專利名稱：半導(dǎo)體裝置及半導(dǎo)體裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有由將氧化物半導(dǎo)體膜用于溝道形成區(qū)域的薄膜晶體管(以 下，稱為TFT)構(gòu)成的電路的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。例如，本發(fā)明涉及將以液晶顯示面 板為代表的電光裝置及具有有機(jī)發(fā)光元件的發(fā)光顯示裝置作為部件而安裝的電子設(shè)備。另外，在本說明書中的半導(dǎo)體裝置是指通過利用半導(dǎo)體特性而能夠工作的所有裝 置，因此電光裝置、半導(dǎo)體電路以及電子設(shè)備都是半導(dǎo)體裝置。
背景技術(shù)：
近年來，對(duì)在配置為矩陣狀的每個(gè)顯示像素中設(shè)置由TFT構(gòu)成的開關(guān)元件的有源 矩陣型顯示裝置(液晶顯示裝置、發(fā)光顯示裝置、電泳式顯示裝置)正在積極地進(jìn)行研究開 發(fā)。由于有源矩陣型顯示裝置在各個(gè)像素(或每個(gè)點(diǎn))中設(shè)置開關(guān)元件，與單純矩陣方式 相比，在增加像素密度的情況下能夠以低電壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)而具有優(yōu)勢(shì)。另外，將氧化物半導(dǎo)體膜用于溝道形成區(qū)域來形成薄膜晶體管(TFT)等，并將其 應(yīng)用于電子裝置或光裝置的技術(shù)受到關(guān)注。例如，可以舉出將氧化鋅(ZnO)用作氧化物半 導(dǎo)體膜的TFT、或使用InGaO3(ZnO)m的TFT。在專利文獻(xiàn)1和專利文獻(xiàn)2中公開有如下技術(shù) 將使用這些氧化物半導(dǎo)體膜的TFT形成在具有透光性的襯底上，并將其應(yīng)用于圖像顯示裝 置的開關(guān)元件等。[專利文獻(xiàn)1]日本專利申請(qǐng)公開2007-123861號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)2]日本專利申請(qǐng)公開2007-96055號(hào)公報(bào)對(duì)將氧化物半導(dǎo)體膜用于溝道形成區(qū)域的薄膜晶體管要求工作速度快、制造工序 相對(duì)簡(jiǎn)單，并且具有充分的可靠性。在形成薄膜晶體管時(shí)，作為源電極和漏電極使用低電阻的金屬材料。尤其是，在制 造進(jìn)行大面積顯示的顯示裝置時(shí)，起因于布線電阻的信號(hào)遲延問題較為明顯。所以，優(yōu)選使 用電阻值低的金屬材料作為布線或電極的材料。當(dāng)采用由電阻值低的金屬材料構(gòu)成的源 電極和漏電極與氧化物半導(dǎo)體膜直接接觸的薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)時(shí)，有可能導(dǎo)致接觸電阻增 大。以下原因是導(dǎo)致接觸電阻增大的要因之一在源電極和漏電極與氧化物半導(dǎo)體膜的接 觸面上形成肖特基結(jié)。再加上，在源電極和漏電極與氧化物半導(dǎo)體膜直接接觸的部分中形成電容，并且 頻率特性(稱為f特性)降低，有可能妨礙薄膜晶體管的高速工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種在使用含有銦(In)、鎵(Ga)、及鋅(Zn)的氧化 物半導(dǎo)體膜的薄膜晶體管中，減少了源電極或漏電極的接觸電阻的薄膜晶體管及其制造方法。 此外，本發(fā)明的目的之一還在于提高使用含有IruGa及Zn的氧化物半導(dǎo)體膜的薄 膜晶體管的工作特性或可靠性。
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另外，本發(fā)明的目的之一還在于降低使用含有IruGa及Zn的氧化物半導(dǎo)體膜的薄 膜晶體管的電特性的不均勻性。尤其是，在液晶顯示裝置中，各元件間的不均勻性較大的情 況下，有可能發(fā)生起因于該TFT特性的不均勻性的顯示不均勻。此外，在包括發(fā)光元件的顯示裝置中，當(dāng)以向像素電極流過一定的電流的方式設(shè) 置的TFT(配置在驅(qū)動(dòng)電路或像素中的向發(fā)光元件供給電流的TFT)的導(dǎo)通電流(IJ的不 均勻性較大時(shí)，有可能引起在顯示畫面中的亮度的不均勻。鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于解決上述問題中的至少一個(gè)。本發(fā)明的實(shí)施方式之一的要點(diǎn)在于提供一種特地設(shè)置有包含晶粒的氧化物半導(dǎo) 體層作為源區(qū)或漏區(qū)的薄膜晶體管。作為半導(dǎo)體層使用氧過剩氧化物半導(dǎo)體層，作為源區(qū) 及漏區(qū)使用氧缺少氧化物半導(dǎo)體層。該源區(qū)及漏區(qū)的氧缺少氧化物半導(dǎo)體層中存在著直徑 為Inm至10nm，典型為2nm至4nm左右的晶粒。作為半導(dǎo)體層、源區(qū)及漏區(qū)，可以使用包含In、Ga以及Zn的氧化物半導(dǎo)體膜。另 外，可以使用鎢、鉬、鈦、鎳或鋁代替IruGa以及Zn中的任何一種。在本說明書中，將使用含有IruGa及Zn的氧化物半導(dǎo)體膜形成的半導(dǎo)體層也稱為 “IGZ0半導(dǎo)體層”。另外，源電極層與IGZO半導(dǎo)體層需要?dú)W姆接觸，并需要盡可能地降低該接觸電 阻。與此相同，漏電極層與IGZO半導(dǎo)體層需要?dú)W姆接觸，并需要盡可能地降低該接觸電阻。由此，通過在源電極層和漏電極層與IGZO半導(dǎo)體層之間意圖性地設(shè)置其載流子 濃度高于IGZO半導(dǎo)體層的源區(qū)及漏區(qū)來形成歐姆接觸。本說明書所公開的發(fā)明的實(shí)施方式之一的結(jié)構(gòu)是一種半導(dǎo)體裝置，包括絕緣 表面上的柵電極；所述柵電極上的柵極絕緣層；所述柵極絕緣層上的半導(dǎo)體層；所述半導(dǎo) 體層上的源區(qū)及漏區(qū)；以及所述源區(qū)及漏區(qū)上的金屬層，其中，所述半導(dǎo)體層是包含銦、鎵 以及鋅的氧化物半導(dǎo)體層，所述源區(qū)及漏區(qū)的氧濃度低于所述半導(dǎo)體層的氧濃度，并且所 述源區(qū)及漏區(qū)包含其尺寸為Inm以上IOnm以下的晶粒，并且，所述金屬層是源電極層及漏 電極層。在上述結(jié)構(gòu)中，源區(qū)及漏區(qū)是包含銦、鎵以及鋅的氧化物層，并在與半導(dǎo)體層的成 膜條件不同的成膜條件下而形成。所述源區(qū)及漏區(qū)的成膜條件為在剛成膜之后包含其尺寸 為Inm以上IOnm以下的晶粒的條件。通過特地設(shè)置包含晶粒的氧缺少氧化物半導(dǎo)體層作為源區(qū)或漏區(qū)，得到作為金屬 層的源電極層或漏電極層與IGZO膜間的良好結(jié)而也在熱方面上使其工作比肖特基結(jié)穩(wěn) 定。另外，為了供給溝道的載流子(源極一側(cè))，穩(wěn)定地吸收溝道的載流子(漏極一側(cè))，或 者避免在源區(qū)或漏區(qū)與源電極層(或漏電極層)間的界面具有電阻成分而特地設(shè)置包含晶 粒的源區(qū)或漏區(qū)是重要的。另外，為了即使漏極電壓高也保持高遷移率而實(shí)現(xiàn)低電阻化是 重要的。在玻璃襯底上通過DC濺射法形成400nm的IGZO膜，然后進(jìn)行XRD (X射線分析) 測(cè)定。成膜條件為壓力0. 4Pa ；電力500W ；成膜溫度為室溫；氬氣流量IOsccm ；氧氣流量 5SCCm;使用In2O3 Ga2O3 ZnO = 1 1 1的靶材。注意，有意使用上述比例的靶材， 以獲得非晶IGZO膜。圖38示出上述XRD測(cè)定的曲線。在圖38中，剛成膜之后的曲線相當(dāng)于as-cbpo。另外，在圖38中，為了方便起見，作為對(duì)比同時(shí)示出在成膜后進(jìn)行了氮?dú)夥占?50°C的溫度 下的1小時(shí)的熱處理后的曲線、在成膜后進(jìn)行了氮?dú)夥占?00°C的溫度下的1小時(shí)的熱處理 后的曲線、在成膜后進(jìn)行了氮?dú)夥占?00°C的溫度下的1小時(shí)的熱處理后的曲線以及在成 膜后進(jìn)行了氮?dú)夥占?00°C的溫度下的1小時(shí)的熱處理后的曲線。在進(jìn)行了 700°C的熱處理后的樣品中，在30°至35°的范圍內(nèi)及55°至60°的范 圍內(nèi)明確觀察到表示結(jié)晶的峰值。另外，對(duì)于形成400nm的IGZO膜并進(jìn)行了氮?dú)夥占?00°C 的溫度下的1小時(shí)的熱處理后的樣品，通過FIB (Focused Ion beam，即聚焦離子束)切出 其端面，并且利用高分辨透射電子顯微鏡(日本日立制造所制造的型號(hào)H9000-NAR，TEM)在 加速電壓為300kV的條件下觀察其截面。圖49示出在放大率為50萬倍的條件下觀察截面 的結(jié)果，其中觀察到晶粒。另外，利用掃描透射電子顯微鏡(日本日立制造所制造的型號(hào) HD-2700，STEM)在加速電壓為200kV的條件下觀察其截面，圖50示出在放大率為600萬倍 的條件下觀察截面的結(jié)果。在圖50中，明確地觀察到晶格像，而與通過XRD測(cè)定觀察到表 示結(jié)晶的峰值的結(jié)果相應(yīng)。另外，對(duì)于通過DC濺射法形成在玻璃襯底上的50nm厚的IGZO膜，通過FIB切出其 端面，并且利用高分辨透射電子顯微鏡(日本日立制造所制造的型號(hào)H9000-NAR，TEM)在加 速電壓為300kV的條件下觀察其截面，以觀察晶粒是否存在、晶粒尺寸、晶粒的分布狀態(tài)。分別準(zhǔn)備如下樣品1及2觀察其斷面使用In2O3 Ga2O3 ZnO = 1 1 1 的靶材，在成膜條件為壓力0. 4Pa、電力500W、成膜溫度為室溫、氬氣流量5sCCm、氧氣流量 45sccm的氧過多條件下通過濺射成膜的樣品1 ；在僅引入流量40sCCm的氬氣而不引入氧 氣，其他條件與樣品1相同的氧缺少條件下通過濺射成膜的樣品2。注意，這里示出不引入 氧的條件作為氧缺少條件，但是對(duì)氧缺少條件沒有特別的限制，即使例如在氧氣流量比氬 氣流量為1 2的情況下也稱為氧缺少條件。圖39是在放大率為50萬倍的條件下觀察樣品1的結(jié)果，而圖40是在放大率為50 萬倍的條件下觀察樣品2的結(jié)果。在樣品1中不能觀察到IGZO膜中的晶粒，但是在樣品2 中觀察到分散在IGZO膜中的直徑為Inm至lOnm，典型為2nm至4nm左右的晶粒。樣品2 的晶粒尺寸比進(jìn)行了 700°C的溫度下的熱處理的樣品的截面觀察圖，即圖49中的晶粒尺寸 小。根據(jù)其結(jié)果可知，盡管有意使用In2O3 Ga2O3 ZnO = 1 1 1的靶材以獲得非晶 IGZO膜，但是獲得了在剛成膜之后包含晶粒的IGZO膜。另外，分別準(zhǔn)備如下樣品3及4觀察其斷面在采用樣品1的成膜條件后還進(jìn)行了 氮?dú)夥占?50°C的溫度下的1小時(shí)的熱處理的樣品3 ；在采用樣品2的成膜條件后還進(jìn)行了 氮?dú)夥占?50°C的溫度下的1小時(shí)的熱處理的樣品4。圖41是在放大率為50萬倍的條件下觀察樣品3的結(jié)果，而圖42是在放大率為50 萬倍的條件下觀察樣品4的結(jié)果。另外，在樣品3中不能觀察到IGZO膜中的晶粒，但是在 樣品4中觀察到分散在IGZO膜中的直徑為Inm至lOnm，典型為2nm至4nm左右的晶粒。另外，在對(duì)樣品1至4進(jìn)行XRD測(cè)定的情況下，其結(jié)果是，與圖38所示的as-d印ο 及進(jìn)行了氮?dú)夥占?50°C的溫度下的1小時(shí)的熱處理后的樣品同樣，在樣品1至4的每一個(gè) 中不能觀察到明確表示結(jié)晶的峰值。如上所述，在以氧過多條件為濺射成膜條件的樣品1的TEM圖像中不能觀察到晶 粒而在以氧缺少條件為濺射成膜條件的樣品2的TEM圖像中觀察到晶粒的原因是如下所述
6的。在以氧缺少條件為濺射成膜條件的樣品2中，本來在濺射靶材受到Ar沖擊時(shí)晶化 的化學(xué)計(jì)量比的粒子受到Ar離子的等離子體能量，該粒子在飛揚(yáng)(從靶材到襯底)時(shí)晶化 或者生長(zhǎng)。因此，在成膜過程的膜中的晶粒中還觀察到角部。另外，還觀察到如下傾向在 進(jìn)行350°C的溫度下的熱處理時(shí)，與晶粒周圍的非晶成分的氧之間起反應(yīng)，從而如圖42所 示，晶界比圖40模糊，即不清楚。晶粒的結(jié)晶有序性擴(kuò)展到非晶成分的周圍。因此，在氧缺少條件下形成氧濃度更低的IGZO膜，而以更高濃度的載流子區(qū)域構(gòu) 成N+型。根據(jù)上述晶粒的生成過程，通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)整靶材的成分比、成膜壓力(0. IPa至 2. OPa)、電力(250W至3000W，8英寸Φ)、溫度(室溫至100°C )以及反應(yīng)性濺射的成膜條 件等，而能夠在Inm至IOnm范圍內(nèi)調(diào)整晶粒的密度或直徑尺寸。另一方面，在以氧過多條件為濺射成膜條件的樣品1中，即使要通過使濺射靶材 受到?jīng)_擊而在飛揚(yáng)時(shí)利用等離子體能量引起結(jié)晶生長(zhǎng)，也因?yàn)橥瑫r(shí)存在著過多的氧，所以 各元素與氧之間的反應(yīng)強(qiáng)，不能引起IGZO的結(jié)晶生長(zhǎng)機(jī)理，從而在襯底上形成玻璃狀(非 晶狀)的所有成分。當(dāng)然，通過調(diào)整濺射成膜的氧的混入程度，而調(diào)整氧缺少條件與氧過多條件的中 間條件的工藝。至于濺射法，因?yàn)閷?duì)靶材用Ar離子施加強(qiáng)能量，所以本來在形成的IGZO膜中存在 著較強(qiáng)應(yīng)變能。進(jìn)行200°C至600°C，典型為300°C至500°C的溫度下的熱處理，以釋放該應(yīng) 變能。通過進(jìn)行該熱處理，進(jìn)行原子級(jí)的再排列。由于通過進(jìn)行該熱處理而釋放阻礙載流 子遷移的應(yīng)變能，所以成膜和熱處理(包括光退火)是重要的。注意，200°C至600°C的溫度 下的熱處理不產(chǎn)生如超過700°C的溫度下的熱處理那樣的根據(jù)原子大遷移的單晶生長(zhǎng)。在700°C以上的加熱溫度的條件下，明確地觀察到結(jié)晶生長(zhǎng)，并且如圖38所示那 樣觀察到XRD測(cè)定中的結(jié)晶峰值。另一方面，在氧缺少條件及氧過多條件下，如圖38所示， 都不能觀察到XRD測(cè)定中的結(jié)晶峰值。這個(gè)理由大概是因?yàn)榻Y(jié)晶成分或其結(jié)晶程度少、晶 粒尺寸小等，但是實(shí)際上不清楚。圖43及圖44是進(jìn)一步放大了圖40及圖42中觀察到的晶粒的圖。圖43示出氧 缺少條件下的樣品2的截面TEM圖像(800萬倍)，而圖44示出氧缺少條件下的進(jìn)行了熱處 理后的樣品4的截面TEM圖像(800萬倍)。在圖43及圖44中，都觀察到晶粒中的清楚的 晶格像，并明確地觀察到三層結(jié)構(gòu)的單晶。圖45至48是進(jìn)一步放大了圖39及圖41的圖。圖45示出氧過多條件下的樣品 1的截面TEM圖像(200萬倍)，而圖47示出800萬倍的圖像。圖46示出氧過多條件下的 進(jìn)行了熱處理后的樣品3的截面TEM圖像(200萬倍)，而圖48示出800萬倍的圖像。在圖 45至圖48中，都不能觀察到晶粒。另外，可以形成具有多層結(jié)構(gòu)的源區(qū)或漏區(qū)。通過使用包含晶粒的氧化物半導(dǎo)體 層作為第一層，并使用包含Ti、W、Mo、Ni的氧化物半導(dǎo)體層作為第二層，而得到源區(qū)或漏區(qū) 與源電極層及漏電極層間的歐姆接觸。本說明書所公開的其他結(jié)構(gòu)是一種半導(dǎo)體裝置，包括絕緣表面上的柵電極；所 述柵電極上的柵極絕緣層；所述柵極絕緣層上的半導(dǎo)體層；所述半導(dǎo)體層上的第一源區(qū)及漏區(qū)；所述第一源區(qū)及漏區(qū)上的第二源區(qū)及漏區(qū)；以及所述第二源區(qū)及漏區(qū)上的金屬層， 其中，所述半導(dǎo)體層是包含銦、鎵以及鋅的氧化物半導(dǎo)體層，所述第一源區(qū)及漏區(qū)的氧濃度 低于所述半導(dǎo)體層的氧濃度，并且所述源區(qū)及漏區(qū)包含其尺寸為Inm以上IOnm以下的晶 粒，所述第二源區(qū)及漏區(qū)包含W、Mo、Ti、Ni或Al，并且所述第二源區(qū)及漏區(qū)的氧濃度低于所 述半導(dǎo)體層的氧濃度，并且，所述金屬層是源電極層及漏電極層。在上述結(jié)構(gòu)中，所述第一源區(qū)及漏區(qū)是包含銦、鎵以及鋅的氧化物層。另外，所述 第二源區(qū)及漏區(qū)是包含銦、鎵以及鋅的氧化物層。本發(fā)明的實(shí)施方式之一是不局限于底柵結(jié)構(gòu)，而可以應(yīng)用于頂柵型薄膜晶體管。 本說明書所公開的另一結(jié)構(gòu)是一種半導(dǎo)體裝置，包括絕緣表面上的金屬層；所述金屬層 上的源區(qū)及漏區(qū)；所述源區(qū)及漏區(qū)上的半導(dǎo)體層；所述半導(dǎo)體層上的柵極絕緣層；以及所 述柵極絕緣層上的柵電極，其中，所述半導(dǎo)體層是包含銦、鎵以及鋅的氧化物半導(dǎo)體層，所 述源區(qū)及漏區(qū)是其氧濃度低于所述半導(dǎo)體層的氧濃度的氧化物半導(dǎo)體層，并包含其尺寸為 Inm以上IOnm以下的晶粒，并且，所述金屬層是源電極層及漏電極層。另外，將氧化物半導(dǎo)體膜用于溝道形成區(qū)域的薄膜晶體管具有氧化物半導(dǎo)體膜界 面的不穩(wěn)定性等可靠性方面的問題。其實(shí)，從來沒討論過使用IGZO的薄膜晶體管中的界面 特性的問題。另外，可靠性方面上不穩(wěn)定的原因不清楚。鑒于該問題，本發(fā)明的目的之一在 于在使用包含銦(In)、鎵(Ga)以及鋅(Zn)的氧化物半導(dǎo)體膜的薄膜晶體管中得到優(yōu)良的 界面特性而避免水分等雜質(zhì)的混入。另外，在接觸氧化物半導(dǎo)體膜的柵極絕緣層包含氫的 情況下，會(huì)導(dǎo)致柵極絕緣層中的氫擴(kuò)散并與氧化物半導(dǎo)體膜中的氧起反應(yīng)而成為H2O成分。 另外，在柵極絕緣層的氧濃度低的情況下，會(huì)導(dǎo)致氧化物半導(dǎo)體膜中的氧濃度的降低。鑒于 該問題，本發(fā)明的目的之一在于提供一種在使用包含銦(In)、鎵(Ga)以及鋅(Zn)的氧化物 半導(dǎo)體膜的薄膜晶體管中溝道形成區(qū)域包含多量的氧的結(jié)構(gòu)。另外，本發(fā)明的實(shí)施方式之一是一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中能夠不接觸 空氣地連續(xù)形成柵極絕緣層、半導(dǎo)體層、源區(qū)或漏區(qū)、源電極層或漏電極層，上述制造方法 包括如下步驟在絕緣表面上形成柵電極；通過濺射法不接觸空氣地層疊所述柵電極上的 柵極絕緣層及該柵極絕緣層上的半導(dǎo)體層；在所述半導(dǎo)體層上形成源區(qū)及漏區(qū)；以及在所 述源區(qū)及漏區(qū)上形成金屬層，其中，所述半導(dǎo)體層是包含銦、鎵以及鋅的氧化物半導(dǎo)體層， 所述源區(qū)及漏區(qū)的氧濃度低于所述半導(dǎo)體層的氧濃度，并且所述源區(qū)及漏區(qū)包含其尺寸為 Inm以上IOnm以下的晶粒，并且，所述金屬層是源電極層及漏電極層。通過至少連續(xù)形成柵極絕緣層及半導(dǎo)體層，能夠減輕因?yàn)榭諝庵械碾s質(zhì)的塵土混 入界面中而導(dǎo)致的缺陷。另外，通過連續(xù)形成柵極絕緣層及半導(dǎo)體層，能夠得到優(yōu)良的界面 特性而避免水分等雜質(zhì)的混入。柵極絕緣層、半導(dǎo)體層、源區(qū)及漏區(qū)、源電極層及漏電極層可以通過濺射法而形 成。另外，在上述制造方法中，所述源區(qū)及漏區(qū)是包含銦、鎵以及鋅的氧化物層，并通 過濺射法不接觸空氣地層疊在所述半導(dǎo)體層上。如上所述，通過利用濺射法連續(xù)成膜，能夠提高生產(chǎn)率并使薄膜界面的可靠性穩(wěn) 定。另外，通過在氧氣氛中形成柵極絕緣層及半導(dǎo)體層以使它們包含多量的氧，能夠減輕元 件退化導(dǎo)致的可靠性降低或薄膜晶體管特性向常開啟一側(cè)的偏移。
