半导体装置及其制造方法

专利名称：半导体装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种包括由将氧化物半导体膜用于沟道形成区的薄膜
晶体管(下面称为TFT)构成的电路的半导体装置及其制造方法。例如， 本发明的一个方式涉及将以液晶显示面板为代表的电光装置及具有有 机发光元件的发光显示装置用作部件而安装的电子设备。
注意，在本说明书中，半导体装置是指利用半导体特性来能够发 挥功能的所有装置。电光装置、半导体电路及电子设备都是半导体装 置。
背景技术：
近年来，对一种有源矩阵型显示装置(液晶显示装置、发光显示 装置、电泳显示装置)正在进行积极的研究开发，在该有源矩阵型显 示装置中的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。在有源矩阵型显示装置中，每个像素(或每一个点)设置有开关 元件，且在其像素密度与单纯矩阵方式相比增加的情况下可以进行低 电压驱动，所以是有利的。
此外，将氧化物半导体膜用于沟道形成区来制造薄膜晶体管(TFT) 等并应用于电子器件及光器件的技术受到关注。例如，可举出将氧化 锌(Zn0)用作氧化物半导体膜的TFT及将InGa03 (ZnO) 用作氧化物 半导体膜的TFT。在专利文献1及专利文献2等中公开将这种使用氧化 物半导体膜的TFT形成在具有透光性的衬底上并用作图像显示装置的 开关元件等的技术。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 对将氧化物半导体膜用于沟道形成区的薄膜晶体管，要求工作速 度高，制造工序较简单，且具有充分的可靠性。
当形成薄膜晶体管时，作为源电极及漏电极使用低电阻的金属材料。尤其是，当制造进行大面积的显示的显示装置时，明显地出现布 线的电阻所引起的信号的延迟问题。因此，作为布线及电极的材料， 优选使用电阻值低的金属材料。另一方面，当采用由电阻值低的金属 材料构成的源电极及漏电极和氧化物半导体膜直接接触的薄膜晶体管 结构时，有接触电阻增高的忧虑。在源电极及漏电极和氧化物半导体 膜的接触面形成肖特基结的现象被认为是接触电阻增高的原因之一。
再者，还有如下忧虑在源电极及漏电极和氧化物半导体膜直接 接触的部分形成电容，频率特性(被称为f特性)降低，因此阻碍薄 膜晶体管的高速工作。

发明内容
本发明的一个方式的课题之一在于在使用包含铟(In)、镓(Ga) 及锌(Zn)的氧化物半导体膜的薄膜晶体管中，提供减少源电极及漏 电极的接触电阻的薄膜晶体管及其制造方法。
此外，本发明的一个方式的课题之一还在于提高使用包含In、 Ga及Zn的氧化物半导体膜的薄膜晶体管的工作特性及可靠性。
另外，本发明的一个方式的课题之一还在于减少使用包含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。尤其是， 在液晶显示装置中，当各个元件之间的不均匀大时，有发生起因于其 TFT特性的不均匀的显示不均匀的忧虑。
此外，在具有发光元件的显示装置中，也有如下忧虑当配置为 在像素电极中流过一定的电流的TFT(配置在驱动电路或像素中的向发 光元件供给电流的TFT)的导通电流(I。n)的不均匀大时，在显示画面 中产生亮度的不均匀。
如上所述，本发明的一个方式的目的在于解决上述课题中的至少 一个。
本发明的一个方式的要旨在于使用包含In、 Ga及Zn的氧化物 半导体膜作为半导体层，并包括在半导体层和源电极层及漏电极层之
间设置有缓冲层的薄膜晶体管。在本说明书中，将使用包含In、 Ga及Zn的氧化物半导体膜形成 的半导体层也表示为"IGZ0半导体层"。
源电极层和IGZO半导体层需要实现欧姆接触。再者，优选尽量减 少该接触电阻。同样地，漏电极层和IGZO半导体层需要实现欧姆接触。 再者，优选尽量减少该接触电阻。
于是，通过在源电极层及漏电极层和IGZO半导体层之间意图性地 设置载流子浓度比IGZ0半导体层高的缓冲层形成欧姆接触。
作为缓冲层，使用具有n型导电型的包含In、 Ga及Zn的氧化物 半导体膜。也可以使缓冲层包含赋予n型的杂质元素。作为杂质元素， 例如可以使用镁、铝、钛、铁、锡、钙、锗、钪、钇、锆、铪、硼、 铊、铅等。当使缓冲层包含镁、铝、钛等时，发挥对氧的阻挡效果等， 且通过成膜之后的加热处理等可以将半导体层的氧浓度保持于最合适 的范围内。
缓冲层用作n+层，并且也可以称为漏区或源区。 为了减少薄膜晶体管的电特性的不均匀，IGZ0半导体层优选处于 非晶状态。
本说明书所公开的半导体装置的一个方式包括一种薄膜晶体管， 该薄膜晶体管具有栅电极层；该栅电极层上的栅极绝缘层；该栅极 绝缘层上的源电极层及漏电极层；该源电极层及漏电极层上的具有n 型导电型的缓冲层；以及该缓冲层上的半导体层，其中，与栅电极层 重叠的半导体层的一部分接触于栅极绝缘层上，且设置在源电极层和 漏电极层之间，并且，半导体层及缓冲层是包含铟、镓及锌的氧化物 半导体层，并且，缓冲层的载流子浓度比半导体层的载流子浓度高， 并且，半导体层和源电极层及漏电极层隔着缓冲层电连接。
本发明的一个方式解决上述课题中的至少一个。
在上述结构中，还可以在半导体层和缓冲层之间设置载流子浓度 比半导体层高且比缓冲层低的第二缓冲层。第二缓冲层用作rf层。
包含In、 Ga及Zn的氧化物半导体膜(IGZ0膜)具有随着载流子 浓度增高而空穴迁移率也增高的特性。因此，包含In、 Ga及Zn的氧化物半导体膜的载流子浓度和空穴迁移率的关系成为图25所示那样 的。在本发明的中，优选的是，适合半导体层的沟道的IGZO膜的载流 子浓度范围(沟道浓度范围1)低于1X 1017atoms/cm3 (更优选为IX 10Uatoms/cm3以上)，且适合缓冲层的IGZ0膜的载流子浓度范围(缓 冲层浓度范围2)为1X 1018atoms/cm3以上(更优选为1 X 1022atoms/cm3 以下)。在将IGZO膜用作半导体层的情况下，上述IGZO膜的载流子浓 度为当在室温下不施加源极、漏极及栅极电压的状态时的值。
当沟道用IGZO的载流子浓度范围超过上述范围时，有作为薄膜晶 体管处于常导通状态(normally-on)的忧虑。因此，通过将上述载流 子浓度范围内的IGZO膜用作半导体层的沟道，可以获得可靠性高的薄 膜晶体管。
此外，优选将钛膜用于源电极层和漏电极层。例如，当使用层叠 钛膜、铝膜、钛膜的叠层时，实现低电阻且在铝膜中不容易产生小丘。
此外，源电极层的侧面和与该侧面对置的漏电极层的侧面被缓冲 层覆盖。因此，薄膜晶体管的沟道长度L相当于覆盖源电极层的第一 缓冲层和覆盖漏电极层的第二缓冲层的间隔。
另外，为实现上述结构的发明结构是一种半导体装置的制造方法， 包括如下步骤在衬底上形成栅电极层；在该栅电极层上形成栅极绝 缘层；在该栅极绝缘层上形成源电极层及漏电极层；在该源电极层及 漏电极层上形成具有n型导电型的缓冲层；在该缓冲层上形成半导体 层；使用包含铟、镓及锌的氧化物半导体层形成该半导体层及缓冲层， 其中，缓冲层的载流子浓度比半导体层的载流子浓度高，并且，半导 体层和源电极层及漏电极层隔着缓冲层电连接。
注意，在上述制造方法中，半导体层的一部分接触于与栅电极层 重叠的栅极绝缘层上，并且形成在源电极层和漏电极层之间。
通过溅射法(sputtering)形成半导体层、具有n型导电型的缓 冲层、源电极层及漏电极层，即可。优选的是，在氧气氛下(或氧为 90%以上，稀有气体(氩)为10%以下)形成栅极绝缘层及半导体层， 而在稀有气体(氩)气氛下形成具有n型导电型的缓冲层。作为溅射法，有作为溅射用电源使用高频电源的RF溅射法、DC 溅射法，并还有以脉冲的方式提供偏压的脉冲DC溅射法。在形成绝缘 膜的情况下主要采用RF溅射法，而在形成金属膜的情况下主要采用DC 溅射法。
此外，还有能够设置多个材料不同的靶子的多元溅射装置 (multi—source sputtering apparatus)。 多元、滅射装置倉巨够在同—— 处理室中层叠形成不同的材料膜或在同一处理室中同时使多种材料放 电来进行成膜。
另外，还有在处理室中具备磁铁机构的采用磁控溅射法的溅射装 置、以及采用ECR溅射法的溅射装置，该ECR溅射法采用不使用辉光 放电而使用微波产生的等离子体。
作为采用溅射法的成膜方法，还有在成膜时使靶子物质和溅射气 体成分引起化学反应来形成它们的化合物薄膜的反应溅射法、以及在 成膜时也对衬底施加电压的偏压溅射法。
采用这些各种溅射法形成半导体层、具有n型导电型的缓冲层、 源电极层及漏电极层。
根据本发明，可以获得光电流少，寄生电容小，且导通截止比高 的薄膜晶体管，并且还可以制造具有优良的动态特性的薄膜晶体管。 因此，可以提供包括电特性高且可靠性高的薄膜晶体管的半导体装置。


图1A和1B是说明本发明的一个方式的半导体装置的图2是说明本发明的一个方式的半导体装置的图3A至3E是说明本发明的一个方式的半导体装置的制造方法的
图4A和4B是说明本发明的一个方式的半导体装置的图； 图5A和5B是说明本发明的一个方式的半导体装置的图； 图6A和6B是说明半导体装置的框图的图； 图7是说明信号线驱动电路的结构的图；图8是说明信号线驱动电路的工作的时序图9是说明信号线驱动电路的工作的时序图10是说明移位寄存器的结构的图ll是说明图IO所示的触发器的连接结构的图12A和12B是说明本发明的一个方式的半导体装置的图13是说明本发明的一个方式的半导体装置的图14A和14B是说明本发明的一个方式的半导体装置的图15是说明本发明的一个方式的半导体装置的图16A至16C是说明本发明的一个方式的半导体装置的图； 图17A和17B是说明本发明的一个方式的半导体装置的图； 图18A1至18B是说明本发明的一个方式的半导体装置的图;
