JP2014030014A - Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device which inhibits immersion of an impurity possibly causing variation in electrical characteristics into a semiconductor layer, and has stable electrical characteristics; and provide a manufacturing method of the semiconductor device.SOLUTION: A semiconductor device having a structure (so-called top-contact structure) having a source electrode and a drain electrode on a semiconductor layer comprises a structure in which a semiconductor layer at a position which does not overlap the source electrode or the drain electrode is made thinner than a semiconductor layer at a position which overlaps the source electrode or the drain electrode; a recess is provided in the semiconductor layer; and a rising part from a bottom face to a lateral face of the recess has a curved shape. In the structure, a lateral face of the source electrode or the drain electrode and the lateral face of the recess have no level difference.

Description

半導体装置および半導体装置の作製方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device.

なお、本明細書等において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、例えば薄膜トランジスタ(TFT)、やTFTを構成要素として含む表示装置(例えば、液晶表示装置やEL表示装置など)、TFTを構成要素として含む電子回路(例えば、中央演算処理装置(CPU:Central Processing Unit)など)を指す。 Note that in this specification and the like, a semiconductor device refers to all devices that can function by utilizing semiconductor characteristics, for example, a thin film transistor (TFT) or a display device including a TFT as a component (for example, a liquid crystal display device or an EL device). A display device and the like, and an electronic circuit (for example, a central processing unit (CPU)) including a TFT as a constituent element.

絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜を用いて、トランジスタの半導体層(少なくともチャネル形成領域)を構成する技術が注目されている。該トランジスタは表示装置(例えば、液晶表示装置やEL表示装置など)や集積回路(例えば、LSIやCPUなど)のような電子デバイスに広く応用されている。トランジスタの半導体層に適用可能な半導体材料としては、シリコン系半導体材料が広く知られている。 A technique for forming a semiconductor layer (at least a channel formation region) of a transistor by using a semiconductor thin film formed over a substrate having an insulating surface has attracted attention. The transistor is widely applied to electronic devices such as a display device (for example, a liquid crystal display device and an EL display device) and an integrated circuit (for example, an LSI and a CPU). As a semiconductor material applicable to a semiconductor layer of a transistor, a silicon-based semiconductor material is widely known.

また近年では、トランジスタの半導体層に適用可能な半導体材料として、酸化物半導体材料が注目されており、例えば、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、および亜鉛(Zn)を含む酸化物半導体(In−Ga−Zn−O系アモルファス酸化物)材料により形成される薄膜を半導体層として用いたトランジスタが開示されている(特許文献1参照)。 In recent years, an oxide semiconductor material has attracted attention as a semiconductor material that can be used for a semiconductor layer of a transistor. For example, an oxide semiconductor containing indium (In), gallium (Ga), and zinc (Zn) (In A transistor using a thin film formed of a (—Ga—Zn—O-based amorphous oxide) material as a semiconductor layer is disclosed (see Patent Document 1).

特開2006−165527号公報JP 2006-165527 A

酸化物半導体材料を用いて半導体層を形成したトランジスタは、外部からの不純物(例えば、水分や水素など)が半導体層に侵入することにより、電気特性の変動(例えば、移動度の低下やしきい値電圧の変動など)が生じる。 In a transistor in which a semiconductor layer is formed using an oxide semiconductor material, an impurity (eg, moisture or hydrogen) from the outside enters the semiconductor layer, so that a change in electrical characteristics (eg, a decrease in mobility or a threshold) Value voltage fluctuation).

また、シリコン系半導体材料を用いて半導体層を形成したトランジスタにおいても同様に、外部からの不純物が半導体層に侵入することにより、電気特性に変動が生じる。 Similarly, in a transistor in which a semiconductor layer is formed using a silicon-based semiconductor material, the electrical characteristics fluctuate due to the entry of impurities from the outside into the semiconductor layer.

上記内容を鑑み、本明細書では、電気特性の変動要因となりうる不純物が半導体層に侵入することが抑制された、安定した電気特性を備える半導体装置を提供することを目的の一つとする。または、当該半導体装置の作製方法を提供することを目的の一つとする。 In view of the above contents, an object of this specification is to provide a semiconductor device having stable electrical characteristics in which impurities that may cause variation in electrical characteristics are prevented from entering the semiconductor layer. Another object is to provide a method for manufacturing the semiconductor device.

半導体層への不純物の侵入は、半導体層を覆う膜に低密度な部分または膜が形成されていない部分(以下、本明細書において、「鬆」とも記載する)が存在した場合、通常は不純物の侵入の多くは鬆を介して行われる。このため、半導体層への不純物の侵入を抑制するためには、半導体層に鬆が形成されないようにすることが効果的である。 Impurity intrusion into the semiconductor layer is usually performed when there is a low-density portion or a portion where no film is formed (hereinafter also referred to as “po” in this specification) in the film covering the semiconductor layer. Most of the intrusions are through the void. Therefore, in order to suppress the intrusion of impurities into the semiconductor layer, it is effective to prevent the formation of voids in the semiconductor layer.

そこで、本発明の一態様では、半導体層上にソース電極およびドレイン電極を備える構造(いわゆる、トップコンタクト型構造)の半導体装置において、ソース電極およびドレイン電極と重ならない位置の半導体層をソース電極およびドレイン電極と重なる位置の半導体層より薄い構造とする。つまり、半導体層のソース電極およびドレイン電極と重ならない部位を凹部とし、当該凹部の底面から側面への立ち上がり部が湾曲形状を備えた構造とする。また、ソース電極またはドレイン電極の側面と凹部の側面との間には段差がない構造とする。 Therefore, in one embodiment of the present invention, in a semiconductor device having a structure including a source electrode and a drain electrode on a semiconductor layer (a so-called top contact structure), the semiconductor layer at a position not overlapping with the source electrode and the drain electrode is formed The structure is thinner than the semiconductor layer in a position overlapping with the drain electrode. That is, a portion of the semiconductor layer that does not overlap with the source electrode and the drain electrode is a recess, and a rising portion from the bottom surface to the side surface of the recess has a curved shape. Further, there is no step between the side surface of the source or drain electrode and the side surface of the recess.

上記内容の概念を、図10を用いて説明する。 The concept of the above contents will be described with reference to FIG.

絶縁膜1006中における鬆1005の発生原因の一つとして絶縁膜1006の形成にかかる面の形状がある。図10は、基板1000上の半導体層1002と、半導体層1002上のソース電極1003およびドレイン電極1004と、半導体層1002ならびにソース電極1003およびドレイン電極1004を覆う絶縁膜1006を有するトップコンタクト型構造の半導体素子である。例えば、図10(A)の領域1008のように、ソース電極およびドレイン電極形成時に酸化物半導体膜がオーバーエッチされて角部が形成された構造となると、ソース電極1003およびドレイン電極1004ならびに半導体層1002上に絶縁膜1006を形成した際に、絶縁膜1006中において、領域1008近傍から絶縁膜1006の表面に向かって鬆1005が生じやすい。 One of the causes of the generation of the void 1005 in the insulating film 1006 is the shape of the surface for forming the insulating film 1006. 10 shows a top contact structure having a semiconductor layer 1002 over a substrate 1000, a source electrode 1003 and a drain electrode 1004 over the semiconductor layer 1002, and an insulating film 1006 covering the semiconductor layer 1002, the source electrode 1003 and the drain electrode 1004. It is a semiconductor element. For example, as in a region 1008 in FIG. 10A, when a source electrode and a drain electrode are formed, an oxide semiconductor film is over-etched to form a corner, so that the source electrode 1003, the drain electrode 1004, and the semiconductor layer are formed. When the insulating film 1006 is formed over 1002, a void 1005 is likely to be generated in the insulating film 1006 from the vicinity of the region 1008 toward the surface of the insulating film 1006.

これに対し、本明細書等に記載の半導体装置の構造は、図10(B)のように、半導体層1002の凹部は、底面から側辺への立ち上がり部が湾曲形状を備えている。また、当該半導体装置では、ソース電極1003またはドレイン電極1004の側面と凹部の側面との間には段差がない構造とする。これにより、ソース電極1003およびドレイン電極1004と半導体層1002の境目部分の凹凸や半導体層1002の角部に起因して生じる、絶縁膜1006中の鬆の発生を抑制できる。 On the other hand, in the structure of the semiconductor device described in this specification and the like, as illustrated in FIG. 10B, the recessed portion of the semiconductor layer 1002 has a curved shape from the bottom to the side. The semiconductor device has a structure in which there is no step between the side surface of the source electrode 1003 or the drain electrode 1004 and the side surface of the recess. Accordingly, generation of voids in the insulating film 1006 caused by unevenness at a boundary portion between the source electrode 1003 and the drain electrode 1004 and the semiconductor layer 1002 or a corner portion of the semiconductor layer 1002 can be suppressed.

すなわち、本発明の一態様は、絶縁表面上のゲート電極と、ゲート電極と接するゲート絶縁層と、ゲート絶縁層と接する半導体層と、半導体層と接するソース電極およびドレイン電極と、半導体層、ソース電極、およびドレイン電極と接する絶縁膜と、を有し、半導体層は、ソース電極またはドレイン電極と重ならない部位の膜厚が、ソース電極およびドレイン電極と重なる部位の膜厚より薄い凹部を有し、凹部の底面から側面への立ち上がり部が湾曲形状を備え、ソース電極またはドレイン電極の側面と凹部の側面との間には段差がない構造とする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, a gate electrode over an insulating surface, a gate insulating layer in contact with the gate electrode, a semiconductor layer in contact with the gate insulating layer, a source electrode and a drain electrode in contact with the semiconductor layer, a semiconductor layer, and a source An insulating film in contact with the electrode and the drain electrode, and the semiconductor layer has a recess where the thickness of the portion that does not overlap with the source or drain electrode is smaller than the thickness of the portion that overlaps with the source or drain electrode The semiconductor device is characterized in that the rising portion from the bottom surface to the side surface of the recess has a curved shape, and there is no step between the side surface of the source or drain electrode and the side surface of the recess.

半導体装置を上述の構造とすることにより、ソース電極またはドレイン電極と半導体層との境目部分の凹凸や半導体層の角部に起因して生じる絶縁膜中の鬆の発生を抑制できる。したがって、電気特性の変動要因となりうる不純物が半導体層に侵入することが抑制された、安定した電気特性を備える半導体装置とすることができる。 When the semiconductor device has the above structure, generation of voids in the insulating film caused by unevenness at the boundary portion between the source electrode or drain electrode and the semiconductor layer or a corner portion of the semiconductor layer can be suppressed. Therefore, a semiconductor device having stable electrical characteristics in which impurities that can cause variation in electrical characteristics are suppressed from entering the semiconductor layer can be provided.

なお、上述の構造において、半導体層表面に対してソース電極側面またはドレイン電極側面のなす角度が30°以上80°以下とすることにより、絶縁膜中の鬆の発生を更に抑制することができる。 Note that in the above structure, when the angle formed by the side surface of the source electrode or the side surface of the drain electrode with respect to the surface of the semiconductor layer is 30 ° or more and 80 ° or less, generation of voids in the insulating film can be further suppressed.

また、上記ソース電極およびドレイン電極は複数の導電膜からなる積層構造でもよい。その場合、導電膜の第1の層の側面と導電膜の第2の層の側面との間には段差がない構造とすることにより、絶縁膜中の鬆の発生を効果的に抑制することができる。また、半導体層表面に対して導電膜側面のなす角度が30°以上80°以下とすることにより、絶縁膜中の鬆の発生を更に抑制することができる。 The source electrode and the drain electrode may have a stacked structure including a plurality of conductive films. In that case, generation of voids in the insulating film can be effectively suppressed by providing a structure in which there is no step between the side surface of the first layer of the conductive film and the side surface of the second layer of the conductive film. Can do. In addition, when the angle formed by the side surface of the conductive film with respect to the semiconductor layer surface is 30 ° or more and 80 ° or less, generation of voids in the insulating film can be further suppressed.

なお、上述の半導体装置において、半導体層としてはIn、Ga、Sn、およびZnから選ばれた一種以上の元素を含む金属酸化物膜を用いることが望ましい。 Note that in the above semiconductor device, a metal oxide film containing one or more elements selected from In, Ga, Sn, and Zn is preferably used as the semiconductor layer.

半導体層として上述の酸化物半導体膜を用いることにより、当該膜を用いて形成された半導体装置は、非晶質シリコン膜を半導体層として用いた場合よりも高い移動度を備えることができる。また、多結晶シリコン膜形成のような高温処理を必要としない。したがって、高速動作性、形成の容易性、大面積への形成などを必要とする様々な装置にも用いることができる。 By using the above-described oxide semiconductor film as a semiconductor layer, a semiconductor device formed using the film can have higher mobility than the case where an amorphous silicon film is used as a semiconductor layer. Further, it does not require high temperature processing such as formation of a polycrystalline silicon film. Therefore, it can be used for various devices that require high-speed operation, ease of formation, and formation over a large area.

また、半導体層として上述の酸化物半導体膜を用いる場合は、絶縁膜は、加熱処理により1×1019[原子/cm]以上の酸素放出が可能な酸素放出膜を含む構成とすることが望ましい。 In the case where the above oxide semiconductor film is used as the semiconductor layer, the insulating film includes an oxygen-releasing film that can release oxygen of 1 × 10 19 [atoms / cm 3 ] or more by heat treatment. desirable.

酸化物半導体膜は、膜中に酸素欠損が存在すると、酸素欠損の一部がドナーとして機能して半導体装置の特性に悪影響(例えば、トランジスタにゲート電圧を印加しなくてもチャネルが存在して、電流が流れてしまう、いわゆる、トランジスタのノーマリーオン化など)を及ぼす恐れがある。絶縁膜として上述の酸素放出膜を形成し、当該膜に対して加熱処理を行うことにより、酸化物半導体膜に酸素供給を行うことができる。これにより、酸化物半導体膜中の酸素欠損を低減できるため、酸化物半導体膜を半導体層として用いた半導体装置の電気特性を良好にできる。 In an oxide semiconductor film, when oxygen vacancies exist in the film, part of the oxygen vacancies functions as a donor to adversely affect the characteristics of the semiconductor device (for example, a channel exists even when a gate voltage is not applied to the transistor). Current may flow, so-called transistor normally on). By forming the above oxygen-releasing film as the insulating film and performing heat treatment on the film, oxygen can be supplied to the oxide semiconductor film. Accordingly, oxygen vacancies in the oxide semiconductor film can be reduced, so that electrical characteristics of a semiconductor device using the oxide semiconductor film as a semiconductor layer can be improved.

なお、上述の「加熱処理により酸素を放出する」とは、TDS(Thermal Desorption Spectroscopy:昇温脱離ガス分光法)にて、酸素分子の放出量が1.0×1018分子/cm以上、好ましくは3.0×1019分子/cm以上、さらに好ましくは1.0×1020分子/cm以上であることをいう。 Note that the above-mentioned “release oxygen by heat treatment” means that the amount of released oxygen molecules is 1.0 × 10 18 molecules / cm 3 or more in TDS (Thermal Desorption Spectroscopy). It is preferably 3.0 × 10 19 molecules / cm 3 or more, more preferably 1.0 × 10 20 molecules / cm 3 or more.

また、本発明の一態様は、絶縁表面上にゲート電極を形成する工程と、ゲート電極と接するゲート絶縁層を形成する工程と、ゲート絶縁層と接する半導体層を形成する工程と、半導体層上に導電膜を形成する工程と、導電膜および半導体層に対して選択的に除去処理を行うことで、半導体層上にソース電極およびドレイン電極を形成すると共に、半導体層に対して底面から側面への立ち上がり部が湾曲形状を有する凹部を形成する工程と、半導体層の凹部ならびにソース電極およびドレイン電極を覆う絶縁膜を形成する工程を有し、ソース電極またはドレイン電極の側面と凹部の側面との間には段差がない構造とすることを特徴とする半導体装置の作製方法である。 One embodiment of the present invention includes a step of forming a gate electrode over an insulating surface, a step of forming a gate insulating layer in contact with the gate electrode, a step of forming a semiconductor layer in contact with the gate insulating layer, Forming a conductive film on the semiconductor layer and selectively removing the conductive film and the semiconductor layer to form a source electrode and a drain electrode on the semiconductor layer and from the bottom surface to the side surface of the semiconductor layer. A step of forming a concave portion having a curved shape at a rising portion thereof, and a step of forming an insulating film covering the concave portion of the semiconductor layer and the source electrode and the drain electrode, and the side surface of the source electrode or the drain electrode and the side surface of the concave portion A method for manufacturing a semiconductor device is characterized in that there is no step between them.

上述の方法を採用することにより、ソース電極またはドレイン電極の側面と凹部の側面との間には段差がない構造とすることができ、半導体層の凹部ならびにソース電極およびドレイン電極を覆う絶縁膜への鬆の発生を抑制することができる。そのため、電気特性の変動要因となりうる不純物が半導体層に侵入することが抑制された、安定した電気特性を備える半導体装置を作製することができる。 By adopting the above-described method, there can be a structure in which there is no step between the side surface of the source or drain electrode and the side surface of the recess, and the insulating film that covers the recess and the source and drain electrodes of the semiconductor layer can be obtained. Generation of voids can be suppressed. Therefore, it is possible to manufacture a semiconductor device having stable electrical characteristics in which impurities that can cause variation in electrical characteristics are suppressed from entering the semiconductor layer.

なお、上記除去処理により半導体層が1分間あたりに除去される膜厚は、半導体層の膜厚の1/10以上1/3以下とすることが望ましい。これにより、半導体層の除去処理により生る生成物(例えば、半導体層の構成元素と除去処理に用いたガスの構成元素の反応物など。)が、凹部側面の上端から順に形成され、半導体層の凹部側面は湾曲状態となる。 Note that the film thickness at which the semiconductor layer is removed per minute by the removal treatment is preferably 1/10 or more and 1/3 or less of the film thickness of the semiconductor layer. Thereby, a product (for example, a reaction product of a constituent element of the semiconductor layer and a constituent element of the gas used for the removal process) generated by the removal process of the semiconductor layer is formed in order from the upper end of the side surface of the recess. The side surface of the recess is curved.

また、上述の作製方法において、半導体層としてIn、Ga、Sn、およびZnから選ばれた一種以上の元素を含む金属酸化物膜を用いることが望ましい。 In the above manufacturing method, it is preferable to use a metal oxide film including one or more elements selected from In, Ga, Sn, and Zn as the semiconductor layer.

半導体層として上述の酸化物半導体膜を用いることにより、非晶質シリコン膜を半導体層として用いた場合よりも高い移動度を備えるトランジスタを形成することができる。また、半導体層として多結晶シリコン膜を形成する場合のような高温処理を必要としない。 By using the above oxide semiconductor film as a semiconductor layer, a transistor having higher mobility than that in the case where an amorphous silicon film is used as a semiconductor layer can be formed. Further, the high temperature treatment as in the case of forming a polycrystalline silicon film as the semiconductor layer is not required.

また、半導体層として上述の酸化物半導体膜を用いる場合は、絶縁膜として、加熱処理により1×1019[原子/cm]上の酸素放出が可能な酸素放出膜を用いることが望ましい。 In the case where the above oxide semiconductor film is used as the semiconductor layer, it is preferable to use an oxygen-releasing film that can release oxygen on 1 × 10 19 [atoms / cm 3 ] by heat treatment as the insulating film.

酸化物半導体膜は、膜中に酸素欠損が存在すると、酸素欠損の一部がドナーとして機能して半導体装置の特性に悪影響を及ぼす恐れがある。そのため、絶縁層として上述の酸素放出膜を形成し、酸素放出膜を形成後に当該膜に対して加熱処理を行うことにより、酸化物半導体膜に酸素供給を行うことができる。これにより、酸化物半導体膜中の酸素欠損を低減することができる。 In the oxide semiconductor film, when oxygen vacancies exist in the film, part of the oxygen vacancies may function as a donor and adversely affect the characteristics of the semiconductor device. Therefore, oxygen can be supplied to the oxide semiconductor film by forming the above-described oxygen release film as an insulating layer and performing heat treatment on the film after the oxygen release film is formed. Accordingly, oxygen vacancies in the oxide semiconductor film can be reduced.

半導体層において、ソース電極またはドレイン電極と重ならない部位に凹部を形成し、当該凹部の底面から側面への立ち上がり部が湾曲形状を備えた構造とし、ソース電極およびドレイン電極の側面と凹部の側面との間に段差がない構造とする。当該構造により、半導体層ならびにソース電極およびドレイン電極上の絶縁膜を鬆の発生が抑制された膜とすることができるため、電気特性の変動要因となりうる不純物が半導体層に侵入することが抑制された、安定した電気特性を備える半導体装置を提供できる。 In the semiconductor layer, a recess is formed in a portion that does not overlap with the source electrode or the drain electrode, and a rising portion from the bottom surface to the side surface of the recess has a curved shape, and the side surface of the source electrode and the drain electrode and the side surface of the recess The structure has no step between the two. With this structure, the semiconductor layer and the insulating film over the source and drain electrodes can be a film in which the generation of voids is suppressed, so that impurities that can cause fluctuations in electrical characteristics are prevented from entering the semiconductor layer. In addition, a semiconductor device having stable electrical characteristics can be provided.

また、上述半導体装置に必要な、底面から側面への立ち上がり部が湾曲形状を備えた凹部を備えた半導体膜ならびに、ソース電極およびドレイン電極の側面と凹部の側面との間に段差がない構造とするための、半導体装置の作製方法を提供できる。 In addition, a semiconductor film provided with a recess having a curved shape in which the rising portion from the bottom surface to the side surface is necessary for the semiconductor device, and a structure in which there is no step between the side surface of the source electrode and the drain electrode and the side surface of the recess. Therefore, a method for manufacturing a semiconductor device can be provided.

半導体装置の構造を説明する平面図および断面図。2A and 2B are a plan view and a cross-sectional view illustrating a structure of a semiconductor device. 半導体装置の作製方法を説明する断面図。10 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device. 半導体装置の作製方法を説明する断面図。10 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device. 半導体装置の一態様を説明する平面図。FIG. 10 is a plan view illustrating one embodiment of a semiconductor device. 表示装置の構造を説明する平面図。FIG. 6 is a plan view illustrating the structure of a display device. 表示装置の構造を説明する断面図。FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a structure of a display device. 表示装置の構造を説明する断面図。FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a structure of a display device. 装置の構造を説明する平面図および断面図。The top view and sectional drawing explaining the structure of an apparatus. 電子機器を説明する図。10A and 10B each illustrate an electronic device. 半導体装置の構造を説明する断面図。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating the structure of a semiconductor device. 半導体装置の構造を説明する断面図。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating the structure of a semiconductor device. サンプルのSTEM観察結果写真。STEM observation result photograph of the sample.

以下では、本明細書に開示する発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態および詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。したがって、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。 Hereinafter, embodiments of the invention disclosed in this specification 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.

なお、以下に説明する実施の形態において、同一部分また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場合がある。 Note that in the embodiments 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.

また、図面等において示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、理解の簡単のため、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。 In addition, the position, size, range, and the like of each component illustrated in the drawings and the like may not represent the actual position, size, range, or the like for easy understanding. Therefore, the disclosed invention is not necessarily limited to the position, size, range, or the like disclosed in the drawings and the like.

また、本明細書等における「第1」、「第2」、「第3」などの序数詞は、構成要素の混同を避けるために付すものであり、数的に限定するものではないことを付記する。 In addition, ordinal numbers such as “first”, “second”, and “third” in this specification and the like are added to avoid confusion of components, and are not limited numerically. To do.

また、本明細書等において「上」や「下」の用語は、構成要素の位置関係が「直上」または「直下」であることを限定するものではない。例えば、「A上のB」の表現であれば、AとBとの間に他の構成要素を含むものを除外しない。 Further, in this specification and the like, the terms “upper” and “lower” do not limit that the positional relationship between the constituent elements is “directly above” or “directly below”. For example, if the expression “B on A” is used, an expression including another component between A and B is not excluded.

また、本明細書において「酸化窒化物」とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多い物質であり、また、「窒化酸化物」とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い物質を意味する。 In this specification, “oxynitride” is a substance having a higher oxygen content than nitrogen as a composition, and “nitride oxide” is a composition containing nitrogen more than oxygen as nitrogen. It means a substance with a high content.

(実施の形態1)
本実施の形態では、図1を用いて半導体装置の構成の一例を説明すると共に、半導体装置の作製方法の一例を、図2および図3を用いて説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment, an example of a structure of the semiconductor device is described with reference to FIGS. 1A to 1C, and an example of a method for manufacturing the semiconductor device is described with reference to FIGS.

<半導体装置の構成例>
半導体装置の一例として、本実施の形態では、ボトムゲート・トップコンタクト型構造のトランジスタ150を、図1を用いて説明する。なお、図1は、トランジスタ150と電気的に接続された、画素電極として機能する配線114を備えており、表示装置の作製に用いることができる。
<Configuration example of semiconductor device>
As an example of a semiconductor device, in this embodiment, a transistor 150 having a bottom-gate / top-contact structure is described with reference to FIGS. Note that FIG. 1 includes a wiring 114 which functions as a pixel electrode and is electrically connected to the transistor 150 and can be used for manufacturing a display device.

図1(A)はトランジスタ150を含む構造の平面図であり、図1(B)は図1(A)の一点鎖線A1−A2部分の断面図である。 1A is a plan view of a structure including the transistor 150, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along one-dot chain line A1-A2 in FIG.

なお、本実施の形態では、半導体層として酸化物半導体材料を用いたトランジスタの構造を記載する。勿論、半導体層は酸化物半導体材料も用いたものに限らず、他の半導体材料(例えば、シリコン系半導体材料)を用いたものでもよい。 Note that in this embodiment, a structure of a transistor using an oxide semiconductor material as a semiconductor layer is described. Needless to say, the semiconductor layer is not limited to one using an oxide semiconductor material, but may be one using another semiconductor material (for example, a silicon-based semiconductor material).

また、図1(A)では、トランジスタ150の各構成要素の位置を理解しやすくするため、一部の構成要素(例えば、基板100や隔壁112など)を記載していない。 In FIG. 1A, some components (for example, the substrate 100 and the partition 112) are not illustrated in order to facilitate understanding of positions of the components of the transistor 150.

