JP2016178279A - 半導体装置、及び該半導体装置を有する表示装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置について、図1乃至図16を用いて以下説明する。
図1(A)は、本発明の一態様の半導体装置であるトランジスタ150の上面図ある。また、図1(B)は、図1(A)に示す一点鎖線Y1−Y2間における切断面の断面図に相当し、図1(C)は、図1(A)に示す一点鎖線X1−X2間における切断面の断面図に相当する。なお、図1(A)においては明瞭化のため、トランジスタ150の構成要素の一部(基板100及び絶縁膜等)を省略して図示している。
酸化物半導体膜120は、ゲート絶縁膜111と、ゲート絶縁膜112とを介して、ゲート電極114と、ゲート電極118とに挟持される。ゲート電極118のチャネル長方向の長さ及びチャネル幅方向の長さは、酸化物半導体膜120のチャネル長方向の長さ及びチャネル幅方向の長さよりもそれぞれ長く、酸化物半導体膜120の全体は、ゲート絶縁膜111、112を介してゲート電極118に覆われている。また、ゲート電極114と、ゲート電極118と、がゲート絶縁膜111、112に設けられる開口部130b、130cにおいて接続するため、酸化物半導体膜120のチャネル幅方向の側面は、ゲート絶縁膜111、112を介してゲート電極118と対向している。
酸化物半導体膜120は、Inと、Znと、M(Mはチタン(Ti)、ガリウム(Ga)、イットリウム(Y)、ジルコニウム(Zr)、スズ(Sn)、ランタン(La)、セリウム(Ce)、ネオジム(Nd)またはハフニウム(Hf)を表す)と、を有する。代表的には、酸化物半導体膜120は、In−Ga酸化物、In−Zn酸化物、In−M−Zn酸化物を用いることができる。特に酸化物半導体膜120としては、In−M−Zn酸化物を用いると好ましい。
ここで、チャネルエッチ型のトランジスタとチャネル保護型のトランジスタとを比較する。
そこで、本発明の一態様であるトランジスタ150における酸化物半導体膜120は、酸化物半導体膜120aと、酸化物半導体膜120bとを有する。すなわち、酸化物半導体膜120は2層構造を有し、それぞれ異なる組成の酸化物を有する。また、酸化物半導体膜120aの一部はトランジスタ150のチャネル領域としての機能を有する。
なお、図2に示すトランジスタ152に示すように、酸化物半導体膜122が、酸化物半導体膜120aと、酸化物半導体膜120bと、酸化物半導体膜120cと、を有していても良い。すなわち、酸化物半導体膜122は、3層構造を有する。また、酸化物半導体膜120aの一部はトランジスタ152のチャネル領域としての機能を有する。
次に、図1に示すトランジスタ150、及び図2に示すトランジスタ152における酸化物半導体膜のバンド構造について、図3乃至図5を用いて説明する。
上記のように、2層の酸化物半導体膜を有し、s−channel構造を有するトランジスタ150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)を発光素子として有する表示装置に好適に用いることができる。
まず、図6に示すトランジスタ154について説明する。なお、図6(A)は、トランジスタ154の上面図であり、図6(B)は、図6(A)に示す一点鎖線Y1−Y2間における切断面の断面図に相当し、図6(C)は、図6(A)に示す一点鎖線X1−X2間における切断面の断面図に相当する。
まず、基板100上にゲート電極114を形成した。基板100としては、ガラス基板を用いた。また、ゲート電極114としては、厚さ100nmのタングステン膜を、スパッタリング装置を用いて形成した。
上記作製した半導体素子1及び半導体素子2の電気特性について評価を行った。半導体素子1の電気特性結果を図7(A)に、半導体素子2の電気特性結果を図7(B)に、それぞれ示す。
以上、酸化物半導体膜120の構成について詳しく述べたが、以下に、トランジスタ150のその他の構成の詳細について、以下説明する。
基板100の材質などに大きな制限はないが、少なくとも、後の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有している必要がある。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板等を、基板100として用いてもよい。また、シリコンや炭化シリコンからなる単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウム等の化合物半導体基板、SOI基板等を適用することも可能であり、これらの基板上に半導体素子が設けられたものを、基板100として用いてもよい。
