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Abstract
Description
された表示装置及びその駆動方法に関する。
が多く採用されている。図13に示すように、画素5000は、スイッチ素子として機能
するトランジスタ5001、トランジスタ5001を介して配線5004からビデオ信号
が入力される液晶素子5002、及び液晶素子5002に書き込まれたビデオ信号を保持
する容量素子5003により構成されている。容量素子5003を設けることで、スイッ
チ素子がオフの時もビデオ信号を保持することができる。
る。しかし近年では、汎用性と共に性能の向上が求められており、酸化物半導体を用いた
電界効果型トランジスタ(FETとも呼ぶ)に関する技術が注目されている(特許文献1
)。
的に印加する技術、所謂オーバードライブ駆動が行われている(特許文献2)。
的に100fF以上300fF以下)との合成容量(CLC+CS)を充電する必要があ
るため、充電に必要な時定数τ=R(CLC+CS)を考慮すると、保持容量CSの充電
時間の分だけ信号を書き込むための時間が長くなるという問題が生じていた。Rはトラン
ジスタのオン抵抗である。
印加する必要がある。しかし、容量素子への充電時間が影響を及ぼし、所望の電圧に達す
るまでの時間が長くなっていた。
子を配置しない構成とした場合、特許文献1のような半導体材料では、トランジスタのオ
フ電流が高いため、信号を保持することが困難であった。そのため、従来の液晶表示装置
においては、容量素子は不可欠であった。
を高速に行うことを目的の一とする。
に行える表示装置を提供することを目的の一とする。
続された液晶素子とが設けられた画素を有し、トランジスタは、半導体材料として酸化物
半導体が用いられており、画素の容量素子の容量を削減する表示装置、好ましくは、容量
素子が設けられていない表示装置、さらに好ましくは、意図的に設けないだけではなく、
意図しないのに生じている容量(寄生容量)をも積極的に削減する表示装置である。寄生
容量は50fF以下、より好ましくは10fF以下であるとよい。
電気的に接続された第1の電極、第1の電極の上方に形成された液晶層、及び第1の電極
の下方に絶縁膜を介して形成された第2の電極とが設けられた画素を有し、第1の電極と
第2の電極とは重なっておらず、且つ第1の電極の端部と第2の電極の端部とが一致して
おり、トランジスタは、半導体材料として酸化物半導体が用いられており、画素には、容
量素子が設けられていない表示装置である。
性であり、トランジスタのオフ電流が1×10−17A/μm以下である。
ーバードライブ駆動を採用する。
うことができる。
可能となるため、オーバードライブ駆動を効果的に行うことができる。
下の説明に限定されず、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態およ
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。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。
め、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明
は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。
ために付すものであり、数的に限定するものではないことを付記する。
液晶表示装置の画素の一例を、図1を用いて説明する。画素100を構成する素子は、
スイッチ素子として機能するトランジスタ101、及び液晶素子102である。
ース又はドレインの一方が配線104(ソース信号線)に電気的に接続され、他方が液晶
素子102に電気的に接続されている。
化物半導体を用い、トランジスタ101のオフ電流が、チャネル幅1μm当たり1×10
−17A以下(1×10−17A/μm以下ともいう)であることを特徴としている。
スタ101がオフの間のリーク電流が実質的にゼロであることを意味している。すなわち
、トランジスタ101がオフになっても、ノード105の電位が変動しないため、画素に
書き込まれた信号は保持される。
、容量配線を設けなくてよい。図1に示す画素を図13に示す従来例と比較した場合、容
量素子の保持容量CSを充電する時間が不要なため、画素への信号の書き込みを高速に行
うことができる。