半導体層として酸化物半導体材料を用いたトランジスタ150は図1に示すように、基板100上のゲート電極102と、ゲート電極102上のゲート絶縁層104と、ゲート絶縁層104上の半導体層106と、半導体層106上のソース電極108およびドレイン電極109と、半導体層106ならびにソース電極108およびドレイン電極109を覆う第1の絶縁膜110および第2の絶縁膜111により構成されている。また、トランジスタ150上には、第2の絶縁膜111上の隔壁112と、第1の絶縁膜110、第2の絶縁膜111および隔壁112に設けられた開口部を介してドレイン電極109と電気的に接続された配線114が設けられている。なお、配線114は画素電極として機能できる。 As illustrated in FIG. 1, the transistor 150 using an oxide semiconductor material as a semiconductor layer includes a gate electrode 102 over a substrate 100, a gate insulating layer 104 over the gate electrode 102, and a semiconductor layer 106 over the gate insulating layer 104. The source electrode 108 and the drain electrode 109 on the semiconductor layer 106, and the first insulating film 110 and the second insulating film 111 that cover the semiconductor layer 106 and the source electrode 108 and drain electrode 109. Further, over the transistor 150, the drain electrode 109 is electrically connected to the partition 112 over the second insulating film 111 and the first insulating film 110, the second insulating film 111, and the opening provided in the partition 112. Connected wirings 114 are provided. Note that the wiring 114 can function as a pixel electrode.

半導体層106としては、シリコン系半導体膜、化合物半導体膜、酸化物半導体膜など、様々な半導体膜を用いることができるが、本実施の形態では、半導体層106として酸化物半導体膜を用いた場合についての説明を行う。 As the semiconductor layer 106, various semiconductor films such as a silicon-based semiconductor film, a compound semiconductor film, and an oxide semiconductor film can be used; in this embodiment, an oxide semiconductor film is used as the semiconductor layer 106. Will be described.

本実施の形態では、図1に示すように、ゲート絶縁層104は第1のゲート絶縁膜104a、第2のゲート絶縁膜104bおよび第3のゲート絶縁膜104cの3層構造となっている。これは、本実施の形態において半導体層106として酸化物半導体膜を用いることに起因する。 In this embodiment mode, as illustrated in FIG. 1, the gate insulating layer 104 has a three-layer structure including a first gate insulating film 104a, a second gate insulating film 104b, and a third gate insulating film 104c. This is because an oxide semiconductor film is used as the semiconductor layer 106 in this embodiment.

まず、ゲート絶縁層104の絶縁耐圧を確保するため、絶縁耐圧の優れた膜(第1のゲート絶縁膜104aに相当する)を設ける必要がある。 First, in order to ensure the withstand voltage of the gate insulating layer 104, it is necessary to provide a film with an excellent withstand voltage (corresponding to the first gate insulating film 104a).

絶縁耐圧の優れた膜としては、例えばシリコン窒化膜やシリコン窒化酸化膜などがある。 Examples of the film having an excellent withstand voltage include a silicon nitride film and a silicon oxynitride film.

しかし、これらの膜は、成膜ガス種としてシランガス(SiH)およびアンモニアガス(NH)を用いたCVD法(例えば、プラズマCVD法など)で成膜されることが一般的であり、膜中に水素原子が多量に含まれている。 However, these films are generally formed by a CVD method (for example, a plasma CVD method) using silane gas (SiH 4 ) and ammonia gas (NH 3 ) as film formation gas species. It contains a large amount of hydrogen atoms.

半導体層106として酸化物半導体膜を用いた場合、酸化物半導体膜は、膜中に酸素欠損が生じると酸素欠損の一部がドナーとして機能し、トランジスタの特性に悪影響(例えば、トランジスタがノーマリーオン化するなど)を及ぼす恐れがある。そのため、ゲート絶縁層に上述のような水素原子が多量に含まれた膜を用いると、トランジスタ150の作製工程にて行われる加熱処理等により、水素原子が多量に含まれた膜から脱離した水素原子が酸化物半導体膜の酸素と結合して水となり酸化物半導体膜から脱離し、酸化物半導体膜中の酸素欠損を増加させる恐れがある。 In the case where an oxide semiconductor film is used as the semiconductor layer 106, when an oxygen vacancy occurs in the oxide semiconductor film, part of the oxygen vacancy functions as a donor, which adversely affects the characteristics of the transistor (for example, the transistor is normally May be turned on). Therefore, when a film containing a large amount of hydrogen atoms as described above is used for the gate insulating layer, the film is released from the film containing a large amount of hydrogen atoms by heat treatment or the like performed in the manufacturing process of the transistor 150. There is a possibility that hydrogen atoms are combined with oxygen in the oxide semiconductor film to be water, and are desorbed from the oxide semiconductor film to increase oxygen vacancies in the oxide semiconductor film.

そこで、第1のゲート絶縁膜104a上に、水素ブロッキング性に優れた絶縁膜(第2のゲート絶縁膜104bに相当する)を設け、更に第2のゲート絶縁膜104b上に、半導体層106との界面準位を低減させる絶縁膜(第3のゲート絶縁膜104cに相当する)を設けた構成としている。 Therefore, an insulating film having excellent hydrogen blocking properties (corresponding to the second gate insulating film 104b) is provided over the first gate insulating film 104a, and the semiconductor layer 106 and the second gate insulating film 104b are provided. An insulating film (corresponding to the third gate insulating film 104c) for reducing the interface state is provided.

上記のゲート絶縁層104における3層構造は、半導体層106を酸化物半導体膜とした際に用いることのできるゲート絶縁層の一例であり、ゲート絶縁層104をどのような構造にするかについては、半導体層106の材質やトランジスタ150に必要な特性等を鑑みて使用者が適宜選択すればよい。 The above three-layer structure in the gate insulating layer 104 is an example of a gate insulating layer that can be used when the semiconductor layer 106 is an oxide semiconductor film. A structure of the gate insulating layer 104 is described below. The user may select as appropriate in consideration of the material of the semiconductor layer 106, characteristics required for the transistor 150, and the like.

例えば、第3のゲート絶縁膜104cのみで絶縁破壊耐性が十分に確保されている場合は、第1のゲート絶縁膜104aや第2のゲート絶縁膜104bは必ずしも設ける必要はない。
また、半導体層106としてシリコン系半導体材料を用いる場合は、半導体層106に酸素を供給することを主目的とした第3のゲート絶縁膜104cや、半導体層106への水素の侵入抑制を主目的とした第2のゲート絶縁膜104bを設けない構造としてもよい。
For example, in the case where dielectric breakdown resistance is sufficiently ensured only by the third gate insulating film 104c, the first gate insulating film 104a and the second gate insulating film 104b are not necessarily provided.
In the case where a silicon-based semiconductor material is used for the semiconductor layer 106, the main purpose is to suppress entry of hydrogen into the third gate insulating film 104 c and the semiconductor layer 106 which are mainly used for supplying oxygen to the semiconductor layer 106. Alternatively, the second gate insulating film 104b may be omitted.

また、本実施の形態では、図1に示すように、ソース電極108およびドレイン電極109は、第1の導電膜108a、第2の導電膜108bおよび第3の導電膜108cという同一の導電膜を用いた3層構造となっているが、3層構造以外の積層構造や単層構造としても問題よい。また、ソース電極108とドレイン電極109で異なる導電膜を用いてもよい。 In this embodiment mode, as illustrated in FIG. 1, the source electrode 108 and the drain electrode 109 are formed of the same conductive film as the first conductive film 108a, the second conductive film 108b, and the third conductive film 108c. Although the three-layer structure is used, there is a problem with a laminated structure or a single-layer structure other than the three-layer structure. Further, different conductive films may be used for the source electrode 108 and the drain electrode 109.

ソース電極108およびドレイン電極109をどのような構造にするかは、必要とされる配線抵抗値、半導体層とのコンタクト抵抗、信頼性など、様々な要因を鑑みて実施者が適宜選択すればよい。 The structure of the source electrode 108 and the drain electrode 109 may be appropriately selected by the practitioner in consideration of various factors such as a required wiring resistance value, contact resistance with the semiconductor layer, and reliability. .

また、本実施の形態では、図1に示すように、半導体層106ならびにソース電極108およびドレイン電極109を覆う第1の絶縁膜110は、第1の領域110aおよび第2の領域110bの2層構造となっており、また、第1の絶縁膜110上に第2の絶縁膜111が形成されている。これは、本実施の形態において半導体層106として酸化物半導体膜を用いたことに起因する。 In this embodiment mode, as illustrated in FIG. 1, the first insulating film 110 covering the semiconductor layer 106 and the source electrode 108 and the drain electrode 109 is formed of two layers of a first region 110 a and a second region 110 b. In addition, a second insulating film 111 is formed on the first insulating film 110. This is because an oxide semiconductor film is used as the semiconductor layer 106 in this embodiment.

上述のとおり、酸化物半導体膜は膜中に酸素欠陥が生じると、酸素欠損に起因したキャリアの生成が生じ得るため、半導体層106に接して、加熱処理により酸素を放出する膜(以下、酸素放出膜とも記載する)を形成することが好ましい。 As described above, when an oxygen defect occurs in the oxide semiconductor film, carriers can be generated due to oxygen vacancies. Therefore, the oxide semiconductor film is in contact with the semiconductor layer 106 and releases oxygen by heat treatment (hereinafter referred to as oxygen). It is preferable to form (also referred to as a release film).

しかし、酸化物半導体膜上に酸素供給膜を強いエネルギーで形成すると、酸化物半導体膜がダメージを受ける(例えば、酸化物半導体膜の結晶状態が乱れて欠陥が発生するなど)ことがある。 However, when the oxygen supply film is formed with strong energy over the oxide semiconductor film, the oxide semiconductor film may be damaged (for example, the crystal state of the oxide semiconductor film is disturbed and defects are generated).

また、半導体層106に接する第1の絶縁膜110がダメージを受けることがある。 Further, the first insulating film 110 in contact with the semiconductor layer 106 may be damaged.

そのため、図1(B)に示すように、半導体層106上に、まず、半導体層106に加わるダメージおよび半導体層106に接する第1の絶縁膜110のダメージを緩和する役割を担う第1の領域110aを、弱いエネルギー(少なくとも、第2の領域110bの形成時より弱いエネルギー)で半導体層106上に形成した後に、半導体層106に酸素を供給する機能を担う第2の領域110b(酸素供給膜とも表現できる)を、第1の領域110aの形成時よりも強いエネルギーで第1の領域110a上に形成する。 Therefore, as illustrated in FIG. 1B, first, over the semiconductor layer 106, a first region that plays a role of mitigating damage applied to the semiconductor layer 106 and damage to the first insulating film 110 in contact with the semiconductor layer 106. 110a is formed on the semiconductor layer 106 with weak energy (at least less energy than that when the second region 110b is formed), and then the second region 110b (oxygen supply film) responsible for supplying oxygen to the semiconductor layer 106 is formed. Can be expressed on the first region 110a with a stronger energy than the formation of the first region 110a.

そして、上層からの不純物の侵入(例えば、隔壁112からの水分の侵入など)防止を目的として、第1の絶縁膜110の上に第2の絶縁膜111を形成している。 Then, the second insulating film 111 is formed on the first insulating film 110 for the purpose of preventing impurities from entering from the upper layer (for example, moisture from the partition 112).

上記の構造は、半導体層106を酸化物半導体膜とした際に用いることのできる絶縁膜の一例であり、第1の絶縁膜110および第2の絶縁膜111をどのような構造にするかについては、半導体層106の材質、第2の絶縁膜111より上層の構造、トランジスタ150に必要な信頼性等を鑑みて使用者が適宜選択すればよい。 The above structure is an example of an insulating film that can be used when the semiconductor layer 106 is an oxide semiconductor film, and the structure of the first insulating film 110 and the second insulating film 111 is as follows. The user may select as appropriate in consideration of the material of the semiconductor layer 106, the structure above the second insulating film 111, the reliability required for the transistor 150, and the like.

<半導体装置の作製方法>
以下の文章ならびに図2および図3を用いて、図1に記載の半導体装置の作製方法の一例について説明を行う。
<Method for Manufacturing Semiconductor Device>
An example of a method for manufacturing the semiconductor device illustrated in FIG. 1 will be described with reference to the following text and FIGS.

まず、基板100上にゲート電極102および、第1のゲート絶縁膜104a、第2のゲート絶縁膜104bおよび第3のゲート絶縁膜104cを有するゲート絶縁層104を形成する(図2(A)参照)。 First, the gate insulating layer 104 including the gate electrode 102, the first gate insulating film 104a, the second gate insulating film 104b, and the third gate insulating film 104c is formed over the substrate 100 (see FIG. 2A). ).

基板100は、少なくとも、後の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有していることが必要となる。例えば、バリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、セラミック基板、石英基板などの基板を用いることができる。また、絶縁表面を有していれば、シリコンや炭化シリコンなどの単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合物半導体基板などを適用することも可能である。 The substrate 100 is required to have at least heat resistance that can withstand a subsequent heat treatment. For example, a glass substrate such as barium borosilicate glass or alumino borosilicate glass, a substrate such as a ceramic substrate, or a quartz substrate can be used. Alternatively, a single crystal semiconductor substrate such as silicon or silicon carbide, a polycrystalline semiconductor substrate, a compound semiconductor substrate such as silicon germanium, or the like can be used as long as it has an insulating surface.

なお、基板100は、予め基板100の歪み点より低い温度で加熱処理を行い、基板100をシュリンク(熱収縮とも言われる)させておくことが望ましい。これにより、半導体装置の作製工程において行われる加熱処理により、基板100に生じるシュリンクの量を抑えることができる。そのため、例えば、露光工程などでのパターンずれ等を抑制することができる。また、当該加熱処理により、基板100表面に付着した水分や有機物などを取り除くことができる。 Note that the substrate 100 is preferably subjected to heat treatment at a temperature lower than the strain point of the substrate 100 in advance to shrink the substrate 100 (also referred to as heat shrinkage). Thus, the amount of shrinkage generated in the substrate 100 can be suppressed by heat treatment performed in the manufacturing process of the semiconductor device. Therefore, for example, it is possible to suppress a pattern shift or the like in an exposure process or the like. In addition, moisture, organic matter, or the like attached to the surface of the substrate 100 can be removed by the heat treatment.

ゲート電極102は、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法などの物理気相成長法(PVD:Physical Vapor Deposition)を用いて、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料又はこれらを主成分とする合金材料の単層構造あるいはこれらの材料を用いた積層構造の導電膜を形成し、フォトリソグラフィ法、印刷法、インクジェット法などを用いて導電膜上にマスクを形成し、当該マスクを用いて導電膜の一部を選択的に除去することで形成できる。 The gate electrode 102 is made of, for example, a metal material such as molybdenum, titanium, tantalum, tungsten, aluminum, copper, neodymium, or scandium using a physical vapor deposition (PVD) method such as a vacuum evaporation method or a sputtering method. Alternatively, a conductive film having a single layer structure of an alloy material containing these as a main component or a stacked structure using these materials is formed, and a mask is formed over the conductive film using a photolithography method, a printing method, an inkjet method, or the like. The conductive film can be formed by selectively removing a part of the conductive film using the mask.

ゲート電極102の膜厚に特段の限定は無いが、薄くするほどゲート電極102の抵抗が高くなりトランジスタ150の電気特性に影響を及ぼす可能性があり、また、厚くするほどゲート電極102の形成に要する時間が増加するため、50nm以上500nm以下の膜厚とすることが好ましい。 Although there is no particular limitation on the thickness of the gate electrode 102, the thinner the gate electrode 102, the higher the resistance of the gate electrode 102, which may affect the electric characteristics of the transistor 150. The thicker the gate electrode 102, the more the gate electrode 102 is formed. Since the time required increases, the film thickness is preferably 50 nm or more and 500 nm or less.

第1のゲート絶縁膜104aは、上述のようにゲート絶縁層104の絶縁破壊耐性を高めることに重点を置いた膜であり、プラズマCVD法などの化学気相成長法(CVD:Chemical Vapor Deposition)を用いて、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化窒化ハフニウム膜、酸化ハフニウムシリケート膜、酸化窒化ハフニウムシリケート膜などの酸化膜や酸化窒化膜などを、単層でまたは積層して形成することができる。例えば、成膜ガス種としてシランガス(SiH)およびアンモニアガス(NH)を含むガスを用いてCVD法により形成したシリコン窒化膜、シリコン窒化酸化膜などを用いればよい。なお、第1のゲート絶縁膜104aは、基板100の有する不純物が半導体層106に侵入することを防止する役割も担っている。 As described above, the first gate insulating film 104a is a film with an emphasis on increasing the dielectric breakdown resistance of the gate insulating layer 104, and a chemical vapor deposition (CVD) method such as a plasma CVD method. Oxide films such as silicon oxide film, silicon oxynitride film, aluminum oxide film, aluminum oxynitride film, hafnium oxide film, hafnium oxynitride film, hafnium oxide silicate film, hafnium oxynitride film, oxynitride film, etc. Can be formed as a single layer or stacked layers. For example, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, or the like formed by a CVD method using a gas containing silane gas (SiH 4 ) and ammonia gas (NH 3 ) as a deposition gas species may be used. Note that the first gate insulating film 104 a also serves to prevent impurities included in the substrate 100 from entering the semiconductor layer 106.

膜の絶縁破壊耐性は膜の欠陥状態に依存するため、第1のゲート絶縁膜104aは膜中欠陥が低減されていることが望ましい。具体的には、電子スピン共鳴(ESR:Electron Spin Resonance)法を用いて膜中の欠陥状態測定を行った場合において、第1のゲート絶縁膜104a中の金属と酸素の結合欠陥に起因したシグナル(具体的には、g=1.93近傍のシグナル)が、1×1017[spins/cm]以下であることが望ましい。 Since the breakdown resistance of the film depends on the defect state of the film, the first gate insulating film 104a desirably has reduced defects in the film. Specifically, in the case where a defect state in a film is measured using an electron spin resonance (ESR) method, a signal resulting from a bond defect between a metal and oxygen in the first gate insulating film 104a. (Specifically, the signal in the vicinity of g = 1.93) is desirably 1 × 10 17 [spins / cm 3 ] or less.

なお、第1のゲート絶縁膜104aの膜中欠陥を低減するためには、基板温度を高めた状態で第1のゲート絶縁膜104aを形成することが好ましい。具体的には、基板温度を250℃以上、好ましくは350℃以上、より好ましくは450℃以上として、第1のゲート絶縁膜104aを形成する。 Note that in order to reduce defects in the first gate insulating film 104a, it is preferable to form the first gate insulating film 104a with the substrate temperature raised. Specifically, the first gate insulating film 104a is formed at a substrate temperature of 250 ° C. or higher, preferably 350 ° C. or higher, more preferably 450 ° C. or higher.

第1のゲート絶縁膜104aの膜厚に特段の限定は無いが、薄くするほどゲート絶縁層104の絶縁破壊耐性が低下しトランジスタ150の電気特性に悪影響が生じる可能性があり、また、厚くするほど第1のゲート絶縁膜104aの形成に要する時間が増加するため、100nm以上500nm以下の膜厚とすることが望ましい。 There is no particular limitation on the thickness of the first gate insulating film 104a; however, the thinner the gate insulating layer 104, the lower the dielectric breakdown resistance of the gate insulating layer 104, which may adversely affect the electrical characteristics of the transistor 150. As the time required for forming the first gate insulating film 104a increases, the thickness is preferably greater than or equal to 100 nm and less than or equal to 500 nm.

第2のゲート絶縁膜104bは、第1のゲート絶縁膜104aと同様の方法および材料を用いて形成することができるが、上述のように第1のゲート絶縁膜104aから脱離した水素の半導体層106への侵入抑制を目的とした膜であり、第1のゲート絶縁膜104aより高い密度が求められる。 The second gate insulating film 104b can be formed using a method and a material similar to those of the first gate insulating film 104a. However, as described above, a hydrogen semiconductor desorbed from the first gate insulating film 104a is used. The film is intended to suppress intrusion into the layer 106, and is required to have a higher density than the first gate insulating film 104a.

第2のゲート絶縁膜104bの膜密度を第1のゲート絶縁膜104aの膜密度より高くする方法としては、例えば、成膜ガス種としてシランガス(SiH)およびアンモニアガス(NH)を含むガスを用い、かつ第1のゲート絶縁膜104aの成膜時よりもアンモニアガス(NH)の添加量(ガス流量ともいえる)を少なくしてCVD法により形成したシリコン窒化膜、シリコン窒化酸化膜などを用いればよい。また、成膜ガス種としてシランガス(SiH)を含みアンモニアガス(NH)を含まないガスを用い、CVD法により形成したシリコン窒化膜、シリコン窒化酸化膜などを用いてもよい。 As a method for making the film density of the second gate insulating film 104b higher than the film density of the first gate insulating film 104a, for example, a gas containing silane gas (SiH 4 ) and ammonia gas (NH 3 ) as film forming gas species And a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, etc. formed by a CVD method with a smaller amount of ammonia gas (NH 3 ) added (also referred to as a gas flow rate) than when the first gate insulating film 104a is formed May be used. Alternatively, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, or the like formed by a CVD method using a gas containing silane gas (SiH 4 ) but not ammonia gas (NH 3 ) may be used as a deposition gas species.

第1のゲート絶縁膜104aと第2のゲート絶縁膜104bの膜密度が異なることを調べるためには、例えばSTEM(Scanning Transmission Electron Microscope)観察を行い膜の色を確認すればよい。膜密度の高い第2のゲート絶縁膜104bは、膜密度の低い第1のゲート絶縁膜104aと比較して濃い色であるため、両者の積層状態を確認できる。 In order to examine the difference in film density between the first gate insulating film 104a and the second gate insulating film 104b, for example, STEM (Scanning Transmission Electron Microscope) observation may be performed to confirm the color of the film. Since the second gate insulating film 104b having a high film density is darker than the first gate insulating film 104a having a low film density, the stacked state of both can be confirmed.

また、ウェットエッチング処理(例えば、希フッ酸処理など)を行い、エッチングレートの違いを確認する方法もある。膜密度の高い第2のゲート絶縁膜104bは、膜密度の低い第1のゲート絶縁膜104aと比較してエッチングレートが遅いため、両者の積層状態を確認できる。 In addition, there is a method of performing a wet etching process (for example, dilute hydrofluoric acid process) to check a difference in etching rate. Since the second gate insulating film 104b having a high film density has an etching rate slower than that of the first gate insulating film 104a having a low film density, the stacked state of both can be confirmed.

第2のゲート絶縁膜104bは、当該膜からの水素放出量も少ないことが好ましい。具体的には、膜を加熱してTDS測定を行った場合において、当該膜からの水素分子の放出量のピークが5.0×1021[分子/cm]以下、好ましくは4.0×1021[分子/cm]以下、より好ましくは1.0×1021[分子/cm]以下である膜を用いる。 The second gate insulating film 104b preferably has a small amount of hydrogen released from the film. Specifically, when TDS measurement is performed by heating the film, the peak of the amount of hydrogen molecules released from the film is 5.0 × 10 21 [molecules / cm 3 ] or less, preferably 4.0 × A film having 10 21 [molecules / cm 3 ] or less, more preferably 1.0 × 10 21 [molecules / cm 3 ] or less is used.

第2のゲート絶縁膜104bからの水素分子の放出量を正確に測定する方法としては、シリコン基板等の不純物の少ない基板上に、第2のゲート絶縁膜104bに用いた膜を成膜したサンプルを準備し、当該サンプルに対してTDS測定を行い、脱離する水素分子(H)を測定すればよい。ただし、半導体層106として酸化物半導体材料を用いない場合は、上述の水素分子の放出量範囲を必ずしも満たす必要はない。 As a method for accurately measuring the amount of released hydrogen molecules from the second gate insulating film 104b, a sample in which a film used for the second gate insulating film 104b is formed over a substrate with low impurities such as a silicon substrate. Is prepared, TDS measurement is performed on the sample, and desorbed hydrogen molecules (H 2 ) are measured. However, in the case where an oxide semiconductor material is not used for the semiconductor layer 106, the above-described hydrogen molecule emission amount range is not necessarily satisfied.

なお、第2のゲート絶縁膜104bについても第1のゲート絶縁膜104aと同様に、膜中欠陥を低減するために基板温度を高めた状態で形成することが望ましい。基板温度については、第1のゲート絶縁膜104aに記載したに準ずる。 Note that, similarly to the first gate insulating film 104a, the second gate insulating film 104b is preferably formed in a state where the substrate temperature is increased in order to reduce defects in the film. The substrate temperature is in accordance with that described in the first gate insulating film 104a.

第2のゲート絶縁膜104bの膜厚に特段の限定は無いが、薄すぎると半導体層106への水素の侵入抑制効果が少なくなり、トランジスタ150の電気特性に悪影響が生じる可能性があり、また、厚くするほど第2のゲート絶縁膜104bの形成に要する時間が増加するため、10nm以上150nm以下の膜厚とすることが好ましい。 There is no particular limitation on the thickness of the second gate insulating film 104b; however, if it is too thin, the effect of suppressing hydrogen penetration into the semiconductor layer 106 is reduced, which may adversely affect the electrical characteristics of the transistor 150. Since the time required for forming the second gate insulating film 104b increases as the thickness increases, the thickness is preferably greater than or equal to 10 nm and less than or equal to 150 nm.

第3のゲート絶縁膜104cは、半導体層106との界面準位を低減することを目的とした膜であり、第1のゲート絶縁膜104aと同様の方法および材料を用いて形成することができる。本実施の形態では、半導体層106として酸化物半導体材料を用いるため、例えば、酸化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜を、CVD法により成膜して用いればよい。 The third gate insulating film 104c is a film for reducing the interface state with the semiconductor layer 106, and can be formed using a method and a material similar to those of the first gate insulating film 104a. . In this embodiment, an oxide semiconductor material is used for the semiconductor layer 106; therefore, for example, a silicon oxide film or a silicon oxynitride film may be formed by a CVD method.

また、第3のゲート絶縁膜104cは半導体層106と直接接しており、当該膜からの水素分子放出量が少ないことが望ましい。具体的には、膜を加熱してTDS測定を行った場合において、当該膜からの水素分子の放出量のピークが5.0×1021[分子/cm]以下、好ましくは4.0×1021[分子/cm]以下、より好ましくは1.0×1021[分子/cm]以下である膜を用いる。 The third gate insulating film 104c is in direct contact with the semiconductor layer 106, and it is desirable that the amount of released hydrogen molecules from the film be small. Specifically, when TDS measurement is performed by heating the film, the peak of the amount of hydrogen molecules released from the film is 5.0 × 10 21 [molecules / cm 3 ] or less, preferably 4.0 × A film having 10 21 [molecules / cm 3 ] or less, more preferably 1.0 × 10 21 [molecules / cm 3 ] or less is used.

