JP2015213178A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
一とする。
【解決手段】ゲート電極を有し、ゲート電極上にゲート絶縁膜を有し、ゲート絶縁膜上に
酸化物半導体膜を有し、酸化物半導体膜上にソース電極及びドレイン電極を有し、ゲート
電極に、しきい値電圧以上の電圧を印加した際にソース電極とドレイン電極間に流れる電
流(オン電流)の温度依存性より求めた酸化物半導体膜の活性化エネルギーが、0meV
以上25meV以下である半導体装置を提供する。
【選択図】図1
Description
タを有する半導体装置に関する。
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。
度)を用い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IC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
必要とされる透光性を有する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、酸化スズ、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)。
ンジスタ特性が良好であることが望まれる。特性の良好なトランジスタを用いることで、
半導体装置をより高速に駆動させることができる。またトランジスタの劣化やバラツキを
防止して信頼性を向上することで、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
車載用の表示パネル等では、−30℃以上105℃以下程度の耐熱性が求められる。そこ
で、このような半導体装置に搭載するトランジスタにも、広い温度範囲で安定した動作特
性が必要とされる。
供することを課題の一とする。また、広い温度範囲で安定して動作するトランジスタ及び
それを用いた半導体装置を提供することを課題の一とする。
不純物、特に水や水素を除去することにより高純度化させ、真性化(I型化)又は実質的
に真性化を実現する。
絶縁膜を有し、ゲート絶縁膜上に酸化物半導体膜を有し、酸化物半導体膜上にソース電極
及びドレイン電極を有し、ゲート電極に、しきい値電圧以上の電圧を印加した際にソース
電極とドレイン電極間に流れる電流(オン電流)の温度依存性より求めた酸化物半導体膜
の活性化エネルギーが、0meV以上25meV以下である。
を有し、ゲート絶縁膜上に酸化物半導体膜を有し、酸化物半導体膜上にソース電極及びド
レイン電極を有し、ソース電極及びドレイン電極上に酸化物半導体膜の一部と接する絶縁
膜を有し、ゲート電極に、しきい値電圧以上の電圧を印加した際にソース電極とドレイン
電極間に流れる電流(オン電流)の温度依存性より求めた酸化物半導体膜の活性化エネル
ギーが、0meV以上25meV以下である。
上500nm以下であるのが好ましい。
上300nm以下であるのが好ましい。
タン、マグネシウム、イットリウム、アルミニウム、タングステン、またはモリブデンを
含むことが好ましい。
。また、消費電力が低い半導体装置を作製することができる。また、温度依存性が低く、
動作可能範囲が広い半導体装置を作製することができる。
以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び
詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。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。
本実施の形態では、チャネルエッチ構造のボトムゲート型のトランジスタを例に挙げ、本
発明の一態様に係るトランジスタの構造について説明する。
スタ110の上面図を、それぞれ示す。なお、図1(B)の破線A1−A2における断面
図が、図1(A)に相当する。
、ゲート電極101上のゲート絶縁膜102と、ゲート絶縁膜102を介してゲート電極
101と重畳する酸化物半導体膜108と、酸化物半導体膜108上に形成された一対の
ソース電極106およびドレイン電極107とを有する。さらに、トランジスタ110は
、酸化物半導体膜108上に形成された絶縁膜109を、その構成要素に含めても良い。
図1に示すトランジスタ110は、ソース電極106とドレイン電極107の間において
、酸化物半導体膜108の一部がエッチングされたチャネルエッチ構造である。ゲート電
極101と基板100の間には、下地膜となる絶縁膜が設けられていても良い。
分に除去され、酸素が供給されることにより高純度化されたものである。高純度化された
酸化物半導体膜は、十分に小さいキャリア密度の値(例えば、1×1012/cm3未満
、より好ましくは、1×1011/cm3未満であり、限りなくゼロに近い値)をとる。
このように、I型化または実質的にI型化された酸化物半導体を用いることで、極めて優
れたオフ電流特性のトランジスタ110を得ることができる。また、オン電流の温度依存
性より求めた活性化エネルギーが十分に低く(例えば、0meV以上25meV以下、好
ましくは0meV以上20meV以下)、オン電流の温度依存性が極めて低いトランジス
タ110を得ることができる。
酸化物半導体膜を高純度化、真性化(I型化)することが、トランジスタの特性にどのよ
うに影響を与えるかを以下に説明する。
酸化物半導体を用いたトランジスタの電導機構につき、図7乃至図10を用いて説明する
。なお、以下の説明では、理解の容易のため理想的な状況を仮定しており、そのすべてが
現実の様子を反映しているとは限らない。また、以下の説明はあくまでも一考察に過ぎな
いことを付記する。
電極(GE1)上にゲート絶縁膜(GI)を介して酸化物半導体膜(OS)が設けられ、
その上にソース電極(S)及びドレイン電極(D)が設けられている。さらに、ソース電
極(S)及びドレイン電極(D)を覆うように絶縁層が設けられている。
図8中の黒丸(●)は電子を示し、白丸(○)は正孔を示し、それぞれは電荷(−q,+
q)を有している。ドレイン電極に正の電圧(VD>0)を印加した上で、破線はゲート
電極に電圧を印加しない場合(VG=0)、実線はゲート電極に正の電圧(VG>0)を
印加する場合を示す。ゲート電極に電圧を印加しない場合は高いポテンシャル障壁のため
に電極から酸化物半導体側へキャリア(電子)が注入されず、電流を流さないオフ状態を
示す。一方、ゲートに正の電圧を印加するとポテンシャル障壁が低下し、電流を流すオン
状態を示す。
9(A)はゲート電極(GE1)に正の電圧(VG>0)が印加された状態であり、ソー
ス電極とドレイン電極間にキャリア(電子)が流れるオン状態を示している。また、図9
(B)は、ゲート電極(GE1)に負の電圧(VG<0)が印加された状態であり、オフ
状態(少数キャリアは流れない)である場合を示す。
を示す。
ャップ中央に位置する真性フェルミ準位(Ei)から離れて、伝導帯(Ec)寄りに位置
している。なお、酸化物半導体において水素はドナーとなりn型化する一つの要因である
ことが知られている。
除去し、酸化物半導体の主成分以外の不純物が極力含まれないように高純度化することに
より真性(i型)とし、又は真性型とせんとしたものである。すなわち、不純物を添加し
てI型化するのでなく、水素や水等の不純物を極力除去したことにより、高純度化された
i型(真性半導体)又はそれに近づけることを特徴としている。これにより、フェルミ準
位(EF)は真性フェルミ準位(Ei)と同じレベルにまですることができる。
4.3eVと言われている。ソース電極及びドレイン電極を構成するチタン(Ti)の仕
事関数は、酸化物半導体の電子親和力(χ)とほぼ等しい。この場合、金属−酸化物半導
体界面において、電子に対してショットキー型の障壁は形成されない。
の界面における、酸化物半導体側のエネルギー的に安定な最低部を移動する。
リアであるホールは実質的にゼロであるため、電流は限りなくゼロに近い値となる。
μmの素子であっても、オフ電流が10−13A以下であり、サブスレッショルドスイン
グ値(S値)が0.1V/dec.(ゲート絶縁膜厚100nm)が得られる。
、酸化物半導体膜を高純度化することにより、薄膜トランジスタの動作を良好なものとす
ることができる。
酸化物半導体との比較対象たり得る半導体材料としては、炭化珪素(例えば、4H−Si
C)がある。酸化物半導体と4H−SiCはいくつかの共通点を有している。キャリア密
度はその一例である。フェルミ・ディラック分布に従えば、酸化物半導体の少数キャリア
は10−7/cm3程度と見積もられるが、これは、4H−SiCにおける6.7×10
−11/cm3と同様、極めて低い値である。シリコンの真性キャリア密度(1.4×1