图19是说明本发明的一个方式的半导体装置的图20A和20B是说明电子纸的使用方式的例子的图21是示出电子书籍的一例的外观图22A和22B是示出电视装置及数码相框的例子的外观图23A和23B是示出游戏机的例子的图24是示出移动电话机的一例的外观图25是说明空穴迁移率和载流子浓度的关系的图。
具体实施例方式
下面，将参照附图详细地说明本发明的实施方式。但是，本发明 不局限于以下说明，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，就是其方式和详细内容可以被变换为各种各样的形式而不 脱离本发明的宗旨及其范围。因此，本发明不应该被解释为仅限定在 下面所示的实施方式所记载的内容中。注意，在下面所说明的本发明 的结构中，在不同附图之间共同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l
在本实施方式中，参照图1A和1B以及图2说明薄膜晶体管及其制造工序。
图1A和IB以及图2示出本实施方式的底栅极结构的一种(也称 为底接触结构)的薄膜晶体管171a、 171b。图1A是平面图，而图IB 是沿着图1A中的线Al-A2的截面图。
在图1A和1B中，在衬底100上设置有薄膜晶体管171a，该薄膜 晶体管包括栅电极层101、栅极绝缘层102、源电极层或漏电极层105a、 105b、具有n型导电型的缓冲层104a、 104b以及半导体层103。
通过作为半导体层103使用包含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和IGZO半导体层的半导体层103 之间意图性地设置载流子浓度比半导体层103高的缓冲层104a、 104b， 形成欧姆接触。
作为缓冲层104a、 104b，使用具有n型导电型的包含In、 Ga及 Zn的氧化物半导体膜。也可以使缓冲层104a、 104b包含赋予n型的杂 质元素。作为杂质元素，例如可以使用镁、铝、钛、铁、锡、钙、锗、 钪、钇、锆、铪、硼、铊、铅等。通过使缓冲层包含镁、铝、钛等， 可以发挥对氧的阻挡效果等，并且通过在成膜之后的加热处理等，可 以将半导体层的氧浓度保持在最合适的范围内。
在本发明中，半导体层的载流子浓度范围优选低于IX 1017atoms/cm3 (更优选为1X 10uatoms/cm3以上)，并且缓冲层的载流 子浓度范围优选为1Xl(Tatoms/cn^以上(更优选为1 X 1022atoms/cm3 以下)。
当沟道用IGZO膜的载流子浓度范围超过上述范围时，有作为薄膜 晶体管处于常导通状态的忧虑。因此，通过将上述载流子浓度范围内 的IGZO膜用作半导体层的沟道，可以实现可靠性高的薄膜晶体管。
此外，当在半导体层和缓冲层之间设置载流子浓度比缓冲层低且 比半导体层高的用作rf层的第二缓冲层时，将第二缓冲层的载流子浓 度设定为半导体层和缓冲层的载流子浓度之间的浓度范围，即可。
缓冲层104a、 104b用作n+层，也可以称为漏区或源区。
参照图3A至3E说明图1A及IB的薄膜晶体管171a的制造方法。在衬底100上形成栅电极层101、栅极绝缘层102、导电膜117 (参 照图3A)。作为衬底100，除了通过熔融法或浮法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、以及陶瓷衬 底之外，还可以使用具有可耐受本制造工序的处理温度的耐热性的塑 料衬底等。此外，还可以应用在不锈钢合金等的金属衬底的表面上设 置绝缘膜的衬底。作为衬底100的尺寸，可以使用320ramX400mm、370mm X 470mm、 550咖X 650腿、600mmX 720mm、 680mmX 880mm、 730mmX 920mm、 1 OOOmm X 1200mm、 11 OOmm X 1250mm、 1150mm X 1300mm、 1500mm X 1800mm、 1900mm X 2200mm、 2160mm X 2460mm、 2400mm X 2800mm或2850mm X 3050mm
等。 ，
此外，也可以在衬底100上形成用作基底膜的绝缘膜。通过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 的单层或叠层形成基底膜，即可。
使用金属材料如钛、钼、铬、钽、钨、铝等或其合金材料形成栅 电极层101。可以通过在衬底100上采用溅射法或真空蒸镀法形成导电 膜，在该导电膜上采用光刻技术或喷墨法形成掩模，并使用该掩模蚀 刻导电膜，来形成栅电极层IOI。此外，可以通过使用银、金、铜等的 导电纳米膏并采用喷墨法喷出并焙烧，来形成栅电极层IOI。注意，作 为用来提高栅电极层101的密接性并防止栅电极层101的材料扩散到 衬底及基底膜的阻挡金属，也可以在衬底100和栅电极层101之间设 置上述金属材料的氮化物膜。另外，栅电极层101可以采用单层结构 或叠层结构，例如可以从衬底100 —侧层叠钼膜和铝膜的叠层、钼膜 和铝及钕的合金膜的叠层、钛膜和铝膜的叠层、钛膜、铝膜和钛膜的 叠层等。
另外，由于在栅电极层101上形成半导体膜及布线，因此优选将 端部加工为锥形以防止断开。
可以通过采用CVD法或溅射法等使用氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮 化硅膜或氮氧化硅膜形成栅极绝缘层102。图2所示的薄膜晶体管171b 是层叠栅极绝缘层102的例子。可以按顺序层叠氮化硅膜或氮氧化硅膜和氧化硅膜或氧氮化硅膜
来形成栅极绝缘层102。另外，栅极绝缘层可以不采用两层结构而采用 如下三层结构而形成，即从衬底一侧按顺序层叠氮化硅膜或氮氧化硅 膜、氧化硅膜或氧氮化硅膜和氮化硅膜或氮氧化硅膜。此外，可以使 用氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜或氮氧化硅膜的单层形成栅极绝 缘层。
此外，优选在氧气氛下(或氧为90%以上，稀有气体(氩或氦等) 为10%以下)形成栅极绝缘层102。
另外，作为栅极绝缘层102，也可以在栅电极层101上通过等离子 体CVD法形成氮化硅膜，并在氮化硅膜上通过溅射法层叠氧化硅膜。 还可以在栅电极层101上通过等离子体CVD法按顺序形成氮化硅膜和 氧化硅膜，并在氧化硅膜上通过溅射法层叠氧化硅膜。
在本说明书中，氧氮化硅膜是指作为其组成氧的含量多于氮的 含量的膜，且当利用卢瑟福背散射光谱学法(RBS:Rutherford Backscattering Spectrometry)以及氢前方散射法(HFS: Hydrogen Forward Scattering)进行测量时作为浓度范围包含50原子％至 70原子％的氧、0. 5原子％至15原子％的氮、25原子％至35原子％ 的Si、 0. 1原子％至10原子％的氢。氮氧化硅膜是指作为其组成氮 的含量多于氧的含量的膜，且当利用RBS以及HFS进行测量时作为 浓度范围包含5原子％至30原子％的氧、20原子％至55原子％的 氮、25原子％至35原子％的Si、 10原子％至30原子％的氢。但是， 当将构成氧氮化硅膜或氮氧化硅膜的原子的总计设定为100原子％ 时，氮、氧、Si以及氢的含有比率包括于上述范围内。
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、氧氮化物或氮氧化物中的一种或包含上述物质的化合物中的至 少两种以上的化合物。
另外，也可以使栅极绝缘层102包含氯、氟等卤素元素。将栅极 绝缘层102中的卤素元素的浓度峰值中的浓度设定为lX1015atomS/cm3 以上且1X 102Gatoms/cm3以下，即可。优选使用铝、铜、或添加有硅、钛、钕、钪、钼等的提高耐热性
的元素或小丘防止元素的铝合金的单层或叠层形成导电膜117。此外， 也可以采用如下叠层结构，即使用钛、钽、钼、钨或这些元素的氮化 物形成与在后面的工序形成的具有n型导电型的半导体膜接触的一侧 的膜，然后在其上形成铝或铝合金。再者，还可以采用使用钛、钽、 钼、鸨或这些元素的氮化物将铝或铝合金的上面和下面夹住的叠层结 构。在此，作为导电膜117，使用钛膜、铝膜和钛膜的叠层导电膜。
当采用钛膜、铝膜、钛膜的叠层时，电阻低，且在铝膜中不容易 产生小丘。
通过溅射法或真空蒸镀法形成导电膜117。此外，也可以通过使用 银、金、铜等的导电纳米膏并采用丝网印刷法、喷墨法等喷出并焙烧 来形成导电膜117。
接着，在导电膜117上形成掩模118，通过使用掩模118进行蚀刻 来加工导电膜117，以形成源电极层或漏电极层105a、 105b (参照图 3B)。
接着，去除掩模118，并且在源电极层或漏电极层105a、 105b上 形成具有n型导电型的包含In、 Ga及Zn的氧化物半导体膜的具有n 型导电型的半导体膜。例如，也可以通过以IGZO为第一靶子，并以具 有n型导电型的材料为第二靶子，同时采用溅射法进行成膜(共溅射)， 来形成混合膜并将它用作缓冲层。在此源电极层或漏电极层105a、 105b 的上面及侧面被具有n型导电型的半导体膜覆盖，因此具有n型导电 型的半导体膜可以保护源电极层或漏电极层105a、 105b。
