JP2015046631A - 半導体装置の作製方法 - Google Patents
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Abstract
正のしきい値電圧でチャネルが形成される構造の作製方法を提供することを課題の一つと
する。
【解決手段】第1の熱処理によって脱水化または脱水素化させた酸化物半導体層を有する
、薄膜トランジスタを覆うように保護絶縁層を形成し、第1の熱処理より低い温度で、昇
温と降温を複数回繰り返す第2の熱処理を行うことによって、チャネル長に依存せず、酸
化物半導体層を有する薄膜トランジスタのゲート電圧が0Vにできるだけ近い正のしきい
値電圧でチャネルが形成される薄膜トランジスタを作製することができる。
【選択図】図1
Description
全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。
て薄膜トランジスタ(TFT)を構成する技術が注目されている。薄膜トランジスタはI
Cや電気光学装置のような電子デバイスに広く応用され、特に画像表示装置のスイッチン
グ素子として開発が急がれている。金属酸化物は多様に存在しさまざまな用途に用いられ
ている。酸化インジウムはよく知られた材料であり、液晶ディスプレイなどで必要とされ
る透明電極材料として用いられている。
、例えば、酸化タングステン、酸化錫、酸化インジウム、酸化亜鉛などがあり、このよう
な半導体特性を示す金属酸化物をチャネル形成領域とする薄膜トランジスタが既に知られ
ている(特許文献1及び特許文献2)。
特性が重要であり、この電気特性が表示装置の性能を左右する。特に、薄膜トランジスタ
の電気特性のうち、しきい値電圧(Vth)が重要である。電界効果移動度が高くともし
きい値電圧値が高い、或いはしきい値電圧値がマイナスであると、回路として制御するこ
とが困難である。しきい値電圧値が高く、しきい値電圧の絶対値が大きい薄膜トランジス
タの場合には、駆動電圧が低い状態ではTFTとしてのスイッチング機能を果たすことが
できず、負荷となる恐れがある。また、しきい値電圧値がマイナスであると、ゲート電圧
が0Vでもソース電極とドレイン電極の間に電流が流れる、所謂ノーマリーオンとなりや
すい。
ネルが形成されて、ドレイン電流が流れ出すトランジスタが望ましい。駆動電圧を高くし
ないとチャネルが形成されないトランジスタや、負の電圧状態でもチャネルが形成されて
ドレイン電流が流れるトランジスタは、回路に用いる薄膜トランジスタとしては不向きで
ある。
い値電圧でチャネルが形成される構造の作製方法を提供することを課題の一つとする。
ャネル長を短くすることが挙げられる。しかし、特にチャネル長の短い薄膜トランジスタ
では、しきい値電圧がマイナスにシフトしやすいといった所謂短チャネル効果の問題があ
る。
とも課題の一つとする。特に、液晶表示装置においては、個々の素子間でのバラツキが大
きい場合、そのしきい値電圧のバラツキに起因する表示むらが発生する恐れがある。
た酸化物半導体層を有する、薄膜トランジスタを覆うように保護絶縁層を形成し、第1の
熱処理より低い温度で、昇温と降温を複数回繰り返す第2の熱処理を行うことを特徴とす
る半導体装置の作製方法である。
化させた酸化物半導体層を有する、薄膜トランジスタを覆うように保護絶縁層を形成し、
第1の熱処理より低い温度で、且つ第1の熱処理より長時間連続で第2の熱処理を行うこ
とを特徴とする半導体装置の作製方法である。
し、ゲート電極層上にゲート絶縁層を形成し、ゲート絶縁層上に酸化物半導体層を形成し
、酸化物半導体層を形成した後、第1の熱処理を行い、酸化物半導体層上に、ソース電極
層及びドレイン電極層を形成し、ゲート絶縁層、酸化物半導体層、ソース電極層及びドレ
イン電極層上に酸化物半導体層の一部と接する保護絶縁層を形成し、保護絶縁層を形成し
た後、昇温と降温を複数回繰り返す第2の熱処理を行い、第2の熱処理は、第1の熱処理
より低い温度で行うことを特徴とする半導体装置の作製方法である。
の熱処理は、窒素雰囲気または希ガス雰囲気下で行うことが好ましい。また、第1の熱処
理は、350℃以上750℃以下の温度で行うことが好ましい。また、第2の熱処理は、
大気雰囲気、酸素雰囲気、窒素雰囲気または希ガス雰囲気下で行うことが好ましい。また
、第2の熱処理は、100℃以上300℃以下の温度に昇温して行うことが好ましい。ま
た、第2の熱処理は、昇温後室温まで降温することが好ましい。また、第2の熱処理は、
昇温と降温との間に高温維持過程を有し、降温と昇温との間に低温維持過程を有し、高温
維持過程と低温維持過程は1分以上60分以下とすることが好ましい。また、第2の熱処
理は、昇温と降温を3回乃至50回繰り返すことが好ましい。
を形成し、ゲート電極層上にゲート絶縁層を形成し、ゲート絶縁層上に酸化物半導体層を
形成し、酸化物半導体層を形成した後、第1の熱処理を行い、酸化物半導体層上に、ソー
ス電極層及びドレイン電極層を形成し、ゲート絶縁層、酸化物半導体層、ソース電極層及
びドレイン電極層上に酸化物半導体層の一部と接する保護絶縁層を形成した後、昇温後第
1の熱処理より長時間温度を保つ第2の熱処理を行い、第2の熱処理は、第1の熱処理よ
り低い温度で行うことを特徴とする半導体装置の作製方法である。
の熱処理は、窒素雰囲気または希ガス雰囲気下で行うことが好ましい。また、第1の熱処
理は、350℃以上750℃以下の温度で行うことが好ましい。また、第2の熱処理は、
大気雰囲気、酸素雰囲気、窒素雰囲気または希ガス雰囲気下で行うことが好ましい。また
、第2の熱処理は、100℃以上300℃以下の温度に昇温して行うことが好ましい。ま
た、第2の熱処理は、1時間以上50時間以下行うことが好ましい。
膜を形成し、その薄膜を酸化物半導体層として用いた薄膜トランジスタを作製する。ただ
し、mは必ずしも整数にはならない。なお、Mは、Ga、Fe、Ni、Mn及びCoから
選ばれた一の金属元素または複数の金属元素を示す。例えばMとして、Gaの場合がある
ことの他、GaとNiまたはGaとFeなど、Ga以外の上記金属元素が含まれる場合が
ある。また、上記酸化物半導体において、Mとして含まれる金属元素の他に、不純物元素
としてFe、Niその他の遷移金属元素、または該遷移金属の酸化物が含まれているもの
がある。本明細書においては、InMO3(ZnO)m(m>0)で表記される構造の酸
化物半導体層のうち、MとしてGaを含む構造の酸化物半導体をIn−Ga−Zn−O系
酸化物半導体とよび、その薄膜をIn−Ga−Zn−O系薄膜とも呼ぶ。
O系、In−Al−Zn−O系、Sn−Ga−Zn−O系、Al−Ga−Zn−O系、S
n−Al−Zn−O系、In−Zn−O系、Sn−Zn−O系、Al−Zn−O系、In
−O系、Sn−O系、Zn−O系の酸化物半導体を適用することができる。また上記酸化
物半導体層中に酸化珪素を含ませてもよい。酸化物半導体層に結晶化を阻害する酸化珪素
(SiOx(X>0))を含ませることで、製造プロセス中において酸化物半導体層の形
成後に加熱処理した場合に、結晶化してしまうのを抑制することができる。なお、酸化物
半導体層は非晶質な状態であることが好ましく、一部結晶化していてもよい。
な状態から微結晶膜または多結晶膜となる場合もある。微結晶膜または多結晶膜となる場
合であっても、TFTとしてスイッチング特性を得ることができる。
示すものではない。また、本明細書において発明を特定するための事項として固有の名称
を示すものではない。
ジスタを覆うように保護絶縁層を形成し、第1の熱処理より低い温度で、昇温と降温を複
数回繰り返す第2の熱処理を行うことによって、チャネル長に依存せず、酸化物半導体層
を有する薄膜トランジスタのゲート電圧が0Vにできるだけ近い正のしきい値電圧でチャ
ネルが形成される薄膜トランジスタを作製することができる。
以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれ
ば容易に理解される。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈さ
れるものではない。
本実施の形態では、図1(E)に示す薄膜トランジスタ461の作製方法の一形態につい
て、薄膜トランジスタ作製工程の断面図である図1(A)乃至図1(E)を用いて説明す
る。ここで、図1(E)に示す薄膜トランジスタ461は、チャネルエッチ型と呼ばれる
ボトムゲート構造の一つである。
ラフィ工程によりゲート電極層401を設ける。なお、レジストマスクをインクジェット
法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使
用しないため、製造コストを低減できる。
を用いると良い。また、基板400としてガラス基板を用いる場合には、例えば、アルミ
ノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスなどのガラ
ス材料が用いられている。なお、ホウ酸と比較して酸化バリウム(BaO)を多く含ませ
ることで、より実用的な耐熱ガラスが得られる。このため、B2O3よりBaOを多く含
むガラス基板を用いることが好ましい。
イア基板などの絶縁体でなる基板を用いても良い。他にも、結晶化ガラスなどを用いるこ
とができる。
膜は、基板400からの不純物元素の拡散を防止する機能があり、窒化珪素膜、酸化珪素
膜、窒化酸化珪素膜、または酸化窒化珪素膜から選ばれた一または複数の膜による積層構
造により形成することができる。
ては、Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、Wから選ばれた元素、または上述した元素
を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金等を用いるのが好ましい。例えば
、チタン層上にアルミニウム層と、該アルミニウム層上にチタン層が積層された三層の積
層構造、またはモリブデン層上にアルミニウム層と、該アルミニウム層上にモリブデン層
を積層した三層の積層構造とすることが好ましい。勿論、金属導電膜として単層、または
2層構造、または4層以上の積層構造としてもよい。
層、窒化珪素層、酸化窒化珪素層または窒化酸化珪素層を単層でまたは積層して形成する
ことができる。例えば、成膜ガスとして、SiH4、酸素及び窒素を用いてプラズマCV
D法により酸化窒化珪素層を形成すればよい。ゲート絶縁層402の膜厚は、100nm
以上500nm以下とし、積層の場合は、例えば、膜厚50nm以上200nm以下の第
1のゲート絶縁層と、第1のゲート絶縁層上に膜厚5nm以上300nm以下の第2のゲ
ート絶縁層の積層とする。
絶縁層402を形成する。
アルゴン等)下において加熱処理(400℃以上基板の歪み点未満)を行い、層内に含ま
れる水素及び水などの不純物を除去したゲート絶縁層402としてもよい。
以上50nm以下の酸化物半導体膜を形成する。酸化物半導体膜の形成後に脱水化または
脱水素化のための加熱処理を行っても酸化物半導体膜を非晶質な状態とするため、膜厚を
50nm以下と薄くすることが好ましい。酸化物半導体膜の膜厚を薄くすることで酸化物
半導体層の形成後に加熱処理した場合に、酸化物半導体層が結晶化してしまうのを抑制す
ることができる。
プラズマを発生させる逆スパッタを行い、ゲート絶縁層402の表面に付着しているゴミ
を除去することが好ましい。逆スパッタとは、ターゲット側に電圧を印加せずに、アルゴ
ン雰囲気下で基板側にRF電源を用いて電圧を印加して基板近傍にプラズマを形成して表
面を改質する方法である。なお、アルゴン雰囲気に代えて窒素、ヘリウムなどを用いても
よい。
n−O系、Sn−Ga−Zn−O系、Al−Ga−Zn−O系、Sn−Al−Zn−O系
、In−Zn−O系、Sn−Zn−O系、Al−Zn−O系、In−O系、Sn−O系、
Zn−O系の酸化物半導体膜を用いる。本実施の形態では、In−Ga−Zn−O系酸化
物半導体成膜用ターゲットを用いてスパッタ法により成膜する。また、酸化物半導体膜1
30は、希ガス(代表的にはアルゴン)雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガス(代表的に
はアルゴン)及び酸素雰囲気下においてスパッタ法により形成することができる。また、
スパッタ法を用いる場合、SiO2を2重量%以上10重量%以下含むターゲットを用い
て成膜を行い、酸化物半導体膜に結晶化を阻害するSiOx(X>0)を含ませ、後の工
程で行う脱水化または脱水素化のための加熱処理の際に結晶化してしまうのを抑制するこ
とが好ましい。
が好ましい。これにより、形成された酸化物半導体膜中の不純物濃度を低減することがで
き、電気特性または信頼性の高い薄膜トランジスタを得ることができる。本実施の形態で
は、酸化物半導体の相対密度が97%の酸化物半導体ターゲットを用いる。
3:ZnO=1:1:1[mol%]、In:Ga:Zn=1:1:0.5[at%])
を用いて、基板とターゲットの間との距離を100mm、圧力0.2Pa、直流(DC)
電源0.5kW、アルゴン及び酸素(アルゴン:酸素=30sccm:20sccm 酸
素流量比率40%)雰囲気下で成膜する。なお、パルス直流(DC)電源を用いると、成
膜時に発生する粉状物質(パーティクル、ゴミともいう)が軽減でき、膜厚分布も均一と
なるために好ましい。In−Ga−Zn−O系薄膜の膜厚は、5nm〜200nmとする
。本実施の形態では、酸化物半導体膜として、In−Ga−Zn−O系酸化物半導体成膜
用ターゲットを用いてスパッタ法により膜厚20nmのIn−Ga−Zn−O系薄膜を成
膜する。
DCスパッタ法、さらにパルス的にバイアスを与えるパルスDCスパッタ法がある。RF
スパッタ法は主に絶縁膜を成膜する場合に用いられ、DCスパッタ法は主に金属膜を成膜
する場合に用いられる。
装置は、同一チャンバーで異なる材料膜を積層成膜することも、同一チャンバーで複数種
類の材料を同時に放電させて成膜することもできる。
や、グロー放電を使わずマイクロ波を用いて発生させたプラズマを用いるECRスパッタ
法を用いるスパッタ装置がある。
とを化学反応させてそれらの化合物薄膜を形成するリアクティブスパッタ法や、成膜中に
基板にも電圧をかけるバイアススパッタ法もある。
成してもよい。大気に触れさせることなく成膜することで、界面が、水やハイドロカーボ
ンなどの、大気成分や大気中に浮遊する不純物元素に汚染されることなく各積層界面を形
成することができるので、薄膜トランジスタ特性のばらつきを低減することができる。
加工する(図1(A)参照。)。また、島状の酸化物半導体層432を形成するためのレ
ジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法
で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
脱水化または脱水素化を行う第1の熱処理の温度は、350℃以上750℃以下、好まし
くは425℃以上とする。なお、425℃以上であれば熱処理時間は1時間以下でよいが
、425℃未満であれば加熱処理時間は、1時間よりも長時間行うこととする。ここでは
、加熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化物半導体層に対して窒素雰囲気
下において加熱処理を行った後、大気に触れることなく、酸化物半導体層への水や水素の
再混入を防ぎ、酸化物半導体層432を得る。本実施の形態では、酸化物半導体層432
の脱水化または脱水素化を行う加熱温度Tから、再び水が入らないような十分な温度まで
同じ炉を用い、具体的には加熱温度Tよりも100℃以上下がるまで窒素雰囲気下で徐冷
する。また、窒素雰囲気に限定されず、希ガス雰囲気(ヘリウム、ネオン、アルゴン等)
下等において脱水化または脱水素化を行う。
、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、加熱処理装置に導入する窒素、ま
たはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの純度を、6N(99.9999%)以上、
好ましくは7N(99.99999%)以上、(即ち不純物濃度を1ppm以下、好まし
くは0.1ppm以下)とすることが好ましい。
処理は、加熱処理装置は電気炉に限られず、抵抗発熱体などの発熱体からの熱伝導または
熱輻射によって、被処理物を加熱する装置を備えていてもよい。例えば、GRTA(Ga
s Rapid Thermal Anneal)装置、LRTA(Lamp Rapi
d Thermal Anneal)装置等のRTA(Rapid Thermal A
nneal)装置を用いることができる。LRTA装置は、ハロゲンランプ、メタルハラ
イドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高
圧水銀ランプなどのランプから発する光(電磁波)の輻射により、被処理物を加熱する装
置である。GRTA装置は、高温のガスを用いて加熱処理を行う装置である。気体には、
アルゴンなどの希ガス、または窒素のような、加熱処理によって被処理物と反応しない不
活性気体が用いられる。
結晶化し、微結晶膜または多結晶膜となる場合もある。ここで、酸化物半導体層は、結晶
化率が80%以上または90%以上の微結晶膜となることがある。また、酸化物半導体層
