JP2016184764A - 半導体装置 - Google Patents
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- H01L27/12—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body
- H01L27/1214—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body comprising a plurality of TFTs formed on a non-semiconducting substrate, e.g. driving circuits for AMLCDs
- H01L27/1222—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body comprising a plurality of TFTs formed on a non-semiconducting substrate, e.g. driving circuits for AMLCDs with a particular composition, shape or crystalline structure of the active layer
- H01L27/1225—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body comprising a plurality of TFTs formed on a non-semiconducting substrate, e.g. driving circuits for AMLCDs with a particular composition, shape or crystalline structure of the active layer with semiconductor materials not belonging to the group IV of the periodic table, e.g. InGaZnO
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- H01L27/12—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body
- H01L27/1214—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body comprising a plurality of TFTs formed on a non-semiconducting substrate, e.g. driving circuits for AMLCDs
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- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/12—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body
- H01L27/1214—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body comprising a plurality of TFTs formed on a non-semiconducting substrate, e.g. driving circuits for AMLCDs
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- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
- H01L29/78645—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film with multiple gate
- H01L29/78648—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film with multiple gate arranged on opposing sides of the channel
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- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
- H01L29/7869—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film having a semiconductor body comprising an oxide semiconductor material, e.g. zinc oxide, copper aluminium oxide, cadmium stannate
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- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
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Abstract
Description
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。そのため、より具体的に本明細書で開示する本発明
の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、液晶表示装置、発光装置、照明装
置、蓄電装置、記憶装置、それらの駆動方法、または、それらの製造方法、を一例として
挙げることができる。
ウムはよく知られた材料であり、例えば、液晶表示装置などでは透明電極材料として用い
られている。
半導体の一種である。化合物半導体とは、2種以上の原子が結合してできる半導体である
。一般的に、金属酸化物は絶縁体となる。しかし、金属酸化物を構成する元素の組み合わ
せによっては、半導体となることが知られている。例えば、酸化タングステン、酸化錫、
酸化インジウム、酸化亜鉛などは半導体特性を示すことが知られている。また、酸化亜鉛
、又はIn−Ga−Zn系酸化物を用いたトランジスタをアクティブマトリクス型表示装
置の画素のスイッチング素子などに用いる技術が開示されている(特許文献1及び特許文
献2参照)。
ジスタに比べて電界効果移動度が高い。そのため、当該トランジスタを用いて、表示装置
などの駆動回路を構成することもできる。
表示装置などがあり、中でも高精細な表示が可能であるアクティブマトリクス型EL表示
装置が注目を集めている。アクティブマトリクス型EL表示装置では、画素に複数のスイ
ッチング素子を配置し、そのうちの少なくとも一つのスイッチング素子と電気的に接続す
る発光素子に電圧を印加することにより、一対の電極から電子および正孔がそれぞれ発光
性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして、それらキャリア(電子およ
び正孔)が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成し、その励起状
態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このような発光素子は、
電流励起型の発光素子と呼ばれる。
化及び高開口率化の要求が高まっている。また、アクティブマトリクス型表示装置の生産
方法には高い生産性及び生産コストの低減が求められる。
るトランジスタに要求される特性が異なる。アクティブマトリクス型表示装置の場合、画
素部のトランジスタには、例えば、優れたスイッチング特性(電流のオンオフ比が大きい
こと等)が要求される。駆動回路のトランジスタには、例えば、動作速度が速いことが要
求される。表示装置が高精細であればあるほど、画像データの書き込み時間が短くなるた
め、駆動回路のトランジスタは高速で動作するトランジスタであることが好ましい。
供することにある。例えば、本発明の一態様の課題は、動作速度が向上された半導体装置
を提供すること、または、劣化しにくい半導体装置を提供すること、または、複数種類の
回路の機能にそれぞれ合わせた複数種のトランジスタを備えた半導体装置を提供すること
である。
態様は、これらの課題の全て解決する必要はない。また、明細書、図面、請求項などの記
載から、列記した以外の課題が自ずと明らかとなるものであり、これらの課題も本発明の
一態様の課題となり得る。
第3のトランジスタを含む第2の回路を有し、第1のトランジスタは、第1の酸化物半導
体膜、および第2の酸化物半導体膜の順に積層された第1の半導体層を有し、第2のトラ
ンジスタは、第2の酸化物半導体膜を含む第2の半導体層を有し、第3のトランジスタは
、第2の酸化物半導体膜を含む第3の半導体層を有し、第1のトランジスタは、ゲートに
接続されたバックゲートを有する半導体装置である。
第3のトランジスタを含む第2の回路を有し、第1のトランジスタは、第1の酸化物半導
体膜、第2の酸化物半導体膜および第3の酸化物半導体膜の順に積層された第1の半導体
層を有し、第2のトランジスタは、第3の酸化物半導体膜を含む第2の半導体層を有し、
第3のトランジスタは、第3の酸化物半導体膜を含む第3の半導体層を有し、第1のトラ
ンジスタは、ゲートに接続されたバックゲートを有する半導体装置である。
できる。または第2のトランジスタに、ゲートに接続されたバックゲートを設けることが
できる。
することが可能になる。例えば、本発明の一態様により、動作速度が向上された半導体装
置を提供すること、または、劣化しにくい半導体装置を提供することが可能になる。また
は、例えば、本発明の一態様により、外部接続の端子数が削減され、且つ高画質な表示装
置を提供することが可能になる。
態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。また、本発明の一態様につ
いて、上記以外の課題、効果、および新規な特徴については、本明細書の記載および図面
から自ずと明らかになるものである。
を指す。トランジスタおよびダイオードなどの半導体素子をはじめ、半導体回路、演算装
置、記憶装置は、半導体装置の一態様である。撮像装置、表示装置、液晶表示装置、発光
装置、電気光学装置、発電装置(薄膜太陽電池、有機薄膜太陽電池等を含む)、及び電子
機器、電気機器、および機械装置等は、半導体装置を有している場合がある。
めに使用する場合がある。この場合、序数詞の使用は構成要素の個数を限定するものでは
ない。例えば、「第1の」を「第2の」または「第3の」などと適宜置き換えて、発明の
一態様を説明することができる。
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、「垂直」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。
が変化する場合などには入れ替わることがある。このため、本明細書においては、「ソー
ス」や「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。
る単位電荷が持つ静電エネルギー(電気的な位置エネルギー)のことをいう。ただし、一
般的に、ある一点における電位と基準となる電位(例えば接地電位)との電位差のことを
、単に電位もしくは電圧と呼び、電位と電圧が同義語として用いられることが多い。この
ため、本明細書では特に指定する場合を除き、電位を電圧と読み替えてもよいし、電圧を
電位と読み替えてもよいこととする。
すことができるトランジスタを、ノーマリーオフ特性を有するトランジスタと定義する。
また、ゲート電圧が0Vの場合、ドレイン電流が流れているとみなすことができるトラン
ジスタを、ノーマリーオン特性を有するトランジスタと定義する。チャネル形成領域が酸
化物半導体膜で形成されているトランジスタ(以下、OSトランジスタ)は、主にnチャ
ネル型トランジスタになる。
導体膜(またはトランジスタがオン状態のときに酸化物半導体膜の中で電流の流れる部分
)とゲート電極とが重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソース(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、チャネルが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。
スタがオン状態のときに酸化物半導体膜の中で電流の流れている部分)とゲート電極とが
重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソース電極とドレイン電極とが
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、チャネルが
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。
ャネル幅(以下、実効的なチャネル幅とよぶ。)と、トランジスタの上面図において示さ
れるチャネル幅(以下、見かけ上のチャネル幅とよぶ。)と、が異なる場合がある。例え
ば、立体的な構造を有するトランジスタでは、実効的なチャネル幅が、トランジスタの上
面図において示される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、微細かつ立体的な構造を有するトランジスタでは、酸化物半導
体膜の上面に形成されるチャネル領域の割合に対して、酸化物半導体膜の側面に形成され
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、上面図において示される見
かけ上のチャネル幅よりも、実際にチャネルが形成される実効的なチャネル幅の方が大き
くなる。
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、酸化物半導体膜の形状が既知という仮定が必要である。したがって、酸化
物半導体膜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。
膜とゲート電極とが重なる領域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の
長さである見かけ上のチャネル幅を、「囲い込みチャネル幅(SCW:Surround
ed Channel Width)」とよぶ場合がある。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、および囲い込みチャネル幅などは、トランジスタの断面TEM像などを取
得し、その画像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。
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になる場合がある。
には、同一の符号または同一のハッチパターンを異なる図面間で共通して用いる場合があ
る。また、そのような部分については、その繰り返しの説明は省略する場合がある。本明
細書で参照する図に記載されている構成要素のサイズ(例えば、膜の厚さ、基板の厚さ、
部材の長さ、領域のサイズ等)は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、
必ずしもそのスケールに限定されない。
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。
ことが可能である。また、1つの実施の形態の中に、いくつかの構成例が示される場合は
、互いに構成例を適宜組み合わせることが可能である。
本実施の形態では、半導体装置の一例として、チャネル形成領域が酸化物半導体膜で形成
されているトランジスタ(OSトランジスタ)、およびその作製方法等について説明する
。また、本実施の形態では、デバイス構造の異なる複数のトランジスタを同一絶縁表面に
有する半導体装置について説明する。
A2、TB1)の上面図(レイアウト図)と、それぞれの回路記号を示す。図2は、トラ
ンジスタ(TA1、TA2、TB1)の断面図である。トランジスタTA1のa1−a2
線およびb1−b2線による断面図、トランジスタTA2のa3−a4線およびb3−b
4線による断面図、ならびにトランジスタTB1のa5−a6線、b5−b6線による断
面図を、図2A、図2Bに示す。これらトランジスタのチャネル長方向の断面構造が、図
2Aに示され、同チャネル幅方向の断面構造が図2Bに示されている。
面上に集積されており、これらのトランジスタは、同一の作製工程で作製することが可能
である。なお、ここではデバイス構造の明瞭化のため、各トランジスタのゲート(G)、
ソース(S)、およびドレイン(D)へ信号や電位を供給するための配線との電気的な接
続は省略している。
クゲート(BG)を有するトランジスタである。トランジスタTA1、トランジスタTA
2はバックゲートをゲートに接続した構造である。トランジスタTB1(図1C)は、B
Gを有さないトランジスタである。図2に示すように、これらのトランジスタ(TA1、
TA2、TB1)は、基板10に形成されている。以下、図1、図2を参照して、これら
のトランジスタの構成を説明する。
トランジスタTA1は、ゲート電極GE1、ソース電極SE1、ドレイン電極DE1、バ
ックゲート電極BGE1、および酸化物半導体層OS1を有する。
酸化物半導体層OS1をOS1や層OS1と呼ぶ等、素子や素子の構成要素を省略して呼
