專(zhuān)利名稱(chēng)：用于制造半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括氧化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體器件以及用于制造半導(dǎo)體器件的方法。在本說(shuō)明書(shū)中，半導(dǎo)體器件一般表示能夠通過(guò)利用半導(dǎo)體特性來(lái)起作用的裝置， 并且光電裝置、半導(dǎo)體電路和電子設(shè)備都是半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
一種用于通過(guò)使用在具有絕緣表面的襯底之上形成的半導(dǎo)體薄膜來(lái)形成薄膜晶體管(TFT)的技術(shù)已經(jīng)引起關(guān)注。薄膜晶體管用于以液晶電視為代表的顯示裝置。硅基半導(dǎo)體材料被認(rèn)為是可適用于薄膜晶體管的半導(dǎo)體薄膜的材料。作為另一種材料，氧化物半導(dǎo)體引起了關(guān)注。作為氧化物半導(dǎo)體的材料，氧化鋅或者包含氧化鋅作為其成分的材料是已知的。 此外，公開(kāi)了使用電子載流子濃度小于IOw /cm3的非晶氧化物(氧化物半導(dǎo)體)所形成的薄膜晶體管(參見(jiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)1至3)。[參考文獻(xiàn)] [專(zhuān)利文獻(xiàn)] 日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2006-165527。[專(zhuān)利文獻(xiàn)2] 日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2006-165528。[專(zhuān)利文獻(xiàn)3] 日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2006-165529。

發(fā)明內(nèi)容
但是，與氧化物半導(dǎo)體中的化學(xué)計(jì)量組成的差異在薄膜形成過(guò)程中發(fā)生。例如，氧化物半導(dǎo)體的電導(dǎo)率因氧過(guò)剩或氧缺陷而發(fā)生變化。此外，在薄膜的形成期間進(jìn)入氧化物半導(dǎo)體薄膜的氫或水分形成O-H(氧-氫)鍵，并且用作作為改變電導(dǎo)率的因子的電子施主。此外，由于O-H鍵是極性分子，所以它用作諸如使用氧化物半導(dǎo)體所制造的薄膜晶體管之類(lèi)的有源裝置的變化特性的因子。鑒于這類(lèi)問(wèn)題，本發(fā)明的實(shí)施例的一個(gè)目的是提供一種具有穩(wěn)定電特性的使用氧化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體器件。為了抑制包括氧化物半導(dǎo)體層的薄膜晶體管的電特性的變化，特意從氧化物半導(dǎo)體層中去除諸如氫、水分、羥基或氫化物(又稱(chēng)作氫化合物)之類(lèi)的引起變化的雜質(zhì)。另外， 提供作為氧化物半導(dǎo)體的主成分并且在去除雜質(zhì)的步驟中減少的氧。因此，氧化物半導(dǎo)體層經(jīng)過(guò)高度純化，由此得到作為電學(xué)上i型(本征)的氧化物半導(dǎo)體層。因此，優(yōu)選的是，氧化物半導(dǎo)體中的氫盡可能較少。氧化物半導(dǎo)體中包含的氫的濃度優(yōu)選地設(shè)置為1 X IO1Vcm3或更小，使得將氧化物半導(dǎo)體層中包含的氫去除為盡可能接近零。此外，高純度氧化物半導(dǎo)體中的載流子的數(shù)量極小(接近零)，并且載流子濃度小于IXlO14 /cm3，優(yōu)選地小于IX IO12 /cm3，更優(yōu)選地為1 X IO11 /cm3或更小。由于氧化物半導(dǎo)體中的載流子的數(shù)量如此小，使得截止態(tài)電流(off-state current)能夠在薄膜晶體管中降低。截止態(tài)電流量越小則越好。截止態(tài)電流(又稱(chēng)作泄漏電流)是在施加-ι V至-10 V之間的給定柵極電壓的情況下在薄膜晶體管的源極與漏極之間流動(dòng)的電流。包括本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的氧化物半導(dǎo)體的薄膜晶體管的溝道寬度(w)的每1 Pm的電流值為100 aA/ym 或更小，優(yōu)選地為10 aA/μπι或更小，更優(yōu)選地為1 aA/μπι或更小。此外，薄膜晶體管沒(méi)有 pn結(jié)，并且沒(méi)有被熱載流子退化；因此，薄膜晶體管的電特性沒(méi)有受到pn結(jié)和退化影響。氫的上述濃度范圍能夠通過(guò)二次離子質(zhì)譜法(SIMS)或者基于SIMS的數(shù)據(jù)來(lái)得到。另外，載流子濃度能夠通過(guò)霍耳效應(yīng)測(cè)量來(lái)測(cè)量。作為用于霍耳效應(yīng)測(cè)量的設(shè)備的一個(gè)示例，能夠給出比電阻/空穴測(cè)量系統(tǒng)ResiTest 8310 (Τ0Υ0 Corporation制造)。利用比電阻/霍耳測(cè)量系統(tǒng)ResiTest 8310，磁場(chǎng)的方向和強(qiáng)度以一定周期變化，并且與其同步地僅檢測(cè)樣品中引起的霍耳電動(dòng)勢(shì)電壓，使得能夠執(zhí)行AC(交流)霍耳測(cè)量。甚至在具有低遷移率和高電阻率的材料的情況下，也能夠檢測(cè)霍耳電動(dòng)勢(shì)電壓。除了氧化物半導(dǎo)體膜中存在的諸如水分之類(lèi)的雜質(zhì)之外，還降低柵絕緣層中以及氧化物半導(dǎo)體膜和設(shè)置成與其接觸的上、下膜之間的界面處存在的諸如水分之類(lèi)的雜質(zhì)。為了降低諸如氫、水分、羥基或氫化物之類(lèi)的雜質(zhì)，在氧化物半導(dǎo)體膜的形成之后，在氮?dú)夥栈蛘咴谥T如稀有氣體(例如氬或氦)之類(lèi)的惰性氣體氣氛中或者在降低的壓力下、在暴露氧化物半導(dǎo)體膜的狀態(tài)中以200°C至700°C、優(yōu)選地以350°C至700°C、更優(yōu)選地以450°C至700°C來(lái)執(zhí)行熱處理(用于脫水或脫氫的熱處理)。因此，降低氧化物半導(dǎo)體膜中包含的水分。隨后，在氧的氣氛、氧和氮的氣氛或者空氣(超干空氣)(露點(diǎn)優(yōu)選地低于或等于-40°C，更優(yōu)選地低于或等于-50°C )氣氛中執(zhí)行緩慢冷卻。作為脫水或脫氫處理，在氮?dú)夥栈蚨栊詺怏w氣氛中或者在降低的壓力下執(zhí)行熱處理，由此降低氧化物半導(dǎo)體膜中包含的水分。然后，作為用于提供氧的處理，在氧的氣氛、 氧和氮的氣氛或者空氣(超干空氣)(露點(diǎn)優(yōu)選地低于或等于-40°C，更優(yōu)選地低于或等于_50°C )氣氛中對(duì)氧化物半導(dǎo)體膜執(zhí)行冷卻。借助于這樣得到的氧化物半導(dǎo)體膜，薄膜晶體管的電特性得到改進(jìn)。此外，能夠?qū)崿F(xiàn)能夠大規(guī)模生產(chǎn)的具有高性能的薄膜晶體管。在氮?dú)夥罩袑?duì)多個(gè)樣品施加溫度變化。采用熱脫附譜(TDQ設(shè)備來(lái)測(cè)量這類(lèi)多個(gè)樣品。測(cè)量結(jié)果如圖4、圖5、圖6和圖7所示。熱脫附譜設(shè)備用于由四極質(zhì)譜分析器來(lái)檢測(cè)和識(shí)別當(dāng)樣品被加熱并且其溫度在高真空中增加時(shí)從樣品所脫附和生成的氣體成分；因此，能夠觀(guān)測(cè)從樣品的表面和內(nèi)部所脫附的氣體和分子。借助于ESCO Ltd.制造的熱脫附譜設(shè)備(產(chǎn)品名稱(chēng)EMD-WA1000S)，在如下條件下執(zhí)行測(cè)量上升溫度在測(cè)量開(kāi)始時(shí)大約為10°C /min ；壓力為IX KT8(Pa)；以及壓力在測(cè)量期間為大約IXKT7(Pa)的真空度。圖37是示出僅包括玻璃襯底的樣品(比較樣品)與厚度為50 nm的h-Ga-Si-O 基膜通過(guò)濺射方法在玻璃襯底之上形成的樣品(樣品1)之間的比較的TDS結(jié)果的圖表。圖 37示出通過(guò)測(cè)量H2O所得到的結(jié)果。從h-Ga-Si-O基膜的諸如水分(H2O)之類(lèi)的雜質(zhì)的脫附能夠從300°C附近的峰值來(lái)確認(rèn)。對(duì)如下樣品執(zhí)行比較其中厚度為50 nm的h-Ga-Si-O基膜通過(guò)濺射方法在玻璃襯底之上形成的樣品(樣品1)；其中樣品1的襯底在氮?dú)夥罩幸?50°c經(jīng)過(guò)一小時(shí)熱處理的樣品(樣品2)；其中樣品1的結(jié)構(gòu)在氮?dú)夥罩幸?75°C經(jīng)過(guò)一小時(shí)熱處理的樣品(樣品3)；其中樣品1的結(jié)構(gòu)在氮?dú)夥罩幸?00°C經(jīng)過(guò)一小時(shí)熱處理的樣品(樣品4)；其中樣品1 的結(jié)構(gòu)在氮?dú)夥罩幸?25°C經(jīng)過(guò)一小時(shí)熱處理的樣品(樣品5)；以及其中樣品1的結(jié)構(gòu)在氮?dú)夥罩幸?50°C經(jīng)過(guò)一小時(shí)熱處理的樣品(樣品6)。圖4示出對(duì)H2O的TDS結(jié)果。圖5示出對(duì)OH的TDS結(jié)果。圖6示出對(duì)H的TDS結(jié)果。圖7示出對(duì)0的TDS結(jié)果。注意，在熱處理的上述條件下，氮?dú)夥罩械难鯘舛葹?0 ppm 或更低。從圖4、圖5和圖6所示的結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，氮?dú)夥罩械募訜釡囟仍礁撸瑒t從 In-Ga-Zn-O基膜所脫附的諸如水分(H2O)、OH和H之類(lèi)的雜質(zhì)量變得越小。此外，如圖7所示，氧的峰值也通過(guò)在氮?dú)夥罩械臒崽幚韥?lái)降低。上述結(jié)果表明，通過(guò)執(zhí)行h-Ga-ai-Ο基膜的熱處理，主要排放水分。換言之，熱處理引起主要從h-Ga-Si-O基膜脫附水分(H2O)。圖5所示的H、圖6所示的OH和圖7所示的0的TDS測(cè)量值受到通過(guò)分解水分子所得到的材料影響。通過(guò)在氮?dú)夥罩袌?zhí)行的熱處理以及在氮?dú)夥罩袌?zhí)行的冷卻來(lái)得到的樣品7經(jīng)過(guò) TDS測(cè)量。h-Ga-Si-O基膜在氬和氧的氣氛(氬氧=30 sccm:15 sccm)中在如下條件下使用h-Ga-Si-O基氧化物半導(dǎo)體膜形成靶(In:(;a:Zn=l:l:l[原子比])在玻璃襯底之上形成為50 nm的厚度襯底與靶之間的距離為60 mm，壓力為0. 4 Pa,以及RF電源為0. 5 kW。這樣得到的膜的溫度在氮?dú)夥罩猩?.5小時(shí)，并且膜以450°C加熱一小時(shí)。此后，膜在氧氣氛中冷卻大約五小時(shí)。這樣形成樣品7。另一方面，膜按照與該膜相似的方式來(lái)形成，在氮?dú)夥罩屑訜?，然后仍然在氮?dú)夥罩卸皇窃谘鯕夥罩欣鋮s。這樣形成樣品8。圖44A示出對(duì)樣品7的氧(0)的TDS結(jié)果，以及圖44B示出對(duì)樣品8的氧(0)的 TDS結(jié)果。在氧氣氛中冷卻的圖44A的樣品7的氧的峰值高于不是在氧氣氛中冷卻的圖44B 的樣品8的氧的峰值。從這些結(jié)果能夠證實(shí)，將氧提供給樣品7的膜。圖44A和圖44B表明，通過(guò)在氧的氣氛、氧和氮的氣氛或者空氣(露點(diǎn)優(yōu)選地低于或等于-40°C，更優(yōu)選地低于或等于-50°C )氣氛中冷卻氧化物半導(dǎo)體層，能夠?qū)⒀跆峁┙o氧化物半導(dǎo)體層，并且因而能夠填充因氧的排放引起的氧缺陷。因此，能夠得到電學(xué)上i型 (本征)的高純度氧化物半導(dǎo)體層。在本說(shuō)明書(shū)中，在氮?dú)夥栈蛘咧T如稀有氣體(例如氬或氦)之類(lèi)的惰性氣體氣氛中或者在降低的壓力下的熱處理稱(chēng)作用于脫水或脫氫的熱處理。在本說(shuō)明書(shū)中，為了方便起見(jiàn)，脫水或脫氫不僅指壓的脫附，而且還指H、OH等的脫附。用于脫水或脫氫的熱處理對(duì)氧化物半導(dǎo)體層來(lái)執(zhí)行，并且因此氧化物半導(dǎo)體層改變成氧缺陷類(lèi)型，由此得到η型OT型、η+型等)氧化物半導(dǎo)體層。然后，所得到的氧化物半導(dǎo)體層在氧的氣氛、氧和氮的氣氛或者空氣(露點(diǎn)優(yōu)選地低于或等于_40°C，更優(yōu)選地低于或等于-50°C)氣氛中冷卻，由此將氧提供給氧化物半導(dǎo)體層。因此，氧化物半導(dǎo)體層經(jīng)過(guò)高度純化，由此得到i型氧化物半導(dǎo)體層。借助于這樣得到的i型氧化物半導(dǎo)體層，能夠制造和提供包括具有優(yōu)良電特性的極可靠薄膜晶體管的半導(dǎo)體器件。按照本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例，形成柵電極層以及覆蓋柵電極層的柵絕緣層；將柵電極層和柵絕緣層引入保持在降低的壓力下的處理室；通過(guò)引入與從處理室中去除殘留水分同時(shí)地去除了氫和水分的濺射氣體，借助于附連到處理室的金屬氧化物靶，在柵絕緣層之上形成氧化物半導(dǎo)體層；通過(guò)在氮?dú)夥栈蛳∮袣怏w氣體中的熱處理對(duì)氧化物半導(dǎo)體層執(zhí)行脫水或脫氫，然后通過(guò)在氧氣氛中的冷卻處理來(lái)將氧提供給氧化物半導(dǎo)體層；源電極層和漏電極層在經(jīng)過(guò)了脫水或脫氫并且對(duì)其提供了氧的氧化物半導(dǎo)體層之上形成；以及絕緣層通過(guò)濺射方法在柵絕緣層、氧化物半導(dǎo)體層、源電極層和漏電極層之上形成。按照本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例，形成柵電極層以及覆蓋柵電極層的柵絕緣層；將柵電極層和柵絕緣層引入保持在降低的壓力下的處理室；通過(guò)引入與從處理室中去除殘留水分同時(shí)地去除了氫和水分的濺射氣體，借助于附連到處理室的金屬氧化物靶，在柵絕緣層之上形成氧化物半導(dǎo)體層；通過(guò)在氮?dú)夥栈蛳∮袣怏w氣體中的熱處理對(duì)氧化物半導(dǎo)體層執(zhí)行脫水或脫氫，然后通過(guò)在氧和氮?dú)夥栈蛘呗饵c(diǎn)為低于或等于-40°C的空氣氣氛中的冷卻處理來(lái)將氧提供給氧化物半導(dǎo)體層；源電極層和漏電極層在經(jīng)過(guò)了脫水或脫氫并且對(duì)其提供了氧的氧化物半導(dǎo)體層之上形成；以及絕緣層通過(guò)濺射方法在柵絕緣層、氧化物半導(dǎo)體層、源電極層和漏電極層之上形成。在制造半導(dǎo)體器件的方法中，氧化物半導(dǎo)體層或絕緣層優(yōu)選地在沉積室(處理室)中形成，其雜質(zhì)濃度通過(guò)采用諸如低溫泵之類(lèi)的吸附真空泵的排空來(lái)降低。作為吸附真空泵，例如優(yōu)選地使用低溫泵、離子泵或鈦升華泵。吸附真空泵起作用，以使得降低氧化物半導(dǎo)體層或絕緣層中包含的氫、水、羥基或氫化物的量。作為用于形成氧化物半導(dǎo)體層或絕緣層的濺射氣體，優(yōu)選地使用高純度氣體，其中諸如氫、水、羥基或氫化物之類(lèi)的雜質(zhì)降低到雜質(zhì)濃度級(jí)由單位“ppm”或“ppb”來(lái)表示的程度。在用于制造半導(dǎo)體器件的方法中，包含氧化鋅作為其主要成分的靶能夠用作用于形成氧化物半導(dǎo)體膜的靶。備選地，包含銦、鎵和鋅的金屬氧化物能夠用作靶。本發(fā)明的一個(gè)特征是使氧化物半導(dǎo)體層經(jīng)過(guò)在氮?dú)夥栈蛘咧T如稀有氣體(例如氬或氦)之類(lèi)的惰性氣體氣氛中或者在降低的壓力下的用于脫水或脫氫處理的熱處理以及經(jīng)過(guò)在氧的氣氛、氧和氮的氣氛或者空氣(露點(diǎn)優(yōu)選地低于或等于_40°C，更優(yōu)選地低于或等于-50°C )氣氛中的用于提供氧的處理的冷卻步驟。脫水或脫氫處理以及用于提供氧的處理中的氧化物半導(dǎo)體層(和襯底)的溫度狀態(tài)是上升狀態(tài)、恒定狀態(tài)和下降狀態(tài)。氣體(氣氛)可在下列定時(shí)的任一個(gè)從氮或者諸如稀有氣體(例如氬或氦)之類(lèi)的惰性氣體切換到氧和氮或者空氣(露點(diǎn)優(yōu)選地低于或等于-40°C，更優(yōu)選地低于或等于-50°C )在氧化物半導(dǎo)體層的溫度處于恒定狀態(tài)的時(shí)候，在氧化物半導(dǎo)體層的溫度下降開(kāi)始的時(shí)候，以及在氧化物半導(dǎo)體層的溫度處于下降狀態(tài)的時(shí)候。通過(guò)這些結(jié)構(gòu)，能夠解決問(wèn)題的至少一個(gè)。作為本說(shuō)明書(shū)中使用的氧化物半導(dǎo)體膜，能夠使用諸如In-Sn-Ga-ai-Ο膜之類(lèi)的四元金屬氧化物、諸如h-Ga-Si-O膜、h-Sn-Si-O膜、h-Al-Si-O膜、Sn-Ga-Si-O膜、 Al-Ga-Si-O膜和Sn-Al-Si-O膜之類(lèi)的三元金屬氧化物或者諸如In-Si-O膜、Sn-Zn-O膜、 Al-Zn-O膜、Si-Mg-O膜、Sn-Mg-O膜、h-Mg-O膜之類(lèi)的二元金屬氧化物、In-O膜、Sn-O膜和Si-O膜。氧化物半導(dǎo)體膜可包含SiO2。作為氧化物半導(dǎo)體膜，能夠使用由hM03(ai0)m(m > 0)所表示的薄膜。在這里，M 表示從feu Al、Mn和Co中所選的一種或多種金屬元素。例如，M能夠是feufei和Al、fei和Mn,Ga和Co等。其組成式表示為InMO3 (ZnO)m(m > 0)、其中至少包含( 作為M的氧化物半導(dǎo)體膜稱(chēng)作以上所述的h-Ga-ai-Ο氧化物半導(dǎo)體，并且其薄膜又稱(chēng)作h-Ga-ai-Ο膜。由于薄膜晶體管因靜電等而易于損壞，所以用于保護(hù)驅(qū)動(dòng)器電路的保護(hù)電路優(yōu)選地設(shè)置在用于柵極線(xiàn)或源極線(xiàn)的相同襯底之上。保護(hù)電路優(yōu)選地采用包括氧化物半導(dǎo)體的非線(xiàn)性元件來(lái)形成?？稍跊](méi)有暴露于空氣的情況下連續(xù)地處理(又稱(chēng)作連續(xù)處理、就地過(guò)程、連續(xù)膜形成)柵絕緣層和氧化物半導(dǎo)體膜。沒(méi)有暴露于空氣的連續(xù)處理使柵絕緣層與氧化物半導(dǎo)體膜之間的界面能夠在沒(méi)有受到漂浮在空氣中的諸如水或烴之類(lèi)的大氣成分或雜質(zhì)污染的情況下形成。因此，能夠減小薄膜晶體管的特性的變化。注意，本說(shuō)明書(shū)中的術(shù)語(yǔ)“連續(xù)處理”意味著，在從通過(guò)PCVD方法或?yàn)R射方法所執(zhí)行的第一處理步驟到通過(guò)PCVD方法或?yàn)R射方法所執(zhí)行的第二處理步驟的過(guò)程期間，其中設(shè)置待處理襯底的氣氛沒(méi)有受到諸如空氣之類(lèi)的污染物氣氛污染，并且恒定地控制為真空、惰性氣體氣氛(氮?dú)夥栈蛳∮袣怏w氣氛)、氧氣體、包含氧和氮的氣體(例如N2O氣體) 或者超干空氣(露點(diǎn)優(yōu)選地低于或等于-40°C，更優(yōu)選地低于或等于-50°C)。通過(guò)連續(xù)處理，能夠形成膜，同時(shí)防止水分等再次附于經(jīng)過(guò)清洗的待處理襯底。在同一室中執(zhí)行從第一處理步驟到第二處理步驟的過(guò)程處于本說(shuō)明書(shū)中的連續(xù)處理的范圍之內(nèi)。另外，如下情況也在本說(shuō)明書(shū)中的連續(xù)處理的范圍之內(nèi)在不同室中執(zhí)行從第一處理步驟到第二處理步驟的過(guò)程的情況下，襯底在第一處理步驟之后傳遞到另一室而沒(méi)有暴露于包含諸如氫、水分、羥基或氫化物之類(lèi)的雜質(zhì)的空氣并且經(jīng)過(guò)第二處理。注意，第一處理步驟與第二處理步驟之間存在襯底傳遞步驟、對(duì)齊步驟、緩慢冷卻步驟、加熱或冷卻襯底以將襯底溫度調(diào)整到用于第二處理步驟的適當(dāng)溫度的步驟等的情況也處于本說(shuō)明書(shū)中的連續(xù)處理的范圍中。但是，如下情況不在本說(shuō)明書(shū)中的連續(xù)處理的范圍之內(nèi)第一處理步驟與第二處理步驟之間存在使用液體的步驟，例如清洗步驟、濕式蝕刻步驟或者抗蝕劑形成步驟。能夠提供具有穩(wěn)定電特性的薄膜晶體管。此外，能夠提供包括具有優(yōu)良電特性和高可靠性的薄膜晶體管的半導(dǎo)體器件。


圖IA至圖ID是示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的制造工序的截面圖； 圖2A和圖2B示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件；
圖3是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中使用的電爐的截面圖； 圖4是示出TDS測(cè)量結(jié)果的圖表； 圖5是示出TDS測(cè)量結(jié)果的圖表； 圖6是示出TDS測(cè)量結(jié)果的圖表； 圖7是示出TDS測(cè)量結(jié)果的圖表；
圖8A至圖8D是示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的制造工序的截面圖； 圖9A和圖9B示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件； 圖IOA至圖IOD是示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的制造工序的截面8圖IlA至圖IlC是示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的制造工序的截面圖； 圖12示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件；
圖13A1、圖13A2、圖13B1和圖13B2示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件；
圖14示出一種半導(dǎo)體器件；
圖15A至圖15C示出半導(dǎo)體器件；
圖16A和圖16B示出一種半導(dǎo)體器件；
圖17示出半導(dǎo)體器件的像素的等效電路圖18A至圖18C示出半導(dǎo)體器件；
圖19A和圖19B是示出半導(dǎo)體器件的框圖20A和圖20B示出信號(hào)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路的結(jié)構(gòu)；
圖21A至圖21D是示出移位寄存器的結(jié)構(gòu)的電路圖22A和圖22B是示出移位寄存器的操作的電路圖和時(shí)序圖23示出一種半導(dǎo)體器件；
圖M是示出薄膜晶體管的電特性的等效結(jié)果的圖表； 圖25示出一種半導(dǎo)體器件； 圖沈示出一種電子裝置； 圖27示出一種電子裝置； 圖28A和圖28B示出電子裝置； 圖29A和圖29B示出電子裝置； 圖30A和圖30B示出電子裝置；
圖31A至圖31D是示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的制造工序的截面圖； 圖32示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件； 圖33示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件； 圖34A至圖34C示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件； 圖35A和圖35B示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件； 圖36示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件； 圖37是示出TDS測(cè)量結(jié)果的圖表； 圖38示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中使用的熱處理設(shè)備； 圖39示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中使用的熱處理設(shè)備；
圖40是其中使用氧化物半導(dǎo)體的反交錯(cuò)(inverted staggered)薄膜晶體管的縱向截面圖41示出沿圖40所示的A-A’截面的能帶圖(示意圖)；
圖42A示出其中正電位(+Ve)施加到柵極(GEl)的狀態(tài)，以及圖42B示出其中負(fù)電位 (-Vg)施加到柵極(GEl)的狀態(tài)；
圖43是示出真空能級(jí)與金屬的功函數(shù)(ΦΜ)之間以及真空能級(jí)與氧化物半導(dǎo)體的電子親合勢(shì)(X)之間的關(guān)系；
圖44Α和圖44Β是示出TDS測(cè)量結(jié)構(gòu)的圖表。
具體實(shí)施方式
下面將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。但是，本發(fā)明并不局限于以下描述，并且本領(lǐng)域的技術(shù)人員易于理解，本文所公開(kāi)的模式和細(xì)節(jié)能夠通過(guò)各種方式來(lái)修改，而沒(méi)有背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，本發(fā)明不是要被理解為局限于實(shí)施例的描述。(實(shí)施例1)
將參照?qǐng)DIA至圖ID以及圖2A和圖2B來(lái)描述半導(dǎo)體器件以及用于制造半導(dǎo)體器件的方法。圖2A是半導(dǎo)體器件中包含的薄膜晶體管470的平面圖，以及圖2B是沿圖2A的線(xiàn) C1-C2所截取的截面圖。薄膜晶體管470是反交錯(cuò)薄膜晶體管，并且在作為具有絕緣表面的襯底的襯底400之上包括柵電極層401、柵絕緣層402、氧化物半導(dǎo)體層403、源電極層40 和漏電極層40恥。薄膜晶體管470覆蓋有與氧化物半導(dǎo)體層403相接觸的絕緣層407。保護(hù)絕緣層499層疊在絕緣層407之上。為了抑制薄膜晶體管470的電特性的變化，特意從氧化物半導(dǎo)體層中去除諸如氫、水分、羥基或氫化物(又稱(chēng)作氫化合物)之類(lèi)的引起變化的雜質(zhì)。另外，提供作為氧化物半導(dǎo)體的主成分并且在去除雜質(zhì)的步驟中還原的氧。因此，得到電學(xué)上i型(本征)的高度純化氧化物半導(dǎo)體層。這樣，形成氧化物半導(dǎo)體層403。因此，優(yōu)選的是，氧化物半導(dǎo)體層403中的氫盡可能比較少。氧化物半導(dǎo)體層403 中包含的氫的濃度優(yōu)選地設(shè)置為ι χ IO1Vcm3或更小，使得將氧化物半導(dǎo)體層403中包含的氫去除為盡可能接近零。此外，高純度氧化物半導(dǎo)體層403中的載流子的數(shù)量極小(接近零)，并且載流子濃度小于IX IO1Vcm3，優(yōu)選地小于IXlO12 /cm3，更優(yōu)選地為1 X IO11 /cm3或更小。由于氧化物半導(dǎo)體層403中的載流子的數(shù)量如此小，使得截止態(tài)電流能夠在薄膜晶體管470中降低。截止態(tài)電流量越小則越好。薄膜晶體管470的溝道寬度(w)的每1 μ m的電流值為 100 aA/ μ m或更小，優(yōu)選地為10 aA/μ m或更小，更優(yōu)選地為1 aA/ μ m或更小。此外，薄膜晶體管470沒(méi)有pn結(jié)，并且沒(méi)有被熱載流子退化；因此，薄膜晶體管470的電特性沒(méi)有受到 pn結(jié)和退化影響。為了降低諸如氫、水分、羥基或氫化物之類(lèi)的雜質(zhì)，在氧化物半導(dǎo)體層的形成之后，在氮?dú)夥栈蛘咴谥T如稀有氣體(例如氬或氦)之類(lèi)的惰性氣體氣氛中或者在降低的壓力下、在暴露氧化物半導(dǎo)體層的狀態(tài)中以200°C至700°C、優(yōu)選地以350°C至700°C、更優(yōu)選地以450°C至700°C來(lái)執(zhí)行熱處理(用于脫水或脫氫的熱處理)。因此，降低氧化物半導(dǎo)體層中包含的水分。隨后，在氧的氣氛、氧和氮的氣氛或者空氣(超干空氣)(露點(diǎn)優(yōu)選地低于或等于-40°C，更優(yōu)選地低于或等于-50°C )氣氛中執(zhí)行冷卻。作為脫水或脫氫處理，膜中包含的水分通過(guò)在氮?dú)夥栈蚨栊詺怏w氣氛或者在降低的壓力下的熱處理來(lái)降低。然后，作為用于提供氧的處理，在氧的氣氛、氧和氮的氣氛或者空氣(超干空氣)(露點(diǎn)優(yōu)選地低于或等于_40°C，更優(yōu)選地低于或等于-50°C )氣氛中執(zhí)行冷卻。借助于這樣得到的氧化物半導(dǎo)體層403，薄膜晶體管470的電特性得到改進(jìn)。此外，能夠?qū)崿F(xiàn)能夠大規(guī)模生產(chǎn)的具有高性能的薄膜晶體管。此外，降低了不僅在氧化物半導(dǎo)體層403而且還在柵絕緣層402以及氧化物半導(dǎo)體層403和設(shè)置成與其接觸的上、下膜之間的界面(具體來(lái)說(shuō)是氧化物半導(dǎo)體層403與柵絕緣層402之間的界面以及氧化物半導(dǎo)體層403與絕緣層407之間的界面)中存在的諸如水分之類(lèi)的雜質(zhì)。因此，為了可以盡可能少地包含氫、羥基和水分，優(yōu)選的是，在形成柵絕緣層402 和絕緣層407中脫附并且排出諸如氫或水分之類(lèi)的雜質(zhì)。此外，為了使脫附到襯底400的諸如氫或水分之類(lèi)的雜質(zhì)被脫附和排出，優(yōu)選地在形成柵絕緣層402、氧化物半導(dǎo)體層403 和絕緣層407之前執(zhí)行預(yù)熱。包括溝道形成區(qū)的氧化物半導(dǎo)體層403可使用具有半導(dǎo)體特性的氧化物材料來(lái)形成。作為氧化物半導(dǎo)體層，能夠使用任意下列氧化物半導(dǎo)體膜諸如In-Sn-Ga-ai-Ο膜之類(lèi)的四元金屬氧化物；諸如h-Ga-Si-O膜、h-Sn-Si-O膜、In-Al-Si-O膜、Sn-Ga-Zn-O 膜、Al-Ga-Si-O膜和Sn-Al-Si-O膜之類(lèi)的三元金屬氧化物；諸如In-Si-O膜、Sn-Si-O膜、 Al-Zn-O膜、Si-Mg-O膜、Sn-Mg-O膜或h-Mg-O膜之類(lèi)的二元金屬氧化物；In-O膜；Sn-O 膜；Si-O膜；或者能夠使用類(lèi)似的氧化物半導(dǎo)體。氧化物半導(dǎo)體膜可包含Si02。作為氧化物半導(dǎo)體層，能夠使用由hM03(ai0)m(m > 0)所表示的薄膜。