ことができる。オーバードライブ駆動について図11を用いて説明する。
ライブ駆動を行わない場合、破線5101で示すビデオ信号の電圧Viに対して透過率は
破線5102のように時間変化して所望の透過率Toに達する。
も高いオーバードライブ電圧Voを印加することで、実線5104のように所望の透過率
Toに到達するまでの時間を短縮することができる。このように、信号を書き込む前に印
加電圧を瞬間的に高く(または低く)することで液晶の応答速度を高めることができる。
量素子への充電時間の影響がより顕著になり、所望の電圧に達するまでの時間が長くなっ
てしまう。そこで、容量素子を必須としない画素構成を採用することで、容量素子への充
電時間が短縮され、高い電圧でも短時間で印加することが可能となるため、オーバードラ
イブ駆動を効果的に行うことができる。
。倍速駆動では、表示するコマ数が増えるため、より速く画素に信号を入力する必要があ
る。そこで容量素子を必須としない画素構成とすることで、充電時間を短縮でき、倍速駆
動を効果的に行うことができる。
01を形成し、オフ電流を1×10−17A/μm以下とすることで得られるものである
。
A/μm程度であった。そのため画素の容量素子は必須であり、信号の書き込み時間が長
くなっていた。
を用いて説明する。なお、以下の説明では、理解を容易にするため理想的な状況を仮定し
ており、そのすべてが現実の様子を反映しているとは限らない。また、以下の説明はあく
までも一考察に過ぎず、発明の有効性に影響を与えるものではないことを付記する。
電子親和力(χ)の関係を示す。金属のフェルミ準位をEFとし、酸化物半導体のフェル
ミ準位をEf、伝導帯下端のエネルギーをEC、価電子帯上端のエネルギーをEV、真性
フェルミ準位をEiとし、酸化物半導体のエネルギーバンドギャップをEgとする。なお
、酸化物半導体のエネルギーバンドギャップ(Eg)は3.0〜3.5eVである。
、バンドギャップ(Eg)の中央に位置する真性フェルミ準位(Ei)から離れて、伝導
帯(EC)寄りに位置する。
準位(Ef)は真性フェルミ準位(Ei)に近づく。本実施の形態の真性又は実質的に真
性な酸化物半導体とは、フェルミ準位(Ef)が真性フェルミ準位(Ei)に近接又は一
致するまで、キャリア密度が低減されている状態を指す。
いて得られるものである。
が挙げられる。酸化物半導体において水素の一部はドナーとなり、伝導帯の下0.1〜0
.2eVに浅い準位を形成して、キャリア濃度を増加させる。
)していることが挙げられる。酸素欠損は、酸化物半導体に深いドナー準位を形成し、キ
ャリア濃度を増加させる。
研究は多くなされているが、これらの研究は、欠陥の準位そのものを十分に減らすという
思想を含まない。本実施の形態では、DOS増大の原因たり得る水や水素を酸化物半導体
中より除去することで、高純度化し、真性化した酸化物半導体を作製する。これは、DO
Sそのものを十分に減らすという思想に立脚するものである。そして、これによって極め
て優れた工業製品の製造を可能とするものである。
から極力除去すること、かつ、酸素欠損を除去することによって、酸化物半導体を高純度
化することを特徴している。そして、高純度化することで、真性又は実質的に真性の酸化
物半導体を得るものである。これにより、図5において、フェルミ準位(Ef)は真性フ
ェルミ準位(Ei)と同程度とすることができる。
018/cm3以下、より望ましくは5×1017/cm3以下まで低減する。そして、
従来と比べて十分に小さいキャリア濃度の値(例えば、1×1012/cm3未満、望ま
しくは1.45×1010/cm3以下)とすることが好ましい。
あり、逆スタガー型のボトムゲート構造の薄膜トランジスタを示している。ゲート電極(
GE)上にゲート絶縁膜(GI)を介して酸化物半導体層(OS)が設けられ、その上に
ソース電極(S)およびドレイン電極(D)が設けられている。
形成されないことが好ましい。本実施の形態では、酸化物半導体の電子親和力(χ)と、
ソース電極及びドレイン電極となる金属の仕事関数(φM)とをほぼ等しくする。例えば
、酸化物半導体のバンドギャップ(Eg)が3.15eVである場合、電子親和力(χ)
は4.3eVであると言われており、仕事関数(φM)が4.3eV程度であるチタン(
Ti)を酸化物半導体に接触させた構造を有するソース電極及びドレイン電極を形成すれ
ばよい。
)はソース電極(S)とドレイン電極(D)の間の電位差をゼロ(等電位、VD=0V)
とした場合を示しており、図7(B)はソース電極に対しドレイン電極及びゲート電極の
