JP2012119672A - Semiconductor device, and method of manufacturing the same - Google Patents

Semiconductor device, and method of manufacturing the same Download PDF

Info

Publication number
JP2012119672A
JP2012119672A JP2011246992A JP2011246992A JP2012119672A JP 2012119672 A JP2012119672 A JP 2012119672A JP 2011246992 A JP2011246992 A JP 2011246992A JP 2011246992 A JP2011246992 A JP 2011246992A JP 2012119672 A JP2012119672 A JP 2012119672A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
oxide semiconductor
film
layer
oxide
electrode layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2011246992A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2012119672A5 (en
JP5886491B2 (en
Inventor
Yusuke Nonaka
裕介 野中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd filed Critical Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority to JP2011246992A priority Critical patent/JP5886491B2/en
Publication of JP2012119672A publication Critical patent/JP2012119672A/en
Publication of JP2012119672A5 publication Critical patent/JP2012119672A5/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5886491B2 publication Critical patent/JP5886491B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly reliable semiconductor device by a method of forming an oxygen-excess oxide semiconductor with good reproducibility, and a device configuration where hydrogen or water is not mixed in the oxide semiconductor device from the outside as much as possible.SOLUTION: In the method of manufacturing a transistor including an oxide semiconductor, the percentage of oxygen flow rate to the total flow rate of sputtering gas is set to 90%-100%, an oxide semiconductor layer is formed in oxygen-excess state by sputtering a metal oxide, and the oxide semiconductor layer is sealed in a dense metal oxide thus obtaining a device configuration where impurities such as hydrogen or water is not mixed as much as possible.

Description

本発明の一態様は、トランジスタ、若しくはトランジスタを含んで構成される回路を有する半導体装置に関する。例えば、酸化物半導体でチャネル形成領域が形成されるトランジスタ、若しくはトランジスタを含んで構成される回路を有する半導体装置に関する。 One embodiment of the present invention relates to a semiconductor device including a transistor or a circuit including the transistor. For example, the present invention relates to a transistor in which a channel formation region is formed using an oxide semiconductor or a semiconductor device including a circuit including the transistor.

チャネル形成領域に酸化物半導体膜を用いてトランジスタなどを作製し、表示装置に応用する技術が注目されている。例えば、酸化物半導体膜として酸化亜鉛(ZnO)を用いるトランジスタや、InGaO(ZnO)を用いるトランジスタが挙げられる。これらの酸化物半導体膜を用いたトランジスタを、透光性を有する基板上に形成し、画像表示装置のスイッチング素子などに用いる技術が特許文献1及び特許文献2で開示されている。 A technique in which a transistor or the like is manufactured using an oxide semiconductor film in a channel formation region and applied to a display device has attracted attention. For example, a transistor using zinc oxide (ZnO) or a transistor using InGaO 3 (ZnO) m can be given as the oxide semiconductor film. Patent Documents 1 and 2 disclose a technique in which a transistor including these oxide semiconductor films is formed over a light-transmitting substrate and used as a switching element of an image display device.

特開2007−123861号公報JP 2007-123861 A 特開2007−96055号公報JP 2007-96055 A

デバイス作製工程において、酸化物半導体中に酸素欠損が生じると、その電気伝導度を変化させてしまうことがある。また、酸化物半導体中に電子供与体を形成する水素や水が混入した場合も同様である。このような現象は、酸化物半導体を用いたトランジスタにとって電気的特性の変動要因となる。 In the device manufacturing process, when oxygen vacancies are generated in an oxide semiconductor, the electrical conductivity thereof may be changed. The same applies to the case where hydrogen or water forming an electron donor is mixed in the oxide semiconductor. Such a phenomenon becomes a variation factor of electrical characteristics for a transistor including an oxide semiconductor.

そのため、酸化物半導体を酸素過剰な状態で形成するとともに、外部から水素や水が極力混入しないデバイス構成とすることが好ましい。 Therefore, it is preferable that the oxide semiconductor be formed in an oxygen-excess state and have a device configuration in which hydrogen and water are not mixed from the outside as much as possible.

したがって、本発明の一態様は、酸素過剰な酸化物半導体を再現性良く形成する方法を提供することを目的の一つとする。また、酸化物半導体中に外部から水素や水が極力混入しないデバイス構成を提供することを目的の一つとする。 Therefore, an object of one embodiment of the present invention is to provide a method for forming an oxygen-excess oxide semiconductor with high reproducibility. Another object is to provide a device structure in which hydrogen and water are not mixed into an oxide semiconductor from the outside as much as possible.

本明細書で開示する本発明の一態様は、酸化物半導体を含むトランジスタの作製方法において、酸化物半導体層を酸素過剰な状態で形成する方法であり、かつ、酸化物半導体層中に水素や水などの不純物を極力混入させないデバイス構成に関する。 One embodiment of the present invention disclosed in this specification is a method for forming an oxide semiconductor layer in an oxygen-excess state in a method for manufacturing a transistor including an oxide semiconductor. The present invention relates to a device configuration in which impurities such as water are not mixed as much as possible.

本明細書で開示する本発明の一態様は、絶縁表面上に下地膜を形成し、下地膜上に酸化物半導体層を形成し、酸化物半導体層の一部と接するソース電極層及びドレイン電極層を形成し、酸化物半導体層、ソース電極層及びドレイン電極層上にゲート絶縁層を形成し、ゲート絶縁層上に酸化物半導体層の一部と重なるようにゲート電極層を形成する工程において、酸化物半導体層は、スパッタガスの全流量に対する酸素流量の割合を90%以上100%以下として、インジウム、ガリウム、及び亜鉛を含む金属酸化物をスパッタすることにより形成することを特徴とする半導体装置の作製方法である。 In one embodiment of the present invention disclosed in this specification, a base film is formed over an insulating surface, an oxide semiconductor layer is formed over the base film, and a source electrode layer and a drain electrode which are in contact with part of the oxide semiconductor layer Forming a layer, forming a gate insulating layer over the oxide semiconductor layer, the source electrode layer, and the drain electrode layer, and forming the gate electrode layer over the gate insulating layer so as to overlap with the oxide semiconductor layer. The oxide semiconductor layer is formed by sputtering a metal oxide containing indium, gallium, and zinc at a ratio of the oxygen flow rate to the total flow rate of the sputtering gas of 90% to 100%. It is a manufacturing method of an apparatus.

本明細書で開示する本発明の他の一態様は、絶縁表面上に下地膜を形成し、下地膜上にゲート電極層を形成し、ゲート電極層上にゲート絶縁層を形成し、ゲート絶縁層上に酸化物半導体層を形成し、酸化物半導体層の一部と接するソース電極層及びドレイン電極層を形成し、酸化物半導体層、ソース電極層及びドレイン電極層上に保護膜を形成する工程において、酸化物半導体層は、スパッタガスの全流量に対する酸素流量の割合を90%以上100%以下として、インジウム、ガリウム、及び亜鉛を含む金属酸化物をスパッタすることにより形成することを特徴とする半導体装置の作製方法である。 In another embodiment of the present invention disclosed in this specification, a base film is formed over an insulating surface, a gate electrode layer is formed over the base film, a gate insulating layer is formed over the gate electrode layer, and gate insulating An oxide semiconductor layer is formed over the layer, a source electrode layer and a drain electrode layer in contact with part of the oxide semiconductor layer are formed, and a protective film is formed over the oxide semiconductor layer, the source electrode layer, and the drain electrode layer In the process, the oxide semiconductor layer is formed by sputtering a metal oxide containing indium, gallium, and zinc with a ratio of an oxygen flow rate to a total flow rate of a sputtering gas of 90% to 100%. This is a method for manufacturing a semiconductor device.

上記下地膜、ゲート絶縁層、保護膜は、ガリウム及び亜鉛を含む金属酸化物をスパッタすることにより形成するGa−Zn−O膜を用いることが好ましい。該金属酸化物は、非常に緻密であり、バリア性が高い。したがって、該金属酸化物で酸化物半導体層を挟み込むことにより、酸化物半導体層への水素や水などの不純物の混入を抑えることができる。 As the base film, the gate insulating layer, and the protective film, a Ga—Zn—O film formed by sputtering a metal oxide containing gallium and zinc is preferably used. The metal oxide is very dense and has a high barrier property. Therefore, by sandwiching the oxide semiconductor layer with the metal oxide, entry of impurities such as hydrogen and water into the oxide semiconductor layer can be suppressed.

また、上記ゲート電極層は積層であり、少なくともゲート絶縁層と接する側の層は、窒素を含むスパッタガスを用いてインジウム、ガリウム、及び亜鉛を含む金属酸化物をスパッタすることにより形成する窒素を含むIn−Ga−Zn−O膜を用いることが好ましい。該ゲート電極層に窒素を含むIn−Ga−Zn−O膜を用いることで、トランジスタの電気特性のしきい値電圧をプラスにすることができ、所謂ノーマリーオフのスイッチング素子を実現できる。 The gate electrode layer is a stacked layer, and at least a layer in contact with the gate insulating layer is formed by sputtering a metal oxide containing indium, gallium, and zinc using a sputtering gas containing nitrogen. It is preferable to use an In—Ga—Zn—O film containing. By using an In—Ga—Zn—O film containing nitrogen for the gate electrode layer, the threshold voltage of the electrical characteristics of the transistor can be positive, and a so-called normally-off switching element can be realized.

また、本明細書で開示する本発明の他の一態様は、インジウム、ガリウム、及び亜鉛を含む酸化物半導体層と、ガリウム、及び亜鉛を含み、かつ酸化物半導体層の一方の面と接するゲート絶縁層と、インジウム、ガリウム、亜鉛、及び窒素を含み、かつゲート絶縁層を介して酸化物半導体層と重なるゲート電極層と、を有し、酸化物半導体層の他方の面が、ガリウム、及び亜鉛を含む金属酸化物に接していることを特徴とする半導体装置である。 Another embodiment of the present invention disclosed in this specification includes an oxide semiconductor layer containing indium, gallium, and zinc, and a gate in contact with one surface of the oxide semiconductor layer, containing gallium and zinc. An insulating layer; and a gate electrode layer that includes indium, gallium, zinc, and nitrogen and overlaps with the oxide semiconductor layer with the gate insulating layer interposed therebetween, and the other surface of the oxide semiconductor layer includes gallium, and A semiconductor device is in contact with a metal oxide containing zinc.

酸素過剰な酸化物半導体を再現性良く形成する方法、及び酸化物半導体中に外部から水素や水が極力混入しないデバイス構成の提供によって、信頼性の高い半導体装置を形成することができる。 A highly reliable semiconductor device can be formed by providing a method for forming an oxygen-excess oxide semiconductor with high reproducibility and a device configuration in which hydrogen and water are not mixed into the oxide semiconductor from the outside as much as possible.

本発明の一態様のトランジスタを説明する断面図。6A and 6B are cross-sectional views illustrating a transistor of one embodiment of the present invention. 本発明の一態様のトランジスタ、及びその作製方法を説明する断面図。4A to 4D are cross-sectional views illustrating a transistor of one embodiment of the present invention and a manufacturing method thereof. 本発明の一態様のトランジスタ、及びその作製方法を説明する断面図。4A to 4D are cross-sectional views illustrating a transistor of one embodiment of the present invention and a manufacturing method thereof. 本発明の一態様のトランジスタ、及びその作製方法を説明する断面図。4A to 4D are cross-sectional views illustrating a transistor of one embodiment of the present invention and a manufacturing method thereof. 本発明の一態様のトランジスタ、及びその作製方法を説明する断面図。4A to 4D are cross-sectional views illustrating a transistor of one embodiment of the present invention and a manufacturing method thereof. 本発明の一態様の半導体装置を説明する図、及び画素部の等価回路図。8A and 8B illustrate a semiconductor device of one embodiment of the present invention and an equivalent circuit diagram of a pixel portion. 電子機器の一態様を示す図。FIG. 14 illustrates one embodiment of an electronic device. ESR分析結果を示すグラフ。The graph which shows an ESR analysis result. 原子配置のモデル示す図。The figure which shows the model of atomic arrangement | positioning. ホール測定により求めたキャリア濃度を示すグラフ。The graph which shows the carrier concentration calculated | required by Hall measurement. XRD測定結果を示すグラフ。The graph which shows a XRD measurement result. 本発明の一態様のトランジスタを説明する断面図。6A and 6B are cross-sectional views illustrating a transistor of one embodiment of the present invention. 酸化物材料の結晶構造を説明する図。3A and 3B illustrate a crystal structure of an oxide material. 酸化物材料の結晶構造を説明する図。3A and 3B illustrate a crystal structure of an oxide material. 酸化物材料の結晶構造を説明する図。3A and 3B illustrate a crystal structure of an oxide material.

以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it will be easily understood by those skilled in the art that modes and details can be variously changed. In addition, the present invention is not construed as being limited to the description of the embodiments below.

(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様における半導体装置の構造、及び作製方法について説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment, a structure and a manufacturing method of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention will be described.

図1は、トップゲート型のトランジスタの断面図であり、トランジスタ120は、絶縁表面を有する基板100上において、下地膜101、酸化物半導体層108a、ソース電極層104a、ドレイン電極層104b、ゲート絶縁層102、ゲート電極層112、及び保護膜110a、保護膜110bを含んだ構成となっている。 FIG. 1 is a cross-sectional view of a top-gate transistor. The transistor 120 includes a base film 101, an oxide semiconductor layer 108a, a source electrode layer 104a, a drain electrode layer 104b, and a gate insulator over a substrate 100 having an insulating surface. The structure includes the layer 102, the gate electrode layer 112, the protective film 110a, and the protective film 110b.

酸化物半導体層108aに用いる材料としては、少なくともインジウム(In)あるいは亜鉛(Zn)を含むことが好ましい。特にInとZnを含むことが好ましい。また、該酸化物半導体を用いたトランジスタの電気特性のばらつきを減らすためのスタビライザーとして、それらに加えてガリウム(Ga)を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてスズ(Sn)を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてハフニウム(Hf)を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてアルミニウム(Al)を有することが好ましい。 A material used for the oxide semiconductor layer 108a preferably contains at least indium (In) or zinc (Zn). In particular, In and Zn are preferably included. In addition, it is preferable that gallium (Ga) be included in addition to the stabilizer for reducing variation in electrical characteristics of the transistor including the oxide semiconductor. Moreover, it is preferable to have tin (Sn) as a stabilizer. Moreover, it is preferable to have hafnium (Hf) as a stabilizer. Moreover, it is preferable to have aluminum (Al) as a stabilizer.

また、他のスタビライザーとして、ランタノイドである、ランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、ルテチウム(Lu)のいずれか一種あるいは複数種を有してもよい。 As other stabilizers, lanthanoids such as lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), terbium (Tb) , Dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb), or lutetium (Lu).

例えば、酸化物半導体として、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、二元系金属の酸化物であるIn−Zn系酸化物、Sn−Zn系酸化物、Al−Zn系酸化物、Zn−Mg系酸化物、Sn−Mg系酸化物、In−Mg系酸化物、In−Ga系酸化物、三元系金属の酸化物であるIn−Ga−Zn系酸化物(IGZOとも表記する)、In−Al−Zn系酸化物、In−Sn−Zn系酸化物、Sn−Ga−Zn系酸化物、Al−Ga−Zn系酸化物、Sn−Al−Zn系酸化物、In−Hf−Zn系酸化物、In−La−Zn系酸化物、In−Ce−Zn系酸化物、In−Pr−Zn系酸化物、In−Nd−Zn系酸化物、In−Sm−Zn系酸化物、In−Eu−Zn系酸化物、In−Gd−Zn系酸化物、In−Tb−Zn系酸化物、In−Dy−Zn系酸化物、In−Ho−Zn系酸化物、In−Er−Zn系酸化物、In−Tm−Zn系酸化物、In−Yb−Zn系酸化物、In−Lu−Zn系酸化物、四元系金属の酸化物であるIn−Sn−Ga−Zn系酸化物、In−Hf−Ga−Zn系酸化物、In−Al−Ga−Zn系酸化物、In−Sn−Al−Zn系酸化物、In−Sn−Hf−Zn系酸化物、In−Hf−Al−Zn系酸化物を用いることができる。 For example, as an oxide semiconductor, indium oxide, tin oxide, zinc oxide, binary metal oxides such as In—Zn oxide, Sn—Zn oxide, Al—Zn oxide, Zn—Mg oxide Oxides, Sn—Mg oxides, In—Mg oxides, In—Ga oxides, In—Ga—Zn oxides (also referred to as IGZO) which are oxides of ternary metals, In— Al-Zn oxide, In-Sn-Zn oxide, Sn-Ga-Zn oxide, Al-Ga-Zn oxide, Sn-Al-Zn oxide, In-Hf-Zn oxide In-La-Zn-based oxide, In-Ce-Zn-based oxide, In-Pr-Zn-based oxide, In-Nd-Zn-based oxide, In-Sm-Zn-based oxide, In-Eu -Zn oxide, In-Gd-Zn oxide, In-Tb-Zn oxide, n-Dy-Zn-based oxide, In-Ho-Zn-based oxide, In-Er-Zn-based oxide, In-Tm-Zn-based oxide, In-Yb-Zn-based oxide, In-Lu-Zn -Based oxides, In-Sn-Ga-Zn-based oxides that are oxides of quaternary metals, In-Hf-Ga-Zn-based oxides, In-Al-Ga-Zn-based oxides, In-Sn- An Al—Zn-based oxide, an In—Sn—Hf—Zn-based oxide, or an In—Hf—Al—Zn-based oxide can be used.

In−Ga−Zn系の酸化物半導体材料は、無電界時の抵抗が十分に高くオフ電流を十分に小さくすることが可能であり、かつ、電界効果移動度が高い特徴を有している。また、In−Sn−Zn系酸化物半導体材料を用いたトランジスタは、In−Ga−Zn系の酸化物半導体材料を用いたトランジスタよりも電界効果移動度を三倍以上にすることができ、かつ、しきい値電圧を正にしやすい特徴を有している。これらの半導体材料は、本発明の一態様における半導体装置を構成するトランジスタに用いることのできる好適な材料の一つである。 An In—Ga—Zn-based oxide semiconductor material has characteristics in which resistance in a no electric field is sufficiently high, off-state current can be sufficiently reduced, and field-effect mobility is high. In addition, a transistor including an In—Sn—Zn-based oxide semiconductor material can have field effect mobility three times higher than that of a transistor including an In—Ga—Zn-based oxide semiconductor material; The threshold voltage is easy to make positive. These semiconductor materials are one of suitable materials that can be used for the transistor included in the semiconductor device of one embodiment of the present invention.

