半導體基板和半導體器件的制造方法

文檔序號：6922770閱讀：328來源：國知局

專利名稱：半導體基板和半導體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導體基板的制造方法。具體而言，本發(fā)明涉及半導體基板的制造方法，在該半導體基板中將單晶半導體層結(jié)合至諸如玻璃基板之類的具有絕緣表面的基板。此外，本發(fā)明涉及具有包括使用該半導體基板
的薄膜晶體管(以下稱為TFT)的電路的半導體。例如，本發(fā)明涉及以液晶顯示面板為代表的光電器件，或其上安裝了具有有機發(fā)光元件的發(fā)光顯示器件作為部件的電子器件。
注意在此說明書中，半導體器件指的是能通過利用半導體特性起作用的所有類型的器件。光電器件、半導體電路以及電子器件包括在所有半導體器件的類別中。
背景技術(shù)：
近年來，本領(lǐng)域技術(shù)人員集中關(guān)注一種利用在具有絕緣表面的基板上形成的半導體薄膜(厚度約為數(shù)納米到數(shù)百納米)來制造薄膜晶體管(TFT) 的技術(shù)。薄膜晶體管廣泛應(yīng)用于諸如IC和光電器件之類的電子器件，而且尤其期望它們作為圖像顯示器件的開關(guān)元件的迅速發(fā)展。
為了獲得高分辨率的圖像顯示，需要用于以高面積效率設(shè)置圖像顯示器件的開關(guān)元件的高分辨率光刻技術(shù)。使用了大的一次性曝光裝置、步進曝光裝置以在大面積基板上高精度地形成開關(guān)元件。
雖然大的一次性曝光裝置能一次對大面積曝光，但存在的問題是照射強度或平行度的差異很大。因此，通常使用使用了光學系統(tǒng)的步進曝光裝置。
每次通過步進曝光裝置暴露給光的區(qū)域有限。當在大于該區(qū)域的面積上執(zhí)行曝光時，需要若干次曝光。
作為通過薄切割單晶半導體坯料制造的硅晶片的替代物，已經(jīng)開發(fā)出一種稱為絕緣體上的硅(SOI基板)的半導體基板，其中在絕緣層上設(shè)置了薄單晶半導體層。已經(jīng)廣泛使用SOI基板作為制造微處理器等等時的基
板。SOI基板已經(jīng)引起關(guān)注，因為當使用SOI基板形成構(gòu)成集成電路一部
分的晶體管時，有可能減小晶體管的漏極與基板之間的寄生電容，從而使集成電路性能更高，并實現(xiàn)低功耗。
作為制造SOI基板的方法，已知使用離子注入裝置的氫離子注入分離法(例如，參見專利文獻l:美國專利No. 6,372,609)。使用離子注入裝置的氫離子注入分離法是將氫離子注入硅晶片以在離表面的預定深度處形成微泡層，并使用該微泡層作為解理面將薄硅層(SOI層)結(jié)合至另一硅晶片的方法。除了用于分離SOI層的熱處理之外，必須在氧化氣氛中執(zhí)行熱處理以在SOI層上形成氧化物膜、去除該氧化物膜、并在還原氣氛中在1000 "C到130(TC下執(zhí)行熱處理以提高結(jié)合強度。
另一方面，已經(jīng)試圖在諸如玻璃之類的絕緣基板上形成SOI層。作為在玻璃基板上形成SOI層的SOI基板的示例，已知使用離子注入裝置通過氫離子注入分離方法在具有鍍膜的玻璃基板上形成薄單晶硅層的SOI基板 (參見專利文獻2:美國專利No. 7,119,365)。而且，在此情況下，按照這樣的方式在玻璃基板上形成薄硅層(SOI層)通過向單晶硅晶片注入氫離子在離表面預定深度處形成微泡層、將玻璃基板與單晶硅晶片結(jié)合，以及使用該微泡層作為解理面來分離該硅晶片。

發(fā)明內(nèi)容
為了通過使用離子注入裝置的離子注入分離法分離硅晶片的表面層上的單晶硅層以獲得單晶硅層，需要在高于或等于卯(TC的高溫下的熱處理。然而，在為了減少基板成本而使用用于液晶面板等的玻璃基板作為支承基板、而且將單晶硅層結(jié)合至該玻璃基板以形成SOI基板的情況下，存在的問題是如此高溫下的熱處理會引起玻璃基板的翹曲。當玻璃基板翹曲時，玻璃基板與單晶硅層之間的結(jié)合強度降低。此外，還存在的問題是，應(yīng)力作用于單晶硅層上，而且不利地影響了晶體管的特性。換言之，即使在玻
璃基板上設(shè)置了單晶硅層并使用該單晶硅層制造了晶體，在常規(guī)技術(shù)下也不能獲得足夠的性能。
此外，玻璃基板的形狀為矩形，而且其大小從1990年代早期的第一代
的300x400 mm增大到了 2000年的第四代的680x880 mm或730x920 mm。
相反，半導體基板的晶片大小受限，因為半導體基板是通過切克勞斯基法(CZ法)形成20到30 cm直徑的坯料、然后用金剛石刀等切割該坯料而制造出來的，因此該切片具有約0.5到1.5 mm厚度以產(chǎn)生圓形晶片。
因此，在制造有源矩陣顯示器件的情況下，在使用大于半導體基板的玻璃基板的情況下，對單個玻璃基板使用多個半導體基板。然而，在此情況下，難以準確對準地在玻璃基板上設(shè)置多個半導體基板。
鑒于上述問題，在本發(fā)明中，執(zhí)行以下步驟以在大尺寸的玻璃基板上設(shè)置大面積的單晶硅層。在將設(shè)置有分離層的多個矩形單晶半導體基板對齊在偽基板上、并通過低溫凝結(jié)劑臨時固定到偽基板上之后，將多個單晶半導體基板結(jié)合到作為支承基板的玻璃基板；將溫度升高至該低溫凝結(jié)劑不具有結(jié)合效果的溫度，以隔離偽基板與單晶半導體基板；執(zhí)行熱處理以
沿著各個分離層的邊界分離單晶半導體基板的部分；以及在玻璃基板上設(shè) 置單晶半導體層。
通過使用單個母玻璃基板和多個半導體基板，有可能制造比半導體基板面積更大的顯示部分，并進行具有顯示部分的半導體器件的大規(guī)模生產(chǎn)。

在附圖中
圖1A到1D是示出用于制造本發(fā)明的實施方式1中的SOI基板的方法的截面圖2A到2D是示出用于制造本發(fā)明的實施方式1中的SOI基板的方法的截面圖3是示出本發(fā)明的實施方式1中薄片在支承基板上的排列的視圖；圖4A和4B是示出本發(fā)明的實施方式1中的裝置和過程的視圖；圖5A到5D是示出用于制造本發(fā)明的實施方式2中的SOI基板的方法的截面圖；圖6A到6D是示出用于制造本發(fā)明的實施方式2中的SOI基板的方法的截面圖7A和7B是分別示出本發(fā)明的實施方式3中的半導體器件的結(jié)構(gòu)的
俯視圖和截面圖8是示出本發(fā)明的實施方式3中的半導體器件的結(jié)構(gòu)的截面圖9A到9D是分別示出本發(fā)明的實施方式4中的發(fā)光元件的元件結(jié)構(gòu)
的視圖IOA和10B是分別示出本發(fā)明的實施方式5中的使用液晶元件的半
導體器件的結(jié)構(gòu)的俯視圖和截面圖；以及
圖IIA到11C是分別示出本發(fā)明的實施方式6中的電子器件的視圖。
實施本發(fā)明的最佳方式實施方式
以下將參照附圖描述本發(fā)明的實施方式。 [實施方式1]
本實施方式以下將描述一種用于制造半導體基板(SOI基板)的方法，其中在絕緣基板上設(shè)置單晶半導體層。
圖1A到1D和圖2A到2D分別示出用于制造本實施方式中的SOI基板的方法。首先，如圖1A所示，在半導體基板200上形氧氮化硅(silicon oxynitride)層201,該半導體基板200例如是5英寸硅晶片。技術(shù)人員可適當設(shè)置氧氮化硅層201的厚度，而且該厚度可以是10到500 nm (優(yōu)選10 到150nm)。氧氮化硅層201將起到為SOI基板設(shè)置的絕緣層的一部分的作用。注意可通過諸如等離子體CVD法或低壓CVD法之類的CVD法、濺射法等形成氧氮化硅層201。當將單晶硅基板用作半導體基板200時，利用通過在包含氧氣的氣體氛圍中等離子體放電而產(chǎn)生的氧自由基(還存在其中包括OH自由基的情況)對該單晶硅基板的表面進行處理，并利用通過在包含氮氣的氣體氛圍中等離子體放電而產(chǎn)生的氮自由基(還存在其中包括NH自由基的情況)對該單晶硅基板的表面進行處理。因此，可在半導體基板200上形成氧氮化硅層201。設(shè)置該氧氮化硅層201，從而可提高稍后結(jié)合單晶硅基板與支承基板時的結(jié)合強度。注意當不存在結(jié)合強度問題時，不一定要設(shè)置該氧氮化硅層201。
然后在氧氮化硅層201上形成氮氧化硅(silicon nitride oxide)層202。
因此，當支承基板是玻璃基板之類的基板時，可防止諸如Na之類的來自支承基板的雜質(zhì)混合到半導體層等中。技術(shù)人員可適當設(shè)置氮氧化硅層202 的厚度，而且該厚度可以是10到500 nm (優(yōu)選10到200nm)。氮氧化硅層202將起到為SOI基板設(shè)置的絕緣層的一部分的作用。注意可通過諸如等離子體CVD法或低壓CVD法之類的CVD法、濺射法等形成氮氧化硅層 202。優(yōu)選在不暴露給空氣的情況下連續(xù)堆疊氧氮化硅層201和氮氧化硅層 202，以防止雜質(zhì)混合于其中?？砂葱柽m當?shù)卦O(shè)置氮氧化硅層202，而且不一定要設(shè)置該層。此外，雖然示出了在氧氮化硅層201上形成氮氧化硅層 202的示例，但可反轉(zhuǎn)該堆疊順序。此外，可在氧氮化硅層201與氮氧化硅層202之間設(shè)置氮化硅層。
注意氧氮化硅層表示含氧比含氮多的層，而且在使用盧瑟福背散射質(zhì) 譜測量(RBS)和氫前繞射(HFS)進行測量的情況下，氧氮化硅層包括濃度范圍分別為50%到70%原子百分數(shù)、0.5%到15%原子百分數(shù)、25%到 35%原子百分數(shù)以及0.1%到10%原子百分數(shù)的氧、氮、硅以及氫。此外，氮氧化硅層表示含氮比含氧多的層，而且在使用RBS和HFS進行測量的情況下，氮氧化硅層包括濃度范圍分別為5。％到30%原子百分數(shù)、20%到55 %原子百分數(shù)、25%到35%原子百分數(shù)以及10%到30%原子百分數(shù)的氧、氮、硅以及氫。注意氮、氧、硅以及氫的百分比落在以上給出的范圍中，其中氧氮化硅層或氮氧化硅層中包含的總原子數(shù)量被定義為100%原子百分數(shù)。
接著，在氮氧化硅層202上形成第一結(jié)合層203。氧化硅層適合于該第一結(jié)合層203。具體而言，通過化學氣相沉積使用有機硅烷氣體形成的氧化硅層是優(yōu)選的?？墒褂玫挠袡C硅烷氣體的示例包括諸如四乙氧基硅烷、四甲基硅垸、四甲基環(huán)四硅氧烷、八甲基環(huán)四硅氧垸、六甲基二硅氮烷、三乙氧基硅垸或三二甲基氨基硅烷之類的含硅化合物。替代地，當將單晶半導體基板用作半導體基板200時，可將通過在高溫下對單晶半導體基板進行熱處理而形成的熱氧化物層或化學氧化物用作第一結(jié)合層203。例如，可通過使用雙氧水處理單晶半導體基板的表面形成化學氧化物。形成化學氧化物以反映單晶半導體基板的表面的平整度，這是優(yōu)選的，因為當單晶半導體基板平坦時，化學氧化物也是平坦的。
第一結(jié)合層203具有光滑和有活性的表面。第一結(jié)合層203的厚度被設(shè)置為1到600 nm，優(yōu)選5到500 nm，更優(yōu)選5到200 nm。在這樣的厚度下，有可能使在其上形成了第一結(jié)合層203的表面的表面粗糙度平滑，還確保第一結(jié)合層203的表面的平滑度。此外，設(shè)置了第一結(jié)合層203，因此能緩輕彼此結(jié)合的支承基板與單晶半導體層(SOI層)之間的畸變。在稍后的步驟中將SOI層結(jié)合至具有絕緣性質(zhì)的基板或具有絕緣表面的支承基板時，可通過在支承基板與SOI層的一個或兩個結(jié)合面上設(shè)置由氧化硅層構(gòu)成的第一結(jié)合層203將支承基板與SOI層牢固地結(jié)合到一起，該氧化硅層優(yōu)選為熱氧化物層、使用雙氧水處理用作半導體基板200的單晶半導體基板的表面而形成的氧化硅層、或使用有機硅垸作為原材料形成的氧化硅層。注意當不存在結(jié)合強度問題時，不一定要設(shè)置第一結(jié)合層203。
然后，如圖1B所示，研磨或切割半導體基板200、氧氮化硅層201、氮氧化硅層202以及第一結(jié)合層203。研磨或切割半導體基板200，從而將它加工成矩形形狀以提供薄片206。注意矩形形狀包括正方形和矩形，除非另外指明。雖然此實施方式描述了在形成第一結(jié)合層203之后將半導體基板200加工成矩形形狀的示例，但本發(fā)明不限于此。可在形成氧氮化硅層 201之前將半導體基板200加工成矩形形狀。替代地，可在形成第一結(jié)合層 203之前將半導體基板200加工成矩形形狀。
具體而言，為了將該半導體基板加工成矩形形狀，使用包括金剛石輪或金屬輪的研磨裝置或切割裝置將該半導體基板研磨以提供矩形薄片206。例如，當將5英寸晶片加工成矩形形狀以提供薄片206時，具有5英寸對角線的矩形可以是最大面積。優(yōu)選該矩形薄片的面積與步進曝光裝置的一次曝光的曝光面積幾乎相同。
然后，利用離子摻雜裝置用經(jīng)過電場加速的離子輻照待輻照對象，從而離子達到離對象表面預定深度處；因此形成分離層。通過使用氫、氦或以氟為代表的鹵素輻照而形成分離層。優(yōu)選在形成分離層之前使第一結(jié)合
層203的表面充分清潔。
在此實施方式中，用氫離子輻照矩形薄片206以形成分離層208，該分離層208是含氫層，如圖1C中所示。在用氫離子輻照矩形薄片206的情況下，優(yōu)選在執(zhí)行輻照的離子中包括H+、 Eb+以及H3+離子，而且進一步包括高比例的H3+離子。利用高比例的H3+離子，可提高用氫離子進行輻照的氫注入效率，并縮短輻照時間。這樣的過程便于稍后進行的沿分離層的分離。