ゲート電極114は、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、タングステンから選ばれた金属元素、または上述した金属元素を成分とする合金か、上述した金属元素を組み合わせた合金等を用いて形成することができる。また、マンガン、ジルコニウムのいずれか一または複数から選択された金属元素を用いてもよい。また、ゲート電極114は、単層構造でも、二層以上の積層構造としてもよい。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、チタン膜上にアルミニウム膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、窒化タンタル膜または窒化タングステン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、チタン膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜と、そのチタン膜上にアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチタン膜を形成する三層構造等がある。また、アルミニウムに、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた一または複数を組み合わせた合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。
一対の電極116a、116bは、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタル、またはタングステンなどからなる金属、またはこれを主成分とする合金を単層構造または積層構造として用いる。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、チタン膜上にアルミニウム膜を積層する二層構造、タングステン膜上にアルミニウム膜を積層する二層構造、銅−マグネシウム−アルミニウム合金膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜上に銅膜を積層する二層構造、タングステン膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜または窒化チタン膜と、そのチタン膜または窒化チタン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にチタン膜または窒化チタン膜を形成する三層構造、モリブデン膜または窒化モリブデン膜と、そのモリブデン膜または窒化モリブデン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にモリブデン膜または窒化モリブデン膜を形成する三層構造等がある。なお、酸化インジウム、酸化錫または酸化亜鉛を含む透明導電材料を用いてもよい。
ゲート絶縁膜111を構成する絶縁膜102及び絶縁膜103は、プラズマ化学気相堆積(PECVD:(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition))法、スパッタリング法等により、例えば酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ガリウムまたはGa−Zn系金属酸化物、窒化シリコンなどを用いればよく、積層または単層で設ける。
ゲート絶縁膜112は、酸化物半導体膜120に接する絶縁膜106、絶縁膜106に接する絶縁膜107、絶縁膜107に接する絶縁膜108を有する。ゲート絶縁膜112は、少なくとも、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜を有することが好ましい。ここでは、絶縁膜106として、酸素を透過する酸化物絶縁膜を形成し、絶縁膜107として、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜を形成し、絶縁膜108として、水素及び酸素をブロックする窒化物絶縁膜を形成する。なお、ここでは、ゲート絶縁膜112を3層構造としたが、適宜1層、2層、または4層以上とすることができる。なお、これらの場合、少なくとも、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜を有することが好ましい。
次に、図1(A)(B)(C)に示すトランジスタ150の作製方法について、図8乃至図11を用いて説明する。なお、図8乃至図11において、X1−X2に示すチャネル長方向、及びY1−Y2に示すチャネル幅方向の断面図を用いて、トランジスタ150の作製方法を説明する。
図8(A)に示すよう、基板100上に、のちにゲート電極114となる導電膜113を形成する。ここでは、基板100としてガラス基板を用いる。また、導電膜113は、スパッタリング法、CVD法、または蒸着法等により形成することができる。ここでは、導電膜113として、厚さ100nmのタングステン膜をスパッタリング法にて形成する。
次に、図8(C)に示すように、基板100及びゲート電極114上に、のちにゲート絶縁膜111となる絶縁膜102、及び絶縁膜103を形成する。
