CN103400838B - 显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种显示装置。保护电路包括非线性元件，该非线性元件包括：栅电极；覆盖栅电极的栅极绝缘层；在栅极绝缘层上与栅电极重叠的第一氧化物半导体层；以及其端部在第一氧化物半导体层上与栅电极重叠，并其中层叠有导电层和第二氧化物半导体层的第一布线层及第二布线层。在栅极绝缘层上接合物理性质彼此不同的氧化物半导体层，由此与肖特基结相比可进行稳定工作。因此，结漏降低，且可提高非线性元件的特性。

Description

显示装置

本申请是申请日为2009年8月27日、发明名称为“显示装置”、申请号为200980137189.6的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种包括氧化物半导体的显示装置。

背景技术

以液晶显示装置为代表的形成在诸如玻璃衬底的平板上的薄膜晶体管使用非晶硅、或多晶硅制造。使用非晶硅的薄膜晶体管具有如下特性：虽然其场效应迁移率低，但是这种晶体管适合于在玻璃衬底上大面积地形成。另一方面，使用结晶硅制造的薄膜晶体管具有如下特性：虽然其场效应迁移率高，但是需要进行激光退火等的结晶化工序，因此其不一定适合于较大玻璃衬底。

另一方面，使用氧化物半导体制造薄膜晶体管，并将其应用于电子装置或光学装置的技术受到注目。例如，专利文献1及专利文献2公开作为氧化物半导体膜使用氧化锌（ZnO）、In-Ga-Zn-O类氧化物半导体来制造薄膜晶体管，并将这种晶体管用作图像显示装置的开关元件等的技术。

[专利文献1]日本专利申请公开2007-123861号公报

[专利文献2]日本专利申请公开2007-96055号公报

发明内容

将氧化物半导体用作沟道形成区域的薄膜晶体管具有如下特性：其工作速度比使用非晶硅的薄膜晶体管快，并且其制造工序比使用多晶硅的薄膜晶体管简单。换言之，通过使用氧化物半导体，即使在300℃以下的低温下也可以制造场效应迁移率高的薄膜晶体管。

为了有效地利用工作特性优良并可在低温下制造的包括氧化物半导体的显示装置的特征，包括适当的结构的保护电路是必要的。此外，重要的是，保证包括氧化物半导体的显示装置的可靠性。

本发明的一实施例的目的在于提供适合于保护电路的结构。

本发明的一实施例的目的在于：在通过层叠除氧化物半导体以外的绝缘膜及导电膜来制造的各种用途的显示装置中，增强保护电路的功能并使工作稳定化。

本发明的一实施例是一种显示装置，其中保护电路使用包括氧化物半导体的非线性元件形成。该非线性元件包括氧含量不同的氧化物半导体的组合。

本发明的示例性实施例是一种显示装置，包括：在具有绝缘表面的衬底上彼此交叉地设置的扫描线和信号线，像素电极排列为矩阵的像素部；以及在该像素部的外部区域中使用氧化物半导体形成的非线性元件。像素部包括将沟道形成区域形成于第一氧化物半导体层中的薄膜晶体管。像素部中的薄膜晶体管包括：连接至扫描线的栅电极；连接至信号线并与第一氧化物半导体层接触的第一布线层；以及连接至像素电极并与第一氧化物半导体层接触的第二布线层。此外，在像素部和置于衬底周边部的信号输入端子之间设置有非线性元件。非线性元件包括：栅电极；覆盖该栅电极的栅极绝缘层；在栅极绝缘层上重叠于栅电极的第一氧化物半导体层；以及其端部在第一氧化物半导体层上与栅电极重叠，且其中层叠有导电层和第二氧化物半导体层的一对第一布线层及第二布线层。非线性元件的栅电极连接至扫描线或信号线连接，且非线性元件的第一布线层或第二布线层通过第三布线层连接至栅电极，从而向第一布线层或第二布线层施加栅电极电位。

本发明的一示例性实施例是一种显示装置，包括：在具有绝缘表面的衬底上彼此交叉地设置的扫描线与信号线，像素电极排列为矩阵的像素部；以及该像素部的外部区域中的保护电路。像素部包括将沟道形成区域形成于第一氧化物半导体层的薄膜晶体管。像素部中的薄膜晶体管包括：连接至扫描线的栅电极；连接至信号线并与第一氧化物半导体层接触的第一布线层；以及连接至像素电极并与第一氧化物半导体层接触的第二布线层。在像素部的外部区域中设置有用于使扫描线与公共布线相互连接的保护电路、以及使信号线和公共布线相互连接的保护电路。保护电路包括非线性元件，该非线性元件包括：栅电极；覆盖该栅电极的栅极绝缘层；在栅极绝缘层上与栅电极重叠的第一氧化物半导体层；以及其端部在第一氧化物半导体层上与栅电极重叠，且其中层叠有导电层和第二氧化物半导体层的一对第一布线层及第二布线层。此外，非线性元件的第一布线层或第二布线层通过第三布线层连接至栅电极。

在此，第一氧化物半导体层的氧浓度高于第二氧化物半导体层的氧浓度。换言之，第一氧化物半导体层是氧过量型，并且第二氧化物半导体层是氧缺乏型。第一氧化物半导体层的导电率低于第二氧化物半导体层的导电率。第一氧化物半导体层及第二氧化物半导体层具有非单晶结构，并包含至少一种非晶成分。另外，第二氧化物半导体层有时在非晶结构中包含纳米晶体。

注意，为方便起见在该说明书中使用诸如“第一”、“第二”等序数词，但其并不表示步骤顺序或层叠顺序。另外，本说明书中的序数词不表示指定本发明的特定名称。

根据本发明的一实施例，通过使用包括氧化物半导体的非线性元件形成保护电路，可得到具有适合于保护电路的结构的显示装置。在非线性元件的第一氧化物半导体层与布线层之间的连接结构中，设置接合于其导电率高于第一氧化物半导体层的导电率的第二氧化物半导体层的区域，这与只采用金属布线的情况相比，可进行稳定工作。由此，可增强保护电路的功能并实现工作的稳定化。

附图说明

在附图中：

图1示出显示装置中的包括信号输入端子、扫描线、信号线、以及非线性元件的保护电路和像素部之间的位置关系；

图2示出保护电路的一示例；

图3示出保护电路的一示例；

图4A和4B是示出保护电路的一示例的平面图；

图5A和5B是示出保护电路的一示例的截面图；

图6A和6B是示出保护电路的一示例的平面图；

图7A和7B是示出保护电路的一示例的平面图；

图8A至8C是示出保护电路的制造工序的截面图；

图9A至9C是示出保护电路的制造工序的截面图；

图10是电子纸的截面图；

图11A和11B各自是半导体装置的框图；

图12示出信号线驱动器电路的结构；

图13示出信号线驱动器电路操作的时序图；

图14示出信号线驱动器电路操作的时序图；

图15是示出移位寄存器结构的框图；

图16示出图14所示的触发器连接结构；

图17A-1、17A-2及17B是示出实施例6的半导体装置的俯视图及截面图；

图18是示出实施例6的半导体装置的截面图；

图19示出实施例7的半导体装置的像素等效电路；

图20A至20C各示出实施例7的半导体装置；

图21A及21B是描述实施例7的半导体装置的俯视图及截面图；

图22A和22B示出电子纸的应用示例；

图23是示出电子书籍装置的一示例的外观图；

图24A是电视机示例的外观图，图24B是数码相框示例的外观图；

图25A和25B是示出游戏机示例的外观图；

图26是示出移动电话机示例的外观图；

图27是示出保护电路示例的截面图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施例进行描述。本发明不限于以下描述，所属技术领域的普通技术人员可以很容易地理解一个事实就是，其方式及细节可按各种各样的形式改变而不背离本发明的范围及精神。因此，本发明不应该被解释为仅限于以下实施例的描述。在以下说明的本发明的结构中，所有附图中使用相同的附图标记来表示相同的部分。

实施例1

在实施例1中，参照附图说明包括像素部和包括设置在像素部周边的非线性元件的保护电路的显示装置的一示例。

图1示出显示装置中的包括信号输入端子、扫描线、信号线、以及非线性元件的保护电路及像素部之间的位置关系。在具有绝缘表面的衬底10上扫描线13与信号线14彼此交叉以构成像素部17。

像素部17包括排列为矩阵的多个像素18。像素18包括连接到扫描线13和信号线14的像素晶体管19、存储电容器部20、像素电极21。

在本文中示出的像素结构中，存储电容器部20的一电极连接至像素晶体管19，而另一电极连接至电容器线22。此外，像素电极21形成驱动显示元件（诸如液晶元件、发光元件、对比度介质（电子墨））的一电极。这些显示元件的另一电极连接到公共端子23。

保护电路设置在像素部17以及端子11和端子12之间。在实施例1中，设置多个保护电路。因此，即使归因于静电等的浪涌电压施加到扫描线13、信号线14及电容器总线27，像素晶体管19等不被破坏。相应地，保护电路具有当向该保护电路施加浪涌电压时，向公共布线29或公共布线28释放电荷的结构。

在实施例1中，在扫描线13一侧设置保护电路24，在信号线14一侧设置保护电路25，在电容器总线27上设置保护电路26。不言而喻，保护电路的结构不限于此。

图2示出保护电路的一示例。该保护电路包括相对于扫描线13并联安排的非线性元件30及非线性元件31。非线性元件30及非线性元件31各自包括诸如二极管的二端子元件或诸如晶体管等的三端子元件。例如，可与像素部的像素晶体管相同的步骤形成非线性元件。例如通过连接非线性元件的栅极端子和漏极端子，可实现与二极管类似的特性。

非线性元件30的第一端子（栅极）和第三端子（漏极）连接到扫描线13，而其第二端子（源极）连接到公共布线29。非线性元件31的第一端子（栅极）和第三端子（漏极）连接到公共布线29，而第二端子（源极）连接到扫描线13。即，图2所示的保护电路包括两个晶体管，该两个晶体管的整流方向彼此相反，且使扫描线13和公共布线29彼此连接。换言之，在扫描线13和公共布线29之间存在其整流方向从扫描线13向公共布线29的晶体管和其整流方向从公共布线29向扫描线13的晶体管。

在图2所示的保护电路中，当相对于公共布线29，扫描线13因静电等而带正电或负电时，电流在消除电荷的方向上流动。例如，当扫描线13带正电时，电流向将其正电荷释放到公共布线29的方向流动。通过该工作，可以防止连接到带电的扫描线13的像素晶体管19的静电击穿或阈值电压的移动。此外，可防止带电的扫描线13与另一布线之间的电介质击穿，该另一布线隔着绝缘层与带点的扫描线13交叉。

此外，在图2中，使用将第一端子（栅极）连接到扫描线13的非线性元件30以及将第一端子（栅极）连接到公共布线29的非线性元件31；即，非线性元件30和非线性元件31的整流方向彼此相反。经由各非线性元件的第二端子（源极）和第三端子（漏极）连接公共布线29和扫描线13；换言之，非线性元件30和非线性元件31并联。作为另一结构，还可以进一步添加并联连接的非线性元件，从而增强保护电路的工作稳定性。例如，图3示出设置在扫描线13和公共布线29之间并包括非线性元件30a和非线性元件30b以及非线性元件31a和非线性元件31b的保护电路。该保护电路共包括4个非线性元件：将其各自的第一端子（栅极）连接到公共布线29的两个非线性元件（30b、31b）和将其各自的第一端子（栅极）连接到扫描线13的两个非线性元件（30a、31a）。换言之，在公共布线29和扫描线13之间连接两对非线性元件，各对非线性元件以使其整流方向彼此相反的方式设置。换言之，在扫描线13和公共布线29之间连接其整流方向从扫描线13向公共布线29的两个晶体管和其整流方向从公共布线29向扫描线13的两个晶体管。这样，通过利用四个非线性元件连接公共布线29和扫描线13时，不仅在对扫描线13施加浪涌电压的情况，而且由静电等使公共布线29带电的情况下，可防止其电荷直接流过扫描线13。注意，图6A示出四个非线性元件740a、740b、740c、740d设置在衬底上的示例且6B示出其等效电路图。在此，附图标记650和651分别表示扫描线和公共布线。