在這里，M 表示從Ga、Al、Mn或Co中選取的一種或多種金屬元素。例如，M能夠是Ga、Ga和Al、Ga和 Mn、Ga和Co等。其組成式由InMO3(ZnO)mGii > 0)來(lái)表示、其中至少包含( 作為M的氧化物半導(dǎo)體膜稱(chēng)作以上所述的h-Ga-ai-Ο氧化物半導(dǎo)體，并且其薄膜又稱(chēng)作h-Ga-ai-Ο膜。圖40是包括背柵電極并且使用氧化物半導(dǎo)體的雙柵薄膜晶體管的縱向截面圖。 氧化物半導(dǎo)體(OS)層隔著柵絕緣膜(GI)設(shè)置在柵電極(GEl)之上，并且源電極⑶和漏電極(D)設(shè)置在其之上。絕緣層設(shè)置成覆蓋源電極( 和漏電極(D)。背柵電極(GE2)設(shè)置在絕緣層之上與柵電極(GEl)重疊的區(qū)域中。圖41示出沿圖40所示的A-A’截面的能帶圖(示意圖)。圖41中，黑點(diǎn)(·)表示電子，而白點(diǎn)表示空穴。圖41示出其中正電壓(Vd >0)施加到漏電極但沒(méi)有電壓施加到柵電極> 0)的情況(由虛線(xiàn)示出)以及其中正電壓(Vd > 0)施加到漏電極并且正電壓(Ve > 0)施加到柵電極的情況(由實(shí)線(xiàn)示出)。當(dāng)沒(méi)有電壓施加到柵電極時(shí)，載流子 (電子)因高電位勢(shì)壘而沒(méi)有從電極注入到氧化物半導(dǎo)體側(cè)，從而引起其中沒(méi)有電流流動(dòng)的截止態(tài)。相反，當(dāng)正電壓施加到柵極時(shí)，電位勢(shì)壘降低，從而引起其中電流流動(dòng)的導(dǎo)通態(tài)。圖42A和圖42B是沿圖40所示的B-B，截面的能帶圖(示意圖)。圖42A示出一種其中正電位施加到柵電極(GEl)的狀態(tài)，即，薄膜晶體管處于導(dǎo)通態(tài)的狀態(tài)，其中載流子(電子)在源電極與漏電極之間流動(dòng)。圖42B示出其中負(fù)電位(-Ve)施加到柵電極 (GEl)的狀態(tài)，即，其中薄膜晶體管處于截止態(tài)的情況(其中少數(shù)載流子沒(méi)有流動(dòng)的狀態(tài))。圖43示出真空能級(jí)與金屬的功函數(shù)(ΦΜ)之間的關(guān)系以及真空能級(jí)與氧化物半導(dǎo)體的電子親合勢(shì)(X)之間的關(guān)系。在正常溫度下，金屬中的電子簡(jiǎn)并化，并且費(fèi)米能級(jí)位于導(dǎo)帶中。常規(guī)氧化物半導(dǎo)體層屬于η型，并且費(fèi)米能級(jí)(Ef)在帶隙的中間遠(yuǎn)離本征費(fèi)米能級(jí)(Ei),并且位于更接近導(dǎo)帶。注意，已知的是，氫的一部分是氧化物半導(dǎo)體中的施主，并且是使氧化物半導(dǎo)體作為 η型半導(dǎo)體的一個(gè)因素。相反，按照本發(fā)明的氧化物半導(dǎo)體是通過(guò)從氧化物半導(dǎo)體中去除作為η型雜質(zhì)的氫以及增加純度以使得盡可能多地沒(méi)有包含除了氧化物半導(dǎo)體的主要成分之外的雜質(zhì)所得到的本征(i型)或基本上本征氧化物半導(dǎo)體膜。換言之，按照本發(fā)明的氧化物半導(dǎo)體是高度純化的本征(i型)氧化物半導(dǎo)體膜或者不是通過(guò)添加雜質(zhì)而是通過(guò)盡可能多地去除諸如氫、水、羥基或氫化物之類(lèi)的雜質(zhì)所得到的接近高度純化的本征氧化物半導(dǎo)體膜的氧化物半導(dǎo)體膜。這樣，費(fèi)米能級(jí)(Ef)能夠處于與本征費(fèi)米能級(jí)(Ei)相同的能級(jí)。據(jù)說(shuō)，氧化物半導(dǎo)體的電子親合勢(shì)(χ )在其帶隙(Eg)為3. 15 eV的情況下為4. 3 eV。源電極和漏電極中包含的鈦(Ti)的功函數(shù)大致等于氧化物半導(dǎo)體的電子親合勢(shì)(X)。 在那種情況下，在金屬與氧化物半導(dǎo)體之間的界面處沒(méi)有形成肖特基電子勢(shì)壘。在這種情況下，如圖42A所示，電子沿柵絕緣膜與高純度氧化物半導(dǎo)體之間的界面處的能量上穩(wěn)定的氧化物半導(dǎo)體的最低部分移動(dòng)。圖42B中，當(dāng)負(fù)電位施加到柵電極(GEl)時(shí)，作為少數(shù)載流子的空穴的數(shù)量大致為零；因此，電流值變?yōu)楸M可能接近零的值。例如，甚至當(dāng)薄膜晶體管具有IX IO4 μ m的溝道寬度W以及3 μ m的溝道長(zhǎng)度時(shí)， 也能夠得到10_13 A或更低的截止態(tài)電流以及0. 1 V/dec.的亞閾值(S值)(柵絕緣膜的厚度為 100 nm)。如上所述，氧化物半導(dǎo)體經(jīng)過(guò)高度純化，使得盡可能少地包含除了氧化物半導(dǎo)體的主要成分之外的雜質(zhì)，由此能夠得到薄膜晶體管的有利操作。雖然使用作為薄膜晶體管470的單柵薄膜晶體管來(lái)給出描述，但是可根據(jù)需要形成包括多個(gè)溝道形成區(qū)的多柵薄膜晶體管。在這個(gè)實(shí)施例中，包含h-Ga-Si-O的半導(dǎo)體膜用作氧化物半導(dǎo)體層403。圖IA至圖ID是示出圖2A和圖2B所示的薄膜晶體管470的制造工序的截面圖。圖IA中，柵電極層401設(shè)置在作為具有絕緣表面的襯底的襯底400之上。所形成的柵電極的邊緣部分優(yōu)選地具有漸窄的形狀，因?yàn)槠渖蠈盈B的柵絕緣層的覆蓋率能夠得到改進(jìn)。注意，抗蝕劑掩?？赏ㄟ^(guò)噴墨方法來(lái)形成。通過(guò)噴墨方法來(lái)形成抗蝕劑掩模不需要光掩模；因此，制造成本能夠降低。雖然對(duì)于能夠用作具有絕緣表面的襯底400的襯底沒(méi)有具體限制，然而必要的是，襯底至少具有耐受后來(lái)執(zhí)行的熱處理的充分耐熱性。例如，能夠使用采用鋇硼硅酸鹽玻璃、鋁硼硅酸鹽玻璃等等所形成的玻璃襯底。在使用玻璃襯底并且用以后來(lái)執(zhí)行熱處理的溫度較高的情況下，優(yōu)選地使用其應(yīng)變點(diǎn)大于或等于730°C的玻璃襯底。作為玻璃襯底，例如使用諸如鋁硅酸鹽玻璃、鋁硼硅酸鹽玻璃或鋇硼硅酸鹽玻璃之類(lèi)的玻璃材料。注意，通過(guò)包含比氧化硼更大量的氧化鋇 (BaO)，得到更實(shí)用的耐熱玻璃襯底。因此，優(yōu)選地使用包含使得BaO的量比B2O3要大的BaO 和化03的玻璃襯底。注意，作為上述玻璃襯底，可使用采用諸如陶瓷襯底、石英襯底或藍(lán)寶石襯底之類(lèi)的絕緣體所形成的襯底。備選地，可使用晶化玻璃等。又備選地，能夠適當(dāng)?shù)厥褂盟芰弦r底寸。用作基底膜的絕緣膜可設(shè)置在襯底400與柵電極層401之間?；啄ぞ哂蟹乐闺s質(zhì)元素從襯底400擴(kuò)散的功能，并且能夠形成為具有使用氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜和氧氮化硅膜中的一個(gè)或多個(gè)的單層結(jié)構(gòu)或分層結(jié)構(gòu)。柵電極層401能夠在使用諸如鉬、鈦、鉻、鉭、鎢、鋁、銅、釹或鈧之類(lèi)的金屬材料或者包含這些材料的任一種作為主要成分的合金材料的單層或疊層中形成。例如，作為柵電極層401的二層結(jié)構(gòu)，下列結(jié)構(gòu)是優(yōu)選的鋁層以及層疊在其上的鉬層的二層結(jié)構(gòu)，銅層以及層疊在其上的鉬層的二層結(jié)構(gòu)，銅層以及層疊在其上的氮化鈦層或氮化鉭層的二層結(jié)構(gòu)，以及氮化鈦層和鉬層的二層結(jié)構(gòu)。作為三層結(jié)構(gòu)，鎢層或氮化鎢層、鋁和硅的合金或者鋁和鈦的合金層以及氮化鈦層或鈦層的層疊結(jié)構(gòu)是優(yōu)選的。注意，柵電極層能夠使用具有透光性質(zhì)的導(dǎo)電膜來(lái)形成。作為具有透光性質(zhì)的導(dǎo)電膜的一個(gè)示例， 能夠給出透明導(dǎo)電氧化物等。隨后，柵絕緣層402在柵電極層401之上形成。柵絕緣層402能夠通過(guò)等離子體CVD方法、濺射方法等等形成為具有使用氧化硅層、氮化硅層、氧氮化硅層、氮氧化硅層、氧化鋁層、氮化鋁層、氧氮化鋁層、氮氧化鋁層和氧化鉿層的任一個(gè)的單層結(jié)構(gòu)或分層結(jié)構(gòu)。注意，優(yōu)選的是，柵絕緣層402中沒(méi)有包含大量氫。在氧化硅膜通過(guò)濺射方法來(lái)形成的情況下，硅靶或石英靶用作靶，并且氧氣體或者氧和氬的混合氣體用作濺射氣體。柵絕緣層402可具有一種結(jié)構(gòu)，其中從柵電極層401側(cè)來(lái)層疊氮化硅層和氧化硅層。例如，通過(guò)濺射方法來(lái)形成作為第一柵絕緣層的厚度為50 nm至200 nm(包括兩端) 的氮化硅層(SiNy (y>0))，并且在第一柵絕緣層之上層疊作為第二柵絕緣層的厚度為5 nm 至300 nm(包括兩端)的氧化硅層(Si0x(x>0))；這樣，形成厚度為100 nm的柵絕緣層。 柵絕緣層402的厚度可根據(jù)薄膜晶體管所需的特性來(lái)適當(dāng)設(shè)置，并且可以是大約350 nm至 400 nm。此外，為了可能在柵絕緣層402和氧化物半導(dǎo)體膜中盡可能少地包含氫、羥基和水分，優(yōu)選的是，其上形成柵電極層401的襯底400或者其上形成直到柵絕緣層402的層的襯底400在濺射設(shè)備的預(yù)熱室中經(jīng)過(guò)預(yù)熱作為用于膜形成的預(yù)處理，使得脫附和排出吸附于襯底400的諸如氫和水分之類(lèi)的雜質(zhì)。注意，作為排空單元，低溫泵優(yōu)選地設(shè)置在預(yù)熱室中。還要注意，這種預(yù)熱處理在一些情況下能夠省略。此外，這種預(yù)熱可類(lèi)似地在形成絕緣層407之前對(duì)其上形成了直到源電極層40 和漏電極層40 的層的襯底400來(lái)執(zhí)行。然后，氧化物半導(dǎo)體膜在柵絕緣層402之上形成為2 nm至200 nm (包括兩端)的厚度。注意，在氧化物半導(dǎo)體膜通過(guò)濺射方法來(lái)形成之前，柵絕緣層402的表面上的灰塵優(yōu)選地通過(guò)其中引入氬氣體并且生成等離子體的反向?yàn)R射被去除。反向?yàn)R射指的是一種方法，其中，在沒(méi)有將電壓施加到靶側(cè)的情況下，RF電源用于在氬氣氛中將電壓施加到襯底側(cè)，使得等離子體在襯底附近生成，以便修正表面。注意，代替氬氣氛，可使用氮?dú)夥?、氦氣氛、氧氣氛等。氧化物半?dǎo)體膜通過(guò)濺射方法來(lái)形成。作為氧化物半導(dǎo)體膜，能夠使用任意下列氧化物半導(dǎo)體膜諸如In-Sn-Ga-Si-O膜之類(lèi)的四元金屬氧化物；諸如h-Ga-Si-O膜、 In-Sn-Zn-O 膜、h-Al-Si-O 膜、Sn-fei-Zn-0 膜、Al-fei-Zn-0 膜和 Sn-Al-Si-O 膜之類(lèi)的三元金屬氧化物；諸如 In-Si-O 膜、Sn-Zn-O 膜、Al-Si-O 膜、Zn-Mg-O 膜、Sn-Mg-O 膜或 h-Mg-O 膜之類(lèi)的二元金屬氧化物膜；Sn-O膜；S1-O膜；等等。在這個(gè)實(shí)施例中，氧化物半導(dǎo)體膜通過(guò)濺射方法、借助于h-Ga-ai-Ο基氧化物半導(dǎo)體膜形成靶來(lái)形成。氧化物半導(dǎo)體膜能夠通過(guò)濺射方法在稀有氣體(通常為氬)氣氛、氧氣氛或者稀有氣體(通常為氬)和氧的氣氛中形成。在使用濺射方法的情況下，包含2襯％至10 wt%(包括兩端)的SiO2的靶可用于膜形成。
作為用于形成氧化物半導(dǎo)體膜的濺射氣體，優(yōu)選地使用高純度氣體，其中諸如氫、 水、羥基或氫化物之類(lèi)的雜質(zhì)降低到雜質(zhì)濃度級(jí)由單位“ppm”或“ppb”來(lái)表示的程度。作為用于通過(guò)濺射方法來(lái)形成氧化物半導(dǎo)體膜的靶，能夠使用包含氧化鋅作為其主要成分的金屬氧化物的靶。作為金屬氧化物靶的另一個(gè)示例，能夠使用包含In、 Ga和Si的氧化物半導(dǎo)體膜形成靴(其中組成比為^1203:6 03:&10=1:1:1 [摩爾比]， In:Ga:Zn=l:l:0. 5 [原子比])。作為包含In、Ga和Zn的氧化物半導(dǎo)體膜形成靶，能夠使用組成比為h:Ga:ai=l:l:l [原子比]或^KGa = Si=I: 1:2[原子比]的靶。氧化物半導(dǎo)體膜形成靶的填充率為90%至100%(包括兩端)，優(yōu)選地為95%至99. 9%(包括兩端)。通過(guò)使用具有高填充率的氧化物半導(dǎo)體膜形成靶，所形成的氧化物半導(dǎo)體膜成為密集膜。襯底保持在控制為降低的壓力的處理室中，并且襯底溫度設(shè)置為100°C至 6000C (包括兩端)、優(yōu)選地為200°C至400°C (包括兩端)。膜形成在加熱襯底的同時(shí)執(zhí)行， 由此所形成的氧化物半導(dǎo)體膜中包含的雜質(zhì)的濃度能夠降低。另外，通過(guò)濺射引起的損壞能夠減小。在去除處理室中剩余的水分的同時(shí)，引入去除了氫和水分的濺射氣體，以便使用金屬氧化物作為靶在襯底400之上形成氧化物半導(dǎo)體膜。為了去除處理室中的剩余水分， 優(yōu)選地使用吸附真空泵。例如，優(yōu)選地使用低溫泵、離子泵或鈦升華泵。排空單元能夠是提供有冷阱的渦輪泵。從借助于低溫泵執(zhí)行了排空的沉積室，例如，排出氫原子、諸如水(H2O) 之類(lèi)的包含氫原子的化合物(更優(yōu)選地還有包含碳原子的化合物)等；因此，在沉積室中形成的氧化物半導(dǎo)體膜中包含的雜質(zhì)的濃度能夠降低。在形成氧化物半導(dǎo)體膜的情況下，優(yōu)選地使用諸如低溫泵之類(lèi)的排空單元，以便防止在形成與氧化物半導(dǎo)體膜相接觸的膜之前和之后的步驟中以及在形成氧化物半導(dǎo)體膜之前和之后的步驟中混入處理室中(不用說(shuō)，包括用于形成氧化物半導(dǎo)體膜的處理室) 作為雜質(zhì)的剩余水分。作為膜形成條件的一個(gè)示例，襯底與靶之間的距離為100 mm，壓力為0. 6 Pa，直流 (DC)電源為0.5 kW，以及氣氛為氧氣氛(氧流率的比例為100%)。優(yōu)選的是使用脈沖直流 (DC)電源，因?yàn)槟軌蚪档头蹱钗镔|(zhì)(又稱(chēng)作粒子或灰塵)，并且膜厚度能夠是均勻的。氧化物半導(dǎo)體膜的厚度優(yōu)選地為5 nm至30 nm(包括兩端)。由于適當(dāng)厚度取決于所使用的氧化物半導(dǎo)體材料，所以厚度能夠根據(jù)材料來(lái)適當(dāng)?shù)卮_定。濺射方法的示例包括RF濺射方法，其中高頻電力用于濺射電源；DC濺射方法；以及脈沖DC濺射方法，其中以脈沖方式來(lái)施加偏壓。RF濺射方法主要用于形成絕緣膜的情況，而DC濺射方法主要用于形成金屬膜的情況。另外，還存在多源濺射設(shè)備，其中能夠設(shè)置不同材料的多個(gè)靶。通過(guò)多源濺射設(shè)備，不同材料的膜能夠形成為層疊在同一室中，或者多種材料的膜能夠通過(guò)在同一室中同時(shí)放電來(lái)形成。備選地，能夠使用提供有室內(nèi)部的磁體系統(tǒng)并且用于磁控管濺射方法的濺射設(shè)備或者用于ECR濺射方法、其中使用借助于微波所生成的等離子體而沒(méi)有使用輝光放電的濺射設(shè)備。此外，作為使用濺射方法的膜形成方法，能夠使用其中靶物質(zhì)和濺射氣體成分在膜形成期間相互起化學(xué)反應(yīng)以形成其化合物薄膜的反應(yīng)濺射方法或者其中電壓在膜形成期間還施加到襯底的偏壓濺射方法。
然后，通過(guò)光刻步驟將氧化物半導(dǎo)體膜處理成島狀氧化物半導(dǎo)體層430(參見(jiàn)圖 1A)。用于形成島狀氧化物半導(dǎo)體層430的抗蝕劑掩?？墒褂脟娔椒▉?lái)形成。通過(guò)噴墨方法來(lái)形成抗蝕劑掩模不需要光掩模；因此，制造成本能夠降低。注意，氧化物半導(dǎo)體膜的蝕刻可以是干式蝕刻，而無(wú)需局限于濕式蝕刻。蝕刻條件(例如蝕刻劑、蝕刻時(shí)間和溫度)根據(jù)材料來(lái)適當(dāng)?shù)卣{(diào)整，使得材料能夠蝕刻成預(yù)期形狀。在柵絕緣層402中形成接觸孔的情況下，可在形成氧化物半導(dǎo)體層430中執(zhí)行該步驟。為了降低諸如氫、水分、羥基或氫化物之類(lèi)的雜質(zhì)，在氮?dú)夥栈蛘咧T如稀有氣體 (例如氬或氦)之類(lèi)的惰性氣體氣氛中或者在降低的壓力下以200°C至700°C (或者襯底的應(yīng)變點(diǎn))、優(yōu)選地以350°C至700°C、更優(yōu)選地以450°C至700°C來(lái)對(duì)氧化物半導(dǎo)體層430執(zhí)行熱處理(用于脫水或脫氫的熱處理，又稱(chēng)作第一熱處理)。因此，減少氧化物半導(dǎo)體層中包含的水分。隨后，在氧的氣氛、氧和氮的氣氛或者空氣(露點(diǎn)優(yōu)選地低于或等于_40°C，更優(yōu)選地低于或等于_50°C )氣氛中冷卻氧化物半導(dǎo)體層。這樣，得到高度純化的i型(本征) 氧化物半導(dǎo)體層。因此，得到電學(xué)上i型(本征)的高度純化氧化物半導(dǎo)體膜。這樣，形成氧化物半導(dǎo)體層403(參見(jiàn)圖1B)。對(duì)氧化物半導(dǎo)體(IGZO)表面的氧的吸附能量通過(guò)第一原理計(jì)算來(lái)計(jì)算。注意，由 Accelrys Software Inc.生產(chǎn)的第一原理計(jì)算的軟件CASTEP用于第一原理計(jì)算。通過(guò)從 O2的內(nèi)能與IGZO的內(nèi)能之和(E (O2) +E (IGZO))中減去仏吸附到其中的IGZO的內(nèi)能，來(lái)確定吸附能量(Ead)，即，吸附能量(Ead)定義為Ead= (E (O2) +E (IGZO)) -E (O2吸附到其中的IGZ0)。 計(jì)算結(jié)果表明，氧的吸附是放熱反應(yīng)，并且放熱能量為1.46 eV。當(dāng)氫分子存在時(shí)，氫分子與氧分子之間的氧化反應(yīng)、即表示為“2 + — 2H20”的氧化反應(yīng)因用于脫水或脫氫的熱處理而可能發(fā)生。如果通過(guò)氧的吸附所得到的能量用于氧化反應(yīng)并且因而氧化反應(yīng)發(fā)生，則存在H2不能離開(kāi)IGZO并且可能保留在IGZO中的問(wèn)題。 因此，無(wú)法對(duì)IGZO執(zhí)行充分脫水或脫氫處理。因此，為了防止產(chǎn)生水的反應(yīng)，優(yōu)選的是通過(guò)下列過(guò)程來(lái)形成電學(xué)上i型的高度純化氧化物半導(dǎo)體層通過(guò)在氮?dú)夥栈蛘咧T如稀有氣體(例如氬或氦)之類(lèi)的惰性氣體氣氛中或者在降低的壓力下對(duì)氧化物半導(dǎo)體層執(zhí)行脫水或脫氫處理，然后在氧的氣氛或者空氣(露點(diǎn)優(yōu)選地低于或等于-40°C，更優(yōu)選地低于或等于-50°C )氣氛中執(zhí)行冷卻，以便提供作為氧化物半導(dǎo)體的主要成分的氧。在這個(gè)實(shí)施例中，將襯底引入作為一種熱處理設(shè)備的電爐中，在氮?dú)夥罩幸?50°C 對(duì)氧化物半導(dǎo)體層執(zhí)行一小時(shí)熱處理，并且在氧氣氛中執(zhí)行冷卻。本發(fā)明的一個(gè)特征是使氧化物半導(dǎo)體層經(jīng)過(guò)在氮?dú)夥栈蛘咧T如稀有氣體(例如氬或氦)之類(lèi)的惰性氣體氣氛中或者在降低的壓力下的用于脫水或脫氫處理的熱處理以及經(jīng)過(guò)在氧的氣氛、氧和氮的氣氛或者空氣(露點(diǎn)優(yōu)選地低于或等于_40°C，更優(yōu)選地低于或等于-50°C )氣氛中的用于提供氧的處理的冷卻步驟。脫水或脫氫處理以及用于提供氧的處理中的氧化物半導(dǎo)體層(和襯底)的溫度狀態(tài)是上升狀態(tài)、恒定狀態(tài)和下降狀態(tài)。氣體(氣氛)可在下列定時(shí)的任一個(gè)從氮或者諸如稀有氣體(例如氬或氦)之類(lèi)的惰性氣體切換到氧和氮或者空氣(露點(diǎn)優(yōu)選地低于或等于_40°C，更優(yōu)選地低于或等于_50°C )在氧化物半導(dǎo)體層的溫度處于恒定狀態(tài)的時(shí)候，在氧化物半導(dǎo)體層的溫度下降開(kāi)始的時(shí)候，以及在氧化物半導(dǎo)體層的溫度處于下降狀態(tài)的時(shí)候。注意，熱處理設(shè)備并不局限于電爐，而是可包括用于通過(guò)來(lái)自諸如電阻加熱元件之類(lèi)的加熱元件的熱傳導(dǎo)或熱輻射來(lái)加熱待處理對(duì)象的任何裝置。例如，能夠使用諸如 GRTA(氣體快速熱退火)設(shè)備或LRTA(燈快速熱退火)設(shè)備之類(lèi)的RTA(快速熱退火)設(shè)備。LRTA設(shè)備是用于通過(guò)從諸如鹵素?zé)?、金屬鹵化物燈、氙弧燈、碳弧燈、高壓鈉燈或高壓水銀燈之類(lèi)的燈所發(fā)射的光(電磁波)的輻射來(lái)加熱待處理對(duì)象的設(shè)備。GRTA設(shè)備是用于使用高溫氣體的熱處理的設(shè)備。作為氣體，使用諸如氮之類(lèi)或者諸如氬之類(lèi)的稀有氣體等的不會(huì)通過(guò)熱處理來(lái)與待處理對(duì)象發(fā)生反應(yīng)的惰性氣體。例如，用于脫水或脫氫的熱處理能夠采用GRTA，其中將襯底移入加熱到650°C至 700°C的高溫的惰性氣體中，并且在其中加熱數(shù)分鐘，然后將襯底移出加熱到高溫的惰性氣體。通過(guò)GRTA，能夠?qū)崿F(xiàn)短時(shí)間段的高溫?zé)崽幚怼Ｗ⒁?，?yōu)選的是，在用于脫水或脫氫處理的熱處理中，諸如氫、水分、羥基或氫化物之類(lèi)的雜質(zhì)沒(méi)有包含在氮或者諸如氦、氖或氬之類(lèi)的惰性氣體中。優(yōu)選的是，引入熱處理設(shè)備中的氮或者諸如氦、氖或氬之類(lèi)的稀有氣體的純度為6N(99. 9999%)或更高、優(yōu)選地為 7N(99. 99999%)或更高(也就是說(shuō)，雜質(zhì)濃度為1 ppm或更低，優(yōu)選地為0. 1 ppm或更低)。在這里，使用電爐601的加熱方法參照?qǐng)D3描述為氧化物半導(dǎo)體層430的熱處理的一種模式。圖3是電爐601的示意圖。加熱器603設(shè)置在室602外部，并且加熱室602。在室602內(nèi)部，設(shè)置了其中設(shè)置襯底604的基座605。向/從室602傳遞襯底604。另外，室 602提供有氣體供應(yīng)單元606和排空單元607。通過(guò)氣體供應(yīng)單元606，將氣體引入室602 中。排空單元607排空室602的內(nèi)部，或者降低室602中的壓力。注意，電爐601的溫度上升特性?xún)?yōu)選地設(shè)置為從0. I0C /min至20°C /min。電爐601的溫度降低特性?xún)?yōu)選地設(shè)置為從 0. I0C /min 至 15°C /min。氣體供應(yīng)單元606包括氣體供應(yīng)源611a、氣體供應(yīng)源611b、壓力調(diào)整閥61 、壓力調(diào)整閥612b、提純?cè)O(shè)備613a、提純?cè)O(shè)備613b、質(zhì)量流控制器(mass flow controller)614a、 質(zhì)量流控制器614b、截止閥61 和截止閥61 。在這個(gè)實(shí)施例中，優(yōu)選的是，提純?cè)O(shè)備613a 和提純?cè)O(shè)備61 設(shè)置在氣體供應(yīng)源611a和611b與室602之間。通過(guò)提純?cè)O(shè)備613a和提純?cè)O(shè)備613b，從氣體供應(yīng)源611a和氣體供應(yīng)源611b引入室602的氣體中的諸如氫、水分、 羥基或氫化物之類(lèi)的雜質(zhì)能夠由提純?cè)O(shè)備613a和提純?cè)O(shè)備61 去除，使得能夠抑制諸如氫、水分、羥基或氫化物之類(lèi)的雜質(zhì)進(jìn)入室602。在這個(gè)實(shí)施例中，氮或稀有氣體從氣體供應(yīng)源611a和氣體供應(yīng)源611b引入室 602，使得室的內(nèi)部設(shè)置為氮或稀有氣體氣氛。在加熱到200°C至700°C (或者襯底604的應(yīng)變點(diǎn))、優(yōu)選地為350°C至700°C、更優(yōu)選地為450°C至700°C的溫度的室602中，加熱在襯底604之上形成的氧化物半導(dǎo)體層430，由此氧化物半導(dǎo)體層430能夠脫水或脫氫。備選地，以200°C至700°C (或者襯底604的應(yīng)變點(diǎn))、優(yōu)選地以350°C至700°C、更優(yōu)選地以450°C至700°C來(lái)加熱由排空單元降低了壓力的室602。在這種室602中，加熱在襯底604之上形成的氧化物半導(dǎo)體層430，由此氧化物半導(dǎo)體層430能夠經(jīng)過(guò)脫水或脫氫。隨后，停止將氮或稀有氣體從氣體供應(yīng)源611a引入室602，并且關(guān)斷加熱器。然后，氧或者氧和氮從氣體供應(yīng)源61 Ib引入室602中，并且緩慢地冷卻加熱設(shè)備的室602。也就是說(shuō)，室602的內(nèi)部設(shè)置成氧氣氛，并且緩慢地冷卻襯底604。在這里，優(yōu)選的是，從氣體供應(yīng)源611b引入室602的氧沒(méi)有包含諸如水和氫之類(lèi)的雜質(zhì)。另外，優(yōu)選的是，從氣體供應(yīng)源611b引入室602的氧的純度為6N(99. 9999%)或更低、優(yōu)選地為7N(99. 99999%)(即， 氧的雜質(zhì)濃度為1 ppm，優(yōu)選地為0. 1 ppm)或更低。雖然在空氣氣氛而不是氧的氣氛或者氧和氮的氣氛中對(duì)氧化物半導(dǎo)體層執(zhí)行冷卻，但是優(yōu)選的是，諸如水和氫之類(lèi)的雜質(zhì)沒(méi)有包含在引入室602的空氣中，并且使用露點(diǎn)優(yōu)選地低于或等于-40°C、更優(yōu)選地低于或等于-50°C的超干空氣。氧化物半導(dǎo)體層被加熱以經(jīng)過(guò)脫水或脫氫，并且在氧的氣氛、氧和氮的氣氛或者空氣(露點(diǎn)優(yōu)選地低于或等于_40°C，更優(yōu)選地低于或等于_50°C )氣氛中冷卻氧化物半導(dǎo)體層。因此，得到電學(xué)上i型(本征)的高度純化氧化物半導(dǎo)體膜。這樣，能夠形成氧化物半導(dǎo)體層403。注意，關(guān)斷用于加熱室602的加熱器的定時(shí)可與氧或稀有氣體與氧、氧和氮或者空氣氣氛之間的切換定時(shí)是相同的。氮或稀有氣體與氧、氧和氮或空氣氣氛之間的切換定時(shí)可比關(guān)斷加熱器的定時(shí)更早或更遲，只要在脫水或脫氫處理之后執(zhí)行切換。因此，后來(lái)完成的薄膜晶體管的可靠性能夠得到提高。注意，在降低的壓力下執(zhí)行熱處理的情況下，氧和氮或空氣氣氛(超干空氣)可在熱處理之后引入室602中，壓力可返回到大氣壓力，然后執(zhí)行冷卻。另外，當(dāng)氧從氣體供應(yīng)源611b引入室602時(shí)，氮和諸如氦、氖或氬之類(lèi)的稀有氣體中的一個(gè)或兩者可引入室602。如果加熱設(shè)備具有多室結(jié)構(gòu)，則熱處理和冷卻處理能夠在不同室中執(zhí)行。通常， 在填充有氮或稀有氣體并且以200°C至700°C (或者襯底604的應(yīng)變點(diǎn))、優(yōu)選地以350°C 至700°C、更優(yōu)選地以450°C至700°C加熱的第一室中加熱襯底之上的氧化物半導(dǎo)體層。隨后，通過(guò)引入了氮或稀有氣體的傳遞室，經(jīng)過(guò)了熱處理的襯底移入填充有氧、氧和氮或空氣氣氛(超干空氣)的第二室，并且執(zhí)行冷卻處理。通過(guò)這些步驟，產(chǎn)量能夠提高。此外，用于提供氧的處理以及用于氧化物半導(dǎo)體層的脫水或脫氫處理的熱處理可對(duì)尚未處理成島狀氧化物半導(dǎo)體層的氧化物半導(dǎo)體膜執(zhí)行。在那種情況下，在用于脫水或脫氫處理的熱處理以及用于提供氧的處理之后，從處理設(shè)備中取出襯底，并且執(zhí)行光刻步馬聚ο對(duì)氧化物半導(dǎo)體層具有脫水或脫氫的作用的熱處理可在下列定時(shí)的任一個(gè)執(zhí)行 在形成氧化物半導(dǎo)體層之后；以及在源電極和漏電極層疊在氧化物半導(dǎo)體層之上之后。此外，在柵絕緣層402中形成接觸孔的情況下，該步驟可在對(duì)氧化物半導(dǎo)體層430 執(zhí)行脫水或脫氫處理之前或之后執(zhí)行。隨后，將要作為源電極層和漏電極層(包括在與源電極層和漏電極層相同的層中形成的布線(xiàn))的導(dǎo)電膜在柵絕緣層402和氧化物半導(dǎo)體層403之上形成。導(dǎo)電膜可通過(guò)濺射方法或真空蒸鍍方法來(lái)形成。作為將要成為源電極層和漏電極層(包括在與源電極層和漏電極層相同的層中形成的布線(xiàn))的導(dǎo)電膜的材料，能夠給出從41、0、01、1^、11、110或1中選取的元素、包含任意這些元素作為成分的合金、組合地包含任意這些元素的合金等。此外，諸如Cr、Ta、Ti、Mo或W之類(lèi)的難熔金屬層可層疊在諸如Al或Cu之類(lèi)的金屬層的一側(cè)或兩側(cè)上。此外，可使用添加了諸如Si、Ti、Ta、W、M0、Cr、Nd、k或Y之類(lèi)的用于防止Al膜中生成小丘和觸須的元素的Al材料，從而引起耐熱性的改進(jìn)。導(dǎo)電膜可具有單層結(jié)構(gòu)或者兩層或更多層的分層結(jié)構(gòu)。例如，能夠給出包含硅的鋁膜的單層結(jié)構(gòu)、其中鈦膜層疊在鋁膜之上的二層結(jié)構(gòu)、其中鈦膜、鋁膜和鈦膜按照所示順
