JP2016036046A - 半導体装置の作製方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】酸化物半導体膜206と、酸化物半導体膜206と重畳するゲート電極202と、酸化物半導体膜と206電気的に接続するソース電極208aおよびドレイン電極208bと、を有する半導体装置の作製方法であって、酸化物半導体膜206上に接して、酸化ガリウムを含む第1の絶縁膜210を形成し、第1の絶縁膜上に接して第2の絶縁膜212を形成する。
【選択図】図1
Description
置全般を指し、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。
が注目されている。該トランジスタは集積回路(IC)や画像表示装置(表示装置)のよ
うな電子デバイスに広く応用されている。トランジスタに適用可能な半導体薄膜としてシ
リコン系半導体材料が広く知られているが、その他の材料として酸化物半導体が注目され
ている。
濃度が1018/cm3未満であるインジウム(In)、ガリウム(Ga)、および亜鉛
(Zn)を含む非晶質酸化物を用いたトランジスタが開示されている(特許文献1参照)
。
デバイス作製工程において電子供与体を形成する水素や水の混入などが生じると、その電
気伝導度が変化する恐れがある。このような現象は、酸化物半導体を用いたトランジスタ
などの半導体装置にとって、電気的特性の変動要因となる。
法を提供することを目的の一とする。
発生し得る不具合を解消することを目的の一つとする。
含む絶縁膜を、酸化物半導体膜と接する態様で設け、且つ当該絶縁膜のエッチング工程に
おいて直接的な湿式処理を伴わないことにより、酸化物半導体膜と絶縁膜の界面の状態を
良好に保つ。より具体的には、例えば、次のような構成を採用することができる。
に接続するソース電極およびドレイン電極と、を有する半導体装置の作製方法であって、
ゲート電極上に重畳して酸化物半導体膜を形成し、酸化物半導体膜、ソース電極およびド
レイン電極上に接して、酸化ガリウムを含む第1の絶縁膜を形成し、第1の絶縁膜上に接
して第2の絶縁膜を形成し、第2の絶縁膜上にレジストマスクを形成し、第1の絶縁膜お
よび第2の絶縁膜にドライエッチングを行ってコンタクトホールを形成し、レジストマス
クを、酸素プラズマによるアッシングを用いて除去し、コンタクトホールを介して、ゲー
ト電極、ソース電極またはドレイン電極のいずれか一または複数と電気的に接続される配
線を形成する、半導体装置の作製方法である。
気的に接続するソース電極およびドレイン電極と、を有する半導体装置の作製方法であっ
て、酸化物半導体膜、ソース電極およびドレイン電極上に接して、酸化ガリウムを含む第
1の絶縁膜を形成し、酸化物半導体膜上に重畳して、第1の絶縁膜上に接してゲート電極
を形成し、第1の絶縁膜上に接して第2の絶縁膜を形成し、第2の絶縁膜上にレジストマ
スクを形成し、第1の絶縁膜および第2の絶縁膜にドライエッチングを行ってコンタクト
ホールを形成し、レジストマスクを、酸素プラズマによるアッシングを用いて除去し、コ
ンタクトホールを介して、ソース電極またはドレイン電極のいずれか一または複数と電気
的に接続される配線を形成する、半導体装置の作製方法である。
るコンタクトホールの直径より小さくすることが好ましい。また、第2の絶縁膜の膜厚は
、第1の絶縁膜の膜厚より大きくすることが好ましい。
、塩素を含むガスを用いることが好ましい。
性)の酸化物半導体とは、酸化物半導体にとってのn型不純物である水素を酸化物半導体
から除去し、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と
共に、酸素を供給して酸素不足欠陥を低減した酸化物半導体をいう。i型化された酸化物
半導体膜では、電子供与体である水素原子が十分に低減されており、また、酸素不足に起
因する欠陥が十分に低減されているため、これらに起因する界面特性の悪化を抑制するこ
とができる。
。よって、酸化物半導体の高純度化は、トランジスタの諸特性の向上に極めて効果的であ
る。
る半導体装置の作製方法を提供することができる。このため、電気的特性が向上した半導
体装置の作製方法を提供することができる。
は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。なお、以下の説明において、各図面間で共通する部位においては、
同じ符号を通して用い、重複する説明については省略する。
順を示すものではない。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。
本実施の形態では、半導体装置および半導体装置の作製方法の一形態を、図1乃至図4
を用いて説明する。
図1(A)乃至図1(E)に、開示する発明の一態様に係る半導体装置の作製方法の例
として、トランジスタ110の作製工程の断面図を示す。ここで、トランジスタ110は
、基板200上の、ゲート電極202、絶縁膜204、酸化物半導体膜206、ソース電
極208a、ドレイン電極208b、絶縁膜210、絶縁膜212および配線216を含
む。図1(E)に示すトランジスタにおいて、酸化ガリウムを含む絶縁膜210は、酸化
物半導体膜206に接して設けられており、酸化ガリウムを含む絶縁膜210上に接して
絶縁膜212が設けられている。また、配線216は絶縁膜212および絶縁膜210に
形成されたコンタクトホール218を介してソース電極208aと電気的に接続されてい
る。
、または、十分な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ことが望まし
い。具体的には、例えば、酸化物半導体膜206の水素濃度は5×1019atoms/
cm3以下、望ましくは5×1018atoms/cm3以下、より望ましくは5×10
17atoms/cm3以下とする。なお、上述の酸化物半導体膜206中の水素濃度は
、二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spec
trometry)で測定されるものである。このように、水素濃度が十分に低減されて
高純度化され、十分な酸素の供給により酸素欠乏に起因するエネルギーギャップ中の欠陥
準位が低減された酸化物半導体膜206では、キャリア濃度が1×1012/cm3未満
、望ましくは、1×1011/cm3未満、より望ましくは1.45×1010/cm3
未満となる。例えば、室温(25℃)でのオフ電流(ここでは、単位チャネル幅(1μm
)あたりの値)は100zA(1zA(ゼプトアンペア)は1×10−21A)以下、望
ましくは10zA以下となる。このように、i型化された酸化物半導体を用いることで、
良好な電気特性のトランジスタを得ることができる。
のが多い。このため、酸化ガリウムを含む材料を用いて、酸化物半導体膜と接する絶縁膜
204または絶縁膜210を形成すると、酸化物半導体膜との界面の状態を良好に保つこ
とができる。例えば、酸化物半導体膜と酸化ガリウムを含む絶縁膜とを接して設けること
により、酸化物半導体膜と絶縁膜の界面における水素のパイルアップを低減することがで
きる。これは、酸化ガリウムを含む材料と、酸化物半導体材料との相性が良いことによる
。
いる場合には、同様の効果を得ることが可能である。つまり、酸化アルミニウムなどを含
む材料を加えて絶縁膜204または絶縁膜210を形成することも有効である。なお、酸
化アルミニウムは、水を透過させにくいという特性を有しているため、当該材料を用いる
ことは、酸化物半導体膜への水の侵入防止という点においても好ましい。例えば、上述の
ガリウムとアルミニウムを含有する酸化アルミニウムガリウム(または酸化ガリウムアル
ミニウム)などの材料を、絶縁膜204または絶縁膜210に用いても良い。この場合、
ガリウムを含有することに起因する効果と、アルミニウムを含有することに起因する効果
を合わせて得ることができるため、好適である。例えば、酸化物半導体膜と酸化アルミニ
ウムガリウムを含む絶縁膜とを接して設けることにより、酸化物半導体膜への水の侵入を
防ぎ、酸化物半導体膜と絶縁膜の界面における水素のパイルアップを十分に低減すること
ができる。
製工程の一例について説明する。
ための導電膜を形成し、当該導電膜を加工して、ゲート電極202を形成する。その後、
ゲート電極202を覆うように絶縁膜204を形成する(図1(A)参照)。
耐熱性を有していることが必要となる。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板
、サファイア基板などを、基板200として用いることができる。また、シリコンや炭化
シリコンなどの単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合
物半導体基板、SOI基板などを適用することも可能であり、これらの基板上に半導体素
子が設けられたものを、基板200として用いてもよい。
設ける場合、例えば、可撓性基板上に直接的にトランジスタを作り込むことができる。
タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウムから選ばれた元素を含む金属
膜、または上述した元素を主成分とする合金材料などを用いることができる。ゲート電極
