半导体装置及半导体装置的制造方法

专利名称：半导体装置及半导体装置的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种具有由将氧化物半导体膜用作沟道形成区域的
薄膜晶体管(以下，称为TFT)构成的电路的半导体装置及其制造方法。 例如，涉及将以液晶显示面板为代表的电光装置或具有发光元件的发 光显示装置作为部件而安装的电子设备。
另外，在本说明书中的半导体装置是指能够通过利用半导体特性 而工作的所有装置，因此电光装置、半导体电路以及电子设备都是半
导体装置。
背景技术：
近年来，对在配置为矩阵状的每个显示像素中设置由TFT构成 的开关元件的有源矩阵型显示装置(液晶显示装置及发光显示装置或 电泳显示装置)进行了积极的研究开发。由于有源矩阵型显示装置在各 个像素(或每个点)中设置开关元件，与单纯矩阵方式相比，在增加像 素密度的情况下能够以低电压进行驱动而具有优势。
另外，将氧化物半导体膜用于沟道形成区域来形成薄膜晶体管 (TFT)等，并且将其应用于电子器件或光器件的技术受到关注。例 如，可以举出将氧化锌(ZnO)用作氧化物半导体膜的TFT、或使用 InGa03 (ZnO) m的TFT。在专利文献1和专利文献2中^>开有如下 技术将使用这些氧化物半导体膜的TFT形成在具有透光性的村底 上，并将其应用于图像显示装置的开关元件等。
[专利文献1日本专利申请公开2007-123861号公报 [专利文献2！日本专利申请公开2007_96055号公报 对于将氧化物半导体膜用作沟道形成区的薄膜晶体管，要求工作 速度快，制造工序相对简单，并且具有充分的可靠性。在形成薄膜晶体管时，源电极和漏电极使用低电阻的金属材料。 尤其是，在制造用于进行大面积显示的显示装置时，起因于布线的电 阻的信号迟延问题较为显著。所以，布线或电极的材料优选使用电阻 值低的金属材料。当薄膜晶体管采用由电阻值低的金属材料构成的源 电极和漏电极与氧化物半导体膜直接接触的结构时，有可能导致接触
电阻增大。可以认为以下原因是导致接触电阻增大的主要原因之一 在源电极和漏电极与氧化物半导体膜的接触面上形成肖特基结。
并且，在源电极和漏电极与氧化物半导体膜直接接触的部分中形 成电容，并且频率特性(称为f特性)降低，有可能妨碍薄膜晶体管 的高速工作。

发明内容
作为本发明的一个方式，将提供一种在使用含有铟(In )、镓(Ga ) 及锌(Zn)的氧化物半导体膜的薄膜晶体管中，减小了源电极或漏电 极的接触电阻的薄膜晶体管及其制造方法作为目的之一。
此外，本发明的目的之一在于提高使用含有In、 Ga及Zn的氧 化物半导体膜的薄膜晶体管的工作特性或可靠性。
另外，本发明的目的之一在于降低使用含有In、 Ga及Zn的氧 化物半导体膜的薄膜晶体管的电特性的不均匀性。尤其是，在液晶显 示装置中，各元件间的不均匀性较大的情况下，有可能发生起因于该 TFT特性的不均匀性的显示不均匀。
此外，在具有发光元件的显示装置中，当以向像素电极导通一定 的电流的方式设置的TFT (配置在驱动电路中的TFT或向像素中的 发光元件供给电流的TFT)的导通电流(I。n)的不均匀性较大时，有 可能引起在显示画面中亮度的不均匀。
以上，本发明的目的在于至少解决上述问题之一。
本发明的一个方式的要旨在于包括正交错型(顶栅结构)的薄 膜晶体管，该薄膜晶体管使用含有In、 Ga及Zii的氧化物半导体膜 作为半导体层，并且在半导体层与源电极层和漏电极层之间设置有緩冲层。
在本说明书中，将使用含有In、 Ga及Zn的氧化物半导体膜形 成的半导体层记作"IGZO半导体层"。
源电极层与IGZO半导体层需要欧姆接触，更优选尽可能地降低 该接触电阻。与此相同，漏电极层与IGZO半导体层需要欧姆接触， 更优选尽可能地降低该接触电阻。
由此，在源电极层和漏电极层与IGZO半导体层之间，通过意图 性地设置其载流子浓度比IGZO半导体层的载流子浓度高的緩冲层来 形成欧姆接触。
緩沖层使用具有n型导电型并含有In、 Ga及Zn的氧化物半导 体膜。还可以使緩冲层含有赋予n型的杂质元素。至于杂质元素，例 如可以使用镁、铝、钛、铁、锡、钙、锗、钪、钇、锆、铪、硼、铊、 铅等。通过将镁、铝、钛等包含在緩沖层中，可以起到对氧的阻挡效 果等，并通过形成后的加热处理等可以将半导体层的氧浓度保持于最 佳的范围内。
緩沖层用作n+层，还可以称为漏区或源区。
优选IGZO半导体层为非晶状态，以便降低薄膜晶体管的电特性 的不均匀性。
本发明的半导体装置的一个方式，包括薄膜晶体管包括:源电 极层和漏电极层、源电极层和漏电极层上的具有n型导电型的緩冲层、 具有n型导电型的緩冲层上的半导体层、半导体层上的栅极绝缘层、 栅极绝缘层上的栅电极层，其中半导体层和緩冲层是含有铟、镓及锌 的氧化物半导体层，緩冲层的载流子浓度高于半导体层的载流子浓 度，并且半导体层与源电极层和漏电极层夹着緩冲层互相电连接。
本发明的半导体装置的一个方式，包括薄膜晶体管包括源电 极层和漏电极层、源电极层和漏电极层上的具有n型导电型的緩冲层、 具有n型导电型的緩沖层上的半导体层、半导体层上的栅极绝缘层、 栅极绝缘层上的栅电极层，其中半导体层和緩冲层是含有铟、镓及锌 的氧化物半导体层，源电极层和漏电极层与栅电极层在半导体层的沟道形成区域中不重叠，并且緩冲层的载流子浓度高于半导体层的载流子浓度，并且半导体层与源电极层和漏电极层夹着緩冲层电连接。
由于氧化物半导体层的光吸收少，所以不需要使用栅电极层覆盖半导体层的沟道形成区域来进行遮光。所以，可以采用源电极层和漏电极层与栅电极层不在半导体层的沟道形成区域中重叠的结构，由此可以降低寄生电容。
在本发明的一个的方式中，在半导体层中设置在为源区或漏区的緩冲层之间的区域成为沟道形成区域。所以沟道长是在沟道长方向上的成为源区的緩冲层与成为漏区的緩冲层之间的长度。在半导体层的沟道形成区域中，即使是不重叠于栅电极层的区域，通过栅电极层的电压施加而形成沟道，而成为沟道区域。另外，栅电极层的端部还可以与緩冲层的端部一致。
緩沖层设置在源电极层及漏电极层与半导体层之间。所以，至少以覆盖与半导体层接触的一侧(与栅极绝缘层接触的相反一侧)的源电极层和漏电极层的端部的方式设置緩冲层。
在上述结构中，还可以在半导体层与緩冲层之间设置载流子浓度高于半导体层的载流子浓度且低于緩沖层的载流子浓度的第二緩沖
层。第二緩沖层用作iT层。
含有In、 Ga及Zn的氧化物半导体膜(IGZO膜)具有空穴迁移率随着载流子浓度的升高而升高的特性。因此，含有In、 Ga及Zn的氧化物半导体膜的载流子浓度与空穴迁移率的关系成为如图27所示那样。在本发明的一个方式中，适用于半导体层的沟道的IGZO膜的载流子浓度范围(沟道浓度范围l)优选为小于lxl017atoms/cm3
(更优选为lxl0"atoms/cm3以上)，并且适用于緩冲层的IGZO膜的载流子浓度范围(緩沖层浓度范围2)优选为lxl0"atoms/cm3以上
(更优选为lxl022atoms/cm3以下)。上述IGZO膜的载流子浓度是在用作半导体层的情况下，在室温下，并在没有施加源极电压、漏极电压以及栅电压的条件下的值。
当用作沟道的IGZO膜的载流子的浓度范围超过上述范围时，有可能使晶体管变成常导通。所以，通过将本发明的一个方式的载流子
浓度范围的IGZO膜用作半导体层的沟道，可以形成可靠性高的薄膜晶体管。
另外，优选使用钛膜作为源电极层和漏电极层。例如，当使用钛膜、铝膜、钛膜的叠层时，低电阻且铝膜不容易产生小丘。
本发明的半导体装置的制造方法的一个方式，包括如下步骤在衬底上形成源电极层和漏电极层；在源电极层和漏电极层上形成具有n型导电型的緩冲层；在緩冲层上形成半导体层；在半导体层上形成
栅极绝缘层；在栅极绝缘层上形成栅电极层；使用含有铟、镓及锌的氧化物半导体层形成半导体层和緩冲层；使緩冲层的载流子浓度高于半导体层的载流子浓度；半导体层夹着緩冲层电连接到源电极层和漏电极层。
可以在不暴露于大气的情况下，连续地形成半导体层、栅极绝缘层以及栅电极层。通过进行连续形成，可以减少因成为尘屑的大气中的杂质混入到界面而引起的不良。
源电极层、漏电极层、緩冲层、半导体层、栅极绝缘层以及栅电极层采用'践射法形成即可。优选在氧气氛下(或氧90%以上、稀有气体(氩)10%以下)形成栅极绝缘层和半导体层，并在稀有气体(氩)气氛下形成具有n型导电型的緩冲层。
通过如上所述那样使用溅射法进行连续的形成，生产率提高并且薄膜界面的可靠性稳定。另外，通过在氧气氛下形成半导体层和栅极绝缘层来使其含有更多的氧，可以抑制由于劣化而导致的可靠性的降低、或薄膜晶体管的特性向常导通一侧移动等。
根据本发明的一个方式，可以制造一种光电流小且寄生电容小并且开关比高的薄膜晶体管，即具有良好的动态特性的薄膜晶体管。所以，可以提供具有高电特性且可靠性好的薄膜晶体管的半导体装置。


图l(Al)、 1(A2)、 1(B1)以及1(B2)是说明半导体装置的图；图2A和2B是说明半导体装置的图3A至3F是说明半导体装置的制造方法的图4A至4D是说明半导体装置的制造方法的图5(Al)、 5(A2)、 5(B1)以及5(B2)是说明半导体装置的图6是说明半导体装置的图7A和7B是说明电子纸的使用方式的一个例子的图8是示出电子书籍的一个例子的外观图9A和9B是示出电视装置及数码相框的例子的外观图IOA和IOB是示出游戏机的例子的外观图11是示出移动电话机的一个例子的外观图12A和12B是说明半导体装置的方框图的图13是说明信号线驱动电路的结构的图14是说明信号线驱动电路的工作的时序图15是说明信号线驱动电路的工作的时序图16是说明移位寄存器的结构的图17是说明图16所示的触发器的连接结构的图18是说明多室型的制造装置的俯视示意图19A和19B是说明半导体装置的图20(Al)、 20(A2)以及20B是说明半导体装置的图21是说明半导体装置的图22A和22B是说明半导体装置的图23是说明半导体装置的图24A至24C是说明半导体装置的图25A和25B是说明半导体装置的图26是说明半导体装置的图27是说明空穴迁移率和载流子浓度的关系的具体实施例方式
下面，将参照附图对实施方式进行详细说明。但是，本发明不局限于以下的说明，所属技术领域的普通技术人员可以很容易地理解一个事实就是，其方式及详细内容在不脱离本发明的宗旨及其范围的情况下可以被变换为各种各样的形式。因此，本发明不应该被解释为仅限定在以下所示的实施方式所记载的内容中。另外，在以下说明的本发明的结构中，不同附图中使用相同的附图标记来表示相同的部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。
实施方式1
在本实施方式中，使用图l(Al)、 1(A2)、 l(Bl)以及1(B2)、图2A和2B、图3A至3F、图4A至4D对薄膜晶体管及其制造工序进行说明。
在图l(Al)、 1(A2)、 l(Bl)以及1(B2)中示出本实施方式的顶栅结构的正交错型薄膜晶体管的薄膜晶体管170a、 170b。图l(Al)为平面图，图1(A2)是沿着图l(Al)中的线Al-A2的截面图。图l(Bl)为平面图，图1(B2)是沿着图l(Bl)中的线Bl-B2的截面图。
在图l(Al)、 1(A2)、 l(Bl)以及1(B2)中，设置有在衬底100上具有绝缘层107a、绝》彖层107b、源电极层或漏电极层105a、 105b、具有n型导电型的緩沖层104a、 104b、半导体层103、栅极绝缘层102以及栅电极层101的薄膜晶体管.170a、 170b。
半导体层103使用含有In、 Ga及Zn的氧化物半导体膜，并在源电极层或漏电极层105a、105b与为IGZO半导体层的半导体层103之间，通过意图性地设置其载流子浓度比半导体层103的载流子浓度高的緩冲层104a、 104b来形成欧姆接触。
緩冲层104a、 104b使用具有n型导电型并含有In、 Ga及Zn的氧化物半导体膜。还可以使緩冲层104a、 104b含有赋予n型的杂质元素。至于杂质元素，例如可以使用镁、铝、钛、铁、锡、钙、锗、钪、钇、锆、铪、硼、铊、铅等。通过将镁、铝、钛等包含在緩沖层中，可以起到对氧的阻挡效果等，并通过形成后的加热处理等可以将半导体层的氧浓度保持于最佳的范围内。在本发明的一个方式中，半导体层的载流子浓度范围优选为小于
lxl017atoms/cm3 (更优选为lxl0"atoms/cm3以上)，并且緩冲层的载流子浓度范围优选为 lxl018atoras/cm3以上(更优选为lxl022atoms/cm3以下)。
当用作沟道的IGZO膜的载流子的浓度范围超过上述范围时，有可能导致薄膜晶体管变成常导通。所以，通过将本发明的一个方式的栽流子浓度范围的IGZO膜用作半导体层的沟道，可以形成可靠性高的薄膜晶体管。
另外，当在半导体层与緩冲层之间设置其载流子浓度低于用作n+层的緩冲层的载流子浓度且高于半导体层的栽流子浓度的第二緩沖层时，将笫二緩沖层的载流子浓度设定在半导体层与緩冲层的栽流子浓度之间的浓度范围即可。
緩冲层104a、 104b用作n+层，也可以称为漏区或源区。
图l(Al)和1(A2)的薄膜晶体管170a是在半导体层103的蚀刻加工的过程中，使用相同掩才莫对緩冲层104a、 104b进行蚀刻加工的例子，半导体层103的端部与接触于栅极绝缘层102的緩沖层104a、 104b的端部一致而互相连续。
图l(Bl)和1(B2)的薄膜晶体管170b是在半导体层103的蚀刻加工过程中，不对緩冲层104a、104b进行蚀刻加工的例子。緩冲层104a、104b延伸超过半导体层103的端部而露出在源电极层或漏电极层105a、 105b上。
