TW201207997A - Transistor and display device - Google Patents

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201207997 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明關於使用氧化物半導體形成之電晶體，及包括 電晶體之顯示裝置。 【先前技術】 近年來，使用形成於具有絕緣表面之基板上之半導體 薄膜（具約數奈米至數百奈米之厚度）而形成電晶體之技 術已吸引注意。電晶體廣泛應用於諸如1C之電子裝置及電 光裝置，並特別受預期快速發展成爲影像顯示裝置之開關 元件。各式金屬氧化物用於各類應用。銦氧化物爲廣爲人 知的材料，被用做液晶顯示等所需之透光電極材料。 一些金屬氧化物具有半導體特性。該等具有半導體特 性之金屬氧化物的範例包括鎢氧化物、錫氧化物、銦氧化 物及鋅氧化物。已知使用該等具有半導體特性之金屬氧化 物形成通道形成區之電晶體（專利文獻1及2 )。 在非結晶電晶體間應用氧化物半導體之電晶體具有極 高場效移動性。因此，顯示裝置等之驅動電路亦可使用電 晶體予以形成。 〔參考〕 〔專利文獻1〕日本公開專利申請案No. 2007-123861 〔專利文獻2〕日本公開專利申請案No. 2007-096055 【發明內容】 -5- 201207997 若在顯示裝置等之一基板上形成畫素部（亦稱爲畫素 電路）及驅動電路部，用於畫素部之電晶體需要諸如高開 關比之卓越切換特性，同時用於驅動電路之電晶體需要高 作業速度》 尤其，用於驅動電路之電晶體較佳地以高速作業，因 爲隨著顯示裝置之畫素密度增加，顯示影像之寫入時間便 減少。 本發明之實施例，其爲本說明書所揭露，關於達成上 述目標之電晶體及顯示裝置。 本發明之實施例，其爲本說明書所揭露，爲一種電晶 體，其中形成通道區之氧化物半導體層爲非結晶，或由非 結晶及微晶之混合物組成，此處，除了表面部分包括由微 晶層組成之結晶區外’非結晶區滿布微晶’或由微晶群組 成。此外，本發明之實施例，其爲本說明書所揭露，爲一 種顯示裝置，其係經由於一基板上形成由該等電晶體構成 之驅動電路部及畫素部而予獲得。 本發明之實施例，其爲本說明書所揭露，爲一種電晶 體，包括閘極電極層、閘極電極層上之閘極絕緣層、閘極 絕緣層上之氧化物半導體層、閘極絕緣層上與部分氧化物 半導體層重疊之源極電極層及汲極電極層、及與氧化物半 導體層接觸之氧化物絕緣層。氧化物半導體層包括表面部 分之第一區及其餘部分之第二區。 請注意，本說明書中諸如「第一」及「第二」之序數 係爲便利而使用，並非表示步驟順序及各層堆疊順序。此 -6- 201207997 外’本說明書中序數並非表示指明本發明之特別名稱。 本發明之實施例’其爲本說明書所揭露，爲一種電晶 體’包括閘極電極層、閘極電極層上之閘極絕緣層、閘極 絕緣層上之源極電極層及汲極電極層、閘極絕緣層上與部 分源極電極層及汲極電極層重疊之氧化物半導體層、及與 氧化物半導體層接觸之氧化物絕緣層。氧化物半導體層包 括表面部分之第一區及其餘部分之第二區。 氧化物半導體層之第一區係由垂直於該層表面方向之 C軸取向之微晶組成。 氧化物半導體層之第二區爲非結晶，或由非結晶及微 晶之混合物組成’此處非結晶區爲摻雜微晶，或由微晶組 成。 有關氧化物半導體層，係以RTA法等於高溫下使用短 時間執行脫水或脫氫。經由此加溫步驟，氧化物半導體層 之表面部分成爲包括由微晶組成之結晶區，而其餘部分成 爲非結晶，或由非結晶及微晶之混合物組成，此處非結晶 區爲滿布微晶，或由微晶群組成。 經由使用具有該等結構之氧化物半導體層，可以避免 由於轉變爲η型，歸因於濕氣進入表面部分或排除表面部 分之氧，而造成之電氣特性降低。此外，由於氧化物半導 體層之表面部分位於背通道側，並具有包括微晶之結晶區 ，可抑制寄生通道之產生。而且，在通道蝕刻結構中，可 減少由於結晶區及源極與汲極電極之存在而導致電導度增 加處之表面部分之間的接觸電阻。 201207997 此外，經由使用依據本發明之實施例之電晶體而於一 基板之上形成驅動電路部及畫素部，並使用液晶元件、發 光元件或電泳元件等，可製造顯示裝置。 本發明之實施例，其爲本說明書所揭露，爲一種顯示 裝置’包括於一基板上具電晶體之畫素部及驅動電路部。 電晶體各包括閘極電極層、閘極電極層上之閘極絕緣層、 閘極絕緣層上之氧化物半導體層、閘極絕緣層上與部分氧 化物半導體層重疊之源極電極層及汲極電極層、及與氧化 物半導體層接觸之氧化物絕緣層。氧化物半導體層包括表 面部分之第一區及其餘部分之第二區。 本發明之實施例，其爲本說明書所揭露，爲一種顯示 裝置，包括於一基板上具電晶體之畫素部及驅動電路部。 電晶體各包括閘極電極層、閘極電極層上之閘極絕緣層、 閘極絕緣層上之源極電極層及汲極電極層、閘極絕緣層上 與部分源極電極層及汲極電極層重疊之氧化物半導體層、 及與氧化物半導體層接觸之氧化物絕緣層。氧化物半導體 層包括表面部分之第一區及其餘部分之第二區。 氧化物半導體層之第一區係由垂直於該層表面方向之 C軸取向之微晶組成》第二區爲非結晶或由非結晶及微晶 之混合物組成，此處之非結晶區爲滿布微晶，或由微晶組 成。 在包括氧化物半導體層之電晶體中，氧化物半導體層 之表面部分包括結晶區，而其餘部分爲非結晶或由非結晶 及微晶之混合物組成，或由微晶組成，藉此電晶體可具有 -8 - 201207997 有利的電氣特性及高可靠性，並可製造具有有利的電氣特 性及高可靠性之顯示裝置。 【實施方式】 將參考圖式描述實施例及範例。請注意，本發明不侷 限於下列描述，本技藝中技術熟練人士將輕易理解在不偏 離本發明之精神及範圍下，本發明之模式及細節可以各種 方式修改。因此，本發明不應解釋爲侷限於下列實施例及 範例之描述。請注意，在下列所描述本發明之結構中，不 同圖式中具有類似功能之相同部分將標示相同編號，並省 略其描述。 (實施例1 ) 在本實施例中，將參照圖1 A及1 B描述電晶體之結構。 圖1A爲通道蝕刻電晶體之截面圖，而圖4A爲其平面 圖。圖1 A爲沿圖4 A之線A 1 - A 2之截面圖。 圖1 A及1 B中所描繪之電晶體，各包括於基板1 0 0上之 閘極電極層1 〇 1、閘極絕緣層1 02、包括表面部分之結晶區 106的氧化物半導體層103、源極電極層105a及汲極電極層 105b。氧化物絕緣層107係置於包括表面部分之結晶區106 的氧化物半導體層1〇3、源極電極層105 a及汲極電極層 1 05b之上。 請注意，圖1 A描繪正常通道蝕刻電晶體之結構，其中 部分氧化物半導體層於源極電極層105a及汲極電極層l〇5b 201207997 之間蝕刻；然而，可替代地使用一種結構，如圖1 B中所描 繪，其中氧化物半導體層未蝕刻，使得表面部分之結晶區 留下。 閘極電極層1 〇 1可由使用任何金屬材料之單層結構或 層級結構組成，諸如鋁、銅、鉬、鈦、鉻、钽、鎢、銨及 銃；包含該些金屬材料之任一項做爲其主要成分之合金材 料；或包含該些金屬材料之任一項之氮化物。若諸如鋁或 銅之低電阻金屬材料被用做電極層，因其具有諸如低耐熱 及易於腐蝕之缺點，該低電阻金屬材料較佳地與耐火金屬 材料組合使用。有關耐火金屬材料，可使用鉬、鈦、鉻、 鉬、錫、銳、銃等。 此外，爲提升畫素部之孔徑比，銦氧化物之透光氧化 物導電層、銦氧化物及錫氧化物合金、銦氧化物及鋅氧化 物合金、鋅氧化物、鋅鋁氧化物、鋅鋁氮氧化合物、鋅鎵 氧化物等可用做閘極電極層1 0 1。 有關閘極絕緣層1 02，可使用矽氧化物、矽氮氧化合 物、矽氮化物氧化物、矽氮化物、鋁氧化物、鉬氧化物等 任一項之單層膜或複合膜。該等膜可以CVD法、噴濺法等 予以形成。 有關氧化物半導體膜，可使用以InM03(Zn0) m( m>0)表示之薄膜。此處，Μ代表一或多項選自Ga、Al、 Μη及Co之金屬元件》例如，Μ可爲Ga、Ga及Al、Ga及Μη 、Ga及Co等。在以InM03(Zn0) m(m>〇)表示之氧化物 半導體膜中，包括Ga做爲Μ之氧化物半導體稱爲In-Ga-Zn- -10- 201207997 〇基氧化物半導體，及In-Ga-Ζη-Ο基氧化物半導體之薄膜 亦稱爲In-Ga-Ζη-Ο基膜。 氧化物半導體層1〇3係以噴濺法形成具有10 nm至3〇〇 nm厚度，較佳地爲20 nm至100 nm。應注意的是，如圖1A 中所描繪，若部分氧化物半導體層1 03被蝕刻，當裝置完 成時，氧化物半導體層103便具有一區域其厚度小於上述 厚度。 有關氧化物半導體層1 〇 3，係使用以R T A法等於高溫 下短時間執行脫水或脫氫者。脫水或脫氫可以高溫氣體（ 諸如氮或稀有氣體之惰性氣體）經由快速熱退火（RTA ) 處理，或以5 00 °C至75 0 °C (或低於或等於玻璃基板之應變 點的溫度）之光執行約一分鐘至十分鐘，較佳地以650。C 執行約三分鐘至六分鐘。基於R T A法，可以短時間執行脫 水或脫氫；因此’可以高於玻璃基板之應變點的溫度執行 處理。 氧化物半導體層1 03爲於氧化物半導體層！ 03形成階段 具有許多懸鍵之非結晶層。經過脫水或脫氫之加熱步驟， 短距離內懸鍵彼此黏合，使得氧化物半導體層1 03可具有 有序的非結晶結構。隨著定序進行，氧化物半導體層！ 〇 3 成爲由非結晶及微晶之混合物組成，此處非結晶區滿布微 晶，或由微晶群組成。此處，微晶爲具1 nm至20 nm粒子 尺寸之所謂奈米晶體，其小於一般稱爲微晶的微晶粒子。 在氧化物半導體層1 03的表面部分，其爲結晶區丨％， 其中微晶層較佳地由垂直於該層表面方向之c軸取向之微 -11 - 201207997 晶組成。在此狀況下，晶體之長軸呈C軸方向，而短軸方 向之晶體爲1 nm至20 nm。 在氧化物半導體層的表面部分，其具有一結構，存在 包括微晶之密集結晶區，因而可以避免由於轉變爲η型， 歸因於濕氣進入表面部分或排除表面部分之氧，而造成之 電氣特性降低。此外，由於氧化物半導體層的表面部分在 背通道側，可避免氧化物半導體層轉變爲η型，亦可有效 抑制寄生通道的產生。而且，可減少由於結晶區及源極電 極層105a或汲極電極層105b存在而電導度增加之表面部分 之間的接觸電阻。 此處，極可能生長之In-Ga-Ζη-Ο基膜的晶體結構，取 決於沈積氧化物半導體所用之目標。例如，若使用用以沈 積氧化物半導體之目標而形成In-Ga-Zn-◦基膜，其包含In 、Ga及Zn，使得Ιη203相對於Ga2 03相對於ZnO之摩爾比爲1 :1 : 1，並經由加熱步驟執行晶化，而可能形成六角晶系 層狀化合物晶體結構，其中包含Ga及Zn的一氧化物層或二 氧化物層混合於In氧化物層之間。另一方面，若使用Ιη203 相對於Ga203相對於ZnO之摩爾比爲1 : 1 : 2之目標，並經 由加熱歩驟執行晶化，包含Ga及Zn並插入In氧化物層之間 的氧化物層可能具有雙層結構。由於包含Ga及Zn並具有雙 層結構之氧化物層的晶體結構是穩定的，因而可能發生晶 體生長，若使用Ιη203相對於Ga203相對於ZnO之摩爾比爲1 :1 : 2之目標，並經由加熱步驟執行晶化，有時形成從包 含Ga及Zn之氧化物層的外層至閘極絕緣膜與包含Ga及Zn 12- 201207997 之氧化物層之間接合部的連續晶體。請注意，摩爾比可稱 爲原子比。 請注意，如圖1 〇 a中所描繪，結晶區並未形成於氧化 物半導體層1 〇3的側表面部，取決於步驟順序，且結晶區 1 06僅形成於上層部。應注意的是側表面部的面積率低， 因而在此狀況下亦可保持上述效果。 源極電極層l〇5a具有第一導電層112a、第二導電層 113a及第三導電層114a之三層結構，同時汲極電極層105b 具有第一導電層11 2b、第二導電層113b及第三導電層11 4b 之三層結構。有關源極及汲極電極層1 0 5 a及1 0 5 b之材料， 可使用類似於閘極電極層1 〇 1之材料。 此外，透光氧化物導電層係以類似於閘極電極層1 0 1 之方式用於源極及汲極電極層105 a及105b，藉此可提升畫 素部之透光性，亦可提升孔徑比。 此外，氧化物導電層可形成於氧化物半導體層1 03與 上述金屬膜之間，做爲源極及汲極電極層105 a及105b，使 得可減少接觸電阻。 做爲通道保護層之氧化物絕緣層1 07係設於氧化物半 導體層103、源極電極層105a及汲極電極層105b之上。氧 化物絕緣層係使用無機絕緣膜以噴濺法形成，典型爲矽氧 化物膜、矽氮化物氧化物膜、鋁氧化物膜、鋁氮氧化合物 膜等。 另一方面，圖10B中所描繪之底部接觸型電晶體可使 用類似於各部之材料形成。 -13- 201207997 圖10B中所描繪之電晶體包括基板100上之閘極電極層 101、聞極絕緣層102、源極電極層l〇5a、汲極電極層l〇5b 、及包括表面部分之晶體區106之氧化物半導體層103。此 外，氧化物絕緣層1 07係設於閘極絕緣層1 02、源極電極層 l〇5a、汲極電極層105b及氧化物半導體層103之上。 亦在此結構中，氧化物半導體層103爲非結晶或由非 結晶及微晶之混合物組成，除了表面部分包括微晶層組成 之結晶區1 06外，此處非結晶區滿布微晶或由微晶群組成 。當使用具有該等結構之氧化物半導體層時，可以類似於 通道蝕刻結構之方式，避免由於轉變爲η型，歸因於濕氣 進入表面部分或排除表面部分之氧，而造成之電氣特性降 低。此外，由於氧化物半導體層之表面部分在背通道側， 並包括微晶層組成之結晶區，可抑制寄生通道之產生。 基於該等結構，電晶體可具有高可靠性及高電氣特性 〇 請注意，儘管在本實施例中提供通道蝕刻電晶體之範 例，但可使用通道保護電晶體。另一方面，可使用包括與 源極電極層及汲極電極層重疊之氧化物半導體層的底部接 觸型電晶體。 請注意，本實施例中所描述之結構可用於酌情與其他 實施例中所描述之任何結構相組合。 (實施例2 ) 在本實施例中，將參照圖2Α至2C、圖3Α至3C、圖4Α -14- 201207997 及4B、圖5、圖6、圖7、圖8A1、8A2、8B1和8B2及圖9描 述實施例1中所描述之包括通道鈾刻電晶體之顯示裝置的 製造程序。圖2A至2C及圖3A至3C爲截面圖，圖4A及4B、 圖5、圖6及圖7爲平面圖，及圖4A及4B中線A1-A2及線B1-B2、圖5、圖6及圖7分別相應於圖2A至2C及圖3A至3C之截 面圖中線A 1 - A 2及線B 1 - B 2。 首先，準備基板1 00。有關基板1 00，可使用任一下列 基板；以熔融法或浮標法由鋇硼矽酸鹽玻璃、鋁硼矽酸鹽 玻璃、鋁矽酸鹽玻璃等製成之非鹼性玻璃基板、陶瓷基板 、具有足以支撐本製造程序之處理溫度之耐熱的塑料基板 等。另一方面，可使用金屬基板，諸如表面具絕緣膜之不 鏡鋼合金基板。 請注意，除了上述玻璃基板外，可使用絕緣體形成之 基板做爲基板1 00，諸如陶瓷基板、石英基板或藍寶石基 板。 此外，有關基膜，絕緣膜可形成於基板1 00之上。基 膜可以CVD法 '噴濺法等，使用矽氧化物膜、矽氮化物膜 '矽氮氧化合物膜及矽氮化物氧化物膜之任一項形成具單 層結構或層級結構。若使用包含移動離子之基板做爲基板 1 〇〇 ’諸如玻璃基板，便使用包含氮之膜做爲基膜，諸如 矽氮化物膜或矽氮化物氧化物膜，藉此可避免移動離子進 入半導體層。 其次，成爲包括閘極電極層1 01、電容器布線1 0 8及第 一端子1 2 1之閘極布線的導電膜，係以以噴濺法或真空蒸 -15- 201207997 發法形成於基板100的整個表面上。其次，經由第一光刻 程序形成抗蝕罩。藉由蝕刻移除不必要部分，以形成布線 及電極（包括電極層1 ο 1之閘極布線、電容器布線1 08及第 一端子1 2 1 )。此時，較佳地執行蝕刻，使得閘極電極層 101之端部呈錐形，以避免形成於閘極電極層101上之膜破 裂。圖2A中描繪本階段之截面圖。請注意，圖4B爲本階段 之平面圖。 包括閘極電極層101、電容器布線108及端子部中第一 端子1 2 1之閘極布線，可由使用任何金屬材料之單層結構 或層級結構組成，諸如鋁、銅、鉬、鈦、鉻、鉬、鎢、钕 及銃；包含任一項該些金屬材料做爲其主要成分之合金材 料：或包含任一項該些金屬材料之氮化物。若諸如鋁或銅 之低電阻金屬材料被用做電極層，因其具有諸如低耐熱及 易於腐蝕之缺點，該低電阻金屬材料較佳地與耐火金屬材 料組合使用。有關耐火金屬材料，可使用鉬、鈦、鉻、钽 、鎢、銨、钪等。 例如，有關閘極電極層1 0 1之雙層結構，下列結構較 佳：其中鉬層堆疊於鋁層之上之雙層結構、其中鉬層堆疊 於銅層之上之雙層結構、其中鈦氮化物層或鉬氮化物層堆 疊於銅層之上之雙層結構、及鈦氮化物層及鉬層之雙層結 構。