JP2009267399A - 半導体装置，半導体装置の製造方法，表示装置及び表示装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置，半導体装置の製造方法，表示装置及び表示装置の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】暗電流の発生を抑制することができ、有機ＥＬなどの電流駆動素子に好適な半導体装置、半導体装置の製造方法、及び、その半導体装置を備えた表示装置を提供する。
【解決手段】基板１１と、チャネル領域を有する半導体層１８とを備え、チャネル領域が、結晶成分の体積率をＶｃとし、非結晶成分の体積率をＶａとしたときＶｃ／Ｖａ＞４を満たす酸化物半導体で構成されている。
【選択図】図１
【解決手段】基板１１と、チャネル領域を有する半導体層１８とを備え、チャネル領域が、結晶成分の体積率をＶｃとし、非結晶成分の体積率をＶａとしたときＶｃ／Ｖａ＞４を満たす酸化物半導体で構成されている。
【選択図】図１
Description
本発明は、半導体装置，半導体装置の製造方法及び表示装置に関し、特に、アクティブマトリクス駆動のディスプレイパネルに設けられた画素のスイッチング素子に用いるＴＦＴ（Thin Film Transistor）に好適な半導体装置に関する。
従来、ＬＣＤをはじめとするアクティブマトリクス駆動のディスプレイ・パネルには各画素のスイッチング素子としてTFTが用いられている。半導体層として最も一般的に利用されているのは非晶質シリコンであるが、移動度が0.5cm2/Vs前後であるため、近年ではより高精細で大型のＬＣＤや高品位表示の可能な有機発光ダイオード（OLED：Organic light-emitting diode 以下、有機ELともいう。）に対応するため、移動度が10cm2/Vs以上と高い値を示すIGZO（In-Ga-Zn-O）等の酸化物半導体TFTの開発も進められている。これらの材料は一般にバンドギャップが3eV以上と大きく、可視域に吸収がないため透明であるという特徴を活かして、開口率向上、ディスプレイの解像度向上等の効果が得られるとされている（例えば、下記特許文献３等）。
下記特許文献１では、非晶質であって微結晶を含み、キャリア濃度1E18/cm3未満の非晶質酸化物であって、In、Zn、Gaの少なくとも１つを含む酸化物を活性層に用いたトランジスタの構成が記載されている。
下記特許文献２では、ZnOを主成分とする酸化物半導体膜を活性層に用いた薄膜トランジスタの構成が記載されている。
下記特許文献３では、酸化物、窒化物及び炭化物系列物質のいずれかによる透明半導体層を用いた薄膜トランジスタの構成が記載されている。
しかし、従来の酸化物半導体においても、実際には可視域に全く吸収がないわけではなく、僅かな光吸収によってキャリア励起が生じ、オフ電流の上昇等、誤作動が発生する等の問題が避けられなかった。特に、高い移動度と安定した特性を示すIGZOは一般に非晶質膜が用いられているため吸収が大きく、バックライトや有機ELのような光源による影響は、実用に支障を来たすほど特性に影響を与えていた。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、暗電流の発生を抑制することができ、有機ＥＬなどの電流駆動素子に好適な半導体装置、半導体装置の製造方法、及び、その半導体装置を備えた表示装置を提供することにある。
本発明の上記目的は、下記構成によって達成される。
（１）基板と、チャネル領域を有する半導体層とを備え、
前記チャネル領域が、結晶成分の体積率をＶｃとし、非結晶成分の体積率をＶａとしたときＶｃ／Ｖａ＞４を満たす酸化物半導体で構成されている半導体装置。
（２）前記酸化物半導体がInと、Znとを含む（１）に記載の半導体装置。
（３）前記酸化物半導体が、さらに、GaとAlとのうち少なくともいずれか１つを含む（２）に記載の半導体装置。
（４）前記半導体層の膜厚が300nm未満である（１）から（３）のいずれか１つに記載の半導体装置。