なお、ここで、例えば、In−Ga−Zn系酸化物とは、InとGaとZnを主成分として有する酸化物という意味であり、InとGaとZnの比率は問わない。また、InとGaとZn以外の金属元素が入っていてもよい。 Note that here, for example, an In—Ga—Zn-based oxide means an oxide containing In, Ga, and Zn as its main components, and there is no limitation on the ratio of In, Ga, and Zn. Moreover, metal elements other than In, Ga, and Zn may be contained.

また、酸化物半導体として、InMO(ZnO)(m>0、且つ、mは整数でない)で表記される材料を用いてもよい。なお、Mは、Ga、Fe、Mn及びCoから選ばれた一の金属元素または複数の金属元素を示す。また、酸化物半導体として、InSnO(ZnO)(n>0、且つ、nは整数)で表記される材料を用いてもよい。例えば、In:Ga:Zn=1:1:1(=1/3:1/3:1/3)あるいはIn:Ga:Zn=2:2:1(=2/5:2/5:1/5)の原子数比のIn−Ga−Zn系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いることができる。あるいは、In:Sn:Zn=1:1:1(=1/3:1/3:1/3)、In:Sn:Zn=2:1:3(=1/3:1/6:1/2)あるいはIn:Sn:Zn=2:1:5(=1/4:1/8:5/8)の原子数比のIn−Sn−Zn系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いるとよい。 Alternatively, a material represented by InMO 3 (ZnO) m (m> 0 is satisfied, and m is not an integer) may be used as the oxide semiconductor. Note that M represents one metal element or a plurality of metal elements selected from Ga, Fe, Mn, and Co. Alternatively, a material represented by In 3 SnO 5 (ZnO) n (n> 0 is satisfied, and n is an integer) may be used as the oxide semiconductor. For example, In: Ga: Zn = 1: 1: 1 (= 1/3: 1/3: 1/3) or In: Ga: Zn = 2: 2: 1 (= 2/5: 2/5: 1). / 5) atomic ratio In—Ga—Zn-based oxides and oxides in the vicinity of the composition can be used. Alternatively, In: Sn: Zn = 1: 1: 1 (= 1/3: 1/3: 1/3), In: Sn: Zn = 2: 1: 3 (= 1/3: 1/6: 1) / 2) or In: Sn: Zn = 2: 1: 5 (= 1/4: 1/8: 5/8) atomic ratio In—Sn—Zn-based oxide or oxide in the vicinity of the composition Should be used.

しかし、これらに限られず、必要とする半導体特性(移動度、しきい値、ばらつき等)に応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とする半導体特性を得るために、キャリア密度や不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間結合距離、密度等を適切なものとすることが好ましい。 However, the composition is not limited thereto, and a material having an appropriate composition may be used depending on required semiconductor characteristics (mobility, threshold value, variation, etc.). In order to obtain the required semiconductor characteristics, it is preferable that the carrier density, impurity concentration, defect density, atomic ratio of metal element to oxygen, interatomic bond distance, density, and the like be appropriate.

例えば、In−Sn−Zn系酸化物では比較的容易に高い移動度が得られる。しかしながら、In−Ga−Zn系酸化物でも、バルク内欠陥密度を低減することにより移動度を上げることができる。 For example, high mobility can be obtained relatively easily with an In—Sn—Zn-based oxide. However, mobility can be increased by reducing the defect density in the bulk also in the case of using an In—Ga—Zn-based oxide.

なお、例えば、In、Ga、Znの原子数比がIn:Ga:Zn=a:b:c(a+b+c=1)である酸化物の組成が、原子数比がIn:Ga:Zn=A:B:C(A+B+C=1)の酸化物の組成の近傍であるとは、a、b、cが、(a―A)+(b―B)+(c―C)≦rを満たすことをいい、rは、例えば、0.05とすればよい。他の酸化物でも同様である。 Note that for example, the composition of an oxide in which the atomic ratio of In, Ga, and Zn is In: Ga: Zn = a: b: c (a + b + c = 1) has an atomic ratio of In: Ga: Zn = A: B: being in the vicinity of the oxide composition of C (A + B + C = 1), a, b and c are (a−A) 2 + (b−B) 2 + (c−C) 2 ≦ r 2 R may be 0.05, for example. The same applies to other oxides.

酸化物半導体は単結晶でも、非単結晶でもよい。後者の場合、アモルファスでも、多結晶でもよい。また、アモルファス中に結晶性を有する部分を含む構造でも、非アモルファスでもよい。 The oxide semiconductor may be single crystal or non-single crystal. In the latter case, it may be amorphous or polycrystalline. Moreover, the structure which contains the part which has crystallinity in an amorphous may be sufficient, and a non-amorphous may be sufficient.

アモルファス状態の酸化物半導体は、比較的容易に平坦な表面を得ることができるため、これを用いてトランジスタを作製した際の界面散乱を低減でき、比較的容易に、比較的高い移動度を得ることができる。 Since an oxide semiconductor in an amorphous state can obtain a flat surface relatively easily, interface scattering when a transistor is manufactured using the oxide semiconductor can be reduced, and relatively high mobility can be obtained relatively easily. be able to.

また、結晶性を有する酸化物半導体では、よりバルク内欠陥を低減することができ、表面の平坦性を高めればアモルファス状態の酸化物半導体以上の移動度を得ることができる。表面の平坦性を高めるためには、平坦な表面上に酸化物半導体を形成することが好ましく、具体的には、平均面粗さ(Ra)が1nm以下、好ましくは0.3nm以下、より好ましくは0.1nm以下の表面上に形成するとよい。 In addition, in an oxide semiconductor having crystallinity, defects in a bulk can be further reduced, and mobility higher than that of an oxide semiconductor in an amorphous state can be obtained by increasing surface flatness. In order to improve the flatness of the surface, it is preferable to form an oxide semiconductor on the flat surface. Specifically, the average surface roughness (Ra) is 1 nm or less, preferably 0.3 nm or less, more preferably Is preferably formed on a surface of 0.1 nm or less.

本実施の形態では、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)を有する金属酸化物膜であるIn−Ga−Zn−O膜を用いる。In−Ga−Zn−O膜は、その構成元素である酸素が欠損すると、欠陥準位が形成されるため、電気伝導度が変化することがある。電気伝導度の変化はトランジスタの初期特性だけでなく、長期信頼性にも大きく影響するため、In−Ga−Zn−O膜は、酸素過剰の状態で形成されることが好ましい。 In this embodiment, an In—Ga—Zn—O film which is a metal oxide film containing indium (In), gallium (Ga), and zinc (Zn) is used. In the In—Ga—Zn—O film, when oxygen which is a constituent element is deficient, a defect level is formed, and thus electric conductivity may change. Since the change in electrical conductivity greatly affects not only the initial characteristics of the transistor but also long-term reliability, the In—Ga—Zn—O film is preferably formed in an oxygen-excess state.

なお、酸素過剰のIn−Ga−Zn−O膜とは、膜中において、In、Ga、またはZnの金属元素との結合を有さない余剰酸素を有するIn−Ga−Zn−O膜のことを言う。余剰酸素の有無は、ESR(電子スピン共鳴)分析を行うことにより確認することができる。 Note that an oxygen-excess In—Ga—Zn—O film refers to an In—Ga—Zn—O film having excess oxygen which does not have a bond to a metal element of In, Ga, or Zn in the film. Say. The presence or absence of excess oxygen can be confirmed by performing ESR (electron spin resonance) analysis.

ESR分析では、マイクロ波の吸収の起こる磁場の値(H)から式g=hv/βHを用いてg値というパラメータが得られる。なお、hはプランク定数であり、βはボーア磁子であり、どちらも定数である。 In the ESR analysis, a parameter called g value is obtained from the value (H 0 ) of the magnetic field where microwave absorption occurs using the formula g = hv / βH 0 . Here, h is a Planck constant, β is a Bohr magneton, and both are constants.

図8は、In−Ga−Zn−O膜を室温(300K)、周波数9.5GHzのマイクロ波で分析したESRシグナルであり、サンプルAは、スパッタガスの流量をアルゴン:酸素=30sccm:15sccmとして室温で形成した膜、サンプルBは、サンプルAと同じスパッタガス条件として200℃で形成した膜、サンプルCは、スパッタガスの流量をアルゴン:酸素=0sccm:40sccm(酸素100%)として200℃で形成した膜である。 FIG. 8 shows an ESR signal obtained by analyzing the In—Ga—Zn—O film at room temperature (300 K) with microwaves having a frequency of 9.5 GHz. Sample A has a sputtering gas flow rate of argon: oxygen = 30 sccm: 15 sccm. A film formed at room temperature, sample B is a film formed at 200 ° C. under the same sputtering gas conditions as sample A, and sample C is 200 ° C. at a sputtering gas flow rate of argon: oxygen = 0 sccm: 40 sccm (oxygen 100%). It is the formed film.

なお、その他の成膜条件は共通であり、In:Ga:ZnO=1:1:1[mol数比]の金属酸化物(三井金属製)を成膜用ターゲットとして、圧力0.4Pa、直流電力0.5kW(カソードサイズ12インチφ)で、0.5mm厚の石英ガラス上に膜厚100nmで成膜している。 Other film formation conditions are common, and a metal oxide (made by Mitsui Metals) with In 2 O 3 : Ga 2 O 3 : ZnO = 1: 1: 1 [molar ratio] is used as a film formation target. A film having a thickness of 100 nm is formed on a quartz glass having a thickness of 0.5 mm with a pressure of 0.4 Pa and a DC power of 0.5 kW (cathode size: 12 inches φ).

サンプルAでは、酸素のダングリングボンドに起因するg=2.008のシグナルが観測されており、そのスピン密度は、3.8×1018spins/cmである。また、サンプルBでは、g=2.008のシグナルはほとんど観測されず、そのスピン密度は、測定下限以下の1.0×1016spins/cm未満である。 In sample A, a signal of g = 2.008 due to an oxygen dangling bond is observed, and the spin density is 3.8 × 10 18 spins / cm 3 . In sample B, a signal of g = 2.008 is hardly observed, and the spin density is less than 1.0 × 10 16 spins / cm 3 below the measurement lower limit.

この結果から、室温成膜したサンプルAは、図9(A)に示す原子配置モデルのような、多量の酸素のダングリングボンドが存在する準安定構造であり、加熱成膜したサンプルBは、酸素のダングリングボンド数の少ない安定構造であると言える。つまり、成膜時に加熱をすることによって、原子配置は安定化するようになる。なお、サンプルAを加熱することによっても、サンプルBのようにスピン密度は低下し、原子配置が安定化することがわかっている。 From this result, the sample A formed at room temperature has a metastable structure in which a large amount of dangling bonds of oxygen exists, as in the atomic arrangement model shown in FIG. It can be said that this is a stable structure with a small number of oxygen dangling bonds. That is, the atomic arrangement is stabilized by heating during film formation. Note that it is known that heating the sample A also reduces the spin density as in the sample B and stabilizes the atomic arrangement.

一方、サンプルCは、加熱成膜でありながらも、g=2.008のシグナルが観測され、スピン密度が2.0×1018spins/cmであり、サンプルAとESRシグナルが類似した分析結果が得られている。本来、加熱成膜によって安定構造に成り得るはずのサンプルCからg=2.008のシグナルが観測されるという結果は、図9(B)に示すように膜中に余剰酸素があり、その余剰酸素は孤立電子を持っていることを示唆している。つまり、スパッタガスの全流量に対する酸素流量の割合を高めることによって、酸素過剰のIn−Ga−Zn−O膜を形成することができる。 On the other hand, sample C has a film formation by heating, but a signal of g = 2.008 is observed, the spin density is 2.0 × 10 18 spins / cm 3 , and the analysis is similar to sample A and the ESR signal. The result is obtained. The result that a signal of g = 2.008 is observed from the sample C, which should have a stable structure by heating film formation, is that there is surplus oxygen in the film as shown in FIG. 9B. This suggests that oxygen has lone electrons. That is, an oxygen-excess In—Ga—Zn—O film can be formed by increasing the ratio of the oxygen flow rate to the total flow rate of the sputtering gas.

ソース電極層104a及びドレイン電極層104bは、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料、または、これらを主成分とする合金材料を用いることができる。なお、図1ではソース電極層104a及びドレイン電極層104bを単層で図示しているが、上記材料の積層であってもよい。例えば、酸化物半導体層108aと接する側をチタンとしたアルミニウムとの積層などが挙げられる。 The source electrode layer 104a and the drain electrode layer 104b can be formed using a metal material such as molybdenum, titanium, tantalum, tungsten, aluminum, copper, neodymium, or scandium, or an alloy material containing any of these materials as its main component. Note that in FIG. 1, the source electrode layer 104 a and the drain electrode layer 104 b are illustrated as a single layer, but a stack of the above materials may be used. For example, a stack of aluminum whose side is in contact with the oxide semiconductor layer 108a and titanium is used.

ゲート絶縁層102には、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化ガリウム亜鉛、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、または酸化ハフニウムなどの絶縁膜を用いることができる。特に酸化ガリウム亜鉛(Ga−Zn−O)は非常に緻密な膜を形成することができるため、酸化物半導体層108a中への水素や水などの不純物の混入を抑制する効果が優れている。また、酸化物半導体層108aにIn−Ga−Zn−O膜を用いる場合は、その界面特性が良好となり、トランジスタの電気特性を向上させることができる。 For the gate insulating layer 102, an insulating film such as silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, aluminum oxide, gallium oxide, gallium zinc oxide, aluminum oxynitride, aluminum nitride oxide, or hafnium oxide can be used. In particular, gallium zinc oxide (Ga—Zn—O) can form a very dense film and thus has an excellent effect of suppressing entry of impurities such as hydrogen and water into the oxide semiconductor layer 108a. In the case where an In—Ga—Zn—O film is used for the oxide semiconductor layer 108a, the interface characteristics are improved, and the electrical characteristics of the transistor can be improved.

なお、下地膜101にも上記の絶縁膜を用いることができ、酸化ガリウム亜鉛をゲート絶縁層102と下地膜101に用いた場合には、酸化物半導体層108a中への不純物混入の抑制効果を更に高めることができる。 Note that the above insulating film can also be used for the base film 101, and when gallium zinc oxide is used for the gate insulating layer 102 and the base film 101, the effect of suppressing entry of impurities into the oxide semiconductor layer 108 a can be obtained. It can be further increased.

ゲート電極層112には、導電膜と窒素を含むIn−Ga−Zn−O膜との積層を用いることが好ましい。窒素を含むIn−Ga−Zn−O膜の仕事関数は5eV以上であり、ゲート絶縁膜と接する側に用いることでIn−Ga−Zn−O膜を半導体層とするトランジスタのしきい値電圧を正の値にすることができる。なお、窒素を含むIn−Sn−O膜や、窒素を含むIn−Ga−O膜や、窒素を含むIn−Zn−O膜や、窒素を含むSn−O膜や、窒素を含むIn−O膜や、金属窒化膜(InN、SnNなど)を用いることもできる。 For the gate electrode layer 112, a stack of a conductive film and an In—Ga—Zn—O film containing nitrogen is preferably used. The work function of the In—Ga—Zn—O film containing nitrogen is 5 eV or more, and the threshold voltage of a transistor using the In—Ga—Zn—O film as a semiconductor layer can be increased by using the work function in contact with the gate insulating film. It can be a positive value. Note that an In—Sn—O film containing nitrogen, an In—Ga—O film containing nitrogen, an In—Zn—O film containing nitrogen, an Sn—O film containing nitrogen, and an In—O film containing nitrogen are used. A film or a metal nitride film (InN, SnN, etc.) can also be used.

シリコン半導体を用いたトランジスタでは、主に導電型を変化させることのできる不純物元素をチャネル形成領域のシリコン半導体層に微量に添加し、ゲート電極とチャネル形成領域の半導体層との仕事関数差を調整することによって、しきい値電圧を制御する。一方、本実施の形態における酸化物半導体(ここでは、In−Ga−Zn−O膜)を用いたトランジスタでは、窒素を含むIn−Ga−Zn−O膜をゲート電極とすることでチャネル形成領域との仕事関数差を調整し、しきい値電圧を制御する。具体的には、しきい値電圧を正の値とし、所謂ノーマリーオフ型のスイッチング素子を実現できる。 In a transistor using a silicon semiconductor, an impurity element whose conductivity type can be changed is mainly added to the silicon semiconductor layer in the channel formation region in a small amount to adjust the work function difference between the gate electrode and the semiconductor layer in the channel formation region. By controlling the threshold voltage, the threshold voltage is controlled. On the other hand, in a transistor including an oxide semiconductor (in this case, an In—Ga—Zn—O film) in this embodiment, a channel formation region is formed using an In—Ga—Zn—O film containing nitrogen as a gate electrode. The threshold voltage is controlled by adjusting the work function difference. Specifically, a so-called normally-off type switching element can be realized by setting the threshold voltage to a positive value.

なお、窒素を意図的に含ませたIn−Ga−Zn−O膜と窒素を意図的に含ませたものではないIn−Ga−Zn−O膜とは、膜質が大きく異なるものであり、本発明の一態様は、窒素を意図的に含ませたIn−Ga−Zn−O膜の特性を利用するものである。 Note that an In—Ga—Zn—O film intentionally containing nitrogen and an In—Ga—Zn—O film not intentionally containing nitrogen have greatly different film qualities. One embodiment of the present invention utilizes the characteristics of an In—Ga—Zn—O film intentionally containing nitrogen.

