JP2013065864A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】酸化物半導体膜を有するトップゲート構造のスタガ型トランジスタにおいて、酸化物半導体膜と接する第1のゲート絶縁膜を、プラズマCVD法によりフッ化珪素及び酸素を含む成膜ガスを用いた酸化シリコン膜で形成し、該第1のゲート絶縁膜上に積層する第2のゲート絶縁膜を、プラズマCVD法により水素化珪素及び酸素を含む成膜ガスを用いた酸化シリコン膜で形成する。
【選択図】図1
Description
全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。
注目されている。該トランジスタは集積回路(IC)や画像表示装置(表示装置)のよう
な電子デバイスに広く応用されている。トランジスタに適用可能な半導体薄膜としてシリ
コン系半導体材料が広く知られているが、その他の材料として酸化物半導体が注目されて
いる。
インジウム(In)、ガリウム(Ga)、及び亜鉛(Zn)を含む非晶質酸化物を用いた
トランジスタが開示されている(特許文献1参照。)。
などが生じると、その電気伝導度が変化する恐れがある。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。
、高信頼性化することを目的の一とする。
スタともいう)において、酸化物半導体膜と接する第1のゲート絶縁膜をプラズマ化学気
相成長法(プラズマCVD法)によりフッ化珪素及び酸素を含む成膜ガスを用いた酸化シ
リコン膜で形成し、該第1のゲート絶縁膜上に積層する第2のゲート絶縁膜を、プラズマ
CVD法により水素化珪素及び酸素を含む成膜ガスを用いた酸化シリコン膜で形成する。
イン電極層と、絶縁膜、ソース電極層及びドレイン電極層上に島状の酸化物半導体膜と、
島状の酸化物半導体膜上に島状の酸化物半導体膜と接する島状の第1のゲート絶縁膜と、
絶縁膜、ソース電極層、ドレイン電極層、島状の酸化物半導体膜、及び島状の第1のゲー
ト絶縁膜上に絶縁膜、ソース電極層、ドレイン電極層、及び島状の第1のゲート絶縁膜を
覆う第2のゲート絶縁膜と、島状の酸化物半導体膜と重畳する第2のゲート絶縁膜上にゲ
ート電極層とを有し、島状の第1のゲート絶縁膜はフッ素を含む酸化シリコン膜であり、
第2のゲート絶縁膜は水素を含み、かつ該水素濃度は第1のゲート絶縁膜における水素濃
度より高い半導体装置である。
イン電極層と、絶縁膜、ソース電極層及びドレイン電極層上に島状の酸化物半導体膜と、
島状の酸化物半導体膜上に島状の酸化物半導体膜と接する島状の第1のゲート絶縁膜と、
絶縁膜、ソース電極層、ドレイン電極層、島状の酸化物半導体膜、及び島状の第1のゲー
ト絶縁膜上に絶縁膜、ソース電極層、ドレイン電極層、及び島状の第1のゲート絶縁膜を
覆う第2のゲート絶縁膜と、島状の酸化物半導体膜と重畳する第2のゲート絶縁膜上にゲ
ート電極層とを有し、島状の第1のゲート絶縁膜はフッ素を含む酸化シリコン膜であり、
第2のゲート絶縁膜は水素を含み、かつ該水素濃度は第1のゲート絶縁膜における水素濃
度より高く、絶縁膜はフッ素を含む酸化シリコン膜である半導体装置である。
びドレイン電極層を形成し、絶縁膜、ソース電極層及びドレイン電極層を覆う酸化物半導
体膜を形成し、酸化物半導体膜上に酸化物半導体膜と接してプラズマ化学気相成長法によ
りフッ化珪素及び酸素を含む成膜ガスを用いて第1のゲート絶縁膜を形成し、酸化物半導
体膜及び第1のゲート絶縁膜を島状の酸化物半導体膜及び島状の第1のゲート絶縁膜に加
工し、絶縁膜、ソース電極層、ドレイン電極層、島状の酸化物半導体膜、及び第1のゲー
ト絶縁膜上に絶縁膜、ソース電極層、ドレイン電極層、及び第1のゲート絶縁膜を覆って
プラズマ化学気相成長法により水素化珪素及び酸素を含む成膜ガスを用いて第2のゲート
絶縁膜を形成し、酸化物半導体膜と重畳する第2のゲート絶縁膜上にゲート電極層を形成
する半導体装置の作製方法である。
び酸素を含む成膜ガスを用いて絶縁膜を形成し、絶縁膜上にソース電極層及びドレイン電
極層を形成し、絶縁膜、ソース電極層及びドレイン電極層を覆う酸化物半導体膜を形成し
、酸化物半導体膜上に酸化物半導体膜と接してプラズマ化学気相成長法によりフッ化珪素
及び酸素を含む成膜ガスを用いて第1のゲート絶縁膜を形成し、酸化物半導体膜及び第1
のゲート絶縁膜を島状の酸化物半導体膜及び島状の第1のゲート絶縁膜に加工し、絶縁膜
、ソース電極層、ドレイン電極層、島状の酸化物半導体膜、及び第1のゲート絶縁膜上に
絶縁膜、ソース電極層、ドレイン電極層、及び第1のゲート絶縁膜を覆ってプラズマ化学
気相成長法により水素化珪素及び酸素を含む成膜ガスを用いて第2のゲート絶縁膜を形成
し、酸化物半導体膜と重畳する第2のゲート絶縁膜上にゲート電極層を形成する半導体装
置の作製方法である。
積層する第2のゲート絶縁膜の膜厚を50nm以上100nm以下程度と厚くすることが
できる。
ート絶縁膜中に含まれるフッ素濃度より水素濃度の方が低く、例えばフッ素濃度は1×1
020 atoms/cm3以上であり、水素濃度は1×1020 atoms/cm3
未満である。
ート絶縁膜中に含まれるフッ素濃度より水素濃度の方が高く、例えばフッ素濃度は1×1
020 atoms/cm3未満であり、水素濃度は1×1020 atoms/cm3
以上である。
法により酸化物半導体膜と接する絶縁膜及び第1のゲート絶縁膜を形成することができる
。また、フッ化珪素及び一酸化二窒素を含む成膜ガスを用いてプラズマCVD法により第
2のゲート絶縁膜を形成することができる。
ト絶縁膜は、成膜ガスに水素を含まないので、水素濃度を低く抑えた膜とすることができ
る。また、プラズマCVD法によりフッ化珪素及び酸素を含む成膜ガスを用いて形成する
と、第1のゲート絶縁膜を緻密な膜とすることができる。緻密性が高い第1のゲート絶縁
膜によって、積層する第2のゲート絶縁膜に含まれる水素が酸化物半導体膜中に侵入する
のを防止することができる。
ゲート絶縁膜は、プラズマCVD法により水素化珪素及び酸素を含む成膜ガスを用いて形
成するため比較的速い成膜速度で成膜することができるので、第1のゲート絶縁膜より厚
膜化が可能であり、生産性に有利である。また、接して形成するソース電極層、ドレイン
電極層を腐蝕するフッ素や塩素などを成膜ガスに用いないために、ソース電極層及びドレ
イン電極層表面をあらすことなく第2のゲート絶縁膜を形成することができる。
た状態で酸化物半導体膜上に形成されるため、ソース電極層及びドレイン電極層は、第1
のゲート絶縁膜成膜時に用いるフッ化珪素及び酸素を含む成膜ガスに曝されず、腐蝕など
の損傷を受けない。
状不良や、積層する第2のゲート絶縁膜の被覆不良などを防止し、信頼性の高い半導体装
置を歩留まり良く作製することができる。
を含む緻密な酸化シリコン膜を酸化物半導体膜と接して設け、該フッ素を含む緻密な酸化
シリコン膜上に、成膜ガスとしてより成膜速度の速い水素化珪素及び酸素を用いて形成し
た酸化シリコン膜を積層してゲート絶縁膜として用いることで、トランジスタに安定した
電気的特性を付与し、高信頼性化することができる。
膜を用いることで、歩留まり良く半導体装置を作製することができる。
ただし、本明細書に開示する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、本明細書に開示する発明
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。なお、第1、第
2として付される序数詞は便宜上用いるものであり、工程順又は積層順を示すものではな
い。また、本明細書において発明を特定するための事項として固有の名称を示すものでは
ない。
本実施の形態では、半導体装置及び半導体装置の作製方法の一形態を、図1乃至図3を用
いて説明する。本実施の形態では、半導体装置の一例として酸化物半導体膜を有するトラ
ンジスタを示す。
トランジスタともいう)の断面図及び平面図を示す。図1(A)は平面図であり、図1(
B)及び図1(C)は、図1(A)におけるA1−B1断面及びA2−B2断面に係る断
面図である。なお、図1(A)においては、第1のゲート絶縁膜402a、第2のゲート
絶縁膜402bを省略している。
る基板400上に、絶縁膜406、ソース電極層405a、ドレイン電極層405b、酸
化物半導体膜403、第1のゲート絶縁膜402a、第2のゲート絶縁膜402b、及び
ゲート電極層401を含む。
電極層405aやドレイン電極層405bと配線とを電気的に接続させるために、第2の
ゲート絶縁膜402bなどには開口が形成されていても良い。また、酸化物半導体膜40
3の下方、絶縁膜406の下に、さらに、第2のゲート電極を有していても良い。
aをプラズマCVD法によりフッ化珪素及び酸素を含む成膜ガスを用いた酸化シリコン膜
で形成し、第1のゲート絶縁膜402a上に積層する第2のゲート絶縁膜402bを、プ
ラズマCVD法により水素化珪素及び酸素を含む成膜ガスを用いた酸化シリコン膜で形成
する。
、プラズマCVD法又はスパッタリング法等により、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化
窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、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、酸化ガリウム、又はこれらの混合材
料を用いて単層で又は積層して形成することができる。