の材料によっては、結晶を有さない酸化物半導体層となることもある。
化物半導体膜に行うこともできる。その場合には、第1の熱処理後に、加熱装置から基板
を取り出し、フォトリソグラフィ工程を行う。
電極層を形成するための導電膜を成膜する。
と同様に、金属導電膜を用いることができる。金属導電膜の材料としては、Al、Cr、
Cu、Ta、Ti、Mo、Wから選ばれた元素、または上述した元素を成分とする合金か
、上述した元素を組み合わせた合金等を用いるのが好ましい。例えば、チタン層上にアル
ミニウム層と、該アルミニウム層上にチタン層が積層された三層の積層構造、またはモリ
ブデン層上にアルミニウム層と、該アルミニウム層上にモリブデン層を積層した三層の積
層構造とすることが好ましい。勿論、金属導電膜として単層、または2層構造、または4
層以上の積層構造としてもよい。
を形成するための導電膜から、ソース電極層またはドレイン電極層405a、405bを
形成する(図1(B)参照。)。また、このとき酸化物半導体層432も一部がエッチン
グされ、溝部(凹部)を有する酸化物半導体層432となる。なお、薄膜トランジスタの
チャネル長の長さは、ソース電極層405aとドレイン電極層405bとの距離で定義さ
れる。
マスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成
するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
電極層405bを覆い、酸化物半導体層432の一部と接する保護絶縁層407を成膜す
る(図1(C)参照。)。保護絶縁層407は、少なくとも1nm以上の膜厚とし、スパ
ッタリング法など、保護絶縁層407に水、水素等の不純物を混入させない方法を適宜用
いて形成することができる。ここでは、保護絶縁層407は、スパッタリング法を用いて
形成する。酸化物半導体層432の一部と接して形成される保護絶縁層407は、水分や
、水素イオンや、OH−などの不純物を含まず、これらが外部から侵入することをブロッ
クする無機絶縁膜を用い、酸化珪素膜を用いるのが好ましく、窒化酸化珪素膜、窒化珪素
膜、酸化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜又は窒化アルミニウム膜、を用いても
よい。
窒化アルミニウム膜の上に窒化珪素膜又は窒化アルミニウム膜を積層する構造としてもよ
い。特に窒化珪素膜は水分や、水素イオンや、OH−などの不純物を含まず、これらが外
部から侵入することをブロックしやすいので好ましい。
ンジスタがノーマリーオンとなる恐れがある。また、酸化物半導体層に水や水素が混入す
ると、薄膜トランジスタの信頼性が低減する恐れがある。よって、保護絶縁層407によ
り、酸化物半導体層432に水や水素等の不純物を混入させないようにするのは重要であ
る。
物半導体層中の酸素を引き抜き、酸化物半導体層がn型化し、薄膜トランジスタがノーマ
リーオンとなる恐れがある。また、保護絶縁層407に水や水素が混入すると、薄膜トラ
ンジスタの信頼性が低減する恐れがある。よって、保護絶縁層407に水や水素等の不純
物を混入させないようにするのは重要である。
膜時の基板温度は、室温以上300℃以下とすればよく、本実施の形態では100℃とす
る。酸化珪素膜のスパッタリング法による成膜は、希ガス(代表的にはアルゴン)雰囲気
下、酸素雰囲気下、または希ガス(代表的にはアルゴン)及び酸素混合雰囲気下において
行うことができる。また、ターゲットとして酸化珪素ターゲットまたは珪素ターゲットを
用いることができる。例えば、珪素ターゲットを用いて、酸素、及び窒素雰囲気下でスパ
ッタリング法により酸化珪素を形成することができる。
物半導体層432に大気雰囲気下、酸素雰囲気下、窒素雰囲気下又は希ガス雰囲気(ヘリ
ウム、ネオン、アルゴン等)下において昇温と降温を複数回繰り返す第2の熱処理を行っ
て、酸化物半導体層403を形成する。(図1(D)および図1(E)参照。)。ここで
、第2の熱処理は、第1の熱処理より低い温度で行う。本実施の形態では、加熱処理装置
の一つである電気炉に基板を導入し、酸化物半導体層に対して酸素雰囲気下において第2
の熱処理を行う。
ルを複数回繰り返す。図2に第2の熱処理工程を、縦軸に温度、横軸に時間をとったグラ
フで示す。図2に示すように、第2の熱処理のサイクルは、時間t1で温度T1から温度
T2まで昇温する昇温過程と、時間t2の間温度T2を維持する高温維持過程と、時間t
3で温度T2から温度T1まで冷却する降温過程と、時間t4の間温度T1を維持する低
温維持過程と、からなる。1回目のサイクルが終わると、同様に2回目のサイクルを開始
し、N回目までサイクルを繰り返して第2の熱処理は終了する。
以下とするのが好ましく、より好ましくは、125℃以上250℃以下とする。また、第
2の熱処理のサイクルは、3回乃至50回とするのが好ましい。また、時間t1、時間t
2、時間t3及び時間t4は、1分乃至60分程度とするのが好ましい。もちろん時間t
1、時間t2、時間t3及び時間t4は、適宜それぞれ異なる時間にすればよい。また、
時間t1、時間t2、時間t3及び時間t4のいずれかを同じ時間としてもよい。ただし
、時間t1、時間t2、時間t3及び時間t4は、必ずしも1分乃至60分程度とする必
要はない。例えば、時間t2及び時間t4を1分未満とし、図2に示す第2の熱処理工程
のグラフの概形が昇温と降温を頻繁に繰り返すような形状としてもよい。
ル1回ごとに温度T1、温度T2、時間t1〜時間t4が異なるようにしても良い。
気体を送風して基板の降温を行うことにより、自然冷却よりも基板の降温を急峻にするこ
とができる。
複数形成された薄膜トランジスタのしきい値電圧にバラツキが生じることの原因として、
ゲート絶縁層402と酸化物半導体層432の界面及び、酸化物半導体層432と保護絶
縁層407の界面に形成されるダングリングボンドや、第1の熱処理の脱水化または脱水
素化によって酸化物半導体層432中に空間が生じることが考えられる。
の界面及び、酸化物半導体層432と保護絶縁層407の界面に形成されるダングリング
ボンドの終端や、酸化物半導体層432中に空間の周辺に存在する原子の再配列を少しず
つ行い、当該部位の構造を安定なものとした酸化物半導体層403を形成することができ
る。
金属原子に結合しているヒドロキシル基中の水素原子が、酸化珪素膜中の珪素と結合して
いる酸素原子のダングリングボンドに引き抜かれ、金属酸化物及び、ヒドロキシル基が結
合した珪素が形成されると推測される。これにより、酸化物半導体層403中のさらなる
脱水素化が図られ、薄膜トランジスタの信頼性向上を図ることができる。
け近い正のしきい値電圧でチャネルが形成されるようにすることができる。特に、チャネ
ル長が20μm以下と短い場合においても、同様に薄膜トランジスタのゲート電圧が0V
にできるだけ近い正のしきい値電圧でチャネルが形成されるようにすることができる。ま
た、この第2の熱処理により電界効果移動度の向上を図ることもできる。
、薄膜トランジスタのしきい値電圧にバラツキが生じるのを防ぐことができる。
フト量を低減することができ、信頼性の高い薄膜トランジスタを得ることができる。なお
、本明細書中で、BTストレス試験(バイアス・温度ストレス試験)とは、薄膜トランジ
スタに高温雰囲気下で、高ゲート電圧を印加する試験のことを指す。
製することにより、各画素の薄膜トランジスタのしきい値電圧のバラツキに起因する表示
ムラを抑制することができる。
作製することにより、しきい値電圧をマイナスシフトさせることなく、チャネル長を短く
することができるので、駆動回路部の薄膜トランジスタの高速動作を実現し、省電力化を
図ることができる。
ガスに、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、加熱処理装置に導入する窒
素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの純度を、6N(99.9999%)
以上、好ましくは7N(99.99999%)以上、(即ち不純物濃度を1ppm以下、
好ましくは0.1ppm以下)とすることが好ましい。
、保護絶縁層上に、層間膜や配線層などを形成してから第2の熱処理を行ってもよい。つ
まり、保護絶縁層407を成膜した後ならば、いつ第2の熱処理を行ってもよい。例えば
、表示装置の画素部に用いる薄膜トランジスタを作製する場合には、画素電極層形成後に
第2の熱処理を行ってもよい。
理(好ましくは200℃以上400℃以下)を行ってもよい。ここで、該加熱処理は、第
1の熱処理温度より低い温度、且つ、第2の熱処理温度より高い温度とするのが好ましい
。例えば、窒素雰囲気下で250℃、1時間程度行えばよい。
られ、ゲート電極層401の上にゲート絶縁層402が設けられ、ゲート絶縁層402の
上に酸化物半導体層403が設けられ、酸化物半導体層403の上にソース電極層または
ドレイン電極層405a、405bが設けられ、ゲート絶縁層402、酸化物半導体層4
03、ソース電極層405a及びドレイン電極層405bを覆い、酸化物半導体層403
の一部と接する保護絶縁層407が設けられている、チャネルエッチ型の薄膜トランジス
タ461を形成することができる(図1(E)参照。)。
たが、必要に応じて、チャネル形成領域を複数有するマルチゲート構造の薄膜トランジス
タや、保護絶縁層407上に第2のゲート電極層を有する構造の薄膜トランジスタとする
こともできる。
て説明したが、本実施の形態の構成はこれに限られるものではない。図3(A)に示すよ
うな、ボトムゲート構造のボトムコンタクト型(逆コプラナ型とも呼ぶ)の薄膜トランジ
スタ460や、図3(B)に示すような、チャネルストップ型の薄膜トランジスタ481
等も同様の材料、方法を用いて形成することができる。
電極層451が設けられ、ゲート電極層451の上にゲート絶縁層452が設けられ、ゲ
ート絶縁層452の上にソース電極層またはドレイン電極層455a、455bが設けら
れ、ソース電極層またはドレイン電極層455a、455b及びゲート絶縁層452の上
に酸化物半導体層453が設けられ、ゲート絶縁層452、酸化物半導体層453、ソー
ス電極層455a及びドレイン電極層455bを覆い、酸化物半導体層453の一部と接
する保護絶縁層457が設けられている。
、ソース電極層またはドレイン電極層455a、455b、酸化物半導体層453及び保
護絶縁層457は、図1に示す薄膜トランジスタ461の基板400、ゲート電極層40
1、ゲート絶縁層402、ソース電極層またはドレイン電極層405a、405b、酸化
物半導体層403及び保護絶縁層407と対応しており、同様の材料、方法を用いて作製
することができる。
極層471が設けられ、ゲート電極層471の上にゲート絶縁層472が設けられ、ゲー
ト絶縁層472の上に酸化物半導体層473が設けられ、酸化物半導体層473の上にチ
ャネル保護層480が設けられ、酸化物半導体層473及びチャネル保護層480の上に
ソース電極層またはドレイン電極層475a、475bが設けられ、ゲート絶縁層472
、酸化物半導体層473、チャネル保護層480、ソース電極層475a及びドレイン電
極層475bを覆い、チャネル保護層480の一部と接する保護絶縁層477が設けられ
ている。
た後、エッチングにより形状を加工する。例えば、酸化物半導体層473上にスパッタ法
により酸化珪素膜を形成し、フォトリソグラフィによるマスクを用いてエッチング加工す
ることにより、チャネル保護層480を形成する。また、チャネル保護層480は、酸化
物半導体層473の形成後大気に触れることなく、連続的に形成することもできる。これ
により、水やハイドロカーボンなどの、大気成分や大気中に浮遊する不純物元素に汚染さ
れることなく積層界面を形成することができる。
、ソース電極層またはドレイン電極層475a、475b、酸化物半導体層473及び保
護絶縁層477は、薄膜トランジスタ461の基板400、ゲート電極層401、ゲート
絶縁層402、ソース電極層またはドレイン電極層405a、405b、酸化物半導体層
403及び保護絶縁層407と対応しており、同様の材料、方法を用いて作製することが
できる。
る、薄膜トランジスタを覆うように保護絶縁層を形成し、第1の熱処理より低い温度で、
昇温と降温を複数回繰り返す第2の熱処理を行うことによって、チャネル長に殆ど依存せ
ず、酸化物半導体層を有する薄膜トランジスタのゲート電圧が0Vにできるだけ近い正の
しきい値電圧でチャネルが形成される薄膜トランジスタを作製することができる。
である。
本実施の形態では、実施の形態1とは異なる方法で第2の熱処理を行う。実施の形態1で
は、第2の熱処理として、第1の熱処理より低い温度で、昇温と降温を複数回繰り返して
熱処理を行ったが、本実施の形態では、第2の熱処理として、第1の熱処理より低い温度
に保ったまま、第1の熱処理より長時間連続して熱処理を行う。
C)参照。)。
層432に大気雰囲気下、酸素雰囲気下、窒素雰囲気下又は希ガス(ヘリウム、ネオン、
アルゴン等)雰囲気下において第1の熱処理より低い温度に保ったまま、第1の熱処理よ
り長時間連続して第2の熱処理を行って、酸化物半導体層403を形成する。(図1(D
)および図1(E)参照。)。本実施の形態では、加熱処理装置の一つである電気炉に基
板を導入し、酸化物半導体層に対して酸素雰囲気下において第2の熱処理を行う。
程の4工程からなるが、各工程を一度ずつしか行わない。つまり、一度昇温すると降温過
程を経て第2の熱処理が終わるまで、温度T2のままで高温維持過程を続けることになる
。図36に第2の熱処理工程を、縦軸に温度、横軸に時間をとったグラフで示す。図36
に示すように、第2の熱処理工程は、時間t1で温度T1から温度T2まで昇温する昇温
過程と、時間t2の間温度T2を維持する高温維持過程と、時間t3で温度T2から温度
T1まで冷却する降温過程と、時間t4の間温度T1を維持する低温維持過程と、からな
る。なお、低温維持過程については必ずしも行う必要はない。
以下とするのが好ましく、より好ましくは、125℃以上250℃以下とする。また、時
間t1、時間t3及び時間t4は、1分乃至60分程度とするのが好ましい。時間t2は
、1時間以上50時間以下とするのが好ましい。時間t1、時間t2、時間t3及び時間
t4は、適宜それぞれ異なる時間としてもよいが、t2>t1+t3+t4となるように
する。
気体を送風して基板の降温を行うことにより、自然冷却よりも基板の降温を急峻にするこ
とができる。
に記載した昇温と降温を繰り返す第2の熱処理と同様に、ゲート絶縁層402と酸化物半
導体層432の界面及び、酸化物半導体層432と保護絶縁層407の界面に形成される
ダングリングボンドの終端や、酸化物半導体層432中に空間の周辺に存在する原子の再
配列を少しずつ行い、当該部位の構造を安定なものとした酸化物半導体層403を形成す
ることができる。
け近い正のしきい値電圧でチャネルが形成されるようにすることができる。特に、チャネ
ル長が20μm以下と短い場合においても、同様に薄膜トランジスタのゲート電圧が0V
にできるだけ近い正のしきい値電圧でチャネルが形成されるようにすることができる。ま
た、この第2の熱処理により電界効果移動度の向上を図ることもできる。
、薄膜トランジスタのしきい値電圧にバラツキが生じるのを防ぐことができる。
フト量を低減することができ、信頼性の高い薄膜トランジスタを得ることができる。
製することにより、各画素の薄膜トランジスタのしきい値電圧のバラツキに起因する表示
ムラを抑制することができる。
作製することにより、しきい値電圧を殆どマイナスシフトさせることなく、チャネル長を
短くすることができるので、駆動回路部の薄膜トランジスタの高速動作を実現し、省電力
化を図ることができる。
ガスに、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、加熱処理装置に導入する窒
素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの純度を、6N(99.9999%)
以上、好ましくは7N(99.99999%)以上、(即ち不純物濃度を1ppm以下、
好ましくは0.1ppm以下)とすることが好ましい。
保護絶縁層上に、層間膜や配線層などを形成してから第2の熱処理を行ってもよい。つま
り、保護絶縁層407を形成した後ならば、いつ第2の熱処理を行ってもよい。例えば、
表示装置の画素部に用いる薄膜トランジスタを作製する場合には、画素電極層形成後に第
2の熱処理を行ってもよい。
理(好ましくは200℃以上400℃以下)を行ってもよい。ここで、該加熱処理は、第
1の熱処理温度より低い温度、且つ、第2の熱処理温度より高い温度とするのが好ましい
。例えば、窒素雰囲気下で250℃、1時間程度行えばよい。
ート電極層401が設けられ、ゲート電極層401の上にゲート絶縁層402が設けられ
、ゲート絶縁層402の上に酸化物半導体層403が設けられ、酸化物半導体層403の
上にソース電極層またはドレイン電極層405a、405bが設けられ、ゲート絶縁層4
02、酸化物半導体層403、ソース電極層405a及びドレイン電極層405bを覆い
、酸化物半導体層403の一部と接する保護絶縁層407が設けられている、チャネルエ