電位を高くした場合(VD>0V)を示している。図7(B)において、破線はゲート電
極に電圧を印加しない場合(VG=0V)、実線はゲート電極に正の電圧(VG>0V)
を印加した場合を示す。ゲート電極に電圧を印加しない場合は高いポテンシャル障壁のた
めに電極から酸化物半導体側へキャリア(電子)が注入されず、電流を流さないオフ状態
を示す。一方、ゲート電極に正の電圧を印加するとポテンシャル障壁が低下し、電流を流
すオン状態を示す。
正の電位が与えられると、実線のように、電子はバリア(h)をこえて酸化物半導体(O
S)に注入され、ドレイン電極(D)に向かって流れる。バリア(h)の高さは、ゲート
電圧とドレイン電圧に依存して変化するが、正のドレイン電圧が印加される場合には、電
圧印加のない図7(A)のバリアの高さ、すなわちバンドギャップ(Eg)の1/2、よ
り低くなる。
OS)との界面付近(酸化物半導体のエネルギー的に安定な最低部)を移動する。
キャリアであるホールは実質的にゼロであるため、オフ電流は限りなくゼロに近い値とな
る。
とで、オフ電流を実質的にゼロとすることが可能となる。また、トランジスタの温度特性
が良好であり、代表的には、−25℃から150℃までの温度範囲において、トランジス
タの電流電圧特性において、オン電流、オフ電流、電界効果移動度、S値、及びしきい値
電圧の変動がほとんどなく、温度による電流電圧特性の劣化がほとんどない。
る。そのため、ゲート絶縁膜と酸化物半導体との界面を良好にすることが好ましい。具体
的には、例えば、VHF帯〜マイクロ波帯の電源周波数で生成される高密度プラズマを用
いたCVD法で作製される絶縁膜や、スパッタリング法で作製される絶縁膜などを用いる
ことが好ましい。
と大きいため、アバランシェ降伏が起こりにくい。このため、酸化物半導体を用いたトラ
ンジスタはドレイン耐圧が高くなり、高電界が印加されてもオン電流の指数関数的急上昇
が生じにくい。
00に容量素子を設けなくてもよい。したがって、図1に示す画素を図13に示す従来例
と比較した場合、容量素子の保持容量CSを充電する時間が不要なため、画素100への
信号の書き込みを高速に行うことができる。
ランジスタ101のリーク電流が十分小さいため、保持容量CSを小さくすることができ
、充電時間を短縮することができる。
が、トップゲート構造でもよく、順スタガー型としてもよい。また、チャネルエッチ構造
又はチャネルストップ構造を適宜採用することができる。
ディスコチック液晶、サーモトロピック液晶、リオトロピック液晶、低分子液晶、高分子
液晶、高分子分散型液晶(PDLC)、強誘電液晶、反強誘電液晶、主鎖型液晶、側鎖型
高分子液晶、プラズマアドレス液晶(PALC)、バナナ型液晶などを用いることができ
る。
モード、MVAモード、PVAモード、ASVモード、ASMモード、OCBモード、E
CBモード、FLCモード、AFLCモード、PDLCモード、ゲストホストモード、ブ
ルー相(Blue Phase)モードなどを用いることができる。ただし、これに限定
されず、液晶素子及びその駆動方式として様々なものを用いることができる。
本実施の形態では、液晶表示装置の表示方式において、FFSモードを用いた場合につ
いて説明する。
素回路における液晶素子5002の部分を示しており、図2(A)は上面図、図2(B)
は断面図である。
有し、絶縁膜202上に電極203を有し、電極203上に液晶層204を有する。電極
201又は電極203の一方が画素電極であり、他方が共通電極である。電極203はス
リット207(開口部)を有している。電極201はプレート状(一面を覆う形状)の電
極である。絶縁膜202は単層でも積層でもよい。
配向されるため、液晶表示装置の視野角を広くすることができる。
重なった部分に容量素子206(保持容量CS)が形成される構造となっていた。この場
合、実施の形態1で説明したように、保持容量CSの充電時間の分だけ、書き込み時間が
長くなってしまう。
を特徴とする。図3は、図1の画素回路における液晶素子102の部分を示しており、図
3(A)は上面図、図3(B)は断面図である。
ない、あるいは重なっても、その面積が従来のものより格段に小さい点である。図3(B
)に示した構造の場合、電極301と電極303との間に容量素子が形成されず、また、
電極301と電極303の間の寄生容量も大きく減少する。また、電極301と電極30
3との端部を一致させることで、電極301と電極303とにより生じる横電界が印加さ
