專利名稱：液晶顯示器件及包括該液晶顯示器件的電子設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式涉及包括使用氧化物半導(dǎo)體的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的半導(dǎo)體器件。在本說(shuō)明書中，半導(dǎo)體器件指的是能夠通過(guò)利用半導(dǎo)體特性工作的所有基型的器件，并且諸如液晶顯示器件的電光器件、半導(dǎo)體電路以及電子設(shè)備都是半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
使用形成在具有絕緣表面的襯底上的半導(dǎo)體薄膜形成薄膜晶體管的技術(shù)備受關(guān)注。薄膜晶體管被用于以液晶電視為典型的顯示設(shè)備。作為可應(yīng)用于薄膜晶體管的半導(dǎo)體薄膜，硅基半導(dǎo)體材料是公知的。但是，作為另一材料，氧化物半導(dǎo)體備受關(guān)注。作為氧化物半導(dǎo)體的材料，氧化鋅或含有氧化鋅作為其成分的材料是公知的。而且，已公開了使用電子載流子濃度低于1018/cm3的非晶氧化物(氧化物半導(dǎo)體)形成的薄膜晶體管(專利文獻(xiàn)1至3)。[專利文獻(xiàn)1]日本專利申請(qǐng)公開2006-165527號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)2]日本專利申請(qǐng)公開2006-165528號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)3]日本專利申請(qǐng)公開2006-165529號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
然而，在形成工藝中產(chǎn)生的與氧化物半導(dǎo)體膜的化學(xué)計(jì)量組成的差異在一些情形中會(huì)成為問(wèn)題。例如，在膜中氧過(guò)?；蛉狈Φ那闆r下或所包含的作為雜質(zhì)的氫成為電子供體的情況下，導(dǎo)電率改變。即使在電子載流子濃度低于1018/cm3時(shí)，氧化物半導(dǎo)體也是基本為η型的氧化物半導(dǎo)體，且上述專利文獻(xiàn)所公開的薄膜晶體管的開關(guān)比僅為約103。這種薄膜晶體管的開關(guān)比低的原因是截止電流大。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式是一種包括具有穩(wěn)定電特性(例如，截止電流極低)的薄膜晶體管的顯示器件。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式是一種包括薄膜晶體管的液晶顯示器件，在該薄膜晶體管中使用作為通過(guò)去除在氧化物半導(dǎo)體中用作電子供體(供體)的雜質(zhì)獲得的本征或基本上本征的半導(dǎo)體、且其能隙大于硅半導(dǎo)體的氧化物半導(dǎo)體來(lái)形成溝道區(qū)。S卩，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式是一種包括使用氧化物半導(dǎo)體膜形成溝道區(qū)的薄膜晶體管的液晶顯示器件。氧化物半導(dǎo)體所包含的氫或OH鍵極少，以使氧化物半導(dǎo)體所包含的氫為小于或等于5 X IO1Vcm3,優(yōu)選為小于或等于5 X IO1Vcm3,更優(yōu)選為小于或等于5 X IO17/ cm3,并且使氧化物半導(dǎo)體膜的載流子濃度設(shè)置為小于或等于5X IO1Vcm3，優(yōu)選為小于或等 T 5X IO1Vcm30氧化物半導(dǎo)體的能隙為大于或等于&V，優(yōu)選為大于或等于2. kV，更優(yōu)選為大于或等于:3eV，且形成供體的諸如氫的雜質(zhì)被極大地減少，以使載流子濃度為小于或等于
41 X IO1Vcm3,優(yōu)選為小于或等于1 X 1012/cm3。當(dāng)這樣的高度純化的氧化物半導(dǎo)體被用于薄膜晶體管的溝道形成區(qū)時(shí)，即使溝道寬度為IOmm且漏電壓為10V，氧化物半導(dǎo)體也工作以使在柵電壓為-5V至-20V時(shí)漏電流為小于或等于1X10_13A。本說(shuō)明書所公開的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式是一種液晶顯示器件。 在該液晶顯示器件中，薄膜晶體管設(shè)置在像素部中所設(shè)置的信號(hào)線和像素電極之間，該薄膜晶體管包括柵電極；設(shè)置成與柵電極重疊的柵極絕緣層；設(shè)置成隔著柵極絕緣層與柵電極重疊的氧化物半導(dǎo)體層；以及設(shè)置成與氧化物半導(dǎo)體層的一部分重疊的源電極和漏電極。不形成與所述像素電極電連接的輔助電容器。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式是一種液晶顯示器件。在該液晶顯示器件中，薄膜晶體管包括柵電極；與柵電極重疊地設(shè)置的柵極絕緣層；隔著柵極絕緣層與柵電極重疊地設(shè)置的氧化物半導(dǎo)體層；以及設(shè)置成與氧化物半導(dǎo)體層的一部分重疊的源電極和漏電極。該薄膜晶體管設(shè)置在信號(hào)線和像素電極之間，信號(hào)線和像素電極分別設(shè)置在一個(gè)像素中的多個(gè)子像素中。不形成與像素電極電連接的輔助電容器。注意，輔助電容器是指意圖性地設(shè)置的電容器，并且可以形成有非意圖性地設(shè)置的寄生電容。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，因?yàn)榻刂闺娏鹘档叫∮诨虻扔贗X IO-13A,所以不必設(shè)置用來(lái)保持施加到像素的信號(hào)電壓的電容器。也就是說(shuō)，因?yàn)椴槐卦诿總€(gè)像素中設(shè)置輔助電容器，所以可以提高開口率。此外，由于使用根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的薄膜晶體管的像素可保持在特定狀態(tài)(寫入視頻信號(hào)的狀態(tài))下，因此甚至在顯示靜態(tài)圖像時(shí)也可進(jìn)行穩(wěn)定的工作。


圖IA和IB是液晶顯示器件的俯視圖和截面圖；圖2A和2B是液晶顯示器件的俯視圖和截面圖；圖3A至3D是液晶顯示器件的制造方法的截面圖；圖4示出其中使用氧化物半導(dǎo)體的薄膜晶體管的Vg-Id特性；圖5A和5B是其中使用氧化物半導(dǎo)體的薄膜晶體管的照片；圖6A和6B是其中使用氧化物半導(dǎo)體的薄膜晶體管的Vg-Id特性(溫度特性)；圖7示出液晶顯示器件；圖8是其中使用氧化物半導(dǎo)體的具有反交錯(cuò)型結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管的縱向截面圖；圖9A和9B是沿圖8所示的A-A'截面的能帶圖(示意圖)；圖IOA和IOB是沿圖8所示的B-B'截面的能帶圖(示意圖)；圖IOA示出對(duì)柵極 (Gl)施加正電壓(+Ve)的狀態(tài)，而圖IOB示出對(duì)柵極(Gl)施加負(fù)電壓(-Ve)的狀態(tài)；圖11示出真空能級(jí)和金屬的功函數(shù)(ΦΜ)之間的關(guān)系以及真空能級(jí)和氧化物半導(dǎo)體的電子親和力(X)之間的關(guān)系；圖12Α和12Β各自示出一液晶顯示器件；圖13Α和13Β各自示出一液晶顯示器件；圖14Α和14Β示出液晶顯示器件；圖15Α和15Β各自示出一液晶顯示器件；
圖16A和16B各自示出一液晶顯示器件；圖17A至17C各自示出一電子設(shè)備；圖18A至18C各自示出一電子設(shè)備；圖19示出硅MOS晶體管的源極與漏極之間的帶結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方式將參照附圖進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。但是，本發(fā)明不限于下面的說(shuō)明，所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以容易地理解本文中所揭示的實(shí)施方式和細(xì)節(jié)可以各種方式修改而不脫離本發(fā)明的宗旨及范圍。因此，本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為限定在本文中所包括的實(shí)施方式的內(nèi)容中。注意，在下面所說(shuō)明的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，使用相同的附圖標(biāo)記來(lái)表示相同的部分或具有相同功能的部分，而省略其重復(fù)說(shuō)明。注意，有時(shí)為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，本說(shuō)明書中附圖所示的每一個(gè)結(jié)構(gòu)的大小、層的厚度、 或區(qū)域放大表示。因此，本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方式不限于這種比例。注意，本發(fā)明所使用的諸如“第一”、“第二”和“第三”的術(shù)語(yǔ)用于避免多個(gè)元件的混淆，并且并不意味著限制這些結(jié)構(gòu)元件的個(gè)數(shù)。因此，例如可以將術(shù)語(yǔ)“第一”適當(dāng)?shù)刂脫Q為術(shù)語(yǔ)“第二”、“第三”等。(實(shí)施方式1)下面說(shuō)明其中使用根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的薄膜晶體管構(gòu)成液晶顯示器件的像素的例子。在本實(shí)施方式中，在液晶顯示器件中，作為一示例將示出并描述像素中所包括的薄膜晶體管以及與該薄膜晶體管連接的電極(也稱為像素電極)。注意，像素包括設(shè)置在顯示器件的每個(gè)像素中的元件，例如，薄膜晶體管、用作像素電極的電極以及向元件供給電信號(hào)的布線等。另外，像素可以包括濾色片等。例如，在包括R、G和B色素的彩色顯示器件中，圖像的最小單元由三種像素，即R像素、G像素及B像素構(gòu)成。