第3のゲート絶縁膜104cからの水素分子の放出量を正確に測定する方法は、第2のゲート絶縁膜104bにて記載した方法を用いればよい。ただし、半導体層106として酸化物半導体材料を用いない場合は、上述の水素分子の放出量範囲を必ずしも満たす必要はない。 As a method for accurately measuring the amount of hydrogen molecules released from the third gate insulating film 104c, the method described for the second gate insulating film 104b may be used. However, in the case where an oxide semiconductor material is not used for the semiconductor layer 106, the above-described hydrogen molecule emission amount range is not necessarily satisfied.

また、半導体層106として酸化物半導体材料を用いる場合、酸化物半導体に窒素が結合すると、窒素の一部がドナーとなり、キャリアである電子を生じてしまう恐れがある。そのため、第3のゲート絶縁膜104cには窒素も極力含まれていないことが好ましく、第3のゲート絶縁膜104cを加熱してTDS測定を行った場合において、当該膜からのアンモニア分子の放出量のピークが5.0×1021[分子/cm]以下、好ましくは1.0×1021[分子/cm]以下、より好ましくは8.0×1021[分子/cm]以下である膜を用いる。ただし、半導体層106として酸化物半導体材料を用いない場合は、上述のアンモニア分子の放出量範囲を必ずしも満たす必要はない。 In the case where an oxide semiconductor material is used for the semiconductor layer 106, when nitrogen is bonded to the oxide semiconductor, part of the nitrogen may serve as a donor to generate electrons that are carriers. Therefore, it is preferable that the third gate insulating film 104c contain as little nitrogen as possible. When TDS measurement is performed by heating the third gate insulating film 104c, the release amount of ammonia molecules from the film is increased. Peak of 5.0 × 10 21 [molecules / cm 3 ] or less, preferably 1.0 × 10 21 [molecules / cm 3 ] or less, more preferably 8.0 × 10 21 [molecules / cm 3 ] or less. A certain film is used. However, in the case where an oxide semiconductor material is not used for the semiconductor layer 106, the above-described ammonia molecule emission amount range is not necessarily satisfied.

なお、第3のゲート絶縁膜104cについても第1のゲート絶縁膜104aと同様に、膜中欠陥を低減するために基板温度を高めた状態で形成することが好ましい。基板温度については、第1のゲート絶縁膜104aに記載したに準ずる。 Note that, similarly to the first gate insulating film 104a, the third gate insulating film 104c is preferably formed in a state where the substrate temperature is increased in order to reduce defects in the film. The substrate temperature is in accordance with that described in the first gate insulating film 104a.

第3のゲート絶縁膜104cの膜厚に特段の限定は無いが、薄くするほど第3のゲート絶縁膜104cから脱離する酸素量が低下するため、半導体層106の酸素欠損を十分に補填できない可能性があり、また、厚くするほど第3のゲート絶縁膜104cの形成に要する時間が増加するため、10nm以上150nm以下の膜厚とすることが望ましい。 Although there is no particular limitation on the thickness of the third gate insulating film 104c, the amount of oxygen desorbed from the third gate insulating film 104c decreases as the thickness decreases, so that oxygen vacancies in the semiconductor layer 106 cannot be sufficiently filled. In addition, since the time required for forming the third gate insulating film 104c increases as the thickness increases, the thickness is preferably greater than or equal to 10 nm and less than or equal to 150 nm.

また、第1のゲート絶縁膜104a乃至第3のゲート絶縁膜104cを備えるゲート絶縁層104は、厚くするほどゲート電極102から半導体層106に印加される電界が弱くなり、トランジスタ150の電気特性が低下する(例えば、移動度が低下するなど)ため、120nm以上800nm以下の膜厚とすることが好ましい。 In addition, as the thickness of the gate insulating layer 104 including the first gate insulating film 104a to the third gate insulating film 104c increases, the electric field applied from the gate electrode 102 to the semiconductor layer 106 becomes weaker, and the electric characteristics of the transistor 150 are reduced. In order to decrease (for example, mobility decreases), a film thickness of 120 nm to 800 nm is preferable.

半導体層106成膜後の加熱処理によりゲート絶縁層104から脱離する酸素は、半導体層106中の酸素欠損を補うだけでなく、ゲート絶縁層104と半導体層106との界面準位密度を低減する効果もある。このため、半導体層106とゲート絶縁層104との界面にキャリアが捕獲されることを抑制することができ、信頼性の高いトランジスタを得ることができる。 Oxygen released from the gate insulating layer 104 by heat treatment after the formation of the semiconductor layer 106 not only compensates for oxygen vacancies in the semiconductor layer 106 but also reduces the interface state density between the gate insulating layer 104 and the semiconductor layer 106. There is also an effect. Therefore, carriers can be prevented from being trapped at the interface between the semiconductor layer 106 and the gate insulating layer 104, and a highly reliable transistor can be obtained.

なお、ゲート絶縁層104の形成後に、ゲート絶縁層104表面平坦性を高めるための処理(以下、膜の表面平坦性を高める処理のことを平坦化処理と記載する)を行ってもよい。当該処理としては、例えば、化学機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)処理やドライエッチング法などを用いればよい。 Note that after the gate insulating layer 104 is formed, treatment for increasing surface flatness of the gate insulating layer 104 (hereinafter, treatment for increasing surface flatness of the film is referred to as planarization treatment) may be performed. As the treatment, for example, a chemical mechanical polishing (CMP) treatment or a dry etching method may be used.

なお、本実施の形態に記載のゲート絶縁層104は、上述のように第1のゲート絶縁膜104a乃至第3のゲート絶縁膜104cの3層構造となっているが、必ずしも3層構造である必要はない。 Note that the gate insulating layer 104 described in this embodiment has a three-layer structure of the first gate insulating film 104a to the third gate insulating film 104c as described above; however, the gate insulating layer 104 necessarily has a three-layer structure. There is no need.

例えば、ゲート電極102に含まれる金属成分がゲート絶縁層104を通して半導体層106に侵入することを抑制するため、ゲート電極102と第1のゲート絶縁膜104aの間に、ゲート電極102からの金属成分の侵入を抑制するための膜(第4のゲート絶縁膜とも表現できる)を設けた構造としてもよい。 For example, in order to suppress a metal component contained in the gate electrode 102 from entering the semiconductor layer 106 through the gate insulating layer 104, the metal component from the gate electrode 102 is interposed between the gate electrode 102 and the first gate insulating film 104a. Alternatively, a structure provided with a film (which can also be expressed as a fourth gate insulating film) for suppressing intrusion of silicon may be employed.

次に、ゲート絶縁層104上に半導体層106を形成し、ゲート絶縁層104および半導体層106上に、第1の導電膜108a、第2の導電膜108bおよび第3の導電膜108cを形成する(図2(B)参照)。 Next, the semiconductor layer 106 is formed over the gate insulating layer 104, and the first conductive film 108a, the second conductive film 108b, and the third conductive film 108c are formed over the gate insulating layer 104 and the semiconductor layer 106. (See FIG. 2B).

半導体層106は、例えば、PVD法やCVD法などを用いて半導体膜を成膜し、当該膜上にフォトリソグラフィ法などによりレジストマスクを形成した後に、ドライエッチング法やウェットエッチング法などを用いて半導体膜を選択的に除去することにより形成すればよい。半導体膜としては、例えば、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、炭化シリコン、またはガリウム砒素等の材料を用いて成膜した膜を使用すればよい。また、半導体膜を形成する材料として、上記材料以外に酸化物半導体材料を用いてもよい。本実施の形態では、半導体層106として酸化物半導体材料を用いている。 For example, the semiconductor layer 106 is formed by forming a semiconductor film using a PVD method, a CVD method, or the like, and forming a resist mask on the film by a photolithography method or the like, and then using a dry etching method, a wet etching method, or the like. What is necessary is just to form by selectively removing a semiconductor film. As the semiconductor film, for example, a film formed using a material such as silicon, germanium, silicon germanium, silicon carbide, or gallium arsenide may be used. In addition to the above materials, an oxide semiconductor material may be used as a material for forming the semiconductor film. In this embodiment, an oxide semiconductor material is used for the semiconductor layer 106.

酸化物半導体材料としては、例えば、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、In−Zn系酸化物、In−Mg系酸化物、In−Ga系酸化物、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、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。 Examples of the oxide semiconductor material include indium oxide, tin oxide, zinc oxide, In—Zn oxide, In—Mg oxide, In—Ga oxide, and In—Ga—Zn oxide (also referred to as IGZO). In-Al-Zn-based oxide, In-Sn-Zn-based oxide, In-Hf-Zn-based oxide, In-La-Zn-based oxide, In-Ce-Zn-based oxide, In -Pr-Zn oxide, In-Nd-Zn oxide, In-Sm-Zn oxide, In-Eu-Zn oxide, In-Gd-Zn oxide, In-Tb-Zn oxide 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, In—Sn—Ga—Zn-based oxide, In—Hf— a-Zn-based oxide, In-Al-Ga-Zn-based oxide, In-Sn-Al-Zn-based oxide, In-Sn-Hf-Zn-based oxide, 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、酸化物半導体材料として、InMO(ZnO)(m>0、且つ、mは整数でない)で表記される材料を用いてもよい。なお、Mは、Ga、Fe、MnおよびCoから選ばれた一の金属元素又は複数の金属元素を示す。また、酸化物半導体材料として、InSnO(ZnO)(n>0、且つ、nは整数)で表記される材料を用いてもよい。 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 material. 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 and n is an integer) may be used as the oxide semiconductor material.

以下では、酸化物半導体膜の構造について説明する。 Hereinafter, the structure of the oxide semiconductor film is described.

なお、本明細書において、「平行」とは、二つの直線が−10°以上10°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、−5°以上5°以下の場合も含まれる。また、「垂直」とは、二つの直線が80°以上100°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、85°以上95°以下の場合も含まれる。 In this specification, “parallel” refers to a state in which two straight lines are arranged at an angle of −10 ° to 10 °. Therefore, the case of −5 ° to 5 ° is also included. “Vertical” refers to a state in which two straight lines are arranged at an angle of 80 ° to 100 °. Therefore, the case of 85 ° to 95 ° is also included.

また、本明細書において、結晶が三方晶または菱面体晶である場合、六方晶系として表す。 In this specification, when a crystal is trigonal or rhombohedral, it is represented as a hexagonal system.

酸化物半導体膜は、単結晶酸化物半導体膜と非単結晶酸化物半導体膜とに大別される。非単結晶酸化物半導体膜とは、非晶質酸化物半導体膜、微結晶酸化物半導体膜、多結晶酸化物半導体膜、CAAC−OS(C Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor)膜などをいう。 An oxide semiconductor film is classified roughly into a single crystal oxide semiconductor film and a non-single crystal oxide semiconductor film. The non-single-crystal oxide semiconductor film refers to an amorphous oxide semiconductor film, a microcrystalline oxide semiconductor film, a polycrystalline oxide semiconductor film, a CAAC-OS (C Axis Crystalline Oxide Semiconductor) film, or the like.

非晶質酸化物半導体膜は、膜中における原子配列が不規則であり、結晶成分を有さない酸化物半導体膜である。微小領域においても結晶部を有さず、膜全体が完全な非晶質構造の酸化物半導体膜が典型である。 An amorphous oxide semiconductor film is an oxide semiconductor film having an irregular atomic arrangement in the film and having no crystal component. An oxide semiconductor film which has no crystal part even in a minute region and has a completely amorphous structure as a whole is typical.

微結晶酸化物半導体膜は、例えば、1nm以上10nm未満の大きさの微結晶(ナノ結晶ともいう。)を含む。したがって、微結晶酸化物半導体膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも原子配列の規則性が高い。そのため、微結晶酸化物半導体膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも欠陥準位密度が低いという特徴がある。 The microcrystalline oxide semiconductor film includes a microcrystal (also referred to as nanocrystal) with a size greater than or equal to 1 nm and less than 10 nm, for example. Therefore, the microcrystalline oxide semiconductor film has higher regularity of atomic arrangement than the amorphous oxide semiconductor film. Therefore, a microcrystalline oxide semiconductor film has a feature that the density of defect states is lower than that of an amorphous oxide semiconductor film.

CAAC−OS膜は、複数の結晶部を有する酸化物半導体膜の一つであり、ほとんどの結晶部は、一辺が100nm未満の立方体内に収まる大きさである。したがって、CAAC−OS膜に含まれる結晶部は、一辺が10nm未満、5nm未満または3nm未満の立方体内に収まる大きさの場合も含まれる。CAAC−OS膜は、微結晶酸化物半導体膜よりも欠陥準位密度が低いという特徴がある。以下、CAAC−OS膜について詳細な説明を行う。 The CAAC-OS film is one of oxide semiconductor films having a plurality of crystal parts, and most of the crystal parts are large enough to fit in a cube whose one side is less than 100 nm. Therefore, the case where a crystal part included in the CAAC-OS film fits in a cube whose one side is less than 10 nm, less than 5 nm, or less than 3 nm is also included. The CAAC-OS film is characterized by having a lower density of defect states than a microcrystalline oxide semiconductor film. Hereinafter, the CAAC-OS film is described in detail.

CAAC−OS膜を透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)によって観察すると、結晶部同士の明確な境界、即ち結晶粒界(グレインバウンダリーともいう)を確認することができない。そのため、CAAC−OS膜は、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。 When the CAAC-OS film is observed with a transmission electron microscope (TEM), a clear boundary between crystal parts, that is, a grain boundary (also referred to as a grain boundary) cannot be confirmed. Therefore, it can be said that the CAAC-OS film is unlikely to decrease in electron mobility due to crystal grain boundaries.

CAAC−OS膜を、試料面と概略平行な方向からTEMによって観察(断面TEM観察)すると、結晶部において、金属原子が層状に配列していることを確認できる。金属原子の各層は、CAAC−OS膜の膜を形成する面(被形成面ともいう。)または上面の凹凸を反映した形状であり、CAAC−OS膜の被形成面または上面と平行に配列する。 When the CAAC-OS film is observed by TEM (cross-sectional TEM observation) from a direction substantially parallel to the sample surface, it can be confirmed that metal atoms are arranged in layers in the crystal part. Each layer of metal atoms has a shape reflecting unevenness of a surface (also referred to as a formation surface) or an upper surface on which the CAAC-OS film is formed, and is arranged in parallel with the formation surface or the upper surface of the CAAC-OS film. .

一方、CAAC−OS膜を、試料面と概略垂直な方向からTEMによって観察(平面TEM観察)すると、結晶部において、金属原子が三角形状または六角形状に配列していることを確認できる。しかしながら、異なる結晶部間で、金属原子の配列に規則性は見られない。 On the other hand, when the CAAC-OS film is observed by TEM (planar TEM observation) from a direction substantially perpendicular to the sample surface, it can be confirmed that metal atoms are arranged in a triangular shape or a hexagonal shape in the crystal part. However, there is no regularity in the arrangement of metal atoms between different crystal parts.

断面TEM観察および平面TEM観察より、CAAC−OS膜の結晶部は配向性を有していることがわかる。 From the cross-sectional TEM observation and the planar TEM observation, it is found that the crystal part of the CAAC-OS film has orientation.

CAAC−OS膜に対し、X線回折(XRD:X−Ray Diffraction)装置を用いて構造解析を行うと、例えばInGaZnOの結晶を有するCAAC−OS膜のout−of−plane法による解析では、回折角(2θ)が31°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、InGaZnOの結晶の(009)面に帰属されることから、CAAC−OS膜の結晶がc軸配向性を有し、c軸が被形成面または上面に概略垂直な方向を向いていることが確認できる。 When structural analysis is performed on a CAAC-OS film using an X-ray diffraction (XRD) apparatus, for example, in the analysis of a CAAC-OS film having an InGaZnO 4 crystal by an out-of-plane method, A peak may appear when the diffraction angle (2θ) is around 31 °. Since this peak is attributed to the (009) plane of the InGaZnO 4 crystal, the CAAC-OS film crystal has c-axis orientation, and the c-axis is in a direction substantially perpendicular to the formation surface or the top surface. Can be confirmed.

一方、CAAC−OS膜に対し、c軸に概略垂直な方向からX線を入射させるin−plane法による解析では、2θが56°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、InGaZnOの結晶の(110)面に帰属される。InGaZnOの単結晶酸化物半導体膜であれば、2θを56°近傍に固定し、試料面の法線ベクトルを軸(φ軸)として試料を回転させながら分析(φスキャン)を行うと、(110)面と等価な結晶面に帰属されるピークが6本観察される。これに対し、CAAC−OS膜の場合は、2θを56°近傍に固定してφスキャンした場合でも、明瞭なピークが現れない。 On the other hand, when the CAAC-OS film is analyzed by an in-plane method in which X-rays are incident from a direction substantially perpendicular to the c-axis, a peak may appear when 2θ is around 56 °. This peak is attributed to the (110) plane of the InGaZnO 4 crystal. In the case of a single crystal oxide semiconductor film of InGaZnO 4 , when 2θ is fixed in the vicinity of 56 ° and analysis (φ scan) is performed while rotating the sample with the normal vector of the sample surface as the axis (φ axis), Six peaks attributed to the crystal plane equivalent to the (110) plane are observed. On the other hand, in the case of a CAAC-OS film, a peak is not clearly observed even when φ scan is performed with 2θ fixed at around 56 °.

以上のことから、CAAC−OS膜では、異なる結晶部間ではa軸およびb軸の配向は不規則であるが、c軸配向性を有し、かつc軸が被形成面または上面の法線ベクトルに平行な方向を向いていることがわかる。したがって、前述の断面TEM観察で確認された層状に配列した金属原子の各層は、結晶のab面に平行な面である。 From the above, in the CAAC-OS film, the orientation of the a-axis and the b-axis is irregular between different crystal parts, but the c-axis is aligned, and the c-axis is a normal line of the formation surface or the top surface. It can be seen that the direction is parallel to the vector. Therefore, each layer of metal atoms arranged in a layer shape confirmed by the above-mentioned cross-sectional TEM observation is a plane parallel to the ab plane of the crystal.

なお、結晶部は、CAAC−OS膜を成膜した際、または加熱処理などの結晶化処理を行った際に形成される。上述したように、結晶のc軸は、CAAC−OS膜の被形成面または上面の法線ベクトルに平行な方向に配向する。したがって、例えば、CAAC−OS膜の形状をエッチングなどによって変化させた場合、結晶のc軸がCAAC−OS膜の被形成面または上面の法線ベクトルと平行にならないこともある。 Note that the crystal part is formed when a CAAC-OS film is formed or when crystallization treatment such as heat treatment is performed. As described above, the c-axis of the crystal is oriented in a direction parallel to the normal vector of the formation surface or the top surface of the CAAC-OS film. Therefore, for example, when the shape of the CAAC-OS film is changed by etching or the like, the c-axis of the crystal may not be parallel to the normal vector of the formation surface or the top surface of the CAAC-OS film.

また、CAAC−OS膜中の結晶化度が均一でなくてもよい。例えば、CAAC−OS膜の結晶部が、CAAC−OS膜の上面近傍からの結晶成長によって形成される場合、上面近傍の領域は、被形成面近傍の領域よりも結晶化度が高くなることがある。また、CAAC−OS膜に不純物を添加する場合、不純物が添加された領域の結晶化度が変化し、部分的に結晶化度の異なる領域が形成されることもある。 Further, the crystallinity in the CAAC-OS film is not necessarily uniform. For example, in the case where the crystal part of the CAAC-OS film is formed by crystal growth from the vicinity of the top surface of the CAAC-OS film, the region near the top surface can have a higher degree of crystallinity than the region near the formation surface. is there. In addition, in the case where an impurity is added to the CAAC-OS film, the crystallinity of a region to which the impurity is added changes, and a region having a different degree of crystallinity may be formed.

なお、InGaZnOの結晶を有するCAAC−OS膜のout−of−plane法による解析では、2θが31°近傍のピークの他に、2θが36°近傍にもピークが現れる場合がある。2θが36°近傍のピークは、CAAC−OS膜中の一部に、c軸配向性を有さない結晶が含まれることを示している。CAAC−OS膜は、2θが31°近傍にピークを示し、2θが36°近傍にピークを示さないことが好ましい。 Note that when the CAAC-OS film including an InGaZnO 4 crystal is analyzed by an out-of-plane method, a peak may also appear when 2θ is around 36 ° in addition to the peak where 2θ is around 31 °. A peak at 2θ of around 36 ° indicates that a crystal having no c-axis alignment is included in part of the CAAC-OS film. The CAAC-OS film preferably has a peak at 2θ of around 31 ° and no peak at 2θ of around 36 °.

CAAC−OS膜を用いたトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気特性の変動が小さい。よって、当該トランジスタは、信頼性が高い。 In a transistor using a CAAC-OS film, change in electrical characteristics due to irradiation with visible light or ultraviolet light is small. Therefore, the transistor has high reliability.

なお、酸化物半導体膜は、例えば、非晶質酸化物半導体膜、微結晶酸化物半導体膜、CAAC−OS膜のうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。 Note that the oxide semiconductor film may be a stacked film including two or more of an amorphous oxide semiconductor film, a microcrystalline oxide semiconductor film, and a CAAC-OS film, for example.

CAAC−OS膜は、例えば、多結晶である酸化物半導体スパッタリング用ターゲットを用い、スパッタリング法によって成膜する。当該スパッタリング用ターゲットにイオンが衝突すると、スパッタリング用ターゲットに含まれる結晶領域がa−b面を境界として劈開し、a−b面に平行な面を有する平板状またはペレット状のスパッタリング粒子としてスパッタリング用ターゲットから剥離することがある。この場合、当該平板状(またはペレット状。)のスパッタリング粒子が、結晶状態を維持したまま基板に到達することで、CAAC−OS膜を成膜することができる。 For example, the CAAC-OS film is formed by a sputtering method using a polycrystalline oxide semiconductor sputtering target. When ions collide with the sputtering target, the crystal region included in the sputtering target is cleaved with the ab plane serving as a boundary, and as sputtering particles in the form of flat or pellets having a plane parallel to the ab plane. May peel from the target. In that case, the CAAC-OS film can be formed when the flat (or pellet-like) sputtered particles reach the substrate while maintaining a crystalline state.

また、半導体層106をCAAC−OS膜として成膜するために、以下の条件を適用することが望ましい。 In order to form the semiconductor layer 106 as a CAAC-OS film, it is preferable to apply the following conditions.

成膜時の不純物混入を低減することで、不純物によって結晶状態が崩れることを抑制できる。例えば、成膜室内に存在する不純物濃度(水素、水、二酸化炭素および窒素など。)を低減すればよい。また、成膜ガス中の不純物濃度(水素、水、二酸化炭素および窒素など。)を低減すればよい。具体的には、露点が−80℃以下、好ましくは−100℃以下である成膜ガスを用いる。 By reducing the mixing of impurities during film formation, the crystal state can be prevented from being broken by impurities. For example, the concentration of impurities (such as hydrogen, water, carbon dioxide, and nitrogen) existing in the deposition chamber may be reduced. In addition, the impurity concentration in the deposition gas (hydrogen, water, carbon dioxide, nitrogen, or the like) may be reduced. Specifically, a deposition gas having a dew point of −80 ° C. or lower, preferably −100 ° C. or lower is used.

また、成膜時の基板加熱温度を高めることで、基板付着後にスパッタリング粒子のマイグレーションが起こる。具体的には、基板加熱温度を100℃以上740℃以下、好ましくは200℃以上500℃以下として成膜する。成膜時の基板加熱温度を高めることで、平板状のスパッタリング粒子が基板に到達した場合、基板上でマイグレーションが起こり、スパッタリング粒子の平らな面が基板に付着する。 Further, by increasing the substrate heating temperature during film formation, migration of the sputtered particles occurs after the substrate adheres. Specifically, the film is formed at a substrate heating temperature of 100 ° C. to 740 ° C., preferably 200 ° C. to 500 ° C. By increasing the substrate heating temperature at the time of film formation, when the flat sputtered particles reach the substrate, migration occurs on the substrate, and the flat surface of the sputtered particles adheres to the substrate.

また、成膜ガス中の酸素割合を高め、電力を最適化することで成膜時のプラズマダメージを軽減すると好ましい。成膜ガス中の酸素割合は、30体積%以上、好ましくは100体積%とする。成膜ガス中の酸素割合を高めることで、CAAC−OS膜中に余分な原子(例えば、希ガス原子など。)が含まれないため、CAAC―OS膜が形成されやすくなる。 In addition, it is preferable to reduce plasma damage during film formation by increasing the oxygen ratio in the film formation gas and optimizing electric power. The oxygen ratio in the deposition gas is 30% by volume or more, preferably 100% by volume. By increasing the proportion of oxygen in the deposition gas, excess atoms (eg, rare gas atoms) are not included in the CAAC-OS film, so that the CAAC-OS film is easily formed.

スパッタリング用ターゲットの一例として、In−Ga−Zn−O化合物ターゲットについて以下に示す。 As an example of the sputtering target, an In—Ga—Zn—O compound target is described below.

InO粉末、GaO粉末およびZnO粉末を所定のmol数比で混合し、加圧処理後、1000℃以上1500℃以下の温度で加熱処理をすることで多結晶であるIn−Ga−Zn−O化合物ターゲットとする。なお、X、YおよびZは任意の正数である。ここで、所定のmol数比は、例えば、InO粉末、GaO粉末およびZnO粉末が、2:2:1、8:4:3、3:1:1、1:1:1、4:2:3または3:1:2である。なお、粉末の種類、およびその混合するmol数比は、作製するスパッタリング用ターゲットによって適宜変更すればよい。 In-Ga-Zn which is polycrystalline by mixing InO X powder, GaO Y powder and ZnO Z powder at a predetermined mol number ratio, and after heat treatment at a temperature of 1000 ° C. to 1500 ° C. -O compound target. X, Y and Z are arbitrary positive numbers. Here, the predetermined mole number ratio is, for example, 2: 2: 1, 8: 4: 3, 3: 1: 1, 1: 1: 1, 4 for InO X powder, GaO Y powder, and ZnO Z powder. : 2: 3 or 3: 1: 2. Note that the type of powder and the mol number ratio to be mixed may be changed as appropriate depending on the sputtering target to be manufactured.

