專利名稱：半導體器件的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及包括氧化物半導體的半導體器件的制造方法。在本說明書中，半導體器件表示能夠通過利用半導體特性來起作用的所有類型的器件，并且電光器件、半導體電路和電子設備都是半導體器件。
背景技術：
近年來，用于通過使用在具有絕緣表面的襯底之上形成的半導體薄膜(具有大約數(shù)納米至數(shù)百納米的厚度)來形成薄膜晶體管(TFT)的技術已經(jīng)引起關注。薄膜晶體管適用于諸如IC和電光器件之類的寬廣范圍的電子器件，并且具體來說，迫切地需要開發(fā)用作圖像顯示裝置中的開關元件的薄膜晶體管。存在大量金屬氧化物，并且這類金屬氧化物用于各種應用。氧化銦是眾所周知的材料，并且用作液晶顯示器等所需的透明電極材料。一些金屬氧化物具有半導體特性。具有半導體特性的金屬氧化物的示例是氧化鎢、氧化錫、氧化銦、氧化鋅等等。其中使用具有半導體特性的這種金屬氧化物來形成溝道形成區(qū)的薄膜晶體管是已知的(專利文獻1和專利文獻2)。[參考文獻][專利文獻][專利文獻1]日本專利申請公開No.2007-123861[專利文獻2]日本專利申請公開No. 2007-9605
發(fā)明內容
在有源矩陣顯示裝置中，電路中包含的薄膜晶體管的電特性是重要的，并且顯示裝置的性能取決于電特性。在薄膜晶體管的電特性之中，閾值電壓(Vth)特別重要。甚至當場效應遷移率較高時，如果閾值電壓值較高或者在負側，則也難以控制電路。當薄膜晶體管具有大閾值電壓值和閾值電壓的大絕對值時，薄膜晶體管不能作為TFT來執(zhí)行開關功能， 并且在以低電壓驅動晶體管時可能是負載。此外，當閾值電壓值是在負側時，電流趨向于在源電極與漏電極之間流動，即使柵極電壓為0V，即，晶體管趨向于常通。在η溝道薄膜晶體管的情況下，優(yōu)選在施加作為柵極電壓的正電壓之后，形成溝道，并且漏極電流開始流動。其中如果不增加驅動電壓則不形成溝道的晶體管以及其中形成溝道并且漏極電流甚至在負電壓狀態(tài)的情況下也流動的晶體管不適合于電路中使用的薄膜晶體管。一個目的是提供包括氧化物半導體膜的薄膜晶體管的結構的制造方法，其中以其形成溝道的閾值電壓為正并且盡可能接近0V。為薄膜晶體管的較高速度操作和較低功率消耗，薄膜晶體管的溝道長度可縮短。 但是，存在特別是具有短溝道長度的薄膜晶體管中的閾值電壓可能漂移到負側的所謂短溝道效應的問題。另一目的是減小包括氧化物半導體膜的薄膜晶體管的閾值電壓的變化。具體來說，在液晶顯示裝置中，在元件之間存在大變化的情況下，可能導致因閾值電壓的變化而引起的顯示不均勻。按照本說明書中公開的本發(fā)明的一個實施例，在半導體器件的制造方法中，形成保護絕緣層以覆蓋包括通過第一熱處理來脫水或脫氫的氧化物半導體層的薄膜晶體管，并且執(zhí)行在比第一熱處理低的溫度下的第二熱處理，其中溫度的上升和下降重復多次。按照本說明書中公開的本發(fā)明的一實施例，在半導體器件的制造方法中，形成保護絕緣層以覆蓋包括通過第一熱處理來脫水或脫氫的氧化物半導體層的薄膜晶體管，并且在比第一熱處理低的溫度下比第一熱處理更長時間連續(xù)執(zhí)行第二熱處理。本說明書中公開的本發(fā)明的一實施例是半導體器件的制造方法，該方法包括下列步驟在具有絕緣表面的襯底之上形成柵電極層；在柵電極層之上形成柵極絕緣層；在柵極絕緣層之上形成氧化物半導體層；在形成氧化物半導體層之后執(zhí)行第一熱處理；在氧化物半導體層之上形成源電極層和漏電極層；在柵極絕緣層、氧化物半導體層、源電極層和漏電極層之上形成與氧化物半導體層的一部分相接觸的保護絕緣層；以及在形成保護絕緣層之后執(zhí)行第二熱處理，其中溫度的上升和下降重復多次。在比第一熱處理的溫度低的溫度下執(zhí)行第二熱處理。注意，氧化物半導體層的溝道長度優(yōu)選為20μπι或更小。第一熱處理優(yōu)選在氮氣氛或稀有氣體氣氛中執(zhí)行。第一熱處理優(yōu)選在高于或等于350°C且低于或等于750°C的溫度下執(zhí)行。第二熱處理優(yōu)選在空氣氣氛、氧氣氛、氮氣氛或者稀有氣體氣氛中執(zhí)行。在第二熱處理中溫度優(yōu)選上升到高于或等于100°C且低于或等于300°C的溫度。在第二熱處理中， 溫度優(yōu)選在溫度的上升之后下降到室溫。第二熱處理優(yōu)選包括溫度的上升與下降之間的高溫保持期間以及溫度的下降與上升之間的低溫保持期間，并且高溫保持期間和低溫保持期間的時間長度優(yōu)選各大于或等于1分鐘且小于或等于60分鐘。在第二熱處理中，溫度的上升和下降優(yōu)選重復3次至50次。通過上述結構，實現(xiàn)上述目的中的至少一個。本說明書中公開的本發(fā)明的一實施例是半導體器件的制造方法，該方法包括下列步驟在具有絕緣表面的襯底之上形成柵電極層；在柵電極層之上形成柵極絕緣層；在柵極絕緣層之上形成氧化物半導體層；在形成氧化物半導體層之后執(zhí)行第一熱處理；在氧化物半導體層之上形成源電極層和漏電極層；在柵極絕緣層、氧化物半導體層、源電極層和漏電極層之上形成與氧化物半導體層的一部分相接觸的保護絕緣層；以及然后執(zhí)行第二熱處理，其中在溫度的上升之后使溫度保持比第一熱處理長的時間。在比第一的溫度低的溫度下執(zhí)行第二熱處理。注意，氧化物半導體層的溝道長度優(yōu)選為20μπι或更小。第一熱處理優(yōu)選在氮氣氛或稀有氣體氣氛中執(zhí)行。第一熱處理優(yōu)選在高于或等于350°C且低于或等于750°C的溫度下執(zhí)行。第二熱處理優(yōu)選在空氣氣氛、氧氣氛、氮氣氛或者稀有氣體氣氛中執(zhí)行。在第二熱處理中溫度優(yōu)選上升到高于或等于100°C且低于或等于300°C的溫度。第二熱處理的時間長度優(yōu)選大于或等于1小時且小于或等于50小時。本說明書中使用的氧化物半導體形成由InMO3(ZnO)mOii > 0)所表示的薄膜，并且制造其氧化物半導體層使用該薄膜來形成的薄膜晶體管。注意，m不一定為整數(shù)。M表示從 Ga、FE、Ni、Mn和Co中選取的一種或多種金屬元素。例如，M可以是fei，或者除了 fei之外還可包括上述金屬元素，例如，M可以是( 和Ni或者( 和Fe。此外，在上述氧化物半導體中， 在一些情況下，除了作為M所包含的金屬元素之外，還包含諸如狗或附之類的過渡金屬元素或者過渡金屬的氧化物作為雜質元素。在本說明書中，在其組成分子式由InMO3(ZnO)mOii > 0)表示的氧化物半導體層之中，包含( 作為M的氧化物半導體稱作h-Ga-ai-Ο基氧化物半導體，并且h-Ga-Si-O基氧化物半導體的薄膜又稱作h-Ga-Si-O基薄膜。作為應用于氧化物半導體層的氧化物半導體，除了上述之外，還能夠應用任意下列氧化物半導體dn-Sn-ai-Ο基氧化物半導體、h-Al-ai-Ο基氧化物半導體、Sn-Ga-Zn-O 基氧化物半導體、Al-Ga-Zn-O基氧化物半導體、Sn-Al-Zn-O基氧化物半導體、In-Zn-O基氧化物半導體、Sn-Si-O基氧化物半導體、Al-ai-0基氧化物半導體、In-O基氧化物半導體、 Sn-O基氧化物半導體和Si-O基氧化物半導體。氧化硅可包含在氧化物半導體層中。將阻礙晶化的氧化硅(SiOx(χ > 0))加入氧化物半導體層中能夠抑制制造過程中在形成氧化物半導體層之后執(zhí)行熱處理時的氧化物半導體層的晶化。注意，氧化物半導體層的優(yōu)選狀態(tài)是非晶的，或者其部分晶化是可接受的。取決于熱處理的條件以及氧化物半導體層的材料，非晶狀態(tài)的氧化物半導體層可晶化以成為微晶膜或多晶膜。甚至當氧化物半導體層為微晶膜或多晶膜時，也能夠得到作為TFT的開關特性。注意，為了方便起見，本說明書中使用諸如“第一”和“第二”之類的序數(shù)。因此， 它們并不表示步驟的順序、層的層疊順序以及規(guī)定本發(fā)明的具體名稱。形成保護絕緣層以覆蓋包括通過第一熱處理來脫水或脫氫的氧化物半導體層的薄膜晶體管，并且執(zhí)行在比第一熱處理低的溫度下的第二熱處理，第二熱處理中溫度的上升和下降重復多次，由此能夠制造包括氧化物半導體層的薄膜晶體管，其中以其形成溝道的閾值電壓為正并且盡可能接近0V，而無需取決于溝道長度。


附圖包括圖IA至IE是示出本發(fā)明的一實施例的制造過程的截面圖；圖2是示出第二熱處理的時間與溫度之間的關系的圖表；圖3A和圖;3B各示出按照本發(fā)明的一實施例的半導體器件；圖4是示出示例1中的第二熱處理的時間與溫度之間的關系的圖表；圖5A和圖5B是示出示例1中的薄膜晶體管的閾值電壓和遷移率的圖表；圖6A和圖6B是示出示例2的薄膜晶體管的電流-電壓特性的圖表；圖7A1、圖7A2和圖7B各示出半導體器件；圖8A和圖8B示出半導體器件；圖9示出半導體器件的像素等效電路；圖IOA至圖IOC各示出半導體器件；圖IlA和圖IlB各是半導體器件的框圖；圖12A和圖12B示出信號線驅動器電路的結構；圖13A至圖13D是示出移位寄存器的結構的電路圖；圖14A是示出移位寄存器的配置的電路圖，以及圖14B示出移位寄存器的操作的時序圖；圖15示出半導體器件；圖16示出半導體器件；圖17是電子書籍閱讀器的一例的外視圖；圖18A和圖18B分別是電視機的示例和數(shù)碼相框的示例的外視圖；圖19A和圖19B是游戲機的示例的外視圖；圖20A和圖20B分別是便攜計算機的示例和蜂窩電話的示例的外視圖；圖21示出半導體器件；圖22示出半導體器件；圖23示出半導體器件；圖M示出半導體器件；圖25示出半導體器件；圖沈示出半導體器件；圖27示出半導體器件；圖觀示出半導體器件；圖四示出半導體器件；圖30示出半導體器件；圖31示出半導體器件；圖32示出半導體器件；圖33示出半導體器件；圖34示出半導體器件；圖35示出半導體器件；圖36是示出第二熱處理的時間與溫度之間的關系的圖表；以及圖37A和圖37B各是示出示例3的薄膜晶體管的閾值電壓和遷移率的圖表。
具體實施例方式下面將參照附圖詳細描述本發(fā)明的實施例。但是，本發(fā)明并不局限于以下描述，本領域的技術人員易于理解，本文所公開的模式和細節(jié)能夠按照各種方式來修改。因此，本發(fā)明不是要被理解為局限于以下實施例的描述。實施例1在本實施例中，將參照圖IA至圖IE來描述圖IE所示的薄膜晶體管461的制造方法的一個實施例，圖IA至圖IE是薄膜晶體管的制造過程的截面圖。在這里，圖IE所示的薄膜晶體管461具有稱作溝道蝕刻結構的底柵結構。首先，使用借助于光掩模的光刻過程將柵電極層401設置在具有絕緣表面的襯底 400之上。注意，抗蝕劑掩模可通過噴墨方法來形成。當抗蝕劑掩模通過噴墨方法來形成時，沒有使用光掩模，這導致制造成本的降低。作為襯底400，當稍后將要執(zhí)行的熱處理的溫度較高時，可使用其應變點高于或等于730°C的襯底。例如，在使用玻璃襯底作為襯底400的情況下，使用諸如鋁硅酸鹽玻璃、鋁硼硅酸鹽玻璃或鋇硼硅酸鹽玻璃之類的玻璃材料。注意，通過包含比硼酸更多數(shù)量的氧化鋇(BaO)，玻璃襯底是耐熱的，并且具有更大實際用途。因此，優(yōu)選使用包含使得BaO的量比 B2O3要大的BaO和化03的玻璃襯底。注意，代替玻璃襯底，可使用由諸如陶瓷襯底、石英玻璃襯底、石英襯底或藍寶石襯底之類的絕緣體所形成的襯底。備選地，可使用晶化玻璃等。此外，用作基底膜的絕緣膜可設置在襯底400與柵電極層401之間?；啄ぞ哂蟹乐闺s質元素從襯底400擴散的功能，并且能夠使用氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜和氧氮化硅膜中的一個或多個來形成為具有單層結構或疊層結構。金屬導電膜能夠用作柵電極層401。作為金屬導電膜的材料，優(yōu)選使用從下列項中選取的元素A1、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo和W，包含這些元素的任意作為成分的合金，組合地包含這些元素的任意的合金；等等。例如，鋁層層疊在鈦層之上并且鈦層層疊在鋁層之上的三層結構或者鋁層層疊在鉬層之上并且鉬層層疊在鋁層之上的三層結構是優(yōu)選的。不用說，金屬導電膜可具有單層結構、兩層結構或者四層或更多層的疊層結構。然后，柵極絕緣層402在柵電極層401之上形成。能夠通過等離子體CVD方法、濺射方法等，將柵極絕緣層402形成為具有氧化硅層、氮化硅層、氧氮化硅層或氮氧化硅層的單層結構。例如，可通過等離子體CVD方法，使用 SiH4、氧和氮作為沉積氣體來形成氧氮化硅層。柵極絕緣層402具有從IOOnm至500nm(包括兩端)的厚度。在疊層結構的情況下，例如，具有從50nm至200nm(包括兩端)厚度的第一柵極絕緣層以及具有從5nm至300nm(包括兩端)厚度的第二柵極絕緣層按照該順序來層置。在本實施例中，柵極絕緣層402是通過等離子體CVD方法所形成的具有IOOnm厚
度的氧化硅膜。在形成氧化物半導體膜之前，可在惰性氣體氣氛(例如氮氣氛、氦氣氛、氖氣氛或氬氣氛)中執(zhí)行熱處理(高于或等于400°C且低于襯底的應變點)，以去除柵極絕緣層402 中包含的諸如氫和水之類的雜質。隨后，在柵極絕緣層402之上，氧化物半導體膜形成為大于或等于5nm且小于或等于200nm、優(yōu)選地大于或等于IOnm且小于或等于50nm的厚度。優(yōu)選的厚度為50nm或更小， 以便甚至當形成氧化物半導體膜之后執(zhí)行脫水或脫氫的熱處理時，氧化物半導體膜也能夠具有非晶結構。在形成氧化物半導體層之后執(zhí)行熱處理時，氧化物半導體膜的較薄厚度能夠抑制氧化物半導體層的晶化。注意，在氧化物半導體膜通過濺射方法來形成之前，柵極絕緣層402的表面上的灰塵優(yōu)選通過其中引入氬氣體并且生成等離子體的逆濺射去除。逆濺射是一種方法，其中， 在沒有將電壓施加到靶側的情況下，通過使用RF電源在氬氣氛中將電壓施加到襯底側，并且等離子體在襯底附近生成，使得修正襯底表面。注意，代替氬氣氛，可使用氮氣氛、氦氣氛寸。使用h-Ga-Si-O基氧化物半導體膜、In-Sn-Zn-O基氧化物半導體膜、Ιη-ΑΙ-^ι-Ο 基氧化物半導體膜、Sn-Ga-Zn-O基氧化物半導體膜、A1 -Ga-Zn-O基氧化物半導體膜、 Sn-Al-Si-O基氧化物半導體膜、In-Si-O基氧化物半導體膜、Sn-Zn-O基氧化物半導體膜、 Al-Zn-O基氧化物半導體膜、In-O基氧化物半導體膜、Sn-O基氧化物半導體膜或者&ι_0基氧化物半導體膜來形成氧化物半導體膜。在本實施例中，氧化物半導體膜通過濺射方法、借助于用于膜形成的h-Ga-ai-Ο基氧化物半導體靶來形成。此外，能夠通過濺射方法在稀有氣體(通常為氬)氣氛、氧氣氛或者稀有氣體(通常為氬)和氧的氣氛中形成氧化物半導體膜130。在使用濺射方法的情況下，優(yōu)選借助于包含大于或等于2wt%且小于或等于10wt% 的S^2的靶來執(zhí)行沉積，使得阻礙晶化的SiOxU > 0)包含在氧化物半導體膜中；這樣，能夠防止氧化物半導體膜在以后執(zhí)行的脫水或脫氫的熱處理中晶化。膜形成的氧化物半導體靶中的氧化物半導體的相對密度優(yōu)選為99%或更大，這導致所形成的氧化物半導體膜中的雜質濃度的降低；因此，能夠得到具有高電特性或可靠性的薄膜晶體管。在本實施例中，使用具有97%的氧化物半導體的相對密度的氧化物半導體靶。在這里，在下列條件下在氬或氧的氣氛(氬氧=30sccm 20sCCm，并且氧流量比為40%)中借助于包含In、Ga和Ζη(Ιη203 Ga2O3 ZnO = 1 1 1 [摩爾比]并且 In Ga Zn = 1 1 0.5[原子比])的氧化物半導體靶來形成氧化物半導體膜襯底與靶之間的距離為IOOmm ；壓力為0. 2Pa ；以及直流(DC)電源為0. 5kW。注意，脈沖直流(DC) 電源是優(yōu)選的，因為能夠減少膜形成中生成的粉狀物質(又稱作顆?；蚧覊m)，并且膜厚能夠是均勻的。h-Ga-Si-O基薄膜形成為5nm至200nm厚。在本實施例中，作為氧化物半導體膜，通過濺射方法、借助于用于膜形成的h-Ga-ai-Ο基氧化物半導體靶來形成20nm厚的 In-Ga-Zn-O 基薄膜。濺射方法的示例包括RF濺射方法，其中高頻電源用作濺射電源；DC濺射方法，其中使用直流電源；以及脈沖DC濺射方法，其中以脈沖方式來施加偏壓。RF濺射方法主要用于形成絕緣膜的情況，而DC濺射方法主要用于形成金屬膜的情況。另外，還存在多源濺射裝置，其中能夠設置不同材料的多個靶。通過多源濺射裝置，不同材料的膜能夠形成為層疊在一個室中，或者多種材料的膜能夠通過在一個室中同時放電來形成。另外，存在一種濺射裝置，該濺射裝置配備有室內部的磁系統(tǒng)并且用于磁控管濺射，以及存在一種用于ECR濺射的濺射裝置，其中使用借助于微波所產(chǎn)生的等離子體，而無需使用輝光放電。此外，作為通過濺射的沉積方法，還存在反應濺射方法，其中靶物質和濺射氣體成分在沉積期間相互起化學反應，以便形成其化合物薄膜，并且存在偏壓濺射方法，其中電壓在沉積期間也施加到襯底。柵極絕緣層402和氧化物半導體膜可接連形成，而沒有暴露于空氣。沒有暴露于空氣的膜形成使得有可能得到疊層之間的界面，該界面沒有受到大氣成分或者漂浮在空氣中的諸如水或烴之類的雜質元素污染。因此，能夠減小薄膜晶體管的特性的變化。隨后，通過光刻步驟將氧化物半導體膜處理成島狀氧化物半導體層432(參見圖 1A)。用于形成島狀氧化物半導體層432的抗蝕劑掩?？赏ㄟ^噴墨方法來形成。當抗蝕劑掩模通過噴墨方法來形成時，沒有使用光掩模，這導致制造成本的降低。然后，執(zhí)行第一熱處理，以便對氧化物半導體層432進行脫水或脫氫。脫水或脫氫的第一熱處理的溫度設置成高于或等于350°C且低于或等于750°C，優(yōu)選地為高于或等于 425°C。注意，在溫度為425°C或更高的情況下，熱處理時間可以為1小時或更短，而在溫度低于425°C的情況下，熱處理時間設置成超過1小時。在這里，將襯底引入作為熱處理裝置的一個示例的電爐，并且氧化物半導體層在氮氣氛下經(jīng)受熱處理。