用于制造半导体器件的方法

专利名称：用于制造半导体器件的方法
技术领域：
本发明涉及用于制造使用了氧化物半导体的半导体器件的方法。
背景技术：
近年来，用于使用氧化物半导体来形成薄膜晶体管(也称为TFT)并将薄膜晶体管 应用于电子设备等的技术备受关注。例如，专利文献1和专利文献2公开了用于使用氧化 锌或In-Ga-Zn-0类的氧化物半导体作为氧化物半导体膜来形成图像显示装置等的开关元 件的技术。 蚀刻处理是用于加工氧化物半导体的典型技术(见专利文献3和专利文献4)，但 是存在问题。例如，湿法蚀刻不适合于元件的小型化，因为湿法蚀刻是各向同性蚀亥IJ。另外， 因为在湿法蚀刻中使用化学溶液，所以在可控性上存在不足。另一方面，干法蚀刻具有小型 化和可控性的优点；然而，其缺点在于蚀刻速率慢，使得要花很多时间进行处理。另外，取决 于所用装置，有可能在要蚀刻的表面中发生偏差(variation)。
[参考文献] [专利文献1]日本特开2007-123861。 [OOOS] [专利文献2]日本特开2007-96055。
[专利文献3]日本特开2008-41695。
[专利文献4]日本特开2008-42067。

发明内容
如此，已经存在一些用于加工氧化物半导体的技术。然而，尚未建立满足使用氧化 物半导体制造半导体器件所需的条件的加工技术。 另外，稀有金属诸如铟被用于氧化物半导体。在包括蚀刻的传统的加工技术中，氧 化物半导体层的主要部分——其包括所沉积的这种昂贵金属——被去除和浪费了。因此， 难以降低通过传统加工技术使用氧化物半导体制造半导体器件的成本。另外，需要应对资 源节约问题的措施。 鉴于上述问题，本发明的目的在于建立一种用于使用氧化物半导体制造半导体器 件的加工技术。另外，另一个目的在于提供一种对节约资源有用的用于制造半导体器件的 方法。 根据本发明的一个实施方式，利用使用包括氯气和氧气的气体的干法蚀刻，来加 工起有源层的作用的岛状氧化物半导体层和覆盖所述岛状氧化物半导体层的导电层。例 如，利用干法蚀刻加工导电层以形成源电极和漏电极，并利用干法蚀刻去除氧化物半导体 层的一部分以在所述岛状氧化物半导体层中形成凹陷部分。此时，优选地，使用包括氧化硅 的材料形成位于岛状氧化物半导体层下方的栅绝缘层。 替代地，利用湿法蚀刻加工位于栅绝缘层上方的氧化物半导体层，以作为岛状氧 化物半导体层。
以下说明其细节。 根据本发明的一个实施方式，在衬底上方形成栅电极；在栅电极上方形成栅绝缘 层；在栅绝缘层上方形成氧化物半导体层；利用湿法蚀刻来加工氧化物半导体层以形成岛 状氧化物半导体层；形成导电层以覆盖岛状氧化物半导体层；利用第一干法蚀刻来加工导 电层以形成源电极和漏电极、并利用第二干法蚀刻来去除岛状氧化物半导体层的一部分， 或者利用干法蚀刻来加工导电层以形成源电极和漏电极、并利用所述干法蚀刻去除岛状氧 化物半导体层的一部分。 根据本发明的另一个实施方式，在衬底上方形成栅电极；在栅电极上方形成栅绝 缘层；在栅绝缘层上方形成第一氧化物半导体层；在第一氧化物半导体层上方形成导电率 高于第一氧化物半导体层的导电率的第二氧化物半导体层；利用湿法蚀刻来加工第一氧化 物半导体层和第二氧化物半导体层以形成第一岛状氧化物半导体层和第二岛状氧化物半 导体层；形成导电层以覆盖第二岛状氧化物半导体层；利用第一干法蚀刻来加工导电层以 形成源电极和漏电极、并利用第二干法蚀刻来去除第一岛状氧化物半导体层的一部分和第 二岛状氧化物半导体层的一部分以在第一岛状氧化物半导体层中形成凹陷部分，或者利用 干法蚀刻来加工导电层以形成源电极和漏电极、并且利用该干法蚀刻来去除第一岛状氧化 物半导体层的一部分和第二岛状氧化物半导体层的一部分以在第一岛状氧化物半导体层 中形成凹陷部分。 在以上说明中，氧化物半导体层(包括第一氧化物半导体层和第二氧化物半导体 层)可以包括铟、镓、和锌。另外，可以使用在干法蚀刻中的蚀刻速率高于氧化物半导体层 (包括第一氧化物半导体层和第二氧化物半导体层)所用材料的蚀刻速率的材料来形成导 电层。 可以使用包括氯的气体进行上述干法蚀刻。在该情况中，包括氧化硅的材料被优 选地用于栅绝缘层而所述包括氯的气体优选地包括氧。另外，在所述包括氯的气体中氧的 含量可以为15体积％或更多。 另外，可以从湿法蚀刻之后获得的废弃溶液中收集金属元素。 根据本发明的另一个实施方式，在衬底上方形成栅电极；在栅电极上方形成栅绝 缘层；在栅绝缘层上方形成岛状氧化物半导体层；形成导电层以覆盖岛状氧化物半导体 层；利用使用包括氯和氧的气体的干法蚀刻来加工导电层以形成源电极和漏电极，并且
(与此同时)利用所述干法蚀刻去除岛状氧化物半导体层的一部分以在岛状氧化物半导体 层中形成凹陷部分。 在以上说明中，氧化物半导体层可以包括铟、镓、和锌。另外，可以使用在干法蚀刻 中的蚀刻速率高于氧化物半导体层所用材料的蚀刻速率的材料来形成导电层。包括氧化硅 的材料被优选地用于栅绝缘层。在所述包括氯的气体中氧的含量可以为15体积％或更多。
注意，"蚀刻速率"是指每单位时间被蚀刻的膜的量(所蚀刻的膜的量)。因此，"蚀 刻速率高的膜"表示易于被蚀刻的膜，而"蚀刻速率低的膜"表示难以被蚀刻的膜。另外， "可以得到在A层和B层之间的蚀刻选择性"是指当A层和B层被蚀刻时，A层的蚀刻速率 和B层的蚀刻速率之间有足够的差别，例如，使得A层和B层中的一个能够比另一个更大量 地被蚀刻。 注意，本说明书中所能使用的氧化物半导体的示例包括InMO"ZnO)m(MX))。此处，"M"为选自镓(Ga)、铁(Fe)、镍(Ni)、锰(Mn)和钴(Co)的金属元素或多个金属元素。 例如，当M包括Ga时，只包括Ga，或者除了 Ga以外还包括以上金属元素，例如，M包括Ga和 Na、包括Ga和Fe，等等。另外，在以上氧化物半导体中，除了所包括的作为M的元素外，作为 杂质元素，还可以包括过渡金属元素诸如Fe或Ni、或者过渡金属元素的氧化物。在本说明 书中，在以上氧化物半导体之中，作为M至少包括镓的氧化物半导体被称作In-Ga-Zn-0类 氧化物半导体；在某些情况下，使用所述材料的膜被称作In-Ga-Zn-O类非单晶膜。
注意，本说明书中的半导体器件是指所有利用半导体特性而发挥作用的器件。显 示装置、半导体电路、和电子器件全部都是半导体器件。 根据本发明的一个实施方式，利用干法蚀刻来加工起有源层作用的岛状氧化物半 导体层和覆盖所述岛状氧化物半导体层的导电层，由此可以将半导体器件小型化并改善半 导体器件的性能。另外，栅绝缘层上方的氧化物半导体层被湿法蚀刻加工成岛状氧化物半 导体，从而能够改善生产吞吐率。 另外，利用湿法蚀刻执行相对不需要控制蚀刻速率的对栅绝缘层上方的氧化物半
导体层的蚀刻，而利用干法蚀刻执行需要小型化和控制蚀刻的沟道蚀刻(channel-etch)，
使得能够在整个制造过程中改善生产吞吐率并且实现半导体器件的更高性能。 另外，当加工氧化物半导体层以具有岛状形状时采用湿法蚀刻，而氧化物半导体
层中所包括的材料诸如铟被从蚀刻之后的废弃溶液中收集和再利用，从而可以有效使用资
源并且可以降低成本。


图1A、1B、1C、1D、和1E表示了实施方式1的半导体器件。图2A、2B、2C、2D、和2E表示了实施方式2的半导体器件。图3A、3B、3C、3D、和3E表示了用于制造实施方式2的半导体器件的方法。图4为表示了蚀刻速率和选择性在氧气含量上的相关性的曲线图。图5A、5B、和5C表示了用于制造实施方式3的半导体器件的方法。图6A、6B、和6C表示了用于制造实施方式3的半导体器件的方法。图7表示了用于制造实施方式3的半导体器件的方法。图8表示了用于制造实施方式3的半导体器件的方法。图9表示了用于制造实施方式3的半导体器件的方法。图10表示了实施方式3的半导体器件。图11A1、11A2、11B1、和11B2表示了实施方式3的半导体器件。图12表示了实施方式3的半导体器件。图13表示了实施方式4的半导体器件。图14A和14B为表示半导体器件的框图。图15为表示信号线驱动电路的结构的框图。图16为表示信号线驱动电路的操作的时序图。图17为表示信号线驱动电路的操作的时序图。图18为表示移位寄存器的结构的图。图19为表示图18中的触发器的连接结构的图。
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图20为表示实施方式6的半导体器件的像素的等价电路的图。 图21A、21B、和21C表示实施方式6的半导体器件。 图22A1、22A2、和22B表示实施方式5的半导体器件。 图23表示实施方式6的半导体器件。 图24A和24B表示实施方式6的半导体器件。 图25A和25B表示电子纸的使用方式的示例。 图26为外部视图，表示了电子书的示例。 图27A为电视机的外部视图，而图27B为电子相框的外部视图。 图28A和28B为外部视图，表示了游戏机的示例。 图29A和29B为外部视图，表示了移动电话的示例。
具体实施例方式
结合附图对实施方式进行详细说明。注意，本发明并不限于以下实施方式的说明。本领域技术人员易于理解的是，可以在不偏离本发明的范围和精神的前提下对实施方式和细节作出各种改变。不同实施方式的任意结构都可以被适当地组合来实现。注意，相同的部分或者具有相似功能的部分被相同的附图标记所标注，并且省略其重复说明。
[实施方式1] 在本实施方式中，结合图1A到1E说明用于制造半导体器件的方法的示例。
首先，在具有绝缘表面的衬底200的上方形成栅电极202，然后，在栅电极202的上方形成栅绝缘层204和氧化物半导体层206 (见图1A)。 作为具有绝缘表面的衬底200，例如，可以使用被用于液晶显示装置等的、具有可见光传播特性的玻璃衬底。玻璃衬底优选地为无碱玻璃衬底。作为无碱玻璃衬底，例如，使用玻璃材料诸如铝硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃、或钡硼硅酸盐玻璃。另外，作为具有绝缘表面的衬底200，也可以使用如下衬底由绝缘体制成的绝缘衬底，诸如陶瓷衬底、石英衬底、或蓝宝石衬底；由半导体材料诸如硅制成并且表面覆盖有绝缘材料的半导体衬底；由导体诸如金属或不锈钢制成并且表面覆盖有绝缘材料的导电衬底；等等。
导电衬底被形成于衬底200的整个表面上方，然后利用由光刻法形成的抗蚀剂掩模对导电层进行选择性蚀刻，从而可以形成栅电极202。此时，为了改善稍后形成的栅绝缘层204对栅电极202的覆盖性并且防止连接断开，优选地以使栅电极202的端部具有锥形形状的方式蚀刻栅电极202。注意，栅电极202包括使用导电层形成的电极和布线，诸如栅布线。 优选使用低电阻导电材料诸如铝(Al)或铜(Cu)来形成栅电极202。注意，在将铝用于布线和电极的情况中，当只使用铝时，铝具有诸如耐热性低和易于被腐蚀的缺点；因此，铝优选地与耐热导电材料组合使用。 作为耐热导电材料，可以使用选自钛(Ti)、钽(Ta)、钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钕(Nd)、和钪(Sc)的元素，包括以上元素作为其成分的合金，包括这些元素的组合的合金膜，或者包括以上元素作为其成分的氮化物。使用此类耐热导电材料形成的膜和铝(或铜)层叠起来，从而可以形成布线和电极。 栅绝缘层204可以使用氧化硅膜、氧氮化硅膜、氮化硅膜、氮氧化硅膜、氧化铝膜、氧化钽膜等形成。替代地，栅绝缘层204可以使用这些膜的叠层形成。可以通过溅射法等形成为厚度为50nm到250nm(含50nm和250nm)的膜。例如，作为绝缘层204，可以通过溅射法形成厚度为100nm的氧化硅膜。 注意，在氧化物半导体层206被形成于栅绝缘层204上方之前，栅绝缘层204的表面可以受到等离子体处理。可以利用等离子体处理去除附着在栅绝缘层204的表面的灰
/1、土。 可以如此进行等离子体处理，S卩将惰性气体诸如氩(Ar)气导入到真空室中，并且对加工对象(此处是其上形成了栅绝缘层204的衬底200)施加偏置电压，从而发生等离子态。在此情况下，在等离子体中存在Ar的阳离子和电子，并且Ar的阳离子在阴极方向上(朝衬底200 —侧)被加速。被加速了的Ar的阳离子与栅绝缘层204的表面碰撞，由此利用溅射法蚀刻栅绝缘层204的表面从而被改良。作为氩气的替代，可以使用氦气。替代地，等离子体处理可以在添加了氧、氢、氮、和/或其它类似气体的氩气氛中进行。作为另一个替代，等离子体处理可以在添加了 Cl2、 C^、和/或其它类似气体的氩气氛中进行。在某些情况下，上述此类等离子体处理也被称为"反向溅射"。 氧化物半导体层206可以使用In-Ga-Zn-O类非单晶膜形成。例如，通过使用包括In、Ga、和Zn的氧化物半导体靶材(ln203 : Ga203 : ZnO = 1 : 1 : 1)的溅射，形成氧化物半导体层206。例如，对于溅射可以采用下列条件衬底200和耙材之间的距离为30mm到500mm ;压力为0. 1Pa到2. OPa ;DC电源为0. 25kW到5. OkW(当使用直径为8英寸大小的革巴材时)；以及气氛为氩气氛、氧气氛、或氩和氧的混合气氛。 注意，优选地使用脉冲DC电源，因为可以减少灰尘并且使厚度均匀。另外，在不暴露于空气中的前提下，执行上述等离子体处理然后形成氧化物半导体层206，从而可以防止灰尘或水分附着到栅绝缘层204和氧化物半导体层206之间的界面。氧化物半导体层206的厚度可以为约5nm到200nm。 作为上述溅射法，可以采用使用高频电源作为溅射电源的RF溅射法、DC溅射法、在脉冲中施加直流偏置的脉冲DC溅射法等方法。 替代地，可以使用具有由彼此不同的材料制成的多个靶材的多靶材溅射装置。在多靶材溅射装置中，可以在一个处理室中形成不同膜的叠层，或者可以通过溅射在一个处理室中同时使用多种材料形成一个膜。替代地，也可以采用以下方法使用在处理室内配置有磁场产生系统的磁控溅射装置的方法(磁控管溅射法)、使用由微波产生的等离子体的ECR溅射法、等等。作为又一个替代，可以采用以下方法在成膜时靶材物质和溅射气体成分相互发生化学反应以形成它们的化合物的反应溅射法、在成膜时还对衬底施加电压的偏压溅射法、等等。 接下来，在氧化物半导体层206的上方形成抗蚀剂掩模208。然后使用抗蚀剂掩模208对氧化物半导体层206进行选择性蚀刻，从而形成岛状氧化物半导体层210 (见图1B)。