序?qū)盈B的三層結(jié)構(gòu)等。備選地，將要作為源電極層和漏電極層(包括在與源電極層和漏電極層相同的層中形成的布線(xiàn))的導(dǎo)電膜可使用導(dǎo)電金屬氧化物來(lái)形成。作為導(dǎo)電金屬氧化物，能夠使用氧化銦(In2O3)、氧化錫(SnO2)、氧化鋅(ZnO)、氧化銦和氧化錫的合金(In2O3-SnO2,縮寫(xiě)成 ΙΤ0)、氧化銦和氧化鋅的合金(In2O3-SiO)或者任意包含硅或氧化硅的金屬氧化物材料。在形成導(dǎo)電膜之后執(zhí)行熱處理的情況下，優(yōu)選的是，導(dǎo)電膜具有足夠高以耐受熱處理的耐熱性?？刮g劑掩模通過(guò)光刻步驟在導(dǎo)電膜之上形成。有選擇地執(zhí)行蝕刻，使得形成源電極層40 和漏電極層40恥。然后，去除抗蝕劑掩模(參見(jiàn)圖1C)。紫外線(xiàn)、KrF激光束或者ArF激光束用于在光刻步驟中形成抗蝕劑掩模的曝光。后來(lái)將要形成的薄膜晶體管的溝道長(zhǎng)度L取決于氧化物半導(dǎo)體層403之上彼此相鄰的源電極層的底部與漏電極層的底部之間的距離的寬度。注意，在溝道長(zhǎng)度L小于25 nm的情況下執(zhí)行曝光時(shí)，具有數(shù)納米至數(shù)十納米的極短波長(zhǎng)的遠(yuǎn)紫外線(xiàn)用于在光刻步驟中形成抗蝕劑掩模的曝光。采用遠(yuǎn)紫外線(xiàn)的曝光產(chǎn)生高分辨率和大景深。相應(yīng)地，以后將要形成的薄膜晶體管的溝道長(zhǎng)度L能夠設(shè)置為10 nm至1000 nm(包括兩端)。因此，電路的操作速度能夠增加，并且截止態(tài)電流也明顯較小，使得能夠?qū)崿F(xiàn)低功率消耗。注意，各材料和蝕刻條件經(jīng)過(guò)適當(dāng)調(diào)整，使得氧化物半導(dǎo)體層403在蝕刻導(dǎo)電膜時(shí)沒(méi)有被去除。在這個(gè)實(shí)施例中，Ti膜用作導(dǎo)電膜；In-Ga-Si-O基氧化物半導(dǎo)體用作氧化物半導(dǎo)體層403 ；以及氨過(guò)氧化氫混合物(31 wt%的過(guò)氧化氫水28 wt%的氨水水=5:2:2)用作蝕刻劑。注意，在光刻步驟中，在一些情況下，蝕刻氧化物半導(dǎo)體層403的一部分，由此可形成具有凹槽(凹陷部分)的氧化物半導(dǎo)體層。此外，用于形成源電極層40 和漏電極層 405b的抗蝕劑掩模可通過(guò)噴墨方法來(lái)形成。通過(guò)噴墨方法來(lái)形成抗蝕劑掩模不需要光掩模；因此，制造成本能夠降低。此外，氧化物導(dǎo)電層可在氧化物半導(dǎo)體層與源電極層和漏電極層之間形成。用于形成源電極層和漏電極層的氧化物導(dǎo)電層和金屬層能夠連續(xù)形成。氧化物導(dǎo)電層能夠用作源區(qū)和漏區(qū)。當(dāng)氧化物導(dǎo)電層作為源區(qū)和漏區(qū)設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體層與源和漏電極層之間時(shí)， 源區(qū)和漏區(qū)能夠具有較低電阻，并且晶體管能夠高速工作。為了減少光刻步驟中使用的光掩模的數(shù)量并且減少光刻步驟的數(shù)量，蝕刻步驟可借助于作為可透射光以具有多個(gè)強(qiáng)度的曝光掩模的多色調(diào)(multi-tone)掩模來(lái)執(zhí)行。借助于多色調(diào)掩模所形成的抗蝕劑掩模具有多個(gè)厚度并且還能夠通過(guò)蝕刻來(lái)改變形狀，因此，抗蝕劑掩模能夠在多個(gè)蝕刻步驟中用于處理為不同圖案。因此，與至少兩種或更多種不同圖案對(duì)應(yīng)的抗蝕劑掩模能夠通過(guò)一個(gè)多色調(diào)掩模來(lái)形成。因此，曝光掩模的數(shù)量能夠減少， 并且對(duì)應(yīng)光刻步驟的數(shù)量也能夠減少，由此能夠?qū)崿F(xiàn)過(guò)程的簡(jiǎn)化。通過(guò)采用諸如隊(duì)0、隊(duì)或41·之類(lèi)的氣體的等離子體處理，可去除吸附于氧化物半導(dǎo)體層的外露部分的表面的水。等離子體處理也可使用氧和氬的混合氣體來(lái)執(zhí)行。隨后，用作保護(hù)絕緣膜的絕緣層407形成為與氧化物半導(dǎo)體層403的一部分相接觸。絕緣層407能夠適當(dāng)?shù)厥褂弥T如濺射方法之類(lèi)的用以使諸如水或氫之類(lèi)的雜質(zhì)沒(méi)有進(jìn)入絕緣層407的方法來(lái)形成為至少1 nm的厚度。當(dāng)氫包含在絕緣層407中時(shí)，引起氫進(jìn)入氧化物半導(dǎo)體層或者通過(guò)氫抽取氧化物半導(dǎo)體層中的氧，由此使氧化物半導(dǎo)體層的背溝道的電阻較低(具有η型導(dǎo)電性)，使得可能形成寄生溝道。因此，重要的是，采用其中沒(méi)有使用氫的膜形成方法，以便形成包含盡可能少的氫的絕緣層407。在這個(gè)實(shí)施例中，200 nm厚的氧化硅膜通過(guò)濺射方法作為絕緣層407來(lái)形成。膜形成中的襯底溫度可高于或等于室溫且低于或等于300°C，并且在這個(gè)實(shí)施例中為100°C。 通過(guò)濺射方法形成氧化硅膜能夠在稀有氣體(通常為氬)氣氛、氧氣氛或者稀有氣體(通常為氬)和氧的氣氛中執(zhí)行。作為靶，可使用氧化硅靶或硅靶。例如，借助于硅靶，氧化硅能夠在氧和氮的氣氛中通過(guò)濺射方法來(lái)形成。作為絕緣層407，使用沒(méi)有包含諸如水分、氫離子和OH—之類(lèi)的雜質(zhì)的無(wú)機(jī)絕緣膜。通常使用氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化鋁膜、氧氮化鋁膜等。在那種情況下，優(yōu)選地在去除處理室中剩余的水分時(shí)形成絕緣層407。這用于防止氫、羥基或水分包含在氧化物半導(dǎo)體層403和絕緣層407中。為了去除處理室中的剩余水分，優(yōu)選地使用吸附真空泵。例如，優(yōu)選地使用低溫泵、離子泵或鈦升華泵。排空單元能夠是提供有冷阱的渦輪泵。從借助于低溫泵執(zhí)行了排空的沉積室，排出氫原子、諸如水(H2O)之類(lèi)的包含氫原子的化合物等；因此，在沉積室中形成的絕緣層407中包含的雜質(zhì)的濃度能夠降低。作為用于形成絕緣層407的濺射氣體，優(yōu)選地使用高純度氣體，其中諸如氫、水、 羥基或氫化物之類(lèi)的雜質(zhì)降低到雜質(zhì)濃度級(jí)由單位“ppm”或“ppb”來(lái)表示的程度。隨后，可在惰性氣體氣氛或氧氣體氣氛中執(zhí)行熱處理(第二熱處理)(優(yōu)選地以 200°C至400°C (包括兩端)，例如以250°C至350°C (包括兩端))。例如，熱處理在氮?dú)夥罩幸?50°C執(zhí)行1小時(shí)。熱處理在氧化物半導(dǎo)體層的一部分(溝道形成區(qū))與絕緣層407 相接觸的同時(shí)執(zhí)行加熱。通過(guò)上述工序，形成包括氧化物半導(dǎo)體層403的薄膜晶體管470，氧化物半導(dǎo)體層 403在氮?dú)夥栈蚨栊詺怏w氣氛中或者在降低的壓力下經(jīng)過(guò)作為脫水或脫氫處理所執(zhí)行的熱處理以降低膜中的諸如氫、水分、羥基或氫化物之類(lèi)的雜質(zhì)，然后在氧的氣氛、氧和氮的氣氛或空氣(露點(diǎn)優(yōu)選地低于或等于_40°C，更優(yōu)選地低于或等于_50°C )氣氛中經(jīng)過(guò)作為用于提供氧的處理所執(zhí)行的冷卻。當(dāng)具有多個(gè)缺陷的氧化硅層用作絕緣層時(shí)，通過(guò)在形成氧化硅層之后執(zhí)行的熱處理，氧化物半導(dǎo)體層中包含的諸如氫、水分、羥基或氫化物之類(lèi)的雜質(zhì)能夠擴(kuò)散到絕緣層， 使得氧化物半導(dǎo)體層中的雜質(zhì)能夠進(jìn)一步降低。CN
保護(hù)絕緣層可在絕緣層407之上形成。例如，氮化硅膜通過(guò)RF濺射方法來(lái)形成。 由于RF濺射方法允許高生產(chǎn)率，所以它優(yōu)選地用作保護(hù)絕緣層的膜形成方法。作為保護(hù)絕緣層，使用沒(méi)有包含諸如水分、氫離子和OH—之類(lèi)的雜質(zhì)并且阻止這些雜質(zhì)從外部進(jìn)入的無(wú)機(jī)絕緣膜；使用氮化硅膜、氮化鋁膜、氮氧化硅膜、氮氧化鋁膜等。在這個(gè)實(shí)施例中，保護(hù)絕緣層499使用氮化硅膜作為保護(hù)絕緣層來(lái)形成(參見(jiàn)圖1D)。在這個(gè)實(shí)施例中，作為保護(hù)絕緣層499，通過(guò)將其上形成了直到絕緣層407的層的襯底400加熱到100°C至400°C的溫度，引入去除了氫和水分的包含高純度氮的濺射氣體， 并且使用硅半導(dǎo)體的靶，來(lái)形成氮化硅膜。在這種情況下，優(yōu)選地在去除處理室中剩余的水分時(shí)形成保護(hù)絕緣層499，與絕緣層407相似。在形成保護(hù)絕緣層之后，還可在空氣中以100°C至2000C (包括兩端)來(lái)執(zhí)行1小時(shí)至30小時(shí)(包括兩端)熱處理。這種熱處理可在固定加熱溫度下執(zhí)行。備選地，加熱溫度的下列變化可重復(fù)進(jìn)行多次加熱溫度從室溫增加到100°C至200°C的溫度，然后降低到室溫。此外，這種熱處理可在形成絕緣層之前以降低的壓力來(lái)執(zhí)行。在降低的壓力下，熱處理時(shí)間能夠縮短。用于脫水或脫氫的熱處理對(duì)氧化物半導(dǎo)體層來(lái)執(zhí)行，并且因此氧化物半導(dǎo)體層改變成氧缺陷類(lèi)型，由此得到η型(η—型、f1型等)氧化物半導(dǎo)體層。然后，所得到的氧化物半導(dǎo)體層在氧的氣氛、氧和氮的氣氛或者空氣(露點(diǎn)優(yōu)選地低于或等于_40°C，更優(yōu)選地低于或等于-50°C)氣氛中冷卻，由此將氧提供給氧化物半導(dǎo)體層。因此，氧化物半導(dǎo)體層經(jīng)過(guò)高度純化，由此得到i型氧化物半導(dǎo)體層。借助于這樣得到的i型氧化物半導(dǎo)體層，能夠制造和提供包括具有優(yōu)良電特性的極可靠薄膜晶體管的半導(dǎo)體器件。(實(shí)施例2)
將參照?qǐng)D8A至圖8D以及圖9A和圖9B來(lái)描述半導(dǎo)體器件以及用于制造半導(dǎo)體器件的方法。與實(shí)施例1中所述相同的部分或者具有與實(shí)施例1中所述的相似的功能的一部分能夠按照與實(shí)施例1中所述的相似的方式來(lái)形成，并且與實(shí)施例1的相似的步驟能夠按照與實(shí)施例中所述的相似的方式來(lái)執(zhí)行；因此省略重復(fù)描述。圖9A是半導(dǎo)體器件中包含的薄膜晶體管460的平面圖，以及圖9B是沿圖9A的線(xiàn) D1-D2的截面圖。薄膜晶體管460是底柵薄膜晶體管，并且在作為具有絕緣表面的襯底的襯底450之上包括柵電極層451、柵絕緣層452、源或漏電極層45 和45 以及氧化物半導(dǎo)體層453。薄膜晶體管460覆蓋有與氧化物半導(dǎo)體層453相接觸的絕緣層457。In-Ga-Zn-O 基膜用于氧化物半導(dǎo)體層453。在薄膜晶體管460中，柵絕緣層452存在于包括薄膜晶體管460的整個(gè)區(qū)域，并且柵電極層451設(shè)置在柵絕緣層452與作為具有絕緣表面的襯底的襯底450之間。在柵絕緣層452之上，設(shè)置了源或漏電極層45 和45 。此外，在柵絕緣層452和源或漏電極層 45^1、45 之上，設(shè)置了氧化物半導(dǎo)體層453。在這個(gè)實(shí)施例中，源或漏電極層45 和45 延伸到氧化物半導(dǎo)體層453的周邊之外。為了抑制薄膜晶體管460的電特性的變化，特意從氧化物半導(dǎo)體層中去除諸如氫、水分、羥基或氫化物(又稱(chēng)作氫化合物)之類(lèi)的引起變化的雜質(zhì)。另外，提供作為氧化物半導(dǎo)體的主成分并且在去除雜質(zhì)的步驟中還原的氧。因此，得到電學(xué)上i型(本征)的高度純化氧化物半導(dǎo)體層。這樣，形成氧化物半導(dǎo)體層453。
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因此，優(yōu)選的是，氧化物半導(dǎo)體層453中的氫盡可能比較少。氧化物半導(dǎo)體層453 中包含的氫的濃度優(yōu)選地設(shè)置為IXlO"5 /cm3或更小，使得將氧化物半導(dǎo)體層453中包含的氫去除為盡可能接近零。此外，高純度氧化物半導(dǎo)體層453中的載流子的數(shù)量極小(接近零)，并且載流子濃度小于IXlO14 /cm3，優(yōu)選地小于IXlO12 /cm3，更優(yōu)選地為IXlO11 /cm3或更小。由于氧化物半導(dǎo)體層453中的載流子的數(shù)量如此小，使得截止態(tài)電流能夠在薄膜晶體管460中降低。截止態(tài)電流量越小則越好。薄膜晶體管460的溝道寬度(w)的每1 μ m的電流值為 100 aA/ μ m或更小，優(yōu)選地為10 aA/μ m或更小，更優(yōu)選地為1 aA/ μ m或更小。此外，薄膜晶體管460沒(méi)有pn結(jié)，并且沒(méi)有被熱載流子退化；因此，薄膜晶體管460的電特性沒(méi)有受到 pn結(jié)和退化影響。為了降低諸如氫、水分、羥基或氫化物之類(lèi)的雜質(zhì)，在氧化物半導(dǎo)體層的形成之后，在氮?dú)夥栈蛘咴谥T如稀有氣體(例如氬或氦)之類(lèi)的惰性氣體氣氛中或者在降低的壓力下、在暴露氧化物半導(dǎo)體層的狀態(tài)中以200°C至700°C、優(yōu)選地以350°C至700°C、更優(yōu)選地以450°C至700°C來(lái)執(zhí)行熱處理(用于脫水或脫氫的熱處理)。由此，減少氧化物半導(dǎo)體層中包含的水分。隨后，在氧的氣氛、氧和氮的氣氛或者空氣(超干空氣)(露點(diǎn)優(yōu)選地低于或等于-40°C，更優(yōu)選地低于或等于-50°C )氣氛中執(zhí)行冷卻。作為脫水或脫氫處理，膜中包含的水分通過(guò)在氮?dú)夥栈蚨栊詺怏w氣氛或者在降低的壓力下的熱處理來(lái)降低。然后，作為用于提供氧的處理，在氧的氣氛、氧和氮的氣氛或者空氣(超干空氣)(露點(diǎn)優(yōu)選地低于或等于_40°C，更優(yōu)選地低于或等于-50°C )氣氛中執(zhí)行冷卻。借助于這樣得到的氧化物半導(dǎo)體層453，薄膜晶體管460的電特性得到改進(jìn)。此外，能夠?qū)崿F(xiàn)能夠大規(guī)模生產(chǎn)的具有高性能的薄膜晶體管。此外，降低了不僅在氧化物半導(dǎo)體層453而且還在柵絕緣層452以及氧化物半導(dǎo)體層453和設(shè)置成與其接觸的上、下膜之間的界面(具體來(lái)說(shuō)是氧化物半導(dǎo)體層453與柵絕緣層452之間的界面以及氧化物半導(dǎo)體層453與絕緣層457之間的界面)中存在的諸如水分之類(lèi)的雜質(zhì)。圖8A至圖8D是示出圖9A和圖9B所示的薄膜晶體管460的制造工序的截面圖。柵電極層451設(shè)置在作為具有絕緣表面的襯底的襯底450之上。用作基底膜的絕緣膜可設(shè)置在襯底450與柵電極層451之間。柵電極層451能夠使用與實(shí)施例1中所述的柵電極層401相似的材料來(lái)形成。柵絕緣層452在柵電極層451之上形成。柵絕緣層452能夠按照與實(shí)施例1中所述的柵絕緣層402相似的方式來(lái)形成。導(dǎo)電膜在柵絕緣層452之上形成，并且通過(guò)光刻步驟來(lái)處理成島狀源或漏電極層 45 和45 (參見(jiàn)圖8A)。源或漏電極層45 和45 能夠按照與實(shí)施例1中所述的源電極層40 和漏電極層40 相似的方式來(lái)形成。然后，氧化物半導(dǎo)體膜在柵絕緣層452和源或漏電極層45如、45恥之上形成。在這個(gè)實(shí)施例中，氧化物半導(dǎo)體膜通過(guò)濺射方法、借助于h-Ga-ai-Ο基氧化物半導(dǎo)體膜形成靶來(lái)形成。通過(guò)光刻步驟將氧化物半導(dǎo)體膜形成圖案為島狀氧化物半導(dǎo)體層483(參見(jiàn)圖 8B)。在那種情況下，優(yōu)選地在去除處理室中剩余的水分時(shí)形成氧化物半導(dǎo)體膜。這用于防止氫、羥基或水分包含在氧化物半導(dǎo)體膜中。為了去除處理室中的剩余水分，優(yōu)選地使用吸附真空泵。例如，優(yōu)選地使用低溫泵、離子泵或鈦升華泵。排空單元能夠是提供有冷阱的渦輪泵。從借助于低溫泵執(zhí)行了排空的沉積室，排出氫原子、諸如水(H2O)之類(lèi)的包含氫原子的化合物等；因此，在沉積室中形成的氧化物半導(dǎo)體膜中包含的雜質(zhì)的濃度能夠降低。作為用于形成氧化物半導(dǎo)體膜的濺射氣體，優(yōu)選地使用高純度氣體，其中諸如氫、 水、羥基或氫化物之類(lèi)的雜質(zhì)降低到雜質(zhì)濃度級(jí)由單位“ppm”或“ppb”來(lái)表示的程度。然后，為了降低諸如氫、水分、羥基或氫化物之類(lèi)的雜質(zhì)，在氮?dú)夥栈蛘咧T如稀有氣體(例如氬或氦)之類(lèi)的惰性氣體氣氛中或者在降低的壓力下以200°C至700°C、優(yōu)選地以350°C至700°C、更優(yōu)選地以450°C至700°C對(duì)氧化物半導(dǎo)體層483執(zhí)行熱處理。由此，減少氧化物半導(dǎo)體層中包含的水分。隨后，在氧的氣氛、氧和氮的氣氛或者空氣(露點(diǎn)優(yōu)選地低于或等于_40°C，更優(yōu)選地低于或等于-50°C )氣氛中冷卻被加熱氧化物半導(dǎo)體層。因此，得到電學(xué)上i型(本征)的高度純化氧化物半導(dǎo)體層。這樣，形成氧化物半導(dǎo)體層453(參見(jiàn)圖8C)。在這個(gè)實(shí)施例中，將襯底引入作為熱處理設(shè)備之一的電爐中，在氮?dú)夥罩幸?50°C 對(duì)氧化物半導(dǎo)體層執(zhí)行一小時(shí)熱處理，并且在氧氣氛中執(zhí)行冷卻。本發(fā)明的一個(gè)特征在于，氧化物半導(dǎo)體層經(jīng)過(guò)在氮?dú)夥栈蛘咧T如稀有氣體(例如氬或氦)之類(lèi)的惰性氣體氣氛中或者在降低的壓力下的用于脫水或脫氫處理的熱處理，并且經(jīng)過(guò)在氧的氣氛、氧和氮的氣氛或者空氣(露點(diǎn)優(yōu)選地低于或等于_40°C，更優(yōu)選地低于或等于-50°C )氣氛中的用于提供氧的處理的冷卻步驟。脫水或脫氫處理以及用于提供氧的處理中的氧化物半導(dǎo)體層(和襯底)的溫度狀態(tài)是上升狀態(tài)、恒定狀態(tài)和下降狀態(tài)。氣體(氣氛)可在下列定時(shí)的任一個(gè)從氮或者諸如稀有氣體(例如氬或氦)之類(lèi)的惰性氣體切換到氧和氮或者空氣(露點(diǎn)優(yōu)選地低于或等于_40°C，更優(yōu)選地低于或等于_50°C )在氧化物半導(dǎo)體層的溫度處于恒定狀態(tài)的時(shí)候，在氧化物半導(dǎo)體層的溫度下降開(kāi)始的時(shí)候，以及在氧化物半導(dǎo)體層的溫度處于下降狀態(tài)的時(shí)候。隨后，用作保護(hù)絕緣膜的絕緣層457形成為與氧化物半導(dǎo)體層453相接觸。絕緣層457能夠適當(dāng)?shù)厥褂弥T如濺射方法之類(lèi)的用以使諸如水或氫之類(lèi)的雜質(zhì)沒(méi)有進(jìn)入絕緣層457的方法來(lái)形成為至少1 nm的厚度。當(dāng)氫包含在絕緣層457中時(shí)，引起氫進(jìn)入氧化物半導(dǎo)體層或者通過(guò)氫抽取氧化物半導(dǎo)體層中的氧，由此使氧化物半導(dǎo)體層的背溝道的電阻較低(具有η型導(dǎo)電性)，使得可能形成寄生溝道。因此，重要的是，采用其中沒(méi)有使用氫的膜形成方法，以便形成包含盡可能少的氫的絕緣層457。在這個(gè)實(shí)施例中，200 nm厚的氧化硅膜通過(guò)濺射方法作為絕緣層457來(lái)形成。膜形成中的襯底溫度可高于或等于室溫且低于或等于300°C，并且在這個(gè)實(shí)施例中為100°C。 通過(guò)濺射方法形成氧化硅膜能夠在稀有氣體(通常為氬)氣氛、氧氣氛或者稀有氣體(通常為氬)和氧的氣氛中執(zhí)行。作為靶，可使用氧化硅靶或硅靶。例如，借助于硅靶，氧化硅能夠在氧和氮的氣氛中通過(guò)濺射方法來(lái)形成。作為絕緣層457，使用沒(méi)有包含諸如水分、氫離子和OH—之類(lèi)的雜質(zhì)的無(wú)機(jī)絕緣膜。通常使用氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化鋁膜、氧氮化鋁膜等。
在那種情況下，優(yōu)選地在去除處理室中剩余的水分時(shí)形成絕緣層457。這用于防止氫、羥基或水分包含在氧化物半導(dǎo)體層453和絕緣層457中。為了去除處理室中的剩余水分，優(yōu)選地使用吸附真空泵。例如，優(yōu)選地使用低溫泵、離子泵或鈦升華泵。排空單元能夠是提供有冷阱的渦輪泵。從借助于低溫泵執(zhí)行了排空的沉積室，排出氫原子、諸如水(H2O)之類(lèi)的包含氫原子的化合物等；因此，在沉積室中形成的絕緣層457中包含的雜質(zhì)的濃度能夠降低。作為用于絕緣層457的膜形成的濺射氣體，優(yōu)選地使用高純度氣體，其中諸如氫、 水、羥基或氫化物之類(lèi)的雜質(zhì)降低到雜質(zhì)濃度級(jí)由單位“ppm”或“ppb”來(lái)表示的水平。隨后，可在惰性氣體氣氛或氧氣體氣氛中執(zhí)行熱處理(第二熱處理(優(yōu)選地以 200°C至400°C (包括兩端)，例如以250°C至350°C (包括兩端))。例如，熱處理在氮?dú)夥罩幸?50°C執(zhí)行1小時(shí)。在熱處理中，氧化物半導(dǎo)體層在與絕緣層457相接觸的同時(shí)被加熱。通過(guò)上述工序，形成包括氧化物半導(dǎo)體層453的薄膜晶體管460，氧化物半導(dǎo)體層 453在氮?dú)夥栈蚨栊詺怏w氣氛中或者在降低的壓力下經(jīng)過(guò)作為脫水或脫氫處理的熱處理以降低膜中的諸如氫、水分、羥基或氫化物之類(lèi)的雜質(zhì)，然后在氧的氣氛、氧和氮的氣氛或空氣(露點(diǎn)優(yōu)選地低于或等于_40°C，更優(yōu)選地低于或等于_50°C )氣氛中經(jīng)過(guò)作為用于提供氧的處理的冷卻(參見(jiàn)圖8D)。保護(hù)絕緣層可在絕緣層457之上形成。例如，氮化硅膜通過(guò)RF濺射方法來(lái)形成。 由于RF濺射方法允許高生產(chǎn)率，所以它優(yōu)選地用作保護(hù)絕緣層的膜形成方法。作為保護(hù)絕緣層，使用沒(méi)有包含諸如水分、氫離子和OH—之類(lèi)的雜質(zhì)并且阻止這些雜質(zhì)從外部進(jìn)入的無(wú)機(jī)絕緣膜；使用氮化硅膜、氮化鋁膜、氮氧化硅膜、氮氧化鋁膜等。在形成絕緣層457之后(或者在形成保護(hù)絕緣層之后)，還可在空氣中以100°C 至200°C (包括兩端)來(lái)執(zhí)行1小時(shí)至30小時(shí)(包括兩端)熱處理。這種熱處理可在固定加熱溫度下執(zhí)行。備選地，加熱溫度的下列變化可重復(fù)進(jìn)行多次加熱溫度從室溫增加到 100°C至200°C的溫度，然后降低到室溫。此外，這種熱處理可在形成絕緣層之前以降低的壓力來(lái)執(zhí)行。在降低的壓力下，熱處理時(shí)間能夠縮短。用于脫水或脫氫的熱處理對(duì)氧化物半導(dǎo)體層來(lái)執(zhí)行，并且因此氧化物半導(dǎo)體層改變成氧缺陷類(lèi)型，由此得到η型OT型、η+型等)氧化物半導(dǎo)體層。然后，所得到的氧化物半導(dǎo)體層在氧的氣氛、氧和氮的氣氛或者空氣(露點(diǎn)優(yōu)選地低于或等于_40°C，更優(yōu)選地低于或等于-50°C)氣氛中冷卻，由此將氧提供給氧化物半導(dǎo)體層。因此，氧化物半導(dǎo)體層經(jīng)過(guò)高度純化，由此得到i型氧化物半導(dǎo)體層。借助于這樣得到的i型氧化物半導(dǎo)體層，能夠提供包括具有優(yōu)良電特性的極可靠薄膜晶體管的半導(dǎo)體器件。這個(gè)實(shí)施例能夠與實(shí)施例1自由結(jié)合。(實(shí)施例3)
這個(gè)實(shí)施例使用圖34A、圖34B和圖34C來(lái)描述溝道阻止類(lèi)型(channel-stop-type)薄膜晶體管的示例。圖34C示出薄膜晶體管的頂視圖的示例，它沿虛線(xiàn)Z1-Z2的截面圖對(duì)應(yīng)于圖34B。與實(shí)施例1中所述相同的部分或者具有與實(shí)施例1中所述的相似的功能的一部分能夠按照與實(shí)施例1中所述的相似的方式來(lái)形成，并且與實(shí)施例1的相似的步驟能夠按照與實(shí)施例中所述的相似的方式來(lái)執(zhí)行；因此省略重復(fù)描述。
如同圖34A中那樣，柵電極層1401在襯底1400之上形成。隨后，氧化物半導(dǎo)體層在覆蓋柵電極層1401的柵絕緣層1402之上形成。在這個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)濺射方法所形成的Sn-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體層用于氧化物半導(dǎo)體層1403。用于脫水或脫氫的熱處理緊接形成氧化物半導(dǎo)體膜之后或者將氧化物半導(dǎo)體膜處理為島狀之后執(zhí)行。為了降低諸如氫、水分、羥基或氫化物之類(lèi)的雜質(zhì)，在氮?dú)夥栈蛘咴谥T如稀有氣體 (例如氬或氦)之類(lèi)的惰性氣體氣氛中或者在降低的壓カ下、在暴露氧化物半導(dǎo)體層的狀態(tài)中以200°C至700°C、優(yōu)選地以350°C至700°C、更優(yōu)選地以450°C至700°C來(lái)執(zhí)行熱處理 (用于脫水或脫氫的熱處理)。因此，降低氧化物半導(dǎo)體膜中包含的水分。隨后，在氧的氣氛、氧和氮的氣氛或者空氣(超干空氣)(露點(diǎn)優(yōu)選地低于或等于_40°C，更優(yōu)選地低于或等于-50°C )氣氛中執(zhí)行冷卻。因此，得到電學(xué)上i型(本征)的高度純化氧化物半導(dǎo)體膜。 這樣，形成氧化物半導(dǎo)體層1403(參見(jiàn)圖34A)。作為脫水或脫氫處理，在氮?dú)夥栈蚨栊詺怏w氣氛中或者在降低的壓カ下執(zhí)行熱處理，由此降低膜中的諸如氫、水分、羥基或氫化物之類(lèi)的雜質(zhì)。然后，作為用于提供氧的處理，在氧的氣氛、氧和氮的氣氛或者空氣(超干空氣)氣氛(露點(diǎn)優(yōu)選地低于或等于-40°C， 更優(yōu)選地低于或等于_50°C)中執(zhí)行冷卻。借助于這樣得到的氧化物半導(dǎo)體層，薄膜晶體管的電特性得到改進(jìn)。此外，能夠?qū)崿F(xiàn)能夠大規(guī)模生產(chǎn)的具有高性能的薄膜晶體管。隨后，溝道保護(hù)層1418設(shè)置成與氧化物半導(dǎo)體層1403相接觸。氧化物半導(dǎo)體層 1403之上的溝道保護(hù)層1418能夠防止形成源區(qū)或漏區(qū)的后一步驟中的損壞(例如，因蝕刻中的等離子體或蝕刻劑引起的厚度的減小)。相應(yīng)地，薄膜晶體管1430的可靠性能夠得到
fe問(wèn)。此外，在脫水或脫氫之后，溝道保護(hù)層1418能夠在沒(méi)有暴露于空氣的情況下連續(xù)形成。沒(méi)有暴露于空氣的連續(xù)膜形成使得有可能得到疊層之間的界面，該界面沒(méi)有受到大氣成分或者漂浮在空氣中的諸如水或烴之類(lèi)的雜質(zhì)元素污染。因此，能夠降低薄膜晶體管的特性的變化。溝道保護(hù)層1418能夠使用氧化物絕緣材料(例如氧化硅、氧氮化硅或者氮氧化硅)來(lái)形成。作為用于形成溝道保護(hù)層1418的方法，能夠使用濺射方法。溝道保護(hù)層1418 通過(guò)蝕刻沉積的膜來(lái)處理。在這個(gè)實(shí)施例中，氧化硅膜通過(guò)濺射方法來(lái)形成，然后使用通過(guò)光刻所形成的掩模來(lái)蝕刻，由此得到溝道保護(hù)層1418。隨后，源電極層140 和漏電極層140 在溝道保護(hù)層1418和氧化物半導(dǎo)體層 1403之上形成；因此制造薄膜晶體管1430 (參見(jiàn)圖34B)。源電極層140 和漏電極層140 能夠按照與實(shí)施例1中所述的源電極層40 和漏電極層40 相似的方式來(lái)形成。此外，在形成溝道保護(hù)層1418的形成之后，薄膜晶體管1430在氮?dú)夥栈蚩諝鈿夥罩?在空氣中)經(jīng)過(guò)熱處理(優(yōu)選地在高于或等于150°C且低于350°C的溫度下)。例如， 熱處理在氮?dú)夥罩幸?50°C執(zhí)行1小吋。在這種熱處理中，加熱在與溝道保護(hù)層1418相接觸的條件下的氧化物半導(dǎo)體層1403 ；因此，薄膜晶體管1430的電特性的變化能夠減小。不存在對(duì)熱處理(優(yōu)選地在高于或等于150°C且低于350°C的溫度下)的定時(shí)的具體限制，只要它在形成溝道保護(hù)層1418之后執(zhí)行。當(dāng)熱處理還用作另ー個(gè)步驟、例如用于形成用作平面化膜的絕緣層中的熱處理或者用于降低透明導(dǎo)電膜的電阻的熱處理吋，步驟的數(shù)量沒(méi)有增加。用于脫水或脫氫的熱處理對(duì)氧化物半導(dǎo)體層來(lái)執(zhí)行，并且因此氧化物半導(dǎo)體層改變成氧缺陷類(lèi)型，由此得到η型OT型、η+型等)氧化物半導(dǎo)體層。然后，所得到的氧化物半導(dǎo)體層在氧的氣氛、氧和氮的氣氛或者空氣(露點(diǎn)優(yōu)選地低于或等于_40°C，更優(yōu)選地低于或等于-50°C)氣氛中冷卻，由此將氧提供給氧化物半導(dǎo)體層。因此，氧化物半導(dǎo)體層經(jīng)過(guò)高度純化，由此得到i型氧化物半導(dǎo)體層。借助于這樣得到的i型氧化物半導(dǎo)體層，能夠制造和提供包括具有優(yōu)良電特性的極可靠薄膜晶體管的半導(dǎo)體器件。這個(gè)實(shí)施例能夠適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合任意其它實(shí)施例中所述的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。(實(shí)施例4)