在薄膜晶体管I70a、 170b中，示出覆盖源电极层或漏电极层105a、 105b、緩冲层104a、 104b以及半导体层103地i殳置栅极绝缘层102的例子，但也可以将栅极绝缘层102蚀刻加工为与半导体层103相同的形状。
由于用作本发明的一个方式中的半导体层103的氧化物半导体层的光吸收少，所以不需要用栅电极层覆盖半导体层的沟道形成区域来进行遮光。所以，可以采用源电极层和漏电极层与栅电极层不在半导体层的沟道形成区域中重叠的结构，由此可以降低寄生电容。在本发明的一个方式中，在半导体层103中设置在为源区或漏区 的緩冲层104a、 104b之间的区域成为沟道形成区域。所以，沟道长 是在沟道长方向上的成为源区的緩冲层与成为漏区的緩冲层之间的 长度。在半导体层103的沟道形成区域中，即使是不重叠于栅电极层 101的区域，通过4册电才及层101的电压施加而形成沟道，而成为沟道 区域。另外，栅电极层101的端部还可以与緩冲层104a、 104b的端 部一致。
緩冲层104a、 104bi殳置在源电极层或漏电极层105a、 105b与半 导体层103之间。所以，至少以覆盖与半导体层103接触的一侧(与 栅极绝缘层接触的相反一侧)的源电极层和漏电极层105a、 105b的 端部的方式设置緩冲层104a、 104b。
使用图3A至3F说明图l(Al)和1(A2)的薄膜晶体管170a的制造方法。
在本发明的一个方式的正交错型薄膜晶体管中，由于将半导体层 接触衬底地设置，所以优选形成绝缘膜作为基底膜以防止来自衬底的 杂质对半导体层的污染。作为基底膜，可以利用CVD法或溅射法等 并使用氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜或氮氧化硅膜的单层或叠层 来形成。在本实施方式中，在衬底100上形成用作基底膜的绝缘层 107a、 107b。
衬底100除了可以使用通过熔化方法或浮法(float method)制造 的无碱玻璃衬底如钡硼硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃、或铝硅酸盐玻 璃等及陶瓷衬底之外，还可以使用具有可承受本制造工序的处理温度 的耐热性的塑料衬底等。此外，还可以使用在不锈钢合金等金属村底 的表面上设置绝缘膜的衬底。衬底100的尺寸可以采用 320mmx400mm、 370mmx470mm、 550mmx650mm、 600mmx720mm、 680mmx880mm 、 730mmx920mm 、 1000mmxl200mm 、 1100mmxl250mm 、 1150mmxl300mm 、 1500mmxl800mm 、 1900mmx2200mm 、 2160mmx2460mm 、 2400mmx2800mm 、 或 2850mmx3050mm等。在绝缘层107b上形成源电极层或漏电极层105a、 105b,在源电 极层或漏电极层105a、 105b上形成具有n型导电型的半导体膜114。 半导体膜114是具有n型导电型并含有In、 Ga以及Zn的氧化物半 导体膜的具有n型导电型的半导体膜。
作为源电极层或漏电极层105a、 105b，可以通过溅射法或真空 蒸镀法在绝缘层107b上形成导电膜，并在该导电膜上利用光刻技术 或喷墨法形成掩模，并使用该掩模对导电膜进行蚀刻来形成。
作为源电极层或漏电极层105a、 105b，优选使用铝、铜、或添 加有硅、钬、钕、钪、钼等的提高耐热性的元素或者小丘防止元素的 铝合金的单层或者叠层来形成。另外，也可以采用如下叠层结构使 用钛、钽、钼、鴒或这些元素的氮化物形成接触于具有n型导电型的 半导体膜114一侧的膜，并且在其下方形成铝或铝合金。再者，也可 以采用使用钛、钽、钼、钨或这些元素的氮化物夹住铝或铝合金的上 面及下面的结构。在此，作为源电极层或漏电极层105a、 105b，使用 钛膜、铝膜及钛膜的叠层导电膜。
当使用钛膜、铝膜及钛膜的叠层时，其处于低电阻状态，并且在 铝膜中不容易产生小丘。
源电才及层或漏电才及层105a、 105b可以卩吏用溅射法或真空蒸镀法 来形成。另外，源电极层或漏电极层105a、 105b还可以使用银、金、 铜等的导电纳米膏并利用丝网印刷法、喷墨法等喷射并焙烧而形成。
另外，由于在源电极层或漏电极层105a、 105b上形成半导体膜 或布线，所以优选将其端部加工为锥形以防止断裂。
可以将具有n型导电型的半导体膜114的厚度设定为2nm至 lOOnm (优选的是20nm至50nm)。优选在稀有气体(优选的是氩) 气氛下形成具有n型导电型的半导体膜114。
例如，可以使用DC磁控溅射法形成具有n型导电型的半导体膜 114。在只有稀有气体的气氛下进行脉冲DC溅射法的溅射处理，形 成成为緩沖层的IGZO膜。该IGZO膜中的氧浓度低于后面形成的成 为半导体层103的具有过量的氧的IGZO膜(半导体膜111)膜中的氧浓度。另外，作为IGZO膜，优选其载流子浓度高于具有过量的氧 的IGZO膜(半导体膜111)的载流子浓度，并且作为靶，可以使用 在含有In、 Ga及Zn的氧化物半导体中添加Mg、 Al或Ti的耙。Mg、 Al或Ti是容易与氧起反应的材料，通过将这些材料包含在IGZO膜 中，可以起到阻挡氧的效果，并且即使在其形成后进行加热处理等， 也可以将半导体层的氧浓度保持在最佳范围内。该IGZO膜用作源区 或漏区。
在具有n型导电型的半导体膜114上形成掩模116。掩模116利 用光刻技术或喷墨法形成。通过对具有n型导电型的半导体膜114使 用掩模116进行蚀刻加工，形成具有n型导电型的半导体层115a、 115b (参照图3B )。
接下来，在半导体层U5a、 115b上形成半导体膜111 (参照图 3C)。
形成包含In、 Ga及Zn的氧化物半导体膜作为半导体膜111。 例如，使用溅射法形成厚度是50nm的含有In、 Ga及Zn的氧化物半 导体膜作为半导体膜111。作为具体条件例，可以使用直径是8英寸 的包含In、 Ga及Zn的氧化物半导体靶，将衬底和靶之间的距离设 定为170mm,将压力i殳定为0.4Pa，将直流(DC )电源i殳定为0.5kW， 并且在氩或氧气氛下形成膜。另外，当使用脉冲直流(DC)电源时， 可以减少碎屑，并且膜厚分布也变得均匀，所以这是优选的。
作为半导体膜111、具有n型导电型的半导体膜114等的氧化物
半导体膜除了溅射法以外的其它成膜方法，可以使用脉沖激光蒸镀法 (PLD法)及电子束蒸镀法等的气相法。从容易控制材料的组成的观 点来看，优选使用气相法中的PLD法，而从量产性的观点来看，如 上所述优选使用溅射法。
另外，可以将如柠檬酸或草酸等的有机酸用作蚀刻剂，来进行半 导体膜111或具有n型导电型的半导体膜114等的IGZO半导体膜的 蚀刻。例如，50nm的半导体膜111可以使用ITO-07N (日本关东化 学林式会社制造)进行150秒的蚀刻加工。说明书第12/52页
优选在氧气氛下(或氧90%以上、稀有气体(氩或氦等)10% 以下)形成为包含In、 Ga及Zn的氧化物半导体膜的半导体膜111。
接下来，使用掩模113对半导体膜111及具有n型导电型的半导 体层115a、115b进行蚀刻加工，来形成半导体层103以及緩冲层104a、 104b(参照图3D)。作为半导体层103及緩冲层104a、 104b，可以 通过利用光刻技术或液滴喷射法形成掩模113，并使用该掩模113对 半导体膜111和具有n型导电型的半导体层115a、 115b进行蚀刻而 形成。
如图3D所示，薄膜晶体管170a是在半导体层103的蚀刻加工 的工序中，使用相同掩模对緩冲层104a、 104b进行蚀刻加工。所以， 半导体层103的端部与接触于栅极绝缘层102的緩冲层104a、 104b 的端部一致而互相连续。
通过利用蚀刻将半导体层103和緩沖层104a、 104b的端部形成 为锥形，可以防止由于半导体层103和緩冲层104a、 104b的台阶形 状而引起的层叠在其上的布线的断裂。
去除掩模113之后，在源电极层或漏电极层105a、 105b、緩冲 层104a、 104b、半导体层103上形成栅极绝缘层102，并在栅极绝缘 层102上形成导电膜117 (参照图3E)。
栅极绝缘层102可以通过依次层叠氮化珪膜或氮氧化硅膜以及 氧化硅膜或氧氮化硅膜来形成。另外，可以不将栅极绝缘层形成为两 层结构，而从衬底一侧依次层叠氮化硅膜或氮氧化硅膜、氧化硅膜或 氧氮化硅膜、氮化硅膜或氮氧化硅膜的三层来形成。此外，可以使用 氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜、或者氮氧化硅膜的单层来形成。
此外，也可以通过溅射法在半导体层103上形成氧化硅膜，并通 过等离子体CVD法在氧化硅膜上层叠氮化硅膜作为栅极绝缘层102。 也可以通过溅射法形成氧化硅膜，并在氧化硅膜上通过等离子体CVD 法依次层叠氮化硅膜和氧化硅膜。
在此，氧氮化硅膜是指在其组成中氧含量大于氮含量，并且在其 浓度范围中包含55原子％至65原子％的氧、1原子％至20原子％的氮、25原子％至35原子％的硅以及0.1原子％至10原子％的氩。此 外，氮氧化硅膜是指在其组成中氮含量大于氧含量，并且在其浓度范 围中包含15原子°/。至30原子％的氧、20原子％至35原子％的氮、 25原子％至35原子％的硅以及15原子％至25原子％的氩。
此外，作为栅极绝缘层102，也可以使用铝、钇或铪的氧化物、 氮化物、氧氮化物、氮氧化物中的一种或者包含至少其中两种以上的 化合物的化合物。
此外，也可以使栅极绝缘层102包含氯、氟等卣元素。将栅极绝 缘层102中的卣元素的浓度设定为在浓度峰值上为lxl015atoms/cm3 以上且lxl02。atoms/cm3以下即可。
另外，优选在氧气氛下(或氧90%以上、稀有气体(氩或氦等) 10 %以下)形成栅极绝缘层102。
接下来，在导电膜117上形成掩模118。使用掩模118对导电膜 117进行蚀刻加工，形成栅电极层IOI (参照图3F)。
栅电极层101使用钛、钼、铬、钽、鴒、铝等的金属材料或其合 金材料形成。另外，可以利用喷墨法喷射银、金、铜等的导电纳米青 并进行焙烧来形成栅电极层101。另外，还可以在栅电极层上设置上 述金属材料的氮化物膜。另外，栅电极层101可以是单层结构或叠层 结构，例如可以从栅极绝缘层102 —侧使用铝膜和钼膜的叠层、铝和 钕的合金膜和钼膜的叠层、铝膜和钛膜的叠层、钛膜、铝膜以及钛膜 的叠层等。
然后，去除掩模118。通过上述工序，可以形成薄膜晶体管170a。 接着，图4A至4D表示图l(Bl)和1(B2)所示的薄膜晶体管170b 的制造工序。
图4A对应于图3A的工序，在i殳置有绝缘层107a、 107b的村底 IOO上形成源电极层或漏电极层105a、 105以及具有n型导电型的半 导体膜114。
在具有n型导电型的半导体膜114上形成掩才莫121，使用掩模121 对具有n型导电型的半导体膜114进行蚀刻加工来形成緩冲层104a、104b (参照图4B)。
在绝缘层107b、緩冲层104a、 104b上形成半导体膜，使用掩模 113对该半导体膜进行蚀刻加工而形成半导体层103 (参照图4C)。 在图4C中，在緩冲层104a、 104b不被蚀刻的条件下进行形成半导体 层103的蚀刻工序。所以，緩沖层104a、 104b延伸超过半导体层103 的端部而露出在源电极层或漏电才及层105a、 105b上。
去除掩才莫113之后，在源电极层或漏电极层105a、 105b、緩沖 层104a、 104b以及半导体层103上形成栅极绝缘层102，并在栅极绝 缘层102上通过使用掩模118对导电膜进行蚀刻加工来形成栅电极层 101。
然后，去除掩模118。根据上述工序可以形成薄膜晶体管170b。 另外，在本发明的一个方式中，可以在不暴露于大气的条件下连 续地形成半导体层、栅极绝缘层以及栅电极层。通过连续地成膜，可 以不被大气成分或悬浮在大气中的杂质元素污染地形成各叠层界面。 图2A和2B示出连续地形成半导体层、栅极绝缘层以及栅电极层的例 子。
图2A是在图3B中去除掩模116之后的工序。在其之后的蚀刻 加工中在不暴露于大气的条件下连续地形成成为半导体层103的半导 体膜131、栅极绝缘层132、成为栅电极层101的导电膜133 (参照图 2B)。优选利用溅射法形成半导体膜131、栅极绝缘层132以及导电 膜133。
在有源矩阵型的显示装置中，构成电路的薄膜晶体管的电特性十 分重要，该电特性决定显示装置的性能。尤其是，在薄膜晶体管的电 特性之中阈值电压(Vth)很重要。即使在场效应迁移率高的情况下， 当阈值电压值高、或阈值电压值为负时，作为电路的控制也很困难。 在薄膜晶体管的阈值电压值高并且阈值电压的绝对值大的情况下，当
驱动电压低时薄膜晶体管不能起到开关功能，有可能导致负载。另外， 当阈值电压值为负时，即使在栅极电压为OV的情况下，在源电极和 漏电极之间也有电流产生，容易变成所谓的常导通。在n沟道型的薄膜晶体管的情况下，优选的是，在对栅电压施加 正的电压时初次形成沟道，并且产生漏极电流的晶体管。在不提高驱 动电压的情况下不能形成沟道的晶体管、或即使在负的电压状态下也 能形成沟道并产生漏极电流的晶体管不适合用作用于电路的薄膜晶 体管。