此处，利用使用IT007N(由关东化学株式会社制造)或者乙酸、硝酸、和磷酸的混合溶液的湿法蚀刻去除氧化物半导体层206的不需要的部分来形成岛状氧化物半导体层210。注意，在上述蚀刻之后，抗蚀剂掩模208被去除。另外，用于湿法蚀刻的蚀刻剂不只限于上述溶液，而是只要能用所述抗蚀剂去除氧化物半导体层206就行。
作为上述蚀刻，优选地使用湿法蚀刻。这是因为通过湿法蚀刻可以在短时间内均
9匀地加工大的区域。注意，当采用湿法蚀刻时，可以从蚀刻之后的废弃溶液中收集和再利用诸如铟的材料。另外，考虑到有效使用资源，优选地使用湿法蚀刻作为上述蚀刻。另一方面，即使在采用干法蚀刻时，也能够形成岛状氧化物半导体层210。因此，上述蚀刻并不应排除干法蚀刻。 接下来，在岛状氧化物半导体层210上方形成导电层212(见图1C)。 导电层212能够利用溅射法、真空蒸镀法等方法，使用包括选自铝(Al)、铜(Cu)、
钛(Ti)、钽(Ta)、鸨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钕(Nd)、和钪(Sc)的元素的金属、包括任意上述
元素作为其成分的合金、或包括以上元素作为其成分的氮化物等材料来形成。注意，在导电
层212形成之后执行热处理(例如，在约20(TC到60(TC下的热处理)的情况下，导电层212
优选地具有给定的耐热特性。 例如，可以利用钛膜的单层结构形成导电层212。替代地，可以利用叠层结构形成导电层212。例如，可以利用铝膜和钛膜的叠层结构来形成导电层212。作为又一个替代，可以采用钛膜、包含钕的铝膜(Al-Nd)、和钛膜的三层结构。作为又一个替代，可以利用包含硅的铝膜的单层结构来形成导电层212。 接下来，在导电层212上方形成抗蚀剂掩模214a、214b、和214c。然后，选择性地蚀刻导电层212以形成导电层216a、216b、218，并去除岛状氧化物半导体层210的一部分(靠近其表面的部分)(沟道蚀刻)，以在岛状氧化物半导体层210中形成凹陷部分220 (见图1D)。 通过去除岛状氧化物半导体层210的所述一部分所形成的凹陷部分220对应于导电层216a和导电层216b之间的区域。因此，导电层216a起着晶体管的源电极和漏电极中的一个的作用，而导电层216b起着源电极和漏电极中的另一个的作用。如图1D所示，通过去除岛状氧化物半导体层210的所述一部分形成了凹陷部分220，由此，导电层216a和导电层216b被彼此无误地电绝缘开。另外，导电层218起着电连接诸如晶体管之类元件的布线的作用。 注意，在上述蚀刻之后，去除抗蚀剂掩模214a、214b、和214c。 作为此时的蚀刻，优选地采用干法蚀刻。通过采用干法蚀刻，与使用湿法蚀刻的情况相比，布线结构等可以被小型化。另外，因为采用干法蚀刻的蚀刻可控性高，所以可以以高可控性进行所述部分岛状氧化物半导体层210的去除(凹陷部分220的形成)。
作为上述干法蚀刻，具体地，优选采用使用包括氯的气体的干法蚀刻。利用使用包括氯的气体的蚀刻，与使用无氯的气体的情况相比，可以减小表面中的蚀刻的偏差。
当加入氧时，上述包括氯的气体是更优选的。这是因为，通过使用包括氯和氧的气体，容易得到栅绝缘层204和岛状氧化物半导体层210之间的蚀刻选择性并且还能充分减少对栅绝缘层204的损害。注意，在此情况中，优选地使用包括诸如氧化硅、氧氮化硅、或氮氧化硅的硅氧化物的材料作为栅绝缘层204。另外，当蚀刻气体中的氧含量被设为15体积％或更多时，岛状氧化物半导体层210和栅绝缘层204之间的蚀刻选择性变大，从而可以有效减少对栅绝缘层204的损害。 作为用于干法蚀刻的气体，可以使用氯基气体，诸如氯化硼(BC1》、氯化硅(SiCl4)、或四氯化碳(CC14);氟基气体，诸如四氟化碳(CF4)、氟化硫(SF6)、氟化氮(NF3)、或三氟甲烷(CHF3);溴化氢(HBr);氧气(02);添加了诸如氦(He)、或氩(Ar)的稀有气体的上述气体中的任意气体；或者其它类似气体。也可以使用氯气(Cl2)。 另外，作为用于导电层212的材料，优选地使用蚀刻速率高于岛状氧化物半导体层210的蚀刻速率的材料。这是因为当导电层212和岛状氧化物半导体层210被干法蚀刻同时蚀刻时，让岛状氧化物半导体层210的蚀刻速率小于导电层212的蚀刻速率，使得岛状氧化物半导体层210可以免于被过分蚀刻。因此，可以防止氧化物半导体层210的消失。
此后，优选地在20(TC到60(TC下、典型地在30(rC到50(rC下执行热处理。此处，在35(TC下氮气氛中进行1小时热处理。通过该热处理，对岛状氧化物半导体层210中所包括的In-Ga-Zn-O类氧化物半导体的原子能级进行重新配置。该热处理(包括光退火等)是重要的，因为该热处理能够释放形变，这种形变会打断岛状氧化物半导体层210中的载流子传输。注意，上述热处理在时机上没有特定限制，只要在氧化物半导体层206形成之后执行热处理即可。 另外，岛状氧化物半导体层210的暴露部分的凹陷部分220可以受到氧基团处理(oxygen radical treatment)。通过执行氧基团处理，岛状氧化物半导体层210为沟道形成区的薄膜晶体管可以是正常关断的。另外，通过执行基团处理，可以修复由于蚀刻造成的
对岛状氧化物半导体层210的损害。优选地在如下气氛下执行基团处理02气氛；^0气氛；
或包括氧的K、He、或Ar气氛等。另外，基团处理可以在添加了 Cl2和/或CF4的上述气氛下执行。注意，优选地以不在衬底100 —侧施加偏置电压的方式来执行基团处理。
接下来，形成保护绝缘层222以覆盖包括栅电极202、岛状氧化物半导体层210、导电层216a、导电层216b等的薄膜晶体管250(见图1E)。保护绝缘层222可以通过溅射法等方法使用包括氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧氮化硅、氧化铝、或氧化钽等材料来形成。
此后，形成各种电极和布线，从而完成半导体器件。 如上所述，在本实施方式中，利用干法蚀刻来加工起有源层作用的岛状氧化物半导体层和覆盖所述岛状氧化物半导体层的导电层，由此可以将半导体器件小型化并改善半导体器件的性能。替代地，利用湿法蚀刻将栅绝缘层上方的氧化物半导体层加工成岛状氧化物半导体层，从而可以改善生产吞吐率。换句话说，利用湿法蚀刻执行对栅绝缘层上方的氧化物半导体层的蚀刻，该蚀刻相对地不需要蚀刻可控性；而利用干法蚀刻执行沟道蚀刻，该蚀刻需要小型化和蚀刻可控制性，从而能够在整个制造过程中改善生产吞吐率并实现半导体器件的更高性能。另外，当氧化物半导体层被加工以具有岛状形状时采用湿法蚀刻，并且氧化物半导体层中所包括的材料诸如铟被从蚀刻之后的废弃溶液中收集和再利用，使得资源可以被有效使用并且成本可以被降低。 根据本实施方式，可以以低成本提供具有高特性的半导体器件。注意，本实施方式
可以适当地结合任意其它实施方式来实施。[实施方式2] 在本实施方式中，结合

与上述实施方式的方法不同的用于制造半导体器件的方法。注意，本实施方式中，用于制造半导体器件的方法的很多步骤与实施方式l中的步骤相同。因此省略对相同步骤的重复说明，并在下文中对与实施方式l中不同的步骤作出说明。 首先，在具有绝缘表面的衬底200的上方形成栅电极202，然后，在栅电极202上方形成栅绝缘层204。此后，在其上层叠氧化物半导体层206和氧化物半导体层207 (见图2A)。 栅电极202、栅绝缘层204、和氧化物半导体层206的材料和制造方法可以参考实施方式1。 氧化物半导体层207可以使用In-Ga-Zn-O类非单晶膜形成。例如，可以利用使用包括In、 Ga、和Zn的氧化物半导体靶材(ln203 : Ga203 : ZnO = 1 : 1 : 1)的溅射法，在氧化物半导体层206上方形成氧化物半导体层207。此时，优选地，氧化物半导体层207被连续形成使得氧化物半导体层206不被暴露于空气中。 注意，氧化物半导体层207可以使用用于形成氧化物半导体层206的靶材(In203 : Ga203 : ZnO = 1 : 1 : 1)。作为溅射条件，例如，温度可以为2(TC到IO(TC，压力可以为0. 1Pa到2.0Pa，功率可以为250W到3kW(在①为8英寸的情况下)。另夕卜，以40sccm的流速导入氩气。通过适当地控制靶材的成分比或其它溅射成形条件，可以控制晶粒的有无、密度等。晶粒的直径可以为约lnm到10nm。氧化物半导体层207的厚度可以约为2nm到20nm。不用说，当晶粒被包括在膜中时，晶粒的尺寸不会超过膜的厚度。
此处，优选地，氧化物半导体层206的形成条件不同于氧化物半导体层207的形成条件。例如，在氧化物半导体层206的形成条件中的氧气对氩气的流速比大于在氧化物半导体层207的形成条件中的氧气对氩气的流速比。具体地，对于氧化物半导体层207的形成条件，采用稀有气体(氩、氦等)气氛，或者包括10%或更少的氧气和90%或更多的稀有气体的气氛。对于氧化物半导体层206的形成条件，采用氧气气氛，或者氧气对稀有气体的流速比为l或更大的气氛。 注意，氧化物半导体层206和氧化物半导体层207可以使用不同的材料形成。
接下来，在氧化物半导体层207上方形成抗蚀剂掩模208，并使用抗蚀剂掩模208选择性地蚀刻氧化物半导体层206和氧化物半导体层207，从而形成岛状氧化物半导体层210和岛状氧化物半导体层211 (见图2B)。 此处，利用使用IT007N(由关东化学株式会社制造)或者乙酸、硝酸、和磷酸的混合溶液的湿法蚀刻来去除氧化物半导体层206和氧化物半导体层207的不需要的部分，从而形成岛状氧化物半导体层210和岛状氧化物半导体层211。注意，在上述蚀刻之后，去除抗蚀剂掩模208。另外，用于湿法蚀刻的蚀刻剂不只限于上述溶液，而是只要能用所述抗蚀剂去除氧化物半导体层206和氧化物半导体层207就行。 作为上述蚀刻，优选地使用湿法蚀刻。这是因为通过湿法蚀刻可以在短时间内均匀地加工大的区域。注意，当采用湿法蚀刻时，材料诸如铟可以被从蚀刻之后的废弃溶液中收集和再利用。另外，考虑到有效使用资源，湿法蚀刻被优选地用作上述蚀刻。另一方面，即使当采用干法蚀刻时，也能够形成岛状氧化物半导体层210和岛状氧化物半导体层211。因此，上述蚀刻不应排除干法蚀刻。 接下来，在岛状氧化物半导体层211上方形成导电层212 (见图2C)。导电层212的材料和制造方法可以参考实施方式1。 接下来，在导电层212上方形成抗蚀剂掩模214a、214b、和214c。然后，选择性地蚀刻导电层212以形成导电层216a、216b、和218 ;与此同时，蚀刻岛状氧化物半导体层211以形成高导电率的半导体区域215a和215b，并去除岛状氧化物半导体层210的一部分(靠近其表面的部分)(沟道蚀刻)(见图2D)。
由去除岛状氧化物半导体层210的所述一部分所形成的凹陷部分220对应于导电 层216a和导电层216b之间的区域，该区域也在高导电率的半导体区域21Sa和高导电率的 半导体区域215b之间。因此，导电层216a起晶体管的源电极和漏电极中的一个的作用，而 导电层216b起源电极和漏电极中的另一个的作用。
注意，在上述蚀刻之后，去除抗蚀剂掩模214a、214b、和214c。 作为此时的蚀刻，优选地采用干法蚀刻。通过采用干法蚀刻，与使用湿法蚀刻的情 况相比，布线结构等可以被小型化。另外，因为采用干法蚀刻的蚀刻可控性高，所以可以以 高可控性进行岛状氧化物半导体层210的所述一部分的去除(凹陷部分220的形成)。
作为上述干法蚀刻，具体地，优选采用使用包括氯的气体的干法蚀刻。通过使用包 括氯的气体的蚀刻，与使用无氯的气体的情况相比，可以减小表面中的蚀刻的偏差。