接着，在具有n型导电型的半导体膜上形成掩模116，使用掩模 116进行蚀刻来加工具有n型导电型的半导体膜，从而形成n型半导体 层115a、 115b (参照图3C)。在此，采用使用具有n型导电型的半导 体膜覆盖源电极层或漏电极层105a、 105b的图案形状，以保护源电极 层或漏电极层105a、 105b。然而，不局限于图3C所示的图案形状。虽 然在源电极层或漏电极层105a、 105b中需要使用具有n型导电型的半 导体膜至少覆盖与栅电极靠近一侧，但是也可以不覆盖靠远离于栅电极的一侧的侧面。在源电极层或漏电极层105a、 105b中的靠近于栅电 极一侧的侧面不被具有n型导电型的半导体膜覆盖的情况下，侧面直 接与形成沟道的IGZO膜接触，所以有形成肖特基结而使接触电阻增高 的忧虑。
此外，通过加工具有n型导电型的半导体膜的蚀刻形成的n型半 导体层115a、 115b的间隔成为薄膜晶体管的沟道长度。若是n型半导 体层115a、 115b的间隔一定，且该间隔位于栅电极上方，则即使产生 位置偏差也可以获得大致相当的电特性，所以可以减少薄膜晶体管的 不均匀。另外，可以根据蚀刻条件自由地决定n型半导体层115a、 115b 的间隔。在现有的薄膜晶体管中，源电极层和漏电极层之间的间隔成 为沟道长度，但是由于使用导电率高的金属膜及容易产生小丘的金属 膜，因此当源电极层和漏电极层的间隔窄时，有产生短路的忧虑。
接着，去除掩模116，并且在n型半导体层115a、 115b上形成半 导体膜lll (参照图3D)。
作为半导体膜lll,形成包含In、 Ga及Zn的氧化物半导体膜。例 如，作为半导体膜lll，通过溅射法形成50nm厚的包含In、 Ga及Zn 的氧化物半导体膜，即可。优选在氧气氛下(或氧为90%以上，稀有 气体(氩或氦等)为10%以下)形成半导体膜lll。
作为半导体膜111及具有n型导电型的半导体膜等的氧化物半导 体膜的采用溅射法以外的其他成膜方法，可以采用脉冲激光蒸镀法 (PLD法)及电子束蒸镀法等的气相法。在气相法中，从容易控制材料 系统的组成的观点来看，PLD法是适合的，而从量产性的观点来看，如 上所述溅射法是适合的。
作为半导体膜lll的具体的成膜条件例子，例如可以使用直径8 英寸的包含In、 Ga及Zn的氧化物半导体靶子；衬底和靶子之间的距 离为170mm;压力为0.4Pa;直流(DC)电源为0. 5kW;在氩或氧气氛 下进行成膜。此外，当使用脉冲直流(DC)电源时，可以减轻碎屑， 且膜厚度分布也变均匀，所以是优选的。
接着，形成用来加工半导体膜lll的掩模113 (参照图犯)。通过使用掩模113蚀刻半导体膜111，可以形成半导体层103。
此外，使用相同的掩模113进行蚀刻形成缓冲层104a、 104b。因 此，如图1A和1B所示，半导体层103的端部和缓冲层104a、 104b的 端部成为大致一致的形状。另外，当进行半导体膜lll、 n型半导体层 115a、 115b等的IGZ0半导体膜的蚀刻时，可以将柠檬酸及草酸等的有 机酸用作蚀刻剂。例如，使用ITO-07N (日本关东化学株式会社制造) 以150秒来可以对50nm的半导体膜111进行蚀刻加工。
此外，通过将半导体层103的端部蚀刻为具有锥形的形状，可以 防止台阶形状所引起的布线的断开。
然后，去除掩模113。通过上述工序，可以形成薄膜晶体管171a。 注意，薄膜晶体管171a的沟道长度L相当于n型半导体层115a、 115b 的间隔(缓冲层104a、 104b的间隔)。由此，可以不改变n型半导体 层115a、 115b的间隔地扩大源电极层或漏电极层105a、 105b的间隔。 通过扩大源电极层或漏电极层105a、 105b的间隔，可以防止小丘发生
并在源电极层和漏电极层之间产生短路的情况。此外，通过扩大源电 极层或漏电极层105a、 105b的间隔，可以縮小与源电极重叠的面积并 减少与栅电极的寄生电容，所以可以实现具有优良的动态特性例如高
频率特性(被称为f特性)的薄膜晶体管。
再者，也可以在薄膜晶体管171a上形成用作保护膜的绝缘膜。作 为保护膜，可以与栅极绝缘层同样地形成。另外，保护膜用来防止在 大气中悬浮的有机物、金属物、水蒸气等的污染杂质的侵入，所以优 选采用致密的膜。例如，在薄膜晶体管171a上形成用作保护膜的氧化 硅膜和氮化硅膜的叠层，即可。
此外，优选在形成半导体层103及缓冲层104a、 104b等的氧化物 半导体膜之后对它们进行加热处理。可以在成膜之后的任何工序中进 行加热处理，但是可以在刚成膜之后或在形成保护膜之后等进行加热 处理。此外，也可以兼作其他加热处理进行。另外，加热温度为30(TC 以上且40(TC以下，优选为350'C，即可。也可以进行多次的加热处理， 以在不同的工序中进行半导体层103和缓冲层104a、104b的加热处理。另外，参照图3A至犯说明图2所示的薄膜晶体管171b的制造工 序。注意，至于图2所示的薄膜晶体管171b的制造工序，只是其一部 分不同于图1B的薄膜晶体管171a的制造工序，所以以下说明该部分。
图2中的与图1B的不同之处在于栅极绝缘层102是两层；缓冲 层的端部的位置与半导体层的端部的位置不同。
当使用图犯所示的掩模113进行蚀刻时，通过仅对半导体层103 选择性地进行蚀刻并使n型半导体层115a、 115b残留，可以获得图2 所示的薄膜晶体管171b。在图2中，n型半导体层115a、 115b用作缓 冲层。此外，当薄膜晶体管171b上还形成层间绝缘膜并在层间绝缘膜 上形成布线时，即使在接触孔的底面残留有n型半导体层115a、 115b 的状态下，也可以与布线和源电极层及漏电极层良好地电连接。
本实施方式的薄膜晶体管具有栅电极层、栅极绝缘层、源电极层 及漏电极层、缓冲层(包含In、 Ga及Zn并具有n型导电型的氧化物 半导体层)、半导体层(包含In、 Ga及Zn的氧化物半导体层)的叠层 结构，并且通过使用如包含In、 Ga及Zn的具有n型导电型的氧化物 半导体层那样的载流子浓度高的缓冲层，可以在使半导体层的厚度为 薄的状态下抑制寄生电容。注意，即使缓冲层是薄膜，它也具有对栅 极绝缘层的充分的比例。由此，充分地抑制寄生电容。
根据本实施方式可以获得一种薄膜晶体管，在该薄膜晶体管中，
光电流少，寄生电容小，且导通截止比高，并且还可以制造具有优良
的动态特性的薄膜晶体管。因此，可以提供包括电特性高且可靠性高 的薄膜晶体管的半导体装置。
实施方式2
本实施方式是本发明的一个方式的多栅结构的薄膜晶体管的例 子。因此，其他部分可以与实施方式1同样地进行，所以省略对于与 实施方式1同样的部分或具有与实施方式1同样的功能的部分及工序 的重复说明。
在本实施方式中，参照图4A和4B以及图5A和5B说明用于半导 体装置的薄膜晶体管。图4A是示出薄膜晶体管的平面图，而图4B相当于沿着图4A中的 线El-E2示出薄膜晶体管172a的截面图。
如图4A和4B所示，在衬底150上设置有多栅结构的薄膜晶体管 172a，该薄膜晶体管172a包括栅电极层151a、 151b、栅极绝缘层152、 源电极层或漏电极层155a、 155b、缓冲层154a、 154b、 154c、半导体 层的沟道形成区153a、 153b。另外，在多栅结构的薄膜晶体管172a 中第一沟道长度Ll相当于缓冲层154a和154c的间隔，而第二沟道长 度L2相当于缓冲层154b和154c的间隔。
半导体层的沟道形成区153a、 153b是包含In、 Ga及Zn的氧化物 半导体层，而缓冲层154a、 154b、 154c是具有n型导电型的包含In、 Ga及Zn的氧化物半导体层。用作源区或漏区(n+层)的缓冲层154a、 154b的载流子浓度比半导体层的沟道形成区153a、 153b高。
半导体层的沟道形成区153a和半导体层的沟道形成区153b电连 接。此外，半导体层的沟道形成区153a隔着缓冲层154a电连接到源 电极层或漏电极层155a，而半导体层的沟道形成区153b隔着缓冲层 154b电连接到源电极层或漏电极层155b。
图5A和5B示出具有其他结构的多栅结构的薄膜晶体管172b。图 5A是示出薄膜晶体管172b的平面图，而图5B相当于沿着图5A的线 Fl-F2示出薄膜晶体管172b的截面图。在图5A和5B的薄膜晶体管172b 中，半导体层分割为多个，设置有通过与源电极层或漏电极层155a、 155b同一工序形成的布线层156，并且半导体层153c和半导体层153d 隔着缓冲层154c、 154d并利用布线层156电连接。
注意，在多栅结构的薄膜晶体管172b中，第一沟道长度Ll相当 于缓冲层154a和154c的间隔，而第二沟道长度L2相当于缓冲层154b 和154d的间隔。
像这样，在本发明的一个方式的多栅结构的薄膜晶体管中，既可 以连续设置形成在各栅电极层上的半导体层，又可以以隔着缓冲层及 布线层等电连接的方式设置多个半导体层。
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，并且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。
在本实施方式中，作为多栅结构示出具有两个栅电极层的双栅结 构的例子。本发明的一个方式还可以应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
在本实施方式中，下面说明在本发明的一个方式的半导体装置的 一例的显示装置中，在同一衬底上至少制造驱动电路的一部分和配置 在像素部的薄膜晶体管的例子。