所以，优选的是，在使用含有In、 Ga以及Zn的氧化物半导体 膜的薄膜晶体管的栅极电压为尽可能地近于0V的正的阈值电压的情 况下形成沟道。
可以认为薄膜晶体管的阈值电压值对氧化物半导体层的界面， 即氧化物半导体层和栅极绝缘层的界面的影响较大。
从而，通过在清洁的状态下形成这些界面，可以提高薄膜晶体管 的电特性并防止制造工序的复杂化，而实现具备量产性和高性能的双 方的薄膜晶体管。
尤其是，当在氧化物半导体层和栅极绝缘层之间的界面中存在有 大气中的水分时，这导致薄膜晶体管的电特性的劣化、阈值电压的不 均匀、容易变成常导通等的问题。通过连续形成氧化物半导体层和栅 极绝缘层，可以去除这些氢化合物。
因此，通过在减压下使用溅射法不暴露于大气并连续地形成半导 体膜131和栅极绝缘层132，可以实现具有良好的界面、漏电流低、 且电流驱动能力高的薄膜晶体管。
如上所述通过使用溅射法连续地形成膜，生产性得到提高并且薄 膜界面的可靠性稳定。另外，通过在氧气氛下形成半导体层和栅极绝 缘层并使其包含多的氧，可以抑制因劣化而导致的可靠性的降低以及 薄膜晶体管变为常导通。
另外，还可以通过利用多级灰度掩模(典型的有灰色调掩模、半 色调掩模)进行曝光来形成用于形成半导体层和栅电极层的蚀刻的掩 模。
多级灰度掩模指的是能够以三个级别对曝光部分、中间曝光部分 以及未曝光部分进行曝光的掩模。通过进行一次曝光及显影工序，可以形成具有多种(典型为两种)厚度区域的抗蚀剂掩模。因此，通过使用 多级灰度掩模，可以缩减曝光掩模的数目。通过缩减掩模的数目，可 以实现工序的筒化和低成本化。
也可以在薄膜晶体管170a、 170b上形成绝缘膜作为保护膜。可 以与栅极绝缘层同样地形成保护膜。另外，因为保护膜用于防止悬浮 在大气中的有机物、金属、水蒸气等的污染杂质的侵入，所以优选釆 用致密的膜。例如，可以在薄膜晶体管170a、 170b上形成氧化硅膜 和氮化硅膜的叠层作为保护膜。
另外，半导体层103以及緩冲层104a、 104b等的氧化物半导体 膜优选在成膜之后进行加热处理。虽然只要是在成膜之后就可以在任 何工序中进行加热处理，可以在刚成膜之后、导电膜117的形成之后、
保护膜的形成之后等进行。另外，也可以兼作其他加热处理而进行。 另外，将加热温度设定为300。C以上且400。C以下，优选地设定为350°C 即可。可以多次进4亍加热处理，以在不同工序中进4亍半导体层103的 加热处理以及緩冲层104a和104b的加热处理。
当采用不设置緩冲层(含有In、 Ga以及Zn并具有n型导电型 的氧化物半导体层)的源电极层和漏电极层、半导体层(含有In、 Ga以及Zn的氧化物半导体层)、栅极绝缘层、栅电极层的叠层结构 时，栅电极层和源电极层或漏电极层之间的距离变近而导致在其之间 产生的寄生电容增加。并且，该寄生电容的增加随着半导体层的薄膜 化逐渐显著。在本实施方式中，由于薄膜晶体管采用具有设置含有In、 Ga以及Zn并具有n型导电型的氧化物半导体层那样的载流子浓度高 的緩冲层的源电极层和漏电极层、緩冲层、半导体层、栅极绝缘层、 栅电极层的叠层结构，所以即使半导体层的厚度薄也可以抑制寄生电 容。
根据本实施方式可以得到光电流少、寄生电容小、导通截止比高 的薄膜晶体管，而可以制造具有良好的动态特性的薄膜晶体管。因此，
可以提供具有电特性高且可靠性好的薄膜晶体管的半导体装置。实施方式2
本实施方式是多栅结构的薄膜晶体管的例子。因此，其其他部分 可以与实施方式1同样地进行，所示省略与实施方式l相同的部分、 具有与实施方式1同样的功能的部分及工序的重复说明。
在本实施方式中，使用图5(Al)、 5(A2)、 5(B1)以及5(B2)说明用 于半导体装置的薄膜晶体管。图5(Al)是平面图，而图5(A2)相当于表 示沿着图5(A1)中的线E1-E2的截面图。图5(Bl)是平面图，而图5(B2) 相当于表示沿着图5(Bl)中的线Fl -F2的截面图。
如图5(Al)和5(A2)所示，在衬底150上设置有包括绝缘层157a、 157b、源电极层或漏电极层155a、 155b、布线层156、半导体层153、 緩冲层154a、 154b、 154c、栅电极层151a、 151b的多栅结构的薄膜 晶体管171a。在薄膜晶体管171a中，在栅电极层151a、 151b的下方 夹着栅极绝缘层152连续地设置半导体层153。
图5(Bl)和5(B2)示出其他的结构的多栅结构的薄膜晶体管171b。 如图5(Bl)和5(B2)所示在衬底150上设置有包括绝*彖层157a、 157b、 源电极层或漏电才及层155a、 155b、布线156、半导体层153a、 153b、 緩沖层154a、 154b、 154c、 154d、栅电极层151a、 151b的多栅结构 的薄膜晶体管171b。
在薄膜晶体管171b中，在布线层156上半导体层分断为半导体 层153a、 153b，而緩冲层分断为154c、 154d。半导体层153a和半导 体层153b —方面夹着緩沖层154c、緩冲层154d以及布线层156互相 电连接，另一方面半导体层153a夹着緩冲层154a电连接到源电极层 或漏电极层155a，而半导体层153b夹着緩冲层154b电连接到源电极 层或漏电极层155b。
半导体层153 ( 153a、 153b)是含有In、 Ga以及Zn的氧化物 半导体层，并且緩冲层154a、 154b、 154c、 154d是具有n型导电型 的含有In、 Ga以及Zn的氧化物半导体层。緩冲层154a、 154b、 154c、 154d的载流子浓度比半导体层153 ( 153a、 153b )的载流子浓度高。
如上所述，在本发明的一个方式的多栅结构的薄膜晶体管中，既可以连续地设置形成在各栅电极层下的半导体层，又可以以多个半导 体层夹着緩冲层及布线层等电连接的方式而设置。
由于本发明的一个方式的多栅结构的薄膜晶体管的截止电流少， 因此包括这种薄膜晶体管的半导体装置可以赋予高电特性及高可靠 性。
虽然在本实施方式中表示具有两个栅电极层的双栅结构的例子 作为多栅结构，但也可以用于具有更多的栅电极层的三栅结构等。 本实施方式可以与其他实施方式适当地组合而实施。
实施方式3
本实施方式是在薄膜晶体管中层叠緩冲层的例子。因此，其他工 序可以与实施方式l或实施方式2同样地进4亍，因此省略与实施方式 1或实施方式2相同的部分、具有同样的功能的部分及工序的重复说 明。
在本实施方式中，使用图6说明用于半导体装置的薄膜晶体管
173。
如图6所示，在衬底100上设置有包括绝缘层107a、 107b、源 电极层或漏电极层105a、 105b、緩冲层104a、 104b、緩沖层106a、 106b、半导体层,103、栅极绝缘层1D2以及栅电极层101的薄膜晶体 管173。
在本实施方式的薄膜晶体管173中，在半导体层103和緩冲层 104a、 104b之间分别设置有緩冲层106a、 106b作为第二緩冲层。
半导体层103是包含In、 Ga及Zn的氧化物半导体层，緩冲层 104a、 104b、緩冲层106a、 106b是具有n型导电型的包含In、 Ga 及Zn的氧化物半导体层。
设置在半导体层103和緩冲层104a、104b之间的第二緩冲层(緩 冲层106a、 106b)的载流子浓度高于半导体层103的载流子浓度并低 于緩沖层104a、 104b的载流子浓度。緩冲层104a、 104b用作n +层， 而第二緩冲层(緩沖层106a、 106b)用作iT层。在本发明的一个方式中，优选适用于半导体层103的载流子浓度 范围小于lxl017atoms/cm3 (更优选为lxl()Uatoms/cm3以上)，适用 于緩冲层的载流子的浓度范围为 lxl018atoms/cm3以上 (lxl022atoms/cm3以下)。
当用作沟道的半导体层103的载流子浓度范围超过上述范围时， 有可能使薄膜晶体管变成常导通。因此，通过将本发明的一个方式的 载流子浓度范围的IGZO膜用作半导体层103的沟道，可以形成可靠 性高的薄膜晶体管。
作为适用于用作n-层的緩冲层106a、 106b的浓度范围，可以将 其设定为低于用作n+层的緩冲层104a、 104b的载流子浓度并高于半 导体层103的载流子浓度。
如上所述，设置在半导体层和源电极层或漏电极层之间的緩沖层 可以采用叠层结构，并以其载流子浓度由半导体层向源电极层或漏电 极层上升的方式进行控制。
由于具有本发明的一个方式的叠层緩冲层的薄膜晶体管的截止
电流少，因此包括这种薄膜晶体管的半导体装置可以赋予高电特性及 高可靠性。另外，通过以栽流子浓度从半导体层103向源电极层或漏 电极层逐渐上升的方式形成梯度，可以降低半导体层103与源电极层 或漏电极层之间的接触电阻。另外，通过设置第二緩冲层，可以进一 步緩和集中在与半导体层103的接合界面上的电场。
本实施方式可以与其他实施方式适当地组合而实施。
实施方式4
在本实施方式中，以下对半导体装置的一个例子的显示装置中， 在同一衬底上至少制造驱动电路的一部分和配置在像素部中的薄膜 晶体管的例子进行说明。
根据实施方式1至实施方式3中任一个形成配置在^f象素部中的薄 膜晶体管。此外，因为实施方式1至实施方式3中任一个所示的薄膜 晶体管是n沟道型TFT,所以将驱动电路中的可以由n沟道型TFT分形成在与像素部的薄膜晶体管同一衬底上。图12A示出半导体装置的一个例子的有源矩阵型液晶显示装置 的框图的一个例子。图12A所示的显示装置在衬底5300上包括具 有具备显示元件的多个像素的像素部5301;选择各像素的扫描线驱动 电路5302;以及控制对被选择了的像素的视频信号输入的信号线驱动 电路5303。像素部5301通过从信号线驱动电路5303在列方向上延伸 地配置的多个信号线Sl-Sm (未图示)与信号线驱动电路5303连接， 并且通过从扫描线驱动电路5302在行方向上延伸地配置的多个扫描 线Gl-Gn (未图示)与扫描线驱动电路5302连接，并具有对应于信 号线Sl-Sm以及扫描线Gl-Gn配置为矩阵形的多个像素(未图示)。 并且，各个像素与信号线Sj (信号线Sl-Sm中任一 )、扫描线Gi (扫 描线G1-Gn中任一)连接。此外，实施方式1至实施方式3中任一个所示的薄膜晶体管是n 沟道型TFT,参照图13说明由n沟道型TFT构成的信号线驱动电路。图13所示的信号线驱动电路包括驱动器IC5601;开关群5602一1 至5602—M;第一布线5611;第二布线5612;第三布线5613;以及 布线5621_1至5621—M。开关群5602—1至5602—M分别包括第一薄 膜晶体管5603a、第二薄膜晶体管5603b以及第三薄膜晶体管5603c。驱动器IC5601连接到第一布线5611、第二布线5612、第三布线 5613及布线5621—1至5621—M。而且，开关群5602—1至5602—M分 别连接到第一布线5611、第二布线5612、第三布线5613及分别对应 于开关群5602—1至5602_M的布线5621_1至5621一M。而且，布线 5621—1至5621—M分别通过第一薄膜晶体管5603a、第二薄膜晶体管 5603b及第三薄膜晶体管5603c连接到三个信号线。例如，第J列的 布线5621—J (布线5621—1至5621—M中任一个)分别通过开关群 5602一J所具有的第一薄膜晶体管5603a、第二薄膜晶体管5603b及第 三薄膜晶体管5603c连接到信号线Sj-l、信号线Sj、信号线Sj + l。另外，对第一布线5611、第二布线5612、第三布线5613分别输 入信号。另外，驱动器IC5601优选形成在单晶村底上。再者，开关群 5602_1至5602—M优选形成在与像素部同一衬底上。因此，优选通过 FPC等连接驱动器IC5601和开关群5602_1至5602—M。接着，参照图14的时序图说明图13所示的信号线驱动电路的工 作。另外，图14的时序图示出选择第i行扫描线Gi时的时序图。再 者，第i行扫描线Gi的选择期间被分割为第一子选择期间Tl、第二 子选择期间T2及第三子选择期间T3。而且，图13的信号线驱动电 路在其他行的扫描线被选择的情况下也进行与图14相同的工作。另夕卜，图14的时序图示出第J列布线5621—J通过第一薄膜晶体 管5603a、第二薄膜晶体管5603b及第三薄膜晶体管5603c连接到信 号线Sj-1、信号线Sj、信号线Sj + l的情况。另外，图14的时序图示出第i行扫描线Gi被选择的时序、第一 薄膜晶体管5603a的导通.截止的时序5703a、第二薄膜晶体管5603b 的导通.截止的时序5703b、第三薄膜晶体管5603c的导通.截止的时序 5703c及输入到第J列布线5621—J的信号5721—J。另外，在第一子选择期间Tl、第二子选择期间T2及第三子选择 期间T3中，对布线5621—1至布线5621—M分别输入不同的^L频信号。 例如，在第一子选择期间Tl中输入到布线5621_J的视频信号输入到 信号线Sj - 1，在第二子选择期间T2中输入到布线5621—J的视频信 号输入到信号线Sj，在第三子选择期间T3中输入到布线5621—J的视 频信号输入到信号线Sj + l。再者，在第一子选择期间T1、第二子选 择期间T2及第三子选择期间T3中输入到布线5621_J的视频信号分 别为Data J - 1 、 Data J 、 Data J + 1 。如图14所示，在第一子选择期间Tl中，第一薄膜晶体管5603a 导通，而第二薄膜晶体管5603b及第三薄膜晶体管5603c截止。此时， 输入到布线5621_J的DataJ - 1通过第一薄膜晶体管5603a输入到信 号线Sj-l。