半導體裝置及其制造方法與流程

本發明涉及本發明涉及一種具有由將氧化物半導體膜用于溝道形成區域的薄膜晶體管(以下，稱為tft)構成的電路的半導體裝置及其制造方法。例如，涉及一種電子設備，其中安裝了發光顯示裝置作為其部件，這種發光顯示裝置是以有機發光元件或以液晶顯示板為代表的光電器件。

在本說明書中，半導體裝置指的是能夠通過利用半導體特性而工作的所有裝置，因此電光裝置、半導體電路及電子設備都是半導體裝置。

背景技術：

存在有多種金屬氧化物，并且它們用于各種各樣的用途。氧化銦是眾所周知的材料，且用作液晶顯示器等所必需的具有透光性的電極材料。

有的金屬氧化物呈現半導體特性。作為呈現半導體特性的金屬氧化物，例如，可以舉出氧化鎢、氧化錫、氧化銦、氧化鋅等，且已知將這種呈現半導體特性的金屬氧化物作為溝道形成區域的薄膜晶體管(參照專利文獻1至4、非專利文獻1)。

另外，作為金屬氧化物，不僅已知一元氧化物，而且已知多元氧化物。例如，作為包含in、ga及zn的多元氧化物半導體，已知具有同系物(homologouscompound)的ingao3(zno)m(m：自然數)(非專利文獻2至4)。

并且，已經確認到可以將上述那樣的由in-ga-zn類氧化物構成的氧化物半導體用作薄膜晶體管的溝道層(參照專利文獻5、非專利文獻5及6)。

專利文獻

[專利文獻1]日本專利申請公開昭60-198861號公報

[專利文獻2]日本專利申請公開平8-264794號公報

[專利文獻3]日本pct國際申請翻譯平11-505377號公報

[專利文獻4]日本專利申請公開2000-150900號公報

[專利文獻5]日本專利申請公開2004-103957號公報

[非專利文獻1]m.w.prins，k.o.grosse-holz，g.muller，j.f.m.cillessen，j.b.giesbers，r.p.weening，andr.m.wolf，″aferroelectrictransparentthin-filmtransistor″(透明鐵電薄膜晶體管)，appl.phys.lett.，17june1996，vol.68p.3650-3652

[非專利文獻2]m.nakamura，n.kimizuka，andt.mohri，″thephaserelationsinthein2o3-ga2zno4-znosystemat1350℃″(in2o3-ga2zno4-zno類在1350℃時的相位關系)，j.solidstatechem.，1991，vol.93，p.298-315

[非專利文獻3]n.kimizuka，m.isobe，andm.nakamura，″synthesesandsingle-crystaldataofhomologouscompounds，in2o3(zno)m(m＝3，4，and5)，ingao3(zno)3，andga2o3(zno)m(m＝7，8，9，and16)inthein2o3-znga2o4-znosystem″(同系物的合成和單晶數據，in2o3-znga2o4-zno類的in2o3(zno)m(m＝3，4，and5)，ingao3(zno)3，andga2o3(zno)m(m＝7，8，9，and16))，j.solidstatechem.，1995，vol.116，p.170-178

[非專利文獻4]中村真佐樹、君塚昇、毛利尚彥、磯部光正，″ホモロガス相、infeo3(zno)m(m：自然數)とその同型化合物の合成および結晶構造″(同系物、銦鐵鋅氧化物(infeo3(zno)m)(m為自然數)及其同型化合物的合成以及結晶結構)，固體物理(solidstatephysics)，1993，vol.28，no.5，p.317-327

[非專利文獻5]k.nomura，h.ohta，k.ueda，t.kamiya，m.hirano，andh.hosono，″thin-filmtransistorfabricatedinsingle-crystallinetransparentoxidesemiconductor″(由單晶透明氧化物半導體制造的薄膜晶體管)，science，2003，vol.300，p.1269-1272

[非專利文獻6]k.nomura，h.ohta，a.takagi，t.kamiya，m.hirano，andh.hosono，″room-temperaturefabricationoftransparentflexiblethin-filmtransistorsusingamorphousoxidesemiconductors″(室溫下的使用非晶氧化物半導體的透明柔性薄膜晶體管的制造)，nature，2004，vol.432p.488-492

在氧化物半導體中設置溝道形成區的薄膜晶體管可以實現比使用非晶硅的薄膜晶體管更高的場效應遷移率。

使用這些氧化物半導體在玻璃襯底、塑料襯底等上形成薄膜晶體管，并可以期待將其應用于液晶顯示器、電致發光顯示器或電子紙等的裝置。

在有源矩陣型的顯示裝置中，構成電路的薄膜晶體管的電特性重要，該電特性左右顯示裝置的性能。尤其是，在薄膜晶體管的電特性之中閾值電壓(vth)是重要的。不用說高場效應遷移率是較優選的，即使場效應遷移率高也當閾值電壓值高或閾值電壓值為負時，難以進行作為電路的控制。在薄膜晶體管的閾值電壓值高并且閾值電壓的絕對值大的情況下，當驅動電壓低時tft不能起到開關功能，有可能導致負載。另外，當閾值電壓值為負時，即使柵極電壓為ov的情況，在源電極和漏電極之間也有電流產生，容易變成所謂的常開啟狀態(normallyon)。

在采用n溝道型的薄膜晶體管的情況下，優選采用如下晶體管，即只有對柵電壓施加正的電壓才形成溝道，而產生漏極電流。只有提高驅動電壓才形成溝道的晶體管、或即使在負的電壓狀態下也能形成溝道而產生漏極電流的晶體管不適于用于電路的薄膜晶體管。

技術實現要素：

本發明的課題之一在于提供一種以使用氧化物半導體膜的薄膜晶體管的柵極電壓盡量近于0v的正的閾值電壓形成溝道。

此外，本說明書所公開的明的另一課題在于減少使用氧化物半導體膜的薄膜晶體管的電特性的不均勻。尤其是，在液晶顯示裝置中，各元件之間具有大的不均勻時可能會發生其tft特性的不均勻所導致的顯示不均勻。

另外，至于具有發光元件的顯示裝置也有如下憂慮：當以對像素電極流過一定的電流的方式配置的tft(對配置在驅動電路或像素的發光元件供給電流的tft)的導通電流(ion)的不均勻大時，在顯示屏幕中產生亮度的不均勻。

本發明的其它課題之一在于使用氧化物半導體提供可靠性高的半導體裝置。

本說明書所公開的發明的一個方式解決上述課題中的至少一個。

為了提高氧化物半導體層的特性并減少特性的不均勻，重要的是減少氧化物半導體層中的氫濃度。

于是，通過使用完全減少含氫量的氧化物半導體，提高薄膜晶體管的電特性，并且實現特性的不均勻少且可靠性高的薄膜晶體管。

在氧化物半導體設置溝道形成區的薄膜晶體管的特性受到氧化物半導體層的界面，即氧化物半導體層和柵極絕緣膜的界面、氧化物半導體層和保護絕緣膜的界面或氧化物半導體層和電極的界面的影響，并且還受到氧化物半導體層本身的特性的大影響。

不接觸于大氣地連續形成柵極絕緣膜、氧化物半導體層、溝道保護膜，以便在清潔狀態下形成上述界面。優選的是，通過在減壓下連續地形成這三層可以實現具有良好的界面的氧化物半導體層，并且可以實現tft的截止時的泄漏電流低且電流驅動能力高的薄膜晶體管。特別是，在包含流量比為50％以上且100％以下，優選為70％以上且100％以下的氧的氣氛中通過濺射法形成氧化物半導體層，可以防止對氧化物半導體層中的氫混入。

另外，作為氧化物半導體膜，可以使用如下狀態的氧化鋅(zno)的氧化物半導體，即非晶狀態、多晶狀態、或非晶狀態和多晶狀態混在一起的微晶狀態，所述氧化鋅中添加有元素周期表中第一族元素(例如，鋰(li)、鈉(na)、鉀(k)、銣(rb)、銫(cs))、第十三族元素(例如，硼(b)、鎵(ga)、銦(in)、鉈(tl))、第十四族元素(例如，碳(c)、硅(si)、鍺(ge)、錫(sn)、鉛(pb))、第十五族元素(例如，氮(n)、磷(p)、砷(as)、銻(sb)、鉍(bi))或第十七族元素(例如，氟(f)、氯(cl)、溴(br)、碘(i))等雜質元素中的一種或多種。或者還可以使用什么雜質元素都沒有添加的氧化鋅的非晶狀態、多晶狀態或非晶狀態和多晶狀態混在一起的微晶狀態的氧化物半導體。

作為具體的一例，可以使用氧化鎂鋅(mgxzn(1-x)o)、氧化鎘鋅(cdxzn(1-x)o)、氧化鎘(cdo)等的氧化物半導體、或者以ingao3(zno)5為代表的in-ga-zn-o類氧化物半導體(a-igzo)、in-sn-zn-o類氧化物半導體、ga-sn-zn-o類氧化物半導體、in-zn-o類氧化物半導體、sn-zn-o類氧化物半導體、in-sn-o類氧化物半導體或ga-zn-o類氧化物半導體中的任一種。另外，因為in-ga-zn-o類氧化物半導體是其能隙(eg)寬的材料，所以當在氧化物半導體膜上下設置兩個柵電極時也可以抑制截止電流的增大，所以是優選的。

此外，作為氧化物半導體膜，也可以使用通過使用包含siox的氧化物半導體靶并采用濺射法獲得的包含氧化硅的氧化物半導體膜，典型地通過使用包含0.1重量(wt)％以上且20重量％以下的sio2，優選包含1重量％以上且6重量％以下的sio2的氧化物半導體靶進行成膜，并使氧化物半導體膜包含阻礙晶化的siox(x＞0)，可以實現以薄膜晶體管的柵電壓盡量近于0v的正的閾值電壓形成溝道的薄膜晶體管。

可以使用脈沖激光蒸鍍法(pld法)及電子束蒸鍍法等的氣相法形成氧化物半導體層。在減少氫的觀點來看，優選采用在只有氧的氣氛下進行的濺射法。一般地，當采用濺射法時在包含ar、kr等的稀有氣體的氣氛中進行成膜，但是因為這些稀有氣體元素的質量比氧的質量大，所以有可能促進當進行濺射時附著到成膜處理室的內壁或工具的水分或碳化氫等的含氫的氣體的脫離。

通過作為濺射時的氣氛只使用氧，可以防止附著到成膜處理室的內壁或工具的氣體的脫離。但是，為了加快成膜速度，也可以不影響到從成膜處理室的內壁等的氣體脫離地混合氧和稀有氣體而使用。具體地，在將氧的流量比設定為50％以上且100％以下，優選設定為70％以上且100％以下的氣氛下進行濺射。

本說明書所公開的發明的一個方式是一種半導體裝置的制造方法，包括如下步驟：在具有絕緣表面的襯底上形成柵電極；在柵電極上不接觸大氣地層疊第一絕緣膜、通過在包含流量比為50％以上且100％以下，優選為70％以上且100％以下的氧的氣氛中進行濺射法來形成在第一絕緣膜上的氧化物半導體層、以及氧化物半導體層上的第二絕緣膜；對第二絕緣膜選擇性地進行蝕刻來在與柵電極重疊的位置形成保護膜；在氧化物半導體層及保護膜上形成導電膜；以及對導電膜和氧化物半導體層選擇性地進行蝕刻。

此外，本說明書所公開的發明的一個方式是一種半導體裝置的制造方法，包括如下步驟：在具有絕緣表面的襯底上形成柵電極；在柵電極上形成第一絕緣膜；在第一絕緣膜上形成導電膜；對導電膜選擇性地進行蝕刻來形成源電極或漏電極；不接觸大氣地層疊第一絕緣膜、通過在包含流量比為50％以上且100％以下，優選為70％以上且100％以下的氧的氣氛中采用濺射法形成在源電極或漏電極上的氧化物半導體層、以及氧化物半導體層上的第二絕緣膜；對第二絕緣膜和氧化物半導體層選擇性地進行蝕刻形成保護膜及島狀的半導體層；以及覆蓋保護膜及島狀的半導體層地形成第三絕緣膜。

本發明解決上述課題中的至少一個。

在上述制造工序中，將氧氮化硅膜用作第一絕緣膜及第二絕緣膜是特征中之一。通過采用將氧化物半導體層夾在氧氮化硅膜之間的結構，可以防止對氧化物半導體層的氫或水分等的侵入或擴散。例如可以在包含氧及氮的氣氛下通過將硅或氧化硅等用作濺射靶的濺射法形成氧氮化硅膜，或者通過高密度等離子體cvd等所謂的cvd法形成氧氮化硅膜。當通過cvd法進行成膜時，例如適當地混合硅烷、一氧化二氮、氮而用作反應氣體，即可。

濺射法包括如下方法：作為濺射電源使用高頻電源的rf濺射法、dc濺射法以及以脈沖方式施加偏壓的脈沖dc濺射法。rf濺射法主要用于絕緣膜的成膜，而dc濺射法主要用于形成金屬膜。

另外，也有可以設置材料不同的多個靶的多元濺射裝置。多元濺射裝置既可以在同一處理室中層疊形成不同的材料膜，又可以在同一處理室中同時對多種材料進行放電而進行成膜。

另外，也有使用磁控管濺射法的濺射裝置和使用ecr濺射法的濺射裝置：在使用磁控管濺射法的濺射裝置中，在處理室內部具備磁鐵機構；而在使用ecr濺射法的濺射裝置中，不使用輝光放電而利用使用微波產生的等離子體。

也可以將氧化硅膜或氮化硅膜等的絕緣膜用作第一絕緣膜或第二絕緣膜，但是通過使用含氮量為3原子％以上且30原子％以下的氧氮化硅膜，可以防止對氧化物半導體層的氫或水分等的侵入或擴散。優選以在薄膜晶體管中不產生磁滯或充電的條件形成絕緣膜。

此外，在利用濺射法的氧化物半導體的成膜中使用至少包含in、ga及zn的氧化物半導體靶，且需要盡量降低靶中的含氫濃度。利用sims分析可知在一般的氧化物半導體的靶中包含10²⁰atoms/cm³以上且10²¹atoms/cm³以下的氫，但是優選為10¹⁹atoms/cm³以下。

一般地，通過將靶材貼合到被稱為墊板的金屬板構成靶。例如，以相同的比率(in2o3∶ga2o3∶zno＝1∶1∶1[mol比])混合包含in(銦)、ga(鎵)及zn(鋅)的氧化物并在800℃以上的高溫進行燒結來制造氧化物半導體的靶材。通過在惰性氣體(氮或稀有氣體)下進行燒結，可以防止混入到靶材中的氫、水分或碳化氫等。也可以在真空中或高壓氣氛中進行燒結，而且還可以一邊施加機械壓力一邊進行燒結。

另外，靶材可以是非晶或結晶，并且如上所述使靶材包含0.1重量％以上且20重量％以下的sio2，優選包含1重量％以上且6重量％以下的sio2。在本說明書中，除了特別指定的情況以外，也有將靶材稱為靶的情形。

一般地，墊板用來冷卻靶材并用作濺射電極，所以主要使用導熱性及導電性優異的銅。通過在墊板的內部或背面形成冷卻路，且在冷卻路中循環用作冷卻劑的水或油脂等，可以提高靶的冷卻效率。但是，由于水的汽化溫度是100℃，因此當將靶保持為100℃以上時，不使用水而使用油脂等，即可。