ぶ場合がある。また、信号、電位、回路などについても同様に省略する場合がある。
間の距離とする。また、OSトランジスタのチャネル幅は、酸化物半導体層とゲート電極
が重なる領域でのソース電極またはドレイン電極の幅とする。例えば、図1Aに示すよう
に、トランジスタTA1のチャネル長はLa1であり、チャネル幅はWa1である。
に接して一対の電極(SE1、DE1)が形成されている。図1Aに示すように、層OS
1は、電極GE1および一対の電極(SE1、DE1)と重ならない部分を有している。
層OS1は、チャネル長方向の長さがチャネル長La1よりも長く、かつチャネル幅方向
の長さがチャネル幅Wa1よりも長い。
23が形成されている。絶縁層23上に電極BGE1が形成されている。電極BGE1は
、層OS1および電極GE1と重なるように設けられている。ここでは、一例として、レ
イアウト図において、電極GE1と同じ形状で、同じ位置に配置されるように電極BGE
1を設けている。電極BGE1は、絶縁層21−23を貫通する開口CG1において、電
極GE1に接している。この構造により、トランジスタTA1のゲート(G)とバックゲ
ート(BG)が電気的に接続される。
域(チャネル)が電極GE1および電極BGE1で囲まれているデバイス構造を有する。
そのため、TA1のチャネル形成領域は、電極GE1だけでなく電極BGE1により形成
される電場の影響を受けることになる。そのため、バックゲート電極BGE1をゲート電
極GE1に接続することで、トランジスタTA1のオン電流を増加させることができる。
また、トランジスタTA1の電界効果移動度を向上させることができる。また、トランジ
スタTA1のしきい値電圧など電気特性の変動を抑えることができる。
ることができる。基板10の曲げ等の変形に対して、電極BGE1が補強部材となってト
ランジスタTA1を壊れにくくすることができる。
半導体膜(31、32、33)でなる3層構造としている。層OS1を構成する酸化物半
導体膜は、少なくとも1つ同じ金属元素を含む金属酸化物膜であることが好ましく、In
を含むことが特に好ましい。トランジスタの半導体層を構成することが可能なInを含む
金属酸化物としては、In−Ga酸化物、In−M−Zn酸化物(MはAl、Ga、Y、
Zr、La、Ce、またはNd)が代表的である。また、このような金属酸化物に他の元
素や材料を添加した材料を用いることもできる。
た、酸化物半導体膜33は、後述するトランジスタTA2およびトランジスタTB1では
、チャネル形成領域を構成する膜である。そのため、トランジスタTA1では酸化物半導
体膜32に、トランジスタTA2およびTB1では酸化物半導体膜33にチャネルが形成
されるように、酸化物半導体膜31−33の主成分である金属元素の原子数比を調節する
ことが好ましい。
とで、チャネル形成領域が絶縁層21、絶縁層22に接しないようにすることができる。
また、酸化物半導体膜31−33を少なくとも1つ同じ金属元素を含む金属酸化物膜とす
ることで、酸化物半導体膜32と酸化物半導体膜31の界面、および酸化物半導体膜32
と酸化物半導体膜33の界面において、界面散乱が起こりにくくすることができる。これ
により、トランジスタTA1の電界効果移動度をトランジスタTA2やトランジスタTB
1よりも高くすることができる、また、オン状態でのドレイン電流(オン電流)を増加さ
せることができる。
トランジスタTA2は、ゲート電極GE2、ソース電極SE2、ドレイン電極DE2、バ
ックゲート電極BGE2、および酸化物半導体層OS2を有する。電極BGE2は、絶縁
層21−23を貫通する開口CG2において電極GE2に接している。トランジスタTA
2は、トランジスタTA1の変形例であり、層OS2が酸化物半導体膜33でなる単層構
造である点でトランジスタTA1と異なり、その他については同様である。ここでは、ト
ランジスタTA2のチャネル長La2、チャネル幅Wa2は、トランジスタTA1のチャ
ネル長La1、チャネル幅Wa1と等しくなるようにしている。
トランジスタTB1は、ゲート電極GE3、ソース電極SE3、ドレイン電極DE3およ
び酸化物半導体層OS3を有する。トランジスタTB1は、トランジスタTA2の変形例
である。層OS3は、トランジスタTA2と同様に酸化物半導体膜33でなる単層構造で
ある。トランジスタTA2とは、バックゲート電極を有していない点で異なる。また、層
OS3および電極(GE3、SE3、DE3)のレイアウトおよびサイズが異なる。図1
Cに示すように、層OS3は、電極GE3と重なっていない領域は、電極SE3または電
極DE3の何れかと重なっている。そのため、トランジスタTB1のチャネル幅Wb1は
、層OS3の幅で決定される。チャネル長Lb1は、トランジスタTA2と同様、電極S
E3と電極DE3間の距離で決定され、ここでは、トランジスタTA2のチャネル長La
2よりも長くしている。
絶縁層21、絶縁層22および絶縁層23は、基板10のトランジスタ(TA1、TA2
、TB1)が形成される領域全体に形成される膜である。絶縁層21、22および23は
、単層あるいは複数層の絶縁膜で形成される。絶縁層21は、トランジスタ(TA1、T
A2、TB1)のゲート絶縁層を構成する膜である。また、絶縁層22および絶縁層23
は、トランジスタ(TA1、TA2、TB1)のバックチャネル側のゲート絶縁層を構成
する膜である。また、最上面の絶縁層23は、基板10に形成されるトランジスタの保護
膜として機能するような材料で形成することが好ましい。絶縁層23は適宜設ければよい
。3層目の電極BGE1と2層目の電極(SE1、DE1)を絶縁するために、これらの
間に少なくとも1層絶縁膜が存在していればよい。
ム、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、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、酸化ハフニウムまたは酸化タンタル等でなる膜があげられる。また、これらの絶縁膜
は、スパッタリング法、CVD法、MBE法、ALD法またはPLD法を用いて形成する
ことができる。
ここでは、OSトランジスタの半導体層を構成する酸化物半導体膜について説明する。層
OS1のように半導体層を多層構造とする場合、これらを構成する酸化物半導体膜は、少
なくとも1つ同じ金属元素を含む金属酸化物膜であることが好ましく、Inを含むことが
好ましい。
数比よりも小さくする。In−M−Zn酸化物膜(MはAl、Ga、Y、Zr、La、C
e、またはNd)の場合、Inの原子数比をMの原子数比よりも小さくする。この場合、
Znの原子数比が最も大きくなるようにすることができる。
数比よりも大きくする。In−M−Zn酸化物膜の場合、Inの原子数比をMの原子数比
よりも大きくする。In−M−Zn酸化物膜では、Inの原子数比がMおよびZnの原子
数比よりも大きくすることが好ましい。
数比と同じにする、または小さくする。In−M−Zn酸化物膜の場合、Inの原子数比
をMの原子数比と同じにする。この場合、Znの原子数比が、InおよびMよりも大きく
することができる。ここでは、酸化物半導体膜33は、トランジスタTA2、トランジス
タTB1のチャネル形成領域を構成する膜である。
トの構成材料の原子数比等を調節することで調節可能である。また、CVD法で成膜する
場合は、原料ガスの流量比などを調節することで調節可能である。以下、酸化物半導体膜
31−33として、スパッタリング法でIn−M−Zn酸化物膜を形成する場合を例に、
成膜に使用されるターゲットについて述べる。
z1とすると、x1/y1は、1/6以上1未満であることが好ましい。また、z1/y
1は、1/3以上6以下、さらには1以上6以下であることが好ましい。
:M:Zn=1:3:4、In:M:Zn=1:3:6、In:M:Zn=1:3:8、
In:M:Zn=1:4:4、In:M:Zn=1:4:5、In:M:Zn=1:4:
6、In:M:Zn=1:4:7、In:M:Zn=1:4:8、In:M:Zn=1:
5:5、In:M:Zn=1:5:6、In:M:Zn=1:5:7、In:M:Zn=
1:5:8、In:M:Zn=1:6:8等がある。
z2とすると、x2/y2は、1より大きく6以下であることが好ましい。また、z2/
y2は1より大きく6以下であることが好ましい。ターゲットの金属元素の原子数比の代
表例としては、In:M:Zn=2:1:1.5、In:M:Zn=2:1:2.3、I
n:M:Zn=2:1:3、In:M:Zn=3:1:2、In:M:Zn=3:1:3
、In:M:Zn=3:1:4等がある。
z3とすると、x3/y3は、1/6以上1以下であることが好ましい。また、z3/y
3は、1/3以上6以下、さらには1以上6以下であることが好ましい。ターゲットの金
属元素の原子数比の代表例としては、In:M:Zn=1:1:1、In:M:Zn=1
:1:1.2、In:M:Zn=1:3:2、In:M:Zn=1:3:4、In:M:
Zn=1:3:6、In:M:Zn=1:3:8、In:M:Zn=1:4:4、In:
M:Zn=1:4:5、In:M:Zn=1:4:6、In:M:Zn=1:4:7、I
n:M:Zn=1:4:8、In:M:Zn=1:5:5、In:M:Zn=1:5:6
、In:M:Zn=1:5:7、In:M:Zn=1:5:8、In:M:Zn=1:6
:8等がある。
Zn=x:y:zとした場合、1≦z/y≦6とすることで、In−M−Zn酸化物膜と
してCAAC−OS膜が形成されやすくなるため好ましい。なお、CAAC−OS膜につ
いては後述する。
ば、酸化物半導体膜31−33として、キャリア密度が1×1017個/cm3以下、好
ましくは1×1015個/cm3以下、さらに好ましくは1×1013個/cm3以下、
特に好ましくは8×1011/cm3以下、さらに好ましくは1×1011/cm3以下
、さらに好ましくは1×1010/cm3以下であり、1×10−9/cm3以上の酸化
物半導体膜を用いる。
膜を用いることで、さらに優れた電気特性を有するトランジスタを作製することができる
。ここでは、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低い(酸素欠損の少ない)ことを高純度
真性または実質的に高純度真性とよぶ。高純度真性または実質的に高純度真性である酸化
物半導体は、キャリア発生源が少ないため、キャリア密度を低くすることができる場合が
ある。従って、当該酸化物半導体膜にチャネル領域が形成されるトランジスタは、しきい
値電圧がマイナスとなる電気特性(ノーマリーオンともいう。)になることが少ない。ま
た、高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、欠陥準位密度が低い
ため、トラップ準位密度も低くなる場合がある。また、高純度真性または実質的に高純度
真性である酸化物半導体膜は、オフ電流が著しく小さく、チャネル幅が1×106μmで
チャネル長Lが10μmの素子であっても、ソース電極とドレイン電極間の電圧(ドレイ
ン電圧)が1Vから10Vの範囲において、オフ電流が、半導体パラメータアナライザの
測定限界以下、すなわち1×10−13A以下という特性を得ることができる。従って、
当該酸化物半導体膜にチャネル領域が形成されるトランジスタは、電気特性の変動が小さ
く、信頼性の高いトランジスタとなる。不純物としては、水素、窒素、アルカリ金属、ま
たはアルカリ土類金属等がある。
素が脱離した格子(または酸素が脱離した部分)に酸素欠損が形成される。当該酸素欠損
に水素が入ることで、キャリアである電子が生成される場合がある。また、水素の一部が
金属原子と結合する酸素と結合することで、キャリアである電子を生成する場合がある。
従って、水素が含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタはノーマリーオン特性と
なりやすい。
ることが好ましい。具体的には、酸化物半導体膜31−33において、二次イオン質量分
析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)
により得られる水素濃度を、5×1019atoms/cm3以下、より好ましくは1×
1019atoms/cm3以下、5×1018atoms/cm3未満、好ましくは1
×1018atoms/cm3以下、より好ましくは5×1017atoms/cm3以
下、さらに好ましくは1×1016atoms/cm3以下とする。
膜中の酸素欠損が増加し、これらの膜がn型化してしまう。このため、酸化物半導体膜3
1−33におけるシリコンや炭素の濃度(SIMSにより得られる濃度)を、2×101
8atoms/cm3以下、好ましくは2×1017atoms/cm3以下とする。
アルカリ土類金属の濃度を、1×1018atoms/cm3以下、好ましくは2×10
16atoms/cm3以下にする。アルカリ金属及びアルカリ土類金属は、酸化物半導
体と結合するとキャリアを生成する場合があり、トランジスタのオフ電流が増大してしま
うことがある。このため、酸化物半導体膜31−33のアルカリ金属またはアルカリ土類
金属の濃度を低減することが好ましい。
ア密度が増加し、n型化しやすい。そのため窒素が含まれている酸化物半導体を用いたト
ランジスタはノーマリーオン特性となりやすいので、酸化物半導体膜31−33の窒素含
有量はできる限り低減されていることが好ましい、例えば、二次イオン質量分析法により
得られる窒素濃度を5×1018atoms/cm3以下にすることが好ましい。
ンジスタの半導体特性及び電気特性(電界効果移動度、しきい値電圧等)に応じて適切な
組成の酸化物半導体膜を用いればよい。また、必要とするトランジスタの半導体特性及び
電気特性を得るために、酸化物半導体膜31−33のキャリア密度や不純物濃度、欠陥密
度、金属元素と酸素の原子数比、原子間距離、密度等を適切なものとすることが好ましい
。
Nd)の原子数比よりもInの原子数比が大きい酸化物半導体膜32でチャネルが形成さ
れるため、電界効果移動度を高くすることができる。代表的には、その電界効果移動度は
、10cm2/Vsより大きく60cm2/Vs未満、好ましくは15cm2/Vs以上
50cm2/Vs未満である。そのため、アクティブマトリクス型表示装置の回路にトラ
ンジスタTA1を用いる場合は、高速動作が要求される駆動回路に好適である。
ランジスタTA1よりも電界効果移動度が低く、その大きさは、3cm2/Vs以上10
cm2/Vs以下程度である。トランジスタTA2、TB1は、酸化物半導体膜32を有
していないため、トランジスタTA1よりも光によって劣化しにくく、光照射によるオフ
電流の増大量が少ない。そのため、チャネル形成領域が酸化物半導体膜33で形成される
トランジスタTA2、TB1は光が照射されるような画素部に好適である。10cm2/
Vs以下程度の電界効果移動度とする場合、トランジスタのチャネル長は2.5μm以上
とることができる。
光が照射されるとオフ状態における電流が増大しやすい。そのため、トランジスタTA1
は、遮光が十分できない画素部よりも、光の影響が少ない画素部の周辺回路(例えば、駆
動回路)に適している。もちろん、トランジスタTA2、TB1のような構成のトランジ
スタも、駆動回路などの画素部以外の回路に設けることが可能である。
必要とするトランジスタの半導体特性及び電気特性に応じて、トランジスタの構成を変更
すればよい。例えば、バックゲート電極の有無、酸化物半導体層の積層構造、酸化物半導
体層、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極の形状や配置等を適宜変更することが
できる。以下、トランジスタのいくつかの他の構成例を示す。
図3A、図3Bに、それぞれ、トランジスタTA3、トランジスタTA4の上面図(レイ
アウト図)と、その回路記号を示す。図4A、図4Bに、トランジスタTA3のa7−a
8線およびb7−b8線による断面図、並びにトランジスタTA4のa9−a10線およ
びb9−b10線による断面図を示す。
ドレイン電極DE4、およびバックゲート電極BGE4を有する。トランジスタTA3は
、トランジスタTA1の変形例であり、電極BGE4が、2つの開口CG4、CG5にお
いて、電極GE4と接している点がトランジスタTA1と異なり、他はトランジスタTA
1と同様である。図4Bに示すように、チャネル幅方向で、層OS4が電極GE4と電極
BGE4で囲まれており、トランジスタTA3の強度をより向上させることができる。
ドレイン電極DE5、およびバックゲート電極BGE5を有する。トランジスタTA4は
、トランジスタTA2の変形例であり、電極BGE5を電極GE5と接続させず、電極B
GE5に、電極GE5と異なる信号や電位を入力可能としている。例えば、電極GE5に
トランジスタTA4の導通状態を制御する信号を入力し、電極BGE5にトランジスタT
A4のしきい値電圧を補正するような信号や電位を入力することが可能である。
図5A、図5B、図5Cに、それぞれ、トランジスタTC1、トランジスタTB2、およ
びトランジスタTD1の上面図(レイアウト図)と、その回路記号を示す。図6A、図6
Bに、トランジスタTC1のa11−a12線およびb11−b12線による断面図、ト
ランジスタTB2のa13−a14線およびb13−b14線による断面図、並びにトラ
ンジスタTD1のa15−a16線およびb15−b16線による断面図を示す。
ドレイン電極DE6、およびバックゲート電極BGE6を有する。電極BGE6は開口C
G6において電極GE6に接している。トランジスタTC1は、トランジスタTA1の変
形例であり、層OS6を2層構造としている。層OS6は、酸化物半導体膜32と酸化物
半導体膜33とでなる。トランジスタTC1もトランジスタTA1と同様に、チャネル形
成領域が酸化物半導体膜32で構成されるトランジスタである。そのため、トランジスタ