根据实施方式1或实施方式2形成配置在像素部的薄膜晶体管。 此外，因为实施方式1或实施方式2所示的薄膜晶体管是n沟道型TFT， 所以将驱动电路中的可使用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个的衬底上。
图6A示出本发明的一个方式的半导体装置的一例的有源矩阵型液 晶显示装置的框图的一例。图6A所示的显示装置在衬底5300上包括 具有多个具备显示元件的像素的像素部5301;选择各像素的扫描线驱 动电路5302;以及控制对被选择的视频信号的输入的信号线驱动电路 像素的5303。
此外，实施方式1或实施方式2中之任一个所示的薄膜晶体管是n 沟道型TFT，参照图7说明由n沟道型TFT构成的信号线驱动电路。
图7所示的信号线驱动电路包括驱动器IC5601;开关群5602_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—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至布线5621—M中任一个)分别通过开关群5602—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-1、信号线Sj、信号线Sj+l。
注意，对第一布线5611、第二布线5612、第三布线5613分别输 入信号。
注意，驱动器IC5601优选形成在单晶衬底上。再者，开关群5602—1 至5602—M优选形成在与像素部同一个衬底上。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8的时序图说明图7所示的信号线驱动电路的工作。 注意，图8的时序图示出当第i行扫描线Gi被选择时的时序图。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7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8相同的工作。
注意，图8的时序图示出第J列布线5621一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-l、信号线Sj、信号线Sj+l的情况。
注意，图8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。
注意，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，对布线5621—1至布线5621_M分别输入不同的视频信号。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-l,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_l、 Data—j、 DataJ+l。如图8所示，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Data—j-1通过第一薄膜晶体管5603a输入到信号 线Sj-1。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Data—j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 Data_j+1通过第三薄膜晶体管5603c输入到信号线Sj+1。
据此，图7的信号线驱动电路通过将一个栅极选择期间分割为三 个而可以在一个栅极选择期间中将视频信号从一个布线5621输入到三 个信号线。因此，图7的信号线驱动电路可以将形成有驱动器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 过使连接数成为大约1/3，可以提高图7的信号线驱动电路的可靠性、 成品率等。
另外，如图7所示，只要能够将一个栅极选择期间分割为多个子 选择期间，并在多个子选择期间的每一个中分别将视频信号从某一个 布线输入到多个信号线，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，将视频信号从一 个布线分别输入到三个以上的信号线时，追加薄膜晶体管及用来控制 薄膜晶体管的布线，即可。但是，当将一个栅极选择期间分割为四个 以上的子选择期间时，子选择期间縮短。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9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Tl、第二子选择期间T2、第三 子选择期间T3。再者，图9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_J的信号5821—J。如图9 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_J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+1。 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 Data—j-1通过第一薄膜晶体管5603a输入到信号线Sj-1。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Data—j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Data—j+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9的时序图的图7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 可以高速地对像素进行视频信号的写入。注意，在图9中，使用相同 的附图标记来表示与图8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、缓冲器。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(CUO及起始脉冲信号 (SP)，生成选择信号。所生成的选择信号在缓冲器中被缓冲放大，并 供给到对应的扫描线。扫描线连接有一条线上的像素的晶体管的栅电 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 能够产生大电流的缓冲器。
参照图10和图11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10示出移位寄存器的电路结构。图10所示的移位寄存器由多个触发器5701—i (触发器5701—1至5701—n中任一个)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10的移位寄存器的连接关系。在图10的移位寄存器的第i 级触发器5701—i (触发器5701_1至5701_n中任一个)中，图11所示 的第一布线5501连接到第七布线5717—i-1 ，图11所示的第二布线5502 连接到第七布线5717—i+l，图11所示的第三布线5503连接到第七布 线5717—i，并且图11所示的第六布线5506连接到第五布线5715。
此外，图11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11 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11所示的第一布线5501连接到 第一布线5711，第n级触发器5701—n的图11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ll示出图IO所示的触发器的详细结构。图ll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、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是n沟道型晶体管，并 且它们当栅极.源极之间的电压(Vgs)超过阈值电压(Vth)时成为导 通状态。
接着，下面示出图10所示的触发器的连接结构。 第一薄膜晶体管5571的第一电极(源电极或漏电极中的一方)连接到第四布线5504，并且第一薄膜晶体管5571的第二电极(源电极或 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。
第七薄膜晶体管5577的第一电极连接到第六布线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。