ガスに水素を含まない、フッ化珪素及び酸素を含む成膜ガスを用いた酸化シリコン膜で形
成してもよい。フッ化珪素としては四フッ化珪素(SiF4)、六フッ化二珪素(Si2
F6)などを用いることができる。また、絶縁膜406の成膜ガスに希ガス(ヘリウム、
アルゴンなど)を含ませてもよい。
6は、成膜ガスに水素を含まないので、酸化物半導体膜403へ混入することでトランジ
スタの特性変動の要因となる水素濃度を低く抑えた膜とすることができる。よって、絶縁
膜406は酸化物半導体膜403と接して設けられても、酸化物半導体膜403を水素で
汚染することなく、接して設けられることで他の膜より水素等の不純物が酸化物半導体膜
403へ混入することを防止することができる。
縁耐圧の高い高品質な絶縁膜を形成できるので、半導体装置に含まれる絶縁膜の形成に用
いると好ましい。
とも、後の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有していることが必要となる。例えば、バリ
ウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、セラミック基板、
石英基板、サファイア基板などを用いることができる。また、シリコンや炭化シリコンな
どの単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合物半導体基
板、SOI基板などを適用することもでき、これらの基板上に半導体素子が設けられたも
のを、基板400として用いてもよい。
基板上に酸化物半導体膜を含むトランジスタを直接作製してもよいし、他の作製基板に酸
化物半導体膜を含むトランジスタを作製し、その後可撓性基板に剥離、転置してもよい。
なお、作製基板から可撓性基板に剥離、転置するために、作製基板と酸化物半導体膜を含
むトランジスタとの間に剥離層を設けるとよい。
同じ層で形成される配線を含む)となる導電膜を形成する。ソース電極層405a、及び
ドレイン電極層405bに用いる導電膜としては、例えば、Al、Cr、Cu、Ta、T
i、Mo、Wからから選ばれた元素を含む金属膜、または上述した元素を成分とする金属
窒化物膜(窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜)等を用いることがで
きる。また、Al、Cuなどの金属膜の下側又は上側の一方または双方にTi、Mo、W
などの高融点金属膜またはそれらの金属窒化物膜(窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒
化タングステン膜)を積層させた構成としても良い。また、ソース電極層、及びドレイン
電極層に用いる導電膜としては、導電性の金属酸化物で形成しても良い。導電性の金属酸
化物としては酸化インジウム(In2O3)、酸化スズ(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO
)、酸化インジウム酸化スズ合金(In2O3―SnO2、ITOと略記する)、酸化イ
ンジウム酸化亜鉛合金(In2O3―ZnO)またはこれらの金属酸化物材料に酸化シリ
コンを含ませたものを用いることができる。
チングを行ってソース電極層405a、ドレイン電極層405bを形成した後、レジスト
マスクを除去する(図2(A)参照。)。
ェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
化物半導体膜に水素、水酸基及び水分がなるべく含まれないようにするために、酸化物半
導体膜の成膜の前処理として、スパッタリング装置の予備加熱室で、絶縁膜406が形成
された基板400、又はソース電極層405a、及びドレイン電極層405bまでが形成
された基板400を予備加熱し、基板400に吸着した水素、水分などの不純物を脱離し
排気することが好ましい。なお、予備加熱室に設ける排気手段はクライオポンプが好まし
い。なお、この予備加熱の処理は省略することもできる。
m以上200nm以下、好ましくは5nm以上30nm以下の酸化物半導体膜を形成する
。
ら選ばれた一種以上の元素を含有する。例えば、四元系金属酸化物であるIn−Sn−G
a−Zn−O系酸化物半導体や、三元系金属酸化物であるIn−Ga−Zn−O系酸化物
半導体、In−Sn−Zn−O系酸化物半導体、In−Al−Zn−O系酸化物半導体、
Sn−Ga−Zn−O系酸化物半導体、Al−Ga−Zn−O系酸化物半導体、Sn−A
l−Zn−O系酸化物半導体や、二元系金属酸化物であるIn−Zn−O系酸化物半導体
、Sn−Zn−O系酸化物半導体、Al−Zn−O系酸化物半導体、Zn−Mg−O系酸
化物半導体、Sn−Mg−O系酸化物半導体、In−Mg−O系酸化物半導体や、In−
Ga−O系の材料、In−O系酸化物半導体、Sn−O系酸化物半導体、Zn−O系酸化
物半導体などを用いることができる。また、上記酸化物半導体にInとGaとSnとZn
以外の元素、例えばSiO2を含んでもよい。
a)、亜鉛(Zn)を有する酸化物半導体、という意味であり、その組成比は問わない。
用いることができる。ここで、Mは、Ga、Al、MnおよびCoから選ばれた一または
複数の金属元素を示す。例えばMとして、Ga、Ga及びAl、Ga及びMn、またはG
a及びCoなどがある。
ウム及びガリウムを含む酸化物半導体などを好適に用いることができる。
いてスパッタリング法により成膜する。また、酸化物半導体膜は、希ガス(代表的にはア
ルゴン)雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガスと酸素の混合雰囲気下においてスパッタリ
ング法により形成することができる。
ては、原子数比で、In:Zn=50:1〜1:2(モル数比に換算するとIn2O3:
ZnO=25:1〜1:4)、好ましくはIn:Zn=20:1〜1:1(モル数比に換
算するとIn2O3:ZnO=10:1〜1:2)、さらに好ましくはIn:Zn=15
:1〜1.5:1(モル数比に換算するとIn2O3:ZnO=15:2〜3:4)とす
る。例えば、In−Zn−O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I
n:Zn:O=X:Y:Zのとき、Z>1.5X+Yとする。
.9%以下である。充填率の高い金属酸化物ターゲットを用いることにより、成膜した酸
化物半導体膜は緻密な膜とすることができる。
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。
ましくは200℃以上400℃以下とする。基板を加熱しながら成膜することにより、成
膜した酸化物半導体膜に含まれる不純物濃度を低減することができる。また、スパッタリ
ングによる損傷が軽減される。そして、成膜室内の残留水分を除去しつつ水素及び水分が
除去されたスパッタリングガスを導入し、上記ターゲットを用いて基板400上に酸化物
半導体膜を成膜する。成膜室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプ、例
えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることが好
ましい。また、排気手段としては、ターボ分子ポンプにコールドトラップを加えたもので
あってもよい。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素原子、水など水
素原子を含む化合物(より好ましくは炭素原子を含む化合物も)等が排気されるため、当
該成膜室で成膜した酸化物半導体膜に含まれる不純物の濃度を低減できる。
、直流(DC)電源0.5kW、酸素(酸素流量比率100%)雰囲気下の条件が適用さ
れる。なお、パルス直流電源を用いると、成膜時に発生する粉状物質(パーティクル、ご
みともいう)が軽減でき、膜厚分布も均一となるために好ましい。
含む)を除去(脱水化または脱水素化)し、酸化物半導体膜の構造を整え、エネルギーギ
ャップ中の欠陥準位を低減することができる。熱処理の温度は、250℃以上750℃以
下、または400℃以上基板の歪み点未満とする。ここでは、熱処理装置の一つである電
気炉に基板を導入し、酸化物半導体膜に対して窒素雰囲気下450℃において1時間の熱
処理を行った後、大気に触れることなく、酸化物半導体膜への水や水素の再混入を防ぎ、
酸化物半導体膜441を得る(図2(B)参照。)。
射によって、被処理物を加熱する装置を用いてもよい。例えば、GRTA(Gas Ra
pid Thermal Anneal)装置、LRTA(Lamp Rapid Th
ermal Anneal)装置等のRTA(Rapid Thermal Annea
l)装置を用いることができる。LRTA装置は、ハロゲンランプ、メタルハライドラン
プ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ラ
ンプなどのランプから発する光(電磁波)の輻射により、被処理物を加熱する装置である
。GRTA装置は、高温のガスを用いて熱処理を行う装置である。高温のガスには、アル
ゴンなどの希ガス、または窒素のような、熱処理によって被処理物と反応しない不活性気
体が用いられる。
を移動させて入れ、数分間加熱した後、基板を移動させて高温に加熱した不活性ガス中か
ら出すGRTAを行ってもよい。
水素などが含まれないことが好ましい。または、熱処理装置に導入する窒素、またはヘリ
ウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの純度を、6N(99.9999%)以上好ましくは