なお、酸化物半導体膜中の酸素欠損をできるだけ少なくするには、成膜雰囲気中のガス種に占める酸素ガスの割合が高い状態で成膜することが好ましく、装置内に酸素を導入することが可能で、かつ、ガス流量の調整ができるスパッタリング装置を用いることが好ましいといえる。そして、スパッタリング装置の成膜チャンバー内への導入ガスは、全体の90%以上を酸素ガスとして、酸素ガスに加えて他のガスを用いる場合は、当該ガスは希ガスを用いることが望ましい。また、より好ましくは成膜チャンバー内への導入ガスを酸素ガスのみとし、成膜雰囲気中のガス種に占める酸素ガスの割合を極力100%に近づけることが望ましい。 Note that in order to reduce oxygen vacancies in the oxide semiconductor film as much as possible, it is preferable to form a film with a high proportion of oxygen gas in the gas species in the film formation atmosphere, and oxygen may be introduced into the apparatus. It can be said that it is preferable to use a sputtering apparatus that can adjust the gas flow rate. When the gas introduced into the film formation chamber of the sputtering apparatus is 90% or more of the whole as oxygen gas and other gas is used in addition to oxygen gas, it is desirable to use a rare gas. More preferably, it is desirable to use only oxygen gas as the gas introduced into the film formation chamber, and to make the ratio of oxygen gas in the gas species in the film formation atmosphere as close to 100% as possible.

また、酸化物半導体膜に水素が多量に含まれると、酸化物半導体と結合することによって、水素の一部がドナーとなり、キャリアである電子を生じてしまう。これにより、トランジスタのしきい値電圧がマイナス方向にシフトしてしまう。そのため、酸化物半導体膜620において、水素濃度は、5×1018atoms/cm未満、好ましくは1×1018atoms/cm以下、より好ましくは5×1017atoms/cm以下、更に好ましくは1×1016atoms/cm以下とする。なお、上述の酸化物半導体膜620中の水素濃度は、二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)で測定されるものである。 Further, when the oxide semiconductor film contains a large amount of hydrogen, the oxide semiconductor film is bonded to the oxide semiconductor, so that part of the hydrogen serves as a donor and an electron serving as a carrier is generated. As a result, the threshold voltage of the transistor shifts in the negative direction. Therefore, in the oxide semiconductor film 620, the hydrogen concentration is less than 5 × 10 18 atoms / cm 3 , preferably 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less, more preferably 5 × 10 17 atoms / cm 3 or less, and still more preferably. Is 1 × 10 16 atoms / cm 3 or less. Note that the hydrogen concentration in the oxide semiconductor film 620 is measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS).

このため、半導体層106として酸化物半導体膜を成膜する際は、成膜に用いるガスとして、水、水素、水酸基又は水素化物などの不純物が含まれないことが好ましく、純度が6N以上好ましくは7N以上(即ち、ガス中の不純物濃度を1ppm以下、好ましくは0.1ppm以下)のガスを用いる。また、成膜室内の水分(水、水蒸気、水素、水酸基または水酸化物を含む)を除去するために、吸着型の真空ポンプ、例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることが好ましい。また、排気手段は、ターボ分子ポンプにコールドトラップを加えたものであってもよい。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素原子、水(HO)など水素原子を含む化合物(より好ましくは炭素原子を含む化合物も)等が排気されるため、当該成膜室で成膜した酸化物半導体膜に含まれる水素、水分などの不純物の濃度を低減できる。 Therefore, when an oxide semiconductor film is formed as the semiconductor layer 106, it is preferable that an impurity such as water, hydrogen, a hydroxyl group, or hydride is not included as a gas used for the film formation, and the purity is preferably 6N or more. A gas having 7N or more (that is, an impurity concentration in the gas of 1 ppm or less, preferably 0.1 ppm or less) is used. In order to remove moisture (including water, water vapor, hydrogen, hydroxyl group, or hydroxide) in the deposition chamber, an adsorption-type vacuum pump such as a cryopump, an ion pump, or a titanium sublimation pump is used. preferable. The exhaust means may be a turbo molecular pump provided with a cold trap. In the film formation chamber evacuated using a cryopump, for example, a compound containing a hydrogen atom (more preferably a compound containing a carbon atom) such as a hydrogen atom or water (H 2 O) is exhausted. The concentration of impurities such as hydrogen and moisture contained in the oxide semiconductor film formed in the chamber can be reduced.

加えて、半導体層106に接する膜にも水素が極力含まれていないことが望ましい。具体的には半導体層と接する膜を加熱してTDS測定を行った場合において、当該膜からの水素分子の放出量のピークが5.0×1021[分子/cm]以下、好ましくは4.0×1021[分子/cm]以下、より好ましくは1.0×1021[分子/cm]以下である膜を用いる。 In addition, it is desirable that the film in contact with the semiconductor layer 106 contain as little hydrogen as possible. Specifically, when TDS measurement is performed by heating a film in contact with the semiconductor layer, the peak of the amount of released hydrogen molecules from the film is 5.0 × 10 21 [molecules / cm 3 ] or less, preferably 4 A film having a size of 0.0 × 10 21 [molecules / cm 3 ] or less, more preferably 1.0 × 10 21 [molecules / cm 3 ] or less is used.

また、半導体層106に接する膜には窒素も極力含まれていないことが好ましい。これは、水素の場合と同様に、酸化物半導体と結合することによって、窒素の一部がドナーとなり、キャリアである電子を生じてしまうためである。そのため、半導体層と接する膜を加熱してTDS測定を行った場合において、当該膜からのアンモニア分子の放出量のピークが5.0×1021[分子/cm]以下、好ましくは1.0×1021[分子/cm]以下、より好ましくは8.0×1021[分子/cm]以下である膜を用いる。 Further, it is preferable that the film in contact with the semiconductor layer 106 contain as little nitrogen as possible. This is because, as in the case of hydrogen, by bonding with an oxide semiconductor, part of nitrogen becomes a donor and an electron which is a carrier is generated. Therefore, when TDS measurement is performed by heating the film in contact with the semiconductor layer, the peak of the amount of ammonia molecules released from the film is 5.0 × 10 21 [molecules / cm 3 ] or less, preferably 1.0. A film having × 10 21 [molecules / cm 3 ] or less, more preferably 8.0 × 10 21 [molecules / cm 3 ] or less is used.

また、半導体層106として酸化物半導体膜を成膜する際は、酸化物半導体膜中のアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度が、1×1018atoms/cm以下、さらに好ましくは2×1016atoms/cm以下とする。これは、上述の水素や窒素と同様に、アルカリ金属およびアルカリ土類金属が、酸化物半導体と結合するとキャリアが生成されることがあり、トランジスタのオフ電流の上昇の原因となるためである。 Further, when an oxide semiconductor film is formed as the semiconductor layer 106, the concentration of alkali metal or alkaline earth metal in the oxide semiconductor film is 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less, more preferably 2 × 10. 16 atoms / cm 3 or less. This is because, as in the case of hydrogen and nitrogen described above, when an alkali metal and an alkaline earth metal are combined with an oxide semiconductor, carriers may be generated, which causes an increase in off-state current of the transistor.

なお、酸化物半導体膜は、複数の酸化物半導体膜が積層された構造でもよい。 Note that the oxide semiconductor film may have a structure in which a plurality of oxide semiconductor films are stacked.

例えば、酸化物半導体膜を、第1の酸化物半導体膜、第2の酸化物半導体膜および第3の酸化物半導体膜の積層として、各々を異なる組成としてもよい。例えば、第1の酸化物半導体膜および第3の酸化物半導体膜に三元系金属の酸化物を用い、第2の酸化物半導体膜に二元系金属の酸化物を用いる、または、第1の酸化物半導体膜および第3の酸化物半導体膜に二元系金属の酸化物を用い、第2の酸化物半導体膜に三元系金属の酸化物を用いる。 For example, the oxide semiconductor film may be a stack of a first oxide semiconductor film, a second oxide semiconductor film, and a third oxide semiconductor film, and each may have a different composition. For example, a ternary metal oxide is used for the first oxide semiconductor film and the third oxide semiconductor film, and a binary metal oxide is used for the second oxide semiconductor film. A binary metal oxide is used for the oxide semiconductor film and the third oxide semiconductor film, and a ternary metal oxide is used for the second oxide semiconductor film.

また、第1の酸化物半導体膜、第2の酸化物半導体膜および第3の酸化物半導体膜の構成元素を同一とし、組成を異ならせてもよい。例えば、第1の酸化物半導体膜および第3の酸化物半導体膜の原子数比をIn:Ga:Zn=1:1:1とし、第2の酸化物半導体膜の原子数比をIn:Ga:Zn=3:1:2としてもよい。また、第1の酸化物半導体膜および第3の酸化物半導体膜の原子数比をIn:Ga:Zn=1:3:2とし、第2の酸化物半導体膜の原子数比をIn:Ga:Zn=3:1:2としてもよい。 Further, the constituent elements of the first oxide semiconductor film, the second oxide semiconductor film, and the third oxide semiconductor film may be the same and may have different compositions. For example, the atomic ratio of the first oxide semiconductor film and the third oxide semiconductor film is In: Ga: Zn = 1: 1: 1, and the atomic ratio of the second oxide semiconductor film is In: Ga. : Zn = 3: 1: 2 may be used. The atomic ratio of the first oxide semiconductor film and the third oxide semiconductor film is In: Ga: Zn = 1: 3: 2, and the atomic ratio of the second oxide semiconductor film is In: Ga. : Zn = 3: 1: 2 may be used.

この時、第2の酸化物半導体膜はInとGaの含有率をIn>Gaとするとよい。また第1の酸化物半導体膜および第3の酸化物半導体膜のInとGaの含有率をIn≦Gaとするとよい。 At this time, the content ratio of In and Ga in the second oxide semiconductor film is preferably In> Ga. In addition, the In and Ga contents in the first oxide semiconductor film and the third oxide semiconductor film may be In ≦ Ga.

酸化物半導体では主として重金属のs軌道がキャリア伝導に寄与しており、Inの含有率を多くすることによりs軌道のオーバーラップが多くなる傾向があるため、In>Gaの組成となる酸化物はIn≦Gaの組成となる酸化物と比較して高い移動度を備える。また、GaはInと比較して酸素欠損の形成エネルギーが大きく酸素欠損が生じにくいため、In≦Gaの組成となる酸化物はIn>Gaの組成となる酸化物と比較して安定した特性を備える。 In oxide semiconductors, heavy metal s orbitals mainly contribute to carrier conduction, and increasing the In content tends to increase the overlap of s orbitals. Compared with an oxide having a composition of In ≦ Ga, high mobility is provided. In addition, since Ga has a larger energy generation energy of oxygen deficiency than In, and oxygen deficiency is less likely to occur, an oxide having a composition of In ≦ Ga has stable characteristics compared to an oxide having a composition of In> Ga. Prepare.

なお、酸化物半導体膜に接して酸化物半導体膜とは異なる膜を形成する際に、酸化物半導体膜に接して形成される膜から酸化物半導体膜中に不純物が拡散する恐れがある。例えば、酸化物半導体膜に接する膜中に含まれるシリコンやカーボンなどが酸化物半導体膜中に拡散すると、トランジスタの電気特性に悪影響を及ぼす可能性がある。 Note that when a film different from the oxide semiconductor film is formed in contact with the oxide semiconductor film, impurities may diffuse into the oxide semiconductor film from the film formed in contact with the oxide semiconductor film. For example, when silicon, carbon, or the like contained in a film in contact with the oxide semiconductor film diffuses into the oxide semiconductor film, the electrical characteristics of the transistor may be adversely affected.

しかしながら、上述のように酸化物半導体膜を積層構造とし、高い移動度を備える酸化物半導体膜(つまり、In>Gaの組成となる酸化物半導体膜、本実施の形態では第2の酸化物半導体膜に相当する)に接して、当該酸化物半導体膜よりも酸素欠損が少なく安定した特性を備える酸化物半導体膜(つまり、In≦Gaの組成となる酸化物半導体膜、本実施の形態では第1の酸化物半導体膜および第3の酸化物半導体膜に相当する)を形成し、酸化物半導体膜に接する膜から高い移動度を備える酸化物半導体膜を離すことにより、不純物拡散に起因したトランジスタの電気特性(例えば、移動度の低下など)の悪影響を抑制することができる。したがって、トランジスタの移動度および信頼性を高めることが可能となる。 However, as described above, the oxide semiconductor film has a stacked structure and has a high mobility (that is, an oxide semiconductor film having a composition of In> Ga, which is the second oxide semiconductor in this embodiment). An oxide semiconductor film having a stable characteristic with less oxygen deficiency than that of the oxide semiconductor film (that is, an oxide semiconductor film having a composition of In ≦ Ga, which is the first embodiment in this embodiment). Transistor corresponding to the first oxide semiconductor film and the third oxide semiconductor film), and the oxide semiconductor film having high mobility is separated from the film in contact with the oxide semiconductor film. Adverse effects of electrical characteristics (for example, mobility reduction) can be suppressed. Accordingly, the mobility and reliability of the transistor can be increased.

第1の導電膜108a乃至第3の導電膜108cの材料としては、トランジスタ150の作製工程にて行われる加熱処理に耐えられる材料を用いればよい。例えばPVD法を用いて、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、タングステンから選ばれた元素を含む金属膜、又は上述した元素を成分とする金属窒化物膜(窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜など)の単層膜または積層膜を形成すればよい。 As a material for the first conductive film 108a to the third conductive film 108c, a material which can withstand heat treatment performed in the manufacturing process of the transistor 150 may be used. For example, using a PVD method, a metal film containing an element selected from aluminum, chromium, copper, tantalum, titanium, molybdenum, and tungsten, or a metal nitride film containing the above elements as a component (a titanium nitride film, a molybdenum nitride film) A single-layer film or a laminated film of a tungsten nitride film or the like may be formed.

本実施の形態のように、後の工程にて形成するソース電極108およびドレイン電極109を積層構造とする場合、電極の低抵抗および耐熱性を両立するため、例えば、アルミニウム、銅などの抵抗率の低い金属膜の下側および上側の一方又は両方にチタン、モリブデン、タングステンなどの高融点金属膜又はそれらの金属窒化物膜(窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜)を積層させた構成とすればよい。 In the case where the source electrode 108 and the drain electrode 109 to be formed in a later process have a stacked structure as in this embodiment mode, for example, in order to achieve both low resistance and heat resistance of the electrode, resistivity such as aluminum and copper is used. Of a refractory metal film such as titanium, molybdenum, tungsten, or a metal nitride film thereof (titanium nitride film, molybdenum nitride film, tungsten nitride film) on one or both of the lower and upper metal films And it is sufficient.

また、第1の導電膜108a乃至第3の導電膜108cとして、導電性の金属酸化物を用いて導電膜を成膜してもよい。導電性の金属酸化物としては酸化インジウム(In)、酸化スズ(SnO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウム酸化スズ(In−SnO、ITOと略記する)、酸化インジウム酸化亜鉛(In−ZnO)又はこれらの金属酸化物材料に酸化シリコンを含ませたものを用いることができる。 Alternatively, the first conductive film 108a to the third conductive film 108c may be formed using a conductive metal oxide. As the conductive metal oxide, indium oxide (In 2 O 3 ), tin oxide (SnO 2 ), zinc oxide (ZnO), indium tin oxide (In 2 O 3 —SnO 2 , abbreviated as ITO), oxidation Indium zinc oxide (In 2 O 3 —ZnO) or a metal oxide material containing silicon oxide can be used.

次に、第1の導電膜108a乃至第3の導電膜108c、および半導体層106に対して選択的に除去処理を行い、半導体層106と電気的に接続されたソース電極108およびドレイン電極109を形成すると共に、底面から側面への立ち上がり部が湾曲形状を備えた凹部130を半導体層106形成する(図2(C)参照)。 Next, the first conductive film 108 a to the third conductive film 108 c and the semiconductor layer 106 are selectively removed, so that the source electrode 108 and the drain electrode 109 which are electrically connected to the semiconductor layer 106 are formed. In addition to the formation, the semiconductor layer 106 is formed with a recess 130 having a curved shape from the bottom to the side (see FIG. 2C).

なお、後の工程にて形成する第1の絶縁膜110や第2の絶縁膜111に鬆が発生することを抑制する観点から、上述の湾曲状態の曲率半径を5nm以上トランジスタ150のソース電極108とドレイン電極109間の距離以下、好ましくは10nm以上トランジスタ150のソース電極108とドレイン電極109間の距離以下、更に好ましくは20nm以上トランジスタ150のソース電極108とドレイン電極109間の距離以下とする。 Note that from the viewpoint of suppressing generation of voids in the first insulating film 110 and the second insulating film 111 formed in a later step, the curvature radius of the above-described curved state is 5 nm or more and the source electrode 108 of the transistor 150. And a distance between the source electrode 108 and the drain electrode 109 of the transistor 150, more preferably 20 nm or more and a distance between the source electrode 108 and the drain electrode 109 of the transistor 150.

ソース電極108およびドレイン電極109は、第1の導電膜108a乃至第3の導電膜108cを成膜し、フォトリソグラフィ法、印刷法、インクジェット法などを用いて導電膜上にマスクを形成し、当該マスクを用いて導電膜の一部を選択的に除去することで形成することができる。なお、当該除去処理は、公知のドライエッチング処理やウェットエッチング処理を行えばよい。 For the source electrode 108 and the drain electrode 109, the first conductive film 108a to the third conductive film 108c are formed, and a mask is formed over the conductive film by a photolithography method, a printing method, an inkjet method, or the like. It can be formed by selectively removing part of the conductive film using a mask. Note that the removal process may be a known dry etching process or wet etching process.

半導体層106への凹部130の形成については、ソース電極108およびドレイン電極109の形成に用いたマスクを用い、ソース電極108およびドレイン電極109形成後にさらに半導体層106に対して公知のドライエッチング処理やウェットエッチング処理を行えばよい。 For the formation of the recess 130 in the semiconductor layer 106, a mask used for forming the source electrode 108 and the drain electrode 109 is used. After forming the source electrode 108 and the drain electrode 109, a known dry etching process is performed on the semiconductor layer 106. A wet etching process may be performed.

上述の凹部について拡大した図面を、図11に示す。 FIG. 11 shows an enlarged view of the above-described recess.

図11(A)のように、凹部130の側面は、ソース電極108またはドレイン電極109の側面との間に段差がない構造を有している。当該部分(図11(A)の領域1100など)に段差があると、ソース電極108およびドレイン電極109上に絶縁膜を形成した際に、当該段差部近傍から絶縁膜の表面に向かって鬆が発生しやすく、当該鬆が外部からの不純物の侵入経路となり得る。 As shown in FIG. 11A, the side surface of the recess 130 has a structure in which there is no step between the side surface of the source electrode 108 or the drain electrode 109. If there is a step in the portion (such as the region 1100 in FIG. 11A), when an insulating film is formed over the source electrode 108 and the drain electrode 109, voids may flow from the vicinity of the step portion toward the surface of the insulating film. It is easy to generate, and the void can be an entry route of impurities from the outside.

なお、半導体層106の表面に対してソース電極108側面およびドレイン電極109側面のなす角度θ1を30°以上80°以下、より好ましくは30°以上60°以下の角度とする。これにより、ソース電極108およびドレイン電極109上に第1の絶縁膜110および第2の絶縁膜111を形成した際において、ソース電極108の側面およびドレイン電極109の側面に対する絶縁膜の被覆性低下を抑制できるため、絶縁膜中に更に鬆が入りにくくなる。 Note that an angle θ1 formed between the side surface of the source electrode 108 and the side surface of the drain electrode 109 with respect to the surface of the semiconductor layer 106 is set to an angle of 30 ° to 80 °, more preferably 30 ° to 60 °. Accordingly, when the first insulating film 110 and the second insulating film 111 are formed over the source electrode 108 and the drain electrode 109, the coverage of the insulating film on the side surface of the source electrode 108 and the side surface of the drain electrode 109 is reduced. Since it can suppress, a void | hole becomes difficult to enter into an insulating film further.

また、本実施の形態のように、ソース電極108およびドレイン電極109が導電膜の積層構造である場合、導電膜の第1の層(例えば、第1の導電膜108a)の側面と導電膜の第2の層(例えば、第2の導電膜108b)の側面との間に段差がない構造とすることが望ましい。当該段差のない部位とは、例えば、図11(A)の領域1102や領域1103に相当する。 In the case where the source electrode 108 and the drain electrode 109 have a stacked structure of conductive films as in this embodiment mode, the side surface of the first layer of the conductive film (for example, the first conductive film 108a) and the conductive film It is desirable that there be no step between the side surface of the second layer (for example, the second conductive film 108b). The part having no step corresponds to, for example, the area 1102 or the area 1103 in FIG.

なお、図11(A)では、半導体層106表面に対して第1の導電膜108a乃至第3の導電膜108cの側面は、全て同じ角度として記載されているが、図11(B)のように、半導体層106表面に対して第1の導電膜108aの側面のなす角度θ2、半導体層106表面に対して第2の導電膜108bの側面のなす角度θ3、半導体層106表面に対して第3の導電膜108cの側面のなす角度θ4が、それぞれ異なる角度であってもよい。 Note that in FIG. 11A, the side surfaces of the first conductive film 108a to the third conductive film 108c are all shown at the same angle with respect to the surface of the semiconductor layer 106, but as shown in FIG. Furthermore, the angle θ2 formed by the side surface of the first conductive film 108a with respect to the surface of the semiconductor layer 106, the angle θ3 formed by the side surface of the second conductive film 108b with respect to the surface of the semiconductor layer 106, and the angle θ3 formed with respect to the surface of the semiconductor layer 106. The angles θ4 formed by the side surfaces of the three conductive films 108c may be different angles.

上述の場合、第1の角度θ2、第2の角度θ3および第3の角度θ4は、30°以上80°以下、より好ましくは30°以上60°以下とすることにより、ソース電極108およびドレイン電極109上に絶縁膜を形成した際において、ソース電極108の側面およびドレイン電極109の側面に対する絶縁膜の被覆性低下を抑制できるため、絶縁膜中に更に鬆が入りにくくなる。 In the above-described case, the first angle θ2, the second angle θ3, and the third angle θ4 are 30 ° or more and 80 ° or less, more preferably 30 ° or more and 60 ° or less, so that the source electrode 108 and the drain electrode When an insulating film is formed over 109, a decrease in the coverage of the insulating film on the side surface of the source electrode 108 and the side surface of the drain electrode 109 can be suppressed;

なお、図11(C)の領域1104のように一部が段差を有している構造であってもよい。また、図11(C)の領域1105のように、導電膜の側面が平らな状態でなくともよい。少なくとも図11(A)のように、凹部130の側面とソース電極108またはドレイン電極109の側面との間に段差がない構造であれば、鬆の発生抑制効果がある。 Note that a part of the structure may have a step as in the region 1104 in FIG. In addition, as in a region 1105 in FIG. 11C, the side surface of the conductive film is not necessarily flat. As long as there is no step between the side surface of the recess 130 and the side surface of the source electrode 108 or the drain electrode 109 as shown in FIG.

また、ソース電極108およびドレイン電極109と凹部130は、異なる除去処理(例えば、ソース電極108およびドレイン電極109の形成時と凹部130の形成時において、ドライエッチング処理に用いるガス種や印加電力を変えるなど)により形成してもよいが、同一の除去処理で行うことが望ましい。特に、半導体層106の膜厚が薄い(具体的には100nm以下)場合、ソース電極108およびドレイン電極109の形成と凹部130の形成を異なる除去処理で行うことが難しく、基板面内で処理状態にバラツキが生じる場合(例えば、基板の中央部では凹部130が形成しているが、基板の端部近傍では凹部130が形成されていない場合など)があるため、同一の除去処理で行うことが好ましい。 In addition, the source electrode 108 and the drain electrode 109 and the recess 130 are different from each other in different removal processes (for example, when the source electrode 108 and the drain electrode 109 are formed and when the recess 130 is formed, the gas type and applied power used in the dry etching process are changed. Etc.), but it is desirable to carry out the same removal treatment. In particular, when the thickness of the semiconductor layer 106 is thin (specifically, 100 nm or less), it is difficult to form the source electrode 108 and the drain electrode 109 and the recess 130 by different removal treatments. (For example, the concave portion 130 is formed in the central portion of the substrate, but the concave portion 130 is not formed in the vicinity of the end portion of the substrate). preferable.

半導体層106の除去処理における処理速度(エッチングレートとも言われる)は、半導体層106の膜厚の1/10以上1/3以下とすることが望ましい。例えば、半導体層106の膜厚が30nmであった場合、半導体層106のエッチングレートが3nm以上10nmとなる条件(例えば、ドライエッチング処理であれば、使用ガス、印加電力、処理室の圧力など)を選択して除去処理を行えばよい。 The treatment speed (also referred to as an etching rate) in the removal process of the semiconductor layer 106 is desirably 1/10 or more and 1/3 or less of the film thickness of the semiconductor layer 106. For example, when the film thickness of the semiconductor layer 106 is 30 nm, the etching rate of the semiconductor layer 106 is 3 nm or more and 10 nm (for example, in the case of a dry etching process, used gas, applied power, processing chamber pressure, etc.) May be selected and removed.

除去処理としてどのような条件を使用するかは、公知技術の中から実施者が適宜選択すればよい。 The practitioner may appropriately select what conditions are used for the removal process from known techniques.

上述のように、半導体層106の膜厚の1/10以上1/3以下の条件で除去処理を行うことにより、半導体層106の除去処理時に生じる生成物が、除去された半導体層の側面部において上から順に(ソース電極108およびドレイン電極109に近い方から順に、とも表現できる)付着していく。当該生成物が付着した箇所は付着していない箇所と比較して除去処理が行われにくくなるため、当該生成物の影響で半導体層の側面部は湾曲を有する形状に加工される。 As described above, by performing the removal treatment under the condition that the thickness of the semiconductor layer 106 is 1/10 or more and 1/3 or less, the products generated during the removal treatment of the semiconductor layer 106 are removed. In this case, the electrodes are attached in order from the top (also expressed in order from the side closer to the source electrode 108 and the drain electrode 109). Since the portion to which the product is attached is less likely to be removed than the portion to which the product is not attached, the side portion of the semiconductor layer is processed into a curved shape due to the influence of the product.

次に、半導体層106、ソース電極108およびドレイン電極109上に、第1の領域110aおよび第2の領域110bを備える第1の絶縁膜110と、第2の絶縁膜111を形成する。これにより、トランジスタ150が形成される(図3(A)参照)。 Next, the first insulating film 110 including the first region 110 a and the second region 110 b and the second insulating film 111 are formed over the semiconductor layer 106, the source electrode 108, and the drain electrode 109. Thus, the transistor 150 is formed (see FIG. 3A).

第1の絶縁膜110は、第1の領域110aおよび第2の領域110bを少なくとも備えた構造となっている。 The first insulating film 110 has a structure including at least a first region 110a and a second region 110b.