在用離子輻照矩形薄片206時，以高劑量執(zhí)行離子輻照；因此，存在使矩形薄片206的表面變粗糙的情況。因此，受離子輻照的表面優(yōu)選設(shè)置有針對離子輻照的厚度為50到200 nm的保護層，從而可防止該表面因為使用離子摻雜裝置的離子輻照而損傷和喪失表面平整度。注意在此實施方式中氧氮化硅層和氮氧化硅層分別起保護層的作用。
然后，如圖1D所示，將多個矩形薄片設(shè)置在偽基板209上，每一個都使用低溫凝結(jié)劑218相互固定。在此實施方式中，將MW-1 (由Eminent Supply公司制造)用作該低溫凝結(jié)劑218。 MW-1的凝結(jié)點是17°C，而且 MW-1在低于或等于凝結(jié)點的溫度下(優(yōu)選處于l(TC或更低)具有結(jié)合作用，而在高于或等于凝結(jié)點的溫度下(優(yōu)選約25"C或更高)不具有結(jié)合作用。
圖1D示出截面，示出了其中將兩個薄片設(shè)置在偽基板209上以相互固定的過程。那時，首先在低溫凝結(jié)劑218不具有結(jié)合作用的溫度下(例如約25'C或更高)，將低溫凝結(jié)劑218涂敷到與形成了多個矩形薄片206的第一結(jié)合層203的面相反的那一面上。將多個矩形薄片206按照矩陣以預定間距(例如大于或等于O.Ol mm且小于或等于1 mm)將該面向下設(shè)置在偽基板209上。因為低溫凝結(jié)劑218在此情況下不具有結(jié)合作用，能容易地執(zhí)行對齊。當確定了多個矩形薄片206的設(shè)置時，將該溫度降低至低溫凝結(jié)劑218具有結(jié)合作用的溫度(例如約5°C)，以將多個矩形薄片206 固定在偽基板209上。注意可將該低溫凝結(jié)劑218涂敷至偽基板209的表面。然后，如圖2A所示，將固定在偽基板209上的多個矩形薄片206設(shè)置成與支承基板210緊密接觸。圖2A示出在將兩個薄片設(shè)置成與支承基板 210緊密接觸之前的截面。也在低溫凝結(jié)劑218具有結(jié)合作用的溫度下(例如約5"C下)執(zhí)行此步驟。該支承基板210是具有絕緣性質(zhì)的基板或具有絕緣表面的基板，而且可使用用于電子工業(yè)的使用鋁硅玻璃、鋁硼硅玻璃或鋇硼硅玻璃的玻璃基板(也稱為"無堿玻璃基板")。換言之，可使用熱膨脹系數(shù)為從25 x 10力。C到50 x 10力。C(優(yōu)選從30 x 10力。C到40 x 10力。C) 和應(yīng)變點為從580到680°C (優(yōu)選從600到68(TC)的玻璃基板。在此實施方式中，例如，可將600x720 mm大小的玻璃基板用作支承基板210。
如圖2A所示，在支承基板210上形成氧氮化硅層204。技術(shù)人員可適當設(shè)置氧氮化硅層204的厚度，而且該厚度可以是10到500 nm (優(yōu)選10 到150nm)。氧氮化硅層204將起到為SOI基板設(shè)置的絕緣層的一部分的作用。注意可通過諸如等離子體CVD法或低壓CVD法之類的CVD法、濺射法等形成氧氮化硅層204。設(shè)置該氧氮化硅層204，從而可提高稍后結(jié)合支承基板與半導體基板時的結(jié)合強度。注意當不存在結(jié)合強度問題時，不一定要設(shè)置該氧氮化硅層204。
然后在氧氮化硅層204上形成氮氧化硅層205。因此，當支承基板是玻璃基板之類的基板時，可防止諸如Na之類的來自支承基板的雜質(zhì)混合到半導體層等中。技術(shù)人員可適當設(shè)置氮氧化硅層205的厚度，而且該厚度可以是10到500 nm (優(yōu)選10到200 nm)。氮氧化硅層205將起到為SOI 基板設(shè)置的絕緣層的一部分的作用。注意可通過諸如等離子體CVD法或低壓CVD法之類的CVD法、濺射法等形成氮氧化硅層205。優(yōu)選在不暴露給空氣的情況下連續(xù)堆疊氧氮化硅層204和氮氧化硅層205，以防止雜質(zhì)混合于其中。可按需設(shè)置氮氧化硅層205，而且不一定要設(shè)置該層。此外，雖然示出了在氧氮化硅層204上形成氮氧化硅層205的示例，但可反轉(zhuǎn)該堆疊順序。此外，可在氧氮化硅層204與氮氧化硅層205之間設(shè)置氮化硅層。
注意氧氮化硅層表示含氧比含氮多的層，而且在使用盧瑟福背散射質(zhì) 譜測量(RBS)和氫前繞射(HFS)進行測量的情況下，氧氮化硅層包括濃度范圍分別為50%到70%原子百分數(shù)、0.5%到15%原子百分數(shù)、25%到35%原子百分數(shù)以及0.1%到10%原子百分數(shù)的氧、氮、硅以及氫。此外，氮氧化硅層表示含氮比含氧多的層，而且在使用RBS和HFS進行測量的情況下，氮氧化硅層包括濃度范圍分別為5%到30%原子百分數(shù)、20%到55 %原子百分數(shù)、25%到35%原子百分數(shù)以及10%到30%原子百分數(shù)的氧、氮、硅以及氫。注意氮、氧、硅以及氫的百分比落在以上給出的范圍中，其中氧氮化硅層或氮氧化硅層中包含的總原子數(shù)量被定義為100%原子百分數(shù)。為了提高結(jié)合強度，可在氮氧化硅層205上形成第二結(jié)合層211。此外，優(yōu)選充分清潔被設(shè)置成緊密接觸的每一個表面以提高結(jié)合強度。接著，在將薄片206設(shè)置在支承基板210上之后，將薄片206和支承基板210相互結(jié)合。首先，當薄片206和支承基板210彼此正對以便從外面輕輕按壓它們的至少一部分時，被設(shè)置成相互緊密接觸的兩個表面之間的距離局部減小。因此，增大了范德瓦耳斯力，而且薄片206和支承基板 210因為氫鍵結(jié)合而進一步彼此吸引，從而將它們結(jié)合。此外，因為減小了被設(shè)置成在毗鄰區(qū)域中彼此緊密接觸的表面之間的距離，所以增大了范德瓦耳斯力，而且薄片206和支承基板210因為氫鍵結(jié)合而結(jié)合到一起。以此方式，擴大了范德瓦耳斯力強烈作用的區(qū)域或受氫鍵結(jié)合影響的區(qū)域，從而結(jié)合過程持續(xù)且已結(jié)合區(qū)擴展至設(shè)置成彼此緊密接觸的整個表面。考慮到支承基板210與薄片206的耐壓性，對設(shè)置成相互緊密接觸的表面垂直施加壓力以執(zhí)行按壓。此外，為了形成良好的結(jié)合，設(shè)置成相互緊密接觸的表面優(yōu)選是活性的。例如，使用原子束或離子束輻照被設(shè)置成相互緊密接觸的表面。在使用原子束或離子束輻照被設(shè)置成相互緊密接觸的表面的情況下，可使用氬氣等的惰性氣體中性原子束或惰性氣體離子束。此外，可執(zhí)行等離子體輻照或基團處理。替代地，可使用氧氣等離子體處理或用雙氧水將支承基板 210和薄片206的表面中的至少一個處理為親水性。這樣的表面處理便于不同類型的材料即使在低于40(TC下的結(jié)合。接著，如圖2B所示，將溫度升高至低溫凝結(jié)劑218不具有結(jié)合作用的溫度(例如約25。C或更高)，以將偽基板209與薄片206分離，并通過揮發(fā)去除低溫凝結(jié)劑218。注意可通過清洗去除該低溫凝結(jié)劑218。
接著，執(zhí)行熱處理。例如，在20(TC下執(zhí)行熱處理2小時之后，在650 t:下執(zhí)行另一熱處理2小時。這里，分離層208中的微孔通過此熱處理發(fā) 生變化。因此，分離層中出現(xiàn)畸變，從而作為半導體基板的薄片206變得沿分離層208部分易碎。作為熱處理，可執(zhí)行使用爐的熱處理或用激光束輻照的熱處理。在執(zhí)行用激光束輻照的熱處理的情況下，可通過支承基板加熱薄片206。此外，可通過激光束輻照修復氫離子輻照產(chǎn)生的損傷。
對于激光束，可使用以受激準分子激光器為代表的氣體激光器或以 YAG激光器為代表的固態(tài)激光器作為光源。激光束的波長優(yōu)選在從紫外波長到近紅外光波長的范圍內(nèi)，而且使用了 190到1600 nm的波長。優(yōu)選通過光學系統(tǒng)會聚來自光源的激光束以將它處理成矩形或線性形狀，而且可通過在待輻照的表面上掃描該激光束來執(zhí)行輻照。替代地，對于相似對象可使用鹵素燈、氙燈等執(zhí)行閃光燈退火。
如圖2C所示，通過上述熱處理將半導體基板的部分212沿分離層的邊界(也稱為解理面)或在分離層208的上界面或下界面處與支承基板210 分離。以此方式，在支承基板210上以預定間距217按順序形成了第三結(jié) 合層213、氮氧化硅層202、氧氮化硅層201以及單晶半導體層214的矩形薄片狀疊層。該間距217優(yōu)選大于或等于0.01 mm且小于或等于1 mm。該單晶半導體層214也可被稱為SOI層。此外，具有SOI層的支承基板可稱為SOI基板。注意第一結(jié)合層203和第二結(jié)合層211被設(shè)置成緊密接觸以彼此結(jié)合的區(qū)域稱為第三結(jié)合層213。
注意在將半導體基板的部分212與支承基板210分離之前，優(yōu)選沿分離層內(nèi)的邊界或在分離層的上界面或下界面處形成起動器，以便容易地執(zhí) 行分離。具體而言，執(zhí)行處理以選擇性地(部分)降低分離層與SOI層之間的結(jié)合強度，從而減少分離缺陷并提高生產(chǎn)率。作為典型的處理，對薄片206施加局部壓力沖擊，用激光束或切割器在支承基板210中向分離層形成溝槽，或用激光束或切割器在薄片206中向分離層形成溝槽。
在如圖2C所示地在支承基板上形成SOI層之后，優(yōu)選執(zhí)行化學機械拋光(CMP)處理作為SOI層的表面的平坦化處理。替代地，在不使用CMP處理的情況下可使用激光束來輻照SOI層的表面。注意優(yōu)選在氧氣濃度小
于或等于10ppm的氮氣環(huán)境中執(zhí)行該激光束輻照。這是因為考慮到當在氧氣環(huán)境中執(zhí)行激光束輻照時，可能會使SOI層的表面粗糙?？蓤?zhí)行諸如CMP 之類的處理以將獲得的SOI層減薄。
最后，如圖2D所示，使用普通光刻技術(shù)將單晶半導體層214形成圖案以形成島狀半導體層215。注意光刻技術(shù)指的是其中形成抗蝕劑、使用掩模板執(zhí)行曝光、執(zhí)行顯影然后使用獲得的抗蝕劑掩模進行選擇性蝕刻的技術(shù)。在此實施方式中，例如，可使用步進曝光裝置對每個薄片執(zhí)行一次曝光。
在以下步驟中，可使用該島狀半導體層215通過常規(guī)步驟制造半導體器件。
注意可根據(jù)用途適當?shù)卮_定矩形薄片206的大小。圖3示出了支承基板上的薄片的設(shè)置。例如，在將730x920mm大小的玻璃基板用作支承基板 210，而且通過上述方法在其上設(shè)置了 SOI層的情況下，可將數(shù)量為7x6的矩形薄片206的大小設(shè)置為100x150 mm，間距217設(shè)置為1 mm。在此情況下，例如，可從8英寸硅晶片切出矩形薄片。在680x880 mm大小的玻璃基板的類似情況下，可將數(shù)量為6x7的矩形薄片206的大小設(shè)置為 100x120 mm，間距設(shè)置為約1 mm。
為了獲得5x5英寸大小的矩形薄片，可從6英寸晶片或8英寸晶片切出該矩形薄片。注意在從8英寸晶片切出矩形薄片的情況下，該矩形薄片具有四個角；然而，在從6英寸晶片切出矩形薄片的情況下，因為晶片大小的稍稍缺乏，該矩形薄片具有無角的四個圓角。
這里，參照圖4A和4B描述了在以下步驟中使用的裝置的示例在分離層208形成之后將矩形薄片206固定至偽基板209的步驟；將矩形薄片 206結(jié)合至支承基板210的步驟；以及在支承基板210上形成單晶半導體層 214的步驟。
在圖4A中，將偽基板209保持于偽基板保持單元11中，并將低溫凝結(jié)劑涂敷到偽基板209的上表面。此時，在該低溫凝結(jié)劑218不具有結(jié)合作用的溫度下執(zhí)行該低溫凝結(jié)劑218的涂敷。
隨后，通過薄片傳輸單元13將儲存在薄片儲存單元12中的形了分離層208之后的矩形薄片206 (圖1A到1C的步驟之后的薄片)按照矩陣以期望間距設(shè)置在偽基板209上。在低溫凝結(jié)劑218不具有結(jié)合作用的情況下執(zhí)行此操作；因此能容易地執(zhí)行對齊。
當完成了所有薄片206的設(shè)置時，將溫度降低至低溫凝結(jié)劑218具有結(jié)合作用的溫度。在將多個薄片206固定在偽基板209上之后，使偽基板保持單元11滑動以將薄片206移動至支承基板保持單元14下方。
將進行了必要的表面處理的支承基板210保持在支承基板保持單元14 中。當將支承基板保持單元14向下移動時，在偽基板209上形成的薄片206 和支承基板210彼此結(jié)合(圖4B)。
然后，在保持支承基板210與偽基板209上的薄片206結(jié)合的情況下，使上部和下部反轉(zhuǎn)，從而偽基板209來到上部。在此狀態(tài)下，將溫度升高至低溫凝結(jié)劑218不具有結(jié)合作用的溫度，以分離偽基板209。通過揮發(fā)或在必要時通過清洗去除低溫凝結(jié)劑218。
最后，通過熱處理將薄片的半導體基板的部分212沿分離層內(nèi)的邊界或在分離層208的上界面或下界面處與支承基板210分離，以形成單晶半導體層214。
通過上述步驟，在作為支承基板的大尺寸玻璃基板上設(shè)置和形成多個單晶半導體層時能容易地執(zhí)行對齊；因此能進行SOI基板的大規(guī)模生產(chǎn)。 [實施方式2]