上述包括氯的气体当加入氧时是更优选的。这是因为，通过使用包括氯和氧的气 体，容易得到栅绝缘层204和岛状氧化物半导体层210(还有岛状氧化物半导体层211)之 间的蚀刻选择性并且还能充分减少对栅绝缘层204的损害。注意，在此情况中，包括诸如氧 化硅、氧氮化硅、或氮氧化硅的硅氧化物的材料被优选地用作栅绝缘层204。另外，当蚀刻气 体中的氧气含量被设为15体积％或更多时，岛状氧化物半导体层210和栅绝缘层204之间 的蚀刻选择性变大，从而可以有效减少对栅绝缘层204的损害。 作为用于干法蚀刻的气体，可以使用氯基气体，诸如氯化硼(BC1》、氯化硅 (SiCl4)、或四氯化碳(CC14);氟基气体，诸如四氟化碳(CF4)、氟化硫(SF6)、氟化氮(NF3)、或 三氟甲烷(CHF3);溴化氢(HBr);氧(02);添加了诸如氦(He)、或氩(Ar)的稀有气体的上述 气体中的任意气体；或者其它类似气体。也可以使用氯气(Cl2)。 另外，作为用于导电层212的材料，优选地使用蚀刻速率高于岛状氧化物半导体 层210和岛状氧化物半导体层211的蚀刻速率的材料。这是因为当导电层212、岛状氧化 物半导体层210、和岛状氧化物半导体层211被干法蚀刻同时蚀刻时，使岛状氧化物半导体 层210的蚀刻速率和岛状氧化物半导体层211的蚀刻速率小于导电层212的蚀刻速率，使 得岛状氧化物半导体层210可以免于被过分蚀刻。具体地，当配置了蚀刻速率小于导电层 212的蚀刻速率的岛状氧化物半导体层211时，可以有效地防止岛状氧化物半导体层210被 过分蚀刻。 优选地，岛状氧化物半导体层211的蚀刻速率高于岛状氧化物半导体层210的蚀 刻速率，这是因为这有利于高导电率的半导体区域215a和高导电率的半导体区域215b之 间的分离以及所述部分岛状氧化物半导体层210的去除。 此后，优选地，在20(TC到60(TC下、典型在30(TC到50(TC下执行热处理。另外，岛 状氧化物半导体层210的暴露部分的凹陷部分220可以受到氧基处理。其细节可以参考实 施方式1。 接下来，形成保护绝缘层222以覆盖包括栅电极202、岛状氧化物半导体层210、岛 状氧化物半导体层211、导电层216a、导电层216b等的薄膜晶体管250(见图2E)。保护绝 缘层222可以通过溅射法等方法使用包括氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧氮化硅、氧化铝、或 氧化钽等的材料形成。 此后，形成各种电极和布线，从而完成半导体器件。 如上所述，在本实施方式中，利用干法蚀刻来加工起有源层作用的岛状氧化物半导体层和覆盖所述岛状氧化物半导体层的导电层，由此可以将半导体器件小型化并改善半 导体器件的性能。替代地，利用湿法蚀刻将栅绝缘层上方的氧化物半导体层加工成岛状氧 化物半导体层，从而可以改善生产吞吐率。换句话说，利用湿法蚀刻执行对栅绝缘层上方的 氧化物半导体层的蚀刻，该蚀刻相对地不需要蚀刻可控性；而利用干法蚀刻执行沟道蚀刻， 该蚀刻需要小型化和蚀刻可控制性，从而能够在整个制造过程中改善生产吞吐率并实现半 导体器件的更高性能。另外，当氧化物半导体层被加工以具有岛状形状时采用湿法蚀刻，并 且氧化物半导体层中所包括的材料诸如铟被从蚀刻之后的废弃溶液中收集和再利用，使得 资源可以被有效使用并且成本可以被降低。 另外，在本实施方式中，在岛状氧化物半导体层210和导电层216a之间形成了高 导电率的半导体区域215a，并且在岛状氧化物半导体层210和导电层216b之间形成了高导 电率的半导体区域215b。 注意，本实施方式说明了在氧化物半导体层206上方形成氧化物半导体层207然 后同时加工氧化物半导体层206和氧化物半导体层207的情况；然而，本实施方式并不只限 于该制造顺序。例如，可以采用下列工艺形成氧化物半导体层206(见图3A)然后将其加 工成岛状氧化物半导体层210 (见图3B);接着，形成氧化物半导体层207和导电层212以覆 盖岛状氧化物半导体层210 (见图3C);以及同时加工氧化物半导体层207和导电层212 (见 图3D和3E)。在该情况中，在蚀刻导电层212时可以减小对栅绝缘层204的所要暴露的部 分的损害。具体地，当配置了蚀刻速率小于导电层212的蚀刻速率的氧化物半导体层207 时，可以有效减小对栅绝缘层204的所要暴露的部分的损害。 根据本实施方式，可以以低成本提供具有高特性的半导体器件。注意，本实施方式
可以适当地结合任意其它实施方式来实施。[实施方式3] 在本实施方式中，结合

用于制造显示装置的方法，该显示装置是半导体 器件的使用方式的示例。注意，本实施方式中所述的制造方法的很多步骤与实施方式1或 实施方式2中的那些步骤相同。因此省略对相同步骤的重复说明，并在下文中对与实施方 式1或实施方式2中不同的步骤进行说明。注意，在以下说明中，图5A到5C和图6A到6C 为截面视图，而图7、图8、图9、和图10为俯视图。 首先，在具有绝缘表面的衬底200上方形成布线和电极(包括栅电极202、电容布 线108、和第一端子121的栅布线)(见图5A和图7)。 电容布线108和第一端子121可以被同时并使用与栅电极202相同的材料形成。 注意，栅电极202的材料和制造方法可以参考实施方式1。 接下来，在栅电极202的上方，隔着栅绝缘层204，形成岛状氧化物半导体层210和 岛状氧化物半导体层211 (见图5B和图8)。岛状氧化物半导体层210和岛状氧化物半导体 层211的材料和制造方法可以参考实施方式1和2。 接下来，在栅绝缘层204中形成接触孔213使得第一端子121被暴露。此后，形 成导电层212形成以覆盖栅绝缘层204、岛状氧化物半导体层210、和岛状氧化物半导体层 211 (见图5C)。 导电层212的材料和制造方法可以参考实施方式1 。注意在本实施方式中，导电层 212和第一端子121经由接触孔213相互电连接。
接下来，在导电层212上方形成抗蚀剂掩模214。然后，选择性地蚀刻导电层212 以形成导电层216a和216b、连接电极120、和第二端子122。与此同时，氧化物半导体层211 被蚀刻以形成高导电率的半导体区域215a和215b，并且岛状氧化物半导体层210地一部分 (靠近其表面的部分)被去除以在氧化物半导体层210中形成凹陷部分220 (见图6A和图 9)。 可以形成第二端子122以电连接到源布线(包括导电层216a或导电层216b的源 布线)。另外，可以形成连接电极120以经由形成于栅绝缘层204中的接触孔213直接连接 到第一端子121。 作为此时的蚀刻，优选地采用干法蚀刻。通过采用干法蚀刻，与使用湿法蚀刻的情 况相比，布线结构等可以被小型化。另外，因为采用干法蚀刻的蚀刻可控性高，所以可以以 高可控性进行岛状氧化物半导体层210的所述一部分的去除(凹陷部分220的形成)。注 意，用于干法蚀刻的气体等可以参考上述实施方式。 此后，优选地在200。C到60(TC下、典型地在30(rC到50(rC下执行热处理。此处， 在35(TC下在氮气氛中进行1小时热处理。通过该热处理，对岛状氧化物半导体层210中所 包括的In-Ga-Zn-O类氧化物半导体的原子能级进行重新排列。该热处理(包括光退火) 是有效的，因为该热处理能够解除形变，这种形变会打断载流子的传输。注意，上述热处理 在时机上没有特定限制，只要在氧化物半导体层211形成之后执行热处理即可。例如，热处 理可以在形成像素电极之后进行。 另外，岛状氧化物半导体层210的暴露部分可以受到氧基团处理。通过执行氧基 团处理，岛状氧化物半导体层210是沟道形成区的薄膜晶体管可以是正常关断的。另外，通 过执行基团处理，可以修复由于蚀刻造成的对岛状氧化物半导体层210的损害。优选地在 02气氛或N20气氛下、或优选地在包括氧的N2、 He、或Ar气氛下执行基团处理。另外，基团 处理可以在添加了 Cl2和/或CF4的上述气氛下执行。 接下来，去除抗蚀剂掩模214，然后，形成保护绝缘层222以覆盖薄膜晶体管250。 选择性地蚀刻保护绝缘层222，从而形成到达导电层216b的接触孔125、到达连接电极120 的接触孔126、和到达第二端子122的接触孔127 (见图6B)。 此后，形成电连接到导电层216的透明导电层110、电连接到连接电极120的透明
导电层128、和电连接到第二端子122的透明导电层129(见图6C和图10)。 透明导电层IIO起像素电极的作用。透明导电层128和129用作用于与FPC的连
接的电极或布线。具体地，形成于连接电极120上方的透明导电层128可以被用作起栅布
线的输入端子的作用的连接端子电极。形成于第二端子122上方的透明导电层129可以被
用作起源布线的输入端子的作用的连接端子电极。 另外，电容布线108、栅绝缘层204、保护绝缘层222、和透明导电层110可以构成存 储电容。在该情况中，电容布线108和透明导电层110用作电极，而栅绝缘层204和保护绝 缘层222用作电介质。 透明导电层H0、128、和129可以利用溅射法、真空蒸镀法等方法，使用氧化铟 (ln203)、氧化铟和氧化锡的合金(Iri203-Sn02，在下文中縮写为ITO)、氧化铟和氧化锌的合金 (In203-ZnO)等材料形成。例如，形成透明导电膜，然后在透明导电薄膜上方形成抗蚀剂膜。 然后，利用蚀刻来去除不需要的部分，从而可以形成透明导电层110、128和129。
15
图11A1和11A2分别为栅布线的端子部分的截面图和俯视图。图11A1对应于沿 图11A2中Cl-C2线截取的截面图。在图11A1中，形成于保护绝缘层222上方的透明导电 层128为起输入端子的作用的连接端子电极。另外，在图11A1中，材料与栅布线的材料相 同的第一端子121、和材料与源布线的材料相同的连接电极120隔着栅绝缘层204彼此重 叠，并在端子部分处彼此直接接触以导通。另外，连接电极120和透明导电层128经由形成 于保护绝缘层222中的接触孔彼此直接接触并导通。 图11B1和11B2分别为源布线的端子部分的截面图和俯视图。图11B1对应于沿 图11B2中D1-D2线截取的截面图。在图11B1中，形成于保护绝缘层222上方的透明导电层 129为起输入端子的作用的连接端子电极。另外，图11Bl表示了将材料与栅布线的材料相 同的电极156设置于电连接到源布线的第二端子122的下方并且在端子部分处隔着栅绝缘 层204与第二端子122重叠。电极156不被电连接到第二端子122。如果电极156被设为 电位与第二端子122的电位不同，例如，悬浮、GND、或OV等，那么可以形成有助于对抗噪声 或静电的电容。另外，第二端子122被电连接到透明导电层129，其间夹着保护绝缘层222。
根据像素密度，配置多个栅布线、源布线、和电容布线。另外，包括具有与栅布线相 同电位的第一端子、具有与源布线相同电位的第二端子、以及具有与电容布线相同电位的 第三端子等的多个端子被配置在端子部分处。端子的相应的数量可以是由实施者适当设置 的给定数量。 经过上述工艺，可以用六个光掩模完成诸如n沟道底栅型薄膜晶体管和存储电容 的元件。另外，这些元件被排列成矩阵以对应于各个像素，由此可以得到用于制造有源矩阵 显示装置的衬底。在本说明书中，为了方便，将此类衬底称为有源矩阵衬底。
为了制造有源矩阵液晶显示装置，在有源矩阵衬底和配置有对置电极(counter electrode)的对置衬底(counter substrate)之间形成液晶层，然后，将有源矩阵衬底和 对置衬底固定。注意，电连接到为对置衬底配置的对置电极的公共电极被形成于有源矩阵 衬底的上方。电连接到公共电极的第四端子被形成于端子部分处。该第四端子被用作将公 共电极设定成具有固定电位、例如GND或0V的端子。 本发明实施方式所述的结构不限于图10中的像素结构。结构的另一个示例如图 12所示。图12表示了一种结构，其中像素电极和相邻像素的栅布线用作电极，而保护绝缘 层和栅绝缘层用作电介质，从而形成无电容布线的存储电容。在该情况中，可以省略电容布 线和连接到电容布线的第三端子。 注意，本实施方式可以适当地结合任意其它实施方式来实施。
[实施方式4] 在本实施方式中，将说明在显示装置中，驱动电路的至少一部分和要暴露于像素 部分中的薄膜晶体管被形成在一个衬底的上方的示例。 根据实施方式3形成要暴露于像素部分中的薄膜晶体管。另外，实施方式3中所 述的薄膜晶体管为n沟道TFT。这样，驱动电路中能够使用n沟道TFT形成的驱动电路的一 部分被形成于与像素部分的薄膜晶体管相同的衬底上。 图14A为框图示例，表示了作为显示装置的示例的有源矩阵液晶显示装置。图14A 所示的显示装置在衬底5300上方包括像素部分5301，其包括每个都配置有显示元件的多 个像素；扫描线驱动电路5302，其选择像素；和信号线驱动电路5303，其控制输入到所选像素的视频信号。 另外，实施方式3中所述的薄膜晶体管为n沟道TFT，并结合图15说明了包括n沟 道TFT的信号线驱动电路。 图15中所示的信号线驱动电路包括驱动IC 5601、开关组5602_1到5602—M、第 一布线5611、第二布线5612、第三布线5613、和布线5621_1到5621_M。开关组5602_1到 5602_M中的每一个都包括第一薄膜晶体管5603a、第二薄膜晶体管5603b、和第三薄膜晶体 管5603c。 驱动IC 5601被连接到第一布线5611、第二布线5612、第三布线5613、和布线 5621_1到5621_M。开关组5602_1到5602_M中的每一个都被连接到第一布线5611、第二 布线5612、和第三布线5613，并且开关组5602_1到5602_M分别被连接到布线5621_1到 5621_M。布线5621_1到5621_M中的每一个都通过第一薄膜晶体管5603a、第二薄膜晶体管 5603b、和第三薄膜晶体管5603c被连接到三根信号线(信号线Sm-2、信号线Sm-1、和信号 线Sm(m二3M))。例如，第J列的布线5621_J(布线5621_1到5621_M中的任意一个)通过 开关组5602_J中所包括的第一薄膜晶体管5603a、第二薄膜晶体管5603b、和第三薄膜晶体 管5603c被连接到信号线Sj-2、信号线Sj-1、和信号线Sj (j = 3J)。