另外，在上述制造方法中，優(yōu)選對(duì)柵極絕緣層表面進(jìn)行氧自由基處理。因此，在柵 極絕緣層與半導(dǎo)體層的界面具有氧濃度的峰值，并且柵極絕緣層的氧濃度具有濃度梯度， 該氧濃度越接近柵極絕緣層與半導(dǎo)體層的界面越增高。通過對(duì)柵極絕緣層進(jìn)行氧自由基處理，將氧自由基引入柵極絕緣層中而使與氧過 剩氧化物半導(dǎo)體層間的界面附近的柵極絕緣層包含比塊狀GI過多的氧。通過進(jìn)行氧自由基處理，能夠改善柵極絕緣層與氧化物半導(dǎo)體層的界面附近，而 形成具有氧過剩區(qū)域的柵極絕緣層。具有氧過剩區(qū)域的柵極絕緣層和氧過剩氧化物半導(dǎo)體層很好搭配，從而能夠得到 優(yōu)良的界面特性。另外，優(yōu)選進(jìn)行連續(xù)成膜，以層疊具有氧過剩區(qū)域的柵極絕緣層和氧過剩氧化物 半導(dǎo)體層。既可利用包含氧的氣體通過等離子體產(chǎn)生裝置供給氧自由基，又可通過臭氧產(chǎn)生 裝置供給氧自由基。通過將所供給的氧自由基或氧照射到薄膜，能夠?qū)Ρ∧みM(jìn)行表面改質(zhì)。另外，也可以進(jìn)行氬和氧的自由基處理，而不局限于氧自由基處理。氬和氧的自由 基處理是指通過引入氬氣和氧氣而產(chǎn)生等離子體以對(duì)薄膜進(jìn)行表面改質(zhì)的處理。通過施加電場(chǎng)而產(chǎn)生放電等離子體的反應(yīng)空間中的Ar原子(Ar)被放電等離子體 中的電子(e)激發(fā)或電離而成為氬自由基(Ar*)、氬離子(Ar+)或電子(e)。氬自由基(Ar*) 處于能量高的準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)，并與其周圍的同種或異種原子起反應(yīng)而使該原子激發(fā)或電離以 回到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)像雪崩那樣起反應(yīng)。此時(shí)，若在其周圍存在著氧，則使氧原子(0)激發(fā)或電 離而成為氧自由基(0)、氧離子(0+)或氧(0)。該氧自由基(Cf)與被處理物的薄膜表面的 材料起反應(yīng)來進(jìn)行表面改質(zhì)，并且與表面上的有機(jī)物起反應(yīng)來去除有機(jī)物，以進(jìn)行等離子 體處理。另外，與反應(yīng)性氣體的自由基相比，惰性氣體的自由基在長(zhǎng)時(shí)間維持準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)， 從而通常使用惰性氣體以產(chǎn)生等離子體。另外，最優(yōu)選地是，利用硅靶材通過引入Ar氣體和氧氣的濺射法形成包含多量的 氧的絕緣層作為柵極絕緣層。另一方面，在通過利用TEOS氣體等的等離子體CVD法(PCVD 法)形成柵極絕緣層的情況下，若柵極絕緣層包含的氫與氧化物半導(dǎo)體層的氧起反應(yīng)則容 易形成H2O或OH而成為載流子扼殺劑的阻礙原因，這會(huì)導(dǎo)致可靠性的退化。就是說，在通過 PCVD法形成包含氫的絕緣膜作為柵極絕緣層的情況下，柵極絕緣層的氫有時(shí)會(huì)與氧過剩氧 化物半導(dǎo)體層的氧起反應(yīng)，從而這不是優(yōu)選的。因此，關(guān)于柵極絕緣層的氫濃度，優(yōu)選將通 過SIMS( 二次離子質(zhì)譜)分析而得到的濃度峰值設(shè)定為2X IO19CnT3以下。另外，圖3示出 對(duì)氧濃度低的柵極絕緣層進(jìn)行氧自由基處理的比較例，但是在此情況下會(huì)導(dǎo)致氧過剩氧化 物半導(dǎo)體層的氧的吸收，從而這不是優(yōu)選的。因此，如圖IA所示的氧濃度分布那樣，通過對(duì)柵極絕緣層一側(cè)的界面進(jìn)行氧自由 基處理而摻雜氧，然后形成IGZO膜后進(jìn)行熱處(200°C至600°C )。圖IA是熱處理前的柵極 絕緣層與半導(dǎo)體層的界面附近的氧濃度的示意圖。另外，圖IB是熱處理后的柵極絕緣層與 半導(dǎo)體層的界面附近的氧濃度的示意圖。通過進(jìn)行熱處理而將圖IA所示的狀態(tài)改變?yōu)閳DIB所示的狀態(tài)，起到將柵極絕緣 層中的過多的氧漂移到IGZO膜一側(cè)并防止將IGZO膜的氧漂移到GI —側(cè)的效果。通過對(duì)柵 極絕緣層表面進(jìn)行氧自由基處理，能夠?qū)崿F(xiàn)界面的穩(wěn)定化。通過明確可靠性方面的不穩(wěn)定的原因之一在于柵極絕緣層與IGZO膜的界面，而對(duì)柵極絕緣層進(jìn)行改質(zhì)處理而不對(duì)IGZO 膜進(jìn)行改質(zhì)處理，然后進(jìn)行熱處理，以實(shí)現(xiàn)可靠性的穩(wěn)定化。另外，也可以在對(duì)柵極絕緣層表面進(jìn)行等離子體處理而使它SiN化后進(jìn)行氧自由 基處理，以減少擴(kuò)散到IGZO膜中的柵極絕緣層所包含的氫。作為使表面SiN化的等離子體 處理，可以舉出如下方法通過微波得到等離子體的激發(fā)而利用氮自由基(有時(shí)包含NH自 由基)使柵極絕緣層表面氮化的方法；在氮?dú)夥罩羞M(jìn)行反濺射(reversesputtering)的方 法；等等。另外，圖2示出在使表面SiN化后進(jìn)行了氧自由基處理的柵極絕緣層與半導(dǎo)體層 的界面附近的氧濃度的示意圖。注意，圖1至圖3只是用來簡(jiǎn)單地描述本發(fā)明的實(shí)施方式之一的概念的示意圖，當(dāng) 然對(duì)其沒有特別的限制。在對(duì)柵極絕緣層進(jìn)行氧自由基處理的情況下，本發(fā)明的實(shí)施方式之一是一種薄 膜晶體管，包括柵電極層；柵電極層上的柵極絕緣層；柵極絕緣層上的氧化物半導(dǎo)體層； 氧化物半導(dǎo)體層上的包含其尺寸為Inm以上IOnm以下的晶粒的源區(qū)及漏區(qū)；源區(qū)及漏區(qū)上 的源電極層及漏電極層，其中在柵極絕緣層與氧化物半導(dǎo)體層的界面具有氧濃度的峰值， 并且柵極絕緣層的氧濃度具有濃度梯度，該氧濃度越接近柵極絕緣層與氧化物半導(dǎo)體層的 界面越增高。另外，在對(duì)柵極絕緣層進(jìn)行氧自由基處理的情況下，本發(fā)明的實(shí)施方式之一是一 種薄膜晶體管，包括柵電極層；柵電極層上的柵極絕緣層；柵極絕緣層上的氧化物半導(dǎo)體 層；氧化物半導(dǎo)體層上的包含其尺寸為Inm以上IOnm以下的晶粒的源區(qū)及漏區(qū)；源區(qū)及漏 區(qū)上的源電極層及漏電極層，其中在柵極絕緣層與氧化物半導(dǎo)體層的界面具有氧濃度的峰 值，并且柵極絕緣層及氧化物半導(dǎo)體層的氧濃度具有濃度梯度，該氧濃度越接近柵極絕緣 層與氧化物半導(dǎo)體層的界面越增高。在上述結(jié)構(gòu)中，氧化物半導(dǎo)體層的氧濃度高于包含其尺寸為Inm以上IOnm以下的 晶粒的源區(qū)及漏區(qū)的氧濃度。通過使用氧過剩氧化物半導(dǎo)體層作為氧化物半導(dǎo)體層，并使 用氧缺少氧化物半導(dǎo)體層作為包含其尺寸為Inm以上IOnm以下的晶粒的源區(qū)及漏區(qū)，可以 使源區(qū)及漏區(qū)的載流子濃度高于氧化物半導(dǎo)體層。另外，優(yōu)選使用鈦膜作為源電極層和漏電極層。例如，當(dāng)使用鈦膜、鋁膜、鈦膜的疊 層時(shí)，電阻低且在鋁膜中不容易產(chǎn)生小丘。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式之一，可以得到一種光電流少，寄生電容小并且開關(guān)比高 的薄膜晶體管，而可以制造具有良好的動(dòng)態(tài)特性的薄膜晶體管。所以，可以提供具有高電特 性且可靠性高的薄膜晶體管的半導(dǎo)體裝置。


圖IA和IB是熱處理前后的柵極絕緣層與半導(dǎo)體層的界面附近的氧濃度的示意 圖；圖2A和2B是被氮化的柵極絕緣層與半導(dǎo)體層的界面附近的氧濃度的示意圖；圖3是柵極絕緣層與半導(dǎo)體層的界面附近的氧濃度的示意圖(比較例)；圖4是說明本發(fā)明的實(shí)施方式之一的半導(dǎo)體裝置的圖；圖5A至5D是說明本發(fā)明的實(shí)施方式之一的半導(dǎo)體裝置的10
圖6A和6B是說明本發(fā)明的實(shí)施方式之一的半導(dǎo)體裝置的圖；圖7A至7G是說明本發(fā)明的實(shí)施方式之一的半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖；圖8A至8D是說明本發(fā)明的實(shí)施方式之一的半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖；圖9A和9B是說明本發(fā)明的實(shí)施方式之一的半導(dǎo)體裝置的圖；圖IOA和IOB是說明本發(fā)明的實(shí)施方式之一的半導(dǎo)體裝置的圖；圖IlA和IlB是說明本發(fā)明的實(shí)施方式之一的半導(dǎo)體裝置的圖；圖12是說明本發(fā)明的實(shí)施方式之一的半導(dǎo)體裝置的圖；圖13A和13B是說明本發(fā)明的實(shí)施方式之一的半導(dǎo)體裝置的圖；圖14A至14D是說明本發(fā)明的實(shí)施方式之一的半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖；圖15是說明本發(fā)明的實(shí)施方式之一的半導(dǎo)體裝置的圖；圖16A和16B是說明半導(dǎo)體裝置的框圖的圖；圖17是說明信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)的圖；圖18是說明信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路的工作的時(shí)序圖；圖19是說明信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路的工作的時(shí)序圖；圖20是說明移位寄存器的結(jié)構(gòu)的圖；圖21是說明圖20所示的觸發(fā)器的連接結(jié)構(gòu)的圖；圖22是多室制造裝置的俯視示意圖；圖23A和23B是說明本發(fā)明的實(shí)施方式之一的半導(dǎo)體裝置的圖；圖24A至24C是說明本發(fā)明的實(shí)施方式之一的半導(dǎo)體裝置的圖；圖25是說明本發(fā)明的實(shí)施方式之一的半導(dǎo)體裝置的圖；圖26A和26B是說明本發(fā)明的實(shí)施方式之一的半導(dǎo)體裝置的圖；圖27是說明本發(fā)明的實(shí)施方式之一的半導(dǎo)體裝置的圖；圖28A至28C是說明本發(fā)明的實(shí)施方式之一的半導(dǎo)體裝置的圖；圖29A和29B是說明本發(fā)明的實(shí)施方式之一的半導(dǎo)體裝置的圖；圖30是說明本發(fā)明的實(shí)施方式之一的半導(dǎo)體裝置的圖；圖31A和31B是說明電子紙的使用方式的例子的圖；圖32是示出電子書籍的一個(gè)例子的外觀圖；圖33A和33B是示出電視裝置及數(shù)碼相框的例子的外觀圖；圖34A和34B是示出游戲機(jī)的例子的外觀圖；圖35是示出移動(dòng)電話的一個(gè)例子的外觀圖；圖36是說明本發(fā)明的實(shí)施方式之一的半導(dǎo)體裝置的圖；圖37是說明本發(fā)明的實(shí)施方式之一的半導(dǎo)體裝置的圖；圖38是示出XRD測(cè)定的結(jié)果的圖；圖39是示出氧過多條件下的樣品1的截面TEM圖像(放大率為50萬倍)的圖；圖40是示出氧缺少條件下的樣品2的截面TEM圖像(放大率為50萬倍)的圖；圖41是示出在氧過多條件下還進(jìn)行了熱處理的樣品3的截面TEM圖像(放大率 為50萬倍)的圖；圖42是示出在氧缺少條件下還進(jìn)行了熱處理的樣品4的截面TEM圖像(放大率 為50萬倍)的圖43是示出氧缺少條件下的樣品2的截面TEM圖像(放大率為800萬倍)的圖；圖44是示出氧缺少條件下的樣品4的截面TEM圖像(放大率為800萬倍)的圖；圖45是示出氧過多條件下的樣品1的截面TEM圖像(放大率為200萬倍)的圖；圖46是示出在氧過多條件下還進(jìn)行了熱處理的樣品3的截面TEM圖像(放大率 為200萬倍)的圖；圖47是示出氧過多條件下的樣品1的截面TEM圖像(放大率為800萬倍)的圖；圖48是示出在氧過多條件下還進(jìn)行了熱處理的樣品3的截面TEM圖像(放大率 為800萬倍)的圖；圖49是示出進(jìn)行了 700°C的溫度下的熱處理的樣品的截面TEM圖像(放大率為 50萬倍)的圖；圖50是示出進(jìn)行了 700°C的溫度下的熱處理的樣品的STEM圖像(放大率為600 萬倍)的圖。本發(fā)明的選擇圖為圖4
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。但是，本發(fā)明不局限于以下的 說明，所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以很容易地理解一個(gè)事實(shí)就是，其方式及詳細(xì)內(nèi)容 在不脫離本發(fā)明的宗旨及其范圍的情況下可以被變換為各種各樣的形式。因此，本發(fā)明不 應(yīng)該被解釋為僅限定在以下所示的實(shí)施方式所記載的內(nèi)容中。注意，在以下說明的本發(fā)明 的結(jié)構(gòu)中，不同附圖中使用相同的附圖標(biāo)記來表示相同的部分或具有相同功能的部分，而 省略其重復(fù)說明。實(shí)施方式1在本實(shí)施方式中，使用圖5A至8D對(duì)薄膜晶體管及其制造工序進(jìn)行說明。在圖5A至5D及圖6A和6B中示出本實(shí)施方式的底柵結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管170a、 170b、以及170c。圖5A為平面圖，圖5B是沿著圖5A中的線A1-A2的截面圖。圖5C為平面 圖，圖5D是沿著圖5C中的線B1-B2的截面圖。圖6A為平面圖，圖6B是沿著圖6A中的線 C1-C2的截面圖。在圖5A至5D中，設(shè)置有在襯底100上具有柵電極層101、柵極絕緣層102、半導(dǎo)體 層103、源區(qū)或漏區(qū)104a、104b、源電極層或漏電極層105a、105b的薄膜晶體管170a。對(duì)柵極絕緣層102的表面進(jìn)行氧自由基處理。因此，在柵極絕緣層102與半導(dǎo)體 層103的界面具有氧濃度的峰值，并且柵極絕緣層102的氧濃度具有濃度梯度，該氧濃度越 接近柵極絕緣層102與半導(dǎo)體層103的界面越增高。使用包含IruGa以及Zn的氧過剩氧化物半導(dǎo)體層作為半導(dǎo)體層103，并且在源電 極層或漏電極層105a及105b與IGZO半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體層103間有意設(shè)置由氧缺少氧化 物半導(dǎo)體層構(gòu)成的源區(qū)或漏區(qū)104a及104b，以實(shí)現(xiàn)歐姆接觸。另外，作為半導(dǎo)體層103、源 區(qū)或漏區(qū)104a及104b，也可以使用鎢、鉬、鈦、鎳、鋁代替IruGa以及Zn中的任何一個(gè)。作為源區(qū)或漏區(qū)104a及104b，使用包含IruGa以及Zn且包含晶粒的氧缺少氧化 物半導(dǎo)體膜。設(shè)定溝道用IGZO的載流子濃度范圍，以不使薄膜晶體管處于常開啟狀態(tài)。因此，通過將具有上述載流子濃度范圍的IGZO膜用作半導(dǎo)體層的溝道，能夠獲得可靠性高的薄 膜晶體管。另外，源區(qū)或漏區(qū)也可以具有疊層結(jié)構(gòu)。在層疊源區(qū)及漏區(qū)的情況下，只要將載流 子濃度范圍設(shè)定為載流子濃度向源電極層及漏電極層一側(cè)增高，即可。通過使源區(qū)及漏區(qū) 包含雜質(zhì)元素，能夠形成載流子濃度高的源區(qū)及漏區(qū)。圖5A、5B的薄膜晶體管170a是使用不同掩模對(duì)源區(qū)或漏區(qū)104a、104b與源電極 層或漏電極層105a、105b進(jìn)行蝕刻加工的例子，源區(qū)或漏區(qū)104a、104b與源電極層或漏電 極層105a、105b的形狀不同。圖5C、5D的薄膜晶體管170b是使用相同掩模對(duì)源區(qū)或漏區(qū)104a、104b與源電極 層或漏電極層105a、105b進(jìn)行蝕刻加工的例子，源區(qū)或漏區(qū)104a、104b與源電極層或漏電 極層105a、105b的形狀相同。另外，圖5A、5B、5C、5D的薄膜晶體管170a、170b是在半導(dǎo)體層103上，源電極層或 漏電極層105a、105b的端部與源區(qū)或漏區(qū)104a、104b的端部不一致，而露出有源區(qū)或漏區(qū) 104a、104b的一部分的例子。另一方面，圖6A、6B的薄膜晶體管170c是使用相同掩模對(duì)半導(dǎo)體層103和源區(qū)或 漏區(qū)104a、104b進(jìn)行蝕刻加工的例子，從而半導(dǎo)體層103與源區(qū)或漏區(qū)104a、104b的端部 一致。另外，圖6A、6B的薄膜晶體管170c是在半導(dǎo)體層103上，源電極層或漏電極層105a、 105b的端部與源區(qū)或漏區(qū)104a、104b的端部也一致的例子。此外，圖15示出源電極層或漏電極層為疊層結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管171d。薄膜晶體 管171d包括源電極層或漏電極層105al、105a2、105a3的疊層、以及源電極層或漏電極層 105bl、105b2、105b3的疊層。例如，可以使用鈦膜作為源電極層或漏電極層105al、105bl， 使用鋁膜作為105a2、105b2，并使用鈦膜作為105a3、105b3。在薄膜晶體管171d中，將源電極層或漏電極層105al、105bl用作蝕刻停止層，利 用濕蝕刻形成源電極層或漏電極層105a2、105a3、105b2、105b3。使用與上述濕蝕刻相同的 掩模，利用干蝕刻形成源電極層或漏電極層105al、105bl、源區(qū)或漏區(qū)104a、104b、半導(dǎo)體 層 103。因此，源電極層或漏電極層105al與源區(qū)或漏區(qū)104a的端部、源電極層或漏電極 層105bl與源區(qū)或漏區(qū)104b的端部分別一致，并且與源電極層105al、105bl相比，源電極 層或漏電極層105a2、105a3、源電極層或漏電極層105b2、105b3的端部縮退。由此，當(dāng)用于源電極層和漏電極層的導(dǎo)電膜、以及源區(qū)或漏區(qū)和半導(dǎo)體層在蝕刻 工序中選擇比低時(shí)，層疊用作蝕刻停止層的導(dǎo)電膜并在其他的蝕刻條件下進(jìn)行多次蝕刻工 序即可。圖4示出薄膜晶體管170d的例子，其中柵電極層101大于半導(dǎo)體層103、源區(qū)或漏 區(qū)104a及104b、源電極層或漏電極層105a及105b，并且在柵電極層101上形成有半導(dǎo)體 層103、源區(qū)或漏區(qū)104a及104b、源電極層或漏電極層105a及105b。另外，在薄膜晶體管 170d上形成有絕緣膜107a及107b作為保護(hù)膜。使用圖7A至7G說明圖5A、5B的薄膜晶體管170a的制造方法。在襯底100上形成柵電極層101、柵極絕緣層102、以及半導(dǎo)體膜111 (參照?qǐng)D7A)。 襯底100除了可以使用通過熔化方法或浮法(floatmethod)制造的無堿玻璃襯底如鋇硼硅酸鹽玻璃、硼硅酸鋁玻璃、或鋁硅酸鹽玻璃等、及陶瓷襯底之外，還可以使用具有可承受 本制造工序的處理溫度的耐熱性的塑料襯底等。此外，還可以使用在不銹鋼合金等金屬襯 底的表面上設(shè)置絕緣膜的襯底。襯底100的尺寸可以采用320mmX400mm、370mmX470mm、 550mmX650mm、600mmX 720mm、680mmX 880mm、730mmX920mm、1000mmX 1200mm、 IlOOmmX 1250mm、1150mmX 1300mml500mmX 1800mm、1900mmX 2200mm、2160mmX 2460mm、 2400mm X 2800mm、或 2850mm X 3050mm 等。另外，還可以在襯底100上形成絕緣膜作為基底膜。至于基底膜，可以利用濺射法 等由氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜、或氮氧化硅膜的單層或疊層來形成即可。柵電極層101使用鈦、鉬、鉻、鉭、鎢、鋁等的金屬材料或其合金材料形成。柵電極 層101可以通過利用濺射法或真空蒸鍍法在襯底100上形成導(dǎo)電膜，并在該導(dǎo)電膜上利用 光刻技術(shù)或噴墨法形成掩模，并使用該掩模對(duì)導(dǎo)電膜進(jìn)行蝕刻而形成。另外，可以利用噴墨 法噴射銀、金、銅等的導(dǎo)電納米膏并進(jìn)行焙燒來形成柵電極層101。另外，作為用來提高柵電 極層101的黏附性以及防止向襯底或基底膜的擴(kuò)散的阻擋層金屬，可以將上述金屬材料的 氮化物膜設(shè)置在襯底100和柵電極層101之間。另外，柵電極層101可以是單層結(jié)構(gòu)或疊 層結(jié)構(gòu)，例如可以從襯底100 —側(cè)使用鉬膜和鋁膜的疊層、鉬膜和鋁和釹的合金膜的疊層、 鈦膜和鋁膜的疊層、鈦膜、鋁膜以及鈦膜的疊層等。注意，因?yàn)樵跂烹姌O層101上形成半導(dǎo)體膜或布線，為了防止斷裂優(yōu)選對(duì)其進(jìn)行 加工以使其端部形成為錐形。柵極絕緣層102以及半導(dǎo)體膜111可以在不暴露于空氣的條件下連續(xù)地形成。當(dāng) 連續(xù)地形成時(shí)，可以在不被空氣成分或懸浮于空氣中的雜質(zhì)元素污染的狀態(tài)下形成各個(gè)疊
