JP2010166030A - トランジスタの作製方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】酸化物半導体層を有するトランジスタにおいて、当該酸化物半導体層中の任意の領域に導電率が異なる領域を形成する方法を提供することを目的の一とする。
【解決手段】水素を有する酸化物半導体層上に水素バリア層を選択的に設け、酸化処理を行うことにより酸化物半導体層の所定の領域から選択的に水素を脱離させて、酸化物半導体層に導電率が異なる領域を形成する。その後、酸化物半導体層に形成された導電率が異なる領域を用いて、チャネル形成領域、ソース領域及びドレイン領域を形成することができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、酸化物半導体層を用いたトランジスタの作製方法及び当該トランジスタを具備する半導体装置の作製方法に関する。
金属酸化物は多様に存在しさまざまな用途に用いられている。酸化インジウムはよく知られた材料であり、液晶ディスプレイなどで必要とされる透明電極材料として用いられている。
金属酸化物の中には半導体特性を示すものがある。半導体特性を示す金属酸化物は化合物半導体の一種である。化合物半導体とは、2種以上の原子が結合してできる半導体である。一般的に、金属酸化物は絶縁体となる。しかし、金属酸化物を構成する元素の組み合わせによっては、半導体となることが知られている。
例えば、金属酸化物の中で、酸化タングステン、酸化錫、酸化インジウム、酸化亜鉛などは半導体特性を示すことが知られている。このような金属酸化物で構成される透明半導体層をチャネル形成領域とする薄膜トランジスタが開示されている(特許文献1乃至4、非特許文献1)。
ところで、金属酸化物は一元系酸化物のみでなく多元系酸化物も知られている。例えば、ホモロガス相を有するInGaO(ZnO)(m:自然数)は公知の材料である(非特許文献2乃至4)。
そして、上記のようなIn−Ga−Zn系酸化物を薄膜トランジスタ(TFTとも呼ぶ)のチャネル層として適用可能であることが確認されている(特許文献5、非特許文献5及び6)。
また、酸化物半導体を用いたトランジスタの作製方法において、酸化物半導体中に水素を含有させることにより、酸化物半導体の電気抵抗を低下する方法が提案されている。例えば、特許文献6では、ソース電極及びドレイン電極に水素を添加し、当該ソース電極及びドレイン電極中の水素を酸化物半導体へ拡散させる方法が開示されている。
特開昭60−198861号公報 特開平8−264794号公報 特表平11−505377号公報 特開2000−150900号公報 特開2004−103957号公報 特開2008−72025号公報
M. W. Prins, K. O. Grosse−Holz, G. Muller, J. F. M. Cillessen, J. B. Giesbers, R. P. Weening, and R. M. Wolf、「A ferroelectric transparent thin−film transistor」、 Appl. Phys. Lett.、17 June 1996、 Vol.68 p.3650−3652 M. Nakamura, N. Kimizuka, and T. Mohri、「The Phase Relations in the In2O3−Ga2ZnO4−ZnO System at 1350℃」、J. Solid State Chem.、1991、Vol.93, p.298−315 N. Kimizuka, M. Isobe, and M. Nakamura、「Syntheses and Single−Crystal Data of Homologous Compounds, In2O3(ZnO)m(m=3,4, and 5), InGaO3(ZnO)3, and Ga2O3(ZnO)m(m=7,8,9, and 16) in the In2O3−ZnGa2O4−ZnO System」、 J. Solid State Chem.、1995、Vol.116, p.170−178 中村真佐樹、君塚昇、毛利尚彦、磯部光正、「ホモロガス相、InFeO3(ZnO)m(m:自然数)とその同型化合物の合成および結晶構造」、固体物理、1993年、Vol.28、No.5、p.317−327 K. Nomura, H. Ohta, K. Ueda, T. Kamiya, M. Hirano, and H. Hosono、「Thin−film transistor fabricated in single−crystalline transparent oxide semiconductor」、SCIENCE、2003、Vol.300、p.1269−1272 K. Nomura, H. Ohta, A. Takagi, T. Kamiya, M. Hirano, and H. Hosono、「Room−temperature fabrication of transparent flexible thin−film transistors using amorphous oxide semiconductors」、NATURE、2004、Vol.432 p.488−492
しかし、ソース電極及びドレイン電極から酸化物半導体に水素を拡散させる場合、酸化物半導体の厚さ方向にわたって(酸化物半導体のソース電極及びドレイン電極と接する面と反対側の面側にまで)水素を拡散させ低抵抗化することは困難である。また、酸化物半導体層の平面方向(基板と平行な方向)における水素濃度分布がソース電極及びドレイン電極の形状に依存するという問題がある。
上記問題に鑑み、酸化物半導体層を有するトランジスタにおいて、当該酸化物半導体層の任意の領域に導電率が異なる領域を形成する方法を提供することを目的の一とする。
本発明の一態様は、水素を有する酸化物半導体層上に水素バリア層を選択的に設け、酸化処理を行うことにより酸化物半導体層の所定の領域から選択的に水素を脱離させて、酸化物半導体層に導電率が異なる領域を形成するものである。酸化物半導体層に形成された導電率が異なる領域を用いて、チャネル形成領域、ソース領域及びドレイン領域を形成することができる。この場合、酸化物半導体層にあらかじめ水素を含ませておくことにより、酸化物半導体層中に設けられたソース領域及びドレイン領域の導電率のばらつきを低減することができる。また、水素バリア層を設ける位置を制御することにより、酸化物半導体層において導電率が異なる領域を任意に形成することができる。
また、本発明の一態様は、水素を有する酸化物半導体層を形成し、酸化物半導体層の少なくとも一部が露出するように、酸化物半導体層上に水素バリア層を選択的に形成し、酸化処理を行うことにより酸化物半導体層から水素を選択的に脱離させ、酸化物半導体層に第1の領域と第1の領域より水素の含有量が少ない第2の領域を形成し、第2の領域を用いてチャネル形成領域を形成し、第1の領域を用いてソース領域及びドレイン領域を形成することを特徴としている。
また、本発明の一態様は、基板上にゲート電極を形成し、ゲート電極上にゲート絶縁層を形成し、ゲート絶縁層上にソース電極層及びドレイン電極層を形成し、ソース電極層及びドレイン電極層上に、水素を有する酸化物半導体層を形成し、酸化物半導体層上に水素バリア層を形成し、水素バリア層をエッチングすることにより、少なくともソース電極層及びドレイン電極層上に形成された酸化物半導体層上に水素バリア層を残存させると共に、ゲート電極上であってソース電極層とドレイン電極層の間の領域に形成された酸化物半導体層の表面を露出させ、酸化処理を行うことにより酸化物半導体層から水素を選択的に脱離させ、酸化物半導体層において、表面が露出した領域に含まれる水素の含有量を、水素バリア層の下に位置する領域に含まれる水素の含有量より少なくすることを特徴としている。
また、本発明の一態様は、基板上にゲート電極を形成し、ゲート電極上にゲート絶縁層を形成し、ゲート絶縁層上にソース電極層及びドレイン電極層を形成し、ソース電極層及びドレイン電極層上に、水素を有する酸化物半導体層を形成し、酸化物半導体層上に水素バリア層を形成し、水素バリア層をエッチングすることにより、少なくともソース電極層及びドレイン電極層上に形成された酸化物半導体層上とゲート電極上であってソース電極層とドレイン電極層の間の領域に形成された酸化物半導体層上の一部に水素バリア層を残存させると共に、ゲート電極上であってソース電極層とドレイン電極層の間の領域に形成された酸化物半導体層の表面の一部を露出させ、酸化処理を行うことにより酸化物半導体層から水素を選択的に脱離させ、酸化物半導体層において、表面が露出した領域に含まれる水素の含有量を、水素バリア層の下に位置する領域に含まれる水素の含有量より少なくすることを特徴としている。
また、本発明の一態様は、基板上にゲート電極を形成し、ゲート電極上にゲート絶縁層を形成し、ゲート絶縁層上に、水素を有する酸化物半導体層を形成し、酸化物半導体層上に水素バリア層を形成し、水素バリア層をエッチングすることにより、少なくともゲート電極上に位置する酸化物半導体層の表面の一部を露出させ、酸化処理を行うことにより酸化物半導体層から水素を選択的に脱離させ、酸化物半導体層において、表面が露出した領域に含まれる水素の含有量を、水素バリア層の下に位置する領域に含まれる水素の含有量より少なくすることを特徴としている。
また、本発明の一態様は、基板上にソース電極層とドレイン電極層を形成し、ソース電極層及びドレイン電極層上に、水素を有する酸化物半導体層を形成し、酸化物半導体層上に水素バリア層を形成し、水素バリア層をエッチングすることにより、少なくともソース電極層及びドレイン電極層上に形成された酸化物半導体層上に水素バリア層を残存させると共に、ソース電極層とドレイン電極層の間の領域に形成された酸化物半導体層の表面を露出させ、酸化処理を行うことにより酸化物半導体層から水素を選択的に脱離させ、酸化物半導体層において、表面が露出した領域に含まれる水素の含有量を、水素バリア層の下に位置する領域に含まれる水素の含有量より少なくし、酸化物半導体層上にゲート絶縁層を形成し、ソース電極層とドレイン電極層の間の領域であってゲート絶縁層上にゲート電極を形成することを特徴としている。
また、本発明の一態様は、基板上にソース電極層とドレイン電極層を形成し、ソース電極層及びドレイン電極層上に、水素を有する酸化物半導体層を形成し、酸化物半導体層上に水素バリア層を形成し、水素バリア層をエッチングすることにより、少なくともソース電極層及びドレイン電極層上に形成された酸化物半導体層上とソース電極層とドレイン電極層の間の領域に形成された酸化物半導体層上の一部に水素バリア層を残存させると共に、ソース電極層とドレイン電極層の間の領域に形成された酸化物半導体層の表面の一部を露出させ、酸化処理を行うことにより酸化物半導体層から水素を選択的に脱離させ、酸化物半導体層において、表面が露出した領域に含まれる水素の含有量を、水素バリア層の下に位置する領域に含まれる水素の含有量より少なくし、酸化物半導体層上にゲート絶縁層を形成し、ソース電極層とドレイン電極層の間の領域であってゲート絶縁層上にゲート電極を形成することを特徴としている。
なお、本明細書中で用いることができる酸化物半導体の一例としては、InMO(ZnO)(m>0、且つ、mは整数とは限らない)で表記されるものがある。ここで、Mは、ガリウム(Ga)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)及びコバルト(Co)から選ばれた一の金属元素又は複数の金属元素を示す。例えばMとしてGaが選択される場合には、Gaのみの場合の他に、GaとNiや、GaとFeなど、Ga以外の上記金属元素が選択される場合を含む。また、上記酸化物半導体において、Mとして含まれる金属元素の他に、不純物元素としてFe、Niなどの遷移金属元素、又は該遷移金属の酸化物が含まれているものがある。本明細書においては、上記酸化物半導体のうち、Mとして少なくともガリウムを含むものをIn−Ga−Zn−O系酸化物半導体と呼び、当該材料を用いた薄膜をIn−Ga−Zn−O系非単結晶膜と呼ぶことがある。
なお、本明細書中において、酸化窒化シリコンとは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多いものであって、好ましくは、ラザフォード後方散乱法(RBS:Rutherford Backscattering Spectrometry)及び水素前方散乱法(HFS:Hydrogen Forwardscattering Spectrometry)を用いて測定した場合に、濃度範囲として酸素が50〜70原子%、窒素が0.5〜15原子%、シリコンが25〜35原子%、水素が0.1〜10原子%の範囲で含まれるものをいう。また、窒化酸化シリコンとは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多いものであって、好ましくは、RBS及びHFSを用いて測定した場合に、濃度範囲として酸素が5〜30原子%、窒素が20〜55原子%、シリコンが25〜35原子%、水素が10〜30原子%の範囲で含まれるものをいう。ただし、酸化窒化シリコン又は窒化酸化シリコンを構成する原子の合計を100原子%としたとき、窒素、酸素、シリコン及び水素の含有比率が上記の範囲内に含まれるものとする。
なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、表示装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置に含まれる。また、本明細書中において表示装置とは、発光装置や液晶表示装置を含む。発光装置は発光素子を含み、液晶表示装置は液晶素子を含む。発光素子は、電流または電圧によって輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機EL(Electro Luminescence)素子、有機EL素子等が含まれる。
