半導(dǎo)體裝置及其制造方法

文檔序號：7180413閱讀：108來源：國知局

導(dǎo)航： X技術(shù)> 最新專利>電氣元件制品的制造及其應(yīng)用技術(shù)

專利名稱：半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例涉及具有包括薄膜晶體管(在下文中稱為TFT)的電路的半導(dǎo)體裝置及其制造方法，在TFT中將氧化物半導(dǎo)體膜用于溝道形成區(qū)。例如，本發(fā)明涉及上面安裝有電光學(xué)裝置作為組件的電子電器，所述電光學(xué)裝置以液晶顯示板或具有有機發(fā)光元件的發(fā)光顯示裝置為代表。應(yīng)注意的是，本說明書中的半導(dǎo)體裝置表示可以通過使用半導(dǎo)體特性工作的所有裝置，并且電光學(xué)裝置、半導(dǎo)體電路、以及電子電器全部包括在所述半導(dǎo)體裝置中。
背景技術(shù)：
最近，已積極開發(fā)有源矩陣顯示裝置(諸如液晶顯示裝置、發(fā)光顯示裝置、以及電泳顯示裝置)，在每一種有源矩陣顯示裝置中在以矩陣設(shè)置的每一個顯示像素中都提供有薄膜晶體管(TFT)的開關(guān)元件。由于在每個像素(或每個點)中提供有開關(guān)元件，所以有源矩陣顯示裝置的有利之處在于與無源矩陣模式相比在像素密度增加的情況下電壓驅(qū)動低。
用于制造將氧化物半導(dǎo)體薄膜用于溝道形成區(qū)的薄膜晶體管(TFT)等并將其應(yīng) 用于電子裝置或光學(xué)裝置的技術(shù)已引起注意。作為此類薄膜晶體管的示例，例如，可以給出將Zn0用于氧化物半導(dǎo)體膜的薄膜晶體管和將包括銦、鎵、和鋅的氧化物用于氧化物半導(dǎo) 體膜的薄膜晶體管。在專利文獻1、專利文獻2等中公開了用于在光透射基板上形成使用氧化物半導(dǎo)體膜的此類薄膜晶體管并將其應(yīng)用于圖像顯示裝置的開關(guān)元件等的技術(shù)。
此外，多種導(dǎo)電層被用于使用氧化物半導(dǎo)體的薄膜晶體管的源電極層和漏電極層 (在下文中也統(tǒng)稱為源或漏電極層)。例如，鈦和鉑的堆疊膜是已知的金屬膜(非專利文獻 l)，包括銦(In)和鋅(Zn)的氧化物是已知的光透射導(dǎo)電膜(非專利文獻2)，且氧化銦錫和金的堆疊膜是已知的金屬膜和光透射導(dǎo)電膜的堆疊膜(非專利文獻3)。
相反，鋁膜在導(dǎo)電性和可加工性方面優(yōu)異且廉價；因此，鋁膜被積極應(yīng)用于半導(dǎo)體元件的布線材料。然而，由于鋁原子可能擴散，已知如果簡單地使用鋁膜作為布線材料，則導(dǎo)致由于鋁原子擴散而引起的問題，諸如小丘(hillock)、電遷移、或應(yīng)力遷移。特別地，半導(dǎo)體元件的制造工藝中的熱處理促進鋁原子的擴散。為了抑制鋁原子的擴散，已知一種添加雜質(zhì)的方法和一種堆疊諸如鎢或鉬等高熔點金屬材料的方法。特別地，其中將高熔點金屬材料夾在相鄰層之間的結(jié)構(gòu)對于使得能夠抑制鋁原子的擴散有效。包括高熔點金屬材料的此類層稱為阻擋金屬層。
參考文獻
專利文獻
專利文獻1日本公開專利申請No. 2007-123861
專利文獻2日本公開專利申請No. 2007-96055
非專利文獻非專利文獻1應(yīng)用物理快報(Applied Physics Letters) 90， 262106 (2007)
非專利文獻2應(yīng)用物理快報91 ， 113505 (2007)
非專利文獻3應(yīng)用物理快報92， 133512 (2008)

發(fā)明內(nèi)容
在將包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體膜用于溝道形成區(qū)的薄膜晶體管中，需要高工作速度、相對簡單的制造工藝、以及充分的可靠性。然而，薄膜晶體管的電特性和可靠性在某些情況下由于雜質(zhì)元素到溝道區(qū)中的擴散而下降。在將包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電膜用于源或漏電極層的情況下，如果采用將使用高熔點金屬材料形成的第二導(dǎo)電膜夾在第一導(dǎo)電膜與用于形成溝道形成區(qū)的半導(dǎo)體層之間的結(jié)構(gòu)，則第二導(dǎo)電膜充當(dāng)阻擋層。因此，可以防止鋁原子擴散到溝道區(qū)中的現(xiàn)象。
然而，當(dāng)對包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電膜和使用高熔點金屬材料形成的第二導(dǎo)電膜的堆疊導(dǎo)電膜進行蝕刻以形成源或漏電極層時，包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電層在源或漏電極層的邊緣部分處暴露。另外，當(dāng)在源或漏電極層上堆疊氧化物半導(dǎo)體膜時，在邊緣部分處暴露的包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電層直接與氧化物半導(dǎo)體膜接觸。此外，形成其中包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電層將溝道區(qū)夾在中間的結(jié)構(gòu)，這引起這樣的問題，即，鋁原子可能從包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電層的邊緣部分?jǐn)U散到包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體膜中。通過熱處理來改善使用包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體元件的薄膜晶體管特性(具體地說，增大導(dǎo)通電流并減少晶體管特性的變化)。因此，優(yōu)選的是在形成包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體膜之后執(zhí)行熱處理。然而，熱處理促進鋁原子從包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電層擴散到氧化物半導(dǎo)體層中的現(xiàn)象。本發(fā)明的實施例的目的是提供一種薄膜晶體管，其中在包括以鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電層的源或漏電極層上堆疊包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體膜，并且其中鋁原子不可能從第一導(dǎo)電層擴散到氧化物半導(dǎo)體層中。此外，目的是提供一種薄膜晶體管的制造方法，在所述薄膜晶體管中，在包括以鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電層的源或漏電極層上堆疊包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體膜，并且其中鋁原子不可能從第一導(dǎo)電層擴散到氧化物半導(dǎo)體層中。本發(fā)明的實施例是提供有阻擋層以防止鋁原子從包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo) 電層擴散到包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體膜的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。此外，本發(fā)明的實施例的方面是半導(dǎo)體裝置及其制造方法，在所述半導(dǎo)體裝置中，經(jīng)受氧化處理的包括鋁作為主要組分的層和包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體層在源或漏電極層的邊緣部分處相互接觸。具體地說，有意地將出現(xiàn)在導(dǎo)電層的邊緣部分處的那部分包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電層氧化，以便形成阻擋層。請注意，阻擋層具有大于0nm且小于或等于5nm的厚度，并包括致密的非水化氧化鋁作為主要組分。本發(fā)明的實施例是一種半導(dǎo)體裝置，其包括包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體層；包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電層；使用高熔點金屬材料形成的第二導(dǎo)電層；以及包括氧化鋁作為主要組分的阻擋層，其中，所述第二導(dǎo)電層被堆疊在所述第一導(dǎo)電層上，所述阻擋層在所述第一導(dǎo)電層的邊緣部分中形成，并且所述氧化物半導(dǎo)體層被設(shè)置為與所述第二導(dǎo) 電層或所述阻擋層接觸。
本發(fā)明的另一實施例是一種半導(dǎo)體裝置，其包括柵極絕緣層；設(shè)置在所述柵極
絕緣層的一側(cè)上的柵電極層；設(shè)置在所述柵極絕緣層的另一側(cè)上的氧化物半導(dǎo)體層；以及
源電極層和漏電極層，在所述源電極層和漏電極層中的每一個中，在與所述柵極絕緣層接
觸并包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電層上堆疊使用高熔點金屬材料形成的第二導(dǎo)電層，并
且所述源電極層和漏電極層中的每一個在第一導(dǎo)電層的邊緣部分處提供有包括氧化鋁作
為主要組分的阻擋層，其中，所述氧化物半導(dǎo)體層與所述第二導(dǎo)電層和所述阻擋層接觸。本發(fā)明的又一實施例是一種半導(dǎo)體裝置，其包括源電極層和漏電極層，在所述源
電極層和漏電極層中的每一個中，在包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電層上堆疊使用高熔點
金屬材料形成的第二導(dǎo)電層，并且所述源電極層和漏電極層中的每一個在第一導(dǎo)電層的邊
緣部分處提供有包括氧化鋁作為主要組分的阻擋層；氧化物半導(dǎo)體層，其覆蓋所述源電極
層和所述漏電極層的末端部分；柵極絕緣層，其覆蓋所述氧化物半導(dǎo)體層；以及柵電極層，
其與所述源電極層和所述漏電極層的末端部分重疊，其中所述氧化物半導(dǎo)體層和所述柵極
絕緣層被插在所述柵電極層與所述源電極層和所述漏電極層之間，其中，所述氧化物半導(dǎo)
體層與所述第二導(dǎo)電層和所述阻擋層接觸。此外，在所述半導(dǎo)體裝置中，包括氧化鋁作為主要組分的阻擋層具有大于Onm且小于或等于5nm的厚度。此外，本發(fā)明的另一實施例是一種制造薄膜晶體管的方法，其包括以下步驟形成源電極層和漏電極層，在所述源電極層和漏電極層中的每一個中，在包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電層上堆疊使用高熔點金屬材料形成的第二導(dǎo)電層；通過對所述源電極層和所述漏電極層的第一導(dǎo)電層的暴露邊緣部分執(zhí)行氧化處理來形成包括氧化鋁作為主要組分的阻擋層；以及堆疊包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體層以使該氧化物半導(dǎo)體層與所述第二導(dǎo) 電層和所述阻擋層接觸。根據(jù)本發(fā)明的實施例，在包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體層與包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電層之間形成使用高熔點金屬材料形成的第二導(dǎo)電層或包括氧化鋁作為主要組分的阻擋層；因此，可以防止鋁原子擴散到所述氧化物半導(dǎo)體層中。特別地，即使當(dāng)包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體層經(jīng)受熱處理時，也可以抑制鋁原子到氧化物半導(dǎo)體層的擴散。另外，可以防止包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體層與包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電層之間引起的電腐蝕(也稱為電化學(xué)腐蝕)。因此，可以提供包括可靠薄膜晶體管的半導(dǎo)體裝置。

在附圖中圖1A和1B分別是示出半導(dǎo)體裝置的頂視圖和截面圖；圖2A至2C是示出薄膜晶體管的制造工藝的截面圖；圖3A至3C是示出薄膜晶體管的制造工藝的截面圖；圖4A和4B分別是示出半導(dǎo)體裝置的頂視圖和截面圖；圖5A至5C是示出薄膜晶體管的制造工藝的截面圖；圖6A至6C是示出薄膜晶體管的制造工藝的截面圖；圖7是電子紙的截面圖8A和8B是示出半導(dǎo)體裝置的方框圖；圖9示出信號線驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)；圖10是示出信號線驅(qū)動電路的工作的時序圖；圖11是示出信號線驅(qū)動電路的工作的時序圖；圖12示出移位寄存器的結(jié)構(gòu)；圖13示出圖12所示的觸發(fā)器的連接結(jié)構(gòu)；圖14A-1和14A-2是示出半導(dǎo)體裝置的頂視圖，而圖14B是其截面圖；圖15是半導(dǎo)體裝置的截面圖；圖16是半導(dǎo)體裝置中的像素的等效電路圖；圖17A至17C示出半導(dǎo)體裝置；圖18A和18B分別是示出半導(dǎo)體裝置的頂視圖和截面圖；圖19A和19B示出電子紙的應(yīng)用模式的示例；圖20是示出電子書閱讀器的示例的外視圖；圖21A和21B是示出電視裝置和數(shù)碼相框的示例的外視圖；圖22A和22B是示出游藝機的示例的外視圖；以及圖23是示出蜂窩式電話的示例的外視圖。
具體實施例方式
將參照附圖來描述本發(fā)明的實施例。然而，本發(fā)明不限于以下說明，并且本領(lǐng)域的
技術(shù)人員應(yīng)很容易理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在方式和細節(jié)方面
進行各種變更和修改。因此，不應(yīng)將本發(fā)明解釋為局限于對以下實施例的說明。請注意，
在下述本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，共同附圖標(biāo)記在圖中自始至終指示相同部分或具有類似功能的部
