JP2018133508A - 半導体装置、及び半導体装置の作製方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置の作製方法、及び当該方法により作製可能な半導体装置の構成について説明する。
まず、本発明の一態様の半導体装置の作製方法により作製可能なトランジスタの構成例について説明する。
図2(A)、(B)、(C)には、上記構成例1とは一部の構成が異なるトランジスタ100を示している。
次に、本実施の形態の半導体装置に含まれる構成要素について、詳細に説明する。
基板102の材質などに大きな制限はないが、少なくとも、後の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有している必要がある。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板等を、基板102として用いてもよい。また、シリコンや炭化シリコンを材料とした単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウム等の化合物半導体基板、SOI基板等を適用することも可能であり、これらの基板上に半導体素子が設けられたものを、基板102として用いてもよい。なお、基板102として、ガラス基板を用いる場合、第6世代(1500mm×1850mm)、第7世代(1870mm×2200mm)、第8世代(2200mm×2400mm)、第9世代(2400mm×2800mm)、第10世代(2950mm×3400mm)、またはそれ以上のサイズの基板を用いることで、大型の表示装置を作製することができる。
絶縁層104としては、スパッタリング法、CVD法、蒸着法、パルスレーザー堆積(PLD)法、印刷法、塗布法等を適宜用いて形成することができる。また、絶縁層104としては、例えば、酸化物絶縁膜または窒化物絶縁膜を単層または積層して形成することができる。なお、半導体層108との界面特性を向上させるため、絶縁層104において少なくとも半導体層108と接する領域は酸化物絶縁膜で形成することが好ましい。また、絶縁層104として加熱により酸素を放出する酸化物絶縁膜を用いることで、加熱処理により絶縁層104に含まれる酸素を、半導体層108に移動させることが可能である。
ゲート電極として機能する導電層112及び導電層106、ソース電極として機能する導電層120a、ドレイン電極として機能する導電層120bとしては、クロム(Cr)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、金(Au)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、タングステン(W)、マンガン(Mn)、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)、コバルト(Co)から選ばれた金属元素、または上述した金属元素を成分とする合金か、上述した金属元素を組み合わせた合金等を用いてそれぞれ形成することができる。
トランジスタ100のゲート絶縁膜として機能する絶縁層110としては、プラズマ化学気相堆積(PECVD:(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition))法、スパッタリング法等により、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化イットリウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化ガリウム膜、酸化タンタル膜、酸化マグネシウム膜、酸化ランタン膜、酸化セリウム膜および酸化ネオジム膜を一種以上含む絶縁層を用いることができる。なお、絶縁層110を、2層の積層構造または3層以上の積層構造としてもよい。
半導体層108がIn−M−Zn酸化物の場合、In−M−Zn酸化物を成膜するために用いるスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比は、In>Mを満たすことが好ましい。このようなスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比として、In:M:Zn=1:1:1、In:M:Zn=1:1:1.2、In:M:Zn=2:1:3、In:M:Zn=3:1:2、In:M:Zn=4:2:4.1、In:M:Zn=5:1:6、In:M:Zn=5:1:7、In:M:Zn=5:1:8、In:M:Zn=6:1:6、In:M:Zn=5:2:5等が挙げられる。
絶縁層116は、窒素または水素を有する。絶縁層116としては、例えば、窒化物絶縁膜が挙げられる。該窒化物絶縁膜としては、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン等を用いて形成することができる。絶縁層116に含まれる水素濃度は、1×1022atoms/cm3以上であると好ましい。また、絶縁層116は、半導体層108の領域108nと接する。したがって、絶縁層116と接する領域108n中の不純物(窒素または水素)濃度が高くなり、領域108nのキャリア密度を高めることができる。