層界面。在有源矩陣型的顯示裝置中，構(gòu)成電路的薄膜晶體管的電特性重要，顯示裝置的 性能取決于該電特性。尤其是，在薄膜晶體管的電特性之中閾值電壓(Vth)重要。即使在 場(chǎng)效應(yīng)遷移率高的情況下，當(dāng)閾值電壓值高、或閾值電壓值為負(fù)時(shí)，作為電路的控制也很困 難。在薄膜晶體管的閾值電壓值高并且閾值電壓的絕對(duì)值大的情況下，驅(qū)動(dòng)電壓低的情況 下薄膜晶體管不能起到開關(guān)功能，有可能成為負(fù)載。另外，當(dāng)閾值電壓值為負(fù)時(shí)，即使在柵 極電壓為OV的情況下，在源電極和漏電極之間也有電流產(chǎn)生，容易變成所謂的常開啟狀 態(tài)。在采用η溝道型的薄膜晶體管的情況下，優(yōu)選的是，只有對(duì)柵電壓施加正的電壓 才形成溝道，而產(chǎn)生漏極電流的晶體管。只有提高驅(qū)動(dòng)電壓才形成溝道的晶體管、或即使在 負(fù)的電壓狀態(tài)下也能形成溝道而產(chǎn)生漏極電流的晶體管不適合于用于電路的薄膜晶體管。所以，優(yōu)選的是，以使用含有In、Ga、以及Zn的氧化物半導(dǎo)體膜的薄膜晶體管的柵 極電壓盡可能地近于OV的正的閾值電壓形成溝道。氧化物半導(dǎo)體層的界面，即氧化物半導(dǎo)體層和柵極絕緣層的界面對(duì)薄膜晶體管的 閾值電壓值產(chǎn)生大的影響。從而，通過在清潔的狀態(tài)下形成這些界面，可以提高薄膜晶體管的電特性并防止 制造工序的復(fù)雜化，而實(shí)現(xiàn)具備量產(chǎn)性和高性能的雙方的薄膜晶體管。尤其是，當(dāng)在氧化物半導(dǎo)體層和柵極絕緣層之間的界面中存在有空氣中的水分 時(shí)，這會(huì)導(dǎo)致薄膜晶體管的電特性的惡化、閾值電壓的不均勻、容易成為常開啟等。通過連續(xù)形成氧化物半導(dǎo)體層和柵極絕緣層，可以去除這些氫化合物。另外，柵極絕緣層102表面進(jìn)行氧自由基處理，以將柵極絕緣層102表面改質(zhì)為氧 過剩區(qū)域。作為對(duì)柵極絕緣層102表面的氧自由基處理，可以進(jìn)行反濺射處理等的等離子體 處理。反濺射處理是指不對(duì)靶材一側(cè)施加電壓，在氧或氧及氬氣氛中對(duì)襯底一側(cè)施加電壓 而形成等離子體以對(duì)襯底表面進(jìn)行改質(zhì)處理的等離子體處理方法。另外，也可以對(duì)柵極絕 緣層進(jìn)行氮化處理，只要在氮?dú)夥罩羞M(jìn)行反濺射處理等的等離子體處理，即可。因此，通過利用氧自由基對(duì)柵極絕緣層102表面進(jìn)行改質(zhì)，并在減壓下使用濺射 法不暴露于空氣并連續(xù)地形成柵極絕緣層102和半導(dǎo)體膜111，可以實(shí)現(xiàn)具有良好的界面、 漏電流低、并電流驅(qū)動(dòng)能力高的薄膜晶體管。另外，優(yōu)選在氧氣氛下(或氧90%以上、稀有氣體(氬、氦等)10%以下)形成柵 極絕緣層102和為包含In、Ga、及Zn的氧化物半導(dǎo)體膜的半導(dǎo)體膜111。如上所述通過使用濺射法連續(xù)地形成膜，提高生產(chǎn)性并薄膜界面的可靠性穩(wěn)定。 另外，通過在氧氣氛下形成柵極絕緣層和半導(dǎo)體層并使其包含多的氧，可以減輕因惡化而 導(dǎo)致的可靠性的降低且薄膜晶體管的常開啟。柵極絕緣層102可以通過濺射法并使用氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜、或者氮 氧化硅膜來形成。圖6A、6B所示的薄膜晶體管170c是層疊柵極絕緣層102的例子。柵極絕緣層102可以通過依次層疊氮化硅膜或氮氧化硅膜以及氧化硅膜或氧氮 化硅膜來形成。注意，可以不使柵極絕緣層具有兩層結(jié)構(gòu)，而從襯底一側(cè)依次層疊氮化硅膜 或氮氧化硅膜、氧化硅膜或氧氮化硅膜、氮化硅膜或氮氧化硅膜的三層來形成柵極絕緣層。 此外，可以使用氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜、或者氮氧化硅膜的單層來形成柵極絕緣 層。此外，也可以通過濺射法在柵電極層101上形成氮化硅膜并通過濺射法在氮化硅 膜上層疊氧化硅膜作為柵極絕緣層102。在此，氧氮化硅膜是指在其組成中氧含量多于氮含量的。此外，氮氧化硅膜是指在 其組成中氮含量多于氧含量的。此外，作為柵極絕緣層102，也可以使用鋁、釔或鉿的氧化物、氮化物、氧氮化物、氮 氧化物中的一種或者包含至少其中兩種以上的化合物的化合物。此外，也可以使柵極絕緣層102包含氯、氟等鹵素。將柵極絕緣層102中的鹵素的 濃度設(shè)定為在濃度峰值上為1 X 1015atomS/Cm3以上且1 X 102°atomS/Cm3以下即可。在本實(shí)施方式中，使用Si單晶靶材并使用氬氣和氧氣通過濺射形成柵極絕緣層 102，以盡量減少柵極絕緣層102中的氫。防止該柵極絕緣層102中的氫擴(kuò)散并與半導(dǎo)體 膜111中的過剩的氧起反應(yīng)而成為H2O成分是極為重要的。通過連續(xù)成膜而避免水分附著 于柵極絕緣層102與半導(dǎo)體膜111的界面也是重要的。因此，優(yōu)選地是，通過利用低溫泵 等對(duì)處理室內(nèi)進(jìn)行真空排氣，而在極限壓力為1 X ΙΟ"7至1 X IO-10Torr (大約1 X 10_5Pa至 IXl(T8Pa)的超高真空區(qū)域，即所謂的UHV區(qū)域中進(jìn)行濺射。另外，當(dāng)不使柵極絕緣層102 與半導(dǎo)體膜111的界面接觸空氣地連續(xù)層疊時(shí)，對(duì)柵極絕緣層102的表面進(jìn)行氧自由基處 理以使其表面變成氧過剩區(qū)域是在形成氧供給源的方面上有效的，該氧供給源用來當(dāng)在之 后步驟中進(jìn)行用來提高可靠性的熱處理時(shí)將半導(dǎo)體膜111界面改質(zhì)。
另外，通過對(duì)柵極絕緣層102進(jìn)行氧自由基處理以形成氧過剩區(qū)域，將半導(dǎo)體膜 111的表面的氧濃度設(shè)定為高于柵極絕緣層102內(nèi)部的氧濃度。與沒進(jìn)行氧自由基處理的 情況相比，進(jìn)行了氧自由基處理的情況下的柵極絕緣層102與半導(dǎo)體膜111的界面的氧濃
度變高。若對(duì)柵極絕緣層102進(jìn)行氧自由基處理后層疊半導(dǎo)體膜111，并且進(jìn)行熱處理，則 半導(dǎo)體膜111的柵極絕緣層102 —側(cè)的氧濃度也變高。形成包含IruGa及Zn的氧化物半導(dǎo)體膜作為半導(dǎo)體膜111。例如，使用濺射法形 成厚度是50nm的含有IruGa及Zn的氧化物半導(dǎo)體膜作為半導(dǎo)體膜111。作為具體條件例， 舉出可以使用直徑是8英寸的包含In、Ga及Zn的氧化物半導(dǎo)體靶材，將襯底和靶材之間 的距離設(shè)定為170mm，將壓力設(shè)定為0. 4Pa，將直流(DC)電源設(shè)定為0. 5kW，并且在氬或氧氣 氛下形成膜。另外，當(dāng)使用脈沖直流(DC)時(shí)，可以減少碎屑，并且膜厚分布也均勻，所以這 是優(yōu)選的?？梢允褂冒琁n、Ga以及Zn的氧化物半導(dǎo)體靶材在稀有氣體氣氛中或氧氣氛中 形成半導(dǎo)體膜111。這里，為了使IGZO膜盡量包含多量的氧，通過使用包含In、Ga以及Zn 的氧化物半導(dǎo)體作為靶材在只有氧的氣氛中或在氧為90%以上且氬為10%以下的氣氛中 進(jìn)行脈沖DC濺射法的濺射，形成氧過剩的IGZO膜。如上所述，不接觸空氣地連續(xù)形成氧過剩的柵極絕緣層102和氧過剩的半導(dǎo)體膜 111，由于它們都是氧過剩的膜而能夠使其界面狀態(tài)穩(wěn)定，提高TFT的可靠性。在形成IGZO 膜之前襯底接觸空氣的情況下，水分等附著，而影響到界面狀態(tài)，這會(huì)導(dǎo)致閾值不均勻、電 特性退化、成為常開啟TFT等。水分是氫化合物，從而通過不接觸空氣地連續(xù)成膜，可以防 止界面上存在著氫化合物。因此，通過連續(xù)成膜，能夠降低閾值的不均勻性，防止電特性的 退化，減少TFT向常開啟一側(cè)的偏移，優(yōu)選避免TFT向常開啟一側(cè)的偏移。接著，使用113并通過蝕刻來加工半導(dǎo)體膜111，而形成半導(dǎo)體層112(參照?qǐng)D 7B)。通過光刻技術(shù)或液滴噴射法形成掩模113，并且使用該掩模113對(duì)半導(dǎo)體膜111進(jìn)行 蝕刻，來可以形成半導(dǎo)體層112。通過將半導(dǎo)體層112的端部蝕刻為錐形，可以防止因水平差形狀導(dǎo)致的布線的破 m農(nóng)。接著，在柵極絕緣層102、半導(dǎo)體層112上形成包含In、Ga以及Zn的氧缺少氧化 物半導(dǎo)體膜的半導(dǎo)體膜114(參照?qǐng)D7C)。在半導(dǎo)體膜114上形成掩模116。通過光刻技術(shù) 或噴墨法形成掩模116。使用掩模116對(duì)半導(dǎo)體膜114進(jìn)行蝕刻來進(jìn)行加工，而形成半導(dǎo)體 膜115 (參照?qǐng)D7D)。將半導(dǎo)體膜115的厚度設(shè)定為2nm至IOOnm (優(yōu)選的是20nm至50nm) 即可。半導(dǎo)體膜114優(yōu)選在稀有氣體(優(yōu)選的是氬)氣氛下形成。另外，可以將如檸檬酸或草酸等的有機(jī)酸用作蝕刻劑，來進(jìn)行半導(dǎo)體膜111或 半導(dǎo)體膜115等的IGZO半導(dǎo)體膜的蝕刻。例如，對(duì)于50nm的半導(dǎo)體膜111，可以使用 IT0-07N(日本關(guān)東化學(xué)株式會(huì)社)進(jìn)行150秒的蝕刻加工。在半導(dǎo)體膜115上形成導(dǎo)電膜117 (參照?qǐng)D7E)。優(yōu)選使用鋁、銅或添加有硅、鈦、釹、鈧、鉬等耐熱性提高元素或小丘防止元素的鋁 合金的單層或者疊層形成導(dǎo)電膜117。另外，也可以采用如下疊層結(jié)構(gòu)使用鈦、鉭、鉬、鎢 或這些元素的氮化物形成接觸于具有η型導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體膜一側(cè)的膜，并且在其上形成鋁或鋁合金。進(jìn)而，也可以采用使用鈦、鉭、鉬、鎢或這些元素的氮化物夾住鋁或鋁合金的上 面及下面的結(jié)構(gòu)。在此，作為導(dǎo)電膜117，使用鈦膜、鋁膜及鈦膜的疊層導(dǎo)電膜。當(dāng)使用鈦膜、鋁膜及鈦膜的疊層時(shí)，電阻低且在鋁膜中不容易產(chǎn)生小丘。通過濺射法、真空蒸鍍法形成導(dǎo)電膜117。另外，也可以通過使用銀、金、銅等的導(dǎo) 電納米膏，并利用絲網(wǎng)印刷法、噴墨法等來進(jìn)行噴射并焙燒來形成導(dǎo)電膜117。接著，在導(dǎo)電膜117上形成掩模118。通過使用掩模118對(duì)導(dǎo)電膜117進(jìn)行蝕刻和 分離，來形成源電極層或漏電極層105a、105b (參照?qǐng)D7F)。因?yàn)楫?dāng)如本實(shí)施方式的圖7A至 7G所示對(duì)導(dǎo)電膜117進(jìn)行濕蝕刻時(shí)，導(dǎo)電膜117被各向同性地蝕刻，所以源電極層或漏電極 層105a、105b的端部與掩模118的端部不一致而縮退。接著，使用掩模118對(duì)具有η型導(dǎo) 電類型的半導(dǎo)體膜115進(jìn)行蝕刻，來形成源區(qū)或漏區(qū)104a、104b(參照?qǐng)D7G)。注意，根據(jù) 蝕刻條件，在半導(dǎo)體膜115的蝕刻工序中，半導(dǎo)體層112的露出區(qū)域的一部分也被蝕刻，而 成為半導(dǎo)體層103。因此，源區(qū)或漏區(qū)104a、104b之間的半導(dǎo)體層103的溝道區(qū)域如圖7G 所示那樣成為膜厚薄的區(qū)域。IGZO半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體層103中，其膜厚薄的區(qū)域的厚度為 2nm以上200nm以下，優(yōu)選為20nm以上150nm以下。源電極層或漏電極層105a、105b的端部和源區(qū)或漏區(qū)104a、104b的端部不一致而 離開，在源電極層或漏電極層105a、105b的端部的外側(cè)形成有源區(qū)或漏區(qū)104a、104b的端部。然后，去除掩模118。通過上述工序，可以形成薄膜晶體管170a。接著，圖8A至8D表示圖5C、5D所示的薄膜晶體管170b的制造工序。圖8A表示在圖7B的工序中去除掩模113的狀態(tài)。在半導(dǎo)體層112上依次層疊半 導(dǎo)體膜114和導(dǎo)電膜121 (參照?qǐng)D8B)。在此情況下，可以通過濺射法不暴露于空氣并連續(xù) 地形成半導(dǎo)體膜114和導(dǎo)電膜121。在半導(dǎo)體膜114和導(dǎo)電膜121上形成掩模122，并且使用掩模122對(duì)導(dǎo)電膜121進(jìn) 行濕蝕刻而加工，而形成源電極層或漏電極層105a、105b (參照?qǐng)D8C)。接著，對(duì)半導(dǎo)體膜114進(jìn)行干蝕刻而加工，來形成源區(qū)或漏區(qū)104a、104b(參照?qǐng)D 8D)。在相同的工序中，半導(dǎo)體層112的一部分也被蝕刻，而成為半導(dǎo)體層103。如圖8A至 8D所示，當(dāng)作為用來形成源區(qū)或漏區(qū)104a、104b的蝕刻和用來形成源電極層或漏電極層 105a、105b的蝕刻使用相同掩模時(shí)，可以減少掩模數(shù)目，因此可以實(shí)現(xiàn)工序的簡(jiǎn)略化和低成 本化。與薄膜晶體管170d同樣，也可以在薄膜晶體管170a、170b以及170c上形成絕緣 膜作為保護(hù)膜。保護(hù)膜可以與柵極絕緣層同樣地形成。保護(hù)膜是用來防止浮游在空氣中的 有機(jī)物、金屬物、水蒸氣等的污染雜質(zhì)的侵入的，優(yōu)選地是致密的膜。例如，作為保護(hù)膜，在 薄膜晶體管170a、170b、170c以及170d上形成氧化膜(氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化鋁膜、 氧氮化鋁膜)與氮化膜(氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化鋁膜、氮氧化鋁膜)的疊層。氧化硅 膜可以通過使用硅靶材在氮及氬氣氛中的DC濺射法而形成，氮化鋁膜和氧氮化鋁膜可以 通過使用氮化鋁靶材的RF濺射法而形成，并且氧化鋁膜可以通過使用氧化鋁靶材的RF濺 射法而形成。另外，也可以在形成保護(hù)膜前進(jìn)行真空焙燒。另外，優(yōu)選在形成半導(dǎo)體層103及源區(qū)或漏區(qū)104a及104b等的氧化物半導(dǎo)體膜 之后對(duì)它們進(jìn)行加熱處理。只要是成膜后的工序，就可以在任何工序中進(jìn)行加熱處理，例如可以在剛成膜之后，在形成導(dǎo)電膜117之后，或者在形成保護(hù)膜之后等進(jìn)行加熱處理。另 外，也可以以另一加熱處理兼作上述加熱處理。加熱溫度可以為200°C以上600°C以下，優(yōu) 選為300°C以上500°C以下。如圖6A和6B所示，在通過連續(xù)形成半導(dǎo)體層103、源區(qū)或漏區(qū) 104a及104b的情況下，也可以在層疊它們之后進(jìn)行加熱處理。也可以對(duì)半導(dǎo)體層103、源 區(qū)或漏區(qū)104a及104b分別以不同的步驟進(jìn)行加熱處理。通過源電極層或漏電極層105a、105b的端部和源區(qū)或漏區(qū)104a、104b的端部不一 致而成為離開的形狀，源電極層或漏電極層105a、105b的端部離開，而可以防止源電極層 或漏電極層105a、105b之間的漏電流、短路。因此，可以制造可靠性高且耐壓高的薄膜晶體管。另外，也可以如圖6A、6B的薄膜晶體管170c那樣采用使源區(qū)或漏區(qū)104a、104b的 端部和源電極及漏電極的端部一致的形狀。當(dāng)使用干蝕刻進(jìn)行用于形成源電極層或漏電極 層105a、105b的蝕刻及用于形成源區(qū)或漏區(qū)104a、104b的蝕刻時(shí)，可以形成為如圖6A、6B 的薄膜晶體管171c那樣的形狀。另外，通過以源電極及漏電極為掩模對(duì)具有η型導(dǎo)電類型 的半導(dǎo)體膜115進(jìn)行蝕刻而形成源區(qū)或漏區(qū)104a、104b，也可以形成為如圖6Α、6Β的薄膜晶 體管170c那樣的形狀。在本實(shí)施方式中，通過作為薄膜晶體管采用柵電極層、柵極絕緣層、半導(dǎo)體層(包 含In、Ga以及Zn的氧過剩氧化物半導(dǎo)體層)、源區(qū)或漏區(qū)(包含In、Ga以及Zn的氧缺少 氧化物半導(dǎo)體層)、源電極層和漏電極層的疊層結(jié)構(gòu)，并對(duì)柵極絕緣層表面進(jìn)行氧自由基處 理而進(jìn)行改質(zhì)，能夠在半導(dǎo)體層的厚度薄的情況下抑制寄生電容。即使厚度薄，也因?yàn)橄鄬?duì) 于柵極絕緣層的比例充分而能夠十分抑制寄生電容。根據(jù)本實(shí)施方式可以得到光電流少、寄生電容小、開關(guān)比高的薄膜晶體管，而可以 制造具有良好的工作特性的薄膜晶體管。因此，可以提供具有電特性高并可靠性高的薄膜 晶體管的半導(dǎo)體裝置。實(shí)施方式2本實(shí)施方式是多柵結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管的例子。從而，除了柵電極層以外可以與實(shí) 施方式1同樣，因此省略與實(shí)施方式1相同的部分、具有與實(shí)施方式1同樣的功能的部分及 工序的重復(fù)說明。在本實(shí)施方式中，使用圖9A和9B至圖IlA和IlB說明用于半導(dǎo)體裝置的薄膜晶體管。圖9A是表示薄膜晶體管171a的平面圖，而圖9B相當(dāng)于沿線E1-E2的薄膜晶體管 171a的截面圖。如圖9A、9B所示，在襯底150上設(shè)置有包括柵電極層151a、151b、柵極絕緣層152、 半導(dǎo)體層153a、153b、源區(qū)或漏區(qū)154a、154b、154c、源電極層或漏電極層155a、155b的多柵 結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管171a。半導(dǎo)體層153a、153b是包含IruGa及Zn的氧過剩氧化物半導(dǎo)體層，而源區(qū)或漏區(qū) 154a、154b、154c是包含In、Ga及Zn的氧缺少氧化物半導(dǎo)體層。源區(qū)或漏區(qū)154a、154b、 154c的載流子濃度高于半導(dǎo)體層153a、153b的載流子濃度。具有氧過剩區(qū)域的柵極絕緣層152與氧過剩氧化物半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體層153a、 153b的搭配良好，從而能夠得到良好的界面特性。
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在形成柵極絕緣層152之后，對(duì)柵極絕緣層152表面進(jìn)行氧自由基處理以形成氧 過剩區(qū)域。另外，柵極絕緣層152及半導(dǎo)體層153a、153b是連續(xù)成膜的。源區(qū)及漏區(qū)154a、154b及154c的氧缺少氧化物半導(dǎo)體層包含其尺寸為Inm以上 IOnm以下的晶粒，其載流子濃度高于半導(dǎo)體層153a及153b。半導(dǎo)體層153a的一側(cè)和半導(dǎo)體層153b的一側(cè)隔著源區(qū)或漏區(qū)154c而彼此電連 接，并且半導(dǎo)體層153a的另一側(cè)隔著源區(qū)或漏區(qū)154a電連接到源電極層或漏電極層155a， 半導(dǎo)體層153b的另一側(cè)隔著源區(qū)或漏區(qū)154b電連接到源電極層或漏電極層155b。圖IOA及IOB表示另一結(jié)構(gòu)的多柵結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管171b。圖IOA是表示薄膜晶 體管171b的平面圖，而圖IOB相當(dāng)于沿圖IOA中的線F1-F2的薄膜晶體管171b的截面圖。 圖IOA及IOB的薄膜晶體管171b中，在源區(qū)或漏區(qū)154c上設(shè)置使用與源電極層或漏電極 層155a、155b相同工序形成的布線層156，并且半導(dǎo)體層153a和半導(dǎo)體層153b通過源區(qū)或 漏區(qū)154c和布線層156電連接。圖IlA及IlB表示另一結(jié)構(gòu)的多柵結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管171c。圖IlA是表示薄膜 晶體管171c的平面圖，而圖IlB相當(dāng)于沿圖IlA中的線G1-G2的薄膜晶體管171c的截面 圖。圖IlA及IlB中的薄膜晶體管171c是形成半導(dǎo)體層153a和半導(dǎo)體層153b作為連續(xù)的 一層半導(dǎo)體層153的例子。半導(dǎo)體層153設(shè)置得隔著柵極絕緣層152跨越柵電極層151a、 151b。如上所述，在多柵結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管中，既可以連續(xù)地設(shè)置形成在各柵電極層上 的半導(dǎo)體層，又可以隔著源區(qū)或漏區(qū)及布線層等電連接多個(gè)半導(dǎo)體層地設(shè)置此。多柵結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管的截止電流少，因此包括這種薄膜晶體管的半導(dǎo)體裝置可 以賦予高電特性及高可靠性。在本實(shí)施方式中，作為多柵極結(jié)構(gòu)示出具有兩個(gè)柵電極層的雙柵極結(jié)構(gòu)的例子， 但是本發(fā)明也可以應(yīng)用于具有更多柵電極層的三柵極結(jié)構(gòu)等。在本實(shí)施方式中，通過作為薄膜晶體管采用柵電極層、柵極絕緣層、半導(dǎo)體層(氧 過剩氧化物半導(dǎo)體層)、源區(qū)或漏區(qū)(氧缺少氧化物半導(dǎo)體層)、源電極層和漏電極層的疊 層結(jié)構(gòu)，并使用在氧缺少氧化物半導(dǎo)體層中含有晶粒的載流子濃度高的源區(qū)或漏區(qū)，能夠 在半導(dǎo)體層的厚度薄的情況下抑制寄生電容。即使厚度薄，也因?yàn)橄鄬?duì)于柵極絕緣層的比 例充分而能夠十分抑制寄生電容。根據(jù)本實(shí)施方式可以得到光電流少、寄生電容小、開關(guān)比高的薄膜晶體管，而可以 制造具有良好的工作特性的薄膜晶體管。因此，可以提供具有電特性高并可靠性高的薄膜 晶體管的半導(dǎo)體裝置。本實(shí)施方式可以與其他實(shí)施方式適當(dāng)?shù)亟M合而實(shí)施。實(shí)施方式3本實(shí)施方式是在薄膜晶體管中設(shè)置多層結(jié)構(gòu)的源區(qū)或漏區(qū)的例子。從而，其他工 序可以與實(shí)施方式1或?qū)嵤┓绞?同樣的進(jìn)行，因此省略與實(shí)施方式1或?qū)嵤┓绞?相同 的部分、具有同樣的功能的部分及工序的重復(fù)說明。在本實(shí)施方式中，使用圖12說明用于半導(dǎo)體裝置的薄膜晶體管173。如圖12所示，在襯底100上設(shè)置有包括柵電極層101、半導(dǎo)體層103、第二源區(qū)或 漏區(qū)的源區(qū)或漏區(qū)106a、106b、第一源區(qū)或漏區(qū)的源區(qū)或漏區(qū)104a、104b、源電極層或漏電極層105a、105b的薄膜晶體管173。在本實(shí)施方式的薄膜晶體管173中，在源區(qū)或漏區(qū)104a、104b與源電極層或漏電 極層105a、105b之間分別設(shè)置有源區(qū)或漏區(qū)106a、106b作為第二源區(qū)或漏區(qū)。