絶縁膜103上に、のちに酸化物半導体膜120a、120bとなる酸化物半導体膜121a、121bを形成する(図8(C)参照)。酸化物半導体膜121a、121bは、スパッタリング法、塗布法、パルスレーザ蒸着法、レーザーアブレーション法等を用いて形成することができる。
次に、図9(A)に示すように、のちにソース電極及びドレイン電極として機能する一対の電極116a、116bとなる導電膜116を形成する。
次に、図9(C)に示すように、酸化物半導体膜120及び一対の電極116a、116b上に、絶縁膜106、絶縁膜107を形成する。
次に、絶縁膜107上に酸素の放出を抑制する保護膜140を形成する(図9(D)参照)。
次に、図10(C)に示すように、スパッタリング法、CVD法等により、絶縁膜107上に窒化物である絶縁膜108を形成する。
次に、図11(B)に示すように、後にゲート電極118及び電極119となる導電膜117を形成する。
図1及び図2と異なる構造のトランジスタについて、図12(A)(B)(C)を用いて説明する。図12(A)(B)(C)に示すトランジスタ156は、チャネル幅方向において、酸化物半導体膜120の一方の側面の外側において、ゲート電極114及びゲート電極128が接続するが、酸化物半導体膜120の他方の側面の外側において、ゲート絶縁膜111及びゲート絶縁膜112を介して、ゲート電極114及びゲート電極128が対向する点が、トランジスタ150、152と異なる。
次に、トランジスタ156の作製工程について説明する。
図1、図2、及び図12と異なる構造のトランジスタについて、図13及び図14を用いて説明する。図13に示すトランジスタ158は、ゲート電極132を有するが、ゲート電極114を有さない点が、トランジスタ150、152、156と異なる。また、図14に示すトランジスタ160は、ゲート電極134を有するが、ゲート電極114を有さない点が、トランジスタ150、152、156と異なる。
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置に含まれる酸化物半導体の詳細について、以下説明する。
まず、酸化物半導体の構造について説明する。
まずは、CAAC−OSについて説明する。
次に、nc−OSについて説明する。
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。
次に、CAAC−OSの成膜方法の一例について説明する。
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置を有する表示装置について、図27を用いて説明を行う。
図27(A)に示す表示装置は、表示素子の画素を有する領域(以下、画素部502という)と、画素部502の外側に配置され、画素を駆動するための回路を有する回路部(以下、駆動回路部504という)と、素子の保護機能を有する回路(以下、保護回路506という)と、端子部507と、を有する。なお、保護回路506は、設けない構成としてもよい。
本実施の形態においては、本発明の一態様の半導体装置を有する表示装置、及び該表示装置に入力装置を取り付けた電子機器について、図28乃至図33を用いて説明を行う。
なお、本実施の形態において、電子機器の一例として、表示装置と、入力装置とを合わせたタッチパネル2000について説明する。また、入力装置の一例として、タッチセンサを用いる場合について説明する。
次に、図29(A)(B)を用いて、表示装置2501の詳細について説明する。図29(A)(B)は、図28(B)に示す一点鎖線X1−X2間の断面図に相当する。
まず、表示素子としてEL素子を用いる構成について、図29(A)を用いて以下説明を行う。なお、以下の説明においては、白色の光を射出するEL素子を適用する場合について説明するが、EL素子はこれに限定されない。例えば、隣接する画素毎に射出する光の色が異なるように、発光色が異なるEL素子を適用してもよい。
次に、表示素子として、液晶素子を用いる構成について、図29(B)を用いて以下説明を行う。なお、以下の説明においては、外光を反射して表示する反射型の液晶表示装置について説明するが、液晶表示装置はこれに限定されない。例えば、光源(バックライト、サイドライト等)を設けて、透過型の液晶表示装置、または反射型と透過型の両方の機能を備える液晶表示装置としてもよい。
次に、図30を用いて、タッチセンサ2595の詳細について説明する。図30は、図28(B)に示す一点鎖線X3−X4間の断面図に相当する。
次に、図31(A)を用いて、タッチパネル2000の詳細について説明する。図31(A)は、図28(A)に示す一点鎖線X5−X6間の断面図に相当する。
次に、タッチパネルの駆動方法の一例について、図32を用いて説明を行う。
また、図32(A)ではタッチセンサとして配線の交差部に容量2603のみを設けるパッシブマトリクス型のタッチセンサの構成を示したが、トランジスタと容量とを有するアクティブマトリクス型のタッチセンサとしてもよい。アクティブマトリクス型のタッチセンサに含まれるセンサ回路の一例を図33に示す。
