JP2016167590A - Transistor, manufacturing method for transistor, semiconductor device, and electronic apparatus - Google Patents

Transistor, manufacturing method for transistor, semiconductor device, and electronic apparatus Download PDF

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山崎 舜平
Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
山元 良高
Yoshitaka Yamamoto
良高 山元
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a transistor with the excellent electric characteristics, a transistor with the stable electric characteristics, or a highly integrated semiconductor device.SOLUTION: In a top-gate transistor including an oxide semiconductor in a semiconductor layer where a channel is formed, a metal element is introduced to the semiconductor layer in a self-aligning manner after a gate electrode is formed, and then a side surface of the gate electrode is covered with a structure. The structure preferably contains aluminum oxide. When an insulating layer is formed in the fabrication of the structure, oxygen is introduced to a surface where the insulating layer is formed.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の一態様は、トランジスタおよび半導体装置、ならびにそれらの製造方法に関する。 One embodiment of the present invention relates to a transistor, a semiconductor device, and a manufacturing method thereof.

なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の一態様の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物(コンポジション・オブ・マター)に関するものである。 Note that one embodiment of the present invention is not limited to the above technical field. The technical field of one embodiment of the invention disclosed in this specification and the like relates to an object, a method, or a manufacturing method. Alternatively, one embodiment of the present invention relates to a process, a machine, a manufacture, or a composition (composition of matter).

なお、本明細書等において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指す。表示装置(液晶表示装置、発光表示装置など)、照明装置、電気光学装置、蓄電装置、記憶装置、半導体回路、撮像装置および電子機器などは、半導体装置を有する場合がある。 Note that in this specification and the like, a semiconductor device refers to any device that can function by utilizing semiconductor characteristics. A display device (a liquid crystal display device, a light-emitting display device, or the like), an illumination device, an electro-optical device, a power storage device, a memory device, a semiconductor circuit, an imaging device, an electronic device, or the like may include a semiconductor device.

近年は、酸化物半導体を用いたトランジスタが注目されている。酸化物半導体は、スパッタリング法などを用いて成膜できるため、大型の表示装置を構成するトランジスタの半導体に用いることができる。また、酸化物半導体を用いたトランジスタは、非晶質シリコンを用いたトランジスタの生産設備の一部を改良して利用することが可能であるため、設備投資を抑えられるメリットもある。 In recent years, transistors using an oxide semiconductor have attracted attention. An oxide semiconductor can be formed by a sputtering method or the like, and thus can be used for a semiconductor of a transistor included in a large display device. In addition, a transistor including an oxide semiconductor can be used by improving part of a production facility for a transistor using amorphous silicon, and thus has an advantage of suppressing capital investment.

また、酸化物半導体を用いたトランジスタは、非導通状態において極めてリーク電流が少ないことが知られている。例えば、酸化物半導体を用いたトランジスタの極めてリーク電流が少ないという特性を応用した低消費電力のCPUなどが開示されている(特許文献1参照。)。 Further, it is known that a transistor including an oxide semiconductor has extremely little leakage current in a non-conduction state. For example, a low power consumption CPU that uses a characteristic that a transistor including an oxide semiconductor has extremely low leakage current is disclosed (see Patent Document 1).

特開2012−257187号公報JP 2012-257187 A

微細なトランジスタを提供することを課題の一とする。または、寄生容量の小さいトランジスタを提供することを課題の一とする。または、周波数特性の高いトランジスタを提供することを課題の一とする。電気特性の良好なトランジスタを提供することを課題の一とする。または、電気特性の安定したトランジスタを提供することを課題の一とする。または、消費電力の少ないトランジスタを提供することを課題の一とする。または、信頼性の良好なトランジスタを提供することを課題の一とする。または、新規なトランジスタを提供することを課題の一とする。または、これらのトランジスタの少なくとも一つを有する半導体装置を提供することを課題の一とする。 An object is to provide a fine transistor. Another object is to provide a transistor with low parasitic capacitance. Another object is to provide a transistor with high frequency characteristics. An object is to provide a transistor with favorable electrical characteristics. Another object is to provide a transistor with stable electrical characteristics. Another object is to provide a transistor with low power consumption. Another object is to provide a highly reliable transistor. Another object is to provide a novel transistor. Another object is to provide a semiconductor device including at least one of these transistors.

なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。 Note that the description of these problems does not disturb the existence of other problems. Note that one embodiment of the present invention does not have to solve all of these problems. Issues other than these will be apparent from the description of the specification, drawings, claims, etc., and other issues can be extracted from the descriptions of the specification, drawings, claims, etc. It is.

本発明の一態様は、第1乃至第3の酸化物層、絶縁層、第1乃至第3の電極、および構造体を有し、第1の酸化物層は第2の酸化物層と接し、第2の酸化物層は第3の酸化物層と接し、第1乃至第3の酸化物層は互いに重なる第1の領域を有し、第1の領域上に、絶縁層を介して、第1の電極と、第1の電極の側面に隣接する構造体と、を有し、第2の酸化物層は、第1の電極と重なる第2の領域と、構造体と重なる第3の領域と、第2の電極と接する第4の領域と、第3の電極と接する第5の領域と、を有し、構造体はアルミニウムと酸素を含み、第3乃至第5の領域は、第2の領域に含まれる元素と異なる元素を含むトランジスタである。 One embodiment of the present invention includes first to third oxide layers, an insulating layer, first to third electrodes, and a structure, and the first oxide layer is in contact with the second oxide layer. The second oxide layer is in contact with the third oxide layer, and the first to third oxide layers have first regions that overlap with each other, and an insulating layer is interposed on the first region, A first electrode and a structure adjacent to a side surface of the first electrode, and the second oxide layer includes a second region overlapping with the first electrode, and a third region overlapping with the structure. A region, a fourth region in contact with the second electrode, and a fifth region in contact with the third electrode, the structure includes aluminum and oxygen, and the third to fifth regions include 2 is a transistor including an element different from the element included in the region 2.

第2の領域に含まれる元素と異なる元素は、例えば、タングステン、チタン、またはアルミニウムである。第2の酸化物層は、CAAC−OS(C Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor)であることが好ましい。また、第2の酸化物層は、InまたはZnの一方、もしくは両方を含むことが好ましい。第1の酸化物層と第3の酸化物層は、第2の酸化物層に含まれる金属元素のうち少なくとも一種類の金属元素と同種の金属元素を含むことが好ましい。なお、CAAC−OSについては、実施の形態3で詳細に説明する。 The element different from the element contained in the second region is, for example, tungsten, titanium, or aluminum. The second oxide layer is preferably a CAAC-OS (C Axis Crystalline Oxide Semiconductor). The second oxide layer preferably contains one or both of In and Zn. It is preferable that a 1st oxide layer and a 3rd oxide layer contain the metal element of the same kind as at least 1 type of metal element among the metal elements contained in a 2nd oxide layer. Note that the CAAC-OS will be described in detail in Embodiment 3.

または、本発明の一態様は、第1の酸化物層上に第2の酸化物層を形成する第1の工程と、第1および第2の酸化物層を島状に加工する第2の工程と、第2の酸化物層を覆う第3の酸化物層を形成する第3の工程と、第3の酸化物層を覆う第1の絶縁層を形成する第4の工程と、第1の絶縁層上に第1の電極を形成する第5の工程と、第1の電極をマスクとして用いて、少なくとも第2の酸化物層の一部に元素を導入する第6の工程と、第1の絶縁層および第1の電極を覆う第2の絶縁層の形成時に、第1の絶縁層に酸素を導入する第7の工程と、加熱処理を行う第8の工程と、第2の絶縁層を加工して第1の電極の側面に隣接する構造体を形成する第8の工程と、第2の酸化物層の、第1の電極および構造体と重ならない領域を露出する第9の工程と、第2の酸化物層の露出した領域に接して、第2の電極および第3の電極を形成する第10の工程と、を有し、第2の酸化物層は酸化物半導体であるトランジスタの作製方法である。 Alternatively, according to one embodiment of the present invention, the first step of forming the second oxide layer over the first oxide layer and the second step of processing the first and second oxide layers into an island shape A step, a third step of forming a third oxide layer covering the second oxide layer, a fourth step of forming a first insulating layer covering the third oxide layer, A fifth step of forming a first electrode on the first insulating layer, a sixth step of introducing an element into at least part of the second oxide layer using the first electrode as a mask, A seventh step of introducing oxygen into the first insulating layer, an eighth step of performing heat treatment, and a second insulating layer when forming the first insulating layer and the second insulating layer covering the first electrode; An eighth step of processing the layer to form a structure adjacent to the side surface of the first electrode; and a second oxide layer exposing a region that does not overlap the first electrode and the structure. And a tenth step of forming a second electrode and a third electrode in contact with the exposed region of the second oxide layer, wherein the second oxide layer is an oxide semiconductor. This is a method for manufacturing a transistor.

第7の工程はスパッタリング法で行なうことが好ましい。上記構造体は、アルミニウムと酸素とを含むことが好ましい。 The seventh step is preferably performed by a sputtering method. The structure preferably includes aluminum and oxygen.

または、本発明の一態様は、上記トランジスタまたは上記半導体装置と、アンテナ、バッテリ、操作スイッチ、マイク、または、スピーカと、を有する電子機器である。 Another embodiment of the present invention is an electronic device including the transistor or the semiconductor device, and an antenna, a battery, an operation switch, a microphone, or a speaker.

微細なトランジスタを提供することができる。または、寄生容量の小さいトランジスタを提供することができる。または、周波数特性の高いトランジスタを提供することができる。電気特性の良好なトランジスタを提供することができる。または、電気特性の安定したトランジスタを提供することができる。または、消費電力の少ないトランジスタを提供することができる。または、信頼性の良好なトランジスタを提供することができる。または、新規なトランジスタを提供することができる。または、これらのトランジスタの少なくとも一つを有する半導体装置を提供することができる。 A fine transistor can be provided. Alternatively, a transistor with low parasitic capacitance can be provided. Alternatively, a transistor with high frequency characteristics can be provided. A transistor with favorable electrical characteristics can be provided. Alternatively, a transistor with stable electric characteristics can be provided. Alternatively, a transistor with low power consumption can be provided. Alternatively, a highly reliable transistor can be provided. Alternatively, a novel transistor can be provided. Alternatively, a semiconductor device including at least one of these transistors can be provided.

なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。 Note that the description of these effects does not disturb the existence of other effects. Note that one embodiment of the present invention need not have all of these effects. It should be noted that the effects other than these are naturally obvious from the description of the specification, drawings, claims, etc., and it is possible to extract the other effects from the descriptions of the specification, drawings, claims, etc. It is.

本発明の一態様に係るトランジスタを示す上面図および断面図。4A and 4B are a top view and cross-sectional views illustrating a transistor according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係るトランジスタを示す上面図および断面図。4A and 4B are a top view and cross-sectional views illustrating a transistor according to one embodiment of the present invention. エネルギーバンド構造を説明する図。The figure explaining an energy band structure. 本発明の一態様に係るトランジスタを示す上面図および断面図。4A and 4B are a top view and cross-sectional views illustrating a transistor according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係るトランジスタを示す上面図および断面図。4A and 4B are a top view and cross-sectional views illustrating a transistor according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係るトランジスタを示す上面図および断面図。4A and 4B are a top view and cross-sectional views illustrating a transistor according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係るトランジスタを示す上面図および断面図。4A and 4B are a top view and cross-sectional views illustrating a transistor according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係るトランジスタの作製方法例を示す図。10A and 10B illustrate an example of a method for manufacturing a transistor according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係るトランジスタの作製方法例を示す図。10A and 10B illustrate an example of a method for manufacturing a transistor according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係るトランジスタの作製方法例を示す図。10A and 10B illustrate an example of a method for manufacturing a transistor according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係るトランジスタの作製方法例を示す図。10A and 10B illustrate an example of a method for manufacturing a transistor according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係るトランジスタの作製方法例を示す図。10A and 10B illustrate an example of a method for manufacturing a transistor according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係るトランジスタの作製方法例を示す図。10A and 10B illustrate an example of a method for manufacturing a transistor according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係るトランジスタを示す上面図および断面図。4A and 4B are a top view and cross-sectional views illustrating a transistor according to one embodiment of the present invention. CAAC−OSの断面におけるCs補正高分解能TEM像、およびCAAC−OSの断面模式図。FIG. 6 is a Cs-corrected high-resolution TEM image in a cross section of a CAAC-OS and a schematic cross-sectional view of the CAAC-OS. CAAC−OSの平面におけるCs補正高分解能TEM像。The Cs correction | amendment high-resolution TEM image in the plane of CAAC-OS. CAAC−OSおよび単結晶酸化物半導体のXRDによる構造解析を説明する図。6A and 6B illustrate structural analysis by XRD of a CAAC-OS and a single crystal oxide semiconductor. CAAC−OSの電子回折パターンを示す図。The figure which shows the electron diffraction pattern of CAAC-OS. In−Ga−Zn酸化物の電子照射による結晶部の変化を示す図。FIG. 6 shows changes in crystal parts of an In—Ga—Zn oxide due to electron irradiation. 本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の回路図。FIG. 10 is a circuit diagram of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の回路図。FIG. 10 is a circuit diagram of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. CPUの構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the structural example of CPU. 記憶素子の一例を示す回路図。FIG. 10 is a circuit diagram illustrating an example of a memory element. 撮像装置の一例を説明する図。2A and 2B illustrate an example of an imaging device. 撮像装置の一例を説明する図。2A and 2B illustrate an example of an imaging device. 撮像装置の一例を説明する図。2A and 2B illustrate an example of an imaging device. 画素の構成例を説明する図。FIG. 6 illustrates a configuration example of a pixel. 画素の構成例を説明する図。FIG. 6 illustrates a configuration example of a pixel. 撮像装置の一例を示す回路図。The circuit diagram which shows an example of an imaging device. 撮像装置の構成例を示す断面図。Sectional drawing which shows the structural example of an imaging device. 撮像装置の構成例を示す断面図。Sectional drawing which shows the structural example of an imaging device. 表示装置の一例を説明するブロック図及び回路図。10A and 10B are a block diagram and a circuit diagram illustrating an example of a display device. 表示装置の一例を説明するブロック図。FIG. 10 is a block diagram illustrating an example of a display device. 表示装置の一例を説明する図。FIG. 6 illustrates an example of a display device. 表示装置の一例を説明する図。FIG. 6 illustrates an example of a display device. 表示モジュールの一例を説明する図。FIG. 6 illustrates an example of a display module. RFタグの一例を説明するブロック図。FIG. 6 is a block diagram illustrating an example of an RF tag. RFタグの使用例を説明する図。6A and 6B illustrate a usage example of an RF tag. リードフレーム型のインターポーザを用いたパッケージの断面構造を示す斜視図。The perspective view which shows the cross-section of the package using a lead frame type interposer. 電子機器の一例を説明する図。10A and 10B each illustrate an example of an electronic device. 成膜装置の一例を示す上面図。The top view which shows an example of the film-forming apparatus. 成膜装置の一例を示す断面図。Sectional drawing which shows an example of the film-forming apparatus. 本発明の一態様に係るトランジスタを示す上面図および断面図。4A and 4B are a top view and cross-sectional views illustrating a transistor according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係るトランジスタを示す上面図および断面図。4A and 4B are a top view and cross-sectional views illustrating a transistor according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係るトランジスタを示す上面図および断面図。4A and 4B are a top view and cross-sectional views illustrating a transistor according to one embodiment of the present invention.

実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨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。従って、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。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する場合がある。 Embodiments will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it is easily understood by those skilled in the art that modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments below. Note that in the structures of the invention described below, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals in different drawings, and description thereof is not repeated.

また、図面などにおいて示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、発明の理解を容易とするため、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも、図面などに開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。例えば、実際の製造工程において、エッチングなどの処理により層やレジストマスクなどが意図せずに目減りすることがあるが、理解を容易とするために省略して示すことがある。 In addition, the position, size, range, and the like of each component illustrated in the drawings and the like may not represent the actual position, size, range, or the like in order to facilitate understanding of the invention. Therefore, the disclosed invention is not necessarily limited to the position, size, range, or the like disclosed in the drawings and the like. For example, in an actual manufacturing process, a layer or a resist mask may be lost unintentionally by a process such as etching, but may be omitted for easy understanding.

また、図面において、発明の理解を容易とするため、一部の構成要素の記載を省略する場合がある。また、一部の隠れ線などの記載を省略する場合がある。 In the drawings, some components may be omitted for easy understanding of the invention. Moreover, description of some hidden lines may be omitted.

本明細書等における「第1」、「第2」などの序数詞は、構成要素の混同を避けるために付すものであり、工程順または積層順など、なんらかの順番や順位を示すものではない。また、本明細書等において序数詞が付されていない用語であっても、構成要素の混同を避けるため、特許請求の範囲において序数詞が付される場合がある。また、本明細書等において序数詞が付されている用語であっても、特許請求の範囲において異なる序数詞が付される場合がある。また、本明細書等において序数詞が付されている用語であっても、特許請求の範囲などにおいて序数詞を省略する場合がある。 In the present specification and the like, ordinal numbers such as “first” and “second” are used to avoid confusion between components, and do not indicate any order or order such as process order or stacking order. In addition, even in terms that do not have an ordinal number in this specification and the like, an ordinal number may be added in the claims to avoid confusion between the constituent elements. Further, even terms having an ordinal number in this specification and the like may have different ordinal numbers in the claims. Even in the present specification and the like, terms with ordinal numbers are sometimes omitted in the claims.

また、本明細書等において「電極」や「配線」の用語は、これらの構成要素を機能的に限定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり、その逆もまた同様である。さらに、「電極」や「配線」の用語は、複数の「電極」や「配線」が一体となって形成されている場合なども含む。 Further, in this specification and the like, the terms “electrode” and “wiring” do not functionally limit these components. For example, an “electrode” may be used as part of a “wiring” and vice versa. Furthermore, the terms “electrode” and “wiring” include a case where a plurality of “electrodes” and “wirings” are integrally formed.

なお、本明細書等において「上」や「下」の用語は、構成要素の位置関係が直上または直下で、かつ、直接接していることを限定するものではない。例えば、「絶縁層A上の電極B」の表現であれば、絶縁層Aの上に電極Bが直接接して形成されている必要はなく、絶縁層Aと電極Bとの間に他の構成要素を含むものを除外しない。 In the present specification and the like, the terms “upper” and “lower” do not limit that the positional relationship between the components is directly above or directly below and is in direct contact. For example, the expression “electrode B on the insulating layer A” does not require the electrode B to be formed in direct contact with the insulating layer A, and another configuration between the insulating layer A and the electrode B. Do not exclude things that contain elements.

また、ソースおよびドレインの機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合や、回路動作において電流の方向が変化する場合など、動作条件などによって互いに入れ替わるため、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。このため、本明細書においては、ソースおよびドレインの用語は、入れ替えて用いることができるものとする。 In addition, since the functions of the source and the drain are switched with each other depending on operating conditions, such as when transistors with different polarities are used, or when the direction of current changes in circuit operation, which is the source or drain is limited. Is difficult. Therefore, in this specification, the terms source and drain can be used interchangeably.

また、本明細書等において、XとYとが接続されている、と明示的に記載されている場合は、XとYとが電気的に接続されている場合と、XとYとが機能的に接続されている場合と、XとYとが直接接続されている場合とが、本明細書等に開示されているものとする。したがって、所定の接続関係、例えば、図または文章に示された接続関係に限定されず、図または文章に示された接続関係以外のものも、図または文章に記載されているものとする。 In addition, in this specification and the like, when it is explicitly described that X and Y are connected, X and Y are electrically connected, and X and Y function. And the case where X and Y are directly connected are disclosed in this specification and the like. Therefore, it is not limited to a predetermined connection relationship, for example, the connection relationship shown in the figure or text, and anything other than the connection relation shown in the figure or text is also described in the figure or text.

また、本明細書等において、「電気的に接続」には、「何らかの電気的作用を有するもの」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するもの」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に制限を受けない。よって、「電気的に接続する」と表現される場合であっても、現実の回路においては、物理的な接続部分がなく、配線が延在しているだけの場合もある。 In addition, in this specification and the like, “electrically connected” includes a case of being connected via “thing having some electric action”. Here, the “thing having some electric action” is not particularly limited as long as it can exchange electric signals between connection targets. Therefore, even in the case of being expressed as “electrically connected”, in an actual circuit, there is a case where there is no physical connection portion and the wiring is merely extended.

なお、チャネル長とは、例えば、トランジスタの上面図において、半導体(またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分)とゲート電極とが互いに重なる領域、またはチャネルが形成される領域(「チャネル形成領域」ともいう。)における、ソース(ソース領域またはソース電極)とドレイン(ドレイン領域またはドレイン電極)との間の距離をいう。なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル長が全ての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一つのトランジスタのチャネル長は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では、チャネル長は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。 Note that the channel length refers to, for example, a region where a semiconductor (or a portion where current flows in the semiconductor when the transistor is on) and a gate electrode overlap with each other in a top view of the transistor, or a region where a channel is formed (Also referred to as “channel formation region”) refers to the distance between the source (source region or source electrode) and the drain (drain region or drain electrode). Note that in one transistor, the channel length is not necessarily the same in all regions. That is, the channel length of one transistor may not be fixed to one value. Therefore, in this specification, the channel length is any one of values, the maximum value, the minimum value, or the average value in a region where a channel is formed.

チャネル幅とは、例えば、半導体(またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分)とゲート電極とが互いに重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さをいう。なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル幅がすべての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一つのトランジスタのチャネル幅は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では、チャネル幅は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。 The channel width is, for example, a region in which a semiconductor (or a portion in which a current flows in the semiconductor when the transistor is on) and a gate electrode overlap each other, or a source and a drain in a region where a channel is formed. This is the length of the part. Note that in one transistor, the channel width is not necessarily the same in all regions. That is, the channel width of one transistor may not be fixed to one value. Therefore, in this specification, the channel width is any one of values, the maximum value, the minimum value, or the average value in a region where a channel is formed.

なお、トランジスタの構造によっては、実際にチャネルの形成される領域におけるチャネル幅(「実効的なチャネル幅」ともいう。)と、トランジスタの上面図において示されるチャネル幅(「見かけ上のチャネル幅」ともいう。)と、が異なる場合がある。例えば、ゲート電極が半導体層の側面を覆う場合、実効的なチャネル幅が、見かけ上のチャネル幅よりも大きくなり、その影響が無視できなくなる場合がある。例えば、微細かつゲート電極が半導体層の側面を覆うトランジスタでは、半導体層の側面に形成されるチャネル領域の割合が大きくなる場合がある。その場合は、見かけ上のチャネル幅よりも、実効的なチャネル幅が大きくなる。 Note that depending on the structure of the transistor, the channel width in a region where a channel is actually formed (also referred to as “effective channel width”) and the channel width (“apparent channel width” shown in the top view of the transistor) May also be different. For example, when the gate electrode covers the side surface of the semiconductor layer, the effective channel width may be larger than the apparent channel width, and the influence may not be negligible. For example, in a fine transistor whose gate electrode covers the side surface of the semiconductor layer, the ratio of the channel region formed on the side surface of the semiconductor layer may increase. In that case, the effective channel width becomes larger than the apparent channel width.

このような場合、実効的なチャネル幅の、実測による見積もりが困難となる場合がある。例えば、設計値から実効的なチャネル幅を見積もるためには、半導体の形状が既知という仮定が必要である。したがって、半導体の形状が正確にわからない場合には、実効的なチャネル幅を正確に測定することは困難である。 In such a case, it may be difficult to estimate the effective channel width by actual measurement. For example, in order to estimate the effective channel width from the design value, it is necessary to assume that the shape of the semiconductor is known. Therefore, it is difficult to accurately measure the effective channel width when the shape of the semiconductor is not accurately known.

そこで、本明細書では、見かけ上のチャネル幅を、「囲い込みチャネル幅(SCW:Surrounded Channel Width)」と呼ぶ場合がある。また、本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、囲い込みチャネル幅または見かけ上のチャネル幅を指す場合がある。または、本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、実効的なチャネル幅を指す場合がある。なお、チャネル長、チャネル幅、実効的なチャネル幅、見かけ上のチャネル幅、囲い込みチャネル幅などは、断面TEM像などを解析することなどによって、値を決定することができる。 Therefore, in this specification, the apparent channel width may be referred to as “surrounded channel width (SCW)”. In this specification, in the case where the term “channel width” is simply used, it may denote an enclosed channel width or an apparent channel width. Alternatively, in this specification, in the case where the term “channel width” is simply used, it may denote an effective channel width. Note that the channel length, channel width, effective channel width, apparent channel width, enclosed channel width, and the like can be determined by analyzing a cross-sectional TEM image or the like.

なお、トランジスタの電界効果移動度や、チャネル幅当たりの電流値などを計算して求める場合、囲い込みチャネル幅を用いて計算する場合がある。その場合には、実効的なチャネル幅を用いて計算する場合とは異なる値をとる場合がある。 Note that in the case where the field-effect mobility of a transistor, the current value per channel width, and the like are calculated and calculated, the calculation may be performed using the enclosed channel width. In that case, the value may be different from that calculated using the effective channel width.

なお、半導体の不純物とは、例えば、半導体を構成する主成分以外をいう。例えば、濃度が0.1原子%未満の元素は不純物と言える。不純物が含まれることにより、例えば、半導体のDOS(Density of State)が高くなることや、キャリア移動度が低下することや、結晶性が低下することなどが起こる場合がある。半導体が酸化物半導体である場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、第1族元素、第2族元素、第13族元素、第14族元素、第15族元素、および酸化物半導体の主成分以外の遷移金属などがあり、特に、例えば、水素(水にも含まれる)、リチウム、ナトリウム、シリコン、ホウ素、リン、炭素、窒素などがある。酸化物半導体の場合、例えば水素などの不純物の混入によって酸素欠損を形成する場合がある。また、半導体がシリコンである場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、酸素、水素を除く第1族元素、第2族元素、第13族元素、第15族元素などがある。 Note that the impurity of the semiconductor means, for example, a component other than the main component constituting the semiconductor. For example, an element having a concentration of less than 0.1 atomic% can be said to be an impurity. When the impurities are included, for example, the DOS (Density of State) of the semiconductor may increase, the carrier mobility may decrease, or the crystallinity may decrease. In the case where the semiconductor is an oxide semiconductor, examples of the impurity that changes the characteristics of the semiconductor include a Group 1 element, a Group 2 element, a Group 13 element, a Group 14 element, a Group 15 element, and an oxide semiconductor. There are transition metals other than the main components of, for example, hydrogen (also included in water), lithium, sodium, silicon, boron, phosphorus, carbon, nitrogen and the like. In the case of an oxide semiconductor, oxygen vacancies may be formed by mixing impurities such as hydrogen, for example. In the case where the semiconductor is silicon, examples of impurities that change the characteristics of the semiconductor include group 1 elements, group 2 elements, group 13 elements, and group 15 elements excluding oxygen and hydrogen.

また、本明細書において、「平行」とは、二つの直線が−10°以上10°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、−5°以上5°以下の場合も含まれる。また、「略平行」とは、二つの直線が−30°以上30°以下の角度で配置されている状態をいう。また、「垂直」および「直交」とは、二つの直線が80°以上100°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、85°以上95°以下の場合も含まれる。また、「略垂直」とは、二つの直線が60°以上120°以下の角度で配置されている状態をいう。 Further, in this specification, “parallel” means a state in which two straight lines are arranged at an angle of −10 ° to 10 °. Therefore, the case of −5 ° to 5 ° is also included. Further, “substantially parallel” means a state in which two straight lines are arranged at an angle of −30 ° to 30 °. “Vertical” and “orthogonal” mean a state in which two straight lines are arranged at an angle of 80 ° to 100 °. Therefore, the case of 85 ° to 95 ° is also included. Further, “substantially vertical” means a state in which two straight lines are arranged at an angle of 60 ° to 120 °.

なお、本明細書等において、計数値および計量値に関して「同一」、「同じ」、「等しい」または「均一」(これらの同意語を含む)などと言う場合は、明示されている場合を除き、プラスマイナス20%の誤差を含むものとする。 In addition, in this specification, etc., the terms “same”, “same”, “equal”, “uniform” (including these synonyms), etc. with respect to the count value and the measured value, unless otherwise specified. And an error of plus or minus 20%.

また、本明細書において、フォトリソグラフィ工程を行った後にエッチング工程を行う場合は、特段の説明がない限り、フォトリソグラフィ工程で形成したレジストマスクは、エッチング工程終了後に除去するものとする。 In this specification, in the case where an etching step is performed after a photolithography step, the resist mask formed in the photolithography step is removed after the etching step is finished unless otherwise specified.

また、本明細書等において、高電源電位VDD(以下、単に「VDD」または「H電位」ともいう)とは、低電源電位VSSよりも高い電位の電源電位を示す。また、低電源電位VSS(以下、単に「VSS」または「L電位」ともいう)とは、高電源電位VDDよりも低い電位の電源電位を示す。また、接地電位をVDDまたはVSSとして用いることもできる。例えばVDDが接地電位の場合には、VSSは接地電位より低い電位であり、VSSが接地電位の場合には、VDDは接地電位より高い電位である。 In this specification and the like, the high power supply potential VDD (hereinafter, also simply referred to as “VDD” or “H potential”) indicates a power supply potential higher than the low power supply potential VSS. The low power supply potential VSS (hereinafter also simply referred to as “VSS” or “L potential”) indicates a power supply potential lower than the high power supply potential VDD. Alternatively, the ground potential can be used as VDD or VSS. For example, when VDD is a ground potential, VSS is a potential lower than the ground potential, and when VSS is a ground potential, VDD is a potential higher than the ground potential.

なお、「膜」という言葉と、「層」という言葉とは、場合によっては、または、状況に応じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能な場合がある。または、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。 Note that the terms “film” and “layer” can be interchanged with each other depending on the case or circumstances. For example, the term “conductive layer” may be changed to the term “conductive film”. Alternatively, for example, the term “insulating film” may be changed to the term “insulating layer” in some cases.

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

(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様のトランジスタ100の構造例について、図面を参照して説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment, a structural example of the transistor 100 of one embodiment of the present invention will be described with reference to drawings.

図1(A)は、トランジスタ100の平面図である。また、図1(B)は、図1(A)に示す一点鎖線L1−L2、および一点鎖線W1−W2における断面図である。図1(B)において、一点鎖線L1−L2における断面図はトランジスタ100のチャネル長方向の断面図であり、一点鎖線W1−W2における断面図はトランジスタ100のチャネル幅方向の断面図である。 FIG. 1A is a plan view of the transistor 100. 1B is a cross-sectional view taken along dashed-dotted line L1-L2 and dashed-dotted line W1-W2 in FIG. 1B, a cross-sectional view taken along dashed-dotted line L1-L2 is a cross-sectional view in the channel length direction of the transistor 100, and a cross-sectional view taken along dashed-dotted line W1-W2 is a cross-sectional view in the channel width direction of the transistor 100.

トランジスタ100は酸化物層104(酸化物層104a、酸化物層104b、および酸化物層104c)、絶縁層105、電極106、電極109a、電極109b、および構造体108、を有する。電極106はゲート電極として機能できる。絶縁層105はゲート絶縁層として機能できる。電極109aは、ソース電極またはドレイン電極の一方として機能できる。電極109bは、ソース電極またはドレイン電極の他方として機能できる。また、トランジスタ100は、基板101上に、絶縁層102および絶縁層103を介して設けられている。 The transistor 100 includes the oxide layer 104 (the oxide layer 104a, the oxide layer 104b, and the oxide layer 104c), the insulating layer 105, the electrode 106, the electrode 109a, the electrode 109b, and the structure body 108. The electrode 106 can function as a gate electrode. The insulating layer 105 can function as a gate insulating layer. The electrode 109a can function as one of a source electrode and a drain electrode. The electrode 109b can function as the other of the source electrode and the drain electrode. The transistor 100 is provided over the substrate 101 with the insulating layer 102 and the insulating layer 103 interposed therebetween.

図1(B)において、基板101上に絶縁層102が設けられ、絶縁層102上に絶縁層103が設けられている。絶縁層103は凸部を有し、該凸部上に島状の酸化物層104aと島状の酸化物層104bが設けられている。また、酸化物層104b上に酸化物層104cが設けられ、酸化物層104c上に絶縁層105が設けられている。また、酸化物層104b上に、酸化物層104cおよび絶縁層105を介して、電極106と構造体108が設けられている。また、構造体108は、電極106の側面に隣接して設けられている。 In FIG. 1B, an insulating layer 102 is provided over a substrate 101, and an insulating layer 103 is provided over the insulating layer 102. The insulating layer 103 has a convex portion, and an island-shaped oxide layer 104a and an island-shaped oxide layer 104b are provided over the convex portion. Further, the oxide layer 104c is provided over the oxide layer 104b, and the insulating layer 105 is provided over the oxide layer 104c. The electrode 106 and the structure body 108 are provided over the oxide layer 104b with the oxide layer 104c and the insulating layer 105 interposed therebetween. The structure 108 is provided adjacent to the side surface of the electrode 106.

また、酸化物層104b上に、電極109aが酸化物層104bの一部と接して設けられている。また、酸化物層104b上に、電極109bが酸化物層104bの他の一部と接して設けられている。 Further, the electrode 109a is provided in contact with part of the oxide layer 104b over the oxide layer 104b. The electrode 109b is provided over and in contact with the other part of the oxide layer 104b over the oxide layer 104b.

酸化物層104において、少なくとも構造体108と重なる領域と、電極109aおよび電極109bと重なる領域に、酸化物層104の主成分と異なる金属元素が含まれている。例えば、該金属元素は、絶縁層105、および絶縁層103の、それぞれの一部にも含まれる場合がある。該金属元素が含まれる領域を領域135と呼ぶ。領域135の端部を、図1(B)に破線で示している。図1(B)において領域135は、領域135の端部を示す破線よりも上側に形成される。 In the oxide layer 104, at least a region overlapping with the structure body 108 and a region overlapping with the electrodes 109a and 109b contain a metal element different from the main component of the oxide layer 104. For example, the metal element may be included in part of each of the insulating layer 105 and the insulating layer 103. A region including the metal element is referred to as a region 135. An end portion of the region 135 is indicated by a broken line in FIG. In FIG. 1B, the region 135 is formed above the broken line indicating the end portion of the region 135.

なお、酸化物層104において、領域135はトランジスタ100のソース領域またはドレイン領域として機能できる。よって、酸化物層104の領域135に挟まれた領域がチャネル形成領域として機能できる。 Note that in the oxide layer 104, the region 135 can function as a source region or a drain region of the transistor 100. Therefore, a region between the regions 135 of the oxide layer 104 can function as a channel formation region.

また、電極106の上に絶縁層107が設けられている。また、電極109a、電極109b、構造体108、および絶縁層107上に絶縁層110が設けられている。また、絶縁層110の上に絶縁層111が設けられ、絶縁層111の上に絶縁層112が設けられている。 An insulating layer 107 is provided over the electrode 106. The insulating layer 110 is provided over the electrode 109 a, the electrode 109 b, the structure body 108, and the insulating layer 107. An insulating layer 111 is provided over the insulating layer 110, and an insulating layer 112 is provided over the insulating layer 111.

絶縁層112の上に電極114aおよび電極114bが設けられている。電極114aは、絶縁層112、絶縁層111、および絶縁層110の一部に設けられた開口において、コンタクトプラグ113aを介して電極109aと電気的に接続されている。電極114bは、絶縁層112、絶縁層111、および絶縁層110の一部に設けられた開口において、コンタクトプラグ113bを介して電極109bと電気的に接続されている。 An electrode 114 a and an electrode 114 b are provided over the insulating layer 112. The electrode 114a is electrically connected to the electrode 109a through the contact plug 113a in an opening provided in part of the insulating layer 112, the insulating layer 111, and the insulating layer 110. The electrode 114b is electrically connected to the electrode 109b through the contact plug 113b in an opening provided in part of the insulating layer 112, the insulating layer 111, and the insulating layer 110.

また、図1(B)に示すように、トランジスタ100は、チャネル幅方向の断面図において、電極106が酸化物層104bの上面と側面を覆っている。絶縁層103が凸部を有することによって、酸化物層104bの上面だけでなく側面も電極106で覆うことができる。すなわち、トランジスタ100は、電極106の電界によって、酸化物層104bを電気的に取り囲むことができる構造を有している(導電層の電界によって、半導体を電気的に取り囲むトランジスタの構造を、surrounded channel(s−channel)構造とよぶ。)。そのため、酸化物層104bの全体(バルク)にチャネルを形成することもできる。s−channel構造では、ドレイン電流(トランジスタのソースとドレイン間に流れる電流)を大きくすることができ、さらに大きいオン電流(トランジスタがオン状態のときにソースとドレインの間に流れる電流)を得ることができる。また、電極106の電界によって、酸化物層104bに形成されるチャネル形成領域の全領域を空乏化することができる。したがって、s−channel構造では、トランジスタのオフ電流(トランジスタがオフ状態のときにソースとドレインの間に流れる電流)をさらに小さくすることができる。なお、チャネル幅を小さくすることで、s−channel構造によるオン電流の増大効果、オフ電流の低減効果などを高めることができる。 In addition, as illustrated in FIG. 1B, in the transistor 100, in the cross-sectional view in the channel width direction, the electrode 106 covers the top surface and the side surface of the oxide layer 104b. When the insulating layer 103 has a convex portion, not only the top surface of the oxide layer 104 b but also the side surface can be covered with the electrode 106. In other words, the transistor 100 has a structure in which the oxide layer 104b can be electrically surrounded by the electric field of the electrode 106 (the structure of the transistor that electrically surrounds the semiconductor by the electric field of the conductive layer is referred to as a surrounded channel). (S-channel structure). Therefore, a channel can be formed in the entire oxide layer 104b (bulk). In the s-channel structure, the drain current (current flowing between the source and drain of the transistor) can be increased, and a larger on-current (current flowing between the source and drain when the transistor is on) can be obtained. Can do. Further, the entire region of the channel formation region formed in the oxide layer 104b can be depleted by the electric field of the electrode 106. Therefore, in the s-channel structure, the off-state current of the transistor (current that flows between the source and the drain when the transistor is off) can be further reduced. Note that by reducing the channel width, the effect of increasing the on-current, the effect of reducing the off-current, and the like due to the s-channel structure can be enhanced.

〔酸化物層104〕
酸化物層104は、酸化物層104a、酸化物層104b、および酸化物層104cを積層した構成を有する。
[Oxide layer 104]
The oxide layer 104 has a structure in which an oxide layer 104a, an oxide layer 104b, and an oxide layer 104c are stacked.

酸化物層104は、例えば、インジウム(In)を含む酸化物半導体を用いることが好ましい。酸化物半導体は、例えば、インジウムを含むと、キャリア移動度(電子移動度)が高くなる。また、酸化物半導体は、元素Mを含むと好ましい。 For the oxide layer 104, an oxide semiconductor containing indium (In) is preferably used, for example. For example, when the oxide semiconductor contains indium, the carrier mobility (electron mobility) increases. The oxide semiconductor preferably contains the element M.

元素Mは、好ましくは、アルミニウム、ガリウム、イットリウムまたはスズなどである。そのほかの元素Mに適用可能な元素としては、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、マグネシウムなどがある。ただし、元素Mとして、前述の元素を複数組み合わせても構わない場合がある。元素Mは、例えば、酸素との結合エネルギーが高い元素である。元素Mは、例えば、酸化物半導体のエネルギーギャップを大きくする機能を有する元素である。また、酸化物半導体は、亜鉛を含むと好ましい。酸化物半導体は亜鉛を含むと結晶化しやすくなる場合がある。 The element M is preferably aluminum, gallium, yttrium or tin. Other elements applicable to the element M include boron, silicon, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, and magnesium. However, the element M may be a combination of a plurality of the aforementioned elements. The element M is an element having a high binding energy with oxygen, for example. The element M is an element having a function of increasing the energy gap of the oxide semiconductor, for example. The oxide semiconductor preferably contains zinc. An oxide semiconductor may be easily crystallized when it contains zinc.

ただし、酸化物層104は、インジウムを含む酸化物に限定されない。酸化物層104は、例えば、亜鉛スズ酸化物、ガリウムスズ酸化物、酸化ガリウムなどの、インジウムを含まず、亜鉛を含む酸化物、ガリウムを含む酸化物、スズを含む酸化物などであっても構わない。 Note that the oxide layer 104 is not limited to an oxide containing indium. The oxide layer 104 may be, for example, an oxide containing zinc, an oxide containing zinc, an oxide containing tin, or the like that does not contain indium, such as zinc tin oxide, gallium tin oxide, and gallium oxide. Absent.

酸化物層104は、例えば、エネルギーギャップが大きい酸化物半導体を用いる。酸化物層104に用いる酸化物半導体のエネルギーギャップは、例えば、2.5eV以上4.2eV以下、好ましくは2.8eV以上3.8eV以下、さらに好ましくは3eV以上3.5eV以下である。 For the oxide layer 104, an oxide semiconductor with a wide energy gap is used, for example. The energy gap of the oxide semiconductor used for the oxide layer 104 is, for example, 2.5 eV to 4.2 eV, preferably 2.8 eV to 3.8 eV, and more preferably 3 eV to 3.5 eV.

酸化物半導体は、スパッタリング法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法(MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法、ALD(Atomic Layer Deposition)法、熱CVD法またはPECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)法を含むがこれに限定されない)、MBE(Molecular Beam Epitaxy)法またはPLD(Pulsed Laser Deposition)法を用いて成膜すればよい。プラズマCVD法は、比較的低温で高品質の膜が得られる。MOCVD法、ALD法、または熱CVD法などの、成膜時にプラズマを用いない成膜方法を用いると、被形成面にダメージが生じにくく、また、欠陥の少ない膜が得られる。 An oxide semiconductor is formed by a sputtering method, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method (MOCVD (Metal Organic Chemical Deposition) method, an ALD (Atomic Layer Deposition Method), a thermal CVD method, or a PECVD (Plasma Deposition V method). However, the film formation may be performed using an MBE (Molecular Beam Epitaxy) method or a PLD (Pulsed Laser Deposition) method. In the plasma CVD method, a high-quality film can be obtained at a relatively low temperature. When a film formation method that does not use plasma at the time of film formation, such as an MOCVD method, an ALD method, or a thermal CVD method, a film on which a surface is formed is hardly damaged and a film with few defects is obtained.

CVD法およびALD法は、ターゲットなどから放出される粒子が堆積する成膜方法とは異なり、被処理物の表面における反応により膜が形成される成膜方法である。したがって、被処理物の形状の影響を受けにくく、良好な段差被覆性を有する成膜方法である。特に、ALD法は、優れた段差被覆性と、優れた厚さの均一性を有するため、アスペクト比の高い開口部の表面を被覆する場合などに好適である。ただし、ALD法は、比較的成膜速度が遅いため、成膜速度の速いCVD法などの他の成膜方法と組み合わせて用いることが好ましい場合もある。 The CVD method and the ALD method are film forming methods in which a film is formed by a reaction on the surface of an object to be processed, unlike a film forming method in which particles emitted from a target or the like are deposited. Therefore, it is a film forming method that is not easily affected by the shape of the object to be processed and has good step coverage. In particular, the ALD method has excellent step coverage and excellent thickness uniformity, and thus is suitable for covering the surface of an opening having a high aspect ratio. However, since the ALD method has a relatively low film formation rate, it may be preferable to use it in combination with another film formation method such as a CVD method with a high film formation rate.

CVD法およびALD法は、原料ガスの流量比によって、得られる膜の組成を制御することができる。例えば、CVD法およびALD法では、原料ガスの流量比によって、任意の組成の膜を成膜することができる。また、例えば、CVD法およびALD法では、成膜しながら原料ガスの流量比を変化させることによって、組成が連続的に変化した膜を成膜することができる。原料ガスの流量比を変化させながら成膜する場合、複数の成膜室を用いて成膜する場合と比べて、搬送や圧力調整に掛かる時間の分、成膜に掛かる時間を短くすることができる。したがって、トランジスタや半導体装置の生産性を高めることができる場合がある。 In the CVD method and the ALD method, the composition of the obtained film can be controlled by the flow rate ratio of the source gases. For example, in the CVD method and the ALD method, a film having an arbitrary composition can be formed depending on the flow rate ratio of the source gases. Further, for example, in the CVD method and the ALD method, a film whose composition is continuously changed can be formed by changing the flow rate ratio of the source gas while forming the film. When film formation is performed while changing the flow rate ratio of the source gas, the time required for film formation can be shortened by the time required for conveyance and pressure adjustment compared to the case where film formation is performed using a plurality of film formation chambers. it can. Therefore, the productivity of transistors and semiconductor devices may be improved.

例えば、酸化物層104として、熱CVD法でInGaZnO(X>0)膜を成膜する場合には、トリメチルインジウム(In(CH)、トリメチルガリウム(Ga(CH)、およびジメチル亜鉛(Zn(CH)を用いる。また、これらの組み合わせに限定されず、トリメチルガリウムに代えてトリエチルガリウム(Ga(C)を用いることもでき、ジメチル亜鉛に代えてジエチル亜鉛(Zn(C)を用いることもできる。 For example, when an InGaZnO x (X> 0) film is formed as the oxide layer 104 by a thermal CVD method, trimethylindium (In (CH 3 ) 3 ), trimethylgallium (Ga (CH 3 ) 3 ), And dimethylzinc (Zn (CH 3 ) 2 ). The invention is not limited to these combinations, triethyl gallium instead of trimethylgallium (Ga (C 2 H 5) 3) can also be used, diethylzinc in place of dimethylzinc (Zn (C 2 H 5) 2) Can also be used.

例えば、酸化物層104として、ALD法で、InGaZnO(X>0)膜を成膜する場合には、In(CHガスとOガスを順次繰り返し導入してInO層を形成し、その後、Ga(CHガスとOガスを順次繰り返し導入してGaO層を形成し、更にその後Zn(CHガスとOガスを順次繰り返し導入してZnO層を形成する。なお、これらの層の順番はこの例に限らない。また、これらのガスを用いてInGaO層やInZnO層、GaInO層、ZnInO層、GaZnO層などの混合化合物層を形成しても良い。なお、Oガスに変えてAr等の不活性ガスで水をバブリングして得られたHOガスを用いても良いが、Hを含まないOガスを用いる方が好ましい。また、In(CHガスにかえて、In(Cガスやトリス(アセチルアセトナト)インジウムを用いても良い。なお、トリス(アセチルアセトナト)インジウムは、In(acac)とも呼ぶ。また、Ga(CHガスにかえて、Ga(Cガスやトリス(アセチルアセトナト)ガリウムを用いても良い。なお、トリス(アセチルアセトナト)ガリウムは、Ga(acac)とも呼ぶ。また、Zn(CHガスや、酢酸亜鉛を用いても良い。これらのガス種には限定されない。 For example, when an InGaZnO x (X> 0) film is formed as the oxide layer 104 by ALD, an InO 2 layer is formed by repeatedly introducing In (CH 3 ) 3 gas and O 3 gas sequentially. Thereafter, Ga (CH 3 ) 3 gas and O 3 gas are sequentially introduced repeatedly to form a GaO layer, and then Zn (CH 3 ) 2 gas and O 3 gas are successively introduced to form a ZnO layer. To do. Note that the order of these layers is not limited to this example. Further, a mixed compound layer such as an InGaO 2 layer, an InZnO 2 layer, a GaInO layer, a ZnInO layer, or a GaZnO layer may be formed using these gases. Incidentally, O 3 may be used of H 2 O gas obtained by bubbling water with an inert gas such as Ar in place of the gas, but better to use an O 3 gas containing no H are preferred. Further, In (C 2 H 5 ) 3 gas or tris (acetylacetonato) indium may be used instead of In (CH 3 ) 3 gas. Tris (acetylacetonato) indium is also called In (acac) 3 . Further, Ga (C 2 H 5 ) 3 gas or tris (acetylacetonato) gallium may be used instead of Ga (CH 3 ) 3 gas. Tris (acetylacetonato) gallium is also called Ga (acac) 3 . Further, Zn (CH 3 ) 2 gas or zinc acetate may be used. It is not limited to these gas types.

酸化物半導体をスパッタリング法で成膜する場合、パーティクル数低減のため、インジウムを含むターゲットを用いると好ましい。また、元素Mの原子数比が高い酸化物ターゲットを用いた場合、ターゲットの導電性が低くなる場合がある。インジウムを含むターゲットを用いる場合、ターゲットの導電率を高めることができ、DC放電、AC放電が容易となるため、大面積の基板へ対応しやすくなる。したがって、半導体装置の生産性を高めることができる。 In the case where an oxide semiconductor is formed by a sputtering method, a target containing indium is preferably used to reduce the number of particles. Further, when an oxide target having a high atomic ratio of the element M is used, the conductivity of the target may be lowered. In the case of using a target containing indium, the conductivity of the target can be increased, and DC discharge and AC discharge are facilitated, so that it is easy to deal with a large-area substrate. Therefore, the productivity of the semiconductor device can be increased.

また、酸化物半導体をスパッタリング法で成膜する場合、ターゲットの原子数比は、In:M:Znが3:1:1、3:1:2、3:1:4、1:1:0.5、1:1:1、1:1:2、1:4:4、4:2:4.1などとすればよい。 In the case where an oxide semiconductor is formed by a sputtering method, the target atomic ratio is such that In: M: Zn is 3: 1: 1, 3: 1: 2, 3: 1: 4, or 1: 1: 0. 5, 1: 1: 1, 1: 1: 2, 1: 4: 4, 4: 2: 4.1, etc.

なお、酸化物半導体をスパッタリング法で成膜すると、ターゲットの原子数比からずれた原子数比の酸化物半導体が成膜される場合がある。特に、亜鉛は、ターゲットの原子数比よりも成膜された膜の原子数比が小さくなる場合がある。具体的には、ターゲットに含まれる亜鉛の原子数比の40atomic%以上90atomic%程度以下となる場合がある。 Note that when an oxide semiconductor is formed by a sputtering method, an oxide semiconductor with an atomic ratio that deviates from the atomic ratio of the target may be formed. In particular, in the case of zinc, the atomic number ratio of the formed film may be smaller than the atomic ratio of the target. Specifically, the atomic ratio of zinc contained in the target may be 40 atomic% or more and 90 atomic% or less.

酸化物層104aおよび酸化物層104cは、酸化物層104bを構成する酸素以外の元素のうち、1種類以上の同じ金属元素を含む材料により形成されることが好ましい。このような材料を用いると、酸化物層104aおよび酸化物層104bとの界面、ならびに酸化物層104cおよび酸化物層104bとの界面に界面準位を生じにくくすることができる。よって、界面におけるキャリアの散乱や捕獲が生じにくく、トランジスタの電界効果移動度を向上させることが可能となる。また、トランジスタのしきい値電圧のばらつきを低減することが可能となる。よって、良好な電気特性を有する半導体装置を実現することが可能となる。 The oxide layer 104a and the oxide layer 104c are preferably formed using a material containing one or more of the same metal elements among elements other than oxygen included in the oxide layer 104b. When such a material is used, interface states can be hardly generated at the interface between the oxide layer 104a and the oxide layer 104b and the interface between the oxide layer 104c and the oxide layer 104b. Thus, carrier scattering and trapping at the interface are unlikely to occur, and the field-effect mobility of the transistor can be improved. In addition, variation in threshold voltage of the transistor can be reduced. Therefore, a semiconductor device having favorable electrical characteristics can be realized.

酸化物層104aおよび酸化物層104cの厚さは、3nm以上100nm以下、好ましくは3nm以上50nm以下とする。また、酸化物層104bの厚さは、3nm以上200nm以下、好ましくは3nm以上100nm以下、さらに好ましくは3nm以上50nm以下とする。 The thickness of the oxide layer 104a and the oxide layer 104c is 3 nm to 100 nm, preferably 3 nm to 50 nm. The thickness of the oxide layer 104b is 3 nm to 200 nm, preferably 3 nm to 100 nm, more preferably 3 nm to 50 nm.

