JP2013197150A - Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method - Google Patents

Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
JP2013197150A
JP2013197150A JP2012060072A JP2012060072A JP2013197150A JP 2013197150 A JP2013197150 A JP 2013197150A JP 2012060072 A JP2012060072 A JP 2012060072A JP 2012060072 A JP2012060072 A JP 2012060072A JP 2013197150 A JP2013197150 A JP 2013197150A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
oxide semiconductor
oxygen
semiconductor layer
semiconductor device
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
JP2012060072A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5917212B2 (en
Inventor
Atsushi Tokuda
篤史 徳田
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 JP2012060072A priority Critical patent/JP5917212B2/en
Publication of JP2013197150A publication Critical patent/JP2013197150A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5917212B2 publication Critical patent/JP5917212B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device which does not cause deterioration and variation in electric characteristics; and provide a manufacturing method of a semiconductor device which dose not cause deterioration and variation in electric characteristics.SOLUTION: An end of a semiconductor device which uses an oxide semiconductor for an active layer is subject to cause oxygen deficiency. The oxygen deficiency causes generation of carriers, and deterioration and variation in electric characteristics of the semiconductor device. A semiconductor device of a present embodiment comprises a protection layer which contains one or a plurality of kinds of elements selected from group 16 elements except oxygen, and which covers the end of the semiconductor device thereby not to cause deterioration and variation in electric characteristics. In addition, a manufacturing method of the semiconductor device is provided.

Description

本発明は、半導体装置及び半導体装置の作製方法に関する。なお、本明細書において、半導体装置とは、半導体素子自体または半導体素子を含むものをいい、このような半導体素子として、例えばトランジスタなどが挙げられる。また、液晶表示装置などの表示装置も半導体装置に含まれる。   The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device. Note that in this specification, a semiconductor device refers to a semiconductor element itself or a device including a semiconductor element, and examples of such a semiconductor element include a transistor. A display device such as a liquid crystal display device is also included in the semiconductor device.

近年、酸化物半導体膜をチャネル形成領域に用いた半導体装置が大変注目されている(例えば、特許文献1及び特許文献2)。   In recent years, a semiconductor device using an oxide semiconductor film for a channel formation region has attracted much attention (for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).

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

シリコンに代わる半導体材料として、酸化物半導体が注目されている。酸化物半導体を活性層に用いた半導体装置は、シリコンに比べオフリーク電流が小さく、成膜したままの状態でアモルファスシリコンより高い電界効果移動度を得ることが出来る。しかしながら、酸化物半導体を活性層に用いた半導体装置の電気特性は、外部から活性層に侵入する水分、大気成分により影響を受け、低下する場合がある。例えば、半導体装置の閾値が変動し、リーク電流が増大する場合がある。   An oxide semiconductor has attracted attention as a semiconductor material that can replace silicon. A semiconductor device in which an oxide semiconductor is used for an active layer has a smaller off-leakage current than silicon and can have higher field-effect mobility than amorphous silicon in a film-formed state. However, the electrical characteristics of a semiconductor device in which an oxide semiconductor is used for an active layer may be affected by moisture or atmospheric components that enter the active layer from the outside, and may deteriorate. For example, the threshold value of the semiconductor device may fluctuate and the leakage current may increase.

そこで、本発明は、酸化物半導体を活性層に用いた半導体装置において、電気特性の低下や変動を生じにくい半導体装置を提供することを目的の一とする。   In view of the above, an object of the present invention is to provide a semiconductor device in which an oxide semiconductor is used for an active layer and the electrical characteristics are hardly deteriorated or fluctuated.

本発明の一態様に係る半導体装置は、島状の酸化物半導体層を活性層に用いた半導体装置であり、当該島状の酸化物半導体層の端部が、酸素原子の存在していた場所に置換して、酸化物半導体層の酸素欠損を低減することができる元素を含む保護層に覆われている。なお、酸素欠損とは酸化物半導体層中に存在した酸素が、拡散または消失した状態をいい、酸素欠損の低減とは、酸素または、異なる元素でその欠陥の一部が修復された状態をいう。   A semiconductor device according to one embodiment of the present invention is a semiconductor device using an island-shaped oxide semiconductor layer as an active layer, and an end portion of the island-shaped oxide semiconductor layer is a place where oxygen atoms existed The oxide semiconductor layer is covered with a protective layer containing an element that can reduce oxygen vacancies. Note that oxygen deficiency refers to a state in which oxygen present in the oxide semiconductor layer diffuses or disappears, and reduction of oxygen deficiency refers to a state in which some of the defects are repaired with oxygen or a different element. .

すなわち、本発明の一態様は、酸化物半導体層と、酸化物半導体層の端面に接し、かつ酸化物半導体層の端面を覆うように設けられた保護層と、酸化物半導体層と接するソース電極及びドレイン電極と、酸化物半導体層と重なるゲート電極と、酸化物半導体層とゲート電極との間に設けられたゲート絶縁層と、酸化物半導体層に接して設けられた層間絶縁膜と、を有し、保護層が、酸素を除く第16族元素から選ばれた少なくとも一種または複数種の元素を含むことを特徴とする半導体装置である。   That is, according to one embodiment of the present invention, an oxide semiconductor layer, a protective layer which is in contact with the end surface of the oxide semiconductor layer and covers the end surface of the oxide semiconductor layer, and a source electrode which is in contact with the oxide semiconductor layer And a drain electrode, a gate electrode overlapping with the oxide semiconductor layer, a gate insulating layer provided between the oxide semiconductor layer and the gate electrode, and an interlayer insulating film provided in contact with the oxide semiconductor layer, And a protective layer containing at least one or more elements selected from Group 16 elements excluding oxygen.

酸化物半導体層の端部は酸素欠損を生じやすく、その酸素欠損はキャリアを生じる。端部によるキャリアの発生は、当該半導体装置の電気特性の低下や変動を生じさせる。保護層には、酸素を除く第16族元素から選ばれた少なくとも一種または複数種の元素を含む。それらの元素は、酸素と同族の元素であるので酸素原子の存在した場所に置換して、酸化物半導体層の酸素欠損を低減することができるので、酸化物半導体層の端部のキャリアの発生を抑制することができる。よって、酸化物半導体層の端部をその保護層で覆うことにより、当該半導体装置の電気特性の低下や変動を防止することができる。   An end portion of the oxide semiconductor layer easily generates oxygen vacancies, and the oxygen vacancies generate carriers. The generation of carriers at the end causes a decrease or fluctuation in the electrical characteristics of the semiconductor device. The protective layer contains at least one or more elements selected from Group 16 elements excluding oxygen. Oxygen vacancies in the oxide semiconductor layer can be reduced by substituting for oxygen atoms in the oxide semiconductor layer because these elements are elements of the same group as oxygen. Can be suppressed. Therefore, by covering the end portion of the oxide semiconductor layer with the protective layer, deterioration or fluctuation in electrical characteristics of the semiconductor device can be prevented.

さらに保護層が、少なくとも、硫黄、セレン、テルルの一種または複数種の元素を含むことを特徴とする半導体装置であることが好ましい。   Further, the semiconductor device is preferably characterized in that the protective layer contains at least one element of sulfur, selenium, and tellurium.

硫黄、セレン、テルルは、酸素原子の存在した場所に置換して、酸化物半導体層の酸素欠損を低減しやすく、置換後に拡散しにくいためである。   This is because sulfur, selenium, and tellurium are substituted at a place where an oxygen atom is present to easily reduce oxygen vacancies in the oxide semiconductor layer and are difficult to diffuse after substitution.

さらに、保護層が結晶を含むことを特徴とする半導体装置であることが好ましい。 Furthermore, the semiconductor device is preferably characterized in that the protective layer includes crystals.

外部の水分・大気成分は、酸化物半導体層の端部から侵入しやすい。酸化物半導体層は、その内部に外部の水分・大気成分が侵入すると、当該酸化物半導層を用いた半導体装置の電気特性は低下しやすい。   External moisture and atmospheric components tend to enter from the end of the oxide semiconductor layer. When external moisture and atmospheric components enter the oxide semiconductor layer, the electrical characteristics of the semiconductor device using the oxide semiconductor layer are likely to deteriorate.

結晶を含む保護層は非晶質より密度が高いので、当該保護層を当該酸化物半導体層の端部に接するように形成すると、当該酸化物半導体層に外部からの水素、水分等の浸入を防止することができる。そのため、当該酸化物半導層を用いた半導体装置の電気特性の低下や変動を防止することができる。   Since the protective layer including crystals has a higher density than amorphous, when the protective layer is formed so as to be in contact with the end portion of the oxide semiconductor layer, intrusion of hydrogen, moisture, or the like from the outside to the oxide semiconductor layer is prevented. Can be prevented. Therefore, it is possible to prevent the electrical characteristics of the semiconductor device using the oxide semiconductor layer from being deteriorated or changed.

本発明の一態様の半導体装置の作製方法は、ゲート電極を形成する工程と、ゲート電極と接するようにゲート絶縁層を形成する工程と、ゲート絶縁層と接するように酸化物半導体層を形成する工程と、酸化物半導体層を島状に形成する工程と、酸化物半導体層の端部に接し、且つ酸化物半導体層の端部を覆うように、酸素を除く第16族元素から選ばれた少なくとも一種または複数種の元素を含む保護層を形成する工程と、ソース電極およびドレイン電極を形成する工程と、を有する、半導体装置の作製方法である。   According to one embodiment of the present invention, a method for manufacturing a semiconductor device includes a step of forming a gate electrode, a step of forming a gate insulating layer in contact with the gate electrode, and an oxide semiconductor layer in contact with the gate insulating layer. Selected from Group 16 elements excluding oxygen so as to contact the end of the oxide semiconductor layer and cover the end of the oxide semiconductor layer A method for manufacturing a semiconductor device, the method comprising: forming a protective layer containing at least one element or a plurality of elements; and forming a source electrode and a drain electrode.

酸素を除く第16族元素から選ばれた少なくとも一種または複数種の元素を含む保護層の形成はスパッタリング法等で容易である。また、上記半導体装置の作製方法により、電気特性の低下や変動が少ないボトムゲート型トランジスタを作製することができる。   Formation of the protective layer containing at least one or more elements selected from Group 16 elements excluding oxygen is easy by sputtering or the like. In addition, a bottom-gate transistor with little reduction or fluctuation in electrical characteristics can be manufactured by the above method for manufacturing a semiconductor device.

本発明の一態様の半導体装置の作製方法は、酸化物半導体層を形成する工程と、酸化物半導体層を島状に形成する工程と、酸化物半導体層の端部に接し、且つ酸化物半導体層の端部を覆うように、酸素を除く第16族元素から選ばれた少なくとも一種または複数種の元素を含む保護層を形成する工程と、酸化物半導体層と接するようにゲート絶縁層を形成する工程と、ゲート絶縁層と接するようにゲート電極を形成する工程と、ソース電極およびドレイン電極を形成する工程と、を有する、半導体装置の作製方法である。   A method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present invention includes a step of forming an oxide semiconductor layer, a step of forming the oxide semiconductor layer in an island shape, an end portion of the oxide semiconductor layer, and the oxide semiconductor layer A step of forming a protective layer containing at least one element selected from Group 16 elements excluding oxygen and a gate insulating layer so as to be in contact with the oxide semiconductor layer so as to cover an end portion of the layer; And a step of forming a gate electrode so as to be in contact with the gate insulating layer, and a step of forming a source electrode and a drain electrode.

酸素を除く第16族元素から選ばれた少なくとも一種または複数種の元素を含む保護層の形成は、スパッタリング法等で容易である。また、上記半導体装置の作製方法により、の電気特性の低下や変動が少ないトップゲート型トランジスタを作製することができる。   Formation of the protective layer containing at least one or more elements selected from Group 16 elements excluding oxygen is easy by sputtering or the like. In addition, a top-gate transistor with little reduction or fluctuation in electrical characteristics can be manufactured by the above method for manufacturing a semiconductor device.

保護層が少なくとも、硫黄、セレン、テルルの一種または複数種の元素を含むことを特徴とする半導体装置の作製方法である。   In the method for manufacturing a semiconductor device, the protective layer includes at least one element of sulfur, selenium, and tellurium.