然后，氧化物半導體層沒有暴露于空氣，并且能夠防止水和氫再次包含在氧化物半導體層中。這樣，形成氧化物半導體層432。在本實施例中，通過使用同一電爐，在氮氣氛下，從以其對氧化物半導體層432 執(zhí)行脫水或脫氫的加熱溫度T到使得沒有再次包含水的溫度、具體來說到比加熱溫度T低 100°C或更多的溫度來執(zhí)行緩慢冷卻。脫水或脫氫可在稀有氣體(例如氦、氖或氬)氣氛等下執(zhí)行，而并不局限于氮氣氛。注意，在第一熱處理中，優(yōu)選水、氫等沒有包含在氮或者諸如氦、氖或氬之類的稀有氣體中。備選地，優(yōu)選引入熱處理裝置中的氮或者諸如氦、氖或氬之類的稀有氣體具有 6N(99. 9999% )或更高、或者更優(yōu)選地為7N(99. 99999% )或更高的純度；也就是說，雜質濃度優(yōu)選設置為Ippm或更低，優(yōu)選為0. Ippm或更低。第一熱處理能夠使用借助于電爐的加熱方法來執(zhí)行。但是，用于第一熱處理的裝置并不局限于電爐，而可以是配備有用于使用來自諸如電阻加熱元件之類的加熱元件的熱傳導或熱輻射來加熱處理對象的裝置。例如，能夠使用諸如GRTA(氣體快速熱退火)裝置或 LRTA (燈快速熱退火)裝置之類的RTA (快速熱退火)裝置。LRTA裝置是用于通過從諸如鹵素燈、金屬鹵化物燈、氙弧燈、碳弧燈、高壓鈉燈或高壓水銀燈之類的燈所發(fā)射的光(電磁波)的輻射來加熱處理對象的裝置。GRTA裝置是用于使用高溫氣體的熱處理的裝置。作為氣體，使用不會通過熱處理而與處理對象發(fā)生反應的諸如氮之類的惰性氣體或者諸如氬之類的稀有氣體。取決于第一熱處理的條件以及氧化物半導體層的材料，氧化物半導體層可晶化以成為微晶或多晶。例如，氧化物半導體層可晶化，以便成為具有80%或更大或者90%或更大的晶化度的微晶半導體。此外，取決于氧化物半導體層的材料，氧化物半導體層可以是不包含晶體的氧化物半導體。第一熱處理可對被處理成島狀氧化物半導體層432之前的氧化物半導體膜來執(zhí)行，而不是對島狀氧化物半導體層432來執(zhí)行。在那種情況下，在第一熱處理之后，從加熱裝置中取出襯底，并且執(zhí)行光刻步驟。隨后，用于形成源電極層和漏電極層的導電膜在柵極絕緣層402和氧化物半導體層432之上形成。用于形成源電極層和漏電極層的導電膜能夠使用金屬導電膜按照與柵電極層401 相似的方式來形成。作為金屬導電膜的材料，優(yōu)選地使用從下列項中選取的元素A1、Cr、 Cu、Ta、Ti、Mo和W，包含這些元素的任意作為成分的合金，組合地包含這些元素的任意的合金，等等。例如，鋁層層疊在鈦層之上并且鈦層層疊在鋁層之上的三層結構或者鋁層層疊在鉬層之上并且鉬層層疊在鋁層之上的三層結構是優(yōu)選的。不用說，金屬導電膜可具有單層結構、兩層結構或者四層或更多層的疊層結構。用于形成源電極層和漏電極層的導電膜經(jīng)受使用光掩模的光刻步驟，使得形成源電極層40 和漏電極層40恥(參見圖1B)。這時，還蝕刻氧化物半導體層432的一部分，由此形成具有溝槽(凹陷)的氧化物半導體層432。注意，薄膜晶體管的溝道長度被定義為源電極層40 與漏電極層40 之間的距離。注意，用于形成源電極層40 和漏電極層40 的抗蝕劑掩?？赏ㄟ^噴墨方法來形成。當抗蝕劑掩模通過噴墨方法來形成時，沒有使用光掩模，這導致制造成本的降低。
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隨后，形成保護絕緣層407，保護絕緣層407覆蓋柵極絕緣層402、氧化物半導體層 432、源電極層40 和漏電極層40 ，并且與氧化物半導體層432的一部分相接觸(參見圖 1C)。保護絕緣層407能夠適當?shù)厥褂弥T如濺射方法之類的防止諸如水和氫之類的雜質混合到保護絕緣層407的方法來形成為至少Inm或更大的厚度。在這里，保護絕緣層407通過濺射方法來形成。與氧化物半導體層432的一部分相接觸的保護絕緣層407不包括諸如水分、氫離子和OH—之類的雜質，并且使用防止它們從外部進入的無機絕緣膜來形成。優(yōu)選使用氧化硅膜，并且備選地可使用氮氧化硅膜、氮化硅膜、氧化鋁膜、氧氮化鋁膜或者氮化硅膜。進一步備選地，保護絕緣層407可具有這樣一種結構，使得氮化硅膜或氮化鋁膜層疊在氧化硅膜、氮氧化硅膜、氧化鋁膜或氧氮化鋁膜之上。具體來說，氮化硅膜是優(yōu)選的， 因為其不包含諸如水分、氫離子或OH—之類的雜質，并且防止它們從外部進入。在這里，在水或氫進入氧化物半導體層的情況下，存在關于氧化物半導體層變得具有η型導電性并且薄膜晶體管成為常通的擔憂。此外，在水或氫進入氧化物半導體層的情況下，還存在薄膜晶體管的可靠性降低的擔憂。因此，重要的是借助于保護絕緣層407來防止諸如水或氫之類的雜質進入氧化物半導體層432。此外，在水或氫進入保護絕緣層407的情況下，存在關于氧化物半導體層中的氧被保護絕緣層407中的水或氫抽取、氧化物半導體層變得具有η型導電性并且薄膜晶體管成為常通的擔憂。此外，在水或氫進入保護絕緣層407的情況下，還存在薄膜晶體管的可靠性降低的擔憂。因此，重要的是防止諸如水或氫之類的雜質進入保護絕緣層407。在本實施例中，作為保護絕緣層407，形成300nm厚的氧化硅膜。膜形成中的襯底溫度可以是從室溫至300°C或更低，在本實施例中為100°C。氧化硅膜能夠通過濺射方法在稀有氣體(通常為氬)氣氛、氧氣氛或者稀有氣體(通常為氬)和氧的混合氣氛下形成。氧化硅靶或硅靶能夠用作靶。例如，借助于硅靶，氧化硅膜能夠通過濺射方法、在包含氧和氮的氣氛中形成。隨后，對源電極層40 、漏電極層40 、柵極絕緣層402和氧化物半導體層432來執(zhí)行其中溫度的上升和下降在空氣氣氛、氧氣氛、氮氣氛或者稀有氣體(例如氦、氖或氬) 氣氛下重復多次的第二熱處理，由此形成氧化物半導體層403(參見圖ID和圖1E)。在這里，在比第一熱處理低的溫度下執(zhí)行第二熱處理。在本實施例中，將襯底引入作為熱處理裝置的一個示例的電爐，并且氧化物半導體層在氧氣氛下經(jīng)過第二熱處理。在第二熱處理中，由溫度上升期間、高溫保持期間、溫度下降期間和低溫保持期間所組成的循環(huán)重復多次。在圖2的圖表中示出第二熱處理步驟，其中縱軸表示溫度，以及橫軸表示時間。如圖2所示，第二熱處理的循環(huán)由下列期間組成在時間、的溫度上升期間， 其中溫度從溫度T1上升到溫度T2 ；在時間t2的高溫保持期間，其中保持溫度T2 ；在時間t3 的溫度下降期間，其中溫度從溫度T2下降到溫度T1 ；以及在時間t4的低溫保持期間，其中保持溫度1\。在第一循環(huán)完成之后，第二循環(huán)類似地開始，并且該循環(huán)重復N次。然后，第二熱處理完成。在這里，溫度T1優(yōu)選大約為室溫，并且溫度T2優(yōu)選高于或等于100°C且低于或等于300°C，更優(yōu)選高于或等于125°C且低于或等于250°C。此外，優(yōu)選第二熱處理的循環(huán)重復 3次至50次。另外，時間、、時間t2、時間t3和時間t4各優(yōu)選大約為1分鐘至60分鐘。不用說，時間、、時間t2、時間t3和時間t4可適當?shù)卦O置成不同的時間長度。此外，時間、、時間t2、時間t3和時間t4的任何兩個或更多可具有相同的時間長度。注意，時間、、時間t2、 時間t3和時間t4不一定各在大約1分鐘至60分鐘的范圍之內。例如，時間t2和時間t4可設置成小于1分鐘，使得溫度的上升和下降在示出第二熱處理的圖2的圖表中頻繁地重復。此外，完全相同的循環(huán)不一定在第二熱處理中重復多次。例如，每一個循環(huán)可具有溫度T1和溫度T2的不同溫度以及時間、至t4的不同時間長度。在溫度下降期間中，可吹送冷卻氣體，以便降低襯底溫度。通過冷卻氣體的吹送， 能夠比通過自然冷卻更迅速地降低襯底溫度。在這里，在柵極絕緣層402與氧化物半導體層432之間的界面以及在氧化物半導體層432與保護絕緣層407之間的界面或者在氧化物半導體層432中通過對第一熱處理的脫水或脫氫所產(chǎn)生的空間處所形成的懸空鍵通過被考慮為薄膜晶體管的閾值電壓遠離OV 的原因或者引起一個襯底之上的多個薄膜晶體管的閾值電壓的變化的原因。但是，第二熱處理允許柵極絕緣層402與氧化物半導體層432之間的界面以及氧化物半導體層432與保護絕緣層407之間的界面處的懸空鍵被封閉或者允許氧化物半導體層432的空間的周邊中的原子逐漸被重新排列；相應地，能夠形成其中使上述部分的結構穩(wěn)定的氧化物半導體層403。在氧化硅膜用作保護絕緣層407的情況下，假定結合到氧化物半導體層432中的金屬原子的羥基中的氫原子通過結合到氧化硅膜中的硅的氧原子的懸空鍵來抽取，并且相應地，形成金屬氧化物以及羥基與其結合的硅。這允許氧化物半導體層403進一步脫氫，并且薄膜晶體管的可靠性能夠提高。因此，在包括氧化物半導體層403的薄膜晶體管中，以其形成溝道的閾值電壓能夠為正并且盡可能接近0V。具體來說，甚至在溝道長度為20 μ m或更短的薄膜晶體管中，以其形成溝道的閾值電壓也能夠類似地為正值并且盡可能接近OV。此外，場效應遷移率也能夠通過本第二熱處理來增加。此外，甚至在包括氧化物半導體層403的多個薄膜晶體管在一個襯底之上形成的情況下，也能夠防止薄膜晶體管的閾值電壓被改變。另外，閾值電壓的偏移量能夠在BT應力測試(偏置溫度應力測試)中減??；因此， 能夠得到極可靠的薄膜晶體管。在本說明書中，BT應力測試(偏置溫度應力測試)指的是其中高柵極電壓在高溫氣氛下施加到薄膜晶體管的測試。因此，在顯示裝置的像素部分中的薄膜晶體管使用本實施例中所述的制造方法來制造的情況下，能夠抑制因相應像素的薄膜晶體管的閾值電壓的變化引起的顯示不均勻。此外，在顯示裝置的驅動器電路部分中的薄膜晶體管使用本實施例中所述的制造方法來制造的情況下，能夠縮短溝道長度而沒有引起閾值電壓的負偏移，由此能夠實現(xiàn)驅動器電路部分中的薄膜晶體管的高速操作和較低功率消耗。注意，在第二熱處理中，優(yōu)選水、氫等沒有包含在氧、氮或者諸如氦、氖或氬之類的稀有氣體中。備選地，優(yōu)選引入熱處理裝置中的氮或者諸如氦、氖或氬之類的稀有氣體具有 6N(99. 9999% )或更高、或者更優(yōu)選地為7N(99. 99999% )或更高的純度；也就是說，雜質濃度優(yōu)選地設置為Ippm或更低，更優(yōu)選地為0. Ippm或更低。第二熱處理能夠使用借助于電爐的加熱方法來執(zhí)行。
雖然第二熱處理就在本實施例中形成保護絕緣層407之后執(zhí)行，但是第二熱處理可在保護絕緣層之上形成層間膜、布線層等之后執(zhí)行。換言之，第二熱處理可在任何時間執(zhí)行，只要在形成保護絕緣層407之后執(zhí)行。例如，在制造用于顯示裝置的像素部分中的薄膜晶體管情況下，第二熱處理可在形成像素電極層之后執(zhí)行。此外，在第二熱處理之前，熱處理(優(yōu)選地在高于或等于20(TC且低于或等于 4000C )可在惰性氣體氣氛或者氮氣體氣氛中執(zhí)行。在這里，本熱處理優(yōu)選地在比第一熱處理的溫度低的溫度且比第二熱處理的溫度高的溫度下執(zhí)行。例如，本熱處理可在氮氣氛中以250°C執(zhí)行大約1小時。通過上述工序，能夠形成具有下列結構的溝道蝕刻薄膜晶體管461 柵電極層401 設置在作為具有絕緣表面的襯底的襯底400之上，柵極絕緣層402設置在柵電極層401之上，氧化物半導體層403設置在柵極絕緣層402之上，源電極層40 和漏電極層40 設置在氧化物半導體層403之上，并且設置與氧化物半導體層403的一部分相接觸并且覆蓋柵極絕緣層402、氧化物半導體層403以及源電極層40 和漏電極層40 的保護絕緣層 407(參見圖1E)。雖然具有單柵結構的薄膜晶體管作為薄膜晶體管461來描述，但是可形成具有包括多個溝道形成區(qū)的多柵結構的薄膜晶體管或者具有其中第二柵電極層設置成保護絕緣層407之上的結構的薄膜晶體管。在本實施例中描述了溝道蝕刻薄膜晶體管461的制造方法；但是，本實施例的結構并不局限于此。具有如圖3A所示的底柵結構的底接觸類型(倒置共面類型)的薄膜晶體管460以及具有如圖:3B所示的溝道截斷類型的薄膜晶體管481能夠使用相似材料和相似方法來形成。在這里，在薄膜晶體管460中，柵電極層451設置在作為具有絕緣表面的襯底的襯底450之上，柵極絕緣層452設置在柵電極層451之上，源電極層45 和漏電極層45 設置在柵極絕緣層452之上，氧化物半導體層453設置在源電極層45 和漏電極層45 以及柵極絕緣層452之上，并且設置與氧化物半導體層453的一部分相接觸并且覆蓋柵極絕緣層452、氧化物半導體層453以及源電極層45 和漏電極層40 的保護絕緣層457。注意，薄膜晶體管460中的襯底450、柵電極層451、柵極絕緣層452、源電極層 455a和漏電極層455b、氧化物半導體層453以及保護絕緣層457分別對應于圖IA至圖IE 所示的薄膜晶體管461中的襯底400、柵電極層401、柵極絕緣層402、源電極層40 和漏電極40 、氧化物半導體層403以及保護絕緣層407，并且能夠使用相似材料和相似方法來形成。此外，在薄膜晶體管481中，柵電極層471設置在作為具有絕緣表面的襯底的襯底 470之上，柵極絕緣層472設置在柵電極層471之上，氧化物半導體層473設置在柵極絕緣層472之上，溝道保護層480設置在氧化物半導體層473之上，源電極層47 或漏電極層 475b設置在氧化物半導體層473和溝道保護層480之上，并且設置與溝道保護層480的一部分相接觸并且覆蓋柵極絕緣層472、氧化物半導體層473、溝道保護層480以及源電極層 475a或漏電極層47 的保護絕緣層477。溝道保護層480按照如下方式來形成使得絕緣膜使用與保護絕緣層407相似的材料和方法來形成，并且該形狀通過蝕刻來處理。例如，氧化硅膜通過濺射方法在氧化物半導體層473之上形成，然后借助于通過光刻所形成的掩模來蝕刻，使得形成溝道保護層 480。備選地，溝道保護層480能夠在形成氧化物半導體層473之后接連形成，而沒有暴露于空氣。相應地，能夠得到疊層之間的界面，該界面沒有受到大氣成分或者漂浮在空氣中的諸如水或烴之類的雜質元素污染。注意，薄膜晶體管481中的襯底470、柵電極層471、柵極絕緣層472、源電極層 475a或漏電極層475b、氧化物半導體層473以及保護絕緣層477分別對應于薄膜晶體管 400中的襯底400、柵電極層401、柵極絕緣層402、源電極層40 和漏電極40 、氧化物半導體層403以及保護絕緣層407，并且能夠使用相似材料和相似方法來形成。按照上述方式，形成保護絕緣層以覆蓋包括通過第一熱處理來脫水或脫氫的氧化物半導體層的薄膜晶體管，并且執(zhí)行在比第一熱處理低的溫度下的第二熱處理，第二熱處理中溫度的上升和下降重復多次，由此能夠制造包括氧化物半導體層的薄膜晶體管，其中以其形成溝道的閾值電壓為正并且盡可能接近0V，而幾乎與溝道長度無關。本實施例可適當?shù)亟Y合任意其它實施例中所述的結構來實現(xiàn)。實施例2在本實施例中，第二熱處理使用與實施例1不同的方法來執(zhí)行。在實施例1中，第二熱處理在比第一熱處理低的溫度下按照使得溫度的上升和下降重復多次的方式來執(zhí)行。 作為本實施例的第二熱處理，其中保持比第一熱處理低的溫度，比第一熱處理更長時間連續(xù)執(zhí)行熱處理。直到就在第二熱處理之前的步驟，薄膜晶體管的制造過程與實施例1相似(參見圖 1C)。在空氣氣氛、氧氣氛、氮氣氛或者稀有氣體(例如氦、氖或氬)氣氛下，比第一熱處理更長時間連續(xù)地對源電極層40 、漏電極層40 、柵極絕緣層402和氧化物半導體層 432來執(zhí)行保持比第一熱處理低的溫度的第二熱處理，由此形成氧化物半導體層403(參見圖ID和圖1E)。在本實施例中，將襯底引入作為熱處理裝置的一個示例的電爐，并且氧化物半導體層在氧氣氛下經(jīng)受第二熱處理。本實施例的第二熱處理包括溫度上升期間、高溫保持期間、溫度下降期間和低溫保持等四個期間，各期間僅進行一次。換言之，直到通過溫度上升一次之后的溫度下降期間來完成第二熱處理，高溫保持期間在溫度T2持續(xù)。在圖36的圖表中示出第二熱處理步驟， 其中縱軸表示溫度，以及橫軸表示時間。如圖36所示，第二熱處理步驟包括在時間、的溫度上升期間，其中溫度從溫度T1上升到溫度T2 ；在時間t2的高溫保持期間，其中保持溫度T2 ；在時間t3的溫度下降期間，其中溫度從溫度T2下降到溫度T1 ；以及在時間t4的低溫保持期間，其中保持溫度1\。注意，無需一定執(zhí)行低溫保持期間。在這里，溫度T1優(yōu)選大約為室溫，并且溫度T2優(yōu)選高于或等于100°C且低于或等于 3000C，更優(yōu)選高于或等于125°C且低于或等于250°C。另外，時間、、時間t3和時間t4各優(yōu)選大約為1分鐘至60分鐘。時間t2優(yōu)選為1小時至50小時(包括兩端)。時間ti、時間 t2、時間t3和時間t4可適當?shù)卦O置成不同的時間長度，只要滿足下列關系式t2 > ti+t3+t4。在溫度下降期間中，可吹送冷卻氣體，以便降低襯底溫度。通過冷卻氣體的吹送， 能夠比通過自然冷卻更迅速地降低襯底溫度。按照與如實施例1中所述的其中重復溫度的上升和下降的第二熱處理相似的方式，比第一熱處理更長時間并且在比第一熱處理低的溫度下連續(xù)執(zhí)行的第二熱處理允許柵極絕緣層402與氧化物半導體層432之間的界面以及氧化物半導體層432與保護絕緣層 407之間的界面處的懸空鍵被封閉或者允許氧化物半導體層432的空間的周邊中的原子逐漸被重新排列；相應地，能夠形成其中使上述部分的結構穩(wěn)定的氧化物半導體層403。因此，在包括氧化物半導體層403的薄膜晶體管中，以其形成溝道的閾值電壓能夠為正并且盡可能接近0V。具體來說，甚至在溝道長度為20 μ m或更短的薄膜晶體管中，以其形成溝道的閾值電壓也能夠類似地為正并且盡可能接近0V。