また、酸化物層104bがIn−M−Zn酸化物(Inと元素MとZnを含む酸化物)であり、酸化物層104aおよび酸化物層104cもIn−M−Zn酸化物であるとき、酸化物層104aおよび酸化物層104cをIn:M:Zn=x:y:z[原子数比]、酸化物層104bをIn:M:Zn=x:y:z[原子数比]とすると、y/xがy/xよりも大きくなる酸化物層104a、酸化物層104c、および酸化物層104bを選択する。好ましくは、y/xがy/xよりも1.5倍以上大きくなる酸化物層104a、酸化物層104c、および酸化物層104bを選択する。さらに好ましくは、y/xがy/xよりも2倍以上大きくなる酸化物層104a、酸化物層104c、および酸化物層104bを選択する。より好ましくは、y/xがy/xよりも3倍以上大きくなる酸化物層104a、酸化物層104cおよび酸化物層104bを選択する。このとき、酸化物層104bにおいて、yがx以上であるとトランジスタに安定した電気特性を付与できるため好ましい。ただし、yがxの3倍以上になると、トランジスタの電界効果移動度が低下してしまうため、yはxの3倍未満であると好ましい。酸化物層104aおよび酸化物層104cを上記構成とすることにより、酸化物層104aおよび酸化物層104cを、酸化物層104bよりも酸素欠損が生じにくい層とすることができる。 In addition, when the oxide layer 104b is an In-M-Zn oxide (an oxide containing In, the element M, and Zn), and the oxide layer 104a and the oxide layer 104c are also In-M-Zn oxides, The oxide layer 104a and the oxide layer 104c are formed of In: M: Zn = x 1 : y 1 : z 1 [atomic ratio], and the oxide layer 104b is formed of In: M: Zn = x 2 : y 2 : z 2 [ [Atom Ratio]], the oxide layer 104a, the oxide layer 104c, and the oxide layer 104b in which y 1 / x 1 is larger than y 2 / x 2 are selected. Preferably, the oxide layer 104a, the oxide layer 104c, and the oxide layer 104b in which y 1 / x 1 is 1.5 times or more larger than y 2 / x 2 are selected. More preferably, the oxide layer 104a, the oxide layer 104c, and the oxide layer 104b in which y 1 / x 1 is twice or more larger than y 2 / x 2 are selected. More preferably, the oxide layer 104a, the oxide layer 104c, and the oxide layer 104b in which y 1 / x 1 is three times or more larger than y 2 / x 2 are selected. At this time, in the oxide layer 104b, it is preferable that y 1 is x 1 or more because stable electrical characteristics can be imparted to the transistor. However, when y 1 is 3 times or more of x 1 , the field-effect mobility of the transistor is lowered. Therefore, y 1 is preferably less than 3 times x 1 . With the above structure of the oxide layer 104a and the oxide layer 104c, the oxide layer 104a and the oxide layer 104c can be layers in which oxygen vacancies are less likely to occur than in the oxide layer 104b.

なお、酸化物層104aがIn−M−Zn酸化物のとき、InおよびMの和を100atomic%としたとき、好ましくはInが50atomic%未満、Mが50atomic%より高く、さらに好ましくはInが25atomic%未満、Mが75atomic%より高くする。また、酸化物層104bがIn−M−Zn酸化物のとき、InおよびMの和を100atomic%としたとき、好ましくはInが25atomic%より高く、Mが75atomic%未満、さらに好ましくはInが34atomic%より高く、Mが66atomic%未満とする。また、酸化物層104cがIn−M−Zn酸化物のとき、InおよびMの和を100atomic%としたとき、好ましくはInが50atomic%未満、Mが50atomic%より高く、さらに好ましくはInが25atomic%未満、Mが75atomic%より高くする。なお、酸化物層104cは、酸化物層104aと同種の酸化物を用いても構わない。 Note that when the oxide layer 104a is an In-M-Zn oxide and the sum of In and M is 100 atomic%, In is preferably less than 50 atomic%, M is higher than 50 atomic%, and more preferably, In is 25 atomic%. %, M is higher than 75 atomic%. In the case where the oxide layer 104b is an In-M-Zn oxide, when the sum of In and M is 100 atomic%, In is preferably higher than 25 atomic%, M is less than 75 atomic%, and more preferably In is 34 atomic%. % And M is less than 66 atomic%. In the case where the oxide layer 104c is an In—M—Zn oxide, when the sum of In and M is 100 atomic%, In is preferably less than 50 atomic%, M is higher than 50 atomic%, and more preferably In is 25 atomic%. %, M is higher than 75 atomic%. Note that the oxide layer 104c may be formed using the same kind of oxide as the oxide layer 104a.

例えば、InまたはGaを含む酸化物層104a、およびInまたはGaを含む酸化物層104cとして、In:Ga:Zn=1:3:2、1:3:4、1:3:6、1:6:4、または1:9:6などの原子数比のターゲットを用いて形成したIn−Ga−Zn酸化物や、In:Ga=1:9、または7:93などの原子数比のターゲットを用いて形成したIn−Ga酸化物を用いることができる。また、酸化物層104bとして、例えば、In:Ga:Zn=1:1:1または3:1:2などの原子数比のターゲットを用いて形成したIn−Ga−Zn酸化物を用いることができる。なお、酸化物層104a、および酸化物層104b、および酸化物層104cの原子数比はそれぞれ、誤差として上記の原子数比のプラスマイナス20%の変動を含む。 For example, as the oxide layer 104a containing In or Ga and the oxide layer 104c containing In or Ga, In: Ga: Zn = 1: 3: 2, 1: 3: 4, 1: 3: 6, 1: An In—Ga—Zn oxide formed using a target having an atomic ratio of 6: 4 or 1: 9: 6, or an atomic ratio target such as In: Ga = 1: 9 or 7:93 An In—Ga oxide formed using Si can be used. As the oxide layer 104b, for example, an In—Ga—Zn oxide formed using a target with an atomic ratio of In: Ga: Zn = 1: 1: 1 or 3: 1: 2 is used. it can. Note that the atomic ratios of the oxide layer 104a, the oxide layer 104b, and the oxide layer 104c each include a variation of plus or minus 20% of the above atomic ratio as an error.

酸化物層104bは、酸化物層104aおよび酸化物層104cよりも電子親和力の大きい酸化物を用いる。例えば、酸化物層104bとして、酸化物層104aおよび酸化物層104cよりも電子親和力が0.07eV以上1.3eV以下、好ましくは0.1eV以上0.7eV以下、さらに好ましくは0.15eV以上0.4eV以下大きい酸化物を用いる。なお、電子親和力は、真空準位と伝導帯下端のエネルギーとの差である。 As the oxide layer 104b, an oxide having an electron affinity higher than those of the oxide layer 104a and the oxide layer 104c is used. For example, the oxide layer 104b has an electron affinity of 0.07 eV to 1.3 eV, preferably 0.1 eV to 0.7 eV, and more preferably 0.15 eV to 0 than the oxide layer 104a and the oxide layer 104c. An oxide larger than 4 eV is used. Note that the electron affinity is the difference between the vacuum level and the energy at the bottom of the conduction band.

なお、インジウムガリウム酸化物は、小さい電子親和力と、高い酸素ブロック性を有する。そのため、酸化物層104cがインジウムガリウム酸化物を含むと好ましい。ガリウム原子割合[Ga/(In+Ga)]は、例えば、70%以上、好ましくは80%以上、さらに好ましくは90%以上とする。 Note that indium gallium oxide has a small electron affinity and a high oxygen blocking property. Therefore, the oxide layer 104c preferably contains indium gallium oxide. The gallium atom ratio [Ga / (In + Ga)] is, for example, 70% or more, preferably 80% or more, and more preferably 90% or more.

ただし、酸化物層104aまたは/および酸化物層104cが、酸化ガリウムであっても構わない。例えば、酸化物層104cとして、酸化ガリウムを用いると電極105aまたは電極105bと電極109との間に生じるリーク電流を低減することができる。即ち、トランジスタ100のオフ電流を小さくすることができる。 However, the oxide layer 104a and / or the oxide layer 104c may be gallium oxide. For example, when gallium oxide is used for the oxide layer 104c, leakage current generated between the electrode 105a or the electrode 105b and the electrode 109 can be reduced. That is, the off-state current of the transistor 100 can be reduced.

酸化物層104aおよび酸化物層104cは、酸化物層104bよりも電子親和力が小さいため、酸化物層104bよりも絶縁体に近い。よって、ゲート電圧を印加すると、酸化物層104a、酸化物層104b、酸化物層104cのうち、酸化物層104bにチャネルが形成されやすい。 The oxide layer 104a and the oxide layer 104c have an electron affinity smaller than that of the oxide layer 104b, and thus are closer to an insulator than the oxide layer 104b. Therefore, when a gate voltage is applied, a channel is likely to be formed in the oxide layer 104b among the oxide layer 104a, the oxide layer 104b, and the oxide layer 104c.

また、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体層を用いたトランジスタ(「OSトランジスタ」ともいう。)に安定した電気特性を付与するためには、酸化物半導体層中の不純物及び酸素欠損を低減して高純度真性化し、酸化物層104bを真性または実質的に真性と見なせる酸化物半導体層とすることが好ましい。また、少なくとも酸化物層104b中のチャネル形成領域が真性または実質的に真性と見なせる酸化物半導体層とすることが好ましい。 In order to provide stable electrical characteristics to a transistor in which an oxide semiconductor layer is used for a semiconductor layer in which a channel is formed (also referred to as an “OS transistor”), impurities and oxygen vacancies in the oxide semiconductor layer are reduced. It is preferable that the oxide layer 104b be an oxide semiconductor layer which can be regarded as intrinsic or substantially intrinsic by being reduced and highly purified intrinsic. In addition, it is preferable that at least a channel formation region in the oxide layer 104b be an oxide semiconductor layer which can be regarded as intrinsic or substantially intrinsic.

また、酸化物層104のうち、少なくとも酸化物層104bにCAAC−OS)を用いることが好ましい。 In addition, it is preferable to use CAAC-OS for at least the oxide layer 104b of the oxide layer 104.

また、少なくとも酸化物層104bに用いる酸化物半導体層は、CAACでない領域(Atomic Void、「AV」ともいう。)が当該酸化物半導体層全体の20%未満であることが好ましい。 In addition, in at least the oxide semiconductor layer used for the oxide layer 104b, a region that is not CAAC (also referred to as atomic void or “AV”) is preferably less than 20% of the entire oxide semiconductor layer.

CAAC−OSは誘電率異方性を有する。具体的には、CAAC−OSはa軸方向およびb軸方向の誘電率よりも、c軸方向の誘電率が大きい。チャネルが形成される半導体層にCAAC−OSを用いて、ゲート電極をc軸方向に配置したトランジスタは、c軸方向の誘電率が大きいため、ゲート電極から生じる電界がCAAC−OS全体に届きやすい。よって、サブスレッショルドスイング値(S値)を小さくすることができる。また、半導体層にCAAC−OSを用いたトランジスタは、微細化によるS値の増大が生じにくい。 The CAAC-OS has a dielectric anisotropy. Specifically, the CAAC-OS has a higher dielectric constant in the c-axis direction than that in the a-axis direction and the b-axis direction. A transistor in which a CAAC-OS is used for a semiconductor layer in which a channel is formed and a gate electrode is arranged in the c-axis direction has a large dielectric constant in the c-axis direction, so that an electric field generated from the gate electrode easily reaches the entire CAAC-OS. . Therefore, the subthreshold swing value (S value) can be reduced. Further, in a transistor in which a CAAC-OS is used for a semiconductor layer, an increase in S value due to miniaturization hardly occurs.

また、CAAC−OSはa軸方向およびb軸方向の誘電率が小さいため、ソースとドレイン間に生じる電界の影響が緩和される。よって、チャネル長変調効果や、短チャネル効果、などが生じにくく、トランジスタの信頼性を高めることができる。 In addition, since the CAAC-OS has a small dielectric constant in the a-axis direction and the b-axis direction, the influence of an electric field generated between the source and the drain is reduced. Therefore, a channel length modulation effect, a short channel effect, and the like are hardly generated, and the reliability of the transistor can be improved.

ここで、チャネル長変調効果とは、ドレイン電圧がしきい値電圧よりも高い場合に、ドレイン側から空乏層が広がり、実効上のチャネル長が短くなる現象を言う。また、短チャネル効果とは、チャネル長が短くなることにより、しきい値電圧の低下などの電気特性の悪化が生じる現象を言う。微細なトランジスタほど、これらの現象による電気特性の劣化が生じやすい。 Here, the channel length modulation effect refers to a phenomenon in which when the drain voltage is higher than the threshold voltage, the depletion layer spreads from the drain side, and the effective channel length is shortened. The short channel effect refers to a phenomenon in which deterioration of electrical characteristics such as a decrease in threshold voltage occurs due to a short channel length. The finer the transistor, the easier it is for electrical characteristics to deteriorate due to these phenomena.

[酸化物半導体層のエネルギーバンド構造]
ここで、酸化物層104a、酸化物層104b、および酸化物層104cの積層により構成される酸化物層104の機能およびその効果について、図3(A)に示すエネルギーバンド構造図を用いて説明する。図3(A)は、図1(B)にA1−A2の一点鎖線で示した部位のエネルギーバンド構造を示している。すなわち、図3(A)は、トランジスタ100のチャネル形成領域のエネルギーバンド構造を示している。
[Energy band structure of oxide semiconductor layer]
Here, the function and effect of the oxide layer 104 formed by stacking the oxide layer 104a, the oxide layer 104b, and the oxide layer 104c will be described with reference to the energy band structure diagram in FIG. To do. FIG. 3A illustrates an energy band structure of a portion indicated by a dashed-dotted line in A1-A2 in FIG. That is, FIG. 3A illustrates an energy band structure of a channel formation region of the transistor 100.

図3(A)中、Ec382、Ec383a、Ec383b、Ec383c、Ec386は、それぞれ、絶縁層103、酸化物層104a、酸化物層104b、酸化物層104c、絶縁層105の伝導帯下端のエネルギーを示している。 In FIG. 3A, Ec382, Ec383a, Ec383b, Ec383c, and Ec386 indicate the energy at the lower end of the conduction band of the insulating layer 103, the oxide layer 104a, the oxide layer 104b, the oxide layer 104c, and the insulating layer 105, respectively. ing.

ここで、電子親和力は、真空準位と価電子帯上端のエネルギーとの差(「イオン化ポテンシャル」ともいう。)からエネルギーギャップを引いた値となる。なお、エネルギーギャップは、分光エリプソメータ(HORIBA JOBIN YVON社 UT−300)を用いて測定できる。また、真空準位と価電子帯上端のエネルギー差は、紫外線光電子分光分析(UPS:Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy)装置(PHI社 VersaProbe)を用いて測定できる。 Here, the electron affinity is a value obtained by subtracting the energy gap from the difference between the vacuum level and the energy at the top of the valence band (also referred to as “ionization potential”). The energy gap can be measured using a spectroscopic ellipsometer (HORIBA JOBIN YVON UT-300). The energy difference between the vacuum level and the upper end of the valence band can be measured using an ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS) apparatus (PHI VersaProbe).

なお、原子数比がIn:Ga:Zn=1:3:2のターゲットを用いて形成したIn−Ga−Zn酸化物のエネルギーギャップは約3.5eV、電子親和力は約4.5eVである。また、原子数比がIn:Ga:Zn=1:3:4のターゲットを用いて形成したIn−Ga−Zn酸化物のエネルギーギャップは約3.4eV、電子親和力は約4.5eVである。また、原子数比がIn:Ga:Zn=1:3:6のターゲットを用いて形成したIn−Ga−Zn酸化物のエネルギーギャップは約3.3eV、電子親和力は約4.5eVである。また、原子数比がIn:Ga:Zn=1:6:2のターゲットを用いて形成したIn−Ga−Zn酸化物のエネルギーギャップは約3.9eV、電子親和力は約4.3eVである。また、原子数比がIn:Ga:Zn=1:6:8のターゲットを用いて形成したIn−Ga−Zn酸化物のエネルギーギャップは約3.5eV、電子親和力は約4.4eVである。また、原子数比がIn:Ga:Zn=1:6:10のターゲットを用いて形成したIn−Ga−Zn酸化物のエネルギーギャップは約3.5eV、電子親和力は約4.5eVである。また、原子数比がIn:Ga:Zn=1:1:1のターゲットを用いて形成したIn−Ga−Zn酸化物のエネルギーギャップは約3.2eV、電子親和力は約4.7eVである。また、原子数比がIn:Ga:Zn=3:1:2のターゲットを用いて形成したIn−Ga−Zn酸化物のエネルギーギャップは約2.8eV、電子親和力は約5.0eVである。 Note that an In—Ga—Zn oxide formed using a target with an atomic ratio of In: Ga: Zn = 1: 3: 2 has an energy gap of approximately 3.5 eV and an electron affinity of approximately 4.5 eV. In addition, an In—Ga—Zn oxide formed using a target with an atomic ratio of In: Ga: Zn = 1: 3: 4 has an energy gap of about 3.4 eV and an electron affinity of about 4.5 eV. In addition, an In—Ga—Zn oxide formed using a target with an atomic ratio of In: Ga: Zn = 1: 3: 6 has an energy gap of about 3.3 eV and an electron affinity of about 4.5 eV. In addition, an In—Ga—Zn oxide formed using a target with an atomic ratio of In: Ga: Zn = 1: 6: 2 has an energy gap of about 3.9 eV and an electron affinity of about 4.3 eV. In addition, an In—Ga—Zn oxide formed using a target with an atomic ratio of In: Ga: Zn = 1: 6: 8 has an energy gap of approximately 3.5 eV and an electron affinity of approximately 4.4 eV. In addition, an In—Ga—Zn oxide formed using a target with an atomic ratio of In: Ga: Zn = 1: 6: 10 has an energy gap of about 3.5 eV and an electron affinity of about 4.5 eV. An In—Ga—Zn oxide formed using a target with an atomic ratio of In: Ga: Zn = 1: 1: 1 has an energy gap of about 3.2 eV and an electron affinity of about 4.7 eV. An In—Ga—Zn oxide formed using a target with an atomic ratio of In: Ga: Zn = 3: 1: 2 has an energy gap of approximately 2.8 eV and an electron affinity of approximately 5.0 eV.

絶縁層103と絶縁層105は絶縁物であるため、Ec382とEc386は、Ec383a、Ec383b、およびEc383cよりも真空準位に近い(電子親和力が小さい)。 Since the insulating layer 103 and the insulating layer 105 are insulators, Ec382 and Ec386 are closer to a vacuum level (having a lower electron affinity) than Ec383a, Ec383b, and Ec383c.

また、Ec383aは、Ec383bよりも真空準位に近い。具体的には、Ec383aは、Ec383bよりも0.07eV以上1.3eV以下、好ましくは0.1eV以上0.7eV以下、さらに好ましくは0.15eV以上0.4eV以下真空準位に近いことが好ましい。 Ec383a is closer to the vacuum level than Ec383b. Specifically, Ec383a is closer to a vacuum level than Ec383b by 0.07 eV to 1.3 eV, preferably 0.1 eV to 0.7 eV, more preferably 0.15 eV to 0.4 eV. .

また、Ec383cは、Ec383bよりも真空準位に近い。具体的には、Ec383cは、Ec383bよりも0.07eV以上1.3eV以下、好ましくは0.1eV以上0.7eV以下、さらに好ましくは0.15eV以上0.4eV以下真空準位に近いことが好ましい。 Ec383c is closer to the vacuum level than Ec383b. Specifically, Ec383c is preferably closer to a vacuum level than Ec383b by 0.07 eV to 1.3 eV, preferably 0.1 eV to 0.7 eV, more preferably 0.15 eV to 0.4 eV. .

ここで、酸化物層104aと酸化物層104bとの間には、酸化物層104aと酸化物層104bとの混合領域を有する場合がある。また、酸化物層104bと酸化物層104cとの間には、酸化物層104bと酸化物層104cとの混合領域を有する場合がある。混合領域は、界面準位密度が低くなる。そのため、酸化物層104a、酸化物層104bおよび酸化物層104cの積層体は、それぞれの界面近傍において、エネルギーが連続的に変化する(連続接合ともいう。)バンド構造となる。 Here, in some cases, there is a mixed region of the oxide layer 104a and the oxide layer 104b between the oxide layer 104a and the oxide layer 104b. Further, in some cases, there is a mixed region of the oxide layer 104b and the oxide layer 104c between the oxide layer 104b and the oxide layer 104c. In the mixed region, the interface state density is low. Therefore, the stack of the oxide layer 104a, the oxide layer 104b, and the oxide layer 104c has a band structure in which energy continuously changes (also referred to as continuous bonding) in the vicinity of each interface.

このとき、電子は、酸化物層104a中および酸化物層104c中ではなく、酸化物層104b中を主として移動する。したがって、酸化物層104aおよび酸化物層104bの界面における界面準位密度、酸化物層104bと酸化物層104cとの界面における界面準位密度を低くすることによって、酸化物層104b中で電子の移動が阻害されることが少なく、トランジスタ100のオン電流を高くすることができる。 At this time, electrons move mainly in the oxide layer 104b, not in the oxide layer 104a and the oxide layer 104c. Therefore, by reducing the interface state density at the interface between the oxide layer 104a and the oxide layer 104b and the interface state density at the interface between the oxide layer 104b and the oxide layer 104c, electrons in the oxide layer 104b can be reduced. The movement is hardly inhibited and the on-state current of the transistor 100 can be increased.

また、酸化物層104aと絶縁層103の界面または界面近傍、および酸化物層104cと絶縁層105の界面近傍または界面近傍には、不純物や欠陥に起因したトラップ準位390が形成され得るものの、酸化物層104a、および酸化物層104cがあることにより、酸化物層104bと当該トラップ準位とを遠ざけることができる。 Although trap levels 390 due to impurities and defects can be formed at or near the interface between the oxide layer 104a and the insulating layer 103 and near or near the interface between the oxide layer 104c and the insulating layer 105, With the oxide layer 104a and the oxide layer 104c, the oxide layer 104b and the trap level can be kept away from each other.

なお、トランジスタ100がs−channel構造を有する場合、酸化物層104bの全体にチャネルが形成される。したがって、酸化物層104bが厚いほどチャネル領域は大きくなる。即ち、酸化物層104bが厚いほど、トランジスタ100のオン電流を高くすることができる。例えば、20nm以上、好ましくは40nm以上、さらに好ましくは60nm以上、より好ましくは100nm以上の厚さの領域を有する酸化物層104bとすればよい。ただし、トランジスタ100を有する半導体装置の生産性が低下する場合があるため、例えば、300nm以下、好ましくは200nm以下、さらに好ましくは150nm以下の厚さの領域を有する酸化物層104bとすればよい。 Note that in the case where the transistor 100 has an s-channel structure, a channel is formed in the entire oxide layer 104b. Therefore, the thicker the oxide layer 104b, the larger the channel region. That is, the thicker the oxide layer 104b, the higher the on-state current of the transistor 100. For example, the oxide layer 104b may have a thickness of 20 nm or more, preferably 40 nm or more, more preferably 60 nm or more, more preferably 100 nm or more. However, since the productivity of the semiconductor device including the transistor 100 may be reduced, for example, the oxide layer 104b having a region with a thickness of 300 nm or less, preferably 200 nm or less, and more preferably 150 nm or less may be used.

また、トランジスタ100のオン電流を高くするためには、酸化物層104cの厚さは小さいほど好ましい。例えば、10nm未満、好ましくは5nm以下、さらに好ましくは3nm以下の領域を有する酸化物層104cとすればよい。一方、酸化物層104cは、チャネルの形成される酸化物層104bへ、隣接する絶縁体を構成する酸素以外の元素(水素、シリコンなど)が入り込まないようブロックする機能を有する。そのため、酸化物層104cは、ある程度の厚さを有することが好ましい。例えば、0.3nm以上、好ましくは1nm以上、さらに好ましくは2nm以上の厚さの領域を有する酸化物層104cとすればよい。 In order to increase the on-state current of the transistor 100, the thickness of the oxide layer 104c is preferably as small as possible. For example, the oxide layer 104c may have a region less than 10 nm, preferably 5 nm or less, and more preferably 3 nm or less. On the other hand, the oxide layer 104c has a function of blocking entry of elements other than oxygen (such as hydrogen and silicon) included in the adjacent insulator into the oxide layer 104b where a channel is formed. Therefore, the oxide layer 104c preferably has a certain thickness. For example, the oxide layer 104c may have a thickness of 0.3 nm or more, preferably 1 nm or more, and more preferably 2 nm or more.

また、信頼性を高くするためには、酸化物層104aは厚く、酸化物層104cは薄いことが好ましい。例えば、10nm以上、好ましくは20nm以上、さらに好ましくは40nm以上、より好ましくは60nm以上の厚さの領域を有する酸化物層104aとすればよい。酸化物層104aの厚さを、厚くすることで、隣接する絶縁体と酸化物層104aとの界面からチャネルの形成される酸化物層104bまでの距離を離すことができる。ただし、トランジスタ100を有する半導体装置の生産性が低下する場合があるため、例えば、200nm以下、好ましくは120nm以下、さらに好ましくは80nm以下の厚さの領域を有する酸化物層104aとすればよい。 In order to increase reliability, the oxide layer 104a is preferably thick and the oxide layer 104c is preferably thin. For example, the oxide layer 104a may have a thickness of 10 nm or more, preferably 20 nm or more, more preferably 40 nm or more, and more preferably 60 nm or more. By increasing the thickness of the oxide layer 104a, the distance from the interface between the adjacent insulator and the oxide layer 104a to the oxide layer 104b where a channel is formed can be increased. However, since the productivity of the semiconductor device including the transistor 100 may be reduced, the oxide layer 104a may have a thickness of 200 nm or less, preferably 120 nm or less, and more preferably 80 nm or less.

なお、酸化物半導体中のシリコンは、キャリアトラップやキャリア発生源となる場合がある。したがって、酸化物層104bのシリコン濃度は低いほど好ましい。例えば、酸化物層104bと酸化物層104aとの間に、例えば、二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)において、1×1019atoms/cm未満、好ましくは5×1018atoms/cm未満、さらに好ましくは2×1018atoms/cm未満のシリコン濃度となる領域を有する。また、酸化物層104bと酸化物層104cとの間に、SIMSにおいて、1×1019atoms/cm未満、好ましくは5×1018atoms/cm未満、さらに好ましくは2×1018atoms/cm未満のシリコン濃度となる領域を有する。 Note that silicon in the oxide semiconductor might serve as a carrier trap or a carrier generation source. Therefore, the lower the silicon concentration of the oxide layer 104b, the better. For example, between the oxide layer 104b and the oxide layer 104a, for example, in secondary ion mass spectrometry (SIMS), less than 1 × 10 19 atoms / cm 3 , preferably 5 × 10 18 The region has a silicon concentration of less than atoms / cm 3 , more preferably less than 2 × 10 18 atoms / cm 3 . In addition, in SIMS, the oxide layer 104b and the oxide layer 104c are less than 1 × 10 19 atoms / cm 3 , preferably less than 5 × 10 18 atoms / cm 3 , and more preferably 2 × 10 18 atoms / cm 3. The region has a silicon concentration of less than cm 3 .

また、酸化物層104bの水素濃度を低減するために、酸化物層104aおよび酸化物層104cの水素濃度を低減すると好ましい。酸化物層104aおよび酸化物層104cは、SIMSにおいて、2×1020atoms/cm以下、好ましくは5×1019atoms/cm以下、より好ましくは1×1019atoms/cm以下、さらに好ましくは5×1018atoms/cm以下の水素濃度となる領域を有する。また、酸化物層104bの窒素濃度を低減するために、酸化物層104aおよび酸化物層104cの窒素濃度を低減すると好ましい。酸化物層104aおよび酸化物層104cは、SIMSにおいて、5×1019atoms/cm未満、好ましくは5×1018atoms/cm以下、より好ましくは1×1018atoms/cm以下、さらに好ましくは5×1017atoms/cm以下の窒素濃度となる領域を有する。 It is preferable to reduce the hydrogen concentration in the oxide layer 104a and the oxide layer 104c in order to reduce the hydrogen concentration in the oxide layer 104b. The oxide layer 104a and the oxide layer 104c each have a SIMS of 2 × 10 20 atoms / cm 3 or less, preferably 5 × 10 19 atoms / cm 3 or less, more preferably 1 × 10 19 atoms / cm 3 or less. Preferably, the region has a hydrogen concentration of 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less. In order to reduce the nitrogen concentration in the oxide layer 104b, it is preferable to reduce the nitrogen concentration in the oxide layer 104a and the oxide layer 104c. The oxide layer 104a and the oxide layer 104c are less than 5 × 10 19 atoms / cm 3 , preferably 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less, more preferably 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less, in SIMS. Preferably, it has a region having a nitrogen concentration of 5 × 10 17 atoms / cm 3 or less.

なお、酸化物半導体に銅が混入すると、電子トラップを生成する場合がある。電子トラップは、トランジスタのしきい値電圧がプラス方向へ変動させる場合がある。したがって、酸化物層104bの表面または内部における銅濃度は低いほど好ましい。例えば、酸化物層104bは、銅濃度が1×1019atoms/cm以下、5×1018atoms/cm以下、または1×1018atoms/cm以下となる領域を有すると好ましい。 Note that when copper is mixed into an oxide semiconductor, an electron trap may be generated. The electron trap may cause the threshold voltage of the transistor to fluctuate in the positive direction. Therefore, the lower the copper concentration on the surface or inside of the oxide layer 104b, the better. For example, the oxide layer 104b preferably includes a region in which the copper concentration is 1 × 10 19 atoms / cm 3 or less, 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less, or 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less.

上述の3層構造は一例である。例えば、酸化物層104aまたは酸化物層104cのない2層構造としても構わない。または、酸化物層104aの上もしくは下、または酸化物層104c上もしくは下に、酸化物層104a、酸化物層104bおよび酸化物層104cとして例示した半導体のいずれか一を有する4層構造としても構わない。または、酸化物層104aの上、酸化物層104aの下、酸化物層104cの上、酸化物層104cの下のいずれか二箇所以上に、酸化物層104a、酸化物層104bおよび酸化物層104cとして例示した半導体のいずれか一を有するn層構造(nは5以上の整数)としても構わない。 The above three-layer structure is an example. For example, a two-layer structure without the oxide layer 104a or the oxide layer 104c may be used. Alternatively, a four-layer structure including any one of the semiconductors exemplified as the oxide layer 104a, the oxide layer 104b, and the oxide layer 104c over or under the oxide layer 104a or over or under the oxide layer 104c I do not care. Alternatively, the oxide layer 104a, the oxide layer 104b, and the oxide layer may be provided at any two or more positions over the oxide layer 104a, under the oxide layer 104a, over the oxide layer 104c, and under the oxide layer 104c. An n-layer structure (n is an integer of 5 or more) including any one of the semiconductors exemplified as 104c may be used.

特に、本実施の形態に例示するトランジスタ100は、チャネル幅方向において、酸化物層104bの上面と側面が酸化物層104cと接し、酸化物層104bの下面が酸化物層104aと接して形成されている(図1(B)参照。)。このように、酸化物層104bを酸化物層104aと酸化物層104cで覆う構成とすることで、上記トラップ準位の影響をさらに低減することができる。 In particular, the transistor 100 illustrated in this embodiment is formed so that the upper surface and side surfaces of the oxide layer 104b are in contact with the oxide layer 104c and the lower surface of the oxide layer 104b is in contact with the oxide layer 104a in the channel width direction. (See FIG. 1B). In this manner, the structure of the oxide layer 104b covered with the oxide layer 104a and the oxide layer 104c can further reduce the influence of the trap states.

また、酸化物層104a、および酸化物層104cのバンドギャップは、酸化物層104bのバンドギャップよりも広いほうが好ましい。 The band gap of the oxide layer 104a and the oxide layer 104c is preferably wider than the band gap of the oxide layer 104b.

本発明の一態様によれば、電気特性のばらつきが少ないトランジスタを実現することができる。よって、電気特性のばらつきが少ない半導体装置を実現することができる。本発明の一態様によれば、信頼性の良好なトランジスタを実現することができる。よって、信頼性の良好な半導体装置を実現することができる。 According to one embodiment of the present invention, a transistor with little variation in electrical characteristics can be realized. Thus, a semiconductor device with little variation in electrical characteristics can be realized. According to one embodiment of the present invention, a highly reliable transistor can be realized. Therefore, a highly reliable semiconductor device can be realized.

また、酸化物半導体のバンドギャップは2eV以上あるため、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を用いたトランジスタは、オフ電流を極めて小さくすることができる。具体的には、ソースとドレイン間の電圧が3.5V、室温(25℃)下において、チャネル幅1μm当たりのオフ電流を1×10−20A未満、1×10−22A未満、あるいは1×10−24A未満とすることができる。すなわち、オンオフ比を20桁以上150桁以下とすることができる。 In addition, since the band gap of an oxide semiconductor is 2 eV or more, a transistor in which an oxide semiconductor is used for a semiconductor layer in which a channel is formed can have extremely low off-state current. Specifically, the off-current per channel width of 1 μm is less than 1 × 10 −20 A, less than 1 × 10 −22 A, or 1 at a source-drain voltage of 3.5 V and room temperature (25 ° C.). It may be less than × 10 −24 A. That is, the on / off ratio can be 20 digits or more and 150 digits or less.

本発明の一態様によれば、消費電力が少ないトランジスタを実現することができる。よって、消費電力が少ない半導体装置を実現することができる。 According to one embodiment of the present invention, a transistor with low power consumption can be realized. Therefore, a semiconductor device with low power consumption can be realized.

<変形例1>
図2に、酸化物層104aを設けずに、酸化物層104を酸化物層104bと酸化物層104cで構成したトランジスタ150を示す。また、図2(B)は、図2(A)に示す一点鎖線L1−L2、および一点鎖線W1−W2における断面図である。トランジスタ150は、酸化物層104の構成以外はトランジスタ100と同じ構造を有する。
<Modification 1>
FIG. 2 illustrates a transistor 150 in which the oxide layer 104 includes the oxide layer 104b and the oxide layer 104c without providing the oxide layer 104a. FIG. 2B is a cross-sectional view taken along dashed-dotted line L1-L2 and dashed-dotted line W1-W2 shown in FIG. The transistor 150 has the same structure as the transistor 100 except for the structure of the oxide layer 104.

図3(B)は、図2(B)にB1−B2の一点鎖線で示した部位のエネルギーバンド構造を示している。すなわち、図3(B)は、トランジスタ150のチャネル形成領域のエネルギーバンド構造を示している。トランジスタ150では、酸化物層104aを設けない分、トラップ準位390の影響を受けやすくなるが、酸化物層104cを設けずに酸化物層104bの単層構造とした場合よりも高い電界効果移動度を実現することができる。 FIG. 3B illustrates an energy band structure of a portion indicated by a dashed-dotted line in B1-B2 in FIG. That is, FIG. 3B illustrates an energy band structure of a channel formation region of the transistor 150. In the transistor 150, since the oxide layer 104a is not provided, the transistor 150 is easily affected by the trap level 390. However, the field effect transfer is higher than that in the case where the oxide layer 104c is not provided and the oxide layer 104b is provided. Degrees can be realized.

<変形例2>
図4に示すトランジスタ160は、絶縁層102と絶縁層103の間にバックゲート電極として機能する電極119を設けた点がトランジスタ100と異なる。図4(A)は、トランジスタ160の平面図である。また、図4(B)は、図4(A)に示す一点鎖線L1−L2、および一点鎖線W1−W2における断面図である。電極119は、電極105aと同様の材料および方法で形成することができる。
<Modification 2>
A transistor 160 illustrated in FIG. 4 is different from the transistor 100 in that an electrode 119 functioning as a back gate electrode is provided between the insulating layer 102 and the insulating layer 103. FIG. 4A is a plan view of the transistor 160. FIG. 4B is a cross-sectional view taken along dashed-dotted line L1-L2 and dashed-dotted line W1-W2 shown in FIG. The electrode 119 can be formed using a material and a method similar to those of the electrode 105a.

一般に、バックゲート電極は導電層で形成され、ゲート電極とバックゲート電極で半導体層のチャネル形成領域を挟むように配置される。よって、バックゲート電極はゲート電極と同様に機能させることができる。バックゲート電極の電位は、ゲート電極と同電位としてもよいし、接地電位(GND電位)や、任意の電位としてもよい。また、バックゲート電極の電位をゲート電極と連動させず独立して変化させることで、トランジスタのしきい値電圧を変化させることができる。 In general, the back gate electrode is formed using a conductive layer, and the channel formation region of the semiconductor layer is sandwiched between the gate electrode and the back gate electrode. Therefore, the back gate electrode can function in the same manner as the gate electrode. The potential of the back gate electrode may be the same as that of the gate electrode, or may be a ground potential (GND potential) or an arbitrary potential. In addition, the threshold voltage of the transistor can be changed by changing the potential of the back gate electrode independently of the gate electrode.

電極106および電極119は、どちらもゲート電極として機能することができる。よって、絶縁層103、および絶縁層105は、それぞれがゲート絶縁層として機能することができる。 Both the electrode 106 and the electrode 119 can function as gate electrodes. Thus, each of the insulating layer 103 and the insulating layer 105 can function as a gate insulating layer.

なお、電極106または電極119の一方を、「ゲート電極」という場合、他方を「バックゲート電極」という。例えば、トランジスタ160において、電極106を「ゲート電極」と言う場合、電極119を「バックゲート電極」と言う。また、電極119を「ゲート電極」として用いる場合は、トランジスタ160をボトムゲート型のトランジスタの一種と考えることができる。また、電極106および電極119のどちらか一方を、「第1のゲート電極」といい、他方を「第2のゲート電極」という場合がある。 Note that when one of the electrode 106 and the electrode 119 is referred to as a “gate electrode”, the other is referred to as a “back gate electrode”. For example, in the transistor 160, when the electrode 106 is referred to as a “gate electrode”, the electrode 119 is referred to as a “back gate electrode”. In the case where the electrode 119 is used as a “gate electrode”, the transistor 160 can be regarded as a kind of bottom-gate transistor. One of the electrode 106 and the electrode 119 may be referred to as a “first gate electrode” and the other may be referred to as a “second gate electrode”.

酸化物層104を挟んで電極106および電極119を設けることで、更には、電極106および電極119を同電位とすることで、酸化物層104においてキャリアの流れる領域が膜厚方向においてより大きくなるため、キャリアの移動量が増加する。この結果、トランジスタ160のオン電流が大きくなると共に、電界効果移動度が高くなる。 By providing the electrode 106 and the electrode 119 with the oxide layer 104 interposed therebetween, and further by setting the electrode 106 and the electrode 119 to the same potential, a region where carriers flow in the oxide layer 104 becomes larger in the film thickness direction. Therefore, the amount of carrier movement increases. As a result, the on-state current of the transistor 160 is increased and the field effect mobility is increased.

したがって、トランジスタ160は、占有面積に対して大きいオン電流を有するトランジスタである。すなわち、求められるオン電流に対して、トランジスタ160の占有面積を小さくすることができる。よって、集積度の高い半導体装置を実現することができる。 Therefore, the transistor 160 is a transistor having a large on-state current with respect to the occupied area. That is, the area occupied by the transistor 160 can be reduced with respect to the required on-state current. Therefore, a highly integrated semiconductor device can be realized.

また、ゲート電極とバックゲート電極は導電層で形成されるため、トランジスタの外部で生じる電界が、チャネルが形成される半導体層に作用しないようにする機能(特に静電気などに対する電界遮蔽機能)を有する。なお、バックゲート電極を半導体層よりも大きく形成し、バックゲート電極で半導体層を覆うことで、電界遮蔽機能を高めることができる。 In addition, since the gate electrode and the back gate electrode are formed using conductive layers, they have a function of preventing an electric field generated outside the transistor from acting on a semiconductor layer in which a channel is formed (particularly, an electric field shielding function against static electricity). . Note that the electric field shielding function can be improved by forming the back gate electrode larger than the semiconductor layer and covering the semiconductor layer with the back gate electrode.

電極106および電極119は、それぞれが外部からの電界を遮蔽する機能を有するため、電極106の上方および電極119の下方に生じる荷電粒子等の電荷が酸化物層104のチャネル形成領域に影響しない。この結果、ストレス試験(例えば、ゲートに負の電荷を印加する−GBT(Gate Bias−Temperature)ストレス試験)の劣化が抑制される。また、電極106および電極119は、ドレイン電極から生じる電界が半導体層に作用しないように遮断することができる。よって、ドレイン電圧の変動に起因する、オン電流の立ち上がり電圧の変動を抑制することができる。なお、この効果は、電極106および電極119に電位が供給されている場合において顕著に生じる。 Since each of the electrode 106 and the electrode 119 has a function of shielding an electric field from the outside, charges such as charged particles generated above the electrode 106 and below the electrode 119 do not affect the channel formation region of the oxide layer 104. As a result, deterioration of a stress test (for example, a gate bias-temperature (GBT) stress test in which a negative charge is applied to the gate) is suppressed. Further, the electrode 106 and the electrode 119 can be blocked so that an electric field generated from the drain electrode does not act on the semiconductor layer. Therefore, fluctuations in the rising current of the on-current due to fluctuations in the drain voltage can be suppressed. Note that this effect is remarkable when a potential is supplied to the electrode 106 and the electrode 119.

なお、BTストレス試験は加速試験の一種であり、長期間の使用によって起こるトランジスタの特性変化(経年変化)を短時間で評価することができる。特に、BTストレス試験前後におけるトランジスタのしきい値電圧の変動量は、信頼性を調べるための重要な指標となる。BTストレス試験前後において、しきい値電圧の変動量が少ないほど、信頼性が高いトランジスタであるといえる。 Note that the BT stress test is a kind of accelerated test, and it is possible to evaluate a change in characteristics (aging) of a transistor caused by long-term use in a short time. In particular, the amount of change in the threshold voltage of the transistor before and after the BT stress test is an important index for examining reliability. Before and after the BT stress test, the smaller the variation amount of the threshold voltage, the higher the reliability of the transistor.

また、電極106および電極119を有し、且つ電極106および電極119を同電位とすることで、しきい値電圧の変動量が低減される。このため、複数のトランジスタ間における電気特性のばらつきも同時に低減される。 In addition, since the electrode 106 and the electrode 119 are provided and the electrode 106 and the electrode 119 are set to the same potential, the amount of fluctuation in the threshold voltage is reduced. For this reason, variation in electrical characteristics among a plurality of transistors is also reduced at the same time.

また、バックゲート電極を有するトランジスタは、ゲートに正の電荷を印加する+GBTストレス試験前後におけるしきい値電圧の変動も、バックゲート電極を有さないトランジスタより小さい。 In addition, a transistor having a back gate electrode also has a smaller threshold voltage variation before and after the + GBT stress test in which a positive charge is applied to the gate than a transistor having no back gate electrode.

また、バックゲート電極側から光が入射する場合に、バックゲート電極を、遮光性を有する導電膜で形成することで、バックゲート電極側から半導体層に光が入射することを防ぐことができる。よって、半導体層の光劣化を防ぎ、トランジスタのしきい値電圧がシフトするなどの電気特性の劣化を防ぐことができる。 In addition, when light enters from the back gate electrode side, the back gate electrode is formed using a light-shielding conductive film, whereby light can be prevented from entering the semiconductor layer from the back gate electrode side. Therefore, light deterioration of the semiconductor layer can be prevented, and deterioration of electrical characteristics such as shift of the threshold voltage of the transistor can be prevented.

また、例えば、図4(C)に示すように、電極119上に絶縁層116を形成し、絶縁層116上に絶縁層115を形成し、絶縁層115上に絶縁層103を形成してもよい。絶縁層116および絶縁層115は、絶縁層103と同様の材料および方法で形成することができる。 For example, as illustrated in FIG. 4C, the insulating layer 116 is formed over the electrode 119, the insulating layer 115 is formed over the insulating layer 116, and the insulating layer 103 is formed over the insulating layer 115. Good. The insulating layer 116 and the insulating layer 115 can be formed using a material and a method similar to those of the insulating layer 103.

なお、絶縁層115を酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化タンタル、アルミニウムシリケートなどで形成することで、絶縁層115を電荷捕獲層として機能させることができる。絶縁層115に電子を注入することで、トランジスタのしきい値電圧を変動させることが可能である。絶縁層115への電子の注入は、例えば、トンネル効果を利用すればよい。電極119に正の電圧を印加することによって、トンネル電子を絶縁層115に注入することができる。 Note that when the insulating layer 115 is formed using hafnium oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, aluminum silicate, or the like, the insulating layer 115 can function as a charge trapping layer. By injecting electrons into the insulating layer 115, the threshold voltage of the transistor can be changed. The injection of electrons into the insulating layer 115 may use the tunnel effect, for example. By applying a positive voltage to the electrode 119, tunnel electrons can be injected into the insulating layer 115.

<変形例3>
図5に示すトランジスタ170のように、電極119を基板101と絶縁層102の間に設けてもよい。図5(A)は、トランジスタ170の平面図である。図5(B)は、図5(A)に示す一点鎖線L1−L2、および一点鎖線W1−W2における断面図である。
<Modification 3>
As in the transistor 170 illustrated in FIG. 5, the electrode 119 may be provided between the substrate 101 and the insulating layer 102. FIG. 5A is a plan view of the transistor 170. FIG. 5B is a cross-sectional view taken along dashed-dotted line L1-L2 and dashed-dotted line W1-W2 shown in FIG.

電極119を基板101と絶縁層102の間に設ける場合は、絶縁層102もゲート絶縁層として機能することができる。 In the case where the electrode 119 is provided between the substrate 101 and the insulating layer 102, the insulating layer 102 can also function as a gate insulating layer.

また、例えば、図5(C)に示すように、電極119上に絶縁層102と絶縁層116を形成し、絶縁層116上に絶縁層115を形成し、絶縁層115上に絶縁層103を形成してもよい。 For example, as illustrated in FIG. 5C, the insulating layer 102 and the insulating layer 116 are formed over the electrode 119, the insulating layer 115 is formed over the insulating layer 116, and the insulating layer 103 is formed over the insulating layer 115. It may be formed.

<変形例4>
図6に示すトランジスタ180のように、絶縁層105と酸化物層104cを電極106と重なる領域に設け、構造体108と重なる領域に設けなくてもよい。図6(A)は、トランジスタ180の平面図である。図6(B)は、図6(A)に示す一点鎖線L1−L2、および一点鎖線W1−W2における断面図である。
<Modification 4>
As in the transistor 180 illustrated in FIG. 6, the insulating layer 105 and the oxide layer 104 c may be provided in a region overlapping with the electrode 106 and not provided in a region overlapping with the structure body 108. FIG. 6A is a plan view of the transistor 180. FIG. 6B is a cross-sectional view taken along dashed-dotted line L1-L2 and dashed-dotted line W1-W2 shown in FIG.

<変形例5>
図7に示すトランジスタ190のように、酸化物層104cをエッチングせずトランジスタ190全体に残してもよい。図7(A)は、トランジスタ190の平面図である。図7(B)は、図7(A)に示す一点鎖線L1−L2、および一点鎖線W1−W2における断面図である。
<Modification 5>
As in the transistor 190 illustrated in FIGS. 7A and 7B, the oxide layer 104c may be left without being etched. FIG. 7A is a plan view of the transistor 190. FIG. FIG. 7B is a cross-sectional view taken along dashed-dotted line L1-L2 and dashed-dotted line W1-W2 shown in FIG.

<変形例6>
図47に示すトランジスタ191のように、構造体108と重なる絶縁層105を除去し、構造体108と酸化物層104cが接してもよい。図47(A)は、トランジスタ191の平面図である。図47(B)は、図47(A)に示す一点鎖線L1−L2、および一点鎖線W1−W2における断面図である。
<Modification 6>
As in the transistor 191 illustrated in FIG. 47, the insulating layer 105 overlapping with the structure body 108 may be removed so that the structure body 108 and the oxide layer 104c are in contact with each other. FIG. 47A is a plan view of the transistor 191. FIG. 47B is a cross-sectional view taken along dashed-dotted line L1-L2 and dashed-dotted line W1-W2 in FIG.

<変形例7>
図48に示すトランジスタ192のように、電極106と重なる酸化物層104cを絶縁層105で覆ってもよい。図48(A)は、トランジスタ192の平面図である。図48(B)は、図48(A)に示す一点鎖線L1−L2、および一点鎖線W1−W2における断面図である。
<Modification 7>
As in the transistor 192 illustrated in FIG. 48, the oxide layer 104 c overlapping with the electrode 106 may be covered with the insulating layer 105. FIG. 48A is a plan view of the transistor 192. FIG. FIG. 48B is a cross-sectional view taken along dashed-dotted line L1-L2 and dashed-dotted line W1-W2 shown in FIG.

<変形例8>
図49に示すトランジスタ193のように、酸化物層104cが構造体108の端部を越えて存在していてもよい。図49(A)は、トランジスタ193の平面図である。図49(B)は、図49(A)に示す一点鎖線L1−L2、および一点鎖線W1−W2における断面図である。
<Modification 8>
As in the transistor 193 illustrated in FIG. 49, the oxide layer 104 c may exist beyond the end portion of the structure body 108. FIG. 49A is a plan view of the transistor 193. FIG. FIG. 49B is a cross-sectional view taken along dashed-dotted line L1-L2 and dashed-dotted line W1-W2 shown in FIG.

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

(実施の形態2)
本実施の形態では、トランジスタ100の作製方法例について図面を用いて説明する。図8乃至図13中のL1−L2断面は、図1(A)に示す一点鎖線L1−L2における断面に相当する。また、図8乃至図13中のW1−W2断面は、図1(A)に示す一点鎖線W1−W2における断面に相当する。
(Embodiment 2)
In this embodiment, an example of a method for manufacturing the transistor 100 will be described with reference to drawings. 8 to 13 corresponds to a cross section taken along one-dot chain line L1-L2 illustrated in FIG. 8 to 13 corresponds to a cross section taken along alternate long and short dash line W1-W2 in FIG.

まず、基板101上に絶縁層102を形成し、絶縁層102上に絶縁層103を形成する(図8(A)参照。)。 First, the insulating layer 102 is formed over the substrate 101, and the insulating layer 103 is formed over the insulating layer 102 (see FIG. 8A).

基板101として用いる材料に大きな制限はないが、少なくとも後の加熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有していることが必要となる。例えばバリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などを用いることができる。 There is no particular limitation on the material used for the substrate 101, but it is necessary to have heat resistance enough to withstand at least heat treatment performed later. For example, a glass substrate such as barium borosilicate glass or alumino borosilicate glass, a ceramic substrate, a quartz substrate, a sapphire substrate, or the like can be used.

また、基板101としてシリコンや炭化シリコンなどを材料とした単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどを材料とした化合物半導体基板等を用いてもよい。また、SOI基板や、半導体基板上に歪トランジスタやFIN型トランジスタなどの半導体素子が設けられたものなどを用いることもできる。または、高電子移動度トランジスタ(HEMT:High Electron Mobility Transistor)に適用可能なヒ化ガリウム、ヒ化アルミニウムガリウム、ヒ化インジウムガリウム、窒化ガリウム、リン化インジウム、シリコンゲルマニウムなどを用いてもよい。すなわち、基板101は、単なる支持基板に限らず、他のトランジスタなどのデバイスが形成された基板であってもよい。この場合、トランジスタ100のゲート、ソース、またはドレインの少なくとも一つは、上記他のデバイスと電気的に接続されていてもよい。 Alternatively, the substrate 101 may be a single crystal semiconductor substrate using silicon, silicon carbide, or the like, a polycrystalline semiconductor substrate, a compound semiconductor substrate using silicon germanium, or the like. Alternatively, an SOI substrate, a semiconductor substrate provided with a semiconductor element such as a strain transistor or a FIN transistor, or the like can be used. Alternatively, gallium arsenide, aluminum gallium arsenide, indium gallium arsenide, gallium nitride, indium phosphide, silicon germanium, or the like that can be used for a high electron mobility transistor (HEMT) may be used. That is, the substrate 101 is not limited to a simple support substrate, and may be a substrate on which other devices such as transistors are formed. In this case, at least one of the gate, the source, and the drain of the transistor 100 may be electrically connected to the other device.

なお、基板101として、可撓性基板(フレキシブル基板)を用いてもよい。可撓性基板を用いる場合、可撓性基板上に、トランジスタや容量素子などを直接作製してもよいし、他の作製基板上にトランジスタや容量素子などを作製し、その後可撓性基板に剥離、転置してもよい。なお、作製基板から可撓性基板に剥離、転置するために、作製基板とトランジスタや容量素子などとの間に剥離層を設けるとよい。 Note that a flexible substrate (flexible substrate) may be used as the substrate 101. In the case of using a flexible substrate, a transistor, a capacitor, or the like may be directly formed over the flexible substrate, or a transistor, a capacitor, or the like is formed over another manufacturing substrate, and then the flexible substrate is formed. You may peel and transpose. Note that a separation layer may be provided between the manufacturing substrate and a transistor, a capacitor, or the like in order to separate and transfer from the manufacturing substrate to the flexible substrate.

可撓性基板としては、例えば、金属、合金、樹脂もしくはガラス、またはそれらの繊維などを用いることができる。基板101に用いる可撓性基板は、線膨張率が低いほど環境による変形が抑制されて好ましい。基板101に用いる可撓性基板は、例えば、線膨張率が1×10−3/K以下、5×10−5/K以下、または1×10−5/K以下である材質を用いればよい。樹脂としては、例えば、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド(ナイロン、アラミドなど)、ポリイミド、ポリカーボネート、アクリル系樹脂などがある。特に、アラミドは、線膨張率が低いため、可撓性基板として好適である。 As the flexible substrate, for example, metal, alloy, resin or glass, or fiber thereof can be used. The flexible substrate used for the substrate 101 is preferably as the linear expansion coefficient is low because deformation due to the environment is suppressed. For the flexible substrate used for the substrate 101, for example, a material having a linear expansion coefficient of 1 × 10 −3 / K or less, 5 × 10 −5 / K or less, or 1 × 10 −5 / K or less may be used. . Examples of the resin include polyester, polyolefin, polyamide (such as nylon and aramid), polyimide, polycarbonate, and acrylic resin. In particular, since aramid has a low coefficient of linear expansion, it is suitable as a flexible substrate.