保護層が結晶を含むことを特徴とする半導体装置の作製方法である。   A manufacturing method of a semiconductor device, wherein a protective layer includes a crystal.

本発明の一態様によれば、酸化物半導体層の端部に酸素を除く第16族元素から選ばれた少なくとも一種または複数種の元素を含む保護層を接するように設けることにより、当該酸化物半導体層を用いた半導体装置の電気特性の低下や変動を防止することができる。   According to one embodiment of the present invention, an oxide semiconductor layer is provided so as to be in contact with a protective layer containing at least one or more elements selected from Group 16 elements excluding oxygen. It is possible to prevent the electrical characteristics of the semiconductor device using the semiconductor layer from being lowered or fluctuated.

本発明の一態様の半導体装置の上面図と断面図。4A and 4B are a top view and a cross-sectional view of a semiconductor device of one embodiment of the present invention. 本発明の一態様の半導体装置の作製方法を説明する図。4A to 4D illustrate a method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present invention. 本発明の一態様の半導体装置の作製方法を説明する図。4A to 4D illustrate a method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present invention. 本発明の一態様の半導体装置の上面図と断面図。4A and 4B are a top view and a cross-sectional view of a semiconductor device of one embodiment of the present invention. 本発明の一態様の半導体装置の作製方法を説明する図。4A to 4D illustrate a method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present invention. 本発明の一態様の半導体装置の作製方法を説明する図。4A to 4D illustrate a method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present invention. 本発明の一態様の半導体装置の作製方法を説明する図。4A to 4D illustrate a method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る酸化物半導体の構造を説明する図。6A and 6B illustrate a structure of an oxide semiconductor according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る酸化物半導体の構造を説明する図。6A and 6B illustrate a structure of an oxide semiconductor according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る酸化物半導体の構造を説明する図。6A and 6B illustrate a structure of an oxide semiconductor according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る酸化物半導体の構造を説明する図。6A and 6B illustrate a structure of an oxide semiconductor according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様である半導体装置を説明する図。6A and 6B illustrate a semiconductor device which is one embodiment of the present invention. 本発明の一態様である半導体装置を説明する図。6A and 6B illustrate a semiconductor device which is one embodiment of the present invention.

実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及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。従って、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。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。   Embodiments will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it is easily understood by those skilled in the art that modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments below. Note that in structures of the invention described below, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals in different drawings, and description thereof is not repeated.

(実施の形態1)
本発明の一態様の半導体装置の一例としてボトムゲート型トランジスタ160の構成について、図1を用いて説明する。本実施の形態のトランジスタ160の上面図を図1(A)に、図1(A)中の破線K−Lにおける断面図を図1(B)に示す。本発明の一態様の半導体装置は、活性層である島状の酸化物半導体層403と基板400の間にゲート電極401が形成されているいわゆるボトムゲートトランジスタである。なお、上面図は層間絶縁膜404を省いて、図示している。
(Embodiment 1)
A structure of a bottom-gate transistor 160 as an example of a semiconductor device of one embodiment of the present invention is described with reference to FIGS. A top view of the transistor 160 of this embodiment is illustrated in FIG. 1A, and a cross-sectional view taken along a broken line KL in FIG. 1A is illustrated in FIG. The semiconductor device of one embodiment of the present invention is a so-called bottom gate transistor in which a gate electrode 401 is formed between an island-shaped oxide semiconductor layer 403 which is an active layer and a substrate 400. In the top view, the interlayer insulating film 404 is omitted.

本実施の形態で例示するトランジスタ160は、島状の酸化物半導体層403と、島状の酸化物半導体層403の端部に接して、且つ島状の酸化物半導体層403の端部を覆うように設けられた保護層500と、ゲート絶縁層402と、ゲート電極401と、ソース電極と、ドレイン電極と、を有し、酸素を除く第16族元素から選ばれた少なくとも一種または複数種の元素を含む保護層500を有する。   The transistor 160 described as an example in this embodiment is in contact with the end portion of the island-shaped oxide semiconductor layer 403 and covers the end portion of the island-shaped oxide semiconductor layer 403. A protective layer 500, a gate insulating layer 402, a gate electrode 401, a source electrode, and a drain electrode, and at least one or more kinds selected from Group 16 elements excluding oxygen A protective layer 500 containing an element is included.

(酸化物半導体層)
酸化物半導体層403は、酸化物半導体で形成することができる。酸化物半導体層403に適用できる材料は、実施の形態4及び5で詳細を説明する。酸化物半導体層403の膜厚は、1nm以上100nm以下で形成することができる。また、酸化物半導体層403は、少なくとも禁制帯幅がシリコンの1.1eVよりも大きい半導体を用いることが出来る。このような半導体としては、例えば、禁制帯幅が3.15eVであるIn−Ga−Zn−O系酸化物半導体、禁制帯幅が約3.0eVである酸化インジウム、禁制帯幅が約3.0eVであるインジウム錫酸化物、禁制帯幅が約3.3eVであるインジウムガリウム酸化物、禁制帯幅が約2.7eVであるインジウム亜鉛酸化物、禁制帯幅が約3.3eVである酸化錫、禁制帯幅が約3.37eVである酸化亜鉛などを用いることができる。
(Oxide semiconductor layer)
The oxide semiconductor layer 403 can be formed using an oxide semiconductor. Embodiments of the materials applicable to the oxide semiconductor layer 403 will be described in detail in Embodiments 4 and 5. The thickness of the oxide semiconductor layer 403 can be 1 nm to 100 nm. For the oxide semiconductor layer 403, a semiconductor having at least a forbidden band width larger than 1.1 eV of silicon can be used. As such a semiconductor, for example, an In—Ga—Zn—O-based oxide semiconductor having a forbidden band width of 3.15 eV, indium oxide having a forbidden band width of about 3.0 eV, and a forbidden band width of about 3. Indium tin oxide with 0 eV, indium gallium oxide with forbidden band width of about 3.3 eV, indium zinc oxide with forbidden band width of about 2.7 eV, tin oxide with forbidden band width of about 3.3 eV Zinc oxide having a forbidden band width of about 3.37 eV can be used.

酸化物半導体層403は島状に形成されている。本実施の形態では、一つの半導体装置のみを例示しているが、半導体装置では隣接して複数の酸化物半導体層403を用いた半導体装置を有する。半導体装置として機能させるため、隣接する半導体装置を電気的に分離する必要があるために、酸化物半導体層403を島状としている。島状にするために端部が生じるが、その端部は酸素欠損を生じやすいので保護する必要がある。なお、酸化物半導体層403は基板400上に形成される。   The oxide semiconductor layer 403 is formed in an island shape. Although only one semiconductor device is illustrated in this embodiment, the semiconductor device includes a semiconductor device using a plurality of oxide semiconductor layers 403 adjacent to each other. In order to function as a semiconductor device, it is necessary to electrically isolate adjacent semiconductor devices, so that the oxide semiconductor layer 403 has an island shape. An end portion is formed to form an island shape, but the end portion is liable to cause oxygen deficiency and needs to be protected. Note that the oxide semiconductor layer 403 is formed over the substrate 400.

基板400としては、ガラス基板(好ましくは、無アルカリガラス基板)、石英基板、セラミック基板またはプラスチック基板などを適宜用いることができる。または、基板400として、可とう性を有するガラス基板若しくは可とう性を有するプラスチック基板を用いることができる。プラスチック基板の材料としては、屈折率異方性の小さい材料を用いることが好ましい。例えば、ポリエーテルサルフォン(PES)、ポリイミドフィルム、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリビニルフルオライド(PVF)、ポリエステル、ポリカーボネート(PC)、アクリル樹脂または半硬化した有機樹脂中に繊維体を含むプリプレグなどを用いることができる。   As the substrate 400, a glass substrate (preferably a non-alkali glass substrate), a quartz substrate, a ceramic substrate, a plastic substrate, or the like can be used as appropriate. Alternatively, as the substrate 400, a flexible glass substrate or a flexible plastic substrate can be used. As a material for the plastic substrate, a material having a small refractive index anisotropy is preferably used. For example, polyethersulfone (PES), polyimide film, polyethylene naphthalate (PEN), polyvinyl fluoride (PVF), polyester, polycarbonate (PC), prepreg containing a fibrous body in an acrylic resin or semi-cured organic resin, etc. Can be used.

なお、本実施の形態では、酸化物半導体層403を基板に接するように形成しているが、基板と酸化物半導体層403の間に、絶縁膜を形成することが好ましい。化学量論比を満たす酸素よりも多くの酸素を含む保護層500が好適であり、例えば酸化シリコンであればSiO2+α(ただし、α>0)をその例に挙げることができる。 Note that although the oxide semiconductor layer 403 is formed in contact with the substrate in this embodiment, an insulating film is preferably formed between the substrate and the oxide semiconductor layer 403. The protective layer 500 containing more oxygen than the stoichiometric ratio is preferable. For example, SiO 2 + α (where α> 0) can be given as an example of silicon oxide.

(保護層)
保護層500は、上述した酸化物半導体層403の端部に接し、且つ酸化物半導体層403の端部を覆うように形成されている。保護層500は、酸素を除く第16族元素から選ばれた少なくとも一種または複数種の元素を含む酸化物絶縁体であることが好ましい。保護層500としては、例えば、LM−Ga−GeM((Lはアルカリ土類金属、Mは硫黄、セレンまたはテルル)等のカルコゲナイドガラスを用いることができる。セレン、テルル等が、酸素原子の存在した場所に置換した場合、酸素より原子欠陥を生じにくい。酸素より原子半径が大きいため、拡散等しにくいからである。
(Protective layer)
The protective layer 500 is formed so as to be in contact with the end portion of the oxide semiconductor layer 403 and cover the end portion of the oxide semiconductor layer 403. The protective layer 500 is preferably an oxide insulator containing at least one or more elements selected from Group 16 elements excluding oxygen. The protective layer 500, for example, LM-Ga 2 M 3 -GeM 2 ((L is an alkaline earth metal, M is sulfur, can be used chalcogenide glass selenium or tellurium), and the like. Selenium, tellurium and the like, When the oxygen atom is substituted at a place where oxygen atoms are present, atomic defects are less likely to occur than oxygen because the atomic radius is larger than oxygen and diffusion is difficult.

保護層500は、結晶であることが好ましい。非晶質より密度が高い保護層500の結晶を、当該酸化物半導体層403の端部に接するように形成すると、当該酸化物半導体層403に外部からの水素、水分等の浸入を防止することができるからである。成膜した段階で非晶質である場合、炉により加熱または、レーザー光照射により、結晶とすることが好ましい。 The protective layer 500 is preferably a crystal. When the crystal of the protective layer 500 having a higher density than amorphous is formed so as to be in contact with the end portion of the oxide semiconductor layer 403, entry of hydrogen, moisture, or the like from the outside to the oxide semiconductor layer 403 is prevented. Because you can. In the case where the film is amorphous at the stage of film formation, it is preferable to form crystals by heating in a furnace or by laser beam irradiation.

その保護層500に接した酸化物半導体層403に酸素欠損が生じると、酸素を除く第16族元素から選ばれた少なくとも一種または複数種の元素は、酸素原子の存在した場所に置換して、酸素欠損を低減することができる。それらに元素等は、酸素と同族の元素だからである。当該保護層は、スパッタリング法等で成膜することが可能である。当該保護層形成後、加熱処理により結晶化させることもできる。加熱の方法は、炉による加熱、レーザー光照射による加熱であっても良い。   When oxygen vacancies occur in the oxide semiconductor layer 403 in contact with the protective layer 500, at least one or more elements selected from Group 16 elements excluding oxygen are substituted with the locations where oxygen atoms exist, Oxygen deficiency can be reduced. This is because the elements and the like are elements of the same family as oxygen. The protective layer can be formed by a sputtering method or the like. After the formation of the protective layer, it can be crystallized by heat treatment. The heating method may be heating by a furnace or heating by laser light irradiation.