れやすくなる。
の端部とが一致する構成とすることで、FFSモードによる横方向への配向の効果と、保
持容量CS低減による書き込み時間短縮の効果が相乗的に得ることができる。電極301
を形成する際にスリット310(開口部)を設ける様にエッチングを施し、当該スリット
310上に電極303を形成すればよい。この構成は、作製工程の微差により、電極30
1が電極303の下部にわずかに回り込んだ場合や両電極の端部にわずかに間隔が生じた
場合も含むものとする。
とで、液晶層204に印加される横方向の電界が印加されやすくなるため、特に有効であ
る。
と等しく書かれているが、W1を電極303の間隔より狭くして、いわゆるオフセット状
態とすることもできる。
特に有効である。真性又は実質的に真性な酸化物半導体を用い、トランジスタのオフ電流
を1×10−17A/μm以下とすることで、画素に容量素子を設けなくてもよくなるた
め、信号の書き込み時間を短縮することができる。
ランジスタのリーク電流が十分小さいため、保持容量CSを小さくすることができ、充電
時間を短縮することができる。その場合、図3において、電極301と電極303の一部
を重ならせることで、面積の小さい容量素子を形成すればよい。表示領域を狭くする必要
がないため有効である。
図、図4(B)は断面図である。A−A’部は図1におけるトランジスタ101を示し、
B−B’部は図1における液晶素子102を示しており図3の電極構造を採用している。
2、酸化物半導体層403、電極404、及び電極405が設けられ、トランジスタ40
0が形成されている。電極404と電極405とは、一方がソース電極であり他方がドレ
イン電極である。酸化物半導体層403は、本発明の一態様に係る真性又は実質的に真性
な酸化物半導体を用いることができる。
405が、電極301と電気的に接続されていてもよい。また、ゲート電極401と電極
301とを同層に設ける構成、電極404と電極405と電極301とを同層に設ける構
成、又は電極404と電極405と電極303とを同層に設ける構成とすることで、工程
数を削減してもよい。
r)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、ネ
オジム(Nd)、スカンジウム(Sc)等の金属材料又はこれらを主成分とする合金材料
を用いて、単層で又は積層して形成することができる。
)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウム酸化スズ合金(In2O3―SnO2、ITO
と略記する)、酸化インジウム酸化亜鉛合金(In2O3―ZnO)等の各種金属酸化物
材料を用いることができる。また、これらにシリコン若しくは酸化シリコンを含ませても
よい。これらは透光性を有する材料である。
形成しておくことが好ましい。
ップゲート構造でもよく、順スタガー型としてもよい。また、チャネルエッチ構造又はチ
ャネルストップ構造を適宜採用することができる。
設けることができる。
本実施の形態では、半導体装置の作製方法の一例について、図9を用いて説明する。
フィ工程によりゲート電極1001を形成する。形成されたゲート電極1001の端部が
テーパであると、上に積層するゲート絶縁膜の被覆性が向上するため好ましい。
なくとも、後の加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。たとえ
ば、各種ガラス基板を用いることができる。
のを用いると良い。また、ガラス基板には、例えば、アルミノシリケートガラス、アルミ
ノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスなどのガラス材料が用いられている。酸
化ホウ素(B2O3)と比較して酸化バリウム(BaO)を多く含ませることで、より実
用的な耐熱ガラスが得られる。このため、B2O3よりBaOを多く含むガラス基板を用
いることが好ましい。
絶縁体でなる基板を用いても良い。他にも、結晶化ガラス基板などを用いることができる
。また、プラスチック基板等も適宜用いることができる。
膜は、基板1000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。
、タンタル(Ta)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、ネオジ