絶縁層102は、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化シリコン、酸化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、アルミニウムシリケートなどから選ばれた材料を、単層でまたは積層して用いる。また、酸化物材料、窒化物材料、酸化窒化物材料、窒化酸化物材料のうち、複数の材料を混合した材料を用いてもよい。 The insulating layer 102 includes aluminum nitride, aluminum oxide, aluminum nitride oxide, aluminum oxynitride, magnesium oxide, silicon nitride, silicon oxide, silicon nitride oxide, silicon oxynitride, gallium oxide, germanium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, and lanthanum oxide. A material selected from neodymium oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, aluminum silicate, or the like is used as a single layer or a stacked layer. Alternatively, a material obtained by mixing a plurality of materials among oxide materials, nitride materials, oxynitride materials, and nitride oxide materials may be used.

なお、本明細書中において、窒化酸化物とは、酸素よりも窒素の含有量が多い化合物をいう。また、酸化窒化物とは、窒素よりも酸素の含有量が多い化合物をいう。なお、各元素の含有量は、例えば、ラザフォード後方散乱法(RBS:Rutherford Backscattering Spectrometry)等を用いて測定することができる。 Note that in this specification, a nitrided oxide refers to a compound having a higher nitrogen content than oxygen. Further, oxynitride refers to a compound having a higher oxygen content than nitrogen. The content of each element can be measured using, for example, Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS).

特に絶縁層102は、不純物が透過しにくい絶縁性材料を用いて形成することが好ましい。例えば、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウムまたはタンタルを含む絶縁材料を、単層で、または積層で用いればよい。例えば、不純物が透過しにくい絶縁性材料として、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、窒化シリコンなどを挙げることができる。また、絶縁層102として、絶縁性の高い酸化インジウム錫亜鉛(In−Sn−Zn酸化物)などを用いてもよい。 In particular, the insulating layer 102 is preferably formed using an insulating material which does not easily transmit impurities. For example, an insulating material including boron, carbon, nitrogen, oxygen, fluorine, magnesium, aluminum, silicon, phosphorus, chlorine, argon, gallium, germanium, yttrium, zirconium, lanthanum, neodymium, hafnium or tantalum, in a single layer, or What is necessary is just to use it by lamination | stacking. For example, as an insulating material that hardly permeates impurities, aluminum oxide, aluminum nitride, aluminum oxynitride, aluminum nitride oxide, gallium oxide, germanium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, neodymium oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, Examples thereof include silicon nitride. Alternatively, the insulating layer 102 may be made of indium tin zinc oxide (In—Sn—Zn oxide) with high insulating properties.

絶縁層102に不純物が透過しにくい絶縁性材料を用いることで、基板101側からの不純物の拡散を抑制し、トランジスタの信頼性を高めることができる。絶縁層110に不純物が透過しにくい絶縁性材料を用いることで、絶縁層111側からの不純物の拡散を抑制し、トランジスタの信頼性を高めることができる。 By using an insulating material that does not easily transmit impurities for the insulating layer 102, diffusion of impurities from the substrate 101 side can be suppressed and the reliability of the transistor can be improved. By using an insulating material that does not easily transmit impurities for the insulating layer 110, diffusion of impurities from the insulating layer 111 side can be suppressed and the reliability of the transistor can be improved.

絶縁層102として、これらの材料で形成される絶縁層を複数積層して用いてもよい。絶縁層102の形成方法は特に限定されず、スパッタリング法、CVD法、MBE法またはPLD法、ALD法、スピンコート法などの各種形成方法を用いることができる。絶縁層102および絶縁層110の厚さは、10nm以上500nm以下、好ましくは50nm以上300nm以下とすればよい。 As the insulating layer 102, a plurality of insulating layers formed using these materials may be stacked. The formation method of the insulating layer 102 is not particularly limited, and various formation methods such as a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, and a spin coating method can be used. The thickness of the insulating layer 102 and the insulating layer 110 may be 10 nm to 500 nm, preferably 50 nm to 300 nm.

例えば、熱CVD法を用いて、絶縁層102として酸化アルミニウムを成膜する場合には、溶媒とアルミニウム前駆体化合物を含む液体(トリメチルアルミニウム(TMA)など)を気化させた原料ガスと、酸化剤としてHOの2種類のガスを用いる。なお、TMAの化学式はAl(CHである。また、他の材料液としては、トリス(ジメチルアミド)アルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、アルミニウムトリス(2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオナート)などがある。 For example, in the case where an aluminum oxide film is formed as the insulating layer 102 using a thermal CVD method, a source gas obtained by vaporizing a liquid (such as trimethylaluminum (TMA)) containing a solvent and an aluminum precursor compound, and an oxidizing agent Two kinds of gases of H 2 O are used. The chemical formula of TMA is Al (CH 3 ) 3 . Other material liquids include tris (dimethylamido) aluminum, triisobutylaluminum, aluminum tris (2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate) and the like.

絶縁層103は、絶縁層102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。また、酸化物層104中の水素濃度の増加を防ぐために、絶縁層103、の水素濃度を低減することが好ましい。具体的には、絶縁層103、中の水素濃度を、SIMSにおいて、2×1020atoms/cm以下、好ましくは5×1019atoms/cm以下、より好ましくは1×1019atoms/cm以下、さらに好ましくは5×1018atoms/cm以下とする。また、酸化物半導体中の窒素濃度の増加を防ぐために、絶縁層103、中の窒素濃度を低減することが好ましい。具体的には、絶縁層103、中の窒素濃度を、SIMSにおいて、5×1019atoms/cm未満、好ましくは5×1018atoms/cm以下、より好ましくは1×1018atoms/cm以下、さらに好ましくは5×1017atoms/cm以下とする。 The insulating layer 103 can be formed using a material and a method similar to those of the insulating layer 102. In order to prevent an increase in the hydrogen concentration in the oxide layer 104, the hydrogen concentration in the insulating layer 103 is preferably reduced. Specifically, the hydrogen concentration in the insulating layer 103 is 2 × 10 20 atoms / cm 3 or less, preferably 5 × 10 19 atoms / cm 3 or less, more preferably 1 × 10 19 atoms / cm 3 in SIMS. 3 or less, more preferably 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less. In order to prevent an increase in nitrogen concentration in the oxide semiconductor, it is preferable to reduce the nitrogen concentration in the insulating layer 103. Specifically, the nitrogen concentration in the insulating layer 103 is less than 5 × 10 19 atoms / cm 3 , preferably 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less, more preferably 1 × 10 18 atoms / cm 3 in SIMS. 3 or less, more preferably 5 × 10 17 atoms / cm 3 or less.

また、絶縁層103、は、加熱により酸素が放出される絶縁層(「過剰酸素を含む絶縁層」ともいう。)を用いて形成することが好ましい。具体的には、TDS分析にて、酸素原子に換算した酸素の脱離量が1.0×1018atoms/cm以上、好ましくは3.0×1020atoms/cm以上である絶縁層を用いることが好ましい。 The insulating layer 103 is preferably formed using an insulating layer from which oxygen is released by heating (also referred to as an “insulating layer containing excess oxygen”). Specifically, the amount of desorbed oxygen converted to oxygen atoms in TDS analysis is 1.0 × 10 18 atoms / cm 3 or more, preferably 3.0 × 10 20 atoms / cm 3 or more. Is preferably used.

また、過剰酸素を含む絶縁層は、絶縁層に酸素を添加する処理を行って形成することもできる。酸素を添加する処理は、酸素雰囲気下による熱処理や、イオン注入装置、イオンドーピング装置またはプラズマ処理装置を用いて行うことができる。酸素を添加するためのガスとしては、16もしくは18などの酸素ガス、亜酸化窒素ガスまたはオゾンガスなどを用いることができる。なお、本明細書では酸素を添加する処理を「酸素ドープ処理」ともいう。 The insulating layer containing excess oxygen can also be formed by performing treatment for adding oxygen to the insulating layer. The treatment for adding oxygen can be performed using heat treatment in an oxygen atmosphere, an ion implantation apparatus, an ion doping apparatus, or a plasma treatment apparatus. As a gas for adding oxygen, oxygen gas such as 16 O 2 or 18 O 2 , nitrous oxide gas, ozone gas, or the like can be used. Note that in this specification, treatment for adding oxygen is also referred to as “oxygen doping treatment”.

絶縁層103、の厚さは、10nm以上500nm以下、好ましくは50nm以上300nm以下とすればよい。 The thickness of the insulating layer 103 may be 10 nm to 500 nm, preferably 50 nm to 300 nm.

本実施の形態では、基板101としてガラス基板を用いる。また、絶縁層102として、酸化アルミニウムを用いる。また、絶縁層103として、過剰酸素を含む酸化窒化シリコンを用いる。 In this embodiment, a glass substrate is used as the substrate 101. Further, aluminum oxide is used for the insulating layer 102. As the insulating layer 103, silicon oxynitride containing excess oxygen is used.

次に、絶縁層103上に酸化物層124a、酸化物層124b、および絶縁層125を形成する(図8(B)参照。)。まず、絶縁層103上に酸化物層124aを形成し、酸化物層124a上に酸化物層124bを形成する。 Next, the oxide layer 124a, the oxide layer 124b, and the insulating layer 125 are formed over the insulating layer 103 (see FIG. 8B). First, the oxide layer 124a is formed over the insulating layer 103, and the oxide layer 124b is formed over the oxide layer 124a.

本実施の形態では、スパッタリング法により、酸化物層124aとして、In:Ga:Zn=1:3:4の原子数比のターゲットを用いて、In、Ga、およびZnを含むCAAC−OSを形成する。また、酸化物層124bとして、In:Ga:Zn=1:1:1の原子数比のターゲットを用いて、In、Ga、およびZnを含むCAAC−OSを形成する。なお、酸化物層124aの形成後に酸素ドープ処理を行ってもよい。また、酸化物層124bの形成後に酸素ドープ処理を行ってもよい。 In this embodiment, a CAAC-OS containing In, Ga, and Zn is formed as the oxide layer 124a by a sputtering method with a target having an atomic ratio of In: Ga: Zn = 1: 3: 4. To do. As the oxide layer 124b, a CAAC-OS containing In, Ga, and Zn is formed using a target with an atomic ratio of In: Ga: Zn = 1: 1: 1. Note that oxygen doping treatment may be performed after the oxide layer 124a is formed. Alternatively, oxygen doping treatment may be performed after the oxide layer 124b is formed.

次に、酸化物層124aおよび酸化物層124bに含まれる水分または水素などの不純物をさらに低減して、酸化物層124aおよび酸化物層124bを高純度化するために、加熱処理を行うことが好ましい。 Next, heat treatment is performed to further reduce impurities such as moisture or hydrogen contained in the oxide layer 124a and the oxide layer 124b so that the oxide layer 124a and the oxide layer 124b are highly purified. preferable.

例えば、減圧雰囲気下、窒素や希ガスなどの不活性雰囲気下、酸化性雰囲気下、又は超乾燥エア(CRDS(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)雰囲気下で、酸化物半導体層124aおよび酸化物半導体層124bに加熱処理を施す。なお、酸化性雰囲気とは、酸素、オゾンまたは窒化酸素などの酸化性ガスを10ppm以上含有する雰囲気をいう。また、不活性雰囲気とは、前述の酸化性ガスが10ppm未満であり、その他、窒素または希ガスで充填された雰囲気をいう。 For example, the amount of moisture when measured using a dew point meter under a reduced pressure atmosphere, an inert atmosphere such as nitrogen or a rare gas, an oxidizing atmosphere, or ultra-dry air (CRDS (cavity ring down laser spectroscopy) method) Heat treatment is performed on the oxide semiconductor layer 124a and the oxide semiconductor layer 124b in an atmosphere of 20 ppm (-55 ° C. in terms of dew point) or less, preferably 1 ppm or less, preferably 10 ppb or less. Note that the oxidizing atmosphere refers to an atmosphere containing 10 ppm or more of an oxidizing gas such as oxygen, ozone, or oxygen nitride. Further, the inert atmosphere refers to an atmosphere filled with nitrogen or a rare gas, in which the oxidizing gas is less than 10 ppm.

また、加熱処理を行うことにより、不純物の放出と同時に絶縁層103に含まれる酸素を酸化物層124aおよび酸化物層124b中に拡散させ、当該酸化物半導体層に含まれる酸素欠損を低減することができる。なお、不活性雰囲気で加熱処理した後に、脱離した酸素を補うために酸化性ガスを10ppm以上、1%以上または10%以上含む雰囲気で加熱処理を行ってもよい。なお、加熱処理は、酸化物半導体層118aおよび酸化物半導体層118bの形成後であればいつ行ってもよい。例えば、酸化物層104aおよび酸化物層104bの形成後に加熱処理を行ってもよい。また、後に行なう酸化物層104cの形成後に行なってもよい。 In addition, by performing heat treatment, oxygen contained in the insulating layer 103 is diffused into the oxide layer 124a and the oxide layer 124b at the same time as the release of impurities, so that oxygen vacancies in the oxide semiconductor layer are reduced. Can do. Note that after heat treatment in an inert atmosphere, heat treatment may be performed in an atmosphere containing an oxidizing gas of 10 ppm or more, 1% or more, or 10% or more in order to supplement the desorbed oxygen. Note that the heat treatment may be performed at any time after the oxide semiconductor layer 118a and the oxide semiconductor layer 118b are formed. For example, heat treatment may be performed after the oxide layer 104a and the oxide layer 104b are formed. Alternatively, this step may be performed after the oxide layer 104c to be formed later.

加熱処理に用いる加熱装置に特別な限定はなく、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であってもよい。例えば、電気炉や、LRTA(Lamp Rapid Thermal Anneal)装置、GRTA(Gas Rapid Thermal Anneal)装置等のRTA(Rapid Thermal Anneal)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。 There is no particular limitation on a heating device used for the heat treatment, and a device for heating an object to be processed by heat conduction or heat radiation from a heating element such as a resistance heating element may be used. For example, an electric furnace, a rapid thermal annealing (RTTA) apparatus, a rapid thermal annealing (RTA) apparatus such as a GRTA (gas rapid thermal annealing) apparatus, or the like can be used. The LRTA apparatus is an apparatus that heats an object to be processed by radiation of light (electromagnetic waves) emitted from a lamp such as a halogen lamp, a metal halide lamp, a xenon arc lamp, a carbon arc lamp, a high pressure sodium lamp, or a high pressure mercury lamp. The GRTA apparatus is an apparatus that performs heat treatment using a high-temperature gas.

加熱処理は、250℃以上650℃以下、好ましくは300℃以上500℃以下で行えばよい。処理時間は24時間以内とする。24時間を超える加熱処理は生産性の低下を招くため好ましくない。 The heat treatment may be performed at 250 ° C to 650 ° C, preferably 300 ° C to 500 ° C. The processing time is within 24 hours. Heat treatment for more than 24 hours is not preferable because it causes a decrease in productivity.

なお、酸化物層124aの形成後に酸素ドープ処理を行ってもよい。また、酸化物層124bの形成後に酸素ドープ処理を行ってもよい。 Note that oxygen doping treatment may be performed after the oxide layer 124a is formed. Alternatively, oxygen doping treatment may be performed after the oxide layer 124b is formed.

次に、酸化物層124b上にレジストマスクを形成する(図示せず。)。レジストマスクの形成は、フォトリソグラフィ法、印刷法、インクジェット法等を適宜用いて行うことができる。レジストマスクを印刷法やインクジェット法など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。 Next, a resist mask is formed over the oxide layer 124b (not shown). The resist mask can be formed by appropriately using a photolithography method, a printing method, an inkjet method, or the like. When a resist mask is formed by a printing method, an ink jet method, or the like, a photomask is not used, so that manufacturing costs can be reduced.

フォトリソグラフィ法によるレジストマスクの形成は、感光性レジストにフォトマスクを介して光を照射し、現像液を用いて感光した部分(または感光していない部分)のレジストを除去して行なう。感光性レジストに照射する光は、KrFエキシマレーザ光、ArFエキシマレーザ光、EUV(Extreme Ultraviolet)光などがある。また、基板と投影レンズとの間に液体(例えば水)を満たして露光する、液浸技術を用いてもよい。また、前述した光に代えて、電子ビームやイオンビームを用いてもよい。なお、電子ビームやイオンビームを用いる場合には、フォトマスクは不要となる。なお、レジストマスクの除去は、アッシングなどのドライエッチング法または専用の剥離液などを用いたウェットエッチング法で行うことができる。ドライエッチング法とウェットエッチング法の両方を用いてもよい。 Formation of the resist mask by photolithography is performed by irradiating the photosensitive resist with light through the photomask and removing the resist in the exposed portion (or the unexposed portion) using a developer. Examples of the light applied to the photosensitive resist include KrF excimer laser light, ArF excimer laser light, and EUV (Extreme Ultraviolet) light. Further, an immersion technique may be used in which exposure is performed by filling a liquid (for example, water) between the substrate and the projection lens. Further, instead of the light described above, an electron beam or an ion beam may be used. Note that when an electron beam or an ion beam is used, a photomask is not necessary. Note that the resist mask can be removed by a dry etching method such as ashing or a wet etching method using a dedicated stripping solution. Both dry etching and wet etching may be used.

当該レジストマスクをマスクとして用いて、酸化物層124b、酸化物層124aの一部を選択的に除去する。この時、絶縁層103の一部が除去され、絶縁層103に凸部が形成される場合がある。なお、酸化物層124b、酸化物層124aの除去(エッチング)は、ドライエッチング法でもウェットエッチング法でもよく、両方を用いてもよい。このようにして、島状の酸化物層104a、および島状の酸化物層104bが形成される(図8(C)参照。)。 Part of the oxide layer 124b and the oxide layer 124a is selectively removed using the resist mask as a mask. At this time, part of the insulating layer 103 may be removed, and a convex portion may be formed in the insulating layer 103. Note that the oxide layer 124b and the oxide layer 124a may be removed (etched) by a dry etching method or a wet etching method, or both of them may be used. In this manner, the island-shaped oxide layer 104a and the island-shaped oxide layer 104b are formed (see FIG. 8C).

なお、導電層、半導体層、絶縁層のエッチングをドライエッチング法で行う場合は、エッチングガスとしてハロゲン元素を含むガスを用いることができる。ハロゲン元素を含むガスの一例としては、塩素(Cl)、三塩化硼素(BCl)、四塩化珪素(SiCl)もしくは四塩化炭素(CCl)などを代表とする塩素系ガス、四フッ化炭素(CF)、六フッ化硫黄(SF)、三フッ化窒素(NF)もしくはトリフルオロメタン(CHF)などを代表とするフッ素系ガス、臭化水素(HBr)または酸素を適宜用いることができる。また用いるエッチング用ガスに不活性気体を添加してもよい。また、酸化物半導体をエッチングするためのエッチングガスとして、メタン(CH)、エタン(C)、プロパン(C)、またはブタン(C10)などの炭化水素系ガスと不活性ガスの混合ガスを用いてもよい。 Note that in the case where the conductive layer, the semiconductor layer, and the insulating layer are etched by a dry etching method, a gas containing a halogen element can be used as an etching gas. As an example of a gas containing a halogen element, a chlorine-based gas such as chlorine (Cl 2 ), boron trichloride (BCl 3 ), silicon tetrachloride (SiCl 4 ), carbon tetrachloride (CCl 4 ), or the like is used. Fluorine gas such as carbon fluoride (CF 4 ), sulfur hexafluoride (SF 6 ), nitrogen trifluoride (NF 3 ) or trifluoromethane (CHF 3 ), hydrogen bromide (HBr), or oxygen as appropriate Can be used. Further, an inert gas may be added to the etching gas used. As an etching gas for etching an oxide semiconductor, a hydrocarbon-based gas such as methane (CH 4 ), ethane (C 2 H 6 ), propane (C 3 H 8 ), or butane (C 4 H 10 ). And a mixed gas of inert gas may be used.

また、ドライエッチング法としては、平行平板型RIE(Reactive Ion Etching)法や、ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合型プラズマ)法、DF−CCP(Dual Frequency Capacitively Coupled Plasma:二周波励起容量結合型プラズマ)法などを用いることができる。所望の加工形状にエッチングできるように、エッチング条件(例えば、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、基板側の電極温度など)を適宜調節すればよい。 In addition, as a dry etching method, a parallel plate type RIE (Reactive Ion Etching) method, an ICP (Inductively Coupled Plasma) method, a DF-CCP (Dual Frequency Capacitively Coupled Plasma-Pumped Capacitance Two-Pulsed Coupling Plasma Capacitance Plasma-Pumped Capacitance Plasma Two-Piece Capacitance Coupled Plasma Excited Plasma Frequency Capacitor ) Method or the like. Etching conditions (for example, the amount of power applied to the coil-type electrode, the amount of power applied to the substrate-side electrode, the electrode temperature on the substrate side, etc.) may be adjusted as appropriate so that the desired processed shape can be etched. .

次に、酸化物層104a、酸化物層104b、および絶縁層103上に酸化物層124cを形成し、酸化物層124c上に絶縁層125を形成する(図8(D)参照。)。酸化物層124cは、酸化物層124aと同様の材料および方法で形成することができる。また、絶縁層125は絶縁層103と同様の材料および方法で形成することができる。絶縁層125の厚さは、1nm以上50nm以下が好ましく、3nm以上30nm以下がより好ましく、5nm以上10nm以下がさらに好ましい。酸化物層124cの形成後に酸素ドープ処理を行ってもよい。また、絶縁層125の形成後に酸素ドープ処理を行ってもよい。また、絶縁層125の形成後に加熱処理を行ってもよい。本実施の形態では、絶縁層125として酸化シリコンを形成する。 Next, the oxide layer 124c is formed over the oxide layer 104a, the oxide layer 104b, and the insulating layer 103, and the insulating layer 125 is formed over the oxide layer 124c (see FIG. 8D). The oxide layer 124c can be formed using a material and a method similar to those of the oxide layer 124a. The insulating layer 125 can be formed using a material and a method similar to those of the insulating layer 103. The thickness of the insulating layer 125 is preferably 1 nm to 50 nm, more preferably 3 nm to 30 nm, and still more preferably 5 nm to 10 nm. An oxygen doping treatment may be performed after the formation of the oxide layer 124c. Alternatively, oxygen doping treatment may be performed after the insulating layer 125 is formed. Further, heat treatment may be performed after the insulating layer 125 is formed. In this embodiment, silicon oxide is formed as the insulating layer 125.

次に、絶縁層125上に導電層126を形成する(図9(A)参照。)。導電層126を形成するための導電性材料としては、アルミニウム、クロム、銅、銀、金、白金、タンタル、ニッケル、チタン、モリブデン、タングステン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウムなどから選ばれた金属元素を1種以上含む材料を用いることができる。また、リン等の不純物元素を含有させた多結晶シリコンに代表される、電気伝導度が高い半導体、ニッケルシリサイドなどのシリサイドを用いてもよい。導電層126として、これらの材料で形成される導電層を複数積層して用いてもよい。 Next, a conductive layer 126 is formed over the insulating layer 125 (see FIG. 9A). Examples of the conductive material for forming the conductive layer 126 include aluminum, chromium, copper, silver, gold, platinum, tantalum, nickel, titanium, molybdenum, tungsten, hafnium, vanadium, niobium, manganese, magnesium, zirconium, and beryllium. A material containing one or more metal elements selected from the above can be used. Alternatively, a semiconductor with high electrical conductivity typified by polycrystalline silicon containing an impurity element such as phosphorus, or silicide such as nickel silicide may be used. As the conductive layer 126, a plurality of conductive layers formed using these materials may be stacked.

また、導電層126に、インジウム錫酸化物(ITO:Indium Tin Oxide)、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、シリコンを添加したインジウム錫酸化物などの酸素を含む導電性材料、窒化チタン、窒化タンタルなどの窒素を含む導電性材料を適用することもできる。また、前述した金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料を組み合わせた積層構造とすることもできる。また、前述した金属元素を含む材料と、窒素を含む導電性材料を組み合わせた積層構造とすることもできる。また、前述した金属元素を含む材料、酸素を含む導電性材料、および窒素を含む導電性材料を組み合わせた積層構造とすることもできる。 The conductive layer 126 includes indium tin oxide (ITO), indium oxide containing tungsten oxide, indium zinc oxide containing tungsten oxide, indium oxide containing titanium oxide, and indium tin containing titanium oxide. A conductive material containing oxygen such as oxide, indium zinc oxide, or indium tin oxide to which silicon is added, or a conductive material containing nitrogen such as titanium nitride or tantalum nitride can also be used. Alternatively, a stacked structure in which the above-described material containing a metal element and a conductive material containing oxygen are combined can be employed. Alternatively, a stacked structure in which the above-described material containing a metal element and a conductive material containing nitrogen are combined can be used. A stacked structure in which the above-described material containing a metal element, a conductive material containing oxygen, and a conductive material containing nitrogen can be combined.

導電層126の形成方法は特に限定されず、蒸着法、CVD法、スパッタリング法などの各種形成方法を用いることができる。導電層126の厚さは、10nm以上500nm以下が好ましく、20nm以上300nm以下がより好ましく、30nm以上200nm以下がさらに好ましい。本実施の形態では、導電層126として、窒化チタンとタングステンの積層を用いる。具体的には、厚さ10nmの窒化チタン上に厚さ150nmのタングステンを形成する。 The formation method of the conductive layer 126 is not particularly limited, and various formation methods such as an evaporation method, a CVD method, and a sputtering method can be used. The thickness of the conductive layer 126 is preferably 10 nm to 500 nm, more preferably 20 nm to 300 nm, and still more preferably 30 nm to 200 nm. In this embodiment, a stack of titanium nitride and tungsten is used as the conductive layer 126. Specifically, tungsten having a thickness of 150 nm is formed over titanium nitride having a thickness of 10 nm.

次に、導電層126上に絶縁層127を形成する(図9(A)参照。)。絶縁層127は絶縁層125と同様の材料および方法で形成することができる。絶縁層127の厚さは、5nm以上100nm以下が好ましく、10nm以上50nm以下がより好ましい。 Next, an insulating layer 127 is formed over the conductive layer 126 (see FIG. 9A). The insulating layer 127 can be formed using a material and a method similar to those of the insulating layer 125. The thickness of the insulating layer 127 is preferably 5 nm to 100 nm, and more preferably 10 nm to 50 nm.

次に、フォトリソグラフィ法などを用いて絶縁層127上にレジストマスクを形成し(図示せず)、導電層126および絶縁層127それぞれの一部を選択的にエッチングして、電極106および絶縁層107を形成する(図9(B)参照。)。電極106および絶縁層107の形成後、レジストマスクを除去する。導電層126および絶縁層127のエッチングは、ドライエッチング法でもウェットエッチング法でもよく、両方を用いてもよい。 Next, a resist mask is formed over the insulating layer 127 by a photolithography method or the like (not illustrated), and part of each of the conductive layer 126 and the insulating layer 127 is selectively etched, so that the electrode 106 and the insulating layer are formed. 107 is formed (see FIG. 9B). After the formation of the electrode 106 and the insulating layer 107, the resist mask is removed. The conductive layer 126 and the insulating layer 127 may be etched by a dry etching method or a wet etching method, or both of them may be used.

次に、電極106および絶縁層107をマスクとして用いて金属元素131を導入する(図9(C)参照。)。なお、図9(C)では金属元素131を矢印で示している。金属元素131の導入は、イオン注入法やプラズマドーピング法などを用いて行なうことができる。図9(C)では、金属元素131が導入される領域135の端部を破線で示している。金属元素が導入される領域135の深さや、領域135に含まれる金属元素の濃度は、イオン注入法やプラズマドーピング法などの処理条件によって決定することができる。 Next, the metal element 131 is introduced using the electrode 106 and the insulating layer 107 as a mask (see FIG. 9C). Note that in FIG. 9C, the metal element 131 is indicated by an arrow. The metal element 131 can be introduced using an ion implantation method, a plasma doping method, or the like. In FIG. 9C, an end portion of the region 135 into which the metal element 131 is introduced is indicated by a broken line. The depth of the region 135 into which the metal element is introduced and the concentration of the metal element contained in the region 135 can be determined by processing conditions such as an ion implantation method and a plasma doping method.

金属元素131としては、アルミニウム、硫黄、チタン、マグネシウム、タングステン、砒素、アンチモン、バナジウムなどの金属元素のうち、一または複数を用いることができる。上記以外の金属元素を金属元素131として用いても構わない。金属元素131のドーズ量は、1×1012ions/cm以上1×1016ions/cm以下、好ましくは1×1013ions/cm以上1×1015ions/cm以下とすればよい。金属元素131導入時の加速電圧は5kV以上50kV以下、好ましくは10kV以上30kV以下とすればよい。本実施の形態では、金属元素131としてタングステンを用いる。電極106および絶縁層107をマスクとして用いて金属元素131を導入すると、自己整合により領域135をチャネル形成領域に隣接して設けることができる。 As the metal element 131, one or more of metal elements such as aluminum, sulfur, titanium, magnesium, tungsten, arsenic, antimony, and vanadium can be used. A metal element other than the above may be used as the metal element 131. The dose of the metal element 131 is 1 × 10 12 ions / cm 2 or more and 1 × 10 16 ions / cm 2 or less, preferably 1 × 10 13 ions / cm 2 or more and 1 × 10 15 ions / cm 2 or less. Good. The acceleration voltage when the metal element 131 is introduced may be 5 kV or more and 50 kV or less, preferably 10 kV or more and 30 kV or less. In this embodiment mode, tungsten is used as the metal element 131. When the metal element 131 is introduced using the electrode 106 and the insulating layer 107 as a mask, the region 135 can be provided adjacent to the channel formation region by self-alignment.

酸化物層104に金属元素131が導入されると、酸化物層104に含まれる酸素と導入された金属元素131が結合して金属酸化物が形成される。このため、酸化物層104の金属元素131が導入された領域(領域135)では、酸素欠損(「Vo」ともいう。)が増加する。Voに水素(H)が結合してVoHが形成されると、当該領域のキャリア密度が増加し、抵抗率が小さくなる。また、金属元素131の導入後、加熱処理を行ってもよい。加熱処理は、好ましくは200℃以上500℃以下、より好ましくは300℃以上450℃以下、さらに好ましくは350℃以上400℃以下で行えばよい。当該加熱処理によってVoHが形成されやすくなる。 When the metal element 131 is introduced into the oxide layer 104, oxygen contained in the oxide layer 104 and the introduced metal element 131 are combined to form a metal oxide. Therefore, oxygen vacancies (also referred to as “Vo”) increase in the region where the metal element 131 of the oxide layer 104 is introduced (region 135). When hydrogen (H) is bonded to Vo to form VoH, the carrier density in the region increases and the resistivity decreases. Further, heat treatment may be performed after the metal element 131 is introduced. The heat treatment is preferably performed at 200 ° C to 500 ° C, more preferably 300 ° C to 450 ° C, and still more preferably 350 ° C to 400 ° C. VoH is easily formed by the heat treatment.

酸化物層104中の領域135は、n型半導体として機能できる。酸化物層104中の領域135は、酸化物層104の電極106と重なる領域(チャネル形成領域)よりも、キャリア密度が高く、抵抗率が小さい。よって、酸化物層104中の領域135は、酸化物層104の電極106と重なる領域(チャネル形成領域)よりも抵抗が低くなる場合がある。 The region 135 in the oxide layer 104 can function as an n-type semiconductor. A region 135 in the oxide layer 104 has a higher carrier density and a lower resistivity than a region overlapping with the electrode 106 of the oxide layer 104 (channel formation region). Thus, the region 135 in the oxide layer 104 may have a lower resistance than a region (channel formation region) that overlaps with the electrode 106 of the oxide layer 104.

本実施の形態では、金属元素131としてタングステンを用いる。また、イオン注入法により酸化物層104の一部に導入する。タングステンの導入により、酸化物層104に酸化タングステンが含まれる領域が形成される。 In this embodiment mode, tungsten is used as the metal element 131. Further, it is introduced into part of the oxide layer 104 by an ion implantation method. By introducing tungsten, a region containing tungsten oxide is formed in the oxide layer 104.

次に、絶縁層125、電極106、絶縁層107の上に、絶縁層128を形成する(図10(A)参照。)。絶縁層128は、絶縁層125と同様の材料および方法で形成することができる。絶縁層128の厚さは、電極106と絶縁層107の厚さの合計よりも厚くすることが好ましい。 Next, the insulating layer 128 is formed over the insulating layer 125, the electrode 106, and the insulating layer 107 (see FIG. 10A). The insulating layer 128 can be formed using a material and a method similar to those of the insulating layer 125. The thickness of the insulating layer 128 is preferably larger than the total thickness of the electrode 106 and the insulating layer 107.

本実施の形態では、絶縁層128として、スパッタリング法により酸化アルミニウムを形成する。また、スパッタリングガスとして酸素を含むガスを用いる。スパッタリング法により絶縁層128を形成すると、絶縁層128と絶縁層128の被形成面の界面およびその近傍に、両者が混ざり合う混合層が形成される。具体的には、絶縁層125と絶縁層128の界面およびその近傍に、混合層145が形成される。また、絶縁層107と絶縁層128の界面およびその近傍に、混合層147が形成される。 In this embodiment, aluminum oxide is formed as the insulating layer 128 by a sputtering method. In addition, a gas containing oxygen is used as a sputtering gas. When the insulating layer 128 is formed by a sputtering method, a mixed layer in which both are mixed is formed at and near the interface between the insulating layer 128 and the surface on which the insulating layer 128 is formed. Specifically, the mixed layer 145 is formed at and near the interface between the insulating layer 125 and the insulating layer 128. In addition, a mixed layer 147 is formed at and near the interface between the insulating layer 107 and the insulating layer 128.

また、混合層145および混合層147には、スパッタリングガスの一部が含まれる。本実施の形態ではスパッタリングガスとして酸素を含むガスを用いるため、混合層145および混合層147に酸素が含まれる。よって、混合層145および混合層147は、過剰酸素を有する。 Further, the mixed layer 145 and the mixed layer 147 contain part of the sputtering gas. In this embodiment, a gas containing oxygen is used as a sputtering gas; therefore, the mixed layer 145 and the mixed layer 147 contain oxygen. Therefore, the mixed layer 145 and the mixed layer 147 have excess oxygen.

次に、加熱処理を行う。加熱処理は、好ましくは200℃以上500℃以下、より好ましくは300℃以上450℃以下、さらに好ましくは350℃以上400℃以下で行えばよい。なお、この時行う加熱処理の温度は、金属元素131の導入後に行う加熱処理の温度以下とする。 Next, heat treatment is performed. The heat treatment is preferably performed at 200 ° C to 500 ° C, more preferably 300 ° C to 450 ° C, and still more preferably 350 ° C to 400 ° C. Note that the temperature of the heat treatment performed at this time is equal to or lower than the temperature of the heat treatment performed after the metal element 131 is introduced.

加熱処理により、混合層145および混合層147に含まれる酸素が拡散する。ここで、混合層147は絶縁層128に覆われているため、混合層147に含まれる過剰酸素は絶縁層107中および電極106中に拡散する。 By the heat treatment, oxygen contained in the mixed layer 145 and the mixed layer 147 is diffused. Here, since the mixed layer 147 is covered with the insulating layer 128, excess oxygen contained in the mixed layer 147 diffuses into the insulating layer 107 and the electrode 106.

また、混合層145に含まれる過剰酸素は、絶縁層125、絶縁層103などを介して酸化物層104a、酸化物層104b、および酸化物層104cに拡散する。絶縁層128および絶縁層102として酸素を透過しにくい材料を用いることで、混合層145に含まれる過剰酸素を、絶縁層125、絶縁層103などを介して酸化物層104b中に効果的に拡散させることができる。混合層145に含まれる過剰酸素が拡散する様子を図10(B)に矢印で示す。 In addition, excess oxygen contained in the mixed layer 145 diffuses into the oxide layer 104a, the oxide layer 104b, and the oxide layer 104c through the insulating layer 125, the insulating layer 103, and the like. By using a material that does not easily transmit oxygen as the insulating layer 128 and the insulating layer 102, excess oxygen contained in the mixed layer 145 is effectively diffused into the oxide layer 104b through the insulating layer 125, the insulating layer 103, and the like. Can be made. A state in which excess oxygen contained in the mixed layer 145 diffuses is indicated by an arrow in FIG.

次に、異方性ドライエッチング法により絶縁層128をエッチングして、電極106の側面に隣接する構造体108を形成する(図11(A)参照。)。この時、絶縁層125の、構造体108および電極106のどちらにも重ならない領域もエッチングされ、絶縁層105が形成される。また、酸化物層124cの、構造体108および電極106のどちらにも重ならない領域もエッチングされ、酸化物層104cが形成される。よって、構造体108形成時に酸化物層104bの一部が露出する。 Next, the insulating layer 128 is etched by anisotropic dry etching to form a structure 108 adjacent to the side surface of the electrode 106 (see FIG. 11A). At this time, a region of the insulating layer 125 that does not overlap with either the structure body 108 or the electrode 106 is etched, so that the insulating layer 105 is formed. In addition, a region of the oxide layer 124c that does not overlap with either the structure body 108 or the electrode 106 is etched, so that the oxide layer 104c is formed. Thus, part of the oxide layer 104b is exposed when the structure body 108 is formed.

この時、露出した酸化物層104bの一部がエッチングされ、凸部を有する酸化物層104bが形成される場合がある。ここで、図14(A)および図14(B)に、酸化物層104bに凸部が形成されたトランジスタ100を示しておく。図14(A)は、トランジスタ100の平面図である。また、図14(B)は、図14(A)に示す一点鎖線L1−L2、および一点鎖線W1−W2における断面図である。 At this time, part of the exposed oxide layer 104b may be etched to form the oxide layer 104b having a convex portion. Here, FIGS. 14A and 14B illustrate the transistor 100 in which a protrusion is formed on the oxide layer 104b. FIG. 14A is a plan view of the transistor 100. FIG. 14B is a cross-sectional view taken along dashed-dotted line L1-L2 and dashed-dotted line W1-W2 shown in FIG.

次に、導電層129を形成する(図11(B)参照。)。導電層129は、導電層126(電極106)と同様の材料および方法で形成することができる。導電層129の厚さは、5nm以上500nm以下が好ましく、10nm以上200nm以下がより好ましく、15nm以上100nm以下がさらに好ましい。本実施の形態では、導電層129として厚さ20nmのタングステンを用いる。 Next, a conductive layer 129 is formed (see FIG. 11B). The conductive layer 129 can be formed using a material and a method similar to those of the conductive layer 126 (electrode 106). The thickness of the conductive layer 129 is preferably 5 nm to 500 nm, more preferably 10 nm to 200 nm, and still more preferably 15 nm to 100 nm. In this embodiment mode, tungsten with a thickness of 20 nm is used as the conductive layer 129.

次に、フォトリソグラフィ法などを用いて導電層129の一部を選択的に除去し、電極109aおよび電極109bを形成する(図11(C)参照。)。なお、電極106上に絶縁層107を設けておくことにより、導電層129の一部を除去する際に電極106が除去されないように保護することができる。 Next, part of the conductive layer 129 is selectively removed using a photolithography method or the like, so that the electrodes 109a and 109b are formed (see FIG. 11C). Note that by providing the insulating layer 107 over the electrode 106, the electrode 106 can be protected from being removed when part of the conductive layer 129 is removed.

この時、電極109aおよび電極109bを、例えばタングステンやチタンなどの、酸化物層104から酸素を引き抜く性質を有する材料で形成すると、電極109aおよび電極109bと接する酸化物層104中のVoが増加する。よって、酸化物層104に形成された領域135のうち、電極109aおよび電極109bが接する領域のキャリア密度が増加し、抵抗率が小さくなる。なお、Voに水素が結合してVoHが形成されると、当該領域のキャリア密度がさらに増加し、抵抗率をさらに小さくなる。 At this time, if the electrode 109a and the electrode 109b are formed of a material having a property of extracting oxygen from the oxide layer 104, such as tungsten or titanium, Vo in the oxide layer 104 in contact with the electrode 109a and the electrode 109b increases. . Therefore, in the region 135 formed in the oxide layer 104, the carrier density in a region where the electrode 109a and the electrode 109b are in contact with each other increases, and the resistivity decreases. Note that when hydrogen is bonded to Vo to form VoH, the carrier density in the region is further increased, and the resistivity is further decreased.

このため、酸化物層104の中で、構造体108と重なる領域のキャリア密度よりも、電極109aおよび電極109bが接する領域のキャリア密度が高くなる場合がある。また、酸化物層104の中で、構造体108と重なる領域の抵抗率よりも、電極109aおよび電極109bが接する領域の抵抗率が小さくなる場合がある。また、酸化物層104の中で、構造体108と重なる領域の抵抗よりも、電極109aおよび電極109bが接する領域の抵抗が低くなる場合がある。 Therefore, in the oxide layer 104, the carrier density in the region where the electrode 109a and the electrode 109b are in contact with each other may be higher than the carrier density in the region overlapping with the structure body 108. Further, in the oxide layer 104, the resistivity of a region where the electrode 109a and the electrode 109b are in contact with each other may be lower than the resistivity of the region overlapping with the structure body 108. In addition, in the oxide layer 104, the resistance of a region where the electrode 109a and the electrode 109b are in contact with each other may be lower than the resistance of the region overlapping with the structure body 108.

次に、絶縁層110を形成し、絶縁層110の上に絶縁層111を形成する(図12(A)参照。)。絶縁層110および絶縁層111は、絶縁層127(絶縁層107)と同様の材料および方法で形成することができる。なお、絶縁層111は不純物が透過しにくい絶縁性材料を用いて形成することが好ましい。 Next, the insulating layer 110 is formed, and the insulating layer 111 is formed over the insulating layer 110 (see FIG. 12A). The insulating layer 110 and the insulating layer 111 can be formed using a material and a method similar to those of the insulating layer 127 (insulating layer 107). Note that the insulating layer 111 is preferably formed using an insulating material which does not easily transmit impurities.

次に、絶縁層111上に絶縁層112を形成する(図12(B)参照。)。絶縁層112は絶縁層110と同様の材料および方法で形成することができる。また、絶縁層112として、ポリイミド、アクリル系樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、ポリアミド、エポキシ系樹脂等の、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層を複数積層させることで、絶縁層112を形成してもよい。 Next, the insulating layer 112 is formed over the insulating layer 111 (see FIG. 12B). The insulating layer 112 can be formed using a material and a method similar to those of the insulating layer 110. For the insulating layer 112, a heat-resistant organic material such as polyimide, acrylic resin, benzocyclobutene resin, polyamide, or epoxy resin can be used. In addition to the organic material, a low dielectric constant material (low-k material), a siloxane resin, PSG (phosphorus glass), BPSG (phosphorus boron glass), or the like can be used. Note that the insulating layer 112 may be formed by stacking a plurality of insulating layers formed using these materials.

なおシロキサン系樹脂とは、シロキサン系材料を出発材料として形成されたSi−O−Si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。 Note that the siloxane-based resin corresponds to a resin including a Si—O—Si bond formed using a siloxane-based material as a starting material. Siloxane resins may use organic groups (for example, alkyl groups and aryl groups) and fluoro groups as substituents. The organic group may have a fluoro group.

絶縁層112の形成方法は、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(インクジェット法など)、印刷法(スクリーン印刷、オフセット印刷など)などを用いればよい。絶縁層112の焼成工程と他の熱処理工程を兼ねることで、効率よくトランジスタを作製することが可能となる。 The formation method of the insulating layer 112 is not particularly limited, and depending on the material, sputtering, SOG, spin coating, dip, spray coating, droplet discharge (such as an inkjet method), printing (screen printing, offset) Etc.) may be used. By combining the baking process of the insulating layer 112 with another heat treatment process, a transistor can be efficiently manufactured.

絶縁層112の表面に化学的機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)処理(「CMP処理」ともいう。)を行なってもよい(図11(A)参照。)。CMP処理を行うことにより、試料表面の凹凸を低減し、この後形成される絶縁層や導電層の被覆性を高めることができる。 A chemical mechanical polishing (CMP) process (also referred to as “CMP process”) may be performed on the surface of the insulating layer 112 (see FIG. 11A). By performing the CMP treatment, unevenness on the surface of the sample can be reduced, and the coverage of the insulating layer and the conductive layer to be formed thereafter can be improved.

次に、フォトリソグラフィ法などを用いて、絶縁層112、絶縁層111、絶縁層110、および絶縁層107の一部を選択的に除去して電極109aの一部と重なる開口126a、電極109bの一部と重なる開口126b、および電極106の一部と重なる開口126cを形成する(図13(A)参照。)。絶縁層112、絶縁層111、絶縁層110、および絶縁層107の一部の除去(エッチング)は、ドライエッチング法でもウェットエッチング法でもよく、両方を用いてもよい。異方性ドライエッチング法を用いると、アスペクト比の大きい開口を形成することができる。 Next, part of the insulating layer 112, the insulating layer 111, the insulating layer 110, and the insulating layer 107 is selectively removed by photolithography or the like so that the openings 126a and 109b overlap with part of the electrode 109a. An opening 126b that overlaps part and an opening 126c that overlaps part of the electrode 106 are formed (see FIG. 13A). Part of the insulating layer 112, the insulating layer 111, the insulating layer 110, and the insulating layer 107 may be removed (etched) by a dry etching method or a wet etching method, or both of them may be used. When an anisotropic dry etching method is used, an opening having a large aspect ratio can be formed.

なお、開口126a、開口126b、および開口126cの形成時に、電極109a、電極109b、および電極106の一部が除去され、電極109a、電極109b、および電極106に凹部が形成される場合がある(図14(B)参照。)。 Note that when the opening 126a, the opening 126b, and the opening 126c are formed, the electrode 109a, the electrode 109b, and the electrode 106 are partly removed, and a recess may be formed in the electrode 109a, the electrode 109b, and the electrode 106 ( (See FIG. 14B).

次に、開口126a、開口126b、および開口126cに、コンタクトプラグ113a、コンタクトプラグ113b、およびコンタクトプラグ113cを形成する。コンタクトプラグ113a、コンタクトプラグ113b、およびコンタクトプラグ113cとしては、例えば、タングステン、ポリシリコン等の埋め込み性の高い導電性材料を用いることができる。また、図示しないが、当該材料の側面および底面を、チタン層、窒化チタン層またはこれらの積層からなるバリア層(拡散防止層)で覆ってもよい。この場合、バリア層も含めて電極という場合がある。 Next, the contact plug 113a, the contact plug 113b, and the contact plug 113c are formed in the opening 126a, the opening 126b, and the opening 126c. As the contact plug 113a, the contact plug 113b, and the contact plug 113c, for example, a highly embedded conductive material such as tungsten or polysilicon can be used. Although not shown, the side and bottom surfaces of the material may be covered with a barrier layer (diffusion prevention layer) made of a titanium layer, a titanium nitride layer, or a laminate thereof. In this case, the barrier layer may be referred to as an electrode.

次に、絶縁層112上に導電層を形成し、フォトリソグラフィ法などを用いて該導電層の一部を選択的に除去し、コンタクトプラグ113aと重なる電極114a、コンタクトプラグ113bと重なる電極114b、およびコンタクトプラグ113cと重なる電極114cを形成する。該導電層は導電層129と同様の材料および方法で形成することができる。 Next, a conductive layer is formed over the insulating layer 112, and part of the conductive layer is selectively removed using a photolithography method or the like, so that the electrode 114a that overlaps the contact plug 113a, the electrode 114b that overlaps the contact plug 113b, And the electrode 114c which overlaps with the contact plug 113c is formed. The conductive layer can be formed using a material and a method similar to those of the conductive layer 129.

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

(実施の形態3)
酸化物半導体は、単結晶酸化物半導体と、それ以外の非単結晶酸化物半導体とに分けられる。非単結晶酸化物半導体としては、CAAC−OS、多結晶酸化物半導体、nc−OS(nanocrystalline Oxide Semiconductor)、擬似非晶質酸化物半導体(a−like OS:amorphous like Oxide Semiconductor)、非晶質酸化物半導体などがある。
(Embodiment 3)
An oxide semiconductor is classified into a single crystal oxide semiconductor and a non-single-crystal oxide semiconductor. As the non-single-crystal oxide semiconductor, a CAAC-OS, a polycrystalline oxide semiconductor, an nc-OS (nanocrystalline oxide semiconductor), a quasi-amorphous oxide semiconductor (a-like OS), an amorphous Examples include oxide semiconductors.

また別の観点では、酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体と、それ以外の結晶性酸化物半導体とに分けられる。結晶性酸化物半導体としては、単結晶酸化物半導体、CAAC−OS、多結晶酸化物半導体、nc−OSなどがある。 From another viewpoint, oxide semiconductors are classified into amorphous oxide semiconductors and other crystalline oxide semiconductors. Examples of a crystalline oxide semiconductor include a single crystal oxide semiconductor, a CAAC-OS, a polycrystalline oxide semiconductor, and an nc-OS.

非晶質構造の定義としては、一般に、準安定状態で固定化していないこと、等方的であって不均質構造を持たないことなどが知られている。また、結合角度が柔軟であり、短距離秩序性は有するが、長距離秩序性を有さない構造と言い換えることもできる。 As the definition of the amorphous structure, it is generally known that it is not fixed in a metastable state, isotropic and does not have a heterogeneous structure, and the like. Moreover, it can be paraphrased as a structure having a flexible bond angle and short-range order, but not long-range order.

逆の見方をすると、本質的に安定な酸化物半導体の場合、完全な非晶質(completely amorphous)酸化物半導体と呼ぶことはできない。また、等方的でない(例えば、微小な領域において周期構造を有する)酸化物半導体を、完全な非晶質酸化物半導体と呼ぶことはできない。ただし、a−like OSは、微小な領域において周期構造を有するものの、鬆(「ボイド」ともいう。)を有し、不安定な構造である。そのため、物性的には非晶質酸化物半導体に近いといえる。 In other words, an intrinsically stable oxide semiconductor cannot be referred to as a complete amorphous oxide semiconductor. In addition, an oxide semiconductor that is not isotropic (eg, has a periodic structure in a minute region) cannot be referred to as a completely amorphous oxide semiconductor. However, although the a-like OS has a periodic structure in a minute region, it has a void (also referred to as a “void”) and is an unstable structure. Therefore, it can be said that it is close to an amorphous oxide semiconductor in terms of physical properties.

<CAAC−OS>
CAAC−OSは、c軸配向した複数の結晶部(「ペレット」ともいう。)を有する酸化物半導体の一つである。
<CAAC-OS>
The CAAC-OS is one of oxide semiconductors having a plurality of c-axis aligned crystal parts (also referred to as “pellets”).

透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)によって、CAAC−OSの明視野像と回折パターンとの複合解析像(「高分解能TEM像」ともいう。)を観察すると、複数のペレットを確認することができる。一方、高分解能TEM像ではペレット同士の境界、即ち結晶粒界(「グレインバウンダリー」ともいう。)を明確に確認することができない。そのため、CAAC−OSは、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。 When a composite analysis image (also referred to as a “high-resolution TEM image”) of a bright-field image and a diffraction pattern of CAAC-OS is observed with a transmission electron microscope (TEM), a plurality of pellets are confirmed. Can do. On the other hand, in the high-resolution TEM image, the boundary between pellets, that is, the crystal grain boundary (also referred to as “grain boundary”) cannot be clearly confirmed. Therefore, it can be said that the CAAC-OS does not easily lower the electron mobility due to the crystal grain boundary.

以下では、TEMによって観察したCAAC−OSについて説明する。図15(A)に、試料面と略平行な方向から観察したCAAC−OSの断面の高分解能TEM像を示す。高分解能TEM像の観察には、球面収差補正(Spherical Aberration Corrector)機能を用いた。球面収差補正機能を用いた高分解能TEM像を、特にCs補正高分解能TEM像と呼ぶ。Cs補正高分解能TEM像の取得は、例えば、日本電子株式会社製原子分解能分析電子顕微鏡JEM−ARM200Fなどによって行うことができる。 Hereinafter, a CAAC-OS observed with a TEM will be described. FIG. 15A shows a high-resolution TEM image of a cross section of the CAAC-OS observed from a direction substantially parallel to the sample surface. For observation of the high-resolution TEM image, a spherical aberration correction function was used. A high-resolution TEM image using the spherical aberration correction function is particularly referred to as a Cs-corrected high-resolution TEM image. Acquisition of a Cs-corrected high-resolution TEM image can be performed by, for example, an atomic resolution analytical electron microscope JEM-ARM200F manufactured by JEOL Ltd.