第1の領域110aは、PVD法やCVD法を用いて、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜などの酸化膜や酸化窒化膜などを形成して用いればよい。第1の領域110aは上述のとおり、第1の絶縁膜110の成膜による半導体層106へのダメージを軽減するための層としての役割を担っているため、例えば、プラズマCVD法で成膜する場合は、低電力条件で成膜することが望ましい。 The first region 110a may be formed using an oxide film such as a silicon oxide film or a silicon oxynitride film or the like using a PVD method or a CVD method. As described above, the first region 110a serves as a layer for reducing damage to the semiconductor layer 106 due to the formation of the first insulating film 110. Therefore, the first region 110a is formed by a plasma CVD method, for example. In this case, it is desirable to form a film under low power conditions.

第1の領域110a形成に起因して生じる、半導体層106および第1の領域110aのダメージを確認する方法としては、ESR測定を行えばよい。第1の領域110a形成後における半導体層106表面のESR測定において、半導体層106中の金属と酸素の結合欠陥に起因したシグナル(具体的には、g=1.93近傍のシグナル)が、1×1017[spins/cm]以下であることが望ましい。 As a method for confirming damage to the semiconductor layer 106 and the first region 110a caused by the formation of the first region 110a, ESR measurement may be performed. In the ESR measurement of the surface of the semiconductor layer 106 after the formation of the first region 110a, a signal (specifically, a signal in the vicinity of g = 1.93) due to a bond defect between a metal and oxygen in the semiconductor layer 106 is 1 It is desirable that it is not more than × 10 17 [spins / cm 3 ].

また、第1の領域110a形成後における第1の領域110aのESR測定において、第1の領域110a中のシリコンと酸素の結合欠陥に起因したシグナル(具体的には、g=2.001近傍のシグナル)が、5×1016[spins/cm]以下、好ましくは3×1017[spins/cm]以下とする。 Further, in the ESR measurement of the first region 110a after the formation of the first region 110a, a signal (specifically, near g = 2.001) due to a bond defect between silicon and oxygen in the first region 110a. Signal) is 5 × 10 16 [spins / cm 3 ] or less, preferably 3 × 10 17 [spins / cm 3 ] or less.

なお、上述範囲以下にシグナルが収まっている場合は、低電力条件で成膜しなくてもよい。 Note that when the signal is within the above range, the film may not be formed under a low power condition.

また、第1の領域110a中は半導体層106と直接接しているため、第3のゲート絶縁膜104cと同様に、水素分子の放出量およびアンモニア分子の放出量が少ないことが好ましい。水素分子およびアンモニア分子の放出量についての具体的な内容については、第3のゲート絶縁膜104cの説明内容を参酌することができる。ただし、半導体層106として酸化物半導体材料を用いない場合は、上述の水素分子、アンモニア分子の放出量範囲を必ずしも満たす必要はない。 Further, since the first region 110a is in direct contact with the semiconductor layer 106, it is preferable that the amount of released hydrogen molecules and the amount of released ammonia molecules be small as in the third gate insulating film 104c. For the specific content of the released amounts of hydrogen molecules and ammonia molecules, the description content of the third gate insulating film 104c can be referred to. However, in the case where an oxide semiconductor material is not used for the semiconductor layer 106, the above-described emission amount ranges of hydrogen molecules and ammonia molecules are not necessarily satisfied.

第2の領域110bは、第1の領域110aにて記載した方法および材料を用いることができる。好ましくは、第1の領域110aと同一の方法および材料を用いて形成する。これにより、第1の領域110aと第2の領域110bを、同一の装置および同一の処理部屋を用いて一括して形成できるため、第1の絶縁膜110をパーティクル混入などの無い高品質な層とできる。また、トランジスタ150の製造時間を短縮することができる。 The method and material described in the first region 110a can be used for the second region 110b. Preferably, the first region 110a is formed using the same method and material. As a result, the first region 110a and the second region 110b can be collectively formed using the same apparatus and the same processing chamber, so that the first insulating film 110 is a high-quality layer free from particle contamination. And can. In addition, the manufacturing time of the transistor 150 can be shortened.

なお、図3(A)において、第1の領域110aと第2の領域110bが点線により分けられているが、これは、第1の領域110aと第2の領域110bが同一の材料を用いて形成されたことにより、明確な境界が形成されていないことを表している。 Note that in FIG. 3A, the first region 110a and the second region 110b are separated by a dotted line. This is because the first region 110a and the second region 110b are formed using the same material. This means that a clear boundary is not formed.

第2の領域110bは、<半導体装置の構成例>にて記載したとおり、半導体層106に酸素を供給する役割を担っているため、加熱処理により酸素を放出する膜とすることが望ましく、具体的には、TDS測定にて、酸素分子の放出量が1.0×1018[分子/cm]以上、好ましくは3.0×1019[分子/cm]以上、さらに好ましくは1.0×1020[分子/cm]以上とする。 As described in <Structure example of semiconductor device>, the second region 110b plays a role of supplying oxygen to the semiconductor layer 106. Therefore, the second region 110b is preferably a film that releases oxygen by heat treatment. Specifically, in the TDS measurement, the amount of released oxygen molecules is 1.0 × 10 18 [molecules / cm 3 ] or more, preferably 3.0 × 10 19 [molecules / cm 3 ] or more, and more preferably 1. 0 × 10 20 [molecules / cm 3 ] or more.

特に、第2の領域110b中(バルク中)に少なくとも化学量論比を超える量の酸素が存在し、加熱処理により酸素を放出すること膜であることが好ましい。このような膜を第2の領域110bとして用い、第2の領域110bに対して加熱処理を行うことにより、半導体層106に酸素を供給し、半導体層106に生じる欠陥(例えば、酸素欠陥など)を修復することができ、半導体層106を用いたトランジスタ150の電気特性を良好にすることができる。例えば、トランジスタ150のノーマリーオン化を抑制することができる。 In particular, it is preferable that the second region 110b (in the bulk) has an amount of oxygen that exceeds at least the stoichiometric ratio and releases oxygen by heat treatment. By using such a film as the second region 110b and performing heat treatment on the second region 110b, oxygen is supplied to the semiconductor layer 106, and defects generated in the semiconductor layer 106 (for example, oxygen defects) Thus, the electric characteristics of the transistor 150 including the semiconductor layer 106 can be improved. For example, normally-on of the transistor 150 can be suppressed.

第2の領域110b中への酸素の導入は、酸素雰囲気下による熱処理や、イオン注入法、イオンドーピング法、プラズマイマージョンイオンインプランテーション法、酸素を含む雰囲気下で行うプラズマ処理などを用いることができる。ただし、半導体層106として酸化物半導体材料を用いない場合は、上述の酸素分子の放出量範囲を必ずしも満たす必要はない。 For the introduction of oxygen into the second region 110b, heat treatment under an oxygen atmosphere, ion implantation, ion doping, plasma immersion ion implantation, plasma treatment performed under an atmosphere containing oxygen, or the like can be used. . Note that in the case where an oxide semiconductor material is not used for the semiconductor layer 106, the above oxygen molecule emission amount range is not necessarily satisfied.

また、トランジスタ150の電気特性におけるヒステリシス性を低減するため、第2の領域110b中のシリコンと酸素の結合欠陥に起因したシグナル(具体的には、g=2.001近傍のシグナル)が、1×1018[spins/cm]以下、好ましくは5×1017[spins/cm]以下とする。 In addition, in order to reduce hysteresis in the electric characteristics of the transistor 150, a signal (specifically, a signal in the vicinity of g = 2.001) due to a bond defect between silicon and oxygen in the second region 110b is 1 × 10 18 [spins / cm 3 ] or less, preferably 5 × 10 17 [spins / cm 3 ] or less.

半導体層106上には既に第1の領域110aが形成されているため、第2の領域110bは、第1の領域110aよりも高い印加電力を用いて形成することができる。どの程度の印加電力で成膜を行うかについては、必要とされる膜質や与えられた成膜時間など鑑み、実施者が適宜選択すればよい。 Since the first region 110a is already formed over the semiconductor layer 106, the second region 110b can be formed using higher applied power than the first region 110a. The practitioner may select an appropriate amount of applied power in consideration of a required film quality and a given film formation time.

なお、本実施の形態に記載の第1の絶縁膜110は、上述のように第1の領域110aおよび第2の領域110bの2層構造となっているが、必ずしも2層構造である必要はない。 Note that the first insulating film 110 described in this embodiment has a two-layer structure of the first region 110a and the second region 110b as described above; however, the first insulating film 110 is not necessarily required to have a two-layer structure. Absent.

例えば、第2の領域110bの上に、更に第1の領域と同様の方法および材料を用いて作製した第3の領域を設ける構造としてもよい。 For example, a structure may be employed in which a third region manufactured using the same method and material as the first region is further provided over the second region 110b.

第2の領域110bは上述のように、半導体層106に対して酸素供給膜として機能するため、第2の領域110bに接して高い印加電力で第2の絶縁膜111を形成すると、第2の領域110b中に含まれる過剰酸素が脱離し、酸素供給能力が低下する恐れがある。 As described above, the second region 110b functions as an oxygen supply film with respect to the semiconductor layer 106. Therefore, when the second insulating film 111 is formed with high applied power in contact with the second region 110b, the second region 110b There is a possibility that excess oxygen contained in the region 110b is desorbed and the oxygen supply capability is reduced.

そのため、第2の領域110b上に、更に第1の領域110aと同様の方法および材料を用いて作製した第3の領域を設けることにより、第2の絶縁膜111を形成することによる第2の領域110bの酸素供給能力の低下を抑制できる。 Therefore, the second region 110b is formed by forming the second insulating film 111 by further providing a third region formed using the same method and material as the first region 110a over the second region 110b. A decrease in the oxygen supply capacity of the region 110b can be suppressed.

また、第1の領域110aおよび第2の領域110bを含む第1の絶縁膜をn層(nは自然数)設け、その上に第2の絶縁膜111を設ける構造としてもよい。以下に、第1の絶縁膜をn層設ける効果について簡単に記載する。 Alternatively, the first insulating film including the first region 110a and the second region 110b may be provided with n layers (n is a natural number), and the second insulating film 111 may be provided thereover. The effect of providing the first insulating film with n layers is briefly described below.

第1の領域110aは、上述のとおり低電力条件で形成されており、第2の領域110bと比較して低密度な膜となっているため、ソース電極108、ドレイン電極109および凹部130を作製することにより形成された凹凸に対する被覆性が高い。 Since the first region 110a is formed under the low power condition as described above and is a film having a lower density than the second region 110b, the source electrode 108, the drain electrode 109, and the recess 130 are formed. The covering property with respect to the unevenness | corrugation formed by doing is high.

そのため、ソース電極108、ドレイン電極109および凹部130を作製することにより形成された凹凸上に、まず第1の領域110aを形成して、凹凸の角度を緩やかにする(凹凸の角部を丸くする、とも表現できる)。 Therefore, the first region 110a is first formed on the unevenness formed by forming the source electrode 108, the drain electrode 109, and the recess 130, and the angle of the unevenness is made gentle (the corner of the unevenness is rounded). ).

そして、第1の領域110a上に、第1の領域110aより緻密な膜である第2の領域を形成することにより、第2の領域110bは第1の領域110aの効果(凹凸への被覆性が高いことによる、凹凸部分の平坦化)により、凹凸に起因した鬆が入りにくくなる。 Then, by forming the second region which is a denser film than the first region 110a on the first region 110a, the second region 110b has the effect of the first region 110a. The flatness of the concavo-convex portion due to the fact that it is high) makes it difficult for voids due to the concavo-convex to enter.

上述の構造を備えた第1の絶縁膜110は、1層でも鬆の抑制効果があるが、更に積層させてn層(nは自然数)の構造とすることにより、より鬆が発生しにくくなる。 Although the first insulating film 110 having the above-described structure has the effect of suppressing voids even with a single layer, it is more difficult to generate voids by further stacking to have a structure of n layers (n is a natural number). .

以上が、第1の絶縁膜をn層設けることについての効果である。 The above is the effect of providing the first insulating film with n layers.

また、第1の絶縁膜110をn層設けた上に、上述の第3の領域を設けた構造としてもよい。 Alternatively, the above-described third region may be provided over the n-layer of the first insulating film 110.

第2の絶縁膜111は、<半導体装置の構成例>にて記載したとおり、上層からの不純物の侵入(例えば、隔壁112からの水分の侵入など)防止を目的として、第1の絶縁膜110の上に形成しており、特に水分の侵入を防止する特性(以下、水分ブロック性とも記載する)が高いことが望ましい。 As described in <Structure example of semiconductor device>, the second insulating film 111 is formed in order to prevent impurities from entering from the upper layer (for example, moisture from the partition 112). In particular, it is desirable that it has a high property of preventing intrusion of moisture (hereinafter also referred to as moisture blocking property).

第2の絶縁膜111は、PVD法やCVD法を用いて、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、窒化酸化アルミニウム膜などの窒化膜や窒化酸化膜などを形成して用いればよい。 The second insulating film 111 may be formed using a nitride film such as a silicon nitride film, a silicon nitride oxide film, an aluminum nitride film, an aluminum nitride oxide film, or the like by a PVD method or a CVD method. .

第2の絶縁膜111の水分ブロック性を確認する方法としては、シリコン基板等の不純物の少ない基板上に、第2の領域110bに用いた膜および第2の絶縁膜111として用いる膜を積層したサンプルを準備し、当該サンプルに対してTDS測定を行い、脱離する水分子(HO)を測定すればよい。 As a method for confirming the moisture blocking property of the second insulating film 111, a film used for the second region 110b and a film used as the second insulating film 111 are stacked over a substrate with few impurities such as a silicon substrate. A sample is prepared, TDS measurement is performed on the sample, and the desorbed water molecule (H 2 O) may be measured.

具体的は、TDS測定にて、水分子の放出量が1.0×1021[分子/cm]以下、好ましくは5.0×1020[分子/cm]以下、さらに好ましくは1.0×1020[分子/cm]以下である膜を第2の絶縁膜111として用いる。 Specifically, the amount of water molecules released by TDS measurement is 1.0 × 10 21 [molecules / cm 3 ] or less, preferably 5.0 × 10 20 [molecules / cm 3 ] or less, more preferably 1. A film having a size of 0 × 10 20 [molecules / cm 3 ] or less is used as the second insulating film 111.

また、第2の絶縁膜111は、酸素供給膜として機能する第2の領域から脱離した酸素が半導体層106に効率的に供給されことを助けるため、酸素分子の侵入をブロックする特性(以下、酸素ブロック性とも記載する)を有することが望ましい。 In addition, the second insulating film 111 has a characteristic of blocking the intrusion of oxygen molecules (hereinafter, referred to as “oxygen”) in order to help oxygen released from the second region functioning as an oxygen supply film to be efficiently supplied to the semiconductor layer 106. , Which is also described as oxygen blocking property).

第2の絶縁膜111の酸素ブロック性を確認する方法としては、シリコン基板等の不純物の少ない基板上に、第2の領域110bに用いた膜および第2の絶縁膜111として用いる膜を積層したサンプルを準備し、当該サンプルに対してTDS測定を行い、脱離す酸素分子(O)を測定すればよい。 As a method for confirming the oxygen blocking property of the second insulating film 111, a film used for the second region 110b and a film used as the second insulating film 111 are stacked over a substrate with few impurities such as a silicon substrate. A sample is prepared, TDS measurement is performed on the sample, and desorbed oxygen molecules (O 2 ) may be measured.

具体的は、TDS測定にて、酸素分子の放出量が1.0×1019[分子/cm]以下、好ましくは5.0×1018[分子/cm]以下、さらに好ましくは1.0×1018[分子/cm]以下である膜を第2の絶縁膜111として用いる。ただし、半導体層106として酸化物半導体材料を用いない場合は、上述の酸素分子の放出量範囲を必ずしも満たす必要はない。 Specifically, the amount of released oxygen molecules is 1.0 × 10 19 [molecules / cm 3 ] or less, preferably 5.0 × 10 18 [molecules / cm 3 ] or less, more preferably 1. A film having a size of 0 × 10 18 [molecules / cm 3 ] or less is used as the second insulating film 111. Note that in the case where an oxide semiconductor material is not used for the semiconductor layer 106, the above oxygen molecule emission amount range is not necessarily satisfied.

なお、第2の絶縁膜111としてCVD法により窒化膜や窒化酸化膜を形成する場合は、膜中に多量の水素が含まれてしまい、トランジスタ150の電気特性に悪影響を及ぼし得る。そのため、第2のゲート絶縁膜104bにて記載したように、シランガス(SiH)を含みアンモニアガス(NH)を極力含まない(または含まない)ガスを用いて形成し、膜を加熱してTDS測定を行った場合において、当該膜からの水素分子の放出量のピークが5.0×1021[分子/cm]以下、好ましくは4.0×1021[分子/cm]以下、より好ましくは1.0×1021[分子/cm]以下である膜を用いる。 Note that in the case where a nitride film or a nitrided oxide film is formed as the second insulating film 111 by a CVD method, a large amount of hydrogen is contained in the film, which may adversely affect the electrical characteristics of the transistor 150. Therefore, as described in the second gate insulating film 104b, a film containing silane gas (SiH 4 ) and containing ammonia gas (NH 3 ) as little as possible (or not containing) is formed, and the film is heated. When TDS measurement is performed, the peak of the amount of hydrogen molecules released from the film is 5.0 × 10 21 [molecules / cm 3 ] or less, preferably 4.0 × 10 21 [molecules / cm 3 ] or less, More preferably, a film having a size of 1.0 × 10 21 [molecules / cm 3 ] or less is used.

また、半導体層106が酸化物半導体の場合、酸化物半導体にアンモニアが侵入すると、窒素の一部がドナーとなり、キャリアである電子が生じてしまう場合がある。そのため、第2の絶縁膜111を加熱してTDS測定を行った場合において、当該膜からのアンモニア分子の放出量のピークが5.0×1021[分子/cm]以下、好ましくは1.0×1021[分子/cm]以下、より好ましくは8.0×1021[分子/cm]以下である膜を用いる。 In the case where the semiconductor layer 106 is an oxide semiconductor, when ammonia enters the oxide semiconductor, part of nitrogen may serve as a donor and an electron serving as a carrier may be generated. Therefore, when TDS measurement is performed by heating the second insulating film 111, the peak of the amount of ammonia molecules released from the film is 5.0 × 10 21 [molecules / cm 3 ] or less, preferably 1. A film having 0 × 10 21 [molecules / cm 3 ] or less, more preferably 8.0 × 10 21 [molecules / cm 3 ] or less is used.

ただし、半導体層106として酸化物半導体材料を用いない場合は、上述の水素分子、アンモニア分子の放出量範囲を必ずしも満たす必要はない。 However, in the case where an oxide semiconductor material is not used for the semiconductor layer 106, the above-described emission amount ranges of hydrogen molecules and ammonia molecules are not necessarily satisfied.

次に、第2の絶縁膜111上に隔壁112および配線114を形成する(図3(B)参照)。 Next, a partition 112 and a wiring 114 are formed over the second insulating film 111 (see FIG. 3B).

隔壁112は、例えば、スピンコート法、印刷法、ディスペンス法またはインクジェット法などを用いて絶縁性を有する材料を塗布し、塗布した材料に応じた硬化処理(例えば、加熱処理や光照射処理など)を行うことで形成することができる。または、絶縁性を有する層を形成した後に、当該層上にフォトリソグラフィ法やインクジェット法などを用いて、加工したいパターン形状に応じたレジストマスクを形成し、ドライエッチング法やウェットエッチング法などを用いて、当該層を選択的に除去することにより形成すればよい。 For the partition wall 112, for example, an insulating material is applied using a spin coating method, a printing method, a dispensing method, an ink jet method, or the like, and a curing process (for example, a heat treatment or a light irradiation process) according to the applied material. Can be formed. Alternatively, after a layer having an insulating property is formed, a resist mask corresponding to a pattern shape to be processed is formed on the layer using a photolithography method, an inkjet method, or the like, and a dry etching method, a wet etching method, or the like is used. Then, it may be formed by selectively removing the layer.

なお、絶縁性を有する材料としては、例えば、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、エポキシ樹脂等の有機樹脂、無機材料および有機ポリシロキサンなどの有機無機混合材料を用いることができる。 Note that as the insulating material, for example, an organic resin such as an acrylic resin, a polyimide resin, a polyamide resin, a polyamideimide resin, and an epoxy resin, an inorganic material, and an organic-inorganic mixed material such as organic polysiloxane can be used.

隔壁112は、第2の絶縁膜111の形成段階において基板表面に形成されている凹凸を平坦化できる厚さがあればよいが、厚すぎるとトランジスタ150の生産性が低下するため、500nm以上5000nm以下、好ましくは500nm以上3000nm以下とする。 The partition 112 only needs to have a thickness that can planarize unevenness formed on the surface of the substrate in the step of forming the second insulating film 111. However, if the partition 112 is too thick, the productivity of the transistor 150 is reduced. Hereinafter, it is preferably 500 nm or more and 3000 nm or less.

配線114は、ゲート電極102と同様の方法および材料を用いて形成すればよい。 The wiring 114 may be formed using a method and a material similar to those of the gate electrode 102.

以上の工程を経ることにより、図1に記載の構造が完成する。 Through the above steps, the structure shown in FIG. 1 is completed.

トランジスタを上述した構造とすることにより、電気特性の変動要因となりうる不純物が、トランジスタの備える半導体層に侵入することを抑制できるため、トランジスタの電気特性を良好にできる。また、経過時間変化による劣化の少ない、安定した電気特性を備えるトランジスタとすることができる。 When the transistor has the above structure, impurities that can cause variation in electrical characteristics can be prevented from entering a semiconductor layer included in the transistor, so that the electrical characteristics of the transistor can be improved. Further, a transistor having stable electrical characteristics with little deterioration due to a change in elapsed time can be obtained.

なお、本実施の形態では、トランジスタ150としてボトムゲート・トップコンタクト型(BGTC型)の構造について記載したが、例えば、図4(A)のようにトップゲート・トップコンタクト型(TGTC型)構造のトランジスタ170を形成してもよい。 Note that although a bottom-gate / top-contact (BGTC) structure is described as the transistor 150 in this embodiment, for example, a top-gate / top-contact (TGTC) structure as illustrated in FIG. A transistor 170 may be formed.

TGTC型構造のトランジスタを形成する場合、基板100上に形成する下地膜172としては、PVD法やCVD法を用いて、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、などの酸化膜や酸化窒化膜を形成すればよく、好ましくは、第1の領域110aと同様の方法および材料を用いて、加熱処理により半導体層106に対して酸素供給が可能な膜を形成することが望ましい。 In the case of forming a transistor with a TGTC structure, a base film 172 formed over the substrate 100 is formed using a PVD method or a CVD method by using a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, an aluminum oxide film, an aluminum oxynitride film, or the like. An oxide film or an oxynitride film may be formed, and a film capable of supplying oxygen to the semiconductor layer 106 is preferably formed by heat treatment using a method and a material similar to those of the first region 110a. Is desirable.

また、半導体層106上にゲート電極102が存在するため、ゲート絶縁層174は、トランジスタ150にて用いたゲート絶縁層104と積層順が逆になっている。 In addition, since the gate electrode 102 exists over the semiconductor layer 106, the stacking order of the gate insulating layer 174 and the gate insulating layer 104 used in the transistor 150 is reversed.

また、図4(B)のように、半導体層106を挟んでゲート電極102と対向する位置にバックゲート電極182を備える、デュアルゲート(ダブルゲートともいわれる)・トップコンタクト型のトランジスタ180を形成してもよい。 Further, as shown in FIG. 4B, a dual gate (also referred to as a double gate) top contact transistor 180 including a back gate electrode 182 at a position facing the gate electrode 102 with the semiconductor layer 106 interposed therebetween is formed. May be.

バックゲート電極182を有する構造とすることにより、仮にトランジスタ180がノーマリーオン状態(ここでは、電源による電位の印加が無い時にトランジスタがオン状態であることを示している)であったとしても、バックゲート電極182に適宜電圧印加を行うことにより、トランジスタ180のしきい値をシフトさせてノーマリーオフ状態(ここでは、電源による電位の印加が無い時にトランジスタがオフ状態であることを示している)に保つことができる。 With the structure having the back gate electrode 182, even if the transistor 180 is normally on (in this case, the transistor is on when no potential is applied by the power source) By appropriately applying voltage to the back gate electrode 182, the threshold value of the transistor 180 is shifted, so that the transistor is normally off (here, the transistor is off when no potential is applied by the power source). ) Can be kept.

本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。 This embodiment can be implemented in appropriate combination with the structures described in the other embodiments.

(実施の形態2)
本実施の形態では、上記実施の形態にて記載したトランジスタを用いた表示装置の一例について、図5乃至図8を用いて説明する。なお、図6(A)、図6(B)および図7は、図5(B)における一点鎖線M−N部の断面構成を示す図である。
(Embodiment 2)
In this embodiment, an example of a display device using the transistor described in the above embodiment will be described with reference to FIGS. FIGS. 6A, 6B, and 7 are cross-sectional views taken along dashed-dotted line MN in FIG. 5B.

図5(A)は表示装置の平面図の一例であり、第1の基板901上に設けられた画素部902を囲む状態にシール材905が設けられ、第2の基板906によって封止されている。図5(A)においては、第1の基板901上のシール材905によって囲まれている領域とは異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶半導体または多結晶半導体で形成された信号線駆動回路903、および走査線駆動回路904が実装されている。また、信号線駆動回路903、走査線駆動回路904、または画素部902に与えられる各種信号および電位は、FPC(Flexible printed circuit)918a、FPC918bを経由して供給されている。 FIG. 5A is an example of a plan view of a display device. A sealant 905 is provided so as to surround a pixel portion 902 provided over a first substrate 901 and is sealed by a second substrate 906. Yes. In FIG. 5A, a signal line formed of a single crystal semiconductor or a polycrystalline semiconductor over a separately prepared substrate in a region different from the region surrounded by the sealant 905 over the first substrate 901. A driver circuit 903 and a scanning line driver circuit 904 are mounted. In addition, a variety of signals and potentials are supplied to the signal line driver circuit 903, the scan line driver circuit 904, or the pixel portion 902 through an FPC (Flexible Printed Circuit) 918a and an FPC 918b.