注意，當(dāng)記載為“A與B相連接”時(shí)，本文中包括A與B彼此電連接的情況以及A與 B彼此直接連接的情況。此處，A與B是對(duì)象物(例如，器件、元件、電路、布線、電極、端子、 導(dǎo)電膜或?qū)拥?。存儲(chǔ)電容是液晶元件的電容和單獨(dú)設(shè)置的電容器的電容的組合。前者稱為液晶電容，后者稱為輔助電容以作區(qū)分。首先，作為常規(guī)液晶顯示器件中的像素部的示例，圖2A示出俯視圖。圖2A所示的薄膜晶體管具有稱為反交錯(cuò)型結(jié)構(gòu)的一種底柵型結(jié)構(gòu)，其中在與柵電極重疊的氧化物半導(dǎo)體層上設(shè)置用作源電極和漏電極的布線層。圖2A所示的像素部包括用作掃描線的第一布線2101、用作信號(hào)線的第二布線 2102A、氧化物半導(dǎo)體層2103、電容線2104以及像素電極2105。此外，圖2A中的像素部包括用來(lái)使氧化物半導(dǎo)體層2103和像素電極2105電連接的第三布線2102B。第一布線2101還用作薄膜晶體管2106的柵電極。第二布線2102A還用作薄膜晶體管2106的源電極和漏電極之一以及電容器的一個(gè)電極。第三布線2102B還用作薄膜晶體管2106的源電極和漏電極中的另一個(gè)。電容線2104用作電容器的另一個(gè)電極。注意，第一布線2101及電容線2104形成在同一層中，而第二布線2102A及第三布線2102B形成在同一層中。此外，第三布線2102B 和電容線2104彼此部分地重疊，以形成液晶元件的輔助電容器(電容器)。薄膜晶體管 2106中所包括的氧化物半導(dǎo)體層2103隔著柵極絕緣膜2113(未示出)設(shè)置在第一布線 2101 上。圖2B示出沿圖2A中的點(diǎn)劃線A1-A2的截面結(jié)構(gòu)。在圖2B所示的截面結(jié)構(gòu)中，在襯底2111上隔著基底膜2112設(shè)置電容線2104和用作柵電極的第一布線2101。柵極絕緣膜2113設(shè)置成覆蓋第一布線2101及電容線2104。 在柵極絕緣膜2113上設(shè)置有氧化物半導(dǎo)體層2103。此外，在氧化物半導(dǎo)體層2103上設(shè)置有第二布線2102A和第三布線2102B，且在其上設(shè)置有用作鈍化膜的氧化物絕緣層2114。在氧化物絕緣層2114中形成有開口部。在開口部中像素電極2105和第三布線2102B彼此連接。電容器通過(guò)將柵極絕緣膜2113用作電介質(zhì)由第三布線2102B和電容線2104構(gòu)成。注意，如圖7所示，圖2A和2B中所示的像素對(duì)應(yīng)于襯底700上排列成矩陣的多個(gè)像素701。圖7示出其中在襯底700上放置有像素部702、掃描線驅(qū)動(dòng)電路703及信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路704的結(jié)構(gòu)。根據(jù)從連接到掃描線驅(qū)動(dòng)電路703的第一布線101供給的掃描信號(hào)，按行確定像素701是選擇狀態(tài)還是非選擇狀態(tài)。從連接到信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路704的布線2102A 向根據(jù)掃描信號(hào)選擇的像素701供給視頻電壓(也稱為圖像信號(hào)、視頻信號(hào)或視頻數(shù)據(jù))。圖7示出其中在襯底700上設(shè)置有掃描線驅(qū)動(dòng)電路703和信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路704的結(jié)構(gòu)；替代地，可以在襯底700上設(shè)置掃描線驅(qū)動(dòng)電路703和信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路704之一。僅像素部702可被設(shè)置在襯底700上。圖7示出在像素部702中多個(gè)像素701排列成矩陣(條形)的示例。注意，像素 701不必排列成矩陣，而可排列成三角圖案或拜爾(Bayer)排列。作為像素部702的顯示方法，可以采用漸進(jìn)式方法或交錯(cuò)式方法。注意，在進(jìn)行彩色顯示時(shí)，像素中受控制的色素并不限于R(紅色)、G (綠色)和B (藍(lán)色)的三種顏色，并且例如可以采用RGBW(W對(duì)應(yīng)于白色)、或添加有黃色、青色、品紅色等的一種或多種顏色的色素等的RGB。此外，在色素點(diǎn)之間，顯示區(qū)域的大小可不同。在圖7中，第一布線2101和第二布線2102A根據(jù)行方向和列方向上的像素的數(shù)量形成。注意，取決于一個(gè)像素中所包括的子像素的數(shù)量或該像素中的晶體管的數(shù)量，可增加第一布線2101和第二布線2102A的數(shù)量。像素701可用一些像素所共享的第一布線2101 和第二布線2102A驅(qū)動(dòng)。注意，在圖2A中，第二布線2102A是矩形的；替代地，第二布線2102A可包圍第三布線2102B (具體地，第二布線2102A可為U形或C形)以使其中載流子移動(dòng)的區(qū)域的面積增大，從而增加流過(guò)電流的量。注意，薄膜晶體管是具有包括柵極、漏極和源極的至少三個(gè)端子的元件。該薄膜晶體管在漏區(qū)和源區(qū)之間具有溝道區(qū)，且電流可以流過(guò)漏區(qū)、溝道區(qū)和源區(qū)。在此，因?yàn)榫w管的源極和漏極取決于晶體管的結(jié)構(gòu)、工作條件等可互換，所以難以限定哪一個(gè)是源極或漏極。因此，有時(shí)不將用作源極或漏極的區(qū)域稱為源極或漏極。在此情況下，作為示例，源極和漏極之一可稱為第一端子、第一電極、或者第一區(qū)，而源極和漏極中的另一個(gè)稱為第二端子、第二電極或者第二區(qū)。接著，圖IA和IB中示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的像素部的結(jié)構(gòu)示例。圖IA示出從圖2A中的常規(guī)示例的像素部的結(jié)構(gòu)中省略電容器(輔助電容器)的結(jié)構(gòu)。因此，電容線并非是必要的，并且第三布線102B不用作電容器的電極。第三布線102B提供僅與像素電極105連接的布線作為源電極或漏電極，這導(dǎo)致面積縮小。因此，可以大幅度地提高開口率。注意，作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的其中省略了電容器的像素部的結(jié)構(gòu)示例中， 可具有與所述常規(guī)示例相同的結(jié)構(gòu)(電容器除外)。此外，雖然作為示例描述了具有反交錯(cuò)型結(jié)構(gòu)的晶體管，但是可以采用具有諸如底接觸型結(jié)構(gòu)或頂柵型結(jié)構(gòu)等的另一結(jié)構(gòu)的晶體管。為了如上所述從像素部省略電容器，像素的電位需要只使用帶電荷液晶元件保持特定時(shí)段。為此，需要使薄膜晶體管的截止電流充分地降低。參照?qǐng)D3A至3D描述用來(lái)實(shí)現(xiàn)這些特性的薄膜晶體管的制造方法的一個(gè)示例。玻璃襯底可用作透光襯底111。在襯底111上設(shè)置基底膜112以防止雜質(zhì)從襯底 111擴(kuò)散，或提高襯底111與設(shè)置在襯底111上的各元件之間的粘性。注意，不一定需要設(shè)置基底膜112。接著，在基底膜112上形成導(dǎo)電層。然后進(jìn)行第一光刻步驟，以使形成抗蝕劑掩模并通過(guò)蝕刻去除不必要的部分，藉此形成第一布線101。此時(shí)，優(yōu)選進(jìn)行蝕刻以使第一布線 101的邊緣逐漸變細(xì)。圖3A是此階段的截面圖。優(yōu)選使用諸如鋁或銅等的低電阻導(dǎo)電材料形成第一布線101。因?yàn)殇X的單獨(dú)使用有耐熱性低且容易腐蝕等缺點(diǎn)，所以鋁優(yōu)選與耐熱導(dǎo)電材料組合使用。作為耐熱導(dǎo)電材料可以使用選自鈦、鉭、鎢、鉬、鉻、釹和鈧的元素、包含上述元素的任一種作為其成分的合金、 組合上述元素的任一種的合金或包含上述元素的任一種作為其成分的氮化物。注意，可以通過(guò)噴墨法或印刷法形成薄膜晶體管中所包括的布線等。因?yàn)樵诓皇褂霉庋谀５那闆r下也可以制造布線等，所以可以容易地改變晶體管的布局。此外，由于不必使用抗蝕劑，因此可以降低材料成本，并減少步驟數(shù)量。此外，也可以通過(guò)噴墨法或印刷法形成抗蝕劑掩模等。因?yàn)榭赏ㄟ^(guò)噴墨法、印刷法僅在期望部分形成抗蝕劑掩模，所以可以降低成本。也可以使用多色調(diào)掩模形成包括具有多種(通常是兩種)厚度的區(qū)域的抗蝕劑掩模，從而形成布線等。接著，在第一布線101上形成絕緣膜(下面稱為柵極絕緣膜113)。在本實(shí)施方式中，使用利用微波(2.45GHz)的高密度等離子體CVD裝置形成柵極絕緣膜113。在此，高密度等離子體CVD裝置指的是可實(shí)現(xiàn)大于或等于IX ion/cm3的等離子體密度的裝置。例如，通過(guò)施加大于或等于3kW且小于或等于6kW的微波功率產(chǎn)生等離子體，來(lái)形成絕緣膜。向處理室引入甲硅烷氣體(SiH4)、一氧化二氮(隊(duì)0)及稀有氣體作為源氣，以大于或等于10 且小于或等于30 的壓力產(chǎn)生高密度等離子體，從而在襯底上形成絕緣膜。 然后，停止甲硅烷氣體的供給，并且不暴露于大氣地引入一氧化二氮(N2O)和稀有氣體，從而可對(duì)絕緣膜表面進(jìn)行等離子體處理。在形成絕緣膜之后，至少進(jìn)行通過(guò)引入一氧化二氮 (N2O)和稀有氣體來(lái)對(duì)絕緣膜表面進(jìn)行的等離子體處理。通過(guò)上述工藝步驟形成的絕緣膜的厚度薄，并且甚至在厚度例如小于IOOnm時(shí)也可確保可靠性。
