩(wěn)定地吸收來自溝道的載流子 (在漏側(cè))、或防止在與引線的接口處形成電阻分量方面是有效的。此外，通過降低電阻，甚 至可在高漏電壓下保持高遷移率。 在柵絕緣層402、第一氧化物半導(dǎo)體膜430以及第二氧化物半導(dǎo)體膜431之上形成 導(dǎo)電膜432。 作為導(dǎo)電膜432的材料，可以是從Al、Cr、Ta、Ti、Mo以及W中選擇的元素、包含這 些元素中的任一種作為其組分的合金、包含這些元素中的任一種的組合的合金等。如果在 20(TC至60(TC下執(zhí)行熱處理，優(yōu)選地該導(dǎo)電膜具有足以承受該熱處理的耐熱性。因?yàn)殇X本 身具有低耐熱性、容易被腐蝕等缺點(diǎn)，所以它與具有耐熱性的導(dǎo)電材料組合使用。作為與鋁 組合使用的具有耐熱性的導(dǎo)電材料，可使用從鈦(Ti)、鉭(Ta)、鎢(W)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、釹 (Nd)以及鈧(Sc)中選擇的元素、包括這些元素中的任一種作為組分的合金、包括這些元素 的任一種的組合的合金、或包括這些元素中的任一種作為組分的氮化物。
可在不暴露給空氣的情況下依次形成柵絕緣層402、第一氧化物半導(dǎo)體膜430、第 二氧化物半導(dǎo)體膜431以及導(dǎo)電膜432。當(dāng)在不暴露給空氣的情況下依次形成柵絕緣層 402、第一氧化物半導(dǎo)體膜430、第二氧化物半導(dǎo)體膜431以及導(dǎo)電膜432時(shí)，可在不受空氣 中包含的大氣組分或雜質(zhì)元素污染的情況下形成層疊膜之間的界面。因此，可減少薄膜晶變化。 通過蝕刻步驟蝕刻第一氧化物半導(dǎo)體膜430、第二氧化物半導(dǎo)體膜431以及導(dǎo)電 膜432，以形成半導(dǎo)體層433、 n+層404a和404b以及源或漏電極層405a和405b (圖2B)。 注意，半導(dǎo)體層433是通過僅蝕刻一部分使之具有凹槽(凹陷)和末端部分而得到的半導(dǎo) 體層，該末端部分部分也被蝕刻和暴露。 接著，對(duì)作為氧化物半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體層433添加金屬元素434，藉此形成半導(dǎo)體 層403 (圖2C)。 作為金屬元素434，可使用鐵、鎳、鈷、銅、金、錳、鉬、鴇、鈮以及鉭金屬元素中的至 少一種。例如，將鐵用作金屬元素434，并通過離子注入方法來添加。通過使用設(shè)置有包括 能蒸發(fā)固態(tài)源的加熱器的離子源室的離子注入裝置添加鐵。 因?yàn)樵诎雽?dǎo)體層433上形成源或漏電極層405a和405b，所以源或漏電極層405a 和405b用作掩模，并且金屬元素434被添加到半導(dǎo)體層433的暴露部分。當(dāng)金屬元素以此 方式被選擇性地添加到半導(dǎo)體層433中時(shí)，所添加的金屬元素的濃度具有一種分布，而且 在半導(dǎo)體層403中還存在未添加金屬元素的區(qū)域。 此外，金屬元素還被添加到除氧化物半導(dǎo)體層之外的膜，這取決于在工藝或掩模 條件中何時(shí)添加金屬元素。例如，在倒交錯(cuò)薄膜晶體管中，當(dāng)通過使用源電極層和漏電極層 作為掩模將金屬元素添加到氧化物半導(dǎo)體層的暴露區(qū)域時(shí)，金屬元素也被添加到源電極層 和漏電極層。以相似的方式，因?yàn)榻饘僭乇惶砑拥奖┞秴^(qū)域，所以金屬元素也被添加到柵 絕緣層的暴露區(qū)域。此外，取決于添加金屬元素的條件，在某些情況下，金屬元素還被添加 到柵絕緣層之下的基膜中。當(dāng)然，當(dāng)形成掩模時(shí)，被掩模覆蓋的區(qū)域可以是未添加金屬元素 的區(qū)域；因此，該金屬元素可選擇性地包含在氧化物半導(dǎo)體層中。 通過添加該金屬元素，降低了氧化物半導(dǎo)體層的光敏性。此外，通過僅在氧化物半 導(dǎo)體層的表面附近添加該金屬元素，降低了氧化物半導(dǎo)體層的光敏性，同時(shí)抑制了氧化物 半導(dǎo)體層中的遷移率的降低。因此，可防止諸如截止電流增大之類的電特性變化。
在該步驟之后，優(yōu)選地在200 °C至600 °C下，通常在300 °C至500 °C下，執(zhí)行熱處理。 例如，在氮?dú)鈿夥障隆⒃?5(TC下執(zhí)行熱處理一小時(shí)。通過熱處理，對(duì)半導(dǎo)體層403和n+層 404a和404b中包括的In-Ga-Zn-0基氧化物半導(dǎo)體執(zhí)行原子級(jí)重排。此熱處理(包括光退 火等)是重要的，因?yàn)榇藷崽幚砟茚尫欧恋K半導(dǎo)體層403和n+層404a和404b中載流子傳 輸?shù)幕?。注意，只要在第一氧化物半?dǎo)體膜430和第二氧化物半導(dǎo)體膜431形成之后執(zhí) 行該熱處理，對(duì)上述熱處理的定時(shí)就不存在特殊的限制。 此外，半導(dǎo)體層403的暴露部分的凹陷可經(jīng)受氧自由基處理。通過執(zhí)行氧自由基 處理，半導(dǎo)體層403是溝道形成區(qū)的薄膜晶體管在正常情況下是截止的。此外，通過執(zhí)行自 由基處理，可修復(fù)由蝕刻引起的半導(dǎo)體層403的損傷。優(yōu)選地在02或N^的氣氛、或^、He、 Ar等包括氧的氣氛下執(zhí)行自由基處理。此外，可在添加了 Cl2或CF4的上述氣氛下執(zhí)行自 由基處理。注意，優(yōu)選地在沒有對(duì)基板400側(cè)施加偏置電壓的情況下執(zhí)行自由基處理。
通過上述工藝，如圖2D所示，可制造添加了金屬元素的半導(dǎo)體層403用作溝道形 成區(qū)的倒交錯(cuò)薄膜晶體管470。此外，形成了絕緣膜407以覆蓋薄膜晶體管470并與半導(dǎo)體 層403接觸。 通過向氧化物半導(dǎo)體層添加金屬元素可獲得具有穩(wěn)定電特性的薄膜晶體管，而且
12可制造具有良好動(dòng)態(tài)特性的薄膜晶體管。因此，可提供包括高可靠薄膜晶體管的半導(dǎo)體器 件。(實(shí)施例2) 在此實(shí)施例中，圖30A到30E示出包括薄膜晶體管的半導(dǎo)體器件的示例，其中與實(shí) 施例1不同的是，在形成源和漏電極層之前將金屬元素添加到半導(dǎo)體層。
圖30A至30E是示出薄膜晶體管440的制造工藝的截面圖。 在圖30A中，在基板400之上形成柵電極層401 ，而在柵電極層401之上形成柵絕 緣層402。 在柵絕緣層402上形成第一氧化物半導(dǎo)體膜435。 接著，金屬元素434被添加至第一氧化物半導(dǎo)體膜435，藉此形成第一氧化物半導(dǎo) 體膜436 (圖30B)。 作為金屬元素434，可使用鐵、鎳、鈷、銅、金、錳、鉬、鴇、鈮以及鉭金屬元素中的至 少一種。例如，將鐵用作金屬元素434，并通過離子注入方法來添加。通過使用設(shè)置有包括 能蒸發(fā)固態(tài)源的加熱器的離子源室的離子注入裝置添加鐵。 金屬元素434被添加至第一氧化物半導(dǎo)體膜435的整個(gè)表面。雖然示出了金屬元 素被添加至第一氧化物半導(dǎo)體膜435的整個(gè)厚度方向的示例，但該金屬元素也可僅被添加 在第一氧化物半導(dǎo)體膜435的表面附近。 通過添加該金屬元素，降低了氧化物半導(dǎo)體膜的光敏性，這能防止諸如截止電流 增大之類的電特性變化。 在第一氧化物半導(dǎo)體膜436上，形成了第二氧化物半導(dǎo)體膜。通過光刻步驟分別 使第一氧化物半導(dǎo)體膜436和第二氧化物半導(dǎo)體膜形成為島狀的第一氧化物半導(dǎo)體膜437 和第二氧化物半導(dǎo)體膜431。 在柵絕緣層402、第一氧化物半導(dǎo)體膜437以及第二氧化物半導(dǎo)體膜431之上形成 導(dǎo)電膜432(圖30C)。 通過蝕刻步驟蝕刻第一氧化物半導(dǎo)體膜437、第二氧化物半導(dǎo)體膜431以及導(dǎo)電 膜432，以形成半導(dǎo)體層438、n+層404a和404b以及源或漏電極層405a和405b (圖30D)。 注意，半導(dǎo)體層438是通過僅蝕刻一部分使之具有凹槽(凹陷)和末端部分而得到的的半 導(dǎo)體層，該末端部分部分也被蝕刻和暴露。 通過添加該金屬元素，降低了氧化物半導(dǎo)體膜438的光敏性，這能防止諸如截止 電流增大之類的電特性變化。 在該步驟之后，優(yōu)選地在200 °C至600 °C下，通常在300 °C至500 °C下，執(zhí)行熱處理。 例如，在氮?dú)鈿夥障略?50°C下執(zhí)行熱處理一小時(shí)。 通過上述工藝，如圖30E所示，可制造添加了金屬元素的半導(dǎo)體層483用作溝道形 成區(qū)的倒交錯(cuò)薄膜晶體管440。此外，形成了絕緣膜407以覆蓋薄膜晶體管440并與半導(dǎo)體 層438接觸。 通過向氧化物半導(dǎo)體層添加金屬元素可獲得具有穩(wěn)定電特性的薄膜晶體管，而且 可制造具有良好動(dòng)態(tài)特性的薄膜晶體管。因此，可提供包括高可靠薄膜晶體管的半導(dǎo)體器 件。(實(shí)施例3)
在此實(shí)施例中，圖31A到31D示出包括薄膜晶體管的半導(dǎo)體器件的示例，其中與實(shí) 施例1不同的是，源和漏電極層與半導(dǎo)體層接觸，它們之間未插入n+層。
圖31A至31D是示出薄膜晶體管471的制造工藝的截面圖。 在圖31A中，在基板400之上形成柵電極層401 ，而在柵電極層401之上形成柵絕 緣層402。 在柵絕緣層402之上，形成了第一氧化物半導(dǎo)體膜430。第一氧化物半導(dǎo)體膜430 是通過光刻步驟形成的島狀氧化物半導(dǎo)體層。 在柵絕緣層402和第一氧化物半導(dǎo)體膜430之上形成導(dǎo)電膜432。通過蝕刻步驟蝕刻第一氧化物半導(dǎo)體膜430和導(dǎo)電膜432，以形成半導(dǎo)體層433和
源或漏電極層405a和405b (圖31B)。注意，半導(dǎo)體層433是通過僅蝕刻一部分使之具有凹
槽(凹陷)和末端部分的半導(dǎo)體層，該末端部分部分也被蝕刻和暴露。 接著，對(duì)作為氧化物半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體層433添加金屬元素434，藉此形成半導(dǎo)體
層403(圖31C)。 作為金屬元素434，可使用鐵、鎳、鈷、銅、金、錳、鉬、鴇、鈮以及鉭金屬元素中的至 少一種。例如，將鐵用作金屬元素434，并通過離子注入方法添加它。通過使用設(shè)置有包括 能蒸發(fā)固態(tài)源的加熱器的離子源室的離子注入裝置添加鐵。 因?yàn)樵诎雽?dǎo)體層433上形成源或漏電極層405a和405b，所以源或漏電極層405a 和405b用作掩模，從而金屬元素434被添加到半導(dǎo)體層433的暴露部分。當(dāng)金屬元素以此 方式被選擇性地添加到半導(dǎo)體層433中時(shí)，所添加的金屬元素的濃度具有一種分布，而且 在半導(dǎo)體層403中還存在未添加金屬元素的區(qū)域。雖然示出了金屬元素僅被添加在半導(dǎo)體 層433的表面附近的示例，但該金屬元素也可被添加在半導(dǎo)體層433的整個(gè)厚度方向中。
通過添加該金屬元素，降低了氧化物半導(dǎo)體層的光敏性，這能防止諸如截止電流 增大之類的電特性變化。 在該步驟之后，優(yōu)選地在200 °C至600 °C下，通常在300 °C至500 °C下，執(zhí)行熱處理。 例如，在氮?dú)鈿夥障?、?5(TC下執(zhí)行熱處理一小時(shí)。 通過上述工藝，如圖3ID所示，可制造添加了金屬元素的半導(dǎo)體層403用作溝道形 成區(qū)的倒交錯(cuò)薄膜晶體管471。此外，形成了絕緣膜407以覆蓋薄膜晶體管471并與半導(dǎo)體 層403接觸。 通過向氧化物半導(dǎo)體層添加金屬元素可獲得具有穩(wěn)定電特性的薄膜晶體管，而且 可制造具有良好動(dòng)態(tài)特性的薄膜晶體管。因此，可提供包括高可靠薄膜晶體管的半導(dǎo)體器 件。(實(shí)施例4) 將參照?qǐng)D3A和3B以及圖4A至4D描述一種半導(dǎo)體器件和一種用于制造半導(dǎo)體器 件的方法。 圖3A是半導(dǎo)體器件中包括的薄膜晶體管460的俯視圖，而圖3B是沿圖3A的線 Dl-D2的截面圖。薄膜晶體管460是底柵薄膜晶體管，且包括在具有絕緣表面的基板450 上的柵電極層451、柵絕緣層452、源或漏電極層455a和455b、分別作為源區(qū)或漏區(qū)的n+層 454a和454b、以及半導(dǎo)體層453。此外，提供了絕緣膜457以覆蓋薄膜晶體管460并與半導(dǎo) 體層453接觸。對(duì)于半導(dǎo)體層453和n+層454a和454b，使用了 In-Ga—Zn—O基非單晶膜。
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在薄膜晶體管460中，在包括薄膜晶體管460的整個(gè)區(qū)域中存在柵絕緣層452，而 柵電極層451設(shè)置在柵絕緣層452與作為具有絕緣表面的基板的基板450之間。在柵絕緣 層452之上，設(shè)置了源或漏電極層455a和455b和n+層454a和454b。此外，在柵絕緣層 452、源或漏電極層455a和455b以及n+層454a和454b之上，設(shè)置了半導(dǎo)體層453。雖然 未示出，但除源或漏電極層455a和455b之外，在柵絕緣層452之上設(shè)置了引線層，且該引 線層延伸而超過半導(dǎo)體器件中的半導(dǎo)體層的外圍部分。 該半導(dǎo)體層453是包括金屬元素的氧化物半導(dǎo)體層，其中添加了鐵、鎳、鈷、銅、 金、錳、鉬、鎢、鈮以及鉭金屬元素中的至少一種。在此說明書的附圖中，半導(dǎo)體層453的陰 影區(qū)是添加了金屬元素的區(qū)域。 當(dāng)將金屬元素添加到氧化物半導(dǎo)體層中時(shí)，該金屬元素成為氧化物半導(dǎo)體層中的
復(fù)合中心，由此會(huì)降低氧化物半導(dǎo)體層的光敏性。低光敏性能穩(wěn)定薄膜晶體管的電特性，且
能防止由閾值電壓變化等引起的截止電流增大。 圖4A至4D是示出制造薄膜晶體管460的步驟的截面圖。 將柵電極層451設(shè)置在作為具有絕緣表面的基板的基板450上?？稍诨?50與 柵電極層451之間設(shè)置用作基膜的絕緣膜。該基膜有防止雜質(zhì)元素從基板450擴(kuò)散的功 能，而且可使用氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜以及氧氮化硅膜中的一種或多種將該基膜 形成為具有單層或?qū)盈B結(jié)構(gòu)?？墒褂弥T如鉬、鈦、鉻、鉭、鎢、鋁、銅、釹、或鈧之類的金屬材料 或包括這些材料中的任一種作為其主要組分的任何合金材料來形成具有單層或?qū)盈B結(jié)構(gòu) 的柵電極層451。 在柵電極層451之上形成柵絕緣層452。 可通過等離子體CVD方法、濺射方法等使用氧化硅層、氮化硅層、氧氮化硅層、或 氮氧化硅層來形成具有單層或?qū)盈B結(jié)構(gòu)的柵絕緣層452。替代地，可通過其中使用了有機(jī)硅 烷氣體的CVD方法使用氧化硅形成柵絕緣層452。 在柵絕緣層452之上，按照順序堆疊導(dǎo)電膜和第一氧化物半導(dǎo)體膜。通過光刻步 驟將導(dǎo)電膜和第一氧化物半導(dǎo)體膜分別形成為島狀的源或漏電極層455a和455b以及氧化 物半導(dǎo)體膜481a和481b (圖4A)。氧化物半導(dǎo)體膜481a和481b用作n+層，因而按照類似 于實(shí)施例1中的第二氧化物半導(dǎo)體膜431相似的方式形成。 作為源或漏電極層455a和455b的材料，可以是從Al、 Cr、 Ta、 Ti、 Mo以及W中選 擇的元素、包含這些元素中的任一種作為其組分的合金、包含這些元素中的任一種的組合 的合金等。如果在20(TC至60(TC下執(zhí)行熱處理，則優(yōu)選該導(dǎo)電膜具有足以承受該熱處理的 耐熱性。因?yàn)殇X本身具有低耐熱性、容易被腐蝕等缺點(diǎn)，所以它與具有耐熱性的導(dǎo)電材料組 合使用。作為與鋁組合使用的具有耐熱性的導(dǎo)電材料，可使用從鈦(Ti)、鉭(Ta)、鎢(W)、鉬 (Mo)、鉻(Cr)、釹(Nd)以及鈧(Sc)中選擇的元素、包括這些元素中的任一種作為組分的合 金、包括這些元素的任一種的組合的合金、或包括這些元素中的任一種作為組分的氮化物。