(ゲート絶縁層)
ゲート絶縁層402の材料としては、絶縁膜を用いることができる。例えば、酸化シリコン膜、酸化ハフニウム、酸化イットリウム、ハフニウムシリケート、ハフニウムアルミネート、窒素が添加されたハフニウムシリケート、窒素が添加されたハフニウムアルミネート、酸化ランタンなどを用いることができる。
(Gate insulation layer)
As a material of the gate insulating layer 402, an insulating film can be used. For example, a silicon oxide film, hafnium oxide, yttrium oxide, hafnium silicate, hafnium aluminate, hafnium silicate added with nitrogen, hafnium aluminate added with nitrogen, lanthanum oxide, or the like can be used.

(ゲート電極)
ゲート電極401材料は、電気伝導性とゲート絶縁層402と密着性があればよい。例えば、モリブデン、チタン、タンタル、銅、タングステン、アルミニウム、クロム、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形成することができる。また、ゲート電極401は、単層構造としてもよいし、積層構造としてもよい。
(Gate electrode)
The material of the gate electrode 401 only needs to have electrical conductivity and adhesion to the gate insulating layer 402. For example, it can be formed using a metal material such as molybdenum, titanium, tantalum, copper, tungsten, aluminum, chromium, neodymium, or scandium, or an alloy material containing these as a main component. The gate electrode 401 may have a single-layer structure or a stacked structure.

(層間絶縁膜)
層間絶縁膜404は、水分及び大気成分の透過性の低い絶縁膜で形成することができる。層間絶縁膜404の材料としては、絶縁膜を用いることができる。例えば、酸化シリコン膜、窒化シリコン、酸化アルミニウムなどを用いることができる。外部から酸化物半導体層403に、水分及び大気成分の進入を防止することができるので、トランジスタ160の電気特性の低下や変動を少なくすることができる。
(Interlayer insulation film)
The interlayer insulating film 404 can be formed using an insulating film with low permeability to moisture and atmospheric components. As a material of the interlayer insulating film 404, an insulating film can be used. For example, a silicon oxide film, silicon nitride, aluminum oxide, or the like can be used. Since moisture and atmospheric components can be prevented from entering the oxide semiconductor layer 403 from the outside, deterioration and fluctuation of the electrical characteristics of the transistor 160 can be reduced.

(ソース電極及びドレイン電極)
ソース電極及びドレイン電極502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、クロム、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形成することができる。導電層501は、酸化物半導体層403と電気的に接続していれば良い。
(Source electrode and drain electrode)
The source and drain electrodes 502 can be formed using a metal material such as molybdenum, titanium, tantalum, tungsten, aluminum, copper, chromium, neodymium, or scandium, or an alloy material containing any of these materials as its main component. The conductive layer 501 only needs to be electrically connected to the oxide semiconductor layer 403.

本実施の形態にて説明した本発明の一態様であるトランジスタ160の構成により、電気特性の低下や変動を防止することができる。酸化物半導体層403を用いた半導体装置の酸化物半導体の端部は酸素欠損を生じやすく、その酸素欠損はキャリアを生じやすい。端部によるキャリアの発生は、当該半導体装置の電気特性の低下や変動を生じさせる。保護層500に含まれる酸素を除く第16族元素から選ばれた少なくとも一種または複数種の元素は、酸素原子の存在した場所に置換して、酸化物半導層403端部の酸素欠損を低減することができるので、本発明の一態様である半導体装置の構成により、電気特性の低下や変動を防止することができる。少なくとも、硫黄、セレン、テルルの一種または複数種の元素を含む保護層が好ましい。   With the structure of the transistor 160 which is one embodiment of the present invention described in this embodiment, reduction or fluctuation in electrical characteristics can be prevented. An end portion of the oxide semiconductor of the semiconductor device including the oxide semiconductor layer 403 easily generates oxygen vacancies, and the oxygen vacancies easily generate carriers. The generation of carriers at the end causes a decrease or fluctuation in the electrical characteristics of the semiconductor device. At least one or more elements selected from Group 16 elements excluding oxygen contained in the protective layer 500 are replaced with the locations where oxygen atoms are present, and oxygen vacancies at the ends of the oxide semiconductor layer 403 are reduced. Therefore, the structure of the semiconductor device which is one embodiment of the present invention can prevent a decrease or fluctuation in electrical characteristics. A protective layer containing at least one element of sulfur, selenium, and tellurium is preferred.

(実施の形態2)
<半導体装置の作製方法>
以下、図2から図3を用いて、図1に示すトランジスタ160の作製方法の一例を示す。なお、図2から図3において、各作製工程における破線K−Lにおける断面図を示す。
(Embodiment 2)
<Method for Manufacturing Semiconductor Device>
Hereinafter, an example of a method for manufacturing the transistor 160 illustrated in FIGS. 1A to 1C will be described with reference to FIGS. 2 to 3 are cross-sectional views taken along broken lines KL in each manufacturing process.

図2には、ゲート電極401の形成から酸化物半導体層403の形成までを示す。   FIG. 2 illustrates the formation from the formation of the gate electrode 401 to the formation of the oxide semiconductor layer 403.

図2(A)に示すように、基板に導電層399を形成する(図2(A))。導電層399はスパッタ法などで形成すればよい。導電層399として用いることができる材料は、実施の形態1を参酌することができる。なお、導電層399を加工するとゲート電極401となる。   As shown in FIG. 2A, a conductive layer 399 is formed over the substrate (FIG. 2A). The conductive layer 399 may be formed by a sputtering method or the like. Embodiment 1 can be referred to for a material that can be used for the conductive layer 399. Note that when the conductive layer 399 is processed, the gate electrode 401 is formed.

つぎに、導電層399に接するように、レジスト2405を形成する(図2(B))。作製する半導体装置のチャネル長に応じて、レジスト2405の材料、レジスト2405の膜厚を選択し、適切な露光装置を用いればよい。   Next, a resist 2405 is formed so as to be in contact with the conductive layer 399 (FIG. 2B). A material for the resist 2405 and a film thickness of the resist 2405 may be selected in accordance with the channel length of the semiconductor device to be manufactured, and an appropriate exposure apparatus may be used.

つぎに、上記で作製したレジスト2405を用いて、ゲート電極401の加工を行う(図2(C))。加工方法は、ウェットエッチング、ドライエッチングを用いることができる。作製する半導体装置のチャネル長が、1マイクロメートル以下である場合、ドライエッチングを用いることが好ましい。   Next, the gate electrode 401 is processed using the resist 2405 manufactured above (FIG. 2C). As a processing method, wet etching or dry etching can be used. When the channel length of the semiconductor device to be manufactured is 1 micrometer or less, it is preferable to use dry etching.

つぎに、ゲート電極401と接するようにゲート絶縁層402を形成する(図2(D))。ゲート絶縁層402は、CVD法、スパッタリング法で形成することができる。ゲート絶縁層402に用いることができる材料は、実施の形態1を参酌することができる。ゲート絶縁層402を、酸化シリコン膜または、酸窒化シリコンをCVD法で形成する際、グロー放電プラズマの生成は、3MHzから30MHz、代表的には13.56MHz、27.12MHzのHF帯の高周波電力、または30MHzより大きく300MHz程度までのVHF帯の高周波電力、代表的には、60MHzを印加することで行うことが好ましい。また、1GHz以上のマイクロ波の高周波電力を印加することで行うこともできる。なお、高周波電力がパルス状に印加されるパルス発振や、連続的に印加される連続発振とすることができる。1GHz以上のマイクロ波を用いて形成した酸化シリコン膜または、酸窒化シリコンは、膜中および酸化物半導体層403との界面の固定電荷が、通常のプラズマCVDで成膜した酸化シリコン膜、または酸窒化シリコンより少ない。そのため、トランジスタ160において、閾値電圧等の電気特性の信頼を高くすることができる。ゲート絶縁層402の膜厚は、作製する半導体装置のチャネル長に応じて、選択すればよい。   Next, a gate insulating layer 402 is formed so as to be in contact with the gate electrode 401 (FIG. 2D). The gate insulating layer 402 can be formed by a CVD method or a sputtering method. Embodiment 1 can be referred to for a material that can be used for the gate insulating layer 402. When the gate insulating layer 402 is formed of a silicon oxide film or silicon oxynitride by a CVD method, the glow discharge plasma is generated from 3 MHz to 30 MHz, typically 13.56 MHz, 27.12 MHz, high frequency power in the HF band. Alternatively, it is preferably performed by applying high-frequency power in a VHF band from 30 MHz to approximately 300 MHz, typically 60 MHz. Moreover, it can also carry out by applying the microwave high frequency electric power of 1 GHz or more. Note that pulse oscillation in which high-frequency power is applied in a pulsed manner or continuous oscillation in which high-frequency power is continuously applied can be employed. A silicon oxide film or silicon oxynitride formed using a microwave of 1 GHz or more has a fixed charge at the interface between the film and the oxide semiconductor layer 403, or a silicon oxide film formed by ordinary plasma CVD or an acid Less than silicon nitride. Therefore, in the transistor 160, reliability of electrical characteristics such as a threshold voltage can be increased. The thickness of the gate insulating layer 402 may be selected in accordance with the channel length of the semiconductor device to be manufactured.

つぎに、ゲート絶縁層402と接するように酸化物半導体層403を成膜する。酸化物半導体層403は、スパッタリング法等で形成すればよい。酸化物半導体層403に用いることができる材料は実施の形態4,5を参酌することができる。酸化物半導体層403の膜厚は、作製する半導体装置のチャネル長に応じて、適切な膜厚を選択すればよい。   Next, the oxide semiconductor layer 403 is formed so as to be in contact with the gate insulating layer 402. The oxide semiconductor layer 403 may be formed by a sputtering method or the like. Embodiments 4 and 5 can be referred to for materials that can be used for the oxide semiconductor layer 403. The thickness of the oxide semiconductor layer 403 may be selected as appropriate depending on the channel length of the semiconductor device to be manufactured.

酸化物半導体層403は、銅、アルミニウム、塩素などの不純物がほとんど含まれない高純度化されたものであることが望ましい。トランジスタの製造工程において、これらの不純物が混入または酸化物半導体層403の表面に付着する恐れのない工程を適宜選択することが好ましく、酸化物半導体層403に付着した場合には、シュウ酸や希フッ酸などに曝す、またはプラズマ処理(NOプラズマ処理など)を行うことにより、酸化物半導体層403の不純物を除去することが好ましい。具体的には、酸化物半導体中の銅濃度は1×1018atoms/cm以下、好ましくは1×1017atoms/cm以下とする。また、酸化物半導体中のアルミニウム濃度は1×1018atoms/cm以下とする。また、酸化物半導体中の塩素濃度は2×1018atoms/cm以下とする。 The oxide semiconductor layer 403 is preferably a highly purified layer that hardly contains impurities such as copper, aluminum, and chlorine. In the manufacturing process of the transistor, it is preferable to select a process in which these impurities are not likely to be mixed or adhere to the surface of the oxide semiconductor layer 403 as appropriate. It is preferable to remove impurities from the oxide semiconductor layer 403 by exposure to hydrofluoric acid or the like, or plasma treatment (N 2 O plasma treatment or the like). Specifically, the copper concentration in the oxide semiconductor is 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less, preferably 1 × 10 17 atoms / cm 3 or less. The aluminum concentration in the oxide semiconductor is 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less. The chlorine concentration in the oxide semiconductor is 2 × 10 18 atoms / cm 3 or less.

また、酸化物半導体は成膜直後において、化学量論的組成より酸素が多い過飽和の状態とすることが好ましい。例えば、スパッタリング法を用いて酸化物半導体を成膜する場合、成膜ガスの酸素の占める割合が多い条件で成膜することが好ましく、特に酸素雰囲気(酸素ガス100%)で成膜を行うことが好ましい。成膜ガスの酸素の占める割合が多い条件、特に酸素ガス100%の雰囲気で成膜すると、例えば成膜温度を300℃以上としても、膜中からのZnの放出が抑えられる。   In addition, the oxide semiconductor is preferably in a supersaturated state in which oxygen is more than the stoichiometric composition immediately after film formation. For example, in the case where an oxide semiconductor film is formed by a sputtering method, the film formation is preferably performed under a condition where the proportion of oxygen in the film formation gas is large, and the film formation is particularly performed in an oxygen atmosphere (oxygen gas 100%). Is preferred. When the film is formed in a condition where the proportion of oxygen in the film forming gas is large, particularly in an atmosphere containing 100% oxygen gas, the release of Zn from the film can be suppressed even when the film forming temperature is set to 300 ° C. or higher.