图7A示出在衬底上使用奇数个非线性元件形成保护电路的示例，而图7B示出其等效电路图。在该电路中，将非线性元件730b、非线性元件730a连接到非线性元件730c作为开关元件。像这样，通过串联连接非线性元件，可分散对保护电路的非线性元件施加的瞬时负载。在此，附图标记650和651分别表示扫描线和公共布线。

图2示出在扫描线13一侧设置的保护电路，但是可将与其具有类似结构的保护电路设置在信号线14一侧。

图4A是示出保护电路一示例的平面图，而图4B是其等效电路图。图5A和5B是沿着图4A所示的Q1-Q2线得到的截面图。以下参照图4A和4B以及图5A和5B说明保护电路的一个结构示例。

非线性元件170a及非线性元件170b分别包括使用与扫描线13相同的层形成的栅电极101及栅电极16。在栅电极101及栅电极16上形成有栅极绝缘层102。在栅极绝缘层102上形成第一氧化物半导体层103，并且在栅电极101上彼此相对的方式设置第一布线层38及第二布线层39。栅极绝缘层102由氧化硅或氧化铝等的氧化物形成。此外，非线性元件170a及非线性元件170b在主要部分中具有相同结构。

第一氧化物半导体层103以在彼此相对的第一布线层38及第二布线层39下方隔着栅极绝缘膜覆盖栅电极101的方式设置。换言之，第一氧化物半导体层103与栅电极101重叠，并与栅极绝缘层102的上表面部和第二氧化物半导体层104a及104b的下表面部接触地设置。在此，第一布线层38具有从第一氧化物半导体层103一侧层叠有第二氧化物半导体层104a和导电层105a的结构，并且第二布线层39具有从第一氧化物半导体层103一侧层叠有第二氧化物半导体层104b和导电层105b的结构。

第一氧化物半导体层103的氧浓度高于第二氧化物半导体层（104a及104b）的氧浓度。换言之，第一氧化物半导体层103是氧过量型，而第二氧化物半导体层（104a及104b）是氧缺乏型。通过增大第一氧化物半导体层103的氧浓度，可以减少施主型缺陷，而可得到载流子寿命更长和迁移率更高的有利效果。另一方面，使第二氧化物半导体层（104a及104b）的氧浓度低于第一氧化物半导体层103的氧浓度时，可提高载流子浓度且第二氧化物半导体层（104a和104b）可用于形成源区及漏区。

关于氧化物半导体的结构，第一氧化物半导体层103是包括In、Ga、Zn及O的非单晶氧化物半导体层，并具有至少一种非晶成分，而第二氧化物半导体层（104a及104b）是包括In、Ga、Zn及O的非单晶氧化物半导体层，且有时在其非单晶结构中包括纳米晶体。则，第一氧化物半导体层103具有的特性为其导电率低于第二氧化物半导体层（104a及104b）的导电率。因此，实施例1的非线性元件170a及非线性元件170b中的第二氧化物半导体层（104a及104b）起到与晶体管的源区及漏区类似的功能。作为源区的第二氧化物半导体层104a及作为漏区的第二氧化物半导体层104b具有n型导电性，且其激活能（ΔE）为0.01eV至0.1eV，并且第二氧化物半导体层（140a和104b）也可称为n^＋区域。

第一氧化物半导体层103及第二氧化物半导体层（104a及104b）典型地由氧化锌(ZnO)形成或由包含In、Ga及Zn的氧化物半导体形成。

第二氧化物半导体层（104a及104b）与第一氧化物半导体层103、导电层（105a及105b）接触并在其之间设置，并获得具有不同特性的氧化物半导体层的结。通过在第一氧化物半导体层和导电层之间设置其导电率高于第一氧化物半导体层103的第二氧化物半导体层（104a及104b），这与第一氧化物半导体层和导电层直接接触情况下的肖特基结相比，稳定工作变得可能。换言之，热稳定性提高，从而可实现稳定工作。由此，可提增强护电路功能并实现工作的稳定化。此外，结漏（junctionleak）降低，并可提高非线性元件170a及非线性元件170b的特性。

在第一氧化物半导体层103上设置有保护绝缘膜107。保护绝缘膜107由氧化硅或氧化铝等的氧化物形成。此外，通过在氧化硅或氧化铝上层叠氮化硅、氮化铝、氧氮化硅或氧氮化铝，可以增强保护膜的功能。

不管是上述哪一种情况，与第一氧化物半导体层103接触的保护绝缘膜107是氧化物，其可防止从第一氧化物半导体层103抽出氧并防止第一氧化物半导体层103变成氧缺乏型。此外，通过采用其中第一氧化物半导体层103不直接接触于包括氮化物的绝缘层的结构，可防止氮化物中的氢扩散并在第一氧化物半导体层103中产生归因于羟基等的缺陷。

在保护绝缘膜107中设置有接触孔125及128，其中使用与栅电极101相同的层形成的扫描线13连接至非线性元件170a的第三端子（漏极）。使用由与像素部的像素电极相同材料形成的第三布线层110形成该连接。第三布线层110由用于形成透明导电膜的例如，氧化铟锡（ITO：indiumtinoxide）、氧化锌（ZnO）、氧化锡（SnO₂）的材料形成。由此，第三布线层110比由金属材料形成的布线具有更高电阻。当保护电路包括包含这种电阻成分的布线时，可防止因过大电流流过而损坏非线性元件170a。

虽然图4A和4B及图5A和5B示出针对扫描线13设置的保护电路的示例，类似保护电路可应用于信号线、电容器总线等。

根据实施例1，通过以该方式设置包括氧化物半导体的保护电路，可得到具有适合于保护电路的结构的显示装置。由此，可增强保护电路的功能并实现工作的稳定化。

实施例2

在实施例2中，参照图8A至8C以及图9A至9C对形成有实施例1中图4A所示的像素部和像素部周边的包括非线性元件的保护电路的显示装置的制造工序的一实施例进行说明。图8A至8C及图9A至9C是沿着图4A中的Q1-Q2线得到的截面图。

在图8A中，作为具有透光性的衬底100，可使用在市场上销售的钡硼硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃等的玻璃衬底。例如，优选使用以组分比计算氧化钡(BaO)多于硼酸（B₂O₃），且应变点为730℃或更高的玻璃衬底。这是因为当在700℃左右的高温下对氧化物半导体层进行热处理时，玻璃衬底也不应变的缘故。

接着，在整个衬底100上形成导电层。之后，由第一光刻工序形成抗蚀剂掩模，并且通过蚀刻去除不必要的部分来形成布线及电极（包括栅电极101的栅极布线、电容器布线以及端子）。此时进行蚀刻，以便将栅电极101的至少一端部形成为锥形。

包括栅电极101的栅极布线、电容器布线、端子部的端子优选使用诸如铝（Al）或铜（Cu）的低电阻导电材料形成；然而，铝本身具有诸如低耐热性以及易于腐蚀的缺点，所以与耐热导电材料组合来使用。作为耐热导电材料可使用选自钛(Ti)、钽(Ta)、钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钕(Nd)、或钪（Sc）中的元素、或包括任何以上元素的合金、包括这种元素组合的合金膜或者包括任何以上元素的氮化物膜。

接着，在整个栅电极101上形成栅极绝缘层102。栅极绝缘层102通过利用溅射法等并以50nm至250nm的厚度形成。

例如，通过溅射法形成100nm厚度的氧化硅膜作为栅极绝缘层102。当然，栅极绝缘层102不限于这种氧化硅膜，且可以是包括另一绝缘膜的单层或者叠层，另一绝缘膜为氧氮化硅膜、氮化硅膜、氧化铝膜、或氧化钽膜等。

接着，在形成第一氧化物半导体层之前对栅极绝缘层102进行等离子体处理。在此，进行其中通过将氧气体和氩气导入沉积腔内以产生等离子体的反溅射，从而对栅极绝缘层进行使用氧自由基或氧的处理。像这样，去除附着在表面的尘埃，并且使栅极绝缘层表面变为氧过量区域。对栅极绝缘层表面进行氧自由基处理，以使表面变为氧过量区域有效，因为在后面的工序中的用于提高可靠性的热处理（200℃至600℃）中，制成用于改善栅极绝缘层和第一氧化物半导体层之间的界面的氧供应源。

通过溅射法并适当地改变导入腔体内的气体以及腔体内的靶，可在不暴露于大气的情况下连续形成栅极绝缘层、第一氧化物半导体层及第二氧化物半导体层。不暴露于大气并连续成膜可防止杂质的混入。在不暴露于大气并连续成膜的情况下，优选使用多腔型制造装置。

特别地，优选连续形成与第一氧化物半导体层接触的栅极绝缘层102和第一氧化物半导体层。通过这样的连续成膜，可形成叠层之间的没有被诸如大气中的水分或污染杂质元素或尘埃的大气成分所污染的界面。因此，可减小非线形元件及薄膜晶体管的特性的不均匀。

注意，在本说明书中的术语“连续成膜”意味着：在从利用溅射法进行的第一成膜步骤到利用溅射法进行的第二成膜步骤的一系列步骤中，置有要被处理衬底的气氛不被大气等的污染气氛污染，而一直控制为真空或惰性气体气氛（氮气气氛或稀有气体气氛）。通过进行连续成膜，可避免水分等再附着的情况下，可在已清净化的衬底上进行成膜。

接着，不使进行等离子体处理的衬底暴露于大气地形成第一氧化物半导体层。通过不使进行等离子体处理的衬底暴露于大气地形成第一氧化物半导体层，可避免尘埃和水分附着在栅极绝缘层和半导体膜之间的界面的问题。在此，使用直径8英寸的包含In、Ga及Zn的氧化物半导体靶（组成比是In₂O₃：Ga₂O₃:ZnO=1：1：1），将衬底和靶之间的距离设定为170mm，将压力设定为0.4Pa，将直流(DC)电源设定为0.5kW的条件下，并在氧气氛下形成第一氧化物半导体层。此外，优选使用脉冲直流(DC)电源，因为可减少尘埃，并且膜厚可均匀。将第一氧化物半导体层的厚度设定为5nm至200nm。在实施例2中将第一氧化物半导体层的厚度设定为100nm。

第一氧化物半导体层的成膜条件与第二氧化物半导体层的成膜条件不同时，第一氧化物半导体层具有与第二氧化物半导体层不同的组分；例如，第一氧化物半导体层比第二氧化物半导体层包含更多氧。例如，该情况下，与第二氧化物半导体层的沉积条件中的氧气流速和氩气流速相比，在第一氧化物半导体层的沉积条件中氧气流速增大。具体而言，第二氧化物半导体层在稀有气体（诸如氩或氦）气氛下（或者包含10％或以下的氧气且90％或以上的氩气的气体）形成，而第一氧化物半导体层在氧气气氛下（或者氧气流速等于或大于氩气流速的氧气和氩气的混合气体，并且氧气流速：氩气流速＝1:1或以上）形成。第一氧化物半导体层比第二氧化物半导体层包含更多氧时，可使第一氧化物半导体层的导电率低于第二氧化物半导体层的导电率。另外，第一氧化物半导体层包含大量氧时，可降低截止电流；因此，可得到导通/截止比高的薄膜晶体管。

第一氧化物半导体层可在与先前进行反溅射的处理腔相同的处理腔中形成，或者只要不暴露于大气的情况下进行成膜，可在与先前进行反溅射的处理腔不同的处理腔中形成。

接着，利用溅射法在第一氧化物半导体层上形成第二氧化物半导体层。在此，使用将氧化铟（In₂O₃）、氧化镓（Ga₂O₃）、氧化锌（ZnO）的组分比设定为1:1:1（=In₂O₃:Ga₂O₃:ZnO）的靶，将衬底和靶之间的距离设定为170mm，将沉积腔的压力设定为0.4Pa，将直流（DC）电源设定为0.5kW，将沉积温度设定为室温，并且导入流速40sccm的氩气的条件下，进行溅射沉积。由此，形成以In、Ga、Zn及氧为成分的半导体膜作为第二氧化物半导体层。虽然意图性地使用将其组分比为In₂O₃:Ga₂O₃:ZnO=1:1:1的靶，但是刚成膜后常获得包括1nm至10nm大小晶粒的氧化物半导体膜。此外，通过适当地调节反应性溅射的沉积条件，诸如靶的组分比、沉积压力（0.1Pa至2.0Pa）、电功率（250W至3000W：8英寸φ）、温度（室温至100℃）等，可调节是否有晶粒、晶粒密度，并且将晶粒直径调节在1nm至10nm的范围内。将第二氧化物半导体层的厚度设定为5nm至20nm。当然，当在膜中包含晶粒时，所包含的晶粒大小不超过膜厚。在实施例2中将第二氧化物半导体层的厚度设定为5nm。