202は、単層構造としても良いし、積層構造としてもよい。
グすることによって行うことができる。上述のマスクは、レジストマスクなどを用いるこ
とができる。
、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコンなどの材
料を用いて形成する。また、絶縁膜204は、酸化ガリウムを含む材料を用いて形成する
こともできる。また、酸化ガリウムを含む材料として、さらに酸化アルミニウムを加えた
、酸化アルミニウムガリウムまたは酸化ガリウムアルミニウムを含む材料などを用いても
よい。ここで、酸化アルミニウムガリウムとは、ガリウムの含有量(原子%)よりアルミ
ニウムの含有量(原子%)が多いものを示し、酸化ガリウムアルミニウムとは、ガリウム
の含有量(原子%)がアルミニウムの含有量(原子%)以上のものを示す。また、酸化ハ
フニウム、酸化タンタル、酸化イットリウム、ハフニウムシリケート(HfSixOy(
x>0、y>0))、窒素が添加されたハフニウムシリケート(HfSixOy(x>0
、y>0))、窒素が添加されたハフニウムアルミネート(HfAlxOy(x>0、y
>0))、などの比誘電率が高い材料を採用しても良い。絶縁膜204は、上述の材料を
用いて単層構造または積層構造で形成することができる。
とが好ましい。αは、3.04以上3.09以下とすることが好ましい。または、絶縁膜
204として酸化アルミニウムガリウム膜を用いた場合、AlxGa2−xO3+α(1
<x<2、α>0)とすることが好ましい。または、絶縁膜204として酸化ガリウムア
ルミニウム膜を用いた場合、酸素ドープを行うことにより、AlxGa2−xO3+α(
0<x≦1、α>0)とすることが好ましい。
。このため、酸化ガリウムを含む材料を用いて、酸化物半導体膜と接する絶縁膜204を
形成する場合には、酸化物半導体膜との界面の状態を良好に保つことができる。例えば、
酸化物半導体膜と酸化ガリウムを含む絶縁膜とを接して設けることにより、酸化物半導体
膜と絶縁膜の界面における水素のパイルアップを低減することができる。これは、酸化ガ
リウムを含む材料と、酸化物半導体材料との相性が良いことによる。
の効果を得ることが可能である。つまり、酸化アルミニウムなどを含む材料を加えて絶縁
膜204を形成することも有効である。なお、酸化アルミニウムは、水を透過させにくい
という特性を有しているため、当該材料を用いることは、酸化物半導体膜への水の侵入防
止という点においても好ましい。例えば、上述のガリウムとアルミニウムを含有する酸化
アルミニウムガリウム(または酸化ガリウムアルミニウム)などの材料を、絶縁膜204
に用いても良い。この場合、ガリウムを含有することに起因する効果と、アルミニウムを
含有することに起因する効果を合わせて得ることができるため、好適である。例えば、酸
化物半導体膜と酸化アルミニウムガリウムを含む絶縁膜とを接して設けることにより、酸
化物半導体膜への水の侵入を防ぎ、酸化物半導体膜と絶縁膜の界面における水素のパイル
アップを十分に低減することができる。
ましい。絶縁膜204に水素、水などの不純物が含まれると、後に形成される酸化物半導
体膜に水素、水などの不純物の侵入や、水素、水などの不純物による酸化物半導体膜中の
酸素の引き抜き、などによって酸化物半導体膜のバックチャネルが低抵抗化(n型化)し
てしまい、寄生チャネルが形成されるおそれがあるためである。よって、絶縁膜204は
できるだけ水素、水などの不純物が含まれないように作製することが好ましい。例えば、
スパッタリング法によって成膜するのが好ましく、成膜する際に用いるスパッタガスとし
ては、水素、水などの不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
バイアスを加えるパルスDCスパッタリング法、又はACスパッタリング法などを用いる
ことができる。
は、隣接するターゲットが互いにカソード電位とアノード電位を繰り返す。図4(A)に
示す期間Aでは、図4(B1)に示すようにターゲット301がカソードとして機能し、
ターゲット302がアノードとして機能する。また、図4(A)に示す期間Bでは、図4
(B2)に示すようにターゲット301がアノードとして機能し、ターゲット302がカ
ソードとして機能する。期間Aと期間Bを合わせると20〜50μsecであり、期間A
と期間Bを一定周期で繰り返している。このように、隣接して配置される2つのターゲッ
トのカソードとアノードを交互に入れ替えることで、放電を安定なものとすることができ
る。その結果、大面積の基板を用いた場合においても均一に放電が可能となるため、大面
積の基板に対しても均一な膜特性を得ることができる。また、大面積の基板を用いること
ができるため、量産性を向上させることができる。
、ターゲット302に酸化ガリウムを用いることにより、酸化ガリウムアルミニウム膜ま
たは酸化アルミニウムガリウム膜を形成することができる。また、ターゲット301およ
びターゲット302に、アルミニウムパーティクルが添加された酸化ガリウムターゲット
を用いてもよい。アルミニウム元素が添加された酸化ガリウムターゲットを用いることに
より、ターゲットの導電性を高めることができるため、ACスパッタリング時の放電を容
易なものとすることができる。
、酸素(少なくとも、酸素ラジカル、酸素原子、酸素イオン、のいずれかを含む)をバル
クに添加することをいう。なお、当該バルクの用語は、酸素を薄膜表面のみでなく薄膜内
部に添加することを明確にする趣旨で用いている。また、酸素ドープには、プラズマ化し
た酸素をバルクに添加する酸素プラズマドープが含まれる。
的組成比より酸素が多い領域が形成される。このような領域を備えることにより、酸化物
半導体膜に酸素を供給し、酸化物半導体膜中の酸素不足欠陥を低減することができる。
、化学量論的組成に一致した量の酸素が含まれていれば良いが、トランジスタのしきい値
電圧の変動を抑えるなどの信頼性を確保するためには、酸化物半導体膜に酸素欠損の状態
は生じ得ることを考慮して、絶縁膜204の酸素を化学量論的組成より多くしておくこと
が好ましい。
いた場合、Ga2O3+α(α>0)とし、αは、3.04以上3.09以下とすること
が容易にできる。また、絶縁膜204として酸化アルミニウムガリウム膜を用いた場合、
AlxGa2−xO3+α(1<x<2、α>0)とすることが容易にできる。また、絶
縁膜204として酸化ガリウムアルミニウム膜を用いた場合、AlxGa2−xO3+α
(0<x≦1、α>0)とすることが容易にできる。
の酸化物半導体膜206を形成する(図1(B)参照)。
a−Zn−O系の材料や、三元系金属酸化物であるIn−Ga−Zn−O系の材料、In
−Sn−Zn−O系の材料、In−Al−Zn−O系の材料、Sn−Ga−Zn−O系の
材料、Al−Ga−Zn−O系の材料、Sn−Al−Zn−O系の材料や、二元系金属酸
化物であるIn−Zn−O系の材料、Sn−Zn−O系の材料、Al−Zn−O系の材料
、Zn−Mg−O系の材料、Sn−Mg−O系の材料、In−Mg−O系の材料、In−
Ga−O系の材料や、単元系金属の酸化物であるIn−O系の材料、Sn−O系の材料、
Zn−O系の材料などを用いることができる。また、上記の材料にSiO2を含ませても
よい。ここで、例えば、In−Ga−Zn−O系の材料とは、インジウム(In)、ガリ
ウム(Ga)、亜鉛(Zn)を有する酸化物膜、という意味であり、その組成比は特に問
わない。また、InとGaとZn以外の元素を含んでいてもよい。
る材料を用いた薄膜とすることができる。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およびAl、
GaおよびMn、またはGaおよびCoなどを用いることができる。
酸化物半導体膜206を厚くしすぎると(例えば、膜厚を50nm以上)、トランジスタ
がノーマリーオンとなってしまうおそれがあるためである。
作製するのが望ましい。例えば、スパッタリング法などを用いて作製することができる。
用いたスパッタリング法により形成する。
O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1[mol数比]の酸化物ターゲットを用いること
ができる。なお、ターゲットの材料および組成を上述に限定する必要はない。例えば、I
n2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:2[mol数比]の組成比の酸化物ターゲット
を用いることもできる。
組成比は、原子数比で、In:Zn=50:1〜1:2(モル数比に換算するとIn2O
3:ZnO=25:1〜1:4)、好ましくはIn:Zn=20:1〜1:1(モル数比
に換算するとIn2O3:ZnO=10:1〜1:2)、さらに好ましくはIn:Zn=
15:1〜1.5:1(モル数比に換算するとIn2O3:ZnO=15:2〜3:4)
とする。例えば、In−Zn−O系酸化物半導体の形成に用いるターゲットは、原子数比
がIn:Zn:O=X:Y:Zのとき、Z>1.5X+Yとする。
9%以下とする。充填率の高い金属酸化物ターゲットを用いることにより、成膜した酸化
物半導体膜を緻密な膜とすることができるためである。
ガスと酸素の混合雰囲気下などとすればよい。また、酸化物半導体膜への水素、水などの