此外，場效應遷移率也能夠通過本第二熱處理來增加。此外，甚至在包括氧化物半導體層403的多個薄膜晶體管在一個襯底之上形成的情況下，也能夠防止薄膜晶體管的閾值電壓被改變。另外，閾值電壓的偏移量能夠在BT應力測試(偏置溫度應力測試)中減??；因此， 能夠得到極可靠的薄膜晶體管。因此，在顯示裝置的像素部分中的薄膜晶體管使用本實施例中所述的制造方法來制造的情況下，能夠抑制因相應像素的薄膜晶體管的閾值電壓的變化引起的顯示不均勻。此外，在顯示裝置的驅動器電路部分中的薄膜晶體管使用本實施例中所述的制造方法來制造的情況下，能夠縮短溝道長度，而幾乎沒有引起閾值電壓的負偏移，由此能夠實現(xiàn)驅動器電路部分中的薄膜晶體管的高速操作和較低功率消耗。注意，在第二熱處理中，優(yōu)選水、氫等沒有包含在氧、氮或者諸如氦、氖或氬之類的稀有氣體中。備選地，優(yōu)選引入熱處理設備中的氮或者諸如氦、氖或氬之類的稀有氣體具有 6N(99. 9999% )或更高、或者更優(yōu)選地為7N(99. 99999% )或更高的純度；也就是說，雜質濃度優(yōu)選地設置為Ippm或更低，更優(yōu)選地為0. Ippm或更低。第二熱處理能夠使用借助于電爐的加熱方法來執(zhí)行。注意，第二熱處理無需一定就在形成保護絕緣層407之后來執(zhí)行。第二熱處理可在保護絕緣層之上形成層間膜、布線層等之后來執(zhí)行。換言之，第二熱處理可在任何時間執(zhí)行，只要在形成保護絕緣層407之后執(zhí)行。例如，在制造用于顯示裝置的像素部分中的薄膜晶體管情況下，第二熱處理可在形成像素電極層之后執(zhí)行。此外，在第二熱處理之前，熱處理(優(yōu)選在高于或等于200°C且低于或等于400°C ) 可在惰性氣體氣氛或者氮氣體氣氛中執(zhí)行。在這里，本熱處理優(yōu)選在比第一熱處理的溫度低的溫度且比第二熱處理的溫度高的溫度下執(zhí)行。例如，本熱處理可在氮氣氛中以250°C執(zhí)行大約1小時。按照與實施例1相似的方式，通過上述工序，能夠形成具有下列結構的溝道蝕刻薄膜晶體管461 柵電極層401設置在作為具有絕緣表面的襯底的襯底400之上，柵極絕緣層402設置在柵電極層401之上，氧化物半導體層403設置在柵極絕緣層402之上，源電極層40 和漏電極層40 設置在氧化物半導體層403之上，并且設置與氧化物半導體層403 的一部分相接觸并且覆蓋柵極絕緣層402、氧化物半導體層403以及源電極層40 和漏電極層40 的保護絕緣層407 (參見圖1E)。形成保護絕緣層以覆蓋包括通過第一熱處理來脫水或脫氫的氧化物半導體層的薄膜晶體管，并且保持比第一熱處理低的溫度，比第一熱處理更長時間連續(xù)執(zhí)行第二熱處理，由此能夠制造包括氧化物半導體層的薄膜晶體管，其中以其形成溝道的閾值電壓為正并且盡可能接近0V，而無需取決于溝道長度。本實施例可適當?shù)亟Y合任意其它實施例中所述的結構來實現(xiàn)。實施例3在本實施例中，在形成保護絕緣層407之前使用第三熱處理按照與實施例1和2 不同的方式來制造薄膜晶體管。直到并且包括形成源電極層40 和漏電極層40 的步驟，薄膜晶體管的制造過程與實施例1相似(參見圖1B)。然后，執(zhí)行第三熱處理，以便對氧化物半導體層432的沒有覆蓋源電極層40 和漏電極層40 的暴露區(qū)域(背溝道)進行脫水或脫氫。第一熱處理優(yōu)選在真空、氧氣氛、稀有氣體(例如氦、氖或氬)氣氛或者降低的壓力下以100°C至300°C的溫度來執(zhí)行。此外， 第三處理的時間長度優(yōu)選大于或等于1分鐘且小于或等于60分鐘。第三熱處理能夠去除在背溝道中因水或氫的進入而生成的過剩載流子。相應地， 即使縮短稍后執(zhí)行并且在實施例1和2中所述的第二熱處理的時間長度，也能夠得到相似效果。隨后，按照實施例1中所述的方式，形成保護絕緣層407，保護絕緣層407覆蓋柵極絕緣層402、氧化物半導體層432、源電極層40 和漏電極層40 ，并且與氧化物半導體層 432的一部分相接觸(參見圖1C)。保護絕緣層407能夠適當?shù)厥褂弥T如濺射方法之類的防止諸如水或氫之類的雜質進入保護絕緣層407的方法來形成為至少Inm或更大的厚度。 在這里，保護絕緣層407通過濺射方法在氧氣氛中以高于或等于室溫且低于或等于100°C 的膜形成溫度來形成，而沒有暴露于空氣。形成為與氧化物半導體層432的一部分相接觸的保護絕緣層407使用不包括諸如水分、氫離子或OH—之類的雜質并且防止它們從外部進入的無機絕緣膜來形成，并且優(yōu)選使用氧化硅膜。氧化硅靶或硅靶能夠用作靶。此外，保護絕緣層407可具有其中氮化硅膜層疊在氧化硅膜之上的結構。氮化硅膜是優(yōu)選的，因為其不包含諸如水分、氫離子或OH—之類的雜質，并且防止它們從外部進入。 重要的是沒有暴露于空氣來層疊氮化硅膜，并且防止諸如水或氫之類的雜質進入保護絕緣層 407。隨后，執(zhí)行在實施例1中所述的其中溫度的上升和下降在比第一熱處理低的溫度下重復多次的第二熱處理或者在實施例2中所述的比第一熱處理更長時間連續(xù)執(zhí)行的保持比第一熱處理低的溫度的第二熱處理，以便形成氧化物半導體層403 ；因此，能夠制造溝道蝕刻薄膜晶體管461 (參見圖1E)。在第二熱處理之前執(zhí)行第三熱處理的情況下，即使縮短第二熱處理的時間長度， 也能夠制造包括氧化物半導體層403的薄膜晶體管，其中以其形成溝道的閾值電壓為正并且盡可能接近0V。具體來說，甚至在溝道長度為20 μ m或更短的薄膜晶體管中，以其形成溝道的閾值電壓也能夠以類似方式為正并且盡可能接近0V。此外，場效應遷移率也能夠通過本第二熱處理來增加。此外，通過在第二熱處理之前執(zhí)行的第三熱處理，甚至在縮短第二熱處理的時間長度并且在一個襯底之上形成包括氧化物半導體層403的多個薄膜晶體管的情況下，也能夠防止薄膜晶體管的閾值電壓被改變。另外，通過在第二熱處理之前執(zhí)行的第三熱處理，甚至在縮短第二熱處理的時間長度的情況下，閾值電壓的偏移量也能夠在BT應力測試(偏置溫度應力測試)中減??；因此，能夠得到極可靠的薄膜晶體管。因此，在顯示裝置的像素部分中的薄膜晶體管使用本實施例中所述的制造方法來制造的情況下，能夠抑制因相應像素的薄膜晶體管的閾值電壓的變化引起的顯示不均勻。此外，在顯示裝置的驅動器電路部分中的薄膜晶體管使用本實施例中所述的制造方法來制造的情況下，能夠縮短溝道長度而沒有引起閾值電壓的負偏移，由此能夠實現(xiàn)驅動器電路部分中的薄膜晶體管的高速操作和較低功率消耗。本實施例可適當?shù)亟Y合任意其它實施例中所述的結構來實現(xiàn)。實施例4在本實施例中，下面將描述一例，其中驅動器電路的至少一部分和設置在像素部分中的薄膜晶體管在一個襯底之上形成。設置在像素部分中的薄膜晶體管按照實施例1至3的任一個來形成。由于實施例 1至3中所述的薄膜晶體管是η溝道TFT，所以驅動器電路之中能夠由η溝道TFT來構成的驅動器電路的一部分在其中形成像素部分的薄膜晶體管的襯底之上形成。圖IlA示出有源矩陣顯示裝置的框圖的一例。像素部分5301、第一掃描線驅動器電路5302、第二掃描線驅動器電路5303和信號線驅動器電路5304設置在顯示裝置的襯底 5300之上。在像素部分5301中，布置從信號線驅動器電路5304所延伸的多個信號線，并且布置從第一掃描線驅動器電路5302和第二掃描線驅動器電路5303所延伸的多個掃描線。 注意，在掃描線和信號線的截面中，各具有顯示元件的像素按照矩陣來布置。顯示裝置的襯底5300通過諸如柔性印刷電路(FPC)之類的連接部分連接到控制電路5305(又稱作控制器或控制IC)。圖IlA中，第一掃描線驅動器電路5302、第二掃描線驅動器電路5303和信號線驅動器電路5304在其中形成像素部分5301的襯底5300之上形成。因此，減少了外部設置的驅動器電路等的組件的數(shù)量，使得成本能夠降低。此外，能夠減少在布線從襯底5300外部所設置的驅動器電路延伸時形成的連接部分的連接的數(shù)量，并且能夠提高可靠性或成品率。注意，定時控制電路5305例如向第一掃描線驅動器電路5302提供第一掃描線驅動器電路啟動信號(GSPl)和掃描線驅動器電路時鐘信號(GCKl)。此外，定時控制電路5305 例如向第二掃描線驅動器電路5303提供第二掃描線驅動器電路啟動信號(GSP2)(其又稱作啟動脈沖)和掃描線驅動器電路時鐘信號(GCK2)。此外，定時控制電路5305向信號線驅動器電路5304提供信號線驅動器電路啟動信號(SSP)、信號線驅動器電路時鐘信號(SCK)、 視頻信號數(shù)據(jù)(DATA，又簡單地稱作視頻信號)和閂鎖信號(LAT)。各時鐘信號可以是具有移相的多個時鐘信號，或者可連同通過將時鐘信號反相所得到的信號(CKB) —起提供。注意，有可能省略第一掃描線驅動器電路5302和第二掃描線驅動器電路5303其中之一。圖IlB示出一種結構，其中具有較低驅動頻率的電路(例如第一掃描線驅動器電路5302和第二掃描線驅動器電路530 在其中形成像素部分5301的襯底5300之上形成， 并且信號線驅動器電路5304在與其中形成像素部分5301的襯底5300不同的襯底之上形成。通過這種結構，在襯底5300之上形成的驅動器電路能夠由其場效應遷移率比包括單晶半導體的晶體管低的薄膜晶體管來構成。因此，能夠實現(xiàn)顯示裝置的尺寸的增加、步驟數(shù)量
17的減少、成本的降低、成品率的提高等等。實施例1至3中所述的薄膜晶體管是η溝道TFT。圖12Α和圖12Β示出由η溝道 TFT所構成的信號線驅動器電路的配置和操作的示例。信號線驅動器電路包括移位寄存器5601和開關電路5602。開關電路5602包括多個電路5602_1至5602_Ν(Ν為自然數(shù))。開關電路5602_1至5602_Ν各包括多個薄膜晶體管5603_1至5603_k(k為自然數(shù))。下面描述其中薄膜晶體管5603_1至5603_k是η溝道 TFT的示例。通過使用開關電路5602_1作為示例來描述信號線驅動器電路中的連接關系。薄膜晶體管5603_1至5603_k的第一端子分別連接到布線5604_1至5604_k。薄膜晶體管 5603_1至5603_k的第二端子分別連接到信號線Sl至Sk。薄膜晶體管5603_1至5603_k 的柵極連接到布線5605_1。移位寄存器5601具有通過向布線5605_1至5605_N依次輸出H電平信號(又稱作H信號或者高電源電位電平的信號)來依次選擇開關電路5602_1至5602_N的功能。開關電路5602_1具有控制布線5604_1至5604_k與信號線Sl至Sk之間的電連續(xù)性(第一端子與第二端子之間的電連續(xù)性)的功能，即，控制是否向信號線Sl至Sk提供布線5601_1至5604_1^的電位的功能。這樣，開關電路5602_1用作選擇器。此外，薄膜晶體管5603_1至5603_k具有分別控制布線5604_1至5604_k與信號線Sl至Sk之間的電連續(xù)性的功能，即，分別向信號線Sl至Sk提供布線5604_1至5604_k的電位的功能。這樣， 薄膜晶體管5603_1至5603_k的每個用作開關。將視頻信號數(shù)據(jù)(DATA)輸入到布線5604_1至5604_k的每個。視頻信號數(shù)據(jù) (DATA)往往是與圖像信號或圖像數(shù)據(jù)對應的模擬信號。接下來，參照圖12B的時序圖來描述圖12A中的信號線驅動器電路的操作。圖12B 示出信號Sout_l至Sout_N和信號Vdata_l至Vdata_k的示例。信號Sout_l至Sout_N是來自移位寄存器5601的輸出信號的示例。信號Vdata_l至Vdata_k是輸入到布線5604_1 至5604_k的信號的示例。注意，信號線驅動器電路的一個操作期間對應于顯示裝置中的一個柵極選擇期間。例如，一個柵極選擇期間分為期間Tl至TN。期間Tl至TN的每個是用于將視頻信號數(shù)據(jù)(DATA)寫入所選行的像素的期間。注意，在本實施例中，為了簡潔起見，附圖等所示的各結構中的信號波形失真等在一些情況下經(jīng)過放大。因此，本實施例不一定局限于附圖等所示的標度。在期間Tl至TN中，移位寄存器5601向布線5605_1至5605_N依次輸出H電平信號。例如，在期間Tl，移位寄存器5601向布線5605_1輸出H電平信號。然后，薄膜晶體管5603_1至5603_k導通，使得布線5604_1至5604_k和信號線Sl至Sk開始傳導。這時， Data(Sl)至 Data(Sk)分別輸入到布線 5604_1 至 5604_k。Data(Sl)至 Data(Sk)分別通過薄膜晶體管5603_1至5603_k輸入到所選行的第一至第k列的像素。這樣，在期間Tl至 TN，視頻信號數(shù)據(jù)(DATA)依次寫到所選行中的k列的像素。視頻信號數(shù)據(jù)(DATA)如上所述寫到多列的像素中，由此能夠減少視頻信號數(shù)據(jù) (DATA)的數(shù)量或者布線的數(shù)量。因此，能夠減少與外部電路的連接的數(shù)量。此外，在將視頻信號寫入多列的像素時，用于寫入的時間能夠延長；因此，能夠防止視頻信號的不充分寫入。
注意，由實施例1至3的任一個中的薄膜晶體管所構成的電路的任一個能夠用于移位寄存器5601和開關電路5602。在該情況下，移位寄存器5601中包含的所有晶體管能夠僅為η溝道晶體管或者僅為P溝道晶體管。參照圖13Α至圖13D以及圖14Α和圖14Β來描述用于掃描線驅動器電路和/或信號線驅動器電路的一部分的移位寄存器的一個實施例。掃描線驅動器電路包括移位寄存器。另外，在一些情況下，掃描線驅動器電路可包括電平移動器、緩沖器等。在掃描線驅動器電路中，將時鐘信號(CK)和啟動脈沖信號(SP) 輸入到移位寄存器，以使得產(chǎn)生選擇信號。所產(chǎn)生的選擇信號由緩沖器來緩沖和放大，并且將所得信號提供給對應掃描線。一行的像素中的晶體管的柵電極連接到掃描線。由于一行的像素中的晶體管必須同時導通，所以使用能夠提供大電流的緩沖器。移位寄存器包括第一至第N個脈沖輸出電路10_1至10_Ν(Ν為大于或等于3的自然數(shù))(參見圖13Α)。在圖13Α所示的移位寄存器中，第一時鐘信號CK1、第二時鐘信號 CK2、第三時鐘信號CK3和第四時鐘信號CK4分別從第一布線11、第二布線12、第三布線13 和第四布線14提供給第一至第N個輸出電路10_1至10_Ν。啟動脈沖SPl (第一啟動脈沖)從第五布線15輸入到第一脈沖輸出電路10_1。向第二或下一級的第η個脈沖輸出電路10_η(η為大于或等于2且小于或等于N的自然數(shù))輸入來自前一級的脈沖輸出電路的信號(這種信號稱作前一級信號OUT(n-l) (η為大于或等于2且小于或等于N的自然數(shù))。 另外，來自第三脈沖輸出電路10_3的信號輸入到第三脈沖輸出電路10_3之前的兩級中的第一脈沖輸出電路10_1。類似地，向第二或下一級中的第η個脈沖輸出電路10_11輸入來自第η個脈沖輸出電路10_η之后的兩級的脈沖輸出電路10_(η+2)的信號(這種信號稱作下一級信號OUT (n+幻)。因此，從各級的脈沖輸出電路，輸出要輸入到下一級的和/或該脈沖輸出電路兩級之前的脈沖輸出電路的第一輸出信號(OUT(l) (SR)至OUT (N) (SR))以及用于電連接到另一個布線的第二輸出信號(OUT(I)至OUT(N))等。注意，例如，由于下一級信號 0UT(n+2)沒有輸入到如圖13A所示的移位寄存器的最后兩級，所以第二啟動脈沖SP2和第三啟動脈沖SP3可輸入到最后兩級的脈沖輸出電路。注意，時鐘信號(CK)是每隔一定間隔在H電平與L電平(又稱作L信號或者低電源電位電平的信號)之間交替的信號。在這里，第一時鐘信號(CKl)至第四時鐘信號(CK4) 依次偏離1/4周期。在本實施例中，脈沖輸出電路的驅動等采用第一至第四時鐘信號(CKl) 至(CK4)來控制。注意，在一些情況下，取決于時鐘信號輸入到的驅動器電路，時鐘信號又稱作GCK或SCK ；在以下描述中，時鐘信號稱作CK。第一輸入端子21、第二輸入端子22和第三輸入端子23電連接到第一至第四布線 11至14的任一個。例如，在圖13A的第一脈沖輸出電路10_1中，第一輸入端子21電連接到第一布線11，第二輸入端子22電連接到第二布線12，以及第三輸入端子23電連接到第三布線13。在第二脈沖輸出電路10_2中，第一輸入端子21電連接到第二布線12，第二輸入端子22電連接到第三布線13，以及第三輸入端子23電連接到第四布線14。第一至第N個脈沖輸出電路10_1至10_N的每個包括第一輸入端子21、第二輸入端子22、第三輸入端子23、第四輸入端子M、第五輸入端子25、第一輸出端子沈以及第二輸出端子27 (參見圖13B)。在第一脈沖輸出電路10_1中，第一時鐘信號CKl輸入到第一輸入端子21，第二時鐘信號CK2輸入到第二輸入端子22，第三時鐘信號CK3輸入到第三輸入端子23，啟動脈沖輸入到第四輸入端子對，下一級信號0UTC3)輸入到第五輸入端子25，第一輸出信號OUT(I) (SR)從第一輸出端子沈輸出，以及第二輸出信號OUT(I)從第二輸出端子27輸出。在第一至第N個脈沖輸出電路10_1至，除了具有三個端子的薄膜晶體管之外，還能夠使用具有四個端子的薄膜晶體管。圖13C示出具有四個端子的薄膜晶體管觀的符號。圖13C所示的薄膜晶體管觀的符號表示具有四個端子的薄膜晶體管，并且在以下附圖等中使用。薄膜晶體管觀是能夠控制IN端子與OUT端子之間的電流的元件，其中具有輸入到第一柵電極的第一控制信號Gl以及輸入到第二柵電極的第二控制信號G2。通過為薄膜晶體管觀的溝道形成區(qū)上面和下面的柵電極提供夾在上柵電極與溝道形成區(qū)之間以及下柵電極和溝道形成區(qū)之間的柵極絕緣膜，并且通過控制上柵電極的電位和/或下柵電極的電位，能夠將圖13C所示的薄膜晶體管觀的閾值電壓控制成預期電平。接下來將參照圖13D來描述圖1 所示的脈沖輸出電路的特定電路配置的一例。圖13D所示的第一脈沖輸出電路10_1包括第一至第十三晶體管31至43。