（５）前記半導体層の移動度μが0.5cm2/Vs以上である（１）から（４）のいずれか１つに記載の半導体装置。
（６）前記半導体層の移動度μが10cm2/Vs以上である（１）から（５）のいずれか１つに記載の半導体装置。
（７）上記（１）から（６）のいずれか１つに記載の半導体装置を備えた表示装置。
（８）光透過型ディスプレイまたはボトムエミッション型発光ディスプレイである（７）に記載の表示装置。
（９）光透過性を有するゲート電極を備え、入射光の少なくとも一部が前記チャネル領域と前記ゲート電極とを透過する（７）又は（８）に記載の表示装置。
（１０）入射光の少なくとも50％が前記チャネル領域を透過する（７）から（９）のいずれか１つに記載の表示装置。
（１１）前記半導体装置を複数備え、該複数の半導体装置のうち少なくとも一部がスイッチング素子として機能する（７）から（１０）のいずれか１つに記載の表示装置。
（１２）前記スイッチング素子のオン電流とオフ電流の比が106以上で駆動する（１１）に記載の表示装置。
（１３）前記半導体装置を複数備え、該複数の半導体装置のうち少なくとも一部が発光素子の電流駆動素子として機能する（７）から（１０）に記載の表示装置。
（１４）前記チャネル領域に対して光入射側に、入射光のうち波長域400nm以下の光の少なくとも一部を吸収する光吸収層が設けられている（７）から（１３）のいずれか１つに記載の表示装置。
（１５）前記チャネル領域に対して光入射側に、入射光のうち波長域350nm以下の光の少なくとも一部を吸収する光吸収層が設けられている（７）から（１３）のいずれか１つに記載の表示装置。
（１６）前記光吸収層が前記基板もしくは偏光板の少なくとも一方を兼ねる（１４）又は（１５）に記載の表示装置。
（１７）基板と、チャネル領域を有する半導体層とを備えた半導体装置の製造方法であって、
前記チャネル領域を、結晶成分の体積率をＶｃとし、該半導体層の非結晶成分の体積率をＶａとしたときＶｃ／Ｖａ＞４を満たす酸化物半導体で形成する半導体装置の製造方法。
（１８）前記酸化物半導体がInと、Znとを含む（１７）に記載の半導体装置の製造方法。
（１９）前記酸化物半導体が、さらに、GaとAlとのうち少なくともいずれか１つを含む（１８）に記載の半導体装置の製造方法。
（２０）前記半導体層の膜厚が300nm未満である（１７）から（１９）のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
（２１）前記半導体層が、該半導体層の前駆体溶液又は微粒子分散液から膜を形成し、その後、該膜を熱又は光を用いたアニール処理することにより形成される（１７）から（２０）のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
（２２）前記半導体層が、Ｖｃ／Ｖａ＜0.25の膜を形成し、その後、該膜を熱又は光を用いたアニール処理することにより形成される（１７）から（２１）のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
（２３）前記半導体層の移動度μが0.5cm2/Vs以上である（１７）から（２２）のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
（２４）前記半導体層の移動度μが10cm2/Vs以上である（１７）から（２３）のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
（２５）上記（１７）から（２４）によって形成された半導体装置を備えた表示装置の製造方法であって、
光透過性を有するゲート電極を形成し、入射光の少なくとも一部が前記チャネル領域と前記ゲート電極とを透過する表示装置の製造方法。
（２６）入射光の少なくとも50％が前記チャネル領域を透過する（２５）に記載の表示装置の製造方法。
（２７）前記チャネル領域に対して光入射側に、入射光のうち波長域400nm以下の光の少なくとも一部を吸収する光吸収層を形成する（２５）又は（２６）に記載の表示装置の製造方法。