分，并省略其說明。實施例1
在實施例1中，將參照圖1A和1B、圖2A至2C、和3A至3C來描述薄膜晶體管及其制造工藝。圖1A和1B示出本實施例的薄膜晶體管。圖1A是平面圖且圖1B是沿圖1A中的線Q1-Q2截取的截面圖。在圖1A和1B所示的薄膜晶體管150中，在基板100上形成柵電極層lll，并在柵電極層111上形成柵極絕緣膜102。通過在包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電層114a、114b上堆疊使用高熔點金屬材料形成的第二導(dǎo)電層115a、115b在柵極絕緣膜102 上形成源或漏電極層117a、117b，以使源或漏電極層117a、117b的末端部分與柵電極層111 重疊。氧化物半導(dǎo)體層113被形成為與柵電極層111重疊，并與源或漏電極層中的使用高熔點金屬材料形成的第二導(dǎo)電層115a、115b和包括氧化鋁作為主要組分且位于所述源或漏電極層的邊緣部分中的阻擋層116a、116b接觸。氧化物半導(dǎo)體層113與源或漏電極層中的使用高熔點金屬材料形成的第二導(dǎo)電層115a、115b和包括氧化鋁作為主要組分且位于所述源或漏電極層的邊緣部分中的阻擋層116a、116b接觸。在本實施例中，在其中堆疊有包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電層114a、114b和使用高熔點金屬材料形成第二導(dǎo)電層115a、115b的源或漏電極層117a、117b的邊緣部分中形成包括氧化鋁作為主要組分的阻擋層116a、116b。因此，所述氧化物半導(dǎo)體和包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電層相互不直接接觸。在本說明書中，用于氧化物半導(dǎo)體層的氧化物半導(dǎo)體是InM03(Zn0)m(MX))的薄膜，并使用該薄膜作為半導(dǎo)體層來制造薄膜晶體管。請注意，M指示選自Ga、Fe、Ni、Mn、和 Co中的一種金屬元素或多種金屬元素。例如，與M是Ga的情況一樣，存在M除Ga之外還包括選自上述金屬元素的金屬元素的情況，諸如M是Ga和Ni的情況、M是Ga和Fe的情況等。此外，存在某些情況，其中氧化物半導(dǎo)體除作為M的金屬元素之外還包括Fe、 Ni、任何其它過渡金屬元素、或過渡金屬元素的氧化物。在本說明書中，還將這種薄膜稱為基于 In-Ga-Zn-O的非單晶膜。基于In-Ga-Zn-0的非單晶膜的組成比率根據(jù)其成膜條件而改變。這里，將其中在濺射法中使用ln203、 GaA、和Zn0(1 : 1 : 1) (In、 Ga、和Zn的組成比是1 : 1 : 0. 5)的耙且氬氣的流速是40sccm的條件稱為條件1，并將其中在濺射法中氬氣的流速是10sccm且氧的流速是5sccm的條件稱為條件2。用電感耦合等離子體光譜儀(ICP-MS)測量的氧化物半導(dǎo)體膜的典型組成比在條件1的情況下是InGa。jZn。.4A，在條件2的情況下是InGa。.94Zn。.4。03.31。
用盧瑟福背向散射光譜儀(RBS)量化的氧化物半導(dǎo)體膜的典型組成比在條件1的情況下是InGa。.93Zn。.4403.49，在條件2的情況下是InGa。.92Zn。.4503.86。由于基于In-Ga-Zn-0的非單晶膜是通過濺射法形成并隨后在從20(TC至500°C、通常從30(TC至40(TC (包括端點值)的溫度下經(jīng)受熱處理10分鐘至IOO分鐘，所以當(dāng)用 X射線衍射(XRD)來分析基于In-Ga-Zn-O的非單晶膜的晶體結(jié)構(gòu)時，觀察到非晶結(jié)構(gòu)。
此外，被包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體層吸收的光的量很小，因此氧化物半導(dǎo) 體層不可能被光激發(fā)；因此，不需要用柵電極層覆蓋溝道形成區(qū)以使溝道形成區(qū)避光。也就是說，在溝道形成區(qū)中可以減小柵電極層和源或漏電極層的重疊面積，從而可以減小寄生電容。將參照圖2A至2C和圖3A至3C來描述圖1A和1B中的薄膜晶體管150的制造方法。作為基板IOO，可以使用以下基板中的任何一個通過熔融法或漂浮(float)法由鋇硼硅酸鹽玻璃、鋁硼硅酸鹽玻璃、鋁硅酸鹽玻璃等制成的非堿性玻璃基板；陶瓷基板；具有足以經(jīng)受此制造工藝的工藝溫度的耐熱性的塑料基板；等。例如，優(yōu)選地使用包括多于氧化硼(B203)的氧化鋇(BaO)且具有73(TC或更高的應(yīng)變點的玻璃基板。這是因為玻璃板即使在氧化物半導(dǎo)體層在約70(TC的高溫下經(jīng)受熱處理時也不翹曲?；蛘?，可以使用在其表面上提供有絕緣膜的諸如不銹鋼合金基板等的金屬基板。當(dāng)基板100是母體玻璃 (motherglass)時，基板可以具有以下尺寸中的任何一個第一代(320mmX400mm)、第二代(400mmX500mm)、第三代(550mmX 650mm)、第四代(680mmX 880mm，或730mmX 920mm)、第五代(1000mmX1200mm，或1100mmX 1250mm)、第六代(1500mmX 1800mm)、第七代(1900mmX2200mm)、第八代(2160mmX 2460mm)、第九代(2400mmX 2800mm或 2450mmX3050mm)、第十代(2950mmX3400mm)等。可以在基板100上形成絕緣膜作為底膜(base film)。作為底膜，可以通過CVD法、濺射法等使用單層或堆疊層的硅氧化物膜、硅氮化物膜、硅氧氮化物、和/或硅氮氧化物膜來形成絕緣膜。接下來，形成用于形成包括柵電極層111的柵極布線、電容器布線、和端子部分的導(dǎo)電膜。理想的是使用諸如鋁(Al)或銅(Cu)等低電阻導(dǎo)電材料來形成該導(dǎo)電膜；然而，由于鋁自身具有諸如低耐熱性和易受腐蝕等缺點，所以將其與具有耐熱性和導(dǎo)電性的材料組合使用。作為耐熱導(dǎo)電材料，可以使用選自鈦(Ti)、鉭(Ta)、鎢(W)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、釹 (Nd)、和鈧(Sc)的元素、包含所述元素中的任何一種作為其組分的合金、包括所述元素的組合的合金膜、或包含所述元素中的任何一種作為其組分的氮化物。或者，可以使用透明導(dǎo)電膜；在這種情況下，可以使用氧化銦錫、包含硅或硅氧化物的氧化銦錫、氧化銦鋅、氧化鋅等作為材料。用于形成柵電極層111的導(dǎo)電膜被形成為具有從50nm至300nm(包括端點值)的厚度。當(dāng)用于形成包括柵電極層111的布線層的導(dǎo)電膜的厚度是300nm或以下時，可以避免稍后要形成的半導(dǎo)體膜與布線的連接斷開(disconnection)。此外，在用于形成包括柵電極層111的布線層的導(dǎo)電膜具有150nm或更大的厚度的情況下，可以降低柵電極的電阻且可以增大基板的尺寸。接下來，通過使用本實施例中的第一光掩膜形成的抗蝕劑掩膜來蝕刻在基板上形成的導(dǎo)電膜的不必要部分，從而形成布線和電極(包括柵電極層111的柵極布線、電容器布線、和端子)。這時，執(zhí)行蝕刻，以使至少在柵電極層lll的邊緣部分處形成錐形形狀。此階段的截面圖在圖2A中示出。然后，形成柵極絕緣膜102?？梢杂米鳀艠O絕緣膜102的絕緣膜的示例如下硅氧化物膜、硅氮化物膜、硅氧氮化物膜、硅氮氧化物膜、氧化鋁膜、氧化鎂膜、氮化鋁膜、氧化釔膜、氧化鉿膜、和氧化鉭膜。這里，硅氧氮化物膜意指包含氧比氮多，且分別以從55原子％至65原子％、從1 原子％至20原子％、從25原子％至35原子％、從0. 1原子％至10原子％范圍內(nèi)的濃度包括氧、氮、硅、和氫的膜。此外，硅氮氧化物膜意指包含氮比氧多且分別以從15原子％至30 原子％、20原子％至35原子％、25原子％至35原子％、和15原子％至25原子％范圍內(nèi)的濃度包含氧、氮、硅、和氫的膜。所述柵極絕緣膜可具有單層或者兩層或三層的堆疊層。例如，通過使用硅氮化物膜或硅氮氧化物膜形成與基板接觸的柵極絕緣膜，增加基板與柵極絕緣膜之間的粘附力，此外，在使用玻璃基板作為基板時可以防止來自基板的雜質(zhì)擴散到氧化物半導(dǎo)體層113 中。此外，可以防止柵電極層111的氧化。也就是說，可以防止膜剝落，因此可以改善稍后完成的薄膜晶體管的電特性。柵極絕緣膜102的厚度為從50nm至250nm(包括端點值)。優(yōu)選的是柵極絕緣膜的厚度是50nm或更大，因為柵極絕緣膜可以覆蓋包括柵電極層111的布線層的不平度。
這里，通過等離子體CVD法或濺射法來形成具有為100nm的硅氧化物膜作為柵極絕緣膜102。使用導(dǎo)電膜來形成源或漏電極層，導(dǎo)電膜中堆疊有包括作為低電阻導(dǎo)電材料的鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電膜和使用高熔點金屬材料形成的第二導(dǎo)電膜。所述使用高熔點金屬材料形成的第二導(dǎo)電膜在所述第一導(dǎo)電膜與所述氧化物半導(dǎo)體膜之間形成。請注意，雖然在本實施例中源或漏電極層中的每個具有包括第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層的雙層結(jié)構(gòu)，但如果采用其中包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電層不直接與氧化物半導(dǎo)體層接觸的結(jié)構(gòu)，則可以采用兩層或更多層的堆疊膜。例如，所述源或漏電極層每個可以具有三層結(jié)構(gòu)，其中包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電層被夾在使用高熔點金屬材料形成的第二導(dǎo)電層與第三導(dǎo) 電層之間。對于包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電膜，可以使用純鋁(Al);但優(yōu)選的是使用改善耐熱性的元素或防止小丘的元素，諸如鈦(Ti)、鉭(Ta)、鎢(W)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、釹 (Nd)、鈧(Sc)、鎳、鉬、銅、金、銀、錳、碳、硅等；包含所述元素中的任何一種作為其主要組分的合金材料；或添加了化合物的鋁合金。作為用于第二導(dǎo)電膜的高熔點金屬材料，可以使用選自鈦(Ti)、鉭(Ta)、鎢(W)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、釹(Nd)、和鈧(Sc)的元素、包含所述元素中的任何一種作為其組分的合金、包括所述元素的組合的合金膜、或包含所述元素中的任何一種作為其組分的氮化物。
通過濺射法或真空蒸發(fā)法來形成用于形成源或漏電極層的導(dǎo)電膜。用于形成源或漏電極層的導(dǎo)電膜的厚度優(yōu)選地是50nm至500nm(包括端點值)。導(dǎo)電膜的500nm或以下的厚度對于防止稍后要形成的半導(dǎo)體膜與布線的連接斷開有效。接下來，通過使用本實施例中的第二光掩膜在所述導(dǎo)電膜上形成抗蝕劑掩膜。使用該抗蝕劑掩膜選擇性地蝕刻導(dǎo)電膜的不必要部分，從而形成源或漏電極層117a、117b，其為使用高熔點金屬材料形成的第二導(dǎo)電層115a、115b和包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電層114a、114b的堆疊膜。通過蝕刻，鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電層114a、114b出現(xiàn)在源或漏電極層117a、 117b的邊緣部分處。換言之，由于使用作為包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電膜與第二導(dǎo)電膜的疊層的導(dǎo)電膜來形成源或漏電極層117a、117b，所以包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電膜出現(xiàn)在源或漏電極層117a、117b的邊緣部分處，特別是其側(cè)表面部分處。此階段的截面圖在圖2B中示出。接下來，沿著源或漏電極層117a、117b的邊緣部分暴露的包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電層經(jīng)受氧化處理，從而形成包括氧化鋁作為主要組分的阻擋層116a、116b。包括氧化鋁作為主要組分的阻擋層具有大于Onm且小于或等于4nm的厚度且優(yōu)選地是非水化氧化物膜。所述非水化氧化物膜是不包含水分的致密膜。即使阻擋層包含水分，有利的是阻擋層包含少量水分以便防止污染雜質(zhì)進入。請注意，阻擋層的厚度意指沿垂直于阻擋層的表面的方向到與包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電層的分界面的平均長度。此階段的截面圖在圖2C中示出。如圖2C所示，通過氧化處理形成的阻擋層在某些情況下與第二導(dǎo)電層的邊緣部分相比延伸到外側(cè)。在這種情況下，溝道長度是源電極層117a的導(dǎo)電部分與漏電極層 117b的導(dǎo)電部分之間的距離。通過將金屬膜氧化來形成非水化氧化物膜。作為氧化方法，可以給出氧等離子體處理、使用紫外線光的臭氧處理、以及使用過氧化氫的處理?？梢詥为毜貓?zhí)行任一種上述處理，或者可以組合地執(zhí)行上述處理。只要能夠形成抑制鋁原子擴散的阻擋層，所述處理不限于氧化處理。作為替代處理方法，例如，可以執(zhí)行氮化處理以形成用于阻擋層的氮化鋁。
在氧化處理之后，優(yōu)選的是在不使源或漏電極層117a、117b暴露于空氣的情況下連續(xù)地形成氧化物半導(dǎo)體膜。通過連續(xù)形成，堆疊層的分界面不被諸如水分、漂浮在空氣中的雜質(zhì)元素、或灰塵等空氣成分污染，因此，可以減少薄膜晶體管的特性的變化。