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置を有する表示モジュール及び電子機器について、図34及び図35を用いて説明を行う。
図34に示す表示モジュール8000は、上部カバー8001と下部カバー8002との間に、FPC8003に接続されたタッチセンサ8004、FPC8005に接続された表示パネル8006、バックライト8007、フレーム8009、プリント基板8010、バッテリ8011を有する。
図35(A)乃至図35(G)は、電子機器を示す図である。これらの電子機器は、筐体9000、表示部9001、スピーカ9003、操作キー9005(電源スイッチ、又は操作スイッチを含む)、接続端子9006、センサ9007(力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの)、マイクロフォン9008、等を有することができる。
本実施の形態では、電力が供給されない状況でも記憶内容の保持が可能で、且つ書き込み回数にも制限が無い半導体装置の回路構成の一例について図36を用いて説明する。
図36は、半導体装置の回路構成を説明する図である。図36において、第1の配線(1st Line)と、p型トランジスタ1280aのソース電極またはドレイン電極の一方とは、電気的に接続されている。また、p型トランジスタ1280aのソース電極またはドレイン電極の他方と、n型トランジスタ1280bのソース電極またはドレイン電極の一方とは、電気的に接続されている。また、n型トランジスタ1280bのソース電極またはドレイン電極の他方と、n型トランジスタ1280cのソース電極またはドレイン電極の一方とは、電気的に接続されている。
まず、情報の書き込み及び保持について説明する。第4の配線の電位を、トランジスタ1282がオン状態となる電位にして、トランジスタ1282をオン状態とする。これにより、第2の配線の電位がn型トランジスタ1280cのゲート電極、及び容量素子1281に与えられる。すなわち、n型トランジスタ1280cのゲート電極には、所定の電荷が与えられる(書き込み)。その後、第4の配線の電位を、トランジスタ1282がオフ状態となる電位にして、トランジスタ1282をオフ状態とする。これにより、n型トランジスタ1280cのゲート電極に与えられた電荷が保持される(保持)。
次に、情報の読み出しについて説明する。第3の配線の電位をLowレベル電位とした際、p型トランジスタ1280aがオン状態となり、n型トランジスタ1280bがオフ状態となる。この時、第1の配線の電位は第6の配線に与えられる。一方、第3の配線の電位をHighレベル電位とした際、p型トランジスタ1280aがオフ状態となり、n型トランジスタ1280bがオン状態となる。この時、フローティングノード(FN)に保持された電荷量に応じて、第6の配線は異なる電位をとる。このため、第6の配線の電位をみることで、保持されている情報を読み出すことができる(読み出し)。
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置に用いることのできる画素回路の構成について、図37(A)を用いて以下説明を行う。
図37(A)は、画素回路の構成を説明する図である。図37(A)に示す回路は、光電変換素子1360、トランジスタ1351、トランジスタ1352、トランジスタ1353、及びトランジスタ1354を有する。
光電変換素子1360には、セレンまたはセレンを含む化合物(以下、セレン系材料とする)を有する素子、あるいはシリコンを有する素子(例えば、pin型の接合が形成された素子)を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と、セレン系材料を用いた光電変換素子とを組み合わせることで信頼性を高くすることができるため好ましい。
トランジスタ1351、トランジスタ1352、トランジスタ1353、およびトランジスタ1354は、非晶質シリコン、微結晶シリコン、多結晶シリコン、単結晶シリコンなどのシリコン半導体を用いて形成することも可能であるが、酸化物半導体を用いたトランジスタで形成することが好ましい。酸化物半導体でチャネル形成領域を形成したトランジスタは、極めてオフ電流が低い特性を示す特徴を有している。また、酸化物半導体でチャネル形成領域を形成したトランジスタとしては、例えば、実施の形態1に示すトランジスタを用いることができる。
次に、図37(A)に示す回路の回路動作の一例について図37(B)に示すタイミングチャートを用いて説明する。
本実施の形態では、本発明の一態様の表示モジュールの作製に用いることができる成膜装置について、図38を用いて説明する。
本実施の形態で説明する成膜装置3000は、成膜室3180と、成膜室3180に接続される制御部3182と、を有する(図38参照)。