在形成柵極絕緣膜113時(shí)，將引入到處理室的甲硅烷氣體(SiH4)和一氧化二氮 (N2O)的流量比在1 10至1 200的范圍內(nèi)。此外，作為引入到處理室的稀有氣體，可使用氦、氬、氪、氙等。具體而言，優(yōu)選使用廉價(jià)的氬。另外，使用高密度等離子體CVD裝置形成的絕緣膜具有優(yōu)越的階梯覆蓋率，并且可以精確地控制絕緣膜的厚度。通過(guò)上述工藝過(guò)程形成的絕緣膜與利用常規(guī)平行板型PCVD裝置得到的絕緣膜大不一樣。在使用相同蝕刻劑的情況下對(duì)蝕刻速度進(jìn)行比較的情況下，通過(guò)上述工藝過(guò)程形成的絕緣膜的蝕刻速度比利用常規(guī)平行板型PCVD裝置形成的絕緣膜的蝕刻速度慢10%以上或20%以上。因此，利用高密度等離子體CVD裝置形成的絕緣膜可以說(shuō)是致密膜。在本實(shí)施方式中，使用利用高密度等離子體CVD裝置形成的厚度為IOOnm的氧氮化硅膜(也稱為SiOxNy，其中χ > y > 0)作為柵極絕緣膜113。作為柵極絕緣膜113的另一形成方法，可以使用濺射法。當(dāng)然，柵極絕緣膜113不局限于這種氧化硅膜，且可形成有諸如氧氮化硅膜、氮化硅膜、氧化鋁膜、或氧化鉭膜等的另一絕緣膜的單層結(jié)構(gòu)或分層結(jié)構(gòu)。注意，優(yōu)選在沉積氧化物半導(dǎo)體之前，通過(guò)將氬用作濺射氣體的反濺射來(lái)去除附著到柵極絕緣膜113的表面的塵屑。注意，作為濺射氣體，可以使用氮、氦等代替氬。替代地，也可以使用對(duì)氬添加氧、氫、N2O, Cl2或CF4等的濺射氣體。接著，在柵極絕緣膜113上形成氧化物半導(dǎo)體膜。與使用非晶硅作為半導(dǎo)體層的晶體管相比，氧化物半導(dǎo)體用作半導(dǎo)體層的晶體管可以提高電場(chǎng)效應(yīng)遷移率。注意，氧化物半導(dǎo)體的示例是氧化鋅(SiO)、氧化錫(SnO2)等。此外，也可以對(duì)ZnO添加In、Ga等。作為氧化物半導(dǎo)體膜，可以使用表示為化學(xué)式InMO3(ZnO)mOii >0)的薄膜。注意， M標(biāo)示選自Ga、Al、Mn及Co中的一種或多種金屬元素。具體而言，M可以是Ga、fei及Al、 Ga及Mn或Ga及Co等。作為該氧化物半導(dǎo)體膜，還可以使用以下氧化物半導(dǎo)體諸如In-Sn-Ga-ai-Ο基氧化物半導(dǎo)體的四元金屬氧化物；諸如h-Ga-Si-O基氧化物半導(dǎo)體、In-Sn-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體、In-Al-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體、Sn-Ga-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體、Al-Ga-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體以及Sn-Al-Si-O基氧化物半導(dǎo)體的三元金屬氧化物；諸如In-Si-O基氧化物半導(dǎo)體、Sn-Si-O基氧化物半導(dǎo)體、Al-Si-O基氧化物半導(dǎo)體、Zn-Mg-O基氧化物半導(dǎo)體、Sn-Mg-O 基氧化物半導(dǎo)體、^-Mg-O基氧化物半導(dǎo)體、h-Ga-Ο基氧化物半導(dǎo)體的二元金屬氧化物； h-0基氧化物半導(dǎo)體；Sn-O基氧化物半導(dǎo)體；以及Si-O基氧化物半導(dǎo)體等。此外，在上述氧化物半導(dǎo)體中可包含Si02。在此，h-Ga-Si-O基氧化物半導(dǎo)體是指包括銦(In)、鎵(Ga)、 鋅(Zn)的氧化物，而對(duì)于其化學(xué)計(jì)量成分比并沒(méi)有限制。另外，In-Ga-Si-O基氧化物半導(dǎo)體可以包含除^uGajn以外的元素。此外，優(yōu)選的是氧化物半導(dǎo)體的能隙為大于或等于 &V，優(yōu)選為大于或等于2. kV，更優(yōu)選為大于或等于;3eV。作為氧化物半導(dǎo)體使用化-6￡1-&1-0基膜。這里使用摩爾比為h203 Ga2O3 ZnO =1:1: 1或In2O3 Ga2O3 ZnO = 1 1 2的靶并采用濺射法進(jìn)行沉積。以如下條件沉積氧化物半導(dǎo)體襯底和靶之間的距離為100mm，壓力為0. 6Pa，直流(DC)電源為0. 5kff, 并且氣氛為氧氣氣氛(氧流量比為100%)。注意，優(yōu)選使用脈沖直流(DC)電源，因?yàn)榭梢詼p少在膜沉積時(shí)產(chǎn)生的粉狀物質(zhì)(也稱為微?；驂m屑)而膜厚度可變均勻。
在此情況下，優(yōu)選在去除殘留在處理室中的水分的同時(shí)形成氧化物半導(dǎo)體膜，以便于防止氧化物半導(dǎo)體膜中包含氫、羥基或水分。為了去除殘留在處理室中的水分，優(yōu)選使用捕集真空泵。例如，優(yōu)選使用低溫泵、 離子泵、或鈦升華泵。排氣單元可以是設(shè)置有冷阱的渦輪分子泵。在使用低溫泵進(jìn)行排氣的沉積室中，去除氫原子、諸如水(H2O)等的含氫原子的化合物等，由此可以降低在該沉積室中形成的氧化物半導(dǎo)體膜所包含的雜質(zhì)濃度。接著，進(jìn)行第二光刻工藝，以使形成抗蝕劑掩模并通過(guò)蝕刻去除不必要的部分，由此形成氧化物半導(dǎo)體層103。對(duì)氧化物半導(dǎo)體層的第一加熱處理可以對(duì)尚未加工成島狀氧化物半導(dǎo)體層的氧化物半導(dǎo)體膜進(jìn)行。圖3B是這個(gè)階段的截面圖。接著，對(duì)氧化物半導(dǎo)體層進(jìn)行脫水或脫氫。進(jìn)行脫水或脫氫的第一熱處理的溫度為大于或等于400°C且小于或等于750°C，優(yōu)選為大于或等于425°C且小于或等于750°C。注意，當(dāng)熱處理的溫度為大于或等于425°C時(shí)，熱處理可以執(zhí)行小于或等于1小時(shí)，而當(dāng)溫度低于425°C時(shí)，熱處理優(yōu)選執(zhí)行大于或等于1小時(shí)。在此，向作為熱處理裝置之一的電爐引入襯底，且在氮?dú)鈿夥障聦?duì)氧化物半導(dǎo)體層進(jìn)行熱處理。然后，氧化物半導(dǎo)體層不暴露于大氣，且向相同的爐引入高純度氧氣、高純度隊(duì)0氣體或超干空氣(露點(diǎn)為小于或等于-40°C， 優(yōu)選為小于或等于-60°C)進(jìn)行冷卻。此時(shí)，優(yōu)選所引入的氣體中不包含水、氫等。替代地，引入到熱處理裝置中的氣體的純度優(yōu)選為大于或等于6N(99. 9999% )，更優(yōu)選為大于或等于7N(99. 99999% )(即，氣體中的雜質(zhì)濃度為小于或等于lppm，或優(yōu)選為小于或等于
0. Ippm) ο注意，在本說(shuō)明書中，在諸如氮等的惰性氣體或稀有氣體氣氛下進(jìn)行的熱處理稱為用于脫水或脫氫的熱處理。在本說(shuō)明書中，脫氫并非指示通過(guò)熱處理僅對(duì)H2的消除。為方便起見(jiàn)，H、OH等的消除也稱為脫水或脫氫。熱處理裝置不局限于電爐。例如，可以使用GRTA(氣體快速熱退火)裝置、LRTA(燈快速熱退火)裝置等的RTA (快速熱退火)裝置。LRTA裝置是用于通過(guò)從諸如鹵素?zé)?、金屬鹵燈、氙弧燈、碳弧燈、高壓鈉燈或者高壓汞燈等的燈發(fā)射的光(電磁波)輻射來(lái)加熱待處理物的裝置。另外，LRTA裝置不僅可具備燈，而且還可以具備用于通過(guò)電阻加熱器等的加熱器的熱傳導(dǎo)或熱輻射對(duì)待處理物進(jìn)行加熱的裝置等。GRTA是使用高溫氣體進(jìn)行熱處理的方法。作為氣體，使用即使進(jìn)行熱處理也不與待處理物發(fā)生反應(yīng)的諸如氮的惰性氣體，或諸如氬等的稀有氣體。可以采用這種RTA法在大于或等于600°C且小于或等于750°C的溫度下進(jìn)行數(shù)分鐘的熱處理。此外，在進(jìn)行脫水或脫氫的第一熱處理之后，可在氧氣或隊(duì)0氣氛下以大于或等于 200°C且小于或等于400°C，優(yōu)選大于或等于200°C且小于或等于300°C的溫度進(jìn)行熱處理。在以大于或等于400°C且小于或等于750°C的溫度對(duì)氧化物半導(dǎo)體層進(jìn)行熱處理時(shí)，可實(shí)現(xiàn)氧化物半導(dǎo)體層的脫水或脫氫；因而，可以防止后來(lái)該氧化物半導(dǎo)體層再次含水 (H2O)。在脫水或脫氫的同時(shí)，i型氧化物半導(dǎo)體層變成為氧缺乏型氧化物半導(dǎo)體層，即η型 (例如η—型、η+型等)氧化物半導(dǎo)體層。當(dāng)形成與η型氧化物半導(dǎo)體層接觸的氧化物絕緣膜時(shí)，氧化物半導(dǎo)體層成為氧過(guò)剩狀態(tài)。因此，氧化物半導(dǎo)體層再次變成i型氧化物半導(dǎo)體層從而具有高電阻。使用這種氧化物半導(dǎo)體層的晶體管的閾值電壓為正，從而晶體管呈現(xiàn)所謂的常截止特性。用于顯示器件等的半導(dǎo)體器件的晶體管的柵電壓優(yōu)選盡量接近OV的正的閾值電壓。在有源矩陣型顯示器件中，重要的是電路中所包括的晶體管的電特性，且該顯示器件的性能取決于電特性。具體地，晶體管的閾值電壓是重要的。如果晶體管的閾值電壓為負(fù)，則晶體管具有所謂的常導(dǎo)通特性，即即使柵極電壓為OV時(shí)電流也在源電極和漏電極之間流過(guò)，從而難以控制使用該晶體管構(gòu)成的電路。在閾值電壓為正但其絕對(duì)值也大的晶體管的情形中，該晶體管有時(shí)因驅(qū)動(dòng)電壓不夠高而不能進(jìn)行開關(guān)工作。在η溝道型晶體管的情形中，優(yōu)選只有在施加正的柵極電壓之后才形成溝道且漏電流才開始流動(dòng)。以下晶體管不適用為用于電路的晶體管除非提高驅(qū)動(dòng)電壓否則不形成溝道的晶體管；以及即使施加負(fù)電壓時(shí)也形成溝道而使漏極電流流動(dòng)的晶體管。在第一熱處理中，氮或諸如氦、氖、氬等的稀有氣體優(yōu)選不含水、氫等。優(yōu)選引入熱處理裝置中的氮或諸如氦、氖、氬等的稀有氣體的純度設(shè)定為大于或等于6Ν(99. 9999% )， 更優(yōu)選設(shè)定為大于或等于7Ν(99. 99999% )。在此，通過(guò)去除氫等的雜質(zhì)變成本征或基本本征的氧化物半導(dǎo)體(被高度純化的氧化物半導(dǎo)體)對(duì)于界面狀態(tài)和界面電荷極其敏感；因而氧化物半導(dǎo)體與柵極絕緣膜之間的界面是重要的。因此，與高度純化的氧化物半導(dǎo)體接觸的柵極絕緣膜(GI)需要具有更高質(zhì)量。例如，通過(guò)上述使用微波(2. 45GHz)的高密度等離子體CVD方法可以形成致密且耐壓高的高質(zhì)量的絕緣膜。高度純化的氧化物半導(dǎo)體和高質(zhì)量的柵極絕緣膜彼此緊密接觸，由此界面狀態(tài)密度可減小從而得到良好的界面特性。當(dāng)然，只要方法能夠形成優(yōu)質(zhì)的絕緣膜作為柵極絕緣膜，就可以采用另一成膜方法，諸如濺射法或等離子體CVD法。