有關三層結構，下列結構較佳：包括鋁之層級結構、 鋁及矽之合金、鋁及鈦之合金、或鋁及中間層之銨及頂部 層及底部層之鎢、鎢氮化物、鈦氮化物及鈦之任一項之合 金0 -16- 201207997 當時，透光氧化物導電層係用於部分電極層及布線層 ，以增加孔徑比。例如，銦氧化物、銦氧化物及錫氧化物 之合金、銦氧化物及鋅氧化物之合金、鋅氧化物、鋅鋁氧 化物、鋅鋁氮氧化合物、鋅鎵氧化物等合金，可用於氧化 物導電層。 其次，閘極絕緣層102形成於閘極電極層101之上。閘 極絕緣層102以CVD法、噴濺法等形成5〇 nm至250 nm之厚 度。 例如，對閘極絕緣層I 02而言，以噴濺法形成具1 00 nm厚度之矽氧化物膜。不用說，閘極絕緣層102不侷限於 該等矽氧化物膜，並可形成而具使用任一項絕緣膜之單層 結構或層級結構，諸如矽氮氧化合物膜、矽氮化物氧化物 膜、矽氮化物膜、鋁氧化物膜及钽氧化物膜。 另一方面，閘極絕緣層1 02可以CVD法經有機矽烷氣 體而使用矽氧化物層予以形成。對有機矽烷氣體而言，可 使用包含矽之化合物，諸如四乙氧基矽烷（T EOS )、四 甲基矽烷（TMS )、四甲基環四矽氧烷（TMCTS )、八甲 基環四矽氧烷（0MCTS)、六甲基二矽氮烷（HMDS)、 三乙氧基矽烷（TRIES )或三（二甲氨基）矽烷（TDM AS )° 另一方面，閘極絕緣層1 02可使用鋁、釔或給之氧化 物、氮化物、氮氧化合物及氮化物氧化物，或包括上述之 至少二或更多類之化合物予以形成。 請注意，在本說明書中，「氮氧化合物」乙詞係指一 -17- 201207997 種包含氧原子及氮原子之物質，使得氧原子之數量大於氮 原子之數量，而「氮化物氧化物」乙詞係指一種包含氮原 子及氧原子之物質，使得氮原子之數量大於氧原子之數量 。例如，「矽氮氧化合物膜」意即包含氧原子及氮原子之 膜，使得氧原子之數量大於氮原子之數量，若使用盧瑟福 背散射光譜學（RB S )及氫前向散射（H F S )執行測量， 所包含氧、氮、矽及氫之濃度範圍各爲50原子％至70原子 %、0.5原子％至1 5原子％、2 5原子％至3 5原子％及0 · 1原子％ 至1 〇原子％。此外，「矽氮化物氧化物膜」意即包含氮原 子及氧原子之膜，使得氮原子之數量大於氧原子之數量， 若使用RBS及HFS執行測量，所包含氧、氮、矽及氫之濃 度範圍各爲5原子％至30原子％、20原子％至55原子％、25 原子％至35原子％及10原子％至3 0原子％。請注意，氮、氧 、矽及氫之百分比均落於上述範圍內，其中矽氮氧化合物 膜或矽氮化物氧化物膜中所包含之總原子數定義爲1 00原 子％。 請注意，在用於形成氧化物半導體層1 03之氧化物半 導體膜形成之前，閘極絕緣層表面上之灰塵較佳地經由執 行反向噴濺而予移除，其中導入氬氣並產生電漿。反向噴 濺係指一種方法，其中RF電源用於將電壓應用於氬氣中之 基板側，使得於基板周圍產生電漿以修改表面。請注意， 除了Μ氣外，可使用氮氣、氦氣等。另一方面，可使用添 加氧、ν2ο等之氬氣。再另一方面，可使用添加ci2、cf4 等之氬氣。在反向噴濺之後，形成氧化物半導體膜而不暴 -18- 201207997 露於空氣，藉此可避免灰塵及濕氣附著至閘極絕緣層1 02 及氧化物半導體層1 03之間之接合部。 其次，氧化物半導體膜形成於閘極絕緣層1 02之上， 達5 nm至200 nm厚度，較佳地爲10 nm至40 nm。 有關氧化物半導體膜，可使用諸如In-Sn-Ga-Ζπ-Ο基 膜之四元金屬氧化物膜；諸如In-Ga-Zn-O基膜、In-Sn-Zn-〇 基膜、In-Al-Ζη-Ο 基膜、Sn-Ga-Zn-Ο 基膜、Al-Ga-Zn-O 基膜或Sn-Al-Zn-Ο基膜之三元金屬氧化物膜；或諸如ιη_ Ζη-0 基膜、Sn-Zn-O 基膜、Al-Ζη-Ο 基膜、Zn-Mg-Ο 基膜、 Sn-Mg-Ο基膜、或In-Mg-Ο基膜之二元金屬氧化物膜；In-o 基膜、Sn-Ο基膜或Ζη-0基膜。此外，氧化物半導體膜可進 一步包含Si02。 此處，使用用於氧化物半導體沈積之目標而形成氧化 物半導體膜，其包含In、Ga及Zn ( In2〇3相對於Ga203相對 於ZnO之比例爲1: 1: 1或1: 1: 2摩爾比），在基板及目 標之間距離爲1〇〇 mm、壓力爲〇_6 Pa及直流（DC)電力爲 0_5 kW等狀況下，且氣體爲氧氣（氧流比例爲1〇〇% )。請 注意，當使用脈衝直流（D C )電源時，可減少灰塵且膜厚 度可能爲均句。在本實施例中，有關氧化物半導體膜，以 噴濺法並使用用於In-Ga-Zn-O基氧化物半導體沈積之目標 形成30-nm厚之In-Ga-Zn-O基膜。 噴濺法之範例包括RF噴濺法，其中高頻電源用做噴濺 電源；DC噴濺法’其中使用DC電源；及脈衝DC噴濺法， 其中以脈衝方式施予偏壓。RF噴濺法主要用於若形成絕緣 -19- 201207997 膜；DC噴濺法主要用於若形成諸如金屬膜之導電膜。 此外，亦存在多重來源噴濺設備，其中可設定複數個 不同材料之目標。基此多重來源噴濺設備，可形成不同材 料之膜堆疊於相同腔室中，或可經由相同時間在相同腔室 中形成複數類材料之膜。 此外，存在設於腔室內部具磁性系統並用於磁控管噴 濺法之噴濺設備，及用於ECR噴濺法之噴濺設備，其中使 用利用微波產生之電漿而未使用輝光放電。 而且，有關使用噴濺法之沈積法，亦存在反應噴濺法 ，其中目標物質及噴濺氣體成分於沈積期間彼此化學反應 ，以形成其薄複合膜，及偏壓噴濺法，其中電壓亦於沈積 期間應用於基板。 其次，經由第二光刻程序，形成抗蝕罩。接著，蝕刻 In-Ga-Zn-Ο基膜。在蝕刻中，諸如檸檬酸或草酸之有機酸 可用做蝕刻劑。此處，經由利用ITO-07N ( Kanto化學股份 有限公司製造）之濕式蝕刻來蝕刻In-Ga-Zn-Ο基膜，以移 除不必要部分。因而，In-Ga-Zn-Ο基膜經處理而具有島形 ，藉此形成氧化物半導體層103。氧化物半導體層103之端 部經蝕刻而具有錐形，藉此可避免因梯級形狀造成布線破 裂。請注意，此處蝕刻不侷限於濕式蝕刻，而是可執行乾 式蝕刻。 接著，氧化物半導體層歷經脫水或脫氫。用以脫水或 脫氫之第一熱處理可使用高溫氣體（諸如氮之惰性氣體或 稀有氣體）經由快速熱退火（RTA )處理而予執行，或 -20- 201207997 5 00°C至75 0°C溫度（或低於或等於玻璃基板應變 )之光實施達約一分鐘至十分鐘，較佳地以6 5 0 約三分鐘至六分鐘。基於RT A法，可以短時間執 脫氫；因此，可以高於玻璃基板應變點之溫度執 圖2 B及圖5中分別描繪本階段之截面圖及本階段 。請注意，熱處理之時序不侷限於此時序，而是 數倍，例如，光刻程序或沈積步驟之前或之後。 此處，氧化物半導體層1 0 3之表面部分經由 理而被晶化，因而成爲具有包括微晶之結晶區1 物半導體層1 03的其餘區域成爲非結晶或由非結 之混合物組成，此處非結晶區滿布微晶，或由微 。請注意，結晶區1 06爲部分氧化物半導體層1 〇3 「氧化物半導體層103」包括結晶區106。 請注意，在本說明書中，在諸如氮之惰性氣 氣體之氣體中之熱處理稱爲用以脫水或脫氫之熱 本說明書中，「脫氫」並非指以熱處理僅排除H2 便，Η、OH等之排除亦稱爲「脫水或脫氫」。 重要的是歷經脫水或脫氫之氧化物半導體層 於空氣，以避免水或氫進入氧化物半導體層。當 將氧化物半導體層改變爲低電阻氧化物半導體層 氧化物半導體層形成電晶體時，即，η型（例如 )氧化物半導體層經由執行脫水或脫氫，及經由 氧化物半導體層改變爲高電阻氧化物半導體層， 物半導體層成爲i型氧化物半導體層，電晶體之 點之溫度 °C實施達 行脫水或 行處理。 之平面圖 可執行複 第一熱處 06。氧化 晶及微晶 晶群組成 ，且以下 體或稀有 處理。在 。爲求方 不應暴露 使用經由 所獲得之 '型或n+型 將低電阻 使得氧化 閾値電壓 -21 - 201207997 (vth)爲正，使得體現所謂正常關屬性。對用於顯示裝 置之電晶體而言，較佳的是閘極電壓爲儘可能接近0 V之 正閾値電壓。在主動式矩陣顯示裝置中，電路中所包括之 電晶體的電氣特性是重要的，且顯示裝置之效能取決於電 氣特性。尤其，電晶體之閾値電壓是重要的。若電晶體之 閾値電壓爲負，電晶體具有所謂正常開屬性，即當閘極電 壓爲0 V時，電流流經源極電極及汲極電極之間，使得難 以控制使用電晶體形成之電路。若電晶體之閾値電壓爲正 ，但閩値電壓之絕對値爲大，電晶體有時便無法執行切換 作業，因爲驅動電壓不夠高。若爲η通道電晶體，較佳的 是在正電壓應用做爲閘極電壓之後，通道形成且汲極電流 流動。通道未形成除非驅動電壓提升之電晶體，及當施予 負電壓時通道形成且汲極電流流動之電晶體，均爲不適用 於電路之電晶體。 當從脫水或脫氫之溫度執行冷卻時，氣體必須從溫度 上升或執行熱處理之氣體切換爲不同氣體。例如，冷卻可 在執行脫水或脫氫之熔爐中執行，同時熔爐塡注高純度氧 氣、高純度Ν20氣或超乾燥空氣（具有-4 0°C或更低之露點 ，較佳地爲-60 °C或更低），而不暴露於空氣。 請注意，在第一熱處理中，較佳的是氣體中不包含水 、氫等。另—方面，被導入熱處理設備之惰性氣體的純度 較佳地爲6N ( 99.9999% )或更高，更佳地爲7N ( 99.99999% )或更高（即，雜質濃度爲1 ppm或更低，較佳 地爲0.1 ppm或更低）。 -22- 201207997 若在惰性氣體中執行熱處理，氧化物半導體層便改變 爲缺氧氧化物半導體層，使得氧化物半導體層經由熱處理 而成爲低電阻氧化物半導體層（即，η型（例如ιΓ或n +型） 氧化物半導體層）。之後，經由形成接觸氧化物半導體層 之氧化物絕緣層，氧化物半導體層便被製成超氧狀態。因 而，氧化物半導體層被製成i型：即，氧化物半導體層改 變爲高電阻氧化物半導體層。因此，可形成具有有利的電 氣特性之高度可靠電晶體。 依據第一熱處理之狀況或氧化物半導體層之材料，氧 化物半導體層可部分晶化。在第一熱處理之後，獲得缺氧 及具有低電阻之氧化物半導體層103。在第一熱處理之後 ，載子濃度高於剛在膜形成之後之氧化物半導體膜的載子 濃度，使得氧化物半導體層較佳地具有1 X 1 018 /cm3或更 高之載子濃度。 氧化物半導體層可於氧化物半導體膜處理成爲島形氧 化物半導體層之前執行第一熱處理。在此狀況下，於第一 熱處理之後執行第二光刻程序。結晶區未形成於島形氧化 物半導體層1 03之側表面部，結晶區1 06僅形成於氧化物半 導體層103之上層部（參照圖10A)。 其次，經由第三光刻程序，形成抗蝕罩。經由蝕刻移 除不必要部分。以形成接觸孔，抵達由與閘極電極層1 〇 i 相同材料形成之布線或電極層。本接觸孔係提供而連接上 述布線等與之後將形成之導電膜之間。 其次’以噴濺法或真空蒸發法於氧化物半導體層1 03 -23- 201207997 及閘極絕緣層102之上形成第一導電層112、第二 113及第三導電層114，做爲導電層。圖2C爲本階段 圖。 第一導電層112、第二導電層113及第三導電乃 使用類似於閘極電極層1 〇 1之材料予以形成。 此處，第一導電層1 12及第三導電層1 Μ係使用 電材料之鈦予以形成，第二導電層113係使用包含 合金予以形成。該等結構可利用鋁的低電阻屬性， 凸起產生。請注意，儘管在本實施例中導電層具有 構，但本發明之實施例不侷限於此。可使用單層結 括二層、四層或更多層之層級結構。例如，可使用 單層結構，或鈦膜及包含矽之鋁膜的層級結構。 其次，經由第四光刻程序，形成抗蝕罩1 3 1。 刻移除不必要部分，藉此形成源極及汲極電極層 105b、氧化物半導體層103及連接電極120。此時， 刻或乾式蝕刻可用做蝕刻法。例如，當使用鈦而形 導電層1 12及第三導電層1 14時，及使用包含銨之鋁 形成第二導電層113時，可使用過氧化氫溶液或加 酸做爲蝕刻劑而執行濕式蝕刻。經由本蝕刻步驟， 半導體層1〇3經部分蝕刻而具有源極電極層105 a及 極層105b之間的薄區域。圖3A及圖6分別描繪本階 面圖及本階段之平面圖。 此時，在氧化物半導體層103相對於第一導電开 第三導電層1 1 4之選擇性比例足夠低之狀況下執行 導電層 之截面 i 1 14 各 耐熱導 鈸之鋁 並減少 三層結 構或包 鈦膜之 經由蝕 l〇5a 及 濕式蝕 成第一 合金而 熱之鹽 氧化物 汲極電 段之截 ί 1 12 及 蝕刻處 -24- 201207997 理，藉此電晶體具有一種結構，其中如圖1 B中所描繪，留 下表面部分之結晶區。 第一導電層112、第二導電層113、第三導電層II4及 氧化物半導體層103可使用過氧化氫溶液或加熱之鹽酸而 完全蝕刻。因此，梯級等並未形成於源極電極層1 〇5 a、汲 極電極層1 〇 5b或氧化物半導體層1 〇3之端部。此外，濕式 蝕刻允許各層各向同性地蝕刻；因而’源極及汲極電極層 1 0 5 a及1 0 5 b尺寸減少，使得其端部位於抗蝕罩1 3 1內部。 經由上述步驟，可製造電晶體1 ，其中氧化物半導體層 103及結晶區106被用做通道形成區。 此處，源極電極層l〇5a及汲極電極層l〇5b係使用類似 於閘極電極層1 〇 1之透光氧化物導電層予以形成，藉此可 提升畫素部之透光性，及可提升孔徑比。 此外，氧化物導電層可形成於氧化物半導體層1 〇 3與 將做爲源極及汲極電極層105 a及10 5b之金屬膜之間，使得 可減少接觸電阻。 在第四光刻程序中，使用與源極電極層105 a及汲極電 極層105b相同材料而形成之第二端子122亦留在端子部中 。請注意，第二端子1 22電性連接至源極布線（包括源極 及汲極電極層105a及105b之源極布線）。 此外，在端子部中，連接電極1 20經由形成於閘極絕 緣層1 02中之接觸孔而直接連接至端子部之第一端子1 2 1。 請注意，儘管未描繪，驅動電路之電晶體的源極或汲極布 線及閘極電極經由與上述步驟之相同步驟而彼此連接。 -25- 201207997 此外’經由使用具有複數厚度之區域的抗蝕罩（典型 地爲兩種不同厚度），其係經由使用多色調遮罩而形成， 抗蝕罩數量可減少，導致簡化程序及較低成本。 其次，移除抗蝕罩1 3 1，並形成氧化物絕緣層1 07以覆 蓋電晶體170。氧化物絕緣層107可使用矽氧化物膜、矽氮 氧化合物膜、鋁氧化物膜、鉬氧化物膜等予以形成。 在本實施例中，以噴濺法形成用於氧化物絕緣層之矽 氧化物膜。膜形成中之基板溫度可從室溫至300 °C，在本 實施例中爲100 °C。爲避免諸如水或氫之雜質於膜形成中 進入，較佳的是於膜形成之前在減少的壓力及150 °C至 3 5 0°C之溫度下執行預烘達二至十分鐘，以形成氧化物絕 緣層而不暴露於空氣。矽氧化物膜可以噴濺法於稀有氣體 (典型爲氬氣）、氧氣、或包含稀有氣體（典型爲氬氣） 及氧之混合氣體中予以形成。此外，矽氧化物目標或矽目 標可用做目標。例如，經由使用矽目標，可以噴濺法於氧 及稀有氣體中形成矽氧化物膜。經形成而接觸電阻減少之 區域中氧化物半導體層之氧化物絕緣層，係使用未包含諸 如濕氣、氫離子及OH_之雜質的無機絕緣膜而予形成，並 阻擋該等雜質從外部進入。 在本實施例中，膜形成是以脈衝DC噴濺法並使用摻雜 柱狀多晶B (具0.01 Ω-cm電阻係數）之矽目標，在基板與 目標之間距離（T-S距離）爲89 mm、壓力爲0.4 Pa及直流 (DC )電爲6 kW，且氣體爲氧氣（氧流比例爲1〇〇% )等 狀況下執行，並具有6N純度。厚度爲300 nm。 -26- 201207997 其次，第二熱處理是在惰性氣體中執行（較佳地爲 200〇C至400〇C之溫度，例如250°C至350°C)。例如，第二 熱處理在氮氣中25〇°C下執行達一小時。另一方面’如第 一熱處理中，可以高溫短時間執行RTA處理。在第二熱處 理中，由於氧化物絕緣層1 〇 7經加熱接觸部分氧化物半導 體層1 〇 3，氧便從氧化物絕緣層1 〇 7供應予成爲η型並經由 第一熱處理而具有較低電阻之氧化物半導體層1 03 ’使得 氧化物半導體層1 03處於超氧狀態。因而，氧化物半導體 層103可爲i型（具有較高電組）。 在本實施例中，於形成矽氧化物膜之後執行第二熱處 理；然而，熱處理之時序不侷限於剛形成矽氧化物膜後之 時序，只要在矽氧化物膜形成之後即可。 若源極電極層1〇5 a及汲極電極層105b係使用耐熱材料 形成，便可以第二熱處理之時序執行第一熱處理之步驟使 用狀況。在此狀況下，一旦矽氧化物膜形成後便可執行熱 處理。 接著，執行第五光刻程序，形成抗蝕罩。蝕刻氧化物 絕緣層107，使得形成抵達汲極電極層l〇5b之接觸孔125。 此外，亦經由此蝕刻而形成抵達連接電極1 20之接觸孔1 26 及抵達第二端子1 2 2之接觸孔：1 2 7。圖3 B爲本階段之截面圖 〇 其次，於抗蝕罩移除之後形成透光導電膜。