ッチ型の薄膜トランジスタ461を形成することができる(図1(E)参照。)。
膜トランジスタを覆うように保護絶縁層を形成し、第1の熱処理より低い温度に保ったま
ま、第1の熱処理より長時間連続して第2の熱処理を行うことによって、チャネル長に依
存せず、酸化物半導体層を有する薄膜トランジスタのゲート電圧が0Vにできるだけ近い
正のしきい値電圧でチャネルが形成される薄膜トランジスタを作製することができる。
である。
本実施の形態では、実施の形態1及び実施の形態2とは異なり、保護絶縁層407を形成
する前に第3の熱処理を行って、薄膜トランジスタを作製する。
と同様の工程で薄膜トランジスタを作製する(図1(B)参照。)。
ン電極層405a、405bから露出した領域(バックチャネル)の脱水または脱水素化
を行う。第3の熱処理は、100℃乃至300℃の温度で行うのが好ましく、真空中、酸
素雰囲気下、希ガス雰囲気(ヘリウム、ネオン、アルゴン等)下または減圧下において行
うのが好ましい。また、第3の熱処理の時間は、1分乃至60分とするのが好ましい。
を除去することができる。これにより、後の工程で行う、実施の形態1及び実施の形態2
で示した第2の熱処理の熱処理時間を短縮しても同様の効果を得ることができるようにな
る。
ス電極層405a及びドレイン電極層405bを覆い、酸化物半導体層432の一部と接
する保護絶縁層407を形成する(図1(C)参照。)。保護絶縁層407は、少なくと
も1nm以上の膜厚とし、スパッタリング法など、保護絶縁層407に水、水素等の不純
物を混入させない方法を適宜用いて形成することができる。ここでは、保護絶縁層407
は、酸素雰囲気下とし、大気に触れさせることなく、室温以上100℃以下程度の成膜温
度でスパッタリング法を用いて形成する。酸化物半導体層432の一部と接して形成され
る保護絶縁層407は、水分や、水素イオンや、OH−などの不純物を含まず、これらが
外部から侵入することをブロックする無機絶縁膜を用い、酸化珪素膜を用いるのが好まし
い。また、ターゲットとして酸化珪素ターゲットまたは珪素ターゲットを用いることがで
きる。
化珪素膜は水分や、水素イオンや、OH−などの不純物を含まず、これらが外部から侵入
することをブロックしやすいので好ましい。窒化珪素膜の積層も大気に触れさせることな
く行い、保護絶縁層407に水、水素等の不純物を混入させないことが重要である。
降温を複数回繰り返す第2の熱処理か、第1の熱処理より低い温度に保ったまま、第1の
熱処理より長時間連続して行う第2の熱処理を行って、酸化物半導体層403を形成し、
チャネルエッチ型の薄膜トランジスタ461を作製することができる(図1(E)参照。
)。
時間を短くしても、酸化物半導体層403を有する薄膜トランジスタのゲート電圧が0V
にできるだけ近い正のしきい値電圧でチャネルが形成されるようにすることができる。特
に、チャネル長が20μm以下と短い場合においても、同様に薄膜トランジスタのゲート
電圧が0Vにできるだけ近い正のしきい値電圧でチャネルが形成されるようにすることが
できる。また、この第2の熱処理により電界効果移動度の向上を図ることもできる。
を短くしても、酸化物半導体層403を有する薄膜トランジスタを、同一基板上に複数形
成しても、薄膜トランジスタのしきい値電圧にバラツキが生じるのを防ぐことができる。
を短くしても、BTストレス試験(バイアス・温度ストレス試験)を行った際のしきい値
電圧のシフト量を低減することができ、信頼性の高い薄膜トランジスタを得ることができ
る。
製することにより、各画素の薄膜トランジスタのしきい値電圧のバラツキに起因する表示
ムラを抑制することができる。
作製することにより、しきい値電圧をマイナスシフトさせることなく、チャネル長を短く
することができるので、駆動回路部の薄膜トランジスタの高速動作を実現し、省電力化を
図ることができる。
である。
本実施の形態では、同一基板上に少なくとも駆動回路の一部と、画素部に配置する薄膜ト
ランジスタを作製する例について以下に説明する。
。また、実施の形態1乃至実施の形態3に示す薄膜トランジスタはnチャネル型TFTで
あるため、駆動回路のうち、nチャネル型TFTで構成することができる駆動回路の一部
を画素部の薄膜トランジスタと同一基板上に形成する。
基板5300上には、画素部5301、第1の走査線駆動回路5302、第2の走査線駆
動回路5303、信号線駆動回路5304を有する。画素部5301には、複数の信号線
が信号線駆動回路5304から延伸して配置され、複数の走査線が第1の走査線駆動回路
5302、及び第2の走査線駆動回路5303から延伸して配置されている。なお走査線
と信号線との交差領域には、各々、表示素子を有する画素がマトリクス状に配置されてい
る。また、表示装置の基板5300はFPC(Flexible Printed Ci
rcuit)等の接続部を介して、タイミング制御回路5305(コントローラ、制御I
Cともいう)に接続されている。
号線駆動回路5304は、画素部5301と同じ基板5300上に形成される。そのため
、外部に設ける駆動回路等の部品の数が減るので、コストの低減を図ることができる。ま
た、基板5300外部に駆動回路を設けた場合の配線を延伸させることによる接続部での
接続数を減らすことができ、信頼性の向上、又は歩留まりの向上を図ることができる。
て、第1の走査線駆動回路用スタート信号(GSP1)、走査線駆動回路用クロック信号
(GCK1)を供給する。また、タイミング制御回路5305は、第2の走査線駆動回路
5303に対し、一例として、第2の走査線駆動回路用スタート信号(GSP2)(スタ
ートパルスともいう)、走査線駆動回路用クロック信号(GCK2)を供給する。信号線
駆動回路5304に、信号線駆動回路用スタート信号(SSP)、信号線駆動回路用クロ
ック信号(SCK)、ビデオ信号用データ(DATA)(単にビデオ信号ともいう)、ラ
ッチ信号(LAT)を供給するものとする。なお各クロック信号は、周期のずれた複数の
クロック信号でもよいし、クロック信号を反転させた信号(CKB)とともに供給される
ものであってもよい。なお、第1の走査線駆動回路5302と第2の走査線駆動回路53
03との一方を省略することが可能である。
2の走査線駆動回路5303)を画素部5301と同じ基板5300に形成し、信号線駆
動回路5304を画素部5301とは別の基板に形成する構成について示している。当該
構成により、単結晶半導体を用いたトランジスタと比較すると電界効果移動度が小さい薄
膜トランジスタによって、基板5300に形成する駆動回路を構成することができる。し
たがって、表示装置の大型化、工程数の削減、コストの低減、又は歩留まりの向上などを
図ることができる。
ある。図12(A)、図12(B)ではnチャネル型TFTで構成する信号線駆動回路の
構成、動作について一例を示し説明する。
スイッチング回路5602は、スイッチング回路5602_1〜5602_N(Nは自然
数)という複数の回路を有する。スイッチング回路5602_1〜5602_Nは、各々
、薄膜トランジスタ5603_1〜5603_k(kは自然数)という複数のトランジス
タを有する。薄膜トランジスタ5603_1〜5603_kが、Nチャネル型TFTであ
る例を説明する。
。薄膜トランジスタ5603_1〜5603_kの第1端子は、各々、配線5604_1
〜5604_kと接続される。薄膜トランジスタ5603_1〜5603_kの第2端子
は、各々、信号線S1〜Skと接続される。薄膜トランジスタ5603_1〜5603_
kのゲートは、配線5605_1と接続される。
、高電源電位レベル、ともいう)の信号を出力し、スイッチング回路5602_1〜56
02_Nを順番に選択する機能を有する。
との導通状態(第1端子と第2端子との間の導通)を制御する機能、即ち配線5604_
1〜5604_kの電位を信号線S1〜Skに供給するか否かを制御する機能を有する。
このように、スイッチング回路5602_1は、セレクタとしての機能を有する。また薄
膜トランジスタ5603_1〜5603_kは、各々、配線5604_1〜5604_k
と信号線S1〜Skとの導通状態を制御する機能、即ち配線5604_1〜5604_k
の電位を信号線S1〜Skに供給する機能を有する。このように、薄膜トランジスタ56
03_1〜5603_kは、各々、スイッチとしての機能を有する。
入力される。ビデオ信号用データ(DATA)は、画像情報又は画像信号に応じたアナロ
グ信号である場合が多い。
トを参照して説明する。図12(B)には、信号Sout_1〜Sout_N、及び信号
Vdata_1〜Vdata_kの一例を示す。信号Sout_1〜Sout_Nは、各
々、シフトレジスタ5601の出力信号の一例であり、信号Vdata_1〜Vdata
_kは、各々、配線5604_1〜5604_kに入力される信号の一例である。なお、
信号線駆動回路の1動作期間は、表示装置における1ゲート選択期間に対応する。1ゲー
ト選択期間は、一例として、期間T1〜期間TNに分割される。期間T1〜TNは、各々
、選択された行に属する画素にビデオ信号用データ(DATA)を書き込むための期間で
ある。
めに誇張して表記している場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されないも
のであることを付記する。
5_1〜5605_Nに順番に出力する。例えば、期間T1において、シフトレジスタ5
601は、ハイレベルの信号を配線5605_1に出力する。すると、薄膜トランジスタ
5603_1〜5603_kはオンになるので、配線5604_1〜5604_kと、信
号線S1〜Skとが導通状態になる。このとき、配線5604_1〜5604_kには、
Data(S1)〜Data(Sk)が入力される。Data(S1)〜Data(Sk
)は、各々、薄膜トランジスタ5603_1〜5603_kを介して、選択される行に属
する画素のうち、1列目〜k列目の画素に書き込まれる。こうして、期間T1〜TNにお
いて、選択された行に属する画素に、k列ずつ順番にビデオ信号用データ(DATA)が
書き込まれる。
によって、ビデオ信号用データ(DATA)の数、又は配線の数を減らすことができる。
よって、外部回路との接続数を減らすことができる。また、ビデオ信号が複数の列ずつ画
素に書き込まれることによって、書き込み時間を長くすることができ、ビデオ信号の書き
込み不足を防止することができる。
至実施の形態3に示す薄膜トランジスタで構成される回路を用いることが可能である。こ
の場合、シフトレジスタ5601が有する全てのトランジスタの極性をNチャネル型、又
はPチャネル型のいずれかの極性のみで構成することができる。
いて図13及び図14を用いて説明する。
ッファなどを有していても良い。走査線駆動回路において、シフトレジスタにクロック信
号(CK)及びスタートパルス信号(SP)が入力されることによって、選択信号が生成
される。生成された選択信号はバッファにおいて緩衝増幅され、対応する走査線に供給さ
れる。走査線には、1ライン分の画素のトランジスタのゲート電極が接続されている。そ
して、1ライン分の画素のトランジスタを一斉にONにしなくてはならないので、バッフ
ァは大きな電流を流すことが可能なものが用いられる。
Nは3以上の自然数)を有している(図13(A)参照)。図13(A)に示すシフトレ
ジスタの第1のパルス出力回路10_1乃至第Nのパルス出力回路10_Nには、第1の
配線11より第1のクロック信号CK1、第2の配線12より第2のクロック信号CK2
、第3の配線13より第3のクロック信号CK3、第4の配線14より第4のクロック信
号CK4が供給される。また第1のパルス出力回路10_1では、第5の配線15からの
スタートパルスSP1(第1のスタートパルス)が入力される。また2段目以降の第nの
パルス出力回路10_n(nは、2以上N以下の自然数)では、一段前段のパルス出力回
路からの信号(前段信号OUT(n−1)という)(nは2以上の自然数)が入力される
。また第1のパルス出力回路10_1では、2段後段の第3のパルス出力回路10_3か
らの信号が入力される。同様に、2段目以降の第nのパルス出力回路10_nでは、2段
後段の第(n+2)のパルス出力回路10_n+2からの信号(後段信号OUT(n+2
)という)が入力される。従って、各段のパルス出力回路からは、後段及び/または二つ
前段のパルス出力回路に入力するための第1の出力信号(OUT(1)(SR)〜OUT
(N)(SR))、別の配線等に電気的に接続される第2の出力信号(OUT(1)〜O
UT(N))が出力される。なお、図13(A)に示すように、シフトレジスタの最終段
の2つの段には、後段信号OUT(n+2)が入力されないため、一例としては、別途第
2のスタートパルスSP2、第3のスタートパルスSP3をそれぞれ入力する構成とすれ
ばよい。
レベル、ともいう)を繰り返す信号である。ここで、第1のクロック信号(CK1)〜第
4のクロック信号(CK4)は、順に1/4周期分遅延している。本実施の形態では、第
1のクロック信号(CK1)〜第4のクロック信号(CK4)を利用して、パルス出力回
路の駆動の制御等を行う。なお、クロック信号は、入力される駆動回路に応じて、GCK
、SCKということもあるが、ここではCKとして説明を行う。
第4の配線14のいずれかと電気的に接続されている。例えば、図13(A)において、
第1のパルス出力回路10_1は、第1の入力端子21が第1の配線11と電気的に接続
され、第2の入力端子22が第2の配線12と電気的に接続され、第3の入力端子23が
第3の配線13と電気的に接続されている。また、第2のパルス出力回路10_2は、第
1の入力端子21が第2の配線12と電気的に接続され、第2の入力端子22が第3の配
線13と電気的に接続され、第3の入力端子23が第4の配線14と電気的に接続されて
いる。
子21、第2の入力端子22、第3の入力端子23、第4の入力端子24、第5の入力端
子25、第1の出力端子26、第2の出力端子27を有しているとする(図13(B)参
照)。第1のパルス出力回路10_1において、第1の入力端子21に第1のクロック信
号CK1が入力され、第2の入力端子22に第2のクロック信号CK2が入力され、第3
の入力端子23に第3のクロック信号CK3が入力され、第4の入力端子24にスタート
パルスが入力され、第5の入力端子25に後段信号OUT(3)が入力され、第1の出力
端子26より第1の出力信号OUT(1)(SR)が出力され、第2の出力端子27より
第2の出力信号OUT(1)が出力されていることとなる。
ランジスタの他に、4端子の薄膜トランジスタを用いることができる。図13(C)に4
端子の薄膜トランジスタ28のシンボルについて示す。図13(C)に示す薄膜トランジ
スタ28のシンボルは、4端子の薄膜トランジスタを意味し、図面等で以下用いることと
する。薄膜トランジスタ28は、第1のゲート電極に入力される第1の制御信号G1及び
第2のゲート電極に入力される第2の制御信号G2によって、In端子とOut端子間の
電気的な制御を行うことのできる素子である。
ャネル形成領域の上下にゲート絶縁膜を介してゲート電極を設け、上部及び/または下部
のゲート電極の電位を制御することにより所望の値に制御することができる。
(D)で説明する。
のトランジスタ43を有している。また、上述した第1の入力端子21〜第5の入力端子
25、及び第1の出力端子26、第2の出力端子27に加え、第1の高電源電位VDDが
供給される電源線51、第2の高電源電位VCCが供給される電源線52、低電源電位V
SSが供給される電源線53から、第1のトランジスタ31〜第13のトランジスタ43
に信号、または電源電位が供給される。ここで図13(D)の各電源線の電源電位の大小
関係は、第1の電源電位VDDは第2の電源電位VCC以上の電位とし、第2の電源電位
VCCは第3の電源電位VSSより大きい電位とする。なお、第1のクロック信号(CK
1)〜第4のクロック信号(CK4)は、一定の間隔でHレベルとLレベルを繰り返す信
号であるが、HレベルのときVDD、LレベルのときVSSであるとする。なお電源線5
1の電位VDDを、電源線52の電位VCCより高くすることにより、動作に影響を与え
ることなく、トランジスタのゲート電極に印加される電位を低く抑えることができ、トラ
ンジスタのしきい値のシフトを低減し、劣化を抑制することができる。なお図13(D)
に図示するように、第1のトランジスタ31〜第13のトランジスタ43のうち、第1の
トランジスタ31、第6のトランジスタ36乃至第9のトランジスタ39には、図13(
C)で示した4端子の薄膜トランジスタ28を用いることが好ましい。第1のトランジス
タ31、第6のトランジスタ36乃至第9のトランジスタ39の動作は、ソースまたはド
レインとなる電極の一方が接続されたノードの電位を、ゲート電極の制御信号によって切
り替えることが求められるトランジスタであり、ゲート電極に入力される制御信号に対す
る応答が速い(オン電流の立ち上がりが急峻)ことでよりパルス出力回路の誤動作を低減
することができるトランジスタである。そのため、図13(C)で示した4端子の薄膜ト
ランジスタ28を用いることによりしきい値電圧を制御することができ、誤動作がより低
減できるパルス出力回路とすることができる。なお図13(D)では第1の制御信号G1
及び第2の制御信号G2が同じ制御信号としたが、異なる制御信号が入力される構成とし
てもよい。