水素を有する酸化物半導体層上に水素バリア層を選択的に設け、酸化処理を行うことにより酸化物半導体層から選択的に水素を脱離させることにより、酸化物半導体層中の任意の領域に導電率が異なる領域を形成することができる。
実施の形態1に係るトランジスタの作製方法の一例を説明する図。 実施の形態1に係るトランジスタの作製方法の一例を説明する図。 実施の形態2に係るトランジスタの作製方法の一例を説明する図。 実施の形態2に係るトランジスタの作製方法の一例を説明する図。 実施の形態2に係るトランジスタの作製方法の一例を説明する図。 実施の形態3に係るトランジスタの作製方法の一例を説明する図。 実施の形態4に係るトランジスタの作製方法の一例を説明する図。 実施の形態4に係るトランジスタの作製方法の一例を説明する図。 実施の形態5に係る半導体装置の作製方法の一例を説明する図。 実施の形態5に係る半導体装置の作製方法の一例を説明する図。 実施の形態5に係る半導体装置の作製方法の一例を説明する図。 実施の形態5に係る半導体装置の作製方法の一例を説明する図。 実施の形態5に係る半導体装置の作製方法の一例を説明する図。 実施の形態5に係る半導体装置の作製方法の一例を説明する図。 実施の形態5に係る半導体装置の作製方法の一例を説明する図。 実施の形態6に係る半導体装置の一例を説明する図。 実施の形態6に係る半導体装置の一例を説明する図。 実施の形態7に係る半導体装置の一例を説明する図。 実施の形態8に係る半導体装置の画素等価回路の一例を説明する図。 実施の形態8に係る半導体装置の一例を説明する図。 実施の形態8に係る半導体装置の一例を説明する図。 電子ペーパーの使用形態の一例を説明する図。 電子書籍の一例を示す外観図。 テレビジョン装置およびデジタルフォトフレームの例を示す外観図。 遊技機の例を示す外観図。 携帯電話機の一例を示す外観図。
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定されず、発明の趣旨から逸脱することなく形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者にとって自明である。また、異なる実施の形態に係る構成は、適宜組み合わせて実施することができる。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を用い、その繰り返しの説明は省略する。
(実施の形態1)
本実施の形態では、トランジスタの作製方法の一例について、図面を参照して説明する。
はじめに、基板201上に水素を有する酸化物半導体層108を形成する(図1(A)参照)。
酸化物半導体層108は、水素又は重水素を添加すると電気抵抗が低下する材料で設けることができる。例えば、酸化物半導体層108として、少なくともインジウム、亜鉛、ガリウム及び水素を有する酸化物半導体で形成することができる。この場合、In、Ga、及びZnを含む酸化物半導体ターゲット(例えば、In:Ga:ZnO=1:1:1)を用いたスパッタ法で、水素ガスを導入して成膜することにより水素を有する酸化物半導体層108を形成することができる。
成膜雰囲気に水素を導入して酸化物半導体層108を形成することにより、酸化物半導体層108を厚く形成する場合であっても、当該酸化物半導体層108中に水素を均一に添加することができる。
スパッタの条件としては、例えば、基板201とターゲットとの距離を30mm〜500mm、圧力を0.01Pa〜2.0Pa、直流(DC)電源を0.25kW〜5.0kW、温度を20℃〜100℃、雰囲気を水素とアルゴン雰囲気、水素と酸素雰囲気、又は水素とアルゴンと酸素との混合雰囲気とすることができる。
また、水素ガスの代わりに、水蒸気、アンモニア、アルコール等の炭化水素を用いてもよい。
上記のスパッタ法としては、スパッタ用電源に高周波電源を用いるRFスパッタ法や、直流電源を用いるDCスパッタ法、パルス的に直流バイアスを加えるパルスDCスパッタ法などを用いることができる。
なお、本実施の形態において、酸化物半導体層108は、In−Ga−Zn−O系非単結晶膜に限られず、他にも、水素又は重水素を添加すると電気抵抗が低下する材料(例えば、酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、ガリウムを添加した酸化亜鉛(GZO)等)で設けることができる。これらの材料を用いる場合であっても、水素を導入しながら成膜を行うことにより、水素が含有された酸化物半導体層を形成することができる。
また、水素を有する酸化物半導体の作製方法としては、上述したように酸化物半導体層108の成膜雰囲気に水素を導入する方法の他、酸化物半導体層108の形成後に当該酸化物半導体層108に水素プラズマ処理、イオン注入法又はイオンドーピング法等を用いて水素を添加してもよい。
また、酸化処理前において、酸化物半導体層108の水素濃度が1×1018atoms/cm〜1×1023atoms/cmとなるように酸化物半導体層108を形成することが好ましい。
なお、膜中における水素濃度は、二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)を用いて測定を行うことができる。
次に、酸化物半導体層108上に水素バリア層112を形成する(図1(B)参照)。
水素バリア層112は、後に行われる熱処理等の酸化処理時に酸化物半導体層108から脱離する水素をブロッキングする機能を有する膜であればよい。水素バリア層112は、例えば、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル、窒化チタン、窒化タンタルのうちのいずれか1つからなる単層膜又は2つ以上からなる積層膜とすることができる。
水素バリア層112を設けることにより、後に行われる酸化処理時に水素バリア層112の下に位置する酸化物半導体層108から水素が脱離することを抑制することができる。
次に、水素バリア層112をエッチングして一部(水素バリア層113)を残存させ、酸化物半導体層108の一部を露出させる(図1(C)参照)。
なお、水素バリア層113を、液滴吐出法やスクリーン印刷法等を用いて基板201上に選択的に形成することも可能である。この場合、水素バリア層112のエッチング工程を省略することができる。
次に、酸化処理を行うことにより酸化物半導体層108から水素を脱離させ、酸化物半導体層108に第1の領域108aと当該第1の領域108aより水素の含有量が少ない第2の領域108bを形成する(図1(D)参照)。酸化処理を行うことにより、第2の領域108bの導電率は第1の領域108aの導電率より低くなる。
酸化処理としては、酸素雰囲気(大気雰囲気を含む)、窒素雰囲気での熱処理、酸素プラズマ処理等を行うことができる。又は、これらの処理を組み合わせて行ってもよい。なお、熱処理は、150℃〜1000℃、好ましくは200℃〜500℃で行うことができる。
酸化処理を行うことにより、酸化物半導体層108において水素バリア層113が形成されていない部分(露出した部分)から膜中に含まれる水素が選択的に多く雰囲気中に脱離し、第2の領域108bが形成される。
なお、図1(D)では、便宜上、水素バリア層113の下に水素の含有量が多い第1の領域108aが設けられ、水素バリア層113が設けられていない領域に水素の含有量が少ない第2の領域108bが設けられる場合を示しているが、本実施の形態は第1の領域108aと第2の領域108bの間に水素の濃度勾配が形成される場合も含んでいる。
また、酸化処理として、酸化物半導体層108に接して当該酸化物半導体層108中の水素を吸着させる層(水素吸着層)を設けた後に熱処理を行ってもよい。例えば、酸化物半導体層108の一部を露出させた後(図1(C)参照)、少なくとも露出した酸化物半導体層108に接するように水素吸着層115を形成し(図2(A)参照)、その後、熱処理を行うことができる。この場合、熱処理により水素吸着層115に接する酸化物半導体層108中の水素は水素吸着層115に移動し、酸化物半導体層108に第2の領域108bが形成される(図2(B)参照)。
水素吸着層115は、酸化処理時に酸化物半導体層108中の水素を吸着し当該酸化物半導体層108の領域の水素濃度を効果的に低減できる膜であればよい。また、酸化物半導体層108に水素バリア層113及び水素吸着層115を接して設ける場合には、酸化処理時に酸化物半導体層108において、水素バリア層113が接する領域と比較して水素吸着層115が接する領域からより多くの水素を脱離させるように水素吸着層115に用いる材料を選択する。
水素吸着層115としては、アモルファスシリコン、多結晶シリコン、酸化タングステンのうちのいずれか1つからなる単層膜又は2つ以上からなる積層膜とすることができる。他にも、水素吸着層115として、多孔質シリコン等の多孔質構造を有する膜を用いることができる。
水素吸着層115は、酸化処理後に除去すればよい。なお、後の工程において、水素吸着層115から酸化物半導体層108への水素の拡散(逆拡散)が問題とならない場合には、水素吸着層115を残存させてもよい。例えば、酸化物半導体層108から水素吸着層115へ取り込まれた水素が熱処理により水素吸着層115から外部へ放出されている場合には、水素吸着層115を残存させることができる。この場合、水素吸着層115を除去する工程を省略することができる。
その後、酸化物半導体層108において、水素の含有量が相対的に少ない第2の領域108bをチャネル形成領域とし、第1の領域108aをソース領域及びドレイン領域とするトランジスタを形成することができる。
なお、酸化物半導体層108の第2の領域108bをトランジスタのチャネル形成領域として用いる場合には、酸化処理により酸化物半導体層108の第2の領域108bの水素濃度を1×1016atoms/cm以上、1×1021atoms/cm以下とすることが好ましい。
このように、水素を有する酸化物半導体層108に水素バリア層113を選択的に形成し、その後酸化物半導体層108の所定の領域から選択的に水素を多く脱離させることにより、酸化物半導体層108に導電率が異なる領域を形成することができる。この場合、水素バリア層113を設ける位置を制御することにより、酸化物半導体層108において導電率が異なる領域を任意に形成することができる。また、あらかじめ膜中に水素を有する酸化物半導体層108を形成した後、所定の領域から水素を脱離させることにより、酸化物半導体層108の厚さ方向においても水素を含有させることができる。特に、酸化物半導体層108の膜中に水素を均一に添加することにより、酸化物半導体層108に設けられたソース領域及びドレイン領域の導電率のばらつきを低減することができる。
なお、本実施の形態において、トランジスタの構造は、トップゲート型としてもよいし、ボトムゲート型としてもよい。
トップゲート型とする場合には、図1(D)の工程の後に、酸化物半導体層108の第2の領域108b上にゲート絶縁層を介してゲート電極を形成すればよい。また、ボトムゲート型とする場合には、図1(A)の工程の前に、あらかじめ酸化物半導体層108の第2の領域108bの下にゲート絶縁層を介してゲート電極を形成しておけばよい。
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて用いることができる。
(実施の形態2)
本実施の形態では、上記実施の形態1で示した構成において、トランジスタの構造をボトムゲート型とする場合の作製方法の一例に関して図面を参照して説明する。
まず、基板100上にゲート電極102を形成し、続いて当該ゲート電極102上にゲート絶縁層104を形成し、その後、ゲート絶縁層104上にソース電極層106a及びドレイン電極層106bを形成する(図3(A)参照)。
基板100は、絶縁表面を有する基板であればよく、例えば、ガラス基板を用いることができる。他にも、基板100として、セラミック基板、石英基板やサファイア基板等の絶縁体でなる絶縁性基板、シリコン等の半導体材料でなる半導体基板の表面を絶縁材料で被覆したもの、金属やステンレス等の導電体でなる導電性基板の表面を絶縁材料で被覆したものを用いることができる。また、作製工程の熱処理に耐えられるのであれば、プラスチック基板を用いることもできる。
ゲート電極102は、導電層を基板100全面に形成した後、フォトリソグラフィ法を用いて、導電層をエッチングすることにより形成することができる。ゲート電極102にはゲート配線等、上記導電層によって形成される電極や配線が含まれる。
ゲート電極102は、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、チタン(Ti)等の導電性材料で形成することが望ましい。なお、配線及び電極としてアルミニウムを用いる場合、アルミニウム単体では耐熱性が低く、腐蝕しやすい等の問題点があるため、耐熱性導電性材料と組み合わせて形成することが好ましい。
耐熱性導電性材料は、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、ネオジム(Nd)、スカンジウム(Sc)から選ばれた元素、上述した元素を成分とする合金、上述した元素を組み合わせた合金、又は上述した元素を成分とする窒化物で形成することができる。これらの耐熱性導電性材料からなる膜とアルミニウム(又は銅)を積層させて、配線や電極を形成すればよい。
なお、ゲート電極102を、液滴吐出法やスクリーン印刷法等を用いて基板100上に選択的に形成することも可能である。
ゲート絶縁層104は、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜又は酸化タンタル膜等で形成することができる。また、これらの膜を積層させて設けてもよい。これらの膜は、スパッタ法等を用いて膜厚を50nm以上250nm以下で形成することができる。例えば、ゲート絶縁層104として、スパッタ法により酸化シリコン膜を100nmの厚さで形成することができる。
ソース電極層106a及びドレイン電極層106bは、ゲート絶縁層104上に導電層を形成した後、フォトリソグラフィ法を用いて、当該導電層をエッチングすることにより形成することができる。ここでは、一例として、ソース電極層106aとドレイン電極層106bの一部がゲート絶縁層104を介してゲート電極102と重なるように形成する場合を示している。