信号被输入到第一布线5611、第二布线5612、和第三布线5613中的每一个。
注意，驱动IC 5601优选地使用单晶半导体形成。开关组5602_1到5602_M被优 选地形成于与像素部分相同的衬底上。因此，驱动IC5601和开关组合5602_1到5602—M被 优选地经由FPC等连接起来。替代地，驱动IC 5601可以使用通过诸如焊接法的方法形成 在与像素部分相同的衬底上的单晶半导体形成。 接下来，结合图16的时序图说明图15所示的信号线驱动电路的操作。图16的时 序图表示了选中第i级的扫描线Gi的情况。第i级的扫描线Gi的选择周期被划分成第一 子选择周期T1、第二子选择周期T2、和第三子选择周期T3。另外，即使当选中另一级的扫描 线时，图15中的信号线驱动电路也如图16所示那样操作。 注意，图16的时序图表示了第J列中的布线5621J分别通过第一薄膜晶体管 5603a、第二薄膜晶体管5603b、和第三薄膜晶体管5603c被连接到信号线Sj-2、信号线 Sj-l、和信号线Sj的情况。 图16的时序图表示了第i级的扫描线Gi被选中的时序，第一薄膜晶体管5603a 的导通/关断定时5703a、第二薄膜晶体管5603b的导通/关断定时5703b、第三薄膜晶体 管5603c的导通/关断定时5703c、和输入到第J列的布线5621_J的信号5721_J。
在第一子选择周期Tl、第二子选择周期T2、和第三子选择周期T3中，不同的视频 信号被输入到布线5621_1到5621_M。例如，在第一子选择周期Tl中输入到布线5621_J的 视频信号被输入到信号线Sj-2，在第二子选择周期T2中输入到布线5621_J的视频信号被 输入到信号线Sj-l，而在第三子选择周期T3中输入到布线5621_J的视频信号被输入到信 号线Sj。另外，在第一子选择周期T1、第二子选择周期T2、和第三子选择周期T3中，输入到 布线5621_J的视频信号被分别用DataJ-2、DataJ-l、和DataJ标记。
如图16所示，在第一子选择周期T1中，第一薄膜晶体管5603a导通，而第二薄膜 晶体管5603b和第三薄膜晶体管5603c关断。此时，输入到布线5621_J的DataJ-2经由 第一薄膜晶体管5603a被输入到信号线Sj-2。在第二子选择周期T2中，第二薄膜晶体管
175603b导通，而第一薄膜晶体管5603a和第三薄膜晶体管5603c关断。此时，输入到布线 5621_J的Data_j-1经由第二薄膜晶体管5603b被输入到信号线Sj-l。在第三子选择周期 T3中，第三薄膜晶体管5603c导通，而第一薄膜晶体管5603a和第二薄膜晶体管5603b关 断。此时，输入到布线5621_J的DataJ经由第三薄膜晶体管5603c被输入到信号线Sj。
如上所述，在图15的信号线驱动电路中，通过将栅选择周期一分为三，能够在一 个栅选择周期中将视频信号从一根布线5621输入到三根信号线。因此，在图15的信号线 驱动电路中，配置有驱动IC5601的衬底和配置有像素部分的衬底的连接的数量可以约为 信号线的数量的1/3。通过将连接数量减少到信号线数量的约1/3，从而可以改善图15的 信号线驱动电路的可靠性、成品率等。 注意，在薄膜晶体管的排列、数量、以及驱动方法等方面没有特定限制，只要如图 15所示那样将一个栅选择周期划分为多个子选择周期并且视频信号在各个子选择周期中 被从一根布线输入到多根信号线即可。 例如，当视频信号在三个或更多个子选择周期中的每一个中被从一根布线输入到 三根或更多信号线中的每一根时，只需要增加薄膜晶体管和用于控制薄膜晶体管的布线。 注意当一个栅选择周期被划分为四个或更多个子选择周期时，一个子选择周期变得更短。 因此， 一个栅选择周期被优选地被划分为两个或三个子选择周期。 又例如，如图17的时序图所示，一个选择周期可以被划分成预充电周期Tp、第一 子选择周期Tl、第二子选择周期T2、和第三子选择周期T3。图17所示的时序图表示了第i 级的扫描线Gi被选中的定时、第一薄膜晶体管5603a的导通/关断定时5803a、第二薄膜 晶体管5603b的导通/关断定时5803b、第三薄膜晶体管5603c的导通/关断定时5803c、 和输入到第J列的布线5621J的信号5821J。如图17所示，第一薄膜晶体管5603a、第二 薄膜晶体管5603b、和第三薄膜晶体管5603c在预充电周期Tp中导通。此时，输入到布线 5621—J的预充电压Vp分别经由第一薄膜晶体管5603a、第二薄膜晶体管5603b、和第三薄膜 晶体管5603c被输入到信号线Sj-2、信号线Sj-1、和信号线Sj。在第一子选择周期Tl中， 第一薄膜晶体管5603a导通，而第二薄膜晶体管5603b和第三薄膜晶体管5603c关断。此 时，输入到布线5621_J的DataJ-2经由第一薄膜晶体管5603a被输入到信号线Sj-2。在 第二子选择周期T2中，第二薄膜晶体管5603b导通，而第一薄膜晶体管5603a和第三薄膜 晶体管5603c关断。此时，输入到布线5621_J的DataJ-l经由第二薄膜晶体管5603b被 输入到信号线Sj-l。在第三子选择周期T3中，第三薄膜晶体管5603c导通，而第一薄膜晶 体管5603a和第二薄膜晶体管5603b关断。此时，输入到布线5621_J的DataJ经由第三 薄膜晶体管5603c被输入到信号线Sj。 如上所述，在应用了图17的时序图的如图15所示的信号线驱动电路中，可以将视 频信号高速写入像素，因为可以通过在子选择周期之前提供预充电选择周期将信号线预充 电。注意，图17中与图16相似的部分用相同的附图标记标注，并省略了对相似部分和具有 相似功能的部分的详细说明。 下面，说明扫描线驱动电路的结构。扫描线驱动电路包括移位寄存器和缓冲器。另 外，在有些情况中，扫描线驱动电路可以包括电平转换器。在扫描线驱动电路中，当时钟信 号(CLK)和启动脉冲信号(SP)被输入到移位寄存器中时，生成选择信号。所生成的选择信 号被缓冲器缓冲和放大，所得的信号被提供给相应的扫描线。 一行像素中的晶体管的栅电极被连接到扫描线。另外，因为一行像素中的晶体管的栅电极必须被同时开启，所以使用可 以提供大电流的缓冲器。 结合图18和图19说明用于扫描线驱动电路的一部分的移位寄存器的一个模式。
图18表示了移位寄存器的电路结构。图18所示的移位寄存器包括多个触发器， 即触发器5701_1到5701_n。另外，通过输入第一时钟信号、第二时钟信号、启动脉冲信号、 和复位信号来操作移位寄存器。 下面说明图18所示的移位寄存器的连接关系。第一级的触发器5701_1被连接 到第一布线5711、第二布线5712、第四布线5714、第五布线5715、第七布线5717_1、和第七 布线5717_2。第二级的触发器5701_2被连接到第三布线5713、第四布线5714、第五布线 5715、第七布线5717_1、5717_2、和第七布线5717_3。 以相似方式，第i级的触发器5701」(触发器5701_1到触发器5701_n中的任意 一个)被连接到第二布线5712和第三布线5713之一、第四布线5714、第五布线5715、第七 布线5717」-1、第七布线5717」、和第七布线5717」+1。此处，当"i"为奇数时，第i级的 触发器5701」被连接到第二布线5712 ;当"i"为偶数时，第i级的触发器5701」被连接 到第三布线5713。第n级的触发器5701_n被连接到第二布线5712和第三布线5713之一、第四布线
5714、第五布线5715、第七布线5717—n-l、第七布线5717—n、和第六布线5716。 注意，第一布线5711、第二布线5712、第三布线5713、和第六布线5716可以分别被
称为第一信号线、第二信号线、第三信号线、和第四信号线。第四布线5714和第五布线5715
可以分别被称为第一电源线和第二电源线。 接下来，图19表示了图18所示的触发器的细节。图19所示的触发器包括第一薄 膜晶体管5571、第二薄膜晶体管5572、第三薄膜晶体管5573、第四薄膜晶体管5574、第五薄 膜晶体管5575、第六薄膜晶体管5576、第七薄膜晶体管5577、和第八薄膜晶体管5578。第 一薄膜晶体管5571、第二薄膜晶体管5572、第三薄膜晶体管5573、第四薄膜晶体管5574、第 五薄膜晶体管5575、第六薄膜晶体管5576、第七薄膜晶体管5577、和第八薄膜晶体管5578 中的每一个都是n沟道晶体管并在栅-源电压(Vgs)超过阈值电压(Vth)时导通。
另外，图19所示的触发器包括第一布线5501、第二布线5502、第三布线5503、第四 布线5504、第五布线5505、和第六布线5506。 注意，虽然此处所有薄膜晶体管都为增强型n沟道晶体管，但是本发明并不限于 此。例如，驱动电路可以用耗尽型n沟道晶体管。接下来，下文将说明图18所示的触发器 的连接结构。 第一薄膜晶体管5571的第一电极(源电极和漏电极中的一个)被连接到第四布 线5504。第一薄膜晶体管5571的第二电极(源电极和漏电极中的另一个)被连接到第三 布线5503。 第二薄膜晶体管5572的第一电极被连接到第六布线5506而第二薄膜晶体管5572 的第二电极被连接到第三布线5503。 第三薄膜晶体管5573的第一电极和栅电极被连接到第五布线5505而第三薄膜晶 体管5573的第二电极被连接到第二薄膜晶体管5572的栅电极。 第四薄膜晶体管5574的第一电极被连接到第六布线5506，第四薄膜晶体管5574的栅电极被连接到第一薄膜晶体管5571的栅电极，而第四薄膜晶体管5574的第二电极被 连接到第二薄膜晶体管5572的栅电极。 第五薄膜晶体管5575的第一电极被连接到第五布线5505，第五薄膜晶体管5575 的栅电极被连接到第一布线5501，而第五薄膜晶体管5575的第二电极被连接到第一薄膜 晶体管5571的栅电极。 第六薄膜晶体管5576的第一电极被连接到第六布线5506，第六薄膜晶体管5576 的栅电极被连接到第二薄膜晶体管5572的栅电极，而第六薄膜晶体管5576的第二电极被 连接到第一薄膜晶体管5571的栅电极。 第七薄膜晶体管5577的第一电极被连接到第六布线5506，第七薄膜晶体管5577 的栅电极被连接到第二布线5502，而第七薄膜晶体管5577的第二电极被连接到第一薄膜 晶体管5571的栅电极。 第八薄膜晶体管5578的第一电极被连接到第六布线5506，第八薄膜晶体管5578 的栅电极被连接到第一布线5501，而第八薄膜晶体管5578的第二电极被连接到第二薄膜 晶体管5572的栅电极。 注意，连接了第一薄膜晶体管5571的栅电极、第四薄膜晶体管5574的栅电极、第 五薄膜晶体管5575的第二电极、第六薄膜晶体管5576的第二电极、和第七薄膜晶体管5577 的第二电极的点被称为节点5543。连接了第二薄膜晶体管5572的栅电极、第三薄膜晶体管 5573的第二电极、第四薄膜晶体管5574的第二电极、第六薄膜晶体管5576的栅电极、和第 八薄膜晶体管5578的第二电极的点被称为节点5544。 注意，第一布线5501、第二布线5502、第三布线5503、和第四布线5504可以分别被 称为第一信号线、第二信号线、第三信号线、和第四信号线。第五信号线5505和第六信号线 5506可以分别被称为第一电源线和第二电源线。 在第i级的触发器5701」中，图19中的第一布线5501被连接到图18中的第七 布线5717」-1。图19中的第二布线5502被连接到图18中的第七布线5717」+1。图19 中的第三布线5503被连接到图18中的第七布线5717」。图19中的第六布线5506被连接 到第五布线5715。 如果"i "为奇数，那么图19中的第四布线5504被连接到图18中的第二布线5712 ; 如果"i "为偶数，那么图19中的第四布线5504被连接到图18中的第三布线5713。另外， 图19中的第五布线5505被连接到图18中的第四布线5714。 注意，在第一级的触发器5701_1中，图19中的第一布线5501被连接到图18中的 第一布线5711。另外，在第n级的触发器570l_n中，图19中的第二布线5502被连接到图 18中的第六布线5716。 注意，信号线驱动电路和扫描线驱动电路可以只使用实施方式3所述的n沟道TFT 形成。实施方式3中所述的n沟道TFT具有高迁移率，从而可以提高驱动电路的驱动频率。 另外，在实施方式3所述的n沟道TFT中，由于通过使用In-Ga-Zn-0类非单晶薄膜形成的 源区和漏区减小了寄生电容，所以频率特性(称为f特性)高。例如，用实施方式3所述的 n沟道TFT形成的扫描线驱动电路可以高速操作，从而可以提高帧频率并可以实现黑图像 (black image)的插入等。 另外，当增加扫描线驱动电路中晶体管的沟道宽度或者配置多个扫描线驱动电路