注意，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或实施方式2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或实施方式2 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或实施方式2所示的n沟道型TFT利 用具有n型的包含铟、镓及锌的氧化物半导体层的缓冲层来减少寄生 电容，因此频率特性(被称为f特性)高。例如，由于可以将使用实 施方式1或实施方式2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，通过在一侧配置用来使偶数行的扫描线驱动的扫描 线驱动电路，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，在制造本发明的一个方式的半导体装置的一例的有源矩阵 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6B示出有源矩阵型发光装置的 框图的一例。
图6B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。
在输入到图6B所示的发光显示装置的像素的视频信号为数字方式 的情况下，通过将晶体管切换为导通状态或截止状态，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使各子像素分别根据视频信号驱动，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 度显示。
发光元件的响应速度比液晶元件等快，所以与液晶元件相比适合 时间灰度法。具体地，在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，并并显示灰度级。
另外，在图6B所示的发光显示装置中示出一个例子，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，也可以共同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 如还可能根据开关元件所具有的各晶体管的数量，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，又可以 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个衬 底上。另外，也可以仅使用实施方式1或实施方式2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或发光显示装置之外，还 可以用于利用与开关元件电连接的元件来使电子墨水驱动的电子纸。 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第二粒子的微囊，并且通过对微囊施加电场使微囊中的粒子互相向反 方向移动，以仅显示集合在一方的粒子的颜色。注意，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(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囊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囊，使得微囊 夹在两个电极之间而完成有源矩阵型显示装置，并且通过对微囊施 加电场可以进行显示。例如，可以使用根据实施方式1或实施方式
2的薄膜晶体管而获得的有源矩阵衬底。
此外，作为微囊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。
通过上述工序，可以制造作为半导体装置的可靠性高的显示装置。 本实施方式可以与实施方式1或实施方式2所记载的结构适当地 组合而实施。 实施方式4
可以通过制造本发明的一个方式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一个方式的薄膜晶体管的驱 动电路的一部分或整体一体形成在与像素部同一衬底上来形成系统型 面板(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(也称为液晶显示元件)、发光元件(也称为发光显示元件)。在发光元件
的范畴内包括由电流或电压控制亮度的元件，具体而言，包括无机EL (Electro Luminescence;电致发光)元件、有机EL元件等。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，本发明的一个方式涉及一种元件衬 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，并且它在多个像素的每一个中分别具备用来将电流供给 到显示元件的单元。具体而言，元件衬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，可以釆用所有方式。
注意，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)。另外，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 Automated Bonding;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，示出液晶显示装置的例子作为本发明的一个方 式的半导体装置。
图12A和12B示出应用本发明的有源矩阵型液晶显示装置。图12A 是液晶显示装置的平面图，而图12B是沿着图12A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，实施方式1所示的薄 膜晶体管也可以用作本实施方式的薄膜晶体管201。
图12A所示的本实施方式的液晶显示装置包括源极布线层202、多 栅结构的薄膜晶体管201、栅极布线层203、电容布线层204。
另外，在图12B中，本实施方式的液晶显示装置包括其中间夹着液晶层262并对置的衬底200和衬底266以及液晶显示元件260，该衬 底200设置有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设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。
此外，还可以采用不使用取向膜的呈现蓝相(blue phase)的液 晶。蓝相是液晶相中之一种，当使胆甾相液晶的温度升高时，在即将 由胆甾相转变成均质相之前呈现。由于蓝相只在较窄的温度范围内呈 现，因此使用为改善温度范围而混合5重量％以上的手性试剂的液晶组 成物用于液晶层262。因为包括呈现蓝相的液晶和手性试剂的液晶组成 物的响应速度短，即IOp s至100ix s，且该液晶组成物具有光学各向 同性，所以不需要取向处理，且视角的依赖性也小。
注意，图12A和12B是透过型液晶显示装置的例子，但是本发明 的一个方式可以应用于反射型液晶显示装置或半透型液晶显示装置。
此外，图12A和12B的液晶显示装置示出在衬底266的外侧(可 见一侧)设置偏振片267，而在衬底266的内侧按顺序设置着色层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12B， 而根据偏振片及着色层的材料和制造工序条件适当地设定，即可。此 外，还可以设置用作黑矩阵的遮光膜。
此外，在本实施方式中，为了减少薄膜晶体管表面的凹凸及提高 薄膜晶体管的可靠性，采用如下结构，即使用用作保护膜及平坦化绝 缘膜的绝缘层(绝缘层21K绝缘层212、绝缘层213)覆盖在实施方 式2中获得的薄膜晶体管。另外，保护膜用来防止在大气中悬浮的有 机物、金属物、水蒸气等的污染杂质的侵入，所以优选采用致密的膜。 通过CVD法或溅射法等使用氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜或氮氧 化硅膜的单层或叠层形成保护膜，即可。此外，作为保护膜，也可以 通过将有机硅烷气体和氧用作工艺气体并采用等离子体CVD法形成 化硅膜。有机硅烷是指正硅酸乙酯(TE0S:化学式Si (OC2H5) 4)、四甲基 硅烷(TMS:化学式Si (CH3) 4)、四甲基环四硅氧垸(TMCTS)、八甲基 环四硅氧烷(0MCTS)、六甲基二硅氮烷(HMDS)、三乙氧基硅烷(SiH (OC2H5) 3)、三(二甲氨基)硅烷(SiH (N (CH3) 2) 3)等的化合物。
作为保护膜的第一层，形成绝缘层211。绝缘层211有效于防止铝 膜的小丘。在此，作为绝缘层211，通过等离子体CVD法形成氧化硅膜。 作为氧化硅膜的成膜用工艺气体，使用TE0S及02，并且TEOS和02的 流量为TE0SX02二15X750 (sccm)。成膜工序的衬底温度是3(XTC。
此外，作为保护膜的第二层，形成绝缘层212。在此，作为绝缘层 212，使用等离子体CVD法形成氮化硅膜。作为氮化硅膜的成膜用工艺 气体，使用SiH4、 N2、 ,3及H2。通过将氮化硅膜用作保护膜的一层， 可以抑制钠等的可动离子侵入到半导体区中而改变TFT的电特性。
另外，也可以在形成保护膜之后进行IGZO半导体层的退火(30(TC 至400。C)。
此外，作为平坦化绝缘膜，形成绝缘层213。作为绝缘层213，可 以使用具有耐热性的有机材料如聚酰亚胺、丙烯酸树脂、苯并环丁烯、 聚酰胺、环氧树脂等。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)、硅氧垸类树脂、PSG (磷硅玻璃)、BPSG (硼磷 硅玻璃)等。硅氧垸类树脂除了氢以外，还可以具有氟、垸基、或芳基 中的至少一种作为取代基。另外，也可以通过层叠多个由这种材料形 成的绝缘膜，形成绝缘层213。