例如，通過電子束熔解貼合靶材和墊板，即可。電子束熔接是指這樣的方法：通過使在真空氣氛中產生的電子加速而會聚，并將該電子照射到對象物，可以只熔化熔接所希望的部分而不損壞熔接部之外的材料性質地進行熔接。由于可以控制熔接部的形狀及熔接的深度，并且在真空中進行熔接，因此可以防止氫、水分或碳化氫等附著到靶材。

當傳送所制造的靶時，在將靶保持在真空氣氛中或惰性氣氛(氮或稀有氣體氣氛)中的狀態下進行傳送。通過這工序，可以防止氫、水分或碳化氫等附著到靶。

通過不暴露大氣而在惰性氣體氣氛(氮或稀有氣體氣氛)下將靶安裝到濺射裝置時，也可以防止氫、水分或碳化氫等附著到靶。

在將靶安裝到濺射裝置之后，進行脫氫處理以去除殘留在靶表面或靶材內部的氫，即可。作為脫氫處理，有在減壓下將成膜處理室加熱到200℃以上且600℃以下的方法、在加熱狀態下反復氮或惰性氣體的引入和排氣的方法等。作為此時的靶冷卻劑，不使用水而使用油脂等，即可。雖然在不加熱地反復氮的引入及排氣時也可以獲得一定的效應，但是更優選在加熱的狀態下進行上述工序。此外，也可以對成膜處理室內引入氧或惰性氣體或氧和惰性氣體的雙方并使用高頻波或微波來產生惰性氣體或氧的等離子體。雖然在不加熱的狀態下也可以獲得一定的效應，但是更優選在加熱的狀態下進行上述工序。

另外，作為用于濺射裝置等的真空裝置的真空泵，例如使用低溫泵，即可。低溫泵是指在真空室內設置極低溫面，且將真空室內的氣體分子凝結或吸附在該面上而進行捕捉，并進行排氣的泵。低溫泵的排氫或排水分能力高。

特別是，在使用所述加熱及其它的方法來充分地減少氣氛中的氫、水分、碳化氫之后，形成第一絕緣膜、氧化物半導體、第二絕緣膜。

作為在制造薄膜晶體管時使用的氣體，優選使用盡量減少氫、水分或碳化氫等的濃度的高純度氣體。通過在氣體供給源和各裝置之間設置精制裝置，可以進一步提高氣體純度。作為氣體純度，使用99.9999％以上的氣體，即可。此外，為了防止從氣體通過管內壁混入的氣體，使用將內表面進行鏡面拋光并由cr2o3或al2o3被動化的氣體通過管，即可。作為通過管的接頭(joint)或閥，使用不將樹脂用于密封劑部分中的全金屬閥，即可。

注意，在本說明書中，連續成膜是指如下狀態：在從第一成膜工序到第二成膜工序的一系列工序中，放置有被處理襯底的氣氛不接觸大氣等的污染氣氛而一直控制為真空或惰性氣體氣氛(氮氣氛或稀有氣體氣氛)。通過進行連續成膜，可以防止氫、水分或碳化氫等再次附著到清潔化了的被處理襯底地進行成膜。

此外，導電膜用作源電極或漏電極。優選使用鋁、或者添加有銅、硅、鈦、釹、鈧、鉬等提高耐熱性的元素或防止小丘產生的元素的鋁合金的單層或疊層形成導電膜。或者，也可以為在鋁或鋁合金的單層或疊層的、下側或上側的一方或雙方，層疊鈦、鉬、鎢等高熔點金屬層的結構。尤其，作為與氧化物半導體層的界面特性優良的材料，可舉出鈦。特別是，當作為導電膜使用鈦膜、鋁膜和鈦膜的疊層時，電阻低，并且因由鈦膜夾上面和下面而不容易產生鋁膜所引起的小丘，從而該疊層適合于源電極或漏電極。

另外，也可以采用在柵電極和第一絕緣膜之間還具有氮化硅膜或氧化硅膜的結構。也就是說，柵極絕緣膜也可以采用兩層或其以上的疊層，作為與氧化物半導體層接觸的最上層的膜即第一絕緣膜優選使用氧氮化硅膜，作為在其下層設置的絕緣膜也可以使用氮化硅膜或氧化硅膜。通過設置氮化硅膜或氧化硅膜，用作防止在tft的制造工序中襯底表面被蝕刻的蝕刻停止膜。氮化硅膜或氧化硅膜也具有如下作用：可以抑制因鈉等可移動離子從包含鈉等堿金屬的玻璃襯底侵入到半導體區域中而使tft的電特性變化。

可以實現使用氧化物半導體膜的薄膜晶體管的柵極電壓盡量接近于0v的正的閾值電壓形成溝道的結構。另外，可以減少閾值的不均勻、防止電特性的退化、以及減少tft偏移到常開啟狀態一側，更優選的是，可以消除偏移。

附圖說明

圖1a至圖1e是示出本發明的一個方式的薄膜晶體管的制造工序的截面圖；

圖2a至圖2f是示出本發明的一個方式的薄膜晶體管的制造工序的截面圖；

圖3a至圖3e是示出本發明的一個方式的薄膜晶體管的制造工序的截面圖；

圖4a至圖4e是示出本發明的一個方式的薄膜晶體管的制造工序的截面圖；

圖5a和圖5b是說明半導體裝置的框圖的圖；

圖6是說明信號線驅動電路的結構的圖；

圖7是說明信號線驅動電路的工作的時序圖；

圖8是說明信號線驅動電路的工作的時序圖；

圖9是說明移位寄存器的結構的圖；

圖10是說明觸發器的連接結構的圖；

圖11a1至圖11b是說明根據本發明的一個方式的半導體裝置的圖；

圖12是說明根據本發明的一個方式的半導體裝置的圖；

圖13是說明根據本發明的一個方式的半導體裝置的圖；

圖14是說明根據本發明的一個方式的半導體裝置的像素等效電路的圖；

圖15a至圖15c是說明根據本發明的一個方式的半導體裝置的圖；

圖16a和圖16b是說明根據本發明的一個方式的半導體裝置的圖；

圖17a和圖17b是說明電子紙的使用方式的例子的圖；

圖18是示出電子書閱讀器的一個方式的外觀圖；

圖19a和圖19b是示出電視裝置及數碼相框的一個方式的外觀圖；

圖20a和圖20b是示出游戲機的一個方式的外觀圖；

圖21a和圖21b是示出移動電話機的一個方式的外觀圖；

圖22a和圖22b是說明電子書閱讀器的一個方式的圖；

圖23是說明電子書閱讀器的一個方式的圖；

圖24a至圖24e是示出本發明的一個方式的薄膜晶體管的制造工序的截面圖；

圖25a至圖25c是示出氧化物半導體的霍爾(hall)效應測量結果的圖；

圖26是示出氧化物半導體層的xrd測量結果的圖。

具體實施方式

下面，將說明本發明的實施方式。

實施方式1

在本實施方式中，參照圖1a至圖1e說明薄膜晶體管及其制造工序。

首先，在襯底100上形成柵電極101(參照圖1a)。

作為襯底100，除了如鋇硼硅酸鹽玻璃、鋁硼硅酸鹽玻璃或鋁硅酸鹽玻璃等通過熔融法或浮法制造的無堿玻璃襯底、以及陶瓷襯底之外，還可以使用具有可耐受本制造工序的處理溫度的耐熱性的塑料襯底等。此外，還可以應用在不銹鋼合金等的金屬襯底的表面設置絕緣膜的襯底。作為襯底100的尺寸，可以使用320mm×400mm、370mm×470mm、550mm×650mm、600mm×720mm、680mm×880mm、730mm×920mm、1000mm×1200mm、1100mm×1250mm、1150mm×1300mm、1500mm×1800mm、1900mm×2200mm、2160mm×2460mm、2400mm×2800mm或2850mm×3050mm等。

另外，也可以在形成柵電極101之前，在襯底100上形成基底絕緣膜。作為基底絕緣膜，通過cvd法或濺射法等，以氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜或氮氧化硅膜的單層或疊層形成，即可。也可以在基底絕緣膜中添加少量的鹵族元素例如氟、氯等來使鈉等的可動離子固定化。優選的是，絕緣膜所包含的鹵族元素的濃度在于可通過采用sims(二次離子質譜分析計)的分析獲得的濃度峰值為1×10¹⁵cm^-3以上且1×10²⁰cm^-3以下的范圍內。

使用鈦、鉬、鉻、鉭、鎢、鋁等金屬材料或它們的合金材料來形成柵電極101。可以通過濺射法或真空蒸鍍法在襯底100上形成導電膜，通過光刻技術或噴墨法在該導電膜上形成掩模，并且使用該掩模蝕刻導電膜，來形成柵電極101。另外，也可以使用銀、金、銅等導電納米膏通過噴墨法噴出并焙燒來形成柵電極101。另外，作為為了提高柵電極101的密接性并防止柵電極101擴散到襯底或基底膜中的阻擋金屬，也可以在襯底100及柵電極101之間提供上述金屬材料的氮化物膜。另外，柵電極101可以由單層結構或疊層結構形成，例如可以使用在襯底100一側層疊鉬膜和鋁膜的結構、層疊鉬膜和鋁與釹的合金膜的結構、層疊鈦膜和鋁膜的結構、層疊鈦膜、鋁膜及鈦膜的結構等。

在此，通過濺射法形成鋁膜和鉬膜的疊層膜，并且利用光刻技術選擇性地進行蝕刻。此時，使用第一個光掩模。注意，由于在柵電極101上形成半導體膜及布線，因此優選將其端部加工為錐形，以便防止半導體膜及布線的斷裂。

接下來，以不接觸大氣的方式連續地形成成為柵極絕緣膜的第一絕緣膜102、半導體膜103、第二絕緣膜104(參照圖1b)。通過以不接觸大氣的方式連續地進行成膜，生產率高，并且薄膜界面的可靠性穩定。另外，可以形成各疊層界面而不被大氣中包含的水分、碳化氫及其它的污染雜質元素污染，且還可以防止氫被獲取到半導體膜中。

可以通過cvd法或濺射法等并使用氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜或氮氧化硅膜形成第一絕緣膜102及第二絕緣膜104。在此，作為第一絕緣膜102及第二絕緣膜104，通過rf濺射法形成含氮量為3原子％以上且30原子％以下的氧氮化硅膜。通過使用含氮量為3原子％以上且30原子％以下的氧氮化硅膜，可以防止侵入或擴散到半導體膜103中的氫或水分等。優選以在薄膜晶體管中不產生磁滯或充電的條件形成絕緣膜。

此外，第一絕緣膜102還可以采用兩層或兩層以上的疊層。作為與氧化物半導體層接觸的最上層的膜，優選使用氧氮化硅膜。作為設置在其下層的絕緣膜，還可以使用氮化硅膜或氧化硅膜。當作為柵電極101的材料使用可能產生小丘的材料時，這種下層膜還具有防止小丘的產生的效應。

在此，通過dc磁控濺射法形成用作半導體層103的氧化物半導體層(igzo半導體層)。在本說明書中，將使用包含in、ga及zn的氧化物半導體膜形成的半導體層記為“igzo半導體層”。igzo半導體層的金屬元素的組成比率的自由度高，并且以寬范圍的混合比用作半導體層。例如，作為一例也可以舉出含有10重量％的氧化鋅的氧化銦、或者將氧化銦、氧化鎵、氧化鋅分別以等摩爾混合的材料、或者膜中的金屬元素的存在比率為in∶ga∶zn＝2.2∶2.2∶1.0[atom比]的氧化物。為了減少薄膜晶體管的電特性的不均勻，igzo半導體層優選為非晶狀態。

在只有氧的氣氛中形成半導體膜103。一般地，當采用濺射法時往往在包含ar或kr等稀有氣體的氣氛中進行成膜，但是因為這些稀有氣體元素的質量比氧的質量大，所以促進當進行濺射時附著到成膜處理室的內壁或工具的水分或碳化氫等含氫的氣體的脫離。但是，為了提高成膜速度，也可以在不影響到從成膜處理室內壁等的氣體的脫離的范圍內混合氧和稀有氣體而使用。具體地，可以在氧的流量比為50％以上且100％以下，優選為70％以上且100％以下的氣氛下進行濺射。另外，當進行半導體膜103的成膜時，優選使襯底溫度為室溫(25℃)以上且低于200℃。

接著，為了對半導體膜103進行構圖，對第二絕緣膜104選擇性地進行蝕刻形成絕緣物106，而且對半導體膜103選擇性地進行蝕刻形成igzo半導體層105。通過使用氯氣體的干蝕刻法進行蝕刻。絕緣物106用作溝道保護膜。在這階段中，在半導體膜103被去除的區域中，柵極絕緣膜的表面露出。在此使用第二個光掩模。在氧氣氛下進行灰化處理去除當進行構圖時形成在第二絕緣膜104上的掩模。這階段的襯底的截面結構相當于圖1c所示的襯底的截面圖(參照圖1c)。為了盡量去除薄膜晶體管的制造工序中的水分，也可以不進行后面的使用水的清洗。

接著，優選以200℃以上且600℃以下，典型地以300℃以上且500℃以下進行熱處理。在此，在爐中，在包含氧的氮氣氛下以350℃進行一個小時的熱處理。通過該熱處理，進行igzo半導體層105的原子級的重新排列。由于通過該熱處理(也包括光退火)釋放阻礙載流子遷移的應變。另外，對于進行熱處理的時序，只要是在形成半導體膜103之后就沒有特別的限定。在本實施方式中，因采用由絕緣物106覆蓋igzo半導體層105上的結構而可以減少熱處理之后的igzo半導體層105的退化，所以是優選的。

接著，還去除絕緣物106的一部分并形成用來連接后面形成的源電極108或漏電極109和igzo半導體層105的接觸孔(開口)107。為了選擇性地進行蝕刻來形成使igzo半導體層105的一部分露出的接觸孔(開口)107，使用光刻技術。在此使用第三個光掩模。通過使用氯氣體的干蝕刻法進行蝕刻。對于在此的形成接觸孔(開口)107的蝕刻，使用蝕刻率與igzo半導體層10s充分不同的條件。此外，也可以通過激光照射，只選擇性地去除絕緣物106，從而形成接觸孔(開口)107。

將接觸孔(開口)107形成為盡量小以消除當形成時對igzo半導體層105帶來的氫、水分或碳化氫等的影響，即可。但是，如果形成為太小，則不能充分地獲得完成后的薄膜晶體管的特性，所以在沒有影響的范圍內形成為小，即可。

接著，形成成為源電極或漏電極的金屬多層膜。在此，通過dc磁控濺射法在鈦膜上層疊鋁膜，而且還在鋁膜上層疊鈦膜。通過在濺射處理室設置鈦靶和鋁靶并使用擋板按順序層疊而進行連續成膜，可以在同一處理室中連續地層疊。此時，也可以在只有ar或kr等的稀有氣體的氣氛中層疊。這是因為如下緣故：已經實現由第一絕緣膜102和第二絕緣膜104夾著igzo半導體層105的結構，特別是igzo半導體層105中的溝道形成區不受從處理室的內壁的氣體脫離所引起的氫、水分或碳化氫等的影響。