ム(Nd)、スカンジウム(Sc)等の金属材料又はこれらを主成分とする合金材料を用
いて、単層で又は積層して形成することができる。
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、又は酸
化ハフニウム層を単層で又は積層して形成することができる。スパッタリング法により酸
化シリコン層を成膜する場合には、ターゲットとしてシリコンターゲット又は石英ターゲ
ットを用い、スパッタガスとして酸素又は、酸素及びアルゴンの混合ガスを用いて行う。
高純度化された酸化物半導体)は、界面準位、界面電荷に対して極めて敏感である。その
ため、界面を形成するゲート絶縁膜1002は、高品質化が要求される。
密で絶縁耐圧の高い高品質な絶縁膜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膜とが密接することにより、界面準位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。
ッタリング法やプラズマ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膜の膜質、酸化物半導体との界面特性が改質される絶縁膜
であっても良い。いずれにしても、ゲート絶縁膜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良
い。
の積層構造とすることもできる。例えば、第1のゲート絶縁膜としてスパッタリング法に
より膜厚50nm以上200nm以下の窒化シリコン膜(SiNy(y>0))を形成し
、第1のゲート絶縁膜上に第2のゲート絶縁膜として膜厚5nm以上300nm以下の酸
化シリコン膜(SiOx(x>0))を積層して、膜厚100nmのゲート絶縁膜とする
。ゲート絶縁膜の膜厚は、トランジスタに要求される特性によって適宜設定すればよく3
50nm乃至400nm程度でもよい。
1003を形成する(図9(A)参照。)。
n−Sn−Zn−O、In−Al−Zn−O、Sn−Ga−Zn−O、Al−Ga−Zn
−O、Sn−Al−Zn−O、In−Zn−O、Sn−Zn−O、Al−Zn−O、Zn
−Mg−O、Sn−Mg−O、In−Mg−O、In−O、Sn−O、Zn−Oなどを用
いて形成することができる。
、ガリウム(Ga)やアルミニウム(Al)などの13族元素、シリコン(Si)やゲル
マニウム(Ge)に代表される14族元素などから選択される一または複数種類の元素を
表す。また、Bは、亜鉛(Zn)に代表される12族元素から選択される一又は複数種類
の元素を表す。なお、In、A、Bの含有量は任意であり、Aの含有量がゼロの場合を含
む。一方、InおよびBの含有量はゼロではない。すなわち、上述の表記には、In−G
a−Zn−OやIn−Zn−Oなどが含まれる。
オフ電流を十分に小さくすることが可能であり、また、電界効果移動度も高いため、半導
体装置に用いる半導体材料としては好適である。
)m(m>0)で表記されるものがある。また、Gaに代えてMを用い、InMO3(Z
nO)m(m>0)のように表記される酸化物半導体材料がある。ここで、Mは、ガリウ
ム(Ga)、アルミニウム(Al)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)
、コバルト(Co)などから選ばれた一の金属元素または複数の金属元素を示す。例えば
、Mとしては、Ga、GaおよびAl、GaおよびFe、GaおよびNi、GaおよびM
n、GaおよびCoなどを適用することができる。なお、上述の組成はあくまでも一例に
過ぎないことを付記する。
をターゲットとして用い、スパッタ法により形成する。
えば、In、Ga、およびZnを含むターゲットの組成比を、In:Ga:Zn=1:x
:yとする。ここで、xは0以上2以下、yは1以上5以下である。例えば、In:Ga
:Zn=1:1:1[atom比](x=1、y=1)(すなわち、In2O3:Ga2
O3:ZnO=1:1:2[mol数比])の組成比を有するターゲットなどを用いても
良い。また、ターゲットとしてIn:Ga:Zn=1:1:0.5[atom比]の組成
比を有する金属酸化物、またはIn:Ga:Zn=1:1:2[atom比]、In:G
a:Zn=1:0:1[atom比](x=0、y=1)の組成比を有する金属酸化物を
用いることもできる。
0℃未満の温度に加熱する。そして、処理室内の残留水分を除去しつつ水素及び水分が除