在第二子选择期间T2中，第二薄膜晶体管5603b导通， 而第一薄膜晶体管5603a及第三薄膜晶体管5603c截止。此时，输入 到布线5621一J的DataJ通过第二薄膜晶体管5603b输入到信号线Sj。在第三子选择期间T3中，第三薄膜晶体管5603c导通，而第一薄膜 晶体管5603a及第二薄膜晶体管5603b截止。此时，输入到布线5621—J 的DataJ + 1通过第三薄膜晶体管5603c输入到信号线Sj + 1。据此，图13的信号线驱动电路通过将一个栅极选择期间分割为 三个来可以在一个栅极选择期间中将^L频信号从一个布线5621输入 到三个信号线。因此，图13的信号线驱动电路可以将形成驱动器 IC5601的衬底和形成有像素部的衬底的连接数设定为信号线数的大 约1/3。通过将连接数设定为大约1/3,图13的信号线驱动电路可以 提高可靠性、成品率等。另外，只要能够如图13所示，将一个选择期间分割为多个子选 择期间，并在多个子选择期间中从某一个布线分别将视频信号输入到 多个信号线，就不限制薄膜晶体管的配置、数量及驱动方法等。例如，当在三个以上的子选择期间的每一个中从一个布线将视频 信号分别输入到三个以上的信号线时，追加薄膜晶体管及用于控制薄 膜晶体管的布线，即可。但是，当将一个选择期间分割为四个以上的 子选择期间时，子选择期间变短。因此，优选将一个栅极选择期间分 割为两个或三个子选择期间。作为另一个例子，也可以如图15的时序图所示，将一个选择期 间分割为预充电期间Tp、第一子选择期间T1、第二子选择期间T2、 第三子选择期间T3。再者，图15的时序图示出选择第i行扫描线Gi 的时序、第一薄膜晶体管5603a的导通.截止的时序5803a、第二薄膜 晶体管5603b的导通.截止的时序5803b、第三薄膜晶体管5603c的导 通.截止的时序5803c以及输入到第J列布线5621一J的信号5821—J。 如图15所示，在预充电期间Tp中，第一薄膜晶体管5603a、第二薄 膜晶体管5603b及第三薄膜晶体管5603c导通。此时，输入到布线 5621_的预充电电压Vp通过第一薄膜晶体管5603a、第二薄膜晶体 管5603b及第三薄膜晶体管5603c分别输入到信号线Sj - 1、信号线 Sj、信号线Sj + l。在第一子选择期间T1中，第一薄膜晶体管5603a 导通，第二薄膜晶体管5603b及第三薄膜晶体管5603c截止。此时，输入到布线5621—J的DataJ - 1通过第一薄膜晶体管5603a输入到信 号线Sj-l。在第二子选择期间T2中，第二薄膜晶体管5603b导通、 第一薄膜晶体管5603a及第三薄膜晶体管5603c截止。此时，输入到 布线5621—J的DataJ通过第二薄膜晶体管5603b输入到信号线Sj。 在第三子选择期间T3中，第三薄膜晶体管5603c导通，第一薄膜晶 体管5603a及第二薄膜晶体管5603b截止。此时，输入到布线5621—J 的DataJ + 1通过第三薄膜晶体管5603c输入到信号线Sj + 1。据此，因为应用图15的时序图的图13的信号线驱动电路可以通过在子选择期间之前提供预充电选择期间来对信号线进行预充电，所 以可以对像素高速地进行视频信号的写入。另外，在图15中，使用 相同的附图标记来表示与图14相同的部分，而省略对于相同的部分 或具有相同的功能的部分的详细说明。此外，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、緩冲器。此外，根据情况，还可以包括电平转移器。在扫描线 驱动电路中，通过对移位寄存器输入时钟信号(CLK)及起始脉冲信 号(SP),生成选择信号。所生成的选择信号在緩冲器中被緩冲放大， 并供给到对应的扫描线。扫描线连接有一条线上的^f象素的晶体管的栅 电极。而且，由于需要将一条线上的像素的晶体管同时导通，因此使 用能够产生大电流的緩冲器。参照图16和图17说明用于扫描线驱动电路的一部分的移位寄存 器的一个方式。图16示出移位寄存器的电路结构。图16所示的移位寄存器由多 个触发器5701_i (触发器5701—1至5701—n)构成。此外，输入第一 时钟信号、第二时钟信号、起始脉冲信号、复位信号来进行工作。说明图16的移位寄存器的连接关系。在图16的移位寄存器的第 i级触发器5701J (触发器5701—1至5701_n中任一个)中，图17所 示的第一布线5501连接到第七布线5717—i-1，图17所示的第二布 线5502连接到第七布线5717j+l，图17所示的第三布线5503连接 到第七布线5717一i，并且图17所示的第六布线5506连接到第五布线5715。
此外，图17所示的第四布线5504在奇数级的触发器中连接到第 二布线5712，在偶数级的触发器中连接到第三布线5713，并且图17 所示的第五布线5505连接到第四布线5714。
但是，第一级触发器5701—1的图17所示的第一布线5501连接 到第一布线5711，而第n级触发器5701—n的图17所示的第二布线 5502连接到第六布线5716。
另外，第一布线5711、第二布线5712、第三布线5713、第六布 线5716也可以分别称为第一信号线、第二信号线、第三信号线、第 四信号线。再者，第四布线5714、第五布线5715也可以分别称为第 一电源线、第二电源线。
接着，图17示出图16所示的触发器的详细结构。图17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以及第八薄膜晶体管5578。另 外，第一薄膜晶体管5571、第二薄膜晶体管5572、笫三薄膜晶体管 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以及第八薄膜晶体管5578是n沟道型 晶体管，并且当栅极-源极间的电压(Vgs)超过阈值电压(Vth)时 成为导通状态。
接着，下面示出图16所示的触发器的连接结构。
第一薄膜晶体管5571的第一电极(源电极及漏电极中的一方) 连接到第四布线5504，并且第一薄膜晶体管5571的第二电极(源电 极及漏电极中的另一方)连接到第三布线5503。
第二薄膜晶体管5572的第一电极连接到第六布线5506，并且第 二薄膜晶体管5572的第二电极连接到第三布线5503。
第三薄膜晶体管5573的第一电极连接到第五布线5505,第三薄 膜晶体管5573的第二电极连接到第二薄膜晶体管5572的栅电极，并 且第三薄膜晶体管5573的栅电极连接到第五布线5505。第四薄膜晶体管5574的第一电极连接到第六布线5506,第四薄 膜晶体管5574的第二电极连接到第二薄膜晶体管5572的栅电极，并 且第四薄膜晶体管5574的栅电极连接到第一薄膜晶体管5571的栅电 极。
第五薄膜晶体管5575的第一电极连接到第五布线5505,第五薄 膜晶体管5575的第二电极连接到第一薄膜晶体管5571的栅电极，并 且第五薄膜晶体管5575的栅电极连接到第一布线5501。
第六薄膜晶体管5576的第一电极连接到第六布线5506，第六薄 膜晶体管5576的第二电极连接到第一薄膜晶体管5571的栅电极，并 且第六薄膜晶体管5576的栅电极连接到第二薄膜晶体管5572的栅电 极。
笫七薄膜晶体管5577的第一电极连接到笫六布线5506，第七薄 膜晶体管5577的第二电极连接到第一薄膜晶体管5571的栅电极，并 且第七薄膜晶体管5577的栅电极连接到第二布线5502。第八薄膜晶 体管5578的第一电极连接到第六布线5506，第八薄膜晶体管5578的 第二电极连接到第二薄膜晶体管5572的栅电极，并且第八薄膜晶体 管5578的栅电极连接到第一布线5501。
另外，将第一薄膜晶体管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 的第二电极以及第七薄膜晶体管5577的第二电极的连接部作为节点
5543。 再者，将第二薄膜晶体管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 的栅电极以及第八薄膜晶体管5578的第二电极的连接部分作为节点
5544。
另外，第一布线5501、第二布线5502、第三布线5503以及第四 布线5504也可以分别称为第一信号线、第二信号线、第三信号线、 第四信号线。再者，第五布线5505、第六布线5506也可以分别称为 第一电源线、第二电源线。
此外，也可以仅使用实施方式1至实施方式3中任一个所示的n沟道型TFT制造信号线驱动电路及扫描线驱动电路。因为实施方式1 至实施方式3中任一个所示的n沟道型TFT的晶体管迁移率大，所 以可以提高驱动电路的驱动频率。另外，由于实施方式l至实施方式 3中任一个所示的n沟道型TFT利用是具有n型导电型的含有铟、镓、 锌的氧化物半导体层的緩沖层来降低寄生电容，因此频率特性(被称 为f特性)高。例如，由于可以使使用实施方式1至实施方式3中任 一个所示的n沟道型TFT的扫描线驱动电路进行高速工作，因此可 以提高帧频率或实现黑屏插入等。
再者，通过增大扫描线驱动电路的晶体管的沟道宽度，或配置多 个扫描线驱动电路等，可以实现更高的帧频率。在配置多个扫描线驱 动电路的情况下，通过将用来使偶数行的扫描线驱动的扫描线驱动电 路配置在一侧，并将用来使奇数行的扫描线驱动的扫描线驱动电路配 置在其相反一侧，可以实现帧频率的提高。
此外，在制造作为半导体装置的一个例子的有源矩阵型发光显示 装置的情况下，在至少一个像素中配置多个薄膜晶体管，因此优选配 置多个扫描线驱动电路。图12B示出有源矩阵型发光显示装置的框图 的一个例子。
图12B所示的发光显示装置在衬底5400上包括具有多个具备 显示元件的像素的像素部5401;选择各像素的第一扫描线驱动电路 5402及第二扫描线驱动电路5404;以及控制对被选择的像素的视频 信号的输入的信号线驱动电路5403。
当将输入到图12B所示的发光显示装置的像素的视频信号设定 为数字方式的情况下，根据薄膜晶体管的导通和截止的转换，像素变 成发光或非发光状态。因此，可以采用面积灰度法或时间灰度法进行 灰度级显示。面积灰度法是一种驱动法，其中通过将一个像素分割为 多个子像素并根据视频信号分别驱动各子像素，来进行灰度级显示。 此外，时间灰度法是一种驱动法，其中通过控制像素发光的期间，来 进行灰度级显示。
发光元件的响应速度比液晶元件等的响应速度快，所以与液晶元件相比适合时间灰度法。在具体地采用时间灰度法进行显示的情况 下，将一个帧期间分割为多个子帧期间。然后，根据视频信号，在各 子帧期间中使像素的发光元件处于发光或非发光状态。通过分割为多 个子帧期间，可以利用视频信号控制像素在 一个帧期间中实际上发光 的期间的总长度，并显示灰度级。
另外，在图12B所示的发光显示装置中示出一种例子，其中当 在一个像素中配置两个TFT，即开关TFT和电流控制TFT时，使用 第 一扫描线驱动电路5402生成输入到开关TFT的栅极布线的第 一扫 描线的信号，使用第二扫描线驱动电路5404生成输入到电流控制TFT 的栅极布线的第二扫描线的信号。但是，也可以使用一个扫描线驱动 电路生成输入到第一扫描线的信号和输入到第二扫描线的信号。此 外，例如根据开关元件所具有的各晶体管的数量，可能会在各像素中 设置多个用来控制开关元件的工作的第一扫描线。在此情况下，既可 以使用 一个扫描线驱动电路生成输入到多个第 一扫描线的所有信号， 也可以使用多个扫描线驱动电路分别生成输入到多个第一扫描线的 信号。
此外，在发光显示装置中也可以将驱动电路中的能够由n沟道型 TFT构成的驱动电路的一部分形成在与像素部的薄膜晶体管同一衬 底上。另外，也可以仅使用实施方式1至实施方式3中任一个所示的 n沟道型TFT制造信号线驱动电路及扫描线驱动电路。
此外，上述驱动电路除了液晶显示装置及发光显示装置还可以用 于利用与开关元件电连接的元件来驱动电子墨水的电子纸。电子纸也 被称为电泳显示装置(电泳显示器)，并具有如下优点与纸相同的 易读性、耗电量比其他的显示装置小、可形成为薄而轻的形状。
作为电泳显示器可考虑各种方式。电泳显示器是如下器件，即在 溶剂或溶质中分散有多个包含具有正电荷的第一粒子和具有负电荷 的笫二粒子的微嚢，并且通过对微囊施加电场使微嚢中的粒子互相向 反方向移动，以仅显示集合在一方的粒子的颜色。另外，第一粒子或 第二粒子包含染料，且在没有电场时不移动。此外，第一粒子和第二粒子的颜色不同(该颜色包含无色)。
像这样，电泳显示器是利用所谓的介电电泳效应的显示器。在该 介电电泳效应中，介电常数高的物质移动到高电场区。电泳显示器不 需要使用液晶显示装置所需的偏振片和对置衬底，从而可以使其厚度 和重量减少一半。
将在其中分散有上述微嚢的溶剂称作电子墨水，该电子墨水可以 印刷到玻璃、塑料、布、纸等的表面上。另外，还可以通过使用彩色 滤光片或具有色素的粒子来进行彩色显示。
此外，在有源矩阵衬底上适当地布置多个上述微嚢，使得微嚢夹 在两个电极之间而完成有源矩阵型显示装置，通过对微嚢施加电场可
以进行显示。例如，可以使用根据实施方式1至实施方式3中任一个 所示的薄膜晶体管而获得的有源矩阵村底。
此外，作为微嚢中的第 一粒子及第二粒子，采用选自导电体材料、 绝缘体材料、半导体材料、磁性材料、液晶材料、铁电性材料、电致 发光材料、电致变色材料、磁泳材料中的一种或这些材料的组合材料 即可。
根据上述工序可以制造作为半导体装置可靠性高的显示装置。 本实施方式可以与其他的实施方式中所记载的结构适当地组合 而实施。
