专利名称：半导体装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及将氧化物半导体膜用于沟道形成区的半导体装置及其制造方法。例
如，本发明涉及薄膜晶体管、作为部件安装有以具有薄膜晶体管的液晶显示面板为代表的电光装置或具有有机发光元件的发光显示装置的电子设备。 在本说明书中，半导体装置是指能够通过利用半导体特性而工作的所有装置，因此电光装置、半导体电路以及应用半导体元件的电子设备都是半导体装置。
背景技术：
近年来，对在配置为矩阵状的每个显示像素中设置由薄膜晶体管(以下称为TFT)构成的开关元件的有源矩阵型显示装置(液晶显示装置及发光显示装置或电泳显示装置)的研究开发日益火热。由于有源矩阵型显示装置在各个像素(或每个点)中设置开关元件，从而在增加像素数的情况下，与单纯矩阵方式相比，能够以低电压进行驱动而具有优势。
另外，将氧化物半导体用于沟道形成区来形成薄膜晶体管(TFT)等，并且将其应用于电子器件或光器件的技术受到关注。例如，可以举出将ZnO用于沟道形成区的薄膜晶体管、将包含铟、镓和锌的氧化物用于沟道形成区的薄膜晶体管。另外，在专利文献1和专利文献2等中公开有如下技术将上述将氧化物半导体用于沟道形成区的薄膜晶体管形成在透光衬底上，并将它应用于图像显示装置的开关元件等。
专利文献1日本专利申请公开2007-123861号公报
专利文献2日本专利申请公开2007-96055号公报 对于将氧化物半导体用于沟道形成区的薄膜晶体管，要求工作速度快，制造工序相对简单，并且具有充分的可靠性。 在形成薄膜晶体管时，包含源电极及漏电极的导电层使用低电阻的金属材料。尤其是，在制造用来进行大面积显示的显示装置时，起因于布线的电阻的信号迟延问题较为显著。所以，布线或电极的材料优选使用电阻值低的金属材料。但是，当薄膜晶体管采用由金属材料构成的源电极及漏电极与氧化物半导体层直接接触的结构时，有可能导致接触电阻增大。另外，可以认为以下原因是导致接触电阻增大的主要原因之一 在源电极及漏电极与氧化物半导体层的接触面上形成肖特基结。
发明内容
本发明的一个方式的目的之一在于提供一种降低了沟道形成区域的氧化物半导体层与源电极及漏电极的接触电阻的半导体装置及其制造方法。 另外，本发明的一个方式的目的之一还在于减少使用氧化物半导体的半导体装置的电特性的不均匀。例如，在液晶显示装置和使用有机发光元件的显示装置中，有可能发生起因于其半导体装置的晶体管特性的不均匀的显示不均匀。尤其是在具有发光元件的显示装置中，当以向像素电极导通一定的电流的方式设置的TFT (配置在驱动电路中的TFT或向像素中的发光元件供给电流的TFT)的导通电流(I。n)的不均匀性较大时，有可能发生配置在像素中的发光元件的发光亮度的不均匀。如上所述，本发明的一个方式的目的在于解决上述问题的至少一个。 以InM03(ZnO)m(m > 0)表示在本说明书中使用的氧化物半导体的一个例子。通过将由该氧化物半导体构成的薄膜用于沟道形成区，制造薄膜晶体管。另外，M表示从Ga、Fe、Ni 、Mn和Co选出的一种金属元素或多种金属元素。例如，作为M，有时采用Ga，有时包含Ga以外的上述金属元素诸如Ga和Ni或Ga和Fe等。此外，在上述氧化物半导体中，有不仅包含作为M的金属元素，而且还包含作为杂质元素的Fe、 Ni等其他过渡金属元素或该过渡金属的氧化物的氧化物半导体。在本说明书中，将该薄膜也称为包含铟、镓和锌的氧化物半导体或In-Ga-Zn-O类非单晶膜。另外，在In-Ga-Zn-0类非单晶膜中含有的钠(Na)的浓度为5X1018/cm3以下，优选为lX1018/cm3以下。 另外，能够使用如下方法形成优良的导电膜在包含氮气的气氛中溅射以包含铟、镓和锌的氧化物为成分的靶材，以形成包含铟、镓和锌的氧氮化物膜，并且对该氧氮化物膜进行加热处理。 因此，只要将包含铟、镓和锌的氧化物半导体层用于沟道形成区，并且在该氧化物半导体层与源电极及漏电极之间插入含有包含铟、镓和锌的氧氮化物的缓冲层，以降低薄膜晶体管的接触电阻，即可。 另外，至于在包含氮气的气氛中溅射以包含铟、镓和锌的氧化物为成分的靶材而形成的包含铟、镓和锌的氧氮化物膜，成膜气氛中的氮气浓度越高，在该氧氮化物膜的成分中占有的氮的比率越高而氧的比率越低。由此可知，氮原子主要取代氧原子，并且价数不同的氮原子取代氧原子而呈现导电性。 本发明的半导体装置的一个方式是一种具有包含铟、镓和锌的氧化物半导体层的半导体装置，该方式包括在半导体层与源电极及漏电极之间设置有包含铟、镓、锌、氧和氮的缓冲层的薄膜晶体管及其制造方法。 根据本发明的一个方式的薄膜晶体管是一种薄膜晶体管，包括栅电极；覆盖栅电极的栅极绝缘膜；中间夹着栅极绝缘膜重叠于栅电极的氧化物半导体层；以及在氧化物半导体层上端部重叠于栅电极的第一电极及第二电极，其中在氧化物半导体层与第一电极之间接触它们地设置有第一缓冲层，而在氧化物半导体层与第二电极之间接触它们地设置有第二缓冲层，并且第一缓冲层及第二缓冲层包含铟、镓、锌、氧和氮。 根据本发明的一个方式的薄膜晶体管是一种薄膜晶体管，包括覆盖栅电极的栅
极绝缘膜；在栅极绝缘膜上端部重叠于栅电极的第一电极及第二电极；第一电极上的第一
缓冲层；第二电极上的第二缓冲层；以及重叠于第一电极及第二电极的端部的氧化物半导
体层，其中氧化物半导体层接触第一电极及第二电极的侧表面和第一缓冲层及第二缓冲层
的上表面及侧表面，并且第一缓冲层及第二缓冲层包含铟、镓、锌、氧和氮。 另外，本发明的一个方式是上述薄膜晶体管，其中相对于缓冲层含有的氧(0)的
氮(N)的比率(N/0)为5原子％以上且80原子％以下。 另外，本发明的一个方式是上述薄膜晶体管，其中氧化物半导体层包含铟、镓和锌。 另外，本发明的一个方式是一种半导体装置的制造方法，包括如下步骤在衬底上形成栅电极；在栅电极上形成栅极绝缘膜；在栅极绝缘膜上形成重叠于栅电极的包含铟、镓和锌的氧化物半导体层；在氧化物半导体层上形成缓冲层；以及在缓冲层上形成第一电极及第二电极，其中缓冲层通过在包含氮气的气氛中溅射以包含铟、镓和锌的氧化物为成分的靶材而形成。 另外，本发明的一个方式是一种半导体装置的制造方法，包括如下步骤在衬底上形成栅电极；在栅电极上形成栅极绝缘膜；在栅极绝缘膜上形成其端部重叠于栅电极的第一电极及第二电极；在第一电极及第二电极上形成缓冲层；以及在缓冲层上形成包含铟、镓和锌的氧化物半导体层，其中缓冲层通过在包含氮气的气氛中溅射以包含铟、镓和锌的氧化物为成分的靶材而形成。 根据本发明的一个方式，能够得到一种寄生电阻小并且开关比高的薄膜晶体管。因此，可以提供电特性高且可靠性良好的半导体装置。
j本发明的一个方式的半导体装置的俯视图及截面图；j本发明的一个方式的半导体装置的制造工序的截面图；j本发明的一个方式的半导体装置的制造工序的截面图；j本发明的一个方式的半导体装置的俯视图及截面图；j本发明的一个方式的半导体装置的制造工序的截面图；j本发明的一个方式的半导体装置的制造工序的截面图；-个方式的电子纸的截面图；j本发明的一个方式的半导体装置的框图的说明本发明的一个方式的半导体装置的俯视图及截面图；^个方式的半导体装置的截面图；^个方式的半导体装置的像素等效电路的图；g明的一个方式的半导体装置的图；g明的一个方式的半导体装置的俯视图及截面-例的外观\是本发明的一个方式的半导体装置的截面图，图24B是等效电路图，并且图24C是俯视图； 图25是说明蚀刻废液含有的氧化物半导体的再利用过程的图； 图26A至26G是说明蚀刻废液含有的氧化物半导体的再利用工序的图。
本发明的选择图为图IB
具体实施例方式以下，参照附图详细地说明本发明的实施方式。但是，本发明不局限于以下的说
明，所属技术领域的技术人员可以很容易地理解一个事实，就是其方式和详细内容可以被
变换为各种各样的形式而不脱离本发明的宗旨及其范围。因此，本发明不应该被解释为仅
限定在以下所示的实施方式所记载的内容中。注意，在以下所说明的本发明的结构中，在不
同的附图中共同使用相同的附图标记来表示相同的部分或具有相同功能的部分，而省略其
重复说明。 实施方式l 在本实施方式中，说明半导体装置的薄膜晶体管及其制造工序。具体地说，说明具有薄膜晶体管的显示装置的像素部的制造工序。 图1A和1B示出本实施方式的薄膜晶体管。图1A是俯视图，而图1B是沿图1A的A1-A2及B1-B2的截面图。 图1A和IB所示的薄膜晶体管150的氧化物半导体层113设置为在彼此相对的第一电极115a及第二电极115b下隔着栅极绝缘膜覆盖栅电极111。就是说，氧化物半导体层113设置为重叠于栅电极111并接触栅极绝缘膜102的上表面部和缓冲层(114a及114b)的下表面部。这里，缓冲层114a层叠在第一电极115a与氧化物半导体层113之间，与此同样，缓冲层114b层叠在第二电极115b与氧化物半导体层113之间。 氧化物半导体层由In-Ga-Zn-O类非单晶膜构成。In-Ga-Zn-O类非单晶膜的组成比率随成膜条件而变化。使用金属氧化物的组成比率为ln203 : Ga203 : ZnO = 1 : 1 : 1的靶材(金属元素的组成比率为In : Ga : Zn=l : 1 : 0.5)，通过溅射法进行成膜。这里，以氩气流量40sccm的成膜条件为条件l，而以氩气流量10sccm及氧流量5sccm的成膜条件为条件2。 在使用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS，即InductivelyCoupled Plasma MassSpectrometry)测定在不同的成膜条件下形成的氧化物半导体膜的组成比率的情况下，典型的氧化物半导体膜的组成比率为在条件1下成膜的情况下，InGa。，Zn。力，0^ ;在条件2下成膜的情况下，InGa。.94， Zn。.4。， 03.31。 另夕卜，将测定方法转换为卢瑟福背散射分析法(RBS，即RutherfordBackscattering Spectrometry)而量化的典型的氧化物半导体膜的组成比率为在条件1下成膜的情况下，InGa。.93， Zn。.44， 03.49 ;在条件2下成膜的情况下，InGa。.92，
^n0.45， 03.86。 另外，对通过溅射法形成的氧化物半导体膜进行20(TC至500°C，典型为30(TC至40(TC的热处理10分钟至100分钟。通过进行X射线衍射法(XRD，即X-ray diffraction)的分析，能够观察到非晶结构，而得到非单晶膜。 在氧化物半导体层113与第一电极115a之间接触它们地设置有缓冲层114a，而在氧化物半导体层113与第二电极115b之间接触它们地设置有缓冲层114b。另外，缓冲层(114a及114b)由包含铟、镓和锌的氧氮化物构成，其导电率高于氧化物半导体层113。因此，在本实施方式的薄膜晶体管150中，缓冲层(114a及114b)发挥与晶体管的源区及漏区相同的功能。 如上所述，通过在氧化物半导体层113与第一电极115a之间及所述氧化物半导体层113与第二电极115b之间设置其导电率高于氧化物半导体层的缓冲层(114a及114b)，能够使薄膜晶体管150稳定地工作。另外，接面漏电下降，从而能够提高薄膜晶体管150的特性。 以下，参照图2A至3C说明图1A和IB所示的薄膜晶体管150的制造方法。
在图2A中，作为衬底IOO，可以使用通过熔化法或浮法制造的无碱玻璃衬底例如钡硼硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃等；或陶瓷衬底，还可以使用具有可承受本制造工序的处理温度的耐热性的塑料衬底等。例如，优选使用作为成分比氧化钡(BaO)的含量多于硼酸(B203)的含量，应变点为73(TC以上的玻璃衬底。这是因为即使在70(TC左右的高温下对氧化物半导体层进行热处理，玻璃衬底不会弯曲的缘故。
此外，还可以使用在不锈钢合金等金属衬底表面上设置绝缘膜的衬底。在衬底100为母玻璃的情况下，衬底100的尺寸可以采用第一代(320mmX400mm)、第二代(400mmX500mm)、第三代(550mmX 650mm)、第四代(680mmX880mm或730mmX920mm)、第五代(1000mmXl200mm或1100mmX lMOmm)、第六代(ISOOmmX lS00mm)、第七代(1900mmX2200mm)、第八代(2160mmX 2460mm)、第九代(2400mmX 2800mm或2450mmX3050mm)、第十代(2950mmX3400mm)等。 此外，也可以在衬底IOO上形成用作基底膜的绝缘膜。作为基底膜，通过CVD法或
溅射法等形成氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜或氮氧化硅膜的单层或叠层，即可。 接着，形成用作包括栅电极lll的栅极布线、电容布线和端子部的导电膜。导电膜