接着，进行第二光刻工序以形成抗蚀剂掩模，并且对第一氧化物半导体层及第二氧化物半导体层进行蚀刻。在此，通过使用ITO07N（日本关东化学公司的产品）的湿法蚀刻，以去除不必要的部分；因此形成第一氧化物半导体层103及第二氧化物半导体层111。注意，在此蚀刻不限于湿法蚀刻，也可利用干法蚀刻。图8B示出该阶段中的截面。

接着，在第二氧化物半导体层111及栅极绝缘层102上利用溅射法或真空蒸镀法由金属材料形成导电膜132。作为导电膜132的材料，有选自Al、Cr、Ta、Ti、Mo、W中的元素、包含以上述元素的合金、以上元素的一些组合的合金膜等。

在200℃至600℃下进行热处理的情况下，优选使导电膜具有承受该热处理的耐热性。因为铝本身具有诸如耐热性低并易于腐蚀的问题，所以与耐热导电材料组合来使用。作为与Al组合使用的耐热导电材料，可使用选自钛(Ti)、钽(Ta)、钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钕(Nd)、钪（Sc）中的元素、包含任何以上元素的合金、包含以上元素的组合的合金膜或者包括任何以上元素的氮化膜。

在本实施例中，导电膜132具有如下三层结构：形成Ti膜，在该Ti膜上层叠包含Nd的铝（Al-Nd）膜，并且在其上形成另一Ti膜。替代地，导电膜132可具有两层结构，其中可在铝膜上层叠钛膜。另外，导电膜132可具有包含硅的铝膜或钛膜铝膜单层结构。图8C示出该阶段中的截面。

接着，进行第三光刻工序以形成抗蚀剂掩模131，并且通过蚀刻去除导电膜132的不必要的部分。从而形成导电层105a及105b（参照图9A）。此时，可使用湿法蚀刻或干法蚀刻。在此，采用使用SiCl₄、Cl₂和BCl₃的混合气体的干法蚀刻对层叠Ti膜、包含Nd的铝（Al-Nd）膜和Ti膜的导电膜进行蚀刻。以该方式，形成导电膜105a及105b。

接着，使用与用于蚀刻导电膜132的抗蚀剂掩模相同的抗蚀剂掩模对第二氧化物半导体层进行蚀刻。在此，通过使用ITO07N（日本关东化学公司的产品）的湿法蚀刻去除不必要的部分；从而形成第二氧化物半导体层104a、104b。注意，此时的蚀刻不限于湿法蚀刻而也可以使用干法蚀刻。此外，虽然取决于蚀刻条件，但是在第二氧化物半导体层111的蚀刻工序中，第一氧化物半导体层103的露出区域也受到蚀刻。因此，在第二氧化物半导体层104a、104b之间的第一氧化物半导体层103的沟道形成区域如图9A所示成为膜厚薄的区域。

此外，可以对第一氧化物半导体层103进行氧等离子体处理。通过进行该等离子体处理，可修复因对第一氧化物半导体层103进行蚀刻而产生的损伤。在典型的氧等离子体处理中，利用通过氧气辉光放电等离子体产生的自由基对氧化物半导体表面进行处理。但是产生等离子体的气体不限于氧，也可以是氧气和稀有气体的混合气体。

接着，优选进行200℃至600℃，典型地300℃至500℃的热处理。在该情况下，在炉中在氮气氛下进行350℃、一个小时的热处理。该热处理允许包含In、Ga及Zn的半导体层的原子重新排列。由于通过该热处理消除阻挡载流子迁移的歪曲，所以在此进行的热处理（包括光退火）重要。此外，进行热处理的时序只要是第一氧化物半导体层形成后，就没有特别的限制；例如可在形成保护膜后进行热处理。通过以上步骤，可完成以第一氧化物半导体层103为沟道形成区域的非线性元件170a。图9A示出该阶段中的截面图。

接着，去除抗蚀剂掩模，并且形成覆盖包含In、Ga及Zn的半导体层的保护绝缘膜107。保护绝缘膜107可使用通过溅射法等得到的氮化硅膜、氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化铝膜、氧化钽膜等形成。

接着，进行第四光刻工序以形成抗蚀剂掩模，并且进行对保护绝缘膜107的蚀刻。从而形成到达导电层105b的接触孔125。为了缩减掩模数，优选使用同一抗蚀剂掩模对栅极绝缘层102进行蚀刻，以便形成到达栅电极的接触孔128。图9B示出该阶段中的截面图。

接着，在去除抗蚀剂掩模之后形成透明导电膜。作为透明导电膜的材料可为氧化铟（In₂O₃）、氧化铟氧化锡合金（In₂O₃-SnO₂，以下简称ITO）等，且它们使用溅射法、真空蒸镀法等形成。通过利用盐酸基溶液进行上述材料的蚀刻处理。但是，因为对ITO的蚀刻尤其容易留下残渣，可使用氧化铟氧化锌合金（In₂O₃-ZnO）以改善蚀刻加工性。

接着，进行第五光刻工序以形成抗蚀剂掩模，并去除透明导电膜的不必要的部分。从而形成未图示的像素电极。

另外，在该第五光刻工序中，通过使用栅极绝缘层102及保护绝缘膜107为电介质，由电容器布线和像素电极一起形成电容器部中的存储电容器，未示出。

另外，在该第五光刻工序中，利用抗蚀剂掩模覆盖端子部来保留形成在端子部中的透明导电膜。透明导电膜用作用于与FPC连接的电极或布线、用作源极布线的输入端子的用于连接的端子电极等。

此外，在实施例2中，经由透明导电膜构成的第三布线层110通过接触孔125及128将非线性元件170a的作为漏电极层的导电层105b连接至扫描线108，并由此形成保护电路。

接着，去除抗蚀剂掩模。图9C示出该阶段中的截面图。

通过以上述方式进行的五次光刻工序，可通过使用五个光掩模完成具有多个非线性元件（在实施例2中，具有两个非线性元件170a以及170b）的保护电路。在非线性元件的第一氧化物半导体层和布线层之间的连接结构中，设置接合到其导电率高于第一氧化物半导体层的第二氧化物半导体层的区域，这与仅使用金属布线的情况相比，可进行稳定工作。根据实施例2，可与非线性元件一起并以与非线性元件类似的方法完成多个TFT。因此可同时进行包括底栅n沟道TFT的像素部和保护电路的制造。换言之，根据实施例2所示的步骤，可制造安装有具有较少归因于膜剥离的缺陷的保护二极管的有源矩阵显示装置衬底。

实施例3

现将参照图27在实施例3中说明包括像素部和像素部周边的包括非线性元件的保护电路的显示装置的与实施例2不同的一实施例。

图27是在同一衬底上形成有安排在像素部中的薄膜晶体管和包括非线性元件的保护电路的显示装置的截面图。将非线性元件270a中，将作为源电极及漏电极的导电层（105a、105b）设置成与第一氧化物半导体层103接触。

在非线性元件270a中，优选导电层105a及导电层105b与通过等离子体处理改良的第一氧化物半导体层103接触。在实施例3中，在形成导电层之前，对第一氧化物半导体层103进行等离子体处理。

作为等离子体处理，例如，可进行反溅射。可使用氩气、氢气、或氩及氢的混合气体进行等离子体处理。另外，也可使上述气体包含氧气。另外，可使用另一稀有气体代替氩气。

对导电层进行蚀刻来形成作为源电极及漏电极的导电层（105a、105b）。在实施例3中，使用氨双氧水混合物（双氧:氨:水=5:2:2）等对钛膜进行湿法蚀刻来形成作为源电极及漏电极的导电层（105a、105b）。在该蚀刻步骤中，包含In、Ga及Zn的第一氧化物半导体层的露出区域的一部分被蚀刻。因此，如图27所示，夹在导电层105a和导电层105b之间的区域，即第一氧化物半导体层103的沟道形成区域是膜厚薄的区域。

通过形成与利用等离子体处理改良的第一氧化物半导体层103接触的作为源电极及漏电极的导电层（105a、105b），可降低第一氧化物半导体层103和作为源电极及漏电极的导电层（105a、105b）之间的接触电阻。另外，通过等离子体处理，第一氧化物半导体层103与作为源电极及漏电极的导电层（105a、105b）的接合强度提高，并因此不容易产生归因于膜剥离的缺陷。

通过上述步骤，可制造具有作为非线性半导体装置的可靠性高的保护电路的显示装置。

实施例4

作为根据本发明的一实施例的显示装置，实施例4示出在同一衬底上设置有保护电路和像素部中的TFT的电子纸的示例。

图10示出根据本发明一实施例作为显示装置示例的有源矩阵型电子纸装置。用于半导体装置的薄膜晶体管581可以与实施例2所示的非线性元件类似的方式制造，并且具有高电特性，其中包含In、Ga及Zn的氧化物半导体用于半导体层、源区及漏区。

图10的电子纸是采用扭转球显示系统的显示装置的示例。扭转球显示系统是指一种方法，其中将分别着色为白色和黑色的球形粒子排列在显示元件的电极层的第一电极层及第二电极层之间，并且在第一电极层及第二电极层之间产生电位差来控制球形粒子的取向，以便进行显示。

薄膜晶体管581具有底栅结构，其中源电极层或漏电极层通过形成在绝缘层中的开口电连接到第一电极层587。在第一电极层587和第二电极层588之间设置有球形粒子589。该球形粒子589各包括黑色区590a和白色区590b，且黑色区590a和白色区590b周边的空洞594填充有液体。球形粒子589的圆周填充有诸如树脂等的填料595（参照图10）。

此外，还可使用电泳元件代替扭转球。使用直径为10μm至20μm左右的微囊，该微囊中填充有透明液体、带正电的白色微粒和带负电的黑色微粒。设置在第一电极层和第二电极层之间的微囊中，由第一电极层和第二电极层施加电场时，白色微粒和黑色微粒彼此向相反方向移动，从而可显示白色或黑色。应用这种原理的显示元件就是电泳显示元件，一般称为电子纸。电泳显示元件具有比液晶显示元件更高的反射率，且因而不需要辅助光。此外，功耗低，并且在昏暗的地方也能够辨别显示部。另外，即使不向显示部供电，也能够保持一旦显示过的图像。从而，即使使具有显示功能的半导体装置（还可简单地称为显示装置，或称为具备显示装置的半导体装置）离开作为电源的电波源，也能够储存显示过的图像。

通过上述步骤，在非线性元件的第一氧化物半导体层与布线层之间的连接结构中，设置与其导电率高于第一氧化物半导体层的导电率的第二氧化物半导体层接合的区域，这与只采用金属布线的情况相比，可进行稳定工作。由此，可增强保护电路的功能并实现工作的稳定化。此外，可通过包括具有不容易产生归因于膜剥离的缺陷的非线性元件的保护电路来制造具有稳定操作的可靠性高的电子纸。

实施例4可与其它实施例所记载的任何结构适当地组合而实现。

实施例5

实施例5描述根据本发明的一实施例的半导体装置的一示例的显示装置中，在同一衬底上至少制造保护电路、驱动器电路的一部分和配置在像素部中的薄膜晶体管的示例，参照图11A和11B、图12、图13、图14、图15及图16。

与实施例2或3所示的非线性元件类似的方式形成与保护电路同一衬底上的像素部中的薄膜晶体管。形成的薄膜晶体管是n沟道TFT；因此可由n沟道TFT形成的驱动器电路的一部分与像素部的薄膜晶体管形成在同一衬底上。

图11A示出根据本发明一实施例的作为半导体装置的一示例的有源矩阵液晶显示装置的框图的一示例。图11A所示的显示装置在衬底5300上包括：包括各自设置有显示元件的多个像素的像素部5301；选择像素的扫描线驱动器电路5302；以及控制对所选像素的视频信号输入的信号线驱动器电路5303。

像素部5301通过从信号线驱动器电路5303在列方向上延伸的多条信号线S1-Sm（未图示）连接至信号线驱动器电路5303，通过从扫描线驱动器电路5302在行方向上延伸的多条扫描线G1-Gn（未图示）连接至扫描线驱动器电路5302。像素部5301包括对应于信号线S1-Sm以及扫描线G1-Gn的排列为矩阵的多个像素（未图示）。并且，各个像素连接至信号线Sj（信号线S1-Sm中的任一条）、扫描线Gi（扫描线G1-Gn中的任一条）。