半導(dǎo)體層103是包含In、Ga及Zn的氧過剩氧化物半導(dǎo)體層，源區(qū)或漏區(qū)104a、 104b、106a、106b是包含In、Ga及Zn的氧缺少氧化物半導(dǎo)體層。設(shè)置在源區(qū)或漏區(qū)104a、104b與源電極層或漏電極層105a、105b之間的源區(qū)或漏 區(qū)106a、106b包含雜質(zhì)元素。作為源區(qū)或漏區(qū)106a、106b所包含的雜質(zhì)元素，例如可以使用銦、鎵、鋅、鎂、鋁、 鈦、鐵、錫、鈣、鈧、釔、鋯、鉿、硼、鉈、鍺、鉛等。通過使源區(qū)或漏區(qū)包含這些雜質(zhì)元素(如鎂、 鋁、鈦等)，能夠起到氧阻擋效果等，并且能夠通過成膜后的加熱處理等而將半導(dǎo)體層的氧 濃度設(shè)定為最佳范圍。在本實(shí)施方式中，作為源區(qū)或漏區(qū)106a、106b，使用包含鈦的包含 In, Ga以及Zn的氧缺少氧化物半導(dǎo)體層。通過設(shè)置包含鈦的氧缺少氧化物半導(dǎo)體層作為源區(qū)或漏區(qū)106a、106b，能夠在源 區(qū)或漏區(qū)106a、106b上直接形成鋁膜并在其上形成鈦膜作為源電極層及漏電極層。具有多層源區(qū)或漏區(qū)的薄膜晶體管能夠進(jìn)行更高速度的工作，因此包括這種薄膜 晶體管的半導(dǎo)體裝置可以賦予高電特性及高可靠性。本實(shí)施方式可以與其他實(shí)施方式適當(dāng)?shù)亟M合而實(shí)施。實(shí)施方式4本實(shí)施方式是與實(shí)施方式1中的薄膜晶體管的形狀及制造方法的一部分不同的 例子。從而，除此以外的結(jié)構(gòu)可以與實(shí)施方式1同樣，因此省略與實(shí)施方式1相同的部分、 具有與實(shí)施方式1同樣的功能的部分及工序的重復(fù)說明。在本實(shí)施方式中，使用圖13A至圖14D說明用于顯示裝置的薄膜晶體管174及其 制造工序。圖13A相當(dāng)于薄膜晶體管174的平面圖，而圖13B及圖14A至14D相當(dāng)于沿圖 13A中的線D1-D2的薄膜晶體管及其制造工序的截面圖。如圖13A、13B所示，在襯底100上設(shè)置有包括柵電極層101、半導(dǎo)體層103、源區(qū)或 漏區(qū)104a、104b、源電極層或漏電極層105a、105b的薄膜晶體管174。半導(dǎo)體層103是包含In、Ga及Zn的氧過剩氧化物半導(dǎo)體層，源區(qū)或漏區(qū)104a、 104b是包含IruGa及Zn的氧缺少氧化物半導(dǎo)體層。源區(qū)或漏區(qū)104a、104b的載流子濃度 比半導(dǎo)體層103高。在形成柵極絕緣層102之后，對(duì)柵極絕緣層102表面進(jìn)行氧自由基處理以形成氧 過剩區(qū)域。另外，柵極絕緣層102及半導(dǎo)體層103是連續(xù)成膜的。具有氧過剩區(qū)域的柵極絕緣層102與氧過剩氧化物半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體層103的搭 配良好，從而能夠得到良好的界面特性。源區(qū)及漏區(qū)104a、104b的氧缺少氧化物半導(dǎo)體層包含其尺寸為Inm以上IOnm以 下的晶粒，其載流子濃度高于半導(dǎo)體層103。半導(dǎo)體層103隔著源區(qū)或漏區(qū)104a電連接到源電極層或漏電極層105a，并且隔著 源區(qū)或漏區(qū)104b電連接到源電極層或漏電極層105b。使用圖14A至14D說明薄膜晶體管174的制造工序。在襯底100上形成柵電極層 101。接著，在柵電極層101上形成柵極絕緣層102，并對(duì)柵極絕緣層102表面進(jìn)行氧自由基處理，然后依次形成包含IruGa及Zn的氧過剩氧化物半導(dǎo)體膜的半導(dǎo)體膜131、包含In、 Ga及Zn的氧缺少氧化物半導(dǎo)體膜的半導(dǎo)體膜132、導(dǎo)電膜133 (參照?qǐng)D14A)?？梢圆槐┞队诳諝獠⑦B續(xù)地形成柵極絕緣層102、包含IruGa及Zn的氧過剩氧化 物半導(dǎo)體膜的半導(dǎo)體膜131、包含IruGa及Zn的氧缺少氧化物半導(dǎo)體膜的半導(dǎo)體膜132、導(dǎo) 電膜133。因?yàn)橥ㄟ^不暴露于空氣并連續(xù)地形成膜，可以在不被空氣成分或懸浮于空氣中的 雜質(zhì)元素污染的狀態(tài)下形成各個(gè)疊層界面，所以可以降低薄膜晶體管的特性不均勻性。在本實(shí)施方式中，表示使用多級(jí)灰度掩模進(jìn)行曝光以形成掩模135的例子。形成 抗蝕劑以形成掩模135。作為抗蝕劑，可以使用正性抗蝕劑或負(fù)性抗蝕劑。在此，使用正性 抗蝕劑進(jìn)行表示。接著，作為光掩模使用多級(jí)灰度掩模，并且對(duì)抗蝕劑照射光，而對(duì)抗蝕劑進(jìn)行曝光。多級(jí)灰度掩模指的是可以進(jìn)行三級(jí)的曝光以獲得曝光部分、中間曝光部分以及未 曝光部分的掩模，并且通過一次的曝光及顯影工序，可以形成具有多個(gè)(典型地具有兩個(gè)) 厚度區(qū)域的抗蝕劑掩模。因此，通過使用多級(jí)灰度掩模，可以縮減光掩模的數(shù)目。作為多級(jí)灰度掩模的代表例，具有灰色調(diào)掩模以及半色調(diào)掩模?；疑{(diào)掩模由透光襯底、形成在其上的遮光部及衍射光柵構(gòu)成。在遮光部中，光透 過率為0%。另一方面，衍射光柵可以通過將狹縫、點(diǎn)、網(wǎng)眼等的光透過部的間隔設(shè)定為用 于曝光的光的分辨率限度以下的間隔來控制光透過率。注意，可以使用具有周期性的狹縫、 點(diǎn)、網(wǎng)眼以及具有非周期性的狹縫、點(diǎn)、網(wǎng)眼的雙方作為衍射光柵。作為透光襯底，可以使用石英等的透光襯底。遮光部及衍射光柵可以使用鉻或氧 化鉻等的吸收光的遮光材料形成。在對(duì)灰色調(diào)掩模照射曝光光線的情況下，在遮光部中，光透過率為0 %，而在沒設(shè) 置有遮光部及衍射光柵的區(qū)域中，光透過率為100%。另外，在衍射光柵中，可以以10%至 70%的范圍內(nèi)調(diào)整光透過率。通過調(diào)整衍射光柵的狹縫、點(diǎn)或網(wǎng)眼的間隔及柵距，可以調(diào)整 衍射光柵中的光透過率。半色調(diào)掩模由透光襯底、形成在其上的半透過部以及遮光部構(gòu)成。作為半透過部， 可以使用MoSiN、MoSi、M0SiO、M0SiON、CrSi等。遮光部可以使用鉻或氧化鉻等的吸收光的 遮光材料形成。在對(duì)半色調(diào)掩模照射曝光光線的情況下，在遮光部中，光透過率為0%，而在沒設(shè) 置有遮光部及半透過部的區(qū)域中，光透過率為100%。另外，在半透過部中，可以以10%至 70%的范圍內(nèi)調(diào)整光透過率。半透過部中的光透過率可以根據(jù)半透過部的材料調(diào)整。通過使用多級(jí)灰度掩模來進(jìn)行曝光之后進(jìn)行顯影，如圖14B所示可以形成具有膜 厚不同的區(qū)域的掩模135。接著，使用掩模135對(duì)半導(dǎo)體膜131、具有η型導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體膜132、導(dǎo)電膜 133進(jìn)行蝕刻并進(jìn)行分離。其結(jié)果是，可以形成半導(dǎo)體膜136、具有η型導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體 膜137及導(dǎo)電膜138 (參照?qǐng)D14Β)。接著，對(duì)掩模135進(jìn)行灰化。其結(jié)果，掩模的面積縮小并且其厚度減薄。此時(shí)，膜 厚薄的區(qū)域的掩模的抗蝕劑(重疊于柵電極層101的一部分的區(qū)域)被去掉，而可以形成 被分離的掩模139 (參照?qǐng)D14C)。
使用掩模139對(duì)導(dǎo)電膜138進(jìn)行蝕刻，而形成源電極層或漏電極層105a、105b。因 為當(dāng)如本實(shí)施方式所示對(duì)導(dǎo)電膜138進(jìn)行濕蝕刻，導(dǎo)電膜138各向同性地被蝕刻，所以掩模 139的端部和源電極層或漏電極層105a、105b的端部不一致而其進(jìn)一步縮退，而在源電極 層或漏電極層105a、105b的外側(cè)突出具有η型導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體膜137及半導(dǎo)體膜136。 接著，使用掩模139對(duì)具有η型導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體膜137及半導(dǎo)體膜136進(jìn)行蝕刻，而形成 源區(qū)或漏區(qū)104a、104b、半導(dǎo)體層103(參照?qǐng)D14D)。另外，只對(duì)半導(dǎo)體層103的一部分進(jìn) 行蝕刻，而形成具有凹部的半導(dǎo)體層?？梢砸酝还ば蛐纬稍磪^(qū)或漏區(qū)104a、104b和半導(dǎo)體層103的凹部，半導(dǎo)體層103 的端部的一部分如上所述那樣被蝕刻而露出。然后，去除掩模139。通過上述工序，可以制造如圖13A、13B所示的薄膜晶體管174。如本實(shí)施方式所示，通過利用使用多級(jí)灰度掩模形成的具有多個(gè)(典型的是兩 個(gè))厚度的抗蝕劑掩模，可以縮減抗蝕劑掩模數(shù)，因此可以實(shí)現(xiàn)工序的簡(jiǎn)化和低成本化。本實(shí)施方式可以與其他實(shí)施方式適當(dāng)?shù)亟M合來實(shí)施。實(shí)施方式5在本實(shí)施方式中，以下說明在半導(dǎo)體裝置的一個(gè)例子的顯示裝置中，在同一襯底 上至少制造驅(qū)動(dòng)電路的一部分和配置在像素部中的薄膜晶體管的例子。根據(jù)實(shí)施方式1至4中的任何一個(gè)，形成配置在像素部中的薄膜晶體管。此外，因 為實(shí)施方式1至4中的任何一個(gè)所示的薄膜晶體管是η溝道型TFT，所以將可以由η溝道型 TFT構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路的一部分形成在與像素部的薄膜晶體管相同的襯底上。圖16Α示出半導(dǎo)體裝置的一個(gè)例子的有源矩陣型液晶顯示裝置的框圖的一例。圖 16Α所示的顯示裝置在襯底5300上包括具有多個(gè)具備顯示元件的像素的像素部5301 ；選 擇各像素的掃描線驅(qū)動(dòng)電路5302 ；以及控制對(duì)被選擇了的像素的視頻信號(hào)輸入的信號(hào)線 驅(qū)動(dòng)電路5303。像素部5301通過從信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路5303在列方向上延伸地配置的多個(gè)信號(hào)線 Sl-Sm(未圖示)與信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路5303連接，并且通過從掃描線驅(qū)動(dòng)電路5302在行方向 上延伸地配置的多個(gè)掃描線Gl-Gn (未圖示)與掃描線驅(qū)動(dòng)電路5302連接，并具有對(duì)應(yīng)于 信號(hào)線Sl-Sm以及掃描線Gl-Gn配置為矩陣形的多個(gè)像素(未圖示)。并且，各個(gè)像素與信 號(hào)線Sj (信號(hào)線Sl-Sm中任一)、掃描線Gi (掃描線Gl-Gn中任一)連接。此外，實(shí)施方式1至4中的任何一個(gè)所示的薄膜晶體管是η溝道型TFT，參照?qǐng)D17 說明由η溝道型TFT構(gòu)成的信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路。圖17所示的信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路包括驅(qū)動(dòng)器IC5601 ；開關(guān)群5602_1至5602_Μ ；第 一布線5611 ；第二布線5612 ；第三布線5613 ；以及布線5621_1至5621_Μ。開關(guān)群5602_1 至5602_Μ分別包括第一薄膜晶體管5603a、第二薄膜晶體管5603b以及第三薄膜晶體管 5603c。驅(qū)動(dòng)器IC5601連接到第一布線5611、第二布線5612、第三布線5613及布線 5621_1至5621_M。而且，開關(guān)群5602_1至5602_M分別連接到第一布線5611、第二布線 5612、第三布線5613及分別對(duì)應(yīng)于開關(guān)群5602_1至5602_M的布線5621_1至5621_M。而 且，布線5621_1至5621_M分別通過第一薄膜晶體管5603a、第二薄膜晶體管5603b及第三 薄膜晶體管5603c連接到三個(gè)信號(hào)線。例如，第J行的布線5621_J(布線5621_1至5621_M中任一個(gè))分別通過開關(guān)群5602_J所具有的第一薄膜晶體管5603a、第二薄膜晶體管 5603b及第三薄膜晶體管5603c連接到信號(hào)線Sj-Ι、信號(hào)線Sj、信號(hào)線Sj+1。注意，對(duì)第一布線5611、第二布線5612、第三布線5613分別輸入信號(hào)。注意，驅(qū)動(dòng)器IC5601優(yōu)選形成在單晶襯底上。再者，開關(guān)群5602_1至5602_M優(yōu)選 形成在與像素部相同的襯底上。因此，優(yōu)選通過FPC等連接驅(qū)動(dòng)器IC5601和開關(guān)群5602_1 至 5602_M。接著，參照?qǐng)D18的時(shí)序圖說明圖17所示的信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路的工作。注意，圖18 的時(shí)序圖示出選擇第i行掃描線Gi時(shí)的時(shí)序圖。再者，第i行掃描線Gi的選擇期間被分 割為第一子選擇期間Tl、第二子選擇期間T2及第三子選擇期間T3。而且，圖17的信號(hào)線 驅(qū)動(dòng)電路在其他行的掃描線被選擇的情況下也進(jìn)行與圖18相同的工作。注意，圖18的時(shí)序圖示出第J列布線5621_J分別通過第一薄膜晶體管5603a、第 二薄膜晶體管5603b及第三薄膜晶體管5603c連接到信號(hào)線Sj-Ι、信號(hào)線Sj、信號(hào)線Sj+1 的情況。注意，圖18的時(shí)序圖示出第i行掃描線Gi被選擇的時(shí)序、第一薄膜晶體管5603a 的導(dǎo)通/截止的時(shí)序5703a、第二薄膜晶體管5603b的導(dǎo)通/截止的時(shí)序5703b、第三薄膜 晶體管5603c的導(dǎo)通/截止的時(shí)序5703c及輸入到第J列布線5621_J的信號(hào)5721_J。注意，在第一子選擇期間Tl、第二子選擇期間T2及第三子選擇期間T3中，對(duì)布線 5621_1至布線5621_M分別輸入不同的視頻信號(hào)。例如，在第一子選擇期間Tl中輸入到布 線5621_J的視頻信號(hào)輸入到信號(hào)線Sj-Ι，在第二子選擇期間T2中輸入到布線5621_J的視 頻信號(hào)輸入到信號(hào)線Sj，在第三子選擇期間T3中輸入到布線5621J的視頻信號(hào)輸入到信 號(hào)線Sj+Ι。再者，在第一子選擇期間Tl、第二子選擇期間T2及第三子選擇期間T3中輸入 到布線5621_J的視頻信號(hào)分別為DataJ-I、DataJ、Data_j+l。如圖18所示，在第一子選擇期間Tl中，第一薄膜晶體管5603a導(dǎo)通，第二薄膜晶 體管5603b及第三薄膜晶體管5603c截止。此時(shí)，輸入到布線5621_J的DataJ-I通過第 一薄膜晶體管5603a輸入到信號(hào)線Sj-I。在第二子選擇期間T2中，第二薄膜晶體管5603b 導(dǎo)通，而第一薄膜晶體管5603a及第三薄膜晶體管5603c截止。此時(shí)，輸入到布線5621_J 的DataJ通過第二薄膜晶體管5603b輸入到信號(hào)線Sj。在第三子選擇期間T3中，第三薄 膜晶體管5603c導(dǎo)通，而第一薄膜晶體管5603a及第二薄膜晶體管5603b截止。此時(shí)，輸入 到布線5621_J的DataJ+l通過第三薄膜晶體管5603c輸入到信號(hào)線Sj+1。據(jù)此，圖17的信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路通過將一個(gè)柵極選擇期間分割為三個(gè)來可以在一 個(gè)柵極選擇期間中將視頻信號(hào)從一個(gè)布線5621輸入到三個(gè)信號(hào)線。因此，圖17的信號(hào)線 驅(qū)動(dòng)電路可以將形成驅(qū)動(dòng)器IC5601的襯底和形成有像素部的襯底的連接數(shù)設(shè)定為信號(hào)線 數(shù)的大約1/3。通過將連接數(shù)設(shè)定為大約1/3，圖17的信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路可以提高可靠性、成 品率等。注意，只要能夠如圖17所示，將一個(gè)柵極選擇期間分割為多個(gè)子選擇期間，并在 各子選擇期間中從某一個(gè)布線向多個(gè)信號(hào)線分別輸入視頻信號(hào)，就對(duì)于薄膜晶體管的配 置、數(shù)量及驅(qū)動(dòng)方法等沒有限制。例如，當(dāng)在三個(gè)以上的子選擇期間的每一個(gè)期間中從一個(gè)布線將視頻信號(hào)分別輸 入到三個(gè)以上的信號(hào)線時(shí)，追加薄膜晶體管及用于控制薄膜晶體管的布線，即可。但是，當(dāng)將一個(gè)柵極選擇期間分割為四個(gè)以上的子選擇期間時(shí)，一個(gè)子選擇期間變短。因此，一個(gè)柵 極選擇期間優(yōu)選分割為兩個(gè)或三個(gè)子選擇期間。作為另一個(gè)例子，也可以如圖19的時(shí)序圖所示，將一個(gè)選擇期間分割為預(yù)充電期 間Tp、第一子選擇期間Tl、第二子選擇期間Τ2、第三子選擇期間Τ3。再者，圖19的時(shí)序圖 示出選擇第i行掃描線Gi的時(shí)序、第一薄膜晶體管5603a的導(dǎo)通/截止的時(shí)序5803a、第二 薄膜晶體管5603b的導(dǎo)通/截止的時(shí)序5803b、第三薄膜晶體管5603c的導(dǎo)通/截止的時(shí)序 5803c以及輸入到第J列布線5621_J的信號(hào)5821_J。如圖19所示，在預(yù)充電期間Tp中， 第一薄膜晶體管5603a、第二薄膜晶體管5603b及第三薄膜晶體管5603c導(dǎo)通。此時(shí)，輸入 到布線5621_J的預(yù)充電電壓Vp通過第一薄膜晶體管5603a、第二薄膜晶體管5603b及第三 薄膜晶體管5603c分別輸入到信號(hào)線Sj-Ι、信號(hào)線Sj、信號(hào)線Sj+Ι。在第一子選擇期間Tl 中，第一薄膜晶體管5603a導(dǎo)通，第二薄膜晶體管5603b及第三薄膜晶體管5603c截止。此 時(shí)，輸入到布線5621_J的DataJ-I通過第一薄膜晶體管5603a輸入到信號(hào)線Sj-I。在第 二子選擇期間T2中，第二薄膜晶體管5603b導(dǎo)通，第一薄膜晶體管5603a及第三薄膜晶體 管5603c截止。此時(shí)，輸入到布線5621_J的DataJ通過第二薄膜晶體管5603b輸入到信 號(hào)線Sj。在第三子選擇期間T3中，第三薄膜晶體管5603c導(dǎo)通，第一薄膜晶體管5603a及 第二薄膜晶體管5603b截止。此時(shí)，輸入到布線5621_J的DataJ+l通過第三薄膜晶體管 5603c輸入到信號(hào)線Sj+1。據(jù)此，因?yàn)閼?yīng)用圖19的時(shí)序圖的圖17的信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路可以通過在子選擇期間 之前提供預(yù)充電選擇期間來對(duì)信號(hào)線進(jìn)行預(yù)充電，所以可以高速地進(jìn)行對(duì)像素的視頻信號(hào) 的寫入。注意，在圖19中，使用相同的附圖標(biāo)記來表示與圖18相同的部分，而省略對(duì)于相 同的部分或具有相同的功能的部分的詳細(xì)說明。此外，說明掃描線驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)。掃描線驅(qū)動(dòng)電路包括移位寄存器、緩沖器。此 外，根據(jù)情況，還可以包括電平轉(zhuǎn)移器。在掃描線驅(qū)動(dòng)電路中，通過對(duì)移位寄存器輸入時(shí)鐘 信號(hào)(CLK)及起始脈沖信號(hào)(SP)，生成選擇信號(hào)。所生成的選擇信號(hào)在緩沖器中被緩沖放 大，并供給到對(duì)應(yīng)的掃描線。掃描線連接到一條線用的像素的晶體管的柵電極。而且，由于 需要將一條線用的像素的晶體管一齊導(dǎo)通，因此使用能夠產(chǎn)生大電流的緩沖器。參照?qǐng)D20和圖21說明用于掃描線驅(qū)動(dòng)電路的一部分的移位寄存器的一個(gè)方式。圖20示出移位寄存器的電路結(jié)構(gòu)。圖20所示的移位寄存器由多個(gè)觸發(fā)器(觸發(fā) 器5701_1至5701_n)構(gòu)成。此外，輸入第一時(shí)鐘信號(hào)、第二時(shí)鐘信號(hào)、起始脈沖信號(hào)、復(fù)位 信號(hào)來進(jìn)行工作。說明圖20的移位寄存器的連接關(guān)系。在圖20的移位寄存器的第i級(jí)觸發(fā)器5701_ i (觸發(fā)器5701_1至5701_n中任一個(gè))中，圖21所示的第一布線5501連接到第七布線 5717_i-l,圖21所示的第二布線5502連接到第七布線5717_i+l，圖21所示的第三布線 5503連接到第七布線5717」，并且圖21所示的第六布線5506連接到第五布線5715。此外，在奇數(shù)級(jí)的觸發(fā)器中圖21所示的第四布線5504連接到第二布線5712，在偶 數(shù)級(jí)的觸發(fā)器中其連接到第三布線5713，并且圖21所示的第五布線5505連接到第四布線 5714。但是，第一級(jí)觸發(fā)器5701_1的圖21所示的第一布線5501連接到第一布線5711， 而第η級(jí)觸發(fā)器5701_η的圖21所示的第二布線5502連接到第六布線5716。
