JP2018093082A - 半導体装置、半導体装置の製造方法および表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
基板と、前記基板上に多結晶シリコンを含む第1半導体層と、前記第1半導体層に対向する第1ゲート電極とをこの順に有する第1トランジスタと、前記基板上に酸化物半導体を含む第2半導体層と、前記第2半導体層に対向する第2ゲート電極とをこの順に有する第2トランジスタとを備えた半導体装置。
【選択図】図2
Description
1.実施の形態(画素回路に第1トランジスタおよび第2トランジスタを有する表示装置)
2.変形例1(第1トランジスタを駆動トランジスタ、第2トランジスタを書き込みトランジスタに用いる例)
3.変形例2(画素回路が3Tr1Cで構成される例)
4.変形例3(インバータを有する例)
5.表示装置の機能構成例
6.撮像装置の例
7.電子機器の例
[構成]
図1は、本技術の一実施の形態に係る表示装置(表示装置1)の断面構成を模式的に表したものである。表示装置1は、例えば有機電界発光(EL:Electro-Luminescence)装置であり、半導体装置10上に表示素子層20を備えたものである。表示素子層20は、複数の画素を含んでおり、この複数の画素の画素回路が半導体装置10に設けられている。
第1半導体層13は、UC膜12上の選択的な領域に設けられている。第1半導体層13は、多結晶シリコン(Poly-silicon)により構成されており、低温多結晶シリコン(LTPS:Low-Temperature poly-silicon)により構成されていることが望ましい。第1半導体層13の厚みは例えば50nmである。
第2半導体層17は、第2絶縁膜16上の選択的な領域に設けられている。第2半導体層17には、平面視で第2ゲート電極19に重なるチャネル領域17aと、このチャネル領域17aに隣接した低抵抗領域17bとが設けられている。
第1電極13Lは、UC膜12上の選択的な領域に設けられている。この第1電極13Lは、後述するように、例えば第1トランジスタTr1の第1半導体層13と同一工程で形成されており、低抵抗化された多結晶シリコンを含んでいる。第1電極13Lは、例えばリン(P)などのn型不純物がドーピングされたLTPSにより構成されており、その厚みは50nm程度である。
表示素子層20は、複数の画素を含むと共に、第1トランジスタTr1,第2トランジスタTr2により表示駆動される表示素子を含んでいる。表示素子としては、例えば有機EL素子などが挙げられる。有機EL素子は、半導体装置10側から順に、例えばアノード電極、有機電界発光層およびカソード電極を有する。
図3は、表示装置1の画素回路の一例を表したものである。この画素回路は、2Tr1Cの回路構成であり、例えば、第1トランジスタTr1が書き込みトランジスタWsTrとして機能し、第2トランジスタTr2が駆動トランジスタDsTrとして機能する。保持容量Csは、駆動トランジスタDsTrのゲート電極およびソース電極間に所定の電圧を保持するようになっている。表示装置1では、画素毎にこのような画素回路が設けられている。即ち、半導体装置10には、複数の第1トランジスタTr1、複数の第2トランジスタTr2および複数の保持容量Csが設けられている。
上記のような表示装置1は、例えば次のようにして製造することができる。図4A〜図10Bは、表示装置1の製造プロセスを工程順に表したものである。なお、以下の説明では、熱プロセス等の記載は省略する。
この表示装置1では、各画素の書き込みトランジスタWsTr(第1トランジスタTr1)へ選択パルスが供給されることで、画素が選択される。この選択された画素に映像信号に応じた信号電圧が供給され、保持容量Csに保持される。この保持容量Csに保持された信号に応じて駆動トランジスタDsTr(第2トランジスタTr2)がオンオフ制御され、各表示素子に駆動電流が注入される。これにより、表示素子層20が発光し、各画素から色光が取り出される。これらの色光の加法混色により、カラーの映像表示がなされる。