可以使用钛(Ti)、钽(Ta)、钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钼(Pt)、铜(Cu)、金(Au)、银(Ag)等。
尤其是，该导电膜优选由铝(Al)和铜(Cu)等低电阻导电材料形成，然而，当仅采用铝单质
时耐热性很低且有容易腐蚀等问题，所以优选与耐热性导电材料组合来形成导电膜。 作为导电膜，优选使用添加有钛(Ti)、钽(Ta)、钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钕(Nd)、
钪(Sc)、镍(Ni)、钼(Pt)、铜(Cu)、金(Au)、银(Ag)、锰(Mn)、碳(C)或硅(Si)等元素的以
铝为主要成分的膜、以这些元素为主要成分的合金材料或添加有化合物的铝合金。 另外，还可以在低电阻导电膜上层叠由耐热导电材料构成的导电膜而使用。作为
耐热导电材料，使用从钛(Ti)、钽(Ta)、钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钕(Nd)和钪(Sc)选出的
元素、以所述元素为成分的合金、组合所述元素的合金膜、或以所述元素为成分的氮化物而形成。 另外，还可以使用透明导电膜，作为其材料还可以使用氧化铟氧化锡合金(I化OfSn(^，简称为ITO)、含有硅或氧化硅的铟锡氧化物、铟锌氧化物、氧化锌等。
通过溅射法或真空蒸镀法，形成50nm以上且300nm以下厚的用作栅电极111的导电膜。通过将用作栅电极111的导电膜的厚度设定为300nm以下，能够防止以后形成的半导体膜和布线的断路。另外，通过将用作栅电极111的导电膜的厚度设定为50nm以上，可以降低栅电极111的电阻，并可以实现大面积化。 在本实施方式中，在衬底100的整个表面上通过溅射法层叠以铝为第一成分的膜和钛膜作为导电膜。 接着，使用抗蚀剂掩模，该抗蚀剂掩模使用本实施方式中的第一光掩模而形成，通过蚀刻去除形成在衬底100上的导电膜的不需要的部分，以形成布线和电极(包括栅电极111的栅极布线、电容布线和端子)。此时，通过蚀刻，至少将栅电极111的端部形成为锥形。
接着，形成栅极绝缘膜102。作为用作栅极绝缘膜102的绝缘膜的例子，可以举出氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜、氧化铝膜、氮化铝膜、氧化镁膜、氧化钇膜、氧化铪膜、氧化钽膜。 在此，氧氮化硅膜是指具有如下组成的膜氧的含量比氮的含量多，并且，在55原子％至65原子％的浓度范围内包含氧，在1原子％至20原子％的浓度范围内包含氮，在25原子％至35原子％的浓度范围内包含硅，在0. 1原子％至10原子％的浓度范围内包含氢。另外，氮氧化硅膜为在其组成中氮含量高于氧含量的膜，其中以15原子％至30原子％的浓度范围包含氧，以20原子％至35原子％的范围包含氮，以25原子％至35原子％的范围包含硅，以15原子％至25原子％的范围包含氢。 栅极绝缘膜102既可由单层构成，又可由两层或三层的绝缘膜的叠层构成。例如，在使用氮化硅膜或氮氧化硅膜形成接触衬底的栅极绝缘膜102的情况下，能够提高衬底100与栅极绝缘膜102的粘合力，另外，能够防止来自衬底100的杂质扩散到氧化物半导体层113，再者，能够防止包括栅电极111的导电层的氧化。就是说，能够防止膜剥离，并能够提高之后形成的薄膜晶体管的电特性。 另外，栅极绝缘膜102的厚度为50nm至250nm。通过将栅极绝缘膜的厚度设定为50nm以上，能够覆盖包括栅电极111的导电层的凹凸，因此是优选的。 在本实施方式中，通过等离子体CVD法或溅射法，形成100nm厚的氧化硅膜作为栅极绝缘膜102。图2A示出此时的截面图。 接着，还可以对形成氧化物半导体膜之前的栅极绝缘膜102进行等离子体处理。在本实施方式中，将氧气和氩气引入到搬入了衬底的溅射装置，产生等离子体，并且对露出的栅极绝缘膜102的表面进行反向溅射(reverse sputtering)，来照射氧自由基、氧等。像这样，去除附着于表面的灰尘。 在被进行了等离子体处理的栅极绝缘膜102不暴露于空气的状态下在其上形成氧化物半导体膜。从避免灰尘和水分附着于栅极绝缘膜102与氧化物半导体膜的界面的观点来看，在被进行了等离子体处理的栅极绝缘膜102不暴露于空气的状态下形成氧化物半导体膜是有效的。另外，氧化物半导体膜的成膜既可使用与先进行反向溅射的处理室同一处理室，又可使用与先进行反向溅射的处理室不同的处理室，只要在不暴露于空气的状态下成膜。 在本实施方式中，使用直径8英寸的包含In、Ga以及Zn的氧化物半导体靶材(作
为组成比率，inA : Ga2o3 : zno = i : i : i)形成氧化物半导体膜。使用溅射法作为成
膜方法，将衬底和靶材之间的距离设定为170mm，将压力设定为0.4Pa，将直流(DC)电源设定为O. 5kW，并且在氩或氧气氛中成膜。另外，通过使用脉冲直流(DC)电源，能够减少灰尘，并且膜厚度的分布也均匀，因此是优选的。将氧化物半导体膜的厚度设定为5nm至200nm。在本实施方式中，氧化物半导体膜的厚度为100nm。 缓冲层使用包含铟、镓和锌的导电氧氮化物。用作缓冲层的包含铟、镓和锌的导电氧氮化物中的相对于氧(0)的氮(N)的比率(N/0)在5原子％以上且80原子％以下的范围，优选在10原子％以上且50原子％以下的范围。用作缓冲层的包含铟、镓和锌的导电氧
9氮化物膜通过如下方法形成在包含氮的气氛中使用以包含铟、镓和锌的氧化物为成分的靶材通过溅射法成膜，并且进行加热处理。 在本实施方式中，使用将包含铟、镓和锌的氧化物烧结而形成的直径12英寸的靶材(In203 : Ga203 : Zn0 = 1 : 1 : 1)，将衬底和靶材之间的距离设定为60mm，将压力设定为0.4Pa，将直流(DC)电源设定为0.5kW，并且在氩与氮的混合气体气氛中成膜。氧氮化物膜的厚度为2nm至100nm。将混合气体的总流量设定为40sccm，并混合lsccm至40sccm的氮气来成膜。在本实施方式中，用作缓冲层的导电氧氮化物膜的厚度为5nm。
另外，优选地是，在形成氧化物半导体膜之后，将它不暴露于空气地连续形成氧氮化物膜。在本实施方式中，说明使用多个成膜室由装载锁定室分离并通过搬运室连接的多室型溅射装置在不同的成膜室中形成氧化物半导体膜和氧氮化物膜的方式。另外，还可以在同一个成膜室中改变成膜气氛来形成氧化物半导体膜和氧氮化物膜。具体地说，可以在氩或包含氧的气氛中形成氧化物半导体膜，并且在氩与氮的混合气体气氛中形成导电氧氮化物膜。另外，还可以在不同的成膜气氛中溅射具有同一个成分的靶材，以分别制造氧化物半导体膜和氧氮化物膜。如果在同一个成膜室中改变成膜气氛来分别制造氧化物半导体膜和氧氮化物膜，不需要将衬底搬运到另一成膜室，从而不仅能够縮短制造时间，而且还能够使用小型成膜装置。另外，通过使用脉冲直流(DC)电源，能够减少灰尘，并且膜厚度的分布也均匀，因此是优选的。 如果包含铟、镓和锌的氧氮化物含有的氮的比率过低，即使进行加热处理也会导致载流子产生的不足，从而不能充分提高导电率。另一方面，如果包含铟、镓和锌的氧氮化物含有的氮的比率过高，即使进行加热处理也会导致缺陷的增加，从而不能充分提高导电率。根据上述理由，用作缓冲层的包含铟、镓和锌的氧氮化物膜中的相对于氧(0)的氮(N)的比率(N/0)应该在适当的范围。 在形成包含铟、镓和锌的氧氮化物膜之后，需要对该氧氮化物膜进行加热处理，以提高导电率。优选进行20(TC至60(TC，典型为30(rC至50(rC的加热处理。在本实施方式中，将包含铟、镓和锌的氧氮化物膜放在炉中，在氮气氛中或空气气氛中进行350°C的热处理1小时。通过进行该热处理，构成氧氮化物膜的In-Ga-Zn-O-N类非单晶膜的原子级重新排列。由于通过该热处理释放阻挡载流子的迁移的应变，因此在此进行的热处理(还包括光退火)很重要。另外，只要是形成导电氧氮化物膜之后的工序，就能够在任一工序中进行对导电氧氮化物膜的热处理。例如，既可以以之后进行的对氧化物半导体膜的加热处理作为对导电氧氮化物膜的热处理，又可以在以下形成像素电极128之后进行对导电氧氮化物膜的热处理。 接着，使用抗蚀剂掩模131，该抗蚀剂掩模使用第二光掩模而形成，通过蚀刻去除氧化物半导体膜和用作缓冲层114的氧氮化物膜的不需要的部分。在本实施方式中，通过进行使用IT007N(日本关东化学株式会社制造)的湿蚀刻去除不需要的部分。另外，对氧化物半导体膜和用作缓冲层114的氧氮化物膜的蚀刻不局限于湿蚀刻，还可以采用干蚀刻。图2B示出此时的截面图。 接着，在缓冲层114和栅极绝缘膜102上通过溅射法或真空蒸镀法形成导电膜105。作为导电膜105的材料，可以使用与关于栅电极111的记载相同的材料。另外，在进行20(TC至60(TC的热处理的情况下，优选使导电膜具有承受该热处理的耐热性。
在本实施方式中，作为导电膜105，采用Ti膜、层叠在该Ti膜上的包含Nd的铝(Al-Nd)膜和形成在其上的Ti膜的三层结构。另外，作为导电膜105，可以采用两层结构，还可以在以铝为第一成分的膜上层叠钛膜。另外，作为导电膜105，还可以采用由含有硅的以铝为第一成分的膜构成的单层结构或由钛膜构成的单层结构。图2C示出此时的截面图。
接着，使用抗蚀剂掩模132，该抗蚀剂掩模使用第三光掩模而形成，通过蚀刻去除导电膜105的不需要的部分，以形成布线和电极(信号线、电容布线、包括第一电极115a及第二电极115b的电极和端子)(参照图3A)。作为此时的蚀刻方法，采用湿蚀刻或干蚀刻。在本实施方式中，通过以SiCl4、Cl2与BC13的混合气体为反应气体的干蚀刻，蚀刻依次层叠Al膜和Ti膜的导电膜来形成第一电极115a及第二电极115b。 接着，使用与蚀刻导电膜105的工序相同的抗蚀剂掩模132蚀刻缓冲层114。在本实施方式中，在蚀刻导电膜之后，继续进行干蚀刻来去除不需要的部分，以形成缓冲层114a及114b。另外，此时的蚀刻不局限于干蚀刻，而还可以使用湿蚀刻。在采用湿蚀刻的情况下，例如可以使用IT007N(日本关东化学株式会社制造)。另外，在对缓冲层114的蚀刻工序中，氧化物半导体层113的露出区域随蚀刻条件而部分地被蚀刻。因此，不重叠于缓冲层114a及缓冲层114b的氧化物半导体层113的一部分如图3A所示那样成为厚度薄的区域。
接着，对露出的氧化物半导体层113进行等离子体处理。通过进行等离子体处理，能够恢复在氧化物半导体层113中产生的蚀刻导致的损伤。在02气氛中』20气氛中，优选在包含氧的K、包含氧的He或包含氧的Ar气氛中，进行等离子体处理。另外，还可以在对上述气氛添加C12、CF4的气氛中进行等离子体处理。另外，优选在无偏压的状态下进行等离子体处理。 接着，优选进行20(TC至60(rC，典型为30(TC至50(TC的热处理。在本实施方式中，将氧化物半导体膜放在炉中，在氮气氛中或空气气氛中进行35(TC的热处理1小时。通过进行该热处理，构成氧化物半导体膜的In-Ga-Zn-O类非单晶膜的原子级重新排列。由于通过该热处理释放阻挡载流子的迁移的应变，因此在此进行的热处理(还包括光退火)很重要。另外，只要是形成氧化物半导体膜之后的工序，就能够在任一工序中进行热处理。例如，可以在以下形成像素电极128之后进行热处理。 通过上述工序，能够制造以氧化物半导体层113为沟道形成区的薄膜晶体管150。
接着，形成覆盖薄膜晶体管150的层间绝缘膜109。作为层间绝缘膜109，可以使
用通过溅射法等而得到的氮化硅膜、氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化铝膜、氮化铝膜、氧化钽膜等。 接着，使用抗蚀剂掩模，该抗蚀剂掩模使用本实施方式中的第四光掩模而形成，蚀刻层间绝缘膜109，来形成到达布线和第二电极115b的接触孔(124及125)。另外，优选地是，使用同一个抗蚀剂掩模进一步蚀刻栅极绝缘膜102，而形成到达布线118的接触孔126。图3B示出此时的截面图。 接着，在去除抗蚀剂掩模之后，形成用作像素电极128的透明导电膜。作为透明导电膜的材料，使用氧化铟(InA)、氧化铟氧化锡合金(InA-Sn(^、简称为ITO)等利用溅射法、真空蒸镀法等形成。这种材料的蚀刻处理使用盐酸类溶液来进行。然而，由于尤其是ITO的蚀刻容易产生残渣，所以为了改善蚀刻加工性，也可以使用氧化铟氧化锌合金(In203-ZnO)。