將參照?qǐng)DIOA至圖10D、圖IlA至圖11C、圖12以及圖13A1、圖13A2、圖13B1和圖13B2 來(lái)描述包括薄膜晶體管的半導(dǎo)體器件的制造エ序。圖IOA中，作為具有透光性質(zhì)的襯底100，能夠使用鋇硼硅酸鹽鹽玻璃、鋁硼硅酸鹽鹽玻璃的玻璃襯底。隨后，導(dǎo)電層完全在襯底100的表面之上形成，然后執(zhí)行第一光刻步驟以形成抗蝕劑掩摸。然后，通過(guò)蝕刻去除不必要的部分，使得形成布線(xiàn)和電極(包括柵電極層101的柵極布線(xiàn)、電容器布線(xiàn)和第一端子121)。這時(shí)，執(zhí)行蝕刻，使得柵電極層101的至少端部具有漸窄的形狀。包括柵電極層101的柵極布線(xiàn)、電容器布線(xiàn)108和端子部分的第一端子121能夠適當(dāng)?shù)厥褂门c用于實(shí)施例1中所述的柵電極層401相同的材料來(lái)形成。當(dāng)柵電極層101 使用耐熱導(dǎo)電材料來(lái)形成吋，可使用任意下列材料從鈦(Ti)、鉭(Ta)、鎢(W)、鉬(Mo)、鉻 (Cr)、釹(Nd)和鈧(Sc)中選取的元素；包含任意上述這些元素作為成分的合金；結(jié)合地包含這些元素的合金，以及包含任意上述這些元素作為成分的氮化物。隨后，柵絕緣層102在柵電極層101的整個(gè)表面之上形成。例如，作為柵絕緣層102，氧化硅膜通過(guò)濺射方法形成為100 nm的厚度。不用說(shuō)， 柵絕緣層102并不局限于這種氧化硅膜，而是可形成為具有使用諸如氧氮化硅膜、氮化硅膜、氧化鋁膜或氧化鉿膜之類(lèi)的另一種絕緣膜的單層結(jié)構(gòu)或者疊層結(jié)構(gòu)。然后，氧化物半導(dǎo)體膜在柵絕緣層102之上形成為大于或等于2 nm且小于或等于 200 nm的厚度。在這個(gè)實(shí)施例中，氧化物半導(dǎo)體膜通過(guò)濺射方法、借助于h-Ga-Si-O基氧化物半導(dǎo)體膜形成靶來(lái)形成。在那種情況下，優(yōu)選地在去除處理室中剰余的水分時(shí)形成氧化物半導(dǎo)體膜。這用于防止氫、羥基或水分包含在氧化物半導(dǎo)體膜中。為了去除處理室中的剰余水分，優(yōu)選地使用吸附真空泵。例如，優(yōu)選地使用低溫泵、離子泵或鈦升華泵。排空單元能夠是提供有冷阱的渦輪泵。從借助于低溫泵執(zhí)行了排空的沉積室，排出氫原子、諸如水(H2O)之類(lèi)的包含氫原子的化合物等；因此，在沉積室中形成的氧化物半導(dǎo)體膜中包含的雜質(zhì)的濃度能夠降低。作為用于形成氧化物半導(dǎo)體膜的濺射氣體，優(yōu)選地使用高純度氣體，其中諸如氫、 水、羥基或氫化物之類(lèi)的雜質(zhì)降低到雜質(zhì)濃度級(jí)由單位“ppm”或“ppb”來(lái)表示的程度。然后，在第二光刻步驟中將氧化物半導(dǎo)體膜處理為島狀氧化物半導(dǎo)體層133。例如，通過(guò)使用磷酸、醋酸和硝酸的混合溶液的蝕刻去除不必要的部分，使得形成氧化物半導(dǎo)體層133(參見(jiàn)圖10A)。注意，這里的蝕刻并不局限于濕式蝕刻，而是也可執(zhí)行干式蝕刻。作為用于干式蝕刻的蝕刻氣體，優(yōu)選地使用包含氯的氣體(氯基氣體，例如氯 (Cl2)、氯化硼(BCl3)、氯化硅(SiCl4)或四氯化碳(CCl4))。備選地，包含氟的氣體(氟基氣體，例如四氟化碳(CF4)、六氟化硫(SF6)、三氟化氮 (NF3)或者三氟甲烷(CHF3))的氣體、溴化氫(HBr)、氧(O2)、添加了諸如氦(He)或氬(Ar) 之類(lèi)的稀有氣體的任意這些氣體等等能夠用作用于干式蝕刻的氣體。作為干式蝕刻方法，能夠使用平行板RIE (反應(yīng)離子蝕刻)方法、ICP (電感耦合等離子體)蝕刻方法等。為了將膜蝕刻成預(yù)期形狀，蝕刻條件(施加到線(xiàn)圈形狀電極的電量、 施加到襯底側(cè)的電極的電量和襯底側(cè)的電極的溫度等)經(jīng)過(guò)適當(dāng)調(diào)整。作為用于濕式蝕刻的蝕刻劑，能夠使用磷酸、醋酸和硝酸的混合溶液、氨過(guò)氧化氫混合物(31 wt%的過(guò)氧化氫水28 wt%的氨水水=5:2: 等。另外，還可使用IT007N(由 KANTO CHEMICAL CO.，INC.生產(chǎn))。濕式蝕刻中使用的蝕刻劑通過(guò)清洗連同蝕刻掉的材料一起去除。包含蝕刻劑和蝕刻掉的材料的廢液可經(jīng)過(guò)純化，并且材料可再使用。當(dāng)氧化物半導(dǎo)體層中包含的諸如銅之類(lèi)的材料在蝕刻之后從廢液中被收集并且再使用吋，能夠有效地使用資源，并且能夠降低成本。蝕刻條件(例如蝕刻劑、蝕刻時(shí)間和溫度)根據(jù)材料來(lái)適當(dāng)?shù)卣{(diào)整，使得材料能夠蝕刻成預(yù)期形狀。隨后，為了降低諸如氫、水分、羥基或氫化物之類(lèi)的雜質(zhì)，在氮?dú)夥栈蛘咧T如稀有氣體(例如氬或氦)之類(lèi)的惰性氣體氣氛中或者在降低的壓カ下以200°C至700°C、優(yōu)選地以350°C至700°C、更優(yōu)選地以450°C至700°C對(duì)氧化物半導(dǎo)體層133執(zhí)行熱處理(用于脫水或脫氫的熱處理)。由此，減少氧化物半導(dǎo)體層中包含的水分。隨后，在氧的氣氛、氧和氮的氣氛或者空氣(露點(diǎn)優(yōu)選地低于或等于_40°C，更優(yōu)選地低于或等于-50°C )氣氛中冷卻被加熱氧化物半導(dǎo)體層。因此，得到電學(xué)上i型(本征)的高度純化氧化物半導(dǎo)體層。這樣，形成氧化物半導(dǎo)體層103(參見(jiàn)圖10B)。在這個(gè)實(shí)施例中，將襯底引入作為熱處理設(shè)備之一的電爐中，氧化物半導(dǎo)體層經(jīng)受在氮?dú)夥罩幸?50°C所執(zhí)行的一小時(shí)熱處理，并且經(jīng)過(guò)氧氣氛中的冷卻。本發(fā)明的一個(gè)特征在于，氧化物半導(dǎo)體層經(jīng)過(guò)在氮?dú)夥栈蛘咧T如稀有氣體(例如氬或氦)之類(lèi)的惰性氣體氣氛中或者在降低的壓カ下的用于脫水或脫氫處理的熱處理，并且經(jīng)過(guò)在氧的氣氛、氧和氮的氣氛或者空氣(露點(diǎn)優(yōu)選地低于或等于_40°C，更優(yōu)選地低于或等于-50°C )氣氛中的用于提供氧的處理的冷卻步驟。脫水或脫氫處理以及用于提供氧的處理中的氧化物半導(dǎo)體層(和襯底)的溫度狀態(tài)是上升狀態(tài)、恒定狀態(tài)和下降狀態(tài)。氣體(氣氛)可在下列定時(shí)的任一個(gè)從氮或者諸如稀有氣體(例如氬或氦)之類(lèi)的惰性氣體切換到氧和氮或者空氣(露點(diǎn)優(yōu)選地低于或等于-40°C，更優(yōu)選地低于或等于-50°C )在氧化物半導(dǎo)體層的溫度處于恒定狀態(tài)的時(shí)候，在氧化物半導(dǎo)體層的溫度下降開(kāi)始的時(shí)候，以及在氧化物半導(dǎo)體層的溫度處于下降狀態(tài)的時(shí)候。隨后，導(dǎo)電膜132使用金屬材料采用濺射方法或真空蒸鍍方法在氧化物半導(dǎo)體層
26103之上形成(參見(jiàn)圖10C)。對(duì)于導(dǎo)電膜132的材料，能夠適當(dāng)?shù)厥褂门c實(shí)施例1中所述的源電極層40 和漏電極層40 相似的材料。在形成導(dǎo)電膜132之后執(zhí)行熱處理的情況下，優(yōu)選的是，導(dǎo)電膜具有足夠高以耐受熱處理的耐熱性。隨后，執(zhí)行第三光刻步驟。形成抗蝕劑掩模，并且通過(guò)蝕刻去除不必要的部分，使得形成源電極層10 或漏電極層10 和第二端子122(參見(jiàn)圖10D)。這時(shí)，將濕式蝕刻或干式蝕刻用作蝕刻方法。例如，當(dāng)鋁膜或鋁合金膜用作導(dǎo)電膜132吋，能夠執(zhí)行使用磷酸、 醋酸和硝酸的混合溶液的濕式蝕刻。備選地，導(dǎo)電膜132可通過(guò)使用氨過(guò)氧化氫混合物(31 wt%的過(guò)氧化氫水28 wt%的氨水水=5:2:幻的濕式蝕刻來(lái)蝕刻，以便形成源電極層10 和漏電極層105b。在這個(gè)蝕刻步驟中，還可蝕刻氧化物半導(dǎo)體層103的外露區(qū)域的一部分， 使得可形成具有凹陷部分的氧化物半導(dǎo)體層。在第三光刻步驟中，使用與源電極層10 或漏電極層10 相同的材料來(lái)形成的第二端子122留在端子部分中。注意，第二端子122電連接到源極布線(xiàn)(源極布線(xiàn)包括源電極層105a和105a)。此外，通過(guò)使用采用多色調(diào)掩模來(lái)形成的具有多個(gè)厚度(通常兩個(gè)不同厚度)的區(qū)域的抗蝕劑掩模，能夠減少抗蝕劑掩模的數(shù)量，從而導(dǎo)致簡(jiǎn)化的エ序和更低的成本。然后，去除抗蝕劑掩模，并且保護(hù)絕緣層107形成為覆蓋柵絕緣層102、氧化物半導(dǎo)體層103和源電極層10 或漏電極層10恥。絕緣層107能夠適當(dāng)?shù)厥褂弥T如濺射方法之類(lèi)的用以使諸如水或氫之類(lèi)的雜質(zhì)沒(méi)有進(jìn)入絕緣層107的方法來(lái)形成為至少1 nm的厚度。當(dāng)氫包含在絕緣層107中吋，引起氫進(jìn)入氧化物半導(dǎo)體層或者通過(guò)氫抽取氧化物半導(dǎo)體層中的氧，由此使氧化物半導(dǎo)體層的背溝道的電阻較低(具有η型導(dǎo)電性)，使得可能形成寄生溝道。因此，重要的是，采用其中沒(méi)有使用氫的膜形成方法，以便形成包含盡可能少的氫的絕緣層107。在這個(gè)實(shí)施例中，200 nm厚的氧化硅膜通過(guò)濺射方法作為絕緣層107來(lái)形成。膜形成中的襯底溫度可高于或等于室溫且低于或等于300°C，并且在這個(gè)實(shí)施例中為100°C。 通過(guò)濺射方法形成氧化硅膜能夠在稀有氣體(通常為氬)氣氛、氧氣氛或者稀有氣體(通常為氬)和氧的氣氛中執(zhí)行。作為靶，可使用氧化硅靶或硅靶。例如，借助于硅靶，氧化硅能夠在氧和氮的氣氛中通過(guò)濺射方法來(lái)形成。作為絕緣層107，使用沒(méi)有包含諸如水分、氫離子和OH—之類(lèi)的雜質(zhì)的無(wú)機(jī)絕緣膜。通常使用氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化鋁膜、氧氮化鋁膜等。在那種情況下，優(yōu)選地在去除處理室中剰余的水分時(shí)形成絕緣層107。這用于防止氫、羥基或水分包含在氧化物半導(dǎo)體層103和絕緣層107中。為了去除處理室中的剰余水分，優(yōu)選地使用吸附真空泵。例如，優(yōu)選地使用低溫泵、離子泵或鈦升華泵。排空單元能夠是提供有冷阱的渦輪泵。從借助于低溫泵執(zhí)行了排空的沉積室，排出氫原子、諸如水(H2O)之類(lèi)的包含氫原子的化合物等；因此，在沉積室中形成的絕緣層107中包含的雜質(zhì)的濃度能夠降低。作為用于絕緣層107的膜形成的濺射氣體，優(yōu)選地使用高純度氣體，其中諸如氫、 水、羥基或氫化物之類(lèi)的雜質(zhì)降低到雜質(zhì)濃度級(jí)由單位“ppm”或“ppb”來(lái)表示的程度。
然后，熱處理可在形成絕緣層107之后執(zhí)行?？稍诙栊詺怏w氣氛或氧氣體氣氛中執(zhí)行熱處理(第二熱處理)(優(yōu)選地以200°C至400°C (包括兩端)，例如以250°C至 3500C (包括兩端))。例如，熱處理在氮?dú)夥罩幸?50°C執(zhí)行1小吋。熱處理在氧化物半導(dǎo)體層與絕緣層107相接觸的同時(shí)執(zhí)行加熱。通過(guò)該エ序，能夠制造薄膜晶體管170(參見(jiàn)圖11A)。隨后，執(zhí)行第四光刻步驟以形成抗蝕劑掩模。蝕刻絕緣層107以形成達(dá)到漏電極層10 的接觸孔125。另外，達(dá)到第二端子122的接觸孔127以及達(dá)到連接端子121的接觸孔1 也在這個(gè)蝕刻步驟中形成。在這個(gè)階段的截面圖如圖IlB所示。隨后，透光導(dǎo)電膜在去除抗蝕劑掩模之后形成。作為透光導(dǎo)電膜的材料，能夠使用氧化銅(In2O3),氧化錫(SnO2)、氧化鋅(ZnO)、氧化銅和氧化錫的合金(In2O3-SnO2,縮寫(xiě)成 ΙΤ0)、氧化銅和氧化鋅的合金(In2O3-SiO)或者任意包含硅或氧化硅的金屬氧化物材料。隨后，執(zhí)行第五光刻步驟以形成抗蝕劑掩模。然后，蝕刻掉不必要的部分，使得形成像素電極層110。在這個(gè)第五光刻步驟中，存儲(chǔ)電容器采用電容器布線(xiàn)108和像素電極層110來(lái)形成，其中電容器部分中的柵絕緣層102和絕緣層107用作電介質(zhì)。另外，在第五光刻步驟中，第一端子121和第二端子122覆蓋有抗蝕劑掩摸，并且透明導(dǎo)電膜128和129留在端子部分中。透明導(dǎo)電膜128和129用作連接到FPC的電極或布線(xiàn)。在第一端子121之上形成的透明導(dǎo)電膜1 是用作柵極布線(xiàn)的輸入端子的連接端子電極。在第二端子122之上形成的透明導(dǎo)電膜1 是用作源極布線(xiàn)的輸入端子的連接端子電極。然后，去除抗蝕劑掩模。在這個(gè)階段的截面圖如圖IlC所示。注意，這個(gè)階段中的平面圖對(duì)應(yīng)于圖12。圖13A1和圖13A2分別是在這個(gè)階段的柵極布線(xiàn)端子部分的截面圖和平面圖。圖 13A1對(duì)應(yīng)于沿圖13A2的線(xiàn)E1-E2所截取的截面圖。圖13A1中，在保護(hù)絕緣膜巧4之上形成的透明導(dǎo)電膜1 是用作輸入端子的連接端子電極。此外，在圖13A1的端子部分中，使用與柵極布線(xiàn)相同的材料所形成的第一端子151以及使用與源極布線(xiàn)相同的材料所形成的連接電極153隔著柵絕緣層152相互重疊，并且通過(guò)透明導(dǎo)電膜155相互電連接。注意， 圖IlC中透明導(dǎo)電膜1 與第一端子121相接觸的一部分對(duì)應(yīng)于圖13A1中透明導(dǎo)電膜155 與第一端子151相接觸的一部分。圖13B1和圖13B2分別是與圖IlC所示不同的源極布線(xiàn)端子部分的截圖和平面圖。圖13B1對(duì)應(yīng)于沿圖13B2的線(xiàn)F1-F2所截取的截面圖。圖13B1中，在保護(hù)絕緣膜巧4之上形成的透明導(dǎo)電膜155是用作輸入端子的連接端子電極。此外，圖13B1中，在端子部分， 使用與柵極布線(xiàn)相同的材料所形成的電極層156位于電連接到源極布線(xiàn)的第二端子150下面并且隔著柵絕緣層152與其重疊。電極層156沒(méi)有電連接到第二端子150，以及如果電極 156的電位設(shè)置成與第二端子150不同的電位、例如浮動(dòng)、GND或0 V，則能夠形成防止噪聲或靜電的電容器。第二端子150隔著保護(hù)絕緣膜154電連接到透明導(dǎo)電膜155。多個(gè)柵極布線(xiàn)、源極布線(xiàn)和電容器布線(xiàn)層根據(jù)像素密度來(lái)設(shè)置。此外在端子部分中，處于與柵極布線(xiàn)相同的電位的第一端子、處于與源極布線(xiàn)相同的電位的第二端子、處于與電容器布線(xiàn)相同的電位的第三端子等各設(shè)置多個(gè)。各端子的數(shù)量可以是任何數(shù)量，并且端子的數(shù)量可由專(zhuān)業(yè)人員適當(dāng)?shù)卮_定。通過(guò)這五個(gè)光刻步驟，存儲(chǔ)電容器以及包括底柵交錯(cuò)薄膜晶體管的薄膜晶體管 170的像素薄膜晶體管部分能夠使用五個(gè)光掩模來(lái)完成。通過(guò)在設(shè)置成矩陣形式的像素部分的各像素中設(shè)置薄膜晶體管和存儲(chǔ)電容器，能夠得到用于制造有源矩陣顯示裝置的襯底之一。在本說(shuō)明書(shū)中，為了方便起見(jiàn)，這種襯底稱(chēng)作有源矩陣襯底。在制造有源矩陣液晶顯示裝置的情況下，有源矩陣襯底和設(shè)置有對(duì)電極(counter electrode)的對(duì)襯底(counter substrate)隔著液晶層相互接合。注意，電連接到對(duì)襯底上的對(duì)電極的公共電極設(shè)置在有源矩陣襯底之上，并且電連接到公共電極的第四端子設(shè)置在端子部分中。第四端子設(shè)置成使得公共電極設(shè)置為諸如GND電位或0 V之類(lèi)的固定電位。備選地，像素電極可隔著保護(hù)絕緣膜和柵絕緣層與相鄰像素的柵極布線(xiàn)重疊，以便形成存儲(chǔ)電容器而無(wú)需電容器布線(xiàn)。本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的薄膜晶體管包括用于溝道形成區(qū)并且具有優(yōu)良動(dòng)態(tài)特性的氧化物半導(dǎo)體膜；因此，這能夠與這些驅(qū)動(dòng)方法相結(jié)合。在制造發(fā)光顯示裝置中，有機(jī)發(fā)光元件的一個(gè)電極(又稱(chēng)作陰極)設(shè)置成低電源電位、如GND或0 V;因此，端子部分設(shè)置有用于將陰極設(shè)置成低電源電位、如GND或0 V的第四端子。又在制造發(fā)光顯示裝置中，除了源極布線(xiàn)和柵極布線(xiàn)之外，還設(shè)置電源線(xiàn)。相應(yīng)地，端子部分設(shè)置有電連接到電源線(xiàn)的第五端子。用于脫水或脫氫的熱處理對(duì)氧化物半導(dǎo)體層來(lái)執(zhí)行，并且因此氧化物半導(dǎo)體層改變成氧缺陷類(lèi)型，由此得到η型OT型、η+型等)氧化物半導(dǎo)體層。然后，所得到的氧化物半導(dǎo)體層在氧的氣氛、氧和氮的氣氛或者空氣(露點(diǎn)優(yōu)選地低于或等于_40°C，更優(yōu)選地低于或等于-50°C)氣氛中冷卻，由此將氧提供給氧化物半導(dǎo)體層。因此，氧化物半導(dǎo)體層經(jīng)過(guò)高度純化，由此得到i型氧化物半導(dǎo)體層。借助于這樣得到的i型氧化物半導(dǎo)體層，能夠提供包括具有優(yōu)良電特性的極可靠薄膜晶體管的半導(dǎo)體器件。這個(gè)實(shí)施例能夠適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合任意其它實(shí)施例中所述的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。(實(shí)施例5)
這個(gè)實(shí)施例描述用于制造半導(dǎo)體器件的方法的另ー個(gè)示例。圖38示出用于對(duì)氧化物半導(dǎo)體執(zhí)行脫水或脫氫以及用于提供氧的處理的熱處理設(shè)備的示例。熱處理設(shè)備在向/從其中傳遞保持設(shè)置有氧化物半導(dǎo)體膜的襯底250的襯底卡匣(Cassette)^Oa的加載室251與向/從其中傳遞襯底卡匣^Ob的卸載室2M之間包括用于脫水或脫氫處理的處理室252以及用于提供氧的處理的處理室253。注意，處理室 252設(shè)置有作為加熱単元的燈光源258。排真空単元(vacuum evacuation unit) 259連接到加載室251、處理室252和處理室253，以及通過(guò)排空管來(lái)排空加載室251、處理室252和處理室253中的氣體。加載室 251、處理室252和處理室253之間的選擇通過(guò)切換閥的開(kāi)啟和閉合來(lái)進(jìn)行。其中使氫和水分降低到使得濃度級(jí)由単位“ ppb”來(lái)表示的程度的高純度氣體通過(guò)供氣管從氣體供應(yīng)單元提供給加載室251、處理室252、處理室253和卸載室254。遮擋板256a設(shè)置在加載室251與處理室252之間，遮擋板25 設(shè)置在處理室252 與處理室253之間，以及遮擋板256c設(shè)置在處理室253與卸載室2M之間。遮擋板隨同向 /從室傳遞襯底250而開(kāi)啟和閉合。
將保持襯底的襯底卡匣^Oa傳遞到加載室251。加載室251采用排真空単元259 來(lái)排空，使得壓カ降低。然后，將氮?dú)怏w或惰性氣體提供給加載室251。類(lèi)似地，處理室252 采用排真空単元259來(lái)排空，使得壓カ降低。然后，將氮?dú)怏w或惰性氣體提供給處理室252。從襯底卡匣^Oa中取出襯底250，并且通過(guò)開(kāi)啟遮擋板256a將襯底250傳遞給具有氮?dú)夥栈蚨栊詺怏w氣氛的處理室252。借助于燈光源258，在氮?dú)夥栈蚨栊詺怏w氣氛中以 2000C至7000C、優(yōu)選地以350°C至700°C、更優(yōu)選地以450°C至700°C來(lái)執(zhí)行熱處理(用于脫水或脫氫的熱處理)。由此，減少氧化物半導(dǎo)體膜中包含的諸如水分之類(lèi)的雜質(zhì)。注意，用于脫水或脫氫的熱處理可在降低的壓カ下執(zhí)行。隨后，處理室253采用排真空単元259來(lái)排空，使得壓カ降低。然后，將氧氣體、包含氧和氮的氣體(例如隊(duì)0氣體)或超干空氣(露點(diǎn)優(yōu)選地低于或等于-40°C，更優(yōu)選地低于或等于-50°C)提供給處理室253。隨后，通過(guò)開(kāi)啟遮擋板256a將經(jīng)過(guò)熱處理的襯底250 傳遞到具有氧的氣氛、氧和氮的氣氛或超干空氣氣氛的處理室253，并且在氧的氣氛、氧和氮的氣氛或超干空氣氣氛中執(zhí)行冷卻。通過(guò)在氧的氣氛、氧和氮的氣氛或超干空氣氣氛中執(zhí)行冷卻，將氧提供給氧化物半導(dǎo)體膜。因此，能夠得到電學(xué)上i型(本征)的高純度氧化物半導(dǎo)體膜。隨后，開(kāi)啟遮擋板256c，之后接著將經(jīng)過(guò)用于提供氧的處理的襯底250傳遞到卸載室254。襯底250保持在襯底卡匣^Ob中。如同處理室253那樣，將包含氧和氮的氣體 (例如N2O氣體)或超干空氣提供給卸載室254，卸載室254的氣氛是氧、氧和氮或者超干空氣(露點(diǎn)優(yōu)選地低于或等于-40°C，更優(yōu)選地低于或等于-50°C )。這樣，用于脫水或脫氫的熱處理以及用于提供氧的處理能夠借助于圖38所示的熱處理設(shè)備對(duì)氧化物半導(dǎo)體層來(lái)執(zhí)行。借助于經(jīng)過(guò)這樣高度純化的氧化物半導(dǎo)體膜，能夠提供具有穩(wěn)定電特性的極可靠半導(dǎo)體器件。這個(gè)實(shí)施例能夠適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合任意其它實(shí)施例中所述的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。(實(shí)施例6)
這個(gè)實(shí)施例描述用于制造半導(dǎo)體器件的方法的另ー個(gè)示例。圖39示出用于對(duì)氧化物半導(dǎo)體執(zhí)行脫水或脫氫以及用于提供氧的處理的熱處理設(shè)備的示例。熱處理設(shè)備包括襯底卡匣傳遞室200和熱處理室201。在襯底卡匣傳遞室200 中，向/從室傳遞保持提供有氧化物半導(dǎo)體膜的襯底208的襯底卡匣206。在熱處理室201 中，在多個(gè)襯底208存放于所保持的襯底卡匣206的狀態(tài)中將清潔空氣引入其中，并且執(zhí)行熱處理。排真空単元214連接到襯底卡匣傳遞室200，并且通過(guò)排空管210來(lái)排出襯底卡匣傳遞室200中的氣體。氮?dú)怏w或惰性氣體通過(guò)供氣管212從氣體供應(yīng)單元(1)216提供給襯底卡匣傳遞室200。閘閥204設(shè)置在襯底卡匣傳遞室200與熱處理室201之間。閘式閥隨同向/從室傳遞襯底卡匣206而開(kāi)啟和閉合。傳遞到熱處理室201的襯底卡匣206保持在清洗槽202 中。供氣管220連接到熱處理室201，使得氮?dú)怏w或惰性氣體從氣體供應(yīng)單元(1)216 來(lái)提供，并且氧氣體從氣體供應(yīng)單元O) 218來(lái)提供。其中氫和水分降低到使得濃度級(jí)由單位“ppb”來(lái)表示的高純度氣體從氣體供應(yīng)單元(1)216和氣體供應(yīng)單元O) 218來(lái)提供。提供給熱處理室201的氣體采用加熱器222來(lái)加熱，并且采用風(fēng)扇2M吹入清洗槽202。吹入清洗槽202的氣體中的微粒由過(guò)濾器2 去除。雖然處理室201設(shè)計(jì)成使得氣體在其中循環(huán)，但是氣體的一部分通過(guò)排空管2 從熱處理室201中排出。待排出的氣體的量按照附連到排空管228的管道232的開(kāi)啟程度來(lái)控制。已排出氣體中諸如水分之類(lèi)的雜質(zhì)采用氣體提純?cè)O(shè)備(gas refining apparatus) 230再次去除，并且返回到供氣管220。注意，氣體的一部分由排空單元234來(lái)排放。用于脫水或脫氫的熱處理以及用于提供氧的處理能夠借助于圖39所示的熱處理設(shè)備對(duì)氧化物半導(dǎo)體層來(lái)執(zhí)行。借助于經(jīng)過(guò)這樣高度純化的氧化物半導(dǎo)體膜，能夠提供具有穩(wěn)定電特性的極可靠半導(dǎo)體器件。這個(gè)實(shí)施例能夠適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合任意其它實(shí)施例中所述的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。(實(shí)施例7)
這個(gè)實(shí)施例給出其過(guò)程與實(shí)施例1部分不同的制造方法的示例。在這個(gè)實(shí)施例中，用于脫水或脫氫的熱處理在形成源電極層40 和漏電極層40 之后執(zhí)行的示例如圖31A至圖31D所示。注意，與圖IA至圖ID相似的部分由相同參考標(biāo)號(hào)來(lái)表示。按照與實(shí)施例1相似的方式，在具有絕緣表面的襯底400之上，形成柵電極層401、 柵絕緣層402和氧化物半導(dǎo)體層430(參見(jiàn)圖31A)。源電極層40 和漏電極層40 在氧化物半導(dǎo)體層430之上形成(參見(jiàn)圖31B)。隨后，作為脫水或脫氫處理，在惰性氣體(例如氮、氦、氖或氬)的氣氛中或者在降低的壓カ下對(duì)氧化物半導(dǎo)體層430、源電極層40 和漏電極層40 執(zhí)行熱處理。這種熱處理降低氧化物半導(dǎo)體層430的電阻，使得得到低電阻氧化物半導(dǎo)體層。然后，作為用于提供氧的處理，在氧的氣氛、氧和氮的氣氛或空氣(露點(diǎn)優(yōu)選地低于或等于_40°C，更優(yōu)選地低于或等于-50°C )氣氛中緩慢地冷卻被加熱氧化物半導(dǎo)體層。對(duì)氧化物半導(dǎo)體層的外露部分執(zhí)行用于提供氧的處理；因此，使半導(dǎo)體層495的一部分進(jìn)入氧過(guò)剩狀態(tài)。相應(yīng)地，與柵電極層401重疊的溝道形成區(qū)496成為i型，并且與源電極層40 重疊的高電阻源區(qū)497a 以及與漏電極層40 重疊的高電阻漏區(qū)497b以自調(diào)整(self-aligning)方式來(lái)形成(參見(jiàn)圖31C)。注意，作為源電極層40 和漏電極層40 ，優(yōu)選地使用具有足以耐受熱處理的耐熱性的材料、例如鎢或鉬。隨后，通過(guò)濺射方法或PCVD方法，絕緣層407形成為與半導(dǎo)體層495相接觸。保護(hù)絕緣層499層疊在絕緣層407之上。在這個(gè)實(shí)施例中，氧化硅層通過(guò)濺射方法作為絕緣層407來(lái)形成，并且氮化硅層通過(guò)濺射方法作為保護(hù)絕緣層499來(lái)形成。通過(guò)該過(guò)程，形成薄膜晶體管494(參見(jiàn)圖31D)。通過(guò)在與漏電極層40 (和源電極層405a)重疊的氧化物半導(dǎo)體層中形成高電阻漏區(qū)497b (或高電阻源區(qū)497a)，晶體管的可靠性能夠得到提高。具體來(lái)說(shuō)，通過(guò)形成高電阻漏區(qū)497b，導(dǎo)電率能夠從漏電極層40 到高電阻漏區(qū)497b和溝道形成區(qū)496逐漸改變。 因此，在采用連接到用于提供高電源電位Vdd的布線(xiàn)的漏電極層40 來(lái)執(zhí)行操作的情況下， 高電阻漏區(qū)用作緩沖器，并且即使高電場(chǎng)施加在柵電極層401與漏電極層40 之間，也沒(méi)有局部施加高電場(chǎng)，使得薄膜晶體管的耐受電壓能夠得到改進(jìn)。借助于經(jīng)過(guò)這樣高度純化的氧化物半導(dǎo)體層，能夠提供具有穩(wěn)定電特性的極可靠半導(dǎo)體器件。這個(gè)實(shí)施例能夠適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合任意其它實(shí)施例來(lái)實(shí)現(xiàn)。(實(shí)施例8)
將參照?qǐng)D32來(lái)描述半導(dǎo)體器件以及制造半導(dǎo)體器件的方法。與實(shí)施例1中所述相同的部分或者具有與實(shí)施例1中所述的相似的功能的一部分能夠按照與實(shí)施例1中所述的相似的方式來(lái)形成，并且與實(shí)施例1的相似的步驟能夠按照與實(shí)施例中所述的相似的方式來(lái)執(zhí)行；因此省略重復(fù)描述。圖32所示的薄膜晶體管471是ー個(gè)示例，其中導(dǎo)電層409設(shè)置成隔著絕緣膜與柵電極層401和氧化物半導(dǎo)體層403的溝道區(qū)重疊。圖32是半導(dǎo)體器件中包含的薄膜晶體管471的截面圖。薄膜晶體管471是底柵薄膜晶體管，并且在作為具有絕緣表面的襯底的襯底400之上包括柵電極層401、柵絕緣層 402、氧化物半導(dǎo)體層403、源電極層40 、漏電極層40 、絕緣層407、保護(hù)絕緣層499和導(dǎo)電層409。導(dǎo)電層409設(shè)置在保護(hù)絕緣層499之上，以使得與柵電極層401重疊。導(dǎo)電層409能夠使用與柵電極層401、源電極層40 或漏電極層40 相似的材料、通過(guò)與其相似的方法來(lái)形成。在設(shè)置像素電極層的情況下，導(dǎo)電層409可使用與像素電極層相似的材料、通過(guò)與其相似的方法來(lái)形成。在這個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)電層409使用鈦膜、鋁膜和鈦膜的疊層來(lái)形成。導(dǎo)電層409可具有與柵電極層401相同的電位，或者具有與柵電極層401不同的電位，并且能夠用作第二柵電極層。此外，導(dǎo)電層409可處于浮動(dòng)狀態(tài)。通過(guò)在與氧化物半導(dǎo)體層403重疊的位置中設(shè)置導(dǎo)電層409，在用于檢查薄膜晶體管的可靠性的偏置溫度應(yīng)カ測(cè)試(BT測(cè)試)中，能夠使BT測(cè)試之前與之后之間的薄膜晶體管471的閾值電壓的偏移量較小。具體來(lái)說(shuō)，在襯底溫度増加到150°C之后將-20 V的電壓施加到柵極的負(fù)BT測(cè)試中，能夠抑制閾值電壓的偏移。這個(gè)實(shí)施例能夠適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合其它實(shí)施例來(lái)實(shí)現(xiàn)。(實(shí)施例9)
將參照?qǐng)D33來(lái)描述半導(dǎo)體器件以及用于制造半導(dǎo)體器件的方法。與實(shí)施例1中所述相同的部分或者具有與實(shí)施例1中所述的相似的功能的一部分能夠按照與實(shí)施例1中所述的相似的方式來(lái)形成，并且與實(shí)施例1的相似的步驟能夠按照與實(shí)施例中所述的相似的方式來(lái)執(zhí)行；因此省略重復(fù)描述。圖33所示的薄膜晶體管472是ー個(gè)示例，其中導(dǎo)電層419設(shè)置成隔著絕緣層407、 保護(hù)絕緣層409和絕緣層410與柵電極層401和氧化物半導(dǎo)體層403的溝道區(qū)重疊。圖33是半導(dǎo)體器件中包含的薄膜晶體管472的截面圖。薄膜晶體管472是底柵薄膜晶體管，并且在作為具有絕緣表面的襯底的襯底400之上包括柵電極層401、柵絕緣層 402、氧化物半導(dǎo)體層403、源電極層40 、漏電極層40 、絕緣層407、絕緣層410和導(dǎo)電層 419。導(dǎo)電層419設(shè)置在絕緣層410之上，以便與柵電極層401重疊。在這個(gè)實(shí)施例的薄膜晶體管中，用作平面化膜的絕緣層410層疊在保護(hù)絕緣層 499之上，在絕緣層407、保護(hù)絕緣層499和絕緣層410中形成并且達(dá)到漏電極層40 的開(kāi)口中形成導(dǎo)電膜，以及將導(dǎo)電膜蝕刻成具有預(yù)期形狀，使得形成導(dǎo)電層419和像素電極層 411。這樣，導(dǎo)電層419能夠在形成像素電極層411的過(guò)程中形成。在這個(gè)實(shí)施例中，包含氧化硅的氧化銅-氧化錫合金(包含氧化硅的In-Sn-O基氧化物)用于像素電極層411和導(dǎo)電層419。備選地，導(dǎo)電層419可使用與柵電極層401、源電極層40 和漏電極層40 相似的材料和制造方法來(lái)形成。導(dǎo)電層419可具有與柵電極層401相同的電位，或者具有與柵電極層401不同的電位。備選地，導(dǎo)電層419和401可具有不同的電位。導(dǎo)電層419能夠用作第二柵電極層。 此外，導(dǎo)電層419可處于浮動(dòng)狀態(tài)。另外，通過(guò)在與氧化物半導(dǎo)體層403重疊的部分中設(shè)置導(dǎo)電層419，在用于檢查薄膜晶體管的可靠性的偏置溫度應(yīng)カ測(cè)試中，能夠降低BT測(cè)試之前與之后之間的薄膜晶體管472的閾值電壓的偏移量。這個(gè)實(shí)施例能夠適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合任意其它實(shí)施例來(lái)實(shí)現(xiàn)。(實(shí)施例10)