なお、原料供給部3181aは、第1の原料を供給する機能を有し、流量制御器3182aに接続されている。
さまざまな物質を第1の原料に用いることができる。例えば、揮発性の有機金属化合物、金属アルコキシド等を第1の原料に用いることができる。第1の原料と反応をするさまざまな物質を第2の原料に用いることができる。例えば、酸化反応に寄与する物質、還元反応に寄与する物質、付加反応に寄与する物質、分解反応に寄与する物質または加水分解反応に寄与する物質などを第2の原料に用いることができる。
排気装置3185は、排気する機能を有し、流量制御器3182cに接続されている。なお、排出される原料を捕捉するトラップを排出口3184と流量制御器3182cの間に有してもよい。ところで、除害設備を用いて排気されたガス等を除害する。
制御部3182は、流量制御器を制御する制御信号または加熱機構を制御する制御信号等を供給する。例えば、第1のステップにおいて、第1の原料を加工基材の表面に供給する。そして、第2のステップにおいて、第1の原料と反応する第2の原料を供給する。これにより第1の原料は第2の原料と反応し、反応生成物が加工部材3010の表面に堆積することができる。
成膜室3180は、第1の原料、第2の原料および不活性ガスを供給される導入口3183と、第1の原料、第2の原料および不活性ガスを排出する排出口3184とを有する。
支持部3186は、単数または複数の加工部材3010を支持する。これにより、一回の処理ごとに単数または複数の加工部材3010に例えば絶縁膜を形成できる。
本実施の形態で説明する成膜装置3000を用いて、作製することができる膜について説明する。
XRD評価としては、試料A1及び試料A2を作製し評価を行った。
断面TEM評価としては、試料B1及び試料B2を作製し評価を行った。
まず、図41に示すトランジスタ600について説明する。なお、図41(A)は、トランジスタ600の上面図であり、図41(B)は、図41(A)に示す一点鎖線X3−X4間における切断面の断面図に相当し、図41(C)は、図41(A)に示す一点鎖線Y3−Y4間における切断面の断面図に相当する。
まず、基板602上に導電膜604を形成した。基板602としては、ガラス基板を用いた。また、導電膜604としては、厚さ100nmのタングステン膜を、スパッタリング装置を用いて形成した。
上記作製した試料C1及び試料C2の電気特性について評価を行った。試料C1及び試料C2の電気特性結果を、図42(A)(B)に示す。
次に、上記試料C2に相当するトランジスタ(試料C2のトランジスタと構造が同一であり、チャネル長Lが6μm、チャネル幅Wが50μmのトランジスタ)の信頼性評価を行った。信頼性評価としては、ゲート電極にストレス電圧を印加する、ゲートBT(Bias Temperature)試験とした。なお、ゲートBT試験としては、以下に示す4つの試験方法とした。
ゲート電圧(Vg)とバックゲート電圧(Vbg)とを+30Vとし、ドレイン電圧(Vd)とソース電圧(Vs)を0V(COMMON)とし、ストレス温度を60℃とし、ストレス印加時間を1時間とし、測定環境をダーク環境で行った。すなわち、トランジスタのソース電極とドレイン電極とを同電位とし、ゲート電極にはソース電極及びドレイン電極とは異なる電位を一定時間印加した。また、ゲート電極に与える電位は、ソース電極及びドレイン電極の電位よりも高い(プラス側に印加)。
ゲート電圧(Vg)とバックゲート電圧(Vbg)とを−30Vとし、ドレイン電圧(Vd)とソース電圧(Vs)を0V(COMMON)とし、ストレス温度を60℃とし、ストレス印加時間を1時間とし、測定環境をダーク環境で行った。すなわち、トランジスタのソース電極とドレイン電極とを同電位とし、ゲート電極にはソース電極及びドレイン電極とは異なる電位を一定時間印加した。また、ゲート電極に与える電位は、ソース電極及びドレイン電極の電位よりも低い(マイナス側に印加)。
ゲート電圧(Vg)とバックゲート電圧(Vbg)とを+30Vとし、ドレイン電圧(Vd)とソース電圧(Vs)を0V(COMMON)とし、ストレス温度を60℃とし、ストレス印加時間を1時間とし、測定環境をフォト環境(白色LEDにて約10000Lx)で行った。すなわち、トランジスタのソース電極とドレイン電極とを同電位とし、ゲート電極にはソース電極及びドレイン電極とは異なる電位を一定時間印加した。また、ゲート電極に与える電位は、ソース電極及びドレイン電極の電位よりも高い(プラス側に印加)。
ゲート電圧(Vg)とバックゲート電圧(Vbg)とを−30Vとし、ドレイン電圧(Vd)とソース電圧(Vs)を0V(COMMON)とし、ストレス温度を60℃とし、ストレス印加時間を1時間とし、測定環境をフォト環境(白色LEDにて約10000Lx)で行った。すなわち、トランジスタのソース電極とドレイン電極とを同電位とし、ゲート電極にはソース電極及びドレイン電極とは異なる電位を一定時間印加した。また、ゲート電極に与える電位は、ソース電極及びドレイン電極の電位よりも低い(マイナス側に印加)。