另外，硅氧烷类树脂相当于包含以硅氧烷类材料为起始材料形成 的Si-O-Si键的树脂。硅氧烷类树脂除了氢以外，还可以具有氟、烷 基、或芳烃中的至少一种作为取代基。
当形成绝缘层213时，可以根据其材料采用CVD法、溅射法、SOG
法、旋涂、浸渍、喷涂、液滴喷出法(喷墨法、丝网印刷、胶版印刷 等)、刮刀、辊涂机、帘涂机、刮刀涂布机等。在使用材料液形成绝缘 层213的情况下，也可以在进行烘干的工序中同时进行IGZO半导体层 的退火(300"C至400°C)。通过兼作绝缘层213的焙烧工序和IGZO半导体层的退火，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IT0)、 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10000 Q /□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0. 1Q-cm 以下。
作为导电高分子，可以使用所谓的^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、聚噻吩或其衍 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，可以制造作为半导体装置的可靠性高的液晶显示 装置。
本实施方式可以与实施方式1至3中任一个所记载的结构适当地 组合而实施。 实施方式5
在本实施方式中，作为本发明的一个方式的半导体装置示出电子 纸的例子。
在图13中，作为应用本发明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所示的薄膜晶体管作为本实施方式的薄膜晶体 管581。
图13的电子纸是采用旋转球显示方式的显示装置的例子。旋转球 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。
薄膜晶体管581是多栅结构的反交错型的一种(也称为底接触型) 的薄膜晶体管，在形成在绝缘层585的开口中利用源电极层或漏电极 层接触于第一电极层587并与它电连接。在第一电极层587和第二电 极层588之间设置有球形粒子589，该球形粒子具有黑色区590a和白 色区590b,其周围包括充满了液体的空洞594，并且球形粒子589的 周围填充了树脂等的填料595 (参照图13)。
此外，还可以使用电泳元件而代替旋转球。使用直径为lOum至 200ym左右的微囊，在该微囊中封入有透明液体、带正电的白色微粒 和带负电的黑色微粒。对于设置在第一电极层和第二电极层之间的微 囊，当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，耗电量小，并且 在昏暗的地方也能够辨别显示部。另外，即使不向显示部供应电源， 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，可以制造作为半导体装置的可靠性高的电子纸。
本实施方式可以与实施方式1至3中任一个所记载的结构适当地 组合而实施。
实施方式6
在本实施方式中，示出发光显示装置的例子作为本发明的一个方 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。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而被区别， 一般来说，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， 通过使这些载流子(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元件具有利用电介质层夹住 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。注意，在此使用有机EL元件作为 发光元件而进行说明。
在图14A和14B中示出有源矩阵型发光显示装置作为应用本发明 的半导体装置的例子。图14A是发光显示装置的平面图，而图14B是 沿着图14A中的线Y-Z截断的截面图。注意，图15示出图14A和14B 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IGZ0半导体层及具有n型导电型的IGZ0半导体层的可靠性高 的薄膜晶体管。
图14A及图15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n沟道型薄膜晶体管。
此外，在图14B中，本实施方式的发光显示装置包括薄膜晶体管 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。
优选使用丙烯酸树脂、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n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。
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4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14B的状态之后使用气密性高且 漏气少的保护薄膜(贴合薄膜紫外线固化树脂薄膜等)、覆盖材料进行 封装(密封)，以防止暴露于大气。
接着，参照图16A至16C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 的薄膜晶体管同样制造用于图16A、16B和16C的半导体装置的驱动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所示的薄膜晶体管作为TFT7001、 7011、 7021。
为了取出发光，发光元件的阳极或阴极中之至少一方是透明的， 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、从衬底一侧 取出发光的底部发射、以及从衬底一侧及与衬底相反的面取出发光的 双面发射。图16A至16C所示的像素结构可以应用于任何发射结构的 发光元件。参照图16A说明顶部发射结构的发光元件。
在图16A中示出当驱动TFT的TFT7001是n型，且从发光元件7002 发射的光穿过阳极7005—侧时的像素的截面图。在图16A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。至于阴极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。注意，不需要设置所有这 些层。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。
利用阴极7003及阳极7005夹住发光层7004的区域相当于发光元 件7002。在图16A所示的像素中，从发光元件7002发射的光如箭头所 示那样发射到阳极7005 —侧。
接着，参照图16B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。在图16B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。注意，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进行遮 光的屏蔽膜7016。与图16A的情况同样，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16A同样，发光层7014可以由单层或 多层的叠层构成。阳极7015不需要透过光，但是可以与图16A同样使 用具有透光性的导电材料形成。并且，虽然作为屏蔽膜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。
利用阴极7013及阳极7015夹有发光层7014的区域相当于发光元 件7012。在图16B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16C说明双面发射结构的发光元件。在图16C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16A的情况同样，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，可以将厚度为20nm的Al用作阴极7023。而且，与图16A同样， 发光层7024可以由单层或多层的叠层构成。阳极7025可以与图16A 同样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16C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 —侧双方。
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16A至16C所示 的结构而可以根据本发明的技术思想进行各种变形。
