JP2019165253A - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents

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JP2019165253A
JP2019165253A JP2019110413A JP2019110413A JP2019165253A JP 2019165253 A JP2019165253 A JP 2019165253A JP 2019110413 A JP2019110413 A JP 2019110413A JP 2019110413 A JP2019110413 A JP 2019110413A JP 2019165253 A JP2019165253 A JP 2019165253A
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film
oxide
insulating film
oxide semiconductor
transistor
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純一 肥塚
Junichi Hizuka
純一 肥塚
行徳 島
Yukinori Shima
行徳 島
鈴之介 平石
Suzunosuke Hiraishi
鈴之介 平石
岡崎 健一
Kenichi Okazaki
健一 岡崎
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Abstract

To reduce defects of an oxide semiconductor film in a semiconductor device using the oxide semiconductor film; improve electrical characteristics in a semiconductor device using an oxide semiconductor film; and improve reliability in a semiconductor device using an oxide semiconductor film.SOLUTION: A semiconductor device manufacturing method comprises the steps of: forming a gate electrode and a gate insulation film on a substrate; forming, on the gate insulation film, a multilayer film having an oxide semiconductor film and an oxide film; performing a first heat treatment at a temperature within a range not less than 300°C and not more than 400°C to form a pair of electrodes which contact the multilayer film; forming a first oxide insulation film on the multilayer film and the pair of electrodes; forming a second oxide insulation film on the first oxide insulation film; and performing a second heat treatment at a temperature within a range not less than 300°C and not more than 400°C.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、物、方法、または、製造方法に関する。または、本発明は、プロセス、マシ
ン、マニュファクチャ、または、組成物(コンポジション・オブ・マター)に関する。特
に、本発明は、例えば、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、それらの駆動方法
、または、それらの製造方法に関する。特に、本発明は、例えば、酸化物半導体を有する
半導体装置、表示装置、または、発光装置に関する。特に、本発明は、例えば、トランジ
スタを有する半導体装置及びその作製方法に関する。
The present invention relates to an object, a method, or a manufacturing method. Or this invention relates to a process, a machine, a manufacture, or a composition (composition of matter). In particular, the present invention relates to, for example, a semiconductor device, a display device, a light-emitting device, a power storage device, a driving method thereof, or a manufacturing method thereof. In particular, the present invention relates to a semiconductor device, a display device, or a light-emitting device including an oxide semiconductor, for example. In particular, the present invention relates to a semiconductor device including a transistor and a manufacturing method thereof, for example.

液晶表示装置や発光表示装置に代表されるフラットパネルディスプレイの多くに用いら
れているトランジスタは、ガラス基板上に形成されたアモルファスシリコン、単結晶シリ
コンまたは多結晶シリコンなどのシリコン半導体によって構成されている。また、該シリ
コン半導体を用いたトランジスタは、集積回路(IC)などにも利用されている。
Transistors used in many flat panel displays typified by liquid crystal display devices and light-emitting display devices are composed of silicon semiconductors such as amorphous silicon, single crystal silicon, or polycrystalline silicon formed on a glass substrate. . In addition, a transistor including the silicon semiconductor is used for an integrated circuit (IC) or the like.

近年、シリコン半導体に代わって、半導体特性を示す金属酸化物をトランジスタに用い
る技術が注目されている。なお、本明細書中では、半導体特性を示す金属酸化物を酸化物
半導体とよぶことにする。
In recent years, a technique using a metal oxide exhibiting semiconductor characteristics for a transistor instead of a silicon semiconductor has attracted attention. Note that in this specification, a metal oxide exhibiting semiconductor characteristics is referred to as an oxide semiconductor.

例えば、酸化物半導体として、酸化亜鉛、またはIn−Ga−Zn系酸化物を用いたト
ランジスタを作製し、該トランジスタを表示装置の画素のスイッチング素子などに用いる
技術が開示されている(特許文献1及び特許文献2参照)。
For example, a technique is disclosed in which a transistor using zinc oxide or an In—Ga—Zn-based oxide as an oxide semiconductor is manufactured, and the transistor is used for a switching element of a pixel of a display device or the like (Patent Document 1). And Patent Document 2).

特開2007−123861号公報JP 2007-123861 A 特開2007−96055号公報JP 2007-96055 A

酸化物半導体膜を用いたトランジスタにおいて、酸化物半導体膜に含まれる欠損量が多
いことは、トランジスタの電気特性の不良に繋がると共に、経時変化やストレス試験(例
えば、BT(Bias−Temperature)ストレス試験)において、トランジス
タの電気特性、代表的にはしきい値電圧の変動量が増大することの原因となる。
In a transistor including an oxide semiconductor film, a large amount of defects included in the oxide semiconductor film leads to poor electrical characteristics of the transistor and changes with time and stress tests (for example, a BT (Bias-Temperature) stress test). ), The electrical characteristics of the transistor, typically the amount of fluctuation of the threshold voltage increases.

また、欠損に限らず、酸化物半導体膜に含まれる不純物、代表的には絶縁膜の構成元素
であるシリコンや炭素等の不純物が多いと、トランジスタの電気特性の不要の原因となる
Further, not only defects but also impurities contained in the oxide semiconductor film, typically impurities such as silicon and carbon which are constituent elements of the insulating film, cause unnecessary electrical characteristics of the transistor.

そこで、本発明の一態様は、酸化物半導体膜を用いた半導体装置などにおいて、酸化物
半導体膜の欠陥を低減することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、酸化物半
導体膜を用いた半導体装置などにおいて、酸化物半導体膜の不純物濃度を低減することを
課題の一とする。または、本発明の一態様は、酸化物半導体膜を用いた半導体装置などに
おいて、電気特性を向上させることを課題の一とする。または、本発明の一態様は、酸化
物半導体膜を用いた半導体装置などにおいて、信頼性を向上させることを課題の一とする
。または、本発明の一態様は、オフ電流の低い半導体装置などを提供することを課題とす
る。または、本発明の一態様は、消費電力の低い半導体装置などを提供することを課題と
する。または、本発明の一態様は、目の疲労を軽減することが可能な表示装置などを提供
することを課題とする。または、本発明の一態様は、透明な半導体膜を用いた半導体装置
などを提供することを課題とする。または、本発明の一態様は、新規な半導体装置などを
提供することを課題とする。または、本発明の一態様は、優れた特性を有する半導体装置
などを提供することを課題とする。なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げ
るものではない。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないも
のとする。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明
らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出
することが可能である。
Thus, an object of one embodiment of the present invention is to reduce defects in an oxide semiconductor film in a semiconductor device or the like including the oxide semiconductor film. Another object of one embodiment of the present invention is to reduce the impurity concentration of an oxide semiconductor film in a semiconductor device or the like including the oxide semiconductor film. Another object of one embodiment of the present invention is to improve electrical characteristics of a semiconductor device or the like including an oxide semiconductor film. Another object of one embodiment of the present invention is to improve reliability in a semiconductor device or the like including an oxide semiconductor film. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device or the like with low off-state current. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device or the like with low power consumption. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a display device or the like that can reduce eye fatigue. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device or the like using a transparent semiconductor film. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a novel semiconductor device or the like. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device or the like having excellent characteristics. Note that the description of these problems does not disturb the existence of other problems. Note that one embodiment of the present invention does not have to solve all of these problems. Issues other than these will be apparent from the description of the specification, drawings, claims, etc., and other issues can be extracted from the descriptions of the specification, drawings, claims, etc. It is.

本発明の一態様は、基板上にゲート電極及びゲート絶縁膜を形成し、ゲート絶縁膜上に
、酸化物半導体膜及び酸化物膜を有する多層膜を形成し、300℃以上400℃以下、好
ましくは320℃以上370℃以下で第1の加熱処理を行った後、多層膜に接する一対の
電極を形成し、多層膜、及び前記一対の電極上に、第1の酸化物絶縁膜を形成し、第1の
酸化物絶縁膜上に第2の酸化物絶縁膜を形成し、300℃以上400℃以下、好ましくは
320℃以上370℃以下で第2の加熱処理を行う半導体装置の作製方法である。
In one embodiment of the present invention, a gate electrode and a gate insulating film are formed over a substrate, a multilayer film including an oxide semiconductor film and an oxide film is formed over the gate insulating film, and is preferably 300 ° C. to 400 ° C., preferably After performing the first heat treatment at 320 ° C. to 370 ° C., a pair of electrodes in contact with the multilayer film is formed, and a first oxide insulating film is formed over the multilayer film and the pair of electrodes. A method for manufacturing a semiconductor device, in which a second oxide insulating film is formed over the first oxide insulating film and subjected to second heat treatment at 300 ° C. to 400 ° C., preferably 320 ° C. to 370 ° C. is there.

なお、真空排気された処理室内に載置された基板を180℃以上400℃以下に保持し
、処理室に原料ガスを導入して処理室内における圧力を100Pa以上250Pa以下と
し、処理室内に設けられる電極に高周波電力を供給することにより、第1の酸化物絶縁膜
を形成することができる。
Note that the substrate placed in the evacuated processing chamber is held at 180 ° C. or higher and 400 ° C. or lower, and a source gas is introduced into the processing chamber so that the pressure in the processing chamber is 100 Pa or higher and 250 Pa or lower. By supplying high-frequency power to the electrode, the first oxide insulating film can be formed.

また、真空排気された処理室内に載置された基板を180℃以上280℃以下に保持し
、処理室に原料ガスを導入して処理室内における圧力を100Pa以上250Pa以下と
し、処理室内に設けられる電極に0.17W/cm以上0.5W/cm以下の高周波
電力を供給することにより、第2の酸化物絶縁膜を形成することができる。
In addition, the substrate placed in the evacuated processing chamber is held at 180 ° C. or higher and 280 ° C. or lower, and a raw material gas is introduced into the processing chamber so that the pressure in the processing chamber is 100 Pa or higher and 250 Pa or lower. by supplying a high frequency power of 0.17 W / cm 2 or more 0.5 W / cm 2 or less to the electrode, it is possible to form the second oxide insulating film.

また、第1の酸化物絶縁膜及び第2の酸化物絶縁膜として、シリコンを含む堆積性気体
及び酸化性気体を原料ガスに用いて、酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を形成す
る。
As the first oxide insulating film and the second oxide insulating film, a silicon oxide film or a silicon oxynitride film is formed using a deposition gas containing silicon and an oxidizing gas as a source gas.

なお、酸化物半導体膜は、In若しくはGaを含むことが好ましい。   Note that the oxide semiconductor film preferably contains In or Ga.

また、酸化物膜の伝導帯の下端のエネルギー準位が、酸化物半導体膜の伝導帯の下端の
エネルギー準位よりも真空準位に近い。さらには、酸化物膜の伝導帯の下端のエネルギー
準位と、酸化物半導体膜の伝導帯の下端のエネルギー準位との差は0.05eV以上2e
V以下であることが好ましい。なお、真空準位と伝導帯下端のエネルギー差を電子親和力
ともいうため、酸化物膜の電子親和力が、酸化物半導体膜の電子親和力より小さく、その
差が0.05eV以上2eV以下であることが好ましい。
In addition, the energy level at the lower end of the conduction band of the oxide film is closer to the vacuum level than the energy level at the lower end of the conduction band of the oxide semiconductor film. Further, the difference between the energy level at the lower end of the conduction band of the oxide film and the energy level at the lower end of the conduction band of the oxide semiconductor film is 0.05 eV or more and 2e.
V or less is preferable. Note that since the energy difference between the vacuum level and the conduction band bottom is also referred to as electron affinity, the electron affinity of the oxide film is smaller than the electron affinity of the oxide semiconductor film, and the difference is 0.05 eV or more and 2 eV or less. preferable.

本発明の一態様により、酸化物半導体膜を用いた半導体装置において、酸化物半導体膜
の欠陥を低減することができる。または、本発明の一態様は、酸化物半導体膜を用いた半
導体装置などにおいて、酸化物半導体膜の不純物を低減することができる。または、本発
明の一態様により、酸化物半導体膜を用いた半導体装置において、電気特性を向上させる
ことができる。または、本発明の一態様により、酸化物半導体膜を用いた半導体装置にお
いて、信頼性を向上させることができる。または、本発明の一態様により、オフ電流の低
い半導体装置などを提供することができる。または、本発明の一態様により、消費電力の
低い半導体装置などを提供することができる。または、本発明の一態様により、目の疲労
を軽減することが可能な表示装置などを提供することができる。または、本発明の一態様
により、透明な半導体膜を用いた半導体装置などを提供することができる。または、本発
明の一態様により、新規な半導体装置などを提供することができる。または、本発明の一
態様により、優れた特性を有する半導体装置などを提供することができる。
According to one embodiment of the present invention, defects in an oxide semiconductor film can be reduced in a semiconductor device including an oxide semiconductor film. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, impurities in an oxide semiconductor film can be reduced in a semiconductor device or the like including an oxide semiconductor film. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, electrical characteristics of a semiconductor device including an oxide semiconductor film can be improved. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, reliability of a semiconductor device including an oxide semiconductor film can be improved. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor device or the like with low off-state current can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor device or the like with low power consumption can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a display device or the like that can reduce eye fatigue can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor device or the like using a transparent semiconductor film can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a novel semiconductor device or the like can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor device or the like having excellent characteristics can be provided.

トランジスタの一形態を説明する上面図及び断面図である。10A to 10C are a top view and cross-sectional views illustrating one embodiment of a transistor. トランジスタの作製方法の一形態を説明する断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a method for manufacturing a transistor. トランジスタのバンド構造を説明する図である。It is a figure explaining the band structure of a transistor. 半導体装置の一形態を説明する断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a semiconductor device. トランジスタの一形態を説明する断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a transistor. トランジスタの一形態を説明する断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a transistor. トランジスタの一形態を説明する断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a transistor. トランジスタの一形態を説明する断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a transistor. トランジスタの一形態を説明する上面図及び断面図である。10A to 10C are a top view and cross-sectional views illustrating one embodiment of a transistor. トランジスタの一形態を説明する上面図及び断面図である。10A to 10C are a top view and cross-sectional views illustrating one embodiment of a transistor. トランジスタの作製方法の一形態を説明する断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a method for manufacturing a transistor. トランジスタの一形態を説明する断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a transistor. トランジスタの一形態を説明する断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a transistor. トランジスタの一形態を説明する上面図及び断面図である。10A to 10C are a top view and cross-sectional views illustrating one embodiment of a transistor. トランジスタの一形態を説明する上面図及び断面図である。10A to 10C are a top view and cross-sectional views illustrating one embodiment of a transistor. 半導体装置の一形態を説明するブロック図及び回路図である。10A and 10B are a block diagram and a circuit diagram illustrating one embodiment of a semiconductor device. 半導体装置の一形態を説明する上面図である。FIG. 10 is a top view illustrating one embodiment of a semiconductor device. 半導体装置の一形態を説明する断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a semiconductor device. 半導体装置の作製方法の一形態を説明する断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device. 半導体装置の作製方法の一形態を説明する断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device. 半導体装置の作製方法の一形態を説明する断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device. 半導体装置の作製方法の一形態を説明する断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device. 半導体装置の作製方法の一形態を説明する断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device. 半導体装置の一形態を説明する上面図である。FIG. 10 is a top view illustrating one embodiment of a semiconductor device. 半導体装置の一形態を説明する断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a semiconductor device. 半導体装置の作製方法の一形態を説明する断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device. 半導体装置の作製方法の一形態を説明する断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device. 半導体装置の一形態を説明する断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a semiconductor device. 半導体装置の作製方法の一形態を説明する断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device. 半導体装置の作製方法の一形態を説明する断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device. 酸化物半導体の極微電子線回折パターンを示す図である。It is a figure which shows the micro electron beam diffraction pattern of an oxide semiconductor. 酸化物半導体の極微電子線回折パターンを示す図である。It is a figure which shows the micro electron beam diffraction pattern of an oxide semiconductor. 実施の形態に係るタッチセンサを説明する図である。It is a figure explaining the touch sensor which concerns on embodiment. 実施の形態に係るタッチパネル及び電子機器の構成例を説明する図である。It is a figure explaining the structural example of the touchscreen and electronic device which concern on embodiment. 実施の形態に係るタッチセンサを備える画素を説明する図である。It is a figure explaining a pixel provided with a touch sensor concerning an embodiment. 実施の形態に係るタッチセンサ及び画素の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the touch sensor and pixel which concern on embodiment. 液晶表示装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of a liquid crystal display device. 液晶表示装置の駆動方法の一例を説明するタイミングチャートである。3 is a timing chart illustrating an example of a method for driving a liquid crystal display device. 本発明の一態様である半導体装置を用いた電子機器を説明する図である。FIG. 10 illustrates an electronic device including a semiconductor device that is one embodiment of the present invention. 本発明の一態様である半導体装置を用いた電子機器を説明する図である。FIG. 10 illustrates an electronic device including a semiconductor device that is one embodiment of the present invention. トランジスタのVg−Id特性を示す図である。It is a figure which shows the Vg-Id characteristic of a transistor. BTストレス試験及び光BTストレス試験後のトランジスタのしきい値電圧及びシフト値の変動量を示す図である。It is a figure which shows the fluctuation amount of the threshold voltage and shift value of a transistor after a BT stress test and an optical BT stress test. しきい値電圧及びシフト値の定義を説明する図である。It is a figure explaining the definition of a threshold voltage and a shift value. 光BTストレス試験及び光BTストレス試験後のトランジスタのしきい値を示す図である。It is a figure which shows the threshold value of the transistor after an optical BT stress test and an optical BT stress test. BTストレス試験前後のトランジスタのVg−Id特性を示す図である。It is a figure which shows the Vg-Id characteristic of the transistor before and after a BT stress test.

以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明
は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及
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及び実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。また
、以下に説明する実施の形態及び実施例において、同一部分または同様の機能を有する部
分には、同一の符号または同一のハッチパターンを異なる図面間で共通して用い、その繰
り返しの説明は省略する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it will be easily understood by those skilled in the art that modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments and examples below. In the following embodiments and examples, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals or the same hatch patterns in different drawings, and description thereof is not repeated. To do.

なお、本明細書で説明する各図において、各構成の大きさ、膜の厚さ、または領域は、
明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されな
い。
Note that in each drawing described in this specification, the size of each component, the thickness of a film, or a region is
May be exaggerated for clarity. Therefore, it is not necessarily limited to the scale.

また、本明細書にて用いる第1、第2、第3などの用語は、構成要素の混同を避けるた
めに付したものであり、数的に限定するものではない。そのため、例えば、「第1の」を
「第2の」または「第3の」などと適宜置き換えて説明することができる。
Further, the terms such as first, second, and third used in this specification are given for avoiding confusion between components, and are not limited numerically. Therefore, for example, the description can be made by appropriately replacing “first” with “second” or “third”.

また、「ソース」や「ドレイン」の機能は、回路動作において電流の方向が変化する場
合などには入れ替わることがある。このため、本明細書においては、「ソース」や「ドレ
イン」の用語は、入れ替えて用いることができるものとする。
Further, the functions of “source” and “drain” may be interchanged when the direction of current changes during circuit operation. Therefore, in this specification, the terms “source” and “drain” can be used interchangeably.

また、電圧とは2点間における電位差のことをいい、電位とはある一点における静電場
の中にある単位電荷が持つ静電エネルギー(電気的な位置エネルギー)のことをいう。た
だし、一般的に、ある一点における電位と基準となる電位(例えば接地電位)との電位差
のことを、単に電位もしくは電圧と呼び、電位と電圧が同義語として用いられることが多
い。このため、本明細書では特に指定する場合を除き、電位を電圧と読み替えてもよいし
、電圧を電位と読み替えてもよいこととする。
Further, the voltage refers to a potential difference between two points, and the potential refers to electrostatic energy (electric potential energy) possessed by a unit charge in an electrostatic field at a certain point. However, generally, a potential difference between a potential at a certain point and a reference potential (for example, ground potential) is simply referred to as a potential or a voltage, and the potential and the voltage are often used as synonyms. Therefore, in this specification, unless otherwise specified, the potential may be read as a voltage, or the voltage may be read as a potential.

本明細書において、フォトリソグラフィ工程を行った後にエッチング工程を行う場合は
、フォトリソグラフィ工程で形成したマスクは除去するものとする。
In this specification, in the case where an etching step is performed after a photolithography step, the mask formed in the photolithography step is removed.

(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様である半導体装置及びその作製方法について図面を
参照して説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment, a semiconductor device which is one embodiment of the present invention and a manufacturing method thereof will be described with reference to drawings.

酸化物半導体膜を用いたトランジスタにおいて、トランジスタの電気特性の不良に繋が
る欠陥の一例として酸素欠損がある。例えば、膜中に酸素欠損が含まれている酸化物半導
体膜を用いたトランジスタは、しきい値電圧がマイナス方向に変動しやすく、ノーマリー
オン特性となりやすい。これは、酸化物半導体膜に含まれる酸素欠損に起因して電荷が生
じ、低抵抗化するためである。トランジスタがノーマリーオン特性を有すると、動作時に
動作不良が発生しやすくなる、または非動作時の消費電力が高くなるなどの、様々な問題
が生じる。また、経時変化やストレス試験により、トランジスタの電気特性、代表的には
しきい値電圧の変動量が増大するという問題がある。
In a transistor including an oxide semiconductor film, oxygen vacancies are examples of defects that lead to poor electrical characteristics of the transistor. For example, in a transistor including an oxide semiconductor film in which oxygen vacancies are included in the film, the threshold voltage is likely to fluctuate in the negative direction, which tends to be normally on. This is because electric charges are generated due to oxygen vacancies in the oxide semiconductor film and resistance is reduced. When the transistor has a normally-on characteristic, various problems such as an operation failure easily occurring during operation or a high power consumption during non-operation occur. In addition, there is a problem that the electrical characteristics of the transistor, typically the amount of variation in the threshold voltage, increases due to a change with time and a stress test.

酸素欠損の発生原因の一つとして、トランジスタの作製工程に生じるダメージがある。
例えば、酸化物半導体膜上にプラズマCVD法またはスパッタリング法により絶縁膜、導
電膜などを形成する際、その形成条件によっては、当該酸化物半導体膜にダメージが入る
ことがある。
One of the causes of oxygen vacancies is damage that occurs in a transistor manufacturing process.
For example, when an insulating film, a conductive film, or the like is formed over the oxide semiconductor film by a plasma CVD method or a sputtering method, the oxide semiconductor film may be damaged depending on the formation conditions.

また、酸素欠損に限らず、絶縁膜の構成元素であるシリコン及び炭素、並びに水等の不
純物も、トランジスタの電気特性の不良の原因となる。このため、該不純物が、酸化物半
導体膜に混入することにより、当該酸化物半導体膜が低抵抗化してしまい、経時変化やス
トレス試験により、トランジスタの電気特性、代表的にはしきい値電圧の変動量が増大す
るという問題がある。
In addition to oxygen vacancies, impurities such as silicon and carbon, which are constituent elements of the insulating film, and water also cause defects in the electrical characteristics of the transistor. For this reason, when the impurities are mixed into the oxide semiconductor film, the resistance of the oxide semiconductor film is reduced, and the electrical characteristics of the transistor, typically the threshold voltage, is reduced by aging and stress tests. There is a problem that the amount of fluctuation increases.

そこで、本実施の形態では、酸化物半導体膜を有するトランジスタを備える半導体装置
において、チャネル領域を有する酸化物半導体膜への酸素欠損、及び酸化物半導体膜の不
純物濃度を低減することを課題の一とする。
Therefore, in this embodiment, in a semiconductor device including a transistor including an oxide semiconductor film, it is an object to reduce oxygen vacancies in the oxide semiconductor film including a channel region and the impurity concentration of the oxide semiconductor film. And

一方で、市場で販売されている表示装置は、画面サイズが対角60インチ以上と大型化
する傾向にあり、さらには、対角120インチ以上の画面サイズも視野に入れた開発が行
われている。このため、表示装置に用いられるガラス基板においては、第8世代以上の大
面積化が進んでいる。しかしながら、大面積基板を用いる場合、高温処理、例えば450
℃以上の加熱処理をするため加熱装置が大型で高価となってしまい、生産コストが増大し
てしまう。また、高温処理を行うと、基板の反りやシュリンクが生じてしまい、歩留まり
が低減してしまう。
On the other hand, display devices sold in the market tend to increase in screen size to a diagonal of 60 inches or more, and are further developed with a view to screen sizes of a diagonal of 120 inches or more. Yes. For this reason, in the glass substrate used for a display apparatus, the area increase of the 8th generation or more is progressing. However, when using large area substrates, high temperature processing, for example 450
Since the heat treatment is performed at a temperature higher than 0 ° C., the heating apparatus becomes large and expensive, and the production cost increases. Further, when the high temperature treatment is performed, the substrate is warped and shrinks, and the yield is reduced.

そこで、本実施の形態では、少ない加熱処理工程数、及び大面積基板を用いても可能な
温度の加熱処理を用いて、半導体装置を作製することを課題の一とする。
Thus, in this embodiment, it is an object to manufacture a semiconductor device using a small number of heat treatment steps and heat treatment at a temperature that is possible even with a large-area substrate.

図1(A)乃至図1(C)に、半導体装置が有するトランジスタ50の上面図及び断面
図を示す。図1に示すトランジスタ50は、チャネルエッチ型のトランジスタである。図
1(A)はトランジスタ50の上面図であり、図1(B)は、図1(A)の一点鎖線A−
B間の断面図であり、図1(C)は、図1(A)の一点鎖線C−D間の断面図である。な
お、図1(A)では、明瞭化のため、基板11、トランジスタ50の構成要素の一部(例
えば、ゲート絶縁膜17)、酸化物絶縁膜23、酸化物絶縁膜24、窒化物絶縁膜25な
どを省略している。
1A to 1C are a top view and cross-sectional views of a transistor 50 included in a semiconductor device. A transistor 50 illustrated in FIG. 1 is a channel-etched transistor. 1A is a top view of the transistor 50, and FIG. 1B is a dashed-dotted line A− in FIG.
FIG. 1C is a cross-sectional view taken along one-dot chain line CD in FIG. 1A. Note that in FIG. 1A, for the sake of clarity, part of the components of the substrate 11, the transistor 50 (for example, the gate insulating film 17), the oxide insulating film 23, the oxide insulating film 24, and the nitride insulating film are illustrated. 25 etc. are omitted.