TC1も、トランジスタTA1と同程度に高い電界効果移動のトランジスタであり、代表
的には、電界効果移動度が10cm2/Vsより大きく60cm2/Vs未満、好ましく
は15cm2/Vs以上50cm2/Vs未満のトランジスタである。よって、トランジ
スタTC1もトランジスタTA1と同様に、駆動回路のような高速動作させるトランジス
タに好適である。
ドレイン電極DE7、およびバックゲート電極BGE7を有する。電極BGE7は開口C
G7において電極GE7に接している。トランジスタTB2は、トランジスタTB1の変
形例であり、電極BGE7を有する点でトランジスタTB1と異なる。トランジスタTB
2は、電極GE7と接続された電極BGE7を有しているため、トランジスタTB1より
もオン電流が高く、電界効果移動度が高く、また機械的な強度が向上されている。
およびドレイン電極DE8を有する。トランジスタTD1は、トランジスタTB1の変形
例であり、層OS8全体が電極GE8に重なっており、電極GE8の端部の外側にある部
分を有していない。このように、トランジスタTD1は、層OS8がトランジスタTB1
よりも光に曝されにくい構造となっているため、画素部のトランジスタに好適である。
以下、半導体装置の作製方法の一例を説明する。ここでは、トランジスタTA1、トラン
ジスタTA2およびトランジスタTB1を同一の工程で作製する方法の一例を説明する。
なお他のトランジスタTA3等も同様に作製することができる。ここでは、図2Aと同様
のトランジスタのチャネル長方向の断面図(図7−図9)を参照して、トランジスタの作
製方法について説明する。
膜、酸化物半導体膜、金属酸化物膜、導電膜等)は、スパッタリング法、化学気相堆積(
CVD)法、真空蒸着法、パルスレーザー堆積(PLD)法を用いて形成することができ
る。あるいは、塗布法や印刷法で形成することができる。成膜方法としては、スパッタリ
ング法、プラズマ化学気相堆積(PECVD)法が代表的であるが、熱CVD法でもよい
。熱CVD法の例として、MOCVD(有機金属化学堆積)法やALD(原子層成膜)法
を使ってもよい。
たは減圧下とし、基板近傍または基板上で反応させて基板上に堆積させることで成膜を行
ってもよい。熱CVD法は、プラズマを発生させない成膜方法であるため、プラズマダメ
ージにより欠陥が生成されることが無いという利点を有する。
次にチャンバーに導入され、そのガス導入の順序を繰り返すことで成膜を行ってもよい。
例えば、それぞれのスイッチングバルブ(高速バルブともよぶ)を切り替えて2種類以上
の原料ガスを順番にチャンバーに供給し、複数種の原料ガスが混ざらないように第1の原
料ガスと同時またはその後に不活性ガス(アルゴン、或いは窒素など)などを導入し、第
2の原料ガスを導入する。なお、同時に不活性ガスを導入する場合には、不活性ガスはキ
ャリアガスとなり、また、第2の原料ガスの導入時にも同時に不活性ガスを導入してもよ
い。また、不活性ガスを導入する代わりに真空排気によって第1の原料ガスを排出した後
、第2の原料ガスを導入してもよい。第1の原料ガスが基板の表面に吸着して第1の層を
成膜し、後から導入される第2の原料ガスと反応して、第2の層が第1の層上に積層され
て薄膜が形成される。
優れた薄膜を形成することができる。薄膜の厚さは、ガス導入順序を繰り返す回数によっ
て調節することができるため、精密な膜厚調節が可能であり、微細なトランジスタを作製
する場合に適している。
膜を形成することができ、例えば、In−Ga−Zn−O膜を成膜する場合には、トリメ
チルインジウム、トリメチルガリウム、及びジメチル亜鉛を用いる。なお、トリメチルイ
ンジウムの化学式は、In(CH3)3である。また、トリメチルガリウムの化学式は、
Ga(CH3)3である。また、ジメチル亜鉛の化学式は、Zn(CH3)2である。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
(化学式Ga(C2H5)3)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
(化学式Zn(C2H5)2)を用いることもできる。
ハフニウム前駆体化合物を含む液体(ハフニウムアルコキシド溶液、代表的にはテトラキ
スジメチルアミドハフニウム(TDMAH))を気化させた原料ガスと、酸化剤としてオ
ゾン(O3)の2種類のガスを用いる。なお、テトラキスジメチルアミドハフニウムの化
学式はHf[N(CH3)2]4である。また、他の材料液としては、テトラキス(エチ
ルメチルアミド)ハフニウムなどがある。
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H2Oの2種類のガスを用いる。なお、トリメチルア
ルミニウムの化学式はAl(CH3)3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。
ロロジシランを被成膜面に吸着させ、吸着物に含まれる塩素を除去し、酸化性ガス(O2
、一酸化二窒素)のラジカルを供給して吸着物と反応させる。
成する(図7A)。
基板10としては、様々な基板を用いることができ、特定のものに限定されることはない
。基板10の一例としては、半導体基板(例えば単結晶基板又はシリコン基板)、SOI
基板、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板、金属基板、ステンレス・スチル基板、
ステンレス・スチル・ホイルを有する基板、タングステン基板、タングステン・ホイルを
有する基板、可撓性基板、貼り合わせフィルム、繊維状の材料を含む紙、又は基材フィル
ムなどがある。ガラス基板の一例としては、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケ
イ酸ガラス、又はソーダライムガラスなどがある。可撓性基板、貼り合わせフィルム、基
材フィルムなどの一例としては、以下のものがあげられる。例えば、ポリエチレンテレフ
タレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルサルフォン(
PES)に代表されるプラスチックがある。または、一例としては、アクリル等の合成樹
脂などがある。または、一例としては、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリフッ化ビニ
ル、又はポリ塩化ビニルなどがある。または、一例としては、ポリアミド、ポリイミド、
アラミド、エポキシ、無機蒸着フィルム、又は紙類などがある。特に、半導体基板、単結
晶基板、又はSOI基板などを用いてトランジスタを製造することによって、特性、サイ
ズ、又は形状などのばらつきが少なく、電流能力が高く、サイズの小さいトランジスタを
製造することができる。このようなトランジスタによって回路を構成すると、回路の低消
費電力化、又は回路の高集積化を図ることができる。
ては、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化ガリウ
ム、酸化ハフニウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム等が
ある。なお、下地絶縁膜として、窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化イ
ットリウム、酸化アルミニウム等を用いることで、基板10から不純物(代表的にはアル
カリ金属、水、水素等)が酸化物半導体層(OS1−OS3)へ拡散するのを抑制するこ
とができる。
可撓性基板上に直接形成することができる。トランジスタ(TA1、TA2、TB1)を
作製した後、作製に使用した基板を分離して、基板10として可撓性基板を取り付けるこ
ともできる。これについては、後述する。
導電膜51は、単層の導電膜、または2つ以上の導電膜が積層された多層構造の膜である
。導電膜51として形成される導電膜は、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で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で形成することがで
きる。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元素の一または複数を組み合わせた合金、もしくは
窒化物で形成することができる。また、インジウム錫酸化物、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、酸化シリ
コンを含むインジウム錫酸化物等の透光性を有する金属酸化物で形成することもできる。
電膜51を2層構造とする場合は、例えば、アルミニウム膜上にチタン膜を形成する、窒
化チタン膜上にチタン膜を形成する、窒化チタン膜上にタングステン膜を形成する、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形成すればよい。また、導電
膜51を3層構造とする場合は、例えば、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ればよい。
導電膜51を形成することができる。ここでは、導電膜51として、厚さ100nmのタ
ングステン膜をスパッタリング法により形成する。
合には、WF6ガスとB2H6ガスを順次繰り返し導入して初期タングステン膜を形成し
、その後、WF6ガスとH2ガスを同時に導入してタングステン膜を形成する。なお、B
2H6ガスに代えてSiH4ガスを用いてもよい。
に、マスクRM1を用いて導電膜51をエッチングして、ゲート電極GE1−GE3を形
成する。この後、マスクRM1を除去する。
クジェット法等で行うことが可能である。
ゲート電極GE1−GE3を覆って、絶縁層21を形成する(図7B)。絶縁層21は、
単層の絶縁膜あるいは2層以上の多層構造の絶縁膜である。絶縁層21として形成される
絶縁膜は、酸化物絶縁膜、窒化物絶縁膜、酸化窒化絶縁膜、および窒化酸化絶縁膜等が挙
げられる。なお、本明細書において、酸化窒化物とは、窒素より酸素の含有量が多い材料
であり、窒化酸化物とは酸素より窒素の含有量が多い材料とする。
、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ガリウムまたはGa−Zn
系金属酸化物などでなる絶縁膜を形成することができる。また、このような絶縁膜として
、ハフニウムシリケート(HfSiOx)、窒素が添加されたハフニウムシリケート(H
fSixOyNz)、窒素が添加されたハフニウムアルミネート(HfAlxOyNz)
、酸化ハフニウム、酸化イットリウムなどのhigh−k材料でなる膜を形成することが
できる。high−k材料を用いることでトランジスタのゲートリークを低減できる。
OS3)とゲート絶縁層との界面特性を向上させるため、絶縁層21においてこれらの層
(OS1、OS2、OS3)と接する領域は酸化物絶縁膜あるいは酸化窒化絶縁膜で形成
することが好ましい。例えば、絶縁層21の最上層の膜は、酸化シリコン膜あるいは酸化
窒化シリコン膜とすればよい。
しくは10nm以上300nm以下であり、より好ましくは50nm以上250nm以下
である。
絶縁層21上に酸化物半導体膜31を形成し、酸化物半導体膜31上に酸化物半導体膜3
2を形成する(図7C)。酸化物半導体膜32上にフォトリソグラフィ工程によりマスク
RM2(図示せず)を形成する。マスクRM2を用いて酸化物半導体膜31および酸化物
半導体膜32をエッチングして、層OS1の1層目(31)および2層目(32)を形成
する。この後、マスクRM2を除去する。
(図8A)。酸化物半導体膜33上にフォトリソグラフィ工程によりマスクRM3(図示
せず)を形成する。マスクRM3を用いて酸化物半導体膜33をエッチングして、層OS
1、層OS2および層OS3を形成する。この後、マスクRM3を除去する(図8B)。
置は、RF電源装置、AC電源装置、DC電源装置等を適宜用いることができる。スパッ
タリングガスは、希ガス(代表的にはアルゴン)雰囲気、酸素雰囲気、希ガス及び酸素の
混合ガスを適宜用いる。なお、希ガス及び酸素の混合ガスの場合、希ガスに対して酸素の
ガス比を高めることが好ましい。また、ターゲットは、形成する酸化物半導体膜の組成に
あわせて、適宜選択すればよい。
750℃以下、好ましくは150℃以上450℃以下、さらに好ましくは200℃以上3
50℃以下とすることで、酸化物半導体膜31−33として、CAAC−OS膜を形成す
ることができる。また、CAAC−OS膜を成膜するために、以下の条件を適用すること
が好ましい。
る。例えば、成膜室内に存在する不純物濃度(水素、水、二酸化炭素及び窒素など)を低
減すればよい。また、成膜ガス中の不純物濃度を低減すればよい。具体的には、露点が−
80℃以下、好ましくは−100℃以下である成膜ガスを用いる。また、成膜ガス中の酸
素割合を高め、電力を最適化することで成膜時のプラズマダメージを軽減すると好ましい
。成膜ガス中の酸素割合は、30体積%以上が好ましく、100体積%がより好ましい。
加熱処理を行うことで、酸化物半導体膜の水素濃度を2×1020atoms/cm3以
下、好ましくは5×1019atoms/cm3以下、より好ましくは1×1019at
oms/cm3以下、5×1018atoms/cm3未満、好ましくは1×1018a
toms/cm3以下、より好ましくは5×1017atoms/cm3以下、さらに好
ましくは1×1016atoms/cm3以下とすることができる。
下で行うことで、後述するCAAC化率が、70%以上100%未満、好ましくは80%
以上100%未満、好ましくは90%以上100%未満、より好ましくは95%以上98
%以下である酸化物半導体膜を得ることができる。また、水素、水等の含有量が低減され
た酸化物半導体膜を得ることが可能である。すなわち、不純物濃度が低く、欠陥準位密度
の低い酸化物半導体膜を形成することができる。
Ga−Zn−O膜を成膜する場合には、In(CH3)3ガスとO3ガスを順次繰り返し
導入してIn−O層を形成し、その後、Ga(CH3)3ガスとO3ガスを同時に導入し
てGa−O層を形成し、更にその後Zn(CH3)2とO3ガスを同時に導入してZn−
O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、これらのガスを混
ぜてIn−Ga−O層やIn−Zn−O層、Ga−Zn−O層などの混合化合物層を形成
してもよい。なお、O3ガスに変えてAr等の不活性ガスでバブリングして得られたH2
Oガスを用いてもよいが、Hを含まないO3ガスを用いる方が好ましい。また、In(C
H3)3ガスにかえて、In(C2H5)3ガスを用いてもよい。また、Ga(CH3)
3ガスにかえて、Ga(C2H5)3ガスを用いてもよい。また、Zn(CH3)2ガス
を用いてもよい。
る膜であり、その膜厚を3nm以上200nm以下とすることができる。それらの厚さは
、好ましくは3nm以上100nm以下であり、さらに好ましくは30nm以上50nm
以下である。酸化物半導体膜31の膜厚は例えば、3nm以上100nm以下とすること
ができ、好ましくは3nm以上30nm以下であり、より好ましくは3nm以上15nm
以下である。酸化物半導体膜31は、酸化物半導体膜32、酸化物半導体膜33よりも薄
く形成することが好ましい。
グ法で成膜する。これらの成膜に用いられるターゲットの金属元素の原子数比(In:G
a:Zn)は、例えば、酸化物半導体膜31は1:3:6であり、酸化物半導体膜32は
3:1:2であり、酸化物半導体膜33は、1:1:1.2または1:1:1とすること
ができる。例えば、酸化物半導体膜31、32、33の厚さを、それぞれ、5nm、35
nm、35nmとすることができる。
絶縁層21、酸化物半導体層(OS1、OS2、OS3)を覆って、導電膜52を形成す
る(図9A)。導電膜52は導電膜51と同様に形成することができる。ここでは、3層
構造の導電膜52を形成する。厚さ50nmの銅−マンガン合金膜、厚さ400nmの銅
膜、及び厚さ100nmの銅−マンガン合金膜の順に、これらの膜をスパッタリング法に
より積層する。
クRM4を用いて、導電膜52をエッチングし、電極(SE1、DE1、SE2、DE2
、SE3、DE3)を形成する。そしてマスクRM4を除去する(図9B)。図9Bの工
程で、トランジスタ(TA1、TA2、TB1)のチャネル長およびチャネル幅が決定さ
れる。
速で動作させるトランジスタには、トランジスタ(TA1、TA2)、あるいはトランジ
スタ(TA3、TA4、TC1)のように、チャネル長を短くすることが好ましい。この
ようなトランジスタのチャネル長は、2.5μm未満とすることが好ましい。例えば、2
.2μm以下とすればよい。本実施の形態のトランジスタでは、チャネル長はソース電極
とドレイン電極間の距離で決定されるため、チャネル長の最小値は、導電膜52を加工す
る精度で制約される。本実施の形態のトランジスタのチャネル長は、例えば、チャネル長
は0.5μm以上とすることができ、または、1.0μm以上とすることができる。
電極(SE1、DE1、SE2、DE2、SE3、DE3)、酸化物半導体層(OS1、
OS2、OS3)および絶縁層21を覆って、絶縁層22を形成し、絶縁層22上に絶縁
層23を形成する(図9C)。絶縁層22および絶縁層23は絶縁層21と同様に形成す
ることができる。
縁層22の1層目の膜を絶縁膜22aと呼び、2層目の膜を絶縁膜22bと呼ぶことにす
る。
み、且つ欠陥量の少ない酸化物絶縁膜を形成することができる。このような酸化物絶縁膜
の代表例としては、酸化窒化シリコン膜、酸化窒化アルミニウム膜等がある。
スペクトルにおいてg値が2.037以上2.039以下の第1のシグナル、g値が2.
