JP2018201030A - 半導体装置及び表示装置 - Google Patents
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- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
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-
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Abstract
目的の一つとする。
【解決手段】未結合手に代表される欠陥を多く含む酸化シリコン層を、酸化物半導体層に
接して形成し、酸化物半導体層に含まれる水素や水分(水素原子や、H2Oなど水素原子
を含む化合物)などの不純物を、上記酸化シリコン層に拡散させ、上記酸化物半導体層中
の不純物濃度を低減する。また、酸化物半導体層と酸化シリコン層の界面に混合領域を設
ける。
【選択図】図1
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。
て薄膜トランジスタ(TFT)を構成する技術が注目されている。薄膜トランジスタは集
積回路(Integrated Circuit、略号IC)や電気光学装置のような電
子デバイスに広く応用され、特に画像表示装置のスイッチング素子として開発が急がれて
いる。金属酸化物は多様に存在しさまざまな用途に用いられている。酸化インジウムはよ
く知られた材料であり、液晶ディスプレイなどで必要とされる透明電極材料として用いら
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、酸化亜鉛などがあり、このよう
な半導体特性を示す金属酸化物をチャネル形成領域とする薄膜トランジスタが既に知られ
ている(特許文献1及び特許文献2参照。)。
まう。例えば、酸素の過不足によって酸化物半導体の電気伝導度が変化してしまう。また
、酸化物半導体の薄膜形成中に混入する水素や水分が酸素(O)−水素(H)結合を形成
して電子供与体となり、電気伝導度を変化させる要因となる。さらにO−Hは極性分子な
ので、酸化物半導体によって作製される薄膜トランジスタのような能動デバイスに対して
特性の変動要因となる。
いた半導体装置を提供することを目的とする。
なる水素や水分を酸化物半導体層より排除する。具体的には、酸化物半導体層が含む水素
濃度を1×1018以上2×1020cm−3以下とすることが好ましい。
)を、酸化物半導体層に接して形成し、酸化物半導体層に含まれる水素や水分(水素原子
や、H2Oなど水素原子を含む化合物)などの不純物を、上記酸化シリコン層に拡散させ
、上記酸化物半導体層中の不純物濃度を低減すればよい。
方が含まれる。酸素の未結合手を欠陥として多く含む酸化シリコン層は、主に水素に対し
て束縛エネルギーがより大きくなり、酸化物半導体層から酸化シリコン層への拡散が促進
され、酸化シリコン層において不純物を安定化させることができるため好ましい。
を用いて排気して不純物濃度が低減された成膜室内で、成膜すればよい。
ゲート絶縁層と、ゲート絶縁層上の酸化物半導体層と、酸化物半導体層上のソース電極層
及びドレイン電極層と、酸化物半導体層、ソース電極層及びドレイン電極層上に酸化物半
導体層の一部と接する酸化シリコン層を有し、酸化物半導体層と酸化シリコン層の界面に
混合領域が設けられ、混合領域は、酸素、シリコン、及び酸化物半導体層に含まれる金属
元素を少なくとも一種類以上含む半導体装置である。
混合領域を設け、酸化物半導体層と酸化シリコン層とを明確な界面としないことで、より
酸化物半導体層から酸化シリコン層への水素の拡散が容易になる。
上のゲート絶縁層と、ゲート絶縁層上の酸化物半導体層と、酸化物半導体層上のソース電
極層及びドレイン電極層と、酸化物半導体層、ソース電極層及びドレイン電極層上に酸化
物半導体層の一部と接する酸化シリコン層を有し、酸化シリコン層は、欠陥を含む半導体
装置である。
層を覆うゲート絶縁層を形成した後、該基板を減圧状態に保持された第1の処理室に導入
し、第1の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リングガ
スを導入し、第1処理室内に装着された金属酸化物のターゲットを用いてゲート絶縁層上
に酸化物半導体層を形成し、酸化物半導体層上にソース電極層及びドレイン電極層を形成
した後、該基板を第2処理室に導入し、第2の処理室内の残留水分を除去しつつ水素及び
水分が除去された酸素を含むスパッタリングガスを導入し、第2処理室内に装着されたシ
リコンを含むターゲットを用いて、酸化物半導体層上に、欠陥を含む酸化シリコン層を形
成し、該基板を100乃至400℃の温度に加熱して酸化物半導体層中に含まれる水素若
しくは水分を酸化シリコン層側に拡散させる半導体装置の作製方法である。
層を覆うゲート絶縁層を形成した後、該基板を減圧状態に保持された第1の処理室に導入
し、第1の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リングガ
スを導入し、第1処理室内に装着された金属酸化物のターゲットを用いてゲート絶縁層上
に酸化物半導体層を形成し、酸化物半導体層上にソース電極層及びドレイン電極層を形成
した後、該基板を第2処理室に導入し、第2の処理室内の残留水分を除去しつつ水素及び
水分が除去された酸素を含むスパッタリングガスを導入し、第2処理室内に装着されたシ
リコンを含むターゲットを用いて酸化物半導体層上に、欠陥を含む酸化シリコン層を形成
した後、該基板を減圧状態に保持された第3の処理室に導入し、第3の処理室内の残留水
分を除去しつつ水素及び水分が除去された窒素を含むスパッタリングガスを導入し、第3
処理室内に装着されたシリコンを含むターゲットを用いて酸化シリコン層上に窒化シリコ
ン層を形成し、該基板を100乃至400℃の温度に加熱して酸化物半導体層中に含まれ
る水素若しくは水分を酸化シリコン層側に拡散させる半導体装置の作製方法である。
層を覆うゲート絶縁層を形成した後、該基板を減圧状態に保持された第1の処理室に導入
し、第1の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リングガ
スを導入し、第1処理室内に装着された金属酸化物のターゲットを用いてゲート絶縁層上
に酸化物半導体層を形成し、酸化物半導体層上にソース電極層及びドレイン電極層を形成
した後、該基板を第2処理室に導入し、第2の処理室内の残留水分を除去しつつ水素及び
水分が除去された酸素を含むスパッタリングガスを導入し、第2処理室内に装着されたシ
リコンを含むターゲットを用いて酸化物半導体層上に、欠陥を含む酸化シリコン層を形成
した後、該基板を減圧状態に保持された第3の処理室に導入し、該基板を100乃至40
0℃の温度に加熱し、第3の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
窒素を含むスパッタリングガスを導入し、第3処理室内に装着されたシリコンを含むター
ゲットを用いて酸化シリコン層上に窒化シリコン層を形成し、酸化物半導体層中に含まれ
る水素若しくは水分を酸化シリコン層側に拡散させる半導体装置の作製方法である。
層を覆うゲート絶縁層を形成した後、該基板を減圧状態に保持された第1の処理室に導入
し、第1の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リングガ
スを導入し、第1処理室内に装着された金属酸化物のターゲットを用いてゲート絶縁層上
に酸化物半導体層を形成し、酸化物半導体層上にソース電極層及びドレイン電極層を形成
した後、該基板を第2処理室に導入し、第2の処理室内の残留水分を除去しつつ水素及び
水分が除去された酸素を含むスパッタリングガスを導入し、第2処理室内に装着されたシ
リコンを含むターゲットを用いて、酸化物半導体層上に、欠陥を含む酸化シリコン層を形
成し、酸素を含むスパッタリングガスを切り替えて水素及び水分が除去された窒素を含む
スパッタリングガスを導入し、第2処理室内に装着されたシリコンを含むターゲットを用
いて酸化シリコン層上に窒化シリコン層を形成し、窒化シリコン層が形成された基板を1
00乃至400℃の温度に加熱して酸化物半導体層中に含まれる水素若しくは水分を酸化
シリコン層側に拡散させる半導体装置の作製方法である。
温度とし、酸化物半導体層上に欠陥を含む酸化シリコン層を形成することができる。
る際に、第1の処理室及び/又は第2の処理室の排気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。上記吸着型の真空ポンプは、酸化物半導体層及び/又は酸化シリ
コン膜に含まれる水素、水酸基又は水素化物の量を低減するように作用する。
化亜鉛を主成分として含むものを用いることができる。また、ターゲットとして、インジ
ウム、ガリウム、亜鉛を含む金属酸化物を用いることができる。
ーゲットは、シリコン半導体のターゲット又は合成石英のターゲットを用いることができ
る。
あり、その薄膜を酸化物半導体層として用いた薄膜トランジスタを作製する。なお、Mは
、Ga、Fe、Ni、Mn及びCo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、Gaの場合があることの他、GaとNiまたはGaとFeなど、G
a以外の上記金属元素が含まれる場合がある。また、上記酸化物半導体において、Mとし
て含まれる金属元素の他に、不純物元素としてFe、Niその他の遷移金属元素、または
該遷移金属の酸化物が含まれているものがある。本明細書においては、InMO3(Zn
O)m(m>0)で表記される構造の酸化物半導体層のうち、MとしてGaを含む構造の
酸化物半導体をIn−Ga−Zn−O系酸化物半導体とよび、その薄膜をIn−Ga−Z
n−O系膜とも呼ぶ。
n−Sn−Zn−O系、In−Al−Zn−O系、Sn−Ga−Zn−O系、Al−Ga
−Zn−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系の金属酸化物を適用することができる
。また上記金属酸化物からなる酸化物半導体層に酸化シリコンを含ませてもよい。
よい。酸化物導電層とソース電極及びドレイン電極を形成するための金属層は、連続成膜
が可能である。
線に対して、画素部の薄膜トランジスタの保護用の保護回路を同一基板上に設けることが
好ましい。保護回路は、酸化物半導体層を用いた非線形素子を用いて構成することが好ま
しい。
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。
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。
。本実施の形態で示す半導体装置は薄膜トランジスタである。
す薄膜トランジスタ110は、チャネルエッチ型と呼ばれるボトムゲート構造の一つであ
り逆スタガ型薄膜トランジスタともいう。
るが、必要に応じて、チャネル形成領域を複数有するマルチゲート構造の薄膜トランジス
タも形成することができる。
工程を説明する。
工程によりゲート電極層101を形成する。形成されたゲート電極層の端部はテーパ形状
であると、上に積層するゲート絶縁層の被覆性が向上するため好ましい。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。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を用いることができる。
のものを用いると良い。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
。なお、酸化ホウ素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
縁体でなる基板を用いても良い。他にも、結晶化ガラス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。
、基板100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。
テン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム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。
層が積層された2層の積層構造、または銅層上にモリブデン層を積層した2層構造、また
は銅層上に窒化チタン層若しくは窒化タンタルを積層した2層構造、窒化チタン層とモリ
ブデン層とを積層した2層構造とすることが好ましい。3層の積層構造としては、タング
ステン層または窒化タングステンと、アルミニウムとシリコンの合金またはアルミニウム
とチタンの合金と、窒化チタンまたはチタン層とを積層した積層とすることが好ましい。
なお、透光性を有する導電膜を用いてゲート電極層を形成することもできる。透光性を有
する導電膜としては、透光性導電性酸化物等をその例に挙げることができる。
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、又は酸化アルミニウ
ム層を単層で又は積層して形成することができる。なお、ゲート絶縁層102中に水素が
多量に含まれないようにするためには、スパッタリング法でゲート絶縁層102を成膜す
ることが好ましい。スパッタリング法により酸化シリコン膜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、スパッタリングガスとして酸
素又は、酸素及びアルゴンの混合ガスを用いて行う。
層した構造とすることもできる。例えば、第1のゲート絶縁層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層(SiNy(y>0))を形成し
、第1のゲート絶縁層上に第2のゲート絶縁層として膜厚5nm以上300nm以下の酸
化シリコン層(SiOx(x>0))を積層して、膜厚100nmのゲート絶縁層とする
。
に、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101が形成
された基板100を200℃以上の温度で加熱し、基板100に吸着した不純物を除去す
ることが好ましい。
0を形成する(図1(A)参照。)。
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102の表面に付着
しているゴミを除去することが好ましい。逆スパッタリングとは、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することによって、基板表面をプラズマに曝して表面
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系膜、In−Sn−Zn−O系、In−Al−Zn−O系、Sn−G
a−Zn−O系、Al−Ga−Zn−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系の酸化物
半導体層を用いる。本実施の形態では、酸化物半導体層120をIn−Ga−Zn−O系
金属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する。また、酸化物半導体層
120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(代表的
にはアルゴン)及び酸素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
