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制造半导体器件的方法
    【技术领域】
     本发明的技术领域涉及制造半导体器件的方法。背景技术 存在多种金属氧化物， 并且这些材料氧化物被用于各种应用。氧化铟是一种公知 材料， 并且被用作液晶显示器等所需的透明电极材料。
     某些金属氧化物具有半导体特性。 这些具有半导体特性的金属氧化物的例子是氧 化钨、 氧化锡、 氧化铟、 氧化锌等。已知使用具有半导体特性的这些金属氧化物构成沟道形 成区的薄膜晶体管 ( 例如， 见专利文献 1 到 4， 非专利文献 1)。
     作为金属氧化物， 已知多组分氧化物和单组分氧化物。例如， 已知同系化合物物 InGaO3(ZnO)m(m 是自然数 ) 是包含 In、 Ga 和 Zn 的多组分氧化物 ( 例如， 见非专利文献 2 到 4 等 )。
     另外， 确认包含这种基于 In-Ga-Zn 的氧化物的氧化物半导体适用于薄膜晶体管 的沟道层 ( 例如， 见专利文献 5， 非专利文献 5 和 6 等 )。
     [ 参考文献 ]
     [ 专利文献 1] 日本公开专利申请 No.S60-198861
     [ 专利文献 2] 日本公开专利申请 No.H8-264794
     [ 专利文献 3]PCT 国际申请 No.H11-505377 的日文译文
     [ 专利文献 4] 日本公开专利申请 No.2000-150900
     [ 专利文献 5] 日本公开专利申请 No.2004-103957
     [ 非 专 利 文 献 1]M.W.Prins， K.O.Grosse-Holz， G Muller， J.F.M.Cillessen， J.B.Giesbers， R.P.Weening， and R.M.Wolf， ″ A ferroelectric transparent thin-film transistor″， Appl.Phys.Lett.， 17June 1996， Vol.68， pp.3650-3652
     [ 非专利文献 2]M.Nakamura， N.Kimizuka， 和 T.Mohri，″ The Phase Relations in the In2O3-Ga2ZnO4-ZnO System at 1350℃″， J.Solid State Chem.， 1991， Vol.93， pp.298-315
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     [ 非专利文献 4]M.Nakamura， N.Kimizuka， T.Mohri， and M.Isobe，″ Syntheses a n d c r y s t a l s t r u c t u r e s o f n e w h o m o l o g o u s c o m p o u n d s ，i n d i u m i r o n natural number)and related compounds ″， zinc oxides(InFeO 3 (ZnO) m )(m ： KOTA1BUTSURI(SOLID STATE PHYSICS)， 1993， Vol.28， No.5， pp.317-327
     [ 非 专 利 文 献 5]K Nomura， H.Ohta， K.Ueda， T.Kamiya， M.Hirano， 和 H.Hosono，″ Thin-film transistor fabricated in single-crystalline transparent
     oxide semiconductor″， SCIENCE， 2003， Vol.300， pp.1269-1272
     [ 非 专 利 文 献 6]K.Nomura， H.Ohta， A.Takagi， T.Kamiya， M.Hirano， 和 H.Hosono， ″ Room-temperature fabrication of transparent flexible thin-film transistors using amorphous oxide semiconductors ″， NATURE， 2004， Vol.432， pp.488-492 发明内容
     从上述可见， 氧化物半导体得到了广泛研究 ； 然而， 由于其复杂的组分， 氧化物半 导体自身的特性尚未被阐明。 当前情况是 ： 在这些情形下， 尚未发现使得使用氧化物半导体 的半导体元件可以具有满意特性的制造条件。
     鉴于前面的问题， 在本说明书等 ( 至少包括说明书、 权利要求书和附图 ) 中公开的 本发明的实施例的目的是提供一种包括具有满意特性的半导体元件的半导体器件。
     在本说明书等中公开的本发明的一个实施例中， 在形成半导体层的步骤之后并且 在形成覆盖半导体层等的绝缘层的步骤之前， 执行第一热处理 ； 和在形成覆盖半导体层等 的绝缘层的步骤之后， 执行第二热处理。 例如， 在本说明书中公开的本发明的一个实施例是一种半导体器件的制造方法， 包括以下步骤 ： 在衬底上形成作为栅电极的第一导电层 ； 形成第一绝缘层以覆盖第一导电 层； 在第一绝缘层上形成半导体层， 以使得部分半导体层与第一导电层重叠 ； 形成要电连 接到半导体层的第二导电层 ； 形成第二绝缘层以覆盖半导体层和第二导电层 ； 形成要电连 接到第二导电层的第三导电层 ； 在形成半导体层的步骤之后， 并且在形成第二绝缘层的步 骤之前， 执行第一热处理 ； 和在形成第二绝缘层的步骤之后执行第二热处理。
     注意， 希望形成包含铟、 镓和锌的氧化物半导体层作为上述半导体层。另外， 希望 半导体层中的氢浓度高于第二绝缘层中的氢浓度， 并且半导体层中的氮浓度高于第二绝缘 层中的氮浓度。第二绝缘层中的氢浓度可以是 1×1021 原子 /cm3 或更低 ( 优选地， 5×1020 原子 /cm3 或更低 )， 并且第二绝缘层中的氮浓度可以是 1×1019 原子 /cm3 或更低。
     在上述结构中， 不存在对半导体层和第二导电层的位置关系、 形成顺序等的特殊 限制。例如， 半导体层和第二导电层可以被形成为使得半导体层和第二导电层在半导体层 在第二绝缘层侧的表面处电连接。可替换地， 半导体层和第二导电层可以形成为使得半导 体层和第二导电层在半导体层在第一绝缘层侧的表面处电连接。可替换地， 在第二导电层 具有叠层结构的情况下， 可以采用半导体层被夹在第二导电层的层之间的结构。
     注意在上面的结构中， 热处理和其它步骤的时序可被适当改变， 除非由于这种改 变会产生矛盾。 例如， 可以在形成第二导电层的步骤之后， 并且在形成第二绝缘层的步骤之 前， 执行第一热处理。可替换地， 可以在形成第三导电层的步骤之后执行第二热处理。
     在上述结构中， 希望第一热处理的热处理温度和第二热处理的热处理温度为 400℃或更低。
     注意， 在本说明书等中， 半导体器件意指可以利用半导体特性工作的任意器件 ； 并 且显示器件、 半导体电路以及电子器件也全部包括在半导体器件内。
     在公开的发明的一个实施例中， 在形成半导体层的步骤之后， 并且在形成覆盖半 导体层等的绝缘层的步骤之前， 执行第一热处理 ； 并且， 在形成覆盖半导体层等的绝缘层的
     步骤之后， 执行第二热处理。这使得可以提供包括具有满意特性的半导体元件的半导体器 件。
     上述效果在诸如下列的情况下得以特别增强 ： 使用包含铟、 镓和锌的氧化物半导 体层作为半导体层的情况 ； 半导体层中的氢浓度高于第二绝缘层中的氢浓度的情况 ； 或 者， 半导体层中的氮浓度高于第二半导体层中的氮浓度的情况等。
     如上所述， 可由公开的发明的一个实施例提供包括具有满意特性的半导体元件的 半导体器件。 附图说明
     在附图中 ： 图 1A 到 1E 是示出了制造包括在半导体器件内的半导体元件的方法的横截面图 ； 图 2A 到 2D 是示出了制造包括在半导体器件内的半导体元件的方法的横截面图 ； 图 3A 到 3E 是示出了制造包括在半导体器件内的半导体元件的方法的横截面图 ； 图 4A 到 4D 是示出了制造包括在半导体器件内的半导体元件的方法的横截面图 ； 图 5A 到 5C 是示出了制造半导体器件的方法的横截面图 ； 图 6A 到 6C 是示出了制造半导体器件的方法的横截面图 ； 图 7 是半导体器件的平面图 ； 图 8A1、 8A2 和 8B 是示出了半导体器件的图 ； 图 9 是示出了半导体器件的图 ； 图 10 是示出了半导体器件的图 ； 图 11A 到 11C 中的每个图都示出了半导体器件 ； 图 12A 和 12B 是示出了半导体器件的图 ； 图 13A 和 13B 是示出了电子纸的使用模式的例子的视图 ； 图 14 是电子书阅读器的一个例子的外部视图 ； 图 15A 是电视机的例子的外部视图， 并且图 15B 是数字相框的例子的外部视图 ； 图 16A 和 16B 是示出了游戏机的例子的外部视图 ； 图 17A 和 17B 是示出了蜂窝电话的例子的外部视图 ； 图 18 是示出了半导体层和绝缘层中的氢浓度和氮浓度的表 ； 图 19 是示出了绝缘层中的氢浓度和氮浓度的分析结果的图 ； 图 20A 和 20B 是示出了晶体管的电流对电压特性的图 ； 图 21A 和 21B 是示出了晶体管的电流对电压特性的图 ； 图 22A 和 22B 是示出了晶体管的电流对电压特性的图 ； 图 23 是示出了晶体管的电流对电压特性的图 ； 和 图 24 是示出了晶体管的电流对电压特性的图。具体实施方式
     下面， 将使用附图详细描述实施例。注意， 本发明不限于下列实施例的描述， 并且 本领域的技术人员将明了， 模式和细节可被以各种方式修改而不脱离本说明书等中公开的 本发明的精神。 不同实施例的结构可以适当组合地实现。 在参考附图的对本发明的描述中，指示相同部分的附图标记在不同附图中通用， 并且忽略了重复的描述。 另外， 本说明书中的 半导体器件指利用半导体特性操作的所有器件。
     [ 实施例 1]
     在本实施例中， 参考附图描述了制造用于半导体器件的半导体元件的方法的例 子。
     首先， 在衬底 100 上形成导电层 102( 见图 1A)。
     可以将任意衬底用于衬底 100， 只要它是具有绝缘表面的衬底即可， 例如， 玻璃衬 底。优选地， 玻璃衬底是非碱性玻璃衬底。作为非碱性玻璃衬底的材料， 例如， 可以使用诸 如铝硅酸盐玻璃、 铝硼硅酸盐玻璃、 钡硼硅酸盐玻璃等的玻璃材料。此外， 作为衬底 100， 可 以使用诸如陶瓷衬底、 石英衬底、 兰宝石衬底的由绝缘体形成的绝缘衬底， 其上覆盖有绝缘 材料的由诸如硅的半导体材料形成的半导体衬底， 其上覆盖有绝缘材料的由诸如金属或不 锈钢的导电材料形成的导电衬底。还可以使用塑料衬底， 只要其可以承受制造步骤中的热 处理。
     优选地， 以诸如铝 (Al)、 铜 (Cu)、 钼 (Mo)、 钨 (W) 或钛 (Ti) 的导电材料形成导电层 102。作为形成方法， 给出了溅射法、 真空蒸镀法、 CVD 法等。在对于导电层 102 使用铝 ( 或 铜 ) 的情况下， 由于铝本身 ( 或， 铜本身 ) 具有低耐热性和宜于腐蚀的缺点， 其优选与具有 耐热性的导电材料组合形成。 作为具有耐热性的导电材料， 可以使用包含从钛 (Ti)、 钽 (Ta)、 钨 (W)、 钼 (Mo)、 铬 (Cr)、 钕 (Nd) 和钪 (Sc) 中选择的元素的金属、 包含任意这些元素作为其成分的合金、 包含 任意这些元素的组合的合金、 或包含任意这些元素作为其成分的氮化物等。可以通过堆叠 具有耐热性的导电材料和铝 ( 或铜 ) 来形成导电层 102。