除了以上所述的第一至第五輸入端子21至25、第一輸出端子沈和第二輸出端子27之外，信號或電源電位從對其提供第一高電源電位VDD的電源線51、對其提供第二高電源電位VCC的電源線52以及對其提供低電源電位VSS的電源線53提供給第一至第十三晶體管31至43。圖 13D中的電源線的電源電位的關系如下第一電源電位VDD高于或等于第二電源電位VCC， 以及第二電源電位VCC高于第三電源電位VSS。注意，第一至第四時鐘信號(CKl)至(CK4) 各每隔一定間隔在H電平與L電平之間交替；H電平的時鐘信號是VDD，而L電平的時鐘信號是VSS。通過使電源線51的電位VDD高于電源線52的電位VCC，能夠降低施加到晶體管的柵電極的電位，能夠降低晶體管的閾值電壓的偏移，并且能夠抑制晶體管的劣化而沒有對晶體管的操作的不利影響。注意，如圖13D所示，圖13C所示的具有四個端子的薄膜晶體管觀優(yōu)選地用作第一至第十三晶體管31至43之中的第一晶體管31和第六至第九晶體管 36至39。第一晶體管31和第六至第九晶體管36至39需要根據(jù)柵電極的控制信號來切換充當源極或漏極的一個電極與其連接的結點的電位，并且能夠通過對輸入到柵電極的控制信號的快速響應(導通電流的陡峭上升)來減少脈沖輸出電路的故障。通過使用圖13C所示的具有四個端子的薄膜晶體管觀，能夠控制閾值電壓，并且能夠進一步減少脈沖輸出電路的故障。注意，雖然第一控制信號Gl和第二控制信號G2在圖13D中是相同控制信號，但是第一控制信號Gl和第二控制信號G2可以是不同的控制信號。圖13D中，第一晶體管31的第一端子電連接到電源線51，第一晶體管31的第二端子電連接到第九晶體管39的第一端子，以及第一晶體管31的柵電極(第一柵電極和第二柵電極)電連接到第四輸入端子對。第二晶體管32的第一端子電連接到電源線53，第二晶體管32的第二端子電連接到第九晶體管39的第一端子，以及第二晶體管32的柵電極電連接到第四晶體管34的柵電極。第三晶體管33的第一端子電連接到第一輸入端子21，以及第三晶體管33的第二端子電連接到第一輸入端子26。第四晶體管34的第一端子電連接到電源線53，以及第四晶體管34的第二端子電連接到第一輸出端子26。第五晶體管35 的第一端子電連接到電源線53，第五晶體管35的第二端子電連接到第二晶體管32的柵電極和第四晶體管34的柵電極，以及第五晶體管35的柵電極電連接到第四輸入端子M。第六晶體管36的第一端子電連接到電源線52，第六晶體管36的第二端子電連接到第二晶體管32的柵電極和第四晶體管34的柵電極，以及第六晶體管36的柵電極(第一柵電極和第二柵電極)電連接到第五輸入端子25。第七晶體管37的第一端子電連接到電源線52，第七晶體管37的第二端子電連接到第八晶體管38的第二端子，以及第七晶體管37的柵電極 (第一柵電極和第二柵電極)電連接到第三輸入端子23。第八晶體管38的第一端子電連接到第二晶體管32的柵電極和第四晶體管34的柵電極，以及第八晶體管38的柵電極(第一柵電極和第二柵電極)電連接到第二輸入端子22。第九晶體管39的第一端子電連接到第一晶體管31的第二端子和第二晶體管32的第二端子，第九晶體管39的第二端子電連接到第三晶體管33的柵電極和第十晶體管40的柵電極，以及第九晶體管39的柵電極(第一柵電極和第二柵電極)電連接到電源線52。第十晶體管40的第一端子電連接到第一輸入端子21，第十晶體管40的第二端子電連接到第二輸出端子27，以及第十晶體管40的柵電極電連接到第九晶體管39的第二端子。第十一晶體管41的第一端子電連接到電源線53， 第十一晶體管41的第二端子電連接到第二輸出端子27，以及第十一晶體管41的柵電極電連接到第二晶體管32的柵電極和第四晶體管34的柵電極。第十二晶體管42的第一端子電連接到電源線53，第十二晶體管42的第二端子電連接到第二輸出端子27，以及第十二晶體管42的柵電極電連接到第七晶體管37的柵電極(第一柵電極和第二柵電極)。第十三晶體管43的第一端子電連接到電源線53，第十三晶體管43的第二端子電連接到第一輸出端子26，以及第十三晶體管43的柵電極電連接到第七晶體管37的柵電極(第一柵電極和第二柵電極)。圖13D中，其中第三晶體管33的柵電極、第十晶體管40的柵電極和第九晶體管39 的第二端子相連接的連接點稱作結點A。其中第二晶體管32的柵電極、第四晶體管34的柵電極、第五晶體管35的第二端子、第六晶體管36的第二端子、第八晶體管38的第一端子和第十一晶體管41的柵電極相連接的連接點稱作結點B(參見圖14A)。圖14A示出在圖13D所示的脈沖輸出電路應用于第一脈沖輸出電路10_1的情況下輸入到第一至第五輸入端子21至25以及從第一和第二輸出端子沈和27輸出的信號。具體來說，第一時鐘信號CKl輸入到第一輸入端子21，第二時鐘信號CK2輸入到第二輸入端子22，第三時鐘信號CK3輸入到第三輸入端子23，啟動脈沖輸入到第四輸入端子M，下一級信號0UTC3)輸入到第五輸入端子25，第一輸出信號OUT(I) (SR)從第一輸出端子26輸出，以及第二輸出信號OUT(I)從第二輸出端子27輸出。注意，薄膜晶體管是具有柵極、漏極和源極至少三個端子的元件。薄膜晶體管具有包括在與柵極重疊的區(qū)域中形成的溝道區(qū)的半導體。通過溝道區(qū)在漏極與源極之間流動的電流能夠通過控制柵極的電位來控制。在這里，由于薄膜晶體管的源極和漏極可根據(jù)晶體管的結構、操作條件等等而互換，所以難以定義哪一個是源極或漏極。因此，在一些情況下， 用作源極或漏極的區(qū)域不稱作源極或漏極。在該情況下，例如，這類區(qū)域可稱作第一端子或
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弟一兄而子°注意，在圖13D和圖14A中，還可設置用于通過使結點A進入浮動狀態(tài)來執(zhí)行自舉操作的電容器。此外，還可設置具有電連接到結點B的一個電極的電容器，以便保持結點B 的電位。圖14B是包括圖14A所示的多個脈沖輸出電路的移位寄存器的時序圖。注意，當移位寄存器包含在掃描線驅動器電路中時，圖14B中的期間61對應于垂直回掃期間，并且期間62對應于柵極選擇期間。注意，通過設置其中如圖14A所示將第二電源電位VCC施加到柵極的第九晶體管 39，提供自舉操作之前和之后的下列優(yōu)點。在沒有其中將第二電源電位VCC施加到柵電極的第九晶體管39的情況下，如果結點A的電位通過自舉操作來升高，則作為第一晶體管31的第二端子的源極的電位升高到高于第一電源電位VDD的值。然后，第一晶體管31的第一端子、即電源線51側的端子開始用作第一晶體管31的源極。因此，在第一晶體管31中，在柵電極與源極之間以及柵極與漏極之間施加高電壓，并且因此施加相當?shù)膽Γ@可能引起晶體管的劣化。另一方面，通過其中將第二電源電位VCC施加到柵電極的第九晶體管39，在結點A的電位通過自舉操作來升高時能夠防止第一晶體管31的第二端子的電位的上升。換言之，第九晶體管39的設置能夠降低施加在第一晶體管31的柵極與源極之間的負電壓的電平。因此，本實施例中的電路配置能夠降低施加在第一晶體管31的柵極與源極之間的負電壓，以使得能夠抑制因應力引起的第一晶體管31的劣化。注意，第九晶體管39能夠設置在任何位置，只要第九晶體管39的第一端子和第二端子連接在第一晶體管31的第二端子與第三晶體管33的柵極之間。注意，在本實施例中， 當包括多個脈沖輸出電路的移位寄存器包含在具有比掃描線驅動器電路更大數(shù)量的級的信號線驅動器電路時，第九晶體管39可省略，這因為減少晶體管的數(shù)量而是有利的。注意，氧化物半導體用于第一至第十三晶體管31至43的半導體層；因此，薄膜晶體管的截止電流能夠降低，導通電流和場效應遷移率能夠增加，并且晶體管的劣化程度能夠降低。因此能夠減少電路的故障。此外，與包括非晶硅的晶體管相比，通過將高電位施加到柵電極，包括氧化物半導體的晶體管更少劣化。因此，甚至當?shù)谝浑娫措娢籚DD提供給提供第二電源電位VCC的電源線時，移位寄存器也能夠類似地進行操作，并且能夠減少電路之間的電源線的數(shù)量；因此能夠減小電路的尺寸。注意，甚至當連接關系改變成使得從第三輸入端子23提供給第七晶體管37的柵電極(第一柵電極和第二柵電極)的時鐘信號以及從第二輸入端子22提供給第八晶體管 38的柵電極(第一柵電極和第二柵電極)的時鐘信號可分別從第二輸入端子22和第三輸入端子23來提供時，移位寄存器也將取得相似效果。在圖14A所示的移位寄存器中，第七晶體管37和第八晶體管38的狀態(tài)改變成使得第七晶體管37和第八晶體管38均導通，然后第七晶體管37截止而第八晶體管38導通，然后第七晶體管37和第八晶體管38截止；因此，通過第二輸入端子22和第三輸入端子23的電位的下降而引起的結點B的電位的下降， 通過第七晶體管37的柵電極的電位的下降和第八晶體管38的柵電極的電位的下降而引起兩次。另一方面，在圖14A所示的移位寄存器中，在第七晶體管37和第八晶體管38的狀態(tài)改變成使得第七晶體管37和第八晶體管38均導通的情況下，然后第七晶體管37導通而第八晶體管38截止，然后第七晶體管37和第八晶體管38截止，通過第二輸入端子22和第三輸入端子23的電位的下降引起的結點B的電位的下降僅通過第八晶體管38的柵電極的電位的下降而引起一次。因此，時鐘信號CK3從第三輸入端子23提供給第七晶體管37的柵電極(第一柵電極和第二柵電極)以及時鐘信號CK2從第二輸入端子22提供給第八晶體管38的柵電極(第一柵電極和第二柵電極)的這種連接關系是優(yōu)選的。那是因為能夠減少結點B的電位的變化次數(shù)，由此能夠降低噪聲。這樣，在第一輸出端子沈和第二輸出端子27的電位保持于L電平的期間中，H電平信號定期地提供給結點B ；因此能夠抑制脈沖輸出電路的故障。在上述驅動器電路中的薄膜晶體管使用實施例1中所述的薄膜晶體管的制造方法來制造的情況下，能夠縮短溝道長度而沒有引起閾值電壓的負偏移，由此能夠實現(xiàn)驅動器電路部分中的薄膜晶體管的高速操作和較低功率消耗。本實施例可適當?shù)亟Y合任意其它實施例中所述的結構的來實現(xiàn)。實施例5通過制造薄膜晶體管并且將薄膜晶體管用于像素部分和驅動器電路，能夠制造具有顯示功能的半導體器件(又稱作顯示裝置)。此外，包括薄膜晶體管的驅動器電路的部分或全部能夠在其中形成像素部分的襯底之上形成，由此能夠得到面板上系統(tǒng)。顯示裝置包括顯示元件。作為顯示元件，能夠使用液晶元件(又稱作液晶顯示元件)或發(fā)光元件(又稱作發(fā)光顯示元件)。發(fā)光元件在其范疇內包括其亮度通過電流或電壓來控制的元件，并且在其范疇內具體包括無機電致發(fā)光(EL)元件、有機EL元件等等。此外，顯示裝置可包括其對比度通過電效應、如電子墨水來改變的顯示介質。另外，顯示裝置包括其中密封了顯示元件的面板以及其中包括控制器的IC等安裝在面板上的模塊。此外，作為顯示元件在顯示裝置的制造過程中完成之前的一個實施例的元件襯底配備有用于將電流提供給多個像素的每個中的顯示元件的部件。具體來說，元件襯底可處于僅形成顯示元件的像素電極的狀態(tài)、將要作為像素電極的導電膜被形成但尚未蝕刻以形成像素電極的狀態(tài)或者任何其它狀態(tài)。注意，本說明書中的顯示裝置指的是圖像顯示裝置、顯示裝置或者光源(包括照明器件)。此外，顯示裝置在其范疇內還包括任何下列模塊諸如柔性印刷電路(FPC)、帶式自動接合(TAB)帶或者帶載封裝(TCP)之類的連接器與其附連的模塊；具有TAB帶或TCP 的模塊，在其端部設置了印刷電路板；以及具有通過玻璃上芯片(COG)方法直接安裝到顯示元件上的集成電路(IC)的模塊。將參照圖7A1、圖7A2和圖7B來描述作為半導體器件的一個實施例的液晶顯示面板的外觀和截面。圖7A1和圖7A2是其中薄膜晶體管4010和4011以及液晶元件4013在第一襯底4001與第二襯底4006之間采用密封劑4005進行密封的面板的平面圖。圖7B是沿圖7A1和圖7A2的M-N所截取的截面圖。密封劑4005設置成使得包圍設置在第一襯底4001之上的像素部分4002和掃描線驅動器電路4004。第二襯底4006設置在像素部分4002和掃描線驅動器電路4004之上。 因此，像素部分4002和掃描線驅動器電路4004連同液晶層4008 —起由第一襯底4001、密封劑4005和第二襯底4006來密封。使用單獨準備的襯底之上的單晶半導體膜或多晶半導體膜來形成的信號線驅動器電路4003安裝在與第一襯底4001之上的密封劑4005所包圍的區(qū)域不同的區(qū)域中。注意，對于單獨形成的驅動器電路的連接方法沒有具體限制，并且能夠使用COG 方法、導線接合方法、TAB方法等等。圖7A1示出其中信號線驅動器電路4003通過COG方法來安裝的一例。圖7A2示出其中信號線驅動器電路4003通過TAB方法來安裝的一例。設置在第一襯底4001之上的像素部分4002和掃描線驅動器電路4004包括多個薄膜晶體管。圖7B作為一例來示出像素部分4002中包含的薄膜晶體管4010和掃描線驅動器電路4004中包含的薄膜晶體管4011。絕緣層4020、4041和4021設置在薄膜晶體管 4010和4011之上。作為薄膜晶體管4010和4011，能夠采用在實施例1中描述的包括氧化物半導體層的極可靠薄膜晶體管。在本實施例中，薄膜晶體管4010和4011是η溝道薄膜晶體管。導電層4040設置在與驅動器電路的薄膜晶體管4011中的氧化物半導體層的溝道形成區(qū)重疊的絕緣層4021的一部分之上。導電層4040設置在與氧化物半導體層的溝道形成區(qū)重疊的位置中，由此能夠減小在BT測試之前和之后的薄膜晶體管4011的閾值電壓的變化量。導電層4040的電位可與薄膜晶體管4011的柵電極層的電位相同或不同。導電層 4040還能夠用作第二柵電極層。此外，導電層4040的電位可以是GND或0V，或者導電層 4040可處于浮動狀態(tài)。液晶元件4013中包含的像素電極層4030電連接到薄膜晶體管4010。液晶元件 4013的對電極層4031在第二襯底4006上形成。其中像素電極層4030、對電極層4031和液晶層4008相互重疊的一部分對應于液晶元件4013。注意，像素電極層4030和對電極層 4031分別配備有用作取向膜的氧化物絕緣層4032和氧化物絕緣層4033，并且液晶層4008 隔著氧化物絕緣層4032和4033夾在電極層之間。注意，透光襯底能夠用作第一襯底4001和第二襯底4006 ；能夠使用玻璃、陶瓷或塑料。塑料可以是玻璃纖維增強塑料(FRP)板、聚氟乙烯(PVF)膜、聚酯膜或丙烯酸樹脂膜。隔離件4035是通過有選擇地蝕刻絕緣膜而得到的柱狀隔離件4035，并且被設置以便控制像素電極層4030與對電極層4031之間的距離(單元間隙)。備選地，球形隔離件可用作隔離件4035。對電極層4031電連接到在其中形成了薄膜晶體管4010的襯底之上所形成的公共電位線。對電極層4031和公共電位線能夠使用公共連接部分通過設置在一對襯底之間的導電粒子相互電連接。注意，導電粒子包含在密封劑4005中。備選地，可使用不需要取向膜的呈現(xiàn)藍相的液晶。藍相是就在膽留相在膽留型液晶的溫度上升的同時變成各向同性相之前生成的液晶相位之一。由于藍相僅在窄溫度范圍中生成，所以包含5wt%或更大的手性試劑的液晶組合物用于液晶層4008，以便改進溫度范圍。包括呈現(xiàn)藍相的液晶和手性試劑的液晶轉換為具有1微秒或更小的短響應時間，并且在光學上是各向同性的；因此，取向處理不是必要的，并且視角依賴性小。注意，除了透射液晶顯示裝置之外，本實施例還能夠應用于透反射液晶顯示裝置。雖然在液晶顯示裝置的示例中，起偏振片設置在襯底的外表面(觀看者側)上，并且用于顯示元件的著色層(濾色片)和電極層依次設置在襯底的內表面上，但是起偏振片可設置在襯底的內表面上。起偏振片和著色層的層疊結構并不局限于本實施例中的結構， 而是可根據(jù)起偏振片和著色層的材料以及制造工序的條件來適當?shù)卦O置。在薄膜晶體管4011中，絕緣層4041形成為與包括溝道形成區(qū)的半導體層接觸，作為保護絕緣膜。例如，絕緣層4041能夠使用與實施例1中所述的保護絕緣膜407相似的材料和方法來形成。在這里，氧化硅膜通過濺射方法、按照與實施例1相似的方式作為絕緣層 4041來形成。此外，保護絕緣層4020在絕緣層4041之上形成。保護絕緣層4020能夠使用與實施例1中所述的保護絕緣層407相似的材料和方法來形成。在這里，氮化硅膜通過PCVD方法作為絕緣層4020來形成。用作平面化絕緣膜的絕緣層4021在絕緣層4020之上形成，以便降低薄膜晶體管的表面不均勻。絕緣層4021能夠使用諸如聚酰亞胺、丙烯酸、苯并環(huán)丁烯、聚酰胺或環(huán)氧樹酯之類的耐熱有機材料來形成。除了這類有機材料，還有可能使用低介電常數(shù)材料(低k 材料)、硅氧烷基樹脂、磷硅酸玻璃(PSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)等。注意，絕緣層4021可通過層疊使用這些材料所形成的多個絕緣膜來形成。注意，硅氧烷基樹脂對應于包括使用硅氧烷基材料作為起始材料所形成的 Si-O-Si接合的樹脂。硅氧烷基樹脂可包括有機基團(例如烷基或芳基)或者氟基團作為取代基。另外，有機基團可包括氟基團。絕緣層4021的形成方法并不局限于特定方法，而是能夠根據(jù)材料來使用下列方法濺射方法、SOG方法、旋涂方法、浸涂方法、噴涂方法、微滴排放方法(例如噴墨方法、絲網(wǎng)印刷、膠印等)等等。此外，平面化絕緣層4021能夠采用刮刀、輥涂機、幕涂機、刮刀式涂層機等等來形成。當組合絕緣層4021的烘焙步驟和半導體層的退火時，能夠有效地制造半導體器件。能夠使用諸如包含氧化鎢的氧化銦、包含氧化鎢的氧化鋅、包含氧化鈦的氧化銦、 包含氧化鈦的氧化銦錫、氧化銦錫(以下稱作ΙΤ0)、氧化銦鋅或者添加了氧化硅的氧化銦錫之類的透光導電材料來形成像素電極層4030和對電極層4031。