然后，在柵絕緣層452、源或漏電極層455a和455b以及氧化物半導(dǎo)體膜481a和 481b之上形成第二氧化物半導(dǎo)體膜，且通過光刻步驟形成島狀半導(dǎo)體層483和n+層454a 和454b (圖4B)。 半導(dǎo)體層483用作溝道形成區(qū)，從而按照類似于實(shí)施例1中的第一氧化物半導(dǎo)體 膜430的方式形成。
要注意的是，在通過濺射方法形成半導(dǎo)體層483之前，優(yōu)選地通過引入氬氣并產(chǎn) 生等離子體的反濺射去除附連至柵絕緣層452的表面的灰塵。 接著，對(duì)作為氧化物半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體層483添加金屬元素484，藉此形成半導(dǎo)體 層453 (圖4C)。 作為金屬元素484，可使用鐵、鎳、鈷、銅、金、錳、鉬、鴇、鈮以及鉭金屬元素中的至 少一種。例如，將鐵用作金屬元素484，并通過離子注入方法添加它。通過使用設(shè)置有包括 能蒸發(fā)固態(tài)源的加熱器的離子源室的離子注入裝置添加鐵。 金屬元素484被添加至半導(dǎo)體層483暴露的整個(gè)表面。雖然示出了金屬元素被添 加在半導(dǎo)體層483的整個(gè)厚度方向中的示例，但該金屬元素也可僅被添加在半導(dǎo)體層483 的表面附近。 通過添加該金屬元素，降低了氧化物半導(dǎo)體層的光敏性，這能防止諸如截止電流 增大之類的電特性變化。 在該步驟之后，優(yōu)選地在200 。C至600 。C下，通常在300 。C至500 。C下，執(zhí)行熱處理。 例如，在氮?dú)鈿夥障?、?5(TC下執(zhí)行熱處理一小時(shí)。對(duì)此熱處理的定時(shí)無特殊限制，只要在 氧化物半導(dǎo)體膜形成之后執(zhí)行該熱處理即可。
接著，半導(dǎo)體層453可經(jīng)受氧自由基處理。 通過上述工藝，如圖4D所示，可制造添加了金屬元素的半導(dǎo)體層453用作溝道形 成區(qū)的底柵薄膜晶體管460。此外，形成了絕緣膜457以覆蓋薄膜晶體管460并與半導(dǎo)體層 453接觸。 通過向氧化物半導(dǎo)體層添加金屬元素可獲得具有穩(wěn)定電特性的薄膜晶體管，而且 可制造具有良好動(dòng)態(tài)特性的薄膜晶體管。因此，可提供包括高可靠薄膜晶體管的半導(dǎo)體器 件。(實(shí)施例5) 圖32A到32D示出包括薄膜晶體管的半導(dǎo)體器件的示例，其中與實(shí)施例4不同的
是，源和漏電極層與半導(dǎo)體層接觸，它們之間未插入n+層。 圖32A至32D是示出薄膜晶體管461的制造工藝的截面圖。 將柵電極層451形成在作為具有絕緣表面的基板的基板450上?？稍诨?50與 柵電極層451之間設(shè)置用作基膜的絕緣膜。
在柵電極層451之上形成柵絕緣層452。 在柵絕緣層452上，堆疊導(dǎo)電膜，并通過光刻步驟將該導(dǎo)電膜形成為島狀的源或 漏電極層455a和455b (圖32A)。 然后在柵絕緣層452和源或漏電極層455a和455b上形成氧化物半導(dǎo)體膜，并通 過光刻步驟將該氧化物半導(dǎo)體膜形成為島狀的半導(dǎo)體層483 (圖32B)。
半導(dǎo)體層483用作溝道形成區(qū)，從而按照類似于實(shí)施例1中的第一氧化物半導(dǎo)體 膜430的方式形成。 要注意的是，在通過濺射方法形成半導(dǎo)體層483之前，優(yōu)選地通過引入氬氣并產(chǎn) 生等離子體的反濺射去除附連至柵絕緣層452的表面的灰塵。 接著，對(duì)作為氧化物半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體層483添加金屬元素484，藉此形成半導(dǎo)體 層485(圖32C)。
作為金屬元素484，可使用鐵、鎳、鈷、銅、金、錳、鉬、鴇、鈮以及鉭金屬元素中的至 少一種。例如，將鐵用作金屬元素484，并通過離子注入方法添加它。通過使用設(shè)置有包括 能蒸發(fā)固態(tài)源的加熱器的離子源室的離子注入裝置添加鐵。 金屬元素484被添加至半導(dǎo)體層483暴露的整個(gè)表面。雖然示出了金屬元素僅被 添加在半導(dǎo)體層483的表面附近的示例，但該金屬元素也可被添加在半導(dǎo)體層483的整個(gè) 厚度方向中。 通過添加金屬元素，降低了氧化物半導(dǎo)體層的光敏性，這能防止諸如截止電流增 大之類的電特性變化。 在該步驟之后，優(yōu)選地在200 。C至600 。C下，通常在300 。C至500 。C下，執(zhí)行熱處理。 例如，在氮?dú)鈿夥障隆⒃?5(TC下執(zhí)行熱處理一小時(shí)。對(duì)此熱處理的定時(shí)無特殊限制，只要在 氧化物半導(dǎo)體膜形成之后執(zhí)行該熱處理即可。
接著，半導(dǎo)體層485可經(jīng)受氧自由基處理。 通過上述工藝，如圖32D所示，可制造添加了金屬元素的半導(dǎo)體層485用作溝道形 成區(qū)的底柵薄膜晶體管461。此外，形成了絕緣膜457以覆蓋薄膜晶體管461并與半導(dǎo)體層 485接觸。 在薄膜晶體管461中，在包括薄膜晶體管461的整個(gè)區(qū)域中存在柵絕緣層452，而 柵電極層451被設(shè)置在柵絕緣層452與作為具有絕緣表面的基板的基板450之間。源或漏 電極層455a和455b被設(shè)置在柵絕緣層452上。此外，半導(dǎo)體層485被設(shè)置在柵絕緣層452 和源或漏電極層455a和455b之上。雖然未示出，但除源或漏電極層455a和455b之外，在 柵絕緣層452之上還設(shè)置了引線層，且該引線層延伸而超過半導(dǎo)體器件中的半導(dǎo)體層的外 圍部分。 通過向氧化物半導(dǎo)體層添加金屬元素可獲得具有穩(wěn)定電特性的薄膜晶體管，而且 可制造具有良好動(dòng)態(tài)特性的薄膜晶體管。因此，可提供包括高可靠薄膜晶體管的半導(dǎo)體器 件。(實(shí)施例6) 將參照?qǐng)D5A至5C、圖6A至6C、圖7、圖8、圖9、圖10、圖11A1至11B2以及圖12 描述包括薄膜晶體管的半導(dǎo)體器件的制造工藝。 在圖5A中，對(duì)于具有光透射性質(zhì)的基板100，可使用由鋇硼硅酸鹽玻璃、鋁硼硅酸 鹽玻璃等組成的玻璃基板。 在基板100的整個(gè)表面上形成導(dǎo)電層之后，通過第一光刻步驟形成抗蝕劑掩模。 然后通過蝕刻去除不必要的部分，從而形成引線和電極(柵極引線包括柵電極層101、電容 器引線108以及第一端子121)。那時(shí)，執(zhí)行蝕刻以至少使柵電極層101的邊緣楔化。圖5A 示出了此階段的截面圖。注意，圖7是此階段的俯視圖。 優(yōu)選地使用耐熱導(dǎo)電材料形成包括柵電極層101、電容器引線108以及端子部分 處的第一端子121的柵極引線中的每一個(gè)，所述耐熱導(dǎo)電材料諸如從鈦(Ti)、鉭(Ta)、鎢 (W)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、釹(Nd)以及鈧(Sc)中選擇的元素、包含這些元素中的任一種作為其 組分的合金、包含這些元素中的任一種作為其組合的合金膜、或包含這些元素中的任一種 作為其組分的氮化物。在使用諸如鋁(Al)或銅(Cu)之類的低耐熱導(dǎo)電材料的情況下，該 低耐熱導(dǎo)電材料與上述耐熱材料組合使用，因?yàn)锳l單獨(dú)具有低耐熱性、易受 蝕等問題。
然后，在柵電極層101的整個(gè)表面上形成柵絕緣層102。通過濺射方法等將柵絕緣 層102形成為50nm到250nm厚度。 例如，通過濺射方法將作為柵絕緣層102的硅氧化物膜形成為100nm厚度。不言 而喻，柵絕緣層102不限于這樣的硅氧化物膜，而諸如氧氮化硅膜、氮化硅膜、氧化鋁膜以 及氧化鉭膜之類的其它絕緣膜可用來形成單層結(jié)構(gòu)或?qū)盈B結(jié)構(gòu)。 注意，優(yōu)選地在氧化物半導(dǎo)體膜形成之前執(zhí)行引入氬氣和產(chǎn)生等離子體的反濺射 工藝，以去除附連至柵絕緣層表面的灰塵。可使用氮?dú)?、氦氣等代替氬氣氣氛。替代地，?將氧氣、氫氣、N20等添加至氬氣氣氛。進(jìn)一步替代地，可將Cl2、 CF4等添加至氬氣氣氛。
接著，在柵絕緣層102上形成第一氧化物半導(dǎo)體膜(第一In-Ga-Zn-O基非單晶 膜)。在等離子體處理之后在不暴露給空氣的情況下沉積第一 In-Ga-Zn-0基非單晶膜是 有效的，因?yàn)榛覊m和水分未附著到柵絕緣層與半導(dǎo)體膜之間的界面。這里，在以下條件下形 成第一 In-Ga-Zn-O基非單晶膜耙是包括In、Ga和Zn(ln203 : Ga203 : ZnO = 1 : 1 : 1) 的直徑為8英寸的氧化物半導(dǎo)體耙，基板與靶之間的距離是170mm，壓力是0. 4Pa，直流(DC) 功率是0.5kW，以及氣氛氣體是氬氣或氧氣。優(yōu)選脈沖直流(DC)功率源，因?yàn)榭蓽p少灰塵， 而且膜厚變得均勻。第一In-Ga-Zn-O基非單晶膜的厚度被設(shè)置在5nm到200nm范圍中。這 里，第一 In-Ga-Zn-0基非單晶膜的厚度是100nm。 接著，通過濺射方法在不暴露給空氣的情況下形成第二氧化物半導(dǎo)體膜(第 二 In-Ga-Zn-0基非單晶膜)。這里，在以下條件下進(jìn)行濺射沉積耙是包括In、 Ga和 Zn(ln203 : Ga203 : ZnO = 1 : 1 : 1)的氧化物半導(dǎo)體靶，壓力是O. 4Pa，電功率量是500W， 沉積溫度是室溫，以及氬氣流速是40sccm。雖然有意使用了In203 : Ga203 : ZnO是l :1:1 的耙，但在某些情況下，在剛沉積之后獲得包括lnm至10nm大小的晶粒的In-Ga-Zn-O基非 單晶膜。通過酌情調(diào)節(jié)耙組分比、沉積壓力(0. 1Pa到2. OPa)、電功率量(250W到3000W :8 英寸小)、溫度(室溫到IO(TC )、反應(yīng)濺射沉積條件等，可控制晶粒有無及其密度，且能在 lnm到10nm的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)晶粒直徑。第二 In-Ga-Zn-O基非單晶膜的厚度是5nm到20nm。 不言而喻，在膜包括晶粒的情況下，晶粒的大小不會(huì)超過膜厚度。這里，第二 In-Ga-Zn-O基 非單晶膜的厚度是5nm。 第一 In-Ga-Zn-0基非單晶膜和第二 In-Ga-Zn-O基非單晶膜在彼此不同的條件 下形成。例如，第一 In-Ga-Zn-O基非單晶膜的沉積條件下的氧氣與氬氣流量比高于第二 In-Ga-Zn-O基非單晶膜的沉積條件下的該流量比。具體而言，在稀有氣體(諸如氬氣或氦 氣)氣氛(或包括至少10%或更少氧氣和90%或更多氬氣的氣氛)中形成第二In-Ga-Zn-0 基非單晶膜，而在氧氣氣氛(或氬氣與氧氣流量比是l:l或更高的氣氛)中形成第一 In-Ga-Zn-0基非單晶膜。 可在之前已經(jīng)執(zhí)行了反濺射的室中形成第二 In-Ga-Zn-O基非單晶膜，或在不同 于之前已經(jīng)執(zhí)行了反濺射的室的室中形成。 濺射方法的示例包括高頻功率源用作濺射功率源的RF濺射方法、直流濺射方法 以及以脈沖方式施加偏置的脈沖直流濺射方法。在形成絕緣膜的情況下主要使用射頻濺射 方法，而在形成金屬膜的情況下主要使用直流濺射方法。 此外，還存在可設(shè)置不同材料的多個(gè)靶的多源濺射裝置。利用該多源濺射裝置，可 在同一室中沉積層疊的不同材料膜，或可在同一室中通過放電同時(shí)沉積多種材料。
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此外，存在室中設(shè)置有磁鐵系統(tǒng)且用于磁控管濺射方法的濺射裝置，且在不使用
輝光放電的情況下使用微波產(chǎn)生等離子體的用于ECR濺射方法的濺射裝置。 此外，作為通過濺射方法的沉積方法，還存在靶物質(zhì)和濺射氣體組分在沉積期間
相互化學(xué)反應(yīng)以形成它們的化合物薄膜的反應(yīng)濺射方法，以及在沉積期間也對(duì)基板施加電
壓的偏置濺射方法。 接著，執(zhí)行第二次光刻步驟以形成抗蝕劑掩模，然后蝕刻第一 In-Ga-Zn-0基非單 晶膜和第二 In-Ga-Zn-O基非單晶膜。例如，通過使用混合了磷酸、醋酸以及硝酸的溶液的 濕法蝕刻，去除不必要的部分，從而形成作為第一 In-Ga-Zn-0基非單晶膜的氧化物半導(dǎo)體 膜109和作為第二 In-Ga-Zn-0基非單晶膜的氧化物半導(dǎo)體膜111。注意，此處的蝕刻不限 于濕法蝕刻，而可以是干法蝕刻。注意，此階段的俯視圖對(duì)應(yīng)于圖8。 作為用于干法蝕刻的蝕刻氣體，優(yōu)選地使用含氯的氣體(諸如氯氣(Cl2)、氯化硼 (BC1》、氯化硅(SiCl4)或四氯化碳(CC14)之類的氯基氣體)。 替代地，可使用含氟氣體(諸如四氟化碳(CF4)、氟化硫(SF6)、氟化氮(NF3)或三氟 甲烷(CHF3)之類的氟基氣體)、溴化氫(HBr)、氧氣(02)、添加了諸如氦氣(He)或氬氣(Ar) 之類的稀有氣體的這些氣體中的任一種等。 作為干法蝕刻方法，可使用平行板RIE (反應(yīng)離子蝕刻)方法或ICP (感應(yīng)耦合等 離子體)蝕刻方法。為了將膜蝕刻成期望形狀，可酌情調(diào)節(jié)蝕刻條件(施加給線圈狀電極 的電功率量、施加給基板面上的電極的電功率量、基板面上的電極溫度等)。
作為用于濕法蝕刻的蝕刻劑，可使用通過混合磷酸、醋酸以及硝酸獲得的溶液、氨
雙氧水混合物(雙氧水氨水=5 : 2 : 2)等。此外，還可使用itoo7N(由kanto化學(xué)
公司(KANT0 CHEMICAL CO. ， INC.)制造)。 通過清洗去除用于濕法蝕刻的蝕刻劑以及被蝕刻掉的材料?？商峒儼ㄎg刻劑和
蝕刻掉的材料的廢液，從而重復(fù)使用該材料。當(dāng)在蝕刻之后收集來自廢液的氧化物半導(dǎo)體
層中包括的諸如銦之類的材料并且再利用時(shí)，可高效地使用資源且可降低成本。 根據(jù)材料適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)蝕刻條件(諸如蝕刻劑、蝕刻時(shí)間以及溫度)，從而可將該材
料蝕刻成期望形狀。 接著，執(zhí)行第三光刻步驟以形成抗蝕劑掩模，并通過蝕刻去除不必要的部分以形 成接觸孔，該接觸孔達(dá)到電極層或由與柵電極層相同材料組成的引線。該接觸孔被設(shè)置用 于與稍后形成的導(dǎo)電膜直接連接。例如，當(dāng)形成柵電極層與驅(qū)動(dòng)器電路部分中的源或漏電 極層直接接觸的薄膜晶體管時(shí)，或當(dāng)形成電連接至端子部分的柵極引線的端子時(shí)，形成接 觸孔。 接著，在氧化物半導(dǎo)體膜109和氧化物半導(dǎo)體膜111上，通過濺射方法或真空蒸發(fā)
方法形成由金屬材料組成的導(dǎo)電膜132。圖5B示出了此階段的截面圖。 作為導(dǎo)電膜132的材料，可以是從Al、Cr、Ta、Ti、Mo以及W中選擇的元素、包含這
些元素中的任一種作為其組分的合金、包含這些元素中的任一種的組合的合金等。此外，在
20(TC至60(TC下執(zhí)行熱處理的情況下，優(yōu)選地，該導(dǎo)電膜具有足以承受該熱處理的耐熱性。
因?yàn)殇X本身具有低耐熱性、容易被腐蝕等缺點(diǎn)，所以它與具有耐熱性的導(dǎo)電材料組合使用。
