JP2017139500A - 半導体装置の作製方法 - Google Patents
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Abstract
Description
全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。
タ(TFT)ともいう)を構成する技術が注目されている。該トランジスタは集積回路(
IC)や画像表示装置(表示装置)のような電子デバイスに広く応用されている。トラン
ジスタに適用可能な半導体薄膜としてシリコン系半導体材料が広く知られているが、その
他の材料として酸化物半導体が注目されている。
インジウム(In)、ガリウム(Ga)、及び亜鉛(Zn)を含む非晶質酸化物を用いた
トランジスタが開示されている(特許文献1参照。)。
などが生じると、その電気伝導度が変化してしまう。このような現象は、酸化物半導体を
用いたトランジスタにとって電気的特性の変動要因となる。
、高信頼性化することを目的の一とする。
(希ガス元素)を注入し、該希ガスイオンを注入した酸化物半導体膜に加熱工程を行う。
この希ガスイオンの注入工程及び加熱工程によって、水素又は水などの水素を含む不純物
(水酸基又は水素化物(水素化合物ともいう))などの不純物を酸化物半導体膜より意図
的に排除し、酸化物半導体膜を高純度化する。
工程によって排除する処理を脱水化又は脱水素化処理ともいう。
放出を妨害するような状態(例えば、水素又は水等を通過させない(ブロックする)膜な
どを設ける等)とせず、酸化物半導体膜は表面を露出した状態とすることが好ましい。
(例えば金属元素)と水素との間の結合が切断され、後に行われる加熱工程により不純物
である水素を酸化物半導体膜から脱離させやすくすることができる。さらに、希ガスイオ
ンの注入によって膜中にボイド(欠陥)が形成されるため、結合が切断された水素は、該
ボイドを通じて容易に膜中から脱離することができる。
体を構成している元素(例えば金属元素)と水酸基との間の結合も切断されるため、結合
が切断された水素と水酸化物イオンが結合し、水として酸化物半導体膜中から脱離する場
合もある。
度化した後、十分な酸素を供給することによりI型(真性)の酸化物半導体膜、又はI型
(真性)に限りなく近い酸化物半導体膜とすることができる。すなわち、水素や水等の不
純物を極力除去した後、十分な酸素を供給することにより、高純度化されたI型(真性半
導体)又はそれに近づけることができる。そうすることにより、酸化物半導体のフェルミ
準位(Ef)を真性フェルミ準位(Ei)と同じレベルにまですることができる。
スイオンを注入する注入工程において、酸化物半導体膜における注入された希ガス元素の
濃度のピークを1×1019atoms/cm3以上3×1022atoms/cm3以
下(好ましくは1×1020atoms/cm3以上3×1021atoms/cm3以
下)とする。上記濃度範囲となるように希ガスイオンを酸化物半導体膜中(及び界面)に
注入すると、酸化物半導体を構成している元素と水素との間の結合の切断、及び膜中にお
けるボイド(欠陥)の形成を十分に行えるため、酸化物半導体膜からの水素の脱離を効果
的に行うことができる。
を注入することによる、酸化物半導体を構成している元素と水素との間の結合の切断、及
び膜中におけるボイド(欠陥)の形成が不十分となり、酸化物半導体膜の脱水化又は脱水
素化処理の効果も十分に得られない。
イオンの多量の注入によって、形状不良や脆弱化など膜質の劣化や、電気的特性の変動な
ど、酸化物半導体膜に悪影響を及ぼすおそれがある。
タを作製するために、十分高純度化した酸化物半導体膜を得ることは困難である。
半導体膜中に希ガスイオンを注入する注入工程を行い、減圧下、窒素雰囲気下、又は希ガ
ス雰囲気下において、希ガスイオンを注入した酸化物半導体膜に加熱工程を行って希ガス
イオンを注入した酸化物半導体膜中に含まれる水素若しくは水を放出させ、注入工程にお
いて、酸化物半導体膜における注入された希ガス元素の濃度のピークを1×1019at
oms/cm3以上3×1022atoms/cm3以下とする半導体装置の作製方法で
ある。
半導体膜中に希ガスイオンを注入する注入工程を行い、減圧下、窒素雰囲気下、又は希ガ
ス雰囲気下において、希ガスイオンを注入した酸化物半導体膜に加熱工程を行って希ガス
イオンを注入した酸化物半導体膜中に含まれる水素若しくは水を放出させ、加熱工程を行
った酸化物半導体膜の少なくとも一部と接する絶縁層を形成し、注入工程において、酸化
物半導体膜における注入された希ガス元素の濃度のピークを1×1019atoms/c
m3以上3×1022atoms/cm3以下とする半導体装置の作製方法である。
半導体膜中に希ガスイオンを注入する注入工程を行い、減圧下、窒素雰囲気下、又は希ガ
ス雰囲気下において、希ガスイオンを注入した酸化物半導体膜に加熱工程を行って希ガス
イオンを注入した酸化物半導体膜中に含まれる水素若しくは水を放出させ、注入工程にお
いて、酸化物半導体膜における注入された希ガス元素の濃度のピークを1×1019at
oms/cm3以上3×1022atoms/cm3以下とし、加熱工程において、酸化
物半導体膜は表面を露出した状態とする半導体装置の作製方法である。
半導体膜中に希ガスイオンを注入する注入工程を行い、減圧下、窒素雰囲気下、又は希ガ
ス雰囲気下において、希ガスイオンを注入した酸化物半導体膜に加熱工程を行って希ガス
イオンを注入した酸化物半導体膜中に含まれる水素若しくは水を放出させ、加熱工程を行
った酸化物半導体膜の少なくとも一部と接する絶縁層を形成し、注入工程において、酸化
物半導体膜における注入された希ガス元素の濃度のピークを1×1019atoms/c
m3以上3×1022atoms/cm3以下とし、加熱工程において、酸化物半導体膜
は表面を露出した状態とする半導体装置の作製方法である。
よい。また、上記希ガスイオンを注入した酸化物半導体膜をトランジスタのチャネル形成
領域として用いてもよい。
キセノンなど)を用い、一種類でも複数の種類を用いてもよい。複数の種類を用いる場合
、酸化物半導体膜における注入された希ガス元素の濃度は、複数の種類の希ガス元素の合
計の濃度とする。希ガスイオンの注入方法としては、イオン注入法、イオンドーピング法
、プラズマイマージョンイオンインプランテーション法などを用いることができる
以下、又は基板の歪み点未満とする。該加熱工程は、減圧下、窒素雰囲気下、又は希ガス
雰囲気下で行えばよい。
酸化物半導体を構成する主成分材料である酸素が同時に脱離して減少してしまうおそれが
ある。酸化物半導体膜において、酸素が脱離した箇所では酸素欠損が存在し、該酸素欠損
に起因してトランジスタの電気的特性変動を招くドナー準位が生じてしまう。
物半導体膜に、酸素を供給することが好ましい。酸化物半導体膜へ酸素を供給することに
より、膜中の酸素欠損を補填することができる。
接して設けることによって、該酸化物絶縁層から酸化物半導体膜へ酸素を供給することが
できる。上記構成において、加熱工程を行った酸化物半導体膜及び酸化物絶縁層を少なく
とも一部が接した状態で加熱工程を行うことによって酸化物半導体膜への酸素の供給を行
ってもよい。
半導体膜に、酸素(少なくとも、酸素ラジカル、酸素原子、酸素イオン、のいずれかを含
む)を導入して膜中に酸素を供給してもよい。酸素の導入方法としては、イオン注入法、
イオンドーピング法、プラズマイマージョンイオンインプランテーション法、プラズマ処
理などを用いることができる。
態における化学量論的組成比に対し、酸素の含有量が過剰な領域が含まれている膜の状態
とするとよい。この場合、酸素の含有量は、酸化物半導体の化学量論的組成比を超える程
度とする。あるいは、酸素の含有量は、単結晶の場合の酸素の量を超える程度とする。酸
化物半導体の格子間に酸素が存在する場合もある。
多く含む(好ましくは酸化物半導体が結晶状態における化学量論的組成比に対し、酸素の
含有量が過剰な領域が含まれている)膜とすることが好ましい。
)化した酸化物半導体膜を有するトランジスタは、電気的特性変動が抑制されており、電
気的に安定である。よって安定した電気的特性を有する酸化物半導体を用いた信頼性の高
い半導体装置を提供することができる。
(希ガス元素)を注入し、該希ガスイオンを注入した酸化物半導体膜に加熱工程を行う。
この希ガスイオンの注入工程及び加熱工程によって、水素又は水などの水素を含む不純物
(水酸基又は水素化物(水素化合物ともいう))などの不純物を酸化物半導体膜より意図
的に排除し、酸化物半導体膜を高純度化することができる。高純度化し、十分に酸素が供
給され、電気的にI型(真性)化した酸化物半導体膜を有するトランジスタは、電気的特
性変動が抑制されており、電気的に安定である。
きる。
置を作製することができる。
ただし、本明細書に開示する発明は以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々
に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。また、本明細書に開示する発明
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、第1、第
2として付される序数詞は便宜上用いるものであり、工程順又は積層順を示すものではな
い。また、本明細書において発明を特定するための事項として固有の名称を示すものでは
ない。
本実施の形態では、半導体装置及び半導体装置の作製方法の一形態を、図1を用いて説明
する。本実施の形態では、半導体装置の一例として酸化物半導体膜を有するトランジスタ
を示す。
ート電極層401、ゲート絶縁層402、酸化物半導体膜403、ソース電極層405a
、ドレイン電極層405bを含む。トランジスタ410上には、絶縁層407が積層され
ている。
工程によりゲート電極層401を形成する。なお、レジストマスクをインクジェット法で
形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法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。
とも、後の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。また、シリコンや炭化シリコンな
どの単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合物半導体基
板、SOI基板などを適用することもでき、これらの基板上に半導体素子が設けられたも
のを、基板400として用いてもよい。
する半導体装置を作製するには、可撓性基板上に酸化物半導体膜403を含むトランジス
タ410を直接作製してもよいし、他の作製基板に酸化物半導体膜403を含むトランジ
スタ410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、作製基板と酸化物半導体膜403を含むトランジスタ
410との間に剥離層を設けるとよい。
、基板400からの不純物元素の拡散を防止する機能があり、窒化シリコン膜、酸化シリ
コン膜、窒化酸化シリコン膜、又は酸化窒化シリコン膜から選ばれた一又は複数の膜によ
る積層構造により形成することができる。
ウム、銅、クロム、ネオジム、スカンジウム等の金属材料またはこれらを主成分とする合
金材料を用いて形成することができる。また、ゲート電極層401としてリン等の不純物
元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜、ニッケルシリサイドなど
のシリサイド膜を用いてもよい。ゲート電極層401は、単層構造としてもよいし、積層
構造としてもよい。
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、また透光性を有する導
電性材料の窒化物を適用することもできる。また、上記透光性を有する導電性材料と、上
記金属材料の積層構造とすることもできる。
Sn−Zn−O系、In−Al−Zn−O系、Sn−Ga−Zn−O系、Al−Ga−Z
n−O系、Sn−Al−Zn−O系、In−Zn−O系、Sn−Zn−O系、Al−Zn
−O系、In−O系、Sn−O系、Zn−O系の金属酸化物を用いてもよい。ゲート電極
層401を積層構造とし、その一層として特に仕事関数の大きな材料であるインジウム、
ガリウム、及び亜鉛を含む酸窒化物膜(IGZON膜とも呼ぶ)を用いることが好ましい
。インジウム、ガリウム、及び亜鉛を含む酸窒化物膜は、アルゴン及び窒素の混合ガス雰
囲気下で成膜することにより得られる。
ウム、ガリウム、及び亜鉛を含む酸窒化物膜(IGZON膜)との積層構造、タングステ
ン膜と、窒化タングステン膜と、銅膜と、チタン膜との積層構造などを用いることができ
る。
、プラズマCVD法又はスパッタリング法等を用いて、酸化シリコン層、窒化シリコン層
、酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、酸化アルミニウム層、窒化アルミニウム層
、酸化窒化アルミニウム層、窒化酸化アルミニウム層、酸化ハフニウム層、又は酸化ガリ
ウム層を単層で又は積層して形成することができる。
キャリア供与体となる不純物が極力含まれないように高純度化することにより真性(I型
)化又は実質的に真性(I型)化された酸化物半導体を用いる。
ため、酸化物半導体膜とゲート絶縁層との界面は重要である。そのため高純度化した後、
十分な酸素を供給された酸化物半導体に接するゲート絶縁層は、高品質化が要求される。
絶縁耐圧の高い高品質な絶縁層を形成できるので好ましい。高純度化された酸化物半導体