001以上2.003以下の第2のシグナル、及びg値が1.964以上1.966以下
の第3のシグナルが観測される。なお、第1のシグナル及び第2のシグナルのスプリット
幅、並びに第2のシグナル及び第3のシグナルのスプリット幅は、XバンドのESR測定
において約5mTである。また、g値が2.037以上2.039以下第1のシグナル、
g値が2.001以上2.003以下の第2のシグナル、およびg値が1.964以上1
.966以下である第3のシグナルのスピンの密度合計が、1×1018spins/c
m3未満であり、代表的には1×1017spins/cm3以上1×1018spin
s/cm3未満である。
しくは1以上2以下)起因のシグナルに相当する。窒素酸化物の代表例としては、一酸化
窒素、二酸化窒素等がある。即ち、上掲の第1乃至第3のシグナルのスピンの密度の合計
が少ないほど、酸化物絶縁膜に含まれる窒素酸化物の含有量が少ないといえる。
1、OS2、OS3)との界面におけるキャリアのトラップを低減することが可能である
。この結果、トランジスタのしきい値電圧のシフトを低減することが可能であり、トラン
ジスタの電気特性の変動を低減することができる。
度が6×1020/cm3以下であることが好ましい。それは、トランジスタの作製工程
中に絶縁膜22aにおいて、窒素酸化物が生成されにくくなるからである。
D法により酸化窒化シリコン膜を形成することができる。この場合、原料ガスとしては、
シリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体を用いることが好ましい。シリコンを含む堆積
性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化
性気体としては、一酸化二窒素、二酸化窒素等がある。
倍以上80倍以下とし、処理室内の圧力を100Pa未満、好ましくは50Pa以下とす
るCVD法を用いることで、絶縁膜22aとして、窒素を含み、且つ欠陥量の少ない酸化
物絶縁膜を形成することができる。
物絶縁膜を用いて形成することができる。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は、加熱により酸素の一部が脱離する。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は、昇温脱離ガス分析(以下、TDS分析と呼ぶ。
)にて、酸素原子に換算しての酸素の脱離量が1.0×1018atoms/cm3以上
、好ましくは3.0×1020atoms/cm3以上である酸化物絶縁膜である。なお
、上記TDS分析時における膜の表面温度としては100℃以上700℃以下、または1
00℃以上500℃以下の範囲が好ましい。
00nm以下の、酸化シリコン、酸化窒化シリコン等を用いることができる。絶縁膜22
b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用いて形
成する場合、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として、
CVD法を用いて酸化窒化シリコン膜を形成することができる。
うな条件で成膜を行うことができる。プラズマCVD装置の真空排気された処理室内に載
置された基板を180℃以上280℃以下、さらに好ましくは200℃以上240℃以下
に保持し、処理室に原料ガスを導入して処理室内における圧力を100Pa以上250P
a以下、さらに好ましくは100Pa以上200Pa以下とし、処理室内に設けられる電
極に0.17W/cm2以上0.5W/cm2以下、さらに好ましくは0.25W/cm
2以上0.35W/cm2以下の高周波電力を供給する。
。さらに、好ましくは、酸素、水素、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等のブロッキ
ング効果を有する。代表的には、窒化シリコンなどの窒化物絶縁膜を形成すればよい。窒
化シリコン膜の他、窒化酸化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、窒化酸化アルミニウム膜
等も用いることができる。
る酸化物絶縁膜を設けてもよい。このような酸化物絶縁膜としては、酸化アルミニウム、
酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化
イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム等がある。
nm以上200nm以下である。酸素、水素、水等に対してブロッキング効果を有する絶
縁層23を形成することで、酸化物半導体膜31−33から外部への酸素の拡散を防ぎ、
また外部から酸化物半導体膜31−33への水素、水等の侵入を防ぐことができる。
む堆積性気体、窒素、及びアンモニアを原料ガスとして用いることが好ましい。これらの
原料ガスを用いることで、プラズマ中でアンモニアが解離し、活性種が発生する。当該活
性種が、シリコンを含む堆積性気体に含まれるシリコン及び水素の結合、及び窒素の三重
結合を切断する。この結果、シリコン及び窒素の結合が促進され、シリコン及び水素の結
合が少なく、欠陥が少なく、緻密な窒化シリコン膜を形成することができる。一方、原料
ガスにおいて、窒素に対するアンモニアの量が多いと、シリコンを含む堆積性気体及び窒
素それぞれの分解が進まず、シリコン及び水素結合が残存してしまい、欠陥が増大した、
且つ粗な窒化シリコン膜が形成されてしまう。これらのため、原料ガスにおいて、アンモ
ニアに対する窒素の流量比を5以上50以下、好ましくは10以上50以下とすることが
好ましい。
150℃以上基板歪み点未満、好ましくは200℃以上450℃以下、更に好ましくは3
00℃以上450℃以下とする。当該加熱処理により、絶縁層22の2層目を構成する酸
化物絶縁膜に含まれる酸素を、酸化物半導体膜31−33に移動させて、これらに含まれ
る酸素欠損を低減することができる。加熱処理は、例えば、窒素及び酸素を含む混合ガス
雰囲気で、加熱温度350℃、加熱時間1時間とすればよい。
を目的として加熱処理を行ってもよい。この加熱処理は、例えば、窒素及び酸素を含む混
合ガス雰囲気で、加熱温度350℃、加熱時間1時間とすればよい。
フォトリソグラフィ工程により絶縁層23上にマスクRM5(図示せず)を形成し、マス
クRM5を用いて絶縁層21−23をエッチングして、これらを貫通する開口CG1、お
よび開口CG2を形成する(図2B)。マスクRM5を除去し、絶縁層23上に導電膜5
3を形成する(図9C)。導電膜53は導電膜51と同様に形成することができる。
クRM6を用いて導電膜53をエッチングして、バックゲート電極(BGE1、BGE2
)を形成する。そしてマスクRM6を除去する(図2A、図2B)。
A1、TA2、TB1)を同一基板上に作製することができる。なお、酸化物半導体層が
2層構造のトランジスタ(例えば、TC1)と、酸化物半導体層が単層構造のトランジス
タ(例えば、TB1)を同一基板上に同時に作製する場合は、図7Cの工程で、酸化物半
導体膜32のみを形成すればよい。
TA2、TB1)と、ゲート電極、酸化物半導体層、ソース電極、ドレイン電極、および
バックゲート電極の積層順序が異なるトランジスタについて説明する。
図10A、図10B、図10Cに、それぞれ、トランジスタTE1、トランジスタTE2
、トランジスタTF1の上面図(レイアウト図)と、その回路記号を示す。図11A、図
11Bに、トランジスタTE1のa17−a18線およびb17−b18線による断面図
、トランジスタTE2のa19−a20線およびb19−b20線による断面図、並びに
トランジスタTF1のa21−a22線およびb21−b22線による断面図を示す。
スタTE1は、ゲート電極GE9、酸化物半導体層OS9、ソース電極SE9、ドレイン
電極DE9、およびバックゲート電極BGE9を有する。電極BGE9は、開口CG9に
おいて電極GE9に接している。トランジスタTE1では、ソース電極SE9およびドレ
イン電極DE9上に層OS9が形成されている。
スタTE2は、ゲート電極GE10、酸化物半導体層OS10、ソース電極SE10、ド
レイン電極DE10、およびバックゲート電極BGE10を有する。電極BGE10は、
開口CG10において電極GE10に接している。トランジスタTE2では、ソース電極
SE10およびドレイン電極DE10上に層OS10が形成されている。
スタTF1は、ゲート電極GE11、酸化物半導体層OS11、ソース電極SE11、お
よびドレイン電極DE11を有する。トランジスタTF1では、ソース電極SE11およ
びドレイン電極DE11上に層OS11が形成されている。
図12A、図12B、図12Cに、それぞれ、トランジスタTG1、トランジスタTG2
、トランジスタTH1の上面図(レイアウト図)と、その回路記号を示す。図13A、図
13Bに、トランジスタTG1のa23−a24線およびb23−b24線による断面図
、トランジスタTG2のa25−a26線およびb25−b26線による断面図、並びに
トランジスタTH1のa27−a28線およびb27−b28線による断面図を示す。
スタTG1は、ゲート電極GE12、酸化物半導体層OS12、ソース電極SE12、ド
レイン電極DE12、およびバックゲート電極BGE12を有する。
極BGE12上には、絶縁層61を介してソース電極SE12、ドレイン電極DE12が
形成されている。ソース電極SE12およびドレイン電極DE12上に層OS12が形成
されている。層OS12上に絶縁層62を介してゲート電極GE12が形成されている。
電極GE12は、絶縁層61および絶縁層62を貫通する開口CG12において電極BG
E12に接している。トランジスタTG1を覆って、絶縁層63が形成されている。絶縁
層61−63は、絶縁層21と同様に作製することができる。
ンジスタTG1の変形例である。トランジスタTG2は、ゲート電極GE13、酸化物半
導体層OS13、ソース電極SE13、ドレイン電極DE13、およびバックゲート電極
BGE13を有する。電極GE13は、絶縁層61および絶縁層62を貫通する開口CG
13において電極BGE13に接している。トランジスタTG2は、層OS13が単層(
33)である点でトランジスタTG1と異なる。
スタTH1は、ゲート電極GE14、酸化物半導体層OS14、ソース電極SE14、お
よびドレイン電極DE14を有する。
図14A、図14B、図14Cに、それぞれ、トランジスタTG3、トランジスタTG4
、トランジスタTH2の上面図(レイアウト図)と、その回路記号を示す。図15A、図
15Bに、トランジスタTG3のa29−a30線およびb29−b30による断面図、
トランジスタTG4のa31−a32線およびb31−b32線による断面図、並びにト
ランジスタTH2のa33−a34線およびb33−b34線による断面図を示す。
ンジスタTG3は、ゲート電極GE15、酸化物半導体層OS15、ソース電極SE15
、ドレイン電極DE15、およびバックゲート電極BGE15を有する。電極GE15は
開口CG15において電極BGE15に接している。トランジスタTG3は、ソース電極
SE15およびドレイン電極DE15が層OS15上に形成されている点でTG1と異な
る。
ンジスタTG4は、ゲート電極GE16、酸化物半導体層OS16、ソース電極SE16
、ドレイン電極DE16、およびバックゲート電極BGE16を有する。電極GE16は
開口CG16において電極BGE16に接している。トランジスタTG4は、ソース電極
SE16およびドレイン電極DE16が層OS16上に形成されている点でTG2と異な
る。
ンジスタTH2は、ゲート電極GE17、酸化物半導体層OS17、ソース電極SE17
、およびドレイン電極DE17を有する。トランジスタTH2は、ソース電極SE17お
よびドレイン電極DE17が層OS17上に形成されている点でTH1と異なる。
したが、本実施の形態に係るトランジスタは、図示されたトランジスタに限定されるもの
ないのは言うもでもなく、これらの構成例からその形態及び詳細を様々に変更することが
可能である。
実施の形態1に係るトランジスタを用いて、機能の異なる複数の回路を備えた半導体装置
を構成することができる。本実施の形態では、このような半導体装置の一例としてアクテ
ィブマトリクス型表示装置について説明する。
図16は、アクティブマトリクス型表示装置の構成の一例を示すブロック図である。図1
6に示すように、アクティブマトリクス型表示装置700(以下、表示装置700と呼ぶ
。)は、画素部710と、駆動回路721および駆動回路722を有する。なお、以下の
説明おいて、駆動回路721と駆動回路722を総称して駆動回路部720と呼ぶ場合が
ある。
よび複数の画素711が設けられている。配線GLは、行ごとに設けられている。”GL
1”とは、1行目の配線GLであることを示している。配線SLは、列ごとに設けられて
いる。”SL1”とは、1列目の配線SLであることを示している。画素711は、配線
GLおよび配線SLの配列に対応してアレイ状に配置され、対応する行の配線GLと列の
配線SLに接続されている。例えば、2行目3列目の画素711は、配線GL2と配線S
L3に接続されている。
って決めることができる。図16に示す画素部710の場合、x列×y行の画素711が
マトリクス状に配置されており、配線SL1乃至配線SLx、配線GL1乃至配線GLy
が、画素部710内に配置されている場合を例示している。
ている。駆動回路721は、ビデオ信号を入力する画素711を選択する信号を生成する
機能、および、所定のタイミングで同信号を配線GLへ出力する機能等を有する。駆動回
路722は、ビデオ信号を生成する機能、および所定のタイミングでビデオ信号を配線S
Lに出力する機能などを有する。
る。駆動回路722の一部の回路、または全てを画素部710と同一基板に設けることが
できる。駆動回路部720において、画素部710と同じ基板に集積された回路と、画素
部710と異なる基板に作製された回路があると、これらを電気的に接続するために、配
線および接続端子を画素部710と共に設ける必要がある。そのため、表示装置の一部を
占有し、電子機器の大きさや表示装置の配置など、設計の自由度を制限してしまう場合が
ある。また、表示装置700の低消費電力化や、製造コストの削減のためにも外部接続端
子数を減らすことが望ましい。そのため、駆動回路部720を構成する回路は、画素部7
10と同じ工程で同一基板上に作製されることが好ましい。
増えるので、配線GL、および配線SLの本数も多くなる。画素数が増えることで、駆動
回路部720を高速に動作させることが求められる。本実施の形態では、例えば、駆動回
路722全体を、画素部710と異なる基板に形成された回路(例えば、ICチップ)と
しており、この駆動回路722を含むICチップと、配線SLとを接続することになる。
作製することが可能な回路の構成例、およびその駆動方法例などについて説明する。
図17Aは、順序回路の構成の一例を示す回路図であり、図17Bは同ブロック図である
。
C2を有する。回路SRにおいて、信号(CLK1、CLK2、CLK3、PWC1、L
IN、IN_RES、RIN)が入力信号であり、信号(SROUT、OUT)が出力信