去されたスパッタガスを導入し、金属酸化物をターゲットとして酸化物半導体膜1003
を成膜する。処理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を用いること
が好ましい。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処理室は、例えば、水素原子
、水(H2O)など水素原子を含む化合物(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、当該処理室で成膜した酸化物半導体膜に含まれる不純物の濃度を低減
できる。また、クライオポンプにより処理室内に残留する水分を除去しながらスパッタ成
膜を行うことで、酸化物半導体膜1003を成膜する際の基板温度は室温から400℃未
満とすることができる。
1004に加工する(図9(B)参照。)。
。導電膜をスパッタリング法や真空蒸着法で形成すればよい。導電膜としては、アルミニ
ウム(Al)、クロム(Cr)、銅(Cu)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、モリ
ブデン(Mo)、タングステン(W)から選ばれた元素、または上述した元素を成分とす
る合金か、上述した元素を組み合わせた合金膜等が挙げられる。また、Si、Ti、Ta
、W、Mo、Cr、Nd、Sc、YなどAl膜に生ずるヒロックやウィスカーの発生を防
止する元素が添加されているAl材料を用いることで耐熱性を向上させることが可能とな
る。
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を積層する2層構造、T
i膜と、そのTi膜上に重ねてアルミニウム膜を積層し、さらにその上にTi膜を成膜す
る3層構造などが挙げられる。例えば、Al、Cuなどの金属層の上面もしくは下面の一
方または双方にCr、Ta、Ti、Mo、Wなどの高融点金属層を積層させた構成として
も良い。
スズ(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウム酸化スズ合金(In2O3―S
nO2、ITOと略記する)、酸化インジウム酸化亜鉛合金(In2O3―ZnO)また
は前記金属酸化物材料にシリコン若しくは酸化シリコンを含ませたものを用いることもで
きる。
形成した(図9(C)参照。)。
ぞれの材料及びエッチング条件を適宜調節する。
チングされ、溝部(凹部)を有する酸化物半導体層となることもある。
形成する(図9(D)参照。)。
06と重ならない領域において、酸化物半導体層1004と酸化物絶縁膜1007とが接
するように形成する。
ース電極1005、ドレイン電極1006まで形成された基板1000を室温又は100
℃未満の温度に加熱し、水素及び水分が除去された高純度酸素を含むスパッタガスを導入
しシリコン半導体のターゲットを用いて、欠陥を含む酸化シリコン層を成膜する。
い。酸化物半導体層1004及び酸化物絶縁膜1007に水素、水酸基又は水分が含まれ
ないようにするためである。
。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処理室は、例えば、水素原子や、水(H
2O)など水素原子を含む化合物等が排気されるため、当該処理室で成膜した酸化物絶縁
膜1007に含まれる不純物の濃度を低減できる。
酸化アルミニウム層、または酸化窒化アルミニウム層などを用いることもできる。
至400℃で加熱処理を行ってもよい。本実施の形態における酸化物絶縁膜1007は欠
陥を多く含むため、この加熱処理によって酸化物半導体層1004中に含まれる水素、水
分、水酸基又は水素化物などの不純物を酸化物絶縁膜1007に拡散させ、酸化物半導体
層1004中に含まれる該不純物をより低減させることができる。また、ここでの加熱処
理により、酸化物絶縁膜1007に含まれる酸素が酸化物半導体層1004に供給される
。
ことができる(図9(E)参照。)。
により高純度化されている。具体的には、酸化物半導体層1004の水素濃度は5×10
19/cm3以下、望ましくは5×1018/cm3以下、より望ましくは5×1017
/cm3以下であり、従来と比べて十分に小さいキャリア濃度の値(例えば、1×101
2/cm3未満、望ましくは、1.45×1010/cm3以下)をとる。このように、
真性または実質的に真性な酸化物半導体を用いることで、オフ電流が1×10−17A/