。また、スパッタリング法を用いる場合、SiO2を2重量%以上10重量%以下含むタ
ーゲットを用いて成膜を行い、酸化物半導体層120に結晶化を阻害するSiOx(X>
0)を含ませ、後の工程で行う加熱処理の際に酸化物半導体が結晶化してしまうのを抑制
することが好ましい。
を主成分とする金属酸化物のターゲットを用いることができる。また、金属酸化物のター
ゲットの他の例としては、In、Ga、及びZnを含む金属酸化物ターゲット(組成比と
して、In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1[mol数比]を用いることができ
る。また、In、Ga、及びZnを含む金属酸化物ターゲットとして、In2O3:Ga
2O3:ZnO=2:2:1[mol数比]、又はIn2O3:Ga2O3:ZnO=1
:1:4[mol数比]の組成比を有するターゲットを用いることもできる。金属酸化物
ターゲットの充填率は90%以上100%以下、好ましくは95%以上99.9%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層は緻
密な膜となる。
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リ
ングガスを導入し、金属酸化物をターゲットとして基板100上に酸化物半導体層120
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
原子や、H2Oなど水素原子を含む化合物や、炭素原子を含む化合物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層に含まれる不純物の濃度を低減できる。
、直流(DC)電源0.5kW、酸素(酸素流量比率100%)雰囲気下の条件が適用さ
れる。なお、パルス直流(DC)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、ゴミともいう)が軽減でき、膜厚分布も均一となるために好ましい。酸化物半導体
層は好ましくは5nm以上30nm以下とする。なお、適用する酸化物半導体材料により
適切な厚みは異なり、材料に応じて適宜厚みを選択すればよい。
ルゴン等の希ガスは、水、水素などの不純物が含まれないことが好ましく、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。
ン質量分析(SIMS:Secondary Ion Mass Spectromet
ry)による水素濃度の定量結果が2×1019cm−3以下好ましくは5×1018c
m−3以下に抑制された酸化物半導体層を得ることができる。
と、DCスパッタリング法があり、さらにパルス的にバイアスを与えるパルスDCスパッ
タリング法もある。RFスパッタリング法は主に絶縁膜を成膜する場合に用いられ、DC
スパッタリング法は主に金属膜を成膜する場合に用いられる。
パッタリング装置は、同一チャンバーで異なる材料膜を積層成膜することも、同一チャン
バーで複数種類の材料を同時に放電させて成膜することもできる。
タリング装置や、グロー放電を使わずマイクロ波を用いて発生させたプラズマを用いるE
CRスパッタリング法を用いるスパッタリング装置がある。
ングガス成分とを化学反応させてそれらの化合物薄膜を形成するリアクティブスパッタリ
ング法や、成膜中に基板にも電圧をかけるバイアススパッタリング法もある。
21に加工する(図1(B)参照。)。また、島状の酸化物半導体層121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。
層121の形成時に行うことができる。
ッチングでもよく、両方を用いてもよい。
ば塩素(Cl2)、塩化硼素(BCl3)、塩化珪素(SiCl4)、四塩化炭素(CC
l4)など)が好ましい。
6)、弗化窒素(NF3)、トリフルオロメタン(CHF3)など)、臭化水素(HBr
)、酸素(O2)、これらのガスにヘリウム(He)やアルゴン(Ar)などの希ガスを
添加したガス、などを用いることができる。
ing)法や、ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導
結合型プラズマ)エッチング法を用いることができる。所望の加工形状にエッチングでき
るように、エッチング条件(コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加さ
れる電力量、基板側の電極温度等)を適宜調節する。
を用いることができる。また、ITO07N(関東化学社製)を用いてもよい。
て除去される。その除去された材料を含むエッチング液の廃液を精製し、含まれる材料を
再利用してもよい。当該エッチング後の廃液から酸化物半導体層に含まれるインジウム等
の材料を回収して再利用することにより、資源を有効活用し低コスト化することができる
。
液、エッチング時間、温度等)を適宜調節する。
びゲート絶縁層102の表面に付着しているレジスト残渣などを除去することが好ましい
。
膜をスパッタリング法や真空蒸着法で形成すればよい。導電膜の材料としては、Al、C
r、Cu、Ta、Ti、Mo、Wからから選ばれた元素、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、マンガン、マグネ
シウム、ジルコニウム、ベリリウムのいずれか一または複数から選択された材料を用いて
もよい。また、金属導電膜は、単層構造でも、2層以上の積層構造としてもよい。例えば
、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を積層する2
層構造、Ti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。また、Alに、チタン(Ti)、タンタル(T
a)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、ネオジム(Nd)、
スカンジウム(Sc)から選ばれた元素を単数、又は複数組み合わせた合金膜、もしくは
窒化膜を用いてもよい。
チングを行ってソース電極層115a、ドレイン電極層115bを形成した後、レジスト
マスクを除去する(図1(C)参照。)。
の材料及びエッチング条件を適宜調節する。
−Zn−O系酸化物を用いて、エッチング液としては、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)を用いて導電膜としてTi膜をエ
ッチングする。
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。また、ソース電極層1
15a、ドレイン電極層115b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。
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。
半導体層の表面に付着した吸着水などを除去してもよい。また、酸素とアルゴンの混合ガ
スを用いてプラズマ処理を行ってもよい。
絶縁膜となる酸化物絶縁層として酸化シリコン層116を形成する。本実施の形態では、
酸化物半導体層121がソース電極層115a、ドレイン電極層115bと重ならない領
域において、酸化物半導体層121と酸化シリコン層116とが接するように形成する。
レイン電極層115bまで形成された基板100を室温以上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リングガスを導入しシリコンター
ゲットを用いて、欠陥を含む酸化シリコン層を成膜する。なお、酸化シリコン層116は
、酸化シリコン(SiOx、好ましくはxは2以上)層となるように形成する。
ット(抵抗値0.01Ωcm)を用い、ターゲットと基板との間の距離(T−S間距離)
を89mm、圧力0.4Pa、直流(DC)電源6kW、酸素(酸素流量比率100%)
雰囲気下でパルスDCスパッタリング法により酸化シリコン膜を成膜する。膜厚は300
nmとする。なお、シリコンターゲットに代えて石英(好ましくは合成石英)を酸化シリ
コン膜を成膜するためのターゲットとして用いることができる。なお、スパッタリングガ
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。
純物が含まれないことが好ましい。例えば、水素ガスの純度を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。
とが好ましい。酸化物半導体層121及び酸化シリコン層116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。
窒化アルミニウム層などを用いることもできる。
℃乃至400℃で加熱処理を行う。この加熱処理によって酸化物半導体層121中に含ま
れる水素若しくは水分を欠陥を含む酸化シリコン層116に拡散させることができる。酸
化シリコン層116は欠陥(ダングリングボンド)を多く含むため、島状の酸化物半導体
層121に含まれる水素、水酸基又水分等の不純物は、酸化物半導体層121と酸化シリ
コン層116が接する界面を介して、酸化シリコン層116に拡散する。具体的には、酸
化物半導体層121に含まれる水素原子や、H2Oなど水素原子を含む化合物や、炭素原
子を含む化合物等が酸化シリコン層116に拡散移動し易くなる。
(アモルファスIGZO)内と酸化シリコン層(アモルファスSiOx)内のどちらに存
在しやすいかを計算した。
を以下で定義し、評価を行った。E_bind={E(元の構造)+E(H)}−E(H
を付加した構造)この束縛エネルギーE_bindが大きい方が水素原子は存在しやすい
といえる。E(元の構造)、E(H) E(Hを付加した構造)はそれぞれ、元の構造の
エネルギー、水素原子のエネルギー、Hを付加した構造のエネルギーを表す。この束縛エ
ネルギーをアモルファスIGZO、ダングリングボンド(以下、DBと略す)無しのアモ
ルファスSiO2、DB有りのアモルファスSiOxを2種類、の計4つに対して計算し
た。
として平面波基底擬ポテンシャル法を用い、汎関数はLDAを用いた。カットオフエネル
ギーは300eVとした。k点は2×2×2のグリッドとした。
IGZOのユニットセルはInを12原子、Gaを12原子、Znを12原子、Oを48
原子、計84原子を含む。DB無しのアモルファスSiO2のユニットセルはSiを16
原子、Oを32原子、計48原子を含む。DB有りのアモルファスSiOx(1)は、D
Bの無いアモルファスSiO2からOを抜き、上記Oと結合していたSiの内1つにHを
結合させた構造である。つまり、Siを16原子、Oを31原子、Hを1原子、計48原
子を含む。DB有りのアモルファスSiOx(2)は、DBの無いアモルファスSiO2
からSiを抜き、上記Siと結合していたOの内3つにHを結合させた構造である。つま
り、Siを15原子、Oを32原子、Hを3原子、計50原子を含む。Hを付加した構造
は上記の4つの構造にHを付加した構造である。尚、Hは、アモルファスIGZOではO
原子、DBの無いアモルファスSiO2ではSi、DB有りのアモルファスSiOxでは
DBを有する原子に付加した。Hを計算した構造はユニットセル内にHを一つ含む。なお
、各構造のセルサイズを表1にまとめた。
のアモルファスSiOx(2)が最も束縛エネルギーが大きく、次にOを抜き該Oと結合
していたSiの内1つにHを結合させたSiOx(1)、次にIGZO、最も小さいのが
DB無しのアモルファスSiO2の順となった。よって、水素はアモルファスSiOx中
のDBに結合した場合に最も安定となる。
る。従って、アモルファスIGZO―アモルファスSiOx界面を拡散する水素原子はア
モルファスSiOx内のDBに捉えられる事で安定化する。よって、アモルファスIGZ
O内の水素原子はアモルファスSiOx中のDBに移動する。
アモルファスSiOx(2)が、Oを抜くことでタングリングボンドを発生させた構造で
あるDBがある場合のアモルファスSiOx(1)より束縛エネルギーが大きいことから
、SiOxにおいて、水素原子はOと結合することでより安定する。従ってSiOxにお
いて、xが2以上であることが好ましい。
層であると、水素に対する束縛エネルギーが強くなるので、より酸化物半導体層から、水
素若しくは水素を含む不純物を、欠陥を含む酸化シリコン層に拡散させることができる。
従って、SiOxにおいて、xが2以上であることが好ましい。
層と酸化シリコン層との界面に酸化物半導体及び酸化シリコンを含む混合領域119が形
成される(図1(D)参照。)
金属元素を有する。例えば、酸化物半導体としてIn−Ga−Zn−O系酸化物を用いる
場合、混合領域には、In、Ga、及びZnのうち少なくとも一種以上の金属元素と、シ
リコン、及び酸素が含まれる。混合領域において酸化物半導体に含まれる金属をMとする
と、M−OH、M−H、M−O−Si−H、M−O−Si−OHなど様々な状態で存在し
えり、例えばZn−HやZn−OHなどが考えられる。
の膜厚は、酸化シリコン層を形成する際のスパッタリング法の成膜条件によって制御する
ことができる。スパッタリング法の電源のパワーをより強く、基板とターゲットとの間の
距離をより近くすれば、混合領域を厚く形成することができる。また、より強いパワーで
スパッタリング法を行うことによって、酸化物半導体層表面に付着した吸着水等を除去す
ることもできる。
って、より上記酸化物半導体層121に含まれる水素原子や、H2Oなど水素原子を含む
化合物や、炭素原子を含む化合物等の酸化シリコン層116への拡散が促進され、移動し
易くなる。
トランジスタ110を形成することができる(図1(E)参照。)。
で、該酸化物半導体層中の水素及び水素化物の濃度を低減することができる。それにより
酸化物半導体層の安定化を図ることができる。
化シリコン層116上に形成する。保護絶縁層103としては、窒化シリコン膜、窒化酸
化シリコン膜、または窒化アルミニウム膜などを用いる。
400℃の温度に加熱し、水素及び水分が除去された高純度窒素を含むスパッタリングガ
スを導入しシリコン半導体のターゲットを用いて窒化シリコン膜を成膜する。この場合に
おいても、酸化シリコン層116と同様に、処理室内の残留水分を除去しつつ保護絶縁層
103を成膜することが好ましい。
純物が含まれないことが好ましい。例えば、窒素ガスの純度を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。
板100を加熱することで、酸化物半導体層中に含まれる水素若しくは水分を酸化物絶縁
層(欠陥を含む酸化シリコン膜)に拡散させることができる。よって上記酸化シリコン層
116の形成後に加熱処理を行わなくてもよい。
リコン層と窒化シリコン層を同じ処理室において、共通のシリコンターゲットを用いて成
膜することができる。先に酸素を含むスパッタリングガスを導入して、処理室内に装着さ
れたシリコンターゲットを用いて酸化シリコン層を形成し、次にスパッタリングガスを窒
素を含むスパッタリングガスに切り替えて同じシリコンターゲットを用いて窒化シリコン
層を成膜する。酸化シリコン層と窒化シリコン層とを大気に曝露せずに連続して形成する
ことができるため、酸化シリコン層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。この場合、酸化シリコン層116と保護絶縁層103として窒化シリ
コン層を積層した後、酸化物半導体層中に含まれる水素若しくは水分を酸化物絶縁層(欠
陥を含む酸化シリコン膜)に拡散させる加熱処理(温度100℃乃至400℃)を行えば