     虽然图中未示出， 衬底 100 可以提供有基底层。 基底层具有防止衬底 100 中的杂质 诸如碱金属 (Li、 Cs、 Na 等 )、 碱土金属 (Ca、 Mg 等 ) 等扩散的功能。换言之， 提供基底层可 以实现半导体器件的可靠性的提高。 基底层可被形成为具有单层结构或使用多种绝缘材料 诸如氮化硅或氧化硅的叠层结构。具体地， 例如， 其中氮化硅和氧化硅顺序堆叠在衬底 100 上的结构是有利的。这是由于氮化硅具有高的杂质阻断效用。同时， 在氮化硅与半导体接 触的情况下， 半导体元件中可能出现问题 ； 因此， 优选地应用氧化硅作为与半导体接触的材 料。
     接着， 在导电层 102 上选择性地形成抗蚀剂掩模 104， 并且使用抗蚀剂掩模 104 选 择性地蚀刻导电层 102， 从而形成作为栅电极的导电层 106( 见图 1B)。
     通过诸如的应用抗蚀剂材料、 使用光掩模曝光、 以及显影的步骤形成抗蚀剂掩模 104。对于应用抗蚀剂材料， 可以采用诸如旋涂法的方法。取而代之， 可以通过液滴排放或 丝网印刷法等选择性地形成抗蚀剂掩模 104。在这样的情况下， 不需要使用光掩模曝光、 显 影等步骤 ； 因此， 可以实现生产率的提高。注意， 在通过蚀刻导电层 102 形成导电层 106 之 后， 去除抗蚀剂掩模 104。
     可以使用多色调掩模形成抗蚀剂掩模 104。此处， 多色调掩模是能够以多级光强 曝光的掩模。使用多色调掩模， 一次曝光和显影处理允许形成具有多种厚度 ( 通常两种厚 度 ) 的抗蚀剂掩模。通过使用多色调掩模， 可以抑制步骤数目。
     作为上面的蚀刻处理， 可以使用干蚀刻， 或者可以使用湿蚀刻。 为了改进稍后形成
     的栅绝缘层等的覆盖性并且防止断路， 优选地执行蚀刻使得导电层 106 的端部部分逐渐变 细。例如， 优选地， 端部部分以 20°或更大并且小于 90°的锥角逐渐变细。此处， “锥角” 是 指当从横截面方向观看具有锥形形状的层时， 由相对于底表面逐渐变细的层的侧表面所形 成的角。
     接着， 形成作为栅绝缘层的绝缘层 108， 以覆盖导电层 106( 见图 1C)。可以使用诸 如氧化硅、 氧氮化硅、 氮化硅、 氮氧化硅、 氧化铝或氧化钽的材料来形成绝缘层 108。还可以 使用由这些材料形成的叠层膜形成绝缘层 108。 优选地， 这些膜被使用溅射法等形成大于等 于 5nm 且小于等于 250nm 的厚度。例如， 作为绝缘层 108， 可以通过溅射法形成 100nm 厚的 氧化硅膜。虽然只要可以获得预定的绝缘层 108， 形成绝缘层 108 的方法就没有特别的限 制， 但是在使用另一种方法 ( 诸如 CVD 法 ) 形成绝缘层 108 的情况下， 需要对膜内的氢、 氮等 的影响加以考虑。例如， 将绝缘层 108 形成为使得其中的氢浓度和氮浓度低于以后将形成 的半导体层中的氢浓度和氮浓度。更具体地， 优选地绝缘层 108 中的氢浓度是 1×1021 原子 /cm3 或更低 ( 更优选地， 5×1020 原子 /cm3 或更低 ) ； 绝缘层 108 中的氮浓度可以是 1×1019 原子 /cm3 或更低。注意， 为了获得具有满意特性的绝缘层 108， 膜形成温度优选地为 400℃ 或更低 ； 然而， 所公开的本发明的实施例不限于此。另外， 上述的浓度示出了绝缘层 108 内 的平均值。 可替换地， 可以通过组合溅射法和 CVD 法 ( 等离子 CVD 法等 ) 形成具有叠层结构 的绝缘层 108。例如， 通过等离子 CVD 法形成绝缘层 108 的下层 ( 与导电层 106 接触的区 域 )， 并且可以通过溅射法形成绝缘层 108 的上层。 由于容易通过等离子 CVD 法形成具有满 意台阶覆盖性的膜， 因此等离子 CVD 法适合于用作用于就在导电层 106 上形成膜的方法。 在 使用溅射法的情况下， 由于与使用等离子 CVD 法的情况相比易于减小膜中的氢浓度， 因此， 通过以溅射法在与半导体层接触的区域内提供膜， 可以防止绝缘层 108 中的氢扩散到半导 体层。 特别地， 在使用氧化物半导体材料形成半导体层的情况下， 由于认为氢对特性有大的 影响， 因此采用这种结构是有效的。
     注意， 在本说明书等中， 氧氮化物指包含的氧 ( 原子 ) 多于氮 ( 原子 ) 的物质。 例如， 硅的氧氮化物是一种包括范围分别为 50at. ％到 70at. ％、 0.5at. ％到 15at. ％、 25at.％到 35at.％、 和 0.1at.％到 10at.％的氧、 氮、 硅和氢的物质。 另外， 氮氧化物指包含 的氮 ( 原子 ) 多于氧 ( 原子 ) 的物质。例如， 硅的氮氧化物是一种包括范围分别为 5at.％ 到 30at.％、 20at.％到 55at.％、 25at.％到 35at.％、 和 10at.％到 25at.％的氧、 氮、 硅和氢 的物质。注意， 在使用卢瑟福背散射 (RBS) 或氢前向散射 (HFS) 执行测量的情况下， 氧、 氮、 硅和氢的比例落在前面所述的范围内。 另外， 组成元素的含量比例的总和不超过 100at.％。
     接着， 形成半导体层 110 以覆盖绝缘层 108( 见图 1D)。 在这个实施例中， 半导体层 110 包括氧化物半导体材料 ( 金属氧化物半导体材料 )。注意， 公开的发明的一个实施例可 被用于其中使用其它半导体材料的情况。例如， 可以使用基于硅的半导体材料 ( 诸如单晶 硅、 多晶硅或非晶硅 ) 或基于锗的半导体材料等形成半导体层 110。可替换地， 可以使用诸 如硅锗、 碳化硅、 砷化镓或磷化铟的化合物半导体材料。
     注意， 作为上述的氧化物半导体材料的例子， 给出了以 InMO3(ZnO)m(m ＞ 0) 表示的 材料。此处， M 表示从镓 (Ga)、 铁 (Fe)、 镍 (Ni)、 锰 (Mn) 和钴 (Co) 等中选择的一种或多种 金属元素。例如， 选择 Ga 作为 M 的情况包括选择 Ga 之外的上述金属元素的情况 ( 诸如， Ga
     和 Ni 的组合或 Ga 和 Fe 的组合 )， 以及仅使用 Ga 的情况。另外， 在上面的氧化物半导体中， 在某些情况下， 除了作为 M 包含的金属元素之外， 还包含诸如 Fe 或 Ni 的过渡金属元素或过 渡金属的氧化物作为杂质元素。 不言而喻， 氧化物半导体材料不限于上述材料， 并且可以使 用各种氧化物半导体材料， 诸如氧化锌或氧化铟。
     在使用基于 In-Ga-Zn 的材料作为氧化物半导体材料形成半导体层 110 的情况下， 例如， 可以采用使用包含 In、 Ga 和 Zn(In2O3 ∶ Ga2O3 ∶ ZnO ＝ 1 ∶ 1 ∶ 1) 的氧化物半导体 靶。可以在下列条件下执行溅射， 例如 ： 衬底 100 和靶之间的距离为 30mm 到 500mm ； 压力为 0.1Pa 到 2.0Pa ； 直流电源 (DC) 为 0.25kW 到 5.0kW ； 温度为 20 ℃到 100 ℃ ； 气氛为诸如氩 的稀有气体气氛、 氧化物气氛、 或诸如氩的稀有气体和氧化物的混合气氛。 作为上述的溅射 法， 可以采用使用高频电源作为用于溅射的电源的 RF 溅射法、 使用 DC 电源的 DC 溅射法、 或 以脉冲方式施加 DC 偏压的脉冲 DC 溅射法等。
     在这个实施例中， 描述了半导体层 110 被形成为具有单层结构的情况 ； 然而， 半导 体层 110 可以具有叠层结构。 例如， 取代上述结构， 在绝缘层 108 上形成具有与半导体层 110 相同组成的半导体层 ( 下面被称为 “具有正常导电率的半导体层” )， 并且之后， 形成具有与 半导体层 110 类似的组成元素但是具有与半导体层 110 不同的组成比例的半导体层 ( 下面 被称为 “具有高导电率的半导体层” )。在这种情况下， 由于在源电极 ( 或漏电极 ) 和具有 正常导电率的半导体层之间提供具有高导电率的半导体层， 因此可以改善元件特性。 可以通过使得膜形成条件不同， 形成具有正常导电率的半导体层和具有高导电率 的半导体层。 在这种情况下， 优选地， 具有高导电率的半导体层的膜形成条件中的氧气与氩 气流速比小于具有正常导电率的半导体层的膜形成条件中的氧气与氩气流速比。更具体 地， 在稀有气体 ( 诸如氩或氦 ) 气氛， 或者， 在包含 10％或更少的氧气和 90％或更多的稀有 气体的气氛中， 形成具有高导电率的半导体层。在氧气气氛中或在氧气对稀有气体的流速 比为 1 或更大的气氛中， 形成具有正常导电率的半导体层。以这种方式， 可以形成具有不同 导电率的两种半导体层。
     另外， 在执行等离子处理之后形成半导体层 110 而不暴露在空气中的情况下， 可 以防止灰尘或湿气附着在绝缘层 108 和半导体层 110 之间的界面上。
     注意， 半导体层 110 的厚度可以是大约 5nm 到 200nm。
     接着， 在半导体层 110 上选择性地形成抗蚀剂掩模 112， 并且使用抗蚀剂掩模 112 选择性地蚀刻半导体层 110， 从而形成半导体层 114( 见图 1E)。此处， 以类似于抗蚀剂掩模 104 的方式形成抗蚀剂掩模 112。注意， 在通过蚀刻半导体层 110 形成半导体层 114 之后去 除抗蚀剂掩模 112。
     可以采用湿蚀刻或干蚀刻作为用于蚀刻半导体层 110 的蚀刻方法。此处， 通过使 用醋酸、 硝酸和磷酸的混合溶液的湿蚀刻去除半导体层 110 的不必要部分， 从而形成半导 体层 114。注意， 上述湿蚀刻中使用的蚀刻剂 ( 蚀刻溶液 ) 可以是能够蚀刻半导体层 110 的 任意溶液， 并且不限于上述溶液。
     当执行干蚀刻时， 例如， 优选地采用包含氯的气体， 或添加了氧的包含氯的气体。 这是由于通过使用包含氯的气体， 可以容易地获得半导体层 110 相对于导电层或基底层的 蚀刻选择性。
     作为用于干蚀刻的蚀刻装置， 可以使用采用反应离子蚀刻法 (RIE 法 ) 的蚀刻装
     置， 或采用高密度等离子源诸如 ECR( 电子回旋加速器共振 ) 或 ICP( 电感耦合等离子 ) 的 干蚀刻装置。可以使用 ECCP( 增强电容耦合等离子 ) 模式蚀刻装置， 借助 ECCP 模式蚀刻装 置， 与 ICP 蚀刻装置相比， 可以在宽广区域上获得均匀的放电。即使在使用第 10 代或更后 来的衬底时， 也可以采用这种 ECCP 模式蚀刻装置。
     接着， 形成导电层 116， 以覆盖绝缘层 108 和半导体层 114( 见图 2A)。可以使用与 导电层 102 类似的材料和方法形成导电层 116。 例如， 导电层 116 可被形成为具有钼膜或钛 膜的单层结构。可替换地， 例如， 导电层 116 可被形成为具有叠层结构， 并且可以具有铝膜 和钛膜的叠层结构。可以采用钛膜、 铝膜和钛膜被按照这种顺序堆叠的三层结构。可以采 用钼膜、 铝膜和钼膜被按照这种顺序堆叠的三层结构。 另外， 可以使用包含钕的铝膜 (Al-Nd 膜 ) 作为用于这些叠层结构的铝膜。另外， 可替换地， 导电层 116 可以具有包含硅的铝膜的 单层结构。