図12は、上記実施の形態の変形例1に係る画素回路の構成を表したものである。このように、第1トランジスタTr1が駆動トランジスタDsTrとして機能し、第2トランジスタTr2が書き込みトランジスタWsTrとして機能するようにしてもよい。この画素回路では、信頼性の高い第1トランジスタTr1を駆動トランジスタDsTrに用いているので、表示装置1の信頼性を向上させることができる。
図13は、上記実施の形態の変形例2に係る画素回路の構成を表したものである。このように、画素回路が3Tr1Cの回路構成を有していてもよい。この画素回路は、書き込みトランジスタWsTrおよび駆動トランジスタDsTrに加えて、例えばカットオフトランジスタCoTrを有している。カットオフトランジスタCoTrは、第1トランジスタTr1により構成するようにしてもよく、第2トランジスタTr2により構成するようにしてもよい。
図14は、上記実施の形態の変形例3に係る半導体装置(半導体装置10A)の要部の断面構成を表したものである。図15は、この半導体装置10Aの回路構成を表している。このように、第1トランジスタTr1および第2トランジスタTr2を用いてインバータを構成するようにしてもよい。この点を除き、半導体装置10Aは上記実施の形態の半導体装置10と同様の構成を有し、その作用および効果も同様である。
図16は、上記実施の形態等において説明した表示装置1の機能ブロック構成を表すものである。
上記実施の形態等では、半導体装置10,10Aの適用例として表示装置1を例に挙げて説明したが、半導体装置10,10Aは、表示装置1の他にも、図17に示したような撮像装置(撮像装置2)に用いられてもよい。
上記実施の形態等において説明した表示装置1(または撮像装置2)は、様々なタイプの電子機器に用いることができる。図18に、電子機器3の機能ブロック構成を示す。電子機器3としては、例えばテレビジョン装置、パーソナルコンピュータ(PC)、スマートフォン、タブレット型PC、携帯電話機、デジタルスチルカメラおよびデジタルビデオカメラ等が挙げられる。
(1)
基板と、
前記基板上に多結晶シリコンを含む第1半導体層と、前記第1半導体層に対向する第1ゲート電極とをこの順に有する第1トランジスタと、
前記基板上に酸化物半導体を含む第2半導体層と、前記第2半導体層に対向する第2ゲート電極とをこの順に有する第2トランジスタと
を備えた半導体装置。
(2)
複数の前記第1トランジスタおよび複数の前記第2トランジスタを有する
前記(1)記載の半導体装置。
(3)
前記第2半導体層には、平面視で前記第2ゲート電極に重なるチャネル領域と、前記チャネル領域に隣接した低抵抗領域とが設けられている
前記(1)または(2)記載の半導体装置。
(4)
更に、前記第1トランジスタは、前記第1半導体層に電気的に接続された一対の第1ソース・ドレイン電極を有し、
前記一対の第1ソース・ドレイン電極と前記第2ゲート電極とは、同一の構成材料からなるとともに、同一の厚みを有している
前記(1)乃至(3)のうちいずれか1つに記載の半導体装置。
(5)
更に、前記第1半導体層と前記第1ゲート電極との間の第1絶縁膜と、
前記第1ゲート電極を覆う第2絶縁膜とを有し、
前記基板と前記第2半導体層との間に、前記第1絶縁膜および前記第2絶縁膜が設けられている
前記(1)乃至(4)のうちいずれか1つに記載の半導体装置。
(6)
更に、前記第2半導体層と前記第2ゲート電極との間の第3絶縁膜を有する
前記(5)記載の半導体装置。
(7)
前記第3絶縁膜の平面形状は、前記第2ゲート電極の平面形状と同じである
前記(6)記載の半導体装置。
(8)
前記第2絶縁膜は、前記第1絶縁膜に近い位置から順に窒化シリコン(SiN)膜および酸化シリコン膜(SiO)を含む積層膜により構成されている
前記(7)記載の半導体装置。
(9)
更に、前記基板に近い位置から、第1電極、第2電極および、前記第1電極に電気的に接続された第3電極をこの順に有する保持容量を含み、
前記第1電極、前記第2電極および前記第3電極は、平面視で互いに重なる部分を有する