よい。
は、水、水素などの不純物が含まれないことが好ましい。例えば、酸素ガス又は窒素ガス
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
。
下での加熱処理を行ってもよい。この加熱処理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℃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。また、この加熱処理を、酸化物絶縁膜の形成前
に、減圧下で行ってもよい。減圧下で加熱処理を行うと、加熱時間を短縮することができ
る。この加熱処理よって、ノーマリーオフとなる薄膜トランジスタを得ることができる。
よって半導体装置の信頼性を向上できる。
物半導体層から該酸化シリコン膜に水素、水分を拡散させつつ、同時に外気から水分の侵
入を防ぐバリア膜を設けることができる。
雰囲気中の残留水分を除去することで、該酸化物半導体層中の水素及び水素化物の濃度を
低減することができる。また、酸化物半導体層に接して欠陥を含む酸化シリコン層を設け
ることで酸化物半導体層中の水素、水分を酸化シリコン膜へ拡散させ酸化物半導体層の水
素及び水素化合物の濃度を低減することができる。
た表示装置などのバックプレーン(薄膜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、4
00℃以下の処理温度で全ての工程を行うことができるので、表示パネルを製造するため
に多大なエネルギーを消費しないで済む。
る成膜装置1000の一例を示す。
処理前の基板を収納するカセット1111と、処理済みの基板を収納するカセット112
1が設置されている。ローダー室1110と、アンローダー室1120の間には第1の搬
送室1100があり、基板を搬送する搬送手段1101が設置されている。
手段1201が設置され、ゲートバルブを介して周囲に4つの処理室(第1の処理室12
10、第2の処理室1220、第3の処理室1230、及び第4の処理室1240)と接
続されている。なお、第1の処理室1210はゲートバルブを介して、一方が第1の搬送
室1100と接続され、他方が第2の搬送室1200と接続されている。
230、及び第4の処理室1240には、それぞれ排気手段1205、排気手段1215
、排気手段1225、排気手段1235、及び排気手段1245が設けられている。また
、これらの排気手段は各処理室の使用用途に応じて適宜排気装置を選定すればよいが、特
にクライオポンプを備えた排気手段が好ましい。また、ターボ分子ポンプにコールドトラ
ップを備えた手段であってもよい。
化物半導体層に接する膜、及び酸化物半導体層の成膜前後の工程において、処理室内に残
留する水分が不純物として混入しないよう、クライオポンプなどの排気手段を用いること
が好ましい。
室1210は、大気圧状態の第1の搬送室1100から減圧状態の第2の搬送室1200
に、基板を搬送する受け渡し室の役割を有している。受け渡し室を設けることにより、第
2の搬送室1200を大気による汚染から守ることができる。
れスパッタリング法により窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、酸化物半導体層を成膜する
ための構成が備えられている。すなわち、各処理室にはターゲット、基板加熱手段が備え
られ、スパッタリングガスを導入するガス供給手段、グロー放電生成手段が付加されてい
る。
ゲート電極層101が形成された基板にゲート絶縁層と酸化物半導体層を連続成膜する方
法について説明する。
が形成された基板100を搬送する。次いで、ゲートバルブを閉じ第1の処理室1210
で基板100を予備加熱し、基板に吸着した不純物を脱離させ排気する。不純物は、例え
ば、水素原子や、H2Oなど水素原子を含む化合物や、炭素原子を含む化合物などである
。
基板100を第3の処理室1230に搬送して酸化シリコン膜を成膜してゲート絶縁層1
02を形成する。第2の処理室1220、及び第3の処理室1230はクライオポンプ等
により排気され、成膜室内の不純物濃度が低減されていると好ましい。不純物が低減され
た処理室内で積層された窒化シリコン膜と酸化シリコン膜は、含有する水素、水酸基又は
水分等が抑制されたゲート絶縁層102として用いる。
物半導体用のターゲットを備えており、排気手段としてクライオポンプを有している。第
4の処理室1240では、酸化物半導体層を成膜する。
する。図2に示すように第4の処理室1240は排気室5002を介してメインバルブに
よって排気手段1245と接続され、電源5003、ドライポンプ5001、カソード5
005、ステージ昇降機構5006、基板ステージ5007、ゲートバルブ5008、冷
却水5009、流量調節器5010、ガスタンク5011を有しており、基板ステージ5
007上に基板100が保持され、カソード5005側に酸化物半導体用のターゲット5
004が装着されている。
され、減圧化される。次にクライオポンプである排気手段1245によって排気され、第
4の処理室1240内の水素、水分、水素化物、水素化合物などの不純物を排気する。な
お、クライオポンプに代えて、ターボ分子ポンプを用い、当該ターボ分子ポンプの吸気口
上に水分等を吸着させるためのコールドトラップを設ける構成としても良い。
理室1240へ搬送し、基板ステージ5007上に保持する。ガスタンク5011から流
量調節器5010によって流量を制御しながらスパッタリングガスを第4の処理室124
0内に導入し、電源5003よりカソード5005に電圧を印加してプラズマを発生させ
、ターゲット5004を用いて基板100上に酸化物半導体層120を形成する。
おいても図2の方法が適宜適用できる。
半導体層120の水素濃度を低減することができる。また、酸化物半導体層120は基板
を加熱しながら成膜する。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
スパッタリング成膜を行うことで、酸化物半導体層120を成膜する際の基板温度は室温
から400℃以下とすることができる。
20を連続して形成することができる。なお、図3では、3つ以上の処理室が搬送室を介
して接続する構成を有しているがこれに限られない。例えば、基板の搬入口と搬出口を有
し、各処理室が互いに接続する構成、所謂インライン型の構成としてもよい。
6及び保護絶縁層103を形成するための成膜装置3000の一例を示す。
処理前の基板を収納するカセット3111と、処理済みの基板を収納するカセット312
1が設置されている。
は搬送手段3101が設置され、ゲートバルブを介して周囲に5つの処理室(第1の処理
室3210、第2の処理室3220、第3の処理室3230、第4の処理室3240、及
び第5の処理室3250)と接続されている。
210、第2の処理室3220、第3の処理室3230、第4の処理室3240、及び第
5の処理室3250には、それぞれ排気手段3115、排気手段3125、排気手段31
05、排気手段3215、排気手段3225、排気手段3235、排気手段3245、及
び排気手段3255が設けられており、減圧状態を実現できる。また、これらの排気手段
は各処理室の使用用途に応じて適宜排気装置を選定すればよいが、特にクライオポンプを
備えた排気手段が好ましい。また、ターボ分子ポンプにコールドトラップを備えた手段で
あってもよい。
送する受け渡し室の役割を有している。受け渡し室を設けることにより、第1の搬送室3
100を大気による汚染から守ることができる。
及び基板加熱手段3241が設けられている。第2の処理室3220、第3の処理室32
30には、それぞれスパッタリング法により酸化シリコン膜、窒化シリコン膜を成膜する
ための構成が備えられている。すなわち、各処理室にはターゲット、基板加熱手段が備え
られ、スパッタリングガスを導入するガス供給手段、グロー放電生成手段が付加されてい
る。また、第5の処理室3250には冷却手段3251が設けられている。
酸化物半導体層121上に、酸化シリコン層116及び保護絶縁層103を形成する方法
について説明する。
00の圧力と概略等しくなったら、ゲートバルブを開き第1の搬送室3100を介してロ
ーダー室3110から第1の処理室3210へ基板100を搬送する。
に吸着した不純物を脱離し排気することが好ましい。不純物としては、例えば、水素原子
や、H2Oなど水素原子を含む化合物や、炭素原子を含む化合物などである。なお、予備
加熱の温度としては、100℃以上400℃以下好ましくは150℃以上300℃以下で
ある。なお、第1の処理室3210に設ける排気手段はクライオポンプが好ましい。基板
100に吸着していた不純物が予備加熱により脱離し、第1の処理室3210内に拡散す
るため、クライオポンプを用いて不純物を第1の処理室3210から排出する必要がある
。なお、この予備加熱の処理は省略することもできる。
。例えば、酸化シリコン層116として酸化シリコン膜を成膜する。第2の処理室322
0はクライオポンプ等により排気され、成膜室内の不純物濃度が低減されている。不純物
が低減された処理室内で成膜された酸化物絶縁膜は、不純物濃度が抑制される。具体的に
は、酸化物絶縁膜に含まれる水素濃度を低減することができる。また、酸化シリコン層1
16は基板100を加熱しながら成膜しても良いが、酸化シリコン層116に欠陥を含ま
せるため0℃乃至50℃程度の温度、好ましくは室温で成膜することが望ましい。
ーゲットとして石英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、特にシリ
コンターゲットが好ましい。シリコンターゲットを用いて、酸素、及び希ガス雰囲気下で
スパッタリング法により成膜した酸化シリコン膜は、シリコン原子または酸素原子の未結
合手(ダングリングボンド)を含ませることができる。また、欠陥を含む酸化シリコン層
116において、酸素の未結合手を欠陥として多く含む酸化シリコン層116であると、
水素、水酸基又は水分などの不純物に対する束縛エネルギーが大きくなるので、より酸化
物半導体層121から、水素若しくは水素を含む不純物を、欠陥を含む酸化シリコン層に
拡散させることができる。
ことにより、島状の酸化物半導体層121に含まれる水素、水酸基又は水分などの不純物
は、島状の酸化物半導体層121と酸化シリコン層116が接する界面を介して、酸化シ
リコン層116に拡散し易くなる。具体的には、島状の酸化物半導体層121に含まれる
水素原子や、H2Oなど水素原子を含む化合物が酸化シリコン層116に拡散移動し易く
なる。その結果、島状の酸化物半導体層121の不純物濃度が低減される。
縁層103を成膜する。保護絶縁層103としては、不純物元素の拡散を防止する機能が
あればよく、例えば窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜などにより形成することができ
る。また、第3の処理室3230はクライオポンプ等により排気され、成膜室内の不純物
濃度が低減されている状態が好ましい。
防止する。不純物は、水素、H2Oなど水素原子を含む化合物や、炭素原子を含む化合物
などである。
、シリコンターゲットを用い、第3の処理室3230に窒素とアルゴンの混合ガスを導入
して、反応性スパッタリングにより成膜を行う。基板温度を、100℃以上400℃以下
例えば200℃以上350℃以下として成膜する。加熱しながら成膜することにより、水
素、水酸基又は水分など水素原子を含む不純物を酸化シリコン層116に拡散させ、島状
の酸化物半導体層121における当該不純物濃度を低減させることができる。特に、水素
原子の拡散が促進される200℃以上350℃以下の温度範囲が好適である。
酸化シリコン層と窒化シリコン層を同じ処理室において、共通のシリコンターゲットを用
いて成膜することができる。先に酸素を含むスパッタリングガスを導入して、処理室内に
装着されたシリコンターゲットを用いて酸化シリコン層を形成し、次にスパッタリングガ
スを窒素を含むスパッタリングガスに切り替えて同じシリコンターゲットを用いて窒化シ
リコン層を成膜する。酸化シリコン層と窒化シリコン層とを大気に曝露せずに連続して形
成することができるため、酸化シリコン層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。この場合、酸化シリコン層116と保護絶縁層103として窒
化シリコン層を積層した後、酸化物半導体層中に含まれる水素若しくは水分を酸化物絶縁
層(欠陥を含む酸化シリコン膜)に拡散させる加熱処理(温度100℃乃至400℃)を
行えばよい。
は、水、水素などの不純物が含まれないことが好ましい。例えば、酸素ガス又は窒素ガス
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
。
せ、島状の酸化物半導体層121における当該不純物濃度を低減させるために、保護絶縁
層103を成膜した後に加熱処理を行っても良い。
理を行う。成膜後の加熱処理において基板温度を100℃以上400℃以下とする。加熱
処理により、酸化物半導体層に含まれる不純物を島状の酸化物半導体層121と酸化シリ
コン層116が接する界面を介して、酸化シリコン層116に拡散し易くなる。具体的に
は、島状の酸化物半導体層121に含まれる水素原子や、H2Oなど水素原子を含む化合
物が酸化物絶縁膜に拡散移動し易くなる。その結果、酸化物半導体層の不純物濃度が低減
される。
板温度Tから、再び水等の不純物が入らないよう、十分低い温度まで冷却する。具体的に
は加熱温度Tよりも100℃以上下がるまで徐冷する。冷却は窒素または、ヘリウム、ネ
オン、アルゴン等を第5の処理室3250に導入して行ってもよい。なお、冷却に用いる
窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスに、水、水素などが含まれないこと
が好ましい。窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの純度を、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。
の不純物を低減できる。処理室の内壁に吸着していた不純物が脱離し、成膜中の基板や、
膜の中に不純物が混入する不具合を低減できる。また、予備加熱中の雰囲気から脱離する
不純物を排気して、基板に再吸着される現象を防ぐことができる。
導体層121に接して酸化シリコン層116を設けることにより、島状の酸化物半導体層
121に含まれる不純物、具体的には水素原子や、H2Oなど水素原子を含む化合物が島
状の酸化物半導体層121から酸化シリコン層116へ拡散、移動し、その結果、島状の
酸化物半導体層121に含まれる不純物濃度を低減できる。
れた酸化物半導体層をチャネル形成領域に適用した薄膜トランジスタは、ゲート電極に電
圧を印加しない状態、所謂オフ状態において、チャネル形成領域のキャリア濃度が低減さ
れているため、オフ電流が少なく、良好な特性を示す。
られない。例えば、基板の搬入口と搬出口を有し、各処理室が互いに接続する構成、所謂
インライン型の構成としてもよい。
電子インクを用いた表示装置などのバックプレーン(薄膜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。上記の成膜装置を用いた工程は、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、表示パネル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。