図10は、石英基板上に窒素を含むIn−Ga−Zn−O膜を基板温度200℃および400℃で成膜を行った膜厚300nmのサンプルと、該サンプルを窒素雰囲気下450℃、1時間の加熱処理を行ったサンプルのホール効果測定(ホール効果測定装置:ResiTest8300シリーズ、(株)東陽テクニカ製を使用)を行った結果である。図10に示すグラフの縦軸はキャリア濃度を示し、横軸は成膜ガス全体に対する窒素ガスの割合を示している。成膜ガス全体に対する窒素ガスの割合が多くなるにつれて、キャリア濃度が増加し、加熱処理することによってもキャリア濃度が増加する傾向が図10から読み取れる。この結果は、窒素を含むIn−Ga−Zn−O膜におけるキャリアが電子であることを示しており、窒素を含むIn−Ga−Zn−O膜のキャリアタイプはn型であると判別できる。 FIG. 10 shows a sample with a thickness of 300 nm obtained by forming an In—Ga—Zn—O film containing nitrogen over a quartz substrate at substrate temperatures of 200 ° C. and 400 ° C., and the sample at 450 ° C. in a nitrogen atmosphere. It is the result of having performed the Hall effect measurement (Hall effect measuring device: ResiTest8300 series, Toyo Technica Co., Ltd. use) of the sample which performed the heat processing for time. The vertical axis of the graph shown in FIG. 10 indicates the carrier concentration, and the horizontal axis indicates the ratio of nitrogen gas to the entire deposition gas. As the ratio of nitrogen gas to the entire deposition gas increases, the carrier concentration increases, and it can be seen from FIG. 10 that the carrier concentration tends to increase also by heat treatment. This result indicates that the carrier in the In—Ga—Zn—O film containing nitrogen is an electron, and the carrier type of the In—Ga—Zn—O film containing nitrogen can be determined to be n-type.

このように、In−Ga−Zn−O膜に意図的に窒素を含ませることによりキャリア濃度を高くすることができ、導電層として使用することができるようになる。また、上述したように、In−Ga−Zn−O膜に意図的に窒素を含ませることにより仕事関数を5eV以上とすることができ、ゲート電極として用いることで、しきい値電圧の制御をすることもできる。 In this manner, by intentionally including nitrogen in the In—Ga—Zn—O film, the carrier concentration can be increased and the In—Ga—Zn—O film can be used as a conductive layer. In addition, as described above, the work function can be set to 5 eV or more by intentionally including nitrogen in the In—Ga—Zn—O film, and the threshold voltage can be controlled by using the In—Ga—Zn—O film as a gate electrode. You can also

また、成膜条件を基板温度400℃、窒素ガス流量40sccmとして石英基板上に300nmの成膜を行ったサンプルと、成膜条件を基板温度400℃、酸素ガス流量40sccmとして石英基板上に300nmの成膜を行ったサンプルと、をそれぞれOUT OF PLANEでXRD測定を行った結果を図11(A)及び図1(B)に示す。窒素を含むIn−Ga−Zn−O膜は、成膜直後で結晶性が高く、図11(A)に示すように鋭いピークが確認できる。また、酸素ガスのみで成膜したIn−Ga−Zn−O膜は、窒素を含むIn−Ga−Zn−O膜に比べて結晶性が低いことが分かる。このように成膜直後でIn−Ga−Zn−O膜と窒素を含むIn−Ga−Zn−O膜は、大きく膜質が異なっている。 In addition, a sample was formed on a quartz substrate at a substrate temperature of 400 ° C. and a nitrogen gas flow rate of 40 sccm, and a film was formed on a quartz substrate at a substrate temperature of 400 ° C. and an oxygen gas flow rate of 40 sccm. FIGS. 11A and 1B show the results of XRD measurement performed on each of the samples on which the film was formed by OUT OF PLANE. The In—Ga—Zn—O film containing nitrogen has high crystallinity immediately after deposition, and a sharp peak can be confirmed as shown in FIG. In addition, it can be seen that an In—Ga—Zn—O film formed only with oxygen gas has lower crystallinity than an In—Ga—Zn—O film containing nitrogen. As described above, the In—Ga—Zn—O film and the In—Ga—Zn—O film containing nitrogen are greatly different in film quality immediately after film formation.

なお、図1において、ゲート電極層112は、積層されたそれぞれの導電層の端面が連続して斜面を形成するように例示してあるが、図12に示すように、積層されたそれぞれの導電層の端面が連続せず、段差を形成するようにしても良い。この場合、ゲート絶縁層と接する側の導電層の幅を広く、ゲート絶縁層の接しない側の導電層の幅を狭く形成する。このゲート電極層の形状は、他の実施の形態に示す図1とは異なる構造のトランジスタについても適用することができる。 In FIG. 1, the gate electrode layer 112 is illustrated such that the end surfaces of the stacked conductive layers continuously form slopes, but as shown in FIG. 12, the stacked conductive layers are illustrated. The end face of the layer may not be continuous, and a step may be formed. In this case, the width of the conductive layer on the side in contact with the gate insulating layer is wide, and the width of the conductive layer on the side not in contact with the gate insulating layer is narrow. The shape of this gate electrode layer can also be applied to a transistor having a structure different from that in FIGS.

保護膜110a及び保護膜110bは、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化ガリウム亜鉛、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、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、窒化酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、又はこれらの混合材料を用いて単層で、または積層して形成することができる。なお、本実施の形態では保護膜110a、及び保護膜110bの2層構造とする例を示したが、単層構造としてもよい。 The protective film 110a and the protective film 110b are formed using silicon oxide, silicon nitride, gallium oxide, gallium zinc oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, aluminum oxide, aluminum nitride, aluminum oxynitride, aluminum nitride oxide, hafnium oxide, or these A single layer or stacked layers can be formed using a mixed material. Note that although an example in which the protective film 110a and the protective film 110b have a two-layer structure is described in this embodiment, a single-layer structure may be used.

以下、図2(A)乃至図2(E)を用い、基板上に本発明の一態様であるトランジスタを作製する工程を説明する。 2A to 2E, a process for manufacturing a transistor which is one embodiment of the present invention over a substrate will be described below.

まず、基板100上に下地膜101を形成する(図2(A)参照)。 First, the base film 101 is formed over the substrate 100 (see FIG. 2A).

基板100は、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスなどのガラス材料を用いる。大量生産する上では、基板100は第8世代(2160mm×2460mm)、第9世代(2400mm×2800mm、または2450mm×3050mm)、第10世代(2950mm×3400mm)等のマザーガラスを用いることが好ましい。マザーガラスは、処理温度が高く、処理時間が長いと大幅に収縮するため、マザーガラスを使用して大量生産を行う場合、作製工程の加熱処理は、600℃以下、好ましくは450℃以下とすることが望ましい。 For the substrate 100, a glass material such as aluminosilicate glass, aluminoborosilicate glass, or barium borosilicate glass is used. For mass production, it is preferable to use a mother glass of the eighth generation (2160 mm × 2460 mm), the ninth generation (2400 mm × 2800 mm, or 2450 mm × 3050 mm), the tenth generation (2950 mm × 3400 mm), or the like. Since the mother glass has a high processing temperature and contracts significantly when the processing time is long, when mass production is performed using the mother glass, the heat treatment in the manufacturing process is 600 ° C. or lower, preferably 450 ° C. or lower. It is desirable.

下地膜101は、スパッタ法を用いて50nm以上600nm以下の膜厚で、酸化ガリウム亜鉛(Ga−Zn−O)膜を形成する。例えば、ガリウム、及び亜鉛を含む金属酸化物、代表的には酸化ガリウム亜鉛(Ga:ZnO=1:1、または5:1[mol数比])を成膜用のターゲットとし、アルゴンなどの希ガス、希ガス及び酸素、または酸素を用いて該ターゲットをスパッタすることにより酸化ガリウム亜鉛膜を形成することができる。 As the base film 101, a gallium zinc oxide (Ga—Zn—O) film with a thickness of 50 nm to 600 nm is formed by a sputtering method. For example, a metal oxide containing gallium and zinc, typically gallium zinc oxide (Ga 2 O 3 : ZnO = 1: 1 or 5: 1 [molar ratio]) is used as a deposition target, and argon is used. A gallium zinc oxide film can be formed by sputtering the target with a rare gas such as a rare gas, a rare gas and oxygen, or oxygen.

下地膜101は、膜中(バルク中)に少なくとも化学量論比を超える量の酸素が存在することが好ましい。下地膜101の膜厚を厚くすることで、後に行われる加熱処理における下地膜101の酸素放出量を増加させることができると共に、その増加によって下地膜101及び後に形成される酸化物半導体膜との界面における欠陥を低減することができる。 The base film 101 preferably includes oxygen in the film (in the bulk) at least in an amount exceeding the stoichiometric ratio. By increasing the thickness of the base film 101, the amount of oxygen released from the base film 101 in heat treatment performed later can be increased, and the increase in the thickness of the base film 101 and the oxide semiconductor film formed later can be increased. Defects at the interface can be reduced.

なお、下地膜101には、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、または酸化ハフニウムなどの絶縁膜を用いることもできる。 Note that the base film 101 can be formed using an insulating film such as silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, aluminum oxide, gallium oxide, aluminum oxynitride, aluminum nitride oxide, or hafnium oxide.

また、アルカリ金属などの不純物を含むガラス基板を用いる場合、半導体層やゲート絶縁層へのアルカリ金属の侵入防止のため、下地膜101と基板100との間に窒化物絶縁層を設けても良い。該窒化物絶縁層としては、窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜などがあり、PCVD法またはスパッタ法で形成することができる。リチウム(Li)やナトリウム(Na)などのアルカリ金属は、トランジスタ特性を劣化させる要因となるため、基板100から侵入させないようにすることが好ましい。 In the case of using a glass substrate containing an impurity such as an alkali metal, a nitride insulating layer may be provided between the base film 101 and the substrate 100 in order to prevent alkali metal from entering the semiconductor layer and the gate insulating layer. . Examples of the nitride insulating layer include a silicon nitride film and an aluminum nitride film, which can be formed by PCVD or sputtering. Since alkali metals such as lithium (Li) and sodium (Na) cause deterioration in transistor characteristics, it is preferable not to enter from the substrate 100.

次いで、下地膜101上に酸化物半導体膜108をスパッタ法により形成する(図2(B)参照)。酸化物半導体膜108は、成膜用ターゲットにIn−Ga−Zn−O系金属酸化物(In:Ga:ZnO=1:1:1または1:1:2[mol数比])を用いて、基板とターゲットの間との距離を170mm、基板温度200℃以上450℃以下、圧力0.4Pa、直流(DC)電力0.5kW(カソードサイズ12インチφ)とし、スパッタガスに酸素のみ、または希ガス及び酸素を用いて形成することができる。該希ガスとしては、代表的にはアルゴンを用いるが、ネオン、クリプトン、またはキセノンを用いても良い。 Next, the oxide semiconductor film 108 is formed over the base film 101 by a sputtering method (see FIG. 2B). The oxide semiconductor film 108 is formed using an In—Ga—Zn—O-based metal oxide (In 2 O 3 : Ga 2 O 3 : ZnO = 1: 1: 1 or 1: 1: 2 [mol number] as a deposition target. Ratio]), the distance between the substrate and the target is 170 mm, the substrate temperature is 200 ° C. or more and 450 ° C. or less, the pressure is 0.4 Pa, the direct current (DC) power is 0.5 kW (cathode size 12 inches φ), and sputtering is performed. The gas can be formed using only oxygen or a rare gas and oxygen. As the rare gas, argon is typically used, but neon, krypton, or xenon may be used.

また、酸化物半導体としてIn−Zn−O系の材料を用いる場合、用いるターゲットの組成比は、原子数比で、In:Zn=50:1〜1:2(mol数比に換算するとIn:ZnO=25:1〜1:4)、好ましくはIn:Zn=20:1〜1:1(mol数比に換算するとIn:ZnO=10:1〜1:2)、さらに好ましくはIn:Zn=15:1〜1.5:1(mol数比に換算するとIn:ZnO=15:2〜3:4)とする。例えば、In−Zn系酸化物半導体の形成に用いるターゲットは、原子数比がIn:Zn:O=X:Y:Zのとき、Z>1.5X+Yとする。 In the case where an In—Zn—O-based material is used as the oxide semiconductor, the composition ratio of the target to be used is an atomic ratio, and In: Zn = 50: 1 to 1: 2 (when converted to a molar ratio, In 2 O 3 : ZnO = 25: 1 to 1: 4), preferably In: Zn = 20: 1 to 1: 1 (In 2 O 3 : ZnO = 10: 1 to 1: 2 in terms of mol number ratio), More preferably, In: Zn = 15: 1 to 1.5: 1 (in 2 O 3 : ZnO = 15: 2 to 3: 4 in terms of mol number ratio). For example, a target used for forming an In—Zn-based oxide semiconductor satisfies Z> 1.5X + Y when the atomic ratio is In: Zn: O = X: Y: Z.

また、In−Sn−Zn系酸化物の形成には、In:Sn:Znが原子数比で、1:2:2、2:1:3、1:1:1、または20:45:35などとなる酸化物ターゲットを用いる。 In addition, for the formation of an In—Sn—Zn-based oxide, In: Sn: Zn is an atomic ratio of 1: 2: 2, 2: 1: 3, 1: 1: 1, or 20:45:35. An oxide target is used.

ここで、スパッタガスの全流量に対する酸素流量の割合は、90%以上100%以下、好ましくは95%以上100%以下、更に好ましくは100%とする。スパッタガスの全流量に対する酸素流量の割合を高めることで、酸素過剰のIn−Ga−Zn−O膜を形成することができ、酸素欠損の起こりにくい膜とすることができる。 Here, the ratio of the oxygen flow rate to the total flow rate of the sputtering gas is 90% to 100%, preferably 95% to 100%, and more preferably 100%. By increasing the ratio of the oxygen flow rate to the total flow rate of the sputtering gas, an oxygen-excess In—Ga—Zn—O film can be formed, and a film in which oxygen vacancies are unlikely to occur can be obtained.

また、上記スパッタガスには、水素、水、水酸基または水素化物などの不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。なお、酸化物半導体膜108を成膜する処理室の圧力を0.4Pa以下とすることで、酸化物半導体膜108の表面及び膜中への、アルカリ金属、水素等の不純物の混入を低減することができる。また、酸化物半導体膜108を成膜する処理室のリークレートを1×10−10Pa・m/秒以下とすることで、成膜途中における酸化物半導体膜108への、アルカリ金属、水素、水、水酸基または水素化物等の不純物の混入を低減することができる。また、排気系として吸着型の真空ポンプを用いることで、排気系からアルカリ金属、水素、水、水酸基または水素化物等の不純物の逆流を低減することができる。 Further, it is preferable to use a high-purity gas from which impurities such as hydrogen, water, a hydroxyl group, or a hydride are removed as the sputtering gas. Note that when the pressure in the treatment chamber in which the oxide semiconductor film 108 is formed is 0.4 Pa or less, contamination of impurities such as alkali metal and hydrogen into the surface of the oxide semiconductor film 108 and the film is reduced. be able to. In addition, by setting the leak rate of the treatment chamber in which the oxide semiconductor film 108 is formed to 1 × 10 −10 Pa · m 3 / second or less, alkali metal, hydrogen, Incorporation of impurities such as water, hydroxyl group or hydride can be reduced. Further, by using an adsorption-type vacuum pump as an exhaust system, backflow of impurities such as alkali metal, hydrogen, water, hydroxyl group, or hydride from the exhaust system can be reduced.

また、酸化物半導体膜108を成膜するためのターゲットの純度を、99.99%以上とすることで、酸化物半導体膜108に混入するアルカリ金属、水素、水、水酸基または水素化物等を低減することができる。また、当該ターゲットを用いることで、酸化物半導体膜108において、リチウムの濃度を5×1015/cm以下、好ましくは1×1015/cm以下、ナトリウムの濃度を5×1016/cm以下、好ましくは1×1016/cm以下、さらに好ましくは1×1015/cm以下、カリウムの濃度を5×1015/cm以下、好ましくは1×1015/cm以下とすることができる。 In addition, by setting the purity of the target for forming the oxide semiconductor film 108 to 99.99% or more, alkali metal, hydrogen, water, a hydroxyl group, hydride, or the like mixed in the oxide semiconductor film 108 is reduced. can do. Further, by using the target, the oxide semiconductor film 108 has a lithium concentration of 5 × 10 15 / cm 3 or less, preferably 1 × 10 15 / cm 3 or less, and a sodium concentration of 5 × 10 16 / cm 3 or less. 3 or less, preferably 1 × 10 16 / cm 3 or less, more preferably 1 × 10 15 / cm 3 or less, and the concentration of potassium is 5 × 10 15 / cm 3 or less, preferably 1 × 10 15 / cm 3 or less. can do.

アルカリ金属、及びアルカリ土類金属は結晶性酸化物半導体膜にとっては悪性の不純物であり、少ないほうがよい。特にアルカリ金属のうち、ナトリウムは酸化物半導体に接する酸化物絶縁層に拡散し、Naとなる。また、酸化物半導体内において、金属と酸素の結合を分断し、あるいは結合中に割り込む。その結果、トランジスタ特性の劣化、例えば、ノーマリーオン化(しきい値電圧の負へのシフト)や、移動度の低下等をもたらす。加えて、特性のばらつきの原因ともなる。このような問題は、特に酸化物半導体膜中の水素の濃度が十分に低い場合において顕著となる。したがって、結晶性酸化物半導体膜中の水素の濃度が5×1019/cm以下、特に5×1018/cm以下である場合には、アルカリ金属の濃度を上記の値にすることが強く求められる。 Alkali metal and alkaline earth metal are malignant impurities for the crystalline oxide semiconductor film, and it is better that they are less. In particular, among alkali metals, sodium diffuses into the oxide insulating layer in contact with the oxide semiconductor and becomes Na + . Further, in the oxide semiconductor, the bond between the metal and oxygen is broken or interrupted. As a result, the transistor characteristics are deteriorated, for example, normally-on (shift of the threshold voltage to negative), the mobility is lowered, and the like. In addition, it causes variation in characteristics. Such a problem becomes prominent particularly when the concentration of hydrogen in the oxide semiconductor film is sufficiently low. Therefore, when the concentration of hydrogen in the crystalline oxide semiconductor film is 5 × 10 19 / cm 3 or less, particularly 5 × 10 18 / cm 3 or less, the alkali metal concentration can be set to the above value. It is strongly demanded.

以上の条件により、酸化物半導体膜を形成することで、アルカリ金属の濃度が5×1016atoms/cm以下、水素の濃度が1×1019atoms/cm以下とした、不純物を極めて低減した酸素過剰な状態の酸化物半導体膜108を形成することができる。 By forming an oxide semiconductor film under the above conditions, the concentration of alkali metal is 5 × 10 16 atoms / cm 3 or less and the concentration of hydrogen is 1 × 10 19 atoms / cm 3 or less. Thus, the oxygen-excess oxide semiconductor film 108 can be formed.