号である。また、VDDはハイレベルの電源電位であり、VSSはローレベルの電源電位
である。
記載されているが、実際の回路においては、並列に接続された複数のトランジスタや、直
列に接続された複数のトランジスタで構成されている場合もある。また、容量素子は、ト
ランジスタのソースとドレインを接続したMOS型容量を用いることができる。これは、
他の回路図においても同様である。
タである。これら以外のトランジスタ(M1−M4、M8−M15)は、ゲートに接続さ
れたバックゲートを有するトランジスタである。例えば、トランジスタ(M1−M4、M
8−M15)に、トランジスタTA1またはトランジスタTA2(図1、図2)を適用し
、トランジスタM5−M7には、バックゲートを設けていないトランジスタTA1または
トランジスタTA2を適用することができる。
ンジスタとすることもできる。回路SRにおいて、少なくとも信号OUTの出力端子に接
続されているトランジスタ(M1、M2)は、ゲートにバックゲートが接続されたトラン
ジスタであることが好ましい。また、トランジスタ(M1、M2)がトランジスタTA1
のように、酸化物半導体膜32を含む多層構造の酸化物半導体層を有するトランジスタで
あることが、さらに好ましい。これにより、トランジスタ(M1、M2)が、チャネル長
が2.5μm未満(さらには、2.2μm未満)の微細なトランジスタであっても、必要
な電位レベルの信号OUTをより確実に出力することが可能になる。
ースとドレインとして機能する2つの端子(電極)を区別する場合がある。トランジスタ
のソースとドレインは、トランジスタに供給される電圧によりその機能が入れ替わる場合
がある。トランジスタのソースとドレインの区別は、本実施の形態での記載に限定される
ものではない。ここでは、OSトランジスタで回路を構成するため、ハイレベルの信号お
よび電源電位が主として入力される端子(電極)をドレインと呼び、ローレベルの信号お
よび電源電位が主として入力される端子(電極)をソースと呼ぶことにする。
は信号OUTの出力端子に接続され、そのゲートはトランジスタM15のドレインに接続
されている。トランジスタM2のドレインは信号OUTの出力端子に接続され、そのソー
スはVSSが供給される配線に接続されている。トランジスタM10とトランジスタM1
1は直列に接続されており、それらのゲートは、トランジスタM2のゲートに接続されて
いる。トランジスタM10のドレインはトランジスタM3のソースに接続され、トランジ
スタM11のソースはVSSが与えられる配線に接続されている。
ンジスタ(M4、M15)のゲートが接続されている。VSSが与えられる配線に、トラ
ンジスタ(M2、M11、M13、M14)のソースが接続されている。CLK1が与え
られる配線にトランジスタM9のドレインが接続され、CLK2が与えられる配線にトラ
ンジスタM6のゲートが接続され、CLK3が与えられる配線にトランジスタM5のゲー
トが接続されている。トランジスタM5とトランジスタM6は直列に接続されている。
されている。トランジスタM12とトランジスタM13は直列に接続されており、トラン
ジスタM12のドレインはトランジスタM2のゲートに接続されている。トランジスタM
2のゲートには、トランジスタ(M10、M11、M14)のゲート、トランジスタ(M
6、M7、M8)のソースも接続されている。
Nが与えられる配線に、トランジスタM7のゲートが接続されている。トランジスタM4
のソースはトランジスタM3のソースに接続され、そのドレインはトランジスタM9のゲ
ートに接続されている。トランジスタM15のソースはトランジスタM3のソースに接続
され、そのドレインはトランジスタM1のゲートに接続されている。信号SROUTの出
力端子には、トランジスタM9のソースおよびトランジスタM14のドレインが接続され
ている。信号OUTの出力端子には、トランジスタM1のソースおよびトランジスタM2
のドレインが接続されている。
2のゲートに接続されている。容量素子C2の一方の端子はトランジスタM1のゲートに
接続され、他方が信号OUTの出力端子に接続されている。容量素子C1、C2は適宜設
ければよい。
を出力する機能を備えたシフトレジスタを構成することができる。このようなシフトレジ
スタの一例を図18に示す。
を有する。y個の順序回路SRは、それぞれ、図17Aに示した順序回路SRと同じ構成
を有する。
UTが信号LINとして入力される。初段の回路SRには、例えば、信号LINとして、
駆動回路部720のスタートパルス信号SPを入力すればよい。また、各段の回路SRに
は、信号RINとして、2段後ろの回路SRの出力信号SROUTが入力される。そのた
め、シフトレジスタ750は、最終段の順序回路SRの後段に、2つのダミー順序回路S
RD1とSRD2をさらに有する。
、回路SRD2は、y段目の回路SRに、信号RINを出力するために設けられている。
そのため、回路(SRD1、SRD2)には、回路SRとは一部構成が異なる。回路SR
D1と回路SRD2には、トランジスタM7が設けられていない。すなわち、回路(SR
D1、SRD2)は、トランジスタM2のゲートにVDDの供給を信号RINに従って制
御する機能が設けられていない点において、図17Aに示す順序回路SRと構成が異なる
。
4が入力される。各段の回路SRには、図示されているように、3つのクロック信号が入
力される。具体的には、4m+1段目の回路SRには、信号CLK1、CLK2、及びC
LK3が入力される。4m+2段目の回路SRには信号CLK2、CLK3、及びCLK
4が入力される。4m+3段目の回路SRには、CLK3、CLK4、及びCLK1が入
力される。4m+4段目の回路SRには、CLK4、CLK1、及びCLK2が入力され
る。ここで、mは、回路SRの総数がyであることを満たす、0以上の整数である。
同一基板に作製することの制約が少ない。シフトレジスタ750を画素部710と同じ基
板上に同じ作製工程で作製することが可能である。また、シフトレジスタ750を駆動回
路721として、あるいはその回路の一部として用いることができる。また、駆動回路7
22を構成する回路の一部として、シフトレジスタ750を用いることも可能である。
図19Aは、分配回路(デマルチプレクサ)の構成の一例を示す回路図であり、図19B
は同ブロック図である。分配回路760は、サンプリング信号(制御信号)に従って、1
つの信号を複数の配線に分配する機能を有する回路である。分配回路760は、駆動回路
722の最終段に設けられ、分配回路760の出力に配線SLが接続されている。分配回
路760では、x本の配線SLから、順次にn本の配線SLを選択し、それらを電気的に
導通させる機能を有する。
は、分配回路760の単位回路に相当する。図19Bに、回路SSDのブロック図を示し
、図20に同回路図を示す。回路SSDの出力には、保護回路HOGOが接続されている
。図21Aに回路HOGOのブロック図を示し、図21Bに同回路図を示す。
G、青色(B)のビデオ信号DATA_Bを組み合わせて1つの画像を表示する構造の表
示装置に用いられる分配回路760の一例を示している。図19Aの例では、分配回路7
60によって、1本のビデオ信号線から、h本(hは2以上の整数)の配線SLにビデオ
信号を供給可能としている。よって、分配回路760を駆動回路722に設けることで、
配線SLにビデオ信号を供給するための外部端子数を削減することができる。
SSDを有する。回路SSDはH(=3×h)個の出力を有し、それぞれに異なる列の配
線SLが接続されている。回路SSDの入力にはRGB別の3本のビデオ信号線、および
h本の配線SMPLが接続されている。また、回路SSDごとに1つの保護回路HOGO
が設けられており、H本の配線SLに1つの回路HOGOが接続されている。
含むスイッチ回路SW20を単位回路とする。スイッチ回路SW20が、h段設けられて
いる。以下、1段目の回路SW20の構成について説明する。他の段の回路SWも同様の
構成を有している。
信号線(VLR)と配線SL1との導通状態を制御するスイッチである。トランジスタM
22は、DATA_Gを供給するビデオ信号線VLGと、配線SL2との導通状態を制御
するスイッチである。トランジスタM23は、DATA_Bを供給するビデオ信号線VL
Bと配線SL3との導通状態を制御するスイッチである。また、DATA_R、DATA
_G、およびDATA_Bの供給に必要な3本の配線SLを、配線群の1つの単位とみな
すと、1段目のSW20に接続されている3本の配線SLは、第1列目の配線群であり、
それぞれ、SL[1R]、SL[1G]、SL[1B]と呼ぶことができる。
される。信号SMP1に従って、トランジスタM21−M23は同時にオンとなり、配線
SL1−SL3には、それぞれ、DATA_R、DATA_G、およびDATA_Bが入
力される。例えば、h個の配線SMPLには、それぞれ、回路SW20を導通状態とする
サンプリング信号が供給される。
給されるため、トランジスタM21−M23は、高速で動作すること、オン電流が大きい
ことが好ましい。そのため、図20に示すように、トランジスタM21−M23に、ゲー
ト電極に接続されたバックゲートを設けることが好ましい。また、トランジスタM21−
M23を微細化し、チャネル長を2.5μm未満とすることが好ましい。トランジスタM
21−M23としては、例えば、図1、図2に示すトランジスタTA1、TA2、図5、
図6に示すトランジスタTC1等を適用することができる。特に、駆動回路部720にお
いて、トランジスタM21−M23は、特に高速で動作させることが要求される。そこで
、高い電界効果移動度を得るために、TA1、TC1のように酸化物半導体層が多層構造
であって、酸化物半導体膜32を含むトランジスタであることが特に好ましい。
カラー画像を表示する場合を例に、分配回路の構成を説明したが、本発明の形態において
、ビデオ信号の数やその色については、これに制限されるものでない。例えば、赤、緑、
青および白の4種類のビデオ信号(DATA_R、DATA_G、DATA_B、DAT
A_W)によりカラー画像を表示することもできる。この場合、回路SSDの入力には、
4種類のビデオ信号(DATA_R、DATA_G、DATA_B、DATA_W)に対
応する4本のビデオ信号線が接続される。またその出力には、これらビデオ信号が供給さ
れる4本の配線SLが接続される。
保護回路HOGOは、ダイオード接続されたトランジスタや抵抗素子等で構成することが
できる。図21Bの例では、回路HOGOは直列に接続された4つトランジスタM31−
M34を有する。各トランジスタM31−M34はダイオード接続されており、またゲー
トに接続されたバックゲートを有する。これにより、トランジスタM31−M34のオン
電流を大きくすることができる。トランジスタM31−M34には、例えば、トランジス
タTA1(図1A)、トランジスタTA2(図1B)等を適用することができる。また配
線GLに対しても、回路HOGOと同様な保護回路を接続することができる。
D)の画素部の構成例について説明する。
図22Aは、OLEDの画素の構成の一例を示す回路図である。
A6、発光素子EDA7を有する。なお、図22Aでは、トランジスタMA1乃至トラン
ジスタMA5は、OSトランジスタである。例えば、トランジスタTB1(図1C)や、
トランジスタTD1(図5C)等のように、バックゲートを有さないトランジスタが用い
られている。
例えば、図23に示す画素70Bのように、トランジスタMA4を除く、4つのトランジ
スタMA1、MA2、MA3およびMA5を、バックゲートを有するトランジスタとする
ことができる。この場合、これらのトランジスタには、例えば、トランジスタTA2(図
1B)、トランジスタTB2(図5B)などを適用することができる。また、例えば、ト
ランジスタTD1(図5C)にバックゲートをさらに設けた構造のトランジスタを適用す
ることもできる。
を有する。容量素子CA6の他方の電極は、トランジスタMA2のソース及びドレインの
一方に接続されている。トランジスタMA3は、配線ILとトランジスタMA2のゲート
間の導通を制御する機能を有する。トランジスタMA4は、容量素子CA6とトランジス
タMA2のゲート間の導通を制御する機能を有する。トランジスタMA5は、トランジス
タMA2のソース及びドレインの一方と発光素子EDA7の陽極の導通を制御する機能を
有する。トランジスタMA2は、配線VLと発光素子EDA7の陽極間の導通状態を制御
する機能を有している。
EL層は、単層または複数の層で構成されていて、これらの層の中に、発光性の物質を含
む発光層を少なくとも含んでいる。EL層は、陰極を基準としたときの、陰極と陽極間の
電位差が、発光素子EDA7の閾値電圧Vthe以上になったときに供給される電流によ
り、エレクトロルミネッセンスが得られる。エレクトロルミネッセンスには、一重項励起
状態から基底状態に戻る際の発光(蛍光)と三重項励起状態から基底状態に戻る際の発光
(リン光)とが含まれる。
0Aでは、配線SLから入力されるビデオ信号DATAにより、トランジスタMA2のゲ
ートの電位を制御することで、発光素子EDA7の輝度を制御している。
A1、MA3、MA4、MA5の導通状態は、それぞれ、配線GLa、GLa、GLb、
GLcの電位により定まる。配線GLa、GLb、GLcには、駆動回路721から、信
号が入力される。配線SLには、駆動回路722から、ビデオ信号DATAが入力される
。配線VLには電位Vanoが供給される。配線ILには電位VOが供給される。
びトランジスタMA3が導通状態となり、トランジスタMA4及びトランジスタMA5が
非導通状態となる。なお、期間1から期間2に移行する際、配線GLaの電位をローレベ
ルからハイレベルに遷移させてから、配線GLcの電位をハイレベルからローレベルに遷
移させることが望ましい。期間3では、トランジスタMA4及びトランジスタMA5が導
通状態となり、トランジスタMA1及びトランジスタMA3が非導通状態となる。期間3
において、期間2に配線SLに入力されていたビデオ信号DATAの電位レベルに応じた
輝度で、発光素子EDA7が発光する。
はない。画素の他の構成例を図24に示す。
子CA6および発光素子EDA7を有する。ここでは、3つのトランジスタ(MA1、M
A2、MA3)をゲート電極に接続されたバックゲートを有するトランジスタとした例を
示している。画素70Cにおいて、3つのトランジスタ(MA1、MA2、MA3)の少
なくとも1つを、バックゲートを有さないトランジスタとすることができる。
および発光素子EDA7を有する。ここでは、トランジスタ(MA1、MA2)がバック
ゲートを有していないトランジスタである例を示している。画素70Dにおいて、2つの
トランジスタ(MA1、MA2)の双方、または一方にバックゲートを設けることができ
る。
図25は、LCDの画素の構成例を示す回路図である。
。トランジスタMB1のゲートは、配線GLに接続されている。トランジスタMB1は、
配線SLと液晶素子LCB2との導通状態を制御する機能を有する。液晶素子LCB2は
、画素電極と、共通電極と、画素電極と共通電極間に形成される電界が作用する液晶材料
とを有する素子である。画素電極と共通電極間の電圧(電位差)は、配線SLから入力さ