010/cm3程度)と比較すれば、その程度が並はずれていることが良く理解できる。
iCのエネルギーバンドギャップは3.26eVであるから、ワイドギャップ半導体とい
う点においても、酸化物半導体と炭化珪素とは共通している。
ロセス温度である。炭化珪素は一般に1500℃〜2000℃の熱処理を必要とするから
、他の半導体材料を用いた半導体素子との積層構造は困難である。このような高い温度で
は、半導体基板や半導体素子などが破壊されてしまうためである。他方、酸化物半導体は
、300〜500℃(ガラス転移温度以下、最大でも700℃程度)の熱処理で作製する
ことが可能であり、他の半導体材料を用いて集積回路を形成した上で、酸化物半導体によ
る半導体素子を形成することが可能となる。
という利点を有する。さらに、高温での熱処理が不要という点で、炭化珪素と比較してエ
ネルギーコストを十分に低くすることができるという利点を有する。
要因となる。このため、理論的には、炭化珪素で、本発明の酸化物半導体と同等な低キャ
リア密度が得られるが、現実には、上記のような理由により1012/cm3以下のキャ
リア密度を得ることは難しい。上記のことは、同じくワイドギャップ半導体として知られ
ている窒化ガリウムと酸化物半導体との比較に関しても言える。
や水素を除去することによりI型化を実現する。この点、シリコンなどのように不純物を
添加してのI型化ではなく、従来にない技術思想を含むものといえる。
なく、ドナーを形成する水素等の不純物を極力低減し、キャリア密度を好ましくは、1×
1012/cm3未満、より好ましくは、1.45×1010/cm3未満となるように
することで、実用的な動作温度で熱的に励起されるキャリアを排除して、ソース側から注
入されるキャリアのみによってトランジスタを動作させることができる。それにより、オ
フ電流が1×10−13A以下という特性を有するトランジスタを得ることができる。
続いて、本実施の形態で作製方法を示すトランジスタに対してオフ電流の温度特性を評価
する。温度特性は、トランジスタが使われる最終製品の耐環境性や、性能の維持などを考
慮する上で重要である。当然ながら、変化量が小さいほど好ましく、製品設計の自由度が
増す。
ネル長Lが10μm、チャネル幅Wが50μmのトランジスタを20000個並列に接続
し、L/W=10μm/1,000,000μm(1m)のチャネルエッチ構造のボトム
ゲート型トランジスタを形成した。
いで、ガラス基板上に下地膜として、CVD法により膜厚100nmの窒化珪素層を形成
し、窒化珪素層上に膜厚150nmの酸化窒化珪素層を形成する。続いて、酸化窒化珪素
層上にゲート電極としてスパッタ法により膜厚100nmのタングステン層を形成した後
、このタングステン層を選択的にエッチングして、ゲート電極を形成した。
層を形成した。
膜用ターゲット(モル数比で、In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1)を用いて
、厚さ30nmの酸化物半導体膜を形成した。そして、酸化物半導体膜を選択的にエッチ
ングし、島状の酸化物半導体膜を形成した。
の第1の加熱処理を行った。
タン層(厚さ100nm)、アルミニウム層(厚さ200nm)、及びチタン層(厚さ1
00nm)の積層を、スパッタ法により形成した。そして、当該導電膜を選択的にエッチ
ングして、ソース電極及びドレイン電極を形成した。なお、1つのトランジスタのチャネ
ル長Lを10μm、チャネル幅Wを50μmとし、このトランジスタ20000段(横1
00段、縦200段)を並列接続とすることで、L/W=10μm/1,000,000
μm(1m)となるようにした。
に絶縁膜としてスパッタ法により酸化珪素層を膜厚300nmで形成した。その後、平坦
化膜として、アクリル樹脂膜を膜厚1.5μmで形成した。ここで、酸化珪素層及び平坦
化膜を選択的にエッチングし、ソース電極層またはドレイン電極層上に開口部を形成した
。その後、ソース電極層またはドレイン電極層と電気的に接続する透明導電層としてイン
ジウム錫酸化物(ITO:Indium Tin Oxide)層を膜厚110nmで形
成し、窒素雰囲気下、250℃で1時間、熱処理を行った。
び120℃のそれぞれの温度でトランジスタを形成した基板を一定温度とし、ドレイン電
圧を6V、ゲート電圧を−20V〜+20Vまで変化させてVg−Id特性を取得した。
り、図中の矢印で示す右端の曲線が−30℃、左端が120℃で取得した曲線で、その他
の温度で取得した曲線は、その間に位置する。オフ電流(Ioff)は、ゲート電圧が2
0V近傍を除いて、全ての温度で測定機の分解能近傍の1×10−12A以下となってお
り、温度依存性は殆ど確認できない。すなわち、−30℃の低温、及び120℃の高温に
おいても、オフ電流が1×10−12A以下を維持しており、チャネル幅Wが1mである
ことを考慮すると、オフ電流が非常に小さいことがわかる。
ilent社製 分解能(100fA))を用いた。
温度依存性がほとんど確認できない。これは、酸化物半導体が高純度化されることによっ
て、導電型が限りなく真性型に近づき、フェルミ準位が禁制帯の中央に位置するため、温
度依存性を示さなくなるためと考察される。また、これは、酸化物半導体のエネルギーギ
ャップが3eV以上であり、熱励起キャリアが極めて少ないことにも起因する。また、ソ
ース領域及びドレイン領域は縮退した状態にあるので、やはり温度依存性が現れない要因
となっている。トランジスタの動作は、縮退したソース領域から酸化物半導体に注入され
たキャリアによるものがほとんどであり、キャリア密度の温度依存性がないことから上記
特性(オフ電流の温度依存性無し)を説明することができる。
次いで、本実施の形態で作製方法を示すトランジスタのオン電流(Ion)の温度依存性
により求めた活性化エネルギーを評価する。活性化エネルギーは、アレニウスプロットに
より算出することが知られている。
し、ゲート電圧(Vg)をしきい値電圧(Vth)以上(具体的には、Vg=Vth+1
0V)とした際の、トランジスタのオン電流(Ion)の温度依存性を測定し、そのアレ
ニウスプロットの近似直線の傾きにより活性化エネルギーを算出した。測定の温度範囲は
−30℃乃至120℃とした。
タのオン電流における活性化エネルギーが低いことは、アレニウスプロットの傾きが緩や
かということであるから、トランジスタのオン状態におけるキャリアの伝導を阻害するバ
リアハイトが低いことと同義である。すなわち、トランジスタのオン電流における活性化
エネルギーが低いことは、熱的にバリアを乗り越えやすく、トランジスタのオン電流の温
度依存性が低いことを表す。例えば、オン電流における活性化エネルギーが0meV以上
25meV以下、好ましくは0meV以上20meV以下であると、キャリアの伝導を阻
害するバリアハイトが十分に低く、キャリアが熱的にバリアを乗り越えやすくなるため、
オン電流の温度依存性の極めて低いトランジスタとなり、好ましい。
2)と、比較例としてアモルファスシリコン(a−Si)を活性層として用いた薄膜トラ
ンジスタ(以下、比較TFT−3)を例に説明する。
TFT−1として、チャネル長Lが3μm、チャネル幅Wが24μmのチャネルエッチ構
造のボトムゲート型トランジスタを作製した。
いで、ガラス基板上に下地膜として、CVD法により膜厚100nmの窒化珪素層を形成
し、窒化珪素層上に膜厚150nmの酸化窒化珪素層を形成した。続いて、酸化窒化珪素
層上にゲート電極としてスパッタ法により膜厚100nmのタングステン層を形成した後
、このタングステン層を選択的にエッチングして、ゲート電極を形成した。
層を形成した。
ゲット(モル数比で、In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1)を用いて、厚さ3
0nmの酸化物半導体膜を形成した。そして、酸化物半導体膜を選択的にエッチングし、
島状の酸化物半導体膜を形成した。
の第1の加熱処理を行った。
タン層(厚さ100nm)、アルミニウム層(厚さ200nm)、及びチタン層(厚さ1
00nm)の積層を、スパッタ法により形成した。当該導電膜を選択的にエッチングして
、ソース電極及びドレイン電極を形成し、薄膜トランジスタのチャネル長Lが3μm、チ
ャネル幅Wが24μmとなるようにした。
に絶縁膜としてスパッタ法により酸化珪素層を膜厚300nmで形成した。その後、平坦
化膜として、アクリル樹脂膜を膜厚1.5μmで形成した。ここで、酸化珪素層及び平坦
化膜を選択的にエッチングし、ソース電極またはドレイン電極上に開口部を形成した。そ
の後、ソース電極またはドレイン電極と電気的に接続する透明導電層としてITO層を膜
厚110nmで形成し、窒素雰囲気下、250℃で1時間、熱処理を行った。
TFT−2として、チャネル長Lが3μm、チャネル幅Wが50μmのチャネルエッチ構
造のボトムゲート型トランジスタを作製した。