前記(7)または(8)に記載の半導体装置。
(10)
前記第1電極は、多結晶シリコンを含むとともに、前記第1半導体層と同一の厚みを有し、
前記第2電極は、前記第1ゲート電極と同一の構成材料からなるとともに、前記第1ゲート電極と同一の厚みを有し、
前記第3電極は、前記第2ゲート電極と同一の構成材料からなるとともに、前記第2ゲート電極と同一の厚みを有している
前記(9)記載の半導体装置。
(11)
前記第1電極と前記第2電極との間に前記第1絶縁膜が設けられ、
前記第2電極と前記第3電極との間に前記第2絶縁膜および前記第3絶縁膜が設けられている
前記(10)記載の半導体装置。
(12)
前記第1トランジスタおよび前記第2トランジスタはインバータを構成する
前記(1)乃至(11)のうちいずれか1つに記載の半導体装置。
(13)
前記第1半導体層はLTPS(Low-Temperature poly-silicon)により構成されている
前記(1)乃至(3)のうちいずれか1つに記載の半導体装置。
(14)
半導体装置と、前記半導体装置上に設けられるとともに、複数の画素を含む表示素子層とを備え、
前記半導体装置は、
基板と、
前記基板上に多結晶シリコンを含む第1半導体層と、前記第1半導体層に対向する第1ゲート電極とをこの順に有する第1トランジスタと、
前記基板上に酸化物半導体を含む第2半導体層と、前記第2半導体層に対向する第2ゲート電極とをこの順に有する第2トランジスタとを含む
表示装置。
(15)
前記半導体装置には、前記複数の画素の画素回路が設けられ、
前記画素回路では、前記第1トランジスタが書き込みトランジスタとして機能するとともに、前記第2トランジスタが駆動トランジスタとして機能する
前記(14)記載の表示装置。
(16)
前記画素回路は、2つの前記第1トランジスタを有し、
前記第1トランジスタの一方が前記書き込みトランジスタとして機能し、前記第1トランジスタの他方がカットオフトランジスタとして機能する
前記(15)記載の表示装置。
(17)
前記半導体装置には、前記複数の画素の画素回路が設けられ、
前記画素回路では、前記第1トランジスタが駆動トランジスタとして機能するとともに、前記第2トランジスタが書き込みトランジスタとして機能する
前記(14)記載の表示装置。
(18)
基板上に、多結晶シリコンを含む第1半導体層と、前記第1半導体層に対向する第1ゲート電極とをこの順に設け、第1トランジスタを形成し、
前記基板上に、酸化物半導体を含む第2半導体層と、前記第2半導体層に対向する第2ゲート電極とをこの順に設け、第2トランジスタを形成する
半導体装置の製造方法。
(19)
更に、前記第2ゲート電極と同一工程で、前記第1半導体層に電気的に接続された第1ソース・ドレイン電極を形成する
前記(18)記載の半導体装置の製造方法。
(20)
更に、保持容量を形成し、
前記保持容量は、
前記第1半導体層と同一工程で第1電極を形成し、
前記第1ゲート電極と同一工程で第2電極を形成し、
前記第1ソース・ドレイン電極と同一工程で、前記第1電極に電気的に接続して第3電極を形成する
前記(19)記載の半導体装置の製造方法。
Claims (20)
- 基板と、
前記基板上に多結晶シリコンを含む第1半導体層と、前記第1半導体層に対向する第1ゲート電極とをこの順に有する第1トランジスタと、
前記基板上に酸化物半導体を含む第2半導体層と、前記第2半導体層に対向する第2ゲート電極とをこの順に有する第2トランジスタと
を備えた半導体装置。 - 複数の前記第1トランジスタおよび複数の前記第2トランジスタを有する
請求項1記載の半導体装置。 - 前記第2半導体層には、平面視で前記第2ゲート電極に重なるチャネル領域と、前記チャネル領域に隣接した低抵抗領域とが設けられている
請求項1記載の半導体装置。 - 更に、前記第1トランジスタは、前記第1半導体層に電気的に接続された一対の第1ソース・ドレイン電極を有し、
前記一対の第1ソース・ドレイン電極と前記第2ゲート電極とは、同一の構成材料からなるとともに、同一の厚みを有している