此外，也可以在形成金屬多層膜之前，對接觸孔(開口)107中的igzo半導體層進行反濺射來蝕刻約10nm左右。反濺射是指這樣的方法：不對靶一側施加電壓而在惰性氣體或氧氣氛下對襯底一側施加電壓來在襯底一側形成等離子體，以對表面進行蝕刻。通過反濺射，可以實現igzo半導體層和金屬多層膜之間的良好的界面狀態，并減少接觸電阻。

另外，也可以在igzo半導體層和金屬多層膜之間形成成為緩沖層的氧化物半導體膜。例如，可以使用氧化鈦、氧化鉬、氧化鋅、氧化銦、氧化鎢、氧化鎂、氧化鈣、氧化錫等。再者，還可以使用al-zn-o類非單晶膜或包含氮的al-zn-o類非單晶膜，即al-zn-o-n類非單晶膜。al-zn-o類氧化物半導體或al-zn-o-n類氧化物半導體所包含的鋁優選為1重量％以上且10重量％以下。

注意，在此所示的al-zn-o-n類氧化物半導體膜不意味著化學計量比為al∶zn∶o∶n＝1∶1∶1∶1，只為容易的表示而進行記載。可以根據成膜條件適當地調整這些元素的結構比率。

也可以使緩沖層包含賦予n型或p型的導電型的雜質。作為雜質元素，可以使用銦、鎵、鋁、鋅、錫等。

由于緩沖層的載流子濃度比igzo半導體層高，且其導電性優異，因此可以與源電極或漏電極和igzo半導體層直接接合的情況相比減少接觸電阻。

緩沖層還可以稱為源區或漏區。

接著，對金屬多層膜選擇性地進行蝕刻形成源電極108或漏電極109。在此，使用第四個光掩模。可以通過使用氯氣體的干蝕刻法蝕刻按順序層疊鈦膜、鋁膜和鈦膜而成的三層結構的導電膜。當在igzo半導體層和金屬多層膜之間形成緩沖層時也可以在進行金屬多層膜的蝕刻的同時對緩沖層進行蝕刻。該階段中的襯底的截面結構相當于圖1e所示的襯底的截面圖(參照圖1e)。

本實施方式中的溝道形成區是指如下區域，即igzo半導體層105的柵電極101和igzo半導體層105重疊的區域中的從用來使源電極108與igzo半導體層105連接的接觸孔(開口)107的端部到用來使漏電極109與igzo半導體層105連接的接觸孔(開口)107的端部。圖1d中的l1相當于溝道長度。

通過由含氮量為3原子％以上且30原子％以下的氧氮化硅膜夾著igzo半導體層105的溝道形成區，可以防止對溝道形成區侵入或擴散的氫或水分等。優選以在薄膜晶體管中不產生磁滯或充電的條件形成氧氮化硅膜。

實施方式2

在本實施方式中，參照圖2a至圖2f說明薄膜晶體管及其制造工序。另外，省略對于與實施方式1相同的部分或具有與此同樣的功能的部分以及工序的反復說明。

首先，在襯底200上形成柵電極201。在此使用第一個光掩模(參照圖2a)。

接著，不接觸大氣地連續形成成為柵極絕緣膜的第一絕緣膜202、第一半導體膜203、第二絕緣膜204(參照圖2b)。在此，作為第一絕緣膜202及第二絕緣膜204，通過rf濺射法形成含氮量為3原子％以上且30原子％以下的氧氮化硅膜，并且作為第一半導體膜203，通過對包含zn(鋅)的氧化物半導體(zno)使用包含0.1重量％以上且20重量％以下的sio2的氧化物半導體靶的dc磁控濺射法形成氧化物半導體層。如在實施方式1所說明，在只有氧的氣氛中形成氧化物半導體層，但是也可以使氧的流量比為50％以上且100％以下，優選為70％以上且100％以下，且混合稀有氣體的氣氛中形成氧化物半導體層。另外，優選的是，當進行第一半導體膜203的成膜時，優選使襯底溫度為室溫(25℃)以上且低于200℃。

接著，以只有使與柵電極重疊的位置、與成為第一半導體膜203的溝道形成區的位置重疊的部分殘留的方式對第二絕緣膜204進行蝕刻，來形成絕緣物206。絕緣物206用作溝道保護膜。為了選擇性地進行蝕刻形成絕緣物206，使用光刻技術。在此，使用第二個光掩模。在此的用來形成絕緣物206的蝕刻是通過干蝕刻法進行的，并使用蝕刻率與第一半導體膜203充分不同的條件(參照圖2c)。在氧氣氛下，進行灰化處理來去除當進行構圖時形成在第二絕緣膜204上的掩模。為了盡量去除薄膜晶體管的制造工序中的水分，也可以不進行后面的使用水的清洗。

此外，當形成絕緣物206時，也可以不使用光掩模而使用背面曝光并自對準地在重疊于柵電極的位置上選擇性地形成掩模。特別是，第一半導體膜203是氧化物半導體膜，并且它具有高透光性而適合于背面曝光。但是，當進行背面曝光時，第一絕緣膜202及第二絕緣膜204都需要為具有充分的透光性的材料。

接著，優選以200℃以上且600℃以下，典型地以300℃以上且500℃以下進行熱處理。在此，在爐中，在包含氧的氮氣氛下以350℃進行一個小時的熱處理。通過該熱處理，進行第一半導體膜203的原子級的重新排列。由于通過該熱處理(包括光退火)釋放阻礙載流子遷移的應變。另外，對于進行熱處理的時序，只要是在形成第一半導體膜203之后就沒有特別的限定。在本實施方式中，因采用由絕緣物206覆蓋第一半導體膜203上的結構而可以減少熱處理之后的第一半導體膜203的退化，所以是優選的。

接著，形成成為緩沖層的第二半導體膜212和成為源電極或漏電極的金屬多層膜211。在此，通過dc磁控濺射法形成用作第二半導體膜212的氧化鈦膜，在第二半導體膜212上層疊用作金屬多層膜211的鈦膜，在鈦膜上層疊鋁膜，再者在鋁膜上層疊鈦膜(參照圖2d)。

由于成為緩沖層的第二半導體膜212的載流子濃度比氧化物半導體層高，且其導電性優異，因此可以與源電極或漏電極和半導體層直接接合的情況相比，在設置緩沖層的情況下減少接觸電阻。

優選在形成成為緩沖層的第二半導體膜212之后，以200℃以上且600℃以下，典型地以300℃以上且500℃以下進行熱處理。在此，在爐中，在包含氧的氮氣氛下以350℃進行一個小時的熱處理。通過該熱處理，進行第二半導體膜212的原子級的重新排列。由于通過該熱處理(包括光退火)釋放阻礙載流子遷移的應變。

接著，對金屬疊層膜選擇性地進行蝕刻形成源電極208或漏電極209。在此，使用第三個光掩模。通過干蝕刻法進行蝕刻。此時，通過以可以對金屬多層膜211、第二半導體膜212和第一半導體膜203均進行蝕刻的條件進行蝕刻，可以以同一蝕刻工序形成源電極208、漏電極209、源極一側緩沖層213、漏極一側緩沖層214及半導體層205。絕緣物206用作溝道保護膜，防止溝道形成區的半導體層205受到蝕刻(參照圖2e)。

本實施方式中的溝道形成區是半導體層205中的柵電極201、半導體層205和絕緣物206重疊的區域，并且絕緣物206的寬度l2相當于溝道長度。

通過在半導體層205的溝道形成區的上層及下層中形成含氮量為3原子％以上且30原子％以下的氧氮化硅膜，并由氧氮化硅膜夾著溝道形成區，可以防止侵入或擴散到溝道形成區的氫或水分等。

另外，為了防止從半導體層側面部侵入或擴散的氫或水分等，也可以覆蓋薄膜晶體管地形成第三絕緣膜210。可以使用氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜或氮氧化硅膜形成第三絕緣膜210。例如，也可以通過濺射法形成含氮量為3原子％以上且30原子％以下的氧氮化硅膜。通過使用含氮量為3原子％至30原子％的氧氮化硅膜，可以防止侵入或擴散到薄膜晶體管的氫、水分或碳化氫等。優選以在薄膜晶體管中不產生磁滯或充電的條件形成氧氮化硅膜。

實施方式3

在本實施方式中，參照圖3a至圖3e說明薄膜晶體管及其制造工序。另外，省略對于與實施方式1相同的部分或具有與此同樣的功能的部分以及工序的反復說明。

首先，在襯底300上形成柵電極301。在此，使用第一個光掩模。

接著，形成成為柵極絕緣膜的第一絕緣膜302和成為源電極或漏電極的金屬多層膜311。

通過cvd法或濺射法等并使用氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜或氮氧化硅膜形成第一絕緣膜302。在此，作為第一個絕緣膜302，通過rf濺射法形成含氮量為3原子％以上且30原子％以下的氧氮化硅膜。

作為成為源電極或漏電極的金屬多層膜311，通過dc磁控濺射法在鈦膜上層疊鋁膜，且在鋁膜上層疊鈦膜(參照圖3a)。

接著，對金屬多層膜選擇性地進行蝕刻形成源電極308或漏電極309。在此，使用第二個光掩模(參照圖3b)。

接著，不接觸大氣地連續形成半導體膜303和第二絕緣膜304(參照圖3c)。作為半導體膜303使用氧化物半導體層(zno-siox(x＞0)半導體層)，該氧化物半導體層是通過dc磁控濺射法并使用使氧化鋅包含10重量％的氧化硅的靶形成的。如在實施方式1所說明，在只有氧的氣氛中形成氧化物半導體層，但是也可以將氧的流量比設定為50％以上且100％以下，優選設定為70％以上且100％以下，且混合稀有氣體的氣氛中形成氧化物半導體層。另外，當進行半導體膜303的成膜時，優選將襯底溫度設定為室溫(25℃)以上且低于200℃。

在此示出通過xrd測量的氧化物半導體層(zno-sio半導體層)的晶性評價結果。對于使氧化鋅包含7.5重量％、10重量％、12.5重量％的氧化硅的靶形成的三種氧化物半導體層(zno-sio半導體層)進行測量。

圖26示出xrd測量結果。橫軸表示對入射x射線的測量樣品和信號檢測部的旋轉角度(2θ)，而縱軸表示x射線衍射強度。在附圖中示出氧化硅的含量為7.5重量％時的測量結果601、氧化硅的含量為10重量％時的測量結果602、氧化硅的含量為12.5重量％的測量結果603。

根據圖26的測量結果可知：當氧化硅的含量為7.5重量％時檢測出呈現晶性的峰值604，但是當氧化硅的含量為10重量％以上時不檢測呈現晶性的峰值，且是非晶硅膜。另外，當zno-siox(x＞0)半導體層的氧化硅的含量為10重量％以上時，在進行700℃的熱處理時也可以保持非晶狀態。

也可以在形成半導體膜303之前，通過進行反濺射蝕刻第一絕緣膜302、源電極308及漏電極309的表面約10nm左右。通過進行反濺射，能夠去除附著到第一絕緣膜302、源電極308及漏電極309的表面的氫、水分或碳化氫等。

接著，為了對半導體膜303進行構圖，對第二絕緣膜304選擇性地進行蝕刻形成絕緣物306，而且對半導體膜303選擇性地進行蝕刻形成zno-siox(x＞0)半導體層305。在此使用第三個光掩模。在氧氣氛下通過灰化處理去除當構圖時形成在第二絕緣膜304上的掩模。絕緣物306用作溝道保護膜。通過干蝕刻法進行蝕刻。為了在薄膜晶體管的制造工序中盡量去除水分，也可以不進行后面的使用水的清洗。

接著，優選以200℃以上且600℃以下，典型地以300℃以上且500℃以下進行熱處理。在此，在爐中，在包含氧的氮氣氛下以350℃進行一個小時的熱處理。通過該熱處理，進行半導體層305的原子級的重新排列。由于通過該熱處理(包括光退火)釋放阻礙載流子遷移的應變。另外，對于進行熱處理的時序，只要是在形成半導體膜303之后就沒有特別的限定。在本實施方式中，因采用由絕緣物306覆蓋半導體層305上的結構而可以減少熱處理之后的半導體層305的退化，所以是優選的。

本實施方式中的溝道形成區是指zno-siox(x＞0)半導體層305中的柵電極301和zno-siox(x＞0)半導體層305重疊且被源電極308和漏電極309夾住的區域。源電極308和漏電極309之間的距離l3相當于溝道長度。

通過采用在半導體層305的溝道形成區的上層及下層形成含氮量為3原子％以上且30原子％以下的氧氮化硅膜，并由氧氮化硅膜夾著溝道形成區的結構，可以防止侵入或擴散到溝道形成區的氫或水分等。優選以在薄膜晶體管中不產生磁滯或充電的條件形成氧氮化硅膜。

另外，為了防止從zno-siox(x＞0)半導體層側面部侵入或擴散的氫或水分等，也可以覆蓋薄膜晶體管地形成第三絕緣膜310。優選以在薄膜晶體管中不產生磁滯或充電的條件形成第三絕緣膜310。使用氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜或氮氧化硅膜形成第三絕緣膜310。例如，也可以通過rf濺射法形成含氮量為3原子％以上且30原子％以下的氧氮化硅膜。通過使用含氮量為3原子％以上且30原子％以下的氧氮化硅膜，可以防止侵入或擴散到薄膜晶體管的氫或水分等。

此外，也可以根據需要在zno-siox(x＞0)半導體層和金屬疊層膜之間形成成為緩沖層的氧化物半導體膜。

實施方式4

在本實施方式中，參照圖4a至圖4e說明薄膜晶體管及其制造工序。另外，省略對于與實施方式1相同的部分或具有與此同樣的功能的部分以及工序的反復說明。

首先，在襯底400上形成柵電極401。在此使用第一個光掩模(參照圖4a)。

接著，不接觸大氣地連續形成成為柵極絕緣膜的第一絕緣膜402、第一半導體膜403、第二半導體膜412(參照圖4b)。在此，作為第一絕緣膜402，通過rf濺射法形成含氮量為3原子％以上且30原子％以下的氧氮化硅膜，作為第一半導體膜403，通過dc磁控濺射法形成igzo半導體層，并且作為第二半導體膜412形成al-zn-o-n類氧化物半導體膜。另外，當進行氧化物半導體膜的成膜時，優選將襯底溫度設定為室溫(25℃)以上且低于200℃。

注意，在此所示的al-zn-o-n類氧化物半導體膜不意味著化學計量比為al∶zn∶o∶n＝1∶1∶1∶1，只為容易的表示而進行記載。可以根據成膜條件適當地調整這些元素的結構比率。

接著，優選以200℃以下且600℃以下，典型地以300℃以下且500℃以下進行熱處理。在此，在爐中，在包含氧的氮氣氛下以350℃進行一個小時的熱處理。通過該熱處理，進行igzo半導體層及al-zn-o-n類氧化物半導體膜的原子級的重新排列。由于通過該熱處理(包括光退火)釋放阻礙載流子遷移的應變。另外，對于進行熱處理的時序，只要是在形成第一半導體膜403及第二半導體膜412之后就沒有特別的限定。