此實施方式以下將描述用于制造SOI基板的方法，該方法與圖1A到 1D和圖2A到2D中的方法不同。
圖5A到5D和圖6A到6D示出此實施方式中用于制造SOI基板的方法。在圖5A中，通常使用p型或n型單晶硅基板(硅晶片)作為半導體基板400。
然后研磨或切割半導體基板400，從而將它加工成矩形形狀以提供薄片406。
然后，對薄片406執(zhí)行除油清洗，并去除該表面上的氧化物膜，然后執(zhí)行熱氧化。作為熱氧化，可執(zhí)行干氧化；然后，優(yōu)選執(zhí)行向氧化環(huán)境中添加了鹵素的熱于氧氣為0.5%到10%的HC1作為鹵素氣體的環(huán)境中執(zhí)行熱處理。優(yōu)選在 950到110(TC下執(zhí)行熱氧化。該處理時間是0.1到6小時，優(yōu)選為0.5到1 小時。將氧化層形成為10到1000nm厚度，優(yōu)選50到200 nm厚度。該厚度在此實施方式中為100 nm。
作為HC1的替代物，可使用從HF、 NF3、 HBr、 Cl2、 C1F3、 BC13、 F2、 Br2或二氯乙烯中選擇的一種或多種作為鹵素氣體。
當在上述溫度范圍中的溫度下執(zhí)行熱處理時，可獲得由鹵素引起的對于薄片406的消氣效應(yīng)。吸氣效應(yīng)尤其具有去除諸如金屬之類的雜質(zhì)的效果。例如，當將HC1用作囟素氣體時，包含在薄片406中的諸如金屬之類的雜質(zhì)變成揮發(fā)氯化物而揮發(fā)到空氣中，從而通過氯的作用而被去除。在其表面經(jīng)歷過化學機械拋光(CMP)處理的半導體基板400上實現(xiàn)鹵素的消氣效應(yīng)是優(yōu)選高效的。氫氣具有補償薄片406與氧化物層401之間的界面處的缺陷作用，從而降低了界面處的局部能級密度。
通過此類熱處理形成的氧化物層401可包含鹵素。當氧化物層401中包含的鹵素的處于1 x 1017原子/ci^到5 x 102Q原子/cr^的濃度時，鹵素俘獲諸如金屬之類的雜質(zhì)；因此，氧化物層401能呈現(xiàn)出阻止薄片406中包含的諸如金屬之類的雜質(zhì)引起的污染的保護膜的作用。
然后，如圖5B所示，在氧化物層401上形成阻擋層402。作為阻擋層 402，通過汽相生長法形成厚度為50到200 nm的氮化硅層或氮氧化硅層。例如，使用SiH4和NH3作為源氣通過等離子體CVD法形成氮化硅層。使用SiH4、 N20以及NH3作為源氣通過等離子體CVD法形成氮氧化硅層。阻擋層402具有阻止雜質(zhì)擴散到稍后從薄片406形成的單晶半導體層414 中的作用。此外，在形成分離層408時，阻擋層402具有防止由離子輻照引起的對薄片406的表面的損傷引起的平整度喪失的作用。注意可按需設(shè) 置、而不一定要設(shè)置阻擋層402。
然后，如圖5B所示，在阻擋層402上形成第一結(jié)合層403。優(yōu)選形成氧化硅層作為該第一結(jié)合層403。氧化硅層的厚度是10到200 nm，優(yōu)選為 10到100nm，以及更優(yōu)選為20到50nm。作為氧化硅層，優(yōu)選使用通過化學汽相沉積方法使用有機硅垸氣體形成的氧化硅層。可使用的有機硅垸氣體的示例包括諸如四乙氧基硅烷(TEOS)(化學式Si(OC2H5)4)、四甲基硅垸 (TMS)(化學式Si(CH3)4)、四甲基環(huán)四硅氧垸(TMCTS)、八甲基環(huán)四硅氧垸(OMCTS)、六甲基二硅氮烷(HMDS)、三乙氧基硅烷(化學式SiH(OC2H5)3)
或三二甲基氨基硅垸(化學式SiH(N(CH3)2)3)之類的含硅化合物。替代地，
使用硅垸氣體通過化學汽相沉積法形成氧化硅層。優(yōu)選在例如低于或等于 35(TC的溫度下通過化學汽相沉積法進行膜沉積，將在稍后形成的分離層 408在該溫度下不會發(fā)生除氣(不會使形成為第一結(jié)合層403的氧化硅層的表面粗糙或分離層408中不會產(chǎn)生裂縫的溫度)。此外，當將單晶或多晶半導體層用作半導體基板400時，在高于第一結(jié)合層403的膜形成溫度的溫度下執(zhí)行熱處理以將單晶或多晶半導體層從半導體基板分離。注意當結(jié) 合強度足夠時，不一定要設(shè)置第一結(jié)合層403。
然后，如圖5C所示，用經(jīng)過電場加速的離子輻照被第一結(jié)合層403 覆蓋的薄片406，從而在離薄片406的表面的預定深度處形成分離層408。優(yōu)選利用離子摻雜裝置執(zhí)行離子輻照?！熠?，使用摻雜裝置利用將源氣激發(fā) 成等離子體而產(chǎn)生的離子在不進行質(zhì)量分離的情況下進行輻照。至于與使用離子注入裝置執(zhí)行點順序掃描的方法不同的使用離子摻雜裝置的輻照方法，離子注入裝置能對大輻照表面執(zhí)行輻照。離子輻照在以下條件下進行加速電壓為10kV至U 100kV，優(yōu)選為30至lj 80kV;劑量為1 x 1016離子/cm2 到4xl016離子/cm2;以及束流密度為2pA/cm2或更高，優(yōu)選為5 |iA/cm2 或更高，更優(yōu)選為10iLiA/cr^或更高。該離子輻照能減少在單晶半導體層中產(chǎn)生的缺陷。
注意氧化物層401中包含的鹵素的濃度為1 x 1017原子/ci^到5 x 102() 原子/cm3，而且具有阻擋雜質(zhì)混入離子輻照的作用。在氫離子輻照中，需要考慮來自腔室的內(nèi)壁的材料或電極部分材料的重金屬元素可能會與氫離子一起被添加，而且氧化鎢層401的表面可能被污染。為減少受污染表面的影響，可通過濕法蝕刻或干法蝕刻薄薄地去除氧化物層401的表面。此外，因為在氫離子的區(qū)域之上的區(qū)域中包含了來自腔室的內(nèi)壁的材料或電極部分材料的重金屬元素，所以在薄片406的表面上形成含鹵素的氧化物層401是高效的。如果在重金屬元素被添加到氧化物層401之后執(zhí)行熱處理，則氧化物層401中的鹵素與重金屬元素反應(yīng)，因此重金屬元素不會擴散。當形成了含鹵素的氧化物層時，能實現(xiàn)使用單晶半導體層的開關(guān)元件的電性能改善，例如截止電流的降低。
注意此實施方式描述了在形成阻擋層402與第一結(jié)合層403之后形成分離層408的示例。然而，本發(fā)明不特定限于此，而可采用在形成分離層 408之后形成阻擋層402和第一結(jié)合層403的結(jié)構(gòu)。如果采用了這樣的過程，則能在不暴露給空氣的情況下連續(xù)形成阻擋層402和第一結(jié)合層403;因此，能防止鉀、鈉等或外來物的混合物產(chǎn)生的污染。
此外，描述了在將半導體結(jié)構(gòu)400加工成矩形形狀以形成薄片406之后形成氧化物層401的示例。然而，本發(fā)明不限于此，而可采用在形成氧化物層401之后將半導體基板400加工成矩形形狀的結(jié)構(gòu)。替代地，可在形成阻擋層402之前將半導體基板400加工成矩形形狀，或可在形成第一結(jié)合層403之前將半導體基板400加工成矩形形狀。
然后，如圖5D所示，將多個矩形薄片406設(shè)置在偽基板409上，每一個都使用低溫凝結(jié)劑418相互固定。在此實施方式中，將MW-K由Eminent Supply公司制造)用作該低溫凝結(jié)劑418。 MW-1的凝結(jié)點是17°C，而且 MW-1在低于或等于凝結(jié)點的溫度下(優(yōu)選處于l(TC或更低)具有結(jié)合作用，而在高于或等于凝結(jié)點的溫度下(優(yōu)選約25。C或更高)不具有結(jié)合效果。
圖5D示出截面，示出了其中將兩個薄板設(shè)置在偽基板409上以相互固定的過程。此時，首先在低溫凝結(jié)劑418不具有結(jié)合作用的溫度下(例如約25i:或更高)，將低溫凝結(jié)劑418涂敷到與形成了多個矩形薄片406的第一結(jié)合層403的面相反的那一面上。將多個矩形薄片406按照矩陣以預定間隔(例如大于或等于0.01 mm且小于或等于1 mm)將該面向下設(shè)置在偽基板409上。因為低溫凝結(jié)劑418在此情況下不具有結(jié)合作用，所以能容易地執(zhí)行對齊。當確定了多個矩形薄片406的設(shè)置時，將溫度降低至低溫凝結(jié)劑418具有結(jié)合作用的溫度(例如約5"C)，以將多個矩形薄片406 固定在偽基板409上。注意可將該低溫凝結(jié)劑418涂敷至偽基板409的表面。然后，如圖6A所示，將固定在偽基板409上的多個矩形薄片406設(shè)置成與支承基板410緊密接觸。圖6A示出在將兩個薄片設(shè)置成與支承基板 410緊密接觸之前的截面。也在低溫凝結(jié)劑418具有結(jié)合作用的溫度下(例如約5"C下)執(zhí)行此步驟。該支承基板410是具有絕緣性質(zhì)的基板或具有絕緣表面的基板，而且可使用用于電子工業(yè)的使用鋁硅玻璃、鋁硼硅玻璃或鋇硼硅玻璃的玻璃基板(也稱為"無堿玻璃基板")。換言之，可使用熱膨脹系數(shù)為從25 x 10力。C到50 x 10力。C(優(yōu)選從30 x 10力。C到40 x 10力。C) 和應(yīng)變點為從580到68(TC (優(yōu)選從600到680°C)的玻璃基板。在此實施方式中，例如，可將600x720 mm大小的玻璃基板用作支承基板410。
如圖6A所示，在支承基板410上形成氧氮化硅層404。技術(shù)人員可適當設(shè)置氧氮化硅層404的厚度，而且該厚度可以是10到500 nm (優(yōu)選10 到150nm)。氧氮化硅層404將起到為SOI基板設(shè)置的絕緣層的一部分的作用。注意可通過諸如等離子體CVD法或低壓CVD法之類的CVD法、濺射法等形成氧氮化硅層404。設(shè)置該氧氮化硅層404，從而可提高稍后結(jié)合支承基板與半導體基板時的結(jié)合強度。注意當不存在結(jié)合強度問題時，不一定要設(shè)置該氧氮化硅層404。
然后在氧氮化硅層404上形成氮氧化硅層405。因此，當支承基板是玻璃基板之類的基板時，可防止諸如Na之類的來自支承基板的雜質(zhì)混合到半導體層等中。技術(shù)人員可適當設(shè)置氮氧化硅層405的厚度，而且該厚度可以是10到500 nm (優(yōu)選10到200 nm)。氮氧化硅層405將起到為SOI 基板設(shè)置的絕緣層的一部分的作用。注意可通過諸如等離子體CVD法或低壓CVD法之類的CVD法、濺射法等形成氮氧化硅層405。優(yōu)選在不暴露給空氣的情況下連續(xù)堆疊氧氮化硅層404和氮氧化硅層405，以防止雜質(zhì)混合于其中。可按需適當?shù)卦O(shè)置氮氧化硅層405，而且不一定要設(shè)置該層。此外，雖然示出了在氧氮化硅層404上形成氮氧化硅層405的示例，但可反轉(zhuǎn)該堆疊順序。此外，可在氧氮化硅層404與氮氧化硅層405之間設(shè)置氮化硅層。
注意氧氮化硅層表示含氧比含氮多的層，而且在使用盧瑟福背散射質(zhì) 譜測量(RBS)和氫前繞射(HFS)進行測量的情況下，氧氮化硅層包括濃度范圍分別為50%到70%原子百分數(shù)、0.5%到15%原子百分數(shù)、25%到 35%原子百分數(shù)以及0.1%到10%原子百分數(shù)的氧、氮、硅以及氫。此外，氮氧化硅層表示含氮比含氧多的層，而且在使用RBS和HFS進行測量的情況下，氮氧化硅層包括濃度范圍分別為5%到30%原子百分數(shù)、20%到55 %原子百分數(shù)、25%到35%原子百分數(shù)以及10%到30%原子百分數(shù)的氧、氮、硅以及氫。注意氮、氧、硅以及氫的百分比落在以上給出的范圍中，其中氧氮化硅層或氮氧化硅層中包含的總原子數(shù)量被定義為100%原子百分數(shù)。
為了提高結(jié)合強度，可在氮氧化硅層405上形成第二結(jié)合層411。此外，優(yōu)選充分清潔被設(shè)置成緊密接觸的每一個表面以提高結(jié)合強度。
接著，在將薄片406設(shè)置在支承基板410上之后，將薄片406和支承基板410相互結(jié)合。首先，當薄片406和支承基板410彼此正對以便從外面輕輕按壓它們的至少一部分時，被設(shè)置成相互緊密接觸的兩個表面之間的距離局部減小。因此，增大了范德瓦耳斯力，而且薄片406和支承基板 410因為氫鍵結(jié)合而進一步彼此吸引，從而使它們結(jié)合。此外，因為減小了被設(shè)置成在毗鄰區(qū)域中彼此緊密接觸的表面之間的距離，所以增大了范德瓦耳斯力，而且薄片406和支承基板410因為氫鍵結(jié)合而結(jié)合到一起。以此方式，擴大了范德瓦耳斯力強烈作用的區(qū)域或受氫鍵結(jié)合影響的區(qū)域，從而結(jié)合過程持續(xù)且已結(jié)合區(qū)擴展至設(shè)置成彼此緊密接觸的整個表面。考慮到支承基板410與薄片406的耐壓性，對設(shè)置成相互緊密接觸的表面垂直施加壓力以執(zhí)行按壓。
此外，為了形成良好的結(jié)合，優(yōu)選設(shè)置成相互緊密接觸的表面是活性的。例如，使用原子束或離子束輻照被設(shè)置成相互緊密接觸的表面。在使用原子束或離子束輻照被設(shè)置成相互緊密接觸的表面的情況下，可使用氬氣等惰性氣體的中性原子束或惰性氣體離子束。此外，可執(zhí)行等離子體輻照或基團處理。替代地，可使用氧氣等離子體處理或用雙氧水將支承基板 410和薄片406的表面中的至少一個處理為親水性。這樣的表面處理便于不同類型的材料即使在低于40(TC下的結(jié)合。