μm以下のトランジスタ1008を得ることができる。上記の水素濃度は、例えば、二次
イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectro
scopy)等で測定することができる。また、キャリア濃度は、酸化物半導体を用いて
MOSキャパシタを作製し、例えば、CV測定の結果(CV特性)等を評価することによ
って求めることができる。
は、保護絶縁膜1009を酸化物絶縁膜1007上に形成する。保護絶縁膜1009とし
ては、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、又は窒化酸化アルミ
ニウム膜などを用いる。
置に用いることができる。画素に容量素子を配置しなくてもよい。画素に容量素子を配置
しない場合、容量素子の保持容量CSを充電する時間が不要になり、全体の充電時間を短
縮することができる。
などのバックプレーン(トランジスタが形成された基板)の製造に用いることができる。
上記の工程は、400℃以下の温度で行われるため、厚さが1mm以下で、一辺が1mを
超えるガラス基板を用いる製造工程にも適用することができる。また、400℃以下の処
理温度で全ての工程を行うことができるので、表示装置を製造するために多大なエネルギ
ーを消費しないで済む。
たが、トップゲート構造でもよく、順スタガー型としてもよい。また、チャネルエッチ構
造又はチャネルストップ構造を適宜採用することができる。
本実施の形態では、先の実施の形態で得られる表示装置を搭載した電子機器の一例を図
10に示す。
101を有する。
する。
部2103及び表示部2104を有する。
107を有する。
態に係る表示装置を設けることで、画素に容量素子を配置しない又は容量値を極力小さく
することができ、信号の書き込みを高速に行うことができる。また、オーバードライブ駆
動又は倍速駆動等を効果的に行うことができ、電子機器の性能を大幅に向上させることが
可能である。
ランジスタの初期特性について、VG−ID特性を図12に示す。
板温度を室温としたサンプルの測定結果を示しており、オフ電流において測定器(パラメ
ータ・アナライザ、Agilent 4156C;Agilent社製)測定限界である
1×10−13A以下、サブスレッショルドスイング値(S値)において0.1V/de
c.であった。なお、オフ電流は、チャネル幅1μm当たりに換算すると、1×10−1
7A/μmである。また、サンプルでは、チャネル幅W=50μm、チャネル長L=3μ
mのトランジスタを200個並列に接続して、チャネル幅W=1×104μm、チャネル
長L=3μmのトランジスタを作製した。
101 トランジスタ
102 液晶素子
103 配線
104 配線
105 ノード
200 基板
201 電極
202 絶縁膜
203 電極
204 液晶層
205 液晶
206 容量素子
207 スリット
301 電極
303 電極
310 スリット
400 トランジスタ
401 ゲート電極
402 ゲート絶縁膜
403 酸化物半導体層
404 電極
405 電極
410 基板
1000 基板
1001 ゲート電極
1002 ゲート絶縁膜
1003 酸化物半導体膜
1004 酸化物半導体層
1005 ソース電極
1006 ドレイン電極
1007 酸化物絶縁膜
1008 トランジスタ
1009 保護絶縁膜
5000 画素
5001 トランジスタ
5002 液晶素子
5003 容量素子
5004 配線
5101 破線
5102 破線
5103 実線
5104 実線
2001〜2006 本体
2101〜2108 表示部
Claims (2)
- トランジスタと、
前記トランジスタのソース電極又はドレイン電極と、電気的に接続された液晶素子と、
を画素に有し、
前記トランジスタは、高純度化された酸化物半導体層を有し、
前記トランジスタのオフ電流は、1×10−17A/μm以下であり、
前記画素には、容量素子が設けられていないことを特徴とする表示装置。 - トランジスタと、
前記トランジスタのソース電極又はドレイン電極と、電気的に接続された液晶素子と、
を画素に有し、
前記トランジスタは、高純度化された酸化物半導体層を有し、
前記トランジスタのオフ電流は、1×10−17A/μm以下であり、
前記画素には、容量素子が設けられておらず、
前記画素の寄生容量は、50fF以下であることを特徴とする表示装置。
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