図15(A)の領域(1)を拡大したCs補正高分解能TEM像を図15(B)に示す。図15(B)より、ペレットにおいて、金属原子が層状に配列していることを確認できる。金属原子の各層の配列は、CAAC−OSの膜を形成する面(「被形成面」ともいう。)または上面の凹凸を反映しており、CAAC−OSの被形成面または上面と平行となる。 FIG. 15B shows a Cs-corrected high-resolution TEM image obtained by enlarging the region (1) in FIG. FIG. 15B shows that metal atoms are arranged in layers in the pellet. The arrangement of each layer of metal atoms reflects a surface on which a CAAC-OS film is formed (also referred to as a “formation surface”) or an uneven surface, and is parallel to the formation surface or the top surface of the CAAC-OS. .

図15(B)に示すように、CAAC−OSは特徴的な原子配列を有する。図15(C)は、特徴的な原子配列を、補助線で示したものである。図15(B)および図15(C)より、ペレット一つの大きさは1nm以上のものや、3nm以上のものがあり、ペレットとペレットとの傾きにより生じる隙間の大きさは0.8nm程度であることがわかる。したがって、ペレットを、ナノ結晶(nc:nanocrystal)と呼ぶこともできる。また、CAAC−OSを、CANC(C−Axis Aligned nanocrystals)を有する酸化物半導体と呼ぶこともできる。 As shown in FIG. 15B, the CAAC-OS has a characteristic atomic arrangement. FIG. 15C shows a characteristic atomic arrangement with auxiliary lines. From FIG. 15 (B) and FIG. 15 (C), the size of one pellet is 1 nm or more or 3 nm or more, and the size of the gap caused by the inclination between the pellet and the pellet is about 0.8 nm. I know that there is. Therefore, the pellet can also be referred to as a nanocrystal (nc). In addition, the CAAC-OS can be referred to as an oxide semiconductor including CANC (C-Axis aligned nanocrystals).

ここで、Cs補正高分解能TEM像をもとに、基板5120上のCAAC−OSのペレット5100の配置を模式的に示すと、レンガまたはブロックが積み重なったような構造となる(図15(D)参照。)。図15(C)で観察されたペレットとペレットとの間で傾きが生じている箇所は、図15(D)に示す領域5161に相当する。 Here, based on the Cs-corrected high-resolution TEM image, the arrangement of the CAAC-OS pellets 5100 on the substrate 5120 is schematically shown as a structure in which bricks or blocks are stacked (FIG. 15D). reference.). A portion where an inclination is generated between the pellets observed in FIG. 15C corresponds to a region 5161 illustrated in FIG.

また、図16(A)に、試料面と略垂直な方向から観察したCAAC−OSの平面のCs補正高分解能TEM像を示す。図16(A)の領域(1)、領域(2)および領域(3)を拡大したCs補正高分解能TEM像を、それぞれ図16(B)、図16(C)および図16(D)に示す。図16(B)、図16(C)および図16(D)より、ペレットは、金属原子が三角形状、四角形状または六角形状に配列していることを確認できる。しかしながら、異なるペレット間で、金属原子の配列に規則性は見られない。 FIG. 16A shows a Cs-corrected high-resolution TEM image of the plane of the CAAC-OS observed from a direction substantially perpendicular to the sample surface. The Cs-corrected high-resolution TEM images obtained by enlarging the region (1), the region (2), and the region (3) in FIG. 16 (A) are shown in FIGS. 16 (B), 16 (C), and 16 (D), respectively. Show. From FIG. 16B, FIG. 16C, and FIG. 16D, it can be confirmed that the metal atoms are arranged in a triangular shape, a quadrangular shape, or a hexagonal shape in the pellet. However, there is no regularity in the arrangement of metal atoms between different pellets.

次に、X線回折(XRD:X−Ray Diffraction)によって解析したCAAC−OSについて説明する。例えば、InGaZnOの結晶を有するCAAC−OSに対し、out−of−plane法による構造解析を行うと、図17(A)に示すように回折角(2θ)が31°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、InGaZnOの結晶の(009)面に帰属されることから、CAAC−OSの結晶がc軸配向性を有し、c軸が被形成面または上面に略垂直な方向を向いていることが確認できる。 Next, the CAAC-OS analyzed by X-ray diffraction (XRD: X-Ray Diffraction) will be described. For example, when structural analysis by an out-of-plane method is performed on a CAAC-OS including an InGaZnO 4 crystal, a peak appears at a diffraction angle (2θ) of around 31 ° as illustrated in FIG. There is. Since this peak is attributed to the (009) plane of the InGaZnO 4 crystal, the CAAC-OS crystal has c-axis orientation, and the c-axis is oriented in a direction substantially perpendicular to the formation surface or the top surface. It can be confirmed.

なお、CAAC−OSのout−of−plane法による構造解析では、2θが31°近傍のピークの他に、2θが36°近傍にもピークが現れる場合がある。2θが36°近傍のピークは、CAAC−OS中の一部に、c軸配向性を有さない結晶が含まれることを示している。より好ましいCAAC−OSは、out−of−plane法による構造解析では、2θが31°近傍にピークを示し、2θが36°近傍にピークを示さない。 Note that in structural analysis of the CAAC-OS by an out-of-plane method, in addition to a peak where 2θ is around 31 °, a peak may also appear when 2θ is around 36 °. A peak at 2θ of around 36 ° indicates that a crystal having no c-axis alignment is included in part of the CAAC-OS. In a more preferable CAAC-OS, in the structural analysis by the out-of-plane method, 2θ has a peak in the vicinity of 31 °, and 2θ has no peak in the vicinity of 36 °.

一方、CAAC−OSに対し、c軸に略垂直な方向からX線を入射させるin−plane法による構造解析を行うと、2θが56°近傍にピークが現れる。このピークは、InGaZnOの結晶の(110)面に帰属される。CAAC−OSの場合は、2θを56°近傍に固定し、試料面の法線ベクトルを軸(φ軸)として試料を回転させながら分析(φスキャン)を行っても、図17(B)に示すように明瞭なピークは現れない。これに対し、InGaZnOの単結晶酸化物半導体であれば、2θを56°近傍に固定してφスキャンした場合、図17(C)に示すように(110)面と等価な結晶面に帰属されるピークが6本観察される。したがって、XRDを用いた構造解析から、CAAC−OSは、a軸およびb軸の配向が不規則であることが確認できる。 On the other hand, when structural analysis is performed on the CAAC-OS by an in-plane method in which X-rays are incident from a direction substantially perpendicular to the c-axis, a peak appears at 2θ of around 56 °. This peak is attributed to the (110) plane of the InGaZnO 4 crystal. In the case of CAAC-OS, even when 2θ is fixed at around 56 ° and analysis (φ scan) is performed while rotating the sample with the normal vector of the sample surface as the axis (φ axis), FIG. A clear peak does not appear as shown. In contrast, in the case of a single crystal oxide semiconductor of InGaZnO 4 , when φ scan is performed with 2θ fixed at around 56 °, it belongs to a crystal plane equivalent to the (110) plane as shown in FIG. 6 peaks are observed. Therefore, structural analysis using XRD can confirm that the CAAC-OS has irregular orientations in the a-axis and the b-axis.

次に、電子回折によって解析したCAAC−OSについて説明する。例えば、InGaZnOの結晶を有するCAAC−OSに対し、試料面に平行にプローブ径が300nmの電子線を入射させると、図18(A)に示すような回折パターン(「制限視野透過電子回折パターン」ともいう。)が現れる場合がある。この回折パターンには、InGaZnOの結晶の(009)面に起因するスポットが含まれる。したがって、電子回折によっても、CAAC−OSに含まれるペレットがc軸配向性を有し、c軸が被形成面または上面に略垂直な方向を向いていることがわかる。一方、同じ試料に対し、試料面に垂直にプローブ径が300nmの電子線を入射させたときの回折パターンを図18(B)に示す。図18(B)より、リング状の回折パターンが確認される。したがって、電子回折によっても、CAAC−OSに含まれるペレットのa軸およびb軸は配向性を有さないことがわかる。なお、図18(B)における第1リングは、InGaZnOの結晶の(010)面および(100)面などに起因すると考えられる。また、図18(B)における第2リングは(110)面などに起因すると考えられる。 Next, a CAAC-OS analyzed by electron diffraction will be described. For example, when an electron beam with a probe diameter of 300 nm is incident on a CAAC-OS including an InGaZnO 4 crystal in parallel with a sample surface, a diffraction pattern as illustrated in FIG. May also appear.) This diffraction pattern includes spots caused by the (009) plane of the InGaZnO 4 crystal. Therefore, electron diffraction shows that the pellets included in the CAAC-OS have c-axis alignment, and the c-axis is in a direction substantially perpendicular to the formation surface or the top surface. On the other hand, FIG. 18B shows a diffraction pattern obtained when an electron beam with a probe diameter of 300 nm is incident on the same sample in a direction perpendicular to the sample surface. From FIG. 18B, a ring-shaped diffraction pattern is confirmed. Therefore, electron diffraction shows that the a-axis and the b-axis of the pellet included in the CAAC-OS have no orientation. Note that the first ring in FIG. 18B is considered to originate from the (010) plane and the (100) plane of the InGaZnO 4 crystal. Further, the second ring in FIG. 18B is considered to be caused by the (110) plane and the like.

上述したように、CAAC−OSは結晶性の高い酸化物半導体である。酸化物半導体の結晶性は不純物の混入や欠陥の生成などによって低下する場合があるため、逆の見方をするとCAAC−OSは不純物や欠陥(酸素欠損など)の少ない酸化物半導体ともいえる。 As described above, the CAAC-OS is an oxide semiconductor with high crystallinity. Since the crystallinity of an oxide semiconductor may be deteriorated by entry of impurities, generation of defects, or the like, in reverse, the CAAC-OS can be said to be an oxide semiconductor with few impurities and defects (such as oxygen vacancies).

なお、不純物は、酸化物半導体の主成分以外の元素で、水素、炭素、シリコン、遷移金属元素などがある。例えば、シリコンなどの、酸化物半導体を構成する金属元素よりも酸素との結合力の強い元素は、酸化物半導体から酸素を奪うことで酸化物半導体の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。また、鉄やニッケルなどの重金属、アルゴン、二酸化炭素などは、原子半径(または分子半径)が大きいため、酸化物半導体の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。 Note that the impurity means an element other than the main components of the oxide semiconductor, such as hydrogen, carbon, silicon, or a transition metal element. For example, an element such as silicon, which has a stronger bonding force with oxygen than a metal element included in an oxide semiconductor, disturbs the atomic arrangement of the oxide semiconductor by depriving the oxide semiconductor of oxygen, thereby reducing crystallinity. It becomes a factor. In addition, heavy metals such as iron and nickel, argon, carbon dioxide, and the like have large atomic radii (or molecular radii), which disturbs the atomic arrangement of the oxide semiconductor and decreases crystallinity.

酸化物半導体が不純物や欠陥を有する場合、光や熱などによって特性が変動する場合がある。例えば、酸化物半導体に含まれる不純物は、キャリアトラップとなる場合や、キャリア発生源となる場合がある。また、酸化物半導体中の酸素欠損は、キャリアトラップとなる場合や、水素を捕獲することによってキャリア発生源となる場合がある。 In the case where an oxide semiconductor has impurities or defects, characteristics may fluctuate due to light, heat, or the like. For example, an impurity contained in the oxide semiconductor might serve as a carrier trap or a carrier generation source. In addition, oxygen vacancies in the oxide semiconductor may serve as carrier traps or may serve as carrier generation sources by capturing hydrogen.

不純物および酸素欠損の少ないCAAC−OSは、キャリア密度の低い酸化物半導体である。具体的には、8×1011個/cm未満、好ましくは1×1011個/cm未満、さらに好ましくは1×1010個/cm未満であり、1×10−9個/cm以上のキャリア密度の酸化物半導体とすることができる。そのような酸化物半導体を、高純度真性または実質的に高純度真性な酸化物半導体と呼ぶ。CAAC−OSは、不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低い。即ち、安定な特性を有する酸化物半導体であるといえる。 A CAAC-OS with few impurities and oxygen vacancies is an oxide semiconductor with low carrier density. Specifically, it is less than 8 × 10 11 pieces / cm 3 , preferably less than 1 × 10 11 pieces / cm 3 , more preferably less than 1 × 10 10 pieces / cm 3 , and 1 × 10 −9 pieces / cm 3. An oxide semiconductor having a carrier density of 3 or more can be obtained. Such an oxide semiconductor is referred to as a highly purified intrinsic or substantially highly purified intrinsic oxide semiconductor. The CAAC-OS has a low impurity concentration and a low density of defect states. That is, it can be said that the oxide semiconductor has stable characteristics.

<nc−OS>
nc−OSは、高分解能TEM像において、結晶部を確認することのできる領域と、明確な結晶部を確認することのできない領域と、を有する。nc−OSに含まれる結晶部は、1nm以上10nm以下、または1nm以上3nm以下の大きさであることが多い。なお、結晶部の大きさが10nmより大きく100nm以下である酸化物半導体を微結晶酸化物半導体と呼ぶことがある。nc−OSは、例えば、高分解能TEM像では、結晶粒界を明確に確認できない場合がある。なお、ナノ結晶は、CAAC−OSにおけるペレットと起源を同じくする可能性がある。そのため、以下ではnc−OSの結晶部をペレットと呼ぶ場合がある。
<Nc-OS>
The nc-OS has a region where a crystal part can be confirmed and a region where a clear crystal part cannot be confirmed in a high-resolution TEM image. In many cases, a crystal part included in the nc-OS has a size of 1 nm to 10 nm, or 1 nm to 3 nm. Note that an oxide semiconductor in which the size of a crystal part is greater than 10 nm and less than or equal to 100 nm is sometimes referred to as a microcrystalline oxide semiconductor. For example, the nc-OS may not be able to clearly confirm a crystal grain boundary in a high-resolution TEM image. Note that the nanocrystal may have the same origin as the pellet in the CAAC-OS. Therefore, the crystal part of nc-OS is sometimes referred to as a pellet below.

nc−OSは、微小な領域(例えば、1nm以上10nm以下の領域、特に1nm以上3nm以下の領域)において原子配列に周期性を有する。また、nc−OSは、異なるペレット間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。したがって、nc−OSは、分析方法によっては、a−like OSや非晶質酸化物半導体と区別が付かない場合がある。例えば、nc−OSに対し、ペレットよりも大きい径のX線を用いた場合、out−of−plane法による解析では、結晶面を示すピークは検出されない。また、nc−OSに対し、ペレットよりも大きいプローブ径(例えば50nm以上)の電子線を用いる電子回折を行うと、ハローパターンのような回折パターンが観測される。一方、nc−OSに対し、ペレットの大きさと近いかペレットより小さいプローブ径の電子線を用いるナノビーム電子回折を行うと、スポットが観測される。また、nc−OSに対しナノビーム電子回折を行うと、円を描くように(リング状に)輝度の高い領域が観測される場合がある。さらに、リング状の領域内に複数のスポットが観測される場合がある。 The nc-OS has periodicity in atomic arrangement in a minute region (for example, a region of 1 nm to 10 nm, particularly a region of 1 nm to 3 nm). In addition, the nc-OS has no regularity in crystal orientation between different pellets. Therefore, orientation is not seen in the whole film. Therefore, the nc-OS may not be distinguished from an a-like OS or an amorphous oxide semiconductor depending on an analysis method. For example, when an X-ray having a diameter larger than that of the pellet is used for nc-OS, a peak indicating a crystal plane is not detected in the analysis by the out-of-plane method. Further, when electron diffraction using an electron beam having a probe diameter (for example, 50 nm or more) larger than that of the pellet is performed on the nc-OS, a diffraction pattern such as a halo pattern is observed. On the other hand, when nanobeam electron diffraction is performed on the nc-OS using an electron beam having a probe diameter that is close to the pellet size or smaller than the pellet size, spots are observed. Further, when nanobeam electron diffraction is performed on the nc-OS, a region with high luminance may be observed like a circle (in a ring shape). Furthermore, a plurality of spots may be observed in the ring-shaped region.

このように、ペレット(ナノ結晶)間では結晶方位が規則性を有さないことから、nc−OSを、RANC(Random Aligned nanocrystals)を有する酸化物半導体、またはNANC(Non−Aligned nanocrystals)を有する酸化物半導体と呼ぶこともできる。 Thus, since the crystal orientation does not have regularity between pellets (nanocrystals), nc-OS has an oxide semiconductor having RANC (Random Aligned Nanocrystals) or NANC (Non-Aligned nanocrystals). It can also be called an oxide semiconductor.

nc−OSは、非晶質酸化物半導体よりも規則性の高い酸化物半導体である。そのため、nc−OSは、a−like OSや非晶質酸化物半導体よりも欠陥準位密度が低くなる。ただし、nc−OSは、異なるペレット間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、nc−OSは、CAAC−OSと比べて欠陥準位密度が高くなる。 The nc-OS is an oxide semiconductor that has higher regularity than an amorphous oxide semiconductor. Therefore, the nc-OS has a lower density of defect states than an a-like OS or an amorphous oxide semiconductor. Note that the nc-OS does not have regularity in crystal orientation between different pellets. Therefore, the nc-OS has a higher density of defect states than the CAAC-OS.

<a−like OS>
a−like OSは、nc−OSと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する酸化物半導体である。a−like OSは、高分解能TEM像において鬆が観察される場合がある。また、高分解能TEM像において、明確に結晶部を確認することのできる領域と、結晶部を確認することのできない領域と、を有する。
<A-like OS>
The a-like OS is an oxide semiconductor having a structure between the nc-OS and an amorphous oxide semiconductor. In the a-like OS, a void may be observed in a high-resolution TEM image. Moreover, in a high-resolution TEM image, it has the area | region which can confirm a crystal part clearly, and the area | region which cannot confirm a crystal part.

鬆を有するため、a−like OSは、不安定な構造である。以下では、a−like OSが、CAAC−OSおよびnc−OSと比べて不安定な構造であることを示すため、電子照射による構造の変化を示す。 Since it has a void, the a-like OS has an unstable structure. Hereinafter, in order to show that the a-like OS has an unstable structure as compared with the CAAC-OS and the nc-OS, changes in the structure due to electron irradiation are shown.

電子照射を行う試料として、a−like OS(試料Aと表記する。)、nc−OS(試料Bと表記する。)およびCAAC−OS(試料Cと表記する。)を準備する。いずれの試料もIn−Ga−Zn酸化物である。 As samples for electron irradiation, a-like OS (referred to as sample A), nc-OS (referred to as sample B), and CAAC-OS (referred to as sample C) are prepared. Each sample is an In—Ga—Zn oxide.

まず、各試料の高分解能断面TEM像を取得する。高分解能断面TEM像により、各試料は、いずれも結晶部を有することがわかる。 First, a high-resolution cross-sectional TEM image of each sample is acquired. It can be seen from the high-resolution cross-sectional TEM image that each sample has a crystal part.

なお、どの部分を一つの結晶部と見なすかの判定は、以下のように行えばよい。例えば、InGaZnOの結晶の単位格子は、In−O層を3層有し、またGa−Zn−O層を6層有する、計9層がc軸方向に層状に重なった構造を有することが知られている。これらの近接する層同士の間隔は、(009)面の格子面間隔(「d値」ともいう。)と同程度であり、結晶構造解析からその値は0.29nmと求められている。したがって、格子縞の間隔が0.28nm以上0.30nm以下である箇所を、InGaZnOの結晶部と見なすことができる。なお、格子縞は、InGaZnOの結晶のa−b面に対応する。 The determination of which part is regarded as one crystal part may be performed as follows. For example, the unit cell of an InGaZnO 4 crystal has a structure in which three In—O layers and six Ga—Zn—O layers have a total of nine layers stacked in the c-axis direction. Are known. The spacing between these adjacent layers is approximately the same as the lattice spacing of the (009) plane (also referred to as “d value”), and the value is determined to be 0.29 nm from crystal structure analysis. Therefore, a portion where the interval between lattice fringes is 0.28 nm or more and 0.30 nm or less can be regarded as a crystal part of InGaZnO 4 . Note that the lattice fringes correspond to the ab plane of the InGaZnO 4 crystal.

図19は、各試料の結晶部(22箇所から45箇所)の平均の大きさを調査した例である。ただし、上述した格子縞の長さを結晶部の大きさとしている。図19より、a−like OSは、電子の累積照射量に応じて結晶部が大きくなっていくことがわかる。具体的には、図19中に(1)で示すように、TEMによる観察初期においては1.2nm程度の大きさだった結晶部(「初期核」ともいう。)が、電子の累積照射量が4.2×10/nmにおいては2.6nm程度の大きさまで成長していることがわかる。一方、nc−OSおよびCAAC−OSは、電子の累積照射量が電子照射開始時から4.2×10/nmまでの範囲で、結晶部の大きさに変化が見られないことがわかる。具体的には、図19中の(2)および(3)で示すように、電子の累積照射量によらず、nc−OSおよびCAAC−OSの結晶部の大きさは、それぞれ1.4nm程度および2.1nm程度であることがわかる。 FIG. 19 is an example in which the average size of the crystal parts (22 to 45 locations) of each sample was examined. However, the length of the lattice fringes described above is the size of the crystal part. From FIG. 19, it can be seen that in the a-like OS, the crystal part becomes larger according to the cumulative dose of electrons. Specifically, as indicated by (1) in FIG. 19, a crystal part (also referred to as “initial nucleus”) having a size of about 1.2 nm in the initial stage of observation by TEM is an accumulated electron irradiation dose. Is 4.2 × 10 8 e / nm 2 , and grows to a size of about 2.6 nm. On the other hand, in the case of the nc-OS and the CAAC-OS, there is no change in the size of the crystal part when the cumulative electron dose is in the range of 4.2 × 10 8 e / nm 2 from the start of electron irradiation. I understand. Specifically, as indicated by (2) and (3) in FIG. 19, the crystal part sizes of the nc-OS and the CAAC-OS are about 1.4 nm, respectively, regardless of the cumulative electron dose. And about 2.1 nm.

このように、a−like OSは、電子照射によって結晶部の成長が見られる場合がある。一方、nc−OSおよびCAAC−OSは、電子照射による結晶部の成長がほとんど見られないことがわかる。即ち、a−like OSは、nc−OSおよびCAAC−OSと比べて、不安定な構造であることがわかる。 As described above, in the a-like OS, a crystal part may be grown by electron irradiation. On the other hand, in the nc-OS and the CAAC-OS, the crystal part is hardly grown by electron irradiation. That is, it can be seen that the a-like OS has an unstable structure compared to the nc-OS and the CAAC-OS.

また、鬆を有するため、a−like OSは、nc−OSおよびCAAC−OSと比べて密度の低い構造である。具体的には、a−like OSの密度は、同じ組成の単結晶の密度の78.6%以上92.3%未満となる。また、nc−OSの密度およびCAAC−OSの密度は、同じ組成の単結晶の密度の92.3%以上100%未満となる。単結晶の密度の78%未満となる酸化物半導体は、成膜すること自体が困難である。 In addition, since it has a void, the a-like OS has a lower density than the nc-OS and the CAAC-OS. Specifically, the density of the a-like OS is 78.6% or more and less than 92.3% of the density of the single crystal having the same composition. Further, the density of the nc-OS and the density of the CAAC-OS are 92.3% or more and less than 100% of the density of the single crystal having the same composition. An oxide semiconductor that is less than 78% of the density of a single crystal is difficult to form.

例えば、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]を満たす酸化物半導体において、菱面体晶構造を有する単結晶InGaZnOの密度は6.357g/cmとなる。よって、例えば、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]を満たす酸化物半導体において、a−like OSの密度は5.0g/cm以上5.9g/cm未満となる。また、例えば、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]を満たす酸化物半導体において、nc−OSの密度およびCAAC−OSの密度は5.9g/cm以上6.3g/cm未満となる。 For example, in an oxide semiconductor satisfying In: Ga: Zn = 1: 1: 1 [atomic ratio], the density of single crystal InGaZnO 4 having a rhombohedral structure is 6.357 g / cm 3 . Thus, for example, in an oxide semiconductor that satisfies In: Ga: Zn = 1: 1: 1 [atomic ratio], the density of a-like OS is 5.0 g / cm 3 or more and less than 5.9 g / cm 3. . For example, in the oxide semiconductor satisfying In: Ga: Zn = 1: 1: 1 [atomic ratio], the density of the nc-OS and the density of the CAAC-OS is 5.9 g / cm 3 or more and 6.3 g / less than cm 3 .

なお、同じ組成の単結晶が存在しない場合がある。その場合、任意の割合で組成の異なる単結晶を組み合わせることにより、所望の組成における単結晶に相当する密度を見積もることができる。所望の組成の単結晶に相当する密度は、組成の異なる単結晶を組み合わせる割合に対して、加重平均を用いて見積もればよい。ただし、密度は、可能な限り少ない種類の単結晶を組み合わせて見積もることが好ましい。 Note that there may be no single crystal having the same composition. In that case, the density corresponding to the single crystal in a desired composition can be estimated by combining single crystals having different compositions at an arbitrary ratio. What is necessary is just to estimate the density corresponding to the single crystal of a desired composition using a weighted average with respect to the ratio which combines the single crystal from which a composition differs. However, the density is preferably estimated by combining as few kinds of single crystals as possible.

以上のように、酸化物半導体は、様々な構造をとり、それぞれが様々な特性を有する。なお、酸化物半導体は、例えば、非晶質酸化物半導体、a−like OS、nc−OS、CAAC−OSのうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。 As described above, oxide semiconductors have various structures and various properties. Note that the oxide semiconductor may be a stacked film including two or more of an amorphous oxide semiconductor, an a-like OS, an nc-OS, and a CAAC-OS, for example.

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

(実施の形態4)
本実施の形態では、本明細書等に開示したトランジスタを用いた半導体装置の一例について説明する。
(Embodiment 4)
In this embodiment, an example of a semiconductor device using the transistor disclosed in this specification and the like will be described.

≪半導体装置の構造例≫
図20(A)乃至図20(C)は、半導体装置400の断面図である。半導体装置400は、トランジスタ100とトランジスタ281を有する。なお、トランジスタ100は上記実施の形態に示した他のトランジスタと置き換えが可能である。図20(A)はトランジスタ100とトランジスタ281のチャネル長方向の断面図であり、図20(B)はチャネル幅方向の断面図である。図20(C)は図20(A)におけるトランジスタ281の拡大図である。
≪Example of semiconductor device structure≫
20A to 20C are cross-sectional views of the semiconductor device 400. FIG. The semiconductor device 400 includes a transistor 100 and a transistor 281. Note that the transistor 100 can be replaced with any of the other transistors described in the above embodiments. 20A is a cross-sectional view in the channel length direction of the transistor 100 and the transistor 281, and FIG. 20B is a cross-sectional view in the channel width direction. FIG. 20C is an enlarged view of the transistor 281 in FIG.

半導体装置400は、基板401としてn型半導体を用いる。トランジスタ281は、チャネル形成領域283、高濃度p型不純物領域285、絶縁層286、電極287、構造体288を有する。また、絶縁層286を介して構造体288と重なる領域に低濃度p型不純物領域284を有する。絶縁層286はゲート絶縁層として機能できる。電極287はゲート電極として機能できる。トランジスタ281は、チャネル形成領域283が基板401の一部に形成される。 The semiconductor device 400 uses an n-type semiconductor as the substrate 401. The transistor 281 includes a channel formation region 283, a high-concentration p-type impurity region 285, an insulating layer 286, an electrode 287, and a structure 288. In addition, a low-concentration p-type impurity region 284 is provided in a region overlapping with the structure body 288 with the insulating layer 286 interposed therebetween. The insulating layer 286 can function as a gate insulating layer. The electrode 287 can function as a gate electrode. In the transistor 281, a channel formation region 283 is formed in part of the substrate 401.

低濃度p型不純物領域284は、電極287形成後、構造体288形成前に、電極287をマスクとして用いて不純物元素を導入することにより形成することができる。すなわち、低濃度p型不純物領域284は、自己整合によって形成することができる。構造体288の形成後、高濃度p型不純物領域285を形成する。なお、低濃度p型不純物領域284は高濃度p型不純物領域285と同じ導電型を有し、導電型を付与する不純物の濃度が高濃度p型不純物領域285よりも低い。また、低濃度p型不純物領域284は、状況に応じて設けなくてもよい。 The low-concentration p-type impurity region 284 can be formed by introducing an impurity element using the electrode 287 as a mask after the electrode 287 is formed and before the structure 288 is formed. That is, the low concentration p-type impurity region 284 can be formed by self-alignment. After the structure 288 is formed, a high concentration p-type impurity region 285 is formed. Note that the low-concentration p-type impurity region 284 has the same conductivity type as the high-concentration p-type impurity region 285, and the concentration of the impurity imparting conductivity is lower than that of the high-concentration p-type impurity region 285. Further, the low-concentration p-type impurity region 284 may not be provided depending on the situation.

トランジスタ281は、素子分離層414によって他のトランジスタと電気的に分離される。素子分離領域の形成は、LOCOS法(Local Oxidation of Silicon)や、STI法(Shallow Trench Isolation)などを用いることができる。 The transistor 281 is electrically isolated from other transistors by the element isolation layer 414. The element isolation region can be formed by a LOCOS method (Local Oxidation of Silicon), an STI method (Shallow Trench Isolation), or the like.

トランジスタ281はpチャネル型のトランジスタとして機能できる。また、トランジスタ282上に絶縁層403が形成され、絶縁層403上に絶縁層404が形成されている。絶縁層403、および絶縁層404は、絶縁層111と同様の材料および方法で形成することができる。なお、絶縁層403および絶縁層404は、酸素、水素、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等の不純物の拡散を防ぐ機能を有する絶縁材料を用いて形成することが好ましい。なお、絶縁層403と絶縁層404のどちらか一方を省略してもよいし、絶縁層をさらに積層してもよい。 The transistor 281 can function as a p-channel transistor. An insulating layer 403 is formed over the transistor 282, and an insulating layer 404 is formed over the insulating layer 403. The insulating layer 403 and the insulating layer 404 can be formed using a material and a method similar to those of the insulating layer 111. Note that the insulating layer 403 and the insulating layer 404 are preferably formed using an insulating material having a function of preventing diffusion of impurities such as oxygen, hydrogen, water, alkali metal, and alkaline earth metal. Note that one of the insulating layer 403 and the insulating layer 404 may be omitted, or an insulating layer may be further stacked.

また、半導体装置400は、絶縁層404上に平坦な表面を有する絶縁層405を有する。絶縁層405は、絶縁層112と同様の材料および方法で形成することができる。また、絶縁層405表面にCMP処理を行ってもよい。 In addition, the semiconductor device 400 includes an insulating layer 405 having a flat surface over the insulating layer 404. The insulating layer 405 can be formed using a material and a method similar to those of the insulating layer 112. Further, CMP treatment may be performed on the surface of the insulating layer 405.

また、絶縁層405の上に、電極413a、電極413b、および電極413cが形成されている。電極413a、電極413b、および電極413cは、電極109aと同様の材料および方法で作製することができる。 Over the insulating layer 405, an electrode 413a, an electrode 413b, and an electrode 413c are formed. The electrode 413a, the electrode 413b, and the electrode 413c can be manufactured using a material and a method similar to those of the electrode 109a.

また、電極413aはコンタクトプラグ406aを介して高濃度p型不純物領域285の一方と電気的に接続されている。電極413bはコンタクトプラグ406bを介して高濃度p型不純物領域285の他方と電気的に接続されている。電極413cはコンタクトプラグ406cを介して電極287と電気的に接続されている。 The electrode 413a is electrically connected to one of the high-concentration p-type impurity regions 285 through a contact plug 406a. The electrode 413b is electrically connected to the other of the high concentration p-type impurity region 285 through a contact plug 406b. The electrode 413c is electrically connected to the electrode 287 through a contact plug 406c.

また、電極413a、電極413b、および電極413cを覆って絶縁層407が形成されている。絶縁層407は、絶縁層405と同様の材料および方法で形成することができる。また、絶縁層407の表面にCMP処理を行ってもよい。 An insulating layer 407 is formed so as to cover the electrode 413a, the electrode 413b, and the electrode 413c. The insulating layer 407 can be formed using a material and a method similar to those of the insulating layer 405. Further, CMP treatment may be performed on the surface of the insulating layer 407.

また、絶縁層407上に絶縁層102が形成されている。絶縁層407よりも上層の構成については、上記実施の形態を参酌すれば理解できる。よって、本実施の形態での詳細な説明は省略する。また、電極109bはコンタクトプラグ112dを介して電極413bと電気的に接続されている。 In addition, the insulating layer 102 is formed over the insulating layer 407. The structure above the insulating layer 407 can be understood with reference to the above embodiment. Therefore, detailed description in this embodiment is omitted. The electrode 109b is electrically connected to the electrode 413b through the contact plug 112d.

<変形例1>
基板401の上にnチャネル型のトランジスタを設けてもよい。図21(A)および図21(B)は、半導体装置410の断面図である。半導体装置410は、半導体装置400にnチャネル型のトランジスタ282を付加した構成を有する。図21(A)はトランジスタ100、トランジスタ281、および、トランジスタ282のチャネル長方向の断面図であり、図21(B)はトランジスタ282の拡大図である。
<Modification 1>
An n-channel transistor may be provided over the substrate 401. FIG. 21A and FIG. 21B are cross-sectional views of the semiconductor device 410. The semiconductor device 410 has a structure in which an n-channel transistor 282 is added to the semiconductor device 400. 21A is a cross-sectional view of the transistor 100, the transistor 281, and the transistor 282 in the channel length direction, and FIG. 21B is an enlarged view of the transistor 282.

トランジスタ282は、チャネル形成領域1283がウェル220に形成される。また、トランジスタ282は、チャネル形成領域1283、高濃度n型不純物領域1285、絶縁層286、電極287、構造体288を有する。また、絶縁層286を介して構造体288と重なる領域に低濃度n型不純物領域1284を有する。 In the transistor 282, a channel formation region 1283 is formed in the well 220. The transistor 282 includes a channel formation region 1283, a high-concentration n-type impurity region 1285, an insulating layer 286, an electrode 287, and a structure 288. A low-concentration n-type impurity region 1284 is provided in a region overlapping with the structure body 288 with the insulating layer 286 interposed therebetween.

低濃度n型不純物領域1284は、電極287形成後、構造体288形成前に、電極287をマスクとして用いて不純物元素を導入することにより形成することができる。すなわち、低濃度n型不純物領域1284は、自己整合により形成することができる。構造体288の形成後、高濃度n型不純物領域1285を形成する。なお、低濃度n型不純物領域1284は高濃度n型不純物領域1285と同じ導電型を有し、導電型を付与する不純物の濃度が高濃度n型不純物領域1285よりも低い。また、低濃度n型不純物領域1284は、状況に応じて設けなくてもよい。 The low-concentration n-type impurity region 1284 can be formed by introducing an impurity element using the electrode 287 as a mask after the electrode 287 is formed and before the structure 288 is formed. That is, the low concentration n-type impurity region 1284 can be formed by self-alignment. After the structure 288 is formed, a high concentration n-type impurity region 1285 is formed. Note that the low-concentration n-type impurity region 1284 has the same conductivity type as the high-concentration n-type impurity region 1285, and the concentration of the impurity imparting conductivity is lower than that of the high-concentration n-type impurity region 1285. Further, the low-concentration n-type impurity region 1284 may not be provided depending on the situation.

<変形例2>
トランジスタ100の上方に、さらにトランジスタ100を設けてもよい。図22は、半導体装置420の断面図である。半導体装置420は、半導体装置410上にトランジスタ100と同様の構成を有するトランジスタ100aを有する。トランジスタ100aは絶縁層112上に絶縁層407aおよび絶縁層102aを介して設けられている。絶縁層407aおよび絶縁層102aは、それぞれ絶縁層407および絶縁層102と同様の材料および方法で設けることができる。また、トランジスタ100aはトランジスタ100と同様に作製することができる。
<Modification 2>
A transistor 100 may be further provided above the transistor 100. FIG. 22 is a cross-sectional view of the semiconductor device 420. The semiconductor device 420 includes a transistor 100 a having a structure similar to that of the transistor 100 over the semiconductor device 410. The transistor 100a is provided over the insulating layer 112 with the insulating layer 407a and the insulating layer 102a interposed therebetween. The insulating layer 407a and the insulating layer 102a can be provided using a material and a method similar to those of the insulating layer 407 and the insulating layer 102, respectively. Further, the transistor 100a can be manufactured similarly to the transistor 100.

また、半導体装置420は、容量素子141および容量素子142を有する。容量素子141を構成する一方の電極413cは、電極413aおよび電極413bを形成するための導電層の一部を用いて、電極413aおよび電極413bと同じ層に設けることができる。また、容量素子141を構成する他方の電極109cは、電極109aおよび電極109bを形成するための導電層の一部を用いて、電極109aおよび電極109bと同じ層に設けることができる。電極109cと電極413cに挟まれた絶縁層は、容量素子141の誘電体層として機能できる。 In addition, the semiconductor device 420 includes a capacitor 141 and a capacitor 142. One electrode 413c included in the capacitor 141 can be provided in the same layer as the electrode 413a and the electrode 413b by using part of a conductive layer for forming the electrode 413a and the electrode 413b. The other electrode 109c included in the capacitor 141 can be provided in the same layer as the electrode 109a and the electrode 109b by using part of the conductive layer for forming the electrode 109a and the electrode 109b. The insulating layer sandwiched between the electrode 109c and the electrode 413c can function as a dielectric layer of the capacitor 141.

<変形例3>
図23(A)乃至図23(C)は半導体装置430の断面図である。半導体装置430は、半導体装置400が有するトランジスタ281を、Fin型のトランジスタ291に置き換えた構成を有する。トランジスタをFin型とすることにより、実効上のチャネル幅が増大し、トランジスタのオン特性を向上させることができる。また、チャネル形成領域に対するゲート電極の電界の寄与を高くすることができるため、トランジスタのオフ特性を向上させることができる。
<Modification 3>
23A to 23C are cross-sectional views of the semiconductor device 430. FIG. The semiconductor device 430 has a structure in which the transistor 281 included in the semiconductor device 400 is replaced with a Fin-type transistor 291. By using a Fin type transistor, the effective channel width can be increased and the on-state characteristics of the transistor can be improved. In addition, since the contribution of the electric field of the gate electrode to the channel formation region can be increased, the off characteristics of the transistor can be improved.

〔半導体回路〕
本明細書等に開示したトランジスタは、OR回路、AND回路、NAND回路、およびNOR回路などの論理回路や、インバータ回路、バッファ回路、シフトレジスタ回路、フリップフロップ回路、エンコーダ回路、デコーダ回路、増幅回路、アナログスイッチ回路、積分回路、微分回路、およびメモリ素子などの様々な半導体回路に用いることができる。
[Semiconductor circuit]
The transistors disclosed in this specification and the like include logic circuits such as an OR circuit, an AND circuit, a NAND circuit, and a NOR circuit, an inverter circuit, a buffer circuit, a shift register circuit, a flip-flop circuit, an encoder circuit, a decoder circuit, and an amplifier circuit It can be used for various semiconductor circuits such as analog switch circuits, integration circuits, differentiation circuits, and memory elements.

本実施の形態では、図24(A)乃至図24(C)を用いて、周辺回路および画素回路に用いることができるCMOS回路などの一例を示す。なお、本明細書などで参酌する回路図などにおいて、OSトランジスタを適用することが好ましいトランジスタの回路記号に「OS」を付している。 In this embodiment, an example of a CMOS circuit or the like that can be used for a peripheral circuit and a pixel circuit is described with reference to FIGS. Note that in a circuit diagram and the like referred to in this specification and the like, “OS” is attached to a circuit symbol of a transistor to which an OS transistor is preferably applied.

図24(A)に示すCMOS回路は、pチャネル型のトランジスタ281とnチャネル型のトランジスタ282を直列に接続し、且つ、それぞれのゲートを接続した、インバータ回路の構成例を示している。 The CMOS circuit illustrated in FIG. 24A illustrates an example of a structure of an inverter circuit in which a p-channel transistor 281 and an n-channel transistor 282 are connected in series and gates thereof are connected.

図24(B)に示すCMOS回路は、pチャネル型のトランジスタ281とnチャネル型のトランジスタ282を並列に接続した、アナログスイッチ回路の構成例を示している。 The CMOS circuit illustrated in FIG. 24B illustrates a configuration example of an analog switch circuit in which a p-channel transistor 281 and an n-channel transistor 282 are connected in parallel.

図24(C)に示すCMOS回路は、トランジスタ281a、トランジスタ281b、トランジスタ282a、およびトランジスタ282bを用いたNAND回路の構成例を示している。NAND回路は、入力端子IN_Aと入力端子IN_Bに入力される電位の組み合わせによって、出力される電位が変化する。 The CMOS circuit illustrated in FIG. 24C illustrates a configuration example of a NAND circuit including the transistor 281a, the transistor 281b, the transistor 282a, and the transistor 282b. In the NAND circuit, the output potential changes depending on the combination of the potentials input to the input terminal IN_A and the input terminal IN_B.

〔記憶装置〕
図25(A)に示す回路は、トランジスタ289のソースまたはドレインの一方を、トランジスタ1281のゲートおよび容量素子257の一方の電極に接続した記憶装置の構成例を示している。また、図25(B)に示す回路は、トランジスタ289のソースまたはドレインの一方を、容量素子257の一方の電極に接続した記憶装置の構成例を示している。
〔Storage device〕
The circuit illustrated in FIG. 25A illustrates a configuration example of a memory device in which one of the source and the drain of the transistor 289 is connected to the gate of the transistor 1281 and one electrode of the capacitor 257. The circuit illustrated in FIG. 25B illustrates a configuration example of a memory device in which one of a source and a drain of the transistor 289 is connected to one electrode of the capacitor 257.

図25(A)および図25(B)に示す回路は、トランジスタ289のソースまたはドレインの他方から入力された電荷を、ノード256に保持することができる。トランジスタ289にOSトランジスタを用いることで、長期間に渡ってノード256の電荷を保持することができる。 In the circuits illustrated in FIGS. 25A and 25B, the charge input from the other of the source and the drain of the transistor 289 can be held in the node 256. By using an OS transistor as the transistor 289, the charge of the node 256 can be held for a long time.

図25(A)ではトランジスタ1281として、pチャネル型のトランジスタを示しているが、nチャネル型のトランジスタを用いてもよい。例えば、トランジスタ1281として、トランジスタ281またはトランジスタ282を用いてもよい。また、トランジスタ1281としてOSトランジスタを用いてもよい。 Although a p-channel transistor is illustrated as the transistor 1281 in FIG. 25A, an n-channel transistor may be used. For example, the transistor 281 or the transistor 282 may be used as the transistor 1281. Further, an OS transistor may be used as the transistor 1281.

ここで、図25(A)および図25(B)に示した半導体装置(記憶装置)について、詳細に説明しておく。 Here, the semiconductor device (memory device) illustrated in FIGS. 25A and 25B will be described in detail.

図25(A)に示す半導体装置は、第1の半導体を用いたトランジスタ1281と第2の半導体を用いたトランジスタ289、および容量素子257を有している。 A semiconductor device illustrated in FIG. 25A includes a transistor 1281 using a first semiconductor, a transistor 289 using a second semiconductor, and a capacitor 257.

トランジスタ289は、上記実施の形態に開示したOSトランジスタである。トランジスタ289のオフ電流が小さいことにより、半導体装置の特定のノードに長期にわたり記憶内容を保持することが可能である。つまり、リフレッシュ動作を必要としない、またはリフレッシュ動作の頻度が極めて少なくすることが可能となるため、消費電力の低い半導体装置となる。 The transistor 289 is the OS transistor disclosed in the above embodiment. Since the off-state current of the transistor 289 is small, stored data can be held in a specific node of the semiconductor device for a long time. That is, a refresh operation is not required or the frequency of the refresh operation can be extremely low, so that the semiconductor device with low power consumption is obtained.

図25(A)において、配線251はトランジスタ1281のソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、配線252はトランジスタ1281ソースまたはドレインの他方と電気的に接続される。また、配線253はトランジスタ289のソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、配線254はトランジスタ289のゲートと電気的に接続されている。そして、トランジスタ1281のゲート、トランジスタ289のソースまたはドレインの他方、および容量素子257の電極の一方は、ノード256と電気的に接続されている。また、配線255は容量素子257の電極の他方と電気的に接続されている。 In FIG. 25A, a wiring 251 is electrically connected to one of a source and a drain of the transistor 1281, and a wiring 252 is electrically connected to the other of the source and the drain of the transistor 1281. The wiring 253 is electrically connected to one of a source and a drain of the transistor 289, and the wiring 254 is electrically connected to the gate of the transistor 289. The gate of the transistor 1281, the other of the source and the drain of the transistor 289, and one of the electrodes of the capacitor 257 are electrically connected to the node 256. The wiring 255 is electrically connected to the other electrode of the capacitor 257.

図25(A)に示す半導体装置は、ノード256に与えられた電荷を保持可能という特性を有することで、以下に示すように、情報の書き込み、保持、読み出しが可能である。 The semiconductor device illustrated in FIG. 25A can hold charge applied to the node 256, so that data can be written, held, and read as described below.

〔書き込み動作、保持動作〕
情報の書き込みおよび保持について説明する。まず、配線254の電位を、トランジスタ289がオン状態となる電位にする。これにより、配線253の電位が、ノード256に与えられる。即ち、ノード256に所定の電荷が与えられる(書き込み)。ここでは、異なる二つの電位レベルを与える電荷(以下、「Lowレベル電荷」、「Highレベル電荷」という。)のどちらかが与えられるものとする。その後、配線254の電位を、トランジスタ289がオフ状態となる電位とすることで、ノード256に電荷が保持される。
[Write and hold operations]
Information writing and holding will be described. First, the potential of the wiring 254 is set to a potential at which the transistor 289 is turned on. Accordingly, the potential of the wiring 253 is supplied to the node 256. That is, a predetermined charge is given to the node 256 (writing). Here, it is assumed that one of two charges (hereinafter, referred to as “Low level charge” and “High level charge”) that gives two different potential levels is given. After that, the potential of the wiring 254 is set to a potential at which the transistor 289 is turned off, so that charge is held at the node 256.

なお、Highレベル電荷は、Lowレベル電荷よりもノード256に高い電位を与える電荷とする。また、トランジスタ1281にpチャネル型のトランジスタを用いる場合、Highレベル電荷およびLowレベル電荷は、どちらもトランジスタのしきい値電圧よりも高い電位を与える電荷とする。また、トランジスタ1281にnチャネル型のトランジスタを用いる場合、Highレベル電荷およびLowレベル電荷は、どちらもトランジスタのしきい値電圧よりもよりも低い電位である。すなわち、Highレベル電荷とLowレベル電荷は、どちらもトランジスタがオフ状態となる電位を与える電荷である。 Note that the high-level charge is a charge that applies a higher potential to the node 256 than the low-level charge. In the case where a p-channel transistor is used as the transistor 1281, the high-level charge and the low-level charge are both charges that give a potential higher than the threshold voltage of the transistor. In the case where an n-channel transistor is used as the transistor 1281, the high-level charge and the low-level charge are both lower than the threshold voltage of the transistor. That is, both the high-level charge and the low-level charge are charges that give a potential at which the transistor is turned off.

トランジスタ289のオフ電流は極めて小さいため、ノード256の電荷は長期間にわたって保持される。 Since the off-state current of the transistor 289 is extremely small, the charge of the node 256 is held for a long time.

〔読み出し動作〕
次に情報の読み出しについて説明する。配線251に配線252の電位と異なる所定の電位(定電位)を与えた状態で、配線255に読み出し電位Vを与えると、ノード256に保持されている情報を読み出すことができる。
[Read operation]
Next, reading of information will be described. A predetermined potential different from the potential of the wiring 252 to the wiring 251 in a state that gave (constant potential), given a read potential V R to the wiring 255, it is possible to read the information stored in the node 256.

Highレベル電荷により与えられる電位をV、Lowレベル電荷により与えられる電位をVとすると、読み出し電位Vは、{(Vth−V)+(Vth+V)}/2とすればよい。なお、情報の読み出しをしないときの配線255の電位は、トランジスタ1281にpチャネル型のトランジスタを用いる場合はVより高い電位とし、トランジスタ1281にnチャネル型のトランジスタを用いる場合はVより低い電位とすればよい。 High level potential V H given by the charge and the potential supplied by the Low level charge and V L, the read potential V R may be the {(Vth-V H) + (Vth + V L)} / 2. Note that the potential of the wiring 255 when information is not read is higher than V H when a p-channel transistor is used as the transistor 1281 and lower than VL when an n-channel transistor is used as the transistor 1281. What is necessary is just a potential.

例えば、トランジスタ1281にpチャネル型のトランジスタを用いる場合、トランジスタ1281のVthが−2Vであり、Vを1V、Vを−1Vとすると、Vを−2Vとすればよい。ノード256に書き込まれた電位がVのとき、配線255にVが与えられると、トランジスタ1281のゲートにV+V、すなわち−1Vが印加される。−1VはVthよりも高いため、トランジスタ1281はオン状態にならない。よって、配線252の電位は変化しない。また、ノード256に書き込まれた電位がVのとき、配線255にVが与えられると、トランジスタ1281のゲートにV+V、すなわち−3Vが印加される。−3VはVthよりも低いため、トランジスタ1281がオン状態になる。よって、配線252の電位が変化する。 For example, when using a p-channel transistor in the transistor 1281, Vth of the transistor 1281 is -2 V, the V H 1V, when the V L and -1 V, the V R may be set to -2 V. When potential written to the node 256 is V H, the V R is applied to the wiring 255, the gate to V R + V H of the transistor 1281, i.e. -1V is applied. Since −1V is higher than Vth, the transistor 1281 is not turned on. Therefore, the potential of the wiring 252 does not change. Also, potential written to the node 256 when the V L, when V R is applied to the wiring 255, the gate of the transistor 1281 V R + V L, i.e. -3V is applied. Since −3 V is lower than Vth, the transistor 1281 is turned on. Accordingly, the potential of the wiring 252 changes.

また、トランジスタ1281にnチャネル型のトランジスタを用いる場合、トランジスタ1281のVthが2Vであり、Vを1V、Vを−1Vとすると、Vを2Vとすればよい。ノード256に書き込まれた電位がVのとき、配線255にVが与えられると、トランジスタ1281のゲートにV+V、すなわち3Vが印加される。3VはVthよりも高いため、トランジスタ1281はオン状態になる。よって、配線252の電位が変化する。また、ノード256に書き込まれた電位がVのとき、配線255にVが与えられると、トランジスタ1281のゲートにV+V、すなわち1Vが印加される。1VはVthよりも低いため、トランジスタ1281はオン状態にならない。よって、配線252の電位は変化しない。 In the case of using an n-channel transistor in the transistor 1281, Vth of the transistor 1281 is 2V, the V H 1V, when the V L and -1 V, the V R may be set to 2V. When potential written to the node 256 is V H, the V R is applied to the wiring 255, V R + V H to the gate of the transistor 1281, i.e. 3V is applied. Since 3V is higher than Vth, the transistor 1281 is turned on. Accordingly, the potential of the wiring 252 changes. Also, potential written to the node 256 when the V L, when V R is applied to the wiring 255, the gate of the transistor 1281 V R + V L, i.e. 1V is applied. Since 1V is lower than Vth, the transistor 1281 is not turned on. Therefore, the potential of the wiring 252 does not change.

配線252の電位を判別することで、ノード256に保持されている情報を読み出すことができる。 By determining the potential of the wiring 252, information held in the node 256 can be read.

図25(B)に示す半導体装置は、トランジスタ1281を有さない点が図25(A)に示した半導体装置と異なる。この場合も図25(A)に示した半導体装置と同様の動作により情報の書き込みおよび保持が可能である。 The semiconductor device illustrated in FIG. 25B is different from the semiconductor device illustrated in FIG. 25A in that the transistor 1281 is not provided. In this case as well, information can be written and held by an operation similar to that of the semiconductor device illustrated in FIG.

図25(B)に示す半導体装置における、情報の読み出しについて説明する。配線254にトランジスタ289がオン状態になる電位が与えられると、浮遊状態である配線253と容量素子257とが導通し、配線253と容量素子257の間で電荷が再分配される。その結果、配線253の電位が変化する。配線253の電位の変化量は、ノード256の電位(またはノード256に蓄積された電荷)によって、異なる値をとる。 Information reading in the semiconductor device illustrated in FIG. 25B is described. When a potential at which the transistor 289 is turned on is applied to the wiring 254, the floating wiring 253 and the capacitor 257 are brought into conduction, and charge is redistributed between the wiring 253 and the capacitor 257. As a result, the potential of the wiring 253 changes. The amount of change in potential of the wiring 253 varies depending on the potential of the node 256 (or the charge accumulated in the node 256).