絶縁層118としては、酸化物絶縁膜を用いることができる。また、絶縁層118としては、酸化物絶縁膜と、窒化物絶縁膜との積層膜を用いることができる。絶縁層118として、例えば酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ガリウムまたはGa−Zn酸化物などを用いればよい。
以下では、本発明の一態様のトランジスタの作製方法例について説明する。ここでは、上記構成例2で例示したトランジスタ100を例に挙げて説明する。
基板102上に導電膜を形成し、これをエッチングにより加工して、ゲート電極として機能する導電層106を形成する(図3(A))。
続いて、基板102及び導電層106を覆って絶縁層104を形成する(図3(B))。絶縁層104は、プラズマCVD法等を用いて形成することが好ましい。
続いて、絶縁層104上に半導体層108を形成する。
続いて、半導体層108及び絶縁層104上に、絶縁層110を形成する(図3(E))。
続いて、絶縁層110を覆って導電膜130を形成する(図4(A))。
続いて、導電膜130を介して絶縁層110に酸素134を供給する処理(以下、酸素供給処理ともいう)を行う(図4(B))。
酸素供給処理を経ることにより、導電膜130が脆化する場合がある。また特に導電膜130に金属または合金を用いた場合には、酸素供給処理により酸化されて抵抗値が高くなる、または一部がエッチングされ、薄膜化してしまう場合もある。そのため導電膜130をエッチングにより除去することが好ましい。
続いて、絶縁層110上に金属酸化物層114を形成する(図4(D))。
続いて、金属酸化物層114上に導電膜112aを形成する(図5(A))。導電膜112aは、後に導電層112となる膜である。
続いて、導電膜112a、金属酸化物層114、及び絶縁層110の一部をエッチングし、半導体層108の一部を露出させる(図5(B))。
続いて、半導体層108、導電層112、絶縁層104等を覆って絶縁層116を形成し、その後に絶縁層118を形成する(図5(C))。
絶縁層116及び絶縁層118を形成した後に、加熱処理を行う。加熱処理により、絶縁層110から半導体層108に酸素が供給され、半導体層108中の酸素欠損を低減することができる。絶縁層110は極めて多くの過剰酸素が含まれるため、比較的低温の加熱処理であっても、十分な量の酸素を半導体層108に供給することができる。
続いて、絶縁層118の所望の位置に、リソグラフィによりマスクを形成した後、絶縁層118及び絶縁層116の一部をエッチングすることで、領域108nに達する開口部141a、開口部141bを形成する(図6(A))。
続いて、開口部141a、開口部141bを覆うように、絶縁層118上に導電膜を成膜し、当該導電膜を所望の形状に加工することで、導電層120a、導電層120bを形成する(図6(B))。
本発明の一態様によれば、トランジスタを低温で形成することが可能なため、耐熱性の比較的低い基板上に作製することが可能である。以下では、一例として、可撓性を有する程度に薄い有機樹脂基板上に設けられたトランジスタについて説明する。
図8(A)、(B)に、以下で例示するトランジスタ100Cの断面図を示す。なお、上面図については図2(A)を援用できる。トランジスタ100Cは、上記構成例2で例示したトランジスタ100と比較して、半導体層108が積層構造を有する点で、主に相違している。
図9(A)、(B)に、以下で例示するトランジスタ100Dの断面図を示す。なお、上面図については図2(A)を援用できる。トランジスタ100Dは、上記構成例2で例示したトランジスタ100と比較して、半導体層108が積層構造を有する点で、主に相違している。
図10(A)、(B)に、以下で例示するトランジスタ100Eの断面図を示す。なお、上面図については図2(A)を援用できる。トランジスタ100Eは、上記構成例2で例示したトランジスタ100と比較して、半導体層108が積層構造を有する点で、主に相違している。
本実施の形態においては、先の実施の形態で例示したトランジスタを有する表示装置の一例について説明を行う。
図11(A)は、表示装置の一例を示す上面図である。図11(A)に示す表示装置700は、第1の基板701上に設けられた画素部702と、第1の基板701に設けられたソースドライバ回路部704及びゲートドライバ回路部706と、画素部702、ソースドライバ回路部704、及びゲートドライバ回路部706を囲むように配置されるシール材712と、第1の基板701に対向するように設けられる第2の基板705と、を有する。なお、第1の基板701と第2の基板705は、シール材712によって貼り合わされている。すなわち、画素部702、ソースドライバ回路部704、及びゲートドライバ回路部706は、第1の基板701とシール材712と第2の基板705によって封止されている。なお、図11(A)には図示しないが、第1の基板701と第2の基板705の間には表示素子が設けられる。
以下では、表示素子として液晶素子及びEL素子を用いる構成について、図12乃至図14を用いて説明する。なお、図12及び図13は、図11に示す一点鎖線Q−Rにおける断面図であり、表示素子として液晶素子を用いた構成である。また、図14は、図11に示す一点鎖線Q−Rにおける断面図であり、表示素子としてEL素子を用いた構成である。
図12乃至図14に示す表示装置700は、引き回し配線部711と、画素部702と、ソースドライバ回路部704と、FPC端子部708と、を有する。また、引き回し配線部711は、信号線710を有する。また、画素部702は、トランジスタ750及び容量素子790を有する。また、ソースドライバ回路部704は、トランジスタ752を有する。