接下來，在源或漏電極層117a、117b上形成氧化物半導(dǎo)體膜。這里，在0. 4Pa的壓強和0. 5kW的直流(DC)功率下，通過使用直徑為8英寸的包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體靶(Iri203、Ga203、和Zn0的組成比是l : 1 : 1)在氬或氧氣氛下形成氧化物半導(dǎo)體膜，其中基底與靶之間的距離是170mm。請注意，優(yōu)選地使用脈沖直流 (DC)功率，因為可以減少灰塵且厚度分布變得均勻。氧化物半導(dǎo)體膜的厚度被設(shè)置為5nm 至200nm。在本實施例中，氧化物半導(dǎo)體膜的厚度是100nm。在包括過量氧的氣氛中形成氧化物半導(dǎo)體膜以使其包括大量氧。具體地說，采用氧氣氛(或其中氧氣的流速高于氬氣的流速且氧氣與氬氣的流速比是1或大于1的條件) 作為氧化物半導(dǎo)體膜的膜形成條件。在氧化物半導(dǎo)體膜包括大量氧的情況下，可以降低導(dǎo) 電性，此外，可以降低截止電流。因此，可以獲得具有高導(dǎo)通/截止比的薄膜晶體管。
然后，通過使用本實施例中的第三光掩膜來形成抗蝕劑掩膜，并蝕刻不必要部分，從而形成包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體層113。包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體層113 的蝕刻方法可以是干法蝕刻，而不限于濕法蝕刻。這里，通過使用IT007N(由Kanto Chemical有限公司生產(chǎn))用濕法蝕刻去除所述不必要部分，以便形成包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體層113。通過上述工藝，可以制造其中將包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體層113用于溝道形成區(qū)的薄膜晶體管150。此階段的截面圖在圖3A中示出。使用包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體膜的薄膜晶體管優(yōu)選地在20(TC至60(TC、通常在30(TC至50(TC經(jīng)受熱處理。這里，薄膜晶體管在氮氣氛下被放進爐中并在35(TC下經(jīng)受熱處理1小時。請注意，熱處理的氣氛不限于氮氣氛，而是還可以采用空氣氣氛或氧氣氛。通過此熱處理，在包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體膜中執(zhí)行原子級的重排列。這里的熱處理(包括光亮退火)對于減少抑制載流子遷移的變形(distort)很重要。請注意，熱處理的定時不受特別限制，只要在形成氧化物半導(dǎo)體膜之后執(zhí)行即可，例如，可以在形成像素電極之后執(zhí)行熱處理。此外，氧化物半導(dǎo)體層113可以經(jīng)受等離子體處理。通過執(zhí)行等離子體處理，可以
恢復(fù)由于蝕刻而引起的對氧化物半導(dǎo)體層113的損壞。等離子體處理優(yōu)選地在02或^0、
優(yōu)選地包括氧的N2氣氛、包括氧的He氣氛、或包括氧的Ar氣氛中執(zhí)行。或者，可以向上述
氣氛中添加Cl2或CF4。請注意，優(yōu)選地在不施加偏壓的情況下執(zhí)行等離子體處理。接下來，形成覆蓋包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體層113的保護絕緣膜109?？梢?br> 使用通過濺射法等獲得的硅氮化物膜、硅氧化物膜、硅氧氮化物膜等作為保護絕緣膜109。然后，通過使用本實施例中的第四光掩膜來形成抗蝕劑掩膜，并蝕刻保護絕緣膜
109以形成到達漏電極層107b的接觸孔125。此階段的截面圖在圖3B中示出。接下來，形成在柵電極層lll和源或漏電極層117a、117b之后的第三導(dǎo)電層。在
將根據(jù)本發(fā)明的實施例的半導(dǎo)體裝置應(yīng)用于顯示裝置的情況下，第三導(dǎo)電層充當(dāng)顯示裝置
的像素電極、布線、和端子部分。這里，形成透明導(dǎo)電膜作為第三導(dǎo)電層。通過濺射法、真空蒸發(fā)法等沉積氧化銦 (1化0》、氧化銦氧化錫合金(I化OfSn(^，縮寫為ITO)等作為透明導(dǎo)電膜的材料。用基于鹽酸的溶液來執(zhí)行此類材料的蝕刻處理。然而，由于ITO的蝕刻特別可能留下殘余物，所以可以使用氧化銦氧化鋅合金(In203-ZnO)以便改善蝕刻可加工性。
接下來，通過使用本實施例中的第五光掩膜來形成抗蝕劑掩膜，并蝕刻不必要部分以形成第三導(dǎo)電層128。此階段的截面圖在圖3C中示出。通過上述方法，制造根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖1A和1B所示的底柵型薄膜晶體管。
在本實施例中所形成的薄膜晶體管中，在包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體層與包括鋁作為
主要組分的第一導(dǎo)電層之間形成使用高熔點金屬材料形成的第二導(dǎo)電層或包括氧化鋁作
為主要組分的阻擋層；因此，可以防止鋁原子擴散到氧化物半導(dǎo)體層中。特別地，即使當(dāng)包
括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體層經(jīng)受熱處理時，也可以抑制鋁原子到氧化物半導(dǎo)體層中的
擴散。另外，可以防止在包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體層與包括鋁作為主要組分的第一
導(dǎo)電層之間引起的電腐蝕(也稱為電化學(xué)腐蝕)。因此可以提供包括可靠薄膜晶體管的半
導(dǎo)體裝置。實施例2
在實施例2中，將參照圖4A和4B、圖5A至5C、和圖6A至6C來描述不同于實施例 1中的薄膜晶體管及其制造方法。圖4A至4B示出與實施例1不同的實施例。圖4A是平面圖，而圖4B是沿圖4A的線Q1-Q2截取的截面圖。在圖4A和4B所示的薄膜晶體管151中，在基板100上形成源或漏電極層117a、 117b。在源或漏電極層117a、117b中，在包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電層114a、114b上堆疊使用高熔點金屬材料形成的第二導(dǎo)電層115a、115b。氧化物半導(dǎo)體層113被形成為與源或漏電極層中的使用高熔點金屬材料形成的第二導(dǎo)電層115a、115b和包括氧化鋁作為主要組分且位于所述源或漏電極層的邊緣部分中的阻擋層116a、116b接觸。形成覆蓋氧化物半導(dǎo)體113的柵極絕緣膜102，且柵電極層111被形成為與源或漏電極層117a、117b的末端部分重疊，其中柵極絕緣膜102被插在柵電極層111與源或漏電極層117a、117b之間。
在本發(fā)明的實施例中，在其中堆疊有包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電層114a、 114b和使用高熔點金屬材料形成的第二導(dǎo)電層115a、115b的源或漏電極層117a、117b的邊緣部分中形成包括氧化鋁作為主要組分的阻擋層116a、116b。因此，氧化物半導(dǎo)體層與包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電層相互不直接接觸。將參照圖5A至5C和圖6A至6C來描述圖4A和4B的薄膜晶體管151的制造方法。
在基板上，通過在作為包括作為低電阻導(dǎo)電材料的鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電膜上堆疊使用高熔點金屬材料形成的第二導(dǎo)電膜來形成用于形成源或漏電極層的導(dǎo)電膜。請注意，基板的材料、包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電膜、和使用高熔點金屬材料形成的第二導(dǎo)電膜來可以類似于實施例1的那些。這里，通過濺射法來堆疊第一導(dǎo)電膜和第二導(dǎo)電膜。然后，使用通過使用本實施例中的第一光掩膜形成的抗蝕劑掩膜來蝕刻在基板100上形成的導(dǎo)電膜的不必要部分，從而形成布線和電極(包括源或漏電極層117a、117b的信號線、電容器布線、和端子)。這時，執(zhí)行蝕刻以便至少在源或漏電極層117a、117b的邊緣部分處形成錐形形狀。另外，包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電層在這里形成的電極層的邊緣部分處暴露。此階段的截面圖在圖 5A中示出。接下來，在源或漏電極層117a、117b的邊緣部分處暴露的包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電層以類似于實施例1的方式經(jīng)受氧化處理，從而形成包括氧化鋁作為主要組分的阻擋層116a、116b。包括氧化鋁作為主要組分的阻擋層具有大于Onm且小于或等于5nm的厚度且優(yōu)選地是非水化氧化物膜。此階段的截面圖在圖5B中示出。接下來，在源或漏電極層117a、117b上形成氧化物半導(dǎo)體膜。在對包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電層執(zhí)行氧化處理之后，優(yōu)選的是在不暴露于空氣的情況下連續(xù)地形成氧化物半導(dǎo)體膜。通過連續(xù)形成，堆疊層的分界面不被諸如水分、漂浮在空氣中的雜質(zhì)元素、或灰塵等空氣成分污染，因此，可以減少薄膜晶體管的特性的變化。這里，以類似于實施例1的方式將包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體用于氧化物半導(dǎo)體膜，并在包括過量氧的氣氛中形成氧化物半導(dǎo)體膜以使其包括大量氧。在氧化物半導(dǎo) 體膜包括大量氧的情況下，可以降低截止電流。因此，可以獲得具有高導(dǎo)通/截止比的薄膜晶體管。在本實施例中，氧化物半導(dǎo)體膜的厚度是100nm。接下來，通過使用本實施例中的第二光掩膜來形成抗蝕劑掩膜，并蝕刻不必要部分從而形成包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體層113。氧化物半導(dǎo)體層113的蝕刻方法可以是干法蝕刻，而不限于濕法蝕刻。這里，以類似于實施例1的方式通過使用IT007N(由Kanto Chemical有限公司生產(chǎn))用濕法蝕刻去除所述不必要部分，以便形成包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體層113。此階段的截面圖在圖5C中示出。使用包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體膜的薄膜晶體管優(yōu)選地在20(TC至60(TC、通常在30(TC至50(TC經(jīng)受熱處理。這里，薄膜晶體管在氮氣氛下被放進爐中并在35(TC下經(jīng)受熱處理1小時。請注意，熱處理的氣氛不限于氮氣氛，而是還可以采用空氣氣氛或氧氣氛。通過此熱處理，在包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體膜中執(zhí)行原子級的重排列。這里的熱處理(包括光亮退火)對于減少抑制載流子遷移的變形很重要。請注意，熱處理的定時不受特別限制，只要在形成氧化物半導(dǎo)體膜之后執(zhí)行即可，例如，可以在形成像素電極之后執(zhí)行熱處理。在形成柵極絕緣膜前，氧化物半導(dǎo)體層113可以經(jīng)受等離子體處理。通過執(zhí)行等離子體處理，可以恢復(fù)由于蝕刻而引起的對氧化物半導(dǎo)體層113的損壞。等離子體處理優(yōu) 選地在02或N^、優(yōu)選地包括氧的N2氣氛、包括氧的He氣氛、或包括氧的Ar氣氛中執(zhí)行。或者，可以向上述氣氛中添加Cl2或CF4。請注意，優(yōu)選地在不施加偏壓的情況下執(zhí)行等離子體處理。接下來，形成柵極絕緣膜102。類似于實施例1的柵極絕緣膜可以被用于柵極絕緣膜102且可以具有單層或者兩層或三層的堆疊層。這里，通過濺射法來形成厚度為100nm 的硅氧化物膜作為柵極絕緣膜102。然后，形成用于柵電極層111的導(dǎo)電膜?？梢詫㈩愃朴趯嵤├?的材料用于導(dǎo)電膜。接下來，通過使用用本實施例中的第三光掩膜形成的抗蝕劑掩膜來蝕刻導(dǎo)電膜的不必要部分，從而形成柵電極層111。通過上述工藝，可以制造其中將包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體層113用于溝道形成區(qū)的薄膜晶體管151。此階段的截面圖在圖6A中示出。
接下來，形成覆蓋薄膜晶體管151的保護絕緣膜109。可以使用通過濺射法等獲得的硅氮化物膜、硅氧化物膜、硅氧氮化物膜等作為保護絕緣膜109。然后，使用通過使用本實施例中的第四光掩膜形成的抗蝕劑掩膜來蝕刻保護絕緣膜109和柵極絕緣膜102以形成到達漏電極層107b的接觸孔125。此階段的截面圖在圖 6B中示出。接下來，形成柵電極層lll和源或漏電極層117a、117b之后的第三導(dǎo)電層。在將根據(jù)本發(fā)明的實施例的半導(dǎo)體裝置應(yīng)用于顯示器的情況下，所述第三導(dǎo)電層充當(dāng)顯示裝置的像素電極、布線、和端子部分。這里，形成透明導(dǎo)電膜作為第三導(dǎo)電層。通過濺射法、真空蒸發(fā)法等沉積氧化銦 (1化0》、氧化銦氧化錫合金(I化OfSn(^，縮寫為ITO)等作為透明導(dǎo)電膜的材料。用基于鹽酸的溶液來執(zhí)行對此類材料的蝕刻處理。然而，由于ITO的蝕刻特別可能留下殘余物，所以可以使用氧化銦氧化鋅合金(In203-ZnO)以便改善蝕刻可加工性。然后，使用通過使用本實施例中的第五光掩膜形成的抗蝕劑掩膜來蝕刻不必要部分，以便形成第三導(dǎo)電層128。此階段的截面圖在圖6C中示出。通過上述方法，制造根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖4A和4B所示的前向交錯 (forward-staggered)薄膜晶體管。在本實施例中所形成的薄膜晶體管中，在包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體層與包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電層之間形成使用高熔點金屬材料形成的第二導(dǎo)電層或包括氧化鋁作為主要組分的阻擋層；因此，可以防止鋁原子擴散到氧化物半導(dǎo)體層中。特別地，即使當(dāng)包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體層經(jīng)受熱處理時，也可以抑制鋁原子到氧化物半導(dǎo)體層中的擴散。另外，可以防止在包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo) 體層與包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電層之間引起的電腐蝕(也稱為電化學(xué)腐蝕)。因此可以提供包括可靠薄膜晶體管的半導(dǎo)體裝置。