安定な電気特性を有し信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
本実施の形態は、本明細書で開示する半導体装置に適用できる薄膜トランジスタの他の例
を示す。
。
す薄膜トランジスタ160は、チャネル保護型(チャネルストップ型ともいう)と呼ばれ
るボトムゲート構造の一つであり逆スタガ型薄膜トランジスタともいう。
たが、必要に応じて、チャネル形成領域を複数有するマルチゲート構造の薄膜トランジス
タも形成することができる。
工程を説明する。
工程によりゲート電極層151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。
テン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム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。
下の酸化窒化シリコン層を形成する。
工程により島状の酸化物半導体層171に加工する。本実施の形態では、酸化物半導体層
としてIn−Ga−Zn−O系金属酸化物ターゲットを用いてスパッタリング法により成
膜する。
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リ
ングガスを導入し、金属酸化物をターゲットとして基板150上に酸化物半導体層を成膜
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、水素原子や
、H2Oなど水素原子を含む化合物や、炭素原子を含む化合物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層に含まれる不純物の濃度を低減できる。
、直流(DC)電源0.5kW、酸素(酸素流量比率100%)雰囲気下の条件が適用さ
れる。なお、パルス直流(DC)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、ゴミともいう)が軽減でき、膜厚分布も均一となるために好ましい。酸化物半導体
層は好ましくは5nm以上30nm以下とする。なお、適用する酸化物半導体材料により
適切な厚みは異なり、材料に応じて適宜厚みを選択すればよい。
ルゴン等の希ガスは、水、水素などの不純物が含まれないことが好ましく、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。
形成する。
室温以上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
ッタリングガスを導入しシリコン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。なお、酸化シリコン層173は、欠陥を含む。酸化シリコン層173はSiOx(
好ましくはxは2以上)膜とすると望ましい。
純物が含まれないことが好ましい。例えば、水素ガスの純度を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。
酸化シリコン層173であると、水素、水酸基又は水分などの不純物に対する束縛エネル
ギーが大きくなるので、より酸化物半導体層171から、水素若しくは水素を含む不純物
を、欠陥を含む酸化シリコン層に拡散させることができる。
ット(抵抗値0.01Ωcm)を用い、ターゲットと基板との間の距離(T−S間距離)
を89mm、圧力0.4Pa、直流(DC)電源6kW、酸素(酸素流量比率100%)
雰囲気下でパルスDCスパッタリング法により酸化シリコン層173を成膜する。膜厚は
300nmとする。なお、シリコンターゲットに代えて石英(好ましくは合成石英)を酸
化シリコン層173を成膜するためのターゲットとして用いることができる。また、酸化
シリコン層173は基板150を加熱しながら成膜しても良いが、酸化シリコン層173
に欠陥を含ませるため0℃乃至50℃程度の温度、好ましくは室温で成膜することが望ま
しい。
とが好ましい。酸化物半導体層171及び酸化シリコン層173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。
窒化アルミニウムなどを用いることもできる。
層と酸化シリコン層との界面に酸化物半導体及び酸化シリコンを含む混合領域179が形
成される(図5(B)参照。)
金属元素を有する。
の膜厚は、酸化シリコン層を形成する際のスパッタリング法の成膜条件によって制御する
ことができる。スパッタリング法の電源のパワーをより強く、基板とターゲットとの間の
距離をより近くすれば、混合領域を厚く形成することができる。また、より強いパワーで
スパッタリング法を行うことによって、酸化物半導体層表面に付着した吸着水等を除去す
ることもできる。
って、より上記酸化物半導体層171に含まれる水素原子や、H2Oなど水素原子を含む
化合物や、炭素原子を含む化合物等の酸化シリコン層173への拡散が促進され、移動し
易くなる。
℃乃至400℃で加熱処理を行う。この加熱処理によって酸化物半導体層171中に含ま
れる水素若しくは水分を欠陥を含む酸化シリコン層173に拡散させることができる。酸
化シリコン層173は欠陥(ダングリングボンド)を多く含むため、島状の酸化物半導体
層171に含まれる水素、水酸基又水分等の不純物は、酸化物半導体層171と酸化シリ
コン層173が接する界面を介して、酸化シリコン層173に拡散する。具体的には、酸
化物半導体層171に含まれる水素原子や、H2Oなど水素原子を含む化合物や、炭素原
子を含む化合物等が酸化シリコン層173に拡散移動し易くなる。
とができる。
、選択的にエッチングを行って酸化シリコン層166を形成した後、レジストマスクを除
去する(図5(C)参照。)。
導電膜を形成した後、第4のフォトリソグラフィ工程によりレジストマスクを形成し、選
択的にエッチングを行ってソース電極層165a、ドレイン電極層165bを形成した後
、レジストマスクを除去する(図5(D)参照。)。
a、Ti、Mo、Wからから選ばれた元素、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、金属導電膜は、単層構造でも、
2層以上の積層構造としてもよい。
トランジスタ160を形成することができる(図5(D)参照。)。
で、該酸化物半導体層中の水素及び水素化物の濃度を低減することができる。それにより
酸化物半導体層の安定化を図ることができる。
化シリコン層166、ソース電極層165a、ドレイン電極層165b上に形成する。保
護絶縁層153としては、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、または窒化アルミニウ
ム膜などを用いる。本実施の形態では、保護絶縁層153を、窒化シリコン膜を用いて形
成する(図5(E)参照。)。
に酸化物絶縁層を形成し、該酸化物絶縁層上に保護絶縁層153を積層してもよい。また
、保護絶縁層153上に平坦化絶縁層を形成してもよい。
物半導体層から該酸化シリコン膜に水素、水分を拡散させつつ、同時に外気から水分の侵
入を防ぐバリア膜を設けることができる。
雰囲気中の残留水分を除去することで、該酸化物半導体層中の水素及び水素化物の濃度を
低減することができる。また、酸化物半導体層に接して欠陥を含む酸化シリコン層を設け
ることで酸化物半導体層中の水素、水分を酸化シリコン膜へ拡散させ酸化物半導体層の水
素及び水素化合物の濃度を低減することができる。
安定な電気特性を有し信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
本実施の形態は、本明細書で開示する半導体装置に適用できる薄膜トランジスタの他の例
を示す。
。
たが、必要に応じて、チャネル形成領域を複数有するマルチゲート構造の薄膜トランジス
タも形成することができる。
工程を説明する。
工程によりゲート電極層181を形成する。本実施の形態では、ゲート電極層181とし
て、膜厚150nmのタングステン膜を、スパッタリング法を用いて形成する。
ート絶縁層142としてプラズマCVD法により膜厚100nm以下の酸化窒化シリコン
層を形成する。
導電膜上にレジストマスクを形成し、選択的にエッチングを行ってソース電極層195a
、ドレイン電極層195bを形成した後、レジストマスクを除去する。
層141に加工する(図6(A)参照。)。本実施の形態では、酸化物半導体層としてI
n−Ga−Zn−O系金属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する。
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リ
ングガスを導入し、金属酸化物をターゲットとして基板140上に酸化物半導体層を成膜
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、水素原子や
、H2Oなど水素原子を含む化合物や、炭素原子を含む化合物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層に含まれる不純物の濃度を低減できる。
、直流(DC)電源0.5kW、酸素(酸素流量比率100%)雰囲気下の条件が適用さ
れる。なお、パルス直流(DC)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、ゴミともいう)が軽減でき、膜厚分布も均一となるために好ましい。酸化物半導体
層は好ましくは5nm以上30nm以下とする。なお、適用する酸化物半導体材料により
適切な厚みは異なり、材料に応じて適宜厚みを選択すればよい。
ルゴン等の希ガスは、水、水素などの不純物が含まれないことが好ましく、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。
イン電極層195b上に、酸化シリコン層196を形成する。
室温以上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
ッタリングガスを導入しシリコン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。酸化シリコン層196はSiOx(好ましくはxは2以上)膜とすると望ましい。
酸化シリコン層196であると、水素、水酸基又は水分などの不純物に対する束縛エネル
ギーが大きくなるので、より酸化物半導体層141から、水素若しくは水素を含む不純物
を、欠陥を含む酸化シリコン層に拡散させることができる。
ット(抵抗値0.01Ωcm)を用い、ターゲットと基板との間の距離(T−S間距離)
を89mm、圧力0.4Pa、直流(DC)電源6kW、酸素(酸素流量比率100%)
雰囲気下でパルスDCスパッタリング法により酸化シリコン層196を成膜する。膜厚は
300nmとする。なお、シリコンターゲットに代えて石英(好ましくは合成石英)を酸
化シリコン層196を成膜するためのターゲットとして用いることができる。また、酸化
シリコン層196は基板140を加熱しながら成膜しても良いが、酸化シリコン層196
に欠陥を含ませるため0℃乃至50℃程度の温度、好ましくは室温で成膜することが望ま
しい。
純物が含まれないことが好ましい。例えば、水素ガスの純度を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。
とが好ましい。酸化物半導体層141及び酸化シリコン層196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。
窒化アルミニウムなどを用いることもできる。
層と酸化シリコン層との界面に酸化物半導体及び酸化シリコンを含む混合領域199が形
成される。
金属元素を有する。
の膜厚は、酸化シリコン層を形成する際のスパッタリング法の成膜条件によって制御する
ことができる。スパッタリング法の電源のパワーをより強く、基板とターゲットとの間の
距離をより近くすれば、混合領域を厚く形成することができる。また、より強いパワーで
スパッタリング法を行うことによって、酸化物半導体層表面に付着した吸着水等を除去す
ることもできる。
って、より上記酸化物半導体層141に含まれる水素原子や、H2Oなど水素原子を含む
化合物や、炭素原子を含む化合物等の酸化シリコン層196への拡散が促進され、移動し
易くなる。
ては、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、または窒化アルミニウム膜などを用いる。
保護絶縁層183として、酸化シリコン層196まで形成された基板140を100℃〜
400℃の温度に加熱し、水素及び水分が除去された高純度窒素を含むスパッタリングガ
スを導入しシリコン半導体のターゲットを用いて窒化シリコン膜を成膜する。
純物が含まれないことが好ましい。例えば、窒素ガスの純度を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。
半導体層中に含まれる水素若しくは水分を酸化物絶縁層(欠陥を含む酸化シリコン膜)に
拡散させることができる。酸化シリコン層196は欠陥(ダングリングボンド)を多く含
むため、島状の酸化物半導体層141に含まれる水素、水酸基又水分等の不純物は、酸化
物半導体層141と酸化シリコン層196が接する界面を介して、酸化シリコン層196
に拡散する。具体的には、酸化物半導体層141に含まれる水素原子や、H2Oなど水素
原子を含む化合物や、炭素原子を含む化合物等が酸化シリコン層196に拡散移動し易く
なる。
トランジスタ190を形成することができる(図6(C)参照。)。
安定な電気特性を有し信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
本実施の形態は、本明細書で開示する半導体装置に適用できる薄膜トランジスタの例を示
す。
電材料を用いる例を示す。従って、他は上記実施の形態と同様に行うことができ、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、及び工程の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。
光性を有する導電材料、例えばIn−Sn−O系、In−Sn−Zn−O系、In−Al
−Zn−O系、Sn−Ga−Zn−O系、Al−Ga−Zn−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系の金属酸化物を適用することができ、膜厚は50nm以上300nm以下
の範囲内で適宜選択する。ゲート電極層、ソース電極層、ドレイン電極層に用いる金属酸
化物の成膜方法は、スパッタリング法や真空蒸着法(電子ビーム蒸着法など)や、アーク
放電イオンプレーティング法や、スプレー法を用いる。また、スパッタリング法を用いる
場合、SiO2を2重量%以上10重量%以下含むターゲットを用いて成膜を行い、透光
性を有する導電膜に結晶化を阻害するSiOx(X>0)を含ませ、後の工程で行う加熱
処理の際に酸化物半導体層が結晶化してしまうのを抑制することが好ましい。
(EPMA:Electron Probe X−ray MicroAnalyzer
)を用いた分析により評価するものとする。
量電極層など)や、その他の配線層(容量配線層など)に可視光に対して透光性を有する
導電膜を用いると、高開口率を有する表示装置を実現することができる。勿論、画素に存
在するゲート絶縁層、酸化物絶縁層、保護絶縁層、平坦化絶縁層も可視光に対して透光性
を有する膜を用いることが好ましい。
%である膜厚を有する膜を指し、その膜が導電性を有する場合は透明の導電膜とも呼ぶ。