図1(B)及び図1(C)に示すトランジスタ50は、基板11上に設けられるゲート
電極15を有する。また、基板11及びゲート電極15上に形成されるゲート絶縁膜17
と、ゲート絶縁膜17を介して、ゲート電極15と重なる多層膜20と、多層膜20に接
する一対の電極21、22とを有する。また、ゲート絶縁膜17、多層膜20、及び一対
の電極21、22上には、酸化物絶縁膜23、酸化物絶縁膜24、及び窒化物絶縁膜25
で構成される保護膜26が形成される。
A transistor 50 illustrated in FIGS. 1B and 1C includes a gate electrode 15 provided over a substrate 11. Further, the gate insulating film 17 formed on the substrate 11 and the gate electrode 15.
And a multilayer film 20 that overlaps the gate electrode 15 with the gate insulating film 17 interposed therebetween, and a pair of electrodes 21 and 22 in contact with the multilayer film 20. Further, the oxide insulating film 23, the oxide insulating film 24, and the nitride insulating film 25 are provided over the gate insulating film 17, the multilayer film 20, and the pair of electrodes 21 and 22.
Is formed.

本実施の形態に示すトランジスタ50において、多層膜20は、酸化物半導体膜18及
び酸化物膜19を有する。また、酸化物半導体膜18の一部がチャネル領域として機能す
る。また、多層膜20に接するように、酸化物絶縁膜23が形成されており、酸化物絶縁
膜23に接するように酸化物絶縁膜24が形成されている。即ち、酸化物半導体膜18と
酸化物絶縁膜23との間に、酸化物膜19が設けられている。
In the transistor 50 described in this embodiment, the multilayer film 20 includes the oxide semiconductor film 18 and the oxide film 19. In addition, part of the oxide semiconductor film 18 functions as a channel region. An oxide insulating film 23 is formed so as to be in contact with the multilayer film 20, and an oxide insulating film 24 is formed so as to be in contact with the oxide insulating film 23. That is, the oxide film 19 is provided between the oxide semiconductor film 18 and the oxide insulating film 23.

酸化物半導体膜18は、代表的には、In−Ga酸化物膜、In−Zn酸化物膜、In
−M−Zn酸化物膜(MはAl、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd、またはHf
)がある。
The oxide semiconductor film 18 is typically an In—Ga oxide film, an In—Zn oxide film, or In
-M-Zn oxide film (M is Al, Ti, Ga, Y, Zr, La, Ce, Nd, or Hf
)

なお、酸化物半導体膜18がIn−M−Zn酸化物膜であるとき、InおよびMの和を
100atomic%としたとき、InとMの原子数比率は、好ましくはInが25at
omic%以上、Mが75atomic%未満、さらに好ましくはInが34atomi
c%以上、Mが66atomic%未満とする。
Note that when the oxide semiconductor film 18 is an In-M-Zn oxide film and the sum of In and M is 100 atomic%, the atomic ratio of In and M is preferably 25 at.
omic% or more, M is less than 75 atomic%, more preferably In is 34 atomic%.
c% or more and M is less than 66 atomic%.

酸化物半導体膜18は、エネルギーギャップが2eV以上、好ましくは2.5eV以上
、より好ましくは3eV以上である。このように、エネルギーギャップの広い酸化物半導
体を用いることで、トランジスタ50のオフ電流を低減することができる。
The oxide semiconductor film 18 has an energy gap of 2 eV or more, preferably 2.5 eV or more, more preferably 3 eV or more. In this manner, the off-state current of the transistor 50 can be reduced by using an oxide semiconductor with a wide energy gap.

酸化物半導体膜18の厚さは、3nm以上200nm以下、好ましくは3nm以上10
0nm以下、さらに好ましくは3nm以上50nm以下とする。
The thickness of the oxide semiconductor film 18 is 3 nm to 200 nm, preferably 3 nm to 10 nm.
0 nm or less, more preferably 3 nm or more and 50 nm or less.

酸化物膜19は、代表的には、In−Ga酸化物、In−Zn酸化物、In−M−Zn
酸化物(MはAl、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、NdまたはHf)であり、且つ
酸化物半導体膜18よりも伝導帯の下端のエネルギーが真空準位に近く、代表的には、酸
化物膜19の伝導帯の下端のエネルギーと、酸化物半導体膜18の伝導帯の下端のエネル
ギーとの差が、0.05eV以上、0.07eV以上、0.1eV以上、または0.15
eV以上、且つ2eV以下、1eV以下、0.5eV以下、または0.4eV以下である
。即ち、酸化物膜19の電子親和力と、酸化物半導体膜18の電子親和力との差が、0.
05eV以上、0.07eV以上、0.1eV以上、または0.15eV以上、且つ2e
V以下、1eV以下、0.5eV以下、または0.4eV以下である。
The oxide film 19 typically includes an In—Ga oxide, an In—Zn oxide, and an In—M—Zn.
It is an oxide (M is Al, Ti, Ga, Y, Zr, La, Ce, Nd, or Hf), and the energy at the lower end of the conduction band is closer to the vacuum level than the oxide semiconductor film 18. The difference between the energy at the lower end of the conduction band of the oxide film 19 and the energy at the lower end of the conduction band of the oxide semiconductor film 18 is 0.05 eV or more, 0.07 eV or more, 0.1 eV or more, or 0. 15
eV or more, 2 eV or less, 1 eV or less, 0.5 eV or less, or 0.4 eV or less. That is, the difference between the electron affinity of the oxide film 19 and the electron affinity of the oxide semiconductor film 18 is 0.
05eV or more, 0.07eV or more, 0.1eV or more, or 0.15eV or more, and 2e
V or less, 1 eV or less, 0.5 eV or less, or 0.4 eV or less.

酸化物膜19として、Al、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、NdまたはHfをI
nより高い原子数比で有することで、以下の効果を有する場合がある。(1)酸化物膜1
9のエネルギーギャップを大きくする。(2)酸化物膜19の電子親和力を小さくする。
(3)外部からの不純物を遮蔽する。(4)酸化物半導体膜18と比較して、絶縁性が高
くなる。(5)Al、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、NdまたはHfは酸素との結
合力が強い金属元素であるため、Al、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Ndまたは
HfをInより高い原子数比で有することで、酸素欠損が生じにくくなる。
As the oxide film 19, Al, Ti, Ga, Y, Zr, La, Ce, Nd, or Hf is used as I.
By having an atomic ratio higher than n, the following effects may be obtained. (1) Oxide film 1
Increase the 9 energy gap. (2) The electron affinity of the oxide film 19 is reduced.
(3) Shield impurities from the outside. (4) Compared with the oxide semiconductor film 18, the insulating property is increased. (5) Al, Ti, Ga, Y, Zr, La, Ce, Nd or Hf is a metal element having a strong binding force with oxygen, so Al, Ti, Ga, Y, Zr, La, Ce, Nd or By having Hf at a higher atomic ratio than In, oxygen vacancies are less likely to occur.

酸化物膜19がIn−M−Zn酸化物膜であるとき、InおよびMの和を100ato
mic%としたとき、InとMの原子数比率は、好ましくは、Inが50atomic%
未満、Mが50atomic%以上、さらに好ましくは、Inが25atomic%未満
、Mが75atomic%以上とする。
When the oxide film 19 is an In-M-Zn oxide film, the sum of In and M is 100 at
When the atomic ratio of In and M is preferably mic%, In is preferably 50 atomic% of In.
Or less, M is 50 atomic% or more, and more preferably, In is less than 25 atomic% and M is 75 atomic% or more.

また、酸化物半導体膜18、及び酸化物膜19がIn−M−Zn酸化物膜(MはAl、
Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、NdまたはHf)の場合、酸化物半導体膜18と比
較して、酸化物膜19に含まれるM(Al、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd、
またはHf)の原子数比が大きく、代表的には、酸化物半導体膜18に含まれる上記原子
と比較して、1.5倍以上、好ましくは2倍以上、さらに好ましくは3倍以上高い原子数
比である。
In addition, the oxide semiconductor film 18 and the oxide film 19 are In-M-Zn oxide films (M is Al,
In the case of Ti, Ga, Y, Zr, La, Ce, Nd, or Hf), compared with the oxide semiconductor film 18, M (Al, Ti, Ga, Y, Zr, La, Ce, Nd,
Alternatively, the atomic ratio of Hf) is large and is typically 1.5 times or more, preferably 2 times or more, more preferably 3 times or more higher than the above atoms contained in the oxide semiconductor film 18. Number ratio.

また、酸化物半導体膜18、及び酸化物膜19がIn−M−Zn酸化物膜(MはAl、
Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、NdまたはHf)の場合、酸化物膜19をIn:M
:Zn=x:y:z[原子数比]、酸化物半導体膜18をIn:M:Zn=x
:z[原子数比]とすると、y/xがy/xよりも大きく、好ましくは、
/xがy/xよりも1.5倍以上である。さらに好ましくは、y/xがy
/xよりも2倍以上大きく、より好ましくは、y/xがy/xよりも3倍以
上大きい。このとき、酸化物半導体膜において、yがx以上であると、当該酸化物半
導体膜を用いたトランジスタに安定した電気特性を付与できるため好ましい。ただし、y
がxの3倍以上になると、当該酸化物半導体膜を用いたトランジスタの電界効果移動
度が低下してしまうため、yはxの3倍未満であると好ましい。
In addition, the oxide semiconductor film 18 and the oxide film 19 are In-M-Zn oxide films (M is Al,
In the case of Ti, Ga, Y, Zr, La, Ce, Nd, or Hf), the oxide film 19 is formed of In: M.
: Zn = x 1 : y 1 : z 1 [atomic number ratio], the oxide semiconductor film 18 is changed to In: M: Zn = x 2 :
y 2 : z 2 [atomic ratio], y 1 / x 1 is larger than y 2 / x 2 ,
y 1 / x 1 is 1.5 times or more than y 2 / x 2 . More preferably, y 1 / x 1 is y
2 / x 2 increases more than twice, and more preferably, y 1 / x 1 is three or more times greater than y 2 / x 2. At this time, it is preferable that y 2 in the oxide semiconductor film be x 2 or more because stable electrical characteristics can be imparted to a transistor including the oxide semiconductor film. However, y
If 2 is greater than or equal to three times the x 2, the field-effect mobility of the transistor including the oxide semiconductor film is lowered, y 2 is smaller than three times x 2 preferred.

例えば、酸化物半導体膜18としてIn:Ga:Zn=1:1:1または3:1:2の
原子数比のIn−Ga−Zn酸化物を用いることができる。また、酸化物膜19としてI
n:Ga:Zn=Zn=1:3:2、1:3:4、1:6:2、1:6:4、1:6:1
0、または1:9:6の原子数比のIn−Ga−Zn酸化物を用いることができる。なお
、酸化物半導体膜18、及び酸化物膜19の原子数比はそれぞれ、誤差として上記スパッ
タリングターゲットに含まれる金属元素の原子数比のプラスマイナス20%の変動を含む
For example, an In—Ga—Zn oxide with an atomic ratio of In: Ga: Zn = 1: 1: 1 or 3: 1: 2 can be used as the oxide semiconductor film 18. Further, as the oxide film 19, I
n: Ga: Zn = Zn = 1: 3: 2, 1: 3: 4, 1: 6: 2, 1: 6: 4, 1: 6: 1
An In—Ga—Zn oxide with an atomic ratio of 0 or 1: 9: 6 can be used. Note that the atomic ratio of the oxide semiconductor film 18 and the oxide film 19 includes a variation of plus or minus 20% of the atomic ratio of the metal element contained in the sputtering target as an error.

酸化物半導体膜18、及び酸化物膜19としては、キャリア密度の低い酸化物半導体膜
を用いる。例えば、酸化物半導体膜18、及び酸化物膜19は、キャリア密度が1×10
17個/cm以下、好ましくは1×1015個/cm以下、さらに好ましくは1×1
13個/cm以下、より好ましくは1×1011個/cm以下の酸化物半導体膜を
用いる。
As the oxide semiconductor film 18 and the oxide film 19, oxide semiconductor films with low carrier density are used. For example, the oxide semiconductor film 18 and the oxide film 19 have a carrier density of 1 × 10.
17 pieces / cm 3 or less, preferably 1 × 10 15 pieces / cm 3 or less, more preferably 1 × 1
An oxide semiconductor film having 0 13 pieces / cm 3 or less, more preferably 1 × 10 11 pieces / cm 3 or less is used.

なお、これらに限られず、必要とするトランジスタの半導体特性及び電気特性(電界効
果移動度、しきい値電圧等)に応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とす
るトランジスタの半導体特性を得るために、酸化物半導体膜18のキャリア密度や不純物
濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間距離、密度等を適切なものとするこ
とが好ましい。
Note that the composition is not limited thereto, and a transistor having an appropriate composition may be used depending on required semiconductor characteristics and electrical characteristics (field-effect mobility, threshold voltage, and the like) of the transistor. In addition, in order to obtain the required semiconductor characteristics of the transistor, the carrier density, impurity concentration, defect density, atomic ratio of metal element to oxygen, interatomic distance, density, and the like of the oxide semiconductor film 18 are appropriate. It is preferable.

酸化物膜19は、後に形成する酸化物絶縁膜24を形成する際の、酸化物半導体膜18
へのダメージ緩和膜としても機能する。
The oxide film 19 is formed when the oxide insulating film 24 to be formed later is formed.
Also functions as a damage mitigating film.

酸化物膜19の厚さは、3nm以上100nm以下、好ましくは3nm以上50nm以
下とする。
The thickness of the oxide film 19 is 3 nm to 100 nm, preferably 3 nm to 50 nm.

なお、酸化物半導体膜18として、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低い酸化物半導
体膜を用いることで、さらに優れた電気特性を有するトランジスタを作製することができ
好ましい。ここでは、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低い(酸素欠損量の少ない)こ
とを高純度真性または実質的に高純度真性とよぶ。
Note that it is preferable to use an oxide semiconductor film with a low impurity concentration and a low density of defect states as the oxide semiconductor film 18 because a transistor having more excellent electric characteristics can be manufactured. Here, low impurity concentration and low density of defect states (small amount of oxygen vacancies) are called high purity intrinsic or substantially high purity intrinsic.

高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体は、キャリア発生源が少ない
ため、キャリア密度を低くすることができる場合がある。従って、当該酸化物半導体膜に
チャネル領域が形成されるトランジスタは、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性(ノ
ーマリーオンともいう。)になることが少ない場合がある。
An oxide semiconductor that is highly purified intrinsic or substantially highly purified intrinsic has few carrier generation sources, and thus may have a low carrier density. Therefore, a transistor in which a channel region is formed in the oxide semiconductor film may have few electrical characteristics (also referred to as normally-on) in which the threshold voltage is negative.

また、高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、欠陥準位密度が
低いため、トラップ準位密度も低くなる場合がある。
In addition, a highly purified intrinsic or substantially highly purified intrinsic oxide semiconductor film has a low density of defect states, and thus may have a low density of trap states.

また、高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、オフ電流が著し
く小さく、チャネル幅が1×10μmでチャネル長Lが10μmの素子であっても、ソ
ース電極とドレイン電極間の電圧(ドレイン電圧)が1Vから10Vの範囲において、オ
フ電流が、半導体パラメータアナライザの測定限界以下、すなわち1×10−13A以下
という特性を得ることができる。
Further, a highly purified intrinsic or substantially highly purified intrinsic oxide semiconductor film has an extremely small off-state current, a channel width of 1 × 10 6 μm, and a channel length L of 10 μm. When the voltage between the drain electrodes (drain voltage) is in the range of 1V to 10V, it is possible to obtain a characteristic that the off-current is less than the measurement limit of the semiconductor parameter analyzer, that is, 1 × 10 −13 A or less.

従って、当該酸化物半導体膜にチャネル領域が形成されるトランジスタは、電気特性の
変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる場合がある。なお、酸化物半導体膜のト
ラップ準位に捕獲された電荷は、消失するまでに要する時間が長く、あたかも固定電荷の
ように振る舞うことがある。そのため、トラップ準位密度の高い酸化物半導体膜にチャネ
ル領域が形成されるトランジスタは、電気特性が不安定となる場合がある。不純物として
は、水素、窒素、アルカリ金属、またはアルカリ土類金属等がある。
Therefore, a transistor in which a channel region is formed in the oxide semiconductor film has a small variation in electrical characteristics and may be a highly reliable transistor. Note that the charge trapped in the trap level of the oxide semiconductor film takes a long time to disappear, and may behave as if it were a fixed charge. Therefore, a transistor in which a channel region is formed in an oxide semiconductor film with a high trap state density may have unstable electrical characteristics. Examples of impurities include hydrogen, nitrogen, alkali metals, and alkaline earth metals.

酸化物半導体膜に含まれる水素は金属原子と結合する酸素と反応して水になると共に、
酸素が脱離した格子(または酸素が脱離した部分)に酸素欠損が形成される。当該酸素欠
損に水素が入ることで、キャリアである電子が生成される場合がある。また、水素の一部
が金属原子と結合する酸素と結合することで、キャリアである電子を生成する場合がある
。従って、水素が含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタはノーマリーオン特性
となりやすい。
Hydrogen contained in the oxide semiconductor film reacts with oxygen bonded to metal atoms to become water,
Oxygen vacancies are formed in the lattice from which oxygen is released (or the portion from which oxygen is released). When hydrogen enters the oxygen vacancies, electrons serving as carriers may be generated. In some cases, a part of hydrogen is bonded to oxygen bonded to a metal atom, so that an electron serving as a carrier is generated. Therefore, a transistor including an oxide semiconductor containing hydrogen is likely to be normally on.

このため、酸化物半導体膜18は水素ができる限り低減されていることが好ましい。具
体的には、酸化物半導体膜18において、二次イオン質量分析法(SIMS:Secon
dary Ion Mass Spectrometry)により得られる水素濃度を、
5×1019atoms/cm以下、より好ましくは1×1019atoms/cm
以下、5×1018atoms/cm以下、好ましくは1×1018atoms/cm
以下、より好ましくは5×1017atoms/cm以下、さらに好ましくは1×1
16atoms/cm以下とする。
For this reason, it is preferable that the oxide semiconductor film 18 has hydrogen reduced as much as possible. Specifically, in the oxide semiconductor film 18, secondary ion mass spectrometry (SIMS: Secon) is used.
hydrogen concentration obtained by the (dary Ion Mass Spectrometry)
5 × 10 19 atoms / cm 3 or less, more preferably 1 × 10 19 atoms / cm 3
5 × 10 18 atoms / cm 3 or less, preferably 1 × 10 18 atoms / cm
3 or less, more preferably 5 × 10 17 atoms / cm 3 or less, further preferably 1 × 1
0 16 atoms / cm 3 or less.

酸化物半導体膜18において、第14族元素の一つであるシリコンや炭素が含まれると
、酸化物半導体膜18において酸素欠損量が増加し、n型化してしまう。このため、酸化
物半導体膜18におけるシリコンや炭素の濃度、または酸化物膜19と、酸化物半導体膜
18との界面近傍のシリコンや炭素の濃度(二次イオン質量分析法により得られる濃度)
を、2×1018atoms/cm以下、好ましくは2×1017atoms/cm
以下とする。
If the oxide semiconductor film 18 contains silicon or carbon, which is one of Group 14 elements, the amount of oxygen vacancies in the oxide semiconductor film 18 increases and becomes n-type. Therefore, the concentration of silicon or carbon in the oxide semiconductor film 18 or the concentration of silicon or carbon in the vicinity of the interface between the oxide film 19 and the oxide semiconductor film 18 (concentration obtained by secondary ion mass spectrometry)
2 × 10 18 atoms / cm 3 or less, preferably 2 × 10 17 atoms / cm 3
The following.

また、酸化物半導体膜18において、二次イオン質量分析法により得られるアルカリ金
属またはアルカリ土類金属の濃度を、1×1018atoms/cm以下、好ましくは
2×1016atoms/cm以下にする。アルカリ金属及びアルカリ土類金属は、酸
化物半導体と結合するとキャリアを生成する場合があり、トランジスタのオフ電流が増大
してしまうことがある。このため、酸化物半導体膜18のアルカリ金属またはアルカリ土
類金属の濃度を低減することが好ましい。
In the oxide semiconductor film 18, the concentration of alkali metal or alkaline earth metal obtained by secondary ion mass spectrometry is 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less, preferably 2 × 10 16 atoms / cm 3 or less. To. When an alkali metal and an alkaline earth metal are combined with an oxide semiconductor, carriers may be generated, and the off-state current of the transistor may be increased. Therefore, it is preferable to reduce the concentration of alkali metal or alkaline earth metal in the oxide semiconductor film 18.

また、酸化物半導体膜18に窒素が含まれていると、キャリアである電子が生じ、キャ
リア密度が増加し、n型化しやすい。この結果、窒素が含まれている酸化物半導体を用い
たトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。従って、当該酸化物半導体膜におい
て、窒素はできる限り低減されていることが好ましい、例えば、二次イオン質量分析法に
より得られる窒素濃度は、5×1018atoms/cm以下にすることが好ましい。
In addition, when nitrogen is contained in the oxide semiconductor film 18, electrons as carriers are generated, the carrier density is increased, and the oxide semiconductor film 18 is likely to be n-type. As a result, a transistor including an oxide semiconductor containing nitrogen is likely to be normally on. Therefore, it is preferable that nitrogen be reduced as much as possible in the oxide semiconductor film. For example, the nitrogen concentration obtained by secondary ion mass spectrometry is preferably 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less. .

また、酸化物半導体膜18及び酸化物膜19は、例えば非単結晶構造でもよい。非単結
晶構造は、例えば、後述するCAAC−OS(C Axis Aligned Crys
talline Oxide Semiconductor)、多結晶構造、後述する微
結晶構造、または非晶質構造を含む。非単結晶構造において、非晶質構造は最も欠陥準位
密度が高く、CAAC−OSは最も欠陥準位密度が低い。
Further, the oxide semiconductor film 18 and the oxide film 19 may have a non-single crystal structure, for example. The non-single crystal structure is, for example, a CAAC-OS (C Axis Aligned Crys) described later.
talline oxide semiconductor), a polycrystalline structure, a microcrystalline structure described later, or an amorphous structure. In the non-single-crystal structure, the amorphous structure has the highest density of defect states, and the CAAC-OS has the lowest density of defect states.

酸化物半導体膜18及び酸化物膜19は、例えば非晶質構造でもよい。非晶質構造の酸
化物半導体膜は、例えば、原子配列が無秩序であり、結晶成分を有さない。または、非晶
質構造の酸化物膜は、例えば、完全な非晶質構造であり、結晶部を有さない。
The oxide semiconductor film 18 and the oxide film 19 may have an amorphous structure, for example. An oxide semiconductor film having an amorphous structure has, for example, disordered atomic arrangement and no crystal component. Alternatively, an amorphous oxide film has, for example, a completely amorphous structure and does not have a crystal part.

なお、酸化物半導体膜18及び酸化物膜19が、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域
、多結晶構造の領域、CAAC−OSの領域、単結晶構造の領域の二種以上を有する混合
膜であってもよい。混合膜は、例えば、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域、多結晶構
造の領域、CAAC−OSの領域、単結晶構造の領域のいずれか二種以上の領域を有する
場合がある。また、混合膜は、例えば、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域、多結晶構
造の領域、CAAC−OSの領域、単結晶構造の領域のいずれか二種以上の領域の積層構
造を有する場合がある。
Note that the oxide semiconductor film 18 and the oxide film 19 each include two or more of an amorphous structure region, a microcrystalline structure region, a polycrystalline structure region, a CAAC-OS region, and a single crystal structure region. A mixed film may be used. For example, the mixed film may include two or more of an amorphous structure region, a microcrystalline structure region, a polycrystalline structure region, a CAAC-OS region, and a single crystal structure region. For example, the mixed film has a stacked structure of two or more of an amorphous structure region, a microcrystalline structure region, a polycrystalline structure region, a CAAC-OS region, and a single crystal structure region. May have.

ここでは、酸化物半導体膜18及び酸化物絶縁膜23の間に、酸化物膜19が設けられ
ている。このため、酸化物膜19と酸化物絶縁膜23の間において、不純物及び欠陥によ
りトラップ準位が形成されても、当該トラップ準位と酸化物半導体膜18との間には隔た
りがある。この結果、酸化物半導体膜18を流れる電子がトラップ準位に捕獲されにくく
、トランジスタのオン電流を増大させることが可能であると共に、電界効果移動度を高め
ることができる。また、トラップ準位に電子が捕獲されると、該電子がマイナスの固定電
荷となってしまう。この結果、トランジスタのしきい値電圧が変動してしまう。しかしな
がら、酸化物半導体膜18とトラップ準位との間に隔たりがあるため、トラップ準位にお
ける電子の捕獲を低減することが可能であり、しきい値電圧の変動を低減することができ
る。
Here, the oxide film 19 is provided between the oxide semiconductor film 18 and the oxide insulating film 23. Therefore, even if a trap level is formed between the oxide film 19 and the oxide insulating film 23 due to impurities and defects, there is a gap between the trap level and the oxide semiconductor film 18. As a result, electrons flowing through the oxide semiconductor film 18 are not easily captured by the trap level, the on-state current of the transistor can be increased, and field-effect mobility can be increased. In addition, when an electron is trapped at the trap level, the electron becomes a negative fixed charge. As a result, the threshold voltage of the transistor fluctuates. However, since there is a gap between the oxide semiconductor film 18 and the trap level, trapping of electrons at the trap level can be reduced, and variation in threshold voltage can be reduced.

また、酸化物膜19は、外部からの不純物を遮蔽することが可能であるため、外部から
酸化物半導体膜18へ移動する不純物量を低減することが可能である。また、酸化物膜1
9は、酸素欠損を形成しにくい。これらのため、酸化物半導体膜18における不純物濃度
及び酸素欠損量を低減することが可能である。
In addition, since the oxide film 19 can shield impurities from the outside, the amount of impurities moving from the outside to the oxide semiconductor film 18 can be reduced. The oxide film 1
9 is difficult to form oxygen deficiency. Therefore, the impurity concentration and the amount of oxygen vacancies in the oxide semiconductor film 18 can be reduced.