將參照?qǐng)D35A和圖35B來(lái)描述半導(dǎo)體器件以及用于制造半導(dǎo)體器件的方法。與實(shí)施例 3中所述相同的部分或者具有與實(shí)施例3中所述的相似的功能的一部分能夠按照與實(shí)施例 3中所述的相似的方式來(lái)形成，并且與實(shí)施例3的相似的步驟能夠按照與實(shí)施例中所述的相似的方式來(lái)執(zhí)行；因此省略重復(fù)描述。圖35A所示的薄膜晶體管1431是具有一種結(jié)構(gòu)的示例，在該結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)電層1409 設(shè)置成隔著溝道保護(hù)層1418和絕緣層1407與柵電極層1401和氧化物半導(dǎo)體層1403的溝
道區(qū)重疊。圖35A是半導(dǎo)體器件中包含的薄膜晶體管1431的截面圖。薄膜晶體管1431是底柵薄膜晶體管，并且在具有絕緣表面的襯底1400之上包括柵電極層1401、柵絕緣層1402、 氧化物半導(dǎo)體層1403、源電極層1405a、漏電極層1405b、絕緣層1407和導(dǎo)電層1409。導(dǎo)電層1409設(shè)置成隔著絕緣層1409與柵電極層1401重疊。導(dǎo)電層1409能夠使用與柵電極層1401、源電極層1405a或漏電極層140 相似的材料、通過(guò)與其相似的方法來(lái)形成。在設(shè)置像素電極層的情況下，導(dǎo)電層1409可使用與像素電極層相似的材料、通過(guò)與其相似的方法來(lái)形成。在這個(gè)實(shí)施例中，鈦膜、鋁膜和鈦膜的疊層用作導(dǎo)電層1409。導(dǎo)電層1409可具有與柵電極層1401相同的電位，或者具有與柵電極層1401不同的電位，并且能夠用作第二柵電極層。此外，導(dǎo)電層1409可處于浮動(dòng)狀態(tài)。另外，通過(guò)在與氧化物半導(dǎo)體層1403重疊的部分中設(shè)置導(dǎo)電層1409，在用于檢查薄膜晶體管的可靠性的偏置溫度應(yīng)カ測(cè)試(以下稱(chēng)作BT測(cè)試)中，能夠使BT測(cè)試之前與之后之間的薄膜晶體管1431的閾值電壓的偏移量較小。圖35B示出與圖35A部分不同的示例。與圖35A所示的相同的部分以及具有與圖 35A所示的相似的功能的步驟或部分能夠按照與圖35A所示的相似的方式來(lái)進(jìn)行；因此，省略重復(fù)描述。圖35B所示的薄膜晶體管1432是具有一種結(jié)構(gòu)的示例，在該結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)電層1409 設(shè)置成與柵電極層1401和氧化物半導(dǎo)體層1403的溝道區(qū)重疊，其中在導(dǎo)電層1409與柵電極層1401之間夾入溝道保護(hù)層1418、絕緣層1407和絕緣層1408。圖35B中，用作平面化膜的絕緣層1408層疊在絕緣層1407之上。與圖35A相似，導(dǎo)電層1409設(shè)置在與圖35B的結(jié)構(gòu)的氧化物半導(dǎo)體層1403重疊的部分中，由此，在用于檢查薄膜晶體管的可靠性的偏置溫度應(yīng)カ測(cè)試中，能夠降低BT測(cè)試之前與之后之間的薄膜晶體管1432的閾值電壓的偏移量。這個(gè)實(shí)施例能夠適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合任意其它實(shí)施例中所述的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。(實(shí)施例11)
在這個(gè)實(shí)施例中，將參照?qǐng)D36來(lái)描述與實(shí)施例1部分不同的結(jié)構(gòu)的示例。與實(shí)施例1 中所述相同的部分或者具有與實(shí)施例1中所述的相似的功能的一部分能夠按照與實(shí)施例1 中所述的相似的方式來(lái)形成，并且與實(shí)施例1的相似的步驟能夠按照與實(shí)施例中所述的相似的方式來(lái)執(zhí)行；因此省略重復(fù)描述。描述ー個(gè)示例，其中在圖36所示的結(jié)構(gòu)中，源區(qū)(又稱(chēng)作N+層或緩沖層)設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體層403與源電極層之間，并且漏區(qū)(又稱(chēng)作N+層或緩沖層)設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體層與漏電極層之間。例如，具有η型導(dǎo)電性的氧化物半導(dǎo)體層用于源區(qū)和漏區(qū)。在這個(gè)實(shí)施例中，源區(qū)40 或漏區(qū)404b使用h-Ga-Si-O基膜來(lái)形成。另外，在氧化物半導(dǎo)體層用于薄膜晶體管473的源區(qū)40 和漏區(qū)404b的情況下， 氧化物半導(dǎo)體層優(yōu)選地比用于溝道形成區(qū)的氧化物半導(dǎo)體層403要薄，并且優(yōu)選地具有比氧化物半導(dǎo)體層403要高的導(dǎo)電率(電傳導(dǎo)率)。此外，氧化物導(dǎo)電層可在氧化物半導(dǎo)體層與源和漏電極層之間作為源區(qū)或漏區(qū)來(lái)形成。用于形成源和漏電極的氧化物導(dǎo)電層和金屬層可連續(xù)形成。當(dāng)氧化物導(dǎo)電層作為源區(qū)和漏區(qū)設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體層與源和漏電極層之間時(shí)， 源區(qū)和漏區(qū)能夠具有較低電阻，并且晶體管能夠高速工作。有效的是將氧化物導(dǎo)電層用于源區(qū)和漏區(qū)，以便改進(jìn)外圍電路(驅(qū)動(dòng)器電路)的頻率特性。這是因?yàn)?，與金屬電極(例如 Ti)與氧化物半導(dǎo)體層之間的接觸相比，金屬電極(例如Ti)與氧化物導(dǎo)電層之間的接觸能夠降低接觸電阻。在這個(gè)實(shí)施例中，在將氧化物半導(dǎo)體層處理為島狀氧化物半導(dǎo)體層之后，在氮?dú)夥栈蛘咧T如稀有氣體(例如氬或氦)之類(lèi)的惰性氣體氣氛中或者在降低的壓カ下以200°C 至700°C、優(yōu)選地以350°C至700°C、更優(yōu)選地以450°C至700°C對(duì)氧化物半導(dǎo)體層執(zhí)行熱處理。此后，在氧的氣氛、氧和氮的氣氛或者空氣(露點(diǎn)優(yōu)選地低于或等于_40°C，更優(yōu)選地低于或等于-50°C )氣氛中執(zhí)行冷卻。氧化物半導(dǎo)體層在某種氣氛中經(jīng)過(guò)熱處理并且在該氣氛中經(jīng)過(guò)冷卻，由此氧化物半導(dǎo)體層能夠經(jīng)過(guò)脫水或脫氫處理以及用于提供氧的處理。因此，能夠得到電學(xué)上i型(本征)的高純度氧化物半導(dǎo)體層。這樣，能夠形成氧化物半導(dǎo)體層 403。此外，在形成絕緣層407之后，薄膜晶體管473可在氮?dú)夥栈蚩諝鈿夥罩?在空氣中)經(jīng)過(guò)熱處理(優(yōu)選地在高于或等于150°C且低于350°C的溫度下)。例如，熱處理在氮?dú)夥罩幸?50°C執(zhí)行1小吋。通過(guò)熱處理，氧化物半導(dǎo)體層403在與絕緣層407相接觸的同時(shí)被加熱。因此，能夠減小薄膜晶體管470的電特性的變化。這個(gè)實(shí)施例能夠適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合任意其它實(shí)施例中所述的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。(實(shí)施例12)這個(gè)實(shí)施例描述ー個(gè)示例，其中在參照?qǐng)D23的截面來(lái)看時(shí)，氧化物半導(dǎo)體層由氮化物絕緣層包圍。圖23所示的薄膜晶體管與實(shí)施例1中所述的薄膜晶體管相同，除了頂面的形狀和氧化物絕緣層的端部的位置以及柵絕緣層的結(jié)構(gòu)之外。因此，與實(shí)施例1中所述相同的部分或者具有與實(shí)施例1中所述的相似的功能的一部分能夠按照與實(shí)施例1中所述的相似的方式來(lái)形成，并且與實(shí)施例1的相似的步驟能夠按照與實(shí)施例中所述的相似的方式來(lái)執(zhí)行；因此省略重復(fù)描述。圖23所示的薄膜晶體管650是底柵薄膜晶體管，并且在具有絕緣表面的襯底394 之上包括柵電極層391、使用氮化物絕緣層所形成的柵絕緣層65 、使用氧化物絕緣層所形成的柵絕緣層652b、氧化物半導(dǎo)體層392、源電極層39 和漏電極層3卯b。另外，薄膜晶體管650覆蓋有與氧化物半導(dǎo)體層392相接觸的氧化物絕緣層656。使用氮化物絕緣層所形成的保護(hù)絕緣層653還設(shè)置在氧化物絕緣層656之上。保護(hù)絕緣層653與使用氮化物絕緣層所形成的柵絕緣層65 相接觸。在這個(gè)實(shí)施例的薄膜晶體管650中，柵絕緣層具有疊層結(jié)構(gòu)，其中氮化物絕緣層和氧化物絕緣層層疊在柵電極層之上。此外，在形成使用氮化物絕緣層來(lái)形成的保護(hù)絕緣層653之前，有選擇地去除氧化物絕緣層656和柵絕緣層652b，以便暴露使用氮化物絕緣層來(lái)形成的柵絕緣層65加。至少氧化物半導(dǎo)體層656的頂面的面積和柵絕緣層652b的頂面的面積比氧化物半導(dǎo)體層392的頂面要大，并且氧化物絕緣層656的頂面和柵絕緣層652b的頂面優(yōu)選地覆蓋薄膜晶體管650。此外，作為氮化物絕緣層的保護(hù)絕緣層653覆蓋氧化物絕緣層656的頂面以及氧化物絕緣層656和柵絕緣層652b的側(cè)表面，并且與使用氮化物絕緣層所形成的柵絕緣層 65 相接觸。對(duì)于使用氮化物絕緣層來(lái)形成的保護(hù)絕緣層653和柵絕緣層65 ，使用沒(méi)有包含諸如水分、氫離子和OH—之類(lèi)的雜質(zhì)并且阻止雜質(zhì)從外部進(jìn)入的無(wú)機(jī)絕緣膜例如，使用通過(guò)濺射方法或等離子體CVD方法所得到的氮化硅膜、氧氮化硅膜、氮化鋁膜、氧氮化鋁膜。在這個(gè)實(shí)施例中，作為使用氮化物絕緣層所形成的保護(hù)絕緣層653，厚度為100 nm 的氮化硅層通過(guò)RF濺射方法來(lái)形成，以使得覆蓋氧化物半導(dǎo)體層392的底面、頂面和側(cè)表通過(guò)圖23所示的結(jié)構(gòu)，氧化物半導(dǎo)體層中諸如氫、水分、羥基或氫化物之類(lèi)的雜質(zhì)通過(guò)設(shè)置成包圍并且接觸氧化物半導(dǎo)體層的柵絕緣層652b和氧化物絕緣層656來(lái)減少， 并且能夠防止形成保護(hù)絕緣層653之后在制造エ序中水分從外部進(jìn)入，因?yàn)檠趸锇雽?dǎo)體層還由各使用氮化物絕緣層來(lái)形成的柵絕緣層65 和保護(hù)絕緣層652包圍。此外，甚至在裝置作為觸摸屏、例如作為顯示裝置來(lái)完成之后，也能夠長(zhǎng)期防止水分從外部進(jìn)入；因此， 裝置的長(zhǎng)期可靠性能夠得到提高。在這個(gè)實(shí)施例中，描述ー個(gè)薄膜晶體管由氮化物絕緣層包圍的結(jié)構(gòu)，但是，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例并不局限于這種結(jié)構(gòu)。多個(gè)薄膜晶體管可由氮化物絕緣層包圍，或者像素部分中的多個(gè)薄膜晶體管可共同由氮化物絕緣層包圍。其中保護(hù)絕緣層653和柵絕緣層65 相互接觸的區(qū)域可形成為使得至少包圍有源矩陣襯底的像素部分的周邊。這個(gè)實(shí)施例能夠適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合任意其它實(shí)施例來(lái)實(shí)現(xiàn)。
(實(shí)施例I3)
在這個(gè)實(shí)施例中，下面將描述ー個(gè)示例，其中驅(qū)動(dòng)器電路的至少一部分和設(shè)置在像素部分中的薄膜晶體管在一個(gè)襯底之上形成。設(shè)置在像素部分中的薄膜晶體管能夠按照實(shí)施例1至4的任ー個(gè)來(lái)形成。此外， 實(shí)施例1至10的任ー個(gè)中所述的薄膜晶體管是η溝道TFT。因此，驅(qū)動(dòng)器電路之中能夠使用η溝道TFT來(lái)形成的驅(qū)動(dòng)器電路的一部分在與用于像素部分的薄膜晶體管相同的襯底之上形成。圖19Α是有源矩陣顯示裝置的框圖的ー個(gè)示例。像素部分5301、第一掃描線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路5302、第二掃描線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路5303和信號(hào)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路5304在顯示裝置的襯底 5300之上形成。在像素部分5301中，設(shè)置從信號(hào)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路5304所延伸的多個(gè)信號(hào)線(xiàn)， 并且設(shè)置從第一掃描線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路5302和第二掃描線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路5303所延伸的多個(gè)掃描線(xiàn)。注意，包括顯示元件的像素在掃描線(xiàn)和信號(hào)線(xiàn)彼此相交的相應(yīng)區(qū)域中設(shè)置成矩陣。此外，顯示裝置中的襯底5300通過(guò)諸如柔性印刷電路(FPC)之類(lèi)的連接部分連接到定時(shí)控制電路5305 (又稱(chēng)作控制器或控制器IC)。圖19Α中，第一掃描線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路5302、第二掃描線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路5303和信號(hào)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路5304在與像素部分5301相同的襯底5300之上形成。相應(yīng)地，設(shè)置在外部的驅(qū)動(dòng)器電路等的組件的數(shù)量減少，使得能夠?qū)崿F(xiàn)成本的降低。此外，如果驅(qū)動(dòng)器電路設(shè)置在襯底 5300外部，則布線(xiàn)需要延長(zhǎng)，并且布線(xiàn)連接的數(shù)量會(huì)増加，但是如果驅(qū)動(dòng)器電路設(shè)置在襯底 5300之上，則布線(xiàn)連接的數(shù)量能夠減少。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性和成品率的提高。注意，作為ー個(gè)示例，定時(shí)控制電路5305例如向第一掃描線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路5302提供第一掃描線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路啟動(dòng)信號(hào)(GSPl)和掃描線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路時(shí)鐘信號(hào)(GCKl)。定時(shí)控制電路5305例如向第二掃描線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路5303提供第二掃描線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路啟動(dòng)信號(hào)(GSP2) (又稱(chēng)作啟動(dòng)脈沖)和掃描線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路時(shí)鐘信號(hào)(GCK2)。此外，定時(shí)控制電路5305向信號(hào)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路5304提供信號(hào)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路啟動(dòng)信號(hào)(SSP)、信號(hào)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路時(shí)鐘信號(hào) (SCK)、視頻信號(hào)數(shù)據(jù)(DATA，又簡(jiǎn)單地稱(chēng)作視頻信號(hào))和鎖存信號(hào)(LAT)。注意，各時(shí)鐘信號(hào)可以是其周期不同的多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，或者可連同反相時(shí)鐘信號(hào)(inverted clock signal) (CKB) 一起提供。注意，能夠省略第一掃描線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路5302和第二掃描線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路 5303其中之一。圖19B示出一種結(jié)構(gòu)，其中各具有低驅(qū)動(dòng)頻率的電路(例如第一掃描線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路5302和第二掃描線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路5303)在設(shè)置有像素部分5301的襯底5300之上形成，并且信號(hào)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路5304在與提供有像素部分5301的襯底不同的另ー個(gè)襯底之上形成。 通過(guò)這種結(jié)構(gòu)，在襯底5300之上形成的驅(qū)動(dòng)器電路能夠通過(guò)使用其場(chǎng)效應(yīng)遷移率比使用單晶半導(dǎo)體所形成的晶體管要低的薄膜晶體管來(lái)構(gòu)成。相應(yīng)地，能夠?qū)崿F(xiàn)顯示裝置的大小的増加、步驟數(shù)量的減少、成本的降低、成品率的提高等。實(shí)施例1至10中所述的薄膜晶體管是η溝道TFT。圖20Α和圖20Β中，描述使用 η溝道TFT所形成的信號(hào)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路的結(jié)構(gòu)和操作的示例。信號(hào)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路包括移位寄存器5601和開(kāi)關(guān)電路5602。開(kāi)關(guān)電路5602包括多個(gè)開(kāi)關(guān)電路5602_1至5602_Ν(Ν為自然數(shù))。開(kāi)關(guān)電路5602_1至5602_Ν各包括多個(gè)薄膜晶體管5603_1至5603_k(k為自然數(shù))。將闡述其中薄膜晶體管5603_1至5603_k是η溝道TFT的情況。將通過(guò)使用開(kāi)關(guān)電路5602_1作為示例來(lái)描述信號(hào)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路的連接關(guān)系。薄膜晶體管5603_1至5603_k的第一端子分別連接到布線(xiàn)5604_1至5604_k。薄膜晶體管 5603_1至5603_k的第二端子分別連接到信號(hào)線(xiàn)Sl至Sk。薄膜晶體管5603_1至5603_k 的柵極連接到布線(xiàn)5604_1。移位寄存器5601具有按照順序向布線(xiàn)5605_1至5605_N輸出H電平信號(hào)(又稱(chēng)作H信號(hào)或高電源電位電平)以及按照順序選擇開(kāi)關(guān)電路5602_1至5602_N的功能。開(kāi)關(guān)電路5602_1具有控制布線(xiàn)5604_1至5604_k與信號(hào)線(xiàn)Sl至Sk之間的電連續(xù)性(第一端子與第二端子之間的電連續(xù)性)的功能，即，控制是否向信號(hào)線(xiàn)Sl至Sk提供布線(xiàn)5604_1至5604_k的電位的功能。這樣，開(kāi)關(guān)電路5602_1用作選擇器。此外，薄膜晶體管5603_1至5603_k各具有控制布線(xiàn)5604_1至5604_k與其相應(yīng)信號(hào)線(xiàn)Sl至Sk之間的電連續(xù)性的功能，即，向其相應(yīng)信號(hào)線(xiàn)Sl至Sk提供布線(xiàn)5604_1至5604_k的電位的功能。 這樣，薄膜晶體管5603_1至5603_k的每個(gè)用作開(kāi)關(guān)。注意，將視頻信號(hào)數(shù)據(jù)(DATA)輸入到布線(xiàn)5604_1至5604_k的每個(gè)。在許多情況下，視頻信號(hào)數(shù)據(jù)(DATA)是與圖像數(shù)據(jù)或圖像信號(hào)對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)。接下來(lái)，參照?qǐng)D20B的時(shí)序圖來(lái)描述圖20A中的信號(hào)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路的操作。圖20B 示出信號(hào)Sout_l至Sout_N和信號(hào)Vdata_l至Vdata_k的示例。信號(hào)Sout_l至Sout_N是移位寄存器5601的輸出信號(hào)的示例，以及信號(hào)Vdata_l至Vdata_k是輸入到布線(xiàn)5604_1 至5604_k的信號(hào)的示例。注意，信號(hào)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路的ー個(gè)操作期間對(duì)應(yīng)于顯示裝置中的一個(gè)柵極選擇期間。例如，ー個(gè)柵極選擇期間分為期間Tl至TN。期間Tl至TN是用于將視頻信號(hào)數(shù)據(jù)(DATA)寫(xiě)到屬于所選行的像素的期間。在期間Tl至TN中，移位寄存器5601向布線(xiàn)5605_1至5605_N依次輸出H電平信號(hào)。例如，在期間Tl，移位寄存器5601向布線(xiàn)5605_1輸出H電平信號(hào)。然后，薄膜晶體管 5603_1至5603_k導(dǎo)通，使得布線(xiàn)5604_1至5604_k和信號(hào)線(xiàn)Sl至Sk具有電連續(xù)性。在這種情況下，Data (Si)至 Data (Sk)分別輸入到布線(xiàn) 5604_1 至 5604_k。Data(Sl)至 Data (Sk) 分別通過(guò)薄膜晶體管5603_1至5603_k輸入到所選行中的第一至第k列的像素。這樣，在期間Tl至TN中，視頻信號(hào)數(shù)據(jù)(DATA)依次寫(xiě)到每k列的所選行中的像素。通過(guò)將視頻信號(hào)數(shù)據(jù)(DATA)寫(xiě)到每多個(gè)列的像素，能夠降低視頻信號(hào)數(shù)據(jù) (DATA)的數(shù)量或者布線(xiàn)的數(shù)量。因此，能夠減少連到外部電路的連接。通過(guò)將視頻信號(hào)寫(xiě)入每多列的像素，能夠延長(zhǎng)寫(xiě)入時(shí)間，并且能夠防止視頻信號(hào)的不充分寫(xiě)入。注意，包括實(shí)施例1至10的任ー個(gè)中所述的薄膜晶體管的電路能夠用作移位寄存器5601和開(kāi)關(guān)電路5602。在這種情況下，移位寄存器5601中包含的所有晶體管能夠形成為僅具有N溝道或P溝道。接下來(lái)描述的是掃描線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路的構(gòu)成。掃描線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路包括移位寄存器。 在一些情況下，掃描線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路還可包括電平移位器、緩沖器等。在掃描線(xiàn)驅(qū)動(dòng)電路中， 當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)(CLK)和起始脈沖信號(hào)(SP)輸入到移位寄存器吋，生成選擇信號(hào)。所生成的選擇信號(hào)由緩沖器來(lái)緩沖和放大，并且將所產(chǎn)生的信號(hào)提供給對(duì)應(yīng)掃描線(xiàn)。一行的像素中的晶體管的柵電極連接到掃描線(xiàn)。由于一行的像素中的晶體管必須同時(shí)導(dǎo)通，所以使用能夠提供大電流的緩沖器。