なお、こうして得られた酸化物半導体膜108は、単結晶、多結晶(ポリクリスタルともいう。)または非晶質などの状態をとる。 Note that the oxide semiconductor film 108 thus obtained is in a single crystal state, a polycrystalline (also referred to as polycrystal) state, an amorphous state, or the like.

好ましくは、酸化物半導体膜は、CAAC−OS(C Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor)膜とする。 Preferably, the oxide semiconductor film is a CAAC-OS (C Axis Crystallized Oxide Semiconductor) film.

CAAC−OS膜は、完全な単結晶ではなく、完全な非晶質でもない。CAAC−OS膜は、非晶質相に結晶部を有する結晶−非晶質混相構造の酸化物半導体膜である。なお、当該結晶部は、一辺が100nm未満の立方体内に収まる大きさであることが多い。また、透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)による観察像では、CAAC−OS膜に含まれる非晶質部と結晶部との境界は明確ではない。また、TEMによってCAAC−OS膜には粒界(グレインバウンダリーともいう。)は確認できない。そのため、CAAC−OS膜は、粒界に起因する電子移動度の低下が抑制される。 The CAAC-OS film is not completely single crystal nor completely amorphous. The CAAC-OS film is an oxide semiconductor film with a crystal-amorphous mixed phase structure where crystal parts are included in an amorphous phase. Note that the crystal part is often large enough to fit in a cube whose one side is less than 100 nm. Further, in the observation image obtained by a transmission electron microscope (TEM), the boundary between the amorphous part and the crystal part included in the CAAC-OS film is not clear. Further, a grain boundary (also referred to as a grain boundary) cannot be confirmed in the CAAC-OS film by TEM. Therefore, in the CAAC-OS film, reduction in electron mobility due to grain boundaries is suppressed.

CAAC−OS膜に含まれる結晶部は、c軸がCAAC−OS膜の被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向に揃い、かつab面に垂直な方向から見て三角形状または六角形状の原子配列を有し、c軸に垂直な方向から見て金属原子が層状または金属原子と酸素原子とが層状に配列している。なお、異なる結晶部間で、それぞれa軸およびb軸の向きが異なっていてもよい。本明細書において、単に垂直と記載する場合、85°以上95°以下の範囲も含まれることとする。また、単に平行と記載する場合、−5°以上5°以下の範囲も含まれることとする。 In the crystal part included in the CAAC-OS film, the c-axis is aligned in a direction parallel to the normal vector of the formation surface of the CAAC-OS film or the normal vector of the surface, and triangular when viewed from the direction perpendicular to the ab plane. It has a shape or hexagonal atomic arrangement, and metal atoms are arranged in layers or metal atoms and oxygen atoms are arranged in layers as viewed from the direction perpendicular to the c-axis. Note that the directions of the a-axis and the b-axis may be different between different crystal parts. In this specification, a simple term “perpendicular” includes a range from 85 ° to 95 °. In addition, a simple term “parallel” includes a range from −5 ° to 5 °.

なお、CAAC−OS膜において、結晶部の分布が一様でなくてもよい。例えば、CAAC−OS膜の形成過程において、酸化物半導体膜の表面側から結晶成長させる場合、被形成面の近傍に対し表面の近傍では結晶部の占める割合が高くなることがある。また、CAAC−OS膜へ不純物を添加することにより、当該不純物添加領域において結晶部が非晶質化することもある。 Note that the distribution of crystal parts in the CAAC-OS film is not necessarily uniform. For example, in the formation process of the CAAC-OS film, when crystal growth is performed from the surface side of the oxide semiconductor film, the ratio of crystal parts in the vicinity of the surface of the oxide semiconductor film is higher in the vicinity of the surface. In addition, when an impurity is added to the CAAC-OS film, the crystal part in a region to which the impurity is added becomes amorphous in some cases.

CAAC−OS膜に含まれる結晶部のc軸は、CAAC−OS膜の被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向に揃うため、CAAC−OS膜の形状(被形成面の断面形状または表面の断面形状)によっては互いに異なる方向を向くことがある。なお、結晶部のc軸の方向は、CAAC−OS膜が形成されたときの被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向となる。結晶部は、成膜することにより、または成膜後に加熱処理などの結晶化処理を行うことにより形成される。 Since the c-axis of the crystal part included in the CAAC-OS film is aligned in a direction parallel to the normal vector of the formation surface of the CAAC-OS film or the normal vector of the surface, the shape of the CAAC-OS film (formation surface) Depending on the cross-sectional shape of the surface or the cross-sectional shape of the surface). Note that the c-axis direction of the crystal part is parallel to the normal vector of the surface where the CAAC-OS film is formed or the normal vector of the surface. The crystal part is formed by film formation or by performing crystallization treatment such as heat treatment after film formation.

CAAC−OS膜を用いたトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気特性の変動を低減することが可能である。よって、当該トランジスタは、信頼性が高い。 A transistor including a CAAC-OS film can reduce variation in electrical characteristics due to irradiation with visible light or ultraviolet light. Therefore, the transistor has high reliability.

なお、酸化物半導体膜を構成する酸素の一部は窒素で置換されてもよい。 Note that part of oxygen included in the oxide semiconductor film may be replaced with nitrogen.

CAAC−OS膜は、その組成などに応じて、導体であったり、半導体であったり、絶縁体であったりする。また、その組成などに応じて、可視光に対して透明であったり不透明であったりする。 The CAAC-OS film is a conductor, a semiconductor, or an insulator depending on its composition or the like. Further, it is transparent or opaque to visible light depending on its composition.

このようなCAAC−OS膜の例として、膜状に形成され、膜表面または支持する基板面に垂直な方向から観察すると三角形または六角形の原子配列が認められ、かつその膜断面を観察すると金属原子または金属原子および酸素原子(または窒素原子)の層状配列が認められる結晶を挙げることもできる。 As an example of such a CAAC-OS film, a triangular or hexagonal atomic arrangement is observed when observed from a direction perpendicular to the film surface or the supporting substrate surface, and a metal cross section when the film cross section is observed. Mention may also be made of crystals in which a layered arrangement of atoms or metal atoms and oxygen atoms (or nitrogen atoms) is observed.

CAAC−OS膜に含まれる結晶構造の一例について図13乃至図15を用いて詳細に説明する。なお、特に断りがない限り、図13乃至図15は上方向をc軸方向とし、c軸方向と直交する面をab面とする。なお、単に上半分、下半分という場合、ab面を境にした場合の上半分、下半分をいう。また、図13において、丸で囲まれたOは4配位のOを示し、二重丸で囲まれたOは3配位のOを示す。 An example of a crystal structure included in the CAAC-OS film will be described in detail with reference to FIGS. Unless otherwise specified, in FIGS. 13 to 15, the upward direction is the c-axis direction, and the plane orthogonal to the c-axis direction is the ab plane. Note that the upper half and the lower half simply refer to the upper half and the lower half when the ab surface is used as a boundary. In FIG. 13, O surrounded by a circle represents tetracoordinate O and O surrounded by a double circle represents tricoordinate O.

図13(A)に、1個の6配位のInと、Inに近接の6個の4配位の酸素原子(以下4配位のO)と、を有する構造を示す。ここでは、金属原子が1個に対して、近接の酸素原子のみ示した構造を小グループと呼ぶ。図13(A)の構造は、八面体構造をとるが、簡単のため平面構造で示している。なお、図13(A)の上半分および下半分にはそれぞれ3個ずつ4配位のOがある。図13(A)に示す小グループは電荷が0である。 FIG. 13A illustrates a structure including one hexacoordinate In and six tetracoordinate oxygen atoms adjacent to In (hereinafter, tetracoordinate O). Here, a structure in which only one oxygen atom is adjacent to one metal atom is referred to as a small group. The structure in FIG. 13A has an octahedral structure, but is illustrated as a planar structure for simplicity. Note that three tetracoordinate O atoms exist in each of an upper half and a lower half in FIG. In the small group illustrated in FIG. 13A, electric charge is 0.

図13(B)に、1個の5配位のGaと、Gaに近接の3個の3配位の酸素原子(以下3配位のO)と、Gaに近接の2個の4配位のOと、を有する構造を示す。3配位のOは、いずれもab面に存在する。図13(B)の上半分および下半分にはそれぞれ1個ずつ4配位のOがある。また、Inも5配位をとるため、図13(B)に示す構造をとりうる。図13(B)に示す小グループは電荷が0である。 FIG. 13B illustrates one pentacoordinate Ga, three tricoordinate oxygen atoms adjacent to Ga (hereinafter, tricoordinate O), and two tetracoordinates close to Ga. And a structure having O. All tricoordinate O atoms are present on the ab plane. One tetracoordinate O atom exists in each of an upper half and a lower half in FIG. In addition, since In also has five coordination, the structure illustrated in FIG. 13B can be employed. In the small group illustrated in FIG. 13B, electric charge is 0.

図13(C)に、1個の4配位のZnと、Znに近接の4個の4配位のOと、を有する構造を示す。図13(C)の上半分には1個の4配位のOがあり、下半分には3個の4配位のOがある。または、図13(C)の上半分に3個の4配位のOがあり、下半分に1個の4配位のOがあってもよい。図13(C)に示す小グループは電荷が0である。 FIG. 13C illustrates a structure including one tetracoordinate Zn and four tetracoordinate O adjacent to Zn. In FIG. 13C, there is one tetracoordinate O in the upper half and three tetracoordinate O in the lower half. Alternatively, three tetracoordinate O atoms may exist in the upper half of FIG. 13C and one tetracoordinate O atom may exist in the lower half. In the small group illustrated in FIG. 13C, electric charge is 0.

図13(D)に、1個の6配位のSnと、Snに近接の6個の4配位のOと、を有する構造を示す。図13(D)の上半分には3個の4配位のOがあり、下半分には3個の4配位のOがある。図13(D)に示す小グループは電荷が+1となる。 FIG. 13D illustrates a structure including one hexacoordinate Sn and six tetracoordinate O adjacent to Sn. In FIG. 13D, there are three tetracoordinate O atoms in the upper half and three tetracoordinate O atoms in the lower half. In the small group illustrated in FIG. 13D, electric charge is +1.

図13(E)に、2個のZnを含む小グループを示す。図13(E)の上半分には1個の4配位のOがあり、下半分には1個の4配位のOがある。図13(E)に示す小グループは電荷が−1となる。 FIG. 13E illustrates a small group including two Zn atoms. In FIG. 13E, one tetracoordinate O atom exists in the upper half and one tetracoordinate O atom exists in the lower half. In the small group illustrated in FIG. 13E, electric charge is -1.

ここでは、複数の小グループの集合体を中グループと呼び、複数の中グループの集合体を大グループ(ユニットセルともいう。)と呼ぶ。 Here, an aggregate of a plurality of small groups is referred to as a medium group, and an aggregate of a plurality of medium groups is referred to as a large group (also referred to as a unit cell).

ここで、これらの小グループ同士が結合する規則について説明する。図13(A)に示す6配位のInの上半分の3個のOは、下方向にそれぞれ3個の近接Inを有し、下半分の3個のOは、上方向にそれぞれ3個の近接Inを有する。図13(B)に示す5配位のGaの上半分の1個のOは、下方向に1個の近接Gaを有し、下半分の1個のOは、上方向に1個の近接Gaを有する。図13(C)に示す4配位のZnの上半分の1個のOは、下方向に1個の近接Znを有し、下半分の3個のOは、上方向にそれぞれ3個の近接Znを有する。このように、金属原子の上方向に近接する4配位のOの数と、そのOの下方向にある近接金属原子の数は等しく、同様に金属原子の下方向に近接する4配位のOの数と、そのOの上方向にある近接金属原子の数は等しい。小グループ同士の結合に寄与するOは4配位なので、Oの下方向にある近接金属原子の数と、Oの上方向にある近接金属原子の数の和は4になる。したがって金属原子の上方向にある4配位のOの数と、別の金属原子の下方向にある4配位のOの数との和が4個のとき、金属原子を有する二種の小グループ同士は結合することができる。例えば、6配位の金属原子(InまたはSn)が下半分の4配位のOを介して結合する場合、4配位のOが3個であるため、5配位の金属原子(GaまたはIn)、または4配位の金属原子(Zn)のいずれかと結合することになる。 Here, a rule for combining these small groups will be described. The three Os in the upper half of 6-coordinate In shown in FIG. 13A each have three adjacent Ins in the lower direction, and the three Os in the lower half each have three in the upper direction. Of adjacent In. One O in the upper half of the five-coordinate Ga shown in FIG. 13B has one adjacent Ga in the lower direction, and one O in the lower half has one adjacent in the upper direction. Ga is included. One O in the upper half of the tetracoordinate Zn shown in FIG. 13C has one adjacent Zn in the lower direction, and the three Os in the lower half each have three in the upper direction. It has neighboring Zn. Thus, the number of tetracoordinate O atoms close to the upper direction of the metal atom is equal to the number of adjacent metal atoms in the lower direction of the O, and the number of tetracoordinate atoms adjacent to the lower direction of the metal atom is the same. The number of O is equal to the number of adjacent metal atoms above the O. Since O which contributes to the bond between the small groups is tetracoordinate, the sum of the number of adjacent metal atoms below O and the number of adjacent metal atoms above O is 4. Therefore, when the sum of the number of tetracoordinate O atoms in the upward direction of a metal atom and the number of tetracoordinate O atoms in the downward direction of another metal atom is four, Groups can be joined together. For example, in the case where a hexacoordinate metal atom (In or Sn) is bonded via tetracoordinate O in the lower half, since there are three tetracoordinate O atoms, a pentacoordinate metal atom (Ga or In) or a tetracoordinate metal atom (Zn).

これらの配位数を有する金属原子は、c軸方向において、4配位のOを介して結合する。また、このほかにも、層構造の合計の電荷が0となるように複数の小グループが結合して中グループを構成する。 The metal atoms having these coordination numbers are bonded via tetracoordinate O in the c-axis direction. In addition, a plurality of small groups are combined to form a middle group so that the total charge of the layer structure becomes zero.

図14(A)に、In−Sn−Zn−O系の層構造を構成する中グループのモデル図を示す。図14(B)に、3つの中グループで構成される大グループを示す。なお、図14(C)は、図14(B)の層構造をc軸方向から観察した場合の原子配列を示す。 FIG. 14A illustrates a model diagram of a middle group included in an In—Sn—Zn—O-based layer structure. FIG. 14B illustrates a large group including three medium groups. Note that FIG. 14C illustrates an atomic arrangement in the case where the layered structure in FIG. 14B is observed from the c-axis direction.

図14(A)においては、簡単のため、3配位のOは省略し、4配位のOは個数のみ示し、例えば、Snの上半分および下半分にはそれぞれ3個ずつ4配位のOがあることを丸枠の3として示している。同様に、図14(A)において、Inの上半分および下半分にはそれぞれ1個ずつ4配位のOがあり、丸枠の1として示している。また、同様に、図14(A)において、下半分には1個の4配位のOがあり、上半分には3個の4配位のOがあるZnと、上半分には1個の4配位のOがあり、下半分には3個の4配位のOがあるZnとを示している。 In FIG. 14A, for simplicity, tricoordinate O is omitted, and tetracoordinate O is only the number. For example, three tetracoordinates are provided in each of the upper half and the lower half of Sn. The presence of O is shown as 3 in a round frame. Similarly, in FIG. 14A, one tetracoordinate O atom exists in each of the upper half and the lower half of In, which is shown as 1 in a round frame. Similarly, in FIG. 14A, the lower half includes one tetracoordinate O, the upper half includes three tetracoordinate O, and the upper half includes one. In the lower half, Zn having three tetracoordinate O atoms is shown.

図14(A)において、In−Sn−Zn−O系の層構造を構成する中グループは、上から順に4配位のOが3個ずつ上半分および下半分にあるSnが、4配位のOが1個ずつ上半分および下半分にあるInと結合し、そのInが、上半分に3個の4配位のOがあるZnと結合し、そのZnの下半分の1個の4配位のOを介して4配位のOが3個ずつ上半分および下半分にあるInと結合し、そのInが、上半分に1個の4配位のOがあるZn2個からなる小グループと結合し、この小グループの下半分の1個の4配位のOを介して4配位のOが3個ずつ上半分および下半分にあるSnと結合している構成である。この中グループが複数結合して大グループを構成する。 In FIG. 14A, the middle group forming the In—Sn—Zn—O-based layer structure includes three tetracoordinate O atoms in the upper half and the lower half in order from the top. Are bonded to In in the upper and lower halves one by one, and the In is bonded to Zn having three tetracoordinate O atoms in the upper half. A small group consisting of two Zn atoms with four tetracoordinate O atoms in the upper half and the lower half through Coordinate O, and the In is composed of two Zn atoms with one tetracoordinate O atom in the upper half. In this configuration, three tetracoordinate O atoms are bonded to Sn in the upper and lower halves through one tetracoordinate O atom in the lower half of the small group. A plurality of medium groups are combined to form a large group.

ここで、3配位のOおよび4配位のOの場合、結合1本当たりの電荷はそれぞれ−0.667、−0.5と考えることができる。例えば、In(6配位または5配位)、Zn(4配位)、Sn(5配位または6配位)の電荷は、それぞれ+3、+2、+4である。したがって、Snを含む小グループは電荷が+1となる。そのため、Snを含む層構造を形成するためには、電荷+1を打ち消す電荷−1が必要となる。電荷−1をとる構造として、図13(E)に示すように、2個のZnを含む小グループが挙げられる。例えば、Snを含む小グループが1個に対し、2個のZnを含む小グループが1個あれば、電荷が打ち消されるため、層構造の合計の電荷を0とすることができる。 Here, in the case of tricoordinate O and tetracoordinate O, the charges per bond can be considered to be −0.667 and −0.5, respectively. For example, the charges of In (6-coordinate or 5-coordinate), Zn (4-coordinate), and Sn (5-coordinate or 6-coordinate) are +3, +2, and +4, respectively. Therefore, the small group including Sn has a charge of +1. Therefore, in order to form a layer structure including Sn, a charge −1 that cancels the charge +1 is required. As a structure that takes charge −1, as illustrated in FIG. 13E, a small group including two Zn atoms can be given. For example, if there is one small group containing Sn and one small group containing 2 Zn, the charge is canceled out, so the total charge of the layer structure can be zero.