と高品質ゲート絶縁層とが密接することにより、界面準位密度を低減して界面特性を良好
なものとすることができるからである。
法やプラズマCVD法など他の成膜方法を適用することができる。また、成膜後の熱処理
によってゲート絶縁層の膜質、酸化物半導体との界面特性が改質される絶縁層であっても
良い。いずれにしても、ゲート絶縁層としての膜質が良好であることは勿論のこと、酸化
物半導体との界面準位密度を低減し、良好な界面を形成できるものであればよい。
と、酸化物半導体膜403へ酸素を供給する供給源として好適に機能させることができる
。
上30nm以下の酸化物半導体膜441を形成する(図1(A)参照。)。
いようにするために、酸化物半導体膜441の成膜の前処理として、スパッタリング装置
の予備加熱室でゲート電極層401が形成された基板400、又はゲート絶縁層402ま
でが形成された基板400を予備加熱し、基板400に吸着した水素、水分などの不純物
を脱離し排気することが好ましい。なお、予備加熱室に設ける排気手段はクライオポンプ
が好ましい。なお、この予備加熱の処理は省略することもできる。またこの予備加熱は、
絶縁層407の成膜前に、ソース電極層405a及びドレイン電極層405bまで形成し
た基板400にも同様に行ってもよい。
入してプラズマを発生させる逆スパッタリングを行い、ゲート絶縁層402の表面に付着
している粉状物質(パーティクル、ごみともいう)、水又は有機物を除去することが好ま
しい。逆スパッタリングとは、ターゲット側に電圧を印加せずに、アルゴン雰囲気下で基
板側にRF電源を用いて電圧を印加して基板近傍にプラズマを形成して表面を改質する方
法である。なお、アルゴン雰囲気に代えて窒素、ヘリウム、酸素などを用いてもよい。
n−Ga−Zn−O系酸化物半導体や、三元系金属酸化物であるIn−Ga−Zn−O系
酸化物半導体、In−Sn−Zn−O系酸化物半導体、In−Al−Zn−O系酸化物半
導体、Sn−Ga−Zn−O系酸化物半導体、Al−Ga−Zn−O系酸化物半導体、S
n−Al−Zn−O系酸化物半導体や、二元系金属酸化物であるIn−Zn−O系酸化物
半導体、Sn−Zn−O系酸化物半導体、Al−Zn−O系酸化物半導体、Zn−Mg−
O系酸化物半導体、Sn−Mg−O系酸化物半導体、In−Mg−O系酸化物半導体や、
In−Ga−O系酸化物半導体、In−O系酸化物半導体、Sn−O系酸化物半導体、Z
n−O系酸化物半導体などを用いることができる。また、上記酸化物半導体にSiO2を
含んでもよい。ここで、例えば、In−Ga−Zn−O系酸化物半導体とは、インジウム
(In)、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)を有する酸化物膜、という意味であり、その
化学量論的組成比はとくに問わない。また、InとGaとZn以外の元素を含んでもよい
。
用いることができる。ここで、Mは、Ga、Al、MnおよびCoから選ばれた一または
複数の金属元素を示す。例えばMとして、Ga、Ga及びAl、Ga及びMn、またはG
a及びCoなどがある。
n=0.5〜50、好ましくはIn/Zn=1〜20、さらに好ましくはIn/Zn=1
.5〜15とする。Znの原子数比を好ましい前記範囲とすることで、トランジスタの電
界効果移動度を向上させることができる。ここで、化合物の原子数比がIn:Zn:O=
X:Y:Zのとき、Z>1.5X+Yとする。
ゲットを用いてスパッタリング法により成膜する。また、酸化物半導体膜は、希ガス(代
表的にはアルゴン)雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガスと酸素の混合雰囲気下において
スパッタリング法により形成することができる。
比として、In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1[mol比]の酸化物ターゲッ
トを用い、In−Ga−Zn−O膜を成膜する。また、このターゲットの材料及び組成に
限定されず、例えば、In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:2[mol比]の金属
酸化物ターゲットを用いてもよい。
99.9%以下である。充填率の高い金属酸化物ターゲットを用いることにより、成膜し
た酸化物半導体膜は緻密な膜とすることができる。
化物などの不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
以下好ましくは200℃以上400℃以下とする。基板400を加熱しながら成膜するこ
とにより、成膜した酸化物半導体膜441に含まれる不純物濃度を低減することができる
。また、スパッタリングによる損傷が軽減される。そして、成膜室内の残留水分を除去し
つつ水素、水、水酸基又は水素化物などの不純物が除去されたスパッタリングガスを導入
し、上記ターゲットを用いて基板400上に酸化物半導体膜441を成膜する。成膜室内
の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプ、例えば、クライオポンプ、イオン
ポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることが好ましい。また、排気手段として
は、ターボ分子ポンプにコールドトラップを加えたものであってもよい。クライオポンプ
を用いて排気した成膜室は、例えば、水素、水など水素を含む化合物(より好ましくは炭
素原子を含む化合物も)等が排気されるため、当該成膜室で成膜した酸化物半導体膜44
1に含まれる不純物の濃度を低減できる。
直流(DC)電源0.5kW、アルゴン及び酸素(アルゴン流量30sccm:酸素流量
15sccm)雰囲気下の条件が適用される。なお、パルス直流電源を用いると、成膜時
に発生する粉状物質(パーティクル、ごみともいう)が軽減でき、膜厚分布も均一となる
ために好ましい。
AC−OS(C Axis Aligned Crystalline Oxide S
emiconductorともいう。)を用いてもよい。
または六角形状の原子配列を有し、c軸においては、金属原子が層状または金属原子と酸
素原子とが層状に配列しており、ab面(あるいは表面または界面)においては、a軸ま
たはb軸の向きが異なる(c軸を中心に回転した)結晶を含む酸化物半導体のことである
。
角形もしくは六角形、または正三角形もしくは正六角形の原子配列を有し、かつc軸に垂
直な方向から見て金属原子が層状または金属原子と酸素原子が層状に配列した相を含む材
料をいう。
、CAAC−OSは結晶化した部分(結晶部分)を含むが、1つの結晶部分と他の結晶部
分の境界を明確に判別できないこともある。
々の結晶部分のc軸は一定の方向(例えば、CAAC−OSが形成される基板面やCAA
C−OSの表面や膜面、界面等に垂直な方向)に揃っていてもよい。あるいは、CAAC
を構成する個々の結晶部分のab面の法線は一定の方向(例えば、基板面、表面、膜面、
界面等に垂直な方向)を向いていてもよい。
物半導体膜441を形成すればよく、基板400を加熱する温度としては、150℃以上
450℃以下とすればよく、好ましくは基板温度が200℃以上350℃以下とする。な
お、酸化物半導体膜441の形成時に、基板を加熱する温度を高くすることで、非晶質な
部分に対して結晶部分の占める割合の多いCAAC−OSとすることができる。
変化をより抑制し、信頼性の高い半導体装置とすることができる。
素を多く含む(好ましくは酸化物半導体が結晶状態における化学量論的組成比に対し、酸
素の含有量が過剰な領域が含まれている)膜とすることが好ましい。
ることが好ましい。ゲート絶縁層402と酸化物半導体膜441とを大気に曝露せずに連
続して形成すると、ゲート絶縁層402表面に水素や水分などの不純物が吸着することを
防止することができる。
441中及び界面に、すなわち少なくとも酸化物半導体膜441中に希ガスイオン421
を注入可能な方法を用いる。開示する発明に係る半導体装置の作製方法は、希ガスイオン
を酸化物半導体膜441中(及び界面)に注入することで、膜中にボイドを形成し、かつ
酸化物半導体膜441を構成している金属と水素との結合を切断することによって酸化物
半導体膜441からの水素の脱離を容易にするものである。従って、酸化物半導体膜44
1の表面(界面)のみに希ガスイオンを曝露するプラズマ処理などは、希ガスイオンが表
面及び該近傍にしか導入されず膜中(膜内部)にはボイドができないため、方法として不
向きである。
入方法としては、例えば、イオン注入法又はイオンドーピング法などを用いることができ
る。イオン注入法は、ソースガスをプラズマ化し、このプラズマに含まれるイオン種を引
き出し、質量分離して、所定の質量を有するイオン種を加速して、イオンビームとして、
被処理物に注入する方法である。また、イオンドーピング法は、ソースガスをプラズマ化
し、所定の電界の作用によりプラズマからイオン種を引き出し、引き出したイオン種を質
量分離せずに加速して、イオンビームとして被処理物に注入する方法である。質量分離を
伴うイオン注入法を用いて希ガスイオンの注入を行うことで、金属元素等の不純物が希ガ
スイオンと共に酸化物半導体膜に添加されてしまうのを防ぐことができる。また、イオン
ドーピング法はイオン注入法に比べてイオンビームの照射される面積を大きくすることが
できるので、イオンドーピング法を用いて希ガスイオンの注入を行うことで、タクトタイ
ムを短縮することができる。
1の注入方法として、プラズマイマージョンイオンインプランテーション法を用いてもよ
い。プラズマイマージョンイオンインプランテーション法は、酸化物半導体膜441が凹
凸のある形状であっても希ガスイオンの注入を効率よく行うことができる。例えば、酸化
物半導体膜441の形成領域が凹部又は凸部であり、酸化物半導体膜441を凹部又は凸
部を覆って立体的に成膜する場合などに好ましい。
の表面が露出した状態の例を示す。希ガスイオン421を注入する注入工程は、酸化物半
導体膜441上に他の膜(例えば絶縁膜)を積層し、該積層された膜を通過して、希ガス
イオン421を酸化物半導体膜441に注入してもよい。酸化物半導体膜441への希ガ
スイオン421を、積層された膜を通過して行うと、希ガスイオンの注入深さ(注入領域
)がより制御しやすくなるため、酸化物半導体膜441中へ希ガスイオン421を効率よ
く注入できるという利点がある。
の膜厚を適宜設定して制御すればよい。例えば、希ガスを用いて、イオン注入法で希ガス
イオンの注入を行う場合、ドーズ量を1×1014ions/cm2以上5×1016i
ons/cm2以下とすればよい。
された酸化物半導体膜442を形成する(図1(B)参照。)。
ークは1×1019atoms/cm3以上3×1022atoms/cm3以下(好ま
しくは1×1020atoms/cm3以上3×1021atoms/cm3以下)とす
ることが好ましい。
、一種類でも複数の種類を用いてもよい。複数の種類を用いる場合、注入された希ガス元
素の濃度は、注入された複数の種類の希ガス元素の合計の濃度とする。
Ion Mass Spectrometry)により分析することによって求めるこ
とができる測定値である。
、加熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化物半導体膜に対して窒素雰囲気
下450℃において1時間の加熱工程を行う。
輻射によって、被処理物を加熱する装置を用いてもよい。例えば、GRTA(Gas R
apid Thermal Anneal)装置、LRTA(Lamp Rapid T
hermal Anneal)装置等のRTA(Rapid Thermal Anne
al)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。高温のガスには、
アルゴンなどの希ガス、または窒素のような、加熱処理によって被処理物と反応しない不
活性気体が用いられる。
れ、数分間加熱した後、基板を不活性ガス中から出すGRTAを行ってもよい。
、または希ガス等の雰囲気に水、水素などが含まれないことが好ましい。また、加熱処理
装置に導入する窒素、または希ガスの純度を、6N(99.9999%)以上好ましくは
7N(99.99999%)以上(即ち不純物濃度を1ppm以下、好ましくは0.1p
pm以下)とすることが好ましい。
(例えば金属元素)と水素との間の結合が切断され、後に行われる加熱工程により不純物
である水素を酸化物半導体膜から脱離させやすくすることができる。さらに、希ガスイオ
ンの注入によって膜中にボイド(欠陥)が形成されるため、結合が切断された水素は、該
ボイドを通じて容易に膜中から脱離することができる。
体を構成している元素(例えば金属元素)と水酸基との間の結合も切断されるため、結合
が切断された水素と水酸基が結合し、水として酸化物半導体膜中から脱離する場合もある
。
または脱水素化を行うことができ、水素、又は水などの不純物が排除され、高純度化され
た酸化物半導体膜443を形成することができる(図1(C)参照。)。
度化した後、十分な酸素を供給することによりI型(真性)の酸化物半導体膜、又はI型
(真性)に限りなく近い酸化物半導体膜とすることができる。
放出を妨害するような状態(例えば、水素又は水等を通過させない(ブロックする)膜な
どを設ける等)とせず、酸化物半導体膜は表面を露出した状態とすることが好ましい。注
入工程において酸化物半導体膜上に他の膜を形成した場合、酸化物半導体膜上から該膜を
除去し、酸化物半導体膜表面を露出した状態とすればよい。
なく、水等の放出を妨害しない場合は、酸化物半導体膜上に他の膜が形成された状態で加
熱工程を行ってもよい。
ラフィ工程により島状に加工した後の酸化物半導体膜に行ってもよい。また、加熱工程は