接著，為了對第一半導體膜403進行構圖，對第二半導體膜412選擇性地進行蝕刻，而且對第一半導體膜403選擇性地進行蝕刻形成igzo半導體層405。通過使用氯氣體的干蝕刻法進行蝕刻。第二半導體膜412用作緩沖層。在這階段中，在第一半導體膜403被去除的區域中，柵極絕緣膜的表面露出。在此使用第二個光掩模。在氧氣氛下進行灰化處理去除當進行構圖時形成在第二半導體膜412上的掩模。這階段的襯底的截面結構相當于圖4c所示的襯底的截面圖(參照圖4c)。為了盡量去除薄膜晶體管的制造工序中的水分，也可以不進行后面的使用水的清洗。

由于成為緩沖層的第二半導體膜412的載流子濃度比igzo半導體層高，且其導電性優異，因此可以與源電極或漏電極和igzo半導體層直接接合的情況相比，在設置緩沖層的情況下減少接觸電阻。

接著，形成成為源電極或漏電極的金屬多層膜。在此，通過dc磁控濺射法在鈦膜上層疊鋁膜，而且還在鋁膜上層疊鈦膜。通過在濺射處理室設置鈦靶和鋁靶并使用擋板按順序層疊而進行連續成膜，可以在同一處理室中連續地層疊。

接著，對金屬多層膜進行選擇性蝕刻形成源電極408或漏電極409。在此使用第三個光掩模。通過干蝕刻進行蝕刻。此時，可以對金屬多層膜和第二半導體膜412進行蝕刻，并采用與igzo半導體層405的蝕刻率充分不同的條件。由此，可以通過同一蝕刻工序形成源極一側緩沖層413及漏極一側緩沖層414(參照圖4d)。

接著，為了防止從外部侵入或擴散的氫或水分等，覆蓋薄膜晶體管地形成第三絕緣膜410。優選以在薄膜晶體管中不產生磁滯或充電的條件形成第三絕緣膜410。可以使用氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜或氮氧化硅膜形成第三絕緣膜410。例如，也可以通過rf濺射法形成含氮量為3原子％以上且30原子％以下的氧氮化硅膜。通過使用含氮量為3原子％以上且30原子％以下的氧氮化硅膜，可以防止侵入或擴散到薄膜晶體管的氫或水分等。

也可以在形成第三絕緣膜410之前，通過進行反濺射蝕刻igzo半導體層405、源電極408及漏電極409的表面約10nm左右。通過進行反濺射，去除附著到源電極408及漏電極409的表面的氫、水分或碳化氫等。

本實施方式中的溝道形成區是igzo半導體層405中的柵電極401和igzo半導體層405重疊且被源極一側緩沖層413及漏極一側緩沖層414夾住的區域。源極一側緩沖層413和漏極一側緩沖層414之間的距離l4相當于溝道長度(參照圖4e)。

通過采用在igzo半導體層405的溝道形成區的上層及下層形成含氮量為3原子％以上且30原子％以下的氧氮化硅膜，并由氧氮化硅膜夾著溝道形成區的結構，可以防止侵入或擴散到溝道形成區的氫或水分等。

實施方式5

在本實施方式中，參照圖24a至圖24e說明薄膜晶體管及其制造工序。另外，省略與實施方式1相同部分或具有同樣的功能的部分及工序的反復說明。

首先，在襯底700上形成柵電極701。在此使用第一個光掩模(參照圖24a)。

接著，不接觸大氣地連續形成成為柵極絕緣膜的第一絕緣膜702和半導體膜703(參照圖24b)。在此，作為第一絕緣膜702，通過rf濺射法形成含氮量為3原子％以上且30原子％以下的氧氮化硅膜，并且通過濺射法并使用對包含in(銦)、ga(鎵)及zn(鋅)的氧化物添加氧化硅的靶來形成半導體膜703。另外，當進行半導體膜703的成膜時，優選將襯底溫度設定為室溫(25℃)以上且低于200℃。

當形成半導體膜703時，另外進行用作半導體膜703的氧化物半導體膜的物性評價。圖25a示出用來對氧化物半導體膜的物性進行評價的物性評價用樣品510的立體視圖。制造物性評價用樣品510并在室溫下進行霍爾(hall)效應測量，來評價氧化物半導體膜的載流子濃度和霍爾遷移率。在襯底500上形成由氧氮化硅構成的絕緣膜501，在其上形成成為評價對象的氧化物半導體膜502，并在其上形成電極503至506制造物性評價用樣品510。對靶材添加2重量％、5重量％、10重量％的氧化硅的三種靶形成成為評價對象的氧化物半導體膜。對各氧化物半導體膜分別制造物性評價用樣品510在室溫下進行霍爾效應測量。再者，作為參考值，準備使用沒有添加氧化硅的靶形成氧化物半導體膜的樣品來進行同樣的評價。

圖25b示出從霍爾效應測量得出的氧化物半導體膜的載流子濃度。在圖25b中，橫軸表示氧化硅添加量，縱軸表示載流子濃度。隨著氧化硅添加量從0重量％增加為2重量％、5重量％、10重量％，各載流子濃度從1.6×10¹⁹/cm³降低為8.0×10¹⁷/cm³、2.7×10¹⁶/cm³、2.0×10¹²/cm³。

圖25c示出從霍爾效應測量得出的氧化物半導體膜的霍爾遷移率。在圖25c中，橫軸表示氧化硅添加量，縱軸表示霍爾遷移率。隨著氧化硅添加量從0重量％增加為2重量％、5重量％、10重量％，各載流子濃度從15.1cm²/vs降低為8.1cm²/vs、2.6cm²/vs、1.8cm²/vs。

從圖25b及圖25c所示的結果觀察到隨著氧化硅的添加量增加而載流子濃度和霍爾遷移率降低的趨勢，但是當氧化硅添加量為5重量％和10重量％時，霍爾遷移率沒有大的區別。由此，當對igzo半導體層添加氧化硅時，也可以對靶添加多于0重量％且10重量％以下的范圍的氧化硅，優選添加多于0重量％且6重量％以下的范圍的氧化硅。也就是說，載流子濃度在2.0×10¹²/cm³以上且低于1.6×10¹⁹/cm³的范圍內也可，但優選低于2.0×10¹⁶/cm³以上且1.6×10¹⁹/cm³的范圍內。此外，霍爾遷移率在1.8cm²/vs以上且低于15.1cm²/vs的范圍內也可，優選低于15.1cm²/vs且2.4cm²/vs以上的范圍內。

優選在形成半導體膜703之后，以200℃以上且600℃以下，典型地以300℃上以且500℃以下進行熱處理。在此，在爐中，在包含氧的氮氣氛下以350℃進行一個小時的熱處理。通過該熱處理，進行igzo半導體層的原子級的重新排列。由于通過該熱處理(包括光退火)釋放阻礙載流子遷移的應變。另外，對于進行熱處理的時序，只要是在形成半導體膜703之后就沒有特別的限定。

接著，為了對半導體膜703進行構圖，對半導體膜703選擇性地進行蝕刻形成igzo半導體層705。通過使用氯氣體的干蝕刻法進行蝕刻。在這階段中，在半導體膜703被去除的區域中，柵極絕緣膜的表面露出。在此使用第二個光掩模。在氧氣氛下進行灰化處理去除當進行構圖時形成在半導體膜703上的掩模。這階段的襯底的截面結構相當于圖24c所示的襯底的截面圖(參照圖24c)。為了盡量去除薄膜晶體管的制造工序中的水分，也可以不進行后面的使用水的清洗。

接著，形成成為源電極或漏電極的金屬多層膜。在此，通過dc磁控濺射法在鈦膜上層疊鋁膜，并且在鋁膜上層疊鈦膜。在濺射處理室中設置鈦靶及鋁靶并使用擋板按順序層疊而進行連續成膜，可以在同一處理室中連續地層疊。

接著，對金屬多層膜選擇性地進行蝕刻形成源電極708或漏電極709。在此使用第三個光掩模。通過干蝕刻法進行蝕刻。此時，可以對金屬多層膜進行蝕刻，并使用蝕刻率與igzo半導體層705充分不同的條件。由此，可以通過同一蝕刻工序形成源電極708及漏電極709(參照圖24d)。

接著，為了防止從外部侵入或擴散的氫或水分等，覆蓋薄膜晶體管地形成第三絕緣膜710。優選以在薄膜晶體管中不產生磁滯或充電的條件形成第三絕緣膜710。使用氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜或氮氧化硅膜形成第三絕緣膜710。例如，也可以通過rf濺射法形成含氮量為3原子％以上且30原子％以下的氧氮化硅膜。通過使用含氮量為3原子％以上且30原子％以下的氧氮化硅膜，可以防止侵入或擴散到薄膜晶體管的氫或水分等。

也可以在形成第三絕緣膜710之前，通過進行反濺射蝕刻igzo半導體層705、源電極708及漏電極709的表面約10nm左右。通過進行反濺射，能夠去除附著到源電極708及漏電極709的表面的氫、水分或碳化氫等。

本實施方式中的溝道形成區是igzo半導體層705中的柵電極701和igzo半導體層705重疊且被源電極708及漏電極709夾住的區域。源電極708和漏電極709之間的距離l5相當于溝道長度(參照圖24e)。

通過采用在igzo半導體層705的溝道形成區的上層及下層形成含氮量為3原子％以上且30原子％以下的氧氮化硅膜，并由氧氮化硅膜夾著溝道形成區的結構，可以防止侵入或擴散到溝道形成區的氫或水分等。

可以通過上述工序制造使用igzo半導體層的薄膜晶體管。

根據圖25c及圖26可知：通過添加氧化硅，可以獲得促進氧化物半導體層的非晶化并減少制造半導體裝置時的特性不均勻的效果。此外，包含在igzo半導體層中的ga具有促進非晶化的效果，但通過使用氧化硅代替ga可以減少或刪掉包含在igzo半導體層中的高價的ga來提高生產率。

實施方式6

在本實施方式中，在半導體裝置的一個方式的顯示裝置中，以下對至少在同一襯底上制造驅動電路的一部分和配置在像素部中的薄膜晶體管的例子進行說明。

配置在像素部的薄膜晶體管根據實施方式1至實施方式5而形成。另外，由于實施方式1至實施方式5所示的薄膜晶體管為n溝道型tft，所以將驅動電路中的可以由n溝道型tft構成的驅動電路的一部分形成在與像素部的薄膜晶體管同一襯底上。

圖5a示出半導體裝置的一個方式的有源矩陣型液晶顯示裝置的框圖的一例。圖5a所示的顯示裝置在襯底5300上包括：具有多個具備顯示元件的像素的像素部5301；選擇各像素的掃描線驅動電路5302；以及控制對被選擇的像素的視頻信號輸入的信號線驅動電路5303。

像素部5301通過從信號線驅動電路5303在列方向上延伸地配置的多個信號線s1至sm(未圖示)與信號線驅動電路5303連接，通過從掃描線驅動電路5302在行方向上延伸地配置的多個掃描線g1至gn(未圖示)與掃描線驅動電路5302連接，并且具有對應于信號線s1至sm以及掃描線g1至gn配置為矩陣狀的多個像素(未圖示)。并且，各個像素與信號線sj(信號線s1至sm中任一)、掃描線gi(掃描線g1至gn中任一)連接。

此外，實施方式1至實施方式5所示的薄膜晶體管是n溝道型tft，參照圖6說明由n溝道型tft構成的信號線驅動電路。

圖6所示的信號線驅動電路包括：驅動器ic5601；開關群5602_1至5602_m；第一布線5611；第二布線5612；第三布線5613；以及布線5621_1至5621_m。開關群5602_1至5602_m分別包括第一薄膜晶體管5603a、第二薄膜晶體管5603b以及第三薄膜晶體管5603c。

驅動器ic5601連接到第一布線5611、第二布線5612、第三布線5613及布線5621_1至5621_m。而且，開關群5602_1至5602_m分別連接到第一布線5611、第二布線5612、第三布線5613及分別對應于開關群5602_1至5602_m的布線5621_1至5621_m。而且，布線5621_1至5621_m分別通過第一薄膜晶體管5603a、第二薄膜晶體管5603b及第三薄膜晶體管5603c連接到三個信號線(信號線sm-2、信號線sm-1、信號線sm(m＝3m))。例如，第j列的布線5621_j(布線5621_1至布線5621_m中任一)通過開關群5602_j所具有的第一薄膜晶體管5603a、第二薄膜晶體管5603b及第三薄膜晶體管5603c連接到信號線sj-2、信號線sj-1、信號線sj(j＝3j)。

另外，對第一布線5611、第二布線5612、第三布線5613分別輸入信號。

另外，驅動器ic5601優選使用單晶半導體形成。再者，開關群5602_1至5602_m優選形成在與像素部同一襯底上。因此，優選在不同的襯底上形成驅動器ic5601和開關群5602_1至5602_m且通過fpc等連接驅動器ic5601和開關群5602_1至5602_m。或者，也可以在與像素部同一襯底上通過進行貼合設置單晶半導體層形成驅動器ic5601。

接著，參照圖7的時序圖說明圖6所示的信號線驅動電路的工作。另外，圖7的時序圖示出選擇第i行掃描線gi時的時序圖。再者，第i行掃描線gi的選擇期間被分割為第一子選擇期間t1、第二子選擇期間t2及第三子選擇期間t3。而且，圖6的信號線驅動電路在其他行的掃描線被選擇的情況下也進行與圖7相同的工作。

另外，圖7的時序圖示出第j列布線5621_j通過第一薄膜晶體管5603a、第二薄膜晶體管5603b及第三薄膜晶體管5603c連接到信號線sj-2、信號線sj-1、信號線sj的情況。

另外，圖7的時序圖示出第i行掃描線gi被選擇的時序、第一薄膜晶體管5603a的導通/截止的時序5703a、第二薄膜晶體管5603b的導通/截止的時序5703b、第三薄膜晶體管5603c的導通/截止的時序5703c及輸入到第j列布線5621_j的信號5721_j。

另外，在第一子選擇期間t1、第二子選擇期間t2及第三子選擇期間t3中，對布線5621_1至布線5621_m分別輸入不同的視頻信號。例如，在第一子選擇期間t1中輸入到布線5621_j的視頻信號輸入到信號線sj-2，在第二子選擇期間t2中輸入到布線5621_j的視頻信號輸入到信號線sj-1，在第三子選擇期間t3中輸入到布線5621_j的視頻信號輸入到信號線sj。再者，在第一子選擇期間t1、第二子選擇期間t2及第三子選擇期間t3中輸入到布線5621_j的視頻信號分別為data_j-2、data_j-1、data_j。

如圖7所示，在第一子選擇期間t1中，第一薄膜晶體管5603a導通，而第二薄膜晶體管5603b及第三薄膜晶體管5603c截止。此時，輸入到布線5621_j的data_j-2通過第一薄膜晶體管5603a輸入到信號線sj-2。在第二子選擇期間t2中，第二薄膜晶體管5603b導通，而第一薄膜晶體管5603a及第三薄膜晶體管5603c截止。此時，輸入到布線5621_j的data_j-1通過第二薄膜晶體管5603b輸入到信號線sj-1。在第三子選擇期間t3中，第三薄膜晶體管5603c導通，而第一薄膜晶體管5603a及第二薄膜晶體管5603b截止。此時，輸入到布線5621_j的data_j通過第三薄膜晶體管5603c輸入到信號線sj。