また、ゲート電極層、ソース電極層、ドレイン電極層、画素電極層、またはその他の電極
層や、その他の配線層に適用する金属酸化物として、可視光に対して半透明の導電膜を用
いてもよい。可視光に対して半透明とは可視光の透過率が50〜75%であることを指す
。
ンチ以下の小型の液晶表示パネルにおいて、ゲート配線の本数を増やすなどして表示画像
の高精細化を図るため、画素寸法を微細化しても、高い開口率を実現することができる。
また、薄膜トランジスタの構成部材に透光性を有する膜を用いることで、広視野角を実現
するため、1画素を複数のサブピクセルに分割しても高い開口率を実現することができる
。即ち、高密度の薄膜トランジスタ群を配置しても開口率を大きくとることができ、表示
領域の面積を十分に確保することができる。例えば、一つの画素内に2〜4個のサブピク
セルを有する場合、薄膜トランジスタが透光性を有するため、開口率を向上させることが
できる。また、薄膜トランジスタの構成部材と同工程で同材料を用いて保持容量を形成す
ると、保持容量も透光性とすることができるため、さらに開口率を向上させることができ
る。
本実施の形態は、本明細書で開示する半導体装置に適用できる薄膜トランジスタの例を示
す。
電極層との間に、ソース領域及びドレイン領域として酸化物導電層を設ける例を図7に示
す。従って、他は実施の形態1と同様に行うことができ、実施の形態1と同一部分又は同
様な機能を有する部分、及び工程の繰り返しの説明は省略する。また、図7は、図1と工
程が一部異なる点以外は同じであるため、同じ箇所には同じ符号を用い、同じ箇所の詳細
な説明は省略する。
表面を有する基板100上に、ゲート電極層111、ゲート絶縁層102、酸化物半導体
層112、酸化物導電層118a、118b、ソース電極層115a、及びドレイン電極
層115bを含む。また、薄膜トランジスタ130を覆い、酸化物半導体層112に接す
る酸化シリコン層116が設けられ、さらにその上に保護絶縁層103が積層されている
。酸化シリコン層116は欠陥を含み、酸化物半導体層112と酸化シリコン層116と
の間には混合領域119が設けられている。
2を積層する。ゲート絶縁層102上に酸化物半導体層112を形成する。
は酸化物導電層118a、118bを酸化物半導体層112と同じフォトリソグラフィ工
程によって形状を加工する例を示すが、酸化物導電層118a、118bはソース電極層
及びドレイン電極層と同じフォトリソグラフィ工程によって形状を加工してもよい。
ーム蒸着法など)や、アーク放電イオンプレーティング法や、スプレー法を用いる。酸化
物導電層118a、118bの材料としては、酸化亜鉛を成分として含むものが好ましく
、酸化インジウムを含まないものであることが好ましい。そのような酸化物導電層118
a、118bとして、酸化亜鉛、酸化亜鉛アルミニウム、酸窒化亜鉛アルミニウム、酸化
亜鉛ガリウムなどを適用することができる。膜厚は50nm以上300nm以下の範囲内
で適宜選択する。また、スパッタリング法を用いる場合、SiO2を2重量%以上10重
量%以下含むターゲットを用いて成膜を行い、酸化物導電膜に結晶化を阻害するSiOx
(X>0)を含ませ、後の工程で行う加熱処理の際に酸化物半導体が結晶化してしまうの
を抑制することが好ましい。
形状を加工した後、ソース電極層115a、ドレイン電極層115bをマスクとして、さ
らに酸化物導電層をエッチングし、酸化物導電層118a、118bを形成する。酸化亜
鉛を成分とする酸化物導電層118a、118bは、例えばレジストの剥離液のようなア
ルカリ性溶液を用いて容易にエッチングすることができる。
るために酸化物導電層を分割するためのエッチング処理を行う。酸化物導電層のエッチン
グ速度が酸化物半導体層と比較して速いことを利用して、酸化物半導体層上の酸化物導電
層を選択的にエッチングする。
の除去は、アッシング工程によって除去することが好ましい。剥離液を用いたエッチング
の場合は、酸化物導電層及び酸化物半導体層が過剰にエッチングされないように、エッチ
ング条件(エッチャントの種類、濃度、エッチング時間)を適宜調整する。
物導電層118bは低抵抗ドレイン領域(LRN(Low Resistance N−
type conductivity)領域、LRD(Low Resistance
Drain)領域とも呼ぶ)としても機能する。同様に、酸化物半導体層112と金属材
料からなるソース電極層115aの間に設けられる酸化物導電層118aは低抵抗ドレイ
ン領域(LRN(Low Resistance N−type conductivi
ty)領域、LRS(Low Resistance Source)領域とも呼ぶ)と
しても機能する。酸化物半導体層、低抵抗ドレイン領域、金属材料からなるドレイン電極
層の構成とすることによって、よりトランジスタの耐圧を向上させることができる。具体
的には、低抵抗ドレイン領域のキャリア濃度は、高抵抗ドレイン領域(HRD領域)より
も大きく、例えば1×1020/cm3以上1×1021/cm3以下の範囲内であると
好ましい。
ドレイン電極層との間に設けることで、ソース領域及びドレイン領域の低抵抗化を図るこ
とができ、トランジスタの高速動作をすることができる。ソース領域及びドレイン領域と
して酸化物導電層を用いることは、周辺回路(駆動回路)の周波数特性を向上させるため
に有効である。金属電極(Ti等)と酸化物半導体層との接触に比べ、金属電極(Ti等
)と酸化物導電層との接触は、接触抵抗を下げることができるからである。
、Mo/Al/Mo)、酸化物半導体層との接触抵抗が高くて課題であった。これは、T
iに比べMoは酸化しにくいため酸化物半導体層から酸素を引き抜く作用が弱く、Moと
酸化物半導体層の接触界面がn型化しないためである。しかし、かかる場合でも、酸化物
半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との間に酸化物導電層を介在させることで接
触抵抗を低減でき、周辺回路(駆動回路)の周波数特性を向上させることができる。
り短チャネル化ができる。例えば、チャネル長L0.1μm以上2μm以下と短くして、
動作速度を高速化することができる。
て実施することが可能である。
安定な電気特性を有し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、実施の形態1乃至5に示した半導体装置において、薄膜トランジスタ
と、エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子とを用い、アクティブマトリクス型の
発光表示装置を作製する一例を示す。
化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機EL素子、後者は無機EL素子
と呼ばれている。
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。
図である。
は酸化物半導体層をチャネル形成領域に用いるnチャネル型のトランジスタを1つの画素
に2つ用いる例を示す。
発光素子6404及び容量素子6403を有している。スイッチング用トランジスタ64
01はゲートが走査線6406に接続され、第1電極(ソース電極及びドレイン電極の一
方)が信号線6405に接続され、第2電極(ソース電極及びドレイン電極の他方)が駆
動用トランジスタ6402のゲートに接続されている。駆動用トランジスタ6402は、
ゲートが容量素子6403を介して電源線6407に接続され、第1電極が電源線640
7に接続され、第2電極が発光素子6404の第1電極(画素電極)に接続されている。
発光素子6404の第2電極は共通電極6408に相当する。共通電極6408は、同一
基板上に形成される共通電位線と電気的に接続される。
る。なお、低電源電位とは、電源線6407に設定される高電源電位を基準にして低電源
電位<高電源電位を満たす電位であり、低電源電位としては例えばGND、0Vなどが設
定されていても良い。この高電源電位と低電源電位との電位差を発光素子6404に印加
して、発光素子6404に電流を流して発光素子6404を発光させるため、高電源電位
と低電源電位との電位差が発光素子6404の順方向しきい値電圧以上となるようにそれ
ぞれの電位を設定する。
ことも可能である。駆動用トランジスタ6402のゲート容量については、チャネル領域
とゲート電極との間で容量が形成されていてもよい。
駆動用トランジスタ6402が十分にオンするか、オフするかの二つの状態となるような
ビデオ信号を入力する。つまり、駆動用トランジスタ6402は線形領域で動作させる。
駆動用トランジスタ6402は線形領域で動作させるため、電源線6407の電圧よりも
高い電圧を駆動用トランジスタ6402のゲートにかける。なお、信号線6405には、
(電源線電圧+駆動用トランジスタ6402のVth)以上の電圧をかける。
らせることで、図8と同じ画素構成を用いることができる。
の順方向電圧+駆動用トランジスタ6402のVth以上の電圧をかける。発光素子64
04の順方向電圧とは、所望の輝度とする場合の電圧を指しており、少なくとも順方向し
きい値電圧を含む。なお、駆動用トランジスタ6402が飽和領域で動作するようなビデ
オ信号を入力することで、発光素子6404に電流を流すことができる。駆動用トランジ
スタ6402を飽和領域で動作させるため、電源線6407の電位は、駆動用トランジス
タ6402のゲート電位よりも高くする。ビデオ信号をアナログとすることで、発光素子
6404にビデオ信号に応じた電流を流し、アナログ階調駆動を行うことができる。
イッチ、抵抗素子、容量素子、トランジスタ又は論理回路などを追加してもよい。
の場合を例に挙げて、画素の断面構造について説明する。図9(A)(B)(C)の半導
体装置に用いられる駆動用TFT7011、7021、7001は、実施の形態1で示す
薄膜トランジスタと同様に作製でき、酸化物半導体層を含む透光性の薄膜トランジスタを
用いる例を示す。
して、基板上に薄膜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
り出す上面射出構造や、基板側の面から発光を取り出す下面射出構造や、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、画素構成はどの射出
構造の発光素子にも適用することができる。
3側に射出する場合の、画素の断面図を示す。図9(A)では、駆動用TFT7011の
ドレイン電極層と電気的に接続された透光性を有する導電膜7017上に、発光素子70
12の第1の電極7013が形成されており、第1の電極7013上にEL層7014、
第2の電極7015が順に積層されている。
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などの透光性を有する導電性導電膜を用いることがで
きる。
の電極7013を陰極として用いる場合には、仕事関数が小さい材料、具体的には、例え
ば、LiやCs等のアルカリ金属、およびMg、Ca、Sr等のアルカリ土類金属、およ
びこれらを含む合金(Mg:Ag、Al:Liなど)の他、YbやEr等の希土類金属等
が好ましい。図9(A)では、第1の電極7013の膜厚は、光を透過する程度(好まし
くは、5nm〜30nm程度)とする。例えば20nmの膜厚を有するアルミニウム膜を
、第1の電極7013として用いる。
ド、アクリル、ポリアミド、エポキシ等の有機樹脂膜、無機絶縁膜または有機ポリシロキ
サンを用いて形成する。隔壁7019は、特に感光性の樹脂材料を用い、第1の電極70
13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。隔壁7019として感光性の樹脂材料を用いる場合
、レジストマスクを形成する工程を省略することができる。
発光層を含めば良く、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成さ
れていてもどちらでも良い。EL層7014が複数の層で構成されている場合、陰極とし
て機能する第1の電極7013上に電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホ
ール注入層の順に積層する。なおこれらの層を全て設ける必要はない。
7013上にホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層の順に積層
してもよい。ただし、消費電力を比較する場合、第1の電極7013を陰極として機能さ
せ、第1の電極7013上に電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注
入層の順に積層するほうが、駆動回路部の電圧上昇を抑制でき、消費電力を少なくできる
ため好ましい。
とができる。例えば、第2の電極7015を陽極として用いる場合、仕事関数が大きい材
料、例えば、ZrN、Ti、W、Ni、Pt、Cr等や、ITO、IZO、ZnOなどの
透明導電性材料が好ましい。また、第2の電極7015上に遮蔽膜7016として、例え
ば光を遮光する金属、光を反射する金属等を用いる。本実施の形態では、第2の電極70
15としてITO膜を用い、遮蔽膜7016としてTi膜を用いる。
る領域が発光素子7012に相当する。図9(A)に示した素子構造の場合、発光素子7
012から発せられる光は、矢印で示すように第1の電極7013側に射出する。
層及びドレイン電極層に透光性を有するような薄膜を用いる例を示しており、発光素子7
012から発せられる光は、カラーフィルタ層7033を通過し、基板を通過して射出さ
せることができる。
グラフィ技術を用いたエッチング方法などでそれぞれ形成する。
層7035によって覆う。なお、図9(A)ではオーバーコート層7034は薄い膜厚で
図示したが、オーバーコート層7034は、カラーフィルタ層7033に起因する凹凸を
平坦化する機能を有している。
1に形成され、且つ、ドレイン電極層に達するコンタクトホールは、隔壁7019と重な
る位置に配置する。
有する導電膜7027上に、発光素子7022の第1の電極7023が形成されており、
第1の電極7023上にEL層7024、第2の電極7025が順に積層されている。
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などの透光性を有する導電性導電膜を用いることがで
きる。
23を陰極として用いる場合、仕事関数が小さい材料、具体的には、例えば、LiやCs
等のアルカリ金属、およびMg、Ca、Sr等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む
合金(Mg:Ag、Al:Liなど)の他、YbやEr等の希土類金属等が好ましい。本
実施の形態では、第1の電極7023を陰極として用い、その膜厚は、光を透過する程度
(好ましくは、5nm〜30nm程度)とする。例えば20nmの膜厚を有するアルミニ
ウム膜を、陰極として用いる。
ド、アクリル、ポリアミド、エポキシ等の有機樹脂膜、無機絶縁膜または有機ポリシロキ
サンを用いて形成する。隔壁7029は、特に感光性の樹脂材料を用い、第1の電極70
23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。隔壁7029として感光性の樹脂材料を用いる場合
、レジストマスクを形成する工程を省略することができる。
めば良く、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていても
どちらでも良い。EL層7024が複数の層で構成されている場合、陰極として機能する