通过上述工序，可以制造作为半导体装置的可靠性高的发光显示 装置。
本实施方式可以与实施方式1至3中任一个所记载的结构适当地 组合而实施。 实施方式7
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17A和17B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17A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括IGZ0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及发光元件密封在与第二衬底之间。图17B相当于沿着图17A的H-1的截面图。
以围绕设置在第一衬底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的方式设置有密封材料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，设置在第一衬底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17B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或实施方式2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45U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，而布线4516由与发光元件4511所具有的第一电极层4517相同的导电膜形成。
连接端子4515通过各向异性导电膜4519与FPC4518a所具有的端子电连接。
位于来自发光元件4511的光的取出方向上的第二衬底4506衬底需要具有透光性。在此情况下，使用如玻璃板、塑料板、聚酯薄膜或丙烯酸薄膜等的具有透光性的材料。
此外，作为填料4507，除了氮或氩等的惰性气体之外，还可以使用紫外线固化树脂或热固化树脂。可以使用PVC (聚氯乙烯)、丙烯酸树脂、聚酰亚胺、环氧树脂、硅酮树脂、PVB (聚乙烯醇縮丁醛)、或EVA (乙烯-醋酸乙烯酯)。在本实施方式中，作为填料使用氮。
另外，若有需要，也可以在发光元件的发射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a/4片、X/2片)、彩色滤光片等的光学薄膜。另外，也可以在偏振片或圆偏振片上设置抗反射膜。例如，可以进行抗眩光处理，该处理是利用表面的凹凸来扩散反射光并降低眩光的处理。
也可以在另外准备的衬底上作为由单晶半导体膜或多晶半导体膜形成的驱动电路，安装信号线驱动电路4503a、 4503b、及扫描线驱动电路4504a、 4504b。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17A和17B的结构。
接着，参照图18A1、 18A2和18B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18A1和18A2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4010、 4011及液晶元件4013密封在与第二衬底4006之间。图18B相当于沿着图18A1和18A2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，在第一衬底4001上的与由密封材料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18A1是通过COG方法安装信号线驱动电路4003的例子，而图18A2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18B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IGZ0半导体层及具有n型导电型的IGZ0半导体层的薄膜晶体管，并可以应用实施方式1或实施方式2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，可以使用玻璃、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、聚酯薄膜或丙烯酸树脂薄膜。此外，还可以采用具有使
用PVF薄膜或聚酯薄膜夹住铝箔的结构的薄片。
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。注意，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所具有的像素电极层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通过各向异性导电膜4019电连接到FPC4018所具有的端子。
此外，虽然在图18A1至18B中示出另外形成信号线驱动电路4003并将它安装在第一衬底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19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例。
图19是液晶显示模块的一例，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等的像素部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和对置衬底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具有相位差板的状态下层叠。
作为液晶显示模块，可以采用TN (扭曲向列；Twisted Nematic)模式、IPS (平面内转换；In-Plane-Switching)模式、FFS (边缘电 场转换；Fringe Field Switching)模式、MVA (多畴垂直取向； Multi-domain Vertical Alignment)模式、PVA (垂直取向构型; Patterned Vertical Alignment)模式、ASM (轴对称排列微胞；Axially Symmetric aligned Micro-cell)模式、OCB (光学补偿弯曲；Optical Compensated Birefringence)模式、FIX(铁电性液晶；Ferroelectric Liquid Crystal)模式、AFLC (反铁电性液晶；Anti Ferroelectric Liquid Crystal)模式等。
通过上述工序，可以制造作为半导体装置的可靠性高的显示面板。 本实施方式可以与实施方式1至6中任一个所记载的结构适当地 组合而实施。 实施方式8
可以应用本发明的半导体装置的一个方式作为电子纸。电子纸可 以用于用来显示信息的所有领域的电子设备。例如，可以将电子纸应 用于电子书籍(电子书)、招贴、电车等的交通工具的车厢广告、信用 卡等的各种卡片的显示等。图20A和20B以及图21示出电子设备的一 例。
图20A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，招贴也可以采用能够以无线的方式收发信息 的结构。
此外，图20B示出电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 发明的电子纸，则可以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，车厢广告 也可以采用能够以无线的方式收发信息的结构。
另外，图21示出电子书籍2700的一例。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为轴进行开闭动作。通 过采用这种结构，可以进行如纸的书籍那样的动作。
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屏画面的结构，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21中的显示部2705)上可以显示文章，而在左 边的显示部(图21中的显示部2707)上可以显示图像。
此外，在图21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同一个的面 上具备键盘及定位装置等的结构。另外，也可以采用在框体的背面或 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也可以采用能够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。
本实施方式可以与实施方式1至3中任一个或实施方式5所记载 的结构适当地组合而实施。
实施方式9
根据本发明的半导体装置可以应用于各种电子设备(也包括游戏 机)。作为电子设备，例如可举出电视装置(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、数码摄影机、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、音频再现装置、弹珠机等的大型游戏机等。