據此，圖6的信號線驅動電路通過將一個柵極選擇期間分割為三個而可以在一個柵極選擇期間中將視頻信號從一個布線5621輸入到三個信號線。因此，圖6的信號線驅動電路可以將形成有驅動器ic5601的襯底和形成有像素部的襯底的連接數設定為信號線數的大約1/3。通過將連接數設定為大約1/3，圖6的信號線驅動電路可以提高可靠性、成品率等。

另外，只要能夠如圖6所示，將一個柵極選擇期間分割為多個子選擇期間，并在多個子選擇期間的每一個中從某一個布線分別將視頻信號輸入到多個信號線，就不限制薄膜晶體管的配置、數量及驅動方法等。

例如，當在三個以上的子選擇期間的每一個期間中從一個布線將視頻信號分別輸入到三個以上的信號線時，追加薄膜晶體管及用來控制薄膜晶體管的布線，即可。但是，當將一個柵極選擇期間分割為四個以上的子選擇期間時，一個子選擇期間變短。因此，優選將一個柵極選擇期間分割為兩個或三個子選擇期間。

作為另一例，也可以如圖8的時序圖所示，將一個選擇期間分割為預充電期間tp、第一子選擇期間t1、第二子選擇期間t2、第三子選擇期間t3。再者，圖8的時序圖示出選擇第i行掃描線gi的時序、第一薄膜晶體管5603a的導通/截止的時序5803a、第二薄膜晶體管5603b的導通/截止的時序5803b、第三薄膜晶體管5603c的導通/截止的時序5803c以及輸入到第j列布線5621_j的信號5821_j。如圖8所示，在預充電期間tp中，第一薄膜晶體管5603a、第二薄膜晶體管5603b及第三薄膜晶體管5603c導通。此時，輸入到布線5621_j的預充電電壓vp通過第一薄膜晶體管5603a、第二薄膜晶體管5603b及第三薄膜晶體管5603c分別輸入到信號線sj-2、信號線sj-1、信號線sj。在第一子選擇期間t1中，第一薄膜晶體管5603a導通，第二薄膜晶體管5603b及第三薄膜晶體管5603c截止。此時，輸入到布線5621_j的data_j-2通過第一薄膜晶體管5603a輸入到信號線sj-2。在第二子選擇期間t2中，第二薄膜晶體管5603b導通，第一薄膜晶體管5603a及第三薄膜晶體管5603c截止。此時，輸入到布線5621_j的data_j-1通過第二薄膜晶體管5603b輸入到信號線sj-1。在第三子選擇期間t3中，第三薄膜晶體管5603c導通，第一薄膜晶體管5603a及第二薄膜晶體管5603b截止。此時，輸入到布線5621_j的data_j通過第三薄膜晶體管5603c輸入到信號線sj。

據此，因為應用圖8的時序圖的圖6的信號線驅動電路可以通過在子選擇期間之前設置預充電選擇期間來對信號線進行預充電，所以可以高速地進行對像素的視頻信號的寫入。另外，在圖8中，使用相同的附圖標記來表示與圖7相同的部分，而省略對于相同的部分或具有相同的功能的部分的詳細說明。

此外，說明掃描線驅動電路的結構。掃描線驅動電路包括移位寄存器、緩沖器。此外，根據情況，還可以包括電平移動器(levelshift)。在掃描線驅動電路中，通過對移位寄存器輸入時鐘信號(clk)及起始脈沖信號(sp)，生成選擇信號。所生成的選擇信號在緩沖器中被緩沖放大，并供給到對應的掃描線。掃描線連接有一條線用的像素的晶體管的柵電極。而且，由于需要將一條線用的像素的晶體管一齊導通，因此使用能夠產生大電流的緩沖器。

參照圖9和圖10說明用于掃描線驅動電路的一部分的移位寄存器的一個方式。

圖9示出移位寄存器的電路結構。圖9所示的移位寄存器由多個觸發器，即觸發器5701_1至5701_n構成。此外，輸入第一時鐘信號、第二時鐘信號、起始脈沖信號、復位信號來進行工作。

說明圖9的移位寄存器的連接關系。第一級的觸發器5701_1與第一布線5711、第二布線5712、第四布線5714、第五布線5715、第七布線5717_1及第七布線5717_2連接。此外，第二級的觸發器5701_2與第三布線5713、第四布線5714、第五布線5715、第七布線5717_1、第七布線5717_2及第七布線5717_3連接。

同樣地，第i級的觸發器5701_i(觸發器5701_1至5701_n中的任一)與第二布線5712或第三布線5713的一方、第四布線5714、第五布線5715、第七布線5717_i-1、第七布線5717_i、第七布線5717_i+1連接。在此，當i是奇數時，第i級的觸發器5701_i與第二布線5712連接，當i是偶數時，第i級的觸發器5701_i與第三布線5713連接。

此外，第n級的觸發器5701_n與第二布線5712或第三布線5713的一方、第四布線5714、第五布線5715、第七布線5717_n-1、第七布線5717_n及第六布線5716連接。

另外，第一布線5711、第二布線5712、第三布線5713、第六布線5716也可以分別稱為第一信號線、第二信號線、第三信號線、第四信號線。再者，第四布線5714、第五布線5715也可以分別稱為第一電源線、第二電源線。

接著，參照圖10說明圖9所示的觸發器的詳細結構。圖10所示的觸發器包括第一薄膜晶體管5571、第二薄膜晶體管5572、第三薄膜晶體管5573、第四薄膜晶體管5574、第五薄膜晶體管5575、第六薄膜晶體管5576、第七薄膜晶體管5577以及第八薄膜晶體管5578。另外，第一薄膜晶體管5571、第二薄膜晶體管5572、第三薄膜晶體管5573、第四薄膜晶體管5574、第五薄膜晶體管5575、第六薄膜晶體管5576、第七薄膜晶體管5577以及第八薄膜晶體管5578是n溝道型晶體管，并且當柵極-源極間電壓(vgs)超過閾值電壓(vth)時它們成為導通狀態。

此外，圖10所示的觸發器包括第一布線5501、第二布線5502、第三布線5503、第四布線5504、第五布線5505及第六布線5506。

在此，示出所有薄膜晶體管是增強型的n溝道型晶體管的例子，但是并不局限于此，例如當使用耗盡型的n溝道型晶體管時也可以使驅動電路驅動。

接著，下面示出圖10所示的觸發器的連接結構。

第一薄膜晶體管5571的第一電極(源電極或漏電極中的一方)連接到第四布線5504，并且第一薄膜晶體管5571的第二電極(源電極或漏電極中的另一方)連接到第三布線5503。

第二薄膜晶體管5572的第一電極連接到第六布線5506，并且第二薄膜晶體管5572的第二電極連接到第三布線5503。

第三薄膜晶體管5573的第一電極連接到第五布線5505，第三薄膜晶體管5573的第二電極連接到第二薄膜晶體管5572的柵電極，第三薄膜晶體管5573的柵電極連接到第五布線5505。

第四薄膜晶體管5574的第一電極連接到第六布線5506，第四薄膜晶體管5574的第二電極連接到第二薄膜晶體管5572的柵電極，并且第四薄膜晶體管5574的柵電極連接到第一薄膜晶體管5571的柵電極。

第五薄膜晶體管5575的第一電極連接到第五布線5505，第五薄膜晶體管5575的第二電極連接到第一薄膜晶體管5571的柵電極，并且第五薄膜晶體管5575的柵電極連接到第一布線5501。

第六薄膜晶體管5576的第一電極連接到第六布線5506，第六薄膜晶體管5576的第二電極連接到第一薄膜晶體管5571的柵電極，并且第六薄膜晶體管5576的柵電極連接到第二薄膜晶體管5572的柵電極。

第七薄膜晶體管5577的第一電極連接到第六布線5506，第七薄膜晶體管5577的第二電極連接到第一薄膜晶體管5571的柵電極，并且第七薄膜晶體管5577的柵電極連接到第二布線5502。

第八薄膜晶體管5578的第一電極連接到第六布線5506，第八薄膜晶體管5578的第二電極連接到第二薄膜晶體管5572的柵電極，并且第八薄膜晶體管5578的柵電極連接到第一布線5501。

另外，以第一薄膜晶體管5571的柵電極、第四薄膜晶體管5574的柵電極、第五薄膜晶體管5575的第二電極、第六薄膜晶體管5576的第二電極以及第七薄膜晶體管5577的第二電極的連接部分為節點5543。再者，以第二薄膜晶體管5572的柵電極、第三薄膜晶體管5573的第二電極、第四薄膜晶體管5574的第二電極、第六薄膜晶體管5576的柵電極及第八薄膜晶體管5578的第二電極的連接部作為節點5544。

另外，第一布線5501、第二布線5502、第三布線5503以及第四布線5504也可以分別稱為第一信號線、第二信號線、第三信號線、第四信號線。再者，第五布線5505、第六布線5506也可以分別稱為第一電源線、第二電源線。

在第i級的觸發器5701_i中，圖10中的第一布線5501和圖9中的第七布線5717_i-1連接。此外，圖10中的第二布線5502和圖9中的第七布線5717_i+1連接。此外，圖10中的第三布線5503和第七布線5517_i連接。再者，圖10中的第六布線5506和第五布線5715連接。

當i是奇數時，圖10中的第四布線5504與圖9中的第二布線5712連接。當i是偶數時，圖10中的第四布線5504與圖9中的第三布線5713連接。此外，圖10中的第五布線5505與圖9中的第四布線5714連接。

但是，在第一級的觸發器5701_1中，圖10中的第一布線5501連接到圖9中的第一布線5711。此外，在第n級的觸發器5701_n中，圖10中的第二布線5502連接到圖9中的第六布線5716。

此外，也可以僅使用實施方式1至實施方式5所示的n溝道型tft制造信號線驅動電路及掃描線驅動電路。因為實施方式1至實施方式5所示的n溝道型tft的晶體管遷移率大，所以可以提高驅動電路的驅動頻率。也就是說，將氧化物半導體層用于實施方式1至實施方式5所示的n溝道型tft來可以提高頻率特性(稱為f特性)。例如，由于可以使使用實施方式1至實施方式5所示的n溝道型tft的掃描線驅動電路進行高速工作，因此通過提高幀頻率可以實現黑屏插入。

再者，通過增大掃描線驅動電路的晶體管的溝道寬度，或配置多個掃描線驅動電路等，可以實現更高的幀頻率。在配置多個掃描線驅動電路的情況下，例如通過將周來驅動偶數行的掃描線的掃描線驅動電路配置在一例，并將用來驅動奇數行的掃描線的掃描線驅動電路配置在其相反一側，可以實現幀頻率的提高。另外，多個掃描線驅動電路向相同掃描線輸出信號有利于顯示裝置的大型化。

此外，在制造半導體裝置的一個方式的有源矩陣型發光顯示裝置的情況下，由于在至少一個像素中配置多個薄膜晶體管，因此優選配置多個掃描線驅動電路。圖5b示出有源矩陣型發光顯示裝置的框圖的一例。

圖5b所示的發光顯示裝置在襯底5400上包括：具有多個具備顯示元件的像素的像素部5401；選擇各像素的第一掃描線驅動電路5402及第二掃描線驅動電路5404；以及控制對被選擇的像素的視頻信號的輸入的信號線驅動電路5403。

在輸入到圖5b所示的發光顯示裝置的像素的視頻信號為數字方式的情況下，通過切換晶體管的導通和截止，像素處于發光或非發光狀態。因此，可以采用區域灰度法或時間灰度法進行灰度級顯示。區域灰度法是這樣的驅動法：通過將一個像素分割為多個子像素并根據視頻信號分別驅動各子像素，來進行灰度級顯示。此外，時間灰度法是這樣的驅動法：通過控制像素發光的期間，來進行灰度級顯示。

因為發光元件的響應速度比液晶元件等快，所以與液晶元件相比適合于時間灰度法。在具體地采用時間灰度法進行顯示的情況下，將一個幀期間分割為多個子幀期間。然后，根據視頻信號，在各子幀期間中使像素的發光元件處于發光或非發光狀態。通過將一個幀期間分割為多個子幀期間，可以利用視頻信號控制在一個幀期間中像素實際上發光的期間的總長度，并可以顯示灰度級。

另外，在圖5b所示的發光顯示裝置中示出一種例子，其中當在一個像素中配置兩個開關用tft時，使用第一掃描線驅動電路5402生成輸入到一個開關用tft的柵極布線的第一掃描線的信號，而使用第二掃描線驅動電路5404生成輸入到另一個開關用tft的柵極布線的第二掃描線的信號。但是，也可以共同使用一個掃描線驅動電路生成輸入到第一掃描線的信號和輸入到第二掃描線的信號。此外，例如根據一個像素所具有的開關用tft的數量，可能會在各像素中設置多個用來控制開關元件的工作的掃描線。在此情況下，既可以使用一個掃描線驅動電路生成輸入到多個掃描線的所有信號，也可以使用多個掃描線驅動電路分別生成輸入到多個第一掃描線的所有信號。

此外，在發光顯示裝置中也可以將驅動電路中的能夠由n溝道型tft構成的驅動電路的一部分形成在與像素部的薄膜晶體管同一襯底上。另外，也可以僅使用實施方式1至實施方式5所示的n溝道型tft制造信號線驅動電路及掃描線驅動電路。

此外，上述驅動電路并不限于用在液晶顯示裝置或發光顯示裝置，還可以用于利用與開關元件電連接的元件來驅動電子墨水的電子紙。電子紙也稱為電泳顯示裝置(電泳顯示器)，并具有如下優點：與紙相同程度的易讀性、耗電量比其他的顯示裝置小、可形成為薄且輕的形狀。

實施方式7

可以通過制造實施方式1至實施方式5所示的薄膜晶體管并將該薄膜晶體管用于像素部，進一步說用于驅動電路來制造具有顯示功能的半導體裝置(也稱為顯示裝置)。此外，可以將使用實施方式1至實施方式5所示的薄膜晶體管的驅動電路的一部分或整體一體形成在與像素部相同襯底上，來形成系統型面板(system-on-panel)。

顯示裝置包括顯示元件。作為顯示元件，可以使用液晶元件(也稱為液晶顯示元件)、發光元件(也稱為發光顯示元件)。在發光元件的范圍內包括利用電流或電壓控制亮度的元件，具體而言，包括無機el(electroluminescence：電致發光)元件、有機el元件等。此外，也可以使用電子墨水等的對比度因電作用而變化的顯示介質。

此外，顯示裝置包括密封有顯示元件的狀態的面板和在該面板中安裝有包括控制器的ic等的狀態的模塊。再者，關于在制造該顯示裝置的過程中相當于顯示元件完成之前的一個方式的元件襯底該元件襯底在多個像素中分別具備用于將電流供給到顯示元件的單元。具體地，元件襯底既可以是只形成有顯示元件的像素電極的狀態，又可以是在形成成為像素電極的導電膜之后且在進行蝕刻形成像素電極之前的狀態。元件襯底可以采用各種方式。