     接着， 在导电层 116 上选择性地形成抗蚀剂掩模 118 和抗蚀剂掩模 120， 并且使用 这些抗蚀剂掩模选择性地蚀刻导电层 116， 以形成作为源和漏电极之一的导电层 122 和作 为源和漏电极中的另一个的导电层 124( 见图 2B)。此处， 以与抗蚀剂掩模 104 类似的方式 形成抗蚀剂掩模 118 和 120。注意， 在通过蚀刻导电层 116 形成导电层 122 和 124 之后去除 抗蚀剂掩模 118 和 120。
     可以采用湿蚀刻或干蚀刻作为蚀刻导电层 116 的方法。此处， 通过干蚀刻去除导 电层 116 的不必要部分， 以形成导电层 122 和 124。
     注意， 虽然在这个实施例中采用当蚀刻导电层 116 时去除部分半导体层 114 的结 构 ( 沟道蚀刻类型 )， 但是所公开的发明的实施例不限于此。 而是可以采用另一种结构 ( 蚀 刻阻挡物类型 )， 其中在半导体层 114 和导电层 116 之间形成防止蚀刻继续进行的层 ( 蚀刻 阻挡物 )， 从而使得半导体层 114 不被蚀刻。
     在形成导电层 122 和 124 之后， 在 100℃到 500℃， 通常 200℃到 400℃执行热处理。 在其中执行热处理的气氛可以是， 例如， 大气气氛、 氮气气氛、 氧气气氛、 或包含水蒸汽的气 氛等。另外， 热处理时间可以是大约 0.1 到 5 小时。此处， 在大气气氛中在 350℃执行热处 理 1 小时。注意， 热处理的时刻没有特别限制， 只要其在形成半导体层 110 之后并且在形成 作为层间绝缘层的绝缘层之前即可。例如， 可以在形成半导体层 110 之后立刻执行热处理。 可替换地， 可以在形成半导体层 114 之后立刻执行热处理， 或在形成导电层 116 之后立刻执 行热处理。通过执行热处理 ( 第一热处理 ) 和随后的热处理 ( 第二热处理 )， 可以显著提高 半导体元件的特性， 并且可以减小特性的变化。
     注意， 优选地， 在 400℃或更低的温度执行上述热处理， 以便不使作为栅绝缘层的 绝缘层 108 的特性改变 ( 退化 )。不言而喻， 所公开的发明的实施例不应被解释为局限于 此。
     接着， 形成绝缘层 126， 以覆盖导电层 122、 导电层 124、 半导体层 114 等 ( 见图 2C)。 此处， 绝缘层 126 作为所谓的层间绝缘层。可以使用诸如氧化硅、 氧化铝或氧化钽的材料来 形成绝缘层 126。还可以通过层叠由这些材料形成的膜形成绝缘层 126。
     由于绝缘层 126 被形成为与半导体层 114 相邻， 因此， 优选地， 绝缘层 126 的成分 满足预定条件。 特别地， 例如， 绝缘层 126 中的氢浓度优选地低于半导体层 114( 或半导体层 110) 中的氢浓度 ( 换言之， 半导体层 114 中的氢浓度优选地高于绝缘层 126 中的氢浓度 )。另外， 绝缘层 126 中的氮浓度优选地低于半导体层 114( 或半导体层 110) 中的氮浓度 ( 换 言之， 半导体层 114 中的氮浓度优选地高于绝缘层 126 中的氮浓度 )。 这是由于可以通过使 得绝缘层 126 中的氢浓度 ( 或氮浓度 ) 低于半导体层 114 中的氢浓度 ( 或氮浓度 )， 来抑制 由于氢 ( 或氮 ) 从绝缘层 126 中散布到半导体层 114 中而引起的元件特性退化。
     虽然取决于半导体层 114 的形成条件， 但是当绝缘层 126 中的氢浓度是例如 21 3 20 1×10 原子 /cm 或更低 ( 优选地， 5×10 原子 /cm3 或更低 ) 时， 满足上述条件。类似地， 19 3 当绝缘层 126 中的氮浓度是 1×10 原子 /cm 或更低时， 满足上述条件。注意， 上述浓度示 出了绝缘层 126 中的平均值。
     作为满足上述条件的绝缘层 126 的更特定的例子， 可以给出通过溅射形成的氧化 硅膜。这是由于 ： 在使用溅射法的情况下， 与使用 CVD 法的情况相比， 容易减小膜中的氢浓 度。不言而喻， 可以采用包括 CVD 法的任意其它方法， 只要满足上述条件即可。绝缘层 126 的其它条件没有特别限制。例如， 绝缘层 126 的厚度可以在可行范围内改变。
     此后， 形成各种电极和布线， 由此完成提供有晶体管 150 的半导体器件 ( 见图 2D)。在这个实施例中， 示出了一种典型的例子， 其中形成作为显示器件的像素电极的导电 层 128( 见图 2D)。然而， 所公开的发明的实施例不限于此。 在形成导电层 128 之后， 在 100 ℃到 500 ℃， 典型地， 在 200 ℃到 400 ℃， 执行热处 理。在其中执行热处理的气氛可以是， 例如 ： 大气气氛、 氮气气氛、 氧气气氛、 或包含水蒸汽 的气氛等。另外， 热处理时间可以是大约 0.1 到 5 小时。此处， 在大气气氛中在 350℃执行 热处理 1 小时。注意， 热处理的时刻没有特别限制， 只要其在形成绝缘层 126 之后即可。例 如， 可以在形成绝缘层 126 之后立刻执行上述热处理。可替换地， 可以在形成另一个绝缘 层、 或导电层等之后执行上述热处理。通过执行该热处理 ( 第二热处理 ) 和前面的热处理 ( 第一热处理 )， 可以显著改善半导体元件的特性， 并且可以减小特性的变化。
     注意， 第二热处理的效用不限于上面所述的。 例如， 第二热处理还提供修复绝缘层 126 中的缺陷的有利效果。由于在相对低的温度下形成绝缘层 126， 因此， 该膜中存在缺陷。 当原样使用绝缘层 126 时， 元件特性可能受到不利影响。从修复绝缘层 126 中的这些缺陷 的角度而言， 可以说上述热处理起重要重要。
     另外， 优选地， 热处理在 400℃或更低的温度执行， 以便不会使作为栅绝缘层的绝 缘层 108 的特性改变 ( 退化 )。不言而喻， 所公开的发明的实施例不应被解释为局限于此。
     如这个实施例中所示， 可以通过执行下列热处理两者提供具有极佳特性的半导体 元件 ： 在形成半导体层 110 的步骤之后并且在形成绝缘层 126 的步骤之前的热处理 ； 和， 在 形成绝缘层 126 的步骤之后的热处理。因此， 可以提供包括具有极佳特性的半导体元件的 半导体器件。
     [ 实施例 2]
     在这个实施例中， 参考附图描述与上面的实施例不同的制造用于半导体器件的半 导体元件的方法的例子。注意， 这个实施例中用于制造半导体器件的方法的许多部分与实 施例 1 中的相同。因此， 在下面的描述中， 忽略对相同部分的重复描述， 而详细描述不同之 处。
     首先， 在衬底 200 上形成导电层 202( 见图 3A)。关于衬底 200、 导电层 202 等的细 节， 可以参考前面的实施例 ( 参考图 1A 等的描述 )。可以在衬底 200 上形成基底层。关于
     基底层的细节也可以参考前面的实施例。
     接着， 在导电层 202 上选择性地形成抗蚀剂掩模 204， 并且使用抗蚀剂掩模 204 选 择性地蚀刻导电层 202， 从而形成作为栅电极的导电层 206( 见图 3B)。 关于抗蚀剂掩模 204、 导电层 206、 蚀刻等的细节， 可以参考前面的实施例 ( 参考图 1B 等的描述 )。
     然后， 形成作为栅绝缘层的绝缘层 208 以覆盖导电层 206( 见图 3C)。关于绝缘层 208 等的细节， 可以参考前面的实施例 ( 参考图 1C 等的描述 )。
     形成导电层 210 以覆盖绝缘层 208( 见图 3D)。可以使用与导电层 202 的类似的材 料和方法来形成导电层 210。换言之， 细节可以参考前面的实施例 ( 参考图 1A 和图 2A 等的 描述 )。
     接着， 在导电层 210 上选择性地形成抗蚀剂掩模 212 和抗蚀剂掩模 214， 并且使用 这些抗蚀剂掩模选择性地蚀刻导电层 210， 以形成作为源和漏电极之一的导电层 216 和作 为源和漏电极中的另一个的导电层 218( 见图 3E)。此处， 以与抗蚀剂掩模 204 的类似的方 式形成抗蚀剂掩模 212 和 214。换言之， 关于抗蚀剂掩模等的细节， 可以参考前面的实施例 ( 参考图 1B 和图 2B 等的描述 )。
     可以采用湿蚀刻或干蚀刻作为蚀刻导电层 210 的方法。此处通过干蚀刻去除导电 层 210 的不必要部分， 以形成导电层 216 和 218。 注意， 虽然在这个实施例中未示出， 在某些 情况下， 通过蚀刻去除部分绝缘层 208。 接着， 形成半导体层 220， 以覆盖绝缘层 208、 导电层 216、 导电层 218 等 ( 见图 4A)。 关于半导体层 220 的细节， 可以参考前面的实施例 ( 参考图 1D 等的描述 )。
     接着， 在半导体层 220 上选择性地形成抗蚀剂掩模 222， 并且使用抗蚀剂掩模 222 选择性地蚀刻半导体层 220， 以形成半导体层 224( 见图 4B)。关于抗蚀剂掩模 222 的细节， 可以参考前面的实施例 ( 参考图 1B 和 1E 等的描述 )。
     可以采用湿蚀刻或干蚀刻作为蚀刻半导体层 220 的方法。此处， 通过使用醋酸、 硝 酸和磷酸的混合溶液的湿蚀刻来去除半导体层 220 的不必要部分， 从而形成半导体层 224。 注意， 上述湿蚀刻中使用的蚀刻剂 ( 蚀刻溶液 ) 可以是能够蚀刻半导体层 220 的任意溶液， 而并不限于上述溶液。
     当执行干蚀刻时， 优选地采用包含氯的气体， 或添加了氧气的包含氯的气体。 这是 由于通过使用包含氯的气体， 可以容易地获得半导体层 220 相对于导电层或基底层的蚀刻 选择性。关于蚀刻等的细节， 可以参考前面的实施例。
     在形成半导体层 224 之后， 在 100℃到 500℃， 典型地在 200℃到 400℃， 执行热处 理。在其中执行热处理的气氛可以是， 例如 ： 大气气氛、 氮气气氛、 氧气气氛、 或包含水蒸汽 的气氛等。另外， 热处理时间可以是大约 0.1 到 5 小时。此处， 在大气气氛中在 350℃执行 热处理 1 小时。注意， 热处理的时刻没有特别限制， 只要其在形成半导体层 220 之后并且在 形成作为层间绝缘层的绝缘层之前即可。例如， 可以在形成半导体层 220 之后立刻执行热 处理。通过执行该热处理 ( 第一热处理 ) 和随后的热处理 ( 第二热处理 ) 两者， 可以显著 改善半导体元件的特性， 并且可以减小特性的变化。
     注意， 优选地在 400℃或更低的温度执行上述热处理， 以便不使作为栅绝缘层的绝 缘层 208 的特性改变 ( 退化 )。不言而喻， 所公开的发明的实施例不应被解释为局限于此。
     接着， 形成绝缘层 226， 以覆盖导电层 216、 导电层 218、 半导体层 224 等 ( 见图 4C)。
     此处， 绝缘层 226 作为所谓的层间绝缘层。可以使用诸如氧化硅、 氧化铝或氧化钽的材料形 成绝缘层 226。还可以通过层叠由这些材料形成的膜形成绝缘层 226。
     由于绝缘层 226 被形成为与半导体层 224 相邻， 优选地绝缘层 226 的成分满足预 定条件。特别地， 例如， 绝缘层 226 中的氢浓度优选地低于半导体层 224( 或半导体层 220) 中的氢浓度 ( 换言之， 半导体层 224 中的氢浓度优选地高于绝缘层 226 中的氢浓度 )。另 外， 绝缘层 226 中的氮浓度优选地低于半导体层 224( 或半导体层 220) 中的氮浓度 ( 换言 之， 半导体层 224 中的氮浓度优选地高于绝缘层 226 中的氮浓度 )。 这是由于可以通过使得 绝缘层 226 中的氢浓度 ( 或氮浓度 ) 低于半导体层 224 中的氢浓度 ( 或氮浓度 ) 来抑制由 于氢 ( 或氮 ) 从绝缘层 226 中分散到半导体层 224 中而引起的元件特性退化。