實施例3
在實施例3中，將描述作為顯示裝置的電子紙的示例，該顯示裝置是根據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體裝置的示例。圖7示出有源矩陣電子紙作為應(yīng)用本發(fā)明的實施例的顯示裝置的示例?？梢砸灶?似于實施例1或2的方式來制造所述顯示裝置中使用的薄膜晶體管581且該薄膜晶體管 581具有高可靠性，在鋁原子到氧化物半導(dǎo)體層的擴散方面受到抑制。圖7中的電子紙是使用扭轉(zhuǎn)球(twisting ball)顯示系統(tǒng)的顯示裝置的示例。所述扭轉(zhuǎn)球顯示系統(tǒng)涉及一種方法，其中將每個為黑白色的球狀顆粒用于顯示元件且布置在作為電極層的第一電極層與第二電極層之間，并在第一電極層與第二電極層之間產(chǎn)生電位差以控制球狀顆粒的取向，以便執(zhí)行顯示。薄膜晶體管581的源電極層或漏電極層在絕緣層585中形成的開口處與第一電極層587接觸，從而使薄膜晶體管581電連接到第一電極層587。在第一電極層587與第二電極層588之間，提供有每個具有黑色區(qū)域590a、白色區(qū)域590b、和所述區(qū)域周圍的空腔 594的球狀顆粒589，空腔594填充有液體。球狀顆粒589周圍的空間充滿諸如樹脂等填料 (filler) 595 (見圖7)。此外，作為扭轉(zhuǎn)球的替代，還可以使用電泳元件。使用具有約10iim至200iim的直徑的微膠囊(microcapsule)，其中密封有透明液體、帶正電的白色微粒、和帶負電的黑色微粒。在提供在第一電極層與第二電極層之間的微膠囊中，當(dāng)由第一電極層和第二電極層施加電場時，白色微粒和黑色微粒移動到相對側(cè)，因此可以顯示白色或黑色。使用這種原理的顯示元件是電泳顯示元件且通常稱為電子紙。電泳顯示元件具有比液晶顯示元件更高的反射率，因此，不需要輔助光，功率消耗低，且可以在微暗的地方識別顯示部分。另外，即使當(dāng)不向顯示部分供應(yīng)功率時，也可以保持曾經(jīng)顯示的圖像。因此，即使具有顯示功能的半導(dǎo) 體裝置(可以簡稱為顯示裝置或提供有顯示裝置的半導(dǎo)體裝置)遠離電波源，也可以存儲所顯示的圖像。在實施例1或2所描述的薄膜晶體管中，在包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體層與包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電層之間提供使用高熔點金屬材料形成的第二導(dǎo)電層或包括氧化鋁作為主要組分的阻擋層以便抑制鋁原子到氧化物半導(dǎo)體層的擴散；因此，薄膜晶體管具有高可靠性。上面安裝有具有高可靠性的薄膜晶體管的電子紙作為顯示元件具有高可靠性。實施例4
在實施例4中，將參照圖8A和8B、圖9、圖10、圖11、圖12、和圖13來描述制造驅(qū) 動電路的至少一部分和布置在顯示裝置的同一基板上的像素部分中的薄膜晶體管的示例，所述顯示裝置是根據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體裝置的示例。以類似于實施例1或2的方式形成布置在同一基板上的薄膜晶體管。通過類似于實施例1或2的方法形成的薄膜晶體管是n溝道TFT ;因此，在驅(qū)動電路之中，在與像素部分的薄膜晶體管相同的基板上形成可以使用該n溝道TFT形成的一個或更多驅(qū)動電路的一部分。圖8A示出作為根據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體裝置的示例的有源矩陣液晶顯示裝置的方框圖的示例。圖8A所示的顯示裝置在基板5300上包括像素部分5310，其包括提供有顯示元件的多個像素；掃描線驅(qū)動電路5302，其選擇像素；以及信號線驅(qū)動電路5303，其控制輸入到所選像素的視頻信號。像素部分5301通過多個從信號線驅(qū)動電路5303沿列方向延伸的多個信號線Sl 至Sm(未示出)連接到信號線驅(qū)動電路5303，并通過從掃描線驅(qū)動電路5302沿行方向延伸的多個掃描線Gl至Gn(未示出)連接到掃描線驅(qū)動電路5302。像素部分5301包括被布置成矩陣以便對應(yīng)于信號線Sl至Sm和掃描線Gl至Gn的多個像素(未示出)。每個像素連接到信號線Sj (信號線Sl至Sm之一 )和掃描線Gj (掃描線Gl至Gn之一 )。
另外，可以通過類似于實施例2的方法形成的薄膜晶體管是n溝道TFT，并將參照圖9來描述包括該n溝道TFT的信號線驅(qū)動電路。圖9所示的信號線驅(qū)動電路包括驅(qū)動IC 5601、開關(guān)組5602J至5602—M、第一布線5611、第二布線5612、第三布線5613、和布線5621_1至5621_M。開關(guān)組5602_1至5602_M 中的每一個包括第一薄膜晶體管5603a、第二薄膜晶體管5603b、和第三薄膜晶體管5603c。
驅(qū)動IC 5601連接到第一布線5611、第二布線5612、第三布線5613和布線5621_1 至5621_M。開關(guān)組5602_1至5602_M中的每一個連接到第一布線5611、第二布線5612、和第三布線5613，且開關(guān)組5602_1至5602_M分別連接到布線5621_1至5621_M。布線5621_1 至5621_M中的每一個經(jīng)由第一薄膜晶體管5603a、第二薄膜晶體管5603b、和第三薄膜晶體管5603c連接到三個信號線。例如，第J列的布線5621_J(布線5621_1至5621_M之一 ) 經(jīng)由包括在開關(guān)組5602—J中的第一薄膜晶體管5603a、第二薄膜晶體管5603b、和第三薄膜晶體管5603c連接到信號線Sj-1、信號線Sj、和信號線Sj+1。信號被輸入第一布線5611、第二布線5612、和第三布線5613中的每一個。
請注意，驅(qū)動IC 5601優(yōu)選地在單晶基板上形成。開關(guān)組5602_1至5602_M優(yōu)選地在與像素部分相同的基板上形成。因此，驅(qū)動IC 5601與開關(guān)組5602_1至5602—M優(yōu)選地通過FPC等相連。接下來，將參照圖10的時序圖來描述圖9所示的信號線驅(qū)動電路的工作。圖10 的時序圖示出選擇第i行的掃描線Gi的情況。第i行的掃描線Gi的選擇周期分成第一子選擇周期T1、第二子選擇周期T2、和第三子選擇周期T3。另外，即使當(dāng)選擇另一行的掃描線時，圖9所示的信號線驅(qū)動電路也以類似于圖10的方式工作。請注意，圖10中的時序圖示出第J列的布線5621J經(jīng)由第一薄膜晶體管5603a、第二薄膜晶體管5603b、和第三薄膜晶體管5603c連接到信號線Sj-1、信號線Sj、和信號線 Sj+1的情況。圖10的時序圖示出選擇第i行的掃描線Gi的時序、第一薄膜晶體管5603a的導(dǎo)通 /截止時序5703a、第二薄膜晶體管5603b的導(dǎo)通/截止時序5703b、第三薄膜晶體管5603c 的導(dǎo)通/截止時序5703c、和輸入到第J列的布線5621_J的信號5721_J。
在第一子選擇周期Tl、第二子選擇周期T2、和第三子選擇周期T3中，向布線 5621_1至5621—M輸入不同的視頻信號。例如，在第一子選擇周期Tl中輸入到布線5621_ J的視頻信號被輸入信號線Sj-l，在第二子選擇周期T2中輸入到布線5621_J的視頻信號被輸入信號線Sj，且在第三子選擇周期T3中輸入到布線5621_J的視頻信號被輸入信號線 Sj+1。另外，在第一子選擇周期Tl、第二子選擇周期T2、和第三子選擇周期T3中，由Data_ j-l、DataJ、和DataJ+l來表示輸入到布線5621_J的視頻信號。如圖IO所示，在第一子選擇周期TI中，第一薄膜晶體管5603a被導(dǎo)通，且第二薄膜晶體管5603b和第三薄膜晶體管5603c被截止。這時，輸入到布線5621_J的DataJ-l 經(jīng)由第一薄膜晶體管5603a被輸入信號線Sj-l。在第二子選擇周期T2中，第二薄膜晶體管 5603b被導(dǎo)通，且第一薄膜晶體管5603a和第三薄膜晶體管5603c被截止。這時，輸入到布線5621_J的DataJ經(jīng)由第二薄膜晶體管5603b被輸入信號線Sj。在第三子選擇周期T3 中，第三薄膜晶體管5603c被導(dǎo)通，且第一薄膜晶體管5603a和第二薄膜晶體管5603b被截止。這時，輸入到布線5621_J的DataJ+l經(jīng)由第三薄膜晶體管5603c被輸入信號線Sj+1。
如上所述，在圖9中的信號線驅(qū)動電路中，通過將一個柵極選擇周期分成三個，可以在一個柵極選擇周期中將視頻信號從一個布線5621輸入到三個信號線。因此，在圖9中的信號線驅(qū)動電路中，提供有驅(qū)動IC 5601的基板的與提供有像素部分的基板之間的連接的數(shù)目可以約為信號線的數(shù)目的1/3。連接的數(shù)目減少至約為信號線數(shù)目的1/3，因此，可以改善圖9中的信號線驅(qū)動電路的可靠性、成品率等。請注意，在薄膜晶體管的布置、數(shù)目、驅(qū)動方法等方面沒有特別限制，只要如圖9 所示將一個柵極選擇周期分成多個子選擇周期并在各個子選擇周期中將視頻信號從一個布線輸入到多個信號線即可。例如，當(dāng)在三個或更多子選擇周期中將視頻信號從一個布線輸入到三個或更多信號線時，只須添加薄膜晶體管和用于控制該薄膜晶體管的布線。請注意，當(dāng)一個柵極選擇周期被分成四個或更多子選擇周期時，一個子選擇周期變得較短。因此，優(yōu)選地將一個柵極選擇周期分成兩個或三個子選擇周期。作為另一示例，如圖11中的時序圖所示，可以將一個選擇周期分成預(yù)充電(precharge)周期Tp、第一子選擇周期Tl、第二子選擇周期T2、和第三子選擇周期T3。圖 11中的時序圖示出選擇第i行的掃描線Gi的時序、第一薄膜晶體管5603a的導(dǎo)通/截止時序5803a、第二薄膜晶體管5603b的導(dǎo)通/截止時序5803b、第三薄膜晶體管5603c的導(dǎo) 通/截止時序5803c、和輸入到第J列的布線5621J的信號5821J。如圖ll所示，第一薄膜晶體管5603a、第二薄膜晶體管5603b、和第三薄膜晶體管5603c在預(yù)充電周期Tp中被導(dǎo) 通。這時，被輸入到布線5621_J的預(yù)充電電壓Vp經(jīng)由第一薄膜晶體管5603a、第二薄膜晶體管5603b、和第三薄膜晶體管5603c被輸入信號線Sj-1、信號線Sj、和信號線Sj+1中的每一個。在第一子選擇周期T1中，第一薄膜晶體管5603a被導(dǎo)通，且第二薄膜晶體管5603b和第三薄膜晶體管5603c被截止。這時，輸入到布線5621_J的DataJ-l經(jīng)由第一薄膜晶體管 5603a被輸入信號線Sj-l。在第二子選擇周期T2中，第二薄膜晶體管5603b被導(dǎo)通，且第一薄膜晶體管5603a和第三薄膜晶體管5603c被截止。這時，輸入到布線5621_J的Data_ j經(jīng)由第二薄膜晶體管5603b被輸入信號線Sj。在第三子選擇周期T3中，第三薄膜晶體管 5603c被導(dǎo)通，且第一薄膜晶體管5603a和第二薄膜晶體管5603b被截止。這時，輸入到布線5621_J的DataJ+l經(jīng)由第三薄膜晶體管5603c被輸入信號線Sj+1。
如上所述，在應(yīng)用圖11中的時序圖的圖9中的信號線驅(qū)動電路中，可以以高速度將視頻信號寫到像素，因為可以通過在子選擇周期之前提供預(yù)充電周期來對信號線進行預(yù) 充電。請注意，圖11中的與圖10的部分類似的部分用共同的附圖標(biāo)記來表示，并將省略對相同的部分和具有類似功能的部分的詳細說明。此外，描述掃描線驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)。掃描線驅(qū)動電路包括移位寄存器和緩沖器。另外，在某些情況下掃描線驅(qū)動電路可以包括電平轉(zhuǎn)換器。在掃描線驅(qū)動電路中，當(dāng)向移位寄存器輸入時鐘信號(CLK)和起始脈沖信號(SP)時，產(chǎn)生選擇信號。生成的選擇信號由緩沖器緩沖和放大，且結(jié)果得到的信號被提供給相應(yīng)的掃描線。一個線的像素中的晶體管的柵電極連接到掃描線。此外，由于一個線的像素中的晶體管必須同時導(dǎo)通，所以可以使用能夠饋送大電流的緩沖器。將參照圖12和13來描述用于掃描線驅(qū)動電路的一部分的移位寄存器的一種模式。圖12示出移位寄存器的電路配置。圖12所示的移位寄存器包括諸如觸發(fā)器 5701_1至5701_n等多個觸發(fā)器。移位寄存器在輸入第一時鐘信號、第二時鐘信號、起始脈沖信號、和復(fù)位信號的情況下工作。將描述圖12中的移位寄存器的連接關(guān)系。在圖12的移位寄存器中的第i級觸發(fā) 器5701_i (觸發(fā)器5701_1至5701_n之一 )中，圖13所示的第一布線5501連接到第七布線5717」-1 ;圖13所示的第二布線5502連接到第七布線5717」+1 ;圖13所示的第三布線 5503連接到第七布線5717」，且圖13所示的第六布線5506連接到第五布線5715。
此外，圖13所示的第四布線5504連接到奇數(shù)級的觸發(fā)器中的第二布線5712，并連接到偶數(shù)級的觸發(fā)器的第三布線5713。圖13所示的第五布線5505連接到第四布線5714。
請注意，圖13所示的第一級觸發(fā)器5701_1的第一布線5501連接到第一布線 5711。此外，圖13所示的第n級觸發(fā)器5701_n的第二布線5502連接到第六布線5716。