另外，本說明書中的顯示裝置是指圖像顯示器件、顯示器件、或光源(包括照明裝置)。另外，顯示裝置還包括安裝有連接器諸如fpc(flexibleprintedcircuit：柔性印刷電路)、tab(tapeautomatedbonding：載帶自動鍵合)帶或tcp(tapecarrierpackage：載帶封裝)的模塊；或者將印刷線路板設置于tab帶或tcp端部的模塊；或者通過cog(chiponglass：玻璃上芯片)方式將ic(集成電路)直接安裝到顯示元件上的模塊。

在本實施方式中，參照圖11a1、圖11a2和圖11b說明相當于半導體裝置的一個方式的液晶顯示面板的外觀及截面。圖11a1和圖11a2是一種面板的俯視圖，其中利用密封材料4005將形成在第一襯底4001上的實施方式1至實施方式5所示的使用氧化物半導體層的可靠性高的薄膜晶體管4010、4011及液晶元件4013密封在第一襯底4001和第二襯底4006之間。圖11b相當于沿著圖11a1和圖11a2的線m-n的截面圖。

以圍繞設置在第一襯底4001上的像素部4002和掃描線驅動電路4004的方式設置有密封材料4005。此外，在像素部4002和掃描線驅動電路4004上設置有第二襯底4006。因此，像素部4002和掃描線驅動電路4004與液晶層4008一起由第一襯底4001、密封材料4005和第二襯底4006密封。此外，在第一襯底4001上的與由密封材料4005圍繞的區域不同的區域中安裝有信號線驅動電路4003，該信號線驅動電路4003使用單晶半導體膜或多晶半導體膜形成在另外準備的襯底上。

另外，對于另外形成的驅動電路的連接方法沒有特別的限制，而可以采用cog方法、引線鍵合方法或tab方法等。圖11a1是通過cog方法安裝信號線驅動電路4003的例子，而圖11a2是通過tab方法安裝信號線驅動電路4003的例子。

此外，設置在第一襯底4001上的像素部4002和掃描線驅動電路4004包括多個薄膜晶體管。在圖11b中例示像素部4002所包括的薄膜晶體管4010和掃描線驅動電路4004所包括的薄膜晶體管4011。在薄膜晶體管4010、4011上設置有絕緣層4020、4021。

作為薄膜晶體管4010、4011，可以應用使用氧化物半導體層的可靠性高的實施方式1至實施方式5所示的薄膜晶體管。在本實施方式中，薄膜晶體管4010、4011是n溝道型薄膜晶體管。

此外，液晶元件4013所具有的像素電極層4030與薄膜晶體管4010電連接。而且，液晶元件4013的對置電極層4031形成在第二襯底4006上。像素電極層4030、對置電極層4031和液晶層4008重疊的部分相當于液晶元件4013。另外，像素電極層4030、對置電極層4031分別設置有用作取向膜的絕緣層4032、4033，且隔著絕緣層4032、4033夾有液晶層4008。

另外，作為第一襯底4001、第二襯底4006，可以使用玻璃、金屬(典型的是不銹鋼)、陶瓷、塑料。作為塑料，可以使用frp(fiberglass-reinforcedplastics：纖維增強塑料)板、pvf(聚氟乙烯)膜、聚酯膜或丙烯酸樹脂膜。此外，還可以使用具有將鋁箔夾在pvf膜或聚酯膜之間的結構的薄片。

此外，附圖標記4035表示通過對絕緣膜選擇性地進行蝕刻而獲得的柱狀間隔物，并且它是為控制像素電極層4030和對置電極層4031之間的距離(盒(cell)間隙)而設置的。另外，還可以使用球狀間隔物。另外，對置電極層4031電連接到設置在與薄膜晶體管4010同一襯底上的共同電位線。使用共同連接部，可以通過配置在一對襯底間的導電粒子，使對置電極層4031與共同電位線電連接。另外，導電粒子包含在密封材料4005中。

另外，還可以使用不使用取向膜的顯示為藍相的液晶。藍相是液晶相的一種，是指當使膽甾相液晶的溫度上升時即將從膽甾相轉變到均質相之前出現的相。由于藍相只出現在較窄的溫度范圍內，所以為了改善溫度范圍而將混合有5重量％以上的手征性試劑的液晶組合物用于液晶層4008。包含顯示為藍相的液晶和手征性試劑的液晶組合物的響應速度短，即為10μs至100μs，并且由于其具有光學各向同性而不需要取向處理從而視角依賴小。

另外，本實施方式是透射型液晶顯示裝置的例子。本發明還可以用于反射型液晶顯示裝置或半透射型液晶顯示裝置。

另外，雖然在本實施方式的液晶顯示裝置中示出在襯底的外側(可見一側)設置偏振片，并在內側依次設置著色層、用于顯示元件的電極層的例子，但是也可以在襯底的內側設置偏振片。另外，偏振片和著色層的疊層結構也不局限于本實施方式的結構，只要根據偏振片和著色層的材料或制造工序條件適當地設定即可。另外，還可以設置用作黑矩陣的遮光膜。

另外，在本實施方式中，為了降低薄膜晶體管的表面凹凸并提高薄膜晶體管的可靠性，可以采用使用用作保護膜或平坦化絕緣膜的絕緣層(絕緣層4020、絕緣層4021)覆蓋根據實施方式1至實施方式5獲得的薄膜晶體管的結構。另外，因為保護膜用來防止懸浮在大氣中的有機物、金屬物、水蒸氣等的污染雜質的侵入，所以優選采用致密的膜。利用濺射法并使用氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜、氧化鋁膜、氮化鋁膜、氧氮化鋁膜或氮氧化鋁膜的單層或疊層而形成保護膜，即可。雖然在本實施方式中示出利用濺射法來形成保護膜的例子，但是并不局限于此而可以使用各種方法形成。

這里，作為保護膜形成疊層結構的絕緣層4020。在此，使用濺射法形成氧化硅膜作為絕緣層4020的第一層。當使用氧化硅膜作為保護膜時，有防止用作源電極層和漏電極層的鋁膜的小丘的效果。

另外，形成絕緣層作為保護膜的第二層。在此，使用濺射法形成氮化硅膜作為絕緣層4020的第二層。當使用氮化硅膜作為保護膜時，可以抑制鈉等的可動離子侵入到半導體區中而tft的電特性變化的現象。

此外，也可以在形成保護膜之后進行氧化物半導體層的退火(300℃至400℃)。

作為平坦化絕緣膜，形成絕緣層4021。作為絕緣層4021，可以使用如聚酰亞胺、丙烯酸樹脂、苯并環丁烯、聚酰胺或環氧樹脂等的具有耐熱性的有機材料。另外，除了上述有機材料之外，還可以使用低介電常數材料(low-k材料)、硅氧烷類樹脂、psg(磷硅玻璃)、bpsg(硼磷硅玻璃)等。此外，也可以通過層疊多個由這些材料形成的絕緣膜，形成絕緣層4021。

另外，硅氧烷基樹脂相當于以硅氧烷類材料為起始材料而形成的包含si-o-si鍵的樹脂。硅氧烷類樹脂還可以使用有機基(例如烷基或芳基)或氟基作為取代基。此外，有機基也可以包括氟基。

至于絕緣層4021的形成方法并沒有特別的限制，可以根據其材料利用濺射法、sog法、旋涂法、浸漬法、噴涂法、液滴噴射法(噴墨法、絲網印刷、膠版印刷等)、刮刀、輥涂機、簾涂機、刮刀涂布機等來形成。在使用材料溶液形成絕緣層4021的情況下，可在烘焙工序同時對氧化物半導體層進行退火(300℃至400℃)。通過兼作絕緣層4021的焙燒工序和氧化物半導體層的退火，可以高效地制造半導體裝置。

作為像素電極層4030、對置電極層4031，可以使用具有透光性的導電材料諸如包含氧化鎢的銦氧化物、包含氧化鎢的銦鋅氧化物、包含氧化鈦的銦氧化物、包含氧化鈦的銦錫氧化物、銦錫氧化物(下面表示為ito)、銦鋅氧化物、添加有氧化硅的銦錫氧化物等。

此外，可以使用包含導電高分子(也稱為導電聚合物)的導電組合物形成像素電極層4030、對置電極層4031。使用導電組合物形成的像素電極的薄層電阻優選為10000ω/□以下，并且其波長為550nm時的透光率優選為70％以上。另外，導電組合物所包含的導電聚合物的電阻率優選為0.1ω·cm以下。

作為導電高分子，可以使用所謂的π電子共軛類導電高分子。例如，可以舉出聚苯胺或其衍生物、聚吡咯或其衍生物、聚噻吩或其衍生物、或者上述材料中的兩種以上的共聚物等。

另外，供給到另外形成的信號線驅動電路4003、掃描線驅動電路4004或像素部4002的各種信號及電位是從fpc4018供給的。

在本實施方式中，由與液晶元件4013所具有的像素電極層4030相同的導電膜形成連接端子電極4015，并且端子電極4016由與薄膜晶體管4010、4011的源電極層及漏電極層相同的導電膜形成。

連接端子電極4015通過各向異性導電膜4019電連接到fpc4018所具有的端子。

此外，雖然在圖11a1、圖11a2以及圖11b中示出另外形成信號線驅動電路4003并將其安裝在第一襯底4001的例子，但本實施方式不局限于該結構。既可以另外形成掃描線驅動電路而安裝，又可以另外僅形成信號線驅動電路的一部分或掃描線驅動電路的一部分而安裝。

圖12示出使用應用實施方式1至實施方式5所示的tft制造的tft襯底2600來構成用作半導體裝置的液晶顯示模塊的一例。

圖12是液晶顯示模塊的一例，利用密封材料2602固定tft襯底2600和對置襯底2601，并在其間設置包括tft等的像素部2603、包括液晶層的顯示元件2604、著色層2605來形成顯示區。在進行彩色顯示時需要著色層2605，并且當采用rgb方式時，對應于各像素設置有分別對應于紅色、綠色、藍色的著色層。在tft襯底2600和對置襯底2601的外側配置有偏振片2606、偏振片2607、漫射片2613。光源由冷陰極管2610和反射板2611構成，電路基板2612利用柔性線路板2609與tft襯底2600的布線電路部2608連接，且其中組裝有控制電路及電源電路等的外部電路。此外，還可以在偏振片和液晶層之間夾有相位差板的狀態下進行層疊。

液晶顯示模塊可以采用tn(扭曲向列：twistednematic)模式、ips(面內切換：in-plane-switching)模式、ffs(邊緣場切換：fringefieldswitching)模式、mva(多疇垂直取向：multi-domainverticalalignment)模式、pva(垂直取向構型：patternedverticalalignment)模式、asm(軸對稱排列微單元：axiallysymmetricalignedmicro-cell)模式、ocb(光學自補償彎曲：opticallycompensatedbirefringence)模式、flc(鐵電液晶：ferroelectricliquidcrystal)模式、aflc(反鐵電液晶：antiferroelectricliquidcrystal)模式等。

通過上述工序，可以制造可靠性高的液晶顯示面板作為半導體裝置。

另外，本實施方式所示的結構可以與其他實施方式所示的結構適當地組合而使用。

實施方式8

在本實施方式中，作為應用實施方式1至實施方式5所示的薄膜晶體管的半導體裝置的一個方式，示出電子紙的例子。

在圖13中，作為半導體裝置的例子示出有源矩陣型電子紙。也可以應用實施方式1至實施方式5所示的薄膜晶體管作為用于半導體裝置的薄膜晶體管581。

圖13的電子紙是采用扭轉球顯示方式的顯示裝置的例子。扭轉球顯示方式是指這樣的方法：將一個半球表面為黑色而另一半球表面為白色的球形粒子配置在用于顯示元件的電極層的第一電極層和第二電極層之間，并在第一電極層和第二電極層之間產生電位差來控制球形粒子的方向，以進行顯示。

形成在襯底596上的薄膜晶體管581是底柵結構的薄膜晶體管，并利用源電極層或漏電極層在形成在絕緣層585中的開口中與第一電極層587互相接觸而電連接。在第一電極層587和形成在襯底597上的第二電極層588之間設置有球形粒子589，該球形粒子589具有黑色區590a和白色區590b，其周圍具有充滿了液體的空腔594，并且球形粒子589的周圍充滿了樹脂等的填充材料595(參照圖13)。在本實施方式中，第一電極層587相當于像素電極，第二電極層588相當于共同電極。第二電極層588電連接到設置在與薄膜晶體管581同一襯底上的共同電位線。使用實施方式1至實施方式5所示的共同連接部中之一，可以通過配置在一對襯底間的導電粒子，使第二電極層588與共同電位線電連接。

此外，還可以使用電泳元件來代替扭轉球。使用直徑為10μm至200μm左右的微囊，該微囊中封入有透明液體、帶有正電的白色微粒以及帶有負電的黑色微粒。當對于設置在第一電極層和第二電極層之間的微囊由第一電極層和第二電極層施加電場時，白色微粒和黑色微粒移動到相反方向，從而可以顯示白色或黑色。應用這種原理的顯示元件就是電泳顯示元件，一般被稱為電子紙。電泳顯示元件具有比液晶顯示元件高的反射率，因而不需要輔助照明。此外，其耗電量低，并且在昏暗的地方也能夠辨別顯示部。另外，即使不給顯示部供應電源，也能夠保持顯示過一次的圖像，因此，即使使具有顯示功能的半導體裝置(簡單地稱為顯示裝置，或稱為具備顯示裝置的半導體裝置)遠離電波發射源，也能夠保存顯示過的圖像。

電泳顯示元件是利用所謂的介電泳效應(dielectrophoreticeffect)的顯示元件。在該介電泳效應中，介電常數高的物質移動到高電場區。電泳顯示元件不需要液晶顯示裝置所需的偏振片，從而可以與液晶顯示裝置相比減少其厚度、重量。

將在溶劑中分散有上述微囊的溶液稱為電子墨水，并且該電子墨水可以印刷到玻璃、塑料、布、紙等的表面上。另外，還可以通過使用濾色片或具有色素的粒子來進行彩色顯示。

此外，通過在有源矩陣襯底上適當地設置多個上述微囊，使得微囊夾在兩個電極之間，就完成有源矩陣型顯示裝置，并且，當對微囊施加電場時可以進行顯示。例如，可以使用利用實施方式1至實施方式5的薄膜晶體管來得到的有源矩陣襯底。

此外，作為微囊中的微粒，使用選自導電體材料、絕緣體材料、半導體材料、磁性材料、液晶材料、鐵電材料、電致發光材料、電致變色材料、磁泳材料中的一種或這些材料的復合材料即可。

另外，本實施方式可以與其他實施方式所記載的結構適當地組合而實施。

實施方式9

在本實施方式中示出發光顯示裝置的例子作為應用實施方式1至實施方式5所示的薄膜晶體管的半導體裝置的一個方式。在此，示出利用電致發光的發光元件作為顯示裝置所具有的顯示元件。對利用電致發光的發光元件根據其發光材料是有機化合物還是無機化合物來進行區別，一般來說，前者被稱為有機el元件，而后者被稱為無機el元件。

在有機el元件中，通過對發光元件施加電壓，電子和空穴從一對電極分別注入到包含發光有機化合物的層，產生電流。然后，由于這些載流子(電子和空穴)重新結合，發光有機化合物達到激發態，并且當該激發態恢復到基態時，獲得發光。根據這種機理，該發光元件被稱為電流激發型發光元件。