、図1(C)のように膜状の酸化物半導体膜に行ってもよいし、フォトリソグラフィ工程
により島状に加工した後の酸化物半導体膜に行ってもよい。本実施の形態のように、加熱
工程を、酸化物半導体膜442が島状に加工される前に行うと、ゲート絶縁層402に含
まれる酸素が加熱工程によって放出されるのを防止することができるため好ましい。
って酸化物半導体膜441中に含まれる結晶構造が乱されて非晶質化することがあるが、
希ガスイオン注入工程後に結晶化する条件(雰囲気、加熱温度)で加熱工程を行うことに
よって、再度結晶化することが可能である。
体膜403に加工する(図1(D)参照。)。また、島状の酸化物半導体膜403を形成
するためのレジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをイン
クジェット法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。
状に加工してもよいし、形状を加工せず、膜状のままでもよい。
ッチングでもよく、両方を用いてもよい。例えば、酸化物半導体膜443のウェットエッ
チングに用いるエッチング液としては、酸化物半導体材料によって適宜選択し、例えば燐
酸と酢酸と硝酸を混ぜた溶液、又はアンモニア過水(31重量%過酸化水素水:28重量
%アンモニア水:水=5:2:2)などを用いることができる。また、ITO−07N(
関東化学社製)を用いてもよい。
ン電極層(これと同じ層で形成される配線を含む)となる導電膜を形成する。ソース電極
層、及びドレイン電極層に用いる導電膜としては、例えば、Al、Cr、Cu、Ta、T
i、Mo、Wから選ばれた元素を含む金属膜、または上述した元素を成分とする金属窒化
物膜(窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜)等を用いることができる
。また、Al、Cuなどの金属膜の下側又は上側の一方または双方にTi、Mo、Wなど
の高融点金属膜またはそれらの金属窒化物膜(窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タ
ングステン膜)を積層させた構成としても良い。また、ソース電極層、及びドレイン電極
層に用いる導電膜としては、導電性の金属酸化物で形成しても良い。導電性の金属酸化物
としては酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム酸化スズ、酸化インジウ
ム酸化亜鉛またはこれらの金属酸化物材料に酸化シリコンを含ませたものを用いることが
できる。
チングを行ってソース電極層405a、ドレイン電極層405bを形成した後、レジスト
マスクを除去する(図1(E)参照。)。
ーザ光やArFレーザ光を用いるとよい。酸化物半導体膜403上で隣り合うソース電極
層の下端部とドレイン電極層の下端部との間隔幅によって後に形成されるトランジスタの
チャネル長Lが決定される。なお、チャネル長L=25nm未満の露光を行う場合には、
数nm〜数10nmと極めて波長が短い超紫外線(Extreme Ultraviol
et)を用いて第3のフォトリソグラフィ工程でのレジストマスク形成時の露光を行うと
よい。超紫外線による露光は、解像度が高く焦点深度も大きい。従って、後に形成される
トランジスタのチャネル長Lを10nm以上1000nm以下とすることも可能であり、
回路の動作速度を高速化できる。
した光が複数の強度となる露光マスクである多階調マスクによって形成されたレジストマ
スクを用いてエッチング工程を行ってもよい。多階調マスクを用いて形成したレジストマ
スクは複数の膜厚を有する形状となり、エッチングを行うことでさらに形状を変形するこ
とができるため、異なるパターンに加工する複数のエッチング工程に用いることができる
。よって、一枚の多階調マスクによって、少なくとも二種類以上の異なるパターンに対応
するレジストマスクを形成することができる。よって露光マスク数を削減することができ
、対応するフォトリソグラフィ工程も削減できるため、工程の簡略化が可能となる。
とのないようエッチング条件を最適化することが望まれる。しかしながら、導電膜のみを
エッチングし、酸化物半導体膜403を全くエッチングしないという条件を得ることは難
しく、導電膜のエッチングの際に酸化物半導体膜403は一部のみがエッチングされ、溝
部(凹部)を有する酸化物半導体膜となることもある。
Zn−O系酸化物半導体を用いたので、エッチング液としてアンモニア過水(アンモニア
、水、過酸化水素水の混合液)を用いる。
る酸化物半導体膜403の表面に付着した吸着水などを除去してもよい。プラズマ処理を
行った場合、大気に触れることなく、酸化物半導体膜403の一部に接する絶縁層407
を形成する。
7に水、水素等の不純物を混入させない方法を適宜用いて形成することができる。絶縁層
407に水素が含まれると、その水素の酸化物半導体膜への侵入、又は水素による酸化物
半導体膜中の酸素の引き抜きが生じ酸化物半導体膜のバックチャネルが低抵抗化(N型化
)してしまい、寄生チャネルが形成されるおそれがある。よって、絶縁層407はできる
だけ水素を含まない膜になるように、成膜方法に水素を用いないことが重要である。
ウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化ガリウム膜、窒化シリコン膜
、窒化アルミニウム膜、窒化酸化シリコン膜、又は窒化酸化アルミニウム膜などの無機絶
縁膜の単層又は積層を用いることができる。
膜403に、酸素を供給することが好ましい。酸化物半導体膜403へ酸素を供給するこ
とにより、膜中の酸素欠損を補填することができる。
て行うので、絶縁層407は酸素を含む酸化物絶縁膜(例えば酸化シリコン膜、酸化窒化
シリコン膜)を用いる例を示す。絶縁層407を酸素の供給源とする場合、絶縁層407
は酸素を多く(過剰)含む膜(好ましくは結晶状態における化学量論的組成比に対し、酸
素の含有量が過剰な領域が含まれている膜)とすると酸素の供給源として好適に機能させ
ることができる。
ング法を用いて成膜する。成膜時の基板温度は、室温以上300℃以下とすればよく、本
実施の形態では100℃とする。酸化シリコン膜のスパッタリング法による成膜は、希ガ
ス(代表的にはアルゴン)雰囲気下、酸素雰囲気下、または希ガスと酸素の混合雰囲気下
において行うことができる。また、ターゲットとして酸化シリコンターゲットまたはシリ
コンターゲットを用いることができる。例えば、シリコンターゲットを用いて、酸素を含
む雰囲気下でスパッタリング法により酸化シリコン膜を形成することができる。
は、吸着型の真空ポンプ(クライオポンプなど)を用いることが好ましい。クライオポン
プを用いて排気した成膜室で成膜した絶縁層407に含まれる不純物の濃度を低減できる
。また、絶縁層407の成膜室内の残留水分を除去するための排気手段としては、ターボ
分子ポンプにコールドトラップを加えたものであってもよい。
去された高純度ガスを用いることが好ましい。
程を行う。
は基板の歪み点未満とする。例えば、加熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、
酸化物半導体膜に対して窒素雰囲気下250℃において1時間の加熱工程を行う。
用いることができる。
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)、若しく
は希ガス(アルゴン、ヘリウムなど)の雰囲気下で行えばよいが、上記窒素、酸素、超乾
燥エア、または希ガス等の雰囲気に水、水素などが含まれないことが好ましい。また、加
熱処理装置に導入する窒素、酸素、または希ガスの純度を、6N(99.9999%)以
上好ましくは7N(99.99999%)以上(即ち不純物濃度を1ppm以下、好まし
くは0.1ppm以下)とすることが好ましい。
ため、不純物の排除工程によって同時に減少してしまう酸化物半導体膜403を構成する
主成分材料の一つである酸素を、酸素を含む絶縁層407より酸化物半導体膜403へ供
給することができる。
×1014/cm3未満、好ましくは1×1012/cm3未満、さらに好ましくは1×
1011/cm3未満である。
半導体膜403を含むトランジスタ410が形成される(図1(F)参照。)。トランジ
スタ410は、電気的特性変動が抑制されており、電気的に安定である。
を用いた場合、絶縁層407上にさらに水分や水素などの不純物が酸化物半導体膜403
に再混入しないように、これらが外部から侵入することをブロックする保護絶縁層を形成
することが好ましい。保護絶縁層としては、無機絶縁膜を用い、窒化シリコン膜、酸化ア
ルミニウム膜、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など
の無機絶縁膜を用いればよい。例えば、水素、水分などの不純物、及び酸素の両方に対し
て膜を通過させない遮断効果(ブロック効果)が高い酸化アルミニウム膜を用いることが
できる。
もよい。
00℃以下、1時間以上30時間以下での加熱工程を行ってもよい。この加熱工程は一定
の加熱温度を保持して加熱してもよいし、室温から、100℃以上200℃以下の加熱温
度への昇温と、加熱温度から室温までの降温を複数回くりかえして行ってもよい。
化絶縁膜を形成してもよい。平坦化絶縁膜としては、ポリイミド、アクリル、ベンゾシク
ロブテン系樹脂、等の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)等を用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶
縁膜を複数積層させることで、平坦化絶縁膜を形成してもよい。
スタ410は、オフ状態における電流値(オフ電流値)を、チャネル幅1μm当たり室温
にて10zA/μm未満、85℃にて100zA/μm未満レベルにまで低くすることが
できる。
ことができる。よって、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
本実施の形態では、半導体装置の他の一形態を図2を用いて説明する。上記実施の形態と
同一部分又は同様な機能を有する部分、及び工程は、上記実施の形態と同様に行うことが
でき、繰り返しの説明は省略する。また同じ箇所の詳細な説明は省略する。
例である。
有する基板400上に、酸化物半導体膜403、ソース電極層405a、ドレイン電極層
405b、ゲート絶縁層402、ゲート電極層401を含む。
407と同様な材料及び方法で形成すればよい。
ウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化ガリウム膜、窒化シリコン膜
、窒化アルミニウム膜、窒化酸化シリコン膜、又は窒化酸化アルミニウム膜などの無機絶
縁膜の単層又は積層を用いることができる。
層構造であった場合酸化物半導体膜403と接する膜)を、酸素を多く含む状態とすると
、酸化物半導体膜403へ酸素を供給する供給源として好適に機能させることができる。
リコン膜を、スパッタリング法を用いて成膜する。
施の形態では、In−Ga−Zn−O系酸化物ターゲットを用いてスパッタリング法によ
りIn−Ga−Zn−O系酸化物膜を成膜する。なお、成膜時に、得られる酸化物半導体
膜441が酸素を多く(過剰)に含む膜となる条件で成膜すると好ましい。
が好ましい。絶縁層436と酸化物半導体膜441とを大気に曝露せずに連続して形成す
ると、絶縁層436表面に水素や水分などの不純物が吸着することを防止することができ
る。
化物半導体膜442を形成する(図2(B)参照。)。
441中及び界面に、すなわち少なくとも酸化物半導体膜441中に希ガスイオン421
を注入可能な方法を用いる。開示する発明に係る半導体装置の作製方法は、希ガスイオン
を酸化物半導体膜441中(及び界面)に注入することで、膜中にボイドを形成し、かつ
酸化物半導体膜441を構成している金属と水素との結合を切断することによって酸化物
半導体膜441からの水素の脱離を容易にするものである。
入方法としては、例えば、イオン注入法又はイオンドーピング法などを用いることができ
る。また、プラズマイマージョンイオンインプランテーション法を用いてもよい。
の表面が露出した状態の例を示す。
の膜厚を適宜設定して制御すればよい。例えば、希ガスを用いて、イオン注入法で希ガス
イオンの注入を行う場合、ドーズ量を1×1014ions/cm2以上5×1016i
ons/cm2以下とすればよい。
ークは1×1019atoms/cm3以上3×1022atoms/cm3以下(好ま
しくは1×1020atoms/cm3以上3×1021atoms/cm3以下)とす
ることが好ましい。
、一種類でも複数の種類を用いてもよい。複数の種類を用いる場合、注入された希ガス元
素の濃度は、注入された複数の種類の希ガス元素の合計の濃度とする。
、加熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化物半導体膜に対して窒素雰囲気
下450℃において1時間の加熱工程を行う。
、または希ガス等の雰囲気に水、水素などが含まれないことが好ましい。また、加熱処理
装置に導入する窒素、または希ガスの純度を、6N(99.9999%)以上好ましくは
7N(99.99999%)以上(即ち不純物濃度を1ppm以下、好ましくは0.1p
pm以下)とすることが好ましい。
(例えば金属元素)と水素との間の結合が切断され、後に行われる加熱工程により不純物
である水素を酸化物半導体膜から脱離させやすくすることができる。さらに、希ガスイオ
ンの注入によって膜中にボイド(欠陥)が形成されるため、結合が切断された水素は、該
ボイドを通じて容易に膜中から脱離することができる。