接著，如圖6B所示，將溫度升高至低溫凝結(jié)劑418不具有結(jié)合效果的溫度(例如約25匸或更高)，以分離偽基板409，并通過揮發(fā)去除低溫凝結(jié)劑418。注意可通過清洗去除該低溫凝結(jié)劑418。
接著，執(zhí)行熱處理。例如，在20(TC下執(zhí)行熱處理2小時之后，在650 'C下執(zhí)行另一熱處理2小時。這里，分離層408中的微孔通過此熱處理發(fā) 生變化。因此，分離層中出現(xiàn)畸變，從而作為半導體基板的薄片406變得沿分離層408部分易碎。作為熱處理，可執(zhí)行使用爐的熱處理或用激光束輻照的熱處理。在執(zhí)行用激光束輻照的熱處理的情況下，可通過支承基板加熱薄片406。此外，可通過激光束輻照修復氫離子輻照產(chǎn)生的損傷。
如圖6C所示，通過上述熱處理將半導體基板的部分412沿分離層內(nèi)的邊界或在分離層408的上界面或下界面處與支承基板410分離。在支承基板410上按順序形成第三結(jié)合層413、阻擋層402、氧化物層401以及單晶半導體層414的疊層。該單晶半導體層214也可被稱為SOI層。此外，具有此SOI層的支承基板可稱為SOI基板。注意第一結(jié)合層403和第二結(jié)合層411被設(shè)置成緊密接觸以彼此結(jié)合的區(qū)域稱為第三結(jié)合層413。
注意在將半導體基板的部分412與支承基板410分離之前，優(yōu)選沿分離層內(nèi)的邊界或在分離層的上界面或下界面處形成起動器，以便容易地執(zhí) 行分離。
在如圖6C所示地在支承基板上形成SOI層之后，優(yōu)選執(zhí)行CMP處理作為SOI層的表面的平坦化處理。替代地，可使用激光束輻照SOI層的表面。注意優(yōu)選在氧氣濃度小于或等于10ppm的氮氣環(huán)境中執(zhí)行該激光束輻照。這是因為考慮到當在氧氣環(huán)境中執(zhí)行激光束輻照時，可能會使SOI層的表面粗糙。可執(zhí)行諸如CMP之類的處理以將獲得的SOI層減薄。
最后，如圖6D所示，使用光刻技術(shù)將單晶半導體層414形成圖案以形成島狀半導體層415。
注意可將本實施方式與實施方式1自由組合。還可在本實施方式中使用在實施方式1中描述的圖4A的裝置。
注意可根據(jù)用途適當?shù)卮_定矩形薄片406的大小。例如，在將 730x920mm大小的玻璃基板用作支承基板410，而且通過上述方法在其上設(shè)置了 SOI層的情況下，可將數(shù)量為7x6的矩形薄片406的大小設(shè)置為100x150 mm，間距如實施方式1中描述的那樣設(shè)置為1 mm。在此情況下，例如，可從8英寸硅晶片切出矩形薄片。在680x880 mm大小的玻璃基板的類似情況下，可將數(shù)量為6x7的矩形薄片406的大小設(shè)置為100x120 mm，間距設(shè)置為約1 mm。
通過上述步驟，在作為支承基板的大尺寸玻璃基板上設(shè)置和形成多個單晶半導體層時，能容易地執(zhí)行對齊；因此能進行SOI基板的大規(guī)模生產(chǎn)。
本實施方式將描述使用根據(jù)實施方式1或2在支承基板上形成的多個單晶半導體層制造半導體器件的示例。
可通過應(yīng)用本發(fā)明形成具有發(fā)光元件的半導體器件，而且該發(fā)光元件通過底發(fā)光、頂發(fā)光或雙發(fā)光中的任一方式發(fā)光。參照圖7A和7B以及圖 8，本實施方式描述了以高生產(chǎn)率制造半導體器件的方法的示例，其中將具有顯示功能的半導體器件(也稱為顯示器件或發(fā)光器件)制造為具有高性能和高可靠性的底發(fā)光、雙發(fā)光或頂發(fā)光半導體器件。
圖7A和7B示出本實施方式中的半導體器件的結(jié)構(gòu)。圖7A是半導體器件的平面圖，而圖7B是沿圖7A的線E-F所取的截面圖。在圖7A和7B 中分別示出了附連有FPC 694的外部端子連接區(qū)632、連接區(qū)655、外圍驅(qū) 動器電路區(qū)634以及像素區(qū)636。在外部端子連接區(qū)632中設(shè)置了連接至外部端子的端子電極層678。 FPC 694經(jīng)由各向異性導電層696和電極層685 連接至端子電極層678。在同一步驟中形成電極層685和像素電極層630。在連接區(qū)655中，第二電極689連接至下層中的引線。
首先，在支承基板600上形成島狀單晶半導體層，該支承基板600是根據(jù)實施方式1的玻璃基板。注意因為在實施方式1中描述了該方法的細節(jié)，所以這里省略了這些細節(jié)，而且簡略地描述該方法。
這里，制備其上形成了第一氮氧化硅層601、而且在該層601上形成了第一結(jié)合層的支承基板600。此外，制備半導體基板，在該半導體基板上形成氧氮化硅層和第二氮氧化硅層的疊層603，并在該疊層上形成第二結(jié)合層。注意為每個支承基板制備至少兩個半導體基板，而且將每個半導體基板加工成矩形形狀，在這些半導體基板中設(shè)置了分離層。然后，在將這些半導體基板定位在偽基板上以固定這些基板之后，將支承基板和半導體基板彼此附連，從而將第一結(jié)合層與第二結(jié)合層相互結(jié)合。當將第一結(jié)合層與第二結(jié)合層彼此結(jié)合時，它們之間的界面變得不明顯；因此在圖7B中將第一和第二結(jié)合層示為結(jié)合層604。
在分離偽基板之后，沿分離層內(nèi)的邊界或在分離層的上邊界或下邊界處分離半導體基板的一部分，以在支承基板600上形成單晶半導體層。然
后，使用光刻技術(shù)蝕刻該單晶半導體層以形成島狀單晶半導體層。如實施方式中那樣，在此實施方式中也使用了步進曝光裝置，并執(zhí)行一次曝光，因為曝光面積與一個矩形半導體基板(也稱為薄片)的面積幾乎相同。注意也可根據(jù)實施方式1確定島狀單晶半導體層的設(shè)置。
這里，描述了根據(jù)實施方式1執(zhí)行結(jié)合的示例。在根據(jù)實施方式2代替實施方式1執(zhí)行結(jié)合的情況下，在結(jié)合層604與單晶半導體層之間形成與單晶半導體層緊密接觸的含鹵素的熱氧化物層。
然后，形成覆蓋島狀單晶半導體層的柵絕緣層607?？赏ㄟ^等離子體 CVD法、濺射法等等形成厚度為10到150nm的含硅的絕緣膜作為該柵絕緣層607。該柵絕緣層607可通過以氮化硅、氧化硅、氧氮化硅或氮氧化硅為代表的諸如硅的氧化物材料或氮化物材料之類的材料形成，而且可具有疊層結(jié)構(gòu)或單層結(jié)構(gòu)。此外，該柵絕緣層607可以是包括氮化硅膜、氧化硅膜以及氮化硅膜的三層的疊層。優(yōu)選使用具有致密膜質(zhì)量的氮化硅膜。在單晶半導體層與柵絕緣層607之間形成厚度為1到100 nm、優(yōu)選為1到 10 nm、更優(yōu)選為2到5 nm的薄氧化硅膜。作為該薄氧化硅膜，通過GRTA 法、LRTA法等等氧化單晶半導體層的表面以形成可使用的熱氧化物膜。注意反應(yīng)氣體中包含了諸如氬之類的稀有氣體元素，因此可將該稀有氣體元素混合在形成的絕緣膜中，而且能在低成膜溫度下形成柵極漏電流更低的致密絕緣膜。
接著，在柵絕緣層607上堆疊厚度為20到100 nm的第一導電膜和厚度為100到400 nm的第二導電膜，該第一導電膜和第二導電膜共同起柵電極層或連接電極的作用?？赏ㄟ^濺射法、蒸發(fā)法、CVD法等形成第一導電膜和第二導電膜。第一導電膜和第二導電膜可由從鉭(Ta)、鎢(W)、這些元素中的任一種作為其主要組分的合金或化合物中選擇的元素組成。還可使用通過諸如磷之類的雜質(zhì)元素摻雜的以多晶硅膜為代表的半導體膜或通過AgPdCu合金形成的膜作為第一導電膜和第二導電膜。不限于該兩層結(jié)構(gòu)，例如，還可采用三層結(jié)構(gòu)，其中按順序堆疊了作為第一導電膜的厚度為50 rnn的鎢膜、作為第二導電膜的厚度為500 nm的鋁一硅合金
(Al-Si)以及作為第三導電膜的厚度為30 nm的氮化鈦膜。在三層結(jié)構(gòu)的情況下，可使用氮化鎢膜代替鎢膜作為第一導電膜；可使用鋁一鈦合金
(Al-Ti)膜代替鋁一硅合金(Al-Si)膜作為第二導電膜；或可使用鈦膜代替氮化鈦膜作為第三導電膜。注意還可采用單層結(jié)構(gòu)。
然后，使用光刻法形成抗蝕劑掩模，并將第一導電膜和第二導電膜中的每一個加工成期望形狀。可通過感應(yīng)耦合等離子體(ICP)蝕刻法進行蝕刻，并按需調(diào)節(jié)蝕刻條件(施加給環(huán)形電極層的電功率量、施加給基板一側(cè)上的電極層的電功率量、基板一側(cè)上的電極溫度等)以使第一導電膜和第二導電膜分別具有期望錐形形狀。作為蝕刻氣體，在適當時可使用以Cl2、 BC13、 SiCl4、 CCU等為代表的氯基氣體、以CF4、 SF6、 NF3等為代表的氟基氣體或02。在此實施方式中，使用含CF4、 Cl2以及02的蝕刻氣體蝕刻
第二導電膜，并使用含CF4和Cl2的蝕刻氣體連續(xù)蝕刻第一導電膜。
然后，利用在上述蝕刻過程中使用的同一掩模作為抗蝕劑掩模，進一步處理第二導電膜以使其具有大于第一導電膜的側(cè)表面的錐角的錐角。在此實施方式中，使用Cl2、 SF6以及02作為用于形成具有錐形形狀的導電層的蝕刻氣體。利用錐形形狀，提高了其上堆疊的膜的覆蓋率并減少了缺陷；因此提高了可靠性。因此，形成了具有如圖7A和7B所示形狀的電極，即形成了其中在第一導電膜上設(shè)置了寬度小于第一導電膜的第二導電膜從而其側(cè)面具有錐形形狀的電極。在島狀單晶半導體層中的每一個上形成此電
極，而且此電極起柵電極層或用于與另一引線連接的連接電極的作用。
注意柵電極層的形狀不限于圖7A和7B中所示的形狀。該柵電極可具有單層結(jié)構(gòu)或其側(cè)壁上具有側(cè)壁的電極結(jié)構(gòu)。
然后，在使用具有錐形形狀的電極作為掩模的情況下，通過向單晶半導體層中的每一個添加賦予n型導電性的雜質(zhì)元素來形成第一n型雜質(zhì)區(qū)。在本實施方式中，使用含雜質(zhì)元素的磷烷(PH3)作為摻雜氣體進行摻雜(摻
雜氣體是經(jīng)過氫氣(H2)稀釋的PH3，而且摻雜氣體中的PH3比例是5%)。在此實施方式中，將磷(P)用作賦予n型導電性的雜質(zhì)元素。
在此實施方式中，雜質(zhì)區(qū)中與柵電極層交迭而且其間插入有柵絕緣層的區(qū)域被稱為Lov區(qū)。另外，雜質(zhì)區(qū)中與柵電極層不交迭而且其間插入有柵絕緣層的區(qū)域被稱為Loff區(qū)。在圖7A和7B中，通過陰影和空白空間(或點狀陰影)表示雜質(zhì)區(qū)。這不意味著空白空間沒有用雜質(zhì)元素摻雜，而是讓技術(shù)人員更容易理解這些區(qū)域中的雜質(zhì)元素的濃度分布反映了掩模和摻雜條件。注意對于本說明書的其它附圖也是如此。
然后，形成覆蓋晶體管673的單晶半導體層和像素部分中的晶體管677 的單晶半導體層的一部分的掩模，晶體管673和晶體管677均將是p溝道薄膜晶體管。然后，通過添加賦予n型導電性的雜質(zhì)元素形成第二n型雜質(zhì)區(qū)。在本實施方式中，使用含雜質(zhì)元素的磷烷(PH3)作為摻雜氣體進行摻雜(摻雜氣體是經(jīng)過氫氣(H2)稀釋的PH3，而且摻雜氣體中的PH3比例是5%)。該第二n型雜質(zhì)區(qū)是高濃度的n型雜質(zhì)區(qū)，它起源區(qū)或漏區(qū)的作用。通過第一導電膜摻雜的第三n型雜質(zhì)區(qū)是起低摻雜漏(LDD)區(qū)作用的低濃度雜質(zhì)區(qū)。第三n型雜質(zhì)區(qū)是Lov區(qū)，它能減輕漏極附近的電場并抑制由熱載流子引起的導通電流的降低。
然后去除該抗蝕劑掩模，并形成覆蓋將成為n溝道薄膜晶體管的晶體管674和675的單晶半導體層的抗蝕劑掩模。然后，通過添加賦予p型導電性的雜質(zhì)元素形成p型雜質(zhì)區(qū)。在此實施方式中，將硼(B)用作賦予p 型導電性的雜質(zhì)元素。使用含雜質(zhì)元素的乙硼烷(B2H6)作為摻雜氣體進行摻雜(摻雜氣體是經(jīng)過氫氣(H2)稀釋的B2H6，而且摻雜氣體中的B2H6 比例是15%)。該p型雜質(zhì)區(qū)是高濃度的p型雜質(zhì)區(qū)，它起源區(qū)或漏區(qū)的作用。
然后，通過02灰化或使用抗蝕劑剝離溶液去除該抗蝕劑掩模。之后，可形成絕緣膜，即所謂的側(cè)壁以覆蓋柵電極層的側(cè)表面。該側(cè)壁可由通過等離子體CVD法或低壓CVD (LPCVD)法形成的具有硅的絕緣膜形成。可進行熱處理、強光輻照或激光束輻照以激活雜質(zhì)元素。在激活的同時，能恢復對柵絕緣層的等離子體損傷和對柵絕緣層與單晶半導體層之間的界面的等離子體損傷。
接著，形成覆蓋具有兩層結(jié)構(gòu)的電極層和柵絕緣層607的第一層間絕
緣層。在本實施方式中，采用了絕緣膜667和668的層疊結(jié)構(gòu)。形成100 nm 厚的氮氧化硅層作為絕緣膜667，且形成900 nm厚的氧氮化硅膜作為絕緣膜668。在本實施方式中，通過等離子CVD法連續(xù)形成絕緣膜667和668。絕緣膜667和668不限于上述膜。絕緣膜667和668可以是氮化硅膜、氮
氧化硅膜、氧氮化硅膜或通過濺射法或等離子體法形成的氧化硅膜?？刹?用單層結(jié)構(gòu)或使用另一絕緣膜的三層或多層的疊層結(jié)構(gòu)。