酸化物半導体は、水素などの不純物が十分に除去され、その酸化物半導体に十分な酸素が供給されて酸素が過飽和の状態となっていることが望ましい。具体的には、酸化物半導体の水素濃度は5×1019atoms/cm以下、望ましくは5×1018atoms/cm以下、より望ましくは5×1017atoms/cm以下とする。なお、上述の酸化物半導体の水素濃度は、二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectroscopy)で測定されるものである。 It is preferable that an impurity such as hydrogen be sufficiently removed from the oxide semiconductor and that the oxide semiconductor be supplied with sufficient oxygen to be supersaturated. Specifically, the hydrogen concentration of the oxide semiconductor is 5 × 10 19 atoms / cm 3 or lower, preferably 5 × 10 18 atoms / cm 3 or lower, more preferably 5 × 10 17 atoms / cm 3 or lower. Note that the hydrogen concentration of the oxide semiconductor is measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS).

ソース電極及びドレイン電極502と電気的に接続する領域を設けるように、ゲート電極401と重ならない領域にも酸化物半導体層403を形成する。後述するように、ソース電極及びドレイン電極502のためのコンタクトホールを形成して、ソース電極及びドレイン電極502と酸化物半導体層403を電気的に接続する。その電気的接続ができるように、酸化物半導体層403を設ければよい。(図2(E))。なお、酸化物半導体層403を島状に加工する方法は、ウェットエッチング、ドライエッチングを用いることができる。   The oxide semiconductor layer 403 is also formed in a region that does not overlap with the gate electrode 401 so that a region electrically connected to the source and drain electrodes 502 is provided. As described later, contact holes for the source and drain electrodes 502 are formed, and the source and drain electrodes 502 and the oxide semiconductor layer 403 are electrically connected. An oxide semiconductor layer 403 may be provided so that electrical connection can be made. (FIG. 2 (E)). Note that wet etching or dry etching can be used as a method for processing the oxide semiconductor layer 403 into an island shape.

図3に、保護層500の形成からソース電極及びドレイン電極502の形成までを示す。   FIG. 3 shows a process from the formation of the protective layer 500 to the formation of the source and drain electrodes 502.

保護層500を、島状にした酸化物半導体層403に接し、且つ端部を覆うように形成する(図3(A))。保護層500は、スパッタリング法等で形成すればよい。保護層500は、フォトリソグラフィー工程、エチング工程を経て、パターニングすればよい。保護層500に用いることができる材料は実施の形態1を参酌することができる。   The protective layer 500 is formed so as to be in contact with the oxide semiconductor layer 403 which is in the shape of an island and to cover an end portion (FIG. 3A). The protective layer 500 may be formed by a sputtering method or the like. The protective layer 500 may be patterned through a photolithography process and an etching process. Embodiment 1 can be referred to for materials that can be used for the protective layer 500.

酸化物半導体層403の端部は酸素欠損を生じやすいので、保護層500が接して且つ酸化物半導体層403を覆う構成にすれば、酸素欠損を生じた場合、保護層500を過熱して、保護層500中の酸素を除く第16族元素から選ばれた少なくとも一種または複数種の元素は酸素原子の存在した場所に置換して、酸素欠損を低減することができる。上記加熱は、基板を炉で加熱してもよく、保護層500をレーザー光等で加熱してもよい。保護層は、少なくとも、硫黄、セレン、テルルの一種または複数種の元素を含むことが好ましい。   Since the end portion of the oxide semiconductor layer 403 is likely to generate oxygen vacancies, when the protective layer 500 is in contact with and covers the oxide semiconductor layer 403, when the oxygen vacancies are generated, the protective layer 500 is overheated, At least one element or a plurality of elements selected from Group 16 elements excluding oxygen in the protective layer 500 can be replaced with a place where an oxygen atom is present to reduce oxygen deficiency. In the heating, the substrate may be heated in a furnace, or the protective layer 500 may be heated with a laser beam or the like. The protective layer preferably contains at least one element of sulfur, selenium, and tellurium.

トランジスタ160の電気的信頼性を向上させるため、酸化物半導体層403を覆うように、水分及び大気成分の透過性の低い層間絶縁膜404を形成する。外部から酸化物半導体層403に、水分及び大気成分の進入を防止することができるので、トランジスタ160の電気特性の低下や変動を少なくすることができる。   In order to improve the electrical reliability of the transistor 160, an interlayer insulating film 404 having low permeability to moisture and atmospheric components is formed so as to cover the oxide semiconductor layer 403. Since moisture and atmospheric components can be prevented from entering the oxide semiconductor layer 403 from the outside, deterioration and fluctuation of the electrical characteristics of the transistor 160 can be reduced.

つぎに、ソース電極及びドレイン電極502を形成するため、層間絶縁膜404を開口して、ソース電極及びドレイン電極502を形成する。層間絶縁膜404の開口は、ウェットエッチング、ドライエッチングを用いることができる。   Next, in order to form the source and drain electrodes 502, the interlayer insulating film 404 is opened, and the source and drain electrodes 502 are formed. For the opening of the interlayer insulating film 404, wet etching or dry etching can be used.

つぎに、酸化物半導体層403と電気的に接続するように、上述した層間絶縁膜404の開口を埋めるように、導電層501を形成する(図3(B))。   Next, a conductive layer 501 is formed so as to fill the opening of the above-described interlayer insulating film 404 so as to be electrically connected to the oxide semiconductor layer 403 (FIG. 3B).

つぎに、導電層501を加工して、ソース電極及びドレイン電極502を形成する。導電層501の加工は、ウェットエッチング、ドライエッチングを用いることができる(図3(C))。   Next, the conductive layer 501 is processed to form the source and drain electrodes 502. The conductive layer 501 can be processed by wet etching or dry etching (FIG. 3C).

本実施の形態にて説明した本発明の一態様であるトランジスタ160の作製方法により、電気特性の低下や変動を防止することができる。酸化物半導体層403を用いた半導体装置の酸化物半導体層の端部は酸素欠損を生じやすく、その酸素欠損はキャリアを生じやすい。端部によるキャリアの発生は、当該半導体装置の電気特性の低下や変動を生じさせる。その端部で生じる酸素欠陥を保護層500に含まれる酸素を除く第16族元素から選ばれた少なくとも一種または複数種の元素は、酸素原子の存在した場所に置換して、酸素欠損を低減することができるので、本発明の一態様である半導体装置の構成により、電気特性の低下や変動を防止することができる。   With the method for manufacturing the transistor 160 which is one embodiment of the present invention described in this embodiment, reduction or fluctuation in electrical characteristics can be prevented. An end portion of the oxide semiconductor layer of the semiconductor device including the oxide semiconductor layer 403 easily generates oxygen vacancies, and the oxygen vacancies easily generate carriers. The generation of carriers at the end causes a decrease or fluctuation in the electrical characteristics of the semiconductor device. At least one or a plurality of elements selected from Group 16 elements excluding oxygen contained in the protective layer 500 are substituted for the oxygen vacancies generated at the end portions thereof where oxygen atoms are present, thereby reducing oxygen vacancies. Therefore, the structure of the semiconductor device which is one embodiment of the present invention can prevent a decrease or fluctuation in electrical characteristics.

(実施の形態3)
本発明の一態様の半導体装置であるトップゲート型トランジスタ161の構成について、図4を用いて説明する。本実施の形態の半導体装置の上面図を図4(A)に、図4(A)中の破線X−Yにおける断面図を図4(B)に示す。本発明の一態様のトランジスタ161は、基板とゲート電極401の間に、活性層である島状の酸化物半導体層403が形成されているいわゆるトップゲートトランジスタである。なお、上面図は層間絶縁膜404を省いて、図示している。
(Embodiment 3)
The structure of the top-gate transistor 161 which is a semiconductor device of one embodiment of the present invention is described with reference to FIGS. FIG. 4A shows a top view of the semiconductor device of this embodiment, and FIG. 4B shows a cross-sectional view taken along broken line XY in FIG. 4A. The transistor 161 of one embodiment of the present invention is a so-called top gate transistor in which an island-shaped oxide semiconductor layer 403 which is an active layer is formed between a substrate and a gate electrode 401. In the top view, the interlayer insulating film 404 is omitted.

本実施の形態で例示する半導体装置は、島状の酸化物半導体層403と、島状の酸化物半導体層403の端部に接して、且つ覆うように設けられた保護層500と、ゲート絶縁層402と、ゲート電極401と、ソース電極と、ドレイン電極と、を有し、酸素を除く第16族元素から選ばれた少なくとも一種または複数種の元素を含む保護層500を有する。   The semiconductor device described as an example in this embodiment includes an island-shaped oxide semiconductor layer 403, a protective layer 500 provided in contact with and covering an end portion of the island-shaped oxide semiconductor layer 403, and gate insulation. The protective layer 500 includes a layer 402, a gate electrode 401, a source electrode, and a drain electrode, and includes at least one or more elements selected from Group 16 elements excluding oxygen.

当該トランジスタ161を構成している、酸化物半導体層403、基板400、保護層500、ゲート絶縁層402、ゲート電極401、層間絶縁膜404、ソース電極及びドレイン電極502は、実施の形態1を参酌することができる。 For the oxide semiconductor layer 403, the substrate 400, the protective layer 500, the gate insulating layer 402, the gate electrode 401, the interlayer insulating film 404, and the source and drain electrodes 502 included in the transistor 161, refer to Embodiment 1. can do.

<半導体装置の作製方法>
以下、図5から図7を用いて、図4に示すトランジスタ161の作製方法の一例を示す。なお、図5から図7において、各作製工程における破線X−Yにおける断面図を示す。
<Method for Manufacturing Semiconductor Device>
Hereinafter, an example of a method for manufacturing the transistor 161 illustrated in FIGS. 4A to 4C will be described with reference to FIGS. 5 to 7, cross-sectional views taken along broken lines XY in the respective manufacturing steps are shown.

図5には、酸化物半導体層403の形成から保護層500の形成までを示す。   FIG. 5 illustrates formation of the oxide semiconductor layer 403 to formation of the protective layer 500.

図5(A)に示すように、基板に酸化物半導体層403を形成する(図5(A))。酸化物半導体層403として用いることができる材料は、実施の形態4及び5を参酌することができる。   As illustrated in FIG. 5A, the oxide semiconductor layer 403 is formed over the substrate (FIG. 5A). Embodiments 4 and 5 can be referred to for a material that can be used for the oxide semiconductor layer 403.

つぎに、島状の酸化物半導体層403を形成する領域に接するように、レジスト2406を形成する(図5(B))。酸化物半導体層403の膜厚によって、レジスト2406の材料、レジスト2406の膜厚を選択し、適切な露光装置を用いればよい。   Next, a resist 2406 is formed so as to be in contact with a region where the island-shaped oxide semiconductor layer 403 is formed (FIG. 5B). The material of the resist 2406 and the thickness of the resist 2406 may be selected depending on the thickness of the oxide semiconductor layer 403, and an appropriate exposure apparatus may be used.

つぎに、酸化物半導体層403を島状に加工する(図5(C))。加工する方法は、ウェットエッチングまたはドライエッチングを用いることができる。   Next, the oxide semiconductor layer 403 is processed into an island shape (FIG. 5C). As a processing method, wet etching or dry etching can be used.

つぎに、保護層500を、島状にした酸化物半導体層403に接し、且つ端部を覆うように形成する(図5(D))。酸化物半導体層403の端部は酸素欠損を生じやすいので、保護層500が接して且つ酸化物半導体層403に覆う構成にすれば、酸素欠損を生じた場合、保護層500中の酸素を除く第16族元素から選ばれた少なくとも一種または複数種の元素は酸素原子の存在した場所に置換して、酸素欠損を低減することができる。   Next, the protective layer 500 is formed so as to be in contact with the island-shaped oxide semiconductor layer 403 and to cover the end portion (FIG. 5D). Since the end portion of the oxide semiconductor layer 403 easily generates oxygen vacancies, when the protective layer 500 is in contact with and covers the oxide semiconductor layer 403, oxygen in the protective layer 500 is removed when oxygen vacancies are generated. At least one or a plurality of elements selected from Group 16 elements can be substituted at the location where the oxygen atom is present to reduce oxygen vacancies.