根據其元件的結構，將無機el元件分類為分散型無機el元件和薄膜型無機el元件。分散型無機el元件包括在粘合劑中分散有發光材料的粒子的發光層，且其發光機理是利用供體能級和受體能級的供體-受體重新結合型發光。薄膜型無機el元件具有由電介質層夾住發光層并還利用電極夾住該發光層的結構，且其發光機理是利用金屬離子的內層電子躍遷的定域型發光。另外，在此使用有機el元件作為發光元件而進行說明。

圖14示出可以使用數字時間灰度級驅動的像素結構的一個例子作為應用本發明的半導體裝置的例子。

對可以使用數字時間灰度級驅動的像素的結構以及像素的工作進行說明。這里示出在一個像素中將實施方式1至實施方式5所示的、氧化物半導體層用于溝道形成區的兩個n溝道型的晶體管的例子。

像素6400包括開關晶體管6401、驅動晶體管6402、發光元件6404以及電容元件6403。在開關晶體管6401中，柵極與掃描線6406連接，第一電極(源電極以及漏電極中的一方)與信號線6405連接，第二電極(源電極以及漏電極的另一方)與驅動晶體管6402的柵極連接。在驅動晶體管6402中，柵極通過電容元件6403與電源線6407連接，第一電極與電源線6407連接，第二電極與發光元件6404的第一電極(像素電極)連接。發光元件6404的第二電極相當于共同電極6408。共同電極6408與形成在同一襯底上的共同電位線電連接。

另外，將發光元件6404的第二電極(共同電極6408)設定為低電源電位。另外，低電源電位是指，以電源線6407所設定的高電源電位為基準滿足低電源電位＜高電源電位的電位，作為低電源電位例如可以設定為gnd、0v等。將該高電源電位與低電源電位的電位差施加到發光元件6404上，為了使發光元件6404產生流過以使發光元件6404發光，以高電源電位與低電源電位的電位差為發光元件6404的正向閾值電壓以上的方式分別設定其電位。

另外，還可以使用驅動晶體管6402的柵極電容代替電容元件6403而省略電容元件6403。至于驅動晶體管6402的柵極電容，可以在溝道形成區與柵電極之間形成電容。

這里，在采用電壓輸入電壓驅動方式的情況下，對驅動晶體管6402的柵極輸入能夠使驅動晶體管6402充分成為導通或截止的兩個狀態的視頻信號。也就是說，驅動晶體管6402在線形區域進行工作。由于驅動晶體管6402在線形區域進行工作，將比電源線6407的電壓高的電壓施加到驅動晶體管6402的柵極上。另外，對信號線6405施加(電源線電壓+驅動晶體管6402的vth)以上的電壓。

另外，當進行模擬灰度級驅動而代替數字時間灰度級驅動時，通過使信號的輸入不同，可以使用與圖14相同的像素結構。

當進行模擬灰度級驅動時，對驅動晶體管6402的柵極施加發光元件6404的正向電壓+驅動晶體管6402的vth以上的電壓。發光元件6404的正向電壓是指，設定為所希望的亮度時的電壓，至少包含正向閾值電壓。另外，通過輸入使驅動晶體管6402在飽和區域工作的視頻信號，可以使電流流過發光元件6404。為了使驅動晶體管6402在飽和區域進行工作，將電源線6407的電位設定為高于驅動晶體管6402的柵極電位。通過將視頻信號設定為模擬方式，可以在發光元件6404中產生根據視頻信號的電流，而進行模擬灰度級驅動。

另外，圖14所示的像素結構不局限于此。例如，還可以對圖14所示的像素添加新的開關、電阻元件、電容元件、晶體管或邏輯電路等。

接著，參照圖15a至圖15c說明發光元件的結構。在此，以驅動tft是n型的情況為例子來說明像素的截面結構。可以與實施方式1至實施方式5所示的薄膜晶體管同樣地制造用于圖15a、圖15b和圖15c的半導體裝置的驅動tft的tft7001、7011、7021，并且這些tft是使用以in-ga-zn-o類非單晶膜為代表的氧化物半導體層的可靠性高的薄膜晶體管。

為了取出發光，發光元件的陽極或陰極的至少一方是透明的即可。而且，在襯底上形成薄膜晶體管及發光元件，并且有如下結構的發光元件，即從與襯底相反的面取出發光的頂部發射、從襯底一側的面取出發光的底部發射以及從襯底一側及與襯底相反的面取出發光的雙面發射。本發明的像素結構可以應用于任何發射結構的發光元件。

參照圖15a說明頂部發射結構的發光元件。

在圖15a中示出當驅動tft的tft7001為n型且從發光元件7002發射的光穿過到陽極7005一側時的像素的截面圖。在圖15a中，發光元件7002的陰極7003和驅動tft的tft7001電連接，在陰極7003上按順序層疊有發光層7004、陽極7005。作為陰極7003，只要是功函數低且反射光的導電膜，就可以使用各種材料。例如，可以舉出ca、al、mgag、aili等。而且，發光層7004可以由單層或多層的疊層構成。在由多層構成時，在陰極7003上按順序層疊電子注入層、電子傳輸層、發光層、空穴傳輸層、空穴注入層。另外，不需要設置所有這些層。使用透射光的具有透光性的導電材料形成陽極7005，例如也可以使用具有透光性的導電膜例如包含氧化鎢的銦氧化物、包含氧化鎢的銦鋅氧化物、包含氧化鈦的銦氧化物、包含氧化鈦的銦錫氧化物、銦錫氧化物(下面，表示為ito)、銦鋅氧化物、添加有氧化硅的銦錫氧化物等。

由陰極7003及陽極7005夾有發光層7004的區域相當于發光元件7002。在圖15a所示的像素中，從發光元件7002發射的光如箭頭所示那樣發射到陽極7005一側。

接著，參照圖15b說明底部發射結構的發光元件。示出在驅動tft7011是n型，且從發光元件7012發射的光發射到陰極7013一側的情況下的像素的截面圖。在圖15b中，在與驅動tft7011電連接的具有透光性的導電膜7017上形成有發光元件7012的陰極7013，且在陰極7013上按順序層疊有發光層7014、陽極7015。另外，在陽極7015具有透光性的情況下，也可以覆蓋陽極上地形成用來反射光或遮光的屏蔽膜7016。與圖15a的情況同樣地，作為陰極7013，只要是功函數低的導電材料，就可以使用各種材料。但是，其厚度是透射光的程度(優選為5nm至30nm左右)。例如，可以將厚度為20nm的鋁膜用作陰極7013。而且，與圖15a同樣地，發光層7014可以由單層或多個層的疊層構成。陽極7015不需要透射光，但是可以與圖15a同樣地使用具有透光性的導電材料形成。并且，雖然屏蔽膜7016例如可以使用反射光的金屬等，但是不局限于金屬膜。例如，也可以使用添加有黑色顏料的樹脂等。

由陰極7013及陽極7015夾有發光層7014的區域相當于發光元件7012。在圖15b所示的像素中，從發光元件7012發射的光如箭頭所示那樣發射到陰極7013一側。

接著，參照圖15c說明雙面發射結構的發光元件。在圖15c中，在與驅動tft7021電連接的具有透光性的導電膜7027上形成有發光元件7022的陰極7023，且在陰極7023上按順序層疊有發光層7024、陽極7025。與圖15a的情況同樣地，作為陰極7023，只要是功函數低的導電材料，就可以使用各種材料。但是，其厚度為透射光的程度。例如，可以將厚度為20nm的al用作陰極7023。而且，與圖15a同樣地，發光層7024可以由單層或多個層的疊層構成。陽極7025可以與圖15a同樣地使用透射光的具有透光性的導電材料形成。

陰極7023、發光層7024和陽極7025重疊的部分相當于發光元件7022。在圖15c所示的像素中，從發光元件7022發射的光如箭頭所示那樣發射到陽極7025一側和陰極7023一側的雙方。

另外，雖然在此描述了有機el元件作為發光元件，但是也可以設置無機el元件作為發光元件。

另外，雖然在本實施方式中示出了控制發光元件的驅動的薄膜晶體管(驅動tft)和發光元件電連接的例子，但是也可以采用在驅動tft和發光元件之間連接有電流控制tft的結構。

另外，本實施方式所示的半導體裝置不局限于圖15a至圖15c所示的結構而可以根據本發明的技術思想進行各種變形。

接著，參照圖16a和圖16b說明相當于應用實施方式1至實施方式5所示的薄膜晶體管的半導體裝置的一個方式的發光顯示面板(也稱為發光面板)的外觀及截面。圖16a是一種面板的俯視圖，其中利用密封材料將形成在第一襯底上的薄膜晶體管及發光元件密封在與第二襯底之間。圖16b相當于沿著圖16a的h-i的截面圖。

以圍繞設置在第一襯底4501上的像素部4502、信號線驅動電路4503a、4503b及掃描線驅動電路4504a、4504b的方式設置有密封材料4505。此外，在像素部4502、信號線驅動電路4503a、4503b及掃描線驅動電路4504a、4504b上設有第二襯底4506。因此，像素部4502、信號線驅動電路4503a、4503b以及掃描線驅動電路4504a、4504b與填料4507一起由第一襯底4501、密封材料4505和第二襯底4506密封。像這樣為了不暴露于大氣，優選由氣密性高且脫氣少的保護膜(貼合膜、紫外線固化樹脂膜等)或覆蓋材料來進行封裝(密封)。

此外，設置在第一襯底4501上的像素部4502、信號線驅動電路4503a、4503b及掃描線驅動電路4504a、4504b包括多個薄膜晶體管。在圖16b中例示包括在像素部4502中的薄膜晶體管4510和包括在信號線驅動電路4503a中的薄膜晶體管4509。

作為薄膜晶體管4509、4510，可以應用實施方式1至實施方式5所示的薄膜晶體管，該薄膜晶體管使用以in-ga-zn-o類的非單晶膜為代表的氧化物半導體層且其可靠性高。在本實施方式中，薄膜晶體管4509、4510是n溝道型薄膜晶體管。

此外，附圖標記4511相當于發光元件，發光元件4511所具有的像素電極的第一電極層4517與薄膜晶體管4510的源電極層或漏電極層電連接。另外，雖然發光元件4511的結構為第一電極層4517、電致發光層4512和第二電極層4513的疊層結構，但其不局限于本實施方式所示的結構。可以根據從發光元件4511取出的光的方向等適當地改變發光元件4511的結構。

分隔壁4520使用有機樹脂膜、無機絕緣膜或有機聚硅氧烷而形成。特別優選的是，以如下條件形成分隔壁4520：使用感光性的材料，并在第一電極層4517上形成開口部，且使該開口部的側壁成為具有連續曲率的傾斜面。

電致發光層4512既可以由單層構成，又可以由多層的疊層構成。

為了不使氧、氫、水分、二氧化碳等侵入到發光元件4511，可以在第二電極層4513以及分隔壁4520上形成保護膜。可以形成氮化硅膜、氮氧化硅膜、dlc膜等作為保護膜。

另外，供給到信號線驅動電路4503a、4503b、掃描線驅動電路4504a、4504b、或像素部4502的各種信號及電位是從fpc4518a、4518b供給的。

在本實施方式中，連接端子電極4515由與發光元件4511所具有的第一電極層4517相同的導電膜形成，端子電極4516由與薄膜晶體管4509、4510所具有的源電極層及漏電極層相同的導電膜形成。

連接端子電極4515通過各向異性導電膜4519電連接到fpc4518a所具有的端子。

位于從發光元件4511的取出光的方向上的襯底即第二襯底4506需要具有透光性。在此情況下，使用如玻璃板、塑料板、聚酯薄膜或丙烯酸薄膜等的具有透光性的材料。

此外，作為填料4507，除了氮及氬等的惰性氣體之外，還可以使用紫外線固化樹脂或熱固化樹脂。可以使用pvc(聚氯乙烯)、丙烯酸樹脂、聚酰亞胺、環氧樹脂、硅樹脂、pvb(聚乙烯醇縮丁醛)、或eva(乙烯-醋酸乙烯酯)等。本實施方式可以使用氮作為填料。

另外，若有需要，也可以在發光元件的射出面上適當地設置諸如偏振片、或圓偏振片(包括橢圓偏振片)、相位差板(λ/4片、λ/2片)、彩色濾光片等的光學薄膜。另外，也可以在偏振片或圓偏振片上設置抗反射膜。例如，可以進行抗眩光處理，該處理利用表面的凹凸來擴散反射光并降低眩光。

信號線驅動電路4503a、4503b及掃描線驅動電路4504a、4504b也可以作為在另行準備的襯底上由單晶半導體膜或多晶半導體膜形成的驅動電路而安裝。此外，也可以另外僅形成信號線驅動電路或其一部分、或者掃描線驅動電路或其一部分而安裝，而不局限于圖16a和圖16b的結構。

通過上述工序，可以制造可靠性高的發光顯示裝置(顯示面板)作為半導體裝置。

另外，本實施方式所示的結構可以與其他實施方式所記載的結構適當地組合而使用。

實施方式10

可以將應用本實施方式1至實施方式5所示的薄膜晶體管用作電子紙。電子紙可以用于用來顯示信息的各種領域的電子設備。例如，可以將電子紙應用于電子書閱讀器(電子書)、招貼、電車等的交通工具的車內廣告、信用卡等的各種卡片中的顯示等。圖17a和圖17b以及圖18示出電子設備的一個例子。

圖17a示出使用電子紙制造的招貼2631。在廣告介質是紙的印刷物的情況下人工進行廣告的交換，但是如果使用電子紙，則可以在短時間內改變廣告的顯示內容。此外，顯示不會打亂而可以獲得穩定的圖像。另外，招貼也可以采用以無線的方式收發信息的結構。

此外，圖17b示出電車等的交通工具的車內廣告2632。在廣告介質是紙的印刷物的情況下人工進行廣告的交換，但是如果使用電子紙，則可以在短時間內不需要較多人工而改變廣告的顯示內容。此外，顯示也不會打亂而可以獲得穩定的圖像。另外，車內廣告也可以采用以無線的方式收發信息的結構。

另外，圖18示出電子書閱讀器2700的一個例子。例如，電子書閱讀器2700由兩個框體，即框體2701及框體2703構成。框體2701及框體2703由軸部2711形成為一體，且可以以該軸部2711為軸進行開合動作。通過采用這種結構，可以進行如紙的書籍那樣的動作。

框體2701組裝有顯示部2705，而框體2703組裝有顯示部2707。顯示部2705及顯示部2707的結構既可以是顯示連屏畫面的結構，又可以是顯示不同的畫面的結構。通過采用顯示不同的畫面的結構，例如在右邊的顯示部(圖18中的顯示部2705)中可以顯示文章，而在左邊的顯示部(圖18中的顯示部2707)中可以顯示圖像。

此外，在圖18中示出框體2701具備操作部等的例子。例如，在框體2701中，具備電源開關2721、操作鍵2723、揚聲器2725等。利用操作鍵2723可以翻頁。另外，也可以采用在與框體的顯示部同一面上具備鍵盤、定位裝置等的結構。另外，也可以采用在框體的背面或側面具備外部連接用端子(耳機端子、usb端子或可與ac適配器及usb電纜等的各種電纜連接的端子等)、記錄介質插入部等的結構。再者，電子書閱讀器2700也可以具有電子詞典的功能。