（２８）前記チャネル領域に対して光入射側に、入射光のうち波長域350nm以下の光の少なくとも一部を吸収する光吸収層を形成する（２５）から（２７）のいずれか１つに記載の表示装置の製造方法。
（２９）前記光吸収層が前記基板もしくは偏光板の少なくとも一方を兼ねる（２７）又は（２８）に記載の表示装置の製造方法。
（１）基板と、チャネル領域を有する半導体層とを備え、
前記チャネル領域が、結晶成分の体積率をＶｃとし、非結晶成分の体積率をＶａとしたときＶｃ／Ｖａ＞４を満たす酸化物半導体で構成されている半導体装置。
（２）前記酸化物半導体がInと、Znとを含む（１）に記載の半導体装置。
（３）前記酸化物半導体が、さらに、GaとAlとのうち少なくともいずれか１つを含む（２）に記載の半導体装置。
（４）前記半導体層の膜厚が300nm未満である（１）から（３）のいずれか１つに記載の半導体装置。
（５）前記半導体層の移動度μが0.5cm2/Vs以上である（１）から（４）のいずれか１つに記載の半導体装置。
（６）前記半導体層の移動度μが10cm2/Vs以上である（１）から（５）のいずれか１つに記載の半導体装置。
（７）上記（１）から（６）のいずれか１つに記載の半導体装置を備えた表示装置。
（８）光透過型ディスプレイまたはボトムエミッション型発光ディスプレイである（７）に記載の表示装置。
（９）光透過性を有するゲート電極を備え、入射光の少なくとも一部が前記チャネル領域と前記ゲート電極とを透過する（７）又は（８）に記載の表示装置。
（１０）入射光の少なくとも50％が前記チャネル領域を透過する（７）から（９）のいずれか１つに記載の表示装置。
（１１）前記半導体装置を複数備え、該複数の半導体装置のうち少なくとも一部がスイッチング素子として機能する（７）から（１０）のいずれか１つに記載の表示装置。
（１２）前記スイッチング素子のオン電流とオフ電流の比が106以上で駆動する（１１）に記載の表示装置。
（１３）前記半導体装置を複数備え、該複数の半導体装置のうち少なくとも一部が発光素子の電流駆動素子として機能する（７）から（１０）に記載の表示装置。
（１４）前記チャネル領域に対して光入射側に、入射光のうち波長域400nm以下の光の少なくとも一部を吸収する光吸収層が設けられている（７）から（１３）のいずれか１つに記載の表示装置。
（１５）前記チャネル領域に対して光入射側に、入射光のうち波長域350nm以下の光の少なくとも一部を吸収する光吸収層が設けられている（７）から（１３）のいずれか１つに記載の表示装置。
（１６）前記光吸収層が前記基板もしくは偏光板の少なくとも一方を兼ねる（１４）又は（１５）に記載の表示装置。
（１７）基板と、チャネル領域を有する半導体層とを備えた半導体装置の製造方法であって、
前記チャネル領域を、結晶成分の体積率をＶｃとし、該半導体層の非結晶成分の体積率をＶａとしたときＶｃ／Ｖａ＞４を満たす酸化物半導体で形成する半導体装置の製造方法。
（１８）前記酸化物半導体がInと、Znとを含む（１７）に記載の半導体装置の製造方法。
（１９）前記酸化物半導体が、さらに、GaとAlとのうち少なくともいずれか１つを含む（１８）に記載の半導体装置の製造方法。
（２０）前記半導体層の膜厚が300nm未満である（１７）から（１９）のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
（２１）前記半導体層が、該半導体層の前駆体溶液又は微粒子分散液から膜を形成し、その後、該膜を熱又は光を用いたアニール処理することにより形成される（１７）から（２０）のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
（２２）前記半導体層が、Ｖｃ／Ｖａ＜0.25の膜を形成し、その後、該膜を熱又は光を用いたアニール処理することにより形成される（１７）から（２１）のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
（２３）前記半導体層の移動度μが0.5cm2/Vs以上である（１７）から（２２）のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