れるビデオ信号DATAの電位によって決定される。容量素子CB3は画素電極と共通電
極間の電圧を保持するための機能を有する。
では、トランジスタMB1をバックゲートがゲートに接続されたトランジスタとしている
。トランジスタMB1として、例えば、トランジスタTB1(図1C)、トランジスタT
B2(図5B)、トランジスタTD1(図5C)等を適用することができる。
きる。この場合、トランジスタMB1として、トランジスタTB1(図1C)や、トラン
ジスタTD1(図5C)等を適用することができる。
クゲートを設ける場合、バックゲートをゲートに接続してもよいし、そのゲートとは異な
る信号や電位を供給できるようにしてもよい。
図26に、表示装置700として、OLEDの構成の一例を示す。なお、図26は、OL
EDの画素部と駆動回路部のデバイス構造を説明するための図であり、OLEDの特定の
部位の断面図ではない。
形成されている。トランジスタTA1は駆動回路部720に含まれるトランジスタである
。トランジスタTB1は画素711に含まれるトランジスタである。また、画素711に
は容量素子CP1が形成されている。容量素子CP1は、一対の電極(CPE1、CPE
2)を有し、誘電体として絶縁層21を有する。電極CPE1は、トランジスタTB1の
ゲート電極GE3等と同じ導電膜51から作製される電極である。電極CPE2は、トラ
ンジスタTB1のソース電極SE3等と同じ導電膜52から作製される電極である。画素
711の構成によって、電極CPE1がゲート電極GE3が一体的に形成される場合があ
る。また、電極CPE2がソース電極SE3またはドレイン電極DE3と一体的に形成さ
れる場合がある。また、回路構成によって、ゲート電極GE1等は、配線として形成され
ている場合がある。
絶縁層25が形成されている。絶縁層25上に発光素子90が形成されている。発光素子
90は、電極91、電極92およびEL層93を有する。
DE3と電極91が接している。電極91および絶縁層24を覆って絶縁層25が形成さ
れ、絶縁層25上に絶縁層26が形成されている。絶縁層26を覆って、EL層93およ
び電極92が形成されている。電極91は、画素711毎に分割された導電膜であり、電
極92は画素部710で共通の1つの導電膜である。
しては、例えば、アルミニウム、銀、またはこれらの合金等を用いることができる。
導電膜としては、例えば、インジウム(In)、亜鉛(Zn)、錫(Sn)の中から選ば
れた一種を含む材料を用いるとよい。また、電極92としては、例えば、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、インジウム錫酸化物(
ITO)、インジウム亜鉛酸化物、酸化シリコンを添加したインジウム錫酸化物などの透
光性を有する導電性材料を用いることができる。とくに、電極92に酸化シリコンを添加
したインジウム錫酸化物を用いると、表示装置を折り曲げる際に、電極92にクラック等
が発生しにくいため好適である。
きる発光材料を用いればよい。また、該発光材料の他に、正孔注入層、正孔輸送層、電子
輸送層、電子注入層などの機能層を必要に応じて形成してもよい。
26は基板10と基板11間のギャップを維持するためのするスペーサとして機能させる
ことができる。絶縁層24−26としては、フォトポリマー、感光性アクリル、感光性ポ
リイミド等の感光性樹脂材料で形成することが好ましい。また、絶縁層24−26として
は、CVD法やスパッタ法などにより形成することのできる酸化シリコン膜等の無機絶縁
材料で形成してもよい。
シール部材は基板10と基板11の周囲に設けられている。基板11には、基板10と同
様な基板を用いることができる。基板11には、カラーフィルタ層81、遮光層82およ
びオーバーコート層83が形成されている。カラーフィルタ層81は、EL層93で発し
た光(例えば、白色光)を、異なる色の光に変換するための光学フィルター層である。基
板10にカラーフィルタ層81を形成してもよい。
毎に異なる層とする、いわゆる塗り分け方式で形成する場合は、カラーフィルタ層81を
設けてもよいし、設けなくてもよい。
遮光層82は、単層構造であっても、2層以上の積層構造であってもよい。遮光層82を
構成する膜としては、例えば、クロム、チタン、ニッケル、カーボンブラックを分散した
高分子等でなる膜があげられる。遮光層82は、駆動回路部720および画素711の表
示に寄与しない領域を覆うように形成される。
は酸素)の拡散を防ぐ機能を有する。オーバーコート層83は、例えば、ポリイミド樹脂
、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等で形成することができる。
、同様の理由で、基板10と基板11の間の空間13には、窒素ガスやアルゴンガスなど
の不活性気体を充填する、また樹脂材料などの固体物質を充填するとよい。また、空間1
3に屈折率の高い物質(樹脂等)を充填することで、発光素子90の光の取り出し効率を
向上させることができる。
図27に、表示装置700として、LCDの構成の一例を示す。なお、図26と同様に図
27も、LCDの画素部と駆動回路部のデバイス構造の積層構造を説明するための図であ
り、LCDの特定の部位の断面図ではない。
形成されている。トランジスタTC1は駆動回路部720に含まれるトランジスタである
。トランジスタTD1は画素711に含まれるトランジスタである。また、画素711に
は容量素子CP2が形成されている。容量素子CP2は、一対の電極(PXE1、OCE
1)を有し、絶縁層21を誘電体とするデバイスである。
バックゲート電極BGE6は、電極PXE1と同じ導電膜から、同じ工程で作製される。
電極OCE1は、酸化物半導体膜33から形成される導電膜である。絶縁層23として窒
化物絶縁膜を形成する場合、酸化物半導体膜33が絶縁層23に接した状態で加熱するこ
とで、その抵抗値がさがり、電極OCE1が形成される。電極OCE1を作製する場合は
、絶縁層23を形成する前に、絶縁層22の容量素子CP2が形成される領域に開口を形
成する。
樹脂膜で形成することが好ましい。絶縁層27は、画素711に形成されるトランジスタ
TD1を覆うように形成される。絶縁層27としては、例えば、ポリイミド、アクリル、
ポリアミド、エポキシ等を用いることができる。その厚さが500nm以上10μm以下
であることが好ましい。
8に負の電圧が印加されることによって発生する電場が絶縁層27の表面にまで影響せず
、絶縁層27の表面に正の電荷が帯電しにくくなる。また、空気中に含まれる正の荷電粒
子が、絶縁層27の表面に吸着しても、絶縁層27は、500nm以上と厚さが厚いため
、酸化物半導体層OS8と絶縁層21の界面は、絶縁層27の表面に吸着した正の荷電粒
子の電場の影響を受けにくい。このような構造のため、層OS8と絶縁層21の界面は実
質的に正のバイアスが印加された状態とならないため、トランジスタTD1のしきい値電
圧の変動をおさえることができる。そのため、信頼性の高いLCDを提供することが可能
になる。
対向電極COME1が形成されており、電極COME1を覆って配向層87が形成されて
いる。また、基板10にも配向層86が形成される。配向層86、87は必要に応じて設
ければよい。
シール部材は基板10と基板11の周囲に設けられている。そのため、駆動回路部720
の全てまたは一部がシール部材で覆われる場合もある。基板10と基板11の隙間には液
晶材料15が封止されている。液晶材料15、電極PXE1および電極COME1により
液晶素子LCE2が構成される。基板10と基板11の間隔を維持するためのスペーサと
して機能する絶縁層が基板10または基板11に設けられている。
たが、本発明の一形態はこれに限定されない。例えば、本明細書等において、表示素子、
表示素子を有する装置である表示装置、発光素子、及び発光素子を有する装置である発光
装置は、様々な形態を用いること、又は様々な素子を有することが出来る。表示素子、表
示装置、発光素子又は発光装置は、例えば、EL素子(有機物及び無機物を含むEL素子
、有機EL素子、無機EL素子)、LED(白色LED、赤色LED、緑色LED、青色
LED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、液
晶素子、電子インク、電気泳動素子、グレーティングライトバルブ(GLV)、プラズマ
ディスプレイ(PDP)、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、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、エレクトロウェッティング素子、圧電セラミックディスプレイ、カーボンナノチ
ューブを用いた表示素子などの少なくとも一つを有している。これらの他にも、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
有していても良い。
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)又はSE
D方式平面型ディスプレイ(SED:Surface−conduction Elec
tron−emitter Display)などがある。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(透過型液晶表示装置、半透過型液晶表示装置、反射型液晶
表示装置、直視型液晶表示装置、投射型液晶表示装置)などがある。電子インク又は電気
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。なお、半透過型液
晶表示装置や反射型液晶表示装置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。
実施の形態1で述べたように、半導体装置を一部あるいは全部完成させた後、半導体装置
の作製に使用した基板を分離して、他の基板に転載することが可能である。このような作
製方法を用いることで、トランジスタを耐熱性の劣る基板や可撓性の基板にも転載できる
。
可能な基板に加え、紙基板、セロファン基板、アラミドフィルム基板、ポリイミドフィル
ム基板、石材基板、木材基板、布基板(天然繊維(絹、綿、麻)、合成繊維(ナイロン、
ポリウレタン、ポリエステル)若しくは再生繊維(アセテート、キュプラ、レーヨン、再
生ポリエステル)などを含む)、皮革基板、又はゴム基板などがある。これらの基板を用
いることにより、特性のよいトランジスタの形成、消費電力の小さいトランジスタの形成
、壊れにくい装置の製造、耐熱性の付与、軽量化、又は薄型化を図ることができる。
半導体装置として表示装置700を作製する例について説明する。
本発明の一形態にかかる表示装置700の作製方法について、図28及び図29を用いて
説明する。
8A)。素子層410には、トランジスタ等の半導体素子が形成されている。或いは、素
子層410には、半導体素子に加え、表示素子、または画素電極などの表示素子の一部が
形成されていても良い。
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4
62として用いてもよい。
ン膜、酸化窒化珪素膜、窒化珪素膜、窒化酸化シリコン膜等の絶縁膜を形成すると、ガラ
ス基板からの汚染を防止でき、好ましい。
脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等の有機樹脂膜を用いることができる。中で
もポリイミド樹脂を用いると耐熱性が高いため好ましい。絶縁膜420として、例えば、
ポリイミド樹脂を用いる場合、該ポリイミド樹脂の膜厚は、3nm以上20μm以下、好
ましくは500nm以上2μm以下である。絶縁膜420として、ポリイミド樹脂を用い
る場合、スピンコート法、ディップコート法、ドクターブレード法等により形成すること
ができる。例えば、絶縁膜420としてポリイミド樹脂を用いる場合、ドクターブレード
法により、当該ポリイミド樹脂を用いた膜の一部を除去することで、所望の厚さを有する
絶縁膜420を得ることができる。
しい。例えば、素子層410に含まれる、無機材料を用いた絶縁膜または導電膜は、成膜
温度が150℃以上300℃以下、さらには200℃以上270℃以下で形成されること
が好ましい。また、素子層410に含まれる、有機樹脂材料を用いた絶縁膜等は、成膜温
度が室温以上100℃以下で形成されると好ましい。
OS膜を用いることが好ましい。当該トランジスタの酸化物半導体膜にCAAC−OS膜
を用いると、例えば、表示装置700を折り曲げる際に、チャネル形成領域にクラック等
が入りづらく、曲げに対する耐性を高めることが可能となる。
物を用いると、表示装置700を折り曲げる際に、当該導電膜にクラック等が入りづらく
なるため、好ましい。
板462から絶縁膜420と素子層410を剥離する。これにより、絶縁膜420と素子
層410は、仮支持基板466側に設けられる(図28B)。
金属基板などを用いることができる。また、本実施の形態の処理温度に耐えうる耐熱性を
有するプラスチック基板を用いてもよいし、フィルムのような可撓性基板を用いてもよい
。
させることが可能であるもののように、必要時に仮支持基板466と素子層410とを化
学的もしくは物理的に分離することが可能な接着剤を用いる。
、基板462の絶縁膜420が形成されていない側、すなわち図28Bに示す下方側より
絶縁膜420にレーザ光468を照射することで、絶縁膜420を脆弱化させることで基
板462と絶縁膜420を剥離することができる。また、上記レーザ光468の照射エネ
ルギー密度を調整することで、基板462と絶縁膜420の密着性が高い領域と、基板4
62と絶縁膜420の密着性が低い領域を作り分けてから剥離してもよい。
て例示したが、これに限定されない。例えば、絶縁膜420と素子層410との界面で剥
離してもよい。
0を剥離してもよい。または、絶縁膜420と素子層410との界面に液体を浸透させて
絶縁膜420から素子層410を剥離してもよい。上記液体としては、例えば、水、極性
溶媒等を用いることができる。絶縁膜420を剥離する界面、具体的には基板462と絶
縁膜420との界面または絶縁膜420と素子層410との界面に液体を浸透させること
によって、素子層410に与えられる剥離に伴い発生する静電気等の影響を抑制すること
ができる。
64及び仮支持基板466を取り外す(図28D)。
ると好ましい。
412上の絶縁膜440と、素子層411とを形成する(図29A)。素子層411が有
する絶縁膜440としては、絶縁膜420と同様の材料、ここでは有機樹脂を用いて形成
することができる。
層411と、を貼り合わせる(図29B)。
ては、可撓性を有する構成が好ましい。封止層432としては、例えば、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。
次いで、本発明の一形態にかかる表示装置700の別の作製方法について、図30を用い
て説明する。なお、図30では、絶縁膜420及び絶縁膜440として無機絶縁膜を用い
る構成について説明する。
形成し、絶縁膜420上に素子層410を形成する(図30A)。