不純物の混入を防ぐために、水素、水などの不純物が十分に除去された高純度ガスを用い
た雰囲気とすることが望ましい。
超えて500℃以下、好ましくは300℃を超えて500℃以下、より好ましくは350
℃以上450℃以下となるように加熱する。
純度ガスを導入し、上記ターゲットを用いて絶縁膜204上に酸化物半導体膜を成膜する
。成膜室内の残留水分を除去するためには、排気手段として、クライオポンプ、イオンポ
ンプ、チタンサブリメーションポンプなどの吸着型の真空ポンプを用いることが望ましい
。また、排気手段は、ターボポンプにコールドトラップを加えたものであってもよい。ク
ライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素、水などの不純物(より好ましく
は炭素原子を含む化合物も)などが除去されているため、当該成膜室で成膜した酸化物半
導体膜に含まれる水素、水などの不純物の濃度を低減することができる。
などの不純物が混入するおそれがあるため、基板200を上述の温度で加熱することが好
ましい。基板200を上述の温度で加熱して、酸化物半導体膜の成膜を行うことにより、
基板は高温となるため、水素結合は熱により切断され、酸化物半導体膜に取り込まれにく
い。したがって、基板200が上述の温度で加熱された状態で、酸化物半導体膜の成膜を
行うことにより、酸化物半導体膜に含まれる水素、水などの不純物の濃度を十分に低減す
ることができる。また、スパッタリングによる損傷を軽減することができる。
S:Thermal Desorption Spectroscopy)が挙げられる
。例えば、室温から400℃程度に温度を上げていくことにより、200℃から300℃
程度にかけて酸化物半導体膜に含まれる水、水素、水酸基などの脱離を観測することがで
きる。
、直流(DC)電源を0.5kW、基板温度を400℃、成膜雰囲気を酸素(酸素流量比
率100%)雰囲気とする。なお、パルス直流電源を用いると、成膜時に発生する粉状物
質(パーティクル、ごみともいう)が軽減でき、膜厚分布も均一となるため好ましい。
てプラズマを発生させる逆スパッタを行い、絶縁膜204の表面に付着している粉状物質
(パーティクル、ごみともいう)を除去することが好ましい。逆スパッタとは、基板に電
圧を印加し、基板近傍にプラズマを形成して、基板側の表面を改質する方法である。なお
、アルゴンに代えて、窒素、ヘリウム、酸素などのガスを用いてもよい。
酸化物半導体膜をエッチングすることによって行うことができる。上述のマスクは、フォ
トリソグラフィなどの方法を用いて形成することができる。または、インクジェット法な
どの方法を用いてマスクを形成しても良い。なお、酸化物半導体膜のエッチングは、ドラ
イエッチングでもウェットエッチングでもよい。もちろん、これらを組み合わせて用いて
もよい。
行ってもよい。熱処理を行うことによって、酸化物半導体膜206中に含まれる水素、水
などの不純物をさらに除去し、酸化物半導体膜206の構造を整え、エネルギーギャップ
中の欠陥準位を低減することができる。
℃以上600℃以下、または基板の歪み点未満とする。不活性ガス雰囲気としては、窒素
、または希ガス(ヘリウム、ネオン、アルゴン等)を主成分とする雰囲気であって、水素
、水などの不純物が含まれない雰囲気を適用するのが望ましい。例えば、熱処理装置に導
入する窒素や、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(すなわち、不純物濃度が1pp
m以下、好ましくは0.1ppm以下)とする。
、450℃、1時間の条件で行うことができる。この間、酸化物半導体膜206は大気に
触れさせず、水素、水などの不純物の混入が生じないようにする。
処理を、脱水化処理や脱水素化処理などと呼ぶこともできる。当該熱処理は、例えば、酸
化物半導体膜を成膜した後などのタイミングにおいて行うことも可能である。また、この
ような脱水化処理、脱水素化処理は、一回に限らず複数回行っても良い。
呼ぶ)を行うことが望ましい。酸素を供給する処理としては、酸素雰囲気における熱処理
(第2の熱処理)や、酸素プラズマによる処理などがある。また、電界で加速した酸素イ
オンを照射して、酸素を添加してもよい。
も良い。
酸化物半導体膜206界面近傍、または、酸化物半導体膜206中および該界面近傍に酸
素を含有させることができる。この場合、酸素の含有量は、酸化物半導体膜の化学量論比
を超える程度とするのが望ましい。
処理の温度は、250℃以上700℃以下、好ましくは400℃以上600℃以下、また
は基板の歪み点未満とする。
(OH)などを酸化物半導体膜から除去することができる。また、当該熱処理によって、
上述の酸素ドープ処理において酸化物半導体膜206などに混入した水素なども除去する
ことができる。熱処理は、水、水素などが十分に低減された窒素、酸素、超乾燥空気(C
RDS(キャビティリングダウンレーザー分光法)方式の露点計を用いて測定した場合の
水分量が20ppm(露点換算で−55℃)以下、好ましくは1ppm以下、好ましくは
10ppb以下の空気)、希ガス(アルゴン、ヘリウムなど)などの雰囲気下で行えばよ
く、特に酸素を含む雰囲気で行うことが好ましい。また、熱処理装置に導入する窒素、酸
素、または希ガスの純度は、6N(99.9999%)以上(即ち不純物濃度を1ppm
以下)とするのが好ましく、7N(99.99999%)以上(即ち不純物濃度を0.1
ppm以下)とすると、より好ましい。
とする熱処理以降に行うことが望ましい。
する熱処理とを適用することで、酸化物半導体膜206を、その主成分以外の元素(不純
物元素)が極力含まれないように高純度化することができる。高純度化された酸化物半導
体膜206中にはドナーに由来するキャリアが極めて少ない。
(これと同じ層で形成される配線を含む)を形成するための導電膜を形成し、当該導電膜
を加工して、ソース電極208aおよびドレイン電極208bを形成する(図1(B)参
照)。なお、ここで形成されるソース電極208aの端部とドレイン電極208bの端部
との間隔によって、トランジスタのチャネル長Lが決定されることになる。
ルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、タングステンから選ばれた元
素を含む金属膜、または上述した元素を成分とする金属窒化物膜(窒化チタン膜、窒化モ
リブデン膜、窒化タングステン膜)等を用いることができる。ソース電極208aおよび
ドレイン電極208bは、単層構造としても良いし、積層構造としてもよい。また、アル
ミニウム、銅などの金属膜の下側または上側の一方または双方にチタン、モリブデン、タ
ングステンなどの高融点金属膜またはそれらの金属窒化物膜(窒化チタン膜、窒化モリブ
デン膜、窒化タングステン膜)を積層させた構成を用いても良い。
属酸化物で形成しても良い。導電性の金属酸化物としては酸化インジウム(In2O3)
、酸化スズ(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウム酸化スズ合金(In2O
3−SnO2、ITOと略記する)、酸化インジウム酸化亜鉛合金(In2O3―ZnO
)またはこれらの金属酸化物材料に酸化シリコンを含ませたものを用いることができる。
グすることによって行うことができる。上述のマスクは、レジストマスクなどを用いるこ
とができる。当該レジストマスク形成時の露光には、紫外線やKrFレーザ光やArFレ
ーザ光などを用いるとよい。
mと極めて波長が短い超紫外線(Extreme Ultraviolet)を用いて、
レジストマスク形成時の露光を行うとよい。超紫外線による露光は、解像度が高く焦点深
度も大きい。したがって、後に形成されるトランジスタのチャネル長Lを微細化すること
が可能であり、回路の動作速度を高めることができる。
程を行ってもよい。多階調マスクを用いて形成されたレジストマスクは、複数の膜厚を有
する形状となり、アッシングによってさらに形状を変形させることができるため、異なる
パターンに加工する複数のエッチング工程に用いることが可能である。このため、一枚の
多階調マスクによって、少なくとも二種類以上の異なるパターンに対応するレジストマス
クを形成することができる。つまり、工程の簡略化が可能となる。
部(凹部)を有する酸化物半導体膜206となることもある。
いる酸化物半導体膜206の表面に付着した水素、水などの不純物を除去してもよい。
206の一部と接するように絶縁膜210を形成し、絶縁膜210上に接して絶縁膜21
2を形成し、それから絶縁膜212上にレジストマスク214を形成する(図1(C)参
照)。
ガリウムを含む材料を用いて形成することができる。また、酸化ガリウムを含む材料とし
て、さらに酸化アルミニウムを加えた、酸化アルミニウムガリウムまたは酸化ガリウムア
ルミニウムを含む材料などを用いてもよい。また、絶縁膜210の膜厚は10nm以上1
00nm未満とするのが好ましい。
とすることができる。αは、3.04以上3.09以下とすることが好ましい。または、
絶縁膜210として酸化アルミニウムガリウム膜を用いた場合、AlxGa2−xO3+
α(1<x<2、α>0)とすることが好ましい。または、絶縁膜210として酸化ガリ