ソース電極層106a及びドレイン電極層106bは、スパッタ法や真空蒸着法等を用いて、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、ネオジム(Nd)、スカンジウム(Sc)から選ばれた元素を含む金属、上述の元素を成分とする合金、または、上述の元素を成分とする窒化物等からなる材料で形成することができる。
例えば、ソース電極層106a及びドレイン電極層106bを、モリブデン膜やチタン膜の単層構造で形成することができる。また、ソース電極層106a及びドレイン電極層106bを積層構造で形成してもよく、例えば、アルミニウム膜とチタン膜との積層構造とすることができきる。また、チタン膜と、アルミニウム膜と、チタン膜とを順に積層した3層構造としてもよい。また、モリブデン膜とアルミニウム膜とモリブデン膜とを順に積層した3層構造としてもよい。また、これらの積層構造に用いるアルミニウム膜として、ネオジムを含むアルミニウム(Al−Nd)膜を用いてもよい。さらに、ソース電極層106a及びドレイン電極層106bを、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造としてもよい。
なお、ソース電極層106a及びドレイン電極層106bを、液滴吐出法やスクリーン印刷法等を用いて基板100上に選択的に形成することも可能である。
図3(A)において形成されたソース電極層106aはトランジスタのソースとして機能し、ドレイン電極層106bはトランジスタのドレインとして機能する。なお、トランジスタの駆動方法によっては、ソース電極層106aがドレインとして機能し、ドレイン電極層106bがソースとして機能する場合もある。
次に、ゲート絶縁層104、ソース電極層106a及びドレイン電極層106bを覆うように酸化物半導体層108を形成する(図3(B)参照)。
酸化物半導体層108は、水素又は重水素を添加すると電気抵抗が低下する材料で設ければよく、例えば、In−Ga−Zn−O系非単結晶膜、酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、ガリウムを添加した酸化亜鉛(GZO)等の酸化物半導体で設ければよい。また、これらの酸化物半導体を成膜する際に、雰囲気中に水素を導入することにより水素を含有する酸化物半導体層108を形成することができる。成膜雰囲気に水素を導入して酸化物半導体層108を形成することにより、酸化物半導体層108を厚く形成する場合であっても、当該酸化物半導体層108中に水素を均一に添加することができる。
なお、酸化物半導体層108の形成後に当該酸化物半導体層108に水素プラズマ処理、イオン注入法又はイオンドーピング法を用いて水素を添加してもよい。
次に、酸化物半導体層108をエッチングして島状の酸化物半導体層110を形成した後、酸化物半導体層110上に水素バリア層112を形成する(図3(C)参照)。
なお、酸化物半導体層108をエッチングする前に水素バリア層112を形成し、その後、酸化物半導体層108及び水素バリア層112をエッチングしてもよい。
次に、水素バリア層112をエッチングして一部(水素バリア層113)を残存させると共に、ゲート電極102の上であってソース電極層106aとドレイン電極層106bの間の領域に形成された酸化物半導体層110の表面を露出させる(図3(D)参照)。
図3(D)に示すように、酸化物半導体層110の端部を覆うように水素バリア層113を残存させることにより、酸化処理において、酸化物半導体層110の端部からの水素が脱離することを低減することができる。なお、酸化処理において、酸化物半導体層110の端部からの水素の脱離が問題とならない場合(酸化物半導体層110の膜厚が小さい場合等)には、水素バリア層113をソース電極層106a及びドレイン電極層106b上に形成された酸化物半導体層110上の一部に残存させる構成としてもよい。
また、水素バリア層112をエッチングする際に、露出する酸化物半導体層110の表面も同時にエッチングされることにより膜減りする場合がある。この場合、酸化物半導体層110において、露出する領域の膜厚が水素バリア層113の下に位置する領域の膜厚より小さくなる。
なお、水素バリア層113を、液滴吐出法やスクリーン印刷法等を用いて基板100上に選択的に形成することも可能である。この場合、エッチング工程を省略することができる。
次に、酸化処理を行うことにより酸化物半導体層110から水素を脱離させ、酸化物半導体層110において、表面が露出した領域110cに含まれる水素の含有量を、水素バリア層113の下に位置する領域110a、110bに含まれる水素の含有量より少なくする(図3(E)参照)。その結果、酸化物半導体層110において、ゲート電極102の上であってソース電極層106aとドレイン電極層106bの間に位置する領域にチャネル形成領域を形成し、ソース電極層106a及びドレイン電極層106b上に位置する領域にソース領域とドレイン領域を形成することができる。
チャネル形成領域が形成される領域110cは、ソース領域が形成される領域110a及びドレイン領域が形成される領域110bより水素の含有量が少なく、導電率が低い領域となっている。つまり、酸化処理を行うことによって、酸化物半導体層110において水素バリア層113が形成されていない部分(露出した部分)から膜中に含まれる水素が選択的に多く脱離させることにより、チャネル形成領域を形成することができる。
なお、図3(E)では、便宜上、水素バリア層113の下に水素の含有量が多い領域110a及び領域110bが設けられ、水素バリア層113が設けられていない領域に水素の含有量が少ない領域110cが設けられる場合を示したが、本実施の形態では、領域110aと領域110cの間及び領域110bと領域110cの間に水素の濃度勾配が形成される場合も含んでいる。
また、酸化処理として、酸化物半導体層110に接して当該酸化物半導体層110中の水素を吸着させる層(水素吸着層)を設けてもよい。例えば、酸化物半導体層110の一部を露出させた後(図3(D)参照)、少なくとも露出した酸化物半導体層110に接するように水素吸着層115を形成し(図4(A)参照)、その後、熱処理を行う。熱処理により水素吸着層115に接する酸化物半導体層110の水素が水素吸着層115へ移動し、酸化物半導体層110に、チャネル形成領域が形成される領域110c、ソース領域が形成される領域110a及びドレイン領域が形成される領域110bを形成することができる(図4(B)参照)。
水素吸着層115は、酸化処理後に除去すればよい。なお、後の工程において、水素吸着層115から酸化物半導体層110への水素の拡散(逆拡散)が問題とならない場合には、水素吸着層115を残存させてもよい。例えば、酸化物半導体層110から水素吸着層115へ取り込まれた水素が熱処理により水素吸着層115から外部へ放出されている場合には、水素吸着層115を残存させることができる。この場合、水素吸着層115を除去する工程を省略することができる。
このように、水素を有する酸化物半導体層110上に水素バリア層113を選択的に形成し、その後酸化物半導体層110の所定の領域から選択的に水素を多く脱離させることにより、酸化物半導体層110に導電率が異なる領域を形成することができる。この場合、水素バリア層113を設ける位置を制御することにより、酸化物半導体層110において導電率が異なる領域を任意に形成することができる。また、あらかじめ膜中に水素を有する酸化物半導体層110を形成した後、所定の領域から水素を脱離させることにより、酸化物半導体層110の厚さ方向においても水素を含有させることができる。特に、酸化物半導体層110に水素を均一に添加することにより、酸化物半導体層110に設けられたソース領域及びドレイン領域の導電率のばらつきを低減することができる。
以上の工程により、酸化物半導体層をチャネル形成領域として用いるトランジスタ120を形成することができる。
また、酸化物半導体層110、ソース電極層106a及びドレイン電極層106b等を含むトランジスタ120を覆うように、保護絶縁層を形成してもよい。保護絶縁層としては、水素の含有量が少ない絶縁層で形成すればよい。例えば、CVD法やスパッタ法等を用いて、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、又は窒化酸化アルミニウム膜の単層、又は積層で形成すればよい。
その後、各種電極や配線を形成することでトランジスタ120を具備する半導体装置が完成する。
なお、図3では、ソース電極層106aとドレイン電極層106bを結ぶ断面方向(基板100の表面と直交する面)から観察した際に、ゲート電極102の上であってソース電極層106aとドレイン電極層106bの間の領域に形成される酸化物半導体層110の表面を全て露出させる場合を示したが、これに限られない。
例えば、図3(D)において、水素バリア層113をソース電極層106a及びドレイン電極層106b上に残存させると共に、ソース電極層106aとドレイン電極層106bの間の領域に位置する酸化物半導体層110上の一部に残存してもよい。この場合、酸化物半導体層110において、ソース電極層106aとドレイン電極層106bの間に位置する領域にもソース領域が形成される領域110aとドレイン領域が形成される領域110bを設けることができる(図5参照)。このような構成とした場合、ソース電極層106a、ドレイン電極層106bとチャネル形成領域の間に、ソース電極層106a及びドレイン電極層106bより抵抗が高く且つチャネル形成領域となる領域110cより抵抗が小さい領域が設けられた構造となるため、接触抵抗を小さくすることができる。
また、上記図3〜図5で示した構成において、酸化処理における領域110a及び領域110bからの水素の脱離をより効果的に抑制する観点からは、ソース電極層106a及びドレイン電極層106bの材料として水素バリア性を有する材料を選択することが好ましい。
また、水素バリア層113を導電体で設け、ソース電極層106a、ドレイン電極層106bと接するように設けることにより、水素バリア層113もソース電極層又はドレイン電極層と機能させることができる。この場合、酸化物半導体層110とソース電極層の接触面積及び酸化物半導体層110とドレイン電極層との接触面積が増大するため、酸化物半導体層110とソース電極層のコンタクト抵抗及び酸化物半導体層110とドレイン電極層のコンタクト抵抗を低減し、素子特性を向上することができる。
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて用いることができる。
(実施の形態3)
本実施の形態では、トランジスタをボトムゲート構造とする場合について、上記実施の形態2と異なる作製方法に関して図面を参照して説明する。
まず、基板100上にゲート電極102を形成し、続いて当該ゲート電極102上にゲート絶縁層104を形成し、その後、ゲート絶縁層104上に酸化物半導体層108を形成する(図6(A)参照)。
次に、酸化物半導体層108をエッチングして島状の酸化物半導体層110を形成した後(図6(B)参照)、酸化物半導体層110上に水素バリア層112を形成する(図6(C)参照)。
次に、水素バリア層112をエッチングして一部(水素バリア層113)を残存させると共に、ゲート電極102上に形成された酸化物半導体層110の表面を露出させる(図6(D)参照)。
次に、酸化処理を行うことにより酸化物半導体層110から水素を脱離させ、酸化物半導体層110において、表面が露出した領域110cに含まれる水素の含有量を、水素バリア層113の下に位置する領域110a、110bに含まれる水素の含有量より少なくする(図6(E)参照)。その結果、酸化物半導体層110において、ゲート電極102上に位置する領域にチャネル形成領域を形成し、当該チャネル形成領域に隣接してソース領域及びドレイン領域を形成することができる。
チャネル形成領域が形成される領域110cは、ソース領域が形成される領域110a及びドレイン領域が形成される領域110bより水素の含有量が少なく、導電率が小さい領域となっている。つまり、酸化処理を行うことによって、酸化物半導体層110において水素バリア層113が形成されていない部分(露出した部分)から膜中に含まれる水素が選択的に多く脱離し、チャネル形成領域が形成される。
なお、図6(E)では、便宜上、水素バリア層113の下に水素の含有量が多い領域110a及び領域110bが設けられ、水素バリア層113が設けられていない領域に水素の含有量が少ない領域110cが設けられる場合を示したが、本実施の形態では、領域110aと領域110cの間及び領域110bと領域110cの間に水素の濃度勾配が形成される場合も含んでいる。
以上の工程により、酸化物半導体層をチャネル形成領域として用いるトランジスタ130を形成することができる。
なお、図6で示す構成は、上記実施の形態2で示した構成と比較して、酸化物半導体層110の下にソース電極層106a及びドレイン電極層106bを設けずにゲート絶縁層104上に酸化物半導体層108を接して形成する場合を示している。ゲート絶縁層104と酸化物半導体層110を接して設けたい場合(例えば、ゲート絶縁層104と酸化物半導体層108を連続して成膜する場合)には、本実施の形態で示す作製方法を用いればよい。
また、酸化物半導体層108において、領域110aと領域110bの抵抗が小さい場合には、当該領域110a及び領域110bを配線や電極として用いることができる。もちろん、酸化物半導体層108上に層間絶縁層を介してソース電極層及びドレイン電極層を設けた構成とすることもできる。
また、水素バリア層113として、導電層を用いる場合、水素バリア層113をソース電極層及びドレイン電極層として機能させることができる。
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて用いることができる。
(実施の形態4)
本実施の形態では、上記実施の形態1で示した構成において、トランジスタをトップゲート構造とする場合の作製方法の一例に関して図面を参照して説明する。