20时，可以实现更高的帧频率。当配置多个扫描线驱动电路时，用于驱动偶数扫描线的扫描线 驱动电路配置于一侧，而用于驱动奇数扫描线的扫描线驱动电路配置于相对置的一侧；因 而，可以实现帧频率的提高。另外，由多个扫描线驱动电路向一条扫描线输出信号具有增大 显示装置尺寸的优点。 另外，当制造作为显示装置的示例的有源矩阵发光显示装置时，在至少一个像素 中配置了多个晶体管，因而优选地配置多个扫描线驱动电路。图14B为表示有源矩阵发光 显示装置的示例的框图。 图14B所示的发光显示装置在衬底5400上包括像素部分5401，其包括每个都配 置有显示元件的多个像素；选择像素的第一扫描线驱动电路5402和第二扫描线驱动电路 5404 ;以及信号线驱动电路5403，其控制输入到所选像素的视频信号。 当输入到图14B所示显示装置的像素的视频信号为数字信号时，通过切换晶体管 的导通/关断而使像素处于发光态或非发光态。这样，可以使用面积比灰度驱动法(area ratio grayscale method)或时间比灰度马区动f去(time ratio grayscale method)来显示 灰度。面积比灰度驱动法是指这样的驱动方法利用该方法， 一个像素被划分成多个子像素 并且基于视频信号单独驱动每个子像素从而显示灰度。此外，时间比灰度驱动法是指这样 的驱动方法利用该方法，控制像素处于发光态的期间从而显示灰度。 因为发光元件的响应速度高于液晶元件等元件，所以发光元件比液晶元件更适合 于时间比灰度驱动法。在用时间灰度法显示的情况中，一个帧周期被划分成多个子帧周期。 然后，根据视频信号，像素中的发光元件在每个子帧周期中被设为处于发光态或非发光态。 通过将一个帧划分成多个子帧，可以用视频信号控制一个帧周期中像素发光的时间总长 度，从而显示灰度。 在图14B所示的发光显示装置中，在两个开关TFT被设置于一个像素中的情况下， 第一扫描线驱动电路5402生成被输入到起一个开关TFT的栅布线作用的第一扫描线的信 号，而第二扫描线驱动电路5404生成被输入到起另一个开关TFT的栅布线作用的第二扫描 线的信号；然而，一个扫描线驱动电路可以生成全部两个被输入到第一扫描线的信号和被 输入到第二扫描线的信号。另外，例如，有可能在每个像素中配置多个用于控制开关元件的 操作的扫描线，这取决于一个像素中所包括的开关TFT的数量。在该情况中，一个扫描线驱 动电路可以生成所有被输入到所述多条扫描线的信号，或者多个扫描线驱动电路可以生成 被输入到所述多条扫描线的信号。 另外，还是在发光显示装置中，可以在与像素部分的薄膜晶体管相同的衬底之上 形成驱动电路中的可以包括n沟道TFT的那部分驱动电路。替代地，信号线驱动电路和扫 描线驱动电路可以只使用实施方式3中所述的n沟道TFT形成。 另外，上述驱动电路可以被用于使用被电连接到开关元件的元件来驱动电子墨水 的电子纸，而不只限于应用于液晶显示装置或发光显示装置。电子纸也被称为电泳显示装 置(电泳显示器)，其优点在于可读性与普通纸相当；与其它显示装置具有更低的功耗； 并且可以被制造得更轻更薄。 电泳显示器可以具有各种模式。例如，电泳显示器包括分散于溶剂或者溶质中的 多个微囊，每个微囊包括带正电的第一颗粒和带负电的第二颗粒。在该情况中，通过对微囊 施加电场，微囊中的颗粒沿相互相反的方向移动并且只有聚集于一侧上的颗粒的色彩可以被呈现出来。注意，第一颗粒和第二颗粒每个都包括色素(pigment)并且在没有电场时不
移动。另外，第一颗粒和第二颗粒的色彩(包括无色或无色素)彼此不同。 这样，电泳显示器是这样的显示器，它使用由电场等移动颗粒的系统。电泳显示器
不需要偏振器或对置衬底，这在液晶显示装置中是必需的，据此，电泳显示器的厚度和重量
可以被显著减小。 通过将上述微囊分散遍布于溶剂中而得到的溶液被称为电子墨水。该电子墨水可 以被印刷在玻璃、塑料、布、或纸等的表面上。另外，通过使用滤色片(color filter)或具 有色素的颗粒，还能够进行彩色显示。 当在有源矩阵衬底上配置多个微囊并将微囊插在形成于有源矩阵衬底之上的一 个电极和另一电极之间时，就完成了有源矩阵显示装置。有源矩阵显示装置可以通过将电 场施加到微囊来进行显示。作为有源矩阵衬底，例如，可以使用使用了实施方式3所得到的 薄膜晶体管的有源矩阵衬底。 注意，微囊中的第一颗粒和第二颗粒可以每个都由选自导电材料、绝缘材料、半导 体材料、磁性材料、液晶材料、铁电材料、电致发光材料、电致变色材料、或磁泳材料中的单 一材料构成，或者由任意这些材料的复合材料构成。 经过上述工艺，可以制造高可靠性的显示装置作为半导体器件。
本实施方式可以适当地结合任意其它实施方式来实施。
[实施方式5] 本实施方式中，制造了薄膜晶体管，并且可以使用用于像素部分和驱动电路的薄 膜晶体管来制造具有显示功能的半导体器件(也被称为显示装置)。另外，驱动电路的一部 分或全部可以使用本发明实施方式所述的薄膜晶体管而被形成于与像素部分相同的衬底 之上，由此可以得到面板上系统(system-on-panel)。 显示装置包括显示元件。作为显示元件，可以使用液晶元件(也被称为液晶显示 元件)或者发光元件(也被称为发光显示元件)。发光元件的类别中包括亮度受电流或电 压控制的元件，并且具体地，包括无机电致发光(EL)元件、有机EL元件等。另外，可以使用 对比度被电效应改变的显示介质，诸如电子墨水。 另外，显示装置包括其中密封了显示元件的面板，在面板上安装了包括控制器等 IC的模块。显示装置包括与在显示装置制造过程中完成显示元件之前的一个模式对应的元 件衬底，且元件衬底配置有用于向多个像素的每一个中的显示元件供应电流的单元。具体 地，元件衬底可以处于以下状态只提供了显示元件的像素电极的状态；在形成了要成为 像素电极的导电膜后且在导电膜被蚀刻以形成像素电极之前的状态；或者其它任意状态。
注意，本说明书中的显示装置是指图像显示装置、显示装置、或者光源(包括发光 器件)。另外，显示装置在其类别中包括任意下列模块附着有诸如柔性印刷电路(FPC)、 巻带自动接合(t即eautomated bonding,TAB)带、或者带载封装(tape carrier package, TCP)的连接器的模块；具有在端部配置有印刷线路板的TAB带或者TCP的模块；和具有利 用玻璃上芯片接合(chip on glass, COG)法直接安装在显示元件上的集成电路(IC)的模 块。 在本实施方式中，以液晶显示装置作为半导体器件的示例进行说明。结合图22A1 到22B说明作为本发明的半导体器件的一个实施方式的液晶显示面板的外观和截面。图
2222A1和22A2为面板的俯视图，其中用密封剂4005将每个都包括In-Ga-Zn-0类非单晶膜的 高可靠性的薄膜晶体管4010和4011、和液晶元件4013密封于第一衬底4001和第二衬底 4006之间。图22B为沿图22A1和22A2的M_N线截取的截面图。 提供密封剂4005以包围配置在第一衬底4001上的像素部分4002和扫描线驱动 电路4004。第二衬底4006配置在像素部分4002和扫描线驱动电路4004上方。因此，利 用第一衬底4001 、密封剂4005、和第二衬底4006，将像素部分4002和扫描线驱动电路4004 与液晶4008 —起密封起来。使用单晶半导体膜或者多晶半导体膜形成在单独制备的衬底 之上的扫描线驱动电路4003被安装在第一衬底4001上的由密封剂4005所包围区域以外 的区域中。 注意，单独形成的驱动电路的连接方法不受特定限制，可以使用COG法、引线接合 法、或TAB法等。图22A1表示了利用COG法安装信号线驱动电路4003的示例，图22A2表 示了利用TAB法安装信号线驱动电路4003的示例。 配置在第一衬底4001之上的像素部分4002和扫描线驱动电路4004的每个都包 括多个薄膜晶体管。图22B表示了像素部分4002中所包括的薄膜晶体管4010和扫描线驱 动电路4004中所包括的薄膜晶体管4011。绝缘层4020和4021被配置于薄膜晶体管4010 和4011上方。 薄膜晶体管4010和4011每个都对应于实施方式3所述的高可靠性的薄膜晶体 管，其中包括In-Ga-Zn-O类非单晶膜作为半导体层。在本实施方式中，薄膜晶体管4010和 4011为n沟道薄膜晶体管。 液晶元件4013所包括的像素电极层4030被电连接到薄膜晶体管4010。液晶元件 4013的对置电极层4031被形成于第二衬底4006上。像素电极层4030、对置电极层4031、 和液晶层4008相互重叠的部分对应于液晶元件4013。注意，像素电极层4030和对置电极 层4031分别配置有每一个都起取向膜的作用的绝缘层4032和绝缘层4033，由绝缘层4032 和4033夹着插入其间的液晶4008。 注意，第一衬底4001和第二衬底4006可以使用玻璃、金属(通常为不锈钢)、陶 瓷、或塑料形成。作为塑料的示例，可以使用纤维玻璃增强塑料(FRP)板、聚氟乙烯(PVF) 膜、聚酯膜、或丙烯酸树脂膜。另外，可以使用具有将铝箔夹在PVF膜或聚酯膜之间的结构 的薄片。 附图标记4035表示柱状间隔件，它是通过选择性地蚀刻绝缘膜而得到的，用于控 制像素电极层4030和对置电极层4031之间的距离(单元间隙)。另外，也可以使用球形间 隔件。另外，对置电极层4031被电连接到在与薄膜晶体管4010相同的衬底之上形成的公 共电位线。对置电极层4031和公共电位线由公共连接部分相互电连接，其间夹着配置在该 一对衬底之间的导电颗粒。注意，导电颗粒包括在密封剂4005中。 替代地，可以使用无需取向膜的蓝相液晶。蓝相是液晶相中的一种，它是在胆甾 相液晶的温度增加时，恰好在胆甾相变成各向同性相之前产生的。因为蓝相只产生于窄温 度范围内，所以将混合有5wt^或更多的手性剂的液晶合成物用于液晶层4008以改进温 度范围。包括蓝相液晶和手性剂的液晶合成物具有这样的特征，即响应速度短到10 ii s到
100i!S，所以因液晶合成物具有光学各向同性而无需取向过程，且视角依赖性小。 注意，本实施方式的液晶显示装置为透射型液晶显示装置的示例；然而，本实施方式所述的液晶显示装置可以被应用于反射式液晶显示装置和半透射式液晶显示装置。
本实施方式中，说明了这样的液晶显示装置的示例，其中将偏振片配置在比衬底 更靠外侧的位置(观众一侧)，且用于显示元件的色彩层和电极层配置在比衬底更靠内侧 的位置；然而，偏振片可以被配置在比衬底更靠内侧的位置。偏振片和色彩层的叠层结构不 限于本实施方式，而可以根据偏振片和色彩层的材料或制造步骤的条件适当设定。另外，可 以配置起黑底(black matrix)作用的遮光膜。 在本实施方式中，用起保护层作用的绝缘层和平坦化绝缘膜(绝缘层4020和 4021)覆盖在实施方式3中得到的薄膜晶体管，从而减小薄膜晶体管表面的不均匀性并提 高薄膜晶体管的可靠性。注意，配置保护膜以防止诸如有机物质、金属物质、或空气中所包 括的湿气等污染物杂质的进入，且该保护膜优选地为致密膜(dense film)。保护膜可以利 用溅射法由使用氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜、氧化铝膜、氮化铝膜、氧氮 化铝膜、和/或氮氧化铝膜构成的单层或叠层形成。在本实施方式中，保护膜由溅射法形 成；然而，本实施方式不特定受此限制。保护膜可以通过各种方法中的任意方法形成。
此处，形成具有叠层结构的绝缘层4020作为保护膜。此处，利用溅射法形成氧化 硅膜作为绝缘层4020的第一层。氧化硅膜被用作保护膜，其具有防止用于源电极层和漏电 极层的铝膜的小丘(hillock)的效果。 另外，形成绝缘层作为保护膜的第二层。此处，作为绝缘层4020的第二层，利用溅 射法形成氮化硅膜。当使用氮化硅膜作为保护膜中的一层时，可以防止钠等移动离子进入 半导体区，从而可以抑制TFT的电特性上的变化。 另外，在形成保护膜后，可以将半导体层退火(在30(TC到40(TC下)。
另外，形成绝缘层4021作为起平坦化膜的作用的绝缘膜。耐热的有机材料，诸如 聚酰亚胺、丙烯酸、苯并环丁烯、聚酰胺、或环氧树脂，可以被用于绝缘层4021。除了此类 有机材料之外，还可以使用低介电常数材料(低k材料)、硅氧烷类树脂、PSG(磷硅酸盐玻 璃)、或BPSG(硼磷硅酸盐玻璃)等。注意，可以通过层叠由这些材料形成的多个绝缘膜形 成绝缘层4021。 注意，硅氧烷类树脂是由作为原材料的硅氧烷类材料形成并具有Si-O-Si键的树 脂。硅氧烷类树脂可以包括有机基团(例如烷基或芳基)或氟基团作为取代基。另外，有 机基团可以包括氟基团。 在绝缘层的形成方法方面没有特定限制，根据绝缘层4021的材料可以采用任意 下列方法CVD法、溅射法、S0G法、旋涂法、浸渍法、喷涂法、液滴释放法(例如喷墨法、丝网 印刷法、或胶印法等)、刮刀法、辊式涂敷器(roll coater)、帘式涂敷器(curtain coater)、 以及刮刀式涂敷器(knife coater)等方法。当使用材料溶液形成绝缘层4021时，可以在 绝缘层4021的烘焙步骤的同时将半导体层退火(在30(TC到40(TC下)。绝缘层4021的烘 焙步骤也用作半导体层的退火步骤，并且可以有效地制造显示装置。 像素电极层4030和对置电极层4031可以使用发光导电材料诸如含氧化钨的氧化 铟、含氧化鸨的氧化铟锌、含氧化钛的氧化铟、含氧化钛的氧化铟锡、氧化铟锡(以下称为 IT0)、氧化铟锌、或添加了氧化硅的氧化铟锡等材料来形成。 另外，可以将包含导电高分子(也称为导电聚合物)的导电合成物用于形成像素 电极层4030和对置电极层4031。由导电合成物形成的像素电极优选地具有小于或等于1.0Xl(^Q/方块的薄层电阻以及在550nm波长处大于或等于70X的透光率。另外，导电