透光導電 膜係以噴濺法、真空蒸發法等，使用銦氧化物（In2〇3 ) 、銦氧化物及錫氧化物之合金（In203-Sn02以下縮寫爲 -27- 201207997 ITO )等予以形成。該等材料係以鹽酸基溶液蝕刻。應注 意的是，蝕刻ITO中可能產生殘渣，可使用銦氧化物及鋅 氧化物之合金（Ιη203-Ζη0以下縮寫爲IZO )，以改進蝕刻 加工性能。 其次，經由第六光刻程序，形成抗蝕罩。經由蝕刻移 除透光導電膜之不必要部分，使得形成畫素電極層110。 此處，以電容器部中之閘極絕緣層102及氧化物絕緣層107 形成儲存電容器，其用做電介質、電容器布線108及畫素 電極層1 1 0。 此外，在第六光刻程序及蝕刻步驟中，透光導電層 128及129分別形成於第一端子121及第二端子122之上。透 光導電層128及129各做爲連接軟性印刷電路（FPC )之電 極或布線。連接第一端子121之透光導電層128爲連接終端 電極，其做爲鬧極布線之輸入端子。形成於第二端子122 上之透光導電層129做爲連接終端電極，其做爲源極布線 之輸入端子。 接著，移除抗蝕罩。圖3 C及圖7分別描繪本階段之截 面圖及本階段之平面圖。 圖8 A1及8 A2分別爲本階段之閘極布線端子部的截面 圖及其平面圖。圖8A1爲沿圖8A2之線C1-C2的截面圖。在 圖8A1中，形成於保護絕緣膜154及連接電極153上之透光 導電層155爲連接終端電極，其做爲輸入端子。此外，在 圖8 A 1中，由閘極布線相同材料形成之第一端子1 5 1及由源 極布線相同材料形成之連接電極1 53彼此重疊，並具閘極 -28- 201207997 絕緣層1 52插入其間，且彼此部分直接接觸及電性連接。 而且，連接電極153及透光導電層丨55經由形成於保護絕緣 膜154中之接觸孔而彼此直接連接。 圖8B1及8B2分別爲源極布線端子部之截面圖及其平面 圖。圖8B1爲沿圖8B2之線D卜D2的截面圖。在圖8B1中’ 形成於保護絕緣膜154及連接電極150上之透光導電層155 爲連接終端電極，其做爲輸入端子。此外’在圖8 B 1中’ 由閘極布線相同材料形成之第二端子1 5 6與電性連接至源 極布線之連接電極1 5 0重疊，並具閘極絕緣層1 5 2插入其間 。第二端子156未電性連接至連接電極150，且當第二端子 156之電位設定爲不同於連接電極150之電位時，諸如GND 或0 V，或第二端子1 5 6設定爲浮動狀態時，可形成避免雜 訊或靜電之電容器。連接電極1 50經由形成於保護絕緣膜 154中之接觸孔而電性連接至透光導電層155。 依據畫素密度而提供複數閘極布線、源極布線及電容 器布線。而且在端子部中，配置與閘極布線相同電位之複 數第一端子、與源極布線相同電位之複數第二端子、與電 容器布線相同電位之複數第三端子等。各端子之數量可爲 任何數量，且端子之數量可由從業者酌情決定。 經由該些六項光刻程序，因而可完成通道蝕刻電晶體 1 7 0及儲存電容器部。經由將電晶體及儲存電容器以矩陣 配置於畫素部中’可獲得用於製造主動式矩陣顯示裝置之 基板之一。在本說明書中’爲求方便，該等基板稱爲主動 式矩陣基板。 -29 - 201207997 若製造主動式矩陣液晶顯示裝置，提供具相對電極之 主動式矩陣基板及相對基板彼此黏合，並具液晶層插入其 間。請注意，電性連接至相對基板上相對電極之共同電極 係提供於主動式矩陣基板之上，且電性連接至共同電極之 第四端子係提供於端子部中。提供第四端子使得共同電極 被設定爲固定電位，諸如GND或0 V。 本實施例之畫素結構不侷限於圖7中畫素結構。圖9爲 描繪另一畫素結構範例之平面圖。圖9描繪一範例，其中 未提供電容器布線，且形成儲存電容器，具畫素電極及鄰 近畫素之閘極布線，其彼此重疊並具保護絕緣膜及閘極絕 緣層插入其間。在此狀況下，可省略電容器布線及連接至 電容器布線之第三端子》請注意，在圖9中，與圖7中相同 部分係標示共同編號。 在主動式矩陣液晶顯示裝置中，顯示型樣係由矩陣配 置之驅動液晶元件形成。具體地，經由將電壓應用於所選 擇液晶元件中所包括的畫素電極與相對電極之間，而執行 液晶層之光學調變，且此光學調變經觀看者感知爲顯示型 樣。 在顯示液晶顯示裝置之移動影像中，存在一個問題， 其中液晶分子本身的長響應時間造成後像。爲減少該等後 像’使用稱爲黑色插入之驅動法，其中每一其他訊框期間 整個螢幕顯示黑色。 此外’存在另一驅動技術，其爲所謂雙訊框速率驅動 。在雙訊框速率驅動中，垂直同步頻率設定爲通常垂直同 -30- 201207997 步頻率的1 · 5倍或更多，較佳地爲2倍或更多，藉此提 應速度，並選擇將被寫入之灰階，用於經劃分而獲得 一訊框中之每一複數域。 此外，存在一種驅動技術，藉此使用複數發光二 (LED )、複數EL光源等做爲背光而形成平面光源， 面光源之每一光源係獨立地使用以於一訊框期間執行 性閃光驅動。例如，若使用LED，並非總是使用白色 ，而是可使用三或更多種顏色之LED。由於可獨立地 複數LED，LED之發光時序可與液晶層之光學調變時 步。依據本驅動法，LED可部分關閉；因此，特別是 示螢幕上具有佔據大塊黑色顯示區之影像，可獲得減 力損耗之效果。 經由結合該些驅動法，相較於習知液晶顯示裝置 改進諸如移動影像特性之液晶顯示裝置的顯示特性。 若製造發光顯示裝置’發光元件之低電源電位側 稱爲陰極）上電極被設定爲GND、〇 V等；因而’於 部中提供用於將陰極設定爲諸如GND或0 V之低電源 的第四端子。亦在製造發光顯示裝置中’除了源極布 閘極布線外，提供電源線。因此’提供端子部具電性 至電源線之第五端子。 請注意，在本實施例中’所描述之製造 '法係採通 刻電晶體做爲範例；然而’可經由改變步驟順序而製 部接觸型電晶體。 由於電晶體可能由於靜電等而損壞，較佳地在形 升響 之每 極體 且平 間歇 LED 控制 序同 若顯 少電 ，可 (亦 端子 電位 線及 連接 道蝕 造底 成閘 -31 - 201207997 極線或源極線之基板上提供用於保護畫素部中電晶體之保 護電路。較佳地使用包括氧化物半導體層之非線性元件而 形成保護電路。 經由上述步驟，電晶體可具有高可靠性及高電氣特性 ’並可提供包括電晶體之顯示裝置。 請注意，本實施例中所描述之結構可用於酌情與其他 實施例中所描述之任何結構相組合。 (實施例3 ) 在本實施例中，下列所描述之範例，其中驅動電路及 包括形成於一基板上之電晶體的畫素部進行驅動。 在本實施例中，依據實施例1基於使用製造電晶體之 方法，畫素部及驅動電路部係形成於一基板上。實施例1 中所描述之電晶體爲η通道電晶體，因而驅動電路部侷限 於部分電路，其僅由η通道電晶體構成。 圖14Α描繪主動式矩陣顯示裝置之方塊圖範例。於顯 示裝置之基板5 3 00上提供畫素部5 3 0 1、第一掃描線驅動電 路5302、第二掃描線驅動電路5303及信號線驅動電路5304 。在畫素部5301中，配置從信號線驅動電路53 04延伸之複 數信號線，及配置從第一掃描線驅動電路5302及第二掃描 線驅動電路5 3 0 3延伸之複數掃描線。請注意，各包括顯示 元件之畫素以矩陣配置於掃描線及信號線彼此交叉的各區 域中。顯示裝置之基板5 3 0 0經由諸如軟性印刷電路（F P C )之連接部而連接至時序控制電路5305 (亦稱爲控制器或 -32- 201207997 控制1C)。 在圖1 4 A中，第一掃描線驅動電路5 3 0 2、第二掃描線 驅動電路53〇3及信號線驅動電路5 3 04形成於畫素部5 3 0 1形 成處之基板5 3 0 0上。因此，外部提供之驅動電路等元件的 數量減少，使得可降低成本。此外，可減少基板5 3 0 〇與外 部驅動電路之間連接部（例如FPC )之數量，並可提升可 靠性或產量。 請注意，時序控制電路5 3 05供應第一掃描線驅動電路 起始信號（GSP 1 )(起始信號亦稱爲起始脈衝）及掃描線 驅動電路時脈信號（GCK1 )予第一掃描線驅動電路53 02 。而且，時序控制電路5 3 0 5供應第二掃描線驅動電路起始 信號（GSP2 )、掃描線驅動電路時脈信號（GCK2 )等予 第二掃描線驅動電路53 03。 此外，時序控制電路5 3 05供應信號線驅動電路起始信 號（S SP )、信號線驅動電路時脈信號（SCK )、視訊信 號資料（DATA，亦簡稱爲視訊信號）、閂鎖信號（LAT )等予信號線驅動電路5 3 04。每一時脈信號可爲具偏移相 位之複數時脈信號，或可連同經由反相時脈信號所獲得之 信號（CKB ) —起供應。請注意，可省略第一掃描線驅動 電路5302及弟—掃描線驅動電路5303其中之一。 圖HB描繪一種結構，其中具較低驅動頻率之電路（ 例如第一掃描線驅動電路5 302及第二掃描線驅動電路5 3 03 )係形成於畫素部5 3 0 1形成處之基板5 3 0 0上，及信號線驅 動電路5 3 0 4係形成於與畫素部5 3 〇丨形成處之基板5 3 〇 〇不同 -33- 201207997 之基板上。基此結構，若使用場效移動性極低之電晶體’ ―些驅動電路可形成於畫素部53 0 1形成處之基板5300上。 因而，可達成成本降低及改進產量等。 其次，將參照圖15A及15B描述η通道電晶體構成之信 號線驅動電路的結構及作業範例。 信號線驅動電路包括移位暫存器5 601及開關電路5 602 «開關電路5602係由開關電路5602_1至5602_N ( Ν爲自然 數）構成。開關電路5602_1至5 602_Ν各由電晶體5603_1至 5 603_k ( k爲自然數）構成。此處，電晶體5603_1至 5603 _k爲n通道電晶體。 信號線驅動電路中連接關係係經由使用開關電路 5 602_1做爲範例而予描述。電晶體5603_1至5603_k之第一 端子分別連接至布線5604_1至5604_k。電晶體5603_1至 5 603_k之第二端子分別連接至信號線S1至Sk。電晶體 5603_1至5 603_k之閘極連接至布線5 605_1。 移位暫存器5 60 1具有經由連續輸出Η位準信號（亦稱 爲Η信號或高電源電位位準信號）予布線5 605_1至5605_Ν ，而連續選擇開關電路5602_1至5 602_Ν2功能。 開關電路5602_1具有控制布線5604_1至5604_k與信號 線S 1至Sk之間導通狀態（第一端子與第二端子之間電氣連 續性）之功能，即，控制布線5 6 0 4_ 1至5 6 0 4_k之電位是否 供應予信號線S 1至Sk之功能。以此方式，開關電路5 602_1 做爲選擇器。此外，電晶體5 603_1至5 603_k具有分別控制 布線5604_1至5604_k與信號線S1至Sk之間導通狀態之功能 -34- 201207997 ，即，分別控制布線5 6 Ο 4 _ 1至5 6 0 4 — k之電位是否供應予信 號線S1至Sk之功能。以此方式，每一電晶體5 603 — 1至 56〇3_k做爲開關。 視訊信號資料（D A T A )被輸入至每一布線5 6 0 4_ 1至 56〇4_k。視訊信號資料（DATA )通常爲相應於影像資料 或影像信號之類比信號。 其次，參照圖1 5 B中時序圖描述圖1 5 A中信號線驅動電 路之作業。圖15B描繪信號Sout_l至Sout_N及信號Vdata_l 至Vdata_k之範例。信號Sout_l至3〇111_\爲從移位暫存器 5601輸出之信號範例。信號Vdata_l至Vdata_k爲輸入至布 線5604_1至5604_k之信號範例。請注意，顯示裝置中信號 線驅動電路之一作業期間相應於一閘極選擇期間。例如， 一閘極選擇期間被劃分爲期間T1至TN。每一期間T 1至TN 爲將視訊信號資料（DATA )寫入屬於所選擇列之畫素的 期間。 請注意，本實施例中圖式之信號波形失真等有時是爲 求簡化而予誇張。因此，本實施例不需侷限於圖式中所描 繪之比例尺。 在期間T1至TN中，移位暫存器5 60 1連續輸出Η位準信 號至布線5 6 0 5 _ 1至5 6 0 5 _Ν。例如，在期間Τ 1，移位暫存器 5 60 1輸出高位準信號至布線wosj。那時，電晶體5603^ 至5603_k被開啓，使得布線信號線31至 Sk被導通。接著’資料（si )至資料（Sk )分別被輸入布 線5604—1至5604 —k。資料（S1 )至資料（sk )經由電晶體 -35- 201207997 5603_1至5603_k分別被寫入所選擇列中第一至第k行之畫 素。以此方式，在期間T1至TN中，視訊信號資料（DATA )連續以k行被寫入所選擇列中之畫素。 如上述，視訊信號資料（DATA )以複數行被寫入畫 素’藉此可減少視訊信號資料（DATA )之數量或布線之 數量。因此’可減少具外部電路之連接的數量。此外，當 視訊信號以複數行被寫入畫素時，寫入時間可以延長；因 而，可避免視訊信號的不充分寫入。 請注意’任何由實施例1及2中電晶體構成之電路可用 於移位暫存器5601及開關電路5602。在此狀況下，移位暫 存器5601可僅由單極電晶體構成。 其次’將描述掃描線驅動電路之結構。掃描線驅動電 路包括移位暫存器。此外，掃描線驅動電路有時可包括位 準移位器、緩衝器等。在掃描線驅動電路中，時脈信號（ CLK )及起始脈衝信號（SP )被輸入至移位暫存器，使得 產生選擇信號。所產生之選擇信號經由緩衝器而被緩衝及 放大，且結果信號被供應予相應掃描線。一線之畫素中電 晶體的閘極電極被連接至掃描線。由於一線之畫素中電晶 體必須同時被開啓，故使用可供應大電流之緩衝器。 參照圖16A至16D、圖17A及17B描述移位暫存器之一 實施例，其用於掃描線驅動電路及/或信號線驅動電路。 移位暫存器包括第一至第N脈衝輸出電路1〇_1至1〇_Ν (N爲大於或等於3之自然數）（參照圖16A)。在移位暫 存器中，第一時脈信號CK1、第二時脈信號CK2、第三時 -36- 201207997 脈信號c Κ 3及第四時脈信號c κ 4分別從第一布線1 1、第二 布線1 2、第三布線1 3及第四布線丨4供應予第一至第ν脈衝 輸出電路1〇_】至1〇_Ν。 起始脈衝S Ρ 1 (第一起始脈衝）從第五布線丨5輸入至 第一脈衝輸出電路1 〇_ 1。來自先前級之脈衝輸出電路的信 號（該信號稱爲先前級信號OUT ( η-1 ))，輸入至第二或 後續級之第η脈衝輸出電路1 〇_η ( „爲大於或等於2並小於 或等於Ν之自然數）。 來自下一級之後級之第三脈衝輸出電路1 〇_3的信號， 輸入至第一脈衝輸出電路1 0_ 1。以類似方式，來自下一級 之後級之第（η + 2 )脈衝輸出電路1 〇_ ( η + 2 )的信號（該 信號稱爲後續級信號OUT ( η + 2 ))，輸入至第二或後續 級之第η脈衝輸出電路1 〇_η。 因而，各級之脈衝輸出電路輸出將輸入至後續級之脈 衝輸出電路及/或先前級之脈衝輸出電路的第一輸出信號 (OUT ( 1 ) (SR)至 〇UT(N) (SR))，及將輸入至不 同電路等的第二輸出信號（OUT ( 1 )至OUT ( N))。請 注意’如圖16A中所描繪，由於後續級信號OUT ( η + 2 )未 輸入至移位暫存器之最後兩級，第二起始脈衝SP2及第三 起始脈衝SP3例如可分別附加輸入至最後級之前級及最後 級。 請注意，時脈信號（CK )爲一種信號，在Η位準與L 位準（亦稱爲L信號或低電源電位位準信號）之間以規律 間隔交替。此處，第一時脈信號（CK 1 )至第四時脈信號 -37- 201207997 (CK4 )連續延遲1/4週期。在本實施例中，脈衝輸出電路 之驅動係以第一至第四時脈信號（CK1 )至（CK4 )控制 。請注意，時脈信號有時亦稱爲GCK或SCK，取決於時脈 信號輸入哪一驅動電路；在下列描述中，時脈信號稱爲CK 〇 第一輸入端子21、第二輸入端子22及第三輸入端子23 電性連接至第一至第四布線1 1至1 4之任一。例如，在圖 16 A之第一脈衝輸出電路10_1中，第一輸入端子21電性連 接至第一布線1 1，第二輸入端子22電性連接至第二布線1 2 ，及第三輸入端子23電性連接至第三布線1 3。在第二脈衝 輸出電路1 〇_2中，第一輸入端子2 1電性連接至第二布線1 2 ’第二輸入端子22電性連接至第三布線13，及第三輸入端 子2 3電性連接至第四布線1 4。 第一至第N脈衝輸出電路10_1至1〇_Ν*假定各包括第 —輸入端子21、第二輸入端子22、第三輸入端子23、第四 輸入端子24、第五輸入端子25、第一輸出端子26及第二輸 出端子27 (參照圖16B )。 在第一脈衝輸出電路10_1中，第一時脈信號CK1被輸 入至第一輸入端子21;第二時脈信號CK2被輸入至第二輸 入端子22;第三時脈信號CK3被輸入至第三輸入端子23; 起始脈衝被輸入至第四輸入端子2 4 ;後續級信號〇U T ( 3 )被輸入至第五輸入端子25;第一輸出端子26輸出第一輸 出信號〇UT(l) (SR);第二輸出端子27輸出第二輸出 信號 OUT ( 1 )。 -38- 201207997 在第一至第N脈衝輸出電路10_1至10_N*，除了具有 三端子之電晶體外，可使用具有四端子之電晶體2 8 (參照 圖1 6C )。請注意，在本說明書中，當電晶體具有兩閘極 電極，且其間具半導體層時，半導體層下方之閘極電極稱 爲下閘極電極，而半導體層上方之閘極電極稱爲上閘極電 極。電晶體28爲一元件，可基於輸入至下閘極電極之第一 控制信號G 1及輸入至上閘極電極之第二控制信號G2，執 行IN端子與OUT端子之間的電氣控制。 當氧化物半導體用於電晶體中包括通道形成區之半導 體層時，閾値電壓有時以正或負方向偏移，取決於製造程 序。爲此原因，氧化物半導體用於包括通道形成區之半導 體層的電晶體較佳地具有一種結構，基此而可控制閾値電 壓。閘極電極可設於圖16C中電晶體28之通道形成區之上 或之下，其間並具閘極絕緣層。經由控制上閘極電極及/ 或下閘極電極之電位，可將閾値電壓控制爲所需値。 其次，將參照圖1 6D描述脈衝輸出電路之特定電路組 態範例。 圖1 6D中所描繪之脈衝輸出電路包括第一至第十三電 晶體31至43。第一至第十三電晶體31至43連接至第一至第 五輸入端子21至25、第一輸出端子26、第二輸出端子27、 供應第一高電源電位V D D之電源線5 1、供應第二高電源電 位VCC之電源線52、及供應低電源電位VSS之電源線53。 除了第一至第五輸入师5子21至25、第一輸出端子26及第二 輸出端子2 7外，信號或電源電位從供應第一高電源電位 -39- 201207997 V D D之電源線5 1、供應第二高電源電位V C C之電源線5 2、 及供應低電源電位V S S之電源線5 3供應予第一至第十三電 晶體31至43。 圖1 6D中電源線之電源電位的關係如下：第一電源電 位VDD高於或等於第二電源電位VCC，及第二電源電位 VCC高於第三電源電位VSS。請注意，第一至第四時脈信 號（CK1)至（CK4)各於Η位準與L位準之間以規律間隔 交替；例如，Η位準時脈信號爲VDD及L位準時脈信號爲 VSS。 經由使電源線5 1之電位V D D高於電源線5 2之電位V C C ，可降低應用於電晶體閘極電極之電位，可減少電晶體閩 値電壓偏移，及可抑制電晶體惡化，而對電晶體作業無不 利影響。 如圖16D中所描繪，圖16C中具四端子之電晶體28較佳 地用做第一至第十三電晶體31至43中每一第一電晶體31及 第六至第九電晶體36至39。 做爲每一第一電晶體31及第六至第九電晶體36至39之 源極或汲極的一電極所連接之節點的電位，需以每一第一 電晶體31及第六至第九電晶體36至3 9之閘極電極的控制信 號切換。此外，由於對於輸入至閘極電極之控制信號的響 應快速（開啓狀態電流上升急遽），第一電晶體3 1及第六 至第九電晶體36至3 9各較佳地減少脈衝輸出電路之故障。 因而，經由使用具四端子之電晶體，可控制閩値電壓，並 可進一步減少脈衝輸出電路之故障。請注意，在圖16D中 -40- 201207997 ，第一控制信號G 1及第二控制信號G2爲相同控制信號； 然而，可輸入不冋控制伯虛。 在圖1 6D中，第一電晶體3 1之第一端子電性連接至電 源線51，第一電晶體31之第一端子電性連接至第九電晶體 39之第一端子，及第一電晶體31之閘極電極（下閘極電極 及上閘極電極）電性連接至第四輸入端子24。 第二電晶體3 2之第一端子電性連接至電源線5 3 ’第二 電晶體32之第二端子電性連接至第九電晶體39之第一端子 ，及第二電晶體3 2之閘極電極電性連接至第四電晶體3 4之 閘極電極。 第三電晶體33之第一端子電性連接至第一輸入端子21 ，及第三電晶體33之第二端子電性連接至第一輸出端子26 〇 第四電晶體3 4之第一端子電性連接至電源線5 3，及第 四電晶體34之第二端子電性連接至第一輸出端子26。 第五電晶體3 5之第一端子電性連接至電源線5 3，第五 電晶體35之第二端子電性連接至第二電晶體32之閘極電極 及第四電晶體3 4之閘極電極，及第五電晶體3 5之閘極電極 電性連接至第四輸入端子24。 第六電晶體3 6之第一端子電性連接至電源線5 2，第六 電晶體3 6之第二端子電性連接至第二電晶體3 2之閘極電極 及第四電晶體3 4之閘極電極，及第六電晶體3 6之閘極電極 (下閘極電極及上閘極電極）電性連接至第五輸入端子2 5 • 41 - 201207997 第七電晶體3 7之第一端子電性連接至電源線5 2，第七 電晶體37之第二端子電性連接至第八電晶體38之第二端子 ，及第七電晶體3 7之閘極電極（下閘極電極及上閘極電極 )電性連接至第三輸入端子23。 第八電晶體3 8之第一端子電性連接至第二電晶體3 2之 閘極電極及第四電晶體34之閘極電極，及第八電晶體38之 閘極電極（下閘極電極及上閘極電極）電性連接至第二輸 入端子22。 第九電晶體39之第一端子電性連接至第一電晶體31之 第二端子及第二電晶體32之第二端子，第九電晶體39之第 二端子電性連接至第三電晶體3 3之閘極電極及第十電晶體 4 0之閘極電極，及第九電晶體3 9之閘極電極（下閘極電極 及上閘極電極）電性連接至電源線52。 第十電晶體40之第一端子電性連接至第一輸入端子21 ，第十電晶體4〇之第二端子電性連接至第二輸出端子27, 及第十電晶體40之閘極電極電性連接至第九電晶體39之第 二端子。 第十一電晶體4 1之第一端子電性連接至電源線53，第 十一電晶體41之第二端子電性連接至第二輸出端子27,及 第十一電晶體4 1之閘極電極電性連接至第二電晶體3 2之閘 極電極及第四電晶體34之閘極電極。 第十二電晶體42之第一端子電性連接至電源線53，第 十二電晶體42之第二端子電性連接至第二輸出端子27，及 第十二電晶體42之閘極電極電性連接至第七電晶體3 7之閘 -42- 201207997 極電極（下閘極電極及上閘極電極）。 第十三電晶體43之第一端子電性連接至電源線53，第 十三電晶體43之第二端子電性連接至第一輸出端子26，及 第十三電晶體43之閘極電極電性連接至第七電晶體3 7之閘 極電極（下閘極電極及上閘極電極）。 在圖16D中，第三電晶體33之閘極電極、第十電晶體 40之閘極電極及第九電晶體39之第二端子相連接部分稱爲 節點A。此外，第二電晶體3 2之閘極電極、第四電晶體3 4 之閘極電極、第五電晶體35之第二端子、第六電晶體36之 第二端子、第八電晶體38之第一端子及第十一電晶體41之 閘極電極相連接部分稱爲節點B (參照圖1 7 A )。 圖17A描繪若圖16D中所描繪之脈衝輸出電路應用於 第一脈衝輸出電路1〇_1，輸入至第一至第五輸入端子21至 25和第一及第二輸出端子26及27或自其輸出之信號。

具體地’第一時脈信號CK 1輸入至第一輸入端子2 1 ; 第二時脈信號CK2輸入至第二輸入端子22 :第三時脈信號 CK3輸入至第三輸入端子23;起始脈衝（SP1)輸入至第 四輸入端子24 ;後續級信號OUT (3)輸入至第五輸入端 子25 ;第一輸出端子26輸出第一輸出信號OUT ( 1) ( SR );及第二輸出端子27輸出第二輸出信號OUT (1)。 請注意，電晶體爲具有閘極、汲極及源極之至少三端 子的元件’其中通道區形成於汲極區與源極區之間，且電 流可流經汲極區、通道區及源極區。此處，由於電晶體之 源極及汲極可依據電晶體之結構、作業狀況等而改變，難 -43- 201207997 以定義何者爲源極或汲極。因此，做爲源極或汲極之區有 時不稱爲源極或汲極。在此狀況下，例如，該等區可稱爲 第一端子及第二端子。 請注意，在圖1 7 A中，可附加提供經由將節點A帶入 浮動狀態而執行引導作業之電容器。而且，可附加提供具 有一電性連接至節點B之電極的電容器，以保持節點B之電 位。 圖〗7B描繪包括圖1 7A中所描繪之複數脈衝輸出電路的 移位暫存器之時序圖。請注意，當移位暫存器爲掃描線驅 動電路之一時，圖1 7 B中期間6 1相應於垂直折回期間，及 期間62相應於閘極選擇期間。 請注意，第九電晶體3 9之配置，其中如圖1 7 A中所描 繪第二電源電位VCC應用於閘極電極，於引導作業之前及 之後具有下列優點。 無其中第二電源電位VCC應用於閘極電極之第九電晶 體39，若節點A之電位經由引導作業而上升，第一電晶體 31之第二端子的源極之電位便上升至高於第一電源電位 VDD之値。接著，第一電晶體31之源極被切換爲第一端子 ，即電源線5 1側之端子。因此，在第一電晶體3 1中，應用 高偏壓，因而顯著壓力便施予閘極與源極之間及閘極與汲 極之間，此可能造成電晶體惡化》 另一方面，具有其中第二電源電位VCC應用於閘極電 極之第九電晶體39，可避免第一電晶體31之第二端子的電 位上升，同時節點A之電位經由引導作業而上升。換言之 -44 - 201207997 ，第九電晶體3 9之配置可降低施予第一電晶體3 1之閘極與 源極之間的負偏壓位準。因而’本實施例中電路組態可減 少第一電晶體3 1之閘極與源極之間的負偏壓，使得可抑制 因壓力造成之第一電晶體3 1惡化。 請注意，可提供第九電晶體39，使得第九電晶體39之 第一端子及第二端子連接於第一電晶體31之第二端子與第 三電晶體3 3之閘極之間。請注意，若信號線驅動電路中包 括本實施例之複數脈衝輸出電路的移位暫存器，具有較掃 描線驅動電路更多級，便可省略第九電晶體3 9，此乃電晶 體數量減少之優點。 請注意，氧化物半導體用於第一至第十三電晶體31至 43中每一之半導體層，藉此可減少電晶體之關閉狀態電流 ，及可提升開啓狀態電流及場效移動性。因此，可減少電 晶體的惡化程度，因而減少電路故障。此外，經由應用高 電位予閘極電極，使用氧化物半導體之電晶體的惡化程度 ，與使用非結晶矽之電晶體類似。因此，當第一電源電位 VDD供應予被供應第二電源電位VCC之電源線時，可獲得 類似作業，且設於電路之間之電源線數量可減少；因而， 電路尺寸可減少。 請注意，當連接關係改變，使得從第三輸入端子23供 應予第七電晶體3 7之閘極電極（下閘極電極及上閘極電極 )的時脈信號，及從第二輸入端子22供應予第八電晶體3 8 之閘極電極（下閘極電極及上閘極電極）的時脈信號，分 別從第二輸入端子22及第三輸入端子23供應，而獲得類似 -45 - 201207997 功能。 在圖〗7A所描繪之移位暫存器中，第七電晶體37及第 八電晶體38的狀態改變，使得第七電晶體37及第八電晶體 38爲開啓’接著第七電晶體37爲關閉及第八電晶體38爲開 啓’及接著第七電晶體37及第八電晶體38爲關閉；因而， 經由第七電晶體3 7之閘極電極電位下降，及第八電晶體3 8 之閘極電極電位下降，由於第二輸入端子22及第三輸入端 子23之電位下降，兩度造成節點B電位下降。 另一方面’在圖17A所描繪之移位暫存器中，當第七 電晶體37及第八電晶體38的狀態改變，使得第七電晶體37 及第八電晶體3 8爲開啓，接著第七電晶體3 7爲開啓及第八 電晶體38爲關閉’及接著第七電晶體37及第八電晶體38爲 關閉’由於第二輸入端子22及第三輸入端子23之電位下降 而造成節點B電位下降，僅發生一次，其係由第八電晶體 3 8之閘極電極電位下降造成。 因此，下列連接關係較佳，其中時脈信號CK3係由第 三輸入端子2 3供應予第七電晶體3 7之閘極電極（下閘極電 極及上閘極電極），及時脈信號CK2係由第二輸入端子22 供應予第八電晶體38之閘極電極（下鬧極電極及上閘極電 極）。這是因爲節點B之電位的改變次數減少，藉此可減 少雜訊。 以此方式，於第一輸出端子26及第二輸出端子27之電 位保持在L位準期間，Η位準信號規律地供應予節點b ;因 而，可抑制脈衝輸出電路故障。 -46- 201207997 B靑注意，本貫施例中所描述之結構可用於酌情與其他 實施例中所描述之任何結構相組合。 (實施例4 ) 在本實施例中，將描述具顯示功能之顯示裝置，其係 使用畫素部及驅動電路中實施例1及2所描述之電晶體予以 形成。 顯示裝置包括顯示元件。有關顯示元件，可使用液晶 元件（亦稱爲液晶顯示元件）或發光元件（亦稱爲發光顯 示元件）。在其種類中發光元件包括經由電流或電壓控制 亮度之元件，具體地在其種類中包括無機電致發光（EL ) 元件、有機EL元件等。再者，可使用諸如電子墨水之顯示 媒體，其對比係經由電效應而改變。 請注意，本說明書中顯示裝置係指影像顯示裝置、顯 示裝置或光源（包括發光裝置）。此外，在其種類中顯示 裝置包括下列模組：包括諸如軟性印刷電路（FPC )之連 接器的模組；磁帶自動黏接（TAB)磁帶；具有TAB磁帶 之模組，其經提供而於其末端具有印刷布線板；及具有積 體電路（1C )之模組，其係經由將芯片安裝於玻璃（COG )法而直接安裝於顯示元件上。 在本實施例中，參照圖20A1、20A2及20B描述半導體 裝置之一實施例之液晶顯示面板的外觀及截面。圖20 A 1及 2 0 A 2爲液晶顯示面板俯視平面圖。圖2 0 B爲沿圖2 0 A 1及 20A2中M-N之截面圖。液晶顯示面板具有一種結構，其中 -47- 201207997 液晶元件401 3以密封劑4〇0 5密封於具各包括氧化物半導體 層之電晶體4010及4011的第一基板4〇01與第二基板4〇06之 間。 提供密封劑4005以便環繞設於第一基板400 1上之畫素 部4002及掃描線驅動電路4004。第—基板4006係設於畫素 部4002及掃描線驅動電路4004之上。因此，畫素部4002及 掃描線驅動電路4004經由第一基板400 1、密封劑4005及第 二基板4006而與液晶層4008密封在一起。使用單晶半導體 或多晶半導體形成之信號線驅動電路4003係安裝於第一基 板4001上與密封劑4005所環繞之區域不同之區域。 請注意，對於分別形成之驅動電路的連接方法並無特 別限制，可使用COG法、引線鏈合法、TAB法等。圖2〇Α1 描繪一範例，其中信號線驅動電路4003係經由COG法安裝 。圖20A2描繪一範例，其中信號線驅動電路4003係經由 TAB法安裝》 提供於第一基板4001上之畫素部4002及掃描線驅動電 路4004包括複數電晶體。圖20B描繪包括於畫素部4002中 之薄膜電晶體4010，及包括於掃描線驅動電路4004中之電 晶體401 1，做爲範例。絕緣層4020及402 1係提供於電晶體 40 10之上，及絕緣層4020係提供於電晶體4011之上。 實施例1及2中所描述包括氧化物半導體層的任何高度 可靠電晶體，均可用做電晶體4010及4011。在本實施例中 ，電晶體4010及4011爲n-通道電晶體。 導電層4040係提供於與用於驅動電路之電晶體401 1中 -48- 201207997 氧化物半導體層的通道形成區重疊之部分絕緣層4044之上 。導電層4040係提供於與氧化物半導體層的通道形成區重 疊之位置，藉此可降低BT試驗前後之間電晶體40 1 1之閾値 電壓的改變量。導電層4040之電位可與電晶體401 1之閘極 電極層的電位相同，藉此導電層4040可做爲第二閘極電極 層。另一方面，導電層4040可賦予不同於電晶體401 1之閘 極電極層電位之電位。仍另一方面，導電層4040之電位可 爲接地（GND) 、0 V，或導電層4〇40可處於浮動狀態。 液晶元件401 3中所包括之畫素電極層4030電性連接至 電晶體4010。液晶元件40 13之相對電極層403 1係形成於第 二基板4006上。畫素電極層4030、相對電極層4031及液晶 層4008彼此重疊之部分，相應於液晶元件4013。畫素電極 層403 0及相對電極層403 1經提供而分別具有做爲校準膜之 絕緣層4 0 3 2及絕緣層4 0 3 3。請注意，儘管未描繪，爐色器 可提供於第一基板400 1側或第二基板4006側。 請注意，玻璃、陶瓷或塑料可用做第一基板400 1及第 二基板4006。有關塑料，可使用強化玻璃纖維塑料（FRP )板、聚氯乙烯（PVF )膜、聚脂膜或丙烯酸樹脂膜。另 —方面，可使用薄片結構，其中鋁箔夾於PVF膜、聚脂膜 等之間。 提供柱狀隔板403 5以控制液晶層4008之厚度（格間距 )。柱狀隔板403 5係經由選擇蝕刻絕緣膜而予獲得。另一 方面，可使用球形隔板。 相對電極層403 1電性連接至形成於電晶體40 1 0形成處 -49- 201207997 之基板上的共同電位線。經由配置於使用共同連接部的一 對基板之間的導電粒子，相對電極層403 1及共同電位線可 彼此電性連接。請注意，導電粒子係包括於密封劑4005中 〇 另一方面，可使用展現不需校準膜之藍相的液晶。