また、本実施の形態に示すトランジスタ50において、多層膜20に接するように、酸
化物絶縁膜23が形成されており、酸化物絶縁膜23に接する酸化物絶縁膜24が形成さ
れている。
In the transistor 50 described in this embodiment, the oxide insulating film 23 is formed so as to be in contact with the multilayer film 20, and the oxide insulating film 24 is formed in contact with the oxide insulating film 23.

酸化物絶縁膜23は、酸素を透過する酸化物絶縁膜である。なお、酸化物絶縁膜23は
、後に形成する酸化物絶縁膜24を形成する際の、多層膜20へのダメージ緩和膜として
も機能する。
The oxide insulating film 23 is an oxide insulating film that transmits oxygen. Note that the oxide insulating film 23 also functions as a damage reducing film for the multilayer film 20 when the oxide insulating film 24 to be formed later is formed.

酸化物絶縁膜23としては、厚さが5nm以上150nm以下、好ましくは5nm以上
50nm以下の酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜等を用いることができる。なお、本
明細書中において、酸化窒化シリコン膜とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量
が多い膜を指し、窒化酸化シリコン膜とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が
多い膜を指す。
As the oxide insulating film 23, a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, or the like having a thickness of 5 nm to 150 nm, preferably 5 nm to 50 nm can be used. Note that in this specification, a silicon oxynitride film refers to a film having a higher oxygen content than nitrogen as a composition, and a silicon nitride oxide film includes a nitrogen content as compared to oxygen as a composition. Refers to membranes with a lot of

また、酸化物絶縁膜23は、欠陥量が少ないことが好ましく、代表的には、ESR測定
により、シリコンのダングリングボンドに由来するg=2.001に現れる信号のスピン
密度が3×1017spins/cm以下であることが好ましい。これは、酸化物絶縁
膜23に含まれる欠陥密度が多いと、当該欠陥に酸素が結合してしまい、酸化物絶縁膜2
3における酸素の透過量が減少してしまうためである。
The oxide insulating film 23 preferably has a small amount of defects. Typically, the ESR measurement indicates that the spin density of a signal appearing at g = 2.001 derived from dangling bonds in silicon is 3 × 10 17. It is preferable that the spins / cm 3 or less. This is because when the defect density included in the oxide insulating film 23 is large, oxygen is bonded to the defect, and the oxide insulating film 2
This is because the permeation amount of oxygen in 3 is reduced.

また、酸化物絶縁膜23と多層膜20との界面における欠陥量が少ないことが好ましく
、代表的には、ESR測定により、多層膜20の欠陥に由来するg=1.93に現れる信
号のスピン密度が1×1017spins/cm以下、さらには検出下限以下であるこ
とが好ましい。
Further, it is preferable that the amount of defects at the interface between the oxide insulating film 23 and the multilayer film 20 is small. Typically, the spin of a signal appearing at g = 1.93 derived from the defects of the multilayer film 20 is determined by ESR measurement. It is preferable that the density is 1 × 10 17 spins / cm 3 or less, and more preferably the detection lower limit or less.

なお、酸化物絶縁膜23においては、外部から酸化物絶縁膜23に入った酸素が全て酸
化物絶縁膜23の外部に移動せず、酸化物絶縁膜23にとどまる酸素もある。また、酸化
物絶縁膜23に酸素が入ると共に、酸化物絶縁膜23に含まれる酸素が酸化物絶縁膜23
の外部へ移動することで、酸化物絶縁膜23において酸素の移動が生じる場合もある。
Note that in the oxide insulating film 23, all of the oxygen that has entered the oxide insulating film 23 from the outside does not move to the outside of the oxide insulating film 23, and some oxygen remains in the oxide insulating film 23. In addition, oxygen enters the oxide insulating film 23 and oxygen contained in the oxide insulating film 23 converts the oxide insulating film 23 into oxygen.
In some cases, oxygen moves in the oxide insulating film 23 by moving to the outside.

酸化物絶縁膜23として酸素を透過する酸化物絶縁膜を形成すると、酸化物絶縁膜23
上に設けられる、酸化物絶縁膜24から脱離する酸素を、酸化物絶縁膜23を介して酸化
物半導体膜18に移動させることができる。
When an oxide insulating film that transmits oxygen is formed as the oxide insulating film 23, the oxide insulating film 23
Oxygen released from the oxide insulating film 24 provided above can be moved to the oxide semiconductor film 18 through the oxide insulating film 23.

酸化物絶縁膜23に接するように酸化物絶縁膜24が形成されている。酸化物絶縁膜2
4は、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜を用いて形成す
る。化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜は、加熱により酸
素の一部が脱離する。化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜
は、TDS分析にて、酸素原子に換算しての酸素の脱離量が1.0×1018atoms
/cm以上、好ましくは3.0×1020atoms/cm以上である酸化物絶縁膜
である。
An oxide insulating film 24 is formed so as to be in contact with the oxide insulating film 23. Oxide insulating film 2
4 is formed using an oxide insulating film containing oxygen in excess of the stoichiometric composition. Part of oxygen is released by heating from the oxide insulating film containing oxygen in excess of that in the stoichiometric composition. An oxide insulating film containing oxygen in excess of the stoichiometric composition has an oxygen desorption amount of 1.0 × 10 18 atoms in terms of oxygen atoms in TDS analysis.
/ Cm 3 or higher, preferably 3.0 × 10 20 atoms / cm 3 or higher.

酸化物絶縁膜24としては、厚さが30nm以上500nm以下、好ましくは50nm
以上400nm以下の、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜等を用いることができる。
The oxide insulating film 24 has a thickness of 30 nm to 500 nm, preferably 50 nm.
A silicon oxide film, a silicon oxynitride film, or the like with a thickness of 400 nm or less can be used.

また、酸化物絶縁膜24は、欠陥量が少ないことが好ましく、代表的には、ESR測定
により、シリコンのダングリングボンドに由来するg=2.001に現れる信号のスピン
密度が1.5×1018spins/cm未満、更には1×1018spins/cm
以下であることが好ましい。なお、酸化物絶縁膜24は、酸化物絶縁膜23と比較して
多層膜20から離れているため、酸化物絶縁膜23より、欠陥密度が多くともよい。
The oxide insulating film 24 preferably has a small amount of defects. Typically, the ESR measurement indicates that the spin density of a signal appearing at g = 2.001 derived from a dangling bond of silicon is 1.5 ×. Less than 10 18 spins / cm 3 or even 1 × 10 18 spins / cm
It is preferable that it is 3 or less. Note that the oxide insulating film 24 is farther from the multilayer film 20 than the oxide insulating film 23, and thus may have a higher defect density than the oxide insulating film 23.

以下に、トランジスタ50の他の構成の詳細について説明する。   Hereinafter, details of another configuration of the transistor 50 will be described.

基板11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11として用いてもよい。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等の化合物半導体基板、SO
I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11として用いてもよい。なお、基板11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1
0世代(2950mm×3400mm)等の大面積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。
Although there is no big restriction | limiting in the material etc. of the board | substrate 11, it is necessary to have the heat resistance of the grade which can endure at least heat processing after that. For example, a glass substrate, a ceramic substrate, a quartz substrate, a sapphire substrate, or the like may be used as the substrate 11. Also, single crystal semiconductor substrates such as silicon and silicon carbide, polycrystalline semiconductor substrates, compound semiconductor substrates such as silicon germanium, SO
An I substrate or the like can also be applied, and a substrate in which a semiconductor element is provided over these substrates may be used as the substrate 11. When a glass substrate is used as the substrate 11, the sixth
Generation (1500mm x 1850mm), 7th generation (1870mm x 2200mm), 8th
Generation (2200mm x 2400mm), 9th generation (2400mm x 2800mm), 1st
A large display device can be manufactured by using a large-area substrate of generation 0 (2950 mm × 3400 mm) or the like.

また、基板11として、可撓性基板を用い、可撓性基板上に直接、トランジスタ50を
形成してもよい。または、基板11とトランジスタ50の間に剥離層を設けてもよい。剥
離層は、その上に半導体装置を一部あるいは全部完成させた後、基板11より分離し、他
の基板に転載するのに用いることができる。その際、トランジスタ50は耐熱性の劣る基
板や可撓性の基板にも転載できる。
Alternatively, a flexible substrate may be used as the substrate 11, and the transistor 50 may be formed directly on the flexible substrate. Alternatively, a separation layer may be provided between the substrate 11 and the transistor 50. The separation layer can be used to separate the semiconductor device from the substrate 11 and transfer it to another substrate after part or all of the semiconductor device is completed thereon. At that time, the transistor 50 can be transferred to a substrate having poor heat resistance or a flexible substrate.

ゲート電極15は、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、タン
グステン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形成することができる。また、マンガン、ジルコ
ニウムのいずれか一または複数から選択された金属元素を用いてもよい。また、ゲート電
極15は、単層構造でも、二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二層構造、窒化チタン
膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にタングステン膜を積層する二層構
造、窒化タンタル膜または窒化タングステン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、
チタン膜と、そのチタン膜上にアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチタン膜を形成
する三層構造等がある。また、アルミニウムに、チタン、タンタル、タングステン、モリ
ブデン、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた元素の一または複数を組み合わせ
た合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。
The gate electrode 15 is formed using a metal element selected from aluminum, chromium, copper, tantalum, titanium, molybdenum, tungsten, an alloy including the above-described metal element, or an alloy combining the above-described metal elements. can do. Alternatively, a metal element selected from one or more of manganese and zirconium may be used. Further, the gate electrode 15 may have a single layer structure or a stacked structure of two or more layers. For example, a single-layer structure of an aluminum film containing silicon, a two-layer structure in which a titanium film is stacked on an aluminum film, a two-layer structure in which a titanium film is stacked on a titanium nitride film, and a two-layer structure in which a tungsten film is stacked on a titanium nitride film Layer structure, two-layer structure in which a tungsten film is stacked on a tantalum nitride film or a tungsten nitride film,
There are a titanium film and a three-layer structure in which an aluminum film is laminated on the titanium film and a titanium film is further formed thereon. Alternatively, an alloy film or a nitride film in which aluminum is combined with one or more elements selected from titanium, tantalum, tungsten, molybdenum, chromium, neodymium, and scandium may be used.

また、ゲート電極15は、インジウム錫酸化物、酸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、インジウム亜鉛酸化物、酸化シリコンを添加
したインジウム錫酸化物等の透光性を有する導電性材料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、上記金属元素の積層構造とすることもできる。
The gate electrode 15 includes indium tin oxide, indium oxide including tungsten oxide, indium zinc oxide including tungsten oxide, indium oxide including titanium oxide, indium tin oxide including titanium oxide, and indium zinc oxide. Alternatively, a light-transmitting conductive material such as indium tin oxide to which silicon oxide is added can be used. Also,
A stacked structure of the light-transmitting conductive material and the metal element can also be used.

また、ゲート電極15とゲート絶縁膜17との間に、In−Ga−Zn系酸化窒化物膜
、In−Sn系酸化窒化物膜、In−Ga系酸化窒化物膜、In−Zn系酸化窒化物膜、
Sn系酸化窒化物膜、In系酸化窒化物膜、金属窒化膜(InN、ZnN等)等を設けて
もよい。これらの膜は5eV以上、好ましくは5.5eV以上の仕事関数を有し、酸化物
半導体の電子親和力よりも大きい値であるため、酸化物半導体を用いたトランジスタのし
きい値電圧をプラスにシフトすることができ、所謂ノーマリーオフ特性のスイッチング素
子を実現できる。例えば、In−Ga−Zn系酸化窒化物膜を用いる場合、少なくとも酸
化物半導体膜18より高い窒素濃度、具体的には7原子%以上のIn−Ga−Zn系酸化
窒化物膜を用いる。
Further, an In—Ga—Zn-based oxynitride film, an In—Sn-based oxynitride film, an In—Ga-based oxynitride film, an In—Zn-based oxynitride film is provided between the gate electrode 15 and the gate insulating film 17. Material film,
An Sn-based oxynitride film, an In-based oxynitride film, a metal nitride film (InN, ZnN, or the like) may be provided. These films have a work function of 5 eV or more, preferably 5.5 eV or more, and have a value larger than the electron affinity of the oxide semiconductor. Therefore, the threshold voltage of a transistor using the oxide semiconductor is shifted to plus. Thus, a switching element having a so-called normally-off characteristic can be realized. For example, in the case of using an In—Ga—Zn-based oxynitride film, an In—Ga—Zn-based oxynitride film having a nitrogen concentration higher than that of the oxide semiconductor film 18, specifically, 7 atomic% or more is used.

ゲート絶縁膜17は、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、窒
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系金属
酸化物、窒化シリコンなどを用いればよく、積層または単層で設ける。
For the gate insulating film 17, for example, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, aluminum oxide, hafnium oxide, gallium oxide, Ga—Zn metal oxide, silicon nitride, or the like may be used. Provided.

また、ゲート絶縁膜17として、ハフニウムシリケート(HfSiO)、窒素が添加
されたハフニウムシリケート(HfSi)、窒素が添加されたハフニウムアル
ミネート(HfAl)、酸化ハフニウム、酸化イットリウムなどのhigh−
k材料を用いることでトランジスタのゲートリークを低減できる。
Further, as the gate insulating film 17, hafnium silicate (HfSiO x ), hafnium silicate added with nitrogen (HfSi x O y N z ), hafnium aluminate added with nitrogen (HfAl x O y N z ), hafnium oxide High-, such as yttrium oxide
The gate leakage of the transistor can be reduced by using the k material.

ゲート絶縁膜17の厚さは、5nm以上400nm以下、より好ましくは10nm以上
300nm以下、より好ましくは50nm以上250nm以下とするとよい。
The thickness of the gate insulating film 17 may be 5 nm to 400 nm, more preferably 10 nm to 300 nm, and more preferably 50 nm to 250 nm.

一対の電極21、22は、導電材料として、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル
、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタル、またはタングステンか
らなる単体金属、またはこれを主成分とする合金を単層構造または積層構造として用いる
。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
層する二層構造、タングステン膜上にチタン膜を積層する二層構造、銅−マグネシウム−
アルミニウム合金膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜または窒化チタン膜と、その
チタン膜または窒化チタン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその
上にチタン膜または窒化チタン膜を形成する三層構造、モリブデン膜または窒化モリブデ
ン膜と、そのモリブデン膜または窒化モリブデン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜
を積層し、さらにその上にモリブデン膜または窒化モリブデン膜を形成する三層構造等が
ある。なお、酸化インジウム、酸化錫または酸化亜鉛を含む透明導電材料を用いてもよい
The pair of electrodes 21 and 22 is a single layer of a single metal made of aluminum, titanium, chromium, nickel, copper, yttrium, zirconium, molybdenum, silver, tantalum, or tungsten, or an alloy containing the same as a main component, as a conductive material. Used as a structure or a laminated structure. For example, a single layer structure of an aluminum film containing silicon, a two layer structure in which a titanium film is stacked on an aluminum film, a two layer structure in which a titanium film is stacked on a tungsten film, copper-magnesium-
A two-layer structure in which a copper film is laminated on an aluminum alloy film, a titanium film or a titanium nitride film, an aluminum film or a copper film laminated on the titanium film or the titanium nitride film, and a titanium film or a nitridation thereon A three-layer structure for forming a titanium film, a molybdenum film or a molybdenum nitride film, and an aluminum film or a copper film stacked on the molybdenum film or the molybdenum nitride film, and a molybdenum film or a molybdenum nitride film is further formed thereon. There are three-layer structures. Note that a transparent conductive material containing indium oxide, tin oxide, or zinc oxide may be used.

さらに、酸化物絶縁膜24上に、酸素、水素、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等
のブロッキング効果を有する窒化物絶縁膜25を設けることで、多層膜20からの酸素の
外部への拡散と、外部から多層膜20への水素、水等の侵入を防ぐことができる。窒化物
絶縁膜としては、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化アルミニウム、窒化酸化アルミ
ニウム等がある。なお、酸素、水素、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等のブロッキ
ング効果を有する窒化物絶縁膜の代わりに、酸素、水素、水等のブロッキング効果を有す
る酸化物絶縁膜を設けてもよい。酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する酸化物絶
縁膜としては、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化窒化ガリ
ウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム
等がある。
Further, by providing a nitride insulating film 25 having a blocking effect of oxygen, hydrogen, water, alkali metal, alkaline earth metal, or the like on the oxide insulating film 24, diffusion of oxygen from the multilayer film 20 to the outside. Intrusion of hydrogen, water, etc. into the multilayer film 20 from the outside can be prevented. Examples of the nitride insulating film include silicon nitride, silicon nitride oxide, aluminum nitride, and aluminum nitride oxide. Note that an oxide insulating film having a blocking effect of oxygen, hydrogen, water, or the like may be provided instead of the nitride insulating film having a blocking effect of oxygen, hydrogen, water, alkali metal, alkaline earth metal, or the like. Examples of the oxide insulating film having a blocking effect of oxygen, hydrogen, water, and the like include aluminum oxide, aluminum oxynitride, gallium oxide, gallium oxynitride, yttrium oxide, yttrium oxynitride, hafnium oxide, and hafnium oxynitride.

次に、図1に示すトランジスタ50の作製方法について、図2を用いて説明する。   Next, a method for manufacturing the transistor 50 illustrated in FIGS. 1A to 1C is described with reference to FIGS.

図2(A)に示すように、基板11上にゲート電極15を形成し、ゲート電極15上に
ゲート絶縁膜17を形成する。
As shown in FIG. 2A, the gate electrode 15 is formed over the substrate 11, and the gate insulating film 17 is formed over the gate electrode 15.

ここでは、基板11としてガラス基板を用いる。   Here, a glass substrate is used as the substrate 11.

ゲート電極15の形成方法を以下に示す。はじめに、スパッタリング法、CVD法、蒸
着法等により導電膜を形成し、導電膜上にフォトリソグラフィ工程によりマスクを形成す
る。次に、該マスクを用いて導電膜の一部をエッチングして、ゲート電極15を形成する
。この後、マスクを除去する。
A method for forming the gate electrode 15 will be described below. First, a conductive film is formed by a sputtering method, a CVD method, an evaporation method, or the like, and a mask is formed over the conductive film by a photolithography process. Next, part of the conductive film is etched using the mask to form the gate electrode 15. Thereafter, the mask is removed.

なお、ゲート電極15は、上記形成方法の代わりに、電解メッキ法、印刷法、インクジ
ェット法等で形成してもよい。
Note that the gate electrode 15 may be formed by an electrolytic plating method, a printing method, an ink jet method or the like instead of the above forming method.

ここでは、厚さ100nmのタングステン膜をスパッタリング法により形成する。次に
、フォトリソグラフィ工程によりマスクを形成し、当該マスクを用いてタングステン膜を
ドライエッチングして、ゲート電極15を形成する。
Here, a tungsten film with a thickness of 100 nm is formed by a sputtering method. Next, a mask is formed by a photolithography process, and the tungsten film is dry-etched using the mask to form the gate electrode 15.

ゲート絶縁膜17は、スパッタリング法、CVD法、蒸着法等で形成する。   The gate insulating film 17 is formed by a sputtering method, a CVD method, a vapor deposition method, or the like.

ゲート絶縁膜17として酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、または窒化酸化シリコ
ン膜を形成する場合、原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体を用
いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、
トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素
、二酸化窒素等がある。
In the case of forming a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, or a silicon nitride oxide film as the gate insulating film 17, it is preferable to use a deposition gas and an oxidation gas containing silicon as a source gas. Typical examples of the deposition gas containing silicon include silane, disilane,
Examples include trisilane and fluorinated silane. Examples of the oxidizing gas include oxygen, ozone, dinitrogen monoxide, and nitrogen dioxide.

また、ゲート絶縁膜17として酸化ガリウム膜を形成する場合、MOCVD(Meta
l Organic Chemical Vapor Deposition)法を用い
て形成することができる。
When a gallium oxide film is formed as the gate insulating film 17, MOCVD (Metal
(1 Organic Chemical Vapor Deposition) method.

次に、図2(B)に示すように、ゲート絶縁膜17上に酸化物半導体膜18及び酸化物
膜19を形成する。
Next, as illustrated in FIG. 2B, the oxide semiconductor film 18 and the oxide film 19 are formed over the gate insulating film 17.

酸化物半導体膜18、及び酸化物膜19の形成方法について、以下に説明する。ゲート
絶縁膜17上に、酸化物半導体膜18となる酸化物半導体膜、及び酸化物膜19となる酸
化物膜を連続的に形成する。次に、酸化物膜上にフォトリソグラフィ工程によりマスクを
形成した後、該マスクを用いて酸化物半導体膜、及び酸化物膜のそれぞれ一部をエッチン
グすることで、図2(B)に示すように、ゲート絶縁膜17上であって、ゲート電極15
の一部と重なるように素子分離された酸化物半導体膜18、及び酸化物膜19を有する多
層膜20を形成する。この後、マスクを除去する。
A method for forming the oxide semiconductor film 18 and the oxide film 19 is described below. Over the gate insulating film 17, an oxide semiconductor film to be the oxide semiconductor film 18 and an oxide film to be the oxide film 19 are formed successively. Next, after a mask is formed over the oxide film by a photolithography step, the oxide semiconductor film and part of the oxide film are etched using the mask as illustrated in FIG. In addition, the gate electrode 15 is on the gate insulating film 17.
A multilayer film 20 including the oxide semiconductor film 18 and the oxide film 19 which are element-isolated so as to overlap with a part of the oxide film 19 is formed. Thereafter, the mask is removed.

酸化物半導体膜18となる酸化物半導体膜、及び酸化物膜19となる酸化物膜は、スパ
ッタリング法、塗布法、パルスレーザー蒸着法、レーザーアブレーション法等を用いて形
成することができる。
The oxide semiconductor film to be the oxide semiconductor film 18 and the oxide film to be the oxide film 19 can be formed by a sputtering method, a coating method, a pulse laser deposition method, a laser ablation method, or the like.

スパッタリング法で該酸化物半導体膜及び酸化物膜を形成する場合、プラズマを発生さ
せるための電源装置は、RF電源装置、AC電源装置、DC電源装置等を適宜用いること
ができる。
In the case where the oxide semiconductor film and the oxide film are formed by a sputtering method, an RF power supply device, an AC power supply device, a DC power supply device, or the like can be used as appropriate as a power supply device for generating plasma.

スパッタリングガスは、希ガス(代表的にはアルゴン)、酸素ガス、希ガス及び酸素の
混合ガスを適宜用いる。なお、希ガス及び酸素の混合ガスの場合、希ガスに対して酸素の
ガス比を高めることが好ましい。
As the sputtering gas, a rare gas (typically argon), an oxygen gas, a rare gas, and a mixed gas of oxygen are appropriately used. Note that in the case of a mixed gas of a rare gas and oxygen, it is preferable to increase the gas ratio of oxygen to the rare gas.

また、ターゲットは、形成する酸化物半導体膜及び酸化物膜の組成にあわせて、適宜選
択すればよい。
The target may be selected as appropriate in accordance with the composition of the oxide semiconductor film and the oxide film to be formed.

酸化物半導体膜18及び酸化物膜19は、各膜を単に積層するのではなく連続接合(こ
こでは特に伝導帯の下端のエネルギーが各膜の間で連続的に変化する構造)が形成される
ように作製する。すなわち、各膜の界面において、酸化物半導体膜18にとってトラップ
中心や再結合中心のような欠陥準位、あるいはキャリアの流れを阻害するバリアを形成す
るような不純物が存在しないような積層構造とする。仮に、積層された酸化物半導体膜1
8及び酸化物膜19の間に不純物が混在していると、エネルギーバンドの連続性が失われ
、界面でキャリアがトラップされ、あるいは再結合して、消滅してしまう。
The oxide semiconductor film 18 and the oxide film 19 are not simply laminated, but a continuous junction (here, a structure in which the energy at the lower end of the conduction band continuously changes between the films) is formed. Make as follows. That is, at the interface of each film, the oxide semiconductor film 18 has a stacked structure in which no defect level such as a trap center or a recombination center or an impurity that forms a barrier that hinders carrier flow exists. . Temporarily laminated oxide semiconductor film 1
If impurities are mixed between the oxide film 8 and the oxide film 19, the continuity of the energy band is lost, and carriers are trapped or recombined at the interface and disappear.

連続接合を形成するためには、ロードロック室を備えたマルチチャンバー方式の成膜装
置(スパッタリング装置)を用いて各膜を大気に触れさせることなく連続して積層するこ
とが必要となる。スパッタリング装置における各チャンバーは、酸化物半導体膜にとって
不純物となる水等を可能な限り除去すべくクライオポンプのような吸着式の真空排気ポン
プを用いて高真空排気(1×10−7Pa乃至5×10−4Pa程度まで)することが好
ましい。または、ターボ分子ポンプとコールドトラップを組み合わせて排気系からチャン
バー内に気体、特に炭素または水素を含む気体が逆流しないようにしておくことが好まし
い。
In order to form a continuous bond, it is necessary to use a multi-chamber type film forming apparatus (sputtering apparatus) provided with a load lock chamber to continuously laminate each film without exposure to the atmosphere. Each chamber in the sputtering apparatus is subjected to high vacuum evacuation (1 × 10 −7 Pa to 5 × 5) using an adsorption-type vacuum evacuation pump such as a cryopump in order to remove as much water as possible from the oxide semiconductor film. X10 −4 Pa) is preferable. Alternatively, it is preferable to combine a turbo molecular pump and a cold trap so that a gas, particularly a gas containing carbon or hydrogen, does not flow backward from the exhaust system into the chamber.