將參照?qǐng)D21A至圖21C以及圖22A和圖22B來(lái)描述用于掃描線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路和/或信號(hào)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路的一部分的移位寄存器的一個(gè)實(shí)施例。參照?qǐng)D21A至圖21D以及圖22A和圖22B來(lái)描述掃描線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路和/或信號(hào)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路中的移位寄存器。移位寄存器包括第一至第N脈沖輸出電路10_1至10_N(N為 3或更大的自然數(shù))(參見(jiàn)圖21 A)。向圖21A所示的移位寄存器的第一至第N脈沖輸出電路10_1至10_N提供來(lái)自第一布線(xiàn)11的第一時(shí)鐘信號(hào)CKl、來(lái)自第二布線(xiàn)12的第二時(shí)鐘信號(hào)CK2、來(lái)自第三布線(xiàn)13的第三時(shí)鐘信號(hào)CK3以及來(lái)自第四布線(xiàn)14的第四時(shí)鐘信號(hào)CK4。 啟動(dòng)脈沖SPl(第一啟動(dòng)脈沖)從第五布線(xiàn)15輸入到第一脈沖輸出電路10_1。向第二或后級(jí)的第η脈沖輸出電路10_η (η為大于或等于2且小于或等于N的自然數(shù))輸入來(lái)自前級(jí)的脈沖輸出電路的信號(hào)(這種信號(hào)稱(chēng)作前級(jí)信號(hào)OUT (η-1)) (η為大于或等于2的自然數(shù))。 來(lái)自第一脈沖輸出電路10_1兩級(jí)之后的第三脈沖輸出電路10_3的信號(hào)輸入到第一脈沖輸出電路10_1。類(lèi)似地，向第二或后級(jí)的第η脈沖輸出電路10_η輸入來(lái)自接著下一級(jí)的級(jí)的第(η+2)脈沖輸出電路10_(η+2)的信號(hào)(這種信號(hào)稱(chēng)作后級(jí)信號(hào)OUT (η+2))。因此，相應(yīng)級(jí)的脈沖輸出電路輸出將要輸入到相應(yīng)后級(jí)的脈沖輸出電路和/或前級(jí)之前的級(jí)的脈沖輸出電路的第一輸出信號(hào)(OUT(l) (SR)至OUT (N) (SR))以及將要輸入到另ー個(gè)布線(xiàn)的第二輸出信號(hào)(OUT(I)至OUT(N))等。注意，如圖21A所示，后級(jí)信號(hào)0UT(n+2)沒(méi)有輸入到移位寄存器的最后兩級(jí)；作為ー個(gè)示例，第二啟動(dòng)脈沖SP2和第三啟動(dòng)脈沖SP3還可分別從第六布線(xiàn)16和第七布線(xiàn)17輸入到移位寄存器的最后兩級(jí)。備選地，可使用另外在移位寄存器內(nèi)部生成的信號(hào)。例如，可設(shè)置沒(méi)有促進(jìn)對(duì)像素部分的脈沖輸出的第(n+1)脈沖輸出電路10_(n+l)和第(η+2)脈沖輸出電路10_(n+2)(這類(lèi)電路又稱(chēng)作啞級(jí)(dummy stage))， 使得與第二啟動(dòng)脈沖(SP》和第三啟動(dòng)脈沖(SP;3)對(duì)應(yīng)的信號(hào)在啞級(jí)中生成。注意，時(shí)鐘信號(hào)(CK)是每隔一定間隔在H電平與L電平(又稱(chēng)作L信號(hào)或者低電源電位電平的信號(hào))之間交替的信號(hào)。第一至第四時(shí)鐘信號(hào)(CKl)至(CK4)依次延遲1/4 周期(即，它們相互90°異相)。在這個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)使用第一至第四時(shí)鐘信號(hào)(CKl)至 (CK4)，執(zhí)行脈沖輸出電路的驅(qū)動(dòng)的控制等。按照時(shí)鐘信號(hào)輸入到其中的驅(qū)動(dòng)器電路，時(shí)鐘信號(hào)又稱(chēng)作GCLK或SCLK ；但是，使用CK作為時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行描述。在這個(gè)實(shí)施例模式中，通過(guò)使用第一至第四時(shí)鐘信號(hào)(CKl)至(CK4)，執(zhí)行脈沖輸出電路的驅(qū)動(dòng)的控制等。雖然時(shí)鐘信號(hào)按照對(duì)其輸入時(shí)鐘信號(hào)的驅(qū)動(dòng)器電路來(lái)用作GCK或SCK，但是時(shí)鐘信號(hào)在這里描述為 CK。第一輸入端子21、第二輸入端子22和第三輸入端子23電連接到第一至第四布線(xiàn) 11至14的任ー個(gè)。例如，圖21A中，第一脈沖輸出電路10_1的第一輸入端子21電連接到第一布線(xiàn)11，第一脈沖輸出電路10_1的第二輸入端子22電連接到第二布線(xiàn)12，以及第一脈沖輸出電路10_1的第三輸入端子23電連接到第三布線(xiàn)13。第二脈沖輸出電路10_2的第一輸入端子21電連接到第二布線(xiàn)12，第二脈沖輸出電路10_2的第二輸入端子22電連接到第三布線(xiàn)13，以及第二脈沖輸出電路10_2的第三輸入端子23電連接到第四布線(xiàn)14。第一至第N脈沖輸出電路10_1至10_N的每個(gè)包括第一輸入端子21、第二輸入端子22、第三輸入端子23、第四輸入端子對(duì)、第五輸入端子25、第一輸出端子沈以及第ニ輸出端子27 (參見(jiàn)圖21B)。在第一脈沖輸出電路10_1中，第一時(shí)鐘信號(hào)CKl輸入到第一輸入端子21，第二時(shí)鐘信號(hào)CK2輸入到第二輸入端子22，第三時(shí)鐘信號(hào)CK3輸入到第三輸入端子23，啟動(dòng)脈沖輸入到第四輸入端子對(duì)，后級(jí)信號(hào)0UTC3)輸入到第五輸入端子25，第一輸出信號(hào)OUT(I) (SR)從第一輸出端子沈輸出，以及第二輸出信號(hào)OUT(I)從第二輸出端子 27輸出。接下來(lái)參照?qǐng)D21C來(lái)描述脈沖輸出電路的特定電路結(jié)構(gòu)的示例。第一脈沖輸出電路10_1包括第一至第i^ 一晶體管31至41 (參見(jiàn)圖21C)。除了上述第一至第五輸入端子21至25、第一輸出端子沈和第二輸出端子27之外，信號(hào)或電源電位還從對(duì)其提供第一高電源電位VDD的電源線(xiàn)51、對(duì)其提供第二高電源電位VCC的電源線(xiàn) 52以及對(duì)其提供低電源電位VSS的電源線(xiàn)53提供給第一至第十一晶體管31至41。圖21C 中的電源線(xiàn)的電源電位的關(guān)系如下第一高電源電位VDD >第二高電源電位VCC > 低電源電位VSS。注意，第一至第四時(shí)鐘信號(hào)(CKl)至(CK4)各為每隔一定間隔在H電平與L電平之間進(jìn)行交替的信號(hào)；H電平的時(shí)鐘信號(hào)是VDD，而L電平的時(shí)鐘信號(hào)是VSS。注意，當(dāng)電源線(xiàn)52的電位VCC設(shè)置為低于電源線(xiàn)51的電位VDD吋，施加到晶體管的柵電極的電位能夠降低，而沒(méi)有影響操作；因此，能夠降低晶體管的閾值的偏移，并且能夠抑制退化。圖21C中，第一晶體管31的第一端子電連接到電源線(xiàn)51，第一晶體管31的第二端子電連接到第九晶體管39的第一端子，以及第一晶體管31的柵電極電連接到第四輸入端子對(duì)。第二晶體管32的第一端子電連接到電源線(xiàn)53，第二晶體管32的第二端子電連接到第九晶體管39的第一端子，以及第二晶體管32的柵電極電連接到第四晶體管34的柵電扱。第三晶體管33的第一端子電連接到第一輸入端子21，以及第三晶體管33的第二端子電連接到第一輸入端子26。第四晶體管34的第一端子電連接到電源線(xiàn)53，以及第四晶體管34的第二端子電連接到第一輸出端子26。第五晶體管35的第一端子電連接到電源線(xiàn) 53，第五晶體管35的第二端子電連接到第二晶體管32的柵電極和第四晶體管34的柵電扱，以及第五晶體管35的柵電極電連接到第四輸入端子對(duì)。第六晶體管36的第一端子電連接到電源線(xiàn)52，第六晶體管36的第二端子電連接到第二晶體管32的柵電極和第四晶體管34的柵電扱，以及第六晶體管36的柵電極電連接到第五輸入端子25。第七晶體管37的第一端子電連接到電源線(xiàn)52，第七晶體管37的第二端子電連接到第八晶體管38的第二端子，以及第七晶體管37的柵電極電連接到第三輸入端子23。第八晶體管38的第一端子電連接到第二晶體管32的柵電極和第四晶體管34的柵電扱，以及第八晶體管38的柵電極電連接到第二輸入端子22。第九晶體管39的第一端子電連接到第一晶體管31的第二端子和第二晶體管32的第二端子，第九晶體管39的第二端子電連接到第三晶體管33的柵電極和第十晶體管40的柵電扱，以及第九晶體管39的柵電極電連接到電源線(xiàn)52。第十晶體管 40的第一端子電連接到第一輸入端子21，第十晶體管40的第二端子電連接到第二輸出端子27，以及第十晶體管40的柵電極電連接到第九晶體管39的第二端子。第十一晶體管41 的第一端子電連接到電源線(xiàn)53，第十一晶體管41的第二端子電連接到第二輸出端子27，以及第十一晶體管41的柵電極電連接到第二晶體管32的柵電極和第四晶體管34的柵電扱。圖21C中，其中第三晶體管33的柵電極、第十晶體管40的柵電極和第九晶體管39 的第二端子相連接，稱(chēng)作結(jié)點(diǎn)A。另外，其中第二晶體管32的柵電極、第四晶體管34的柵電極、第五晶體管35的第二端子、第六晶體管36的第二端子、第八晶體管38的第一端子和第十一晶體管41的柵電極稱(chēng)作結(jié)點(diǎn)B(參見(jiàn)圖22A))。圖22A中，示出在圖21D所示的脈沖輸出電路應(yīng)用于第一脈沖輸出電路10_1時(shí)向/從第一至第五輸入端子21至25、第一輸出端子沈和第二輸出端子27輸入/輸出的信號(hào)。具體來(lái)說(shuō)，第一時(shí)鐘信號(hào)CKl輸入到第一輸入端子21，第二時(shí)鐘信號(hào)CK2輸入到第二輸入端子22，第三時(shí)鐘信號(hào)CK3輸入到第三輸入端子23，啟動(dòng)脈沖輸入到第四輸入端子對(duì)，后級(jí)信號(hào)0UTC3)輸入到第五輸入端子25，第一輸出信號(hào)OUT(I) (SR)從第一輸出端子26輸出，以及第ニ輸出信號(hào)OUT(1)從第二輸出端子27輸出。注意，薄膜晶體管是具有柵極、漏極和源極至少三個(gè)端子的元件。薄膜晶體管具有一種半導(dǎo)體，其中溝道區(qū)在與柵極重疊的區(qū)域中形成，并且通過(guò)溝道區(qū)在漏極與源極之間流動(dòng)的電流能夠通過(guò)控制柵極的電位來(lái)控制。在這里，由于薄膜晶體管的源極和漏極可根據(jù)晶體管的結(jié)構(gòu)、操作條件等等而互換，所以難以確定哪ー個(gè)是源極而哪一個(gè)是漏扱。因此，在一些情況下，用作源極或漏極的區(qū)域不稱(chēng)作源極或漏極。在那種情況下，例如，這類(lèi)區(qū)域可稱(chēng)作第一端子或第二端子。在這里，圖22B是包括圖22A所示的多個(gè)脈沖輸出電路的移位寄存器的時(shí)序圖。注意，當(dāng)移位寄存器包含在掃描線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路中吋，圖22B中的期間61和期間62分別對(duì)應(yīng)于垂直回掃期間和柵極選擇期間。注意，如圖22A所示，通過(guò)設(shè)置其柵極提供有第二電源電位VCC的第九晶體管39， 在自舉操作(bootstrap operation)之前和之后得到下面描述的優(yōu)點(diǎn)。在沒(méi)有其柵極提供有第二電源電位VCC的第九晶體管39的情況下，如果結(jié)點(diǎn)A的電位通過(guò)自舉操作來(lái)升高，則作為第一晶體管31的第二端子的源極的電位増加到高于第一電源電位VDD的值。然后，第一晶體管31的源極切換到第一端子，S卩，電源線(xiàn)51側(cè)上的端子。因此，在第一晶體管31中，施加大偏壓，并且相當(dāng)大的應(yīng)力施加在柵極與源極之間以及柵極與漏極之間，這會(huì)引起晶體管的退化。通過(guò)設(shè)置其柵電極提供有第二電源電位VCC的第九晶體管39，結(jié)點(diǎn)A的電位通過(guò)自舉操作來(lái)升高，但是能夠防止第一晶體管31的第二端子的電位的増加。換言之，通過(guò)提供第九晶體管39，施加在第一晶體管31的柵極與源極之間的負(fù)偏壓能夠降低。相應(yīng)地，通過(guò)這個(gè)實(shí)施例的電路配置，施加在第一晶體管31的柵極與源極之間的負(fù)偏壓能夠降低，使得能夠進(jìn)一歩抑制因應(yīng)カ引起的第一晶體管31的退化。注意，第九晶體管39設(shè)置成使得通過(guò)第一端子和第二端子連接在第一晶體管31 的第二端子與第三晶體管33的柵極之間。在使用這個(gè)實(shí)施例中所述的包括多個(gè)脈沖輸出電路的移位寄存器吋，在具有比掃描線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路更多的級(jí)的信號(hào)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路中，第九晶體管39能夠省略，這因?yàn)闇p少晶體管的數(shù)量而是有利的。當(dāng)氧化物半導(dǎo)體用于第一至第十一晶體管31至41的半導(dǎo)體層吋，薄膜晶體管的截止電流能夠降低，導(dǎo)通電流和場(chǎng)效應(yīng)遷移率能夠增加，并且退化程度能夠降低；因此，電路中的故障能夠減少。使用氧化物半導(dǎo)體所形成的晶體管通過(guò)將高電位施加到柵電極而引起的退化程度比使用非晶硅所形成的晶體管要小。因此，甚至當(dāng)?shù)谝浑娫措娢籚DD提供給對(duì)其提供第二電源電位VCC的電源線(xiàn)吋，能夠執(zhí)行類(lèi)似操作，并且能夠降低設(shè)置在電路中的電源線(xiàn)的數(shù)量，使得能夠使電路小型化。注意，即使布線(xiàn)連接改變成使得從第三輸入端子23提供給第七晶體管37的柵電極的時(shí)鐘信號(hào)以及從第二輸入端子22提供給第八晶體管38的柵電極的時(shí)鐘信號(hào)分別是從第二輸入端子22提供給第七晶體管37的柵電極的時(shí)鐘信號(hào)以及從第三輸入端子23提供給第八晶體管38的柵電極的時(shí)鐘信號(hào)，也能夠得到類(lèi)似效果。注意，在圖22A所示的移位寄存器中，在第七晶體管37和第八晶體管38均導(dǎo)通之后，第七晶體管37截止，而第八晶體管38仍然導(dǎo)通，然后，第七晶體管37仍然截止，而第八晶體管38截止。因此，通過(guò)第二輸入端子22和第三輸入端子23的電位的下降而引起的結(jié)點(diǎn)B的電位的下降由于第七晶體管 37的柵電極的電位的下降以及第八晶體管38的柵電極的電位的下降而發(fā)生兩次。另一方面，在圖22A所示的移位寄存器中的第七晶體管37和第八晶體管38的狀態(tài)改變成使得第七晶體管37和第八晶體管38均導(dǎo)通吋，第七晶體管37則導(dǎo)通而第八晶體管38截止，然后第七晶體管37和第八晶體管38截止，通過(guò)第八晶體管38的柵電極的電位的下降使通過(guò)第 ニ輸入端子22和第三輸入端子23的電位的下降而引起的結(jié)點(diǎn)B的電位的下降次數(shù)減少為一次。因此，其中時(shí)鐘信號(hào)CK3從第三輸入端子23提供給第七晶體管37的柵電極以及時(shí)鐘信號(hào)CK2從第二輸入端子22提供給第八晶體管38的柵電極的連接關(guān)系是優(yōu)選的。那是因?yàn)槟軌蚪档徒Y(jié)點(diǎn)B的電位的變化次數(shù)，由此能夠降低噪聲。這樣，在第一輸出端子沈和第二輸出端子27的電位保持在L電平的期間中，H電平信號(hào)定期提供給結(jié)點(diǎn)B ；相應(yīng)地，能夠抑制脈沖輸出電路的故障。通過(guò)該過(guò)程，能夠制造作為半導(dǎo)體器件的極可靠顯示裝置。這個(gè)實(shí)施例能夠適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合任意其它實(shí)施例中所述的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。(實(shí)施例14)
制造薄膜晶體管，并且具有顯示功能的半導(dǎo)體器件(又稱(chēng)作顯示裝置)能夠在像素部分以及還在驅(qū)動(dòng)器電路中使用薄膜晶體管來(lái)制造。此外，驅(qū)動(dòng)器電路的部分或全部能夠使用薄膜晶體管在與像素部分相同的襯底之上形成，由此能夠得到面板上系統(tǒng)。顯示裝置包括顯示元件。作為顯示元件，能夠使用液晶元件(又稱(chēng)作液晶顯示元件)或發(fā)光元件(又稱(chēng)作發(fā)光顯示元件)。發(fā)光元件在其范疇內(nèi)包括其亮度通過(guò)電流或電壓來(lái)控制的元件，并且在其范疇內(nèi)具體包括無(wú)機(jī)電致發(fā)光(EL)元件、有機(jī)EL元件等。此外， 能夠使用其對(duì)比度通過(guò)電效應(yīng)、如電子墨水來(lái)改變的顯示介質(zhì)。另外，顯示裝置包括其中密封了顯示元件的面板以及其中包括控制器的IC等安裝到面板上的模塊。與顯示元件在用于制造顯示裝置的過(guò)程中尚未完成的一個(gè)實(shí)施例對(duì)應(yīng)的元件襯底設(shè)置有用于將電流提供給多個(gè)像素的每個(gè)中的顯示元件的部件。具體來(lái)說(shuō)，元件襯底可處于僅設(shè)置有顯示元件的像素電極的狀態(tài)、形成將要作為像素電極的導(dǎo)電膜之后但在蝕刻導(dǎo)電膜以形成像素電極之前的狀態(tài)或者其它狀態(tài)的任ー種。注意，本說(shuō)明書(shū)中的顯示裝置表示圖像顯示裝置、顯示裝置或者光源(包括照明裝置)。此外，顯示裝置在其范疇內(nèi)包括下列模塊的任ー個(gè)諸如柔性印刷電路(FPC)、帶式自動(dòng)接合(TAB)帶或者帶載封裝(TCP)之類(lèi)的連接器與其附連的模塊；具有在其端部設(shè)置了印刷電路板的TAB帶或TCP的模塊；以及具有通過(guò)玻璃上芯片(COG)方法直接安裝到顯示元件上的集成電路(IC)的模塊。將參照?qǐng)D15A至圖15C來(lái)描述作為半導(dǎo)體器件的一個(gè)實(shí)施例的液晶顯示面板的外觀(guān)和截面。圖15A和圖15C是面板的平面圖，在各面板中，薄膜晶體管4010和4011以及液晶元件4013在第一襯底4001與第二襯底4006之間采用密封材料4005來(lái)密封。圖15B是沿圖15 A或圖15C中的線(xiàn)M-N所截取的截面圖。密封材料4005設(shè)置成使得包圍設(shè)置在第一襯底4001之上的像素部分4002和掃描線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路4004。第二襯底4006設(shè)置在像素部分4002和掃描線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路4004之上。因此，像素部分4002和掃描線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路4004連同液晶層4008 —起由第一襯底4001、 密封材料4005和第二襯底4006來(lái)密封。在単獨(dú)制備的襯底之上使用單晶半導(dǎo)體膜或多晶半導(dǎo)體膜所形成的信號(hào)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路4003安裝在與第一襯底4001之上由密封材料4005 所包圍的區(qū)域不同的區(qū)域中。注意，沒(méi)有具體限制単獨(dú)形成的驅(qū)動(dòng)器電路的連接方法，并且能夠使用COG方法、 導(dǎo)線(xiàn)接合方法、TAB方法等。圖15A示出通過(guò)COG方法來(lái)安裝信號(hào)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路4003的示例，以及圖15C示出通過(guò)TAB方法來(lái)安裝信號(hào)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路4003的示例。設(shè)置在第一襯底4001之上的像素部分4002和掃描線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路4004各包括多個(gè)薄膜晶體管，并且像素部分4002中包含的薄膜晶體管4010以及掃描線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路4004 中包含的薄膜晶體管4011在圖15B中作為ー個(gè)示例示出。絕緣層4041、4042和4021設(shè)置在薄膜晶體管4010和4011之上。實(shí)施例1至10的薄膜晶體管的任ー個(gè)能夠適當(dāng)?shù)赜米鞅∧ぞw管4010和4011， 并且它們能夠使用與實(shí)施例1至10的薄膜晶體管相似的步驟和材料來(lái)形成。作為脫水或脫氫處理，在氮?dú)夥栈蚨栊詺怏w氣氛中或者在降低的壓カ下執(zhí)行熱處理，由此降低膜中包含的水分。然后，作為用于提供氧的處理，在氧的氣氛、氧和氮的氣氛或者空氣(露點(diǎn)優(yōu)選地低于或等于-40°c，更優(yōu)選地低于或等于-50°c)氣氛中執(zhí)行冷卻。這樣得到的氧化物半導(dǎo)體膜用于薄膜晶體管4010和4011。因此，薄膜晶體管4010和4011是具有穩(wěn)定電特性的極可靠薄膜晶體管。導(dǎo)電層4040設(shè)置在絕緣層4021之上，以使得與驅(qū)動(dòng)器電路的薄膜晶體管4011的氧化物半導(dǎo)體層中的溝道形成區(qū)重疊。導(dǎo)電層4040設(shè)置成使得與氧化物半導(dǎo)體層的溝道形成區(qū)重疊，由此能夠降低在BT測(cè)試之前和之后之間的薄膜晶體管4011的閾值電壓的變化量。此外，導(dǎo)電層4040的電位可與薄膜晶體管4011的柵電極層的電位相同或不同。導(dǎo)電層4040還能夠用作第二柵電極層。備選地，導(dǎo)電層4040的電位可以是GND或0 V，或者導(dǎo)電層4040可處于浮動(dòng)狀態(tài)。另外，液晶元件4013的像素電極層4030電連接到薄膜晶體管4010的源電極層或漏電極層。液晶元件4013的對(duì)電極層4031在第二襯底4006上形成。其中像素電極層 4030、對(duì)電極層4031和液晶層4008相互重疊的一部分對(duì)應(yīng)于液晶元件4013。注意，像素電極層4030和對(duì)電極層4031提供有用作取向膜的絕緣層4032和絕緣層4033，并且液晶層 4008隔著絕緣層4032和4033夾在像素電極層4030與對(duì)電極層4031之間。注意，透光村底能夠用作第一襯底4001和第二襯底4006 ；能夠使用玻璃、陶瓷或塑料。作為塑料，能夠使用玻璃纖維增強(qiáng)塑料(FRP)板、聚氟乙烯膜、聚酯膜或丙烯酸樹(shù)脂膜。參考標(biāo)號(hào)4035表示通過(guò)有選擇地蝕刻絕緣膜來(lái)得到并且設(shè)置成控制像素電極層 4030與對(duì)電極層4031之間的距離(単元間隙)的柱狀隔離件。備選地，還可使用球形隔離件。另外，對(duì)電極層4031電連接到在與薄膜晶體管4010相同的襯底之上形成的公共電位線(xiàn)。借助于公共連接部分，對(duì)電極層4031和公共電位線(xiàn)能夠通過(guò)設(shè)置在一對(duì)襯底之間的導(dǎo)電粒子相互電連接。注意，導(dǎo)電粒子包含在密封材料4005中。備選地，可使用對(duì)其不需要取向膜的呈現(xiàn)藍(lán)相的液晶。藍(lán)相是就在膽留型相在膽甾型液晶的溫度増加的同時(shí)變成各向同性相之前生成的液晶相位之一。由于藍(lán)相在窄溫度
42范圍中生成，所以包含5 wt%或以上的手性試劑的液晶組成用于液晶層4008，以便改進(jìn)溫度范圍。包括呈現(xiàn)藍(lán)相的液晶和手性試劑的液晶組成具有1毫秒或以下的短響應(yīng)時(shí)間，并且具有光學(xué)各向異性。因此，不需要取向過(guò)程，并且視角相關(guān)性比較小。另外，由于不一定設(shè)置取向膜，所以(并且)摩擦處理變得不需要。因此，能夠防止摩擦處理所引起的靜電放電損壞，并且在制造エ序中能夠降低液晶顯示裝置的缺陷和損壞。因此，液晶顯示裝置的產(chǎn)率能夠提高。具體來(lái)說(shuō)，使用氧化物半導(dǎo)體層的薄膜晶體管具有如下可能性薄膜晶體管的電特性可通過(guò)靜電的影響而明顯波動(dòng)，并且偏離設(shè)計(jì)范圍。因此，更有效的是將呈現(xiàn)藍(lán)相的液晶材料用于包括使用氧化物半導(dǎo)體層的薄膜晶體管的液晶顯示裝置。注意，除了透射液晶顯示裝置之外，這個(gè)實(shí)施例還能夠應(yīng)用于透反射液晶顯示裝置。描述液晶顯示裝置的ー個(gè)示例，其中起偏振片設(shè)置在襯底的外表面(觀(guān)看者側(cè)) 上，并且用于顯示元件的著色層和電極層設(shè)置在襯底的內(nèi)表面上；但是，起偏振片可設(shè)置在襯底的內(nèi)表面上。起偏振片和著色層的層疊結(jié)構(gòu)并不局限于這個(gè)實(shí)施例，而是可根據(jù)起偏振片和著色層的材料以及制造エ序的條件來(lái)適當(dāng)?shù)卦O(shè)置。此外，用作黒色矩陣的遮光膜可設(shè)置在除了顯示部分之外的部分中。在薄膜晶體管4011和4010之上，絕緣層4041形成為與氧化物半導(dǎo)體層相接觸。 絕緣層4041可使用與實(shí)施例1中所述的絕緣層407相似的材料和方法來(lái)形成。在這個(gè)實(shí)施例中，氧化硅層通過(guò)參照實(shí)施例1的濺射方法作為絕緣層4041來(lái)形成。保護(hù)絕緣層4042 在絕緣層4041上形成并且與其接觸。保護(hù)絕緣層4042能夠按照與實(shí)施例1中所述的保護(hù)絕緣層499相似的方式來(lái)形成；例如，能夠使用氮化硅層。另外，為了降低因薄膜晶體管引起的表面粗糙度，保護(hù)絕緣層4042覆蓋有用作平面化絕緣膜的絕緣層4021。形成作為平面化絕緣膜的絕緣層4021。作為絕緣層4021，能夠使用諸如聚酰亞胺、丙烯酸、苯并環(huán)丁烯、聚酰胺或環(huán)氧樹(shù)酯之類(lèi)的具有耐熱性的有機(jī)材料。除了這類(lèi)有機(jī)材料之外，還有可能使用低介電常數(shù)材料(低k材料)、硅氧烷基樹(shù)脂、磷硅酸玻璃(PSG)、 硼磷硅玻璃(BPSG)等。注意，可絕緣層4021可通過(guò)層疊使用這些材料所形成的多個(gè)絕緣膜來(lái)形成。對(duì)于用于形成平面化絕緣層4021的方法沒(méi)有具體限制，并且絕緣層4021能夠根據(jù)其材料、通過(guò)諸如濺射方法、SOG方法、旋涂方法、浸涂方法、噴涂或者微滴排放方法(例如噴墨方法、絲網(wǎng)印刷或膠印)之類(lèi)的方法或者采用諸如刮刀、輥涂機(jī)、幕涂機(jī)或刮刀式涂布機(jī)之類(lèi)的工具來(lái)形成。絕緣層4021的烘焙步驟還充當(dāng)半導(dǎo)體層的退火，由此能夠有效地制造半導(dǎo)體器件。能夠使用諸如包含氧化鎢的氧化銅、包含氧化鎢的氧化鋅、包含氧化鈦的氧化銅、 包含氧化鈦的氧化銅錫、氧化銅錫(以下稱(chēng)作ΙΤ0)、氧化銅鋅或者添加了氧化硅的氧化銅錫之類(lèi)的透光導(dǎo)電材料來(lái)形成像素電極層4030和對(duì)電極層4031。包含導(dǎo)電高分子(又稱(chēng)作導(dǎo)電聚合物)的導(dǎo)電組成能夠用于像素電極層4030和對(duì)電極層4031。使用導(dǎo)電成分所形成的像素電極優(yōu)選地在波長(zhǎng)550 nm具有小于或等于 10000歐姆每方塊(ohms per square)的表面電阻以及大于或等于70%的透射率。此外，導(dǎo)電合成物中包含的導(dǎo)電高分子的電阻率優(yōu)選地為小于或等于0.1 Ω ·_。作為導(dǎo)電高分子，能夠使用所謂的π電子共軛導(dǎo)電高分子。例如，能夠給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、它們的兩種或更多種的共聚物等寸。此外，各種信號(hào)和電位從FPC 4018提供給單獨(dú)形成的信號(hào)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路4003、掃描線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路4004或像素部分4002。端子電極4015使用與液晶元件4013中包含的像素電極層4030相同的導(dǎo)電膜來(lái)形成，并且端子電極4016使用與薄膜晶體管4010和4011中包含的源和漏電極層相同的導(dǎo)電膜來(lái)形成。連接端子電極4015通過(guò)各向異性導(dǎo)電膜4019電連接到FPC 4018中包含的端子。注意，圖15A至圖15C示出ー個(gè)示例，其中信號(hào)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路4003単獨(dú)形成并且安裝在第一襯底4001上；但是，本發(fā)明并不局限于此。掃描線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路可単獨(dú)形成然后再安裝，或者只有信號(hào)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路的部分或者掃描線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路的部分可単獨(dú)形成然后再安裝。適當(dāng)?shù)卦O(shè)置黑色矩陣(遮光層)、諸如起偏振構(gòu)件之類(lèi)的光學(xué)構(gòu)件(光學(xué)襯底)、 延遲(retardation)構(gòu)件或者抗反射構(gòu)件等。例如，可通過(guò)使用起偏振襯底和延遲襯底來(lái)采用圓偏振。另外，背光源、側(cè)光源等可用作光源。在有源矩陣液晶顯示裝置中，驅(qū)動(dòng)設(shè)置成矩陣形式的像素電極，以便在屏幕上形成顯示圖案。具體來(lái)說(shuō)，電壓施加在所選像素電極與對(duì)應(yīng)于像素電極的對(duì)電極之間，使得在光學(xué)上調(diào)制設(shè)置在像素電極與對(duì)電極之間的液晶層，并且這個(gè)光學(xué)調(diào)制由觀(guān)察者識(shí)別為顯示圖案。在顯示運(yùn)動(dòng)圖像中，液晶顯示裝置的問(wèn)題在干，液晶分子本身的長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間引起運(yùn)動(dòng)圖像的余像或模糊。為了改進(jìn)液晶顯示裝置的運(yùn)動(dòng)圖像特性，采用稱(chēng)作插黑的驅(qū)動(dòng)方法，其中每隔ー個(gè)幀期間在整個(gè)屏幕上顯示黑色。此外，可采用所謂的雙幀速率驅(qū)動(dòng)(double-frame rate driving)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，其中垂直同步頻率高達(dá)常規(guī)垂直同步頻率的1. 5倍或以上、優(yōu)選地為2倍或以上，由此改進(jìn)響應(yīng)速度。進(jìn)ー步備選地，為了改進(jìn)液晶顯示裝置的運(yùn)動(dòng)圖像特性，可采用ー種驅(qū)動(dòng)方法，其中多個(gè)LED (發(fā)光二極管)或者多個(gè)EL光源用于形成作為背光源的表面光源，并且表面光源的各光源在一個(gè)幀期間中按照脈沖方式來(lái)単獨(dú)驅(qū)動(dòng)。作為表面光源，可使用三種或更多種LED，或者還可使用發(fā)射白光的LED。由于能夠單獨(dú)控制多個(gè)LED，所以L(fǎng)ED的光發(fā)射定時(shí)能夠與光學(xué)調(diào)制液晶層的定時(shí)同歩。按照這種驅(qū)動(dòng)方法，LED能夠部分截止；因此，特別是在顯示具有顯示黑色的較大部分的圖像的情況下，能夠得到降低功率消耗的效果。通過(guò)組合這些驅(qū)動(dòng)方法，與常規(guī)液晶顯示裝置相比，液晶顯示裝置的顯示特性、如運(yùn)動(dòng)圖像特性能夠得到改進(jìn)。由于薄膜晶體管因靜電等而易于毀壞，所以保護(hù)電路優(yōu)選地還設(shè)置在與像素部分或驅(qū)動(dòng)器電路相同的襯底之上。保護(hù)電路優(yōu)選地使用包括氧化物半導(dǎo)體層的非線(xiàn)性元件來(lái)形成。例如，保護(hù)電路設(shè)置在像素部分與掃描線(xiàn)輸入端子之間以及像素部分與信號(hào)線(xiàn)輸入端子之間。在這個(gè)實(shí)施例中，設(shè)置多個(gè)保護(hù)電路，以使得防止像素晶體管等在因靜電等引起的浪涌電壓施加到掃描線(xiàn)、信號(hào)線(xiàn)和電容器總線(xiàn)線(xiàn)路時(shí)的毀壞。因此，保護(hù)電路形成為使得當(dāng)浪涌電壓施加到保護(hù)電路吋，向公共布線(xiàn)釋放電荷。此外，保護(hù)電路包括隔著掃描線(xiàn)相互平行設(shè)置的非線(xiàn)性元件。非線(xiàn)性元件包括諸如ニ極管之類(lèi)的ニ端元件或者諸如晶體管之類(lèi)的三端元件。例如，非線(xiàn)性元件能夠通過(guò)與像素部分中設(shè)置的薄膜晶體管相同的步驟來(lái)形成，并且能夠通過(guò)將柵極端子連接到非線(xiàn)性元件的漏極端子，使其具有與ニ極管相同的性質(zhì)。圖25示出ー個(gè)示例，其中液晶顯示模塊使用按照本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的制造方法制造的TFT襯底沈00作為半導(dǎo)體器件來(lái)形成。圖25示出液晶顯示模塊的ー個(gè)示例，其中TFT襯底沈00和對(duì)襯底沈01采用密封材料沈02相互固定，并且包括TFT等的像素部分沈03、包括液晶層的顯示元件沈04和著色層沈05設(shè)置在襯底之間以形成顯示區(qū)。另外，TFT襯底沈00和對(duì)襯底沈01分別提供有起偏振片沈07和起偏振片沈06。著色層沈05是執(zhí)行彩色顯示所需的。在RGB系統(tǒng)中，為像素提供與紅、綠和藍(lán)的顏色對(duì)應(yīng)的著色層。起偏振片2606和沈07以及擴(kuò)散片沈13設(shè)置在 TFT襯底沈00和對(duì)襯底沈01的外部。光源包括冷陰極管沈10和反射片2611，以及電路襯底沈12通過(guò)柔性線(xiàn)路板沈09連接到TFT襯底沈00的布線(xiàn)電路部分沈08，并且包括諸如控制電路或電源電路之類(lèi)的外部電路。起偏振片和液晶層可隔著延遲片來(lái)層疊。對(duì)于液晶顯示模塊，能夠使用扭轉(zhuǎn)向列(TN)模式、共面轉(zhuǎn)換(IPQ模式、邊緣場(chǎng)轉(zhuǎn)換(FR5)模式、軸向?qū)ΨQ(chēng)取向微單元(ASM)模式、光學(xué)補(bǔ)償雙折射(OCB)模式、鐵電液晶 (FLC)模式、反鐵電液晶(AFLC)模式等。因此，對(duì)于本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的半導(dǎo)體器件中沒(méi)有具體限制，并且能夠使用包括TN 液晶、OCB液晶、STN液晶、VA液晶、ECB液晶、GH液晶、聚合物擴(kuò)散液晶、盤(pán)狀液晶等的液晶。特別是，利用垂直取向(VA)模式的諸如透射液晶顯示裝置之類(lèi)的通常的黒色液晶面板是優(yōu)選的。給出作為垂直取向模式的ー些示例。例如，能夠使用多疇垂直取向(MVA)模式、 圖案垂直取向(PVA)模式、高級(jí)超視圖(ASV)模式等。本發(fā)明能夠應(yīng)用于VA液晶顯示裝置。VA液晶顯示裝置具有ー種形式，其中控制液晶顯示元件的液晶分子的取向。在VA液晶顯示裝置中，液晶分子在沒(méi)有施加電壓時(shí)相對(duì)于面板表面沿垂直方向取向。此外，能夠使用用以將像素分為某些區(qū)域(子像素)并且將液晶分子在其相應(yīng)區(qū)域中沿不同方向取向的稱(chēng)作多疇或多疇設(shè)計(jì)的方法。通過(guò)上述結(jié)構(gòu)，能夠制造作為半導(dǎo)體器件的極可靠液晶顯示面板。這個(gè)實(shí)施例能夠適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合任意其它實(shí)施例中所述的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。(實(shí)施例I5)