此外，電子書閱讀器2700也可以采周以無線的方式收發信息的結構。還可以采用以無線的方式從電子書籍服務器購買所希望的書籍數據等，然后下載的結構。

另外，本實施方式所示的結構可以與其他實施方式所記載的結構適當地組合而使用。

實施方式11

可以將使用實施方式1至實施方式5所示的薄膜晶體管的半導體裝置應用于各種電子設備(包括游戲機)。作為電子設備，例如可以舉出電視裝置(也稱為電視或電視接收機)、用于計算機等的監視器、數碼相機、數碼攝像機、數碼相框、移動電話機(也稱為移動電話、移動電話裝置)、便攜式游戲機、便攜式信息終端、聲音再現裝置、彈珠機等的大型游戲機等。

圖19a示出電視裝置9600的一個例子。在電視裝置9600中，框體9601組裝有顯示部9603。利用顯示部9603可以顯示映像。此外，在此示出利用支架9605支撐框體9601的結構。

可以通過利用框體9601所具備的操作開關或另外提供的遙控操作機9610進行電視裝置9600的操作。通過利用遙控操作機9610所具備的操作鍵9609，可以進行頻道及音量的操作，并可以對在顯示部9603上顯示的映像進行操作。此外，也可以采用在遙控操作機9610中設置顯示從該遙控操作機9610輸出的信息的顯示部9607的結構。

另外，電視裝置9600采用具備接收機及調制解調器等的結構。可以通過利用接收機接收一般的電視廣播。再者，通過調制解調器連接到有線或無線方式的通信網絡，從而也可以進行單向(從發送者到接收者)或雙向(在發送者和接收者之間或在接收者之間等)的信息通信。

圖19b示出數碼相框9700的一個例子。例如，在數碼相框9700中，框體9701組裝有顯示部9703。顯示部9703可以顯示各種圖像，例如通過顯示使用數碼相機等拍攝的圖像數據，可以發揮與一般的相框同樣的功能。

另外，數碼相框9700采用具備操作部、外部連接用端子(usb端子、可以與usb電纜等的各種電纜連接的端子等)、記錄介質插入部等的結構。這種結構也可以組裝到與顯示部同一個面，但是通過將其設置在側面或背面上來提高設計性，所以是優選的。例如，可以對數碼相框的記錄介質插入部插入儲存有使用數碼相機拍攝的圖像數據的存儲器并提取圖像數據，然后可以將所提取的圖像數據顯示于顯示部9703。

此外，數字相框9700也可以采用以無線的方式收發信息的結構。還可以采用以無線的方式提取所希望的圖像數據并進行顯示的結構。

圖20a示出一種便攜式游戲機，其由框體9881和框體9891這兩個框體構成，并且通過連接部9893可以開合地連接。框體9881安裝有顯示部9882，并且框體9891安裝有顯示部9883。另外，圖20a所示的便攜式游戲機還具備揚聲器部9884、記錄介質插入部9886、led燈9890、輸入單元(操作鍵9885、連接端子9887、傳感器9888(包括測定如下因素的功能：力量、位移、位置、速度、加速度、角速度、轉動數、距離、光、液、磁、溫度、化學物質、聲音、時間、硬度、電場、電流、電壓、電力、輻射線、流量、濕度、傾斜度、振動、氣味或紅外線)以及麥克風9889)等。當然，便攜式游戲機的結構不局限于上述結構，只要采用至少具備根據本發明的半導體裝置的結構即可，且可以采用適當地設置有其它附屬設備的結構。圖20a所示的便攜式游戲機具有如下功能：讀出存儲在記錄介質中的程序或數據并將其顯示在顯示部上；以及通過與其他便攜式游戲機進行無線通信而實現信息共享。另外，圖20a所示的便攜式游戲機所具有的功能不局限于此，而可以具有各種各樣的功能。

圖20b示出大型游戲機的一種的投幣機9900的一個例子。在投幣機9900的框體9901中安裝有顯示部9903。另外，投幣機9900還具備如起動桿或停止開關等的操作單元、投幣口、揚聲器等。當然，投幣機9900的結構不局限于此，只要采用至少具備本發明的一個方式所具備的結構即可，且可以采用適當地設置其它附屬設備的結構。

圖21a示出移動電話機1000的一例。移動電話機1000除了安裝在框體1001的顯示部1002之外還具備操作按鈕1003、外部連接端口1004、揚聲器1005、麥克風1006等。

圖21a所示的移動電話機1000可以用手指等觸摸顯示部1002來輸入信息。此外，可以用手指等觸摸顯示部1002來打電話或進行電子郵件的輸入等的操作。

顯示部1002的畫面主要有三個模式。第一模式為顯示模式，其主要用于顯示圖像，第二模式為輸入模式，其主要用于輸入文字等信息。第三模式是組合顯示模式和輸入模式的模式。

例如，在打電話或寫電子郵件的情況下，將顯示部1002設定為以文字輸入為主的文字輸入模式，并進行在畫面上顯示的文字的輸入操作，即可。在此情況下，優選的是，在顯示部1002的畫面的大部分中顯示鍵盤或號碼按鈕。

此外，在移動電話機1000的內部設置具有陀螺儀或加速度傳感器等檢測傾斜度的傳感器的檢測裝置，判斷移動電話機1000的方向(豎向還是橫向)，從而可以對顯示部1002的畫面顯示進行自動切換。

通過觸摸顯示部1002或對框體1001的操作按鈕1003進行操作，切換畫面模式。還可以根據顯示在顯示部1002上的圖像種類切換畫面模式。例如，若在顯示部上顯示的圖像信號為運動圖像的數據，則切換成顯示模式，若為文本數據，則切換成輸入模式。

另外，當在輸入模式中通過檢測出顯示部1002的光傳感器所檢測的信號得知在一定期間中沒有顯示部1002的觸摸操作輸入時，可以以將畫面模式從輸入模式切換成顯示模式的方式進行控制。

還可以將顯示部1002用作圖像傳感器。例如，通過用手掌或手指觸摸顯示部1002，來拍攝掌紋、指紋等，從而可以進行身份識別。此外，通過在顯示部中使用發射近紅外光的背光燈或發射近紅外光的感測用光源，還可以拍攝手指靜脈、手掌靜脈等。

圖21b也例示了移動電話機的例子。圖21b中的移動電話手機包括顯示裝置9410和通信裝置9400；顯示裝置9410具有包括顯示部9412和操作鍵9413的框架9411；通信裝置9400具有包括操作按鈕9402、外部輸入端子9403、麥克風9404、揚聲器9405、和當收到來電時發光的發光部9406的框架9401；具有顯示功能的顯示裝置9410可以在箭頭所示的兩個方向上從具有電話功能的通信裝置9400分離或安裝到通信裝置9400上。因此，顯示裝置9410和通信裝置9400可以沿其短軸或長軸彼此附著。當只需要顯示功能時，可以將顯示裝置9410從通信裝置9400上分離，以單獨使用顯示裝置9410。通信裝置9400和顯示裝置9410的每個都能通過無線通信或有線通信發射和接收圖像或輸入信息，并且每個都具有可充電電池。

另外，本實施方式所示的結構可以與其他實施方式所示的結構適當地組合而使用。

實施方式12

本實施方式示出電子書閱讀器的例子作為應用使用實施方式1至實施方式5所示的薄膜晶體管的半導體裝置的一個方式。在本實施方式中，說明使用圖22a、圖22b及圖23在第一顯示面板4311和第二顯示面板4312之間安裝雙面顯示型的第三顯示面板4313的例子。圖22a是打開電子書閱讀器的狀態，而圖22b是合上電子書閱讀器的狀態。此外，圖23是電子書閱讀器的從橫方向來看的截面圖。

圖22a、圖22b所示的電子書閱讀器包括：具有第一顯示部4301的第一顯示面板4311；具有操作部4304及第二顯示部4307的第二顯示面板4312；具有第三顯示部4302及第四顯示部4310的第三顯示面板4313；以及設置在第一顯示面板4311、第二顯示面板4312和第三顯示面板4313的一個端部的裝訂部4308。第三顯示面板4313插入在第一顯示面板4311和第二顯示面板4312之間。圖22a、圖22b的電子書閱讀器包括四個顯示畫面，即第一顯示部4301、第二顯示部4307、第三顯示部4302及第四顯示部4310。

第一顯示面板4311、第二顯示面板4312及第三顯示面板4313具有柔性而容易彎曲。此外，通過在第一顯示面板4311、第二顯示面板4312中使用塑料襯底且在第三顯示面板4313中使用薄膜，可以實現薄型的電子書閱讀器。也就是說，在圖23中，根據作為一例的電子書閱讀器的從橫方向來看的截面圖，第三顯示面板4313可以與第一顯示面板4311及第二顯示面板4312相比容易彎曲。由此，通過使第三顯示面板4313的外側的顯示面板為堅硬，可以進行如書籍那樣的感覺進行操作，并且可以抑制第三顯示面板4313的損壞。

第三顯示面板4313是具有第三顯示部4302及第四顯示部4310的雙面顯示型面板。作為第三顯示面板4313，即可以使用雙面發射型顯示面板，又可以貼合單面發射型顯示面板而使用。此外，還可以使用在其間夾著背光燈(優選的是薄型el發光面板)的兩個液晶顯示面板。

此外，圖22a、圖22b所示的電子書閱讀器包括：進行第一顯示部4301的顯示控制的掃描線驅動電路(未圖示)；進行第二顯示部4307的顯示控制的掃描線驅動電路4322a、4322b；進行第三顯示部4302和/或第四顯示部4310的顯示控制的掃描線驅動電路(未圖示)；進行第一顯示部4301、第二顯示部4307、第三顯示部4302和/或第四顯示部4310的顯示控制的信號線驅動電路4323。另外，進行第一顯示部4301的顯示控制的掃描線驅動電路設置在第一顯示面板4311，掃描線驅動電路4322a、4322b設置在第二顯示面板4322，信號線驅動電路4323設置在裝訂部4308的內部。

此外，在圖22a和22b所示的電子書閱讀器中，第二顯示面板4312包括操作部4304而可以對應于各功能諸如電源輸入開關、顯示切換開關等。

此外，可以通過使用手指或輸入筆等觸碰第一顯示部4301或第二顯示部4307，或進行操作部4304的操作，進行圖22a和圖22b所示的電子書閱讀器的輸入操作。另外，圖22a圖示第二顯示部4307所顯示的顯示按鈕4309。可以通過使用手指等觸碰顯示按鈕4309進行輸入。

另外，作為插入圖22a、圖22b所示的第三顯示面板4313的電子書閱讀器的使用方法的例子，方便的是：使用第一顯示部4301及第四顯示部4310看文章，使用第二顯示部4307及第三顯示部4302參照附圖。此時，由于第三顯示面板4313不能同時顯示第三顯示部4302和第四顯示部4310，因此當開始翻頁時從第三顯示部4302的顯示切換到第四顯示部4310的顯示。

此外，在看從第一顯示部4301至第三顯示部4302之后，當開始翻下一頁的第三顯示面板4313時，第四顯示部4310及第二顯示部4307以某個角度顯示下一頁。另外，在用完第四顯示部4310及第二顯示部4307之后，當開始翻第三顯示面板4313時，以某個角度第三顯示部4302及第一顯示部4301顯示下一頁。由此，可以不使屏幕的切換識別而抑制視覺的不適等。

另外，本實施方式所示的結構可以與其他實施方式所示的結構適當地組合而使用。

附圖標記說明

100襯底；101柵電極；102絕緣膜；103半導體膜；104絕緣膜；105igzo半導體層；106絕緣物；107接觸孔(開口)；108源電極；109漏電極；200、300、400、500、700襯底；201、301、401、701柵電極；202、302、402、702絕緣膜；203、303、403、703半導體膜；204、304絕緣膜；205、305半導體層；206、306絕緣物；208、308、408、708源電極；209、309、409、709漏電極；210、310、410、710絕緣膜；211、311金屬多層膜；212、412半導體膜；213、413源極一側緩沖層；214、414漏極一側緩沖層；405、705igzo半導體層；501絕緣膜；502氧化物半導體膜；503電極；510物性評價用樣品；581薄膜晶體管；585絕緣層；587、588電極層；589球形粒子；594空腔；595填充材料；596、597襯底；601、602、603測定結果；604峰值；1000移動電話機；1001、2701、2703框體；1002、2705、2707顯示部；1003操作按鈕；1004外部連接端口；1005、2725揚聲器；1006麥克風；2600tft襯底；2601對置襯底；2602密封材料；2603像素部；2604顯示元件；2605著色層；2606、2607偏振片；2608布線電路部；2609柔性線路板；2610冷陰極管；2611反射板；2612電路基板；2613擴散板；2631招貼；2632車內廣告；2700電子書閱讀器；2711軸部；2721電源開關；2723操作鍵；4001、4501、5300、5400襯底；4002、4502、5301、5401緣素部；4003、5303、5403信號線驅動電路；4004、5302、5402、5404掃描線驅動電路；4005、4505密封材料；4006、4506襯底；4008液晶層；4010、4011、4509、4510薄膜晶體管；4013液晶元件；4015、4515連接端子電極；4016、4516端子電極；4018fpc；4019、4519各向異性導電膜；4020、4021絕緣層；4030像素電極層；4031對置電極層；4032絕緣層；4301、4302顯示部；4304操作部；4307顯示部；4308裝訂部；4309顯示按鈕；4310顯示部；4311、4312、4313顯示面板；4323信號線驅動電路；4507填充材料；4511發光元件；4512電場發光層；4513、4517電極層；4520分隔壁；5501-5506布線；5543、5544節點；5571-5578薄膜晶體管；5601驅動器ic；5602開關群；5611、5612、5613、5621、5712-5717布線；5701觸發器；5721、5821信號；590a黑色區；590b白色區；6400像素；6401開關晶體管；6402驅動晶體管；6403電容元件；6404發光元件；6405信號線；6406掃描線；6407電源線；6408共同電極；7001tft；7002發光元件；7003陰極；7004發光層；7005陽極；7011驅動tft；7012發光元件；7013陰極；7014發光層；7015陽極；7016屏蔽膜；7017導電膜；7021驅動tft；7022發光元件；7023陰極；7024發光層；7025陽極；7027導電膜；9400通信裝置；9401框體；9402掃描按鈕；9403外部輸入端子；9404麥克風；9405揚聲器；9406發光部；9410顯示裝置；9411框體；9412顯示部；9413操作按鈕；9600電視裝置；9601框體；9603顯示部；9605支架；9607顯示部；9609操作鍵；9610遙控操作機；9700數碼相框；9701框體；9703顯示部；9881框體；9882、9883顯示部；9884揚聲器部；9885操作鍵；9886記錄介質插入部；9887連接端子；9888傳感器；9889麥克風；9890led燈；9891框體；9893連接部；9900投幣機；9901框體；9903顯示部；4321a、4322a、4504a掃描線驅動電路；4503a信號線驅動電路；4518afpc；5603a、5603b、5603c薄膜晶體管；5703a、5703b、5703c、5803a、5803b、5803c時序。