まず、基板100上にソース電極層106a及びドレイン電極層106bを形成し、続いてソース電極層106a及びドレイン電極層106bを覆うように酸化物半導体層108を形成する(図7(A)参照)。
次に、酸化物半導体層108をエッチングして島状の酸化物半導体層110を形成した後、酸化物半導体層110上に水素バリア層112を形成する(図7(B)参照)。
次に、水素バリア層112をエッチングして一部(水素バリア層113)を残存させると共に、ソース電極層106aとドレイン電極層106bの間の領域に形成された酸化物半導体層110の表面を露出させる(図7(C)参照)。
次に、酸化処理を行うことにより酸化物半導体層110から水素を脱離させ、酸化物半導体層110において、表面が露出した領域110cに含まれる水素の含有量を、水素バリア層113の下に位置する領域110a、110bに含まれる水素の含有量より少なくする(図7(D)参照)。その結果、酸化物半導体層110において、ソース電極層106aとドレイン電極層106bの間に位置する領域にチャネル形成領域を形成し、ソース電極層106a及びドレイン電極層106b上に位置する領域にソース領域とドレイン領域を形成することができる。
チャネル形成領域が形成される領域110cは、ソース領域が形成される領域110a及びドレイン領域が形成される領域110bより水素の含有量が少なく、導電率が小さい領域となっている。つまり、酸化処理を行うことによって、酸化物半導体層110において水素バリア層113が形成されていない部分(露出した部分)から膜中に含まれる水素が選択的に多く脱離し、チャネル形成領域が形成される。
なお、図7(D)では、便宜上、水素バリア層113の下に水素の含有量が多い領域110a及び領域110bが設けられ、水素バリア層113が設けられていない領域に水素の含有量が少ない領域110cが設けられる場合を示したが、本実施の形態では、領域110aと領域110cの間及び領域110bと領域110cの間に水素の濃度勾配が形成される場合も含んでいる。
次に、酸化物半導体層110及び水素バリア層113上にゲート絶縁層104を形成し、その後ゲート絶縁層104上にゲート電極102を形成する(図7(E)参照)。
なお、ゲート電極102は、少なくとも酸化物半導体層110の領域110cと重なるように形成する。また、ゲート電極102と領域110a及び領域110bが重なるように設けてもよい。
このように、水素を有する酸化物半導体層110上に水素バリア層113を選択的に形成し、その後酸化物半導体層110の所定の領域から選択的に水素を多く脱離させることにより、酸化物半導体層110に導電率が異なる領域を形成することができる。この場合、水素バリア層113を設ける位置を制御することにより、酸化物半導体層110において導電率が異なる領域を任意に形成することができる。また、あらかじめ膜中に水素を有する酸化物半導体層110を形成した後、所定の領域から水素を脱離させることにより、酸化物半導体層110の厚さ方向においても水素を含有させることができる。特に、酸化物半導体層110に水素を均一に添加することにより、酸化物半導体層110に設けられたソース領域及びドレイン領域の導電率のばらつきを低減することができる。
以上の工程により、酸化物半導体層をチャネル形成領域として用いるトランジスタ140を形成することができる。
また、トランジスタ140を覆うように、保護絶縁層を形成してもよい。
その後、各種電極や配線を形成することでトランジスタ140を具備する半導体装置が完成する。
なお、図7(C)では、ソース電極層106aとドレイン電極層106bを結ぶ断面方向(基板100の表面と直交する面)から観察した際に、ソース電極層106aとドレイン電極層106bの間の領域に形成される酸化物半導体層110の表面を全て露出させる場合を示したが、これに限られない。
例えば、図7(C)において、水素バリア層113をソース電極層106a及びドレイン電極層106b上に残存させると共に、ソース電極層106aとドレイン電極層106bの間の領域に位置する酸化物半導体層110上の一部に残存させてもよい。この場合、酸化物半導体層110において、ソース電極層106aとドレイン電極層106bの間に位置する領域にもソース領域が形成される領域110aとドレイン領域が形成される領域110bを設けることができる(図8(A)参照)。このような構成とした場合、ソース電極層106a、ドレイン電極層106bとチャネル形成領域の間に抵抗が小さい領域が設けられた構造となるため、接触抵抗を小さくすることができる。
また、図8(B)に示すように、酸化物半導体層110の端部を覆うように水素バリア層113を形成してもよい。このような構成とすることにより、酸化処理の際に、酸化物半導体層110の端部から水素が脱離することを抑制することができる。
また、水素バリア層113を導電体で設け、ソース電極層106a、ドレイン電極層106bと接するように設けることにより(図8(C)参照)、水素バリア層113もソース電極層又はドレイン電極層と機能させることができる。この場合、酸化物半導体層110とソース電極層の接触面積及び酸化物半導体層110とドレイン電極層との接触面積が増大するため、酸化物半導体層110とソース電極層のコンタクト抵抗及び酸化物半導体層110とドレイン電極層のコンタクト抵抗を低減し、素子特性を向上することができる。
また、酸化物半導体層110が接する基板100側に水素を拡散できるような構成としてもよい。この場合、基板100と酸化物半導体層110の間に当該酸化物半導体層110中から水素を拡散させやすい水素吸着層を形成してもよい。
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて用いることができる。
(実施の形態5)
本実施の形態では、トランジスタを具備する半導体装置の使用形態の一例である表示装置の作製工程について、図面を用いて説明する。なお、本実施の形態で示す作製工程は多くの部分で上記実施の形態2と共通している。したがって、以下においては、重複する部分の説明は省略し、異なる点について詳細に説明する。なお、以下の説明において、図9、図10は断面図を示しており、図11〜図14は上面図を示している。
はじめに、絶縁表面を有する基板100上に配線及び電極(ゲート電極102を含むゲート配線、容量配線308、第1の端子321)を形成する(図9(A)、図11参照)。
容量配線308、第1の端子321はゲート電極102と同一の材料を用いて同時に形成することができる。
次に、ゲート電極102上にゲート絶縁層104を形成し、その後、ゲート絶縁層104上に導電層106を形成する(図9(B)参照)。
導電層106は、スパッタ法や真空蒸着法等を用いて、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、ネオジム(Nd)、スカンジウム(Sc)から選ばれた元素を含む金属、上述の元素を成分とする合金、または、上述の元素を成分とする窒化物等からなる材料で形成することができる。
例えば、導電層106を、モリブデン膜やチタン膜の単層構造で形成することができる。また、導電層106を積層構造で形成してもよく、例えば、アルミニウム膜とチタン膜との積層構造とすることができきる。また、チタン膜と、アルミニウム膜と、チタン膜とを順に積層した3層構造としてもよい。また、モリブデン膜とアルミニウム膜とモリブデン膜とを順に積層した3層構造としてもよい。また、これらの積層構造に用いるアルミニウム膜として、ネオジムを含むアルミニウム(Al−Nd)膜を用いてもよい。さらに、導電層106を、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造としてもよい。
図9(B)においては、ゲート絶縁層104を形成した後、当該ゲート絶縁層104にコンタクトホール313を形成した後に導電層106を形成することにより、第1の端子321と導電層106が電気的に接続するようにする。
次に、導電層106をエッチングすることにより、ソース電極層106a、ドレイン電極層106b、接続電極320、第2の端子322を形成する(図9(C)、図12参照)。
第2の端子322は、ソース配線(ソース電極層106aを含むソース配線)と電気的に接続する構成とすることができる。また、接続電極320は、ゲート絶縁層104に形成されたコンタクトホール313を介して第1の端子321と直接接続する構成とすることができる。
次に、ゲート絶縁層104、ソース電極層106a、ドレイン電極層106b、接続電極320、第2の端子322を覆うように酸化物半導体層108を形成する(図9(D)参照)。
次に、酸化物半導体層108をエッチングして島状の酸化物半導体層110を形成した後、酸化物半導体層110上に水素バリア層112を形成する(図10(A)参照)。
なお、酸化物半導体層108をエッチングする前に水素バリア層112を形成し、その後、酸化物半導体層108及び水素バリア層112をエッチングしてもよい。
次に、水素バリア層112をエッチングして一部(水素バリア層113)を残存させると共に、ゲート電極102上であってソース電極層106aとドレイン電極層106bの間の領域に形成された酸化物半導体層110の表面を露出させた後、酸化処理を行うことにより酸化物半導体層110から水素を脱離させる。その結果、酸化物半導体層110に、チャネル形成領域が形成される領域110c、ソース領域が形成される領域110a及びドレイン領域が形成される領域110bが形成される(図10(B)、図13参照)。
チャネル形成領域が形成される領域110cは、ソース領域が形成される領域110a及びドレイン領域が形成される領域110bより水素の含有量が少なく、導電率が小さい領域となっている。つまり、酸化処理を行うことによって、酸化物半導体層110において水素バリア層113が形成されていない部分(露出した部分)から膜中に含まれる水素が選択的に多く脱離し、チャネル形成領域が形成される。
また、図10(B)、図13に示すように、酸化物半導体層110の端部を覆うように水素バリア層113を残存させることにより、酸化処理の際に、酸化物半導体層110の端部からの水素が脱離することを効果的に低減することができる。
なお、水素バリア層112をエッチングする際に、露出させる酸化物半導体層110の表面も同時にエッチングされることにより膜減りする場合がある。この場合、酸化物半導体層110において、露出する領域の膜厚が水素バリア層113の下に位置する領域の膜厚より小さくなる。
なお、水素バリア層113を、液滴吐出法やスクリーン印刷法等を用いて基板100上に選択的に形成することも可能である。この場合、エッチング工程を省略することができる。
次に、100℃〜600℃、代表的には200℃〜400℃の熱処理を行うことが好ましい。例えば、窒素雰囲気下で350℃、1時間の熱処理を行う。この熱処理により島状の酸化物半導体層110を構成する非単結晶膜の原子レベルの再配列が行われる。この熱処理によりキャリアの移動を阻害する歪が解放されるため、ここでの熱処理(光アニールも含む)は効果的である。なお、熱処理を行うタイミングは、酸化物半導体層108の成膜後であれば特に限定されず、例えば、画素電極形成後に行ってもよい。また、この熱処理と酸化処理の熱処理を併用して行ってもよい。
また、露出している島状の酸化物半導体層110に、酸素ラジカル処理を行ってもよい。酸素ラジカル処理を行うことにより島状の酸化物半導体層110をチャネル形成領域とする薄膜トランジスタをノーマリーオフとすることができる。また、ラジカル処理を行うことにより、島状の酸化物半導体層110のエッチングによるダメージを回復することができる。ラジカル処理はO、NO、好ましくは酸素を含むN、酸素を含むHe、酸素を含むAr雰囲気下で行うことが好ましい。また、上記雰囲気にClやCFを加えた雰囲気下で行ってもよい。
次に、得られたトランジスタを覆うように保護絶縁層340を形成し、当該保護絶縁層340を選択的にエッチングしてドレイン電極層106bに達するコンタクトホール325、接続電極320に達するコンタクトホール326及び第2の端子322に達するコンタクトホール327を形成する(図10(C)参照)。
次に、ドレイン電極層106bと電気的に接続する透明導電層310、接続電極320に電気的に接続する透明導電層328及び第2の端子322に電気的に接続する透明導電層329を形成する(図10(D)、図14参照)。
透明導電層310は画素電極として機能し、透明導電層328、329はFPCとの接続に用いられる電極または配線となる。より具体的には、接続電極320上に形成された透明導電層328をゲート配線の入力端子として機能する接続用の端子電極として用い、第2の端子322上に形成された透明導電層329をソース配線の入力端子として機能する接続用の端子電極として用いることができる。
また、容量配線308、ゲート絶縁層104、保護絶縁層340及び透明導電層310により保持容量を形成することができる。この場合、容量配線308と透明導電層310が電極となり、ゲート絶縁層104と保護絶縁層340が誘電体となる。
透明導電層310、328、329は、酸化インジウム(In)、酸化インジウム酸化スズ合金(In−SnO、ITOと略記する)、酸化インジウム酸化亜鉛合金(In−ZnO)等をスパッタ法や真空蒸着法等を用いて形成することができる。例えば、透明導電層を成膜した後、当該透明導電層上にレジストマスクを形成し、エッチングにより不要な部分を除去することにより透明導電層310、328、329を形成することができる。
以上の工程により、ボトムゲート型のnチャネル型薄膜トランジスタや保持容量等の素子を完成させることができる。そして、これらの素子を個々の画素に対応してマトリクス状に配置することにより、アクティブマトリクス型の表示装置を作製するための一方の基板とすることができる。本明細書では便宜上このような基板をアクティブマトリクス基板と呼ぶ。
アクティブマトリクス型の液晶表示装置を作製する場合には、アクティブマトリクス基板と、対向電極が設けられた対向基板との間に液晶層を設け、アクティブマトリクス基板と対向基板とを固定すればよい。