具体的には、図14(B)に示した大グループが繰り返されることで、In−Sn−Zn−O系の結晶(InSnZn)を得ることができる。なお、得られるIn−Sn−Zn−O系の層構造は、InSnZn(ZnO)(mは0または自然数。)とする組成式で表すことができる。 Specifically, when the large group illustrated in FIG. 14B is repeated, an In—Sn—Zn—O-based crystal (In 2 SnZn 3 O 8 ) can be obtained. Note that an In—Sn—Zn—O-based layer structure obtained can be represented by a composition formula, In 2 SnZn 2 O 7 (ZnO) m (m is 0 or a natural number).

また、このほかにも、四元系金属の酸化物であるIn−Sn−Ga−Zn系酸化物や、三元系金属の酸化物であるIn−Ga−Zn系酸化物(IGZOとも表記する。)、In−Al−Zn系酸化物、Sn−Ga−Zn系酸化物、Al−Ga−Zn系酸化物、Sn−Al−Zn系酸化物や、In−Hf−Zn系酸化物、In−La−Zn系酸化物、In−Ce−Zn系酸化物、In−Pr−Zn系酸化物、In−Nd−Zn系酸化物、In−Sm−Zn系酸化物、In−Eu−Zn系酸化物、In−Gd−Zn系酸化物、In−Tb−Zn系酸化物、In−Dy−Zn系酸化物、In−Ho−Zn系酸化物、In−Er−Zn系酸化物、In−Tm−Zn系酸化物、In−Yb−Zn系酸化物、In−Lu−Zn系酸化物や、二元系金属の酸化物であるIn−Zn系酸化物、Sn−Zn系酸化物、Al−Zn系酸化物、Zn−Mg系酸化物、Sn−Mg系酸化物、In−Mg系酸化物や、In−Ga系酸化物などを用いた場合も同様である。 In addition, an In—Sn—Ga—Zn-based oxide, which is an oxide of a quaternary metal, and an In—Ga—Zn-based oxide, which is an oxide of a ternary metal (also referred to as IGZO). In-Al-Zn-based oxide, Sn-Ga-Zn-based oxide, Al-Ga-Zn-based oxide, Sn-Al-Zn-based oxide, In-Hf-Zn-based oxide, In -La-Zn oxide, In-Ce-Zn oxide, In-Pr-Zn oxide, In-Nd-Zn oxide, In-Sm-Zn oxide, In-Eu-Zn oxide Oxide, In-Gd-Zn-based oxide, In-Tb-Zn-based oxide, In-Dy-Zn-based oxide, In-Ho-Zn-based oxide, In-Er-Zn-based oxide, In- Tm-Zn-based oxides, In-Yb-Zn-based oxides, In-Lu-Zn-based oxides, and binary metal acids In-Zn oxides, Sn-Zn oxides, Al-Zn oxides, Zn-Mg oxides, Sn-Mg oxides, In-Mg oxides, In-Ga oxides The same applies when an oxide or the like is used.

例えば、図15(A)に、In−Ga−Zn−O系の層構造を構成する中グループのモデル図を示す。 For example, FIG. 15A illustrates a model diagram of a middle group included in an In—Ga—Zn—O-based layer structure.

図15(A)において、In−Ga−Zn−O系の層構造を構成する中グループは、上から順に4配位のOが3個ずつ上半分および下半分にあるInが、4配位のOが1個上半分にあるZnと結合し、そのZnの下半分の3個の4配位のOを介して、4配位のOが1個ずつ上半分および下半分にあるGaと結合し、そのGaの下半分の1個の4配位のOを介して、4配位のOが3個ずつ上半分および下半分にあるInと結合している構成である。この中グループが複数結合して大グループを構成する。 In FIG. 15A, the middle group that forms the In—Ga—Zn—O-based layer structure has four tetracoordinate O atoms in the upper half and the lower half in order from the top. Is bonded to Zn in the upper half, and through four tetracoordinate O atoms in the lower half of the Zn, Ga in which one tetracoordinate O atom is present in the upper half and the lower half one by one In this structure, three tetracoordinate O atoms are bonded to In in the upper half and the lower half through one tetracoordinate O atom in the lower half of the Ga. A plurality of medium groups are combined to form a large group.

図15(B)に3つの中グループで構成される大グループを示す。なお、図15(C)は、図15(B)の層構造をc軸方向から観察した場合の原子配列を示している。 FIG. 15B illustrates a large group including three medium groups. Note that FIG. 15C illustrates an atomic arrangement in the case where the layered structure in FIG. 15B is observed from the c-axis direction.

ここで、In(6配位または5配位)、Zn(4配位)、Ga(5配位)の電荷は、それぞれ+3、+2、+3であるため、In、ZnおよびGaのいずれかを含む小グループは、電荷が0となる。そのため、これらの小グループの組み合わせであれば中グループの合計の電荷は常に0となる。 Here, charges of In (6-coordinate or 5-coordinate), Zn (4-coordinate), and Ga (5-coordinate) are +3, +2, and +3, respectively. The small group including the charge is 0. Therefore, in the case of a combination of these small groups, the total charge of the medium group is always zero.

また、In−Ga−Zn−O系の層構造を構成する中グループは、図15(A)に示した中グループに限定されず、In、Ga、Znの配列が異なる中グループを組み合わせた大グループも取りうる。 In addition, the middle group included in the In—Ga—Zn—O-based layer structure is not limited to the middle group illustrated in FIG. 15A and is a combination of middle groups having different arrangements of In, Ga, and Zn. Groups can also be taken.

次いで、酸化物半導体膜108の形成後に、水素及び水分をほとんど含まない雰囲気下(窒素雰囲気、酸素雰囲気、乾燥空気雰囲気(例えば、水分については露点−40℃以下、好ましくは露点−60℃以下)など)で第1の加熱処理(温度範囲200℃以上450℃以下)を行ってもよい。この第1の加熱処理は、酸化物半導体膜中からH、OHなどを脱離させる脱水化または脱水素化とも呼ぶことができ、不活性雰囲気下で昇温し、途中で酸素を含む雰囲気に切り替える加熱処理を行う場合や、酸素雰囲気下で加熱処理を行う場合は、加酸化処理とも呼べる。 Next, after the oxide semiconductor film 108 is formed, in an atmosphere containing almost no hydrogen and moisture (for example, a nitrogen atmosphere, an oxygen atmosphere, or a dry air atmosphere (for example, a dew point of −40 ° C. or less, preferably a dew point of −60 ° C. or less) The first heat treatment (temperature range of 200 ° C. to 450 ° C.) may be performed. This first heat treatment can also be referred to as dehydration or dehydrogenation in which H, OH, and the like are desorbed from the oxide semiconductor film, and the temperature is raised in an inert atmosphere, and the atmosphere is changed to an atmosphere containing oxygen. When performing the heat treatment to be switched or when performing the heat treatment in an oxygen atmosphere, it can also be referred to as an oxidization treatment.

次いで、酸化物半導体膜108を加工して島状の酸化物半導体層108aを形成する。酸化物半導体膜108の加工は、所望の形状のマスクを酸化物半導体膜108上に形成した後、酸化物半導体膜108をエッチングすることによって行うことができる。上述のマスクは、フォトリソグラフィなどの方法を用いて形成することができる。または、インクジェット法などの方法を用いてマスクを形成しても良い。 Next, the oxide semiconductor film 108 is processed to form an island-shaped oxide semiconductor layer 108a. The oxide semiconductor film 108 can be processed by forming a mask having a desired shape over the oxide semiconductor film 108 and then etching the oxide semiconductor film 108. The above-described mask can be formed using a method such as photolithography. Alternatively, the mask may be formed using a method such as an inkjet method.

なお、酸化物半導体膜108のエッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでもよい。もちろん、これらを組み合わせて用いてもよい。 Note that the etching of the oxide semiconductor film 108 may be dry etching or wet etching. Of course, these may be used in combination.

次いで、酸化物半導体層108a上に、ソース電極層及びドレイン電極層(これと同じ層で形成される配線を含む)を形成するための導電膜を形成し、該導電膜を加工して、ソース電極層104a及びドレイン電極層104bを形成する(図2(C)参照)。ソース電極層104a及びドレイン電極層104bは、スパッタ法等により、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料、またはこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層で、または積層して形成することができる。 Next, a conductive film for forming a source electrode layer and a drain electrode layer (including a wiring formed using the same layer) is formed over the oxide semiconductor layer 108a, the conductive film is processed, and the source The electrode layer 104a and the drain electrode layer 104b are formed (see FIG. 2C). The source electrode layer 104a and the drain electrode layer 104b are formed by a sputtering method or the like using a metal material such as molybdenum, titanium, tantalum, tungsten, aluminum, copper, neodymium, or scandium, or an alloy material containing these as a main component. It can be formed in layers or stacked.

次いで、酸化物半導体層108aの一部と接し、かつ、ソース電極層104a及びドレイン電極層104bを覆うようにゲート絶縁層102を形成する(図2(D)参照)。ゲート絶縁層102には、下地膜101と同様の材料を用いることができる。本実施の形態では、ゲート絶縁層102として、下地膜101と同じ酸化ガリウム亜鉛を用い、膜厚は10nm以上200nm以下とする。 Next, the gate insulating layer 102 is formed so as to be in contact with part of the oxide semiconductor layer 108a and cover the source electrode layer 104a and the drain electrode layer 104b (see FIG. 2D). A material similar to that of the base film 101 can be used for the gate insulating layer 102. In this embodiment, gallium zinc oxide which is the same as the base film 101 is used as the gate insulating layer 102, and the thickness thereof is 10 nm to 200 nm.

ここで、ゲート絶縁層102の形成後に第2の加熱処理を行っても良い。第2の加熱処理の条件は、不活性雰囲気、酸素雰囲気、または酸素と窒素の混合雰囲気下で、200℃以上400℃以下とする。また、第2の加熱処理の加熱時間は1分以上24時間以下とする。第2の加熱処理によって、ゲート絶縁層102から酸化物半導体層108aへの酸素供給が行われ、酸素欠損が補填される。その結果、トランジスタのしきい値電圧の経時変化を小さくすることができる。 Here, second heat treatment may be performed after the gate insulating layer 102 is formed. The conditions for the second heat treatment are 200 ° C. to 400 ° C. in an inert atmosphere, an oxygen atmosphere, or a mixed atmosphere of oxygen and nitrogen. The heating time for the second heat treatment is 1 minute to 24 hours. By the second heat treatment, oxygen is supplied from the gate insulating layer 102 to the oxide semiconductor layer 108a, so that oxygen vacancies are filled. As a result, the change with time of the threshold voltage of the transistor can be reduced.

次いで、ゲート絶縁層102上にゲート電極層となる導電膜の積層を形成する。本実施の形態において、該導電膜の積層の一つに、窒素を含むIn−Ga−Zn−O膜を用いる。成膜条件は、In:Ga:ZnO=2:2:1[mol数比]の酸化物ターゲット(三井金属製)を用い、基板とターゲットの間の距離(T−S距離とも呼ぶ)を40mm以上300mm以下、圧力0.4Pa以上0.6Pa以下、アルゴンガス流量0sccm以上175sccm以下、窒素ガス流量25sccm以上200sccm以下、直流電力1kW以上5kW以下(カソードサイズ12インチφ)、基板温度80℃以上450℃未満とする。 Next, a conductive film to be a gate electrode layer is formed over the gate insulating layer 102. In this embodiment, an In—Ga—Zn—O film containing nitrogen is used for one of the stacks of the conductive films. As the film formation conditions, an oxide target (made by Mitsui Metals) with In 2 O 3 : Ga 2 O 3 : ZnO = 2: 2: 1 [molar ratio] was used, and the distance between the substrate and the target (TS) 40 mm to 300 mm, pressure 0.4 Pa to 0.6 Pa, argon gas flow rate 0 sccm to 175 sccm, nitrogen gas flow rate 25 sccm to 200 sccm, DC power 1 kW to 5 kW (cathode size 12 inches φ), The substrate temperature is 80 ° C. or higher and lower than 450 ° C.

上記条件において形成した窒素を含むIn−Ga−Zn−O膜は、c軸配向を有する多結晶であり、結晶性が高い。なお、スパッタガスを窒素ガスのみ(流量40sccm)として成膜した場合、単膜での仕事関数が5.6eVの窒素を含むIn−Ga−Zn−O膜を得ることができる。このような窒素を含むIn−Ga−Zn−O膜をゲート電極層に用いることでトランジスタのしきい値電圧を正の値にすることができる。 The In—Ga—Zn—O film containing nitrogen formed under the above conditions is polycrystalline with c-axis alignment and has high crystallinity. Note that in the case where the sputtering gas is formed only with nitrogen gas (flow rate: 40 sccm), an In—Ga—Zn—O film containing nitrogen having a work function of 5.6 eV as a single film can be obtained. By using such an In—Ga—Zn—O film containing nitrogen for the gate electrode layer, the threshold voltage of the transistor can be a positive value.

また、窒素を含むIn−Ga−Zn−O膜は、加熱処理を行うと抵抗が小さくなるため、加熱処理を行ってもよい。ただし、ゲート電極層を他の金属材料などとの積層で形成する場合は、該金属材料が変質しない温度で加熱処理を行う。例えば、積層する材料にアルミニウムを用いる場合は380℃以下、銅を用いる場合は450℃以下で加熱処理を行うことが好ましい。 Further, the heat treatment may be performed on the In—Ga—Zn—O film containing nitrogen because heat resistance is reduced. However, in the case where the gate electrode layer is formed by stacking with another metal material or the like, heat treatment is performed at a temperature at which the metal material does not change. For example, heat treatment is preferably performed at 380 ° C. or lower when aluminum is used as a material to be laminated, and 450 ° C. or lower when copper is used.

なお、積層のゲート電極層を構成する他の導電膜には、低抵抗な導電膜、具体的にはアルミニウム膜や銅膜、またはこれらの膜にチタン(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単数、又は複数組み合わせた合金膜を用いることが好ましい。なお、窒素を含むIn−Ga−Zn−O膜は、ゲート絶縁層と接する側に形成する。 Note that another conductive film included in the stacked gate electrode layer includes a low-resistance conductive film, specifically, an aluminum film or a copper film, or titanium (Ti), tantalum (Ta), or tungsten (including these films). It is preferable to use an alloy film in which one or more elements selected from W), molybdenum (Mo), chromium (Cr), neodymium (Nd), and scandium (Sc) are combined. Note that the In—Ga—Zn—O film containing nitrogen is formed on the side in contact with the gate insulating layer.

また、上記低抵抗の導電層と窒素を含むIn−Ga−Zn−O膜の間に、バリア層として機能する窒化金属膜、例えば窒化チタン、窒化タンタル、窒化タングステン、窒化モリブデン、窒化クロムなどを設けても良い。 Further, a metal nitride film functioning as a barrier layer, for example, titanium nitride, tantalum nitride, tungsten nitride, molybdenum nitride, chromium nitride, or the like is provided between the low-resistance conductive layer and the In—Ga—Zn—O film containing nitrogen. It may be provided.

次いで、フォトリソグラフィ工程、及びエッチング工程によりゲート電極層112を形成する。ゲート電極層112は、ゲート絶縁層102を介して酸化物半導体層108aの一部と重なるように形成する。 Next, the gate electrode layer 112 is formed by a photolithography process and an etching process. The gate electrode layer 112 is formed so as to overlap with part of the oxide semiconductor layer 108a with the gate insulating layer 102 interposed therebetween.

次いで、ゲート電極層112及びゲート絶縁層102を覆う保護膜110a、保護膜110bを形成する(図2(E)参照)。 Next, a protective film 110a and a protective film 110b are formed to cover the gate electrode layer 112 and the gate insulating layer 102 (see FIG. 2E).

保護膜110a及び保護膜110bは、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化ガリウム亜鉛、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、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、窒化酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、またはこれらの混合材料を用いて単層で、または積層して形成することができる。 The protective film 110a and the protective film 110b are formed using silicon oxide, silicon nitride, gallium oxide, gallium zinc oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, aluminum oxide, aluminum nitride, aluminum oxynitride, aluminum nitride oxide, hafnium oxide, or these A single layer or stacked layers can be formed using a mixed material.

本実施の形態では、保護膜110aとしてスパッタ法で得られる300nmの酸化シリコン膜を用い、窒素雰囲気下で250℃、1時間の加熱処理を行う。その後、水分の侵入防止や、アルカリ金属の侵入防止のため、保護膜110bとしてスパッタ法で得られる窒化シリコン膜を形成する。リチウム(Li)やナトリウム(Na)などのアルカリ金属は、不純物であるため含有量を少なくすることが好ましく、酸化物半導体層108a中に2×1016/cm以下、好ましくは、1×1015/cm以下の濃度とする。 In this embodiment, a 300 nm silicon oxide film obtained by a sputtering method is used as the protective film 110a, and heat treatment is performed at 250 ° C. for one hour in a nitrogen atmosphere. Thereafter, a silicon nitride film obtained by a sputtering method is formed as the protective film 110b in order to prevent moisture from entering and alkali metal from entering. Since alkali metals such as lithium (Li) and sodium (Na) are impurities, the content is preferably reduced. The oxide semiconductor layer 108a has a content of 2 × 10 16 / cm 3 or less, preferably 1 × 10. The concentration is 15 / cm 3 or less.

以上の工程でトップゲート型のトランジスタ120が形成される。該トランジスタは、酸素が過剰な酸化物半導体層を有しているとともに、不純物の侵入を抑制できる緻密な酸化ガリウム亜鉛で該酸化膜半導体層を封じた構成となっており、信頼性が高く、安定した電気的特性を有する。 Through the above process, the top-gate transistor 120 is formed. The transistor has an oxide semiconductor layer in which oxygen is excessive, and has a structure in which the oxide film semiconductor layer is sealed with a dense gallium zinc oxide capable of suppressing intrusion of impurities, and has high reliability. Has stable electrical characteristics.

なお、本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わすことができる。 Note that this embodiment can be freely combined with any of the other embodiments.