次に、上記作製した試料C2に相当するトランジスタ(試料C2のトランジスタと構造が同一であり、チャネル長Lが6μm、チャネル幅Wが50μmのトランジスタ)に対して、ゲート電極に印加するストレス電圧をプラスとマイナスとを交互に繰り返して印加するゲートBT試験を行った。なお、ゲートBT試験としては、<2−4.ゲートBT試験における信頼性評価>に記載のPBTSとNBTSとした。
本実施例におけるトランジスタの構造としては、先の実施例2に示す試料C2と同様とした。また、本実施例のトランジスタの作製方法としては、先の実施例2に示す試料C2と同様とした。なお、本実施例のトランジスタは、チャネル長Lを2μm、3μm、及び6μmとし、チャネル幅Wを50μmとした。また、各チャネル長Lのトランジスタを同一基板上にそれぞれ4個形成した。
上記作製したトランジスタの電気特性について評価を行った。トランジスタの電気特性結果を、図46(A)(B)(C)に示す。なお、図46(A)(B)(C)において、4個のトランジスタの特性を重ねて表示している。また、図46(A)は、W/L=50/2μmのトランジスタのId−Vgカーブであり、図46(B)は、W/L=50/3μmのトランジスタのId−Vgカーブであり、図46(C)は、W/L=50/6μmのトランジスタのId−Vgカーブである。なお、図46(A)(B)(C)において、ソース電極とドレイン電極間の電圧(Vd)を1V及び20Vとし、−15Vから15Vまで0.25V間隔でVgを印加した結果を示している。また、図46(A)(B)(C)において、第1縦軸がドレイン電流(Id)を、第2縦軸がVd=20Vにおける電界効果移動度(μFE)を、横軸がゲート電圧(Vg)を、それぞれ表している。また、図46(A)(B)(C)において、実線がIdを、破線がμFEを、それぞれ表している。
次に、図46(A)(B)において、本実施例のチャネル長Lが2μm及び3μmのトランジスタの電界効果移動度(μFE)が30cm2/V・s以上であったため、電気特性の再現性を確認するために、図46(A)(B)に示すトランジスタと異なる試料を作製した。なお、トランジスタの構造、及び作製方法としては、先の実施例2に示す試料C2と同様である。なお、本実施例のトランジスタは、チャネル長Lを2μm、及び3μmとし、チャネル幅Wを50μmとした。
上記作製したトランジスタの電気特性について評価を行った。トランジスタの電気特性結果を、図47(A)(B)に示す。なお、図47(A)は、W/L=50/2μmのトランジスタのId−Vgカーブであり、図47(B)は、W/L=50/3μmのトランジスタのId−Vgカーブである。なお、図47(A)(B)において、ソース電極とドレイン電極間の電圧(Vd)を1V及び20Vとし、−15Vから20Vまで0.25V間隔でVgを印加した結果を示している。また、図47(A)(B)において、第1縦軸がドレイン電流(Id)を、第2縦軸がVd=20Vにおける電界効果移動度(μFE)を、横軸がゲート電圧(Vg)を、それぞれ表している。また、図47(A)(B)において、実線がIdを、破線がμFEを、それぞれ表している。
まず、基板100上にゲート電極114を形成した。基板100としては、ガラス基板を用いた。また、ゲート電極114としては、厚さ100nmのタングステン膜を、スパッタリング装置を用いて形成した。
試料D2としては、試料D1と酸化物半導体膜120の形成条件のみ異なり、酸化物半導体膜120の形成条件以外、試料D1と同様の作製方法とした。
次に、上記作製した試料D1及び試料D2に対し、定電流ストレス試験を行った。なお、定電流ストレス試験としては、大気雰囲気下、暗状態(dark)で行った。
102 絶縁膜
103 絶縁膜
106 絶縁膜
107 絶縁膜
108 絶縁膜
111 ゲート絶縁膜
112 ゲート絶縁膜
113 導電膜
114 ゲート電極
116 導電膜
116a 電極
116b 電極
116c 導電膜
117 導電膜
118 ゲート電極
119 電極
120 酸化物半導体膜
120a 酸化物半導体膜
120b 酸化物半導体膜
120c 酸化物半導体膜
121a 酸化物半導体膜
121b 酸化物半導体膜
122 酸化物半導体膜
126 ゲート電極
128 ゲート電極
130a 開口部
130b 開口部
130c 開口部
131a 開口部
131b 開口部
132 ゲート電極
134 ゲート電極
140 保護膜
142 酸素
144 エッチャント
150 トランジスタ
152 トランジスタ
154 トランジスタ
156 トランジスタ
158 トランジスタ
160 トランジスタ
501 画素回路
502 画素部
504 駆動回路部
504a ゲートドライバ
504b ソースドライバ
506 保護回路
507 端子部
550 トランジスタ
552 トランジスタ
554 トランジスタ
560 容量素子
562 容量素子
570 液晶素子
572 発光素子
600 トランジスタ
602 基板
604 導電膜
606 絶縁膜
607 絶縁膜
608 酸化物半導体膜