例えば、ノード256の電位をV、容量素子257の容量をC、配線253が有する容量成分をCB、電荷が再分配される前の配線253の電位をVB0とすると、電荷が再分配された後の配線253の電位は、(CB×VB0+C×V)/(CB+C)となる。したがって、メモリセルの状態として、ノード256の電位がV1とV0(V1>V0)の2つの状態をとるとすると、電位V1を保持している場合の配線253の電位(=(CB×VB0+C×V1)/(CB+C))は、電位V0を保持している場合の配線253の電位(=(CB×VB0+C×V0)/(CB+C))よりも高くなることがわかる。 For example, when the potential of the node 256 is V, the capacitance of the capacitor 257 is C, the capacitance component of the wiring 253 is CB, and the potential of the wiring 253 before the charge is redistributed is VB0, the charge is redistributed. The potential of the wiring 253 is (CB × VB0 + C × V) / (CB + C). Therefore, if the potential of the node 256 takes two states of V1 and V0 (V1> V0) as the state of the memory cell, the potential of the wiring 253 when the potential V1 is held (= (CB × VB0 + C × It can be seen that (V1) / (CB + C)) is higher than the potential of the wiring 253 when the potential V0 is held (= (CB × VB0 + C × V0) / (CB + C)).

そして、配線253の電位を所定の電位と比較することで、情報を読み出すことができる。 Then, information can be read by comparing the potential of the wiring 253 with a predetermined potential.

以上に示した半導体装置は、酸化物半導体を用いたオフ電流の極めて小さいトランジスタを適用することで、長期にわたって記憶内容を保持することが可能となる。つまり、リフレッシュ動作が不要となるか、またはリフレッシュ動作の頻度を極めて低くすることが可能となるため、消費電力の低い半導体装置を実現することができる。また、電力の供給がない場合(ただし、電位は固定されていることが好ましい)であっても、長期にわたって記憶内容を保持することが可能である。 In the semiconductor device described above, by using a transistor with an extremely small off-state current that uses an oxide semiconductor, stored data can be held for a long time. That is, a refresh operation is unnecessary or the frequency of the refresh operation can be extremely low, so that a semiconductor device with low power consumption can be realized. In addition, stored data can be held for a long time even when power is not supplied (note that a potential is preferably fixed).

また、該半導体装置は、情報の書き込みに高い電圧が不要であるため、素子の劣化が起こりにくい。例えば、従来の不揮発性メモリのように、フローティングゲートへの電子の注入や、フローティングゲートからの電子の引き抜きを行わないため、絶縁体の劣化といった問題が全く生じない。即ち、本発明の一態様に係る半導体装置は、従来の不揮発性メモリで問題となっている書き換え可能回数に制限はなく、信頼性が飛躍的に向上した半導体装置である。さらに、トランジスタの導通状態、非導通状態によって、情報の書き込みが行われるため、高速な動作が可能となる。 In addition, since the semiconductor device does not require a high voltage for writing information, the element hardly deteriorates. For example, unlike the conventional nonvolatile memory, since electrons are not injected into the floating gate and electrons are not extracted from the floating gate, there is no problem of deterioration of the insulator. In other words, the semiconductor device according to one embodiment of the present invention is a semiconductor device in which the number of rewritable times which is a problem in the conventional nonvolatile memory is not limited and the reliability is drastically improved. Further, since data is written depending on the conductive state and non-conductive state of the transistor, high-speed operation is possible.

〔CPU〕
本実施の形態では、上述したトランジスタを用いた半導体装置の一例として、CPUについて説明する。図26は、上述したトランジスタを一部に用いたCPUの構成例を示すブロック図である。
[CPU]
In this embodiment, a CPU will be described as an example of a semiconductor device using the above-described transistor. FIG. 26 is a block diagram illustrating a configuration example of a CPU in which some of the above-described transistors are used.

図26に示すCPUは、基板1190上に、ALU1191(ALU:Arithmetic logic unit、演算回路)、ALUコントローラ1192、インストラクションデコーダ1193、インタラプトコントローラ1194、タイミングコントローラ1195、レジスタ1196、レジスタコントローラ1197、バスインターフェース1198(Bus I/F)、書き換え可能なROM1199、およびROMインターフェース1189(ROM I/F)を有している。基板1190は、半導体基板、SOI基板、ガラス基板などを用いる。ROM1199およびROMインターフェース1189は、別チップに設けてもよい。もちろん、図26に示すCPUは、その構成を簡略化して示した一例にすぎず、実際のCPUはその用途によって多種多様な構成を有している。例えば、図26に示すCPUまたは演算回路を含む構成を一つのコアとし、当該コアを複数含み、それぞれのコアが並列で動作するような構成としてもよい。また、CPUが内部演算回路やデータバスで扱えるビット数は、例えば8ビット、16ビット、32ビット、64ビットなどとすることができる。 26 includes an ALU 1191 (ALU: arithmetic logic unit), an ALU controller 1192, an instruction decoder 1193, an interrupt controller 1194, a timing controller 1195, a register 1196, a register controller 1197, and a bus interface 1198. (Bus I / F), a rewritable ROM 1199, and a ROM interface 1189 (ROM I / F). As the substrate 1190, a semiconductor substrate, an SOI substrate, a glass substrate, or the like is used. The ROM 1199 and the ROM interface 1189 may be provided in separate chips. Needless to say, the CPU illustrated in FIG. 26 is just an example in which the configuration is simplified, and an actual CPU may have various configurations depending on the application. For example, the configuration including the CPU or the arithmetic circuit illustrated in FIG. 26 may be a single core, and a plurality of the cores may be included so that each core operates in parallel. Further, the number of bits that the CPU can handle with the internal arithmetic circuit or the data bus can be, for example, 8 bits, 16 bits, 32 bits, 64 bits, or the like.

バスインターフェース1198を介してCPUに入力された命令は、インストラクションデコーダ1193に入力され、デコードされた後、ALUコントローラ1192、インタラプトコントローラ1194、レジスタコントローラ1197、タイミングコントローラ1195に入力される。 Instructions input to the CPU via the bus interface 1198 are input to the instruction decoder 1193, decoded, and then input to the ALU controller 1192, interrupt controller 1194, register controller 1197, and timing controller 1195.

ALUコントローラ1192、インタラプトコントローラ1194、レジスタコントローラ1197、タイミングコントローラ1195は、デコードされた命令に基づき、各種制御を行なう。具体的にALUコントローラ1192は、ALU1191の動作を制御するための信号を生成する。また、インタラプトコントローラ1194は、CPUのプログラム実行中に、外部の入出力装置や、周辺回路からの割り込み要求を、その優先度やマスク状態から判断し、処理する。レジスタコントローラ1197は、レジスタ1196のアドレスを生成し、CPUの状態に応じてレジスタ1196の読み出しや書き込みを行なう。 The ALU controller 1192, interrupt controller 1194, register controller 1197, and timing controller 1195 perform various controls based on the decoded instructions. Specifically, the ALU controller 1192 generates a signal for controlling the operation of the ALU 1191. The interrupt controller 1194 determines and processes an interrupt request from an external input / output device or a peripheral circuit from the priority or mask state during execution of the CPU program. The register controller 1197 generates an address of the register 1196, and reads and writes the register 1196 according to the state of the CPU.

また、タイミングコントローラ1195は、ALU1191、ALUコントローラ1192、インストラクションデコーダ1193、インタラプトコントローラ1194、およびレジスタコントローラ1197の動作のタイミングを制御する信号を生成する。例えばタイミングコントローラ1195は、基準クロック信号を元に、内部クロック信号を生成する内部クロック生成部を備えており、内部クロック信号を上記各種回路に供給する。 In addition, the timing controller 1195 generates a signal for controlling the operation timing of the ALU 1191, the ALU controller 1192, the instruction decoder 1193, the interrupt controller 1194, and the register controller 1197. For example, the timing controller 1195 includes an internal clock generation unit that generates an internal clock signal based on the reference clock signal, and supplies the internal clock signal to the various circuits.

図26に示すCPUでは、レジスタ1196に、メモリセルが設けられている。レジスタ1196のメモリセルとして、上述したトランジスタや記憶装置などを用いることができる。 In the CPU illustrated in FIG. 26, a memory cell is provided in the register 1196. As the memory cell of the register 1196, the above-described transistor, memory device, or the like can be used.

図26に示すCPUにおいて、レジスタコントローラ1197は、ALU1191からの指示に従い、レジスタ1196における保持動作の選択を行う。すなわち、レジスタ1196が有するメモリセルにおいて、フリップフロップによるデータの保持を行うか、容量素子によるデータの保持を行うかを、選択する。フリップフロップによるデータの保持が選択されている場合、レジスタ1196内の記憶素子への、電源電圧の供給が行われる。容量素子におけるデータの保持が選択されている場合、容量素子へのデータの書き換えが行われ、レジスタ1196内のメモリセルへの電源電圧の供給を停止することができる。 In the CPU illustrated in FIG. 26, the register controller 1197 selects a holding operation in the register 1196 in accordance with an instruction from the ALU 1191. That is, whether to hold data by a flip-flop or to hold data by a capacitor in a memory cell included in the register 1196 is selected. When data retention by the flip-flop is selected, the power supply voltage is supplied to the memory element in the register 1196. When holding of data in the capacitor is selected, data is rewritten to the capacitor and supply of power supply voltage to the memory cells in the register 1196 can be stopped.

図27は、レジスタ1196として用いることのできる記憶素子の回路図の一例である。記憶素子730は、電源遮断で記憶データが揮発する回路701と、電源遮断で記憶データが揮発しない回路702と、スイッチ703と、スイッチ704と、論理素子706と、容量素子707と、選択機能を有する回路720と、を有する。回路702は、容量素子708と、トランジスタ709と、トランジスタ710と、を有する。なお、記憶素子730は、必要に応じて、ダイオード、抵抗素子、インダクタなどのその他の素子をさらに有していても良い。 FIG. 27 is an example of a circuit diagram of a memory element that can be used as the register 1196. The memory element 730 includes a circuit 701 in which stored data is volatilized by power shutdown, a circuit 702 in which stored data is not volatilized by power shutdown, a switch 703, a switch 704, a logic element 706, a capacitor 707, and a selection function. Circuit 720 having. The circuit 702 includes a capacitor 708, a transistor 709, and a transistor 710. Note that the memory element 730 may further include other elements such as a diode, a resistance element, and an inductor as necessary.

ここで、回路702には、上述した記憶装置を用いることができる。記憶素子730への電源電圧の供給が停止した際、回路702のトランジスタ709のゲートには接地電位(0V)、またはトランジスタ709がオフする電位が入力され続ける構成とする。例えば、トランジスタ709のゲートが抵抗等の負荷を介して接地される構成とする。 Here, the memory device described above can be used for the circuit 702. When supply of power supply voltage to the memory element 730 is stopped, the gate of the transistor 709 in the circuit 702 is continuously input with a ground potential (0 V) or a potential at which the transistor 709 is turned off. For example, the gate of the transistor 709 is grounded through a load such as a resistor.

スイッチ703は、一導電型(例えば、nチャネル型)のトランジスタ713を用いて構成され、スイッチ704は、トランジスタ713とは逆の導電型(例えば、pチャネル型)のトランジスタ714を用いて構成した例を示す。ここで、スイッチ703の第1の端子はトランジスタ713のソースとドレインの一方に対応し、スイッチ703の第2の端子はトランジスタ713のソースとドレインの他方に対応し、スイッチ703はトランジスタ713のゲートに入力される制御信号RDによって、第1の端子と第2の端子の間の導通または非導通(つまり、トランジスタ713のオン状態またはオフ状態)が選択される。スイッチ704の第1の端子はトランジスタ714のソースとドレインの一方に対応し、スイッチ704の第2の端子はトランジスタ714のソースとドレインの他方に対応し、スイッチ704はトランジスタ714のゲートに入力される制御信号RDによって、第1の端子と第2の端子の間の導通または非導通(つまり、トランジスタ714のオン状態またはオフ状態)が選択される。 The switch 703 is configured using a transistor 713 of one conductivity type (eg, n-channel type), and the switch 704 is configured using a transistor 714 of conductivity type (eg, p-channel type) opposite to that of the transistor 713. An example is shown. Here, the first terminal of the switch 703 corresponds to one of the source and the drain of the transistor 713, the second terminal of the switch 703 corresponds to the other of the source and the drain of the transistor 713, and the switch 703 is the gate of the transistor 713. In accordance with the control signal RD input to the first terminal, the conduction or non-conduction between the first terminal and the second terminal (that is, the on state or the off state of the transistor 713) is selected. The first terminal of the switch 704 corresponds to one of the source and the drain of the transistor 714, the second terminal of the switch 704 corresponds to the other of the source and the drain of the transistor 714, and the switch 704 is input to the gate of the transistor 714. The control signal RD selects conduction or non-conduction between the first terminal and the second terminal (that is, the on state or the off state of the transistor 714).

トランジスタ709のソースとドレインの一方は、容量素子708の一対の電極のうちの一方、およびトランジスタ710のゲートと電気的に接続される。ここで、接続部分をノードM2とする。トランジスタ710のソースとドレインの一方は、低電源電位を供給することのできる配線(例えばGND線)に電気的に接続され、他方は、スイッチ703の第1の端子(トランジスタ713のソースとドレインの一方)と電気的に接続される。スイッチ703の第2の端子(トランジスタ713のソースとドレインの他方)はスイッチ704の第1の端子(トランジスタ714のソースとドレインの一方)と電気的に接続される。スイッチ704の第2の端子(トランジスタ714のソースとドレインの他方)は電源電位VDDを供給することのできる配線と電気的に接続される。スイッチ703の第2の端子(トランジスタ713のソースとドレインの他方)と、スイッチ704の第1の端子(トランジスタ714のソースとドレインの一方)と、論理素子706の入力端子と、容量素子707の一対の電極のうちの一方と、は電気的に接続される。ここで、接続部分をノードM1とする。容量素子707の一対の電極のうちの他方は、一定の電位が入力される構成とすることができる。例えば、低電源電位(GND等)または高電源電位(VDD等)が入力される構成とすることができる。容量素子707の一対の電極のうちの他方は、低電源電位を供給することのできる配線(例えばGND線)と電気的に接続される。容量素子708の一対の電極のうちの他方は、一定の電位が入力される構成とすることができる。例えば、低電源電位(GND等)または高電源電位(VDD等)が入力される構成とすることができる。容量素子708の一対の電極のうちの他方は、低電源電位を供給することのできる配線(例えばGND線)と電気的に接続される。 One of a source and a drain of the transistor 709 is electrically connected to one of a pair of electrodes of the capacitor 708 and a gate of the transistor 710. Here, the connection part is referred to as a node M2. One of a source and a drain of the transistor 710 is electrically connected to a wiring (eg, a GND line) that can supply a low power supply potential, and the other is connected to a first terminal of the switch 703 (a source and a drain of the transistor 713). On the other hand). The second terminal of the switch 703 (the other of the source and the drain of the transistor 713) is electrically connected to the first terminal of the switch 704 (one of the source and the drain of the transistor 714). A second terminal of the switch 704 (the other of the source and the drain of the transistor 714) is electrically connected to a wiring that can supply the power supply potential VDD. A second terminal of the switch 703 (the other of the source and the drain of the transistor 713), a first terminal of the switch 704 (one of a source and a drain of the transistor 714), an input terminal of the logic element 706, and the capacitor 707 One of the pair of electrodes is electrically connected. Here, the connection part is referred to as a node M1. The other of the pair of electrodes of the capacitor 707 can have a structure in which a constant potential is input. For example, a low power supply potential (such as GND) or a high power supply potential (such as VDD) can be input. The other of the pair of electrodes of the capacitor 707 is electrically connected to a wiring (eg, a GND line) that can supply a low power supply potential. The other of the pair of electrodes of the capacitor 708 can have a structure in which a constant potential is input. For example, a low power supply potential (such as GND) or a high power supply potential (such as VDD) can be input. The other of the pair of electrodes of the capacitor 708 is electrically connected to a wiring that can supply a low power supply potential (eg, a GND line).

なお、容量素子707および容量素子708は、トランジスタや配線の寄生容量等を積極的に利用することによって省略することも可能である。 Note that the capacitor 707 and the capacitor 708 can be omitted by actively using a parasitic capacitance of a transistor or a wiring.

トランジスタ709のゲート電極には、制御信号WEが入力される。スイッチ703およびスイッチ704は、制御信号WEとは異なる制御信号RDによって第1の端子と第2の端子の間の導通状態または非導通状態を選択され、一方のスイッチの第1の端子と第2の端子の間が導通状態のとき他方のスイッチの第1の端子と第2の端子の間は非導通状態となる。 A control signal WE is input to the gate electrode of the transistor 709. The switch 703 and the switch 704 are selected to be in a conduction state or a non-conduction state between the first terminal and the second terminal by a control signal RD different from the control signal WE. When the terminals of the other switch are in a conductive state, the first terminal and the second terminal of the other switch are in a non-conductive state.

トランジスタ709のソースとドレインの他方には、回路701に保持されたデータに対応する信号が入力される。図27では、回路701から出力された信号が、トランジスタ709のソースとドレインの他方に入力される例を示した。スイッチ703の第2の端子(トランジスタ713のソースとドレインの他方)から出力される信号は、論理素子706によってその論理値が反転された反転信号となり、回路720を介して回路701に入力される。 A signal corresponding to data held in the circuit 701 is input to the other of the source and the drain of the transistor 709. FIG. 27 illustrates an example in which the signal output from the circuit 701 is input to the other of the source and the drain of the transistor 709. A signal output from the second terminal of the switch 703 (the other of the source and the drain of the transistor 713) is an inverted signal whose logic value is inverted by the logic element 706 and is input to the circuit 701 through the circuit 720. .

なお、図27では、スイッチ703の第2の端子(トランジスタ713のソースとドレインの他方)から出力される信号は、論理素子706および回路720を介して回路701に入力する例を示したがこれに限定されない。スイッチ703の第2の端子(トランジスタ713のソースとドレインの他方)から出力される信号が、論理値を反転させられることなく、回路701に入力されてもよい。例えば、回路701内に、入力端子から入力された信号の論理値が反転した信号が保持されるノードが存在する場合に、スイッチ703の第2の端子(トランジスタ713のソースとドレインの他方)から出力される信号を当該ノードに入力することができる。 Note that FIG. 27 illustrates an example in which a signal output from the second terminal of the switch 703 (the other of the source and the drain of the transistor 713) is input to the circuit 701 through the logic element 706 and the circuit 720. It is not limited to. A signal output from the second terminal of the switch 703 (the other of the source and the drain of the transistor 713) may be input to the circuit 701 without inversion of the logical value. For example, when there is a node in the circuit 701 that holds a signal in which the logical value of the signal input from the input terminal is inverted, the second terminal of the switch 703 (the other of the source and the drain of the transistor 713) An output signal can be input to the node.

図27におけるトランジスタ709は、上記実施の形態1で例示したトランジスタ150を用いることができる。また、ゲート電極には制御信号WEを入力し、バックゲート電極には制御信号WE2を入力することができる。制御信号WE2は、一定の電位の信号とすればよい。当該一定の電位には、例えば、接地電位GNDやトランジスタ709のソース電位よりも小さい電位などが選ばれる。制御信号WE2は、トランジスタ709のしきい値電圧を制御するための電位信号であり、トランジスタ709の、ゲート電圧が0Vの時のドレイン電流をより低減することができる。なお、トランジスタ709としては、第2ゲートを有さないトランジスタを用いることもできる。 As the transistor 709 in FIG. 27, the transistor 150 described in Embodiment 1 can be used. Further, the control signal WE can be input to the gate electrode, and the control signal WE2 can be input to the back gate electrode. The control signal WE2 may be a signal having a constant potential. As the constant potential, for example, a ground potential GND or a potential lower than the source potential of the transistor 709 is selected. The control signal WE2 is a potential signal for controlling the threshold voltage of the transistor 709, and the drain current of the transistor 709 when the gate voltage is 0 V can be further reduced. Note that as the transistor 709, a transistor having no second gate can be used.

また、図27において、記憶素子730に用いられるトランジスタのうち、トランジスタ709以外のトランジスタは、酸化物半導体以外の半導体でなる層または基板1190にチャネルが形成されるトランジスタとすることができる。例えば、シリコン層またはシリコン基板にチャネルが形成されるトランジスタとすることができる。また、記憶素子730に用いられるトランジスタ全てを、チャネルが酸化物半導体層で形成されるトランジスタとすることもできる。または、記憶素子730は、トランジスタ709以外のトランジスタを、チャネルが酸化物半導体層で形成されるトランジスタと、酸化物半導体以外の半導体でなる層または基板1190にチャネルが形成されるトランジスタとを組み合わせて用いてもよい。 In FIG. 27, among the transistors used for the memory element 730, a transistor other than the transistor 709 can be a transistor in which a channel is formed in a layer made of a semiconductor other than an oxide semiconductor or the substrate 1190. For example, a transistor in which a channel is formed in a silicon layer or a silicon substrate can be used. Further, all the transistors used for the memory element 730 can be transistors in which a channel is formed using an oxide semiconductor layer. Alternatively, in the memory element 730, a transistor other than the transistor 709 is combined with a transistor whose channel is formed using an oxide semiconductor layer and a transistor whose channel is formed in a layer formed using a semiconductor other than an oxide semiconductor or the substrate 1190. It may be used.

図27における回路701には、例えばフリップフロップ回路を用いることができる。また、論理素子706としては、例えばインバータやクロックドインバータ等を用いることができる。 For the circuit 701 in FIG. 27, for example, a flip-flop circuit can be used. As the logic element 706, for example, an inverter, a clocked inverter, or the like can be used.

本発明の一態様における半導体装置では、記憶素子730に電源電圧が供給されない間は、回路701に記憶されていたデータを、回路702に設けられた容量素子708によってノードM2に保持することができる。 In the semiconductor device of one embodiment of the present invention, data stored in the circuit 701 can be held in the node M2 by the capacitor 708 provided in the circuit 702 while the power supply voltage is not supplied to the memory element 730. .

また、前述した通り、酸化物半導体層にチャネルが形成されるトランジスタはオフ電流が極めて小さい。例えば、酸化物半導体層にチャネルが形成されるトランジスタのオフ電流は、結晶性を有するシリコンにチャネルが形成されるトランジスタのオフ電流に比べて著しく低い。そのため、当該トランジスタをトランジスタ709として用いることによって、記憶素子730に電源電圧が供給されない間も容量素子708に保持された信号は長期間にわたり保たれる。こうして、記憶素子730は電源電圧の供給が停止した間も記憶内容(データ)を保持することが可能である。 In addition, as described above, a transistor in which a channel is formed in the oxide semiconductor layer has extremely low off-state current. For example, the off-state current of a transistor in which a channel is formed in an oxide semiconductor layer is significantly lower than the off-state current of a transistor in which a channel is formed in crystalline silicon. Therefore, when the transistor is used as the transistor 709, the signal held in the capacitor 708 is maintained for a long time even when the power supply voltage is not supplied to the memory element 730. In this manner, the memory element 730 can hold the memory content (data) even while the supply of power supply voltage is stopped.

また、スイッチ703およびスイッチ704を設けることによって、電源電圧供給再開後に、回路701が元のデータを保持しなおすまでの時間を短くすることができる。 Further, by providing the switch 703 and the switch 704, it is possible to shorten the time until the circuit 701 retains the original data again after the supply of the power supply voltage is resumed.

また、回路702において、ノードM2に保持された信号はトランジスタ710のゲートに入力される。そのため、記憶素子730への電源電圧の供給が再開された後、ノードM2に保持された信号を、トランジスタ710の状態(オン状態、またはオフ状態)に変換して、回路702から読み出すことができる。それ故、ノードM2に保持された信号に対応する電位が多少変動していても、元の信号を正確に読み出すことが可能である。 In the circuit 702, the signal held at the node M2 is input to the gate of the transistor 710. Therefore, after the supply of the power supply voltage to the memory element 730 is restarted, the signal held in the node M2 can be converted into the state of the transistor 710 (on state or off state) and read from the circuit 702. . Therefore, the original signal can be accurately read even if the potential corresponding to the signal held at the node M2 slightly fluctuates.

このような記憶素子730を、CPUが有するレジスタやキャッシュメモリなどの記憶装置に用いることで、電源電圧の供給停止による記憶装置内のデータの消失を防ぐことができる。また、電源電圧の供給を再開した後、短時間で電源供給停止前の状態に復帰することができる。よって、CPU全体、もしくはCPUを構成する一つ、または複数の論理回路において、短期間の電源停止が可能になり、電源停止の頻度を高めることができるため、消費電力を抑えることができる。 By using such a storage element 730 for a storage device such as a register or a cache memory included in the CPU, it is possible to prevent data in the storage device from being lost due to supply of power supply voltage being stopped. In addition, after the supply of the power supply voltage is resumed, the state before the power supply stop can be restored in a short time. Therefore, the power supply can be stopped for a short time in the entire CPU or in one or a plurality of logic circuits constituting the CPU, and the frequency of power supply stop can be increased, so that power consumption can be suppressed.

本実施の形態では、記憶素子730をCPUに用いる例として説明したが、記憶素子730は、DSP(Digital Signal Processor)、カスタムLSI、PLD(Programmable Logic Device)等のLSI、RF(Radio Frequency)タグにも応用可能である。 In this embodiment, the storage element 730 is described as an example of using the CPU. However, the storage element 730 is an LSI such as a DSP (Digital Signal Processor), a custom LSI, or a PLD (Programmable Logic Device), and an RF (Radio Frequency) tag. It can also be applied to.

〔撮像装置〕
上述したトランジスタを用いた半導体装置の一例として、撮像装置について説明する。
[Imaging device]
An imaging device will be described as an example of a semiconductor device using the above-described transistor.

<撮像装置600の構成例>
図28(A)は、撮像装置600の構成例を示す平面図である。撮像装置600は、画素部621と、第1の回路260、第2の回路270、第3の回路280、および第4の回路290を有する。なお、本明細書等において、第1の回路260乃至第4の回路290などを「周辺回路」もしくは「駆動回路」と呼ぶ場合がある。例えば、第1の回路260は周辺回路の一部と言える。
<Configuration Example of Imaging Device 600>
FIG. 28A is a plan view illustrating a configuration example of the imaging device 600. FIG. The imaging device 600 includes a pixel portion 621, a first circuit 260, a second circuit 270, a third circuit 280, and a fourth circuit 290. Note that in this specification and the like, the first circuit 260 to the fourth circuit 290 and the like may be referred to as “peripheral circuits” or “drive circuits”. For example, the first circuit 260 can be said to be part of the peripheral circuit.

図28(B)は、画素部621の構成例を示す図である。画素部621は、p列q行(pおよびqは2以上の自然数)のマトリクス状に配置された複数の画素622(撮像素子)を有する。なお、図28(B)中のnは1以上p以下の自然数であり、mは1以上q以下の自然数である。 FIG. 28B is a diagram illustrating a configuration example of the pixel portion 621. The pixel portion 621 includes a plurality of pixels 622 (imaging elements) arranged in a matrix of p columns and q rows (p and q are natural numbers of 2 or more). Note that n in FIG. 28B is a natural number of 1 to p, and m is a natural number of 1 to q.

例えば、画素622を1920×1080のマトリクス状に配置すると、いわゆるフルハイビジョン(「2K解像度」、「2K1K」、「2K」などとも言われる。)の解像度で撮像可能な撮像装置600を実現することができる。また、例えば、画素622を4096×2160のマトリクス状に配置すると、いわゆるウルトラハイビジョン(「4K解像度」、「4K2K」、「4K」などとも言われる。)の解像度で撮像可能な撮像装置600を実現することができる。また、例えば、画素622を8192×4320のマトリクス状に配置すると、いわゆるスーパーハイビジョン(「8K解像度」、「8K4K」、「8K」などとも言われる。)の解像度で撮像可能な撮像装置600を実現することができる。表示素子を増やすことで、16Kや32Kの解像度で撮像可能な撮像装置600を実現することも可能である。 For example, when the pixels 622 are arranged in a 1920 × 1080 matrix, the imaging device 600 capable of imaging at a resolution of so-called full high vision (also referred to as “2K resolution”, “2K1K”, “2K”, and the like) is realized. Can do. For example, when the pixels 622 are arranged in a matrix of 4096 × 2160, an imaging device 600 that can capture images with a resolution of so-called ultra high vision (also referred to as “4K resolution”, “4K2K”, “4K”, etc.) is realized. can do. Further, for example, when the pixels 622 are arranged in a matrix of 8192 × 4320, an imaging device 600 that can capture an image with a resolution of so-called super high vision (also referred to as “8K resolution”, “8K4K”, “8K”, or the like) is realized. can do. By increasing the number of display elements, it is also possible to realize the imaging device 600 that can capture images with a resolution of 16K or 32K.

第1の回路260および第2の回路270は、複数の画素622に接続し、複数の画素622を駆動するための信号を供給する機能を有する。また、第1の回路260は、画素622から出力されたアナログ信号を処理する機能を有していてもよい。また、第3の回路280は、周辺回路の動作タイミングを制御する機能を有していてもよい。例えば、クロック信号を生成する機能を有していてもよい。また、外部から供給されたクロック信号の周波数を変換する機能を有していてもよい。また、第3の回路280は、参照用電位信号(例えば、ランプ波信号など)を供給する機能を有していてもよい。 The first circuit 260 and the second circuit 270 are connected to the plurality of pixels 622 and have a function of supplying signals for driving the plurality of pixels 622. In addition, the first circuit 260 may have a function of processing an analog signal output from the pixel 622. The third circuit 280 may have a function of controlling operation timing of the peripheral circuits. For example, it may have a function of generating a clock signal. Further, it may have a function of converting the frequency of a clock signal supplied from the outside. The third circuit 280 may have a function of supplying a reference potential signal (eg, a ramp wave signal).

周辺回路は、少なくとも、論理回路、スイッチ、バッファ、増幅回路、または変換回路の1つを有する。また、周辺回路に用いるトランジスタなどは、後述する画素駆動回路610を作製するために形成する半導体の一部を用いて形成してもよい。また、周辺回路の一部または全部にIC等の半導体装置を用いてもよい。 The peripheral circuit includes at least one of a logic circuit, a switch, a buffer, an amplifier circuit, and a conversion circuit. Further, a transistor or the like used for the peripheral circuit may be formed using part of a semiconductor formed for manufacturing a pixel driver circuit 610 described later. A semiconductor device such as an IC may be used for part or all of the peripheral circuit.

なお、周辺回路は、第1の回路260乃至第4の回路290のうち、少なくとも1つを省略してもよい。例えば、第1の回路260または第4の回路290の一方の機能を、第1の回路260または第4の回路290の他方に付加して、第1の回路260または第4の回路290の一方を省略してもよい。また、例えば、第2の回路270または第3の回路280の一方の機能を、第2の回路270または第3の回路280の他方に付加して、第2の回路270または第3の回路280の一方を省略してもよい。また、例えば、第1の回路260乃至第4の回路290のいずれか1つに、他の周辺回路の機能を付加することで、他の周辺回路を省略してもよい。 Note that at least one of the first circuit 260 to the fourth circuit 290 may be omitted as the peripheral circuit. For example, the function of one of the first circuit 260 or the fourth circuit 290 is added to the other of the first circuit 260 or the fourth circuit 290, and one of the first circuit 260 or the fourth circuit 290 is added. May be omitted. Further, for example, the function of one of the second circuit 270 or the third circuit 280 is added to the other of the second circuit 270 or the third circuit 280 so that the second circuit 270 or the third circuit 280 is added. One of these may be omitted. Further, for example, another peripheral circuit may be omitted by adding the function of another peripheral circuit to any one of the first circuit 260 to the fourth circuit 290.

また、図29に示すように、画素部621の外周に沿って第1の回路260乃至第4の回路290を設けてもよい。また、撮像装置600が有する画素部621において画素622を傾けて配置してもよい。画素622を傾けて配置することにより、行方向および列方向の画素間隔(ピッチ)を短くすることができる。これにより、撮像装置600で撮像された画像の品質をより高めることができる。 In addition, as illustrated in FIG. 29, a first circuit 260 to a fourth circuit 290 may be provided along the outer periphery of the pixel portion 621. Further, the pixel 622 may be disposed at an angle in the pixel portion 621 included in the imaging device 600. By arranging the pixels 622 at an angle, the pixel interval (pitch) in the row direction and the column direction can be shortened. Thereby, the quality of the image imaged with the imaging device 600 can be improved more.

また、図30に示すように、第1の回路260乃至第4の回路290の上方に重ねて画素部621を設けてもよい。図30(A)は第1の回路260乃至第4の回路290の上方に重ねて画素部621を形成した撮像装置600の上面図である。また、図30(B)は、図30(A)に示した撮像装置600の構成を説明するための斜視図である。 In addition, as illustrated in FIG. 30, the pixel portion 621 may be provided over the first circuit 260 to the fourth circuit 290. FIG. 30A is a top view of an imaging device 600 in which a pixel portion 621 is formed over the first circuit 260 to the fourth circuit 290. FIG. 30B is a perspective view for explaining the structure of the imaging device 600 shown in FIG.

第1の回路260乃至第4の回路290の上方に重ねて画素部621を設けることで、撮像装置600の大きさに対する画素部621の占有面積を大きくすることができる。よって、撮像装置600の受光感度を向上することができる。また、撮像装置600のダイナミックレンジを向上することができる。また、撮像装置600の解像度を向上することができる。また、撮像装置600で撮影した画像の再現性を向上することができる。また、撮像装置600集積度を向上することができる。 By providing the pixel portion 621 over the first circuit 260 to the fourth circuit 290, the area occupied by the pixel portion 621 with respect to the size of the imaging device 600 can be increased. Therefore, the light receiving sensitivity of the imaging device 600 can be improved. In addition, the dynamic range of the imaging apparatus 600 can be improved. In addition, the resolution of the imaging device 600 can be improved. In addition, the reproducibility of the image captured by the imaging apparatus 600 can be improved. In addition, the degree of integration of the imaging device 600 can be improved.

[カラーフィルタ等]
撮像装置600が有する画素622を副画素として用いて、複数の画素622それぞれに異なる波長域の光を透過するフィルタ(カラーフィルタ)を設けることで、カラー画像表示を実現するための情報を取得することができる。
[Color filters, etc.]
The pixel 622 included in the imaging device 600 is used as a sub-pixel, and information for realizing color image display is obtained by providing each of the plurality of pixels 622 with a filter (color filter) that transmits light in different wavelength ranges. be able to.

図31(A)は、カラー画像を取得するための画素623の一例を示す平面図である。図31(A)は、赤(R)の波長域の光を透過するカラーフィルタが設けられた画素622(以下、「画素622R」ともいう)、緑(G)の波長域の光を透過するカラーフィルタが設けられた画素622(以下、「画素622G」ともいう)および青(B)の波長域の光を透過するカラーフィルタが設けられた画素622(以下、「画素622B」ともいう)を有する。画素622R、画素622G、画素622Bをまとめて一つの画素623として機能させる。 FIG. 31A is a plan view illustrating an example of a pixel 623 for acquiring a color image. FIG. 31A illustrates a pixel 622 (hereinafter, also referred to as “pixel 622R”) provided with a color filter that transmits light in the red (R) wavelength region, and light in the green (G) wavelength region. A pixel 622 provided with a color filter (hereinafter also referred to as “pixel 622G”) and a pixel 622 provided with a color filter that transmits light in the blue (B) wavelength range (hereinafter also referred to as “pixel 622B”). Have. The pixels 622R, 622G, and 622B are combined to function as one pixel 623.

なお、画素623に用いるカラーフィルタは、赤(R)、緑(G)、青(B)に限定されず、シアン(C)、黄(Y)およびマゼンダ(M)の光を透過するカラーフィルタを用いてもよい。1つの画素623に少なくとも3種類の異なる波長域の光を検出する画素622を設けることで、フルカラー画像を取得することができる。 Note that the color filter used for the pixel 623 is not limited to red (R), green (G), and blue (B), and is a color filter that transmits light of cyan (C), yellow (Y), and magenta (M). May be used. A full-color image can be acquired by providing a pixel 622 that detects light of at least three different wavelength ranges in one pixel 623.

図31(B)は、それぞれ赤(R)、緑(G)および青(B)の光を透過するカラーフィルタが設けられた画素622に加えて、黄(Y)の光を透過するカラーフィルタが設けられた画素622を有する画素623を例示している。図31(C)は、それぞれシアン(C)、黄(Y)およびマゼンダ(M)の光を透過するカラーフィルタが設けられた画素622に加えて、青(B)の光を透過するカラーフィルタが設けられた画素622を有する画素623を例示している。1つの画素623に4種類以上の異なる波長域の光を検出する画素622を設けることで、取得した画像の色の再現性をさらに高めることができる。 FIG. 31B illustrates a color filter that transmits yellow (Y) light in addition to the pixel 622 provided with color filters that transmit red (R), green (G), and blue (B) light, respectively. The pixel 623 having the pixel 622 provided with is illustrated. FIG. 31C illustrates a color filter that transmits blue (B) light in addition to a pixel 622 provided with a color filter that transmits cyan (C), yellow (Y), and magenta (M) light, respectively. The pixel 623 having the pixel 622 provided with is illustrated. By providing the pixel 622 that detects light of four or more different wavelength ranges in one pixel 623, it is possible to further improve the color reproducibility of the acquired image.

また、画素622R、画素622G、および画素622Bの画素数比(または受光面積比)は、必ずしも1:1:1である必要は無い。図31(D)に示すように、画素数比(受光面積比)を赤:緑:青=1:2:1とするBayer配列としてもよい。また、画素数比(受光面積比)を赤:緑:青=1:6:1としてもよい。 Further, the pixel number ratio (or the light receiving area ratio) of the pixels 622R, 622G, and 622B is not necessarily 1: 1: 1. As shown in FIG. 31D, a Bayer array in which the pixel number ratio (light-receiving area ratio) is red: green: blue = 1: 2: 1 may be used. The pixel number ratio (light receiving area ratio) may be red: green: blue = 1: 6: 1.

なお、画素623に用いる画素622は1つでもよいが、2つ以上が好ましい。例えば、同じ波長域の光を検出する画素622を2つ以上設けることで、冗長性を高め、撮像装置600の信頼性を高めることができる。 Note that one pixel 622 may be used for the pixel 623, but two or more are preferable. For example, by providing two or more pixels 622 that detect light in the same wavelength region, redundancy can be increased and the reliability of the imaging device 600 can be increased.

また、フィルタとして可視光の波長以下の波長を有する光を吸収または反射して、赤外光を透過するIR(IR:Infrared)フィルタを用いることで、赤外光を検出する撮像装置600を実現することができる。また、フィルタとして可視光の波長以上の波長を有する光を吸収または反射して、紫外光を透過するUV(UV:Ultra Violet)フィルタを用いることで、紫外光を検出する撮像装置600を実現することができる。また、フィルタとして、放射線を紫外光や可視光に変換するシンチレータを用いることで、撮像装置600をX線やγ線などを検出する放射線検出器として機能させることもできる。 In addition, an imaging device 600 that detects infrared light is realized by using an IR (Infrared) filter that absorbs or reflects light having a wavelength equal to or smaller than that of visible light and transmits infrared light as a filter. can do. Further, an imaging device 600 that detects ultraviolet light is realized by using a UV (Ultra Violet) filter that absorbs or reflects light having a wavelength longer than that of visible light and transmits ultraviolet light as a filter. be able to. Further, by using a scintillator that converts radiation into ultraviolet light or visible light as a filter, the imaging apparatus 600 can also function as a radiation detector that detects X-rays, γ-rays, and the like.

また、フィルタとしてND(ND:Neutral Density)フィルター(減光フィルター)を用いると、光電変換素子(受光素子)に多大な光量の光が入射した時に生じる、出力が飽和する現象(以下、「出力飽和」ともいう。)を防ぐことができる。減光量の異なるNDフィルタを組み合わせて用いることで、撮像装置のダイナミックレンジを大きくすることができる。 Further, when an ND (ND: Neutral Density) filter (a neutral density filter) is used as a filter, a phenomenon in which the output is saturated when a large amount of light is incident on the photoelectric conversion element (light receiving element) (hereinafter referred to as “output”). (Also called “saturation”). By using a combination of ND filters having different light reduction amounts, the dynamic range of the imaging apparatus can be increased.

また、前述したフィルタ以外に、画素622にレンズを設けてもよい。ここで、図32の断面図を用いて、画素622、フィルタ624、レンズ625の配置例を説明する。レンズ625を設けることで、入射光を光電変換素子に効率よく受光させることができる。具体的には、図32(A)に示すように、画素622に形成したレンズ625、フィルタ624(フィルタ624R、フィルタ624G、フィルタ624B)、および画素駆動回路610等を通して光660を光電変換素子601に入射させる構造とすることができる。 In addition to the filter described above, a lens may be provided for the pixel 622. Here, an arrangement example of the pixel 622, the filter 624, and the lens 625 will be described with reference to the cross-sectional view of FIG. By providing the lens 625, incident light can be efficiently received by the photoelectric conversion element. Specifically, as illustrated in FIG. 32A, light 660 is converted into a photoelectric conversion element 601 through a lens 625 formed in the pixel 622, a filter 624 (filter 624R, filter 624G, filter 624B), a pixel driver circuit 610, and the like. It can be set as the structure made to enter in.

ただし、二点鎖線で囲んだ領域に示すように、矢印で示す光660の一部が配線群626の一部、トランジスタ、および/または容量素子などによって遮光されてしまうことがある。したがって、図32(B)に示すように光電変換素子601側にレンズ625およびフィルタ624を形成して、入射光を光電変換素子601に効率良く受光させる構造としてもよい。光電変換素子601側から光660を入射させることで、受光感度の高い撮像装置600を提供することができる。 However, as illustrated in a region surrounded by a two-dot chain line, part of the light 660 indicated by an arrow may be shielded by part of the wiring group 626, a transistor, and / or a capacitor. Therefore, as illustrated in FIG. 32B, a structure may be employed in which a lens 625 and a filter 624 are formed on the photoelectric conversion element 601 side so that incident light is efficiently received by the photoelectric conversion element 601. By making the light 660 incident from the photoelectric conversion element 601 side, the imaging device 600 with high light receiving sensitivity can be provided.

図33(A)乃至図33(C)に、画素部621に用いることができる画素駆動回路610の一例を示す。図33(A)に示す画素駆動回路610は、トランジスタ602、トランジスタ604、および容量素子606を有し、光電変換素子601に接続されている。トランジスタ602のソースまたはドレインの一方は光電変換素子601と電気的に接続され、トランジスタ602のソースまたはドレインの他方はノード607(電荷蓄積部)を介してトランジスタ604のゲートと電気的に接続されている。 FIG. 33A to FIG. 33C illustrate an example of a pixel driver circuit 610 that can be used for the pixel portion 621. A pixel driver circuit 610 illustrated in FIG. 33A includes a transistor 602, a transistor 604, and a capacitor 606, and is connected to the photoelectric conversion element 601. One of a source and a drain of the transistor 602 is electrically connected to the photoelectric conversion element 601, and the other of the source and the drain of the transistor 602 is electrically connected to the gate of the transistor 604 through a node 607 (charge storage portion). Yes.

トランジスタ602にはOSトランジスタを用いることが好ましい。OSトランジスタは、オフ電流を極めて小さくすることができるため、容量素子606を小さくすることができる。または、図33(B)に示すように、容量素子606を省略することができる。また、トランジスタ602としてOSトランジスタを用いると、ノード607の電位が変動しにくい。よって、ノイズの影響を受けにくい撮像装置を実現することができる。なお、トランジスタ604にOSトランジスタを用いてもよい。 An OS transistor is preferably used as the transistor 602. Since the OS transistor can extremely reduce off-state current, the capacitor 606 can be reduced. Alternatively, as illustrated in FIG. 33B, the capacitor 606 can be omitted. In addition, when an OS transistor is used as the transistor 602, the potential of the node 607 hardly changes. Therefore, it is possible to realize an imaging device that is hardly affected by noise. Note that an OS transistor may be used as the transistor 604.

光電変換素子601には、シリコン基板においてpn型やpin型の接合が形成されたダイオード素子を用いることができる。または非晶質シリコン膜や微結晶シリコン膜などを用いたpin型のダイオード素子などを用いてもよい。または、ダイオード接続のトランジスタを用いてもよい。また、光電効果を利用した可変抵抗などをシリコン、ゲルマニウム、セレンなど用いて形成してもよい。 As the photoelectric conversion element 601, a diode element in which a pn-type or pin-type junction is formed in a silicon substrate can be used. Alternatively, a pin-type diode element using an amorphous silicon film, a microcrystalline silicon film, or the like may be used. Alternatively, a diode-connected transistor may be used. Alternatively, a variable resistor using a photoelectric effect may be formed using silicon, germanium, selenium, or the like.

また、光電変換素子として、放射線を吸収して電荷を発生させることが可能な材料を用いて形成してもよい。放射線を吸収して電荷を発生させることが可能な材料としては、ヨウ化鉛、ヨウ化水銀、ガリウムヒ素、CdTe、CdZnなどがある。 Alternatively, the photoelectric conversion element may be formed using a material that can absorb radiation and generate charges. Examples of materials that can generate charges by absorbing radiation include lead iodide, mercury iodide, gallium arsenide, CdTe, and CdZn.

図33(C)に示す画素駆動回路610は、トランジスタ602、トランジスタ603、トランジスタ604、トランジスタ605、および容量素子606を有し、光電変換素子601に接続されている。なお、図33(C)に示す画素駆動回路610は、光電変換素子601としてフォトダイオードを用いる場合を示している。トランジスタ602のソースまたはドレインの一方は光電変換素子601のカソードと電気的に接続され、他方はノード607と電気的に接続されている。光電変換素子601のアノードは、配線611と電気的に接続されている。トランジスタ603のソースまたはドレインの一方はノード607と電気的に接続され、他方は配線608と電気的に接続されている。トランジスタ604のゲートはノード607と電気的に接続され、ソースまたはドレインの一方は配線609と電気的に接続され、他方はトランジスタ605のソースまたはドレインの一方と電気的に接続されている。トランジスタ605のソースまたはドレインの他方は配線608と電気的に接続されている。容量素子606の一方の電極はノード607と電気的に接続され、他方の電極は配線611と電気的に接続される。 A pixel driver circuit 610 illustrated in FIG. 33C includes a transistor 602, a transistor 603, a transistor 604, a transistor 605, and a capacitor 606, and is connected to the photoelectric conversion element 601. Note that the pixel driver circuit 610 illustrated in FIG. 33C illustrates the case where a photodiode is used as the photoelectric conversion element 601. One of a source and a drain of the transistor 602 is electrically connected to the cathode of the photoelectric conversion element 601 and the other is electrically connected to the node 607. The anode of the photoelectric conversion element 601 is electrically connected to the wiring 611. One of a source and a drain of the transistor 603 is electrically connected to the node 607 and the other is electrically connected to the wiring 608. A gate of the transistor 604 is electrically connected to the node 607, one of a source and a drain is electrically connected to the wiring 609, and the other is electrically connected to one of the source and the drain of the transistor 605. The other of the source and the drain of the transistor 605 is electrically connected to the wiring 608. One electrode of the capacitor 606 is electrically connected to the node 607 and the other electrode is electrically connected to the wiring 611.

トランジスタ602は転送トランジスタとして機能できる。トランジスタ602のゲートには、転送信号TXが供給される。トランジスタ603はリセットトランジスタとして機能できる。トランジスタ603のゲートには、リセット信号RSTが供給される。トランジスタ604は増幅トランジスタとして機能できる。トランジスタ605は選択トランジスタとして機能できる。トランジスタ605のゲートには、選択信号SELが供給される。また、配線608にVDDが供給され、配線611にはVSSが供給される。 The transistor 602 can function as a transfer transistor. A transfer signal TX is supplied to the gate of the transistor 602. The transistor 603 can function as a reset transistor. A reset signal RST is supplied to the gate of the transistor 603. The transistor 604 can function as an amplification transistor. The transistor 605 can function as a selection transistor. A selection signal SEL is supplied to the gate of the transistor 605. In addition, VDD is supplied to the wiring 608 and VSS is supplied to the wiring 611.

次に、図33(C)に示す画素駆動回路610の動作について説明する。まず、トランジスタ603をオン状態にして、ノード607にVDDを供給する(リセット動作)。その後、トランジスタ603をオフ状態にすると、ノード607にVDDが保持される。次に、トランジスタ602をオン状態とすると、光電変換素子601の受光量に応じて、ノード607の電位が変化する(蓄積動作)。その後、トランジスタ602をオフ状態にすると、ノード607の電位が保持される。次に、トランジスタ605をオン状態とすると、ノード607の電位に応じた電位が配線609に出力される(選択動作)。配線609の電位を検出することで、光電変換素子601の受光量を知ることができる。 Next, operation of the pixel driver circuit 610 illustrated in FIG. 33C is described. First, the transistor 603 is turned on, and VDD is supplied to the node 607 (reset operation). After that, when the transistor 603 is turned off, VDD is held at the node 607. Next, when the transistor 602 is turned on, the potential of the node 607 changes according to the amount of light received by the photoelectric conversion element 601 (accumulation operation). After that, when the transistor 602 is turned off, the potential of the node 607 is held. Next, when the transistor 605 is turned on, a potential corresponding to the potential of the node 607 is output to the wiring 609 (selection operation). By detecting the potential of the wiring 609, the amount of light received by the photoelectric conversion element 601 can be known.

トランジスタ602およびトランジスタ603には、OSトランジスタを用いることが好ましい。前述した通り、OSトランジスタはオフ電流を極めて小さくすることができるため、容量素子606を小さくすることができる。または、容量素子606を省略することができる。また、トランジスタ602およびトランジスタ603としてOSトランジスタを用いると、ノード607の電位が変動しにくい。よって、ノイズの影響を受けにくい撮像装置を実現することができる。 An OS transistor is preferably used for the transistors 602 and 603. As described above, since the off-state current of the OS transistor can be extremely small, the capacitor 606 can be small. Alternatively, the capacitor 606 can be omitted. In addition, when an OS transistor is used as the transistor 602 and the transistor 603, the potential of the node 607 hardly changes. Therefore, it is possible to realize an imaging device that is hardly affected by noise.

図33(A)乃至図33(C)に示したいずれかの画素駆動回路610を用いた画素622をマトリクス状に配置することで、解像度の高い撮像装置が実現できる。 By arranging the pixels 622 using any one of the pixel driver circuits 610 shown in FIGS. 33A to 33C in a matrix, an imaging device with high resolution can be realized.

例えば、画素駆動回路610を1920×1080のマトリクス状に配置すると、いわゆるフルハイビジョン(「2K解像度」、「2K1K」、「2K」などとも言われる。)の解像度で撮像可能な撮像装置を実現することができる。また、例えば、画素駆動回路610を4096×2160のマトリクス状に配置すると、いわゆるウルトラハイビジョン(「4K解像度」、「4K2K」、「4K」などとも言われる。)の解像度で撮像可能な撮像装置を実現することができる。また、例えば、画素駆動回路610を8192×4320のマトリクス状に配置すると、いわゆるスーパーハイビジョン(「8K解像度」、「8K4K」、「8K」などとも言われる。)の解像度で撮像可能な撮像装置を実現することができる。画素駆動回路610を増やすことで、16Kや32Kの解像度で撮像可能な撮像装置を実現することも可能である。 For example, when the pixel driving circuit 610 is arranged in a 1920 × 1080 matrix, an imaging device capable of imaging at a resolution of so-called full high vision (also referred to as “2K resolution”, “2K1K”, “2K”, etc.) is realized. be able to. Further, for example, when the pixel driver circuit 610 is arranged in a 4096 × 2160 matrix, an imaging device capable of imaging at a resolution of so-called ultra high vision (also referred to as “4K resolution”, “4K2K”, “4K”, etc.). Can be realized. Further, for example, when the pixel driver circuit 610 is arranged in a matrix of 8192 × 4320, an imaging device capable of imaging at a resolution of so-called super high vision (also referred to as “8K resolution”, “8K4K”, “8K”, or the like). Can be realized. By increasing the pixel driving circuit 610, it is possible to realize an imaging device capable of imaging at a resolution of 16K or 32K.

上述したトランジスタを用いた画素622の構造例を図34に示す。図34は画素622の一部の断面図である。 A structural example of the pixel 622 using the above-described transistor is illustrated in FIG. FIG. 34 is a cross-sectional view of part of the pixel 622.

図34に示す画素622は、基板401としてn型半導体を用いている。また、基板401中に光電変換素子601のp型半導体221が設けられている。また、基板401の一部が、光電変換素子601のn型半導体223として機能する。 A pixel 622 illustrated in FIG. 34 uses an n-type semiconductor as the substrate 401. Further, the p-type semiconductor 221 of the photoelectric conversion element 601 is provided in the substrate 401. Further, part of the substrate 401 functions as the n-type semiconductor 223 of the photoelectric conversion element 601.