され、第2端子が第9のトランジスタ39の第1端子に電気的に接続され、ゲート電極(
第1のゲート電極及び第2のゲート電極)が第4の入力端子24に電気的に接続されてい
る。第2のトランジスタ32は、第1端子が電源線53に電気的に接続され、第2端子が
第9のトランジスタ39の第1端子に電気的に接続され、ゲート電極が第4のトランジス
タ34のゲート電極に電気的に接続されている。第3のトランジスタ33は、第1端子が
第1の入力端子21に電気的に接続され、第2端子が第1の出力端子26に電気的に接続
されている。第4のトランジスタ34は、第1端子が電源線53に電気的に接続され、第
2端子が第1の出力端子26に電気的に接続されている。第5のトランジスタ35は、第
1端子が電源線53に電気的に接続され、第2端子が第2のトランジスタ32のゲート電
極及び第4のトランジスタ34のゲート電極に電気的に接続され、ゲート電極が第4の入
力端子24に電気的に接続されている。第6のトランジスタ36は、第1端子が電源線5
2に電気的に接続され、第2端子が第2のトランジスタ32のゲート電極及び第4のトラ
ンジスタ34のゲート電極に電気的に接続され、ゲート電極(第1のゲート電極及び第2
のゲート電極)が第5の入力端子25に電気的に接続されている。第7のトランジスタ3
7は、第1端子が電源線52に電気的に接続され、第2端子が第8のトランジスタ38の
第2端子に電気的に接続され、ゲート電極(第1のゲート電極及び第2のゲート電極)が
第3の入力端子23に電気的に接続されている。第8のトランジスタ38は、第1端子が
第2のトランジスタ32のゲート電極及び第4のトランジスタ34のゲート電極に電気的
に接続され、ゲート電極(第1のゲート電極及び第2のゲート電極)が第2の入力端子2
2に電気的に接続されている。第9のトランジスタ39は、第1端子が第1のトランジス
タ31の第2端子及び第2のトランジスタ32の第2端子に電気的に接続され、第2端子
が第3のトランジスタ33のゲート電極及び第10のトランジスタ40のゲート電極に電
気的に接続され、ゲート電極(第1のゲート電極及び第2のゲート電極)が電源線52に
電気的に接続されている。第10のトランジスタ40は、第1端子が第1の入力端子21
に電気的に接続され、第2端子が第2の出力端子27に電気的に接続され、ゲート電極が
第9のトランジスタ39の第2端子に電気的に接続されている。第11のトランジスタ4
1は、第1端子が電源線53に電気的に接続され、第2端子が第2の出力端子27に電気
的に接続され、ゲート電極が第2のトランジスタ32のゲート電極及び第4のトランジス
タ34のゲート電極に電気的に接続されている。第12のトランジスタ42は、第1端子
が電源線53に電気的に接続され、第2端子が第2の出力端子27に電気的に接続され、
ゲート電極が第7のトランジスタ37のゲート電極(第1のゲート電極及び第2のゲート
電極)に電気的に接続されている。第13のトランジスタ43は、第1端子が電源線53
に電気的に接続され、第2端子が第1の出力端子26に電気的に接続され、ゲート電極が
第7のトランジスタ37のゲート電極(第1のゲート電極及び第2のゲート電極)に電気
的に接続されている。
0のゲート電極、及び第9のトランジスタ39の第2端子の接続箇所をノードAとする。
また、第2のトランジスタ32のゲート電極、第4のトランジスタ34のゲート電極、第
5のトランジスタ35の第2端子、第6のトランジスタ36の第2端子、第8のトランジ
スタ38の第1端子、及び第11のトランジスタ41のゲート電極の接続箇所をノードB
とする(図14(A)参照)。
1に適用した場合に、第1の入力端子21乃至第5の入力端子25と第1の出力端子26
及び第2の出力端子27に入力または出力される信号を示している。
子22に第2のクロック信号CK2が入力され、第3の入力端子23に第3のクロック信
号CK3が入力され、第4の入力端子24にスタートパルスが入力され、第5の入力端子
25に後段信号OUT(3)が入力され、第1の出力端子26より第1の出力信号OUT
(1)(SR)が出力され、第2の出力端子27より第2の出力信号OUT(1)が出力
される。
端子を有する素子である。また、ゲートと重畳した領域にチャネル領域が形成される半導
体を有しており、ゲートの電位を制御することで、チャネル領域を介してドレインとソー
スの間に流れる電流を制御することが出来る。ここで、ソースとドレインとは、薄膜トラ
ンジスタの構造や動作条件等によって変わるため、いずれがソースまたはドレインである
かを限定することが困難である。そこで、ソース及びドレインとして機能する領域を、ソ
ースもしくはドレインと呼ばない場合がある。その場合、一例としては、それぞれを第1
端子、第2端子と表記する場合がある。
ストラップ動作を行うための、容量素子を別途設けても良い。またノードBの電位を保持
するため、一方の電極をノードBに電気的に接続した容量素子を別途設けてもよい。
グチャートについて図14(B)に示す。なおシフトレジスタが走査線駆動回路である場
合、図14(B)中の期間61は垂直帰線期間であり、期間62はゲート選択期間に相当
する。
ランジスタ39を設けておくことにより、ブートストラップ動作の前後において、以下の
ような利点がある。
ートストラップ動作によりノードAの電位が上昇すると、第1のトランジスタ31の第2
端子であるソースの電位が上昇していき、第1の電源電位VDDより大きくなる。そして
、第1のトランジスタ31のソースが第1端子側、即ち電源線51側に切り替わる。その
ため、第1のトランジスタ31においては、ゲートとソースの間、ゲートとドレインの間
ともに、大きな電圧が印加されるために大きなストレスがかかり、トランジスタの劣化の
要因となりうる。そこで、ゲート電極に第2の電源電位VCCが印加される第9のトラン
ジスタ39を設けておくことにより、ブートストラップ動作によりノードAの電位は上昇
するものの、第1のトランジスタ31の第2端子の電位の上昇を生じないようにすること
ができる。つまり、第9のトランジスタ39を設けることにより、第1のトランジスタ3
1のゲートとソースの間に印加される負の電圧の値を小さくすることができる。よって、
本実施の形態の回路構成とすることにより、第1のトランジスタ31のゲートとソースの
間に印加される負の電圧も小さくできるため、ストレスによる第1のトランジスタ31の
劣化を抑制することができる。
端子と第3のトランジスタ33のゲートとの間に第1端子と第2端子を介して接続される
ように設ける構成であればよい。なお、本実施形態でのパルス出力回路を複数具備するシ
フトレジスタの場合、走査線駆動回路より段数の多い信号線駆動回路では、第9のトラン
ジスタ39を省略してもよく、トランジスタ数を削減することに利点がある。
導体を用いることにより、薄膜トランジスタのオフ電流を低減すると共に、オン電流及び
電界効果移動度を高めることが出来ると共に、劣化の度合いを低減することが出来るため
、回路内の誤動作を低減することができる。また酸化物半導体を用いたトランジスタは、
アモルファスシリコンを用いたトランジスタに比べ、ゲート電極に高電位が印加されるこ
とによるトランジスタの劣化の程度が小さい。そのため、第2の電源電位VCCを供給す
る電源線に、第1の電源電位VDDを供給しても同様の動作が得られ、且つ回路間を引き
回す電源線の数を低減することができるため、回路の小型化を図ることが出来る。
に第3の入力端子23によって供給されるクロック信号、第8のトランジスタ38のゲー
ト電極(第1のゲート電極及び第2のゲート電極)に第2の入力端子22によって供給さ
れるクロック信号は、第7のトランジスタ37のゲート電極(第1のゲート電極及び第2
のゲート電極)に第2の入力端子22によって供給されるクロック信号、第8のトランジ
スタ38のゲート電極(第1のゲート電極及び第2のゲート電極)に第3の入力端子23
によって供給されるクロック信号となるように、結線関係を入れ替えても同様の作用を奏
する。なお、図14(A)に示すシフトレジスタにおいて、第7のトランジスタ37及び
第8のトランジスタ38が共にオンの状態から、第7のトランジスタ37がオフ、第8の
トランジスタ38がオンの状態、次いで第7のトランジスタ37がオフ、第8のトランジ
スタ38がオフの状態とすることによって、第2の入力端子22及び第3の入力端子23
の電位が低下することで生じる、ノードBの電位の低下が第7のトランジスタ37のゲー
ト電極の電位の低下、及び第8のトランジスタ38のゲート電極の電位の低下に起因して
2回生じることとなる。一方、図14(A)に示すシフトレジスタにおいて、第7のトラ
ンジスタ37及び第8のトランジスタ38が共にオンの状態から、第7のトランジスタ3
7がオン、第8のトランジスタ38がオフの状態、次いで、第7のトランジスタ37がオ
フ、第8のトランジスタ38がオフの状態とすることによって、第2の入力端子22及び
第3の入力端子23の電位が低下することで生じるノードBの電位の低下を、第8のトラ
ンジスタ38のゲート電極の電位の低下による一回に低減することができる。そのため、
第7のトランジスタ37のゲート電極(第1のゲート電極及び第2のゲート電極)に第3
の入力端子23によってクロック信号を供給し、第8のトランジスタ38のゲート電極(
第1のゲート電極及び第2のゲート電極)に第2の入力端子22によってクロック信号を
供給される接続関係とすることが好適である。なぜなら、ノードBの電位の変動回数が低
減され、ノイズを低減することが出来るからである。
間に、ノードBに定期的にHレベルの信号が供給される構成とすることにより、パルス出
力回路の誤動作を抑制することができる。
タを作製することにより、しきい値電圧をマイナスシフトさせることなく、チャネル長を
短くすることができるので、駆動回路部の薄膜トランジスタの高速動作を実現し、省電力
化を図ることができる。
である。
薄膜トランジスタを作製し、該薄膜トランジスタを画素部、さらには駆動回路に用いて表
示機能を有する半導体装置(表示装置ともいう)を作製することができる。また、薄膜ト
ランジスタを駆動回路の一部または全体を、画素部と同じ基板上に一体形成し、システム
オンパネルを形成することができる。
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(Electr
o Luminescence)、有機EL等が含まれる。また、電子インクなど、電気
的作用によりコントラストが変化する表示媒体も適用することができる。
を含むIC等を実装した状態にあるモジュールとを含む。さらに、該表示装置を作製する
過程における、表示素子が完成する前の一形態に相当する素子基板に関し、該素子基板は
、電流を表示素子に供給するための手段を複数の各画素に備える。素子基板は、具体的に
は、表示素子の画素電極のみが形成された状態であっても良いし、画素電極となる導電膜
を成膜した後であって、エッチングして画素電極を形成する前の状態であっても良いし、
あらゆる形態があてはまる。
源(照明装置含む)を指す。また、コネクター、例えばFPC(Flexible pr
inted circuit)もしくはTAB(Tape Automated Bon
ding)テープもしくはTCP(Tape Carrier Package)が取り
付けられたモジュール、TABテープやTCPの先にプリント配線板が設けられたモジュ
ール、または表示素子にCOG(Chip On Glass)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。
明する。図7(A1)(A2)は、薄膜トランジスタ4010、4011、及び液晶素子
4013を、第1の基板4001と第2の基板4006との間にシール材4005によっ
て封止した、パネルの平面図であり、図7(B)は、図7(A1)(A2)のM−Nにお
ける断面図に相当する。
ようにして、シール材4005が設けられている。また画素部4002と、走査線駆動回
路4004の上に第2の基板4006が設けられている。よって画素部4002と、走査
線駆動回路4004とは、第1の基板4001とシール材4005と第2の基板4006
とによって、液晶層4008と共に封止されている。また第1の基板4001上のシール
材4005によって囲まれている領域とは異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶
半導体膜又は多結晶半導体膜で形成された信号線駆動回路4003が実装されている。
ワイヤボンディング方法、或いはTAB方法などを用いることができる。図7(A1)は
、COG方法により信号線駆動回路4003を実装する例であり、図7(A2)は、TA
B方法により信号線駆動回路4003を実装する例である。
薄膜トランジスタを複数有しており、図7(B)では、画素部4002に含まれる薄膜ト
ランジスタ4010と、走査線駆動回路4004に含まれる薄膜トランジスタ4011と
を例示している。薄膜トランジスタ4010、4011上には絶縁層4020、4041
、4021が設けられている。
頼性の高い薄膜トランジスタを適用することができる。本実施の形態において、薄膜トラ
ンジスタ4010、4011はnチャネル型薄膜トランジスタである。
チャネル形成領域と重なる位置に導電層4040が設けられている。導電層4040を酸
化物半導体層のチャネル形成領域と重なる位置に設けることによって、BT試験前後にお
ける薄膜トランジスタ4011のしきい値電圧の変化量を低減することができる。また、
導電層4040は、電位が薄膜トランジスタ4011のゲート電極層と同じでもよいし、
異なっていても良く、第2のゲート電極層として機能させることもできる。また、導電層
4040の電位がGND、0V、或いはフローティング状態であってもよい。
気的に接続されている。そして液晶素子4013の対向電極層4031は第2の基板40
06上に形成されている。画素電極層4030と対向電極層4031と液晶層4008と
が重なっている部分が、液晶素子4013に相当する。なお、画素電極層4030、対向
電極層4031はそれぞれ配向膜として機能する酸化物絶縁層4032、4033が設け
られ、酸化物絶縁層4032、4033を介して液晶層4008を挟持している。
き、ガラス、セラミックス、プラスチックを用いることができる。プラスチックとしては
、FRP(Fiberglass−Reinforced Plastics)板、PV
F(ポリビニルフルオライド)フィルム、ポリエステルフィルムまたはアクリル樹脂フィ
ルムを用いることができる。
サであり、画素電極層4030と対向電極層4031との間の距離(セルギャップ)を制
御するために設けられている。なおスペーサ4035として球状のスペーサを用いてもよ
い。また、対向電極層4031は、薄膜トランジスタ4010と同一基板上に設けられる
共通電位線と電気的に接続される。共通接続部を用いて、一対の基板間に配置される導電
性粒子を介して対向電極層4031と共通電位線とを電気的に接続することができる。な
お、導電性粒子はシール材4005に含有させる。
あり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直
前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善
するために5重量%以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いて液晶層4008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。
フィルタ)、表示素子に用いる電極層という順に設ける例を示すが、偏光板は基板の内側
に設けてもよい。また、偏光板と着色層の積層構造も本実施の形態に限定されず、偏光板
及び着色層の材料や作製工程条件によって適宜設定すればよい。
て絶縁層4041が形成されている。絶縁層4041は、例えば実施の形態1で示した保
護絶縁層407と同様な材料及び方法で形成すればよい。ここでは、絶縁層4041とし
て、実施の形態1と同様にスパッタリング法により酸化珪素膜を形成する。
、実施の形態1で示した保護絶縁層407と同様な材料及び方法で形成すればよい。ここ
では、絶縁層4020として、PCVD法により窒化珪素膜を形成する。
して機能する絶縁層4021を形成する。絶縁層4021としては、ポリイミド、アクリ
ル、ベンゾシクロブテン、ポリアミド、エポキシ等の、耐熱性を有する有機材料を用いる
ことができる。また上記有機材料の他に、低誘電率材料(low−k材料)、シロキサン
系樹脂、PSG(リンガラス)、BPSG(リンボロンガラス)等を用いることができる
。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させることで、絶縁層4021を形
成してもよい。
i結合を含む樹脂に相当する。シロキサン系樹脂は置換基としては有機基(例えばアルキ
ル基やアリール基)やフルオロ基を用いても良い。また、有機基はフルオロ基を有してい
ても良い。
、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法(インクジェット法、スクリーン
印刷、オフセット印刷等)、ドクターナイフ、ロールコーター、カーテンコーター、ナイ
フコーター等を用いることができる。絶縁層4021の焼成工程と半導体層のアニールを