     虽然取决于半导体层 224 的形成条件， 当绝缘层 226 中的氢浓度是例如 1×1021 原 子 /cm3 或更低 ( 优选地， 5×1020 原子 /cm3 或更低 ) 时， 满足上述条件。类似地， 当绝缘层 19 3 226 中的氮浓度是 1×10 原子 /cm 或更低时满足上述条件。注意， 上述浓度示出了绝缘层 226 中的平均值。
     作为满足上述条件的绝缘层 226 的更特定的例子， 可以给出通过溅射形成的氧化 硅膜。这是由于 ： 在使用溅射法的情况下， 与使用 CVD 法的情况相比， 容易降低膜中的氢浓 度。不言而喻， 可以采用包括 CVD 法的任意其它方法， 只要满足上述条件即可。绝缘层 226 的其它条件没有特别限制。例如， 绝缘层 226 的厚度可以在可行范围内改变。 此后， 形成各种电极和布线， 由此完成被提供有晶体管 250 的半导体器件 ( 见图 4D)。在这个实施例中， 示出了其中形成作为显示器件的像素电极的导电层 228( 见图 4D) 的典型示例。然而， 所公开的发明的实施例不限于此。
     在形成导电层 228 之后， 在 100℃到 500℃， 典型地在 200℃到 400℃， 执行热处理。 在其中执行热处理的气氛可以是， 例如 ： 大气气氛、 氮气气氛、 氧气气氛、 或包含水蒸汽的气 氛等。另外， 热处理时间可以是大约 0.1 到 5 小时。此处， 在大气气氛中在 350℃执行热处 理 1 小时。注意， 热处理的时机没有特别限制， 只要其在形成绝缘层 226 之后即可。例如， 可以在形成绝缘层 226 之后立刻执行上述热处理。可替换地， 可以在形成另一个绝缘层或 导电层等之后执行上述热处理。通过执行该热处理 ( 第二热处理 ) 和前面的热处理 ( 第一 热处理 )， 可以显著提高半导体元件的特性， 并且可以减小特性的变化。
     注意， 第二热处理的效用不限于上面所述。 例如， 第二热处理还可以提供修复绝缘 层 226 中的缺陷的有利效果。由于在相对低的温度形成绝缘层 226， 因此该膜中存在缺陷。 当原样使用该绝缘层时， 元件特性可能受到不利影响。从修复绝缘层 226 中的这些缺陷的 角度而言， 可以说上述热处理起着重要作用。
     注意， 优选地， 所述热处理在 400℃或更低的温度执行， 以便不会使作为栅绝缘层 的绝缘层 208 的特性改变 ( 退化 )。 不言而喻， 所公开的发明的实施例不应被解释为局限于 此。
     如这个实施例中所示， 可以通过执行下列热处理两者来提供具有极佳特性的半导 体元件 ： 在形成半导体层 220 的步骤之后并且在形成绝缘层 226 的步骤之前的热处理 ； 和， 在形成绝缘层 226 的步骤之后的热处理。因此， 可以提供包括具有极佳特性的半导体元件 的半导体器件。
     注意， 该实施例可以适当地结合前面的实施例而实现。
     [ 实施例 3]
     在这个实施例中， 参考附图描述作为半导体器件的例子的有源矩阵衬底的制造处 理过程。 注意， 在这个实施例中中描述的制造处理过程的许多部分与前面实施例中的相同。 因此， 在下面的描述中， 忽略对相同部分的重复描述， 而详细描述不同之处。 注意， 在下面的 描述中， 图 5A 到 5C 和图 6A 到 6C 是横截面图， 并且图 7 是平面图。另外， 图 5A 到 5C 和图 6A 到 6C 中的每一个中的线 A1-A2 和线 B1-B2 分别对应于图 7 中的线 B1-B2。还要注意， 在 这个实施例中， 沿线 A1-A2 所取的结构中示出的半导体元件类似于前面实施例 ( 实施例 2) 中描述的半导体元件。
     首先， 在衬底 300 上形成布线和电极 ( 栅电极 302、 电容器布线 304 和第一端子 306)( 见图 5A)。特别地， 在衬底上形成导电层之后， 通过使用抗蚀剂掩模进行蚀刻， 来形成 布线和电极。在这个实施例中， 可以通过与前面任意实施例中所示的方法类似的方法形成 布线和电极 ； 因此， 细节可以参考前面的实施例 ( 参考图 1A 和 1B 或图 3A 和 3B 等的描述 )。 注意， 在上面的描述中， 仅仅出于方便而区分 “电极” 和 “布线” ， 它们的功能不受 “电极” 或 “布线” 的命名的限制。例如， 栅电极在某些情况下也表示栅电极的等同物。
     注意， 电容器布线 304 和第一端子 306 可以与栅电极 302 同时使用相同的材料和 相同的制造方法形成。因此， 例如， 栅电极 302 和第一端子 306 可以电连接。关于栅电极 302 的材料和制造方法的细节可以参考前面的实施例。
     接着， 在栅电极 302 上形成栅绝缘层 308， 并且选择性地蚀刻栅绝缘层 308， 以暴露 第一端子 306， 从而形成接触孔 ( 见图 5B)。对蚀刻处理没有特别的限制。关于栅绝缘层 308 的细节可以参考前面的实施例 ( 参考图 1C 或图 3C 等的描述 )。对蚀刻处理没有特别 的限制 ； 可以使用干蚀刻， 或者可以使用湿蚀刻。
     接着， 在形成覆盖栅绝缘层 308 和第一端子 306 的导电层之后， 选择性地蚀刻该导 电层， 从而形成源电极 310( 或漏电极 )、 漏电极 312( 或源电极 )、 连接电极 314、 和第二端子 316( 见图 5C)。注意， 在上面的描述中， 仅仅出于方便而区分 “电极” 和 “布线” ， 并且它们的 功能不受 “电极” 或 “布线” 的命名的限制。例如， 源电极在某些情况下也表示源电极的等 同物。
     关于上面的导电层的材料、 制造方法、 蚀刻处理等的细节可以参考前面的实施例 ( 参考图 2A 和 2B、 图 3D 和 3E 等的描述 )。 注意， 通过在蚀刻处理中执行干蚀刻， 与使用湿蚀 刻的情况相比， 可以使布线结构微型化。例如， 连接电极 314 可以通过形成在栅绝缘层 308 中的接触孔直接连接到第一端子 306。还要注意， 第二端子 316 可被电连接到源电极 310。
     接着， 在形成半导体层以至少覆盖源电极 310 和漏电极 312 之后， 选择性地蚀刻该 半导体层， 以形成半导体层 318( 见图 6A)。此处， 半导体层 318 与部分的源电极 310 和漏电 极 312 接触。关于半导体层 318 的细节可以参考前面的实施例 ( 参考图 1D 和 1E， 图 4A 和 4B 等的描述 )。
     在形成半导体层 318 之后， 在 100℃到 500℃， 典型地在 200℃到 400℃， 执行热处 理。在其中执行热处理的气氛可以是， 例如 ： 大气气氛、 氮气气氛、 氧气气氛、 或包含水蒸汽 的气氛等。另外， 热处理时间可以是大约 0.1 到 5 小时。此处， 在大气气氛中在 350℃执行 热处理 1 小时。注意， 热处理的时机没有特别限制， 只要其在形成半导体层 318 之后并且在 形成作为层间绝缘层的绝缘层之前即可。例如， 可以在形成半导体层 318 之后立刻执行热处理。通过执行该热处理 ( 第一热处理 ) 和随后的热处理 ( 第二热处理 )， 可以显著提高半 导体元件的特性， 并且可以减小特性的变化。
     注意， 优选地， 在 400℃或更低的温度执行上述热处理， 以便不使栅绝缘层 308 的 特性改变 ( 退化 )。不言而喻， 所公开的发明的实施例不应被解释为局限于此。
     然后， 形成绝缘层 320， 以覆盖源电极 310、 漏电极 312、 和半导体层 318 等， 并且选 择性地蚀刻绝缘层 320， 以形成到达漏电极 312、 连接电极 314 和第二端子 316 的接触孔 ( 见 图 6B)。可以使用诸如氧化硅、 氧化铝或氧化钽的材料形成绝缘层 320。还可以通过层叠由 这些材料形成的膜来形成绝缘层 320。
     由于绝缘层 320 被形成为与半导体层 318 相邻， 优选地， 绝缘层 320 的成分满足预 定条件。特别地， 例如， 绝缘层 320 中的氢浓度优选地低于半导体层 318 中的氢浓度 ( 换言 之， 半导体层 318 中的氢浓度优选地高于绝缘层 320 中的氢浓度 )。另外， 绝缘层 320 中的 氮浓度优选地低于半导体层 318 中的氮浓度 ( 换言之， 半导体层 318 中的氮浓度优选地高 于绝缘层 320 中的氮浓度 )。这是因为 ： 可以通过使得绝缘层 320 中的氢浓度 ( 或氮浓度 ) 低于半导体层 318 中的氢浓度 ( 或氮浓度 ) 来抑制由于氢 ( 或氮 ) 从绝缘层 320 中分散到 半导体层 318 中而引起的元件特性退化。
     虽然取决于半导体层 318 的形成条件， 但是当绝缘层 320 中的氢浓度是例如 21 3 20 1×10 原子 /cm 或更低 ( 优选地， 5×10 原子 /cm3 或更低 ) 时满足上述条件。类似地， 当 19 3 绝缘层 320 中的氮浓度是 1×10 原子 /cm 或更低时， 满足上述条件。注意， 上述浓度示出 了绝缘层 320 中的平均值。
     作为满足上述条件的绝缘层 320 的更特定的例子， 可以给出通过溅射形成的氧化 硅膜。这是由于在使用溅射法的情况下， 与使用 CVD 法的情况相比， 容易减小膜中的氢浓 度。不言而喻， 可以采用包括 CVD 法的任意其它方法， 只要满足上述条件即可。绝缘层 320 的其它条件没有特别限制。例如， 绝缘层 320 的厚度可以在可行范围内改变。
     接着， 形成电连接到漏电极 312 的透明导电层 322， 电连接到连接电极 314 的透明 导电层 324， 以及电连接到第二端子 316 的透明导电层 326( 见图 6C 和图 7)。
     透明导电层 322 作为像素电极， 并且透明导电层 324 和 326 作为与柔性印刷电路 (FPC) 连接的电极或布线。 更具体地， 在连接电极 314 上形成的透明导电层 324 可被用作作 为栅布线的输入端子的连接用端子电极， 并且在第二端子 316 上形成的透明导电层 326 可 被用作作为源布线的输入端子的连接用端子电极。
     另外， 可以使用电容器布线 304、 栅绝缘层 308 和透明导电层 322 形成存储电容器。
     可以使用诸如氧化铟 (In2O3)、 氧化铟氧化锡合金 (In2O3-SnO2， 缩写为 ITO) 或氧化 铟氧化锌合金 (In2O3-ZnO) 的材料形成透明导电层 322、 324 和 326。例如， 在通过溅射法或 真空蒸镀法等形成包含上面材料的膜之后， 通过蚀刻去除不必要的部分， 从而可以形成透 明导电层 322、 324 和 326。
     另外， 在形成透明导电层 322、 324 和 326 之后， 在 100℃到 500℃， 典型地在 200℃ 到 400℃， 执行热处理。在其中执行热处理的气氛可以是， 例如 ： 大气气氛、 氮气气氛、 氧气 气氛、 或包含水蒸汽的气氛等。另外， 热处理时间可以是大约 0.1 到 5 小时。此处， 在大气 气氛中在 350℃执行热处理 1 小时。注意， 热处理的时机没有特别限制， 只要其在形成绝缘 层 320 之后即可。例如， 可以在形成绝缘层 320 之后立刻执行上述热处理。可替换地， 可以在绝缘层 320 形成接触孔之后执行上述热处理。可替换地， 可以在形成另一个绝缘层或导 电层等之后执行上述热处理。通过执行该热处理 ( 第二热处理 ) 和前面的热处理 ( 第一热 处理 )， 可以显著提高半导体元件的特性， 并且可以减小特性的变化。