また、本実施の形態で示す構成は、図14の画素構成に限られない。他の構成の一例を図15に示す。図15は容量配線308を設けず、画素電極として機能する透明導電層310と、隣接する画素のゲート配線302とを電極とし、保護絶縁層340及びゲート絶縁層104を誘電体として保持容量を形成する構成を示している。
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて用いることができる。
(実施の形態6)
本実施の形態では、薄膜トランジスタを作製し、該薄膜トランジスタを画素部、さらには駆動回路に用いて表示機能を有する半導体装置(表示装置ともいう)を作製する場合について説明する。また、薄膜トランジスタを用いて作製された、駆動回路の一部または全体を、画素部と同じ基板上に一体形成し、システムオンパネルを形成することができる。
表示装置は表示素子を含む。表示素子としては液晶素子(液晶表示素子ともいう)、発光素子(発光表示素子ともいう)を用いることができる。発光素子は、電流または電圧によって輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機EL(Electro Luminescence)素子、有機EL素子等が含まれる。また、電子インクなど、電気的作用によりコントラストが変化する表示媒体も適用することができる。
また、表示装置は、表示素子が封止された状態にあるパネルと、該パネルにコントローラを含むIC等を実装した状態にあるモジュールとを含む。さらに表示装置は、該表示装置を作製する過程における、表示素子が完成する前の一形態に相当する素子基板に関し、該素子基板は、電流を表示素子に供給するための手段を複数の各画素に備える。素子基板は、具体的には、表示素子の画素電極のみが形成された状態であっても良いし、画素電極となる導電層を成膜した後であって、エッチングして画素電極を形成する前の状態であっても良いし、あらゆる形態があてはまる。
なお、本明細書中における表示装置とは、画像表示デバイス、表示デバイス、もしくは光源(照明装置含む)を指す。また、コネクター、例えばFPC(Flexible Printed Circuit)もしくはTAB(Tape Automated Bonding)テープもしくはTCP(Tape Carrier Package)が取り付けられたモジュール、TABテープやTCPの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または表示素子にCOG(Chip On Glass)方式によりIC(集積回路)が直接実装されたモジュールも全て表示装置に含むものとする。
本実施の形態では、薄膜トランジスタを具備する半導体装置として液晶表示装置の例を示す。まず、半導体装置の一形態に相当する液晶表示パネルの外観及び断面について、図16を用いて説明する。図16(A1)(A2)は、第1の基板4001上に形成された酸化物半導体層を有する薄膜トランジスタ4010、4011、及び液晶素子4013を、第2の基板4006との間にシール材4005によって封止した、パネルの上面図であり、図16(B)は、図16(A1)(A2)のM−Nにおける断面図に相当する。
第1の基板4001上に設けられた画素部4002と、走査線駆動回路4004とを囲むようにして、シール材4005が設けられている。また画素部4002と、走査線駆動回路4004の上に第2の基板4006が設けられている。よって画素部4002と、走査線駆動回路4004とは、第1の基板4001とシール材4005と第2の基板4006とによって、液晶層4008と共に封止されている。また第1の基板4001上のシール材4005によって囲まれている領域とは異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶半導体膜又は多結晶半導体膜で形成された信号線駆動回路4003が実装されている。
なお、別途形成した駆動回路の接続方法は、特に限定されるものではなく、COG方法、ワイヤボンディング方法、或いはTAB方法などを用いることができる。図16(A1)は、COG方法により信号線駆動回路4003を実装する例であり、図16(A2)は、TAB方法により信号線駆動回路4003を実装する例である。
また、第1の基板4001上に設けられた画素部4002と、走査線駆動回路4004は、薄膜トランジスタを複数有しており、図16(B)では、画素部4002に含まれる薄膜トランジスタ4010と、走査線駆動回路4004に含まれる薄膜トランジスタ4011とを例示している。薄膜トランジスタ4010、4011上には絶縁層4020、4021が設けられている。
薄膜トランジスタ4010、4011は、上記実施の形態で示した構造を適用することができる。本実施の形態において、薄膜トランジスタ4010、4011はnチャネル型薄膜トランジスタである。
また、液晶素子4013が有する画素電極層4030は、薄膜トランジスタ4010と電気的に接続されている。そして液晶素子4013の対向電極層4031は第2の基板4006上に形成されている。画素電極層4030と対向電極層4031と液晶層4008とが重なっている部分が、液晶素子4013に相当する。なお、画素電極層4030、対向電極層4031はそれぞれ配向膜として機能する絶縁層4032、4033が設けられ、絶縁層4032、4033を介して液晶層4008を挟持している。
なお、第1の基板4001、第2の基板4006としては、ガラス、金属(代表的にはステンレス)、セラミックス、プラスチックを用いることができる。プラスチックとしては、FRP(Fiberglass−Reinforced Plastics)板、PVF(ポリビニルフルオライド)フィルム、ポリエステルフィルムまたはアクリル樹脂フィルムを用いることができる。また、アルミニウムホイルをPVFフィルムやポリエステルフィルムで挟んだ構造のシートを用いることもできる。
また、4035は絶縁層を選択的にエッチングすることで得られる柱状のスペーサであり、画素電極層4030と対向電極層4031との間の距離(セルギャップ)を制御するために設けられている。なお球状のスペーサを用いていても良い。また、対向電極層4031は、薄膜トランジスタ4010と同一基板上に設けられる共通電位線と電気的に接続される。共通接続部を用いて、一対の基板間に配置される導電性粒子を介して対向電極層4031と共通電位線とを電気的に接続することができる。なお、導電性粒子はシール材4005に含有させる。
また、配向膜を用いないブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つであり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善するために5重量%以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いて液晶層4008に用いる。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が10μs〜100μsと短く、光学的等方性であるため配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。
なお、本実施の形態で示す液晶表示装置は透過型液晶表示装置の例であるが、液晶表示装置は反射型液晶表示装置でも半透過型液晶表示装置でも適用できる。
また、本実施の形態で示す液晶表示装置では、基板の外側(視認側)に偏光板を設け、内側に着色層、表示素子に用いる電極層という順に設ける例を示すが、偏光板は基板の内側に設けてもよい。また、偏光板と着色層の積層構造も本実施の形態に限定されず、偏光板及び着色層の材料や作製工程条件によって適宜設定すればよい。また、ブラックマトリクスとして機能する遮光膜を設けてもよい。
また、本実施の形態では、薄膜トランジスタの表面凹凸を低減するため、及び薄膜トランジスタの信頼性を向上させるため、薄膜トランジスタを保護層や平坦化絶縁層として機能する絶縁層(絶縁層4020、絶縁層4021)で覆う構成となっている。なお、保護層は、大気中に浮遊する有機物や金属物、水蒸気などの汚染不純物の侵入を防ぐためのものであり、緻密な膜が好ましい。保護層は、スパッタ法を用いて、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、又は窒化酸化アルミニウム膜の単層、又は積層で形成すればよい。本実施の形態では保護層をスパッタ法で形成する例を示すが、特に限定されず種々の方法で形成すればよい。
ここでは、保護層として積層構造の絶縁層4020を形成する。ここでは、絶縁層4020の一層目として、スパッタ法を用いて酸化シリコン膜を形成する。保護層として酸化シリコン膜を用いると、ソース電極層及びドレイン電極層として用いるアルミニウム膜のヒロック防止に効果がある。
また、絶縁層4020の二層目として絶縁層を形成する。ここでは、絶縁層4020の二層目として、スパッタ法を用いて窒化シリコン膜を形成する。保護層として窒化シリコン膜を用いると、ナトリウム等の可動イオンが半導体領域中に侵入して、TFTの電気特性を変化させることを抑制することができる。
また、保護層を形成した後に、半導体層のアニール(300℃〜400℃)を行ってもよい。
また、平坦化絶縁層として絶縁層4021を形成する。絶縁層4021としては、ポリイミド、アクリル、ベンゾシクロブテン、ポリアミド、エポキシ等の、耐熱性を有する有機材料を用いることができる。また上記有機材料の他に、低誘電率材料(low−k材料)、シロキサン系樹脂、PSG(リンガラス)、BPSG(リンボロンガラス)等を用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶縁層を複数積層させることで、絶縁層4021を形成してもよい。
なおシロキサン系樹脂とは、シロキサン系材料を出発材料として形成されたSi−O−Si結合を含む樹脂に相当する。シロキサン系樹脂は置換基としては有機基(例えばアルキル基やアリール基)やフルオロ基を用いても良い。また、有機基はフルオロ基を有していても良い。
絶縁層4021の形成法は、特に限定されず、その材料に応じて、スパッタ法、SOG法、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法(インクジェット法、スクリーン印刷、オフセット印刷等)、ドクターナイフ、ロールコーター、カーテンコーター、ナイフコーター等を用いることができる。絶縁層4021を材料液を用いて形成する場合、ベークする工程で同時に、半導体層のアニール(300℃〜400℃)を行ってもよい。絶縁層4021の焼成工程と半導体層のアニールを兼ねることで効率よく半導体装置を作製することが可能となる。
画素電極層4030、対向電極層4031は、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物(以下、ITOと示す。)、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いることができる。
また、画素電極層4030、対向電極層4031として、導電性高分子(導電性ポリマーともいう)を含む導電性組成物を用いて形成することができる。導電性組成物を用いて形成した画素電極は、波長550nmにおける透光率が70%以上であることが好ましい。また、導電性組成物に含まれる導電性高分子の抵抗率が0.1Ω・cm以下であることが好ましい。
導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子が用いることができる。例えば、ポリアニリンまたはその誘導体、ポリピロールまたはその誘導体、ポリチオフェンまたはその誘導体、若しくはこれらの2種以上の共重合体などがあげられる。
また別途形成された信号線駆動回路4003と、走査線駆動回路4004または画素部4002に与えられる各種信号及び電位は、FPC4018から供給されている。
本実施の形態では、接続端子電極4015が、液晶素子4013が有する画素電極層4030と同じ導電層から形成され、端子電極4016は、薄膜トランジスタ4010、4011のソース電極層及びドレイン電極層と同じ導電層で形成されている。
接続端子電極4015は、FPC4018が有する端子と、異方性導電層4019を介して電気的に接続されている。
また図16においては、信号線駆動回路4003を別途形成し、第1の基板4001に実装している例を示しているが、本実施の形態はこの構成に限定されない。走査線駆動回路を別途形成して実装しても良いし、信号線駆動回路の一部または走査線駆動回路の一部のみを別途形成して実装しても良い。
図17は、半導体装置の一形態に相当する液晶表示モジュールにTFT基板2600を用いて構成する一例を示している。
図17は液晶表示モジュールの一例であり、TFT基板2600と対向基板2601がシール材2602により固着され、その間にTFT等を含む画素部2603、液晶層を含む表示素子2604、着色層2605が設けられ表示領域を形成している。着色層2605はカラー表示を行う場合に必要であり、RGB方式の場合は、赤、緑、青の各色に対応した着色層が各画素に対応して設けられている。TFT基板2600と対向基板2601の外側には偏光板2606、偏光板2607、拡散板2613が配設されている。光源は冷陰極管2610と反射板2611により構成され、回路基板2612は、フレキシブル配線基板2609によりTFT基板2600の配線回路部2608と接続され、コントロール回路や電源回路などの外部回路が組みこまれている。また偏光板と、液晶層との間に位相差板を有した状態で積層してもよい。
液晶表示モジュールには、TN(Twisted Nematic)モード、IPS(In−Plane−Switching)モード、FFS(Fringe Field Switching)モード、MVA(Multi−domain Vertical Alignment)モード、PVA(Patterned Vertical Alignment)モード、ASM(Axially Symmetric aligned Micro−cell)モード、OCB(Optical Compensated Birefringence)モード、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric Liquid Crystal)モードなどを用いることができる。