兼ねることで効率よく半導体装置を作製することが可能となる。
、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。
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。導電性組成物を用いて形
成した画素電極は、シート抵抗が10000Ω/□以下、波長550nmにおける透光率
が70%以上であることが好ましい。また、導電性組成物に含まれる導電性高分子の抵抗
率が0.1Ω・cm以下であることが好ましい。
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。
002に与えられる各種信号及び電位は、FPC4018から供給されている。
ら形成され、端子電極4016は、薄膜トランジスタ4010、4011のソース電極層
及びドレイン電極層と同じ導電膜で形成されている。
て電気的に接続されている。
している例を示しているがこの構成に限定されない。走査線駆動回路を別途形成して実装
しても良いし、信号線駆動回路の一部または走査線駆動回路の一部のみを別途形成して実
装しても良い。
導体装置として液晶表示モジュールを構成する一例を示している。
ール材2602により固着され、その間にTFT等を含む画素部2603、液晶層を含む
表示素子2604、着色層2605が設けられ表示領域を形成している。着色層2605
はカラー表示を行う場合に必要であり、RGB方式の場合は、赤、緑、青の各色に対応し
た着色層が各画素に対応して設けられている。TFT基板2600と対向基板2601の
外側には偏光板2606、偏光板2607、拡散板2613が配設されている。光源は冷
陰極管2610と反射板2611により構成され、回路基板2612は、フレキシブル配
線基板2609によりTFT基板2600の配線回路部2608と接続され、コントロー
ル回路や電源回路などの外部回路が組みこまれている。また偏光板と、液晶層との間に位
相差板を有した状態で積層してもよい。
n−Plane−Switching)モード、FFS(Fringe Field S
witching)モード、MVA(Multi−domain Vertical A
lignment)モード、PVA(Patterned Vertical Alig
nment)モード、ASM(Axially Symmetric aligned
Micro−cell)モード、OCB(Optical Compensated B
irefringence)モード、FLC(Ferroelectric Liqui
d Crystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric Liq
uid Crystal)モードなどを用いることができる。
る。
膜トランジスタを作製することにより、各画素の薄膜トランジスタのしきい値電圧のバラ
ツキに起因する表示ムラを抑制することができる。
の薄膜トランジスタを作製することにより、しきい値電圧をマイナスシフトさせることな
く、チャネル長を短くすることができるので、駆動回路部の薄膜トランジスタの高速動作
を実現し、省電力化を図ることができる。
である。
半導体装置の一形態として電子ペーパーの例を示す。
て電子インクを駆動させる電子ペーパーに用いてもよい。電子ペーパーは、電気泳動表示
装置(電気泳動ディスプレイ)とも呼ばれており、紙と同じ読みやすさ、他の表示装置に
比べ低消費電力、薄くて軽い形状とすることが可能という利点を有している。
子と、マイナスの電荷を有する第2の粒子とを含むマイクロカプセルが溶媒または溶質に
複数分散されたものであり、マイクロカプセルに電界を印加することによって、マイクロ
カプセル中の粒子を互いに反対方向に移動させて一方側に集合した粒子の色のみを表示す
るものである。なお、第1の粒子または第2の粒子は染料を含み、電界がない場合におい
て移動しないものである。また、第1の粒子の色と第2の粒子の色は異なるもの(無色を
含む)とする。
いわゆる誘電泳動的効果を利用したディスプレイである。
の電子インクはガラス、プラスチック、布、紙などの表面に印刷することができる。また
、カラーフィルタや色素を有する粒子を用いることによってカラー表示も可能である。
ロカプセルを複数配置すればアクティブマトリクス型の表示装置が完成し、マイクロカプ
セルに電界を印加すれば表示を行うことができる。例えば、実施の形態1の薄膜トランジ
スタによって得られるアクティブマトリクス基板を用いることができる。
半導体材料、磁性材料、液晶材料、強誘電性材料、エレクトロルミネセント材料、エレク
トロクロミック材料、磁気泳動材料から選ばれた一種の材料、またはこれらの複合材料を
用いればよい。
装置に用いられる薄膜トランジスタ581としては、実施の形態1で示す薄膜トランジス
タと同様に作製でき、酸化物半導体層を含む信頼性の高い薄膜トランジスタである。
トボール表示方式とは、白と黒に塗り分けられた球形粒子を表示素子に用いる電極層であ
る第1の電極層及び第2の電極層の間に配置し、第1の電極層及び第2の電極層に電位差
を生じさせての球形粒子の向きを制御することにより、表示を行う方法である。
タであり、半導体層と接する絶縁膜583に覆われている。薄膜トランジスタ581のソ
ース電極層又はドレイン電極層は第1の電極層587と、絶縁層585に形成する開口で
接しており電気的に接続している。第1の電極層587と基板596上に形成された第2
の電極層588との間には黒色領域590a及び白色領域590bを有し、周りに液体で
満たされているキャビティ594を含む球形粒子589が設けられており、球形粒子58
9の周囲は樹脂等の充填材595で充填されている(図15参照。)。第1の電極層58
7が画素電極に相当し、第2の電極層588が共通電極に相当する。第2の電極層588
は、薄膜トランジスタ581と同一基板上に設けられる共通電位線と電気的に接続される
。共通接続部を用いて、一対の基板間に配置される導電性粒子を介して第2の電極層58
8と共通電位線とを電気的に接続することができる。
と、正に帯電した白い微粒子と負に帯電した黒い微粒子とを封入した直径10μm〜20
0μm程度のマイクロカプセルを用いる。第1の電極層と第2の電極層との間に設けられ
るマイクロカプセルは、第1の電極層と第2の電極層によって、電場が与えられると、白
い微粒子と、黒い微粒子が逆の方向に移動し、白または黒を表示することができる。この
原理を応用した表示素子が電気泳動表示素子であり、一般的に電子ペーパーとよばれてい
る。電気泳動表示素子は、液晶表示素子に比べて反射率が高いため、補助ライトは不要で
あり、また消費電力が小さく、薄暗い場所でも表示部を認識することが可能である。また
、表示部に電源が供給されない場合であっても、一度表示した像を保持することが可能で
あるため、電波発信源から表示機能付き半導体装置(単に表示装置、又は表示装置を具備
する半導体装置ともいう)を遠ざけた場合であっても、表示された像を保存しておくこと
が可能となる。
。
である。
パーの画素部の薄膜トランジスタを作製することにより、各画素の薄膜トランジスタのし
きい値電圧のバラツキに起因する表示ムラを抑制することができる。
半導体装置として発光表示装置の例を示す。表示装置の有する表示素子としては、ここで
はエレクトロルミネッセンスを利用する発光素子を用いて示す。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。
がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして、それらキャ
リア(電子および正孔)が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成
し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このよう
な発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
類される。分散型無機EL素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有
するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−ア
クセプター再結合型発光である。薄膜型無機EL素子は、発光層を誘電体層で挟み込み、
さらにそれを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子遷移を利
用する局在型発光である。なお、ここでは、発光素子として有機EL素子を用いて説明す
る。
図である。
は酸化物半導体層をチャネル形成領域に用いるnチャネル型のトランジスタを1つの画素
に2つ用いる例を示す。
発光素子6404及び容量素子6403を有している。スイッチング用トランジスタ64
01はゲートが走査線6406に接続され、第1電極(ソース電極及びドレイン電極の一
方)が信号線6405に接続され、第2電極(ソース電極及びドレイン電極の他方)が駆
動用トランジスタ6402のゲートに接続されている。駆動用トランジスタ6402は、
ゲートが容量素子6403を介して電源線6407に接続され、第1電極が電源線640
7に接続され、第2電極が発光素子6404の第1電極(画素電極)に接続されている。
発光素子6404の第2電極は共通電極6408に相当する。共通電極6408は、同一
基板上に形成される共通電位線と電気的に接続される。
る。なお、低電源電位とは、電源線6407に設定される高電源電位を基準にして低電源
電位<高電源電位を満たす電位であり、低電源電位としては例えばGND、0Vなどが設
定されていても良い。この高電源電位と低電源電位との電位差を発光素子6404に印加
して、発光素子6404に電流を流して発光素子6404を発光させるため、高電源電位
と低電源電位との電位差が発光素子6404の順方向しきい値電圧以上となるようにそれ
ぞれの電位を設定する。
ことも可能である。駆動用トランジスタ6402のゲート容量については、チャネル領域
とゲート電極との間で容量が形成されていてもよい。
駆動用トランジスタ6402が十分にオンするか、オフするかの二つの状態となるような
ビデオ信号を入力する。つまり、駆動用トランジスタ6402は線形領域で動作させる。
駆動用トランジスタ6402は線形領域で動作させるため、電源線6407の電圧よりも
高い電圧を駆動用トランジスタ6402のゲートにかける。なお、信号線6405には、
(電源線電圧+駆動用トランジスタ6402のVth)以上の電圧をかける。
らせることで、図9と同じ画素構成を用いることができる。
の順方向電圧+駆動用トランジスタ6402のVth以上の電圧をかける。発光素子64
04の順方向電圧とは、所望の輝度とする場合の電圧を指しており、少なくとも順方向し
きい値電圧を含む。なお、駆動用トランジスタ6402が飽和領域で動作するようなビデ
オ信号を入力することで、発光素子6404に電流を流すことができる。駆動用トランジ
スタ6402を飽和領域で動作させるため、電源線6407の電位は、駆動用トランジス
タ6402のゲート電位よりも高くする。ビデオ信号をアナログとすることで、発光素子
6404にビデオ信号に応じた電流を流し、アナログ階調駆動を行うことができる。
イッチ、抵抗素子、容量素子、トランジスタ又は論理回路などを追加してもよい。
型の場合を例に挙げて、画素の断面構造について説明する。図10(A)(B)(C)の
半導体装置に用いられる駆動用TFTである駆動用TFT7001、7011、7021
は、実施の形態1で示す薄膜トランジスタと同様に作製でき、酸化物半導体層を含む信頼
性の高い薄膜トランジスタである。
して、基板上に薄膜トランジスタ及び発光素子を形成し、基板とは逆側の面から発光を取
り出す上面射出や、基板側の面から発光を取り出す下面射出や、基板側及び基板とは反対
側の面から発光を取り出す両面射出構造の発光素子があり、画素構成はどの射出構造の発
光素子にも適用することができる。
射出する場合の、画素の断面図を示す。図10(A)では、駆動用TFT7011と電気
的に接続された透光性を有する導電膜7017上に、発光素子7012の陰極7013が
形成されており、陰極7013上にEL層7014、陽極7015が順に積層されている
。なお、透光性を有する導電膜7017は、酸化物絶縁層7031に形成されたコンタク
トホールを介して駆動用TFT7011のドレイン電極層と電気的に接続されている。
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
性導電膜を用いることができる。
ば、具体的には、LiやCs等のアルカリ金属、およびMg、Ca、Sr等のアルカリ土
類金属、およびこれらを含む合金(Mg:Ag、Al:Liなど)の他、YbやEr等の
希土類金属等が好ましい。図10(A)では、陰極7013の膜厚は、光を透過する程度
(好ましくは、5nm〜30nm程度)とする。例えば20nmの膜厚を有するアルミニ
ウム膜を、陰極7013として用いる。
て透光性を有する導電膜7017と陰極7013を形成してもよく、この場合、同じマス
クを用いてエッチングすることができ、好ましい。
クリル、ポリアミド、エポキシ等の有機樹脂膜、無機絶縁膜または有機ポリシロキサンを
用いて形成する。隔壁7019は、特に感光性の樹脂材料を用い、陰極7013上に開口
部を形成し、その開口部の側壁が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形
成することが好ましい。隔壁7019として感光性の樹脂材料を用いる場合、レジストマ
スクを形成する工程を省略することができる。
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。EL層70
14が複数の層で構成されている場合、陰極7013上に電子注入層、電子輸送層、発光
層、ホール輸送層、ホール注入層の順に積層する。なおこれらの層を全て設ける必要はな
い。
、電子輸送層、電子注入層の順に積層してもよい。ただし、消費電力を比較する場合、陰
極7013上に電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層の順に積
層するほうが消費電力が少ないため好ましい。
きるが、仕事関数が大きい材料、例えば、窒化チタン、ZrN、Ti、W、Ni、Pt、
Cr等や、ITO、IZO(酸化インジウム酸化亜鉛)、ZnOなどの透明導電性材料が
好ましい。また、陽極7015上に遮蔽膜7016、例えば光を遮光する金属、光を反射
する金属等を用いる。本実施の形態では、陽極7015としてITO膜を用い、遮蔽膜7
016としてTi膜を用いる。
に相当する。図10(A)に示した素子構造の場合、発光素子7012から発せられる光
は、矢印で示すように陰極7013側に射出する。
り、発光素子7012から発せられる光は、カラーフィルタ層7033を通過し、駆動用
TFT7011のゲート電極層やソース電極層を通過して射出させる。駆動用TFT70
11のゲート電極層やソース電極層として透光性を有する導電膜を用い、開口率を向上す
ることができる。
グラフィ技術を用いたエッチング方法などでそれぞれ形成する。
層7035によって覆う。なお、図10(A)ではオーバーコート層7034は薄い膜厚
で図示したが、オーバーコート層7034は、カラーフィルタ層7033に起因する凹凸
を平坦化する機能を有している。
るコンタクトホールは、隔壁7019と重なる位置に配置する。図10(A)では、ドレ
イン電極層7030に達するコンタクトホールと、隔壁7019と、を重ねるレイアウト
とすることで開口率の向上を図ることができる。
027上に、発光素子7022の陰極7023が形成されており、陰極7023上にEL
層7024、陽極7025が順に積層されている。なお、透光性を有する導電膜7027
は酸化物絶縁層7041に形成されたコンタクトホールを介して駆動用TFT7021の
ドレイン電極層と電気的に接続されている。
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
性導電膜を用いることができる。
ば、具体的には、LiやCs等のアルカリ金属、およびMg、Ca、Sr等のアルカリ土
類金属、およびこれらを含む合金(Mg:Ag、Al:Liなど)の他、YbやEr等の
希土類金属等が好ましい。本実施の形態では、陰極7023の膜厚は、光を透過する程度
(好ましくは、5nm〜30nm程度)とする。例えば20nmの膜厚を有するアルミニ
ウム膜を、陰極7023として用いる。
て透光性を有する導電膜7027と陰極7023を形成してもよく、この場合、同じマス
クを用いてエッチングすることができ、好ましい。
クリル、ポリアミド、エポキシ等の有機樹脂膜、無機絶縁膜または有機ポリシロキサンを
用いて形成する。隔壁7029は、特に感光性の樹脂材料を用い、陰極7023上に開口
部を形成し、その開口部の側壁が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形
成することが好ましい。隔壁7029として感光性の樹脂材料を用いる場合、レジストマ
スクを形成する工程を省略することができる。