また、トランジスタ604は基板401上に設けられている。トランジスタ604はnチャネル型のトランジスタとして機能できる。また、基板401の一部にp型半導体のウェル220が設けられている。ウェル220はp型半導体221の形成と同様の方法で設けることができる。また、ウェル220とp型半導体221は同時に形成することができる。なお、トランジスタ604として、例えば上述したトランジスタ282を用いることができる。 The transistor 604 is provided over the substrate 401. The transistor 604 can function as an n-channel transistor. A p-type semiconductor well 220 is provided in a part of the substrate 401. The well 220 can be provided by a method similar to the formation of the p-type semiconductor 221. The well 220 and the p-type semiconductor 221 can be formed at the same time. Note that as the transistor 604, the above-described transistor 282 can be used, for example.

また、光電変換素子601、およびトランジスタ604上に絶縁層403、絶縁層404、および絶縁層405が形成されている。絶縁層403乃至絶縁層405の基板401(n型半導体223)と重なる領域に開口224が形成され、絶縁層403乃至絶縁層405のp型半導体221と重なる領域に開口225が形成されている。また、開口224および開口225に、コンタクトプラグ406が形成されている。コンタクトプラグ406は上述したコンタクトプラグ113aと同様に設けることができる。絶なお、開口224および開口225は、その数や配置に特段の制約は無い。よって、レイアウトの自由度が高い撮像装置を実現できる。 An insulating layer 403, an insulating layer 404, and an insulating layer 405 are formed over the photoelectric conversion element 601 and the transistor 604. An opening 224 is formed in a region where the insulating layer 403 to the insulating layer 405 overlap with the substrate 401 (n-type semiconductor 223), and an opening 225 is formed in the region where the insulating layer 403 to the insulating layer 405 overlaps with the p-type semiconductor 221. In addition, contact plugs 406 are formed in the openings 224 and 225. The contact plug 406 can be provided in the same manner as the contact plug 113a described above. Note that the number and arrangement of the openings 224 and 225 are not particularly limited. Therefore, an imaging device with a high degree of freedom in layout can be realized.

また、絶縁層405の上に、電極421、電極422、および電極429が形成されている。電極421は、開口224に設けられたコンタクトプラグ406を介してn型半導体223(基板401)と電気的に接続されている。また、電極429は、開口225に設けられたコンタクトプラグ406を介してp型半導体221と電気的に接続されている。電極422は容量素子606の一方の電極として機能できる。 In addition, an electrode 421, an electrode 422, and an electrode 429 are formed over the insulating layer 405. The electrode 421 is electrically connected to the n-type semiconductor 223 (substrate 401) through a contact plug 406 provided in the opening 224. The electrode 429 is electrically connected to the p-type semiconductor 221 through a contact plug 406 provided in the opening 225. The electrode 422 can function as one electrode of the capacitor 606.

また、電極421、電極429、および電極422を覆って絶縁層407が形成されている。絶縁層407は、絶縁層405と同様の材料および方法で形成することができる。また、絶縁層407表面にCMP処理を行ってもよい。CMP処理を行うことにより、試料表面の凹凸を低減し、この後形成される絶縁層や導電層の被覆性を高めることができる。電極421、電極422、および電極429は、上述した電極114aと同様の材料および方法により形成することができる。 An insulating layer 407 is formed so as to cover the electrode 421, the electrode 429, and the electrode 422. The insulating layer 407 can be formed using a material and a method similar to those of the insulating layer 405. Further, the surface of the insulating layer 407 may be subjected to CMP treatment. By performing the CMP treatment, unevenness on the surface of the sample can be reduced, and the coverage of the insulating layer and the conductive layer to be formed thereafter can be improved. The electrode 421, the electrode 422, and the electrode 429 can be formed using a material and a method similar to those of the electrode 114a described above.

また、絶縁層407の上に絶縁層102が形成され、絶縁層102の上に電極427、電極119、および電極273が形成されている。電極427はコンタクトプラグを介して電極429と電気的に接続されている。電極119は、トランジスタ602のバックゲートとして機能できる。電極273は、容量素子606の他方の電極として機能できる。トランジスタ602は、例えば、上述したトランジスタ160を用いることができる。 The insulating layer 102 is formed over the insulating layer 407, and the electrode 427, the electrode 119, and the electrode 273 are formed over the insulating layer 102. The electrode 427 is electrically connected to the electrode 429 through a contact plug. The electrode 119 can function as a back gate of the transistor 602. The electrode 273 can function as the other electrode of the capacitor 606. As the transistor 602, for example, the above-described transistor 160 can be used.

また、電極109aは、コンタクトプラグを介して電極427と電気的に接続している。 The electrode 109a is electrically connected to the electrode 427 through a contact plug.

<変形例1>
図34とは異なる画素622の構成例を図35に示す。図35は画素622の一部の断面図である。
<Modification 1>
A configuration example of the pixel 622 different from that in FIG. 34 is shown in FIG. FIG. 35 is a cross-sectional view of part of the pixel 622.

図35に示す画素622は、基板401上にトランジスタ604とトランジスタ605が設けられている。トランジスタ604はnチャネル型のトランジスタとして機能できる。トランジスタ605はpチャネル型のトランジスタとして機能できる。なお、トランジスタ604として、例えば上述したトランジスタ282を用いることができる。トランジスタ605として、例えば上述したトランジスタ281を用いることができる。 A pixel 622 illustrated in FIG. 35 includes a transistor 604 and a transistor 605 provided over a substrate 401. The transistor 604 can function as an n-channel transistor. The transistor 605 can function as a p-channel transistor. Note that as the transistor 604, the above-described transistor 282 can be used, for example. For example, the above-described transistor 281 can be used as the transistor 605.

絶縁層405の上に電極413a乃至電極413dが形成されている。電極413aはトランジスタ604のソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、電極413bはトランジスタ604のソースまたはドレインの他方と電気的に接続されている。電極413cは、トランジスタ604のゲートと電気的に接続されている。電極413bはトランジスタ605のソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、電極413dはトランジスタ605のソースまたはドレインの他方と電気的に接続されている。 Electrodes 413 a to 413 d are formed over the insulating layer 405. The electrode 413a is electrically connected to one of a source and a drain of the transistor 604, and an electrode 413b is electrically connected to the other of the source and the drain of the transistor 604. The electrode 413c is electrically connected to the gate of the transistor 604. The electrode 413b is electrically connected to one of a source and a drain of the transistor 605, and an electrode 413d is electrically connected to the other of the source and the drain of the transistor 605.

電極109bと電極413cは、コンタクトプラグ112dを介して電気的に接続されている。また、電極114a、電極114b、および絶縁層112上に絶縁層415が形成されている。絶縁層415は絶縁層111と同様の材料および方法で形成することができる。 The electrode 109b and the electrode 413c are electrically connected through a contact plug 112d. An insulating layer 415 is formed over the electrode 114a, the electrode 114b, and the insulating layer 112. The insulating layer 415 can be formed using a material and a method similar to those of the insulating layer 111.

また、図35に示す画素622は、絶縁層415上に光電変換素子601が設けられている。また、光電変換素子601上に絶縁層442が設けられ、絶縁層442上に電極488が設けられている。絶縁層442は、絶縁層415と同様の材料および方法で形成することができる。 In the pixel 622 illustrated in FIG. 35, the photoelectric conversion element 601 is provided over the insulating layer 415. An insulating layer 442 is provided over the photoelectric conversion element 601, and an electrode 488 is provided over the insulating layer 442. The insulating layer 442 can be formed using a material and a method similar to those of the insulating layer 415.

図35に示す光電変換素子601は、金属材料などで形成された電極686と透光性導電層682との間に光電変換層681を有する。図35では、セレン系材料を光電変換層681に用いた形態を示している。セレン系材料を用いた光電変換素子601は、可視光に対する外部量子効率が高い特性を有する。当該光電変換素子では、アバランシェ現象により入射される光量に対する電子の増幅が大きい高感度のセンサとすることができる。また、セレン系材料は光吸収係数が高いため、光電変換層681を薄くしやすい利点を有する。 A photoelectric conversion element 601 illustrated in FIG. 35 includes a photoelectric conversion layer 681 between an electrode 686 formed using a metal material or the like and a light-transmitting conductive layer 682. FIG. 35 shows a mode in which a selenium-based material is used for the photoelectric conversion layer 681. A photoelectric conversion element 601 using a selenium-based material has a characteristic that external quantum efficiency with respect to visible light is high. The photoelectric conversion element can be a highly sensitive sensor with a large amplification of electrons with respect to the amount of incident light due to the avalanche phenomenon. Further, since the selenium-based material has a high light absorption coefficient, it has an advantage that the photoelectric conversion layer 681 can be easily thinned.

セレン系材料としては、非晶質セレンまたは結晶セレンを用いることができる。結晶セレンは、一例として、非晶質セレンを成膜後、熱処理することで得ることができる。なお、結晶セレンの結晶粒径を画素ピッチより小さくすることで、画素ごとの特性ばらつきを低減させることができる。また、結晶セレンは、非晶質セレンよりも可視光に対する分光感度や光吸収係数が高い特性を有する。 As the selenium-based material, amorphous selenium or crystalline selenium can be used. For example, crystalline selenium can be obtained by heat-treating amorphous selenium after film formation. Note that by making the crystal grain size of crystalline selenium smaller than the pixel pitch, it is possible to reduce the characteristic variation of each pixel. Crystalline selenium has higher spectral sensitivity to visible light and higher light absorption coefficient than amorphous selenium.

なお、光電変換層681は単層として図示しているが、セレン系材料の受光面側に正孔注入阻止層として酸化ガリウムまたは酸化セリウムなどを設け、電極686側に電子注入阻止層として酸化ニッケルまたは硫化アンチモンなどを設ける構成とすることもできる。 Although the photoelectric conversion layer 681 is illustrated as a single layer, gallium oxide or cerium oxide is provided as a hole injection blocking layer on the light-receiving surface side of the selenium-based material, and nickel oxide is used as an electron injection blocking layer on the electrode 686 side. Or it can also be set as the structure which provides antimony sulfide etc.

また、光電変換層681は、銅、インジウム、セレンの化合物(CIS)を含む層であってもよい。または、銅、インジウム、ガリウム、セレンの化合物(CIGS)を含む層であってもよい。CISおよびCIGSでは、セレンの単層と同様にアバランシェ現象が利用できる光電変換素子を形成することができる。 Further, the photoelectric conversion layer 681 may be a layer containing a compound of copper, indium, and selenium (CIS). Alternatively, it may be a layer containing a compound of copper, indium, gallium, and selenium (CIGS). In CIS and CIGS, a photoelectric conversion element that can utilize an avalanche phenomenon as in the case of a single layer of selenium can be formed.

また、CISおよびCIGSはp型半導体であり、接合を形成するためにn型半導体の硫化カドミウムや硫化亜鉛等を接して設けてもよい。 CIS and CIGS are p-type semiconductors, and n-type semiconductors such as cadmium sulfide and zinc sulfide may be provided in contact with each other to form a junction.

アバランシェ現象を発生させるためには、光電変換素子に比較的高い電圧(例えば、10V以上)を印加することが好ましい。OSトランジスタは、Siトランジスタよりもドレイン耐圧の高い特性を有するため、光電変換素子に比較的高い電圧を印加することが容易である。したがって、ドレイン耐圧の高いOSトランジスタと、セレン系材料を光電変換層とした光電変換素子とを組み合わせることで、高感度、かつ信頼性の高い撮像装置とすることができる。 In order to generate the avalanche phenomenon, it is preferable to apply a relatively high voltage (for example, 10 V or more) to the photoelectric conversion element. Since the OS transistor has a higher drain withstand voltage than the Si transistor, it is easy to apply a relatively high voltage to the photoelectric conversion element. Therefore, by combining an OS transistor with a high drain withstand voltage and a photoelectric conversion element using a selenium-based material as a photoelectric conversion layer, an imaging device with high sensitivity and high reliability can be obtained.

透光性導電層682には、例えば、インジウム錫酸化物、シリコンを含むインジウム錫酸化物、亜鉛を含む酸化インジウム、酸化亜鉛、ガリウムを含む酸化亜鉛、アルミニウムを含む酸化亜鉛、酸化錫、フッ素を含む酸化錫、アンチモンを含む酸化錫、またはグラフェン等を用いることができる。また、透光性導電層682は単層に限らず、異なる膜の積層であっても良い。また、図35では、透光性導電層682と配線487が、電極488およびコンタクトプラグ489を介して電気的に接続する構成を図示しているが、透光性導電層682と配線487が直接接してもよい。 The light-transmitting conductive layer 682 includes, for example, indium tin oxide, indium tin oxide containing silicon, indium oxide containing zinc, zinc oxide, zinc oxide containing gallium, zinc oxide containing aluminum, tin oxide, or fluorine. Tin oxide containing, tin oxide containing antimony, graphene, or the like can be used. The light-transmitting conductive layer 682 is not limited to a single layer, and may be a stack of different films. 35 shows a structure in which the light-transmitting conductive layer 682 and the wiring 487 are electrically connected to each other through the electrode 488 and the contact plug 489, the light-transmitting conductive layer 682 and the wiring 487 are directly connected to each other. You may touch.

また、電極686および配線487などは、複数の導電層を積層した構成であってもよい。例えば、電極686を導電層686a、導電層686bの二層とし、配線487を導電層487a、導電層487bの二層とすることができる。また、例えば、導電層686aおよび導電層487aを低抵抗の金属等を選択して形成し、導電層686bおよび導電層487bを光電変換層681とコンタクト特性の良い金属等を選択して形成するとよい。このような構成とすることで、光電変換素子の電気特性を向上させることができる。また、一部の金属は透光性導電層682と接触することにより電蝕を起こすことがある。そのような金属を導電層487aに用いた場合でも導電層487bを介することによって電蝕を防止することができる。 Further, the electrode 686, the wiring 487, and the like may have a structure in which a plurality of conductive layers are stacked. For example, the electrode 686 can be two layers of the conductive layer 686a and the conductive layer 686b, and the wiring 487 can be two layers of the conductive layer 487a and the conductive layer 487b. For example, the conductive layer 686a and the conductive layer 487a may be formed using a low-resistance metal or the like, and the conductive layer 686b and the conductive layer 487b may be formed using a metal or the like having good contact characteristics with the photoelectric conversion layer 681. . By setting it as such a structure, the electrical property of a photoelectric conversion element can be improved. In addition, some metals may cause electrolytic corrosion when in contact with the light-transmitting conductive layer 682. Even when such a metal is used for the conductive layer 487a, electrolytic corrosion can be prevented through the conductive layer 487b.

導電層686bおよび導電層487bには、例えば、モリブデンやタングステンなどを用いることができる。また、導電層686aおよび導電層487aには、例えば、アルミニウム、チタン、またはアルミニウムをチタンで挟むような積層を用いることができる。 For the conductive layer 686b and the conductive layer 487b, for example, molybdenum, tungsten, or the like can be used. For the conductive layer 686a and the conductive layer 487a, for example, aluminum, titanium, or a stack in which aluminum is sandwiched between titanium can be used.

また、絶縁層442が多層である構成であってもよい。隔壁477は、無機絶縁体や絶縁有機樹脂などを用いて形成することができる。また、隔壁477は、トランジスタ等に対する遮光のため、および/または1画素あたりの受光部の面積を確定するために黒色等に着色されていてもよい。 Alternatively, the insulating layer 442 may have a multilayer structure. The partition wall 477 can be formed using an inorganic insulator, an insulating organic resin, or the like. The partition wall 477 may be colored black or the like for shielding light from a transistor or the like and / or for determining an area of a light receiving portion per pixel.

また、光電変換素子601には、非晶質シリコン膜や微結晶シリコン膜などを用いたpin型のダイオード素子などを用いてもよい。当該フォトダイオードは、n型の半導体層、i型の半導体層、およびp型の半導体層が順に積層された構成を有している。i型の半導体層には非晶質シリコンを用いることが好ましい。また、p型の半導体層およびn型の半導体層には、それぞれの導電型を付与するドーパントを含む非晶質シリコンまたは微結晶シリコンなどを用いることができる。非晶質シリコンを光電変換層とするフォトダイオードは可視光の波長領域における感度が高く、微弱な可視光を検知しやすい。 As the photoelectric conversion element 601, a pin-type diode element using an amorphous silicon film, a microcrystalline silicon film, or the like may be used. The photodiode has a configuration in which an n-type semiconductor layer, an i-type semiconductor layer, and a p-type semiconductor layer are sequentially stacked. Amorphous silicon is preferably used for the i-type semiconductor layer. For the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer, amorphous silicon or microcrystalline silicon containing a dopant imparting each conductivity type can be used. A photodiode using amorphous silicon as a photoelectric conversion layer has high sensitivity in the wavelength region of visible light and can easily detect weak visible light.

なお、pn型やpin型のダイオード素子は、p型の半導体層が受光面となるように設けることが好ましい。p型の半導体層を受光面とすることで、光電変換素子601の出力電流を高めることができる。 Note that the pn-type or pin-type diode element is preferably provided so that the p-type semiconductor layer serves as a light receiving surface. By using the p-type semiconductor layer as the light receiving surface, the output current of the photoelectric conversion element 601 can be increased.

上述したセレン系材料や非晶質シリコンなどを用いて形成した光電変換素子601は、成膜工程、リソグラフィ工程、エッチング工程などの一般的な半導体作製工程を用いて作製するこができる。 The photoelectric conversion element 601 formed using the above-described selenium-based material, amorphous silicon, or the like can be manufactured using a general semiconductor manufacturing process such as a film formation process, a lithography process, or an etching process.

〔表示装置〕
上述したトランジスタを用いた半導体装置の一例として、表示装置について説明する。表示素子を有する装置である表示装置(液晶表示装置、発光表示装置など)は、様々な形態を用いること、または様々な素子を有することが出来る。
[Display device]
A display device will be described as an example of a semiconductor device using the above-described transistor. A display device (a liquid crystal display device, a light-emitting display device, or the like) that is a device having a display element can have various modes or have various elements.

表示装置は、例えば、EL(エレクトロルミネッセンス)素子(有機物および無機物を含むEL素子、有機EL素子、無機EL素子)、LEDチップ(白色LEDチップ、赤色LEDチップ、緑色LEDチップ、青色LEDチップなど)、トランジスタ(電流に応じて発光するトランジスタ)、電子放出素子、カーボンナノチューブを用いた表示素子、液晶素子、電子インク、エレクトロウェッティング素子、電気泳動素子、MEMS(マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム)を用いた表示素子(例えば、グレーティングライトバルブ(GLV)、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)、DMS(デジタル・マイクロ・シャッター)、MIRASOL(登録商標)、IMOD(インターフェアレンス・モジュレーション)素子、シャッター方式のMEMS表示素子、光干渉方式のMEMS表示素子、圧電セラミックディスプレイなど)、または、量子ドットなどの少なくとも一つを有している。 Display devices include, for example, EL (electroluminescence) elements (EL elements including organic substances and inorganic substances, organic EL elements, inorganic EL elements), LED chips (white LED chips, red LED chips, green LED chips, blue LED chips, etc.) , Transistors (transistors that emit light in response to current), electron-emitting devices, display devices using carbon nanotubes, liquid crystal devices, electronic ink, electrowetting devices, electrophoretic devices, MEMS (micro electro mechanical systems) Display elements used (for example, grating light valve (GLV), digital micromirror device (DMD), DMS (digital micro shutter), MIRASOL (registered trademark), IMOD (interference modulation) element MEMS display element shutter method, MEMS display element employing optical interferometry, such as a piezoelectric ceramic display), or has at least one and quantum dots.

これらの他にも、表示装置は、電気的または磁気的作用により、コントラスト、輝度、反射率、透過率などが変化する表示媒体を有していてもよい。例えば、表示装置はプラズマディスプレイ(PDP)であってもよい。 In addition to these, the display device may include a display medium in which contrast, luminance, reflectance, transmittance, and the like change due to an electrical or magnetic action. For example, the display device may be a plasma display (PDP).

EL素子を用いた表示装置の一例としては、ELディスプレイなどがある。電子放出素子を用いた表示装置の一例としては、フィールドエミッションディスプレイ(FED)またはSED方式平面型ディスプレイ(SED:Surface−conduction Electron−emitter Display)などがある。 An example of a display device using an EL element is an EL display. As an example of a display device using an electron-emitting device, there is a field emission display (FED), a SED type flat display (SED: Surface-Conduction Electron-Emitter Display), or the like.

量子ドットを各画素に用いた表示装置の一例としては、量子ドットディスプレイなどがある。なお、量子ドットは、表示素子としてではなく、液晶表示装置などに用いるバックライトの一部に設けてもよい。量子ドットを用いることにより、色純度の高い表示を行うことができる。 An example of a display device using a quantum dot for each pixel is a quantum dot display. Note that the quantum dots may be provided not in the display element but in part of a backlight used for a liquid crystal display device or the like. By using quantum dots, display with high color purity can be performed.

液晶素子を用いた表示装置の一例としては、液晶表示装置(透過型液晶ディスプレイ、半透過型液晶ディスプレイ、反射型液晶ディスプレイ、直視型液晶ディスプレイ、投射型液晶ディスプレイ)などがある。 As an example of a display device using a liquid crystal element, there is a liquid crystal display device (a transmissive liquid crystal display, a transflective liquid crystal display, a reflective liquid crystal display, a direct view liquid crystal display, or a projection liquid crystal display).

なお、半透過型液晶ディスプレイや反射型液晶ディスプレイを実現する場合には、画素電極の一部、または、全部が、反射電極としての機能を有するようにすればよい。例えば、画素電極の一部、または、全部が、アルミニウム、銀、などを有するようにすればよい。さらに、その場合、反射電極の下に、SRAMなどの記憶回路を設けることも可能である。これにより、さらに、消費電力を低減することができる。 Note that in the case of realizing a transflective liquid crystal display or a reflective liquid crystal display, part or all of the pixel electrode may have a function as a reflective electrode. For example, part or all of the pixel electrode may have aluminum, silver, or the like. Further, in that case, a memory circuit such as an SRAM can be provided under the reflective electrode. Thereby, power consumption can be further reduced.

電子インク、電子粉流体(登録商標)、または電気泳動素子を用いた表示装置の一例としては、電子ペーパーなどがある。 An example of a display device using electronic ink, electronic powder fluid (registered trademark), or an electrophoretic element is electronic paper.

なお、表示素子などにLEDチップを用いる場合、LEDチップの電極や窒化物半導体の下に、グラフェンやグラファイトを配置してもよい。グラフェンやグラファイトは、複数の層を重ねて、多層膜としてもよい。このように、グラフェンやグラファイトを設けることにより、その上に、窒化物半導体、例えば、結晶を有するn型GaN半導体層などを容易に成膜することができる。さらに、その上に、結晶を有するp型GaN半導体層などを設けて、LEDチップを構成することができる。なお、グラフェンやグラファイトと、結晶を有するn型GaN半導体層との間に、AlN層を設けてもよい。なお、LEDチップが有するGaN半導体層は、MOCVDで成膜してもよい。ただし、グラフェンを設けることにより、LEDチップが有するGaN半導体層は、スパッタ法で成膜することも可能である。 Note that, when an LED chip is used for a display element or the like, graphene or graphite may be disposed under the LED chip electrode or nitride semiconductor. Graphene or graphite may be a multilayer film in which a plurality of layers are stacked. Thus, by providing graphene or graphite, a nitride semiconductor, for example, an n-type GaN semiconductor layer having a crystal can be easily formed thereon. Furthermore, a p-type GaN semiconductor layer having a crystal or the like can be provided thereon to form an LED chip. Note that an AlN layer may be provided between graphene or graphite and an n-type GaN semiconductor layer having a crystal. Note that the GaN semiconductor layer of the LED chip may be formed by MOCVD. However, by providing graphene, the GaN semiconductor layer of the LED chip can be formed by a sputtering method.

また、MEMSを用いた表示素子においては、表示素子が封止されている空間(例えば、表示素子が配置されている素子基板と、素子基板に対向して配置されている対向基板との間)に、乾燥剤を配置してもよい。乾燥剤を配置することにより、MEMSなどが水分によって動きにくくなることや、劣化しやすくなることを防止することができる。 In a display element using MEMS, a space in which the display element is sealed (for example, between an element substrate on which the display element is disposed and a counter substrate disposed to face the element substrate). In addition, a desiccant may be disposed. By arranging the desiccant, it is possible to prevent the MEMS and the like from becoming difficult to move due to moisture or from being easily deteriorated.

<画素回路構成例>
次に、図36を用いて、表示装置のより具体的な構成例について説明する。図36(A)は、表示装置3100の構成を説明するためのブロック図である。表示装置3100は、表示領域3131、回路3132、および回路3133を有する。回路3132は、例えば走査線駆動回路として機能する。また、回路3133は、例えば信号線駆動回路として機能する。
<Pixel circuit configuration example>
Next, a more specific configuration example of the display device will be described with reference to FIG. FIG. 36A is a block diagram for describing a structure of the display device 3100. The display device 3100 includes a display area 3131, a circuit 3132, and a circuit 3133. The circuit 3132 functions as a scan line driver circuit, for example. The circuit 3133 functions as a signal line driver circuit, for example.

また、表示装置3100は、各々が略平行に配設され、且つ、回路3132によって電位が制御されるm本の走査線3135と、各々が略平行に配設され、且つ、回路3133によって電位が制御されるn本の信号線3136と、を有する。さらに、表示領域3131はm行n列のマトリクス状に配設された複数の画素3130を有する。なお、m、nは、ともに2以上の自然数である。 In addition, the display device 3100 is arranged substantially in parallel with each other and m scanning lines 3135 whose potentials are controlled by the circuit 3132, and each of the display devices 3100 is arranged substantially in parallel, and the potential is supplied by the circuit 3133. N signal lines 3136 to be controlled. Further, the display region 3131 includes a plurality of pixels 3130 arranged in a matrix of m rows and n columns. Note that m and n are both natural numbers of 2 or more.

表示領域3131において、各走査線3135は、画素3130のうち、いずれかの行に配設されたn個の画素3130と電気的に接続される。また、各信号線3136は、画素3130のうち、いずれかの列に配設されたm個の画素3130に電気的に接続される。 In the display region 3131, each scanning line 3135 is electrically connected to n pixels 3130 arranged in any row of the pixels 3130. Each signal line 3136 is electrically connected to m pixels 3130 arranged in any column of the pixels 3130.

また、図37(A)に示すように、表示領域3131を挟んで回路3132と向き合う位置に、回路3152を設けてもよい。また、図37(B)に示すように、表示領域3131を挟んで回路3133と向き合う位置に、回路3153を設けてもよい。図37(A)および図37(B)では、回路3152を回路3132と同様に走査線3135に接続する例を示している。ただし、これに限らず、例えば、走査線3135に接続する回路3132と回路3152を、数行毎に変えてもよい。図37(B)では、回路3153を回路3133と同様に信号線3136に接続する例を示している。ただし、これに限らず、例えば、信号線3136に接続する回路3133と回路3153を、数行毎に変えてもよい。また、回路3132、回路3133、回路3152および回路3153は、画素3130を駆動する以外の機能を有していてもよい。 As shown in FIG. 37A, a circuit 3152 may be provided at a position facing the circuit 3132 with the display region 3131 interposed therebetween. As shown in FIG. 37B, a circuit 3153 may be provided at a position facing the circuit 3133 with the display region 3131 interposed therebetween. 37A and 37B illustrate an example in which the circuit 3152 is connected to the scan line 3135 in the same manner as the circuit 3132. However, the present invention is not limited to this. For example, the circuit 3132 and the circuit 3152 connected to the scanning line 3135 may be changed every several rows. FIG. 37B illustrates an example in which the circuit 3153 is connected to the signal line 3136 similarly to the circuit 3133. However, the present invention is not limited to this. For example, the circuit 3133 and the circuit 3153 connected to the signal line 3136 may be changed every several rows. The circuit 3132, the circuit 3133, the circuit 3152, and the circuit 3153 may have functions other than driving the pixel 3130.

また、回路3132、回路3133、回路3152および回路3153を、駆動回路部という場合がある。画素3130は、画素回路3137および表示素子を有する。画素回路3137は表示素子を駆動する回路である。駆動回路部が有するトランジスタは、画素回路3137を構成するトランジスタと同時に形成することができる。また、駆動回路部の一部または全部を他の基板上に形成して、表示装置3100と電気的に接続してもよい。例えば、駆動回路部の一部または全部を単結晶基板を用いて形成し、表示装置3100と電気的に接続してもよい。 Further, the circuit 3132, the circuit 3133, the circuit 3152, and the circuit 3153 may be referred to as a driver circuit portion. The pixel 3130 includes a pixel circuit 3137 and a display element. The pixel circuit 3137 is a circuit for driving a display element. The transistor included in the driver circuit portion can be formed at the same time as the transistor included in the pixel circuit 3137. Alternatively, part or all of the driver circuit portion may be formed over another substrate and electrically connected to the display device 3100. For example, part or all of the driver circuit portion may be formed using a single crystal substrate and electrically connected to the display device 3100.

図36(B)および図36(C)は、表示装置3100の画素3130に用いることができる回路構成を示している。 FIG. 36B and FIG. 36C illustrate circuit configurations that can be used for the pixel 3130 of the display device 3100.

《発光表示装置用画素回路の一例》
図36(B)に、発光表示装置に用いることができる画素回路の一例を示す。図36(B)に示す画素回路3137は、トランジスタ3431と、容量素子3233と、トランジスタ3232と、トランジスタ3434と、を有する。また、画素回路3137は、表示素子として機能できる発光素子3125と電気的に接続されている。
<Example of pixel circuit for light-emitting display device>
FIG. 36B illustrates an example of a pixel circuit that can be used for the light-emitting display device. A pixel circuit 3137 illustrated in FIG. 36B includes a transistor 3431, a capacitor 3233, a transistor 3232, and a transistor 3434. In addition, the pixel circuit 3137 is electrically connected to a light-emitting element 3125 that can function as a display element.

トランジスタ3431のソース電極およびドレイン電極の一方は、データ信号が与えられるn列目の信号線3136(以下、信号線DL_nという)に電気的に接続される。さらに、トランジスタ3431のゲート電極は、ゲート信号が与えられるm行目の走査線3135(以下、走査線GL_mという)に電気的に接続される。 One of a source electrode and a drain electrode of the transistor 3431 is electrically connected to an n-th column signal line 3136 (hereinafter referred to as a signal line DL_n) to which a data signal is supplied. Further, the gate electrode of the transistor 3431 is electrically connected to an m-th scanning line 3135 (hereinafter referred to as a scanning line GL_m) to which a gate signal is supplied.

トランジスタ3431は、データ信号のノード3435への書き込みを制御する機能を有する。 The transistor 3431 has a function of controlling writing of a data signal to the node 3435.

容量素子3233の一対の電極の一方は、ノード3435に電気的に接続され、他方は、ノード3437に電気的に接続される。また、トランジスタ3431のソース電極およびドレイン電極の他方は、ノード3435に電気的に接続される。 One of the pair of electrodes of the capacitor 3233 is electrically connected to the node 3435 and the other is electrically connected to the node 3437. The other of the source electrode and the drain electrode of the transistor 3431 is electrically connected to the node 3435.

容量素子3233は、ノード3435に書き込まれたデータを保持する保持容量としての機能を有する。 The capacitor 3233 has a function as a storage capacitor that stores data written to the node 3435.

トランジスタ3232のソース電極およびドレイン電極の一方は、電位供給線VL_aに電気的に接続され、他方はノード3437に電気的に接続される。さらに、トランジスタ3232のゲート電極は、ノード3435に電気的に接続される。 One of a source electrode and a drain electrode of the transistor 3232 is electrically connected to the potential supply line VL_a, and the other is electrically connected to a node 3437. Further, the gate electrode of the transistor 3232 is electrically connected to the node 3435.

トランジスタ3434のソース電極およびドレイン電極の一方は、電位供給線VL_cに電気的に接続され、他方はノード3437に電気的に接続される。さらに、トランジスタ3434のゲート電極は、走査線GL_mに電気的に接続される。 One of a source electrode and a drain electrode of the transistor 3434 is electrically connected to the potential supply line VL_c, and the other is electrically connected to a node 3437. Further, the gate electrode of the transistor 3434 is electrically connected to the scan line GL_m.

発光素子3125のアノードおよびカソードの一方は、電位供給線VL_bに電気的に接続され、他方は、ノード3437に電気的に接続される。 One of an anode and a cathode of the light-emitting element 3125 is electrically connected to the potential supply line VL_b, and the other is electrically connected to the node 3437.

発光素子3125としては、例えば有機エレクトロルミネセンス素子(有機EL素子ともいう)などを用いることができる。ただし、これに限定されず、例えば無機材料からなる無機EL素子を用いても良い。 As the light-emitting element 3125, for example, an organic electroluminescence element (also referred to as an organic EL element) or the like can be used. However, it is not limited to this, For example, you may use the inorganic EL element which consists of inorganic materials.

例えば、電位供給線VL_aはVDDを供給する機能を有する。また、電位供給線VL_bはVSSを供給する機能を有する。また、電位供給線VL_cはVSSを供給する機能を有する。 For example, the potential supply line VL_a has a function of supplying VDD. The potential supply line VL_b has a function of supplying VSS. In addition, the potential supply line VL_c has a function of supplying VSS.

ここで、図36(B)の画素回路3137を有する表示装置の動作例について説明しておく。まず、回路3132により各行の画素回路3137を順次選択し、トランジスタ3431をオン状態にしてデータ信号(電位)をノード3435に書き込む。次に、トランジスタ3434をオン状態にしてノード3437の電位をVSSとする。 Here, an example of operation of the display device including the pixel circuit 3137 in FIG. 36B will be described. First, the pixel circuit 3137 in each row is sequentially selected by the circuit 3132, the transistor 3431 is turned on, and a data signal (potential) is written to the node 3435. Next, the transistor 3434 is turned on and the potential of the node 3437 is set to VSS.

その後、トランジスタ3431をオフ状態としてノード3435に書き込まれたデータ信号を保持する。次に、トランジスタ3434をオフ状態とする。トランジスタ3232のソースとドレインの間に流れる電流量は、ノード3435に書き込まれたデータ信号に応じて決まる。よって、発光素子3125は、流れる電流量に応じた輝度で発光する。これを行毎に順次行うことにより、画像を表示できる。 After that, the data signal written to the node 3435 is held with the transistor 3431 turned off. Next, the transistor 3434 is turned off. The amount of current flowing between the source and drain of the transistor 3232 is determined in accordance with the data signal written to the node 3435. Therefore, the light emitting element 3125 emits light with luminance corresponding to the amount of current flowing. By sequentially performing this for each row, an image can be displayed.

また、複数の画素3130を、それぞれ副画素として用いて、それぞれの副画素から異なる波長域の光を発光させることで、カラー画像を表示することができる。例えば、赤の波長域の光を発する画素3130、緑の波長域の光を発する画素3130、および青の波長域の光を発する画素3130を1つの画素として用いる。 In addition, a color image can be displayed by using a plurality of pixels 3130 as sub-pixels and emitting light in different wavelength ranges from the respective sub-pixels. For example, a pixel 3130 that emits light in the red wavelength region, a pixel 3130 that emits light in the green wavelength region, and a pixel 3130 that emits light in the blue wavelength region are used as one pixel.

なお、組み合わせる光の波長域は、赤、緑、および青に限定されず、シアン、黄およびマゼンダであってもよい。1つの画素に少なくとも3種類の異なる波長域の光を発する副画素を設けることで、カラー画像を表示することができる。 The wavelength range of the combined light is not limited to red, green, and blue, and may be cyan, yellow, and magenta. A color image can be displayed by providing subpixels that emit light of at least three different wavelength ranges in one pixel.

また、赤、緑、および青に、イエロー、シアン、マゼンタ、白などを一種以上追加してもよい。例えば、赤、緑、および青に加えて、黄の波長域の光を発する副画素を加えてもよい。また、シアン、黄、およびマゼンダに赤、緑、青、白などを一種以上追加してもよい。例えば、シアン、黄、およびマゼンダに加えて、青の波長域の光を発する副画素を加えてもよい。1つの画素に4種類以上の異なる波長域で発光する副画素を設けることで、表示する画像の色の再現性をさらに高めることができる。 In addition, one or more of yellow, cyan, magenta, white, and the like may be added to red, green, and blue. For example, in addition to red, green, and blue, subpixels that emit light in the yellow wavelength range may be added. One or more of red, green, blue, white, etc. may be added to cyan, yellow, and magenta. For example, in addition to cyan, yellow, and magenta, subpixels that emit light in the blue wavelength region may be added. By providing subpixels that emit light in four or more different wavelength ranges in one pixel, the color reproducibility of an image to be displayed can be further improved.

また、1つの画素に用いる、赤、緑、青の画素数比(または発光面積比)は、必ずしも1:1:1である必要は無い。例えば、画素数比(発光面積比)を赤:緑:青=1:1:2としてもよい。また、画素数比(発光面積比)を赤:緑:青=1:2:3としてもよい。 Further, the number ratio (or light emission area ratio) of red, green, and blue used for one pixel is not necessarily 1: 1: 1. For example, the pixel number ratio (light emission area ratio) may be red: green: blue = 1: 1: 2. Further, the pixel number ratio (light emission area ratio) may be red: green: blue = 1: 2: 3.

また、白色光を発する副画素に、赤、緑、青などのカラーフィルタを組み合わせて、カラー表示を実現することもできる。また、赤、緑、または青の波長域の光を発する副画素それぞれに、赤、緑、または青の波長域の光を透過するカラーフィルタを組み合わせてもよい。 In addition, color display can be realized by combining color filters such as red, green, and blue with sub-pixels that emit white light. A color filter that transmits light in the red, green, or blue wavelength region may be combined with each of the sub-pixels that emit light in the red, green, or blue wavelength region.

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。 However, the present invention is not limited to a display device for color display, and can also be applied to a display device for monochrome display.

《液晶表示装置用画素回路の一例》
図36(C)に、液晶表示装置に用いることができる画素回路の一例を示す。図36(C)に示す画素回路3137は、トランジスタ3431と、容量素子3233と、を有する。また、画素回路3137は、表示素子として機能できる液晶素子3432と電気的に接続されている。
<Example of pixel circuit for liquid crystal display device>
FIG. 36C illustrates an example of a pixel circuit that can be used for a liquid crystal display device. A pixel circuit 3137 illustrated in FIG. 36C includes a transistor 3431 and a capacitor 3233. In addition, the pixel circuit 3137 is electrically connected to a liquid crystal element 3432 that can function as a display element.

液晶素子3432の一対の電極の一方の電位は、画素回路3137の仕様に応じて適宜設定される。液晶素子3432に含まれる液晶は、ノード3436に書き込まれるデータにより配向状態が設定される。なお、複数の画素回路3137のそれぞれが有する液晶素子3432の一対の電極の一方に、共通の電位(コモン電位)を与えてもよい。 One potential of the pair of electrodes of the liquid crystal element 3432 is set as appropriate depending on the specification of the pixel circuit 3137. The alignment state of the liquid crystal included in the liquid crystal element 3432 is set by data written to the node 3436. Note that a common potential (common potential) may be applied to one of the pair of electrodes of the liquid crystal element 3432 included in each of the plurality of pixel circuits 3137.

液晶素子3432のモードとしては、例えば、TNモード、STNモード、VAモード、ASM(Axially Symmetric Aligned Micro−cell)モード、OCB(Optically Compensated Birefringence)モード、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric Liquid Crystal)モード、MVAモード、PVA(Patterned Vertical Alignment)モード、IPSモード、FFSモード、またはTBA(Transverse Bend Alignment)モードなどを用いてもよい。また、他の例として、ECB(Electrically Controlled Birefringence)モード、PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal)モード、PNLC(Polymer Network Liquid Crystal)モード、ゲストホストモードなどがある。ただし、これに限定されず、様々なモードを用いることができる。 As a mode of the liquid crystal element 3432, for example, a TN mode, an STN mode, a VA mode, an ASM (Axial Symmetrical Aligned Micro-cell) mode, an OCB (Optically Compensated Birefringence) mode, and an FLC (Ferroelectric AF) mode. A Crystal (B) mode, an MVA mode, a PVA (Patterned Vertical Alignment) mode, an IPS mode, an FFS mode, or a TBA (Transverse Bend Alignment) mode may be used. Other examples include ECB (Electrically Controlled Birefringence) mode, PDLC (Polymer Dispersed Liquid Crystal) mode, PNLC (Polymer Network Liquid Crystal) mode, and guest host mode. However, the present invention is not limited to this, and various modes can be used.

m行n列目の画素回路3137において、トランジスタ3431のソース電極およびドレイン電極の一方は、信号線DL_nに電気的に接続され、他方はノード3436に電気的に接続される。トランジスタ3431のゲート電極は、走査線GL_mに電気的に接続される。トランジスタ3431は、ノード3436へのデータ信号の書き込みを制御する機能を有する。 In the pixel circuit 3137 in the m-th row and the n-th column, one of a source electrode and a drain electrode of the transistor 3431 is electrically connected to the signal line DL_n, and the other is electrically connected to a node 3436. A gate electrode of the transistor 3431 is electrically connected to the scan line GL_m. The transistor 3431 has a function of controlling writing of a data signal to the node 3436.

容量素子3233の一対の電極の一方は、特定の電位が供給される配線(以下、「容量線CL」ともいう。)に電気的に接続され、他方は、ノード3436に電気的に接続される。また、液晶素子3432の一対の電極の他方はノード3436に電気的に接続される。なお、容量線CLの電位の値は、画素回路3137の仕様に応じて適宜設定される。容量素子3233は、ノード3436に書き込まれたデータを保持する保持容量としての機能を有する。 One of the pair of electrodes of the capacitor 3233 is electrically connected to a wiring to which a specific potential is supplied (hereinafter also referred to as “capacitor line CL”), and the other is electrically connected to a node 3436. . The other of the pair of electrodes of the liquid crystal element 3432 is electrically connected to the node 3436. Note that the value of the potential of the capacitor line CL is set as appropriate in accordance with the specifications of the pixel circuit 3137. The capacitor 3233 functions as a storage capacitor that stores data written in the node 3436.

ここで、図36(C)の画素回路3137を有する表示装置の動作例について説明しておく。まず、回路3132により各行の画素回路3137を順次選択し、トランジスタ3431をオン状態にしてノード3436にデータ信号を書き込む。 Here, an example of operation of the display device including the pixel circuit 3137 in FIG. 36C is described. First, the pixel circuit 3137 in each row is sequentially selected by the circuit 3132, the transistor 3431 is turned on, and a data signal is written to the node 3436.

次に、トランジスタ3431をオフ状態としてノード3436に書き込まれたデータ信号を保持する。ノード3436に書き込まれたデータ信号に応じて、液晶素子3432の透過光量が決まる。これを行毎に順次行うことにより、表示領域3131に画像を表示できる。 Next, the data signal written to the node 3436 is held with the transistor 3431 turned off. The amount of light transmitted through the liquid crystal element 3432 is determined in accordance with the data signal written to the node 3436. By sequentially performing this for each row, an image can be displayed in the display area 3131.

<表示装置の構成例>
上記実施の形態に示したトランジスタを用いて、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。上記実施の形態に示したトランジスタを用いることが可能な表示装置の構成例について、図38および図39を用いて説明する。
<Configuration example of display device>
With the use of the transistor described in any of the above embodiments, part or all of a driver circuit including a transistor can be formed over the same substrate as the pixel portion, so that a system-on-panel can be formed. A structure example of a display device in which the transistor described in any of the above embodiments can be used will be described with reference to FIGS.

〔液晶表示装置と発光表示装置〕
表示装置の一例として、液晶素子を用いた表示装置および発光素子を用いた表示装置について説明する。図38(A)において、第1の基板4001上に設けられた画素部4002を囲むようにして、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38(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又は多結晶半導体で形成された信号線駆動回路4003、及び走査線駆動回路4004が実装されている。また、信号線駆動回路4003、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及び電位は、FPC(Flexible printed circuit)4018a、FPC4018bから供給されている。
[Liquid crystal display device and light emitting display device]
As an example of a display device, a display device using a liquid crystal element and a display device using a light emitting element will be described. In FIG. 38A, a sealant 4005 is provided so as to surround the pixel portion 4002 provided over the first substrate 4001 and sealed with the second substrate 4006. In FIG. 38A, a signal line formed using a single crystal semiconductor or a polycrystalline semiconductor over a separately prepared substrate in a region different from the region surrounded by the sealant 4005 over the first substrate 4001. A driver circuit 4003 and a scan line driver circuit 4004 are mounted. In addition, various signals and potentials supplied to the signal line driver circuit 4003, the scan line driver circuit 4004, or the pixel portion 4002 are supplied from an FPC (Flexible Printed Circuit) 4018a and an FPC 4018b.

図38(B)及び図38(C)において、第1の基板4001上に設けられた画素部4002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38(B)及び図38(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又は多結晶半導体で形成された信号線駆動回路4003が実装されている。図38(B)及び図38(C)においては、信号線駆動回路4003、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及び電位は、FPC4018から供給されている。 38B and 38C, a sealant 4005 is provided so as to surround the pixel portion 4002 provided over the first substrate 4001 and the scan line driver circuit 4004. A second substrate 4006 is provided over the pixel portion 4002 and the scan line driver circuit 4004. Therefore, the pixel portion 4002 and the scan line driver circuit 4004 are sealed together with the display element by the first substrate 4001, the sealant 4005, and the second substrate 4006. 38B and 38C, a single crystal semiconductor or a polycrystalline semiconductor is provided over a separately prepared substrate in a region different from the region surrounded by the sealant 4005 over the first substrate 4001. A signal line driver circuit 4003 formed in (1) is mounted. 38B and 38C, a variety of signals and potentials are supplied to the signal line driver circuit 4003, the scan line driver circuit 4004, or the pixel portion 4002 from an FPC 4018.

また図38(B)及び図38(C)においては、信号線駆動回路4003を別途形成し、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。 FIGS. 38B and 38C illustrate an example in which the signal line driver circuit 4003 is formed separately and mounted on the first substrate 4001; however, the present invention is not limited to this structure. The scan line driver circuit may be separately formed and mounted, or only part of the signal line driver circuit or only part of the scan line driver circuit may be separately formed and mounted.

なお、別途形成した駆動回路の接続方法は、特に限定されるものではなく、ワイヤボンディング、COG(Chip On Glass)、TCP(Tape Carrier Package)、COF(Chip On Film)などを用いることができる。図38(A)は、COG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38(B)は、COGにより信号線駆動回路4003を実装する例であり、図38(C)は、TCPにより信号線駆動回路4003を実装する例である。 Note that a connection method of a driver circuit which is separately formed is not particularly limited, and wire bonding, COG (Chip On Glass), TCP (Tape Carrier Package), COF (Chip On Film), or the like can be used. FIG. 38A illustrates an example in which the signal line driver circuit 4003 and the scanning line driver circuit 4004 are mounted by COG, and FIG. 38B illustrates an example in which the signal line driver circuit 4003 is mounted by COG. (C) is an example in which the signal line driver circuit 4003 is mounted by TCP.

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

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

図39(A)及び図39(B)は、図38(B)中でN1−N2の鎖線で示した部位の断面構成を示す断面図である。図39(A)及び図39(B)に示す表示装置は電極4015を有しており、電極4015はFPC4018が有する端子と異方性導電層4019を介して、電気的に接続されている。また、電極4015は、絶縁層4112、絶縁層4111、および絶縁層4110に形成された開口において配線4014と電気的に接続されている。 39A and 39B are cross-sectional views illustrating a cross-sectional structure of a portion indicated by the chain line N1-N2 in FIG. 38B. The display device illustrated in FIGS. 39A and 39B includes an electrode 4015, and the electrode 4015 is electrically connected to a terminal included in the FPC 4018 through an anisotropic conductive layer 4019. The electrode 4015 is electrically connected to the wiring 4014 in an opening formed in the insulating layer 4112, the insulating layer 4111, and the insulating layer 4110.

電極4015は、第1の電極層4030と同じ導電層から形成され、配線4014は、トランジスタ4010、およびトランジスタ4011のソース電極およびドレイン電極と同じ導電層で形成されている。 The electrode 4015 is formed using the same conductive layer as the first electrode layer 4030, and the wiring 4014 is formed using the same conductive layer as the source electrode and the drain electrode of the transistor 4010 and the transistor 4011.

また第1の基板4001上に設けられた画素部4002と走査線駆動回路4004は、トランジスタを複数有しており、図39(A)及び図39(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。図39(A)では、トランジスタ4010およびトランジスタ4011上に、絶縁層4112、絶縁層4111、および絶縁層4110が設けられ、図39(B)では、絶縁層4112の上に隔壁4510が形成されている。 The pixel portion 4002 and the scan line driver circuit 4004 provided over the first substrate 4001 include a plurality of transistors. In FIGS. 39A and 39B, transistors included in the pixel portion 4002 are included. 4010 and a transistor 4011 included in the scan line driver circuit 4004 are illustrated. In FIG. 39A, an insulating layer 4112, an insulating layer 4111, and an insulating layer 4110 are provided over the transistor 4010 and the transistor 4011. In FIG. 39B, a partition wall 4510 is formed over the insulating layer 4112. Yes.

また、トランジスタ4010およびトランジスタ4011は、絶縁層4102上に設けられている。また、トランジスタ4010およびトランジスタ4011は、絶縁層4102上に形成された電極4017を有し、電極4017上に絶縁層4103が形成されている。
電極4017はバックゲート電極として機能することができる。
In addition, the transistor 4010 and the transistor 4011 are provided over the insulating layer 4102. The transistor 4010 and the transistor 4011 each include an electrode 4017 formed over the insulating layer 4102, and the insulating layer 4103 is formed over the electrode 4017.
The electrode 4017 can function as a back gate electrode.

トランジスタ4010およびトランジスタ4011は、上記実施の形態で示したトランジスタを用いることができる。上記実施の形態で例示したトランジスタは、電気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39(A)及び図39(B)で示す本実施の形態の表示装置を信頼性の高い表示装置とすることができる。 As the transistor 4010 and the transistor 4011, any of the transistors described in the above embodiments can be used. In the transistor described in the above embodiment, the fluctuation in electric characteristics is suppressed and the transistor is electrically stable. Therefore, the display device in this embodiment illustrated in FIGS. 39A and 39B can be a highly reliable display device.

なお、図39(A)および図39(B)では、トランジスタ4010およびトランジスタ4011として、上記実施の形態に示したトランジスタ160と同様の構造を有するトランジスタを用いる場合について例示している。 Note that FIGS. 39A and 39B illustrate the case where a transistor having a structure similar to that of the transistor 160 described in the above embodiment is used as the transistor 4010 and the transistor 4011.

また、図39(A)および図39(B)に示す表示装置は、容量素子4020を有する。容量素子4020は、トランジスタ4010のソース電極またはドレイン電極の一方の一部と、電極4021が絶縁層4103を介して重なる領域を有する。電極4021は、電極4017と同じ導電層で形成されている。 In addition, the display device illustrated in FIGS. 39A and 39B includes a capacitor 4020. The capacitor 4020 has a region where the electrode 4021 overlaps with part of one of the source electrode and the drain electrode of the transistor 4010 with the insulating layer 4103 interposed therebetween. The electrode 4021 is formed using the same conductive layer as the electrode 4017.

一般に、表示装置に設けられる容量素子の容量は、画素部に配置されるトランジスタのリーク電流等を考慮して、所定の期間の間電荷を保持できるように設定される。容量素子の容量は、トランジスタのオフ電流等を考慮して設定すればよい。 In general, the capacitance of a capacitor provided in a display device is set so that charges can be held for a predetermined period in consideration of leakage current of a transistor arranged in a pixel portion. The capacity of the capacitor may be set in consideration of the off-state current of the transistor.

例えば、液晶表示装置の画素部にOSトランジスタを用いることにより、容量素子の容量を、液晶容量に対して1/3以下、さらには1/5以下とすることができる。OSトランジスタを用いることにより、容量素子の形成を省略することもできる。 For example, by using an OS transistor in the pixel portion of the liquid crystal display device, the capacitance of the capacitor can be reduced to 1/3 or less, more preferably 1/5 or less of the liquid crystal capacitance. By using the OS transistor, the formation of the capacitor can be omitted.

画素部4002に設けられたトランジスタ4010は表示素子と電気的に接続する。図39(A)は、表示素子として液晶素子を用いた液晶表示装置の一例である。図39(A)において、表示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、及び液晶層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層4032、絶縁層4033が設けられている。第2の電極層4031は第2の基板4006側に設けられ、第1の電極層4030と第2の電極層4031は液晶層4008を介して重畳する。 A transistor 4010 provided in the pixel portion 4002 is electrically connected to the display element. FIG. 39A illustrates an example of a liquid crystal display device using a liquid crystal element as a display element. In FIG. 39A, a liquid crystal element 4013 which is a display element includes a first electrode layer 4030, a second electrode layer 4031, and a liquid crystal layer 4008. Note that an insulating layer 4032 and an insulating layer 4033 which function as alignment films are provided so as to sandwich the liquid crystal layer 4008. The second electrode layer 4031 is provided on the second substrate 4006 side, and the first electrode layer 4030 and the second electrode layer 4031 overlap with each other with the liquid crystal layer 4008 interposed therebetween.