図5(B)は表示装置の平面図の一例であり、第1の基板901上に設けられた画素部902および走査線駆動回路904を囲む状態にシール材905が設けられ、第2の基板906によって封止されている。図5(B)においては、第1の基板901上のシール材905によって囲まれている領域とは異なる領域に、単結晶半導体または多結晶半導体で形成された信号線駆動回路903が実装されている。また、信号線駆動回路903、走査線駆動回路904、または画素部902に与えられる各種信号および電位は、FPC918aを経由して供給されている。 FIG. 5B is an example of a plan view of the display device, in which a sealant 905 is provided so as to surround the pixel portion 902 and the scan line driver circuit 904 provided over the first substrate 901 and the second substrate. Sealed by 906. In FIG. 5B, a signal line driver circuit 903 formed of a single crystal semiconductor or a polycrystalline semiconductor is mounted in a region different from the region surrounded by the sealant 905 over the first substrate 901. Yes. In addition, a variety of signals and potentials are supplied to the signal line driver circuit 903, the scan line driver circuit 904, or the pixel portion 902 through the FPC 918a.

図5(C)は表示装置の平面図の一例であり、第1の基板901上に設けられた画素部902および走査線駆動回路904を囲む状態にシール材905が設けられ、第2の基板906によって封止されている。図5(C)においては、FPC918aと重なる位置に、単結晶半導体または多結晶半導体で形成された信号線駆動回路903が設けられている。このため、FPC918aの一部(信号線駆動回路903取り付け部)は配線が露出しており、当該箇所に信号線駆動回路903を設置することにより、FPC918aと信号線駆動回路903が電気的に接続される。また、信号線駆動回路903、走査線駆動回路904、または画素部902に与えられる各種信号および電位は、FPC918aを経由して供給されている。 FIG. 5C is an example of a plan view of the display device, in which a sealant 905 is provided so as to surround the pixel portion 902 and the scan line driver circuit 904 provided over the first substrate 901 and the second substrate. Sealed by 906. In FIG. 5C, a signal line driver circuit 903 made of a single crystal semiconductor or a polycrystalline semiconductor is provided at a position overlapping with the FPC 918a. Therefore, a part of the FPC 918a (the signal line driver circuit 903 mounting portion) has an exposed wiring, and the FPC 918a and the signal line driver circuit 903 are electrically connected by installing the signal line driver circuit 903 at the location. Is done. In addition, a variety of signals and potentials are supplied to the signal line driver circuit 903, the scan line driver circuit 904, or the pixel portion 902 through the FPC 918a.

また、図5(B)および図5(C)においては、単結晶半導体または多結晶半導体で形成された信号線駆動回路903を形成し、第1の基板901やFPC918aに実装している例を示しているが、この構成に限定されない。例えば、単結晶半導体または多結晶半導体で形成された走査線駆動回路904を形成して第1の基板901やFPC918aに実装してもよいし、信号線駆動回路903の一部または走査線駆動回路904の一部のみを別途形成して実装しても良い。 5B and 5C, an example in which the signal line driver circuit 903 formed of a single crystal semiconductor or a polycrystalline semiconductor is formed and mounted on the first substrate 901 or the FPC 918a. Although shown, it is not limited to this configuration. For example, the scan line driver circuit 904 formed of a single crystal semiconductor or a polycrystalline semiconductor may be formed and mounted on the first substrate 901 or the FPC 918a, or part of the signal line driver circuit 903 or the scan line driver circuit Only a part of 904 may be separately formed and mounted.

なお、別途形成した駆動回路の接続方法は、特に限定されるものではなく、COG(Chip On Glass)方法、ワイヤボンディング方法、或いはTAB(Tape Automated Bonding)方法などの公知技術を用いることができる。図5(A)は、COG方法により信号線駆動回路903、走査線駆動回路904を実装する例であり、図5(B)は、COG方法により信号線駆動回路903を実装する例であり、図5(C)は、TAB方法により信号線駆動回路903を実装する例である。 Note that a connection method of a driver circuit which is separately formed is not particularly limited, and a known technique such as a COG (Chip On Glass) method, a wire bonding method, or a TAB (Tape Automated Bonding) method can be used. FIG. 5A illustrates an example in which the signal line driver circuit 903 and the scan line driver circuit 904 are mounted by a COG method, and FIG. 5B illustrates an example in which the signal line driver circuit 903 is mounted by a COG method. FIG. 5C illustrates an example in which the signal line driver circuit 903 is mounted by a TAB method.

また、表示装置は、表示素子が封止された状態にあるパネルと、該パネルにコントローラを含むIC等を実装した状態にあるモジュールとを含む。 The display device includes a panel in which the display element is sealed, and a module in which an IC including a controller is mounted on the panel.

なお、本明細書中における表示装置とは、画像表示デバイス、表示デバイス、もしくは光源(照明装置含む。)を指す。また、コネクター、例えばFPC、TCPが取り付けられたモジュール、TCPの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または表示素子にCOG方式によりIC(集積回路)が直接実装されたモジュールも全て表示装置に含むものとする。 Note that a display device in this specification means an image display device, a display device, or a light source (including a lighting device). In addition, a connector, for example, a module to which an FPC or TCP is attached, a module in which a printed wiring board is provided at the end of TCP, or a module in which an IC (integrated circuit) is directly mounted on a display element by a COG method is all included in the display device. Shall be included.

また第1の基板上に設けられた画素部および走査線駆動回路は、トランジスタを複数有しており、上記実施の形態で示したトランジスタを適用することができる。 In addition, the pixel portion and the scan line driver circuit provided over the first substrate include a plurality of transistors, and the transistors described in the above embodiments can be used.

表示装置に設けられる表示素子としては液晶素子(液晶表示素子ともいう)、発光素子(発光表示素子ともいう)、を用いることができる。発光素子は、電流または電圧によって輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機EL(Electro Luminescence)素子、有機EL素子等が含まれる。また、電子インクなど、電気的作用によりコントラストが変化する表示媒体も適用することができる。 As a display element provided in the display device, a liquid crystal element (also referred to as a liquid crystal display element) or a light-emitting element (also referred to as a light-emitting display element) can be used. The light emitting element includes, in its category, an element whose luminance is controlled by current or voltage, and specifically includes an inorganic EL (Electro Luminescence) element, an organic EL element, and the like. In addition, a display medium whose contrast is changed by an electric effect, such as electronic ink, can be used.

図6(A)に示す表示装置は、接続端子電極915および接続端子電極916を有しており、接続端子電極915および接続端子電極916はFPC918aが有する端子と異方性導電剤919を介して電気的に接続されている。 The display device illustrated in FIG. 6A includes a connection terminal electrode 915 and a connection terminal electrode 916. The connection terminal electrode 915 and the connection terminal electrode 916 are connected to a terminal included in the FPC 918a and an anisotropic conductive agent 919. Electrically connected.

接続端子電極915は、第1の電極930と同じ導電膜から形成され、接続端子電極916は、トランジスタ910、トランジスタ911の一対の電極と同じ導電膜で形成されている。なお、第1の電極930は実施の形態1に記載した配線114と同様の方法および材料を用いて形成すればよい。 The connection terminal electrode 915 is formed using the same conductive film as the first electrode 930, and the connection terminal electrode 916 is formed using the same conductive film as the pair of electrodes of the transistors 910 and 911. Note that the first electrode 930 may be formed using a method and a material similar to those of the wiring 114 described in Embodiment 1.

図6(B)に示す表示装置は、接続端子電極915a、915bおよび接続端子電極916を有しており、接続端子電極915a、915bおよび接続端子電極916はFPC918aが有する端子と異方性導電剤919を介して、電気的に接続されている。 The display device illustrated in FIG. 6B includes connection terminal electrodes 915a and 915b and a connection terminal electrode 916. The connection terminal electrodes 915a and 915b and the connection terminal electrode 916 each include a terminal included in the FPC 918a and an anisotropic conductive agent. 919 is electrically connected.

接続端子電極915aは、第1の電極930と同じ導電膜から形成され、接続端子電極915bは、第2の電極941と同じ導電膜から形成され、接続端子電極916は、トランジスタ910、911の一対の電極と同じ導電膜で形成されている。 The connection terminal electrode 915a is formed from the same conductive film as the first electrode 930, the connection terminal electrode 915b is formed from the same conductive film as the second electrode 941, and the connection terminal electrode 916 is a pair of transistors 910 and 911. The same conductive film as that of the electrode is formed.

図7に示す表示装置は、接続端子電極955、接続端子電極938および接続端子電極916を有しており、接続端子電極955および接続端子電極916はFPC918aが有する端子と異方性導電剤919を介して、電気的に接続されている。 The display device illustrated in FIG. 7 includes a connection terminal electrode 955, a connection terminal electrode 938, and a connection terminal electrode 916. The connection terminal electrode 955 and the connection terminal electrode 916 each include a terminal included in the FPC 918a and an anisotropic conductive agent 919. Are electrically connected.

接続端子電極955は第2の電極951と同じ導電膜から形成され、接続端子電極938は第1の電極930と同じ導電膜から形成され、接続端子電極916はトランジスタ910、911の一対の電極と同じ導電膜で形成されている。 The connection terminal electrode 955 is formed of the same conductive film as the second electrode 951, the connection terminal electrode 938 is formed of the same conductive film as the first electrode 930, and the connection terminal electrode 916 includes a pair of electrodes of the transistors 910 and 911. The same conductive film is formed.

また、図6および図7に示した表示装置において、第1の基板901上に設けられた画素部902および走査線駆動回路904は、トランジスタを複数有しており、図6および図7では、画素部902に含まれるトランジスタ910と、走査線駆動回路904に含まれるトランジスタ911とを例示している。 In the display device illustrated in FIGS. 6 and 7, the pixel portion 902 and the scan line driver circuit 904 provided over the first substrate 901 include a plurality of transistors. In FIGS. A transistor 910 included in the pixel portion 902 and a transistor 911 included in the scan line driver circuit 904 are illustrated.

図6(A)および図6(B)では、トランジスタ910およびトランジスタ911上には実施の形態1に示す第1の絶縁膜110および第2の絶縁膜111に相当する絶縁膜924が設けられ、絶縁膜924の上に更に平坦化膜921が設けられている。絶縁膜924は、隔壁112と同様の方法および材料を用いて形成することができる。なお、絶縁膜923は下地膜として機能する絶縁膜であり、第1のゲート絶縁膜104aと同様の方法および材料を用いて形成することができる。 6A and 6B, the insulating film 924 corresponding to the first insulating film 110 and the second insulating film 111 described in Embodiment 1 is provided over the transistor 910 and the transistor 911. A planarization film 921 is further provided over the insulating film 924. The insulating film 924 can be formed using a method and a material similar to those of the partition 112. Note that the insulating film 923 is an insulating film functioning as a base film and can be formed using a method and a material similar to those of the first gate insulating film 104a.

本実施の形態のトランジスタ910、トランジスタ911には、上記実施の形態で示したトランジスタ150を適用することができる。 The transistor 150 described in the above embodiment can be applied to the transistors 910 and 911 in this embodiment.

また、図7では、絶縁膜924上において、駆動回路用のトランジスタ911の酸化物半導体膜のチャネル形成領域と重なる位置に導電膜917が設けられている例を示している。本実施の形態では、導電膜917を第1の電極930と同様の方法および材料を用いて形成すればよい。導電膜917はトランジスタ911のバックゲートとして機能するため、トランジスタ911のしきい値をコントロールでき、トランジスタ911がノーマリーオン状態となることを抑制できる。また、BTストレス試験前後におけるトランジスタ911のしきい値電圧の変動量をさらに低減することができる。 FIG. 7 illustrates an example in which a conductive film 917 is provided over the insulating film 924 so as to overlap with a channel formation region of the oxide semiconductor film of the transistor 911 for the driver circuit. In this embodiment, the conductive film 917 may be formed using a method and a material similar to those of the first electrode 930. Since the conductive film 917 functions as a back gate of the transistor 911, the threshold value of the transistor 911 can be controlled and the transistor 911 can be prevented from being normally on. In addition, the amount of change in the threshold voltage of the transistor 911 before and after the BT stress test can be further reduced.

なお、導電膜917の電位は、トランジスタ911のゲート電極と同じでもよいし、また、GND、0V、或いはフローティング状態であってもよい。 Note that the potential of the conductive film 917 may be the same as that of the gate electrode of the transistor 911 or may be GND, 0 V, or a floating state.

また、導電膜917は外部の電場を遮蔽する機能も有する。すなわち外部の電場が内部(トランジスタを含む回路部)に作用しないようにする機能(例えば、静電気に対する静電遮蔽機能やX線に対する遮蔽機能など)も有する。導電膜917の遮蔽機能により、静電気などの外部の電場の影響によりトランジスタの電気的な特性が変動することを防止することができる。導電膜917は、上記実施の形態で示した、いずれのトランジスタにも適用可能である。 The conductive film 917 also has a function of shielding an external electric field. That is, it also has a function (for example, an electrostatic shielding function against static electricity or a shielding function against X-rays) that prevents an external electric field from acting on the inside (a circuit portion including a transistor). The shielding function of the conductive film 917 can prevent a change in electrical characteristics of the transistor due to the influence of an external electric field such as static electricity. The conductive film 917 can be applied to any of the transistors described in the above embodiments.

画素部902に設けられたトランジスタ910は表示素子と電気的に接続し、表示パネルを構成する。表示素子は表示を行うことができれば特に限定されず、様々な表示素子を用いることができる。 A transistor 910 provided in the pixel portion 902 is electrically connected to a display element to form a display panel. The display element is not particularly limited as long as display can be performed, and various display elements can be used.

表示素子に電圧を印加する第1の電極930、第2の電極931および第2の電極941(画素電極、共通電極、対向電極などともいう)においては、取り出す光の方向、電極が設けられる場所、および電極のパターン構造によって透光性、反射性を選択すればよい。 In the first electrode 930, the second electrode 931, and the second electrode 941 (also referred to as a pixel electrode, a common electrode, a counter electrode, or the like) that applies a voltage to the display element, a direction of light to be extracted, a place where the electrode is provided The light transmitting property and the reflecting property may be selected depending on the electrode pattern structure.

第1の電極930、第2の電極931および第2の電極941は、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物(以下、ITOと示す。)、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いることができる。 The first electrode 930, the second electrode 931, and the second electrode 941 include indium oxide containing tungsten oxide, indium zinc oxide containing tungsten oxide, indium oxide containing titanium oxide, and indium tin containing titanium oxide. A light-transmitting conductive material such as an oxide, indium tin oxide (hereinafter referred to as ITO), indium zinc oxide, or indium tin oxide to which silicon oxide is added can be used.

また、第1の電極930、第2の電極931および第2の電極941は、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、クロム(Cr)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)等の金属、またはその合金、若しくはその金属窒化物から一つ、または複数種を用いて形成することができる。 In addition, the first electrode 930, the second electrode 931, and the second electrode 941 are tungsten (W), molybdenum (Mo), zirconium (Zr), hafnium (Hf), vanadium (V), niobium (Nb). Tantalum (Ta), chromium (Cr), cobalt (Co), nickel (Ni), titanium (Ti), platinum (Pt), aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag), or other metals, or One or a plurality of these alloys or metal nitrides can be used.

また、第1の電極930、第2の電極931および第2の電極941として、導電性高分子(導電性ポリマーともいう)を含む導電性組成物を用いて形成することができる。導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子を用いることができる。例えば、ポリアニリンまたはその誘導体、ポリピロールまたはその誘導体、ポリチオフェンまたはその誘導体、若しくはこれらの2種以上の共重合体などがあげられる。 The first electrode 930, the second electrode 931, and the second electrode 941 can be formed using a conductive composition including a conductive high molecule (also referred to as a conductive polymer). As the conductive polymer, a so-called π-electron conjugated conductive polymer can be used. For example, polyaniline or a derivative thereof, polypyrrole or a derivative thereof, polythiophene or a derivative thereof, or a copolymer of two or more kinds thereof can be given.

図6に表示素子として液晶素子を用いた液晶表示装置の例を示す。図6(A)は、縦電界方式を採用する例である。 FIG. 6 shows an example of a liquid crystal display device using a liquid crystal element as a display element. FIG. 6A illustrates an example in which a vertical electric field method is employed.

図6(A)において、表示素子である液晶素子913は、第1の電極930、第2の電極931、および液晶層908を含む。なお、液晶層908を挟持するように配向膜として機能する絶縁膜932、絶縁膜933が設けられている。また、第2の電極931は第2の基板906側に設けられ、第1の電極930と第2の電極931により液晶層908が挟まれた構成となっている。 In FIG. 6A, a liquid crystal element 913 which is a display element includes a first electrode 930, a second electrode 931, and a liquid crystal layer 908. Note that an insulating film 932 and an insulating film 933 which function as alignment films are provided so as to sandwich the liquid crystal layer 908. The second electrode 931 is provided on the second substrate 906 side, and the liquid crystal layer 908 is sandwiched between the first electrode 930 and the second electrode 931.

またスペーサ935は絶縁膜を選択的にエッチングすることで得られる柱状のスペーサであり、第1の電極930と第2の電極931との間隔(セルギャップ)を制御するために設けられている。なお球状のスペーサを用いていても良い。 The spacer 935 is a columnar spacer obtained by selectively etching the insulating film, and is provided to control the distance (cell gap) between the first electrode 930 and the second electrode 931. A spherical spacer may be used.

図6(B)は、横電界方式の一例として、FFS(Fringe Field Switching)モードを採用する例である。 FIG. 6B illustrates an example in which an FFS (Fringe Field Switching) mode is employed as an example of the horizontal electric field method.

図6(B)において、表示素子である液晶素子943は、平坦化膜921上に形成される第1の電極930、第2の電極941、および液晶層908を含む。第2の電極941は共通電極として機能する。第1の電極930および第2の電極941の間には絶縁膜944が設けられている。絶縁膜944は窒化シリコン膜を用いて形成する。なお、液晶層908を挟持するように配向膜として機能する絶縁膜932、絶縁膜933が設けられている。 6B, a liquid crystal element 943 which is a display element includes a first electrode 930, a second electrode 941, and a liquid crystal layer 908 which are formed over a planarization film 921. The second electrode 941 functions as a common electrode. An insulating film 944 is provided between the first electrode 930 and the second electrode 941. The insulating film 944 is formed using a silicon nitride film. Note that an insulating film 932 and an insulating film 933 which function as alignment films are provided so as to sandwich the liquid crystal layer 908.

また、図6(A)と同様に、第1の電極930と第2の電極931との間隔(セルギャップ)を制御するためのスペーサ935が設けられている。 Similarly to FIG. 6A, a spacer 935 for controlling the distance (cell gap) between the first electrode 930 and the second electrode 931 is provided.

表示素子として、液晶素子を用いる場合、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。これらの液晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイラルネマチック相、等方相等を示す。 When a liquid crystal element is used as the display element, a thermotropic liquid crystal, a low molecular liquid crystal, a polymer liquid crystal, a polymer dispersed liquid crystal, a ferroelectric liquid crystal, an antiferroelectric liquid crystal, or the like can be used. These liquid crystal materials exhibit a cholesteric phase, a smectic phase, a cubic phase, a chiral nematic phase, an isotropic phase, and the like depending on conditions.

また、配向膜を用いないブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つであり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善するためにカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いて液晶層に用いる。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が1msec以下と短く、光学的等方性であるため配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。また配向膜を設けなくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減することができる。よって液晶表示装置の生産性を向上させることが可能となる。 Alternatively, a liquid crystal exhibiting a blue phase for which an alignment film is unnecessary may be used. The blue phase is one of the liquid crystal phases. When the temperature of the cholesteric liquid crystal is increased, the blue phase appears immediately before the transition from the cholesteric phase to the isotropic phase. Since the blue phase appears only in a narrow temperature range, a liquid crystal composition mixed with a chiral agent is used for the liquid crystal layer in order to improve the temperature range. A liquid crystal composition containing a liquid crystal exhibiting a blue phase and a chiral agent has a response speed as short as 1 msec or less and is optically isotropic, so alignment treatment is unnecessary and viewing angle dependence is small. Further, since it is not necessary to provide an alignment film, a rubbing process is not required, so that electrostatic breakdown caused by the rubbing process can be prevented, and defects or breakage of the liquid crystal display device during the manufacturing process can be reduced. . Therefore, the productivity of the liquid crystal display device can be improved.

第1の基板901および第2の基板906はシール材905によって固定されている。シール材905は、熱硬化樹脂、光硬化樹脂などの有機樹脂を用いることができる。 The first substrate 901 and the second substrate 906 are fixed by a sealant 905. As the sealant 905, an organic resin such as a thermosetting resin or a photocurable resin can be used.

なお、図6(A)に示す液晶表示装置においては、シール材905は、ゲート絶縁膜922と接し、平坦化膜921がシール材905の内側に設けられている。ゲート絶縁膜922は、実施の形態1に記載したように、窒化シリコン膜および酸化窒化シリコン膜を積層して形成する。なお、絶縁膜924を選択的にエッチングする際に、ゲート絶縁膜922の上層の酸化窒化シリコン膜をエッチングして、窒化シリコン膜を露出させることが好ましい。この結果、シール材905とゲート絶縁膜922に形成される窒化シリコン膜が接する構造となり、外部からの水がシール材905の内部に侵入することを抑制することが可能である。 Note that in the liquid crystal display device illustrated in FIG. 6A, the sealant 905 is in contact with the gate insulating film 922, and the planarization film 921 is provided inside the sealant 905. As described in Embodiment 1, the gate insulating film 922 is formed by stacking a silicon nitride film and a silicon oxynitride film. Note that when the insulating film 924 is selectively etched, the silicon oxynitride film over the gate insulating film 922 is preferably etched to expose the silicon nitride film. As a result, the sealant 905 and the silicon nitride film formed on the gate insulating film 922 are in contact with each other, so that water from the outside can be prevented from entering the sealant 905.

また、図6(B)に示す液晶表示装置において、シール材905は絶縁膜924と接している。平坦化膜921がシール材905の内側に設けられていると共に、シール材905と絶縁膜924の表面の窒化シリコン膜が接するため、外部からの水がシール材905の内部に侵入することを抑制することが可能である。 In the liquid crystal display device illustrated in FIG. 6B, the sealant 905 is in contact with the insulating film 924. Since the planarizing film 921 is provided inside the sealing material 905 and the silicon nitride film on the surface of the insulating film 924 is in contact with the sealing material 905, water from the outside is prevented from entering the sealing material 905. Is possible.

液晶表示装置に設けられる保持容量の大きさは、画素部に配置されるトランジスタのリーク電流等を考慮して、所定の期間の間電荷を保持できるように設定される。高純度の酸化物半導体膜を有するトランジスタを用いることにより、各画素における液晶容量に対して1/3以下、好ましくは1/5以下の容量の大きさを有する保持容量を設ければ充分であるため、画素における開口率を高めることができる。 The size of the storage capacitor provided in the liquid crystal display device is set so that charges can be held for a predetermined period in consideration of a leakage current of a transistor arranged in the pixel portion. By using a transistor including a high-purity oxide semiconductor film, it is sufficient to provide a storage capacitor having a capacity of 1/3 or less, preferably 1/5 or less of the liquid crystal capacity of each pixel. Therefore, the aperture ratio in the pixel can be increased.

また、表示装置において、ブラックマトリクス(遮光膜)、偏光部材、位相差部材、反射防止部材などの光学部材(光学基板)などは適宜設ける。例えば、偏光基板および位相差基板による円偏光を用いてもよい。また、光源としてバックライト、サイドライトなどを用いてもよい。 In the display device, a black matrix (light-shielding film), a polarizing member, a retardation member, an optical member (an optical substrate) such as an antireflection member, and the like are provided as appropriate. For example, circularly polarized light using a polarizing substrate and a retardation substrate may be used. Further, a backlight, a sidelight, or the like may be used as the light source.

また、画素部における表示方式は、プログレッシブ方式やインターレース方式等を用いることができる。また、カラー表示する際に画素で制御する色要素としては、RGB(Rは赤、Gは緑、Bは青を表す。)の三色に限定されない。例えば、RGBW(Wは白を表す)、またはRGBに、イエロー、シアン、マゼンタ等を一色以上追加したものがある。なお、色要素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい。ただし、本発明はカラー表示の表示装置に限定されるものではなく、モノクロ表示の表示装置に適用することもできる。 As a display method in the pixel portion, a progressive method, an interlace method, or the like can be used. Further, the color elements controlled by pixels when performing color display are not limited to three colors of RGB (R represents red, G represents green, and B represents blue). For example, there is RGBW (W represents white) or RGB in which one or more colors of yellow, cyan, magenta, etc. are added. The size of the display area may be different for each dot of the color element. However, the present invention is not limited to a display device for color display, and can also be applied to a display device for monochrome display.

図8に、図6(A)に示す表示装置において、基板906に設けられた第2の電極931と電気的に接続するための共通接続部(パッド部)を、基板901上に形成する例を示す。 FIG. 8 illustrates an example in which a common connection portion (pad portion) for electrically connecting to the second electrode 931 provided on the substrate 906 is formed over the substrate 901 in the display device illustrated in FIG. Indicates.

なお、ここでは面積サイズが大きく異なるため、画素部におけるコンタクトホールと、共通接続部の開口部と使い分けて呼ぶこととする。また、図5および図8では、画素部902と共通接続部とで同じ縮尺で図示しておらず、例えば共通接続部の一点鎖線I−Jの長さが500μm程度であるのに対して、画素部902のトランジスタのサイズは50μm未満であり、実際には10倍以上面積サイズが大きいが、分かりやすくするため、図5および図8では、画素部902と共通接続部の縮尺をそれぞれ変えて図示している。 Here, since the area sizes are greatly different, the contact hole in the pixel portion and the opening portion of the common connection portion are referred to as appropriate. 5 and 8, the pixel portion 902 and the common connection portion are not shown in the same scale. For example, the length of the alternate long and short dash line I-J of the common connection portion is about 500 μm. The size of the transistor in the pixel portion 902 is less than 50 μm, and actually the area size is 10 times or more larger. However, for the sake of clarity, the scale of the pixel portion 902 and the common connection portion is changed in FIGS. It is shown.

共通接続部は、基板901と基板906とを接着するためのシール材と重なる位置に配置され、シール材に含まれる導電性粒子を介して第2の電極931と電気的に接続される。または、シール材と重ならない箇所(但し、画素部を除く)に共通接続部を設け、共通接続部に重なるように導電性粒子を含むペーストをシール材とは別途設けて第2の電極931と電気的に接続してもよい。 The common connection portion is disposed at a position overlapping with a sealing material for bonding the substrate 901 and the substrate 906, and is electrically connected to the second electrode 931 through conductive particles included in the sealing material. Alternatively, a common connection portion is provided in a portion that does not overlap with the sealant (excluding the pixel portion), and a paste containing conductive particles is provided separately from the sealant so as to overlap the common connection portion, and the second electrode 931 You may connect electrically.

