JP2014175446A - 金属酸化物膜、及び半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】In、Ga、Znを含み、断面観察像において、In原子が周期的に配列する第1の層と、Ga原子またはZn原子が周期的に配列する第2の層と、が複数観察され、一対の第1の層の間に、第2の層をn(nは自然数)層有する第1の領域と、他の一対の第1の層の間に、第2の層をm(mはn以外の自然数)層有する第2の領域と、を有する金属酸化物膜とする。
【選択図】図1
Description
本実施の形態では、本発明の一態様の金属酸化物膜について、図面を参照して説明する。
本発明の一態様の金属酸化物膜は、2以上の異なる金属元素を含む金属酸化物を有する。また、当該金属酸化物として、その結晶構造が層状構造を取りうる酸化物であり、且つ、異なる周期構造が組成の違いにより発現しうる酸化物を用いることができる。
本実施の形態の金属酸化物膜の形成方法について以下に説明する。
本実施の形態では、本発明の一態様の金属酸化物膜であって、半導体特性を示す金属酸化物膜(酸化物半導体膜)を適用した半導体装置について、図面を参照して説明する。ここでは、半導体装置の一例として、トランジスタの構成例について説明する。
図5(A)に、以下で例示するトランジスタ100の断面概略図を示す。本構成例で例示するトランジスタ100はボトムゲート型のトランジスタである。
基板101の材質などに大きな制限はないが、少なくとも、後の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有する材料を用いる。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイヤ基板、YSZ(イットリア安定化ジルコニア)基板等を、基板101として用いてもよい。また、シリコンや炭化シリコンなどの単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合物半導体基板、SOI基板等を適用することも可能である。
ゲート電極102は、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金属、または上述した金属を成分とする合金か、上述した金属を組み合わせた合金等を用いて形成することができる。また、マンガン、ジルコニウムのいずれか一または複数から選択された金属を用いてもよい。また、ゲート電極102は、単層構造でも、二層以上の積層構造としてもよい。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、窒化タンタル膜または窒化タングステン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、チタン膜と、そのチタン膜上にアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチタン膜を形成する三層構造等がある。また、アルミニウムに、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた一または複数の金属を組み合わせた合金膜、もしくはこれらの窒化膜を用いてもよい。
絶縁層103は、ゲート絶縁膜として機能する。
一対の電極105a及び105bは、トランジスタのソース電極またはドレイン電極として機能する。
絶縁層106は、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜を用いることが好ましい。化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜は、加熱により一部の酸素が脱離する。化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜は、昇温脱離ガス分光法(TDS:Thermal Desorption Spectroscopy)分析にて、酸素原子に換算しての酸素の脱離量が1.0×1018atoms/cm3以上、好ましくは3.0×1020atoms/cm3以上である酸化物絶縁膜である。
続いて、図5(A)に例示するトランジスタ100の作製方法の一例について説明する。
ゲート電極102の形成方法を以下に示す。はじめに、スパッタリング法、CVD法、蒸着法等により導電膜を形成し、導電膜上に第1のフォトマスクを用いてフォトリソグラフィ工程によりレジストマスクを形成する。次に、該レジストマスクを用いて導電膜の一部をエッチングして、ゲート電極102を形成する。その後、レジストマスクを除去する。
絶縁層103は、スパッタリング法、CVD法、蒸着法等で形成する。
次に、図6(B)に示すように、絶縁層103上に酸化物半導体層104を形成する。
次に、図6(C)に示すように、一対の電極105a、105bを形成する。
次に、図6(D)に示すように、酸化物半導体層104及び一対の電極105a、105b上に、絶縁層106を形成し、続いて絶縁層106上に絶縁層107を形成する。
以下では、トランジスタ100と一部が異なるトランジスタの構成例について説明する。
図5(B)に、以下で例示するトランジスタ110の断面概略図を示す。トランジスタ110は、酸化物半導体層の構成が異なる点で、トランジスタ100と相違している。