可替代地使用氮化鋁(A1N)膜、氧氮化鋁(A10N)膜、含氮比含氧多的氮氧化鋁(A1N0)膜、氧化鋁膜、類金剛石碳(DLC)、含氮碳(CN) 膜、或含無機絕緣材料的另一種膜來形成絕緣膜667和668。替代地，可使用硅氧烷樹脂。注意該硅氧烷樹脂是包括Si-O-Si鍵的樹脂。硅氧垸具有由硅(Si)和氧(O)鍵形成的骨架結(jié)構(gòu)，而且具有至少含有氫基(例如垸基或芳香基)或氟基作為取代基的有機基。硅氧烷可能既具有至少含氫基的有機基作為取代基又具有至少含氟基的有機基作為取代基。替代地，可使用諸如聚酰亞胺、丙烯酸、聚酰胺、聚酰亞胺酰胺、抗蝕劑、苯并環(huán)丁烯或聚硅氮烷?？墒褂猛ㄟ^涂敷法形成的平膜。
接著，通過使用抗蝕劑掩模選擇性蝕刻絕緣膜667和668以及柵絕緣層607形成達到單晶半導體層的多個接觸孔(開口)。根據(jù)要使用的材料的選擇，可執(zhí)行蝕刻一次或多次。
然后，形成導電膜以覆蓋每個開口，并蝕刻該導電膜以形成與源區(qū)或漏區(qū)的一部分電連接的連接電極。
可通過PVD法、CVD法、蒸鍍法等形成導電膜、然后將該導電膜蝕刻成期望形狀來形成各個連接電極。替代地，可通過液滴排出法、印刷法、電鍍法等在預定位置中選擇性地形成導電層。此外，可采用回流法或鑲嵌法?？墒褂弥T如Ag、 Au、 Cu、 Ni、 Pt、 Pd、 Ir、 Rh、 W、 Al、 Ta、 Mo、 Cd、 Zn、 Fe、 Ti、 Zr、或Ba、或Si或Ge、及其合金或氮化物形成各個連接電極。可替代地采用由那些材料中的任一種形成的膜的疊層結(jié)構(gòu)。在此
實施方式中，形成厚度為60nm的鈦(Ti)膜、厚度為40 nm的氮化鈦膜、厚度為700 nm的鋁膜以及厚度為200 nm的鈦(Ti)膜以獲得疊層結(jié)構(gòu)，而且將此疊層加工成期望形狀。
通過上述工藝，能制造有源矩陣基板，其中外圍驅(qū)動器電路區(qū)634包括晶體管673和晶體管674，晶體管673是具有在Lov區(qū)中的p型雜質(zhì)區(qū)的p溝道薄膜晶體管，晶體管674是具有在Lov區(qū)中的n型雜質(zhì)區(qū)的n溝道薄膜晶體管；而像素區(qū)636包括晶體管675和晶體管677，晶體管675是具有在Loff區(qū)中的n型雜質(zhì)區(qū)的多溝道型n溝道薄膜晶體管，晶體管677是p溝道薄膜晶體管。該有源矩陣基板可用于包括發(fā)光元件690的顯示器件。
注意在本實施方式中描述的用于制造半導體器件的方法可應(yīng)用于頂柵型晶體管(平坦型)、底柵型晶體管(反交錯型)、具有設(shè)置在溝道區(qū)上方和下方的兩個柵電極層(每個與溝道區(qū)之間均插入有柵絕緣膜)的雙柵型晶體管或其它結(jié)構(gòu)，而不限應(yīng)用于本實施方式中所描述的薄膜晶體管。
然后，形成絕緣膜681作為第二層間絕緣層。第二絕緣膜681可由從氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氮化鋁、氧氮化鋁(A10N)、含氮比含氧多的氮氧化鋁(A1N0)、氧化鋁、類金剛石碳(DLC)、含氮碳(CN)、磷硅玻璃(PSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)、氧化鋁、聚硅氮垸、或含無機絕緣材料的另一種物質(zhì)中選出的材料形成。替代地，可使用硅氧垸樹脂?？商娲厥褂糜袡C絕緣材料，而且可使用光敏材料或非光敏材料作為有機材料。例如，可使用聚酰亞胺、丙烯酸、聚酰胺、聚酰亞胺酰胺、抗蝕劑或苯并環(huán)丁烯。
在本實施方式中，需要設(shè)置用于平坦化的層間絕緣層，以獲得高耐熱性、高絕緣性質(zhì)以及高平整度。因此，優(yōu)選通過以旋涂法為代表的涂敷法形成絕緣膜681。
可通過使用浸漬法、噴涂法、刮片法、輥涂法、幕涂法、刀涂法、CVD法、蒸鍍法等形成絕緣膜681?？赏ㄟ^液滴排出法形成絕緣膜681。在使用液滴排出法的情況下，能節(jié)省液體材料?？墒褂妙愃朴谝旱闻懦龇ǖ脑跊]有掩模的情況下形成圖案的方法，例如印刷法(即諸如絲網(wǎng)印刷或膠版印刷之類的方法)。
接著，通過蝕刻像素區(qū)636中的絕緣膜681形成達到p溝道晶體管677的連接電極的開口，即接觸孔。
接著，形成電連接至連接電極的像素電極層630。像素電極層630起第一電極的作用，該第一電極是發(fā)光元件690中包括的兩個電極之一?？墒褂醚趸熷a、氧化鋅與氧化銦混合的氧化銦鋅(IZO)、氧化硅與氧化銦混合的導電材料、有機銦、有機錫、含氧化鎢的氧化銦、含氧化鎢的氧化銦鋅、含氧化鈦的氧化銦或含氧化鈦的氧化銦錫形成像素電極層630。
含導電大分子的導電組合物(也稱為導電聚合物)可用于像素電極層。當形成導電組合物的薄膜作為像素電極層時，該薄膜優(yōu)選具有小于或等于10000 Q/m2的薄層電阻和在550 nm波長下大于或等于70%的透光率。注意此薄膜中包括的導電大分子的電阻率優(yōu)選小于或等于O.l Q，cm。
作為導電大分子，可使用所謂的7T電子共軛的大分子。作為示例，可給
出聚苯胺及其衍生物、聚吡咯及其衍生物、聚噻吩及其衍生物、或這些材料中的兩種或多種的共聚物。
以下給出共軛導電大分子的具體示例聚吡咯，
聚(3-甲基吡咯)、聚(3-丁基吡咯)、聚(3-辛基吡咯)、聚(3-癸基吡咯)、聚(3,4-二甲基吡咯)、聚(3,4-二丁基吡咯)、聚(3-羥基吡咯)、聚(3-甲基-4羥基吡咯)、聚(3-甲氧基吡咯)、聚(3-乙氧基吡咯)、聚(3-辛氧基吡咯)、聚(3-羧基吡咯)、聚(3-甲基-4-羧基吡咯)、聚N-甲基吡咯、聚噻吩、聚(3-甲基噻吩)、聚(3-丁基噻吩)、聚(3-辛基噻吩)、聚(3-癸基噻吩)、聚(3-十二基噻吩)、聚(3-甲氧基噻吩)、聚(3-乙氧基噻吩)、聚(3-辛氧基噻吩)、聚(3-羧基噻吩)、聚(3-甲基-4-羧基噻吩)、聚(3,4-乙烯基二氧基噻吩)、聚苯胺、聚(2-甲基苯胺)、聚(2-辛基苯胺)、聚(2-異丁基苯胺)、聚(3-異丁基苯胺)、聚(2-苯胺磺酸)以及聚(3-苯胺磺酸)。
可單獨使用上述導電大分子中的任一種作為像素電極層的導電組合物。替代地，可將上述導電大分子中的任一種與添加到其中的有機樹脂一起使用，以調(diào)節(jié)諸如導電組合物的膜的強度之類的膜特性。
至于有機樹脂，只要該樹脂可與導電大分子共存、或該樹脂能被混合和散布到導電大分子中，就可使用熱固樹脂、熱塑性樹脂或光可固化樹脂。例如，可給出以下諸如聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二酯之類的聚酯基樹脂；諸如聚酰亞胺或聚酰亞胺酰胺之類的聚酰亞胺基樹脂；諸如聚酰胺6、聚酰胺6,6、聚酰胺12或聚酰胺11之類的聚酰胺樹脂；諸如聚偏二氟乙烯、聚氟乙烯、聚四氟乙烯、乙烯和四氟乙烯的共聚物或聚三氟氯乙烯之類的含氟樹脂；諸如聚乙烯醇、聚乙烯醚、聚乙烯基縮丁醛、聚乙酸乙烯酯或聚氯乙烯之類的乙烯樹脂；環(huán)氧樹脂；二甲苯樹脂；芳族聚酰胺樹脂；聚氨酯基樹脂；聚脲基樹脂、三聚氰胺樹脂；苯酚基樹脂；聚醚；丙烯酸基樹脂、或那些樹脂中的任一種的共聚物。
此外，可使用受主摻雜劑或施主摻雜劑對導電組合物摻雜，從而可能改變共軛導電大分子中的共軛電子的氧化一還原電勢，以調(diào)節(jié)該導電組合物的電導率。
可使用鹵素化合物、路易斯酸、質(zhì)子酸、有機氰基化合物、有機金屬化合物等作為受主摻雜劑。鹵素化合物的示例是氯、溴、碘、氯化碘、溴化碘以及氟化碘。路易斯酸的示例是五氟化磷、五氟化砷、五氟化銻、三氟化硼、三氯化硼以及三溴化硼。質(zhì)子酸的示例包括諸如氫氯酸、硫磺酸、硝酸、磷酸、氟硼酸、氫氟酸以及過氯酸之類的無機酸；以及諸如有機羧酸以及有機磺酸之類的有機酸。作為有機羧酸和有機磺酸，可使用上述有機羧酸化合物和有機磺酸化合物。作為有機氰化物，給出了具有處于共軛鍵的兩個或多個氰基的化合物，例如，四氰乙烯、氧化四氰乙烯、四氰基苯、四氰基醌二甲垸以及四氰基氮雜萘。
作為施主摻雜劑，可使用堿金屬、堿土金屬、季胺化合物等。將導電組合物溶解在水或有機溶劑(例如乙醇基溶劑、酮基溶劑、醚基溶劑、烴基溶劑或芳香基溶劑)中，并可通過濕法工藝形成作為像素電極層的薄膜。
溶解導電組合物的溶劑不是具體受限的。可使用溶解上述導電大分子和諸如有機樹脂之類的高分子樹脂化合物的溶劑。例如，可將導電組合物溶解于水、甲醇、乙醇、碳酸亞丙酯、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、環(huán)己酮、丙酮、甲乙酮、甲基異丁基酮或甲苯。
在如上所述將導電組合物溶解于溶劑中之后，可通過諸如涂敷法、涂膜法、液滴排出法(也稱為噴墨法)或印刷法之類的濕法工藝形成該導電組合物的膜?？赏ㄟ^熱處理烘干溶劑，或在降低的壓力下烘干溶劑。在有機樹脂是熱固樹脂的情況下，可進一步執(zhí)行熱處理。在有機樹脂是光固化樹脂的情況下，可執(zhí)行光輻照處理。
然后，形成絕緣體686，它起覆蓋像素電極層630的邊緣的隔斷壁的作用。
然后，通過蒸鍍法、噴墨法等等在像素電極層630上選擇性地形成含有機化合物的層688。 '
然后，在含有機化合物的層688上形成第二電極689。第二電極與發(fā) 光元件690的第一電極構(gòu)成一對電極。這些電極使含有機化合物(有機化合物設(shè)置在它們之間)的層688發(fā)光。
圖7A和7B中的半導體器件具有由能使發(fā)光元件690發(fā)出的光透射的透光性導電材料形成的像素電極層630和由能反射發(fā)光元件690發(fā)出的光的反射性導電材料形成的第二電極689。作為第二電極689，可使用例如鈦、鴿、鎳、金、鉑、銀、銅、鉭、鉬、鋁、鎂、鈣、鋰或那些材料的任一種的合金的導電膜，只要該材料具有反射性。優(yōu)選使用對可見光范圍內(nèi)的光具有高反射率的物質(zhì)。在此實施方式中，使用了鋁膜。
用密封基板695密封由此獲得的發(fā)光元件690。利用密封劑692將支承基板600與密封基板695結(jié)合。
注意可通過等離子體蝕刻(干法蝕刻)或濕法蝕刻執(zhí)行蝕刻工藝。等離子體蝕刻適用于加工大面積的基板。作為蝕刻氣體，可使用諸如CF4或 NF3之類的氟基氣體或諸如Cl2或BCl3之類的氯基氣體，而且在需要時還可添加諸如He或Ar之類的惰性氣體。在使用通過在常壓下放電的蝕刻工藝的情況下，可執(zhí)行局部放電，而且不一定在基板的整個表面上形成作為掩模的層。此外，可通過諸如液滴排出法之類的能選擇性地形成圖案的方法來形成構(gòu)成用作引線或電極的層、用作用于形成預定圖案的掩模的層等的導電層。液滴排出(噴射)法(根據(jù)其系統(tǒng)也稱為噴墨法)能通過選擇性地排出(噴射)針對具體目的制備的組合物的液滴形成(導電層、絕緣層等的) 預定圖案。在這樣的方法中，可在形成了圖案的區(qū)域上執(zhí)行用于控制浸潤度或粘附度的處理。替代地，可使用能不通過蝕刻工藝形成圖案的方法，例如印刷法(形成圖案的方法，諸如絲網(wǎng)印刷或膠版印刷)。
至于在光刻技術(shù)中使用的掩模，使用了諸如環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂、酚樹脂、酚醛樹脂、三聚氰胺樹脂、聚氨酯樹脂之類的樹脂材料?？墒褂?諸如苯并環(huán)丁烯、聚對二甲苯、含氟芳醚、或具有透光性質(zhì)的聚酰亞胺之類的有機材料、通過硅氧烷基聚合物等的聚合形成的化合物材料、含可水解的均聚物和可水解的共聚物的組合物材料來形成該掩模。替代地，可使用正抗蝕劑、負抗蝕劑等等。在液滴排出法的情況下，可通過例如調(diào)節(jié)溶劑的濃度或增加表面活性劑等適當?shù)卣{(diào)節(jié)所使用的任何材料的表面張力和黏度。 '
雖然圖7A和7B中的半導體器件具有光以箭頭所示方向出射的結(jié)構(gòu) (底發(fā)光)，但其結(jié)構(gòu)無特定限制，而且該半導體器件可具有其中光以與箭頭所示方向相反的方向出射的結(jié)構(gòu)(頂發(fā)光)或其中光從頂面和底面出射的雙發(fā)光結(jié)構(gòu)。
圖8示出本實施方式中的半導體器件的另一種結(jié)構(gòu)。圖8的半導體器件具有其中光以箭頭所示方向出射的結(jié)構(gòu)(頂發(fā)光)。注意雖然圖8與圖
7B之間的發(fā)光元件的電極的結(jié)構(gòu)和絕緣體686的大小不同，但其它部分相
同，因此這里省略了相同部分的描述。注意在圖8中使用了與圖7B中相同
的附圖標記。
在發(fā)光元件690的第一電極617之下形成了作為反射金屬層的布線層 624。在布線層624上形成了作為透明導電膜的第一電極617。作為布線層 624，可使用例如鈦、鎢、鎳、金、鉑、銀、銅、鉭、鉬、鋁、鎂、鈣、鋰或那些材料的任一種的合金的導電膜，只要該材料具有反射性。優(yōu)選使用
對可見光范圍內(nèi)的光具有高反射率的物質(zhì)。也可使用這些導電膜中的任一種作為第一電極617，而且在該情況下，如果不一定堆疊第一電極617和布
線層624，該第一電極617可以是沒有反射布線層624的單層。
可使用由透光導電材料組成的透明導電膜來分別形成第一電極617和第二電極689，而且具體而言，可使用含氧化鎢的氧化銦、含氧化鎢的氧化銦鋅、含氧化鈦的氧化銦或含氧化鈦的氧化銦錫等。毋需多言，也可使用氧化銦錫、氧化銦鋅、添加了氧化硅的氧化銦錫。