此外，其膜質(zhì)量以及絕緣膜與氧化物半導(dǎo)體之間的界面的特性通過(guò)在絕緣膜形成之后執(zhí)行的熱處理改進(jìn)的絕緣膜可形成為柵極絕緣膜。在任何情況下，可使用任何絕緣膜，只要該絕緣膜具有能夠減小該絕緣膜與氧化物半導(dǎo)體之間的界面狀態(tài)密度并形成良好界面的特性、以及具有作為柵極絕緣膜的良好性質(zhì)即可。再者，當(dāng)在溫度為85°C、施加至柵極的電壓為2X 106V/cm的條件下對(duì)包含許多雜質(zhì)的氧化物半導(dǎo)體進(jìn)行12小時(shí)的柵極偏壓-溫度應(yīng)力測(cè)試(BT測(cè)試)時(shí)，雜質(zhì)和氧化物半導(dǎo)體的主要成分之間的鍵因強(qiáng)電場(chǎng)(B 偏壓)和高溫(T 溫度)被切斷，且所生成的懸空鍵引發(fā)閾值電壓(Vth)的漂移。對(duì)此，本發(fā)明通過(guò)盡量去除氧化物半導(dǎo)體的雜質(zhì)，特別是氫、 水等以如上所述獲得氧化物半導(dǎo)體膜與柵極絕緣膜之間的界面的良好特性，可以獲得對(duì)于 BT測(cè)試也穩(wěn)定的薄膜晶體管。接著，在氧化物半導(dǎo)體膜上通過(guò)濺射法或真空蒸鍍法由金屬材料形成導(dǎo)電膜。導(dǎo)電層的材料的示例為選自鋁、鉻、鉭、鈦、鉬、和鎢中的元素；包含以上述元素的任一種作為其主要成分的合金；或包含上述元素的任一種的組合的合金等。此外，在大于或等于 200°C且小于或等于600°C的溫度下進(jìn)行熱處理的情況下，導(dǎo)電膜優(yōu)選具有耐受在該溫度范圍中進(jìn)行的熱處理的足夠耐熱性。因?yàn)閱为?dú)使用Al有諸如耐熱性低且容易腐蝕等的缺點(diǎn)， 所以優(yōu)選鋁與耐熱導(dǎo)電材料組合使用。作為這種耐熱導(dǎo)電材料，可使用以下材料的任一種 選自鈦、鉭、鎢、鉬、鉻、釹、鈧中的元素；包含上述元素的任一種作為其成分的合金；包含上述元素的任一種的組合的合金；以及包含上述元素的任一種作為其成分的氮化物等。在此，導(dǎo)電膜具有單層結(jié)構(gòu)的鈦膜。導(dǎo)電膜可以具有兩層結(jié)構(gòu)，且可以在鋁膜上層疊鈦膜。替代地，導(dǎo)電膜也可以采用如下三層結(jié)構(gòu)，即依次層疊鈦膜、含釹的鋁膜(Al-Nd膜)以及鈦膜。進(jìn)一步替代地，導(dǎo)電膜可具有單層結(jié)構(gòu)的含硅鋁膜。接著，進(jìn)行第三光刻工藝，從而形成抗蝕劑掩模，且通過(guò)蝕刻去除不必要的部分，由此形成由導(dǎo)電膜構(gòu)成的第二布線102A和第三布線102B。作為此時(shí)的蝕刻方法，可使用濕法蝕刻或干法蝕刻。例如，當(dāng)通過(guò)使用過(guò)氧化氫氨水混合物(31wt%的過(guò)氧化氫水的氨水水=5 2 2)的濕法蝕刻對(duì)鈦導(dǎo)電膜進(jìn)行蝕刻時(shí)，可在對(duì)第二布線102A及第三布線102B進(jìn)行選擇性蝕刻的同時(shí)來(lái)使氧化物半導(dǎo)體層103殘留。圖3C是這個(gè)階段的截面圖。取決于蝕刻條件，有時(shí)在第三光刻工藝中蝕刻氧化物半導(dǎo)體層的露出區(qū)。在此情況下，在由第二布線102A及第三布線102B夾持的區(qū)域中氧化物半導(dǎo)體層103的厚度比第一布線101上的與第二布線102A及第三布線102B重疊的區(qū)域中的氧化物半導(dǎo)體層的厚度薄。接著，在柵極絕緣膜113、氧化物半導(dǎo)體層103、第二布線102A以及第三布線102B 上形成氧化物絕緣層114。在這個(gè)階段中，氧化物半導(dǎo)體層103的一部分與氧化物絕緣層 114接觸。通過(guò)適當(dāng)?shù)夭捎梅乐怪T如水、氫等的雜質(zhì)混入到氧化物絕緣層的方法，氧化物絕緣層114可形成為至少Inm的厚度。在本實(shí)施方式中，作為氧化物絕緣層通過(guò)濺射法形成氧化硅膜。膜沉積時(shí)的襯底溫度為高于或等于室溫且低于或等于300°C，且在本實(shí)施方式中為100°C?？梢酝ㄟ^(guò)濺射法在稀有氣體(通常是氬)氣氛、氧氣氛、或稀有氣體(通常是氬)和氧氣的混合氣氛下形成氧化硅膜。作為用于沉積的靶，可以使用氧化硅靶或硅靶。 例如，通過(guò)使用硅靶，可以在氧及稀有氣體的氣氛下采用濺射法形成氧化硅膜。作為與變成氧缺乏狀態(tài)且具有低電阻的氧化物半導(dǎo)體層接觸地形成的氧化物絕緣層，使用不含諸如水分、氫離子、0H_等的雜質(zhì)并防止它們從外部侵入的無(wú)機(jī)絕緣膜。具體地，使用氧化硅膜、氮氧化硅膜、氧化鋁膜或氧氮化鋁膜等。注意，也可以使用摻雜有磷(P)、硼(B)的用于沉積的靶，從而可形成添加有磷(P)、硼(B)的氧化物絕緣層。在本實(shí)施方式中，以如下條件使用其純度為6N且電阻率為0. OlQcm的柱狀多晶 B摻雜的硅靶通過(guò)脈沖DC濺射法形成氧化物絕緣層114 襯底和靶之間的距離(T-S距離) 為89mm，壓力為0.4Pa，直流(DC)電源為6kW，且氣氛為氧氣(氧流量比率為100% )氣氛。 其厚度為300nm。注意，氧化物絕緣層114設(shè)置在與氧化物半導(dǎo)體層的用作溝道形成區(qū)的區(qū)域上且與之相接觸，且還用作溝道保護(hù)層。在此情況下，優(yōu)選在去除殘留在處理室中的水分的同時(shí)，形成氧化物絕緣層114， 以便于防止氧化物半導(dǎo)體層103及氧化物絕緣層114包含氫、羥基或水分。為了去除殘留在處理室中的水分，優(yōu)選使用捕集真空泵。例如，優(yōu)選使用低溫泵、 離子泵、鈦升華泵。排氣單元可以是設(shè)置有冷阱的渦輪分子泵。在使用低溫泵進(jìn)行排氣的沉積室中，去除例如氫原子、諸如水(H2O)等的包含氫原子的化合物等，由此可以降低在該沉積室中形成的氧化物絕緣層114中的雜質(zhì)的濃度。接著，在惰性氣體氣氛下進(jìn)行第二熱處理(優(yōu)選在大于或等于200°C且小于或等于400°C的溫度下，例如大于或等于250°C且小于或等于350°C的溫度)。例如，在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行250°C且1小時(shí)的第二熱處理。通過(guò)第二熱處理，在氧化物半導(dǎo)體層103的一部分保
12持與氧化物絕緣層114接觸的狀態(tài)下進(jìn)行加熱。當(dāng)在氧化物半導(dǎo)體層103和氧化物絕緣層114接觸的狀態(tài)下進(jìn)行第二熱處理時(shí)， 其中通過(guò)第一熱處理氫從氧化物半導(dǎo)體層103消除且其電阻降低而氧化物半導(dǎo)體層103變成為氧缺乏狀態(tài)，與氧化物絕緣層114接觸的區(qū)域變成為氧過(guò)剩狀態(tài)。因而，在從與氧化物絕緣層114接觸的區(qū)域的深度方向中，氧化物半導(dǎo)體層103變成高電阻(i型)氧化物半導(dǎo)體層。此外，也可以在大氣中以大于或等于100°C且小于或等于200°C的溫度進(jìn)行大于或等于1小時(shí)且小于或等于30小時(shí)的熱處理。例如，以150°C進(jìn)行10小時(shí)的熱處理。該熱處理可以在固定加熱溫度下進(jìn)行。替代地，可以多次反復(fù)地進(jìn)行加熱溫度的以下變化加熱溫度從室溫上升到大于或等于10(TC且小于或等于200°C的加熱溫度，然后降低到室溫。 此外，可通過(guò)在降低壓力下進(jìn)行此熱處理。在該降低壓力下，可以縮減熱處理時(shí)間。通過(guò)該熱處理，氫從氧化物半導(dǎo)體層引入到氧化物絕緣層中；從而可以獲得常截止的薄膜晶體管。 因此，可以提高半導(dǎo)體器件的可靠性。接著，通過(guò)第四光刻步驟及蝕刻步驟在氧化物絕緣層114中形成開口部121，并且形成透光導(dǎo)電膜。使用氧化銦(In2O3)、氧化銦錫(In2O-SnO2，下面縮寫為ΙΤ0)等，通過(guò)濺射法或真空蒸鍍法等形成透光導(dǎo)電膜。替代地，可以使用含氮的Al-Zn-O基膜(即Al-ai-0-Ν 基膜)、含氮的Si-O基膜、或含氮的Sn-Zn-O基膜。注意，Al-Si-O-N基膜的鋅的成分比(原子％)為小于或等于47原子％，且大于膜中鋁的成分比(原子％)，并且膜中鋁的成分比 (原子％)大于膜中的氮的成分比(原子％)。使用鹽酸類溶液進(jìn)行這種材料的蝕刻處理。 但是，在進(jìn)行對(duì)ITO的蝕刻時(shí)特別容易產(chǎn)生殘?jiān)?，所以可以使用銦鋅氧化物(In2O3-SiO)來(lái)改善蝕刻加工性。注意，透光導(dǎo)電膜的成分比的單位是原子百分比(原子％)，并且根據(jù)利用電子探針X射線微分析儀(EPMA)的分析進(jìn)行估算。接著，進(jìn)行第五光刻步驟以使形成抗蝕劑掩模，且通過(guò)蝕刻去除不必要的部分，由此形成像素電極105。圖3D是這個(gè)階段的截面圖。以此方式，可制造包括截止電流低的薄膜晶體管106的像素。而且，像素排列成矩陣以構(gòu)成像素部，由此可獲得用來(lái)制造有源矩陣型液晶顯示器件的襯底之一。在本說(shuō)明書中，為方便起見(jiàn)這種襯底稱為有源矩陣襯底。注意，在有源矩陣型液晶顯示器件中，排列為矩陣的像素電極被驅(qū)動(dòng)從而在屏幕上形成顯示圖案。具體而言，電壓施加在所選擇的像素電極和對(duì)應(yīng)于該像素電極的對(duì)置電極之間，從而進(jìn)行設(shè)置在像素電極和對(duì)置電極之間的液晶層的光學(xué)調(diào)制，且該光學(xué)調(diào)制被觀察者識(shí)別為顯示圖案。諸如液晶元件等的顯示元件被設(shè)置在像素電極105上。如上所述，本實(shí)施方式所述的省略了電容器的結(jié)構(gòu)可以提高包括使用氧化物半導(dǎo)體的薄膜晶體管的像素的開口率。因此，液晶顯示器件可以包括高清晰度的顯示部。本實(shí)施方式可以與其他實(shí)施方式所記載的結(jié)構(gòu)的任一個(gè)適當(dāng)?shù)亟M合來(lái)實(shí)現(xiàn)。(實(shí)施方式2)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，氧化物半導(dǎo)體中會(huì)成為載流子的供體(或受體)的雜質(zhì)減少到極低水平，由此使氧化物半導(dǎo)體成為本征或基本上本征的半導(dǎo)體，并將該氧化物半導(dǎo)體用于薄膜晶體管。在本實(shí)施方式中，以下描述使用測(cè)試元件組(也稱為TEG)的截止電流的測(cè)量值。