接着，使用抗蚀剂掩模，该抗蚀剂掩模使用第五光掩模而形成，蚀刻透明导电膜， 去除不需要的部分，以形成像素电极128。另外，还可以以栅极绝缘膜102和层间绝缘膜109 作为电介质而由电容布线123和像素电极128形成存储电容器部。另外，在端子部中保留 透明导电膜，来形成用来连接于FPC的电极或布线、用作源极布线的输入端子的连接用端 子电极。图3C示出此时的截面图。 像这样，通过在薄膜晶体管上形成像素电极，能够制造具有n沟道型薄膜晶体管 的显示装置的像素部。本实施方式所示的薄膜晶体管具有中间夹着其导电率高于氧化物半 导体层的使用包含铟、镓和锌的导电氧氮化物的缓冲层电连接氧化物半导体层与第一 电极 及第二电极的结构，从而能够进行稳定工作。因此，能够提高显示装置的功能，并能够实现 工作的稳定化。就是说，根据本实施方式所示的工序，能够制造提高了显示装置的功能并实 现了工作的稳定化的有源矩阵型显示装置用衬底。
实施方式2 在本实施方式中，说明半导体装置的薄膜晶体管及其制造工序。具体地说，说明具 有薄膜晶体管的显示装置的像素部的制造工序。 图4A和4B示出本实施方式的薄膜晶体管。图4A是平面图，而图4B是沿图4A的 A1-A2及B1-B2的截面图。 图4A和4B所示的薄膜晶体管151 ，在衬底100上形成有栅电极111 ，在栅电极111 上形成有栅极绝缘膜102，并且在栅极绝缘膜102上形成有其端部重叠于栅电极111的用作 源电极及漏电极的第一电极115a及第二电极115b。氧化物半导体层113设置为重叠于栅 电极111并接触栅极绝缘膜102、第一电极115a及第二电极115b的侧表面部、形成在第一 电极115a及第二电极115b上的缓冲层(114a及114b)的侧表面部及上表面部。
换句话说，在包括薄膜晶体管151的所有区域中存在着栅极绝缘膜102，并且在栅 极绝缘膜102与衬底100之间设置有栅电极111。在栅极绝缘膜102上设置有用作源电极 及漏电极的第一电极115a及第二电极115b和布线，在第一电极115a及第二电极115b上 设置有氧化物半导体层113，在氧化物半导体层113与第一电极115a之间设置有缓冲层 114a，在氧化物半导体层113与第二电极115b之间设置有缓冲层114b，并且布线延伸在氧 化物半导体层的周围部的外侧。 在本实施方式中，薄膜晶体管151的源区及漏区具有如下结构从栅极绝缘膜102 侧层叠有第一电极115a、缓冲层114a和氧化物半导体层113的结构；从栅极绝缘膜102侧 层叠有第二电极115b、缓冲层114b和氧化物半导体层113的结构。 以下，参照图5A至5C及6A至6C说明图4A和4B所示的薄膜晶体管151的制造 方法。 作为在本实施方式中使用的衬底IOO，可以使用与实施方式1相同的衬底。另外， 还可以形成绝缘膜作为基底膜。 用作栅电极111的导电膜使用与实施方式1相同的方法而形成。在本实施方式 中，使用通过溅射法层叠以铝为第一成分的膜和钛膜而形成的导电膜作为用作栅电极lll 的导电膜。接着，使用抗蚀剂掩模，该抗蚀剂掩模使用本实施方式中的第一光掩模而形成， 通过蚀刻去除形成在衬底IOO上的导电膜的不需要的部分，以形成布线和电极(包括栅电 极111的栅极布线、电容布线和端子)。此时，通过蚀刻，至少将栅电极111的端部形成为锥形。 本实施方式的栅极绝缘膜102使用与实施方式1相同的方法而形成。在本实施方 式中，通过等离子体CVD法或溅射法，形成100nm厚的氧化硅膜作为栅极绝缘膜102。
用作布线和电极的导电膜105使用与实施方式1相同的导电材料。用作源电极 及漏电极的导电膜的厚度优选为50nm以上且500nm以下。通过将该导电膜的厚度设定为 500nm以下，对防止之后形成的半导体膜和布线的断路有效。另外，导电膜105通过溅射法 或真空蒸镀法而形成。在本实施方式中，作为导电膜105，采用Ti膜、层叠在该Ti膜上的包 含Nd的铝(Al-Nd)膜和形成在其上的Ti膜的三层结构。 接着，形成用作缓冲层的导电氧氮化物膜104。优选地是，不将成膜后的导电膜 105暴露于空气地连续形成用作缓冲层的导电氧氮化物膜104。通过连续成膜，能够防止导 电膜与用作缓冲层的导电氧氮化物膜104的界面被空气污染。 在本实施方式中，用作缓冲层的导电氧氮化物膜104通过如下方法形成 在与实施方式l相同的条件下溅射将包含铟、镓和锌的氧化物烧结而形成的靶材 (ln203 : Ga203 : ZnO = 1 : 1 : l)，以形成导电氧氮化物膜。在本实施方式中，用作缓冲 层的导电氧氮化物膜的厚度为10nm。图5A示出此时的截面图。 在形成包含铟、镓和锌的氧氮化物膜之后，需要对该氧氮化物膜进行加热处理，以 提高导电率。优选进行20(TC至60(TC，典型为30(rC至50(rC的加热处理。在本实施方式 中，将包含铟、镓和锌的氧氮化物膜放在炉中，在氮气氛中或空气气氛中进行350°C的热处 理1小时。通过进行该热处理，构成氧氮化物膜的In-Ga-Zn-O-N类非单晶膜的原子级重新 排列。由于通过该热处理释放阻挡载流子的迁移的应变，因此在此进行的热处理(还包括 光退火)很重要。另外，只要是形成导电氧氮化物膜之后的工序，就能够在任一工序中进行 对导电氧氮化物膜的热处理。例如，既可以以之后进行的对氧化物半导体膜的加热处理作 为对导电氧氮化物膜的热处理，又可以在以下形成像素电极128之后进行对导电氧氮化物 膜的热处理。 接着，使用本实施方式的第二光掩模在用作缓冲层的导电氧氮化物膜104上形成 抗蚀剂掩模131。使用抗蚀剂掩模131选择性地去除导电氧氮化物膜104的不需要的部分， 以形成缓冲层(114a及114b)(参照图5B)。作为此时的蚀刻方法，采用湿蚀刻或干蚀刻。在 本实施方式中，使用IT007N(日本关东化学株式会社制造)进行湿蚀刻来形成缓冲层(114a 及114b)。 接着，使用同一个抗蚀剂掩模131去除导电膜105的不需要的部分，以形成第一电 极115a及第二电极115b。在本实施方式中，通过以SiCl4、Cl2与BC13的混合气体为反应气 体的干蚀刻，蚀刻依次层叠A1膜和Ti膜的导电膜来形成第一电极115a及第二电极115b。 另外，此时的蚀刻不局限于干蚀刻，而还可以使用湿蚀刻。图5B示出此时的截面图。
另外，还可以在形成氧化物半导体膜103之前对缓冲层(114a及114b)和栅极绝 缘膜102进行等离子体处理。在本实施方式中，将氧气和氩气引入到搬入了衬底的溅射装 置，产生等离子体，并且对露出的栅极绝缘膜102的表面进行反向溅射，来照射氧自由基和 氧等。像这样，能够去除附着于表面的灰尘。 在进行等离子体处理的情况下，不将处理表面暴露于空气地形成包含铟、镓和锌 的氧化物半导体膜103。从避免灰尘附着于缓冲层(114a及114b)与氧化物半导体膜103的界面或栅极绝缘膜102与氧化物半导体膜103的界面的观点来看，在进行等离子体处理 后不暴露于空气地形成氧化物半导体膜103是有效的。另外，氧化物半导体膜103的成膜 既可使用与先进行反向溅射的处理室同一处理室，又可使用与先进行反向溅射的处理室不 同的处理室，只要在不暴露于空气的状态下成膜。 形成氧化物半导体膜103。在本实施方式中，使用直径8英寸的包含In、Ga和Zn
的氧化物半导体靶材(组成比率111203 : Ga2o3 : zno=i : i : i)，将衬底和靶材之间的
距离设定为170mm，将压力设定为0. 4Pa，将直流(DC)电源设定为0. 5kW，并且在氩或氧气氛 中成膜。另外，通过使用脉冲直流(DC)电源，能够减少灰尘，并且膜厚度的分布也均匀，因 此是优选的。将氧化物半导体膜的厚度设定为5nm至200nm。在本实施方式中，氧化物半导 体膜的厚度为100nm。图5C示出此时的截面图。 接着，使用抗蚀剂掩模132，该抗蚀剂掩模使用第三光掩模而形成，通过蚀刻去除 氧化物半导体膜103和用缓冲层(114a及114b)的不需要的部分。在本实施方式中，通过进 行使用IT007N(日本关东化学株式会社制造)的湿蚀刻去除不需要的部分。另外，对氧化 物半导体膜103和缓冲层(114a及114b)的蚀刻不局限于湿蚀刻，还可以采用干蚀刻。图 6A示出此时的截面图。 接着，与实施方式1同样地对氧化物半导体层113进行等离子体处理。通过进行 等离子体处理，能够恢复氧化物半导体层113的背沟道部的损伤。 接着，优选地是，与实施方式1同样地进行20(TC至60(TC，典型为30(rC至50(rC 的热处理。另外，只要是形成氧化物半导体膜之后的工序，就能够在任一工序中进行热处 理。例如，可以在以下形成像素电极128之后进行热处理。 通过上述工序，能够制造以氧化物半导体层113为沟道形成区的薄膜晶体管151。 接着，与实施方式1同样地形成覆盖薄膜晶体管151的层间绝缘膜109。 接着，使用抗蚀剂掩模，该抗蚀剂掩模使用本实施方式中的第四光掩模而形成，蚀
刻层间绝缘膜109，来形成到达布线和第二电极115b的接触孔(124及125)。另外，优选地
是，使用同一个抗蚀剂掩模进一步蚀刻栅极绝缘膜102，而形成到达布线118的接触孔126。
图6B示出此时的截面图。 接着，与实施方式1同样地在去除抗蚀剂掩模之后，形成用作像素电极128的透明 导电膜。 接着，与实施方式1同样地使用抗蚀剂掩模，该抗蚀剂掩模使用第五光掩模而形 成，蚀刻透明导电膜，去除不需要的部分，以形成像素电极128。另外，形成存储电容器部和 端子电极。图6C示出此时的截面图。 像这样，通过在薄膜晶体管上形成像素电极，能够制造具有n沟道型薄膜晶体管
的显示装置的像素部。本实施方式所示的薄膜晶体管具有中间夹着其导电率高于氧化物半
导体层的使用包含铟、镓和锌的导电氧氮化物膜的缓冲层电连接氧化物半导体层与第一电
极及第二电极的结构，从而能够进行稳定工作。因此，能够提高显示装置的功能，并能够实
现工作的稳定化。就是说，根据本实施方式所示的工序，能够制造提高了显示装置的功能并
实现了工作的稳定化的有源矩阵型显示装置用衬底。 实施方式3 以下，说明作为本发明的一个方式使用与实施方式2相同的方法而制造的两个n
14沟道型薄膜晶体管构成反相器电路的例子。 使用反相器电路、电容、电阻等构成用来驱动像素部的驱动电路。有组合两个n沟 道型TFT形成反相器电路的情况、组合增强型晶体管和耗尽型晶体管形成反相器电路的情 况(以下称为EDM0S电路)、使用增强型TFT形成反相器电路的情况(以下称为EEM0S电 路)。注意，在n沟道型TFT的阈值电压是正的情况下，定义为增强型晶体管，而在n沟道型 TFT的阈值电压是负的情况下，定义为耗尽型晶体管。在本说明书中按照该定义进行描述。
将像素部和驱动电路形成在同一衬底上，并且在像素部中，使用配置为矩阵状的 增强型晶体管切换对像素电极的电压施加的导通截止。这种配置在像素部的增强型晶体管 是使用氧化物半导体的本发明的一个方式的薄膜晶体管，在其电特性中，当栅电压是士20V 时，导通截止比是109以上，所以泄漏电流少且可以实现低耗电量驱动。
图24A示出驱动电路的反相器电路的截面结构。在图24A中，在衬底400上设置 第一栅电极401及第二栅电极402。可以使用钼、钛、铬、钽、钨、铝、铜、钕、钪等的金属材料 或以这些材料为主要成分的合金材料，以它们的单层或叠层形成第一栅电极401及第二栅 电极402。 例如，作为应用于第一栅电极401及第二栅电极402的导电膜，优选采用在铝层上
层叠钼层的两层结构、在铜层上层叠钼层的两层结构、在铜层上层叠氮化钛层或氮化钽层
的两层结构、层叠氮化钛层和钼层的两层结构。另外，作为三层的叠层结构，优选采用钨层
或氮化鸨层、铝和硅的合金层或铝和钛的合金层、氮化钛层或钛层的叠层。 另外，在覆盖第一栅电极401及第二栅电极402的栅极绝缘膜403上设置有第一
布线409、第二布线410和第三布线411，并且在第二布线410通过形成在栅极绝缘膜403
的接触孔404与第二栅电极402直接连接。 另外，在重叠于第一栅电极401的位置和重叠于第二栅电极402的位置分别设置 有第一氧化物半导体层405和第二氧化物半导体层407，该第一氧化物半导体层405隔着缓 冲层(406a及406b)接触第一布线409和第二布线410上，而该第二氧化物半导体层407 隔着缓冲层(408a及408b)接触第二布线410和第三布线411上。 另外，在形成第一氧化物半导体层405或第二氧化物半导体层407之前，优选对包 含铟、镓、锌、氧和氮的缓冲层的表面和栅极绝缘膜403露出的表面进行等离子体处理。例 如，优选通过在使用溅射法形成氧化物半导体膜之前进行引入氩气来产生等离子体的反向 溅射，去除附着到栅极绝缘膜403露出的表面及接触孔404的底面的灰尘。反向溅射是指 一种方法，其中不对靶材一侧施加电压而在氩气氛下使用RF电源对衬底一侧施加电压来 将等离子体形成于衬底，从而对表面进行改性。另外，也可以使用氮、氦等代替氩气氛。此 外，也可以在对氩气氛添加氧、氢、^0等的气氛下进行反向溅射。另外，也可以在对氩气氛 添加C1^CF4等的气氛下进行反向溅射。另外，如图24A所示，被进行了反向溅射处理的栅 极绝缘膜403和缓冲层(406a、406b、408a和408b)的表面有时会被削掉而稍微变薄，或者， 使其端部具有略圆形状。 第一薄膜晶体管430具有第一栅电极401和隔着栅极绝缘膜403重叠于第一栅电 极401的第一氧化物半导体层405，并且第一布线409是接地电位的电源线(接地电源线)。 该接地电位的电源线也可以是被施加负电压VDL的电源线(负电源线)。