化珪素層上に膜厚150nmの酸化窒化珪素層を形成した。続いて、酸化窒化珪素層上に
ゲート電極としてスパッタ法により膜厚100nmのタングステン層を形成した後、この
タングステン層を選択的にエッチングして、ゲート電極を形成した。
層を形成した。
ゲット(モル数比で、In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1)を用いて、厚さ3
0nmの酸化物半導体膜を形成した。そして、酸化物半導体膜を選択的にエッチングし、
島状の酸化物半導体膜を形成した。
の第1の加熱処理を行った。
タン層(厚さ100nm)、アルミニウム層(厚さ200nm)、及びチタン層(厚さ1
00nm)の積層を、スパッタ法により形成した。当該導電膜を選択的にエッチングして
、ソース電極及びドレイン電極を形成し、薄膜トランジスタのチャネル長Lが3μm、チ
ャネル幅Wが50μmとなるようにした。
300nmで形成した。その後、平坦化膜として、アクリル樹脂膜を膜厚1.5μmで形
成し、窒素雰囲気下、250℃で1時間、第2の加熱処理を行った。最後に、ソース電極
またはドレイン電極と電気的に接続する透明導電層としてITO層を膜厚110nmで形
成した。
比較TFT−3として、チャネル長Lが3.7μm、チャネル幅Wが22μmのチャネル
エッチ構造のボトムゲート型トランジスタを作製した。
た。続いて、酸化窒化珪素層上にゲート電極としてスパッタ法によりチタン層(厚さ50
nm)、アルミニウム層(厚さ380nm)、及びチタン層(厚さ120nm)の積層を
形成した後、この積層導電膜を選択的にエッチングして、ゲート電極を形成した。
層を形成し、次いで、CVD法により、膜厚205nmのアモルファスシリコン層、及び
膜厚50nmのリンが添加されたアモルファスシリコン層の積層よりなる半導体層(以下
、a−Si半導体層とも表記する)を形成した。そして、a−Si半導体層を選択的にエ
ッチングし、島状のa−Si半導体層を形成した。
チタン層(厚さ50nm)、アルミニウム層(厚さ200nm)、及びチタン層(厚さ5
0nm)の積層を、スパッタ法により形成した。当該導電膜を選択的にエッチングして、
ソース電極及びドレイン電極を形成し、薄膜トランジスタのチャネル長Lが3.7μm、
チャネル幅Wが22μmとなるようにした。
A)は、比較TFT−3のアレニウスプロットを、図5(B)は、TFT−1のアレニウ
スプロットを、図5(C)は、TFT−2のアレニウスプロットをそれぞれ示す。なお、
図5において、縦軸は、TFTのドレイン電圧(Vd)を10Vとし、ゲート電圧(Vg
)をしきい値電圧(Vth)+10Vとした際のソースとドレイン間の電流(TFTのオ
ン電流(Ion))を示し、横軸は測定した絶対温度の逆数を示す。
活性化エネルギーを求めた。図6に、それぞれのTFTのIonにおける活性化エネルギ
ーを示す。
に対して、本発明の一態様のTFT−2では、16.1meV、また本発明の一態様のT
FT−1では6.15meVとその値を格段に低くすることが可能であることがわかる。
前述した通り、活性化エネルギーが低いことは、TFTのオン電流の温度依存性が低いこ
とを表すため、本実施の形態に係るトランジスタは、温度変化によってオン電流がほとん
ど変化しない極めて安定に動作するトランジスタであることが理解できる。
次いで、図1に示したボトムゲート型のトランジスタを例に挙げ、半導体装置のさらに詳
しい構成及び作製方法について図2を用いて説明する。
バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、若しくはアルミノシリケートガ
ラスなど、フュージョン法やフロート法で作製される無アルカリガラス基板、セラミック
基板の他、本作製工程の処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基板等を用いる
ことができる。また、ステンレス合金などの金属基板の表面に絶縁層を設けた基板を適用
しても良い。
地膜として、例えば、酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、窒化
アルミニウム膜、または窒化酸化アルミニウム膜のいずれか1つを単層で、或いは複数を
積層させて用いることができる。特に、下地膜に、バリア性の高い絶縁膜、例えば窒化珪
素膜、窒化酸化珪素膜、窒化アルミニウム膜、または窒化酸化アルミニウム膜などを用い
ることで、水分、または水素などの雰囲気中の不純物、或いは基板100内に含まれるア
ルカリ金属、重金属などの不純物が、酸化物半導体膜内、ゲート絶縁膜内、或いは、酸化
物半導体膜と他の絶縁膜の界面とその近傍に入り込むのを防ぐことができる。
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
物質をいう。
オジム、スカンジウム等の金属材料、これら金属材料を主成分とする合金材料を用いた導
電膜、或いはこれら金属の窒化物を、単層で又は積層で用いることができる。なお、後の
工程において行われる加熱処理の温度に耐えうるのであれば、上記金属材料としてアルミ
ニウム、銅を用いることも出来る。アルミニウムまたは銅は、耐熱性や腐食性の問題を回
避するために、高融点金属材料と組み合わせて用いるのが好ましい。高融点金属材料とし
ては、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン、ネオジム、スカンジウム
等を用いることができる。
リブデン膜が積層された二層の積層構造、または銅膜上にモリブデン膜を積層した二層構
造、銅膜上に窒化チタン膜若しくは窒化タンタル膜を積層した二層構造、または、窒化チ
タン膜とモリブデン膜とを積層した二層構造とすることが好ましい。3層の積層構造を有
するゲート電極101としては、アルミニウム膜、アルミニウムとシリコンの合金膜、ア
ルミニウムとチタンの合金膜またはアルミニウムとネオジムの合金膜を中間層とし、タン
グステン膜、窒化タングステン膜、窒化チタン膜またはチタン膜を上下層として積層した
構造とすることが好ましい。
とする。本実施の形態では、タングステンターゲットを用いたスパッタ法により100n
mのゲート電極用の導電膜を形成した後、該導電膜をエッチングにより所望の形状に加工
(パターニング)することで、ゲート電極101を形成する。
、高密度プラズマを用いた成膜処理により形成することが好ましい。高密度なプラズマの
発生により、ゲート絶縁膜102におけるプラズマダメージを少なくできる。したがって
、ゲート絶縁膜102中の未結合手を低減して、欠陥を低減させることが可能となり、こ
の後形成される酸化物半導体との界面を極めて良好にすることができる。なお、ゲート絶
縁膜102は、水分や、水素、酸素などの不純物を極力含まないことが望ましい。
、または窒化酸化珪素膜を、単層で、或いは積層させて形成することができる。例えば、
成膜ガスとして、シラン及び一酸化窒素を用いて酸化窒化珪素膜よりなるゲート絶縁膜1
02を成膜することができる。ゲート絶縁膜102の膜厚は、10nm以上500nm以
下、好ましくは100nm以上500nm以下とし、積層の場合は、例えば、膜厚50n
m以上200nm以下の第1のゲート絶縁膜と、第1のゲート絶縁膜上に膜厚5nm以上
300nm以下の第2のゲート絶縁膜とを積層させた構成とする。
は窒化酸化珪素膜等の窒化膜と、の順に積層して形成することができる。また、基板側か
ら窒化珪素膜または窒化酸化珪素膜と、酸化珪素膜または酸化窒化珪素膜と、窒化珪素膜
または窒化酸化珪素膜と、の順に積層して形成することができる。
CVDにより膜厚100nmの酸化窒化珪素膜をゲート絶縁膜102として形成する。な
お、本明細書において、マイクロ波とは300MHz〜300GHzの周波数域を指す。
半導体をターゲットとして用い、スパッタ法により成膜する。また、酸化物半導体膜の成
膜雰囲気は、希ガス(例えばアルゴン)雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガス(例えばア
ルゴン)及び酸素を含む雰囲気下とすることができる。
マを発生させる逆スパッタを行い、ゲート絶縁膜102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。
また、アルゴン雰囲気に酸素、亜酸化窒素などを加えた雰囲気で行ってもよい。また、ア
ルゴン雰囲気に塩素、四フッ化炭素などを加えた雰囲気で行ってもよい。
元系金属酸化物であるIn−Ga−Zn−O膜、In−Sn−Zn−O膜、In−Al−
Zn−O膜、Sn−Ga−Zn−O膜、Al−Ga−Zn−O膜、Sn−Al−Zn−O
系や、二元系金属酸化物であるIn−Zn−O膜、Sn−Zn−O膜、Al−Zn−O膜
、Zn−Mg−O膜、Sn−Mg−O膜、In−Mg−O膜や、In−O膜、Sn−O膜