实施方式5
在此，表示至少不使栅极绝缘层和氧化物半导体层的叠层接触于 大气地进行连续成膜的正交错型薄膜晶体管的制造例子。在此，表示 直至进行连续成膜的工序的工序，而作为后面的工序根据实施方式1 至实施方式3中的任一个制造薄膜晶体管即可。
在本说明书中，连续成膜是指在从利用溅射法进行的笫一成膜 工序到利用溅射法进行的第二成膜工序的一 系列工序中，放置有被处 理衬底的气氛不接触于大气等的污染气氛而一直控制为真空或惰性 气体气氛(氮气氛或稀有气体气氛)。通过进行连续成膜，可以避免
33水分等再附着于清净化的被处理衬底上而进行成膜。
在相同处理室内进行从第 一成膜工序到第二成膜工序的 一 系列 工序的状态包括在本说明书中的连续成膜的范围内。
另外，当在不同处理室内进行从第一成膜工序到第二成膜工序的 一系列工序时，在结束第一成膜工序之后，不接触于大气地在处理室 之间进行衬底搬运，然后进行第二成膜，这个状态也包括在本说明书 中的连续成膜的范围内。
另外，在第一成膜工序和第二成膜工序之间具有衬底搬运工序、 对准工序、緩冷工序或者加热或冷却衬底以将其设定为第二工序所需 要的温度的状态等也包括在本说明书中的连续成膜的范围内。
但是在第一成膜工序和第二成膜工序之间具有清洗工序、湿蚀 刻、抗蚀剂形成等的使用液体的工序的情况不包括在本说明书中的连 续成膜的范围内。
在不暴露于大气地进行连续成膜的情况下，优选使用如图18所 示那样的多室型制造装置。
在制造装置的中央部中设置有具有搬运衬底的搬运机构(典型的 是搬运机械81)的搬运室80，并且搬运室80通过闸阀83连接有卡 匣(cassette)室82，该卡匣室82安置收纳有搬入及搬出到搬运室内 的多个衬底的卡匣盒(cassette case )。
另外，搬运室80分别通过闸阀84至88连接有多个处理室。在 此，表示五个处理室连接到俯视形状是六角形的搬运室80的例子。 另外，通过改变搬运室的俯视形状，可以改变能够连接的处理室数。 例如采用四角形则可以连接三个处理室，而采用八角形则可以连接七 个处理室。
在五个处理室中，将至少一个处理室设定为进行溅射的溅射处理 室。在溅射处理室的处理室内部中，至少设置有溅射靶、用来对靶进 行'减射的电力施加机构、气体导入单元、将村底保持在预定位置的衬 底支架等。另外，在溅射处理室中设置有控制处理室内的压力的压力 控制单元以将溅射处理室内处于减压状态。
34濺射法具有如下方法作为溅射用电源使用高频电源的RF溅射法、DC賊射法以及以脉冲方式施加偏压的脉冲DC溅射法。RF溅射法主要用于形成绝缘膜，而DC溅射法主要用于形成金属膜。
另外，也有可以设置材料不同的多个靶的多元溅射装置。多元溅射装置既可以在同一处理室中层叠形成不同的材料膜，又可以在同一处理室中同时对多种材料进行放电而进行成膜。
另外，也有使用磁控管賊射法的溅射装置和使用ECR溅射法的'减射装置。在使用磁控管'减射法的溅射装置中，在处理室内部具备磁铁机构，而在使用ECR溅射法的溅射装置中，不使用辉光放电而利用使用微波产生的等离子体。
在溅射处理室中，适当地使用上述多样的溅射法。
另外，作为成膜方法具有反应溅射法、偏压溅射法在反应溅射法中，当进行成膜时使靶物质和溅射气体成分起化学反应而形成这些化合物薄膜；而在偏压溅射中，当进行成膜时对衬底也施加电压。
另外，将在五个处理室中的其他处理室之一设定为在进行溅射之前进行衬底的预热等的加热处理室、在进行溅射之后冷却村底的冷却处理室或进行等离子体处理的处理室。
接着，说明制造装置的工作的一个例子。
将容纳有使被成膜面朝向下面的衬底94的衬底卡匣设置在卡匣室82,并利用设置在卡匣室82中的真空排气单元使卡匣室处于减压状态。另外，预先对各处理室及搬运室80的内部利用设置在它们中的真空排气单元进行减压。通过上述步骤，当在各处理室之间搬运衬底时可以不接触大气地维持清洁的状态。
另外，在将被成膜面朝下的衬底94上预先至少设置有源电极层、漏电极层和緩冲层。例如，在衬底和源电极层和漏电极层之间也可以设置通过等离子体CVD法可以得到的氮化硅膜、氮氧化硅膜等的基底绝缘膜。在使用包含碱金属的玻璃衬底作为衬底94的情况下，基底绝缘膜具有如下作用抑制来自村底的钠等的可动离子侵入到其上面的半导体区域中而引起的TFT的电特性变化。
35接着，开启闸阀83并利用搬运机械81从卡匣抽出第一个衬底94,开启闸阀84并将第一个衬底94搬运到第一处理室89中，并且关闭闸阀84。在第一处理室89中，利用加热器或灯加热对衬底进行加热来去除附着在衬底94上的水分等。特别是，因为当栅极绝缘膜包含水分时，TFT的电特性有可能变化，所以进行溅射成膜之前的加热是有效的。另外，当在卡匣室82设置村底的阶段中充分地去除水分时，不需要进行该加热处理。
此外，也可以在第一处理室89中设置等离子体处理单元，并对膜的表面进行等离子体处理。另外，还可以在卡匣室82设置加热单元并在卡匣室82中进行加热以去除水分。
接着，开启闸阀84并利用搬运机械81将村底搬运到搬运室80，开启闸阀85将碎十底搬运到第二处理室90中，并且关闭闸阀85。
在此，作为第二处理室90,采用使用DC磁控溅射法的溅射处理室。在第二处理室90中，形成氧化金属层(IGZO膜)作为半导体层。可以在稀有气氛下或氧气氛下使用包含In、 Ga及Zn的氧化物半导体靶进行成膜。在此，为了使IGZO膜包含极多的氧，在只有氧的气氛下，或在氧为90。/。以上且Ar为10%以下的气氛下作为靶使用包含In、 Ga及Zn的氧化物半导体，并进行采用脉冲DC溅射法的溅射，来形成具有过量的氧的IGZO膜。
在形成具有过量的氧的IGZO膜之后，以不接触于大气的方式开启闸阀85并利用搬运机械81将衬底搬运到搬运室80，开启闸阀86并将衬底搬运到第三处理室91中，并且关闭闸阀86。
在此，作为第三处理室91，采用使用RF磁控賊射法的溅射处理室。在第三处理室91中，形成用作栅极绝缘层的氧化硅膜(SiOx膜)。
作为栅极绝缘层，除了氧化硅膜之外，还可以使用氧化铝(Al203膜)、
氧化镁膜(MgOx膜)、氮化铝膜(AlNx膜)、氧化钇膜(YOx膜)等。
此外，也可以对栅极绝缘层中添加少量的例如氟、氯等的卣元素来将钠等的可动离子固定化。作为其方法，在处理室中引入包含卤元
36素的气体进行溅射。但是，在引入包含卣元素的气体的情况下，处理室的排气单元需要设置有除害装置。优选将使栅极绝缘膜包含的卤元
素的浓度设定为如下浓度通过使用SIMS (二次离子质谱分析法)的分析而可以得到的浓度峰值在lxl015cnT3以上且lxl0"cm^以下的范围内。
在得到SiOx膜的情况下，可以采用如下方法作为耙使用人工石英并使用稀有气体，典型地使用氩的溅射法；或作为靶使用单晶硅并与氧气体起化学反应而得到SiOx膜的反应溅射法。在此，为了使SiOx膜包含极多的氧，作为靶使用人工石英，在只有氧的气氛下，或在氧为90%以上且Ar为10%以下的气氛下进行賊射，来形成具有过量的氧的SiOx膜。
如上所述，通过以不接触大气的方式连续形成具有过量的氧的IGZO膜和具有过量的氧的SiOx膜，因为其彼此是具有过量的氧的膜所以可以使其界面状态稳定，并提高TFT的可靠性。当在形成SiOx膜之前衬底接触于大气时，水分等附着在衬底上并对界面状态造成坏影响，因此有引起阈值的不均匀性、电特性劣化、变为常导通TFT等的忧虑。水分是氢化合物，而通过以不接触于大气的方式进行连续成膜，可以防止氢化合物存在于界面中。从而，通过进行连续成膜，可以减少阈值的不均匀性，防止电特性的劣化，并且抑制TFT移动到常导通一侧，优选避免这种移动。
此外，也可以通过在第二处理室90的溅射处理室中设置包含In、Ga及Zn的氧化物半导体靶和人工石英的靶的双方，并使用挡板按顺序层叠而进行连续形成，在相同的处理室中进行层叠。在靶和衬底之间设置挡板，打开进行成膜的靶的挡板，而关闭不进行成膜的靶的挡板。在相同的处理室中进行层叠的优点是可减少所使用的处理室数并可以防止当在不同的处理室之间搬运衬底时微粒等附着在衬底上。
接着，不使接触于大气地开启闸阀86并使用搬运机械81将衬底搬运到搬运室80。
接着，不接触于大气地开启闸阀87，将衬底搬运到第四处理室
3792内，并且关闭闸阀87。
在此，作为第四处理室92，采用使用DC磁控'賊射法的溅射处理室。在第四处理室92中，形成成为栅电极层的金属多层膜(导电膜)。在第四处理室92的溅射处理室中设置钛靶和铝靶的双方，并使用挡板按顺序层叠进行连续成膜来在同 一个处理室中进行层叠。在此，在钛膜上层叠铝膜，而且在铝膜上层叠钛膜。
另外，通过不接触于大气地连续形成栅极绝缘层和成为栅电极层的金属多层膜，在栅极绝缘层和金属多层膜之间可以实现良好的界面状态，而可以降低接触电阻。
虽然在本实施方式中，源电极层、漏电极层以及緩冲层使用预先设置的衬底94，但是源电极层、漏电极层或緩冲层还可以使用多室型制造装置在不暴露于大气的情况下连续地形成。可以根据要形成的膜的数量或种类的增减适当地选择处理室，例如，当成膜工序增加时还可以使用第五处理室93。
重复上述工序地对卡匣盒中的衬底进行成膜处理并在完成多个衬底的处理之后，将卡匣室从真空状态还原到大气压状态并取出衬底及卡匣。
另外，在第一处理室89中可以进行具有过量的氧的IGZO膜的形成之后的加热处理，具体而言可以进行300。C至400。C的加热处理，优选的是350。C以上的加热处理。通过进行该加热处理，可以提高正交错型薄膜晶体管的电特性。该加热处理只要形成在具有过量的氧的IGZO膜之后进行，就没有特别的限制，例如可以在形成具有过量的氧的IGZO膜之后或在形成金属多层膜之后进行该加热处理。当在金属多层膜形成之后进行加热处理时，需要选择不会在金属多层膜上产生小丘的金属材料、加热条件(温度、时间)。在使用容易在金属多层膜上产生小丘的材料的情况下，可以在金属多层膜上形成保护膜之后再进行加热处理。
接着，使用掩模对各叠层膜进行蚀刻加工。既可以使用干蚀刻、湿蚀刻进行形成，又可以在多次蚀刻中分别选择性地进行蚀刻。
38在以下的工序中，根据上述实施方式1至实施方式3中任一个可
以制造正交错型薄膜晶体管。
虽然在此以多室方式的制造装置为例子进行说明，但是也可以使用串联连接'减射处理室的串列方式的制造装置来不接触于大气地进行连续成膜。
此外，图18所示的装置中釆用将被成膜面朝向下面的方式，即采用所谓的朝下方式的处理室，但是也可以采用将衬底竖为垂直的纵向安装方式的处理室。纵向安装方式的处理室具有其占地面积(footprint)比朝下方式的处理室小的优点，并且当使用因村底的自重而会弯曲的大面积的衬底时是有效的。
实施方式6
可以通过制造本说明书所公开的发明的薄膜晶体管，并将该薄膜晶体管用于像素部及驱动电路来制造具有显示功能的半导体装置(也称为显示装置)。此外，可以通过将使用本发明的薄膜晶体管的驱动电路的一部分或整体一体地形成在与像素部相同的衬底上，来形成系统型面板(system-on画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(也称为液晶显示元件)、发光元件。在发光元件的范围内包括由电流或电压控制亮度的元4牛，具体而言，包括无才几EIX Electro Luminescence;电致发光)、有机EL等。此外，也可以应用电子墨水等的对比度因电作用而变化的显示介质。
此外，显示装置包括密封有显示元件的面板和在该面板中安装有包括控制器的IC等的模块。再者，本说明书所公开的发明涉及一种元件衬底，该元件衬底相当于制造该显示装置的过程中的显示元件完成之前的 一个方式，并且其在多个像素中分别具备用来将电流供给到显示元件的单元。具体而言，元件村底既可以是只形成有显示元件的像素电极的状态，又可以是形成成为像素电极的导电膜之后且通过蚀刻形成像素电极之前的状态，或其他任何方式。
39另外，本说明书中的显示装置是指图像显示器件、显示器件、或
光源(包括照明装置)。另夕卜，显示装置还包括安装有连接器诸如FPC(Flexible Printed Circuit;柔性印刷电路)、TAB ( Tape AutomatedBonding;载带自动键合)带或TCP ( Tape Carrier Package;载带封装)的模块；将印刷线路板设置于TAB带或TCP端部的模块；通过COG ( Chip On Glass;玻璃上芯片)方式将IC (集成电路)直接安装到显示元件上的模块。
在本实施方式中，作为本发明的半导体装置的一个方式，示出液晶显示装置的例子。
图19A和19B示出应用本发明的一个方式的有源矩阵型液晶显示装置。图19A是液晶显示装置的平面图，而图19B是沿着图19A中的线V-X的截面图。用于半导体装置的薄膜晶体管201可以与实施方式2所示的薄膜晶体管同样地制造，并且它是包括IGZO半导体层及具有n型导电型的IGZO半导体层的可靠性高的薄膜晶体管。此外，也可以应用实施方式1或实施方式3所示的薄膜晶体管作为本实施方式的薄膜晶体管201。
图19A所示的本实施方式的液晶显示装置包括源^ L布线层202、多栅结构的正交错型薄膜晶体管201、栅极布线层203、电容布线层204。
另外，在图19B中，在本实施方式的液晶显示装置中具有液晶显示元件260,并且衬底200和衬底266中间夹着液晶层262彼此对置。该衬底200设置有绝缘层215a、 215b、多栅结构的薄膜晶体管201、绝缘层211、绝缘层212、绝缘层213、用于显示元件的电极层255、用作取向膜的绝缘层261、偏振片268。并且该衬底266 i殳置有用作取向膜的绝缘层263、用于显示元件的电极层265、用作彩色滤光片的着色层264、偏振片267。