図6に、ゲート絶縁層402の形成から、ゲート電極401の形成までを示す。   FIG. 6 illustrates the process from formation of the gate insulating layer 402 to formation of the gate electrode 401.

酸化物半導体層403と接するようにゲート絶縁層402を形成する(図6(A))。ゲート絶縁層402は、CVD法、スパッタリング法で形成することができる。ゲート絶縁層402に用いることができる材料は、実施の形態1を参酌することができる。ゲート絶縁層402を、酸化シリコン膜または、酸窒化シリコンをCVD法で形成する際、グロー放電プラズマの生成は、3MHzから30MHz、代表的には13.56MHz、27.12MHzのHF帯の高周波電力、または30MHzより大きく300MHz程度までのVHF帯の高周波電力、代表的には、60MHzを印加することで行うことが好ましい。また、1GHz以上のマイクロ波の高周波電力を印加することで行うこともできる。なお、高周波電力がパルス状に印加されるパルス発振や、連続的に印加される連続発振とすることができる。1GHz以上のマイクロ波を用いて形成した酸化シリコン膜または、酸窒化シリコンは、膜中および酸化物半導体層403との界面の固定電荷が、通常のプラズマCVDで成膜した酸化シリコン膜、または酸窒化シリコンより少ない。そのため、トランジスタ161において、閾値電圧等の電気特性の信頼を高くすることができる。ゲート絶縁層402の膜厚は、作製する半導体装置のチャネル長に応じて、選択すればよい。   A gate insulating layer 402 is formed so as to be in contact with the oxide semiconductor layer 403 (FIG. 6A). The gate insulating layer 402 can be formed by a CVD method or a sputtering method. Embodiment 1 can be referred to for a material that can be used for the gate insulating layer 402. When the gate insulating layer 402 is formed of a silicon oxide film or silicon oxynitride by a CVD method, the glow discharge plasma is generated from 3 MHz to 30 MHz, typically 13.56 MHz, 27.12 MHz, high frequency power in the HF band. Alternatively, it is preferably performed by applying high-frequency power in a VHF band from 30 MHz to approximately 300 MHz, typically 60 MHz. Moreover, it can also carry out by applying the microwave high frequency electric power of 1 GHz or more. Note that pulse oscillation in which high-frequency power is applied in a pulsed manner or continuous oscillation in which high-frequency power is continuously applied can be employed. A silicon oxide film or silicon oxynitride formed using a microwave of 1 GHz or more has a fixed charge at the interface between the film and the oxide semiconductor layer 403, or a silicon oxide film formed by ordinary plasma CVD or an acid Less than silicon nitride. Therefore, in the transistor 161, reliability of electrical characteristics such as a threshold voltage can be increased. The thickness of the gate insulating layer 402 may be selected in accordance with the channel length of the semiconductor device to be manufactured.

つぎに、ゲート絶縁層402に接するように導電層399を形成する(図6(B))。ゲート電極401として用いることができる材料は、実施の形態1を参酌することができる。なお、導電層399を加工するとゲート電極401となる。   Next, a conductive layer 399 is formed so as to be in contact with the gate insulating layer 402 (FIG. 6B). Embodiment 1 can be referred to for a material that can be used for the gate electrode 401. Note that when the conductive layer 399 is processed, the gate electrode 401 is formed.

つぎに、ゲート電極401を形成する領域に接するように、レジスト2407を形成する。作製する半導体装置のチャネル長に応じて、レジスト2407の材料、レジスト2407の膜厚を選択し、適切な露光装置を用いればよい。上記で作製したレジスト2407パターンを用いて、ゲート電極401の加工を行う(図6(C))。加工方法は、ウェットエッチング、ドライエッチングを用いることができる。作製する半導体装置のチャネル長が、1マイクロメートル以下である場合、ドライエッチングを用いることが好ましい。   Next, a resist 2407 is formed so as to be in contact with a region where the gate electrode 401 is formed. An appropriate exposure apparatus may be used by selecting a material of the resist 2407 and a film thickness of the resist 2407 according to the channel length of the semiconductor device to be manufactured. The gate electrode 401 is processed using the resist 2407 pattern manufactured above (FIG. 6C). As a processing method, wet etching or dry etching can be used. When the channel length of the semiconductor device to be manufactured is 1 micrometer or less, it is preferable to use dry etching.

図7に、層間絶縁膜404の形成からソース電極及びドレイン電極502の形成までを示す。   FIG. 7 shows from the formation of the interlayer insulating film 404 to the formation of the source and drain electrodes 502.

トランジスタ161の電気的信頼性を向上させるため、酸化物半導体層403を覆うように、水分及び大気成分の透過性の低い層間絶縁膜404を形成する。外部から酸化物半導体層403に、水分及び大気成分の進入を防止することができるので、トランジスタ161の電気特性の低下や変動を少なくすることができる。   In order to improve the electrical reliability of the transistor 161, an interlayer insulating film 404 with low permeability to moisture and atmospheric components is formed so as to cover the oxide semiconductor layer 403. Since moisture and atmospheric components can be prevented from entering the oxide semiconductor layer 403 from the outside, reduction in electrical characteristics and fluctuation of the transistor 161 can be reduced.

つぎに、ソース電極及びドレイン電極502を形成するため、層間絶縁膜404を開口して、ソース電極及びドレイン電極502を形成する。酸化物半導体層403のゲート電極401と重ならない領域に層間絶縁膜404を開口すればよい。層間絶縁膜404の開口は、ウェットエッチング、ドライエッチングを用いることができる。   Next, in order to form the source and drain electrodes 502, the interlayer insulating film 404 is opened, and the source and drain electrodes 502 are formed. The interlayer insulating film 404 may be opened in a region where the oxide semiconductor layer 403 does not overlap with the gate electrode 401. For the opening of the interlayer insulating film 404, wet etching or dry etching can be used.

つぎに、酸化物半導体層403と電気的に接続するように、上述した層間絶縁膜404の開口を埋めるように、導電層501を形成する(図7(A))。   Next, a conductive layer 501 is formed so as to fill the opening of the above-described interlayer insulating film 404 so as to be electrically connected to the oxide semiconductor layer 403 (FIG. 7A).

つぎに、導電層501を加工して、ソース電極及びドレイン電極502を形成する。導電性物質の加工は、ウェットエッチング、ドライエッチングを用いることができる(図7(B))。   Next, the conductive layer 501 is processed to form the source and drain electrodes 502. For the processing of the conductive material, wet etching or dry etching can be used (FIG. 7B).

本実施の形態にて説明した本発明の一態様であるトランジスタ161の作製方法により、電気特性の低下や変動を防止することができる。酸化物半導体層403を用いた半導体装置の酸化物半導体層の端部は酸素欠損を生じやすく、その酸素欠損はキャリアを生じやすい。端部によるキャリアの発生は、当該半導体装置の電気特性の低下や変動を生じさせる。その端部で生じる酸素欠陥を保護層500に含まれる酸素を除く第16族元素から選ばれた少なくとも一種または複数種の元素は、酸素原子の存在した場所に置換して、酸素欠損を低減することができるので、本発明の一態様である半導体装置の構成により、電気特性の低下や変動を防止することができる。   With the manufacturing method of the transistor 161 which is one embodiment of the present invention described in this embodiment, reduction or fluctuation in electrical characteristics can be prevented. An end portion of the oxide semiconductor layer of the semiconductor device including the oxide semiconductor layer 403 easily generates oxygen vacancies, and the oxygen vacancies easily generate carriers. The generation of carriers at the end causes a decrease or fluctuation in the electrical characteristics of the semiconductor device. At least one or a plurality of elements selected from Group 16 elements excluding oxygen contained in the protective layer 500 are substituted for the oxygen vacancies generated at the end portions thereof where oxygen atoms are present, thereby reducing oxygen vacancies. Therefore, the structure of the semiconductor device which is one embodiment of the present invention can prevent a decrease or fluctuation in electrical characteristics.

(実施の形態4)
実施の形態1で示した酸化物半導体層403に用いることができる酸化物半導体について説明する。
(Embodiment 4)
An oxide semiconductor that can be used for the oxide semiconductor layer 403 described in Embodiment 1 will be described.

酸化物半導体として用いることのできる材料は、少なくともインジウム(In)を含む。特にInと亜鉛(Zn)を含むことが好ましい。また、当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。また、スタビライザーとしてジルコニウム(Zr)を有することが好ましい。   A material that can be used for the oxide semiconductor contains at least indium (In). In particular, it is preferable to contain In and zinc (Zn). In addition, it is preferable to include gallium (Ga) 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. Moreover, it is preferable to have a zirconium (Zr) 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).

また、酸化物半導体として、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、2元系金属の酸化物であるIn−Zn系酸化物、In−Mg系酸化物、In−Ga系酸化物、3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、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、4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。   In addition, as oxide semiconductors, indium oxide, tin oxide, zinc oxide, binary metal oxides In—Zn oxides, In—Mg oxides, In—Ga oxides, ternary metals In-Ga-Zn-based oxide (also referred to as IGZO), In-Al-Zn-based oxide, In-Sn-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 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 oxide, In-Yb-Zn-based oxide, In-Lu-Zn-based oxide, quaternary In—Sn—Ga—Zn-based oxide, In—Hf—Ga—Zn-based oxide, In—Al—Ga—Zn-based oxide, In—Sn—Al—Zn-based oxide, which are metal oxides, An In—Sn—Hf—Zn-based oxide or an In—Hf—Al—Zn-based oxide can be used.

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(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および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(n>0、且つ、nは整数)で表記される材料を用いてもよい。 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 2 SnO 5 (ZnO) n (n> 0 is satisfied, and n is an integer) may be used as the oxide semiconductor.

また、酸化物半導体として、In:Ga:Zn=1:1:1(=1/3:1/3:1/3)、In:Ga:Zn=2:2:1(=2/5:2/5:1/5)、あるいはIn:Ga:Zn=3:1:2(=1/2:1/6:1/3)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。   As the oxide semiconductor, In: Ga: Zn = 1: 1: 1 (= 1/3: 1/3: 1/3), In: Ga: Zn = 2: 2: 1 (= 2/5: 2/5: 1/5), or In: Ga: Zn = 3: 1: 2 (= 1/2: 1/6: 1/3) atomic ratio In—Ga—Zn-based oxides and their An oxide 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、インジウムを含む酸化物半導体は、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、キャリア濃度や不純物濃度、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 oxide semiconductor containing indium is not limited thereto, and an oxide semiconductor having an appropriate composition may be used depending on required semiconductor characteristics (mobility, threshold value, variation, and the like). In order to obtain the required semiconductor characteristics, it is preferable that the carrier concentration, impurity concentration, defect density, atomic ratio of metal element to oxygen, interatomic bond distance, density, and the like are 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く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.

また、酸化物半導体層403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。   The oxide semiconductor layer 403 is in a single crystal state, a polycrystalline (also referred to as polycrystal) state, an amorphous state, or the like.

また、酸化物半導体層403に、銅、アルミニウム、塩素などの不純物がほとんど含まれない高純度化されたものであることが望ましい。トランジスタの作製工程において、これらの不純物が混入または酸化物半導体層403の表面に付着する恐れのない工程を適宜選択することが好ましく、酸化物半導体層403に付着した場合には、シュウ酸や希フッ酸などに曝す、またはプラズマ処理(NOプラズマ処理など)を行うことにより、酸化物半導体層403の不純物を除去することが好ましい。酸化物半導体層403に酸化物半導体を用いた場合、具体的には、酸化物半導体中の銅濃度は1×1018atoms/cm以下、好ましくは1×1017atoms/cm以下とする。また、酸化物半導体中のアルミニウム濃度は1×1018atoms/cm以下とする。また、酸化物半導体中の塩素濃度は2×1018atoms/cm以下とする。 In addition, the oxide semiconductor layer 403 is preferably highly purified so as not to contain impurities such as copper, aluminum, and chlorine. In the manufacturing process of the transistor, it is preferable to select a process in which these impurities are not mixed or attached to the surface of the oxide semiconductor layer 403 as appropriate. It is preferable to remove impurities from the oxide semiconductor layer 403 by exposure to hydrofluoric acid or the like, or plasma treatment (N 2 O plasma treatment or the like). In the case where an oxide semiconductor is used for the oxide semiconductor layer 403, specifically, the copper concentration in the oxide semiconductor is 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less, preferably 1 × 10 17 atoms / cm 3 or less. . The aluminum concentration in the oxide semiconductor is 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less. The chlorine concentration in the oxide semiconductor is 2 × 10 18 atoms / cm 3 or less.