、Zn−O膜などを用いることができる。また、上記酸化物半導体膜にSiO2を含んで
もよい。なお、ここで、例えば、In−Sn−Ga−Zn−O膜とは、インジウム(In
)、錫(Sn)、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)を有する酸化物膜、という意味であり
、その化学量論比はとくに問わない。
ことができる。ここで、Mは、Ga、Al、MnおよびCoから選ばれた一または複数の
金属元素を示す。例えばMとして、Ga、Ga及びAl、Ga及びMn、またはGa及び
Coなどがある。
とする。本実施の形態では、酸化物半導体膜としてIn(インジウム)、Ga(ガリウム
)、及びZn(亜鉛)を含む酸化物半導体ターゲット(例えば、モル数比がIn2O3:
Ga2O3:ZnO=1:1:1、または、In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:
2)を用いたスパッタ法により得られる、膜厚30nmのIn−Ga−Zn−O系膜を用
いる。また、本実施の形態では、成膜方法にDCスパッタ法を用い、アルゴンの流量30
sccmとし、酸素の流量15sccmとし、基板温度は室温とする。
してもよい。大気に触れさせることなく連続成膜することで、大気成分や大気中に浮遊す
る水やハイドロカーボンなどの不純物元素による、ゲート絶縁膜102と酸化物半導体膜
の界面の汚染を防止することができるため、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(パターニング)し、ゲート電極101と重なる位置であって、ゲート絶縁膜102
上に島状の酸化物半導体膜103を形成する。
酸化物半導体膜103に第1の加熱処理を施す。酸化物半導体膜103に加熱処理を施す
ことで、水(水酸基を含む)、水素が脱離した酸化物半導体膜104が形成される(図2
(B))。具体的には、不活性ガス雰囲気(窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等
)下において、450℃以上750℃以下(若しくはガラス基板の歪点以下の温度)で1
分間以上10分間以下の加熱処理を行う。なお、この工程は、RTA(Rapid Th
ermal Anneal)法による加熱処理によってもよい。RTA法を用いれば、短
時間に脱水化または脱水素化が行えるため、ガラス基板の歪点を超える温度でも処理する
ことができる。RTA法には、加熱した気体を用いるGRTA(Gas Rapid T
hermal Anneal)法またはランプ光を用いるLRTA(Lamp Rapi
d Thermal Anneal)法などがある。なお、上記加熱処理は、島状の酸化
物半導体膜103形成後のタイミングに限らず、島状の酸化物半導体膜103形成前の酸
化物半導体膜に対して行っても良い。また、上記加熱処理を、酸化物半導体膜形成後に複
数回行っても良い。
などを除去することができる。よって不純物を低減し、I型化または実質的にI型化され
た酸化物半導体膜104を形成することができる。
状態で6分間、加熱処理を行う。例えば、電気炉を用いて加熱処理を行う場合、昇温特性
を0.1℃/min以上20℃/min以下、降温特性を0.1℃/min以上15℃/
min以下とすることが好ましい。
分、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ヘリウム、
ネオン、アルゴン等の希ガス、または窒素の純度を、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。
℃以下の、水分含有量が少ない空気下において、加熱処理を行うようにしても良い。
ことが好ましいが、一部結晶化していても良い。
レイン電極用の導電膜105を単層で、又は積層させて形成する。導電膜105は、スパ
ッタ法をはじめとするPVD法や、プラズマCVD法などのCVD法を用いて形成するこ
とができる。また、導電膜105は、チタン、マグネシウム、イットリウム、アルミニウ
ム、タングステン、モリブデンなどから選ばれた元素や、上述した元素を成分とする合金
等を用いて形成することができる。また、酸化インジウム、酸化インジウム酸化スズ合金
、酸化インジウム酸化亜鉛合金、酸化亜鉛、酸化亜鉛アルミニウム、酸窒化亜鉛アルミニ
ウム、または酸化亜鉛ガリウム等の透光性を有する酸化物導電膜を用いても良い。透光性
を有する酸化物導電膜を用いることで、画素の開口率を向上させることができる。
は、酸化物半導体膜104上に、スパッタ法で形成された膜厚100nmのチタン膜、ス
パッタ法で形成された膜厚200nmのアルミニウム膜、スパッタ法で形成された膜厚1
00nmのチタン膜を順に積層し、3層の積層構造よりなる導電膜105を形成する。
(パターニング)することで、ソース電極106、ドレイン電極107を形成する。
材料及びエッチング条件を適宜調節する。なお、材料及びエッチング条件によっては、パ
ターニングによりソース電極106とドレイン電極107を形成する際に、島状の酸化物
半導体膜104の露出した部分が一部エッチングされることで、溝部(凹部)を有する島
状の酸化物半導体膜108が形成されることもある。
極107及び酸化物半導体膜108を覆うように絶縁膜109を形成する(図2(E))
。絶縁膜109は、水分や、水素等の不純物を極力含まないことが望ましく、単層の絶縁
膜であっても良いし、積層された複数の絶縁膜で構成されていても良い。複数の積層され
た絶縁膜を用いる場合、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素、酸化アルミ
ニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタルなどの絶縁膜を、酸化物半導体膜108に接して
形成し、次いで、当該絶縁膜よりも窒素の比率が高い、窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、窒
化アルミニウム膜、又は窒化酸化アルミニウム膜などのバリア性の高い絶縁膜を形成する
のが好ましい。バリア性の高い絶縁膜を用いることで、酸化物半導体膜108内、ゲート
絶縁膜102内、或いは、酸化物半導体膜108と他の絶縁膜の界面とその近傍に、水分
または水素などの不純物が入り込むのを防ぐことができる。また、酸化物半導体膜108
に接するように窒素の比率が低い酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜などの絶縁膜を形成するこ
とで、バリア性の高い材料を用いた絶縁膜が直接酸化物半導体膜108に接するのを防ぐ
ことができる。成膜時の基板温度は、室温以上300℃以下とすればよい。
好ましくは50nm以上200nm以下とすることができる。
珪素膜を形成する。酸化珪素膜のスパッタ法による成膜は、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、及び希ガス雰囲気下
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。
熱処理(好ましくは200℃以上400℃以下、例えば250℃以上350℃以下)を行
う。例えば、窒素雰囲気下で250℃、1時間の第2の加熱処理を行う。または、第1の
加熱処理と同様に高温短時間のRTA処理を行っても良い。第2の加熱処理を行うと、酸
化物半導体膜108が絶縁膜109を構成する酸化物と接した状態で加熱されることにな
り、第1の加熱処理で低抵抗化された酸化物半導体膜108に酸素が供与され、酸素欠損
部を補償するため、酸化物半導体膜108を高抵抗化(I型化)することができる。した
がって、トランジスタの電気特性の向上および、電気特性のばらつきを軽減することがで
きる。この加熱処理を行うタイミングは、絶縁膜109の形成後であれば特に限定されず
、他の工程と兼ねることで、工程数を増やすことなく行うことができる。
てもよい。この加熱処理は一定の加熱温度を保持して加熱してもよいし、室温から、10
0℃以上200℃の加熱温度への昇温と、加熱温度から室温までの降温を複数回くりかえ
して行ってもよい。また、この加熱処理を、絶縁膜109の形成前に、減圧下で行っても
よい。減圧下で加熱処理を行うと、加熱時間を短縮することができる。この加熱処理によ
って、ノーマリーオフとなるトランジスタを得ることができる。よって半導体装置の信頼
性を向上できる。
8を有するトランジスタ110を形成することができる。
とで、酸化物半導体膜108と重なる位置にバックゲート電極を形成しても良い。バック
ゲート電極は、ゲート電極101、或いはソース電極106及びドレイン電極107と同
様の材料、構造を用いて形成することが可能である。バックゲート電極の膜厚は、10n