（２４）前記半導体層の移動度μが10cm2/Vs以上である（１７）から（２３）のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
（２５）上記（１７）から（２４）によって形成された半導体装置を備えた表示装置の製造方法であって、
光透過性を有するゲート電極を形成し、入射光の少なくとも一部が前記チャネル領域と前記ゲート電極とを透過する表示装置の製造方法。
（２６）入射光の少なくとも50％が前記チャネル領域を透過する（２５）に記載の表示装置の製造方法。
（２７）前記チャネル領域に対して光入射側に、入射光のうち波長域400nm以下の光の少なくとも一部を吸収する光吸収層を形成する（２５）又は（２６）に記載の表示装置の製造方法。
（２８）前記チャネル領域に対して光入射側に、入射光のうち波長域350nm以下の光の少なくとも一部を吸収する光吸収層を形成する（２５）から（２７）のいずれか１つに記載の表示装置の製造方法。
（２９）前記光吸収層が前記基板もしくは偏光板の少なくとも一方を兼ねる（２７）又は（２８）に記載の表示装置の製造方法。
本発明では、半導体層のチャネル領域に結晶成分と非結晶成分とからなる多結晶の膜を用いている。結晶成分が非晶質成分に対して４：１以上の比で存在しており、通常のアモルファス-IGZO（非晶質IGZO）薄膜と比較して可視光の吸収が格段に少なく、光照射下でもオフ電流上昇等の特性異常が生じない。このため、ゲート電極や画素電極等にも透明な材料を使用して、チャネル部に光を透過させる構造としても安定に動作し、高精細な透過型ディスプレイやボトムエミッション型発光ディスプレイに適用しても高開口率を確保し、高品位な表示をより低消費電力で行えるディスプレイの提供が可能となる。多結晶であるため、有機ELの電流駆動素子として使用した場合の安定性についても、非晶質膜より有利である。
本発明によれば、暗電流の発生を抑制することができ、有機ＥＬなどの電流駆動素子に好適な半導体装置、半導体装置の製造方法、及び、その半導体装置を備えた表示装置を提供できる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１は、本発明にかかる半導体装置の基本的な構成の一例を示す断面図である。
本実施形態の半導体装置１０は、透明のガラス基板などの基板上にマトリクス状に配置した複数の画素形成領域を備え、各画素形成領域に、TFT構造を有する半導体素子が構成されている。
図１は、本発明にかかる半導体装置の基本的な構成の一例を示す断面図である。
本実施形態の半導体装置１０は、透明のガラス基板などの基板上にマトリクス状に配置した複数の画素形成領域を備え、各画素形成領域に、TFT構造を有する半導体素子が構成されている。
図１に示すように、半導体装置１０は、光透過性を有する基板１１を備え、該基板１１の上面にゲート電極１３が形成されている。
基板１１は、例えば、ガラス基板や石英基板や、PET、PEN、PES等のフィルムを用いることができる。
基板１１は、例えば、ガラス基板や石英基板や、PET、PEN、PES等のフィルムを用いることができる。
基板１１の上にはゲート電極１３を覆うように、ＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，Ａｌ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３等の光透過性を有するゲート絶縁膜１４が形成されている。ゲート絶縁膜１４上には、アイランド状パターンを有する半導体層１８が形成されている。半導体層１８は、例えば50nmの膜厚で形成される。なお、半導体層の膜厚は、300nm未満であることが好ましい。
半導体層１８の形成方法としては、真空成膜したあと、フォトリソグラフィ工程によってパターン形成してもよく、または、アルコキシド等の液状材料から印刷技術を用いて形成してもよい。
半導体層１８の上には、ソース電極及びドレイン電極として機能する電極層１５が所定のパターンで形成されている。電極層１５としては、例えば、アルミニウム，アルミニウム合金などを用いることができる。