(実施の形態2)
本実施の形態では、実施の形態1と一部異なる工程例を図3を用いて説明する。なお、図3において、図2と同一の箇所には同じ符号を用い、同じ符号の詳細な説明はここでは省略する。また、本実施の形態におけるトランジスタの各構成要素は、実施の形態1で説明したトランジスタの各構成要素と同じ材料を用いるものとする。
(Embodiment 2)
In this embodiment, an example of a process that is partly different from that in Embodiment 1 is described with reference to FIGS. 3, the same reference numerals are used for the same portions as in FIG. 2, and detailed description of the same reference numerals is omitted here. In addition, each component of the transistor in this embodiment is formed using the same material as each component of the transistor described in Embodiment 1.

図3(D)は、トップゲート型のトランジスタの断面図であり、トランジスタ130は、絶縁表面を有する基板100上において、下地膜101、ソース電極層104a、ドレイン電極層104b、酸化物半導体層108a、ゲート絶縁層102、ゲート電極層112、保護膜110a、保護膜110bを含んだ構成となっている。 FIG. 3D is a cross-sectional view of a top-gate transistor. The transistor 130 includes a base film 101, a source electrode layer 104a, a drain electrode layer 104b, and an oxide semiconductor layer 108a over a substrate 100 having an insulating surface. The gate insulating layer 102, the gate electrode layer 112, the protective film 110a, and the protective film 110b are included.

以下、図3(A)乃至図3(D)を用い、基板上にトランジスタ130を作製する工程を説明する。 Hereinafter, a process for manufacturing the transistor 130 over the substrate will be described with reference to FIGS.

まず、基板100上に下地膜101を形成する。 First, the base film 101 is formed on the substrate 100.

次いで、下地膜101上にソース電極層及びドレイン電極層(これと同じ層で形成される配線を含む)を形成するための導電膜を形成し、当該導電膜を加工して、ソース電極層104aおよびドレイン電極層104bを形成する(図3(A)参照)。 Next, a conductive film for forming a source electrode layer and a drain electrode layer (including a wiring formed using the same layer) is formed over the base film 101, the conductive film is processed, and the source electrode layer 104a Then, the drain electrode layer 104b is formed (see FIG. 3A).

次いで、ソース電極層104a及びドレイン電極層104b上に酸化物半導体膜108を形成する(図3(B)参照)。 Next, the oxide semiconductor film 108 is formed over the source electrode layer 104a and the drain electrode layer 104b (see FIG. 3B).

次いで、必要に応じて加熱処理を行う。加熱処理は、水素及び水分をほとんど含まない雰囲気(窒素雰囲気、酸素雰囲気、乾燥空気雰囲気)下において、200℃以上450℃以下の温度で行う。 Next, heat treatment is performed as necessary. The heat treatment is performed at a temperature of 200 ° C. or higher and 450 ° C. or lower in an atmosphere (a nitrogen atmosphere, an oxygen atmosphere, or a dry air atmosphere) that hardly contains hydrogen and moisture.

次いで、酸化物半導体膜108を加工して島状の酸化物半導体層108aを形成する。なお、酸化物半導体膜108を島状に加工しない構成とすることもできる。 Next, the oxide semiconductor film 108 is processed to form an island-shaped oxide semiconductor layer 108a. Note that the oxide semiconductor film 108 may not be processed into an island shape.

次いで、酸化物半導体層108a上に、ゲート絶縁層102を形成する(図3(C)参照)。 Next, the gate insulating layer 102 is formed over the oxide semiconductor layer 108a (see FIG. 3C).

次いで、ゲート絶縁層102上に導電膜を形成した後、フォトリソグラフィ工程及びエッチング工程により、ゲート電極層112を形成する。ゲート電極層112は、ゲート絶縁層102を介して酸化物半導体層108aの一部と重なるように形成する。 Next, after a conductive film is formed over the gate insulating layer 102, the gate electrode layer 112 is formed by a photolithography process and an etching process. The gate electrode layer 112 is formed so as to overlap with part of the oxide semiconductor layer 108a with the gate insulating layer 102 interposed therebetween.

次いで、ゲート電極層112及びゲート絶縁層102を覆う保護膜110a、保護膜110bを形成する(図3(D)参照)。 Next, a protective film 110a and a protective film 110b are formed to cover the gate electrode layer 112 and the gate insulating layer 102 (see FIG. 3D).

以上の工程でトップゲート型のトランジスタ130が形成される。該トランジスタは、酸素が過剰な酸化物半導体層を有しているとともに、不純物の侵入を抑制できる緻密な酸化ガリウム亜鉛で該酸化膜半導体層を封じた構成となっており、信頼性が高く、安定した電気的特性を有する。 Through the above process, the top-gate transistor 130 is formed. The transistor has an oxide semiconductor layer in which oxygen is excessive, and has a structure in which the oxide film semiconductor layer is sealed with a dense gallium zinc oxide capable of suppressing intrusion of impurities, and has high reliability. Has stable electrical characteristics.

なお、本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わすことができる。
(実施の形態3)
本実施の形態では、実施の形態1と一部異なる工程例を図4を用いて説明する。なお、図4において、図1と同一の箇所には同じ符号を用い、同じ符号の詳細な説明はここでは省略する。また、本実施の形態におけるトランジスタの各構成要素は、別途説明の無い限り、実施の形態1で説明したトランジスタの各構成要素と同じ材料を用いるものとする。
Note that this embodiment can be freely combined with any of the other embodiments.
(Embodiment 3)
In this embodiment, an example of a process that is partly different from that in Embodiment 1 is described with reference to FIGS. 4, the same reference numerals are used for the same portions as in FIG. 1, and detailed description of the same reference numerals is omitted here. In addition, each component of the transistor in this embodiment is formed using the same material as each component of the transistor described in Embodiment 1 unless otherwise described.

図4(F)は、ボトムゲート型のトランジスタ140の断面図であり、トランジスタ140は、絶縁表面を有する基板100上において、下地膜101、ゲート電極層112、ゲート絶縁層102、ソース電極層104a、ドレイン電極層104b、酸化物半導体層108a、保護膜110a、保護膜110bを含んだ構成となっている。 FIG. 4F is a cross-sectional view of the bottom-gate transistor 140. The transistor 140 includes a base film 101, a gate electrode layer 112, a gate insulating layer 102, and a source electrode layer 104a over a substrate 100 having an insulating surface. The drain electrode layer 104b, the oxide semiconductor layer 108a, the protective film 110a, and the protective film 110b are included.

以下、図4(A)乃至図4(F)を用い、基板上にトランジスタ140を作製する工程を説明する。 Hereinafter, a process for manufacturing the transistor 140 over a substrate will be described with reference to FIGS.

まず、基板100上に下地膜101を形成する。 First, the base film 101 is formed on the substrate 100.

次いで、下地膜101上に導電膜を形成した後、フォトリソグラフィ工程及びエッチング工程によりゲート電極層112を形成する(図4(A)参照)。 Next, after a conductive film is formed over the base film 101, the gate electrode layer 112 is formed by a photolithography process and an etching process (see FIG. 4A).

次いで、ゲート電極層112上に、ゲート絶縁層102を形成する(図4(B)参照)。 Next, the gate insulating layer 102 is formed over the gate electrode layer 112 (see FIG. 4B).

次いで、ゲート絶縁層102上にソース電極層及びドレイン電極層(これと同じ層で形成される配線を含む)を形成するための導電膜を形成し、当該導電膜を加工して、ソース電極層104a及びドレイン電極層104bを形成する(図4(C)参照)。 Next, a conductive film for forming a source electrode layer and a drain electrode layer (including a wiring formed using the same layer) is formed over the gate insulating layer 102, the conductive film is processed, and the source electrode layer 104a and a drain electrode layer 104b are formed (see FIG. 4C).

次いで、ソース電極層104a及びドレイン電極層104b上に酸化物半導体膜108を形成する(図4(D)参照)。 Next, the oxide semiconductor film 108 is formed over the source electrode layer 104a and the drain electrode layer 104b (see FIG. 4D).

次いで、必要に応じて加熱処理を行う。加熱処理は、水素及び水分をほとんど含まない雰囲気(窒素雰囲気、酸素雰囲気、乾燥空気雰囲気)下において、200℃以上450℃以下の温度で行う。 Next, heat treatment is performed as necessary. The heat treatment is performed at a temperature of 200 ° C. or higher and 450 ° C. or lower in an atmosphere (a nitrogen atmosphere, an oxygen atmosphere, or a dry air atmosphere) that hardly contains hydrogen and moisture.

次いで、酸化物半導体膜108を加工して島状の酸化物半導体層108aを形成する(図4(E)参照)。 Next, the oxide semiconductor film 108 is processed to form an island-shaped oxide semiconductor layer 108a (see FIG. 4E).

酸化物半導体膜108の加工は、所望の形状のマスクを酸化物半導体膜108上に形成した後、酸化物半導体膜108をエッチングすることによって行うことができる。上述のマスクは、フォトリソグラフィなどの方法を用いて形成することができる。または、インクジェット法などの方法を用いてマスクを形成しても良い。 The oxide semiconductor film 108 can be processed by forming a mask having a desired shape over the oxide semiconductor film 108 and then etching the oxide semiconductor film 108. The above-described mask can be formed using a method such as photolithography. Alternatively, the mask may be formed using a method such as an inkjet method.

なお、酸化物半導体膜108のエッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでもよい。もちろん、これらを組み合わせて用いてもよい。 Note that the etching of the oxide semiconductor film 108 may be dry etching or wet etching. Of course, these may be used in combination.

次いで、酸化物半導体層108a、ソース電極層104a、及びドレイン電極層104bを覆う保護膜110a、保護膜110bを形成する(図4(F)参照)。なお、本実施の形態において保護膜110aには、酸化ガリウム亜鉛を用いる。 Next, a protective film 110a and a protective film 110b are formed to cover the oxide semiconductor layer 108a, the source electrode layer 104a, and the drain electrode layer 104b (see FIG. 4F). Note that in this embodiment, gallium zinc oxide is used for the protective film 110a.

また、保護膜110aの成膜後、または保護膜110bの成膜後には、加熱処理を行うことが好ましい。加熱処理によって、保護膜110aから酸化物半導体層108aへの酸素供給が行われる。加熱処理の条件は、不活性雰囲気、酸素雰囲気、酸素と窒素の混合雰囲気下で、200℃以上400℃以下とする。また、この加熱処理の加熱時間は1分以上24時間以下とする。 In addition, heat treatment is preferably performed after the protective film 110a is formed or after the protective film 110b is formed. By the heat treatment, oxygen is supplied from the protective film 110a to the oxide semiconductor layer 108a. The conditions for the heat treatment are 200 ° C. to 400 ° C. in an inert atmosphere, an oxygen atmosphere, and a mixed atmosphere of oxygen and nitrogen. The heating time for this heat treatment is 1 minute to 24 hours.

以上の工程でボトムゲート型のトランジスタ140が形成される。該トランジスタは、酸素が過剰な酸化物半導体層を有しているとともに、不純物の侵入を抑制できる緻密な酸化ガリウム亜鉛で該酸化膜半導体層を封じた構成となっており、信頼性が高く、安定した電気的特性を有する。 Through the above process, the bottom-gate transistor 140 is formed. The transistor has an oxide semiconductor layer in which oxygen is excessive, and has a structure in which the oxide film semiconductor layer is sealed with a dense gallium zinc oxide capable of suppressing intrusion of impurities, and has high reliability. Has stable electrical characteristics.

なお、本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わすことができる。 Note that this embodiment can be freely combined with any of the other embodiments.

(実施の形態4)
本実施の形態では、実施の形態3と一部異なる工程例を図5を用いて説明する。なお、図5において、図3と同一の箇所には同じ符号を用い、同じ符号の詳細な説明はここでは省略する。また、本実施の形態におけるトランジスタの各構成要素は、別途説明の無い限り、実施の形態1で説明したトランジスタの各構成要素と同じ材料を用いるものとする。
(Embodiment 4)
In this embodiment, an example of a process that is partly different from that in Embodiment 3 will be described with reference to FIGS. 5, the same reference numerals are used for the same portions as those in FIG. 3, and detailed description of the same reference numerals is omitted here. In addition, each component of the transistor in this embodiment is formed using the same material as each component of the transistor described in Embodiment 1 unless otherwise described.

図5(E)は、ボトムゲート型のトランジスタ150の断面図であり、トランジスタ150は、絶縁表面を有する基板100上において、下地膜101、ゲート電極層112、ゲート絶縁層102、酸化物半導体層108a、ソース電極層104a、ドレイン電極層104b、保護膜110a、保護膜110bを含んだ構成となっている。 FIG. 5E is a cross-sectional view of a bottom-gate transistor 150. The transistor 150 includes a base film 101, a gate electrode layer 112, a gate insulating layer 102, and an oxide semiconductor layer over a substrate 100 having an insulating surface. 108a, the source electrode layer 104a, the drain electrode layer 104b, the protective film 110a, and the protective film 110b.

以下、図5(A)乃至図5(E)を用い、基板上にトランジスタ150を作製する工程を説明する。 Hereinafter, a process for manufacturing the transistor 150 over a substrate will be described with reference to FIGS.

まず、基板100上に下地膜101を形成する。 First, the base film 101 is formed on the substrate 100.

次いで、下地膜101上に導電膜を形成した後、フォトリソグラフィ工程、及びエッチング工程によりゲート電極層112を形成する(図5(A)参照)。 Next, after a conductive film is formed over the base film 101, the gate electrode layer 112 is formed by a photolithography process and an etching process (see FIG. 5A).

次いで、ゲート電極層112上に、ゲート絶縁層102を形成する(図5(B)参照)。 Next, the gate insulating layer 102 is formed over the gate electrode layer 112 (see FIG. 5B).

次いで、ゲート絶縁層102上に酸化物半導体膜108を形成する(図5(C)参照)。 Next, the oxide semiconductor film 108 is formed over the gate insulating layer 102 (see FIG. 5C).

次いで、必要に応じて加熱処理を行う。加熱処理は、水素及び水分をほとんど含まない雰囲気(窒素雰囲気、酸素雰囲気、乾燥空気雰囲気)下において、200℃以上450℃以下の温度で行う。 Next, heat treatment is performed as necessary. The heat treatment is performed at a temperature of 200 ° C. or higher and 450 ° C. or lower in an atmosphere (a nitrogen atmosphere, an oxygen atmosphere, or a dry air atmosphere) that hardly contains hydrogen and moisture.

次いで、酸化物半導体膜108を加工して島状の酸化物半導体層108aを形成する(図5(D)参照)。 Next, the oxide semiconductor film 108 is processed to form an island-shaped oxide semiconductor layer 108a (see FIG. 5D).

酸化物半導体膜108の加工は、所望の形状のマスクを酸化物半導体膜108上に形成した後、酸化物半導体膜108をエッチングすることによって行うことができる。上述のマスクは、フォトリソグラフィなどの方法を用いて形成することができる。または、インクジェット法などの方法を用いてマスクを形成しても良い。 The oxide semiconductor film 108 can be processed by forming a mask having a desired shape over the oxide semiconductor film 108 and then etching the oxide semiconductor film 108. The above-described mask can be formed using a method such as photolithography. Alternatively, the mask may be formed using a method such as an inkjet method.

なお、酸化物半導体膜108のエッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでもよい。もちろん、これらを組み合わせて用いてもよい。 Note that the etching of the oxide semiconductor film 108 may be dry etching or wet etching. Of course, these may be used in combination.

次いで、酸化物半導体層108a上にソース電極層及びドレイン電極層(これと同じ層で形成される配線を含む)を形成するための導電膜を形成し、該導電膜を加工して、ソース電極層104a及びドレイン電極層104bを形成する。 Next, a conductive film for forming a source electrode layer and a drain electrode layer (including a wiring formed using the same layer) is formed over the oxide semiconductor layer 108a, the conductive film is processed, and the source electrode A layer 104a and a drain electrode layer 104b are formed.

なお、該導電膜を形成する前にゲート電極層112と重なるように酸化物半導体層108a上に絶縁性を有する保護膜を設けてもよい。保護膜を設けることによって、該導電膜の加工時のダメージから酸化物半導体層108aを保護することができる。なお、該保護膜を設けない構成のチャネルエッチ型、該保護膜を設ける構成をチャネル保護型ともいう。 Note that a protective film having an insulating property may be provided over the oxide semiconductor layer 108a so as to overlap with the gate electrode layer 112 before the conductive film is formed. By providing the protective film, the oxide semiconductor layer 108a can be protected from damage during processing of the conductive film. Note that a channel etch type in which the protective film is not provided and a structure in which the protective film is provided are also referred to as a channel protective type.

次いで、酸化物半導体層108a、ソース電極層104a、及びドレイン電極層104bを覆う保護膜110a、保護膜110bを形成する(図5(E)参照)。なお、本実施の形態において保護膜110aには、酸化ガリウム亜鉛を用いる。 Next, a protective film 110a and a protective film 110b are formed to cover the oxide semiconductor layer 108a, the source electrode layer 104a, and the drain electrode layer 104b (see FIG. 5E). Note that in this embodiment, gallium zinc oxide is used for the protective film 110a.

また、保護膜110aの成膜後、または保護膜110bの成膜後には、加熱処理を行うことが好ましい。加熱処理によって、保護膜110aから酸化物半導体層108aへの酸素供給が行われる。加熱処理の条件は、不活性雰囲気、酸素雰囲気、酸素と窒素の混合雰囲気下で、200℃以上400℃以下とする。また、この加熱処理の加熱時間は1分以上24時間以下とする。 In addition, heat treatment is preferably performed after the protective film 110a is formed or after the protective film 110b is formed. By the heat treatment, oxygen is supplied from the protective film 110a to the oxide semiconductor layer 108a. The conditions for the heat treatment are 200 ° C. to 400 ° C. in an inert atmosphere, an oxygen atmosphere, and a mixed atmosphere of oxygen and nitrogen. The heating time for this heat treatment is 1 minute to 24 hours.

以上の工程でボトムゲート型のトランジスタ150が形成される。該トランジスタは、酸素が過剰な酸化物半導体層を有しているとともに、不純物の侵入を抑制できる緻密な酸化ガリウム亜鉛で該酸化膜半導体層を封じた構成となっており、信頼性が高く、安定した電気的特性を有する。 Through the above process, the bottom-gate transistor 150 is formed. The transistor has an oxide semiconductor layer in which oxygen is excessive, and has a structure in which the oxide film semiconductor layer is sealed with a dense gallium zinc oxide capable of suppressing intrusion of impurities, and has high reliability. Has stable electrical characteristics.