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。EL層70
24が複数の層で構成されている場合、陰極7023上に電子注入層、電子輸送層、発光
層、ホール輸送層、ホール注入層の順に積層する。なおこれらの層を全て設ける必要はな
い。
、電子輸送層、電子注入層の順に積層してもよい。ただし、消費電力を比較する場合、陰
極7023上に電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層の順に積
層するほうが消費電力が少ないため好ましい。
きるが、仕事関数が大きい材料、例えば、ITO、IZO、ZnOなどの透明導電性材料
が好ましい。本実施の形態では、陽極7025として酸化珪素を含むITO膜を用いる。
に相当する。図10(B)に示した素子構造の場合、発光素子7022から発せられる光
は、矢印で示すように陽極7025側と陰極7023側の両方に射出する。
り、発光素子7022から陰極7023側に発せられる光は、カラーフィルタ層7043
を通過し、駆動用TFT7021のゲート電極層やソース電極層を通過して射出させる。
駆動用TFT7021のゲート電極層やソース電極層として透光性を有する導電膜を用い
ることで、陽極7025側の開口率と陰極7023側の開口率をほぼ同一とすることがで
きる。
グラフィ技術を用いたエッチング方法などでそれぞれ形成する。
層7045によって覆う。
るコンタクトホールは、隔壁7029と重なる位置に配置する。ドレイン電極層に達する
コンタクトホールと、隔壁7029とを重ねるレイアウトとすることで陽極7025側の
開口率と陰極7023側の開口率をほぼ同一とすることができる。
7027に達するコンタクトホールは、隔壁7029と重なる位置に配置する。
陽極7025側からの光はカラーフィルタ層7043を通過しないため、別途カラーフィ
ルタ層を備えた封止基板を陽極7025上方に設けることが好ましい。
から発せられる光が陽極7005側に抜ける場合の、画素の断面図を示す。図10(C)
では、駆動用TFT7001と接続電極層7050を介して電気的に接続された発光素子
7002の陰極7003が形成されており、陰極7003上にEL層7004、陽極70
05が順に積層されている。
ば、具体的には、LiやCs等のアルカリ金属、およびMg、Ca、Sr等のアルカリ土
類金属、およびこれらを含む合金(Mg:Ag、Al:Liなど)の他、YbやEr等の
希土類金属等が好ましい。
クリル、ポリアミド、エポキシ等の有機樹脂膜、無機絶縁膜または有機ポリシロキサンを
用いて形成する。隔壁7009は、特に感光性の樹脂材料を用い、陰極7003上に開口
部を形成し、その開口部の側壁が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形
成することが好ましい。隔壁7009として感光性の樹脂材料を用いる場合、レジストマ
スクを形成する工程を省略することができる。
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。EL層70
04が複数の層で構成されている場合、陰極7003上に電子注入層、電子輸送層、発光
層、ホール輸送層、ホール注入層の順に積層する。なおこれらの層を全て設ける必要はな
い。
、電子輸送層、電子注入層の順に積層してもよい。この順に積層する場合は、陰極700
3は陽極として機能することとなる。
入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層の順に積層し、その上にMg:A
g合金薄膜とITOとの積層を形成する。
ホール輸送層、ホール注入層の順に積層するほうが消費電力が少ないため好ましい。
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、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
有する導電性導電膜を用いても良い。
相当する。図10(C)に示した画素の場合、発光素子7002から発せられる光は、矢
印で示すように陽極7005側に射出する。
例を示しているが、特に限定されず、薄膜トランジスタ460または薄膜トランジスタ4
81を用いることができる。
050と酸化物絶縁層7051を介して電気的に接続し、接続電極層は、保護絶縁層70
52及び絶縁層7055を介して陰極7003と電気的に接続する。平坦化絶縁層705
3は、ポリイミド、アクリル、ベンゾシクロブテン、ポリアミド、エポキシ等の樹脂材料
を用いることができる。また上記樹脂材料の他に、低誘電率材料(low−k材料)、シ
ロキサン系樹脂、PSG(リンガラス)、BPSG(リンボロンガラス)等を用いること
ができる。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させることで、平坦化絶縁
層7053を形成してもよい。平坦化絶縁層7053の形成法は、特に限定されず、その
材料に応じて、スパッタ法、SOG法、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐
出法(インクジェット法、スクリーン印刷、オフセット印刷等)、ドクターナイフ、ロー
ルコーター、カーテンコーター、ナイフコーター等を用いることができる。
02として緑色発光素子とし、隣り合う一方の発光素子を赤色発光素子とし、もう一方の
発光素子を青色発光素子とする。また、3種類の発光素子だけでなく白色発光素子を加え
た4種類の発光素子でフルカラー表示ができる発光表示装置を作製してもよい。
て、発光素子7002上方にカラーフィルタなどを有する封止基板を配置する構成とし、
フルカラー表示ができる発光表示装置を作製してもよい。白色などの単色の発光を示す材
料を形成し、カラーフィルタや色変換層を組み合わせることによりフルカラー表示を行う
ことができる。
もよいし、単色発光を用いてエリアカラータイプの発光装置を形成してもよい。
L素子を設けることも可能である。
に接続されている例を示したが、駆動用TFTと発光素子との間に電流制御用TFTが接
続されている構成であってもよい。
る。液晶表示装置の場合について図35に示す。
電気的に接続された透光性を有する導電膜7067を有し、透光性を有する導電膜706
7は、酸化物絶縁層7061及び保護絶縁層7062に形成されたコンタクトホールを介
して駆動用TFT7071のドレイン電極層と電気的に接続されている。
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
性導電膜を用いることができる。
ックライトなどから発せられる光は、カラーフィルタ層7063を通過して射出させる。
よって、駆動用TFT7071のゲート電極層やソース電極層として透光性を有する導電
膜を用い、開口率を向上することができる。
グラフィ技術を用いたエッチング方法などでそれぞれ形成する。
層7065によって覆われる。なお、図35ではオーバーコート層7064は薄い膜厚で
図示したが、オーバーコート層7064は、カラーフィルタ層7063に起因する凹凸を
平坦化する機能を有している。
も適用することができる。
断面について、図8を用いて説明する。図8(A)は、第1の基板上に形成された薄膜ト
ランジスタ及び発光素子を、第2の基板との間にシール材によって封止した、パネルの平
面図であり、図8(B)は、図8(A)のH−Iにおける断面図に相当する。
3b、及び走査線駆動回路4504a、4504bを囲むようにして、シール材4505
が設けられている。また画素部4502、信号線駆動回路4503a、4503b、及び
走査線駆動回路4504a、4504bの上に第2の基板4506が設けられている。よ
って画素部4502、信号線駆動回路4503a、4503b、及び走査線駆動回路45
04a、4504bは、第1の基板4501とシール材4505と第2の基板4506と
によって、充填材4507と共に密封されている。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。
503b、及び走査線駆動回路4504a、4504bは、薄膜トランジスタを複数有し
ており、図8(B)では、画素部4502に含まれる薄膜トランジスタ4510と、信号
線駆動回路4503aに含まれる薄膜トランジスタ4509とを例示している。
頼性の高い薄膜トランジスタを適用することができる。本実施の形態において、薄膜トラ
ンジスタ4509、4510はnチャネル型薄膜トランジスタである。
ャネル形成領域と重なる位置に導電層4540が設けられている。導電層4540を酸化
物半導体層のチャネル形成領域と重なる位置に設けることによって、BT試験前後におけ
る薄膜トランジスタ4509のしきい値電圧の変化量を低減することができる。また、導
電層4540は、電位が薄膜トランジスタ4509のゲート電極層と同じでもよいし、異
なっていても良く、第2のゲート電極層として機能させることもできる。また、導電層4
540の電位がGND、0V、或いはフローティング状態であってもよい。
て絶縁層4541が形成されている。絶縁層4541は実施の形態1で示した保護絶縁層
407と同様な材料及び方法で形成すればよい。また、薄膜トランジスタの表面凹凸を低
減するため平坦化絶縁膜として機能する絶縁層4544で覆う構成となっている。ここで
は、絶縁層4541として、実施の形態1に示す保護絶縁層407を用いてスパッタ法に
より酸化珪素膜を形成する。
実施の形態1で示した保護絶縁層407と同様な材料及び方法で形成すればよい。ここで
は、保護絶縁層4543として、PCVD法により窒化珪素膜を形成する。
形態5で示した絶縁層4021と同様な材料及び方法で形成すればよい。ここでは、平坦
化絶縁層4544としてアクリルを用いる。
層4517は、薄膜トランジスタ4510のソース電極層またはドレイン電極層と電気的
に接続されている。なお発光素子4511の構成は、第1の電極層4517、電界発光層
4512、第2の電極層4513の積層構造であるが、示した構成に限定されない。発光
素子4511から取り出す光の方向などに合わせて、発光素子4511の構成は適宜変え
ることができる。
特に感光性の材料を用い、第1の電極層4517上に開口部を形成し、その開口部の側壁
が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。
されていてもどちらでも良い。
4513及び隔壁4520上に保護膜を形成してもよい。保護膜としては、窒化珪素膜、
窒化酸化珪素膜、DLC膜等を形成することができる。
、または画素部4502に与えられる各種信号及び電位は、FPC4518a、4518
bから供給されている。
から形成され、端子電極4516は、薄膜トランジスタ4509、4510が有するソー
ス電極層及びドレイン電極層と同じ導電膜から形成されている。
して電気的に接続されている。
ない。その場合には、ガラス板、プラスチック板、ポリエステルフィルムまたはアクリル
フィルムのような透光性を有する材料を用いる。
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、
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EV
A(エチレンビニルアセテート)を用いることができる。例えば充填材として窒素を用い
ればよい。
位相差板(λ/4板、λ/2板)、カラーフィルタなどの光学フィルムを適宜設けてもよ
い。また、偏光板又は円偏光板に反射防止膜を設けてもよい。例えば、表面の凹凸により
反射光を拡散し、映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。
、別途用意された基板上に単結晶半導体膜又は多結晶半導体膜によって形成された駆動回
路で実装されていてもよい。また、信号線駆動回路のみ、或いは一部、又は走査線駆動回
路のみ、或いは一部のみを別途形成して実装しても良く、図8の構成に限定されない。
ることができる。
装置の画素部の薄膜トランジスタを作製することにより、各画素の薄膜トランジスタのし
きい値電圧のバラツキに起因する表示ムラを抑制することができる。
示装置の駆動回路の薄膜トランジスタを作製することにより、しきい値電圧をマイナスシ
フトさせることなく、チャネル長を短くすることができるので、駆動回路部の薄膜トラン
ジスタの高速動作を実現し、省電力化を図ることができる。
である。
本明細書に開示する半導体装置は、電子ペーパーとして適用することができる。電子ペー
パーは、情報を表示するものであればあらゆる分野の電子機器に用いることが可能である
。例えば、電子ペーパーを用いて、電子書籍(電子ブック)、ポスター、電車などの乗り
物の車内広告、クレジットカード等の各種カードにおける表示等に適用することができる
。電子機器の一例を図17に示す。
よび筐体2703の2つの筐体で構成されている。筐体2701および筐体2703は、
軸部2711により一体とされており、該軸部2711を軸として開閉動作を行うことが
できる。このような構成により、紙の書籍のような動作を行うことが可能となる。
込まれている。表示部2705および表示部2707は、続き画面を表示する構成として
もよいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とするこ
とで、例えば右側の表示部(図17では表示部2705)に文章を表示し、左側の表示部
(図17では表示部2707)に画像を表示することができる。
701において、電源2721、操作キー2723、スピーカ2725などを備えている
。操作キー2723により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示部と同一面にキー
ボードやポインティングデバイスなどを備える構成としてもよい。また、筐体の裏面や側
面に、外部接続用端子(イヤホン端子、USB端子、または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な端子など)、記録媒体挿入部などを備える構成と
してもよい。さらに、電子書籍2700は、電子辞書としての機能を持たせた構成として
もよい。
電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすること
も可能である。
本明細書に開示する半導体装置は、さまざまな電子機器(遊技機も含む)に適用すること
ができる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置(テレビ、またはテレビジョン
受信機ともいう)、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメ
ラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機(携帯電話、携帯電話装置ともいう)、携帯型
ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられ
る。
筐体9601に表示部9603が組み込まれている。表示部9603により、映像を表示
することが可能である。また、ここでは、スタンド9605により筐体9601を支持し
た構成を示している。
コン操作機9610により行うことができる。リモコン操作機9610が備える操作キー
9609により、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部9603に表示され
る映像を操作することができる。また、リモコン操作機9610に、当該リモコン操作機
9610から出力する情報を表示する表示部9607を設ける構成としてもよい。
より一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線または無線に
よる通信ネットワークに接続することにより、一方向(送信者から受信者)または双方向
(送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など)の情報通信を行うことも可能である。
フレーム9700は、筐体9701に表示部9703が組み込まれている。表示部970
3は、各種画像を表示することが可能であり、例えばデジタルカメラなどで撮影した画像
データを表示させることで、通常の写真立てと同様に機能させることができる。
Bケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など)、記録媒体挿入部などを備える構
成とする。これらの構成は、表示部9703と同一面に組み込まれていてもよいが、側面
や裏面に備えるとデザイン性が向上するため好ましい。例えば、デジタルフォトフレーム
9700の記録媒体挿入部に、デジタルカメラで撮影した画像データを記憶したメモリを
挿入して画像データを取り込み、取り込んだ画像データを表示部9703に表示させるこ
とができる。
。無線により、所望の画像データを取り込み、表示させる構成とすることもできる。
れており、連結部9893により、開閉可能に連結されている。筐体9881には表示部
9882が組み込まれ、筐体9891には表示部9883が組み込まれている。また、図
19(A)に示す携帯型遊技機は、その他、スピーカ部9884、記録媒体挿入部988