此外，可以与实施例2或3所示的非线性元件一起并以类似的方法形成的薄膜晶体管是n沟道TFT，参照图12说明包括n沟道TFT的信号线驱动器电路。

图12所示的信号线驱动器电路包括：驱动器IC5601；开关群5602_1至5602_M；第一布线5611；第二布线5612；第三布线5613；以及布线5621_1至5621_M。开关群5602_1至5602_M的每一个包括第一薄膜晶体管5603a、第二薄膜晶体管5603b以及第三薄膜晶体管5603c。

驱动器IC5601连接到第一布线5611、第二布线5612、第三布线5613及布线5621_1至5621_M。而且，开关群5602_1至5602_M的每一个分别连接到第一布线5611、第二布线5612、第三布线5613及分别对应于开关群5602_1至5602_M的布线5621_1至5621_M之一。而且，布线5621_1至5621_M的每一个通过第一薄膜晶体管5603a、第二薄膜晶体管5603b及第三薄膜晶体管5603c连接到三条信号线。例如，第J列的布线5621_J（布线5621_1至5621_M中的任一条）通过开关群5602_J所具有的第一薄膜晶体管5603a、第二薄膜晶体管5603b及第三薄膜晶体管5603c连接到信号线Sj-1、信号线Sj、信号线Sj+1。

注意，对第一布线5611、第二布线5612、第三布线5613分别输入信号。

注意，驱动器IC5601优选形成在单晶衬底上。再者，开关群5602_1至5602_M优选与像素部形成在同一衬底上。因此，通过FPC等将驱动器IC5601连接到开关群5602_1至5602_M。

接着，参照图13的时序图说明图12所示的信号线驱动器电路的操作。注意，图13的时序图示出选择第i行扫描线Gi时的时序图。第i行扫描线Gi的选择周期被分割为第一子选择周期T1、第二子选择周期T2及第三子选择周期T3。而且，在选择其他行的扫描线的情况下，图12的信号线驱动器电路也进行与图13类似的操作。

注意，图13的时序图示出第J列布线5621_J分别通过第一薄膜晶体管5603a、第二薄膜晶体管5603b及第三薄膜晶体管5603c连接到信号线Sj-1、信号线Sj、信号线Sj+1的情况。

图13的时序图示出第i行扫描线Gi被选择的时序、第一薄膜晶体管5603a的导通/截止的时序5703a、第二薄膜晶体管5603b的导通/截止的时序5703b、第三薄膜晶体管5603c的导通/截止的时序5703c以及输入到第J列布线5621_J的信号5721_J。

在第一子选择周期T1、第二子选择周期T2及第三子选择周期T3中，向布线5621_1至布线5621_M输入不同的视频信号。例如，在第一子选择周期T1中输入到布线5621_J的视频信号输入到信号线Sj-1，在第二子选择周期T2中输入到布线5621_J的视频信号输入到信号线Sj，并且在第三子选择周期T3中输入到布线5621_J的视频信号输入到信号线Sj+1。再者，在第一子选择周期T1、第二子选择周期T2及第三子选择周期T3中输入到布线5621_J的视频信号为数据_j-1、数据_j、数据_j+1。

如图13所示，在第一子选择周期T1中，第一薄膜晶体管5603a导通，而第二薄膜晶体管5603b及第三薄膜晶体管5603c截止。此时，输入到布线5621_J的数据_j-1通过第一薄膜晶体管5603a输入到信号线Sj-1。在第二子选择周期T2中，第二薄膜晶体管5603b导通，而第一薄膜晶体管5603a及第三薄膜晶体管5603c截止。此时，输入到布线5621_J的数据_j通过第二薄膜晶体管5603b输入到信号线Sj。在第三子选择周期T3中，第三薄膜晶体管5603c导通，而第一薄膜晶体管5603a及第二薄膜晶体管5603b截止。此时，输入到布线5621_J的数据_j+1通过第三薄膜晶体管5603c输入到信号线Sj+1。

如上所述，图12的信号线驱动器电路通过将一个门选择周期分割为三个来可以在一个门选择周期中将视频信号从一条布线5621输入到三条信号线。因此，图12的信号线驱动器电路中，设置有驱动器IC5601的衬底和设置有像素部的衬底的连接数可约为信号线数的1/3。因为连接数减少为信号线数的大约1/3，图12的信号线驱动器电路可提高可靠性、成品率等。

注意，只要能够如图12所示，将一个门选择周期分割为多个子选择周期，并在各子选择周期中从某一条布线向多条信号线分别输入视频信号，就对于薄膜晶体管的排列、数量及驱动方法等没有特别的限制。

例如，当在三个或以上的子选择周期的每一个周期中从一条布线将视频信号分别输入到三条或以上的信号线时，追加薄膜晶体管及用于控制薄膜晶体管的布线即可。注意，当将一个门选择周期分割为四个或以上的子选择周期时，一个子选择周期变得更短。因此，优选将一个门选择周期分割为两个或三个子选择周期。

作为另一示例，也可如图14的时序图所示，将一个选择周期分割为预充电周期Tp、第一子选择周期T1、第二子选择周期T2、第三子选择周期T3。图14的时序图示出选择第i行扫描线Gi的时序、第一薄膜晶体管5603a的导通/截止的时序5803a、第二薄膜晶体管5603b的导通/截止的时序5803b、第三薄膜晶体管5603c的导通/截止的时序5803c以及输入到第J列布线5621_J的信号5821_J。如图14所示，在预充电周期Tp中，第一薄膜晶体管5603a、第二薄膜晶体管5603b及第三薄膜晶体管5603c导通。此时，输入到布线5621_J的预充电电压Vp通过第一薄膜晶体管5603a、第二薄膜晶体管5603b及第三薄膜晶体管5603c输入到信号线Sj-1、信号线Sj、信号线Sj+1。在第一子选择周期T1中，第一薄膜晶体管5603a导通，而第二薄膜晶体管5603b及第三薄膜晶体管5603c截止。此时，输入到布线5621_J的数据_j-1通过第一薄膜晶体管5603a输入到信号线Sj-1。在第二子选择周期T2中，第二薄膜晶体管5603b导通，而第一薄膜晶体管5603a及第三薄膜晶体管5603c截止。此时，输入到布线5621_J的数据_j通过第二薄膜晶体管5603b输入到信号线Sj。在第三子选择周期T3中，第三薄膜晶体管5603c导通，而第一薄膜晶体管5603a及第二薄膜晶体管5603b截止。此时，输入到布线5621_J的数据_j+1通过第三薄膜晶体管5603c输入到信号线Sj+1。

如上所述，应用图14的时序图的图12的信号线驱动器电路中，可通过在子选择周期之前提供预充电选择周期来对信号线进行预充电，因此可高速地对像素写入视频信号。注意，在图14中，使用共同的附图标记来表示与图13类似的部分，而省略对于相同的部分以及具有相同功能的部分的详细说明。

此外，说明扫描线驱动器电路的结构。扫描线驱动器电路包括移位寄存器及缓冲器。此外，根据情况，扫描线驱动器电路还可包括电平移动器。在扫描线驱动器电路中，对移位寄存器输入时钟信号（CLK）及起始脉冲信号（SP）时生成选择信号。所生成的选择信号被缓冲器缓冲和放大，并将所得信号供给到对应的扫描线。扫描线连接到一条线的像素中的晶体管的栅电极。而且，由于需要将一条线的像素的诸晶体管一齐导通，因此使用能够馈送大电流的缓冲器。

参照图15和图16说明用于扫描线驱动器电路的一部分的移位寄存器的一个模式。

图15示出移位寄存器的电路结构。图15所示的移位寄存器包括多个触发器（触发器5701_1至5701_n）。该移位寄存器通过输入第一时钟信号、第二时钟信号、起始脉冲信号、复位信号来进行工作。

说明图15的移位寄存器的连接关系。在图15的移位寄存器的第i级触发器5701_i（触发器5701_1至5701_n中的任一个）中，图16所示的第一布线5501连接到第七布线5717_i-1；图16所示的第二布线5502连接到第七布线5717_i+1；图16所示的第三布线5503连接到第七布线5717_i；并且图16所示的第六布线5506连接到第五布线5715。

此外，在奇数级的触发器中图16所示的第四布线5504连接到第二布线5712，在偶数级的触发器中其连接到第三布线5713。图16所示的第五布线5505连接到第四布线5714。

注意，第一级触发器5701_1的图16所示的第一布线5501连接到第一布线5711。此外，第n级触发器5701_n的图16所示的第二布线5502连接到第六布线5716。

注意，第一布线5711、第二布线5712、第三布线5713、第六布线5716也可分别称为第一信号线、第二信号线、第三信号线、第四信号线。第四布线5714、第五布线5715可分别称为第一电源线、第二电源线。

接着，图16示出图15所示的触发器的详细结构。图16所示的触发器包括第一薄膜晶体管5571、第二薄膜晶体管5572、第三薄膜晶体管5573、第四薄膜晶体管5574、第五薄膜晶体管5575、第六薄膜晶体管5576、第七薄膜晶体管5577以及第八薄膜晶体管5578。注意，第一薄膜晶体管5571、第二薄膜晶体管5572、第三薄膜晶体管5573、第四薄膜晶体管5574、第五薄膜晶体管5575、第六薄膜晶体管5576、第七薄膜晶体管5577以及第八薄膜晶体管5578的每一个是n沟道晶体管，并且当栅极-源极间电压（V_gs）超过阈值电压（V_th）时导通。

接着，下面示出图16所示的触发器的连接结构。

第一薄膜晶体管5571的第一电极（源电极及漏电极中的一个）连接到第四布线5504。第一薄膜晶体管5571的第二电极（源电极及漏电极中的另一个）连接到第三布线5503。

第二薄膜晶体管5572的第一电极连接到第六布线5506。第二薄膜晶体管5572的第二电极连接到第三布线5503。

第三薄膜晶体管5573的第一电极连接到第五布线5505。第三薄膜晶体管5573的第二电极连接到第二薄膜晶体管5572的栅电极。第三薄膜晶体管5573的栅电极连接到第五布线5505。

第四薄膜晶体管5574的第一电极连接到第六布线5506。第四薄膜晶体管5574的第二电极连接到第二薄膜晶体管5572的栅电极。第四薄膜晶体管5574的栅电极连接到第一薄膜晶体管5571的栅电极。

第五薄膜晶体管5575的第一电极连接到第五布线5505。第五薄膜晶体管5575的第二电极连接到第一薄膜晶体管5571的栅电极。第五薄膜晶体管5575的栅电极连接到第一布线5501。

第六薄膜晶体管5576的第一电极连接到第六布线5506。第六薄膜晶体管5576的第二电极连接到第一薄膜晶体管5571的栅电极。第六薄膜晶体管5576的栅电极连接到第二薄膜晶体管5572的栅电极。

第七薄膜晶体管5577的第一电极连接到第六布线5506。第七薄膜晶体管5577的第二电极连接到第一薄膜晶体管5571的栅电极。第七薄膜晶体管5577的栅电极连接到第二布线5502。第八薄膜晶体管5578的第一电极连接到第六布线5506。第八薄膜晶体管5578的第二电极连接到第二薄膜晶体管5572的栅电极。第八薄膜晶体管5578的栅电极连接到第一布线5501。

注意，第一薄膜晶体管5571的栅电极、第四薄膜晶体管5574的栅电极、第五薄膜晶体管5575的第二电极、第六薄膜晶体管5576的第二电极以及第七薄膜晶体管5577的第二电极所连接的点称作节点5543。第二薄膜晶体管5572的栅电极、第三薄膜晶体管5573的第二电极、第四薄膜晶体管5574的第二电极、第六薄膜晶体管5576的栅电极以及第八薄膜晶体管5578的第二电极所连接的点称作节点5544。

注意，第一布线5501、第二布线5502、第三布线5503以及第四布线5504可分别称为第一信号线、第二信号线、第三信号线、第四信号线。第五布线5505、第六布线5506可分别称为第一电源线、第二电源线。