將描述作為半導(dǎo)體器件的電子紙的ー個(gè)示例。半導(dǎo)體器件能夠用于電子紙，其中電子墨水由電連接到開(kāi)關(guān)元件的元件來(lái)驅(qū)動(dòng)。 電子紙又稱(chēng)作電泳顯示裝置(電泳顯示器)，并且是有利的，因?yàn)樗哂信c普通紙張相同等級(jí)的可讀性，具有比其它顯示裝置更低的功率消耗，并且能夠使它薄而輕便。電泳顯示器能夠具有各種模式。電泳顯示器包含散布于溶劑或溶解物中的多個(gè)微囊，并且每個(gè)微囊包含帶正電的第一粒子和帶負(fù)電的第二粒子。通過(guò)將電場(chǎng)施加到微囊，微囊中的粒子沿彼此相反的方向移動(dòng)，并且僅顯示在一側(cè)所采集的粒子的顏色。注意，第一粒子和第二粒子各包含著色劑，并且在沒(méi)有電場(chǎng)時(shí)不移動(dòng)。此外，第一粒子和第二粒子具有不同顏色(可以是無(wú)色的)。因此，電泳顯示器是利用所謂的介電泳效應(yīng)的顯示器，通過(guò)介電泳效應(yīng)，具有高介電常數(shù)的物質(zhì)移動(dòng)到高電場(chǎng)區(qū)域。電泳顯示器不要求對(duì)于液晶顯示裝置是必要的起偏振片和對(duì)襯底。其中上述微囊散布于溶劑中的溶液稱(chēng)作電子墨水。電子墨水能夠印刷到玻璃、塑料、布匹、紙張等之上。通過(guò)使用濾色器或者包含色素的顆粒，彩色顯示器也是可能的。另外，如果多個(gè)微囊適當(dāng)?shù)卦O(shè)置在有源矩陣襯底之上以便夾入兩個(gè)電極之間，則有源矩陣顯示裝置能夠完成，并且顯示能夠通過(guò)向微囊施加電場(chǎng)來(lái)執(zhí)行。例如，能夠使用通過(guò)實(shí)施例1至4的任ー個(gè)中所述的薄膜晶體管所得到的有源矩陣襯底。注意，微囊中的第一粒子和第二粒子可使用從導(dǎo)電材料、絕緣材料、半導(dǎo)體材料、 磁性材料、液晶材料、鐵電材料、電致發(fā)光材料、電致變色材料和磁泳材料中選取的單ー材料來(lái)形成，或者使用任意這些材料的合成材料來(lái)形成。圖14示出作為半導(dǎo)體器件的一個(gè)示例的有源矩陣電子紙。半導(dǎo)體器件中使用的薄膜晶體管581能夠按照與實(shí)施例1中所述的薄膜晶體管相似的方式來(lái)制造。實(shí)施例2至 4的任ー個(gè)中所述的薄膜晶體管也能夠用作這個(gè)實(shí)施例的薄膜晶體管581。作為脫水或脫氫處理，在氮?dú)夥栈蚨栊詺怏w氣氛中或者在降低的壓カ下執(zhí)行熱處理，由此減少膜中包含的水分。然后，作為用于提供氧的處理，在氧的氣氛、氧和氮的氣氛或者空氣(露點(diǎn)優(yōu)選地低于或等于-40°C，更優(yōu)選地低于或等于_50°C)氣氛中執(zhí)行冷卻。這樣得到的氧化物半導(dǎo)體層用于薄膜晶體管581。因此，薄膜晶體管581是具有穩(wěn)定電特性的極可靠薄膜晶體管。圖14的電子紙是使用扭轉(zhuǎn)球顯示系統(tǒng)的顯示裝置的ー個(gè)示例。扭轉(zhuǎn)球顯示系統(tǒng)采用ー種方法，其中各以黑色和白色著色的球形粒子設(shè)置在作為用于顯示元件的電極層的第一電極層與第二電極層之間，并且電位差在第一電極層與第二電極層之間生成，以便控制球形粒子的取向，從而進(jìn)行顯示。在襯底580之上設(shè)置的薄膜晶體管581是底柵薄膜晶體管，并且覆蓋有與氧化物半導(dǎo)體層相接觸的絕緣膜583。薄膜晶體管581的源或漏電極層通過(guò)絕緣層585中形成的開(kāi)ロ與第一電極層587相接觸，由此薄膜晶體管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之間設(shè)置球形粒子589。各球形粒子589包括黒色區(qū)域590a、 白色區(qū)域590b以及填充有液體并圍繞黒色區(qū)域590a和白色區(qū)域594b而設(shè)置的空腔594。 球形粒子589的周邊填充有諸如樹(shù)脂之類(lèi)的填充物595 (參見(jiàn)圖14)。第一電極層587對(duì)應(yīng)于像素電極，而第二電極層588對(duì)應(yīng)于公共電極。第二電極層588電連接到設(shè)置在與薄膜晶體管581相同的襯底之上的公共電位線(xiàn)。借助于公共連接部分，第二電極層588能夠通過(guò)設(shè)置在襯底對(duì)之間的導(dǎo)電粒子電連接到公共電位線(xiàn)。此外，還能夠使用電泳元件代替扭轉(zhuǎn)球。使用直徑大約為10 ym至200 μπκ其中封裝透明液體、正充電白色微粒和負(fù)充電黑色微粒的微囊。在設(shè)置于第一電極層與第二電極層之間的微囊中，當(dāng)電場(chǎng)由第一電極層和第二電極層來(lái)施加吋，白色微粒和黑色微粒移動(dòng)到相對(duì)側(cè)，使得能夠顯示白色或黒色。使用這種原理的顯示元件是電泳顯示元件，并且ー 般稱(chēng)作電子紙。電泳顯示元件具有比液晶顯示元件要高的反射率，因此輔助光是不必要的， 功率消耗較低，并且甚至在昏暗位置也能夠識(shí)別顯示部分。另外，甚至當(dāng)沒(méi)有向顯示部分提供電カ吋，也能夠保持曾經(jīng)已經(jīng)顯示的圖像。相應(yīng)地，即使具有顯示功能的半導(dǎo)體器件(可簡(jiǎn)單地稱(chēng)作顯示裝置或者提供有顯示裝置的半導(dǎo)體器件)遠(yuǎn)離電波源，也能夠存儲(chǔ)所顯示的圖像。通過(guò)上述エ序，能夠制造作為半導(dǎo)體器件的極可靠電子紙。這個(gè)實(shí)施例能夠適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合任意其它實(shí)施例中所述的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。(實(shí)施例I6)
將描述作為半導(dǎo)體器件的發(fā)光顯示裝置的ー個(gè)示例。作為顯示裝置中包含的顯示元件，在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)光元件按照發(fā)光材料是有機(jī)化合物還是無(wú)機(jī)化合物來(lái)分類(lèi)。一般來(lái)說(shuō)，前一種稱(chēng)作有機(jī)EL元件，而后ー種稱(chēng)作無(wú)機(jī)EL 元件。在有機(jī)EL元件中，通過(guò)向發(fā)光元件施加電壓，電子和空穴從ー對(duì)電極單獨(dú)注入包含發(fā)光有機(jī)化合物的層，并且電流流動(dòng)。載流子(即電子和空穴)復(fù)合，并且因而激發(fā)發(fā)光有機(jī)化合物。發(fā)光有機(jī)化合物從激發(fā)狀態(tài)返回到基態(tài)，由此發(fā)光。由于這種機(jī)制，這個(gè)發(fā)光元件稱(chēng)作電流激發(fā)發(fā)光元件。無(wú)機(jī)EL元件按照其元件結(jié)構(gòu)分為分散類(lèi)型無(wú)機(jī)EL元件和薄膜無(wú)機(jī)EL元件。分散類(lèi)型無(wú)機(jī)EL元件具有發(fā)光層，其中發(fā)光材料的顆粒在粘合劑中分散，并且其發(fā)光機(jī)制是利用施主能級(jí)和受主能級(jí)的施主-受主復(fù)合類(lèi)型光發(fā)射。薄膜無(wú)機(jī)EL元件具有ー種結(jié)構(gòu)， 其中發(fā)光層夾在介電層之間，并且其光發(fā)射機(jī)制是利用金屬離子的內(nèi)殼電子躍遷的局部類(lèi)型光發(fā)射，其中介電層又夾在電極之間。注意，在這里使用有機(jī)EL元件作為發(fā)光元件來(lái)進(jìn)行描述。圖17作為半導(dǎo)體器件的一個(gè)示例來(lái)示出數(shù)字時(shí)間灰度驅(qū)動(dòng)(digital time grayscale driving)能夠適用的像素結(jié)構(gòu)的ー個(gè)示例。描述數(shù)字時(shí)間灰度驅(qū)動(dòng)能夠適用的像素的結(jié)構(gòu)和操作。這里描述ー個(gè)示例，其中一個(gè)像素包括在溝道形成區(qū)中使用氧化物半導(dǎo)體層的兩個(gè)η溝道晶體管。像素6400包括開(kāi)關(guān)晶體管6401、驅(qū)動(dòng)器晶體管6402、發(fā)光元件6404和電容器 6403。開(kāi)關(guān)晶體管6401的柵極連接到掃描線(xiàn)6406，開(kāi)關(guān)晶體管6401的第一電極(源電極和漏電極其中之一)連接到信號(hào)線(xiàn)6405，并且開(kāi)關(guān)晶體管6401的第二電極(源電極和漏電極中的另ー個(gè))連接到驅(qū)動(dòng)器晶體管6402的柵極。驅(qū)動(dòng)晶體管6402的柵極通過(guò)電容器 6403連接到電源線(xiàn)6407，驅(qū)動(dòng)晶體管6402的第一電極連接到電源線(xiàn)6407，并且驅(qū)動(dòng)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的第二電極對(duì)應(yīng)于公共電極6408。公共電極6408電連接到設(shè)置在與公共電極6408相同的襯底之上的公共電位線(xiàn)。發(fā)光元件6404的第二電極(公共電極6408)設(shè)置成低電源電位。注意，低電源電位是參考設(shè)置到電源線(xiàn)6407的高電源電位滿(mǎn)足低電源電位<高電源電位的電位。作為低電源電位，例如可采用GND、0 V等。高電源電勢(shì)與低電源電勢(shì)之間的電位差施加到發(fā)光元件 6404，并且將電流提供給發(fā)光元件6404，使得發(fā)光元件6404發(fā)光。在這里，為了使發(fā)光元件 6404發(fā)光，各電位設(shè)置成使得高電源電位與低電源電位之間的電位差高于或等于發(fā)光元件 6404的正向閾值電壓。注意，驅(qū)動(dòng)晶體管6402的柵電容可用作電容器6403的替代，使得可省略電容器 6403。驅(qū)動(dòng)晶體管6402的柵電容可在溝道區(qū)與柵電極之間形成。在電壓-輸入電壓驅(qū)動(dòng)方法的情況下，將視頻信號(hào)輸入到驅(qū)動(dòng)器晶體管6402的柵極，使得驅(qū)動(dòng)器晶體管6402處于充分導(dǎo)通或截止的兩種狀態(tài)的任ー種。也就是說(shuō)，驅(qū)動(dòng)器晶體管6402工作在線(xiàn)性區(qū)域。由于驅(qū)動(dòng)器晶體管6402工作在線(xiàn)性區(qū)域，所以比電源線(xiàn) 6407要高的電壓施加到驅(qū)動(dòng)器晶體管6402的柵極。注意，高于或等于下列值的電壓施加到信號(hào)線(xiàn)6405 電源線(xiàn)電壓+驅(qū)動(dòng)晶體管6402的Vth。在執(zhí)行模擬灰度驅(qū)動(dòng)而不是數(shù)字時(shí)間灰度驅(qū)動(dòng)的情況下，能夠通過(guò)改變信號(hào)輸入來(lái)使用與圖17中相同的像素結(jié)構(gòu)。在執(zhí)行模擬灰度驅(qū)動(dòng)的情況下，高于或等于下列值的電壓施加到驅(qū)動(dòng)器晶體管 6402的柵極發(fā)光元件6404的正向電壓+驅(qū)動(dòng)器晶體管6402的Vth。發(fā)光元件6404的正向電壓表示以其來(lái)得到預(yù)期亮度的電壓，并且至少包括正向閾值電壓。通過(guò)輸入視頻信號(hào)以使驅(qū)動(dòng)器晶體管6402能夠工作在飽和區(qū)域，能夠?qū)㈦娏魈峁┙o發(fā)光元件6404。為了在飽和區(qū)域操作驅(qū)動(dòng)器晶體管6402，電源線(xiàn)6407的電位設(shè)置成高于驅(qū)動(dòng)器晶體管6402的柵極電位。當(dāng)使用模擬視頻信號(hào)吋，有可能按照視頻信號(hào)將電流提供給發(fā)光元件6404，并且執(zhí)行模擬灰度驅(qū)動(dòng)。注意，圖17所示的像素結(jié)構(gòu)并不局限于此。例如，開(kāi)關(guān)、電阻器、電容器、晶體管、 邏輯電路等可添加到圖17所示的像素。接下來(lái)將參照?qǐng)D18A至圖18C來(lái)描述發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)。在這里，以η溝道驅(qū)動(dòng)器TFT為例來(lái)描述像素的截面結(jié)構(gòu)。用于圖18Α至圖18C所示的半導(dǎo)體器件的驅(qū)動(dòng)器TFT 7001,7011和7021能夠按照與實(shí)施例1中所述的薄膜晶體管相似的方式來(lái)制造。備選地， 實(shí)施例2至4中所述的薄膜晶體管的任一個(gè)能夠用作TFT 7001,7011和7021。作為脫水或脫氫處理，在氮?dú)夥栈蚨栊詺怏w氣氛中或者在降低的壓カ下執(zhí)行熱處理，由此減少膜中包含的水分。然后，作為用于提供氧的處理，在氧的氣氛、氧和氮的氣氛或者空氣(露點(diǎn)優(yōu)選地低于或等于-40°C，更優(yōu)選地低于或等于_50°C)氣氛中執(zhí)行冷卻。這樣得到的氧化物半導(dǎo)體層用于TFT 7001、7011和7021。因此，TFT 7001、7011和7021是具有穩(wěn)定電特性的極可靠薄膜晶體管。為了抽取發(fā)光元件的光發(fā)射，要求陽(yáng)極和陰極中的至少ー個(gè)是透明的。薄膜晶體管和發(fā)光元件在襯底之上形成。發(fā)光元件能夠具有頂部發(fā)光結(jié)構(gòu)，其中光發(fā)射通過(guò)與襯底相対的表面來(lái)抽??；底部發(fā)光結(jié)構(gòu)，其中光發(fā)射通過(guò)襯底側(cè)上的表面來(lái)抽??；或者雙重發(fā)光結(jié)構(gòu)，其中光發(fā)射通過(guò)與襯底相対的表面和襯底側(cè)上的表面來(lái)抽取。像素結(jié)構(gòu)能夠適用于具有這些發(fā)光結(jié)構(gòu)的任ー種的發(fā)光元件。將參照?qǐng)D18A來(lái)描述具有頂部發(fā)光結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件。圖18A是在驅(qū)動(dòng)器TFT 7001是η溝道TFT并且光從發(fā)光元件7002發(fā)射到陽(yáng)極 7005側(cè)的情況下的像素的截面圖。圖18Α中，發(fā)光元件7002的陰極7003電連接到驅(qū)動(dòng)器 TFT 7001，并且發(fā)光層7004和陽(yáng)極7005按照這個(gè)順序?qū)盈B在陰極7003之上。陰極7003能夠使用各種導(dǎo)電材料來(lái)形成，只要陰極7003是具有低功函數(shù)并且反射光的導(dǎo)電膜。例如， 優(yōu)選地使用Ga、Al、MgAg、AlLi等。發(fā)光層7004可使用單層或者層疊的多層來(lái)形成。當(dāng)發(fā)光層7004使用多層來(lái)形成吋，通過(guò)將電子注入層、電子傳輸層、發(fā)光層、空穴傳輸層和空穴注入層按照這個(gè)順序?qū)盈B在陰極7003之上，來(lái)形成發(fā)光層7004。不需要形成所有這些層。 使用諸如包含氧化鎢的氧化銅、包含氧化鎢的氧化銅鋅、包含氧化鈦的氧化銅、包含氧化鈦的氧化銅錫、氧化銅錫(以下稱(chēng)作ΙΤ0)、氧化銅鋅或者添加了氧化硅的氧化銅錫的膜之類(lèi)的透光導(dǎo)電膜來(lái)形成陽(yáng)極7005。發(fā)光元件7002對(duì)應(yīng)于其中發(fā)光層7004夾在陰極7003與陽(yáng)極7005之間的區(qū)域。 在圖18A所示的像素的情況下，光從發(fā)光元件7002發(fā)送到陽(yáng)極7005側(cè)，如箭頭所示。接下來(lái)將參照?qǐng)D18B來(lái)描述具有底部發(fā)光結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件。圖18B是在驅(qū)動(dòng)器TFT 7011是η溝道TFT并且光從發(fā)光元件7012發(fā)射到陰極7013側(cè)的情況下的像素的截面圖。 圖18Β中，發(fā)光元件7012的陰極7013在電連接驅(qū)動(dòng)器TFT 7011的透光導(dǎo)電膜7017之上形成，并且發(fā)光層7014和陽(yáng)極7015按照這個(gè)順序?qū)盈B在陰極7013之上。當(dāng)陽(yáng)極7015具有透光性質(zhì)時(shí)，用于反射或遮擋光的遮光膜7016可形成為覆蓋陽(yáng)極7015。如同圖18Α的情況中那樣，各種材料能夠用于陰極7013，只要陰極7013使用具有低功函數(shù)的導(dǎo)電材料來(lái)形成。陰極7013形成為具有能夠透射光的厚度(優(yōu)選地為大約5 nm至30 nm)。例如，厚度為20 nm的鋁膜能夠用作陰極7013。如同圖18A的情況中那樣，發(fā)光層7014可使用單層或者層疊的多層來(lái)形成。陽(yáng)極7015無(wú)需透射光，而是如圖18A的情況中那樣能夠使用透光導(dǎo)電材料來(lái)形成。作為遮光膜7016，例如能夠使用反射光的金屬等；但是并不局限于金屬膜。 例如，也能夠使用添加了黑色素的樹(shù)脂等。發(fā)光元件7012對(duì)應(yīng)于其中發(fā)光層7014夾在陰極7013與陽(yáng)極7015之間的區(qū)域。 在圖18B所示的像素的情況下，光從發(fā)光元件7012發(fā)射到陰極7013側(cè)，如箭頭所示。接下來(lái)將參照?qǐng)D18C來(lái)描述具有雙重發(fā)光結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件。圖18C中，發(fā)光元件 7022的陰極7023在電連接驅(qū)動(dòng)器TFT 7021的透光導(dǎo)電膜7027之上形成，并且發(fā)光層70 和陽(yáng)極7025按照這個(gè)順序?qū)盈B在陰極7023之上。如同圖18A的情況中那樣，各種材料能夠用于陰極7023，只要陰極7023使用具有低功函數(shù)的導(dǎo)電材料來(lái)形成。陰極7023形成為具有能夠透射光的厚度。例如，厚度為20 nm的鋁膜能夠用作陰極7023。此外，如同圖18A 的情況中那樣，發(fā)光層70M可使用單層或者層疊的多層來(lái)形成。陽(yáng)極7025可如圖18A的情況中那樣使用透光導(dǎo)電材料來(lái)形成。發(fā)光元件7022對(duì)應(yīng)于其中陰極7023、發(fā)光層70M和陽(yáng)極7025相互重疊的區(qū)域。 在圖18C所示的像素的情況下，光從發(fā)光元件7022發(fā)射到陽(yáng)極7025側(cè)和陰極7023側(cè)，如
箭頭所示。注意，雖然有機(jī)EL元件在這里描述為發(fā)光元件，但是無(wú)機(jī)EL元件也能夠作為發(fā)光元件來(lái)提供。注意，描述其中控制發(fā)光元件的驅(qū)動(dòng)的薄膜晶體管(驅(qū)動(dòng)器TFT)連接到發(fā)光元件的示例；但是可采用ー種結(jié)構(gòu)，其中用于電流控制的TFT連接在驅(qū)動(dòng)器TFT與發(fā)光元件之間。注意，半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)并不局限于圖18A至圖18C所示的那些結(jié)構(gòu)，而是能夠基于本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的技術(shù)按照各種方式來(lái)修改。接下來(lái)，將參照?qǐng)D16A和圖16B來(lái)描述發(fā)光顯示面板(又稱(chēng)作發(fā)光面板)的外觀(guān)和截面。圖16A是其中在第一襯底之上形成的薄膜晶體管和發(fā)光元件采用密封材料密封在第一襯底與第二襯底之間的面板的平面圖。圖16B是沿圖16A的線(xiàn)H-I所截取的截面圖。密封材料4505設(shè)置成使得包圍設(shè)置在第一襯底4501之上的像素部分4502、信號(hào)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路4503a和450 以及掃描線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路450 和4504b。另外，第二襯底4506 設(shè)置在像素部分4502、信號(hào)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路4503a和4503b以及掃描線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路450 和4504b之上。相應(yīng)地，像素部分4502、信號(hào)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路4503a和4503b以及掃描線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路450 和4504b連同填充物4507 —起通過(guò)第一襯底4501、密封材料4505和第二襯底 4506來(lái)密封。這樣，優(yōu)選的，面板采用保護(hù)膜(例如層壓膜或紫外線(xiàn)固化樹(shù)脂膜)或者具有高氣密和極小除氣的覆蓋材料來(lái)封裝(密封)，使得面板沒(méi)有暴露于外部空氣。在第一襯底4501之上形成的像素部分4502、信號(hào)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路4503a和4503b以及掃描線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路450 和4504b各包括多個(gè)薄膜晶體管，并且像素部分4502中包含的薄膜晶體管4510以及信號(hào)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路4503a中包含的薄膜晶體管4509在圖16B中作為示例示出。實(shí)施例1至10的薄膜晶體管的任ー個(gè)能夠適當(dāng)?shù)赜米鞅∧ぞw管4509和4510， 并且它們能夠使用與實(shí)施例1至10的薄膜晶體管相似的步驟和材料來(lái)形成。作為脫水或脫氫處理，在氮?dú)夥栈蚨栊詺怏w氣氛中或者在降低的壓カ下執(zhí)行熱處理，由此降低膜中包含的水分。然后，作為用于提供氧的處理，在氧的氣氛、氧和氮的氣氛或者空氣(露點(diǎn)優(yōu)選地低于或等于-40°c，更優(yōu)選地低于或等于-50°c)氣氛中執(zhí)行冷卻。這樣得到的氧化物半導(dǎo)體膜用于薄膜晶體管4509和4510。因此，薄膜晶體管4509和4510是具有穩(wěn)定電特性的極可靠薄膜晶體管。注意，用于驅(qū)動(dòng)器電路的薄膜晶體管4509具有其中導(dǎo)電層設(shè)置成使得與薄膜晶體管中的氧化物半導(dǎo)體層的溝道形成區(qū)重疊的結(jié)構(gòu)。在這個(gè)實(shí)施例中，薄膜晶體管4509和 4510是η溝道薄膜晶體管。導(dǎo)電層4540設(shè)置在絕緣層4542之上，以使得與用于驅(qū)動(dòng)器電路的薄膜晶體管 4509的氧化物半導(dǎo)體層的溝道形成區(qū)重疊。導(dǎo)電層4540設(shè)置成使得重疊氧化物半導(dǎo)體層的溝道形成區(qū)，由此能夠降低在BT測(cè)試之前和之后之間的薄膜晶體管4509的閾值電壓的變化量。此外，導(dǎo)電層4540的電位可與薄膜晶體管4509的柵電極層的電位相同或不同。導(dǎo)電層4540還能夠用作第二柵電極層。備選地，導(dǎo)電層4540的電位可以是GND或0 V，或者導(dǎo)電層4540可處于浮動(dòng)狀態(tài)。另外，導(dǎo)電層4540用于阻擋外部電場(chǎng)(具體來(lái)說(shuō)是阻擋靜電)，使得外部電場(chǎng)沒(méi)有影響內(nèi)部(包括薄膜晶體管的電路部分)。導(dǎo)電層4540的阻擋功能能夠防止因諸如靜電之類(lèi)的外部電場(chǎng)的影響引起的薄膜晶體管的電特性的變化。此外，絕緣層4542形成為覆蓋薄膜晶體管4510的氧化物半導(dǎo)體層。薄膜晶體管 4510的源電極層或漏電極層在薄膜晶體管之上設(shè)置的絕緣層4542和絕緣層4551中形成的開(kāi)口中電連接到布線(xiàn)層4550。布線(xiàn)層4550形成為與第一電極4517相接觸，并且薄膜晶體管4510通過(guò)布線(xiàn)層4550電連接到第一電極4517。絕緣層4542可使用與實(shí)施例1中所述的絕緣層407相似的材料和方法來(lái)形成。濾色器層4545在絕緣層4551之上形成，以使得與發(fā)光元件4511的發(fā)光區(qū)域重疊。此外，為了降低濾色器層4545的表面粗糙度，濾色器層4545覆蓋有用作平面化絕緣膜的覆蓋層4543。此外，絕緣層4544在覆蓋層4543之上形成。絕緣層4544可按照與實(shí)施例1中所述的保護(hù)絕緣層499相似的方式來(lái)形成，并且例如氮化硅膜可通過(guò)濺射方法來(lái)形成。參考標(biāo)號(hào)4511表示發(fā)光元件，并且作為發(fā)光元件4511中包含的像素電極的第一電極4517通過(guò)布線(xiàn)層4550電連接到薄膜晶體管4510的源電極層或漏電極層。注意，發(fā)光元件4511并不局限于第一電極層4517、電致發(fā)光層4512和第二電極4513的層疊結(jié)構(gòu)。發(fā)光元件4511的結(jié)構(gòu)能夠根據(jù)從發(fā)光元件4511抽取光的方向等等適當(dāng)?shù)馗淖?。隔?520使用有機(jī)樹(shù)脂膜、無(wú)機(jī)絕緣膜或有機(jī)聚硅氧烷來(lái)形成。特別優(yōu)選的是， 隔壁4520使用光敏材料來(lái)形成，以便在第一電極4517之上具有開(kāi)ロ部分，使得開(kāi)ロ部分的側(cè)壁作為具有連續(xù)曲率的斜面來(lái)形成。電致發(fā)光層4512可使用單層或者層疊的多層來(lái)形成。為了防止氧、氫、水分、ニ氧化碳等等進(jìn)入發(fā)光元件4511，保護(hù)膜可在第二電極層 4513和隔壁4520之上形成。作為保護(hù)膜，能夠形成氮化硅膜、氮化氧化硅膜、DLC膜等。另外，各種信號(hào)和電位從FPC 4518a和4518b提供給信號(hào)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路4503a和 4503b、掃描線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路450 和4504b或者像素部分4502。連接端子電極4515使用與發(fā)光元件4511中包含的第一電極層4517相同的導(dǎo)電膜來(lái)形成，并且端子電極4516使用與薄膜晶體管4509中包含的源和漏電極層相同的導(dǎo)電膜來(lái)形成。連接端子電極4515通過(guò)各向異性導(dǎo)電膜4519電連接到FPC 4518a中包含的端子。第一襯底4501和第二襯底4506在位于從發(fā)光元件4511抽取光的方向的情況下需要具有透光性質(zhì)。在那種情況下，諸如玻璃板、塑料板、聚酯膜或丙烯酸膜之類(lèi)的透光材料用于第一襯底4501和第二襯底4506。作為填充物4507，除了氮或者諸如氬之類(lèi)的惰性氣體之外，還能夠使用紫外線(xiàn)固化樹(shù)脂或熱固樹(shù)脂。例如，能夠使用聚氯乙烯(PVC)、丙烯酸、聚酰亞胺、環(huán)氧樹(shù)脂、硅樹(shù)脂、 聚乙烯醇縮丁醛(PVB)或乙烯醋酸乙烯酯(EVA)。例如，氮可用于填充物。另外，在需要時(shí)，諸如起偏振片、圓偏振片(包括橢圓偏振片)或延遲片(四分之一波片或半波片)之類(lèi)的光學(xué)膜可適當(dāng)?shù)卦O(shè)置在發(fā)光元件的發(fā)光表面上。此外，起偏振片或圓偏振片可提供有抗反射膜。例如，能夠執(zhí)行防眩光處理，通過(guò)該處理，反射光能夠通過(guò)表粗糙度來(lái)擴(kuò)散，以使得降低眩光。密封材料能夠使用絲網(wǎng)印刷方法、噴墨設(shè)備或配送設(shè)備來(lái)沉積。作為密封材料，通常能夠使用包含可見(jiàn)光固化樹(shù)脂、紫外線(xiàn)固化樹(shù)脂或者熱固樹(shù)脂的材料。此外，可包含填充物。信號(hào)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路4503a和4503b以及掃描線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路450 和4504b可作為使用單晶半導(dǎo)體膜或者多晶半導(dǎo)體膜在単獨(dú)制備的襯底之上形成的驅(qū)動(dòng)器電路來(lái)安裝。備選地，只有信號(hào)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路或其一部分或者只有掃描線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電路或其一部分可単獨(dú)形成并且安裝。這個(gè)實(shí)施例并不局限于圖16A和圖16B所示的結(jié)構(gòu)。通過(guò)上述エ序，能夠制造作為半導(dǎo)體器件的極可靠的發(fā)光顯示裝置(顯示面板)。這個(gè)實(shí)施例能夠適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合其它實(shí)施例中所述的結(jié)構(gòu)的任ー個(gè)來(lái)實(shí)現(xiàn)。(實(shí)施例17)