另外，还可以使用不使用取向膜的显示为蓝相的液晶。蓝相是液晶相的一种，是指当使胆甾相液晶的温度上升时即将从胆甾相转变到均质相之前出现的相。由于蓝相只出现在较窄的温度范围内，所以为
40了改善温度范围而将使用混合有5重量％以上的手性试剂的液晶组成物用于液晶层262。包含显示为蓝相的液晶和手性试剂的液晶组成物的响应速度短，即为10ps至100ps，并且由于其具有光学各向同性而不需要取向处理从而视角依赖小。
另外，虽然图19A和19B示出应用透过型液晶显示装置的例子，但是本发明的一个方式也可以应用反射型液晶显示装置或半透过型液晶显示装置。
另外，虽然在图19A和19B的液晶显示装置中示出在衬底266的外侧(可见一侧)设置偏振片267,并在内侧依次设置着色层264、用于显示元件的电极层265的例子，但是也可以在衬底266的内侧设置偏振片267。另外，偏振片和着色层的叠层结构也不局限于图19A和19B所示的结构，只要根据偏振片和着色层的材料或制造工序条件进行适当地设定即可。另外，还可以设置用作黑矩阵的遮光膜。
另外，在本实施方式中，使用用作保护膜或平坦化绝缘膜的绝缘层(绝缘层211、绝缘层212或绝缘层213 )覆盖通过实施方式2得到的薄膜晶体管，以减少薄膜晶体管的表面凹凸并提高薄膜晶体管的可靠性。另外，因为保护膜用来防止悬浮在大气中的有机物、金属、水蒸气等的污染杂质的侵入，所以优选采用致密的膜。使用CVD法
等并利用氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜或氮氧化硅膜的单层或叠层而形成保护膜，即可。另外，也可以使用有机硅烷气体和氧作为工艺气体并利用等离子体CVD法而形成氧化硅膜作为保护膜。
有机硅烷是如下化合物硅酸乙酯(TEOS:化学式Si(OC2Hs)4)、四甲基硅烷(TMS:化学式Si (CH3) 4)、四甲基环四硅氧烷(TMCTS) 、 /\曱基环四珪氧烷(OMCTS)、六曱基二珪氮烷(HMDS )、三乙氧基硅烷(化学式SiH ( OC2H5) 3)、三二曱氨基硅烷(化学式SiH (N (CH3) 2) 3)等。
形成绝缘层211作为保护膜的第一层。绝缘层211具有防止铝膜的小丘的效果。在此，使用等离子体CVD法形成氧化硅膜作为绝缘层211。作为氧化硅膜的成膜用工艺气体，使用TEOS及02，并且其
41流量比为TEOS\02-15\750。成膜工序的衬底温度是300°C。
另外，形成绝缘层212作为保护膜的第二层。在此，使用等离子体CVD法形成氮化硅膜作为绝缘层212。作为氮化硅膜的成膜用工艺气体，使用SiH4、 N2、 NH3及H2。当使用氮化硅膜作为保护膜的一个层时，可以抑制钠等的可动离子侵入到半导体区域中而使TFT的电特性变化。
另外，也可以在形成保护膜之后进行IGZO半导体层的加热处理(300。C至400°C )。
另外，形成绝缘层213作为平坦化绝缘膜。作为绝缘膜213，可以使用具有耐热性的有机材料如聚酰亚胺、丙烯、苯并环丁烯、聚酰胺、环氧等。另外，除了上述有机材料之外，还可以使用低介电常数材料(low-k材料)、硅氧烷基树脂、PSG (磷硅玻璃)、BPSG (硼磷硅玻璃)等。硅氧烷基树脂除了氢之外还可以具有氟、烷基和芳基中的至少一种作为取代基。另外，也可以通过层叠多个由这些材料形成的绝缘膜，来形成绝缘层213。
另外，硅氧烷基树脂相当于以硅氧烷基材料为起始材料而形成的包含Si-O-Si键的树脂。硅氧烷基树脂除了氢以外，还可以具有氟、烷基和芳香烃中的至少一种作为取代基。
绝缘膜213可以根据其材料利用CVD法、溅射法、SQG法、旋涂、浸渍、喷涂、液滴喷射法(喷墨法、丝网印刷、胶版印刷等)、刮片、辊涂、幕涂、刮刀涂布等来形成。在使用材料液形成绝缘层213的情况下，也可以在进行焙烧的工序中同时进行IGZO半导体层的加热处理(300。C至400°C )。通过兼作绝缘层213的焙烧工序和IGZO半导体层的加热处理，可以高效地制造半导体装置。
作为用作像素电极层的电极层255、 265，可以使用具有透光性的导电材料诸如包含氧化钨的氧化铟、包含氧化钨的氧化铟锌、包含氧化钛的氧化铟、包含氧化钛的氧化铟锡、氧化铟锡(下面表示为ITO)、氧化铟锌、添加有氧化硅的氧化铟锡等。
此外，可以使用包含导电高分子(也称为导电聚合物)的导电组成物形成电极层255、 265。使用导电组成物形成的像素电极的薄层电阻优选为10000ft/口以下，并且其波长为550nm时的透光率优选为70%以上。另外，导电组成物所包含的导电高分子的电阻率优选为O.lft.cm以下。
作为导电高分子，可以使用所谓的7T电子共轭类导电高分子。例如，可以举出聚苯胺或其衍生物、聚吡咯或其衍生物、聚蓬吩或其衍生物、或者上述材料中的两种以上的共聚物等。
通过上述工序，可以制造可靠性高的液晶显示装置作为半导体装置。
本实施方式可以与其他实施方式所记载的结构适当地组合而实施。
实施方式7
在本实施方式中，作为半导体装置示出电子纸的例子。
在图26中，作为应用本说明的一个方式的半导体装置的例子示出有源矩阵型电子纸。可以与实施方式2所示的薄膜晶体管同样地制造用于半导体装置的薄膜晶体管581，并且该薄膜晶体管581是包括IGZO半导体层及具有n型导电型的IGZO半导体层的可靠性高的薄膜晶体管。此外，也可以应用实施方式1或实施方式3所示的薄膜晶体管作为本实施方式的薄膜晶体管581。
图26的电子纸是采用扭转球显示方式的显示装置的例子。扭转球显示方式是指一种方法，其中将一个半球表面为黑色而另一半球表面为白色的球形粒子配置在用于显示元件的电极层的第一电极层及第二电极层之间，并在第一电极层及第二电极层之间产生电位差来控制球形粒子的方向，以进行显示。
密封在设置有绝缘层586a、 586b的衬底580与衬底596之间的薄膜晶体管581是多栅结构的正交错型薄膜晶体管，其源电极层或漏电极层通过形成在绝缘层583、 584以及585中的开口接触于第一电极层587，由此薄膜晶体管581电连接到第一电极层587。在第一电
43极层587和第二电极层588之间设置有球形粒子589，该球形粒子589具有黑色区590a和白色区5卯b，其周围包括充满了液体的空洞594,并且球形粒子589的周围充满了树脂等的填充材料595 (参照图26 )。此外，还可以使用电泳元件来代替扭转球。使用直径为10nm至200nm左右的微嚢，该微嚢中封入有透明液体、带正或负电的白色微粒以及带有与白色微粒相反极性的电的黑色微粒。当对于设置在第一电极层和第二电极层之间的微嚢由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移动到相反方向，从而可以显示白色或黑色。应用这种原理的显示元件就是电泳显示元件， 一般地被称为电子纸。电泳显示元件具有比液晶显示元件高的反射率，因而不需要辅助灯。此外，其耗电量低，并且在昏暗的地方也能够辨别显示部。另外，即使不给显示部供应电源，也能够保持显示过一次的图像，因此，即使使具有显示功能的半导体装置(简单地称为显示装置，或称为具备显示装置的半导体装置)远离电波发射源，也能够储存显示过的图像。通过上述工序，可以制造可靠性高的电子纸作为半导体装置。本实施方式可以与其他实施方式所记载的结构适当地组合而实施。
实施方式8
在本实施方式中，示出发光显示装置的例子作为本发明的半导体装置的一个方式的半导体装置。在此，示出利用电致发光的发光元件作为显示装置所具有的显示元件。对利用电致发光的发光元件根据其发光材料是有机化合物还是无机化合物来进行区别， 一般来说，前者-故称为有机EL元件，而后者^皮称为无4几EL元件。
在有机EL元件中，通过对发光元件施加电压，电子和空穴从一对电极分别注入到包含发光有机化合物的层，以产生电流。然后，由于这些栽流子(电子和空穴)重新结合，发光有机化合物达到激发态，并且当该激发态恢复到基态时，获得发光。根据这种机理，该发光元件被称为电流激发型发光元件。根据其元件的结构，将无机EL元件分类为分散型无机EL元件 和薄膜型无机EL元件。分散型无机EL元件包括在粘合剂中分散有 发光材料的粒子的发光层，且其发光机理是利用供体能级和受体能级 的供体-受体重新结合型发光。薄膜型无机EL元件具有由电介质层夹 住发光层并还利用电极夹住该发光层的结构，且其发光机理是利用金 属离子的内层电子跃迁的定域型发光。另外，在此使用有机EL元件 作为发光元件而进行说明。
在图22A和22B中，示出有源矩阵型发光显示装置作为应用本 发明的一个方式的半导体装置的例子。图22A是发光显示装置的平面 图，而图22B是沿着图22A中的线Y-Z截断的截面图。另外，图23 示出图22A和22B所示的发光显示装置的等效电路。
可以与实施方式1及实施方式2所示的薄膜晶体管同样地制造用 于半导体装置的薄膜晶体管301、 302,并且该薄膜晶体管301、 302 是包括IGZO半导体层及具有n型导电型的IGZO半导体层的可靠性 高的薄膜晶体管。此外，也可以应用实施方式3所示的薄膜晶体管作 为本实施方式的薄膜晶体管301、 302。
图22A及图23所示的本实施方式的发光显示装置包括多栅结构 的薄膜晶体管301、薄膜晶体管302、发光元件303、电容元件304、 源极布线层305、栅极布线层306、电源线307。薄膜晶体管301、 302 是ii沟道型薄膜晶体管。
此外，在图22B中，本实施方式的发光显示装置包括衬底300、 绝缘层315a、 315b、薄膜晶体管302、绝缘层311、绝缘层312、绝 缘层313、分隔壁321以及用于发光元件303的第一电极层320、电 场发光层322、第二电极层323。
优选使用丙烯、聚酰亚胺、聚酰胺等的有机树脂、或硅氧烷形成 绝缘层313。
在本实施方式中，因为像素的薄膜晶体管302是ii型，所以优选 使用阴极作为像素电极层的第一电极层320。具体而言，作为阴极， 可以使用功函数小的材料例如Ca、 Al、 CaF、 MgAg、 AlLi等。
45使用有机树脂膜、无机绝缘膜或有机聚硅氧烷形成分隔壁321。 特别优选的是，使用感光材料，在第一电极层320上形成开口部，并 将其开口部的侧壁形成为具有连续的曲率的倾斜面。
电场发光层322既可以由单层构成，又可以由多个层的叠层构成。
覆盖电场发光层322地形成使用阳极的第二电极层323。可以利 用在实施方式6中作为像素电极层列举的使用具有透光性的导电材料 的透光导电膜来形成第二电极层323。除了上述透光导电膜之外，还 可以使用氮化钛膜或钛膜。通过重叠第一电极层320、电场发光层322 和第二电极层323，形成有发光元件303。然后，也可以在第二电极 层323及分隔壁321上形成保护膜，以防止氧、氢、水分、二氧化碳 等侵入到发光元件303中。作为保护膜，可以形成氮化硅膜、氮氧化 硅膜、DLC膜等。
再者，在实际上，优选在完成图22B的状态之后"f吏用气密性高 且漏气少的保护薄膜(贴合薄膜、紫外线固性树脂薄膜等)及覆盖材 料进行封装(密封)，以进一步防止发光元件303暴露于外界空气。
接着，参照图24A至24C说明发光元件的结构。在此，以驱动 TFT是n型的情况为例子来说明像素的截面结构。可以与实施方式1 所示的薄膜晶体管同样地制造用于图24A、 24B和24C的半导体装置 的是驱动TFT的TFT7001、 7011、 7021，并且这些TFT是包括IGZO 半导体层及具有n型导电型的IGZO半导体层的可靠性高的薄膜晶体 管。此外，也可以应用实施方式2或实施方式3所示的薄膜晶体管用 作TFT7001、 7011、 7021。
为了取出发光，发光元件的阳极或阴极的至少一方是透明的即 可。而且，在衬底上形成薄膜晶体管及发光元件，并且有如下结构的 发光元件，即从与衬底相反的面取出发光的顶部发射、从衬底一側的 面取出发光的底部发射以及从衬底一侧及与村底相反的面取出发光 的双面发射。本实施方式的像素结构可以应用于任何发射结构的发光 元件。参照图24A说明顶部发射结构的发光元件。在图24A中示出当驱动TFT的TFT7001为n型且从发光元件 7002发射的光穿过到阳极7005 —侧时的像素的截面图。在图24A中， 发光元件7002的阴极7003和驱动TFT的TFT7001电连接，在阴极 7003上按顺序层叠有发光层7004、阳极7005。至于阴才及7003，只要 是功函数小且反射光的导电膜，就可以使用各种材料。例如，优选采 用Ca、 Al、 CaF、 MgAg、 AlLi等。而且，发光层7004可以由单层 或多层的叠层构成。在由多层构成时，在阴极7003上按顺序层叠电 子注入层、电子传输层、发光层、空穴传输层、空穴注入层。另外， 不需要设置所有这种层。使用透过光的具有透光性的导电材料形成阳 极7005，例如也可以使用具有透光性的导电膜例如包含氧化鴒的氧化 铟、包含氧化钨的氧化铟锌、包含氧化钛的氧化铟、包含氧化钛的氧 化铟锡、氧化铟锡(下面，表示为ITO)、氧化铟锌、添加有氧化硅 的氧化铟锡等。
由阴极7003及阳极7005夹有发光层7004的区域相当于发光元 件7002。在图24A所示的像素中，从发光元件7002发射的光如箭头 所示那样发射到阳才及7005 —側。