ウムアルミニウム膜を用いた場合、酸素ドープを行うことにより、AlxGa2−xO3
+α(0<x≦1、α>0)とすることが好ましい。
ましい。絶縁膜210に水素、水などの不純物が含まれると、後に形成される酸化物半導
体膜に水素、水などの不純物の侵入や、水素、水などの不純物による酸化物半導体膜中の
酸素の引き抜き、などによって酸化物半導体膜のバックチャネルが低抵抗化(n型化)し
てしまい、寄生チャネルが形成されるおそれがあるためである。よって、絶縁膜210は
できるだけ水素、水などの不純物が含まれないように作製することが好ましい。例えば、
スパッタリング法によって成膜するのが好ましい。成膜する際に用いるスパッタガスとし
ては、水素、水などの不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
バイアスを加えるパルスDCスパッタリング法、又はACスパッタリング法などを用いる
ことができる。
い。
。このため、酸化ガリウムを含む材料を用いて、酸化物半導体膜と接する絶縁膜210を
形成することで、酸化物半導体膜との界面の状態を良好に保つことができる。例えば、酸
化物半導体膜と酸化ガリウムを含む絶縁膜210とを接して設けることにより、酸化物半
導体膜と絶縁膜の界面における水素のパイルアップを低減することができる。これは、酸
化ガリウムを含む材料と、酸化物半導体材料との相性が良いことによる。
の効果を得ることが可能である。つまり、酸化アルミニウムなどを含む材料を加えて絶縁
膜210を形成することも有効である。なお、酸化アルミニウムは、水を透過させにくい
という特性を有しているため、当該材料を用いることは、酸化物半導体膜への水の侵入防
止という点においても好ましい。例えば、上述のガリウムとアルミニウムを含有する酸化
アルミニウムガリウム(または酸化ガリウムアルミニウム)などの材料を、絶縁膜210
に用いても良い。この場合、ガリウムを含有することに起因する効果と、アルミニウムを
含有することに起因する効果を合わせて得ることができるため、好適である。例えば、酸
化物半導体膜と酸化アルミニウムガリウムを含む絶縁膜とを接して設けることにより、酸
化物半導体膜への水の侵入を防ぎ、酸化物半導体膜と絶縁膜の界面における水素のパイル
アップを十分に低減することができる。
、酸素(少なくとも、酸素ラジカル、酸素原子、酸素イオン、のいずれかを含む)をバル
クに添加することをいう。なお、当該バルクの用語は、酸素を薄膜表面のみでなく薄膜内
部に添加することを明確にする趣旨で用いている。また、酸素ドープには、プラズマ化し
た酸素をバルクに添加する酸素プラズマドープが含まれる。
的組成比より酸素が多い領域が形成される。このような領域を備えることにより、酸化物
半導体膜に酸素を供給し、酸化物半導体膜中の酸素不足欠陥を低減することができる。
、化学量論的組成に一致した量の酸素が含まれていれば良いが、トランジスタのしきい値
電圧の変動を抑えるなどの信頼性を確保するためには、酸化物半導体膜に酸素欠損の状態
は生じ得ることを考慮して、絶縁膜210の酸素を化学量論的組成より多くしておくこと
が好ましい。
用いた場合、Ga2O3+α(α>0)とし、αは、3.04以上3.09以下とするこ
とが容易にできる。また、絶縁膜210として酸化アルミニウムガリウム膜を用いた場合
、AlxGa2−xO3+α(1<x<2、α>0)とすることが容易にできる。また、
絶縁膜210として酸化ガリウムアルミニウム膜を用いた場合、AlxGa2−xO3+
α(0<x≦1、α>0)とすることが容易にできる。
、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコンなどの材
料を用いて、プラズマCVD法またはスパッタ法により形成することができる。また、絶
縁膜212の膜厚は絶縁膜210の膜厚より大きくし、好ましくは100nm以上300
nm以下とする。
ことにより、酸化ガリウムを含む絶縁膜210によって酸化物半導体膜との界面の状態を
良好に保ちつつ、絶縁膜212によってトランジスタ110の保護膜として十分な膜厚を
確保することができる。また、このようにトランジスタ110の保護膜として機能する、
絶縁膜210と絶縁膜212を積層した絶縁膜の膜厚を増加させることにより、トランジ
スタと後の工程で形成する配線との寄生容量を低減することができる。
を用いて形成することができる。ここで、酸化ガリウムを含む絶縁膜210は、現像液な
どによる湿式処理に曝されると、絶縁膜210の設計上必要な領域まで溶解してしまう危
険性がある。しかし、本実施の形態で示すように絶縁膜210と絶縁膜212を積層して
、絶縁膜212上にレジストマスク214を設けることにより、酸化ガリウムを含む絶縁
膜210が現像液と接することなく、レジストマスク214を形成することができる。よ
って、酸化ガリウムを含む絶縁膜210の設計上必要な領域が溶解する危険性を伴わずに
レジストマスク214を形成することができる。
チングを行ってコンタクトホール218を形成する(図1(D)参照)。
うと、設計上必要な領域まで溶解してしまう危険性がある。これにより、特に半導体装置
の微細化を図る場合には、酸化ガリウムを含む絶縁膜210を、ウェットエッチングで設
計寸法通りに加工することは非常に困難になる。
を用いて加工する。ドライエッチングとしては、平行平板型RIE(Reactive
Ion Etching)法や、ICP(Inductively Coupled P
lasma:誘導結合型プラズマ)エッチング法などを用いることができる。エッチング
条件(コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加される電力量、基板側の
電極温度等)は、所望の形状にエッチングできるように材料に合わせて適宜設定すればよ
い。
フッ素系ガス、例えば四フッ化炭素(CF4)、六フッ化硫黄(SF6)、三フッ化窒素
(NF3)、トリフルオロメタン(CHF3)など)、オクタフルオロシクロブタン(C
4F8)、もしくは、これらのガスにヘリウム(He)やアルゴン(Ar)などの希ガス
を添加したガス、などが挙げられる。このようなフッ素を含むガスを用いて絶縁膜210
および絶縁膜212のエッチングを行うことにより、ソース電極208aと高いエッチン
グ選択比でエッチングを行うことができる。例えば、ICPエッチング法を用いたエッチ
ング条件の一例として、エッチングガスにトリフルオロメタンを7.5sccm、ヘリウ
ムを142.5sccm、コイル型の電極に印加される電力量475W、基板側の電極に
印加される電力量300W、圧力5.5Pa、下部電極温度70℃とする。
、四塩化珪素(SiCl4)、四塩化炭素(CCl4)など)などを用いてもよい。絶縁
膜210として酸化ガリウムおよび酸化アルミニウムを含む絶縁膜を用いる場合には、こ
のような塩素を含むガスを用いることで、容易に絶縁膜210をエッチングすることがで
きる。
レートは、絶縁膜212のエッチングレートより小さくなる傾向があるので、図1(D)
に示すように、絶縁膜210におけるコンタクトホール218の直径を、絶縁膜212に
おけるコンタクトホール218の直径より小さくすることが容易である。つまり、コンタ
クトホール218を階段状に形成することができる。このように、コンタクトホール21
8を階段状に形成することにより、後に形成する配線216の被覆性を向上させることが
できる。また、エッチング条件(エッチングガス、エッチング時間、温度等)を適宜設定
し、絶縁膜210と絶縁膜212のエッチングレートをほぼ同程度にして、絶縁膜210
におけるコンタクトホール218の直径と、絶縁膜212におけるコンタクトホール21
8の直径が概略一致するような形状のコンタクトホール218を形成してもよい。
化ガリウムを含む絶縁膜210の設計上必要な領域が溶解する危険性を伴わずに絶縁膜2
10および絶縁膜212にコンタクトホール218を形成することができる。
クトホール218を介してソース電極208aと電気的に接続するように配線216を形
成する(図1(E)参照)。
リウムを含む絶縁膜210の設計上必要な領域が溶解してしまう危険性がある。そこで、
本実施の形態では、レジストマスク214を酸素プラズマによるアッシングを用いて除去
する。
酸素をプラズマ化し、当該プラズマ化した酸素によりレジストマスク214の分解除去を
行う。このようにレジストマスク214を除去することにより、酸化ガリウムを含む絶縁
膜210の設計上必要な領域が溶解する危険性を伴わずにレジストマスク214を除去す
ることができる。例えば、ICP装置を用いた、酸素プラズマによるアッシング処理の条
件の一例として、酸素ガス300sccm、RF電源の電力1800W、圧力66.5P
a、時間180秒とする。
残渣や当該残渣の反応物を発生させることなくレジストマスク214を除去することがで
きる。よって、レジストマスク214の除去後も絶縁膜212の表面を清浄に保つことが
できる。
ース配線として機能する。配線216は、ソース電極208aおよびドレイン電極208
bと同様の材料および方法で形成することができる。
る直接的な湿式処理を伴わないことにより、酸化ガリウムを含む絶縁膜の設計上必要な領
域が溶解する危険性なく、トランジスタ110を形成することができる(図1(E)参照
)。