     注意， 第二热处理的效用不限于上面所述。 例如， 第二热处理还可以提供修复绝缘 层 320 中的缺陷的有利效果。由于在相对低的温度下形成绝缘层 320， 因此该膜内存在缺 陷。从而， 当原样地使用绝缘层 320 时， 元件特性可能受到不利影响。从修复绝缘层 320 中 的这些缺陷的角度而言， 可以说上述热处理起着重要作用。
     注意， 优选地， 热处理在 400℃或更低的温度执行， 以便不会使作为栅绝缘层 308 的特性改变 ( 退化 )。不言而喻， 所公开的发明的实施例不应被解释为局限于此。
     通过上面的步骤， 可以完成包括底栅晶体管 350 和诸如存储电容器的元件的有源 矩阵衬底。 例如， 在通过使用它制造有源矩阵液晶显示器的情况下， 可以在有源矩阵衬底和 提供有对电极的对衬底之间提供液晶层， 并且有源矩阵衬底和对衬底可彼此固定。
     如这个实施例中所示， 通过执行下列热处理两者可以提供具有极佳特性的半导体 元件 ： 在形成半导体层 318 的步骤之后并且在形成绝缘层 320 的步骤之前的热处理 ； 和在 形成绝缘层 320 的步骤之后的热处理。因此， 可以提供包括具有极佳特性的半导体元件的 半导体器件。 注意， 虽然描述了使用实施例 2 所示的方法形成晶体管 350 或其它结构的情况， 所 公开的发明不限于此。可以使用实施例 1 中所示的方法。注意， 这个实施例可以适当地结 合前面的实施例实现。
     [ 实施例 4]
     在这个实施例中， 描述了如下地例子， 其中制造薄膜晶体管， 并且使用像素部分中 和驱动电路部分中的薄膜晶体管， 制造具有显示功能的半导体器件 ( 也被称为显示器件 )。 另外， 部分或整个驱动电路可以在与像素部分形成在同一衬底上， 从而可以获得面板系统 (system-on-panel)。
     该显示器件包括显示元件。作为显示元件， 可以使用液晶元件 ( 也被称为液晶显 示元件 ) 或发光元件 ( 已被称为发光显示元件 ) 等。发光元件在其范畴中包括其亮度受电 流或电压控制的元件， 并且在其范畴中特别包括无机电致发光 (EL) 元件、 有机 EL 元件等。 另外， 可以使用通过电作用改变其对比度的显示介质， 诸如电子墨水。
     另外， 显示器件包括其中密封有显示元件的面板， 以及其中在面板上安装有包括 控制器的 IC 等的模块。另外， 形成显示器件的元件衬底被提供有用于向每个像素部分中的 显示元件提供电流的装置。特别地， 元件衬底可以处于在仅仅形成了显示元件的像素电极 之后的状态， 或者在形成了作为像素电极的导电膜之后并且在蚀刻该导电膜之前的状态。
     注意， 本说明书中的显示器件意指图像显示器件、 显示器件、 光源 ( 包括发光装 置 ) 等。另外， 显示器件在其范畴中还包括下列模块 ： 连接器 ( 诸如， FPC( 柔性印刷电路 )、 TAB( 带式自动接合 ) 带、 或 TCP( 带载封装 )) 附接到其上的模块 ； TAB 带或 TCP 的尖端提供 有印刷布线板的模块 ； 其中 IC( 集成电路 ) 通过 COG( 玻璃上的芯片 ) 法直接安装在显示元 件上的模块等。
     下面， 在这个实施例中， 描述液晶显示器件的例子。 图 8A1、 8A2 和 8B 是面板的平面 图和横截面图， 在该面板中形成在第一衬底 4001 上的薄膜晶体管 4010 和 4011 以及液晶元
     件 4013 被第二衬底 4006 和密封剂 4005 密封。此处， 图 8A1 和 8A2 中的每一个是平面图， 并且图 8B 是沿着图 8A1 和 8A2 的线 M-N 取得的横截面图。
     提供密封剂 4005， 以围绕提供在第一衬底 4001 上的像素部分 4002 和扫描线驱动 电路 4004。在像素部分 4002 和扫描线驱动电路 4004 上提供第二衬底 4006。换言之， 通过 第一衬底 4001、 密封剂 4005 和第二衬底 4006 将像素部分 4002 和扫描线驱动电路 4004 与 液晶层 4008 密封在一起。另外， 在单独制备的衬底上使用单晶半导体膜或多晶半导体膜形 成的信号线驱动电路 4003 被安装在第一衬底 4001 上与被密封剂 4005 围绕的区域不同的 区域中。
     注意， 对于单独形成的驱动电路的连接方法没有特别限制， 可以适当地使用 COG 方法、 导线接合方法、 或 TAB 方法等。图 8A1 示出了以 COG 方法安装信号线驱动电路 4003 的例子， 并且图 8A2 示出了以 TAB 方法安装信号线驱动电路 4003 的例子。
     另外， 在第一衬底 4001 上提供的像素部分 4002 和扫描线驱动电路 4004 每一个都 包括多个薄膜晶体管。 图 8B 示出了包括在像素部分 4002 中的薄膜晶体管 4010 和包括在扫 描线驱动电路 4004 中的薄膜晶体管 4011。在薄膜晶体管 4010 和 4011 上提供绝缘层 4020 和绝缘层 4021。 前面任意实施例中示出的晶体管可被应用于薄膜晶体管 4010 和 4011。 注意， 在这 个实施例中， 薄膜晶体管 4010 和 4011 是 n 沟道薄膜晶体管。
     包括在液晶元件 4013 中的像素电极层 4030 电连接到薄膜晶体管 4010。 在第二衬 底 4006 上形成液晶元件 4013 的对电极层 4031。通过像素电极层 4030、 对电极层 4031 和 液晶层 4008 形成液晶元件 4013。注意， 像素电极层 4030 和对电极层 4031 分别设置有绝缘 层 4032 和绝缘层 4033， 它们中的每一个作为取向膜。液晶层 4008 被夹在像素电极层 4030 和对电极层 4031 之间， 绝缘层 4032 和 4033 被安插在它们之间。
     注意， 作为第一衬底 4001 和第二衬底 4006， 可以使用玻璃、 金属 ( 通常为不锈 钢 )、 陶瓷、 或塑料等。作为塑料， 可以使用 FRP( 玻璃纤维加强塑料 ) 衬底、 PVF( 聚氟乙烯 ) 膜、 聚酯膜、 或丙烯酸树脂膜等。另外， 可以使用具有铝箔夹在 PVF 膜或聚酯膜之间的结构 的片材。
     提供柱状间隔物 4035 以控制像素电极层 4030 和对电极层 4031 之间的距离 ( 单 元间隙 )。可以通过选择性地蚀刻绝缘膜获得柱状间隔物 4035。注意， 可以使用球状间隔 物取代柱状间隔物。另外， 对电极层 4031 被电连接到在与薄膜晶体管 4010 相同的衬底上 形成的公共电位线。例如， 可通过设置在衬底对之间的导电微粒将对电极层 4031 电连接到 公共电位线。注意， 导电微粒优选地被包含在密封剂 4005 内。
     可替换地， 可以使用不需要取向膜的显示蓝相的液晶。 蓝相是一种液晶相， 它在胆 甾型液晶的温度增加时， 正好在胆甾相改变为各向同性相之前产生。由于蓝相仅在窄的温 度范围内产生， 因此， 优选地， 使用包含 5wt％或更多的手性试剂 (chiral agent) 的液晶合 成物。 从而， 可以改善温度范围。 包含显示蓝相的液晶和手性试剂的液晶合成物具有 10μs 到 100μs 的小的响应时间， 具有光学各向同性， 这使得不需要取向处理， 并且具有小的视 角依赖性。
     虽然这个实施例中描述了透射型液晶显示器件的例子， 然而本发明不限于此。本 发明的实施例还可以应用于反射型液晶显示器件或半透射型液晶显示器件。
     在这个实施例中， 描述了如下的液晶显示器件的例子， 其中在衬底的外表面上提 供偏振板 ( 在观看者侧 )， 并且在衬底的内表面上顺序提供用于显示元件的着色层和电极 层； 然而， 偏振板也可被提供在衬底的内表面上。另外， 偏振板和着色层的叠层结构不限于 这个实施例。 该叠层结构可以根据偏振板和着色层的材料或制造条件等适当地改变。 另外， 可以提供作为黑矩阵的光阻挡膜。
     在这个实施例中， 为了减小薄膜晶体管的表面粗糙度， 可以给在前面任意实施例 中获得的薄膜晶体管覆盖绝缘层 4021。作为绝缘层 4021， 可以使用具有耐热性的有机材 料， 诸如聚酰亚胺、 丙烯酸、 苯并环丁烯、 聚酰胺、 或环氧树脂。 除了这些有机材料之外， 还可 以使用低介电常数材料 ( 低 k 材料 )、 基于硅氧烷的树脂、 PSG( 磷硅酸盐玻璃 )、 或 BPSG( 硼 磷硅酸盐玻璃 ) 等。 注意， 可以通过堆叠由这些材料形成的多个绝缘膜而形成绝缘层 4021。
     此处， 基于硅氧烷的树脂是由作为原材料的基于硅氧烷的材料形成的并且具有 Si-O-Si 键的树脂。作为取代基， 可以使用有机基团 ( 例如， 烷基或芳基 ) 或氟基。另外， 所 述有机基团可以包括氟基。
     对形成绝缘层 4021 的方法没有特别限制， 并且根据材料， 可以通过溅射法、 SOG 法、 旋涂法、 浸渍法、 喷涂法、 液滴排放法 ( 喷墨法、 丝网印刷、 或胶印等 )、 刮刀、 辊涂机、 幕 涂机、 或刮涂机等形成绝缘层 4021。
     像素电极层 4030 和对电极层 4031 可由透光导电材料形成， 诸如包含氧化钨的 氧化铟、 包含氧化钨的氧化铟锌、 包含氧化钛的氧化铟、 包含氧化钛的氧化铟锡、 氧化铟锡 (ITO)、 氧化铟锌、 或添加了氧化硅的氧化铟锡。
     对于像素电极层 4030 和对电极层 4031， 可以使用包含导电高分子 ( 也被称为导电 聚合物 ) 的导电合成物。由该导电合成物制成的像素电极优选地具有 1.0×104Ω/sq. 或 更小的薄层电阻 (sheet resistance)， 并且在 550nm 波长时具有 70％或更大的透射率。另 外， 包含在导电合成物中的导电高分子的电阻率优选地为 0.1Ω·cm 或更小。
     作为导电高分子， 可以使用所谓的 π 电子共轭导电高分子。例如， 可以给出聚苯 胺或其衍生物、 聚吡咯或其衍生物、 聚噻吩或其衍生物、 或它们中的两种或更多种的共聚 物。
     从 FPC 4018 给信号线驱动电路 4003、 扫描线驱动电路 4004、 或像素部分 4002 等 提供各种信号。
     另外， 以与包括在液晶元件 4013 中的像素电极层 4030 相同的导电膜形成连接端 子电极 4015， 并且以与薄膜晶体管 4010 和 4011 的源和漏电极相同的导电膜形成端子电极 4016。
     连接端子电极 4015 通过各向异性导电膜 4019 电连接到包括在 FPC 4018 中的端 子。
     注意， 图 8A1、 8A2 和 8B 示出了其中信号线驱动电路 4003 被单独形成并且安装在 第一衬底 4001 上的例子 ； 然而， 本实施例不限于这种结构。扫描线驱动电路可被单独形成 并且安装， 或者可以仅仅单独形成并安装部分信号线驱动电路或部分扫描线驱动电路。
     图 9 示出了使用 TFT 衬底 2600 形成对应于半导体器件的一个实施例的液晶显示 模块的例子。
     在图 9 中， TFT 衬底 2600 和对衬底 2601 被以密封剂 2602 彼此接合， 并且在 TFT 衬底 2600 和对衬底 2601 之间提供包括 TFT 等的元件层 2603、 包括取向膜和液晶层的液晶层 2604、 着色层 2605、 偏振板 2606 等， 从而形成显示区域。着色层 2605 是执行彩色显示必需 的。在 RGB 系统的情况下， 为相应像素提供对应于红、 绿和蓝颜色的相应着色层。在 TFT 衬 底 2600 和对衬底 2601 外侧提供偏振板 2606 和 2607 以及漫射板 2613。光源包括冷阴极管 2610 和反射板 2611。电路板 2612 通过柔性布线板 2609 连接到 TFT 衬底 2600 的布线电路 部分 2608。从而， 诸如控制电路或电源电路的外部电路被包括在液晶模块中。在偏振板和 液晶层之间提供延迟板。