作為與A1組合使用的具有耐熱性的導(dǎo)電材料，可使用以下材料中的任一種從鈦(Ti)、鉭 (Ta)、鴇(W)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、釹(Nd)以及鈧(Sc)中選擇的元素、包括這些元素中的任一種作為組分的合金、包括這些元素的任一種的組合的合金、以及包括這些元素中的任一種 作為組分的氮化物。 這里，導(dǎo)電膜132具有鈦膜的單層結(jié)構(gòu)。替代地，導(dǎo)電膜132可具有兩層結(jié)構(gòu)鋁 膜和堆疊于其上的鈦膜。再替代地，導(dǎo)電膜132可具有三層結(jié)構(gòu)Ti膜、堆疊在Ti膜上的 含Nd(Al-Nd)的鋁膜、以及堆疊在這些膜上的Ti膜。導(dǎo)電膜132可具有含硅鋁膜的單層結(jié) 構(gòu)。 接著，通過第四光刻步驟形成抗蝕劑掩模131，并通過蝕刻去除不需要的部分，從 而形成源或漏電極層105a和105b、用作源區(qū)或漏區(qū)的n+層104a和104b、以及第二端子 122。這時(shí)使用濕法蝕刻或干法蝕刻作為蝕刻方法。例如，當(dāng)使用鋁膜或鋁合金膜作為導(dǎo) 電膜132時(shí)，可執(zhí)行使用磷酸、醋酸以及硝酸的混合溶液的濕法蝕刻。這里，通過使用氨雙 氧水混合物的濕法蝕刻(雙氧水與氨以及水的比例為5 : 2 : 2)，蝕刻作為Ti膜的導(dǎo)電 膜132以形成源或漏電極層105a和105b，并蝕刻氧化物半導(dǎo)體膜111以形成n+層104a和 104b。在此蝕刻步驟中，還將氧化物半導(dǎo)體膜109的暴露區(qū)域部分蝕刻為半導(dǎo)體層133。因 此，n+層104a和104b之間的半導(dǎo)體層133的溝道區(qū)具有小厚度。在圖5C中，在某一時(shí)刻 通過使用氨雙氧水混合物執(zhí)行用于形成源或漏電極層105a和105b以及n+層104a和104b 的蝕刻工藝。因此，源或漏電極層105a的末端部分和源或漏電極層105b的末端部分分別 與n+層104a的末端部分和n+層104b的末端部分對(duì)齊；因此形成了連續(xù)結(jié)構(gòu)。此外，濕法 蝕刻允許這些層被各向同性地蝕刻，從而源或漏電極層105a和105b的末端部分被定位成 比抗蝕劑掩模131的末端部分更向內(nèi)。 接著，將鐵、鎳、鈷、銅、金、錳、鉬、鎢、鈮以及鉭金屬元素中的至少一種金屬元素 134添加到作為氧化物半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體層133，藉此形成半導(dǎo)體層103(圖6A)。作為金屬 元素134，可使用鐵、鎳、鈷、銅、金、錳、鉬、鎢、鈮以及鉭金屬元素中的至少一種。例如，將鐵 用作金屬元素134，并通過離子注入方法添加它。通過使用設(shè)置有包括能蒸發(fā)固態(tài)源的加熱 器的離子源室的離子注入裝置添加鐵。 因?yàn)樵诎雽?dǎo)體層133上形成源或漏電極層105a和105b，所以源或漏電極層105a 和105b用作掩模，從而金屬元素134被添加到半導(dǎo)體層133的暴露區(qū)域。當(dāng)金屬元素以此 方式被選擇性地添加到半導(dǎo)體層133中時(shí)，所添加的金屬元素的濃度具有一種分布，而且 在半導(dǎo)體層103中還存在未添加金屬元素的區(qū)域。 通過添加該金屬元素，穩(wěn)定了氧化物半導(dǎo)體層，且降低了氧化物半導(dǎo)體膜的光敏 性，這能防止諸如截止電流增大之類的電特性變化。 通過上述步驟，可制造包括作為溝道形成區(qū)的其中添加了金屬元素的半導(dǎo)體層 103的薄膜晶體管170。圖6A是此階段的截面圖。圖9示出了此階段的俯視圖。
然后，優(yōu)選地在20(rc至60(rc下，通常在30(rc至50(rc下，執(zhí)行熱處理。例如，使
用熔爐在氮?dú)鈿夥障略?5(TC下執(zhí)行熱處理一小時(shí)。通過此熱處理，執(zhí)行In-Ga-Zn-O基非 單晶膜的原子級(jí)重排。此熱處理(包括光退火等)是重要的，因?yàn)榇藷崽幚砟茚尫欧恋K載 流子轉(zhuǎn)移的畸變。要注意的是，對(duì)熱處理的定時(shí)不存在特殊限制，只要在第二 In-Ga-Zn-0 基非單晶膜形成之后進(jìn)行即可，而且例如，可在像素電極形成之后執(zhí)行熱處理。 此外，半導(dǎo)體層103的溝道形成區(qū)的暴露部分可經(jīng)受氧自由基處理，從而可獲得 常關(guān)閉型薄膜晶體管。此外，自由基處理可修復(fù)由蝕刻引起的半導(dǎo)體層103中的損傷。優(yōu)選地在02或N20的氣氛下，優(yōu)選地在N2、 He、或Ar等包括氧的氣氛下，執(zhí)行自由基處理?？?在添加了 Cl2或CF4的上述氣氛下執(zhí)行該自由基處理。注意優(yōu)選地在未施加偏置的情況下 執(zhí)行該自由基處理。 在第四光刻步驟中，由與源或漏電極層105a和105b相同的材料制成的第二端子 122保留在端子部分中。注意，第二端子122電連接至源引線(包括源或漏電極層105a和 105b的源引線)。 如果使用利用多色調(diào)掩模形成的具有不同厚度(通常兩種厚度)的多個(gè)區(qū)域的抗
蝕劑掩模，則可減少抗蝕劑掩模的數(shù)量，從而導(dǎo)致簡化的工藝和更低的成本。 接著，去除抗蝕劑掩模131，并形成保護(hù)絕緣層107以覆蓋薄膜晶體管170。可使
用通過濺射方法等獲得的氮化硅膜、氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化鋁膜、氧化鉭膜等形成保
護(hù)絕緣層107。 接著，執(zhí)行第五光刻步驟以形成抗蝕劑掩模，并蝕刻保護(hù)絕緣層107以形成達(dá)到 源電極層或漏電極層105b的接觸孔125。此外，在同一蝕刻步驟中還形成達(dá)到第二端子122 的接觸孔127和達(dá)到第一端子121的接觸孔126。圖6B示出了此階段的截面圖。
接著，去除抗蝕劑掩模，然后形成透明導(dǎo)電膜。由氧化銦(111203)、氧化銦_氧化錫 合金(I化OfSn(^，簡稱為ITO)等通過濺射方法、真空蒸發(fā)方法等形成透明導(dǎo)電膜。使用鹽 酸基溶液蝕刻這樣的材料。然而，因?yàn)樵谖g刻ITO時(shí)尤其容易產(chǎn)生殘留物，所以可使用氧化 銦-氧化鋅合金(In203-ZnO)來改善蝕刻可加工性。 接著，執(zhí)行第六光刻步驟以形成抗蝕劑掩模，并通過蝕刻去除不必要的部分，從而 形成像素電極層IIO。 在第六光刻步驟中，在電容器弓|線108與像素電極層110之間形成存儲(chǔ)電容器，其 中電容器部分中的柵絕緣層102和保護(hù)絕緣層107作為電介質(zhì)。 此外，在第六光刻步驟中，用抗蝕劑掩模覆蓋第一端子和第二端子，從而保留了端
子部分中的透明導(dǎo)電膜128和129。透明導(dǎo)電膜128和129用作連接至FPC的電極或引線。
在第一端子121上形成的透明導(dǎo)電膜128是用作柵引線的輸入端子的連接端子電極。在第
二端子122上形成的透明導(dǎo)電膜129是用作源引線的輸入端子的連接端子電極。 然后去除抗蝕劑掩模。圖6C示出了此階段的截面圖。注意，圖10是此階段的俯視圖。 圖11A1和11A2分別是此階段的柵引線端子部分的截面圖和俯視圖。圖11A1是 沿圖11A2的線E1-E2的截面圖。在圖11A1中，在保護(hù)絕緣膜154上形成的透明導(dǎo)電膜155 是用作輸入端子的連接端子電極。此外，在圖11A1的端子部分中，由與柵引線相同的材料 組成的第一端子151和由與源引線相同的材料組成的連接電極層153彼此交迭，且通過透 明導(dǎo)電膜155彼此電連接，其中柵絕緣層152插入在它們之間。注意，圖6C中透明導(dǎo)電膜 128與第一端子121接觸的部分對(duì)應(yīng)于圖11A1中透明導(dǎo)電膜155與第一端子151接觸的部 分。 圖11B1和11B2分別是不同于圖6C中所示的源引線端子部分的截面圖和俯視圖。 圖11B1是沿圖11B2的線F1-F2的截面圖。在圖11B1中，在保護(hù)絕緣膜154上形成的透明 導(dǎo)電膜155是用作輸入端子的連接端子電極。此外，在圖11B1的端子部分中，在電連接至源 引線的第二端子150之下形成由與柵引線相同的材料組成的電極層156且與第二端子150交迭，其中柵絕緣層152插入它們之間。電極層156與第二端子150未電連接，而且如果電 極層156的電位被設(shè)置成不同于第二端子150的電位，諸如浮置、GND或OV，則可形成用來 防止噪聲或靜電的電容器。第二端子150電連接至透明導(dǎo)電膜155，而且保護(hù)絕緣膜154插 入在第二端子150與透明導(dǎo)電膜155之間。 根據(jù)像素密度設(shè)置多個(gè)柵引線、源引線以及電容器引線。在端子部分中，還安排了 與柵引線相同電位的多個(gè)第一端子、與源引線相同電位的多個(gè)第二端子、與電容器引線相 同電位的多個(gè)第三端子等。第一到第三端子的數(shù)量可以分別是給定的數(shù)量，而且可由本領(lǐng) 域技術(shù)人員酌情確定。 通過這六個(gè)光刻步驟，可使用六個(gè)光刻掩模完成包括底柵n溝道薄膜晶體管的薄 膜晶體管170和存儲(chǔ)電容器的像素薄膜晶體管部分。當(dāng)這些像素薄膜晶體管部分和存儲(chǔ)電 容器被安排在對(duì)應(yīng)于它們各自像素的矩陣中時(shí)，可形成像素部分，而且可獲得用于制造有 源矩陣顯示裝置的基板之一。為簡便起見，在此說明書中將這樣的基板稱為有源矩陣基板。
在制造有源矩陣液晶顯示裝置的情況下，有源矩陣基板和設(shè)置有對(duì)電極的對(duì)基板 被相互接合，液晶層插入在它們之間。注意，在有源矩陣基板上設(shè)置有電連接至對(duì)基板上的 對(duì)電極的公共電極，而且在端子部分中設(shè)置有電連接至公共電極的第四端子。設(shè)置第四端 子從而公共電極被固定至諸如GND或OV之類的預(yù)定電位。 本發(fā)明的實(shí)施例不限于圖10的像素結(jié)構(gòu)，而且圖12示出了不同于圖10的俯視圖 的示例。圖12示出一示例，其中未設(shè)置電容器引線，且像素電極與毗鄰像素的柵引線交迭， 而且保護(hù)絕緣膜和柵絕緣膜插入在像素電極與毗鄰像素電極之間以形成存儲(chǔ)電容器。在該 情況下，可忽略電容器引線和連接至該電容器引線的第三端子。注意，在圖12中，由相同的 附圖標(biāo)記標(biāo)注與圖10中相同的部分。 在有源矩陣液晶顯示裝置中，驅(qū)動(dòng)排列成矩陣的像素電極以在屏幕上形成顯示圖 案。具體而言，在選定的像素電極與對(duì)應(yīng)于該像素電極的對(duì)電極之間施加電壓，從而該像素 電極與該對(duì)電極之間設(shè)置的液晶層受光調(diào)制，而此光調(diào)制被觀看者識(shí)別為顯示圖案。
在顯示運(yùn)動(dòng)圖像時(shí)，液晶顯示裝置存在問題，因?yàn)橐壕Х肿颖旧淼拈L響應(yīng)時(shí)間引 起運(yùn)動(dòng)圖像的拖影或模糊。為改善液晶顯示裝置的運(yùn)動(dòng)圖像特性，采用了稱為黑插入的驅(qū) 動(dòng)方法，其中每隔一個(gè)幀周期在整個(gè)屏幕上顯示黑色。 替代地，可采用稱為雙幀率驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方法，其中垂直循環(huán)的頻率是通常垂直循
環(huán)的頻率的1. 5倍或更多倍、優(yōu)選2倍或更多倍，以改善運(yùn)動(dòng)圖像特性。 進(jìn)一步替代地，為改善液晶顯示裝置的運(yùn)動(dòng)圖像特性，可采用一種驅(qū)動(dòng)方法，其中
使用多個(gè)LED (發(fā)光二極管)光源或多個(gè)EL光源來形成表面光源作為背光、而且在一個(gè)幀
周期中以脈沖方式獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)該表面光源的每個(gè)光源。作為該表面光源，可使用三種或更
多種類型的LED，或可使用發(fā)射白光的LED。因?yàn)槟塥?dú)立地控制多個(gè)LED，所以可使LED的發(fā)
光時(shí)序與光調(diào)制的液晶層的時(shí)序同步。根據(jù)此驅(qū)動(dòng)方法，可將部分LED關(guān)閉；因此，可獲得
降低功耗的效果，尤其是在屏幕上顯示具有大部分為黑的圖像的情況下。 通過組合這些驅(qū)動(dòng)方法，相比于常規(guī)液晶顯示裝置的顯示特性，可改善液晶顯示
裝置的諸如運(yùn)動(dòng)圖像特性之類的顯示特性。 此說明書中公開的n溝道晶體管包括添加了金屬元素用于溝道形成區(qū)且具有良 好動(dòng)態(tài)特性的氧化物半導(dǎo)體膜。因此，可對(duì)此說明書中公開的n溝道晶體管組合應(yīng)用這些驅(qū)動(dòng)方法。 在制造發(fā)光顯示裝置的情況下，有機(jī)發(fā)光元件的一個(gè)電極(也稱為陰極)被設(shè)置 為諸如GND或OV之類的低功率源電位；因此，端子部分設(shè)置有用于將該陰極設(shè)置為諸如 GND或OV之類的低功率源電位的第四端子。此外，在制造發(fā)光顯示裝置的情況下，除源引線 和柵引線之外，還設(shè)置了電源線。因此，端子部分設(shè)置有電連接至該電源線的第五端子。
將氧化物半導(dǎo)體用于薄膜晶體管導(dǎo)致制造成本減少。 可通過向氧化物半導(dǎo)體層添加金屬元素獲得具有穩(wěn)定電特性的薄膜晶體管，而且 可制造具有良好動(dòng)態(tài)特性的薄膜晶體管。因此，可提供包括高可靠薄膜晶體管的半導(dǎo)體器 件。 可酌情將此實(shí)施例與其它實(shí)施例中公開的結(jié)構(gòu)組合。
(實(shí)施例7) 代替在實(shí)施例1到6中作為In-Ga-Zn-O基非單晶膜的氧化物半導(dǎo)體層 (InM03(ZnO)m(m> 0)膜)，可使用M是不同金屬元素的InM03(ZnO)m(m > 0)膜。
作為在此說明書中使用的氧化物半導(dǎo)體，形成通過InM03(ZnO)m(m > 0)表示的材 料的薄膜，而且制造了使用該薄膜作為半導(dǎo)體層的薄膜晶體管。注意，M表示從鎵(Ga)、鐵 (Fe)、鎳(Ni)、錳(Mn)以及鈷(Co)中選擇的一種或多種金屬元素。存在包含Ga和除Ga之 外的上述金屬元素——例如Ga和Ni或Ga和鐵——作為M的情況。而且，在該氧化物半導(dǎo) 體中，在某些情況下，除包含金屬元素作為M之外，還包含諸如Fe或Ni之類的過渡金屬元 素或過渡金屬的氧化物作為雜質(zhì)元素。注意，在氧化物半導(dǎo)體膜的沉積期間包含通過M表 示的金屬元素和上述雜質(zhì)元素，因此獲得InM03(ZnO)m(m > 0)膜。 將鐵、鎳、鈷、銅、金、錳、鉬、鴇、鈮以及鉭金屬元素中的至少一種添加到諸如
InM03(Zn0)m(m>0)膜之類的薄氧化物半導(dǎo)體層中。通過選擇用于添加金屬元素的條件和
方法，可控制添加了金屬元素的區(qū)域或氧化物半導(dǎo)體層中的金屬元素的濃度分布。 當(dāng)將金屬元素添加到氧化物半導(dǎo)體層中時(shí)，該金屬元素成為氧化物半導(dǎo)體層中的
復(fù)合中心，由此會(huì)降低氧化物半導(dǎo)體層的光敏性。低光敏性能穩(wěn)定薄膜晶體管的電特性，且
能防止由閾值電壓變化等引起的截止電流增大。 該金屬元素通過被添加到InM03(ZnO)m(m > 0)膜中而成為該膜的復(fù)合中心，藉此 可降低其光敏性。作為該金屬元素，可使用鐵、鎳、鈷、銅、金、錳、鉬、鎢、鈮以及鉭金屬元素 中的至少一種。不管InM03(ZnO)m(m > 0)膜中包含的金屬元素類型如何，通過添加這些金 屬，可穩(wěn)定薄膜晶體管的電特性。此外，可控制添加了該金屬元素的區(qū)域或氧化物半導(dǎo)體層 中的金屬元素的濃度分布，藉此可降低其光敏性，并有效地穩(wěn)定薄膜晶體管的電特性。
可通過向氧化物半導(dǎo)體層添加金屬元素獲得具有穩(wěn)定電特性的薄膜晶體管，而且 可制造具有良好動(dòng)態(tài)特性的薄膜晶體管。因此，可提供包括高可靠薄膜晶體管的半導(dǎo)體器 件。(實(shí)施例8) 以下將描述一實(shí)施例，其中在顯示裝置中的同一基板上形成排列在像素部分中的
驅(qū)動(dòng)器電路和薄膜晶體管的至少一部分，該顯示裝置是半導(dǎo)體裝置的一個(gè)示例。 根據(jù)實(shí)施例1到7形成要設(shè)置在像素部分中的薄膜晶體管。此外，實(shí)施例1到7