また、酸化物半導体層403に酸化物半導体を用いた場合、酸化物半導体は成膜直後において、化学量論的組成より酸素が多い過飽和の状態とすることが好ましい。例えば、スパッタリング法を用いて酸化物半導体を成膜する場合、成膜ガスの酸素の占める割合が多い条件で成膜することが好ましく、特に酸素雰囲気(酸素ガス100%)で成膜を行うことが好ましい。成膜ガスの酸素の占める割合が多い条件、特に酸素ガス100%の雰囲気で成膜すると、例えば成膜温度を300℃以上としても、膜中からのZnの放出が抑えられる。   In the case where an oxide semiconductor is used for the oxide semiconductor layer 403, it is preferable that the oxide semiconductor be in a supersaturated state in which oxygen is higher than that in the stoichiometric composition immediately after film formation. For example, in the case where an oxide semiconductor film is formed by a sputtering method, the film formation is preferably performed under a condition where the proportion of oxygen in the film formation gas is large, and the film formation is particularly performed in an oxygen atmosphere (oxygen gas 100%). Is preferred. When the film is formed in a condition where the proportion of oxygen in the film forming gas is large, particularly in an atmosphere containing 100% oxygen gas, the release of Zn from the film can be suppressed even when the film forming temperature is set to 300 ° C. or higher.

酸化物半導体層403は、水素などの不純物が十分に除去され、その酸化物半導体に十分な酸素が供給されて酸素が過飽和の状態となっていることが望ましい。具体的には、酸化物半導体の水素濃度は5×1019atoms/cm以下、望ましくは5×1018atoms/cm以下、より望ましくは5×1017atoms/cm以下とする。なお、上述の酸化物半導体の水素濃度は、二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectroscopy)で測定されるものである。 In the oxide semiconductor layer 403, it is preferable that impurities such as hydrogen be sufficiently removed and oxygen be supplied to the oxide semiconductor to be in a supersaturated state. Specifically, the hydrogen concentration of the oxide semiconductor is 5 × 10 19 atoms / cm 3 or lower, preferably 5 × 10 18 atoms / cm 3 or lower, more preferably 5 × 10 17 atoms / cm 3 or lower. Note that the hydrogen concentration of the oxide semiconductor is measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS).

(実施の形態5)
本実施の形態では、実施の形態1で例示した酸化物半導体層403に用いることができる、CAAC−OS(C Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor)膜について説明する。
(Embodiment 5)
In this embodiment, a CAAC-OS (C Axis Crystalline Oxide Semiconductor) film that can be used for the oxide semiconductor layer 403 described in Embodiment 1 is described.

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、結晶部および非晶質部を有する結晶−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 including a crystal part and an amorphous part. 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.

本実施の形態では、c軸配向し、かつab面、表面または界面の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軸においては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おり、ab面においてはa軸またはb軸の向きが異なる(c軸を中心に回転した)結晶を含む酸化物(CAAC:C Axis Aligned Crystallineともいう。)について説明する。   In this embodiment mode, the atoms are c-axis oriented and have an atomic arrangement that is triangular or hexagonal when viewed from the ab plane, surface, or interface direction. In the c-axis, the metal atoms are layered, or metal atoms and oxygen atoms A description will be given of an oxide (also referred to as CAAC: C Axis Aligned Crystalline) containing crystals in which the a and b axes have different orientations (rotated about the c axis) on the ab plane.

CAACとは、広義に、非単結晶であって、そのab面に垂直な方向から見て、三角形、六角形、正三角形または正六角形の原子配列を有し、かつc軸方向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が層状に配列した相を含む酸化物をいう。   CAAC is a non-single crystal in a broad sense, and has a triangular, hexagonal, equilateral triangle, or equilateral hexagonal atomic arrangement when viewed from a direction perpendicular to the ab plane, and a direction perpendicular to the c-axis direction. As seen from the above, it is an oxide containing a phase in which metal atoms are arranged in layers or metal atoms and oxygen atoms are arranged in layers.

CAACは単結晶ではないが、非晶質のみから形成されているものでもない。また、CAACは結晶化した部分(結晶部分)を含むが、1つの結晶部分と他の結晶部分の境界を明確に判別できないこともある。   CAAC is not a single crystal, but is not formed only from an amorphous material. Further, although CAAC includes a crystallized portion (crystal portion), the boundary between one crystal portion and another crystal portion may not be clearly distinguished.

CAACを構成する酸素の一部は窒素で置換されてもよい。また、CAACを構成する個々の結晶部分のc軸は一定の方向(例えば、CAACを支持する基板面、CAACの表面などに垂直な方向)に揃っていてもよい。または、CAACを構成する個々の結晶部分のab面の法線は一定の方向(例えば、CAACを支持する基板面、CAACの表面などに垂直な方向)を向いていてもよい。   A part of oxygen constituting CAAC may be replaced with nitrogen. In addition, the c-axis of each crystal portion constituting the CAAC may be aligned in a certain direction (for example, a direction perpendicular to the substrate surface supporting the CAAC, the surface of the CAAC, etc.). Alternatively, the normal line of the ab plane of each crystal portion constituting the CAAC may be in a certain direction (for example, a direction perpendicular to the substrate surface supporting the CAAC, the surface of the CAAC, etc.).

CAAC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 is a conductor, a semiconductor, or an insulator depending on its composition. Further, it is transparent or opaque to visible light depending on its composition.

このようなCAAC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酸化物を挙げることもできる。   As an example of such CAAC, a triangular or hexagonal atomic arrangement is observed when observed from a direction perpendicular to the film surface or the supporting substrate surface, and when the film cross section is observed, a metal atom or metal Mention may also be made of oxides in which a layered arrangement of atoms and oxygen atoms (or nitrogen atoms) is observed.

CAAC酸化物半導体層に含まれる結晶構造の一例について図8乃至図10を用いて詳細に説明する。なお、特に断りがない限り、図8乃至図10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8において丸で囲まれたO(酸素)は4配位のO(酸素)を示し、二重丸で囲まれたO(酸素)は3配位のOを示す。   An example of a crystal structure included in the CAAC oxide semiconductor layer will be described in detail with reference to FIGS. Unless otherwise specified, in FIGS. 8 to 10, the upper 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. 8, O (oxygen) surrounded by a circle represents tetracoordinate O (oxygen), and O (oxygen) surrounded by a double circle represents tricoordinate O.

図8(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(酸素))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8(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8(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(酸素)がある。図8(A)に示す小グループは電荷が0である。 FIG. 8A illustrates a structure including one hexacoordinate In and six tetracoordinate oxygen atoms adjacent to In (hereinafter referred to as tetracoordinate O (oxygen)). 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. 8A has an octahedral structure, but is illustrated as a planar structure for simplicity. Note that three tetracoordinate O atoms (oxygen) exist in each of an upper half and a lower half in FIG. In the small group illustrated in FIG. 8A, electric charge is 0.

図8(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(酸素))と、Gaに近接の2個の4配位のO(酸素)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8(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(酸素)がある。また、Inも5配位をとるため、図8(B)に示す構造をとりうる。図8(B)に示す小グループは電荷が0である。酸化物半導体層403の端部において、ab面が露出しやすいため、ab面に存在する3配位のO(酸素)の欠損が生じやすい。酸素を除く第16族元素から選ばれた少なくとも一種または複数種の元素は、その3配位のO(酸素)が存在していた場所に置換しやすい。また、酸化物半導体層403の端部に4配位のO(酸素)の欠損が生じていた場合においても、酸素と同族であるので、第16族元素から選ばれた少なくとも一種または複数種の元素は、4配位のO(酸素)が存在していた場所に置換することは可能である。 FIG. 8B illustrates one pentacoordinate Ga, three tricoordinate oxygen atoms adjacent to Ga (hereinafter referred to as tricoordinate O (oxygen)), and two proximate to Ga. 4 shows a structure having tetracoordinate O (oxygen). All tricoordinate O atoms are present on the ab plane. One tetracoordinate O (oxygen) 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. 8B can be employed. In the small group illustrated in FIG. 8B, electric charge is 0. Since the ab surface is likely to be exposed at the end portion of the oxide semiconductor layer 403, a deficiency of tricoordinate O (oxygen) existing in the ab surface is likely to occur. At least one or more elements selected from Group 16 elements other than oxygen can be easily substituted at the place where the tricoordinate O (oxygen) was present. In addition, even in the case where tetracoordinate O (oxygen) deficiency occurs in the end portion of the oxide semiconductor layer 403, the oxide semiconductor layer 403 has the same family as oxygen; The element can be substituted at a place where tetracoordinate O (oxygen) was present.

図8(C)に、1個の4配位のZnと、Znに近接の4個の4配位のO(酸素)と、を有する構造を示す。図8(C)の上半分に上半分に3個の4配位のO(酸素)があり、下半分に1個の4配位のOがあってもよい。図8(C)に示す小グループは電荷が0である。 FIG. 8C illustrates a structure including one tetracoordinate Zn and four tetracoordinate O (oxygen) atoms close to Zn. In the upper half of FIG. 8C, three tetracoordinate O (oxygen) atoms may exist in the upper half, and one tetracoordinate O atom may exist in the lower half. In the small group illustrated in FIG. 8C, electric charge is 0.

図8(D)に、1個の6配位のSnと、Snに近接の6個の4配位のO(酸素)と、を有する構造を示す。図8(D)の上半分には3個の4配位のO(酸素)があり、下半分には3個の4配位のO(酸素)がある。図8(D)に示す小グループは電荷が+1となる。 FIG. 8D illustrates a structure including one hexacoordinate Sn and six tetracoordinate O (oxygen) atoms adjacent to the Sn. In FIG. 8D, there are three tetracoordinate O (oxygen) atoms in the upper half, and three tetracoordinate O (oxygen) ions in the lower half. In the small group illustrated in FIG. 8D, electric charge is +1.

図8(E)に、2個のZnを含む小グループを示す。図8(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8(E)に示す小グループは電荷が−1となる。 FIG. 8E illustrates a small group including two Zn atoms. In FIG. 8E, there is one tetracoordinate O atom in the upper half, and one tetracoordinate O atom in the lower half. In the small group illustrated in FIG. 8E, 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。6配位のInの上半分の3個のO(酸素)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(酸素)は、上方向にそれぞれ3個の近接Inを有する。5配位のGaの上半分の1個のO(酸素)は下方向に1個の近接Gaを有し、下半分の1個のO(酸素)は上方向に1個の近接Gaを有する。4配位のZnの上半分の1個のO(酸素)は、下方向に1個の近接Znを有し、下半分の3個のO(酸素)は、上方向にそれぞれ3個の近接Znを有する。この様に、金属原子の上方向の4配位のO(酸素)の数と、そのO(酸素)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の4配位のO(酸素)の数と、そのO(酸素)の上方向にある近接金属原子の数は等しい。O(酸素)は4配位なので、下方向にある近接金属原子の数と、上方向にある近接金属原子の数の和は4になる。従って、金属原子の上方向にある4配位のO(酸素)の数と、別の金属原子の下方向にある4配位のO(酸素)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(酸素)を介して結合する場合、4配位のO(酸素)が3個であるため、5配位の金属原子(GaまたはIn)、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. Three Os (oxygens) in the upper half of hexacoordinate In each have three adjacent Ins in the downward direction, and three Os (oxygens) in the lower half each have three in the upward direction. Proximity In. One O (oxygen) in the upper half of pentacoordinate Ga has one neighboring Ga in the downward direction, and one O (oxygen) in the lower half has one neighboring Ga in the upward direction . One O (oxygen) in the upper half of tetracoordinate Zn has one adjacent Zn in the downward direction, and three O (oxygen) in the lower half have three adjacent in the upward direction, respectively. Zn is contained. In this way, the number of tetracoordinate O (oxygen) in the upward direction of the metal atom is equal to the number of adjacent metal atoms in the downward direction of the O (oxygen). The number of O (oxygen) at the position is equal to the number of adjacent metal atoms above the O (oxygen). Since O (oxygen) is tetracoordinate, the sum of the number of adjacent metal atoms in the downward direction and the number of adjacent metal atoms in the upward direction is 4. Therefore, when the sum of the number of tetracoordinate O (oxygen) in the upward direction of a metal atom and the number of tetracoordinate O (oxygen) in the downward direction of another metal atom is 4, Two kinds of small groups having atoms can be bonded to each other. For example, in the case where a hexacoordinate metal atom (In or Sn) is bonded through tetracoordinate O (oxygen) in the lower half, since there are three tetracoordinate O (oxygen), pentacoordinate The metal atoms (Ga or In) and tetracoordinate metal atoms (Zn) are bonded to each other.