以上の工程により、半導体装置として信頼性の高い液晶表示装置を作製することができる。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
(実施の形態7)
本実施の形態では、トランジスタを具備する半導体装置の一例として電子ペーパーを示す。
図18は、半導体装置の一例としてアクティブマトリクス型の電子ペーパーを示す。半導体装置に用いられる薄膜トランジスタ581としては、上記実施の形態1〜5で示す薄膜トランジスタと同様に作製できる。
図18の電子ペーパーは、ツイストボール表示方式を用いた表示装置の例である。ツイストボール表示方式とは、白と黒に塗り分けられた球形粒子を表示素子に用いる電極層である第1の電極層及び第2の電極層の間に配置し、第1の電極層及び第2の電極層に電位差を生じさせることによって、球形粒子の向きを制御し、表示を行う方法である。
基板580上に設けられた薄膜トランジスタ581はボトムゲート構造の薄膜トランジスタであり、ソース電極層又はドレイン電極層が第1の電極層587と、絶縁層583、584、585に形成されたコンタクトホールを介して電気的に接続している。第1の電極層587と第2の電極層588との間には、黒色領域590a及び白色領域590bを有し、周りに液体で満たされているキャビティ594を含む球形粒子589が設けられており、球形粒子589の周囲は樹脂等の充填材595が設けられている(図18参照)。図18においては、第1の電極層587が画素電極に相当し、第2の電極層588が共通電極に相当する。第2の電極層588は、薄膜トランジスタ581と同一基板上に設けられる共通電位線と電気的に接続される。上記実施の形態に示す共通接続部を用いて、一対の基板間に配置される導電性粒子を介して、基板596に設けられた第2の電極層588と共通電位線とを電気的に接続することができる。
また、ツイストボールの代わりに、電気泳動素子を用いることも可能である。その場合、透明な液体と、正に帯電した白い微粒子と負に帯電した黒い微粒子とを封入した直径10μm〜200μm程度のマイクロカプセルを用いる。第1の電極層と第2の電極層との間に設けられるマイクロカプセルは、第1の電極層と第2の電極層によって、電場が与えられると、白い微粒子と、黒い微粒子が逆の方向に移動し、白または黒を表示することができる。この原理を応用した表示素子が電気泳動表示素子であり、一般的に電子ペーパーとよばれている。電気泳動表示素子は、液晶表示素子に比べて反射率が高いため、補助ライトは不要であり、また消費電力が小さく、薄暗い場所でも表示部を認識することが可能である。また、表示部に電源が供給されない場合であっても、一度表示した像を保持することが可能であるため、電波発信源から表示機能付き半導体装置(単に表示装置、又は表示装置を具備する半導体装置ともいう)を遠ざけた場合であっても、表示された像を保存しておくことが可能となる。
以上のように、半導体装置として信頼性の高い電子ペーパーを作製することができる。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
(実施の形態8)
本実施の形態では、トランジスタを具備する半導体装置として発光表示装置の例を示す。表示装置の有する表示素子としては、ここではエレクトロルミネッセンスを利用する発光素子を用いて示す。エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子は、発光材料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機EL素子、後者は無機EL素子と呼ばれている。
有機EL素子は、発光素子に電圧を印加することにより、一対の電極から電子および正孔がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして、それらキャリア(電子および正孔)が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このような発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
無機EL素子は、その素子構成により、分散型無機EL素子と薄膜型無機EL素子とに分類される。分散型無機EL素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−アクセプター再結合型発光である。薄膜型無機EL素子は、発光層を誘電体層で挟み込み、さらにそれを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子遷移を利用する局在型発光である。なお、ここでは、発光素子として有機EL素子を用いて説明する。
図19は、半導体装置の一例としてデジタル時間階調駆動を適用可能な画素構成の一例を示す図である。
デジタル時間階調駆動を適用可能な画素の構成及び画素の動作について説明する。ここでは酸化物半導体層(例えば、In−Ga−Zn−O系非単結晶膜)をチャネル形成領域に用いるnチャネル型のトランジスタを1つの画素に2つ用いる例を示す。
画素6400は、スイッチング用トランジスタ6401、駆動用トランジスタ6402、発光素子6404及び容量素子6403を有している。スイッチング用トランジスタ6401はゲートが走査線6406に接続され、第1電極(ソース電極及びドレイン電極の一方)が信号線6405に接続され、第2電極(ソース電極及びドレイン電極の他方)が駆動用トランジスタ6402のゲートに接続されている。駆動用トランジスタ6402は、ゲートが容量素子6403を介して電源線6407に接続され、第1電極が電源線6407に接続され、第2電極が発光素子6404の第1電極(画素電極)に接続されている。発光素子6404の第2電極は共通電極6408に相当する。
なお、発光素子6404の第2電極(共通電極6408)には低電源電位が設定されている。なお、低電源電位とは、電源線6407に設定される高電源電位を基準にして低電源電位<高電源電位を満たす電位であり、低電源電位としては例えばGND、0Vなどが設定されていても良い。この高電源電位と低電源電位との電位差を発光素子6404に印加して、発光素子6404に電流を流して発光素子6404を発光させるため、高電源電位と低電源電位との電位差が発光素子6404の順方向しきい値電圧以上となるようにそれぞれの電位を設定する。
なお、容量素子6403は駆動用トランジスタ6402のゲート容量を代用して省略することも可能である。駆動用トランジスタ6402のゲート容量については、チャネル形成領域とゲート電極との間で容量が形成されていてもよい。
ここで、電圧入力電圧駆動方式の場合には、駆動用トランジスタ6402のゲートには、駆動用トランジスタ6402が十分にオンするか、オフするかの二つの状態となるようなビデオ信号を入力する。つまり、駆動用トランジスタ6402は線形領域で動作させる。駆動用トランジスタ6402は線形領域で動作させるため、電源線6407の電圧よりも高い電圧を駆動用トランジスタ6402のゲートにかける。なお、信号線6405には、(電源線電圧+駆動用トランジスタ6402のVth)以上の電圧をかける。
また、デジタル時間階調駆動に代えて、アナログ階調駆動を行う場合、信号の入力を異ならせることで、図19と同じ画素構成を用いることができる。
アナログ階調駆動を行う場合、駆動用トランジスタ6402のゲートに発光素子6404の順方向電圧+駆動用トランジスタ6402のVth以上の電圧をかける。発光素子6404の順方向電圧とは、所望の輝度とする場合の電圧を指しており、少なくとも順方向しきい値電圧を含む。なお、駆動用トランジスタ6402が飽和領域で動作するようなビデオ信号を入力することで、発光素子6404に電流を流すことができる。駆動用トランジスタ6402を飽和領域で動作させるため、電源線6407の電位は、駆動用トランジスタ6402のゲート電位よりも高くする。ビデオ信号をアナログとすることで、発光素子6404にビデオ信号に応じた電流を流し、アナログ階調駆動を行うことができる。
なお、図19に示す画素構成は、これに限定されない。例えば、図19に示す画素に新たにスイッチ、抵抗素子、容量素子、トランジスタ又は論理回路などを追加してもよい。
次に、発光素子の構成について、図20を用いて説明する。ここでは、駆動用TFTがn型の場合を例に挙げて、画素の断面構造について説明する。図20(A)(B)(C)の半導体装置に用いられる駆動用TFTであるTFT7001、7011、7021は、上記実施の形態で示す薄膜トランジスタと同様に作製できる。
発光素子は発光を取り出すために陽極又は陰極の少なくとも一方が透明であればよい。そして、基板上に薄膜トランジスタ及び発光素子を形成し、基板とは逆側の面から発光を取り出す上面射出や、基板側の面から発光を取り出す下面射出や、基板側及び基板とは反対側の面から発光を取り出す両面射出構造の発光素子があり、画素構成はどの射出構造の発光素子にも適用することができる。
上面射出構造の発光素子について図20(A)を用いて説明する。
図20(A)に、駆動用TFTであるTFT7001がn型で、発光素子7002から発せられる光が陽極7005側に抜ける場合の、画素の断面図を示す。図20(A)では、発光素子7002の陰極7003と駆動用TFTであるTFT7001が電気的に接続されており、陰極7003上に発光層7004、陽極7005が順に積層されている。陰極7003は仕事関数が小さく、なおかつ光を反射する導電層であれば様々の材料を用いることができる。例えば、Ca、Al、MgAg、AlLi等が望ましい。そして発光層7004は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。複数の層で構成されている場合、陰極7003上に電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層の順に積層する。なおこれらの層を全て設ける必要はない。陽極7005は光を透過する透光性を有する導電性材料を用いて形成し、例えば酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物(以下、ITOと示す。)、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電層を用いても良い。
陰極7003及び陽極7005で発光層7004を挟んでいる領域が発光素子7002に相当する。図20(A)に示した画素の場合、発光素子7002から発せられる光は、矢印で示すように陽極7005側に射出する。
次に、下面射出構造の発光素子について図20(B)を用いて説明する。駆動用TFT7011がn型で、発光素子7012から発せられる光が陰極7013側に射出する場合の、画素の断面図を示す。図20(B)では、駆動用TFT7011と電気的に接続された透光性を有する導電層7017上に、発光素子7012の陰極7013が成膜されており、陰極7013上に発光層7014、陽極7015が順に積層されている。なお、陽極7015が透光性を有する場合、陽極上を覆うように、光を反射または遮蔽するための遮蔽層7016が成膜されていてもよい。陰極7013は、図20(A)の場合と同様に、仕事関数が小さい導電性材料であれば様々な材料を用いることができる。ただしその膜厚は、光を透過する程度(好ましくは、5nm〜30nm程度)とする。例えば20nmの膜厚を有するアルミニウム膜を、陰極7013として用いることができる。そして発光層7014は、図20(A)と同様に、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。陽極7015は光を透過する必要はないが、図20(A)と同様に、透光性を有する導電性材料を用いて形成することができる。そして遮蔽層7016は、例えば光を反射する金属等を用いることができるが、金属膜に限定されない。例えば黒の顔料を添加した樹脂等を用いることもできる。
陰極7013及び陽極7015で、発光層7014を挟んでいる領域が発光素子7012に相当する。図20(B)に示した画素の場合、発光素子7012から発せられる光は、矢印で示すように陰極7013側に射出する。
次に、両面射出構造の発光素子について、図20(C)を用いて説明する。図20(C)では、駆動用TFT7021と電気的に接続された透光性を有する導電層7027上に、発光素子7022の陰極7023が成膜されており、陰極7023上に発光層7024、陽極7025が順に積層されている。陰極7023は、図20(A)の場合と同様に、仕事関数が小さい導電性材料であれば様々な材料を用いることができる。ただしその膜厚は、光を透過する程度とする。例えば20nmの膜厚を有するAlを、陰極7023として用いることができる。そして発光層7024は、図20(A)と同様に、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。陽極7025は、図20(A)と同様に、光を透過する透光性を有する導電性材料を用いて形成することができる。
陰極7023と、発光層7024と、陽極7025とが重なっている部分が発光素子7022に相当する。図20(C)に示した画素の場合、発光素子7022から発せられる光は、矢印で示すように陽極7025側と陰極7023側の両方に射出する。
なお、ここでは、発光素子として有機EL素子について述べたが、発光素子として無機EL素子を設けることも可能である。
なお本実施の形態では、発光素子の駆動を制御する薄膜トランジスタ(駆動用TFT)と発光素子が電気的に接続されている例を示したが、駆動用TFTと発光素子との間に電流制御用TFTが接続されている構成であってもよい。
なお本実施の形態で示す半導体装置は、図20に示した構成に限定されるものではなく、各種の変形が可能である。