なお、基板１１上には波長がＵＶ領域（λ＜350nm等）の光をカットする層を形成しておいてもよく、基板１１が樹脂製フィルムの場合には、該基板１１上にガスバリア層や熱バリア層を形成しておいてもよい。
本実施形態の半導体装置１０は、半導体層１８にチャネル領域が形成される。ここで、半導体装置１０は、入射光の少なくとも一部がチャネル領域とゲート電極とを透過する構成である。ここでは、例えば透過型LCDの場合には入射光の少なくとも一部は、トップゲート構造の場合には、チャネル領域とゲート電極との順に透過し、ボトムゲート構造の場合には、ゲート電極とチャネル領域との順に透過する。また、入射光の少なくとも５０％が前記チャネル領域を透過する構成とすることが好ましい。
チャネル領域が、結晶成分の体積率をＶｃとし、該半導体層の非結晶成分の体積率をＶａとしたときＶｃ／Ｖａ＞４を満たす酸化物半導体で構成されている。チャネル領域の多結晶構造は、TEM（透過型電子顕微鏡）や分光エリプソメータ等で評価することができ、本実施形態では、結晶成分が90％以上を占め、非結晶成分が10％以下となる構成とした。
酸化物半導体としては、IGZOを用いることができる。または、酸化物半導体が少なくともInと、Znとを含む構成とすることができる。または、酸化物半導体がInと、Znと、さらに、GaとAlとのうち少なくともいずれか１つを含む構成とすることができる。
なお、半導体層１８の移動度μは、0.5cm2/Vs以上であることが好ましく、より好ましくは、10cm2/Vs以上である。
半導体装置１０は、半導体層１８のチャネル領域に対して光入射側に、入射光のうち波長域400nm以下の光の少なくとも一部を吸収する光吸収層が設けられていてもよい。また、光吸収層は、波長域350nm以下の光の少なくとも一部を吸収してもよい。なお、光吸収層が基板もしくは偏光板の少なくとも一方を兼ねる構成としてもよい。
図２は、入射光の波長に対する光の吸収係数の関係を示すグラフである。図２において、本実施形態のように多結晶の結晶成分比が90％より大きいIGZO（poly-IGZO）を塗布成膜した半導体層と、結晶成分比が10％未満のアモルファスIGZO（a-IGZO）をスパッタ成膜した半導体層とを比較するため、それぞれの波長に対する吸収係数を示している。図２に示すように、全ての領域の波長において、poly-IGZOは、a-IGZOに比べて吸収係数が低くなる。特に、波長350nm以下の光に対して、poly-IGZOはa-IGZOに比べて吸収係数が顕著に低くなることがわかる。
本実施形態の半導体装置１０によれば、半導体層１８のチャネル領域に結晶成分と非結晶成分とからなる多結晶の膜を用いている。結晶成分が非晶質成分に対して４：１以上の比で存在しており、通常のアモルファス-IGZO薄膜と比較して可視光の吸収が格段に少なく、光照射下でもオフ電流上昇等の特性異常が生じない。このため、ゲート電極１３や画素電極等にも透明な材料を使用して、チャネル部に光を透過させる構造としても安定に動作し、高精細な透過型ディスプレイやボトムエミッション型発光ディスプレイに適用しても高開口率を確保し、高品位な表示をより低消費電力で行えるディスプレイの提供が可能となる。多結晶であるため、有機ELの電流駆動素子として使用した場合の安定性についても、非晶質膜より有利である。
本実施形態の半導体装置１０は、少なくとも一部がスイッチング素子として機能する構成とすることができる。このとき、スイッチング素子のオン電流とオフ電流の比が106以上で駆動することが好ましい。また、半導体装置１０の少なくとも一部が発光素子の電流駆動素子として機能する構成とすることができる。
次に、上記実施形態の半導体装置を透過型ディスプレイに適用した構成の一例を説明する。なお、本発明にかかる半導体装置を適用できる表示装置としては、以下に説明する構成に限定されず、他のボトムエミッション型の発光ディスプレイなどに適用することができる。