注意，第一布線5711、第二布線5712、第三布線5713、第六布線5716也可以分別稱 為第一信號(hào)線、第二信號(hào)線、第三信號(hào)線、第四信號(hào)線。再者，第四布線5714、第五布線5715 也可以分別稱為第一電源線、第二電源線。接著，圖21示出圖20所示的觸發(fā)器的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。圖21所示的觸發(fā)器包括第一薄 膜晶體管5571、第二薄膜晶體管5572、第三薄膜晶體管5573、第四薄膜晶體管5574、第五 薄膜晶體管5575、第六薄膜晶體管5576、第七薄膜晶體管5577以及第八薄膜晶體管5578。 注意，第一薄膜晶體管5571、第二薄膜晶體管5572、第三薄膜晶體管5573、第四薄膜晶體管 5574、第五薄膜晶體管5575、第六薄膜晶體管5576、第七薄膜晶體管5577以及第八薄膜晶 體管5578是η溝道型晶體管，并且當(dāng)柵極-源極間電壓(Vgs)超過閾值電壓(Vth)時(shí)它們 成為導(dǎo)通狀態(tài)。接著，下面示出圖20所示的觸發(fā)器的連接結(jié)構(gòu)。第一薄膜晶體管5571的第一電極(源電極及漏電極中的一方)連接到第四布線 5504，并且第一薄膜晶體管5571的第二電極(源電極及漏電極中的另一方)連接到第三布 線 5503。第二薄膜晶體管5572的第一電極連接到第六布線5506，并且第二薄膜晶體管 5572的第二電極連接到第三布線5503。第三薄膜晶體管5573的第一電極連接于第五布線5505，第三薄膜晶體管5573的 第二電極連接于第二薄膜晶體管5572的柵電極，并且第三薄膜晶體管5573的柵電極連接 于第五布線5505。第四薄膜晶體管5574的第一電極連接到第六布線5506，第四薄膜晶體管5574的 第二電極連接到第二薄膜晶體管5572的柵電極，并且第四薄膜晶體管5574的柵電極連接 到第一薄膜晶體管5571的柵電極。第五薄膜晶體管5575的第一電極連接到第五布線5505，第五薄膜晶體管5575的 第二電極連接到第一薄膜晶體管5571的柵電極，并且第五薄膜晶體管5575的柵電極連接 到第一布線5501。第六薄膜晶體管5576的第一電極連接到第六布線5506，第六薄膜晶體管5576的 第二電極連接到第一薄膜晶體管5571的柵電極，并且第六薄膜晶體管5576的柵電極連接 到第二薄膜晶體管5572的柵電極。第七薄膜晶體管5577的第一電極連接到第六布線5506，第七薄膜晶體管5577的 第二電極連接到第一薄膜晶體管5571的柵電極，并且第七薄膜晶體管5577的柵電極連接 到第二布線5502。第八薄膜晶體管5578的第一電極連接到第六布線5506，第八薄膜晶體 管5578的第二電極連接到第二薄膜晶體管5572的柵電極，并且第八薄膜晶體管5578的柵 電極連接到第一布線5501。注意，以第一薄膜晶體管5571的柵電極、第四薄膜晶體管5574的柵電極、第五薄 膜晶體管5575的第二電極、第六薄膜晶體管5576的第二電極以及第七薄膜晶體管5577的 第二電極的連接部分為節(jié)點(diǎn)5543。再者，以第二薄膜晶體管5572的柵電極、第三薄膜晶體 管5573的第二電極、第四薄膜晶體管5574的第二電極、第六薄膜晶體管5576的柵電極及 第八薄膜晶體管5578的第二電極的連接部分為節(jié)點(diǎn)5544。注意，第一布線5501、第二布線5502、第三布線5503以及第四布線5504也可以分別稱為第一信號(hào)線、第二信號(hào)線、第三信號(hào)線、第四信號(hào)線。再者，第五布線5505、第六布線 5506也可以分別稱為第一電源線、第二電源線。此外，也可以僅使用實(shí)施方式1至4中的任何一個(gè)所示的η溝道型TFT制造信號(hào) 線驅(qū)動(dòng)電路及掃描線驅(qū)動(dòng)電路。因?yàn)閷?shí)施方式1至4中的任何一個(gè)所示的η溝道型TFT的 晶體管遷移率大，所以可以提高驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)頻率。另外，由于實(shí)施方式1至4中的任何 一個(gè)所示的η溝道型TFT利用包含銦、鎵和鋅的氧缺少氧化物半導(dǎo)體層的源區(qū)或漏區(qū)減少 寄生電容，因此頻率特性(稱為f特性)高。例如，由于可以使使用實(shí)施方式1至4中的任 何一個(gè)所示的η溝道型TFT的掃描線驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行高速工作，因此可以提高幀頻率或?qū)崿F(xiàn) 黑屏插入等。
再者，通過增大掃描線驅(qū)動(dòng)電路的晶體管的溝道寬度，或配置多個(gè)掃描線驅(qū)動(dòng)電 路等，可以實(shí)現(xiàn)更高的幀頻率。在配置多個(gè)掃描線驅(qū)動(dòng)電路的情況下，通過將用于驅(qū)動(dòng)偶數(shù) 行的掃描線的掃描線驅(qū)動(dòng)電路配置在一側(cè)，并將用于驅(qū)動(dòng)奇數(shù)行的掃描線的掃描線驅(qū)動(dòng)電 路配置在其相反一側(cè)，可以實(shí)現(xiàn)幀頻率的提高。此外，在制造半導(dǎo)體裝置的一個(gè)例子的有源矩陣型發(fā)光顯示裝置的情況下，因?yàn)?至少在一個(gè)像素中配置多個(gè)薄膜晶體管，因此優(yōu)選配置多個(gè)掃描線驅(qū)動(dòng)電路。圖16Β示出 有源矩陣型發(fā)光顯示裝置的框圖的一例。圖16Β所示的發(fā)光顯示裝置在襯底5400上包括具有多個(gè)具備顯示元件的像素的 像素部5401 ；選擇各像素的第一掃描線驅(qū)動(dòng)電路5402及第二掃描線驅(qū)動(dòng)電路5404 ；以及 控制對(duì)被選擇的像素的視頻信號(hào)的輸入的信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路5403。在輸入到圖16Β所示的發(fā)光顯示裝置的像素的視頻信號(hào)為數(shù)字方式的情況下，通 過切換晶體管的導(dǎo)通和截止，像素處于發(fā)光或非發(fā)光狀態(tài)。因此，可以采用區(qū)域灰度法或時(shí) 間灰度法進(jìn)行灰度級(jí)顯示。面積灰度法是一種驅(qū)動(dòng)法，其中通過將一個(gè)像素分割為多個(gè)子 像素并根據(jù)視頻信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)各子像素，來進(jìn)行灰度級(jí)顯示。此外，時(shí)間灰度法是一種驅(qū)動(dòng) 法，其中通過控制像素發(fā)光的期間，來進(jìn)行灰度顯示。因?yàn)榘l(fā)光元件的響應(yīng)速度比液晶元件等高，所以與液晶元件相比適合于時(shí)間灰度 法。在具體地采用時(shí)間灰度法進(jìn)行顯示的情況下，將一個(gè)幀期間分割為多個(gè)子幀期間。然 后，根據(jù)視頻信號(hào)，在各子幀期間中使像素的發(fā)光元件處于發(fā)光或非發(fā)光狀態(tài)。通過將一個(gè) 幀期間分割為多個(gè)子幀期間，可以利用視頻信號(hào)控制在一個(gè)幀期間中像素實(shí)際上發(fā)光的期 間的總長(zhǎng)度，并可以顯示灰度級(jí)。注意，在圖16Β所示的發(fā)光顯示裝置中示出一種例子，其中當(dāng)在一個(gè)像素中配置 兩個(gè)TFT，即開關(guān)TFT和電流控制TFT時(shí)，使用第一掃描線驅(qū)動(dòng)電路5402生成輸入到開關(guān) TFT的柵極布線的第一掃描線的信號(hào)，而使用第二掃描線驅(qū)動(dòng)電路5404生成輸入到電流控 制TFT的柵極布線的第二掃描線的信號(hào)。但是，也可以使用一個(gè)掃描線驅(qū)動(dòng)電路生成輸入 到第一掃描線的信號(hào)和輸入到第二掃描線的信號(hào)。此外，例如根據(jù)開關(guān)元件所具有的各晶 體管的數(shù)量，可能會(huì)在各像素中設(shè)置多個(gè)用來控制開關(guān)元件的工作的第一掃描線。在此情 況下，既可以使用一個(gè)掃描線驅(qū)動(dòng)電路生成輸入到多個(gè)第一掃描線的所有信號(hào)，又可以使 用多個(gè)掃描線驅(qū)動(dòng)電路生成輸入到多個(gè)第一掃描線的所有信號(hào)。此外，在發(fā)光顯示裝置中也可以將能夠由η溝道型TFT構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路的一部分 形成在與像素部的薄膜晶體管相同的襯底上。另外，也可以僅使用實(shí)施方式1至4中的任何一個(gè)所示的η溝道型TFT制造信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路及掃描線驅(qū)動(dòng)電路。此外，上述驅(qū)動(dòng)電路除了液晶顯示裝置及發(fā)光顯示裝置以外還可以用于利用與開關(guān)元件電連接的元件來驅(qū)動(dòng)電子墨水的電子紙。電子紙也稱為電泳顯示裝置(電泳顯示 器)，并具有如下優(yōu)點(diǎn)與紙相同的易讀性、耗電量比其他的顯示裝置小、可形成為薄且輕 的形狀。作為電泳顯示器可考慮各種方式。電泳顯示器是如下器件，即在溶劑或溶質(zhì)中分 散有多個(gè)包含具有正電荷的第一粒子和具有負(fù)電荷的第二粒子的微囊，并且通過對(duì)微囊施 加電場(chǎng)使微囊中的粒子互相向相反方向移動(dòng)，以僅顯示集合在一方的粒子的顏色。注意，第 一粒子或第二粒子包含染料，且在沒有電場(chǎng)時(shí)不移動(dòng)。此外，第一粒子和第二粒子的顏色不 同(包含無色)。像這樣，電泳顯示器是利用所謂的介電電泳效應(yīng)的顯示器。在該介電電泳效應(yīng)中， 介電常數(shù)高的物質(zhì)移動(dòng)到高電場(chǎng)區(qū)。電泳顯示器不需要液晶顯示裝置所需的偏振片和對(duì)置 襯底，從而可以使其厚度和重量減少一半。將在溶劑中分散有上述微囊的溶液稱作電子墨水，該電子墨水可以印刷到玻璃、 塑料、布、紙等的表面上。另外，還可以通過使用彩色濾光片或具有色素的粒子來進(jìn)行彩色顯不。此外，通過在有源矩陣襯底上適當(dāng)?shù)卦O(shè)置多個(gè)上述微囊以使微囊夾在兩個(gè)電極之 間，而完成有源矩陣型顯示裝置，并且當(dāng)對(duì)微囊施加電場(chǎng)時(shí)可以進(jìn)行顯示。例如，可以使用 根據(jù)實(shí)施方式1至4中的任何一個(gè)所示的薄膜晶體管而獲得的有源矩陣襯底。此外，作為微囊中的第一粒子及第二粒子，采用選自導(dǎo)電體材料、絕緣體材料、半 導(dǎo)體材料、磁性材料、液晶材料、鐵電性材料、電致發(fā)光材料、電致變色材料、磁泳材料中的 一種或這些材料的組合材料即可。通過上述步驟，能夠制造作為半導(dǎo)體裝置的可靠性高的顯示裝置。本實(shí)施方式可以與其他實(shí)施方式所示的結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)亟M合而實(shí)施。實(shí)施方式6在此，表示至少不使柵極絕緣層和氧過剩氧化物半導(dǎo)體層的疊層接觸于空氣地進(jìn) 行連續(xù)成膜的反交錯(cuò)型薄膜晶體管的制造例子。在此，表示直至進(jìn)行連續(xù)成膜的工序的工 序，而作為后面的工序根據(jù)實(shí)施方式1至4中的任一個(gè)制造薄膜晶體管即可。在本說明書中，連續(xù)成膜是指如下狀態(tài)在從利用濺射法進(jìn)行的第一成膜工序到 利用濺射法進(jìn)行的第二成膜工序的一系列工序中，放置有被處理襯底的氣氛不接觸于空氣 等的污染氣氛而一直控制為真空或惰性氣體氣氛(氮?dú)夥栈蛳∮袣怏w氣氛)。通過進(jìn)行連 續(xù)成膜，可以避免水分等再附著于清凈化的被處理襯底上而進(jìn)行成膜。在相同處理室內(nèi)進(jìn)行從第一成膜工序到第二成膜工序的一系列工序的狀態(tài)包括 在本說明書中的連續(xù)成膜的范圍內(nèi)。另外，當(dāng)在不同處理室內(nèi)進(jìn)行從第一成膜工序到第二成膜工序的一系列工序時(shí)， 在結(jié)束第一成膜工序之后，不接觸于空氣地在處理室之間進(jìn)行襯底搬運(yùn)，然后進(jìn)行第二成 膜，這個(gè)狀態(tài)也包括在本說明書中的連續(xù)成膜的范圍內(nèi)。注意，在第一成膜工序和第二成膜工序之間具有襯底搬運(yùn)工序、對(duì)準(zhǔn)工序、緩冷工 序或者加熱或冷卻襯底以將其設(shè)定為第二工序所需要的溫度的工序等的狀態(tài)也包括在本說明書中的連續(xù)成膜的范圍內(nèi)。但是在第一成膜工序和第二成膜工序之間具有清洗工序、濕蝕刻、抗蝕劑形成等 的使用液體的工序的情況不包括在本說明書中的連續(xù)成膜的范圍內(nèi)。在不暴露于空氣地進(jìn)行連續(xù)成膜的情況下，優(yōu)選使用如圖22所示那樣的多室型 制造裝置。在制造裝置的中央部中設(shè)置有具有搬運(yùn)襯底的 搬運(yùn)機(jī)構(gòu)(典型的是搬運(yùn)機(jī)械81) 的搬運(yùn)室80，并且搬運(yùn)室80通過閘閥83聯(lián)結(jié)有卡匣(cassette)室82，該卡匣室82設(shè)置 收納有搬入及搬出到搬運(yùn)室80內(nèi)的多個(gè)襯底的卡匣盒(cassette case) 0另外，搬運(yùn)室80通過閘閥84至88分別連接到多個(gè)處理室。在此，表示五個(gè)處理 室連接到上面形狀是六角形的搬運(yùn)室80的例子。另外，通過改變搬運(yùn)室的上面形狀，可以 改變能夠連接的處理室數(shù)。例如采用四角形則可以連接三個(gè)處理室，而采用八角形則可以 連接七個(gè)處理室。在五個(gè)處理室中，將至少一個(gè)處理室設(shè)定為進(jìn)行濺射的濺射處理室。至少在濺射 處理室的處理室內(nèi)部中，設(shè)置有濺射靶材、用于對(duì)靶材進(jìn)行濺射的電力施加機(jī)構(gòu)、氣體導(dǎo)入 單元、將襯底保持在預(yù)定位置的襯底支架等。另外，在濺射處理室中設(shè)置有控制處理室內(nèi)的 壓力的壓力控制單元以將濺射處理室內(nèi)處于減壓狀態(tài)。濺射法包括如下方法作為濺射電源使用高頻電源的RF濺射法、DC濺射法以及以 脈沖方式施加偏壓的脈沖DC濺射法。RF濺射法主要用于形成絕緣膜，而DC濺射法主要用 于形成金屬膜。另外，也有可以設(shè)置材料不同的多個(gè)靶材的多元濺射裝置。多元濺射裝置既可以 在同一處理室中層疊形成不同的材料膜，又可以在同一處理室中同時(shí)對(duì)多種材料進(jìn)行放電 而進(jìn)行成膜。另外，也有使用磁控管濺射法的濺射裝置和使用ECR濺射法的濺射裝置在使用 磁控管濺射法的濺射裝置中，在處理室內(nèi)部具備磁鐵機(jī)構(gòu)；而在使用ECR濺射法的濺射裝 置中，不使用輝光放電而利用使用微波產(chǎn)生的等離子體。作為濺射處理室，適當(dāng)?shù)厥褂蒙鲜龆鄻拥臑R射法。另外，作為成膜方法具有反應(yīng)濺射法、偏壓濺射法在反應(yīng)濺射法中，當(dāng)進(jìn)行成膜 時(shí)使靶材物質(zhì)和濺射氣體成分起化學(xué)反應(yīng)而形成這些化合物薄膜；而在偏壓濺射法中，當(dāng) 進(jìn)行成膜時(shí)對(duì)襯底也施加電壓。另外，將在五個(gè)處理室中的其他處理室之一設(shè)定為在進(jìn)行濺射之前進(jìn)行襯底的預(yù) 熱等的加熱處理室、在進(jìn)行濺射之后冷卻襯底的冷卻處理室或進(jìn)行等離子體處理的處理室。接著，說明制造裝置的工作的一例。將容納有使被成膜面朝向下面的襯底94的襯底卡匣設(shè)置在卡匣室82，并利用設(shè) 置在卡匣室82中的真空排氣單元使卡匣室處于減壓狀態(tài)。注意，預(yù)先對(duì)各處理室及搬運(yùn)室 80的內(nèi)部利用設(shè)置在它們中的真空排氣單元進(jìn)行減壓。通過上述步驟，當(dāng)在各處理室之間 搬運(yùn)襯底時(shí)可以不接觸空氣地維持清潔的狀態(tài)。注意，在使被成膜面朝向下面的襯底94上預(yù)先至少設(shè)置有柵電極。也可以在柵電 極與襯底之間設(shè)置基底絕緣膜。例如，作為基底絕緣膜，沒有特別的限制，但是可以使用通過濺射法而獲得的氮化硅膜、氮氧化硅膜等。在作為襯底94使用包含堿金屬的玻璃襯底的 情況下，基底絕緣膜具有如下作用抑制因鈉等的可動(dòng)離子從襯底侵入到其上的半導(dǎo)體區(qū) 域中而使TFT的電特性變化。在此，使用通過等離子體CVD法形成覆蓋柵電極的氮化硅膜，以形成第一層的柵 極絕緣層的襯底。通過等離子體CVD法形成的氮化硅膜致密，并通過將它用作第一層的柵 極絕緣層可以抑制針孔等的產(chǎn)生。注意，雖然在此示出柵極絕緣層是疊層的例子，但是不局 限于此而也可以采用單層或三層以上的疊層。接著，開啟閘閥83并利用搬運(yùn)機(jī)械81從卡匣抽出第一個(gè)襯底94，開啟閘閥84并 將第一個(gè)襯底94搬運(yùn)到第一處理室89中，并且關(guān)閉閘閥84。在第一處理室89中，利用加 熱器或燈加熱 對(duì)襯底進(jìn)行加熱來去除附著在襯底94上的水分等。特別是，因?yàn)楫?dāng)柵極絕緣 層包含水分時(shí)，有TFT的電特性變化的憂慮，所以進(jìn)行濺射成膜之前的加熱是有效的。注 意，當(dāng)在卡匣室82中設(shè)置襯底的階段中充分地去除水分時(shí)，不需要進(jìn)行該加熱處理。此外，也可以在第一處理室89中設(shè)置等離子體處理單元，并對(duì)第一層的柵極絕緣 層的表面進(jìn)行等離子體處理。另外，還可以在卡匣室82中設(shè)置加熱單元并在卡匣室82中 進(jìn)行加熱以去除水分。接著，開啟閘閥84并利用搬運(yùn)機(jī)械81將襯底搬運(yùn)到搬運(yùn)室80，開啟閘閥85將襯 底搬運(yùn)到第二處理室90中，并且關(guān)閉閘閥85。在此，作為第二處理室90，采用使用RF磁控濺射法的濺射處理室。在第二處理室90中，形成氮化硅膜(SiNx膜)作為第一層?xùn)艠O絕緣層。在形成SiNx膜之后，開啟閘閥85以利用搬運(yùn)機(jī)械81不接觸空氣地將襯底搬運(yùn)到 搬運(yùn)室80，然后開啟閘閥86以將襯底搬運(yùn)到第三處理室91內(nèi)，并且關(guān)閉閘閥86。這里，第三處理室91是利用RF磁控濺射法的濺射處理室。在第三處理室91中，形成用作第二層的柵極絕緣層的氧化硅膜(SiOx膜)。作為 柵極絕緣層，除了氧化硅膜之外，還可以使用氧化鋁膜(Al2O3膜)、氧化鎂膜(MgOx膜)、氮 化鋁膜(AlNx膜)、氧化釔膜(YOx膜)等。使用Si單晶靶材并使用氬氣和氧氣通過濺射形成柵極絕緣層，以盡量減少柵極 絕緣層中的氫。防止該柵極絕緣層中的氫擴(kuò)散并與IGZO膜中的過剩的氧起反應(yīng)而成為 H2O成分是極為重要的。通過連續(xù)成膜而避免水分附著于柵極絕緣層與IGZO膜的界面也 是重要的。因此，優(yōu)選地是，通過利用低溫泵等對(duì)處理室內(nèi)進(jìn)行真空排氣，而在極限壓力為 1 X ΙΟ—7至1 X IO-ltlTorr (大約1 X ICT5Pa至1 X I(T8Pa)的超高真空區(qū)域，即所謂的UHV區(qū)域 中進(jìn)行濺射。另外，當(dāng)不使柵極絕緣層與IGZO膜的界面接觸空氣地連續(xù)層疊時(shí)，對(duì)柵極絕 緣層的表面進(jìn)行氧自由基處理以使其表面變成氧過剩區(qū)域是在形成氧供給源的方面上有 效的，該氧供給源用來當(dāng)在之后步驟中進(jìn)行用來提高可靠性的熱處理時(shí)將IGZO膜界面改 質(zhì)。另外，通過對(duì)柵極絕緣層進(jìn)行氧自由基處理以形成氧過剩區(qū)域，將IGZO膜一側(cè)的 表面的氧濃度設(shè)定為高于柵極絕緣層內(nèi)部的氧濃度。與沒進(jìn)行氧自由基處理的情況相比， 進(jìn)行了氧自由基處理的情況下的柵極絕緣層與IGZO膜的界面的氧濃度變高。若對(duì)柵極絕緣層進(jìn)行氧自由基處理后層疊IGZO膜，并且進(jìn)行熱處理，則IGZO膜的 柵極絕緣層一側(cè)的氧濃度也變高。