次に、半導体装置の一形態に相当する発光表示パネル(発光パネルともいう)の外観及び断面について、図21を用いて説明する。図21(A)は、薄膜トランジスタ4509、4510及び発光素子4511を、第1の基板4501と第2の基板4506の間にシール材4505によって封止した、パネルの上面図であり、図21(B)は、図21(A)のH−Iにおける断面図に相当する。
第1の基板4501上に設けられた画素部4502、信号線駆動回路4503a、4503b、及び走査線駆動回路4504a、4504bを囲むようにして、シール材4505が設けられている。また画素部4502、信号線駆動回路4503a、4503b、及び走査線駆動回路4504a、4504bの上に第2の基板4506が設けられている。よって画素部4502、信号線駆動回路4503a、4503b、及び走査線駆動回路4504a、4504bは、第1の基板4501とシール材4505と第2の基板4506とによって、充填材4507と共に密封されている。このように外気に曝されないように気密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム(貼り合わせフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等)やカバー材でパッケージング(封入)することが好ましい。
また第1の基板4501上に設けられた画素部4502、信号線駆動回路4503a、4503b、及び走査線駆動回路4504a、4504bは、薄膜トランジスタを複数有しており、図21(B)では、画素部4502に含まれる薄膜トランジスタ4510と、信号線駆動回路4503aに含まれる薄膜トランジスタ4509とを例示している。
薄膜トランジスタ4509、4510は、上記実施の形態で示した構造を適用することができる。本実施の形態において、薄膜トランジスタ4509、4510はnチャネル型薄膜トランジスタである。
また4511は発光素子に相当し、発光素子4511が有する画素電極である第1の電極層4517は、薄膜トランジスタ4510のソース電極層またはドレイン電極層と電気的に接続されている。なお発光素子4511の構成は、第1の電極層4517、電界発光層4512、第2の電極層4513の積層構造であるが、本実施の形態に示した構成に限定されない。発光素子4511から取り出す光の方向などに合わせて、発光素子4511の構成は適宜変えることができる。
隔壁4520は、有機樹脂膜、無機絶縁層または有機ポリシロキサンを用いて形成する。特に感光性の材料を用い、第1の電極層4517上に開口部を形成し、その開口部の側壁が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。
電界発光層4512は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。
発光素子4511に酸素、水素、水分、二酸化炭素等が侵入しないように、第2の電極層4513及び隔壁4520上に保護層を形成してもよい。保護層としては、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、DLC膜等を形成することができる。
また、信号線駆動回路4503a、4503b、走査線駆動回路4504a、4504b、または画素部4502に与えられる各種信号及び電位は、FPC4518a、4518bから供給されている。
本実施の形態では、接続端子電極4515が、発光素子4511が有する第1の電極層4517と同じ導電層から形成され、端子電極4516は、薄膜トランジスタ4509、4510が有するソース電極層及びドレイン電極層と同じ導電層から形成されている。
接続端子電極4515は、FPC4518aが有する端子と、異方性導電層4519を介して電気的に接続されている。
発光素子4511からの光の取り出し方向に位置する第2の基板は透光性でなければならない。その場合には、ガラス板、プラスチック板、ポリエステルフィルムまたはアクリルフィルムのような透光性を有する材料を用いる。
また、充填材4507としては窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂を用いることができ、PVC(ポリビニルクロライド)、アクリル、ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、PVB(ポリビニルブチラル)またはEVA(エチレンビニルアセテート)を用いることができる。
また、必要であれば、発光素子の射出面に偏光板、又は円偏光板(楕円偏光板を含む)、位相差板(λ/4板、λ/2板)、カラーフィルタなどの光学フィルムを適宜設けてもよい。また、偏光板又は円偏光板に反射防止膜を設けてもよい。例えば、表面の凹凸により反射光を拡散し、映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。
信号線駆動回路4503a、4503b、及び走査線駆動回路4504a、4504bは、別途用意された基板上に単結晶半導体膜又は多結晶半導体膜によって形成された駆動回路で実装されていてもよい。また、信号線駆動回路のみ、或いは一部、又は走査線駆動回路のみ、或いは一部のみを別途形成して実装しても良く、本実施の形態は図21の構成に限定されない。
以上の工程により、半導体装置として信頼性の高い発光表示装置(表示パネル)を作製することができる。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
(実施の形態9)
上記実施の形態で示したトランジスタを具備する半導体装置は、電子ペーパーとして適用することができる。電子ペーパーは、情報を表示するものであればあらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。例えば、電子ペーパーを用いて、電子書籍(電子ブック)、ポスター、電車などの乗り物の車内広告、クレジットカード等の各種カードにおける表示等に適用することができる。電子機器の一例を図22、図23に示す。
図22(A)は、電子ペーパーで作られたポスター2631を示している。広告媒体が紙の印刷物である場合には、広告の交換は人手によって行われるが、電子ペーパーを用いれば短時間で広告の表示を変えることができる。また、表示も崩れることなく安定した画像が得られる。なお、ポスターは無線で情報を送受信できる構成としてもよい。
また、図22(B)は、電車などの乗り物の車内広告2632を示している。広告媒体が紙の印刷物である場合には、広告の交換は人手によって行われるが、電子ペーパーを用いれば人手を多くかけることなく短時間で広告の表示を変えることができる。また表示も崩れることなく安定した画像が得られる。なお、車内広告2632は無線で情報を送受信できる構成としてもよい。
また、図23は、電子書籍2700の一例を示している。例えば、電子書籍2700は、筐体2701および筐体2703の2つの筐体で構成されている。筐体2701および筐体2703は、軸部2711により一体とされており、該軸部2711を軸として開閉動作を行うことができる。このような構成により、紙の書籍のような動作を行うことが可能となる。
筐体2701には表示部2705が組み込まれ、筐体2703には表示部2707が組み込まれている。表示部2705および表示部2707は、続き画面を表示する構成としてもよいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とすることで、例えば右側の表示部(図23では表示部2705)に文章を表示し、左側の表示部(図23では表示部2707)に画像を表示することができる。
また、図23では、筐体2701に操作部などを備えた例を示している。例えば、筐体2701において、電源2721、操作キー2723、スピーカ2725などを備えている。操作キー2723により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示部と同一面にキーボードやポインティングディバイスなどを備える構成としてもよい。また、筐体の裏面や側面に、外部接続用端子(イヤホン端子、USB端子、またはACアダプタおよびUSBケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など)、記録媒体挿入部などを備える構成としてもよい。さらに、電子書籍2700は、電子辞書としての機能を持たせた構成としてもよい。
また、電子書籍2700は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすることも可能である。
(実施の形態10)
上記実施の形態で示したトランジスタを具備する半導体装置は、さまざまな電子機器(遊技機も含む)に適用することができる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置(テレビ、またはテレビジョン受信機ともいう)、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機(携帯電話、携帯電話装置ともいう)、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。
図24(A)は、テレビジョン装置9600の一例を示している。テレビジョン装置9600は、筐体9601に表示部9603が組み込まれている。表示部9603により、映像を表示することが可能である。また、ここでは、スタンド9605により筐体9601を支持した構成を示している。
テレビジョン装置9600の操作は、筐体9601が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機9610により行うことができる。リモコン操作機9610が備える操作キー9609により、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部9603に表示される映像を操作することができる。また、リモコン操作機9610に、当該リモコン操作機9610から出力する情報を表示する表示部9607を設ける構成としてもよい。
なお、テレビジョン装置9600は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線または無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向(送信者から受信者)または双方向(送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など)の情報通信を行うことも可能である。
図24(B)は、デジタルフォトフレーム9700の一例を示している。例えば、デジタルフォトフレーム9700は、筐体9701に表示部9703が組み込まれている。表示部9703は、各種画像を表示することが可能であり、例えばデジタルカメラなどで撮影した画像データを表示させることで、通常の写真立てと同様に機能させることができる。
なお、デジタルフォトフレーム9700は、操作部、外部接続用端子(USB端子、USBケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など)、記録媒体挿入部などを備える構成とする。これらの構成は、表示部と同一面に組み込まれていてもよいが、側面や裏面に備えるとデザイン性が向上するため好ましい。例えば、デジタルフォトフレームの記録媒体挿入部に、デジタルカメラで撮影した画像データを記憶したメモリを挿入して画像データを取り込み、取り込んだ画像データを表示部9703に表示させることができる。
また、デジタルフォトフレーム9700は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、所望の画像データを取り込み、表示させる構成とすることもできる。
図25(A)は携帯型遊技機であり、筐体9881と筐体9891の2つの筐体で構成されており、連結部9893により、開閉可能に連結されている。筐体9881には表示部9882が組み込まれ、筐体9891には表示部9883が組み込まれている。また、図25(A)に示す携帯型遊技機は、その他、スピーカ部9884、記録媒体挿入部9886、LEDランプ9890、入力手段(操作キー9885、接続端子9887、センサ9888(力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの)、マイクロフォン9889)等を備えている。もちろん、携帯型遊技機の構成は上述のものに限定されず、少なくとも半導体装置を備えた構成であればよく、その他付属設備が適宜設けられた構成とすることができる。図25(A)に示す携帯型遊技機は、記録媒体に記録されているプログラム又はデータを読み出して表示部に表示する機能や、他の携帯型遊技機と無線通信を行って情報を共有する機能を有する。なお、図25(A)に示す携帯型遊技機が有する機能はこれに限定されず、様々な機能を有することができる。
図25(B)は大型遊技機であるスロットマシン9900の一例を示している。スロットマシン9900は、筐体9901に表示部9903が組み込まれている。また、スロットマシン9900は、その他、スタートレバーやストップスイッチなどの操作手段、コイン投入口、スピーカなどを備えている。もちろん、スロットマシン9900の構成は上述のものに限定されず、少なくとも半導体装置を備えた構成であればよく、その他付属設備が適宜設けられた構成とすることができる。
図26(A)は、携帯電話機1000の一例を示している。携帯電話機1000は、筐体1001に組み込まれた表示部1002の他、操作ボタン1003、外部接続ポート1004、スピーカ1005、マイク1006などを備えている。
図26(A)に示す携帯電話機1000は、表示部1002を指などで触れることで、情報を入力ことができる。また、電話を掛ける、或いはメールを打つなどの操作は、表示部1002を指などで触れることにより行うことができる。
表示部1002の画面は主として3つのモードがある。第1は、画像の表示を主とする表示モードであり、第2は、文字等の情報の入力を主とする入力モードである。第3は表示モードと入力モードの2つのモードが混合した表示+入力モードである。