図３は、表示装置の構成を説明する断面図である。図３に示す表示装置１００では、下側から光源の光が入射するものとする。なお、以下の図５の説明において、「上」とは図中上側を意味し、「下」とは図中下側を意味する。また、「上面」とは、光が入射する側とは反対側の面を意味し、「下面」とは光が入射する側の面を意味する。
光入射側の透明なガラス基板１１の上に透明な絶縁層１２が形成され、絶縁層１２上にゲート電極１３が所定のパターンで画素形成領域ごとに形成されている。ゲート電極１３を覆うようにゲート絶縁膜１４が形成されている。ゲート絶縁膜１４の上面において、下層のゲート電極１３の上に位置する領域に無機酸化物の半導体層１８が所定のパターンで形成されている。
光入射側の透明なガラス基板１１の上に透明な絶縁層１２が形成され、絶縁層１２上にゲート電極１３が所定のパターンで画素形成領域ごとに形成されている。ゲート電極１３を覆うようにゲート絶縁膜１４が形成されている。ゲート絶縁膜１４の上面において、下層のゲート電極１３の上に位置する領域に無機酸化物の半導体層１８が所定のパターンで形成されている。
また、半導体層１８の一部に積層するように、ソース電極とドレイン電極とを含む電極層１５が形成される。電極層１５の上層には、層間絶縁膜１６が形成され、該層間絶縁膜１６上に画素電極１７が形成される。画素電極１７は、少なくとも一部がドレイン電極層１５ｂと接触し、電気を導通するように設けられている。
画素電極１７上には、下側の配向膜２０と上側の配向膜２２と、これら一対の配向膜２０，２２の間に設けられた液晶層２１とが形成されている。上側の配向膜２２の上面には、画素電極１７に対して上下に対向する透明の対向電極２３が設けられている。対向電極２３の上には、平坦化膜２８が形成され、該平坦化膜２８の上面にカラーフィルタ２４と遮光性を有するブラックマトリクス２５とが並べて配置されている。カラーフィルタ２４上には透明のガラス基板２６が設けられている。ガラス基板２６の上面には、偏光板２７が設けられている。
また、本実施形態では、光入射側のガラス基板１１の下面に波長域が400nm以下の光の少なくとも一部を吸収する光吸収層として機能する偏光板１９が設けられている。なお、光吸収層が、基板又は偏光板の少なくとも一方を兼ねることもできる。
なお、半導体層は、フォトリソグラフィ工程を用いてパターン形成してもよく、または、インクジェット技術などの印刷工程を用いて製造することできる。印刷工程を用いることでコスト低減を図ることができる。また、半導体層が可視域で透明であるため、ゲート電極１３や画素電極１７にも透明な電極材料を使用することで、チャネル領域に光を透過させることができ、素子形成領域が画素形成領域の大部分を占める構成とすることができ、透過型ディスプレイやボトムエミッション型発光ディスプレイへの適用が可能となる。
上記構成の半導体装置及び表示装置によれば、半導体層１８の吸収係数が低く、実質的に無視できるレベルであるため、遮光膜を設置しないでも光照射時の漏れ電流の発生がなく、より高い開口率を確保できる。
次に、本実施形態の半導体装置の製造手順を図面に基いて説明する。なお、以下に説明する実施形態において、すでに説明した部材などと同等な構成・作用を有する部材等については、図中に同一符号又は相当符号を付すことにより、説明を簡略化或いは省略する。
図４は、半導体装置の製造手順を説明する断面図である。
先ず、図４（ａ）に示すように、基板１１上（例えばガラス基板や、PET、PEN、PES等のフィルム基板上）に、ITO、IZO、GZO等による透明のゲート電極１３をフォトリソグラフィ工程、または、インクジェット、スクリーン印刷等の印刷技術で形成する。
先ず、図４（ａ）に示すように、基板１１上（例えばガラス基板や、PET、PEN、PES等のフィルム基板上）に、ITO、IZO、GZO等による透明のゲート電極１３をフォトリソグラフィ工程、または、インクジェット、スクリーン印刷等の印刷技術で形成する。