此外，第二薄膜晶体管431具有第二栅电极402和隔着栅极绝缘膜403与第二栅电极402重叠的第二氧化物半导体层407，并且第三布线411是被施加正电压VDD的电源线 (正电源线)。 如图24A所示那样，电连接到第一氧化物半导体层405和第二氧化物半导体层407 的双方的第二布线410通过形成在栅极绝缘膜403的接触孔404与第二薄膜晶体管431的 第二栅电极402直接连接。通过使第二布线410和第二栅电极402直接连接，可以获得良 好的接触并减少接触电阻。与通过其他导电膜，例如透明导电膜连接第二栅电极402和第 二布线410的情况相比，可以谋求接触孔数的减少、借助于接触孔数的减少的占有面积的 縮小。 此外，图24C示出驱动电路的反相器电路的俯视图。在图24C中，沿着虚线Z1-Z2 截断的截面相当于图24A。 另外，图24B示出EDM0S电路的等效电路。图24A及图24C所示的电路连接相当 于图24B，并且它是第一薄膜晶体管430是增强型n沟道型晶体管，而第二薄膜晶体管431 是耗尽型n沟道型晶体管的例子。 作为在同一衬底上制造增强型n沟道型晶体管和耗尽型n沟道型晶体管的方法， 例如使用不同的材料及不同的成膜条件制造第一氧化物半导体层405和第二氧化物半导 体层407。此外，也可以在氧化物半导体层的上下设置栅电极控制阈值，对栅电极施加电 压以使得一方TFT成为常导通状态(normally-on)，并使得另一方TFT成为常截止状态 (normally-off)而构成EDM0S电路。 本实施方式的反相器电路使用降低了接触电阻的薄膜晶体管，并且通过减少接触 孔数使接触电阻变低，因此能够实现优良的工作特性。另外，通过减少接触孔数，能够縮小 占有面积。 实施方式4 在本实施方式中，作为本发明的半导体装置的一个例子的显示装置示出电子纸的 例子。 在图7中，作为应用本发明的一个方式的显示装置的例子示出有源矩阵型电子 纸。可以与实施方式1所示的薄膜晶体管同样地制造用于显示装置的薄膜晶体管581，并且 该薄膜晶体管581是源电极层及漏电极层与氧化物半导体层的接触电阻小且其工作稳定 性优良的薄膜晶体管。 图7的电子纸是采用扭转球显示方式的显示装置的例子。扭转球显示方式是指一 种方法，其中将一个半球表面为黑色而另一半球表面为白色的球形粒子配置在用于显示元 件的电极层的第一电极层及第二电极层之间，并在第一电极层及第二电极层之间产生电位 差来控制球形粒子的方向，以进行显示。 薄膜晶体管581的源电极层或漏电极层通过形成在绝缘层585中的开口接触于第 一电极层587，由此电连接到第一电极层587。在第一电极层587和第二电极层588之间 设置有具有黑色区590a和白色区590b，且其周围包括充满了液体的空洞594的球形粒子 589，并且球形粒子589的周围充满有树脂等的填料595 (参照图7)。另外，图7还示出衬底 580、层间绝缘膜583、保护膜584和衬底596。 此外，还可以使用电泳元件来代替扭转球。使用直径为10iim至200iim左右的微 囊，该微囊中封入有透明液体、带正电的白色微粒和带负电的黑色微粒。对于设置在第一电极层和第二电极层之间的微囊，当由第一电极层和第二电极层施加电场时，白色微粒和黑 色微粒移动到相反方向，从而可以显示白色或黑色。应用这种原理的显示元件就是电泳显 示元件，一般地被称为电子纸。电泳显示元件具有比液晶显示元件高的反射率，因而不需要 辅助灯。此外，其耗电量低，并且在昏暗的地方也能够辨别显示部。另外，即使不给显示部 供应电源，也能够保持显示过一次的图像。因此，例如，即使使具有显示功能的半导体装置 (简单地称为显示装置，或称为具备显示装置的半导体装置)远离成为电源供给源的电波 发射源，也能够储存显示过的图像。 通过上述工序，可以制造安装有其工作稳定性优良的薄膜晶体管的电子纸。因为 本实施方式的电子纸安装有其工作稳定性优良的薄膜晶体管，所以该电子纸的可靠性高。
本实施方式可以与实施方式1或2所记载的结构适当地组合而实施。
实施方式5 在本实施方式中，以下参照图8A至图13说明作为本发明的半导体装置的一个例 子的显示装置在同一衬底上至少制造驱动电路的一部分和配置在像素部中的薄膜晶体管 的例子。 配置在同一衬底上的薄膜晶体管例如与实施方式1或2同样地形成。此外，形成 的薄膜晶体管是n沟道型TFT，所以将驱动电路中的可以由n沟道型TFT构成的驱动电路的 一部分形成在与像素部的薄膜晶体管同一衬底上。 图8A示出本发明的半导体装置的一个例子的有源矩阵型液晶显示装置的框图的 一个例子。图8A所示的显示装置包括在衬底5300上具备显示元件的具有多个像素的像 素部5301 ;选择各像素的扫描线驱动电路5302 ;以及控制对被选择了的像素的视频信号输 入的信号线驱动电路5303。 像素部5301通过从信号线驱动电路5303在列方向上延伸地配置的多个信号线 Sl-Sm(未图示)与信号线驱动电路5303连接，并且通过从扫描线驱动电路5302在行方向 上延伸地配置的多个扫描线Gl-Gn(未图示)与扫描线驱动电路5302连接，并具有对应于 信号线Sl-Sm以及扫描线Gl-Gn配置为矩阵形的多个像素(未图示)。并且，各个像素与信 号线Sj (信号线Sl-Sm中任一 )、扫描线Gi (扫描线Gl-Gn中任一 )连接。
此外，能够使用与实施方式1或2相同的方法而形成的薄膜晶体管是n沟道型 TFT，参照图9说明由n沟道型TFT构成的信号线驱动电路。 图9所示的信号线驱动电路的一个例子包括驱动器IC5601 ;开关群5602_1至 5602_M ;第一布线5611 ;第二布线5612 ;第三布线5613 ;以及布线5621_1至5621_M。开关 群5602_1至5602—M分别包括第一薄膜晶体管5603a、第二薄膜晶体管5603b以及第三薄膜 晶体管5603c。 驱动器IC5601连接到第一布线5611、第二布线5612、第三布线5613及布线 5621_1至5621_M。而且，开关群5602_1至5602_M分别连接到第一布线5611、第二布线 5612、第三布线5613及分别对应于开关群5602_1至5602_M的布线5621_1至5621_M。而 且，布线5621_1至5621_M分别通过第一薄膜晶体管5603a、第二薄膜晶体管5603b及第三 薄膜晶体管5603c连接到三个信号线。例如，第J列的布线5621_J(布线5621_1至布线 5621_M中任一个)分别通过开关群5602J所具有的第一薄膜晶体管5603a、第二薄膜晶体 管5603b及第三薄膜晶体管5603c连接到信号线Sj-1、信号线Sj、信号线Sj+1。
另外，对第一布线5611、第二布线5612、第三布线5613分别输入信号。
另外，驱动器IC5601优选形成在单晶衬底上。再者，开关群5602_1至5602—M优 选形成在与像素部同一衬底上。因此，优选通过FPC等连接驱动器IC5601和开关群5602J 至5602_M。 接着，参照图10的时序图说明图9所示例的信号线驱动电路的工作。另外，图10
的时序图示出选择第i行扫描线Gi时的时序图。再者，第i行扫描线Gi的选择期间被分
割为第一子选择期间Tl、第二子选择期间T2及第三子选择期间T3。而且，图9的信号线驱
动电路在其他行的扫描线被选择的情况下也进行与图10相同的工作。 另夕卜，图10的时序图示出第J列布线5621_J通过第一薄膜晶体管5603a、第二薄
膜晶体管5603b及第三薄膜晶体管5603c连接到信号线Sj-1、信号线Sj、信号线Sj+1的情况。 另外，图10的时序图示出第i行扫描线Gi被选择的时序、第一薄膜晶体管5603a 的导通 截止的时序5703a、第二薄膜晶体管5603b的导通 截止的时序5703b、第三薄膜 晶体管5603c的导通 截止的时序5703c及输入到第J列布线5621_J的信号5721_J。
另外，在第一子选择期间Tl、第二子选择期间T2及第三子选择期间T3中，对布线 5621_1至布线5621—M分别输入不同的视频信号。例如，在第一子选择期间Tl中输入到布 线5621_J的视频信号输入到信号线Sj-l，在第二子选择期间T2中输入到布线5621_J的视 频信号输入到信号线Sj，在第三子选择期间T3中输入到布线5621_J的视频信号输入到信 号线Sj+1。再者，在第一子选择期间Tl、第二子选择期间T2及第三子选择期间T3中输入 到布线5621_J的视频信号分别为DataJ-l、DataJ、DataJ+l。 如图IO所示，在第一子选择期间TI中，第一薄膜晶体管5603a导通，而第二薄膜 晶体管5603b及第三薄膜晶体管5603c截止。此时，输入到布线5621_J的Data_j_l通过第 一薄膜晶体管5603a输入到信号线Sj-l。在第二子选择期间T2中，第二薄膜晶体管5603b 导通，而第一薄膜晶体管5603a及第三薄膜晶体管5603c截止。此时，输入到布线5621_J 的DataJ通过第二薄膜晶体管5603b输入到信号线Sj。在第三子选择期间T3中，第三薄 膜晶体管5603c导通，而第一薄膜晶体管5603a及第二薄膜晶体管5603b截止。此时，输入 到布线5621_J的DataJ+l通过第三薄膜晶体管5603c输入到信号线Sj+1。
据此，图9的信号线驱动电路通过将一个栅极选择期间分割为三个而可以在一个 栅极选择期间中将视频信号从一个布线5621输入到三个信号线。因此，图9的信号线驱动 电路可以将形成有驱动器IC5601的衬底和形成有像素部的衬底的连接数设定为信号线数 的大约1/3。通过将连接数设定为大约1/3，图9的信号线驱动电路可以提高可靠性、成品 率等。 另外，只要能够如图9所示，将一个栅极选择期间分割为多个子选择期间，并在多 个子选择期间的每一个中从某一个布线分别将视频信号输入到多个信号线，就不限制薄膜 晶体管的配置、数量及驱动方法等。 例如，当在三个以上的子选择期间的每一个中从一个布线将视频信号分别输入到 三个以上的信号线时，追加薄膜晶体管及用于控制薄膜晶体管的布线，即可。但是，当将一 个选择期间分割为四个以上的子选择期间时，子选择期间变短。因此，优选将一个栅极选择 期间分割为两个或三个子选择期间。
作为另一个例子，也可以如图11的时序图所示，将一个选择期间分割为预充电期 间Tp、第一子选择期间Tl、第二子选择期间T2、第三子选择期间T3。再者，图11的时序图 示出选择第i行扫描线Gi的时序、第一薄膜晶体管5603a的导通*截止的时序5803a、第二 薄膜晶体管5603b的导通*截止的时序5803b、第三薄膜晶体管5603c的导通*截止的时序 5803c以及输入到第J列布线5621J的信号5821J。如图11所示，在预充电期间Tp中， 第一薄膜晶体管5603a、第二薄膜晶体管5603b及第三薄膜晶体管5603c导通。此时，输入 到布线5621_J的预充电电压Vp通过第一薄膜晶体管5603a、第二薄膜晶体管5603b及第三 薄膜晶体管5603c分别输入到信号线Sj-1、信号线Sj、信号线Sj+1。在第一子选择期间Tl 中，第一薄膜晶体管5603a导通，第二薄膜晶体管5603b及第三薄膜晶体管5603c截止。此 时，输入到布线5621_J的Data_j-1通过第一薄膜晶体管5603a输入到信号线Sj-l。在第 二子选择期间T2中，第二薄膜晶体管5603b导通、第一薄膜晶体管5603a及第三薄膜晶体 管5603c截止。此时，输入到布线5621_J的Data_j通过第二薄膜晶体管5603b输入到信 号线Sj。在第三子选择期间T3中，第三薄膜晶体管5603c导通，第一薄膜晶体管5603a及 第二薄膜晶体管5603b截止。此时，输入到布线5621_J的Data_j+1通过第三薄膜晶体管 5603c输入到信号线Sj+1。 据此，因为应用图11的时序图的图9的信号线驱动电路可以通过在子选择期间之 前提供预充电选择期间来对信号线进行预充电，所以可以高速地对像素进行视频信号的写 入。另外，在图11中，使用相同的附图标记来表示与图io相同的部分，而省略对于相同的 部分或具有相同的功能的部分的详细说明。 此外，说明扫描线驱动电路的结构的一个例子。扫描线驱动电路包括移位寄存器、 缓冲器。此外，根据情况，还可以包括电平转移器。在扫描线驱动电路中，通过对移位寄存 器输入时钟信号(CLK)及起始脉冲信号(SP)，生成选择信号。所生成的选择信号在缓冲器 中被缓冲放大，并供给到对应的扫描线。扫描线连接有一条线上的像素的晶体管的栅电极 层。而且，由于需要将一条线上的像素的晶体管同时导通，因此使用能够产生大电流的缓冲 器。 参照图12和图13说明用于扫描线驱动电路的一部分的移位寄存器的一个方式。