なお、本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わすことができる。 Note that this embodiment can be freely combined with any of the other embodiments.

(実施の形態5)
本実施の形態では、同一基板上に少なくとも駆動回路の一部と、画素部に配置するトランジスタを作製する例について以下に説明する。
(Embodiment 5)
In this embodiment, an example in which at least part of a driver circuit and a transistor placed in a pixel portion are formed over the same substrate will be described below.

画素部に配置するトランジスタは、実施の形態1乃至4のいずれか一つに従って形成する。また、実施の形態1乃至4に示すトランジスタはnチャネル型であるため、駆動回路のうち、nチャネル型トランジスタで構成することができる駆動回路の一部を画素部のトランジスタと同一基板上に形成する。 The transistor provided in the pixel portion is formed according to any one of Embodiments 1 to 4. In addition, since the transistor described in any of Embodiments 1 to 4 is an n-channel transistor, part of the driver circuit that can be formed using an n-channel transistor is formed over the same substrate as the transistor in the pixel portion. To do.

アクティブマトリクス型表示装置の一例を図6(A)に示す。表示装置の基板5300上には、画素部5301、第1の走査線駆動回路5302、第2の走査線駆動回路5303、信号線駆動回路5304を有する。画素部5301には、複数の信号線が信号線駆動回路5304から延伸して配置され、複数の走査線が第1の走査線駆動回路5302、及び走査線駆動回路5303から延伸して配置されている。なお走査線と信号線との交差領域には、各々、表示素子を有する画素がマトリクス状に設けられている。また、表示装置の基板5300はFPC(Flexible Printed Circuit)等の接続部を介して、タイミング制御回路(コントローラ、制御ICともいう)に接続されている。 An example of an active matrix display device is shown in FIG. A pixel portion 5301, a first scan line driver circuit 5302, a second scan line driver circuit 5303, and a signal line driver circuit 5304 are provided over the substrate 5300 of the display device. In the pixel portion 5301, a plurality of signal lines are extended from the signal line driver circuit 5304, and a plurality of scan lines are extended from the first scan line driver circuit 5302 and the scan line driver circuit 5303. Yes. Note that pixels each having a display element are provided in a matrix in the intersection region between the scan line and the signal line. Further, the substrate 5300 of the display device is connected to a timing control circuit (also referred to as a controller or a control IC) through a connection unit such as an FPC (Flexible Printed Circuit).

図6(A)では、第1の走査線駆動回路5302、第2の走査線駆動回路5303、信号線駆動回路5304は、画素部5301と同じ基板5300上に形成される。そのため、外部に設ける駆動回路等の部品の数が減るので、コストの低減を図ることができる。また、基板5300外部に駆動回路を設けた場合、配線を延伸させる必要が生じ、配線間の接続数が増える。同じ基板5300上に駆動回路を設けた場合、その配線間の接続数を減らすことができ、信頼性の向上、又は歩留まりの向上を図ることができる。 In FIG. 6A, the first scan line driver circuit 5302, the second scan line driver circuit 5303, and the signal line driver circuit 5304 are formed over the same substrate 5300 as the pixel portion 5301. For this reason, the number of components such as a drive circuit provided outside is reduced, so that cost can be reduced. Further, in the case where a drive circuit is provided outside the substrate 5300, it is necessary to extend the wiring, and the number of connections between the wirings increases. In the case where a driver circuit is provided over the same substrate 5300, the number of connections between the wirings can be reduced, so that reliability or yield can be improved.

また、画素部の回路構成の一例を図6(B)に示す。ここでは、VA型液晶表示パネルの画素構造を示す。 An example of a circuit configuration of the pixel portion is shown in FIG. Here, a pixel structure of a VA liquid crystal display panel is shown.

この画素構造は、一つの画素に複数の画素電極層が有り、それぞれの画素電極層にトランジスタが接続されている。各トランジスタは、異なるゲート信号で駆動されるように構成されている。すなわち、マルチドメイン設計された画素において、個々の画素電極層に印加する信号を、独立して制御する構成を有している。 In this pixel structure, one pixel has a plurality of pixel electrode layers, and a transistor is connected to each pixel electrode layer. Each transistor is configured to be driven with a different gate signal. In other words, a multi-domain designed pixel has a configuration in which a signal applied to each pixel electrode layer is controlled independently.

トランジスタ628のゲート配線602と、トランジスタ629のゲート配線603には、異なるゲート信号を与えることができるように分離されている。一方、データ線として機能するソース電極層又はドレイン電極層616は、トランジスタ628とトランジスタ629で共通に用いられている。トランジスタ628とトランジスタ629は実施の形態1乃至5のいずれか一のトランジスタを適宜用いることができる。 The gate wiring 602 of the transistor 628 and the gate wiring 603 of the transistor 629 are separated so that different gate signals can be given. On the other hand, the source or drain electrode layer 616 functioning as a data line is used in common for the transistor 628 and the transistor 629. As the transistor 628 and the transistor 629, any one of the transistors in Embodiments 1 to 5 can be used as appropriate.

トランジスタ628またはトランジスタ629と電気的に接続する第1の画素電極層と第2の画素電極層の形状は異なっており、スリットによって分離されている。V字型に広がる第1の画素電極層の外側を囲むように第2の画素電極層が形成されている。第1の画素電極層と第2の画素電極層に印加する電圧のタイミングを、トランジスタ628及びトランジスタ629により異ならせることで、液晶の配向を制御している。トランジスタ628はゲート配線602と接続し、トランジスタ629はゲート配線603と接続している。ゲート配線602とゲート配線603は異なるゲート信号を与えることで、トランジスタ628とトランジスタ629の動作タイミングを異ならせることができる。 The first pixel electrode layer and the second pixel electrode layer which are electrically connected to the transistor 628 or the transistor 629 have different shapes and are separated by a slit. A second pixel electrode layer is formed so as to surround the outside of the first pixel electrode layer extending in a V shape. The timing of the voltage applied to the first pixel electrode layer and the second pixel electrode layer is made different between the transistor 628 and the transistor 629, whereby the alignment of the liquid crystal is controlled. The transistor 628 is connected to the gate wiring 602, and the transistor 629 is connected to the gate wiring 603. By supplying different gate signals to the gate wiring 602 and the gate wiring 603, the operation timings of the transistor 628 and the transistor 629 can be different.

また、容量配線690と、誘電体として機能するゲート絶縁層と、第1の画素電極層または第2の画素電極層と電気的に接続する容量電極とで保持容量を形成する。 In addition, a storage capacitor is formed by the capacitor wiring 690, the gate insulating layer functioning as a dielectric, and the capacitor electrode electrically connected to the first pixel electrode layer or the second pixel electrode layer.

第1の画素電極層と液晶層と対向電極層が重なり合うことで、第1の液晶素子651が形成されている。また、第2の画素電極層と液晶層と対向電極層が重なり合うことで、第2の液晶素子652が形成されている。また、一画素に第1の液晶素子651と第2の液晶素子652が設けられたマルチドメイン構造である。 A first liquid crystal element 651 is formed by overlapping the first pixel electrode layer, the liquid crystal layer, and the counter electrode layer. In addition, the second pixel electrode layer, the liquid crystal layer, and the counter electrode layer overlap with each other, so that a second liquid crystal element 652 is formed. In addition, the multi-domain structure in which the first liquid crystal element 651 and the second liquid crystal element 652 are provided in one pixel.

なお、図6(B)に示す画素構成は、これに限定されない。例えば、図6(B)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、センサ、又は論理回路などを追加してもよい。 Note that the pixel structure illustrated in FIG. 6B is not limited thereto. For example, a switch, a resistor, a capacitor, a transistor, a sensor, a logic circuit, or the like may be newly added to the pixel illustrated in FIG.

また、画素部の回路構成の他の一例を図6(C)に示す。ここでは、有機EL素子を用いた表示パネルの画素構造を示す。 Another example of the circuit configuration of the pixel portion is shown in FIG. Here, a pixel structure of a display panel using an organic EL element is shown.

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。 In the organic EL element, by applying a voltage to the light emitting element, electrons and holes are respectively injected from the pair of electrodes into the layer containing the light emitting organic compound, and a current flows. Then, these carriers (electrons and holes) recombine, whereby the light-emitting organic compound forms an excited state, and emits light when the excited state returns to the ground state. Due to such a mechanism, such a light-emitting element is referred to as a current-excitation light-emitting element.

図6(C)は、半導体装置の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。 FIG. 6C illustrates an example of a pixel structure to which digital time grayscale driving can be applied as an example of a semiconductor device.

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。 A structure and operation of a pixel to which digital time gray scale driving can be applied will be described. Here, an example is shown in which two n-channel transistors each using an oxide semiconductor layer for a channel formation region are used for one pixel.

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、ゲート電極層が走査線6406に接続され、第1電極(ソース電極層及びドレイン電極層の一方)が信号線6405に接続され、第2電極(ソース電極層及びドレイン電極層の他方)が駆動用トランジスタ6402のゲート電極層に接続されている。駆動用トランジスタ6402は、ゲート電極層が容量素子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。共通電極6408は、同一基板上に形成される共通電位線と電気的に接続される。 The pixel 6400 includes a switching transistor 6401, a driving transistor 6402, a light-emitting element 6404, and a capacitor 6403. The switching transistor 6401 has a gate electrode layer connected to the scan line 6406, a first electrode (one of the source electrode layer and the drain electrode layer) connected to the signal line 6405, and a second electrode (the source electrode layer and the drain electrode layer). Is connected to the gate electrode layer of the driving transistor 6402. In the driving transistor 6402, the gate electrode layer is connected to the power supply line 6407 through the capacitor 6403, the first electrode is connected to the power supply line 6407, and the second electrode is connected to the first electrode (pixel electrode) of the light emitting element 6404. It is connected. The second electrode of the light emitting element 6404 corresponds to the common electrode 6408. The common electrode 6408 is electrically connected to a common potential line formed over the same substrate.

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。 Note that a low power supply potential is set for the second electrode (the common electrode 6408) of the light-emitting element 6404. Note that the low power supply potential is a potential that satisfies the low power supply potential <the high power supply potential with reference to the high power supply potential set in the power supply line 6407. For example, GND, 0V, or the like is set as the low power supply potential. Also good. The potential difference between the high power supply potential and the low power supply potential is applied to the light emitting element 6404 and a current is caused to flow through the light emitting element 6404 so that the light emitting element 6404 emits light. Each potential is set to be equal to or higher than the forward threshold voltage.

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層との間で容量が形成されていてもよい。 Note that the capacitor 6403 can be omitted by using the gate capacitance of the driving transistor 6402 instead. As for the gate capacitance of the driving transistor 6402, a capacitance may be formed between the channel formation region and the gate electrode layer.

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のゲート電極層には、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を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のゲート電極層にかける。なお、信号線6405には、(電源線電圧+駆動用トランジスタ6402のしきい値電圧)以上の電圧をかける。 Here, in the case of the voltage input voltage driving method, a video signal is input to the gate electrode layer of the driving transistor 6402 so that the driving transistor 6402 is sufficiently turned on or off. To do. That is, the driving transistor 6402 is operated in a linear region. In order to operate the driving transistor 6402 in a linear region, a voltage higher than the voltage of the power supply line 6407 is applied to the gate electrode layer of the driving transistor 6402. Note that a voltage equal to or higher than (power supply line voltage + threshold voltage of the driving transistor 6402) is applied to the signal line 6405.

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6(C)と同じ画素構成を用いることができる。 Further, in the case of performing analog grayscale driving instead of digital time grayscale driving, the same pixel structure as that in FIG. 6C can be used by changing signal input.

アナログ階調駆動を行う場合、駆動用トランジスタ6402のゲート電極層に発光素子6404の順方向電圧+駆動用トランジスタ6402のしきい値電圧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。 When analog gradation driving is performed, a voltage equal to or higher than the forward voltage of the light-emitting element 6404 + the threshold voltage of the driving transistor 6402 is applied to the gate electrode layer of the driving transistor 6402. The forward voltage of the light-emitting element 6404 refers to a voltage for obtaining desired luminance, and includes at least a forward threshold voltage. Note that when a video signal that causes the driving transistor 6402 to operate in a saturation region is input, a current can flow through the light-emitting element 6404. In order to operate the driving transistor 6402 in the saturation region, the potential of the power supply line 6407 is set higher than the gate potential of the driving transistor 6402. By making the video signal analog, current corresponding to the video signal can be supplied to the light-emitting element 6404 to perform analog gradation driving.

なお、図6(C)に示す画素構成は、これに限定されない。例えば、図6(C)に示す画素に新たにスイッチ、抵抗素子、容量素子、センサ、トランジスタ又は論理回路などを追加してもよい。 Note that the pixel structure illustrated in FIG. 6C is not limited thereto. For example, a switch, a resistor, a capacitor, a sensor, a transistor, a logic circuit, or the like may be newly added to the pixel illustrated in FIG.

なお、本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わすことができる。 Note that this embodiment can be freely combined with any of the other embodiments.

(実施の形態6)
本明細書に開示する半導体装置は、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等のカメラ、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。上記実施の形態で説明した表示装置を具備する電子機器の例について説明する。
(Embodiment 6)
The semiconductor device disclosed in this specification can be applied to a variety of electronic devices (including game machines). Examples of the electronic device include a television device (also referred to as a television or a television receiver), a monitor for a computer, a camera such as a digital camera or a digital video camera, a digital photo frame, a mobile phone (a mobile phone or a mobile phone). Large-sized game machines such as portable game machines, portable information terminals, sound reproduction apparatuses, and pachinko machines. Examples of electronic devices each including the display device described in the above embodiment will be described.

図7(A)は、携帯型の情報端末であり、本体3001、筐体3002、表示部3003a、3003bなどによって構成されている。表示部3003bはタッチパネルとなっており、表示部3003bに表示されるキーボードボタン3004を触れることで画面操作や、文字入力を行うことができる。勿論、表示部3003aをタッチパネルとして構成してもよい。実施の形態1で示したトランジスタをスイッチング素子として液晶パネルや有機発光パネルを作製して表示部3003a、3003bに適用することにより、信頼性の高い携帯型の情報端末とすることができる。 FIG. 7A illustrates a portable information terminal including a main body 3001, a housing 3002, display portions 3003a and 3003b, and the like. The display portion 3003b is a touch panel, and screen operation and character input can be performed by touching a keyboard button 3004 displayed on the display portion 3003b. Needless to say, the display portion 3003a may be configured as a touch panel. By manufacturing a liquid crystal panel or an organic light-emitting panel using the transistor described in Embodiment 1 as a switching element and applying it to the display portions 3003a and 3003b, a highly reliable portable information terminal can be provided.

図10(A)は、様々な情報(静止画、動画、テキスト画像など)を表示する機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示部に表示する機能、表示部に表示した情報を操作又は編集する機能、様々なソフトウェア(プログラム)によって処理を制御する機能、等を有することができる。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端子など)、記録媒体挿入部などを備える構成としてもよい。 FIG. 10A illustrates a function for displaying various information (still images, moving images, text images, etc.), a function for displaying a calendar, date, time, or the like on the display unit, and operating or editing information displayed on the display unit A function, a function of controlling processing by various software (programs), and the like can be provided. In addition, an external connection terminal (such as an earphone terminal or a USB terminal), a recording medium insertion portion, or the like may be provided on the rear surface or side surface of the housing.

また、図7(A)に示す携帯型の情報端末は、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。 The portable information terminal illustrated in FIG. 7A may be configured to transmit and receive information wirelessly. It is also possible to adopt a configuration in which desired book data or the like is purchased and downloaded from an electronic book server wirelessly.

図7(B)は、携帯音楽プレイヤーであり、本体3021には表示部3023と、耳に装着するための固定部3022と、スピーカー、操作ボタン3024、外部メモリスロット3025等が設けられている。実施の形態1乃至4で示したトランジスタをスイッチング素子として液晶パネルや有機発光パネルを作製して表示部3023に適用することにより、より信頼性の高い携帯音楽プレイヤーとすることができる。 FIG. 7B illustrates a portable music player. A main body 3021 is provided with a display portion 3023, a fixing portion 3022 to be attached to the ear, a speaker, operation buttons 3024, an external memory slot 3025, and the like. By manufacturing a liquid crystal panel or an organic light-emitting panel using the transistor described in any of Embodiments 1 to 4 as a switching element and applying it to the display portion 3023, a highly reliable portable music player can be provided.

さらに、図7(B)に示す携帯音楽プレイヤーにアンテナやマイク機能や無線機能を持たせ、携帯電話と連携させれば、乗用車などを運転しながらワイヤレスによるハンズフリーでの会話も可能である。 Furthermore, if the portable music player shown in FIG. 7B is provided with an antenna, a microphone function, and a wireless function and is linked to a mobile phone, a wireless hands-free conversation is possible while driving a passenger car or the like.

図7(C)は、携帯電話であり、筐体2800及び筐体2801の二つの筐体で構成されている。筐体2801には、表示パネル2802、スピーカー2803、マイクロフォン2804、ポインティングデバイス2806、カメラ2807、外部接続端子2808などを備えている。また、筐体2800には、携帯電話の充電を行う太陽電池2810、外部メモリスロット2811などを備えている。また、アンテナは筐体2801内部に内蔵されている。実施の形態1乃至4で示したトランジスタを表示パネル2802に適用することにより、信頼性の高い携帯電話とすることができる。 FIG. 7C illustrates a mobile phone, which includes two housings, a housing 2800 and a housing 2801. A housing 2801 is provided with a display panel 2802, a speaker 2803, a microphone 2804, a pointing device 2806, a camera 2807, an external connection terminal 2808, and the like. The housing 2800 is provided with a solar battery 2810 for charging the mobile phone, an external memory slot 2811, and the like. An antenna is incorporated in the housing 2801. By applying the transistor described in any of Embodiments 1 to 4 to the display panel 2802, a highly reliable mobile phone can be obtained.

また、表示パネル2802はタッチパネルを備えており、図7(C)には映像表示されている複数の操作キー2805を点線で示している。なお、太陽電池2810で出力される電圧を各回路に必要な電圧に昇圧するための昇圧回路も実装している。 Further, the display panel 2802 is provided with a touch panel. A plurality of operation keys 2805 which are displayed as images is illustrated by dashed lines in FIG. Note that a booster circuit for boosting the voltage output from the solar battery 2810 to a voltage necessary for each circuit is also mounted.