圖4示出L/W = 3 μ m/10000 μ m的薄膜晶體管的初始特性，其中200個(gè)L/W = 3 μ m/50 μ m的薄膜晶體管并聯(lián)連接。此外，圖5A示出俯視圖，而圖5B示出放大其一部分的俯視圖。圖5B中的由虛線圍繞的區(qū)域是L/W= 3μπι/50μπι且Lov = 1.5μπι的一個(gè)級(jí)的薄膜晶體管。為了測(cè)量薄膜晶體管的初始特性，在以下條件下測(cè)量源極-漏極電流(下面稱為漏電流或Id)的變化特性，即Vg-Id特性襯底溫度設(shè)定為室溫，源極-漏極之間的電壓(下面稱為漏極電壓或Vd)為10V，且源極-柵極之間的電壓(下面稱為柵極電壓或Vg) 從-20V變化到+20V。注意，圖4示出在-20V至+5V的范圍內(nèi)的Vg。如圖4所示，溝道寬度W為10000 μ m的薄膜晶體管在Vd為IV及IOV時(shí)的截止電流為小于或等于1X10_13[A]，且小于或等于測(cè)量?jī)x器(安捷倫(Agilent)科技有限公司制造的半導(dǎo)體參數(shù)分析儀Agilent 4156C)的分辨率(IOOfA)。描述用于進(jìn)行測(cè)量的薄膜晶體管的制造方法。首先，在玻璃襯底上通過(guò)CVD法形成用作基底層的氮化硅膜，且在氮化硅層上形成氧氮化硅膜。通過(guò)濺射法在氧氮化硅膜上形成鎢層，作為柵電極層。在此，通過(guò)對(duì)鎢層選擇性地進(jìn)行蝕刻來(lái)形成柵電極層。接著，在柵電極層上通過(guò)CVD法形成用作柵極絕緣層的厚度為IOOnm的氧氮化硅膜。接著，在柵極絕緣層上通過(guò)濺射法使用h-Ga-Si-O基金屬氧化物靶(摩爾比為 In2O3 Ga2O3 ZnO = 1 1 2)來(lái)形成厚度為50nm的氧化物半導(dǎo)體膜。然后，通過(guò)對(duì)氧化物半導(dǎo)體膜進(jìn)行選擇性蝕刻來(lái)形成島狀的氧化物半導(dǎo)體層。接著，在氮?dú)鈿夥障拢脻崈艉嫦湓?50°C下進(jìn)行1小時(shí)的第一熱處理。接著，在氧化物半導(dǎo)體層上通過(guò)濺射法形成作為源電極層及漏電極層的鈦層(厚度為150nm)。在此，通過(guò)對(duì)鈦層進(jìn)行選擇性蝕刻形成源電極層及漏電極層，以使溝道長(zhǎng)度L 為3 μ m且溝道寬度為50 μ m的200個(gè)薄膜晶體管并聯(lián)連接，從而獲得L/W為3 μ m/10000 μ m 的薄膜晶體管。接著，以與氧化物半導(dǎo)體層接觸的方式通過(guò)反應(yīng)濺射法形成用作保護(hù)絕緣層的厚度為300nm的氧化硅膜。通過(guò)對(duì)氧化硅膜進(jìn)行選擇性蝕刻來(lái)在柵電極層、源電極層及漏電極層上形成開口部。然后，在氮?dú)鈿夥障略?50°C下進(jìn)行1小時(shí)的第二熱處理。然后，在測(cè)量Vg-Id特性之前在150°C下進(jìn)行10小時(shí)的加熱。通過(guò)上述工藝，制造底柵型薄膜晶體管。如圖4所示，薄膜晶體管的截止電流約為1X10_13[A]的原因是在上述制造工藝中可以充分地降低氧化物半導(dǎo)體層中的氫濃度。氧化物半導(dǎo)體層中的氫濃度為小于或等于 5 X IO19原子/cm3，優(yōu)選為小于或等于5 X IO18原子/cm3，更優(yōu)選為小于或等于5 X IO17原子 /cm3。注意，利用二次離子質(zhì)譜分析技術(shù)(SIMQ進(jìn)行氧化物半導(dǎo)體層中的氫濃度測(cè)量。雖然描述了使用^-Galn-O基氧化物半導(dǎo)體的例子，但是并沒(méi)有特別的限制。作為另一種氧化物半導(dǎo)體材料，可將諸如In-Sn-Ga-Si-O膜的四元金屬氧化物膜； 諸如 In-Ga-Zn-O 膜、In-Sn-Zn-O 膜、h-Al-Si-O 膜、Sn-fei-Zn-0 膜、AKa-Zn-O 膜、或 Sn-Al-Zn-O膜的三元金屬氧化物膜；諸如In-Si-O膜、Sn-Si-O膜、Al-Si-O膜、Zn-Mg-O膜、 Sn-Mg-O膜、或h-Mg-Ο膜的二元金屬氧化物膜膜、Sn-O膜、或&ι_0膜等用于氧化物半導(dǎo)體膜。此外，作為氧化物半導(dǎo)體材料，還可以使用混入有2. 5wt%至10wt%的AlOx的 h-Al-ai-Ο基氧化物半導(dǎo)體、或混入有2. 5襯％至10襯％的SiOx的In-Si-O基氧化物半導(dǎo)體。利用載流子測(cè)量?jī)x測(cè)量的氧化物半導(dǎo)體層的載流子濃度優(yōu)選小于或等于硅的本征載流子濃度，即1. 45 X IOuVcm3。具體地，該載流子濃度為小于或等于5 X IO1Vcm3，優(yōu)選為小于或等于5X 1012/cm3。也就是說(shuō)，可以使氧化物半導(dǎo)體層的載流子濃度盡量接近于0。薄膜晶體管還可以具有大于或等于IOnm且小于或等于IOOOnm的溝道長(zhǎng)度L，這可以實(shí)現(xiàn)電路工作速度的加快，并且截止電流極低，這使得功耗進(jìn)一步降低。此外，在電路設(shè)計(jì)中，在薄膜晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，氧化物半導(dǎo)體層可被看作絕緣體。然后，對(duì)于本實(shí)施方式中制造的薄膜晶體管的截止電流的溫度特性進(jìn)行估算。當(dāng)考慮使用薄膜晶體管的最終產(chǎn)品的耐環(huán)境性、性能的維持等時(shí)，溫度特性是重要的。要理解，變化量越少越是優(yōu)選，且產(chǎn)品設(shè)計(jì)的自由度增高。至于溫度特性，利用恒溫槽在以下條件獲得Vg-Id特性設(shè)置有薄膜晶體管的襯底保持在-30°C、0°C、25°C、40 V、60°C、80°C、100°C、及120 V的相應(yīng)恒定溫度下，漏極電壓設(shè)定為6V，并且柵極電壓從-20V變化到+20V。圖6A重疊地示出上述各溫度下測(cè)量到的Vg-Id特性，而圖6B放大地示出由虛線包圍的截止電流范圍。在附圖中，箭頭所示的最右端的曲線是在-30°C下得到的曲線，而最左端的曲線是在120°C下得到的曲線，并且在其他溫度下得到的曲線位于其間。幾乎沒(méi)有觀察到導(dǎo)通電流的溫度依賴性。另一方面，如圖6B的放大圖中明顯示出地，除柵極電壓接近于20V之外，截止電流在所有溫度下小于或等于IX 10_12[A]，即接近測(cè)量?jī)x器的分辨率， 且沒(méi)有呈現(xiàn)溫度依賴性。也就是說(shuō)，甚至在120°C的高溫下，截止電流維持為小于或等于 1 X 10_12[A]，并且假設(shè)溝道寬度W是10000 μ m時(shí)可以知道截止電流非常小。包括高度純化的氧化物半導(dǎo)體(純化0 的薄膜晶體管幾乎沒(méi)有呈現(xiàn)截止電流對(duì)溫度的依賴性?？梢哉f(shuō)如圖9A的能帶圖所示，因?yàn)閷?dǎo)電型極為趨近于本征型而費(fèi)密能級(jí)位置于禁帶的中間部分，從而氧化物半導(dǎo)體在純化時(shí)不呈現(xiàn)溫度依賴性。這還源自氧化物半導(dǎo)體的能隙為大于或等于3eV，且包括的熱激發(fā)載流子極少的事實(shí)。另外，源區(qū)及漏區(qū)處于退化的狀態(tài)，而這也沒(méi)有呈現(xiàn)溫度依賴性的一個(gè)因素。薄膜晶體管主要用從退化的源區(qū)注入到氧化物半導(dǎo)體的載流子操作，并且根據(jù)載流子濃度對(duì)溫度沒(méi)有依賴性，可以說(shuō)明上述特性(截止電流對(duì)溫度沒(méi)有依賴性)。另外，下面參照能帶圖說(shuō)明該極低的截止電流。圖8是其中使用氧化物半導(dǎo)體的反交錯(cuò)型薄膜晶體管的縱向截面圖。在柵電極 (GEl)上隔著柵極絕緣膜(GI)設(shè)置氧化物半導(dǎo)體層(OS)，并且在其上設(shè)置有源電極(S)及漏電極(D)。圖9A和9B是沿圖8所示的A-A'截面的能帶圖(示意圖)。圖9A示出源極和漏極之間的電壓為等電位(VD = 0V)的情況。圖9B示出對(duì)漏極施加正電位(VD > 0V)，而對(duì)源極不施加正電位的情況。圖IOA和IOB是沿圖8的B-B'截面的能帶圖(示意圖)。圖IOA示出柵極(Gl) 施加有正電位(+Ve)的狀態(tài)，即薄膜晶體管處于源極和漏極之間流過(guò)載流子(電子)的導(dǎo)通狀態(tài)。圖IOB示出柵極(Gl)施加有負(fù)電位(-Ve)的狀態(tài)，即薄膜晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)(少數(shù)載流子不流過(guò))的情況。圖11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)體的電子親和力(X)之間的關(guān)系。在常溫下，金屬中的電子簡(jiǎn)并，且費(fèi)密能級(jí)位于傳導(dǎo)帶中。另一方面，常規(guī)氧化物半導(dǎo)體一般是η型，并且該情形中的費(fèi)密能級(jí)(Ef)位于更靠近傳導(dǎo)帶的位置、并且遠(yuǎn)離位于帶隙中間部分的本征費(fèi)密能級(jí)(Ei)。注意，已知氧化物半導(dǎo)體中的一部分氫形成受體，并且可以是使氧化物半導(dǎo)體成為η型氧化物半導(dǎo)體的一個(gè)原因。對(duì)于此，根據(jù)本發(fā)明的氧化物半導(dǎo)體是不通過(guò)添加雜質(zhì)、而是通過(guò)去除作為η型雜質(zhì)的氫以使包含盡可能少的不是氧化物半導(dǎo)體的主要成分的雜質(zhì)進(jìn)行高度純化，成為本征(i型)半導(dǎo)體或盡可能接近本征半導(dǎo)體的氧化物半導(dǎo)體。也就是說(shuō)，其特征是通過(guò)盡量多地去除諸如氫、水等的雜質(zhì)而高度純化，變成為i型(本征)半導(dǎo)體或基本上i型的半導(dǎo)體。因此，可以使費(fèi)密能級(jí)(Ef)為與本征費(fèi)密能級(jí)(Ei)相同的能級(jí)。當(dāng)氧化物半導(dǎo)體的帶隙(Eg)為3. 15eV時(shí)，其電子親和力(X)被認(rèn)為是4. ;3eV。用于形成源電極及漏電極的鈦的功函數(shù)與氧化物半導(dǎo)體的電子親和力(X)大致相等。在鈦用作源電極及漏電極的此情況下，在金屬-氧化物半導(dǎo)體界面上，不形成肖特基電子勢(shì)壘。也就是說(shuō)，在金屬的功函數(shù)(ΦΜ)和氧化物半導(dǎo)體的電子親和力(X)大致相等的情況下，當(dāng)兩者接觸時(shí)得到圖9Α所示的能帶圖(示意圖)。