aとを電気的に接続する工程について説明したが、開示する発明はこれに限られるもので
はない。例えば、同様の方法を用いて、絶縁膜212上に形成された配線とドレイン電極
208bと電気的に接続しても良いし、当該トランジスタを画素部に用いる場合、同様の
方法を用いて、画素電極とソース電極208aまたはドレイン電極208bとを電気的に
接続しても良い。また、同様の方法を用いて、絶縁膜212上に形成された配線とゲート
電極(これと同じ層で形成される配線を含む)とを電気的に接続しても良い。
同じ層で形成される配線を含む)とコンタクトホール224を介して電気的に接続される
配線222を絶縁膜212上に形成する工程について説明する。ここで、ゲート電極20
2と配線222との電気的な接続は、ゲート電極202が、酸化物半導体膜206、ソー
ス電極208aまたはドレイン電極208bと重畳しない領域で行うものとする。
ゲート電極202が、酸化物半導体膜206、ソース電極208aまたはドレイン電極2
08bと重畳しない領域にコンタクトホール224が形成できるようにレジストマスク2
14を形成する(図2(A)参照)。
び絶縁膜212のドライエッチングを行って、コンタクトホール224を形成する(図2
(B)参照)。ここで、図1(D)に示す工程とは異なり、絶縁膜204も同じ工程でエ
ッチングを行うが、絶縁膜204を絶縁膜210または絶縁膜212と同様の材料を用い
て形成することで、同様にエッチングを行うことができる。
プラズマによるアッシングを用いて除去し、コンタクトホール224を介してゲート電極
202と電気的に接続するように配線222を形成する(図2(C)参照)。ここで、配
線222は、所謂ゲート配線として機能し、図1(E)に示す配線216と同様の方法お
よび材料を用いて形成することができる。
接的な湿式処理を伴わないことにより、酸化ガリウムを含む絶縁膜の設計上必要な領域が
溶解する危険性なく、ゲート電極202(これと同じ層で形成される配線を含む)とコン
タクトホール224を介して電気的に接続される配線222を絶縁膜212上に形成する
ことができる。
畳してゲート電極202が設けられるボトムゲート型のトランジスタ110を作製する工
程について説明したが、開示する発明はこれに限られるものではない。例えば、同様の方
法を用いて、酸化物半導体膜の上に重畳してゲート電極が設けられるトップゲート型のト
ランジスタを作製しても良い。
ンジスタ310の作製工程の一例について説明する。ここで、トランジスタ310は、基
板400上の、酸化物半導体膜406、ソース電極408a、ドレイン電極408b、絶
縁膜410、ゲート電極402、絶縁膜412および配線416を含む。図3(E)に示
すトランジスタにおいて、酸化ガリウムを含む絶縁膜410は、酸化物半導体膜406に
接して設けられており、酸化ガリウムを含む絶縁膜410上に接して絶縁膜412が設け
られている。また、配線416は絶縁膜412および絶縁膜410に形成されたコンタク
トホール418を介してソース電極408aと電気的に接続されている。
、当該酸化物半導体膜を島状に加工して、酸化物半導体膜406を形成する。その後、酸
化物半導体膜406上に接するように、ソース電極およびドレイン電極(これと同じ層で
形成される配線を含む)を形成するための導電膜を形成し、当該導電膜を加工して、ソー
ス電極408aおよびドレイン電極408bを形成する(図3(A)参照)。基板400
、酸化物半導体膜406、ソース電極408aおよびドレイン電極408bは、図1に示
す、基板200、酸化物半導体膜206、ソース電極208aおよびドレイン電極208
bと同様の材料および方法を用いて形成することができる。
のが好ましい。当該下地絶縁膜は、図1に示す絶縁膜204と同様の材料及び方法で形成
することができ、好ましくは、酸化ガリウムを含む材料または酸化ガリウムおよび酸化ア
ルミニウムを含む材料を用いて形成する。これにより、酸化物半導体膜と接する界面の状
態を良好に保つことができる。
ように絶縁膜410を形成する。それから、ゲート電極(これと同じ層で形成される配線
を含む)を形成するための導電膜を形成し、当該導電膜を加工して、酸化物半導体膜40
6と重畳するようにゲート電極402を形成する(図3(B)参照)。ゲート電極402
は、図1に示すゲート電極202と同様の材料および方法で形成することができる。絶縁
膜410は、図1(C)乃至図1(E)に示す絶縁膜210と同様の材料および方法で形
成することができる。さらに、絶縁膜410は、図1に示す絶縁膜204と同様の材料か
らなる絶縁膜を積層するような構造としても良い。このように、絶縁膜410に酸化ガリ
ウムを含む材料を用いることにより、酸化物半導体膜と接する界面の状態を良好に保つこ
とができる。
れから絶縁膜412上にレジストマスク414を形成する(図3(C)参照)。絶縁膜4
12およびレジストマスク414は、図1(C)乃至図1(E)に示す、絶縁膜212お
よびレジストマスク214と同様の材料および方法を用いて形成することができる。
チングを行ってコンタクトホール418を形成する(図3(D)参照)。コンタクトホー
ル418は、図1(D)および図1(E)に示す、コンタクトホール218と同様の方法
を用いて形成することができる。
ンタクトホール418を介してソース電極408aと電気的に接続するように配線416
を形成する(図3(E)参照)。レジストマスク414の除去は、図1(C)および図1
(D)に示す、レジストマスク214の除去と同様の方法で行うことができる。また、配
線416は、図1(E)に示す配線216と同様の材料および方法で形成することができ
る。
る直接的な湿式処理を伴わないことにより、酸化ガリウムを含む絶縁膜の設計上必要な領
域が溶解する危険性なく、トランジスタ310を形成することができる(図3(E)参照
)。
の上面においてソース電極またはドレイン電極が電気的に接続されるトランジスタを作製
する工程について説明したが、開示する発明はこれに限られるものではない。例えば、同
様の方法を用いて、少なくとも酸化物半導体膜の下面においてソース電極またはドレイン
電極が電気的に接続されるトランジスタを作製してもよい。
された絶縁膜のエッチング処理を行ったが、開示する発明はこれに限られるものではない
。
体膜と接する絶縁膜を形成することにより、酸化物半導体膜との界面の状態を良好に保つ
ことができる。
に対する直接的な湿式処理を伴わないことにより、酸化ガリウムを含む絶縁膜の設計上必
要な領域が溶解する危険性なく、当該絶縁膜をエッチングすることができる。
ことができる。よって、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
適宜組み合わせて用いることができる。
実施の形態1で例示したトランジスタを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、トランジスタを含む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。
して、シール材4005が設けられ、第2の基板4006によって封止されている。図5
(A)においては、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
れた走査線駆動回路4004、信号線駆動回路4003が実装されている。また別途形成
された信号線駆動回路4003と、走査線駆動回路4004または画素部4002に与え
られる各種信号および電位は、FPC(Flexible printed circu
it)4018a、4018bから供給されている。
02と、走査線駆動回路4004とを囲むようにして、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、表示素子と共に封止されている。
図5(B)および図5(C)においては、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。図5(B)および
図5(C)においては、別途形成された信号線駆動回路4003と、走査線駆動回路40
04または画素部4002に与えられる各種信号および電位は、FPC4018から供給
されている。
第1の基板4001に実装している例を示しているが、この構成に限定されない。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。
hip On Glass)方法、ワイヤボンディング方法、或いはTAB(Tape
Automated Bonding)方法などを用いることができる。図5(A)は、
COG方法により信号線駆動回路4003、走査線駆動回路4004を実装する例であり
、図5(B)は、COG方法により信号線駆動回路4003を実装する例であり、図5(
C)は、TAB方法により信号線駆動回路4003を実装する例である。
ラを含むIC等を実装した状態にあるモジュールとを含む。
光源(照明装置含む)を指す。また、コネクター、例えばFPCもしくはTABテープも
しくはTCP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。
しており、実施の形態1で示したトランジスタを適用することができる。
(発光表示素子ともいう)、を用いることができる。発光素子は、電流または電圧によっ
て輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機EL(Electro
Luminescence)、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。
(B)のM−Nにおける断面図に相当する。
6を有しており、接続端子電極4015および端子電極4016はFPC4018が有す
る端子と異方性導電膜4019を介して、電気的に接続されている。
4016は、トランジスタ4010、トランジスタ4011のソース電極およびドレイン
電極と同じ導電膜で形成されている。
、トランジスタを複数有しており、図6乃至図8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。
1で示したトランジスタを適用することができる。トランジスタ4010、トランジスタ
4011は、電気的特性変動が抑制されており、電気的に安定である。よって、図6乃至
図8で示す本実施の形態の半導体装置として信頼性の高い半導体装置を提供することがで
きる。
パネルを構成する。表示素子は表示を行うことがでれば特に限定されず、様々な表示素子
を用いることができる。
素子である液晶素子4013は、第1の電極層4030、第2の電極層4031、および
液晶層4008を含む。なお、液晶層4008を挟持するように配向膜として機能する絶
縁膜4032、絶縁膜4033が設けられている。第2の電極層4031は第2の基板4
006側に設けられ、第1の電極層4030と第2の電極層4031とは液晶層4008
を介して積層する構成となっている。
り、液晶層4008の膜厚(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。
液晶、高分子分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。これ
らの液晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カ
イラルネマチック相、等方相等を示す。
であり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する
直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改
善するために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に用いる
。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が1msec以下と
短く、光学的等方性であるため配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。また配向
膜を設けなくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起
こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減
することができる。よって液晶表示装置の生産性を向上させることが可能となる。
11Ω・cm以上であり、さらに好ましくは1×1012Ω・cm以上である。なお、本
明細書における固有抵抗率の値は、20℃で測定した値とする。
ーク電流等を考慮して、所定の期間の間電荷を保持できるように設定される。高純度の酸
化物半導体膜を有するトランジスタを用いることにより、各画素における液晶容量に対し
て1/3以下、好ましくは1/5以下の容量の大きさを有する保持容量を設ければ充分で
ある。
態における電流値(オフ電流値)を低くすることができる。よって、画像信号等の電気信
号の保持時間を長くすることができ、電源オン状態では書き込み間隔も長く設定できる。
よって、リフレッシュ動作の頻度を少なくすることができるため、消費電力を抑制する効
果を奏する。
比較的高い電界効果移動度が得られるため、高速駆動が可能である。よって、液晶表示装
置の画素部に上記トランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。
また、上記トランジスタは、同一基板上に駆動回路部または画素部に作り分けて作製する
ことができるため、液晶表示装置の部品点数を削減することができる。
Plane−Switching)モード、FFS(Fringe Field Swi
tching)モード、ASM(Axially Symmetric aligned
Micro−cell)モード、OCB(Optical Compensated
Birefringence)モード、FLC(Ferroelectric Liqu
id Crystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric Li
quid Crystal)モードなどを用いることができる。
た透過型の液晶表示装置としてもよい。ここで、垂直配向モードとは、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。垂直配向モードとしては、いくつか挙げら
れるが、例えば、MVA(Multi−Domain Vertical Alignm
ent)モード、PVA(Patterned Vertical Alignment
)モード、ASVモードなどを用いることができる。また、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マル
チドメイン化あるいはマルチドメイン設計といわれる方法を用いることができる。
射防止部材などの光学部材(光学基板)などは適宜設ける。例えば、偏光基板および位相
差基板による円偏光を用いてもよい。また、光源としてバックライト、サイドライトなど
を用いてもよい。
式(フィールドシーケンシャル駆動方式)を行うことも可能である。フィールドシーケン
シャル駆動方式を適用することで、カラーフィルタを用いることなく、カラー表示を行う
ことができる。
ることができる。また、カラー表示する際に画素で制御する色要素としては、RGB(R
は赤、Gは緑、Bは青を表す)の三色に限定されない。例えば、RGBW(Wは白を表す
)、又はRGBに、イエロー、シアン、マゼンタ等を一色以上追加したものがある。なお
、色要素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい。ただし、本発明はカ
ラー表示の表示装置に限定されるものではなく、モノクロ表示の表示装置に適用すること
もできる。
素子を適用することができる。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。
孔がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして、それらキ
ャリア(電子および正孔)が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形
成し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このよ
うな発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
分類される。分散型無機EL素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を
有するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−
アクセプター再結合型発光である。薄膜型無機EL素子は、発光層を誘電体層で挟み込み
、さらにそれを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子遷移を
利用する局在型発光である。なお、ここでは、発光素子として有機EL素子を用いて説明
する。
して、基板上にトランジスタおよび発光素子を形成し、基板とは逆側の面から発光を取り
出す上面射出や、基板側の面から発光を取り出す下面射出や、基板側および基板とは反対
側の面から発光を取り出す両面射出構造の発光素子があり、どの射出構造の発光素子も適
用することができる。
4513は、画素部4002に設けられたトランジスタ4010と電気的に接続している
。なお発光素子4513の構成は、第1の電極層4030、電界発光層4511、第2の
電極層4031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4513から
取り出す光の方向などに合わせて、発光素子4513の構成は適宜変えることができる。
脂材料を用い、第1の電極層4030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。
成されていてもどちらでも良い。
層4031および隔壁4510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、第1の基板4
001、第2の基板4006、およびシール材4005によって封止された空間には充填
材4514が設けられ密封されている。このように外気に曝されないように気密性が高く