此外，也可以對(duì)柵極絕緣層中添加少量的例如氟、氯等的鹵素來將鈉等的可動(dòng)離 子固定化。作為其方法，在處理室中引入包含鹵素的氣體進(jìn)行濺射。但是，在引入包含鹵素 元素的氣體的情況下，處理室的排氣單元需要設(shè)置有除害裝置。優(yōu)選將使柵極絕緣層包含 的鹵素元素的濃度設(shè)定為如下濃度通過使用SIMS(二次離子質(zhì)譜分析法)的分析而可以 得到的濃度峰值在lX1015cm_3以上且lX102°cm_3以下的范圍內(nèi)。在形成SiOx膜之后，以不接觸空氣的方式開啟閘閥86并利用搬運(yùn)機(jī)械81將襯底 搬運(yùn)到搬運(yùn)室80，開啟閘閥87并將襯底搬運(yùn)到第四處理室92中，并且關(guān)閉閘閥87。 在此，作為第四處理室92，采用使用DC磁控濺射法的濺射處理室。在第四處理室 92中，對(duì)柵極絕緣層表面進(jìn)行氧自由基處理，形成氧過剩氧化物半導(dǎo)體層(形成IGZO膜) 作為半導(dǎo)體層，并形成氧缺少氧化物半導(dǎo)體層作為源區(qū)及漏區(qū)。作為對(duì)柵極絕緣層表面的氧自由基處理，可以進(jìn)行反濺射(reverse sputtering) 處理等的等離子體處理。反濺射處理是指不對(duì)靶材一側(cè)施加電壓地在氧或氧及氬氣氛中對(duì) 襯底一側(cè)施加電壓而形成等離子體以對(duì)襯底表面進(jìn)行改質(zhì)處理的方法。另外，也可以對(duì)柵 極絕緣層進(jìn)行氮化處理，只要在氮?dú)夥罩羞M(jìn)行反濺射處理等的等離子體處理，即可。包含In、Ga及Zn的氧化物半導(dǎo)體膜(IGZ0膜)作為半導(dǎo)體層?？梢栽谙∮袣夥?下或氧氣氛下使用包含In、Ga及Zn的氧化物半導(dǎo)體靶材進(jìn)行成膜。在此，為了使IGZO膜 包含極多的氧，在只有氧的氣氛下，或在氧為90%以上且Ar為10%以下的氣氛下作為靶材 使用包含IruGa及Zn的氧化物半導(dǎo)體，并進(jìn)行采用脈沖DC濺射法的濺射，來形成具有過量 的氧的IGZO膜。如上所述，通過以不接觸空氣的方式連續(xù)形成具有過量的氧的SiOx膜和具有過 量的氧的IGZO膜，因?yàn)槠浔舜耸蔷哂羞^量的氧的膜所以可以使其界面狀態(tài)穩(wěn)定，并提高 TFT的可靠性。當(dāng)在形成IGZO膜之前襯底接觸于空氣時(shí)，水分等附著在襯底上并對(duì)界面狀 態(tài)造成壞影響，因此有引起閾值電壓的不均勻性、電特性退化、成為常開啟狀態(tài)的TFT等的 憂慮。水分是氫化合物，而通過以不接觸于空氣的方式進(jìn)行連續(xù)成膜，可以防止氫化合物存 在于界面中。從而，通過進(jìn)行連續(xù)成膜，可以減少閾值電壓的不均勻性，防止電特性的退化， 并且減少TFT移動(dòng)到常開啟一側(cè)的狀態(tài)，優(yōu)選避免該移動(dòng)。此外，也可以通過在第三處理室91的濺射處理室中設(shè)置人工石英的靶材和包含 In、Ga及Zn的氧化物半導(dǎo)體靶材的雙方，并使用擋板按順序?qū)盈B而進(jìn)行連續(xù)形成，在相同 的處理室中進(jìn)行層疊。在靶材和襯底之間設(shè)置擋板，打開進(jìn)行成膜的靶材的擋板，而關(guān)閉不 進(jìn)行成膜的靶材的擋板。在相同的處理室中進(jìn)行層疊的優(yōu)點(diǎn)是可減少所使用的處理室數(shù)并 可以防止當(dāng)在不同的處理室之間搬運(yùn)襯底時(shí)微粒等附著在襯底上。在不使用灰色調(diào)掩模的工序中，在此通過卡匣室從制造裝置搬出襯底并使用光刻 技術(shù)對(duì)具有過量的氧的IGZO膜進(jìn)行蝕刻加工。但是在使用灰色調(diào)掩模的工序中，繼續(xù)進(jìn)行 以下所示的連續(xù)成膜。接著，在第四處理室92中，在只有稀有氣體的氣氛中進(jìn)行脈沖DC濺射法的濺射， 以接觸氧過剩的IGZO膜上地形成氧缺少的IGZO膜。該氧缺少的IGZO膜的氧濃度低于氧 過剩的IGZO膜。該氧缺少的IGZO膜用作源區(qū)或漏區(qū)。接著，開啟閘閥87并利用搬運(yùn)機(jī)械81不接觸空氣地將襯底搬運(yùn)到搬運(yùn)室80，開啟 閘閥88將襯底搬運(yùn)到第五處理室93中，并且關(guān)閉閘閥88。
在此，作為第五處理室93，采用使用DC磁控濺射法的濺射處理室。在第五處理室 93中，形成成為源電極層或漏電極層的金屬多層膜(導(dǎo)電膜)。在第五處理室93的濺射處 理室中設(shè)置鈦靶材和鋁靶材的雙方，并使用擋板按順序?qū)盈B進(jìn)行連續(xù)成膜來在同一個(gè)處理 室中進(jìn)行層疊。在此，在鈦膜上層疊鋁膜，而且在鋁膜上層疊鈦膜。如上所述，在使用灰色調(diào)掩模的情況下，可以不接觸于空氣地連續(xù)形成具有過量的氧的SiOx膜、具有過量的氧的IGZO膜、缺少氧的IGZO膜和金屬多層膜。特別是，可以將 具有過量的氧的IGZO膜的界面狀態(tài)更穩(wěn)定化，提高TFT的可靠性。在IGZO膜的形成前后 襯底接觸于空氣的情況下，水分等附著在襯底上，對(duì)界面狀態(tài)造成壞影響，并且有引起閾值 的不均勻，電特性的退化，成為常開啟的TFT的狀態(tài)等的憂慮。因?yàn)樗质菤浠衔?，所?通過不接觸于空氣地連續(xù)形成，可以防止氫化合物存在于IGZO膜的界面。從而，通過連續(xù) 形成四個(gè)膜，可以減少閾值的不均勻性，防止電特性的退化，并且減少TFT移動(dòng)到常開啟一 側(cè)的狀態(tài)，優(yōu)選避免該移動(dòng)。另外，通過不接觸于空氣地連續(xù)形成氧缺少IGZO膜和成為源電極層及漏電極層 的金屬多層膜，在氧缺少IGZO膜和金屬多層膜之間可以實(shí)現(xiàn)良好的界面狀態(tài)，而可以降低 接觸電阻。另外，通過在第三處理室91的濺射處理室內(nèi)設(shè)置人工石英靶和含有In、Ga及Zn 的氧化物半導(dǎo)體靶的雙方，可以使用擋板依次轉(zhuǎn)換引入的氣體而連續(xù)地形成三個(gè)層從而在 同一處理室內(nèi)進(jìn)行疊層。在相同的處理室中進(jìn)行層疊的優(yōu)點(diǎn)是可以減少所使用的處理室數(shù) 并可以防止當(dāng)在不同的處理室之間搬運(yùn)襯底時(shí)附著在襯底上的微粒等。在反復(fù)進(jìn)行上述工序?qū)ㄏ缓袃?nèi)的襯底進(jìn)行成膜處理，而結(jié)束多個(gè)襯底的處理之 后，將真空狀態(tài)的卡匣室暴露于空氣并取出襯底及卡匣。另外，在第一處理室89中可以進(jìn)行具有過量的氧的IGZO膜及缺少氧的IGZO膜 的形成之后的加熱處理，具體而言可以進(jìn)行200°C至600°C的加熱處理，優(yōu)選的是300°C至 500°C的加熱處理。通過進(jìn)行該加熱處理，可以提高反交錯(cuò)型薄膜晶體管的電特性。該加熱 處理只要在具有過量的氧的IGZO膜及缺少氧的IGZO膜的成膜之后進(jìn)行，則沒有特別的限 制，例如可以在剛形成具有過量的氧的IGZO膜及缺少氧的IGZO膜之后或在剛形成金屬多 層膜之后進(jìn)行該加熱處理。接著，使用灰色調(diào)掩模對(duì)各疊層膜進(jìn)行蝕刻加工。即可以使用干蝕刻、濕蝕刻進(jìn)行 形成，又可以在多次蝕刻中分別選擇性地進(jìn)行蝕刻。在通過蝕刻加工形成半導(dǎo)體層、源區(qū)、漏區(qū)、源電極層及漏電極層之后，也可以在 形成保護(hù)膜之前進(jìn)行真空烘烤。在以下的工序中，根據(jù)上述實(shí)施方式1至實(shí)施方式4中的任何一個(gè)可以制造反交
錯(cuò)型薄膜晶體管。雖然在此以多室方式的制造裝置為例子進(jìn)行說明，但是也可以使用串聯(lián)聯(lián)結(jié)濺射 處理室的串列方式的制造裝置來不接觸于空氣地進(jìn)行連續(xù)成膜。此外，圖22所示的裝置中采用將被成膜面朝向下面，即采用所謂的朝下方式的處 理室，但是也可以采用將襯底豎為垂直的縱向安裝方式的處理室?？v向安裝方式的處理室 具有其占地面積比朝下方式的處理室小的優(yōu)點(diǎn)，并且當(dāng)使用因襯底的自重而會(huì)彎曲的大面 積的襯底時(shí)是有效。
實(shí)施方式7通過制造薄膜晶體管并將該薄膜晶體管用于像素部及驅(qū)動(dòng)電路，來可以制造具有顯示功能的半導(dǎo)體裝置(也稱為顯示裝置)。此外，可以將薄膜晶體管的驅(qū)動(dòng)電路的一部分 或整體一體形成在與像素部相同的襯底上，來形成系統(tǒng)型面板(system-on-panel)。顯示裝置包括顯示元件。作為顯示元件，可以使用液晶元件(也稱為液晶顯示元 件)、發(fā)光元件(也稱為發(fā)光顯示元件)。在發(fā)光元件的范圍內(nèi)包括利用電流或電壓控制亮 度的元件，具體而言，包括無機(jī)EL (Electro Luminescence ；電致發(fā)光)、有機(jī)EL等。此外， 也可以應(yīng)用電子墨水等的對(duì)比度因電作用而變化的顯示介質(zhì)。此外，顯示裝置包括密封有顯示元件的面板和在該面板中安裝有包括控制器的IC 等的模塊。再者，本發(fā)明涉及一種元件襯底，該元件襯底相當(dāng)于制造該顯示裝置的過程中的 顯示元件完成之前的一個(gè)方式，并且它在多個(gè)各像素中分別具備用于將電流供給到顯示元 件的單元。具體而言，元件襯底既可以是只形成有顯示元件的像素電極的狀態(tài)，又可以是 形成成為像素電極的導(dǎo)電膜之后且通過蝕刻形成像素電極之前的狀態(tài)，而可以采用各種方 式。注意，本說明書中的顯示裝置是指圖像顯示裝置、顯示裝置、或光源(包括照明裝 置)。另外，顯示裝置還包括安裝有連接器諸如FPC(Flexible Printed Circuit ；柔性印刷 電路)、TAB(Tape AutomatedBonding ；載帶自動(dòng)鍵合)帶或 TCP (Tape Carrier Package ；載 帶封裝)的模塊；將印刷線路板固定到TAB帶或TCP端部的模塊；通過C0G(Chip On Glass ； 玻璃上芯片)方式將IC(集成電路)直接安裝到顯示元件上的模塊。在本實(shí)施方式中，示出液晶顯示裝置的例子作為半導(dǎo)體裝置。圖23A和23B示出應(yīng)用本發(fā)明的一個(gè)方式的有源矩陣型液晶顯示裝置。圖23A是 液晶顯示裝置的平面圖，而圖23B是沿著圖23A中的V-X的截面圖。用于半導(dǎo)體裝置的薄 膜晶體管201可以與實(shí)施方式2所示的薄膜晶體管同樣地制造，并且它是包括被進(jìn)行了氧 自由基處理的柵極絕緣層上的氧過剩氧化物半導(dǎo)體層及氧缺少氧化物半導(dǎo)體層的可靠性 高的薄膜晶體管。此外，也可以應(yīng)用實(shí)施方式1、實(shí)施方式3或?qū)嵤┓绞?所示的薄膜晶體 管作為本實(shí)施方式的薄膜晶體管201。圖23A所示的本實(shí)施方式的液晶顯示裝置包括源極布線層202、多柵極結(jié)構(gòu)的反 交錯(cuò)薄膜晶體管201、柵極布線層203、電容布線層204。另外，在圖23B中，在本實(shí)施方式的液晶顯示裝置中具有液晶顯示元件260，并且 襯底200和襯底266中間夾著液晶層262彼此對(duì)置。該襯底200設(shè)置有多柵極結(jié)構(gòu)的薄膜 晶體管201、絕緣層211、絕緣層212、絕緣層213、用于顯示元件的電極層255、用作取向膜的 絕緣層261、偏振片268。并且該襯底266設(shè)置有用作取向膜的絕緣層263、用于顯示元件的 電極層265、用作彩色濾光片的著色層264、偏振片267。另外，還可以使用不使用取向膜的顯示藍(lán)相的液晶。藍(lán)相是液晶相的一種，是指當(dāng) 使膽留相液晶的溫度上升時(shí)即將從膽留相轉(zhuǎn)變到均質(zhì)相之前出現(xiàn)的相。由于藍(lán)相只出現(xiàn)在 較窄的溫度范圍內(nèi)，所以為了改善溫度范圍而將使用混合有5重量％以上的手性試劑的液 晶組成物用于液晶層262。包含顯示為藍(lán)相的液晶和手性試劑的液晶組成物的響應(yīng)速度短， 即為IOys至100μ s，并且由于其具有光學(xué)各向同性而不需要取向處理從而視角依賴小。另外，雖然圖23Α和23Β示出應(yīng)用透過型液晶顯示裝置的例子，但是也可以應(yīng)用反射型液晶顯示裝置或半透過型液晶顯示裝置。另外，雖然在圖23A和23B的液晶顯示裝置中示出在襯底266的外側(cè)(可見一側(cè)) 設(shè)置偏振片267，并在內(nèi)側(cè)依次設(shè)置著色層264、用于顯示元件的電極層265的例子，但是也 可以在襯底266的內(nèi)側(cè)設(shè)置偏振片267。另外，偏振片和著色層的疊層結(jié)構(gòu)也不局限于圖 23A和23B所示的結(jié)構(gòu)，只要根據(jù)偏振片和著色層的材料或制造工序條件適當(dāng)?shù)卦O(shè)定即可。 另外，還可以設(shè)置用作黑矩陣的遮光膜。另外，在本實(shí)施方式中，使用用作保護(hù)膜或平坦化絕緣膜的絕緣層(絕緣層211、 212及213)覆蓋通過實(shí)施方式1可得到的薄膜晶體管，以降低薄膜晶體管的表面凹凸并提 高薄膜晶體管的可靠性。注意，因?yàn)楸Ｗo(hù)膜用于防止懸浮在大氣中的有機(jī)物、金屬物、水蒸 氣等的污染雜質(zhì)的侵入，所以優(yōu)選采用致密的膜。使用濺射法并利用氧化硅膜、氮化硅膜、 氧氮化硅膜、氮氧化硅膜、氧化鋁膜、氮化鋁膜、氧化氮鋁膜或氮氧化鋁膜的單層或疊層而 形成保護(hù)膜，即可。在本實(shí)施方式中，示出通過濺射法形成保護(hù) 膜的例子，但是沒有特別的 限制，而可以使用各種方法形成保護(hù)膜。形成絕緣層211作為保護(hù)膜的第一層。絕緣層211起到防止鋁膜的小丘的作用。 在此，使用濺射法形成氧化硅膜作為絕緣層211。另外，形成絕緣層212作為保護(hù)膜的第二層。在此，使用濺射法形成氮化硅膜作為 絕緣層212。當(dāng)使用氮化硅膜作為保護(hù)膜的一個(gè)層時(shí)，可以抑制鈉等的可動(dòng)離子侵入到半導(dǎo) 體區(qū)域中而使TFT的電特性變化。另外，也可以在形成保護(hù)膜之后進(jìn)行對(duì)IGZO半導(dǎo)體層的退火(300°C至400°C )。另外，形成絕緣層213作為平坦化絕緣膜。作為絕緣層213，可以使用具有耐熱性 的有機(jī)材料如聚酰亞胺、丙烯酸、苯并環(huán)丁烯、聚酰胺、環(huán)氧等。另外，除了上述有機(jī)材料之 夕卜，還可以使用低介電常數(shù)材料(low-k材料)、硅氧烷基樹脂、PSG (磷硅玻璃)、BPSG (硼磷 硅玻璃)等。硅氧烷基樹脂除了氫之外還可以具有氟、烷基或芳基中的至少一種作為取代 基。另外，也可以通過層疊多個(gè)由這些材料形成的絕緣膜，來形成絕緣層213。另外，硅氧烷基樹脂相當(dāng)于以硅氧烷基材料為起始材料而形成的包含Si-O-Si鍵 的樹脂。硅氧烷基樹脂除了氫以外，還可以具有氟、烷基或芳香烴中的至少一種作為取代 基。對(duì)絕緣層213的形成方法沒有特別的限制，可以根據(jù)其材料利用濺射法、SOG法、 旋轉(zhuǎn)涂敷、浸漬、噴涂、液滴噴射法(噴墨法、絲網(wǎng)印刷、膠版印刷等)、刮片、輥涂、幕涂、刮 刀涂布等來形成。在使用材料液形成絕緣層213的情況下，也可以在進(jìn)行焙燒的工序中同 時(shí)進(jìn)行對(duì)IGZO半導(dǎo)體層的退火(300°C至400°C )。通過兼作絕緣層213的焙燒工序和對(duì) IGZO半導(dǎo)體層的退火，可以有效地制造半導(dǎo)體裝置。作為用作像素電極層的電極層255、265，可以使用具有透光性的導(dǎo)電材料諸如包 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(下面表示為ΙΤ0)、氧化銦鋅、添加有氧化硅的氧化銦錫等。此外，可以使用包含導(dǎo)電高分子(也稱為導(dǎo)電聚合物)的導(dǎo)電組成物形成電極層 255、265。使用導(dǎo)電組成物形成的像素電極的薄層電阻優(yōu)選為10000 Ω/ □以下，并且其波 長(zhǎng)為550nm時(shí)的透光率優(yōu)選為70%以上。另外，導(dǎo)電組成物所包含的導(dǎo)電高分子的電阻率 優(yōu)選為0. 1Ω · cm以下。
作為導(dǎo)電高分子，可以使用所謂的π電子共軛類導(dǎo)電高分子。例如，可以舉出聚 苯胺或其衍生物、聚吡咯或其衍生物、聚噻吩或其衍生物、或者上述材料中的兩種以上的共 聚物等。通過上述工序，可以制造可靠性高的液晶顯示裝置作為半導(dǎo)體裝置。本實(shí)施方式可以與其他實(shí)施方式所記載的結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)亟M合而實(shí)施。實(shí)施方式8在本實(shí)施方式中，作為半導(dǎo)體裝置示出電子紙的例子。在圖30中，作為半導(dǎo)體裝置的例子示出有源矩陣型電子紙。可以與實(shí)施方式2所 示的薄膜晶體管同樣地制造用于半導(dǎo)體裝置的薄膜晶體管581，并且該薄膜晶體管581是 包括被進(jìn)行了氧自由基處理的柵極絕緣層上的氧過剩氧化物半導(dǎo)體層及 作為源區(qū)及漏區(qū) 的氧缺少氧化物半導(dǎo)體層的可靠性高的薄膜晶體管。此外，也可以應(yīng)用實(shí)施方式1、實(shí)施方 式3或?qū)嵤┓绞?所示的薄膜晶體管作為本實(shí)施方式的薄膜晶體管581。圖30的電子紙是采用扭轉(zhuǎn)球顯示方式的顯示裝置的例子。扭轉(zhuǎn)球顯示方式是指 一種方法，其中將分別著色為白色和黑色的球形粒子配置在用于顯示元件的電極層的第一 電極層及第二電極層之間，并在第一電極層及第二電極層之間產(chǎn)生電位差來控制球形粒子 的方向，以執(zhí)行顯示。密封在襯底580與襯底596之間的薄膜晶體管581是多柵極結(jié)構(gòu)的反交錯(cuò)型薄膜 晶體管，并且在形成于絕緣層583、584及585中的開口中通過源電極層或漏電極層接觸于 第一電極層587并與它電連接。在第一電極層587和設(shè)置于襯底596的第二電極層588之 間設(shè)置有球形粒子589，該球形粒子589具有黑色區(qū)590a和白色區(qū)590b，其周圍包括充滿 了液體的空洞594，并且球形粒子589的周圍充滿有樹脂等的填充材料595 (參照?qǐng)D30)。此外，還可以使用電泳元件代替扭轉(zhuǎn)球。使用直徑為10 μ m至20 μ m左右的微囊， 該微囊中封入有透明液體和帶正電的白色微粒和帶負(fù)電的黑色微粒。對(duì)于設(shè)置在第一電極 層和第二電極層之間的微囊，當(dāng)由第一電極層和第二電極層施加電場(chǎng)時(shí)，白色微粒和黑色 微粒移動(dòng)到相反方向，從而可以顯示白色或黑色。應(yīng)用這種原理的顯示元件就是電泳顯示 元件，一般地稱為電子紙。電泳顯示元件具有比液晶顯示元件高的反射率，因而不需要輔 助燈。此外，耗電量低，并且在昏暗的地方也能夠辨別顯示部。另外，即使不向顯示部供應(yīng) 電源，也能夠保持顯示過一次的圖像，因此，即使從電波發(fā)射源離開具有顯示功能的半導(dǎo)體 裝置(簡(jiǎn)單地稱為顯示裝置，或稱為具備顯示裝置的半導(dǎo)體裝置)，也能夠儲(chǔ)存顯示過的圖 像。通過上述工序，可以制造作為半導(dǎo)體裝置的可靠性高的電子紙。本實(shí)施方式可以與其他實(shí)施方式所記載的結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)亟M合而實(shí)施。實(shí)施方式9在本實(shí)施方式中，示出發(fā)光顯示裝置的例子作為半導(dǎo)體裝置。在此，示出利用電致 發(fā)光的發(fā)光元件作為顯示裝置所具有的顯示元件。利用電致發(fā)光的發(fā)光元件根據(jù)其發(fā)光材 料是有機(jī)化合物還是無機(jī)化合物來進(jìn)行區(qū)別，一般來說，前者稱為有機(jī)EL元件，而后者稱 為無機(jī)EL元件。在有機(jī)EL元件中，通過對(duì)發(fā)光元件施加電壓，電子和空穴從一對(duì)電極分別注入到 包含發(fā)光有機(jī)化合物的層，以產(chǎn)生電流。然后，由于這些載流子(電子和空穴)重新結(jié)合，發(fā)光有機(jī)化合物形成激發(fā)態(tài)，并且當(dāng)該激發(fā)態(tài)恢復(fù)到基態(tài)時(shí)，得到發(fā)光。根據(jù)這種機(jī)理，該 發(fā)光元件稱為電流激勵(lì)型發(fā)光元件。根據(jù)其元件的結(jié)構(gòu)，將無機(jī)EL元件分類為分散型無機(jī)EL元件和薄膜型無機(jī)EL元 件。分散型無機(jī)EL元件包括在粘合劑中分散有發(fā)光材料的粒子的發(fā)光層，且其發(fā)光機(jī)理是 利用供體能級(jí)和受體能級(jí)的供體_受體重新結(jié)合型發(fā)光。薄膜型無機(jī)EL元件具有利用電 介質(zhì)層夾住發(fā)光層并還利用電極夾住該發(fā)光層的結(jié)構(gòu)，且其發(fā)光機(jī)理是利用金屬離子的內(nèi) 層電子躍遷的定域型發(fā)光。注意，在此使用有機(jī)EL元件作為發(fā)光元件而進(jìn)行說明。在圖26A和26B中，示出有源矩陣型發(fā)光顯示裝置作為半導(dǎo)體裝置的例子。圖26A 是發(fā)光顯示裝置的平面圖，而圖26B是沿著圖26A中的線Y-Z的截面圖。注意，圖27示出 圖26A和26B所示的發(fā)光顯示裝置的等效電路。 可以與實(shí)施方式1及實(shí)施方式2所示的薄膜晶體管同樣地制造用于半導(dǎo)體裝置的 薄膜晶體管301、302，并且該薄膜晶體管301、302是包括被進(jìn)行了氧自由基處理的柵極絕 緣層上的氧過剩氧化物半導(dǎo)體層及作為源區(qū)及漏區(qū)的氧缺少氧化物半導(dǎo)體層的可靠性高 的薄膜晶體管。此外，也可以應(yīng)用實(shí)施方式3或?qū)嵤┓绞?所示的薄膜晶體管作為本實(shí)施 方式的薄膜晶體管301、302。圖26A及圖27所示的本實(shí)施方式的發(fā)光顯示裝置包括多柵極結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管 301、發(fā)光元件303、電容元件304、源極布線層305、柵極布線層306、電源線307。薄膜晶體 管301、302是η溝道型薄膜晶體管。此外，在圖26Β中，本實(shí)施方式的發(fā)光顯示裝置包括襯底300、薄膜晶體管302、絕 緣層311、絕緣層312、絕緣層313、分隔壁321以及用于發(fā)光元件303的第一電極層320、電 場(chǎng)發(fā)光層322、第二電極層323。優(yōu)選使用丙烯、聚酰亞胺、聚酰胺等的有機(jī)樹脂、或硅氧烷形成絕緣層313。在本實(shí)施方式中，因?yàn)橄袼氐谋∧ぞw管302是η型，所以優(yōu)選使用陰極作為像素 電極層的第一電極層320。具體而言，作為陰極，可以使用功函數(shù)小的材料例如Ca、Al、CaF、 MgAg, AlLi 等。使用有機(jī)樹脂膜、無機(jī)絕緣膜或有機(jī)聚硅氧烷形成分隔壁321。特別優(yōu)選的是，使 用感光材料，在第一電極層320上形成開口部，并將其開口部的側(cè)壁形成為具有連續(xù)的曲 率而成的傾斜面。