高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜を得るためには、チャンバ
ー内を高真空排気するのみならずスパッタガスの高純度化も必要である。スパッタガスと
して用いる酸素ガスやアルゴンガスは、露点が−40℃以下、好ましくは−80℃以下、
より好ましくは−100℃以下、より好ましくは−120℃以下にまで高純度化したガス
を用いることで酸化物半導体膜に水分等が取り込まれることを可能な限り防ぐことができ
る。
In order to obtain a highly purified intrinsic or substantially highly purified intrinsic oxide semiconductor film, it is necessary not only to evacuate the chamber but also to increase the purity of the sputtering gas. The oxygen gas or argon gas used as the sputtering gas has a dew point of −40 ° C. or lower, preferably −80 ° C. or lower,
More preferably, moisture or the like is prevented from being taken into the oxide semiconductor film by using a gas highly purified to −100 ° C. or lower, more preferably −120 ° C. or lower.

ここでは、スパッタリング法により、酸化物半導体膜として厚さ35nmのIn−Ga
−Zn酸化物膜(In:Ga:Zn=1:1:1)を形成した後、スパッタリング法によ
り、酸化物膜として厚さ20nmのIn−Ga−Zn酸化物膜(In:Ga:Zn=1:
3:2)を形成する。次に、酸化物膜上にマスクを形成し、酸化物半導体膜及び酸化物膜
のそれぞれ一部を選択的にエッチングすることで、酸化物半導体膜18及び酸化物膜19
を有する多層膜20を形成する。
Here, an In-Ga film with a thickness of 35 nm is formed as the oxide semiconductor film by a sputtering method.
After forming a Zn oxide film (In: Ga: Zn = 1: 1: 1), an In—Ga—Zn oxide film (In: Ga: Zn = 20 nm thick) was formed as an oxide film by a sputtering method. 1:
3: 2) is formed. Next, a mask is formed over the oxide film, and the oxide semiconductor film 18 and the oxide film 19 are selectively etched by partially etching the oxide semiconductor film and the oxide film.
Is formed.

こののち、第1の加熱処理を行う。第1の加熱処理によって、酸化物半導体膜18に含
まれる水素、水等を脱離させ、酸化物半導体膜に含まれる水素濃度及び水濃度を低減する
ことができる。該加熱処理の温度は、代表的には、300℃以上400℃以下、好ましく
は320℃以上370℃以下とする。
After that, the first heat treatment is performed. By the first heat treatment, hydrogen, water, and the like contained in the oxide semiconductor film 18 can be eliminated, so that the hydrogen concentration and the water concentration in the oxide semiconductor film can be reduced. The temperature of the heat treatment is typically 300 ° C to 400 ° C, preferably 320 ° C to 370 ° C.

第1の加熱処理は、電気炉、RTA装置等を用いることができる。RTA装置を用いる
ことで、短時間に限り、基板の歪み点以上の温度で熱処理を行うことができる。そのため
加熱処理時間を短縮することができる。
For the first heat treatment, an electric furnace, an RTA apparatus, or the like can be used. By using the RTA apparatus, heat treatment can be performed at a temperature equal to or higher than the strain point of the substrate for a short time. Therefore, the heat treatment time can be shortened.

第1の加熱処理は、窒素、酸素、超乾燥空気(水の含有量が20ppm以下、好ましく
は1ppm以下、好ましくは10ppb以下の空気)、または希ガス(アルゴン、ヘリウ
ム等)の雰囲気下で行えばよい。なお、上記窒素、酸素、超乾燥空気、または希ガスに水
素、水等が含まれないことが好ましい。また、窒素または希ガス雰囲気で加熱処理した後
、酸素または超乾燥空気雰囲気で加熱してもよい。この結果、酸化物半導体膜中に含まれ
る水素、水等を脱離させると共に、酸化物半導体膜中に酸素を供給することができる。こ
の結果、酸化物半導体膜中に含まれる酸素欠損量を低減することができる。
The first heat treatment is performed in an atmosphere of nitrogen, oxygen, ultra-dry air (air with a water content of 20 ppm or less, preferably 1 ppm or less, preferably 10 ppb or less), or a rare gas (such as argon or helium). Just do it. Note that it is preferable that hydrogen, water, and the like be not contained in the nitrogen, oxygen, ultra-dry air, or the rare gas. Further, after heat treatment in a nitrogen or rare gas atmosphere, the heat treatment may be performed in an oxygen or ultra-dry air atmosphere. As a result, hydrogen, water, and the like contained in the oxide semiconductor film can be eliminated and oxygen can be supplied into the oxide semiconductor film. As a result, the amount of oxygen vacancies contained in the oxide semiconductor film can be reduced.

次に、図2(C)に示すように、一対の電極21、22を形成する。   Next, as shown in FIG. 2C, a pair of electrodes 21 and 22 are formed.

一対の電極21、22の形成方法を以下に示す。はじめに、スパッタリング法、CVD
法、蒸着法等で導電膜を形成する。次に、該導電膜上にフォトリソグラフィ工程によりマ
スクを形成する。次に、該マスクを用いて導電膜をエッチングして、一対の電極21、2
2を形成する。この後、マスクを除去する。
A method for forming the pair of electrodes 21 and 22 will be described below. Introduction, sputtering, CVD
A conductive film is formed by a method, a vapor deposition method, or the like. Next, a mask is formed over the conductive film by a photolithography process. Next, the conductive film is etched using the mask to form a pair of electrodes 21, 2
2 is formed. Thereafter, the mask is removed.

ここでは、厚さ50nmのタングステン膜、厚さ400nmのアルミニウム膜、及び厚
さ100nmのチタン膜を順にスパッタリング法により積層する。次に、チタン膜上にフ
ォトリソグラフィ工程によりマスクを形成し、当該マスクを用いてタングステン膜、アル
ミニウム膜、及びチタン膜をドライエッチングして、一対の電極21、22を形成する。
Here, a 50-nm-thick tungsten film, a 400-nm-thick aluminum film, and a 100-nm-thick titanium film are sequentially stacked by a sputtering method. Next, a mask is formed over the titanium film by a photolithography process, and the tungsten film, the aluminum film, and the titanium film are dry-etched using the mask to form the pair of electrodes 21 and 22.

次に、図2(D)に示すように、多層膜20及び一対の電極21、22上に、酸化物絶
縁膜23を形成する。次に、酸化物絶縁膜23上に酸化物絶縁膜24を形成する。
Next, as illustrated in FIG. 2D, the oxide insulating film 23 is formed over the multilayer film 20 and the pair of electrodes 21 and 22. Next, the oxide insulating film 24 is formed over the oxide insulating film 23.

なお、酸化物絶縁膜23を形成した後、大気に曝すことなく、連続的に酸化物絶縁膜2
4を形成することが好ましい。酸化物絶縁膜23を形成した後、大気開放せず、原料ガス
の流量、圧力、高周波電力及び基板温度の一以上を調整して、酸化物絶縁膜24を連続的
に形成することで、酸化物絶縁膜23及び酸化物絶縁膜24における界面の大気成分由来
の不純物濃度を低減することができると共に、酸化物絶縁膜24に含まれる酸素を酸化物
半導体膜18に移動させることが可能であり、酸化物半導体膜18の酸素欠損量を低減す
ることができる。
Note that after the oxide insulating film 23 is formed, the oxide insulating film 2 is continuously formed without being exposed to the atmosphere.
4 is preferably formed. After the oxide insulating film 23 is formed, the oxide insulating film 24 is continuously formed by adjusting one or more of the flow rate, pressure, high-frequency power, and substrate temperature of the source gas without opening to the atmosphere. The impurity concentration derived from atmospheric components at the interface between the oxide insulating film 23 and the oxide insulating film 24 can be reduced, and oxygen contained in the oxide insulating film 24 can be moved to the oxide semiconductor film 18. In addition, the amount of oxygen vacancies in the oxide semiconductor film 18 can be reduced.

酸化物絶縁膜23としては、プラズマCVD装置の真空排気された処理室内に載置され
た基板を180℃以上400℃以下、さらに好ましくは200℃以上370℃以下に保持
し、処理室に原料ガスを導入して処理室内における圧力を20Pa以上250Pa以下、
さらに好ましくは100Pa以上250Pa以下とし、処理室内に設けられる電極に高周
波電力を供給する条件により、酸化物絶縁膜23として酸化シリコン膜または酸化窒化シ
リコン膜を形成することができる。
As the oxide insulating film 23, a substrate placed in a evacuated processing chamber of a plasma CVD apparatus is held at 180 ° C. or higher and 400 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. or higher and 370 ° C. or lower. The pressure in the processing chamber is 20 Pa or more and 250 Pa or less,
More preferably, a silicon oxide film or a silicon oxynitride film can be formed as the oxide insulating film 23 under conditions where the pressure is 100 Pa to 250 Pa and high-frequency power is supplied to an electrode provided in the treatment chamber.

酸化物絶縁膜23の原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体を用
いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、
トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素
、二酸化窒素等がある。
As a source gas for the oxide insulating film 23, a deposition gas containing silicon and an oxidation gas are preferably used. Typical examples of the deposition gas containing silicon include silane, disilane,
Examples include trisilane and fluorinated silane. Examples of the oxidizing gas include oxygen, ozone, dinitrogen monoxide, and nitrogen dioxide.

上記条件を用いることで、酸化物絶縁膜23として酸素を透過する酸化物絶縁膜を形成
することができる。また、酸化物膜19及び酸化物絶縁膜23を設けることで、後に形成
する酸化物絶縁膜24の形成工程において、酸化物半導体膜18へのダメージ低減が可能
である。
By using the above conditions, an oxide insulating film that transmits oxygen can be formed as the oxide insulating film 23. In addition, by providing the oxide film 19 and the oxide insulating film 23, damage to the oxide semiconductor film 18 can be reduced in a step of forming the oxide insulating film 24 to be formed later.

なお、酸化物絶縁膜23は、プラズマCVD装置の真空排気された処理室内に載置され
た基板を180℃以上400℃以下、好ましくは300℃以上400℃以下、さらに好ま
しくは320℃以上370℃以下に保持し、処理室に原料ガスを導入して処理室内におけ
る圧力を100Pa以上250Pa以下とし、処理室内に設けられる電極に高周波電力を
供給する条件により、酸化物絶縁膜23として、酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン
膜を形成することができる。
Note that the oxide insulating film 23 is formed by using a substrate placed in a vacuum evacuated processing chamber of a plasma CVD apparatus at 180 ° C. to 400 ° C., preferably 300 ° C. to 400 ° C., more preferably 320 ° C. to 370 ° C. The silicon oxide film is formed as the oxide insulating film 23 under the condition that the source gas is introduced into the processing chamber and the pressure in the processing chamber is set to 100 Pa to 250 Pa and high frequency power is supplied to the electrode provided in the processing chamber. Alternatively, a silicon oxynitride film can be formed.

当該成膜条件において、基板温度を上記温度とすることで、シリコン及び酸素の結合力
が強くなる。この結果、酸化物絶縁膜23として、酸素が透過し、緻密であり、且つ硬い
酸化物絶縁膜、代表的には、25℃において0.5重量%のフッ酸に対するエッチング速
度が10nm/分以下、好ましくは8nm/分以下である酸化シリコン膜または酸化窒化
シリコン膜を形成することができる。
Under the film forming conditions, the bonding temperature between silicon and oxygen is increased by setting the substrate temperature to the above temperature. As a result, as the oxide insulating film 23, oxygen is permeated, dense, and hard oxide insulating film. Typically, an etching rate with respect to 0.5 wt% hydrofluoric acid at 25 ° C. is 10 nm / min or less. A silicon oxide film or a silicon oxynitride film which is preferably 8 nm / min or less can be formed.

さらには、処理室の圧力を100Pa以上250Pa以下とすることで、酸化物絶縁膜
23に含まれる水の含有量が少なくなるため、トランジスタ50の電気特性のばらつきを
低減すると共に、しきい値電圧の変動を抑制することができる。また、処理室の圧力を1
00Pa以上250Pa以下とすることで、酸化物絶縁膜23を成膜する際に、酸化物半
導体膜18を含む多層膜20へのダメージを低減することが可能であり、酸化物半導体膜
18に含まれる酸素欠損量を低減することができる。特に、酸化物絶縁膜23または後に
形成される酸化物絶縁膜24の成膜温度を高くする、代表的には220℃より高い温度と
することで、酸化物半導体膜18に含まれる酸素の一部が脱離し、酸素欠損が形成されや
すい。また、トランジスタの信頼性を高めるため、後に形成する酸化物絶縁膜24の欠陥
量を低減するための成膜条件を用いると、酸素脱離量が低減しやすい。これらの結果、酸
化物半導体膜18の酸素欠損を低減することが困難な場合がある。しかしながら、処理室
の圧力を100Pa以上250Pa以下とし、酸化物絶縁膜23の成膜時における酸化物
半導体膜18へのダメージを低減することで、酸化物絶縁膜24からの少ない酸素脱離量
でも酸化物半導体膜18中の酸素欠損を低減することが可能である。
Furthermore, since the water content in the oxide insulating film 23 is reduced by setting the pressure in the treatment chamber to 100 Pa or more and 250 Pa or less, variation in electric characteristics of the transistor 50 is reduced and the threshold voltage is reduced. Fluctuations can be suppressed. In addition, the processing chamber pressure is set to 1
When the oxide insulating film 23 is formed, the damage to the multilayer film 20 including the oxide semiconductor film 18 can be reduced when the oxide insulating film 23 is formed. It is possible to reduce the amount of oxygen deficiency. In particular, by increasing the deposition temperature of the oxide insulating film 23 or the oxide insulating film 24 to be formed later, typically a temperature higher than 220 ° C., one of oxygen contained in the oxide semiconductor film 18 is increased. The part is detached and oxygen vacancies are easily formed. In addition, in order to increase the reliability of the transistor, the use of film formation conditions for reducing the amount of defects in the oxide insulating film 24 to be formed later easily reduces the amount of released oxygen. As a result, it may be difficult to reduce oxygen vacancies in the oxide semiconductor film 18. However, the pressure in the treatment chamber is set to 100 Pa or more and 250 Pa or less, and the damage to the oxide semiconductor film 18 during the formation of the oxide insulating film 23 is reduced, so that even a small amount of oxygen desorption from the oxide insulating film 24 can be achieved. It is possible to reduce oxygen vacancies in the oxide semiconductor film 18.

なお、シリコンを含む堆積性気体に対する酸化性気体量を100倍以上とすることで、
酸化物絶縁膜23に含まれる水素含有量を低減することが可能である。この結果、酸化物
半導体膜18に混入する水素量を低減できるため、トランジスタのしきい値電圧のマイナ
スシフトを抑制することができる。
In addition, by making the amount of oxidizing gas with respect to the deposition gas containing silicon 100 times or more,
The hydrogen content contained in the oxide insulating film 23 can be reduced. As a result, the amount of hydrogen mixed into the oxide semiconductor film 18 can be reduced, so that a negative shift in the threshold voltage of the transistor can be suppressed.

ここでは、酸化物絶縁膜23として、流量30sccmのシラン及び流量4000sc
cmの一酸化二窒素を原料ガスとし、処理室の圧力を200Pa、基板温度を220℃と
し、27.12MHzの高周波電源を用いて150Wの高周波電力を平行平板電極に供給
したプラズマCVD法により、厚さ50nmの酸化窒化シリコン膜を形成する。当該条件
により、酸素が透過する酸化窒化シリコン膜を形成することができる。
Here, as the oxide insulating film 23, silane with a flow rate of 30 sccm and a flow rate of 4000 sc are used.
By plasma CVD using a source gas of cm 2 dinitrogen monoxide, a processing chamber pressure of 200 Pa, a substrate temperature of 220 ° C., and a high frequency power of 150 W using a high frequency power supply of 27.12 MHz supplied to parallel plate electrodes, A silicon oxynitride film with a thickness of 50 nm is formed. Under such conditions, a silicon oxynitride film through which oxygen passes can be formed.

酸化物絶縁膜24としては、プラズマCVD装置の真空排気された処理室内に載置され
た基板を180℃以上280℃以下、さらに好ましくは200℃以上240℃以下に保持
し、処理室に原料ガスを導入して処理室内における圧力を100Pa以上250Pa以下
、さらに好ましくは100Pa以上200Pa以下とし、処理室内に設けられる電極に0
.17W/cm以上0.5W/cm以下、さらに好ましくは0.25W/cm以上
0.35W/cm以下の高周波電力を供給する条件により、酸化シリコン膜または酸化
窒化シリコン膜を形成する。
As the oxide insulating film 24, a substrate placed in a evacuated processing chamber of a plasma CVD apparatus is held at 180 ° C. or higher and 280 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. or higher and 240 ° C. or lower. The pressure in the processing chamber is set to 100 Pa to 250 Pa, more preferably 100 Pa to 200 Pa, and 0 is applied to the electrode provided in the processing chamber.
. 17W / cm 2 or more 0.5 W / cm 2 or less, more preferably under the conditions for supplying high-frequency power of 0.25 W / cm 2 or more 0.35 W / cm 2 or less, a silicon oxide film or a silicon oxynitride film .

酸化物絶縁膜24の原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体を用
いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、
トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素
、二酸化窒素等がある。
As a source gas for the oxide insulating film 24, a deposition gas and an oxidation gas containing silicon are preferably used. Typical examples of the deposition gas containing silicon include silane, disilane,
Examples include trisilane and fluorinated silane. Examples of the oxidizing gas include oxygen, ozone, dinitrogen monoxide, and nitrogen dioxide.

酸化物絶縁膜24の成膜条件として、上記圧力の処理室において上記パワー密度の高周
波電力を供給することで、プラズマ中で原料ガスの分解効率が高まり、酸素ラジカルが増
加し、原料ガスの酸化が進むため、酸化物絶縁膜24中における酸素含有量が化学量論的
組成よりも多くなる。しかしながら、基板温度が、上記温度であると、シリコンと酸素の
結合力が弱いため、後の工程の加熱処理により膜中の酸素の一部が脱離する。この結果、
化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含み、加熱により酸素の一部が脱離する
酸化物絶縁膜を形成することができる。また、多層膜20上に酸化物絶縁膜23が設けら
れている。このため、酸化物絶縁膜24の形成工程において、酸化物絶縁膜23が多層膜
20の保護膜となる。また、酸化物膜19が酸化物半導体膜18の保護膜となる。これら
の結果、酸化物半導体膜18へのダメージを低減しつつ、パワー密度の高い高周波電力を
用いて酸化物絶縁膜24を形成することができる。
As the conditions for forming the oxide insulating film 24, by supplying high-frequency power with the above power density in the processing chamber at the above pressure, the decomposition efficiency of the source gas in plasma is increased, oxygen radicals are increased, and the source gas is oxidized. Therefore, the oxygen content in the oxide insulating film 24 becomes higher than the stoichiometric composition. However, when the substrate temperature is the above temperature, since the bonding force between silicon and oxygen is weak, part of oxygen in the film is released by heat treatment in a later step. As a result,
An oxide insulating film which contains more oxygen than that in the stoichiometric composition and from which part of oxygen is released by heating can be formed. An oxide insulating film 23 is provided on the multilayer film 20. Therefore, the oxide insulating film 23 serves as a protective film for the multilayer film 20 in the step of forming the oxide insulating film 24. In addition, the oxide film 19 serves as a protective film for the oxide semiconductor film 18. As a result, the oxide insulating film 24 can be formed using high-frequency power with high power density while reducing damage to the oxide semiconductor film 18.

なお、酸化物絶縁膜24の成膜条件において、酸化性気体に対するシリコンを含む堆積
性気体の流量を増加することで、酸化物絶縁膜24の欠陥量を低減することが可能である
。代表的には、ESR測定により、シリコンのダングリングボンドに由来するg=2.0
01に現れる信号のスピン密度が6×1017spins/cm未満、好ましくは3×
1017spins/cm以下、好ましくは1.5×1017spins/cm以下
である欠陥量の少ない酸化物絶縁膜を形成することができる。この結果トランジスタの信
頼性を高めることができる。
Note that the amount of defects in the oxide insulating film 24 can be reduced by increasing the flow rate of the deposition gas containing silicon with respect to the oxidizing gas under the deposition conditions of the oxide insulating film 24. Typically, g = 2.0 derived from silicon dangling bonds by ESR measurement.
The spin density of the signal appearing at 01 is less than 6 × 10 17 spins / cm 3 , preferably 3 ×
An oxide insulating film with a small amount of defects which is 10 17 spins / cm 3 or less, preferably 1.5 × 10 17 spins / cm 3 or less can be formed. As a result, the reliability of the transistor can be improved.

ここでは、酸化物絶縁膜24として、流量200sccmのシラン及び流量4000s
ccmの一酸化二窒素を原料ガスとし、処理室の圧力を200Pa、基板温度を220℃
とし、27.12MHzの高周波電源を用いて1500Wの高周波電力を平行平板電極に
供給したプラズマCVD法により、厚さ400nmの酸化窒化シリコン膜を形成する。な
お、プラズマCVD装置は電極面積が6000cmである平行平板型のプラズマCVD
装置であり、供給した電力を単位面積あたりの電力(電力密度)に換算すると0.25W
/cmである。
Here, as the oxide insulating film 24, silane having a flow rate of 200 sccm and a flow rate of 4000 s are used.
ccm dinitrogen monoxide as source gas, processing chamber pressure 200Pa, substrate temperature 220 ° C
A silicon oxynitride film having a thickness of 400 nm is formed by plasma CVD using a 27.12 MHz high frequency power supply and supplying 1500 W high frequency power to the parallel plate electrodes. The plasma CVD apparatus is a parallel plate type plasma CVD having an electrode area of 6000 cm 2.
0.25W when the supplied power is converted into power per unit area (power density)
/ Cm 2 .

次に、加熱処理を行う。該加熱処理の温度は、代表的には、300℃以上400℃以下
、好ましくは320℃以上370℃以下とする。
Next, heat treatment is performed. The temperature of the heat treatment is typically 300 ° C to 400 ° C, preferably 320 ° C to 370 ° C.

該加熱処理は、電気炉、RTA装置等を用いることができる。RTA装置を用いること
で、短時間に限り、基板の歪み点以上の温度で熱処理を行うことができる。そのため加熱
処理時間を短縮することができる。
For the heat treatment, an electric furnace, an RTA apparatus, or the like can be used. By using the RTA apparatus, heat treatment can be performed at a temperature equal to or higher than the strain point of the substrate for a short time. Therefore, the heat treatment time can be shortened.

加熱処理は、窒素、酸素、超乾燥空気(水の含有量が20ppm以下、好ましくは1p
pm以下、好ましくは10ppb以下の空気)、または希ガス(アルゴン、ヘリウム等)
の雰囲気下で行えばよい。なお、上記窒素、酸素、超乾燥空気、または希ガスに水素、水
等が含まれないことが好ましい。
Heat treatment is nitrogen, oxygen, ultra-dry air (water content is 20 ppm or less, preferably 1 p
pm or less, preferably 10 ppb or less air), or a rare gas (argon, helium, etc.)
It may be performed in the atmosphere. Note that it is preferable that hydrogen, water, and the like be not contained in the nitrogen, oxygen, ultra-dry air, or the rare gas.

当該加熱処理により、酸化物絶縁膜24に含まれる酸素の一部を酸化物半導体膜18に
移動させ、酸化物半導体膜18に含まれる酸素欠損量を低減することができる。
Through the heat treatment, part of oxygen contained in the oxide insulating film 24 can be moved to the oxide semiconductor film 18, so that the amount of oxygen vacancies contained in the oxide semiconductor film 18 can be reduced.

また、酸化物絶縁膜23及び酸化物絶縁膜24に水、水素等が含まる場合、水、水素等
をブロッキングする機能を有する窒化物絶縁膜25を後に形成し、加熱処理を行うと、酸
化物絶縁膜23及び酸化物絶縁膜24に含まれる水、水素等が、酸化物半導体膜18に移
動し、酸化物半導体膜18に欠陥が生じてしまう。しかしながら、当該加熱により、酸化
物絶縁膜23及び酸化物絶縁膜24に含まれる水、水素等を脱離させることが可能であり
、トランジスタ50の電気特性のばらつきを低減すると共に、しきい値電圧の変動を抑制
することができる。
In the case where the oxide insulating film 23 and the oxide insulating film 24 contain water, hydrogen, or the like, a nitride insulating film 25 having a function of blocking water, hydrogen, or the like is formed later, and heat treatment is performed. Water, hydrogen, and the like contained in the material insulating film 23 and the oxide insulating film 24 move to the oxide semiconductor film 18, and a defect is generated in the oxide semiconductor film 18. However, the heating can remove water, hydrogen, and the like contained in the oxide insulating film 23 and the oxide insulating film 24, reduce variation in electric characteristics of the transistor 50, and reduce the threshold voltage. Fluctuations can be suppressed.

なお、加熱しながら酸化物絶縁膜24を、酸化物絶縁膜23上に形成することで、酸化
物半導体膜18に酸素を移動させ、酸化物半導体膜18に含まれる酸素欠損を低減するこ
とが可能であるため、当該加熱処理を行わなくともよい。
Note that by forming the oxide insulating film 24 over the oxide insulating film 23 with heating, oxygen can be transferred to the oxide semiconductor film 18 and oxygen vacancies in the oxide semiconductor film 18 can be reduced. Since it is possible, it is not necessary to perform the heat treatment.

ここでは、窒素及び酸素雰囲気で、350℃、1時間の加熱処理を行う。   Here, heat treatment is performed at 350 ° C. for one hour in a nitrogen and oxygen atmosphere.

また、一対の電極21、22を形成する際、導電膜のエッチングによって、多層膜20
はダメージを受け、多層膜20のバックチャネル(多層膜20において、ゲート電極15
と対向する面と反対側の面)側側に酸素欠損が生じる。しかし、酸化物絶縁膜24に化学
量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜を適用することで、加熱処
理によって当該バックチャネル側に生じた酸素欠損を修復することができる。これにより
、多層膜20に含まれる欠陥を低減することができるため、トランジスタ50の信頼性を
向上させることができる。
Further, when the pair of electrodes 21 and 22 is formed, the multilayer film 20 is formed by etching the conductive film.
Is damaged, and the back channel of the multilayer film 20 (in the multilayer film 20, the gate electrode 15
Oxygen deficiency occurs on the side opposite the surface facing the surface. However, by applying an oxide insulating film containing more oxygen than the stoichiometric composition to the oxide insulating film 24, oxygen vacancies generated on the back channel side by heat treatment can be repaired. it can. Accordingly, defects included in the multilayer film 20 can be reduced, and the reliability of the transistor 50 can be improved.