中描述的薄膜晶體管是n溝道TFT，因此在與像素部分的薄膜晶體管相同的基板上形成驅(qū)動(dòng)器電路中可包括n溝道TFT的驅(qū)動(dòng)器電路的一部分。 圖14A是作為半導(dǎo)體裝置的示例的有源矩陣液晶顯示裝置的框圖的示例。圖14A 中所示的顯示裝置在基板5300上包括像素部分5301，其包括分別設(shè)置有顯示元件的多個(gè) 像素；選擇像素的掃描線驅(qū)動(dòng)器電路5302 ;以及控制輸入選定像素的視頻信號(hào)的信號(hào)線驅(qū) 動(dòng)器電路5303。 像素部分5301通過從信號(hào)線驅(qū)動(dòng)器電路5303沿列向延伸的多個(gè)信號(hào)線Sl到 Sm (未示出)連接至信號(hào)線驅(qū)動(dòng)器電路5303，且通過從掃描線驅(qū)動(dòng)器電路5302沿行向延伸 的多個(gè)掃描線G1到Gn(未示出)連接至掃描線驅(qū)動(dòng)器電路5302。像素部分5301包括排列 成矩陣以便對(duì)應(yīng)于信號(hào)線Sl到Sm和掃描線Gl到Gn的多個(gè)像素(未示出)。各個(gè)像素連 接至信號(hào)線Sj (信號(hào)線Sl到Sm中的一個(gè))和掃描線Gj (掃描線Gl到Gn中的一個(gè))。
此外，實(shí)施例1到7中描述的薄膜晶體管是n溝道TFT，而參照?qǐng)D15描述包括n溝 道TFT的信號(hào)線驅(qū)動(dòng)器電路。 圖15中所示的信號(hào)線驅(qū)動(dòng)器電路包括驅(qū)動(dòng)器IC 5601、開關(guān)組5602_1到5602_M、 第一引線5611、第二引線5612、第三引線5613以及引線5621_1到5621_M。開關(guān)組5602_1 到5602_M的每一個(gè)包括第一薄膜晶體管5603a、第二薄膜晶體管5603b以及第三薄膜晶體 管5603c。 驅(qū)動(dòng)器IC 5601連接至第一引線5611、第二引線5612、第三引線5613以及引線 5621_1到5621_M。開關(guān)組5602_1到5602_M中的每一個(gè)連接至第一引線5611、第二引線 5612以及第三引線5613，而引線5621_1到5621_M分別連接至開關(guān)組5602_1到5602_M。 引線5621_1到5621_M中的每一個(gè)經(jīng)由第一薄膜晶體管5603a、第二薄膜晶體管5603b以 及第三薄膜晶體管5603c連接至三個(gè)信號(hào)線。例如，第J列的引線5621_J(引線5621_1到 5621_M中的一個(gè))分別經(jīng)由開關(guān)組5602_J中包括的第一薄膜晶體管5603a、第二薄膜晶體 管5603b以及第三薄膜晶體管5603c連接至信號(hào)線Sj-1、信號(hào)線Sj以及信號(hào)線Sj+1。
信號(hào)被輸入第一引線5611、第二引線5612以及第三引線5613中的每一個(gè)。
注意，優(yōu)選地在單晶基板上形成驅(qū)動(dòng)器IC 5601。此外，優(yōu)選地在與像素部分相同 的基板上形成開關(guān)組5602_1到5602_M。因此，優(yōu)選地，通過FPC等連接驅(qū)動(dòng)器IC 5601和 開關(guān)組5602_1到5602_M。 接著，參照?qǐng)D16中所示的時(shí)序圖描述圖15中所示的信號(hào)線驅(qū)動(dòng)器電路的操作。圖 16中的時(shí)序圖示出選擇了第i行的掃描線Gi的情況。第i行的掃描線Gi的選擇周期被分 成第一子選擇周期T1、第二子選擇周期T2以及第三子選擇周期T3。此外，即使選擇了另一 行的掃描線，圖15中的信號(hào)線驅(qū)動(dòng)器電路也以與圖16相似的方式工作。
注意，圖16中的時(shí)序圖示出第J列的引線5621J分別經(jīng)由第一薄膜晶體管 5603a、第二薄膜晶體管5603b以及第三薄膜晶體管5603c連接至信號(hào)線Sj-1、信號(hào)線Sj以 及信號(hào)線Sj+1的情況。 注意，圖16中的時(shí)序圖示出選擇了第i行的掃描線Gi的時(shí)序、導(dǎo)通/截止第一薄 膜晶體管5603a的時(shí)序5703a、導(dǎo)通/截止第二薄膜晶體管5603b的時(shí)序5703b、導(dǎo)通/截 止第三薄膜晶體管5603c的時(shí)序5703c以及輸入第J列的引線5621_J的信號(hào)5721_J。
在第一子選擇周期T1、第二子選擇周期T2以及第三子選擇周期T3中，不同的視頻 信號(hào)被輸入引線5621_1到5621_M。例如，在第一子選擇周期Tl中輸入引線5621_J的視
24頻信號(hào)被輸入信號(hào)線Sj-l，在第二子選擇周期T2中輸入引線5621_J的視頻信號(hào)被輸入信 號(hào)線Sj，以及在第三子選擇周期T3中輸入引線5621_J的視頻信號(hào)被輸入信號(hào)線Sj+1。此 外，通過數(shù)據(jù)J-l、數(shù)據(jù)_j以及數(shù)據(jù)_j+l表示在第一子選擇周期Tl、第二子選擇周期T2 以及第三子選擇周期T3中輸入引線5621_J的視頻信號(hào)。 如圖16所示，在第一子選擇周期T1中，第一薄膜晶體管5603a導(dǎo)通，而第二薄膜 晶體管5603b和第三薄膜晶體管5603c截止。此時(shí)，輸入引線5621_J的數(shù)據(jù)經(jīng)由第 一薄膜晶體管5603a被輸入信號(hào)線Sj-l。在第二子選擇周期T2中，第二薄膜晶體管5603b 導(dǎo)通，而第一薄膜晶體管5603a和第三薄膜晶體管5603c截止。此時(shí)，輸入引線5621_J的 數(shù)據(jù)_j經(jīng)由第二薄膜晶體管5603b被輸入信號(hào)線Sj。在第三子選擇周期T3中，第三薄膜 晶體管5603c導(dǎo)通，而第一薄膜晶體管5603a和第二薄膜晶體管5603b截止。此時(shí)，輸入引 線5621_J的數(shù)據(jù)_j+l經(jīng)由第三薄膜晶體管5603c被輸入信號(hào)線Sj+1。
如上所述，在圖15中的信號(hào)線驅(qū)動(dòng)器電路中，通過將一個(gè)門選周期分成三個(gè)，可 在一個(gè)門選周期中將視頻信號(hào)從一個(gè)引線5621輸入到三個(gè)信號(hào)線中。因此，在圖15中的 信號(hào)線驅(qū)動(dòng)器電路中，在設(shè)置有驅(qū)動(dòng)器IC 5601的基板與設(shè)置有像素部分的基板之間的連 接的數(shù)量可以是信號(hào)線數(shù)量的約1/3。連接數(shù)量被減少到信號(hào)線數(shù)量的約1/3，因此可提高 圖15中的信號(hào)線驅(qū)動(dòng)器電路的可靠性、生產(chǎn)率等。 要注意的是，對(duì)薄膜晶體管的排列、數(shù)量、驅(qū)動(dòng)方法等并無特殊限制，只要將一個(gè) 門選周期分成多個(gè)子選擇周期，并如圖15所示地在相應(yīng)的子選擇周期將視頻信號(hào)從一個(gè) 引線輸入多個(gè)信號(hào)線即可。 例如，當(dāng)在三個(gè)或更多個(gè)子選擇周期中將視頻信號(hào)從一個(gè)引線輸入到三個(gè)或更多 個(gè)信號(hào)線時(shí)，只需要添加一個(gè)薄膜晶體管和用于控制該薄膜晶體管的一個(gè)引線。要注意的 是，當(dāng)一個(gè)門選擇周期被分成四個(gè)或多個(gè)子選擇周期時(shí)，一個(gè)子選擇周期變得更短。因此， 優(yōu)選地將一個(gè)門選擇周期分成兩個(gè)或三個(gè)子選擇周期。 作為另一示例，可將一個(gè)選擇周期分成如圖17的時(shí)序圖所示的預(yù)充電周期Tp、第 一子選擇周期Tl、第二子選擇周期T2以及第三子選擇周期T3。圖17的時(shí)序圖示出選擇了 第i行的掃描線Gi的時(shí)序、第一薄膜晶體管5603a導(dǎo)通/截止的時(shí)序5803a、第二薄膜晶體 管5603b導(dǎo)通/截止的時(shí)序5803b、第三薄膜晶體管5603c導(dǎo)通/截止的時(shí)序5803c以及 輸入第J列的引線5621J的信號(hào)5821J。如圖17所示，第一薄膜晶體管5603a、第二薄膜 晶體管5603b以及第三薄膜晶體管5603c在預(yù)充電周期Tp中導(dǎo)通。此時(shí)，輸入引線5621_ J的預(yù)充電電壓Vp分別經(jīng)由第一薄膜晶體管5603a、第二薄膜晶體管5603b以及第三薄膜 晶體管5603c被輸入信號(hào)線Sj-1、信號(hào)線Sj以及信號(hào)線Sj+1。在第一子選擇周期Tl中， 第一薄膜晶體管5603a導(dǎo)通，而第二薄膜晶體管5603b和第三薄膜晶體管5603c截止。此 時(shí)，輸入引線5621_J的數(shù)據(jù)_j-l經(jīng)由第一薄膜晶體管5603a被輸入信號(hào)線Sj-l。在第二 子選擇周期T2中，第二薄膜晶體管5603b導(dǎo)通，而第一薄膜晶體管5603a和第三薄膜晶體 管5603c截止。此時(shí)，輸入引線5621J的數(shù)據(jù)J經(jīng)由第二薄膜晶體管5603b被輸入信號(hào)線 Sj。在第三子選擇周期T3中，第三薄膜晶體管5603c導(dǎo)通，而第一薄膜晶體管5603a和第 二薄膜晶體管5603b截止。此時(shí)，輸入引線5621_J的數(shù)據(jù)_j+l經(jīng)由第三薄膜晶體管5603c 被輸入信號(hào)線Sj+l。 如上所述，在施加了圖17的時(shí)序圖的圖15的信號(hào)線驅(qū)動(dòng)器電路中，可將視頻信號(hào)高速寫入像素中，因?yàn)橥ㄟ^在子選擇周期之前提供預(yù)充電選擇周期可對(duì)信號(hào)線預(yù)充電。注 意，通過共同的附圖標(biāo)記表示圖17中類似于圖16的部分，而且省略相似部分或具有相似功 能的部分的詳細(xì)描述。 接著，描述了掃描線驅(qū)動(dòng)器電路的結(jié)構(gòu)。該掃描線驅(qū)動(dòng)器電路包括移位寄存器和 緩沖器。此外，該掃描線驅(qū)動(dòng)器電路可包括電平移動(dòng)器。在該掃描線驅(qū)動(dòng)器電路中，當(dāng)將時(shí) 鐘信號(hào)(CLK)和起動(dòng)脈沖信號(hào)(SP)輸入移位寄存器時(shí)，產(chǎn)生選擇信號(hào)。所產(chǎn)生的選擇信號(hào) 被緩沖器緩存和放大，而所得的信號(hào)被提供給相應(yīng)的掃描線。 一個(gè)線的像素中的晶體管的 柵電極連接至掃描線。因?yàn)橐粋€(gè)線的像素中的晶體管必須同時(shí)立即導(dǎo)通，所以使用了能提 供大電流的緩沖器。 將參照?qǐng)D18和圖19描述用于掃描線驅(qū)動(dòng)器電路的一部分的移位寄存器的一種模 式。 圖18示出該移位寄存器的電路結(jié)構(gòu)。圖18中所示的移位寄存器包括多個(gè)觸發(fā)器 觸發(fā)器5701」到5701—n。使用第一時(shí)鐘信號(hào)、第二時(shí)鐘信號(hào)、起動(dòng)脈沖信號(hào)以及復(fù)位信號(hào) 來操作該移位寄存器。 將描述圖18的移位寄存器的連接關(guān)系。在圖18的移位寄存器中的第i級(jí)觸發(fā)器 5701_i (觸發(fā)器5701_1到5701_n中的一個(gè))中，圖19中所示的第一引線5501連接至第七 引線5717」-1，圖19中所示的第二引線5502連接至第七引線5717」+1，圖19中所示的第 三引線5503連接至第七引線5717_i，以及圖19中所示的第六引線5506連接至第五引線 5715。 此外，圖19中所示的第四引線5504連接至奇數(shù)級(jí)的觸發(fā)器中的第二引線5712，且 連接至偶數(shù)級(jí)的觸發(fā)器中的第三引線5713。圖19中所示的第五引線5505連接至第四引線 5714。 注意，圖19中所示的第一級(jí)觸發(fā)器5701_1的第一引線5501連接至第一引線 5711。而且，圖19中所示的第n級(jí)觸發(fā)器5701_n的第二引線5502連接至第六引線5716。
注意，第一引線5711、第二引線5712、第三引線5713以及第六引線5716可被分 別稱為第一信號(hào)線、第二信號(hào)線、第三信號(hào)線以及第四信號(hào)線。第四引線5714和第五引線 5715可被分別稱為第一電源線和第二電源線。 接著，圖19示出圖18中所示觸發(fā)器的細(xì)節(jié)。圖19中所示的觸發(fā)器包括第一薄膜 晶體管5571、第二薄膜晶體管5572、第三薄膜晶體管5573、第四薄膜晶體管5574、第五薄膜 晶體管5575、第六薄膜晶體管5576、第七薄膜晶體管5577以及第八薄膜晶體管5578。第一 薄膜晶體管5571、第二薄膜晶體管5572、第三薄膜晶體管5573、第四薄膜晶體管5574、第五 薄膜晶體管5575、第六薄膜晶體管5576、第七薄膜晶體管5577以及第八薄膜晶體管5578 中的每一個(gè)均為n溝道晶體管，而且在柵-源電壓(Vgs)超過閾值電壓(Vth)時(shí)導(dǎo)通。
接著，以下將描述圖18中所示的觸發(fā)器的連接結(jié)構(gòu)。 第一薄膜晶體管5571的第一電極(源電極和漏電極中的一個(gè))連接至第四引線 5504。第一薄膜晶體管5571的第二電極(源電極和漏電極中的另一個(gè))連接至第三引線 5503。 第二薄膜晶體管5572的第一電極連接至第六引線5506。第二薄膜晶體管5572的 第二電極連接至第三引線5503。
第三薄膜晶體管5573的第一電極連接至第五引線5505，而第三薄膜晶體管5573 的第二電極連接至第二薄膜晶體管5572的柵電極。第三薄膜晶體管5573的柵電極連接至 第五引線5505。 第四薄膜晶體管5574的第一電極連接至第六引線5506。第四薄膜晶體管5574的 第二電極連接至第二薄膜晶體管5572的柵電極。第四薄膜晶體管5574的柵電極連接至第 一薄膜晶體管5571的柵電極。 第五薄膜晶體管5575的第一電極連接至第五引線5505。第五薄膜晶體管5575的 第二電極連接至第一薄膜晶體管5571的柵電極。第五薄膜晶體管5575的柵電極連接至第 一引線5501。 第六薄膜晶體管5576的第一電極連接至第六引線5506。第六薄膜晶體管5576的 第二電極連接至第一薄膜晶體管5571的柵電極。第六薄膜晶體管5576的柵電極連接至第 二薄膜晶體管5572的柵電極。 第七薄膜晶體管5577的第一電極連接至第六引線5506。第七薄膜晶體管5577 的第二電極連接至第一薄膜晶體管5571的柵電極。第七薄膜晶體管5577的柵電極連接至 第二引線5502。第八薄膜晶體管5578的第一電極連接至第六引線5506。第八薄膜晶體管 5578的第二電極連接至第二薄膜晶體管5572的柵電極。第八薄膜晶體管5578的柵電極連 接至第一引線5501。 注意，第一薄膜晶體管5571的柵電極、第四薄膜晶體管5574的柵電極、第五薄膜 晶體管5575的第二電極、第六薄膜晶體管5576的第二電極以及第七薄膜晶體管5577的第 二電極所連接的點(diǎn)被稱為節(jié)點(diǎn)5543。第二薄膜晶體管5572的柵電極、第三薄膜晶體管5573 的第二電極、第四薄膜晶體管5574的第二電極、第六薄膜晶體管5576的柵電極以及第八薄 膜晶體管5578的第二電極所連接的點(diǎn)被稱為節(jié)點(diǎn)5544。 注意，第一引線5501、第二引線5502、第三引線5503以及第四引線5504可被分 別稱為第一信號(hào)線、第二信號(hào)線、第三信號(hào)線以及第四信號(hào)線。第五引線5505和第六引線 5506可被分別稱為第一電源線和第二電源線。 此外，可僅使用實(shí)施例1中描述的n溝道TFT形成信號(hào)線驅(qū)動(dòng)器電路和掃描線驅(qū) 動(dòng)器電路。實(shí)施例1中所描述的n溝道TFT具有晶體管的高遷移率，從而可提高驅(qū)動(dòng)器電 路的驅(qū)動(dòng)頻率。此外，通過作為In-Ga-Zn-O基非單晶膜的源和漏極區(qū)減小了寄生電容；因 此，實(shí)施例1中描述的n溝道TFT具有高的頻率特性(稱為f特性)。例如，使用實(shí)施例1 中所描述的n溝道TFT的掃描線驅(qū)動(dòng)器電路可高速地工作，從而可提高幀頻率并實(shí)現(xiàn)黑圖 像的插入。 此外，例如，當(dāng)提高了掃描線驅(qū)動(dòng)器電路中的晶體管信道帶寬或設(shè)置了多個(gè)掃描 線驅(qū)動(dòng)器電路時(shí)，可實(shí)現(xiàn)更高的幀頻率。當(dāng)設(shè)置了多個(gè)掃描線驅(qū)動(dòng)器電路時(shí)，用于驅(qū)動(dòng)偶數(shù) 行的掃描線的掃描線驅(qū)動(dòng)器電路被設(shè)置在一側(cè)，而用于驅(qū)動(dòng)奇數(shù)行的掃描線的掃描線驅(qū)動(dòng) 器電路被設(shè)置在另一側(cè)；因此可實(shí)現(xiàn)幀頻率的提高。此外，使用多個(gè)掃描線驅(qū)動(dòng)器電路用于 向同一掃描線輸出信號(hào)對(duì)于增大顯示裝置的大小是有利的。 此外，當(dāng)制造作為半導(dǎo)體裝置的示例的有源矩陣發(fā)光顯示裝置時(shí)，在至少一個(gè)像 素中安排多個(gè)薄膜晶體管，從而優(yōu)選地安排多個(gè)掃描線驅(qū)動(dòng)器電路。圖14B示出有源矩陣 發(fā)光顯示裝置的框圖的示例。