請注意，第一布線5711、第二布線5712、第三布線5713、和第六布線5716可以分別稱為第一信號線、第二信號線、第三信號線、和第四信號線。第四布線5714和第五布線5715可以分別稱為第一電源線和第二電源線。接下來，圖13示出圖12所示的觸發(fā)器的細節(jié)。圖13所示的觸發(fā)器包括第一薄膜晶體管5571、第二薄膜晶體管5572、第三薄膜晶體管5573、第四薄膜晶體管5574、第五薄膜晶體管5575、第六薄膜晶體管5576、第七薄膜晶體管5577、和第八薄膜晶體管5578。第一薄膜晶體管5571、第二薄膜晶體管5572、第三薄膜晶體管5573、第四薄膜晶體管5574、第五薄膜晶體管5575、第六薄膜晶體管5576、第七薄膜晶體管5577、和第八薄膜晶體管5578中的每一個是n溝道晶體管并在柵極-源極電壓(Vgs)超過閾值電壓(Vth)時導(dǎo)通。
接下來，下面將描述圖13所示的觸發(fā)器的連接結(jié)構(gòu)。第一薄膜晶體管5571的第一電極(源電極和漏電極中的一個)連接到第四布線 5504。第一薄膜晶體管5571的第二電極(源電極和漏電極中的另一個)連接到第三布線 5503。第二薄膜晶體管5572的第一電極連接到第六布線5506。第二薄膜晶體管5572的第二電極連接到第三布線5503。第三薄膜晶體管5573的第一電極連接到第五布線5505。第三薄膜晶體管5573的第二電極連接到第二薄膜晶體管5572的柵電極。第三薄膜晶體管5573的柵電極連接到第五布線5505。第四薄膜晶體管5574的第一電極連接到第六布線5506且第四薄膜晶體管5574 的第二電極連接到第二薄膜晶體管5572的柵電極。第四薄膜晶體管5574的柵電極連接到第一薄膜晶體管5571的柵電極。第五薄膜晶體管5575的第一電極連接到第五布線5505。第五薄膜晶體管5575的第二電極連接到第一薄膜晶體管5571的柵電極。第五薄膜晶體管5575的柵電極連接到第一布線5501。第六薄膜晶體管5576的第一電極連接到第六布線5506。第六薄膜晶體管5576的第二電極連接到第一薄膜晶體管5571的柵電極。第六薄膜晶體管5576的柵電極連接到第二薄膜晶體管5572的柵電極。第七薄膜晶體管5577的第一電極連接到第六布線5506。第七薄膜晶體管5577 的第二電極連接到第一薄膜晶體管5571的柵電極。第七薄膜晶體管5577的柵電極連接到第二布線5502。第八薄膜晶體管5578的第一電極連接到第六布線5506。第八薄膜晶體管 5578的第二電極連接到第二薄膜晶體管5572的柵電極。第八薄膜晶體管5578的柵電極連接到第一布線5501。請注意，連接第一薄膜晶體管5571的柵電極、第四薄膜晶體管5574的柵電極、第五薄膜晶體管5575的第二電極、第六薄膜晶體管5576的第二電極、和第七薄膜晶體管5577 的第二電極的點稱為節(jié)點5543。連接第二薄膜晶體管5572的柵電極、第三薄膜晶體管5573 的第二電極、第四薄膜晶體管5574的第二電極、第六薄膜晶體管5576的柵電極、和第八薄膜晶體管5578的第二電極的點稱為節(jié)點5544。請注意，第一布線5501、第二布線5502、第三布線5503、和第四布線5504可以分別稱為第一信號線、第二信號線、第三信號線、和第四信號線。第五布線5505和第六布線5506 可以分別稱為第一電源線和第二電源線。另外，可以只使用可通過類似于實施例2的方法形成的n溝道TFT來形成信號線驅(qū)動電路和掃描線驅(qū)動電路。可通過類似于實施例2的方法形成的n溝道TFT具有高遷移率，并因此可以增加驅(qū)動電路的驅(qū)動頻率。例如，使用可通過類似于實施例2的方法形成n溝道TFT的掃描線驅(qū)動電路可以高速工作，并因此可以提高幀頻且可以實現(xiàn)黑色圖像 (black image)的插入。另外，例如，當(dāng)掃描線驅(qū)動電路中的晶體管的溝道寬度增大或提供了多個掃描線驅(qū)動電路時，可以實現(xiàn)較高幀頻。當(dāng)提供多個掃描線驅(qū)動電路時，在一側(cè)提供用于驅(qū)動偶數(shù) 掃描線的掃描線驅(qū)動電路并在相對側(cè)提供用于驅(qū)動奇數(shù)掃描線的掃描線驅(qū)動電路；因此，可以實現(xiàn)幀頻的提高。此外，就顯示裝置尺寸的增大而言，有利的是信號從多個掃描線驅(qū)動電路被輸出到同一掃描線。此外，當(dāng)制造作為應(yīng)用本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體裝置的示例的有源矩陣發(fā)光顯示裝置時，在至少一個像素中布置多個薄膜晶體管，并因此優(yōu)選地布置多個掃描線驅(qū)動電路。圖 8B是示出有源矩陣發(fā)光顯示裝置的示例的方框圖。圖8B所示的發(fā)光顯示裝置在基板5400上包括具有提供有顯示元件的多個像素的像素部分5401、選擇像素的第一掃描線驅(qū)動電路5402和第二掃描線驅(qū)動電路5404、和控制到所選像素的視頻信號輸入的信號線驅(qū)動電路5403。當(dāng)輸入到圖8B所示的發(fā)光顯示裝置的像素的視頻信號是數(shù)字信號時，像素通過晶體管的導(dǎo)通/截止切換而發(fā)光或不發(fā)光。因此，可以使用面積比(area ratio)灰度級法或時間比灰度級法來顯示灰度級。面積比灰度級法指的是用來將一個像素分成多個子像素并基于視頻信號獨立地驅(qū)動各子像素以便顯示灰度級的驅(qū)動方法。此外，時間比灰度級法指的是用來控制像素處于發(fā)光狀態(tài)的周期以便顯示灰度級的驅(qū)動方法。
由于發(fā)光元件的響應(yīng)速度高于液晶元件等的響應(yīng)速度，所以發(fā)光元件比液晶顯示元件更適合于時間比灰度級法。具體地說，在通過時間比灰度級法顯示的情況下，一個幀周期被分成多個子幀周期。然后，根據(jù)視頻信號，像素中的發(fā)光元件在每個子幀周期被設(shè)置為發(fā)光狀態(tài)或不發(fā)光狀態(tài)。通過將一個幀分成多個子幀周期，可以用視頻信號來控制一個幀周期中的像素實際發(fā)光的總時間長度，因此可以顯示灰度級。圖8B所示的發(fā)光顯示裝置是在一個像素中布置兩個開關(guān)TFT的情況下的示例，其中第一掃描線驅(qū)動電路5402生成被輸入充當(dāng)開關(guān)TFT之一的柵極布線的第一掃描線的信號，且第二掃描線驅(qū)動電路5404生成被輸入到充當(dāng)另一開關(guān)TFT的柵極布線的第二掃描線的信號。然而，一個掃描線驅(qū)動電路可以生成被輸入到第一掃描線的信號和被輸入到第二掃描線的信號兩者。另外，例如，存在這樣的可能性，即，根據(jù)包括在一個像素中的開關(guān)TFT 的數(shù)目，在每個像素中提供用于控制開關(guān)元件的工作的多個掃描線。在該情況下，一個掃描線驅(qū)動電路可以生成被輸入到所述多個掃描線的所有信號，或者多個掃描線驅(qū)動電路可以生成被輸入到所述多個第一掃描線的信號。另外，同樣在發(fā)光顯示裝置中，在驅(qū)動電路之中，可以在與像素部分的薄膜晶體管相同的基板上形成可以使用n溝道TFT形成的一部分驅(qū)動電路?；蛘?，可以只使用可以通過類似于實施例2的方法形成的n溝道TFT來形成信號線驅(qū)動電路和掃描線驅(qū)動電路。
此外，可以將上述驅(qū)動電路用于使用電連接到開關(guān)元件的元件來驅(qū)動電子墨水的電子紙，而不限于液晶顯示裝置或發(fā)光顯示裝置的應(yīng)用。電子紙也稱為電泳顯示裝置(電泳顯示器)并具有這樣的優(yōu)點，即其具有與普通紙相同級別的可讀性，其具有比其它顯示裝置低的功率消耗，并且可以使其薄且重量輕。電泳顯示器具有各種模式。電泳顯示器包含分散在溶劑或溶質(zhì)中的多個微膠囊，每個微膠囊包含帶正電的第一顆粒和帶負電的第二顆粒。通過向微膠囊施加電場，使微膠囊中的顆粒沿著彼此相對的方向移動，且只顯示集中在一側(cè)的顆粒的顏色。應(yīng)注意的是，第一顆粒和第二顆粒中的每個包含顏料且在沒有電場的情況下不移動。此外，第一顆粒和第二顆粒的顏色相互不同(顏色包括無色或色素缺乏(achroma))。這樣，電泳顯示器是利用所謂介電泳效應(yīng)的顯示器，具有高介電常數(shù)的物質(zhì)通過該介電泳效應(yīng)移動到高電場區(qū)域。電泳顯示器不需要使用在液晶顯示裝置中需要的偏光器和對向基板(countersubstrate)，且電泳顯示裝置的厚度和重量可以是液晶顯示裝置的厚度和重量的一半。其中有上述微膠囊分散在溶劑中的溶液稱為電子墨水。此電子墨水可以被印刷在玻璃、塑料、布、紙張等的表面上。此外，通過使用包括著色物質(zhì)(coloring matter)的濾色器或顆粒，也可以進行彩色顯示。另外，如果在有源矩陣基板上適當(dāng)?shù)貙⒍鄠€上述微膠囊布置為插在兩個電極之
間，則可以完成有源矩陣顯示裝置，且可以通過向微膠囊施加電場來執(zhí)行顯示。例如，可以
使用可以通過類似于實施例2的方法形成的薄膜晶體管來獲得的有源矩陣襯底。應(yīng)注意的是微膠囊中的第一顆粒和第二顆粒中的每個可以由選自導(dǎo)電材料、絕緣
材料、半導(dǎo)體材料、磁性材料、液晶材料、鐵電材料、電致發(fā)光材料、電致變色材料、或磁泳材
料的一種材料形成或由任何這些材料的復(fù)合材料形成。在實施例1或2中描述的薄膜晶體管中，在包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體層與
包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電層之間提供使用高熔點金屬材料形成的第二導(dǎo)電層或包
括氧化鋁作為主要組分的阻擋層以便抑制鋁原子到氧化物半導(dǎo)體層的擴散；因此，薄膜晶
體管具有高可靠性。通過上述工藝，可以制造其中設(shè)置有鋁原子到氧化物半導(dǎo)體層的擴散
受到抑制的可靠薄膜晶體管的高度可靠顯示裝置。請注意，可以適當(dāng)?shù)嘏c其它實施例中所
描述的任何結(jié)構(gòu)組合地實現(xiàn)本實施例。實施例5
當(dāng)制造本發(fā)明的一個實施例的薄膜晶體管并將其用于像素部分且進一步用于驅(qū) 動電路時，可以制造具有顯示功能的半導(dǎo)體裝置(也稱為顯示裝置)。此外，當(dāng)在與像素部分相同的基板上形成使用本發(fā)明的一個實施例的薄膜晶體管的部分或整個驅(qū)動電路時，可以獲得系統(tǒng)面板(system-on-panel)。所述顯示裝置包括顯示元件。作為顯示元件，可以使用液晶元件(也稱為液晶顯示元件)或發(fā)光元件(也稱為發(fā)光顯示元件)。發(fā)光元件的種類包括由電流或電壓來控制其亮度的元件，且具體地包括無機電致發(fā)光(EL)元件、有機EL元件等。此外，可以使用諸如電子墨水等通過電效應(yīng)來改變其對比度的顯示介質(zhì)。另外，顯示裝置包括其中密封有顯示元件的面板，和其中將包括控制器的IC等安裝在面板上的模塊。本發(fā)明的實施例還涉及元件基板(element substrate)，該元件基板對應(yīng)于在顯示裝置的制造工藝中完成顯示元件之前的一種模式，且該元件基板提供有用于向多個像素中的每一個中的顯示元件供應(yīng)電流的裝置。具體地說，所述元件基板可以處于在只形成顯示元件的像素電極之后的狀態(tài)、在形成將成為像素電極的導(dǎo)電膜之后和蝕刻該導(dǎo)電膜以形成像素電極之前的狀態(tài)、或任何其它狀態(tài)。請注意，本說明書中的顯示裝置意指圖像顯示裝置、顯示裝置、或光源(包括照明裝置)。此外，顯示裝置還包括以下種類的模塊諸如柔性印刷電路(FPC)、帶自動結(jié)合 (TAB)帶、或帶載封裝(TCP)等連接器與之附著的模塊；在尖端處提供有印刷布線板的具有 TAB帶或TCP的模塊；以及其中通過玻璃上晶片(COG)將集成電路(IC)直接安裝在顯示元件上的模塊。在本實施例中，將參照圖14A-l、14A-2和圖14B來描述液晶顯示板的外觀和截面，所述液晶顯示板是根據(jù)本發(fā)明的實施例的半導(dǎo)體裝置的一種模式。圖14A-1和14A-2是其中用密封劑4005將具有高電特性的薄膜晶體管4010和4011及液晶元件4013密封在第一基板4001與第二基板4006之間的面板的頂視圖，在所述薄膜晶體管4010和4011中的每一個中，在包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體層與包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電層之間提供使用高熔點金屬材料形成的第二導(dǎo)電層或包括氧化鋁作為主要組分的阻擋層以便抑制鋁原子到氧化物半導(dǎo)體層的擴散。圖14B是沿圖14A-1和14A-2的線M-N截取的截面圖。
密封劑4005被設(shè)置為圍繞設(shè)置在第一基板4001上的像素部分4002和掃描線驅(qū) 動電路4004。第二基板4006被設(shè)置在像素部分4002和掃描線驅(qū)動電路4004上。因此，像素部分4002和掃描線驅(qū)動電路4004通過第一基板4001、密封劑4005、和第二基板4006而與液晶層4008密封在一起。在與第一基板4001上的被密封劑4005圍繞的區(qū)域不同的區(qū) 域中安裝有在單獨制備的基板上使用單晶半導(dǎo)體膜或多晶半導(dǎo)體膜形成的信號線驅(qū)動電路4003。請注意，對單獨形成的驅(qū)動電路的連接方法沒有特別限制，且可以使用COG、引線結(jié)合、TAB等。圖14A-1示出通過COG來安裝信號線驅(qū)動電路4003的示例，而圖14A-2示出通過TAB來安裝信號線驅(qū)動電路4003的示例。在第一基板4001上提供的像素部分4002和掃描線驅(qū)動電路4004每個包括多個薄膜晶體管。圖14B示出包括在像素部分4002中的薄膜晶體管4010和包括在掃描線驅(qū) 動電路4004中的薄膜晶體管4011。在薄膜晶體管4010和4011上提供有絕緣層4020和 4021。薄膜晶體管4010和4011中的每一個對應(yīng)于其中鋁原子到氧化物半導(dǎo)體層的擴散受到抑制的可靠薄膜晶體管，且可以使用實施例1和2中所述的任何薄膜晶體管作為薄膜晶體管4010和4011。在本實施例中，薄膜晶體管4010和4011是n溝道薄膜晶體管。
包括在液晶元件4013中的像素電極層4030被電連接到薄膜晶體管4010。在第二基板4006上形成有液晶元件4013的對電極(counter electrode)層4031 。像素電極層 4030、對電極層4031、和液晶層4008相互重疊的部分對應(yīng)于液晶元件4013。請注意，像素電極層4030和對電極層4031分別提供有絕緣層4032和絕緣層4033，其中的每一個起到配向膜(alignment film)的作用。液晶層4008被夾在像素電極層4030與對電極層4031之間，其中絕緣層4032和4033插在液晶層4008與像素電極層4030和對電極層4031中間。