7N(99.99999%)以上(即ち不純物濃度を1ppm以下、好ましくは0.1p
pm以下)とすることが好ましい。
化二窒素ガス、又は超乾燥エア(CRDS(キャビティリングダウンレーザー分光法)方
式の露点計を用いて測定した場合の水分量が20ppm(露点換算で−55℃)以下、好
ましくは1ppm以下、好ましくは10ppb以下の空気)を導入してもよい。酸素ガス
または一酸化二窒素ガスに、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、熱処理
装置に導入する酸素ガスまたは一酸化二窒素ガスの純度を、6N以上好ましくは7N以上
(即ち、酸素ガスまたは一酸化二窒素ガス中の不純物濃度を1ppm以下、好ましくは0
.1ppm以下)とすることが好ましい。酸素ガス又は一酸化二窒素ガスの作用により、
脱水化または脱水素化処理による不純物の排除工程によって同時に減少してしまった酸化
物半導体を構成する主成分材料である酸素を供給することによって、酸化物半導体膜を高
純度化及び電気的にi型(真性)化する。
に行うこともできる。また、熱処理は、酸化物半導体膜成膜後であれば、島状の酸化物半
導体膜上に第1のゲート絶縁膜、及び/又は第2のゲート絶縁膜を積層させた後で行って
も良い。
化物半導体膜441に酸素ドープ処理を行うことにより、酸素を酸化物半導体膜441に
供給して、酸化物半導体膜441中、又は酸化物半導体膜441中及び該界面近傍に酸素
を含有させることができる。
の表面及びバルクへ添加することである。特に、酸素をプラズマ化することにより、上記
酸素ラジカルまたは酸素原子、酸素イオンを酸化物半導体膜の表面及びバルク中に添加す
ることを酸素プラズマドープ処理ともいう。なお、酸化物半導体膜が形成される基板にバ
イアスを印加すると好ましい。
プ処理を行うことによって、積層する絶縁膜の膜中(バルク中)、酸化物半導体膜の膜中
(バルク中)、ゲート絶縁膜の膜中(バルク中)、ゲート絶縁膜と酸化物半導体膜の界面
、酸化物半導体膜と絶縁膜との界面において、少なくとも1ヶ所以上、該膜の化学量論比
をこえる酸素が存在する酸素過剰領域を設けることができる。
て2ヶ所以上に設けてもよい。例えば作製工程において、酸素ドープ処理を行うことによ
って、ゲート絶縁膜と酸化物半導体膜の界面、酸化物半導体膜の膜中(バルク中)、及び
酸化物半導体膜と絶縁膜との界面にそれぞれ酸素過剰領域を設けることができる。
スを用いてプラズマ発生装置により供給されてもよいし、又はオゾン発生装置により供給
されてもよい。より具体的には、例えば、半導体装置の作製工程において用いるエッチン
グ処理を行うための装置や、レジストマスクに対してアッシングを行うための装置などを
用いて酸素を発生させ、酸化物半導体膜441を処理することができる。
℃以下)を行ってもよい。熱処理は、窒素、酸素、超乾燥空気(CRDS(キャビティリ
ングダウンレーザー分光法)方式の露点計を用いて測定した場合の水分量が20ppm(
露点換算で−55℃)以下、好ましくは1ppm以下、より好ましくは10ppb以下の
空気)、または希ガス(アルゴン、ヘリウムなど)の雰囲気下で行えばよいが、上記窒素
、酸素、超乾燥空気、または希ガス等の雰囲気は、水、水素などが含まれず高純度化され
ていることが好ましい。
高純度化された酸化物半導体膜441中にはキャリアが極めて少ない(ゼロに近い)。
照。)。第1のゲート絶縁膜443は、プラズマCVD法により水素を含まないフッ化珪
素及び酸素を含む成膜ガスを用いた酸化シリコン膜で形成する。フッ化珪素としては四フ
ッ化珪素(SiF4)、六フッ化二珪素(Si2F6)などを用いることができる。また
、第1のゲート絶縁膜443の成膜ガスに希ガス(ヘリウム、アルゴンなど)を含ませて
もよい。
ト絶縁膜443は、酸化物半導体膜403へ混入することでトランジスタの特性変動の要
因となる水素を成膜ガスに含まないので、水素濃度を低く抑えた膜とすることができる。
よって、第1のゲート絶縁膜443は酸化物半導体膜403と接して設けられても、酸化
物半導体膜403を水素で汚染することなく、接して設けられることで他の膜より水素等
の不純物が酸化物半導体膜403へ混入することを防止することができる。
(SiF4)、一酸化二窒素(N2O)及びアルゴン(Ar)を含む成膜ガスを用いて形
成する。例えば、第1のゲート絶縁膜443の成膜条件としては、成膜ガスとしては四フ
ッ化珪素(SiF4)、一酸化二窒素(N2O)、及びアルゴン(Ar)(SiF4:N
2O:Ar=6sccm:1000sccm:1000sccm)を用い、チャンバー内
の圧力は133Pa、電力は800W、電源周波数は60MHz、基板(シリコンウエハ
)の温度は400℃とすればよい。
てフッ化珪素及び酸素を用いて形成した第1のゲート絶縁膜443では、フッ素濃度より
水素濃度の方が低く、好ましくはフッ素濃度は1×1020 atoms/cm3以上で
あり、水素濃度は1×1020 atoms/cm3未満である。第1のゲート絶縁膜4
43の膜厚は1nm以上10nm以下程度とすればよい。
を酸化物半導体膜441が覆った状態で酸化物半導体膜441上に形成されるため、ソー
ス電極層405a及びドレイン電極層405bは、第1のゲート絶縁膜443成膜時に用
いるフッ化珪素及び酸素を含む成膜ガスに曝されず、腐蝕などの損傷を受けない。
ィ工程により島状の酸化物半導体膜403、及び島状の第1のゲート絶縁膜402aに加
工する(図2(D)参照。)。また、島状の酸化物半導体膜441、及び島状の第1のゲ
ート絶縁膜402aを形成するためのレジストマスクをインクジェット法で形成してもよ
い。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製
造コストを低減できる。
グでもよく、両方を用いてもよい。例えば、第1のゲート絶縁膜443をドライエッチン
グにより加工し、第1のゲート絶縁膜402aをマスクとして酸化物半導体膜441をウ
ェットエッチングによって加工してもよい。第1のゲート絶縁膜443のエッチングガス
としては、塩素を含むガス(塩素系ガス、例えば塩素(Cl2)、三塩化硼素(BCl3
)、四塩化珪素(SiCl4)、四塩化炭素(CCl4)など)、または、フッ素を含む
ガス(フッ素系ガス、例えば四フッ化炭素(CF4)、六フッ化硫黄(SF6)、三フッ
化窒素(NF3)、トリフルオロメタン(CHF3)など)を用いることができる。さら
に上記ガスに酸素や希ガス(例えばArなど)を添加したエッチングガスを用いてもよい
。酸化物半導体膜のウェットエッチングに用いるエッチング液としては、燐酸と酢酸と硝
酸を混ぜた溶液などを用いることができる。また、ITO07N(関東化学社製)を用い
てもよい。
うと、島状の酸化物半導体膜403、及び島状の第1のゲート絶縁膜402aを同形状に
加工することができ、図2(D)のように端部を一致させることができる。
403、及び第1のゲート絶縁膜402a上に第2のゲート絶縁膜402bを形成する(
図2(E)参照。)。第2のゲート絶縁膜402bは、プラズマCVD法により水素化珪
素及び酸素を含む成膜ガスを用いた酸化シリコン膜で形成する。水素化珪素としては四水
素化珪素(モノシラン:SiH4)、六水素化珪素(ジシラン:Si2H6)、八水素化
珪素(トリシラン:Si3H8)などを用いることができる。また、第2のゲート絶縁膜
402bの成膜ガスに希ガス(ヘリウム、アルゴンなど)を含ませてもよい。
(SiH4)及び一酸化二窒素(N2O)を含む成膜ガスを用いて形成する。例えば、第
2のゲート絶縁膜402bの成膜条件としては、成膜ガスとしては四水素化珪素(SiH
4)及び一酸化二窒素(N2O)(SiH4:N2O=4sccm:800sccm)を
用い、チャンバー内の圧力は40Pa、電力は150W、電源周波数は60MHz、基板
(シリコンウエハ)の温度は400℃とすればよい。
度の水素を含む酸化シリコン膜となる。成膜ガスとして水素化珪素及び酸素を用いて形成
した第2のゲート絶縁膜402bでは、フッ素濃度より水素濃度の方が高く、好ましくは
フッ素濃度は1×1020 atoms/cm3未満であり、水素濃度は1×1020
atoms/cm3以上である。第2のゲート絶縁膜402bの膜厚は50nm以上10
0nm以下程度とすればよい。
ゲート絶縁膜402aを緻密な膜とすることができる。緻密性が高い第1のゲート絶縁膜
402aによって、積層する第2のゲート絶縁膜402bに含まれる水素が酸化物半導体
膜中に侵入するのを防止することができる。
て形成される第2のゲート絶縁膜402bは、プラズマCVD法により水素化珪素及び酸
素を含む成膜ガスを用いて形成するため比較的速い成膜速度で成膜することができるので
、第1のゲート絶縁膜402aより厚膜化が可能であり、生産性に有利である。また、接
して形成するソース電極層405a、ドレイン電極層405bを腐蝕するフッ素や塩素な
どを成膜ガスに用いないために、ソース電極層405a、ドレイン電極層405b表面を
あらすことなく第2のゲート絶縁膜402bを形成することができる。
の腐蝕による形状不良や、積層する第2のゲート絶縁膜402bの被覆不良などを防止し
、信頼性の高い半導体装置を歩留まり良く作製することができる。
よりゲート電極層401を形成する。
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
材料又はこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層で又は積層して形成することがで