此外，也可仅使用可以与实施例2或3所示的非线性元件一起并以类似方法形成的n沟道TFT来制造信号线驱动器电路及扫描线驱动器电路。因为可以与实施例2或3所示的非线性元件一起并以类似方法形成的n沟道TFT具有高迁移率，所以可提高驱动器电路的驱动频率。另外，由于可以与实施例2或3所示的非线性元件一起并以类似方法形成的n沟道TFT包括利用包含铟、镓及锌的氧缺乏氧化物半导体层形成的源区或漏区，因此减小寄生电容，并增大频率特性（称为f特性）。例如，由于包括可以与实施例2或3所示的非线性元件一起并以类似的方法形成的n沟道TFT的扫描线驱动器电路可高速工作，因此可提高帧频率或实现例如黑屏插入等。

再者，例如，增大扫描线驱动器电路的晶体管的沟道宽度，或设置多个扫描线驱动器电路时，可实现更高的帧频率。在设置多个扫描线驱动器电路的情况下，用于驱动偶数扫描线的扫描线驱动器电路设置在一侧，用于驱动奇数扫描线的扫描线驱动器电路配置在其相反一侧；因此可实现帧频率的增大。

在制造根据本发明一实施例的半导体装置的一示例的有源矩阵型发光显示装置的情况下，因为至少在一个像素中安排多个薄膜晶体管，因此优选安排多个扫描线驱动器电路。图11B示出有源矩阵型发光显示装置的框图的一示例。

图11B所示的发光显示装置在衬底5400上包括：包括各设置有显示元件的多个像素的像素部5401；选择各像素的第一扫描线驱动器电路5402及第二扫描线驱动器电路5404；以及控制对所选像素的视频信号输入的信号线驱动器电路5403。

在向图11B所示的发光显示装置的像素输入数字视频信号的情况下，通过切换晶体管的导通和截止，像素处于发光或非发光状态。因此，可以采用面积比灰度法或时间比灰度法显示灰度级。面积比灰度法是一种驱动法，其中通过将一个像素分割为多个子像素并基于视频信号分别驱动各子像素，从而显示灰度级。此外，时间比灰度法是一种驱动法，其中通过控制像素发光的期间来显示灰度级。

因为发光元件的响应时间比液晶元件等短，所以发光元件适合于时间比灰度法。具体而言，通过时间比灰度法进行显示的情况下，将一个帧周期分割为多个子帧周期。然后，响应于视频信号，在各子帧周期中使像素的发光元件处于发光或非发光状态。通过将一个帧周期分割为多个子帧周期，可利用视频信号控制在一个帧周期中像素实际上发光的时间的总长度，以显示灰度级。

注意，在图11B所示的发光显示装置中，其中一个像素包括两个TFT（即开关TFT和电流控制TFT）的情况下，使用第一扫描线驱动器电路5402生成输入到作为开关TFT的栅极布线的第一扫描线的信号，而使用第二扫描线驱动器电路5404生成输入到作为电流控制TFT的栅极布线的第二扫描线的信号。但是，可使用一个扫描线驱动器电路生成输入到第一扫描线的信号和输入到第二扫描线的信号。此外，例如根据开关元件所具有的各晶体管的数量，可能会在各像素中设置用来控制开关元件的工作的多个第一扫描线。在此情况下，既可使用一个扫描线驱动器电路生成输入到多条第一扫描线的所有信号，又可使用多个扫描线驱动器电路生成输入到多条第一扫描线的所有信号。

即使在发光显示装置中，可将能够由n沟道TFT形成的驱动器电路的一部分与像素部的薄膜晶体管设置在同一衬底上。另外，也可仅使用可以与实施例2或3所示的非线性元件一起并以类似的方法形成的n沟道TFT来制造信号线驱动器电路及扫描线驱动器电路。

上述驱动器电路除了用于液晶显示装置及发光显示装置以外还可用于利用电连接至开关元件的元件来驱动电子墨水的电子纸。电子纸也称为电泳显示装置（电泳显示器），并具有如下优点：与普通纸相同级别的可读性、功耗比其他显示装置低、可形成为薄且轻的形状。

电泳显示器可具有各种模式。电泳显示器包含，在溶剂或溶质中分散的多个微囊，各微囊包含带正电的第一粒子和带负电的第二粒子。通过对微囊施加电场，使微囊中的粒子向相反方向移动，并仅显示集合在一侧的粒子的颜色。注意，第一粒子和第二粒子各包含色素，且在没有电场时不移动。此外，第一粒子和第二粒子的颜色相互不同（颜色包括无色或色素缺乏）。

像这样，电泳显示器是利用所谓的介电电泳效应的显示器，其中由介电常数高的物质移动到高电场区。电泳显示器不需要液晶显示装置所需的偏振片和反衬底，从而可使电泳显示器厚度和重量为液晶显示装置的一半。

将在溶剂中分散有上述微囊的溶液称作电子墨水。该电子墨水可印刷到玻璃、塑料、布、纸等的表面上。另外，还可通过使用滤色片或具有色素的粒子来进行彩色显示。

此外，通过在有源矩阵衬底上适当地设置多个微囊以使微囊夹在两个电极之间，从而完成有源矩阵型显示装置，并且对微囊施加电场可进行显示。例如，可使用利用薄膜晶体管获得的有源矩阵衬底，其中薄膜晶体管可以与实施例2或3所示的非线性元件一起并以制造非线性元件类似的方法形成。

注意，微囊中的第一粒子及第二粒子可选自以下材料之一来形成，导电材料、绝缘材料、半导体材料、磁性材料、液晶材料、铁电材料、电致发光材料、电致变色材料、磁泳材料或这些材料的组合材料。

根据上述步骤，在非线性元件的第一氧化物半导体层与布线层的连接结构中，设置与其导电率高于第一氧化物半导体层的导电率的第二氧化物半导体层接合的区域、或设置通过等离子体处理改良的区域，这与只采用金属布线的情况相比，可允许稳定工作。由此，可增强保护电路的功能并实现工作的稳定化。此外，可通过包括具有不容易产生归因于膜剥离的缺陷的非线性元件的保护电路来制造稳定工作的可靠性高的显示装置。

实施例5可与其他实施例的结构适当地组合而实施。

实施例6

根据本发明的一实施例可与非线性元件一起制造薄膜晶体管并将该薄膜晶体管用于像素部并进一步用于驱动器电路，从而可制造具有显示功能的半导体装置（也称为显示装置）。此外，根据本发明一实施例的非线性元件和薄膜晶体管可用于与像素部一起形成在一个衬底上的驱动器电路的一部分或整体驱动器电路，从而形成面板上系统（system-on-panel）。

显示装置包括显示元件。作为显示元件，可使用液晶元件（也称为液晶显示元件）、或发光元件（也称为发光显示元件）。在发光元件的范围内包括利用电流或电压控制亮度的元件，具体而言，包括无机电致发光（EL）元件、有机EL元件等。此外，可应用电子墨水等的对比度因电作用而变化的显示介质。

此外，显示装置包括密封有显示元件的面板和在该面板上的安装有包括控制器的IC等的模块。本发明的一实施例涉及制造该显示装置的过程中的显示元件完成之前的元件衬底的一模式，并且该元件衬底设置有用于向多个像素的每一个中的显示元件供应电流的装置。具体而言，元件衬底可以是只设置有显示元件像素电极的状态、成为像素电极的导电膜形成之后且导电膜被蚀刻形成像素电极之前的状态、或其它任何状态。

本说明书中的显示装置是指图像显示装置、显示装置、或光源（包括照明装置）。另外，显示装置在其范畴中包括任一以下模块：包括诸如柔性印刷电路（FPC）、带式自动接合（TAB）带、或带式载体封装（TCP）的连接器的模块；具有在其端部设置有印刷线路板的TAB带或TCP的模块；以及具有通过玻璃上芯片（COG）方法在显示元件上直接安装的集成电路（IC）的模块。

在实施例6中，参照图17A和17B说明根据本发明一实施例的显示装置的一模式的液晶显示面板的外观及截面。图17A是一面板的俯视图，其中利用密封材料4005由第二衬底4006将可以与非线性元件一起并以制造非线性元件类似的方法形成的电特性高的薄膜晶体管4010、4011，以及液晶元件4013密封。图17B相当于沿着图17A-1、17A-2的M-N的截面。

以包围设置在第一衬底4001上的像素部4002和扫描线驱动器电路4004的方式设置密封材料4005。在像素部4002和扫描线驱动器电路4004上设置有第二衬底4006。因此，用密封材料将像素部4002和扫描线驱动器电路4004与液晶层4008密封在第一衬底4001和第二衬底4006之间。此外，在与第一衬底4001上的由密封材料4005包围的区域不同的区域中安装有信号线驱动器电路4003，其中另行制备的信号线驱动器电路4003在衬底上使用单晶半导体膜或多晶半导体膜形成。

注意，对于另行形成的驱动器电路的连接方法没有特别的限制，且可采用COG方法、引线接合方法或TAB方法等。图17A-1示出通过COG方法安装信号线驱动器电路4003的示例，而图17A-2示出通过TAB方法安装信号线驱动器电路4003的示例。

设置在第一衬底4001上的像素部4002和扫描线驱动器电路4004包括多个薄膜晶体管。图17B示出像素部4002所包括的薄膜晶体管4010和扫描线驱动器电路4004所包括的薄膜晶体管4011。在薄膜晶体管4010、4011上设置有绝缘层4020、4021。

薄膜晶体管4010、4011各具有高电特性，其中包含In、Ga及Zn的氧化物半导体用于半导体层及源区及漏区，并可以应用与实施例2或3所示的非线性元件一起并以类似的方法形成。在实施例6中，薄膜晶体管4010、4011是n沟道薄膜晶体管。

液晶元件4013所包括的像素电极层4030电连接至薄膜晶体管4010。液晶元件4013的反电极层4031形成在第二衬底4006上。像素电极层4030、反电极层4031和液晶层4008重叠的部分对应于液晶元件4013。注意，像素电极层4030、反电极层4031分别设置有用作取向膜的绝缘层4032、4033，且像素电极层4030和反电极层4031之间有绝缘层4032和4033，且在绝缘层4032和4033之间有液晶层4008。

注意，第一衬底4001、第二衬底4006可使用玻璃、金属（典型为不锈钢）、陶瓷、塑料形成。作为塑料可使用玻璃纤维增强塑料（FRP）板、聚氟乙烯（PVF）膜、聚酯膜或丙烯酸树脂膜。此外，还可使用具有将铝箔夹在PVF膜及聚酯膜之间的结构的薄片。

此外，设置通过选择性地蚀刻绝缘膜形成的柱状隔离件4035以控制像素电极层4030和反电极层4031之间的距离（单元间隙）。替代地，还可使用球状隔离件。

另外，还可使用不使用取向膜的蓝相液晶。蓝相是液晶相的一种，是指当使胆甾液晶的温度上升时即将从胆甾液晶转变到各向同性相之前出现的相。由于蓝相只出现在较窄的温度范围内，所以为了扩大温度范围，使用混合有5重量%或以上的手性试剂的液晶组合物来形成液晶层4008。包含蓝相液晶和手性试剂的液晶组合物的响应时间短于10μs至100μs，并且由于其具有光学各向同性，因此不需要取向处理且视角依赖小。

另外，虽然实施例6示出透射型液晶显示装置的示例，但是本发明的一实施例既可应用于反射型液晶显示装置，又可应用于半透射型液晶显示装置。

另外，虽然实施例6的液晶显示装置中，在衬底外侧（观看者一侧）设置偏振片，并在衬底内侧设置显示元件的着色层和电极层，它们以该顺序排列，但是也可在衬底内侧设置偏振片。另外，偏振片和着色层的叠层结构不限于实施例6的结构，且根据偏振片和着色层的材料以及制造工序条件适当地设定即可。另外，还可设置用作黑矩阵的遮光膜。

在实施例6中，使用保护膜或用作平坦化绝缘膜的绝缘层（绝缘层4020、绝缘层4021）覆盖实施例2或3所示的非线性元件、以及可以与非线性元件一起并以类似的方法形成的薄膜晶体管，以降低薄膜晶体管的表面不平坦并提高薄膜晶体管的可靠性。注意，设置保护膜用来防止诸如大气中的有机物质、金属物质、水分的污染杂质的侵入，所以优选采用致密膜。保护膜可使用氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜或氮氧化硅膜、氧化铝膜、氮化铝膜、氧氮化铝膜或氮氧化铝膜的单层或叠层来形成。虽然在实施例6中利用溅射法形成保护膜，但是该方法不限于特定方法并可选自各种方法。