图22A示出电视装置9600的一例。在电视装置9600中，框体9601 组装有显示部9603。利用显示部9603可以显示映像。此外，在此示出 利用支架9605支撑框体9601的结构。
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可以进行电视装置9600的操作。通过利用遥控操作机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、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22B示出数码相框9700的一例。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。这些结构也可以组装到与显示部同一个面，但是通过将它们 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由数码相机拍摄的图像数据的存 储器并提取图像数据，然后将所提取的图像数据显示于显示部9703。
此外，数码相框9700也可以采用能够以无线的方式收发信息的结 构。还可以采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23A是便携式游戏机。它由框体9881和框体9891的两个框体 构成，并且使用联结部9893能够开闭地联结。在框体9881中组装有 显示部9882，而在框体9891中组装有显示部9883。此外，图23A所 示的便携式游戏机还具备扬声器部9884、记录介质插入部9886、 LED 灯9890、输入单元(操作键9885、连接端子9887、传感器9888 (包 括测量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、斜率、振动、气味
或红外线)、麦克风9889)等。当然，便携式游戏机的结构不局限于上 述结构而采用至少具备根据本发明的半导体装置的结构即可，且可以 采用适当地设置有其他辅助设备的结构。图23A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它显示于显 示部；通过与其他便携式游戏机进行无线通信实现信息共享。注意， 图23A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 功能。
图23B示出大型游戏机的自动赌博机9900的一例。在自动赌博机 9900的框体9901中组装有显示部9903。此外，自动赌博机9900还具 备起动杆及停止开关等的操作单元、投币口、扬声器等。当然，自动 赌博机9900的结构不局限于上述结构而采用至少具备根据本发明的半 导体装置的结构即可，且可以采用适当地设置有其他辅助设备的结构。
图24示出移动电话机1000的一例。移动电话机1000除了安装在 框体1001中的显示部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24所示的移动电话机1000可以用手指等触摸显示部1002来输 入信息。此外，可以用手指等触摸显示部1002来进行打电话或输入电 子邮件等的操作。
显示部1002的画面主要有三种模式。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，第三是混 合显示模式和输入模式的两个模式的显示+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，并进行在画面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的画面的大多部 分上显示键盘或号码按钮。
通过在移动电话机1000的内部设置具有陀螺仪、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)，而可以对显示部1002的画面显示进行自动切换。通过触摸显示部1002或对框体1001的操作按钮1003进行操作， 切换画面模式。还可以根据显示在显示部1002上的图像种类切换画面 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 画面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，将画面模式切换成输入模式。
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利用显示部1002的触摸操作的输入时， 也可以以将画面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,来拍摄掌纹、指纹等，而可以进行个人识别。此外， 通过在显示部中使用发射近红外光的背光灯或发射近红外光的感测光 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2008-206125而制作，所述申请内容包括在本说明书中。
权利要求
1.一种包括薄膜晶体管的半导体装置，该薄膜晶体管包括栅电极层；所述栅电极层上的栅极绝缘层；所述栅极绝缘层上的源电极层及漏电极层；所述源电极层上的具有n型导电型的第一缓冲层；所述漏电极层上的具有n型导电型的第二缓冲层；以及所述第一及第二缓冲层上的氧化物半导体层，其中，与所述栅电极层重叠的所述氧化物半导体层的一部分在所述栅极绝缘层上并与其接触，且设置在所述源电极层和所述漏电极层之间，并且，所述第一缓冲层及所述第二缓冲层的载流子浓度高于所述氧化物半导体层的载流子浓度，并且，所述氧化物半导体层和所述源电极层隔着所述第一缓冲层彼此电连接，并且，所述氧化物半导体层和所述漏电极层隔着所述第二缓冲层彼此电连接。
2. 根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述第一及第二缓冲 层包括赋予n型导电型的杂质元素。
3. 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 具有低于1X10"atoms/cm3的载流子浓度，且所述第一及第二缓冲层具 有1X 1018atoms/cm3以上的载流子浓度。
4. 根据权利要求1所述的半导体装置，还包括 所述氧化物半导体层和所述第一缓冲层之间的第三缓冲层；以及 所述氧化物半导体层和所述第二缓冲层之间的第四缓冲层， 其中所述第三缓冲层具有高于所述氧化物半导体层并低于所述第一缓冲层的载流子浓度，并且所述第四缓冲层具有高于所述氧化物半导体层并低于所述第二缓冲层的载流子浓度。
5. 根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述源电极层及所述 漏电极层包含钛。
6. 根据权利要求1所述的半导体装置，其中与所述漏电极层的侧 面相对的所述源电极层的侧面被所述第一缓冲层覆盖，并且与所述源 电极层的侧面相对的所述漏电极层的侧面被所述第二缓冲层覆盖。
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 包含铟、镓及锌。
8. 根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述第一及第二缓冲 层包含铟、镓及锌。
9. 根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述第一及第二缓冲 层包含镁、铝或钛。
10. —种半导体装置的制造方法，包括如下步骤 在衬底上形成栅电极层；在所述栅电极层上形成栅极绝缘层；在所述栅极绝缘层上形成源电极层及漏电极层；在所述源电极层及所述漏电极层上形成具有n型导电型的缓冲层；以及在所述缓冲层上形成氧化物半导体层，其中，所述缓冲层的载流子浓度高于所述氧化物半导体层的载流 子浓度，并且，所述氧化物半导体层和所述源电极层隔着所述缓冲层彼此 电连接。
11. 根据权利要求10所述的半导体装置的制造方法，其中所述氧 化物半导体层的一部分在与所述栅电极层重叠的所述栅极绝缘层上并 与其接触，且设置在所述源电极层和所述漏电极层之间。
12. 根据权利要求10所述的半导体装置的制造方法，其中所述氧 化物半导体层具有低于lX10"atoms/cm3的载流子浓度，且所述缓冲层 具有1X 1018atoms/Cm3以上的载流子浓度。
13. 根据权利要求10所述的半导体装置的制造方法，其中所述氧 化物半导体层包含铟、镓及锌。
14. 根据权利要求10所述的半导体装置的制造方法，其中所述缓 冲层包含铟、镓及锌。
15. 根据权利要求10所述的半导体装置的制造方法，其中所述缓 冲层包含镁、铝或钛。
全文摘要
本发明的一个方式的目的之一在于提供一种在使用包含铟(In)、镓(Ga)及锌(Zn)的氧化物半导体膜的薄膜晶体管中减少源电极或漏电极的接触电阻的薄膜晶体管及其制造方法。通过在源电极层及漏电极层和IGZO半导体层之间意图性地设置载流子浓度比IGZO半导体层高的缓冲层，形成欧姆接触。
文档编号H01L29/66GK101645463SQ20091016362
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