接着，参照图24B说明底部发射结构的发光元件。示出在驱动 TFT7011是n型，且从发光元件7012发射的光发射到阴极7013 —侧 的情况下的像素的截面图。在闺24B中，在与驱动TFT7011电连接 的具有透光性的导电膜7017上形成有发光元件7012的阴极7013，在 阴极7013上按顺序层叠有发光层7014、阳极7015。另外，在阳极7015 具有透光性的情况下，也可以覆盖阳极上地形成有用来反射光或遮光 的屏蔽膜7016。与图24A的情况同样地，至于阴极7013，只要是功 函数小的导电材料，就可以使用各种材料。但是，将其厚度设定为透 过光的程度(优选为5nm至30nm左右)。例如，可以将膜厚度为 20nm的铝膜用作阴极7013。而且，与图24A同样地，发光层7014 可以由单层或多个层的叠层构成。阳极7015不需要透过光，但是可 以与图24A同样地使用具有透光性的导电材料形成。并且，虽然屏蔽 膜7016例如可以使用反射光的金属等，但是不局限于金属膜。例如，也可以使用添加有黑色的颜料的树脂等。
由阴极7013及阳极7015夹有发光层7014的区域相当于发光元 件7012。在图24B所示的像素中，从发光元件7012发射的光如箭头 所示那样发射到阴极7013 —侧。
接着，参照图24C说明双面发射结构的发光元件。在图24C中， 在与驱动TFT7021电连接的具有透光性的导电膜7027上形成有发光 元件7022的阴极7023,在阴极7023上按顺序层叠有发光层7024、 阳极7025。与图24A的情况同样地，至于阴极7023，只要是功函数 小的导电材料，就可以使用各种材料。但是，将其厚度设定为透过光 的程度。例如，可以将膜厚度为20nm的Al用作阴极7023。而且， 与图24A同样地，发光层7024可以由单层或多个层的叠层构成。阳 极7025可以与图24A同样地使用透过光的具有透光性的导电材料形 成。
阴极7023、发光层7024和阳极7025重叠的部分相当于发光元 件7022。在图24C所示的像素中，从发光元件7022发射的光如箭头 所示那样发射到阳极7025 —侧和阴极7023 —侧。
另外，虽然在此描述了有机EL元件作为发光元件，但是也可以 设置无机EL元件作为发光元件。
另外，在本实施方式中示出了控制发光元件的驱动的薄膜晶体管 (驱动TFT)和发光元件电连接的例子，但是也可以采用在驱动TFT 和发光元件之间连接有电流控制TFT的结构。
另外，本实施方式所示的半导体装置不局限于图24A至24C所
形。、 p ,、 ，、，，'、、 、
通过上述工序，可以制造可靠性高的发光显示装置作为半导体装置。
本实施方式可以与其他实施方式所记载的结构适当地组合而实施。实施方式9
接着，下面示出本发明的半导体装置的一个方式的显示面板的结 构。在本实施方式中，说明包括用作显示元件的液晶元件的液晶显示 装置的一个方式的液晶显示面板(也称为液晶面板)、包括用作显示 元件的发光元件的半导体装置的一个方式的发光显示面板(也称为发 光面板)。
接着，参照图25A和25B说明相当于本发明的半导体装置的一 个方式的发光显示面板的外观及截面。图25A和25B是一种面板的俯 视图，其中利用密封材料将形成在第一衬底上的包含IGZO半导体层 及包含具有n型导电型的IGZO半导体层的可靠性高的薄膜晶体管及 发光元件密封在与第二村底之间。图25B相当于沿着图25A的H-I 的截面图。
以围绕设置在第一衬底4501上的《象素部4502、信号线驱动电路 4503a、 4503b及扫描线驱动电路4504a、 4504b的方式i殳置有密封材 料4505。此外，在像素部4502、信号线驱动电路4503a、 4503b及扫 描线驱动电路4504a、 4504b上设置有第二衬底4506。因此，像素部 4502、信号线驱动电路4503a、 4503b以及扫描线驱动电路4504a、 4504b与填料4507 —起由第一衬底4501、密封材料4505和第二衬底 4506密封。
此外，设置在第一村底4501上的像素部4502、信号线驱动电路 4503a、 4503b及扫描线驱动电路4504a、 4504b包括多个薄膜晶体管。 在图25B中，例示包括在像素部4502中的薄膜晶体管4510和包括在 信号线驱动电路4503a中的薄膜晶体管4509。
薄膜晶体管4509、 4510相当于包括IGZO半导体层及具有n型 导电型的IGZO半导体层的薄膜晶体管，并可以应用实施方式1、实 施方式2或实施方式3所示的薄膜晶体管。在本实施方式中，薄膜晶 体管4509、 4510是n沟道型薄膜晶体管。
此外，附图标记4511相当于发光元件，发光元件4511所具有的 作为像素电极的第一电极层4517与薄膜晶体管4510的源电极层或漏电极层电连接。另外，发光元件4511的结构不局限于本实施方式所 示的结构。可以根据从发光元件4511取出的光的方向等适当地改变 发光元件4511的结构。
另外，供给到信号线驱动电路4503a、 4503b、扫描线驱动电路 4504a、4504b、或像素部4502的各种信号及电位是从FPC4518a、4518b 供给的。
在本实施方式中，连接端子4515由与第二电极层4512相同的导 电膜形成，并且布线4516由与发光元件4511所具有的第一电极层 4517相同导电膜形成。
连接端子4515通过各向异性导电膜4519电连接到FPC4518a所 具有的端子。
位于从发光元件4511的取出光的方向上的第二村底4506需要具 有透光性。在此情况下，使用如玻璃板、塑料板、聚酯薄膜或丙烯薄 膜等的具有透光性的材料。
此外，作为填料4507，除了氮及氩等的惰性气体之外，还可以 使用紫外线固性树脂或热固性树脂。可以使用PVC(聚氯乙烯)、丙 烯、聚酰亚胺、环氧树脂、硅酮树脂、PVB (聚乙烯醇缩丁醛)、或 EVA (乙烯-醋酸乙烯酯)等。在本实施方式中，作为填料4507使用 氮。
另外，若有需要，也可以在发光元件的射出面上适当地设置诸如 偏振片、圆偏振片(包括椭圆偏振片)、相位差板(X/4片、X/2片)、 彩色滤光片等的光学薄膜。另外，也可以在偏振片或圓偏振片上设置 抗反射膜。例如，可以进行抗眩光处理，该处理利用表面的凹凸来扩 散反射光并降低眩光。
信号线驱动电路4503a、 4503b及扫描线驱动电路4504a、 4504b 也可以作为在另行准备的衬底上由单晶半导体膜或多晶半导体膜形 成的驱动电路而安装。此外，也可以另外仅形成信号线驱动电路或其 一部分、或者扫描线驱动电路或其一部分而安装。本实施方式不局限 于图25A和25B的结构。接着，参照图20(A1)、 20(A2)以及20B说明相当于本发明的半 导体装置的一个方式的液晶显示面板的外观及截面。图20(Al)和 20(A2)是一种面板的俯视图，其中利用密封材料4005将形成在第一衬 底4001上的包含IGZO半导体层及具有n型导电型的IGZO半导体 层的可靠性高的薄膜晶体管4010、 4011及液晶元件4013密封在与第 二衬底4006之间。图20B相当于沿着图20(Al)和20(A2)的M-N的截 面图。
以围绕设置在第一衬底4001上的像素部4002和扫描线驱动电路 4004的方式设置有密封材料4005。此外，在像素部4002和扫描线驱 动电路4004上设置有第二衬底4006。因此，像素部4002和扫描线驱 动电路4004与液晶层4008 —起由第一衬底4001、密封材料4005和 第二衬底4006密封。此外，在与第一衬底4001上的由密封材料4005 围绕的区域不同的区域中安装有信号线驱动电路4003,该信号线驱动 电路4003使用单晶半导体膜或多晶半导体膜形成在另外准备的衬底 上。
另外，对于另外形成的驱动电路的连接方法没有特别的限制，而 可以采用COG方法、引线键合方法或TAB方法等。图20(Al)是通 过COG方法安装信号线驱动电路4003的例子，而图20(A2)是通过 TAB方法安装信号线驱动电路4003的例子。
此外，设置在第一衬底4001上的像素部4002和扫描线驱动电路 4004包括多个薄膜晶体管。在图20B中例示像素部4002所包括的薄 膜晶体管4010和扫描线驱动电路4004所包括的薄膜晶体管4011。
薄膜晶体管4010、 4011相当于包括IGZO半导体层及具有n型 导电型的IGZO半导体层的薄膜晶体管，并可以应用实施方式l、实 施方式2或实施方式3所示的薄膜晶体管。在本实施方式中，薄膜晶 体管4010、 4011是n沟道型薄膜晶体管。
此外，液晶元件4013所具有的像素电极层4030与薄膜晶体管 4010电连接。而且，液晶元件4013的对置电极层4031形成在第二衬 底4006上。像素电极层4030、对置电极层4031和液晶层4008重叠的部分相当于液晶元件4013。另外，像素电极层4030、对置电极层 4031分别设置有用作取向膜的绝缘层4032、 4033,且隔着绝缘层4032、 4033夹有液晶层4008。
另外，作为第一衬底4001、第二衬底4006,可以4吏用玻璃、金 属(典型的是不锈钢)、陶瓷、塑料。作为塑料，可以使用FRP (Fiberglass-Reinforced Plastics;纤维增强塑料)板、PVF(聚氟乙 烯)薄膜、聚酯薄膜或丙烯树脂薄膜。此外，还可以使用具有将铝箔 夹在PVF薄膜或聚酯薄膜之间的结构的薄膜。
此外，附图标记4035表示通过对绝缘膜选择性地进行蚀刻而获 得的柱状间隔物，并且它是为控制像素电极层4030和对置电极层4031 之间的距离(单元间隙)而设置的。另外，还可以使用球状间隔物。
另外，供给到另外形成的信号线驱动电路4003、扫描线驱动电 路4004或像素部4002的各种信号及电位是从FPC4018供给的。
在本实施方式中，连接端子4015由与液晶元件4013所具有的傳— 素电极层4030相同的导电膜形成，并且布线4016由与薄膜晶体管 4010、 4011的栅电极层相同的导电膜形成。
连接端子4015隔着各向异性导电膜4019电连接到FPC4018所 具有的端子。
此外，虽然在图20(Al)、 20(A2)以及20B中示出另外形成信号 线驱动电路4003并将其安装在第一衬底4001的例子，但是本实施方 式不局限于该结构。既可以另外形成扫描线驱动电路而安装，又可以 另外仅形成信号线驱动电路的一部分或扫描线驱动电路的一部分而安装。
图21示出使用应用本发明的一个方式制造的TFT衬底2600来 构成用作半导体装置的液晶显示模块的 一 个例子。
图21是液晶显示模块的一个例子，利用密封材料2602固定TFT 衬底2600和对置衬底2601,并在其间设置包括TFT等的〗象素部2603、 包括液晶层的显示元件2604、着色层2605来形成显示区。在进行彩 色显示时需要着色层2605，并且当采用RGB方式时，对应于各像素设置有分别对应于红色、绿色、蓝色的着色层。在TFT衬底2600和 对置#于底2601的外侧配置有偏振片2606、偏振片2607、漫射片2613。 光源由冷阴极管2610和反射板2611构成，电路衬底2612利用柔性 线路板2609与TFT衬底2600的布线电路部2608连接，且其中组装 有控制电路及电源电路等的外部电路。此外，还可以在偏振片和液晶
层之间夹有相位差板的状态下进行层叠。
液晶显示模块可以采用TN(扭曲向列；Twisted Nematic)模式、 IPS(平面内转换；In-Plane-Switching)才莫式、FFS(边缘电场转换； Fringe Field Switching)才莫式、MVA(多畴垂直取向；Multi-domain Vertical Alignment)才莫式、PVA(垂直取向构型；Patterned Vertical Alignment)模式、ASM (轴对称排列微单元;Axially Symmetric aligned Micro-cell)才莫式、OCB (光学补偿弯曲；Optical Compensated Birefringence )模式、FLC(铁电性液晶；Ferroelectric Liquid Crystal) 才莫式、AFLC (反4失电性液晶；Anti Ferroelectric Liquid Crystal)才莫 式等。
通过上述工序，可以制造可靠性高的显示面板作为半导体装置。 本实施方式可以与其他实施方式所记载的结构适当地组合而实施。
实施方式10
本发明的半导体装置的一个方式可以应用于电子纸。电子纸可以 用于用来显示信息的各种领域的电子设备。例如，可以将电子纸应用 于电子书籍(电子书)、招贴、火车等的交通工具的车厢广告、信用 卡等的各种卡片中的显示等。图7A和7B以及8示出电子设备的一个例子。
图7A示出使用电子纸制造的招贴2631。在广告介质是纸的印刷 物的情况下用手进行广告的交换，但是如果使用应用本发明的 一 个方 式的电子纸，则可以在短时间内改变广告的显示内容。此外，显示不 会打乱而可以获得稳定的图像。另外，招贴也可以采用以无线的方式收发信息的结构。
此外，图7B示出火车等的交通工具的车厢广告2632。在广告介 质是纸的印刷物的情况下用手进行广告的交换，但是如果使用应用本 发明的一个方式的电子纸，则在短时间内不需要许多人手地改变广告 的显示内容。此外，显示不会打乱而可以获得稳定的图像。另外，车 内广告也可以采用以无线的方式收发信息的结构。
另外，图8示出电子书籍2700的一个例子。例如，电子书籍2700 由两个框体，即框体2701及框体2703构成。框体2701及框体2703 由轴部2711形成为一体，且可以以该轴部2711为轴进4亍开闭工作。 通过采用这种结构，可以进行如纸的书籍那样的工作。