、ニッケル、コバルト、ジルコニウム、亜鉛、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オス
ミウム、イリジウム、シリコンから選択された元素、該元素を含む合金材料、または該元
素を含む化合物材料を含み、単層または積層された構造を用いることができる。また、シ
リコンを含む層の場合、該シリコンを含む層の結晶構造としては、非晶質、微結晶、多結
晶、単結晶のいずれでもよい。
できる。なお、塗布法は、スピンコーティング法、液滴吐出法、ディスペンス法を含む。
ブデンの混合物を含む層を形成することが好ましい。また、タングステンの酸化物もしく
は酸化窒化物を含む層、モリブデンの酸化物もしくは酸化窒化物を含む層、またはタング
ステンとモリブデンの混合物の酸化物もしくは酸化窒化物を含む層を形成してもよい。な
お、タングステンとモリブデンの混合物とは、例えば、タングステンとモリブデンの合金
に相当する。
層構造を形成する場合、タングステンを含む層を形成し、その上層に酸化物で形成される
絶縁層を形成することで、タングステン層と絶縁層との界面に、タングステンの酸化物を
含む層が形成されることを活用してもよい。また、タングステンを含む層の表面を、熱酸
化処理、酸素プラズマ処理、亜酸化窒素(N2O)プラズマ処理、オゾン水等の酸化力の
強い溶液での処理等を行ってタングステンの酸化物を含む層を形成してもよい。またプラ
ズマ処理や加熱処理は、酸素、窒素、亜酸化窒素単独、あるいは該ガスとその他のガスと
の混合気体雰囲気下で行ってもよい。上記プラズマ処理や加熱処理により、剥離層463
の表面状態を変えることにより、剥離層463と後に形成される絶縁膜420との密着性
を制御することが可能である。
リコン膜、酸化アルミニウム膜などの透湿性の低い無機絶縁膜を用いることができる。上
記無機絶縁膜は、例えば、スパッタリング法、PECVD法等を用いて形成することがで
きる。
離層463から絶縁膜420と素子層410を剥離する。これにより、絶縁膜420と素
子層410は、仮支持基板466側に設けられる(図30B)。
、剥離層463と絶縁膜420との界面に金属酸化膜を含む層を形成した場合は、該金属
酸化膜を結晶化により脆弱化して、剥離層463から絶縁膜420を剥離することができ
る。また、剥離層463をタングステン膜で形成した場合は、アンモニア水と過酸化水素
水の混合溶液によりタングステン膜をエッチングしながら剥離を行ってもよい。
420を剥離してもよい。上記液体としては、例えば、水、極性溶媒等を用いることがで
きる。絶縁膜420を剥離する界面、具体的には剥離層463と絶縁膜420との界面に
液体を浸透させることによって、素子層410に与えられる剥離に伴い発生する静電気等
の影響を抑制することができる。
剥離用接着剤464を溶解または可塑化させて、素子層410から剥離用接着剤464と
仮支持基板466を取り除く(図30D)。なお、素子層410の表面が露出するように
剥離用接着剤464を水や溶媒などで除去すると好ましい。以上により、基板401上に
素子層410を作製することができる。
412と、接着層412上の絶縁膜440と、素子層411と、を形成する。その後、素
子層410と素子層411の間に、封止層432を充填し、素子層410と素子層411
と、を貼り合わせる。
に接続する。このFPCにICチップを実装してもよい。
本実施の形態では、半導体装置の一例として、表示装置および表示装置を備えた電子機器
などについて説明する。
図31Aは、表示装置の外観の一例を示す、斜視図である。図31Aに示すように、表示
装置1610は、パネル1601と、コントローラ、電源回路、画像処理回路、画像メモ
リ、CPUなどが設けられた回路基板1602と、接続部1603とを有している。パネ
ル1601は、画素が複数設けられた画素部1604と、複数の画素を行ごとに選択する
駆動回路1605と、選択された行内の画素への画像信号Sigの入力を制御する駆動回
路1606とを有する。
1601に入力される。接続部1603には、FPC(Flexible Printe
d Circuit)などを用いることができる。FPCにチップを実装したものをCO
Fテープと呼び、COFテープを用いると、より小さい面積でより高密度の実装を行うこ
とができる。また、接続部1603にCOFテープを用いる場合、回路基板1602内の
一部の回路、或いはパネル1601が有する駆動回路1605や駆動回路1606の一部
などを別途用意したチップに形成しておき、COF(Chip On Film)法を用
いて当該チップをCOFテープに接続しておいても良い。
す。図31Bに示すように、表示装置1611において、チップ1608は、バンプなど
の端子を表面に有する半導体ベアチップ(IC、LSIなど)である。さらに、COFテ
ープ1607に、CR部品も実装でき、回路基板1602の面積縮小も図れる。フレキシ
ブル基板の配線パターンは、実装するチップの端子に対応して複数形成される。チップ1
608は、ボンダー装置などにより、配線パターンを有するフレキシブル基板上に位置決
めして配置し、熱圧着することによって実装される。
たが特に限定されない。1つのCOFテープ1607の片面または両面に複数列のチップ
を実装することができるが、コスト削減のためには、実装するチップ数を少なくするため
一列とすることが好ましく、さらに好ましくは1個とすることが望ましい。
図32に、回路基板2003の外観図を示す。回路基板2003は、スリット2211を
有するFPC2201上に、Bluetooth(登録商標。IEEE802.15.1
に同じ。)規格の通信装置2101、マイコン2102、記憶装置2103、FPGA2
104、DAコンバータ2105、充電制御IC2106、レベルシフタ2107を設け
た構成を有する。また、回路基板2003は、入出力コネクタ2108を介して、本発明
の一形態に係る表示装置と電気的に接続する。また、FPC2201にスリット2211
を設けることにより、FPC2201を用いた回路基板2003の可撓性を高めている。
させることができる。よって、可撓性を有する基板を用いた表示装置と、回路基板200
3とは、装着部位の形状に合わせて繰り返し変形することができるので、腕や足などの身
体に装着可能な電子機器に利用するのに適している。
図33Aは情報処理装置1000の外観を説明する模式図であり、図33Bは、図33A
のX1−X2線による断面の構造を説明する模式図である。また、図33Cおよび図33
Dは、情報処理装置1000の外観を説明する模式図であり、図33Eは、図33Cおよ
び図33DのX3−X4線による断面の構造を説明する模式図である。図33Cは情報処
理装置1000の正面を説明する模式図であり。図33Dは情報処理装置1000の背面
を説明する模式図である。
理装置1000の正面だけでなく、側面や背面にも設けられていてもよい。また、位置入
力部1001または表示部1002は、情報処理装置1000の上面に設けられていても
よい。また、位置入力部1001または表示部1002は、情報処理装置1000の底面
に設けられていてもよい。
続端子等を有していてもよい。
面にのみ表示するのではなく、筐体1003の側面にも表示を行うことが可能となる。特
に、筐体1003の2以上の側面に沿って表示領域を設けると、表示の多様性がより高ま
るため好ましい。
は、それぞれ独立な表示領域として用いて異なる画像等を表示してもよいし、いずれか2
つ以上の表示領域にわたって一つの画像等を表示してもよい。例えば、情報処理装置の正
面に沿って配置された表示領域に表示する画像を、情報処理装置の側面に沿って設けられ
る表示領域などに連続して表示してもよい。
装置1005が表示部1002と離隔した位置に設けられている。図33Eでは、演算装
置1005が表示部1002と重なる位置に設けられている。
1(1)に対向する第2の領域1001(2)と、第1の領域1001(1)および第2
の領域1001(2)の間に第3の領域1001(3)と、が形成されるように折り曲げ
ることができる可撓性を有する(図33B参照)。また、他の一例として、第1の領域1
001(1)と、第3の領域1001(3)と、第3の領域1001(3)に対向する第
4の領域1001(4)と、が形成されるように折り曲げることができる可撓性を有する
(図33E参照)。
3の領域1001(3)に対向する第4の領域1001(4)と、が形成されるように折
り曲げることができる可撓性を有していても良い。
領域1001(1)に正対する配置に限られず、第1の領域1001(1)に傾きを持っ
て向き合う配置も含むものとする。また、第3の領域1001(3)に対向する第4の領
域1001(4)の配置は、第3の領域1001(3)に正対する配置に限られず、第3
の領域1001(3)に傾きを持って向き合う配置も含むものとする。
第3の領域1001(3)、または第4の領域1001(4)の一部と重なるように配置
される。
1を含んで構成される。そして、位置入力部1001は、例えば、第1の領域1001(
1)と、第1の領域に対向する第2の領域1001(2)と、第1の領域1001(1)
および第2の領域1001(2)の間に表示部1002と重なる第3の領域1001(3
)と、が形成されるように折り曲げることができる。これにより、例えば掌もしくは手の
指の何れかが、第1の領域1001(1)または第2の領域1001(2)などの何れか
に近接したのかを知ることができる。その結果、操作性に優れたヒューマンインターフェ
イスを提供できる。または、操作性に優れた新規な情報処理装置を提供できる。
る。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、ポリイミド、ア
ラミド、エポキシ、ポリカーボネート若しくはアクリル樹脂等を挙げることができる。ま
た、可撓性を有さないような通常の基板としては、ガラス基板、石英基板、半導体基板な
どを用いることが出来る。
本発明の一態様に係る半導体装置は、表示装置、ノート型パーソナルコンピュータ、記録
媒体を備えた画像再生装置(代表的にはDVD:Digital Versatile
Disc等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを有する装置)に用
いることができる。その他に、本発明の一態様に係る半導体装置を用いることができる電
子機器として、携帯電話、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、電子書籍、ビデオカメラ、デ
ジタルスチルカメラなどのカメラ、ゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレ
イ)、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、デジタルオーディオプ
レイヤー等)、複写機、ファクシミリ、プリンター、プリンター複合機、現金自動預け入
れ払い機(ATM)、自動販売機などが挙げられる。これら電子機器の具体例を図34に
示す。
。本発明の一態様に係る半導体装置は、表示部5002に用いることができる。なお、表
示装置には、パーソナルコンピュータ用、TV放送受信用、広告表示用などの全ての情報
表示用表示装置が含まれる。
有する。本発明の一態様に係る半導体装置は、表示部5102に用いることができる。
発明の一態様に係る半導体装置に可撓性を有する基板を用いることで、曲面を有する筐体
5701に支持された表示部5702に、当該半導体装置を用いることができ、フレキシ
ブルかつ軽くて使い勝手の良い表示装置を提供することができる。
部5304、マイクロホン5305、スピーカー5306、操作キー5307、スタイラ
ス5308等を有する。本発明の一態様に係る半導体装置は、表示部5303または表示
部5304に用いることができる。表示部5303または表示部5304に本発明の一態
様に係る半導体装置を用いることで、ユーザーの使用感に優れ、品質の低下が起こりにく
い携帯型ゲーム機を提供することができる。なお、図34Dに示した携帯型ゲーム機は、
2つの表示部5303と表示部5304とを有しているが、携帯型ゲーム機が有する表示
部の数は、これに限定されない。
に係る半導体装置は、表示部5602に用いることができる。そして、可撓性を有する基
板を用いることで、半導体装置に可撓性を持たせることができるので、フレキシブルかつ
軽くて使い勝手の良い電子書籍を提供することができる。
カー5904、カメラ5903、外部接続部5906、操作用のボタン5905が設けら
れている。表示部5902に、本発明の一態様に係る半導体装置を用いることできる。ま
た、本発明の一態様に係る半導体装置を、可撓性を有する基板に形成した場合、図34F
に示すような曲面を有する表示部5902に当該半導体装置を適用することが可能である
。
本実施の形態では、OSトランジスタに用いられる酸化物半導体膜について説明する。
単結晶酸化物半導体膜とは、CAAC−OS(C Axis Aligned Crys
talline Oxide Semiconductor)膜、多結晶酸化物半導体膜
、微結晶酸化物半導体膜、非晶質酸化物半導体膜などをいう。
多結晶構造の酸化物半導体(以下、多結晶酸化物半導体という。)、微結晶構造の酸化物
半導体(以下、微結晶酸化物半導体という。)、及び非晶質構造の酸化物半導体(以下、
非晶質酸化物半導体という。)の一以上で構成されてもよい。また、酸化物半導体膜は、
CAAC−OS膜で構成されていてもよい。また、酸化物半導体膜は、非晶質酸化物半導
体及び結晶粒を有する酸化物半導体で構成されていてもよい。以下に、CAAC−OS膜
及び微結晶酸化物半導体膜について説明する。
CAAC−OSは、c軸配向した複数の結晶部を有する酸化物半導体の一つである。CA
AC−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。透過型電子顕微鏡(TEM:Transmi
ssion 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
の結晶部を確認することができる。一方、明確な結晶部同士の境界、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。
晶部において、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膜が形成されている面(被形成面ともいう。)または上面の凹凸を反
映した形状であり、CAAC−OSの被形成面または上面と平行となる。
晶部において、金属原子が三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、異なる結晶部間で、金属原子の配列に規則性は見られない。
M像である。また、図35Bは、図35Aをさらに拡大した高分解能TEM像であり、理
解を容易にするために原子配列を強調表示している。
所的なフーリエ変換像である。図35Cより、各領域においてc軸配向性が確認できる。
また、A−O間とO−A’間とでは、c軸の向きが異なるため、異なるグレインであるこ
とが示唆される。また、A−O間では、c軸の角度が14.3°、16.6°、26.4
°のように少しずつ連続的に変化していることがわかる。同様に、O−A’間では、c軸