体を構成している元素(例えば金属元素)と水酸基との間の結合も切断されるため、結合
が切断された水素と水酸基が結合し、水として酸化物半導体膜中から脱離する場合もある
。
脱水素化を行うことができ、水素、又は水などの不純物が排除され、高純度化された酸化
物半導体膜443を形成することができる(図2(C)参照。)。
度化した後、十分な酸素を供給することによりI型(真性)の酸化物半導体膜、又はI型
(真性)に限りなく近い酸化物半導体膜とすることができる。
放出を妨害するような状態(例えば、水素又は水等を通過させない(ブロックする)膜な
どを設ける等)とせず、酸化物半導体膜は表面を露出した状態とすることが好ましい。注
入工程において酸化物半導体膜上に他の膜を形成した場合、酸化物半導体膜上から該膜を
除去し、酸化物半導体膜表面を露出した状態とすればよい。
なく、水等の放出を妨害しない場合は、酸化物半導体膜上に他の膜が形成された状態で加
熱工程を行ってもよい。
よいし、フォトリソグラフィ工程により島状に加工した酸化物半導体膜に行ってもよい。
本実施の形態のように、脱水化又は脱水素化のための加熱工程を、酸化物半導体膜442
が島状に加工される前に行うと、絶縁層436に含まれる酸素が加熱工程によって放出さ
れるのを防止することができるため好ましい。
体膜403に加工する(図2(D)参照。)。
5bを形成し、絶縁層436、酸化物半導体膜403、ソース電極層405a、及びドレ
イン電極層405b上にゲート絶縁層402を形成する(図2(E)参照)。ゲート絶縁
層402としてはスパッタリング法又はプラズマCVD法により成膜される絶縁層を用い
る。本実施の形態では、ゲート絶縁層402として、プラズマCVD法により成膜される
酸化窒化シリコン膜を用いる。ゲート絶縁層402を酸化物半導体膜403への酸素の供
給源としてもよく、この場合、酸素を多く含む絶縁膜をゲート絶縁層402として形成す
る。
膜403に、酸素を供給することが好ましい。酸化物半導体膜403へ酸素を供給するこ
とにより、膜中の酸素欠損を補填することができる。
て行う。
う。
は基板の歪み点未満とする。例えば、加熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、
酸化物半導体膜に対して窒素雰囲気下250℃において1時間の加熱工程を行う。
不純物の排除工程によって同時に減少してしまう酸化物半導体膜403を構成する主成分
材料の一つである酸素を、酸素を含む絶縁層436より酸化物半導体膜403へ供給する
ことができる。
ャリア濃度は1×1014/cm3未満、好ましくは1×1012/cm3未満、さらに
好ましくは1×1011/cm3未満である。
する(図2(F)参照)。
形成した後で行ってもよい。
半導体膜403を含むトランジスタ440が形成される(図2(F)参照。)。トランジ
スタ440は、電気的特性変動が抑制されており、電気的に安定である。
シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、酸化
ハフニウム膜、酸化ガリウム膜、窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、窒化酸化シリコ
ン膜、又は窒化酸化アルミニウム膜などの無機絶縁膜の単層又は積層を用いることができ
る。
化絶縁膜を形成してもよい。平坦化絶縁膜としては、ポリイミド、アクリル、ベンゾシク
ロブテン系樹脂、等の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)等を用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶
縁膜を複数積層させることで、平坦化絶縁膜を形成してもよい。
スタ440は、オフ状態における電流値(オフ電流値)を、チャネル幅1μm当たり室温
にて10zA/μm未満、85℃にて100zA/μm未満レベルにまで低くすることが
できる。
ことができる。よって、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
本実施の形態では、半導体装置の他の一形態を、図4を用いて説明する。本実施の形態で
は、半導体装置の一例としてトランジスタを示す。上記実施の形態と同一部分又は同様な
機能を有する部分、及び工程は、上記実施の形態と同様に行うことができ、繰り返しの説
明は省略する。また同じ箇所の詳細な説明は省略する。
のスタガ型及びプレーナ型などを用いることができる。また、トランジスタはチャネル形
成領域が一つ形成されるシングルゲート構造でも、二つ形成されるダブルゲート構造もし
くは三つ形成されるトリプルゲート構造であっても良い。また、チャネル領域の上下にゲ
ート絶縁層を介して配置された2つのゲート電極層を有する、デュアルゲート型でもよい
。
例を以下に示す。図4(A)乃至(C)に示すトランジスタ420、430、450も実
施の形態1又は実施の形態2で示したトランジスタ410、440と同様に、水素、水な
ど水素を含む不純物を酸化物半導体膜より意図的に排除し、高純度化された酸化物半導体
膜を含むトランジスタである。よって、トランジスタ430、420、450は電気的特
性変動が抑制されており、電気的に安定である。よって、信頼性の高い半導体装置を提供
することができる。
を有する基板である基板400上に、ゲート電極層401、ゲート絶縁層402、ソース
電極層405a、ドレイン電極層405b、及び酸化物半導体膜403を含む。また、ト
ランジスタ430を覆い、酸化物半導体膜403に接する絶縁層407が設けられている
。
1上に接して設けられ、ゲート絶縁層402上にソース電極層405a、ドレイン電極層
405bが接して設けられている。そして、ゲート絶縁層402、及びソース電極層40
5a、ドレイン電極層405b上に酸化物半導体膜403が設けられている。
)と呼ばれるボトムゲート構造の一つであり逆スタガ型トランジスタともいう。
絶縁層402、酸化物半導体膜403、酸化物半導体膜403のチャネル形成領域を覆う
チャネル保護層として機能する絶縁層427、ソース電極層405a、及びドレイン電極
層405bを含む。また、トランジスタ420を覆い、絶縁層409が形成されている。
表的には酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニ
ウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化ガリウム膜、窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、窒
化酸化シリコン膜、又は窒化酸化アルミニウム膜などの無機絶縁膜の単層又は積層を用い
ることができる。
層構造であった場合酸化物半導体膜403と接する膜)を、酸素を多く含む状態とすると
、酸化物半導体膜403へ酸素を供給する供給源として好適に機能させることができる。
。トランジスタ450は、絶縁表面を有する基板400上に、絶縁層436、ソース電極
層405a、ドレイン電極層405b、酸化物半導体膜403、ゲート絶縁層402、及
びゲート電極層401を含む。
00とゲート電極層401の間に設けてもよい。下地膜は、基板からの不純物元素の拡散
を防止する機能があり、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、又は酸
化窒化シリコン膜から選ばれた一又は複数の膜による積層構造により形成することができ
る。
電極層405a、及びドレイン電極層405bは実施の形態1と同様な材料及び方法で形
成することができる。
成してもよい。平坦化絶縁膜としては、ポリイミド、アクリル、ベンゾシクロブテン系樹
脂、等の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(lo
w−k材料)等を用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積
層させることで、平坦化絶縁膜を形成してもよい。
オンを注入し、その後に加熱工程を行うことによって、水素又は水などの水素を含む不純
物を酸化物半導体膜より意図的に排除し、高純度化された酸化物半導体膜である。
(例えば金属元素)と水素との間の結合が切断され、後に行われる加熱工程により不純物
である水素を酸化物半導体膜から脱離させやすくすることができる。さらに、希ガスイオ
ンの注入によって膜中にボイド(欠陥)が形成されるため、結合が切断された水素は、該
ボイドを通じて容易に膜中から脱離することができる。
体を構成している元素(例えば金属元素)と水酸基との間の結合も切断されるため、結合
が切断された水素と水酸基が結合し、水として酸化物半導体膜中から脱離する場合もある
。
るトランジスタは、電気的特性変動が抑制されており、電気的に安定である。
スタ410は、オフ状態における電流値(オフ電流値)を、チャネル幅1μm当たり室温
にて10zA/μm未満、85℃にて100zA/μm未満レベルにまで低くすることが
できる。
ことができる。よって、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
本実施の形態では、半導体装置の作製方法の他の一形態を説明する。上記実施の形態と同
一部分又は同様な機能を有する部分、及び工程は、上記実施の形態と同様に行うことがで
き、繰り返しの説明は省略する。また同じ箇所の詳細な説明は省略する。
が、実施の形態2及び実施の形態3のいずれかで示したトランジスタ420、430、4
40、450にも適用できる。
水素化処理として希ガスイオン注入工程及び加熱工程を行った酸化物半導体膜に、酸素(
少なくとも、酸素ラジカル、酸素原子、酸素イオン、のいずれかを含む)を導入して膜中
に酸素を供給する例を示す。
オンインプランテーション法、プラズマ処理などを用いることができる。
43に酸素431を導入し、酸化物半導体膜443に酸素431を供給する例である。供
給された酸素431によって、酸化物半導体膜443中に存在する酸素欠損を補填するこ
とができる。
43を島状に加工した酸化物半導体膜403に酸素431を導入し、酸化物半導体膜40
3に酸素431を供給する例である。供給された酸素431によって、酸化物半導体膜4
03中に存在する酸素欠損を補填することができる。
電極層405a又はドレイン電極層405bに覆われていない露出された領域)に、酸素
431を導入し、酸化物半導体膜403のチャネル形成領域に酸素431を供給する例で
ある。供給された酸素431によって、酸化物半導体膜403のチャネル形成領域中に存
在する酸素欠損を補填することができる。
通過して酸化物半導体膜403のチャネル形成領域に、酸素431を導入し、酸化物半導
体膜403のチャネル形成領域に酸素431を供給する例である。供給された酸素431
によって、酸化物半導体膜403のチャネル形成領域中に存在する酸素欠損を補填するこ
とができる。図3(D)のように絶縁層407を通過して酸素を導入する場合は、酸化物
半導体膜403が露出していないのでプラズマ処理ではなく、イオン注入法、イオンドー
ピング法、又はプラズマイマージョンイオンインプランテーション法を用いる。
って脱水化又は脱水素化処理を行った後であればよく、特に限定されない。また、上記脱
水化又は脱水素化処理を行った酸化物半導体膜への酸素の導入は複数回行ってもよい。
接する絶縁層を、必ずしも酸素を多くに含む膜とする必要はない。導入した酸素が再度酸
化物半導体膜から脱離しないように、また、水素、水などの水素を含む不純物が酸化物半
導体膜へ再度混入しないように、酸素、水素、水などの水素を含む不純物に対して遮断効
果(ブロック効果)が高い膜を絶縁層407として設けることが好ましい。例えば、水素
、水分などの不純物、及び酸素の両方に対して遮断効果(ブロック効果)が高い酸化アル
ミニウム膜などを用いるとよい。
に酸素を直接酸化物半導体膜に導入して酸素供給する、というように複数の酸素供給方法
を行ってもよい。
膜に、酸素を導入して膜中に酸素を供給することによって、酸化物半導体膜を高純度化、
及び電気的にI型(真性)化することができる。
るトランジスタは、電気的特性変動が抑制されており、電気的に安定である。
ことができる。よって、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
実施の形態1乃至4のいずれかで一例を示したトランジスタを用いて表示機能を有する半
導体装置(表示装置ともいう)を作製することができる。また、トランジスタを含む駆動
回路の一部または全体を、画素部と同じ基板上に一体形成し、システムオンパネルを形成
することができる。
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6(
A)においては、第1の基板4001上のシール材4005によって囲まれている領域と
は異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶半導体膜又は多結晶半導体膜で形成され
た走査線駆動回路4004、信号線駆動回路4003が実装されている。また別途形成さ
れた信号線駆動回路4003と、走査線駆動回路4004または画素部4002に与えら
れる各種信号及び電位は、FPC(Flexible printed circuit
)4018a、4018bから供給されている。
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4
005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6(B)(