例えば、昇圧回路などの電源回路に用いられるパワートランジスタも実施の形態1乃至4に示したトランジスタの酸化物半導体層108aの膜厚を2μm以上50μm以下とすることで形成することができる。 For example, a power transistor used for a power supply circuit such as a booster circuit can be formed by setting the thickness of the oxide semiconductor layer 108a of the transistor described in any of Embodiments 1 to 4 to 2 μm to 50 μm.

表示パネル2802は、使用形態に応じて表示の方向が適宜変化する。また、表示パネル2802と同一面上にカメラ2807を備えているため、テレビ電話が可能である。スピーカー2803及びマイクロフォン2804は音声通話に限らず、テレビ電話、録音、再生などが可能である。さらに、筐体2800と筐体2801は、スライドし、図7(C)のように展開している状態から重なり合った状態とすることができ、携帯に適した小型化が可能である。 In the display panel 2802, the display direction can be appropriately changed depending on a usage pattern. In addition, since the camera 2807 is provided on the same surface as the display panel 2802, a videophone can be used. The speaker 2803 and the microphone 2804 can be used for videophone calls, recording and playing sound, and the like as well as voice calls. Further, the housing 2800 and the housing 2801 can be slid to be in an overlapped state from the developed state as illustrated in FIG. 7C, so that the size of the mobile phone can be reduced.

外部接続端子2808は、充電ケーブルまたはUSBケーブルなどの各種ケーブルと接続可能であり、充電及びパーソナルコンピュータなどとのデータ通信が可能である。また、外部メモリスロット2811に記録媒体を挿入し、より大量のデータ保存及び移動に対応できる。 The external connection terminal 2808 can be connected to various types of cables such as a charging cable or a USB cable, and charging and data communication with a personal computer or the like are possible. Further, a recording medium can be inserted into the external memory slot 2811 so that a larger amount of data can be stored and moved.

また、上記機能に加えて、赤外線通信機能、テレビ受信機能などを備えたものであってもよい。 In addition to the above functions, an infrared communication function, a television reception function, or the like may be provided.

図7(D)は、テレビジョン装置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、CPUを内蔵したスタンド9605により筐体9601を支持した構成を示している。実施の形態1乃至4で示したトランジスタを表示部9603に適用することにより、信頼性の高いテレビジョン装置9600とすることができる。 FIG. 7D illustrates an example of a television set. In the television device 9600, a display portion 9603 is incorporated in a housing 9601. Images can be displayed on the display portion 9603. Here, a structure in which the housing 9601 is supported by a stand 9605 with a built-in CPU is shown. By applying the transistor described in any of Embodiments 1 to 4 to the display portion 9603, the television set 9600 can have high reliability.

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により行うことができる。また、リモコン操作機に、当該リモコン操作機から出力する情報を表示する表示部を設ける構成としてもよい。 The television device 9600 can be operated with an operation switch provided in the housing 9601 or a separate remote controller. Further, the remote controller may be provided with a display unit that displays information output from the remote controller.

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。 Note that the television set 9600 is provided with a receiver, a modem, and the like. General TV broadcasts can be received by a receiver, and connected to a wired or wireless communication network via a modem, so that it can be unidirectional (sender to receiver) or bidirectional (sender and receiver). It is also possible to perform information communication between each other or between recipients).

また、テレビジョン装置9600は、外部接続端子9604や、記憶媒体再生録画部9602、外部メモリスロットを備えている。外部接続端子9604は、USBケーブルなどの各種ケーブルと接続可能であり、パーソナルコンピュータなどとのデータ通信が可能である。記憶媒体再生録画部9602では、ディスク状の記録媒体を挿入し、記録媒体に記憶されているデータの読み出し、記録媒体への書き込みが可能である。また、外部メモリスロットに差し込まれた外部メモリ9606にデータ保存されている画像や映像などを表示部9603に映し出すことも可能である。 In addition, the television device 9600 includes an external connection terminal 9604, a storage medium playback / recording unit 9602, and an external memory slot. The external connection terminal 9604 can be connected to various types of cables such as a USB cable, and data communication with a personal computer or the like is possible. The storage medium playback / recording unit 9602 can insert a disk-shaped recording medium, read data stored in the recording medium, and write data to the recording medium. In addition, an image, a video, or the like stored in the external memory 9606 inserted into the external memory slot can be displayed on the display portion 9603.

なお、本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わすことができる。 Note that this embodiment can be freely combined with any of the other embodiments.

100 基板
101 下地膜
102 ゲート絶縁層
104a ソース電極層
104b ドレイン電極層
108 酸化物半導体膜
108a 酸化物半導体層
110a 保護膜
110b 保護膜
112 ゲート電極層
120 トランジスタ
130 トランジスタ
140 トランジスタ
150 トランジスタ
602 ゲート配線
603 ゲート配線
616 ドレイン電極層
628 トランジスタ
629 トランジスタ
651 液晶素子
652 液晶素子
690 容量配線
2800 筐体
2801 筐体
2802 表示パネル
2803 スピーカー
2804 マイクロフォン
2805 操作キー
2806 ポインティングデバイス
2807 カメラ
2808 外部接続端子
2810 太陽電池
2811 外部メモリスロット
3001 本体
3002 筐体
3003a 表示部
3003b 表示部
3004 キーボードボタン
3021 本体
3022 固定部
3023 表示部
3024 操作ボタン
3025 外部メモリスロット
5300 基板
5301 画素部
5302 走査線駆動回路
5303 走査線駆動回路
5304 信号線駆動回路
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
9600 テレビジョン装置
9601 筐体
9602 記憶媒体再生録画部
9603 表示部
9604 外部接続端子
9605 スタンド
9606 外部メモリ
100 Substrate 101 Base film 102 Gate insulating layer 104a Source electrode layer 104b Drain electrode layer 108 Oxide semiconductor film 108a Oxide semiconductor layer 110a Protective film 110b Protective film 112 Gate electrode layer 120 Transistor 130 Transistor 140 Transistor 150 Transistor 602 Gate wiring 603 Gate Wiring 616 Drain electrode layer 628 Transistor 629 Transistor 651 Liquid crystal element 652 Liquid crystal element 690 Capacitance wiring 2800 Case 2801 Case 2802 Display panel 2803 Speaker 2804 Microphone 2805 Operation key 2806 Pointing device 2807 Camera 2808 External connection terminal 2810 Solar cell 2811 External memory slot 3001 Main body 3002 Housing 3003a Display unit 3003b Display unit 3004 -Board button 3021 Main body 3022 Fixed portion 3023 Display portion 3024 Operation button 3025 External memory slot 5300 Substrate 5301 Pixel portion 5302 Scan line driver circuit 5303 Scan line driver circuit 5304 Signal line driver circuit 6400 Pixel 6401 Switching transistor 6402 Driver transistor 6403 Capacitor element 6404 Light emitting element 6405 Signal line 6406 Scanning line 6407 Power supply line 6408 Common electrode 9600 Television apparatus 9601 Housing 9602 Storage medium reproduction recording unit 9603 Display unit 9604 External connection terminal 9605 Stand 9606 External memory

Claims (7)

絶縁表面上に下地膜を形成し、
前記下地膜上に酸化物半導体層を形成し、
前記酸化物半導体層の一部と接するソース電極層及びドレイン電極層を形成し、
前記酸化物半導体層、前記ソース電極層及び前記ドレイン電極層上にゲート絶縁層を形成し、
前記ゲート絶縁層上に前記酸化物半導体層の一部と重なるようにゲート電極層を形成する工程において、
前記酸化物半導体層は、スパッタガスの全流量に対する酸素流量の割合を90%以上100%以下として、インジウム、ガリウム、及び亜鉛を含む金属酸化物をスパッタすることにより形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
Form a base film on the insulating surface,
Forming an oxide semiconductor layer on the base film;
Forming a source electrode layer and a drain electrode layer in contact with part of the oxide semiconductor layer;
Forming a gate insulating layer over the oxide semiconductor layer, the source electrode layer, and the drain electrode layer;
In the step of forming a gate electrode layer overlying a part of the oxide semiconductor layer on the gate insulating layer,
The oxide semiconductor layer is formed by sputtering a metal oxide containing indium, gallium, and zinc with a ratio of an oxygen flow rate to a total flow rate of a sputtering gas of 90% to 100%. Device fabrication method.
絶縁表面上に下地膜を形成し、
前記下地膜上にゲート電極層を形成し、
前記ゲート電極層上にゲート絶縁層を形成し、
前記ゲート絶縁層上に酸化物半導体層を形成し、
前記酸化物半導体層の一部と接するソース電極層及びドレイン電極層を形成し、
前記酸化物半導体層、前記ソース電極層及び前記ドレイン電極層上に保護膜を形成する工程において、
前記酸化物半導体層は、スパッタガスの全流量に対する酸素流量の割合を90%以上100%以下として、インジウム、ガリウム、及び亜鉛を含む金属酸化物をスパッタすることにより形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
Form a base film on the insulating surface,
Forming a gate electrode layer on the base film;
Forming a gate insulating layer on the gate electrode layer;
Forming an oxide semiconductor layer on the gate insulating layer;
Forming a source electrode layer and a drain electrode layer in contact with part of the oxide semiconductor layer;
In the step of forming a protective film on the oxide semiconductor layer, the source electrode layer, and the drain electrode layer,
The oxide semiconductor layer is formed by sputtering a metal oxide containing indium, gallium, and zinc with a ratio of an oxygen flow rate to a total flow rate of a sputtering gas of 90% to 100%. Device fabrication method.
請求項2において、前記保護膜は、ガリウム、及び亜鉛を含む金属酸化物のスパッタにより形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 3. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the protective film is formed by sputtering of a metal oxide containing gallium and zinc. 請求項1乃至3のいずれか一項において、前記下地膜、及び前記ゲート絶縁膜は、ガリウム及び亜鉛を含む金属酸化物のスパッタにより形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 4. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the base film and the gate insulating film are formed by sputtering a metal oxide containing gallium and zinc. 請求項1乃至4のいずれか一項において、前記ゲート電極層は積層であり、少なくともゲート絶縁層と接する側の層は、窒素を含むスパッタガスを用いてインジウム、ガリウム、及び亜鉛を含む金属酸化物をスパッタすることにより形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 5. The metal oxide layer according to claim 1, wherein the gate electrode layer is a stacked layer, and at least a layer in contact with the gate insulating layer is oxidized with a sputtering gas containing nitrogen using indium, gallium, and zinc. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising forming an object by sputtering. 請求項1乃至5のいずれか一項において、前記酸化物半導体層は基板温度200℃以上450℃以下で形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 6. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the oxide semiconductor layer is formed at a substrate temperature of 200 ° C. to 450 ° C. 6. インジウム、ガリウム、及び亜鉛を含む酸化物半導体層と、
ガリウム及び亜鉛を含み、かつ前記酸化物半導体層の一方の面と接するゲート絶縁層と、
インジウム、ガリウム、亜鉛、及び窒素を含み、かつ前記ゲート絶縁層を介して前記酸化物半導体層と重なるゲート電極層と、
を有し、
前記酸化物半導体層の他方の面が、ガリウム、及び亜鉛を含む金属酸化物に接していることを特徴とする半導体装置。
An oxide semiconductor layer containing indium, gallium, and zinc;
A gate insulating layer containing gallium and zinc and in contact with one surface of the oxide semiconductor layer;
A gate electrode layer containing indium, gallium, zinc, and nitrogen and overlapping the oxide semiconductor layer with the gate insulating layer interposed therebetween;
Have
The semiconductor device is characterized in that the other surface of the oxide semiconductor layer is in contact with a metal oxide containing gallium and zinc.
JP2011246992A 2010-11-12 2011-11-11 Method for manufacturing semiconductor device Active JP5886491B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011246992A JP5886491B2 (en) 2010-11-12 2011-11-11 Method for manufacturing semiconductor device

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010253581 2010-11-12
JP2010253581 2010-11-12
JP2011246992A JP5886491B2 (en) 2010-11-12 2011-11-11 Method for manufacturing semiconductor device

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2012119672A true JP2012119672A (en) 2012-06-21
JP2012119672A5 JP2012119672A5 (en) 2014-10-02
JP5886491B2 JP5886491B2 (en) 2016-03-16

Family

ID=46502129

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011246992A Active JP5886491B2 (en) 2010-11-12 2011-11-11 Method for manufacturing semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5886491B2 (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013211544A (en) * 2012-03-02 2013-10-10 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Semiconductor device, method of manufacturing semiconductor device, and method of manufacturing oxide film
JP2014039459A (en) * 2012-07-17 2014-02-27 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Charger
WO2014046222A1 (en) * 2012-09-24 2014-03-27 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Display device
WO2014046220A1 (en) * 2012-09-24 2014-03-27 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device
WO2015189731A1 (en) * 2014-06-13 2015-12-17 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and electronic device including the semiconductor device
US9306079B2 (en) 2012-10-17 2016-04-05 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and method for manufacturing the same
KR20200003171A (en) 2017-06-07 2020-01-08 닛신덴키 가부시키 가이샤 Manufacturing Method of Thin Film Transistor
KR20220024633A (en) 2019-07-19 2022-03-03 닛신덴키 가부시키 가이샤 Manufacturing method of thin film transistor

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006013480A (en) * 2004-05-28 2006-01-12 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Thin film transistor, display, methods of manufacturing them, and television device
JP2007073703A (en) * 2005-09-06 2007-03-22 Canon Inc Thin-film transistor and thin-film diode
JP2007305658A (en) * 2006-05-09 2007-11-22 Bridgestone Corp Oxide transistor, and manufacturing method thereof
JP2008270723A (en) * 2007-03-28 2008-11-06 Toppan Printing Co Ltd Thin film transistor
JP2008300518A (en) * 2007-05-30 2008-12-11 Canon Inc Amorphous oxide, and field effect transistor
WO2009018509A1 (en) * 2007-08-02 2009-02-05 Applied Materials, Inc. Thin film transistors using thin film semiconductor materials
JP2010062229A (en) * 2008-09-01 2010-03-18 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Thin-film transistor and method of manufacturing the same
JP2010080490A (en) * 2008-09-24 2010-04-08 National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology Semiconductor element
JP2010205798A (en) * 2009-02-27 2010-09-16 Japan Science & Technology Agency Method of manufacturing thin-film transistor

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006013480A (en) * 2004-05-28 2006-01-12 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Thin film transistor, display, methods of manufacturing them, and television device
JP2007073703A (en) * 2005-09-06 2007-03-22 Canon Inc Thin-film transistor and thin-film diode
JP2007305658A (en) * 2006-05-09 2007-11-22 Bridgestone Corp Oxide transistor, and manufacturing method thereof
JP2008270723A (en) * 2007-03-28 2008-11-06 Toppan Printing Co Ltd Thin film transistor
JP2008300518A (en) * 2007-05-30 2008-12-11 Canon Inc Amorphous oxide, and field effect transistor
WO2009018509A1 (en) * 2007-08-02 2009-02-05 Applied Materials, Inc. Thin film transistors using thin film semiconductor materials
JP2010062229A (en) * 2008-09-01 2010-03-18 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Thin-film transistor and method of manufacturing the same
JP2010080490A (en) * 2008-09-24 2010-04-08 National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology Semiconductor element
JP2010205798A (en) * 2009-02-27 2010-09-16 Japan Science & Technology Agency Method of manufacturing thin-film transistor

Cited By (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013211544A (en) * 2012-03-02 2013-10-10 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Semiconductor device, method of manufacturing semiconductor device, and method of manufacturing oxide film
US9735280B2 (en) 2012-03-02 2017-08-15 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device, method for manufacturing semiconductor device, and method for forming oxide film
US9978855B2 (en) 2012-03-02 2018-05-22 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device, method for manufacturing semiconductor device, and method for forming oxide film
JP2014039459A (en) * 2012-07-17 2014-02-27 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Charger
US9269821B2 (en) 2012-09-24 2016-02-23 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device
US11094830B2 (en) 2012-09-24 2021-08-17 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device
US9831351B2 (en) 2012-09-24 2017-11-28 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device
US9331100B2 (en) 2012-09-24 2016-05-03 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Display device
US10211345B2 (en) 2012-09-24 2019-02-19 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device
WO2014046220A1 (en) * 2012-09-24 2014-03-27 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device
US20180083140A1 (en) 2012-09-24 2018-03-22 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device
WO2014046222A1 (en) * 2012-09-24 2014-03-27 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Display device
US9306079B2 (en) 2012-10-17 2016-04-05 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and method for manufacturing the same
US9647095B2 (en) 2012-10-17 2017-05-09 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and method for manufacturing the same
JP2016015484A (en) * 2014-06-13 2016-01-28 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device, semiconductor device manufacturing method and electronic apparatus including semiconductor device
US9685563B2 (en) 2014-06-13 2017-06-20 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and electronic device including the semiconductor device
KR20170015982A (en) * 2014-06-13 2017-02-10 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Semiconductor device and electronic device including the semiconductor device
US9349875B2 (en) 2014-06-13 2016-05-24 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and electronic device including the semiconductor device
WO2015189731A1 (en) * 2014-06-13 2015-12-17 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and electronic device including the semiconductor device
KR102437450B1 (en) * 2014-06-13 2022-08-30 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Semiconductor device and electronic device including the semiconductor device
KR20200003171A (en) 2017-06-07 2020-01-08 닛신덴키 가부시키 가이샤 Manufacturing Method of Thin Film Transistor
US11417752B2 (en) 2017-06-07 2022-08-16 Nissin Electric Co., Ltd. Method for producing thin film transistor
KR20220024633A (en) 2019-07-19 2022-03-03 닛신덴키 가부시키 가이샤 Manufacturing method of thin film transistor

Also Published As

Publication number Publication date
JP5886491B2 (en) 2016-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10998449B2 (en) Oxide semiconductor film and semiconductor device
JP5886491B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
US9196690B2 (en) Oxide semiconductor film and semiconductor device
US8546892B2 (en) Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
US8912985B2 (en) Method for driving display device

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140819

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140819

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20150727

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150804

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150817

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160209

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160211

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5886491

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250