合成物中所包含的导电高分子的电阻率优选地小于或等于O. 1Q cm。 作为导电高分子，可以使用所谓的电子共轭导电高分子。作为其示例，可以给
出聚苯胺或其衍生物、聚吡咯(polypyrrole)或其衍生物、聚噻吩或其衍生物、以及它们中
的两种或更多种的共聚物等。 另外，从FPC 4018将各种信号和电位供给到单独形成的信号线驱动电路4003、扫描线驱动电路4004、或者像素部分4002 。 在本实施方式中，使用与液晶元件4013中所包括的像素电极层4030相同的导电膜形成连接端子电极4015，并使用与薄膜晶体管4010和4011的源电极层和漏电极层相同的导电膜形成端子电极4016。 连接端子电极4015经由各向异性导电膜4019电连接到FPC4018中所包括的端子。 注意，图22A1到22B表示了信号线驱动电路4003被单独形成和安装于第一衬底4001上的示例；然而，本实施方式不限于此结构。扫描线驱动电路可以被单独形成然后安装，或者只有信号线驱动电路的一部分或扫描线驱动电路的一部分可以被单独形成然后安装。 图23表示了 TFT衬底2600被用于对应于半导体器件的一种模式的液晶显示模块的示例。 图23表示了液晶显示模块的示例，其中TFT衬底2600和对置衬底2601被用密封剂2602相互固定，并且在衬底之间配置包括TFT等的像素部分2603、包括液晶层的显示元件2604、色彩层2605、和偏振片2606以形成显示区域。需要色彩层2605以进行彩色显示。在RGB系统的情况中，为相应的像素提供对应于红、黄、和蓝色的色彩层。偏振片2606和2607以及扩散板2613被配置在TFT衬底2600和对置衬底2601的外侧。光源包括冷阴极管2610和反射板2611，而电路衬底2612经由柔性线路板2609被连接到TFT衬底2600的布线电路部分2608并且包括外部电路诸如控制电路或者电源电路。偏振片和液晶层可以夹着延迟板(retardation plate)被层叠起来。 对于液晶显示模块，可以使用TN(扭曲向列相)模式、IPS(面内转换)模式、FFS(边缘场转换)模式、MVA(多畴垂直取向，multi-domain vertical alignment)模式、PVA(图案化垂直取向，patterned vertical alignment)模式、ASM(轴对称取向微单元)模式、OCB(光学补偿双折射)模式、FLC(铁电液晶)模式、或AFLC(反铁电液晶)模式等。
经过上述工艺，可以制造高可靠性的显示装置作为半导体器件。
本实施方式可以适当地结合任意其它实施方式来实施。
[实施方式6] 本实施方式中，以电子纸作为半导体器件的示例进行说明。 图13表示了有源矩阵电子纸作为半导体器件的示例。用于半导体器件的薄膜晶
体管581可以按与实施方式1到3中任意所述的薄膜晶体管相似的方式制造。 图13中的电子纸是使用扭转球显示系统(twisting ball displaysystem)的显
示装置的示例。扭转球显示系统是指这样的方法，其中每个都着色成黑色和白色的球形颗
粒被排列在显示元件的第一电极层和第二电极层之间，并在第一电极层和第二电极层之间产生电位差以控制球形颗粒的取向，从而进行显示。 形成于衬底580之上的薄膜晶体管581为具有底栅结构的薄膜晶体管，源电极层或漏电极层经由形成于绝缘层5S3、584、和585中的接触孔而被电连接到第一电极层587。在第一电极层587和第二电极层588之间，配置每个都具有黑色区域590a和白色区域590b的球形颗粒589，该球形颗粒589被填充了液体的空腔594包围。围绕球形颗粒589的空间被用填充物595诸如树脂所填充(见图13)。在图13中，第一电极层587对应于像素电极，第二电极层588对应于公共电极。第二电极层588被电连接到配置于与薄膜晶体管581相同的衬底之上的公共电位线。为衬底596配置的第二电极层588和公共电位电极可以使用以上实施方式中所述的公共连接部分相互电连接，在该一对衬底之间插入有导电颗粒。
另外，作为扭转球的替代，也可以使用电泳元件。在该情况中，使用直径为大约10iim到200iim的微囊，其中密封了透明液体、带正电的白色微粒、和带负电的黑色微粒。在配置于第一电极层和第二电极层之间的微囊中，当利用第一电极层和第二电极层施加电场时，白色微粒和黑色微粒朝相互相反的一侧移动，从而显示白色或黑色。使用该原理的显示元件为电泳显示元件并且通常被称为电子纸。电泳显示元件的反射率高于液晶显示装置，因而，不需要辅助光，功耗低，并且在暗处可以识别显示部分。另外，即使在不向显示部分供电时，图像一旦已经被显示就能被保持。因此，即使具有显示功能的半导体器件(其可以被简称为显示装置或配置有显示装置的半导体器件)远离电波源，所显示的图像也可以被存储。 经过上述工艺，可以制造高可靠性的显示装置作为半导体器件。
本实施方式可以适当地结合任意其它实施方式来实施。
[实施方式7] 本实施方式中，作为半导体器件的示例说明了发光显示装置。作为显示装置中所包括的显示元件，此处说明利用电致发光的发光元件。根据发光材料是有机化合物还是无机化合物对利用电致发光的发光元件分类。通常，前者被称为有机EL元件，而后者被称为无机EL元件。 在有机EL元件中，通过对发光元件施加电压，电子和空穴被分别从一对电极注入到包含发光有机化合物的层中，从而使电流流动。载流子(电子和空穴)复合，从而激发发光有机化合物。发光有机化合物从激发态返回到基态，由此发光。由于这种机制，该发光元件被称为电流激发发光元件。 无机EL元件根据它们的元件结构被划分成分散型无机EL元件和薄膜型无机EL元件。分散型无机EL元件具有发光层，其中发光材料的颗粒被分散在粘合剂中，并且它的发光机制为利用施主能级和受主能级的施主_受主复合型发光。薄膜型无机EL元件具有这样的结构在电介质层之间夹着发光层，其被进一步夹在电极之间；并且它的发光机制为利用金属离子的内层电子跃迁的局部型(localizedtype)发光。注意，此处使用有机EL元件作为发光元件进行说明。 图20表示了可以采用数字时间灰度驱动(digital time grayscaledriving)的像素结构的示例，作为半导体器件的示例。 下面说明可以采用数字时间灰度驱动的像素的结构和操作。在本示例中，一个像素包括每个都包括氧化物半导体层(In-Ga-Zn-O类非单晶膜)作为沟道形成区的两个n沟
26道晶体管。 像素6400包括开关晶体管6401、驱动晶体管6402、发光元件6404、和电容6403。开关晶体管6401的栅极被连接到扫描线6406，开关晶体管6401的第一电极(源电极和漏电极中的一个)被连接到信号线6405，而开关晶体管6401的第二电极(源电极和漏电极中的另一个)被连接到驱动晶体管6402的栅极。驱动晶体管6402的栅极经由电容6403被连接到电源线6407，驱动晶体管6402的第一电极被连接到电源线6407，而驱动晶体管6402的第二电极被连接到发光元件6404的第一电极(像素电极)。发光元件6404的第二电极对应于公共电极6408。公共电极6408被电连接到形成于相同衬底之上的公共电位线。其中公共电极6408和公用电位线被相互连接的公共连接部分可以具有如图1A、图2A、或图3A所示的结构。 发光元件6404的第二电极(公共电极6408)被设为低电源电位。注意，所述低电源电位为关于对电源线6407所设的高电源电位满足低电源电位〈高电源电位的电位。作为低电源电位，例如，可以采用GND、或OV等。高电源电位和低电源电位之间的电位差被施加到发光元件6404并且电流被供给到发光元件6404，使得发光元件6404发光。此处，为了让发光元件6404发光，每个电位都被设定为使得高电源电位和低电源电位之间的电位差为正向阈值电压或更高。 注意，驱动晶体管6402的栅电容可以被用于代替电容6403，从而可以省略电容6403。驱动晶体管6402的栅电容可以被形成于沟道区和栅电极之间。
在电压输入电压驱动法的情况中，视频信号被输入到驱动晶体管6402的栅极使得驱动晶体管6402处于充分地导通和关断这两个状态中的某一个状态。S卩，驱动晶体管6402工作在线性区。因为驱动晶体管6402工作在线性区，所以比电源线6407的电压更高的电压被施加到驱动晶体管6402的栅极。注意，比(电源线+驱动晶体管6402的Vth的电压)更高或相等的电压被施加到信号线6405。 在进行模拟灰度驱动而非数字时间灰度驱动的情况中，通过改变信号输入可以使用如图20所示那样的相同像素结构。 在进行模拟灰度驱动的情况中，比(发光元件6404的正向电压+驱动晶体管的Vth)更高或相等的电压被施加到驱动晶体管6402的栅极。发光元件6404的正向电压表示要获得所需亮度时的电压，并且至少包括正向阈值电压。输入使驱动晶体管6402工作在饱和区的视频信号，使得电流可以被供给到发光元件6404。为了让驱动晶体管6402工作在饱和区，电源线6407的电位被设得高于驱动晶体管6402的栅电位。当使用模拟视频信号时，可以将符合视频信号的电流供给到发光元件6404并进行模拟灰度驱动。
注意，像素结构并不限于图20中所示。例如，可以对图20所示的像素添加开关、电阻、电容、晶体管、或逻辑电路等。 接下来，结合图21A到21C说明发光元件的结构。用n沟道TFT作为示例说明像素的截面结构。用于图21A到21C所示的半导体器件的驱动TFT 7001、7011、和7021可以按与实施方式3所述的薄膜晶体管相似的方式制造，并且是每个都包括In-Ga-Zn-0类非单晶膜作为半导体层的高可靠性的薄膜晶体管。 为了提取从发光元件发出的光，阳极和阴极中的至少一个需要透光。薄膜晶体管和发光元件被形成于衬底上方。发光元件可以具有顶部发光结构，其中经由与衬底相对置
27的表面提取发光；底部发光结构，其中经由衬底一侧上的表面提取发光；或者双发光结构， 其中经由与衬底相对置的表面和衬底一侧上的表面提取发光。本发明实施方式的像素结构 可以被应用于具有任意这些发光结构的发光元件。
结合图21A说明具有顶部发光结构的发光元件。 图21A为像素的截面图，其中驱动TFT 7001为n沟道TFT并且光从发光元件7002 发射到阳极7005—侧。在图21A中，发光元件7002的阴极7003被电连接到驱动TFT 7001， 且发光层7004和阳极7005被按此顺序层叠于阴极7003之上。阴极7003可以被使用各 种导电材料形成，只要它们具有低功函数并且反射光即可。例如，优选地使用Ca、 Al、 CaF、 MgAg、或AlLi等。发光层7004可以使用单层或层叠的多层来形成。当使用多层形成发光层 7004时，通过将电子注入层、电子传输层、发光层、空穴传输层、和空穴注入层按此顺序层叠 于阴极7003之上来形成发光层7004。不需要形成所有这些层。阳极7005使用发光导电 材料诸如含氧化钨的氧化铟、含氧化钨的氧化铟锌、含氧化钛的氧化铟、含氧化钛的氧化铟 锡、氧化铟锡(以下称为ITO)、氧化铟锌、或添加了氧化硅的氧化铟锡的膜来形成。
发光元件7002对应于在阴极7003和阳极7005之间夹着发光层7004的区域。在 图21A所示像素的情况中，光如箭头所示那样从发光元件7002发射到阳极7005 —侧。
接下来，结合图21B说明具有底部发光结构的发光元件。图21B为像素的截面图， 是驱动TFT 7011为n沟道TFT并且光从发光元件7012发射到阴极7013 —侧的情况。在 图21B中，发光元件7012的阴极7013被形成在电连接到驱动TFT 7011的发光导电膜7017 上方，而发光层7014和阳极7015按此顺序层叠于阴极7013上方。当阳极7015具有透光 特性时，可以形成用于反射或阻挡光的遮光膜7016以覆盖阳极7015。对于阴极7013，如图 21A的情况那样可以使用各种材料，只要它们是具有低功函数的导电材料即可。阴极7013 被形成为可以透光的厚度(优选地，为约5nm到30nm)。例如，可以将厚度为20nm的铝膜用 作阴极7013。与图21A的情况相似，发光层7014可以使用单层或层叠的多层来形成。阳 极7015不需要透光，但可以使用如图21A的情况那样的透光导电材料来形成。作为遮光膜 7016，例如可以使用反射光的金属等；然而，并不限于金属膜。例如，也可以使用添加了黑色 素的树脂等。 发光元件7012对应于发光层7014被夹在阴极7013和阳极7015之间的区域。在 图21B所示像素的情况中，光如箭头所示那样从发光元件7012发射到阴极7013 —侧。