m〜400nm、好ましくは100nm〜200nmとすることができる。
位が与えられる状態であっても良い。後者の場合、バックゲート電極には、ゲート電極1
01と同じ高さの電位が与えられていても良いし、グラウンドなどの固定電位が与えられ
ていても良い。バックゲート電極に与える電位の高さを制御することで、トランジスタ1
10の閾値電圧を制御することができる。
eV以上25meV以下、好ましくは0meV以上20meV以下と、極めて信頼性の高
いトランジスタを得ることができる。また、本実施の形態のトランジスタは、オフ電流が
10−13A以下であるという優れた電気特性が得られる。このように、酸化物半導体中
の不純物が極力含まれないように高純度化することにより、トランジスタの動作を良好な
ものとすることができる。さらに温度依存性が低く、低温下または高温下でも安定して動
作可能なトランジスタを形成することができる。
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)のトランジスタ160
や、図3(B)に示すような、チャネル保護層113を有するチャネル保護型(チャネル
ストップ型ともいう)のトランジスタ170等も同様の材料、方法を用いて形成すること
ができる。図3(C)は、チャネルエッチ型のトランジスタの他の例を示している。図3
(C)に示すトランジスタ180は、ゲート電極101が酸化物半導体膜108の端部よ
りも外側に伸びた構造となっている。
電極107との距離で定義されるが、チャネル保護型のトランジスタのチャネル長Lは、
キャリアの流れる方向と平行な方向のチャネル保護層の幅(図3(B)中のL)で定義さ
れる。なお、チャネル保護層113は、絶縁膜109と同様の材料、方法を用いて形成す
ることが可能である。チャネル形成領域上にチャネル保護層113を設けることによって
、酸化物半導体膜のチャネル形成領域に対する工程時におけるダメージ(エッチング時の
プラズマやエッチング剤による膜減りなど)を防ぐことができるため、トランジスタの信
頼性をより向上させることができる。
ち、第1の加熱処理により、n型不純物である水素を酸化物半導体から除去し、第2の加
熱処理により、欠損部に酸素を導入することで、酸化物半導体の主成分以外の不純物が極
力含まれないように高純度化することにより真性化(I型化)、又は実質的に真性化して
いる。
の不純物を極力除去したことにより、高純度化されたI型(真性半導体)又はそれに近づ
ける。酸化物半導体膜を高純度化することにより、トランジスタのしきい値電圧値をプラ
スとすることができ、所謂ノーマリーオフのトランジスタを実現できる。
1×1012/cm3未満、さらに望ましくは、1.45×1010/cm3未満)を用
いることで、極めて優れたオフ電流特性のトランジスタを得ることが可能である。また、
オン電流の温度依存性により求められる活性化エネルギーが極めて低いトランジスタを得
ることが可能である。
実施の形態1に示すトランジスタを作製し、該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、実施の形態1に示す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。
て、図11を用いて説明する。図11は、第1の基板4001上に形成された実施の形態
1で示したIn−Ga−Zn−O系膜を酸化物半導体膜として含む信頼性の高いトランジ
スタ4010、4011、及び液晶素子4013を、第2の基板4006との間にシール
材4005によって封止した、パネルの上面図であり、図11(B)は、図11(A1)
または(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11(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11(A2)は、
TAB方法により信号線駆動回路4003を実装する例である。
トランジスタを複数有しており、図11(B)では、画素部4002に含まれるトランジ
スタ4010と、走査線駆動回路4004に含まれるトランジスタ4011とを例示して
いる。トランジスタ4010、4011上には絶縁層4020、4021が設けられてい
る。
4011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層4042、4043
が設けられていてもよい。導電層4042、4043を酸化物半導体膜のチャネル形成領
域と重なる位置に設けることによって、BT試験前後におけるトランジスタ4010、4
011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4042、404
3は、電位がトランジスタ4010、4011のゲート電極と同じでもよいし、異なって
いても良く、第2のゲート電極として機能させることもできる。また、導電層4042、
4043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。なお、導電
層4042、4043は、トランジスタ4010、4011のゲート電極と同じ材料で作
製することができる。
含む信頼性の高い実施の形態1に示す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、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。
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4006
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絶縁層4032、4033が設けられ、絶縁
層4032、4033を介して液晶層4008を挟持している。なお、図示はしていない
が、カラーフィルタは第1の基板4001または第2の基板4006のどちら側に設けて
も良い。
テンレス)、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。また、アルミニウムホイルをPVFフィルムやポリエステ
ルフィルムで挟んだ構造のシートを用いることもできる。
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。なお球状のスペーサを用いていても良い。また、対向電極層4031
は、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10μse
c.以上100μsec.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。
半透過型液晶表示装置でも適用できる。
着色層、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。また、ブラックマトリクスと
して機能する遮光膜を設けてもよい。
ジスタの信頼性を向上させるため、実施の形態1で得られた薄膜トランジスタを保護膜や
平坦化絶縁膜として機能する絶縁層(絶縁層4020、絶縁層4021)で覆う構成とな
っている。なお、保護膜は、大気中に浮遊する有機物や金属物、水蒸気などの汚染不純物
の侵入を防ぐためのものであり、緻密な膜が好ましい。保護膜は、スパッタ法を用いて、
酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、酸化アル
ミニウム膜、窒化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、又は窒化酸化アルミニウム
膜の単層、又は積層で形成すればよい。本実施の形態では保護膜をスパッタ法で形成する
例を示すが、特に限定されず種々の方法で形成すればよい。
0の一層目として、スパッタ法を用いて酸化シリコン膜を形成する。保護膜として酸化シ
リコン膜を用いると、ソース電極層及びドレイン電極層として用いるアルミニウム膜のヒ
ロック防止に効果がある。
て、スパッタ法を用いて窒化シリコン膜を形成する。保護膜として窒化シリコン膜を用い
ると、ナトリウム等の可動イオンが半導体領域中に侵入して、TFTの電気特性を変化さ
せることを抑制することができる。
を行ってもよい。
ル、ポリイミド、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、有機基(例えばアルキ
ル基やアリール基)やフルオロ基を有していても良い。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を材料液を用いて形成する場合、ベ
ークする工程で同時に、酸化物半導体膜のアニール(300℃以上400℃以下)を行っ