在圖9Β中，黑色圓點(diǎn)(·)表示電子。當(dāng)向漏極施加正電位時(shí)，電子跨越阻擋層 (h)注入到氧化物半導(dǎo)體，然后流向漏極。在此情況下，阻擋層的高度(h)依賴于柵極電壓及漏極電壓而變化。當(dāng)施加有正的漏極電壓時(shí)，阻擋層的高度(h)小于沒(méi)有施加電壓的情形的圖9A中的阻擋層的高度，即阻擋層的高度(h)小于帶隙(Eg)的1/2。此時(shí)，如圖9A所示，電子在柵極絕緣膜和高度純化的氧化物半導(dǎo)體之間的界面上沿氧化物半導(dǎo)體的能量穩(wěn)定的最低部分移動(dòng)。在圖9B中，當(dāng)向柵極(Gl)施加負(fù)電位(反偏壓)時(shí)，作為少數(shù)載流子的空穴的數(shù)量基本上為0，由此電流值變成盡量接近0的值。例如，甚至在薄膜晶體管的溝道寬度W為1 X IO4 μ m，且溝道長(zhǎng)度為3 μ m時(shí)，截止電流也為小于或等于IO-13A,且可以得到0. lV/dec.(柵極絕緣膜的厚度為lOOnm)的亞閾值 (S 值)。圖19示出使用硅半導(dǎo)體形成的晶體管的帶結(jié)構(gòu)。硅半導(dǎo)體的本征載流子密度為 1. 45 X IO1Vcm3 (300K)，并且甚至在室溫下也存在有載流子。這意味著甚至在室溫下也存在熱激發(fā)載流子。實(shí)際上使用添加有諸如磷或硼等的雜質(zhì)的硅晶片。因此，在硅半導(dǎo)體中存在有大于或等于IX IO1Vcm3(個(gè))的載流子，且載流子有助于源極-漏極之間的傳導(dǎo)。再者， 硅半導(dǎo)體的帶隙為1. 12eV,由此包括硅半導(dǎo)體的晶體管的截止電流依賴于溫度而大幅度地變動(dòng)。因此，不通過(guò)簡(jiǎn)單地將帶隙寬的氧化物半導(dǎo)體用于晶體管，而通過(guò)高度純化氧化物半導(dǎo)體以使盡量防止氧化物半導(dǎo)體包含不同于主要成分的雜質(zhì)，從而載流子濃度變?yōu)樾∮诨虻扔贗X IO1Vcm3，優(yōu)選為小于或等于lX1012/cm3，可以去除在實(shí)際工作溫度下被熱激發(fā)的載流子，并且晶體管可只使用從源極一側(cè)注入的載流子工作。這可以將截止電流減小到小于或等于IX KT13A并得到即使溫度變化截止電流也幾乎沒(méi)有變化的能夠極穩(wěn)定地工作的晶體管。在使用這種截止電流極低的薄膜晶體管制造存儲(chǔ)電路(存儲(chǔ)元件)等的情形中， 幾乎沒(méi)有泄漏。因此，可以更長(zhǎng)時(shí)間段地儲(chǔ)存存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。同樣地，在液晶顯示器件等中，可以抑制從存儲(chǔ)電容器通過(guò)薄膜晶體管的泄漏；因此可以不設(shè)置輔助電容器而只使用液晶電容器來(lái)保持像素的電位。本實(shí)施方式可以與其他實(shí)施方式所記載的結(jié)構(gòu)的任一個(gè)適當(dāng)?shù)亟M合而實(shí)現(xiàn)。(實(shí)施方式3)在本實(shí)施方式中，描述可應(yīng)用于液晶顯示器件的像素的結(jié)構(gòu)及工作。圖12A示出可以應(yīng)用于液晶顯示器件的像素配置的一例。像素3880包括晶體管 3881、液晶元件3882及電容器3883。晶體管3881的柵極與布線3885電連接。晶體管3881 的第一端子與布線3884電連接。晶體管3881的第二端子與液晶元件3882的第一端子電連接。液晶元件3882的第二端子與布線3887電連接。電容器3883的第一端子與液晶元件3882的第一端子電連接。電容器3883的第二端子與布線3886電連接。布線3884可用作信號(hào)線。信號(hào)線是用來(lái)將從像素的外部輸入的信號(hào)電壓傳遞到像素3880的布線。布線3885可用作掃描線。掃描線是用來(lái)控制晶體管3881的導(dǎo)通/截止的布線。布線3886可用作電容線。電容線是用來(lái)對(duì)電容器3883的第二端子施加預(yù)定電壓的布線。晶體管3881可用作開關(guān)。電容器3883可用作輔助電容器。電容器是用來(lái)甚至在開關(guān)截止時(shí)也使信號(hào)電壓持續(xù)施加到液晶元件3882的輔助電容器。布線3887可用作對(duì)置電極。對(duì)置電極是用來(lái)對(duì)液晶元件3882的第二端子施加預(yù)定電壓的布線。注意，各布線可以具有的功能不局限于此，還可以具有各種功能。例如，通過(guò)使施加到電容線的電壓變化， 可以調(diào)整施加到液晶元件的電壓。圖12B示出可以應(yīng)用于液晶顯示器件的像素結(jié)構(gòu)的另一示例。圖12B中的像素結(jié)構(gòu)的示例，除了省略布線3887且液晶元件3882的第二端子和電容器3883的第二端子彼此電連接之外與圖12A所示的像素結(jié)構(gòu)相同。在液晶元件是水平電場(chǎng)模式(包括IPS模式、 FFS模式)的情況下可以應(yīng)用圖12B所示的像素結(jié)構(gòu)示例。這是因?yàn)樵谒诫妶?chǎng)模式液晶元件中，液晶元件3882的第二端子及電容器3883的第二端子形成在一個(gè)襯底上，由此容易使液晶元件3882的第二端子和電容器3883的第二端子電連接。通過(guò)采用如圖12B所示的像素結(jié)構(gòu)可以省略布線3887，由此可以使制造工藝簡(jiǎn)化并降低制造成本。在此，圖13A和1 示出包括實(shí)施方式1所說(shuō)明的薄膜晶體管的像素部。圖13A 示出從圖12A的結(jié)構(gòu)中省略電容器3883的結(jié)構(gòu)。此外，圖1 是從圖12B省略電容器3883 的結(jié)構(gòu)，并且液晶元件的第二端子連接到公共布線889。如實(shí)施方式2所描述地，當(dāng)使用截止電流充分低的薄膜晶體管時(shí)，在液晶元件中可以不設(shè)置并聯(lián)的電容器(輔助電容器)而只使用液晶電容器來(lái)保持電位。當(dāng)然，也可以與所述比較示例同樣地設(shè)置電容器，且還可以縮小其尺寸。此外，可以形成比液晶元件的電容小的輔助電容器的電容。在本實(shí)施方式中， 以下描述省略了電容器的像素結(jié)構(gòu)。圖14A示出將具有圖13A所示結(jié)構(gòu)的多個(gè)像素排列為矩陣的情況的電路結(jié)構(gòu)。圖 14A所示的電路結(jié)構(gòu)示出顯示部中所包括的多個(gè)像素中的四個(gè)像素。置于i列和j行(i、j 是自然數(shù))的像素表示為像素880_i，j，并且像素880_i，j分別與布線884_i、布線885_j 電連接。同樣地，像素880_i+l，j與布線884_i+l、布線885_j電連接。同樣地，像素880_連接。同樣地，像素880_i+l，j+Ι與布線884_i+l、布線885_j+l電連接。注意，同一列或同一行中的多個(gè)像素可以共用各布線。在圖14A所示的像素結(jié)構(gòu)中，布線887是對(duì)置電極。因?yàn)閷?duì)所有像素對(duì)置電極是公用的，布線887不用自然數(shù)i或j標(biāo)記。另外，由于還可以使用圖13B所示的像素結(jié)構(gòu)，因此在設(shè)置有布線887的結(jié)構(gòu)中也不一定需要布線887，且當(dāng)另一布線用作布線887時(shí)可省略布線887?？梢酝ㄟ^(guò)各種方法驅(qū)動(dòng)圖14A所示的像素結(jié)構(gòu)。特別地，當(dāng)通過(guò)采用稱為交流驅(qū)動(dòng)的方法驅(qū)動(dòng)像素時(shí)，可以抑制液晶元件的劣化(燒壞)。圖14B是示出在進(jìn)行作為一種交流驅(qū)動(dòng)的點(diǎn)反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的情況下施加到圖14A所示的像素結(jié)構(gòu)中的各條布線的電壓的時(shí)序圖。通過(guò)點(diǎn)反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，可以抑制在進(jìn)行交流驅(qū)動(dòng)時(shí)看到的閃爍。注意，圖14B示出輸入到布線885_j的信號(hào)985_j、輸入到布線885J+1的信號(hào)985J+1、輸入到布線884_i的信號(hào) 984_i、以及輸入到布線884_i+l的信號(hào)984_i+l。在圖14A所示的像素結(jié)構(gòu)中，與布線885_j電連接的像素中的開關(guān)在一個(gè)幀周期的第j個(gè)柵極選擇周期中進(jìn)入選擇狀態(tài)(和導(dǎo)通狀態(tài))，而在其他周期進(jìn)入非選擇狀態(tài)(截止?fàn)顟B(tài))。然后，在第j個(gè)柵極選擇周期之后設(shè)置第j+Ι個(gè)柵極選擇周期。通過(guò)這樣地進(jìn)行順序掃描，在一個(gè)幀周期中順序地選擇所有像素。在圖14B所示的時(shí)序圖中，當(dāng)電壓設(shè)置成高電平時(shí)該像素中的開關(guān)進(jìn)入選擇狀態(tài)，而當(dāng)電壓設(shè)置成低電平時(shí)該開關(guān)進(jìn)入非選擇狀態(tài)。在圖14B所示的時(shí)序圖中，在第k幀(k是自然數(shù))的第j個(gè)柵極選擇周期中，對(duì)用作信號(hào)線的布線884_i施加正信號(hào)電壓，而對(duì)布線884_i+l施加負(fù)信號(hào)電壓。然后，在第 k幀的第j+Ι個(gè)柵極選擇周期中，對(duì)布線884_i施加負(fù)信號(hào)電壓，而對(duì)布線884_i+l施加正信號(hào)電壓。然后，還對(duì)各信號(hào)線交替施加在每個(gè)柵極選擇周期中極性反轉(zhuǎn)的信號(hào)。由此，在第k幀中，對(duì)像素880」，j、像素880_i+l, j+1施加正信號(hào)電壓，而對(duì)像素880_i+l, j、像素 880_i，j+1施加負(fù)信號(hào)電壓。然后，在第k+Ι幀中，向每個(gè)像素中寫入其極性與在第k幀中寫入的信號(hào)電壓相反的信號(hào)電壓。由此，在第k+Ι幀中，對(duì)像素880_i，j、像素880_i+l，j+l 施加負(fù)信號(hào)電壓，而對(duì)像素880_i+l，j、像素880_i，j+1施加正信號(hào)電壓。