の角度が−18.3°、−17.6°、−15.9°と少しずつ連続的に変化しているこ
とがわかる。
測される。例えば、CAAC−OS膜の上面に対し、例えば1nm以上30nm以下の電
子線を用いる電子回折(ナノビーム電子回折ともいう。)を行うと、スポットが観測され
る(図36A参照。)。
に収まる大きさである。従って、CAAC−OSに含まれる結晶部は、一辺が10nm未
満、5nm未満または3nm未満の立方体内に収まる大きさの場合も含まれる。ただし、
CAAC−OSに含まれる複数の結晶部が連結することで、一つの大きな結晶領域を形成
する場合がある。例えば、試料面と概略垂直な方向から観察したCAAC−OSの高分解
能TEM像において、2500nm2以上、5μm2以上または1000μm2以上とな
る結晶領域が観察される場合がある。
を用いて構造解析を行うと、例えばInGaZnO4の結晶を有するCAAC−OS膜の
out−of−plane法による解析では、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、InGaZnO4の結晶の(009)面に帰属されるこ
とから、CAAC−OS膜の結晶がc軸配向性を有し、c軸が被形成面または上面に概略
垂直な方向を向いていることが確認できる。
ne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場合がある。このピ
ークは、InGaZnO4の結晶の(110)面に帰属される。InGaZnO4の単結
晶酸化物半導体膜であれば、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)を行うと、(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。これに対し、CAAC−OS膜の場合は、2
θを56°近傍に固定してφスキャンした場合でも、明瞭なピークが現れない。
規則であるが、c軸配向性を有し、かつc軸が被形成面または上面の法線ベクトルに平行
な方向を向いていることがわかる。従って、断面の高分解能TEM像で確認された層状に
配列した金属原子の各層は、結晶のab面に平行な面である。
った際に形成される。上述したように、結晶のc軸は、CAAC−OS膜の被形成面また
は上面の法線ベクトルに平行な方向に配向する。従って、例えば、CAAC−OS膜の形
状をエッチングなどによって変化させた場合、結晶のc軸がCAAC−OS膜の被形成面
または上面の法線ベクトルと平行にならないこともある。
例えば、CAAC−OS膜の結晶部が、CAAC−OS膜の上面近傍からの結晶成長によ
って形成される場合、上面近傍の領域は、被形成面近傍の領域よりもc軸配向した結晶部
の割合が高くなることがある。また、不純物の添加されたCAAC−OS膜は、不純物が
添加された領域が変質し、部分的にc軸配向した結晶部の割合の異なる領域が形成される
こともある。
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膜中の一部に、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。
シリコン、遷移金属元素などの酸化物半導体膜の主成分以外の元素である。特に、シリコ
ンなどの、酸化物半導体膜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
物半導体膜から酸素を奪うことで酸化物半導体膜の原子配列を乱し、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、酸化物半導体膜内部に含まれると、酸化物半導体膜の
原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。なお、酸化物半導体膜に含まれる不純
物は、キャリアトラップやキャリア発生源となる場合がある。
半導体膜中の酸素欠損は、キャリアトラップとなることや、水素を捕獲することによって
キャリア発生源となることがある。
実質的に高純度真性とよぶ。高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜
は、キャリア発生源が少ないため、キャリア密度を低くすることができる。従って、当該
酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性(ノー
マリーオンともいう。)になることが少ない。また、高純度真性または実質的に高純度真
性である酸化物半導体膜は、キャリアトラップが少ない。そのため、当該酸化物半導体膜
を用いたトランジスタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる。
なお、酸化物半導体膜のキャリアトラップに捕獲された電荷は、放出するまでに要する時
間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、不純物濃度が高く
、欠陥準位密度が高い酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、電気特性が不安定となる
場合がある。
の変動が小さい。
微結晶酸化物半導体は、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、明確に結晶部を確認することができない領域とを有する。微結晶酸化物半導体膜に含
まれる結晶部は、1nm以上100nm以下、または1nm以上10nm以下の大きさで
あることが多い。特に、1nm以上10nm以下、または1nm以上3nm以下の微結晶
であるナノ結晶(nc:nanocrystal)を有する酸化物半導体膜を、nc−O
S(nanocrystalline Oxide Semiconductor)膜と
よぶ。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。
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膜は、異なる
結晶部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。従
って、nc−OS膜は、分析方法によっては、非晶質酸化物半導体膜と区別が付かない場
合がある。例えば、nc−OS膜に対し、結晶部よりも大きい径のX線を用いるXRD装
置を用いて構造解析を行うと、out−of−plane法による解析では、結晶面を示
すピークが検出されない。また、nc−OS膜に対し、結晶部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(制限視野電子回折ともいう。)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膜に対し、結
晶部の大きさと近いか結晶部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膜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(図36B参照。)。
(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。nc−OS膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも規則性の高い
酸化物半導体膜である。そのため、nc−OS膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも欠陥準
位密度が低くなる。ただし、nc−OS膜は、異なる結晶部間で結晶方位に規則性が見ら
れない。そのため、nc−OS膜は、CAAC−OS膜と比べて欠陥準位密度が高くなる
。
AC−OS膜のうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。
が可能となる場合がある。
下の試料室314と、試料室314の下の光学系316と、光学系316の下の観察室3
20と、観察室320に設置されたカメラ318と、観察室320の下のフィルム室32
2と、を有する透過電子回折測定装置を示す。カメラ318は、観察室320内部に向け
て設置される。なお、フィルム室322を有さなくても構わない。
回折測定装置内部では、電子銃室310に設置された電子銃から放出された電子が、光学
系312を介して試料室314に配置された物質328に照射される。物質328を通過
した電子は、光学系316を介して観察室320内部に設置された蛍光板332に入射す
る。蛍光板332では、入射した電子の強度に応じたパターンが現れることで透過電子回
折パターンを測定することができる。
を撮影することが可能である。カメラ318のレンズの中央、および蛍光板332の中央
を通る直線と、蛍光板332の上面との為す角度は、例えば、15°以上80°以下、3
0°以上75°以下、または45°以上70°以下とする。該角度が小さいほど、カメラ
318で撮影される透過電子回折パターンは歪みが大きくなる。ただし、あらかじめ該角
度がわかっていれば、得られた透過電子回折パターンの歪みを補正することも可能である
。なお、カメラ318をフィルム室322に設置しても構わない場合がある。例えば、カ
メラ318をフィルム室322に、電子324の入射方向と対向するように設置してもよ
い。この場合、蛍光板332の裏面から歪みの少ない透過電子回折パターンを撮影するこ
とができる。
ルダは、物質328を通過する電子を透過するような構造をしている。ホルダは、例えば
、物質328をX軸、Y軸、Z軸などに移動させる機能を有していてもよい。ホルダの移
動機能は、例えば、1nm以上10nm以下、5nm以上50nm以下、10nm以上1
00nm以下、50nm以上500nm以下、100nm以上1μm以下などの範囲で移
動させる精度を有すればよい。これらの範囲は、物質328の構造によって最適な範囲を
設定すればよい。
方法について説明する。
化させる(スキャンする)ことで、物質の構造が変化していく様子を確認することができ
る。このとき、物質328がCAAC−OS膜であれば、図36Aに示したような回折パ
ターンが観測される。または、物質328がnc−OS膜であれば、図36Bに示したよ
うな回折パターンが観測される。
と同様の回折パターンが観測される場合がある。したがって、CAAC−OS膜の良否は
、一定の範囲におけるCAAC−OS膜の回折パターンが観測される領域の割合(CAA
C化率ともいう。)で表すことができる場合がある。例えば、良質なCAAC−OS膜で
あれば、CAAC化率は、50%以上、好ましくは80%以上、さらに好ましくは90%
以上、より好ましくは95%以上となる。なお、CAAC−OS膜と異なる回折パターン
が観測される領域の割合を非CAAC化率と表記する。
における450℃加熱処理後のCAAC−OS膜を有する各試料の上面に対し、スキャン
しながら透過電子回折パターンを取得した。ここでは、5nm/秒の速度で60秒間スキ
ャンしながら回折パターンを観測し、観測された回折パターンを0.5秒ごとに静止画に
変換することで、CAAC化率を導出した。なお、電子線としては、プローブ径が1nm
のナノビーム電子線を用いた。なお、同様の測定は6試料に対して行った。そしてCAA
C化率の算出には、6試料における平均値を用いた。
化率は75.7%(非CAAC化率は24.3%)であった。また、450℃加熱処理後
のCAAC−OS膜のCAAC化率は85.3%(非CAAC化率は14.7%)であっ
た。成膜直後と比べて、450℃加熱処理後のCAAC化率が高いことがわかる。即ち、
高い温度(例えば400℃以上)における加熱処理によって、非CAAC化率が低くなる
(CAAC化率が高くなる)ことがわかる。また、500℃未満の加熱処理においても高
いCAAC化率を有するCAAC−OS膜が得られることがわかる。
パターンであった。また、測定領域において非晶質酸化物半導体膜は、確認することがで
きなかった。したがって、加熱処理によって、nc−OS膜と同様の構造を有する領域が
、隣接する領域の構造の影響を受けて再配列し、CAAC化していることが示唆される。
面TEM像である。図37Bと図37Cとを比較することにより、450℃加熱処理後の
CAAC−OS膜は、膜質がより均質であることがわかる。即ち、高い温度における加熱
処理によって、CAAC−OS膜の膜質が向上することがわかる。
なる場合がある。
21−22 絶縁層
31−33 酸化物半導体膜
51−53 導電層
Claims (2)
- 第1のゲート電極及び第2のゲート電極と、
前記第1のゲート電極及び前記第2のゲート電極上の第1の絶縁層と、
前記第1の絶縁層上の、前記第1のゲート電極と重なる領域を有する第1の酸化物半導体膜と、
前記第1の絶縁層上の、前記第2のゲート電極と重なる領域を有する第2の酸化物半導体膜と、
前記第1の酸化物半導体膜上の第3の酸化物半導体膜と、
前記第2の酸化物半導体膜及び前記第3の酸化物半導体膜上の第2の絶縁層と、
前記第2の絶縁層上方の、前記第3の酸化物半導体膜と重なる領域を有する第3のゲート電極と、
前記第3の酸化物半導体膜と電気的に接続された第1のソース電極及び第1のドレイン電極と、
前記第2の酸化物半導体膜と電気的に接続された第2のソース電極及び第2のドレイン電極と、を有し、
前記第1の酸化物半導体膜、前記第2の酸化物半導体膜、及び前記第3の酸化物半導体膜はそれぞれ、インジウムと、インジウムと異なる金属元素と、を有し、
前記第1の酸化物半導体膜中のインジウムの原子数比は、前記第2の酸化物半導体膜中のインジウムの原子数比及び前記第3の酸化物半導体膜中のインジウムの原子数比よりも大きいことを特徴とする半導体装置。 - 第1のゲート電極及び第2のゲート電極と、
前記第1のゲート電極及び前記第2のゲート電極上の第1の絶縁層と、
前記第1の絶縁層上の、前記第1のゲート電極と重なる領域を有する第1の酸化物半導体膜と、
前記第1の絶縁層上の、前記第2のゲート電極と重なる領域を有する第2の酸化物半導体膜と、
前記第1の酸化物半導体膜上の第3の酸化物半導体膜と、
前記第3の酸化物半導体膜上の第4の酸化物半導体膜と、
前記第2の酸化物半導体膜及び前記第4の酸化物半導体膜上の第2の絶縁層と、
前記第2の絶縁層上方の、前記第4の酸化物半導体膜と重なる領域を有する第3のゲート電極と、
前記第4の酸化物半導体膜と電気的に接続された第1のソース電極及び第1のドレイン電極と、
前記第2の酸化物半導体膜と電気的に接続された第2のソース電極及び第2のドレイン電極と、を有し、
前記第1の酸化物半導体膜、前記第2の酸化物半導体膜、前記第3の酸化物半導体膜、及び前記第4の酸化物半導体膜はそれぞれ、インジウムと、インジウムと異なる金属元素と、を有し、
前記第3の酸化物半導体膜中のインジウムの原子数比は、前記第1の酸化物半導体膜中のインジウムの原子数比、前記第2の酸化物半導体膜中のインジウムの原子数比、及び前記第4の酸化物半導体膜中のインジウムの原子数比よりも大きいことを特徴とする半導体装置。
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