C)においては、第1の基板4001上のシール材4005によって囲まれている領域と
は異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶半導体膜又は多結晶半導体膜で形成され
た信号線駆動回路4003が実装されている。図6(B)(C)においては、別途形成さ
れた信号線駆動回路4003と、走査線駆動回路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。
001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。
ip On Glass)方法、ワイヤボンディング方法、或いはTAB(Tape A
utomated Bonding)方法などを用いることができる。図6(A)は、C
OG方法により信号線駆動回路4003、走査線駆動回路4004を実装する例であり、
図6(B)は、COG方法により信号線駆動回路4003を実装する例であり、図6(C
)は、TAB方法により信号線駆動回路4003を実装する例である。
を含むIC等を実装した状態にあるモジュールとを含む。
源(照明装置を含む)を指す。また、コネクター、例えばFPCもしくはTABテープも
しくはTCPが取り付けられたモジュール、TABテープやTCPの先にプリント配線板
が設けられたモジュール、または表示素子にCOG方式によりIC(集積回路)が直接実
装されたモジュールも全て表示装置に含むものとする。
おり、実施の形態1乃至4のいずれかで一例を示したトランジスタを適用することができ
る。
発光表示素子ともいう)、を用いることができる。発光素子は、電流または電圧によって
輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機EL(Electro
Luminescence)、有機EL等が含まれる。また、電子インクなど、電気的作
用によりコントラストが変化する表示媒体も適用することができる。
B)のM−Nにおける断面図に相当する。
有しており、接続端子電極4015及び端子電極4016はFPC4018が有する端子
と異方性導電膜4019を介して、電気的に接続されている。
016は、トランジスタ4010、4011のソース電極層及びドレイン電極層と同じ導
電膜で形成されている。
トランジスタを複数有しており、図7乃至図9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7では、トランジスタ4010、4011上には絶縁層4020、絶縁層402
4が設けられ、図8及び図9ではさらに、絶縁層4021が設けられている。なお、絶縁
膜4023は下地膜として機能する絶縁膜である。
乃至4のいずれかで示したトランジスタを適用することができる。
オンを注入し、加熱工程を行うことによって、水素又は水などの水素を含む不純物を酸化
物半導体膜より意図的に排除し、高純度化された酸化物半導体膜である。
(例えば金属元素)と水素との間の結合が切断され、後に行われる加熱工程により不純物
である水素を酸化物半導体膜から脱離させやすくすることができる。さらに、希ガスイオ
ンの注入によって膜中にボイド(欠陥)が形成されるため、結合が切断された水素は、該
ボイドを通じて容易に膜中から脱離することができる。
体を構成している元素(例えば金属元素)と水酸基との間の結合も切断されるため、結合
が切断された水素と水酸基が結合し、水として酸化物半導体膜中から脱離する場合もある
。
011は、電気的特性変動が抑制されており、電気的に安定である。よって、図7乃至図
9で示す本実施の形態の半導体装置として信頼性の高い半導体装置を提供することができ
る。
半導体膜のチャネル形成領域と重なる位置に導電層が設けられている例である。導電層を
酸化物半導体膜のチャネル形成領域と重なる位置に設けることによって、BT試験前後に
おけるトランジスタ4011のしきい値電圧の変化量をさらに低減することができる。ま
た、導電層は、電位がトランジスタ4011のゲート電極層と同じでもよいし、異なって
いても良く、第2のゲート電極層として機能させることもできる。また、導電層の電位が
GND、0V、或いはフローティング状態であってもよい。
を含む回路部)に作用しないようにする機能(特に静電気に対する静電遮蔽機能)も有す
る。導電層の遮蔽機能により、静電気などの外部の電場の影響によりトランジスタの電気
的な特性が変動することを防止することができる。
ネルを構成する。表示素子は表示を行うことができれば特に限定されず、様々な表示素子
を用いることができる。
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膜
4032、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とは液晶層4008を介して積
層する構成となっている。
液晶層4008の膜厚(セルギャップ)を制御するために設けられている。なお球状のス
ペーサを用いていても良い。
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。
あり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直
前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善
するために5重量%以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いて液晶層に用いる。
ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が1msec以下と短
く、光学的等方性であるため配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。また配向膜
を設けなくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起こ
される静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減す
ることができる。よって液晶表示装置の生産性を向上させることが可能となる。酸化物半
導体膜を用いるトランジスタは、静電気の影響によりトランジスタの電気的な特性が著し
く変動して設計範囲を逸脱する恐れがある。よって酸化物半導体膜を用いるトランジスタ
を有する液晶表示装置にブルー相の液晶材料を用いることはより効果的である。
Ω・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。
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。保持容量の大
きさは、トランジスタのオフ電流等を考慮して設定すればよい。高純度の酸化物半導体膜
を有するトランジスタを用いることにより、各画素における液晶容量に対して1/3以下
、好ましくは1/5以下の容量の大きさを有する保持容量を設ければ充分である。
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。
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。例えば、このような高
速駆動が可能なトランジスタを液晶表示装置に用いることで、画素部のスイッチングトラ
ンジスタと、駆動回路部に使用するドライバートランジスタを同一基板上に形成すること
ができる。すなわち、別途駆動回路として、シリコンウェハ等により形成された半導体装
置を用いる必要がないため、半導体装置の部品点数を削減することができる。また、画素
部においても、高速駆動が可能な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。
lane−Switching)モード、FFS(Fringe Field Swit
ching)モード、ASM(Axially Symmetric aligned
Micro−cell)モード、OCB(Optical Compensated B
irefringence)モード、FLC(Ferroelectric Liqui
d Crystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric Liq
uid Crystal)モードなどを用いることができる。
透過型の液晶表示装置としてもよい。垂直配向モードとしては、いくつか挙げられるが、
例えば、MVA(Multi−Domain Vertical Alignment)
モード、PVA(Patterned Vertical Alignment)モード
、ASVモードなどを用いることができる。また、VA型の液晶表示装置にも適用するこ
とができる。VA型の液晶表示装置とは、液晶表示パネルの液晶分子の配列を制御する方
式の一種である。VA型の液晶表示装置は、電圧が印加されていないときにパネル面に対
して液晶分子が垂直方向を向く方式である。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。
防止部材などの光学部材(光学基板)などは適宜設ける。例えば、偏光基板及び位相差基
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。
ことができる。また、カラー表示する際に画素で制御する色要素としては、RGB(Rは
赤、Gは緑、Bは青を表す)の三色に限定されない。例えば、RGBW(Wは白を表す)
、又はRGBに、イエロー、シアン、マゼンタ等を一色以上追加したものがある。なお、
色要素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい。ただし、本発明はカラ
ー表示の表示装置に限定されるものではなく、モノクロ表示の表示装置に適用することも
できる。
子を適用することができる。エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子は、発光材料
が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機E
L素子、後者は無機EL素子と呼ばれている。
がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして、それらキャ
リア(電子および正孔)が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成
し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このよう
な発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
類される。分散型無機EL素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有
するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−ア
クセプター再結合型発光である。薄膜型無機EL素子は、発光層を誘電体層で挟み込み、
さらにそれを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子遷移を利
用する局在型発光である。なお、ここでは、発光素子として有機EL素子を用いて説明す
る。
て、基板上にトランジスタ及び発光素子を形成し、基板とは逆側の面から発光を取り出す
上面射出や、基板側の面から発光を取り出す下面射出や、基板側及び基板とは反対側の面
から発光を取り出す両面射出構造の発光素子があり、どの射出構造の発光素子も適用する
ことができる。
513は、画素部4002に設けられたトランジスタ4010と電気的に接続している。
なお発光素子4513の構成は、第1の電極層4030、電界発光層4511、第2の電
極層4031の積層構造であるが、示した構成に限定されない。発光素子4513から取
り出す光の方向などに合わせて、発光素子4513の構成は適宜変えることができる。
材料を用い、第1の電極層4030上に開口部を形成し、その開口部の側壁が連続した曲
率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。
されていてもどちらでも良い。
4031及び隔壁4510上に保護膜を形成してもよい。保護膜としては、窒化シリコン
膜、窒化酸化シリコン膜、DLC膜等を形成することができる。また、第1の基板400
1、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45
14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。
は熱硬化樹脂を用いることができ、PVC(ポリビニルクロライド)、アクリル、ポリイ
ミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、PVB(ポリビニルブチラル)またはEVA(エ
チレンビニルアセテート)を用いることができる。例えば充填材として窒素を用いればよ
い。
位相差板(λ/4板、λ/2板)、カラーフィルタなどの光学フィルムを適宜設けてもよ
い。また、偏光板又は円偏光板に反射防止膜を設けてもよい。例えば、表面の凹凸により
反射光を拡散し、映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。
る。電子ペーパーは、電気泳動表示装置(電気泳動ディスプレイ)とも呼ばれており、紙
と同じ読みやすさ、他の表示装置に比べ低消費電力、薄くて軽い形状とすることが可能と
いう利点を有している。