図8(A)は、共通接続部の断面図であり、図8(B)に示す上面図のI−Jに相当する。なお、共通接続部の構成要素はトランジスタの構成要素と同じ材料を用いて構成されているため、構造の理解を容易にする目的で、共通接続部の断面図の横にトランジスタを記載している。また、図8(C)においても同様に、共通接続部の断面図の横にトランジスタの断面図を記載している。 FIG. 8A is a cross-sectional view of the common connection portion, and corresponds to IJ in the top view shown in FIG. Note that since the components of the common connection portion are formed using the same material as the components of the transistor, the transistor is described next to the cross-sectional view of the common connection portion for the purpose of facilitating understanding of the structure. . Similarly, in FIG. 8C, a cross-sectional view of the transistor is shown next to the cross-sectional view of the common connection portion.

共通電位線975は、ゲート絶縁膜922上に設けられ、図6に示すトランジスタ910のソース電極971またはドレイン電極973と同じ材料および同じ工程で作製される。 The common potential line 975 is provided over the gate insulating film 922 and is manufactured using the same material and through the same process as the source electrode 971 or the drain electrode 973 of the transistor 910 illustrated in FIGS.

また、共通電位線975は、絶縁膜924および平坦化膜921で覆われ、絶縁膜924および平坦化膜921は、共通電位線975と重なる位置に複数の開口部を有している。この開口部は、トランジスタ910のソース電極971またはドレイン電極973の一方と、第1の電極930とを接続するコンタクトホールと同じ工程で作製される。 The common potential line 975 is covered with an insulating film 924 and a planarization film 921, and the insulating film 924 and the planarization film 921 have a plurality of openings at positions overlapping the common potential line 975. This opening is formed in the same process as a contact hole connecting one of the source electrode 971 and the drain electrode 973 of the transistor 910 and the first electrode 930.

また、共通電位線975および共通電極977が開口部において接続する。共通電極977は、平坦化膜921上に設けられ、接続端子電極915や、画素部の第1の電極930と同じ材料および同じ工程で作製される。 In addition, the common potential line 975 and the common electrode 977 are connected in the opening. The common electrode 977 is provided over the planarization film 921 and is manufactured using the same material and through the same process as the connection terminal electrode 915 and the first electrode 930 in the pixel portion.

このように、画素部902のスイッチング素子の作製工程と共通させて共通接続部を作製することができる。 In this manner, the common connection portion can be manufactured in common with the manufacturing process of the switching element of the pixel portion 902.

共通電極977は、シール材に含まれる導電性粒子と接触する電極であり、基板906の第2の電極931と電気的に接続が行われる。 The common electrode 977 is an electrode that is in contact with conductive particles contained in the sealant, and is electrically connected to the second electrode 931 of the substrate 906.

また、図8(C)に示すように、共通電位線985を、トランジスタ910のゲート電極と同じ材料、同じ工程で作製してもよい。 As shown in FIG. 8C, the common potential line 985 may be formed using the same material and the same process as the gate electrode of the transistor 910.

図8(C)に示す共通接続部において、共通電位線985は、ゲート絶縁膜922、絶縁膜924、および平坦化膜921の下層に設けられ、ゲート絶縁膜922、絶縁膜924、および平坦化膜921は、共通電位線985と重なる位置に複数の開口部を有する。該開口部は、トランジスタ910のソース電極971またはドレイン電極973の一方と第1の電極930とを接続するコンタクトホールと同じ工程で絶縁膜924および平坦化膜921をエッチングした後、さらにゲート絶縁膜922を選択的にエッチングすることで形成される。 In the common connection portion illustrated in FIG. 8C, the common potential line 985 is provided below the gate insulating film 922, the insulating film 924, and the planarization film 921, and the gate insulating film 922, the insulating film 924, and the planarization are provided. The film 921 has a plurality of openings at positions overlapping with the common potential line 985. The opening is formed by etching the insulating film 924 and the planarization film 921 in the same process as the contact hole connecting one of the source electrode 971 or the drain electrode 973 of the transistor 910 and the first electrode 930, and then the gate insulating film It is formed by selectively etching 922.

また、共通電位線985および共通電極987が開口部において接続する。共通電極987は、平坦化膜921上に設けられ、接続端子電極915や、画素部の第1の電極930と同じ材料および同じ工程で作製される。 Further, the common potential line 985 and the common electrode 987 are connected in the opening. The common electrode 987 is provided over the planarization film 921 and is manufactured using the same material and through the same process as the connection terminal electrode 915 and the first electrode 930 in the pixel portion.

なお、図6(B)に示すFFSモードの液晶表示装置においては、共通電極977、987はそれぞれ、第2の電極941と接続する。 Note that in the FFS mode liquid crystal display device illustrated in FIG. 6B, the common electrodes 977 and 987 are each connected to the second electrode 941.

上述では表示装置として液晶表示装置について説明を記載したが、表示装置に含まれる表示素子として、エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子を適用することができる。以下において、エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子を含む表示装置についての説明を記載する。 In the above description, a liquid crystal display device is described as a display device; however, a light-emitting element utilizing electroluminescence can be applied as a display element included in the display device. In the following, description is given of a display device including a light emitting element using electroluminescence.

エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子は、発光材料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機EL素子、後者は無機EL素子と呼ばれている。 A light-emitting element using electroluminescence is distinguished depending on whether the light-emitting material is an organic compound or an inorganic compound. Generally, the former is called an organic EL element and the latter is called an inorganic EL element.

有機EL素子は、発光素子に電圧を印加することにより、一対の電極から電子および正孔がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして、それらキャリア(電子および正孔)が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このような発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。 In the organic EL element, by applying a voltage to the light emitting element, electrons and holes are respectively injected from the pair of electrodes into the layer containing the light emitting organic compound, and a current flows. Then, these carriers (electrons and holes) recombine, whereby the light-emitting organic compound forms an excited state, and emits light when the excited state returns to the ground state. Due to such a mechanism, such a light-emitting element is referred to as a current-excitation light-emitting element.

無機EL素子は、その素子構成により、分散型無機EL素子と薄膜型無機EL素子とに分類される。分散型無機EL素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−アクセプター再結合型発光である。薄膜型無機EL素子は、発光層を誘電体層で挟み込み、さらにそれを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子遷移を利用する局在型発光である。なお、ここでは、発光素子として有機EL素子を用いて説明する。 Inorganic EL elements are classified into a dispersion-type inorganic EL element and a thin-film inorganic EL element depending on the element structure. The dispersion-type inorganic EL element has a light-emitting layer in which particles of a light-emitting material are dispersed in a binder, and the light emission mechanism is donor-acceptor recombination light emission using a donor level and an acceptor level. The thin-film inorganic EL element has a structure in which a light emitting layer is sandwiched between dielectric layers and further sandwiched between electrodes, and the light emission mechanism is localized light emission utilizing inner-shell electron transition of metal ions. Note that description is made here using an organic EL element as a light-emitting element.

発光素子は発光を取り出すために少なくとも一対の電極の一方が透明であればよい。そして、基板上にトランジスタおよび発光素子を形成し、基板とは逆側の面から発光を取り出す上面射出や、基板側の面から発光を取り出す下面射出や、基板側および基板とは反対側の面から発光を取り出す両面射出構造の発光素子があり、どの射出構造の発光素子も適用することができる。 In order to extract light emitted from the light-emitting element, at least one of the pair of electrodes may be transparent. Then, a transistor and a light emitting element are formed on the substrate, and a top emission that extracts light from a surface opposite to the substrate, a bottom emission that extracts light from a surface on the substrate, and a surface opposite to the substrate and the substrate are provided. There is a light-emitting element having a dual emission structure in which light emission is extracted from the light-emitting element, and any light-emitting element having an emission structure can be applied.

図7に表示素子として発光素子を用いた発光装置の例を示す。表示素子である発光素子963は、画素部902に設けられたトランジスタ910と電気的に接続している。なお発光素子963の構成は、第1の電極930、発光層961、第2の電極931の積層構造であるが、当該構成に限定されるものではない。発光素子963から取り出す光の方向などに合わせて、発光素子963の構成は適宜変えることができる。 FIG. 7 illustrates an example of a light-emitting device using a light-emitting element as a display element. A light-emitting element 963 that is a display element is electrically connected to a transistor 910 provided in the pixel portion 902. Note that the structure of the light-emitting element 963 is a stacked structure of the first electrode 930, the light-emitting layer 961, and the second electrode 931; however, the structure is not limited to this structure. The structure of the light-emitting element 963 can be changed as appropriate depending on the direction in which light is extracted from the light-emitting element 963, or the like.

平坦化膜921と第1の電極930の間に、窒化シリコン膜950を有する。窒化シリコン膜950は、平坦化膜921および絶縁膜924の側面と接する。窒化シリコン膜950上に、第1の電極930の端部を覆う隔壁960を有する。隔壁960は、有機絶縁材料、または無機絶縁材料を用いて形成する。特に感光性の樹脂材料を用い、第1の電極930上に開口部を形成し、その開口部の側壁が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが望ましい。 A silicon nitride film 950 is provided between the planarization film 921 and the first electrode 930. The silicon nitride film 950 is in contact with the side surfaces of the planarization film 921 and the insulating film 924. A partition wall 960 is provided over the silicon nitride film 950 so as to cover an end portion of the first electrode 930. The partition wall 960 is formed using an organic insulating material or an inorganic insulating material. In particular, it is desirable to use a photosensitive resin material and form an opening on the first electrode 930 so that the side wall of the opening is an inclined surface formed with a continuous curvature.

発光層961は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。 The light emitting layer 961 may be formed of a single layer or may be formed of a plurality of layers stacked.

発光素子963に酸素、水素、水分、二酸化炭素等が侵入しないように、第2の電極931および隔壁960上に保護層を形成してもよい。保護層としては、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、DLC膜等を形成することができる。また、第1の基板901、第2の基板906、およびシール材936によって封止された空間には充填材964が設けられ密封されている。このように外気に曝されないように気密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム(貼り合わせフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等)やカバー材でパッケージング(封入)することが好ましい。 A protective layer may be formed over the second electrode 931 and the partition wall 960 so that oxygen, hydrogen, moisture, carbon dioxide, or the like does not enter the light-emitting element 963. As the protective layer, silicon nitride, silicon nitride oxide, aluminum oxide, aluminum nitride, aluminum oxynitride, aluminum nitride oxide, a DLC film, or the like can be formed. In addition, a filler 964 is provided and sealed in a space sealed by the first substrate 901, the second substrate 906, and the sealant 936. Thus, it is preferable to package (enclose) with a protective film (bonded film, ultraviolet curable resin film, etc.) or a cover material that has high air tightness and little degassing so as not to be exposed to the outside air.

シール材936は熱硬化樹脂、光硬化樹脂などの有機樹脂や、低融点ガラスを含むフリットガラスなどを用いることができる。フリットガラスは、水や酸素などの不純物に対してバリア性が高いため望ましい。また、シール材936としてフリットガラスを用いる場合、図7に示すように、窒化シリコン膜950上にフリットガラスを設けることで、窒化シリコン膜950およびフリットガラスの密着性を高めると共に、外部からシール材936内部への水の侵入を妨げることができる。 As the sealant 936, an organic resin such as a thermosetting resin or a photocuring resin, a frit glass including a low melting glass, or the like can be used. Frit glass is desirable because it has a high barrier property against impurities such as water and oxygen. Further, when frit glass is used as the sealing material 936, as shown in FIG. 7, by providing the frit glass on the silicon nitride film 950, the adhesion between the silicon nitride film 950 and the frit glass is improved and the sealing material is externally provided. Intrusion of water into the interior of the 936 can be prevented.

第1の基板901、第2の基板906およびシール材936に囲まれた空間には、充填材964が充填されている。充填材964としては窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂を用いることができ、PVC(ポリビニルクロライド)、アクリル樹脂、ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、PVB(ポリビニルブチラル)またはEVA(エチレンビニルアセテート)を用いることができる。例えば充填材として窒素を用いればよい。 A space surrounded by the first substrate 901, the second substrate 906, and the sealant 936 is filled with a filler 964. As the filler 964, an ultraviolet curable resin or a thermosetting resin can be used in addition to an inert gas such as nitrogen or argon. PVC (polyvinyl chloride), acrylic resin, polyimide, epoxy resin, silicone resin, PVB ( Polyvinyl butyral) or EVA (ethylene vinyl acetate) can be used. For example, nitrogen may be used as the filler.

また、必要であれば、発光素子の射出面に偏光板、または円偏光板(楕円偏光板を含む)、位相差板(λ/4板、λ/2板)、カラーフィルタなどの光学フィルムを適宜設けてもよい。また、偏光板または円偏光板に反射防止膜を設けてもよい。例えば、表面の凹凸により反射光を拡散し、映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。 Further, if necessary, an optical film such as a polarizing plate, a circularly polarizing plate (including an elliptical polarizing plate), a retardation plate (λ / 4 plate, λ / 2 plate), a color filter, or the like is provided on the emission surface of the light emitting element. You may provide suitably. Further, an antireflection film may be provided on the polarizing plate or the circularly polarizing plate. For example, anti-glare treatment can be performed that diffuses reflected light due to surface irregularities and reduces reflection.

また、表示装置として、電子インクを駆動させる電子ペーパーを提供することも可能である。電子ペーパーは、電気泳動表示装置(電気泳動ディスプレイ)も呼ばれており、紙と同じ読みやすさ、他の表示装置に比べ低消費電力、薄くて軽い形状とすることが可能という利点を有している。 In addition, as a display device, electronic paper that drives electronic ink can be provided. Electronic paper is also called an electrophoretic display device (electrophoretic display), and has the same readability as paper, low power consumption compared to other display devices, and the advantage that it can be made thin and light. ing.

また、トランジスタは静電気などにより破壊されやすいため、駆動回路保護用の保護回路を設けることが好ましい。保護回路は、非線形素子を用いて構成することが望ましい。 In addition, since the transistor is easily broken by static electricity or the like, it is preferable to provide a protective circuit for protecting the driving circuit. The protection circuit is preferably configured using a nonlinear element.

以上のように上記実施の形態で示したトランジスタを適用することで、表示機能を有する信頼性のよい半導体装置を提供することができる。 As described above, by using any of the transistors described in the above embodiments, a highly reliable semiconductor device having a display function can be provided.

本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。 This embodiment can be implemented in appropriate combination with the structures described in the other embodiments.

(実施の形態3)
本明細書に開示する半導体装置は、さまざまな電子機器(遊技機も含む)に適用することができる。電子機器としては、テレビ、モニタ等の表示装置、照明装置、デスクトップ型或いはノート型の情報端末、ワードプロセッサ、DVD(Digital Versatile Disc)などの記録媒体に記憶された静止画または動画を再生する画像再生装置、ポータブルCDプレーヤ、ラジオ、テープレコーダ、ヘッドホンステレオ、ステレオ、コードレス電話子機、トランシーバ、携帯無線機、携帯電話、自動車電話、携帯型ゲーム機、電卓、携帯情報端末、電子手帳、電子書籍、電子翻訳機、音声入力機器、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、電気シェーバ、電子レンジ等の高周波加熱装置、電気炊飯器、電気洗濯機、電気掃除機、エアコンディショナーなどの空調設備、食器洗い器、食器乾燥器、衣類乾燥器、布団乾燥器、電気冷蔵庫、電気冷凍庫、電気冷凍冷蔵庫、DNA保存用冷凍庫、煙感知器、放射線測定器、透析装置等の医療機器、などが挙げられる。さらに、誘導灯、信号機、ベルトコンベア、エレベータ、エスカレータ、産業用ロボット、電力貯蔵システム等の産業機器も挙げられる。また、石油を用いたエンジンや、非水系二次電池からの電力を用いて電動機により推進する移動体なども、電気機器の範疇に含まれるものとする。上記移動体として、例えば、電気自動車(EV)、内燃機関と電動機を併せ持ったハイブリッド車(HEV)、プラグインハイブリッド車(PHEV)、これらのタイヤ車輪を無限軌道に変えた装軌車両、電動アシスト自転車を含む原動機付自転車、自動二輪車、電動車椅子、ゴルフ用カート、小型または大型船舶、潜水艦、ヘリコプター、航空機、ロケット、人工衛星、宇宙探査機や惑星探査機、宇宙船が挙げられる。これらの電子機器の具体例を図8に示す。
(Embodiment 3)
The semiconductor device disclosed in this specification can be applied to a variety of electronic devices (including game machines). As electronic equipment, display devices such as televisions, monitors, lighting devices, desktop or notebook information terminals, word processors, image reproduction for reproducing still images or moving images stored in recording media such as DVDs (Digital Versatile Discs) Device, Portable CD player, Radio, Tape recorder, Headphone stereo, Stereo, Cordless phone cordless handset, Transceiver, Portable radio, Mobile phone, Car phone, Portable game machine, Calculator, Personal digital assistant, Electronic notebook, Electronic book, Electronic translators, audio input devices, video cameras, digital still cameras, high-frequency heating devices such as electric shavers, microwave ovens, electric rice cookers, electric washing machines, vacuum cleaners, air conditioners, etc., dishwashers, dish drying Oven, clothes dryer, futon dryer, electric cooling Refrigerator, electric freezers, electric refrigerator, DNA storage freezers, smoke detectors, radiation counters, medical devices such as dialyzers, and the like. Further examples include industrial equipment such as guide lights, traffic lights, belt conveyors, elevators, escalators, industrial robots, and power storage systems. In addition, an engine using petroleum, a moving body driven by an electric motor using electric power from a non-aqueous secondary battery, and the like are also included in the category of electric equipment. Examples of the moving body include an electric vehicle (EV), a hybrid vehicle (HEV) having both an internal combustion engine and an electric motor, a plug-in hybrid vehicle (PHEV), a tracked vehicle in which these tire wheels are changed to an endless track, and electric assist. Examples include motorbikes including bicycles, motorcycles, electric wheelchairs, golf carts, small or large ships, submarines, helicopters, aircraft, rockets, artificial satellites, space probes, planetary probes, and space ships. Specific examples of these electronic devices are shown in FIGS.

図9(A)は、携帯型の情報端末であり、筐体2101、筐体2102、第1の表示部2103a、第2の表示部2103bなどによって構成されている。筐体2101と筐体2102の内部には、電子部品の一つとして複数のトランジスタが組み込まれている。当該トランジスタとして、上述した実施の形態にて記載したトランジスタを適用することにより、携帯型の情報端末を、電気特性が良好であり、経過時間変化による劣化の少ない信頼性の高いものにすることができる。 FIG. 9A illustrates a portable information terminal, which includes a housing 2101, a housing 2102, a first display portion 2103 a, a second display portion 2103 b, and the like. A plurality of transistors are incorporated in the housings 2101 and 2102 as one of electronic components. By applying the transistor described in any of the above embodiments as the transistor, the portable information terminal can have high electrical characteristics and high reliability with little deterioration due to a change in elapsed time. it can.

なお、第1の表示部2103aおよび第2の表示部2103bの少なくとも一方は、タッチ入力機能を有するパネルとなっており、例えば図9(A)の左図のように、第1の表示部2103aに表示される選択ボタン2104により「タッチ入力」を行うか、「キーボード入力」を行うかを選択できる。選択ボタンは様々な大きさで表示できるため、幅広い世代の人が使いやすさを実感できる。ここで、例えば「キーボード入力」を選択した場合、図9(A)の右図のように第1の表示部2103aにはキーボード2105が表示される。これにより、従来の情報端末と同様に、キー入力による素早い文字入力などが可能となる。 Note that at least one of the first display portion 2103a and the second display portion 2103b is a panel having a touch input function. For example, as shown in the left diagram of FIG. 9A, the first display portion 2103a A selection button 2104 displayed on the screen can be used to select “touch input” or “keyboard input”. Since the selection buttons can be displayed in various sizes, a wide range of people can feel ease of use. For example, when “keyboard input” is selected, a keyboard 2105 is displayed on the first display portion 2103a as shown in the right diagram of FIG. As a result, as in the conventional information terminal, quick character input by key input and the like are possible.

また、図9(A)に示す携帯型の情報端末は、図9(A)の右図のように、第1の表示部2103aを備える筐体2101と、第2の表示部2103bを備える筐体2102を分離することができる。このため、必要に応じて筐体2101のみ、または筐体2102のみを取り外して、より軽量な携帯型の情報端末として用いることができる。 In addition, a portable information terminal illustrated in FIG. 9A includes a housing 2101 provided with a first display portion 2103a and a housing provided with a second display portion 2103b as shown in the right view of FIG. 9A. The body 2102 can be separated. Therefore, if necessary, only the housing 2101 or only the housing 2102 can be detached and used as a lighter portable information terminal.

図9(A)に示す携帯型の情報端末は、様々な情報(静止画、動画、テキスト画像など)を表示する機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示部に表示する機能、表示部に表示した情報を操作又は編集する機能、様々なソフトウェア(プログラム)によって処理を制御する機能、等を有することができる。また、筐体の裏面や側面に、外部接続用端子(イヤホン端子、USB端子など)、記録媒体挿入部などを備える構成としてもよい。 The portable information terminal illustrated in FIG. 9A has a function of displaying various information (still images, moving images, text images, and the like), a function of displaying a calendar, a date, a time, or the like on the display unit, and a display on the display unit. It is possible to have a function of operating or editing the processed information, a function of controlling processing by various software (programs), and the like. In addition, an external connection terminal (such as an earphone terminal or a USB terminal), a recording medium insertion portion, or the like may be provided on the rear surface or side surface of the housing.

また、図9(A)に示す携帯型の情報端末は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすることも可能である。 Further, the portable information terminal illustrated in FIG. 9A may be configured to be able to transmit and receive information wirelessly. It is also possible to adopt a configuration in which desired book data or the like is purchased and downloaded from an electronic book server wirelessly.

さらに、図9(A)に示す筐体2101や筐体2102にアンテナやマイク機能や無線機能を持たせ、携帯電話として用いてもよい。 Further, the housing 2101 or the housing 2102 illustrated in FIG. 9A may be provided with an antenna, a microphone function, or a wireless function and used as a mobile phone.

図9(B)は、電子書籍2120の一例を示している。例えば、電子書籍2120は、筐体2121および筐体2123の2つの筐体で構成されている。筐体2121および筐体2123は、軸部2122により一体とされており、該軸部2122を軸として開閉動作を行うことができる。このような構成により、紙の書籍のような動作を行うことが可能となる。 FIG. 9B illustrates an example of an electronic book 2120. For example, the electronic book 2120 includes two housings, a housing 2121 and a housing 2123. The housing 2121 and the housing 2123 are integrated with a shaft portion 2122, and can be opened / closed using the shaft portion 2122 as an axis. With such a configuration, an operation like a paper book can be performed.

筐体2121には表示部2125が組み込まれ、筐体2123には表示部2127が組み込まれている。表示部2125および表示部2127は、続き画面を表示する構成としてもよいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とすることで、例えば右側の表示部(図9(B)では表示部2125)に文章を表示し、左側の表示部(図9(B)では表示部2127)に画像を表示することができる。 A display portion 2125 is incorporated in the housing 2121 and a display portion 2127 is incorporated in the housing 2123. The display unit 2125 and the display unit 2127 may be configured to display a continuation screen or may be configured to display different screens. By adopting a configuration in which different screens are displayed, for example, text is displayed on the right display unit (display unit 2125 in FIG. 9B) and an image is displayed on the left display unit (display unit 2127 in FIG. 9B). Can be displayed.

筐体2121と筐体2123の内部には、電子部品の一つとして複数のトランジスタが組み込まれている。当該トランジスタとして、上述実施の形態にて記載したトランジスタを適用することにより、電子書籍2120を、電気特性が良好であり、経過時間変化による劣化の少ない信頼性の高いものにすることができる。 Inside the housing 2121 and the housing 2123, a plurality of transistors are incorporated as one of electronic components. By using the transistor described in the above embodiment as the transistor, the e-book reader 2120 can have high electric characteristics and high reliability with little deterioration due to a change in elapsed time.

また、図9(B)では、筐体2121に操作部などを備えた例を示している。例えば、筐体2121において、電源2126、操作キー2128、スピーカー2129などを備えている。操作キー2128により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示部と同一面にキーボードやポインティングデバイスなどを備える構成としてもよい。また、筐体の裏面や側面に、外部接続用端子(イヤホン端子、USB端子など)、記録媒体挿入部などを備える構成としてもよい。さらに、電子書籍2120は、電子辞書としての機能を持たせた構成としてもよい。 FIG. 9B illustrates an example in which the housing 2121 is provided with an operation portion and the like. For example, the housing 2121 includes a power source 2126, operation keys 2128, a speaker 2129, and the like. Pages can be sent with the operation keys 2128. Note that a keyboard, a pointing device, or the like may be provided on the same surface as the display portion of the housing. In addition, an external connection terminal (such as an earphone terminal or a USB terminal), a recording medium insertion portion, or the like may be provided on the rear surface or side surface of the housing. Further, the e-book reader 2120 may have a configuration as an electronic dictionary.

また、電子書籍2120は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすることも可能である。 Further, the e-book reader 2120 may have a configuration capable of transmitting and receiving information wirelessly. It is also possible to adopt a configuration in which desired book data or the like is purchased and downloaded from an electronic book server wirelessly.

図9(C)は、スマートフォンであり、筐体2130と、ボタン2131と、マイクロフォン2132と、タッチパネルを備えた表示部2133と、スピーカー2134と、カメラ用レンズ2135と、を具備し、携帯型電話機としての機能を有する。 FIG. 9C illustrates a smartphone, which includes a housing 2130, a button 2131, a microphone 2132, a display portion 2133 provided with a touch panel, a speaker 2134, and a camera lens 2135, and is a mobile phone. As a function.

筐体2130の内部には、電子部品の一つとして複数のトランジスタが組み込まれている。当該トランジスタとして、上述実施の形態にて記載したトランジスタを適用することにより、スマートフォンを、電気特性が良好であり、経過時間変化による劣化の少ない信頼性の高いものにすることができる。 Inside the housing 2130, a plurality of transistors are incorporated as one of electronic components. By applying the transistor described in the above embodiment as the transistor, the smartphone can have high electrical characteristics and high reliability with little deterioration due to a change in elapsed time.

表示部2133は、使用形態に応じて表示の方向が適宜変化する。また、表示部2133と同一面上にカメラ用レンズ2135を備えているため、テレビ電話が可能である。スピーカー2134およびマイクロフォン2132は音声通話に限らず、テレビ電話、録音、再生などが可能である。 In the display portion 2133, the display direction can be appropriately changed depending on a usage pattern. In addition, since the camera lens 2135 is provided on the same surface as the display portion 2133, a videophone can be used. The speaker 2134 and the microphone 2132 can be used for videophone calls, recording and playing sound, and the like as well as voice calls.