图12示出移位寄存器的电路结构。图12所示的移位寄存器由触发器5701」至 5701—n这些多个触发器(触发器5701_1至5701_!1)构成。此外，输入第一时钟信号、第二 时钟信号、起始脉冲信号、复位信号来进行工作。 说明图12的移位寄存器的连接关系。在图12的移位寄存器的第i级触发器5701_ i (触发器5701_1至5701_n中任一个)中，图13所示的第一布线5501连接到第七布线 5717_i-l，图13所示的第二布线5502连接到第七布线5717_i+l，图13所示的第三布线 5503连接到第七布线5717」，并且图13所示的第六布线5506连接到第五布线5715。
此外，图13所示的第四布线5504在奇数级的触发器中连接到第二布线5712，在 偶数级的触发器中连接到第三布线5713，并且图13所示的第五布线5505连接到第四布线 5714。 但是，第一级触发器5701_1的图13所示的第一布线5501连接到第一布线5711，
而第n级触发器5701_n的图13所示的第二布线5502连接到第六布线5716。 另外，第一布线5711、第二布线5712、第三布线5713、第六布线5716也可以分别称为第一信号线、第二信号线、第三信号线、第四信号线。再者，第四布线5714、第五布线5715 也可以分别称为第一电源线、第二电源线。 接着，图13示出图12所示的触发器的详细结构。图13所示的触发器包括第一薄 膜晶体管5571、第二薄膜晶体管5572、第三薄膜晶体管5573、第四薄膜晶体管5574、第五 薄膜晶体管5575、第六薄膜晶体管5576、第七薄膜晶体管5577以及第八薄膜晶体管5578。 另外，第一薄膜晶体管5571、第二薄膜晶体管5572、第三薄膜晶体管5573、第四薄膜晶体管 5574、第五薄膜晶体管5575、第六薄膜晶体管5576、第七薄膜晶体管5577以及第八薄膜晶 体管5578是n沟道型晶体管，并且当栅极，源极之间的电压(Vgs)超过阈值电压(Vth)时 成为导通状态。 接着，以下示出图13所示的触发器的连接结构。 第一薄膜晶体管5571的第一电极(源电极或漏电极中的一方)连接到第四布线 5504，并且第一薄膜晶体管5571的第二电极(源电极或漏电极中的另一方)连接到第三布 线5503。 第二薄膜晶体管5572的第一电极连接到第六布线5506，并且第二薄膜晶体管 5572的第二电极连接到第三布线5503。 第三薄膜晶体管5573的第一电极连接到第五布线5505，第三薄膜晶体管5573的 第二电极连接到第二薄膜晶体管5572的栅电极层，并且第三薄膜晶体管5573的栅电极层 连接到第五布线5505。 第四薄膜晶体管5574的第一电极连接到第六布线5506，第四薄膜晶体管5574的 第二电极连接到第二薄膜晶体管5572的栅电极层，并且第四薄膜晶体管5574的栅电极层 连接到第一薄膜晶体管5571的栅电极层。 第五薄膜晶体管5575的第一电极连接到第五布线5505，第五薄膜晶体管5575的 第二电极连接到第一薄膜晶体管5571的栅电极层，并且第五薄膜晶体管5575的栅电极层 连接到第一布线5501。 第六薄膜晶体管5576的第一电极连接到第六布线5506，第六薄膜晶体管5576的 第二电极连接到第一薄膜晶体管5571的栅电极层，并且第六薄膜晶体管5576的栅电极层 连接到第二薄膜晶体管5572的栅电极层。 第七薄膜晶体管5577的第一电极连接到第六布线5506，第七薄膜晶体管5577的 第二电极连接到第一薄膜晶体管5571的栅电极层，并且第七薄膜晶体管5577的栅电极层 连接到第二布线5502。第八薄膜晶体管5578的第一电极连接到第六布线5506，第八薄膜晶 体管5578的第二电极连接到第二薄膜晶体管5572的栅电极层，并且第八薄膜晶体管5578 的栅电极层连接到第一布线5501。 另外，将第一薄膜晶体管5571的栅电极层、第四薄膜晶体管5574的栅电极层、第 五薄膜晶体管5575的第二电极、第六薄膜晶体管5576的第二电极以及第七薄膜晶体管 5577的第二电极的连接部作为节点5543。再者，将第二薄膜晶体管5572的栅电极层、第三 薄膜晶体管5573的第二电极、第四薄膜晶体管5574的第二电极、第六薄膜晶体管5576的 栅电极层以及第八薄膜晶体管5578的第二电极的连接部作为节点5544。
另外，第一布线5501、第二布线5502、第三布线5503以及第四布线5504也可以分 别称为第一信号线、第二信号线、第三信号线、第四信号线。再者，第五布线5505、第六布线5506也可以分别称为第一电源线、第二电源线。 此外，也可以仅使用能够使用与实施方式1或2相同的方法而形成的n沟道型TFT 制造信号线驱动电路及扫描线驱动电路。因为能够使用与实施方式1或2相同的方法而形 成的n沟道型TFT的晶体管迁移率大，所以可以提高驱动电路的驱动频率。例如，由于可以 使使用能够使用与实施方式1或2相同的方法而形成的n沟道型TFT的扫描线驱动电路进 行高速工作，因此可以提高帧频率或实现黑屏插入等。 再者，通过增大扫描线驱动电路的晶体管的沟道宽度，或配置多个扫描线驱动电 路等，可以实现更高的帧频率。在配置多个扫描线驱动电路的情况下，通过将用来使偶数行 的扫描线驱动的扫描线驱动电路配置在一侧，并将用来使奇数行的扫描线驱动的扫描线驱 动电路配置在其相反一侧，可以实现帧频率的提高。另外，在使用多个扫描线驱动电路将信 号输出到同一个扫描线的情况下，有利于显示装置的大型化。 此外，在制造应用本发明的半导体装置的一个例子的有源矩阵型发光显示装置的 情况下，在至少一个像素中配置多个薄膜晶体管，因此优选配置多个扫描线驱动电路。图8B 示出有源矩阵型发光显示装置的框图的 一个例子。 图8B所示的发光显示装置在衬底5400上包括具有多个具备显示元件的像素的 像素部5401 ;选择各像素的第一扫描线驱动电路5402及第二扫描线驱动电路5404 ;以及 控制对被选择的像素的视频信号的输入的信号线驱动电路5403。 当将输入到图8B所示的发光显示装置的像素的视频信号设定为数字方式的情况 下，根据晶体管的导通和截止的切换，像素变成发光或非发光状态。因此，可以采用面积灰 度法或时间灰度法进行灰度级显示。面积灰度法是一种驱动法，其中通过将一个像素分割 为多个子像素并使各子像素分别根据视频信号驱动，来进行灰度级显示。此外，时间灰度法 是一种驱动法，其中通过控制像素发光的期间，来进行灰度级显示。 发光元件的响应速度比液晶元件等高，所以与液晶元件相比适合时间灰度法。在 具体地采用时间灰度法进行显示的情况下，将一个帧期间分割为多个子帧期间。然后，根据 视频信号，在各子帧期间中使像素的发光元件处于发光或非发光状态。通过分割为多个子 帧期间，可以利用视频信号控制像素在一个帧期间中实际上发光的期间的总长度，并显示 灰度级。 另外，在图8B所示的发光显示装置中示出一种例子，其中当在一个像素中配置两 个开关TFT时，使用第一扫描线驱动电路5402生成输入到一个开关TFT的栅极布线的第一 扫描线的信号，使用第二扫描线驱动电路5404生成输入到另一个开关TFT的栅极布线的第 二扫描线的信号。但是，也可以共同使用一个扫描线驱动电路生成输入到第一扫描线的信 号和输入到第二扫描线的信号。此外，例如根据一个像素所具有的开关TFT的数量，可能会 在各像素中设置多个用来控制开关元件的工作的扫描线。在此情况下，既可以使用一个扫 描线驱动电路生成输入到多个扫描线的所有信号，也可以使用多个扫描线驱动电路分别生 成输入到多个扫描线的信号。 此外，在发光显示装置中也可以将驱动电路中的能够由n沟道型TFT构成的驱动 电路的一部分形成在与像素部的薄膜晶体管同一衬底上。另外，也可以仅使用能够使用与 实施方式1或2相同的方法而形成的n沟道型TFT制造信号线驱动电路及扫描线驱动电路。
此外，上述驱动电路除了液晶显示装置及发光显示装置之外还可以用于利用与开关元件电连接的元件来使电子墨水驱动的电子纸。电子纸也被称为电泳显示装置(电泳显 示器)，并具有如下优点与纸相同的易读性、耗电量比其他的显示装置小、可形成为薄而 轻的形状。 作为电泳显示器可考虑各种方式。电泳显示器是如下器件，即在溶剂或溶质中分 散有多个包含具有正电荷的第一粒子和具有负电荷的第二粒子的微囊，并且通过对微囊施 加电场使微囊中的粒子互相向反方向移动，以仅显示集合在一方的粒子的颜色。另外，第一 粒子或第二粒子包含染料，且在没有电场时不移动。此外，第一粒子和第二粒子的颜色不同 (包含无色)。 像这样，电泳显示器是利用所谓的介电电泳效应的显示器。在该介电电泳效应中， 介电常数高的物质移动到高电场区。电泳显示器不需要使用液晶显示装置所需的偏振片和 对置衬底，从而可以使其厚度和重量减少一半。 将在其中分散有上述微囊的溶剂称作电子墨水，该电子墨水可以印刷到玻璃、塑 料、布、纸等的表面上。另外，还可以通过使用彩色滤光片或具有色素的粒子来进行彩色显 示。 此外，在有源矩阵衬底上适当地布置多个上述微囊，使得微囊夹在两个电极之间
而完成有源矩阵型显示装置，通过对微囊施加电场可以进行显示。例如，可以使用根据能够
使用与实施方式1或2相同的方法而形成的薄膜晶体管而获得的有源矩阵衬底。 此外，作为微囊中的第一粒子及第二粒子，采用选自导电体材料、绝缘体材料、半
导体材料、磁性材料、液晶材料、铁电性材料、电致发光材料、电致变色材料、磁泳材料中的
一种或这些材料的组合材料即可。 根据上述工序，通过设置其导电率高于氧化物半导体层的导电氧氮化物层，能够 制造安装有提高了其功能并实现了稳定化的薄膜晶体管的高可靠性显示装置。
本实施方式可以与其他的实施方式中所记载的结构适当地组合而实施。
实施方式6 在本实施方式中，作为本发明的半导体装置的一个例子，能够将与实施方式1 或2同样地形成的薄膜晶体管应用于像素部和驱动电路来制造具有显示功能的半导 体装置(也称为显示装置)。另外，可以将与实施方式1或2同样地形成的薄膜晶体 管的驱动电路的一部分或整体一体形成在与像素部同一个衬底上，来形成系统型面板
(system_on_panel)。 显示装置包括显示元件。作为显示元件，可以使用液晶元件(也称为液晶显示元 件)、发光元件(也称为发光显示元件)。在发光元件的范围内包括利用电流或电压控制亮 度的元件，具体而言，包括无机EL (Electro Luminescence ;电致发光)、有机EL等。此外， 也可以应用电子墨水等的对比度因电作用而变化的显示介质。 此外，显示装置包括密封有显示元件的面板和在该面板中安装有包括控制器的IC 等的模块。再者，本发明的一个方式涉及一种元件衬底，该元件衬底相当于制造该显示装置 的过程中的显示元件完成之前的一个方式，并且其在多个像素中分别具备用于将电流供给 到显示元件的单元。具体而言，元件衬底既可以是只形成有显示元件的像素电极层的状态， 又可以是形成成为像素电极层的导电膜之后且通过蚀刻形成像素电极层之前的状态，或其 他任何方式。
另外，本说明书中的显示装置是指图像显示器件、显示器件、或光源(包括照明装 置)。另外，显示装置还包括安装有连接器诸如FPC(Flexible Printed Circuit ;柔性印刷 电路)、TAB(Tape AutomatedBonding ;载带自动键合)带或TCP(T即e Carrier Package ;载 带封装)的模块；将印刷线路板设置于TAB带或TCP端部的模块；通过COG(Chip On Glass ; 玻璃上芯片)方式将IC(集成电路)直接安装到显示元件上的模块。 在本实施方式中，参照图14A1及A2和14B说明相当于本发明的半导体装置的一 个方式的液晶显示面板的外观及截面。图14A1及A2是一种面板的俯视图，其中使用密封 材料4005将与实施方式2同样地形成在第一衬底4001上的薄膜晶体管4010及4011和液 晶元件4013密封在第一衬底4001与第二衬底4006之间。图14B相当于沿着图14A1及A2 的M-N的截面图。 以围绕设置在第一衬底4001上的像素部4002和扫描线驱动电路4004的方式设 置有密封材料4005。此外，在像素部4002和扫描线驱动电路4004上设置有第二衬底4006。 因此，像素部4002和扫描线驱动电路4004与液晶层4008 —起由第一衬底4001和第二衬 底4006密封。此外，在第一衬底4001上的与由密封材料4005围绕的区域不同的区域中安 装有信号线驱动电路4003，该信号线驱动电路4003使用单晶半导体膜或多晶半导体膜形 成在另外准备的衬底上。 另外，对于另外形成的驱动电路的连接方法没有特别的限制，而可以采用COG方 法、引线键合方法或TAB方法等。图14A1是通过COG方法安装信号线驱动电路4003的例 子，而图14A2是通过TAB方法安装信号线驱动电路4003的例子。 此外，设置在第一衬底4001上的像素部4002和扫描线驱动电路4004包括多个薄 膜晶体管。在图14B中例示像素部4002所包括的薄膜晶体管4010和扫描线驱动电路4004 所包括的薄膜晶体管4011。薄膜晶体管4010、4011上设置有绝缘层4020、4021。