きる。
0は、トランジスタの特性変動の要因となる水素、水分、水酸基又は水素化物(水素化合
物ともいう)などの不純物を酸化物半導体膜より意図的に排除し、かつ酸素を供給される
ことで高純度化された酸化物半導体膜403を含むトランジスタであり、酸化物半導体膜
403に接する第1のゲート絶縁膜402aの水素濃度は低く制御されている。よって、
トランジスタ410は、電気的特性変動が抑制されており、電気的に安定である。
と積層構造とし、酸化物半導体膜403と接する第2の絶縁膜406bを第1のゲート絶
縁膜402aと同様に成膜ガスに水素を含まない、プラズマCVD法によりフッ化珪素及
び酸素を含む成膜ガスを用いた酸化シリコン膜で形成してもよい。この場合、第1の絶縁
膜406aとして窒化シリコン膜や窒化酸化シリコン膜などの緻密な窒化膜を用いて、基
板400からの不純物の混入を防止する構成としてもよい。
て絶縁膜407を設けてもよい。
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、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、酸化ガリウム、又は
これらの混合材料を用いて単層で又は積層して形成することができる。
上700℃以下、好ましくは450℃以上600℃以下、または基板の歪み点未満とする
。
)方式の露点計を用いて測定した場合の水分量が20ppm(露点換算で−55℃)以下
、好ましくは1ppm以下、より好ましくは10ppb以下の空気)、または希ガス(ア
ルゴン、ヘリウムなど)の雰囲気下で行えばよいが、上記窒素、酸素、超乾燥空気、また
は希ガス等の雰囲気には、水、水素などが含まれないことが好ましい。また、熱処理装置
に導入する窒素、酸素、または希ガスの純度は、6N(99.9999%)以上(即ち不
純物濃度を1ppm以下)とするのが好ましく、7N(99.99999%)以上(即ち
不純物濃度を0.1ppm以下)とすると、より好ましい。
スタ410は、オフ状態における電流値(オフ電流値)を低くすることができる。
が得られるため、高速駆動が可能である。よって、表示機能を有する半導体装置の画素部
に上記トランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。また、高純
度化された酸化物半導体膜を含むトランジスタによって、同一基板上に駆動回路部または
画素部を作り分けて作製することができるため、半導体装置の部品点数を削減することが
できる。
ことができる。よって、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
実施の形態1で一例を示したトランジスタを用いて表示機能を有する半導体装置(表示装
置ともいう)を作製することができる。また、トランジスタを含む駆動回路の一部または
全体を、画素部と同じ基板上に一体形成し、システムオンパネルを形成することができる
。
して、シール材4005が設けられ、第2の基板4006によって封止されている。図1
0(A)においては、第1の基板4001上のシール材4005によって囲まれている領
域とは異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶半導体膜又は多結晶半導体膜で形成
された走査線駆動回路4004、信号線駆動回路4003が実装されている。また別途形
成された信号線駆動回路4003と、走査線駆動回路4004または画素部4002に与
えられる各種信号及び電位は、FPC(Flexible printed circu
it)4018a、4018bから供給されている。
02と、走査線駆動回路4004とを囲むようにして、シール材4005が設けられてい
る。また画素部4002と、走査線駆動回路4004の上に第2の基板4006が設けら
れている。よって画素部4002と、走査線駆動回路4004とは、第1の基板4001
とシール材4005と第2の基板4006とによって、表示素子と共に封止されている。
図10(B)及び図10(C)においては、第1の基板4001上のシール材4005に
よって囲まれている領域とは異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶半導体膜又は
多結晶半導体膜で形成された信号線駆動回路4003が実装されている。図10(B)及
び図10(C)においては、別途形成された信号線駆動回路4003と、走査線駆動回路
4004または画素部4002に与えられる各種信号及び電位は、FPC4018から供
給されている。
第1の基板4001に実装している例を示しているが、この構成に限定されない。走査線
駆動回路を別途形成して実装しても良いし、信号線駆動回路の一部または走査線駆動回路
の一部のみを別途形成して実装しても良い。
ip On Glass)方法、ワイヤボンディング方法、或いはTAB(Tape A
utomated Bonding)方法などを用いることができる。図10(A)は、
COG方法により信号線駆動回路4003、走査線駆動回路4004を実装する例であり
、図10(B)は、COG方法により信号線駆動回路4003を実装する例であり、図1
0(C)は、TAB方法により信号線駆動回路4003を実装する例である。
を含むIC等を実装した状態にあるモジュールとを含む。
源(照明装置含む)を指す。また、コネクター、例えばFPCもしくはTABテープもし
くはTCPが取り付けられたモジュール、TABテープやTCPの先にプリント配線板が
設けられたモジュール、または表示素子にCOG方式によりIC(集積回路)が直接実装
されたモジュールも全て表示装置に含むものとする。
おり、実施の形態1で一例を示したトランジスタを適用することができる。
発光表示素子ともいう)、を用いることができる。発光素子は、電流または電圧によって
輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機EL(Electro
Luminescence)、有機EL等が含まれる。また、電子インクなど、電気的作
用によりコントラストが変化する表示媒体も適用することができる。
(B)のM−Nにおける断面図に相当する。
有しており、接続端子電極4015及び端子電極4016はFPC4018が有する端子
と異方性導電膜4019を介して、電気的に接続されている。
016は、トランジスタ4010、トランジスタ4011のソース電極及びドレイン電極
と同じ導電膜で形成されている。
トランジスタを複数有しており、図4乃至図6では、画素部4002に含まれるトランジ
スタ4010と、走査線駆動回路4004に含まれるトランジスタ4011とを例示して
いる。図4では、トランジスタ4010、トランジスタ4011上には絶縁膜4020が
設けられ、図5及び図6ではさらに、絶縁層4021が設けられている。なお、絶縁膜4
023は下地膜として機能する絶縁膜である。
で示したトランジスタを適用することができる。トランジスタ4010、トランジスタ4
011は、電気的特性変動が抑制されており、電気的に安定である。よって、図4乃至図
6で示す本実施の形態の半導体装置として信頼性の高い半導体装置を提供することができ
る。
ネルを構成する。表示素子は表示を行うことがでれば特に限定されず、様々な表示素子を
用いることができる。
子である液晶素子4013は、第1の電極層4030、第2の電極層4031、及び液晶
層4008を含む。なお、液晶層4008を挟持するように配向膜として機能する絶縁膜
4032、絶縁膜4033が設けられている。第2の電極層4031は第2の基板400
6側に設けられ、第1の電極層4030と第2の電極層4031とは液晶層4008を介
して積層する構成となっている。
であり、液晶層4008の膜厚(セルギャップ)を制御するために設けられている。なお
スペーサの形状は、柱状に限定されるものではなく、例えば、球状のスペーサを用いてい
ても良い。
晶、高分子分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。これら
の液晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイ
ラルネマチック相、等方相等を示す。
あり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直
前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善
するために5重量%以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いて液晶層に用いる。
ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が1msec以下と短
く、光学的等方性であるため配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。また配向膜
を設けなくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起こ
される静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減す
ることができる。よって液晶表示装置の生産性を向上させることが可能となる。
1Ω・cm以上であり、さらに好ましくは1×1012Ω・cm以上である。なお、本明
細書における固有抵抗率の値は、20℃で測定した値とする。