     对于液晶的驱动方法， 可以使用 TN( 扭转向列 ) 模式、 IPS( 面内转换 ) 模式、 FFS( 边缘场转换 ) 模式、 MVA( 多域垂直配向 ) 模式、 PVA( 图案化垂直取向 ) 模式、 ASM( 轴 对称排列微胞 ) 模式、 OCB( 光学补偿双折射 ) 模式、 FLC( 铁电液晶 ) 模式、 或 AFLC( 反铁电 液晶 ) 模式等。
     通过上面的步骤， 可以制造高性能液晶显示器件。 注意， 该实施例可以适当地结合 前面的任意实施例实现。
     [ 实施例 5]
     在这个实施例中， 参考图 10 描述作为半导体器件的例子的有源矩阵电子纸。可以 用与前面实施例中描述的薄膜晶体管等类似的方式制造用于该半导体器件的薄膜晶体管 650。
     图 10 中的电子纸是使用扭转球显示系统的显示器件的例子。扭转球显示系统指 这样的一种方法， 其中每个都具有黑色和白色的球形微粒被布置在第一电极层和第二电极 层之间， 并且在第一电极层和第二电极层之间产生电势差， 由此控制球形微粒的取向， 从而 执行显示。
     薄膜晶体管 650 的源和漏电极层通过在绝缘层中形成的接触孔电连接到第一导 电层 660。衬底 602 设置有第二电极层 670。在第一导电层 660 和第二电极层 670 之间， 提 供每个都具有黑区域 680a 和白区域 680b 的球形微粒 680。以诸如树脂的填充物 682 填充 球形微粒 680 周围的空间 ( 见图 10)。在图 10 中， 第一导电层 660 对应于像素电极， 并且第 二电极层 670 对应于公共电极。第二电极层 670 电连接到被与薄膜晶体管 650 设置在相同 衬底上的公共电位线。
     还可以使用电泳显示元件而不使用扭转球。在该情况下， 例如， 优选地使用具有 约 10μm 到 200μm 直径的微囊， 其中包封有透明液体、 带正电荷的白色微粒和带负电荷的 黑色微粒。当在第一电极层和第二电极层之间施加电场时， 白色微粒和黑色微粒移向彼此 相反的侧， 从而显示白或黑。 电泳显示元件具有比液晶显示元件高的反射率， 并且因此不需 要辅助光， 并且在亮度不够的地方也可以识别显示部分。 另外， 具有即使不给显示部分供电 时， 也可以保持已被显示的图像的优点。
     通过上述步骤， 可以使用所公开的本发明的一个实施例制造高性能电子纸。 注意， 本实施例可以适当地结合前面的任意实施例来实现。
     [ 实施例 6]
     在这个实施例中， 描述作为半导体器件的例子的发光显示器件。 此处， 描述使用利 用电致发光的发光元件作为显示元件的情况。注意， 利用电致发光的发光元件按照发光材 料是有机化合物还是无机化合物分类。一般地， 前者被称为有机 EL 元件， 而后者被称为无机 EL 元件。
     在有机 EL 元件中， 通过对发光元件施加电压， 电子和空穴从一对电极分别注入包 含发光有机化合物的层种， 并且电流流动。 于是， 载流子 ( 电子和空穴 ) 复合， 从而发光。 由 于这种机制， 该发光元件被称为电流激励发光元件。
     无机 EL 元件根据其元件结构被分类为分散型无机 EL 元件和薄膜型无机 EL 元件。 分散型无机 EL 元件具有发光层， 其中发光材料的微粒分散在粘合剂中， 并且其发光机制是 利用施主能级和受主能级的施主 - 受主复合型发光。薄膜型无机 EL 元件具有发光层被夹 在电介质层之间， 电介质层进一步被夹在电极之间的结构， 并且其发光机制是利用金属离 子的内壳层电子跃迁的局部型发光。注意， 此处使用有机 EL 元件作为发光元件进行描述。
     参考图 11A 到 11C 描述发光元件的结构。此处， 通过以 n 沟道驱动 TFT 作为例子， 描述像素的横截面结构。可以用与前面实施例中描述的晶体管类似的方式制造用于图 11A 到 11C 所示的半导体器件的 TFT 701、 711 和 721。
     为了从发光元件抽取光， 阳极和阴极中的至少一个是透明的。此处， 透明的含义 是至少发射波长具有足够高的透射率。作为抽取光的方法， 在衬底上形成薄膜晶体管和发 光元件 ； 并且存在从与衬底相反的侧抽取光的顶部发射法 ( 顶部抽取法 )、 从衬底侧抽取光 的底部发射法 ( 底部抽取法 )、 从衬底侧和与衬底相反的侧抽取光的双发射法 ( 双提取法 ) 等。
     参考图 11A 描述顶部发射型的发光元件。
     图 11A 是从发光元件 702 向阳极 705 侧发射光的情况下的像素的横截面图。此 处， 发光元件 702 的阴极 703 和作为驱动 TFT 的 TFT701 彼此电连接， 并且发光层 704 和阳 极 705 被以该顺序堆叠在阴极 703 上。 作为阴极 703， 可以使用具有低功函数并且反射光的 导电膜。例如， 优选地使用诸如 Ca、 Al、 MgAg 或 AlLi 的材料形成阴极 703。可以使用单层 或堆叠的多个层来形成发光层 704。当使用多个层形成发光层 704 时， 优选地， 将电子注入 层、 电子传输层、 发光层、 空穴传输层和空穴注入层以该顺序堆叠在阴极 703 上 ； 然而， 不言 而喻， 不必形成所有这些层。使用透光导电材料形成阳极 705。例如， 可以使用诸如以下的 透光导电材料 ： 包含氧化钨的氧化铟、 包含氧化钨的氧化铟锌、 包含氧化钛的氧化铟、 包含 氧化钛的氧化铟锡、 氧化铟锡 ( 下面称为 ITO)、 氧化铟锌、 或添加了氧化硅的氧化铟锡。
     可以将发光层 704 被夹在阴极 703 和阳极 705 之间的结构称为发光元件 702。在 图 11A 所示的像素的情况下， 如箭头所示， 从发光元件 702 向阴极 705 发射光。
     接着， 参考图 11B 描述端部发光型发光元件。
     图 11B 是从发光元件 712 向阴极 713 侧发光的情况下的像素的横截面图。此处， 发光元件 712 的阴极 713 被形成在电连接到驱动 TFT 711 的透光导电膜 717 上， 并且发光 层 714 和阳极 715 被以这种顺序堆叠在阴极 713 上。注意， 当阳极 715 具有透光属性时， 可 以形成光阻挡膜 716， 以覆盖阳极 715。 对于阴极 713， 可以如图 11A 的情况中那样使用具有 低功函数的导电材料。注意， 阴极 713 被形成至能够透光的厚度 ( 优选地， 约 5nm 到 30nm)。 例如， 可以使用厚度约为 20nm 的铝膜作为阴极 713。类似于图 11 的情况， 可以使用单层或 堆叠的多层形成发光层 714。类似于图 11A 的情况， 阳极 715 不需要透光， 但是也可由透光 导电材料制成。作为光阻挡膜 716， 可以使用反射光的金属等 ； 然而， 其不限于此。例如， 还 可以使用添加了黑色素的树脂等。可以将发光层 714 被夹在阴极 713 和阳极 715 之间的结构称为发光元件 712。在 图 11B 所示的像素的情况下， 如箭头所示， 从发光元件 712 向阴极 713 发光。
     接着， 参考图 11C 描述具有双发射方法的双发射型发光元件。
     在图 11C 中， 发光元件 722 的阴极 723 被形成在电连接到驱动 TFT 721 的透光导 电膜 727 上， 并且发光层 724 和阳极 725 被以这种顺序堆叠在阴极 723 上。对于阴极 723， 可以如图 11A 情况中那样使用具有低功函数的导电材料。注意， 阴极 723 被形成为具有可 以透光的厚度。例如， 可以使用厚度约为 20nm 的铝膜作为阴极 723。类似于图 11 的情况， 可以使用单层或堆叠的多层形成发光层 724。 类似于图 11A 的情况， 可以使用透光导电材料 制成阳极 725。
     可以将阴极 723、 发光层 724 和阳极 725 彼此重叠的结构称为发光元件 722。在图 11C 所示的像素的情况下， 如箭头所示， 从发光元件 722 向阳极 725 侧和阴极 723 侧两者发 射光。
     虽然此处描述了使用有机 EL 元件作为发光元件的情况， 然而也可以使用无机 EL 元件作为发光元件。此处描述了其中控制发光元件的驱动的薄膜晶体管 ( 驱动 TFT) 连接 到发光元件的例子 ； 然而， 用于电流控制等的 TFT 可被连接在驱动 TFT 和发光元件之间。
     注意， 本实施例中描述的半导体器件的结构不限于图 11A 到 11C 所示， 并且可被以 各种方式修改。
     接着， 参考图 12A 和 12B 描述发光显示面板 ( 也被称为发光面板 ) 的外观和横截 面图。图 12A 和 12B 是面板的平面图和横截面图， 在面板中， 形成在第一衬底 4501 上的薄 膜晶体管 4509 和 4510 以及发光元件 4511 被第二衬底 4506 和密封剂 4505 密封。图 12A 是平面图， 而图 12B 是沿着图 12A 中的线 H-I 所取的横截面图。
     提供密封剂 4505， 以围绕设置在第一衬底 4501 上的像素部分 4502、 信号线驱动电 路 4503a 和 4503b、 以及扫描线驱动电路 4504a 和 4504b。另外， 在像素部分 4502、 信号线驱 动电路 4503a 和 4503b、 以及扫描线驱动电路 4504a 和 4504b 上设置第二衬底 4506。换言 之， 通过第一衬底 4501、 密封剂 4505 和第二衬底 4506， 将像素部分 4502、 信号线驱动电路 4503a 和 4503b、 以及扫描线驱动电路 4504a 和 4504b 与填充物 4507 密封在一起。优选地， 使用具有高气密性和较低除气性的保护膜 ( 诸如， 粘合膜或紫外线可固化树脂膜 ) 或覆盖 材料等执行封装 ( 密封 )。
     形成在第一衬底 4501 上的像素部分 4502、 信号线驱动电路 4503a 和 4503b、 以及 扫描线驱动电路 4504a 和 4504b 中的每一个都包括多个薄膜晶体管， 并且图 12B 作为例子 示出了包括在像素部分 4502 中的薄膜晶体管 4510 以及包括在信号线驱动电路 4503a 中的 薄膜晶体管 4509。
     作为薄膜晶体管 4509 和 4510， 可以采用在前面的实施例中描述的晶体管。注意， 在这个实施例中， 薄膜晶体管 4509 和 4510 是 n 沟道薄膜晶体管。
     另外， 附图标记 4511 表示发光元件。作为包括在发光元件 4511 中的像素电极的 第一电极层 4517 被电连接到薄膜晶体管 4510 的源电极层或漏电极层。在发光元件 4511 的结构中， 堆叠第一电极层 4517、 电致发光层 4512 和第二电极层 4513 ； 然而， 其不限于这个 实施例中描述的结构。可以根据从发光元件 4511 提取光的方向等来适当地改变发光元件 4511 的结构。使用有机树脂膜、 无机绝缘膜、 或有机聚硅氧烷等形成分隔物 4520。特别优选的 是， 由光敏材料形成分隔物 4520， 以在第一电极层 4517 上具有开口， 从而使开口的侧壁被 形成为具有连续曲率的倾斜表面。
     可以使用单层或堆叠的多层形成电致发光层 4512。