612a 導電膜
612b 導電膜
612c 導電膜
614 絶縁膜
616 絶縁膜
618 絶縁膜
620 導電膜
626 平坦化絶縁膜
642a 開口部
642b 開口部
1280a p型トランジスタ
1280b n型トランジスタ
1280c n型トランジスタ
1281 容量素子
1282 トランジスタ
1311 配線
1312 配線
1313 配線
1314 配線
1315 配線
1316 配線
1317 配線
1351 トランジスタ
1352 トランジスタ
1353 トランジスタ
1354 トランジスタ
1360 光電変換素子
1401 信号
1402 信号
1403 信号
1404 信号
1405 信号
2000 タッチパネル
2001 タッチパネル
2501 表示装置
2502t トランジスタ
2503c 容量素子
2503t トランジスタ
2504 ゲートドライバ
2505 画素
2509 FPC
2510 基板
2510a 絶縁層
2510b 可撓性基板
2510c 接着層
2511 配線
2519 端子
2521 絶縁層
2522 絶縁層
2528 隔壁
2529 液晶層
2530a スペーサ
2530b スペーサ
2531 絶縁層
2550 EL素子
2551 液晶素子
2560 封止層
2567 着色層
2568 遮光層
2569 反射防止層
2570 基板
2570a 絶縁層
2570b 可撓性基板
2570c 接着層
2580 発光モジュール
2590 基板
2591 電極
2592 電極
2593 絶縁層
2594 配線
2595 タッチセンサ
2597 接着層
2598 配線
2599 接続層
2601 パルス電圧出力回路
2602 電流検出回路
2603 容量
2611 トランジスタ
2612 トランジスタ
2613 トランジスタ
2621 電極
2622 電極
3000 成膜装置
3010 加工部材
3180 成膜室
3181a 原料供給部
3181b 原料供給部
3182 制御部
3182a 流量制御器
3182b 流量制御器
3182c 流量制御器
3182h 加熱機構
3183 導入口
3184 排出口
3185 排気装置
3186 支持部
3187 加熱機構
3188 扉
5100 ペレット
5120 基板
5161 領域
5200 ペレット
5201 イオン
5203 粒子
5220 基板
5230 ターゲット
5240 プラズマ
5260 加熱機構
8000 表示モジュール
8001 上部カバー
8002 下部カバー
8003 FPC
8004 タッチセンサ
8005 FPC
8006 表示パネル
8007 バックライト
8008 光源
8009 フレーム
8010 プリント基板
8011 バッテリ
9000 筐体
9001 表示部
9003 スピーカ
9005 操作キー
9006 接続端子
9007 センサ
9008 マイクロフォン
9050 操作ボタン
9051 情報
9052 情報
9053 情報
9054 情報
9055 ヒンジ
9100 携帯情報端末
9101 携帯情報端末
9102 携帯情報端末
9200 携帯情報端末
9201 携帯情報端末
Claims (13)
- トランジスタを有する半導体装置であって、
前記トランジスタは、
第1の電極と、
前記第1の電極上の第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜上の酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜上の第2の絶縁膜と、
前記第2の絶縁膜上の第2の電極と、を有し、
前記酸化物半導体膜は、第1の酸化物半導体膜と、第2の酸化物半導体膜と、を有し、
前記第1の酸化物半導体膜の伝導帯下端のエネルギーと、前記第2の酸化物半導体膜の伝導帯下端のエネルギーと、の差が0.2eV以上であり、
前記トランジスタは、ドレイン電圧1V当たりにおける単位チャネル幅当たりのドレイン電流の変化率が2%以下となる電気特性を示す領域を有する、
ことを特徴とする半導体装置。 - トランジスタを有する半導体装置であって、
前記トランジスタは、
第1の電極と、
前記第1の電極上の第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜上の酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜上の第2の絶縁膜と、
前記第2の絶縁膜上の第2の電極と、を有し、
前記酸化物半導体膜は、第1の酸化物半導体膜と、第2の酸化物半導体膜と、を有し、
前記第1の酸化物半導体膜の伝導帯下端のエネルギーと、前記第2の酸化物半導体膜の伝導帯下端のエネルギーと、の差が0.2eV以上であり、
前記トランジスタは、ドレイン電圧1V当たりにおける単位チャネル幅当たりのドレイン電流の変化量が1×10−9A/μm以下となる電気特性を示す領域を有する、
ことを特徴とする半導体装置。 - トランジスタを有する半導体装置であって、
前記トランジスタは、