ク電流等を考慮して、所定の期間電荷を保持できるように設定される。高純度の酸化物半
導体膜を有するトランジスタを用いることにより、各画素における液晶容量に対して1/
3以下、好ましくは1/5以下の容量の大きさを有する保持容量を設ければ充分である。
における電流値(オフ電流値)を低くすることができる。よって、画像信号等の電気信号
の保持時間を長くすることができ、電源オン状態では書き込み間隔も長く設定できる。よ
って、リフレッシュ動作の頻度を少なくすることができるため、消費電力を抑制する効果
を奏する。
較的高い電界効果移動度が得られるため、高速駆動が可能である。よって、液晶表示装置
の画素部に上記トランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。ま
た、上記トランジスタは、同一基板上に駆動回路部または画素部に作り分けて作製するこ
とができるため、液晶表示装置の部品点数を削減することができる。
lane−Switching)モード、FFS(Fringe Field Swit
ching)モード、ASM(Axially Symmetric aligned
Micro−cell)モード、OCB(Optical Compensated B
irefringence)モード、FLC(Ferroelectric Liqui
d Crystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric Liq
uid Crystal)モードなどを用いることができる。
透過型の液晶表示装置としてもよい。ここで、垂直配向モードとは、液晶表示パネルの液
晶分子の配列を制御する方式の一種であり、電圧が印加されていないときにパネル面に対
して液晶分子が垂直方向を向く方式である。垂直配向モードとしては、いくつか挙げられ
るが、例えば、MVA(Multi−Domain Vertical Alignme
nt)モード、PVA(Patterned Vertical Alignment)
モード、ASV(Advanced Super View)モードなどを用いることが
できる。また、画素(ピクセル)をいくつかの領域(サブピクセル)に分け、それぞれ別
の方向に分子を倒すよう工夫されているマルチドメイン化あるいはマルチドメイン設計と
いわれる方法を用いることができる。
防止部材などの光学部材(光学基板)などは適宜設ける。例えば、偏光基板及び位相差基
板による円偏光を用いてもよい。また、光源としてバックライト、サイドライトなどを用
いてもよい。
(フィールドシーケンシャル駆動方式)を行うことも可能である。フィールドシーケンシ
ャル駆動方式を適用することで、カラーフィルタを用いることなく、カラー表示を行うこ
とができる。
ことができる。また、カラー表示する際に画素で制御する色要素としては、RGB(Rは
赤、Gは緑、Bは青を表す)の三色に限定されない。例えば、RGBW(Wは白を表す)
、又はRGBに、イエロー、シアン、マゼンタ等を一色以上追加したものがある。なお、
色要素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい。ただし、本発明はカラ
ー表示の表示装置に限定されるものではなく、モノクロ表示の表示装置に適用することも
できる。
子を適用することができる。エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子は、発光材料
が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機E
L素子、後者は無機EL素子と呼ばれている。
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。
類される。分散型無機EL素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有
するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−ア
クセプター再結合型発光である。薄膜型無機EL素子は、発光層を誘電体層で挟み込み、
さらにそれを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子遷移を利
用する局在型発光である。なお、ここでは、発光素子として有機EL素子を用いて説明す
る。
て、基板上にトランジスタ及び発光素子を形成し、基板とは逆側の面から発光を取り出す
上面射出や、基板側の面から発光を取り出す下面射出や、基板側及び基板とは反対側の面
から発光を取り出す両面射出構造の発光素子があり、どの射出構造の発光素子も適用する
ことができる。
513は、画素部4002に設けられたトランジスタ4010と電気的に接続している。
なお発光素子4513の構成は、第1の電極層4030、電界発光層4511、第2の電
極層4031の積層構造であるが、示した構成に限定されない。発光素子4513から取
り出す光の方向などに合わせて、発光素子4513の構成は適宜変えることができる。
材料を用い、第1の電極層4030上に開口部を形成し、その開口部の側壁が連続した曲
率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。
されていてもどちらでも良い。
4031及び隔壁4510上に保護膜を形成してもよい。保護膜としては、窒化シリコン
膜、窒化酸化シリコン膜、DLC膜等を形成することができる。また、第1の基板400
1、第2の基板4006、及びシール材4005によって封止された空間には充填材45
14が設けられ密封されている。このように外気に曝されないように気密性が高く、脱ガ
スの少ない保護フィルム(貼り合わせフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等)やカバー材
でパッケージング(封入)することが好ましい。
は熱硬化樹脂を用いることができ、PVC(ポリビニルクロライド)、アクリル、ポリイ
ミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、PVB(ポリビニルブチラル)またはEVA(エ
チレンビニルアセテート)を用いることができる。例えば充填材として窒素を用いればよ
い。
位相差板(λ/4板、λ/2板)、カラーフィルタなどの光学フィルムを適宜設けてもよ
い。また、偏光板又は円偏光板に反射防止膜を設けてもよい。例えば、表面の凹凸により
反射光を拡散し、映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。
る。電子ペーパーは、電気泳動表示装置(電気泳動ディスプレイ)とも呼ばれており、紙
と同じ読みやすさ、他の表示装置に比べ低消費電力、薄くて軽い形状とすることが可能と
いう利点を有している。
、マイナスの電荷を有する第2の粒子とを含むマイクロカプセルが溶媒または溶質に複数
分散されたものであり、マイクロカプセルに電界を印加することによって、マイクロカプ
セル中の粒子を互いに反対方向に移動させて一方側に集合した粒子の色のみを表示するも
のである。なお、第1の粒子または第2の粒子は染料を含み、電界がない場合において移
動しないものである。また、第1の粒子の色と第2の粒子の色は異なるもの(無色を含む
)とする。
ゆる誘電泳動的効果を利用したディスプレイである。
の電子インクはガラス、プラスチック、布、紙などの表面に印刷することができる。また
、カラーフィルタや色素を有する粒子を用いることによってカラー表示も可能である。
半導体材料、磁性材料、液晶材料、強誘電性材料、エレクトロルミネセント材料、エレク
トロクロミック材料、磁気泳動材料から選ばれた一種の材料、またはこれらの複合材料を
用いればよい。
できる。ツイストボール表示方式とは、白と黒に塗り分けられた球形粒子を表示素子に用
いる電極層である第1の電極層及び第2の電極層の間に配置し、第1の電極層及び第2の
電極層に電位差を生じさせての球形粒子の向きを制御することにより、表示を行う方法で
ある。
の電子ペーパーは、ツイストボール表示方式を用いた表示装置の例である。ツイストボー
ル表示方式とは、白と黒に塗り分けられた球形粒子を表示素子に用いる電極層間に配置し
、電極層間に電位差を生じさせての球形粒子の向きを制御することにより、表示を行う方
法である。
れた第2の電極層4031との間には黒色領域4615a及び白色領域4615bを有し
、周りに液体で満たされているキャビティ4612を含む球形粒子4613が設けられて
おり、球形粒子4613の周囲は樹脂等の充填材4614で充填されている。第2の電極
層4031が共通電極(対向電極)に相当する。第2の電極層4031は、共通電位線と
電気的に接続される。
ス基板の他、可撓性を有する基板も用いることができ、例えば透光性を有するプラスチッ
ク基板などを用いることができる。プラスチックとしては、FRP(Fiberglas
s−Reinforced Plastics)板、PVF(ポリビニルフルオライド)
フィルム、ポリエステルフィルムまたはアクリル樹脂フィルムを用いることができる。ま
た、アルミニウムホイルをPVFフィルムやポリエステルフィルムで挟んだ構造のシート
を用いることもできる。
、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム等の無機絶縁材料を含む材料を用いて形成するこ
とができる。
り水素を含まないフッ化珪素及び酸素を含む成膜ガスを用いた酸化シリコン膜で形成して