     可以在第二电极层 4513 和分隔物 4520 上形成保护膜， 以防止氧、 氢、 湿气、 二氧化 碳等进入发光元件 4511。作为保护膜， 可以形成氮化硅膜、 硅的氮氧化物膜、 或 DLC 膜等。
     从 FPC 4018a 和 4018b 给信号线驱动电路 4503a 和 4503b、 扫描线驱动电路 4504a 和 4504b、 或像素部分 4502 等提供各种信号。
     在这个实施例中， 描述了如下的例子， 其中由与发光元件 4511 的第一电极层 4517 相同的导电膜形成连接电极 4515， 并且由与薄膜晶体管 4509 和 4510 的源和漏电极层相同 的导电膜形成端子电极 4516。
     连接电极 4515 通过各向异性导电膜 4519 电连接到 FPC 4518a 的端子。
     位于从发光元件 4511 中抽取光的方向上的衬底需要具有透光属性。作为具有透 光属性的衬底， 给出了玻璃板、 塑料板、 聚酯膜、 丙烯酸膜等。
     作为填充物 4507， 除了诸如氮或氩的惰性气体之外， 还可以使用紫外线可固化树 脂或热固性树脂等。例如， 可以使用聚氯乙烯 (PVC)、 丙烯酸、 聚酰亚胺、 环氧树脂、 硅酮树 脂、 聚乙烯醇缩丁醛 (PVB)、 或乙烯乙酸乙烯酯 (EVA) 等。 在这个实施例中， 描述了使用氮作 为填充物的例子。
     如果需要， 可以在发光元件的发光表面上设置光学膜， 诸如偏振板、 圆偏振板 ( 包 括椭圆偏振板 )、 延迟板 ( 四分之一波片或半波片 )、 或滤色器。另外， 可以对其表面执行防 反射处理。 例如， 可以执行防眩光处理， 借助该处理， 反射光可被表面上的凸起和凹陷漫射， 从而减少眩光。
     可以使用单晶半导体膜或多晶半导体膜在单独制备的衬底上形成信号线驱动电 路 4503a 和 4503b 及扫描线驱动电路 4504a 和 4504b。可替换地， 可以仅单独形成并且安装 信号线驱动电路或其部分， 或者仅单独形成并且安装扫描线驱动电路或其部分。本实施例 不限于图 12A 和 12B 所示的结构。
     通过上述步骤， 可以制造高性能发光显示器件 ( 显示面板 )。注意， 本实施例可以 适当地结合前面的任意实施例实现。
     [ 实施例 7]
     半导体器件可被应用于电子纸。电子纸可被用于各种领域的电子器具， 只要它们 可以显示数据。 例如， 电子纸可被应用于电子书阅读器 ( 电子书 )、 宣传栏、 交通工具 ( 诸如 列车 ) 中的广告、 诸如信用卡的各种卡的显示等。图 13A 和 13B 和图 14 示出了电子器具的 例子。
     图 13A 示出了使用电子纸的宣传栏 2631。在广告介质是印刷纸的情况下， 手工更 换广告 ； 然而， 通过使用电子纸， 可以在短时间内改变广告显示。 另外， 可以获得稳定的图像 而没有显示缺陷。注意， 宣传栏可以具有能够无线传输和接收数据的配置。
     图 13B 示出了交通工具 ( 诸如列车 ) 中的广告 2632。在广告介质是印刷纸的情 况下， 手工更换广告 ； 然而， 通过使用电子纸， 可以在短时间内以很少的人力改变广告显示。 另外， 可以获得稳定的图像而没有显示缺陷。 注意， 广告可以具有能够无线传输和接收数据的配置。 图 14 示出了电子书阅读器 2700 的例子。 例如， 电子书阅读器 2700 包括两个壳体 ： 壳体 2701 和壳体 2703。以铰链 2711 组合壳体 2701 和壳体 2703， 从而使得电子书阅读器 2700 可以以铰链 2711 为轴打开和关闭。 采用这种结构， 可以如纸质书籍那样操作电子书阅 读器 2700。
     显示部分 2705 和显示部分 2707 分别被结合在壳体 2701 和壳体 2703 中。显示 部分 2705 和显示部分 2707 可以显示一个图像或不同图像。在显示部分 2705 和显示部分 2707 显示不同图像的情况下， 例如， 可以在右侧的显示部分上显示文本 ( 图 14 中的显示部 分 2705)， 而在左侧的显示部分上显示图形 ( 图 14 中的显示部分 2707)。
     图 14 示出了壳体 2701 设置有操作部分等的例子。例如， 壳体 2701 设置有电源开 关 2721、 操作按键 2723、 扬声器 2725 等。采用操作按键 2723， 可以翻页。注意， 可以在与壳 体的显示部分相同的表面上设置键盘、 指点设备等。 另外， 可以在壳体的背表面或侧表面上 设置外部连接端子 ( 耳机端子、 USB 端子、 可以连接到 AC 适配器的端子、 和诸如 USB 线缆的 各种线缆等 )、 记录介质插入部等。另外， 电子书阅读器 2700 可以具有电子字典的功能。
     电子书阅读器 2700 可以具有能够无线传输和接收数据的配置。通过无线通信， 可 以从电子书服务器购买和下载所希望图书数据等。
     注意， 这个实施例可以适当地结合前面的任意实施例来实现。
     [ 实施例 8]
     半导体器件可被应用于各种电子器具 ( 包括游戏机 )。电子器具的例子包括电视 机 ( 也被称为电视或电视接收器 )、 计算机的监视器等、 数字照相机或数字摄像机、 数字相 框、 蜂窝电话 ( 也被称为移动电话或移动电话机 )、 便携式游戏控制台、 便携式信息终端、 音 频再现设备、 大型游戏机 ( 诸如弹珠盘机 ) 等。
     图 15A 示出了电视机 9600 的例子。在电视机 9600 中， 显示部分 9603 被结合在壳 体 9601 内。可以在显示部分 9603 上显示图像。此处， 以支座 9605 支撑壳体 9601。
     可以通过壳体 9601 的操作开关或单独的遥控器 9610 操作电视机 9600。 可以通过 遥控器 9610 的操作按键 9609 控制频道和音量， 从而可以控制显示在显示部分 9603 上的图 像。另外， 遥控器 9610 可以设置有显示部分 9607， 以用于显示从遥控器 9610 输出的数据。
     注意， 电视机 9600 设置有接收器、 调制解调器等。利用接收器， 可以接收一般的电 视广播。另外， 当电视机 9600 通过调制解调器以有线或无线连接连接到通信网络时， 可以 执行单向 ( 从发射器到接收器 ) 或双向 ( 发射器和接收器之间或者接收器之间等 ) 数据通 信。
     图 15B 示出了数字相框 9700 的例子。例如， 在数字相框 9700 中， 显示部分 9703 被结合在壳体 9701 中。可以在显示部分 9703 上显示各种图像。例如， 显示部分 9703 可以 显示以数字照相机等拍摄的图像的数据， 以便作为普通相框。
     注意， 数字相框 9700 设置有操作部分、 外部连接端子 (USB 端子或可以连接到各种 线缆诸如 USB 线缆的端子等 )、 记录介质插入部分等。 虽然它们可被设置在与显示部分相同 的表面上， 但是对于数字相框 9700 的设计， 优选的是将它们设置在侧表面或背表面上。例 如， 存储以数字照相机拍摄的图像的数据的存储器被插入数字相框的记录介质插入部中， 从而可以下载并且在显示部分 9703 上显示图像数据。
     数字相框 9700 可被配置为无线地传输和接收数据。可以采用无线传输所希望的 图像数据以便进行显示的结构。
     图 16A 是一种便携式游戏机， 并且包括两个壳体 ： 壳体 9881 和壳体 9891， 它们通 过结合部分 9893 连接， 从而可以打开或折叠便携游戏机。显示部分 9882 和显示部分 9883 被分别结合在壳体 9881 和壳体 9891 中。 另外， 图 16A 所示的便携式游戏机包括扬声器部分 9884、 记录介质插入部 9886、 LED 灯 9890、 输入装置 ( 操作按键 9885、 连接端子 9887、 传感器 9888( 传感器具有测量力、 位移、 位置、 速度、 加速度、 角速度、 旋转频率、 距离、 光、 液体、 磁、 温度、 化学物质、 声音、 时间、 硬度、 电场、 电流、 电压、 电功率、 辐射、 流速、 湿度、 梯度、 振动、 气味或红外线的功能 ) 或麦克风 9889) 等。不言而喻， 便携式游戏机的结构不限于上面的 结构， 并且可以采用至少设置有半导体器件的其它结构。 适当时， 便携式游戏机可以包括其 它附属设备。图 16A 所示的便携式游戏机具有读取存储在记录介质中的程序或数据， 并且 在显示部分上显示的功能， 以及通过无线通信与另一个便携式游戏机共享信息的功能。注 意， 图 16A 所示的便携式游戏机可以具有各种功能， 而不限于上面所述。
     图 16B 示出了作为大型游戏机的投币机 9900 的例子。在投币机 9900 中， 显示部 分 9903 被结合在壳体 9901 内。另外， 投币机 9900 包括操作装置， 诸如开始控制杆或停止 开关、 投币口、 扬声器等。不言而喻， 投币机 9900 的结构不限于上面所述， 并且可以采用至 少设置有半导体器件的其它结构。适当时， 投币机 9900 可以包括其它附属设备。
     图 17A 示出了蜂窝电话 1000 的例子。蜂窝电话 1000 设置有结合在壳体 1001 中 的显示部分 1002、 操作按钮 1003、 外部连接端口 1004、 扬声器 1005、 麦克风 1006 等。
     当以手指等触摸图 17A 所示的蜂窝电话 1000 的显示部分 1002 时， 数据可被输入 蜂窝电话 1000 中。另外， 可以通过以手指等触摸显示部分 1002 执行拨打电话或编写邮件 等。
     显示部分 1002 主要有三种屏幕模式。第一模式是主要用于显示图像的显示模式。 第二模式是主要用于输入数据 ( 诸如文本 ) 的输入模式。第三模式是显示并输入模式， 其 中组合了显示模式和输入模式两种模式。
     例如， 在拨打电话或编写邮件的情况下， 为显示部分 1002 选择主要用于输入文本 的文本输入模式， 从而可以输入显示在屏幕上的文本。 在该情况下， 优选地在显示部分 1002 的屏幕的几乎整个区域上显示键盘或数字按钮。
     当蜂窝电话 1000 内设置有包括用于检测倾斜的传感器的检测设备诸如陀螺仪或 加速度传感器时， 通过确定蜂窝电话 1000 的方向 ( 蜂窝电话 1000 是被水平放置还是垂直 放置以用于横向模式或纵向模式 )， 可以自动切换显示部分 1002 的屏幕上的显示。
     通过触摸显示部分 1002 或操作壳体 1001 的操作按钮 1003 来切换屏幕模式。可 替换地， 可以根据显示在显示部分 1002 上的图像的类型切换屏幕模式。例如， 当显示在显 示部分上的图像的信号是运动图像数据的时， 屏幕模式可被切换到显示模式。当信号是文 本数据的时， 屏幕模式被切换到输入模式。
     另外， 在输入模式中， 当在显示部分 1002 中的光学传感器检测到信号的同时在一 定时间段未执行通过触摸显示部分 1002 输入时， 可以控制屏幕模式从输入模式切换到显 示模式。
     显示部分 1002 可以作为图像传感器。例如， 可以通过以手掌或手指触摸显示部分1002 来获取掌纹或指纹的图像等， 从而可以执行个人认证。 另外， 通过为显示部分提供发射 近红外光的感测光源或背光， 还可以获取手指静脉或手掌静脉的图像等。