如上所述，點(diǎn)反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)是其中在一個(gè)幀中施加其極性在相鄰像素之間不同的信號(hào)電壓，并且在每一個(gè)幀中使一像素的信號(hào)電壓的極性相反的一種驅(qū)動(dòng)方法。通過(guò)點(diǎn)反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，可以抑制液晶元件的劣化并減少在要顯示的圖像的整個(gè)部分或一部分均勻時(shí)看到的閃爍。盡管在時(shí)序圖中僅示出布線884的信號(hào)電壓的極性，但是實(shí)際上在所顯示的極性中可信號(hào)電壓可具有各種值。在此，雖然描述了在每一個(gè)點(diǎn)(像素)使極性相反的情況；但是不局限于此，在每多個(gè)像素中可使極性相反。例如，通過(guò)在每?jī)蓚€(gè)柵極選擇周期中反轉(zhuǎn)要寫入的信號(hào)電壓的極性，可以減少寫入信號(hào)電壓的功耗。替代地，可以在每一列中使極性反轉(zhuǎn)(源極線反轉(zhuǎn))，或在每一行中使極性反轉(zhuǎn)(使柵極線反轉(zhuǎn))。在此情形中，可以進(jìn)行所謂的過(guò)驅(qū)動(dòng)，其中對(duì)像素部施加過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓，并提高液晶元件的響應(yīng)速度來(lái)抑制模糊。由此，當(dāng)顯示活動(dòng)圖像時(shí)可清晰地顯示其運(yùn)動(dòng)。具體而言，當(dāng)如本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式那樣不設(shè)置不與液晶元件并聯(lián)的電容器時(shí)，在對(duì)像素寫入數(shù)據(jù)結(jié)束之后，介電常數(shù)根據(jù)液晶的狀態(tài)變化而改變，且液晶本身的電容也改變，由此會(huì)改變像素所保持的電位；所以過(guò)驅(qū)動(dòng)是有效的驅(qū)動(dòng)方法。接著，將描述在液晶元件是以MVA模式或PVA模式等為典型的垂直取向(VA)模式時(shí)特別優(yōu)選采用的像素結(jié)構(gòu)及其驅(qū)動(dòng)方法。VA模式具有如下優(yōu)點(diǎn)當(dāng)制造時(shí)不需要研磨工藝；進(jìn)行黑圖像顯示時(shí)的光泄漏的量少；驅(qū)動(dòng)電壓電平低等；但是，VA模式的問(wèn)題在于當(dāng)從斜方向觀看屏幕時(shí)圖像質(zhì)量降低(即視角較小)。為了增大VA模式中的視角，如圖15A和 15B所示一個(gè)像素包括多個(gè)子像素的像素結(jié)構(gòu)是有效的。圖15A和15B所示的像素結(jié)構(gòu)是像素包括兩個(gè)子像素(第一子像素1080-1和第二子像素1080-2)的情況的示例。注意，一個(gè)像素中的子像素的數(shù)量并沒(méi)有限于兩個(gè)而可以是其它數(shù)量。子像素的數(shù)量越多，視角越大。多個(gè)子像素能夠具有相同的電路結(jié)構(gòu)。在此示出所有子像素都具有圖13A中所示出的電路結(jié)構(gòu)的情況。第一子像素1080-1包括晶體管1081-1及液晶元件1082-1。連接關(guān)系與圖13A中的電路結(jié)構(gòu)的連接關(guān)系相同。同樣地，第二子像素1080-2包括晶體管1081-2及液晶元件1082-2。連接關(guān)系與圖13A中的電路結(jié)構(gòu)的連接關(guān)系相同。圖15A中的像素結(jié)構(gòu)對(duì)于一個(gè)像素中所包括的兩個(gè)子像素，包括用作掃描線的兩條布線1085(布線1085-1、布線1085-2)、以及用作信號(hào)線的一條布線1084。當(dāng)以此方式在兩個(gè)子像素之間共用信號(hào)線時(shí)，可以提高開口率。進(jìn)一步地，可以簡(jiǎn)化信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路， 從而可以降低制造成本。并且可以減少液晶面板和驅(qū)動(dòng)器電路IC之間的連接的數(shù)量，從而可以提高成品率。圖15B中的像素結(jié)構(gòu)表示對(duì)于一個(gè)像素中所包括的兩個(gè)子像素包括用作掃描線的一條布線1085、以及用作信號(hào)線的兩條布線1084(布線1084-1、布線1084-2)。 當(dāng)以此方式在兩個(gè)子像素之間共用掃描線時(shí)，可以提高開口率。進(jìn)一步地，可以減少掃描線的總數(shù)，從而在高清晰度的液晶面板中也能夠使每一個(gè)像素的柵極線選擇周期充分地長(zhǎng)， 并且適當(dāng)?shù)男盘?hào)電壓可被寫到每個(gè)像素。圖16A和16B各自示意性地示出在圖15B所示的像素結(jié)構(gòu)中將液晶元件置換為像素電極形狀的情形中各元件的電連接的示例。在圖16A中，第一像素電極1088-1對(duì)應(yīng)于圖 15B中的液晶元件1082-1的第一端子，而第二像素電極1088-2對(duì)應(yīng)于圖15B中的液晶元件 1082-2的第一端子。也就是說(shuō)，第一像素電極1088-1與晶體管1081-1的源極和漏極中之一電連接，而第二像素電極1088-2與晶體管1081-2的源極和漏極中之一電連接。在圖16B 中，像素電極和晶體管之間的連接關(guān)系與圖16A中的像素電極和晶體管之間的連接關(guān)系相反。也就是說(shuō)，第一像素電極1088-1與晶體管1081-2的源極和漏極之一電連接，而第二像素電極1088-2與晶體管1081-1的源極和漏極之一電連接。雖然未圖示，但各像素電極隔著液晶與對(duì)置電極連接而形成液晶元件。接著，通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的包括氧化物半導(dǎo)體層的薄膜晶體管，大致估計(jì)液晶顯示器件中的各像素的開口率有多大提高。用來(lái)估計(jì)像素的開口率的參數(shù)如下包括氧化物半導(dǎo)體層的薄膜晶體管的泄漏電流為1 X 10_13 (A)，面板尺寸為3. 4英寸，顯示的灰度級(jí)為256個(gè)灰度級(jí)，輸入的電壓為 10V，且顯示用的一個(gè)幀為1/60秒。此外，柵極絕緣膜的介電常數(shù)為3. 7(F/m)，且厚度為 IXlO-7 (m)。首先，對(duì)將上述參數(shù)應(yīng)用于像素?cái)?shù)為M0XRGBX960的面板(稱為第一面板) 時(shí)的電容器的面積及開口率進(jìn)行估計(jì)。在該面板中，像素尺寸為^(μπι)Χ78(μπι)，即 2. 03X ΙΟ"9(m2)0除了布線及薄膜晶體管所占的區(qū)域之外的面積為1.43X10_9(m2)，而布線及薄膜晶體管所占的區(qū)域的面積為6. OOX 10-1(l(m2)。在第一面板中，輔助電容器所需要的最低電容值在具備包括氧化物半導(dǎo)體
19層的薄膜晶體管的像素中為4.25X10_14(F)。在此情況下，所需要的電容器面積為 1. 30 X 10_10 (m2)；在像素中電容器所占的面積為6. 4 (% )，且開口率為64. 0 (% )。此外，對(duì)將上述參數(shù)應(yīng)用于像素?cái)?shù)為480XRGBX640的面板(稱為第二面板) 時(shí)的電容器的面積及開口率進(jìn)行估計(jì)。在該面板中，像素尺寸為36&!11)\108(4111)，即 3. 89X 10_9(m2)。除了布線及薄膜晶體管所占的區(qū)域之外的面積為3.四X 10_9 (m2)，而布線及薄膜晶體管所占的區(qū)域的面積為6. OOX 10-1(l(m2)。在第二面板中，輔助電容器所需要的最低電容值在具備包括氧化物半導(dǎo)體層的薄膜晶體管的像素中為4.25X10_14(F)。在此情況下，所需要的電容器面積為 1. 30X 10_10(m2)；在像素中電容器所占的面積為3. 3(% )，且開口率為81. 2(% )。當(dāng)對(duì)于這些第一面板及第二面板，使用根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的包括氧化物半導(dǎo)體層的薄膜晶體管時(shí)，可以縮減電容線并增大像素電極105所占的區(qū)域。在第一面板中算出的開口率為70. 4%，而在第二面板中算出的開口率為84. 5% ；因此可以知道通過(guò)省略電容器來(lái)大幅度地提高開口率。在本實(shí)施方式的像素中，通過(guò)與上述實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)組合，當(dāng)制造包括使用氧化物半導(dǎo)體的薄膜晶體管的像素時(shí)可以提高開口率。本實(shí)施方式可以與其他實(shí)施方式所記載的結(jié)構(gòu)的任一個(gè)適當(dāng)?shù)亟M合而實(shí)現(xiàn)。(實(shí)施方式4)在本實(shí)施方式中，將描述包括實(shí)施方式1-3的任一個(gè)所描述的液晶顯示器件的電子設(shè)備的例子。圖17A是便攜式游戲機(jī)，其可以包括外殼9630、顯示部9631、揚(yáng)聲器9633、操作鍵 9635、連接端子9636、記錄介質(zhì)讀取部9672等。圖17A所示的便攜式游戲機(jī)可具有如下功能讀出儲(chǔ)存在記錄介質(zhì)中的程序或數(shù)據(jù)并將其顯示在顯示部上；以及通過(guò)與其他便攜式游戲機(jī)進(jìn)行無(wú)線通信而實(shí)現(xiàn)信息共享等。注意，圖17A所示的便攜式游戲機(jī)所具有的功能不局限于此，而可以具有各種各樣的功能。圖17B是數(shù)碼相機(jī)，其可以包括外殼9630、顯示部9631、揚(yáng)聲器9633、操作鍵 9635、連接端子9636、快門按鈕9676、圖像接收部9677等。圖17B所示的帶電視接收功能的數(shù)碼相機(jī)可以具有如下各種功能，諸如拍攝靜態(tài)圖像和/或活動(dòng)圖像；對(duì)所拍攝像進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)校正；通過(guò)天線獲得各種信息；儲(chǔ)存所拍攝像或通過(guò)天線獲得的信息；將所拍攝像或通過(guò)天線獲得的信息顯示在顯示部上等。