備選地，包含導電高分子(又稱作導電聚合物)的導電成分能夠用于像素電極層 4030和對電極層4031。使用導電成分所形成的像素電極優(yōu)選地在波長550nm具有每平方 10000歐姆或更小的表面電阻和70%或更大的透射率。此外，導電成分中包含的導電高分子的電阻率優(yōu)選地為0. 1 Ω - cm或更小。作為導電高分子，可使用所謂的π電子共軛導電聚合物。示例是聚苯胺及其衍生物、聚吡咯及其衍生物、聚噻吩及其衍生物以及這些材料的兩種或更多種的共聚物。此外，各種信號和電位從FPC 4018提供給單獨形成的信號線驅動器電路4003以及掃描線驅動器電路4004或像素部分4002。連接端電極4015使用與液晶元件4013中包含的像素電極層4030相同的導電膜來形成。端電極4016使用與薄膜晶體管4010和4011的源和漏電極層相同的導電膜來形成。連接端電極4015經(jīng)由各向異性導電膜4019電連接到FPC 4018中包含的端子。注意，圖7Α1、圖7Α2和7Β示出其中信號線驅動器電路4003單獨形成并且安裝到第一襯底4001上的示例；但是，本實施例并不局限于這種結構。掃描線驅動器電路可單獨形成然后再安裝，或者只有信號線驅動器電路的部分或者掃描線驅動器電路的部分可單獨形成然后再安裝。圖16示出作為半導體器件、使用按照本說明書中公開的制造方法所制造的TFT襯底沈00來形成的液晶顯示模塊的一例。圖16示出液晶顯示模塊的一例，其中，采用密封劑沈02將TFT襯底沈00和對襯底沈01相互接合，并且包括TFT等的像素部分沈03、包括液晶層的顯示元件沈04和著色層沈05設置在襯底之間以形成顯示區(qū)。著色層沈05是執(zhí)行彩色顯示所需的。在RGB系統(tǒng)中， 為相應像素提供與紅、綠和藍的顏色對應的著色層。起偏振片沈06、2607和擴散片沈13設置在TFT襯底沈00和對襯底沈01的外部。光源包括冷陰極管沈10和反射片沈11。電路板 2612通過柔性線路板沈09連接到TFT襯底沈00的布線電路部分2608，并且包括諸如控制電路或電源電路之類的外部電路。起偏振板和液晶層可在其間介入相位差板(retardation plate)來層疊。對于液晶顯示模塊，能夠使用扭轉向列(TN)模式、共面轉換(IPQ模式、邊緣場轉換(FFS)模式、多象限垂直取向(MVA)模式、圖案垂直取向(PVA)模式、軸向對稱定向微單元(ASM)模式、光學補償雙折射(OCB)模式、鐵電液晶(FLC)模式、反鐵電液晶(AFLC)模式寸。通過上述工序，能夠制造作為半導體器件的極可靠液晶顯示面板。因此，在上述液晶顯示裝置的像素部分中的薄膜晶體管使用實施例1中所述的薄膜晶體管的制造方法來制造的情況下，能夠抑制因相應像素的薄膜晶體管的閾值電壓的變化而引起的顯示不均勻。此外，在液晶顯示裝置的驅動器電路的薄膜晶體管使用實施例1中所述的薄膜晶體管的制造方法來制造的情況下，能夠縮短溝道長度而沒有引起閾值電壓的負偏移，由此能夠實現(xiàn)驅動器電路部分中的薄膜晶體管的高速操作和較低功率消耗。本實施例可適當?shù)亟Y合任意其它實施例中所述的結構來實現(xiàn)。實施例6將描述作為半導體器件的電子紙的一例。實施例1中所述的薄膜晶體管能夠用于電子紙，其中電子墨水由電連接到開關元件的元件來驅動。電子紙又稱作電泳顯示裝置(電泳顯示器)，并且是有利的，因為它具有與普通紙張相同等級的可讀性，具有比其它顯示裝置更低的功率消耗，并且能夠使其薄而輕便。電泳顯示器能夠具有各種模式。電泳顯示器包含散布于溶劑或溶解物中的多個微膠囊，并且每個微膠囊包含帶正電的第一粒子和帶負電的第二粒子。通過將電場施加到微膠囊，微膠囊中的粒子沿彼此相反的方向移動，并且僅顯示在一側所聚集的粒子的顏色。注意，第一粒子和第二粒子各包含著色劑，并且在沒有電場時不移動。此外，第一粒子和第二粒子具有不同顏色(可以是無色的)。因此，電泳顯示器是利用所謂的介電泳效應的顯示器，通過介電泳效應，具有高介電常數(shù)的物質移動到高電場區(qū)域。其中上述微膠囊散布于溶劑中的溶液稱作電子墨水。電子墨水能夠印刷到玻璃、 塑料、布匹、紙張等之上。此外，通過使用濾色片或者包括著色劑的粒子，還能夠實現(xiàn)彩色顯不器。另外，當多個微膠囊適當?shù)卦O置在有源矩陣襯底之上以便夾在兩個電極之間時， 有源矩陣顯示裝置能夠完成，并且因此顯示能夠通過向微膠囊施加電場來執(zhí)行。例如，能夠使用采用實施例1中描述的薄膜晶體管所得到的有源矩陣襯底。注意，微膠囊中的第一粒子和第二粒子可以各使用從導電材料、絕緣材料、半導體材料、磁性材料、液晶材料、鐵電材料、電致發(fā)光材料、電致變色材料和磁泳材料中選取的單一材料來形成，或者使用任何這些材料的合成材料來形成。圖15示出作為半導體器件的一例的有源矩陣電子紙。用于半導體器件的薄膜晶體管581能夠按照與實施例1中所述的薄膜晶體管相似的方式來制造，并且是包括氧化物半導體層的極可靠薄膜晶體管。圖15的電子紙是使用扭轉球顯示系統(tǒng)的顯示裝置的一例。扭轉球顯示系統(tǒng)指的是一種方法，其中，各以黑色和白色著色的球形粒子設置在作為用于顯示元件的電極層的第一電極層與第二電極層之間，并且電位差在第一電極層與第二電極層之間生成，以便控制球形粒子的取向，從而進行顯示。在襯底580之上形成的薄膜晶體管581是具有底柵結構的薄膜晶體管，并且覆蓋有與半導體層接觸的絕緣膜583。薄膜晶體管581的源或漏電極層通過絕緣層585中形成的開口與第一電極層587相接觸，由此薄膜晶體管581電連接到第一電極層587。在第一電極層587與襯底596上形成的第二電極層588之間，設置各具有黑色區(qū)域590a、白色區(qū)域590b以及黑色區(qū)域590a和白色區(qū)域590b周圍填充有液體的空腔594的球形顆粒589。 球形顆粒589周圍的空間填充有諸如樹脂之類的填充劑595(參見圖15)。第一電極層587 對應于像素電極，而第二電極層588對應于公共電極。第二電極層588電連接到設置在與薄膜晶體管581相同的襯底之上的公共電位線。借助于公共連接部分，第二電極層588能夠通過設置在襯底對之間的導電粒子電連接到公共電位線。還能夠使用電泳元件代替扭轉球。使用直徑大約為10 μ m至200 μ m、其中封裝了透明液體、帶正電的白色微粒和帶負電的黑色微粒的微膠囊。在設置于第一電極層與第二電極層之間的微膠囊中，當電場由第一電極層和第二電極層來施加時，白色微粒和黑色微粒向彼此相反側移動，使得能夠顯示白色或黑色。使用這種原理的顯示元件是電泳顯示元件，并且一般稱作電子紙。電泳顯示元件具有比液晶顯示元件要高的反射率，因此輔助光是不必要的，功率消耗較低，并且甚至在昏暗場所也能夠識別顯示部分。另外，甚至當沒有向顯示部分提供電力時，也能夠保持曾經(jīng)已經(jīng)顯示的圖像。相應地，即使具有顯示功能的半導體器件(可簡單地稱作顯示裝置或者配備有顯示裝置的半導體器件)遠離電波源，也能夠存儲所顯示的圖像。通過上述工序，能夠制造作為半導體器件的極可靠電子紙。本實施例可適當?shù)亟Y合任意其它實施例中所述的結構來實現(xiàn)。因此，在上述電子紙的像素部分中的薄膜晶體管使用實施例1至3中所述的制造方法的任一種來制造的情況下，能夠抑制因相應像素的薄膜晶體管的閾值電壓的變化而引起的顯示不均勻。實施例7將描述作為半導體器件的發(fā)光顯示裝置的一例。作為顯示裝置中包含的顯示元件，在本實施例中描述利用電致發(fā)光的發(fā)光元件。利用電致發(fā)光的發(fā)光元件按照發(fā)光材料是有機化合物還是無機化合物來分類。一般來說，前一種稱作有機EL元件，而后一種稱作無機EL元件。在有機EL元件中，通過向發(fā)光元件施加電壓，電子和空穴從一對電極封閉注入包含發(fā)光有機化合物的層，并且電流流動。然后，載流子(電子和空穴)復合，使得發(fā)光有機化合物被激發(fā)。發(fā)光有機化合物從激發(fā)狀態(tài)返回到基態(tài)，由此發(fā)光。由于這種機制，本發(fā)光元件稱作電流激發(fā)發(fā)光元件。無機EL元件按照其元件結構分為分散型無機EL元件和薄膜無機EL元件。分散
27型無機EL元件具有發(fā)光層，其中發(fā)光材料的粒子在粘合劑中分散，并且其光發(fā)射機制是利用施主能級和受主能級的施主-受主復合類型光發(fā)射。薄膜無機EL元件具有一種結構，其中發(fā)光層夾在介電層之間，并且其光發(fā)射機制是利用金屬離子的內殼電子躍遷的局部型光發(fā)射，其中介電層又夾在電極之間。注意，在本實施例中使用有機EL元件作為發(fā)光元件來進行描述。圖9作為半導體器件的一例來示出數(shù)字時間灰度驅動能夠適用的像素配置的一例。將描述數(shù)字時間灰度驅動能夠適用的像素的配置和操作。在本實施例中描述一例，其中一個像素包括在溝道形成區(qū)中使用氧化物半導體層的兩個η溝道晶體管。像素6400包括開關晶體管6401、驅動晶體管6402、發(fā)光元件6404和電容器6403。 在開關晶體管6401中，其柵極連接到掃描線6406，其第一電極(源和漏電極其中之一)連接到信號線6405，并且其第二電極(源和漏電極中的另一個)連接到驅動晶體管6402的柵極。在驅動晶體管6402中，其柵極通過電容器6403連接到電源線6407，其第一電極連接到電源線6407，并且其第二電極連接到發(fā)光元件6404的第一電極(像素電極)。發(fā)光元件 6404的第二電極對應于公共電極6408。公共電極6408電連接到設置在同一襯底之上的公共電位線。注意，發(fā)光元件6404的第二電極(公共電極6408)設置成低電源電位。注意，低電源電位是參考電源線6407上設置的高電源電位滿足低電源電位<高電源電位的電位。作為低電源電位，例如可采用GND、0V等。高電源電位與低電源電位之間的差施加到發(fā)光元件 6404，使得電流流經(jīng)發(fā)光元件6404，由此發(fā)光元件6404發(fā)光。因此，每個電位設置成使得高電源電位與低電源電位之間的差大于或等于發(fā)光元件6404的正向閾值電壓。當驅動晶體管6402的柵電容用作電容器6403的替代時，能夠省略電容器6403。 驅動晶體管6402的柵電容可在溝道區(qū)與柵電極之間形成。在使用電壓-輸入電壓驅動方法的情況下，將視頻信號輸入到驅動晶體管6402的柵極，使得驅動晶體管6402處于充分地導通和截止的兩種狀態(tài)的任一種。也就是說，驅動晶體管6402工作在線性區(qū)域，并且因此比電源線6407的電壓要高的電壓施加到驅動晶體管6402的柵極。注意，高于或等于下述的電壓施加到信號線6405 電源線電壓+驅動晶體管 6402 的 Vtho在執(zhí)行模擬灰度驅動來代替數(shù)字時間灰度驅動的情況下，能夠通過以不同方式輸入信號來使用與圖9相同的像素配置。在執(zhí)行模擬灰度驅動的情況下，高于或等于下述的電壓施加到驅動晶體管6402 的柵極發(fā)光元件6404的正向電壓+驅動晶體管6402的Vth。發(fā)光元件6404的正向電壓指的是得到預期亮度的電壓，并且至少包括正向閾值電壓。通過輸入使驅動晶體管6402能夠工作在飽和區(qū)域的視頻信號，有可能將電流饋送到發(fā)光元件6404。為了驅動晶體管6402 能夠工作在飽和區(qū)域，電源線6407的電位設置成高于驅動晶體管6402的柵極電位。當使用模擬視頻信號時，有可能按照視頻信號將電流饋送到發(fā)光元件6404，并且執(zhí)行模擬灰度驅動。注意，像素配置并不局限于圖9所示。例如，圖9所示的像素還可包括開關、電阻器、電容器、晶體管、邏輯電路等。
接下來將參照圖IOA至圖IOC來描述發(fā)光元件的結構。將以η溝道驅動TFT為例來描述像素的截面結構。分別用于圖10Α、圖IOB和圖IOC所示的半導體器件的驅動TFT的 TFT 7001,7011和7021能夠按照與實施例1中所述的薄膜晶體管相似的方式來制造，并且是各包括氧化物半導體層的極可靠薄膜晶體管。為了取出從發(fā)光元件所發(fā)射的光，要求陽極和陰極中的至少一個透光。薄膜晶體管和發(fā)光元件在襯底之上形成。發(fā)光元件能夠具有頂部發(fā)光結構，其中光通過與襯底相對的表面來取出；底部發(fā)光結構，其中光通過襯底側上的表面來取出；或者雙重發(fā)光結構，其中光通過與襯底相對的表面和襯底側上的表面來取出。像素配置能夠適用于具有這些發(fā)光結構的任何發(fā)光元件。將參照圖IOA來描述具有底部發(fā)光結構的發(fā)光元件。圖IOA是在驅動TFT 7001屬于η型并且光從發(fā)光元件7012發(fā)射到陰極7013側的情況下的像素的截面圖。圖IOA中，發(fā)光元件7012的陰極7013在電連接到驅動TFT 7011 的透光導電膜7017之上形成，并且EL層7014和陽極7015按照該順序層疊在陰極7013之上。注意，透光導電膜7017通過在氧化物絕緣層7031中形成的接觸孔電連接到驅動TFT 7011的漏電極層。作為透光導電膜7017，能夠使用諸如包含氧化鎢的氧化銦、包含氧化鎢的氧化銦鋅、包含氧化鈦的氧化銦、包含氧化鈦的氧化銦錫、氧化銦錫(以下稱作ΙΤ0)、氧化銦鋅或者添加了氧化硅的氧化銦錫的膜之類的透光導電膜。陰極7013能夠使用各種材料來形成，并且優(yōu)選使用具有低功函數(shù)的材料，例如， 諸如Li或Cs之類的堿金屬、諸如Mg、Ca或Sr之類的堿土金屬、包含任何這些元素的合金 (MG:Ag、Al:Li等)、諸如％或Er之類的稀土金屬等。圖IOA中，陰極7013的厚度大約為透射光的厚度(優(yōu)選地大約為5nm至30nm)。例如，厚度為20nm的鋁膜用于陰極7013。注意，透光導電膜和鋁膜可層疊并且有選擇地蝕刻以形成透光導電膜7017和陰極7013 ；在這種情況下，透光導電膜7017和陰極7013能夠借助于相同掩模來蝕刻。陰極7013的周邊部分覆蓋有隔壁7019。隔壁7019使用諸如聚酰亞胺、丙烯酸、聚酰胺或環(huán)氧樹脂之類的有機樹脂膜、無機絕緣膜或者有機聚硅氧烷來形成。特別優(yōu)選的是， 隔壁7019使用光敏樹脂材料來形成，以便在陰極7013之上具有開口，使得開口的側壁作為具有連續(xù)曲率的斜面來形成。在光敏樹脂材料用于隔壁7019的情況下，能夠省略形成抗蝕劑掩模的步驟。在陰極7013和隔壁7019之上形成的EL層7014可使用單層或者層疊的多層來形成。當EL層7014使用多層來形成時，通過按照以下順序在陰極7013之上層疊電子注入層、電子傳輸層、發(fā)光層、空穴傳輸層和空穴注入層來形成EL層7014。注意，并非需要設置所有這些層。層疊順序并不局限于上述層疊順序，而是空穴注入層、空穴傳輸層、發(fā)光層、電子傳輸層和電子注入層可按照該順序層疊在陰極7013之上。但是，當比較功率消耗時，由于較低功率消耗，所以電子注入層、電子傳輸層、發(fā)光層、空穴傳輸層和空穴注入層優(yōu)選按照該順序層疊在陰極7013之上。作為在EL層7014之上形成的陽極7015，能夠采用各種材料，并且例如優(yōu)選地使用具有高功函數(shù)的諸如氮化鈦、ZrN, Ti、W、Ni、Pt或Cr之類的材料或者諸如ITO、IZO(氧化銦氧化鋅)或ZnO之類的透光導電材料。作為陽極7015之上的遮光膜7016，例如使用遮擋光的金屬、反射光的金屬等。在本實施例中，ITO膜用于陽極7015，并且Ti膜用于遮光膜 7016。發(fā)光元件7012對應于其中EL層7014夾在陰極7013與陽極7015之間的區(qū)域。在圖IOA所示的元件結構的情況下，光從發(fā)光元件7012發(fā)射到陰極7013側，如箭頭所示。注意，透光導電膜用作柵電極層的示例如圖IOA所示，從發(fā)光元件7012所發(fā)射的光經(jīng)過濾色片層7033以及驅動TFT 7011的柵和源電極層，并且發(fā)射光。透光導電膜用作驅動TFT 7011的柵和源電極層；因此能夠改進孔徑比。濾色片層7033通過諸如噴墨方法、印刷方法、借助于光刻技術的蝕刻方法等的微滴排放方法來形成。濾色片層7033覆蓋有覆蓋層7034，并且還覆蓋有保護絕緣層7035。注意，具有較薄厚度的覆蓋層7034如圖IOA所示；但是，覆蓋層7034具有使因濾色片層7033而具有不均勻的表面平面化的功能。在絕緣層7032和保護絕緣層7035中形成并且達到漏電極層的接觸孔設置在與隔壁7019重疊的部分中。圖IOA中，達到漏電極層7030和隔壁7019的接觸孔相互重疊，由此能夠改進孔徑比。接下來將參照圖IOB來描述具有雙重發(fā)光結構的發(fā)光元件。圖IOB中，發(fā)光元件7022的陰極7023在電連接到驅動TFT 7021的透光導電膜 7027之上形成，并且EL層70 和陽極7025按照該順序層疊在陰極7023之上。注意，透光導電膜7027通過在氧化物絕緣層7041中形成的接觸孔電連接到驅動TFT 7021的漏電極層。對于透光導電膜7027，能夠使用包含氧化鎢的氧化銦、包含氧化鎢的氧化銦鋅、包含氧化鈦的氧化銦、包含氧化鈦的氧化銦錫、氧化銦錫(以下稱作ΙΤ0)、氧化銦鋅或者添加了氧化硅的氧化銦錫等的透光導電膜。陰極7023能夠由各種導電材料制成，只要它們具有低功函數(shù)。例如，諸如Li或Cs 之類的堿金屬、諸如Mg、Ca或Sr之類的堿土金屬、包含任何這些元素的合金(MG:Ag、Al:Li 等)、諸如％或Er之類的稀土金屬等等是優(yōu)選的。在本實施例中，陰極7023的厚度形成為能夠透射光的厚度(優(yōu)選地為大約5nm至30nm)。例如，20nm厚的鋁膜用作陰極7023。注意，透光導電膜和鋁膜可層疊然后有選擇地蝕刻，由此可形成透光導電膜7027 和陰極7023。在這種情況下，蝕刻能夠借助于相同掩模來執(zhí)行，這是優(yōu)選的。陰極7023的周邊覆蓋有隔壁7(^9。隔壁70 使用諸如聚酰亞胺、丙烯酸、聚酰胺或環(huán)氧樹脂之類的有機樹脂膜、無機絕緣膜或者有機聚硅氧烷來形成。特別優(yōu)選的是，隔壁 7029使用光敏樹脂材料來形成，以便在陰極7023之上具有開口，使得開口的側壁作為具有連續(xù)曲率的斜面來形成。在光敏樹脂材料用于隔壁70 的情況下，能夠省略形成抗蝕劑掩模的步驟。在陰極7023和隔壁70 之上形成的EL層70M可使用單層或者層疊的多層來形成。當EL層70M使用多層來形成時，通過按照以下順序在陰極70M之上層疊電子注入層、電子傳輸層、發(fā)光層、空穴傳輸層和空穴注入層來形成EL層7023。注意，并非需要設置所有這些層。