てもよい。絶縁層4021の焼成工程と酸化物半導体膜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。
30と同じ導電膜から形成され、端子電極4016は、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。
装している例を示しているが、本実施の形態は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。
半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が設けられている。また、対向基板2601上(TF
T基板2600の逆側)には、偏光板2606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)、ASM(Axially Symmetric aligned Mic
ro−cell)モード、OCB(Optical Compensated Bire
fringence)モード、FLC(Ferroelectric Liquid C
rystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric Liquid
Crystal)などを用いることができる。
る。特に、実施の形態1で示したように広い温度範囲にわたって安定した特性の得られる
トランジスタを使用しているので、本実施の形態で得られる液晶表示パネルは広い温度範
囲にわたって、使用することができ、例えば、車載用表示装置として用いるのに好適であ
る。
ることができることとする。
本実施の形態では、実施の形態1に示すトランジスタを適用した半導体装置として電子ペ
ーパーの例を示す。
装置に用いられるトランジスタ581としては、実施の形態1で示すトランジスタを適用
することができる。
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。
た開口において、トランジスタ581のソース電極層又はドレイン電極層と、第1の電極
層587と、が、接して電気的に接続している。第1の電極層587と第2の電極層58
8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589の周囲は樹
脂等の充填材595で充填されている。本実施の形態においては、第1の電極層587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、
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588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以上2
00μm以下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。
。
ることができることとする。
本実施の形態では、実施の形態1に示すトランジスタを適用した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。
素構成の一例を示す図である。デジタル時間階調駆動をおこなうには、アナログ階調駆動
よりも高速のスイッチングが求められ、この点で、アモルファスシリコンを用いた薄膜ト
ランジスタは使用できなかった。しかしながら、酸化物半導体、特に、In−Ga−Zn
−O系酸化物半導体は、電界効果移動度が10cm2/Vs以上であるので、この目的に
は望ましい。
は、実施の形態1で示した、酸化物半導体膜(In−Ga−Zn−O系膜)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。その接続部分を共通接続部とすれ
ばよい。
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。特に、実施の形態1で示したように、極めてオフ電流の低いトランジ
スタを用いるのであるから、容量素子6403を設けなくとも、多くの場合は表示性能に
問題はない。なお、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14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。
にスイッチ、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。
タがn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15(A)(B)(
C)の半導体装置に用いられる駆動用トランジスタであるトランジスタ7001、701
1、7021は、実施の形態1で示すトランジスタと同様に作製でき、In−Ga−Zn
−O系膜を酸化物半導体膜として含む信頼性の高いトランジスタである。
して、基板上にトランジスタ及び発光素子を形成し、基板とは逆側の面から発光を取り出
す上面射出や、基板側の面から発光を取り出す下面射出や、基板側及び基板とは反対側の
面から発光を取り出す両面射出構造の発光素子があり、本発明の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。
7013側に射出する場合の、画素の断面図を示す。図15(A)では、駆動用トランジ
スタ7011のドレイン電極層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の第1の電極7013が形成されており、第1の電極7013上にE
L層7014、第2の電極7015が順に積層されている。
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、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膜を用いることができる。
の電極7013を陰極として用いる場合には、仕事関数が小さい材料、具体的には、例え
ば、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15(A)では、第1の電極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、第1の電極7013として用いる。
て透光性を有する導電膜7017と第1の電極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るため、好ましい。
ド、アクリル、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、第1の電極70
13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。
発光層を含めば良く、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。EL層7014が複数の層で構成されている場合、陰極とし
て機能する第1の電極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。
7013上にホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層の順に積層
してもよい。ただし、消費電力を比較する場合、第1の電極7013を陰極として機能さ
せ、第1の電極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、駆動回路部の電圧上昇を抑制でき、消費電力を少なくできる
ため好ましい。
とができる。例えば、第2の電極7015を陽極として用いる場合、仕事関数が大きい材
料、例えば、ZrN、Ti、W、Ni、Pt、Cr等や、ITO、IZO、ZnOなどの
透明導電性材料が好ましい。また、第2の電極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、第2の電極7015と
してITO膜を用い、遮蔽膜7016としてTi膜を用いる。
る領域が発光素子7012に相当する。図15(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、矢印で示すように第1の電極7013側に射出する。
7033を通過し、絶縁層7032、酸化物絶縁層7031、ゲート絶縁層7030、及
び基板7010を通過して射出させる。
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15(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、アクリル樹脂などの樹脂材料を用い、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。