藍 相爲一種液晶相位，其產生於膽固醇相改變爲各向同性相 ，同時膽固醇液晶之溫度增加之前。因爲藍相僅產生於窄 的溫度範圍內，爲改善溫度範圍，將包含5 wt%或更高之 手性劑的液晶成分用於液晶層4008。包括展現藍相之液晶 及手性劑的液晶成分具有10 //sec至100 // sec之短暫回 應時間，並爲光學各向同性；因而，不需校準處理且視角 相依性小。請注意，若使用藍相，本發明之實施例不侷限 於圖20A1、20A2及20B中結構，而是可使用所謂水平電場 模式之結構，其中相應於相對電極層4 0 3 1之電極層形成於 畫素電極層40 3 0形成之基板側之上。 請注意，本實施例爲透射液晶顯示裝置之範例，亦可 應用於反射液晶顯示裝置及半透射液晶顯示裝置。 在依據本實施例之液晶顯示裝置的範例中，偏光板係 提供於基板的外部表面（在觀看者側），而著色層及用於 顯示元件之電極層係連續提供於基板的內部表面；另一方 面，偏光板可提供於基板的內部表面。偏光板及著色層的 層級結構並不侷限於在本實施例中，可依據偏光板及著色 層之材料或製造程序狀況而適當設定。此外，可提供做爲 黑矩陣的阻光膜。 -50- 201207997 在本實施例中，爲減少由於電晶體之表面粗糙，及改 進可靠性，電晶體被覆蓋做爲保護膜及平面化絕緣膜之絕 緣層（絕緣層4020及402 1 )。請注意，提供保護膜以避免 存在於空氣中之污染雜質進入，諸如有機物質、金屬及濕 氣，較佳地爲密集膜。保護膜可使用矽氧化物膜、矽氮化 物膜、矽氮氧化合物膜、矽氮化物氧化物膜、鋁氧化物膜 、鋁氮化物膜、鋁氮氧化合物膜及鋁氮化物氧化物膜中任 一項予以形成而具單層結構或層級結構。儘管本實施例描 述以噴濺法形成保護膜之範例，但可使用任何其他方法。 在本實施例中，形成具有層級結構之絕緣層4020做爲 保護膜。此處’以噴灘法形成矽氧化物膜，做爲絕緣層 4〇2〇之第一層。使用矽氧化物膜做爲保護膜具有避免用做 源極及汲極電極層之鋁膜凸起的效果。 此外，以噴濺法形成矽氮化物膜做爲保護膜之第二層 。使用矽氮化物膜做爲保護膜可避免鈉等移動離子進入半 導體區’使得可抑制電晶體之電氣特性變化。 在保護膜形成之後，可執行氧化物半導體層之退火（ 從300°C至400°C)。 形成絕緣層4021做爲平面化絕緣膜。絕緣層4021可使 用耐熱有機材料予以形成，諸如丙烯酸樹脂、聚醯亞胺、 苯並環丁烯樹脂、聚醯胺或環氧樹脂。除了該等有機材料 外’亦可使用低介電常數材料（低k材料）、矽氧烷基樹 脂、磷矽酸玻璃（PSG)、摻雜硼磷的矽玻璃（BPSG)等 。請注意’絕緣層4〇2 1可經由堆疊使用任—該些材料形成 -51 - 201207997 之複數絕緣膜予以形成。 請注意，矽氧烷基樹脂爲包括使用矽氧烷基材料做爲 啓動材料所形成Si-o-Si鍵之樹脂。矽氧烷基樹脂可包括有 機基（例如烷基或芳基）或氟基，做爲取代基。此外，有 機基可包括氟基。 形成絕緣層402 1之方法並無特別限制，並可依據材料 而使用下列方法或裝置：方法諸如噴濺法、SOG法、旋塗 法、浸漬法、噴塗法或液低釋放法（例如噴墨法、網印或 膠印），或工具諸如刮膠刀、擠膠滾筒、簾式塗料器、刮 刀塗布機等。若使用液體材料形成絕緣層402 1，可以與烘 烤步驟相同時間執行氧化物半導體層之退火（300°C至 400°C )。絕緣層402 1之烘烤步驟亦做爲氧化物半導體層 之退火，藉此減少步驟。 畫素電極層4030及相對電極層4031可使用透光導電材 料予以形成，諸如包含鎢氧化物之銦氧化物、包含鎢氧化 物之銦鋅氧化物、包含鈦氧化物之銦氧化物、包含鈦氧化 物之銦錫氧化物、銦錫氧化物、銦鋅氧化物或添加矽氧化 物之銦錫氧化物。 另一方面，包含導電高分子（亦稱爲導電聚合物）之 導電成分可用於畫素電極層4030及相對電極層4031。使用 導電成分形成之畫素電極較佳地具有低於或等於每平方 10000歐姆之片阻抗，及於550 run波長下大於或等於7〇%之 透光率。此外，導電成分中所包含之導電高分子的電阻係 數較佳地低於或等於Ο.ΙΩ-cm。 -52- 201207997 有關導電高分子，可使用所謂π-電子共軛導電聚合物 。範例爲聚苯胺及其衍生物；聚吡咯及其衍生物；聚噻吩 及其衍生物；及二或更多該類材料之共聚物等。 此外，各類信號及電位供應予個別形成之信號線驅動 電路4003、掃描線驅動電路4004或來自FPC 4018之畫素部 4002 ° 在本實施例中，使用與液晶元件40 1 3中所包括之畫素 電極層4030相同導電膜形成連接終端電極4015。使用與電 晶體40 1 0及電晶體40 1 1之源極及汲極電極層相同導電膜形 成終端電極4 0 1 6。 連接終端電極4 〇 1 5經由各向異性導電膜4 0 1 9電性連接 至FPC 4018中所包括之端子。 請注意，圖20Α1、20Α2及20Β描繪範例，其中信號線 驅動電路4003安裝於第一基板4001上；然而，本實施例並 不侷限於此結構。可安裝僅部分掃描線驅動電路及部分信 號線驅動電路或部分掃描線驅動電路。 圖2 1描繪液晶顯示模組之範例，其係使用基板2600予 以形成，其上形成實施例1及2中所描述之電晶體。 圖2 1描繪液晶顯示模組之範例，其中基板2600及相對 基板2601係以密封劑2602而彼此固定，且包括電晶體等之 畫素部2603、包括液晶層之顯示元件2604及著色層2605係 提供於基板之間，以形成顯示區。著色層2605需要執行顏 色顯示。在紅綠藍（RGB )系統中，相應於紅色、綠色及 藍色之著色層提供用於畫素。偏光板2606、2607及擴散板 -53- 201207997 2613提供於基板2600及相對基板260 1外部。光源包括冷陰 極管2 6 1 0及反射板2 6 1 1。電路板2 6 1 2經由軟性布線板2 6 0 9 連接至基板2600之布線電路部2608，及包括外部電路，諸 如控制電路或電源電路。偏光板及液晶層可以其間之延遲 板進行堆疊。 對液晶顯示模組而言，可使用扭轉向列（TN )模式、 平面方向切換（IPS)模式、邊緣場切換（FFS)模式、多 區域垂直排列（MVA)模式、圖像垂直調整（PVA)模式 、軸對稱排列微型格（A S Μ )模式、光學補償雙折射（ OCB )模式、鐵電液晶（FLC )模式、反電液晶（AFLC ) 模式等。 經由上述步驟，可形成高度可靠液晶顯示面板。 請注意，本實施例中所描述之結構可用於酌情與其他 實施例中所描述之任何結構相組合。 (實施例5 ) 在本實施例中，將描述電子紙做爲應用實施例1及2中 所描述之電晶體的顯示裝置範例。 圖13描繪主動式矩陣電子紙做爲顯示裝置之範例。實 施例1及2中所描述之電晶體可用做用於顯示裝置之電晶體 581 〇 圖1 3中電子紙爲使用扭球顯示系統之顯示裝置範例。 扭球顯示系統係指一種方法，其中染成黑色及白色的每___ 球形粒子配置於第一電極層及第二電極層之間，並於第〜 -54- 201207997 電極層及第二電極層之間產生電位差，以控制球形粒子之 方向，而實施顯示。 電晶體5 8 1爲底閘電晶體，且電晶體5 8 1之源極電極層 或汲極電極層經由絕緣層5 8 3、5 8 4及5 8 5中形成之開口電 性連接至第一電極層5 8 7。球形粒子589係提供於第一電極 層5 8 7及第二電極層5 8 8之間。每一球形粒子5 8 9包括黑區 590a、白區59 Ob及塡充液體環繞黑區590a及白區590b之腔 室5 9 4。圍繞球形粒子5 8 9之空間塡注諸如樹脂之塡充劑 595(參照圖I3)。在本實施例中，第一電極層587相應於 畫素電極，且第二電極層588相應於共同電極。第二電極 層5 8 8電性連接至電晶體5 8 1形成處之底座上提供之共同電 位線。 另一方面，可使用電泳元件取代扭球。使用具有約1 〇 μηι至200 μηι直徑之微膠囊，其中透明液體、正向充電之 白色微粒子及負向充電之黑色微粒子均裝入膠囊。在第一 電極層及第二電極層之間所提供之微膠囊中，當第一電極 層及第二電極層應用電場時，白色微粒子及黑色微粒子以 相對方向移動，使得可顯示白色或黑色。使用此原理之顯 示元件爲電泳顯示元件，而包括電泳顯示元件之裝置一般 稱爲電子紙。電泳顯示元件具有高於液晶顯示元件之反射 係數；因而不需要輔助光，電力消耗低，且可於黑暗處識 別顯示部。此外，當供應予顯示部之電力不足時，可維持 已顯示之影像。因此，若具有顯示功能之顯示裝置（此亦 稱爲半導體裝置或具顯示裝置之半導體裝置）迴避電波源 -55- 201207997 時，可儲存已顯示之影像。 請注意，本實施例中所描述之結構可用於酌情與其他 實施例中所描述之任何結構相組合^ (實施例6 ) 在本實施例中，將描述做爲包括應用實施例1及2中所 描述之電晶體的顯示裝置之發光顯示裝置範例。有關顯示 裝置中所包括之顯示元件，此處描述使用電致發光之發光 元件。使用電致發光之發光元件係依據發光材料爲有機化 合物或無機化合物予以分類。通常，前者稱爲有機EL元件 ，後者稱爲無機EL元件。 在有機EL元件中，經由將電壓施予發光元件，電子及 電洞分別自一對電極注入包含發光有機化合物之層中，且 電流流動。載子（電子及電洞）重新組合，因而發光有機 化合物被激勵》發光有機化合物從被激勵狀態返回至接地 狀態，藉此發光。由於該等機構，此發光元件稱爲電流激 勵發光元件。 無機EL元件依據其元件結構而區分爲分散型無機EL 元件及薄膜無機EL元件。分散型無機EL元件具有發光層 ，其中發光材料之粒子分散於黏合劑中，且其發光機構爲 使用供體位準及受體位準之供體-受體重組型發光。薄膜 無機EL元件具有一結構，其中發光層插入於電介質層之間 ，電介質層進一步插入於電極之間，且其發光機構爲使用 金屬離子之內殻層電子躍遷的侷限型發光。 -56- 201207997 請注意，此處描述做爲發光元件之有機EL元件範例° 圖1 8描繪可施予數字鐘灰階驅動之畫素結構範例。 描述可施予數字鐘灰階驅動之畫素的結構及作業。此 處，所描述之範例其中一畫素包括兩個η-通道電晶體’名· 爲實施例1及2中所描述，且各包括通道形成區中氧化物半 導體層。 畫素6400包括開關電晶體6401、驅動電晶體6402、發 光元件6404及電容器6403。開關電晶體640 1之閘極連接至 掃描線6406，開關電晶體6401之第一電極（源極電極及汲 極電極之一）連接至信號線6405，及開關電晶體640 1之第 二電極（源極電極及汲極電極之另一）連接至驅動電晶體 6402之閘極。驅動電晶體6402之閘極經由電容器6403連接 至電源線6407，驅動電晶體6402的第一電極連接至電源線 6407，及驅動電晶體6402的第二電極連接至發光元件6404 之第一電極（畫素電極）。發光元件6 404之第二電極相應 於共同電極6408。共同電極6408電性連接至相同基板之上 提供之共同電位線。 發光元件6404之第二電極（共同電極6408 )設定爲低 電源電位。請注意，低電源電位爲低於設定至電源線6407 之高電源電位的電位。有關低電源電位，可使用例如接地 (GND ) 、0 V等。高電源電位及低電源電位之間電位差 施予發光元件64〇4，且電流供應予發光元件6404，使得發 光元件6404發光。此處，爲使發光元件6404發光，設定每 一電位’使得高電源電位及低電源電位之間電位差爲發光 -57- 201207997 元件6404發光所需之電壓或更高之電壓。 請注意，驅動電晶體6 4 0 2之閘極電容器可用做電容器 64 03之代用品，使得電容器6403可予省略。驅動電晶體 6 4 02之閘極電容器可形成於通道區及閘極電極之間。 若使用電壓-輸入、電壓-驅動方法，視頻信號被輸入 至驅動電晶體64〇2的閘極，使得驅動電晶體6402處於充分 開啓或關閉兩狀態之一。即，驅動電晶體6402是在線性區 作業。由於驅動電晶體6402是在線性區作業，高於電源線 6407電壓之電壓便施予驅動電晶體6402的閘極。請注意， 高於或等於（電源線+第V驅動電晶體6402之電壓）之電壓 施予信號線6405。 若執行類比灰階驅動取代數字鐘灰階驅動，便可改變 信號輸入而使用圖1 8中相同畫素組態。 若執行類比灰階驅動，高於或等於（發光元件6404 + 第V驅動電晶體64 02之向前電壓）之電壓施予驅動電晶體 6402的閘極。發光元件6404之向前電壓係指獲得所需亮度 之電壓，包括至少向前閾値電壓。藉此輸入驅動電晶體 6 4 0 2在飽和區作業之視頻信號，使得電流可供應予發光元 件6404。爲使驅動電晶體6402在飽和區作業，將電源線 6407之電位設定高於驅動電晶體6402的閘極電位。當使用 類比視頻信號時，依據視頻信號可饋送電流予發光元件 6404，並執行類比灰階驅動》 請注意，畫素結構不限於圖1 8中所描繪者。例如，開 關、電阻器、電容器、電晶體及邏輯電路等，可附加至圖 -58- 201207997 I8中所描繪之畫素。 其次，將參照圖1 9A至1 9 C描述發光元件之結構。此處 ’描繪驅動電晶體爲η通道電晶體之範例，並描述畫素之 截面結構。有關用於圖19Α至1 9 C中所描繪之顯示裝置的每 一電晶體7〇01、*7011及7〇21，可使用實施例1及2中所描述 之電晶體。 爲提取發光元件發射之光，至少陽極及陰極之一需透 光。例如，發光元件可具有頂部發射結構，其中光係經由 相對於基板側之表面予以提取；底部發射結構，其中光係 經由基板側之表面予以提取；或雙重發射結構，其中光係 經由相對於基板之表面及基板側之表面予以提取。依據本 發明之實施例的畫素結構可應用於具有任一該些發光結構 之發光元件。 其次’將參照圖1 9 Α描述具有底部發射結構之發光元 件。 圖1 9A爲畫素之截面圖，其中電晶體7〇1〗爲η通道電晶 體’且發光元件7012中產生之光發射通過第—電極7〇13。 在圖19Α中，發光元件7012之第一電極7013係形成於電性 連接至電晶體701 1之汲極層的透光導電層70丨7之上，且EL 層7014及第二電極7015係以此順序堆疊於第—電極7013。 有關透光導電層7017，可使用諸如下列各膜之透光導 電膜：包括鎢氧化物之銦氧化物、包括鎢氧化物之銦鋅氧 化物、包括鈦氧化物之銦氧化物、包括鈦氧化物之銦錫氧 化物、銦錫氧化物 '銦鋅氧化物、或添加矽氧化物之銦錫 -59- 201207997 氧化物。 任何各類材料可用於發光元件之第一電極70 1 3。例如 ，第一電極701 3較佳地使用具有極低功函數之材料形成， 諸如鹼金屬（諸如Li或Cs ):鹼土金屬（諸如Mg、Ca或Sr );包含任何鹼金屬及鹼土金屬之合金（例如Mg : Ag或 Al:Li):或稀土金屬（諸如Yb或Er)。在圖19A中，形 成第一電極70 13而具有足夠厚度而透光（較佳地，約5 nm 至30 nm)。例如，使用具20 nm厚度之鋁膜做爲第一電極 7013 ° 另一方面，可堆疊透光導電膜及鋁膜並接著選擇地蝕 刻，而形成透光導電層701 7及第一電極7013。在此狀況下 ，可使用相同抗蝕罩執行蝕刻。 第一電極701 3外邊緣部覆以分割區7019。分割區7019 之形成可使用聚酰亞胺、丙烯酸、聚酰胺、環氧樹脂等有 機樹脂膜；無機絕緣膜；或有機聚矽氧烷。若將光敏樹脂 材料用於分割區7019，形成抗蝕罩之步驟便可省略。 形成於第一電極7013及分割區7019上之EL層7014可包 括至少發光層，且係使用單層或複數層堆疊而予形成。當 EL層70 14係使用複數層形成時，電子注入層、電子傳遞層 、發光層、電洞傳遞層及電洞注入層依序堆疊於做爲陰極 之第一電極70 13之上。請注意，除了發光層外’並不需要 提供所有該些層。 堆疊順序不侷限於上述堆疊順序，且電洞注入層、電 洞傳遞層、發光層、電子傳遞層及電子注入層可依序堆疊 -60- 201207997 於做爲陽極之第一電極7013之上。然而，相較於上述範例 ’若第一電極7013做爲陰極’且電子注入層、電子傳遞層 '發光層、電洞傳遞層及電洞注入層依序堆疊於第一電極 7〇13之上，可抑制驅動電路部中電壓上升，並可減少電力 損耗。 有關形成於EL層7014上之第二電極7015，可使用各式 材料。例如，當第二電極701 5用做陽極時，較佳地使用具 有極高功函數之材料，諸如ZrN、Ti、W、Ni、Pt、Cr，或 11'〇、12〇或211〇之透光導電材料。此外，阻光膜7016爲提 供於第二電極7015之上的阻擋光之金屬、反射光之金屬等 。在本實施例中，ITO膜用做第二電極701 5及Ti膜用做阻 光膜7016。 發光元件7012相應於第一電極7013、EL層7014及第二 電極7015堆疊之區域。若爲圖19A中所描繪之元件結構， 如箭頭所示，光從發光元件7〇1 2發射至第一電極70 13側。 