層疊順序并不局限于上述層疊順序，而是空穴注入層、空穴傳輸層、發(fā)光層、電子傳輸層和電子注入層可按照該順序層疊在陰極7023之上。但是，當比較功率消耗時，由于較低功率消耗，所以電子注入層、電子傳輸層、發(fā)光層、空穴傳輸層和空穴注入層優(yōu)選地按照該順序層疊在陰極7023之上。作為在EL層7025之上形成的陽極7025，能夠使用各種材料，并且具有高功函數(shù)的材料、例如iT0、iz0、ai0等的透光導電材料是優(yōu)選的。在本實施例中，包含氧化硅的ITO 膜用于陽極7025。發(fā)光元件7022對應于其中EL層70M夾在陰極7023與陽極7025之間的區(qū)域。在圖IOB所示的元件結構的情況下，光從發(fā)光元件7022發(fā)射到陽極7025側和陰極7023側， 如箭頭所示。注意，透光導電膜用作柵電極層的示例如圖IOB所示，從發(fā)光元件7022所發(fā)射到陰極7023側的光經(jīng)過濾色片層7043以及驅動TFT 7021的柵和源電極層，并且發(fā)射光。當透光導電膜用于驅動TFT 7021的柵電極層和源電極層時，陽極7025側上的孔徑比能夠與陰極7023側上的孔徑比近似相同。濾色片層7043通過諸如噴墨方法、印刷方法、借助于光刻技術的蝕刻方法等的微滴排放方法來形成。濾色片層7043覆蓋有覆蓋層7044，并且還覆蓋有保護絕緣層7045。在絕緣層7042和保護絕緣層7045中形成并且達到漏電極層的接觸孔設置在與隔壁70 重疊的部分中。達到漏電極層和隔壁70 的接觸孔相互重疊，由此陽極7025側上的孔徑比能夠與陰極7023側上的孔徑比近似相同。在保護絕緣層7045和絕緣層7042中形成并且達到透光導電膜7027的接觸孔設置在與隔壁70 重疊的部分中。注意，當使用具有雙重發(fā)光結構的發(fā)光元件并且對兩個顯示表面執(zhí)行全色顯示時，來自陽極7025側的光沒有經(jīng)過濾色片層7043 ；因此，配備有另一個濾色片層的密封襯底優(yōu)選地設置在陽極7025上。接下來參照圖IOC來描述具有頂部發(fā)光結構的發(fā)光元件。圖IOC是在驅動TFT 7001屬于η型并且光從發(fā)光元件7002發(fā)射到陽極7005側的情況下的像素的截面圖。圖IOC中，形成通過連接電極層7050電連接到驅動TFT 7001 的發(fā)光元件7002的陰極7003，并且EL層7004和陽極7005按照該順序層疊在陰極7003之上。陰極7003能夠由各種材料制成。具有低功函數(shù)的材料、具體來說諸如Li或Cs之類的堿金屬、諸如Mg、Ca或Sr之類的堿土金屬、包含任何這些元素的合金(MG:Ag、Al:Li 等)、諸如％或Er之類的稀土金屬等等是優(yōu)選的。陰極7003的周邊覆蓋有隔壁7009。隔壁7009使用諸如聚酰亞胺、丙烯酸、聚酰胺或環(huán)氧樹脂之類的有機樹脂膜、無機絕緣膜或者有機聚硅氧烷來形成。特別優(yōu)選的是，隔壁 7009使用光敏樹脂材料來形成，以便在陰極7003之上具有開口，使得開口的側壁以連續(xù)曲率傾斜。在光敏樹脂材料用于隔壁7009的情況下，能夠省略形成抗蝕劑掩模的步驟。在陰極7003和隔壁7009之上形成的EL層7004可使用單層或者層疊的多層來形成。當EL層7004使用多層來形成時，通過按照以下順序在陰極7004之上層疊電子注入層、電子傳輸層、發(fā)光層、空穴傳輸層和空穴注入層來形成EL層7003。注意，并非需要設置所有這些層。層疊順序并不局限于上述層疊順序，而是空穴注入層、空穴傳輸層、發(fā)光層、電子傳輸層和電子注入層可按照該順序層疊在陰極7003之上。在這些層按照該順序層疊的情況下，陰極7003用作陽極。圖IOC中，空穴注入層、空穴傳輸層、發(fā)光層、電子傳輸層和電子注入層按照該順序層疊在其中Ti膜、鋁膜和Ti膜按照該順序層疊的層疊膜之上，并且其上形成MG:Ag合金
薄膜的疊層。但是，當比較功率消耗時，由于較低功率消耗，所以電子注入層、電子傳輸層、發(fā)光層、空穴傳輸層和空穴注入層優(yōu)選地按照該順序層疊在陰極7003之上。陽極7005使用光通過經(jīng)過其中的透光導電材料來形成，并且例如能夠使用包含氧化鎢的氧化銦、包含氧化鎢的氧化銦鋅、包含氧化鈦的氧化銦、包含氧化鈦的氧化銦錫、 氧化銦錫、氧化銦鋅或者添加了氧化硅的氧化銦錫等。發(fā)光元件7002對應于其中EL層7004夾在陰極7003與陽極7005之間的區(qū)域。在圖IOC所示的像素的情況下，光從發(fā)光元件7002發(fā)射到陽極7005側，如箭頭所示。圖IOC中，示出薄膜晶體管461用作驅動TFT 7001的示例；但是，沒有具體限制， 并且也能夠使用薄膜晶體管460或薄膜晶體管481。圖IOC中，驅動TFT 7001的漏電極層電連接到連接電極層7050，氧化物絕緣層 7051介于其間。連接電極層電連接到陰極7003，保護絕緣層7052和絕緣層7055介于其間。 平面化絕緣層7053能夠使用諸如聚酰亞胺、丙烯酸、苯并環(huán)丁烯、聚酰胺或環(huán)氧樹酯之類的樹脂材料來形成。除了這類樹脂材料之外，還有可能使用低介電常數(shù)材料(低k材料)、 硅氧烷基樹脂、磷硅酸玻璃(PSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)等。注意，可通過層疊由這些材料所形成的多個絕緣膜，來形成平面化絕緣層7053。對于用于形成平面化絕緣層7053的方法沒有具體限制，并且平面化絕緣層7053能夠根據(jù)材料、通過諸如濺射方法、SOG方法、旋涂方法、浸涂方法、噴涂或者微滴排放方法(例如噴墨方法、絲網(wǎng)印刷、膠印等)之類的方法或者諸如刮刀、輥涂機、幕涂機或刮刀式涂層機之類的工具(設備)來形成。在圖IOC的結構中，當執(zhí)行全色顯示時，例如，發(fā)光元件7002用作綠色發(fā)光元件， 相鄰發(fā)光元件之一用作紅色發(fā)光元件，以及另一個用作藍色發(fā)光元件。備選地，能夠進行全色顯示的發(fā)光顯示裝置可使用包括白色發(fā)光元件的四種發(fā)光元件以及三種發(fā)光元件來制造。在圖IOC的結構中，能夠進行全色顯示的發(fā)光顯示裝置可按照如下方式來制造 使得設置的所有多個發(fā)光元件為白色發(fā)光元件，并且具有濾色片等的密封襯底設置在發(fā)光元件7002之上。呈現(xiàn)單色、如白色的材料能夠被形成并且與濾色片或顏色轉換層相結合， 由此能夠執(zhí)行全色顯示。不用說，也能夠執(zhí)行單色光的顯示。例如，照明系統(tǒng)可借助于白光發(fā)射來形成，或者背景色發(fā)光器件可借助于單色光發(fā)射來形成。必要時，可設置光學膜、例如包括圓偏振片的起偏振膜。雖然有機EL元件在這里描述為發(fā)光元件，但是無機EL元件也能夠作為發(fā)光元件來提供。
注意，描述其中控制發(fā)光元件的驅動的薄膜晶體管(驅動TFT)電連接到發(fā)光元件的示例；但是可采用其中用于電流控制的TFT連接在驅動TFT與發(fā)光元件之間的結構。當結構沒有配備有發(fā)光元件和隔壁時，本發(fā)明的一個實施例能夠應用于液晶顯示裝置。液晶顯示裝置的情況如圖35所示。描述驅動TFT 7071屬于η型的情況。圖35中，提供電連接到驅動TFT 7071的透光導電膜7067，并且透光導電膜7067通過在氧化物絕緣層7061和保護絕緣層7062中形成的接觸孔電連接到驅動TFT 7071的漏電極層。作為透光導電膜7067，例如，能夠使用諸如包含氧化鎢的氧化銦、包含氧化鎢的氧化銦鋅、包含氧化鈦的氧化銦、包含氧化鈦的氧化銦錫、氧化銦錫(又稱作ΙΤ0)、氧化銦鋅或者添加了氧化硅的氧化銦錫的膜之類的透光導電膜。注意，使用透光導電膜作為柵電極層的示例如圖35所示，從背光源等所發(fā)射的光經(jīng)過濾色片層7063，并且發(fā)射光。相應地，透光導電膜用作驅動TFT 7071的柵和源電極層， 并且能夠改進孔徑比。濾色片層7063通過諸如噴墨方法、印刷方法、借助于光刻技術的蝕刻方法等的微滴排放方法來形成。濾色片層7063覆蓋有覆蓋層7064，并且還覆蓋有保護絕緣層7065。注意，具有小厚度的覆蓋層7064如圖35所示；但是，覆蓋層7064具有使因濾色片層7063而具有不均勻的表面平面化的功能。液晶層設置在透光導電膜7067之上的結構能夠應用于液晶顯示裝置。接下來，將參照圖8Α和圖8Β來描述作為半導體器件的一個實施例的發(fā)光顯示面板(又稱作發(fā)光面板)的外觀和截面。圖8Α是其中薄膜晶體管和發(fā)光元件在第一襯底與第二襯底之間采用密封劑來密封的面板的平面圖。圖8Β是沿圖8Α的線H-I所截取的截面圖。密封劑4505設置成包圍設置在第一襯底4501之上的像素部分4502、信號線驅動器電路4503a、信號線驅動器電路4503b、掃描線驅動器電路450 和掃描線驅動器電路 4504b。另外，第二襯底4506設置在像素部分4502、信號線驅動器電路4503a和4503b以及掃描線驅動器電路450 和4504b之上。相應地，像素部分4502、信號線驅動器電路4503a 和4503b以及掃描線驅動器電路4504a和4504b連同填充劑4507 —起通過第一襯底4501、 密封劑4505和第二襯底4506進行密封。優(yōu)選的是，顯示裝置因此采用保護膜(例如接合膜或紫外線固化樹脂膜)或者具有高氣密和極小脫氣的覆蓋材料來封裝(密封)，使得顯示裝置沒有暴露于外部空氣。在第一襯底4501之上形成的像素部分4502、信號線驅動器電路4503a和4503b以及掃描線驅動器電路450 和4504b各包括多個薄膜晶體管，并且像素部分4502中包含的薄膜晶體管4510以及信號線驅動器電路4503a中包含的薄膜晶體管4509在圖8B中作為示例示出。作為薄膜晶體管4509和4510，能夠采用在實施例1中所述的包括氧化物半導體層的極可靠薄膜晶體管。在本實施例中，薄膜晶體管4509和4510是η溝道薄膜晶體管。導電層4540設置在與絕緣層4544之上的驅動器電路的薄膜晶體管4509的氧化物半導體層的溝道形成區(qū)重疊的部分中。當導電層4540設置在與氧化物半導體層的溝道形成區(qū)重疊的部分時，能夠減小在BT測試之前與之后之間的薄膜晶體管4509的閾值電壓的偏移量。導電層4540可具有與薄膜晶體管4509的柵電極層相同或者不同的電位，并且能夠用作第二柵電極層。導電層4540的電位可以是GND、0V或者處于浮動狀態(tài)。在薄膜晶體管4509中，絕緣層4541作為保護絕緣膜形成為以使得與包括溝道形成區(qū)的半導體層相接觸。絕緣層4541可使用與實施例1中所述的保護絕緣層407相似的材料和方法來形成。另外，為了降低薄膜晶體管的表面粗糙度，薄膜晶體管覆蓋有用作平面化絕緣膜的絕緣層4544。在這里，氧化硅膜通過濺射方法、借助于實施例1中所述的保護絕緣層407作為絕緣層4541來形成。保護絕緣層4543在絕緣層4541之上形成。保護絕緣層4543可使用與實施例1 中所述的保護絕緣層407相似的材料和方法來形成。在這里，氮化硅膜通過PCVD方法作為保護絕緣層4543來形成。此外，絕緣層4544作為平面化絕緣膜來形成。絕緣層4544可使用與實施例5中所述的絕緣層4021相似的材料和方法來形成。在這里，丙烯酸樹脂用于平面化絕緣層4544。參考標號4511表示發(fā)光元件，并且作為發(fā)光元件4511中包含的像素電極的第一電極層4517電連接到薄膜晶體管4510的源電極層或漏電極層。注意，發(fā)光元件4511的結構并不局限于包括第一電極層4517、電致發(fā)光層4512和第二電極層4513的疊層結構。發(fā)光元件4511的結構能夠根據(jù)從發(fā)光元件4511取出光的方向等等適當?shù)馗淖?。隔?520使用有機樹脂膜、無機絕緣膜或有機聚硅氧烷來形成。特別優(yōu)選的是， 隔壁4520由光敏材料來形成，以便在第一電極層4517上具有開口，使得開口的側壁作為具有連續(xù)曲率的斜面來形成。電致發(fā)光層4512可使用單層或者層疊的多層來形成。保護膜可在第二電極層4513和隔壁4520之上形成，以便防止氧、氫、水分、二氧化碳等進入發(fā)光元件4511。作為保護膜，能夠形成氮化硅膜、氮氧化硅膜、DLC膜等。另外，各種信號和電位從FPC 4518a和4518b提供給信號線驅動器電路4503a和 4503b、掃描線驅動器電路450 和4504b或者像素部分4502。連接端電極4515由與發(fā)光元件4511中包含的第一電極層4517相同的導電膜來形成，并且端電極4516由與薄膜晶體管4509和4510中包含的源和漏電極層相同的導電膜來形成。連接端電極4515經(jīng)由各向異性導電膜4519電連接到FPC 4518a中包含的端子。位于從發(fā)光元件4511取出光的方向中的第二襯底需要具有透光性質。在那種情況下，使用諸如玻璃板、塑料板、聚酯膜或丙烯酸膜之類的透光材料。作為填充劑4507，除了諸如氮或氬之類的惰性氣體之外，還能夠使用紫外線固化樹脂或熱固樹脂。例如，能夠使用PVC(聚氯乙烯)、丙烯酸、聚酰亞胺、環(huán)氧樹脂、硅樹脂、 PVB(聚乙烯醇縮丁醛)或EVA(乙烯醋酸乙烯酯)。例如，氮用作填充劑。另外，在需要時，諸如起偏振片、圓偏振片(包括橢圓偏振片)、相位差板(四分之一波片或半波片)和濾色片之類的光學膜可適當?shù)卦O置在發(fā)光元件的發(fā)光表面上。此外， 起偏振片或圓偏振片可提供有抗反射膜。例如，能夠執(zhí)行防眩光處理，通過該處理，反射光能夠經(jīng)由表面的凸起和凹陷來擴散，以便降低眩光。信號線驅動器電路4503a和4503b以及掃描線驅動器電路450 和4504b可作為
34使用單晶半導體膜或者多晶半導體膜在單獨準備的襯底之上形成的驅動器電路來安裝。備選地，只有信號線驅動器電路或其一部分或者只有掃描線驅動器電路或其一部分可單獨形成并且安裝。本實施例并不局限于圖8A和圖8B所示的結構。通過上述工序，能夠制造作為半導體器件的極可靠的發(fā)光顯示裝置(顯示面板)。在上述發(fā)光顯示裝置的像素部分中的薄膜晶體管使用實施例1至3的任一個中所述的薄膜晶體管的制造方法來制造的情況下，能夠抑制因相應像素的薄膜晶體管的閾值電壓的變化而引起的顯示不均勻。此外，在發(fā)光顯示裝置的驅動器電路的薄膜晶體管使用實施例1至3的任一個中所述的薄膜晶體管的制造方法來制造的情況下，能夠縮短溝道長度而沒有引起閾值電壓的負偏移，由此能夠實現(xiàn)驅動器電路部分中的薄膜晶體管的高速操作和較低功率消耗。本實施例可適當?shù)亟Y合任意其它實施例中所述的結構來實現(xiàn)。實施例8本說明書中公開的半導體器件能夠適用于電子紙。電子紙能夠用于各種領域的電子設備，只要它們能夠顯示數(shù)據(jù)。例如，電子紙能夠應用于電子書(電子書籍)閱讀器、海報、諸如列車之類的車輛中的廣告、諸如信用卡之類的各種卡等的顯示部分。電子設備的一例如圖17所示。圖17示出電子書籍閱讀器的一例。例如，電子書籍閱讀器2700包括兩個殼體，即殼體2701和殼體2703。殼體2701和殼體2703與鉸鏈2711相結合，使得電子書籍閱讀器 2700能夠采用鉸鏈2711作為軸來開啟和閉合。通過這種結構，電子書籍閱讀器2700能夠
像紙書一樣進行操作。顯示部分2705和顯示部分2707分別結合在殼體2701和殼體2703中。顯示部分2705和顯示部分2707可顯示一個圖像或者不同圖像。在其中顯示部分2705和顯示部分2707顯示不同圖像的情況下，例如，文本能夠在右側的顯示部分(圖17中的顯示部分 2705)顯示，而圖像能夠在左側的顯示部分(圖17中的顯示部分2707)顯示。圖17示出其中殼體2701提供有操作部分等的一例。例如，殼體2701提供有電源開關2721、操作按鍵2723、揚聲器2725等等。通過操作按鍵2723能夠翻頁。注意，鍵盤、指針器件等可設置在與殼體的顯示部分相同的表面上。此外，外部連接端子(耳機端子、USB 端子、能夠連接到諸如AC適配器和USB纜線之類的各種纜線的端子等等)、記錄介質插入部分等等可設置在殼體的背面或側表面上。此外，電子書籍閱讀器2700可具有電子詞典的功能。此外，電子書籍閱讀器2700可無線發(fā)送和接收信息。通過無線通信，預期書籍數(shù)據(jù)等等能夠從電子書籍服務器購買和下載。實施例9本說明書中公開的半導體器件能夠應用于各種電子設備(包括游藝機)。電子設備的示例包括電視機(又稱作電視或電視接收器)、計算機等的監(jiān)視器、諸如數(shù)碼相機或數(shù)碼攝像機之類的照相器件、數(shù)碼相框、蜂窩電話(又稱作移動電話或移動電話機)、便攜游戲控制臺、便攜信息終端、音頻再現(xiàn)器件、諸如彈球盤機之類的大型游戲機等等。圖18A示出電視機的一例。在電視機9600中，顯示部分9603結合在殼體9601中。 圖像可在顯示部分9603顯示。在這里，殼體9601由支架9605來支承。
電視機9600能夠采用殼體9601的操作開關或者獨立遙控器9610來操作。頻道和音量能夠采用遙控器9610的操作按鍵9609來控制，使得能夠控制顯示部分9603顯示的圖像。此外，遙控器9610可配備有顯示從遙控器9610所輸出的數(shù)據(jù)的顯示部分9607。注意，電視機9600配備有接收器、調制解調器等。通過接收器，能夠接收一般電視廣播。此外，當電視機9600通過有線或無線連接經(jīng)由調制解調器連接到通信網(wǎng)絡時，能夠執(zhí)行單向(從發(fā)射器到接收器)或雙向(在發(fā)射器與接收器之間、接收器之間等)數(shù)據(jù)通