またスペーサ4035は絶縁層を選択的にエッチングすることで得られる柱状のスペーサであり、第1の電極層4030と第2の電極層4031との間隔(セルギャップ)を制御するために設けられている。なお球状のスペーサを用いていても良い。 The spacer 4035 is a columnar spacer obtained by selectively etching the insulating layer, and is provided to control the distance (cell gap) between the first electrode layer 4030 and the second electrode layer 4031. Yes. A spherical spacer may be used.

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

また、配向膜を用いないブルー相(Blue Phase)を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つであり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善するために5重量%以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を液晶層に用いる。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、かつ視野角依存性が小さい。また配向膜を設けなくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減することができる。よって液晶表示装置の生産性を向上させることが可能となる。 Alternatively, a liquid crystal exhibiting a blue phase for which an alignment film is unnecessary may be used. The blue phase is one of the liquid crystal phases. When the temperature of the cholesteric liquid crystal is increased, the blue phase appears immediately before the transition from the cholesteric phase to the isotropic phase. Since the blue phase appears only in a narrow temperature range, a liquid crystal composition mixed with 5% by weight or more of a chiral agent is used for the liquid crystal layer in order to improve the temperature range. A liquid crystal composition including a liquid crystal exhibiting a blue phase and a chiral agent has a response speed as short as 1 msec or less and is optically isotropic, so that alignment treatment is unnecessary and viewing angle dependency is small. Further, since it is not necessary to provide an alignment film, a rubbing process is not required, so that electrostatic breakdown caused by the rubbing process can be prevented, and defects or breakage of the liquid crystal display device during the manufacturing process can be reduced. . Therefore, the productivity of the liquid crystal display device can be improved.

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。 Further, a method called multi-domain or multi-domain design in which pixels (pixels) are divided into several regions (sub-pixels) and molecules are tilted in different directions can be used.

また、液晶材料の固有抵抗は、1×10Ω・cm以上であり、好ましくは1×1011Ω・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の値は、20℃で測定した値とする。 The specific resistance of the liquid crystal material is 1 × 10 9 Ω · cm or more, preferably 1 × 10 11 Ω · cm or more, and more preferably 1 × 10 12 Ω · cm or more. In addition, the value of the specific resistance in this specification shall be the value measured at 20 degreeC.

本実施の形態で用いるOSトランジスタは、オフ状態における電流値(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。 The OS transistor used in this embodiment can have a low current value in an off state (off-state current value). Therefore, the holding time of an electric signal such as an image signal can be increased, and the writing interval can be set longer in the power-on state. Therefore, since the frequency of the refresh operation can be reduced, there is an effect of suppressing power consumption.

また、OSトランジスタは、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、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、同一基板上に駆動回路部または画素部を作り分けて作製することが可能となるため、表示装置の部品点数を削減することができる。 In addition, the OS transistor can be driven at high speed because relatively high field-effect mobility can be obtained. Therefore, a high-quality image can be provided by using the transistor in the pixel portion of the display device. In addition, since a driver circuit portion or a pixel portion can be separately manufactured over the same substrate, the number of components of the display device can be reduced.

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

また、表示装置に含まれる表示素子として、エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子(「EL素子」ともいう。)を適用することができる。EL素子は、一対の電極の間に発光性の化合物を含む層(「EL層」ともいう。)を有する。一対の電極間に、EL素子の閾値電圧よりも大きい電位差を生じさせると、EL層に陽極側から正孔が注入され、陰極側から電子が注入される。注入された電子と正孔はEL層において再結合し、EL層に含まれる発光物質が発光する。 Alternatively, a light-emitting element utilizing electroluminescence (also referred to as an “EL element”) can be used as a display element included in the display device. An EL element includes a layer containing a light-emitting compound (also referred to as an “EL layer”) between a pair of electrodes. When a potential difference larger than the threshold voltage of the EL element is generated between the pair of electrodes, holes are injected into the EL layer from the anode side and electrons are injected from the cathode side. The injected electrons and holes are recombined in the EL layer, and the light-emitting substance contained in the EL layer emits light.

また、EL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。 The EL element is distinguished depending on whether the light emitting material is an organic compound or an inorganic compound, and the former is generally called an organic EL element and the latter is called an inorganic EL element.

有機EL素子は、電圧を印加することにより、一方の電極から電子、他方の電極から正孔がそれぞれEL層に注入される。そして、それらキャリア(電子および正孔)が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このような発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。 In the organic EL element, by applying a voltage, electrons from one electrode and holes from the other electrode are injected into the EL layer. Then, these carriers (electrons and holes) recombine, whereby the light-emitting organic compound forms an excited state, and emits light when the excited state returns to the ground state. Due to such a mechanism, such a light-emitting element is referred to as a current-excitation light-emitting element.

なお、EL層は、発光性の化合物以外に、正孔注入性の高い物質、正孔輸送性の高い物質、正孔ブロック材料、電子輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、またはバイポーラ性の物質(電子輸送性及び正孔輸送性が高い物質)などを有していてもよい。 Note that in addition to the light-emitting compound, the EL layer includes a substance having a high hole-injecting property, a substance having a high hole-transporting property, a hole blocking material, a substance having a high electron-transporting property, a substance having a high electron-injecting property, or a bipolar layer. Material (a material having a high electron transporting property and a high hole transporting property) may be included.

EL層は、蒸着法(真空蒸着法を含む)、転写法、印刷法、インクジェット法、塗布法などの方法で形成することができる。 The EL layer can be formed by a method such as a vapor deposition method (including a vacuum vapor deposition method), a transfer method, a printing method, an ink jet method, or a coating method.

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

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

図39(B)は、表示素子として発光素子を用いた発光表示装置(「EL表示装置」ともいう。)の一例である。表示素子である発光素子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、発光層4511、第2の電極層4031の積層構造であるが、この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。 FIG. 39B illustrates an example of a light-emitting display device (also referred to as an “EL display device”) using a light-emitting element as a display element. A light-emitting element 4513 which is a display element is electrically connected to a transistor 4010 provided in the pixel portion 4002. Note that the structure of the light-emitting element 4513 is a stacked structure of the first electrode layer 4030, the light-emitting layer 4511, and the second electrode layer 4031; however, the structure is not limited to this structure. The structure of the light-emitting element 4513 can be changed as appropriate depending on the direction in which light is extracted from the light-emitting element 4513, or the like.

隔壁4510は、有機絶縁材料、又は無機絶縁材料を用いて形成する。特に感光性の樹脂材料を用い、第1の電極層4030上に開口部を形成し、その開口部の側面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。 A partition wall 4510 is formed using an organic insulating material or an inorganic insulating material. In particular, it is preferable to use a photosensitive resin material and form an opening on the first electrode layer 4030 so that the side surface of the opening is an inclined surface formed with a continuous curvature.

発光層4511は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。 The light emitting layer 4511 may be composed of a single layer or a plurality of layers stacked.

発光素子4513に酸素、水素、水分、二酸化炭素等が侵入しないように、第2の電極層4031および隔壁4510上に保護層を形成してもよい。保護層としては、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、DLC(Diamond Like Carbon)などを形成することができる。また、第1の基板4001、第2の基板4006、及びシール材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。 A protective layer may be formed over the second electrode layer 4031 and the partition wall 4510 so that oxygen, hydrogen, moisture, carbon dioxide, or the like does not enter the light-emitting element 4513. As the protective layer, silicon nitride, silicon nitride oxide, aluminum oxide, aluminum nitride, aluminum oxynitride, aluminum nitride oxide, DLC (Diamond Like Carbon), or the like can be formed. In addition, a filler 4514 is provided in a space sealed by the first substrate 4001, the second substrate 4006, and the sealant 4005 and sealed. As described above, it is preferable to package (enclose) the protective film with a protective film (bonded film, ultraviolet curable resin film, or the like) or a cover material that has high hermeticity and little degassing so as not to be exposed to the outside air.

充填材4514としては窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂を用いることができ、PVC(ポリビニルクロライド)、アクリル樹脂、ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、PVB(ポリビニルブチラル)またはEVA(エチレンビニルアセテート)などを用いることができる。また、充填材4514に乾燥剤が含まれていてもよい。 As the filler 4514, an ultraviolet curable resin or a thermosetting resin can be used in addition to an inert gas such as nitrogen or argon. PVC (polyvinyl chloride), acrylic resin, polyimide, epoxy resin, silicone resin, PVB ( Polyvinyl butyral) or EVA (ethylene vinyl acetate) can be used. Further, the filler 4514 may contain a desiccant.

シール材4005には、ガラスフリットなどのガラス材料や、二液混合型の樹脂などの常温で硬化する硬化樹脂、光硬化性の樹脂、熱硬化性の樹脂などの樹脂材料を用いることができる。また、シール材4005に乾燥剤が含まれていてもよい。 As the sealant 4005, a glass material such as glass frit, or a resin material such as a two-component mixed resin, a curable resin that cures at normal temperature, a photocurable resin, or a thermosetting resin can be used. Further, the sealing material 4005 may contain a desiccant.

また、必要であれば、発光素子の射出面に偏光板、又は円偏光板(楕円偏光板を含む)、位相差板(λ/4板、λ/2板)、カラーフィルタなどの光学フィルムを適宜設けてもよい。また、偏光板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。 If necessary, an optical film such as a polarizing plate, a circular polarizing plate (including an elliptical polarizing plate), a retardation plate (λ / 4 plate, λ / 2 plate), a color filter, or the like is provided on the light emitting element exit surface. You may provide suitably. Further, an antireflection film may be provided on the polarizing plate or the circularly polarizing plate. For example, anti-glare treatment can be performed that diffuses reflected light due to surface irregularities and reduces reflection.

また、発光素子をマイクロキャビティ構造とすることで、色純度の高い光を取り出すことができる。また、マイクロキャビティ構造とカラーフィルタを組み合わせることで、映り込みが低減し、表示画像の視認性を高めることができる。 In addition, when the light-emitting element has a microcavity structure, light with high color purity can be extracted. Further, by combining the microcavity structure and the color filter, the reflection can be reduced and the visibility of the display image can be improved.

表示素子に電圧を印加する第1の電極層及び第2の電極層(画素電極層、共通電極層、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、及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。 In the first electrode layer and the second electrode layer (also referred to as a pixel electrode layer, a common electrode layer, a counter electrode layer, or the like) that applies a voltage to the display element, the direction of light to be extracted, the place where the electrode layer is provided, and What is necessary is just to select translucency and reflectivity by the pattern structure of an electrode layer.

第1の電極層4030、第2の電極層4031は、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、インジウム錫酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いることができる。 The first electrode layer 4030 and the second electrode layer 4031 include indium oxide containing tungsten oxide, indium zinc oxide containing tungsten oxide, indium oxide containing titanium oxide, indium tin oxide, and indium containing titanium oxide. A light-transmitting conductive material such as tin oxide, indium zinc oxide, or indium tin oxide to which silicon oxide is added can be used.

また、第1の電極層4030、第2の電極層4031はタングステン(W)、モリブデン(Mo)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、クロム(Cr)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)などの金属、またはその合金、もしくはその金属窒化物から一種以上を用いて形成することができる。 The first electrode layer 4030 and the second electrode layer 4031 are tungsten (W), molybdenum (Mo), zirconium (Zr), hafnium (Hf), vanadium (V), niobium (Nb), and tantalum (Ta). , Chromium (Cr), cobalt (Co), nickel (Ni), titanium (Ti), platinum (Pt), aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag) and other metals, or alloys thereof, or One or more metal nitrides can be used.

また、第1の電極層4030、第2の電極層4031として、導電性高分子(導電性ポリマーともいう)を含む導電性組成物を用いて形成することができる。導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子を用いることができる。例えば、ポリアニリンまたはその誘導体、ポリピロールまたはその誘導体、ポリチオフェンまたはその誘導体、もしくは、アニリン、ピロールおよびチオフェンの2種以上からなる共重合体またはその誘導体等が挙げられる。 Alternatively, the first electrode layer 4030 and the second electrode layer 4031 can be formed using a conductive composition including a conductive high molecule (also referred to as a conductive polymer). As the conductive polymer, a so-called π-electron conjugated conductive polymer can be used. For example, polyaniline or a derivative thereof, polypyrrole or a derivative thereof, polythiophene or a derivative thereof, a copolymer of two or more of aniline, pyrrole, and thiophene or a derivative thereof can be given.

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

上記実施の形態で示したトランジスタを用いることで、信頼性のよい表示装置を提供することができる。また、上記実施の形態で示したトランジスタを用いることで、高精細化や、大面積化が可能で、表示品質の良い表示装置を提供することができる。また、消費電力が低減された表示装置を提供することができる。 By using the transistor described in the above embodiment, a highly reliable display device can be provided. Further, with the use of the transistor described in any of the above embodiments, a display device with high display quality and high definition can be provided. In addition, a display device with reduced power consumption can be provided.

〔表示モジュール〕
上述したトランジスタを使用した半導体装置の一例として、表示モジュールについて説明する。図40に示す表示モジュール6000は、上部カバー6001と下部カバー6002との間に、FPC6003に接続されたタッチセンサ6004、FPC6005に接続された表示パネル6006、バックライトユニット6007、フレーム6009、プリント基板6010、バッテリ6011を有する。なお、バックライトユニット6007、バッテリ6011、タッチセンサ6004などは、設けられない場合もある。
[Display module]
A display module will be described as an example of a semiconductor device using the above-described transistor. A display module 6000 illustrated in FIG. 40 includes a touch sensor 6004 connected to the FPC 6003, a display panel 6006 connected to the FPC 6005, a backlight unit 6007, a frame 6009, and a printed board 6010 between the upper cover 6001 and the lower cover 6002. The battery 6011 is included. Note that the backlight unit 6007, the battery 6011, the touch sensor 6004, and the like may not be provided.

本発明の一態様の半導体装置は、例えば、タッチセンサ6004、表示パネル6006、プリント基板6010に実装された集積回路などに用いることができる。例えば、表示パネル6006に前述した表示装置を用いることができる。 The semiconductor device of one embodiment of the present invention can be used for, for example, a touch sensor 6004, a display panel 6006, an integrated circuit mounted on a printed circuit board 6010, or the like. For example, the display device described above can be used for the display panel 6006.

上部カバー6001および下部カバー6002は、タッチセンサ6004や表示パネル6006などのサイズに合わせて、形状や寸法を適宜変更することができる。 The shapes and dimensions of the upper cover 6001 and the lower cover 6002 can be changed as appropriate in accordance with the sizes of the touch sensor 6004, the display panel 6006, and the like.

タッチセンサ6004は、抵抗膜方式または静電容量方式のタッチセンサを表示パネル6006に重畳して用いることができる。表示パネル6006にタッチセンサの機能を付加することも可能である。例えば、表示パネル6006の各画素内にタッチセンサ用電極を設け、静電容量方式のタッチパネル機能を付加することなども可能である。または、表示パネル6006の各画素内に光センサを設け、光学式のタッチセンサの機能を付加することなども可能である。 As the touch sensor 6004, a resistive touch sensor or a capacitive touch sensor can be used by being superimposed on the display panel 6006. It is also possible to add a touch sensor function to the display panel 6006. For example, a touch sensor electrode may be provided in each pixel of the display panel 6006 to add a capacitive touch panel function. Alternatively, an optical sensor can be provided in each pixel of the display panel 6006 to add an optical touch sensor function.

バックライトユニット6007は、光源6008を有する。光源6008をバックライトユニット6007の端部に設け、光拡散板を用いる構成としてもよい。また、表示パネル6006に発光表示装置などを用いる場合は、バックライトユニット6007を省略することができる。 The backlight unit 6007 has a light source 6008. The light source 6008 may be provided at the end of the backlight unit 6007 and a light diffusing plate may be used. In the case where a light-emitting display device or the like is used for the display panel 6006, the backlight unit 6007 can be omitted.

フレーム6009は、表示パネル6006の保護機能の他、プリント基板6010側から発生する電磁波を遮断するための電磁シールドとしての機能を有する。また、フレーム6009は、放熱板としての機能を有していてもよい。 In addition to the protective function of the display panel 6006, the frame 6009 has a function as an electromagnetic shield for blocking electromagnetic waves generated from the printed circuit board 6010 side. The frame 6009 may have a function as a heat sink.

プリント基板6010は、電源回路、ビデオ信号およびクロック信号を出力するための信号処理回路などを有する。電源回路に電力を供給する電源としては、バッテリ6011であってもよいし、商用電源であってもよい。なお、電源として商用電源を用いる場合には、バッテリ6011を省略することができる。 The printed board 6010 includes a power supply circuit, a signal processing circuit for outputting a video signal and a clock signal, and the like. The power source for supplying power to the power supply circuit may be a battery 6011 or a commercial power source. Note that the battery 6011 can be omitted when a commercial power source is used as the power source.

また、表示モジュール6000に、偏光板、位相差板、プリズムシートなどの部材を追加して設けてもよい。 Further, a member such as a polarizing plate, a retardation plate, or a prism sheet may be additionally provided in the display module 6000.

なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態および実施例と適宜組み合わせることができる。 Note that this embodiment can be combined with any of the other embodiments and examples in this specification as appropriate.

〔RFタグ〕
上述したトランジスタを使用した半導体装置の一例として、RFタグについて説明する。
[RF tag]
An RF tag is described as an example of a semiconductor device using the above-described transistor.

本発明の一態様に係るRFタグは、内部に記憶回路(記憶装置)を有し、記憶回路に情報を記憶し、非接触手段、例えば無線通信を用いて外部と情報の授受を行うものである。このような特徴から、RFタグは、物品などの個体情報を読み取ることにより物品の識別を行う個体認証システムなどに用いることが可能である。なお、これらの用途に用いるためには高い信頼性が要求される。 An RF tag according to one embodiment of the present invention includes a storage circuit (storage device) inside, stores information in the storage circuit, and exchanges information with the outside using non-contact means, for example, wireless communication. is there. Because of these characteristics, the RF tag can be used in an individual authentication system that identifies an article by reading individual information about the article. In addition, high reliability is required for use in these applications.

RFタグの構成について図41を用いて説明する。図41は、RFタグの構成例を示すブロック図である。 The configuration of the RF tag will be described with reference to FIG. FIG. 41 is a block diagram illustrating a configuration example of an RF tag.

図41に示すようにRFタグ800は、通信器801(質問器、リーダ/ライタなどともいう)に接続されたアンテナ802から送信される無線信号803を受信するアンテナ804を有する。通信器801に上述したトランジスタを用いてもよい。またRFタグ800は、整流回路805、定電圧回路806、復調回路807、変調回路808、論理回路809、記憶回路810、ROM811を有している。なお、復調回路807に含まれる整流作用を示すトランジスタの半導体には、逆方向電流を十分に抑制することが可能な、例えば、酸化物半導体を用いてもよい。これにより、逆方向電流に起因する整流作用の低下を抑制し、復調回路の出力が飽和することを防止できる。つまり、復調回路の入力に対する復調回路の出力を線形に近づけることができる。なお、データの伝送形式は、一対のコイルを対向配置して相互誘導によって交信を行う電磁結合方式、誘導電磁界によって交信する電磁誘導方式、電波を利用して交信する電波方式の3つに大別される。RFタグ800は、そのいずれの方式に用いることも可能である。 As shown in FIG. 41, the RF tag 800 includes an antenna 804 that receives a radio signal 803 transmitted from an antenna 802 connected to a communication device 801 (also referred to as an interrogator or a reader / writer). The above-described transistor may be used for the communication device 801. The RF tag 800 includes a rectifier circuit 805, a constant voltage circuit 806, a demodulation circuit 807, a modulation circuit 808, a logic circuit 809, a storage circuit 810, and a ROM 811. Note that for example, an oxide semiconductor capable of sufficiently suppressing reverse current may be used for the semiconductor of the transistor that exhibits the rectifying action included in the demodulation circuit 807. Thereby, the fall of the rectification effect | action resulting from a reverse current can be suppressed, and it can prevent that the output of a demodulation circuit is saturated. That is, the output of the demodulation circuit with respect to the input of the demodulation circuit can be made closer to linear. Note that there are three major data transmission formats: an electromagnetic coupling method in which a pair of coils are arranged facing each other to perform communication by mutual induction, an electromagnetic induction method in which communication is performed by an induction electromagnetic field, and a radio wave method in which communication is performed using radio waves. Separated. The RF tag 800 can be used for any of the methods.

次に各回路の構成について説明する。アンテナ804は、通信器801に接続されたアンテナ802との間で無線信号803の送受信を行うためのものである。また、整流回路805は、アンテナ804で無線信号を受信することにより生成される入力交流信号を整流、例えば、半波2倍圧整流し、後段の容量素子により、整流された信号を平滑化することで入力電位を生成するための回路である。なお、整流回路805の入力側または出力側には、リミッタ回路を有してもよい。リミッタ回路とは、入力交流信号の振幅が大きく、内部生成電圧が大きい場合に、ある電力以上の電力を後段の回路に入力しないように制御するための回路である。 Next, the configuration of each circuit will be described. The antenna 804 is for transmitting and receiving a radio signal 803 to and from the antenna 802 connected to the communication device 801. The rectifier circuit 805 rectifies an input AC signal generated by receiving a radio signal by the antenna 804, for example, half-wave double-voltage rectification, and smoothes the rectified signal by a subsequent capacitive element. This is a circuit for generating an input potential. Note that a limiter circuit may be provided on the input side or the output side of the rectifier circuit 805. The limiter circuit is a circuit for controlling not to input more than a certain amount of power to a subsequent circuit when the amplitude of the input AC signal is large and the internally generated voltage is large.

定電圧回路806は、入力電位から安定した電源電圧を生成し、各回路に供給するための回路である。なお、定電圧回路806は、内部にリセット信号生成回路を有していてもよい。リセット信号生成回路は、安定した電源電圧の立ち上がりを利用して、論理回路809のリセット信号を生成するための回路である。 The constant voltage circuit 806 is a circuit for generating a stable power supply voltage from the input potential and supplying it to each circuit. Note that the constant voltage circuit 806 may include a reset signal generation circuit. The reset signal generation circuit is a circuit for generating a reset signal of the logic circuit 809 using a stable rise of the power supply voltage.

復調回路807は、入力交流信号を包絡線検出することにより復調し、復調信号を生成するための回路である。また、変調回路808は、アンテナ804より出力するデータに応じて変調をおこなうための回路である。 The demodulation circuit 807 is a circuit for demodulating an input AC signal by detecting an envelope and generating a demodulated signal. The modulation circuit 808 is a circuit for performing modulation according to data output from the antenna 804.

論理回路809は復調信号を解析し、処理を行うための回路である。記憶回路810は、入力された情報を保持する回路であり、ロウデコーダ、カラムデコーダ、記憶領域などを有する。また、ROM811は、固有番号(ID)などを格納し、処理に応じて出力を行うための回路である。 A logic circuit 809 is a circuit for analyzing and processing the demodulated signal. The memory circuit 810 is a circuit that holds input information and includes a row decoder, a column decoder, a storage area, and the like. The ROM 811 is a circuit for storing a unique number (ID) or the like and outputting it according to processing.

なお、上述の各回路は、適宜、取捨することができる。 Note that each circuit described above can be appropriately discarded.

記憶回路810に上述した記憶装置を用いることができる。本発明の一態様に係る記憶装置は、電源が遮断された状態であっても情報を保持できるため、RFタグに好適である。さらに本発明の一態様に係る記憶装置は、データの書き込みに必要な電力(電圧)が従来の不揮発性メモリに比べて低いため、データの読み出し時と書込み時の最大通信距離の差を生じさせないことも可能である。さらに、データの書き込み時に電力が不足し、誤動作または誤書込みが生じることを抑制することができる。 The above memory device can be used for the memory circuit 810. The memory device according to one embodiment of the present invention is suitable for an RF tag because it can retain information even when the power is turned off. Furthermore, since the power (voltage) necessary for data writing is lower than that of a conventional nonvolatile memory, the memory device according to one embodiment of the present invention does not cause a difference in maximum communication distance between data reading and writing. It is also possible. Furthermore, it is possible to suppress the occurrence of malfunction or erroneous writing due to insufficient power during data writing.

また、本発明の一態様に係る記憶装置は、不揮発性メモリとして用いることが可能であるため、ROM811に適用することもできる。その場合には、生産者がROM811にデータを書き込むためのコマンドを別途用意し、ユーザが自由に書き換えできないようにしておくことが好ましい。生産者が出荷前に固有番号を書込んだのちに製品を出荷することで、作製したRFタグすべてについて固有番号を付与するのではなく、出荷する良品にのみ固有番号を割り当てることが可能となり、出荷後の製品の固有番号が不連続になることがなく出荷後の製品に対応した顧客管理が容易となる。 Further, the memory device according to one embodiment of the present invention can be used as a nonvolatile memory, and thus can be applied to the ROM 811. In that case, it is preferable that the producer separately prepares a command for writing data in the ROM 811 so that the user cannot freely rewrite the command. By shipping the product after the producer writes the unique number before shipping, it is possible to assign a unique number only to the good products to be shipped, rather than assigning a unique number to all the produced RF tags, The unique number of the product after shipment does not become discontinuous, and customer management corresponding to the product after shipment becomes easy.

本発明の一態様に係るRFタグの使用例について図42を用いて説明する。RFタグの用途は広範にわたるが、例えば、紙幣、硬貨、有価証券、無記名債券、運転免許証や住民票などの証書(図42(A)参照。)、DVDソフトやビデオテープなどの記録媒体(図42(B)参照。)、皿やコップや瓶などの容器(図42(C)参照。)、包装紙や箱やリボンなどの包装用品、自転車などの移動体(図42(D)参照。)、鞄や眼鏡などの身の回り品、植物、動物、人体、衣類、生活用品、薬品や薬剤を含む医療品、または電子機器(例えば、液晶表示装置、EL表示装置、テレビジョン装置、または携帯電話。)などの物品、もしくは各物品に取り付ける荷札(図42(E)および図42(F)参照。)などに設けて使用することができる。 An example of use of the RF tag according to one embodiment of the present invention is described with reference to FIGS. Applications of RF tags are wide-ranging. For example, bills, coins, securities, bearer bonds, certificates such as driver's licenses and resident's cards (see FIG. 42A), recording media such as DVD software and video tape ( 42 (B)), containers such as dishes, cups and bottles (see FIG. 42 (C)), packaging articles such as wrapping paper, boxes and ribbons, and moving bodies such as bicycles (see FIG. 42 (D)). .), Personal items such as bags and glasses, plants, animals, human bodies, clothing, daily necessities, medical products including drugs and drugs, or electronic devices (for example, liquid crystal display devices, EL display devices, television devices, or mobile phones) Etc., or a tag attached to each article (see FIG. 42E and FIG. 42F) can be used.

本発明の一態様に係るRFタグ800は、表面に貼る、または埋め込むことにより、物品に固定される。例えば、本であれば紙に埋め込み、有機樹脂からなるパッケージであれば当該有機樹脂の内部に埋め込み、各物品に固定される。本発明の一態様に係るRFタグ800は、小型、薄型、軽量を実現するため、物品に固定した後もその物品自体のデザイン性を損なうことがない。また、紙幣、硬貨、有価証券、無記名債券、または証書などに本発明の一態様に係るRFタグ800により、認証機能を付与することができ、この認証機能を活用すれば、偽造を防止することができる。また、包装用容器、記録媒体、身の回り品、衣類、生活用品、または電子機器などに本発明の一態様に係るRFタグ800を取り付けることにより、検品システムなどのシステムの効率化を図ることができる。また、移動体に本発明の一態様に係るRFタグ800を取り付けることにより、盗難などに対するセキュリティ性を高めることができる。以上のように、本発明の一態様に係るRFタグ800は、上述したような各用途に用いることができる。 The RF tag 800 according to one embodiment of the present invention is fixed to an article by being attached to a surface or embedded. For example, a book is embedded in paper, and a package made of an organic resin is embedded in the organic resin and fixed to each article. The RF tag 800 according to one embodiment of the present invention achieves small size, thinness, and light weight, and thus does not impair the design of the article itself even after being fixed to the article. In addition, an authentication function can be given to banknotes, coins, securities, bearer bonds, certificates, etc. by the RF tag 800 according to one embodiment of the present invention, and forgery can be prevented by utilizing this authentication function. Can do. Further, by attaching the RF tag 800 according to one embodiment of the present invention to a packaging container, a recording medium, personal items, clothing, daily life, electronic equipment, or the like, the efficiency of a system such as an inspection system can be improved. . In addition, by attaching the RF tag 800 according to one embodiment of the present invention to a moving object, security against theft or the like can be improved. As described above, the RF tag 800 according to one embodiment of the present invention can be used for each application as described above.

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

(実施の形態5)
<リードフレーム型のインターポーザを用いたパッケージ>
図43(A)に、リードフレーム型のインターポーザを用いたパッケージの断面構造を表す斜視図を示す。図43(A)に示すパッケージは、本発明の一態様に係る半導体装置に相当するチップ551が、ワイヤボンディング法により、インターポーザ550上の端子552と接続されている。端子552は、インターポーザ550のチップ551がマウントされている面上に配置されている。そしてチップ551はモールド樹脂553によって封止されていてもよいが、各端子552の一部が露出した状態で封止されるようにする。
(Embodiment 5)
<Package using lead frame type interposer>
FIG. 43A is a perspective view showing a cross-sectional structure of a package using a lead frame type interposer. In a package illustrated in FIG. 43A, a chip 551 corresponding to a semiconductor device according to one embodiment of the present invention is connected to a terminal 552 over an interposer 550 by a wire bonding method. The terminal 552 is disposed on the surface on which the chip 551 of the interposer 550 is mounted. The chip 551 may be sealed with a mold resin 553, but is sealed with a part of each terminal 552 exposed.

パッケージが回路基板に実装されている電子機器の構成例を、図43(B)に示す。図43(B)に示す電子機器は、例えば携帯電話などに搭載される。図43(B)に示す電子機器は、プリント配線基板561に、パッケージ562と、バッテリ564とが実装されている。また、表示素子が設けられたパネル560に、プリント配線基板561がFPC563によって実装されている。 An example of a structure of the electronic device in which the package is mounted on the circuit board is illustrated in FIG. The electronic device illustrated in FIG. 43B is mounted on, for example, a mobile phone. In the electronic device illustrated in FIG. 43B, a package 562 and a battery 564 are mounted on a printed wiring board 561. In addition, a printed wiring board 561 is mounted with an FPC 563 on a panel 560 provided with a display element.

なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態および実施例と適宜組み合わせることができる。 Note that this embodiment can be combined with any of the other embodiments and examples in this specification as appropriate.

(実施の形態6)
本実施の形態では、本発明の一態様に係る半導体装置を用いた電子機器の一例について説明する。
(Embodiment 6)
In this embodiment, an example of an electronic device including the semiconductor device according to one embodiment of the present invention will be described.

本発明の一態様に係る半導体装置を用いた電子機器として、テレビ、モニタ等の表示装置、照明装置、デスクトップ型或いはノート型のパーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、DVD(Digital Versatile Disc)などの記録媒体に記憶された静止画又は動画を再生する画像再生装置、ポータブルCDプレーヤ、ラジオ、テープレコーダ、ヘッドホンステレオ、ステレオ、置き時計、壁掛け時計、コードレス電話子機、トランシーバ、自動車電話、携帯電話、携帯情報端末、タブレット型端末、携帯型ゲーム機、パチンコ機などの固定式ゲーム機、電卓、電子手帳、電子書籍、電子翻訳機、音声入力機器、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、電気シェーバ、電子レンジ等の高周波加熱装置、電気炊飯器、電気洗濯機、電気掃除機、温水器、扇風機、毛髪乾燥機、エアコンディショナー、加湿器、除湿器などの空調設備、食器洗い器、食器乾燥器、衣類乾燥器、布団乾燥器、電気冷蔵庫、電気冷凍庫、電気冷凍冷蔵庫、DNA保存用冷凍庫、懐中電灯、チェーンソー等の工具、煙感知器、透析装置等の医療機器などが挙げられる。さらに、誘導灯、信号機、ベルトコンベア、エレベータ、エスカレータ、産業用ロボット、電力貯蔵システム、電力の平準化やスマートグリッドのための蓄電装置等の産業機器が挙げられる。また、燃料を用いたエンジンや、蓄電装置からの電力を用いて電動機により推進する移動体なども、電子機器の範疇に含まれる場合がある。上記移動体として、例えば、電気自動車(EV)、内燃機関と電動機を併せ持ったハイブリッド車(HEV)、プラグインハイブリッド車(PHEV)、これらのタイヤ車輪を無限軌道に変えた装軌車両、電動アシスト自転車を含む原動機付自転車、自動二輪車、電動車椅子、ゴルフ用カート、小型又は大型船舶、潜水艦、ヘリコプター、航空機、ロケット、人工衛星、宇宙探査機や惑星探査機、宇宙船などが挙げられる。 As an electronic device using a semiconductor device according to one embodiment of the present invention, a display device such as a television or a monitor, a lighting device, a desktop or laptop personal computer, a word processor, or a DVD (Digital Versatile Disc) is stored in a recording medium Playback device for playing back still images or moving images, portable CD player, radio, tape recorder, headphone stereo, stereo, table clock, wall clock, cordless telephone cordless handset, transceiver, car phone, mobile phone, personal digital assistant, tablet Type game consoles, portable game machines, fixed game machines such as pachinko machines, calculators, electronic notebooks, electronic books, electronic translators, voice input devices, video cameras, digital still cameras, electric shavers, microwave ovens, etc. , Electric rice cooker, electric washing Air conditioner such as rinsing machine, electric vacuum cleaner, water heater, electric fan, hair dryer, air conditioner, humidifier, dehumidifier, dishwasher, dish dryer, clothing dryer, futon dryer, electric refrigerator, electric freezer, electricity Examples include freezer refrigerators, DNA storage freezers, flashlights, tools such as chainsaws, medical devices such as smoke detectors and dialysis machines. Further examples include industrial equipment such as guide lights, traffic lights, belt conveyors, elevators, escalators, industrial robots, power storage systems, power storage devices for power leveling and smart grids. In addition, an engine using fuel, a moving body driven by an electric motor using electric power from a power storage device, and the like may be included in the category of electronic devices. Examples of the moving body include an electric vehicle (EV), a hybrid vehicle (HEV) having both an internal combustion engine and an electric motor, a plug-in hybrid vehicle (PHEV), a tracked vehicle in which these tire wheels are changed to an endless track, and electric assist. Examples include motorbikes including bicycles, motorcycles, electric wheelchairs, golf carts, small or large ships, submarines, helicopters, aircraft, rockets, artificial satellites, space probes, planetary probes, and space ships.

図44(A)に示す携帯型ゲーム機2900は、筐体2901、筐体2902、表示部2903、表示部2904、マイクロホン2905、スピーカ2906、操作キー2907等を有する。なお、図44(A)に示した携帯型ゲーム機は、2つの表示部2903と表示部2904とを有しているが、表示部の数は、これに限定されない。表示部2903は、入力装置としてタッチスクリーンが設けられており、スタイラス2908等により操作可能となっている。 A portable game machine 2900 illustrated in FIG. 44A includes a housing 2901, a housing 2902, a display portion 2903, a display portion 2904, a microphone 2905, a speaker 2906, operation keys 2907, and the like. Note that although the portable game machine illustrated in FIG. 44A includes two display portions 2903 and 2904, the number of display portions is not limited thereto. The display portion 2903 is provided with a touch screen as an input device and can be operated with a stylus 2908 or the like.

図44(B)に示す情報端末2910は、筐体2911に、表示部2912、マイク2917、スピーカ部2914、カメラ2913、外部接続部2916、および操作用のボタン2915等を有する。表示部2912には、可撓性基板が用いられた表示パネルおよびタッチスクリーンを備える。情報端末2910は、例えば、スマートフォン、携帯電話、タブレット型情報端末、タブレット型パーソナルコンピュータ、電子書籍端末等として用いることができる。 An information terminal 2910 illustrated in FIG. 44B includes a housing 2911, a display portion 2912, a microphone 2917, a speaker portion 2914, a camera 2913, an external connection portion 2916, an operation button 2915, and the like. The display portion 2912 includes a display panel using a flexible substrate and a touch screen. The information terminal 2910 can be used as, for example, a smartphone, a mobile phone, a tablet information terminal, a tablet personal computer, an electronic book terminal, or the like.

図44(C)に示すノート型パーソナルコンピュータ2920は、筐体2921、表示部2922、キーボード2923、およびポインティングデバイス2924等を有する。 A laptop personal computer 2920 illustrated in FIG. 44C includes a housing 2921, a display portion 2922, a keyboard 2923, a pointing device 2924, and the like.

図44(D)に示すビデオカメラ2940は、筐体2941、筐体2942、表示部2943、操作キー2944、レンズ2945、および接続部2946等を有する。操作キー2944およびレンズ2945は筐体2941に設けられており、表示部2943は筐体2942に設けられている。そして、筐体2941と筐体2942は、接続部2946により接続されており、筐体2941と筐体2942の間の角度は、接続部2946により変えることが可能な構造となっている。筐体2941に対する筐体2942の角度によって、表示部2943に表示される画像の向きの変更や、画像の表示/非表示の切り換えを行うことができる。 A video camera 2940 illustrated in FIG. 44D includes a housing 2941, a housing 2942, a display portion 2944, operation keys 2944, a lens 2945, a connection portion 2946, and the like. The operation keys 2944 and the lens 2945 are provided on the housing 2941, and the display portion 2944 is provided on the housing 2942. The housing 2941 and the housing 2942 are connected to each other by a connection portion 2946. The angle between the housing 2941 and the housing 2942 can be changed by the connection portion 2946. Depending on the angle of the housing 2942 with respect to the housing 2941, the orientation of the image displayed on the display portion 2943 can be changed, and display / non-display of the image can be switched.

図44(E)にバングル型の情報端末の一例を示す。情報端末2950は、筐体2951、および表示部2952等を有する。表示部2952は、曲面を有する筐体2951に支持されている。表示部2952には、可撓性基板を用いた表示パネルを備えているため、フレキシブルかつ軽くて使い勝手の良い情報端末2950を提供することができる。 FIG. 44E illustrates an example of a bangle information terminal. The information terminal 2950 includes a housing 2951, a display portion 2952, and the like. The display portion 2952 is supported by a housing 2951 having a curved surface. Since the display portion 2952 includes a display panel using a flexible substrate, an information terminal 2950 that is flexible, light, and easy to use can be provided.

図44(F)に腕時計型の情報端末の一例を示す。情報端末2960は、筐体2961、表示部2962、バンド2963、バックル2964、操作ボタン2965、入出力端子2966などを備える。情報端末2960は、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、音楽再生、インターネット通信、コンピュータゲームなどの種々のアプリケーションを実行することができる。 FIG. 44F illustrates an example of a wristwatch type information terminal. The information terminal 2960 includes a housing 2961, a display portion 2962, a band 2963, a buckle 2964, operation buttons 2965, an input / output terminal 2966, and the like. The information terminal 2960 can execute various applications such as mobile phone, e-mail, text browsing and creation, music playback, Internet communication, and computer games.

表示部2962の表示面は湾曲しており、湾曲した表示面に沿って表示を行うことができる。また、表示部2962はタッチセンサを備え、指やスタイラスなどで画面に触れることで操作することができる。例えば、表示部2962に表示されたアイコン2967に触れることで、アプリケーションを起動することができる。操作ボタン2965は、時刻設定のほか、電源のオン、オフ動作、無線通信のオン、オフ動作、マナーモードの実行及び解除、省電力モードの実行及び解除など、様々な機能を持たせることができる。例えば、情報端末2960に組み込まれたオペレーティングシステムにより、操作ボタン2965の機能を設定することもできる。 The display surface of the display portion 2962 is curved, and display can be performed along the curved display surface. The display portion 2962 includes a touch sensor and can be operated by touching the screen with a finger, a stylus, or the like. For example, an application can be started by touching an icon 2967 displayed on the display unit 2962. The operation button 2965 can have various functions such as power on / off operation, wireless communication on / off operation, manner mode execution / cancellation, and power saving mode execution / cancellation in addition to time setting. . For example, the function of the operation button 2965 can be set by an operating system incorporated in the information terminal 2960.

また、情報端末2960は、通信規格された近距離無線通信を実行することが可能である。例えば無線通信可能なヘッドセットと相互通信することによって、ハンズフリーで通話することもできる。また、情報端末2960は入出力端子2966を備え、他の情報端末とコネクターを介して直接データのやりとりを行うことができる。また入出力端子2966を介して充電を行うこともできる。なお、充電動作は入出力端子2966を介さずに無線給電により行ってもよい。 In addition, the information terminal 2960 can execute short-range wireless communication that is a communication standard. For example, it is possible to talk hands-free by communicating with a headset capable of wireless communication. Further, the information terminal 2960 includes an input / output terminal 2966, and can directly exchange data with other information terminals via a connector. Charging can also be performed via the input / output terminal 2966. Note that the charging operation may be performed by wireless power feeding without using the input / output terminal 2966.

図44(G)に家庭用電気製品の一例として電気冷凍冷蔵庫を示す。電気冷凍冷蔵庫2970は、筐体2971、冷蔵室用扉2972、および冷凍室用扉2973等を有する。 FIG. 44G illustrates an electric refrigerator-freezer as an example of a home appliance. The electric refrigerator-freezer 2970 includes a housing 2971, a refrigerator door 2972, a freezer door 2973, and the like.

図44(H)は、自動車の一例を示す外観図である。自動車2980は、車体2981、車輪2982、ダッシュボード2983、およびライト2984等を有する。 FIG. 44H is an external view illustrating an example of an automobile. The automobile 2980 includes a vehicle body 2981, wheels 2982, a dashboard 2983, lights 2984, and the like.

本実施の形態に示す電子機器には、上述したトランジスタまたは上述した半導体装置などが搭載されている。 The electronic device described in this embodiment includes the above-described transistor, the above-described semiconductor device, or the like.

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

(実施の形態7)
本実施の形態では、スパッタリング用ターゲットを設置することが可能な成膜室を有する成膜装置(スパッタリング装置)について説明する。本実施の形態に示す成膜装置は、平行平板型のスパッタリング装置や、対向ターゲット式のスパッタリング装置などに用いることができる。
(Embodiment 7)
In this embodiment, a film formation apparatus (sputtering apparatus) including a film formation chamber in which a sputtering target can be set is described. The film formation apparatus described in this embodiment can be used for a parallel plate sputtering apparatus, a counter target sputtering apparatus, or the like.

対向ターゲット式のスパッタリング装置を用いた成膜では、被形成面へのダメージが小さくできるため、結晶性の高い膜を得やすい。即ち、CAAC−OSなどの成膜には、対向ターゲット式のスパッタリング装置を用いることが好ましい場合がある。 In film formation using a facing target sputtering apparatus, damage to a formation surface can be reduced, and thus a film with high crystallinity is easily obtained. That is, in some cases, it is preferable to use an opposing target sputtering apparatus for film formation of the CAAC-OS or the like.

なお、平行平板型スパッタリング装置を用いた成膜法を、PESP(Parallel Electrode Sputtering)と呼ぶこともできる。また、対向ターゲット式スパッタリング装置を用いた成膜法を、VDSP(Vapor Deposition Sputtering)と呼ぶこともできる。 Note that a film forming method using a parallel plate sputtering apparatus can also be referred to as PESP (Parallel Electrode Sputtering). In addition, a film formation method using an opposed target sputtering apparatus can also be referred to as VDSP (Vapor Deposition Sputtering).

まず、成膜時などに膜中に不純物の混入が少ない成膜装置の構成について図45および図46を用いて説明する。 First, a structure of a film formation apparatus in which impurities are hardly mixed in a film during film formation is described with reference to FIGS.

図45は、枚葉式マルチチャンバーの成膜装置2700の上面図を模式的に示している。成膜装置2700は、基板を収容するカセットポート2761と、基板のアライメントを行うアライメントポート2762と、を備える大気側基板供給室2701と、大気側基板供給室2701から、基板を搬送する大気側基板搬送室2702と、基板の搬入を行い、かつ室内の圧力を大気圧から減圧、または減圧から大気圧へ切り替えるロードロック室2703aと、基板の搬出を行い、かつ室内の圧力を減圧から大気圧、または大気圧から減圧へ切り替えるアンロードロック室2703bと、真空中の基板の搬送を行う搬送室2704と、基板の加熱を行う基板加熱室2705と、ターゲットが配置され成膜を行う成膜室2706a、成膜室2706bおよび成膜室2706cと、を有する。なお、成膜室2706a、成膜室2706bおよび成膜室2706cは、後述する成膜室の構成を参酌することができる。 FIG. 45 schematically shows a top view of a single-wafer multi-chamber film forming apparatus 2700. The film formation apparatus 2700 includes an atmosphere-side substrate supply chamber 2701 that includes a cassette port 2761 that accommodates a substrate and an alignment port 2762 that aligns the substrate, and an atmosphere-side substrate that transports the substrate from the atmosphere-side substrate supply chamber 2701. A transfer chamber 2702, a load lock chamber 2703a for carrying in a substrate and changing the pressure in the chamber from atmospheric pressure to reduced pressure, or switching from reduced pressure to atmospheric pressure, a substrate for carrying out the substrate, and reducing the pressure in the chamber from reduced pressure to atmospheric pressure. Alternatively, an unload lock chamber 2703b for switching from atmospheric pressure to reduced pressure, a transfer chamber 2704 for transferring a substrate in a vacuum, a substrate heating chamber 2705 for heating the substrate, and a film formation chamber 2706a for forming a film with a target disposed. A film formation chamber 2706b and a film formation chamber 2706c. Note that the film formation chamber 2706a, the film formation chamber 2706b, and the film formation chamber 2706c can refer to the structure of a film formation chamber described later.

また、大気側基板搬送室2702は、ロードロック室2703aおよびアンロードロック室2703bと接続され、ロードロック室2703aおよびアンロードロック室2703bは、搬送室2704と接続され、搬送室2704は、基板加熱室2705、成膜室2706a、成膜室2706bおよび成膜室2706cと接続する。 The atmosphere-side substrate transfer chamber 2702 is connected to the load lock chamber 2703a and the unload lock chamber 2703b, the load lock chamber 2703a and the unload lock chamber 2703b are connected to the transfer chamber 2704, and the transfer chamber 2704 is heated to the substrate. The chamber 2705, the film formation chamber 2706a, the film formation chamber 2706b, and the film formation chamber 2706c are connected.

なお、各室の接続部にはゲートバルブ2764が設けられており、大気側基板供給室2701と、大気側基板搬送室2702を除き、各室を独立して真空状態に保持することができる。また、大気側基板搬送室2702および搬送室2704は、搬送ロボット2763を有し、基板を搬送することができる。 Note that a gate valve 2764 is provided at a connection portion of each chamber, and each chamber can be kept in a vacuum state independently of the atmosphere-side substrate supply chamber 2701 and the atmosphere-side substrate transfer chamber 2702. In addition, the atmosphere-side substrate transfer chamber 2702 and the transfer chamber 2704 have a transfer robot 2763 and can transfer a substrate.

また、基板加熱室2705は、プラズマ処理室を兼ねると好ましい。成膜装置2700は、処理と処理の間で基板を大気暴露することなく搬送することが可能なため、基板に不純物が吸着することを抑制できる。また、成膜や熱処理などの順番を自由に構築することができる。なお、搬送室、成膜室、ロードロック室、アンロードロック室および基板加熱室は、上述の数に限定されず、設置スペースやプロセス条件に合わせて、適宜最適な数を設けることができる。 The substrate heating chamber 2705 is preferably used also as a plasma processing chamber. The film formation apparatus 2700 can transport the substrate between the processes without being exposed to the atmosphere, and thus can suppress the adsorption of impurities to the substrate. In addition, the order of film formation and heat treatment can be established freely. Note that the number of transfer chambers, film formation chambers, load lock chambers, unload lock chambers, and substrate heating chambers is not limited to the above-described numbers, and an optimal number can be provided as appropriate according to installation space and process conditions.

次に、図45に示す成膜装置2700の一点鎖線X1−X2、一点鎖線Y1−Y2、および一点鎖線Y2−Y3に相当する断面を図46に示す。 Next, FIG. 46 shows a cross section corresponding to one-dot chain line X1-X2, one-dot chain line Y1-Y2, and one-dot chain line Y2-Y3 shown in FIG.

図46(A)は、基板加熱室2705と、搬送室2704の断面を示しており、基板加熱室2705は、基板を収容することができる複数の加熱ステージ2765を有している。なお、基板加熱室2705は、バルブを介して真空ポンプ2770と接続されている。真空ポンプ2770としては、例えば、ドライポンプ、およびメカニカルブースターポンプ等を用いることができる。 FIG. 46A shows a cross section of the substrate heating chamber 2705 and the transfer chamber 2704. The substrate heating chamber 2705 includes a plurality of heating stages 2765 that can accommodate substrates. Note that the substrate heating chamber 2705 is connected to a vacuum pump 2770 through a valve. As the vacuum pump 2770, for example, a dry pump, a mechanical booster pump, or the like can be used.

また、基板加熱室2705に用いることのできる加熱機構としては、例えば、抵抗発熱体などを用いて加熱する加熱機構としてもよい。または、加熱されたガスなどの媒体からの熱伝導または熱輻射によって、加熱する加熱機構としてもよい。例えば、GRTA、LRTAなどのRTAを用いることができる。 As a heating mechanism that can be used for the substrate heating chamber 2705, for example, a heating mechanism that heats using a resistance heating element or the like may be used. Alternatively, a heating mechanism that heats by heat conduction or heat radiation from a medium such as a heated gas may be used. For example, RTA such as GRTA and LRTA can be used.

また、基板加熱室2705は、マスフローコントローラ2780を介して、精製機2781と接続される。なお、マスフローコントローラ2780および精製機2781は、ガス種の数だけ設けられるが、理解を容易にするため一つのみを示す。基板加熱室2705に導入されるガスは、露点が−80℃以下、好ましくは−100℃以下であるガスを用いることができ、例えば、酸素ガス、窒素ガス、および希ガス(アルゴンガスなど)を用いる。 The substrate heating chamber 2705 is connected to a purifier 2781 via a mass flow controller 2780. Note that the mass flow controller 2780 and the purifier 2781 are provided as many as the number of gas types, but only one is shown for easy understanding. As the gas introduced into the substrate heating chamber 2705, a gas having a dew point of −80 ° C. or lower, preferably −100 ° C. or lower can be used. For example, oxygen gas, nitrogen gas, and rare gas (such as argon gas) can be used. Use.

搬送室2704は、搬送ロボット2763を有している。搬送ロボット2763は、各室へ基板を搬送することができる。また、搬送室2704は、バルブを介して真空ポンプ2770と、クライオポンプ2771と、接続されている。このような構成とすることで、搬送室2704は、大気圧から低真空または中真空(0.1から数百Pa程度)まで真空ポンプ2770を用いて排気され、バルブを切り替えて中真空から高真空または超高真空(0.1Paから1×10−7Pa)まではクライオポンプ2771を用いて排気される。 The transfer chamber 2704 has a transfer robot 2863. The transfer robot 2763 can transfer a substrate to each chamber. The transfer chamber 2704 is connected to a vacuum pump 2770 and a cryopump 2771 through valves. With such a configuration, the transfer chamber 2704 is evacuated using a vacuum pump 2770 from atmospheric pressure to low vacuum or medium vacuum (about 0.1 to several hundred Pa), and the valve is switched to switch from medium vacuum to high vacuum. A vacuum or ultra-high vacuum (0.1 Pa to 1 × 10 −7 Pa) is exhausted using a cryopump 2771.

また、例えば、クライオポンプ2771は、搬送室2704に対して2台以上並列に接続してもよい。このような構成とすることで、1台のクライオポンプがリジェネ中であっても、残りのクライオポンプを使って排気することが可能となる。なお、上述したリジェネとは、クライオポンプ内にため込まれた分子(または原子)を放出する処理をいう。クライオポンプは、分子(または原子)をため込みすぎると排気能力が低下してくるため、定期的にリジェネが行われる。 For example, two or more cryopumps 2771 may be connected in parallel to the transfer chamber 2704. With such a configuration, even if one cryopump is being regenerated, the remaining cryopump can be used to exhaust. In addition, the regeneration mentioned above refers to the process which discharge | releases the molecule | numerator (or atom) accumulated in the cryopump. The cryopump is periodically regenerated because the exhaust capacity is reduced if molecules (or atoms) are accumulated too much.

図46(B)は、成膜室2706bと、搬送室2704と、ロードロック室2703aの断面を示している。 FIG. 46B illustrates a cross section of the deposition chamber 2706b, the transfer chamber 2704, and the load lock chamber 2703a.