圖14B中所示的發(fā)光顯示裝置在基板5400上包括像素部分5401，其包括分別設(shè) 置有顯示元件的多個(gè)像素；用于選擇像素的第一掃描線驅(qū)動(dòng)器電路5402和第二掃描線驅(qū) 動(dòng)器電路5404 ;以及用于控制輸入選定像素的視頻信號(hào)的信號(hào)線驅(qū)動(dòng)器電路5403。
當(dāng)輸入圖14B中所示的發(fā)光顯示裝置的像素的視頻信號(hào)是數(shù)字信號(hào)時(shí)，通過切換 晶體管的導(dǎo)通/截止使像素發(fā)射光或不發(fā)射光。因此，可使用區(qū)域灰度法或時(shí)間灰度法顯 示灰度。區(qū)域灰度法指的是基于視頻信號(hào)將一個(gè)像素分成多個(gè)子像素、而且獨(dú)立驅(qū)動(dòng)各個(gè) 子像素從而顯示灰度的驅(qū)動(dòng)方法。此外，時(shí)間灰度方法指的是控制像素發(fā)射光的周期從而 顯示灰度的驅(qū)動(dòng)方法。 因?yàn)榘l(fā)光元件的響應(yīng)時(shí)間高于液晶元件等的響應(yīng)時(shí)間，所以發(fā)光元件比液晶元件 更適合于時(shí)間灰度方法。具體而言，在利用時(shí)間灰度方法顯示的情況下，將一個(gè)幀周期分成 多個(gè)子幀周期。接著，根據(jù)視頻信號(hào)，在各個(gè)子幀周期將像素中的發(fā)光元件置為發(fā)光狀態(tài)或 不發(fā)光狀態(tài)。通過將一個(gè)幀周期分成多個(gè)子幀周期，可通過視頻信號(hào)控制像素在一個(gè)幀周 期中實(shí)際發(fā)光的周期時(shí)間的總長度，從而可顯示灰度。 注意，在圖14B中所示的發(fā)光顯示裝置的示例中，當(dāng)兩個(gè)開關(guān)TFT被安排在一個(gè)像 素中時(shí)，第一掃描線驅(qū)動(dòng)器電路5402產(chǎn)生被輸入用作兩個(gè)開關(guān)TFT中的一個(gè)的柵極引線的 第一掃描線的信號(hào)，而第二掃描線驅(qū)動(dòng)器電路5404產(chǎn)生被輸入用作兩個(gè)開關(guān)TFT中的另一 個(gè)的柵極引線的第二掃描線的信號(hào)；不過， 一個(gè)掃描線驅(qū)動(dòng)器電路既可產(chǎn)生被輸入第一掃 描線的信號(hào)又可產(chǎn)生被輸入第二掃描線的信號(hào)。此外，例如，有可能在每個(gè)像素中設(shè)置用于 控制開關(guān)元件的操作的多個(gè)掃描線，這取決于一個(gè)像素中所包括的開關(guān)TFT的數(shù)量。在此 情況下， 一個(gè)掃描線驅(qū)動(dòng)器電路可產(chǎn)生被輸入多個(gè)掃描線的所有信號(hào)，或多個(gè)掃描線驅(qū)動(dòng) 器電路可產(chǎn)生被輸入多個(gè)掃描線的信號(hào)。 而且在該發(fā)光顯示裝置中，可在與像素部分的薄膜晶體管相同的基板上形成可包 括驅(qū)動(dòng)器電路中的的n溝道TFT的驅(qū)動(dòng)器電路的一部分。替代地，可僅使用實(shí)施例1到7 中描述的n溝道TFT形成信號(hào)線驅(qū)動(dòng)器電路和掃描線驅(qū)動(dòng)器電路。 而且，上述驅(qū)動(dòng)器電路可用于使用電連接至開關(guān)元件的元件來驅(qū)動(dòng)電子墨水的電 子紙，而不限于液晶顯示裝置或發(fā)光顯示裝置的應(yīng)用。電子紙也被稱為電泳顯示裝置(電 泳顯示器)，而且其有利之處在于，它具有與普通紙張一樣的可閱讀性，它具有比其它顯示 裝置更低的功耗，而且它可被制造得薄和輕。 電泳顯示器可具有多種模式。電泳顯示器包括散布在溶劑或溶質(zhì)中的多個(gè)微膠 囊，各個(gè)微膠囊包含帶正電的第一粒子和帶負(fù)電的第二粒子。通過對(duì)這些微膠囊施加電場， 微膠囊中的粒子按相反方向彼此運(yùn)動(dòng)，從而僅顯示聚集在一側(cè)的粒子的顏色。注意第一粒 子和第二粒子分別包含色素，而且在無電場的情況下不移動(dòng)。而且，第一粒子和第二粒子具 有不同的顏色(可以是無色的)。 因此，電泳顯示器是利用所謂的介電電泳效應(yīng)的顯示器，具有高介電常數(shù)的物質(zhì) 通過該效應(yīng)移動(dòng)至高電場區(qū)。電泳顯示裝置不需要使用液晶顯示裝置中需要的極化器或?qū)?基板，而且電泳顯示裝置的重量和厚度均可被減少為液晶顯示裝置的重量和厚度的一半。
在溶劑中散布的上述微膠囊所處于的溶液被稱為電子墨水?？蓪⒋穗娮幽∷?在玻璃、塑料、布料、紙張等的表面上。此外，通過使用具有色素的濾色器或粒子，還可實(shí)現(xiàn) 彩色顯示。
此外，如果酌情將多個(gè)上述微膠囊安排在有源矩陣基板以插入兩個(gè)電極之間，則 可完成有源矩陣顯示裝置，而且可通過對(duì)這些微膠囊施加電場來實(shí)現(xiàn)顯示。例如，可使用通 過實(shí)施例1到7中所描述的薄膜晶體管獲得的有源矩陣基板。 注意，微膠囊中的第一粒子和第二粒子可分別由從導(dǎo)電材料、絕緣材料、半導(dǎo)體材
料、磁性材料、液晶材料、鐵電材料、電致發(fā)光材料、電致變色材料、以及磁泳材料中選擇的
單種材料組成，或由這些材料的任一種的復(fù)合材料組成。 通過上述工藝，可將高可靠的顯示裝置制造為半導(dǎo)體裝置。 可利用其它實(shí)施例中描述的結(jié)構(gòu)以適當(dāng)?shù)慕M合實(shí)現(xiàn)此實(shí)施例。(實(shí)施例9) 當(dāng)制造了薄膜晶體管并將其用于像素部分并進(jìn)一步用于驅(qū)動(dòng)器電路時(shí)，可制造具 有顯示功能的半導(dǎo)體裝置(也稱為顯示裝置)。此外，當(dāng)在與像素部分相同的基板上形成使 用薄膜晶體管的驅(qū)動(dòng)器電路的一部分或全部時(shí)，可獲得板上系統(tǒng)。 顯示裝置包括顯示元件。作為該顯示元件，可使用液晶元件(也稱為液晶顯示元 件)或發(fā)光元件(也稱為發(fā)光顯示元件)。發(fā)光元件在其種類中包括照度受電流或電壓控 制的元件，具體包括無機(jī)電致發(fā)光(EL)元件、有機(jī)EL元件等。此外，可使用諸如電子墨水 之類的對(duì)比度受電效應(yīng)改變的顯示介質(zhì)。 此外，該顯示裝置包括封裝有顯示元件的面板和包括安裝在面板上的控制器的IC 等的模塊。本發(fā)明還涉及元件基板，其對(duì)應(yīng)于顯示裝置的制造工藝中在完成顯示元件之前 的一種模式，而且該元件基板設(shè)置有用于向多個(gè)像素中的每一個(gè)中的顯示元件提供電流的 裝置。具體而言，該元件基板可以處于僅形成顯示元件的一個(gè)像素電極之后的狀態(tài)、在形成 作為像素電極的導(dǎo)電膜之后的狀態(tài)、在該導(dǎo)電膜被蝕刻以形成像素電極之前的狀態(tài)或任何 其它狀態(tài)。 注意，此說明書中的顯示裝置表示圖像顯示裝置、顯示裝置或光源(包括發(fā)光裝 置)。此外，該顯示裝置在其種類中還可包括以下模塊附連有諸如FPC(柔性印刷電路)、 TAB(帶式自動(dòng)接合)帶或TCP(帶式載體封裝)之類的連接器的模塊；具有在其末梢設(shè)置 有印刷線路板的TAB帶或TCP的模塊；以及IC(集成電路)通過COG(玻璃上的芯片)方法 直接安裝在顯示元件上的模塊。 將參照?qǐng)D22A1、22A2以及22B描述作為半導(dǎo)體裝置的一個(gè)實(shí)施例的液晶顯示面板 的外觀和截面。圖22A1和22A2分別是面板的俯視圖，其中在第一基板4001上形成高可靠 薄膜晶體管4010和4011，而且液晶元件4013被密封劑4005密封在第一基板4001與第二 基板4006之間。薄膜晶體管4010和4011分別包括如實(shí)施例1中所描述的添加了金屬元 素的作為半導(dǎo)體層的氧化物半導(dǎo)體膜。圖22B是沿圖22A1和圖22A2的線M-N的截面圖。
設(shè)置了密封劑4005以包圍像素部分4002和設(shè)置在第一基板4001上的掃描線驅(qū) 動(dòng)器電路4004。在像素部分4002和掃描線驅(qū)動(dòng)器電路4004之上設(shè)置第二基板4006。因 此，通過第一基板4001 、密封劑4005以及第二基板4006使像素部分4002和掃描線驅(qū)動(dòng)器 電路4004以及液晶層4008密封到一起。在單獨(dú)制備的基板上使用單晶半導(dǎo)體膜或多晶半 導(dǎo)體膜形成的信號(hào)線驅(qū)動(dòng)器電路4003安裝在第一基板4001上與被密封劑4005包圍的區(qū) 域不同的區(qū)域中。 要注意，對(duì)于單獨(dú)形成的驅(qū)動(dòng)器電路的連接方法無特殊限制，而且可使用COG方法、引線接合方法、TAB方法等。圖22A1示出通過COG方法安裝信號(hào)線驅(qū)動(dòng)器電路4003的 示例，而圖22A2示出通過TAB方法安裝信號(hào)線驅(qū)動(dòng)器電路4003的示例。
在第一基板4001上設(shè)置的像素部分4002和掃描線驅(qū)動(dòng)器電路4004各包括多個(gè) 薄膜晶體管。圖22B示出像素部分4002中包括的薄膜晶體管4010和掃描線驅(qū)動(dòng)器電路 4004中包括的薄膜晶體管4011。絕緣層4020和4021設(shè)置在薄膜晶體管4010和4011上。
作為薄膜晶體管4010和4011中的每一個(gè)，可采用如實(shí)施例1所描述的包括添加 了金屬元素的氧化物半導(dǎo)體膜作為半導(dǎo)體層的高可靠薄膜晶體管。替代地，可采用實(shí)施例2 到7中所描述的薄膜晶體管。在此實(shí)施例中，薄膜晶體管4010和4011是n溝道薄膜晶體 管。 液晶元件4013中包括的像素電極層4030電連接至薄膜晶體管4010。在第二基板 4006上形成液晶元件4013的對(duì)電極層4031。像素電極層4030、對(duì)電極層4031以及液晶 層4008相互交迭的部分對(duì)應(yīng)于液晶元件4013。要注意，像素電極層4030和對(duì)電極層4031 分別設(shè)置有起對(duì)準(zhǔn)膜作用的絕緣層4032和絕緣層4033。液晶層4008被夾在像素電極層 4030與對(duì)電極層4031之間，其中還有絕緣層4032和4033。 要注意，可由玻璃、金屬(通常是不銹鋼)、陶瓷或塑料制成第一基板4001和第二 基板4006。作為塑料，可使用FRP(玻璃纖維增強(qiáng)塑料)板、PVF(聚氟乙烯)膜、聚酯膜、或 丙烯酸類樹脂膜。替代地，可使用有鋁箔夾在PVF膜或聚酯膜之間的結(jié)構(gòu)的薄板。
通過絕緣膜的選擇性蝕刻而獲得由附圖標(biāo)記4035表示的柱狀隔離件，而且被設(shè) 置而用于控制像素電極層4030與對(duì)電極層4031之間的距離(單元間隙)。注意還可使用 球狀隔離件。對(duì)電極層4031電連接至設(shè)置在與薄膜晶體管4010相同的基板上的公共電位 線。通過使用公共連接部分，對(duì)電極層4031可通過設(shè)置在該對(duì)基板之間的導(dǎo)電粒子電連接 至公共電位線。注意，這些導(dǎo)電粒子包含在密封劑4005中。 替代地，可使用不需要對(duì)準(zhǔn)膜的表現(xiàn)出藍(lán)相的液晶。藍(lán)相是液晶相之一，當(dāng)膽甾型
液晶的溫度升高時(shí)，剛好在膽甾相變成各向同性相之前產(chǎn)生藍(lán)相。因?yàn)閮H在窄溫度范圍中
產(chǎn)生藍(lán)相，所以將包含5%或更多重量百分比的手性劑的液晶組合物用于液晶層4008以展
寬該溫度范圍。包括表現(xiàn)出藍(lán)相的液晶和手性劑的液晶組合物具有10 y s到100 ii s的短
響應(yīng)時(shí)間、具有不需要對(duì)準(zhǔn)工藝的光學(xué)各向同性、且具有小的視角依賴性。 除透射型液晶顯示裝置之外，本發(fā)明的實(shí)施例還可應(yīng)用于反射型液晶顯示裝置或
半透射型液晶顯示裝置。 描述了極化板設(shè)置在基板的外表面上而用于顯示元件的著色層和電極層設(shè)置在 基板的內(nèi)表面上的液晶顯示裝置的示例；不過，極化板還可設(shè)置在基板的內(nèi)表面上。極化板 和著色層的層疊結(jié)構(gòu)不限于在此實(shí)施例中描述的結(jié)構(gòu)，而可根據(jù)極化板和著色層的材料或 制造步驟的條件來酌情設(shè)置。此外，可設(shè)置用作黑色基質(zhì)的擋光膜。 此外，為減少薄膜晶體管的表面粗糙度和提高薄膜晶體管的可靠性，使用作為保 護(hù)膜或平坦化絕緣膜的絕緣層(絕緣層4020和絕緣層4021)覆蓋實(shí)施例1獲得的薄膜晶 體管。注意，設(shè)置該保護(hù)膜用于防止空氣中包含的諸如有機(jī)物質(zhì)、金屬物質(zhì)或水汽之類的雜 質(zhì)進(jìn)入，而且優(yōu)選地該保護(hù)膜是致密膜。可使用氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅 膜、氧化鋁膜、氮化鋁膜、氧氮化鋁膜以及氮氧化鋁膜中的任一種通過濺射方法將該保護(hù)膜 形成為單層膜或?qū)盈B膜。雖然在此實(shí)施例中描述了通過濺射方法形成保護(hù)膜的示例，但本發(fā)明的實(shí)施例不限于此方法，而且可采用多種方法。 這里，形成了具有層疊結(jié)構(gòu)的絕緣層4020作為保護(hù)膜。作為絕緣層4020的第一 層，通過濺射方法形成氧化硅膜。使用氧化硅膜作為保護(hù)膜具有防止用于源和漏電極層的 鋁膜的小丘的效果。 此外，形成絕緣層作為保護(hù)膜的第二層。在此實(shí)施例中，作為絕緣層4020的第二 層，通過濺射方法形成氮化硅膜。將氮化硅膜用作保護(hù)膜可防止諸如鈉離子之類的移動(dòng)離 子進(jìn)入半導(dǎo)體區(qū)，從而抑制TFT的電特性變化。 在形成保護(hù)膜之后，可使該半導(dǎo)體層經(jīng)受退火(30(TC到400°C )。
形成絕緣層4021作為平坦化絕緣膜。作為絕緣層4021，可使用諸如聚酰亞胺、丙 烯酸、苯并環(huán)丁烯、聚酰胺或環(huán)氧樹脂之類的具有耐熱性的有機(jī)材料。除這些有機(jī)材料之 外，還有可能使用低介電常數(shù)材料(低k材料)、硅氧烷基樹脂、PSG (磷硅玻璃)、BPSG (硼 磷硅玻璃)等。注意，可通過堆疊由這些材料組成的多層絕緣膜來形成絕緣層4021。
注意，硅氧烷樹脂是由作為起始材料的硅氧烷材料組成且具有Si-O-Si鍵的樹 脂。作為取代基，可使用有機(jī)基(例如烷基或芳香基)或氟基。該有機(jī)基可包括氟基。