もよい。プラズマCVD法によりフッ化珪素及び酸素を含む成膜ガスを用いて形成される
絶縁膜4023は、成膜ガスに水素を含まないので、酸化物半導体膜へ混入することでト
ランジスタの特性変動の要因となる水素濃度を低く抑えた膜とすることができる。
、酸化ガリウム、また窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化アルミニウム、酸化窒化ア
ルミニウム、又は窒化酸化アルミニウム等の無機絶縁材料を含む材料を用いて形成するこ
とができる。絶縁膜4020は単層、又は積層で形成すればよく、トランジスタの保護膜
として機能する。絶縁膜4020の作製方法に特に限定はなく、例えば、プラズマCVD
法やスパッタリング法などの成膜方法を用いて作製することができる。
び酸素を含む成膜ガスを用いた酸化シリコン膜で形成する。フッ化珪素としては四フッ化
珪素(SiF4)、六フッ化二珪素(Si2F6)などを用いることができる。また、第
1のゲート絶縁膜402aの成膜ガスに希ガス(ヘリウム、アルゴンなど)を含ませても
よい。
ト絶縁膜4024aは、成膜ガスに水素を含まないので、酸化物半導体膜へ混入すること
でトランジスタの特性変動の要因となる水素濃度を低く抑えた膜とすることができる。よ
って、第1のゲート絶縁膜4024aは酸化物半導体膜と接して設けられても、酸化物半
導体膜を水素で汚染することなく、接して設けられることで他の膜より水素等の不純物が
酸化物半導体膜へ混入することを防止することができる。
一酸化二窒素(N2O)及びアルゴン(Ar)を含む成膜ガスを用いて形成する。例えば
、第1のゲート絶縁膜4024aの成膜条件としては、成膜ガスとしては四フッ化珪素(
SiF4)、一酸化二窒素(N2O)、及びアルゴン(Ar)(SiF4:N2O:Ar
=6sccm:1000sccm:1000sccm)を用い、チャンバー内の圧力は1
33Pa、電力は800W、電源周波数は60MHz、基板(シリコンウエハ)の温度は
400℃とすればよい。
としてフッ化珪素及び酸素を用いて形成した第1のゲート絶縁膜4024aでは、フッ素
濃度より水素濃度の方が低く、好ましくはフッ素濃度は1×1020 atoms/cm
3以上であり、水素濃度は1×1020 atoms/cm3未満である。第1のゲート
絶縁膜4024aの膜厚は1nm以上10nm以下程度とすればよい。
びドレイン電極層を酸化物半導体膜が覆った状態で酸化物半導体膜上に形成されるため、
ソース電極層及びドレイン電極層は、第1のゲート絶縁膜4024a成膜時に用いるフッ
化珪素及び酸素を含む成膜ガスに曝されず、腐蝕などの損傷を受けない。
膜ガスを用いた酸化シリコン膜で形成する。水素化珪素としては四水素化珪素(モノシラ
ン:SiH4)、六水素化珪素(ジシラン:Si2H6)、八水素化珪素(トリシラン:
Si3H8)などを用いることができる。また、第2のゲート絶縁膜4024bの成膜ガ
スに希ガス(ヘリウム、アルゴンなど)を含ませてもよい。
素(SiH4)、一酸化二窒素(N2O)を含む成膜ガスを用いて形成する。例えば、第
2のゲート絶縁膜4024bの成膜条件としては、成膜ガスとしては四水素化珪素(Si
H4)及び一酸化二窒素(N2O)(SiH4:N2O=4sccm:800sccm)
を用い、チャンバー内の圧力は40Pa、電力は150W、電源周波数は60MHz、基
板(シリコンウエハ)の温度は400℃とすればよい。
り高濃度の水素を含む酸化シリコン膜となる。成膜ガスとして水素化珪素及び酸素を用い
て形成した第2のゲート絶縁膜4024bでは、フッ素濃度より水素濃度の方が高く、好
ましくはフッ素濃度は1×1020 atoms/cm3未満であり、水素濃度は1×1
020atoms/cm3以上である。第2のゲート絶縁膜4024bの膜厚は50nm
以上100nm以下程度とすればよい。
ゲート絶縁膜4024aを緻密な膜とすることができる。緻密性が高い第1のゲート絶縁
膜4024aによって、積層する第2のゲート絶縁膜4024bに含まれる水素が酸化物
半導体膜中に侵入するのを防止することができる。
2のゲート絶縁膜4024bは、プラズマCVD法により水素化珪素及び酸素を含む成膜
ガスを用いて形成するため比較的速い成膜速度で成膜することができるので、第1のゲー
ト絶縁膜4024aより厚膜化が可能であり、生産性に有利である。また、接して形成す
るソース電極層、ドレイン電極層を腐蝕するフッ素や塩素などを成膜ガスに用いないため
に、ソース電極層、ドレイン電極層表面をあらすことなく第2のゲート絶縁膜4024b
を形成することができる。
、ドレイン電極層の腐蝕による形状不良や、積層する第2のゲート絶縁膜4024bの被
覆不良などを防止し、信頼性の高い半導体装置を歩留まり良く作製することができる。
、アクリル樹脂、ポリイミド、ベンゾシクロブテン系樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂等
の、耐熱性を有する有機絶縁材料を用いると、平坦化絶縁膜として好適である。また上記
有機絶縁材料の他に、低誘電率材料(low−k材料)、シロキサン系樹脂、PSG(リ
ンガラス)、BPSG(リンボロンガラス)等を用いることができる。なお、これらの材
料で形成される絶縁膜を複数積層させることで、絶縁層を形成してもよい。
ピンコート法、ディッピング法、スプレー塗布、液滴吐出法(インクジェット法、スクリ
ーン印刷、オフセット印刷等)、ロールコーティング、カーテンコーティング、ナイフコ
ーティング等を用いることができる。
部に設けられる基板、絶縁膜、導電膜などの薄膜はすべて可視光の波長領域の光に対して
透光性とする。
向電極層などともいう)においては、取り出す光の方向、電極層が設けられる場所、及び
電極層のパターン構造によって透光性、反射性を選択すればよい。
化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化
物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物(以下、ITOと示す。
)、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有
する導電性材料を用いることができる。
(Mo)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、バナジウム(V)、ニオブ(N
b)、タンタル(Ta)、クロム(Cr)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、チタ
ン(Ti)、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)等の金属、
又はその合金、若しくはその窒化物から一つ、又は複数種を用いて形成することができる
。
を設けることが好ましい。保護回路は、非線形素子を用いて構成することが好ましい。
半導体装置を提供することができる。
である。
実施の形態1で一例を示したトランジスタを用いて、対象物の情報を読み取るイメージセ
ンサ機能を有する半導体装置を作製することができる。
トセンサの等価回路であり、図7(B)はフォトセンサの一部を示す断面図である。
方の電極がトランジスタ640のゲートに電気的に接続されている。トランジスタ640
は、ソース又はドレインの一方がフォトセンサ基準信号線672に、ソース又はドレイン
の他方がトランジスタ656のソース又はドレインの一方に電気的に接続されている。ト
ランジスタ656は、ゲートがゲート信号線659に、ソース又はドレインの他方がフォ
トセンサ出力信号線671に電気的に接続されている。
判明できるように、酸化物半導体膜を用いるトランジスタの記号には「OS」と記載して
いる。図7(A)において、トランジスタ640、トランジスタ656は酸化物半導体膜
を用いるトランジスタである。
示す断面図であり、絶縁表面を有する基板601(TFT基板)上に、センサとして機能
するフォトダイオード602及びトランジスタ640が設けられている。フォトダイオー
ド602、トランジスタ640の上には接着層608を用いて基板613が設けられてい
る。
第2の層間絶縁層634が設けられている。フォトダイオード602は、第1の層間絶縁
層633上に設けられ、第1の層間絶縁層633上に形成した電極層641と、第2の層
間絶縁層634上に設けられた電極層642との間に、第1の層間絶縁層633側から順
に第1半導体層606a、第2半導体層606b、及び第3半導体層606cを積層した
構造を有している。
タを適用することができる。トランジスタ640、トランジスタ656は、電気的特性変
動が抑制されており、電気的に安定であるため、図7で示す本実施の形態の半導体装置と
して信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
電極層642は電極層644を介してゲート電極645と電気的に接続している。ゲート
電極645は、トランジスタ640のゲート電極と電気的に接続しており、フォトダイオ
ード602はトランジスタ640と電気的に接続している。
606bとして高抵抗な半導体層(i型半導体層)、第3半導体層606cとしてn型の
導電型を有する半導体層を積層するpin型のフォトダイオードを例示している。
ァスシリコン膜により形成することができる。第1半導体層606aの形成には13族の
不純物元素(例えばボロン(B))を含む半導体材料ガスを用いて、プラズマCVD法に
より形成する。半導体材料ガスとしてはシラン(SiH4)を用いればよい。または、S