在此，形成叠层结构的绝缘层4020作为保护膜。在此，利用溅射法形成氧化硅膜作为绝缘层4020的第一层。当作为保护膜使用氧化硅膜提供防止用作源电极层及漏电极层的铝膜小丘的有益效果。

另外，形成绝缘层作为保护膜的第二层。在此，利用溅射法形成氮化硅膜作为绝缘层4020的第二层。当使用氮化硅膜作为保护膜时，可抑制钠等的可动离子侵入到半导体区域中而使TFT的电特性变化。

另外，可在形成保护膜之后进行对IGZO半导体层的退火（300℃至400℃）。

另外，形成绝缘层4021作为平坦化绝缘膜。该绝缘层4021可形成自具有耐热性的有机材料如聚酰亚胺、丙烯酸、苯并环丁烯、聚酰胺、环氧等。另外，作为上述有机材料的替代，可使用低介电常数材料（low-k材料）、硅氧烷基树脂、PSG（磷硅玻璃）、BPSG（硼磷硅玻璃）等。硅氧烷基树脂除了氢之外还可包括氟、烷基或芳基中的至少一种作为取代基。另外，可通过层叠多个由这些材料形成的绝缘膜来形成绝缘层4021。

另外，硅氧烷基树脂是以硅氧烷基材料为起始材料而形成的具有Si-O-Si键的树脂。硅氧烷基树脂除了氢以外，可具有氟、烷基或芳香烃中的至少一种作为取代基。

对绝缘层4021的形成方法没有特别的限制，可根据绝缘层4021的材料使用以下方法：溅射法、SOG法、旋涂、浸涂、喷涂、液滴放电法（例如，喷墨法、丝网印刷、胶版印刷等）、刮片、辊涂、幕涂、刀涂等。在使用材料液形成绝缘层4021的情况下，可在进行烘焙的步骤中同时进行对IGZO半导体层的退火（300℃至400℃）。通过兼作绝缘层4021的烘焙和对IGZO半导体层的退火，可有效地制造半导体装置。

像素电极层4030和反电极层4031可使用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（下面表示为ITO）、氧化铟锌、添加有氧化硅的氧化铟锡的透光导电材料来形成。

可使用包含导电高分子（也称为导电聚合物）的导电组合物形成像素电极层4030、反电极层4031。使用导电组合物形成的像素电极的薄层电阻优选为10000Ω/□或更小，并且波长为550nm时的透光率优选为70%或更高。另外，导电组合物所包含的导电高分子的电阻率优选为0.1Ω·cm或更小。

作为导电高分子，可使用所谓的π电子共轭类导电高分子。例如，可举出聚苯胺或其衍生物、聚吡咯或其衍生物、聚噻吩或其衍生物、或者上述材料中的两种以上的共聚物等。

另外，供给到另行形成的信号线驱动器电路4003、扫描线驱动器电路4004和像素部4002的各种信号及电位是从FPC4018供给的。

在实施例6中，连接端子电极4015由与液晶元件4013所具有的像素电极层4030相同的导电膜形成。端子电极4016由与薄膜晶体管4010、4011的源电极层及漏电极层相同的导电膜形成。

连接端子电极4015通过各向异性导电膜4019电连接到FPC4018的端子。

虽然在图17A和17B示出另行形成信号线驱动器电路4003并将它安装在第一衬底4001上的示例，但是实施例6不限于该结构。既可以另行形成扫描线驱动器电路然后安装，又可以另行仅形成信号线驱动器电路的一部分或扫描线驱动器电路的一部分然后安装。

图18示出使用根据本发明一实施例制造的TFT衬底2600来形成作为半导体装置的液晶显示模块的示例。

图18示出液晶显示模块的示例，其中利用密封材料2602固定TFT衬底2600和反衬底2601，并在衬底之间设置包括TFT等的像素部2603、包括液晶层的显示元件2604、着色层2605，从而形成显示区。在进行彩色显示时着色层2605是必要的。RGB系统的情况下，针对各像素设置对应于红色、绿色、蓝色的分别的着色层。在TFT衬底2600和反衬底2601的外侧设置偏振片2606、偏振片2607、扩散板2613。光源包括冷阴极管2610和反射板2611构成，且电路板2612通过柔性线路板2609连接至TFT衬底2600的布线电路部2608，并包括诸如控制电路及电源电路的外部电路。偏振片和液晶层可夹着其之间的阻滞板层叠。

作为液晶显示模块可采用TN（扭曲向列；TwistedNematic）模式、IPS（平面内切换；In-Plane-Switching）模式、FFS（边缘场切换；FringeFieldSwitching）模式、MVA（多畴垂直取向；Multi-domainVerticalAlignment）模式、PVA（图像垂直调整；PatternedVerticalAlignment）模式、ASM（轴对称排列微单元；AxiallySymmetricalignedMicro-cell）模式、OCB（光学补偿双折线；OpticalCompensatedBirefringence）模式、FLC（铁电液晶；FerroelectricLiquidCrystal）模式、AFLC（反铁电液晶；AntiFerroelectricLiquidCrystal）模式等。

通过上述步骤，在非线性元件的第一氧化物半导体层与布线层的连接结构中，设置与其导电率高于第一氧化物半导体层的导电率的第二氧化物半导体层接合的区域，这与只采用金属布线的情况相比，可以进行稳定工作。由此，可增强保护电路的功能并实现工作的稳定化。此外，可通过包括具有不容易产生归因于膜剥离的缺陷的非线性元件的保护电路制造具有稳定操作的可靠性高的液晶显示面板。

实施例6可与其他实施例所记载的任何结构适当地组合而实施。

实施例7

根据本发明一实施例，薄膜晶体管与非线性元件一起形成，且可通过在像素部和驱动器电路中使用该薄膜晶体管来制造具有显示功能的半导体装置（也称为显示装置）。

实施例7示出发光显示装置的示例作为本发明的一实施例的显示装置。在此，作为显示装置的显示元件的一示例，使用利用电致发光的发光元件。利用电致发光的发光元件根据其发光材料是有机化合物还是无机化合物来进行区别，一般而言，前者称为有机EL元件，而后者称为无机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到包含发光有机化合物的层，以电流流动。然后，由于这些载流子（即电子和空穴）重新结合，因此发光有机化合物被激发。当发光有机化合物从激发态恢复到基态时，发出光。根据这种机理，该发光元件称为电流激发型发光元件。

根据其元件的结构，将无机EL元件分类为分散型无机EL元件和薄膜型无机EL元件。分散型无机EL元件包括在粘合剂中分散有发光材料粒子的发光层，且其发光机理是利用施主能级和受主能级的施主-受主重新结合型发光。薄膜型无机EL元件具有发光层夹在电介质层之间，且电介质层进一步夹在电极层之间的结构，且其发光机理是利用金属离子的内层电子跃迁的局部型发光。注意，在此使用有机EL元件作为发光元件而进行说明。

图19示出作为根据本发明一实施例的半导体装置的示例的能够应用数字时间灰度级驱动的像素结构的一示例。

对能够应用数字时间灰度级驱动的像素的结构及像素的工作进行说明。实施例7中，一个像素包括各自的沟道形成区具有IGZO半导体层的两个n沟道晶体管，该n沟道晶体管可以与实施例2所示的非线性元件一起并以类似的方法形成。

像素6400包括：开关晶体管6401、驱动晶体管6402、发光元件6404以及电容器6403。开关晶体管6401的栅极连接到扫描线6406，开关晶体管6401的第一电极（源电极及漏电极中的一个）连接到信号线6405，且开关晶体管6401的第二电极（源电极及漏电极中的另一个）连接到驱动晶体管6402的栅极。驱动晶体管6402的栅极通过电容器6403连接到电源线6407，驱动晶体管6402的第一电极连接到电源线6407，且驱动晶体管6402的第二电极连接到发光元件6404的第一电极（像素电极）。发光元件6404的第二电极相当于公共电极6408。

将发光元件6404的第二电极（公共电极6408）设定为低电源电位。低电源电位是指当将设定为电源线6407的高电源电位作为基准时，满足低电源电位<高电源电位的电位。作为低电源电位，例如也可采用GND、0V等。对发光元件6404施加该高电源电位和低电源电位之间的电位差且电流施加到发光元件6404，以使发光元件6404发光。在此，为了使发光元件6404发光，各电位设置成高电源电位和低电源电位之间的电位差大于或等于正向阈值电压。

可使用驱动晶体管6402的栅电容器代替电容器6403，从而省略电容器6403。驱动晶体管6402的栅电容器可在沟道形成区域和栅电极之间形成。

采用电压输入电压驱动方法的情况下，对驱动晶体管6402的栅极输入视频信号，以使驱动晶体管6402处于充分的导通或截止的两个状态。换言之，驱动晶体管6402工作在线性区域中。因为驱动晶体管6402工作在线性区域中，对驱动晶体管6402的栅极施加高于电源线6407的电压的电压。此外，对信号线6405施加比电源线电压+驱动晶体管6402的Vth高或相等的电压。

在进行模拟灰度级驱动代替数字时间灰度级驱动的情况下，通过改变信号的输入，可使用与图19相同的像素结构。

在进行模拟灰度级驱动的情况下，对驱动晶体管6402的栅极施加比发光元件6404的正向电压+驱动晶体管6402的Vth高或相等电压。发光元件6404的正向电压是指得到所希望的亮度时的电压，至少包括正向阈值电压。输入使驱动晶体管6402工作在饱和区域中的视频信号,以使电流可施加到发光元件6404。为了使驱动晶体管6402工作在饱和区域中，将电源线6407的电位设定成高于驱动晶体管6402的栅极电位。当采用模拟视频信号时，可根据视频信号将电流馈送至发光元件6404并进行模拟灰度级驱动。

图19所示的像素结构不限于此。例如，可对图19所示的像素追加开关、电阻器、电容器、晶体管或逻辑电路等。

接着，参照图20A至20C说明发光元件的结构。在此，举出n沟道驱动TFT作为示例来说明像素的截面结构。图20A、20B和20C示出的用于半导体装置作为驱动TFT的TFT7001、7011、7021是可以与实施例2所示的非线性元件一起并以类似的方法形成的薄膜晶体管。TFT7001、7011、7021具有高电特性，其中有用于半导体层、源区及漏区的包含In、Ga及Zn的氧化物半导体。

此外，为了排出从发光元件发射的光，发光元件的阳极及阴极中之至少一透明以传输光。薄膜晶体管和发光元件在衬底上形成。发光元件可具有通过与衬底相反的面向外发光的顶部发射结构；通过衬底一侧上的面向外发光的底部发射结构；或者通过与衬底相反的面和衬底一侧上的面向外发光的双面发射结构。根据本发明一实施例的像素结构可应用于具有任何发射结构的发光元件。

参照图20A说明具有顶部发射结构的发光元件。

图20A是作为驱动TFT的TFT7001为n沟道TFT，并且从发光元件7002发生的光发射至阳极7005一侧时的像素的截面图。在图20A中，发光元件7002的阴极7003电连接至作为驱动TFT的TFT7001，且在阴极7003上按顺序层叠有发光层7004、阳极7005。阴极7003只要是功函数小且反射光的导电材料就可使用各种材料来形成。例如，优选采用Ca、Al、CaF、MgAg、AlLi等。发光层7004可由单层形成，又可以由层叠多个层来形成。当发光层7004由多个层形成时，在阴极7003上按顺序层叠电子注入层、电子传输层、发光层、空穴传输层、空穴注入层来形成发光层7004。不必设置上述的所有层。使用如下的透光导电膜来形成阳极7005：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，表示为ITO）、氧化铟锌、添加有氧化硅的氧化铟锡等。

使用阴极7003和阳极7005夹住发光层7004的区域相当于发光元件7002。在图20A所示的像素中，从发光元件7002发射的光如图20的箭头所示那样发射到阳极7005一侧。