次に、スパッタリング法、CVD法等により、窒化物絶縁膜25を形成する。   Next, the nitride insulating film 25 is formed by sputtering, CVD, or the like.

なお、窒化物絶縁膜25をプラズマCVD法で形成する場合、プラズマCVD装置の真
空排気された処理室内に載置された基板を300℃以上400℃以下、さらに好ましくは
320℃以上370℃以下にとすることで、緻密な窒化物絶縁膜を形成できるため好まし
い。
Note that when the nitride insulating film 25 is formed by a plasma CVD method, the substrate placed in the evacuated processing chamber of the plasma CVD apparatus is set to 300 ° C. or higher and 400 ° C. or lower, more preferably 320 ° C. or higher and 370 ° C. or lower. It is preferable because a dense nitride insulating film can be formed.

窒化物絶縁膜25としてプラズマCVD法により窒化シリコン膜を形成する場合、シリ
コンを含む堆積性気体、窒素、及びアンモニアを原料ガスとして用いことが好ましい。原
料ガスとして、窒素と比較して少量のアンモニアを用いることで、プラズマ中でアンモニ
アが解離し、活性種が発生する。当該活性種が、シリコンを含む堆積性気体に含まれるシ
リコン及び水素の結合、及び窒素の三重結合を切断する。この結果、シリコン及び窒素の
結合が促進され、シリコン及び水素の結合が少なく、欠陥が少なく、緻密な窒化シリコン
膜を形成することができる。一方、原料ガスにおいて、窒素に対するアンモニアの量が多
いと、シリコンを含む堆積性気体及び窒素それぞれの分解が進まず、シリコン及び水素結
合が残存してしまい、欠陥が増大した、且つ粗な窒化シリコン膜が形成されてしまう。こ
れらのため、原料ガスにおいて、アンモニアに対する窒素の流量比を5以上50以下、好
ましくは10以上50以下とすることが好ましい。
When a silicon nitride film is formed as the nitride insulating film 25 by a plasma CVD method, it is preferable to use a deposition gas containing silicon, nitrogen, and ammonia as a source gas. By using a small amount of ammonia as a source gas compared to nitrogen, ammonia is dissociated in plasma and active species are generated. The active species breaks the bond between silicon and hydrogen contained in the deposition gas containing silicon and the triple bond of nitrogen. As a result, the bonding between silicon and nitrogen is promoted, the bonding between silicon and hydrogen is small, the number of defects is small, and a dense silicon nitride film can be formed. On the other hand, in the source gas, if the amount of ammonia relative to nitrogen is large, decomposition of the deposition gas containing silicon and nitrogen does not proceed, and silicon and hydrogen bonds remain, resulting in increased defects and coarse silicon nitride. A film is formed. For these reasons, in the source gas, the flow rate ratio of nitrogen to ammonia is preferably 5 or more and 50 or less, more preferably 10 or more and 50 or less.

ここでは、プラズマCVD装置の処理室に、流量50sccmのシラン、流量5000
sccmの窒素、及び流量100sccmのアンモニアを原料ガスとし、処理室の圧力を
100Pa、基板温度を350℃とし、27.12MHzの高周波電源を用いて1000
Wの高周波電力を平行平板電極に供給したプラズマCVD法により、厚さ50nmの窒化
シリコン膜を形成する。なお、プラズマCVD装置は電極面積が6000cmである平
行平板型のプラズマCVD装置であり、供給した電力を単位面積あたりの電力(電力密度
)に換算すると1.7×10−1W/cmである。
Here, a silane with a flow rate of 50 sccm, a flow rate of 5000 is placed in a processing chamber of a plasma CVD apparatus.
The source gas is sccm nitrogen and 100 sccm ammonia, the processing chamber pressure is 100 Pa, the substrate temperature is 350 ° C., and a high frequency power source of 27.12 MHz is used.
A silicon nitride film having a thickness of 50 nm is formed by a plasma CVD method in which high frequency power of W is supplied to the parallel plate electrodes. In the plasma CVD apparatus is a plasma CVD apparatus of a parallel plate type electrode area is 6000 cm 2, is converted to electric power supplied per unit area (power density) 1.7 × 10 -1 W / cm 2 It is.

以上の工程により、酸化物絶縁膜23、酸化物絶縁膜24、及び窒化物絶縁膜25で構
成される保護膜26を形成することができる。
Through the above steps, the protective film 26 including the oxide insulating film 23, the oxide insulating film 24, and the nitride insulating film 25 can be formed.

次に、加熱処理を行ってもよい。該加熱処理の温度は、代表的には、300℃以上40
0℃以下、好ましくは320℃以上370℃以下とする。
Next, heat treatment may be performed. The temperature of the heat treatment is typically 300 ° C. or higher and 40 ° C.
0 ° C. or lower, preferably 320 ° C. or higher and 370 ° C. or lower.

以上の工程により、トランジスタ50を作製することができる。   Through the above process, the transistor 50 can be manufactured.

本実施の形態では、トランジスタの作製工程において、第1の加熱処理及び第2の加熱
処理を行っているが、酸化物半導体膜を有する多層膜を形成することで、酸化物半導体膜
に含まれる不純物濃度を低減することが可能であり、且つ欠陥準位におけるキャリアのト
ラップを妨げることが可能である。この結果、それぞれの加熱処理の温度を400℃以下
としても、高温で加熱処理したトランジスタと、しきい値電圧の変動量が同等であるトラ
ンジスタを作製することができる。この結果、半導体装置のコスト削減が可能である。
In this embodiment, the first heat treatment and the second heat treatment are performed in the manufacturing process of the transistor; however, the transistor is included in the oxide semiconductor film by forming a multilayer film including the oxide semiconductor film. The impurity concentration can be reduced and carrier trapping at the defect level can be prevented. As a result, even when the temperature of each heat treatment is set to 400 ° C. or lower, a transistor having the same amount of variation in threshold voltage as a transistor heat treated at a high temperature can be manufactured. As a result, the cost of the semiconductor device can be reduced.

また、チャネル領域として機能する酸化物半導体膜に重畳して、化学量論的組成を満た
す酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜を形成することで、当該酸化物絶縁膜の酸素
を酸化物半導体膜に移動させることができる。この結果、酸化物半導体膜に含まれる酸素
欠損の含有量を低減することができる。
In addition, by forming an oxide insulating film containing oxygen in excess of the stoichiometric composition so as to overlap with the oxide semiconductor film functioning as a channel region, oxygen in the oxide insulating film is oxidized It can be moved to a physical semiconductor film. As a result, the content of oxygen vacancies contained in the oxide semiconductor film can be reduced.

特に、チャネル形成として機能する酸化物半導体膜と、化学量論的組成を満たす酸素よ
りも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜との間に酸素を透過する酸化物絶縁膜を形成すること
で、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜を形成する際に、
当該酸化物半導体膜にダメージが入ることを抑制できる。この結果、酸化物半導体膜に含
まれる酸素欠損量を低減することができる。
In particular, by forming an oxide insulating film that transmits oxygen between an oxide semiconductor film that functions as channel formation and an oxide insulating film that contains more oxygen than the stoichiometric composition, In forming an oxide insulating film containing more oxygen than that in the stoichiometric composition,
Damage to the oxide semiconductor film can be suppressed. As a result, the amount of oxygen vacancies contained in the oxide semiconductor film can be reduced.

そして、酸化物半導体膜上に酸化物膜を形成することで、化学量論的組成を満たす酸素
よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜を形成する際に、当該酸化物半導体膜にダメージが
入ることをさらに抑制できる。加えて、酸化物膜を形成することで、当該酸化物半導体膜
上に形成させる絶縁膜、例えば酸化物絶縁膜の構成元素が、当該酸化物半導体膜に混入す
ることを抑制できる。
Then, when an oxide insulating film containing more oxygen than that in the stoichiometric composition is formed by forming an oxide film over the oxide semiconductor film, the oxide semiconductor film is damaged. Entering can be further suppressed. In addition, by forming the oxide film, an insulating film formed over the oxide semiconductor film, for example, a constituent element of the oxide insulating film can be prevented from being mixed into the oxide semiconductor film.

上記より、酸化物半導体膜を用いた半導体装置において、欠陥量が低減された半導体装
置を得ることができる。また、酸化物半導体膜を用いた半導体装置において電気特性が向
上した半導体装置を得ることができる。
As described above, a semiconductor device in which the amount of defects is reduced in a semiconductor device including an oxide semiconductor film can be obtained. In addition, a semiconductor device with improved electrical characteristics can be obtained in a semiconductor device including an oxide semiconductor film.

<トランジスタのバンド構造>
次に、多層膜20のバンド構造について、図3を用いて説明する。
<Band structure of transistor>
Next, the band structure of the multilayer film 20 will be described with reference to FIG.

ここでは、例として、酸化物半導体膜18としてエネルギーギャップが3.15eVで
あるIn−Ga−Zn酸化物を用い、酸化物膜19としてエネルギーギャップが3.5e
VであるIn−Ga−Zn酸化物を用いる。エネルギーギャップは、分光エリプソメータ
(HORIBA JOBIN YVON社 UT−300)を用いて測定することができ
る。
Here, as an example, an In—Ga—Zn oxide with an energy gap of 3.15 eV is used as the oxide semiconductor film 18, and an energy gap of 3.5 e is used as the oxide film 19.
An In—Ga—Zn oxide which is V is used. The energy gap can be measured using a spectroscopic ellipsometer (HORIBA JOBIN YVON UT-300).

酸化物半導体膜18及び酸化物膜19の真空準位と価電子帯上端のエネルギー差(イオ
ン化ポテンシャルともいう。)は、それぞれ8eV及び8.2eVである。なお、真空準
位と価電子帯上端のエネルギー差は、紫外線光電子分光分析(UPS:Ultravio
let Photoelectron Spectroscopy)装置(PHI社 V
ersaProbe)を用いて測定できる。
The energy difference (also referred to as ionization potential) between the vacuum level and the valence band top of the oxide semiconductor film 18 and the oxide film 19 is 8 eV and 8.2 eV, respectively. Note that the energy difference between the vacuum level and the top of the valence band is measured by ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS: Ultravio).
let Photoelectron Spectroscopy (PHI V)
ersaProbe).

したがって、酸化物半導体膜18及び酸化物膜19の真空準位と伝導帯下端のエネルギ
ー差(電子親和力ともいう。)は、それぞれ4.85eV及び4.7eVである。
Therefore, the energy difference (also referred to as electron affinity) between the vacuum level and the conduction band bottom of the oxide semiconductor film 18 and the oxide film 19 is 4.85 eV and 4.7 eV, respectively.

図3(A)は、多層膜20のバンド構造の一部を模式的に示している。ここでは、多層
膜20に酸化シリコン膜を接して設けた場合について説明する。なお、図3(A)に表す
EcI1は酸化シリコン膜の伝導帯下端のエネルギーを示し、EcS1は酸化物半導体膜
18の伝導帯下端のエネルギーを示し、EcS2は酸化物膜19の伝導帯下端のエネルギ
ーを示し、EcI2は酸化シリコン膜の伝導帯下端のエネルギーを示す。また、EcI1
は、図1(B)において、ゲート絶縁膜17に相当し、EcI2は、図1(B)において
、酸化物絶縁膜23に相当する。
FIG. 3A schematically shows part of the band structure of the multilayer film 20. Here, a case where a silicon oxide film is provided in contact with the multilayer film 20 will be described. Note that EcI1 shown in FIG. 3A represents the energy at the lower end of the conduction band of the silicon oxide film, EcS1 represents the energy at the lower end of the conduction band of the oxide semiconductor film 18, and EcS2 represents the lower end of the conduction band of the oxide film 19. EcI2 represents the energy at the lower end of the conduction band of the silicon oxide film. EcI1
1 corresponds to the gate insulating film 17 in FIG. 1B, and EcI2 corresponds to the oxide insulating film 23 in FIG.

図3(A)に示すように、酸化物半導体膜18及び酸化物膜19において、伝導帯下端
のエネルギーは障壁が無くなだらかに変化する。換言すると、連続的に変化するともいう
ことができる。これは、多層膜20は、酸化物半導体膜18と共通の元素を含み、酸化物
半導体膜18及び酸化物膜19の間で、酸素が相互に移動することで混合層が形成される
ためであるということができる。
As shown in FIG. 3A, in the oxide semiconductor film 18 and the oxide film 19, the energy at the lower end of the conduction band changes gently without a barrier. In other words, it can be said that it changes continuously. This is because the multilayer film 20 includes an element common to the oxide semiconductor film 18, and a mixed layer is formed by oxygen moving between the oxide semiconductor film 18 and the oxide film 19. It can be said that there is.

図3(A)より、多層膜20の酸化物半導体膜18がウェル(井戸)となり、多層膜2
0を用いたトランジスタにおいて、チャネル領域が酸化物半導体膜18に形成されること
がわかる。なお、多層膜20は、伝導帯下端のエネルギーが連続的に変化しているため、
酸化物半導体膜18と酸化物膜19とが連続接合している、ともいえる。
3A, the oxide semiconductor film 18 of the multilayer film 20 becomes a well, and the multilayer film 2
It can be seen that the channel region is formed in the oxide semiconductor film 18 in the transistor using 0. In addition, since the energy at the lower end of the conduction band of the multilayer film 20 continuously changes,
It can be said that the oxide semiconductor film 18 and the oxide film 19 are continuously joined.

なお、図3(A)に示すように、酸化物膜19と、酸化物絶縁膜23との界面近傍には
、不純物や欠陥に起因したトラップ準位が形成され得るものの、酸化物膜19が設けられ
ることにより、酸化物半導体膜18と該トラップ準位とを遠ざけることができる。ただし
、EcS1とEcS2とのエネルギー差が小さい場合、酸化物半導体膜18の電子が該エ
ネルギー差を越えてトラップ準位に達することがある。トラップ準位に電子が捕獲される
ことで、絶縁膜界面にマイナスの電荷が生じマイナスの固定電荷となり、トランジスタの
しきい値電圧はプラス方向にシフトしてしまう。したがって、EcS1とEcS2とのエ
ネルギー差を、0.1eV以上、好ましくは0.15eV以上とすると、トランジスタの
しきい値電圧の変動が低減され、安定した電気特性となるため好適である。
Note that as shown in FIG. 3A, a trap level due to impurities and defects can be formed in the vicinity of the interface between the oxide film 19 and the oxide insulating film 23. By being provided, the oxide semiconductor film 18 and the trap level can be separated from each other. However, when the energy difference between EcS1 and EcS2 is small, electrons in the oxide semiconductor film 18 may reach the trap level exceeding the energy difference. When electrons are trapped in the trap level, a negative charge is generated at the interface of the insulating film, resulting in a negative fixed charge, and the threshold voltage of the transistor is shifted in the positive direction. Therefore, it is preferable that the energy difference between EcS1 and EcS2 be 0.1 eV or more, preferably 0.15 eV or more, because fluctuations in threshold voltage of the transistor are reduced and stable electric characteristics are obtained.

また、図3(B)は、多層膜20のバンド構造の一部を模式的に示し、図3(A)に示
すバンド構造の変形例である。ここでは、多層膜20に酸化シリコン膜を接して設けた場
合について説明する。なお、図3(B)に表すEcI1は酸化シリコン膜の伝導帯下端の
エネルギーを示し、EcS1は酸化物半導体膜18の伝導帯下端のエネルギーを示し、E
cI2は酸化シリコン膜の伝導帯下端のエネルギーを示す。また、EcI1は、図1(B
)において、ゲート絶縁膜17に相当し、EcI2は、図1(B)において、酸化物絶縁
膜23に相当する。
FIG. 3B schematically shows a part of the band structure of the multilayer film 20 and is a modification of the band structure shown in FIG. Here, a case where a silicon oxide film is provided in contact with the multilayer film 20 will be described. Note that EcI1 shown in FIG. 3B represents the energy at the lower end of the conduction band of the silicon oxide film, EcS1 represents the energy at the lower end of the conduction band of the oxide semiconductor film 18, and E
cI2 represents the energy at the lower end of the conduction band of the silicon oxide film. In addition, EcI1 is shown in FIG.
) Corresponds to the gate insulating film 17, and EcI2 corresponds to the oxide insulating film 23 in FIG.

図1(B)に示すトランジスタにおいて、一対の電極21、22の形成時に多層膜20
の上方、すなわち酸化物膜19がエッチングされる場合がある。一方、酸化物半導体膜1
8の上面は、酸化物膜19の成膜時に酸化物半導体膜18と酸化物膜19の混合層が形成
される場合がある。
In the transistor shown in FIG. 1B, the multilayer film 20 is formed when the pair of electrodes 21 and 22 are formed.
In other words, the oxide film 19 may be etched. On the other hand, the oxide semiconductor film 1
8 may have a mixed layer of the oxide semiconductor film 18 and the oxide film 19 formed when the oxide film 19 is formed.

例えば、酸化物半導体膜18が、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]のIn−
Ga−Zn酸化物、またはIn:Ga:Zn=3:1:2[原子数比]のIn−Ga−Z
n酸化物をスパッタリングターゲットに用いて成膜された酸化物半導体膜であり、酸化物
膜19が、In:Ga:Zn=1:3:2[原子数比]のIn−Ga−Zn酸化物、また
はIn:Ga:Zn=1:6:4[原子数比]のIn−Ga−Zn酸化物をスパッタリン
グターゲットに用いて成膜された酸化物膜である場合、酸化物半導体膜18よりも酸化物
膜19のGaの含有量が多いため、酸化物半導体膜18の上面には、GaOx層または酸
化物半導体膜18よりもGaを多く含む混合層が形成されうる。
For example, the oxide semiconductor film 18 includes In: Ga: Zn = 1: 1: 1 [atomic ratio].
Ga—Zn oxide, or In: Ga: Zn = 3: 1: 2 [atomic ratio] In—Ga—Z
An oxide semiconductor film formed using an n-oxide as a sputtering target, and the oxide film 19 is In: Ga: Zn = 1: 3: 2 [atomic ratio] In—Ga—Zn oxide Or In: Ga: Zn = 1: 6: 4 [atomic ratio], an oxide film formed using an In—Ga—Zn oxide as a sputtering target is more than the oxide semiconductor film 18. Since the oxide film 19 has a high Ga content, a GaOx layer or a mixed layer containing more Ga than the oxide semiconductor film 18 can be formed on the top surface of the oxide semiconductor film 18.

したがって、酸化物膜19がエッチングされた場合においても、EcS1のEcI2側
の伝導帯下端のエネルギーが高くなり、図3(B)に示すバンド構造のようになる場合が
ある。
Therefore, even when the oxide film 19 is etched, the energy at the lower end of the conduction band on the EcI2 side of EcS1 is increased, and the band structure shown in FIG. 3B may be obtained.

図3(B)に示すバンド構造のようになる場合、チャネル領域の断面観察時において、
多層膜20は、酸化物半導体膜18のみと見かけ上観察される場合がある。しかしながら
、実質的には、酸化物半導体膜18上には、酸化物半導体膜18よりもGaを多く含む混
合層が形成されているため、該混合層を1.5層として、捉えることができる。なお、該
混合層は、例えば、EDX分析等によって、多層膜20に含有する元素を測定した場合、
酸化物半導体膜18の上方の組成を分析することで確認することができる。例えば、酸化
物半導体膜18の上方の組成が、酸化物半導体膜18中の組成よりもGaの含有量が多い
構成となることで確認することができる。
When the band structure shown in FIG. 3B is obtained, at the time of cross-sectional observation of the channel region,
In some cases, the multilayer film 20 is apparently observed only as the oxide semiconductor film 18. However, since a mixed layer containing more Ga than the oxide semiconductor film 18 is formed over the oxide semiconductor film 18, the mixed layer can be regarded as 1.5 layers. . In addition, the mixed layer, for example, when an element contained in the multilayer film 20 is measured by EDX analysis or the like,
This can be confirmed by analyzing the composition above the oxide semiconductor film 18. For example, it can be confirmed that the composition above the oxide semiconductor film 18 has a higher Ga content than the composition in the oxide semiconductor film 18.

<変形例1、下地絶縁膜について>
本実施の形態に示すトランジスタ50において、必要に応じて、基板11及びゲート電
極15の間に下地絶縁膜を設けることができる。下地絶縁膜の材料としては、酸化シリコ
ン、酸化窒化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化ガリウム、酸化ハフニウ
ム、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム等がある。なお、下地
絶縁膜の材料として、窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化イットリウム
、酸化アルミニウム等を用いることで、基板11から不純物、代表的にはアルカリ金属、
水、水素等の多層膜20への拡散を抑制することができる。
<Modification 1, About base insulating film>
In the transistor 50 described in this embodiment, a base insulating film can be provided between the substrate 11 and the gate electrode 15 as needed. Examples of the material for the base insulating film include silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride, silicon nitride oxide, gallium oxide, hafnium oxide, yttrium oxide, aluminum oxide, and aluminum oxynitride. Note that by using silicon nitride, gallium oxide, hafnium oxide, yttrium oxide, aluminum oxide, or the like as a material for the base insulating film, impurities, typically an alkali metal,
Diffusion of water, hydrogen, etc. into the multilayer film 20 can be suppressed.

下地絶縁膜は、スパッタリング法、CVD法等により形成することができる。   The base insulating film can be formed by a sputtering method, a CVD method, or the like.

<変形例2、ゲート絶縁膜について>
本実施の形態に示すトランジスタ50において、必要に応じて、ゲート絶縁膜17を積
層構造とすることができる。ここでは、ゲート絶縁膜17の構成について、図5を用いて
説明する。
<Modification 2, gate insulating film>
In the transistor 50 described in this embodiment, the gate insulating film 17 can have a stacked structure as necessary. Here, the structure of the gate insulating film 17 will be described with reference to FIG.

図5(A)に示すように、ゲート絶縁膜17は、窒化物絶縁膜17a及び酸化物絶縁膜
17bが、ゲート電極15側から順に積層される積層構造とすることができる。ゲート電
極15側に窒化物絶縁膜17aを設けることで、ゲート電極15からの不純物、代表的に
は、水素、窒素、アルカリ金属、またはアルカリ土類金属等が多層膜20に移動すること
を防ぐことができる。
As shown in FIG. 5A, the gate insulating film 17 can have a stacked structure in which a nitride insulating film 17a and an oxide insulating film 17b are sequentially stacked from the gate electrode 15 side. By providing the nitride insulating film 17a on the gate electrode 15 side, impurities such as hydrogen, nitrogen, alkali metal, or alkaline earth metal from the gate electrode 15 are prevented from moving to the multilayer film 20. be able to.

また、多層膜20側に酸化物絶縁膜17bを設けることで、ゲート絶縁膜17及び多層
膜20界面における欠陥準位密度を低減することが可能である。この結果、電気特性の劣
化の少ないトランジスタを得ることができる。なお、酸化物絶縁膜17bとして、酸化物
絶縁膜24と同様に、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜
を用いて形成すると、ゲート絶縁膜17及び多層膜20界面における欠陥準位密度をさら
に低減することが可能であるため、さらに好ましい。
Further, by providing the oxide insulating film 17b on the multilayer film 20 side, it is possible to reduce the density of defect states at the interface between the gate insulating film 17 and the multilayer film 20. As a result, a transistor with little deterioration in electrical characteristics can be obtained. Note that when the oxide insulating film 17b is formed using an oxide insulating film containing oxygen in excess of the stoichiometric composition like the oxide insulating film 24, the gate insulating film 17 and the multilayer film are formed. Since it is possible to further reduce the defect level density at the 20 interface, it is more preferable.

図5(B)に示すように、ゲート絶縁膜17は、欠陥の少ない窒化物絶縁膜17cと、
水素ブロッキング性の高い窒化物絶縁膜17dと、酸化物絶縁膜17bとが、ゲート電極
15側から順に積層される積層構造とすることができる。ゲート絶縁膜17として、欠陥
の少ない窒化物絶縁膜17cを設けることで、ゲート絶縁膜17の絶縁耐圧を向上させる
ことができる。また、水素ブロッキング性の高い窒化物絶縁膜17dを設けることで、ゲ
ート電極15及び窒化物絶縁膜17cからの水素が多層膜20に移動することを防ぐこと
ができる。
As shown in FIG. 5B, the gate insulating film 17 includes a nitride insulating film 17c with few defects,
A nitride insulating film 17d having a high hydrogen blocking property and an oxide insulating film 17b may be stacked in this order from the gate electrode 15 side. By providing the nitride insulating film 17c with few defects as the gate insulating film 17, the withstand voltage of the gate insulating film 17 can be improved. Further, by providing the nitride insulating film 17d with high hydrogen blocking property, it is possible to prevent hydrogen from the gate electrode 15 and the nitride insulating film 17c from moving to the multilayer film 20.

図5(B)に示す窒化物絶縁膜17c、17dの作製方法の一例を以下に示す。はじめ
に、シラン、窒素、及びアンモニアの混合ガスを原料ガスとして用いたプラズマCVD法
により、欠陥の少ない窒化シリコン膜を窒化物絶縁膜17cとして形成する。次に、原料
ガスを、シラン及び窒素の混合ガスに切り替えて、水素濃度が少なく、且つ水素をブロッ
キングすることが可能な第2の窒化シリコン膜を窒化物絶縁膜17dとして成膜する。こ
のような形成方法により、欠陥が少なく、且つ水素のブロッキング性を有する窒化物絶縁
膜が積層されたゲート絶縁膜17を形成することができる。
An example of a method for manufacturing the nitride insulating films 17c and 17d illustrated in FIG. First, a silicon nitride film with few defects is formed as the nitride insulating film 17c by a plasma CVD method using a mixed gas of silane, nitrogen, and ammonia as a source gas. Next, the source gas is switched to a mixed gas of silane and nitrogen, and a second silicon nitride film having a low hydrogen concentration and capable of blocking hydrogen is formed as the nitride insulating film 17d. By such a formation method, the gate insulating film 17 in which a nitride insulating film having few defects and having a hydrogen blocking property is stacked can be formed.