i2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、SiF4等を用いてもよい。ま
た、不純物元素を含まないアモルファスシリコン膜を形成した後に、拡散法やイオン注入
法を用いて該アモルファスシリコン膜に不純物元素を導入してもよい。イオン注入法等に
より不純物元素を導入した後に加熱等を行うことで、不純物元素を拡散させるとよい。こ
の場合にアモルファスシリコン膜を形成する方法としては、LPCVD法、気相成長法、
又はスパッタリング法等を用いればよい。第1半導体層606aの膜厚は10nm以上5
0nm以下となるよう形成することが好ましい。
膜により形成する。第2半導体層606bの形成には、半導体材料ガスを用いて、アモル
ファスシリコン膜をプラズマCVD法により形成する。半導体材料ガスとしては、シラン
(SiH4)を用いればよい。または、Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、S
iCl4、SiF4等を用いてもよい。第2半導体層606bの形成は、LPCVD法、
気相成長法、スパッタリング法等により行っても良い。第2半導体層606bの膜厚は2
00nm以上1000nm以下となるように形成することが好ましい。
ファスシリコン膜により形成する。第3半導体層606cの形成には、15族の不純物元
素(例えばリン(P))を含む半導体材料ガスを用いて、プラズマCVD法により形成す
る。半導体材料ガスとしてはシラン(SiH4)を用いればよい。または、Si2H6、
SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、SiF4等を用いてもよい。また、不純物
元素を含まないアモルファスシリコン膜を形成した後に、拡散法やイオン注入法を用いて
該アモルファスシリコン膜に不純物元素を導入してもよい。イオン注入法等により不純物
元素を導入した後に加熱等を行うことで、不純物元素を拡散させるとよい。この場合にア
モルファスシリコン膜を形成する方法としては、LPCVD法、気相成長法、又はスパッ
タリング法等を用いればよい。第3半導体層606cの膜厚は20nm以上200nm以
下となるよう形成することが好ましい。
モルファス半導体ではなく、多結晶半導体を用いて形成してもよいし、微結晶(セミアモ
ルファス半導体(Semi Amorphous Semiconductor:SAS
)を用いて形成してもよい。
状態に属するものである。すなわち、自由エネルギー的に安定な第3の状態を有する半導
体であって、短距離秩序を持ち格子歪みを有する。柱状または針状結晶が基板表面に対し
て法線方向に成長している。微結晶半導体の代表例である微結晶シリコンは、そのラマン
スペクトルが単結晶シリコンを示す520cm−1よりも低波数側に、シフトしている。
即ち、単結晶シリコンを示す520cm−1とアモルファスシリコンを示す480cm−
1の間に微結晶シリコンのラマンスペクトルのピークがある。また、ダングリングボンド
を終端するため水素またはハロゲンを少なくとも1原子%またはそれ以上含ませている。
さらに、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンなどの希ガス元素を含ませて格子歪み
をさらに助長させることで、安定性が増し良好な微結晶半導体膜が得られる。
たは周波数が1GHz以上のマイクロ波プラズマCVD装置により形成することができる
。代表的には、SiH4、Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3などの水素化珪素
や、SiCl4、SiF4などのハロゲン化珪素を水素で希釈して形成することができる
。また、水素化珪素及び水素に加え、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンから選ば
れた一種または複数種の希ガス元素で希釈して微結晶半導体膜を形成することができる。
これらのときの水素化珪素に対して水素の流量比を5倍以上200倍以下、好ましくは5
0倍以上150倍以下、更に好ましくは100倍とする。さらには、シリコンを含む気体
中に、CH4、C2H6等の炭化物気体、GeH4、GeF4等のゲルマニウム化気体、
F2等を混入させてもよい。
フォトダイオードはp型の半導体層側(矢印の方向)を受光面とする方がよい特性を示す
。ここでは、pin型のフォトダイオードが形成されている基板601の面からフォトダ
イオード602が受ける光を電気信号に変換する例を示す。また、受光面とした半導体層
側とは逆の導電型を有する半導体層側からの光は外乱光となるため、電極層は遮光性を有
する導電膜を用いるとよい。また、n型の半導体層側を受光面として用いることもできる
。
坦化絶縁膜として機能する絶縁層が好ましい。第1の層間絶縁層633、第2の層間絶縁
層634としては、例えばポリイミド、アクリル樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリア
ミド、エポキシ樹脂等の有機絶縁材料を用いることができる。また上記有機絶縁材料の他
に、低誘電率材料(low−k材料)、シロキサン系樹脂、PSG(リンガラス)、BP
SG(リンボロンガラス)等の単層、又は積層を用いることができる。
しては、絶縁性材料を用いて、その材料に応じて、スパッタリング法、スピンコート法、
ディッピング法、スプレー塗布、液滴吐出法(インクジェット法、スクリーン印刷、オフ
セット印刷等)、ロールコーティング、カーテンコーティング、ナイフコーティング等を
用いて形成することができる。
ることができる。なお、被検出物の情報を読み取る際にバックライトなどの光源を用いる
ことができる。
きる。成膜ガスとしてフッ化珪素及び酸素を用いて形成し、水素濃度が低く制御され且つ
フッ素を含む緻密な酸化シリコン膜を酸化物半導体膜と接して設け、該フッ素を含む緻密
な酸化シリコン膜上に、成膜ガスとしてより成膜速度の速い水素化珪素及び酸素を用いて
形成した酸化シリコン膜を積層してゲート絶縁膜として用いることで、トランジスタ64
0に安定した電気的特性を付与し、高信頼性化することができる。
膜も用いることで、歩留まり良く半導体装置を作製することができる。
である。
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液晶表示装置を具備する電子機器の例について
説明する。
、操作キー9632、太陽電池9633、充放電制御回路9634を有することができる
。図8(A)に示した電子書籍は、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。なお、図8(A)では充放電制御回路9634の一例
としてバッテリー9635、DCDCコンバータ(以下、コンバータと略記)9636を
有する構成について示している。上記他の実施の形態のいずれかで示した半導体装置を表
示部9631に適用することにより、信頼性の高い電子書籍とすることができる。
液晶表示装置を用いる場合、比較的明るい状況下での使用も予想され、太陽電池9633
による発電、及びバッテリー9635での充電を効率よく行うことができ、好適である。
なお太陽電池9633は、筐体9630の空きスペース(表面や裏面)に適宜設けること
ができるため、効率的なバッテリー9635の充電を行う構成とすることができるため好
適である。なおバッテリー9635としては、リチウムイオン電池を用いると、小型化を
図れる等の利点がある。
ロック図を示し説明する。図8(B)には、太陽電池9633、バッテリー9635、コ
ンバータ9636、コンバータ9637、スイッチSW1乃至スイッチSW3、表示部9
631について示しており、バッテリー9635、コンバータ9636、コンバータ96
37、スイッチSW1乃至スイッチSW3が充放電制御回路9634に対応する箇所とな
る。
太陽電池で発電した電力は、バッテリー9635を充電するための電圧となるようコンバ
ータ9636で昇圧または降圧がなされる。そして、表示部9631の動作に太陽電池9
633からの電力が用いられる際にはスイッチSW1をオンにし、コンバータ9637で
表示部9631に必要な電圧に昇圧または降圧をすることとなる。また、表示部9631
での表示を行わない際には、SW1をオフにし、SW2をオンにしてバッテリー9635
の充電を行う構成とすればよい。
る。バッテリー9635に蓄電された電力は、スイッチSW3をオンにすることでコンバ
ータ9637により昇圧または降圧がなされる。そして、表示部9631の動作にバッテ
リー9635からの電力が用いられることとなる。
テリー9635の充電を行う構成であってもよい。また他の充電手段を組み合わせて行う
構成としてもよい。
、表示部3003、キーボード3004などによって構成されている。上記他の実施の形
態のいずれかで示した半導体装置を表示部3003に適用することにより、信頼性の高い
ノート型のパーソナルコンピュータとすることができる。
部インターフェイス3025と、操作ボタン3024等が設けられている。また操作用の
付属品としてスタイラス3022がある。上記他の実施の形態のいずれかで示した半導体
装置を表示部3023に適用することにより、より信頼性の高い携帯情報端末(PDA)
とすることができる。
1および筐体2703の2つの筐体で構成されている。筐体2701および筐体2703
は、軸部2711により一体とされており、該軸部2711を軸として開閉動作を行うこ