對(duì)于形成絕緣層4021的方法沒有特殊限制，而且根據(jù)材料，可通過使用濺射法、 SOG法、旋涂法、浸漬法、噴涂法、液滴放電法(例如噴墨法、絲網(wǎng)印刷、膠版印刷等)、刮片 法、輥涂法、幕涂法、刀涂法等形成絕緣層4021。在使用材料解決方案形成絕緣層4021的情 況下，可在烘焙步驟同時(shí)對(duì)該半導(dǎo)體層退火(在30(TC到40(TC下)。絕緣層4021的烘焙步 驟也用作半導(dǎo)體層的退火步驟，藉此可高效地制造半導(dǎo)體裝置。 像素電極層4030和對(duì)電極層4031可由諸如包含氧化鎢的氧化銦、包含氧化鎢的 氧化鋅銦、包含氧化鈦的氧化銦、包含氧化鈦的氧化錫銦、氧化錫銦(下文稱為ITO)、氧化 鋅銦或添加了氧化硅的氧化錫銦之類的透光導(dǎo)電材料制成。 包含導(dǎo)電高分子(也稱為導(dǎo)電聚合物)的導(dǎo)電組合物可用于像素電極層4030和 對(duì)電極層4031。由導(dǎo)電組合物制成的像素電極優(yōu)選地具有10000歐姆每方塊或更低的薄膜 電阻和在550nm波長下的70%或更高的透射率。此外，導(dǎo)電組合物中包含的導(dǎo)電高分子的 電阻率優(yōu)選地為0. 1 Q cm或更低。 作為該導(dǎo)電高分子，可使用所謂的Ji電子共軛導(dǎo)電聚合物。例如，有可能使用聚 苯胺及其衍生物、聚吡咯及其衍生物、聚噻吩及其衍生物、或它們中的兩種或多種的共聚 物。 此外，從FPC 4018對(duì)單獨(dú)形成的信號(hào)線驅(qū)動(dòng)器電路4003以及掃描線驅(qū)動(dòng)器電路 4004或像素部分4002提供多個(gè)信號(hào)和電位。 連接端子電極4015由與液晶元件4013中所包括的像素電極層4030相同的導(dǎo)電 膜形成，而端子電極4016由與薄膜晶體管4010和4011的源和漏電極層相同的導(dǎo)電膜形 成。 連接端子電極4015通過各向異性導(dǎo)電膜4019電連接至FPC 4018中包括的端子。
注意，圖22A1、22A2以及22B示出了單獨(dú)形成信號(hào)線驅(qū)動(dòng)器電路4003且安裝在第 一基板4001上的示例；不過，本發(fā)明不限于此結(jié)構(gòu)。可單獨(dú)形成掃描線驅(qū)動(dòng)器電路然后安 裝，或單獨(dú)形成僅信號(hào)線驅(qū)動(dòng)器電路的一部分或掃描線驅(qū)動(dòng)器電路的一部分，然后安裝。
圖23示出通過使用根據(jù)此說明書中公開的制造方法制造的TFT基板形成為半導(dǎo)體裝置的液晶顯示模塊的示例。 圖23示出液晶顯示模塊的示例，其中基板2600和對(duì)基板2601通過密封劑2602相互接合，而包括TFT等的像素部分2603、包括液晶層的顯示元件2604以及著色層2605設(shè)置在所述基板之間以形成顯示區(qū)。著色層2605是實(shí)現(xiàn)彩色顯示所必需的。在RGB系統(tǒng)的情況下，為相應(yīng)的像素設(shè)置了對(duì)應(yīng)于紅色、綠色以及藍(lán)色的相應(yīng)的著色層。在基板2600和對(duì)基板2601外設(shè)置了極化板2606和2607以及漫射板2613。光源包括冷陰極管2610和反射板2611。電路板2612通過柔性線路板2609連接至基板2600的引線電路部分2608，且包括諸如控制電路或電源電路之類的外部電路。極化板和液晶層可堆疊，而且它們之間插入有阻滯板。 對(duì)于液晶顯示模塊，可使用TN(扭曲向列)模式、IPS(共面切換)模式、FFS(邊緣場切換)模式、MVA(多疇垂直取向)模式、PVA(圖像垂直調(diào)整)模式、ASM(軸對(duì)稱排列微
單元)模式、OCB(光學(xué)補(bǔ)償雙折射)模式、FLC(鐵電液晶)模式、AFLC(反鐵電液晶)模式等。 通過上述工藝，可將高可靠的顯示裝置制造為半導(dǎo)體裝置。
可利用其它實(shí)施例中描述的結(jié)構(gòu)以適當(dāng)?shù)慕M合來實(shí)現(xiàn)此實(shí)施例。
(實(shí)施例10) 將描述電子紙的示例作為半導(dǎo)體裝置。 圖13示出作為半導(dǎo)體裝置的示例的有源矩陣電子紙。可按照實(shí)施例1中所描述的薄膜晶體管類似的方式制造用于該半導(dǎo)體裝置的薄膜晶體管581，而且薄膜晶體管581是包括添加了金屬元素的氧化物半導(dǎo)體膜作為半導(dǎo)體層的高可靠薄膜晶體管。實(shí)施例2到7中描述的薄膜晶體管也可用作此實(shí)施例的薄膜晶體管581。 圖13中的電子紙是使用扭轉(zhuǎn)球顯示系統(tǒng)的顯示裝置的示例。扭轉(zhuǎn)球顯示系統(tǒng)指的是一種方法，其中各個(gè)著色為黑色或白色的球狀粒子被安排在作為用于顯示元件的電極層的第一電極層與第二電極層之間、而且在第一電極層與第二電極層之間產(chǎn)生電位差以控制球狀粒子取向從而實(shí)現(xiàn)顯示。 為基板580設(shè)置的薄膜晶體管581是底柵薄膜晶體管，而其源或漏電極層通過絕緣層583、584以及585中形成的開口與第一電極層587接觸，藉此薄膜晶體管581電連接至第一電極層587。在為對(duì)電極596設(shè)置的第一電極層587與第二電極層588之間設(shè)置了各具有黑區(qū)590a、白區(qū)590b以及被這些區(qū)周圍的液體填充的腔594的球狀粒子589。球狀粒子589周圍的空間被諸如樹脂之類的填充物595填充(圖13)。第一電極層587對(duì)應(yīng)于像素電極，而第二電極層588對(duì)應(yīng)于公共電極。第二電極層588電連接至設(shè)置在與薄膜晶體管581同一基板上的公共電位線。通過使用公共連接部分，第二電極層588可通過設(shè)置在該對(duì)基板之間的導(dǎo)電粒子電連接至公共電位線。 還可使用電泳元件代替扭轉(zhuǎn)球。使用密封了透明液體、帶正電或負(fù)電的白色微粒以及帶負(fù)電或正電的黑色微粒(具有與白色微粒相反的極性)的具有約10iim至lj 200iim直徑的微膠囊。在設(shè)置在第一電極層與第二電極層之間的微膠囊中，當(dāng)通過第一電極層和第二電極層施加電場時(shí)，白微粒和黑微粒移動(dòng)到彼此相反側(cè)，從而可顯示白色或黑色。使用此原理的顯示元件是電泳顯示元件，而且一般稱為電子紙。電泳顯示元件比液晶顯示元件具有更高反射率，因此不需要輔助光、功耗低、而且可在暗處識(shí)別顯示部分。此外，即使未對(duì)顯示部分提供電能，也能保持已經(jīng)顯示過一次的圖像。因此，即使具有顯示功能的半導(dǎo)體裝置(可簡單稱為顯示裝置或設(shè)置有顯示裝置的半導(dǎo)體裝置)遠(yuǎn)離電波源，也能保存已顯示的圖像。 通過此工藝，可制造作為半導(dǎo)體裝置的高可靠的電子紙。
可利用其它實(shí)施例中描述的結(jié)構(gòu)以適當(dāng)?shù)慕M合實(shí)現(xiàn)此實(shí)施例。
(實(shí)施例ll) 將描述作為半導(dǎo)體裝置的發(fā)光顯示裝置的示例。作為顯示裝置中包括的顯示元件，此處描述了利用電致發(fā)光的發(fā)光元件。利用電致發(fā)光的發(fā)光元件是根據(jù)發(fā)光材料是有機(jī)化合物還是無機(jī)化合物來分類的。 一般而言，前者被稱為有機(jī)EL元件，而后者被稱為無機(jī)EL元件。 在有機(jī)EL元件中，通過對(duì)發(fā)光元件施加電壓，電子和空穴分別從一對(duì)電極注入包含發(fā)光有機(jī)化合物的層中，且電流流動(dòng)。然后載流子(電子和空穴)復(fù)合，從而激發(fā)發(fā)光有機(jī)化合物。發(fā)光有機(jī)化合物從激發(fā)態(tài)返回基態(tài)，從而發(fā)射光。由于這種機(jī)制，此發(fā)光元件被稱為電流激發(fā)發(fā)光元件。 無機(jī)EL元件根據(jù)它們的元件結(jié)構(gòu)分類為散射型無機(jī)EL元件和薄膜無機(jī)EL元件。
散射型無機(jī)EL元件具有發(fā)光材料的粒子散布在粘合劑中的發(fā)光層，而且其發(fā)光機(jī)制是利
用施主能級(jí)和受主能級(jí)的施主_受主復(fù)合型發(fā)光。薄膜無機(jī)EL元件具有發(fā)光層夾在介電
層之間的結(jié)構(gòu)，而介電層又進(jìn)一步夾在電極之間，其發(fā)光機(jī)制是利用金屬離子的內(nèi)層電子
躍遷的局部發(fā)光。注意，這里使用有機(jī)EL元件作為發(fā)光元件作出該描述。 圖20示出作為可通過數(shù)字時(shí)間灰度法驅(qū)動(dòng)的半導(dǎo)體器件的示例的像素結(jié)構(gòu)的示例。 將描述可通過數(shù)字時(shí)間灰度法驅(qū)動(dòng)的像素的結(jié)構(gòu)和操作。此處描述了一個(gè)示例，其中一個(gè)像素包括使用氧化物半導(dǎo)體層(In-Ga-Zn-0基非單晶膜)作為溝道形成區(qū)的兩個(gè)n溝道晶體管。 像素6400包括開關(guān)晶體管6401、驅(qū)動(dòng)晶體管6402、發(fā)光元件6404以及電容器6403。開關(guān)晶體管6401的柵極連接至掃描線6406，開關(guān)晶體管6401的第一電極(源電極和漏電極中的一個(gè))連接至信號(hào)線6405，而開關(guān)晶體管6401的第二電極(源電極和漏電極中的另一個(gè))連接至驅(qū)動(dòng)晶體管6402的柵極。驅(qū)動(dòng)晶體管6402的柵極通過電容器6403連接至電源線6407，驅(qū)動(dòng)晶體管6402的第一電極連接至電源線6407，而驅(qū)動(dòng)晶體管6402的第二電極連接至發(fā)光元件6404的第一電極(像素電極)。發(fā)光元件6404的第二電極對(duì)應(yīng)于公共電極6408。公共電極6408電連接至設(shè)置在同一基板上的公共電位線。
注意，發(fā)光元件6404的第二電極(公共電極6408)被設(shè)置為低電源電位。該低電源電位低于提供給電源線6407的高電源電位。例如，GND、OV等可設(shè)置為低電源電位。高電源電位與低電源電位之差被施加給發(fā)光元件6404，從而電流流過發(fā)光元件6404，藉此發(fā)光元件6404發(fā)光。因此，設(shè)置各個(gè)電位，以使高電源電位與低電源電位之差大于或等于發(fā)光元件6404的正向閾值電壓。 當(dāng)驅(qū)動(dòng)晶體管6402的柵電容用作電容器6403的替代物時(shí)，可省去電容器6403?？稍跍系绤^(qū)與柵電極之間形成驅(qū)動(dòng)晶體管6402的柵電容。 這里，在使用電壓輸入電壓驅(qū)動(dòng)方法的情況下，視頻信號(hào)被輸入驅(qū)動(dòng)晶體管6402的柵極以使驅(qū)動(dòng)晶體管6402完全導(dǎo)通或截止。S卩，驅(qū)動(dòng)晶體管6402在線性區(qū)中工作，因此高于電源線6407電壓的電壓被施加給驅(qū)動(dòng)晶體管6402的柵極。注意，大于或等于電源線電壓加上驅(qū)動(dòng)晶體管6402的Vth的電壓被施加給信號(hào)線6405。 在使用模擬灰度法代替數(shù)字時(shí)間灰度法的情況下，通過以不同的方式輸入信號(hào)可采用如圖20中一樣的像素結(jié)構(gòu)。 在使用模擬灰度驅(qū)動(dòng)方法的情況下，大于或等于發(fā)光元件元件6404的正向電壓加上驅(qū)動(dòng)晶體管6402的Vth的電壓被施加給驅(qū)動(dòng)晶體管6402的柵極。發(fā)光元件6404的正向電壓指的是獲得期望照度的電壓，且包括至少正向閾值電壓。通過輸入視頻信號(hào)以使驅(qū)動(dòng)晶體管6402能在飽和區(qū)工作，電流可流過發(fā)光元件6404。為了使驅(qū)動(dòng)晶體管6402能工作于飽和區(qū)，電源線6407的電位高于驅(qū)動(dòng)晶體管6402的柵極電位。利用模擬視頻信號(hào)，與視頻信號(hào)一致的電流流過發(fā)光元件6404，從而可實(shí)現(xiàn)模擬灰度驅(qū)動(dòng)方法。
注意，該像素結(jié)構(gòu)不限于圖20中所示的像素結(jié)構(gòu)。例如，圖20中的像素還可包括開關(guān)、電阻器、電容器、晶體管、邏輯電路等。 接著，將參照?qǐng)D21A到21C描述發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)。這里，將以n溝道驅(qū)動(dòng)TFT為例描述像素的截面結(jié)構(gòu)?？砂凑张c實(shí)施例1中所描述的薄膜晶體管相似的方式制造用于圖21A到21C中所示的半導(dǎo)體器件的驅(qū)動(dòng)TFT7001、7011以及7021，而且它們是每個(gè)都包括添加了金屬元素的氧化物半導(dǎo)體膜作為半導(dǎo)體層的高可靠薄膜晶體管。替代地，可采用實(shí)施例2到7中所描述的薄膜晶體管作為驅(qū)動(dòng)TFT 7001、7011以及7021。 為提取從發(fā)光元件發(fā)出的光，需要陽極或陰極中的至少一個(gè)來透射光。在基板上形成薄膜晶體管和發(fā)光元件。發(fā)光元件可具有通過與基板相對(duì)的表面提取光的頂發(fā)光結(jié)構(gòu)、通過基板一側(cè)上的表面提取光的底發(fā)光結(jié)構(gòu)、或通過與基板相對(duì)的表面和基板一側(cè)上的表面提取光的雙發(fā)光結(jié)構(gòu)?？蓪⑾袼亟Y(jié)構(gòu)應(yīng)用于具有這些發(fā)光結(jié)構(gòu)中的任一種的發(fā)光元件。 將參照?qǐng)D21A描述具有頂發(fā)光結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件。 圖21A是驅(qū)動(dòng)TFT 7001是n型而且光從發(fā)光元件7002發(fā)射至陽極7005側(cè)的情況下的像素的截面圖。在圖21A中，發(fā)光元件7002的陰極7003電連接至驅(qū)動(dòng)TFT 7001，而發(fā)光層7004和陽極7005以此順序堆疊在陰極7003上。陰極7003可由多種導(dǎo)電材料制成，只要它們具有低功函數(shù)并反射光。例如，優(yōu)選地使用Ca、 Al、 CaF、 MgAg、 AlLi等。發(fā)光層7004可被形成為單層或堆疊的多層。當(dāng)將發(fā)光層7004形成為多層時(shí)，通過按照以下順序在陰極7003上堆疊電子注入層、電子傳輸層、發(fā)光層、空穴傳輸層以及空穴注入層而形成發(fā)光層7004。注意，不需要設(shè)置所有這些層。陽極7005由諸如包含氧化鎢的氧化銦、包含氧化鴇的氧化鋅銦、包含氧化鈦的氧化銦、包含氧化鈦的氧化銦錫、氧錫化銦(下文稱為ITO)、氧化鋅銦或添加了氧化硅的氧化錫銦之類的透光導(dǎo)電材料制成。
發(fā)光元件7002對(duì)應(yīng)于發(fā)光層7004夾在陰極7003與陽極7005之間的區(qū)域。在圖21A中所示像素的情況下，如箭頭所示，光從發(fā)光元件7002發(fā)射至陽極7005。
接著，將參照?qǐng)D21B描述具有底發(fā)光結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件。圖21B是驅(qū)動(dòng)TFT 7011是n型的而且光從發(fā)光元件7012發(fā)射至陰極7013側(cè)的情況下的像素的截面圖。在圖21B中，在電連接至驅(qū)動(dòng)TFT 7011的透光導(dǎo)電膜7017上形成發(fā)光元件7012的陰極7013，而發(fā)光層7014和陽極7015以此順序堆疊在陰極7013上。注意，當(dāng)陽極7015具有透光性質(zhì)時(shí)，可形成用于反射和阻擋光的擋光膜7016來覆蓋陽極7015。對(duì)于陰極7013，與圖21A的情況一 樣，可使用多種材料，只要它們是具有低功函數(shù)的導(dǎo)電材料。注意，陰極7013被形成為具有 可透光的厚度(優(yōu)選約5nm到30nm)。例如，具有20nm厚度的鋁膜可用作陰極7013。類似 于圖21A的情況，可使用單層或堆疊的多層形成發(fā)光層7014。不需要陽極7015透光，但陽 極7015可由如圖21A的情況一樣的透光導(dǎo)電材料制成。作為擋光膜7016，例如可使用反射 光的金屬；不過，它不限于金屬膜。例如，還可使用添加了黑色素的樹脂。