図5(C)に、以下で例示するトランジスタ120の断面概略図を示す。トランジスタ120は、酸化物半導体層の構成が異なる点で、トランジスタ100及びトランジスタ110と相違している。
以下では、本発明の一態様の酸化物半導体膜を適用可能な、トップゲート型のトランジスタの構成例について説明する。
図7(A)に以下で例示するトップゲート型のトランジスタ150の断面概略図を示す。
以下では、トランジスタ150とは一部が異なるトランジスタの構成例について説明する。
以下では、トランジスタ150及びトランジスタ160とは一部が異なるトランジスタの構成例について説明する。
本実施の形態では、本発明の一態様の表示パネルの構成例について説明する。
図8(A)は、本発明の一態様の表示パネルの上面図であり、図8(B)は、本発明の一態様の表示パネルの画素に液晶素子を適用する場合に用いることができる画素回路を説明するための回路図である。また、図8(C)は、本発明の一態様の表示パネルの画素に有機EL素子を適用する場合に用いることができる画素回路を説明するための回路図である。
また、画素の回路構成の一例を図8(B)に示す。ここでは、VA型液晶表示パネルの画素に適用することができる画素回路を示す。
画素の回路構成の他の一例を図8(C)に示す。ここでは、有機EL素子を用いた表示パネルの画素構造を示す。
本実施の形態では、本発明の一態様の金属酸化物膜を用いた半導体装置及び電子機器の構成例について説明する。
101 基板
102 ゲート電極
103 絶縁層
104 酸化物半導体層
105a 電極
105b 電極
106 絶縁層
107 絶縁層
110 トランジスタ
114 酸化物半導体層
114a 酸化物半導体層
114b 酸化物半導体層
120 トランジスタ
124 酸化物半導体層
124a 酸化物半導体層
124b 酸化物半導体層
124c 酸化物半導体層
150 トランジスタ
151 絶縁層
152 絶縁層
153 絶縁層
160 トランジスタ
164 酸化物半導体層
164a 酸化物半導体層
164b 酸化物半導体層
164c 酸化物半導体層
170 トランジスタ
500 基板
501 画素部
502 走査線駆動回路
503 走査線駆動回路
504 信号線駆動回路
510 容量配線
512 ゲート配線
513 ゲート配線
514 ドレイン電極層
516 トランジスタ
517 トランジスタ
518 液晶素子
519 液晶素子
520 画素
521 スイッチング用トランジスタ
522 駆動用トランジスタ
523 容量素子
524 発光素子
525 信号線
526 走査線
527 電源線
528 共通電極
901 RF回路
902 アナログベースバンド回路
903 デジタルベースバンド回路
904 バッテリー
905 電源回路
906 アプリケーションプロセッサ
907 CPU
908 DSP
910 フラッシュメモリ
911 ディスプレイコントローラ
912 メモリ回路
913 ディスプレイ
914 表示部
915 ソースドライバ
916 ゲートドライバ
917 音声回路
918 キーボード
919 タッチセンサ
1001 本体
1002 筐体
1003a 表示部
1003b 表示部
1004 キーボードボタン
1021 本体
1022 固定部
1023 表示部
1024 操作ボタン
1025 外部メモリスロット
1030 筐体
1031 筐体
1032 表示パネル
1033 スピーカー
1034 マイクロフォン
1035 操作キー
1036 ポインティングデバイス
1037 カメラ用レンズ
1038 外部接続端子
1040 太陽電池セル
1041 外部メモリスロット
1050 テレビジョン装置
1051 筐体
1052 記憶媒体再生録画部
1053 表示部
1054 外部接続端子
1055 スタンド
1056 外部メモリ
Claims (6)
- In、Ga、Znを含み、
断面観察像において、In原子が周期的に配列する第1の層と、Ga原子またはZn原子が周期的に配列する第2の層と、が複数観察され、
一対の前記第1の層の間に、前記第2の層をn(nは自然数)層有する第1の領域と、
他の一対の前記第1の層の間に、前記第2の層をm(mはn以外の自然数)層有する第2の領域と、を有する、
金属酸化物膜。 - 前記第1の領域と前記第2の領域とが、前記第1の層に平行な面に対して垂直方向に隣接し、
前記第1の領域と前記第2の領域との境界において、1つの前記第1の層を共有する、
請求項1に記載の、金属酸化物膜。 - 前記第1の領域と前記第2の領域とは、前記第1の層に平行な面に対して平行な方向に隣接し、
前記第1の領域と前記第2の領域との境界において、1つの前記第1の層が連続する、
請求項1に記載の、金属酸化物膜。 - 前記第1の領域または前記第2の領域において、
前記第1の層は被形成面に対して平行である、
請求項1乃至請求項3のいずれか一に記載の、金属酸化物膜。 - 前記第1の領域と、前記第2の領域との間に粒界が観測されない。
請求項1乃至請求項4のいずれか一に記載の、金属酸化物膜。 - 請求項1乃至請求項5のいずれか一に記載の金属酸化物膜と、
ゲート電極と、
前記金属酸化物膜と前記ゲート電極との間にゲート絶縁層と、
前記金属酸化物膜と電気的に接続するソース電極及びドレイン電極と、を有し、
前記金属酸化物膜中にチャネルが形成される、
半導体装置。
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