とができる。このような構成により、紙の書籍のような動作を行うことが可能となる。
込まれている。表示部2705および表示部2707は、続き画面を表示する構成として
もよいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とするこ
とで、例えば右側の表示部(図9(C)では表示部2705)に文章を表示し、左側の表
示部(図9(C)では表示部2707)に画像を表示することができる。上記他の実施の
形態のいずれかで示した半導体装置を表示部2705、表示部2707に適用することに
より、信頼性の高い電子書籍2700とすることができる。
体2701において、電源2721、操作キー2723、スピーカー2725などを備え
ている。操作キー2723により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示部と同一面
にキーボードやポインティングデバイスなどを備える構成としてもよい。また、筐体の裏
面や側面に、外部接続用端子(イヤホン端子、USB端子など)、記録媒体挿入部などを
備える構成としてもよい。さらに、電子書籍2700は、電子辞書としての機能を持たせ
た構成としてもよい。
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。
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、カメラ用レンズ2807、外部接続端子2
808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セル
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280
1内部に内蔵されている。上記他の実施の形態のいずれかで示した半導体装置を表示パネ
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。
いる複数の操作キー2805を点線で示している。なお、太陽電池セル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。
2802と同一面上にカメラ用レンズ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
9(D)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。
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。
よい。
眼部3053、操作スイッチ3054、表示部(B)3055、バッテリー3056など
によって構成されている。上記他の実施の形態のいずれかで示した半導体装置を表示部(
A)3057、表示部(B)3055に適用することにより、信頼性の高いデジタルビデ
オカメラとすることができる。
体9601に表示部9603が組み込まれている。表示部9603により、映像を表示す
ることが可能である。また、ここでは、スタンド9605により筐体9601を支持した
構成を示している。上記他の実施の形態のいずれかで示した半導体装置を表示部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。
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。
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。
である。
いることのできる酸化シリコン膜(酸化シリコン膜1)、及び第2のゲート絶縁膜として
用いることのできる酸化シリコン膜(酸化シリコン膜2)を作製し、その膜特性を評価し
た結果を示す。
酸化シリコン膜2)の作製方法を説明する。
形成した。
酸化シリコン膜を形成した。酸化シリコン膜1の成膜条件は、成膜ガスとしては四フッ化
珪素(SiF4)、一酸化二窒素(N2O)、及びアルゴン(Ar)(SiF4:N2O
:Ar=6sccm:1000sccm:1000sccm)を用い、チャンバー内の圧
力は133Pa、電力は800W、電源周波数は60MHz、基板(シリコンウエハ)の
温度は400℃、基板及び電極間の距離は7mmとした。また成膜速度は0.5nm/m
in〜1nm/minであった。
nmの酸化シリコン膜を形成した。酸化シリコン膜2の成膜条件は、成膜ガスとしては四
水素化珪素(SiH4)及び一酸化二窒素(N2O)(SiH4:N2O=4sccm:
800sccm)を用い、チャンバー内の圧力は40Pa、電力は150W、電源周波数
は60MHz、基板(シリコンウエハ)の温度は400℃、基板及び電極間の距離は28
mmとした。また成膜速度は30nm/min〜50nm/minであった。
econdary Ion Mass Spectrometry)による分析を行った
。酸化シリコン膜1のSIMSによる測定結果を図11に、酸化シリコン膜2のSIMS
による測定結果を図12に示す。図11及び図12において、縦軸は濃度を示し、横軸は
酸化シリコン膜表面からの深さを示す。
膜1では、フッ素濃度より水素濃度の方が低く、フッ素濃度は1×1020 atoms
/cm3以上であり、水素濃度は1×1020 atoms/cm3未満である。具体的
には、フッ素濃度の範囲は、約2×1020 atoms/cm3〜1.4×1021
atoms/cm3程度であったが、水素濃度の範囲は約1×1018 atoms/c
m3〜5×1019 atoms/cm3程度と低く抑えられていた。
リコン膜2では、フッ素濃度より水素濃度の方が高く、フッ素濃度は1×1020 at
oms/cm3未満であり、水素濃度は1×1020 atoms/cm3以上である。
酸化シリコン膜2中に含まれるフッ素濃度の範囲は、約2×1018 atoms/cm
3〜1×1019atoms/cm3程度であったが、水素濃度の範囲は約1×1020
atoms/cm3〜1×1021 atoms/cm3程度であった。
である。
フッ素を水素より高濃度に含む酸化シリコン膜であり、水素濃度が低く抑えられているこ
とが確認できた。また、フッ素濃度においては、成膜ガスとしてフッ化珪素及び酸素を用
いて形成した酸化シリコン膜1に含まれるフッ素濃度が、成膜ガスとして水素化珪素及び
酸素を用いて形成した酸化シリコン膜2に含まれるフッ素濃度より高くなり、一方水素濃
度においては、成膜ガスとしてフッ化珪素及び酸素を用いて形成した酸化シリコン膜1に
含まれる水素濃度が、成膜ガスとして水素化珪素及び酸素を用いて形成した酸化シリコン
膜2に含まれる水素濃度より低く抑えることが確認できた。
が、成膜ガスとしてフッ化珪素及び酸素を用いて形成した酸化シリコン膜1より速く生産
性においては有利である。
フッ素を含む緻密な酸化シリコン膜(酸化シリコン膜1)を酸化物半導体膜と接して設け
、該フッ素を含む緻密な酸化シリコン膜(酸化シリコン膜1)上に、成膜速度の速い水素
化珪素を用いて形成した酸化シリコン膜(酸化シリコン膜2)を積層してゲート絶縁膜と
して用いることで、トランジスタに安定した電気的特性を付与し、高信頼性化することが
できる。
まり良く半導体装置を作製することができる。
Claims (6)
- 島状の酸化物半導体膜と、第1の絶縁膜と、第2の絶縁膜と、ゲート電極と、を有し、
前記第1の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜は、ゲート絶縁膜となる機能を有し、
前記第1の絶縁膜は、前記第2の絶縁膜と前記島状の酸化物半導体膜の間に設けられ、
前記ゲート電極は、前記第1の絶縁膜と前記第2の絶縁膜とを介して前記島状の酸化物半導体膜と重なる領域を有し、
前記第1の絶縁膜は、前記第2の絶縁膜よりも緻密であり、
前記第1の絶縁膜は、前記第2の絶縁膜よりも水素濃度が低い領域を有することを特徴とする半導体装置。 - 請求項1において、
前記第1の絶縁膜は、前記第2の絶縁膜よりもフッ素濃度が高い領域を有することを特徴とする半導体装置。 - 請求項1または請求項2において、
前記第1の絶縁膜は、水素が前記島状の酸化物半導体膜に侵入するのを抑制することができる機能を有することを特徴とする半導体装置。 - 島状の酸化物半導体膜と、第1の絶縁膜と、第2の絶縁膜と、ゲート電極と、を有し、
前記第1の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜は、ゲート絶縁膜となる機能を有し、
前記第1の絶縁膜は、前記第2の絶縁膜と前記島状の酸化物半導体膜の間に設けられ、
前記ゲート電極は、前記第1の絶縁膜と前記第2の絶縁膜とを介して前記島状の酸化物半導体膜と重なる領域を有し、
前記第1の絶縁膜は、水素が前記島状の酸化物半導体膜に侵入するのを抑制することができる機能を有することを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか一において、
前記第1の絶縁膜は島状であり、
前記第1の絶縁膜の上面形状は、前記島状の酸化物半導体膜の上面形状と概略一致することを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至請求項5のいずれか一において、
前記第2の絶縁膜は、前記第1の絶縁膜よりも厚く、
前記第2の絶縁膜は、前記第1の絶縁膜よりも成膜速度が速いことを特徴とする半導体装置。
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