fn °圖18B示出數(shù)碼相框的一個示例。例如，在數(shù)碼相框9700中，顯示部分9703結合到殼體9701中。各種圖像能夠在顯示部分9703顯示。例如，顯示部分9703能夠顯示采用數(shù)碼相機等拍攝的圖像的數(shù)據(jù)，以便用作標準相框。注意，數(shù)碼相框9700提供有操作部分、外部連接部分(例如USB端子、能夠連接到諸如USB纜線之類的各種纜線的端子等)、記錄介質插入部分等等。雖然它們可設置在與顯示部分9703相同的表面上，但是因為其設計得到改進，優(yōu)選將它們設置在側表面或背面上。例如，將存儲采用數(shù)碼相機所拍攝的圖像數(shù)據(jù)的存儲器插入數(shù)碼相框9700的記錄介質插入部分，由此圖像數(shù)據(jù)能夠在顯示部分9703顯示。數(shù)碼相框9700可無線發(fā)送和接收信息。通過無線通信，能夠下載預期圖像數(shù)據(jù)以便顯示。圖19A示出包括兩個殼體、即殼體9881和殼體9891的便攜游藝機。殼體9881和 9891與連接部分9893連接，以便開啟和閉合。顯示部分9882和顯示部分9883分別結合在殼體9881和殼體9891中。另外，圖19A所示的便攜游藝機包括揚聲器部分9884、記錄介質插入部分9886、LED燈9890、輸入單元(操作按鍵9885、連接端子9887、傳感器9888 (具有測量力、位移、位置、速度、加速度、角速度、轉動頻率、距離、光、液體、磁、溫度、化學物質、聲音、時間、硬度、電場、電流、電壓、電力、輻射、流率、濕度、梯度、振蕩、氣味或紅外線的功能的傳感器)和話筒9889)等等。不用說，便攜游藝機的結構并不局限于以上所述，而是可采用配備有本說明書中公開的至少一個半導體器件的其它結構。便攜游藝機可適當?shù)匕ㄆ渌o助設備。圖19A所示的便攜游藝機具有讀取記錄介質中存儲的程序或數(shù)據(jù)以將其顯示于顯示部分的功能以及通過無線通信與另一個便攜游藝機共享信息的功能。圖19A所示的便攜游藝機能夠具有各種功能，而并不局限于以上所述。圖19B示出作為大型游藝機的投幣式游戲機的一例。在投幣式游戲機9900中，顯示部分9903結合在殼體9901中。另外，投幣式游戲機9900包括諸如啟動桿或停止開關、 投幣孔、揚聲器等的操作單元。不用說，投幣式游戲機9900的結構并不局限于以上所述，而是可采用配備有本說明書中公開的至少一個半導體器件的其它結構。投幣式游戲機9900 可適當?shù)匕ㄆ渌o助設備。圖20A是示出便攜計算機的一個示例的透視圖。圖20A的便攜計算機中，通過閉合連接頂部殼體9301和底部殼體9302的鉸鏈單元，具有顯示部分9303的頂部殼體9301和具有鍵盤9304的底部殼體9302能夠相互重疊。 圖20中的便攜計算機能夠方便攜帶，并且在將鍵盤用于輸入的情況下，鉸鏈單元開啟，使得用戶能夠看著顯示部分9303進行輸入。除了鍵盤9304之外，底部殼體9302還包括能夠用以執(zhí)行輸入的指針裝置9306。此夕卜，當顯示部分9303是觸控輸入面板時，輸入能夠通過觸摸顯示部分的一部分來執(zhí)行。底部殼體9302包括算術功能部分，例如CPU或硬盤。另外，底部殼體9302包括外部連接端口 9305，例如符合USB通信標準的通信纜線等的另一個裝置插入其中。頂部殼體9301還包括顯示部分9307，顯示部分9307能夠通過在頂部殼體9301中滑動而存放在其中。這樣，能夠實現(xiàn)大顯示屏幕。另外，用戶能夠調整可收納顯示部分9307 的屏幕的取向。當可收納顯示部分9307是觸控輸入面板時，輸入能夠通過觸摸可收納顯示部分的一部分來執(zhí)行。顯示部分9303或者可收納顯示部分9307使用液晶顯示面板、諸如有機發(fā)光元件或無機發(fā)光元件等的發(fā)光顯示面板的圖像顯示裝置來形成。另外，圖20A中能夠配備有接收器等的便攜計算機能夠接收電視廣播，以便在顯示部分顯示圖像。在使連接頂部殼體9301和底部殼體9302的鉸鏈單元保持閉合時，通過滑出顯示部分9307來展現(xiàn)顯示部分9307的整個屏幕，并且調整屏幕的角度；這樣，用戶能夠觀看電視廣播。在這種情況下，鉸鏈單元沒有開啟，并且沒有在顯示部分9303上執(zhí)行顯示。另外，僅執(zhí)行顯示電視廣播的電路的啟動。因此，能夠使功率消耗為最小，這對于其電池容量受到限制的便攜計算機是有利的。圖20B是示出用戶能夠像手表一樣佩戴在手腕上的蜂窩電話的一例的透視圖。蜂窩電話包括主體，包括電池和具有至少一個電話功能的通信裝置；帶部分 9204，使主體能夠佩戴在手腕上；調整部分9205，將帶部分9204調整成適合于手腕；顯示部分9201 ；揚聲器9207 ；以及話筒9208。另外，主體包括操作開關9203。除了用作接通電源的開關、用于轉換顯示器的開關、用于指示開始拍攝圖像的開關等之外，操作開關9203例如還用作用于在按壓時啟動因特網(wǎng)的程序的開關，并且能夠配置成具有相應功能。通過采用手指、輸入筆等觸摸顯示部分9201，通過操縱操作開關9203，或者通過將語音輸入話筒9208，來操作對本蜂窩電話的輸入。注意，在顯示部分9201顯示的所顯示按鈕9202如圖20B所示。能夠通過采用手指等觸摸所顯示按鈕9202來執(zhí)行輸入。此外，主體包括照相裝置部分9206，其中包括具有將通過照相裝置鏡頭形成的對象的圖像轉換成電子圖像信號的圖像拾取單元。注意，不一定提供照相器件部分。圖20B所示的能夠配備有電視廣播的接收器等的蜂窩電話能夠通過接收電視廣播在顯示部分9201顯示圖像。另外，圖20B所示的蜂窩電話可配備有諸如存儲器之類的存儲器器件等，并且因此能夠在存儲器中記錄電視廣播。圖20B所示的蜂窩電話可具有收集位置信息的功能、如GPS。顯示部分9201使用液晶顯示面板、諸如有機發(fā)光元件或無機發(fā)光元件等的發(fā)光顯示面板的圖像顯示裝置來形成。圖20B所示的蜂窩電話小巧輕便，并且因而具有有限電池容量。因此，能夠以低功率消耗來驅動的面板優(yōu)選地用作顯示部分9201的顯示裝置。注意，圖20B示出佩戴于手腕的電子設備；但是本實施例并不局限于此，只要采用便攜形狀。實施例10在本實施例中，將參照圖21、圖22、圖23、圖24、圖25、圖26、圖27、圖28、圖29、圖 30、圖31、圖32、圖33和圖34來描述作為半導體器件的一實施例的包括實施例1中所述的薄膜晶體管的顯示裝置的一例。在本實施例中，將參照圖21、圖22、圖23、圖24、圖25、圖 26、圖27、圖觀、圖四、圖30、圖31、圖32、圖33和圖34來描述包括作為顯示元件的液晶元件的液晶顯示裝置的一例。作為用于圖21、圖22、圖23、圖24、圖25、圖26、圖27、圖28、圖 29、圖30、圖31、圖32、圖33和圖34中的液晶顯示裝置的TFT 628和629，能夠采用實施例 1中所述的薄膜晶體管。TFT 6 和6 是具有高電特性和可靠性的薄膜晶體管，能夠在與實施例1中所述相似的工序中制造。TFT 6 和6 各包括作為溝道形成區(qū)的氧化物半導體層。在圖21、圖22、圖23、圖24、圖25、圖26、圖27、圖28、圖29、圖30、圖31、圖32、圖33 和圖34中，將描述其中圖4所示的薄膜晶體管用作薄膜晶體管的示例的情況；但是，本發(fā)明并不局限于此。首先描述垂直取向(VA)液晶顯示裝置。VA液晶顯示裝置采用控制液晶顯示面板的液晶分子的取向的方法。在VA方法中，液晶分子在沒有施加電壓時相對于面板表面沿垂直方向取向。在本實施例中，具體來說，像素分為若干區(qū)域(子像素)，并且分子在其相應區(qū)域中沿不同方向傾斜。這稱作多域或多域設計。下面描述多域設計的液晶顯示裝置。圖22和圖23分別示出像素電極層和對電極層。圖22是其上形成像素電極層的襯底側的平面圖。沿圖22的線E-F所截取的截面結構如圖21所示。圖23是其上形成對電極層的襯底側的平面圖。下面參照這些附圖進行描述。圖21中，其上形成了 TFT 628、連接到TFT 6 的像素電極層擬4和存儲電容器部分630的襯底600以及其上形成了對電極層640等的對襯底601相互重疊，并且將液晶注入襯底之間。第一著色膜、第二著色膜、第三著色膜(未示出)和對電極層640設置在其中對襯底601配備有隔離件(未示出)的位置中。本結構使用于控制液晶的取向的凸起644的高度與隔離件不同。取向膜648在像素電極層擬4之上形成。類似地，對電極層640配備有取向膜646。液晶層650在襯底600與對襯底601之間形成。雖然柱狀隔離件在這里用于隔離件，但是可散布珠形隔離件。此外，隔離件可在設置于襯底600之上的像素電極層6M之上形成。TFT 628、連接到TFT 628的像素電極層6 和存儲電容器部分630在襯底600之上形成。像素電極層6 在接觸孔623中連接到布線618，其中接觸孔623在覆蓋TFT 628、 布線616和存儲電容器部分630的絕緣膜620、覆蓋絕緣膜620的絕緣膜696以及覆蓋絕緣膜696的第三絕緣膜622中形成。實施例1中所述的薄膜晶體管能夠適當?shù)赜米鱐FT 628。 此外，存儲電容器部分630包括電容器布線604，作為與TFT 628的柵極布線602同時形成的第一電容器布線；柵極絕緣膜606 ；以及電容器布線617，作為與布線616和618同時形成的第二電容器布線。像素電極層624、液晶層650和對電極層640相互重疊，使得形成液晶元件。圖22是襯底600之上的結構的平面圖。像素電極層6 使用實施例1中所述的材料來形成。狹縫625在像素電極層624中形成。形成狹縫625以控制液晶的取向。圖22所示的TFT 629、連接到TFT 629的像素電極層6 和存儲電容器部分631 能夠分別按照與TFT 628、像素電極層擬4和存儲電容器部分630相似的方式來形成。TFT 6 和6 均連接到布線616。本液晶顯示面板的像素包括像素電極層6 和626。像素電極層6M和6 是子像素。
圖23示出對襯底側上的結構。對電極層640優(yōu)選地使用與像素電極層6 相似的材料來形成?？刂埔壕У娜∠虻耐蛊?44在對電極層640上形成。注意，圖23中，虛線表示在襯底600之上形成的像素電極層6M和626，并且對電極層640設置成與像素電極層 624和6 相互重疊。圖M示出這種像素結構的等效電路。TFT 628和6 均連接到柵極布線602和布線616。在這種情況下，通過使電容器布線604的電位與電容器布線605不同，液晶元件 651的操作能夠與液晶元件652不同。也就是說，單獨控制電容器布線604和605的電位， 由此準確地控制液晶的取向，并且增加視角。當電壓施加到提供有狹縫625的像素電極層624時，失真電場(傾斜電場)在狹縫625附近產(chǎn)生。對襯底601側上的狹縫625和凸起644設置成使得沒有相互重疊，由此有效地產(chǎn)生傾斜電場以控制液晶的取向，并且因此液晶排列的方向根據(jù)位置而有所不同。也就是說，通過采用多域來增加液晶顯示面板的視角。接下來參照圖25、圖沈、圖27和圖觀來描述與以上所述不同的VA液晶顯示裝置。圖25和圖沈示出VA液晶顯示面板的像素結構。圖沈是襯底600之上的平面圖。 沿圖沈的線Y-Z所截取的截面結構如圖25所示。下面將參照這兩個附圖來提供描述。在本像素結構中，一個像素具有多個像素電極，并且TFT連接到像素電極的每個。 每個TFT采用相互不同的柵極信號來驅動。具體來說，在多域設計的像素中，單獨控制施加到每個像素電極的信號。像素電極層6M在接觸孔623中連接到TFT 628，其中接觸孔623通過布線618穿過絕緣膜620、絕緣膜696和絕緣膜622。另外，像素電極層6 在接觸孔627中連接到TFT 629，其中接觸孔627通過布線619穿過絕緣膜620、絕緣膜696和絕緣膜622。TFT 628的柵極布線602與TFT 629的柵極布線603分隔，使得能夠提供不同柵極信號。另一方面，用作數(shù)據(jù)線的布線616由TFT 628和6 共享。實施例1中所述的薄膜晶體管能夠適當?shù)赜米鱐FT 6 和629。另外設置電容器布線690。注意，柵極絕緣膜606在柵極布線602、柵極布線603和電容器布線690之上形成。像素電極層624的形狀與像素電極層6 不同，并且像素電極層通過狹縫625來分隔。像素電極層擬6包圍具有V形的像素電極層624。TFT 6 和6 使將電壓施加到像素電極層6 和626的定時相互不同，由此控制液晶的取向。圖觀示出本像素結構的等效電路。TFT 6 連接到柵極布線602，并且TFT 6 連接到柵極布線603。此外，TFT 628 和6 均連接到布線616。通過將不同的柵極信號提供給柵極布線602和柵極布線603，液晶元件651的操作能夠與液晶元件625不同。也就是說，單獨控制TFT 6 和629的操作， 由此能夠準確地控制液晶元件651和652中的液晶的取向，并且能夠增加視角。對襯底601配備有著色膜636和對電極層640。另外，平面化膜637在著色膜636 與對電極層640之間形成，由此防止液晶的取向失調。圖27示出對襯底側的結構。對電極層640由多個像素共享，并且狹縫641在對電極層640中形成。像素電極層6M和6 側上的狹縫641和狹縫625設置成使得沒有相互重疊，由此有效地產(chǎn)生傾斜電場，并且控制液晶的取向。相應地，液晶取向的方向能夠根據(jù)位置而有所不同，并且因此增加視角。注意， 圖27中，虛線表示在襯底600之上形成的像素電極層6 和626，并且對電極層640設置成與像素電極層6M和6 相互重疊。
取向膜648在像素電極層6M和6 之上形成，并且取向膜646類似地在對電極層上形成。液晶層650在襯底600與對襯底601之間形成。此外，像素電極層624、液晶層 650和對電極層640相互重疊，使得形成第一液晶元件。像素電極層626、液晶層650和對電極層640相互重疊，使得形成第二液晶元件。此外，圖25、圖26、圖27和圖觀所示的顯示面板的像素結構是多域結構，其中第一液晶元件和第二液晶元件設置在一個像素中。接下來描述水平電場模式的液晶顯示裝置。在水平電場模式中，相對于單元中的液晶分子沿水平方向施加電場，由此驅動液晶以表示灰度。按照這種方法，視角能夠擴大到大約180°。下面描述水平電場模式的液晶顯示裝置。圖四中，對襯底601重疊在其上形成了 TFT 628和連接到TFT 628的像素電極層 624的襯底600上，并且將液晶注入它們之間。對襯底601提供有著色膜636、平面化膜637 等。注意，對電極沒有設置在對襯底601側上。液晶層650在襯底600與對襯底601之間隔著取向膜646和取向膜648來形成。實施例1中所述的作為第一像素電極的像素電極層607、連接到電極層607的電容器布線604以及TFT 6 在襯底600之上形成。按照大致以像素形狀所分隔的形狀來形成像素電極層607。柵極絕緣膜606在像素電極層607和電容器布線604之上形成。TFT 628的布線616和618在柵極絕緣膜606之上形成。布線616是視頻信號通過其中傳播的數(shù)據(jù)線，在液晶顯示面板中沿一個方向延伸，連接到TFT 628的源區(qū)或漏區(qū)， 并且用作源和漏電極其中之一。布線618用作源和漏電極中的另一個，并且連接到用作第二像素電極的像素電極層624。絕緣膜620在布線616和618之上形成。絕緣膜696在絕緣膜620之上形成。在絕緣膜696之上，形成在接觸孔中連接到布線618的像素電極層624，其中接觸孔在絕緣膜 620和696中形成。像素電極層6 使用與實施例5中所述的像素電極層4030相似的材料來形成。這樣，TFT 628以及與其連接的像素電極層6 在襯底600之上形成。存儲電容器在作為第一像素電極的像素電極層607與作為第二像素電極的像素電極層6M之間來形成。圖30是示出像素電極的結構的平面圖。沿圖30的線O-P所截取的截面結構如圖四所示。像素電極層擬4設置有狹縫625。設置狹縫625以控制液晶的取向。在這種情況下，在像素電極層607與像素電極層6M之間產(chǎn)生電場。柵極絕緣膜606在像素電極層607 與像素電極層6M之間來形成，并且柵極絕緣膜606的厚度為50nm至200nm(包括兩端)， 這與厚度為2μπι至ΙΟμπι(包括兩端)的液晶層相比是足夠薄的。因此，沿與襯底600基本平行的方向(水平方向)產(chǎn)生電場。液晶的取向采用本電場來控制。借助于沿與襯底大致平行的方向的電場來水平旋轉液晶分子。在這種情況下，由于液晶分子在任何狀態(tài)中水平地排列，所以對比度等受到視角影響更??；因此增加視角。另外，能夠改進孔徑比，因為第一像素電極607和像素電極層7Μ是透光電極。接下來描述水平電場模式的液晶顯示裝置的另一示例。圖31和圖32示出IPS模式的液晶顯示裝置的像素結構。圖32是平面圖，并且沿圖32的線V-W所截取的截面結構如圖31所示。下面將參照這兩個附圖來提供描述。圖31中，對襯底601重疊在其上形成了 TFT 6 和與其連接的像素電極層擬4的襯底600上，并且將液晶注入襯底之間。對襯底601提供有著色膜636、平面化膜637等。 注意，對電極沒有設置在對襯底601側上。液晶層650在襯底600與對襯底601之間隔著取向膜646和648來形成。實施例1中所述的公共電位線609和TFT 628在襯底600之上形成。公共電位線 609能夠與TFT 6 的柵極布線602同時形成。按照大致以像素形狀所分隔的形狀來形成作為第一像素電極的像素電極層607。TFT 628的布線616和618在柵極絕緣膜606之上形成。布線616是視頻信號通過其中傳播的數(shù)據(jù)線，在液晶顯示面板中沿一個方向延伸，連接到TFT 628的源區(qū)或漏區(qū)， 并且用作源和漏電極其中之一。布線618用作源和漏電極中的另一個，并且連接到作為第二像素電極的像素電極層624。絕緣膜620在布線616和618之上形成，并且絕緣膜696在絕緣膜620之上形成。 在接觸孔623中連接到布線618的像素電極層6 在絕緣膜696之上形成，其中接觸孔623 在絕緣膜620和絕緣膜696中形成。像素電極層6M使用與實施例5中所述的像素電極層 4030相似的材料來形成。如圖32所示，像素電極層6M形成為使得像素電極層624以及與公共電位線609同時形成的梳狀電極能夠產(chǎn)生水平電場。此外，像素電極層624的梳狀部分以及與公共電位線609同時形成的梳狀電極形成為使得沒有相互重疊。在施加到像素電極層624的電位與施加到公共電位線609的電位之間產(chǎn)生電場時，液晶的取向采用本電場來控制。借助于沿與襯底大致平行的方向的電場來水平旋轉液晶分子。在這種情況下，由于液晶分子在任何狀態(tài)中水平地排列，所以對比度等受到視角影響更??；因此增加視角。這樣，TFT 628以及與其連接的像素電極層6M在襯底600之上形成。通過將柵極絕緣膜606設置在公共電位線609與電容器電極615之間，來形成存儲電容器。電容器電極615通過接觸孔633連接到像素電極層624。接下來將描述TN模式中的液晶顯示裝置的一種模式。圖33和圖34示出TN模式中的液晶顯示裝置的像素結構。圖34是平面圖。沿圖 34的線K-L所截取的截面結構如圖33所示。下面將參照這兩個附圖來提供描述。像素電極層6 經(jīng)由布線618并且通過接觸孔623連接到TFT 628。用作數(shù)據(jù)線的布線616連接到TFT 628。實施例1中所述的TFT能夠用作TFT 628。像素電極層6M使用與實施例1中所述的像素電極層427相似的材料來形成。電容器布線604能夠與TFT 628的柵極布線602同時形成。柵極絕緣膜606在柵極布線602 和電容器布線604之上形成。存儲電容器由電容器布線604、電容器電極615以及它們之間的柵極絕緣膜606來形成。電容器電極615和像素電極層6M通過接觸孔623相互連接。對襯底601設置有著色膜636和對電極層640。平面化膜637在著色膜636與對電極層640之間形成，以便防止液晶的取向失調。液晶層650在像素電極層6M與對電極層640之間形成，并且取向膜646和648設置在液晶層650與像素電極層6M和對電極層 640之間。像素電極層624、液晶層650和對電極層640相互重疊，由此形成液晶元件。此外，襯底600或者對襯底601可設置有濾色片等。起偏振片附連到與設置有薄膜晶體管的表面相對的襯底600的表面，并且起偏振片附連到與設置有對電極層640的表