、脱ガスの少ない保護フィルム(貼り合わせフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等)やカ
バー材でパッケージング(封入)することが好ましい。
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EVA(
エチレンビニルアセテート)を用いることができる。例えば充填材として窒素を用いれば
よい。
、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。
ある。電子ペーパーは、電気泳動表示装置(電気泳動ディスプレイ)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。
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。
わゆる誘電泳動的効果を利用したディスプレイである。
こ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。
、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。
ができる。ツイス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の電極層および第2の電極層の間に配置し、第1の電極層および
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。
8の電子ペーパーは、ツイストボール表示方式を用いた表示装置の例である。
られた第2の電極層4031との間には黒色領域4615aおよび白色領域4615bを
有し、周りに液体で満たされているキャビティ4612を含む球形粒子4613が設けら
れており、球形粒子4613の周囲は樹脂等の充填材4614で充填されている。第2の
電極層4031が共通電極(対向電極)に相当する。第2の電極層4031は、共通電位
線と電気的に接続される。
ラス基板の他、可撓性を有する基板も用いることができ、例えば透光性を有するプラスチ
ック基板などを用いることができる。プラスチックとしては、FRP(Fibergla
ss−Reinforced Plastics)板、PVF(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。
お、アクリル樹脂、ポリイミド、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂等
の、耐熱性を有する有機絶縁材料を用いると、平坦化絶縁膜として好適である。また上記
有機絶縁材料の他に、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、絶縁層を形成してもよい。
スピンコート法、ディッピング法、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)、ロールコーティング、カーテンコーティング、ナイフ
コーティング等を用いることができる。
素部に設けられる基板、絶縁膜、導電膜などの薄膜はすべて可視光の波長領域の光に対し
て透光性とする。
、対向電極層などともいう)においては、取り出す光の方向、電極層が設けられる場所、
および電極層のパターン構造によって透光性、反射性を選択すればよい。
酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸
化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物(以下、ITOと示す
。)、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を
有する導電性材料を用いることができる。
ン(Mo)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、バナジウム(V)、ニオブ(
Nb)、タンタル(Ta)、クロム(Cr)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、チ
タン(Ti)、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)等の金属
、又はその合金、若しくはその窒化物から一つ、又は複数種を用いて形成することができ
る。
リマーともいう)を含む導電性組成物を用いて形成することができる。導電性高分子とし
ては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子が用いることができる。例えば、ポリアニリン
またはその誘導体、ポリピロールまたはその誘導体、ポリチオフェンまたはその誘導体、
若しくはアニリン、ピロールおよびチオフェンの2種以上の共重合体またはその誘導体な
どがあげられる。
路を設けることが好ましい。保護回路は、非線形素子を用いて構成することが好ましい。
導体装置を提供することができる。なお、実施の形態1で例示したトランジスタは上述の
表示機能を有する半導体装置のみでなく、電源回路に搭載されるパワーデバイス、LSI
等の半導体集積回路、対象物の情報を読み取るイメージセンサ機能を有する半導体装置な
ど様々な機能を有する半導体装置に適用することが可能である。
適宜組み合わせて用いることができる。
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
メラ等のカメラ、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。上記実施の形態で説明した液晶表示装置を具備する電子機器の例につい
て説明する。
2、表示部3003、キーボード3004などによって構成されている。実施の形態1ま
たは2で示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高いノート型のパーソナルコ
ンピュータとすることができる。
外部インターフェイス3025と、操作ボタン3024等が設けられている。また操作用
の付属品としてスタイラス3022がある。実施の形態1または2で示した半導体装置を
適用することにより、より信頼性の高い携帯情報端末(PDA)とすることができる。
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。
み込まれている。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9(C)では表示部2705)に文章を表示し、左側の
表示部(図9(C)では表示部2707)に画像を表示することができる。実施の形態1
または2で示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高い電子書籍2700とす
ることができる。
筐体2701において、電源2721、操作キー2723、スピーカー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。
されている。筐体2801には、表示パネル2802、スピーカー2803、マイクロフ
ォン2804、ポインティングデバイス2806、カメラ用レンズ2807、外部接続端
子2808などを備えている。また、筐体2800には、携帯型情報端末の充電を行う太
陽電池セル2810、外部メモリスロット2811などを備えている。また、アンテナは
筐体2801内部に内蔵されている。実施の形態1または2で示した半導体装置を適用す
ることにより、信頼性の高い携帯電話とすることができる。
ている複数の操作キー2805を点線で示している。なお、太陽電池セル2810で出力
される電圧を各回路に必要な電圧に昇圧するための昇圧回路も実装している。
ル2802と同一面上にカメラ用レンズ2807を備えているため、テレビ電話が可能で
ある。スピーカー2803およびマイクロフォン2804は音声通話に限らず、テレビ電
話、録音、再生などが可能である。さらに、筐体2800と筐体2801は、スライドし
、図9(D)のように展開している状態から重なり合った状態とすることができ、携帯に
適した小型化が可能である。
可能であり、充電およびパーソナルコンピュータなどとのデータ通信が可能である。また
、外部メモリスロット2811に記録媒体を挿入し、より大量のデータ保存および移動に
対応できる。
もよい。
接眼部3053、操作スイッチ3054、表示部(B)3055、バッテリー3056な
どによって構成されている。実施の形態1または2で示した半導体装置を適用することに
より、信頼性の高いデジタルビデオカメラとすることができる。
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。実施の形態1または2で示した半導体装置を適用することにより、
信頼性の高いテレビジョン装置9600とすることができる。
モコン操作機により行うことができる。また、リモコン操作機に、当該リモコン操作機か
ら出力する情報を表示する表示部を設ける構成としてもよい。
により一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線または無線