注意，圖17B所示的帶電視圖像接收功能的數(shù)碼相機(jī)可以具有各種功能，而不局限于這些功能。圖17C是電視圖像接收機(jī)，其可以包括外殼9630、顯示部9631、揚(yáng)聲器9633、操作鍵9635、連接端子9636等。圖17C所示的電視機(jī)可以具有如下功能將電視電波轉(zhuǎn)換為圖像信號(hào)；將圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換為適于顯示的信號(hào)；將圖像信號(hào)的幀率進(jìn)行轉(zhuǎn)換等。注意，圖17C 所示的電視機(jī)可以具有各種功能，而不局限于這些功能。圖18A是計(jì)算機(jī)，其可以包括外殼9630、顯示部9631、揚(yáng)聲器9633、操作鍵9635、 連接端子9636、定位設(shè)備9681、外部連接端口 9680等。圖18A所示的計(jì)算機(jī)可以具有如下功能將各種信息(靜態(tài)圖像、活動(dòng)圖像、文字圖像等)顯示在顯示部上；利用各種軟件(程序)控制處理；進(jìn)行諸如無(wú)線通信或有線通信等的通信；利用通信功能而連接到各種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；利用通信功能進(jìn)行各種數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收等。注意，圖18A所示的計(jì)算機(jī)可以具有各種功能，而不局限于這些功能。圖18B是手機(jī)，其可以包括外殼9630、顯示部9631、揚(yáng)聲器9633、操作鍵9635、話筒9638等。圖18B所示的手機(jī)可以具有如下功能在顯示部上顯示各種信息(例如靜態(tài)圖像、活動(dòng)圖像、文字圖像等)；將日歷、日期、時(shí)刻等顯示在顯示部上；對(duì)顯示在顯示部上的信息進(jìn)行操作或編輯；利用各種軟件(程序)控制處理等。注意，圖18B所示的手機(jī)可以具有各種功能，而不局限于這些功能。圖18C是電子紙終端(也稱為電子書或電子書閱讀器)，其可以包括外殼9630、顯示部9631、操作鍵9635等。圖18C所示的電子紙可以具有如下功能在顯示部上顯示各種信息(例如靜態(tài)圖像、活動(dòng)圖像、文字圖像等)；將日歷、日期或時(shí)刻等顯示在顯示部上；對(duì)顯示在顯示部上的信息進(jìn)行操作或編輯；利用各種軟件(程序)控制處理等。注意，圖18C 所示的電子紙可以具有各種功能，而不局限于這些功能。本實(shí)施方式所描述的電子設(shè)備各自可包括其中顯示部中所包括的多個(gè)像素的開口率提高的液晶顯示器件。在本實(shí)施方式可以與其他實(shí)施方式所記載的任一個(gè)結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)亟M合而實(shí)現(xiàn)。本申請(qǐng)基于2009年10月21日向日本專利局提交的日本專利申請(qǐng)S/ N. 2009-242787，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用結(jié)合于此。
權(quán)利要求
1.一種液晶顯示器件，包括 薄膜晶體管；以及連接到所述薄膜晶體管的液晶元件， 其中所述薄膜晶體管包括氧化物半導(dǎo)體層， 其中所述液晶元件設(shè)置在像素中，以及其中在所述像素中不形成輔助電容器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶顯示器件，其特征在于，所述薄膜晶體管的截止電流是小于或等于1X10_13A。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶顯示器件，其特征在于，所述氧化物半導(dǎo)體層具有小于或等于5X 1019/cm3的氫濃度及小于或等于5X IO1Vcm3的載流子濃度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶顯示器件，其特征在于，所述液晶元件設(shè)置在所述像素所包括的子像素中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶顯示器件，其特征在于，所述薄膜晶體管還包括 柵電極；設(shè)置成與所述柵電極重疊的柵極絕緣層；以及設(shè)置成與所述氧化物半導(dǎo)體層的一部分重疊的源電極及漏電極，其中所述氧化物半導(dǎo)體層設(shè)置成隔著所述柵極絕緣層與所述柵電極重疊。
6.一種包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶顯示器件的電子設(shè)備。
7.一種液晶顯示器件，包括 薄膜晶體管；以及連接到所述薄膜晶體管的液晶元件， 其中所述薄膜晶體管包括氧化物半導(dǎo)體層， 其中所述液晶元件設(shè)置在像素中，以及其中在所述像素中所述薄膜晶體管及所述液晶元件與輔助電容器分離。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的液晶顯示器件，其特征在于，所述薄膜晶體管的截止電流是小于或等于1X10_13A。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的液晶顯示器件，其特征在于，所述氧化物半導(dǎo)體層具有小于或等于5X 1019/cm3的氫濃度及小于或等于5X IO1Vcm3的載流子濃度。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的液晶顯示器件，其特征在于，所述液晶元件設(shè)置在所述像素所包括的子像素中。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的液晶顯示器件，其特征在于，所述薄膜晶體管還包括 柵電極；設(shè)置成與所述柵電極重疊的柵極絕緣層；以及設(shè)置成與所述氧化物半導(dǎo)體層的一部分重疊的源電極及漏電極，其中所述氧化物半導(dǎo)體層設(shè)置成隔著所述柵極絕緣層與所述柵電極重疊。
12.一種包括根據(jù)權(quán)利要求7所述的液晶顯示器件的電子設(shè)備。
13.一種液晶顯示器件，包括 薄膜晶體管；以及通過(guò)無(wú)分支的一條布線連接到所述薄膜晶體管的液晶元件，其中所述液晶元件設(shè)置在像素中，以及其中所述薄膜晶體管包括氧化物半導(dǎo)體層。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的液晶顯示器件，其特征在于，所述薄膜晶體管的截止電流是小于或等于1X10_13A。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的液晶顯示器件，其特征在于，所述氧化物半導(dǎo)體層具有小于或等于5X 1019/cm3的氫濃度及小于或等于5X IO1Vcm3的載流子濃度。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的液晶顯示器件，其特征在于，所述液晶元件設(shè)置在所述像素所包括的子像素中。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的液晶顯示器件，其特征在于，所述薄膜晶體管還包括 柵電極；設(shè)置成與所述柵電極重疊的柵極絕緣層；以及設(shè)置成與所述氧化物半導(dǎo)體層的一部分重疊的源電極及漏電極，其中所述氧化物半導(dǎo)體層設(shè)置成隔著所述柵極絕緣層與所述柵電極重疊。
18.—種包括根據(jù)權(quán)利要求13所述的液晶顯示器件的電子設(shè)備。
19.一種液晶顯示器件，包括 薄膜晶體管；連接到所述薄膜晶體管的液晶元件；以及連接到所述薄膜晶體管及所述液晶元件的輔助電容器，其中所述薄膜晶體管包括氧化物半導(dǎo)體層，其中所述液晶元件設(shè)置在像素中，以及其中所述輔助電容器的電容小于所述液晶元件的電容。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的液晶顯示器件，其特征在于，所述薄膜晶體管的截止電流是小于或等于ixio_13A。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的液晶顯示器件，其特征在于，所述氧化物半導(dǎo)體層具有小于或等于5X 1019/cm3的氫濃度及小于或等于5X IO1Vcm3的載流子濃度。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的液晶顯示器件，其特征在于，所述液晶元件設(shè)置在所述像素所包括的子像素中。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的液晶顯示器件，其特征在于，所述薄膜晶體管還包括 柵電極；設(shè)置成與所述柵電極重疊的柵極絕緣層；以及設(shè)置成與所述氧化物半導(dǎo)體層的一部分重疊的源電極及漏電極，其中所述氧化物半導(dǎo)體層設(shè)置成隔著所述柵極絕緣層與所述柵電極重疊。
24.一種包括根據(jù)權(quán)利要求19所述的液晶顯示器件的電子設(shè)備。
全文摘要
提供了一種在包括使用氧化物半導(dǎo)體的薄膜晶體管的像素中可以提高開口率的液晶顯示器件。在該液晶顯示器件中，薄膜晶體管包括柵電極、與柵電極重疊地設(shè)置的柵極絕緣層及氧化物半導(dǎo)體層以及與氧化物半導(dǎo)體層的一部分重疊的源電極及漏電極，其中薄膜晶體管設(shè)置在設(shè)置于像素部中的信號(hào)線和像素電極之間。薄膜晶體管的截止電流小于或等于1×10-13A。電位可以只使用液晶電容器保持而不設(shè)置與液晶元件并聯(lián)的電容器，并且在像素部不形成與像素電極連接的電容器。
文檔編號(hào)G02F1/1368GK102598280SQ201080049068
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月21日
發(fā)明者宍戶英明, 山崎舜平, 荒澤亮 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所