第1の電極7023上に電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層
の順に積層する。なおこれらの層を全て設ける必要はない。
注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層の順に積層してもよい。ただし
、消費電力を比較する場合、第1の電極7023を陰極として用い、陰極上に電子注入層
、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層の順に積層するほうが消費電力が少
ないため好ましい。
とができる。例えば、第2の電極7025を陽極として用いる場合、仕事関数が大きい材
料、例えば、ITO、IZO、ZnOなどの透明導電性材料を好ましく用いることができ
る。本実施の形態では、第2の電極7025を陽極として用い、酸化シリコンを含むIT
O膜を形成する。
る領域が発光素子7022に相当する。図9(B)に示した素子構造の場合、発光素子7
022から発せられる光は、矢印で示すように第2の電極7025側と第1の電極702
3側の両方に射出する。
層及びドレイン電極層に透光性を有するような薄膜を用いる例を示しており、発光素子7
022から第1の電極7023側に発せられる光は、カラーフィルタ層7043を通過し
、基板を通過して射出させることができる。
グラフィ技術を用いたエッチング方法などでそれぞれ形成する。
層7045によって覆う。
1に形成され、且つ、ドレイン電極層に達するコンタクトホールは、隔壁7029と重な
る位置に配置する。
第2の電極7025側からの光はカラーフィルタ層7043を通過しないため、別途カラ
ーフィルタ層を備えた封止基板を第2の電極7025上方に設けることが好ましい。
2の電極7005側に抜ける場合の、画素の断面図を示す。図9(C)では、駆動用TF
T7001のドレイン電極層と第1の電極7003と接しており、駆動用TFT7001
と発光素子7002の第1の電極7003とを電気的に接続している。第1の電極700
3上にEL層7004、第2の電極7005が順に積層されている。
03を陰極として用いる場合、仕事関数が小さい材料、具体的には、例えば、LiやCs
等のアルカリ金属、およびMg、Ca、Sr等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む
合金(Mg:Ag、Al:Liなど)の他、YbやEr等の希土類金属等が好ましい。
ド、アクリル、ポリアミド、エポキシ等の有機樹脂膜、無機絶縁膜または有機ポリシロキ
サンを用いて形成する。隔壁7009は、特に感光性の樹脂材料を用い、第1の電極70
03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。隔壁7009として感光性の樹脂材料を用いる場合
、レジストマスクを形成する工程を省略することができる。
発光層を含めば良く、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成さ
れていてもどちらでも良い。EL層7004が複数の層で構成されている場合、陰極とし
て用いる第1の電極7003上に電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホー
ル注入層の順に積層する。なおこれらの層を全て設ける必要はない。
、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層の順に積層してもよい。
層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層の順に積層し、その上にMg:Ag
合金薄膜とITOとの積層を形成する。
輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層の順に積層するほうが、駆動回路における
電圧上昇を抑制することができ、消費電力を少なくできるため好ましい。
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、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導電膜を用いても良い。
領域が発光素子7002に相当する。図9(C)に示した画素の場合、発光素子7002
から発せられる光は、矢印で示すように第2の電極7005側に射出する。
7051、保護絶縁層7052、平坦化絶縁層7056、平坦化絶縁層7053、及び絶
縁層7055に設けられたコンタクトホールを介して第1の電極7003と電気的に接続
する。平坦化絶縁層7053、7056は、ポリイミド、アクリル、ベンゾシクロブテン
、ポリアミド、エポキシ等の樹脂材料を用いることができる。また上記樹脂材料の他に、
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、平坦化絶縁層7053、7056を形成してもよい。平坦化絶
縁層7053、7056の形成法は、特に限定されず、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、オフセット印刷等)、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。
9を設ける。隔壁7009は、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、エポキシ等の有機樹
脂膜、無機絶縁膜または有機ポリシロキサンを用いて形成する。隔壁7009は、特に感
光性の樹脂材料を用い、第1の電極7003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。隔壁700
9として感光性の樹脂材料を用いる場合、レジストマスクを形成する工程を省略すること
ができる。
2として緑色発光素子とし、隣り合う一方の発光素子を赤色発光素子とし、もう一方の発
光素子を青色発光素子とする。また、3種類の発光素子だけでなく白色発光素子を加えた
4種類の発光素子でフルカラー表示ができる発光表示装置を作製してもよい。
、発光素子7002上方にカラーフィルタなどを有する封止基板を配置する構成とし、フ
ルカラー表示ができる発光表示装置を作製してもよい。白色などの単色の発光を示す材料
を形成し、カラーフィルタや色変換層を組み合わせることによりフルカラー表示を行うこ
とができる。
の形態1乃至5のいずれか一の薄膜トランジスタを適宜用いることができ、同様な工程及
び材料で形成することができる。薄膜トランジスタ7001、7011、7021は酸化
物半導体層と酸化シリコン層との間に混合領域を有する。また、欠陥を含む(酸素のタン
グリングボンドを多く含むと好ましい)酸化シリコン層(SiOx、好ましくはxは2以
上)を積層し、加熱処理することにより酸化物半導体層中に含まれる水素や水は酸化シリ
コン層に拡散され、酸化物半導体層は水素や水が低減されている。従って、薄膜トランジ
スタ7001、7011、7021は信頼性の高い薄膜トランジスタである。
もよいし、単色発光を用いてエリアカラータイプの発光装置を形成してもよい。
L素子を設けることも可能である。
に接続されている例を示したが、駆動用TFTと発光素子との間に電流制御用TFTが接
続されている構成であってもよい。
本実施の形態では、発光表示パネル(発光パネルともいう)の外観及び断面について、図
10を用いて説明する。図10(A)は、第1の基板上に形成された薄膜トランジスタ及
び発光素子を、第2の基板との間にシール材によって封止した、パネルの平面図であり、
図10(B)は、図10(A)のH−Iにおける断面図に相当する。
3b、及び走査線駆動回路4504a、4504bを囲むようにして、シール材4505
が設けられている。また画素部4502、信号線駆動回路4503a、4503b、及び
走査線駆動回路4504a、4504bの上に第2の基板4506が設けられている。よ
って画素部4502、信号線駆動回路4503a、4503b、及び走査線駆動回路45
04a、4504bは、第1の基板4501とシール材4505と第2の基板4506と
によって、充填材4507と共に密封されている。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。
503b、及び走査線駆動回路4504a、4504bは、薄膜トランジスタを複数有し
ており、図10(B)では、画素部4502に含まれる薄膜トランジスタ4510と、信
号線駆動回路4503aに含まれる薄膜トランジスタ4509とを例示している。
ジスタを適宜用いることができ、同様な工程及び材料で形成することができる。薄膜トラ
ンジスタ4509、4510は酸化物半導体層と酸化シリコン層との間に混合領域を有す
る。また、欠陥を含む(酸素のタングリングボンドを多く含むと好ましい)酸化シリコン
層(SiOx、好ましくはxは2以上)を積層し、加熱処理することにより酸化物半導体
層中に含まれる水素や水は酸化シリコン層に拡散され、酸化物半導体層は水素や水が低減
されている。従って、薄膜トランジスタ4509、4510は信頼性の高い薄膜トランジ
スタである。
体層のチャネル形成領域と重なる位置に導電層を設けた構造とする。本実施の形態におい
て、薄膜トランジスタ4509、4510はnチャネル型薄膜トランジスタである。
体層のチャネル形成領域と重なる位置に導電層4540が設けられている。導電層454
0を酸化物半導体層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
後における薄膜トランジスタ4509のしきい値電圧の変化量を低減することができる。
また、導電層4540は、電位が薄膜トランジスタ4509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4540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。
されている。薄膜トランジスタ4510のソース電極層又はドレイン電極層は薄膜トラン
ジスタ上に設けられた酸化シリコン層4542及び絶縁層4551に形成された開口にお
いて配線層4550と電気的に接続されている。配線層4550は第1の電極4517と
接して形成されており、薄膜トランジスタ4510と第1の電極4517とは配線層45
50を介して電気的に接続されている。
方法で形成すればよい。
1上に形成される。
オーバーコート層4543で覆う構成となっている。
は、実施の形態1で示した保護絶縁層103と同様に形成すればよく、例えば窒化シリコ
ン膜をスパッタリング法で形成すればよい。
517は、薄膜トランジスタ4510のソース電極層またはドレイン電極層と配線層45
50を介して電気的に接続されている。なお発光素子4511の構成は、第1電極451
7、電界発光層4512、第2電極4513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4511から取り出す光の方向などに合わせて、発光素子4511の構成
は適宜変えることができる。
特に感光性の材料を用い、第1電極4517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。
13及び隔壁4520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。
、または画素部4502に与えられる各種信号及び電位は、FPC4518a、4518
bから供給されている。
形成され、端子電極4516は、薄膜トランジスタ4509のソース電極層及びドレイン
電極層と同じ導電膜から形成されている。
して電気的に接続されている。
その場合には、ガラス板、プラスチック板、ポリエステルフィルムまたはアクリルフィル
ムのような透光性を有する材料を用いる。
脂また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EV
A(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)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。
成することができる。シール材は、代表的には可視光硬化性、紫外線硬化性または熱硬化
性の樹脂を含む材料を用いることができる。また、フィラーを含んでもよい。
、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によって形成された駆動回
路で実装されていてもよい。また、信号線駆動回路のみ、或いは一部、又は走査線駆動回
路のみ、或いは一部のみを別途形成して実装しても良く、図10の構成に限定されない。
ることができる。
半導体装置の一形態に相当する液晶表示パネルの外観及び断面について、図16を用いて
説明する。図16(A)(C)は、薄膜トランジスタ4010、4011、及び液晶素子
4013を、第1の基板4001と第2の基板4006との間にシール材4005によっ
て封止した、パネルの平面図であり、図16(B)は、図16(A)または図16(C)
のM−Nにおける断面図に相当する。
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4005と第2の基板4006
とによって、液晶層4008と共に封止されている。また第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。
ワイヤボンディング方法、或いはTAB方法などを用いることができる。図16(A)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16(C)は、TA
B方法により信号線駆動回路4003を実装する例である。
薄膜トランジスタを複数有しており、図16(B)では、画素部4002に含まれる薄膜
トランジスタ4010と、走査線駆動回路4004に含まれる薄膜トランジスタ4011
とを例示している。薄膜トランジスタ4010、4011上には絶縁層4041、404
2、4020、4021が設けられている。
ジスタを適宜用いることができ、同様な工程及び材料で形成することができる。薄膜トラ
ンジスタ4010、4011は酸化物半導体層と酸化シリコン層との間に混合領域を有す
る。また、欠陥を含む(酸素のタングリングボンドを多く含むと好ましい)酸化シリコン
層(SiOx、好ましくはxは2以上)を積層し、加熱処理することにより酸化物半導体
層中に含まれる水素や水は酸化シリコン層に拡散され、酸化物半導体層は水素や水が低減
されている。従って、薄膜トランジスタ4010、4011は信頼性の高い薄膜トランジ
スタである。本実施の形態において、薄膜トランジスタ4010、4011はnチャネル
型薄膜トランジスタである。
チャネル形成領域と重なる位置に導電層4040が設けられている。導電層4040を酸
化物半導体層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
ける薄膜トランジスタ4011のしきい値電圧の変化量を低減することができる。また、
導電層4040は、電位が薄膜トランジスタ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
4040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。
ース電極層又はドレイン電極層と電気的に接続されている。そして液晶素子4013の対
向電極層4031は第2の基板4006上に形成されている。画素電極層4030と対向