本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的半導(dǎo)體器件能夠適用于電子紙。電子紙能夠用于各種領(lǐng)域的電子裝置，只要它們顯示數(shù)據(jù)。例如，電子紙能夠應(yīng)用于電子書(shū)籍(電子書(shū))閱讀器、海報(bào)、諸如列車(chē)之類(lèi)的車(chē)輛中的廣告、諸如信用卡之類(lèi)的各種卡的顯示器。這類(lèi)電子裝置的示例如圖沈
51和圖27所示。圖沈示出使用電子紙所形成的海報(bào)沈31。在廣告介質(zhì)是印刷紙張的情況下，廣告由人力取代；但是，當(dāng)使用本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的電子紙時(shí)，廣告顯示能夠在短時(shí)間內(nèi)改變。此外，能夠在沒(méi)有顯示缺陷的情況下得到穩(wěn)定圖像。注意，海報(bào)可無(wú)線(xiàn)地傳送和接收數(shù)據(jù)。圖27示出作為電子書(shū)閱讀器的示例的電子書(shū)閱讀器2700。例如，電子書(shū)閱讀器 2700包括兩個(gè)殼體，即殼體2701和殼體2703。殼體2701和殼體2703與鉸鏈2711相結(jié)合， 使得電子書(shū)閱讀器2700能夠采用鉸鏈2711作為軸來(lái)開(kāi)啟和閉合。通過(guò)這種結(jié)構(gòu)，電子書(shū)閱讀器2700能夠像紙書(shū)ー樣進(jìn)行操作。顯示部分2705和顯示部分2707分別結(jié)合在殼體2701和殼體2703中。顯示部分 2705和顯示部分2707可顯示ー個(gè)圖像或者不同圖像。在其中顯示部分2705和顯示部分 2707顯示不同圖像的情況下，例如右側(cè)的顯示部分(圖27中的顯示部分270 能夠顯示文本，而左側(cè)的顯示部分(圖27中的顯示部分2707)能夠顯示圖形。圖27示出其中殼體2701提供有操作部分等的ー個(gè)示例。例如，殼體2701提供有電源開(kāi)關(guān)2721、操作按鍵2723、揚(yáng)聲器2725等。通過(guò)操作按鍵2723能夠翻頁(yè)。注意，鍵盤(pán)、指針裝置等也可設(shè)置在其上設(shè)置顯示部分的殼體的表面。此外，外部連接端子(耳機(jī)端子、USB端子、能夠連接到例如AC適配器和USB纜線(xiàn)等各種纜線(xiàn)的端子等等)、記錄介質(zhì)插入部分等等可設(shè)置在殼體的背面或側(cè)表面上。此外，電子書(shū)閱讀器2700可具有電子詞典的功能。電子書(shū)閱讀器2700可無(wú)線(xiàn)傳送和接收數(shù)據(jù)。通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信，預(yù)期書(shū)籍?dāng)?shù)據(jù)等等能夠從電子書(shū)籍服務(wù)器購(gòu)買(mǎi)和下載。(實(shí)施例18)
本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的半導(dǎo)體器件可適用于各種電子裝置(包括游戲機(jī))。電子裝置的示例是電視機(jī)(又稱(chēng)作電視或電視接收器)、計(jì)算機(jī)等的監(jiān)視器、諸如數(shù)碼相機(jī)或數(shù)碼攝像機(jī)之類(lèi)的照相裝置、數(shù)碼相框、移動(dòng)電話(huà)手機(jī)(又稱(chēng)作移動(dòng)電話(huà)或移動(dòng)電話(huà)裝置)、便攜游戲控制臺(tái)、便攜信息終端、音頻再現(xiàn)裝置、諸如彈球盤(pán)機(jī)之類(lèi)的大型游戲機(jī)等。圖28A示出電視機(jī)的ー個(gè)示例。在電視機(jī)9600中，顯示部分9603結(jié)合在殼體9601 中。顯示部分9603能夠顯示圖像。在這里，殼體9601由支架9605來(lái)支承。電視機(jī)9600能夠采用殼體9601的操作開(kāi)關(guān)或者獨(dú)立遙控器9610來(lái)操作。頻道和音量能夠采用遙控器9610的操作按鍵9609來(lái)控制，使得能夠控制顯示部分9603顯示的圖像。此外，遙控器9610可提供有顯示部分9607，用于顯示從遙控器9610所輸出的數(shù)據(jù)。注意，電視機(jī)9600提供有接收器、調(diào)制解調(diào)器等。借助于接收器，能夠接收一般電視廣播。此外，當(dāng)電視機(jī)9600采用有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)通過(guò)調(diào)制解調(diào)器連接到通信網(wǎng)絡(luò)吋，能夠執(zhí)行單向(從發(fā)送器到接收器)或雙向(在發(fā)送器與接收器之間或者在接收器之間)信息通
イロ' °圖28B示出數(shù)碼相框的ー個(gè)示例。例如，在數(shù)碼相框9700中，顯示部分9703結(jié)合到殼體9701中。顯示部分9703能夠顯示各種圖像。例如，顯示部分9703能夠顯示采用數(shù)碼相機(jī)等拍攝的圖像數(shù)據(jù)，并且用作普通相框。注意，數(shù)碼相框9700提供有操作部分、外部連接部分(例如USB端子、能夠連接到諸如USB纜線(xiàn)之類(lèi)的各種纜線(xiàn)的端子等)、記錄介質(zhì)插入部分等等。雖然這些組件可設(shè)置在其上設(shè)置了顯示部分的表面，但對(duì)于數(shù)碼相框9700的設(shè)計(jì)，優(yōu)選的是將它們?cè)O(shè)置在側(cè)表面或背面。例如，將存儲(chǔ)采用數(shù)碼相機(jī)所拍攝的圖像的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器插入數(shù)碼相框的記錄介質(zhì)插入部分，由此圖像數(shù)據(jù)可被傳遞以及然后在顯示部分9703上顯示。數(shù)碼相框9700可配置成無(wú)線(xiàn)傳送和接收數(shù)據(jù)?？刹捎闷渲袩o(wú)線(xiàn)傳遞預(yù)期圖像數(shù)據(jù)以便顯示的該結(jié)構(gòu)。圖29A示出便攜游戲機(jī)，并且包括兩個(gè)殼體，即売體9881和殼體9891，它們與接合部分9893連接，使得便攜游戲機(jī)能夠開(kāi)啟或折疊。顯示部分9882和顯示部分9883分別結(jié)合在殼體9881和殼體9891中。此外，圖29A所示的便攜游戲機(jī)提供有揚(yáng)聲器部分9884、 記錄介質(zhì)插入部分9886、LED燈9890、輸入部件(操作按鍵9885、連接端子9887、傳感器 9888(具有測(cè)量力、位移、位置、速度、加速度、角速度、轉(zhuǎn)數(shù)、距離、光、液體、磁、溫度、化學(xué)物質(zhì)、聲音、時(shí)間、硬度、電場(chǎng)、電流、電壓、電力、輻射射線(xiàn)、流率、濕度、梯度、振動(dòng)、氣味或紅外線(xiàn))和話(huà)筒9889)等等。不用說(shuō)，便攜游戲機(jī)的結(jié)構(gòu)并不局限于以上所述，而是能夠采用提供有本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的至少ー個(gè)半導(dǎo)體器件的其它結(jié)構(gòu)。便攜游戲機(jī)可適當(dāng)?shù)匕ㄆ渌o助設(shè)備。圖29A所示的便攜游戲機(jī)具有讀取記錄介質(zhì)中存儲(chǔ)的程序或數(shù)據(jù)以將它在顯示部分顯示的功能，以及通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信與另ー個(gè)便攜游戲機(jī)共享信息的功能。注意，圖29A所示的便攜游戲機(jī)的功能并不局限于以上所述的那些功能，而是便攜游戲機(jī)能夠具有各種功能。圖29B示出作為大型游戲機(jī)的投幣式游戲機(jī)的ー個(gè)示例。在投幣式游戲機(jī)9900 中，顯示部分9903結(jié)合在殼體9901中。另外，投幣式游戲機(jī)9900包括例如起動(dòng)桿或停止開(kāi)關(guān)、投幣孔、揚(yáng)聲器等操作部件。不用說(shuō)，投幣式游戲機(jī)9900的結(jié)構(gòu)并不局限于以上所述，而是能夠采用提供有本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的至少ー個(gè)半導(dǎo)體器件的其它結(jié)構(gòu)。投幣式游戲機(jī)9900可適當(dāng)?shù)匕ㄆ渌o助設(shè)備。圖30A是示出便攜計(jì)算機(jī)的一個(gè)示例的透視圖。圖30A的便攜計(jì)算機(jī)中，通過(guò)閉合連接頂部殼體9301和底部殼體9302的鉸鏈單元，具有顯示部分9303的頂部殼體9301和具有鍵盤(pán)9304的底部殼體9302能夠相互重疊。 因此，圖30A所示的便攜計(jì)算機(jī)方便攜帯。此外，在將鍵盤(pán)用于輸入數(shù)據(jù)的情況下，鉸鏈單元開(kāi)啟，以使得用戶(hù)能夠看著顯示部分9303來(lái)輸入數(shù)據(jù)。除了鍵盤(pán)9304之外，底部殼體9302還包括能夠用以執(zhí)行輸入的指針裝置9306。此外，當(dāng)顯示部分9303是觸控輸入面板時(shí)，輸入能夠通過(guò)觸摸顯示部分的一部分來(lái)執(zhí)行。底部殼體9302包括算木功能部分，例如CPU或硬盤(pán)。另外，底部殼體9302包括外部連接端ロ 9305，例如符合USB通信標(biāo)準(zhǔn)的通信纜線(xiàn)等的另ー個(gè)裝置插入其中。頂部殼體9301還包括顯示部分9307，顯示部分9307能夠通過(guò)在頂部殼體9301中滑動(dòng)而存放在其中。這樣，能夠?qū)崿F(xiàn)大顯示屏幕。另外，用戶(hù)能夠調(diào)整可存放顯示部分9307 的屏幕的取向。當(dāng)可存放顯示部分9307是觸控輸入面板時(shí)，輸入能夠通過(guò)觸摸可存放顯示部分的一部分來(lái)執(zhí)行。顯示部分9303或者可存放顯示部分9307使用液晶顯示面板、采用有機(jī)發(fā)光元件或無(wú)機(jī)發(fā)光元件的發(fā)光顯示面板等的圖像顯示裝置來(lái)形成。另外，圖30A中的便攜計(jì)算機(jī)可提供有接收器等，并且因而能夠接收電視廣播，以便在顯示部分顯示圖像。用戶(hù)能夠通過(guò)滑動(dòng)和展現(xiàn)顯示部分9307并且調(diào)整其角度，采用顯示部分9307的整個(gè)屏幕來(lái)觀(guān)看電視廣播，其中連接頂部殼體9301和底部殼體9302的鉸鏈閉合。在這種情況下，鉸鏈單元沒(méi)有開(kāi)啟，并且沒(méi)有在顯示部分9303上執(zhí)行顯示。另外，僅執(zhí)行用于顯示電視廣播的電路的啟動(dòng)。因此，可消耗最少功率，這對(duì)于其電池容量受限的便攜計(jì)算機(jī)是有用的。圖30B是示出用戶(hù)能夠像手表一祥佩戴在手腕上的移動(dòng)電話(huà)的一個(gè)示例的透視圖。移動(dòng)電話(huà)采用主體來(lái)形成，其中主體包括通信裝置，至少包括電話(huà)功能和電池； 帶部分，使主體能夠在手腕上佩戴；調(diào)整部分9205，用于將邊帶部分調(diào)整成適合手腕；顯示部分9201 ；揚(yáng)聲器9207 ；以及話(huà)筒9208。另外，主體包括操作開(kāi)關(guān)9203。操作開(kāi)關(guān)9203例如用作用于在推按開(kāi)關(guān)時(shí)啟動(dòng)因特網(wǎng)的程序的按鈕以及用于接通電源的開(kāi)關(guān)、用于轉(zhuǎn)換顯示器的開(kāi)關(guān)、用于指示開(kāi)始拍攝圖像的開(kāi)關(guān)等，并且能夠被使用以對(duì)應(yīng)于各功能。用戶(hù)能夠通過(guò)采用手指、輸入筆等等觸摸顯示部分9201，通過(guò)操縱操作開(kāi)關(guān) 9203，或者通過(guò)將語(yǔ)音輸入話(huà)筒9208，來(lái)將數(shù)據(jù)輸入到這個(gè)移動(dòng)電話(huà)。注意，在顯示部分 9201顯示的所顯示按鈕9202如圖30B所示。能夠通過(guò)采用手指等觸摸所顯示按鈕9202來(lái)執(zhí)行輸入。此外，主體包括相機(jī)部分9206，其中包括具有將通過(guò)相機(jī)鏡頭形成的對(duì)象的圖像轉(zhuǎn)換成電子圖像信號(hào)的圖像拾取部件。注意，不一定提供照相裝置部分。圖30B所示的移動(dòng)電話(huà)提供有電視廣播的接收器等，并且能夠通過(guò)接收電視廣播在顯示部分9201顯示圖像。另外，圖30B所示的移動(dòng)電話(huà)提供有諸如存儲(chǔ)器之類(lèi)的存儲(chǔ)器裝置等，并且能夠在存儲(chǔ)器中記錄電視廣播。圖30B所示的移動(dòng)電話(huà)可具有收集諸如GPS 之類(lèi)的位置信息的功能。液晶顯示面板、使用有機(jī)發(fā)光元件或無(wú)機(jī)發(fā)光元件的發(fā)光顯示面板等的圖像顯示裝置用作顯示部分9201。圖30B所示的移動(dòng)電話(huà)小巧輕便，并且因而具有有限電池容量。 因此，能夠以低功率消耗來(lái)驅(qū)動(dòng)的面板優(yōu)選地用作顯示部分9201的顯示裝置。注意，圖30B示出佩戴于手腕的電子裝置；但是這個(gè)實(shí)施例并不局限于此，只要采用便攜形狀。[示例 1]
在這個(gè)示例中，制造本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的薄膜晶體管，并且示出電特性評(píng)估的結(jié)果。將描述用于制造這個(gè)示例的薄膜晶體管的方法。作為基膜，厚度為150 nm的氧氮化硅膜通過(guò)CVD方法在玻璃襯底之上形成。作為柵電極層，厚度為150 nm的鎢膜通過(guò)濺射方法在氧氮化硅膜之上形成。作為柵絕緣層，厚度為100 nm的氧氮化硅膜通過(guò)濺射方法在柵電極層之上形成。在氬和氧的氣氛(氬氧=30 sccm: 15 sccm)中、在如下條件下使用h-Ga-Si-O 基氧化物半導(dǎo)體膜形成靶(In2O3:Gei203:SiO=I: 1:1 [摩爾比]，In:( :Zn = 1:1:0.5 [原子比])在柵絕緣層之上形成厚度為50 nm的半導(dǎo)體膜襯底與靶之間的距離為60 mm，壓カ 為0.4 Pa,以及RF電源為0. 5 kW。執(zhí)行蝕刻，由此形成島狀半導(dǎo)體層。半導(dǎo)體層的溫度在氮?dú)夥罩猩?. 5小吋，并且以450°C執(zhí)行ー小時(shí)加熱。然后， 在空氣氣氛中執(zhí)行冷卻。
作為源電極層和漏電極層，鈦膜(厚度為50 nm)、鋁膜(厚度為200 nm)和鈦膜 (厚度為50 nm)通過(guò)濺射方法堆疊在半導(dǎo)體層之上。作為絕緣層，厚度為300 nm的氧化硅膜在氬和氧的氣氛(氬氧=40 sccm:10sccm)中、在如下條件下在半導(dǎo)體層、源電極層和漏電極之上形成襯底與靶之間的距離為60 mm，壓カ為0. 4 Pa，以及RF電源為1. 5 kW。隨后，在氮?dú)夥罩幸?50°C執(zhí)行ー小時(shí)加熱。通過(guò)該過(guò)程，形成這個(gè)示例的薄膜晶體管。注意，薄膜晶體管中包含的半導(dǎo)體層具有3 μ m的溝道長(zhǎng)度(L)以及50 μ m的溝道寬度(W)。作為用于檢查薄膜晶體管的可靠性的方法，存在偏置溫度應(yīng)カ測(cè)試(以下稱(chēng)作BT 測(cè)試)。BT測(cè)試是ー種加速測(cè)試，并且通過(guò)長(zhǎng)期使用而引起的薄膜晶體管的特性的變化能夠通過(guò)這種方法立刻評(píng)估。具體來(lái)說(shuō)，在BT測(cè)試之前與之后之間的薄膜晶體管的閾值電壓的偏移量是檢查可靠性的重要指標(biāo)。由于BT測(cè)試之前與之后之間的閾值電壓的差較小，所以薄膜晶體管具有更高的可靠性。具體來(lái)說(shuō)，其上形成薄膜晶體管的襯底的溫度(襯底溫度)保持為常數(shù)值，并且在薄膜晶體管的源極和漏極設(shè)置成相同電位吋，與源極和漏極的電位不同的電位在一定期間施加到薄膜晶體管的柵極。襯底溫度可按照測(cè)試目的適當(dāng)?shù)卮_定。施加到柵極的電位高于源極和漏極的電位的BT測(cè)試稱(chēng)作+BT測(cè)試，而施加到柵極的電位低于源極和漏極的電位的 BT測(cè)試稱(chēng)作-BT測(cè)試。BT測(cè)試的測(cè)試強(qiáng)度能夠按照襯底溫度、施加到柵絕緣膜的電場(chǎng)強(qiáng)度的強(qiáng)度以及施加電場(chǎng)的時(shí)間來(lái)確定。施加到柵絕緣膜的電場(chǎng)的強(qiáng)度按照通過(guò)將柵極與源極和漏極之間的電位差除以柵絕緣膜的厚度所得到的值來(lái)確定。例如，當(dāng)施加到厚度為100 nm的柵絕緣膜的電場(chǎng)的強(qiáng)度調(diào)整為2 MV/cm吋，電位差設(shè)置為20 V。將描述示例1的薄膜晶體管的BT測(cè)試的結(jié)果。注意，電壓指的是兩個(gè)點(diǎn)的電位之間的差，而電位指的是在靜電場(chǎng)中的給定點(diǎn)處的單位電荷的靜電能量(電位能量)。注意，一般來(lái)說(shuō)，一點(diǎn)的電位與參考電位(例如地電位)之間的差只是稱(chēng)作電位或電壓，并且電位和電壓在許多情況下用作同義詞。因此，在本說(shuō)明書(shū)中，電位可改述為電壓，而電壓可改述為電位，除非另加說(shuō)明。在BT測(cè)試中，-BT測(cè)試在如下條件下執(zhí)行使得襯底溫度為150°C，施加到柵絕緣膜的電場(chǎng)強(qiáng)度為2 MV/cm,以及用于施加的時(shí)間期間為ー小吋。首先描述-BT測(cè)試。為了測(cè)量經(jīng)過(guò)BT測(cè)試的薄膜晶體管的初始特性，在如下條件下測(cè)量源扱-漏極電流(以下稱(chēng)作漏極電流(Id))襯底溫度設(shè)置為40°C，源極與漏極之間的電壓(以下稱(chēng)作漏極電壓(Vd))設(shè)置為1 V和10 V，以及源極與柵極之間的電壓(以下稱(chēng)作柵極電壓)在-20 V至+20 V的范圍之內(nèi)變化。也就是說(shuō)，測(cè)量Vg-Id特性。但是，如果不存在特定問(wèn)題，則測(cè)量可在室溫(25°C )或更低的溫度下執(zhí)行。隨后，在襯底溫度増加到150°C之后，薄膜晶體管的源極和漏極的電位設(shè)置為0 V。 然后，施加電壓，使得施加到柵絕緣膜的電場(chǎng)的強(qiáng)度為2 MV/cm。由于薄膜晶體管中的柵絕緣層的厚度在這里為100 nm，所以使-20 V的電壓保持施加到柵極ー小吋。電壓施加的時(shí)間在這里為ー小時(shí)；但是，時(shí)間可按照目的適當(dāng)?shù)卮_定。隨后，襯底溫度降低到40°C，同時(shí)電壓施加在柵極與源極和漏極之間。這時(shí)，如果電壓的施加在襯底溫度完全降低之前停止，則在BT測(cè)試中給予薄膜晶體管的損壞因剩余熱量而修復(fù)；因此，在施加電壓時(shí)，襯底溫度必須降低。在襯底溫度降低到40°C之后，電壓的施加停止。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，降低溫度的時(shí)間必須加入電壓施加的時(shí)間；但是，由于溫度實(shí)際上能夠在數(shù)分鐘之內(nèi)降低到40°C，所以這被認(rèn)為是錯(cuò)誤范圍，并且降低溫度的時(shí)間沒(méi)有加入施加的時(shí)間。Vg-Id特性則在與初始特性的測(cè)量相同的條件下測(cè)量，并且得到-BT測(cè)試之后的Vg-Id特性。注意，在BT測(cè)試中，重要的是對(duì)尚未執(zhí)行BT測(cè)試的薄膜晶體管執(zhí)行BT測(cè)試。例如，在對(duì)執(zhí)行了 +BT測(cè)試的薄膜晶體管執(zhí)行-BT測(cè)試時(shí)，-BT測(cè)試的結(jié)果因首先已經(jīng)執(zhí)行的+BT測(cè)試而無(wú)法正確評(píng)估。此外，對(duì)于其中對(duì)執(zhí)行了 +BT測(cè)試的薄膜晶體管執(zhí)行+BT測(cè)試的情況同樣適用。注意，這并不適用于考慮到這些影響而特意重復(fù)進(jìn)行BT測(cè)試的情況。圖M示出BT測(cè)試之前和之后的薄膜晶體管的Vg-Id特性。圖M中，水平軸表示以對(duì)數(shù)標(biāo)度示出的柵極電壓(Vg)，以及垂直軸表示以對(duì)數(shù)標(biāo)度示出的漏電極電流(Id)。圖M示出-BT測(cè)試之前和之后的薄膜晶體管的Vg-Id特性。初始特性(Vd = 1 V,10 V)表示-BT測(cè)試之前的薄膜晶體管的Vg-Id特性，以及-BT (Vd = 1 V,10 V)表示-BT測(cè)試之后的薄膜晶體管的Vg-Id特性。圖M表明，與初始特性(Vd = 1 V,10 V)的閾值電壓相比，很難觀(guān)測(cè)到-BT (Vd =1 V, 10 V)的閾值電壓的偏移。相應(yīng)地，由于在BT測(cè)試中很難觀(guān)測(cè)到閾值電壓的偏移，所以這個(gè)示例的薄膜晶體管在BT測(cè)試中確定為具有高可靠性的薄膜晶體管。本申請(qǐng)基于2009年11月20日向日本專(zhuān)利局提交的序號(hào)為2009-264768的日本專(zhuān)利申請(qǐng)，通過(guò)引用將其完整內(nèi)容結(jié)合于此。
權(quán)利要求
1.一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，包括下列步驟 在襯底之上形成第一絕緣層；將具有所述第一絕緣層的所述襯底引入保持在降低的壓力下的處理室中； 通過(guò)引入與從所述處理室中去除殘留水分同時(shí)地去除氫和水分的濺射氣體，使用附連到所述處理室的金屬氧化物靶，在所述第一絕緣層之上形成氧化物半導(dǎo)體層；通過(guò)在氮?dú)夥栈蛳∮袣怏w氣氛中的加熱處理來(lái)執(zhí)行所述氧化物半導(dǎo)體層的脫水處理或脫氫處理，然后通過(guò)在氧氣氛中的冷卻處理，將氧提供給所述氧化物半導(dǎo)體層； 通過(guò)濺射方法在所述氧化物半導(dǎo)體層之上形成第二絕緣層。
2.如權(quán)利要求1所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，通過(guò)加熱處理來(lái)執(zhí)行所述氧化物半導(dǎo)體層的所述脫水處理或者所述脫氫處理的步驟在降低的壓力下進(jìn)行。
3.如權(quán)利要求1所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述脫水處理或者所述脫氫處理通過(guò)以200°C至700°C的加熱處理來(lái)執(zhí)行。
4.如權(quán)利要求1所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，從在其中形成所述氧化物半導(dǎo)體層的所述處理室中，通過(guò)使用低溫泵的排空去除殘留水分。
5.如權(quán)利要求1所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，從在其中形成所述第二絕緣層的所述處理室中，通過(guò)使用低溫泵的排空去除殘留水分。
6.如權(quán)利要求1所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法， 其中，所述金屬氧化物靶是包含銦、鎵或鋅的金屬氧化物。
7.一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，包括下列步驟 在襯底之上形成柵電極層；在所述柵電極層之上形成柵絕緣層；將具有所述柵電極層和所述柵絕緣層的所述襯底引入保持在降低的壓力下的處理室中；通過(guò)引入與從所述處理室中去除殘留水分同時(shí)地去除氫和水分的濺射氣體，使用附連到所述處理室的金屬氧化物靶，在所述柵絕緣層之上形成氧化物半導(dǎo)體層；通過(guò)在氮?dú)夥栈蛳∮袣怏w氣氛中的加熱處理來(lái)執(zhí)行所述氧化物半導(dǎo)體層的脫水處理或脫氫處理，然后通過(guò)在氧氣氛中的冷卻處理，將氧提供給所述氧化物半導(dǎo)體層；在被提供了氧的所述經(jīng)脫水或脫氫的氧化物半導(dǎo)體層之上形成源電極層和漏電極層；以及通過(guò)濺射方法在所述柵絕緣層、所述氧化物半導(dǎo)體層、所述源電極層和所述漏電極層之上形成絕緣層。
8.如權(quán)利要求7所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，通過(guò)加熱處理來(lái)執(zhí)行所述氧化物半導(dǎo)體層的所述脫水處理或者所述脫氫處理的步驟在降低的壓力下進(jìn)行。
9.如權(quán)利要求7所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述脫水處理或者所述脫氫處理通過(guò)以200°C至700°C的加熱處理來(lái)執(zhí)行。
10.如權(quán)利要求7所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，從在其中形成所述氧化物半導(dǎo)體層的所述處理室中，通過(guò)使用低溫泵的排空去除殘留水分。
11.如權(quán)利要求7所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，從在其中形成所述絕緣層的所述處理室中，通過(guò)使用低溫泵的排空去除殘留水分。
12.如權(quán)利要求7所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法， 其中，保護(hù)絕緣層在所述絕緣層之上形成。
13.如權(quán)利要求7所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法， 其中，所述金屬氧化物靶是包含銦、鎵或鋅的金屬氧化物。
14.一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，包括下列步驟 在襯底之上形成柵電極層；在所述柵電極層之上形成柵絕緣層；將具有所述柵電極層和所述柵絕緣層的所述襯底引入保持在降低的壓力下的處理室中；通過(guò)引入與從所述處理室中去除殘留水分同時(shí)地去除氫和水分的濺射氣體，使用附連到所述處理室的金屬氧化物靶，在所述柵絕緣層之上形成氧化物半導(dǎo)體層；通過(guò)在氮?dú)夥栈蛳∮袣怏w氣氛中的加熱處理來(lái)執(zhí)行所述氧化物半導(dǎo)體層的脫水處理或脫氫處理，然后通過(guò)在氧和氮的氣氛或者具有露點(diǎn)低于或等于_40°C的空氣氣氛中的冷卻處理，將氧提供給所述氧化物半導(dǎo)體層；在被提供了氧的所述經(jīng)脫水或脫氫的氧化物半導(dǎo)體層之上形成源電極層和漏電極層；以及通過(guò)濺射方法在所述柵絕緣層、所述氧化物半導(dǎo)體層、所述源電極層和所述漏電極層之上形成絕緣層。
15.如權(quán)利要求14所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，通過(guò)加熱處理來(lái)執(zhí)行所述氧化物半導(dǎo)體層的所述脫水處理或者所述脫氫處理的步驟在降低的壓力下進(jìn)行。
16.如權(quán)利要求14所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述脫水處理或者所述脫氫處理通過(guò)以200°C至700°C的加熱處理來(lái)執(zhí)行。
17.如權(quán)利要求14所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，從在其中形成所述氧化物半導(dǎo)體層的所述處理室中，通過(guò)使用低溫泵的排空去除殘留水分。
18.如權(quán)利要求14所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，從在其中形成所述絕緣層的所述處理室中，通過(guò)使用低溫泵的排空去除殘留水分。
19.如權(quán)利要求14所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法， 其中，保護(hù)絕緣層在所述絕緣層之上形成。
20.如權(quán)利要求14所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法， 其中，所述金屬氧化物靶是包含銦、鎵或鋅的金屬氧化物。
全文摘要
一個(gè)目的是提供具有穩(wěn)定電特性的使用氧化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體器件。氧化物半導(dǎo)體層經(jīng)受在氮?dú)怏w或者諸如稀有氣體(例如氬或氦)之類(lèi)的惰性氣體氣氛中或者在降低的壓力下的用于脫水或脫氫處理的熱處理以及經(jīng)受在氧的氣氛、氧和氮的氣氛或者空氣(露點(diǎn)優(yōu)選地低于或等于40C，更優(yōu)選地低于或等于50C)氣氛中的用于提供氧的處理的冷卻步驟。因此，氧化物半導(dǎo)體層經(jīng)過(guò)高度純化，由此形成i型氧化物半導(dǎo)體層。制造包括具有氧化物半導(dǎo)體層的薄膜晶體管的半導(dǎo)體器件。
文檔編號(hào)H01L21/20GK102598285SQ20108005237
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2010年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月20日
發(fā)明者坂田淳一郎, 大原宏樹(shù), 山崎舜平, 細(xì)羽幸 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所