請注意，第一基板4001和第二基板4006可以由玻璃、金屬(通常為不銹鋼)、陶瓷、或塑料制成。作為塑料，可以使用玻璃纖維增強塑料(FRP)板、聚氟乙烯(PVF)膜、聚酯膜、或丙烯酸數(shù)脂膜。或者，可以使用具有其中將鋁箔夾在PVF膜與聚酯膜之間的結(jié)構(gòu)的片材。
附圖標(biāo)記4035表示通過選擇性地蝕刻絕緣膜所獲得的并被設(shè)置為控制像素電極層4030與對電極層4031之間的距離(即單元間隙)的柱形間隔件?；蛘?，可以使用球形間隔件。對電極層4031通過導(dǎo)電顆粒電連接到設(shè)置在與薄膜晶體管4010相同的基板上的公共電位線。請注意，所述導(dǎo)電顆粒被包含在密封劑4005中。或者，可以使用不需要配向膜的顯示藍相(blue phase)的液晶。藍相是液晶相之一，其剛好在膽甾相在膽甾液晶的溫度升高時變成各向同性相之前生成。由于僅僅在窄溫度范圍內(nèi)生成藍相，所以將包含5重量％或以上的手性試劑(chiral agent)的液晶組合物用于液晶層4008以便改善溫度范圍。包括顯示藍相的液晶和手性試劑的液晶組合物具有 10 ii s至100 ii s的短響應(yīng)時間，具有使得不需要配向工藝的光學(xué)各向同性，且具有小的視角依賴性。雖然在本實施例中示出了透射式液晶顯示裝置的示例，但本發(fā)明的實施例還可以
應(yīng)用于反射式液晶顯示裝置或透反射式(transflective)液晶顯示裝置。在本實施例中，示出了液晶顯示裝置的示例，其中在基板的外表面(在觀看者一
側(cè))上提供有偏振板(polarizing plate)，且在基板的內(nèi)表面上依次提供有用于顯示元件
的著色層和電極層；然而，可以在基板的內(nèi)表面上提供偏振板。偏振板和著色層的堆疊結(jié)構(gòu)
不限于本實施例所示且可以根據(jù)偏振板和著色層的材料或制造步驟的條件適當(dāng)?shù)卦O(shè)置。此
外，可以提供充當(dāng)黑色矩陣的擋光膜。在本實施例中，為了降低薄膜晶體管的表面粗糙度和改善薄膜晶體管的可靠性，用充當(dāng)保護膜或平面化絕緣膜的絕緣層(絕緣層4020和絕緣層4021)覆蓋實施例1或2 所獲得的薄膜晶體管。請注意，提供保護膜是為了防止諸如有機物質(zhì)、金屬物質(zhì)、或水分等漂浮在空氣中的雜質(zhì)進入，且該保護膜優(yōu)選是致密膜。可以通過濺射法將保護膜形成為硅氧化物膜、硅氮化物膜、硅氧氮化物膜、硅氮氧化物膜、鋁氧化物膜、鋁氮化物膜、鋁氧氮化物膜、和/或鋁氮氧化物膜的單層膜或多層膜。雖然本實施例示出通過濺射法形成保護膜的示例，但本發(fā)明不限于這種方法，且可以采用多種方法。在本實施例中，形成具有多層結(jié)構(gòu)的絕緣層4020作為保護膜。作為絕緣層4020 的第一層，通過濺射法形成硅氧化物膜。將硅氧化物膜用作保護膜具有防止用于源或漏電極層的鋁膜的小丘的效果。絕緣層還被形成為保護膜的第二層。在本實施例中，作為絕緣層4020的第二層，通過濺射法形成硅氮化物膜。將硅氮化物膜用作保護膜可以防止諸如鈉離子等流動離子進入半導(dǎo)體區(qū)，從而抑制TFT的電特性的變化。在形成保護膜之后，可以對包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體層進行退火(在 300。C至40(TC下)。絕緣層4021被形成為平面化絕緣膜。對于絕緣層4021，可以使用具有耐熱性的有機材料，諸如聚酰亞胺、丙烯酸樹脂、聚酰亞胺、苯并環(huán)丁烯、聚酰胺、或環(huán)氧樹脂。除此類有機材料之外，還可以使用低介電常數(shù)材料(低k材料)、基于硅氧烷的樹脂、PSG(磷硅酸鹽玻璃)、BPSG(硼磷硅酸鹽玻璃)等?；诠柩跬榈臉渲梢园ㄓ袡C基團(例如烷基或芳基)或氟基作為取代基。所述有機基團可以包括氟基。請注意，可以通過堆疊由這些材料形成的多個絕緣膜來形成絕緣層4021。請注意，基于硅氧烷的樹脂是由作為起始材料并具有Si-O-Si鍵的硅氧烷材料形成的樹脂。對用于形成絕緣層4021的方法沒有特別限制，且可以根據(jù)材料通過濺射、S0G、旋涂、浸漬、噴涂、液滴排放(例如噴墨、絲網(wǎng)印刷、或膠版印刷)、刮刀、輥涂機、淋涂機、刮刀涂布機等來形成絕緣層4021。在使用材料溶液來形成絕緣層4021的情況下，可以在烘焙步驟的同時對包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體層進行退火(在30(TC至40(TC下)。絕緣層 4021的烘焙步驟還充當(dāng)對包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體層的退火步驟，由此可以高效地制造半導(dǎo)體裝置。像素電極層4030和對電極層4031可以由光透射導(dǎo)電材料制成，諸如包含氧化鎢的氧化銦、包含氧化鎢的氧化銦錫、包含氧化鈦的氧化銦、包含氧化鈦的氧化銦錫、氧化銦錫(在下文中稱為ITO)、氧化銦鋅、或添加了硅氧化物的氧化銦錫。可以將包含導(dǎo)電高分子(也稱為導(dǎo)電聚合物)的導(dǎo)電組合物用于像素電極層4030 和對電極層4031 。由導(dǎo)電組合物制成的像素電極優(yōu)選地具有每方塊10000歐姆或以下的薄層電阻(sheetresistance)和550nm波長下的70%或以上的透射率。此外，包含在導(dǎo)電組合物中的導(dǎo)電高分子的電阻率優(yōu)選地是O. 1Q cm或以下。作為導(dǎo)電高分子，可以使用所謂的Ji電子共軛導(dǎo)電聚合物。例如，可以使用聚苯胺或其衍生物、聚吡咯或其衍生物、聚噻吩或其衍生物、或它們中的兩種或多種的共聚物。
另外，從FPC 4018向單獨形成的信號線驅(qū)動電路4003及掃描線驅(qū)動電路4004或像素部分4002施加多種信號和電位。在本實施例中，使用與包括在液晶元件4013中的像素電極層4030相同的導(dǎo)電膜來形成連接端子電極4015，并使用與薄膜晶體管4010和4011的源或漏電極層相同的導(dǎo)電膜來形成端子電極4016。連接端子電極4015通過各向異性導(dǎo)電膜4019電連接到包括在FPC 4018中的端子。請注意，圖14A-1和14A-2及圖14B示出其中單獨地形成信號線驅(qū)動電路4003并將其安裝在第一基板4001上的示例；然而，本實施例不限于這種結(jié)構(gòu)?？梢詥为毜匦纬刹?隨后安裝掃描線驅(qū)動電路，或者可以只單獨地形成并隨后安裝信號線驅(qū)動電路的一部分或掃描線驅(qū)動電路的一部分。圖15示出液晶顯示模塊的示例，其中通過使用用本發(fā)明的實施例制造的TFT基板 2600來將液晶顯示模塊形成為半導(dǎo)體裝置。圖15示出液晶顯示模塊的示例，其中用密封劑2602將TFT基板2600與對向基板2601相互結(jié)合，并在基板之間提供包括TFT等的像素部分2603、包括液晶層的顯示元件 2604、和著色層2605以形成顯示區(qū)。著色層2605是執(zhí)行彩色顯示所必需的。在RGB系統(tǒng) 的情況下，為各像素提供對應(yīng)于紅色、綠色、和藍色的相應(yīng)著色層。在TFT基板2600和對向基板2601外面提供有偏振板2606和2607及擴散板2613。光源包括冷陰極管2610和反射板2611。電路板2612通過柔性布線板2609連接到TFT基板2600的布線電路部分2608 且包括諸如控制電路或電源電路等的外部電路?？梢詫⑵癜搴鸵壕佣询B，其中延遲板 (retardation plate)插在它們中間。對于液晶顯示模塊，可以使用TN(扭轉(zhuǎn)向列)模式、IPS(面內(nèi)切換)模式、FFS(邊緣場切換)模式、MVA(多象限垂直配向)模式、PVA(圖案垂直配向)模式、ASM(軸對稱排列微單元)模式、0CB(光學(xué)補償雙折射)模式、FLC(鐵電液晶)模式、AFLC(反鐵電液晶) 模式等。在實施例1或2所描述的薄膜晶體管中，在包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體層與包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電層之間設(shè)置使用高熔點金屬材料形成的第二導(dǎo)電層或包括氧化鋁作為主要組分的阻擋層以抑制鋁原子到氧化物半導(dǎo)體層的擴散；因此，薄膜晶體管具有高可靠性。通過上述工藝，可以使用高度可靠的薄膜晶體管制造高度可靠的液晶顯示板。可以適當(dāng)?shù)嘏c其它實施例中所描述的任何結(jié)構(gòu)組合地實現(xiàn)本實施例。
實施例6
在本實施例中，將描述發(fā)光顯示裝置的示例作為本發(fā)明的一個實施例的半導(dǎo)體裝置。作為包括在顯示裝置中的顯示元件，這里描述利用電致發(fā)光的發(fā)光元件。利用電致發(fā) 光的發(fā)光元件根據(jù)發(fā)光材料是有機化合物還是無機化合物而分類。通常，將前者稱為有機 EL元件，并將后者稱為無機EL元件。在有機EL元件中，通過向發(fā)光元件施加電壓，將電子和空穴從一對電極分別注入包含發(fā)光有機化合物的層中，且電流流動。然后，載流子(電子和空穴)被再結(jié)合，以便激發(fā)發(fā)光有機化合物。發(fā)光有機化合物從被激發(fā)狀態(tài)返回基態(tài)，從而發(fā)射光。由于這種機制，發(fā)光元件被稱為電流激發(fā)發(fā)光元件。無機EL元件根據(jù)其元件結(jié)構(gòu)而分類為分散型無機EL元件和薄膜無機EL元件。分散型無機EL元件具有其中發(fā)光材料的顆粒被分散在粘合劑(binder)中的發(fā)光層，且其發(fā) 光機制是利用施主級(donor level)和受主級(acc印tor level)的施主-受主再結(jié)合型發(fā)光。薄膜無機EL元件具有其中發(fā)光層被夾在介電層之間且該介電層被進一步夾在兩個電極之間的結(jié)構(gòu)，且其發(fā)光機制是利用金屬離子的內(nèi)殼層電子躍遷的局部型發(fā)光。請注意，這里用有機EL元件作為發(fā)光元件進行說明。圖16示出可以通過數(shù)字時間灰度級法來驅(qū)動的像素結(jié)構(gòu)的示例，作為應(yīng)用本發(fā) 明的實施例的半導(dǎo)體裝置的示例。將描述可以通過數(shù)字時間灰度級法來驅(qū)動的像素的結(jié)構(gòu)和工作。這里示出其中一個像素包括兩個n溝道晶體管的示例，所述n溝道晶體管在溝道形成區(qū)中使用實施例1或 2所描述的包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體層。像素6400包括開光晶體管6401 、驅(qū)動晶體管6402 、發(fā)光元件6404、和電容器 6403。開關(guān)晶體管6401的柵極連接到掃描線6406，開關(guān)晶體管6401的第一電極(源電極和漏電極中的一個)連接到信號線6405，且開關(guān)晶體管6401的第二電極(源電極和漏電極中的另一個)連接到驅(qū)動晶體管6402的柵極。驅(qū)動晶體管6402的柵極通過電容器6403連接到電源線6407，驅(qū)動晶體管6402的第一電極連接到電源線6407，且驅(qū)動晶體管6402的第二電極連接到發(fā)光元件6404的第一電極(像素電極)。發(fā)光元件6404的第二電極6404 對應(yīng)于公共電極6408。公共電極6408被電連接到設(shè)置在同一基板上的公共電位線。
請注意，發(fā)光元件6404的第二電極(公共電極6408)被設(shè)置為低電源電位。所述低電源電位低于被供應(yīng)給電源線6407的高電源電位。例如，可以將GND或OV設(shè)置為低電源電位。將高電源電位與低電源電位之間的差施加于發(fā)光元件6404以使電流在發(fā)光元件 6404中流動，由此，發(fā)光元件6404發(fā)光。因此，設(shè)置每個電位，以便高電源電位與低電源電位之間的差高于或等于發(fā)光元件6404的前向閾值電壓。當(dāng)使用驅(qū)動晶體管6402的柵極電容作為電容器6403的替代物時，可以省略電容
器6403?？梢栽跍系绤^(qū)與柵電極之間形成驅(qū)動晶體管6402的柵極電容。在使用電壓輸入電壓驅(qū)動方法的情況下，向驅(qū)動晶體管6402的柵極輸入視頻信
號以使驅(qū)動晶體管6402完全導(dǎo)通或截止。也就是說，驅(qū)動晶體管6402在線性區(qū)中工作，因
此，比電源線6407的電壓高的電壓被施加于驅(qū)動晶體管6402的柵極。請注意，向信號線
6405施加高于或等于(電源線電壓+驅(qū)動晶體管6402的Vth)的電壓。在使用模擬灰度級法代替數(shù)字時間灰度級法的情況下，可以通過以不同的方式輸
入信號來采用與圖16所示相同的像素結(jié)構(gòu)。在使用模擬灰度級法的情況下，向驅(qū)動晶體管6402的柵極施加高于或等于(發(fā)光元件6404的前向電壓+驅(qū)動晶體管6402的Vth)的電壓。發(fā)光元件6404的前向電壓指的是用于獲得期望亮度的電壓，并至少包括前向閾值電壓。通過輸入視頻信號以允許驅(qū)動晶體管6402在飽和區(qū)工作，電流可以在發(fā)光元件6404中流動。為了允許驅(qū)動晶體管6402在飽和區(qū)工作，電源線6407的電位高于驅(qū)動晶體管6402的柵極電位。由于所述視頻信號是模擬信號，所以依照該視頻信號的電流在發(fā)光元件6404中流動，且可以執(zhí)行模擬灰度級法。