6、LEDランプ9890、入力手段(操作キー9885、接続端子9887、センサ9
888(力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、
化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振
動、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの)、マイクロフォン9889)等を備え
ている。もちろん、携帯型遊技機の構成は上述のものに限定されず、少なくとも本明細書
に開示する半導体装置を備えた構成であればよく、その他付属設備が適宜設けられた構成
とすることができる。図19(A)に示す携帯型遊技機は、記録媒体に記録されているプ
ログラム又はデータを読み出して表示部に表示する機能や、他の携帯型遊技機と無線通信
を行って情報を共有する機能を有する。なお、図19(A)に示す携帯型遊技機が有する
機能はこれに限定されず、様々な機能を有することができる。
900は、筐体9901に表示部9903が組み込まれている。また、スロットマシン9
900は、その他、スタートレバーやストップスイッチなどの操作手段、コイン投入口、
スピーカなどを備えている。もちろん、スロットマシン9900の構成は上述のものに限
定されず、少なくとも本明細書に開示する半導体装置を備えた構成であればよく、その他
付属設備が適宜設けられた構成とすることができる。
するヒンジユニットを閉状態として表示部9303を有する上部筐体9301と、キーボ
ード9304を有する下部筐体9302とを重ねた状態とすることができ、持ち運ぶこと
が便利であるとともに、使用者がキーボード入力する場合には、ヒンジユニットを開状態
として、表示部9303を見て入力操作を行うことができる。
イス9306を有する。また、表示部9303をタッチ入力パネルとすれば、表示部の一
部に触れることで入力操作を行うこともできる。また、下部筐体9302はCPUやハー
ドディスク等の演算機能部を有している。また、下部筐体9302は他の機器、例えばU
SBの通信規格に準拠した通信ケーブルが差し込まれる外部接続ポート9305を有して
いる。
07を有しており、広い表示画面を実現することができる。また、収納可能な表示部93
07の画面の向きを使用者は調節できる。また、収納可能な表示部9307をタッチ入力
パネルとすれば、収納可能な表示部の一部に触れることで入力操作を行うこともできる。
は無機発光素子などの発光表示パネルなどの映像表示装置を用いる。
放送を受信して映像を表示部に表示することができる。また、上部筐体9301と下部筐
体9302とを接続するヒンジユニットを閉状態としたまま、表示部9307をスライド
させて画面全面を露出させ、画面角度を調節して使用者がテレビ放送を見ることもできる
。この場合には、ヒンジユニットを開状態として表示部9303を表示させず、さらにテ
レビ放送を表示するだけの回路の起動のみを行うため、最小限の消費電力とすることがで
き、バッテリー容量の限られている携帯型のコンピュータにおいて有用である。
話の一例を示す斜視図である。
体を腕に装着するためのバンド部9204、腕に対するバンド部9204の固定状態を調
節する調節部9205、表示部9201、スピーカ9207、及びマイク9208から構
成されている。
チや、撮像開始指示スイッチの他、例えばスイッチを押すとインターネット用のプログラ
ムが起動されるなど、各ファンクションを対応づけることができる。
スイッチ9203の操作、またはマイク9208への音声入力により行われる。なお、図
20(B)では、表示部9201に表示された表示ボタン9202を図示しており、指な
どで触れることにより入力を行うことができる。
段を有するカメラ部9206を有する。なお、特にカメラ部は設けなくともよい。
レビ放送を受信して映像を表示部9201に表示することができ、さらにメモリなどの記
憶装置などを備えた構成として、テレビ放送をメモリに録画できる。また、図20(B)
に示す携帯電話は、GPSなどの位置情報を収集できる機能を有していてもよい。
ネルなどの映像表示装置を用いる。図20(B)に示す携帯電話は、小型、且つ、軽量で
あるため、バッテリー容量が限られており、表示部9201に用いる表示装置は低消費電
力で駆動できるパネルを用いることが好ましい。
ず、携行できる形状を有しているものであればよい。
本実施の形態では、半導体装置の一形態として、実施の形態1で示す薄膜トランジスタを
有する表示装置の例を図21乃至図34を用いて説明する。本実施の形態は、表示素子と
して液晶素子を用いた液晶表示装置の例を図21乃至図34を用いて説明する。図21乃
至図34の液晶表示装置に用いられるTFT628、629は、実施の形態1で示す薄膜
トランジスタを適用することができ、実施の形態1で示す工程で同様に作製できる電気特
性及び信頼性の高い薄膜トランジスタである。TFT628及びTFT629は、酸化物
半導体層をチャネル形成領域とする薄膜トランジスタである。図21乃至図34では、薄
膜トランジスタの一例として図4に示す薄膜トランジスタを用いる場合について説明する
が、これに限定されるものではない。
。VA型とは、液晶表示パネルの液晶分子の配列を制御する方式の一種であり、電圧が印
加されていないときにパネル面に対して液晶分子が垂直方向を向く方式である。本実施の
形態では、特に画素(ピクセル)をいくつかの領域(サブピクセル)に分け、それぞれ別
の方向に分子を倒すよう工夫されている。これをマルチドメイン化あるいはマルチドメイ
ン設計という。以下の説明では、マルチドメイン設計が考慮された液晶表示装置について
説明する。
画素電極層が形成される基板側の平面図であり、図中に示す切断線E−Fに対応する断面
構造を図21に表している。また、図23は対向電極層が形成される基板側の平面図であ
る。以下の説明ではこれらの図を参照して説明する。
成された基板600と、対向電極層640等が形成される対向基板601とが重ね合わせ
られ、液晶が注入された状態を示している。
2の着色膜、第3着色膜(図示せず)、対向電極層640が形成されている。この構造に
より、液晶の配向を制御するための突起644とスペーサの高さを異ならせている。画素
電極層624上には配向膜648が形成され、同様に対向電極層640上にも配向膜64
6が形成されている。基板600と対向基板601の間に液晶層650が形成されている
。
らには、スペーサを基板600上に形成される画素電極層624上に形成してもよい。
0が形成される。画素電極層624は、TFT628、配線616、及び保持容量部63
0を覆う絶縁膜620、絶縁膜620を覆う絶縁膜696、絶縁膜696を覆う第3絶縁
膜622をそれぞれ貫通するコンタクトホール623で、配線618と接続する。TFT
628は実施の形態1で示す薄膜トランジスタを適宜用いることができる。また、保持容
量部630は、TFT628のゲート配線602と同時に形成した第1の容量配線である
容量配線604と、ゲート絶縁膜606と、配線616、618と同時に形成した第2の
容量配線である容量配線617で構成される。
成されている。
を用いて形成する。画素電極層624にはスリット625を設ける。スリット625は液
晶の配向を制御するためのものである。
それぞれTFT628、画素電極層624及び保持容量部630と同様に形成することが
できる。TFT628とTFT629は共に配線616と接続している。この液晶表示パ
ネルの画素(ピクセル)は、画素電極層624と画素電極層626により構成されている
。画素電極層624と画素電極層626はサブピクセルである。
を用いて形成することが好ましい。対向電極層640上には液晶の配向を制御する突起6
44が形成されている。なお、図23に基板600上に形成される画素電極層624及び
画素電極層626を破線で示し、対向電極層640と、画素電極層624及び画素電極層
626が重なり合って配置されている様子を示している。
線602、配線616と接続している。この場合、容量配線604と容量配線605の電
位を異ならせることで、液晶素子651と液晶素子652の動作を異ならせることができ
る。すなわち、容量配線604と容量配線605の電位を個別に制御することにより液晶
の配向を精密に制御して視野角を広げている。
は電界の歪み(斜め電界)が発生する。このスリット625と、対向基板601側の突起
644とを交互に咬み合うように配置することで、斜め電界を効果的に発生させて液晶の
配向を制御することで、液晶が配向する方向を場所によって異ならせている。すなわち、
マルチドメイン化して液晶表示パネルの視野角を広げている。
る。
の平面図であり、図中に示す切断線Y−Zに対応する断面構造を図25に表している。以
下の説明ではこの両図を参照して説明する。
続されている。各TFTは、異なるゲート信号で駆動されるように構成されている。すな
わち、マルチドメイン設計された画素において、個々の画素電極に印加する信号を、独立
して制御する構成を有している。
コンタクトホール623において、配線618でTFT628と接続している。また、画
素電極層626は、絶縁膜620、絶縁膜696及び絶縁膜622をそれぞれ貫通するコ
ンタクトホール627において、配線619でTFT629と接続している。TFT62
8のゲート配線602と、TFT629のゲート配線603には、異なるゲート信号を与
えることができるように分離されている。一方、データ線として機能する配線616は、
TFT628とTFT629で共通に用いられている。TFT628とTFT629は実
施の形態1で示す薄膜トランジスタを適宜用いることができる。また、容量配線690が
設けられている。なお、ゲート配線602、ゲート配線603及び容量配線690上には
ゲート絶縁膜606が形成されている。
離されている。V字型に広がる画素電極層624の外側を囲むように画素電極層626が
形成されている。画素電極層624と画素電極層626に印加する電圧のタイミングを、
TFT628及びTFT629により異ならせることで、液晶の配向を制御している。こ
の画素構造の等価回路を図28に示す。TFT628はゲート配線602と接続し、TF
T629はゲート配線603と接続している。また、TFT628とTFT629は、共
に配線616と接続している。ゲート配線602とゲート配線603に異なるゲート信号
を与えることで、液晶素子651と液晶素子652の動作を異ならせることができる。す
なわち、TFT628とTFT629の動作を個別に制御することにより、液晶素子65
1と液晶素子652の液晶の配向を精密に制御して視野角を広げることができる。
636と対向電極層640の間には平坦化膜637が形成され、液晶の配向乱れを防いで
いる。図27に対向基板側の構造を示す。対向電極層640は異なる画素間で共通化され
ている電極であるが、スリット641が形成されている。このスリット641と、画素電
極層624及び画素電極層626側のスリット625とを交互に咬み合うように配置する
ことで、斜め電界を効果的に発生させて液晶の配向を制御することができる。これにより
、液晶が配向する方向を場所によって異ならせることができ、視野角を広げている。なお
、図27に基板600上に形成される画素電極層624及び画素電極層626を破線で示
し、対向電極層640と、画素電極層624及び画素電極層626が重なり合って配置さ
れている様子を示している。
層640上にも配向膜646が形成されている。基板600と対向基板601の間に液晶
層650が形成されている。また、画素電極層624と液晶層650と対向電極層640
が重なり合うことで、第1の液晶素子が形成されている。また、画素電極層626と液晶
層650と対向電極層640が重なり合うことで、第2の液晶素子が形成されている。ま
た、図25乃至図28で説明する表示パネルの画素構造は、一画素に第1の液晶素子と第
2の液晶素子が設けられたマルチドメイン構造となっている。
て水平方向に電界を加えることで液晶を駆動して階調表現する方式である。この方式によ
れば、視野角を約180度にまで広げることができる。以下の説明では、横電界方式を採
用する液晶表示装置について説明する。
対向基板601を重ね合わせ、液晶を注入した状態を示している。対向基板601には着
色膜636、平坦化膜637などが形成されている。なお、対向基板601側に対向電極
は設けられていない。基板600と対向基板601の間に、配向膜646及び配向膜64
8を介して液晶層650が形成されている。
する容量配線604、並びに実施の形態1で示すTFT628が形成される。また、画素
電極層607は略画素の形状に区画化した形状で形成する。なお、画素電極層607及び
容量配線604上にはゲート絶縁膜606が形成される。
6は液晶表示パネルにおいてビデオ信号をのせるデータ線であり一方向に伸びる配線であ
ると同時に、TFT628のソース領域又はドレイン領域と接続し、ソース及びドレイン
の一方の電極となる。配線618はソース及びドレインの他方の電極となり、第2の画素
電極となる画素電極層624と接続する配線である。
が形成される。また、絶縁膜696上には、絶縁膜620及び絶縁膜696に形成される
コンタクトホールにおいて、配線618に接続する画素電極層624が形成される。画素
電極層624は実施の形態5で示した画素電極層4030と同様の材料を用いて形成する
。
される。なお、保持容量は第1の画素電極である画素電極層607と第2の画素電極であ
る画素電極層624の間で形成している。
面構造を図29に表している。画素電極層624にはスリット625が設けられる。スリ
ット625は液晶の配向を制御するためのものである。この場合、電界は画素電極層60
7と画素電極層624の間で発生する。画素電極層607と画素電極層624の間にはゲ
ート絶縁膜606が形成されているが、ゲート絶縁膜606の厚さは50〜200nmで
あり、2〜10μmである液晶層の厚さと比較して十分薄いので、実質的に基板600と
平行な方向(水平方向)に電界が発生する。この電界により液晶の配向が制御される。こ
の基板と略平行な方向の電界を利用して液晶分子を水平に回転させる。この場合、液晶分
子はどの状態でも水平であるため、見る角度によるコントラストなどの影響は少なく、視
野角が広がることとなる。また、第1の画素電極層607と画素電極層624は共に透光
性の電極であるので、開口率を向上させることができる。
あり、図中に示す切断線V−Wに対応する断面構造を図31に表している。以下の説明で
はこの両図を参照して説明する。
対向基板601を重ね合わせ、液晶を注入した状態を示している。対向基板601には着
色膜636、平坦化膜637などが形成されている。なお、対向基板601側に対向電極
は設けられていない。基板600と対向基板601の間に、配向膜646及び配向膜64
8を介して液晶層650が形成されている。
る。共通電位線609はTFT628のゲート配線602と同時に形成することができる
。また、第1の画素電極である画素電極層607は略画素の形状に区画化した形状で形成
する。
6は液晶表示パネルにおいてビデオ信号をのせるデータ線であり一方向に伸びる配線であ
ると同時に、TFT628のソース領域又はドレイン領域と接続し、ソース及びドレイン
の一方の電極となる。配線618は、ソース及びドレインの他方の電極となり第2の画素
電極である画素電極層624と接続する配線である。
形成される。また、絶縁膜696上には、絶縁膜620及び絶縁膜696に形成されるコ
ンタクトホール623において、配線618に接続する画素電極層624が形成される。
画素電極層624は実施の形態5で示した画素電極層4030と同様の材料を用いて形成
する。なお、図32に示すように、画素電極層624は、共通電位線609と同時に形成
した櫛形の電極と横電界が発生するように形成される。また、画素電極層624の櫛歯の
部分が共通電位線609と同時に形成した櫛形の電極と交互に咬み合うように形成される
。
この電界により液晶の配向が制御される。この基板と略平行な方向の電界を利用して液晶
分子を水平に回転させる。この場合、液晶分子はどの状態でも水平であるため、見る角度
によるコントラストなどの影響は少なく、視野角が広がることとなる。
される。保持容量は共通電位線609と容量電極615の間にゲート絶縁膜606を設け
、それにより形成している。容量電極615と画素電極層624はコンタクトホール63
3を介して接続されている。
り、図中に示す切断線K−Lに対応する断面構造を図33に表している。以下の説明では
この両図を参照して説明する。
ている。データ線として機能する配線616は、TFT628と接続している。TFT6
28は実施の形態1に示すTFTのいずれかを適用することができる。
。容量配線604はTFT628のゲート配線602と同時に形成することができる。ゲ
ート配線602及び容量配線604上にはゲート絶縁膜606が形成される。保持容量は
、容量配線604と容量電極615の間にゲート絶縁膜606を介して形成している。容
量電極615と画素電極層624はコンタクトホール623を介して接続されている。
636と対向電極層640の間には平坦化膜637が形成され、液晶の配向乱れを防いで
いる。液晶層650は画素電極層624と対向電極層640の間に配向膜648及び配向
膜646を介して形成されている。
成されている。