第1の電極と、
前記第1の電極上の第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜上の酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜上の第2の絶縁膜と、
前記第2の絶縁膜上の第2の電極と、を有し、
前記酸化物半導体膜は、第1の酸化物半導体膜と、第2の酸化物半導体膜と、を有し、
前記第1の酸化物半導体膜は、Inと、Znと、M(Mは、Ti、Ga、Y、Zr、Sn、La、Ce、Nd、またはHfを表す)と、を有し、
前記第1の酸化物半導体膜は、前記Inの含有量が、前記Mの含有量以上である領域を有し、
前記第1の酸化物半導体膜と、前記第2の酸化物半導体膜とは、同一の元素を少なくとも一つ有し、
前記第1の酸化物半導体膜の伝導帯下端のエネルギーと、前記第2の酸化物半導体膜の伝導帯下端のエネルギーと、の差が0.2eV以上であり、
前記トランジスタは、ドレイン電圧1V当たりにおける単位チャネル幅当たりのドレイン電流の変化率が2%以下となる電気特性を示す領域を有する、
ことを特徴とする半導体装置。 - トランジスタを有する半導体装置であって、
前記トランジスタは、
第1の電極と、
前記第1の電極上の第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜上の酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜上の第2の絶縁膜と、
前記第2の絶縁膜上の第2の電極と、を有し、
前記酸化物半導体膜は、第1の酸化物半導体膜と、第2の酸化物半導体膜と、を有し、
前記第1の酸化物半導体膜は、Inと、Znと、M(Mは、Ti、Ga、Y、Zr、Sn、La、Ce、Nd、またはHfを表す)と、を有し、
前記第1の酸化物半導体膜は、前記Inの含有量が、前記Mの含有量以上である領域を有し、
前記第1の酸化物半導体膜と、前記第2の酸化物半導体膜とは、同一の元素を少なくとも一つ有し、
前記第1の酸化物半導体膜の伝導帯下端のエネルギーと、前記第2の酸化物半導体膜の伝導帯下端のエネルギーと、の差が0.2eV以上であり、
前記トランジスタは、ドレイン電圧1V当たりにおける単位チャネル幅当たりのドレイン電流の変化量が1×10−9A/μm以下となる電気特性を示す領域を有する、
ことを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか一項において、
前記第2の酸化物半導体膜は、Inと、Znと、M(Mは、Ti、Ga、Y、Zr、Sn、La、Ce、Nd、またはHfを表す)と、を有し、
前記第2の酸化物半導体膜は、前記Mの含有量が、前記Inの含有量以上である領域を有する、
ことを特徴とする半導体装置。 - 請求項5において、
前記第1の酸化物半導体膜が有する前記Inの含有量が、前記第2の酸化物半導体膜が有する前記Inの含有量以上である領域を有する、
ことを特徴とする半導体装置。 - 請求項5または請求項6において、
前記第2の酸化物半導体膜が有する前記Mの含有量が、前記第1の酸化物半導体膜が有する前記Mの含有量より大きい領域を有する、
ことを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至請求項7のいずれか一項において、
前記第1の酸化物半導体膜は、前記第2の酸化物半導体膜の厚さ以下である領域を有する、
ことを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至請求項8のいずれか一項において、
前記酸化物半導体膜は、
結晶部を有し、
前記結晶部は、c軸配向性を有し、
前記c軸が前記酸化物半導体膜の被形成面の法線ベクトルに平行である部分を有する、
ことを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至請求項9のいずれか一項において、
前記第2の絶縁膜は、
昇温脱離ガス分析法によって、8.0×1014個/cm2以上の酸素分子が検出される、
ことを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至請求項10に記載のいずれか一項の半導体装置と、
表示素子と、を有する、
ことを特徴とする表示装置。 - 請求項11に記載の表示装置と、
タッチセンサと、
を有する、
ことを特徴とする表示モジュール。 - 請求項1乃至請求項10に記載のいずれか一項の半導体装置、請求項11に記載の表示装置、または請求項12に記載の表示モジュールと、
操作キーまたはバッテリと、を有する、
ことを特徴とする電子機器。
Applications Claiming Priority (8)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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