請注意，在圖19A中，光從發光元件70 12發射，通過 濾色器層703 3、絕緣層703 2、氧化物絕緣層703 1、閘極絕 緣層703 0及基板7010而將發射。 濾色器層7 03 3可以諸如噴墨法之液滴釋放法、印刷法 、使用光刻技術之蝕刻法等予以形成。 瀘色器層7033覆以覆膜層7034及保護絕緣層7035。請 注意，儘管所描繪之覆膜層7034具有圖19A中小厚度，但 覆膜層703 4亦具有降低濾色器層7〇33所造成不平坦之功能 。請注意，覆膜層7034可使用諸如丙烯酸樹脂之樹脂材料 -61 - 201207997 形成。 形成於氧化物絕緣層703 1、絕緣層7032、濾色器層 7033、覆膜層7 03 4及保護絕緣層7035中之接觸孔，抵達汲 極電極層，係形成於與分割區70 19重疊之部分。 其次，將參照圖19B描述具有雙重發射結構之發光元 件。 在圖19B中，發光元件7022中所包括之第一電極7 02 3 、EL層7024及第二電極7025依此順序堆疊於電性連接至電 晶體7 02 1之汲極電極層的透光導電層7027之上。 有關透光導電層7027，可使用諸如下列各膜之透光導 電膜=包括鎢氧化物之銦氧化物、包括鎢氧化物之銦鋅氧 化物、包括鈦氧化物之銦氧化物、包括鈦氧化物之銦錫氧 化物、銦錫氧化物、銦鋅氧化物、或添加矽氧化物之銦錫 氧化物。 任何各類材料可用於第一電極7023。例如，當第一電 極7023做爲陰極時，第一電極7013較佳地使用具有極低功 函數之材料形成，諸如鹼金屬（諸如Li或Cs);鹼土金屬 (諸如Mg、Ca或Sr);包含任何鹼金屬及鹼土金屬之合金 (例如Mg : Ag或A1 : Li );或稀土金屬（諸如Yb或Er ) 。在本實施例中，第一電極7 02 3做爲陰極，形成第一電極 7013之厚度，至足以透光之厚度（較佳地，約5 nm至30 nm )。例如，使用具20 nm厚度之鋁膜做爲第—電極7023 〇 另一方面’可堆疊透光導電膜及鋁膜並接著選擇地蝕 -62- 201207997 刻，而形成透光導電層7027及第一電極702 3。在此狀況下 ，可使用相同抗蝕罩執行蝕刻。 第一電極7023周圍覆以分割區7029。分割區7029之形 成可使用聚酰亞胺、丙烯酸、聚酰胺、環氧樹脂等有機樹 脂膜；無機絕緣膜；或有機聚矽氧烷。若將光敏樹脂材料 用於分割區7029，形成抗蝕罩之步驟便可省略。 形成於第一電極7023及分割區702 9上之EL層7024可包 括至少發光層，且係使用單層或複數層堆疊而予形成。當 EL層7 02 4係使用複數層形成時，電子注入層、電子傳遞層 、發光層、電洞傳遞層及電洞注入層依序堆疊於做爲陰極 之第一電極702 3之上。請注意，除了發光層外，並不需要 提供所有該些層。 堆疊順序不侷限於上述；第一電極7023用做陽極，且 電洞注入層、電洞傳遞層、發光層、電子傳遞層及電子注 入層可依序堆疊於第一電極7023之上。然而，相較於上述 範例，若第一電極7023做爲陰極，且電子注入層、電子傳 遞層、發光層、電洞傳遞層及電洞注入層依序堆疊於第一 電極7023之上，可抑制驅動電路部中電壓上升，並可減少 電力損耗。 有關形成於EL層7024上之第二電極7025，可使用各式 材料。例如，當第二電極7025用做陽極時，較佳地使用具 有極高功函數之材料，諸如ΙΤΟ、IZO或ZnO之透光導電材 料。在本實施例中，第二電極7025用做陽極，並形成包含 矽氧化物之ITO膜。 -63- 201207997 發光元件7〇22相應於第一電極7023、EL層7024及第二 電極7025堆疊之區域。若爲圖19B中所描繪之元件結構， 如箭頭所示，光從發光元件7022發射，並從第二電極7025 側及第一電極7023側射出。 請注意，在圖19B中，光從發光元件7022發射至第一 電極7023側，通過濾色器層7043、絕緣層7042、氧化物絕 緣層7041、閘極絕緣層7040及基板7020而將發射。 濾色器層7043可以諸如噴墨法之液滴釋放法、印刷法 、使用光刻技術之蝕刻法等予以形成。 濾色器層7043覆以覆膜層7044及保護絕緣層7045。 形成於氧化物絕緣層7041、絕緣層7042、濾色器層 7043、覆膜層7044及保護絕緣層7045中之接觸孔，抵達汲 極電極層，係形成於與分割區7029重疊之部分。 請注意，若使用具有雙重發射結構之發光元件，並於 二顯示表面上執行全彩顯示，來自第二電極7025側之光便 不通過濾色器層7043;因此，較佳地於第二電極7025上提 供具另一濾色器層之密封基板。 其次，參照圖19C描述具有頂部發射結構之發光元件 〇 在圖19C中，形成發光元件7002之第一電極7003以電 性連接至電晶體700 1之汲極電極層，且EL層7004及第二電 極7005依此順序堆疊於的第一電極7003之上。 任何各類材料可用於形成第一電極7003。例如，當第 —電極7〇03用做陰極時，第一電極7003較佳地使用具有極 -64- 201207997 低功函數之材料形成，諸如鹼金屬（諸如Li或Cs);鹼土 金屬（諸如Mg、C a或Sr ):包含任何鹼金屬及鹼土金屬之 合金（例如Mg : Ag或A1 : Li ):或稀土金屬（諸如Yb或 E r ) 〇 第一電極7003周圍覆以分割區7009。分割區7009之形 成可使用聚酰亞胺、丙烯酸、聚酰胺、環氧樹脂等有機樹 脂膜；無機絕緣膜；或有機聚矽氧烷。若將光敏樹脂材料 用於分割區7009，形成抗蝕罩之步驟便可省略。 形成於第一電極7003及分割區7009上之EL層7004可包 括至少發光層，且係使用單層或複數層堆疊而予形成。當 E L層7 0 0 4係使用複數層形成時，E L層7 0 0 4係經由依序堆 疊電子注入層、電子傳遞層、發光層、電洞傳遞層及電洞 注入層於第一電極7023之上，而予形成。請注意，除了發 光層外，並不需要提供所有該些層。 堆疊順序不侷限於上述堆疊順序，且電洞注入層、電 洞傳遞層、發光層、電子傳遞層及電子注入層可依序堆疊 於第一電極7003之上。 在本實施例中，電洞注入層、電洞傳遞層、發光層、 電子傳遞層及電子注入層依序堆疊於複合膜之上，其中依 序堆疊鈦膜、鋁膜及鈦膜，且其上形成Mg : Ag合金薄膜 及ITO之堆疊層。 請注意，當電晶體7001爲η通道電晶體時，電子注入 層、電子傳遞層、發光層、電洞傳遞層及電洞注入層較佳 地依序堆疊於第一電極7003之上，因其可抑制驅動電路中 -65- 201207997 電壓上升，並可減少電力損耗。 第二電極7005係以透光導電材料製成，諸如包括鎢氧 化物之銦氧化物、包括鎢氧化物之銦鋅氧化物、包括鈦氧 化物之銦氧化物、包括鈦氧化物之銦錫氧化物、銦錫氧化 物、銦鋅氧化物、或添加矽氧化物之銦錫氧化物。 發光元件7002相應於第一電極7〇03、EL層7004及第二 電極7〇05堆疊之區域。在圖19C中所描繪之畫素中，如箭 頭所示，光從發光元件7002發射至第二電極7005側。 電晶體700 1之汲極電極層經由形成於氧化物絕緣層 7051、保護絕緣層7052及絕緣層7055中之接觸孔，電性連 接至第一電極7003。 平面化絕緣層7053可使用樹脂材料形成，諸如聚醯亞 胺、丙烯酸、苯並環丁烯樹脂、聚醯胺或環氧樹脂。除了 該等樹脂材料外，亦可使用低介電常數材料（低k材料） 、矽氧烷基樹脂、磷矽酸玻璃（PSG)、摻雜硼磷的矽玻 璃（BPSG)等。請注意，平面化絕緣層7053可經由堆# 該些材料組成之複數絕緣膜予以形成。形成平面化絕緣層 7 0 5 3之方法並無特別限制’並可依據材料而使用下列方法 或裝置而形成平面化絕緣層7 0 5 3 :方法諸如噴濺法、s 〇 G 法、旋塗法、浸漬法、噴塗法或液低釋放法（例如噴墨法 、網印或膠印），或工具諸如刮膠刀、擠膠滾筒、簾式塗 料器、刮刀塗布機等。 提供分割區7〇09以便絕緣第一電極7003及鄰近畫素之 第一電極。分割區7009之形成可使用聚酰亞胺、丙嫌酸、 -66- 201207997 聚酰胺、環氧樹脂等有機樹脂膜；無機絕緣膜；或有機聚 矽氧烷。若將光敏樹脂材料用於分割區7009，形成抗蝕罩 之步驟便可省略。 在圖19C所描繪之結構中，爲執行全彩顯示，發光元 件7002、鄰近發光元件7002之發光元件之一 '及其他發光 元件分別爲例如綠色發光元件、紅色發光元件及藍色發光 兀件。另一方面’可全彩顯示之發光顯示裝置可使用四類 發光元件予以製造’除了該三類發光元件，還包括白色發 光元件。 另一方面’可全彩顯示之發光顯示裝置可以一種方式 製造’即所配置的所有複數發光元件爲白色發光元件，以 及具有濾色器等之密封基板，配置於發光元件7002上。形 成展現諸如白色之單色的材料，並組合濾色器或顏色轉換 層，藉此可執行全彩顯示。 不用說’亦可執行單色光之顯示。例如，可使用白光 發射形成發光系統’或可使用單色發光形成區域多彩發光 裝置。 若有需要’可提供光學膜，諸如包括圓偏光板之偏光 膜。 請注意’儘管此處描述有機EL元件做爲發光元件，亦 可提供無機EL元件做爲發光元件。 請注意，所描述之範例其中控制發光元件之驅動的電 晶體電性連接至發光元件；然而，可使用一種結構，其中 用於電流控制之電晶體連接至電晶體及發光元件之間。 -67- 201207997 本實施例中所描述之顯示裝置結構不侷限於圖19A至 19C中所描繪者，並可以依據本發明之技術精神的各式方 法進行修改。 其次，將參照圖22A及22B描述相應於應用實施例1及2 中所描述之電晶體的顯示裝置之一實施例之發光顯示面板 (亦稱爲發光面板）的外觀及截面。圖22 A爲面板俯視圖 ，其中電晶體及發光元件以密封劑密封於第一基板及第二 基板之間。圖22B爲沿圖22A中線H-I之截面圖。 提供密封劑45 05以便圍繞提供於第一基板450 1上之畫 素部4502、信號線驅動電路4503a及4503b、及掃描線驅動 電路4504a及4504b。此外，第二基板4506係提供於畫素部 4502、信號線驅動電路4503a及4503b、及掃描線驅動電路 4504a及45040之上。因此，畫素部4502、信號線驅動電路 4503a及4503b、及掃描線驅動電路4504a及4504b經由第一 基板4501、密封劑4505及第二基板4506而連同塡充劑4507 密封在一起。以此方式，面板較佳地以保護膜（諸如複合 膜或紫外線固化樹脂膜）或具高氣密性及低脫氣之覆蓋材 料封裝（密封），使得面板不暴露於外部空氣。 形成於第一基板45 01上之畫素部45 02、信號線驅動電 路4503a及4503b、及掃描線驅動電路4504a及4504b，各包 括複數電晶體，且圖22B中描繪畫素部45 02中所包括之電 晶體4510，及信號線驅動電路4503 a中所包括之電晶體 4509做爲範例。 對每一電晶體4509及4510而言，可應用包括做爲實施 -68- 201207997 例1及2中所描述之氧化物半導體層的In-Ga-Zn-O基膜之高 度可靠電晶體。在本實施例中，電晶體4509及4510爲η通 道電晶體。 在絕緣層4544之上，導電層4540係提供於與用於驅動 電路之電晶體45 09的氧化物半導體層之通道形成區重疊的 位置。經由提供導電層4540而與氧化物半導體層之通道形 成區重疊，可減少ΒΤ測試前後之間電晶體4509之閾値電壓 的改變量。導電層4540之電位與電晶體4509之閘極電極層 相同，藉此導電層4540可做爲第二閘極電極層。另一方面 ，導電層4540可被賦予與電晶體4509之閘極電極層不同之 電位。仍另一方面，導電層454〇之電位可爲GND或0 V， 或導電層4540可處於浮動狀態。 此外，編號451 1表示發光元件。第一電極層4517爲發 光元件45 1 1中所包括之畫素電極，電性連接至電晶體45 1 0 之源極或汲極電極層。請注意，發光元件4 5 11之結構爲第 一電極層4517、電致發光層4512及第二電極層4513之層級 結構，但對此結構並無特別限制。依據從發光元件4 5 1 1等 提取之光的方向，發光元件45 1 1之結構可酌情改變。 分割區4520係使用有機樹脂膜、無機絕緣膜或有機聚 矽氧烷而予形成。較佳的是分割區45 2 〇可使用光敏材料及 形成於第一電極層45 1 7之上之開口而予形成，使得開口之 側壁形成爲具曲率之傾斜表面。 電致發光層4512可經形成而具單層或複數層堆疊。 保護膜可形成於第二電極層45 13及分割區45 20之上， -69- 201207997 以避免氧、氫、濕氣、二氧化碳等進入發光元件45 11»有 關保護膜，可形成矽氮化物膜、矽氮化物氧化物膜、DLC 膜等。 此外，各類信號及電位從FPC 45 18a及45 18b供應予信 號線驅動電路4503 a及45 03b、掃描線驅動電路4504a及 4504b、或畫素部4502。 在本實施例中，使用用於發光元件4511中所包括之第 —電極層4517的相同導電膜而形成連接終端電極4515。使 用用於電晶體4509及4510中所包括之源極及汲極電極層的 相同導電膜而形成終端電極45 1 6。 連接終端電極45 15經由各向異性導電膜45 19電性連接 至FPC 4518a中所包括之端子。 置於從發光元件4511提取光之方向的基板應具有透光 屬性。在此狀況下，諸如玻璃板、塑料板、聚脂膜或丙烯 酸膜之透光材料可用於基板。 有關塡充劑45 〇7，除了諸如氮或氬之惰性氣體外，可 使用紫外線固化樹脂或熱固性樹脂，例如，可使用例如聚 氯乙烯（PVC)、丙烯酸、聚酰亞胺、環氧樹脂樹脂、矽 樹脂、聚乙烯醇縮丁醛（PVB )或乙烯醋酸乙烯酯（EVA )。在本實施例中，使用氮。 此外，當需要時，諸如偏光板、圓偏光板（包括橢圓 偏光板）、延遲板（四分之一波板或半波板）或濾色器等 光學膜，可適當地提供於發光元件之發光表面。此外，偏 光板或圓偏光板可提供具防反射膜。例如，可執行防眩光 -70- 201207997 處理，藉此反射光可經由投影而擴散並於表面上降低，以 致降低眩光。 使用單晶半導體或聚晶半導體個別形成之驅動電路， 可安裝做爲信號線驅動電路45 03 a及45 03 b及掃描線驅動電 路4504a及4504b。此外，僅信號線驅動電路或其部分，或 僅掃描線驅動電路或其部分，可個別形成及安裝。本實施 例並不限於圖2 2 A及2 2 B中描繪之結構。 經由上述程序，可製造高度可靠發光顯示裝置（顯示 面板）。 請注意，本實施例中所描述之結構可用於酌情與其他 實施例中所描述之任何結構相組合。 (實施例7 ) 應用任一實施例1及實施例2中所描述之電晶體的顯示 裝置可用做電子紙。電子紙可用於所有領域之電子裝置， 只要其可顯示資料。例如’電子紙可應用於電子書閱讀器 (電子書）、海報、諸如火車之車輛廣告，或諸如信用卡 之各類卡的顯示。圖11A、11B及圖12描繪電子裝置之範例 〇 圖1 1 A描繪使用電子紙之海報2 6 3丨。若廣告媒體爲印 刷紙’廣告係經由手來更換·，然而，經由使用電子紙，廣 告顯示可於短時間內改變。請注意，海報2 6 3 1可具有可無 線傳輸及接收資料之組態。 圖11B描繪諸如火車之車廂中廣告2632。若廣告媒體 -71 - 201207997 爲紙，廣告係經由手來更換，但若其爲電子紙，便不需大 量人力，並可於短時間內改變廣告顯示。而且，可獲得無 顯示缺點的穩定影像。請注意，車廂廣告可具有可無線傳 輸及接收資料之組態。 圖1 2描繪電子書閱讀器之範例。例如，電子書閱讀器 2700包括外殼270 1及外殻2703之兩外殼。外殼270 1及外殼 2703係以絞鏈2711結合，使得電子書閱讀器2700可以絞鏈 2711做爲軸而開啓或關閉。由於該等結構，讀者可操作電 子書閱讀器2700恰如其閱讀紙本書籍。 顯示部2705及顯示部2707分別併入外殼2701及外殼 2703。顯示部2705及顯示部2707可顯示一影像或不同影像 。在不同影像顯示於不同顯示部之結構中，例如，在右側 之顯示部（圖12中顯示部27 05 )可顯示正文，及左側之顯 示部（圖12中顯示部2707 )可顯示影像。 在圖1 2所描繪之範例中，外殻270 1經提供具作業部等 。例如，外殼2 70 1經提供具電源開關2 72 1、操作鍵2723、 揚聲器2725等。基於操作鍵2723，頁面可以翻轉。請注意 ，鍵盤、指向裝置等可提供於相同表面上，做爲外殼之顯 示部。而且，外部連接端子（耳機端子、USB端子、可連 接諸如AC轉接器及USB纜線之各類纜線的端子）、記錄媒 體嵌入部等可提供於外殻之背面或側面。此外，電子書閱 讀器2700可具有電子字典之功能。 電子書閱讀器2700可具有可無線傳輸及接收資料之組 態。經由無線通訊’可從電子書伺服器採購及下載所需書 -72- 201207997 籍資料等。 請注意，本實施例中所描述之結構可用於酌情與其他 實施例中所描述之任何結構相組合。 (實施例8 ) 使用任一實施例1及實施例2中所描述之電晶體的顯示 裝置可應用於各類電子裝置（包括遊戲機）。電子裝置之 範例爲電視機（亦稱爲電視或電視接收器）、電腦螢幕等 、諸如數位相機或數位視訊攝影機之攝影機、數位像框、 行動電話（亦稱爲行動電話手機或行動電話裝置）、可攜 式遊戲機、可攜式資訊終端機、音頻再生裝置、諸如彈珠 台之大型遊戲機等。 圖23 A描繪電視裝置之範例。在電視裝置9600中，顯 示部9 6 0 3倂入外殼9 6 0 1。顯示部9 6 0 3可顯示影像。此處， 外殼9601係由支架9605支撐。 電視裝置9 6 0 0可以外殼9 6 0 1之操作開關或個別遙控器 96 10操作。可由遙控器96 10之操作鍵9609控制頻道切換及 音量，使得可控制顯示於顯示部9603之影像。而且，控制 器9610可提供具顯示部9607，以顯示自遙控器9610輸出之 資料。 請注意，電視裝置9600經提供具接收器、數據機等。 基於接收器之使用，可接收一般電視廣播。此外’當顯示 裝置經由數據機有線或無線連接至通訊網路時，可執行單 向（從發送端至接收端）或雙向（發送端與接收端之間’ -73- 201207997 或接收端之間）資訊通訊。 圖23B描繪數位像框之範例。例如，在數位像框9700 中，顯示部9703倂入外殼9701。顯示部9703可顯示各類影 像。例如，顯示部9703可顯示以數位相機等拍攝之影像資 料，並做爲一般相框。 請注意，數位像框9700經提供具作業部、外部連接部 (USB端子、可連接諸如USB纜線之各類纜線的端子）、 記錄媒體嵌入部等。儘管該些組件可提供於提供顯示部之 表面上，較佳的是爲數位相框9700之設計而將其提供於側 面或背面。例如，以數位相機拍攝之影像的記憶體儲存資 料被插入數位像框之記錄媒體嵌入部，藉此影像資料可傳 輸及接著顯示於顯示部9 703。 數位像框9700可用於無線傳輸及接收資料。可使用該 結構，其中所需影像資料經無線傳輸而顯示。 圖2 4A爲可攜式遊戲機，其係由與接合部9893連接的 外殼98 8 1及外殼98 9 1之兩外殻構成，所以該可攜式遊戲機 可開啓及折疊。顯示部9 8 8 2及顯示部9 8 8 3分別倂入外殼 9881及外殻9891。此外，圖24A中描繪之可攜式遊戲機經 提供具揚聲器部9884、記錄媒體嵌入部9886、發光二極體 (LED )燈98 90、輸入裝置（操作鍵9885、連接端子9887 、感應器98 88 (具有下列項目測量功能：力量、位移、位 置、速度、加速度、角速度、旋轉數、距離、光、液體、 磁性、溫度、化學物質、聲音、時間、硬度、電場、電流 、電壓、電力、輻射線、流率、濕度、傾斜度 '震動、氣 -74- 201207997 味或紅外線）及麥克風9 8 8 9 )等。不用 式遊戲機之結構，不限於經提供而具至 置的上述及其他結構。可攜式遊戲機可 。圖24 A中描繪之可攜式遊戲機具有讀 之程式或資料以顯示於顯示部之功能， 與另一可攜式遊戲機分享資訊之功能。 描繪之可攜式遊戲機之功能不限於上述 可具有各類功能。 圖24B描繪大型遊戲機之投幣機；; 99〇0中’顯示部99〇3倂入外殻9901。此 括諸如啓動桿或停止開關、投幣孔、揚 不用說，可使用之投幣機9900之結構， 至少本發明之顯示裝置的上述及其他結 酌情包括其他配件。 圖2 5 A描繪行動電話範例。行動電 示部1 0 0 2之外殼1 0 〇 1、操作按鈕1 〇 〇 3、 揚聲器1 005、麥克風1〇〇6等。 當以手指等碰觸圖25A中所描繪之 可輸入至行動電話1 0 0 0。而且，諸如打 郵件之作業’可經由以其手指等碰觸顯 〇 主要存在顯示部1002的三種螢幕模 要用於顯不影像之顯不模式。第二模式 如正文之資料的輸入模式。第三模式爲 說，可使用之可攜 少本發明之顯示裝 酌情包括其他配件 取儲存於記錄媒體 與經由無線通訊而 請注意，圖2 4 A中 ，且可攜式遊戲機 =範例。在投幣機 外，投幣機9900包 聲器等作業裝置。 不限於經提供而具 構。投幣機9900可 話1 0 0 0包括倂入顯 外部連接埠1 0 0 4、 顯示部1 002，資料 電話及發送和接收 示部1002而予執行 式。第一模式爲主 爲主要用於輸入諸 顯示及輸入模式， -75- 201207997 其中顯示模式及輸入模式兩模式相結合。 例如，若打電話或寫郵件，便選擇主要用於輸入正文 之正文輸入模式用於顯示部10〇2，使得可輸入顯示於螢幕 之正文。 當包括用於檢測傾角之感應器（諸如陀螺儀或加速感 應器）的檢測裝置設於行動電話1 000內部時，顯示部1002 之螢幕顯示可經由檢測行動電話1000的安裝方向而自動切 換（不論行動電話1 〇〇〇爲用於全景模式或肖像模式而水平 或垂直擺置）。 螢幕模式係經由碰觸顯示部1002或操作外殼1001之操 作按鈕1003而予切換。另一方面，螢幕模式可依據顯示於 顯示部1002之影像種類而予切換。例如，當顯示於顯示部 1 0 02之影像的信號爲移動影像之資料時，螢幕模式便切換 爲顯示模式。當信號爲正文資料時，螢幕模式便切換爲輸 入模式。 此外，在輸入模式，當經由碰觸顯示部1 002之輸入未 執行達某期間，同時檢測到由顯示部1 0 0 2中光學感應器檢 測之信號，便可控制螢幕模式，以便從輸入模式切換爲顯 示模式。 顯示部1 0 0 2可做爲影像感應器。例如，掌紋、指紋等 影像係當以手掌或手指碰觸顯示部1 0 0 2時拍攝，藉此可實 施人員驗證。此外，經由於顯示部中提供背光或發射近紅 外線之感應光源，便可拍攝手指靜脈或手掌靜脈之影像。 圖25B亦描繪行動電話之範例。圖25B中行動電話包括 -76- 201207997 顯示裝置9 4 1 0，其中外殼9 4 1 1包括顯示部9 4 1 2及操作按鈕 94丨3，及通訊裝置9400，其中外殼9401包括操作按鈕94〇2 、外部輸入端子9403、麥克風94〇4、揚聲器94 05及接收來 電時發光之發光部9406。顯示裝置9410具有顯示功能’能 夠可拆卸地附著至具有如箭頭所示雙向電話功能之通訊裝 置9400。因而，顯示裝置9410的短軸可附著至通訊裝置 9400的短軸，及顯示裝置94 10的長軸可附著至通訊裝置 9400的長軸。此外，當僅需顯示功能時，可將顯示裝置 94 10從通訊裝置9400拆下而單獨使用。影像或輸入資訊可 經由無線或有線通訊而於通訊裝置94 00及顯示裝置94 10之 間傳輸及接收，二者各具有可充電電池。 請注意，本實施例中所描述之結構可用於酌情與其他 實施例中所描述之任何結構相組合。 (實施例9 ) 當氧化物半導體層接觸金屬層或氧化物絕緣層時，便 發生氧移動之現象。在本實施例中，描述使用該現象之科 學計算中，非結晶氧化物半導體層及結晶氧化物半導體層 之間的差。 圖3 3爲狀態示意圖，其中氧化物半導體層接觸氧化物 絕緣層及金屬層，做爲本發明之實施例的電晶體結構中源 極電極及汲極電極。箭頭之方向表示其彼此接觸之狀態或 其加熱之狀態中氧移動之方向。 當發生缺氧時，i型氧化物半導體層具有η型傳導性， -77- 201207997 反之，當氧供應過量時，缺氧造成之η型氧化物半導體層 變成i型氧化物半導體層。此效應用於實際裝置程序，及 接觸金屬層而做爲源極電極及汲極電極之氧化物半導體層 ，氧被拉至金屬側，而在接觸金屬層之部分區域（若厚度 小，則在膜厚度方向的整個區域）發生缺氧，藉此氧化物 半導體層變成η型氧化物半導體層，並可獲得與金屬層之 有利的接觸。此外，氧從氧化物絕緣層供應予接觸氧化物 絕緣層之氧化物半導體層，且接觸氧化物絕緣層之氧化物 半導體層的部分區域（若厚度小，則在膜厚度方向的整個 區域）包含過量氧而成爲i型區域，藉此氧化物半導體層 變成i型氧化物半導體層，並做爲電晶體之通道形成區。 在本發明之實施例中，在接觸氧化物絕緣層及金屬層 而做爲源極電極及汲極電極之氧化物半導體層區域中，形 成氧化物半導體之結晶區。因此，經由科學計算檢查氧化 物半導體層接觸氧化物絕緣層或金屬層之區域包括結晶區 的狀態，與氧化物半導體層接觸氧化物絕緣體或金屬層之 區域爲非結晶的狀態，二者之間氧移動狀態的差異。 用於科學計算之模型具有In-Ga-Ζη-Ο基非結晶結構及 In-Ga-Zn-Ο基晶體結構。在每一模型中，長方體縱向區域 之一相較於其他區域氧不足達10% (參照圖34 A及3 4B )。 該計算係於6 5 0。(：加速狀況下10 nsec之後，比較In-Ga-Zn-〇基非結晶結構及In-Ga_Zn-0基晶體結構中氧之分佈。各 狀況顯示於表1及表2中。 -78- 201207997 L表1〕 一 · -! 結構狀況 原子數 317原子（氧：192原子） 晶格常數 a==b= 1.3196 nm > c=2.6101 nm » α=β=90° j γ=120° 密度 - 6.23 g/cm3 〔表2〕 計算內容 總效果 —NTV(原子數，溫度，體積） 溫度 923 K 時間間隔 0.2 fs 總計算時間 10ns 電位 Bom-Mayer-Huggins類型應用於金屬-氧及氧-氧 電荷 In : +3、Ga : +3、Zn : +2、0 : -2 有關計算結果，圖3 5 A中顯示若使用非結晶氧化物半 導體層之氧的分佈，及圖3 5 B中顯示若使用結晶氧化物半 導體層之氧的分佈。虛線表示初始狀態（初始），及實線 表示結果（10 nsec之後）。發現氧移動與使用非結晶氧化 物半導體層或結晶氧化物半導體層無關。 使用非結晶氧化物半導體層及結晶氧化物半導體層’ 缺氧區在計算前後之間氧原子的提升率分別爲1 5 · 9 %及 1 1 . 3 %。即，非結晶氧化物半導體層中之氧較結晶氧化物 半導體層中之氧更可能移動，導致輕易地補償缺氧。換言 之，結晶氧化物半導體層中之氧較非結晶氧化物半導體層 中之氧相對較不可能移動。 因此，亦發現氧於具有結晶區之本發明之實施例的氧 化物半導體層中移動，其類似於非結晶氧化物半導體層之 -79 - 201207997 範例的方式。亦發現結晶區具有一效果，其中由於結晶氧 化物半導體層中之氧較非結晶氧化物半導體層中之氧相對 較不可能移動，抑制了氧化物半導體層之氧的排除。 請注意’本實施例中所描述之結構可用於酌情與其他 實施例中所描述之任何結構相組合。 (範例1 ) 在本範例中，以RTA法於高溫下短時間內歷經脫水或 脫氫之氧化物半導體膜的狀態係以TEM分析、TEM-EDX分 析、X光衍射分析及SIMS分析進行分析，並描述結果。 用於分析之樣本爲In-Ga-Ζη-Ο基膜，各依據實施例2 使用氧化物半導體沈積目標而予形成，其中Ιη203相對於 Ga203相對於ZnO之摩爾比爲1 : 1 : 1。存在三類樣本：樣 本A、樣本B及樣本C，其爲比較範例。樣本A係以使用 RTA設備在氮氣中65 0°C下執行加熱步驟達六分鐘的方式 予以形成。樣本B係以使用電爐在氮氣中4 5 0 ° C下執行加熱 步驟達一小時的方式予以形成，及樣本C (複合薄膜）處 於非加熱狀態。 首先，各樣本之結晶狀態的截面係以300 kVM速電壓 使用高解析度透射電子顯微鏡（「H900〇-NAR」’ Hitachi, Ltd.製造：TEM)觀察，以檢查每一樣本之結晶 狀態。樣本A、樣本B及樣本C之截面照片分別於圖2 6 A及 26B、圖27A及27B、和圖28A及28B中描繪。請注意’圖 26A、圖27A及圖28A爲低放大照片（兩百萬倍放大）’及 -80 - 201207997 圖26B、圖2<7B及圖28B爲高放大照片（四百萬倍放大）。 連續晶格影像係於樣本A之截面的表面部分觀察，其 於圖26A及26B係以RTA法在650。(：下加熱達六分鐘。尤其 ，在圖2 6 B的高放大照片中，於白色訊框圍繞之區域中觀 察到清晰的晶格影像，並顯示晶軸校準之微晶的存在。因 此，發現In-Ga-Zn-O基膜之表面部分經由以RTA法在65 0°C 下執行加熱達短短六分鐘而被晶化，並提供結晶區。請注 意，在除了表面部分以外之區域中，並未觀察到清晰的連 續晶格影像，並發現非結晶區中四處存在之微晶粒子狀態 。所謂奈米晶體之微晶具2 nm至4 nm顆粒大小。 另一方面，在圖27A及27B (樣本B)及圖28A及28B( 樣本C )之截面照片厚度方向之任何區域中並未觀察到清 晰的晶格影像，使得發現樣本B及樣本C非結晶。 圖29A及29B中分別顯示以RTA法在650。(：下加熱達六 分鐘之樣本A表面部分之微距攝影，及結晶區之電子衍射 圖。表面部分之微距攝影描繪顯示晶格影像校準之方向的 方向箭頭1至5(圖29A) ’及以垂直於膜之表面之方向生 長的晶體。圖2 9 B中所示電子衍射圖係以箭頭3表示之位置 觀察’並發現c軸方位。有關電子衍射圖及已知晶格常數 之間的比較結果，晶體結構爲I η 2 G a 2 Ζ η Ο 7變得清晰（參照 圖 36 )。 圖30顯示樣本Α表面部分之截面的TEM-EDX (能量色 散X光光譜）分析結果。使用In2〇3相對於Ga203相對於ZnO 之摩爾比爲1: 1: 1之材料目標’同時發現表面部分之成 -81 - 201207997 分比例，In或Ga爲1 ’反之’ Zn爲0.3至〇·4’使得Zn略微 不足。 其次，圖3 1中顯示三類相同樣本之結晶狀態以X光衍 射分析之分析結果。在樣本表中，當2Θ爲3 0至3 6度時所見 峰値爲源於In-Ga-Ζη-Ο基材料之資料且廣關；因此，反映 非結晶狀態。然而，以RTA法在650°C下加熱達六分鐘之 樣本A的峰値位置，係在較樣本B及樣本C爲低之角度側， 顯示從（009)平面或（101)平面獲得衍射峰値之存在， 此顯示In-Ga-Zn-Ο基晶體材料中最強的衍射強度。因此， 亦符合樣本A具有晶體區之X光衍射分析。 其次，圖32A至32C顯示每一樣本A及樣本C之膜中氫 濃度、碳濃度及氮濃度之二次離子質譜（SIMS )分析結果 。水平軸表示從樣本之表面起之深度，深度爲0 run之左端 相應於樣本的最外表面（氧化物半導體層之最外表面）， 並從表面側執行分析。 圖32A描繪氫濃度數據圖。事實證明樣本a之數據圖 的氫濃度相較於樣本C之數據圖的氫濃度下降大於或等於 一位數’且其證實以RTA法在6 5 0°C有效執行脫水或脫氫 達六分鐘。請注意，使用類似於樣本之In-Ga-Ζη-Ο基氧化 物半導體層而形成之參考樣本，以量化樣本A之數據圖及 樣本C之數據圖。 已知原則上以SIMS分析難以準確獲得在樣本表面附近 或使用不同材料形成之複合膜之間接合部附近之資料。在 本分析中，15 nm至35 nm深度及約4〇 nm厚度之數據圖爲 -82- 201207997 評估目標，以便獲得膜的準確資料。 從樣本C的數據圖發現，未歷經脫氫之氧化物半導體 層中所包含之氫約3 X 102Q原子/ cm3至5 X 102Q原子/ cm3’ 且平均氫濃度約4 X 1〇2()原子/cm3。從樣本A的數據圖發現 ，經由脫氫，氧化物半導體層中之平均氫濃度可減少至約 2 X 1 019原子 /cm3。 圖3 2B中顯示碳濃度數據圖，及圖32C中顯示氮濃度數 據圖。不同於氫濃度數據圖，碳濃度數據圖或氮濃度數據 圖在樣本A及樣本C之間均無鮮明對比，且確認由於以RT A 法在65 0°C下加熱達六分鐘，並無碳成分及氮成分之釋放 或進入。圖38A至38C中顯示「H」+「0」之二次離子強度 的檢測結果，且「H2」+「Ο」的檢測結果顯示於圖39A至 3 9 C中。發現以較高溫度處理之樣本於「Η」+「Ο」及「 Η2」+「Ο」具有較低強度，及經由以RTA法在6 5 0 °C下加 熱達六分鐘，而有效地執行水或OH之釋放。 從分析結果發現，以RT A法在6 5 0 ° C下加熱達六分鐘 短時間之樣本的表面部分具有結晶區。亦發現氧化物半導 體層中氫濃度可減少爲1 /1 0或更低。 (範例2 ) 在本範例中，將描述於實施例1中所形成之電晶體執 行-BT測試所獲得之結果。 用於檢查電晶體可靠性的方法之一爲偏置溫度壓力測 試（以下稱爲BT測試）。BT測試爲一種加速測試，可於 -83- 201207997 短時間內評估經由長期使用造成之電晶 ，BT測試前後之間電晶體閾値電壓之偏 之重要指標。由於BT測試前後之間電晶 小，所以電晶體具有較高可靠性。 具體地，其上形成電晶體之基板的 被設定爲固定溫度，電晶體之源極及汲 ，及閘極被供應予不同於源極及汲極之 間。基板溫度可依據測試目的而酌情設 之電位高於源極及汲極之電位，則測試 若應用於閘極之電位低於源極及汲極； 爲-BT測試。 用於BT測試之壓力狀況可經由設定 閘極絕緣膜之電場強度、或電場應用之 用於閘極絕緣膜之電場強度可經由以閘 極電位之間之電位差除以閘極絕緣膜之 如，若應用於1〇〇 nm厚之閘極絕緣膜的 2 MV/cm，電位差便可設定爲20V。