例如，薄膜晶体管4010、4011可以使用实施方式1或2所示的薄膜晶体管。在本 实施方式中，薄膜晶体管4010、4011是n沟道型薄膜晶体管。 另外，液晶元件4013具有的像素电极层4030与薄膜晶体管4010电连接。而且， 液晶元件4013的对置电极层4031形成在第二衬底4006上。像素电极层4030、对置电极 层4031和液晶层4008重叠的部分相当于液晶元件4013。另外，像素电极层4030、对置电 极层4031分别设置有用作取向膜的绝缘层4032、4033，且隔着绝缘层4032、4033夹有液晶 层4008。 另外，作为第一衬底4001、第二衬底4006，可以使用玻璃、金属(典型的是不锈 钢)、陶瓷、塑料。作为塑料，可以使用FRP(Fiberglass-Reinforced Plastics ;纤维增强塑 料)板、PVF(聚氟乙烯)薄膜、聚酯薄膜或丙烯酸树脂薄膜。此外，还可以使用具有将铝箔 夹在PVF薄膜或聚酯薄膜之间的结构的薄片。 此外，附图标记4035表示通过对绝缘膜选择性地进行蚀刻而获得的柱状间隔件， 并且它是为控制像素电极层4030和对置电极层4031之间的距离(单元间隙)而设置的。 另外，还可以使用球状间隔件。另外，对置电极层4031通过导电粒子与与薄膜晶体管4010 设置在同一衬底上的共同电位线电连接。另外，导电粒子包含在密封材料4005中。
另外，还可以使用不使用取向膜的显示为蓝相的液晶。蓝相是液晶相的一种，是指 当使胆甾相液晶的温度上升时即将从胆甾相转变到均质相之前出现的相。由于蓝相只出现在较窄的温度范围内，所以为了改善温度范围而使用混合有5重量％以上的手性试剂的液 晶组成物形成液晶层4008。包含显示为蓝相的液晶和手性试剂的液晶组成物的响应速度 短，即为10 ii s至100 ii s，并且由于其具有光学各向同性而不需要取向处理从而视角依赖 小。 另外，虽然本实施方式为用于透过型液晶显示装置的例子，但是本发明的一个方
式既可以用于反射型液晶显示装置也可以用于半透过型液晶显示装置。 另外，虽然在本实施方式的液晶显示装置中示出在衬底的外侧(可见一侧)设置
偏振片，并在内侧依次设置着色层、用于显示元件的电极层的例子，但是也可以在衬底的内
侧设置偏振片。另外，偏振片和着色层的叠层结构也不局限于本实施方式的结构，只要根据
偏振片和着色层的材料或制造工序条件适当地设定即可。另外，还可以设置用作黑矩阵的
遮光膜。 另外，在本实施方式中，使用用作保护膜或平坦化绝缘膜的绝缘层(绝缘层4020、 绝缘层4021)覆盖根据实施方式2得到的薄膜晶体管，以降低薄膜晶体管的表面凹凸并提 高薄膜晶体管的可靠性。另外，因为保护膜用来防止悬浮在大气中的有机物、金属物、水蒸 气等的污染杂质的侵入，所以优选采用致密的膜。使用溅射法并利用氧化硅膜、氮化硅膜、 氧氮化硅膜、氮氧化硅膜、氧化铝膜、氮化铝膜、氧氮化铝膜或氮氧化铝膜的单层或叠层而 形成保护膜，即可。虽然在本实施方式中示出使用溅射法来形成保护膜的例子，但是并不局 限于此而可以使用各种方法形成。 在本实施方式中，作为保护膜形成叠层结构的绝缘层4020。在本实施方式中，使用 溅射法形成氧化硅膜作为绝缘层4020的第一层。当使用氧化硅膜作为保护膜时，有防止用 作源电极层和漏电极层的铝膜的小丘的效果。 另外，在本实施方式中，使用溅射法形成氮化硅膜作为绝缘层4020的第二层。当 使用氮化硅膜作为保护膜时，可以抑制钠等的可动离子侵入到半导体区中而TFT的电特性 变化。 另外，还可以在形成保护膜之后对包含铟、镓和锌的氧化物半导体层进行退火 (300。C至40(TC )。 另外，形成绝缘层4021作为平坦化绝缘膜。作为绝缘层4021，可以使用具有耐热 性的有机材料如聚酰亚胺、丙烯酸树脂、苯并环丁烯、聚酰胺或环氧树脂等。另外，除了上述 有机材料之外，还可以使用低介电常数材料(low-k材料)、硅氧烷基树脂、PSG(磷硅玻璃)、 BPSG(硼磷硅玻璃)等。硅氧烷基树脂还可以使用有机基(如烷基或芳基)和氟基作为取 代基。另外，有机基还可以具有氟基。另外，也可以通过层叠多个由这些材料形成的绝缘膜， 来形成绝缘层4021。 另外，硅氧烷基树脂相当于以硅氧烷基材料为起始材料而形成的包含Si-O-Si键 的树脂。 至于绝缘层4021的形成方法并没有特别的限制，可以根据其材料利用溅射法、 SOG法、旋涂法、浸渍法、喷涂法、液滴喷射法(喷墨法、丝网印刷、胶版印刷等)、刮刀法、辊 涂法、帘涂法、刮刀涂布法等来形成。在使用材料液形成绝缘层4021的情况下，还可以在进 行烘烤工序的同时，对包含铟、镓和锌的氧化物半导体层进行退火(30(TC至40(TC)。通过 将对绝缘层4021的焙烧工序兼用作对包含铟、镓和锌的氧化物半导体层的退火工序，能够高效地制造半导体装置。 另外，像素电极层4030和对置电极层4031可以使用具有透光性的导电材料诸如
包含氧化钨的氧化铟、包含氧化钨的氧化铟锌、包含氧化钛的氧化铟、包含氧化钛的氧化铟
锡、氧化铟锡(下面表示为ITO)、氧化铟锌、添加有氧化硅的氧化铟锡等。 另外，可以使用包含导电高分子(也称为导电聚合物)的导电组成物形成像素电
极层4030和对置电极层4031。使用导电性组成物而形成的像素电极层优选薄层电阻为
10000 Q / 口以下，且波长为550nm时的透光率为70%以上。另外，包含在导电组成物中的
导电高分子的电阻率优选为O. 1Q 'cm以下。 作为导电高分子，可以使用所谓的Ji电子共轭类导电高分子。例如，可以举出聚 苯胺或其衍生物、聚吡咯或其衍生物、聚噻吩或其衍生物、或者上述材料中的两种以上的共 聚物等。 另外，供给给另外形成的信号线驱动电路4003、扫描线驱动电路4004或像素部 4002的各种信号及电位是从FPC4018供给的。 在本实施方式中，连接端子4015由与液晶元件4013所具有的像素电极层4030相 同的导电膜形成，并且布线4016由与薄膜晶体管4010、4011的源电极层及漏电极层相同的 导电膜形成。 连接端子4015隔着各向异性导电膜4019电连接到FPC4018所具有的端子。
此外，虽然在图14A1及A2和14B中示出另外形成信号线驱动电路4003并将其安 装在第一衬底4001的例子，但是本实施方式不局限于该结构。既可以另外形成扫描线驱动 电路而安装，又可以另外仅形成信号线驱动电路的一部分或扫描线驱动电路的一部分而安 装。 图15示出使用应用本发明的一个方式制造的TFT衬底2600来构成用作半导体装 置的液晶显示模块的一个例子。 图15是液晶显示模块的一个例子，利用密封材料2602固定TFT衬底2600和对置 衬底2601，并在其间设置包括TFT等的像素部2603、包括液晶层的显示元件2604、着色层 2605来形成显示区。在进行彩色显示时需要着色层2605，并且当采用RGB方式时，对应于 各像素设置有分别对应于红色、绿色、蓝色的着色层。在TFT衬底2600和对置衬底2601的 外侧配置有偏振片2606、偏振片2607、漫射片2613。光源由冷阴极管2610和反射板2611 构成，电路衬底2612利用柔性线路板2609与TFT衬底2600的布线电路部2608连接，且其 中组装有控制电路及电源电路等的外部电路。此外，还可以在偏振片和液晶层之间夹有相 位差板的状态下进行层叠。 液晶显示模块可以采用TN(扭曲向列；Twisted Nematic)模式、IPS(平面内 转换；In-Plane-Switching)模式、FFS(边缘电场转换；Fringe Field Switching)模 式、MVA(多畴垂直取向；Multi-domainVertical Alignment)模式、PVA (垂直取向构型； Patterned VerticalAlignment)牛莫《、ASM(车由)(寸禾尔，歹lj 7li ;Axially Symmetric alignedMicro-cell)模式、OCB(光学补偿弯曲；Optical CompensatedBirefringence)模 式、FLC(铁电性液晶;Ferroelectric LiquidCrystal)模式、AFLC(反铁电性液晶；Anti Ferroelectric LiquidCrystal)模式等。 通过上述工序，可以制造安装有其工作稳定性优良的薄膜晶体管的显示装置。因为本实施方式的液晶显示装置安装有其工作稳定性优良的薄膜晶体管，所以该液晶显示装 置的可靠性高。 本实施方式可以与其他实施方式所示的结构适当地组合而实施。
实施方式7 在本实施方式中，示出发光显示装置作为本发明的半导体装置的一个例子。在本 实施方式中，示出利用电致发光的发光元件作为显示装置所具有的显示元件。对利用电致 发光的发光元件根据其发光材料是有机化合物还是无机化合物来进行区别， 一般来说，前 者被称为有机EL元件，而后者被称为无机EL元件。 在有机EL元件中，通过对发光元件施加电压，电子和空穴从一对置电极分别注入 到包含发光有机化合物的层，以产生电流。然后，由于这些载流子(电子和空穴)重新结合， 发光有机化合物达到激发态，并且当该激发态恢复到基态时，获得发光。根据这种机理，该 发光元件被称为电流激发型发光元件。 根据其元件的结构，将无机EL元件分类为分散型无机EL元件和薄膜型无机EL元 件。分散型无机EL元件包括在粘合剂中分散有发光材料的粒子的发光层，且其发光机理是 利用供体能级和受体能级的供体_受体重新结合型发光。薄膜型无机EL元件具有由电介质 层夹住发光层并还利用电极夹住该发光层的结构，且其发光机理是利用金属离子的内层电 子跃迁的定域型发光。另外，在本实施方式中使用有机EL元件作为发光元件而进行说明。
图16示出可以使用数字时间灰度级驱动的像素结构的一个例子作为使用有本发 明的一个方式的半导体装置的例子。 对可以使用数字时间灰度级驱动的像素的结构以及像素的工作进行说明。在本实 施方式中，示出在一个像素中使用实施方式1或2所示的两个将包含铟、镓和锌的氧化物半 导体层用作沟道形成区的n沟道型的晶体管的例子。 像素6400包括开关用晶体管6401、驱动用晶体管6402、发光元件6404以及电容 元件6403。在开关用晶体管6401中，栅极与扫描线6406连接，第一电极(源电极以及漏电 极中的一方)与信号线6405连接，第二电极(源电极以及漏电极的另一方)与驱动用晶体 管6402的栅极连接。在驱动用晶体管6402中，栅极通过电容元件6403与电源线6407连 接，第一电极与电源线6407连接，第二电极与发光元件6404的第一电极(像素电极层)连 接。发光元件6404的第二电极相当于共同电极6408。共同电极6408与形成在同一衬底上 的共同电位线电连接。 另外，将发光元件6404的第二电极(共同电极6408)设定为低电源电位。另外， 低电源电位是指，以电源线6407所设定的高电源电位为基准满足低电源电位<高电源电 位的电位，作为低电源电位例如可以设定为GND、OV等。将该高电源电位与低电源电位的电 位差施加到发光元件6404上，为了使发光元件6404产生流过以使发光元件6404发光，以 高电源电位与低电源电位的电位差为发光元件6404的正向阈值电压以上的方式分别设定 其电位。 另外，还可以使用驱动用晶体管6402的栅极电容代替电容元件6403而省略电容 元件6403。至于驱动用晶体管6402的栅极电容，可以在沟道形成区与栅电极层之间形成电容。 这里，在采用电压输入电压驱动方式的情况下，对驱动用晶体管6402的栅极输入能够使驱动用晶体管6402充分成为导通或截止的两个状态的视频信号。S卩，驱动用晶体管 6402在线形区域进行工作。由于驱动用晶体管6402在线形区域进行工作，将比电源线6407 的电压高的电压施加到驱动用晶体管6402的栅极上。另外，对信号线6405施加(电源线 电压+驱动用晶体管6402的Vth)以上的电压。 另外，当进行模拟灰度级驱动而代替数字时间灰度级驱动时，通过使信号的输入 不同，可以使用与图16相同的像素结构。 当进行模拟灰度级驱动时，对驱动用晶体管6402的栅极施加发光元件6404的正 向电压+驱动用晶体管6402的Vth以上的电压。