透光性を有する導電膜7027上に、発光素子7022の第1の電極7023が形成され
ており、第1の電極7023上にEL層7024、第2の電極7025が順に積層されて
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、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膜を用いることができる。
23を陰極として用いる場合、仕事関数が小さい材料、具体的には、例えば、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、第1の電極7023を陰極として用い、その膜厚は、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、陰極として用いる。
て透光性を有する導電膜7027と第1の電極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。
ド、アクリル、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、電極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。
発光層を含めば良く、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
れていても良い。EL層7024が複数の層で構成されている場合、陰極として機能する
第1の電極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。
注入層、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てもよい。ただし
、消費電力を比較する場合、第1の電極7023を陰極として用い、陰極上に電子注入層
、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。
とができる。例えば、第2の電極7025を陽極として用いる場合、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を好ましく用いることができ
る。本実施の形態では、第2の電極7026を陽極として用い、酸化珪素を含むITO膜
を形成する。
る領域が発光素子7022に相当する。図15(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、矢印で示すように第2の電極7025側と第1の電極70
23側の両方に射出する。
一方の光は、カラーフィルタ層7043を通過し、絶縁層7042、酸化物絶縁層704
1、ゲート絶縁層7040、及び基板7020を通過して射出させる。
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。
第2の電極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第2の電極7025上方に設けることが好ましい。
002から発せられる光が第2の電極7005側に抜ける場合の、画素の断面図を示す。
図15(C)では、駆動用のトランジスタ7001のドレイン電極層と電気的に接続され
た発光素子7002の第1の電極7003が形成されており、第1の電極7003上にE
L層7004、第2の電極7005が順に積層されている。
03を陰極として用いる場合、仕事関数が小さい材料、具体的には、例えば、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。
発光層を含めば良く、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。EL層7004が複数の層で構成されている場合、陰極とし
て用いる第1の電極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。
、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てもよい。
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。
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、駆動回路における
電圧上昇を抑制することができ、消費電力を少なくできるため好ましい。
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、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
光性を有する導電膜を用いても良い。
領域が発光素子7002に相当する。図15(C)に示した画素の場合、発光素子700
2から発せられる光は、矢印で示すように第2の電極7005側に射出する。
7051、保護絶縁層7052及び絶縁層7055に設けられたコンタクトホールを介し
て第1の電極7003と電気的に接続する。平坦化絶縁層7053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。
壁7009を設ける。隔壁7009は、ポリイミド、アクリル、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、第1の電極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。
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。
的に接続されている例を示したが、駆動用トランジスタと発光素子との間に電流制御用ト
ランジスタが接続されている構成であってもよい。
本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
示パネル(発光パネルともいう)の外観及び断面について、図16を用いて説明する。図
16は、第1の基板上に形成された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、パネルの上面図であり、図16(B)は、図16(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、トランジスタを複数有してお
り、図16(B)では、画素部4502に含まれるトランジスタ4510と、信号線駆動
回路4503aに含まれるトランジスタ4509とを例示している。
含む信頼性の高い実施の形態1に示す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、トランジスタ4509、4510はnチャネル型トランジスタである。
形成領域と重なる位置に導電層4539、4540が設けられている。導電層4539、
4540を酸化物半導体膜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
試験前後におけるトランジスタ4509、4510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4539、4540は、電位がトランジスタ4509、451
0のゲート電極と同じでもよいし、異なっていても良く、第2のゲート電極として機能さ
せることもできる。また、導電層4539、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。
層4517は、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45
12、第2の電極層4513の積層構造であるが、本実施の形態に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、窒化シリコン
膜、窒化酸化シリコン膜、DLC膜等を形成することができる。
、または画素部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。
517と同じ導電膜から形成され、端子電極4516は、トランジスタ4509、451
0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。
ければならない。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。本実施の形態は充填材として窒
素を用いた。
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、本実施の形態は図16の構成に
限定されない。
ることができる。