図12に示す表示装置700は、液晶素子775を有する。液晶素子775は、導電膜772、導電膜774、及び液晶層776を有する。導電膜774は、第2の基板705側に設けられ、対向電極としての機能を有する。図12に示す表示装置700は、導電膜772と導電膜774に印加される電圧によって、液晶層776の配向状態が変わることによって光の透過、非透過が制御され画像を表示することができる。
図14に示す表示装置700は、発光素子782を有する。発光素子782は、導電膜772、EL層786、及び導電膜788を有する。図14に示す表示装置700は、画素毎に設けられる発光素子782が有するEL層786が発光することによって、画像を表示することができる。なお、EL層786は、有機化合物、または量子ドットなどの無機化合物を有する。
また、図12乃至図14に示す表示装置700に入出力装置を設けてもよい。当該入出力装置としては、例えば、タッチパネル等が挙げられる。
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置を有する表示装置について、図17を用いて説明を行う。
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置を有する表示モジュール及び電子機器について、図19乃至図21を用いて説明を行う。
図19に示す表示モジュール7000は、上部カバー7001と下部カバー7002との間に、FPC7003に接続されたタッチパネル7004、FPC7005に接続された表示パネル7006、バックライト7007、フレーム7009、プリント基板7010、バッテリ7011を有する。
次に、図20(A)乃至図20(E)に電子機器の一例を示す。
次に、図20(A)乃至図20(E)に示す電子機器と、異なる電子機器の一例を図21(A)乃至図21(G)に示す。
本実施の形態では、本発明の一態様の電子機器について、図面を参照して説明する。
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置を有する表示装置を適用することのできるテレビジョン装置の例について、図面を参照して説明する。
作製したトランジスタの構成は、実施の形態1及び図2で例示したトランジスタ100を援用できる。
次に、上記作製した試料について、トランジスタのId−Vg特性を測定した。なお、トランジスタのId−Vg特性の測定条件としては、第1のゲート電極として機能する導電膜に印加する電圧(以下、ゲート電圧(Vg)ともいう)、及び第2のゲート電極として機能する導電膜に印加する電圧(Vbg)ともいう)を、−15Vから+20Vまで0.25Vのステップで印加した。また、ソース電極として機能する導電膜に印加する電圧(以下、ソース電圧(Vs)ともいう)を0V(comm)とし、ドレイン電極として機能する導電膜に印加する電圧(以下、ドレイン電圧(Vd)ともいう)を、0.1V及び10Vとした。また、測定数は、各試料それぞれ20とした。
100A トランジスタ
100B トランジスタ
100C トランジスタ
100D トランジスタ
100E トランジスタ
102 基板
102a 基板
103 絶縁層
104 絶縁層
105 接着層
106 導電層
108 半導体層
108a 半導体層
108b 半導体層
108c 半導体層
108n 領域
108na 領域
108nb 領域
108nc 領域
110 絶縁層
112 導電層
112a 導電膜
116 絶縁層
118 絶縁層
120a 導電層
120b 導電層
130 導電膜
132 酸素
134 酸素
136 酸素
141a 開口部
141b 開口部
501 画素回路
502 画素部
504 駆動回路部
504a ゲートドライバ
504b ソースドライバ
506 保護回路
507 端子部
550 トランジスタ
552 トランジスタ
554 トランジスタ
560 容量素子
562 容量素子
570 液晶素子
572 発光素子
600 テレビジョン装置
601 制御部
602 記憶部
603 通信制御部
604 画像処理回路
605 デコーダ回路
606 映像信号受信部
607 タイミングコントローラ
608 ソースドライバ
609 ゲートドライバ
610 ニューラルネットワーク
611 入力層
612 中間層
613 出力層
615 ニューロン
620 表示パネル
621 画素
630 システムバス
700 表示装置
700A 表示装置
701 基板
702 画素部
704 ソースドライバ回路部
705 基板
706 ゲートドライバ回路部
708 FPC端子部
710 信号線
711 配線部
712 シール材
716 FPC
721 ソースドライバIC
722 ゲートドライバ回路
723 FPC
724 プリント基板
730 絶縁膜
732 封止膜
734 絶縁膜
736 着色膜
738 遮光膜
750 トランジスタ
752 トランジスタ
760 接続電極
770 平坦化絶縁膜
772 導電膜
773 絶縁膜
774 導電膜
775 液晶素子
776 液晶層
778 構造体
780 異方性導電膜
782 発光素子
786 EL層
788 導電膜
790 容量素子
791 タッチパネル
792 絶縁膜
793 電極
794 電極
795 絶縁膜
796 電極
797 絶縁膜
7000 表示モジュール
7001 上部カバー