发光元件6404的正向电压是指，设定为所 希望的亮度时的电压，至少包含正向阈值电压。另外，通过输入使驱动用晶体管6402在饱 和区域工作的视频信号，可以在发光元件6404中产生电流。为了使驱动用晶体管6402在 饱和区域进行工作，将电源线6407的电位设定为高于驱动用晶体管6402的栅极电位。通 过将视频信号设定为模拟方式，可以在发光元件6404中产生根据视频信号的电流，而进行 模拟灰度级驱动。 另外，图16所示的像素结构不局限于此。例如，还可以对图16所示的像素添加开 关、电阻元件、电容元件、晶体管或逻辑电路等。 接着，参照图17A至17C说明发光元件的结构。在本实施方式中，以驱动TFT是n型 的情况为例子来说明像素的截面结构。用于图17A至17C的半导体装置的驱动用TFT7001、 7011、7021可以与实施方式1所示的薄膜晶体管同样地制造。 为了取出发光，发光元件的阳极或阴极的至少一方是透明的即可。而且，在衬底上 形成薄膜晶体管及发光元件，并且有如下结构的发光元件，即从与衬底相反的面取出发光 的顶部发射、从衬底一侧的面取出发光的底部发射以及从衬底一侧的面及与衬底相反的面 取出发光的双面发射。本发明的一个方式的像素结构可以应用于任何发射结构的发光元 件。 参照图17A说明顶部发射结构的发光元件。 在图17A中示出当驱动TFT7001为n型且从发光元件7002发射的光相对于发光 层7004穿过到阳极7005 —侧(与衬底相反一侧)时的像素的截面图。在图17A中，发光 元件7002的阴极7003和驱动TFT7001电连接，在阴极7003上按顺序层叠有发光层7004、 阳极7005。至于阴极7003，只要是功函数小且反射光的导电膜，就可以使用各种材料。例 如，优选采用Ca、 Al、 CaF、 MgAg、 AlLi等。而且，发光层7004可以由单层或多层的叠层构 成。在由多层构成时，在阴极7003上按顺序层叠电子注入层、电子传输层、发光层、空穴传 输层、空穴注入层。另外，不需要设置所有这种层。使用透过光的具有透光性的导电材料形 成阳极7005，例如也可以使用具有透光性的导电膜例如包含氧化鸨的氧化铟、包含氧化鸨 的氧化铟锌、包含氧化钛的氧化铟、包含氧化钛的氧化铟锡、氧化铟锡(下面，表示为ITO)、 氧化铟锌、添加有氧化硅的氧化铟锡等。 由阴极7003及阳极7005夹有发光层7004的区域相当于发光元件7002。在图17A 所示的像素中，从发光元件7002发射的光如箭头所示那样发射到阳极7005 —侧。
接着，参照图17B说明底部发射结构的发光元件。示出在驱动TFT7011是n型，且 从发光元件7012发射的光相对于发光层发射到阴极7013—侧(衬底一侧)的情况下的像 素的截面图。在图17B中，在与驱动TFT7011电连接的具有透光性的导电膜7017上形成有
27发光元件7012的阴极7013，在阴极7013上按顺序层叠有发光层7014、阳极7015。另外，在 阳极7015具有透光性的情况下，也可以覆盖阳极上地形成有用来反射光或遮光的屏蔽膜 7016。与图17A的情况同样地，至于阴极7013，只要是功函数小的导电材料，就可以使用各 种材料。但是，将其厚度设定为透过光的程度(优选为5nm至30nm左右)。例如，可以将膜 厚度为20nm的铝膜用作阴极7013。而且，与图17A同样地，发光层7014可以由单层或多 个层的叠层构成。阳极7015不需要透过光，但是可以与图17A同样地使用具有透光性的导 电材料形成。并且，虽然屏蔽膜7016例如可以使用反射光的金属等，但是不局限于金属膜。 例如，也可以使用添加有黑色的颜料的树脂等。 由阴极7013及阳极7015夹有发光层7014的区域相当于发光元件7012。在图17B 所示的像素中，从发光元件7012发射的光如箭头所示那样发射到阴极7013 —侧。
接着，参照图17C说明双面发射结构的发光元件。在图17C中，在与驱动TFT7021 电连接的具有透光性的导电膜7027上形成有发光元件7022的阴极7023，在阴极7023上按 顺序层叠有发光层7024、阳极7025。与图17A的情况同样地，至于阴极7023，只要是功函数 小的导电材料，就可以使用各种材料。但是，将其厚度设定为透过光的程度。例如，可以将 膜厚度为20nm的Al用作阴极7023。而且，与图17A同样地，发光层7024可以由单层或多 个层的叠层构成。阳极7025可以与图17A同样地使用透过光的具有透光性的导电材料形 成。 阴极7023、发光层7024和阳极7025重叠的部分相当于发光元件7022。在图17C所 示的像素中，从发光元件7022发射的光如箭头所示那样发射到阳极7025 —侧和阴极7023 一侧的双方。 另外，虽然在本实施方式中描述了有机EL元件作为发光元件，但是也可以设置无 机EL元件作为发光元件。 另外，在本实施方式中示出了控制发光元件的驱动的薄膜晶体管(驱动TFT)和发 光元件电连接的例子，但是也可以采用在驱动TFT和发光元件之间连接有电流控制TFT的 结构。 另外，本实施方式所示的半导体装置不局限于图17A至17C所示的结构而可以根 据本发明的技术思想进行各种变形。 接着，参照图18A和18B说明相当于本发明的半导体装置的一个方式的发光显示 面板(也称为发光面板)的外观及截面。图18A是一种面板的俯视图，其中利用密封材料 将与实施方式1同样地形成在第一衬底上的使用包含铟、镓和锌的氧化物半导体层的薄膜 晶体管及发光元件密封在第一衬底与第二衬底之间。图18B相当于沿着图18A的H-I的截 面图。 以围绕设置在第一衬底450 l上的像素部4502 、信号线驱动电路4503a、4503b及扫 描线驱动电路4504a、4504b的方式设置有密封材料4505。此外，在像素部4502、信号线驱 动电路4503a、4503b及扫描线驱动电路4504a、4504b上设置有第二衬底4506。因此，像素 部4502、信号线驱动电路4503a、4503b以及扫描线驱动电路4504a、4504b与填料4507—起 由第一衬底4501、密封材料4505和第二衬底4506密封。像这样为了不暴露于大气，优选由 气密性高且脱气少的保护薄膜(贴合薄膜、紫外线硬化树脂薄膜等)或覆盖材料来进行封 装(密封)。
此外，设置在第一衬底4501上的像素部4502、信号线驱动电路4503a、4503b及扫
描线驱动电路4504a、4504b包括多个薄膜晶体管。在图18B中，例示包括在像素部4502中
的薄膜晶体管4510和包括在信号线驱动电路4503a中的薄膜晶体管4509。 薄膜晶体管4509、4510是n沟道型薄膜晶体管，可以应用实施方式l所示的薄膜
晶体管。 另外，发光元件4511所具有的作为像素电极层的第一电极层4517与薄膜晶体管
4510的源电极层或漏电极层电连接。另外，虽然发光元件4511的结构为第一电极层4517、
电致发光层4512和第二电极层4513的叠层结构，但其不局限于本实施方式所示的结构。可
以根据从发光元件4511取出的光的方向等适当地改变发光元件4511的结构。 分隔壁4520使用有机树脂膜、无机绝缘膜或有机聚硅氧烷而形成。特别优选的
是，以如下条件形成分隔壁4520 :使用感光性的材料，并在第一电极层4517上形成开口部，
且使该开口部的侧壁成为具有连续曲率的倾斜面。 电致发光层4512既可以由单层构成，又可以由多层的叠层构成。
为了不使氧、氢、水分、二氧化碳等侵入到发光元件4511，可以在第二电极层4513 以及分隔壁4520上形成保护膜。可以形成氮化硅膜、氮氧化硅膜、DLC膜等作为保护膜。
另外，供给到信号线驱动电路4503a、4503b、扫描线驱动电路4504a、4504b、或像 素部4502的各种信号及电位是从FPC4518a、4518b供给的。 在本实施方式中，连接端子电极4515由与发光元件4511所具有的第一电极层 4517相同的导电膜形成，端子电极4516由与薄膜晶体管4509、4510所具有的源电极层和漏 电极层相同的导电膜形成。 连接端子电极4515通过各向异性导电膜4519电连接到FPC4518a所具有的端子。 位于从发光元件4511的取出光的方向上的第二衬底4506需要具有透光性。在此
情况下，使用如玻璃板、塑料板、聚酯薄膜或丙烯酸薄膜等的具有透光性的材料。 此外，作为填料4507，除了氮及氩等的惰性气体之外，还可以使用紫外线固化树脂
或热固化树脂。可以使用PVC(聚氯乙烯)、丙烯酸树脂、聚酰亚胺、环氧树脂、硅酮树脂、
PVB(聚乙烯醇縮丁醛)、或EVA(乙烯-醋酸乙烯酯)等。在本实施方式中，作为填料4507
使用氮。 另外，若有需要，也可以在发光元件的射出面上适当地设置诸如偏振片、圆偏振片 (包括椭圆偏振片)、相位差板(A/4片、A/2片)、彩色滤光片等的光学薄膜。另外，也可 以在偏振片或圆偏振片上设置抗反射膜。例如，可以进行抗眩光处理，该处理利用表面的凹 凸来扩散反射光并降低眩光。 信号线驱动电路4503a、4503b及扫描线驱动电路4504a、4504b也可以作为在另行 准备的衬底上由单晶半导体膜或多晶半导体膜形成的驱动电路而安装。此外，也可以另外 仅形成信号线驱动电路或其一部分、或者扫描线驱动电路或其一部分而安装。本实施方式 不局限于图18A和18B的结构。 通过上述工序，可以制造安装有其工作稳定性优良的薄膜晶体管的显示装置。因 为本实施方式的发光显示装置(显示面板)安装有其工作稳定性优良的薄膜晶体管，所以 该发光显示装置的可靠性高。 本实施方式可以与其他实施方式所记载的结构适当地组合而实施。
实施方式8 本发明的一个方式的显示装置可以应用于电子纸。电子纸可以用于用来显示信息 的所有领域的电子设备。例如，可以将电子纸应用于电子书籍(电子书)、招贴、电车等的交 通工具的车厢广告、信用卡等的各种卡片中的显示等。图19A和19B以及20示出电子设备
的一个例子。 图19A示出使用电子纸制造的招贴2631。在广告介质是纸的印刷物的情况下用手 进行广告的交换，但是如果使用应用本发明的一个方式的电子纸，则可以在短时间内改变 广告的显示内容。此外，显示不会打乱而可以获得稳定的图像。另外，招贴也可以采用以无 线的方式收发信息的结构。 此外，图19B示出电车等的交通工具的车厢广告2632。在广告介质是纸的印刷物 的情况下用手进行广告的交换，但是如果使用应用本发明的一个方式的电子纸，则可以在 短时间内不需要许多人手地改变广告的显示内容。此外，显示不会打乱而可以获得稳定的 图像。另外，车厢广告也可以采用以无线的方式收发信息的结构。 另外，图20示出电子书籍2700的一个例子。例如，电子书籍2700由两个框体，即 框体2701及框体2703构成。框体2701及框体2703由轴部2711形成为一体，且可以以该 轴部2711为轴进行开闭动作。通过采用这种结构，可以进行如纸的书籍那样的动作。
框体2701组装有显示部2705，而框体2703组装有显示部2707。显示部2705及 显示部2707的结构既可以是显示连屏画面的结构，又可以是显示不同的画面的结构。通过 采用显示不同的画面的结构，例如在右边的显示部(图20中的显示部2705)中可以显示文 章，而在左边的显示部(图20中的显示部2707)中可以显示图像。 此外，在图20中示出框体2701具备操作部等的例子。例如，在框体2701中，具备 电源2721、操作键2723、扬声器2725等。利用操作键2723可以翻页。另外，也可以采用在 与框体的显示部同一个面上具备键盘、定位装置等的结构。另外，也可以采用在框体的背面 或侧面具备外部连接用端子(耳机端子、USB端子或可与AC适配器及USB电缆等的各种电 缆连接的端子等)、记录介质插入部等的结构。再者，电子书籍2700也可以具有电子词典的 功能。 此外，电子书籍2700也可以采用以无线的方式收发信息的结构。还可以采用以无
线的方式从电子书籍服务器购买所希望的书籍数据等，然后下载的结构。 通过上述工序，可以制造安装有其工作稳定性优良的薄膜晶体管的显示装置。安
装有其工作稳定性优良的薄膜晶体管的显示装置的可靠性高。
实施方式9 根据本发明的一个方式的半导体装置可以应用于各种电子设备(包括游戏机)。
作为电子设备，例如可以举出电视装置(也称为电视或电视接收机)、用于计算机等的监视
器、数码相机、数码摄像机、数码相框、移动电话机(也称为移动电话、移动电话装置)、便携
式游戏机、便携式信息终端、声音再现装置、弹珠机等的大型游戏机等。 图21A示出电视装置9600的一个例子。在电视装置9600中，框体9601组装有显
示部9603。利用显示部9603可以显示映像。此外，在本实施方式中示出利用支架9605支
撑框体9601的结构。 可以通过利用框体9601所具备的操作开关、另外提供的遥控操作机9610进行电视装置9600的操作。通过利用遥控操作机9610所具备的操作键9609，可以进行频道及音