     图 17B 还示出了移动电话的例子。图 17B 中的蜂窝电话具有在壳体 9411 中的显 示设备 9410， 以及在壳体 9401 中的通信设备 9400， 显示设备 9410 包括显示部分 9412 和操 作按钮 9413， 通信设备 9400 包括操作按钮 9402、 外部输入端子 9403、 麦克风 9404、 扬声器 9405、 当接收到电话呼叫时发光的发光部分 9406。通过按照箭头所示的两个方向移动， 具 有显示功能的显示设备 9410 可被从具有电话功能的通信设备 9400 上卸下或附接到通信设 备 9400 上。因此， 显示设备 9410 和通信设备 9400 可沿着其短边或长边彼此附接。另外， 当仅需要显示功能时， 可将显示设备 9410 从通信设备 9400 上卸下并且单独使用。可以通 过通信设备 9400 和显示设备 9410 之间的无线或有线通信传输或接收图像或输入信息， 通 信设备 9400 和显示设备 9410 每一个都具有可再充电的电池。
     注意， 本实施例可以适当地结合前面任意实施例实现。
     [ 例子 1]
     在这个例子中， 检查作为所公开的发明的一个实施例的、 执行第一热处理和第二 热处理两者的情况的有效性。下面参考附图进行描述。
     在这个例子中， 使用根据实施例 1 的方法制造的晶体管作为样本。换言之， 此处使 用的样本经过下列热处理 ： 在大气气氛中在 350℃ 1 小时的热处理 ( 第一热处理 )， 在形成 作为源电极或漏电极的导电层之后执行该热处理 ； 在大气气氛中在 350℃ 1 小时的热处理 ( 第二热处理 )， 在形成作为像素电极等的导电层之后执行该热处理。对于晶体管的半导体 层， 使用包含铟、 镓和锌的氧化物半导体材料。晶体管的沟道长度为 100μm， 并且其沟道宽 度为 100μm。通过以二次离子质谱法 (SIMS) 测量， 第二热处理后半导体层中的氢浓度为 20 3 21 3 8.0×10 原子 /cm 到 1.0×10 原子 /cm ， 并且氮浓度为 1.0×1019 原子 /cm3 到 1.5×1019 原子 /cm3( 见图 18)。注意， 热处理之前和热处理之后半导体层中的氢浓度和氮浓度之间没 有大的差异。
     使用通过溅射法 (RF 溅射法 ) 形成的氧化硅膜作为具有层间绝缘层功能的绝缘 层。更具体地， 使用 SiO2 作为靶形成两种层间绝缘层。样本 1 的制造条件如下 ： 衬底温度 设置为 100℃； 氩的流速为 40sccm ； 氧的流速为 10sccm。样本 2 的制造条件如下 ： 衬底温度 设置为 100℃； 氩的流速为 25sccm ； 氧的流速为 25sccm。除了上述条件之外， 还将反应室中 的压力保持为 0.4Pa 并且膜形成速度为 8.7nm/min， 来形成绝缘层。 通过二次离子质谱法测 20 3 量， 第二热处理之后绝缘层中的氢浓度为 2.5×10 原子 /cm 到 3.0×1020 原子 /cm3， 并且 17 3 17 3 氮浓度为 6.0×10 原子 /cm 到 7.0×10 原子 /cm ( 见图 18)。注意， 热处理之前和热处 理之后绝缘层中的氢浓度和氮浓度之间没有大的差异。
     注意， 图 19 示出了以二次离子质谱法测量的绝缘层 ( 样本 1) 中的氢浓度和氮浓 度的分布廓图。在图 19 中， 水平轴示出深度 (nm) 而垂直轴示出密度 ( 原子 /cm3)。另外， 图 19 中的实线示出了氢浓度的分布廓图， 并且虚线示出了氮浓度的分布廓图。
     图 20A 和 20B 示出了上述晶体管的电流对电压特性。水平轴示出了栅电压 (Vg)， 并且垂直轴示出了漏电流 (Id)。此处， 图 20A 示出了当漏电压 (Vd) 为 10V 时的电流对电压 特性。图 20B 示出了当漏电压 (Vd) 为 0.1V 时的电流对电压特性。图 20A 和 20B 中的电流 对电压特性之间没有大的变化。由此可以明了， 在执行第一热处理和第二热处理两者的情况下， 可以获得具有满意特性的晶体管。
     为了进行比较， 对其制造工艺仅在热处理工艺方面有所改变的样本执行类似测 量。图 21A 和 21B 示出了在执行第一热处理而不执行第二热处理的情况下的晶体管的电流 对电压特性。图 22A 和 22B 示出了在执行第二热处理而不执行第一热处理的情况下的晶体 管的电流对电压特性。在图 21A 和 21B 以及图 22A 和 22B 中的每一个内， 水平轴示出了栅 电压 (Vg)， 并且垂直轴示出了漏电流 (Id)。注意， 图 21A 和图 22A 每一个都示出了漏电压 (Vd) 为 10V 时的电流对电压特性。图 21B 和图 22B 每一个都示出了漏电压 (Vd) 为 0.1V 时 的电流对电压特性。
     从图 21A 和 21B 以及图 22A 和 22B 中可见， 当仅执行第一热处理和第二热处理之 一时， 不能获得足够的特性。另外， 特性变化极大。根据图 20A 和 20B 与图 21A 和 21B 或图 22A 和 22B 之间的比较， 可以看到在执行第一热处理和第二热处理两者的情况下， 极大地改 进了晶体管特性， 并且减小了特性改变。
     为了比较， 通过 CVD 法形成氢浓度和氮浓度高的绝缘层， 并且以相同方式检查使 用该绝缘层的晶体管的电流对电压特性。作为检查结果， 发现在不执行第一热处理并且执 行第二热处理的情况下获得最佳特性。 在该情况下， 半导体层中的氢浓度为 1.0×1021 原子 /cm3， 并且半导体层中的氮浓度为 1.5×1019 原子 /cm3 到 2.0×1019 原子 /cm3。绝缘层中的 氢浓度为 2.0×1021 原子 /cm3， 并且氮浓度为 6.0×1020 原子 /cm3 到 1.5×1021 原子 /cm3。
     从而， 可以理解， 在绝缘层中的氢浓度低于半导体层中的氢浓度的情况下， 或者在 绝缘层中的氮浓度低于半导体层中的氮浓度的情况下， 执行第一热处理和第二热处理两者 极其有效。
     [ 例子 2]
     在这个例子中， 示出了对在不同于实施例 1 的条件下制造的晶体管的特性的检查 结果。
     < 用于形成层间绝缘层的氧气的流速 >
     研究用于形成层间绝缘层的氧气的流速。除了用于形成层间绝缘层的流速之外 的所有条件 ( 层间绝缘层的参数、 膜形成条件等 ) 都不改变。具体地， 使用通过溅射法 (RF 溅射 ) 利用 SiO2 作为靶形成的厚度 300nm 的氧化硅膜作为层间绝缘层。在下列三种条件 下进行研究 ： 沉积气氛中氩的流速为 40sccm， 并且氧气的流速为 10sccm( 条件 1) ； 沉积气 氛中氩的流速为 30sccm， 并且氧气的流速为 20sccm( 条件 2) ； 和沉积气氛中氩的流速为 20sccm， 并且氧气的流速为 30sccm( 条件 3)。注意， 膜沉积时衬底温度为 100℃， 并且反应 室中的压力为 0.4Pa。
     晶体管参数和制造晶体管的其它条件与实施例 1 相同。即， 在形成作为源电极或 漏电极的导电层之后， 在大气气氛中在 350℃执行的热处理 1 小时 ( 第一热处理 ) ； 并且在 形成作为像素电极等的导电层之后， 在大气气氛中在 350℃执行热处理 1 小时 ( 第二热处 理 )。 另外， 对于晶体管的半导体层， 使用包含铟、 镓和锌的氧化物半导体材料。 晶体管的沟 道长度为 20μm， 并且其沟道宽度为 20μm。
     在图 23 中， 示出了在上述三种条件下制造的晶体管的栅电压 (Vg) 对漏电流 (Id) 特性。 从在这三种条件下制造的晶体管之间的比较可见， 随着氧气流速变低， 变得可能获得 常断 (normally-off) 晶体管。有利地， 氧气的流速对氩的流速和氧气的流速的和之比为0.5( 也被表示为 ∶ O2 ＝ 1 ∶ 0.5) 或更小， 以便实现常闭晶体管。
     < 用于形成层间绝缘层的压力 >
     接着， 研究形成作为层间绝缘层的绝缘层的压力。除了用于形成层间绝缘层的压 力之外的所有条件 ( 层间绝缘层的参数、 膜形成条件等 ) 都不改变。具体地， 使用通过溅射 法 (RF 溅射 ) 利用 SiO2 作为靶形成的厚度 300nm 的氧化硅膜。在下列四种条件下进行研 究， 其中反应室中的压力被设置为 0.2Pa、 0.4Pa、 0.8Pa 和 1.6Pa， 氩和氧气的流速比保持恒 定 (Ar ∶ O2 ＝ 4 ∶ 1)。注意， 膜沉积时的衬底温度为 100℃。
     晶体管的参数和制造晶体管的其它条件与 < 用于形成层间绝缘层的氧气的流速 > 中所示的相同， 并且因此被在此处忽略。
     在图 24 中， 示出了在上述四种条件下制造的晶体管的栅电压 (Vg) 对漏电流 (Id) 特性。 从在这四种条件下制造的晶体管之间的比较可见， 随着压力变低， 上升趋势变得急剧 (S 值趋于减小 )。有利地， 沉积时的压力为 0.6Pa 或更小， 以便获得足够小的 S 值。
     < 用于形成层间绝缘层的衬底温度 >
     研究用于形成层间绝缘层的衬底温度。 此处， 使用通过溅射法 (RF 溅射 ) 利用 SiO2 作为靶形成的厚度 300nm 的氧化硅膜作为层间绝缘层。形成层间绝缘层的条件如下 ： 反应 室中的压力为 0.4Pa ； 和沉积气氛中氩的流速为 40sccm， 并且氧气的流速为 10sccm。在三 种条件下进行研究， 其中沉积时的衬底温度为 100℃、 200℃和 300℃。
     晶体管的参数和制造晶体管的其它条件与 < 用于形成层间绝缘层的氧气的流速 > 中所示的相同， 并且因此在此处忽略。
     作为检查在上述三种条件下制造的晶体管之间的特性变化的结果， 发现 ： 随着膜 沉积时的衬底温度变高， 特性改变变大。 有利地， 膜沉积时的衬底温度为 200℃或更低， 以便 抑制特性改变。
     < 用于形成层间绝缘层的靶 >
     研究用于形成层间绝缘层的靶。此处， 使用通过溅射法 (RF 溅射 ) 利用 SiO2 作为 靶形成的厚度为 300nm 的氧化硅膜， 或者通过溅射法 (RF 溅射法 ) 使用 Si 作为靶形成的厚 度为 300nm 的氧化硅膜作为层间绝缘层。
     晶体管的参数和制造晶体管的其它条件与 < 用于形成层间绝缘层的氧气的流速 > 中所示的相同， 并且因此在此处忽略。
     发现在使用 Si 作为靶形成氧化硅膜的情况下， 所完成的晶体管的特性极大地受 到形成层间绝缘层时氧气的流速的影响。另外， 在使用 Si 作为靶的情况下， 与使用 SiO2 作 为靶的情况相比， 特性变化的不利影响趋于增加。 这些被认为是由下列导致的 ： 与气氛中的 氧的反应推进膜形成的原理 ； 氧化硅膜和半导体层氧化物半导体材料 ) 之间的应力差 (。 有 利地， 使用 SiO2 作为靶以便控制阈值电压 (Vth)。
     < 层间绝缘层的厚度 >
     研究层间绝缘层的厚度。除了厚度之外的所有条件 ( 层间绝缘层的参数、 膜形成 条件等 ) 都不改变。具体地， 如同上面的描述， 使用通过溅射法 (RF 溅射 ) 利用 SiO2 作为 靶形成的厚度为 300nm 的氧化硅膜。 在下列三种条件下进行研究， 其中厚度为 200nm、 300nm 和 400nm。
     当改变层间绝缘层的厚度时， 未发现晶体管的特性的显著不同。 因此， 可以说层间绝缘层的厚度可被适当改变。
     本 申 请 基 于 2009 年 3 月 12 日 提 交 日 本 专 利 局 的 日 本 专 利 申 请 序 列 号 No.2009-058929， 以 及 2009 年 5 月 29 日 提 交 日 本 专 利 局 的 日 本 专 利 申 请 序 列 号 No.2009-131059， 通过引用将其完整内容结合在此。