次に、図４（ｂ）に示すように、基板１１の上面にゲート電極１３を覆うように透明のゲート絶縁膜１４を形成する。ゲート絶縁膜１４は、SiO2，SiNx，Al2O3、Y2O3等による透明ゲート絶縁膜をインクジェット、スクリーン印刷等の印刷技術で形成する。なお、図３に示すように、基板上にSiNxやSiONx等によるガスバリア層や熱バリア層、UV領域の光をカットする絶縁層１２を形成しておいてもよい。
図４（ｃ）に示すように、IGZO（InGaZnO4）やZnO等の透明酸化物の薄膜の半導体層１８を形成する。ここで、半導体層１８は、真空成膜し、フォトリソグラフィで形成してもよく、または、アルコキシド等の液状材料からインクジェット、スクリーン印刷等の印刷技術で形成してもよい。半導体層１８は、半導体層１８の前駆体溶液又は微粒子分散液から膜を形成し、その後、該膜を熱又は光を用いたアニール処理することにより形成してもよい。つまり、成膜時には、半導体層１８は結晶性膜でなくてもよいが、結晶性ではない場合には、熱アニール（400〜900℃）やレーザアニール（例えば、KrFエキシマレーザ）等で結晶化を行うことで形成してよい。
図４（ｄ）に示すように、金属ペースト等により、ソース電極及びドレイン電極の電極層１５を形成する。ソース電極及びドレイン電極は、Al、Al合金、Ti、Ag、Au等を用いて形成することができる。また、ソース電極及びドレイン電極部分にも光を通す構造とする場合はITO、IZO等による透明電極を用いて形成することができる。
その後、図４（ｅ）に示すように層間絶縁膜１６を形成し、更に、図４（ｆ）に示すように層間絶縁膜１６上に少なくとも一部がドレイン電極層に接続された画素電極１７を形成する。
本発明ではゲート電極、半導体層、画素電極が可視光に対して透明であるため、バックライトからの光を、これらの層を通して取り出す構造としている。この構造は、透過型ＬＣＤ以外にボトムエミッション型の有機ＥＬ等のディスプレイなどにも応用することができる。
なお、半導体層は可視域での吸収を抑えることができるため光照射による漏れ電流はほとんど発生しないが、発光源の波長域がＵＶ領域に延びて半導体層のバンドギャップより高いエネルギー成分を含む場合は、基板や偏光フィルム，ＵＶカット層，ゲート電極等で遮断することもできる。
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良などが可能である。
例えば、上記実施形態の半導体装置は、基板側にゲート電極を構成した、所謂、ボトムゲート型の構成を例に説明したが、基板の上部側にゲート電極を配置した、所謂、トップゲート型の構成とすることできる。
また、本発明かかる半導体装置は、上記表示装置に限定されず、半導体センサに適用することもできる。
例えば、上記実施形態の半導体装置は、基板側にゲート電極を構成した、所謂、ボトムゲート型の構成を例に説明したが、基板の上部側にゲート電極を配置した、所謂、トップゲート型の構成とすることできる。
また、本発明かかる半導体装置は、上記表示装置に限定されず、半導体センサに適用することもできる。
１０ 半導体装置
１３ ゲート電極
１５ 電極層（ソース電極，ドレイン電極）
１８ 半導体層
１３ ゲート電極
１５ 電極層（ソース電極，ドレイン電極）
１８ 半導体層
Claims (29)
- 基板と、チャネル領域を有する半導体層とを備え、
前記チャネル領域が、結晶成分の体積率をＶｃとし、非結晶成分の体積率をＶａとしたときＶｃ／Ｖａ＞４を満たす酸化物半導体で構成されている半導体装置。 - 前記酸化物半導体がInと、Znとを含む請求項１に記載の半導体装置。
- 前記酸化物半導体が、さらに、GaとAlとのうち少なくともいずれか１つを含む請求項２に記載の半導体装置。
- 前記半導体層の膜厚が300nm未満である請求項１から３のいずれか１つに記載の半導体装置。
- 前記半導体層の移動度μが0.5cm2/Vs以上である請求項１から４のいずれか１つに記載の半導体装置。
- 前記半導体層の移動度μが10cm2/Vs以上である請求項１から５のいずれか１つに記載の半導体装置。
- 上記請求項１から６のいずれか１つに記載の半導体装置を備えた表示装置。
- 光透過型ディスプレイまたはボトムエミッション型発光ディスプレイである請求項７に記載の表示装置。