ることができることとする。
実施の形態1に示すトランジスタを適用した半導体装置は、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、図18に示す。
の印刷物である場合には、広告の交換は人手によって行われるが、電子ペーパーを用いれ
ば短時間で広告の表示を変えることができる。また、表示も崩れることなく安定した画像
が得られる。なお、ポスターは無線で情報を送受信できる構成としてもよい。
紙の印刷物である場合には、広告の交換は人手によって行われるが、電子ペーパーを用い
れば人手を多くかけることなく短時間で広告の表示を変えることができる。また表示も崩
れることなく安定した画像が得られる。なお、車内広告は無線で情報を送受信できる構成
としてもよい。
01および筐体2703の2つの筐体で構成されている。筐体2701および筐体270
3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18では表示部2705)に文章を表示し、左側の表示部
(図18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ィ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。
ることができることとする。
実施の形態1に示すトランジスタを用いた半導体装置は、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。
00は、筐体9601に表示部9603が組み込まれている。表示部9703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。
ルフォトフレーム9700は、筐体9701に表示部9703が組み込まれている。表示
部9703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、表示部と同一面に組み込まれていてもよいが、側面や裏面に
備えるとデザイン性が向上するため好ましい。例えば、デジタルフォトフレームの記録媒
体挿入部に、デジタルカメラで撮影した画像データを記憶したメモリを挿入して画像デー
タを取り込み、取り込んだ画像データを表示部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
20(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、少なくとも本発明に
係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20(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20(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。
マシン9900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9900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、少なくとも本発明に係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。
1001に組み込まれた表示部1002の他、操作ボタン1003、外部接続ポート10
04、スピーカ1005、マイク1006などを備えている。
報を入力ことができる。また、電話を掛ける、或いはメールを打つなどの操作は、表示部
1002を指などで触れることにより行うことができる。
示モードであり、第2は、文字等の情報の入力を主とする入力モードである。第3は表示
モードと入力モードの2つのモードが混合した表示+入力モードである。
主とする文字入力モードとし、画面に表示させた文字の入力操作を行えばよい。この場合
、表示部1002の画面のほとんどにキーボードまたは番号ボタンを表示させることが好
ましい。
有する検出装置を設けることで、携帯電話機1000の向き(縦か横か)を判断して、表
示部1002の画面表示を自動的に切り替えるようにすることができる。
ボタン1003の操作により行われる。また、表示部1002に表示される画像の種類に
よって切り替えるようにすることもできる。例えば、表示部に表示する画像信号が動画の
データであれば表示モード、テキストデータであれば入力モードに切り替える。
部1002のタッチ操作による入力が一定期間ない場合には、画面のモードを入力モード
から表示モードに切り替えるように制御してもよい。
02に掌や指を触れることで、掌紋、指紋等を撮像することで、本人認証を行うことがで
きる。また、表示部に近赤外光を発光するバックライトまたは近赤外光を発光するセンシ
ング用光源を用いれば、指静脈、掌静脈などを撮像することもできる。
、表示部9412、及び操作ボタン9413を含む表示装置9410と、筐体9401に
操作ボタン9402、外部入力端子9403、マイク9404、スピーカ9405、及び
着信時に発光する発光部9406を含む通信装置9400とを有しており、表示機能を有
する表示装置9410は電話機能を有する通信装置9400と矢印の2方向に脱着可能で
ある。よって、表示装置9410と通信装置9400の短軸同士を取り付けることも、表
示装置9410と通信装置9400の長軸同士を取り付けることもできる。また、表示機
能のみを必要とする場合、通信装置9400より表示装置9410を取り外し、表示装置
9410を単独で用いることもできる。通信装置9400と表示装置9410とは無線通
信又は有線通信により画像又は入力情報を授受することができ、それぞれ充電可能なバッ
テリーを有する。
ることができることとする。
5℃乃至150℃の環境下における薄膜トランジスタ特性を評価した結果を示す。
た、酸化物半導体膜を活性層として用いたTFT−1(L/W=3μm/24μm)を用
いた。また、比較例として実施の形態1で示した、活性層にアモルファスシリコンを用い
た比較TFT−3(L/W=3.7μm/22μm)を用いた。
す。図22(A)において、縦軸は、TFTのドレイン電圧(Vd)を10Vとし、ゲー
ト電圧(Vg)をしきい値電圧(Vth)+10Vとした際の、TFTのオン電流(Io
n)を対数目盛で示し、横軸は温度(℃)を示す。
に伴いオン電流が増加し、100℃以上では増加率が頭打ちになる傾向が見られる。一方
、酸化物半導体膜を活性層に用いた本発明の一態様のTFT−1では、温度変化によらず
ほぼ一定のオン電流を示し、オン電流の温度依存性がほとんどないことがわかる。
性を示す。図22(B)において、縦軸は、TFTのドレイン電圧(Vd)を10V、ゲ
ート電圧を、最小オフ電流の場合のゲート電圧(Vg)−10Vとした際の、TFTのオ
フ電流(Ioff)を対数目盛で示し、横軸は温度(℃)を示す。
に伴いオフ電流が増加する傾向が見られる。一方、酸化物半導体膜を活性層に用いた本発
明の一態様のTFT−1では、オフ電流(Ioff)が検出下限以下と極めて小さく、温
度依存性はほとんど確認できない。
3(A)において、縦軸は、TFTのドレイン電圧を10Vとした際の、移動度(cm2
/Vs)を示し、横軸は温度(℃)を示す。
に伴い移動度が増加する傾向が見られる。一方、酸化物半導体膜を活性層に用いた本発明
の一態様のTFT−1では比較TFT−3に比べて温度依存性が少ないことが読み取れる
。
(B)において、縦軸は、TFTのドレイン電圧を10Vとした際の、S値(V/dec
.)を示し、横軸は温度(℃)を示す。
S値が悪化しているが、酸化物半導体膜を活性層に用いた本発明の一態様のTFT−1で
は比較TFT−3に比べて温度依存性が少ないことが読み取れる。
の特性に対する温度変化が、アモルファスシリコンを活性層として用いた薄膜トランジス
タに比べて極めて小さいことが示された。
101 ゲート電極
102 ゲート絶縁膜
103 酸化物半導体膜
104 酸化物半導体膜
105 導電膜
106 ソース電極
107 ドレイン電極
108 酸化物半導体膜
109 絶縁膜
110 薄膜トランジスタ
111 バックゲート電極
113 チャネル保護層
160 薄膜トランジスタ
170 薄膜トランジスタ
180 薄膜トランジスタ
Claims (1)
- ゲート電極、ゲート絶縁膜、酸化物半導体膜、ソース電極、及びドレイン電極を有するトランジスタを有し、
前記酸化物半導体膜は、Inを有し、
前記ゲート電極にしきい値電圧以上の電圧を印加した際の、前記ソース電極及び前記ドレイン電極間の電流の温度依存性より求めた前記酸化物半導体膜の活性化エネルギーは、0meV以上25meV以下であることを特徴とする半導体装置。
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