框体2701组装有显示部2705，而框体2703组装有显示部2707。 显示部2705及显示部2707的结构既可以是显示连续的画面的结构， 又可以是显示不同的画面的结构。通过采用显示不同的画面的结构， 例如在右边的显示部(图8中的显示部2705 )中可以显示文章，而在 左边的显示部(图8中的显示部2707 )中可以显示图# 。
此外，在图8中示出框体2701具备操作部等的例子。例如，在 框体2701中，具备电源2721、操作键2723、扬声器2725等。利用 操作键2723可以翻页。另外，也可以采用在与框体的显示部相同的 面具备键盘、定位装置等的结构。另外，也可以采用在框体的背面及 侧面具备外部连接用端子(耳机端子、USB端子或可与AC适配器及 USB电缆等的各种电缆连接的端子等)、记录介质插入部等的结构。 再者，电子书籍2700也可以具有电子词典的功能。
此外，电子书籍2700也可以采用以无线的方式收发信息的结构。 还可以采用以无线的方式从电子书籍服务器购买所希望的书籍数据 等，然后下载的结构。
实施方式ll
根据本发明的一个方式的半导体装置可以应用于各种电子设备 (包括游戏机)。作为电子设备，例如可以举出电视装置(也称为电视或电视接收机)、用于计算机等的监视器、数码相机、数码摄像机、 数码相框、移动电话机(也称为移动电话、移动电话装置)、便携式 游戏机、便携式信息终端、声音再现装置、弹珠机等的大型游戏机等。
图9A示出电一见装置9600的一个例子。在电一见装置9600中，框 体9601組装有显示部9603。利用显示部9603可以显示映〗象。此外， 在此示出利用支架9605支撑框体9601的结构。
可以通过利用框体9601所具备的操作开关、另外提供的遥控操 作机9610进行电^L装置9600的操作。通过利用遥控操作才几9610所 具备的操作键9609，可以进行频道及音量的操作，并可以对在显示部 9603上显示的映像进行操作。此外，也可以采用在遥控操作机9610 中设置显示从该遥控操作机9610输出的信息的显示部9607的结构。
另外，电视装置9600采用具备接收机及调制解调器等的结构。 可以通过利用接收机接收一般的电视广播。再者，通过调制解调器连 接到有线或无线方式的通信网络，从而也可以进行单向(从发送者到 接收者)或双向(在发送者和接收者之间或在接收者之间等)的信息 通信。
图9B示出数码相框9700的一个例子。例如，在数码相框9700 中，框体9701组装有显示部9703。显示部9703可以显示各种图像， 例如通过显示使用数码相机等拍摄的图像数据，可以发挥与一般的相 框同样的功能。
另外，数码相框9700采用具备操作部、外部连接用端子(USB 端子、可以与USB电缆等的各种电缆连接的端子等)、记录介质插 入部等的结构。这种结构也可以组装到与显示部相同的面，但是通过 将其设置在侧面或背面上来提高设计性，所以是优选的。例如，可以 对数码相框的记录介质插入部插入储存有使用数码相机拍摄的图像 数据的存储器并提取图像数据，然后可以将所提取的图像数据显示于 显示部9703。
此外，数字相框9700也可以采用以无线的方式收发信息的结构。 还可以釆用以无线的方式提取所希望的图像数据并进行显示的结构。图10A示出一种便携式游戏机，其由框体9881和框体9891的 两个框体构成，并且通过连接部9893可以开闭地连接。框体9881安 装有显示部9882，并且框体9891安装有显示部9883。另外，图10A 所示的便携式游戏机还具备扬声器部9884、记录媒体插入部9886、 LED灯9890、输入单元(操作键9885、连接端子9887、传感器9888 (包括测定如下因素的功能力量、位移、位置、速度、加速度、角 速度、转动数、距离、光、液、磁、温度、化学物质、声音、时间、 硬度、电场、电流、电压、电力、辐射线、流量、湿度、倾斜度、振 动、气味或红外线)以及麦克风9889)等。当然，便携式游戏机的结 构不局限于上述结构，只要采用如下结构即可至少具备根据本发明 的一个方式的半导体装置。因此，可以采用适当地设置有其它附属设 备的结构。图IOA所示的便携式游戏机具有如下功能读出存储在记 录介质中的程序或数据并将其显示在显示部上；以及通过与其他便携 式游戏机进行无线通信而实现信息共享。另外，图IOA所示的便携式 游戏机所具有的功能不局限于此，而可以具有各种各样的功能。
图10B示出大型游戏机的一种的自动赌博机9卯0的一个例子。 在自动赌博机9900的框体9901中安装有显示部9903。另外，自动赌 博机9900还具备如起动杆或停止开关等的操作单元、投币孔、扬声 器等。当然，自动赌博机9900的结构不局限于此，只要采用如下结 构即可至少具备根据本发明的的一个方式的半导体装置。因此，可 以采用适当地设置有其它附属设备的结构。
图11示出移动电话才几1000的一个例子。移动电话才几1000除了 安装在框体1001的显示部1002之外还具备操作按钮1003、外部连接 端口 1004、扬声器1005、麦克风1006等。
图11所示的移动电话才几1000可以用手指等触4莫显示部1002来 输入信息。此外，可以用手指等触摸显示部1002来打电话或进行电 子邮件的输入的操作。
显示部1002的屏幕主要有三个模式。第一是以图像的显示为主 的显示模式，第二是以文字等的信息的输入为主的输入模式，第三是显示模式和输入模式的两个模式混合的显示+输入模式。
例如，在打电话或制作电子邮件的情况下，将显示部1002设定 为以文字输入为主的文字输入模式，并进行在屏幕上显示的文字的输 入操作，即可。在此情况下，优选的是，在显示部1002的屏幕的大 部分中显示键盘或号码按钮。
此外，通过在移动电话机1000的内部设置具有陀螺仪和加速度 传感器等检测倾斜度的传感器的检测装置，来判断移动电话机1000 的方向(竖向还是横向)，从而可以对显示部1002的屏幕显示进行 自动切换。
通过触摸显示部1002或对框体1001的操作按钮1003进行操作， 切换屏幕模式。还可以根据显示在显示部1002上的图像种类切换屏 幕模式。例如，当显示在显示部上的图像信号为动态图像的数据时， 将屏幕模式切换成显示模式，而当显示在显示部上的图像信号为文字 数据时，将屏幕模式切换成输入模式。
另外，当在输入模式中通过检测出显示部1002的光传感器所检 测的信号得知在一定期间中没有显示部1002的触摸操作输入时，也 可以以将屏幕模式从输入模式切换成显示模式的方式来进行控制。
还可以将显示部1002用作图像传感器。例如，通过用手掌或手 指触摸显示部1002，来拍摄掌紋、指紋等，而可以进行个人识别。此
测光源，也可以拍摄手指静脉、手掌静脉等。
本说明书根据2008年8月8日在日本专利局受理的日本专利申 请编号2008-205753而制作，所述申请内容包括在本说明书中。
权利要求
1.一种半导体装置，包括薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括源电极层和漏电极层；所述源电极层和所述漏电极层上的具有n型导电型的缓冲层；所述缓冲层上的半导体层；所述半导体层上的栅极绝缘层；以及所述栅极绝缘层上的栅电极层，其中，所述半导体层和所述缓冲层是氧化物半导体层，所述缓冲层的载流子浓度高于所述半导体层的载流子浓度，并且，所述源电极层和所述漏电极层隔着夹在所述源电极层或所述漏电极层与所述半导体层之间的所述缓冲层分别电连接到所述半导体层。
2. 根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述緩冲层覆盖所述 源电才及层的端部和所述漏电极层的端部。
3. 根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述緩冲层含有赋予 n型导电型的杂质元素。
4. 根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述半导体层的载流 子浓度低于lxl017atoms/cm3，并且所述緩沖层的载流子浓度为 1 x 1018atoms/cm3以上。
5. 根据权利要求1所述的半导体装置，还包括所述半导体层与所 述緩冲层之间的第二緩冲层，其中所述第二緩沖层的载流子浓度高于 所述半导体层的栽流子浓度且低于所述緩冲层的载流子浓度。
6. 根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述源电极层和所述 漏电极层含有钛。
7. 根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述氧化物半导体层 含有铟、镓以及锌。
8. —种半导体装置，包括 薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括源电极层和漏电极层；所述源电极层和所述漏电极层上的具有n型导电型的緩沖层；所述緩沖层上的半导体层； 所述半导体层上的栅极绝缘层；以及 所述栅极绝缘层上的栅电极层， 其中，所述半导体层和所述緩冲层是氧化物半导体层，半导体层的沟道形成区域中不与所述源电极层和所述漏电极层重叠， 所述緩冲层的载流子浓度高于所述半导体层的载流子浓度， 并且，所述源电极层和所述漏电极层隔着夹在所述源电极层或所导^层。—一^ ' —B ' 'Z— ^ 、 …"
9. 根据权利要求8所述的半导体装置，其中所述緩冲层覆盖所述 源电极层的端部和所述漏电极层的端部。
10. 根据权利要求8所述的半导体装置，其中所述緩冲层含有赋 予n型导电型的杂质元素。
11. 根据权利要求8所述的半导体装置，其中所述半导体层的载 流子浓度低于lxl017atoms/cm3，并且所述緩冲层的载流子浓度为 lxl018atoms/cm3以上。
12. 根据权利要求8所述的半导体装置，还包括所述半导体层与 所述緩冲层之间的第二緩沖层，其中所述第二緩沖层的载流子浓度高 于所述半导体层的载流子浓度且低于所述緩沖层的载流子浓度。
13. 根据权利要求8所述的半导体装置，其中所述源电极层和所 述漏电极层含有钛。
14. 根据权利要求8所述的半导体装置，其中所述氧化物半导体 层含有铟、镓以及锌。
15. —种半导体装置的制造方法，包括如下步骤 在衬底上形成源电极层和漏电极层；在所述源电极层和所述漏电极层上形成具有n型导电型的緩沖层；在所述緩冲层上形成半导体层； 在所述半导体层上形成栅极绝缘层；以及 在所述栅极绝缘层上形成栅电极层，其中，使用氧化物半导体层形成所述半导体层和所述緩冲层， 使所述緩冲层的载流子浓度高于所述半导体层的载流子浓度， 并且，所述源电极层和所述漏电极层隔着夹在所述源电极层或所导^层。— 一 '" -日、、V"- 、 …〃
16. 根据权利要求15所述的半导体装置的制造方法，其中利用溅 射法形成所述源电极层、所述漏电极层、所述緩沖层、所述半导体层、 所述冲册极绝缘层以及所述栅电极层。
17. 根据权利要求15所述的半导体装置的制造方法，其中在氧气 氛中形成所述半导体层和所述栅极绝缘层。
18. 根据权利要求15所述的半导体装置的制造方法，其中在稀有 气体气氛中形成所述緩冲层。
19. 根据权利要求15所述的半导体装置的制造方法，其中所述半 导体层的载流子浓度低于lxl017atoms/cm3，并且所述緩沖层的载流子 浓度为lxl0"atoms/cm3以上。
20. 根据权利要求15所述的半导体装置的制造方法，其中所述緩 冲层含有选自镁、铝或钛的金属。
21. 根据权利要求15所述的半导体装置的制造方法，其中所述氧 化物半导体层含有铟、镓以及锌。
22. —种半导体装置的制造方法，包括如下步骤 在衬底上形成源电极层和漏电极层；在所述源电极层和所述漏电极层上形成具有n型导电型的緩冲层；在所述緩冲层上形成半导体层；在所述半导体层上形成栅极绝缘层；以及在所述栅极绝缘层上形成栅电极层，其中，使用氧化物半导体层形成所述半导体层和所述緩冲层，使所述緩冲层的载流子浓度高于所述半导体层的栽流子浓度，所述源电极层和所述漏电极层隔着夹在所述源电极层或所述漏层，并且，不暴露于大气地连续形成所述半导体层、所述栅极绝缘层 以及所述栅电才及层。
23. 根据权利要求22所述的半导体装置的制造方法，其中利用溅 射法形成所述源电极层、所述漏电极层、所述緩沖层、所述半导体层、 所述栅极绝缘层以及所述栅电极层。
24. 根据权利要求22所述的半导体装置的制造方法，其中在氧气 氛中形成所述半导体层和所述栅极绝缘层。
25. 根据权利要求22所述的半导体装置的制造方法，其中在稀有 气体气氛中形成所述緩冲层。
26. 根据权利要求22所述的半导体装置的制造方法，其中所述半 导体层的载流子浓度低于lxl017atoms/cm3，并且所述緩沖层的载流子 浓度为lxl018atoms/cm3以上。
27. 根据权利要求22所述的半导体装置的制造方法，其中所述緩 冲层含有选自镁、铝或钛的金属。
28. 根据权利要求22所述的半导体装置的制造方法，其中所述 氧化物半导体层含有铟、镓以及锌。
全文摘要
一种半导体装置，其中使用含有In、Ga及Zn的氧化物半导体膜作为半导体层，并且在半导体层与源电极层和漏电极层之间设置有缓冲层的正交错型(顶栅结构)的薄膜晶体管。通过在源电极层和漏电极层与半导体层之间意图性地设置载流子浓度比半导体层的载流子浓度高的缓冲层，来形成欧姆接触。
文档编号H01L29/786GK101645462SQ200910161498
公开日2010年2月10日 申请日期2009年8月6日 优先权日2008年8月8日
发明者宫入秀和, 宫永昭治, 山崎舜平, 白石康次郎, 秋元健吾 申请人:株式会社半导体能源研究所