即使第二電極689由諸如金屬膜之類的不具有透光性質(zhì)的材料形成，如果所形成的第二電極689的厚度小(優(yōu)選約5到30 nm厚度)到能透射光，則光能通過第二電極689出射。作為可用于第二電極689的金屬薄膜，可使用由鈦、鎢、鎳、金、鉑、銀、鋁、鎂、鈣、鋰、那些材料的任一種的合金等的導電膜。
當采用了圖8中所示的頂發(fā)光結(jié)構(gòu)時，容易使孔徑比高，即容易使發(fā) 光區(qū)的面積大；因此，即使面板包括具有四個TFT的單元和具有兩個TFT 的單元，單元的發(fā)光區(qū)的面積可以是相同的。因此，能制造發(fā)光區(qū)大于實施方式1中所描述的像素結(jié)構(gòu)中的發(fā)光區(qū)的面板。
本實施方式可與實施方式1或2自由組合。
本實施方式將參照圖9A到9D描述可用于本發(fā)明的半導體器件中的顯示元件的發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)。
圖9A到9D分別示出發(fā)光元件的元件結(jié)構(gòu)，在該發(fā)光元件中，EL層 860被夾置在第一電極870與第二電極850之間。如附圖中所示，該EL層 860包括第一層804、第二層803以及第三層802。在圖9A到9D中，第二層803是發(fā)光層，而第一層804和第三層802是功能層。
第一層804具有將空穴輸運和注入第二層803的功能。第一層804中所包括的空穴注入層包含具有高空穴注入性質(zhì)的物質(zhì)。作為具有高空穴注入性質(zhì)的物質(zhì)，可使用氧化鉬、氧化釩、氧化釕、氧化鎢、氧化鎂等?；?者所述第一層804可以使用以下物質(zhì)形成酞菁(縮寫:H2Pc)或酞菁銅(縮寫CuPc)之類的酞菁化合物；芳胺化合物，例如4，4'-二[W-(4-二苯基胺基苯基)-AL苯基氨基]聯(lián)苯(縮寫DPAB)或4,4'-二(AM4-[7V-(3-甲基苯基)-iV國苯
3基氨基]苯基}-^-苯基氨基)聯(lián)苯(縮寫DNTPD);聚合物，例如聚(乙烯-二氧基噻吩)/聚(苯乙烯磺酸)(縮寫PEDOT/PSS);等等。
此外，包括有機化合物和無機化合物的組合材料可用于該空穴注入層。具體而言，包括有機化合物和相對于該有機化合物表現(xiàn)出電子接受性質(zhì)的無機化合物的組合材料在空穴注入性質(zhì)和空穴輸運性質(zhì)方面是很優(yōu)秀的，因為電子在該有機化合物與該無機化合物之間轉(zhuǎn)移，并提高了載流子密度。
在將包括有機化合物和無機化合物的組合材料用作空穴注入層的情況下，空穴注入層能與電極層形成歐姆接觸；因此，可與功函數(shù)無關(guān)地選擇電極層的材料。
作為用于該組合材料的無機化合物，優(yōu)選使用過渡金屬的氧化物。可使用周期表中屬于4到8族的金屬的氧化物。具體而言，由于它們的電子接受性質(zhì)而優(yōu)選以下物質(zhì)氧化釩、氧化鈮、氧化鉭、氧化鉻、氧化鉬、氧化鉤、氧化鎂以及氧化錸。在它們之間，由于氧化鉬在空氣中的穩(wěn)定性、低吸濕性以及容易處理，所以氧化鉬是尤其優(yōu)選的。
作為用于該組合材料的有機化合物，可使用諸如芳香胺化合物、咔唑衍生物、芳烴或高分子化合物(例如寡聚物、樹枝狀聚合物或多聚物)之類的多種化合物。注意用于該組合材料的有機化合物優(yōu)選是具有高空穴輸運性質(zhì)的有機化合物。具體而言，優(yōu)選使用空穴遷移率大于或等于l(T6 cm2/Vs的物質(zhì)。注意可使用空穴輸運性質(zhì)高于電子輸運性質(zhì)的其它材料。以下具體示出了可用于該組合材料的有機化合物的示例。
例如，作為芳香胺化合物，可給出以下例如，所述芳胺化合物可以為以下化合物7V，,-二(對伊苯萄-iV，iV'-二苯基-對苯二嚴(縮寫DTDPPA)， 4,4'-二[7V-(4-二苯基氨基苯基HV-苯基氨基]聯(lián)苯(縮寫DPAB), 4，4'-二 (A^4-[7V-(3-甲基苯基)-AT-苯基氨基]苯基)-^V-苯基氨基)聯(lián)苯(縮寫
DNTPD), 1,3,5-三[AK4-二苯基氨基苯基)-7V-苯基氨基]苯(縮寫DPA3B),等等。
作為可用于組合物材料的咔唑衍生物的具體示例，可給出以下 3-[AK9-苯基咔唑-3-基)-7V-苯基氨基]-9-苯基咔唑(縮寫PCzPCAl, 3,6-二 [AL(9-苯基咔唑-3-基)-7V-苯基氨基]-9-苯基咔唑(縮寫PCzPCA2)， 3-[7V-(l-萘基)-W-(9-苯基咔唑-3-基)氨基]-9-苯基咔唑(縮寫PCzPCNl),等等。
此外，還可使用以下化合物4,4'-二(7V-咔唑基)聯(lián)苯(縮寫CBP), 1，3,5-三[4-(7V-咔唑基)苯基]苯(縮寫TCPB), 9-[4-(7V-咔唑基)]苯基-10-苯基蒽(縮寫CzPA), 1，4-二[4-(A^咔唑基)苯基]-2,3,5,6-四苯基苯，等等。
作為可用于該組合材料的芳烴，例如，可給出以下2-i^r^"9,10-二(2-萘基)蒽(縮寫"BuDNA), 2-/皮7^基-9,10-二(1-萘基)蒽，9,10-二(3,5隱二苯基苯基)蒽(縮寫DPPA), 2"皮r基-9,10-二(4-苯基苯基)蒽(縮寫廣BuDBA), 9,10-二(2-萘基)蒽(縮寫DNA), 9,10-二苯基蒽(縮寫DPAnth), 2-i :T織(縮寫^-BuAnth), 9,10-二(4-甲基-1-萘基)蒽(縮寫D畫A), 2-i r基-9，10-二[2-(l-萘基)苯基]蒽，9,10-二[2-(1-萘基)苯基]蒽，2，3,6,7-四甲基-9,10-二(l-萘基)蒽，2，3，6,7-四甲基-9,10-二(2-萘基)蒽，9,9'-聯(lián)萘，10,10'-二苯基-9，9'-聯(lián)萘，10，10'-二(2-苯基苯基)-9，9'-聯(lián)萘，10,10'-二[(2,3,4,5，6-五苯基)苯基]-9,9'-聯(lián)萘，蒽，并四苯，紅熒烯，二萘嵌苯，2，5,8,11-四(i r ,等等?；蛘呖梢允褂貌⑽灞剑瑫灡降?。如上所述，更優(yōu)選使用空穴遷移率大于或等于lxl(T6 cm2/Vs且碳數(shù)為14到42的芳香烴。
注意可用于該組合物材料的芳香烴可具有乙烯骨架。包含乙烯基的芳烴的例子包括4,4'-二(2,2-二苯基乙烯基)聯(lián)苯(縮寫DPVBi), 9,10-二 [4-(2，2-二苯基乙烯基)苯基]蒽(縮寫DPVPA)等。
替代地，可使用諸如聚(N-乙烯基咔唑)(簡稱PVK)或聚(4-乙烯基三苯基胺)(簡稱PVTPA)之類的高分子化合物。
第一層804中所包括的空穴輸運層包含具有高空穴輸運性質(zhì)的物質(zhì)。具體而言，優(yōu)選具有高空穴輸運性質(zhì)的物質(zhì)是芳香胺化合物(即具有苯環(huán) 一氮鍵的化合物)。作為廣泛使用的材料的示例，可給出以下4,4'-二[AK3-甲基苯基)-AL苯基氨基]聯(lián)苯，其衍生物，例如4,4'-二[AKl-萘基)-^-苯基氨基]聯(lián)苯(下文稱為NPB)，星爆式(starburst)芳族化合物，例如4,4',4〃-三 (AyV-二苯基氨基)三苯基胺，以及4,4',4〃-三[AK3-甲基苯基)-7V-苯基氨基]三苯基胺。此處所描述的大多數(shù)物質(zhì)具有大于或等于10—6 cm2/Vs的空穴遷移率。注意可使用空穴輸運性質(zhì)高于電子輸運性質(zhì)的其它材料。該空穴輸運層不限于單層，而可以是上述物質(zhì)的任一種的混合層或包括上述物質(zhì)的任一種的兩層或多層的疊層。
第三層802具有將電子輸運和注入第二層803的功能。作為第三層802 中包括的電子輸運層，可使用具有高電子輸運性質(zhì)的物質(zhì)。例如，可使用包含喹啉或苯并喹啉骨架的金屬絡(luò)合物等，例如三(8-羥基喹啉合 (quinolinato))鋁(III)(縮寫Alq),三(4-甲基-8-羥基喹啉合)鋁(111)(縮寫: Almq3), 二(10-羥基苯并[/z]羥基喹啉合)鈹(n)(縮寫B(tài)eBq2), or 二(2-甲基 -8-羥基喹啉合)(4-苯基酚根(phenolato))鋁(III)(縮寫B(tài)Alq)。替代地，可以使用含有噁唑基配體或噻唑基配體的金屬絡(luò)合物等，例如二[2-(2-羥基苯基)苯并噁唑合(benzoxazolato)]鋅(縮寫Zn(BOX)2) or 二[2-(2-羥基苯基) 苯并噻唑合(benzothiazolato)]鋅(II)(縮寫Zn(BTZ)2)。再替代地，除金屬絡(luò)合物之外，還可使用以下2-(4-聯(lián)苯基)-5-(4"皮7^基苯基)-l，3,4-噁二唑 (縮寫PBD), 1,3-二[5-(對-i r基苯基)-l，3，4-噁二唑-2-基]苯(縮寫OXD-7), 3-(4-聯(lián)苯基)國4-苯基-5-(4-農(nóng)r錢基)國l，2，4-三唑(縮寫TAZ)，紅菲繞啉(縮寫B(tài)Phen),浴桐靈(縮寫B(tài)CP)等等。此處所描述的大多數(shù)物質(zhì)具有大于或等于10"cm々Vs的電子遷移率。注意可使用電子輸運性質(zhì)高于空穴輸運性質(zhì)的其它材料。電子輸運層不限于單層，而且可以是包括上述物質(zhì)中的任一種的兩層或多層。
作為第三層802中包括的電子注入層，可使用具有高電子注入性質(zhì)的物質(zhì)。作為具有高電子輸入性質(zhì)的物質(zhì)，可使用堿金屬、堿土金屬及其化合物，注入氟化鋰(LiF)、氟化銫(CsF)或氟化鈣(CaF2)。例如，可使用具有電子輸運性質(zhì)且包含堿金屬、堿土金屬及其化合物的物質(zhì)層，例如含鎂(Mg)的Alq層等。優(yōu)選使用具有電子輸運性質(zhì)且包含堿金屬或堿土金屬作為電子注入層的物質(zhì)的層，因為通過使用該層能高效地執(zhí)行來自電極層的電子注入。
接下來，描述了作為發(fā)光層的第二層803。發(fā)光層具有發(fā)光的功能，且包含具有發(fā)光性質(zhì)的有機化合物。此外，發(fā)光層可包括無機化合物?？?使用多種發(fā)光有機化合物和無機化合物形成該發(fā)光層。優(yōu)選發(fā)光層的首都約為10至lj 100 nm。
用于該發(fā)光層的有機化合物不是特別受限的，只要該化合物具有發(fā)光性質(zhì)。例如，可給出以下9,10-二(2-萘基)蒽(縮寫DNA), 9,10-二(2-萘基)-2-i r基蒽(縮寫戶BuDNA), 4,4'-二(2,2-二苯基乙烯基)聯(lián)苯(縮寫 DPVBi),香豆素30,香豆素6,香豆素545,香豆素545T, 二萘嵌苯，紅熒烯，二茚并菲，2,5，8,11-四(,皮r萄(縮寫TBP)，9，10-二苯基蒽(縮寫: DPA), 5，12-二苯基并四苯，4-(二氰基亞甲基)-2-甲基-[^A(Cl甲基氨基)苯乙烯基]-4//-吡喃(縮寫DCM1), 4-(二氰基亞甲基)-2-甲基-6-[2-(久洛里定-9-基)乙烯基]-4//-吡喃(縮寫DCM2)和4-(二氰基亞甲基)-2,6-二[^A(Cl甲基氨基)苯乙烯基]-4iZ-吡喃(縮寫B(tài)isDCM)?；蛘呖梢允褂媚軌虬l(fā)射磷光的化合物，例如二[2-(4',6'-二氟苯基)口比啶合(pyridinato) -^0:2']銥(卩比考啉酸鹽)(縮寫FIrpic)，二{2-[3',5'國二(三氟甲基)苯基]卩比啶合-7\^2'}銥(口比考啉酸鹽)(縮寫Ir(CF3ppy)2(pic))，三(2-苯基吡啶合-W,C")銥(縮寫Ir(ppy)3), 二 (2國苯基吡啶合國7V,C2')銥(乙酰丙酮酸鹽)(縮寫Ir(ppy)2(acac))，二[2-(2'-噻吩基)吡啶合-A^d']銥(乙酰丙酮酸鹽)(縮寫Ir(thp)2(acac)), 二(2-苯基羥基喹啉合-7,，C")銥(乙酰丙酮酸鹽)(縮寫Ir(pq)2(acac))或者二[2-(2'-苯并噻吩基) 吡啶合-W,d']銥(乙酰丙酮酸鹽)(縮寫Ir(btp)2(acac》。
此外，除單重激發(fā)發(fā)光材料之外，含金屬絡(luò)合物的三重激發(fā)發(fā)光材料可用于該發(fā)光層。例如，在發(fā)紅光、綠光以及藍光的像素中，使用三重激發(fā)發(fā)光材料形成在相對短時間內(nèi)照度減半的發(fā)紅光的像素，而使用單重激發(fā)發(fā)光材料形成其它像素。因為三重激發(fā)發(fā)光材料具有良好的發(fā)光效率，所以消耗較少功率以獲得相同照度。換言之，當將三重激發(fā)發(fā)光材料用于發(fā)紅光的像素時，必須對發(fā)光元件施加的電流量更??；因此提高了可靠性。可使用三重激發(fā)發(fā)光材料形成發(fā)紅光的像素和發(fā)綠光的像素，且可使用單重激發(fā)發(fā)光材料來形成發(fā)藍光的像素以實現(xiàn)低功耗。當發(fā)出對人眼具有高可見性的綠光的發(fā)綠光元件由三重激發(fā)發(fā)光材料形成時，能進一步實現(xiàn)低功耗。
除添加上述發(fā)光有機化合物之外，可進一步對發(fā)光層添加另一種有機化合物?？商砑拥挠袡C化合物的示例是上述的TDATA、 MTDATA、 m-MTDAB、 TPD、 NPB、 DNTPD、 TCTA、 Alq3、 Almq3、 BeBq2、 Balq、 Zn(BOX)2、 Zn(BTZ)2、 Bphen、 BCP、 BD、 OXD-7、 TPBI、 TAZ、； -ErTAZ、DNA、 Z-BuDNA、 DPVBi等，而且可替代地使用4,4'-二(W-咔唑基)聯(lián)苯(簡稱CBP)和1,3,5-三[4-(7V-咔唑基)苯基]苯(簡稱TCPB)。然而，發(fā)光層的材料不限于此。優(yōu)選除發(fā)光的有機化合物之外添加的該有機化合物具有較大的激發(fā)能，而且可比發(fā)光的該有機化合物添加的量更多，以使該有機化合物高效地發(fā)光(從而防止該有機化合物的濃度猝滅)。此外，作為另一種功能，所添加的有機化合物可與該有機化合物一起發(fā)光(從而可實現(xiàn)發(fā) 白光等等)。