41面相對的對襯底601的表面。通過上述工序，液晶顯示裝置能夠作為顯示裝置來制造。本實施例的液晶顯示裝置各具有高孔徑比。在上述液晶顯示裝置的像素部分中的薄膜晶體管使用實施例1至3的任一個中所述的薄膜晶體管的制造方法來制造的情況下，能夠抑制因相應像素的薄膜晶體管的閾值電壓的變化而引起的顯示不均勻。此外，在液晶顯示裝置的驅動器電路的薄膜晶體管使用實施例1至3的任一個中所述的薄膜晶體管的制造方法來制造的情況下，能夠縮短溝道長度而沒有引起閾值電壓的負偏移，由此能夠實現(xiàn)驅動器電路部分中的薄膜晶體管的高速操作和較低功率消耗。示 ^lJ 1在本示例中，薄膜晶體管使用作為本發(fā)明的一實施例所述的薄膜晶體管的制造方法來制造，并且將描述閾值電壓對溝道長度的依賴性的變化以及因其中重復溫度的上升和下降的第二熱處理而引起的薄膜晶體管的場效應遷移率的變化的評估結果。在本示{列中，溝道長度 L 為 3 μ m>4y m>5 μ m>6 μ m>8 μ m>10 μ m>15 μ m>20 μ m> 30 μ m、40 μ m和50 μ m的薄膜晶體管在同一襯底之上制造，并且評估根據(jù)溝道長度上的閾值電壓的變化以及因其中重復溫度的上升和下降的第二熱處理而引起的薄膜晶體管的場效應遷移率的變化。首先描述薄膜晶體管的制造方法。首先，作為基底膜，厚度為IOOnm的氧氮化硅膜通過CVD方法在玻璃襯底之上形成。作為柵電極層，厚度為150nm的鎢膜通過濺射方法在氧氮化硅膜之上形成。作為柵極絕緣層，厚度為IOOnm的氧氮化硅膜通過濺射方法在柵電極層之上形成。隨后，厚度為50nm的氧化物半導體層在包含氬和氧的氣氛(氬氧= 30sccm 15sccm)中、在下列條件下、在柵極絕緣層之上將h-Ga-Si-O基氧化物半導體層靶用于膜形成(In2O3 Ga2O3 ZnO = 1 1 1)來形成襯底與靶之間的距離為60mm， 壓力為0. 4Pa,以及直流(DC)電源為0. 5kW。隨后，對氧化物半導體層在氮氣氛中以450°C執(zhí)行熱處理1小時。為了形成源和漏電極層，鈦膜(厚度為50nm)、鋁膜(厚度為200nm)和鈦膜(厚度為50nm)的疊層通過濺射方法在氧化物半導體層之上形成。然后，蝕刻電極層以形成源和漏電極層。薄膜晶體管的溝道長度L設置為3μπι、4μπι、5μπι、6μπι、8μπι、10μπι、15μπι、 20 μ m、30 μ m、40 μ m和50 μ m，并且其溝道寬度W各設置為20 μ m。隨后，厚度為300nm的氧化硅膜通過濺射方法作為保護絕緣層來形成為使得與氧化物半導體層相接觸。此外，作為布線層，包含5wt. %的硅并且厚度為IlOnm的氧化銦-氧化錫合金(ITO)膜通過濺射方法在保護絕緣層之上形成。然后，氧化物半導體層在氮氣氛中以250°C經(jīng)過1小時熱處理。隨后，其中重復溫度的上升和下降的第二熱處理在空氣氣氛中執(zhí)行。在圖4的圖表中示出第二熱處理步驟，其中縱軸表示溫度[°C]，以及橫軸表示時間[分鐘]。如圖4 所示，在第二熱處理中，由下列期間所組成的循環(huán)重復10次20分鐘的溫度上升期間，其中溫度從25°C上升到150°C ；溫度上升期間之后的40分鐘的高溫保持期間，其中溫度保持在 150°C ；高溫保持期間之后的45分鐘的溫度下降期間，其中溫度從150°C下降到25°C ；以及溫度下降期間之后的15分鐘的低溫保持期間，其中溫度保持在25°C。
通過上述工序，溝道寬度W為20 μ m以及溝道長度L為3 μ m、4 μ m、5 μ m、6 μ m、 8 μ m、10 μ m、15 μ m、20 μ m、30 μ m、40 μ m禾口 50 μ m的薄膜晶體管在同一襯底之上形成。在第二熱處理之前和之后來測量各薄膜晶體管的電流-電壓特性；這樣，評估閾值電壓對溝道長度上的依賴性的變化以及因第二熱處理而引起的薄膜晶體管的場效應遷移率的變化。圖5A示出第二熱處理之前的薄膜晶體管的閾值電壓和場效應遷移率，以及圖5B 示出第二熱處理之后的薄膜晶體管的閾值電壓和場效應遷移率。在圖5A和圖5B中，縱軸表示閾值電壓(Vthl[V]、Vth2[V])和場效應遷移率(yFE[Cm2/Vs])，以及橫軸表示溝道長度 (L[ μ m])。在這里，使用不同的評估方法來得到閾值電壓Vthl和閾值電壓Vth2。在其中橫軸和縱軸分別表示柵極電壓(Vg[V])和漏極電流的平方根(Id"2)的圖表中，將閾值電壓Vthl定義為Vg軸與具有最高傾斜度的Id"2的外插切線的相交點。在其中橫軸和縱軸分別表示柵極電壓(Vg[V])和漏極電流的對數(shù)的圖表中，將閾值電壓Vth2定義為具有最高傾斜度的Id的外插切線與軸Iddd= 1. OXlO-12LA])的相交點。圖5A中，當溝道長度L較短時，閾值電壓Vthl和Vth2降低，并且這種趨勢在溝道長度L為20 μ m或更短時是顯著的。具體來說，當溝道長度L為10 μ m或更短時，閾值電壓 Vth2為負。相比之下，圖5B中，雖然閾值電壓Vthl和Vth2在溝道長度L減小時傾向于降低， 但是與圖5A中相比，圖5B中的降低量較小。具體來說，在溝道長度L為20 μ m或更短的區(qū)域中，圖5B的閾值電壓Vthl和Vth2的降低與圖5A相比得到抑制，并且甚至在3 μ m的最短溝道長度L的情況下，閾值電壓Vthl和Vth2高于0，這表示晶體管具有常斷特性。因此，發(fā)現(xiàn)通過溝道長度L的縮短所引起的閾值電壓的負偏移能夠通過第二熱處理來抑制。此外，場效應遷移率μ 在圖5A中大約為10. 7cm2/Vs至11. 5cm2/Vs，而場效應遷移率yFE在圖5B中增加到大約11.3cm7vs至12. 2cm7vs。因此，場效應遷移率μ FE通過第二熱處理來增加。從以上所述發(fā)現(xiàn)，當形成保護絕緣層以覆蓋包括通過第一熱處理來脫水或脫氫的氧化物半導體層的薄膜晶體管并且執(zhí)行其中溫度的上升和下降重復多次的第二熱處理時， 通過溝道長度L的縮短所引起的閾值電壓的負偏移能夠抑制。另外，還發(fā)現(xiàn)薄膜晶體管的場效應遷移率μ FE能夠通過第二熱處理來增加。示f列 2在本示例中，薄膜晶體管使用作為本發(fā)明的一實施例所述的薄膜晶體管的制造方法來制造，并且將描述因其中重復溫度的上升和下降的第二熱處理而引起的同一襯底之上的薄膜晶體管的閾值電壓的差異的變化的評估結果。在本示例中，溝道長度L為3 μ m以及溝道寬度為20 μ m的多個薄膜晶體管在同一襯底之上形成，并且評估因其中重復溫度的上升和下降的第二熱處理而引起的同一襯底之上的薄膜晶體管的閾值電壓的差異的變化。對于薄膜晶體管的制造方法，能夠參閱示例1。按照與示例1相似的方式，在第二熱處理之前和之后來測量各薄膜晶體管的電流-電壓特性；這樣，評估因第二熱處理而引起的同一襯底之上的薄膜晶體管的閾值電壓的變化。圖6A示出第二熱處理之前的薄膜晶體管的電流-電壓特性和場效應遷移率，以及圖6B示出第二熱處理之后的薄膜晶體管的電流-電壓特性和場效應遷移率。在圖6A和圖 6B中，縱軸表示漏極電流(Id[A])和場效應遷移率(yFE[Cm2/Vs])，以及橫軸表示柵極電壓 (\[V])。在這里，當漏極電壓Vd為IV和IOV時測量的漏極電流Id以及當漏極電壓Vd為 IOV時測量的場效應遷移率μ FE如圖6A和圖6B所示。圖6A中，對于第二熱處理之前的薄膜晶體管，閾值電壓低于0V，而與漏極電壓Vd 為IV還是IOV無關，并且閾值電壓在一個襯底之上改變。相比之下，圖6B中，一個襯底之上的薄膜晶體管的閾值電壓幾乎與OV相同，而與漏極電壓的值無關。因此，確認了一個襯底之上的薄膜晶體管的閾值電壓的變化通過第二熱處理來抑制。另外，從圖6A與圖6B之間的場效應遷移率μ FE的比較能夠注意到，場效應遷移率 μ FE按照與示例ι相似的方式通過第二熱處理來增加。從以上所述發(fā)現(xiàn)，當形成保護絕緣層以覆蓋包括通過第一熱處理來脫水或脫氫的氧化物半導體層的薄膜晶體管并且執(zhí)行其中溫度的上升和下降重復多次的第二熱處理時， 一個襯底之上的薄膜晶體管的閾值電壓的變化能夠抑制，并且閾值電壓能夠為OV附近的正柵極電壓。另外，還發(fā)現(xiàn)薄膜晶體管的場效應遷移率μ FE能夠通過第二熱處理來增加。示 列 3在本示例中，薄膜晶體管通過第二熱處理使用與示例1不同的方法來制造，并且將描述閾值電壓對溝道長度的依賴性的變化以及薄膜晶體管的場效應遷移率的變化的評估結果。作為示例1的第二熱處理，熱處理在比第一熱處理低的溫度下執(zhí)行，其中溫度的上升和下降重復10次。同時，在本示例中，作為第二熱處理，保持比第一熱處理低的溫度， 比第一熱處理更長時間連續(xù)執(zhí)行熱處理。由于本示例除了第二熱處理之外與示例1相似， 所以對于第二熱處理之前的過程，能夠參閱示例1。作為第二熱處理，保持比第一熱處理低的溫度，比第一熱處理更長時間連續(xù)執(zhí)行熱處理。具體來說，作為第二熱處理，重復執(zhí)行其中溫度從25°C上升到150°C的35分鐘的溫度上升期間、其中溫度保持在150°C的565分鐘的高溫保持期間以及其中溫度從150°C下降到25°C的45分鐘的溫度下降期間。通過上述工序，溝道寬度W為20 μ m以及溝道長度L為3 μ m、4 μ m、5 μ m、6 μ m、 8 μ m、10 μ m、15 μ m、20 μ m、30 μ m、40 μ m禾口 50 μ m的薄膜晶體管在同一襯底之上形成。按照與示例1相似的方式，在第二熱處理之前和之后來測量各薄膜晶體管的電流-電壓特性；這樣，評估閾值電壓對溝道長度的依賴性的變化以及因第二熱處理而引起的薄膜晶體管的場效應遷移率的變化。圖37A示出第二熱處理之前的薄膜晶體管的閾值電壓和場效應遷移率，以及圖 37B示出第二熱處理之后的薄膜晶體管的閾值電壓和場效應遷移率。在圖37A和圖37B中， 縱軸表示閾值電壓(Vthl[V]、Vth2[V])和場效應遷移率(yFE[Cm2/Vs])，以及橫軸表示溝道長度(L[ μ m])。在這里，閾值電壓Vthl和閾值電壓Vth2的定義與示例1相似。圖37A中，按照與示例1相似的方式，閾值電壓Vthl和Vth2按照溝道長度L的縮短來降低。相比之下，圖37B中，減小了按照溝道長度的縮短來降低閾值電壓Vthl和Vth2的趨勢。具體來說，在溝道長度L為20 μ m或更短的區(qū)域中，閾值電壓Vthl和Vth2的降低與圖37A 相比得到抑制，并且甚至在3 μ m的最短溝道長度L的情況下，閾值電壓Vthl和Vth2高于0，這表示晶體管具有常斷特性。因此，發(fā)現(xiàn)通過溝道長度L的縮短所引起的閾值電壓的負偏移能夠按照與示例1 相似的方式通過第二熱處理來抑制，其中保持比第一熱處理低的溫度，比第一熱處理更長時間連續(xù)執(zhí)行熱處理。另外，從圖37A與圖37B之間的比較能夠注意到，場效應遷移率μ FE通過第二熱處理來增加。從以上所述發(fā)現(xiàn)，當形成保護絕緣層以覆蓋包括通過第一熱處理來脫水或脫氫的氧化物半導體層的薄膜晶體管并且執(zhí)行其中保持比第一熱處理低的、比第一熱處理更長時間連續(xù)執(zhí)行熱處理的第二熱處理時，通過溝道長度L的縮短所引起的閾值電壓的負偏移能夠抑制。另外，還發(fā)現(xiàn)薄膜晶體管的場效應遷移率μ FE能夠通過第二熱處理來增加。本申請基于2009年9月4日向日本專利局提交的序號為2009-205328的日本專利申請以及2009年9月7日向日本專利局提交的序號為2009-206490的日本專利申請，通過引用將其完整內容結合于此。
4權利要求
1.一種半導體器件的制造方法，包括下列步驟 在具有絕緣表面的襯底之上形成柵電極層；在所述柵電極層之上形成柵極絕緣層； 在所述柵極絕緣層之上形成氧化物半導體層；在形成所述氧化物半導體層之后對所述氧化物半導體層執(zhí)行第一熱處理； 在所述氧化物半導體層之上形成源電極層和漏電極層； 在所述氧化物半導體層上形成保護絕緣層；以及在形成所述保護絕緣層之后，對所述氧化物半導體層執(zhí)行其中溫度的上升和下降重復多次的第二熱處理，其中所述第二熱處理的溫度比所述第一熱處理的溫度低。
2.如權利要求1所述的半導體器件的制造方法，其中所述第二熱處理的所述溫度在所述第二熱處理中溫度的所述上升之后下降到室ilm ο
3.如權利要求ι所述的半導體器件的制造方法，其中溫度的所述上升和下降在所述第二熱處理中重復3次至50次。
4.如權利要求1所述的半導體器件的制造方法，其中所述第二熱處理包括溫度的所述上升與所述下降之間的高溫保持期間，并且包括溫度的所述下降與所述上升之間的低溫保持期間，以及其中所述高溫保持期間和所述低溫保持期間的時間長度各大于或等于1分鐘且小于或等于60分鐘。
5.如權利要求1所述的半導體器件的制造方法，其中所述氧化物半導體層的溝道長度為20 μ m或更小。
6.如權利要求1所述的半導體器件的制造方法，其中所述第一熱處理在氮氣氛或者稀有氣體氣氛中執(zhí)行。
7.如權利要求1所述的半導體器件的制造方法，其中所述第一熱處理的所述溫度高于或等于350°C且低于或等于750°C。
8.如權利要求1所述的半導體器件的制造方法，其中所述第二熱處理在空氣氣氛、氧氣氛、氮氣氛或者稀有氣體氣氛中執(zhí)行。
9.如權利要求1所述的半導體器件的制造方法，其中所述第二熱處理的所述溫度高于或等于100°c且低于或等于300°C。
10.一種半導體器件的制造方法，包括下列步驟 在具有絕緣表面的襯底之上形成柵電極層；在所述柵電極層之上形成柵極絕緣層； 在所述柵極絕緣層之上形成氧化物半導體層；在形成所述氧化物半導體層之后對所述氧化物半導體層執(zhí)行第一熱處理； 在所述氧化物半導體層之上形成源電極層和漏電極層； 在所述氧化物半導體層上形成保護絕緣層；以及在形成所述保護絕緣層之后，對所述氧化物半導體層執(zhí)行第二熱處理， 其中所述第二熱處理的處理時間比所述第一熱處理的處理時間長，以及其中所述第二熱處理的溫度比所述第一熱處理的溫度低。
11.如權利要求10所述的半導體器件的制造方法，其中所述第二熱處理的所述處理時間大于或等于1小時且小于或等于50小時。
12.如權利要求10所述的半導體器件的制造方法， 其中所述氧化物半導體層的溝道長度為20 μ m或更小。
13.如權利要求10所述的半導體器件的制造方法，其中所述第一熱處理在氮氣氛或者稀有氣體氣氛中執(zhí)行。
14.如權利要求10所述的半導體器件的制造方法，其中所述第一熱處理的所述溫度高于或等于350°C且低于或等于750°C。
15.如權利要求10所述的半導體器件的制造方法，其中所述第二熱處理在空氣氣氛、氧氣氛、氮氣氛或者稀有氣體氣氛中執(zhí)行。
16.如權利要求10所述的半導體器件的制造方法，其中所述第二熱處理的所述溫度高于或等于100°C且低于或等于300°C。
全文摘要
一個目的是提供包括氧化物半導體膜的薄膜晶體管的結構的制造方法，其中以其形成溝道的閾值電壓為正并且盡可能接近0V。形成保護絕緣層以覆蓋包括通過第一熱處理來脫水或脫氫的氧化物半導體層的薄膜晶體管，并且執(zhí)行在比第一熱處理低的溫度下的第二熱處理，第二熱處理中溫度的上升和下降重復多次，由此能夠制造包括氧化物半導體層的薄膜晶體管，其中以其形成溝道的閾值電壓為正并且盡可能接近0V，而無需取決于溝道長度。
文檔編號H01L21/336GK102484140SQ20108003972
公開日2012年5月30日 申請日期2010年8月20日 優(yōu)先權日2009年9月4日
發(fā)明者吉富修平, 坂田淳一郎, 戶松浩之, 早川昌彥, 津吹將志, 細羽幸, 辻隆博 申請人:株式會社半導體能源研究所