請求項1記載の半導体装置。 - 更に、前記第1半導体層と前記第1ゲート電極との間の第1絶縁膜と、
前記第1ゲート電極を覆う第2絶縁膜とを有し、
前記基板と前記第2半導体層との間に、前記第1絶縁膜および前記第2絶縁膜が設けられている
請求項1記載の半導体装置。 - 更に、前記第2半導体層と前記第2ゲート電極との間の第3絶縁膜を有する
請求項5記載の半導体装置。 - 前記第3絶縁膜の平面形状は、前記第2ゲート電極の平面形状と同じである
請求項6記載の半導体装置。 - 前記第2絶縁膜は、前記第1絶縁膜に近い位置から順に窒化シリコン(SiN)膜および酸化シリコン膜(SiO)を含む積層膜により構成されている
請求項7記載の半導体装置。 - 更に、前記基板に近い位置から、第1電極、第2電極および、前記第1電極に電気的に接続された第3電極をこの順に有する保持容量を含み、
前記第1電極、前記第2電極および前記第3電極は、平面視で互いに重なる部分を有する
請求項7記載の半導体装置。 - 前記第1電極は、多結晶シリコンを含むとともに、前記第1半導体層と同一の厚みを有し、
前記第2電極は、前記第1ゲート電極と同一の構成材料からなるとともに、前記第1ゲート電極と同一の厚みを有し、
前記第3電極は、前記第2ゲート電極と同一の構成材料からなるとともに、前記第2ゲート電極と同一の厚みを有している
請求項9記載の半導体装置。 - 前記第1電極と前記第2電極との間に前記第1絶縁膜が設けられ、
前記第2電極と前記第3電極との間に前記第2絶縁膜および前記第3絶縁膜が設けられている
請求項10記載の半導体装置。 - 前記第1トランジスタおよび前記第2トランジスタはインバータを構成する
請求項1記載の半導体装置。 - 前記第1半導体層はLTPS(Low-Temperature poly-silicon)により構成されている
請求項1記載の半導体装置。 - 半導体装置と、前記半導体装置上に設けられるとともに、複数の画素を含む表示素子層とを備え、
前記半導体装置は、
基板と、
前記基板上に多結晶シリコンを含む第1半導体層と、前記第1半導体層に対向する第1ゲート電極とをこの順に有する第1トランジスタと、
前記基板上に酸化物半導体を含む第2半導体層と、前記第2半導体層に対向する第2ゲート電極とをこの順に有する第2トランジスタとを含む
表示装置。 - 前記半導体装置には、前記複数の画素の画素回路が設けられ、
前記画素回路では、前記第1トランジスタが書き込みトランジスタとして機能するとともに、前記第2トランジスタが駆動トランジスタとして機能する
請求項14記載の表示装置。 - 前記画素回路は、2つの前記第1トランジスタを有し、
前記第1トランジスタの一方が前記書き込みトランジスタとして機能し、前記第1トランジスタの他方がカットオフトランジスタとして機能する
請求項15記載の表示装置。 - 前記半導体装置には、前記複数の画素の画素回路が設けられ、
前記画素回路では、前記第1トランジスタが駆動トランジスタとして機能するとともに、前記第2トランジスタが書き込みトランジスタとして機能する
請求項14記載の表示装置。 - 基板上に、多結晶シリコンを含む第1半導体層と、前記第1半導体層に対向する第1ゲート電極とをこの順に設け、第1トランジスタを形成し、
前記基板上に、酸化物半導体を含む第2半導体層と、前記第2半導体層に対向する第2ゲート電極とをこの順に設け、第2トランジスタを形成する
半導体装置の製造方法。 - 更に、前記第2ゲート電極と同一工程で、前記第1半導体層に電気的に接続された第1ソース・ドレイン電極を形成する
請求項18記載の半導体装置の製造方法。 - 更に、保持容量を形成し、
前記保持容量は、
前記第1半導体層と同一工程で第1電極を形成し、
前記第1ゲート電極と同一工程で第2電極を形成し、
前記第1ソース・ドレイン電極と同一工程で、前記第1電極に電気的に接続して第3電極を形成する
請求項19記載の半導体装置の製造方法。
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