図5(C)に示すように、ゲート絶縁膜17は、不純物のブロッキング性が高い窒化物
絶縁膜17eと、欠陥の少ない窒化物絶縁膜17cと、水素ブロッキング性の高い窒化物
絶縁膜17dと、酸化物絶縁膜17bとが、ゲート電極15側から順に積層される積層構
造とすることができる。ゲート絶縁膜17として、不純物のブロッキング性が高い窒化物
絶縁膜17eを設けることで、ゲート電極15からの不純物、代表的には、水素、窒素、
アルカリ金属、またはアルカリ土類金属等が多層膜20に移動することを防ぐことができ
る。
As shown in FIG. 5C, the gate insulating film 17 includes a nitride insulating film 17e with high impurity blocking properties, a nitride insulating film 17c with few defects, and a nitride insulating film 17d with high hydrogen blocking properties. The oxide insulating film 17b can be stacked in this order from the gate electrode 15 side. By providing the nitride insulating film 17e having a high impurity blocking property as the gate insulating film 17, impurities from the gate electrode 15, typically hydrogen, nitrogen,
Alkali metal or alkaline earth metal can be prevented from moving to the multilayer film 20.

図5(C)に示す窒化物絶縁膜17e、17c、17dの作製方法の一例を以下に示す
。はじめに、シラン、窒素、及びアンモニアの混合ガスを原料ガスとして用いたプラズマ
CVD法により、不純物のブロッキング性が高い窒化シリコン膜を窒化物絶縁膜17eと
して形成する。次に、アンモニアの流量を増加させることで、欠陥の少ない窒化シリコン
膜を窒化物絶縁膜17cとして形成する。次に、原料ガスを、シラン及び窒素の混合ガス
に切り替えて、水素濃度が少なく、且つ水素をブロッキングすることが可能な第2の窒化
シリコン膜を窒化物絶縁膜17dとして成膜する。このような形成方法により、欠陥が少
なく、且つ不純物のブロッキング性を有する窒化物絶縁膜が積層されたゲート絶縁膜17
を形成することができる。
An example of a method for manufacturing the nitride insulating films 17e, 17c, and 17d illustrated in FIG. First, a silicon nitride film having a high impurity blocking property is formed as the nitride insulating film 17e by a plasma CVD method using a mixed gas of silane, nitrogen, and ammonia as a source gas. Next, by increasing the flow rate of ammonia, a silicon nitride film with few defects is formed as the nitride insulating film 17c. Next, the source gas is switched to a mixed gas of silane and nitrogen, and a second silicon nitride film having a low hydrogen concentration and capable of blocking hydrogen is formed as the nitride insulating film 17d. By such a forming method, the gate insulating film 17 in which a nitride insulating film having few defects and having an impurity blocking property is stacked.
Can be formed.

<変形例3、一対の電極について>
本実施の形態に示すトランジスタ50に設けられる一対の電極21、22として、タン
グステン、チタン、アルミニウム、銅、モリブデン、クロム、またはタンタル単体若しく
は合金等の酸素と結合しやすい導電材料を用いることが好ましい。この結果、多層膜20
に含まれる酸素と一対の電極21、22に含まれる導電材料とが結合し、多層膜20にお
いて、酸素欠損領域が形成される。また、多層膜20に一対の電極21、22を形成する
導電材料の構成元素の一部が混入する場合もある。これらの結果、図6に示すように、多
層膜20において、一対の電極21,22と接する領域近傍に、低抵抗領域20a、20
bが形成される。低抵抗領域20a、20bは、一対の電極21、22に接し、且つゲー
ト絶縁膜17と、一対の電極21、22の間に形成される。低抵抗領域20a、20bは
、導電性が高いため、多層膜20と一対の電極21、22との接触抵抗を低減することが
可能であり、トランジスタのオン電流を増大させることが可能である。
<Modification 3, a pair of electrodes>
As the pair of electrodes 21 and 22 provided in the transistor 50 described in this embodiment, it is preferable to use a conductive material that easily bonds to oxygen, such as tungsten, titanium, aluminum, copper, molybdenum, chromium, or tantalum alone or an alloy. . As a result, the multilayer film 20
Oxygen and the conductive material contained in the pair of electrodes 21 and 22 are combined to form an oxygen deficient region in the multilayer film 20. In some cases, part of the constituent elements of the conductive material forming the pair of electrodes 21 and 22 is mixed in the multilayer film 20. As a result of these, as shown in FIG.
b is formed. The low resistance regions 20 a and 20 b are in contact with the pair of electrodes 21 and 22 and are formed between the gate insulating film 17 and the pair of electrodes 21 and 22. Since the low resistance regions 20a and 20b have high conductivity, the contact resistance between the multilayer film 20 and the pair of electrodes 21 and 22 can be reduced, and the on-state current of the transistor can be increased.

また、一対の電極21、22を、上記酸素と結合しやすい導電材料と、窒化チタン、窒
化タンタル、ルテニウム等の酸素と結合しにくい導電材料との積層構造としてもよい。こ
のような積層構造とすることで、一対の電極21、22と酸化物絶縁膜23との界面にお
いて、一対の電極21、22の酸化を防ぐことが可能であり、一対の電極21、22の高
抵抗化を抑制することが可能である。
Alternatively, the pair of electrodes 21 and 22 may have a stacked structure of a conductive material that is easily bonded to oxygen and a conductive material that is not easily bonded to oxygen, such as titanium nitride, tantalum nitride, or ruthenium. With such a stacked structure, it is possible to prevent oxidation of the pair of electrodes 21 and 22 at the interface between the pair of electrodes 21 and 22 and the oxide insulating film 23. High resistance can be suppressed.

<変形例4、多層膜について>
本実施の形態に示すトランジスタ50の作製方法において、多層膜の側面に、酸化物半
導体膜18の反応により生じる化合物、または/及び酸化物膜19の反応により生じる化
合物を設けることができる。ここでは、図1(B)のトランジスタ50の多層膜20近傍
の拡大図である図7を用いて説明する。
<Modification 4, Multilayer Film>
In the method for manufacturing the transistor 50 described in this embodiment, a compound generated by the reaction of the oxide semiconductor film 18 and / or a compound generated by the reaction of the oxide film 19 can be provided on the side surface of the multilayer film. Here, description will be made with reference to FIG. 7 which is an enlarged view of the vicinity of the multilayer film 20 of the transistor 50 in FIG.

例えば、図7(A)に示すように、多層膜20のバックチャネル側に、酸化物膜19の
反応により生じる化合物19cを設けることができる。化合物19cは、一対の電極21
、22を形成した後、TMAH(Tetramethylammonium Hydro
xide)溶液などのアルカリ性の溶液、リン酸、硝酸、フッ化水素酸、塩酸、硫酸、酢
酸、シュウ酸などの酸性の溶液に酸化物膜19を曝すことで、形成することができる。
For example, as illustrated in FIG. 7A, a compound 19 c generated by the reaction of the oxide film 19 can be provided on the back channel side of the multilayer film 20. Compound 19c includes a pair of electrodes 21
, 22 and TMAH (Tetramethylammonium Hydro
xide) The oxide film 19 can be formed by exposing it to an alkaline solution such as a solution, or an acidic solution such as phosphoric acid, nitric acid, hydrofluoric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, acetic acid, or oxalic acid.

なお、当該工程において、酸化物膜19の一部は、エッチングされると共に、上記アル
カリ性の溶液、酸性の溶液と反応し、反応物が残存する。酸化物膜19は、In−Ga酸
化物、In−M−Zn酸化物(MはAl、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Ndまた
はHf)で形成されている場合、当該工程においては、酸化物膜19に含まれるIn(酸
化インジウム)が優先的に除去されるため、酸化物膜19と比較して、Inと比較してG
aまたはMの割合が多い化合物19cが形成される。
Note that in this step, a part of the oxide film 19 is etched and reacts with the alkaline solution or the acidic solution to leave a reactant. In the case where the oxide film 19 is formed using In—Ga oxide or In—M—Zn oxide (M is Al, Ti, Ga, Y, Zr, La, Ce, Nd, or Hf), Since In (indium oxide) contained in the oxide film 19 is preferentially removed, G is compared with In as compared with the oxide film 19.
Compound 19c having a high proportion of a or M is formed.

Inと比較してGaまたはMの割合が多い化合物19cは、MであるAl、Ti、Ga
、Y、Zr、La、Ce、NdまたはHfをInより高い原子数比で有する。このため、
外部からの不純物を遮蔽することが可能であるため、外部から酸化物半導体膜18へ移動
する不純物量を低減することが可能である。この結果、しきい値電圧の変動の少ないトラ
ンジスタを作製することができる。
Compound 19c, which has a higher proportion of Ga or M than In, contains M, Al, Ti, and Ga.
, Y, Zr, La, Ce, Nd or Hf at a higher atomic ratio than In. For this reason,
Since impurities from the outside can be blocked, the amount of impurities moving from the outside to the oxide semiconductor film 18 can be reduced. As a result, a transistor with little variation in threshold voltage can be manufactured.

また、当該処理によって、一対の電極21、22の間のエッチング残渣を除去すること
が可能である。この結果、一対の電極21、22の間に流れるリーク電流の発生を抑制す
ることができる。
In addition, the etching residue between the pair of electrodes 21 and 22 can be removed by the treatment. As a result, it is possible to suppress the occurrence of a leak current flowing between the pair of electrodes 21 and 22.

また、図7(B)に示すように、多層膜20の側面に化合物19dを設けることができ
る。化合物19dは、多層膜20を形成する際に、TMAH(Tetramethyla
mmonium Hydroxide)溶液などのアルカリ性の溶液、リン酸、硝酸、フ
ッ化水素酸、塩酸、硫酸、酢酸、シュウ酸などの酸性の溶液を用いたウエットエッチング
処理をすることで形成することができる。または、エッチングガスとして三塩化ホウ素ガ
ス及び塩素ガスを用いたドライエッチング処理をすることで、化合物19dを形成するこ
とができる。または、多層膜20を形成した後、上記溶液に酸化物膜19を曝すことで、
化合物19dを形成することができる。
Further, as shown in FIG. 7B, a compound 19d can be provided on the side surface of the multilayer film 20. When the compound 19d forms the multilayer film 20, TMAH (Tetramethyla
It can be formed by performing a wet etching process using an alkaline solution such as ammonium hydroxide) or an acidic solution such as phosphoric acid, nitric acid, hydrofluoric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, acetic acid, or oxalic acid. Alternatively, the compound 19d can be formed by performing a dry etching process using boron trichloride gas and chlorine gas as an etching gas. Alternatively, after forming the multilayer film 20, by exposing the oxide film 19 to the solution,
Compound 19d can be formed.

化合物19dは、化合物19cと同様に、Inと比較してGaまたはMの割合が多い。
このため、化合物19dは、外部からの不純物を遮蔽することが可能であるため、外部か
ら酸化物半導体膜18へ移動する不純物量を低減することが可能である。この結果、しき
い値電圧の変動の少ないトランジスタを作製することができる。
As in the compound 19c, the compound 19d has a higher ratio of Ga or M than In.
For this reason, since the compound 19d can shield impurities from the outside, the amount of impurities moving from the outside to the oxide semiconductor film 18 can be reduced. As a result, a transistor with little variation in threshold voltage can be manufactured.

<変形例5、多層膜について>
本実施の形態に示すトランジスタ50の作製方法において、一対の電極21、22を形
成した後、多層膜20を酸素雰囲気で発生させたプラズマに曝し、酸化物半導体膜18及
び酸化物膜19に酸素を供給することができる。酸化雰囲気としては、酸素、オゾン、一
酸化二窒素、二酸化窒素等の雰囲気がある。さらに、当該プラズマ処理において、基板1
1側にバイアスを印加しない状態で発生したプラズマに多層膜20を曝すことが好ましい
。この結果、多層膜20にダメージを与えず、且つ酸素を供給することが可能であり、多
層膜20に含まれる酸素欠損量を低減することができる。また、エッチング処理により多
層膜20の表面に残存する不純物、例えば、フッ素、塩素等のハロゲン等を除去すること
ができる。
<Modification 5, about multilayer film>
In the method for manufacturing the transistor 50 described in this embodiment, after the pair of electrodes 21 and 22 is formed, the multilayer film 20 is exposed to plasma generated in an oxygen atmosphere, and the oxide semiconductor film 18 and the oxide film 19 are exposed to oxygen. Can be supplied. Examples of the oxidizing atmosphere include oxygen, ozone, dinitrogen monoxide, and nitrogen dioxide. Further, in the plasma processing, the substrate 1
The multilayer film 20 is preferably exposed to plasma generated without applying a bias to one side. As a result, oxygen can be supplied without damaging the multilayer film 20, and the amount of oxygen vacancies contained in the multilayer film 20 can be reduced. In addition, impurities remaining on the surface of the multilayer film 20 such as halogen such as fluorine and chlorine can be removed by the etching process.

<変形例6、保護膜について>
本実施の形態に示すトランジスタ50において、図8に示すように、トランジスタ50
上に、酸化物絶縁膜24及び窒化物絶縁膜25が積層される保護膜26aを設けることが
できる。図8に示すトランジスタは、酸化物半導体膜18上に酸化物膜19を有するため
、当該酸化物膜19が、酸化物絶縁膜24を形成する際の保護膜として機能する。この結
果、酸化物絶縁膜24を形成する際、酸化物半導体膜18がプラズマに曝されず、比較的
高い電力を用いるプラズマCVD法で酸化物絶縁膜24を形成する際に生じるプラズマダ
メージを低減できる。
<Modification 6, protective film>
In the transistor 50 described in this embodiment, as illustrated in FIG.
A protective film 26a on which the oxide insulating film 24 and the nitride insulating film 25 are stacked can be provided. Since the transistor illustrated in FIG. 8 includes the oxide film 19 over the oxide semiconductor film 18, the oxide film 19 functions as a protective film when the oxide insulating film 24 is formed. As a result, when the oxide insulating film 24 is formed, the oxide semiconductor film 18 is not exposed to plasma, and plasma damage caused when the oxide insulating film 24 is formed by plasma CVD using relatively high power is reduced. it can.

また、酸化物絶縁膜24に含まれる酸素を、多層膜20に直接移動させることが可能で
あるため、酸化物半導体膜18への酸素供給量を増加させることが可能である。この結果
、酸化物半導体膜18の酸素欠損量をさらに低減することが可能である。
Further, since oxygen contained in the oxide insulating film 24 can be directly transferred to the multilayer film 20, the amount of oxygen supplied to the oxide semiconductor film 18 can be increased. As a result, the amount of oxygen vacancies in the oxide semiconductor film 18 can be further reduced.

なお、本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態及び実施例に示す構成
及び方法などと適宜組み合わせて用いることができる。
Note that the structures, methods, and the like described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures, methods, and the like described in the other embodiments and examples.

(実施の形態2)
本実施の形態では、実施の形態1と比較して、酸化物半導体膜の欠陥量をさらに低減す
ることが可能なトランジスタを有する半導体装置について図面を参照して説明する。本実
施の形態で説明するトランジスタは、実施の形態1と比較して、ゲート絶縁膜及び酸化物
半導体膜の間に、酸化物膜を有する点が異なる。
(Embodiment 2)
In this embodiment, a semiconductor device including a transistor that can further reduce the amount of defects in an oxide semiconductor film as compared with Embodiment 1 will be described with reference to drawings. The transistor described in this embodiment is different from that in Embodiment 1 in that an oxide film is provided between the gate insulating film and the oxide semiconductor film.

図9に、半導体装置が有するトランジスタ60の上面図及び断面図を示す。図9(A)
はトランジスタ60の上面図であり、図9(B)は、図9(A)の一点鎖線A−B間の断
面図であり、図9(C)は、図9(A)の一点鎖線C−D間の断面図である。なお、図9
(A)では、明瞭化のため、基板11、トランジスタ60の構成要素の一部(例えば、ゲ
ート絶縁膜17)、酸化物絶縁膜23、酸化物絶縁膜24、窒化物絶縁膜25などを省略
している。
9A and 9B are a top view and a cross-sectional view of the transistor 60 included in the semiconductor device. FIG. 9 (A)
FIG. 9B is a top view of the transistor 60, FIG. 9B is a cross-sectional view taken along the dashed-dotted line AB in FIG. 9A, and FIG. 9C is the dashed-dotted line C in FIG. It is sectional drawing between -D. Note that FIG.
In (A), the substrate 11, some of the components of the transistor 60 (for example, the gate insulating film 17), the oxide insulating film 23, the oxide insulating film 24, the nitride insulating film 25, and the like are omitted for the sake of clarity. is doing.

図9に示すトランジスタ60は、基板11上に設けられるゲート電極15を有する。ま
た、基板11及びゲート電極15上に形成されるゲート絶縁膜17と、ゲート絶縁膜17
を介して、ゲート電極15と重なる多層膜34と、多層膜34に接する一対の電極21、
22とを有する。また、ゲート絶縁膜17、多層膜34、及び一対の電極21、22上に
は、酸化物絶縁膜23、酸化物絶縁膜24、及び窒化物絶縁膜25で構成される保護膜2
6が形成される。
A transistor 60 illustrated in FIG. 9 includes a gate electrode 15 provided over the substrate 11. In addition, a gate insulating film 17 formed on the substrate 11 and the gate electrode 15, and a gate insulating film 17
A multilayer film 34 overlapping the gate electrode 15 and a pair of electrodes 21 in contact with the multilayer film 34,
22. Further, the protective film 2 including the oxide insulating film 23, the oxide insulating film 24, and the nitride insulating film 25 is formed on the gate insulating film 17, the multilayer film 34, and the pair of electrodes 21 and 22.
6 is formed.

本実施の形態に示すトランジスタ60において、多層膜34は、酸化物膜31、酸化物
半導体膜32、及び酸化物膜33を有する。また、酸化物半導体膜32がチャネル領域と
して機能する。
In the transistor 60 described in this embodiment, the multilayer film 34 includes the oxide film 31, the oxide semiconductor film 32, and the oxide film 33. In addition, the oxide semiconductor film 32 functions as a channel region.

また、ゲート絶縁膜17及び酸化物膜31が接する。即ち、ゲート絶縁膜17と酸化物
半導体膜18との間に、酸化物膜31が設けられている。
Further, the gate insulating film 17 and the oxide film 31 are in contact with each other. That is, the oxide film 31 is provided between the gate insulating film 17 and the oxide semiconductor film 18.

また、多層膜34及び酸化物絶縁膜23が接する。また、酸化物絶縁膜23及び酸化物
絶縁膜24が接する。即ち、酸化物半導体膜18と酸化物絶縁膜23との間に、酸化物膜
33が設けられている。
The multilayer film 34 and the oxide insulating film 23 are in contact with each other. In addition, the oxide insulating film 23 and the oxide insulating film 24 are in contact with each other. That is, the oxide film 33 is provided between the oxide semiconductor film 18 and the oxide insulating film 23.

酸化物膜31及び酸化物膜33は、実施の形態1に示す酸化物膜19と同様の材料及び
形成方法を適宜用いることができる。
For the oxide film 31 and the oxide film 33, a material and a formation method similar to those of the oxide film 19 described in Embodiment 1 can be used as appropriate.

酸化物膜31は、酸化物半導体膜32より膜厚が小さいと好ましい。酸化物膜31の厚
さを1nm以上5nm以下、好ましくは1nm以上3nm以下とすることで、トランジス
タのしきい値電圧の変動量を低減することが可能である。
The oxide film 31 is preferably smaller than the oxide semiconductor film 32. When the thickness of the oxide film 31 is 1 nm to 5 nm, preferably 1 nm to 3 nm, the amount of change in threshold voltage of the transistor can be reduced.

また、酸化物膜31、33がIn−M−Zn酸化物であるとき、InおよびMの和を1
00atomic%としたとき、InとMの原子数比率は、好ましくは、Inが50at
omic%未満、Mが50atomic%以上、さらに好ましくは、Inが25atom
ic%未満、Mが75atomic%以上とする。
In addition, when the oxide films 31 and 33 are In-M-Zn oxides, the sum of In and M is 1
When the atomic ratio is set to 00 atomic%, the atomic ratio of In and M is preferably 50 at.
less than omic%, M is 50 atomic% or more, more preferably, In is 25 atom
It is assumed that it is less than ic% and M is 75 atomic% or more.

酸化物半導体膜32は、実施の形態1に示す酸化物半導体膜18と同様の材料及び形成
方法を適宜用いることができる。
For the oxide semiconductor film 32, a material and a formation method similar to those of the oxide semiconductor film 18 described in Embodiment 1 can be used as appropriate.

ここでは、酸化物膜31として、スパッタリング法により、厚さ30nmのIn−Ga
−Zn酸化物膜(In:Ga:Zn=1:6:4)を形成する。また、酸化物半導体膜3
2として厚さ10nmのIn−Ga−Zn酸化物膜(In:Ga:Zn=1:1:1)を
形成する。また、酸化物膜33として厚さ10nmのIn−Ga−Zn酸化物膜(In:
Ga:Zn=1:3:2)を形成する。
Here, as the oxide film 31, an In—Ga film with a thickness of 30 nm is formed by a sputtering method.
A Zn oxide film (In: Ga: Zn = 1: 6: 4) is formed. In addition, the oxide semiconductor film 3
2, an In—Ga—Zn oxide film (In: Ga: Zn = 1: 1: 1) having a thickness of 10 nm is formed. As the oxide film 33, an In—Ga—Zn oxide film (In:
Ga: Zn = 1: 3: 2) is formed.

本実施の形態に示すトランジスタは、多層膜34のバックチャネル(多層膜34におい
て、ゲート電極15と対向する面と反対側の面)側に、酸素を透過する酸化物絶縁膜23
を介して、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜24が設け
られている。このため、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁
膜24に含まれる酸素を、多層膜34に含まれる酸化物半導体膜32に移動させ、酸化物
半導体膜32に含まれる酸素欠損量を低減することができる。
In the transistor described in this embodiment, the oxide insulating film 23 that transmits oxygen is formed on the back channel side of the multilayer film 34 (a surface opposite to the surface facing the gate electrode 15 in the multilayer film 34).
Thus, an oxide insulating film 24 containing more oxygen than the stoichiometric composition is provided. Therefore, oxygen contained in the oxide insulating film 24 containing more oxygen than that in the stoichiometric composition is moved to the oxide semiconductor film 32 included in the multilayer film 34, and the oxide semiconductor film 32 is moved to the oxide semiconductor film 32. The amount of oxygen deficiency contained can be reduced.

また、一対の電極21、22を形成するエッチングによって、多層膜34はダメージを
受け、多層膜34のバックチャネル側に酸素欠損が生じるが、化学量論的組成を満たす酸
素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜24に含まれる酸素によって、当該酸素欠損を修
復することができる。これにより、トランジスタ60の信頼性を向上させることができる
In addition, the multilayer film 34 is damaged by the etching for forming the pair of electrodes 21 and 22, and oxygen deficiency occurs on the back channel side of the multilayer film 34, but more oxygen than the stoichiometric composition is satisfied. The oxygen vacancies can be repaired by oxygen contained in the oxide insulating film 24 that is contained. Thereby, the reliability of the transistor 60 can be improved.

以上のことから、酸化物膜31、酸化物半導体膜32、及び酸化物膜33を有する多層
膜34と、多層膜34上に設けられる酸素を透過する酸化物絶縁膜23を介して、化学量
論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜24とを有することで、多層
膜34における酸素欠損を低減することが可能である。また、ゲート絶縁膜17と酸化物
半導体膜32との間に、酸化物膜31が設けられており、酸化物半導体膜32と酸化物絶
縁膜23との間に、酸化物膜33が設けられているため、酸化物膜31と酸化物半導体膜
32との界面近傍におけるシリコンや炭素の濃度、酸化物半導体膜32におけるシリコン
や炭素の濃度、または酸化物膜33と酸化物半導体膜32との界面近傍におけるシリコン
や炭素の濃度を低減することができる。これらの結果、多層膜34において、一定光電流
測定法で導出される吸収係数は、1×10−3/cm未満、好ましくは1×10−4/c
m未満となり、局在準位が極めて少ない。
As described above, the stoichiometric amount of the multilayer film 34 including the oxide film 31, the oxide semiconductor film 32, and the oxide film 33 and the oxide insulating film 23 that transmits oxygen provided over the multilayer film 34 is reduced. By including the oxide insulating film 24 containing more oxygen than oxygen that satisfies the theoretical composition, oxygen vacancies in the multilayer film 34 can be reduced. An oxide film 31 is provided between the gate insulating film 17 and the oxide semiconductor film 32, and an oxide film 33 is provided between the oxide semiconductor film 32 and the oxide insulating film 23. Therefore, the concentration of silicon or carbon in the vicinity of the interface between the oxide film 31 and the oxide semiconductor film 32, the concentration of silicon or carbon in the oxide semiconductor film 32, or the oxide film 33 and the oxide semiconductor film 32 The concentration of silicon or carbon in the vicinity of the interface can be reduced. As a result, in the multilayer film 34, the absorption coefficient derived by the constant photocurrent measurement method is less than 1 × 10 −3 / cm, preferably 1 × 10 −4 / c.
The number of localized levels is very small.

このような構造を有するトランジスタ60は、酸化物半導体膜32において欠陥が極め
て少ないため、トランジスタの電気特性を向上させることが可能であり、代表的には、オ
ン電流の増大及び電界効果移動度の向上が可能である。また、ストレス試験の一例である
BTストレス試験及び光BTストレス試験におけるしきい値電圧の変動量が少なく、信頼
性が高い。
Since the transistor 60 having such a structure has extremely few defects in the oxide semiconductor film 32, the transistor can have improved electrical characteristics. Typically, the transistor 60 has an increased on-state current and field-effect mobility. Improvement is possible. Further, the amount of variation in threshold voltage in the BT stress test and the optical BT stress test, which are examples of the stress test, is small, and the reliability is high.