電場(chǎng)發(fā)光層322既可以由單層構(gòu)成，又可以由多個(gè)層的疊層構(gòu)成。覆蓋電場(chǎng)發(fā)光層322地形成用作陽極的第二電極層323。利用在實(shí)施方式7中作為 像素電極層列舉的使用具有透光性的導(dǎo)電材料的透光導(dǎo)電膜，而可以形成第二電極層323。 除了上述透光導(dǎo)電膜之外，還可以使用氮化鈦膜或鈦膜。通過重疊第一電極層320、電場(chǎng)發(fā) 光層322和第二電極層323，形成有發(fā)光元件303。然后，也可以在第二電極層323及分隔 壁321上形成保護(hù)膜，以防止氧、氫、水分、二氧化碳等侵入到發(fā)光元件303中。作為保護(hù)膜， 可以形成氮化硅膜、氮氧化硅膜、DLC膜等。再者，在實(shí)際上，優(yōu)選當(dāng)完成圖26B的狀態(tài)之后，使用氣密性高且漏氣少的保護(hù)薄 膜(貼合薄膜、紫外線固性樹脂薄膜等)及覆蓋材料進(jìn)行封裝(密封)以進(jìn)一步防止發(fā)光 元件暴露于空氣中。接著，參照?qǐng)D28A至28C說明發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)。在此，以驅(qū)動(dòng)TFT是η型的情況為例子來說明像素的截面結(jié)構(gòu)。與實(shí)施方式1所示的薄膜晶體管同樣地制造用于圖28A、28B 和28C的半導(dǎo)體裝置的驅(qū)動(dòng)TFT7001、7011、7021，并且這些TFT是包括被進(jìn)行了氧自由基處 理的柵極絕緣層上的氧過剩氧化物半導(dǎo)體層及作為源區(qū)及漏區(qū)的氧缺少氧化物半導(dǎo)體層 的可靠性高的薄膜晶體管。此外，也可以應(yīng)用實(shí)施方式2、實(shí)施方式3或?qū)嵤┓绞?所示的 薄膜晶體管用作TFT7001、7011、7021。發(fā)光元件的陽極及陰極中之至少一方是透明以向外部發(fā)光，即可。而且，有如下結(jié) 構(gòu)的發(fā)光元件，即在襯底上形成薄膜晶體管及發(fā)光元件，并從與襯底相反的面向外部發(fā)光 的頂部發(fā)射、從襯底一側(cè)向外部發(fā)光的底部發(fā)射、以及從襯底一側(cè)及與襯底相反的面向外 部發(fā)光的雙面發(fā)射。像素結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于任何發(fā)射結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件。參照?qǐng)D28A說明頂部發(fā)射結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件。 在圖28A中示出當(dāng)驅(qū)動(dòng)TFT7001是η型，且從發(fā)光元件7002發(fā)射的光穿過陽極 7005 一側(cè)時(shí)的像素的截面圖。在圖28Α中，發(fā)光元件7002的陰極7003和驅(qū)動(dòng)TFT7001電 連接，在陰極7003上按順序?qū)盈B有發(fā)光層7004、陽極7005。作為陰極7003，只要是功函數(shù) 小且反射光的導(dǎo)電膜，就可以使用各種材料。例如，優(yōu)選采用Ca、Al、CaF、MgAg、AlLi等。而 且，發(fā)光層7004可以由單層或多層的疊層構(gòu)成。在由多層構(gòu)成時(shí)，在陰極7003上按順序?qū)?疊電子注入層、電子傳輸層、發(fā)光層、空穴傳輸層、空穴注入層。注意，不需要設(shè)置上述的所 有層。使用透過光的具有透光性的導(dǎo)電材料形成陽極7005，也可以使用具有透光性的導(dǎo)電 膜例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(下面，表示為ΙΤ0)、氧化銦鋅、添加有氧化硅的氧化銦錫等。使用陰極7003及陽極7005夾住發(fā)光層7004的區(qū)域相當(dāng)于發(fā)光元件7002。在圖 28A所示的像素中，從發(fā)光元件7002發(fā)射的光如箭頭所示那樣發(fā)射到陽極7005 —側(cè)。接著，參照?qǐng)D28B說明底部發(fā)射結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件。圖28B示出在驅(qū)動(dòng)TFT7011是η 型，且從發(fā)光元件7012發(fā)射的光發(fā)射到陰極7013 —側(cè)的情況下的像素的截面圖。在圖28Β 中，在與驅(qū)動(dòng)TFT7011電連接的具有透光性的導(dǎo)電膜7017上形成有發(fā)光元件7012的陰極 7013，在陰極7013上按順序?qū)盈B有發(fā)光層7014、陽極7015。注意，在陽極7015具有透光性 的情況下，也可以覆蓋陽極上地形成有用于反射光或進(jìn)行遮光的屏蔽膜7016。與圖28Α的 情況同樣地，陰極7013只要是功函數(shù)小的導(dǎo)電材料，就可以使用各種材料。但是，將其厚度 設(shè)定為透過光的程度(優(yōu)選為5nm至30nm左右)。例如，也可以將膜厚度為20nm的鋁膜 用作陰極7013。而且，與圖28A同樣地，發(fā)光層7014可以由單層或多個(gè)層的疊層構(gòu)成。陽 極7015不需要透過光，但是可以與圖28A同樣地使用具有透光性的導(dǎo)電材料形成。并且， 雖然屏蔽膜7016例如可以使用反射光的金屬等，但是不局限于金屬膜。例如，也可以使用 添加有黑色的顏料的樹脂等。由陰極7013及陽極7015夾有發(fā)光層7014的區(qū)域相當(dāng)于發(fā)光元件7012。在圖28B 所示的像素中，從發(fā)光元件7012發(fā)射的光如箭頭所示那樣發(fā)射到陰極7013 —側(cè)。接著，參照?qǐng)D28C說明雙面發(fā)射結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件。在圖28C中，在與驅(qū)動(dòng)TFT7021 電連接的具有透光性的導(dǎo)電膜7027上形成有發(fā)光元件7022的陰極7023，而在陰極7023上 按順序?qū)盈B有發(fā)光層7024、陽極7025。與圖28A的情況同樣地，作為陰極7023，只要是功函 數(shù)小的導(dǎo)電材料，就可以使用各種材料。但是，將其厚度設(shè)定為透過光的程度。例如，可以 將膜厚度為20nm的Al用作陰極7023。而且，與圖28A同樣地，發(fā)光層7024可以由單層或多個(gè)層的疊層構(gòu)成。陽極7025可以與圖28A同樣地使用具有透過光的透光性的導(dǎo)電材料 形成。陰極7023、發(fā)光層7024和陽極7025重疊的部分相當(dāng)于發(fā)光元件7022。在圖28C所 示的像素中，從發(fā)光元件7022發(fā)射的光如箭頭所示那樣發(fā)射到陽極7025 —側(cè)和陰極7023一側(cè)。注意，雖然在此描述了有機(jī)EL元件作為發(fā)光元件，但是也可以設(shè)置無機(jī)EL元件作 為發(fā)光元件。注意，雖然在本實(shí)施方式中示出了控制發(fā)光元件的驅(qū)動(dòng)的薄膜晶體管(驅(qū)動(dòng)TFT) 和發(fā)光元件電連接的例子，但是也可以采用在驅(qū)動(dòng)TFT和發(fā)光元件之間連接有電流控制 TFT的結(jié)構(gòu)。
注意，本實(shí)施方式所示的半導(dǎo)體裝置不局限于圖28A至28C所示的結(jié)構(gòu)而可以根 據(jù)本發(fā)明的技術(shù)思想進(jìn)行各種變形。通過上述工序，可以制造可靠性高的發(fā)光顯示裝置作為半導(dǎo)體裝置。本實(shí)施方式可以與其他實(shí)施方式所記載的結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)亟M合而實(shí)施。實(shí)施方式10接著，下面示出半導(dǎo)體裝置的一個(gè)方式的顯示面板的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施方式中，說明 具有液晶元件作為顯示元件的液晶顯示裝置的一個(gè)方式的液晶顯示面板(也稱為液晶面 板)、包括發(fā)光元件作為顯示元件的半導(dǎo)體裝置的一個(gè)方式的發(fā)光顯示面板(也稱為發(fā)光 面板)。參照?qǐng)D29A和29B說明相當(dāng)于半導(dǎo)體裝置的一個(gè)方式的發(fā)光顯示面板的外觀及截 面。圖29A是一種面板的俯視圖，其中利用密封材料在第一襯底與第二襯底之間密封包括 被進(jìn)行了氧自由基處理的柵極絕緣層上的氧過剩氧化物半導(dǎo)體層及作為源區(qū)及漏區(qū)的氧 缺少氧化物半導(dǎo)體層的可靠性高的薄膜晶體管及發(fā)光元件。圖29B相當(dāng)于沿著圖29A的 H-I的截面圖。以圍繞設(shè)置在第一襯底4501上的像素部4502、信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路4503a、4503b及掃 描線驅(qū)動(dòng)電路4504a、4504b的方式設(shè)置有密封材料4505。此外，在像素部4502、信號(hào)線驅(qū) 動(dòng)電路4503a、4503b及掃描線驅(qū)動(dòng)電路4504a、4504b上設(shè)置有第二襯底4506。因此，像素 部4502、信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路4503a、4503b、以及掃描線驅(qū)動(dòng)電路4504a、4504b與填料4507 — 起由第一襯底4501、密封材料4505和第二襯底4506密封。此外，設(shè)置在第一襯底4501上的像素部4502、信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路4503a、4503b及掃 描線驅(qū)動(dòng)電路4504a、4504b包括多個(gè)薄膜晶體管。在圖29B中，例示包括在像素部4502中 的薄膜晶體管4510和包括在信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路4503a中的薄膜晶體管4509。薄膜晶體管4509、4510相當(dāng)于包括被進(jìn)行了氧自由基處理的柵極絕緣層上的氧 過剩氧化物半導(dǎo)體層及作為源區(qū)及漏區(qū)的氧缺少氧化物半導(dǎo)體層的可靠性高的薄膜晶體 管，并可以應(yīng)用實(shí)施方式1、實(shí)施方式2、實(shí)施方式3或?qū)嵤┓绞?所示的薄膜晶體管。在本 實(shí)施方式中，薄膜晶體管4509、4510是η溝道型薄膜晶體管。此外，附圖標(biāo)記4511相當(dāng)于發(fā)光元件，發(fā)光元件4511所具有的作為像素電極的第 一電極層4517與薄膜晶體管4510的源電極層或漏電極層電連接。注意，發(fā)光元件4511的 結(jié)構(gòu)不局限于本實(shí)施方式所示的結(jié)構(gòu)?？梢愿鶕?jù)從發(fā)光元件4511發(fā)光的方向等適當(dāng)?shù)馗淖儼l(fā)光元件4511的結(jié)構(gòu)。另外，供給到信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路4503a、4503b、掃描線驅(qū)動(dòng)電路4504a、4504b、或像素部4502的各種信號(hào)及電位是從FPC4518a、4518b供給的。在本實(shí)施方式中，連接端子4515由與第二電極層4512相同的導(dǎo)電膜形成，并且布 線4516由與發(fā)光元件4511所具有的第一電極層4517相同導(dǎo)電膜形成。連接端子4515通過各向異性導(dǎo)電膜4519與FPC4518a所具有的端子電連接。位于從發(fā)光元件4511取出光的方向的第二襯底4506需要具有透光性。在此情況 下，使用如玻璃板、塑料板、聚酯薄膜或丙烯薄膜等的具有透光性的材料。此外，作為填料4507，除了氮及氬等的惰性氣體之外，還可以使用紫外線固性樹脂 或熱固性樹脂?？梢允褂肞VC(聚氯乙烯)、丙烯、聚酰亞胺、環(huán)氧樹脂、硅酮樹脂、PVB(聚乙 烯醇縮丁醛)、或EVA(乙烯-醋酸乙烯酯)。在本實(shí)施方式中，作為填料4507使用氮。另外，若有需要，也可以在發(fā)光元件的射出面上適當(dāng)?shù)卦O(shè)置諸如偏振片、圓偏振片 (包括橢圓偏振片)、相位差板(λ/4片、λ/2片)、彩色濾光片等的光學(xué)薄膜。另外，也可 以在偏振片或圓偏振片上設(shè)置抗反射膜。例如，可以進(jìn)行抗眩光處理，該處理是利用表面的 凹凸來擴(kuò)散反射光并降低眩光的處理。信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路4503a、4503b及掃描線驅(qū)動(dòng)電路4504a、4504b也可以作為在另行 準(zhǔn)備的襯底上由單晶半導(dǎo)體膜或多晶半導(dǎo)體膜形成的驅(qū)動(dòng)電路安裝。此外，也可以另行僅 形成信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路或其一部分、或者掃描線驅(qū)動(dòng)電路或其一部分而安裝。本實(shí)施方式不 局限于圖29A及29B的結(jié)構(gòu)。接著，參照?qǐng)D24A至24C說明相當(dāng)于本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的一個(gè)方式的液晶顯示 面板的外觀及截面。圖24A、24B是一種面板的俯視圖，其中利用密封材料4005將包括被進(jìn) 行了氧自由基處理的柵極絕緣層上的氧過剩氧化物半導(dǎo)體層及作為源區(qū)及漏區(qū)的氧缺少 氧化物半導(dǎo)體層的可靠性高的薄膜晶體管4010、4011及液晶元件4013密封在與第二襯底 4006之間。圖24C相當(dāng)于沿著圖24A、24B的M-N的截面圖。以圍繞設(shè)置在第一襯底4001上的像素部4002和掃描線驅(qū)動(dòng)電路4004的方式設(shè) 置有密封材料4005。此外，在像素部4002和掃描線驅(qū)動(dòng)電路4004上設(shè)置有第二襯底4006。 因此，像素部4002和掃描線驅(qū)動(dòng)電路4004與液晶層4008 —起由第一襯底4001、密封材料 4005和第二襯底4006密封。此外，在與第一襯底4001上的由密封材料4005圍繞的區(qū)域不 同的區(qū)域中安裝有信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路4003，該信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路4003使用單晶半導(dǎo)體膜或多 晶半導(dǎo)體膜形成在另行準(zhǔn)備的襯底上。注意，對(duì)于另行形成的驅(qū)動(dòng)電路的連接方法沒有特別的限制，而可以采用COG方 法、引線鍵合方法或TAB方法等。圖24A是通過COG方法安裝信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路4003的例子， 而圖24B是通過TAB方法安裝信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路4003的例子。此外，設(shè)置在第一襯底4001上的像素部4002和掃描線驅(qū)動(dòng)電路4004包括多個(gè)薄 膜晶體管。在圖24B中例示像素部4002所包括的薄膜晶體管4010和掃描線驅(qū)動(dòng)電路4004 所包括的薄膜晶體管4011。薄膜晶體管4010、4011相當(dāng)于包括被進(jìn)行了氧自由基處理的柵極絕緣層上的氧 過剩氧化物半導(dǎo)體層及作為源區(qū)及漏區(qū)的氧缺少氧化物半導(dǎo)體層的可靠性高的薄膜晶體 管，并可以應(yīng)用實(shí)施方式1、2、3或4所示的薄膜晶體管。在本實(shí)施方式中，薄膜晶體管4010、4011是η溝道型薄膜晶體管。此外，液晶元件4013所具有的像素電極層4030與薄膜晶體管4010電連接。而 且，液晶元件4013的對(duì)置電極層4031形成在第二襯底4006上。像素電極層4030、對(duì)置電 極層4031和液晶層4008重疊的部分相當(dāng)于液晶元件4013。注意，像素電極層4030、對(duì)置 電極層4031分別設(shè)置有用作取向膜的絕緣層4032、4033，且隔著絕緣層4032、4033夾有液 晶層4008。注意，作為第一襯底4001、第二襯底4006，可以使用玻璃、金屬(典型的是不銹 鋼)、陶瓷、塑料。作為塑料，可以使用FRP (Fiberglass-Reinforced Plastics ；纖維增強(qiáng)塑 料)板、PVF(聚氟乙烯)薄膜、聚酯薄膜或丙烯樹脂薄膜。此外，還可以使用具有將鋁箔夾 在PVF薄膜及聚酯薄膜之間的結(jié)構(gòu)的薄膜。此外，附圖標(biāo)記4035表示通過對(duì)絕緣膜選擇性地進(jìn)行蝕刻而得到的柱狀間隔物， 并且它是為控制像素電極層4030和對(duì)置電極層4031之間的距離(單元間隙)而設(shè)置的。 注意，還可以使用球狀間隔物。
另外，供給到另行形成的信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路4003、掃描線驅(qū)動(dòng)電路4004或像素部 4002的各種信號(hào)及電位是從FPC4018供給的。在本實(shí)施方式中，連接端子4015由與液晶元件4013所具有的像素電極層4030相 同的導(dǎo)電膜形成，并且布線4016由與薄膜晶體管4010、4011的柵電極層相同的導(dǎo)電膜形 成。連接端子4015通過各向異性導(dǎo)電膜4019電連接到FPC4018所具有的端子。此外，雖然在圖24A至24C中示出另行形成信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路4003并將它安裝在第 一襯底4001上的例子，但是本實(shí)施方式不局限于該結(jié)構(gòu)。既可以另行形成掃描線驅(qū)動(dòng)電路 而安裝，又可以另行僅形成信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路的一部分或掃描線驅(qū)動(dòng)電路的一部分而安裝。圖25示出使用應(yīng)用本發(fā)明的一個(gè)方式制造的TFT襯底2600來構(gòu)成液晶顯示模塊 作為半導(dǎo)體裝置的一例。圖25是液晶顯示模塊的一例，利用密封材料2602固定TFT襯底2600和對(duì)置襯底 2601，并在其間設(shè)置包括TFT等的像素部2603、包括液晶層的顯示元件2604、著色層2605 來形成顯示區(qū)。在進(jìn)行彩色顯示時(shí)需要著色層2605，并且當(dāng)采用RGB方式時(shí)，對(duì)應(yīng)于各像素 設(shè)置有分別對(duì)應(yīng)于紅色、綠色、藍(lán)色的著色層。在TFT襯底2600和對(duì)置襯底2601的外側(cè)配 置有偏振片2606、偏振片2607、擴(kuò)散板2613。光源由冷陰極管2610和反射板2611構(gòu)成，電 路襯底2612利用柔性線路板2609與TFT襯底2600的布線電路部2608連接，且其中組裝 有控制電路及電源電路等的外部電路。此外，可以以在偏振片和液晶層之間具有相位差板 的狀態(tài)層疊。作為液晶顯示模塊可以采用TN(扭曲向列；Twisted Nematic)模式、IPS (平面 內(nèi)轉(zhuǎn)換；In-Plane-Switching)模式、FFS(邊緣電場(chǎng)轉(zhuǎn)換；Fringe Field Switching)模 式、MVA(多疇垂直取向；Multi-domain Vertical Alignment)模式、PVA(垂直取向構(gòu) 型；Patterned Vertical Alignment)模式、ASM(軸對(duì)稱排列微胞；AxiallySymmetric aligned Micro-cell)模式、OCB(光學(xué)補(bǔ)償彎曲；OpticalCompensated Birefringence) 模式、FLC (鐵電性液晶；FerroelectricLiquid Crystal)模式、AFLC (反鐵電性液晶； AntiFerroelectricLiquid Crystal)模式等。