接下来，结合图21C说明具有双发光结构的发光元件。在图21C中，发光元件7022 的阴极7023被形成于电连接到驱动TFT 7021的透光导电薄膜7027上方，而发光层7024和 阳极7025被按此顺序层叠于阴极7023上方。如图21A的情况那样，阴极7023可以使用各 种材料来形成，只要它们是具有低功函数的导电材料即可。阴极7023被形成为可以透光的 厚度。例如，可以将厚度为20nm的铝膜用作阴极7023。与图21A的情况相似，发光层7024 可以使用单层或层叠的多层来形成。阳极7025可以使用如图21A的情况那样的透光导电 材料来形成。 发光元件7022对应于阴极7023、发光层7024、和阳极7025相互重叠的区域。在 图21C所示像素的情况中，光如箭头所示那样从发光元件7022发射到阳极7025 —侧和阴 极7023 —侧。 注意，虽然此处以有机EL元件作为发光元件进行了说明，但是也可以设置无机EL元件作为发光元件。 在本实施方式中，说明了控制发光元件的驱动的薄膜晶体管(驱动TFT)被电连接 到发光元件的示例；然而，可以采用用于电流控制的TFT连接在驱动TFT和发光元件之间的 结构。 本实施方式所述的半导体器件不限于图21A到21C中所示的结构，而可以基于根 据本发明所述技术的精神作出各种方式的修改。 下面，结合图24A到24B说明作为本发明的半导体器件的一个实施方式的发光显 示面板(也被称为发光面板)的外观和截面。图24A为面板的俯视图，其中用密封剂4505 将形成在实施方式3所述的第一衬底4051上方且每个都包括In-Ga-Zn-0类非单晶膜作 为半导体层的高可靠性的薄膜晶体管4509和4510、以及和发光元件4511密封于第一衬底 4501和第二衬底4506之间。图24B为沿图24A的H-I线截取的截面图。
提供密封剂4505以包围配置于第一衬底4501上方的像素部分4502、信号线驱动 电路4503a和4503b、和扫描线驱动电路4504a和4504b。另外，第二衬底4506被配置于 像素部分4502、信号线驱动电路4503a和4503b、和扫描线驱动电路4504a和4504b上方。 因此，利用第一衬底4501、密封剂4505、和第二衬底4506，将像素部分4502、信号线驱动电 路4503a和4503b、和扫描线驱动电路4504a和4504b与填充物4507 —起密封起来。优选 地，用具有高气密性和低脱气性的保护膜(诸如层压膜(laminate film)或紫外线固化树 脂膜)或者覆盖材料来封装(密封)面板，如上所述，使得面板不被暴露于外部空气。
形成于第一衬底4501上方的像素部分4502、信号线驱动电路4503a和4503b、和 扫描线驱动电路4504a和4504b的每个都包括多个薄膜晶体管，且像素部分4502所包括的 薄膜晶体管4510和信号线驱动电路4503a所包括的薄膜晶体管4509如图24B的示例所示。
作为每个薄膜晶体管4509和4510，可以使用实施方式3所述的高可靠性的薄膜晶 体管，其中包括In-Ga-Zn-0类非单晶膜作为半导体层。在本实施方式中，薄膜晶体管4509 和4510为n沟道薄膜晶体管。 另外，附图标记4511表示发光元件。作为发光元件4511所包括的像素电极的第 一电极层4517被电连接到薄膜晶体管4510的源电极层或漏电极层。注意，发光元件4511 的结构为第一电极层4517、电致发光层4512、和第二电极层4513的叠层结构，但是本发明 不限于本实施方式所述。发光元件4511的结构可以根据从发光元件4511提取光的方向等 来适当改变。 使用有机树脂膜、无机绝缘膜、或有机聚硅氧烷形成分隔壁(partition wal1)4520。特别优选的是，分隔壁4520使用感光材料形成并且以使开口的侧壁形成为具 有连续曲率的倾斜表面的方式在第一电极层4517的上方形成开口。
电致发光层4512可以被形成为具有单层或层叠的多层。 保护膜可以被形成于第二电极层4513和分隔壁4520上方以防止氧、氢、湿气、或
二氧化碳等进入发光元件4511。作为保护膜，可以使用氮化硅膜、氮氧化硅膜、或DLC薄膜等。 另外，将各种信号和电位从FPC 4018a和4518b供给到信号线驱动电路4503a和 4503b、扫描线驱动电路4504a和4504b、或者像素部分4502。 在本实施方式中，使用与发光元件4511所包括的第一电极层4517相同的导电膜形成连接端子电极4515，而使用与薄膜晶体管4509和4510所包括的源电极层和漏电极层 相同的导电膜形成端子电极4516。 连接端子电极4515经由各向异性导电膜4519电连接到FPC4518a所包括的端子。
位于从发光元件4511中提取光的方向上的第二衬底需要具有透光特性。在该情 况中，使用透光材料，诸如玻璃板、塑料板、聚酯膜、或丙烯酸膜。 作为填充物4507，除了惰性气体诸如氮或氩之外，还可以使用紫外线固化树脂或 热固性树脂。例如，可以使用PVC(聚氯乙烯)、丙烯酸、聚酰亚胺、环氧树脂、硅酮树脂、 PVB (聚乙烯醇縮丁醛)、或者EVA (乙烯-醋酸乙烯)。本实施方式中，氮被用于填充物4507 。
另外，如果需要的话，可以适当地在发光元件的发光表面上配置光学膜，诸如偏振 片、圆偏振片(包括椭圆偏振片)、延迟板(四分之一波板或半波板)、或者滤色片。另外， 偏振片或者圆偏振片可以被配置有抗反射膜。例如，可以进行抗眩光处理，据此可以使反射 光被表面上的凸起和凹陷所散射，以减少眩光。 信号线驱动电路4503a和4503b以及扫描线驱动电路4504a和4504b可以被配置 作为使用单晶半导体膜或者多晶半导体膜形成在单独制备的衬底上方的驱动电路。另外， 只有信号线驱动电路或者其一部分、或者扫描线驱动电路或者其部分可以被单独形成和安 装。本实施方式不限于图24A和24B中所示的结构。 经过上述工艺，可以制造高可靠性的发光显示装置(显示面板)作为半导体器件。
本实施方式可以适当地结合任意其它实施方式来实施。
[实施方式8] 本发明所述的半导体器件可以被应用于电子纸。电子纸可以用于各个领域的电 子设备，只要它们能显示数据即可。例如，根据本发明所述的电子纸可以被应用于电子书 (e-book)阅读器、海报、诸如火车等交通工具中的广告、诸如信用卡的各种卡的显示器等 等。电子设备的示例如图25A和25B以及图26所示。 图25A表示了使用电子纸形成的海报2631。在广告媒介为印刷纸制品的情况中，
广告由人工来更换；但是，通过使用电子纸，广告的显示可以在短时间内改变。另外，图像可
以被稳定显示而不会失真。注意，海报可以被构造成无线地发送和接收数据。 图25B表示了诸如火车的交通工具中的广告2632。在广告媒介为印刷品的情况
中，广告由人力替换；然而，通过使用电子纸，广告显示可以在短时间内改变而不用大量人
力。另外，图像可以被稳定显示而不会失真。注意，交通工具中的广告可以被构造成无线发
送和接收数据。 图26表示了电子书阅读器2700的示例。例如，电子书阅读器2700包括两个框架， 框架2701和框架2703。框架2701和框架2703被用铰链2711组合起来，从而可以以铰链 2711为轴打开和关闭电子书阅读器2700。用这样的结构，电子书阅读器2700可以像纸质 书那样操作。 显示部分2705和显示部分2707分别被包含在框架2701和框架2703中。显示部 分2705和显示部分2707可以被构造为显示一幅图像或不同的图像。在显示部分2705和显 示部分2707显示不同的图像的情况中，例如，右侧的显示部分(图26中的显示部分2705) 可以显示文本而左侧的显示部分(图26中的显示部分2707)可以显示图像。
图26表示了框架2701配置有操作部分等的示例。例如，框架2701配置有电源开关2721、操作键2723、以及扬声器2725等。可以利用操作键2723来换页。注意，在配置了 显示部分的框架的表面上，可以配置键盘、或定点设备等。另外，外部连接端子(诸如耳机 端子、USB端子、或可以连接到诸如AC适配器和USB电缆等各种电缆的端子)、或记录介质 插入部分等可以被配置于框架的背面或侧面。另外，电子书阅读器2700可以具有电子词典 的功能。 电子书阅读器2700可以被构造成无线地发送和接收数据。可以采用从电子书服
务器上无线地购买和下载所需书籍数据等的结构。[实施方式9] 本发明所述的半导体器件可以被应用于各种电子设备(包括游戏机)。电子设备 的示例包括电视机(也被称为电视或电视接收机)、计算机的显示器等、诸如数字相机或数 字摄像机的相机、数字相框、移动电话手机(也被称为移动电话或移动电话设备)、便携式 游戏机、便携式信息终端、音频再现装置(audio r印roducing device)、和大型游戏机诸如 弹子机(pachinko machine)等。 图27A表示了电视机9600的示例。在电视机9600中，显示部分9603被包含在框
架9601中。显示部分9603可以显示图像。另外，框架9601被机座9605支撑。 电视机9600可以用框架9601的或遥控器9610的操作开关操作。频道和音量可
以用遥控器9610的操作键9609控制，从而可以控制显示部分9603上显示的图像。另外，
遥控器9610可以配置有显示部分9607，用于显示从遥控器9610输出的数据。 注意，电视机9600配置有接收器、以及调制解调器等。可以利用接收器来接收通
常的电视广播。另外，当通过调制解调器将电视机9600有线或无线地连接到通信网络时，
可以进行单向的(从发射器到接收器)或者双向的(发射器和接收器之间或接收器之间)
数据通信。 图27B表示了数字相框9700的示例。例如，在数字相框9700中，显示部分9703 被包含在框架9701中。显示部分9703可以显示各种图像。例如，显示部分9703可以显示 由数字相机等捕获的图像数据，其功能就像普通相框那样。 注意，数字相框9700配置有操作部分、外部连接部分(USB端子、可以连接到诸如 USB电缆等电缆的端子)、或记录介质插入部分等。尽管这些部件可以被配置于配置有显示 部分的表面上，但是从数字相框9700的设计上考虑，优选地将它们配置侧面或背面。例如， 存储由数字相机捕获的图像数据的存储器被插入到数字相框的记录介质插入部分中，由此 可以传输图像数据然后显示在显示部分9703上。 数字相框9700可以被构造成无线地发送和接收数据。可以采用无线地传输所需 的图像数据以进行显示的结构。 图28A为便携式游戏机并且包括两个框架，即接合部分9893连接起来的框架9881 和框架9891，使得便携式游戏机可以被打开或折叠。显示部分9882被包含在框架9881中， 而显示部分9883被包含在框架9891中。另外，图28A所示的便携式游戏机配置有扬声器 部分9884、记录介质插入部分9886、 LED灯9890、输入单元(操作键9885、连接端子9887、 以及传感器9888(其具有测量力、位移、位置、速度、加速度、角速度、转数、距离、光、液体、 磁力、温度、化学物质、声音、时间、硬度、电场、电流、电压、电功率、辐射线、流速、湿度、倾斜 度、震动、气味、或红外线的功能)、和麦克风9889)等。不用说，便携式游戏机的结构不限于以上所述结构。便携式游戏机可以具有适当地配置了额外的附属设备的结构，只要至少配 置了本发明所述的半导体器件即可。图28A所示的便携式游戏机具有阅读存储于存储介质 中的程序或数据以将其显示在显示部分上的功能、和通过无线通信与另一个便携式游戏机 共享信息的功能。注意，图28A所示的便携式游戏机的功能不限于以上所述的那些功能，并 且便携式游戏机可以具有各种功能。 图28B表示了作为大型游戏机的投币机9900的示例。在投币机9900中，显示部 分9903被包含在框架9901中。另外，投币机9900配置有操作构件诸如启动杆和停止开关、 投币口、扬声器等。不用说，投币机9900的结构不限于以上所述结构。投币机可以具有适 当地配置了额外的附属设备的结构，只要至少配置了本发明所述的半导体器件即可。
图29A表示了移动电话手机1000的示例。移动电话手机1000配置有包含在框架
1001中的显示部分1002、操作键1003、外部连接端口 1004、扬声器1005、以及麦克风1006等。 当图29A所示的移动电话手机1000的显示部分1002被手指等触摸时，数据可以 被输入到移动电话手机1000中。另外，可以通过用手指等触摸显示部分1002执行诸如打 电话和发送文字信息的操作。 显示部分1002主要有三个屏幕模式。第一模式为显示模式，其主要用于显示图 像。第二模式为输入模式，其主要用于输入数据例如文本。第三模式为显示并输入模式，其 为两种模式的组合，即，显示模式和输入模式的组合。 例如，在打电话或发送文字信息的情况中，为显示部分1002选择主要用于输入文 本的文本输入模式，从而可以输入屏幕上显示的字符。在该情况中，优选地在显示部分1002 的整个屏幕区域上显示键盘或数字键。 当在移动电话手机1000中配置包括诸如陀螺仪或者加速度传感器的用于检测倾 斜度的传感器的检测装置时，显示部分1002的屏幕上的显示可以通过判断移动电话手机 1000的方向(移动电话手机1000是否为了风景模式或人像模式而被水平放置或垂直放 置)被自动改变。 通过触碰显示部分1002或使用框架1001的操作键1003改变屏幕模式。替代地， 可以根据显示部分1002上显示的图像类型改变屏幕模式。例如，当显示部分显示的图像信 号为运动图像数据时，屏幕模式被改变到显示模式。当信号为一种文本数据时，屏幕模式被 改变到输入模式。 另外，在输入模式中，当有一段时间没有执行通过触摸显示部分1002的输入，并 检测到由显示部分1002中的光学传感器检测的信号时，屏幕模式可以被控制以从输入模 式改变到显示模式。 显示部分1002可以用作图像传感器。例如，当用手掌或指纹触摸显示部分1002