該發(fā)光層可具有一種結(jié)構(gòu)，其中通過對像素形成具有不同發(fā)光波長范圍的發(fā)光層來實現(xiàn)彩色顯示。通常，形成對應(yīng)于R (紅)、G (綠)以及B (藍)的發(fā)光層。在此情況下，通過提供在像素的發(fā)光側(cè)透射像素的發(fā)光波長范圍的光的濾色器，能提高色純度并防止像素區(qū)具有反射鏡面(反射)。通過提供此濾色器，能省去通常認為必需的圓偏振板等，而且能消除從發(fā) 光層發(fā)出的光的損耗。此外，能減少傾斜觀看像素區(qū)(顯示屏)時出現(xiàn)的色調(diào)變化。
可使用低分子有機發(fā)光材料或高分子有機發(fā)光材料作為可用于發(fā)光層的材料。高分子有機發(fā)光材料比低分子材料具有更強的物理強度，從而使用高分子有機發(fā)光材料的元件比使用低分子材料的元件具有更高耐久度。此外，因為能通過涂敷形成高分子有機發(fā)光材料，所以能相對容易地形成該元件。
發(fā)光色彩根據(jù)形成發(fā)光層的材料確定；因此，可通過為發(fā)光層選擇適當材料來形成發(fā)期望色彩的光的發(fā)光元件。作為可用于形成發(fā)光層的高分子電致發(fā)光材料，可給出聚對苯撐一乙炔基材料、聚對苯撐基材料、聚噻吩基材料、聚芴基材料等。
作為聚對苯撐一乙炔基材料，可給出聚(對苯撐乙炔)[PPV]的衍生物，諸如諸如聚(2,5-二烷氧基-l,4-亞苯基亞乙烯基)[RO-PPV]、聚(2-(2'-乙基-己氧基)-5-甲氧基-l，4-亞苯基亞乙烯基)[MEH-PPV]或聚(2-(二垸氧基苯基)-l，4-亞苯基亞乙烯基)[ROPh-PPV]。作為聚對苯撐基材料，可給出聚對苯撐[PPP]的衍生物，諸如聚(2,5-二烷氧基-l,4-亞苯基)[110- ]或聚(2,5-二己氧基-l,4-亞苯基)。作為聚噻吩基材料，可給出聚噻吩[PT]的衍生物，諸如聚(3-烷基噻吩)[PAT]、聚(3-己基噻吩)[PHT]、聚(3-環(huán)己基噻吩) [PCHT]、聚(3-環(huán)己基-4-間乙基噻吩)[PCHMT]、聚(3,4-二環(huán)己基噻吩) [PDCHT],聚[3-(4-辛基苯基)-噻吩][POPT]或聚[3-(4-辛基苯基)-2,2-雙噻吩] [PTOPT]。作為聚芴基材料，可給出聚芴[PF]的衍生物，諸如聚(9，9-二烷基芴)[PDAF]或聚(9，9-二辛基芴)[PDOF]。
用于發(fā)光層的無機化合物可以是任何無機化合物，只要有機化合物的發(fā)光不容易被該無機化合物熄滅，而且可使用多種類型的金屬氧化物和金屬氮化物。具體而言，優(yōu)選屬于周期表的13或14族的金屬的氧化物，因為該有機化合物的發(fā)光不容易被熄滅，具體而言，氧化鋁、氧化鎵、氧化硅以及氧化鍺是優(yōu)選的。然而，該無機化合物不限于此。
注意可通過堆疊分別具有如上所述的該有機化合物和該無機化合物的組合的多層來形成發(fā)光層，或該發(fā)光層可進一步包含另一有機化合物或無機化合物?？筛淖儼l(fā)光層的層結(jié)構(gòu)，而且可設(shè)置用于注入電子的電極層或可使發(fā)光材料分散，以代替提供特定的電子注入?yún)^(qū)或發(fā)光區(qū)。允許這樣的變化，除非它背離了本發(fā)明的精神。
利用上述材料形成的發(fā)光元件通過被正向偏置而發(fā)光。可通過無源矩陣模式或有源矩陣模式驅(qū)動使用發(fā)光元件形成的半導體器件的像素。在任一種情況下，通過在特定時序?qū)Ω鱾€像素施加正偏置而發(fā)光；然而，該像素在特定周期中處于不發(fā)光狀態(tài)。通過在不發(fā)光時間施加反向偏置能提高發(fā)光元件的可靠性。在發(fā)光元件中，存在其中在恒定驅(qū)動條件下發(fā)光強度降低的劣化模式或其中由于像素中的不發(fā)光區(qū)的擴展引起的亮度明顯降低的劣化模式。然而，可通過執(zhí)行正向和反向施加偏置的交替驅(qū)動使劣化進展減慢；因此，能改善包括發(fā)光元件的半導體器件的可靠性。此外，可應(yīng) 用數(shù)字驅(qū)動或模擬驅(qū)動
可為密封基板設(shè)置濾色器(著色層)?？赏ㄟ^蒸鍍法或液滴排出法形成濾色器(著色層)。還可使用濾色器(著色層)執(zhí)行高分辨率顯示。這是因為濾色器(著色層)能將RGB中的每一種的發(fā)光光譜中的寬峰改變?yōu)?尖峰。
通過形成發(fā)單色光的材料結(jié)合濾色器或色彩轉(zhuǎn)換層能實現(xiàn)全彩顯示?？衫鐬槊芊饣逶O(shè)置濾色器(著色層)或色彩轉(zhuǎn)換層，而且可將密封基板附連至元件基板。
毋需多言，可實現(xiàn)單色發(fā)光顯示。例如，可通過使用單色發(fā)光形成區(qū) 彩色型半導體器件。
必須考慮功函數(shù)來選擇第一電極870和第二電極850的材料。根據(jù)像
素結(jié)構(gòu)，第一電極870或第二電極850可以是陽極(具有高電位的電極層) 或陰極(具有低電位的電極層)。在驅(qū)動薄膜晶體管的極性是p溝道型的情況下，第一電極870可用作陽極，而第二電極850可用作陰極，如圖9A 所示。在驅(qū)動薄膜晶體管的極性是n溝道型的情況下，第一電極870可用作陰極，而第二電極850可用作陽極，如圖9B所示。以下描述了可用于第一電極870和第二電極850的材料。優(yōu)選為第一電極870和第二電極850 中起陽極作用的那個電極使用具有高功函數(shù)的材料(具體而言是具有4.5 eV 或更高功函數(shù)的材料)，而為起陰極作用的另一電極使用具有低功函數(shù)的材料(具體而言是具有3.5 eV或更高功函數(shù)的材料)。然而，因為第一層 804在空穴注入性質(zhì)和空穴輸運性質(zhì)方面是優(yōu)秀的，而第三層802在電子注入性質(zhì)和電子輸運性質(zhì)方面是優(yōu)秀的，所以第一電極870和第二電極850 幾乎不受功函數(shù)限制，且能使用多種材料。
因為圖9A和9B中的發(fā)光元件分別具有其中從第一電極870發(fā)出光的結(jié)構(gòu)，所以第二電極850不一定具有透光性質(zhì)。第二電極850可由主要包含從Ti、 Ni、 W、 Cr、 Pt、 Zn、 Sn、 In、 Ta、 Al、 Cu、 Au、 Ag、 Mg、 Ca、 Li或Mo中選擇的元素、或包含那些元素中的任一種作為其主要組分的合金材料或諸如氮化鈦、TiSixNY、 WSix、氮化鎢、WSixNY或NbN之類的化合物材料的膜組成；或總厚度為IOO到800 nm范圍的這些材料的疊層膜。
此外，當使用用于第一電極870的透光導電材料形成第二電極850時，可從其結(jié)構(gòu)中的第二電極850發(fā)出光，從而可獲得其中來自發(fā)光元件的光既通過第一電極870出射又通過第二電極850出射的雙發(fā)光結(jié)構(gòu)。
注意，通過改變第一電極870和第二電極850的類型，本發(fā)明的發(fā)光元件可具有變化。
圖9B示出了從第一電極870側(cè)按照第三層802、第二層803以及第一層804的順序構(gòu)造EL層860的情況。
圖9C示出了一種結(jié)構(gòu)，其中具有反射性的電極用于第一電極870，而具有透光性的電極用于圖9A中的第二電極850，而且其中從發(fā)光元件發(fā)出的光被第一電極870反射、通過第二電極850透射并出射到外部。類似地, 圖9D示出了一種結(jié)構(gòu)，其中具有反射性的電極用于第一電極870，而具有透光性的電極用于圖9B中的第二電極850，而且其中從發(fā)光元件發(fā)出的光被第一電極870反射、通過第二電極850透射并出射到外部。
此外，當混合有機化合物和無機化合物以設(shè)置EL層860時，可使用多種方法作為用于形成EL層860的方法。例如，存在通過電阻加熱既蒸鍍有機化合物又蒸鍍無機化合物的共蒸鍍法。替代地，可執(zhí)行其中通過電子束 (EB)蒸鍍無機化合物而通過電阻加熱蒸鍍有機化合物的共蒸鍍。還替代地，可使用用于濺射無機化合物的方法同時使用通過電阻加熱蒸鍍有機化合物的方法來同時沉積無機化合物和有機化合物。再替代地，可通過濕法工藝形成EL層860。
作為用于制造第一電極870和第二電極850的方法，可使用通過電阻加熱的蒸鍍法、EB蒸鍍法、濺射法、CVD法、旋涂法、印刷法、分配器法、液滴排出法等。
本實施方式可與實施方式1到3中的任一個自由組合。如果使用了實施方式1或2中描述的制造方法，即使在大尺寸半導體器件的情況下，也能以高生產(chǎn)量和高生產(chǎn)率制造包括具有高性能和高可靠性的發(fā)光元件的半導體器件。
雖然實施方式3描述了使用發(fā)光元件的半導體器件的制造示例，但本實施方式將參照圖10A和10B描述使用液晶元件的半導體器件的制造示例。
圖10A和10B示出本實施方式中的使用液晶元件的半導體器件的結(jié) 構(gòu)。首先，在支承基板900上形成島狀單晶半導體層，該支承基板600是根據(jù)實施方式2的玻璃基板。注意因為在實施方式2中描述了該方法的細節(jié)，所以這里省略了這些細節(jié)，而且簡略地描述該方法。這里，制備其上形成了第一氮氧化硅層901、而且在該第一氮氧化硅
層901上形成了第一結(jié)合層的支承基板900。此外，制備設(shè)置有氧化物膜903和氧化物膜903上的第二結(jié)合層的半導體基板，該氧化物膜是在700°C或更高溫度下在含有相對于氧氣體積為0.5%到10% (優(yōu)選為體積的3%)的HC1的氣氛中通過熱處理形成的。注意為每個支承基板制備了至少兩個半導體基板，而且將半導體基板中的每一個加工成矩形形狀。在每一個基板中形成分離層。然后，在將這些半導體基板定位在偽基板上以固定這些基板之后，將支承基板和半導體基板彼此附連，從而將第一結(jié)合層與第二結(jié)合層相互結(jié)合。當將第一結(jié)合層與第二結(jié)合層彼此結(jié)合時，它們之間的界面變得不明顯；因此在圖10B中將第一和第二結(jié)合層示為結(jié)合層904。
然后，在分離偽基板之后，沿分離層內(nèi)的邊界或在分離層的上邊界或下邊界處分離半導體基板的一部分，以在支承基板900上形成單晶半導體層。然后，使用光刻技術(shù)蝕刻該單晶半導體層以形成島狀單晶半導體層。如實施方式中那樣，在此實施方式中也使用了步進曝光裝置，并執(zhí)行一次曝光，因為曝光面積與一個矩形半導體基板(也稱為薄片)的面積幾乎相同。注意也可根據(jù)實施方式l確定島狀單晶半導體層的設(shè)置。
因為以下步驟，即用于制造使用單晶半導體層的TFT的方法與實施方式3中的幾乎相同，所以這里省略對細節(jié)的描述。注意用于發(fā)光器件的TFT和用于液晶顯示器件的TFT具有不同的預期用途；因此，適當?shù)卣{(diào)節(jié)溝道長度和溝道寬度，而且發(fā)光器件中和液晶顯示器件中的TFT具有不同的設(shè)計。具體而言，發(fā)光器件包括具有兩個或多個TFT的單元，而使用具有一個TFT的單元制造液晶顯示器件。此外，發(fā)光器件包括電源線，而液晶顯示器件不包括電源線而包括電容器線。在液晶顯示器件中，如果沒有在同一基板上形成驅(qū)動器電路，則可單獨使用n溝道TFT。
圖IOA示出像素的俯視圖的示例。由圖IOA中的點劃線表示的邊界線924是附連的不同半導體基板之間的接縫。將像素電極層961按一個方向設(shè)置，而將邊界線924定位在像素電極層之間。像素結(jié)構(gòu)關(guān)于邊界線924對稱。因此，可保持單晶半導體層遠離邊界線924。雖然單晶半導體層位于彼此相鄰且之間有邊界線924的單元中，但能在單晶半導體層與邊界線924之間保持充分的距離。
此外，電容器線931與單晶半導體層交迭且它們之間設(shè)置有絕緣膜，
以形成存儲電容器，從而形成電容器部分976。將作為多溝道型n溝道薄膜晶體管的晶體管975設(shè)置在柵引線930與源引線960的交點附近。柵引線930與單晶半導體層交迭且它們之間設(shè)置有絕緣膜，而且交迭部分用作TFT的溝道形成區(qū)。該單晶半導體層通過接觸孔電連接至源引線960。此外，該單晶半導體層通過接觸孔電連接至像素電極層961。
在透射型液晶顯示器件的情況下，可使用氧化銦錫、氧化鋅與氧化銦混合的氧化銦鋅(IZO)、氧化硅與氧化銦混合的導電材料、有機銦、有機錫、含氧化鴇的氧化銦、含氧化鎢的氧化銦鋅、含氧化鈦的氧化銦或含氧化鈦的氧化銦錫形成像素電極層961。替代地，在反射型液晶顯示器件的情況下，為像素電極層961使用鋁、銀或它們的合金。
注意沿圖IOA中的虛線C-D所取的截面對應(yīng)于圖10B中的像素區(qū)936。注意圖10A是已執(zhí)行至像素電極形成步驟的液晶顯示器件的俯視圖。圖10B是使用密封劑992附連了密封基板995、并進一步設(shè)置了偏振器的液晶顯示裝置的截面圖。