ここで、図46(B)を用いて、成膜室(スパッタリング室)の詳細について説明する。図46(B)に示す成膜室2706bは、ターゲット2766aと、ターゲット2766bと、ターゲットシールド2767aと、ターゲットシールド2767bと、マグネットユニット2790aと、マグネットユニット2790bと、基板ホルダ2768と、電源2791と、を有する。図示しないが、ターゲット2766aおよびターゲット2766bは、それぞれバッキングプレートを介してターゲットホルダに固定される。また、ターゲット2766aおよびターゲット2766bには、電源2791が電気的に接続されている。マグネットユニット2790aおよびマグネットユニット2790bは、それぞれターゲット2766aおよびターゲット2766bの背面に配置される。ターゲットシールド2767aおよびターゲットシールド2767bは、それぞれターゲット2766aおよびターゲット2766bの端部を囲うように配置される。なお、ここでは基板ホルダ2768には、基板2769が支持されている。基板ホルダ2768は、可変部材2784を介して成膜室2706bに固定される。可変部材2784によって、ターゲット2766aとターゲット2766bとの間の領域(ターゲット間領域ともいう。)まで基板ホルダ2768を移動させることができる。例えば、基板2769を支持した基板ホルダ2768をターゲット間領域に配置することによって、プラズマによる損傷を低減できる場合がある。また、基板ホルダ2768は、図示しないが、基板2769を保持する基板保持機構や、基板2769を背面から加熱するヒーター等を備えていてもよい。 Here, the details of the film formation chamber (sputtering chamber) will be described with reference to FIG. A film formation chamber 2706b shown in FIG. 46B includes a target 2766a, a target 2766b, a target shield 2767a, a target shield 2767b, a magnet unit 2790a, a magnet unit 2790b, a substrate holder 2768, a power supply 2791, Have Although not shown, the target 2766a and the target 2766b are each fixed to a target holder via a backing plate. A power source 2791 is electrically connected to the target 2766a and the target 2766b. Magnet unit 2790a and magnet unit 2790b are arranged on the back of target 2766a and target 2766b, respectively. Target shield 2767a and target shield 2767b are arranged to surround the ends of target 2766a and target 2766b, respectively. Here, a substrate 2769 is supported by the substrate holder 2768. The substrate holder 2768 is fixed to the film formation chamber 2706b through the variable member 2784. By the variable member 2784, the substrate holder 2768 can be moved to an area between the targets 2766a and 2766b (also referred to as an inter-target area). For example, by placing a substrate holder 2768 supporting the substrate 2769 in the inter-target region, damage due to plasma may be reduced. Although not shown, the substrate holder 2768 may include a substrate holding mechanism that holds the substrate 2769, a heater that heats the substrate 2769 from the back surface, and the like.

また、ターゲットシールド2767によって、ターゲット2766からスパッタリングされる粒子が不要な領域に堆積することを抑制できる。ターゲットシールド2767は、累積されたスパッタ粒子が剥離しないように、加工することが望ましい。例えば、表面粗さを増加させるブラスト処理、またはターゲットシールド2767の表面に凹凸を設けてもよい。 Further, the target shield 2767 can suppress deposition of particles sputtered from the target 2766 in an unnecessary region. The target shield 2767 is desirably processed so that accumulated sputtered particles do not peel off. For example, blast treatment for increasing the surface roughness, or unevenness may be provided on the surface of the target shield 2767.

また、成膜室2706bは、ガス加熱機構2782を介してマスフローコントローラ2780と接続され、ガス加熱機構2782はマスフローコントローラ2780を介して精製機2781と接続される。ガス加熱機構2782により、成膜室2706bに導入されるガスを40℃以上400℃以下、好ましくは50℃以上200℃以下に加熱することができる。なお、ガス加熱機構2782、マスフローコントローラ2780、および精製機2781は、ガス種の数だけ設けられるが、理解を容易にするため一つのみを示す。成膜室2706bに導入されるガスは、露点が−80℃以下、好ましくは−100℃以下であるガスを用いることができ、例えば、酸素ガス、窒素ガス、および希ガス(アルゴンガスなど)を用いる。 In addition, the film formation chamber 2706b is connected to the mass flow controller 2780 via the gas heating mechanism 2782, and the gas heating mechanism 2784 is connected to the purifier 2781 via the mass flow controller 2780. The gas introduced into the film formation chamber 2706b can be heated to 40 ° C. or higher and 400 ° C. or lower, preferably 50 ° C. or higher and 200 ° C. or lower by the gas heating mechanism 2782. Note that the gas heating mechanism 2782, the mass flow controller 2780, and the purifier 2781 are provided as many as the number of gas types, but only one is shown for easy understanding. As the gas introduced into the film formation chamber 2706b, a gas having a dew point of −80 ° C. or lower, preferably −100 ° C. or lower can be used. For example, oxygen gas, nitrogen gas, and a rare gas (such as argon gas) are used. Use.

なお、ガスの導入口の直前に精製機を設ける場合、精製機から成膜室2706bまでの配管の長さを10m以下、好ましくは5m以下、さらに好ましくは1m以下とする。配管の長さを10m以下、5m以下または1m以下とすることで、配管からの放出ガスの影響を長さに応じて低減できる。さらに、ガスの配管には、フッ化鉄、酸化アルミニウム、酸化クロムなどで内部が被覆された金属配管を用いるとよい。前述の配管は、例えばSUS316L−EP配管と比べ、不純物を含むガスの放出量が少なく、ガスへの不純物の入り込みを低減できる。また、配管の継手には、高性能超小型メタルガスケット継手(UPG継手)を用いるとよい。また、配管を全て金属で構成することで、樹脂等を用いた場合と比べ、生じる放出ガスおよび外部リークの影響を低減できて好ましい。 Note that in the case where a purifier is provided immediately before the gas inlet, the length of the pipe from the purifier to the film formation chamber 2706b is 10 m or less, preferably 5 m or less, and more preferably 1 m or less. By setting the length of the pipe to 10 m or less, 5 m or less, or 1 m or less, the influence of the gas released from the pipe can be reduced according to the length. Further, a metal pipe whose inside is covered with iron fluoride, aluminum oxide, chromium oxide or the like may be used for the gas pipe. The above-described piping has a smaller amount of gas containing impurities compared to, for example, SUS316L-EP piping, and can reduce the entry of impurities into the gas. Moreover, it is good to use a high performance ultra-small metal gasket joint (UPG joint) for the joint of piping. In addition, it is preferable that the pipes are all made of metal, because the influence of the generated released gas and external leakage can be reduced as compared with the case where resin or the like is used.

また、成膜室2706bは、バルブを介してターボ分子ポンプ2772および真空ポンプ2770と接続される。 The film formation chamber 2706b is connected to a turbo molecular pump 2772 and a vacuum pump 2770 through valves.

また、成膜室2706bは、クライオトラップ2751が設けられる。 The film formation chamber 2706b is provided with a cryotrap 2751.

クライオトラップ2751は、水などの比較的融点の高い分子(または原子)を吸着することができる機構である。ターボ分子ポンプ2772は大きいサイズの分子(または原子)を安定して排気し、かつメンテナンスの頻度が低いため、生産性に優れる一方、水素や水の排気能力が低い。そこで、水などに対する排気能力を高めるため、クライオトラップ2751が成膜室2706bに接続された構成としている。クライオトラップ2751の冷凍機の温度は100K以下、好ましくは80K以下とする。また、クライオトラップ2751が複数の冷凍機を有する場合、冷凍機ごとに温度を変えると、効率的に排気することが可能となるため好ましい。例えば、1段目の冷凍機の温度を100K以下とし、2段目の冷凍機の温度を20K以下とすればよい。なお、クライオトラップに替えて、チタンサブリメーションポンプを用いることで、さらに高真空とすることができる場合がある。また、クライオポンプやターボ分子ポンプに替えてイオンポンプを用いることでもさらに高真空とすることができる場合がある。 The cryotrap 2751 is a mechanism that can adsorb molecules (or atoms) having a relatively high melting point such as water. The turbo molecular pump 2772 stably exhausts large-sized molecules (or atoms) and has a low maintenance frequency, so that it is excellent in productivity, but has a low exhaust capability of hydrogen or water. Therefore, a cryotrap 2751 is connected to the film formation chamber 2706b in order to increase the exhaust capability of water or the like. The temperature of the cryotrap 2751 refrigerator is 100K or less, preferably 80K or less. Further, in the case where the cryotrap 2751 has a plurality of refrigerators, it is preferable to change the temperature for each refrigerator because exhaust can be efficiently performed. For example, the temperature of the first stage refrigerator may be 100K or less, and the temperature of the second stage refrigerator may be 20K or less. In some cases, a higher vacuum can be achieved by using a titanium sublimation pump instead of the cryotrap. In some cases, an even higher vacuum can be achieved by using an ion pump instead of the cryopump or the turbo molecular pump.

なお、成膜室2706bの排気方法は、これに限定されず、先の搬送室2704に示す排気方法(クライオポンプと真空ポンプとの排気方法)と同様の構成としてもよい。もちろん、搬送室2704の排気方法を成膜室2706bと同様の構成(ターボ分子ポンプと真空ポンプとの排気方法)としてもよい。 Note that the exhaust method of the film formation chamber 2706b is not limited thereto, and a structure similar to the exhaust method (exhaust method of a cryopump and a vacuum pump) described in the above transfer chamber 2704 may be employed. Needless to say, the evacuation method of the transfer chamber 2704 may have a configuration similar to that of the film formation chamber 2706b (evacuation method using a turbo molecular pump and a vacuum pump).

なお、上述した搬送室2704、基板加熱室2705、および成膜室2706bの背圧(全圧)、ならびに各気体分子(原子)の分圧は、以下の通りとすると好ましい。とくに、形成される膜中に不純物が混入され得る可能性があるので、成膜室2706bの背圧、ならびに各気体分子(原子)の分圧には注意する必要がある。 Note that the back pressure (total pressure) of the transfer chamber 2704, the substrate heating chamber 2705, and the film formation chamber 2706b, and the partial pressure of each gas molecule (atom) are preferably as follows. In particular, since impurities may be mixed into the formed film, it is necessary to pay attention to the back pressure of the film formation chamber 2706b and the partial pressure of each gas molecule (atom).

上述した各室の背圧(全圧)は、1×10−4Pa以下、好ましくは3×10−5Pa以下、さらに好ましくは1×10−5Pa以下である。上述した各室の質量電荷比(m/z)が18である気体分子(原子)の分圧は、3×10−5Pa以下、好ましくは1×10−5Pa以下、さらに好ましくは3×10−6Pa以下である。また、上述した各室のm/zが28である気体分子(原子)の分圧は、3×10−5Pa以下、好ましくは1×10−5Pa以下、さらに好ましくは3×10−6Pa以下である。また、上述した各室のm/zが44である気体分子(原子)の分圧は、3×10−5Pa以下、好ましくは1×10−5Pa以下、さらに好ましくは3×10−6Pa以下である。 The back pressure (total pressure) of each chamber described above is 1 × 10 −4 Pa or less, preferably 3 × 10 −5 Pa or less, and more preferably 1 × 10 −5 Pa or less. The partial pressure of gas molecules (atoms) having a mass-to-charge ratio (m / z) of 18 in each chamber described above is 3 × 10 −5 Pa or less, preferably 1 × 10 −5 Pa or less, more preferably 3 ×. 10 −6 Pa or less. Moreover, the partial pressure of the gas molecule (atom) whose m / z of each chamber is 28 is 3 × 10 −5 Pa or less, preferably 1 × 10 −5 Pa or less, more preferably 3 × 10 −6. Pa or less. Moreover, the partial pressure of the gas molecule (atom) whose m / z of each chamber is 44 is 3 × 10 −5 Pa or less, preferably 1 × 10 −5 Pa or less, more preferably 3 × 10 −6. Pa or less.

なお、真空チャンバー内の全圧および分圧は、質量分析計を用いて測定することができる。例えば、株式会社アルバック製四重極形質量分析計(Q−massともいう。)Qulee CGM−051を用いればよい。 In addition, the total pressure and partial pressure in a vacuum chamber can be measured using a mass spectrometer. For example, a quadrupole mass spectrometer (also referred to as Q-mass) Qulee CGM-051 manufactured by ULVAC, Inc. may be used.

また、上述した搬送室2704、基板加熱室2705、および成膜室2706bは、外部リークまたは内部リークが少ない構成とすることが望ましい。 In addition, the transfer chamber 2704, the substrate heating chamber 2705, and the film formation chamber 2706b described above preferably have a structure with little external or internal leakage.

例えば、上述した搬送室2704、基板加熱室2705、および成膜室2706bのリークレートは、3×10−6Pa・m/s以下、好ましくは1×10−6Pa・m/s以下である。また、m/zが18である気体分子(原子)のリークレートが1×10−7Pa・m/s以下、好ましくは3×10−8Pa・m/s以下である。また、m/zが28である気体分子(原子)のリークレートが1×10−5Pa・m/s以下、好ましくは1×10−6Pa・m/s以下である。また、m/zが44である気体分子(原子)のリークレートが3×10−6Pa・m/s以下、好ましくは1×10−6Pa・m/s以下である。 For example, the leakage rate of the transfer chamber 2704, the substrate heating chamber 2705, and the film formation chamber 2706b described above is 3 × 10 −6 Pa · m 3 / s or less, preferably 1 × 10 −6 Pa · m 3 / s or less. It is. The leak rate of gas molecules (atoms) having an m / z of 18 is 1 × 10 −7 Pa · m 3 / s or less, preferably 3 × 10 −8 Pa · m 3 / s or less. The leak rate of gas molecules (atoms) having an m / z of 28 is 1 × 10 −5 Pa · m 3 / s or less, preferably 1 × 10 −6 Pa · m 3 / s or less. Further, the leak rate of gas molecules (atoms) having an m / z of 44 is 3 × 10 −6 Pa · m 3 / s or less, preferably 1 × 10 −6 Pa · m 3 / s or less.

なお、リークレートに関しては、前述の質量分析計を用いて測定した全圧および分圧から導出すればよい。 The leak rate may be derived from the total pressure and partial pressure measured using the mass spectrometer described above.

リークレートは、外部リークおよび内部リークに依存する。外部リークは、微小な穴やシール不良などによって真空系外から気体が流入することである。内部リークは、真空系内のバルブなどの仕切りからの漏れや内部の部材からの放出ガスに起因する。リークレートを上述の数値以下とするために、外部リークおよび内部リークの両面から対策をとる必要がある。 The leak rate depends on the external leak and the internal leak. An external leak is a gas flowing from outside the vacuum system due to a minute hole or a seal failure. The internal leak is caused by leakage from a partition such as a valve in the vacuum system or gas released from an internal member. In order to make the leak rate below the above-mentioned numerical value, it is necessary to take measures from both the external leak and the internal leak.

例えば、成膜室2706bの開閉部分はメタルガスケットでシールするとよい。メタルガスケットは、フッ化鉄、酸化アルミニウム、または酸化クロムによって被覆された金属を用いると好ましい。メタルガスケットはOリングと比べ密着性が高く、外部リークを低減できる。また、フッ化鉄、酸化アルミニウム、酸化クロムなどによって被覆された金属の不動態を用いることで、メタルガスケットから放出される不純物を含む放出ガスが抑制され、内部リークを低減することができる。 For example, the open / close portion of the film formation chamber 2706b may be sealed with a metal gasket. The metal gasket is preferably a metal covered with iron fluoride, aluminum oxide, or chromium oxide. Metal gaskets have higher adhesion than O-rings and can reduce external leakage. In addition, by using the passivation of a metal covered with iron fluoride, aluminum oxide, chromium oxide, or the like, emission gas containing impurities released from the metal gasket can be suppressed, and internal leakage can be reduced.

また、成膜装置2700を構成する部材として、不純物を含む放出ガスの少ないアルミニウム、クロム、チタン、ジルコニウム、ニッケルまたはバナジウムを用いる。また、前述の部材を鉄、クロムおよびニッケルなどを含む合金に被覆して用いてもよい。鉄、クロムおよびニッケルなどを含む合金は、剛性があり、熱に強く、また加工に適している。ここで、表面積を小さくするために部材の表面凹凸を研磨などによって低減しておくと、放出ガスを低減できる。 Further, aluminum, chromium, titanium, zirconium, nickel, or vanadium that emits less impurities and contains less impurities is used as a member that forms the film formation apparatus 2700. Further, the above-described member may be used by being coated with an alloy containing iron, chromium, nickel and the like. Alloys containing iron, chromium, nickel, etc. are rigid, heat resistant and suitable for processing. Here, if the surface irregularities of the member are reduced by polishing or the like in order to reduce the surface area, the emitted gas can be reduced.

または、前述の成膜装置2700の部材をフッ化鉄、酸化アルミニウム、酸化クロムなどで被覆してもよい。 Alternatively, the member of the film formation apparatus 2700 described above may be covered with iron fluoride, aluminum oxide, chromium oxide, or the like.

成膜装置2700の部材は、極力金属のみで構成することが好ましく、例えば石英などで構成される覗き窓などを設置する場合も、放出ガスを抑制するために表面をフッ化鉄、酸化アルミニウム、酸化クロムなどで薄く被覆するとよい。 The member of the film forming apparatus 2700 is preferably made of only metal as much as possible. For example, when a viewing window made of quartz or the like is installed, the surface is made of iron fluoride, aluminum oxide, It is good to coat thinly with chromium oxide.

成膜室に存在する吸着物は、内壁などに吸着しているために成膜室の圧力に影響しないが、成膜室を排気した際のガス放出の原因となる。そのため、リークレートと排気速度に相関はないものの、排気能力の高いポンプを用いて、成膜室に存在する吸着物をできる限り脱離し、あらかじめ排気しておくことは重要である。なお、吸着物の脱離を促すために、成膜室をベーキングしてもよい。ベーキングすることで吸着物の脱離速度を10倍程度大きくすることができる。ベーキングは100℃以上450℃以下で行えばよい。このとき、不活性ガスを成膜室に導入しながら吸着物の除去を行うと、排気するだけでは脱離しにくい水などの脱離速度をさらに大きくすることができる。なお、導入する不活性ガスをベーキングの温度と同程度に加熱することで、吸着物の脱離速度をさらに高めることができる。ここで不活性ガスとして希ガスを用いると好ましい。また、成膜する膜種によっては不活性ガスの代わりに酸素などを用いても構わない。例えば、酸化物を成膜する場合は、主成分である酸素を用いた方が好ましい場合もある。なお、ベーキングは、ランプを用いて行うと好ましい。 The adsorbate present in the film forming chamber does not affect the pressure in the film forming chamber because it is adsorbed on the inner wall or the like, but causes gas emission when the film forming chamber is exhausted. Therefore, although there is no correlation between the leak rate and the exhaust speed, it is important to desorb the adsorbate present in the film formation chamber as much as possible and exhaust it in advance using a pump having a high exhaust capability. Note that the deposition chamber may be baked to promote desorption of the adsorbate. Baking can increase the desorption rate of the adsorbate by about 10 times. Baking may be performed at 100 ° C to 450 ° C. At this time, if the adsorbate is removed while introducing the inert gas into the film formation chamber, the desorption rate of water or the like that is difficult to desorb only by exhausting can be further increased. In addition, by heating the inert gas to be introduced to the same degree as the baking temperature, the desorption rate of the adsorbate can be further increased. Here, it is preferable to use a rare gas as the inert gas. Further, depending on the type of film to be formed, oxygen or the like may be used instead of the inert gas. For example, when an oxide film is formed, it may be preferable to use oxygen which is a main component. Note that baking is preferably performed using a lamp.

または、加熱した希ガスなどの不活性ガスまたは酸素などを導入することで成膜室内の圧力を高め、一定時間経過後に再び成膜室を排気する処理を行うと好ましい。加熱したガスの導入により成膜室内の吸着物を脱離させることができ、成膜室内に存在する不純物を低減することができる。なお、この処理は2回以上30回以下、好ましくは5回以上15回以下の範囲で繰り返し行うと効果的である。具体的には、温度が40℃以上400℃以下、好ましくは50℃以上200℃以下である不活性ガスまたは酸素などを導入することで成膜室内の圧力を0.1Pa以上10kPa以下、好ましくは1Pa以上1kPa以下、さらに好ましくは5Pa以上100Pa以下とし、圧力を保つ期間を1分以上300分以下、好ましくは5分以上120分以下とすればよい。その後、成膜室を5分以上300分以下、好ましくは10分以上120分以下の期間排気する。 Alternatively, it is preferable to perform a process of increasing the pressure in the deposition chamber by introducing an inert gas such as a heated rare gas or oxygen, and exhausting the deposition chamber again after a predetermined time. By introducing the heated gas, the adsorbate in the deposition chamber can be desorbed, and impurities present in the deposition chamber can be reduced. In addition, it is effective when this treatment is repeated 2 times or more and 30 times or less, preferably 5 times or more and 15 times or less. Specifically, by introducing an inert gas or oxygen having a temperature of 40 ° C. or higher and 400 ° C. or lower, preferably 50 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, the pressure in the deposition chamber is 0.1 Pa or higher and 10 kPa or lower, preferably The pressure may be 1 Pa or more and 1 kPa or less, more preferably 5 Pa or more and 100 Pa or less, and the period for maintaining the pressure may be 1 minute or more and 300 minutes or less, preferably 5 minutes or more and 120 minutes or less. After that, the film formation chamber is evacuated for a period of 5 minutes to 300 minutes, preferably 10 minutes to 120 minutes.

また、ダミー成膜を行うことでも吸着物の脱離速度をさらに高めることができる。ダミー成膜とは、ダミー基板に対してスパッタリング法などによる成膜を行うことで、ダミー基板および成膜室内壁に膜を堆積させ、成膜室内の不純物および成膜室内壁の吸着物を膜中に閉じこめることをいう。ダミー基板は、放出ガスの少ない基板が好ましい。ダミー成膜を行うことで、後に成膜される膜中の不純物濃度を低減することができる。なお、ダミー成膜はベーキングと同時に行ってもよい。 Further, the desorption rate of the adsorbate can be further increased by performing dummy film formation. Dummy film formation is performed by depositing a film on the dummy substrate by sputtering or the like, thereby depositing a film on the dummy substrate and the inner wall of the film forming chamber, and depositing impurities on the film forming chamber and adsorbed material on the inner wall of the film forming film. It means confining inside. The dummy substrate is preferably a substrate that emits less gas. By performing dummy film formation, the impurity concentration in a film to be formed later can be reduced. The dummy film formation may be performed simultaneously with baking.

次に、図46(B)に示す搬送室2704、およびロードロック室2703aと、図46(C)に示す大気側基板搬送室2702、および大気側基板供給室2701の詳細について以下説明を行う。なお、図46(C)は、大気側基板搬送室2702、および大気側基板供給室2701の断面を示している。 Next, details of the transfer chamber 2704 and the load lock chamber 2703a shown in FIG. 46B and the atmosphere-side substrate transfer chamber 2702 and the atmosphere-side substrate supply chamber 2701 shown in FIG. 46C will be described below. Note that FIG. 46C illustrates a cross section of the atmosphere-side substrate transfer chamber 2702 and the atmosphere-side substrate supply chamber 2701.

図46(B)に示す搬送室2704については、図46(A)に示す搬送室2704の記載を参照する。 For the transfer chamber 2704 illustrated in FIG. 46B, the description of the transfer chamber 2704 illustrated in FIG.

ロードロック室2703aは、基板受け渡しステージ2752を有する。ロードロック室2703aは、減圧状態から大気まで圧力を上昇させ、ロードロック室2703aの圧力が大気圧になった時に、大気側基板搬送室2702に設けられている搬送ロボット2763から基板受け渡しステージ2752に基板を受け取る。その後、ロードロック室2703aを真空引きし、減圧状態としたのち、搬送室2704に設けられている搬送ロボット2763が基板受け渡しステージ2752から基板を受け取る。 The load lock chamber 2703 a has a substrate transfer stage 2752. The load lock chamber 2703a raises the pressure from the reduced pressure state to the atmosphere, and when the pressure in the load lock chamber 2703a reaches the atmospheric pressure, the transfer robot 2763 provided in the atmosphere side substrate transfer chamber 2702 moves to the substrate transfer stage 2752. Receive the board. After that, the load lock chamber 2703a is evacuated to a reduced pressure state, and then the transfer robot 2762 provided in the transfer chamber 2704 receives the substrate from the substrate transfer stage 2752.

また、ロードロック室2703aは、バルブを介して真空ポンプ2770、およびクライオポンプ2771と接続されている。真空ポンプ2770、およびクライオポンプ2771の排気系の接続方法は、搬送室2704の接続方法を参考とすることで接続できるため、ここでの説明は省略する。なお、図45に示すアンロードロック室2703bは、ロードロック室2703aと同様の構成とすることができる。 The load lock chamber 2703a is connected to a vacuum pump 2770 and a cryopump 2771 through valves. Since the connection method of the exhaust system of the vacuum pump 2770 and the cryopump 2771 can be connected by referring to the connection method of the transfer chamber 2704, description thereof is omitted here. Note that the unload lock chamber 2703b shown in FIG. 45 can have the same configuration as the load lock chamber 2703a.

大気側基板搬送室2702は、搬送ロボット2763を有する。搬送ロボット2763により、カセットポート2761とロードロック室2703aとの基板の受け渡しを行うことができる。また、大気側基板搬送室2702、および大気側基板供給室2701の上方にHEPAフィルタ(High Efficiency Particulate Air Filter)等のゴミまたはパーティクルを清浄化するための機構を設けてもよい。 The atmosphere-side substrate transfer chamber 2702 has a transfer robot 2763. The transfer robot 2763 can transfer the substrate between the cassette port 2761 and the load lock chamber 2703a. Further, a mechanism for cleaning dust or particles such as a HEPA filter (High Efficiency Particulate Air Filter) may be provided above the atmosphere side substrate transfer chamber 2702 and the atmosphere side substrate supply chamber 2701.

大気側基板供給室2701は、複数のカセットポート2761を有する。カセットポート2761は、複数の基板を収容することができる。 The atmosphere side substrate supply chamber 2701 has a plurality of cassette ports 2761. The cassette port 2761 can accommodate a plurality of substrates.

ターゲットは、表面温度が100℃以下、好ましくは50℃以下、さらに好ましくは室温程度(代表的には25℃)とする。大面積の基板に対応するスパッタリング装置では大面積のターゲットを用いることが多い。ところが、大面積に対応した大きさのターゲットをつなぎ目なく作製することは困難である。現実には複数のターゲットをなるべく隙間のないように並べて大きな形状としているが、どうしても僅かな隙間が生じてしまう。こうした僅かな隙間から、ターゲットの表面温度が高まることで亜鉛などが揮発し、徐々に隙間が広がっていくことがある。隙間が広がると、バッキングプレートや、バッキングプレートとターゲットとの接合に用いているボンディング材の金属がスパッタリングされることがあり、不純物濃度を高める要因となる。したがって、ターゲットは、十分に冷却されていることが好ましい。 The target has a surface temperature of 100 ° C. or lower, preferably 50 ° C. or lower, more preferably about room temperature (typically 25 ° C.). In a sputtering apparatus corresponding to a large area substrate, a large area target is often used. However, it is difficult to seamlessly produce a target having a size corresponding to a large area. In reality, a large number of targets are arranged side by side with as little gap as possible, but a slight gap is inevitably generated. From such a slight gap, the surface temperature of the target is increased, so that zinc and the like are volatilized, and the gap may gradually widen. When the gap is widened, the backing plate or the metal of the bonding material used for joining the backing plate and the target may be sputtered, which increases the impurity concentration. Therefore, it is preferable that the target is sufficiently cooled.

具体的には、バッキングプレートとして、高い導電性および高い放熱性を有する金属(具体的には銅)を用いる。また、バッキングプレート内に水路を形成し、水路に十分な量の冷却水を流すことで、効率的にターゲットを冷却できる。 Specifically, a metal (specifically, copper) having high conductivity and high heat dissipation is used as the backing plate. Moreover, a target can be efficiently cooled by forming a water channel in the backing plate and flowing a sufficient amount of cooling water through the water channel.

なお、ターゲットが亜鉛を含む場合、酸素ガス雰囲気で成膜することにより、プラズマダメージが軽減され、亜鉛の揮発が起こりにくい酸化物を得ることができる。 Note that in the case where the target contains zinc, by forming a film in an oxygen gas atmosphere, plasma damage is reduced, and an oxide that hardly causes volatilization of zinc can be obtained.

上述した成膜装置を用いることで、水素濃度が、二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)において、2×1020atoms/cm以下、好ましくは5×1019atoms/cm以下、より好ましくは1×1019atoms/cm以下、さらに好ましくは5×1018atoms/cm以下である酸化物半導体を成膜することができる。 By using the above-described film formation apparatus, the hydrogen concentration is 2 × 10 20 atoms / cm 3 or less, preferably 5 × 10 19 atoms / cm 3 in secondary ion mass spectrometry (SIMS). Hereinafter, an oxide semiconductor with a thickness of 1 × 10 19 atoms / cm 3 or less, more preferably 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less can be formed.

また、窒素濃度が、SIMSにおいて、5×1019atoms/cm未満、好ましくは1×1019atoms/cm以下、より好ましくは5×1018atoms/cm以下、さらに好ましくは1×1018atoms/cm以下である酸化物半導体を成膜することができる。 Further, the nitrogen concentration in SIMS is less than 5 × 10 19 atoms / cm 3 , preferably 1 × 10 19 atoms / cm 3 or less, more preferably 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less, and further preferably 1 × 10 9. An oxide semiconductor with a density of 18 atoms / cm 3 or less can be formed.

また、炭素濃度が、SIMSにおいて、5×1019atoms/cm未満、好ましくは5×1018atoms/cm以下、より好ましくは1×1018atoms/cm以下、さらに好ましくは5×1017atoms/cm以下である酸化物半導体を成膜することができる。 In addition, the carbon concentration in SIMS is less than 5 × 10 19 atoms / cm 3 , preferably 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less, more preferably 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less, and even more preferably 5 × 10. An oxide semiconductor with a density of 17 atoms / cm 3 or less can be formed.

また、昇温脱離ガス分光法(TDS:Thermal Desorption Spectroscopy)分析によるm/zが2(水素分子など)である気体分子(原子)、m/zが18である気体分子(原子)、m/zが28である気体分子(原子)およびm/zが44である気体分子(原子)の放出量が、それぞれ1×1019個/cm以下、好ましくは1×1018個/cm以下である酸化物半導体を成膜することができる。 In addition, a gas molecule (atom) in which m / z is 2 (such as a hydrogen molecule) by a temperature desorption gas spectroscopy (TDS) analysis, a gas molecule (atom) in which m / z is 18, m The release amount of gas molecules (atoms) with / z of 28 and gas molecules (atoms) with m / z of 44 is 1 × 10 19 pieces / cm 3 or less, preferably 1 × 10 18 pieces / cm 3, respectively. The following oxide semiconductor can be formed.

以上の成膜装置を用いることで、酸化物半導体への不純物の混入を抑制できる。さらには、以上の成膜装置を用いて、酸化物半導体に接する膜を成膜することで、酸化物半導体に接する膜から酸化物半導体へ不純物が混入することを抑制できる。 By using the above film formation apparatus, entry of impurities into the oxide semiconductor can be suppressed. Further, by using the above deposition apparatus to form a film in contact with the oxide semiconductor, the entry of impurities from the film in contact with the oxide semiconductor into the oxide semiconductor can be suppressed.

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

100 トランジスタ
101 基板
102 絶縁層
103 絶縁層
104 酸化物層
105 絶縁層
106 電極
107 絶縁層
108 構造体
109 電極
110 絶縁層
111 絶縁層
112 絶縁層
115 絶縁層
116 絶縁層
119 電極
125 絶縁層
126 導電層
127 絶縁層
128 絶縁層
129 導電層
131 金属元素
135 領域
141 容量素子
142 容量素子
145 混合層
147 混合層
150 トランジスタ
160 トランジスタ
170 トランジスタ
180 トランジスタ
190 トランジスタ
191 トランジスタ
192 トランジスタ
193 トランジスタ
220 ウェル
221 p型半導体
223 n型半導体
224 開口
225 開口
251 配線
252 配線
253 配線
254 配線
255 配線
256 ノード
257 容量素子
260 回路
270 回路
273 電極
280 回路
281 トランジスタ
282 トランジスタ
283 チャネル形成領域
284 低濃度p型不純物領域
285 高濃度p型不純物領域
286 絶縁層
287 電極
288 構造体
289 トランジスタ
290 回路
291 トランジスタ
382 Ec
386 Ec
390 トラップ準位
400 半導体装置
401 基板
403 絶縁層
404 絶縁層
405 絶縁層
406 コンタクトプラグ
407 絶縁層
410 半導体装置
414 素子分離層
415 絶縁層
420 半導体装置
421 電極
422 電極
427 電極
429 電極
430 半導体装置
442 絶縁層
477 隔壁
487 配線
488 電極
489 コンタクトプラグ
550 インターポーザ
551 チップ
552 端子
553 モールド樹脂
560 パネル
561 プリント配線基板
562 パッケージ
563 FPC
564 バッテリ
600 撮像装置
601 光電変換素子
602 トランジスタ
603 トランジスタ
604 トランジスタ
605 トランジスタ
606 容量素子
607 ノード
608 配線
609 配線
610 画素駆動回路
611 配線
621 画素部
622 画素
623 画素
624 フィルタ
625 レンズ
626 配線群
660 光
681 光電変換層
682 透光性導電層
686 電極
701 回路
702 回路
703 スイッチ
704 スイッチ
706 論理素子
707 容量素子
708 容量素子
709 トランジスタ
710 トランジスタ
713 トランジスタ
714 トランジスタ
720 回路
730 記憶素子
800 RFタグ
801 通信器
802 アンテナ
803 無線信号
804 アンテナ
805 整流回路
806 定電圧回路
807 復調回路
808 変調回路
809 論理回路
810 記憶回路
811 ROM
1189 ROMインターフェース
1190 基板
1191 ALU
1192 ALUコントローラ
1193 インストラクションデコーダ
1194 インタラプトコントローラ
1195 タイミングコントローラ
1196 レジスタ
1197 レジスタコントローラ
1198 バスインターフェース
1199 ROM
1281 トランジスタ
1283 チャネル形成領域
1284 低濃度n型不純物領域
1285 高濃度n型不純物領域
2700 成膜装置
2701 大気側基板供給室
2702 大気側基板搬送室
2704 搬送室
2705 基板加熱室
2751 クライオトラップ
2752 ステージ
2761 カセットポート
2762 アライメントポート
2763 搬送ロボット
2764 ゲートバルブ
2765 加熱ステージ
2766 ターゲット
2767 ターゲットシールド
2768 基板ホルダ
2769 基板
2770 真空ポンプ
2771 クライオポンプ
2772 ターボ分子ポンプ
2780 マスフローコントローラ
2781 精製機
2782 ガス加熱機構
2784 可変部材
2791 電源
2900 携帯型ゲーム機
2901 筐体
2902 筐体
2903 表示部
2904 表示部
2905 マイクロホン
2906 スピーカ
2907 操作キー
2908 スタイラス
2910 情報端末
2911 筐体
2912 表示部
2913 カメラ
2914 スピーカ部
2915 ボタン
2916 外部接続部
2917 マイク
2920 ノート型パーソナルコンピュータ
2921 筐体
2922 表示部
2923 キーボード
2924 ポインティングデバイス
2940 ビデオカメラ
2941 筐体
2942 筐体
2943 表示部
2944 操作キー
2945 レンズ
2946 接続部
2950 情報端末
2951 筐体
2952 表示部
2960 情報端末
2961 筐体
2962 表示部
2963 バンド
2964 バックル
2965 操作ボタン
2966 入出力端子
2967 アイコン
2970 電気冷凍冷蔵庫
2971 筐体
2972 冷蔵室用扉
2973 冷凍室用扉
2980 自動車
2981 車体
2982 車輪
2983 ダッシュボード
2984 ライト
3100 表示装置
3125 発光素子
3130 画素
3131 表示領域
3132 回路
3133 回路
3135 走査線
3136 信号線
3137 画素回路
3152 回路
3153 回路
3232 トランジスタ
3233 容量素子
3431 トランジスタ
3432 液晶素子
3434 トランジスタ
3435 ノード
3436 ノード
3437 ノード
5100 ペレット
5120 基板
5161 領域
6000 表示モジュール
6001 上部カバー
6002 下部カバー
6003 FPC
6004 タッチセンサ
6005 FPC
6006 表示パネル
6007 バックライトユニット
6008 光源
6009 フレーム
6010 プリント基板
6011 バッテリ
100a トランジスタ
102a 絶縁層
104a 酸化物層
104b 酸化物層
104c 酸化物層
105a 電極
105b 電極
109a 電極
109b 電極
109c 電極
112d コンタクトプラグ
113a コンタクトプラグ
113b コンタクトプラグ
113c コンタクトプラグ
114a 電極
114b 電極
114c 電極
118a 酸化物半導体層
118b 酸化物半導体層
124a 酸化物層
124b 酸化物層
124c 酸化物層
126a 開口
126b 開口
126c 開口
2703a ロードロック室
2703b アンロードロック室
2706a 成膜室
2706b 成膜室
2706c 成膜室
2766a ターゲット
2766b ターゲット
2767a ターゲットシールド
2767b ターゲットシールド
2790a マグネットユニット
2790b マグネットユニット
281a トランジスタ
281b トランジスタ
282a トランジスタ
282b トランジスタ
383a Ec
383b Ec
383c Ec
406a コンタクトプラグ
406b コンタクトプラグ
406c コンタクトプラグ
407a 絶縁層
413a 電極
413b 電極
413c 電極
413d 電極
487a 導電層
487b 導電層
622B 画素
622G 画素
622R 画素
624B フィルタ
624G フィルタ
624R フィルタ
686a 導電層
686b 導電層
100 Transistor 101 Substrate 102 Insulating layer 103 Insulating layer 104 Oxide layer 105 Insulating layer 106 Electrode 107 Insulating layer 108 Structure 109 Electrode 110 Insulating layer 111 Insulating layer 112 Insulating layer 115 Insulating layer 116 Insulating layer 119 Electrode 125 Insulating layer 126 Conducting layer 127 insulating layer 128 insulating layer 129 conductive layer 131 metal element 135 region 141 capacitor element 142 capacitor element 145 mixed layer 147 mixed layer 150 transistor 160 transistor 170 transistor 180 transistor 190 transistor 191 transistor 192 transistor 193 transistor 220 well 221 p-type semiconductor 223 n Type semiconductor 224 opening 225 opening 251 wiring 252 wiring 253 wiring 254 wiring 255 wiring 256 node 257 capacitive element 260 circuit 270 circuit 2 73 Electrode 280 Circuit 281 Transistor 282 Transistor 283 Channel formation region 284 Low-concentration p-type impurity region 285 High-concentration p-type impurity region 286 Insulating layer 287 Electrode 288 Structure 289 Transistor 290 Circuit 291 Transistor 382 Ec
386 Ec
390 trap level 400 semiconductor device 401 substrate 403 insulating layer 404 insulating layer 405 insulating layer 406 contact plug 407 insulating layer 410 semiconductor device 414 element isolation layer 415 insulating layer 420 semiconductor device 421 electrode 422 electrode 427 electrode 429 electrode 430 semiconductor device 442 insulating Layer 477 Partition wall 487 Wire 488 Electrode 489 Contact plug 550 Interposer 551 Chip 552 Terminal 553 Mold resin 560 Panel 561 Printed wiring board 562 Package 563 FPC
564 Battery 600 Imaging device 601 Photoelectric conversion element 602 Transistor 603 Transistor 604 Transistor 605 Transistor 606 Capacitance element 607 Node 608 Wiring 609 Wiring 610 Pixel drive circuit 611 Wiring 621 Pixel portion 622 Pixel 623 Pixel 624 Filter 625 Lens 626 Wiring group 660 Light 681 Photoelectric Conversion layer 682 Translucent conductive layer 686 Electrode 701 Circuit 702 Circuit 703 Switch 704 Switch 706 Logic element 707 Capacitance element 708 Capacitance element 709 Transistor 710 Transistor 713 Transistor 714 Transistor 720 Circuit 730 Storage element 800 RF tag 801 Communication device 802 Antenna 803 Wireless Signal 804 Antenna 805 Rectifier circuit 806 Constant voltage circuit 807 Demodulator circuit 808 Modulator circuit 809 Logic Circuit 810 Memory circuit 811 ROM
1189 ROM interface 1190 board 1191 ALU
1192 ALU Controller 1193 Instruction Decoder 1194 Interrupt Controller 1195 Timing Controller 1196 Register 1197 Register Controller 1198 Bus Interface 1199 ROM
1281 Transistor 1283 Channel formation region 1284 Low-concentration n-type impurity region 1285 High-concentration n-type impurity region 2700 Film formation apparatus 2701 Atmosphere-side substrate supply chamber 2702 Atmosphere-side substrate transfer chamber 2704 Transfer chamber 2705 Substrate heating chamber 2751 Cryo trap 2752 Stage 2761 Cassette Port 2762 Alignment port 2763 Transport robot 2764 Gate valve 2765 Heating stage 2766 Target 2767 Target shield 2768 Substrate holder 2769 Substrate 2770 Vacuum pump 2771 Cryo pump 2772 Turbo molecular pump 2780 Mass flow controller 2781 Refining machine 2782 Gas heating mechanism 2784 Variable member 2791 Power supply 2900 Mobile Game machine 2901 Case 2902 Case 2903 Display 2904 Table 2905 Microphone 2906 Speaker 2907 Operation key 2908 Stylus 2910 Information terminal 2911 Housing 2912 Display unit 2913 Camera 2914 Speaker unit 2915 Button 2916 External connection unit 2917 Microphone 2920 Notebook personal computer 2921 Housing 2922 Display unit 2923 Keyboard 2924 Pointing device 2940 Video Camera 2941 Housing 2942 Housing 2943 Display unit 2944 Operation key 2945 Lens 2946 Connection unit 2950 Information terminal 2951 Housing 2952 Display unit 2960 Information terminal 2961 Housing 2962 Display unit 2963 Band 2964 Buckle 2965 Operation button 2966 Input / output terminal 2967 Icon 2970 Electric refrigerator-freezer 2971 Housing 2972 Refrigeration room door 2993 Freezing room Door 2980 Car 2981 Car body 2982 Wheel 2983 Dashboard 2984 Light 3100 Display device 3125 Light emitting element 3130 Pixel 3131 Display area 3132 Circuit 3133 Circuit 3135 Scan line 3136 Signal line 3137 Pixel circuit 3152 Circuit 3153 Circuit 3232 Transistor 3233 Capacitor element 3431 Transistor 3432 Liquid crystal element 3434 Transistor 3435 Node 3436 Node 3437 Node 5100 Pellet 5120 Substrate 5161 Region 6000 Display module 6001 Upper cover 6002 Lower cover 6003 FPC
6004 Touch sensor 6005 FPC
6006 Display panel 6007 Backlight unit 6008 Light source 6009 Frame 6010 Printed circuit board 6011 Battery 100a Transistor 102a Insulating layer 104a Oxide layer 104b Oxide layer 104c Oxide layer 105a Electrode 105b Electrode 109a Electrode 109b Electrode 109c Electrode 112d Contact plug 113a Contact plug 113b Contact plug 113c Contact plug 114a Electrode 114b Electrode 114c Electrode 118a Oxide semiconductor layer 118b Oxide semiconductor layer 124a Oxide layer 124b Oxide layer 124c Oxide layer 126a Opening 126b Opening 126c Opening 2703a Load lock chamber 2703b Unload lock chamber 2706a Formation Film chamber 2706b Film formation chamber 2706c Film formation chamber 2766a Target 2766b Target 2767a Target shield 2767b Target shield 2790a Magnet unit 2790b Magnet unit 281a Transistor 281b Transistor 282a Transistor 282b Transistor 383a Ec
383b Ec
383c Ec
406a Contact plug 406b Contact plug 406c Contact plug 407a Insulating layer 413a Electrode 413b Electrode 413c Electrode 413d Electrode 487a Conductive layer 487b Conductive layer 622B Pixel 622G Pixel 622R Pixel 624B Filter 624G Filter 624R Filter 686a Conductive layer 686b Conductive layer

Claims (18)

第1乃至第3の酸化物層、絶縁層、第1乃至第3の電極、および構造体を有し、
前記第1の酸化物層は前記第2の酸化物層と接し、
前記第2の酸化物層は前記第3の酸化物層と接し、
前記第1乃至前期第3の酸化物層は互いに重なる第1の領域を有し、
前記第1の領域上に、前記絶縁層を介して、前記第1の電極と、前記第1の電極の側面に隣接する前記構造体と、を有し、
前記第2の酸化物層は、前記第1の電極と重なる第2の領域と、前記構造体と重なる第3の領域と、前記第2の電極と接する第4の領域と、前記第3の電極と接する第5の領域と、を有し、
前記構造体はアルミニウムと酸素を含み、
前記第3乃至前記第5の領域は、前記第2の領域に含まれる元素と異なる元素を含むトランジスタ。
Having first to third oxide layers, insulating layers, first to third electrodes, and a structure;
The first oxide layer is in contact with the second oxide layer;
The second oxide layer is in contact with the third oxide layer;
The first to third oxide layers have first regions overlapping each other,
On the first region, the first electrode and the structure adjacent to the side surface of the first electrode through the insulating layer,
The second oxide layer includes: a second region overlapping with the first electrode; a third region overlapping with the structure; a fourth region in contact with the second electrode; and the third region A fifth region in contact with the electrode,
The structure includes aluminum and oxygen;
The third to fifth regions are transistors including an element different from the element included in the second region.
請求項1において、
前記元素は、タングステン、チタン、またはアルミニウムであるトランジスタ。
In claim 1,
A transistor in which the element is tungsten, titanium, or aluminum.
請求項1または請求項2において、
前記第2の酸化物層は、CAAC−OS(C Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor)であるトランジスタ。
In claim 1 or claim 2,
The second oxide layer is a transistor that is a CAAC-OS (C Axis Crystallized Oxide Semiconductor).
請求項1乃至請求項3のいずれか一項において、
前記第2の酸化物層は、InまたはZnの一方、もしくは両方を含むことを特徴とするトランジスタ。
In any one of Claims 1 thru | or 3,
The transistor is characterized in that the second oxide layer contains one or both of In and Zn.
請求項1乃至請求項4のいずれか一項において、
前記第1の酸化物層と前記第3の酸化物層は、前記第2の酸化物層に含まれる金属元素のうち少なくとも一種類の金属元素と同種の金属元素を含むトランジスタ。
In any one of Claims 1 thru | or 4,
The transistor including the first oxide layer and the third oxide layer including a metal element of the same type as at least one metal element among metal elements included in the second oxide layer.
請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載のトランジスタと、
容量素子、または抵抗素子と、を有する半導体装置。
A transistor according to any one of claims 1 to 5,
A semiconductor device having a capacitor or a resistor.
請求項6に記載の半導体装置と、
アンテナ、バッテリ、操作スイッチ、マイク、または、スピーカと、
を有する電子機器。
A semiconductor device according to claim 6;
Antenna, battery, operation switch, microphone, or speaker,
Electronic equipment having
請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載のトランジスタと、
アンテナ、バッテリ、操作スイッチ、マイク、または、スピーカと、
を有する電子機器。
A transistor according to any one of claims 1 to 5,
Antenna, battery, operation switch, microphone, or speaker,
Electronic equipment having
第1の酸化物層上に第2の酸化物層を形成する第1の工程と、
前記第1および前記第2の酸化物層を島状に加工する第2の工程と、
前記第2の酸化物層を覆う第3の酸化物層を形成する第3の工程と、
前記第3の酸化物層を覆う第1の絶縁層を形成する第4の工程と、
前記第1の絶縁層上に第1の電極を形成する第5の工程と、
前記第1の電極をマスクとして用いて、
少なくとも第2の酸化物層の一部に元素を導入する第6の工程と、
前記第1の絶縁層および前記第1の電極を覆う第2の絶縁層の形成時に、
前記第1の絶縁層に酸素を導入する第7の工程と、
加熱処理を行う第8の工程と、
前記第2の絶縁層を加工して前記第1の電極の側面に隣接する構造体を形成する第8の工程と、
前記第2の酸化物層の、前記第1の電極および前記構造体と重ならない領域を露出する第9の工程と、
前記第2の酸化物層の露出した領域に接して、第2の電極および第3の電極を形成する第10の工程と、を有し、
前記第2の酸化物層は酸化物半導体であるトランジスタの作製方法。
A first step of forming a second oxide layer on the first oxide layer;
A second step of processing the first and second oxide layers into island shapes;
A third step of forming a third oxide layer covering the second oxide layer;
A fourth step of forming a first insulating layer covering the third oxide layer;
A fifth step of forming a first electrode on the first insulating layer;
Using the first electrode as a mask,
A sixth step of introducing an element into at least part of the second oxide layer;
When forming the second insulating layer covering the first insulating layer and the first electrode,
A seventh step of introducing oxygen into the first insulating layer;
An eighth step of performing heat treatment;
An eighth step of processing the second insulating layer to form a structure adjacent to a side surface of the first electrode;
A ninth step of exposing a region of the second oxide layer that does not overlap the first electrode and the structure;
And a tenth step of forming a second electrode and a third electrode in contact with the exposed region of the second oxide layer,
The method for manufacturing the transistor, wherein the second oxide layer is an oxide semiconductor.
請求項9において、
前記第7の工程は、スパッタリング法で行なわれるトランジスタの作製方法。
In claim 9,
The seventh step is a method for manufacturing a transistor, which is performed by a sputtering method.
請求項9または請求項10において、
前記構造体は、アルミニウムと酸素とを含むトランジスタの作製方法。
In claim 9 or claim 10,
The structure body is a method for manufacturing a transistor including aluminum and oxygen.
請求項9乃至請求項11のいずれか一項において、
前記元素は、タングステン、チタン、またはアルミニウムであるトランジスタの作製方法。
In any one of Claim 9 thru | or Claim 11,
The method for manufacturing a transistor, wherein the element is tungsten, titanium, or aluminum.
請求項9乃至請求項12のいずれか一項において、
前記第2の酸化物層は、CAAC−OSであるトランジスタの作製方法。
In any one of Claims 9-12,
The method for manufacturing the transistor, in which the second oxide layer is a CAAC-OS.
請求項9乃至請求項13のいずれか一項において、
前記第2の酸化物層は、InまたはZnの一方、もしくは両方を含むことを特徴とするトランジスタの作製方法。
In any one of claims 9 to 13,
The method for manufacturing a transistor is characterized in that the second oxide layer contains one or both of In and Zn.
請求項9乃至請求項14のいずれか一項において、
前記第1の酸化物層と前記第3の酸化物層は、前記第2の酸化物層に含まれる金属元素のうち、少なくとも一種類の金属元素と同種の金属元素を含むトランジスタの作製方法。
In any one of claims 9 to 14,
The method for manufacturing a transistor, wherein the first oxide layer and the third oxide layer include at least one kind of metal element among metal elements contained in the second oxide layer.
請求項9乃至請求項15のいずれか一項に記載の作製方法で作製されたトランジスタと、
容量素子、または抵抗素子と、を有する半導体装置。
A transistor manufactured by the manufacturing method according to any one of claims 9 to 15,
A semiconductor device having a capacitor or a resistor.
請求項16に記載の半導体装置と、
アンテナ、バッテリ、操作スイッチ、マイク、または、スピーカと、
を有する電子機器。
A semiconductor device according to claim 16;
Antenna, battery, operation switch, microphone, or speaker,
Electronic equipment having
請求項9乃至請求項15のいずれか一項に記載の作製方法で作製されたトランジスタと、アンテナ、バッテリ、操作スイッチ、マイク、または、スピーカと、
を有する電子機器。
A transistor manufactured by the manufacturing method according to any one of claims 9 to 15, an antenna, a battery, an operation switch, a microphone, or a speaker;
Electronic equipment having
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9685560B2 (en) 2015-03-02 2017-06-20 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Transistor, method for manufacturing transistor, semiconductor device, and electronic device
CN110678974A (en) * 2017-06-02 2020-01-10 株式会社半导体能源研究所 Semiconductor device, electronic component, and electronic apparatus
JP2020155339A (en) * 2019-03-20 2020-09-24 キヤノン株式会社 Organic device, display device, imaging apparatus, luminaire and mobile

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9685560B2 (en) 2015-03-02 2017-06-20 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Transistor, method for manufacturing transistor, semiconductor device, and electronic device
US9947800B2 (en) 2015-03-02 2018-04-17 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Transistor, method for manufacturing transistor, semiconductor device, and electronic device
CN110678974A (en) * 2017-06-02 2020-01-10 株式会社半导体能源研究所 Semiconductor device, electronic component, and electronic apparatus
CN110678974B (en) * 2017-06-02 2023-11-28 株式会社半导体能源研究所 Semiconductor device, electronic component, and electronic apparatus
JP2020155339A (en) * 2019-03-20 2020-09-24 キヤノン株式会社 Organic device, display device, imaging apparatus, luminaire and mobile
JP7245088B2 (en) 2019-03-20 2023-03-23 キヤノン株式会社 Organic devices, display devices, imaging devices, lighting devices, and mobile objects

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