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(酸素)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 (oxygen) 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9(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9(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9(C)は、図9(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. 9A is a model diagram of a middle group that forms an In—Sn—Zn—O-based layer structure. FIG. 9B illustrates a large group including three medium groups. Note that FIG. 9C illustrates an atomic arrangement in the case where the layered structure in FIG. 9B is observed from the c-axis direction.

図9(A)においては、簡単のため、3配位のO(酸素)は省略し、4配位のO(酸素)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(酸素)があることを丸枠の3として示している。同様に、図9(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(酸素)があり、丸枠の1として示している。また、同様に、図9(A)において、下半分には1個の4配位のO(酸素)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(酸素)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. 9A, for the sake of simplicity, tricoordinate O (oxygen) is omitted, and tetracoordinate O (oxygen) is shown only for the number. For example, the upper half and the lower half of Sn each have 3 The fact that there is tetracoordinate O (oxygen) one by one is shown as 3 in a round frame. Similarly, in FIG. 9A, there is one tetracoordinate O (oxygen) in each of the upper half and the lower half of In, which is shown as 1 in a round frame. Similarly, in FIG. 9A, the lower half has one tetracoordinate O (oxygen), the upper half has three tetracoordinate O, and the upper half has Zn. Represents one tetracoordinate O (oxygen), and the lower half represents Zn having three tetracoordinate O atoms.

図9(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(酸素)が3個ずつ上半分および下半分にあるSnが、4配位のO(酸素)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(酸素)があるZnと結合し、そのZnの下半分の1個の4配位のO(酸素)を介して4配位のO(酸素)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(酸素)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(酸素)を介して4配位のO(酸素)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. 9A, in the middle group constituting the layer structure of the In—Sn—Zn—O system, Sn having three tetracoordinate O (oxygen) in the upper half and the lower half in order from the top, Tetracoordinate O (oxygen) is bonded to In in the upper half and the lower half one by one, and the In is bonded to Zn having three tetracoordinate O (oxygen) in the upper half, Three tetracoordinate O (oxygen) bonds to In in the upper half and the lower half through one tetracoordinate O (oxygen) in the lower half of Zn, and the In is in the upper half. One tetracoordinate O (oxygen) is bonded to a small group consisting of two Zn atoms, and one tetracoordinate O (oxygen) in the lower half of the small group is bonded to a tetracoordinate O (oxygen). Oxygen) is bonded to Sn in the upper half and the lower half. 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(酸素)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。従って、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8(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 (oxygen), 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 with charge −1, a small group including two Zn atoms can be given as illustrated in FIG. 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9(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。なお、In−Sn−Zn−O系の結晶は、mの数が大きいと結晶性が向上するため、好ましい。 Specifically, when the large group illustrated in FIG. 9B 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). Note that an In—Sn—Zn—O-based crystal is preferable when the number of m is large because crystallinity is improved.

また、このほかにも、四元系金属の酸化物であるIn−Sn−Ga−Zn−O系酸化物や、三元系金属の酸化物であるIn−Ga−Zn−O系酸化物(IGZOとも表記する。)、In−Al−Zn−O系酸化物、Sn−Ga−Zn−O系酸化物、Al−Ga−Zn−O系酸化物、Sn−Al−Zn−O系酸化物や、In−Hf−Zn−O系酸化物、In−La−Zn−O系酸化物、In−Ce−Zn−O系酸化物、In−Pr−Zn−O系酸化物、In−Nd−Zn−O系酸化物、In−Sm−Zn−O系酸化物、In−Eu−Zn−O系酸化物、In−Gd−Zn−O系酸化物、In−Tb−Zn−O系酸化物、In−Dy−Zn−O系酸化物、In−Ho−Zn−O系酸化物、In−Er−Zn−O系酸化物、In−Tm−Zn−O系酸化物、In−Yb−Zn−O系酸化物、In−Lu−Zn−O系酸化物や、二元系金属の酸化物であるIn−Zn−O系酸化物、Sn−Zn−O系酸化物、Al−Zn−O系酸化物、Zn−Mg−O系酸化物、Sn−Mg−O系酸化物、In−Mg−O系酸化物や、In−Ga−O系の材料などを用いた場合も同様である。   In addition, an In—Sn—Ga—Zn—O-based oxide that is an oxide of a quaternary metal or an In—Ga—Zn—O-based oxide that is an oxide of a ternary metal ( IGZO)), In-Al-Zn-O-based oxide, Sn-Ga-Zn-O-based oxide, Al-Ga-Zn-O-based oxide, Sn-Al-Zn-O-based oxide In-Hf-Zn-O-based oxide, In-La-Zn-O-based oxide, In-Ce-Zn-O-based oxide, In-Pr-Zn-O-based oxide, In-Nd- Zn-O-based oxide, In-Sm-Zn-O-based oxide, In-Eu-Zn-O-based oxide, In-Gd-Zn-O-based oxide, In-Tb-Zn-O-based oxide In-Dy-Zn-O-based oxide, In-Ho-Zn-O-based oxide, In-Er-Zn-O-based oxide, In-Tm-Zn-O-based Oxide, In-Yb-Zn-O-based oxide, In-Lu-Zn-O-based oxide, binary metal oxides such as In-Zn-O-based oxide, Sn-Zn-O-based oxide Materials, Al-Zn-O-based oxides, Zn-Mg-O-based oxides, Sn-Mg-O-based oxides, In-Mg-O-based oxides, In-Ga-O-based materials, etc. It is the same when there is.

例えば、図10(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. 10A illustrates a model diagram of a middle group included in an In—Ga—Zn—O-based layer structure.

図10(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(酸素)が3個ずつ上半分および下半分にあるInが、4配位のO(酸素)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(酸素)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(酸素)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. 10A, the middle group forming the In—Ga—Zn—O-based layer structure includes three tetracoordinate O (oxygen) atoms in the upper half and the lower half in order from the top. One tetracoordinate O (oxygen) is bonded to Zn in the upper half, and one tetracoordinate O is formed through three tetracoordinate O (oxygen) in the lower half of the Zn. In bonds in which three tetracoordinate O atoms are bonded to the upper half and the lower half through one tetracoordinate O in the lower half of the Ga bonded to Ga in the upper half and the lower half. It is the composition which is combined with. A plurality of medium groups are combined to form a large group.

図10(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10(C)は、図10(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. 10B illustrates a large group including three medium groups. Note that FIG. 10C illustrates an atomic arrangement in the case where the layered structure in FIG. 10B 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10(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 forming the In—Ga—Zn—O-based layer structure is not limited to the middle group illustrated in FIG. 10A, and is a large combination of middle groups having different arrangements of In, Ga, and Zn. Groups can also be taken.

具体的には、図10(B)に示した大グループが繰り返されることで、In−Ga−Zn−O系の結晶を得ることができる。なお、得られるIn−Ga−Zn−O系の層構造は、InGaO(ZnO)(n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. 10B is repeated, an In—Ga—Zn—O-based crystal can be obtained. Note that the obtained In—Ga—Zn—O-based layer structure can be represented by a composition formula, InGaO 3 (ZnO) n (n is a natural number).

n=1(InGaZnO)の場合は、例えば、図11(A)に示す結晶構造を取りうる。なお、図11(A)に示す結晶構造において、図8(B)で説明したように、Ga及びInは5配位をとるため、GaがInに置き換わった構造も取りうる。 In the case of n = 1 (InGaZnO 4 ), for example, the crystal structure illustrated in FIG. Note that in the crystal structure illustrated in FIG. 11A, as described in FIG. 8B, since Ga and In have five coordination, a structure in which Ga is replaced with In can be used.

また、n=2(InGaZn)の場合は、例えば、図11(B)に示す結晶構造を取りうる。なお、図11(B)に示す結晶構造において、図8(B)で説明したように、Ga及びInは5配位をとるため、GaがInに置き換わった構造も取りうる。 In the case of n = 2 (InGaZn 2 O 5 ), for example, the crystal structure shown in FIG. 11B can be taken. Note that in the crystal structure illustrated in FIG. 11B, as described in FIG. 8B, since Ga and In have five coordination, a structure in which Ga is replaced with In can be used.

(実施の形態6)
実施の形態1、2、3で示したトランジスタを応用した本発明の一態様である半導体装置としては、電子ペーパー以外にもさまざまな電子機器(遊技機も含む)が挙げられる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置(テレビ、またはテレビジョン受信機ともいう)、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機(携帯電話、携帯電話装置ともいう)、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。
(Embodiment 6)
As a semiconductor device which is one embodiment of the present invention to which the transistor described in any of Embodiments 1, 2, and 3 is applied, various electronic devices (including game machines) can be given in addition to electronic paper. 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 digital camera, a digital video camera, a digital photo frame, a mobile phone (also referred to as a mobile phone or a mobile phone device). ), Large game machines such as portable game machines, portable information terminals, sound reproducing devices, and pachinko machines.

図12(A)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1400は、筐体1401に表示部1403が組み込まれている。表示部1403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1405により筐体1401を支持した構成を示している。   FIG. 12A illustrates an example of a television device. In the television device 1400, a display portion 1403 is incorporated in a housing 1401. Images can be displayed on the display portion 1403. Here, a configuration in which the housing 1401 is supported by a stand 1405 is shown.

テレビジョン装置1400の操作は、筐体1401が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機1410により行うことができる。リモコン操作機1410が備える操作キー1409により、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部1403に表示される映像を操作することができる。また、リモコン操作機1410に、当該リモコン操作機1410から出力する情報を表示する表示部1407を設ける構成としてもよい。   The television device 1400 can be operated with an operation switch included in the housing 1401 or a separate remote controller 1410. Channels and volume can be operated with an operation key 1409 provided in the remote controller 1410, and an image displayed on the display portion 1403 can be operated. Further, the remote controller 1410 may be provided with a display unit 1407 for displaying information output from the remote controller 1410.

なお、テレビジョン装置1400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 device 1400 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).

図12(B)は、デジタルフォトフレームの一例を示している。例えば、デジタルフォトフレーム1420は、筐体1421に表示部1423が組み込まれている。表示部1423は、各種画像を表示することが可能であり、例えばデジタルカメラなどで撮影した画像データを表示させることで、通常の写真立てと同様に機能させることができる。   FIG. 12B illustrates an example of a digital photo frame. For example, the digital photo frame 1420 has a display portion 1423 incorporated in a housing 1421. The display portion 1423 can display various images. For example, by displaying image data captured by a digital camera or the like, the display portion 1423 can function in the same manner as a normal photo frame.

なお、デジタルフォトフレーム1420は、操作部、外部接続用端子(USB端子、USBケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など)、記録媒体挿入部などを備える構成とする。これらの構成は、表示部と同一面に組み込まれていてもよいが、側面や裏面に備えるとデザイン性が向上するため好ましい。例えば、デジタルフォトフレームの記録媒体挿入部に、デジタルカメラで撮影した画像データを記憶したメモリを挿入して画像データを取り込み、取り込んだ画像データを表示部1423に表示させることができる。   Note that the digital photo frame 1420 includes an operation unit, an external connection terminal (a terminal that can be connected to various types of cables such as a USB terminal and a USB cable), a recording medium insertion unit, and the like. These configurations may be incorporated on the same surface as the display portion, but it is preferable to provide them on the side surface or the back surface because the design is improved. For example, a memory storing image data captured by a digital camera can be inserted into the recording medium insertion unit of the digital photo frame to capture the image data, and the captured image data can be displayed on the display unit 1423.