發(fā)光元件7012對(duì)應(yīng)于發(fā)光層7014夾在陰極7013與陽極7015之間的區(qū)域。在圖 21B中所示像素的情況下，如箭頭所示，光從發(fā)光元件7012發(fā)射至陰極7013側(cè)。
接著，將參照?qǐng)D21C描述具有雙發(fā)光結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件。在圖21C中，在電連接至驅(qū) 動(dòng)TFT 7021的透光導(dǎo)電膜7027上形成發(fā)光元件7022的陰極7023，而發(fā)光層7024和陽極 7025以此順序堆疊在陰極7023上。像圖21A的情況一樣，陰極7023可由多種導(dǎo)電材料制 成，只要它們具有低功函數(shù)。注意，陰極7023被形成為具有能透射光的厚度。例如，具有 20nm厚度的鋁膜可用作陰極7023。如圖21A中一樣，發(fā)光層7024可被形成為單層或堆疊 的多層。陽極7025可由像圖2IA的情況中一樣的透光導(dǎo)電材料制成。
發(fā)光元件7022對(duì)應(yīng)于陰極7023、發(fā)光層7024以及陽極7025彼此交迭的區(qū)域。在 圖21C中所示像素的情況下，如箭頭所示，光從發(fā)光元件7022發(fā)射至陽極7025側(cè)和陰極 7023側(cè)。 雖然這里描述了有機(jī)EL元件作為發(fā)光元件，但還可提供無機(jī)EL元件作為發(fā)光元 件。 注意，描述了控制發(fā)光元件的驅(qū)動(dòng)的薄膜晶體管(驅(qū)動(dòng)TFT)電連接至發(fā)光元件的 示例；不過，可采用用于電流控制的TFT連接在驅(qū)動(dòng)TFT與發(fā)光元件之間的結(jié)構(gòu)。
注意，該半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)不限于圖21A到21C中所示的那些結(jié)構(gòu)，而且可基于此 說明書中公開的技術(shù)以多種方式修改。 接著，將參照?qǐng)D24A和24B描述作為半導(dǎo)體器件的一個(gè)實(shí)施例的發(fā)光顯示面板 (也稱為發(fā)光面板)的外觀和截面。圖24A是使用密封劑將形成在第一基板上的薄膜晶體 管和發(fā)光元件密封在第一基板與第二基板之間的面板的俯視圖。圖24B是沿圖24A的線 H-I的截面圖。 密封劑4505被設(shè)置成包圍設(shè)置在第一基板4501上的像素部分4502、信號(hào)線驅(qū)動(dòng) 器電路4503a和4503b以及掃描線驅(qū)動(dòng)器電路4504a和4504b。此外，第二基板4506設(shè)置 在像素部分4502、信號(hào)線驅(qū)動(dòng)器電路4503a和4503b以及掃描線驅(qū)動(dòng)器電路4504a和4504b 上。因此，像素部分4502、信號(hào)線驅(qū)動(dòng)器電路4503a和4503b以及掃描線驅(qū)動(dòng)器電路4504a 和4504b連同填充物4507通過第一基板4501、密封劑4505以及第二基板4506密封到一 起。優(yōu)選地，顯示器件被保護(hù)膜(諸如粘接膜或紫外可固化樹脂膜)或具有高氣密性和幾 乎無除氣的覆蓋材料封裝(密封)，從而該顯示器件不暴露在外部空氣中。
形成在第一基板4501上的像素部分4502、信號(hào)線驅(qū)動(dòng)器電路4503a和4503b以及 掃描線驅(qū)動(dòng)器電路4504a和4504b各包括多個(gè)薄膜晶體管，而在圖24B中示出了作為示例 的包括在像素部分4502中的薄膜晶體管4510和包括在信號(hào)線驅(qū)動(dòng)器電路4503a中的薄膜 晶體管4509。 作為薄膜晶體管4509和4510中的每一個(gè)，可采用如實(shí)施例1所描述的包括添加
35了金屬元素的氧化物半導(dǎo)體膜作為半導(dǎo)體層的高可靠薄膜晶體管。替代地，可采用實(shí)施例
2到7中所描述的薄膜晶體管。薄膜晶體管4509和4510是n溝道薄膜晶體管。 此外，附圖標(biāo)記4511表示發(fā)光元件。包括在發(fā)光元件4511中的作為像素電極的
第一電極層4517電連接至薄膜晶體管4510的源電極層或漏電極層。注意，發(fā)光元件4511
的結(jié)構(gòu)不限于包括第一電極層4517、電致發(fā)光層4512以及第二電極層4513的層疊結(jié)構(gòu)。
可根據(jù)從發(fā)光元件4511提取光的方向等酌情改變發(fā)光元件4511的結(jié)構(gòu)。 由有機(jī)樹脂膜、無機(jī)絕緣膜或有機(jī)聚硅氧烷制成隔離壁4520。尤其優(yōu)選地，由光敏
材料制成隔離壁4520，且在第一電極層4517上具有開口，以使開口的側(cè)壁被形成為具有連
續(xù)彎曲的斜面。 電致發(fā)光層4512可被形成為單層或堆疊的多層。 可在第二電極層4513和隔離壁4520上形成保護(hù)膜，以阻止氧氣、氫氣、水汽、二氧 化碳等進(jìn)入發(fā)光元件4511。作為保護(hù)膜，可形成氮化硅膜、氮氧化硅膜、DLC膜等。
從FPC 4518a和4518b將多個(gè)信號(hào)和電壓提供給信號(hào)線驅(qū)動(dòng)器電路4503a和 4503b、掃描線驅(qū)動(dòng)器電路4504a和4504b或像素部分4502。 由與發(fā)光元件4511中所包括的第一電極層4517相同的導(dǎo)電膜形成連接端子電極 4515，而由與薄膜晶體管4509和4510中包括的源和漏電極層相同的導(dǎo)電膜形成端子電極 4516。 連接端子電極4515通過各向異性導(dǎo)電膜4519電連接至FPC 4518a的端子。
位于從發(fā)光元件4511提取光的方向的第二基板4506需要具有透光性質(zhì)。在該情 況下，使用諸如玻璃板、塑料板、聚酯膜或丙烯酸膜之類的透光材料。 作為填充物4507，除諸如氮?dú)饣驓鍤庵惖亩栊詺怏w之外，還可使用紫外可固化
樹脂或熱固性樹脂。例如，可使用PVC(聚氯乙烯)、丙烯酸、聚酰亞胺、環(huán)氧樹脂、硅酮樹脂、
PVB(聚乙烯醇縮丁醛)或EVA(乙烯乙酸乙烯酯)。例如，使用氮?dú)庾鳛樘畛湮铩?此外，在需要時(shí)，可在發(fā)光元件的發(fā)光表面上酌情設(shè)置諸如極化板、圓形極化板
(包括橢圓極化板)、阻滯板(四分之一波板或半波板)或?yàn)V色器之類的光學(xué)膜。此外，極
化板或圓形極化板可設(shè)置有抗反射膜。例如，可執(zhí)行抗眩光處理，通過該處理能通過表面上
的凸起和凹陷漫射反射光以減少眩光。 信號(hào)線驅(qū)動(dòng)器電路4503a和4503b和掃描線驅(qū)動(dòng)器電路4504a和4504b可作為使 用單晶半導(dǎo)體膜或多晶半導(dǎo)體膜形成的驅(qū)動(dòng)器電路安裝在單獨(dú)制備的基板上。替代地，可
單獨(dú)形成和安裝信號(hào)線驅(qū)動(dòng)器電路及其部分或掃描線驅(qū)動(dòng)器電路及其部分。此實(shí)施例不限 于圖24A和24B中所示結(jié)構(gòu)。 通過上述工藝，可將高可靠的發(fā)光顯示器件(顯示面板)制造為半導(dǎo)體器件。
可利用其它實(shí)施例中描述的結(jié)構(gòu)以適當(dāng)?shù)慕M合實(shí)現(xiàn)此實(shí)施例。
(實(shí)施例12) 此說明書中公開的半導(dǎo)體器件可應(yīng)用于電子紙。電子紙可用于多種領(lǐng)域的電子電 器，只要它們顯示數(shù)據(jù)。例如，電子紙可應(yīng)用于電子書設(shè)備(電子書)、招貼、諸如火車之類 的車輛中的廣告、或諸如信用卡之類的多種卡的顯示器。圖25A和25B以及圖26中示出了 電子電器的示例。 圖25A示出使用電子紙的招貼2631。在廣告媒體是印刷報(bào)紙的情況下，通過手工更換廣告；然而，通過使用此說明書中公開的電子紙，可在短時(shí)間內(nèi)改變廣告顯示內(nèi)容。此 外，可在無顯示缺陷的情況下獲得穩(wěn)定的圖像。注意，該招貼可具有能無線發(fā)送和接收數(shù)據(jù) 的配置。 圖25B示出諸如火車之類的車輛中的廣告2632。在廣告媒體是印刷報(bào)紙的情況 下，通過手工更換廣告；然而，通過使用此說明書中公開的電子紙，可在更少人力的情況下 在短時(shí)間內(nèi)改變廣告顯示內(nèi)容。此外，可在無顯示缺陷的情況下獲得穩(wěn)定的圖像。注意，車 輛中的廣告可具有能無線發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的配置。 圖26示出電子書設(shè)備2700的示例。例如，電子書設(shè)備2700包括兩個(gè)外殼——外 殼2701和外殼2703。外殼2701和外殼2703與樞紐2711組合，從而該電子書設(shè)備2700可 以該樞紐2711為軸打開和關(guān)閉。利用這樣的結(jié)構(gòu)，電子書設(shè)備2700可類似于紙書一樣工 作。 顯示部分2705和顯示部分2707分別被包括在外殼2701和外殼2703中。顯示部 分2705和顯示部分2707可顯示一幅圖像或不同圖像。例如，在顯示部分2705和顯示部分 2707顯示不同圖像的情況下，可在右邊的顯示部分(圖26中的顯示部分2705)上顯示文 字，而在左邊的顯示部分上顯示圖像(圖26中的顯示部分2707)。 圖26示出外殼2701設(shè)置有操作部分等的示例。例如，外殼2701設(shè)置有電源開關(guān) 2721、操作鍵2723、揚(yáng)聲器2725等。利用操作鍵2723可翻頁?？稍谕鈿さ娘@示部分的同一 表面上設(shè)置鍵盤、指向裝置等。此外，可在外殼的后面或側(cè)面上設(shè)置外部連接端子(耳機(jī)端 子、USB端子、可連接至諸如AC適配器和USB電纜之類的各種電纜的端子等)、記錄介質(zhì)插 入部分等。而且，電子書設(shè)備2700可具有電子詞典功能。 電子書設(shè)備2700可具有能無線發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的配置。通過無線通信，可從電子 書服務(wù)器購買和下載想要的圖書數(shù)據(jù)等。
(實(shí)施例l3) 此說明書中公開的半導(dǎo)體器件可應(yīng)用作為多種電子電器(包括娛樂機(jī))。電子電
器的示例包括電視機(jī)(也稱為電視或電視接收器)、計(jì)算機(jī)顯示器等、諸如數(shù)碼相機(jī)或數(shù)碼
攝像機(jī)之類的相機(jī)、數(shù)碼相框、蜂窩電話(也稱為移動(dòng)電話或移動(dòng)電話機(jī))、便攜式游戲終
端、便攜式信息終端、音頻再現(xiàn)設(shè)備、諸如彈球盤機(jī)之類的大尺寸游戲機(jī)等。 圖27A示出電視機(jī)9600的示例。在電視機(jī)9600中，顯示部分9603包括在外殼
9601中?？稍陲@示部分9603上顯示圖像。這里，外殼9601由支架9605支承。 可利用外殼9601的操作開關(guān)或獨(dú)立的遙控器9610操作電視機(jī)9600?？衫眠b控
器9610的操作鍵9609控制頻道和音量，從而控制顯示部分9603上顯示的圖像。此外，遠(yuǎn)
程控制器9610可設(shè)置有用于顯示從遙控器9610輸入的數(shù)據(jù)的顯示部分9607。 注意，電視機(jī)9600設(shè)置有接收器、調(diào)制解調(diào)器等。利用該接收器，可接收一般的電
視廣播。此外，當(dāng)電視機(jī)9600經(jīng)由調(diào)制解調(diào)器通過有線或無線連接連接至通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可
實(shí)現(xiàn)單向(從發(fā)射器到接收器)或雙向(發(fā)射器與接收器之間、接收器之間等)數(shù)據(jù)通信。 圖27B示出數(shù)碼相框9700的示例。例如，在數(shù)碼相框9700中，顯示部分9703被
包括在外殼9701中?？稍陲@示部分9703上顯示多幅圖像。例如，顯示部分9703可顯示數(shù)
碼相機(jī)等拍攝的圖像數(shù)據(jù)而起普通相框的作用。 注意，數(shù)碼相框9700設(shè)置有操作部分、外部連接部分(USB端子、可連接至諸如USB電纜之類的多種電纜的端子等)、記錄介質(zhì)插入部分等。雖然它們可被設(shè)置在與顯示部分相 同的表面上，但優(yōu)選地，為了數(shù)碼相框9700的設(shè)計(jì)而將它們?cè)O(shè)置在側(cè)面或后面。例如，存儲(chǔ) 由數(shù)碼相機(jī)拍攝的圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器被插入數(shù)碼相框的記錄介質(zhì)插入部分中，藉此圖像數(shù) 據(jù)可被轉(zhuǎn)移并顯示在顯示部分9703上。 數(shù)碼相框9700可具有能無線發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的配置。通過無線通信，可轉(zhuǎn)移期望 的圖像數(shù)據(jù)以供顯示。 圖28A示出包括兩個(gè)外殼的便攜式娛樂機(jī)外殼9881和外殼9891。外殼9881和 9891與連接部分9893連接以便打開和關(guān)閉。顯示部分9882和顯示部分9883分別被包括在 外殼98S1和外殼9891中。此外，圖28A中所示的便攜式娛樂機(jī)包括揚(yáng)聲器部分9S84、記錄 介質(zhì)插入部分9886、LED燈9890、輸入裝置(操作鍵9885、連接端子9887、傳感器9888 (具 有測量力、位移、位置、速度、加速度、角速度、旋轉(zhuǎn)頻率、距離、光、液體、磁性、溫度、化學(xué)物 質(zhì)、聲音、時(shí)間、硬度、電場、電流、電壓、電功率、輻射、流速、濕度、梯度、振動(dòng)、氣味或紅外線 功能的傳感器))或話筒9889)等。不言而喻，該便攜式娛樂機(jī)的結(jié)構(gòu)不限于上述結(jié)構(gòu)，而 且可采用設(shè)置有此說明書中公開的至少一個(gè)半導(dǎo)體器件的其它結(jié)構(gòu)。該便攜式娛樂機(jī)可酌 情包括其它附加設(shè)備。圖28A中所示的便攜式娛樂機(jī)具有讀取存儲(chǔ)在記錄介質(zhì)中的程序 或數(shù)據(jù)以顯示在顯示部分上的功能，以及通過無線通信與另一便攜式娛樂機(jī)共享信息的功 能。圖28A中所示的便攜式娛樂機(jī)可具有不限于上述功能的多種功能。
圖28B示出作為大尺寸娛樂機(jī)的自動(dòng)售貨機(jī)9900的示例。在自動(dòng)售貨機(jī)9900中， 顯示部分9903包括在外殼9901中。此外，自動(dòng)售貨機(jī)9900包括諸如起始桿或停止開關(guān)之 類的操作裝置、硬幣槽、揚(yáng)聲器等。不言而喻，該自動(dòng)售貨機(jī)9900的結(jié)構(gòu)不限于上述結(jié)構(gòu)， 而且可采用設(shè)置有此說明書中公開的至少一個(gè)半導(dǎo)體器件的其它結(jié)構(gòu)。該自動(dòng)售貨機(jī)9900 可酌情包括其它附加設(shè)備。 圖29A示出蜂窩電話1000的示例。蜂窩電話1000設(shè)置有包括在外殼1001中的
顯示部分1002、操作按鈕1003、外部連接端口 1004、揚(yáng)聲器1005、話筒1006等。 當(dāng)用手指等觸摸圖29A中所示的蜂窩電話1000的顯示部分1002時(shí)，數(shù)據(jù)可被輸
入蜂窩電話1000。此外，可通過手指等觸摸顯示部分1002來執(zhí)行諸如打電話和編輯郵件之