接着，参照图20B说明具有底部发射结构的发光元件。图20B是驱动TFT7011是n沟道，并且从发光元件7012发射的光发射到阴极7013一侧的情况下的像素的截面图。在图20B中，在电连接至驱动TFT7011的透光导电膜7017上形成有发光元件7012的阴极7013，并且在阴极7013上按顺序层叠有发光层7014、阳极7015。在阳极7015具有透光性的情况下，可形成覆盖阳极7015的用于反射光或遮光的遮光膜7016。与图20A的情况同样，只要阴极7013是功函数小的导电膜，就可使用各种材料形成阴极7013。注意，将阴极7013厚度设定为可透过光的程度（优选为5nm至30nm左右）。例如，可将膜厚度为20nm的铝膜用作阴极7013。与图20A同样，发光层7014既可以由单层形成，又可层叠多个层来形成。阳极7015不需要透光，但是可与图20A同样使用具有透光导电材料形成。对于遮光膜7016可使用反射光的金属等，但是不限于金属膜。例如，可使用添加有黑色色素的树脂等。

利用阴极7013及阳极7015夹住发光层7014的区域相当于发光元件7012。在图20B所示的像素中，从发光元件7012发射的光如图20B的箭头所示那样发射到阴极7013一侧。

接着，参照图20C说明具有双面发射结构的发光元件。在图20C中，在电连接至驱动TFT7021的透光导电膜7027上形成有发光元件7022的阴极7023，并在阴极7023上按顺序层叠有发光层7024、阳极7025。与图20A的情况同样，阴极7023只要是功函数小的导电材料就可使用各种材料来形成。注意，将阴极7023厚度设定为透光的程度。例如，可将膜厚度为20nm的Al用作阴极7023。与图20A同样，发光层7024既可由单层构成，又可层叠多个层来形成。阳极7025可与图20A同样使用透光导电材料来形成。

阴极7023、发光层7024和阳极7025彼此重叠的部分相当于发光元件7022。在图20C所示的像素中，从发光元件7022发射的光如图20C的箭头所示那样发射到阳极7025一侧和阴极7023一侧的双方。

虽然在此描述有机EL元件作为发光元件，但是可设置无机EL元件作为发光元件。

注意，虽然实施例7中示出电连接控制发光元件的驱动的薄膜晶体管（驱动TFT）的示例，但是可采用在驱动TFT和发光元件之间连接有电流控制TFT的结构。

实施例7所示的半导体装置不限于图20A至20C所示的结构，且可根据本发明的技术思想进行各种变形。

接着，参照图21A和21B说明相当于本发明的一实施例的半导体装置的一个模式的发光显示面板（也称为发光面板）的外观及截面。图21A是发光元件和薄膜晶体管具有高电特性的面板的俯视图，其中包含In、Ga和Zn的氧化物半导体用于其半导体层，且与本发明的一个实施例的非线性元件一起并以类似的方法形成的其源区和漏区利用密封材料在第一衬底与第二衬底之间密封，且图21B是沿着图21A的H-I的截面图。

以包围设置在第一衬底4501上的像素部4502、信号线驱动器电路4503a和4503b以及扫描线驱动器电路4504a和4504b的方式设置有密封材料4505。此外，在像素部4502、信号线驱动器电路4503a和4503b以及扫描线驱动器电路4504a和4504b上设置有第二衬底4506。因此，像素部4502、信号线驱动器电路4503a和4503b以及扫描线驱动器电路4504a和4504b与填料4507一起由第一衬底4501、密封材料4505和第二衬底4506密封。像这样，使用气密性高且漏气少的保护膜（诸如贴合膜或紫外线固性树脂膜）或覆盖材料进行封装（密封），以使像素部4502、信号线驱动器电路4503a和4503b以及扫描线驱动器电路4504a和4504b不暴露于空气中。

设置在第一衬底4501上的像素部4502、信号线驱动器电路4503a和4503b以及及扫描线驱动器电路4504a和4504b各包括多个薄膜晶体管，且在图21B中例示包括在像素部4502中的薄膜晶体管4510和包括在信号线驱动器电路4503a中的薄膜晶体管4509。

薄膜晶体管4509、4510各具有高电特性，其中包含In、Ga及Zn的氧化物半导体用于半导体层、其源区及漏区，且薄膜晶体管4509、4510可以与实施例2所示的非线性元件一起并以类似方法形成。在本实施例中，薄膜晶体管4509、4510是n沟道薄膜晶体管。

此外，附图标记4511相当于发光元件。作为发光元件4511所具有的像素电极的第一电极层4517电连接至薄膜晶体管4510的源电极层和漏电极层。注意，虽然发光元件4511的结构是第一电极层4517、电致发光层4512、第二电极层4513的叠层结构，但是发光元件4511的结构不限于实施例7所示的结构。可根据从发光元件4511发出的光方向等对发光元件4511的结构进行适当的改变。

使用有机树脂膜、无机绝缘膜或有机聚硅氧烷形成分隔壁4520。特别优选的是，使用感光材料，在第一电极层4517上形成开口，以使开口的侧壁形成为具有连续曲率的倾斜面。

电致发光层4512既可由单层形成，又可层叠多个层来形成。

可在第二电极层4513及分隔壁4520上形成保护膜，以防止氧、氢、水分、二氧化碳等侵入到发光元件4511中。作为保护膜，可以形成氮化硅膜、氮氧化硅膜、DLC（类金刚石碳）膜等。

另外，供给到信号线驱动器电路4503a和4503b、扫描线驱动器电路4504a和4504b或像素部4502的各种信号及电位是从FPC4518a和4518b供给的。

在实施例7中，连接端子电极4515由与发光元件4511所具有的第一电极层4517相同导电膜来形成。端子电极4516由与薄膜晶体管4509和4510所具有的源电极层及漏电极层相同的导电膜来形成。

连接端子电极4515通过各向异性导电膜4519电连接至FPC4518a所具有的端子。

位于从发光元件4511排出光的方向上的第二衬底4506应具有透光性。在此情况下，使用如玻璃板、塑料板、聚酯膜或丙烯酸膜等的透光材料。

作为填料4507，除了氮及氩等的惰性气体之外，还可使用紫外线固性树脂或热固性树脂。例如，可使用聚氯乙烯（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）。在实施例7中，作为填料4507使用氮。

另外，若有需要，可在发光元件的射出面上适当地设置诸如偏振片、圆偏振片（包括椭圆偏振片）、阻滞板（retarderplate）（λ/4片、λ/2片）、彩色滤光片等的光学膜。另外，也可在偏振片或圆偏振片上设置抗反射膜。例如，可进行抗眩光处理，该处理是利用表面的凹凸来扩散反射光并降低眩光的处理。

作为信号线驱动器电路4503a和4503b以及扫描线驱动器电路4504a和4504b，可安装另行制备的通过使用衬底上的单晶半导体膜或多晶半导体膜形成的驱动器电路。此外，可另行仅形成要安装的信号线驱动器电路或其一部分或者扫描线驱动器电路或其一部分。实施例7不限于图21A和21B所示的结构。

通过上述步骤，在非线性元件的第一氧化物半导体层与布线层之间的连接结构中，设置与其导电率高于第一氧化物半导体层的导电率的第二氧化物半导体层接合的区域，或通过等离子体处理改良的区域，这与只采用金属布线的情况相比，可进行稳定工作。由此，可增强保护电路的功能并实现工作的稳定化。此外，可通过包括具有不容易产生归因于膜剥离的缺陷的非线性元件的保护电路来制造具有稳定操作的可靠性高的发光显示装置（显示面板）。

实施例7可与其他实施例所记载的结构适当地组合而实施。

实施例8

根据本发明的一实施例的显示装置可以应用于电子纸。电子纸可用于显示信息的所有领域的电子设备。例如，可将电子纸应用于电子书籍（电子书）、海报、火车等的车辆中的广告、信用卡等的各种卡片中的显示等。图22A和22B以及图23示出这种电子设备的诸示例。

图22A示出使用电子纸制造的海报2631。如果广告介质是纸印刷物的情况下用手动进行广告的更换，但是如果使用根据本发明一实施例的电子纸，则能够在短时间内改变广告的显示内容。此外，显示不会打乱而可获得稳定的图像。此外，海报可采用无线方式收发信息。

图22B示出诸如火车的车辆中的广告2632。如果广告介质是纸印刷物的情况下用手动进行广告的更换，但是如果使用根据本发明一实施例的电子纸，则能够在短时间内不需要许多人手地改变广告的显示内容。此外，显示不会被打乱而可得到稳定的图像。此外，车辆中的广告也可采用无线方式收发信息。

图23示出电子书籍2装置700的一示例。例如，电子书籍装置2700包括两个框体，即框体2701及框体2703。框体2701及框体2703由轴部2711彼此形成为一体，沿着该轴部2711电子书籍装置2700进行开闭。通过这种结构，可进行如纸书籍那样的操作。

框体2701组装有显示部2705，而框体2703组装有显示部2707。显示部2705及显示部2707可显示一个图像，或显示不同图像。在显示部显示彼此不同的图像的结构中，例如右显示部（图23中的显示部2705）可显示文章，而左显示部（图23中的显示部2707）可显示图像。

在图23中示出框体2701具备操作部等的示例。例如，框体2701具备电源2721、操作键2723、扬声器2725等。可利用操作键2723进行翻页。注意，可在与框体的显示部同一面上设置键盘及定位装置等。另外，框体的背面或侧面可设置有外部连接用端子（耳机端子、USB端子、或可与诸如AC适配器或USB电缆的各种电缆连接的端子等）、存储介质插入部等。再者，电子书籍装置2700可具有电子词典的功能。

此外，电子书籍2700可采用无线方式收发信息。可采用无线方式从电子书籍服务器购买或下载所希望的书籍数据等。

在非线性元件的第一氧化物半导体层与布线层之间的连接结构中，设置与其导电率高于第一氧化物半导体层的导电率的第二氧化物半导体层接合的区域，或通过等离子体处理改良的区域，这与只采用金属布线的情况相比，可进行稳定工作。由此，可增强保护电路的功能并实现工作的稳定化。此外，可通过包括具有不容易产生归因于膜剥离的缺陷的非线性元件的保护电路来制造具有稳定工作的可靠性高的电子纸。

实施例8可与其他实施例所记载的结构适当地组合而实施。

实施例9

根据本发明一实施例的半导体装置可应用于各种电子设备（包括游戏机）。作为电子设备，例如有电视机（也称为TV或电视接收机）、用于计算机等的监视器、诸如数码相机的照相机、数码摄像机、数码相框、移动电话机（也称为移动电话、移动电话装置）、便携式游戏机、便携式信息终端、声音再现装置、弹珠机等的大型游戏机。

图24A示出电视机9600的一示例。在电视机9600的框体9601组装有显示部9603。显示部9603可显示图像。此外，支架9605支撑框体9601。

可通过利用框体9601所具备的操作开关、另行提供的遥控机9610来进行电视机9600的操作。可利用遥控机9610所具备的操作键9609控制频道及音量，并可控制在显示部9603上显示的图像。此外，遥控机9610可具有显示从该遥控机9610输出的信息的显示部9607。

注意，电视机9600设置有接收机及调制解调器等。可通过利用接收机接收一般的电视广播。再者，当显示装置通过调制解调器连接到有线或无线方式的通信网络时，可进行单向（从发送者到接收者）或双向（在发送者和接收者之间或在接收者之间）的信息通信。

图24B示出数码相框9700的一示例。例如，数码相框9700的框体9701组装有显示部9703。显示部9703可显示各种图像，例如显示使用数码相机等拍摄的图像数据，以使数码相框可起到与一般的相框同样的功能。

注意，数码相框9700设置有操作部、外部连接用端子（诸如USB端子、可与包括USB电缆的各种电缆连接的端子）、存储介质插入部等。这些结构也可组装到与显示部同一面上，但是由于设计进步，优选将它设置在显示部的侧面或背面。例如，可对数码相框的记录介质插入部插入储存有由数码相机拍摄的图像数据的存储器，由此图像数据可传输到数码相框9700并显示在显示部9703上。

数码相框9700可采用无线方式收发信息。该结构可应用于以无线方式将待显示的所希望的图像数据传输到数码相框9700。

图25A示出一种包括框体9881和框体9891的便携式游戏机，其中框体9881和框体9891由连接部9893可开闭地连接。分别地，框体9881安装有显示部9882，并且框体9891安装有显示部9883。图25A所示的便携式游戏机还包括扬声器部9884、存储介质插入部9886、LED灯9890、输入装置（操作键9885、连接端子9887、传感器9888（具有测定如下因素的功能：力量、位移、位置、速度、加速度、角速度、转动数、距离、光、液、磁、温度、化学物质、声音、时间、硬度、电场、电流、电压、电力、射线、流速、湿度、倾斜角、振动、气味或红外线）以及麦克风9889等）。当然，便携式游戏机的结构不限于上述结构，只要采用本发明实施例的半导体装置的结构，可以是任何结构。此外，可适当地设置有其它附属装置。图25A所示的便携式游戏机具有如下功能：读出储存在存储介质中的程序或数据并将它显示在显示部上；以及通过无线通信与其他便携式游戏机共享信息。图25A所示的便携式游戏机可具有以上所述之外的各种功能。