7002 下部カバー
7003 FPC
7004 タッチパネル
7005 FPC
7006 表示パネル
7007 バックライト
7008 光源
7009 フレーム
7010 プリント基板
7011 バッテリ
7500 表示部
7100 テレビジョン装置
7101 筐体
7103 スタンド
7111 リモコン操作機
7200 ノート型パーソナルコンピュータ
7211 筐体
7212 キーボード
7213 ポインティングデバイス
7214 外部接続ポート
7300 デジタルサイネージ
7301 筐体
7303 スピーカ
7311 情報端末機
7400 デジタルサイネージ
7401 柱
7411 情報端末機
8000 カメラ
8001 筐体
8002 表示部
8003 操作ボタン
8004 シャッターボタン
8006 レンズ
8100 ファインダー
8101 筐体
8102 表示部
8103 ボタン
8200 ヘッドマウントディスプレイ
8201 装着部
8202 レンズ
8203 本体
8204 表示部
8205 ケーブル
8206 バッテリ
8300 ヘッドマウントディスプレイ
8301 筐体
8302 表示部
8304 固定具
8305 レンズ
9000 筐体
9001 表示部
9003 スピーカ
9005 操作キー
9006 接続端子
9007 センサ
9008 マイクロフォン
9050 操作ボタン
9051 情報
9052 情報
9053 情報
9054 情報
9055 ヒンジ
9100 テレビジョン装置
9101 携帯情報端末
9102 携帯情報端末
9200 携帯情報端末
9201 携帯情報端末
Claims (11)
- 第1の絶縁膜上に、島状の酸化物半導体層を形成する第1の工程と、
前記酸化物半導体層を覆って、第2の絶縁膜を形成する第2の工程と、
前記第2の絶縁膜上に、第3の絶縁膜を形成する第3の工程と、
前記第3の絶縁膜上に、第1の導電膜を形成する第4の工程と、
前記第1の導電膜、前記第3の絶縁膜、及び前記第2の絶縁膜を島状に加工し、前記酸化物半導体層の一部を露出する第5の工程と、
前記酸化物半導体層の露出した部分に接して、第4の絶縁膜を形成する第6の工程と、
第1の加熱処理を行う第7の工程と、を有し、
前記第1乃至第7の工程は、この順で行われ、
前記第1の導電膜は、金属または合金を含むように形成され、
前記第1の絶縁膜と第2の絶縁膜とは、それぞれ酸素を含むように形成され、
前記第3の絶縁膜は、金属と酸素とを含むように形成され、
前記第4の絶縁膜は、窒素を含むように形成される、
半導体装置の作製方法。 - 請求項1において、
前記第2の工程と前記第3の工程との間に、
前記第2の絶縁膜上に、第2の導電膜を成膜する第8の工程と、
前記第2の導電膜を介して、前記第2の絶縁膜に酸素を供給する第9の工程と、
前記第2の導電膜を除去する第10の工程と、を有する、
半導体装置の作製方法。 - 請求項2において、
前記第9の工程において、平行平板型の一対の電極を有する装置を用い、当該一対の電極間にバイアス電圧を印加した状態で、酸素プラズマ処理を行うことを特徴とする、
半導体装置の作製方法。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか一において、
前記第3の絶縁膜は、アルミニウムまたはハフニウムと、酸素と、を含むように形成される、
半導体装置の作製方法。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか一において、
前記第3の絶縁膜は、酸素を含む雰囲気下で、スパッタリング法により成膜されることを特徴とする、
半導体装置の作製方法。 - 請求項1乃至請求項5のいずれか一において、
前記第1の工程よりも前に、
前記第1の絶縁膜に、酸素プラズマ処理を行う第11の工程、を有する、
半導体装置の作製方法。 - 第1の絶縁膜、第2の絶縁膜、第3の絶縁膜、第4の絶縁膜、半導体層、及び第1の導電層、を有する半導体装置であって、
前記半導体層は、前記第1の絶縁膜上に設けられ、
前記第2の絶縁膜、前記第3の絶縁膜、及び前記第1の導電層は、前記半導体層上にこの順で積層して設けられ、且つ、それぞれ上面形状が概略一致し、
前記第4の絶縁膜は、前記半導体層、前記第2の絶縁膜、前記第3の絶縁膜、及び前記第1の導電層を覆って設けられ、且つ、前記半導体層の前記第1の導電層と重ならない一部と接し、
前記半導体層は、インジウム、ガリウム、亜鉛、及び酸素を含み、
前記第1の導電層は、金属または合金を含み、
前記第1の絶縁膜と前記第2の絶縁膜とは、酸素を含み、
前記第3の絶縁膜は、金属と酸素とを含み、
前記第4の絶縁膜は、水素と窒素とを含む、
半導体装置。 - 請求項7において、
前記第2の絶縁膜は、アルミニウムまたはハフニウムを含む、
半導体装置。 - 請求項7または請求項8において、
前記半導体層は、インジウム、ガリウム、及び亜鉛の原子数比が、5:1:6またはその近傍である領域を有する、
半導体装置。 - 請求項7乃至請求項9のいずれか一において、
前記第1の絶縁膜よりも下側に第2の導電層を有し、
前記第2の導電層は、前記半導体層と重なる部分を有する、
半導体装置。 - 請求項7乃至請求項10のいずれか一において、
前記第1の絶縁膜は、有機化合物を含む層上に設けられることを特徴とする、
半導体装置。
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