類的操作。 顯示部分1002主要有三種屏幕模式。第一種模式是主要用于顯示圖像的顯示模 式。第二種模式是主要用于輸入諸如文字之類的數(shù)據(jù)的輸入模式。第三種模式是組合顯示 模式和輸入模式這兩種模式的顯示_輸入模式。 例如，在打電話或編輯郵件的情況下，為顯示部分1002選擇主要用于輸入文字的 文字輸入模式，從而可輸入顯示在屏幕上的文字。在該情況下，優(yōu)選地在顯示部分1002的 屏幕的幾乎全部區(qū)域上顯示鍵盤或數(shù)字按鈕。 當(dāng)諸如陀螺儀或加速度傳感器之類的包括用于檢測傾斜的傳感器的檢測設(shè)備設(shè) 置在蜂窩電話1000內(nèi)部時(shí)，可通過確定蜂窩電話1000的取向(無論蜂窩電話1000被放置 成水平還是垂直以用于景色模式或肖像模式)自動(dòng)切換顯示部分1002的屏幕上的顯示內(nèi) 容。 通過觸摸顯示部分1002或操作外殼1001的操作按鈕1003可切換屏幕模式。替 代地，可根據(jù)顯示部分1002上顯示的圖像類型切換屏幕模式。例如，當(dāng)顯示在顯示部分上
38的圖像信號(hào)是移動(dòng)圖像數(shù)據(jù)時(shí)，屏幕模式被切換成顯示模式。當(dāng)該信號(hào)是文字?jǐn)?shù)據(jù)時(shí)，屏幕 模式被切換成輸入模式。 此外，在輸入模式中，當(dāng)未進(jìn)行通過觸摸顯示部分1002的輸入達(dá)一定時(shí)間，同時(shí) 顯示部分1002中的光傳感器檢測到信號(hào)時(shí)，可控制屏幕模式從輸入模式切換至顯示模式。
顯示部分1002可起圖像傳感器的作用。例如，通過用手掌或手指觸摸顯示部分 1002采集掌紋、指紋等圖像，藉此執(zhí)行個(gè)人認(rèn)證。此外，通過為顯示部分提供背光或發(fā)射近 紅外光的感測光源，也能采集指紋、掌紋等圖像。 圖29B示出蜂窩電話1000的另一示例。圖29B中的蜂窩電話具有外殼9411中的 顯示裝置9410，其包括顯示部分9412和操作按鈕9413 ;以及外殼9401中的通信裝置9400， 其包括操作按鈕9402、外部輸入端子9403、話筒9404、揚(yáng)聲器9405以及在接收到電話時(shí)發(fā) 射光的發(fā)光部分9406。具有顯示功能的顯示裝置9410可通過按照箭頭表示的兩個(gè)方向移 動(dòng)而從具有電話功能的通信裝置9400脫離或附連至該通信裝置9400。因此，顯示裝置9410 和通信裝置9400可沿它們的短邊或長邊彼此附連。此外，當(dāng)僅需要顯示功能時(shí)，顯示裝置 9410可從通信裝置9400脫離并單獨(dú)使用。圖像或輸入信號(hào)可通過無線或有線通信在分別 具有充電電池的通信裝置9400和顯示裝置9410之間發(fā)送或接收。 此申請(qǐng)基于2008年11月7日向日本專利局提交的日本專利申請(qǐng)S/ N. 2008-286384，該申請(qǐng)的全部內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。
權(quán)利要求
一種半導(dǎo)體器件，包括柵電極層；柵絕緣層；包括溝道形成區(qū)的第一氧化物半導(dǎo)體層，所述第一氧化物半導(dǎo)體層包含銦、鎵以及鋅；源電極層；以及漏電極層，其中所述第一氧化物半導(dǎo)體層包含從由鐵、鎳、鈷、銅、金、錳、鉬、鎢、鈮以及鉭組成的組中選擇的至少一種金屬元素。
2. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第一氧化物半導(dǎo)體層包括第一區(qū)和第二區(qū)，其中所述第一區(qū)包括所述金屬元素，以及其中所述第一區(qū)的厚度小于所述第二區(qū)的厚度。
3. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第一氧化物半導(dǎo)體層包括第一區(qū)和第三區(qū)，其中所述第一區(qū)包括所述金屬元素，以及其中所述第三區(qū)在所述第一區(qū)與所述柵絕緣層之間。
4. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，還包括在所述第一氧化物半導(dǎo)體層與所述源電極層之間的第二氧化物半導(dǎo)體層；以及在所述第一氧化物半導(dǎo)體層與所述漏電極層之間的第三氧化物半導(dǎo)體層，其中所述第二氧化物半導(dǎo)體層和所述第三氧化物半導(dǎo)體層分別包含銦、鎵以及鋅。
5. 如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第二氧化物半導(dǎo)體層和所述第三氧化物半導(dǎo)體層分別包括晶粒。
6. 如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第二氧化物半導(dǎo)體層用作源區(qū)，以及其中所述第三氧化物半導(dǎo)體層用作漏區(qū)。
7. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，還包括覆蓋所述第一氧化物半導(dǎo)體層和所述源電極層以及所述漏電極層的絕緣膜，其中所述絕緣膜與所述第一氧化物半導(dǎo)體層接觸。
8. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述源電極層和所述漏電極層分別包含從由鐵、鎳、鈷、銅、金、錳、鉬、鎢、鈮以及鉭組成的組中選擇的至少一種金屬元素。
9. 一種半導(dǎo)體器件，包括在具有絕緣表面的基板上的柵電極層；在所述柵電極層上的柵絕緣層；在所述柵絕緣層上的包括溝道形成區(qū)的第一氧化物半導(dǎo)體層，所述第一氧化物半導(dǎo)體層包含銦、鎵以及鋅；以及在所述第一氧化物半導(dǎo)體層上的源電極層和漏電極層，其中所述第一氧化物半導(dǎo)體層包含從由鐵、鎳、鈷、銅、金、錳、鉬、鎢、鈮以及鉭組成的組中選擇的至少一種金屬元素。
10. 如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于， 所述第一氧化物半導(dǎo)體層具有第一區(qū)和第二區(qū)， 其中所述第一區(qū)包括所述金屬元素，以及 其中所述第一區(qū)的厚度小于所述第二區(qū)的厚度。
11. 如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第一氧化物半導(dǎo)體層包括第一 區(qū)和第三區(qū)，其中所述第一區(qū)包括所述金屬元素，以及 其中所述第三區(qū)在所述第一區(qū)與所述柵絕緣層之間。
12. 如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，還包括 在所述第一氧化物半導(dǎo)體層與所述源電極層之間的第二氧化物半導(dǎo)體層；以及 在所述第一氧化物半導(dǎo)體層與所述漏電極層之間的第三氧化物半導(dǎo)體層， 其中所述第二氧化物半導(dǎo)體層和所述第三氧化物半導(dǎo)體層分別包含銦、鎵以及鋅。
13. 如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第二氧化物半導(dǎo)體層和所述 第三氧化物半導(dǎo)體層分別包括晶粒。
14. 如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于， 所述第二氧化物半導(dǎo)體層用作源區(qū)，以及 其中所述第三氧化物半導(dǎo)體層用作漏區(qū)。
15. 如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，還包括覆蓋所述第一氧化物半導(dǎo)體 層和所述源電極層以及所述漏電極層的絕緣膜，其中所述絕緣膜與所述第一氧化物半導(dǎo)體層接觸。
16. 如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述源電極層和所述漏電極層分別 包含從由鐵、鎳、鈷、銅、金、錳、鉬、鎢、鈮以及鉭組成的組中選擇的至少一種金屬元素。
17. —種半導(dǎo)體器件，包括 在具有絕緣表面的基板上的柵電極層； 在所述柵電極層上的柵絕緣層； 在所述柵絕緣層上的源電極層和漏電極層；以及在所述源電極層和所述漏電極層上的第一氧化物半導(dǎo)體層，所述第一氧化物半導(dǎo)體層 包括溝道形成區(qū)且包含銦、鎵以及鋅，其中所述第一氧化物半導(dǎo)體層包含從由鐵、鎳、鈷、銅、金、錳、鉬、鎢、鈮以及鉭組成的 組中選擇的至少一種金屬元素。
18. 如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第一氧化物半導(dǎo)體層包括第 一區(qū)和第二區(qū)，其中所述第一區(qū)包括所述金屬元素，以及 其中所述第二區(qū)在所述第一區(qū)與所述柵絕緣層之間。
19. 如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，還包括 在所述第一氧化物半導(dǎo)體層與所述源電極層之間的第二氧化物半導(dǎo)體層；以及 在所述第一氧化物半導(dǎo)體層與所述漏電極層之間的第三氧化物半導(dǎo)體層， 其中所述第二氧化物半導(dǎo)體層和所述第三氧化物半導(dǎo)體層分別包含銦、鎵以及鋅。
20. 如權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第二氧化物半導(dǎo)體層和所述第三氧化物半導(dǎo)體層分別包括晶粒。
21. 如權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于， 所述第二氧化物半導(dǎo)體層用作源區(qū)，以及 其中所述第三氧化物半導(dǎo)體層用作漏區(qū)。
22. 如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，還包括覆蓋所述第一氧化物半導(dǎo) 體層和所述源電極層以及所述漏電極層的絕緣膜，其中所述絕緣膜與所述第一氧化物半導(dǎo)體層接觸。
23. 如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述源電極層和所述漏電極層分 別包含從由鐵、鎳、鈷、銅、金、錳、鉬、鎢、鈮以及鉭組成的組中選擇的至少一種金屬元素。
24. —種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括以下步驟 在具有絕緣表面的基板上形成柵電極層； 在所述柵電極層上形成柵絕緣層； 在所述柵絕緣層上形成氧化物半導(dǎo)體層； 在所述氧化物半導(dǎo)體層上形成源電極層和漏電極層；以及將金屬元素添加到所述氧化物半導(dǎo)體層中未被所述源電極層或所述漏電極層覆蓋的第一區(qū)。
25. 如權(quán)利要求24所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于， 未將所述金屬元素添加到所述氧化物半導(dǎo)體層中的第二區(qū)，以及 其中所述第二區(qū)在所述第一區(qū)與所述柵絕緣層之間。
26. 如權(quán)利要求24所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于，還包括形成絕緣 膜的步驟，為的是覆蓋所述氧化物半導(dǎo)體層和源電極層以及漏電極層并與所述氧化物半導(dǎo) 體層接觸。
27. 如權(quán)利要求24所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于，所述金屬元素是 從由鐵、鎳、鈷、銅、金、錳、鉬、鴇、鈮以及鉭組成的組中選擇的至少一種。
28. 如權(quán)利要求24所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于，通過離子注入方 法添加所述金屬元素。
29. —種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括以下步驟 在具有絕緣表面的基板上形成柵電極層； 在所述柵電極層上形成柵絕緣層； 在所述柵絕緣層上形成氧化物半導(dǎo)體層； 向所述氧化物半導(dǎo)體層添加金屬元素；以及 在所述氧化物半導(dǎo)體層上形成源電極層和漏電極層。
30. 如權(quán)利要求29所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于， 將所述金屬元素添加到所述氧化物半導(dǎo)體層中的第一區(qū)， 其中未將所述金屬元素添加到所述氧化物半導(dǎo)體層中的第二區(qū)，以及 其中所述第二區(qū)在所述第一區(qū)與所述柵絕緣層之間。
31. 如權(quán)利要求29所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于，還包括形成絕緣 膜的步驟，為的是覆蓋所述氧化物半導(dǎo)體層和源電極層以及漏電極層并與所述氧化物半導(dǎo) 體層接觸。
32. 如權(quán)利要求29所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于，所述金屬元素是 從由鐵、鎳、鈷、銅、金、錳、鉬、鴇、鈮以及鉭組成的組中選擇的至少一種。
33. 如權(quán)利要求29所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于，通過離子注入方 法添加所述金屬元素。
34. —種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括以下步驟 在具有絕緣表面的基板上形成柵電極層； 在所述柵電極層上形成柵絕緣層； 在所述柵絕緣層上形成源電極層和漏電極層；以及 在所述源電極層和所述漏電極層上形成氧化物半導(dǎo)體層；以及 向所述氧化物半導(dǎo)體層添加金屬元素。
35. 如權(quán)利要求34所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于， 將所述金屬元素添加到所述氧化物半導(dǎo)體層中的第一區(qū)， 其中未將所述金屬元素添加到所述氧化物半導(dǎo)體層中的第二區(qū)，以及 其中所述第二區(qū)在所述第一區(qū)與所述柵絕緣層之間。
36. 如權(quán)利要求34所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于，還包括形成絕緣 膜的步驟，為的是覆蓋所述氧化物半導(dǎo)體層和源電極層以及漏電極層并與所述氧化物半導(dǎo) 體層接觸。
37. 如權(quán)利要求34所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于，所述金屬元素是 從由鐵、鎳、鈷、銅、金、錳、鉬、鴇、鈮以及鉭組成的組中選擇的至少一種。
38. 如權(quán)利要求34所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于，通過離子注入方 法添加所述金屬元素。
全文摘要
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供包括電特性穩(wěn)定的薄膜晶體管的高可靠的半導(dǎo)體器件。此外，另一目的是以低成本高生產(chǎn)率制造高可靠的半導(dǎo)體器件。在包括薄膜晶體管的半導(dǎo)體器件中，利用添加了金屬元素的氧化物半導(dǎo)體層形成薄膜晶體管的半導(dǎo)體層。作為金屬元素，使用鐵、鎳、鈷、銅、金、錳、鉬、鎢、鈮以及鉭金屬元素中的至少一種。此外，該氧化物半導(dǎo)體層包括銦、鎵以及鋅。
文檔編號(hào)H01L21/265GK101740633SQ20091022087
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2009年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月7日
發(fā)明者坂田淳一郎, 山崎舜平 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所