による通信ネットワークに接続することにより、一方向(送信者から受信者)または双方
向(送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など)の情報通信を行うことも可能である
。
適宜組み合わせて用いることができる。
、酸化ガリウム(GaOx)膜、第2の酸化シリコン(SiOx)膜の順番で積層した絶
縁膜を形成し、当該絶縁膜をフォトリソグラフィ工程を用いてドライエッチングすること
により形成されるコンタクトホールについて評価を行った。
ン膜の順番で積層した絶縁膜の作製工程について説明する。
膜した。ここで、第1の酸化シリコン膜の成膜はスパッタ法を用いて行い、成膜条件は、
アルゴンガス流量25sccm、酸素ガス流量25sccm、RF電源の電力2kW、圧
力0.4Pa、温度100℃とした。
に成膜した。ここで、酸化ガリウムの成膜はスパッタ法を用いて行い、成膜条件は、アル
ゴンガス流量10.5sccm、酸素ガス流量4.5sccm、RF電源の電力200W
、圧力0.4Pa、室温とした。
した。ここで、第2の酸化シリコン膜の成膜はスパッタ法を用いて行い、成膜条件は、ア
ルゴンガス流量40sccm、酸素ガス流量10sccm、RF電源の電力1.5kW、
圧力0.4Pa、温度100℃とした。以上の工程により、第1の酸化シリコン膜、酸化
ガリウム膜、第2の酸化シリコン膜の順番で積層した絶縁膜を形成した。
ここで、第2の酸化シリコン膜上にレジストマスクを形成し、当該絶縁膜のドライエッチ
ングを行い、酸素プラズマによるアッシングのみでレジスト除去を行って、コンタクトホ
ールを形成したものをサンプルAとする。また、第2の酸化シリコン膜上にレジストマス
クを形成し、リンス処理を行い、当該絶縁膜のドライエッチングを行い、酸素プラズマに
よるアッシングとレジスト剥離液による処理を用いてレジスト除去を行って、コンタクト
ホールを形成したものをサンプルBとする。
、第2の酸化シリコン膜上にレジストマスクを形成した。ここで、サンプルAの作製にお
いては、レジストパターンを形成する際にリンス処理は行わなかった。
シリコン膜の順番で積層した絶縁膜にドライエッチングを行って、コンタクトホールを形
成した。ここで、ドライエッチングはICPエッチング法を用いて行い、エッチング条件
は、トリフルオロメタンガス流量7.5sccm、ヘリウムガス流量142.5sccm
、コイル型の電極に印加される電力量475W、基板側の電極に印加される電力量300
W、圧力5.5Pa、下部電極温度70℃とした。
アッシングのみで除去した。ここで酸素プラズマによるアッシング処理の条件は、酸素ガ
ス流量300sccm、RF電源の電力1800W、圧力66.5Pa、時間180秒と
した。以上の工程により、第1の酸化シリコン膜、酸化ガリウム膜、第2の酸化シリコン
膜の順番で積層した絶縁膜にコンタクトホールを形成したサンプルAを作製した。
程の相違点は、まず、サンプルBの作製工程においては、レジストパターンを形成する際
にリンス処理を行った。また、サンプルBの作製工程では、酸素プラズマによるアッシン
グとレジスト剥離液による処理を用いてレジストの除去を行った。当該アッシング処理の
条件は、酸素ガス流量100sccm、RF電源の電力200W、圧力66.5Pa、時
間300秒とした。また、レジスト剥離液としては、N300剥離液(長瀬産業株式会社
製)を用いた。他の工程については、サンプルAの作製工程と同様の方法を用いてサンプ
ルBを作製した。
示す。図10(A)と図10(B)を比較すると、サンプルAでは、第2の酸化シリコン
膜の表面が清浄に保たれているが、サンプルBでは第2の酸化シリコン膜表面にレジスト
マスクの残渣や当該残渣の反応物などが残っている。
ける拡大SEM写真を、図11(A)および図11(B)に示す。図11(A)と図11
(B)を比較すると、サンプルAでは、コンタクトホールの側壁が酸化ガリウム膜の部分
において、階段形状となるように張り出しているのに対し、サンプルBでは、コンタクト
ホールの側壁が酸化ガリウム膜の部分において、抉れるように深く溶解されているのが分
かる。このように、サンプルBではコンタクトホールに必要な側壁部分の酸化ガリウム膜
も抉れてしまう。
よる処理などの湿式処理によって、設計上必要な領域が溶解する危険性がある。よって、
サンプルAに示すように、酸化ガリウムを含む絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程
において、酸化ガリウム膜が直接的な湿式処理を伴わないような作製工程とすることで、
酸化ガリウム膜の設計上必要な領域が溶解する危険性を抑制することができる。
200 基板
202 ゲート電極
204 絶縁膜
206 酸化物半導体膜
208a ソース電極
208b ドレイン電極
210 絶縁膜
212 絶縁膜
214 レジストマスク
216 配線
218 コンタクトホール
222 配線
224 コンタクトホール
301 ターゲット
302 ターゲット
310 トランジスタ
400 基板
402 ゲート電極
406 酸化物半導体膜
408a ソース電極
408b ドレイン電極
410 絶縁膜
412 絶縁膜
414 レジストマスク
416 配線
418 コンタクトホール
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 スピーカー
2800 筐体
2801 筐体
2802 表示パネル
2803 スピーカー
2804 マイクロフォン
2805 操作キー
2806 ポインティングデバイス
2807 カメラ用レンズ
2808 外部接続端子
2810 太陽電池セル
2811 外部メモリスロット
3001 本体
3002 筐体
3003 表示部
3004 キーボード
3021 本体
3022 スタイラス
3023 表示部
3024 操作ボタン
3025 外部インターフェイス
3051 本体
3053 接眼部
3054 操作スイッチ
3055 表示部(B)
3056 バッテリー
3057 表示部(A)
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 トランジスタ
4011 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
4018a FPC
4018b FPC
4019 異方性導電膜
4021 絶縁層
4030 電極層
4031 電極層
4032 絶縁膜
4033 絶縁膜
4510 隔壁
4511 電界発光層
4513 発光素子
4514 充填材
4612 キャビティ
4613 球形粒子
4614 充填材
4615a 黒色領域
4615b 白色領域
9600 テレビジョン装置
9601 筐体
9603 表示部
9605 スタンド
Claims (3)
- 酸化物半導体膜と、ゲート電極と、前記酸化物半導体膜と電気的に接続されるソース電極およびドレイン電極と、を有する半導体装置の作製方法であって、
前記ゲート電極上に重畳して前記酸化物半導体膜を形成し、
前記酸化物半導体膜、前記ソース電極および前記ドレイン電極上に接して、ガリウムと酸素とを有する膜を形成し、
前記ガリウムと酸素とを有する膜上に接して絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜上にレジストマスクを形成し、
前記ガリウムと酸素とを有する膜および前記絶縁膜にドライエッチングを行ってコンタクトホールを形成し、
前記レジストマスクを、酸素プラズマによるアッシングを用いて除去し、
前記コンタクトホールを介して、前記ゲート電極、前記ソース電極または前記ドレイン電極のいずれか一または複数と電気的に接続される配線を形成し、
前記ガリウムと酸素とを有する膜は、加熱しながら形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 酸化物半導体膜と、ゲート電極と、前記酸化物半導体膜と電気的に接続されるソース電極およびドレイン電極と、を有する半導体装置の作製方法であって、
前記酸化物半導体膜、前記ソース電極および前記ドレイン電極上に接して、ガリウムと酸素とを有する膜を形成し、
前記ガリウムと酸素とを有する膜上に前記ゲート電極を形成し、
前記ゲート電極上に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜上にレジストマスクを形成し、
前記ガリウムと酸素とを有する膜および前記絶縁膜にドライエッチングを行ってコンタクトホールを形成し、
前記レジストマスクを、酸素プラズマによるアッシングを用いて除去し、
前記コンタクトホールを介して、前記ソース電極または前記ドレイン電極と電気的に接続される配線を形成し、
前記ガリウムと酸素とを有する膜は、加熱しながら形成す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2において、
前記酸化物半導体膜は、水素、水、水酸基又は水素化物を低減する工程と、酸素を供給する工程と、を経て形成されたものであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
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