また、デジタルフォトフレーム1420は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、所望の画像データを取り込み、表示させる構成とすることもできる。   The digital photo frame 1420 may be configured to be able to transmit and receive information wirelessly. A configuration may be employed in which desired image data is captured and displayed wirelessly.

図13は携帯型のコンピュータの一例を示す斜視図である。   FIG. 13 is a perspective view illustrating an example of a portable computer.

図13の携帯型のコンピュータは、上部筐体1441と下部筐体1442とを接続するヒンジユニットを閉状態として表示部1443を有する上部筐体1441と、キーボード1444を有する下部筐体1442とを重ねた状態とすることができ、持ち運ぶことが便利であるとともに、使用者がキーボード入力する場合には、ヒンジユニットを開状態として、表示部1443を見て入力操作を行うことができる。   The portable computer in FIG. 13 overlaps an upper housing 1441 having a display portion 1443 and a lower housing 1442 having a keyboard 1444 with the hinge unit connecting the upper housing 1441 and the lower housing 1442 closed. When the user performs keyboard input, the hinge unit is opened and an input operation can be performed while viewing the display portion 1443.

また、下部筐体1442はキーボード1444の他に入力操作を行うポインティングデバイス1446を有する。また、表示部1443をタッチ入力パネルとすれば、表示部の一部に触れることで入力操作を行うこともできる。また、下部筐体1442はCPUやハードディスクなどの演算機能部を有している。また、下部筐体1442は他の機器、例えばUSBの通信規格に準拠した通信ケーブルが差し込まれる外部接続ポート1445を有している。   The lower housing 1442 has a pointing device 1446 for performing an input operation in addition to the keyboard 1444. When the display portion 1443 is a touch input panel, an input operation can be performed by touching part of the display portion. The lower housing 1442 has a calculation function unit such as a CPU or a hard disk. The lower housing 1442 has an external connection port 1445 into which another device, for example, a communication cable conforming to the USB communication standard is inserted.

上部筐体1441には更に上部筐体1441内部にスライドさせて収納可能な表示部1447を有しており、広い表示画面を実現することができる。また、収納可能な表示部1447の画面の向きを使用者は調節できる。また、収納可能な表示部1447をタッチ入力パネルとすれば、収納可能な表示部の一部に触れることで入力操作を行うこともできる。   The upper housing 1441 further includes a display portion 1447 that can be slid into the upper housing 1441 so that a wide display screen can be realized. Further, the user can adjust the orientation of the screen of the display portion 1447 that can be stored. When the storable display portion 1447 is a touch input panel, an input operation can be performed by touching a part of the storable display portion.

表示部1443または収納可能な表示部1447は、液晶表示パネル、有機発光素子または無機発光素子などの発光表示パネルなどの映像表示装置を用いる。   The display portion 1443 or the storable display portion 1447 uses a video display device such as a liquid crystal display panel, a light-emitting display panel such as an organic light-emitting element or an inorganic light-emitting element.

また、図13の携帯型のコンピュータは、受信機などを備えた構成として、テレビ放送を受信して映像を表示部に表示することができる。また、上部筐体1441と下部筐体1442とを接続するヒンジユニットを閉状態としたまま、表示部1447をスライドさせて画面全面を露出させ、画面角度を調節して使用者がテレビ放送を見ることもできる。この場合には、ヒンジユニットを閉状態として表示部1443を表示させず、さらにテレビ放送を表示するだけの回路の起動のみを行うため、最小限の消費電力とすることができ、バッテリー容量の限られている携帯型のコンピュータにおいて有用である。   Further, the portable computer in FIG. 13 includes a receiver and the like, and can receive a television broadcast and display an image on a display portion. Further, with the hinge unit connecting the upper housing 1441 and the lower housing 1442 closed, the display unit 1447 is slid to expose the entire screen, and the screen angle is adjusted to allow the user to watch TV broadcasts. You can also. In this case, since the hinge unit is closed and the display unit 1443 is not displayed and only the circuit for displaying the television broadcast is activated, the power consumption can be minimized, and the battery capacity can be limited. It is useful in portable computers that are used.

実施の形態1、2、3で示したトランジスタは、電気特性の低下や変動を生じにくいので、それらを用いた半導体装置は、電気特性の低下や変動を生じにくい半導体装置を得ることが可能である。 Since the transistors described in Embodiments 1, 2, and 3 are less likely to cause deterioration or fluctuation in electrical characteristics, a semiconductor device using them can obtain a semiconductor device that is less likely to cause reduction or fluctuation in electrical characteristics. is there.

160 トランジスタ
161 トランジスタ
399 導電層
400 基板
401 ゲート電極
402 ゲート絶縁層
403 酸化物半導体層
404 層間絶縁膜
2405 レジスト
2406 レジスト
2407 レジスト
500 保護層
501 導電層
502 ソース電極及びドレイン電極
1400 テレビジョン装置
1401 筐体
1403 表示部
1405 スタンド
1407 表示部
1409 操作キー
1410 リモコン操作機
1420 デジタルフォトフレーム
1421 筐体
1423 表示部
1441 上部筐体
1442 下部筐体
1443 表示部
1444 キーボード
1445 外部接続ポート
1446 ポインティングデバイス
1447 表示部
160 Transistor 161 Transistor 399 Conductive layer 400 Substrate 401 Gate electrode 402 Gate insulating layer 403 Oxide semiconductor layer 404 Interlayer insulating film 2405 Resist 2406 Resist 2407 Resist 500 Protective layer 501 Conductive layer 502 Source and drain electrodes 1400 Television apparatus 1401 Housing 1403 Display unit 1405 Stand 1407 Display unit 1409 Operation key 1410 Remote controller 1420 Digital photo frame 1421 Case 1423 Display unit 1441 Upper case 1442 Lower case 1443 Display unit 1444 Keyboard 1445 External connection port 1446 Pointing device 1447 Display unit

Claims (7)

酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層の端面に接し、かつ前記酸化物半導体層の端面を覆うように設けられた保護層と、
前記酸化物半導体層と接するソース電極及びドレイン電極と、
前記酸化物半導体層と重なるゲート電極と、
前記酸化物半導体層と前記ゲート電極との間に設けられたゲート絶縁層と、
前記酸化物半導体層に接して設けられた層間絶縁膜と、を有し、
前記保護層が、酸素を除く第16族元素から選ばれた少なくとも一種または複数種の元素を含むことを特徴とする半導体装置。
An oxide semiconductor layer;
A protective layer provided in contact with the end face of the oxide semiconductor layer and covering the end face of the oxide semiconductor layer;
A source electrode and a drain electrode in contact with the oxide semiconductor layer;
A gate electrode overlapping the oxide semiconductor layer;
A gate insulating layer provided between the oxide semiconductor layer and the gate electrode;
An interlayer insulating film provided in contact with the oxide semiconductor layer,
The semiconductor device, wherein the protective layer includes at least one or more elements selected from Group 16 elements excluding oxygen.
前記保護層が、少なくとも、硫黄、セレン、テルルの一種または複数種の元素を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the protective layer includes at least one element of sulfur, selenium, and tellurium. 前記保護層が結晶を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the protective layer includes a crystal. ゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極と接するようにゲート絶縁層を形成する工程と、
前記ゲート絶縁層と接するように酸化物半導体層を形成する工程と、
前記酸化物半導体層を島状に形成する工程と、
前記酸化物半導体層の端部に接し、且つ前記酸化物半導体層の端部を覆うように、酸素を除く第16族元素から選ばれた少なくとも一種または複数種の元素を含む保護層を形成する工程と、
ソース電極およびドレイン電極を形成する工程と、
を有する、半導体装置の作製方法。
Forming a gate electrode;
Forming a gate insulating layer in contact with the gate electrode;
Forming an oxide semiconductor layer in contact with the gate insulating layer;
Forming the oxide semiconductor layer into an island shape;
A protective layer containing at least one or more elements selected from Group 16 elements excluding oxygen is formed so as to be in contact with the end of the oxide semiconductor layer and cover the end of the oxide semiconductor layer. Process,
Forming a source electrode and a drain electrode;
A method for manufacturing a semiconductor device.
酸化物半導体層を形成する工程と、
前記酸化物半導体層を島状に形成する工程と、
前記酸化物半導体層の端部に接し、且つ前記酸化物半導体層の端部を覆うように、酸素を除く第16族元素から選ばれた少なくとも一種または複数種の元素を含む保護層を形成する工程と、
前記酸化物半導体層と接するようにゲート絶縁層を形成する工程と、
前記ゲート絶縁層と接するようにゲート電極を形成する工程と、
ソース電極およびドレイン電極を形成する工程と、
を有する、半導体装置の作製方法。
Forming an oxide semiconductor layer;
Forming the oxide semiconductor layer into an island shape;
A protective layer containing at least one or more elements selected from Group 16 elements excluding oxygen is formed so as to be in contact with the end of the oxide semiconductor layer and cover the end of the oxide semiconductor layer. Process,
Forming a gate insulating layer in contact with the oxide semiconductor layer;
Forming a gate electrode in contact with the gate insulating layer;
Forming a source electrode and a drain electrode;
A method for manufacturing a semiconductor device.
前記保護層が少なくとも、硫黄、セレン、テルルの一種または複数種の元素を含むことを特徴とする請求項4または5に記載の半導体装置の作製方法。   6. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the protective layer includes at least one element selected from the group consisting of sulfur, selenium, and tellurium. 前記保護層が結晶を含むことを特徴とする請求項4乃至6のいずれか1項に記載の半導体装置の作製方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the protective layer includes a crystal.
JP2012060072A 2012-03-16 2012-03-16 Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device Active JP5917212B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012060072A JP5917212B2 (en) 2012-03-16 2012-03-16 Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012060072A JP5917212B2 (en) 2012-03-16 2012-03-16 Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013197150A true JP2013197150A (en) 2013-09-30
JP5917212B2 JP5917212B2 (en) 2016-05-11

Family

ID=49395793

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012060072A Active JP5917212B2 (en) 2012-03-16 2012-03-16 Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5917212B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016184764A (en) * 2013-12-12 2016-10-20 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009158663A (en) * 2007-12-26 2009-07-16 Hitachi Ltd Oxide semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2011071503A (en) * 2009-08-27 2011-04-07 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Display device and method for manufacturing the same
WO2011077607A1 (en) * 2009-12-21 2011-06-30 シャープ株式会社 Active matrix substrate, display panel provided with same, and method for manufacturing active matrix substrate
JP2011187506A (en) * 2010-03-04 2011-09-22 Sony Corp Thin-film transistor, method of manufacturing the thin-film transistor, and display device
WO2012117718A1 (en) * 2011-02-28 2012-09-07 パナソニック株式会社 Thin-film semiconductor device and manufacturing method therefor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009158663A (en) * 2007-12-26 2009-07-16 Hitachi Ltd Oxide semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2011071503A (en) * 2009-08-27 2011-04-07 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Display device and method for manufacturing the same
WO2011077607A1 (en) * 2009-12-21 2011-06-30 シャープ株式会社 Active matrix substrate, display panel provided with same, and method for manufacturing active matrix substrate
JP2011187506A (en) * 2010-03-04 2011-09-22 Sony Corp Thin-film transistor, method of manufacturing the thin-film transistor, and display device
WO2012117718A1 (en) * 2011-02-28 2012-09-07 パナソニック株式会社 Thin-film semiconductor device and manufacturing method therefor

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016184764A (en) * 2013-12-12 2016-10-20 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device
US9673234B2 (en) 2013-12-12 2017-06-06 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device
US10115631B2 (en) 2013-12-12 2018-10-30 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
JP5917212B2 (en) 2016-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10897258B2 (en) Semiconductor device
US10998449B2 (en) Oxide semiconductor film and semiconductor device
US9240425B2 (en) Method for manufacturing light-emitting display device
JP5079076B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP6105918B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP2019070846A (en) Display device
US20130163350A1 (en) Level-shift circuit and semiconductor integrated circuit
JP5886491B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP5939812B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP5917212B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
JP5960430B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150204

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160224

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: 20160329

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160406

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5917212

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