、マイナスの電荷を有する第2の粒子とを含むマイクロカプセルが溶媒または溶質に複数
分散されたものであり、マイクロカプセルに電界を印加することによって、マイクロカプ
セル中の粒子を互いに反対方向に移動させて一方側に集合した粒子の色のみを表示するも
のである。なお、第1の粒子または第2の粒子は染料を含み、電界がない場合において移
動しないものである。また、第1の粒子の色と第2の粒子の色は異なるもの(無色を含む
)とする。
ゆる誘電泳動的効果を利用したディスプレイである。
の電子インクはガラス、プラスチック、布、紙などの表面に印刷することができる。また
、カラーフィルタや色素を有する粒子を用いることによってカラー表示も可能である。
半導体材料、磁性材料、液晶材料、強誘電性材料、エレクトロルミネセント材料、エレク
トロクロミック材料、磁気泳動材料から選ばれた一種の材料、またはこれらの複合材料を
用いればよい。
できる。ツイストボール表示方式とは、白と黒に塗り分けられた球形粒子を表示素子に用
いる電極層である第1の電極層及び第2の電極層の間に配置し、第1の電極層及び第2の
電極層に電位差を生じさせて球形粒子の向きを制御することにより、表示を行う方法であ
る。
の電子ペーパーは、ツイストボール表示方式を用いた表示装置の例である。ツイストボー
ル表示方式とは、白と黒に塗り分けられた球形粒子を表示素子に用いる電極層間に配置し
、電極層間に電位差を生じさせて球形粒子の向きを制御することにより、表示を行う方法
である。
れた第2の電極層4031との間には黒色領域4615a及び白色領域4615bを有し
、周りに液体で満たされているキャビティ4612を含む球形粒子4613が設けられて
おり、球形粒子4613の周囲は樹脂等の充填材4614で充填されている。第2の電極
層4031が共通電極(対向電極)に相当する。第2の電極層4031は、共通電位線と
電気的に接続される。
ス基板の他、可撓性を有する基板も用いることができ、例えば透光性を有するプラスチッ
ク基板などを用いることができる。プラスチックとしては、FRP(Fiberglas
s−Reinforced Plastics)板、PVF(ポリビニルフルオライド)
フィルム、ポリエステルフィルムまたはアクリル樹脂フィルムを用いることができる。ま
た、アルミニウムホイルをPVFフィルムやポリエステルフィルムで挟んだ構造のシート
を用いることもできる。
膜)とすると、絶縁層4020を酸化物半導体膜への酸素の供給源として用いることがで
きる。
ン膜、酸化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化ガリウム
膜、窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、窒化酸化シリコン膜、又は窒化酸化アルミニ
ウム膜などの無機絶縁膜の単層又は積層を用いることができる。
クロブテン系樹脂、ポリアミド、エポキシ等の、耐熱性を有する有機材料を用いることが
できる。また上記有機材料の他に、低誘電率材料(low−k材料)、シロキサン系樹脂
、PSG(リンガラス)、BPSG(リンボロンガラス)等を用いることができる。なお
、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させることで、絶縁層を形成してもよい。
料に応じて、スパッタリング法、SOG法、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液
滴吐出法(インクジェット法)、スクリーン印刷、オフセット印刷、ドクターナイフ、ロ
ールコーター、カーテンコーター、ナイフコーター等を用いることができる。
部に設けられる基板、絶縁膜、導電膜などの薄膜はすべて可視光の波長領域の光に対して
透光性とする。
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。
化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化
物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物
、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物、グラフェン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。
(Mo)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、バナジウム(V)、ニオブ(N
b)、タンタル(Ta)、クロム(Cr)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、チタ
ン(Ti)、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)等の金属、
又はその合金、若しくはその金属窒化物から一つ、又は複数種を用いて形成することがで
きる。
マーともいう)を含む導電性組成物を用いて形成することができる。導電性高分子として
は、いわゆるπ電子共役系導電性高分子が用いることができる。例えば、ポリアニリンま
たはその誘導体、ポリピロールまたはその誘導体、ポリチオフェンまたはその誘導体、若
しくはアニリン、ピロールおよびチオフェンの2種以上からなる共重合体若しくはその誘
導体などがあげられる。
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。
々な機能を有する半導体装置を提供することができる。
実施の形態1乃至4のいずれかで一例を示したトランジスタを用いて、対象物の情報を読
み取るイメージセンサ機能を有する半導体装置を作製することができる。
フォトセンサの等価回路であり、図10(B)はフォトセンサの一部を示す断面図である
。
方の電極がトランジスタ640のゲートに電気的に接続されている。トランジスタ640
は、ソース又はドレインの一方がフォトセンサ基準信号線672に、ソース又はドレイン
の他方がトランジスタ656のソース又はドレインの一方に電気的に接続されている。ト
ランジスタ656は、ゲートがゲート信号線659に、ソース又はドレインの他方がフォ
トセンサ出力信号線671に電気的に接続されている。
判明できるように、酸化物半導体膜を用いるトランジスタの記号には「OS」と記載して
いる。図10(A)において、トランジスタ640、トランジスタ656は酸化物半導体
膜を用いるトランジスタである。
を示す断面図であり、絶縁表面を有する基板601(TFT基板)上に、センサとして機
能するフォトダイオード602及びトランジスタ640が設けられている。フォトダイオ
ード602、トランジスタ640の上には接着層608を用いて基板613が設けられて
いる。
縁層634が設けられている。フォトダイオード602は、層間絶縁層633上に設けら
れ、層間絶縁層633上に形成した電極層641と、層間絶縁層634上に設けられた電
極層642との間に、層間絶縁層633側から順に第1半導体層606a、第2半導体層
606b、及び第3半導体層606cを積層した構造を有している。
642は電極層641を介してゲート電極層645と電気的に接続している。ゲート電極
層645は、トランジスタ640のゲート電極層と電気的に接続しており、フォトダイオ
ード602はトランジスタ640と電気的に接続している。
606bとして高抵抗な半導体層(I型半導体層)、第3半導体層606cとしてn型の
導電型を有する半導体層を積層するpin型のフォトダイオードを例示している。
ァスシリコン膜により形成することができる。第1半導体層606aの形成には13族の
不純物元素(例えばボロン(B))を含む半導体材料ガスを用いて、プラズマCVD法に
より形成する。半導体材料ガスとしてはシラン(SiH4)を用いればよい。または、S
i2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、SiF4等を用いてもよい。ま
た、不純物元素を含まないアモルファスシリコン膜を形成した後に、拡散法やイオン注入
法を用いて該アモルファスシリコン膜に不純物元素を導入してもよい。イオン注入法等に
より不純物元素を導入した後に加熱等を行うことで、不純物元素を拡散させるとよい。こ
の場合にアモルファスシリコン膜を形成する方法としては、LPCVD法、気相成長法、
又はスパッタリング法等を用いればよい。第1半導体層606aの膜厚は10nm以上5
0nm以下となるよう形成することが好ましい。
膜により形成する。第2半導体層606bの形成には、半導体材料ガスを用いて、アモル
ファスシリコン膜をプラズマCVD法により形成する。半導体材料ガスとしては、シラン
(SiH4)を用いればよい。または、Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、S
iCl4、SiF4等を用いてもよい。第2半導体層606bの形成は、LPCVD法、
気相成長法、スパッタリング法等により行っても良い。第2半導体層606bの膜厚は2
00nm以上1000nm以下となるように形成することが好ましい。
ファスシリコン膜により形成する。第3半導体層606cの形成には、15族の不純物元
素(例えばリン(P))を含む半導体材料ガスを用いて、プラズマCVD法により形成す
る。半導体材料ガスとしてはシラン(SiH4)を用いればよい。または、Si2H6、
SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、SiF4等を用いてもよい。また、不純物
元素を含まないアモルファスシリコン膜を形成した後に、拡散法やイオン注入法を用いて
該アモルファスシリコン膜に不純物元素を導入してもよい。イオン注入法等により不純物
元素を導入した後に加熱等を行うことで、不純物元素を拡散させるとよい。この場合にア
モルファスシリコン膜を形成する方法としては、LPCVD法、気相成長法、又はスパッ
タリング法等を用いればよい。第3半導体層606cの膜厚は20nm以上200nm以
下となるよう形成することが好ましい。
モルファス半導体ではなく、多結晶半導体を用いて形成してもよいし、微結晶(セミアモ
ルファス(Semi Amorphous Semiconductor:SAS))半
導体を用いて形成してもよい。
状態に属するものである。すなわち、自由エネルギー的に安定な第3の状態を有する半導
体であって、短距離秩序を持ち格子歪みを有する。柱状または針状結晶が基板表面に対し
て法線方向に成長している。微結晶半導体の代表例である微結晶シリコンは、そのラマン
スペクトルが単結晶シリコンを示す520cm−1よりも低波数側に、シフトしている。
即ち、単結晶シリコンを示す520cm−1とアモルファスシリコンを示す480cm−
1の間に微結晶シリコンのラマンスペクトルのピークがある。また、未結合手(ダングリ
ングボンド)を終端するため水素またはハロゲンを少なくとも1原子%またはそれ以上含
ませている。さらに、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンなどの希ガス元素を含ま
せて格子歪みをさらに助長させることで、安定性が増し良好な微結晶半導体膜が得られる
。
たは周波数が1GHz以上のマイクロ波プラズマCVD装置により形成することができる
。代表的には、SiH4、Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、S
iF4などの水素化珪素を水素で希釈して形成することができる。また、水素化珪素及び
水素に加え、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンから選ばれた一種または複数種の
希ガス元素で希釈して微結晶半導体膜を形成することができる。これらのときの水素化珪
素に対して水素の流量比を5倍以上200倍以下、好ましくは50倍以上150倍以下、
更に好ましくは100倍とする。さらには、シリコンを含む気体中に、CH4、C2H6
等の炭化物気体、GeH4、GeF4等のゲルマニウム化気体、F2等を混入させてもよ
い。
フォトダイオードはp型の半導体層側を受光面とする方がよい特性を示す。ここでは、p
in型のフォトダイオードが形成されている基板601の面からフォトダイオード602
が受ける光を電気信号に変換する例を示す。また、受光面とした半導体層側とは逆の導電
型を有する半導体層側からの光は外乱光となるため、電極層は遮光性を有する導電膜を用
いるとよい。また、n型の半導体層側を受光面として用いることもできる。
性材料を用いて、その材料に応じて、スパッタリング法、SOG法、スピンコート、ディ
ップ、スプレー塗布、液滴吐出法(インクジェット法)、スクリーン印刷、オフセット印
刷、ドクターナイフ、ロールコーター、カーテンコーター、ナイフコーター等を用いて形
成することができる。
は酸化窒化アルミニウム層などの酸化物絶縁層の単層、又は積層を用いることができる。
、又は窒化酸化アルミニウム層などの窒化物絶縁層の単層、又は積層を用いることができ
る。またμ波(2.45GHz)を用いた高密度プラズマCVDは、緻密で絶縁耐圧の高
い高品質な絶縁層を形成できるので好ましい。
る絶縁層が好ましい。層間絶縁層633、634としては、例えばポリイミド、アクリル
樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂等の、耐熱性を有する有機
絶縁材料を用いることができる。また上記有機絶縁材料の他に、低誘電率材料(low−
k材料)、シロキサン系樹脂、PSG(リンガラス)、BPSG(リンボロンガラス)等
の単層、又は積層を用いることができる。