請注意，像素結(jié)構(gòu)不限于圖16所示的結(jié)構(gòu)。例如，圖16中的像素還可以包括開關(guān)、電阻器、電容器、晶體管、邏輯電路等。接下來，將參照圖17A至17C來描述發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)。將通過以n溝道驅(qū)動TFT 為例來描述像素的截面結(jié)構(gòu)?？梢园搭愃朴趯嵤├?或2中所述薄膜晶體管的方式來制造用于圖17A至17C所示的半導(dǎo)體裝置的驅(qū)動TFT 7001、7011、和7021，且它們是高度可靠的薄膜晶體管，在其中的每一個中，在包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體層與包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電層之間提供使用高熔點金屬材料形成的第二導(dǎo)電層或包括氧化鋁作為主要組分的阻擋層以便抑制鋁原子到氧化物半導(dǎo)體層的擴散。為了提取從發(fā)光元件發(fā)射的光，需要陽極和陰極中的至少一個發(fā)光。在基板上形成薄膜晶體管和發(fā)光元件。發(fā)光元件可以具有其中通過與基板相對的表面來提取光的頂發(fā) 射結(jié)構(gòu)；其中通過基板側(cè)的表面來提取光的底發(fā)射結(jié)構(gòu)；或通過與基板相對的表面和基板側(cè)的表面來提取光的雙重發(fā)射結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的實施例的像素結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于具有這些發(fā)射結(jié)構(gòu)中的任何一種的發(fā)光元件。將參照圖17A來描述具有頂發(fā)射結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件。圖17A是在驅(qū)動TFT 7001為n型且從發(fā)光元件7002向陽極7005側(cè)發(fā)射光的情況下的像素的截面圖。在圖17A中，發(fā)光元件7002的陰極7003電連接到驅(qū)動TFT 7001，且發(fā) 光層7004和陽極7005被依次堆疊在陰極7003上。陰極7003可以由多種導(dǎo)電材料制成，只要該材料具有低功函數(shù)并反光即可。例如，優(yōu)選地使用Ca、Al、CaF、MgAg、AlLi等。可以使用單層或堆疊的多個層來形成發(fā)光層7004。當(dāng)使用多個層形成發(fā)光層7004時，通過在陰極7003上依次堆疊電子注入層、電子傳輸層、發(fā)光層、空穴傳輸層、以及空穴注入層來形成發(fā)光層7004。并不是所有這些層都需要提供。陽極7005由光透射導(dǎo)電材料制成，所述光透射導(dǎo)電材料諸如包括氧化鎢的氧化銦、包括氧化鎢的氧化銦鋅、包括氧化鈦的氧化銦、包括氧化鈦的氧化銦錫、氧化銦錫(在下文中稱為ITO)、氧化銦鋅、或添加了硅氧化物的氧化銦錫。
發(fā)光元件7002對應(yīng)于陰極7003與陽極7005將發(fā)光層7004夾在中間的區(qū)域。在圖17A所示的像素的情況下，如箭頭所示，從發(fā)光元件7002向陽極7005側(cè)發(fā)射光。
接下來，將參照圖17B來描述具有底發(fā)射結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件。圖17B是在驅(qū)動TFT 7011是n型且從發(fā)光元件7012向陰極7013側(cè)發(fā)射光的情況下的像素的截面圖。在圖17B 中，在電連接到驅(qū)動TFT 7011的光透射導(dǎo)電膜7017上形成發(fā)光元件7012的陰極7013，并在陰極7013上依次堆疊發(fā)光層7014和陽極7015。當(dāng)陽極7015具有光透射性時，可以形成用于反射或阻擋光的擋光膜7016以覆蓋陽極7015。類似于圖17A的情況，對于陰極7013，可以使用各種材料，只要該材料是具有低功函數(shù)的導(dǎo)電材料即可。請注意，陰極7013被形成為具有可以透射光的厚度(優(yōu)選地約為5nm至30nm)。例如，可以使用厚度為20nm的鋁膜作為陰極7013。類似于圖17的情況，可以使用單層或堆疊的多個層來形成發(fā)光層7014。陽極7015不需要透射光，但可以如在圖17A的情況下一樣由光透射導(dǎo)電材料制成。作為擋光膜7016，例如可以使用反射光的金屬；然而，其不限于金屬膜。例如，還可以使用添加了黑色顏料的樹脂。發(fā)光元件7012對應(yīng)于陰極7013與陽極7015將發(fā)光層7014夾在中間的區(qū)域。在圖17B所示的像素的情況下，如箭頭所示，從發(fā)光元件7012向陰極7013側(cè)發(fā)射光。
接下來，將參照圖17C來描述具有雙重發(fā)射結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件。在圖17C中，在電連接到驅(qū)動TFT 7021的光透射導(dǎo)電膜7027上形成發(fā)光元件7022的陰極7023，并在陰極7023 上依次堆疊發(fā)光層7024和陽極7025。類似于圖17A的情況，陰極7023可以由多種導(dǎo)電材料制成，只要該材料具有低功函數(shù)即可。請注意，陰極7023被形成為具有可以透射光的厚度。例如，可以使用厚度為20nm的Al膜作為陰極7023。與在圖17A中類似，可以使用單層或堆疊的多層來形成發(fā)光層7024。類似于圖17A的情況，陽極7025可以由光透射導(dǎo)電材料制成。發(fā)光元件7022對應(yīng)于陰極7023、發(fā)光層7024、和陽極7025相互堆疊的區(qū)域。在圖17C所示的像素的情況下，如箭頭所示，從發(fā)光元件7022向陽極7025側(cè)和陰極7023側(cè)
發(fā)射光。雖然這里描述有機EL元件作為發(fā)光元件，但還可以提供無機EL元件作為發(fā)光元件。在本實施例中，描述了其中將控制發(fā)光元件的驅(qū)動的薄膜晶體管(驅(qū)動TFT)電連接到發(fā)光元件的示例；然而，可以采用其中將用于電流控制的TFT連接在驅(qū)動TFT與發(fā)光元件之間的結(jié)構(gòu)。本實施例所描述的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)不限于圖17A至17C所示的那些，且可以基于本發(fā)明的實施例的技術(shù)精神以各種方式進行修改。接下來，將參照圖18A和18B來描述發(fā)光顯示板(也稱為發(fā)光板)的外觀和截面，該發(fā)光顯示板是根據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體裝置的一種模式。圖18A是其中用密封劑將具有高電特性的薄膜晶體管和發(fā)光元件密封在第一基板與第二基板之間的面板的頂視圖，在所述薄膜晶體管中的每一個中，在包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體層與包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電層之間提供使用高熔點金屬材料形成的第二導(dǎo)電層或包括氧化鋁作為主要組分的阻擋層以便抑制鋁原子到氧化物半導(dǎo)體層的擴散。圖18B是沿圖18A的線H-I截取的截面圖。
密封劑4505被設(shè)置為圍繞設(shè)置在第一基板4501上的像素部分4502、信號線驅(qū)動電路4503a和4503b、及掃描線驅(qū)動電路4504a和4504b。另外，在像素部分4502、信號線驅(qū)動電路4503a和4503b、及掃描線驅(qū)動電路4504a和4504b上提供有第二基板4506。因此，像素部分4502、信號線驅(qū)動電路4503a和4503b、及掃描線驅(qū)動電路4504a和4504b通過第一基板4501、密封劑4505、和第二基板4506而與填料4507密封在一起。優(yōu)選的是用保護膜(諸如粘合膜或紫外線可固化樹脂膜)或具有高氣密性和低脫氣性的覆蓋材料來封裝(密封)顯示裝置，以便顯示裝置不被暴露于外部空氣。在第一基板4501上形成的像素部分4502、信號線驅(qū)動電路4503a和4503b、及掃描線驅(qū)動電路4504a和4504b中的每個包括多個薄膜晶體管，且包括在像素部分4502中的薄膜晶體管4510和包括在信號線驅(qū)動電路4503a中的薄膜晶體管4509作為示例在圖18B 中示出。薄膜晶體管4509和4510中的每一個是具有高電特性的薄膜晶體管，其中，在包
括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體層與包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電層之間提供使用高熔
點金屬材料形成的第二導(dǎo)電層或包括氧化鋁作為主要組分的阻擋層以便抑制鋁原子到氧
化物半導(dǎo)體層的擴散，且可以使用實施例1或2所描述的任何薄膜晶體管作為薄膜晶體管
4509和4510。在本實施例中，薄膜晶體管4509和4510是n溝道薄膜晶體管。此外，附圖標(biāo)記4511表示發(fā)光元件。包括在發(fā)光元件4511中的作為像素電極的第
一電極層4517電連接到薄膜晶體管4510的源電極層或漏電極層。請注意，發(fā)光元件4511
的結(jié)構(gòu)不限于本實施例所示的包括第一電極層4517、電致發(fā)光層4512、和第二電極層4513
的堆疊結(jié)構(gòu)。根據(jù)從發(fā)光元件4511提取光的方向等，可以適當(dāng)?shù)馗淖儼l(fā)光元件4511的結(jié)構(gòu)。隔離壁4520由有機樹脂膜、無機絕緣膜、或有機聚硅氧烷制成。特別優(yōu)選的是隔離壁4520由光敏材料形成為在第一電極層4517上具有開口，以便將該開口的側(cè)壁形成為具有連續(xù)曲率的傾斜表面。可以使用單層或堆疊的多個層來形成電致發(fā)光層4512。可以在第二電極層4513和隔離壁4520上形成保護膜以便防止氧、氫、水分、二氧化碳進入發(fā)光元件4511。作為保護膜，可以形成硅氮化物膜、硅氮氧化物膜、DLC膜等。
從FPC 4518a和4518b向信號線驅(qū)動電路4503a和4503b、掃描線驅(qū)動電路4504a 和4504b、或像素部分4502供應(yīng)多種信號和電位。在本實施例中，使用與包括在發(fā)光元件4511中的第一電極層4517相同的導(dǎo)電膜形成連接端子電極4515，并使用與包括在薄膜晶體管4509和4510中的源和漏電極層相同的導(dǎo)電膜形成端子電極4516。連接端子電極4515通過各向異性導(dǎo)電膜4519電連接到FPC 4518a的端子。沿從發(fā)光元件4511提取光的方向定位的第二基板4506需要具有光透射性。在該
情況下，使用諸如玻璃板、塑料板、聚酯膜、或丙稀酸樹脂膜等光透射材料。作為填料4507，除諸如氮或氬等惰性氣體之外，還可以使用紫外線可固化樹脂或
熱固樹脂。例如，可以使用PVC(聚氯乙烯)、丙烯酸樹脂、聚酰亞胺、環(huán)氧樹脂、硅樹脂、
PVB (聚乙烯醇縮丁醛)、或EVA (乙烯-乙酸乙烯共聚物)。在本實施例中，將氮氣用于填料
4507。
如果需要，可以在發(fā)光元件的發(fā)光表面上適當(dāng)?shù)靥峁┕鈱W(xué)膜，諸如偏振板、圓偏振板(包括橢圓偏振板)、延遲板(四分之一波片或半波片)、或濾色器。此外，偏振板或圓偏振板可以提供有防反射膜。例如，可以執(zhí)行防眩光處理，由此可以通過表面上的投射和削弱 (d印ression)來使反射光擴散以便減少眩光。可以在單獨制備的基板上安裝信號線驅(qū)動電路4503a和4503b及掃描線驅(qū)動電路 4504a和4504b作為使用單晶半導(dǎo)體膜或多晶半導(dǎo)體膜形成的驅(qū)動電路?；蛘撸梢詢H單獨地形成并安裝信號線驅(qū)動電路或其一部分，或僅掃描線驅(qū)動電路或其一部分。本實施例不限于圖18A和18B所示的結(jié)構(gòu)。在實施例1或2所描述的薄膜晶體管中，在包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體層與包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電層之間提供使用高熔點金屬材料形成的第二導(dǎo)電層或包括氧化鋁作為主要組分的阻擋層以便抑制鋁原子到氧化物半導(dǎo)體層的擴散；因此，薄膜晶體管具有高可靠性。通過安裝其中鋁原子到氧化物半導(dǎo)體層的擴散受到抑制的可靠薄膜晶體管，可以制造高度可靠的顯示裝置?？梢赃m當(dāng)?shù)嘏c其它實施例中所描述的任何結(jié)構(gòu)組合
地實現(xiàn)本實施例。
實施例7
本發(fā)明的一個實施例的顯示裝置可以應(yīng)用于電子紙。電子紙可以用于多種領(lǐng)域的電子電器，只要其能夠顯示數(shù)據(jù)即可。例如，電子紙可以應(yīng)用于電子書閱讀器(電子書)、海報(poster)、諸如火車等車輛中的廣告、或諸如信用卡等各種卡的顯示。電子電器的示例在圖19A和19B及圖20中示出。圖19A示出使用電子紙的海報2631。在廣告介質(zhì)是印刷紙的情況下，用手來替換廣告；然而，通過使用應(yīng)用本發(fā)明的實施例的電子紙，可以在短時間內(nèi)改變廣告顯示。此外，可以獲得沒有顯示缺陷的穩(wěn)定圖像。請注意，海報可以具有能夠無線地發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的配置。圖19B示出諸如火車等車輛中的廣告2632。在廣告介質(zhì)是印刷紙的情況下，用手來替換廣告；然而，通過使用應(yīng)用本發(fā)明的實施例的電子紙，可以在短時間內(nèi)以較少的人力改變廣告顯示。此外，可以獲得沒有顯示缺陷的穩(wěn)定圖像。請注意，車輛中的廣告可以具有能夠無線地發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的配置。圖20示出電子書閱讀器2700的示例。例如，電子書閱讀器2700包括兩個殼體，殼體2701和殼體2703。殼體2701和殼體2703與鉸鏈2711組合，以便可以用鉸鏈2711作為軸打開和關(guān)閉電子書閱讀器2700。用此類結(jié)構(gòu)，電子書閱讀器2700可以像紙質(zhì)書一樣工作。在殼體2701和殼體2703中分別結(jié)合了顯示部分2705和顯示部分2707。顯示部分2705和顯示部分2707可以顯示一個圖像或不同圖像。在顯示部分2705和顯示部分2707 顯示不同圖像的情況下，例如，可以在右側(cè)的顯示部分(圖20中的顯示部分2075)上顯示文本，且可以在左側(cè)的顯示部分(圖20中的顯示部分2707)上顯示圖形。
圖20示出其中殼體2701提供有操作部分等的示例。例如，殼體2701提供有電源開關(guān)2721、操作鍵2723、揚聲器2725等。用操作鍵2723，可以翻頁。請注意，可以在與殼體的顯示部分相同的表面上提供鍵盤、定點裝置等。此外，可以在殼體的背面或側(cè)面上提供外部連接端子(耳機端子、USB端子、可以連接到諸如AC適配器和USB線纜等各種線纜的端子)、記錄介質(zhì)插入部分等。此外，電子書閱讀器2700可以具有電子詞典的功能。電子書閱讀器2700可以具有能夠無線地發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的配置。通過無線通信，