量的操作，并可以对在显示部9603上显示的映像进行操作。此外，也可以采用在遥控操作
机9610中设置显示从该遥控操作机9610输出的信息的显示部9607的结构。 另外，电视装置9600采用具备接收机及调制解调器等的结构。可以通过利用接收
机接收一般的电视广播。再者，通过调制解调器连接到有线或无线方式的通信网络，从而也
可以进行单向(从发送者到接收者)或双向(在发送者和接收者之间或在接收者之间等)
的信息通信。 图21B示出数码相框9700的一个例子。例如，在数码相框9700中，框体9701组 装有显示部9703。显示部9703可以显示各种图像，例如通过显示使用数码相机等拍摄的图 像数据，可以发挥与一般的相框同样的功能。 另外，数码相框9700采用具备操作部、外部连接用端子(USB端子、可以与USB电 缆等的各种电缆连接的端子等)、记录介质插入部等的结构。这种结构也可以组装到与显示 部同一个面，但是通过将其设置在侧面或背面上来提高设计性，所以是优选的。例如，可以 对数码相框的记录介质插入部插入储存有使用数码相机拍摄的图像数据的存储器并提取 图像数据，然后可以将所提取的图像数据显示于显示部9703。 此外，数字相框9700也可以采用以无线的方式收发信息的结构。还可以采用以无 线的方式提取所希望的图像数据并进行显示的结构。 图22A示出一种便携式游戏机，其由框体9881和框体9891的两个框体构成，并且 通过连接部9893可以开闭地连接。框体9881安装有显示部9882，并且框体9891安装有显 示部98S3。另外，图22A所示的便携式游戏机还具备扬声器部9884、记录介质插入部9886、 LED灯9890、输入单元(操作键9885、连接端子9887、传感器9888 (包括测定如下因素的功 能力量、位移、位置、速度、加速度、角速度、转动数、距离、光、液、磁、温度、化学物质、声音、 时间、硬度、电场、电流、电压、电力、辐射线、流量、湿度、倾斜度、振动、气味或红外线)以及 麦克风9889)等。当然，便携式游戏机的结构不局限于上述结构，只要采用至少具备根据 本发明的一个方式的半导体装置的结构即可，且可以采用适当地设置有其它附属设备的结 构。图22A所示的便携式游戏机具有如下功能读出存储在记录介质中的程序或数据并将 其显示在显示部上；以及通过与其他便携式游戏机进行无线通信而实现信息共享。另外，图 22A所示的便携式游戏机所具有的功能不局限于此，而可以具有各种各样的功能。
图22B示出大型游戏机的一种的自动赌博机9900的一个例子。在自动赌博机9900 的框体9901中安装有显示部9903。另外，自动赌博机9900还具备如起动杆或停止开关等 的操作单元、投币口、扬声器等。当然，自动赌博机9900的结构不局限于此，只要采用至少 具备根据本发明的一个方式的半导体装置的结构即可，且可以采用适当地设置有其它附属 设备的结构。 图23示出移动电话机1000的一个例子。移动电话机1000除了安装在框体1001
的显示部1002之外还具备操作按钮1003、外部连接端口 1004、扬声器1005、麦克风1006等。 图23所示的移动电话机1000可以用手指等触摸显示部1002来输入信息。此外，
可以用手指等触摸显示部1002来打电话或进行电子邮件的输入等的操作。 显示部1002的画面主要有三个模式。第一是以图像的显示为主的显示模式，第二
31是以文字等的信息的输入为主的输入模式，第三是显示模式和输入模式的两个模式混合的 显示+输入模式。 例如，在打电话或制作电子邮件的情况下，将显示部1002设定为以文字输入为主 的文字输入模式，并进行在画面上显示的文字的输入操作，即可。在此情况下，优选的是，在 显示部1002的画面的大部分中显示键盘或号码按钮。 此外，通过在移动电话机1000的内部设置具有陀螺仪和加速度传感器等检测倾 斜度的传感器的检测装置，来判断移动电话机1000的方向(竖向还是横向)，从而可以对显 示部1002的画面显示进行自动切换。 通过触摸显示部1002或对框体1001的操作按钮1003进行操作，切换画面模式。 还可以根据显示在显示部1002上的图像种类切换画面模式。例如，当显示在显示部上的图 像信号为动态图像的数据时，将画面模式切换成显示模式，而当显示在显示部上的图像信 号为文字数据时，将画面模式切换成输入模式。 另外，当在输入模式中通过检测出显示部1002的光传感器所检测的信号得知在 一定期间中没有显示部1002的触摸操作输入时，也可以以将画面模式从输入模式切换成 显示模式的方式来进行控制。 还可以将显示部1002用作图像传感器。例如，通过用手掌或手指触摸显示部
1002，来拍摄掌纹、指纹等，而可以进行个人识别。此外，通过在显示部中使用发射近红外光
的背光灯或发射近红外光的感测光源，也可以拍摄手指静脉、手掌静脉等。 通过上述工序，可以制造安装有其工作稳定性优良的薄膜晶体管的显示装置。因
为上述电子设备安装有其工作稳定性优良的薄膜晶体管，所以该电子设备的可靠性高。 实施方式10 在本实施方式中，说明在制造将氧化物半导体用作半导体层的薄膜晶体管的情况 下使用在对氧化物半导体膜进行构图时产生的蚀刻废液再生氧化物半导体而再利用的方 法。 图25和图26A至26G示出再利用过程。 首先，在图25的步骤1(7101)中，通过溅射法或脉冲激光蒸镀法(激光脉冲蒸镀 法)形成氧化物半导体膜。图26A和26B示出成膜时的具体例子。在图26A中，在衬底7201 上已形成有栅电极7202和栅极绝缘膜7203，并且在栅极绝缘膜7203上通过溅射法形成氧 化物半导体膜7205 (图26B)。此时使用的靶材7204是包含In、 Ga和Zn的氧化物半导体 靶材，例如可以使用组成比率为In : Ga : Zn = l : 1 : 0.5的靶材。
接着，在图25的步骤2(7102)中，对氧化物半导体膜进行构图。如图26C所示，使 用抗蚀剂掩模7206，该抗蚀剂掩模7206使用光掩模而形成，通过湿蚀刻法去除氧化物半导 体膜7205的不需要的部分。另外，还可以同时进行本说明书中的对缓冲层的蚀刻处理。通 过上述步骤，能够得到所希望的形状的氧化物半导体膜7207。接着，在图25的步骤3(7103)中，回收在步骤2 (7102)中产生的蚀刻废液7208 (图
26E)。另外，在回收蚀刻废液时，还可以预先使蚀刻废液中和。这是因为如下缘故考虑到
工作的方便，在对得到中和的蚀刻废液进行处理时，安全性更高而优选。 接着，在图25的步骤4(7104)中，通过进行从蚀刻废液去除水分的固体化处理，得
到固体物7209(图26F)。另外，只要加热蚀刻废液，以去除水分，即可。另外，在得到固体物7209后，先进行组成分析等再追加不足成分等来调整组成比率，以将在之后步骤中再生 的靶材的组成比率设定为所希望的组成比率。 接着，在图25的步骤5(7105)中，将固体物7209放在所希望的形状的铸模，并进 行加压处理和焙烧处理，以得到烧结体7210。再者，使用粘合剂将烧结体7210贴合在支撑 板7211上，以形成靶材7212 (参照图26G)。但是，焙烧温度优选为700°C以上。另外，优选 将厚度设定为5nm以上且10nm以下。因为在图25的步骤4(7104)中调整了 In、 Ga和Zn 的组成比率，所以能够得到具有所希望的组成比率的靶材7212。 另外，可以在进行图25的步骤1(7101)中的成膜处理时使用得到的靶材7212。
如上所述，在制造将氧化物半导体用作半导体层的薄膜晶体管的情况下能够使用 蚀刻废液再生氧化物半导体而再利用的方法。 —般来说，氧化物半导体含有的铟和镓是稀有金属。因此，通过使用本实施方式 所示的再利用方法，在节省资源的同时能够实现使用氧化物半导体而形成的产品的成本降 低。 本说明书根据2008年11月7日在日本 专利局受理的日本专利申请编号 2008-287051而制作，所申请内容包括在本说明书中。
权利要求
一种薄膜晶体管，包括栅电极；覆盖所述栅电极的栅极绝缘膜；中间夹着所述栅极绝缘膜重叠于所述栅电极的氧化物半导体层；所述氧化物半导体层上的第一电极及第二电极，该第一电极的端部及该第二电极的端部重叠于所述栅电极；第一缓冲层，该第一缓冲层接触所述氧化物半导体层和所述第一电极并夹在所述氧化物半导体层与所述第一电极之间；以及第二缓冲层，该第二缓冲层接触所述氧化物半导体层和所述第二电极并夹在所述氧化物半导体层与所述第二电极之间，其中，所述第一缓冲层及所述第二缓冲层包含铟、镓、锌、氧和氮。
2. 根据权利要求l所述的薄膜晶体管，其中相对于所述缓冲层含有的氧(0)的氮(N) 的比率(N/0)为5原子％以上且80原子％以下。
3. 根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其中所述氧化物半导体层包含铟、镓和锌。
4. 一种薄膜晶体管，包括 栅电极；覆盖所述栅电极的栅极绝缘膜；第一电极及第二电极，该第一电极的端部及该第二电极的端部中间夹着所述栅极绝缘 膜重叠于所述栅电极；所述第一电极上的第一缓冲层； 所述第二电极上的第二缓冲层；以及重叠于所述第一电极的端部及所述第二电极的端部的氧化物半导体层， 其中，所述氧化物半导体层接触所述第一电极及所述第二电极的侧表面和所述第一缓 冲层及所述第二缓冲层的上表面及侧表面，并且，所述第一缓冲层及所述第二缓冲层包含铟、镓、锌、氧和氮。
5. 根据权利要求4所述的薄膜晶体管，其中相对于所述缓冲层含有的氧(0)的氮(N) 的比率(N/0)为5原子％以上且80原子％以下。
6. 根据权利要求4所述的薄膜晶体管，其中所述氧化物半导体层包含铟、镓和锌。
7. —种半导体装置的制造方法，包括 在衬底上形成栅电极； 在所述栅电极上形成栅极绝缘膜；在所述栅极绝缘膜上形成氧化物半导体层，该氧化物半导体层包含铟、镓和锌并重叠 于所述栅电极；在所述氧化物半导体层上形成缓冲层；以及 在所述缓冲层上形成第一 电极及第二电极，其中，所述缓冲层通过在包含氮气的气氛中溅射作为成分含有包含铟、镓和锌的氧化 物的靶材而形成。
8. —种半导体装置的制造方法，包括 在衬底上形成栅电极；在所述栅电极上形成栅极绝缘膜；在所述栅极绝缘膜上形成第一电极及第二电极，该第一电极及第二电极的端部重叠于 所述栅电极；在所述第一电极及所述第二电极上形成缓冲层；以及 在所述缓冲层上形成包含铟、镓和锌的氧化物半导体层，其中，所述缓冲层通过在包含氮气的气氛中溅射作为成分含有包含铟、镓和锌的氧化 物的靶材而形成。
9. 一种包括薄膜晶体管的半导体装置， 该薄膜晶体管包括栅电极；覆盖所述栅电极的栅极绝缘膜；中间夹着所述栅极绝缘膜重叠于所述栅电极的氧化物半导体层；所述氧化物半导体层上的第一电极及第二电极，该第一电极的端部及该第二电极的端 部重叠于所述栅电极；第一缓冲层，该第一缓冲层接触所述氧化物半导体层和所述第一电极并夹在所述氧化 物半导体层与所述第一电极之间；以及第二缓冲层，该第二缓冲层接触所述氧化物半导体层和所述第二电极并夹在所述氧化 物半导体层与所述第二电极之间，其中，所述第一缓冲层及所述第二缓冲层包含铟、镓、锌、氧和氮。
10. 根据权利要求9所述的半导体装置，其中相对于所述缓冲层含有的氧(0)的氮(N) 的比率(N/0)为5原子％以上且80原子％以下。
11. 根据权利要求9所述的半导体装置，其中所述氧化物半导体层包含铟、镓和锌。
12. —种包括薄膜晶体管的半导体装置， 该薄膜晶体管包括栅电极；覆盖所述栅电极的栅极绝缘膜；第一 电极及第二电极，该第一 电极的端部及该第二电极的端部中间夹着所述栅极绝缘 膜重叠于所述栅电极；所述第一电极上的第一缓冲层； 所述第二电极上的第二缓冲层；以及重叠于所述第一电极的端部及所述第二电极的端部的氧化物半导体层， 其中，所述氧化物半导体层接触所述第一电极及所述第二电极的侧表面和所述第一缓 冲层及所述第二缓冲层的上表面及侧表面，并且，所述第一缓冲层及所述第二缓冲层包含铟、镓、锌、氧和氮。
13. 根据权利要求12所述的半导体装置，其中相对于所述缓冲层含有的氧(0)的氮 (N)的比率(N/0)为5原子％以上且80原子％以下。
14. 根据权利要求12所述的半导体装置，其中所述氧化物半导体层包含铟、镓和锌。
全文摘要
本发明涉及涉及半导体装置及其制造方法。在使用氧化物半导体的薄膜晶体管中，将包含铟、镓、锌、氧和氮的缓冲层设置在氧化物半导体层与源电极层及漏电极层之间。
文档编号H01L29/786GK101740632SQ200910220860
公开日2010年6月16日 申请日期2009年11月6日 优先权日2008年11月7日
发明者丸山哲纪, 井本裕己, 坂田淳一郎, 山崎舜平, 浅野裕治, 肥塚纯一 申请人:株式会社半导体能源研究所