ることができる。なお、被検出物の情報を読み取る際にバックライトなどの光源を用いる
ことができる。
とができる。
うことによって、水素又は水などの水素を含む不純物を酸化物半導体膜より意図的に排除
し、高純度化された酸化物半導体膜である。
(例えば金属元素)と水素との間の結合が切断され、後に行われる加熱工程により不純物
である水素を酸化物半導体膜から脱離させやすくすることができる。さらに、希ガスイオ
ンの注入によって膜中にボイド(欠陥)が形成されるため、結合が切断された水素は、該
ボイドを通じて容易に膜中から脱離することができる。
体を構成している元素(例えば金属元素)と水酸基との間の結合も切断されるため、結合
が切断された水素と水酸基が結合し、水として酸化物半導体膜中から脱離する場合もある
。
抑制されており、電気的に安定である。よって、本実施の形態の半導体装置として信頼性
の高い半導体装置を提供することができる。
である。
実施の形態1乃至4のいずれかで一例を示したトランジスタは、複数のトランジスタを積
層する集積回路を有する半導体装置に好適に用いることができる。本実施の形態では、半
導体装置の一例として、記憶媒体(メモリ素子)の例を示す。
タ140と絶縁層を介してトランジスタ140の上方に半導体膜を用いて作製された第2
のトランジスタであるトランジスタ162を含む半導体装置を作製する。実施の形態1乃
至4のいずれかで一例を示したトランジスタは、トランジスタ162に好適に用いること
ができる。
よいし異なっていてもよい。本実施の形態では、記憶媒体(メモリ素子)の回路に好適な
材料及び構造のトランジスタをそれぞれ用いる例である。
B)には、半導体装置の平面を、それぞれ示す。ここで、図5(A)は、図5(B)のC
1−C2およびD1−D2における断面に相当する。また、図5(C)には、上記半導体
装置をメモリ素子として用いる場合の回路図の一例を示す。図5(A)および図5(B)
に示される半導体装置は、下部に第1の半導体材料を用いたトランジスタ140を有し、
上部に第2の半導体材料を用いたトランジスタ162を有する。本実施の形態では、第1
の半導体材料を酸化物半導体以外の半導体材料とし、第2の半導体材料を酸化物半導体と
する。酸化物半導体以外の半導体材料としては、例えば、シリコン、ゲルマニウム、シリ
コンゲルマニウム、炭化シリコン、またはガリウムヒ素等を用いることができ、単結晶半
導体を用いるのが好ましい。他に、有機半導体材料などを用いてもよい。このような半導
体材料を用いたトランジスタは、高速動作が容易である。一方で、酸化物半導体を用いた
トランジスタは、その特性により長時間の電荷保持を可能とする。
れたチャネル形成領域116と、チャネル形成領域116を挟むように設けられた不純物
領域120と、不純物領域120に接する金属化合物領域124と、チャネル形成領域1
16上に設けられたゲート絶縁層108と、ゲート絶縁層108上に設けられたゲート電
極110とを有する。
晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合物半導体基板、SOI基板などを適用す
ることができる。なお、一般に「SOI基板」は、絶縁表面上にシリコン半導体層が設け
られた構成の基板をいうが、本明細書等においては、絶縁表面上にシリコン以外の材料か
らなる半導体層が設けられた構成の基板も含む。つまり、「SOI基板」が有する半導体
層は、シリコン半導体層に限定されない。また、SOI基板には、ガラス基板などの絶縁
基板上に絶縁層を介して半導体層が設けられた構成のものが含まれるものとする。
することにより、表面から一定の深さに酸化層を形成させるとともに、表面層に生じた欠
陥を消滅させて作る方法、水素イオン照射により形成された微小ボイドの熱処理による成
長を利用して半導体基板を劈開する方法や、絶縁表面上に結晶成長により単結晶半導体層
を形成する方法等を用いることができる。
面から一定の深さに脆弱化層を形成し、単結晶半導体基板の一つの面上、又は素子基板上
のどちらか一方に絶縁層を形成する。単結晶半導体基板と素子基板を、絶縁層を挟んで重
ね合わせた状態で、脆弱化層に亀裂を生じさせ、単結晶半導体基板を脆弱化層で分離する
熱処理を行い、単結晶半導体基板より半導体層として単結晶半導体層を素子基板上に形成
する。上記方法を用いて作製されたSOI基板も好適に用いることができる。
る。なお、高集積化を実現するためには、図5(A)に示すようにトランジスタ140が
サイドウォール絶縁層を有しない構成とすることが望ましい。一方で、トランジスタ14
0の特性を重視する場合には、ゲート電極110の側面にサイドウォール絶縁層を設け、
不純物濃度が異なる領域を含む不純物領域120を設けても良い。
該トランジスタを読み出し用のトランジスタとして用いることで、情報の読み出しを高速
に行うことができる。
素子164の形成前の処理として、該絶縁層2層にCMP処理を施して、平坦化した絶縁
層128、絶縁層130を形成し、同時にゲート電極110の上面を露出させる。
アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、窒化
酸化シリコン膜、窒化酸化アルミニウム膜などの無機絶縁膜を用いることができる。絶縁
層128、及び絶縁層130は、プラズマCVD法又はスパッタリング法等を用いて形成
することができる。
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)等を用いること
ができる。有機材料を用いる場合、スピンコート法、印刷法などの湿式法によって絶縁層
128、絶縁層130を形成してもよい。
シリコン膜を形成し、絶縁層130としてスパッタリング法により膜厚550nmの酸化
シリコン膜を形成する。
では、半導体膜としてIn−Ga−Zn−O系酸化物ターゲットを用いてスパッタリング
法により成膜した酸化物半導体膜を用いる。
化物半導体膜に加熱工程を行い、酸化物半導体膜から膜外部へ水素又は水等の不純物を放
出させる。希ガスイオンを注入した酸化物半導体膜に行う加熱工程の温度は、300℃以
上700℃以下、又は基板の歪み点未満とする。該加熱工程は、減圧下、窒素雰囲気下、
又は希ガス雰囲気下で行えばよい。
気下、450℃、1時間の条件で行えばよい。この間、酸化物半導体膜は大気に触れさせ
ず、水や水素の混入が生じないようにする。加熱工程前に酸化物半導体膜に希ガスイオン
を注入しておくことによって、加熱工程中での酸化物半導体膜から膜外部への水素又は水
分の放出がより促進される。
酸素を供給させてI型(真性)またはI型に限りなく近い酸化物半導体膜を形成すること
で、極めて優れた特性のトランジスタを実現することができる。
電層を選択的にエッチングして、ソース電極またはドレイン電極142a、ソース電極ま
たはドレイン電極142bを形成する。
法を用いて形成することができる。また、導電層の材料としては、Al、Cr、Cu、T
a、Ti、Mo、Wから選ばれた元素や、上述した元素を成分とする合金等を用いること
ができる。Mn、Mg、Zr、Be、Nd、Scのいずれか、またはこれらを複数組み合
わせた材料を用いてもよい。
ン膜や窒化チタン膜の単層構造、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウ
ム膜上にチタン膜が積層された2層構造、窒化チタン膜上にチタン膜が積層された2層構
造、チタン膜とアルミニウム膜とチタン膜とが積層された3層構造などが挙げられる。な
お、導電層を、チタン膜や窒化チタン膜の単層構造とする場合には、テーパー形状を有す
るソース電極またはドレイン電極142a、およびソース電極またはドレイン電極142
bへの加工が容易であるというメリットがある。
a、およびソース電極またはドレイン電極142bの下端部の間隔によって決定される。
なお、チャネル長(L)が25nm未満のトランジスタを形成する場合に用いるマスク形
成の露光を行う際には、数nm〜数10nmと波長の短い超紫外線を用いるのが望ましい
。
プラズマCVD法又はスパッタリング法等を用いて、酸化シリコン層、窒化シリコン層、
酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、酸化アルミニウム層、窒化アルミニウム層、
酸化窒化アルミニウム層、窒化酸化アルミニウム層、酸化ハフニウム層、又は酸化ガリウ
ム層を単層で又は積層して形成することができる。
aを形成し、ソース電極またはドレイン電極142aと重畳する領域に電極148bを形
成する。
(第2の加熱工程)を行うのが望ましい。熱処理の温度は、200℃以上450℃以下、
望ましくは250℃以上350℃以下である。例えば、窒素雰囲気下で250℃、1時間
の加熱工程を行えばよい。加熱工程を行うことによって、トランジスタの電気的特性のば
らつきを軽減することができる。また、ゲート絶縁層146が酸素を含む膜として、半導
体層144に酸素を供給し、該半導体層144の酸素欠損を補償して、I型(真性)また
はI型に限りなく近い酸化物半導体膜を形成することもできる。
て、半導体層144を、その主成分以外の不純物が極力含まれないように高純度化するこ
とができる。
に、当該導電層を選択的にエッチングすることによって形成することができる。
0および絶縁層152を形成する。絶縁層150および絶縁層152は、スパッタリング
法やCVD法などを用いて形成することができる。また、酸化シリコン、酸化窒化シリコ
ン、窒化シリコン、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム等の無機絶縁材料を含む材料を用
いて形成することができる。
イン電極142bにまで達する開口を形成する。当該開口の形成は、マスクなどを用いた
選択的なエッチングにより行われる。
る。なお、図5(A)及び図5にはソース電極またはドレイン電極142bと配線156
との接続箇所は図示していない。
VD法を用いて導電層を形成した後、当該導電層をエッチング加工することによって形成
される。また、導電層の材料としては、Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、Wから選
ばれた元素や、上述した元素を成分とする合金等を用いることができる。Mn、Mg、Z
r、Be、Nd、Scのいずれか、またはこれらを複数組み合わせた材料を用いてもよい
。詳細は、ソース電極またはドレイン電極142aなどと同様である。
子164が完成する。容量素子164は、ソース電極またはドレイン電極142a、半導
体層144、ゲート絶縁層146、および電極148b、で構成される。
とにより、ソース電極またはドレイン電極142aと、電極148bとの間の絶縁性を十
分に確保することができる。もちろん、十分な容量を確保するために、半導体層144を
有しない構成の容量素子164を採用しても良い。また、絶縁層を有する構成の容量素子
164を採用しても良い。さらに、容量が不要の場合は、容量素子164を設けない構成
とすることも可能である。
図5(C)において、トランジスタ162のソース電極またはドレイン電極の一方と、容
量素子164の電極の一方と、トランジスタ140のゲート電極と、は電気的に接続され
ている。また、第1の配線(1st Line:ソース線とも呼ぶ)とトランジスタ14
0のソース電極とは、電気的に接続され、第2の配線(2nd Line:ビット線とも
呼ぶ)とトランジスタ140のドレイン電極とは、電気的に接続されている。また、第3
の配線(3rd Line:第1の信号線とも呼ぶ)とトランジスタ162のソース電極
またはドレイン電極の他方とは、電気的に接続され、第4の配線(4th Line:第
2の信号線とも呼ぶ)と、トランジスタ162のゲート電極とは、電気的に接続されてい
る。そして、第5の配線(5th Line:ワード線とも呼ぶ)と、容量素子164の
電極の他方は電気的に接続されている。
ているため、トランジスタ162をオフ状態とすることで、トランジスタ162のソース
電極またはドレイン電極の一方と、容量素子164の電極の一方と、トランジスタ140
のゲート電極とが電気的に接続されたノード(以下、ノードFG)の電位を極めて長時間
にわたって保持することが可能である。そして、容量素子164を有することにより、ノ
ードFGに与えられた電荷の保持が容易になり、また、保持された情報の読み出しが容易
になる。
ジスタ162がオン状態となる電位にして、トランジスタ162をオン状態とする。これ
により、第3の配線の電位が、ノードFGに供給され、ノードFGに所定量の電荷が蓄積
される。ここでは、異なる二つの電位レベルを与える電荷(以下、ロー(Low)レベル
電荷、ハイ(High)レベル電荷という)のいずれかが与えられるものとする。その後
、第4の配線の電位を、トランジスタ162がオフ状態となる電位にして、トランジスタ
162をオフ状態とすることにより、ノードFGが浮遊状態となるため、ノードFGには
所定の電荷が保持されたままの状態となる。以上のように、ノードFGに所定量の電荷を
蓄積及び保持させることで、メモリセルに情報を記憶させることができる。
間にわたって保持される。したがって、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り、消費電力を十分に低減すること
ができる。また、電力の供給がない場合であっても、長期にわたって記憶内容を保持する
ことが可能である。
えた状態で、第5の配線に適切な電位(読み出し電位)を与えると、ノードFGに保持さ
れた電荷量に応じて、トランジスタ140は異なる状態をとる。一般に、トランジスタ1
40をnチャネル型とすると、ノードFGにHighレベル電荷が保持されている場合の