可以從電子書服務(wù)器購買并下載期望的書籍?dāng)?shù)據(jù)等。在實施例1或2所描述的薄膜晶體管中，在包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體層與包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電層之間提供使用高熔點金屬材料形成的第二導(dǎo)電層或包括氧化鋁作為主要組分的阻擋層以便抑制鋁原子到氧化物半導(dǎo)體層的擴散；因此，薄膜晶體管具有高可靠性。通過安裝其中鋁原子到氧化物半導(dǎo)體層的擴散受到抑制的可靠薄膜晶體管，可以制造高度可靠的顯示裝置。實施例8
根據(jù)本發(fā)明的實施例的半導(dǎo)體裝置可以應(yīng)用于多種電子電器(包括游藝機)。電子電器的示例包括電視機(也稱為電視或電視接收機)、計算機等的監(jiān)視器、諸如數(shù)字照相機或數(shù)字?jǐn)z像機的相機、數(shù)字相框、蜂窩式電話(也稱為移動電話或移動電話機)、便攜式游戲機、便攜式信息終端、音頻再現(xiàn)裝置、諸如彈球盤機(pachinko machine)的大型游戲機等。圖21A示出電視機9600的示例。在電視機9600中，在殼體9601中結(jié)合了顯示部分9603。在顯示部分9603上可以顯示圖像。這里，由底座(stand)9605來支撐殼體9601 。
可以通過殼體9601的操作開關(guān)或單獨的遙控器9610來操作電視機9600。可以由遙控器9610的操作鍵9609來控制頻道和音量，以便可以控制顯示在顯示部分9603上的圖像。此外，遙控器9610可以提供有用于顯示從遙控器9610輸出的數(shù)據(jù)的顯示部分9607。
請注意，電視機9600提供有接收機、調(diào)制解調(diào)器等。用接收機，可以接收普通電視廣播。此外，當(dāng)電視機9600經(jīng)由調(diào)制解調(diào)器通過有線或無線連接而連接到通信網(wǎng)路時，可以執(zhí)行單向(從發(fā)送機到接收機)或雙向(在發(fā)送機與接收機之間、在接收機之間等)數(shù) 據(jù)通信。圖21B示出數(shù)字相框9700的示例。例如，在數(shù)字相框9700中，在殼體9701中結(jié) 合了顯示部分9703。在顯示部分9703上可以顯示各種圖像。例如，顯示部分9703可以顯示由數(shù)字照相機拍攝的圖像的數(shù)據(jù)等以起到普通相框的作用。請注意，數(shù)字相框9700提供有操作部分、外部連接部分(USB端子、可以連接到諸如USB線纜的各種線纜的端子等)、記錄介質(zhì)插入部分等。雖然可以將其設(shè)置在與顯示部分相同的表面上，但優(yōu)選地將其設(shè)置在數(shù)字相框9700的設(shè)計的側(cè)面或背面上。例如，在數(shù)字相框的記錄介質(zhì)插入部分中插入存儲由數(shù)字照相機拍攝的圖像的數(shù)據(jù)的存儲器，由此可以下載并在顯示部分9703上顯示圖像數(shù)據(jù)。數(shù)字相框9700可以具有能夠無線地發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的配置。通過無線通信，可以下載以便顯示期望的圖像數(shù)據(jù)。圖22A是包括兩個殼體(殼體9881和殼體9891)的便攜式游藝機。殼體9881和 9891與連接部分9893相連以便打開和關(guān)閉。在殼體9881和殼體9891中分別結(jié)合了顯示部分9882和顯示部分9883。另外，圖22A中所示的便攜式游藝機包括揚聲器部分9S84、記錄介質(zhì)插入部分9886、 LED燈9890 、輸入裝置(操作鍵9885 、連接端子9887 、傳感器9888 (具有測量力、位移、位置、速度、加速度、角速度、旋轉(zhuǎn)頻率、距離、光、液體、磁性、溫度、化學(xué)物質(zhì)、聲音、時間、硬度、電場、電流、電壓、電功率、輻射、流速、濕度、梯度、振蕩、氣味、或紅外射線的功能的傳感器)或傳聲器9889)等。顯然，所述便攜式游藝機的結(jié)構(gòu)不限于上述結(jié)構(gòu)，且
可以采用至少提供有根據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體裝置的其它結(jié)構(gòu)。所述便攜式游藝機可以
適當(dāng)?shù)匕ㄆ渌郊O(shè)備。圖22A所示的便攜式游藝機具有讀取存儲在記錄介質(zhì)中的程序
或數(shù)據(jù)以將其顯示在顯示部分上的功能和通過無線通信與另一便攜式游藝機共享信息的
功能。圖22A所示的便攜式游藝機可以具有各種功能，而不限于上述功能。圖22B是作為大型游藝機的自動販賣機9900的示例。在自動販賣機9900中，在
殼體9901中結(jié)合了顯示部分9903。另外，自動販賣機9900包括諸如開始操縱桿或停止開
關(guān)的操作裝置、投幣孔、揚聲器等。顯然，自動販賣機9900的結(jié)構(gòu)不限于上述結(jié)構(gòu)，且可以
采用至少提供有根據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體裝置的其它結(jié)構(gòu)。自動販賣機9900可以適當(dāng)
地包括其它附件設(shè)備。圖23示出蜂窩式電話1000的示例。蜂窩式電話1000提供有結(jié)合在殼體1001中的顯示部分1002、操作按鈕1003、外部連接端口 1004、揚聲器1005、傳聲器1006等。
當(dāng)用手指等觸摸圖23所示的蜂窩式電話1000的顯示部分1002時，可以向移動電話1000中輸入數(shù)據(jù)。此外，可以通過用手指等觸摸顯示部分1002來執(zhí)行諸如打電話和編寫郵件等操作。顯示部分1002的屏幕模式主要有三種。第一種模式是主要用于顯示圖像的顯示模式。第二種模式是主要用于輸入諸如文本的數(shù)據(jù)的輸入模式。第三種模式是其中將顯示模式與輸入模式這兩種模式組合的顯示和輸入模式。例如，在打電話或編寫郵件的情況下，對顯示部分1002選擇主要用于輸入文本的文本輸入模式使得顯示在屏幕上的文本可被輸入。在該情況下，優(yōu)選的是在顯示部分1002 的屏幕的幾乎所有區(qū)域上顯示鍵盤或數(shù)字按鈕。當(dāng)在蜂窩式電話1000內(nèi)部提供包括諸如陀螺儀或加速度傳感器等用于檢測傾斜度的傳感器的檢測裝置時，可以通過確定蜂窩式電話1000的方向(蜂窩式電話1000被水平還是垂直放置以用于風(fēng)景模式或肖像模式)來自動切換顯示部分1002的屏幕上的顯示。
通過觸摸顯示部分1002或操作殼體1001的操作按鈕1003來切換屏幕模式?；?者，可以根據(jù)顯示在顯示部分1002上的圖像的種類來切換屏幕模式。例如，當(dāng)顯示在顯示部分上的圖像的信號是運動圖像數(shù)據(jù)時，屏幕模式被切換到顯示模式。當(dāng)所述信號是文本數(shù)據(jù)時，屏幕模式被切換到輸入模式。此外，在輸入模式下，當(dāng)在顯示部分1002中的光學(xué)傳感器檢測到信號之后的一定時間段內(nèi)沒有通過觸摸顯示部分1002來執(zhí)行輸入時，可以控制屏幕模式以使其從輸入模式切換到顯示模式。顯示部分1002可以起到圖像傳感器的作用。例如，通過用手掌或手指觸摸顯示部
分1002來獲取掌紋、指紋等的圖像，由此可以執(zhí)行個人認(rèn)證。此外，通過為顯示部分提供發(fā)
射近紅外光的背光或感測光源，還可以獲取手指血管、手掌血管等的圖像。在實施例1或2所描述的薄膜晶體管中，在包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體層與
包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電層之間提供使用高熔點金屬材料形成的第二導(dǎo)電層或包
括氧化鋁作為主要組分的阻擋層以便抑制鋁原子到氧化物半導(dǎo)體層的擴散；因此，薄膜晶
體管具有高可靠性。通過安裝其中鋁原子到氧化物半導(dǎo)體層的擴散受到抑制的可靠薄膜晶
體管，可以制造高度可靠的電子電器。
本申請基于2008年10月10日在日本專利局提交的日本專利申請 No. 2008-264497，在此通過引用而將其全部內(nèi)容并入本申請。
權(quán)利要求
一種半導(dǎo)體裝置，包括包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體層；包括鋁的第一導(dǎo)電層；在所述第一導(dǎo)電層上的包括高熔點金屬材料的第二導(dǎo)電層；以及包括氧化鋁的阻擋層，其中，所述阻擋層在所述第一導(dǎo)電層的邊緣部分中形成，以及其中，所述氧化物半導(dǎo)體層被設(shè)置為與所述第二導(dǎo)電層和所述阻擋層接觸。
2. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述包括氧化鋁的阻擋層具有大于Onm且小于或等于5nm的厚度。
3. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述高熔點金屬材料包括選自由鈦、鉭、鎢、鉬、鉻、釹、和鈧組成的組中的至少一種。
4. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述半導(dǎo)體裝置是選自由電子書、電視機、數(shù)字相框、便攜式游藝機、自動販賣機、和電話組成的組中的一種。
5. —種半導(dǎo)體裝置，包括柵極絕緣層；設(shè)置在所述柵極絕緣層的一側(cè)的柵電極層；設(shè)置在所述柵極絕緣層的另一側(cè)的氧化物半導(dǎo)體層；以及源電極層和漏電極層，其中每個包括與所述柵極絕緣層接觸的包括鋁的第一導(dǎo)電層、在所述第一導(dǎo)電層上的包括高熔點金屬材料的第二導(dǎo)電層、以及在所述第一導(dǎo)電層的邊緣部分處的包括氧化鋁的阻擋層，其中，所述氧化物半導(dǎo)體層與所述第二導(dǎo)電層和所述阻擋層接觸。
6. 如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述包括氧化鋁的阻擋層具有大于0nm且小于或等于5nm的厚度。
7. 如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述高熔點金屬材料包括選自由鈦、鉭、鎢、鉬、鉻、釹、和鈧組成的組中的至少一種。
8. 如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述半導(dǎo)體裝置是選自由電子書、電視機、數(shù)字相框、便攜式游藝機、自動販賣機、和電話組成的組中的一種。
9. 一種半導(dǎo)體裝置，包括源電極層和漏電極層，其中每個包括包含鋁的第一導(dǎo)電層、在所述第一導(dǎo)電層上的包括高熔點金屬材料的第二導(dǎo)電層、以及在所述第一導(dǎo)電層的邊緣部分處的包括氧化鋁的阻擋層；覆蓋所述源電極層和漏電極層的末端部分的氧化物半導(dǎo)體層；覆蓋所述氧化物半導(dǎo)體層的柵極絕緣層；以及柵電極層，其與所述源電極層和漏電極層的所述末端部分重疊，其中所述氧化物半導(dǎo) 體層和所述柵極絕緣層插在所述柵電極層與所述源電極層和漏電極層之間，其中，所述氧化物半導(dǎo)體層與所述第二導(dǎo)電層和所述阻擋層接觸。
10. 如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述包括氧化鋁的阻擋層具有大于Onm且小于或等于5nm的厚度。
11. 如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述高熔點金屬材料包括選自由鈦、鉭、鴇、鉬、鉻、釹、和鈧組成的組中的至少一種。
12. 如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述半導(dǎo)體裝置是選自由電子書、電視機、數(shù)字相框、便攜式游藝機、自動販賣機、和電話組成的組中的一種。
13. —種薄膜晶體管的制造方法，包括形成源電極層和漏電極層，其中每個包括包含鋁的第一導(dǎo)電層、和在所述第一導(dǎo)電層上的包括高熔點金屬材料的第二導(dǎo)電層；通過對所述第一導(dǎo)電層的暴露邊緣部分執(zhí)行氧化處理來形成包括氧化鋁的阻擋層；以及堆疊包括銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體層以使所述氧化物半導(dǎo)體層與所述第二導(dǎo)電層和所述阻擋層接觸。
14. 如權(quán)利要求13所述的薄膜晶體管制造方法，其中，所述包括氧化鋁的阻擋層具有大于0nm且小于或等于5nm的厚度。
15. 如權(quán)利要求13所述的薄膜晶體管制造方法，其中，所述高熔點金屬材料包括選自由鈦、鉭、鴇、鉬、鉻、釹、和鈧組成的組中的至少一種。
16. 如權(quán)利要求13所述的薄膜晶體管制造方法，其中，所述半薄膜晶體管被結(jié)合入選自由電子書、電視機、數(shù)字相框、便攜式游藝機、自動販賣機、和電話組成的組中的一種內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置及其制造方法。薄膜晶體管的電子特性和可靠性由于雜質(zhì)元素到溝道區(qū)中的擴散而下降。本發(fā)明提供了一種其中鋁原子不可能擴散到氧化物半導(dǎo)體層的薄膜晶體管。一種包括包含銦、鎵、和鋅的氧化物半導(dǎo)體層的薄膜晶體管包括其中堆疊有包括鋁作為主要組分的第一導(dǎo)電層和包括高熔點金屬材料的第二導(dǎo)電層的源或漏電極層。氧化物半導(dǎo)體層與第二導(dǎo)電層和包括氧化鋁作為主要組分的阻擋層接觸，由此抑制鋁原子到氧化物半導(dǎo)體層的擴散。
文檔編號H01L27/28GK101728433SQ20091020467
公開日2010年6月9日申請日期2009年10月10日優(yōu)先權(quán)日2008年10月10日
發(fā)明者秋元健吾申請人:株式會社半導(dǎo)體能源研究所

完整全部詳細技術(shù)資料下載