電極層4031と液晶層4008とが重なっている部分が、液晶素子4013に相当する
。なお、画素電極層4030、対向電極層4031はそれぞれ配向膜として機能する絶縁
層4032、4033が設けられ、絶縁層4032、4033を介して液晶層4008を
挟持している。
き、ガラス、セラミックス、プラスチックを用いることができる。プラスチックとしては
、FRP(Fiberglass−Reinforced Plastics)板、PV
F(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。
画素電極層4030と対向電極層4031との間の距離(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。また、対向電極層4031
は、薄膜トランジスタ4010と同一基板上に設けられる共通電位線と電気的に接続され
る。共通接続部を用いて、一対の基板間に配置される導電性粒子を介して対向電極層40
31と共通電位線とを電気的に接続することができる。なお、導電性粒子はシール材40
05に含有させる。
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4008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。
特に、酸化物半導体層を用いる薄膜トランジスタは、静電気の影響により薄膜トランジス
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
層を用いる薄膜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。
子に用いる電極層という順に設ける例を示すが、偏光板は基板の内側に設けてもよい。ま
た、偏光板と着色層の積層構造も本実施の形態に限定されず、偏光板及び着色層の材料や
作製工程条件によって適宜設定すればよい。また、表示部以外にブラックマトリクスとし
て機能する遮光膜を設けてもよい。
形成されている。絶縁層4041は実施の形態1で示した酸化シリコン層116と同様な
材料及び方法で形成すればよい。ここでは、絶縁層4041として、実施の形態1を用い
てスパッタリング法により欠陥を含む酸化シリコン層を形成する。また、絶縁層4041
上に接して保護絶縁層4042を形成する。また、保護絶縁層4042は実施の形態1で
示した保護絶縁層103と同様に形成すればよく、例えば窒化シリコン膜を用いることが
できる。また、保護絶縁層4042上に薄膜トランジスタの表面凹凸を低減するため平坦
化絶縁膜として機能する絶縁層4021で覆う構成となっている。
ミド、アクリル、ベンゾシクロブテン、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
4021を形成してもよい。
OG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、オフセット印刷等)、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。絶縁層4021の焼成工程と半導体層のアニ
ールを兼ねることで効率よく半導体装置を作製することが可能となる。
、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(以下、ITOと示す。)、
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
透光性の導電性材料を用いることができる。
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。導電性組成物を用いて形
成した画素電極は、シート抵抗が10000Ω/□以下、波長550nmにおける透光率
が70%以上であることが好ましい。また、導電性組成物に含まれる導電性高分子の抵抗
率が0.1Ω・cm以下であることが好ましい。
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、若しくはこれらの2種以上の共重合体などがあげられる。
002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。
ら形成され、端子電極4016は、薄膜トランジスタ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。
て電気的に接続されている。
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。
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。
を駆動することによって、画面上に表示パターンが形成される。詳しくは選択された画素
電極と該画素電極に対応する対向電極との間に電圧が印加されることによって、画素電極
と対向電極との間に配置された液晶層の光学変調が行われ、この光学変調が表示パターン
として観察者に認識される。
は動画のぼけが生じるという問題がある。液晶表示装置の動画特性を改善するため、全面
黒表示を1フレームおきに行う、所謂、黒挿入と呼ばれる駆動技術がある。
善する、所謂、倍速駆動と呼ばれる駆動技術もある。
ダイオード)光源または複数のEL光源などを用いて面光源を構成し、面光源を構成して
いる各光源を独立して1フレーム期間内で間欠点灯駆動する駆動技術もある。面光源とし
て、3種類以上のLEDを用いてもよいし、白色発光のLEDを用いてもよい。独立して
複数のLEDを制御できるため、液晶層の光学変調の切り替えタイミングに合わせてLE
Dの発光タイミングを同期させることもできる。この駆動技術は、LEDを部分的に消灯
することができるため、特に一画面を占める黒い表示領域の割合が多い映像表示の場合に
は、消費電力の低減効果が図れる。
を従来よりも改善することができる。
動回路と同一基板上に保護回路を設けることが好ましい。保護回路は、酸化物半導体層を
用いた非線形素子を用いて構成することが好ましい。例えば、保護回路は画素部と、走査
線入力端子及び信号線入力端子との間に配設されている。本実施の形態では複数の保護回
路を配設して、走査線、信号線及び容量バス線に静電気等によりサージ電圧が印加され、
画素トランジスタなどが破壊されないように構成されている。そのため、保護回路にはサ
ージ電圧が印加されたときに、共通配線に電荷を逃がすように構成する。また、保護回路
は、走査線及び共通配線の間に並列に配置された非線形素子によって構成されている。非
線形素子は、ダイオードのような二端子素子又はトランジスタのような三端子素子で構成
される。例えば、画素部の薄膜トランジスタと同じ工程で形成することも可能であり、例
えばゲート端子とドレイン端子を接続することによりダイオードと同様の特性を持たせる
ことができる。
S(In−Plane−Switching)モード、FFS(Fringe Fiel
d Switching)モード、ASM(Axially Symmetric al
igned Micro−cell)モード、OCB(Optical Compens
ated Birefringence)モード、FLC(Ferroelectric
Liquid Crystal)モード、AFLC(AntiFerroelectr
ic Liquid Crystal)モードなどを用いることができる。
CB液晶、STN液晶、VA液晶、ECB型液晶、GH液晶、高分子分散型液晶、ディス
コティック液晶などを用いることができるが、中でもノーマリーブラック型の液晶パネル
、例えば垂直配向(VA)モードを採用した透過型の液晶表示装置とすることが好ましい
。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−Do
main Vertical Alignment)モード、PVA(Patterne
d Vertical Alignment)モード、ASVモードなどを用いることが
できる。
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。本実施の形態では、特に画素(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。これを
マルチドメイン化あるいはマルチドメイン設計という。以下の説明では、マルチドメイン
設計が考慮された液晶表示装置について説明する。
の平面図であり、図中に示す切断線Y−Zに対応する断面構造を図12に表している。以
下の説明ではこの両図を参照して説明する。
が接続されている。各TFTは、異なるゲート信号で駆動されるように構成されている。
すなわち、マルチドメイン設計された画素において、個々の画素電極層に印加する信号を
、独立して制御する構成を有している。
ール623において、配線618でTFT628と接続している。また、画素電極626
は、絶縁膜620、及び絶縁膜622をそれぞれ貫通するコンタクトホール627におい
て、配線619でTFT629と接続している。TFT628のゲート配線602と、T
FT629のゲート配線603には、異なるゲート信号を与えることができるように分離
されている。一方、データ線として機能する配線616は、TFT628とTFT629
で共通に用いられている。TFT628とTFT629は実施の形態1乃至5のいずれか
一の薄膜トランジスタを適宜用いることができる。なお、ゲート配線602、ゲート配線
603上にはゲート絶縁層606が形成されている。
画素電極層と電気的に接続する容量電極と保持容量を形成する。
離されている。V字型に広がる画素電極層624の外側を囲むように画素電極層626が
形成されている。画素電極層624と画素電極層626に印加する電圧のタイミングを、
TFT628及びTFT629により異ならせることで、液晶の配向を制御している。こ
の画素構造の等価回路を図15に示す。TFT628はとTFT629は、共に配線61
6と接続している。ゲート配線602とゲート配線603に異なるゲート信号を与えるこ
とで、液晶素子651と液晶素子652の動作を異ならせることができる。すなわち、T
FT628とTFT629の動作を個別に制御することにより、液晶の配向を精密に制御
して視野角を広げることができる。
。また、着色膜636と対向電極層640の間にはオーバーコート膜とも呼ばれる平坦化
膜637が形成され、液晶の配向乱れを防いでいる。図14に対向基板側の構造を示す。
対向電極層640は異なる画素間で共通化されている電極であるが、スリット641が形
成されている。このスリット641と、画素電極層624及び画素電極層626側のスリ
ットとを交互に咬み合うように配置することで、斜め電界を効果的に発生させて液晶の配
向を制御することができる。これにより、液晶が配向する方向を場所によって異ならせる
ことができ、視野角を広げている。
る開口パターンを有する第2の対向電極層と同電位である。開口パターンを有する第2の
対向電極層を駆動回路部に設けることによって、高信頼性及び低消費電力の半導体装置と
することができる。
子が形成されている。また、画素電極層626と液晶層650と対向電極層640が重な
り合うことで、第2の液晶素子が形成されている。また、一画素に第1の液晶素子と第2
の液晶素子が設けられたマルチドメイン構造である。
本実施の形態では、本発明の一実施の形態である半導体装置として電子ペーパーの例を示
す。
型の電子ペーパーを示す。半導体装置に用いられる薄膜トランジスタ581としては、実
施の形態1乃至5のいずれか一の薄膜トランジスタを適宜用いることができ、同様な工程
及び材料で形成することができる。薄膜トランジスタ581は酸化物半導体層と酸化シリ
コン層との間に混合領域を有する。また、欠陥を含む(酸素のタングリングボンドを多く
含むと好ましい)酸化シリコン層(SiOx、好ましくはxは2以上)を積層し、加熱処
理することにより酸化物半導体層中に含まれる水素や水は酸化シリコン層に拡散され、酸
化物半導体層は水素や水が低減されている。従って、薄膜トランジスタ581は信頼性の
高い薄膜トランジスタである。
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、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
を生じさせての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。
タであり、ソース電極層又はドレイン電極層は、酸化シリコン層583、保護絶縁層58
4、絶縁層585に形成される開口において第1の電極層587と接して電気的に接続さ
れている。
0bを有し、周りに液体で満たされているキャビティ594を含む球形粒子589が設け
られており、球形粒子589の周囲は樹脂等の充填材595で充填されている(図11参
照。)。本実施の形態においては、第1の電極層587が画素電極に相当し、対向基板5
96に設けられる第2の電極層588が共通電極に相当する。
と、正に帯電した白い微粒子と負に帯電した黒い微粒子とを封入した直径10μm〜20
0μm程度のマイクロカプセルを用いる。第1の電極層と第2の電極層との間に設けられ
るマイクロカプセルは、第1の電極層と第2の電極層によって、電場が与えられると、白
い微粒子と、黒い微粒子が逆の方向に移動し、白または黒を表示することができる。この
原理を応用した表示素子が電気泳動表示素子であり、一般的に電子ペーパーとよばれてい
る。電気泳動表示素子は、液晶表示素子に比べて反射率が高いため、補助ライトは不要で
あり、また消費電力が小さく、薄暗い場所でも表示部を認識することが可能である。また
、表示部に電源が供給されない場合であっても、一度表示した像を保持することが可能で
あるため、電波発信源から表示機能付き半導体装置(単に表示装置、又は表示装置を具備
する半導体装置ともいう)を遠ざけた場合であっても、表示された像を保存しておくこと
が可能となる。
。
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、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。
に組み込まれた表示部1602の他、操作ボタン1603a、1603b、外部接続ポー
ト1604、スピーカー1605、マイク1606などを備えている。
報を入力ことができる。また、電話を掛ける、或いはメールを打つなどの操作は、表示部
1602を指などで触れることにより行うことができる。
示モードであり、第2は、文字等の情報の入力を主とする入力モードである。第3は表示
モードと入力モードの2つのモードが混合した表示+入力モードである。
主とする文字入力モードとし、画面に表示させた文字の入力操作を行えばよい。この場合
、表示部1602の画面のほとんどにキーボードまたは番号ボタンを表示させることが好
ましい。
有する検出装置を設けることで、携帯電話機1600の向き(縦か横か)を判断して、表
示部1602の画面表示を自動的に切り替えるようにすることができる。
ボタン1603a、1603bの操作により行われる。また、表示部1602に表示され
る画像の種類によって切り替えるようにすることもできる。例えば、表示部に表示する画
像信号が動画のデータであれば表示モード、テキストデータであれば入力モードに切り替
える。
部1602のタッチ操作による入力が一定期間ない場合には、画面のモードを入力モード
から表示モードに切り替えるように制御してもよい。
02に掌や指を触れることで、掌紋、指紋等を撮像することで、本人認証を行うことがで