- 光透過性を有するゲート電極を備え、入射光の少なくとも一部が前記チャネル領域と前記ゲート電極とを透過する請求項７又は８に記載の表示装置。
- 入射光の少なくとも50％が前記チャネル領域を透過する請求項７から９のいずれか１つに記載の表示装置。
- 前記半導体装置を複数備え、該複数の半導体装置のうち少なくとも一部がスイッチング素子として機能する請求項７から１０のいずれか１つに記載の表示装置。
- 前記スイッチング素子のオン電流とオフ電流の比が106以上で駆動する請求項１１に記載の表示装置。
- 前記半導体装置を複数備え、該複数の半導体装置のうち少なくとも一部が発光素子の電流駆動素子として機能する請求項７から１０に記載の表示装置。
- 前記チャネル領域に対して光入射側に、入射光のうち波長域400nm以下の光の少なくとも一部を吸収する光吸収層が設けられている請求項７から１３のいずれか１つに記載の表示装置。
- 前記チャネル領域に対して光入射側に、入射光のうち波長域350nm以下の光の少なくとも一部を吸収する光吸収層が設けられている請求項７から１３のいずれか１つに記載の表示装置。
- 前記光吸収層が前記基板もしくは偏光板の少なくとも一方を兼ねる請求項１４又は１５に記載の表示装置。
- 基板と、チャネル領域を有する半導体層とを備えた半導体装置の製造方法であって、
前記チャネル領域を、結晶成分の体積率をＶｃとし、該半導体層の非結晶成分の体積率をＶａとしたときＶｃ／Ｖａ＞４を満たす酸化物半導体で形成する半導体装置の製造方法。 - 前記酸化物半導体がInと、Znとを含む請求項１７に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記酸化物半導体が、さらに、GaとAlとのうち少なくともいずれか１つを含む請求項１８に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記半導体層の膜厚が300nm未満である請求項１７から１９のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記半導体層が、該半導体層の前駆体溶液又は微粒子分散液から膜を形成し、その後、該膜を熱又は光を用いたアニール処理することにより形成される請求項１７から２０のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記半導体層が、Ｖｃ／Ｖａ＜0.25の膜を形成し、その後、該膜を熱又は光を用いたアニール処理することにより形成される請求項１７から２１のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記半導体層の移動度μが0.5cm2/Vs以上である請求項１７から２２のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記半導体層の移動度μが10cm2/Vs以上である請求項１７から２３のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
- 上記請求項１７から２４によって形成された半導体装置を備えた表示装置の製造方法であって、
光透過性を有するゲート電極を形成し、入射光の少なくとも一部が前記チャネル領域と前記ゲート電極とを透過する表示装置の製造方法。 - 入射光の少なくとも50％が前記チャネル領域を透過する請求項２５に記載の表示装置の製造方法。
- 前記チャネル領域に対して光入射側に、入射光のうち波長域400nm以下の光の少なくとも一部を吸収する光吸収層を形成する請求項２５又は２６に記載の表示装置の製造方法。
- 前記チャネル領域に対して光入射側に、入射光のうち波長域350nm以下の光の少なくとも一部を吸収する光吸収層を形成する請求項２５から２７のいずれか１つに記載の表示装置の製造方法。
- 前記光吸収層が前記基板もしくは偏光板の少なくとも一方を兼ねる請求項２７又は２８に記載の表示装置の製造方法。
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