时，掌纹、或指纹等的图像数据被获取，由此可以进行身份识别。另外，通过在显示部分中提
供背光或发出近红外光的感光源，可以获取指静脉、或掌静脉等的图像数据。 图29B也表示了移动电话手机的示例。图29B中的移动电话手机包括显示装置
9410和通信装置9400。显示装置9410具有包括显示部分9412和操作键9413的框架9411 。
通信装置9400具有包括操作键9402、外部输入端子9403、麦克风9404、扬声器9405、和当
收到来电时发光的发光部分9406的框架9401。具有显示功能的显示装置9410可以在箭
32头所示的两个方向上从通信装置9400上分离。因此，显示装置9410和具有电话功能的通 信装置9400可以沿其短轴或长轴彼此附着。当只需要显示功能时，可以单独使用显示装置 9410而将通信装置9400从显示装置9410上分离。通信装置9400和显示装置9410的每个 都能通过无线通信或有线通信发射和接收图像或输入信息，并且每个都具有可充电电池。
[实例l] 在本实施例中，说明了通过使用氯气和氧气，对氧化物半导体层和绝缘膜进行干 法蚀刻所得的结果。 下面说明本实例中所用的样品。作为第一氧化物半导体层，利用溅射法在玻璃衬 底上方形成厚度为150nm的In-Ga-Zn-0类非单晶膜。形成条件如下压力为0. 4Pa，功率 为500W，形成温度为25t:，氩气的流速为10sccm，氧气的流速为5sccm，且衬底和靶材之 间的距离为170mm。使用以l : 1 : 1的比例包含ln203、 Ga203jP ZnO(In : Ga : Zn =
i : i : 0.5)的靶材。由这些形成条件所得到的第一氧化物半导体层的组分通过电感耦合
等离子体质谱法(ICP-MS)来测量。测量结果为InGa。.94Zn。.4。03.31。 接下来，利用溅射法在玻璃衬底上方形成厚度为150nm的In-Ga-Zn-0类非单晶 膜，作为导电率高于第一氧化物半导体层的导电率的第二氧化物半导体层。形成条件如 下压力为0.4Pa，功率为500W，形成温度为25t:，氩气的流速为40sccm，并且衬底和靶材 之间的距离为170mm。使用以l : 1 : 1的比例包含In203、Ga203^P ZnO(In : Ga : Zn =
i : i : 0.5)的靶材。由这些形成条件所得到的第二氧化物半导体层的组分通过电感耦合
等离子体质谱法来测量。测量结果为InGa。.95Zn。.4103.33。 接下来，作为绝缘膜，利用CVD法在玻璃衬底上方形成厚度为200nm的氧氮化硅 膜。形成条件如下压力为39. 99Pa，形成温度为40(TC，硅烷的流速为4Sccm，N20的流速为 800sccm， RF功率为150W，并且电极之间的距离为28mm。 然后，测量第一氧化物半导体层、第二氧化物半导体层、和绝缘膜的各自的蚀 刻速率。使用诸如光致抗蚀剂的掩模，以留下每种膜的(半蚀刻)方式，来蚀刻已经形 成的第一氧化物半导体层、第二氧化物半导体层、和绝缘膜。此后，利用台阶高度测量 (st印-heightmeasurement)装置来测量第一氧化物半导体层的蚀刻量、第二氧化物半导体 层的蚀刻量、和绝缘薄膜的蚀刻量，然后，根据膜蚀刻量和蚀刻所需时间之间的关系计算出 它们各自的蚀刻速率(nm/min)。 利用在ICP功率为1500W(电极尺寸370mmX470mm) 、 RF偏置为200W、压力 为1.5Pa、且衬底温度为-l(TC的条件下的ICP蚀刻法进行蚀刻。在本蚀刻中，采用了 在作为蚀刻气体的氯气和氧气的不同流速下的四种不同条件(氯气流速氧气流速= 100sccm : 0sccm、85sccm : 15sccm、70sccm : 30sccm、禾卩55sccm : 45sccm)。计算所述条
件的相应的蚀刻速率。 蚀刻速率计算结果如图4所示。在图4中，横轴表示蚀刻气体(氯气和氧气的总 和)中氧气的含量(体积％)，左侧的纵轴表示蚀刻速率(nm/min)，而右侧的纵轴表示选择 性。另外，在图4中，圆圈表示第一氧化物半导体层的蚀刻速率，三角表示第二氧化物半导 体层的蚀刻速率，方块表示绝缘膜的蚀刻速率，而十字表示选择性。注意，图4所示的选择 性为第一氧化物半导体层的蚀刻速率相对于绝缘膜的蚀刻速率。 根据图4所示的结果，即使增大蚀刻气体中氧气的含量(体积％ )，在第一氧化物半导体层和第二氧化物半导体层之间的蚀刻速率上也未发现显著差别。另一方面，结果表 明，当增大蚀刻气体中氧气的含量(体积％)时，绝缘膜的蚀刻速率下降。具体地，结果表 明，当蚀刻气体中氧气的含量为15体积％或更多时，绝缘膜的蚀刻速率下降。
另外，可以理解的是，确定了第一氧化物半导体层的蚀刻速率相对于绝缘膜的蚀 刻速率的选择性(第一氧化物半导体层的蚀刻速率相对于绝缘膜的蚀刻速率之比)，其表 明，向蚀刻气体中加入氧气时选择性最大增加到4. 2，而不向蚀刻气体加入氧气时选择性小 于1，如图4所示。另外，在第一氧化物半导体层和第二氧化物半导体层之间的蚀刻速率上 未发现显著差别。因此，关于第二氧化物半导体层相对于绝缘膜的蚀刻速率的选择性，其结 果类似于第一氧化物半导体层的蚀刻速率相对于绝缘膜的蚀刻速率的选择性所得的相关 结果。 如上所述，可以理解的是，当增大蚀刻气体中所加入的氧气比例时，绝缘膜的蚀刻 速率可以小于第一氧化物半导体层和第二氧化物半导体层的蚀刻速率。另外，可以理解，当 蚀刻气体中氧气的含量为15体积％或更多时，能够提高第一氧化物半导体层和第二氧化 物半导体相对于绝缘膜的选择性。这样，通过在蚀刻气体中包含氧气，可以提高氧化物半导 体层相对于绝缘膜的选择性。因此，当去除形成于绝缘膜上方的氧化物半导体层的一部分 (靠近氧化物半导体层表面的部分)(沟道蚀刻)时，可以抑制对绝缘膜的暴露的部分的损 害。 本说明书基于2008年10月22日向日本专利局提交的第2008-271598号日本专 利申请，其整体内容都通过引用被并入本文中。
3权利要求
一种用于制造半导体器件的方法，包含以下步骤在衬底的上方形成栅电极；在所述栅电极的上方形成栅绝缘层；在所述栅绝缘层的上方形成氧化物半导体层；通过湿法蚀刻加工所述氧化物半导体层以形成岛状氧化物半导体层；在所述岛状氧化物半导体层的上方形成导电层；通过第一干法蚀刻加工所述导电层以形成源电极和漏电极，以及通过第二干法蚀刻去除所述岛状氧化物半导体层的一部分以在所述岛状氧化物半导体层中形成凹陷部分。
2. 根据权利要求1所述的用于制造半导体器件的方法，其中所述氧化物半导体层包括 铟、镓、和锌。
3. 根据权利要求1所述的用于制造半导体器件的方法，其中使用在所述干法蚀刻中的 蚀刻速率高于所述氧化物半导体层所用的材料的蚀刻速率的材料来形成所述导电层。
4. 根据权利要求1所述的用于制造半导体器件的方法，其中用包括氯的气体进行所述 干法蚀刻。
5. 根据权利要求4所述的用于制造半导体器件的方法，其中 使用包括氧化硅的材料形成所述栅绝缘层，并且 所述包括氯的气体包括氧。
6. 根据权利要求5所述的用于制造半导体器件的方法，所述包括氯的气体中氧的含量 为15体积％或更多。
7. —种用于制造半导体器件的方法，包含以下步骤 在衬底的上方形成栅电极； 在所述栅电极的上方形成栅绝缘层； 在所述栅绝缘层的上方形成氧化物半导体层；通过湿法蚀刻加工所述氧化物半导体层以形成岛状氧化物半导体层； 在所述岛状氧化物半导体层的上方形成导电层； 通过干法蚀刻加工所述导电层以形成源电极和漏电极，以及通过所述干法蚀刻去除所述岛状氧化物半导体层的一部分以在所述岛状氧化物半导 体层中形成凹陷部分。
8. 根据权利要求7所述的用于制造半导体器件的方法，其中所述氧化物半导体层包括 铟、镓、和锌。
9. 根据权利要求7所述的用于制造半导体器件的方法，其中使用在所述干法蚀刻中的 蚀刻速率高于所述氧化物半导体层所用的材料的蚀刻速率的材料来形成所述导电层。
10. 根据权利要求7所述的用于制造半导体器件的方法，其中用包括氯的气体进行所 述干法蚀刻。
11. 根据权利要求io所述的用于制造半导体器件的方法，其中使用包括氧化硅的材料形成所述栅绝缘层，并且 所述包括氯的气体包括氧。
12. 根据权利要求11所述的用于制造半导体器件的方法，所述包括氯的气体中氧的含量为15体积％或更多。
13. —种用于制造半导体器件的方法，包含以下步骤 在衬底的上方形成栅电极； 在所述栅电极的上方形成栅绝缘层； 在所述栅绝缘层的上方形成第一氧化物半导体层；在所述第一氧化物半导体层的上方形成第二氧化物半导体层，其中所述第二氧化物半 导体层的导电率高于所述第一氧化物半导体层的导电率；通过湿法蚀刻加工所述第一氧化物半导体层和所述第二氧化物半导体层以形成第一 岛状氧化物半导体层和第二岛状氧化物半导体层；在所述第二岛状氧化物半导体层的上方形成导电层；通过第一干法蚀刻加工所述导电层以形成源电极和漏电极；并且通过第二干法蚀刻去除所述第一岛状氧化物半导体层的一部分和所述第二岛状氧化 物半导体层的一部分以在所述第一岛状氧化物半导体层中形成凹陷部分。
14. 根据权利要求13所述的用于制造半导体器件的方法，其中所述第一氧化物半导体 层和所述第二氧化物半导体层每个都包括铟、镓、和锌。
15. 根据权利要求13所述的用于制造半导体器件的方法，其中使用在所述干法蚀刻中 的蚀刻速率高于所述第二氧化物半导体层所用的材料的蚀刻速率的材料来形成所述导电 层。
16. 根据权利要求13所述的用于制造半导体器件的方法，其中用包括氯的气体进行所 述干法蚀刻。
17. 根据权利要求16所述的用于制造半导体器件的方法，其中 使用包括氧化硅的材料形成所述栅绝缘层，并且 所述包括氯的气体包括氧。
18. 根据权利要求17所述的用于制造半导体器件的方法，所述包括氯的气体中的氧的 含量为15体积％或更多。
19. 一种用于制造半导体器件的方法，包含以下步骤 在衬底的上方形成栅电极； 在所述栅电极的上方形成栅绝缘层； 在所述栅绝缘层的上方形成第一氧化物半导体层；在所述第一氧化物半导体层的上方形成第二氧化物半导体层，其中所述第二氧化物半 导体层的导电率高于所述第一氧化物半导体层的导电率；通过湿法蚀刻加工所述第一氧化物半导体层和所述第二氧化物半导体层以形成第一 岛状氧化物半导体层和第二岛状氧化物半导体层；在所述第二岛状氧化物半导体层的上方形成导电层；通过干法蚀刻加工所述导电层以形成源电极和漏电极；并且通过所述干法蚀刻去除所述第一岛状氧化物半导体层的一部分和所述第二岛状氧化 物半导体层的一部分以在所述第一岛状氧化物半导体层中形成凹陷部分。
20. 根据权利要求19所述的用于制造半导体器件的方法，其中所述第一氧化物半导体 层和所述第二氧化物半导体层的每个都包括铟、镓、和锌。
21. 根据权利要求19所述的用于制造半导体器件的方法，其中使用在所述干法蚀刻中 的蚀刻速率高于所述第二氧化物半导体层所用材料的蚀刻速率的材料形成所述导电层。
22. 根据权利要求19所述的用于制造半导体器件的方法，其中用包括氯的气体进行所 述干法蚀刻。
23. 根据权利要求22所述的用于制造半导体器件的方法，其中 使用包括氧化硅的材料形成所述栅绝缘层，并且 所述包括氯的气体包括氧。
24. 根据权利要求23所述的用于制造半导体器件的方法，所述包括氯的气体中的氧的 含量为15体积％或更多。
25. —种用于制造半导体器件的方法，包含以下步骤 在衬底的上方形成栅电极； 在所述栅电极的上方形成栅绝缘层； 在所述栅绝缘层的上方形成岛状氧化物半导体层； 在所述岛状氧化物半导体层的上方形成导电层；通过使用包括氧和氯的气体的干法蚀刻来加工所述导电层以形成源电极和漏电极，以及通过所述干法蚀刻去除所述岛状氧化物半导体层的一部分以在所述岛状氧化物半导 体层中形成凹陷部分。
26. 根据权利要求25所述的用于制造半导体器件的方法，其中所述岛状氧化物半导体 层包括铟、镓、和锌。
27. 根据权利要求25所述的用于制造半导体器件的方法，其中使用在所述干法蚀刻中 的蚀刻速率高于所述岛状氧化物半导体层所用的材料的蚀刻速率的材料来形成所述导电层。
28. 根据权利要求25所述的用于制造半导体器件的方法，所述包括氯和氧的气体中的 氧的含量为15体积％或更多。
全文摘要
本发明的目的是建立用于制造使用氧化物半导体的半导体器件的加工技术。在衬底上方形成栅电极，在栅电极上方形成栅绝缘层，在栅绝缘层上方形成氧化物半导体层，通过湿法蚀刻加工氧化物半导体层以形成岛状氧化物半导体层，形成导电层以覆盖岛状氧化物半导体层，通过第一干法蚀刻加工导电层以形成源电极和漏电极，并且通过第二干法蚀刻去除岛状氧化物半导体层的一部分、或者通过干法蚀刻加工导电层以形成源电极和漏电极，并且通过所述干法蚀刻去除岛状氧化物半导体层的一部分以在岛状氧化物半导体层中形成凹陷部分。
文档编号H01L21/34GK101728275SQ20091020658
公开日2010年6月9日 申请日期2009年10月22日 优先权日2008年10月22日
发明者村冈大河, 笹川慎也, 须泽英臣 申请人:株式会社半导体能源研究所