トランジスタ140の見かけのしきい値Vth_Hは、ノードFGにLowレベル電荷が
保持されている場合のトランジスタ140の見かけのしきい値Vth_Lより低くなるた
めである。ここで、見かけのしきい値とは、トランジスタ140を「オン状態」とするた
めに必要な第5の配線の電位をいうものとする。したがって、第5の配線の電位をVth
_HとVth_Lの中間の電位V0とすることにより、ノードFGに保持された電荷を判
別できる。例えば、書き込みにおいて、Highレベル電荷が与えられていた場合には、
第5の配線の電位がV0(>Vth_H)となれば、トランジスタ140は「オン状態」
となる。Lowレベル電荷が与えられていた場合には、第5の配線の電位がV0(<Vt
h_L)となっても、トランジスタ140は「オフ状態」のままである。このため、第5
の配線の電位を制御して、トランジスタ140のオン状態またはオフ状態を読み出す(第
2の配線の電位を読み出す)ことで、記憶された情報を読み出すことができる。
荷を保持したノードFGに、新たな電位を供給することで、ノードFGに新たな情報に係
る電荷を保持させる。具体的には、第4の配線の電位を、トランジスタ162がオン状態
となる電位にして、トランジスタ162をオン状態とする。これにより、第3の配線の電
位(新たな情報に係る電位)が、ノードFGに供給され、ノードFGに所定量の電荷が蓄
積される。その後、第4の配線の電位をトランジスタ162がオフ状態となる電位にして
、トランジスタ162をオフ状態とすることにより、ノードFGには、新たな情報に係る
電荷が保持された状態となる。すなわち、ノードFGに第1の書き込みによって所定量の
電荷が保持された状態で、第1の書き込みと同様の動作(第2の書き込み)を行うことで
、記憶させた情報を上書きすることが可能である。
化された酸化物半導体膜を半導体層144に用いることで、トランジスタ162のオフ電
流を十分に低減することができる。そして、このようなトランジスタを用いることで、極
めて長期にわたり記憶内容を保持することが可能な半導体装置が得られる。
宜組み合わせて用いることができる。
本明細書に開示する半導体装置は、さまざまな電子機器(遊技機も含む)に適用すること
ができる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置(テレビ、またはテレビジョン
受信機ともいう)、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメ
ラ等のカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機(携帯電話、携帯電話装置ともいう
)、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機など
が挙げられる。上記実施の形態で説明した半導体装置を具備する電子機器の例について説
明する。
2、表示部3003、キーボード3004などによって構成されている。実施の形態1乃
至7のいずれかで示した半導体装置を表示部3003に適用することにより、信頼性の高
いノート型のパーソナルコンピュータとすることができる。
外部インターフェイス3025と、操作ボタン3024等が設けられている。また操作用
の付属品としてスタイラス3022がある。実施の形態1乃至7のいずれかで示した半導
体装置を表示部3023に適用することにより、より信頼性の高い携帯情報端末(PDA
)とすることができる。
び筐体2703の2つの筐体で構成されている。筐体2701および筐体2703は、軸
部2711により一体とされており、該軸部2711を軸として開閉動作を行うことがで
きる。このような構成により、紙の書籍のような動作を行うことが可能となる。
込まれている。表示部2705および表示部2707は、続き画面を表示する構成として
もよいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とするこ
とで、例えば右側の表示部(図11(C)では表示部2705)に文章を表示し、左側の
表示部(図11(C)では表示部2707)に画像を表示することができる。実施の形態
1乃至7のいずれかで示した半導体装置を表示部2705、表示部2707に適用するこ
とにより、信頼性の高い電子書籍とすることができる。表示部2705として半透過型、
又は反射型の液晶表示装置を用いる場合、比較的明るい状況下での使用も予想されるため
、太陽電池を設け、太陽電池による発電、及びバッテリーでの充電を行えるようにしても
よい。なおバッテリーとしては、リチウムイオン電池を用いると、小型化を図れる等の利
点がある。
筐体2701において、電源2721、操作キー2723、スピーカ2725などを備え
ている。操作キー2723により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示部と同一面
にキーボードやポインティングデバイスなどを備える構成としてもよい。また、筐体の裏
面や側面に、外部接続用端子(イヤホン端子、USB端子など)、記録媒体挿入部などを
備える構成としてもよい。さらに、電子書籍は、電子辞書としての機能を持たせた構成と
してもよい。
サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすることも可能で
ある。
れている。筐体2801には、表示パネル2802、スピーカー2803、マイクロフォ
ン2804、ポインティングデバイス2806、カメラ用レンズ2807、外部接続端子
2808などを備えている。また、筐体2800には、携帯電話の充電を行う太陽電池セ
ル2810、外部メモリスロット2811などを備えている。また、アンテナは筐体28
01内部に内蔵されている。実施の形態1乃至7のいずれかで示した半導体装置を表示パ
ネル2802に適用することにより、信頼性の高い携帯電話とすることができる。
ている複数の操作キー2805を点線で示している。なお、太陽電池セル2810で出力
される電圧を各回路に必要な電圧に昇圧するための昇圧回路も実装している。
2802と同一面上にカメラ用レンズ2807を備えているため、テレビ電話が可能であ
る。スピーカー2803及びマイクロフォン2804は音声通話に限らず、テレビ電話、
録音、再生などが可能である。さらに、筐体2800と筐体2801は、スライドし、図
11(D)のように展開している状態から重なり合った状態とすることができ、携帯に適
した小型化が可能である。
であり、充電及びパーソナルコンピュータなどとのデータ通信が可能である。また、外部
メモリスロット2811に記録媒体を挿入し、より大量のデータ保存及び移動に対応でき
る。
よい。
接眼部3053、操作スイッチ3054、表示部(B)3055、バッテリー3056な
どによって構成されている。実施の形態1乃至7のいずれかで示した半導体装置を表示部
(A)3057、表示部(B)3055に適用することにより、信頼性の高いデジタルビ
デオカメラとすることができる。
01に表示部9603が組み込まれている。表示部9603により、映像を表示すること
が可能である。また、ここでは、スタンド9605により筐体9601を支持した構成を
示している。実施の形態1乃至7のいずれかで示した半導体装置を表示部9603に適用
することにより、信頼性の高いテレビジョン装置とすることができる。
機により行うことができる。また、リモコン操作機に、当該リモコン操作機から出力する
情報を表示する表示部を設ける構成としてもよい。
のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線または無線による通信
ネットワークに接続することにより、一方向(送信者から受信者)または双方向(送信者
と受信者間、あるいは受信者間同士など)の情報通信を行うことも可能である。
である。
工程及び加熱工程による酸化物半導体膜の脱水素化処理の効果を実験により評価した。図
12及び図13に結果を示す。評価方法としては、二次イオン質量分析法(SIMS:S
econdary Ion Mass Spectrometry)を用いた。
m形成し、イオン注入法によりIn−Ga−Zn−O膜に水素イオンを注入した。水素イ
オンの注入条件は加速電圧22kV、ドーズ量を1×1016ions/cm2とした。
1:1:1[mol比]の酸化物ターゲットを用い、シリコン基板とターゲットとの間の
距離を60mm、圧力0.4Pa、直流(DC)電源0.5kW、アルゴン及び酸素(ア
ルゴン流量30sccm:酸素流量15sccm)雰囲気下、基板温度200℃とした。
−Zn−O膜に加熱(450℃、又は650℃)工程のみ行った膜、水素が注入されたI
n−Ga−Zn−O膜にアルゴンイオンをイオン注入法により注入し、さらに加熱(45
0℃、又は650℃)工程を行った膜を作製した。なお、アルゴンイオンの注入条件は加
速電圧100kV、ドーズ量を1×1016ions/cm2とした。該ドーズ量及び注
入条件であると、In−Ga−Zn−O膜における注入されたアルゴンの濃度のピークを
1×1019atoms/cm3以上3×1022atoms/cm3以下とすることが
できる。また、加熱工程は、450℃又は650℃、窒素雰囲気下で1時間行った。
ゴンイオン注入工程なしの膜(点線)、450℃加熱工程のみありの膜(細い実線)、ア
ルゴンイオン注入工程及び450℃加熱工程ありの膜(太い実線)のSIMSによるH元
素の濃度プロファイルを示す。また、図13に加熱工程及びアルゴンイオン注入工程なし
の膜(点線)、650℃加熱工程のみありの膜(細い実線)、アルゴンイオン注入工程及
び650℃加熱工程ありの膜(太い実線)のSIMSによるH元素の濃度プロファイルを
示す。
、加熱工程及びアルゴンイオン注入なしの膜及び加熱工程だけの膜と比較して、水素濃度
が一番低い。よって、アルゴンイオンの注入工程及び加熱工程によりIn−Ga−Zn−
O膜中の水素が排除され、効率よく脱水素化処理ができたことがわかった。
オンの注入工程を行い、注入工程後加熱工程を行うことで、酸化物半導体膜は効率よく脱
水素化処理され、より高純度化できることが確認できた。
、電気的に安定とすることができる。また、電気特性が良好で信頼性のよいトランジスタ
を有する半導体装置を作製することができる。
Claims (4)
- 酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜と電気的に接続された、ソース電極と、
前記酸化物半導体膜と電気的に接続された、ドレイン電極と、
前記酸化物半導体膜上の、ゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上の、ゲート電極と、を有し、
前記酸化物半導体膜は、Inと、Gaと、Znと、を有し、
前記酸化物半導体膜は、結晶性を有し、
前記酸化物半導体膜に、アルゴン、クリプトン、又はキセノンを添加して、前記酸化物半導体膜の内部にボイドを形成した後に、前記酸化物半導体膜を加熱することで、前記酸化物半導体膜のボイドを通じて水を脱離させることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜と電気的に接続された、ソース電極と、
前記酸化物半導体膜と電気的に接続された、ドレイン電極と、
前記酸化物半導体膜上の、ゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上の、ゲート電極と、を有し、
前記酸化物半導体膜は、Inと、Gaと、Znと、を有し、
前記酸化物半導体膜は、結晶性を有し、
前記酸化物半導体膜に、アルゴン、クリプトン、又はキセノンを添加して、前記酸化物半導体膜の内部に欠陥を形成した後に、前記酸化物半導体膜を加熱することで、前記酸化物半導体膜の欠陥を通じて水を脱離させることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜と電気的に接続された、ソース電極と、
前記酸化物半導体膜と電気的に接続された、ドレイン電極と、
前記酸化物半導体膜上の、ゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上の、ゲート電極と、を有し、
前記酸化物半導体膜は、Inと、Gaと、Znと、を有し、
前記酸化物半導体膜は、c軸配向領域を有し、
前記酸化物半導体膜に、アルゴン、クリプトン、又はキセノンを添加して、前記酸化物半導体膜の内部にボイドを形成した後に、前記酸化物半導体膜を加熱することで、前記酸化物半導体膜のボイドを通じて水を脱離させることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜と電気的に接続された、ソース電極と、
前記酸化物半導体膜と電気的に接続された、ドレイン電極と、
前記酸化物半導体膜上の、ゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上の、ゲート電極と、を有し、
前記酸化物半導体膜は、Inと、Gaと、Znと、を有し、
前記酸化物半導体膜は、c軸配向領域を有し、
前記酸化物半導体膜に、アルゴン、クリプトン、又はキセノンを添加して、前記酸化物半導体膜の内部に欠陥を形成した後に、前記酸化物半導体膜を加熱することで、前記酸化物半導体膜の欠陥を通じて水を脱離させることを特徴とする半導体装置の作製方法。
Applications Claiming Priority (2)
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JP2011063976 | 2011-03-23 | ||
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