(実施の形態3)
本実施の形態では、実施の形態1及び実施の形態2と比較して、酸化物半導体膜の欠陥
量をさらに低減しつつ、トランジスタのオン電流を高めることが可能なトランジスタを有
する半導体装置について図面を参照して説明する。本実施の形態で説明するトランジスタ
は、実施の形態1と比較して、一対の電極21、22と、酸化物絶縁膜23の間に、酸化
物膜を有する点が異なる。なお、本実施の形態では実施の形態1を用いて説明するが、適
宜実施の形態2に適用可能である。
(Embodiment 3)
In this embodiment, a semiconductor device including a transistor that can increase the on-state current of the transistor while further reducing the amount of defects in the oxide semiconductor film as compared with Embodiments 1 and 2 is described. Will be described with reference to FIG. The transistor described in this embodiment is different from that in Embodiment 1 in that an oxide film is provided between the pair of electrodes 21 and 22 and the oxide insulating film 23. Note that this embodiment mode is described using Embodiment Mode 1, but can be appropriately applied to Embodiment Mode 2.

図10に、半導体装置が有するトランジスタ70の上面図及び断面図を示す。トランジ
スタ70の上面図を図10(A)に示す。図10(A)において、一点鎖線A−B間の断
面図を図10(B)に示し、一点鎖線C−D間の断面図を図10(C)に示す。なお、図
10(A)では、明瞭化のため、基板11、トランジスタ70の構成要素の一部(例えば
、ゲート絶縁膜17)、酸化物絶縁膜23、酸化物絶縁膜24、窒化物絶縁膜25などを
省略している。
10A and 10B are a top view and a cross-sectional view of the transistor 70 included in the semiconductor device. A top view of the transistor 70 is illustrated in FIG. 10A, a cross-sectional view taken along alternate long and short dash line A-B is shown in FIG. 10B, and a cross-sectional view taken along alternate long and short dash line CD is shown in FIG. Note that in FIG. 10A, for the sake of clarity, part of the components of the substrate 11, the transistor 70 (eg, the gate insulating film 17), the oxide insulating film 23, the oxide insulating film 24, and the nitride insulating film are illustrated. 25 etc. are omitted.

トランジスタ70は、トランジスタ50と比較して、一対の電極21、22が酸化物半
導体膜18a及び酸化物膜19aで囲われている点で異なる。具体的には、トランジスタ
70は、ゲート絶縁膜17上に設けられた酸化物半導体膜18aと、酸化物半導体膜18
a上に設けられた一対の電極21、22と、酸化物半導体膜18a及び一対の電極21、
22上に設けられた酸化物膜19aとを有する。
The transistor 70 is different from the transistor 50 in that the pair of electrodes 21 and 22 are surrounded by the oxide semiconductor film 18a and the oxide film 19a. Specifically, the transistor 70 includes an oxide semiconductor film 18 a provided over the gate insulating film 17 and the oxide semiconductor film 18.
a pair of electrodes 21 and 22 provided on a, an oxide semiconductor film 18a and a pair of electrodes 21,
22 and an oxide film 19a provided on the upper surface.

トランジスタ70は、一対の電極21、22が酸化物半導体膜18aと接していること
から、トランジスタ60と比較して、酸化物半導体膜18aと一対の電極21、22との
接触抵抗が低く、トランジスタ60よりもオン電流が向上したトランジスタである。
Since the pair of electrodes 21 and 22 are in contact with the oxide semiconductor film 18a, the transistor 70 has a lower contact resistance between the oxide semiconductor film 18a and the pair of electrodes 21 and 22 than the transistor 60. This is a transistor having an on-state current higher than that of 60.

また、トランジスタ70は、一対の電極21、22が酸化物半導体膜18aと接してい
ることから、酸化物半導体膜18aと一対の電極21、22との接触抵抗を増大させずに
、酸化物膜19aを厚くすることができる。このようにすることで、保護膜26を形成す
る際のプラズマダメージまたは保護膜26の構成元素の混入などで生じるトラップ準位が
、酸化物半導体膜18aと酸化物膜19aとの界面近傍に形成されることを抑制できる。
つまり、トランジスタ65はオン電流の向上、及びしきい値電圧の変動量の低減を両立す
ることができる。
Further, since the pair of electrodes 21 and 22 are in contact with the oxide semiconductor film 18a, the transistor 70 does not increase the contact resistance between the oxide semiconductor film 18a and the pair of electrodes 21 and 22, and thus the oxide film 19a can be thickened. By doing so, trap levels generated due to plasma damage or contamination of constituent elements of the protective film 26 when forming the protective film 26 are formed in the vicinity of the interface between the oxide semiconductor film 18a and the oxide film 19a. Can be suppressed.
That is, the transistor 65 can both improve the on-state current and reduce the amount of change in threshold voltage.

トランジスタ70の作製方法を図11を用いて説明する。まず、図2(A)と同様にし
て、基板11上にゲート電極15及びゲート絶縁膜17を形成する(図11(A)を参照
。)。
A method for manufacturing the transistor 70 will be described with reference to FIGS. First, similarly to FIG. 2A, the gate electrode 15 and the gate insulating film 17 are formed over the substrate 11 (see FIG. 11A).

次に、後に酸化物半導体膜18aとなる酸化物半導体膜28を形成し、その後、一対の
電極21、22を形成する。次に、後に酸化物膜19aとなる酸化物膜29を形成する(
図11(B)を参照。)。
Next, an oxide semiconductor film 28 to be the oxide semiconductor film 18a later is formed, and then a pair of electrodes 21 and 22 is formed. Next, an oxide film 29 to be an oxide film 19a later is formed (
Refer to FIG. ).

酸化物半導体膜28は、実施の形態1に示す酸化物半導体膜18と同様の材料及び形成
方法を適宜用いることができる。また、一対の電極21、22は、図2(C)と同様に形
成することができる。なお、一対の電極21、22は、酸化物半導体膜28上に形成され
る。また、酸化物膜29は実施の形態1に示す酸化物膜19と同様の材料及び形成方法を
適宜用いることができる。
For the oxide semiconductor film 28, a material and a formation method similar to those of the oxide semiconductor film 18 described in Embodiment 1 can be used as appropriate. The pair of electrodes 21 and 22 can be formed in a manner similar to that shown in FIG. Note that the pair of electrodes 21 and 22 is formed over the oxide semiconductor film 28. For the oxide film 29, a material and a formation method similar to those of the oxide film 19 described in Embodiment 1 can be used as appropriate.

次に、酸化物半導体膜28、及び酸化物膜29のそれぞれ一部を同時にエッチングして
、酸化物半導体膜18a及び酸化物膜19aを有する多層膜20を形成する(図11(C
)を参照。)。なお、当該エッチングは、酸化物膜29となる酸化物膜上にフォトリソグ
ラフィ工程によりマスクを形成した後、該マスクを用いることで実施できる。また、酸化
物半導体膜28、及び酸化物膜29を同時にエッチングするため、酸化物半導体膜18a
及び酸化物膜19aの端部が略一致している。
Next, a part of each of the oxide semiconductor film 28 and the oxide film 29 is etched at the same time to form the multilayer film 20 including the oxide semiconductor film 18a and the oxide film 19a (FIG. 11C
See). ). Note that the etching can be performed by using a mask after forming a mask over the oxide film to be the oxide film 29 by a photolithography process. In addition, since the oxide semiconductor film 28 and the oxide film 29 are etched at the same time, the oxide semiconductor film 18a
And the edge part of the oxide film 19a is substantially corresponded.

次に、ゲート絶縁膜17、多層膜20及び一対の電極21、22を覆うようにして、保
護膜26を形成する。保護膜26は、実施の形態1と同様にして形成することができる。
また、トランジスタ70の作製方法において、実施の形態1を適宜参照して加熱処理を行
うことができる。
Next, a protective film 26 is formed so as to cover the gate insulating film 17, the multilayer film 20, and the pair of electrodes 21 and 22. The protective film 26 can be formed in the same manner as in the first embodiment.
In the method for manufacturing the transistor 70, heat treatment can be performed with reference to Embodiment 1 as appropriate.

また、一対の電極21、22を形成するエッチングによって、酸化物半導体膜18aに
酸素欠損などの欠陥が生じ、キャリア密度が増大する場合があるため、酸化物膜29を形
成する前に、当該酸化物半導体膜18aを酸素雰囲気で発生させたプラズマに曝し、当該
酸化物半導体膜18aに酸素を供給することが好ましい。このようにすることで、トラン
ジスタ70において、酸化物半導体膜18aと酸化物膜19aとの界面近傍にトラップ準
位が形成されることを抑制でき、しきい値電圧の変動量を低減することができる。または
、トランジスタ70において、多層膜20のうち、酸化物半導体膜18aの側面近傍を流
れるリーク電流を低減することができ、オフ電流の増大を抑制することができる。
In addition, since the etching for forming the pair of electrodes 21 and 22 may cause defects such as oxygen vacancies in the oxide semiconductor film 18a and increase the carrier density, the oxidation may be performed before the oxide film 29 is formed. It is preferable to expose the oxide semiconductor film 18a to plasma generated in an oxygen atmosphere and supply oxygen to the oxide semiconductor film 18a. Thus, in the transistor 70, trap levels can be prevented from being formed in the vicinity of the interface between the oxide semiconductor film 18a and the oxide film 19a, and the amount of variation in threshold voltage can be reduced. it can. Alternatively, in the transistor 70, leakage current flowing in the vicinity of the side surface of the oxide semiconductor film 18a in the multilayer film 20 can be reduced, and increase in off-state current can be suppressed.

また、一対の電極21、22を形成するエッチングによって、多層膜20はダメージを
受け、多層膜20のバックチャネル側に酸素欠損が生じるが、酸化物絶縁膜24に含まれ
る酸素の一部を酸化物半導体膜18aに移動させ、酸化物半導体膜18aに含まれる酸素
欠損量を低減することが可能である。これにより、トランジスタ70の信頼性を向上させ
ることができる。
In addition, the multilayer film 20 is damaged by etching to form the pair of electrodes 21 and 22, and oxygen vacancies are generated on the back channel side of the multilayer film 20, but a part of oxygen contained in the oxide insulating film 24 is oxidized. The amount of oxygen vacancies contained in the oxide semiconductor film 18a can be reduced by moving the oxide semiconductor film 18a. Thereby, the reliability of the transistor 70 can be improved.

<変形例1>
本実施の形態に示すトランジスタ70において、多層膜20及び一対の電極21、22
の積層構造は適宜変更することができる。例えば、変形例として図12に示すようなトラ
ンジスタとすることができる。
<Modification 1>
In the transistor 70 described in this embodiment, the multilayer film 20 and the pair of electrodes 21 and 22
The laminated structure can be changed as appropriate. For example, a transistor as shown in FIG. 12 can be used as a modification.

図12に示すトランジスタは、トランジスタ60と比較して、酸化物半導体膜18b及
び酸化物膜19bを異なる工程で形成する点が異なる。即ち、酸化物半導体膜18bの端
部は、一対の電極21、22に覆われており、酸化物膜19bと接しない点が異なる。
12 is different from the transistor 60 in that the oxide semiconductor film 18b and the oxide film 19b are formed in different steps. In other words, the end portion of the oxide semiconductor film 18b is covered with the pair of electrodes 21 and 22, and is different from the oxide semiconductor film 18b that does not contact the oxide film 19b.

図12に示すトランジスタは、トランジスタ50と比較して、一対の電極21、22及
び酸化物半導体膜18bが直接接しているため、多層膜20と一対の電極21、22との
接触抵抗が低く、トランジスタ50よりもオン電流が向上したトランジスタである。
12 has a low contact resistance between the multilayer film 20 and the pair of electrodes 21 and 22 because the pair of electrodes 21 and 22 and the oxide semiconductor film 18b are in direct contact with each other as compared with the transistor 50. This is a transistor having an on-state current higher than that of the transistor 50.

また、図12に示すトランジスタは、一対の電極21、22が酸化物半導体膜18bと
直接接していることから、多層膜20と一対の電極21、22との接触抵抗を増大させず
に、酸化物膜19bを厚くすることができる。このようにすることで、保護膜26を形成
する際のプラズマダメージまたは保護膜26の構成元素が混入するなどで生じるトラップ
準位が、酸化物半導体膜18bと酸化物膜19bとの界面近傍の形成されることを抑制で
きる。つまり、オン電流の向上としきい値電圧の変動の低減を両立することができる。
In the transistor illustrated in FIG. 12, the pair of electrodes 21 and 22 are in direct contact with the oxide semiconductor film 18 b, so that the oxidation resistance is not increased without increasing the contact resistance between the multilayer film 20 and the pair of electrodes 21 and 22. The material film 19b can be thickened. By doing so, trap levels generated due to plasma damage at the time of forming the protective film 26 or mixing of constituent elements of the protective film 26 are in the vicinity of the interface between the oxide semiconductor film 18b and the oxide film 19b. It can suppress forming. That is, both improvement in on-current and reduction in threshold voltage fluctuation can be achieved.

なお、本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態及び実施例に示す構成
及び方法などと適宜組み合わせて用いることができる。
Note that the structures, methods, and the like described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures, methods, and the like described in the other embodiments and examples.

(実施の形態4)
本実施の形態では、実施の形態1乃至実施の形態3と異なる構造のトランジスタについ
て、図13を用いて説明する。本実施の形態に示すトランジスタ80は、酸化物半導体膜
を介して対向する複数のゲート電極を有することを特徴とする。
(Embodiment 4)
In this embodiment, a transistor having a structure different from those in Embodiments 1 to 3 will be described with reference to FIGS. The transistor 80 described in this embodiment includes a plurality of gate electrodes opposed to each other with an oxide semiconductor film interposed therebetween.

図13に示すトランジスタ80は、基板11上に設けられるゲート電極15を有する。
また、基板11及びゲート電極15上に形成されるゲート絶縁膜17と、ゲート絶縁膜1
7を介して、ゲート電極15と重なる多層膜20と、多層膜20に接する一対の電極21
、22と、を有する。なお、多層膜20は、酸化物半導体膜18及び酸化物膜19を有す
る。また、ゲート絶縁膜17、多層膜20、及び一対の電極21、22上には、酸化物絶
縁膜23、酸化物絶縁膜24、及び窒化物絶縁膜25で構成される保護膜26が形成され
る。また、保護膜26を介して多層膜20と重畳するゲート電極61を有する。
A transistor 80 illustrated in FIG. 13 includes a gate electrode 15 provided over the substrate 11.
In addition, the gate insulating film 17 formed on the substrate 11 and the gate electrode 15, and the gate insulating film 1
7, the multilayer film 20 overlapping the gate electrode 15, and a pair of electrodes 21 in contact with the multilayer film 20
, 22. Note that the multilayer film 20 includes an oxide semiconductor film 18 and an oxide film 19. A protective film 26 including an oxide insulating film 23, an oxide insulating film 24, and a nitride insulating film 25 is formed on the gate insulating film 17, the multilayer film 20, and the pair of electrodes 21 and 22. The In addition, a gate electrode 61 is provided so as to overlap the multilayer film 20 with the protective film 26 interposed therebetween.

ゲート電極61は、実施の形態1に示すゲート電極15と同様に形成することができる
The gate electrode 61 can be formed in a manner similar to that of the gate electrode 15 described in Embodiment 1.

本実施の形態に示すトランジスタ70は、多層膜20を介して対向するゲート電極15
及びゲート電極61を有する。ゲート電極15とゲート電極61に異なる電位を印加する
ことで、トランジスタ70のしきい値電圧を制御することができる。
In the transistor 70 described in this embodiment, the gate electrode 15 which is opposed to the multilayer film 20 is provided.
And a gate electrode 61. By applying different potentials to the gate electrode 15 and the gate electrode 61, the threshold voltage of the transistor 70 can be controlled.

また、酸素欠損量が低減された酸化物半導体膜18を有する多層膜20を有することで
、トランジスタの電気特性を向上させることが可能である。また、しきい値電圧の変動量
が少なく、信頼性の高いトランジスタとなる。
In addition, with the multilayer film 20 including the oxide semiconductor film 18 in which the amount of oxygen vacancies is reduced, the electrical characteristics of the transistor can be improved. In addition, a transistor with less variation in threshold voltage and high reliability is obtained.

また、本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態及び実施例に示す構成
及び方法などと適宜組み合わせて用いることができる。
The structures and methods described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures and methods described in the other embodiments and examples.

(実施の形態5)
本実施の形態では、実施の形態1乃至実施の形態4と異なる構造のトランジスタについ
て、図14を用いて説明する。
(Embodiment 5)
In this embodiment, a transistor having a structure different from those in Embodiments 1 to 4 will be described with reference to FIGS.

本実施の形態では、実施の形態1乃至実施の形態4と比較して、酸化物半導体膜の欠陥
量をさらに低減することが可能なトランジスタを有する半導体装置について図面を参照し
て説明する。本実施の形態で説明するトランジスタは、実施の形態1乃至実施の形態4と
比較して、多層膜20のバックチャネル側が保護膜で覆われており、一対の電極を形成す
るためのエッチング処理で生じるプラズマに曝されていない点が異なる。
In this embodiment, as compared with Embodiments 1 to 4, a semiconductor device including a transistor that can further reduce the amount of defects in an oxide semiconductor film will be described with reference to drawings. In the transistor described in this embodiment, the back channel side of the multilayer film 20 is covered with a protective film as compared with Embodiments 1 to 4, and etching processing for forming a pair of electrodes is performed. The difference is that it is not exposed to the resulting plasma.

図14に、半導体装置が有するトランジスタ90の上面図及び断面図を示す。図14(
A)はトランジスタ90の上面図であり、図14(B)は、図14(A)の一点鎖線A−
B間の断面図であり、図14(C)は、図14(A)の一点鎖線C−D間の断面図である
。なお、図14(A)では、明瞭化のため、基板11、トランジスタ90の構成要素の一
部(例えば、ゲート絶縁膜17)、酸化物絶縁膜23、酸化物絶縁膜24、窒化物絶縁膜
25などを省略している。
14A and 14B are a top view and a cross-sectional view of a transistor 90 included in a semiconductor device. FIG.
FIG. 14A is a top view of the transistor 90, and FIG. 14B is a dashed-dotted line A− in FIG.
FIG. 14C is a cross-sectional view taken along one-dot chain line CD in FIG. 14A. Note that in FIG. 14A, for the sake of clarity, part of the components of the substrate 11, the transistor 90 (eg, the gate insulating film 17), the oxide insulating film 23, the oxide insulating film 24, and the nitride insulating film are illustrated. 25 etc. are omitted.

図14に示すトランジスタ90は、基板11上に設けられるゲート電極15を有する。
また、基板11及びゲート電極15上に形成されるゲート絶縁膜17と、ゲート絶縁膜1
7を介して、ゲート電極15と重なる多層膜20を有する。また、ゲート絶縁膜17及び
多層膜20上に、酸化物絶縁膜23、酸化物絶縁膜24、及び窒化物絶縁膜25で構成さ
れる保護膜26と、保護膜26上に形成され、保護膜26の開口において多層膜20に接
続する一対の電極21b、22bとを有する。
A transistor 90 illustrated in FIG. 14 includes a gate electrode 15 provided over the substrate 11.
In addition, the gate insulating film 17 formed on the substrate 11 and the gate electrode 15, and the gate insulating film 1
7, a multilayer film 20 overlapping the gate electrode 15 is provided. Further, a protective film 26 formed of an oxide insulating film 23, an oxide insulating film 24, and a nitride insulating film 25 is formed on the gate insulating film 17 and the multilayer film 20, and the protective film is formed on the protective film 26. A pair of electrodes 21b and 22b connected to the multilayer film 20 are provided at the 26 openings.

次に、トランジスタ90の作製方法を説明する。   Next, a method for manufacturing the transistor 90 is described.

実施の形態1と同様に、基板11上にゲート電極15を形成し、基板11及びゲート電
極15上にゲート絶縁膜17を形成する。次に、ゲート絶縁膜17上に多層膜20を形成
する。この後、第1の加熱処理を行い、酸化物半導体膜に含まれる不純物を脱離させる。
As in the first embodiment, the gate electrode 15 is formed over the substrate 11, and the gate insulating film 17 is formed over the substrate 11 and the gate electrode 15. Next, the multilayer film 20 is formed on the gate insulating film 17. After that, first heat treatment is performed to remove impurities contained in the oxide semiconductor film.

次に、実施の形態1と同様に、ゲート絶縁膜17及び多層膜20上に酸化物絶縁膜23
、酸化物絶縁膜24、及び窒化物絶縁膜25を形成する。なお、酸化物絶縁膜24を形成
した後、第2の加熱処理を行い、酸化物絶縁膜24に含まれる酸素の一部を酸化物半導体
膜18に供給する。
Next, as in Embodiment 1, the oxide insulating film 23 is formed over the gate insulating film 17 and the multilayer film 20.
Then, the oxide insulating film 24 and the nitride insulating film 25 are formed. Note that after the oxide insulating film 24 is formed, second heat treatment is performed to supply part of oxygen contained in the oxide insulating film 24 to the oxide semiconductor film 18.

次に、酸化物絶縁膜23、酸化物絶縁膜24、及び窒化物絶縁膜25のそれぞれ一部を
エッチングして、多層膜20の一部を露出する開口部を形成する。この後、多層膜20に
接する一対の電極21b、22bを、実施の形態1と同様に形成する。
Next, a part of each of the oxide insulating film 23, the oxide insulating film 24, and the nitride insulating film 25 is etched to form an opening that exposes a part of the multilayer film 20. Thereafter, a pair of electrodes 21b and 22b in contact with the multilayer film 20 is formed in the same manner as in the first embodiment.

本実施の形態においては、一対の電極21b、22bをエッチングする際、多層膜20
が保護膜26に覆われているため、一対の電極21b、22bを形成するエッチングによ
って、多層膜20、特に多層膜20のバックチャネル領域はダメージを受けない。さらに
、酸化物絶縁膜24は、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁
膜で形成される。このため、酸化物絶縁膜24に含まれる酸素の一部を酸化物半導体膜1
8に移動させ、酸化物半導体膜18に含まれる酸素欠損量を低減することができる。
In the present embodiment, when the pair of electrodes 21b and 22b is etched, the multilayer film 20
Is covered with the protective film 26, the multilayer film 20, particularly the back channel region of the multilayer film 20, is not damaged by the etching for forming the pair of electrodes 21 b and 22 b. Further, the oxide insulating film 24 is formed using an oxide insulating film containing more oxygen than that in the stoichiometric composition. Therefore, part of oxygen contained in the oxide insulating film 24 is removed from the oxide semiconductor film 1.
8, the amount of oxygen vacancies contained in the oxide semiconductor film 18 can be reduced.

以上の工程により、多層膜20に含まれる欠陥を低減することが可能であり、トランジ
スタ90の信頼性を向上させることができる。
Through the above steps, defects included in the multilayer film 20 can be reduced, and the reliability of the transistor 90 can be improved.

(実施の形態6)
本実施の形態では、実施の形態1乃至実施の形態5と異なる構造のトランジスタについ
て、図15を用いて説明する。
(Embodiment 6)
In this embodiment, a transistor having a structure different from those in Embodiments 1 to 5 will be described with reference to FIGS.

本実施の形態では、実施の形態1乃至実施の形態4と比較して、酸化物半導体膜の欠陥
量をさらに低減することが可能なトランジスタを有する半導体装置について図面を参照し
て説明する。本実施の形態で説明するトランジスタは、実施の形態5と同様に、多層膜2
0のバックチャネル側が保護膜で覆われており、一対の電極を形成するためのエッチング
処理で生じるプラズマに曝されていない点が、実施の形態1乃至実施の形態4と異なる。
In this embodiment, as compared with Embodiments 1 to 4, a semiconductor device including a transistor that can further reduce the amount of defects in an oxide semiconductor film will be described with reference to drawings. The transistor described in this embodiment includes a multilayer film 2 as in the fifth embodiment.
The difference between Embodiments 1 to 4 is that the back channel side of 0 is covered with a protective film and is not exposed to plasma generated by etching treatment for forming a pair of electrodes.

図15に、半導体装置が有するトランジスタ100の上面図及び断面図を示す。図15
に示すトランジスタ100は、チャネル保護型のトランジスタである。図15(A)はト
ランジスタ100の上面図であり、図15(B)は、図15(A)の一点鎖線A−B間の
断面図であり、図15(C)は、図15(A)の一点鎖線C−D間の断面図である。なお
、図15(A)では、明瞭化のため、基板11、トランジスタ100の構成要素の一部(
例えば、ゲート絶縁膜17など)を省略している。
15A and 15B are a top view and a cross-sectional view of the transistor 100 included in the semiconductor device. FIG.
A transistor 100 shown in FIG. 5 is a channel protection type transistor. 15A is a top view of the transistor 100, FIG. 15B is a cross-sectional view taken along the dashed-dotted line A-B in FIG. 15A, and FIG. 15C is a cross-sectional view in FIG. It is sectional drawing between the dashed-dotted lines CD. Note that in FIG. 15A, some components of the substrate 11 and the transistor 100 (for clarity,
For example, the gate insulating film 17 is omitted.

図15に示すトランジスタ100は、基板11上に設けられるゲート電極15を有する
。また、基板11及びゲート電極15上に形成されるゲート絶縁膜17と、ゲート絶縁膜
17を介して、ゲート電極15と重なる多層膜20とを有する。また、ゲート絶縁膜17
及び多層膜20上に、酸化物絶縁膜23a、酸化物絶縁膜24a、及び窒化物絶縁膜25
aで構成される保護膜26aと、ゲート絶縁膜17、多層膜20、及び保護膜26a上に
形成される一対の電極21c、22bcとを有する。
A transistor 100 illustrated in FIG. 15 includes a gate electrode 15 provided over a substrate 11. In addition, a gate insulating film 17 formed over the substrate 11 and the gate electrode 15 and a multilayer film 20 overlapping the gate electrode 15 with the gate insulating film 17 interposed therebetween. Further, the gate insulating film 17
On the multilayer film 20, the oxide insulating film 23a, the oxide insulating film 24a, and the nitride insulating film 25 are provided.
a protective film 26a composed of a, a gate insulating film 17, a multilayer film 20, and a pair of electrodes 21c and 22bc formed on the protective film 26a.