圖10B中所示的液晶顯示裝置包括密封區(qū)933、驅(qū)動器電路區(qū)934以及像素區(qū)936。此外，驅(qū)動器電路區(qū)934包括晶體管973和晶體管974，其中晶體管973是其Lov區(qū)中具有p型雜質(zhì)區(qū)的p溝道薄膜晶體管，而晶體管974是其Lov區(qū)中具有n型雜質(zhì)區(qū)的n溝道薄膜晶體管。通過印刷法或液滴排出法在像素電極層961上形成稱為對齊膜的絕緣層981。然后進行摩擦處理。注意在液晶模式的情況下，例如在VA模式的情況下不進行摩擦處理。為密封基板995設(shè)置的起對齊膜作用的絕緣層983類似于絕緣層981 。除絕緣層983之外，密封基板995還具有起對電極作用的導電層984、起濾色器作用的色彩層985以及偏振器991 (也稱為偏振板)。此外，密封基板995可具有屏蔽膜(黑色基質(zhì))等。
因為本實施方式的液晶顯示器件是透射型，所以在支承基板卯0與元件相反的一面上設(shè)置偏振器993 (偏振板)?？蓪⒆铚宥询B在偏振板與液晶層之間。此外，可在最接近用戶的觀看側(cè)上設(shè)置抗反射膜，該抗反射膜防止外部光被反射至觀看側(cè)。
注意在將RGB的發(fā)光二極管(LED)等設(shè)置為背光并采用了通過分時方式執(zhí)行色彩顯示的連續(xù)附加混色法(場序法)的情況下，不設(shè)置濾色器?？稍O(shè)置黑色基質(zhì)以與晶體管和CMOS電路交迭，以減少晶體管和CMOS電路的引線對外部光的反射。注意可設(shè)置該黑色基質(zhì)與電容器元件交迭。這是因為能防止形成電容器元件的金屬膜的反射。
在將具有元件的基板900附連至密封基板995之后，可通過分配器法(滴液法)或利用毛細管作用注入液晶材料的注入法形成液晶層982。當使用大基板時優(yōu)選采用滴液法，因為對大基板而言不容易應(yīng)用注入法。
可按照散布大小為數(shù)微毫米的顆粒的方式設(shè)置隔離件，或可通過在基板的整個表面上形成樹脂膜然后蝕刻的方法形成隔離件。
在本實施方式中，氧化物層903包括鹵素。該氧化物膜能起俘獲注入金屬之類的雜質(zhì)并防止單晶半導體層污染的保護膜的作用。因此，能提高可靠性。
通過應(yīng)用本發(fā)明能制造具有顯示功能的多種半導體器件。換言之，能將本發(fā)明應(yīng)用于將具有顯示功能的半導體器件引入顯示部分的多種電子器件。本實施方式描述了包括半導體器件以便實現(xiàn)高性能和高可靠性的電子器件的示例。
作為與本發(fā)明有關(guān)的電子器件，可給出電視設(shè)備(或簡稱為電視或電視接收器)、諸如數(shù)碼相機或數(shù)碼攝像機之類的攝像機、移動電話設(shè)備(也稱為移動電話或手機)、諸如PDA之類的便攜式信息終端、便攜式游戲機、計算機的監(jiān)視器、計算機、諸如汽車音響系統(tǒng)之類的音頻再現(xiàn)設(shè)備、諸如家用游戲機之類的設(shè)置有記錄介質(zhì)的圖像再現(xiàn)設(shè)備(具體而言是數(shù)字多功能光盤(DVD))等。參照圖IIA到IIC描述了這樣的電子器件的具體示例。
可使用包括根據(jù)本發(fā)明形成的顯示元件的半導體器件完成電視設(shè)備。參照圖IIA描述了用于實現(xiàn)高性能和高可靠性的電視設(shè)備的示例。
可通過將顯示模塊包含到外殼中來完成電視設(shè)備。如圖7A和7B所示的其中已經(jīng)設(shè)置了 FPC之類的部件的顯示面板一般稱為EL顯示模塊。當使用了如圖7A和7B中所示的EL顯示模塊時，能完成EL電視設(shè)備。圖IOA和10B中所示的顯示面板一般稱為液晶顯示模塊。當使用了如圖10A和10B中所示的液晶顯示模塊時，能完成液晶電視設(shè)備?？墒褂蔑@示模塊形成主屏2003，而且設(shè)置了諸如揚聲器部分2009和操作開關(guān)之類的附件。因此，根據(jù)本發(fā)明能完成電視設(shè)備。
將使用顯示元件的顯示面板2002包括到外殼2001中，如圖IIA所示。該電視設(shè)備能通過接收器2005接收一般電視廣播，且能通過調(diào)制解調(diào)器2004進一步連接至有線或無限通信網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)單向(從發(fā)送方到接收方)或雙向(發(fā)送方與接收方之間或在接收方之間)信息通信?？赏ㄟ^外殼的開關(guān)或分離的遠程控制單元2006操作該電視設(shè)備，該遠程控制單元可具有用于顯示要輸出的信息的顯示部分2007。
除使用第一顯示面板形成的主屏2003之外，該電視設(shè)備可包括使用用于顯示頻道、音量等的第二顯示面板形成的子屏2008。在此結(jié)構(gòu)中，可使用顯示角更優(yōu)的EL顯示面板形成主屏2003，而且可使用能以低功耗顯示圖像的液晶顯示面板形成子屏2008。替代地，當優(yōu)先考慮功耗降低時，可釆用其中主屏2003由液晶顯示面板組成、子屏2008由EL顯示面板組成、以及子屏能閃爍的結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明，即使使用了大基板和多個TFT和電子零件，也能以高生產(chǎn)率制造高性能和高可靠性的顯示器件。
根據(jù)本發(fā)明，能以高生產(chǎn)率制造具有高性能和高可靠性的具有顯示功能的半導體器件。因此，能以高生產(chǎn)率制造具有高性能和高可靠性的電視設(shè)備。
圖11B中所示的便攜式電視設(shè)備包括主體9301、顯示部分9302等。可將本發(fā)明的半導體器件應(yīng)用于顯示部分9302。因此，能提供具有高性能和高可靠性的便攜式電視設(shè)備。此外，可將本發(fā)明的半導體器件應(yīng)用于多種類型的電視，包括便攜的中等尺寸的電視和大屏幕電視(例如40英寸或更大)。
圖11C中所示的便攜式計算機包括主體9401、顯示部分9402等?？蓪⒈景l(fā)明的半導體器件應(yīng)用于顯示部分9402?？筛鶕?jù)實施方式1制造具有15英寸顯示部分的半導體器件。因此，能提供具有高性能和高可靠性的便攜式計算機。
本實施方式可與實施方式1到5中的任一個自由組合。
本申請基于2007年6月1向日本專利局提交的日本專利申請S/N.2007-146889，該申請的全部內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。
權(quán)利要求
1.一種用于制造半導體器件的方法，包括在多個單晶半導體基板的每一個中形成分離層；通過在第一溫度下使用低溫凝結(jié)劑將所述多個單晶半導體基板設(shè)置和固定在偽基板上；將支承基板與所述偽基板交迭從而使所述多個單晶半導體基板置于所述支承基板與所述偽基板之間；將所述多個單晶半導體基板加熱至第二溫度，以使所述偽基板與所述多個單晶半導體基板分離；以及在所述每個分離層的邊界處分離所述多個單晶半導體基板的部分，以在所述支承基板上形成多個單晶半導體層。
2. 如權(quán)利要求1所述的用于制造半導體器件的方法，其特征在于，通過熱處理來執(zhí)行所述分離步驟。
3. 如權(quán)利要求1所述的用于制造半導體器件的方法，其特征在于，所述第一溫度是1(TC或更低，而所述第二溫度是25"或更高。
4. 如權(quán)利要求1所述的用于制造半導體器件的方法，其特征在于，在所述多個單晶半導體基板上形成氧氮化硅層，而且將所述多個單晶半導體基板與所述支承基板交迭從而使所述氧氮化硅層置于所述多個單晶半導體基板與所述支承基板之間。
5. 如權(quán)利要求1所述的用于制造半導體器件的方法，其特征在于，通過受電場加速的離子的輻照形成所述各個分離層。
6. 如權(quán)利要求1所述的用于制造半導體器件的方法，其特征在于，在所述支承基板上形成氧氮化硅層或氮氧化硅層。
7. 如權(quán)利要求1所述的用于制造半導體器件的方法，其特征在于，所述多個單晶半導體基板中的每一個的形狀是矩形。
8. 如權(quán)利要求1所述的用于制造半導體器件的方法，其特征在于，所述支承基板是玻璃基板。
9. 如權(quán)利要求1所述的用于制造半導體器件的方法，其特征在于，所述多個單晶半導體層具有大于或等于0.01 mm且小于或等于1 mm的間距。
10. 如權(quán)利要求1所述的用于制造半導體器件的方法，其特征在于，所述半導體器件是從包括顯示面板、電視設(shè)備以及計算機的組中選擇的一種器件。
11. 一種用于制造半導體器件的方法，包括在多個單晶半導體基板的各個表面上形成氧化物層；在所述多個單晶半導體基板中的每一個中形成分離層；通過在第一溫度下使用低溫凝結(jié)劑將所述多個單晶半導體基板設(shè)置和固定在偽基板上；將支承基板與所述偽基板交迭從而使所述各個氧化物層和所述多個單晶半導體基板置于所述支承基板與所述偽基板之間；將所述多個單晶半導體基板加熱至第二溫度，以使所述偽基板與所述多個單晶半導體基板分離；以及在相應(yīng)的分離層的邊界處分離所述多個單晶半導體基板的部分，以在所述支承基板上形成多個單晶半導體層。
12. 如權(quán)利要求11所述的用于制造半導體器件的方法，其特征在于，通過熱處理來執(zhí)行所述分離步驟。
13. 如權(quán)利要求11所述的用于制造半導體器件的方法，其特征在于，所述第一溫度是l(TC或更低，而所述第二溫度是25'C或更高。
14. 如權(quán)利要求11所述的用于制造半導體器件的方法，其特征在于，在所述氧化物層上形成氧氮化硅層，而且將所述多個單晶半導體基板與所述支承基板交迭從而使所述氧氮化硅層置于所述多個單晶半導體基板與所述支承基板之間。
15. 如權(quán)利要求11所述的用于制造半導體器件的方法，其特征在于，通過受電場加速的離子的輻照形成所述各個分離層。
16. 如權(quán)利要求11所述的用于制造半導體器件的方法，其特征在于，在所述支承基板上形成氧氮化硅層或氮氧化硅層。
17. 如權(quán)利要求11所述的用于制造半導體器件的方法，其特征在于，所述多個單晶半導體基板中的每一個的形狀是矩形。
18. 如權(quán)利要求11所述的用于制造半導體器件的方法，其特征在于，所述支承基板是玻璃基板。
19. 如權(quán)利要求11所述的用于制造半導體器件的方法，其特征在于，所述多個單晶半導體層具有大于或等于0.01 mm且小于或等于1 mm的間距。
20. 如權(quán)利要求11所述的用于制造半導體器件的方法，其特征在于，所述半導體器件是從包括顯示面板、電視設(shè)備以及計算機的組中選擇的一種器件。
21. —種用于制造半導體器件的方法，包括在含鹵素的氧化氛圍中執(zhí)行熱處理，以在多個單晶半導體基板的各個表面上形成氧化物層；在所述多個單晶半導體基板中的每一個中形成分離層；通過在第一溫度下使用低溫凝結(jié)劑將所述多個單晶半導體基板設(shè)置和固定在偽基板上；將支承基板與所述偽基板交迭從而使所述氧化物層和所述多個單晶半導體基板置于所述支承基板與所述偽基板之間；將所述多個單晶半導體基板加熱至第二溫度，以使所述偽基板與所述多個單晶半導體基板分離；以及在相應(yīng)的分離層的邊界處分離所述多個單晶半導體基板的部分，以在所述支承基板上形成多個單晶半導體層。
22. 如權(quán)利要求21所述的用于制造半導體器件的方法，其特征在于，通過熱處理來執(zhí)行所述分離步驟。
23. 如權(quán)利要求21所述的用于制造半導體器件的方法，其特征在于，所述第一溫度是l(TC或更低，而所述第二溫度是25'C或更高。
24. 如權(quán)利要求21所述的用于制造半導體器件的方法，其特征在于，在所述氧化物層上形成氧氮化硅層，而且將所述多個單晶半導體基板與所述支承基板交迭從而使所述氧氮化硅層置于所述多個單晶半導體基板與所述支承基板之間。
25. 如權(quán)利要求21所述的用于制造半導體器件的方法，其特征在于，通過受電場加速的離子的輻照形成所述各個分離層。
26. 如權(quán)利要求21所述的用于制造半導體器件的方法，其特征在于，在所述支承基板上形成氧氮化硅層或氮氧化硅層。
27. 如權(quán)利要求21所述的用于制造半導體器件的方法，其特征在于，所述多個單晶半導體基板中的每一個的形狀是矩形。
28. 如權(quán)利要求21所述的用于制造半導體器件的方法，其特征在于，所述支承基板是玻璃基板。
29. 如權(quán)利要求21所述的用于制造半導體器件的方法，其特征在于，所述多個單晶半導體層具有大于或等于0.01 mm且小于或等于1 mm的間距。
30. 如權(quán)利要求21所述的用于制造半導體器件的方法，其特征在于，所述半導體器件是從包括顯示面板、電視設(shè)備以及計算機的組中選擇的一種器件。
全文摘要
本發(fā)明的目的是通過在大尺寸的玻璃基板上大面積設(shè)置單晶硅層以獲得大尺寸的SOI基板。在將分別設(shè)置有分離層的多個矩形單晶半導體基板對齊在偽基板上、并通過低溫凝結(jié)劑固定兩個基板之后，將多個單晶半導體基板結(jié)合到支承基板；將溫度升高至該低溫凝結(jié)劑不具有接合效果的溫度，以隔離偽基板與單晶半導體基板；執(zhí)行熱處理以沿著各個分離層的邊界分離單晶半導體基板的各個部分；以及在支承基板上設(shè)置單晶半導體層。
文檔編號H01L27/12GK101681807SQ20088001794
公開日2010年3月24日申請日期2008年5月19日優(yōu)先權(quán)日2007年6月1日
發(fā)明者山崎舜平, 田中幸一郎申請人:株式會社半導體能源研究所

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