また、外部接続端子2136はACアダプタおよびUSBケーブルなどの各種ケーブルと接続可能であり、充電および情報端末などとのデータ通信が可能である。また、外部メモリスロット(図示せず)に記録媒体を挿入し、より大量のデータ保存および移動に対応できる。 The external connection terminal 2136 can be connected to an AC adapter and various types of cables such as a USB cable, and charging and data communication with an information terminal are possible. Further, a recording medium can be inserted into an external memory slot (not shown) to cope with storing and moving a larger amount of data.

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

図9(D)は、デジタルビデオカメラであり、筐体2141、表示部2142、操作スイッチ2143、バッテリー2144などによって構成されている。 FIG. 9D illustrates a digital video camera, which includes a housing 2141, a display portion 2142, operation switches 2143, a battery 2144, and the like.

筐体2141の内部には、電子部品の一つとして複数のトランジスタが組み込まれている。当該トランジスタとして、上述実施の形態にて記載したトランジスタを適用することにより、デジタルビデオカメラを、電気特性が良好であり、経過時間変化による劣化の少ない信頼性の高いものにすることができる。 Inside the housing 2141, a plurality of transistors are incorporated as one of electronic components. By using the transistor described in the above embodiment as the transistor, the digital video camera can have high electric characteristics and high reliability with little deterioration due to a change in elapsed time.

図9(E)は、テレビジョン装置2150の一例を示している。テレビジョン装置2150は、筐体2151に表示部2153が組み込まれている。表示部2153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2155により筐体2151を支持した構成を示している。 FIG. 9E illustrates an example of the television device 2150. In the television device 2150, a display portion 2153 is incorporated in a housing 2151. Images can be displayed on the display portion 2153. Here, a configuration in which the housing 2151 is supported by the stand 2155 is shown.

筐体2151の内部には、電子部品の一つとして複数のトランジスタが組み込まれている。当該トランジスタとして、上述実施の形態にて記載したトランジスタを適用することにより、テレビジョン装置2150を、電気特性が良好であり、経過時間変化による劣化の少ない信頼性の高いものにすることができる。 In the housing 2151, a plurality of transistors are incorporated as one of electronic components. By using the transistor described in the above embodiment as the transistor, the television device 2150 can have favorable electrical characteristics and high reliability with little deterioration due to a change in elapsed time.

テレビジョン装置2150の操作は、筐体2151が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機により行うことができる。また、リモコン操作機に、当該リモコン操作機から出力する情報を表示する表示部を設ける構成としてもよい。 The television device 2150 can be operated with an operation switch provided in the housing 2151 or a separate remote controller. Further, the remote controller may be provided with a display unit that displays information output from the remote controller.

なお、テレビジョン装置2150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 2150 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).

本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。 This embodiment can be implemented in appropriate combination with any of the other embodiments.

本実施例では、実施の形態1にて記載した方法を用いて作製した半導体装置について、STEMにより断面を観察した結果について説明する。 In this example, the results of observing a cross section of a semiconductor device manufactured using the method described in Embodiment Mode 1 using a STEM will be described.

以下に、断面を観察したサンプル(以下、単にサンプルと記載する。)についての作製方法を記載する。 Hereinafter, a manufacturing method of a sample whose cross section is observed (hereinafter simply referred to as a sample) will be described.

まず、基板として無アルカリガラスを用いた。 First, alkali-free glass was used as the substrate.

次に、基板上にゲート電極を形成した。ゲート電極はスパッタリング装置を用いて100nmのタングステン膜を形成した後、フォトリソグラフィ法を用いてタングステン膜上にレジストマスクを形成し、当該レジストマスクを用いてタングステン膜の一部を選択的に除去して形成した。 Next, a gate electrode was formed on the substrate. For the gate electrode, after forming a 100 nm tungsten film using a sputtering apparatus, a resist mask is formed on the tungsten film using a photolithography method, and a part of the tungsten film is selectively removed using the resist mask. Formed.

次に、ゲート電極上にゲート絶縁層を形成した。ゲート絶縁層はPECVD装置を用い、絶縁破壊耐性に優れた第1のゲート絶縁膜として300nmの窒化シリコン膜を、水素ブロッキング性の高い第2のゲート絶縁膜として50nmの窒化シリコン膜を、界面準位低減効果のある第3のゲート電極として50nmの酸化窒化シリコンを積層させて形成した。また、ゲート電極と第1のゲート絶縁膜の間には、ゲート電極に含まれる金属成分の拡散防止効果のある膜(第4のゲート絶縁膜と記載する)として、50nmの窒化シリコン膜を形成した。 Next, a gate insulating layer was formed over the gate electrode. For the gate insulating layer, a 300 nm silicon nitride film is used as the first gate insulating film excellent in dielectric breakdown resistance, and a 50 nm silicon nitride film is used as the second gate insulating film having a high hydrogen blocking property. A third gate electrode having a lowering effect was formed by stacking 50 nm of silicon oxynitride. In addition, a 50 nm silicon nitride film is formed between the gate electrode and the first gate insulating film as a film (described as a fourth gate insulating film) having an effect of preventing diffusion of a metal component contained in the gate electrode. did.

第1のゲート絶縁膜である窒化シリコン膜は、成膜室内にモノシランガス(SiH)を200[sccm]、窒素ガス(N)を2000[sccm]、アンモニアガス(NH)を2000[sccm]の流量で導入しながら圧力を100[Pa]に保ち、基板を350[℃]で300[sec]加熱した後に、2000[W]の印加電力で成膜を行った。 The silicon nitride film as the first gate insulating film has a monosilane gas (SiH 4 ) of 200 [sccm], a nitrogen gas (N 2 ) of 2000 [sccm], and an ammonia gas (NH 3 ) of 2000 [sccm] in the deposition chamber. The substrate was heated at 350 [° C.] for 300 [sec] and then deposited with an applied power of 2000 [W].

第2のゲート絶縁膜である窒化シリコン膜は、成膜室内にモノシランガス(SiH)を200[sccm]、窒素ガス(N)を5000[sccm]の流量で導入しながら圧力を100[Pa]に保ち、基板を350[℃]で300[sec]加熱した後に、2000[W]の印加電力で成膜を行った。 The silicon nitride film as the second gate insulating film has a pressure of 100 [Pa] while introducing monosilane gas (SiH 4 ) into the film formation chamber at a flow rate of 200 [sccm] and nitrogen gas (N 2 ) at 5000 [sccm]. The substrate was heated at 350 [° C.] for 300 [sec], and then deposited with an applied power of 2000 [W].

第3のゲート絶縁膜である酸化窒化シリコン膜は、成膜室内にモノシランガス(SiH)を20[sccm]、亜酸化窒素ガス(NO)を3000[sccm]の流量で導入しながら圧力を40[Pa]に保ち、基板を350[℃]で300[sec]加熱した後に、100[W]の印加電力で成膜を行った。 The silicon oxynitride film, which is the third gate insulating film, has a pressure while introducing monosilane gas (SiH 4 ) into the deposition chamber at a flow rate of 20 [sccm] and nitrous oxide gas (N 2 O) at a flow rate of 3000 [sccm]. Was maintained at 40 [Pa], and the substrate was heated at 350 [° C.] for 300 [sec], and then deposited with an applied power of 100 [W].

第4のゲート絶縁膜である窒化シリコン膜は、成膜室内にモノシランガス(SiH)を200[sccm]、窒素ガス(N)を2000[sccm]、アンモニアガス(NH)を100[sccm]の流量で導入しながら圧力を100[Pa]に保ち、基板を350[℃]で300[sec]加熱した後に、2000[W]の印加電力で成膜を行った。 The silicon nitride film as the fourth gate insulating film has a monosilane gas (SiH 4 ) of 200 [sccm], a nitrogen gas (N 2 ) of 2000 [sccm], and an ammonia gas (NH 3 ) of 100 [sccm] in the deposition chamber. The substrate was heated at 350 [° C.] for 300 [sec] and then deposited with an applied power of 2000 [W].

次に、ゲート絶縁層上に半導体層を形成した。半導体層はスパッタリング装置を用いて35nmのIGZO膜を形成した後、フォトリソグラフィ法を用いてIGZO膜上にレジストマスクを形成し、当該レジストマスクを用いてIGZO膜の一部を選択的に除去して形成した。 Next, a semiconductor layer was formed over the gate insulating layer. After forming a 35 nm IGZO film using a sputtering apparatus, a semiconductor layer is formed using a photolithography method, a resist mask is formed on the IGZO film, and a part of the IGZO film is selectively removed using the resist mask. Formed.

なお、IGZO膜については、組成がIn:Ga:Zn=1:1:1であるターゲットを用い、成膜室内を50%酸素雰囲気、0.6[Pa]に保ち、基板を170[℃]に加熱した状態で、5[kW]の印加電力で成膜を行った。 Note that for the IGZO film, a target having a composition of In: Ga: Zn = 1: 1: 1 was used, the film formation chamber was kept at 50% oxygen atmosphere and 0.6 [Pa], and the substrate was 170 [° C.]. The film was formed with an applied power of 5 [kW] in a state where the film was heated.

次に、半導体層上にソース電極およびドレイン電極を形成すると共に、ゲート電極上の半導体層に凹部を形成した。 Next, a source electrode and a drain electrode were formed on the semiconductor layer, and a recess was formed in the semiconductor layer on the gate electrode.

ソース電極およびドレイン電極は、スパッタリング装置を用いて50nmのチタン膜、400nmのアルミニウム膜および100nmのチタン膜を順に積層させた後、フォトリソグラフィ法を用いてチタン膜上にレジストマスクを形成し、当該レジストマスクを用いて上述のチタン膜、アルミニウム膜およびチタン膜を備える積層膜の一部を選択的に除去して形成した。 A source electrode and a drain electrode are formed by sequentially stacking a 50 nm titanium film, a 400 nm aluminum film, and a 100 nm titanium film using a sputtering apparatus, and then forming a resist mask on the titanium film using a photolithography method. A part of the laminated film including the above-described titanium film, aluminum film, and titanium film was selectively removed using a resist mask.

また、上述の除去処理において、下層のチタン膜(50nmのチタン膜)を除去した後さらにIGZO膜に対して除去処理を行うことで、IGZO膜に凹部を形成した。 Further, in the above-described removal process, after removing the lower titanium film (50 nm titanium film), the IGZO film was further subjected to the removal process, thereby forming a recess in the IGZO film.

上述の除去処理は、ドライエッチング装置を用い、塩素ガス(Cl)を150[sccm]、三塩化ホウ素(BCl)を750[sccm]の流量で導入しながら圧力を2.0[Pa]に保ち、上部電極のバイアスパワーを0W、下部電極のバイアスパワーを1500Wに設定してICP(Inductively Coupled Plasma)処理を行った。 The above-described removal treatment uses a dry etching apparatus and introduces a pressure of 2.0 [Pa] while introducing chlorine gas (Cl 2 ) at a flow rate of 150 [sccm] and boron trichloride (BCl 3 ) at a flow rate of 750 [sccm]. The ICP (Inductively Coupled Plasma) process was performed with the upper electrode bias power set to 0 W and the lower electrode bias power set to 1500 W.

なお、上述の除去処理によるIGZO膜のエッチングレートは10[nm/min]であり、IGZO膜の膜厚(35nm)の2/7であった。 Note that the etching rate of the IGZO film by the above-described removal treatment was 10 [nm / min], which was 2/7 of the film thickness (35 nm) of the IGZO film.

次に、半導体層上に第1の絶縁膜を形成した。第1の絶縁膜はPECVD装置を用い、半導体層へのダメージを抑制する第1の領域として50nmの酸化窒化シリコン膜を、半導体層に酸素を供給する第2の領域として400nmの酸化窒化シリコン膜を積層させて形成した。 Next, a first insulating film was formed over the semiconductor layer. As the first insulating film, a PECVD apparatus is used, and a 50 nm silicon oxynitride film is used as a first region for suppressing damage to the semiconductor layer, and a 400 nm silicon oxynitride film is used as a second region for supplying oxygen to the semiconductor layer. Were laminated.

第1の領域である酸化窒化シリコン膜は、成膜室内にモノシランガス(SiH)を30[sccm]、亜酸化窒素ガス(NO)を4000[sccm]の流量で導入しながら圧力を40[Pa]に保ち、基板を220[℃]に加熱した状態で、150[W]の印加電力で成膜を行った。 The silicon oxynitride film as the first region has a pressure of 40 while introducing monosilane gas (SiH 4 ) into the film formation chamber at a flow rate of 30 [sccm] and nitrous oxide gas (N 2 O) at 4000 [sccm]. The film was formed with an applied power of 150 [W] while maintaining [Pa] and heating the substrate to 220 [° C.].

第2の領域である酸化窒化シリコン膜は、成膜室内にモノシランガス(SiH)を160[sccm]、亜酸化窒素ガス(NO)を4000[sccm]の流量で導入しながら圧力を200[Pa]に保ち、基板を220[℃]に加熱した状態で、1500[W]の印加電力で成膜を行った。 The silicon oxynitride film as the second region has a pressure of 200 while introducing monosilane gas (SiH 4 ) into the deposition chamber at a flow rate of 160 [sccm] and nitrous oxide gas (N 2 O) at 4000 [sccm]. The film was formed with an applied power of 1500 [W] while the substrate was maintained at [Pa] and heated to 220 [° C.].

なお、上述実施の形態では、第1の絶縁膜上に更に第2の絶縁膜、隔壁および配線を形成する説明を記載したが、本実施例では、半導体層に形成した凹部の側面を湾曲状態とし、また、半導体層凹部の側面とチタン膜の側面との間に段差がない構造とすることにより、第1の絶縁膜への鬆の発生を抑制できるか否かを確認することが目的であるため、第2の絶縁膜、隔壁および配線は形成していない。 In the above-described embodiment, the description has been given of forming the second insulating film, the partition wall, and the wiring on the first insulating film. However, in this embodiment, the side surface of the recess formed in the semiconductor layer is curved. In addition, for the purpose of confirming whether or not generation of voids in the first insulating film can be suppressed by adopting a structure in which there is no step between the side surface of the semiconductor layer recess and the side surface of the titanium film. Therefore, the second insulating film, the partition wall, and the wiring are not formed.

そして最後に、完成した上述基板を、窒素雰囲気とした250[℃]のオーブン内で1時間焼成処理した。 Finally, the completed substrate was baked for 1 hour in a 250 [° C.] oven in a nitrogen atmosphere.

以上の工程を経て形成されたサンプルの断面形状を、図12(A)に示す。 A cross-sectional shape of the sample formed through the above steps is shown in FIG.

なお、図12(A)では、第3のゲート絶縁膜より下層の構造が表示されていないが、上述の作製方法により形成された構造となっている。 Note that in FIG. 12A, a structure below the third gate insulating film is not shown, but the structure is formed by the above-described manufacturing method.

また、図12(A)では、半導体層であるIGZO膜とチタン膜の境界が分かりやすくするため、境界部分に白破線を記載している。 In FIG. 12A, a white broken line is shown in the boundary portion for easy understanding of the boundary between the IGZO film which is a semiconductor layer and the titanium film.

図12(A)より、IGZO膜の凹部側面において湾曲形状が確認される。また、IGZO膜の側面とチタン膜の側面との間には、段差がない構造となっている事が確認される。そして、IGZO膜の凹部側面が湾曲状態を成していることにより、上層に形成されている絶縁膜にはIGZO膜の段差に起因した鬆が発生していないことが確認される。 From FIG. 12A, a curved shape is confirmed on the side surface of the concave portion of the IGZO film. Further, it is confirmed that there is no step between the side surface of the IGZO film and the side surface of the titanium film. Then, it is confirmed that no void due to the step of the IGZO film is generated in the insulating film formed in the upper layer because the concave side surface of the IGZO film is curved.

また、図12(A)の比較サンプルとして、上述した作製方法の除去処理においてIGZO膜のエッチングレートを30[nm/min]と非常に早くし、半導体層凹部の側面に湾曲形状が形成されにくい条件で作製したサンプルの断面写真を図12(B)に示す。 In addition, as a comparative sample in FIG. 12A, the etching rate of the IGZO film is very fast as 30 [nm / min] in the removal process of the manufacturing method described above, and it is difficult to form a curved shape on the side surface of the semiconductor layer recess. A cross-sectional photograph of the sample manufactured under the conditions is shown in FIG.

図12(B)より、半導体層凹部の側面近傍から鬆の発生が確認される。 From FIG. 12B, generation of voids is confirmed from the vicinity of the side surface of the recess of the semiconductor layer.

以上の比較結果より、半導体層凹部の側面が湾曲形状を有していることにより、半導体層、ソース電極およびドレイン電極上に形成する絶縁膜に鬆が入りにくいことが分かる。 From the above comparison results, it can be seen that when the side surface of the recess of the semiconductor layer has a curved shape, the insulating film formed over the semiconductor layer, the source electrode, and the drain electrode is less likely to enter.

100 基板
102 ゲート電極
104 ゲート絶縁層
104a 第1のゲート絶縁膜
104b 第2のゲート絶縁膜
104c 第3のゲート絶縁膜
106 半導体層
108 ソース電極
108a 第1の導電膜
108b 第2の導電膜
108c 第3の導電膜
109 ドレイン電極
110 第1の絶縁膜
110a 第1の領域
110b 第2の領域
111 第2の絶縁膜
112 隔壁
114 配線
130 凹部
150 トランジスタ
170 トランジスタ
172 下地膜
174 ゲート絶縁層
180 トランジスタ
182 バックゲート電極
901 基板
902 画素部
903 信号線駆動回路
904 走査線駆動回路
905 シール材
906 基板
908 液晶層
910 トランジスタ
911 トランジスタ
913 液晶素子
915 接続端子電極
915a 接続端子電極
915b 接続端子電極
916 接続端子電極
917 導電膜
918a FPC
918b FPC
919 異方性導電剤
921 平坦化膜
922 ゲート絶縁膜
923 絶縁膜
924 絶縁膜
930 第1の電極
931 第2の電極
932 絶縁膜
933 絶縁膜
935 スペーサ
936 シール材
938 接続端子電極
941 第2の電極
943 液晶素子
944 絶縁膜
950 窒化シリコン膜
951 第2の電極
955 接続端子電極
960 隔壁
961 発光層
963 発光素子
964 充填材
971 ソース電極
973 ドレイン電極
975 共通電位線
977 共通電極
985 共通電位線
987 共通電極
1000 基板
1002 半導体層
1003 ソース電極
1004 ドレイン電極
1005 鬆
1006 絶縁膜
1008 領域
1100 領域
1102 領域
1103 領域
1104 領域
1105 領域
2101 筐体
2102 筐体
2103a 第1の表示部
2103b 第2の表示部
2104 選択ボタン
2105 キーボード
2120 電子書籍
2121 筐体
2122 軸部
2123 筐体
2125 表示部
2126 電源
2127 表示部
2128 操作キー
2129 スピーカー
2130 筐体
2131 ボタン
2132 マイクロフォン
2133 表示部
2134 スピーカー
2135 カメラ用レンズ
2136 外部接続端子
2141 筐体
2142 表示部
2143 操作スイッチ
2144 バッテリー
2150 テレビジョン装置
2151 筐体
2153 表示部
2155 スタンド
100 substrate 102 gate electrode 104 gate insulating layer 104a first gate insulating film 104b second gate insulating film 104c third gate insulating film 106 semiconductor layer 108 source electrode 108a first conductive film 108b second conductive film 108c second 3 conductive film 109 drain electrode 110 first insulating film 110a first region 110b second region 111 second insulating film 112 partition 114 wiring 130 recess 150 transistor 170 transistor 172 base film 174 gate insulating layer 180 transistor 182 back Gate electrode 901 Substrate 902 Pixel portion 903 Signal line driver circuit 904 Scan line driver circuit 905 Seal material 906 Substrate 908 Liquid crystal layer 910 Transistor 911 Transistor 913 Liquid crystal element 915 Connection terminal electrode 915a Connection terminal electrode 915b Connection terminal Pole 916 connecting terminal electrodes 917 conductive film 918a FPC
918b FPC
919 Anisotropic conductive agent 921 Planarizing film 922 Gate insulating film 923 Insulating film 924 Insulating film 930 First electrode 931 Second electrode 932 Insulating film 933 Insulating film 935 Spacer 936 Sealing material 938 Connection terminal electrode 941 Second electrode 943 Liquid crystal element 944 Insulating film 950 Silicon nitride film 951 Second electrode 955 Connection terminal electrode 960 Partition wall 961 Light emitting layer 963 Light emitting element 964 Filler 971 Source electrode 973 Drain electrode 975 Common potential line 977 Common electrode 985 Common potential line 987 Common electrode 1000 Substrate 1002 Semiconductor layer 1003 Source electrode 1004 Drain electrode 1005 V 1006 Insulating film 1008 Region 1100 Region 1102 Region 1103 Region 1104 Region 1105 Region 2101 Case 2102 Case 2103a First display portion 2103b Second Display unit 2104 Selection button 2105 Keyboard 2120 Electronic book 2121 Housing 2122 Shaft 2123 Housing 2125 Display unit 2126 Power source 2127 Display unit 2128 Operation key 2129 Speaker 2130 Housing 2131 Button 2132 Microphone 2133 Display unit 2134 Speaker 2135 Camera lens 2136 External Connection terminal 2141 Case 2142 Display unit 2143 Operation switch 2144 Battery 2150 Television device 2151 Case 2153 Display unit 2155 Stand

Claims (10)

絶縁表面上のゲート電極と、
前記ゲート電極と接するゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層と接する半導体層と、
前記半導体層と接するソース電極およびドレイン電極と、
前記半導体層、ソース電極、およびドレイン電極上と接する絶縁膜と、
を有し、
前記半導体層は、前記ソース電極または前記ドレイン電極と重ならない部位の膜厚が前記ソース電極または前記ドレイン電極と重なる部位の膜厚より薄い凹部を有し、
前記凹部の底面から側面への立ち上がり部が湾曲形状を備え、
前記ソース電極または前記ドレイン電極の側面と前記凹部の側面との間には段差がない構造とすることを特徴とする半導体装置。
A gate electrode on an insulating surface;
A gate insulating layer in contact with the gate electrode;
A semiconductor layer in contact with the gate insulating layer;
A source electrode and a drain electrode in contact with the semiconductor layer;
An insulating film in contact with the semiconductor layer, the source electrode, and the drain electrode;
Have
The semiconductor layer has a recess where the thickness of the portion that does not overlap the source electrode or the drain electrode is smaller than the thickness of the portion that overlaps the source electrode or the drain electrode,
The rising portion from the bottom surface to the side surface of the concave portion has a curved shape,
A semiconductor device characterized in that there is no step between a side surface of the source or drain electrode and a side surface of the recess.
前記半導体層表面に対して前記ソース電極側面または前記ドレイン電極側面のなす角度が30°以上80°以下である請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein an angle formed by the side surface of the source electrode or the side surface of the drain electrode with respect to the surface of the semiconductor layer is 30 ° or more and 80 ° or less. 前記ソース電極および前記ドレイン電極は複数の導電膜からなる積層構造であり、前記導電膜の第1の層の側面と前記導電膜の第2の層の側面との間には段差がない構造とすることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The source electrode and the drain electrode have a stacked structure composed of a plurality of conductive films, and there is no step between the side surface of the first layer of the conductive film and the side surface of the second layer of the conductive film. The semiconductor device according to claim 1, wherein: 前記半導体層表面に対して前記導電膜側面のなす角度が30°以上80°以下である請求項3に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 3, wherein an angle formed by a side surface of the conductive film with respect to the surface of the semiconductor layer is 30 ° or more and 80 ° or less. 前記半導体層が、In、Ga、Sn、及びZnから選ばれた一種以上の元素を含む金属酸化物膜である請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の半導体装置。 5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor layer is a metal oxide film containing one or more elements selected from In, Ga, Sn, and Zn. 前記絶縁膜は、加熱処理により1×1019[原子/cm]以上の酸素放出が可能な膜を含んで構成される請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the insulating film includes a film capable of releasing oxygen of 1 × 10 19 [atoms / cm 3 ] or more by heat treatment. 絶縁表面上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極と接する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半導体層を形成する工程と、
前記半導体層上に導電膜を形成する工程と、
前記導電膜および前記半導体層に対して選択的に除去処理を行うことで、前記半導体層上にソース電極およびドレイン電極を形成すると共に、前記半導体層に対して底面から側面への立ち上がり部が湾曲形状を有する凹部を形成する工程と、
前記半導体層の前記凹部ならびに前記ソース電極および前記ドレイン電極を覆う絶縁膜を形成する工程と、
を有し、
前記ソース電極または前記ドレイン電極の側面と前記凹部の側面との間には段差がない構造とすることを特徴とする半導体装置の作製方法。
Forming a gate electrode on the insulating surface;
Forming a gate insulating layer in contact with the gate electrode;
Forming a semiconductor layer in contact with the gate insulating layer;
Forming a conductive film on the semiconductor layer;
By selectively removing the conductive film and the semiconductor layer, a source electrode and a drain electrode are formed on the semiconductor layer, and a rising portion from the bottom surface to the side surface of the semiconductor layer is curved. Forming a recess having a shape;
Forming an insulating film covering the concave portion of the semiconductor layer and the source electrode and the drain electrode;
Have
A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that there is no step between a side surface of the source or drain electrode and a side surface of the recess.
前記除去処理により前記半導体層が1分間あたりに除去される膜厚が、前記半導体層の膜厚の1/10以上1/3以下とする請求項7に記載の半導体装置の作製方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein a film thickness at which the semiconductor layer is removed per minute by the removal treatment is 1/10 or more and 1/3 or less of a film thickness of the semiconductor layer. 前記半導体層として、In、Ga、Sn、及びZnから選ばれた一種以上の元素を含む金属酸化物膜を形成する請求項7または請求項8に記載の半導体装置の作製方法。 9. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein a metal oxide film containing one or more elements selected from In, Ga, Sn, and Zn is formed as the semiconductor layer. 前記絶縁膜として、加熱処理により1×1019[原子/cm]以上の酸素放出が可能な膜を用いる請求項7乃至請求項9のいずれか一項に記載の半導体装置の作製方法。 10. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein a film capable of releasing oxygen of 1 × 10 19 [atoms / cm 3 ] or more by heat treatment is used as the insulating film.
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