通過上述工序，可以制造作為半導(dǎo)體裝置的可靠性高的顯示面板。本實(shí)施方式可以與其他實(shí)施方式所記載的結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)亟M合而實(shí)施。實(shí)施方式11根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式的半導(dǎo)體裝置可以應(yīng)用于電子紙。電子紙可以用于顯示信息的所有領(lǐng)域的電子設(shè)備。例如，可以將電子紙應(yīng)用于電子書籍(電子書)、招貼、電車等的 交通工具的車廂廣告、信用卡等的各種卡片中的顯示等。圖31A和31B以及圖32示出電子 設(shè)備的一例。圖31A示出使用電子紙制造的招貼2631。在廣告介質(zhì)是紙印刷物的情況下用手進(jìn) 行廣告的交換，但是如果使用應(yīng)用本發(fā)明的一個(gè)方式的電子紙，則在短時(shí)間內(nèi)能夠改變廣 告的顯示內(nèi)容。此外，顯示不會(huì)打亂而可以獲得穩(wěn)定的圖像。注意，招貼也可以采用以無線 的方式收發(fā)信息的結(jié)構(gòu)。此外，圖31B示出電車等的交通工具的車廂廣告2632。在廣告介質(zhì)是紙印刷物的 情況下用手進(jìn)行廣告的交換，但是如果使用應(yīng)用本發(fā)明的一個(gè)方式的電子紙，則在短時(shí)間 內(nèi)不需要許多人手地改變廣告的顯示內(nèi)容。此外，顯示不會(huì)打亂而可以得到穩(wěn)定的圖像。注 意，車廂廣告也可以采用以無線的方式收發(fā)信息的結(jié)構(gòu)。另外，圖32示出電子書籍2700的一例。例如，電子書籍2700由兩個(gè)框體，即框體 2701及框體2703構(gòu)成?？蝮w2701及框體2703由軸部2711形成為一體，且可以以該軸部 2711為軸進(jìn)行開閉工作。通過這種結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)行如紙的書籍那樣的工作?？蝮w2701組裝有顯示部2705，而框體2703組裝有顯示部2707。顯示部2705及 顯示部2707的結(jié)構(gòu)既可以是顯示連續(xù)的畫面的結(jié)構(gòu)，又可以是顯示不同的畫面的結(jié)構(gòu)。通 過采用顯示不同的畫面的結(jié)構(gòu)，例如在右邊的顯示部(圖32中的顯示部2705)中可以顯示 文章，而在左邊的顯示部(圖32中的顯示部2707)中可以顯示圖像。此外，在圖32中示出框體2701具備操作部等的例子。例如，在框體2701中，具備 電源2721、操作鍵2723、揚(yáng)聲器2725等。利用操作鍵2723可以翻頁。注意，也可以采用在 與框體的顯示部相同的面具備鍵盤及定位裝置等的結(jié)構(gòu)。另外，也可以采用在框體的背面 及側(cè)面具備外部連接用端子(耳機(jī)端子、USB端子或可與AC適配器及USB電纜等的各種電 纜連接的端子等)、記錄介質(zhì)插入部等的結(jié)構(gòu)。再者，電子書籍2700也可以具有電子詞典的 功能。此外，電子書籍2700也可以采用以無線的方式收發(fā)信息的結(jié)構(gòu)。還可以采用以無 線的方式從電子書籍服務(wù)器購(gòu)買所希望的書籍?dāng)?shù)據(jù)等，然后下載的結(jié)構(gòu)。實(shí)施方式I2根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式的半導(dǎo)體裝置可以應(yīng)用于各種電子設(shè)備(包括游戲機(jī))。 作為電子設(shè)備，可以舉出電視裝置(也稱為電視或電視接收機(jī))、用于計(jì)算機(jī)等的監(jiān)視器、 數(shù)碼相機(jī)或數(shù)碼攝像機(jī)等的影像拍攝裝置、數(shù)碼相框、移動(dòng)電話機(jī)(也稱為移動(dòng)電話、移動(dòng) 電話裝置)、便攜式游戲機(jī)、便攜式信息終端、聲音再現(xiàn)裝置、彈珠機(jī)等的大型游戲機(jī)等。圖33A示出電視裝置9600的一例。在電視裝置9600中，框體9601組裝有顯示部 9603。利用顯示部9603可以顯示圖像。此外，在此示出利用支架9605支撐框體9601的結(jié) 構(gòu)。可以通過利用框體9601所具備的操作開關(guān)、另行提供的遙控操作機(jī)9610進(jìn)行電視裝置9600的操作。通過利用遙控操作機(jī)9610所具備的操作鍵9609，可以進(jìn)行頻道及音 量的操作，并可以對(duì)在顯示部9603上顯示的圖像進(jìn)行操作。此外，也可以采用在遙控操作 機(jī)9610中設(shè)置顯示從該遙控操作機(jī)9610輸出的信息的顯示部9607的結(jié)構(gòu)。注意，電視裝置9600采用具備接收機(jī)及調(diào)制解調(diào)器等的結(jié)構(gòu)?？梢酝ㄟ^利用接收 機(jī)接收一般的電視廣播。再者，通過調(diào)制解調(diào)器連接到有線或無線方式的通信網(wǎng)絡(luò)，從而進(jìn) 行單向(從發(fā)送者到接收者)或雙向(在發(fā)送者和接收者之間或在接收者之間等)的信息
通{曰。圖33B示出數(shù)碼相框9700的一例。例如，在數(shù)碼相框9700中，框體9701組裝有 顯示部9703。顯示部9703可以顯示各種圖像，例如通過顯示使用數(shù)碼相機(jī)等拍攝的圖像數(shù) 據(jù)，可以發(fā)揮與一般的相框同樣的功能。 注意，數(shù)碼相框9700采用具備操作部、外部連接用端子(USB端子、可以與USB電 纜等的各種電纜連接的端子等)、記錄介質(zhì)插入部等的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)也可以組裝到與顯示 部相同的面，但是通過將它設(shè)置在側(cè)面或背面上來提高設(shè)計(jì)性，所以是優(yōu)選的。例如，可以 對(duì)數(shù)碼相框的記錄介質(zhì)插入部插入儲(chǔ)存有由數(shù)碼相機(jī)拍攝的圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器并提取圖 像數(shù)據(jù)，然后可以將所提取的圖像數(shù)據(jù)顯示于顯示部9703。此外，數(shù)碼相框9700既可以采用以無線的方式收發(fā)信息的結(jié)構(gòu)，又可以以無線的 方式提取所希望的圖像數(shù)據(jù)并進(jìn)行顯示的結(jié)構(gòu)。圖34A示出一種便攜式游戲機(jī)，其由框體9881和框體9891的兩個(gè)框體構(gòu)成，并且 通過連接部9893可以開閉地連接?？蝮w9881安裝有顯示部9882，并且框體9891安裝有顯 示部9883。另外，圖31A所示的便攜式游戲機(jī)還具備揚(yáng)聲器部9884、記錄媒體插入部9886、 LED燈9890、輸入單元(操作鍵9885、連接端子9887、傳感器9888 (即，具有測(cè)定如下因素 的功能的器件力量、位移、位置、速度、加速度、角速度、轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)、距離、光、液、磁、溫度、化學(xué) 物質(zhì)、聲音、時(shí)間、硬度、電場(chǎng)、電流、電壓、電力、射線、流量、濕度、傾斜度、振動(dòng)、氣味或紅外 線)、以及麥克風(fēng)9889)等。當(dāng)然，便攜式游戲機(jī)的結(jié)構(gòu)不局限于上述結(jié)構(gòu)，只要采用如下 結(jié)構(gòu)即可至少具備根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式的半導(dǎo)體裝置。因此，可以采用適當(dāng)?shù)卦O(shè)置有其 它附屬設(shè)備的結(jié)構(gòu)。圖34A所示的便攜式游戲機(jī)具有如下功能讀出存儲(chǔ)在記錄介質(zhì)中的 程序或數(shù)據(jù)并將它顯示在顯示部上；以及通過與其他便攜式游戲機(jī)進(jìn)行無線通信而共享信 息。注意，圖34A所示的便攜式游戲機(jī)所具有的功能不局限于此，而可以具有各種各樣的功 能。圖34B示出大型游戲機(jī)的一種的自動(dòng)賭博機(jī)9900的一例。在自動(dòng)賭博機(jī)9900的 框體9901中安裝有顯示部9903。另外，自動(dòng)賭博機(jī)9900還具備如起動(dòng)手柄或停止開關(guān)等 的操作單元、投幣孔、揚(yáng)聲器等。當(dāng)然，自動(dòng)賭博機(jī)9900的結(jié)構(gòu)不局限于此，只要采用如下 結(jié)構(gòu)即可至少具備根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式的半導(dǎo)體裝置。因此，可以采用適當(dāng)?shù)卦O(shè)置有其 它附屬設(shè)備的結(jié)構(gòu)。圖35示出移動(dòng)電話機(jī)1000的一例。移動(dòng)電話機(jī)1000除了安裝在框體1001的顯 示部1002之外還具備操作按鈕1003、外部連接端口 1004、揚(yáng)聲器1005、麥克風(fēng)1006等。圖35所示的移動(dòng)電話機(jī)1000可以用手指等觸摸顯示部1002來輸入信息。此外， 可以用手指等觸摸顯示部1002來進(jìn)行打電話或電子郵件的輸入的操作。顯示部1002的屏幕主要有三個(gè)模式。第一是以圖像的顯示為主的顯示模式，第二是以文字等的信息的輸入為主的輸入模式，第三是顯示模式和輸入模式的兩個(gè)模式混合的 顯示與輸入模式。例如，在打電話或制作電子郵件的情況下，將顯示部1002設(shè)定為以文字輸入為主 的文字輸入模式，并進(jìn)行在屏幕上顯示的文字的輸入操作，即可。在此情況下，優(yōu)選的是，在 顯示部1002的屏幕的大多部分中顯示鍵盤或號(hào)碼按鈕。此外，通過在移動(dòng)電話機(jī)1000的內(nèi)部設(shè)置具有陀螺儀和加速度傳感器等檢測(cè)傾 斜度的傳感器的檢測(cè)裝置，判斷移動(dòng)電話機(jī)1000的方向(移動(dòng)電話機(jī)1000處于垂直或水 平的狀態(tài)時(shí)變?yōu)樨Q向方式或橫向方式)，而可以對(duì)顯示部1002的屏幕顯示進(jìn)行自動(dòng)切換。通過觸摸顯示部1002或?qū)蝮w1001的操作按鈕1003進(jìn)行操作，切換屏幕模式。 此外，還可以根據(jù)顯示在顯示部1002上的圖像種類切換屏幕模式。例如，當(dāng)顯示在顯示部 上的圖像信號(hào)為動(dòng)態(tài)圖像的數(shù)據(jù)時(shí)，將屏幕模式切換成顯示模式，而當(dāng)顯示在顯示部上的 圖像信號(hào)為文字?jǐn)?shù)據(jù)時(shí)，將屏幕模式切換成輸入模式。另外，當(dāng)在輸入模式中通過檢測(cè)出顯示部1002的光傳感器所檢測(cè)的信號(hào)得知在 一定期間中沒有顯示部1002的觸摸操作輸入時(shí)，也可以以將屏幕模式從輸入模式切換成 顯示模式的方式進(jìn)行控制。 還可以將顯示部1002用作圖像傳感器。例如，通過用手掌或手指觸摸顯示部 1002，來拍攝掌紋、指紋等，而可以進(jìn)行個(gè)人識(shí)別。此外，通過在顯示部中使用發(fā)射近紅外光 的背光燈或發(fā)射近紅外光的感測(cè)用光源，也可以拍攝手指靜脈、手掌靜脈等。實(shí)施方式13在本實(shí)施方式中，示出薄膜晶體管為溝道保護(hù)型薄膜晶體管的例子。因此，除此以 外的部分與實(shí)施方式1或?qū)嵤┓绞?同樣，而省略與實(shí)施方式1或?qū)嵤┓绞?相同的部分 或具有與實(shí)施方式1或?qū)嵤┓绞?相同的功能的部分及工序的重復(fù)說明。下面，參照?qǐng)D36說明用于半導(dǎo)體裝置的薄膜晶體管175。如圖36所示，在襯底100上設(shè)置有薄膜晶體管175，該薄膜晶體管175包括柵電極 層101、柵極絕緣層102、半導(dǎo)體層103、溝道保護(hù)層108、源區(qū)或漏區(qū)104a及104b、源電極層 或漏電極層105a及105b。在本實(shí)施方式的薄膜晶體管175中，在半導(dǎo)體層103的溝道形成區(qū)域上設(shè)置有溝 道保護(hù)層108。因?yàn)闇系辣Ｗo(hù)層108用作溝道截?cái)喹h(huán)，所以半導(dǎo)體層103不被蝕刻。還可以 不接觸空氣地連續(xù)形成柵極絕緣層102、半導(dǎo)體層103以及溝道保護(hù)層108。通過不接觸空 氣地連續(xù)形成所層疊的薄膜，可以提高生產(chǎn)率。作為溝道保護(hù)層108，可以使用無機(jī)材料(氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、 氧化鋁、氮化鋁、氧氮化鋁、氮氧化鋁等)。作為制造方法，可以采用濺射法。半導(dǎo)體層103是包含In、Ga及Zn的氧過剩氧化物半導(dǎo)體層，源區(qū)或漏區(qū)104a、 104b是包含In、Ga及Zn的氧缺少氧化物半導(dǎo)體層。在本發(fā)明的實(shí)施方式之一中，不特別局限于對(duì)柵極絕緣層102進(jìn)行氧自由基處 理，從而在本實(shí)施方式中示出不進(jìn)行氧自由基處理的例子。注意，在進(jìn)行氧自由基處理的 情況下，在形成柵極絕緣層102之后對(duì)柵極絕緣層表面進(jìn)行氧自由基處理以形成氧過剩區(qū) 域。另外，連續(xù)形成柵極絕緣層102及半導(dǎo)體層103。源區(qū)及漏區(qū)104a、104b的氧缺少氧化物半導(dǎo)體層包含其尺寸為Inm以上IOnm以下的晶粒，其載流子濃度高于半導(dǎo)體層103。在本實(shí)施方式中，通過作為薄膜晶體管采用柵電極層、柵極絕緣層、半導(dǎo)體層(氧過剩氧化物半導(dǎo)體層)、源區(qū)或漏區(qū)(氧缺少氧化物半導(dǎo)體層)、源電極層和漏電極層的疊 層結(jié)構(gòu)，并使用在氧缺少氧化物半導(dǎo)體層中含有晶粒的載流子濃度高的源區(qū)或漏區(qū)，能夠 在半導(dǎo)體層的厚度薄的情況下抑制寄生電容。即使厚度薄，也因?yàn)橄鄬?duì)于柵極絕緣層的比 例充分而能夠十分抑制寄生電容。根據(jù)本實(shí)施方式可以得到光電流少、寄生電容小、開關(guān)比高的薄膜晶體管，而可以 制造具有良好的工作特性的薄膜晶體管。因此，可以提供具有電特性高并可靠性高的薄膜 晶體管的半導(dǎo)體裝置。本實(shí)施方式可以與其他實(shí)施方式適當(dāng)?shù)亟M合而實(shí)施。實(shí)施方式14在本實(shí)施方式中，示出本發(fā)明的實(shí)施方式之一的薄膜晶體管為頂柵極型薄膜晶體管 的例子。因此，除此以外的部分與實(shí)施方式1或?qū)嵤┓绞?同樣，而省略與實(shí)施方式1或?qū)嵤?方式2相同的部分或具有與實(shí)施方式1或?qū)嵤┓绞?相同的功能的部分及工序的重復(fù)說明。下面，參照?qǐng)D37說明用于半導(dǎo)體裝置的薄膜晶體管176。如圖37所示，在襯底100上設(shè)置有薄膜晶體管176，該薄膜晶體管176包括源電極 層或漏電極層105a及105b、源區(qū)或漏區(qū)104a及104b、半導(dǎo)體層103、柵極絕緣層102、柵電 極層101。半導(dǎo)體層103是包含In、Ga及Zn的氧過剩氧化物半導(dǎo)體層，源區(qū)或漏區(qū)104a、 104b是包含In、Ga及Zn的氧缺少氧化物半導(dǎo)體層。在形成半導(dǎo)體層103之后，優(yōu)選對(duì)半導(dǎo)體層103表面進(jìn)行氧自由基處理以形成氧 過剩區(qū)域。另外，連續(xù)形成半導(dǎo)體層103和柵極絕緣層102。在本實(shí)施方式中，在半導(dǎo)體層103上層疊通過濺射法形成的氧化硅膜及通過等離 子體CVD法形成的氮化硅膜作為柵極絕緣層102。具有氧過剩區(qū)域的柵極絕緣層和氧過剩氧化物半導(dǎo)體層很好搭配，從而能夠得到 優(yōu)良的界面特性。源區(qū)及漏區(qū)104a、104b的氧缺少氧化物半導(dǎo)體層包含其尺寸為Inm以上IOnm以 下的晶粒，其載流子濃度高于半導(dǎo)體層103。在本實(shí)施方式中，通過作為薄膜晶體管采用柵電極層、柵極絕緣層、半導(dǎo)體層(氧 過剩氧化物半導(dǎo)體層)、源區(qū)或漏區(qū)(氧缺少氧化物半導(dǎo)體層)、源電極層和漏電極層的疊 層結(jié)構(gòu)，并使用在氧缺少氧化物半導(dǎo)體層中含有晶粒的載流子濃度高的源區(qū)或漏區(qū)，能夠 在半導(dǎo)體層的厚度薄的情況下抑制寄生電容。即使厚度薄，也因?yàn)橄鄬?duì)于柵極絕緣層的比 例充分而能夠十分抑制寄生電容。根據(jù)本實(shí)施方式可以得到光電流少、寄生電容小、開關(guān)比高的薄膜晶體管，而可以 制造具有良好的工作特性的薄膜晶體管。因此，可以提供具有電特性高并可靠性高的薄膜 晶體管的半導(dǎo)體裝置。本實(shí)施方式可以與其他實(shí)施方式適當(dāng)?shù)亟M合而實(shí)施。本說明書根據(jù)2008年9月1日在日本專利局受理的日本專利申請(qǐng)編號(hào) 2008-224024而制造，所申請(qǐng)內(nèi)容包括在本說明書中。
權(quán)利要求
一種半導(dǎo)體裝置，包括絕緣表面上的柵電極；所述柵電極上的柵極絕緣層；所述柵極絕緣層上的半導(dǎo)體層；以及所述半導(dǎo)體層上的源區(qū)及漏區(qū)，其中，所述半導(dǎo)體層是氧化物半導(dǎo)體層，并且，所述源區(qū)及漏區(qū)是氧化物半導(dǎo)體層，具有低于所述半導(dǎo)體層的氧濃度，并包含尺寸為1nm至10nm的晶粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述半導(dǎo)體層包含銦、鎵以及鋅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述源區(qū)及漏區(qū)是包含銦、鎵以及鋅的氧 化物層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，還包括所述源區(qū)上的第一金屬層和所述漏區(qū)上 的第二金屬層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述第一金屬層是源電極層，而所述第二 金屬層是漏電極層。
6.一種半導(dǎo)體裝置，包括 絕緣表面上的柵電極； 所述柵電極上的柵極絕緣層； 所述柵極絕緣層上的半導(dǎo)體層； 所述半導(dǎo)體層上的第一源區(qū)及漏區(qū)；以及 所述第一源區(qū)及漏區(qū)上的第二源區(qū)及漏區(qū)， 其中，所述半導(dǎo)體層是氧化物半導(dǎo)體層，所述第一源區(qū)及漏區(qū)是氧化物半導(dǎo)體層，具有低于所述半導(dǎo)體層的氧濃度，并包含尺 寸為Inm至IOnm的晶粒，并且，所述第二源區(qū)及漏區(qū)是氧化物半導(dǎo)體層，包含W、Mo、Ti、Ni或Al，并具有低于所 述半導(dǎo)體層的氧濃度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述半導(dǎo)體層包含銦、鎵以及鋅。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述第一源區(qū)及漏區(qū)是包含銦、鎵以及鋅 的氧化物層。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述第二源區(qū)及漏區(qū)是包含銦、鎵以及鋅 的氧化物層。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置，還包括所述第二源區(qū)上的第一金屬層和所述 第二漏區(qū)上的第二金屬層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述第一金屬層是源電極層，而所述第 二金屬層是漏電極層。
12.—種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括如下步驟 在絕緣表面上形成柵電極；使用濺射法形成所述柵電極上的柵極絕緣層；在形成所述柵極絕緣層之后，不接觸空氣地使用濺射法形成所述柵極絕緣層上的第一半導(dǎo)體層；使用濺射法形成所述第一半導(dǎo)體層上的第二半導(dǎo)體層；以及對(duì)所述第二半導(dǎo)體層進(jìn)行圖案形成，以形成所述第一半導(dǎo)體層上的源區(qū)及漏區(qū)，其中，所述第一半導(dǎo)體層是氧化物半導(dǎo)體層，并且，所述源區(qū)及漏區(qū)是氧化物半導(dǎo)體層，具有低于所述第一半導(dǎo)體層的氧濃度，并包 含尺寸為Inm至IOnm的晶粒。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述第一半導(dǎo)體層包含銦、 鎵以及鋅。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述源區(qū)及漏區(qū)是包含銦、 鎵以及鋅的氧化物層，并且不接觸空氣地層疊在所述第一半導(dǎo)體層上。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，還包括如下步驟在形成所述第 一半導(dǎo)體層之前，對(duì)所述柵極絕緣層表面進(jìn)行氧自由基處理。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，還包括如下步驟形成所述源區(qū) 上的第一金屬層和所述漏區(qū)上的第二金屬層。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述第一金屬層是源電極 層，而所述第二金屬層是漏電極層。
全文摘要
半導(dǎo)體裝置及半導(dǎo)體裝置的制造方法。當(dāng)采用由金屬材料構(gòu)成的源電極及漏電極與氧化物半導(dǎo)體膜直接接觸的薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)時(shí)，接觸電阻會(huì)增高。接觸電阻增高的原因之一是在源電極及漏電極與氧化物半導(dǎo)體膜的接觸面上形成肖特基結(jié)。本發(fā)明的技術(shù)要點(diǎn)是在氧化物半導(dǎo)體膜與源電極及漏電極之間設(shè)置氧缺少氧化物半導(dǎo)體層，該氧缺少氧化物半導(dǎo)體層包含其尺寸為1nm至10nm以下的晶粒，并且其載流子濃度高于用作溝道形成區(qū)域的氧化物半導(dǎo)體膜。
文檔編號(hào)H01L29/24GK101882630SQ200910168689
公開日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2009年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月1日
發(fā)明者山崎舜平, 秋元健吾 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所