きる。また、表示部に近赤外光を発光するバックライトまたは近赤外光を発光するセンシ
ング用光源を用いれば、指静脈、掌静脈などを撮像することもできる。
素のスイッチング素子として、上記他の実施の形態に示す薄膜トランジスタを複数配置す
ることができる。
複数の機能を備えることができる。例えば電話機能に加えて、コンピュータを内蔵し、様
々なデータ処理機能を備えることもできる。
成されている。筐体1801には、表示パネル1802、スピーカー1803、マイクロ
フォン1804、ポインティングデバイス1806、カメラ用レンズ1807、外部接続
端子1808などを備え、筐体1800には、キーボード1810、外部メモリスロット
1811などを備えている。また、アンテナは筐体1800内部に内蔵されている。
ている複数の操作キー1805を点線で示している。
に応じて表示の方向が適宜変化する。また、表示パネル1802と同一面上にカメラ用レ
ンズ1807を備えているため、テレビ電話が可能である。スピーカー1803及びマイ
クロフォン1804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1800と筐体1801は、スライドし、図17(B)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1811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。
筐体9601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。
コン操作機9610により行うことができる。リモコン操作機9610が備える操作キー
9609により、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部9603に表示され
る映像を操作することができる。また、リモコン操作機9610に、当該リモコン操作機
9610から出力する情報を表示する表示部9607を設ける構成としてもよい。
より一般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。
素のスイッチング素子として、上記他の実施の形態に示す薄膜トランジスタを複数配置す
ることができる。
フレーム9700は、筐体9701に表示部9703が組み込まれている。表示部970
3は、各種画像を表示することが可能であり、例えばデジタルカメラなどで撮影した画像
データを表示させることで、通常の写真立てと同様に機能させることができる。
素のスイッチング素子として、上記他の実施の形態に示す薄膜トランジスタを複数配置す
ることができる。
Bケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など)、記録媒体挿入部などを備える構
成とする。これらの構成は、表示部と同一面に組み込まれていてもよいが、側面や裏面に
備えるとデザイン性が向上するため好ましい。例えば、デジタルフォトフレームの記録媒
体挿入部に、デジタルカメラで撮影した画像データを記憶したメモリを挿入して画像デー
タを取り込み、取り込んだ画像データを表示部9703に表示させることができる。
。無線により、所望の画像データを取り込み、表示させる構成とすることもできる。
り、連結部9893により、開閉可能に連結されている。筐体9881には表示部988
2が組み込まれ、筐体9891には表示部9883が組み込まれている。
素のスイッチング素子として、上記他の実施の形態に示す薄膜トランジスタを複数配置す
ることができる。
886、LEDランプ9890、入力手段(操作キー9885、接続端子9887、セン
サ9888(力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温
度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度
、振動、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの)、マイクロフォン9889)等を
備えている。もちろん、携帯型遊技機の構成は上述のものに限定されず、少なくとも本明
細書に開示する薄膜トランジスタを備えた構成であればよく、その他付属設備が適宜設け
られた構成とすることができる。図19に示す携帯型遊技機は、記録媒体に記録されてい
るプログラム又はデータを読み出して表示部に表示する機能や、他の携帯型遊技機と無線
通信を行って情報を共有する機能を有する。なお、図19に示す携帯型遊技機が有する機
能はこれに限定されず、様々な機能を有することができる。
内の照明装置3001として用いた例である。本明細書に示す発光装置は大面積化も可能
であるため、大面積の照明装置として用いることができる。また、上記実施の形態で示し
た発光装置は、卓上照明器具3002として用いることも可能である。なお、照明器具に
は天井固定型の照明器具、卓上照明器具の他にも、壁掛け型の照明器具、車内用照明、誘
導灯なども含まれる。
々な電子機器の表示パネルに適用することができ、信頼性の高い電子機器を提供すること
ができる。
本明細書に開示する半導体装置は、電子ペーパーとして適用することができる。電子ペー
パーは、情報を表示するものであればあらゆる分野の電子機器に用いることが可能である
。例えば、電子ペーパーを用いて、電子書籍(電子ブック)、ポスター、電車などの乗り
物の車内広告、クレジットカード等の各種カードにおける表示等に適用することができる
。電子機器の一例を図20に示す。
よび筐体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20では表示部2705)に文章を表示し、左側の表示部
(図20では表示部2707)に画像を表示することができる。
701において、電源2721、操作キー2723、スピーカー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、またはACアダプタおよびUSB
ケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など)、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2700は、電子辞書としての機能を持たせた構成とし
てもよい。
電子書籍サーバから、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。
101 ゲート電極層
102 ゲート絶縁層
103 保護絶縁層
110 薄膜トランジスタ
111 ゲート電極層
112 酸化物半導体層
115a ソース電極層
115b ドレイン電極層
116 酸化シリコン層
118a 酸化物導電層
118b 酸化物導電層
119 混合領域
120 酸化物半導体層
121 酸化物半導体層
130 薄膜トランジスタ
140 基板
141 酸化物半導体層
142 ゲート絶縁層
150 基板
151 ゲート電極層
152 ゲート絶縁層
153 保護絶縁層
160 薄膜トランジスタ
162 酸化物半導体層
165a ソース電極層
165b ドレイン電極層
166 酸化シリコン層
171 酸化物半導体層
173 酸化シリコン層
179 混合領域
181 ゲート電極層
183 保護絶縁層
190 薄膜トランジスタ
192 酸化物半導体層
195a ソース電極層
195b ドレイン電極層
196 酸化シリコン層
199 混合領域
580 基板
581 薄膜トランジスタ
583 酸化シリコン層
584 保護絶縁層
585 絶縁層
587 電極層
588 電極層
589 球形粒子
590a 黒色領域
590b 白色領域
594 キャビティ
595 充填材
596 対向基板
600 基板
601 対向基板
602 ゲート配線
603 ゲート配線
606 ゲート絶縁層
616 配線
618 配線
619 配線
620 絶縁膜
622 絶縁膜
623 コンタクトホール
624 画素電極層
625 スリット
626 画素電極層
627 コンタクトホール
628 TFT
629 TFT
632 遮光膜
636 着色膜
637 平坦化膜
640 対向電極層
641 スリット
650 液晶層
651 液晶素子
652 液晶素子
690 容量配線
1000 成膜装置
1100 搬送室
1101 搬送手段
1110 ローダー室
1111 カセット
1120 アンローダー室
1121 カセット
1200 搬送室
1201 搬送手段
1205 排気手段
1210 処理室
1211 基板加熱手段
1215 排気手段
1220 処理室
1225 排気手段
1230 処理室
1235 排気手段
1240 処理室
1245 排気手段
1600 携帯電話機
1601 筐体
1602 表示部
1603a 操作ボタン
1603b 操作ボタン
1604 外部接続ポート
1605 スピーカー
1606 マイク
1800 筐体
1801 筐体
1802 表示パネル
1803 スピーカー
1804 マイクロフォン
1805 操作キー
1806 ポインティングデバイス
1807 カメラ用レンズ
1808 外部接続端子
1810 キーボード
1811 外部メモリスロット
2700 電子書籍
2701 筐体
2703 筐体
2705 表示部
2707 表示部
2711 軸部
2721 電源
2723 操作キー
2725 スピーカー
3000 成膜装置
3001 照明装置
3002 卓上照明器具
3100 搬送室
3101 搬送手段
3105 排気手段
3110 ローダー室
3111 カセット
3115 排気手段
3120 アンローダー室
3121 カセット
3125 排気手段
3210 処理室
3211 基板加熱手段
3215 排気手段
3220 処理室
3225 排気手段
3230 処理室
3235 排気手段
3240 処理室
3241 基板加熱手段
3245 排気手段
3250 処理室
3251 冷却手段
3255 排気手段
4001 基板
4002 画素部
4003 信号線駆動回路
4004 走査線駆動回路
4005 シール材
4006 基板
4008 液晶層
4010 薄膜トランジスタ
4011 薄膜トランジスタ
4013 液晶素子
4015 接続端子電極
4016 端子電極
4018 FPC
4019 異方性導電膜
4021 絶縁層
4030 画素電極層
4031 対向電極層
4032 絶縁層
4040 導電層
4041 絶縁層
4042 保護絶縁層
4501 基板
4502 画素部
4503a 信号線駆動回路
4504a 走査線駆動回路
4505 シール材
4506 基板
4507 充填材
4509 薄膜トランジスタ
4510 薄膜トランジスタ
4511 発光素子
4512 電界発光層
4513 電極
4515 接続端子電極
4516 端子電極
4517 電極
4518a FPC
4519 異方性導電膜
4520 隔壁
4540 導電層
4542 酸化シリコン層
4543 オーバーコート層
4544 絶縁層
4545 カラーフィルタ層
4550 配線層
4551 絶縁層
5001 ドライポンプ
5002 排気室
5003 電源
5004 ターゲット
5005 カソード
5006 ステージ昇降機構
5007 基板ステージ
5008 ゲートバルブ
5009 冷却水
5010 流量調節器
5011 ガスタンク
6400 画素
6401 スイッチング用トランジスタ
6402 駆動用トランジスタ
6403 容量素子
6404 発光素子
6405 信号線
6406 走査線
6407 電源線
6408 共通電極
7001 駆動用TFT
7002 発光素子
7003 電極
7004 EL層
7005 電極
7009 隔壁
7011 駆動用TFT
7012 発光素子
7013 電極
7014 EL層
7015 電極
7016 遮蔽膜
7017 導電膜
7019 隔壁
7021 駆動用TFT
7022 発光素子
7023 電極
7024 EL層
7025 電極
7027 導電膜
7029 隔壁
7031 絶縁層
7032 絶縁層
7033 カラーフィルタ層
7034 オーバーコート層
7035 保護絶縁層
7042 絶縁層
7043 カラーフィルタ層
7044 オーバーコート層
7045 保護絶縁層
7051 酸化シリコン層
7052 保護絶縁層
7053 平坦化絶縁層
7055 絶縁層
7056 平坦化絶縁層
9600 テレビジョン装置
9601 筐体
9603 表示部
9605 スタンド
9607 表示部
9609 操作キー
9610 リモコン操作機
9700 デジタルフォトフレーム
9701 筐体
9703 表示部
9881 筐体
9882 表示部
9883 表示部
9884 スピーカー部
9885 操作キー
9886 記録媒体挿入部
9887 接続端子
9888 センサ
9889 マイクロフォン
9890 LEDランプ
9891 筐体
9893 連結部
Claims (4)
- ゲート電極層と、
前記ゲート電極層上のゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上の酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層上の酸化シリコン層と、を有し、
前記酸化物半導体層と、前記酸化シリコン層との間に、酸素と、シリコンと、前記酸化物半導体層に含まれる少なくとも一種以上の金属元素とを有する領域を有し、
前記酸化シリコン層は、炭素原子を含むことを特徴とする半導体装置。 - ゲート電極層と、
前記ゲート電極層上のゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上の酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層上の酸化シリコン層と、を有し、
前記酸化物半導体層は、Inと、Gaと、Znと、を有し
前記酸化物半導体層と、前記酸化シリコン層との間に、酸素と、シリコンと、前記酸化物半導体層に含まれる少なくとも一種以上の金属元素とを有する領域を有し、
前記酸化シリコン層は、炭素原子を含むことを特徴とする半導体装置。 - トランジスタと、
前記トランジスタ上方の発光素子と、を有し、
前記トランジスタは、
ゲート電極層と、
前記ゲート電極層上のゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上の酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層上の酸化シリコン層と、を有し、
前記酸化物半導体層と、前記酸化シリコン層との間に、酸素と、シリコンと、前記酸化物半導体層に含まれる少なくとも一種以上の金属元素とを有する領域を有し、
前記酸化シリコン層は、炭素原子を含むことを特徴とする表示装置。 - トランジスタと、
前記トランジスタ上方のカラーフィルタ層と、
前記カラーフィルタ層上方の発光素子と、を有し、
前記トランジスタは、
ゲート電極層と、
前記ゲート電極層上のゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上の酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層上の酸化シリコン層と、を有し、
前記酸化物半導体層と、前記酸化シリコン層との間に、酸素と、シリコンと、前記酸化物半導体層に含まれる少なくとも一種以上の金属元素とを有する領域を有し、
前記酸化シリコン層は、炭素原子を含むことを特徴とする表示装置。
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