請注意，「電壓」通常表示兩點之 「電位」表示靜電場中特定點之單位電 勢能）。請注意，通常~點與參考電位 之間電位差異僅稱爲電位或電壓，而電 況下用做同義字。因而，在本說明書中 否則電位可改寫爲電壓，及電壓可改寫J 在下列狀況下執行-Β Τ測試：基板淺 體特性改變。尤其 移量爲檢查可靠性 體閩値電壓之差異 溫度（基板溫度） 極設定爲相同電位 電位的電位達某期 定。若應用於閘極 稱爲+ΒΤ測試，及 之電位，則測試稱 基板溫度、應用於 期間而予確定。應 極電位與源極及汲 厚度而予確定。例 電場強度被設定爲 間的電位差異，而 荷的靜電能量（電 (例如接地電位） 位及電壓在許多狀 ，除非特別指明， 薄電位。 i度爲150°C，應用 -84- 201207997 於閘極絕緣膜之電場強度爲2 MV/cm，及應用期間爲一小 時。 首先，爲測量歷經-BT測試之電晶體的初始特性，在 下列狀況下，其中基板溫度設定爲40°C，源極及汲極之間 電壓（以下稱爲汲極電壓或Vd )設定爲1 V，及源極及閘 極之間電壓（以下稱爲閘極電壓或Vg)於-20 V至+20 V的 範圍內改變，測量源極-汲極電流（以下稱爲汲極電流或Id )之特性變化。即，測量當Vd爲1 V時之Vg-Id特性。此處 ，有關相對於樣本表面濕氣吸收之相對測量，基板溫度設 定爲40°C。然而，若無特別問題，可以室溫（25°C )或更 低執行測量。 其次，當Vd設定爲1 0 V時實施類似測量，並測量當Vd 爲10 V時之Vg-Id特性。 其次，基板溫度上升至1 50°c，且接著將電晶體之源 極及汲極的電位設定爲〇 V。接著，電壓施予閘極，使得 應用於閘極絕緣膜之電場強度爲2 MV/cm。由於電晶體之 閘極絕緣膜厚度爲1〇〇 nm，將-20 V應用於閘極，且該電 壓保持達一小時。此處電壓應用期間爲一小時；然而，該 期間可依據目的而酌情改變。 其次，基板溫度下降至40°C，同時電壓施予閘極與源 極及汲極之間。若在基板溫度完全下降至40°C之前，電壓 應用停止，已於BT測試期間損壞之電晶體經由餘熱影響修 復。因而，基板溫度必須下降同時電壓應用。在基板溫度 下降至40 °C之後，電壓應用停止。嚴格地，下降溫度之時 -85- 201207997 間必須加至電壓應用之時間；然而，由於溫度實際上可於 數分鐘內下降至40。(： ’咸信此爲誤差範圍，且下降溫度之 時間未加至應用之時間。 接著’當Vd爲1 V及10 V時，於與初始特性之測量相 同狀況下’測量Vg-Id特性，使得獲得執行-BT測試之後的 Vg-Id特性。 圖37A描繪未歷經-BT測試及歷經-BT測試之電晶體的

Vg-Id特性。在圖da中’顯示具對數刻度之水平軸代表閘 極電壓（Vg )，及顯示具對數刻度之垂直軸代表汲極電流 (Id)。 圖37B爲圖37A中所示部分900之放大圖。若Vd爲1 V ’初始特性901代表未歷經_BT測試之電晶體的vg_id特性 ’及若Vd爲1 0 V ’初始特性9 1 1代表歷經-BT測試之電晶體 的Vg-Id特性。此外’若vd爲1 V，-BT 902代表歷經-BT測 試之電晶體的Vg-Id特性，及若Vd爲10 V，-BT 912代表歷 經-BT測試之電晶體的Vg_Id特性。 從圖3 7 A及3 7 B發現，相較於初始特性9 〇 1及初始特性 911，整個-BT 902及整個-BT 912略微偏移至正方向。然 而’發現偏移量小至0.5 V或更低，且於實施例1中形成之 電晶體，於-B T測試中具有高可靠性。 本申請案係依據2009年9月16日向日本專利處提出申 請之序號2009-2 1 5084日本專利申請案，其整個內容係以 提及方式倂入本文。 -86- 201207997 【圖式簡單說明】 圖1 A及1B爲截面圖，各描繪電晶體。 圖2 A至2C爲電晶體之截面程序圖。 圖3A至3C爲電晶體之截面程序圖。 圖4A及4B爲平面圖，描繪電晶體。 圖5爲平面圖，描繪電晶體。 圖6爲平面圖' 描繪電晶體。 圖7爲平面圖，描繪電晶體。 圖8A1 ' 8A2、8B1及8B2爲平面圖及截面圖，描繪閘 極布線端子部。 圖9爲平面圖，描繪電晶體。 圖10A及10B爲平面圖，各描繪電晶體。 圖1 1 A及1 1 B各描繪顯示裝置之應用範例。 圖1 2爲外部圖，描繪顯示裝置之範例。 圖13爲截面圖，描繪顯示裝置。 圖14A及14B爲方塊圖，描繪液晶顯示裝置。 圖1 5 A及1 5 B分別爲信號線驅動電路之組態圖及時序圖 〇 圖16A至16D爲電路圖，各描繪移位暫存器之組態。 圖1 7A及1 7 B分別爲描繪移位暫存器之組態的電路圖， 及描繪移位暫存器之作業的時序圖。 圖1 8描繪顯示裝置之畫素等效電路。 圖19A至19C爲截面圖，各描繪顯示裝置。 圖20A1、20A2、20B爲平面圖及截面圖，描繪顯示裝 -87- 201207997 置。 圖21爲截面圖，描繪顯示裝置。 圖22A及22B爲平面圖及截面圖，分別描繪顯示裝置。 圖23 A及23 B爲外部圖，分別描繪電視裝置及數位相框 之範例。 圖24A及24B爲外部圖，描繪遊戲機之範例。 圖25 A及25 B爲外部圖，描繪行動電話之範例。 圖26 A及26B爲氧化物半導體層之截面的TEM照片。 圖27A及27B爲氧化物半導體層之截面的TEM照片。 圖28A及28B爲氧化物半導體層之截面的TEM照片。 圖29 A及29B分別爲氧化物半導體層之截面的TEM照片 及電子衍射圖。 圖3 0爲氧化物半導體層之EDX頻譜分析。 圖3 1爲氧化物半導體層之X光衍射圖。 圖3 2A至32C爲氧化物半導體層之SIMS深度分析數據 圖。 圖3 3簡要描繪科學計算。 圖34A及34B簡要描繪科學計算。 圖35A及35B描繪科學計算。 圖3 6描繪氧化物半導體之晶體結構。 圖3 7A及3 7B顯示未歷經-BT測試及已歷經-BT測試之 電晶體的I-V特性。 圖38A至38C爲氧化物半導體層之SIMS深度分析數據 圖。 -88- 201207997 圖39A至39C爲氧化物半導體層之SIMS深度分析數據 圖。 【主要元件符號說明】 11、 12、 13、 14、 15、 5604、 5605:布線 21、22、23、24' 25:輸入端子 26、27 :輸出端子 28 、 31 、 32 、 33 、 34 、 35 、 36 、 37 、 38 、 39 、 40 、 41 、42、 43、 170' 581、 4010、 4011、 4509、 4510、 5603、 7001 、 7011 、 7021 :電晶體 51、 52、 53、 6407 ：電源線 6 1、6 2 :期間 100 、 2600 、 4001 、 4006 ' 4501 、 4506 、 5300 、 7010 、7 0 2 0 :基板 1 0 1 :閘極電極層 102、 152、 7030、 7040:閘極絕緣層 103 :氧化物半導體層 1 0 6 .結晶區 1 0 7、7 0 3 1、7 0 4 1、7 0 5 1 :氧化物絕緣層 1 〇 8 :電容器布線 1 1 0、403 0 :畫素電極層 112、 113、 114、 112a、 113a、 114a、 4040、 4540 ： 導電層 120、153 :連接電極 -89- 201207997 12 1、 122、150、151 ：端子 125、 126、127 :接觸孔 128、 129、155、7017、7027:透光導電層 13 1： 抗蝕罩 154 ： 保護絕緣膜 156、7003、7005、7013、7015、7023、7025、7026 :電極 5 8 5、4020、402 1 ' 4032、4044、4544、7032、7042 、7 0 5 5 :絕緣層 5 8 7 ' 588、4513、4517 ：電極層 5 8 9 : 球形粒子 5 94 ： 腔室 595、 4507 :塡充劑 900 ： 部分 901、 9 1 1 :初始特性 902、 912： -BT 1000 :行動電話 1001 、 2701 、 2703 、 9401 、 9411 、 9601 、 9701 、 9881 、989 1、9901 ' 270 1、2 703、940 1、9411、9601、970 1、 9881、9891、990 1 ：外殼 1002 、 2705 、 2707 、 9412 、 9603 、 9607 、 9703 、 9882 、98 8 3、9903 :顯示部 1003、9402、9413:操作按鈕 1004 :外部連接埠 -90- 201207997 1005、 2725、 9405:揚聲器 1006、 9404 、 9889 :麥克風 1 0 5 a :源極電極層 105b:汲極電極層 260 1 :相對基板

2602、 4005、 4505 ：密封齊U 2603、 4002、 4502、 5301 ：畫素部 2604 :顯示元件 2605 :著色層 2606、 2607:偏光板 2608 ：布線電路部 2 6 0 9 :軟性布線板 2610 :冷陰極管 2 6 1 1 :反射板 2 6 1 2 :電路板 2 6 1 3 :擴散板 2 6 3 1 :海報 263 2 :車廂廣告 2 7 00 :電子書閱讀器 2 7 1 1 :絞鏈 2 7 2 1 :電源開關 2723、 9609、 9885 ：操作鍵 4 0 0 3、4 5 0 3 a、4 5 0 3 b、5 3 0 4 :信號線驅動電路 4004、 4504a、 4504b、 5302、 5303 ：掃描線驅動電路 -91 - 201207997 4008 :液晶層 4 0 1 3 :液晶兀件 4015、45 15 :連接終端電極 4 0 16、4 5 1 6 :終端電極 4 0 18、4518a、4518b ：軟性印刷電路(FPC ) 4019、4519:各向異性導電膜 4031 :相對電極層 4511、 6404、 7002、 7012、 7022 ：發光元件 4 5 1 2 :電致發光層 4520、7009、7019、7029 ：分害丨_1 區 5 3 0 5 :時序控制電路 5 60 1 :移位暫存器 5 6 0 2 :開關電路 590k :黑區 5 90b :白區 6400 :畫素 640 1 :開關電晶體 6402 :驅動電晶體 6403 :電容器 6 4 0 5 :信號線 6 4 0 6 :掃描線 6408:共同電極 7004、7014、7024、：電致發光（EL)層 7 0 1 6 :阻光膜 -92- 201207997 703 3、7043 :濾色器層 7034、 7044 ：覆膜層 7 0 3 5、7 0 4 5、7 0 5 2 :保護絕緣層 7 0 5 3:平面化絕緣層 9400:通訊裝置 9403 :外部輸入端子 9 4 0 6 :發光部 9 4 1 0 :顯示裝置 9 6 0 0 :電視裝置 9605 :支架 9610 :遙控器 9 7 0 0 :數位相框 9 8 8 4 :揚聲器部 9 8 8 6 :記錄媒體嵌入部 9 8 8 7 :連接端子 9 8 8 8:感應器 98 90 ：發光二極體（LED)燈 98 93 ：接合部 9 9 0 0 :投幣機 -93-

Claims (1)

1. 201207997 七、申請專利範圍： 1. 一種電晶體，包含： 閘極電極層； 該閘極電極層上之閘極絕緣層； 該閘極絕緣層上之氧化物半導體層； 該閘極絕緣層上之源極電極層及汲極電極層，其與部 分該氧化物半導體層重疊；及 該源極電極層及該汲極電極層上之氧化物絕緣層，在 該氧化物半導體層上並與其接觸， 其中該氧化物半導體層包括表面部分之第一區及其餘 部分之第二區，及 其中該氧化物半導體層之該第二區爲非結晶，或由非 結晶及微晶之混合物所形成，或由微晶所形成。 2. 如申請專利範圍第1項之電晶體，其中該氧化物半 導體層之該第一區由垂直於該氧化物半導體層之表面方向 之c軸取向之微晶所形成。 3. 如申請專利範圍第1項之電晶體，其中每一該微晶 之粒子尺寸從1 nm至20 nm。 4 .如申請專利範圍第1項之電晶體，進一步包含設於 該氧化物半導體層與該源極電極層及該汲極電極層之間的 氧化物導電層。 5.如申請專利範圍第1項之電晶體，其中每一該源極 電極層及該汲極電極層具有由第一導電層、第二導電層及 第三導電層所形成之三層結構。 -94- 201207997 6. 如申請專利範圍第1項之電晶體，其中該電晶體具 有透光屬性。 7. 如申請專利範圍第1項之電晶體，其中該第二區中 非結晶區滿布該微晶。 8. —種電晶體，包含： 閘極電極層； 該閘極電極層上之閘極絕緣層； 該閘極絕緣層上之源極電極層及汲極電極層； 該閘極絕緣層上之氧化物半導體層，其與部分該源極 電極層及該汲極電極層重疊：及 氧化物絕緣層，在該氧化物半導體層上並與其接觸， 其中該氧化物半導體層包括表面部分之第一區及其餘 部分之第二區，及 其中該氧化物半導體層之該第二區爲非結晶，或由非 結晶及微晶之混合物所形成，或由微晶所形成。 9 .如申請專利範圍第8項之電晶體，其中該氧化物半 導體層之該第一區由垂直於該氧化物半導體層之表面方向 之c軸取向之微晶所形成。 1 〇·如申請專利範圍第8項之電晶體，其中每一該微 晶之粒子尺寸從1 nm至20nm。 11.如申請專利範圍第8項之電晶體，進一步包含設 於該氧化物半導體層與該源極電極層及該汲極電極層之間 的氧化物導電層。 1 2 ·如申請專利範圍第8項之電晶體，其中該源極電 -95- 201207997 極層及該汲極電極層之每一者具有由第一導電層、第二導 電層及第三導電層所形成之三層結構。 1 3 .如申請專利範圍第8項之電晶體，其中該電晶體 具有透光屬性。 14. 如申請專利範圍第8項之電晶體，其中該第二區 中非結晶區滿布該微晶。 15. —種顯示裝置，包含： 形成於基板上之畫素部，該畫素部包括第一電晶體； 及 形成於該基板上之驅動電路部，該驅動電路部包括第 二電晶體， 其中該第一電晶體及該第二電晶體之每一者包括： 閘極電極層； 該閘極電極層上之閘極絕緣層； 該閘極絕緣層上之氧化物半導體層； 該閘極絕緣層上之源極電極層及汲極電極層，其與部 分該氧化物半導體層重疊：及 氧化物絕緣層，與該氧化物半導體層接觸， 其中該氧化物半導體層包括表面部分之第一區及其餘 部分之第二區，及 其中該氧化物半導體層之該第二區爲非結晶，或由非 結晶及微晶之混合物所形成，或由微晶所形成。 1 6.如申請專利範圍第1 5項之顯示裝置，其中該氧化 物半導體層之該第一區由垂直於該氧化物半導體層之表面 -96- 201207997 方向之C軸取向之微晶所形成。 17.如申請專利範圍第1 5項之顯示裝置，其中每一該 微晶之粒子尺寸從1 nm至20 nm。 1 8 .如申請專利範圍第1 5項之顯示裝置，進一步包含 設於該氧化物半導體層與該源極電極層及該汲極電極層之 間的氧化物導電層。 1 9.如申請專利範圍第1 5項之顯示裝置，其中該源極 電極層及該汲極電極層之每一者具有由第一導電層、第二 導電層及第三導電層所形成之三層結構。 20.如申請專利範圍第1 5項之顯示裝置，其中該畫素 部具有透光屬性。 2 1 .如申請專利範圍第1 5項之顯示裝置，其中該第二 區中非結晶區滿布該微晶。 22. —種顯示裝置，包含： 形成於基板上之畫素部，該畫素部包括第一電晶體； 及 形成於該基板上之驅動電路部，該驅動電路部包括第 二電晶體， 其中該第一電晶體及該第二電晶體之每一者包括： 閘極電極層； 該閘極電極層上之閘極絕緣層； 該閘極絕緣層上之源極電極層及汲極電極層； 該閘極絕緣層上之氧化物半導體層，其與部分該源極 電極層及該汲極電極層重疊；及 -97- 201207997 氧化物絕緣層，與該氧化物半導體層接觸，. 其中該氧化物半導體層包括表面部分之第一區及其餘 部分之第二區，及 其中該氧化物半導體層之該第二區爲非結晶，或由非 結晶及微晶之混合物所形成，或由微晶所形成。 23. 如申請專利範圍第22項之顯示裝置，其中該氧化 物半導體層之該第一區由垂直於該氧化物半導體層之表面 方向之c軸取向之微晶所形成。 24. 如申請專利範圍第22項之顯示裝置，其中每一該 微晶之粒子尺寸從1 nm至20 nm。 25. 如申請專利範圍第22項之顯示裝置，進一步包含 設於該氧化物半導體層與該源極電極層及該汲極電極層之 間的氧化物導電層。 2 6 ·如申請專利範圍第22項之顯示裝置，其中該源極 電極層及該汲極電極層之每一者具有由第一導電層、第二 導電層及第三導電層所形成之三層結構。 2 7 .如申請專利範圍第2 2項之顯示裝置，其中該畫素 部具有透光屬性。 28·如申請專利範圍第22項之顯示裝置，其中該第二 E中非結晶區滿布該微晶。 -98-