例えば、電話を掛ける、或いはメールを作成する場合は、表示部1002を文字の入力を主とする文字入力モードとし、画面に表示させた文字の入力操作を行えばよい。この場合、表示部1002の画面のほとんどにキーボードまたは番号ボタンを表示させることが好ましい。
また、携帯電話機1000内部に、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサを有する検出装置を設けることで、携帯電話機1000の向き(縦か横か)を判断して、表示部1002の画面表示を自動的に切り替えるようにすることができる。
また、画面モードの切り替えは、表示部1002を触れること、又は筐体1001の操作ボタン1003の操作により行われる。また、表示部1002に表示される画像の種類によって切り替えるようにすることもできる。例えば、表示部に表示する画像信号が動画のデータであれば表示モード、テキストデータであれば入力モードに切り替える。
また、入力モードにおいて、表示部1002の光センサで検出される信号を検知し、表示部1002のタッチ操作による入力が一定期間ない場合には、画面のモードを入力モードから表示モードに切り替えるように制御してもよい。
表示部1002は、イメージセンサとして機能させることもできる。例えば、表示部1002に掌や指を触れることで、掌紋、指紋等を撮像することで、本人認証を行うことができる。また、表示部に近赤外光を発光するバックライトまたは近赤外光を発光するセンシング用光源を用いれば、指静脈、掌静脈などを撮像することもできる。
図26(B)も携帯電話機の一例である。図26(B)の携帯電話機は、筐体9411に、表示部9412、及び操作ボタン9413を含む表示装置9410と、筐体9401に操作ボタン9402、外部入力端子9403、マイク9404、スピーカ9405、及び着信時に発光する発光部9406を含む通信装置9400とを有しており、表示機能を有する表示装置9410は電話機能を有する通信装置9400と矢印の2方向に脱着可能である。よって、表示装置9410と通信装置9400の短軸同士を取り付けることも、表示装置9410と通信装置9400の長軸同士を取り付けることもできる。また、表示機能のみを必要とする場合、通信装置9400より表示装置9410を取り外し、表示装置9410を単独で用いることもできる。通信装置9400と表示装置9410とは無線通信又は有線通信により画像又は入力情報を授受することができ、それぞれ充電可能なバッテリーを有する。
100 基板
102 ゲート電極
104 ゲート絶縁層
106 導電層
108 酸化物半導体層
110 酸化物半導体層
112 水素バリア層
113 水素バリア層
115 水素吸着層
120 トランジスタ
130 トランジスタ
140 トランジスタ
201 基板
302 ゲート配線
308 容量配線
310 透明導電層
313 コンタクトホール
320 接続電極
321 端子
322 端子
325 コンタクトホール
326 コンタクトホール
327 コンタクトホール
328 透明導電層
329 透明導電層
340 保護絶縁層
580 基板
581 薄膜トランジスタ
583 絶縁層
584 絶縁層
585 絶縁層
587 電極層
588 電極層
589 球形粒子
594 キャビティ
595 充填材
596 基板
1000 携帯電話機
1001 筐体
1002 表示部
1003 操作ボタン
1004 外部接続ポート
1005 スピーカ
1006 マイク
106a ソース電極層
106b ドレイン電極層
108a 領域
108b 領域
110a 領域
110b 領域
110c 領域
2600 TFT基板
2601 対向基板
2602 シール材
2603 画素部
2604 表示素子
2605 着色層
2606 偏光板
2607 偏光板
2608 配線回路部
2609 フレキシブル配線基板
2610 冷陰極管
2611 反射板
2612 回路基板
2613 拡散板
2631 ポスター
2632 車内広告
2700 電子書籍
2701 筐体
2703 筐体
2705 表示部
2707 表示部
2711 軸部
2721 電源
2723 操作キー
2725 スピーカ
4001 基板
4002 画素部
4003 信号線駆動回路
4004 走査線駆動回路
4005 シール材
4006 基板
4008 液晶層
4010 薄膜トランジスタ
4011 薄膜トランジスタ
4013 液晶素子
4015 接続端子電極
4016 端子電極
4018 FPC
4019 異方性導電層
4020 絶縁層
4021 絶縁層
4030 画素電極層
4031 対向電極層
4032 絶縁層
4033 絶縁層
4501 基板
4502 画素部
4505 シール材
4506 基板
4507 充填材
4509 薄膜トランジスタ
4510 薄膜トランジスタ
4511 発光素子
4512 電界発光層
4513 電極層
4515 接続端子電極
4516 端子電極
4517 電極層
4519 異方性導電層
4520 隔壁
590a 黒色領域
590b 白色領域
6400 画素
6401 スイッチング用トランジスタ
6402 駆動用トランジスタ
6403 容量素子
6404 発光素子
6405 信号線
6406 走査線
6407 電源線
6408 共通電極
7001 TFT
7002 発光素子
7003 陰極
7004 発光層
7005 陽極
7011 駆動用TFT
7012 発光素子
7013 陰極
7014 発光層
7015 陽極
7016 遮蔽層
7017 導電層
7021 駆動用TFT
7022 発光素子
7023 陰極
7024 発光層
7025 陽極
7027 導電層
9400 通信装置
9401 筐体
9402 操作ボタン
9403 外部入力端子
9404 マイク
9405 スピーカ
9406 発光部
9410 表示装置
9411 筐体
9412 表示部
9413 操作ボタン
9600 テレビジョン装置
9601 筐体
9603 表示部
9605 スタンド
9607 表示部
9609 操作キー
9610 リモコン操作機
9700 デジタルフォトフレーム
9701 筐体
9703 表示部
9881 筐体
9882 表示部
9883 表示部
9884 スピーカ部
9885 操作キー
9886 記録媒体挿入部
9887 接続端子
9888 センサ
9889 マイクロフォン
9890 LEDランプ
9891 筐体
9893 連結部
9900 スロットマシン
9901 筐体
9903 表示部
4503a 信号線駆動回路
4503b 信号線駆動回路
4504a 走査線駆動回路
4504b 走査線駆動回路
4518a FPC
4518b FPC

Claims (12)

  1. 少なくともインジウム、亜鉛、ガリウム及び水素を有する酸化物半導体層を形成し、
    前記酸化物半導体層の少なくとも一部が露出するように、前記酸化物半導体層上に水素バリア層を選択的に形成し、
    酸化処理を行うことにより前記酸化物半導体層から水素を選択的に脱離させ、前記酸化物半導体層に第1の領域と前記第1の領域より水素の含有量が少ない第2の領域を形成し、
    前記第2の領域を用いてチャネル形成領域を形成し、前記第1の領域を用いてソース領域及びドレイン領域を形成することを特徴とするトランジスタの作製方法。
  2. 基板上にゲート電極を形成し、
    前記ゲート電極上にゲート絶縁層を形成し、
    前記ゲート絶縁層上にソース電極層及びドレイン電極層を形成し、
    前記ソース電極層及び前記ドレイン電極層上に、少なくともインジウム、亜鉛、ガリウム及び水素を有する酸化物半導体層を形成し、
    前記酸化物半導体層上に水素バリア層を形成し、
    前記水素バリア層をエッチングすることにより、少なくとも前記ソース電極層及び前記ドレイン電極層上に形成された前記酸化物半導体層上に前記水素バリア層を残存させると共に、前記ゲート電極上であって前記ソース電極層と前記ドレイン電極層の間の領域に形成された前記酸化物半導体層の表面を露出させ、
    酸化処理を行うことにより前記酸化物半導体層から水素を選択的に脱離させ、前記酸化物半導体層において、表面が露出した領域に含まれる水素の含有量を、前記水素バリア層の下に位置する領域に含まれる水素の含有量より少なくすることを特徴とするトランジスタの作製方法。
  3. 基板上にゲート電極を形成し、
    前記ゲート電極上にゲート絶縁層を形成し、
    前記ゲート絶縁層上にソース電極層及びドレイン電極層を形成し、
    前記ソース電極層及び前記ドレイン電極層上に、少なくともインジウム、亜鉛、ガリウム及び水素を有する酸化物半導体層を形成し、
    前記酸化物半導体層上に水素バリア層を形成し、
    前記水素バリア層をエッチングすることにより、少なくとも前記ソース電極層及び前記ドレイン電極層上に形成された前記酸化物半導体層上と前記ゲート電極上であって前記ソース電極層と前記ドレイン電極層の間の領域に形成された前記酸化物半導体層上の一部に前記水素バリア層を残存させると共に、前記ゲート電極上であって前記ソース電極層と前記ドレイン電極層の間の領域に形成された前記酸化物半導体層の表面の一部を露出させ、
    酸化処理を行うことにより前記酸化物半導体層から水素を選択的に脱離させ、前記酸化物半導体層において、表面が露出した領域に含まれる水素の含有量を、前記水素バリア層の下に位置する領域に含まれる水素の含有量より少なくすることを特徴とするトランジスタの作製方法。
  4. 基板上にゲート電極を形成し、
    前記ゲート電極上にゲート絶縁層を形成し、
    前記ゲート絶縁層上に、少なくともインジウム、亜鉛、ガリウム及び水素を有する酸化物半導体層を形成し、
    前記酸化物半導体層上に水素バリア層を形成し、
    前記水素バリア層をエッチングすることにより、少なくとも前記ゲート電極上に位置する前記酸化物半導体層の表面の一部を露出させ、
    酸化処理を行うことにより前記酸化物半導体層から水素を選択的に脱離させ、前記酸化物半導体層において、表面が露出した領域に含まれる水素の含有量を、前記水素バリア層の下に位置する領域に含まれる水素の含有量より少なくすることを特徴とするトランジスタの作製方法。
  5. 基板上にソース電極層とドレイン電極層を形成し、
    前記ソース電極層及び前記ドレイン電極層上に、少なくともインジウム、亜鉛、ガリウム及び水素を有する酸化物半導体層を形成し、
    前記酸化物半導体層上に水素バリア層を形成し、
    前記水素バリア層をエッチングすることにより、少なくとも前記ソース電極層及び前記ドレイン電極層上に形成された前記酸化物半導体層上に前記水素バリア層を残存させると共に、前記ソース電極層と前記ドレイン電極層の間の領域に形成された前記酸化物半導体層の表面を露出させ、
    酸化処理を行うことにより前記酸化物半導体層から水素を選択的に脱離させ、前記酸化物半導体層において、表面が露出した領域に含まれる水素の含有量を、前記水素バリア層の下に位置する領域に含まれる水素の含有量より少なくし、
    前記酸化物半導体層上にゲート絶縁層を形成し、
    前記ソース電極層と前記ドレイン電極層の間の領域であって前記ゲート絶縁層上にゲート電極を形成することを特徴とするトランジスタの作製方法。
  6. 基板上にソース電極層とドレイン電極層を形成し、
    前記ソース電極層及び前記ドレイン電極層上に、少なくともインジウム、亜鉛、ガリウム及び水素を有する酸化物半導体層を形成し、
    前記酸化物半導体層上に水素バリア層を形成し、
    前記水素バリア層をエッチングすることにより、少なくとも前記ソース電極層及び前記ドレイン電極層上に形成された前記酸化物半導体層上と前記ソース電極層と前記ドレイン電極層の間の領域に形成された前記酸化物半導体層上の一部に前記水素バリア層を残存させると共に、前記ソース電極層と前記ドレイン電極層の間の領域に形成された前記酸化物半導体層の表面の一部を露出させ、
    酸化処理を行うことにより前記酸化物半導体層から水素を選択的に脱離させ、前記酸化物半導体層において、表面が露出した領域に含まれる水素の含有量を、前記水素バリア層の下に位置する領域に含まれる水素の含有量より少なくし、
    前記酸化物半導体層上にゲート絶縁層を形成し、
    前記ソース電極層と前記ドレイン電極層の間の領域であって前記ゲート絶縁層上にゲート電極を形成することを特徴とするトランジスタの作製方法。
  7. 請求項2乃至請求項6のいずれか一項において、
    前記酸化物半導体層の端部を覆うように前記水素バリア層を形成することを特徴とするトランジスタの作製方法。
  8. 請求項1乃至請求項7のいずれか一項において、
    前記水素バリア層を、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル、窒化チタン、窒化タンタルのうちのいずれか1つからなる単層膜又は2つ以上からなる積層膜で形成することを特徴とするトランジスタの作製方法。
  9. 請求項1乃至請求項8のいずれか一項において、
    前記酸化処理として、酸素雰囲気中で熱処理することを特徴とするトランジスタの作製方法。
  10. 請求項1乃至請求項8のいずれか一項において、
    前記酸化処理として、露出した前記酸化物半導体層に接するように水素吸着層を形成した後、熱処理を行うことを特徴とするトランジスタの作製方法。
  11. 請求項10において、
    前記水素吸着層を、アモルファスシリコン、多結晶シリコン、酸化タングステンのうちのいずれか1つからなる単層膜又は2つ以上からなる積層膜で形成することを特徴とするトランジスタの作製方法。
  12. 請求項1乃至請求項11のいずれか一項において、
    前記酸化物半導体層を、インジウム、ガリウム及び亜鉛を含むターゲットを用い、且つ酸素ガスとアルゴンガスの一方又は両方が導入された雰囲気に水素ガスを導入してスパッタ法により形成することを特徴とするトランジスタの作製方法。
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