图25B示出大型游戏机的一种的自动售货机9900的一示例。在自动售货机9900的框体9901中安装有显示部9903。自动售货机9900还包括诸如起动手柄或停止开关的操作装置、投币孔、扬声器等。当然，自动售货机9900的结构不限于以上所述，只要是根据本发明的一实施例的半导体装置，可以是任何结构。此外，可适当地设置其它附属装置。

图26示出移动电话机1000的一示例。移动电话机1000包括安装有显示部1002的框体1001，还包括操作按钮1003、外部连接端口1004、扬声器1005、麦克风1006等。

可通过用手指等触摸显示部1002来向图26所示的移动电话机1000输入信息。此外，可通过用手指等触摸显示部1002来进行打电话或收发文本消息。

显示部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诸如文字的信息的输入模式。第三模式是混合显示模式和输入模式两个模式的显示与输入模式。

例如，在打电话或收发文本消息的情况下，将显示部1002设定为主要进行文字输入的文字输入模式，并在屏幕上进行文字的输入操作。在此情况下，优选的是，在显示部1002的几乎整个屏幕上显示键盘或号码按钮。

此外，在移动电话机1000内部设置包括陀螺仪或加速度传感器等用于检测倾斜度的传感器的检测装置，通过判断移动电话机1000的方向（针对景观模式或肖像模式移动电话机1000竖向还是横向放置），可对显示部1002的屏幕中的显示进行自动切换。

另外，通过触摸显示部1002或对框体1001的操作按钮1003进行操作来切换屏幕模式。替代地，可根据显示在显示部1002上的图像种类切换屏幕模式。例如，当显示在显示部上的图像信号为动态图像的数据时，将屏幕模式切换成显示模式。当信号为文字数据时，将屏幕模式切换成输入模式。

另外，在输入模式中，未在一定期间进行通过触摸显示部1002的输入、同时显示部1002中的光学传感器检测到信号时，可控制屏幕模式以使其从输入模式切换成显示模式。

还可将显示部1002用作图像传感器。例如，通过用手掌或手指触摸显示部1002来拍摄掌纹、指纹等，从而可进行个人认证。此外，在显示部中设置发射近红外光的背光灯或发射近红外光的感测用光源时，可摄取手指静脉、手掌静脉等的图像或数据。

在非线性元件的第一氧化物半导体层与布线层的连接结构中，设置与其导电率高于第一氧化物半导体层的导电率的第二氧化物半导体层接合的区域，或通过等离子体处理改良的区域，这与只采用金属布线的情况相比，可进行稳定工作。由此，可增强保护电路的功能并实现工作的稳定化。此外，可通过包括具有不容易产生归因于膜剥离的缺陷的非线性元件的保护电路来制造具有稳定工作的可靠性高的电子设备。

实施例9可与其他实施例所记载的结构适当地组合而实施。

本申请基于2008年9月19日向日本专利局提交的日本专利申请序列号2008-241645，该申请的全部内容通过引用结合于此。

附图标记

10:衬底，11:端子，12:端子，13:扫描线，14:信号线，16:栅电极，17:像素部，18:像素，19:像素晶体管，20:存储电容器部，21:像素电极，22:电容器线，23:公共端子，24:保护电路，25:保护电路，26:保护电路，27:电容器总线，28:公共布线，29:公共布线，30:非线性元件，30a:非线性元件，30b:非线性元件，31:非线性元件，31a:非线性元件，31b:非线性元件，38:布线层，39:布线层，100:衬底，101:栅电极，102:栅极绝缘层，103:氧化物半导体层，104a:氧化物半导体层，104b:氧化物半导体层，105a:导电层，105b:导电层，107:保护绝缘膜，108:扫描线，110:布线层，111:氧化物半导体层，125:接触孔，128:接触孔，131:抗蚀剂掩模，132:导电膜，170a:非线性元件，170b:非线性元件，270a:非线性元件，581:薄膜晶体管，585:绝缘层，587:电极层，588:电极层，589:球形粒子，590a:黑色区，590b:白色区，594:空洞，595:填料，730a:非线性元件，730b:非线性元件，730c:非线性元件，1000:移动电话机，1001:框体，1002:显示部，1003:操作按钮，1004:外部连接端口，1005:扬声器，1006:麦克风，2600:TFT衬底，2601:反衬底，2602:密封材料，2603:像素部，2604:显示元件，2605:着色层，2606:偏振片，2607:偏振片，2608:布线电路部，2609:柔性线路板，2610:冷阴极管，2611:反射板，2612:电路板，2613:扩散板，2631:海报，2632:车辆中的广告，2700:电子书籍装置，2701:框体，2703:框体，2705:显示部，2707:显示部，2711:轴部，2721:电源，2723:操作键，2725:扬声器，4001:衬底，4002:像素部，4003:信号线驱动器电路，4004:扫描线驱动器电路，4005:密封材料，4006:衬底，4008:液晶层，4010:薄膜晶体管，4011:薄膜晶体管，4013:液晶元件，4015:连接端子电极，4016:端子电极，4018:FPC，4019:各向异性导电膜，4020:绝缘层，4021:绝缘层，4030:像素电极层，4031:反电极层，4032:绝缘层，4501:衬底，4502:像素部，4503a:信号线驱动器电路，4504a:扫描线驱动器电路，4505:密封材料，4506:衬底，4507:填料，4509:薄膜晶体管，4510:薄膜晶体管，4511:发光元件，4512:电致发光层，4513:电极层，4515:连接端子电极，4516:端子电极，4517:电极层，4518a:FPC，4519:各向异性导电膜，4520:分隔壁，5300:衬底，5301:像素部，5302:扫描线驱动器电路，5303:信号线驱动器电路，5400:衬底，5401:像素部，5402:扫描线驱动器电路，5403:信号线驱动器电路，5404:扫描线驱动器电路，5501:布线，5502:布线，5503:布线，5504:布线，5505:布线，5506:布线，5543:节点，5544:节点，5571:薄膜晶体管，5572:薄膜晶体管，5573:薄膜晶体管，5574:薄膜晶体管，5575:薄膜晶体管，5576:薄膜晶体管，5577:薄膜晶体管，5578:薄膜晶体管，5601:驱动器IC，5602:开关群，5603a:薄膜晶体管，5603b:薄膜晶体管，5603c:薄膜晶体管，5611:布线，5612:布线，5613:布线，5621:布线，5701:触发器，5703a:时序，5703b:时序，5703c:时序，5711:布线，5712:布线，5713:布线，5714:布线，5715:布线，5716:布线，5717:布线，5721:信号，5803a:时序，5803b:时序，5803c:时序，5821:信号，6400:像素，6401:开关晶体管，6402:驱动晶体管，6403:电容器，6404:发光元件，6405:信号线，6406:扫描线，6407:电源线，6408:公共电极，7001:TFT，7002:发光元件，7003:阴极，7004:发光层，7005:阳极，7011:驱动TFT，7012:发光元件，7013:阴极，7014:发光层，7015:阳极，7016:遮光膜，7017:导电膜，7021:驱动TFT，7022:发光元件，7023:阴极，7024:发光层，7025:阳极，7027:导电膜，9600:电视机，9601:框体，9603:显示部，9605:支架，9607:显示部，9609:操作键，9610:遥控机，9700:数码相框，9701:框体，9703:显示部，9881:框体，9882:显示部，9883:显示部，9884:扬声器部，9885:输入装置(操作键)，9886:存储介质插入部，9887:连接端子，9888:传感器，9889:麦克风，9890:LED灯，9891:框体，9893:连接部，9900:自动售货机，9901:框体，以及9903:显示部。

Claims (4)

1.一种显示装置，包括：

衬底上的布线；

所述衬底上的像素，所述像素包括像素晶体管；

所述衬底上的保护电路，所述保护电路至少包括第一晶体管和第二晶体管；

所述衬底上的端子电极；

所述端子电极上的连接端子电极；以及

通过所述连接端子电极被电连接到所述端子电极的FPC；

其中所述像素晶体管包括：

电连接到所述布线的第一栅电极；

所述第一栅电极上的栅极绝缘膜；

所述栅极绝缘膜上的第一氧化物半导体层；以及

电连接到所述第一氧化物半导体层的第一源和漏电极，其中所述第一源和漏电极之一电连接到像素电极，

其中所述第一晶体管和所述第二晶体管中的每一个包括：

第二栅电极；

所述第二栅电极上的所述栅极绝缘膜；

所述栅极绝缘膜上的第二氧化物半导体层；以及

电连接到所述第二氧化物半导体层的第二源和漏电极，其中所述第二源和漏电极之一电连接到所述布线，

其中所述端子电极利用与所述第一源和漏电极以及所述第二源和漏电极相同的导电膜形成；以及

其中所述连接端子电极利用与所述像素电极相同的导电膜形成。

2.一种显示装置，包括：

衬底上的布线；

所述衬底上的像素，所述像素包括像素晶体管；

所述衬底上的保护电路，所述保护电路至少包括第一晶体管和第二晶体管；

所述布线上的保护绝缘膜；

所述衬底上的端子电极；

所述端子电极上的连接端子电极；以及

通过所述连接端子电极被电连接到所述端子电极的FPC；

其中所述像素晶体管包括：

电连接到所述布线的第一栅电极；

所述第一栅电极上的栅极绝缘膜；

所述栅极绝缘膜上的第一氧化物半导体层；以及

电连接到所述第一氧化物半导体层的第一源和漏电极，其中所述第一源和漏电极之一电连接到像素电极，

其中所述第一晶体管和所述第二晶体管中的每一个包括：

第二栅电极；

所述第二栅电极上的所述栅极绝缘膜；

所述栅极绝缘膜上的第二氧化物半导体层；以及

电连接到所述第二氧化物半导体层的第二源和漏电极，其中所述第二源和漏电极之一电连接到所述布线，

其中所述保护绝缘膜设置在所述像素晶体管、所述第一晶体管、所述第二晶体管、以及所述布线上，

其中所述保护绝缘膜包含氧和硅，

其中所述端子电极利用与所述第一源和漏电极以及所述第二源和漏电极相同的导电膜形成，以及

其中所述连接端子电极利用与所述像素电极相同的导电膜形成。

3.一种显示装置，包括：

衬底上的布线；

所述衬底上的像素，所述像素包括像素晶体管；

所述衬底上的保护电路，所述保护电路至少包括第一晶体管和第二晶体管；

所述布线上的保护绝缘膜；

所述衬底上的端子电极；

所述端子电极上的连接端子电极；

通过所述连接端子电极被电连接到所述端子电极的FPC；

其中所述像素晶体管包括：

电连接到所述布线的第一栅电极；

所述第一栅电极上的栅极绝缘膜；

所述栅极绝缘膜上的第一氧化物半导体层；以及

电连接到所述第一氧化物半导体层的第一源和漏电极，其中所述第一源和漏电极之一电连接到像素电极，

其中所述第一晶体管和所述第二晶体管中的每一个包括：

第二栅电极；

所述第二栅电极上的所述栅极绝缘膜；

所述栅极绝缘膜上的第二氧化物半导体层；以及

电连接到所述第二氧化物半导体层接触的第二源和漏电极，其中所述第二源和漏电极之一电连接到所述布线，

其中所述保护绝缘膜设置在所述像素晶体管、所述第一晶体管、所述第二晶体、以及所述布线上，

其中所述保护绝缘膜包含氧和硅，

其中所述栅极绝缘膜包含氧和硅，

其中所述端子电极利用与所述第一源和漏电极以及所述第二源和漏电极相同的导电膜形成；以及

其中所述连接端子电极利用与所述像素电极相同的导电膜形成。

4.如权利要求1至3中的任一项所述的显示装置，其特征在于，所述第一氧化物半导体层和所述第二氧化物半导体层各包含铟、镓和锌。