また、基板600の薄膜トランジスタが形成されている面とは逆の面に偏光板を貼り合わ
せ、また対向基板601の対向電極層640が形成されている面とは逆の面に、偏光板を
貼り合わせておく。
の液晶表示装置は、開口率が高い液晶表示装置である。
装置の画素部の薄膜トランジスタを作製することにより、各画素の薄膜トランジスタのし
きい値電圧のバラツキに起因する表示ムラを抑制することができる。
示装置の駆動回路の薄膜トランジスタを作製することにより、しきい値電圧をマイナスシ
フトさせることなく、チャネル長を短くすることができるので、駆動回路部の薄膜トラン
ジスタの高速動作を実現し、省電力化を図ることができる。
スタを作製し、昇温と降温を繰り返す第2の熱処理による、薄膜トランジスタのしきい値
電圧のチャネル長依存性及び電界効果移動度の変化について評価した結果を示す。
μm、10μm、15μm、20μm、30μm、40μm、50μmとする薄膜トラン
ジスタを作製し、昇温と降温を繰り返す第2の熱処理による、薄膜トランジスタのしきい
値電圧のチャネル長依存性及び電界効果移動度の変化について評価した。まず、薄膜トラ
ンジスタの作製方法について説明する。
形成し、酸化窒化珪素膜上にゲート電極層としてスパッタ法により膜厚150nmのタン
グステン膜を形成し、ゲート電極層上にゲート絶縁層としてCVD法により膜厚100n
mの酸化窒化珪素膜を形成した。
2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1)を用いて、基板とターゲットの間との距離を
60mm、圧力0.4Pa、直流(DC)電源0.5kW、アルゴン及び酸素(アルゴン
:酸素=30sccm:15sccm)雰囲気下で成膜し、膜厚50nmの酸化物半導体
層を形成した。
アルミニウム膜(膜厚200nm)、及びチタン膜(膜厚50nm)の積層を、スパッタ
法により形成した。その後、電極層をエッチングしてソース電極層及びドレイン電極層を
形成し、薄膜トランジスタのチャネル長Lの長さが3μm、4μm、5μm、6μm、8
μm、10μm、15μm、20μm、30μm、40μm、50μm、チャネル幅Wが
20μmとなるようにした。
の酸化珪素膜を形成した。さらに保護絶縁層上に配線層としてシリコンを5重量%含む酸
化インジウム酸化スズ合金(ITO)膜を膜厚110nmで、スパッタ法を用いて成膜し
た。それから酸化物半導体層を窒素雰囲気下、250℃で1時間、熱処理を行った。
工程を縦軸に温度[℃]、横軸に時間[分]をとったグラフで示す。図4に示すように、
第2の熱処理は、0分〜20分の20分間で25℃から150℃に昇温する昇温過程と、
20分〜60分の40分間、温度を150℃に維持する高温維持過程と、60分〜105
分の45分間で150℃から25℃に冷却する降温過程と、105分〜120分の15分
間、温度を25℃に維持する低温維持過程と、からなるサイクルを10回繰り返す。
m、5μm、6μm、8μm、10μm、15μm、20μm、30μm、40μm、5
0μmとする薄膜トランジスタを同一基板上に作製した。
、薄膜トランジスタのしきい値電圧のチャネル長依存性及び電界効果移動度の変化につい
て評価した。
、図5(B)に第2の熱処理後の各薄膜トランジスタのしきい値電圧及び電界効果移動度
を示す。図5(A)、図5(B)は縦軸にしきい値電圧(Vth1[V]、Vth2[V
])及び電界効果移動度(μFE[cm2/Vs])をとり、横軸にチャネル長(L[μ
m])をとる。ここで、しきい値電圧Vth1、しきい値電圧Vth2はしきい値電圧の
評価方法が異なる。
d1/2)を縦軸にプロットしたグラフにおいて、最大傾きであるId1/2の接線を外
挿したときのVg軸との交点で定義する。また、しきい値電圧Vth2は、ゲート電圧(
Vg[V])を横軸、ドレイン電流の対数を縦軸にプロットしたグラフにおいて、最大傾
きであるIdの接線を外挿したときのId=1.0×10−12[A]軸との交点で定義
する。
て減少しており、チャネル長Lが20μm以下になるとその傾向が顕著になる。特にしき
い値電圧Vth2は、チャネル長Lが10μm以下になるとマイナスとなっている。それ
に対して、図5(B)では、しきい値電圧Vth1、Vth2がチャネル長Lの減少と共
に減少する傾向は見られるが、図5(A)に比べると緩和されている。特に、チャネル長
Lが20μm以下の部分では、図5(A)よりしきい値電圧Vth1、Vth2の減少が
抑えられており、最もチャネル長の短いL=3μmの場合も、しきい値電圧Vth1、V
th2が0より大きく、ノーマリーオフとなっている。
処理により、抑制されることが分かった。
/Vs程度だが、図5(B)では、電界効果移動度μFEが11.3cm2/Vs〜12
.2cm2/Vs程度に増加している。よって、第2の熱処理により電界効果移動度μF
Eが増加している。
する、薄膜トランジスタを覆うように保護絶縁層を形成し、昇温と降温を複数回繰り返す
第2の熱処理を行うことによって、チャネル長Lを短くすることに伴うしきい値電圧のマ
イナスシフトが抑制されることが分かった。また、第2の熱処理により、薄膜トランジス
タの電界効果移動度μFEを増加できることが分かった。
スタを作製し、昇温と降温を繰り返す第2の熱処理による、同一基板上の薄膜トランジス
タのしきい値電圧のバラツキの変化について評価した結果を示す。
、とする複数の薄膜トランジスタを作製し、昇温と降温を繰り返す第2の熱処理による、
同一基板上の薄膜トランジスタのしきい値電圧のバラツキの変化について評価した。薄膜
トランジスタの作製方法については、実施例1と同様なので実施例1を参照されたい。
第2の熱処理による、同一基板上の薄膜トランジスタのしきい値電圧のバラツキについて
評価した。
、図6(B)に第2の熱処理後の各薄膜トランジスタの電流電圧特性及び電界効果移動度
を示す。図6(A)、図6(B)は縦軸にドレイン電流(ID[A])及び電界効果移動
度(μFE[cm2/Vs])をとり、横軸にゲート電圧(VG[V])をとる。ここで
、図6(A)、図6(B)は、ドレイン電流IDはドレイン電圧VDを1V、10Vとし
て測定したものを、電界効果移動度μFEはドレイン電圧VDを10Vとして測定したも
のを表示している。
、10Vに関わらず、しきい値電圧が0Vより小さく、同一基板面内でしきい値電圧の値
にバラツキがある。それに対して図6(B)では、薄膜トランジスタのしきい値電圧の値
は、ドレイン電圧の値に関わらず、同一基板面内でVG=0Vにほぼ同じ値をとっている
。よって、第2の熱処理により、同一基板面上の薄膜トランジスタのしきい値電圧のバラ
ツキが抑制されることが確認された。
、第2の熱処理によって増加しているのが見受けられる。
する、薄膜トランジスタを覆うように保護絶縁層を形成し、昇温と降温を複数回繰り返す
第2の熱処理を行うことによって、同一基板面上の薄膜トランジスタのしきい値電圧のバ
ラツキが抑制され、しきい値電圧を0Vに近い正のゲート電圧にできることが分かった。
また、第2の熱処理により、薄膜トランジスタの電界効果移動度μFEを増加できること
が分かった。
製し、薄膜トランジスタのしきい値電圧のチャネル長依存性及び電界効果移動度の変化に
ついて評価した結果を示す。
り返す熱処理を行ったが、本実施例では、第2の熱処理として、第1の熱処理より低い温
度を保ったまま、第1の熱処理より長時間連続して熱処理を行った。なお、本実施例は、
第2の熱処理以外の工程は、実施例1と同様なので、それまでの過程は、実施例1を参考
にされたい。
熱処理より長時間連続して熱処理を行った。詳しくは、第2の熱処理として、35分間で
25℃から150℃に昇温する昇温過程と、565分間、温度を150℃に維持する高温
維持過程と、45分間で150℃から25℃に冷却する降温過程と、を行った。
m、5μm、6μm、8μm、10μm、15μm、20μm、30μm、40μm、5
0μmとする薄膜トランジスタを同一基板上に作製した。
第2の熱処理による、薄膜トランジスタのしきい値電圧のチャネル長依存性及び電界効果
移動度の変化について評価した。
を、図37(B)に第2の熱処理後の各薄膜トランジスタのしきい値電圧及び電界効果移
動度を示す。図37(A)、図37(B)は縦軸にしきい値電圧(Vth1[V]、Vt
h2[V])及び電界効果移動度(μFE[cm2/Vs])をとり、横軸にチャネル長
(L[μm])をとる。ここで、しきい値電圧Vth1、しきい値電圧Vth2の定義は
、実施例1と同様である。
h1、Vth2が減少している。それに対して、図37(B)では、チャネル長の減少に
伴い、しきい値電圧Vth1、Vth2が減少する傾向が緩和され、特に、チャネル長L
が20μm以下の部分では、図37(A)よりしきい値電圧Vth1、Vth2の減少が
抑えられており、最もチャネル長の短いL=3μmの場合も、しきい値電圧Vth1、V
th2が0より大きく、ノーマリーオフとなっている。
シフトが、第1の熱処理より低い温度を保ったまま、第1の熱処理より長時間連続して熱
処理を行う第2の熱処理により、抑制されることが分かった。
FEが増加している。
する、薄膜トランジスタを覆うように保護絶縁層を形成し、第1の熱処理より低い温度を
保ったまま、第1の熱処理より長時間連続して熱処理を行う第2の熱処理を行うことによ
って、チャネル長Lを短くすることに伴うしきい値電圧のマイナスシフトが抑制されるこ
とが分かった。また、第2の熱処理により、薄膜トランジスタの電界効果移動度μFEを
増加できることが分かった。
401 ゲート電極層
402 ゲート絶縁層
403 酸化物半導体層
405a ソース電極層
405b ドレイン電極層
407 保護絶縁層
432 酸化物半導体層
450 基板
451 ゲート電極層
452 ゲート絶縁層
453 酸化物半導体層
455a ソース電極層
455b ドレイン電極層
457 保護絶縁層
460 薄膜トランジスタ
461 薄膜トランジスタ
470 基板
471 ゲート電極層
472 ゲート絶縁層
473 酸化物半導体層
475a ソース電極層
475b ドレイン電極層
477 保護絶縁層
480 チャネル保護層
481 薄膜トランジスタ
580 基板
581 薄膜トランジスタ
583 絶縁膜
585 絶縁層
587 電極層
588 電極層
589 球形粒子
594 キャビティ
595 充填材
596 基板
600 基板
601 対向基板
602 ゲート配線
603 ゲート配線
604 容量配線
605 容量配線
606 ゲート絶縁膜
607 画素電極層
609 共通電位線
615 容量電極
616 配線
617 容量配線
618 配線
619 配線
620 絶縁膜
622 絶縁膜
623 コンタクトホール
624 画素電極層
625 スリット
626 画素電極層
627 コンタクトホール
628 TFT
629 TFT
630 保持容量部
631 保持容量部
633 コンタクトホール
636 着色膜
637 平坦化膜
640 対向電極層
641 スリット
644 突起
646 配向膜
648 配向膜
650 液晶層
651 液晶素子
652 液晶素子
690 容量配線
696 絶縁膜
2600 TFT基板
2601 対向基板
2602 シール材
2603 画素部
2604 表示素子
2605 着色層
2606 偏光板
2607 偏光板
2608 配線回路部
2609 フレキシブル配線基板
2610 冷陰極管
2611 反射板
2612 回路基板
2613 拡散板
2700 電子書籍
2701 筐体
2703 筐体
2705 表示部
2707 表示部
2711 軸部
2721 電源
2723 操作キー
2725 スピーカ
4001 基板
4002 画素部
4003 信号線駆動回路
4004 走査線駆動回路
4005 シール材
4006 基板
4008 液晶層
4010 薄膜トランジスタ
4011 薄膜トランジスタ
4013 液晶素子
4015 接続端子電極
4016 端子電極
4018 FPC
4019 異方性導電膜
4020 保護絶縁層
4021 絶縁層
4030 画素電極層
4031 対向電極層
4032 酸化物絶縁層
4035 スペーサ
4040 導電層
4041 絶縁層
4501 基板
4502 画素部
4505 シール材
4506 基板
4507 充填材
4509 薄膜トランジスタ
4510 薄膜トランジスタ
4511 発光素子
4512 電界発光層
4513 電極層
4515 接続端子電極
4516 端子電極
4517 電極層
4519 異方性導電膜
4520 隔壁
4540 導電層
4541 絶縁層
4543 保護絶縁層
4544 絶縁層
5300 基板
5301 画素部
5302 走査線駆動回路
5303 走査線駆動回路
5304 信号線駆動回路
5305 タイミング制御回路
5444 平坦化絶縁層
5601 シフトレジスタ
5602 スイッチング回路
5603 薄膜トランジスタ
5604 配線
5605 配線
590a 黒色領域
590b 白色領域
6400 画素
6401 スイッチング用トランジスタ
6402 駆動用トランジスタ
6403 容量素子
6404 発光素子
6405 信号線
6406 走査線
6407 電源線
6408 共通電極
7001 駆動用TFT
7002 発光素子
7003 陰極
7004 EL層
7005 陽極
7008 陰極
7009 隔壁
7011 駆動用TFT
7012 発光素子
7013 陰極
7014 EL層
7015 陽極
7016 遮蔽膜
7017 導電膜
7019 隔壁
7021 駆動用TFT
7022 発光素子
7023 陰極
7024 EL層
7025 陽極
7027 導電膜
7029 隔壁
7030 ドレイン電極層
7031 酸化物絶縁層
7032 絶縁層
7033 カラーフィルタ層
7034 オーバーコート層
7035 保護絶縁層
7041 酸化物絶縁層
7042 絶縁層
7043 カラーフィルタ層
7044 オーバーコート層
7045 保護絶縁層
7050 接続電極層
7051 酸化物絶縁層
7052 保護絶縁層
7053 平坦化絶縁層
7055 絶縁層
7061 酸化物絶縁層
7062 保護絶縁層
7063 カラーフィルタ層
7064 オーバーコート層
7065 保護絶縁層
7067 導電膜
7071 駆動用TFT
9201 表示部
9202 表示ボタン
9203 操作スイッチ
9205 調節部
9206 カメラ部
9207 スピーカ
9208 マイク
9301 上部筐体
9302 下部筐体
9303 表示部
9304 キーボード
9305 外部接続ポート
9306 ポインティングデバイス
9307 表示部
9600 テレビジョン装置
9601 筐体
9603 表示部
9605 スタンド
9607 表示部
9609 操作キー
9610 リモコン操作機
9700 デジタルフォトフレーム
9701 筐体
9703 表示部
9881 筐体
9882 表示部
9883 表示部
9884 スピーカ部
9885 操作キー
9886 記録媒体挿入部
9887 接続端子
9888 センサ
9889 マイクロフォン
9890 LEDランプ
9891 筐体
9893 連結部
9900 スロットマシン
9901 筐体
9903 表示部
4503a 信号線駆動回路
4504a 走査線駆動回路
4518a FPC
Claims (3)
- ゲート電極層を形成し、
前記ゲート電極層上にゲート絶縁層を形成し、
前記ゲート絶縁層上に酸化物半導体層を形成し、
前記酸化物半導体層に、350℃以上750℃以下の第1の熱処理を行い、
前記第1の熱処理後、前記酸化物半導体層と電気的に接続するソース電極層及びドレイン電極層を形成し、
前記ゲート絶縁層、前記酸化物半導体層、前記ソース電極層及び前記ドレイン電極層上に、前記酸化物半導体層の一部と接する絶縁層を形成し、
前記絶縁層を形成した後、第2の熱処理を行い、
前記第2の熱処理の後、第3の熱処理を行い、
前記第2の熱処理は、前記第1の熱処理より低い温度で行い、
前記第3の熱処理は、前記第1の熱処理より低い温度で行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。 - ゲート電極層を形成し、
前記ゲート電極層上にゲート絶縁層を形成し、
前記ゲート絶縁層上に酸化物半導体層を形成し、
前記酸化物半導体層に、350℃以上750℃以下の第1の熱処理を行い、
前記第1の熱処理後、前記酸化物半導体層と電気的に接続するソース電極層及びドレイン電極層を形成し、
前記ゲート絶縁層、前記酸化物半導体層、前記ソース電極層及び前記ドレイン電極層上に、前記酸化物半導体層の一部と接する絶縁層を形成し、
前記絶縁層を形成した後、第2の熱処理を行い、
前記第2の熱処理の後、第3の熱処理を行い、
前記第2の熱処理は、前記第1の熱処理より低い温度で行い、
前記第3の熱処理は、前記第1の熱処理より低い温度で行い、
前記第2の熱処理の温度と前記第3の熱処理の温度とは異なる、ことを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項1または請求項2において、
前記第2の熱処理は、窒素雰囲気で行い
前記第3の熱処理は、窒素雰囲気で行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
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