次に、トランジスタ100の作製方法を説明する。   Next, a method for manufacturing the transistor 100 is described.

実施の形態1と同様に、基板11上にゲート電極15を形成し、基板11及びゲート電
極15上にゲート絶縁膜17を形成する。次に、ゲート絶縁膜17上に多層膜20を形成
する。この後、第1の加熱処理を行い、酸化物半導体膜に含まれる不純物を脱離させる。
As in the first embodiment, the gate electrode 15 is formed over the substrate 11, and the gate insulating film 17 is formed over the substrate 11 and the gate electrode 15. Next, the multilayer film 20 is formed on the gate insulating film 17. After that, first heat treatment is performed to remove impurities contained in the oxide semiconductor film.

次に、実施の形態1と同様に、ゲート絶縁膜17及び多層膜20上に、酸化物絶縁膜2
3、酸化物絶縁膜24、及び窒化物絶縁膜25を形成する。なお、酸化物絶縁膜24を形
成した後、第2の加熱処理を行い、酸化物絶縁膜24に含まれる酸素の一部を酸化物半導
体膜18に供給する。
Next, as in Embodiment 1, the oxide insulating film 2 is formed on the gate insulating film 17 and the multilayer film 20.
3. An oxide insulating film 24 and a nitride insulating film 25 are formed. Note that after the oxide insulating film 24 is formed, second heat treatment is performed to supply part of oxygen contained in the oxide insulating film 24 to the oxide semiconductor film 18.

次に、酸化物絶縁膜23、酸化物絶縁膜24、及び窒化物絶縁膜25のそれぞれ一部を
エッチングして、酸化物絶縁膜23a、酸化物絶縁膜24a、及び窒化物絶縁膜25aで
形成される保護膜26aを形成する。
Next, the oxide insulating film 23, the oxide insulating film 24, and the nitride insulating film 25 are partially etched to form the oxide insulating film 23a, the oxide insulating film 24a, and the nitride insulating film 25a. A protective film 26a to be formed is formed.

次に、多層膜20に接する一対の電極21c、22cを、実施の形態1と同様に形成す
る。
Next, a pair of electrodes 21c and 22c in contact with the multilayer film 20 is formed in the same manner as in the first embodiment.

本実施の形態においては、一対の電極21c、22cをエッチングする際、多層膜20
が保護膜26aに覆われているため、一対の電極21c、22cを形成するエッチングに
よって、多層膜20はダメージを受けない。さらに、酸化物絶縁膜24aは、化学量論的
組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜で形成される。このため、酸化物
絶縁膜24aに含まれる酸素の一部を酸化物半導体膜18に移動させ、酸化物半導体膜1
8に含まれる酸素欠損量を低減することができる。
In the present embodiment, when the pair of electrodes 21c and 22c is etched, the multilayer film 20
Is covered with the protective film 26a, the multilayer film 20 is not damaged by the etching for forming the pair of electrodes 21c and 22c. Further, the oxide insulating film 24a is formed using an oxide insulating film containing more oxygen than oxygen that satisfies the stoichiometric composition. For this reason, part of oxygen contained in the oxide insulating film 24a is moved to the oxide semiconductor film 18 so that the oxide semiconductor film 1
8 can reduce the amount of oxygen deficiency included.

なお、図15においては、保護膜26cとして、窒化物絶縁膜25aが形成されるが、
酸化物絶縁膜23a及び酸化物絶縁膜24aの積層構造であってもよい。この場合、一対
の電極21c、22cを形成した後、窒化物絶縁膜25aを形成することが好ましい。こ
の結果、外部から多層膜20への水素、水等の侵入を防ぐことができる。
In FIG. 15, the nitride insulating film 25a is formed as the protective film 26c.
A stacked structure of the oxide insulating film 23a and the oxide insulating film 24a may be employed. In this case, it is preferable to form the nitride insulating film 25a after forming the pair of electrodes 21c and 22c. As a result, entry of hydrogen, water, etc. into the multilayer film 20 from the outside can be prevented.

以上の工程により、多層膜20に含まれる欠陥を低減することが可能であり、トランジ
スタ100の信頼性を向上させることができる。
Through the above steps, defects included in the multilayer film 20 can be reduced, and the reliability of the transistor 100 can be improved.

(実施の形態7)
上記実施の形態で開示された金属膜、酸化物半導体膜、無機絶縁膜など様々な膜はスパ
ッタ法やプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法に
より形成することができるが、他の方法、例えば、熱CVD法により形成してもよい。熱
CVD法の例としてMOCVD(Metal Organic Chemical Va
por Deposition)法やALD(Atomic Layer Deposi
tion)法を使っても良い。
(Embodiment 7)
Various films such as a metal film, an oxide semiconductor film, and an inorganic insulating film disclosed in the above embodiments can be formed by a sputtering method or a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method. You may form by CVD method. As an example of the thermal CVD method, MOCVD (Metal Organic Chemical Va)
por deposition) and ALD (Atomic Layer Deposi)
(ionion) method may be used.

熱CVD法は、プラズマを使わない成膜方法のため、プラズマダメージにより欠陥が生
成されることが無いという利点を有する。
The thermal CVD method has an advantage that no defect is generated due to plasma damage because it is a film forming method that does not use plasma.

熱CVD法は、原料ガスと酸化剤を同時にチャンバー内に送り、チャンバー内を大気圧
または減圧下とし、基板近傍または基板上で反応させて基板上に堆積させることで成膜を
行ってもよい。
In the thermal CVD method, film formation may be performed by sending a source gas and an oxidant into the chamber at the same time, making the inside of the chamber under atmospheric pressure or reduced pressure, reacting in the vicinity of the substrate or on the substrate and depositing on the substrate. .

また、ALD法は、チャンバー内を大気圧または減圧下とし、反応のための原料ガスが
順次にチャンバーに導入され、そのガス導入の順序を繰り返すことで成膜を行ってもよい
。例えば、それぞれのスイッチングバルブ(高速バルブとも呼ぶ)を切り替えて2種類以
上の原料ガスを順番にチャンバーに供給し、複数種の原料ガスが混ざらないように第1の
原料ガスと同時またはその後に不活性ガス(アルゴン、或いは窒素など)などを導入し、
第2の原料ガスを導入する。なお、同時に不活性ガスを導入する場合には、不活性ガスは
キャリアガスとなり、また、第2の原料ガスの導入時にも同時に不活性ガスを導入しても
よい。また、不活性ガスを導入する代わりに真空排気によって第1の原料ガスを排出した
後、第2の原料ガスを導入してもよい。第1の原料ガスが基板の表面に吸着して第1の層
を成膜し、後から導入される第2の原料ガスと反応して、第2の層が第1の層上に積層さ
れて薄膜が形成される。このガス導入順序を制御しつつ所望の厚さになるまで複数回繰り
返すことで、段差被覆性に優れた薄膜を形成することができる。薄膜の厚さは、ガス導入
順序を繰り返す回数によって調節することができるため、精密な膜厚調節が可能であり、
微細なFETを作製する場合に適している。
Further, in the ALD method, film formation may be performed by setting the inside of the chamber to atmospheric pressure or reduced pressure, sequentially introducing source gases for reaction into the chamber, and repeating the order of introducing the gases. For example, each switching valve (also referred to as a high-speed valve) is switched to supply two or more types of source gases to the chamber in order, so that a plurality of types of source gases are not mixed with the first source gas at the same time or thereafter. Introduce an active gas (such as argon or nitrogen)
A second source gas is introduced. When the inert gas is introduced at the same time, the inert gas becomes a carrier gas, and the inert gas may be introduced at the same time when the second raw material gas is introduced. Further, instead of introducing the inert gas, the second raw material gas may be introduced after the first raw material gas is exhausted by evacuation. The first source gas is adsorbed on the surface of the substrate to form a first layer, reacts with a second source gas introduced later, and the second layer is stacked on the first layer. As a result, a thin film is formed. By repeating this gas introduction sequence a plurality of times until the desired thickness is achieved, a thin film having excellent step coverage can be formed. Since the thickness of the thin film can be adjusted by the number of times the gas introduction sequence is repeated, precise film thickness adjustment is possible.
This is suitable for manufacturing a fine FET.

MOCVD法やALD法などの熱CVD法は、これまでに記載した実施形態に開示され
た金属膜、酸化物半導体膜、無機絶縁膜など様々な膜を形成することができ、例えば、I
nGaZnO膜を成膜する場合には、トリメチルインジウム、トリメチルガリウム、及び
ジメチル亜鉛を用いる。なお、トリメチルインジウムの化学式は、In(CHであ
る。また、トリメチルガリウムの化学式は、Ga(CHである。また、ジメチル亜
鉛の化学式は、Zn(CHである。また、これらの組み合わせに限定されず、トリ
メチルガリウムに代えてトリエチルガリウム(化学式Ga(C)を用いること
もでき、ジメチル亜鉛に代えてジエチル亜鉛(化学式Zn(C)を用いること
もできる。
Thermal CVD methods such as MOCVD and ALD methods can form various films such as metal films, oxide semiconductor films, and inorganic insulating films disclosed in the embodiments described so far.
When an nGaZnO film is formed, trimethylindium, trimethylgallium, and dimethylzinc are used. Note that the chemical formula of trimethylindium is In (CH 3 ) 3 . The chemical formula of trimethylgallium is Ga (CH 3 ) 3 . The chemical formula of dimethylzinc is Zn (CH 3 ) 2 . Moreover, it is not limited to these combinations, Triethylgallium (chemical formula Ga (C 2 H 5 ) 3 ) can be used instead of trimethylgallium, and diethylzinc (chemical formula Zn (C 2 H 5 ) is used instead of dimethylzinc. 2 ) can also be used.

例えば、ALDを利用する成膜装置により酸化ハフニウム膜を形成する場合には、溶媒
とハフニウム前駆体化合物を含む液体(ハフニウムアルコキシド溶液、代表的にはテトラ
キスジメチルアミドハフニウム(TDMAH))を気化させた原料ガスと、酸化剤として
オゾン(O3)の2種類のガスを用いる。なお、テトラキスジメチルアミドハフニウムの
化学式はHf[N(CHである。また、他の材料液としては、テトラキス(エ
チルメチルアミド)ハフニウムなどがある。
For example, when a hafnium oxide film is formed by a film forming apparatus using ALD, a liquid containing a solvent and a hafnium precursor compound (hafnium alkoxide solution, typically tetrakisdimethylamide hafnium (TDMAH)) is vaporized. Two kinds of gases, that is, a source gas and ozone (O3) as an oxidizing agent are used. Note that the chemical formula of tetrakisdimethylamide hafnium is Hf [N (CH 3 ) 2 ] 4 . Other material liquids include tetrakis (ethylmethylamide) hafnium.

例えば、ALDを利用する成膜装置により酸化アルミニウム膜を形成する場合には、溶
媒とアルミニウム前駆体化合物を含む液体(トリメチルアルミニウム(TMA)など)を
気化させた原料ガスと、酸化剤としてHOの2種類のガスを用いる。なお、トリメチル
アルミニウムの化学式はAl(CHである。また、他の材料液としては、トリス(
ジメチルアミド)アルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、アルミニウムトリス(2
,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオナート)などがある。
For example, in the case where an aluminum oxide film is formed by a film forming apparatus using ALD, a source gas obtained by vaporizing a liquid (such as trimethylaluminum (TMA)) containing a solvent and an aluminum precursor compound, and H 2 as an oxidizing agent. Two kinds of gases of O are used. Note that the chemical formula of trimethylaluminum is Al (CH 3 ) 3 . Other material liquids include Tris (
Dimethylamido) aluminum, triisobutylaluminum, aluminum tris (2
2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate) and the like.

例えば、ALDを利用する成膜装置により酸化シリコン膜を形成する場合には、ヘキサ
クロロジシランを被形成面に吸着させ、吸着物に含まれる塩素を除去し、酸化性ガス(O
、一酸化二窒素)のラジカルを供給して吸着物と反応させる。
For example, in the case where a silicon oxide film is formed by a film forming apparatus using ALD, hexachlorodisilane is adsorbed on the surface to be formed, chlorine contained in the adsorbate is removed, and an oxidizing gas (O
2 , radicals of dinitrogen monoxide) are supplied to react with the adsorbate.

例えば、ALDを利用する成膜装置によりタングステン膜を成膜する場合には、WF
ガスとBガスを順次繰り返し導入して初期タングステン膜を形成し、その後、WF
ガスとHガスを同時に導入してタングステン膜を形成する。なお、Bガスに代
えてSiHガスを用いてもよい。
For example, when a tungsten film is formed by a film forming apparatus using ALD, WF 6
Gas and B 2 H 6 gas are sequentially introduced repeatedly to form an initial tungsten film, and then WF
A tungsten film is formed by introducing 6 gases and H 2 gas simultaneously. Note that SiH 4 gas may be used instead of B 2 H 6 gas.

例えば、ALDを利用する成膜装置により酸化物半導体膜、例えばIn−Ga−Zn−
O膜を成膜する場合には、In(CHガスとOガスを順次繰り返し導入してIn
−O層を形成し、その後、Ga(CHガスとOガスを同時に導入してGaO層を
形成し、更にその後Zn(CHとOガスを同時に導入してZnO層を形成する。
なお、これらの層の順番はこの例に限らない。また、これらのガスを混ぜてIn−Ga−
O層やIn−Zn−O層、Ga−Zn−O層などの混合化合物層を形成しても良い。なお
、Oガスに変えてAr等の不活性ガスでバブリングして得られたHOガスを用いても
良いが、Hを含まないOガスを用いる方が好ましい。また、In(CHガスにか
えて、In(Cガスを用いても良い。また、Ga(CHガスにかえて、
Ga(Cガスを用いても良い。また、In(CHガスにかえて、In(
ガスを用いても良い。また、Zn(CHガスを用いても良い。
For example, an oxide semiconductor film such as In—Ga—Zn— is formed by a film formation apparatus using ALD.
In the case of forming an O film, In (CH 3 ) 3 gas and O 3 gas are repeatedly introduced in succession.
-O layer is formed, and then Ga (CH 3 ) 3 gas and O 3 gas are simultaneously introduced to form a GaO layer, and then Zn (CH 3 ) 2 and O 3 gas are simultaneously introduced to form a ZnO layer. Form.
Note that the order of these layers is not limited to this example. In addition, these gases are mixed to produce In—Ga—
A mixed compound layer such as an O layer, an In—Zn—O layer, or a Ga—Zn—O layer may be formed. Incidentally, O 3 may be used of H 2 O gas obtained by bubbling with an inert gas such as Ar in place of the gas, but better to use an O 3 gas containing no H are preferred. Further, In (C 2 H 5 ) 3 gas may be used instead of In (CH 3 ) 3 gas. Instead of Ga (CH 3 ) 3 gas,
Ga (C 2 H 5 ) 3 gas may be used. Also, instead of In (CH 3 ) 3 gas, In (
C 2 H 5 ) 3 gas may be used. Alternatively, Zn (CH 3 ) 2 gas may be used.

(実施の形態8)
本実施の形態では、本発明の一態様である半導体装置について、図面を用いて説明する
。なお、本実施の形態では、表示装置を例にして本発明の一態様である半導体装置を説明
する。
(Embodiment 8)
In this embodiment, a semiconductor device which is one embodiment of the present invention will be described with reference to drawings. Note that in this embodiment, a semiconductor device which is one embodiment of the present invention is described using a display device as an example.

図16(A)に、半導体装置の一例を示す。図16(A)に示す半導体装置は、画素部
101と、走査線駆動回路104と、信号線駆動回路106と、各々が平行または略平行
に配設され、且つ走査線駆動回路104によって電位が制御されるm本の走査線107と
、各々が平行または略平行に配設され、且つ信号線駆動回路106によって電位が制御さ
れるn本の信号線109と、を有する。さらに、画素部101はマトリクス状に配設され
た複数の画素301を有する。また、走査線107に沿って、各々が平行または略平行に
配設された容量線115を有する。なお、容量線115は、信号線109に沿って、各々
が平行または略平行に配設されていてもよい。また、走査線駆動回路104及び信号線駆
動回路106をまとめて駆動回路部という場合がある。
FIG. 16A illustrates an example of a semiconductor device. In the semiconductor device illustrated in FIG. 16A, the pixel portion 101, the scan line driver circuit 104, and the signal line driver circuit 106 are provided in parallel or substantially in parallel, and the potential is supplied by the scan line driver circuit 104. There are m scanning lines 107 to be controlled, and n signal lines 109, each of which is arranged in parallel or substantially in parallel and whose potential is controlled by the signal line driver circuit 106. Further, the pixel portion 101 includes a plurality of pixels 301 arranged in a matrix. In addition, along the scanning line 107, each has a capacitive line 115 arranged in parallel or substantially in parallel. Note that the capacitor lines 115 may be arranged in parallel or substantially in parallel along the signal lines 109. In some cases, the scanning line driver circuit 104 and the signal line driver circuit 106 are collectively referred to as a driver circuit portion.

各走査線107は、画素部101においてm行n列に配設された画素301のうち、い
ずれかの行に配設されたn個の画素301と電気的に接続される。また、各信号線109
は、m行n列に配設された画素301のうち、いずれかの列に配設されたm個の画素30
1に電気的と接続される。m、nは、ともに1以上の整数である。また、各容量線115
は、m行n列に配設された画素301のうち、いずれかの行に配設されたn個の画素30
1と電気的に接続される。なお、容量線115が、信号線109に沿って、各々が平行ま
たは略平行に配設されている場合は、m行n列に配設された画素301のうち、いずれか
の列に配設されたm個の画素301に電気的と接続される。
Each scanning line 107 is electrically connected to n pixels 301 arranged in one of the pixels 301 arranged in m rows and n columns in the pixel portion 101. In addition, each signal line 109
Are m pixels 30 arranged in any column among the pixels 301 arranged in m rows and n columns.
1 is electrically connected. m and n are both integers of 1 or more. In addition, each capacitance line 115
Are the n pixels 30 arranged in any row among the pixels 301 arranged in m rows and n columns.
1 is electrically connected. When the capacitor lines 115 are arranged in parallel or substantially in parallel along the signal line 109, the capacitor lines 115 are arranged in any column among the pixels 301 arranged in m rows and n columns. The m pixels 301 are electrically connected.

図16(B)及び図16(C)は、図16(A)に示す表示装置の画素301に用いる
ことができる回路構成を示している。
FIGS. 16B and 16C illustrate circuit structures that can be used for the pixel 301 of the display device illustrated in FIG.

図16(B)に示す画素301は、液晶素子132と、トランジスタ131_1と、容
量素子133_1と、を有する。
A pixel 301 illustrated in FIG. 16B includes a liquid crystal element 132, a transistor 131_1, and a capacitor 133_1.

液晶素子132の一対の電極の一方の電位は、画素301の仕様に応じて適宜設定され
る。液晶素子132は、書き込まれるデータにより配向状態が設定される。なお、複数の
画素301のそれぞれが有する液晶素子132の一対の電極の一方に共通の電位(コモン
電位)を与えてもよい。また、各行の画素301毎の液晶素子132の一対の電極の一方
に異なる電位を与えてもよい。
One potential of the pair of electrodes of the liquid crystal element 132 is appropriately set according to the specification of the pixel 301. The alignment state of the liquid crystal element 132 is set according to written data. Note that a common potential may be applied to one of the pair of electrodes of the liquid crystal element 132 included in each of the plurality of pixels 301. Further, a different potential may be applied to one of the pair of electrodes of the liquid crystal element 132 for each pixel 301 in each row.

例えば、液晶素子132を備える表示装置の駆動方法としては、TNモード、STNモ
ード、VAモード、ASM(Axially Symmetric Aligned M
icro−cell)モード、OCB(Optically Compensated
Birefringence)モード、FLC(Ferroelectric Liqu
id Crystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric Li
quid Crystal)モード、MVAモード、PVA(Patterned Ve
rtical Alignment)モード、IPSモード、FFSモード、またはTB
A(Transverse Bend Alignment)モードなどを用いてもよい
。また、表示装置の駆動方法としては、上述した駆動方法の他、ECB(Electri
cally Controlled Birefringence)モード、PDLC(
Polymer Dispersed Liquid Crystal)モード、PNL
C(Polymer Network Liquid Crystal)モード、ゲスト
ホストモードなどがある。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。
For example, as a method for driving a display device including the liquid crystal element 132, TN mode, STN mode, VA mode, ASM (Axial Symmetric Aligned M)
micro-cell) mode, OCB (Optically Compensated)
Birefringence mode, FLC (Ferroelectric Liquid)
id Crystal) mode, AFLC (Antiferroelectric Li)
(quid Crystal) mode, MVA mode, PVA (Patterned Ve)
ritual alignment) mode, IPS mode, FFS mode, or TB
An A (Transverse Bend Alignment) mode or the like may be used. Further, as a driving method of the display device, in addition to the driving method described above, ECB (Electri)
cally controlled birefringence) mode, PDLC (
(Polymer Dispersed Liquid Crystal) mode, PNL
C (Polymer Network Liquid Crystal) mode, guest host mode, and the like. However, the present invention is not limited to this, and various liquid crystal elements and driving methods thereof can be used.

また、ブルー相(Blue Phase)を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物
により液晶素子を構成してもよい。ブルー相を示す液晶は、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。
In addition, a liquid crystal element may be formed using a liquid crystal composition including a liquid crystal exhibiting a blue phase and a chiral agent. A liquid crystal exhibiting a blue phase has a response speed as short as 1 msec or less and is optically isotropic. Therefore, alignment treatment is unnecessary and viewing angle dependency is small.

m行n列目の画素301において、トランジスタ131_1のソース電極及びドレイン
電極の一方は、信号線DL_nに電気的に接続され、他方は液晶素子132の一対の電極
の他方に電気的に接続される。また、トランジスタ131_1のゲート電極は、走査線G
L_mに電気的に接続される。トランジスタ131_1は、オン状態またはオフ状態にな
ることにより、データ信号のデータの書き込みを制御する機能を有する。
In the pixel 301 in the m-th row and the n-th column, one of a source electrode and a drain electrode of the transistor 131_1 is electrically connected to the signal line DL_n, and the other is electrically connected to the other of the pair of electrodes of the liquid crystal element 132. . The gate electrode of the transistor 131_1 is connected to the scan line G.
It is electrically connected to L_m. The transistor 131_1 has a function of controlling data writing of the data signal by being turned on or off.

容量素子133_1の一対の電極の一方は、電位が供給される配線(以下、容量線CL
)に電気的に接続され、他方は、液晶素子132の一対の電極の他方に電気的に接続され
る。なお、容量線CLの電位の値は、画素301の仕様に応じて適宜設定される。容量素
子133_1は、書き込まれたデータを保持する保持容量としての機能を有する。
One of the pair of electrodes of the capacitor 133_1 is a wiring to which a potential is supplied (hereinafter referred to as a capacitor line CL).
And the other is electrically connected to the other of the pair of electrodes of the liquid crystal element 132. Note that the value of the potential of the capacitor line CL is set as appropriate in accordance with the specifications of the pixel 301. The capacitor 133_1 functions as a storage capacitor for storing written data.

例えば、図16(B)の画素301を有する表示装置では、走査線駆動回路104によ
り各行の画素301を順次選択し、トランジスタ131_1をオン状態にしてデータ信号
のデータを書き込む。
For example, in the display device including the pixel 301 in FIG. 16B, the pixel 301 in each row is sequentially selected by the scan line driver circuit 104, the transistor 131_1 is turned on, and data signal data is written.

データが書き込まれた画素301は、トランジスタ131_1がオフ状態になることで
保持状態になる。これを行毎に順次行うことにより、画像を表示できる。
The pixel 301 into which data is written is in a holding state when the transistor 131_1 is turned off. By sequentially performing this for each row, an image can be displayed.

また、図16(C)に示す画素301は、トランジスタ131_2と、容量素子133
_2と、トランジスタ134と、発光素子135と、を有する。
In addition, the pixel 301 illustrated in FIG. 16C includes a transistor 131_2 and a capacitor 133.
_2, a transistor 134, and a light-emitting element 135.

トランジスタ131_2のソース電極及びドレイン電極の一方は、データ信号が与えら
れる配線(以下、信号線DL_nという)に電気的に接続される。さらに、トランジスタ
131_2のゲート電極は、ゲート信号が与えられる配線(以下、走査線GL_mという
)に電気的に接続される。
One of a source electrode and a drain electrode of the transistor 131_2 is electrically connected to a wiring to which a data signal is supplied (hereinafter referred to as a signal line DL_n). Further, the gate electrode of the transistor 131_2 is electrically connected to a wiring to which a gate signal is supplied (hereinafter referred to as a scanning line GL_m).

トランジスタ131_2は、オン状態またはオフ状態になることにより、データ信号の
データの書き込みを制御する機能を有する。
The transistor 131_2 has a function of controlling data writing of the data signal by being turned on or off.

容量素子133_2の一対の電極の一方は、電位が与えられる配線(以下、電位供給線
VL_aという)に電気的に接続され、他方は、トランジスタ131_2のソース電極及
びドレイン電極の他方に電気的に接続される。
One of the pair of electrodes of the capacitor 133_2 is electrically connected to a wiring to which a potential is applied (hereinafter referred to as a potential supply line VL_a), and the other is electrically connected to the other of the source electrode and the drain electrode of the transistor 131_2. Is done.

容量素子133_2は、書き込まれたデータを保持する保持容量としての機能を有する
The capacitor 133_2 functions as a storage capacitor for storing written data.

トランジスタ134のソース電極及びドレイン電極の一方は、電位供給線VL_aに電
気的に接続される。さらに、トランジスタ134のゲート電極は、トランジスタ131_
2のソース電極及びドレイン電極の他方に電気的に接続される。
One of a source electrode and a drain electrode of the transistor 134 is electrically connected to the potential supply line VL_a. Further, the gate electrode of the transistor 134 is connected to the transistor 131_
It is electrically connected to the other of the two source and drain electrodes.

発光素子135のアノード及びカソードの一方は、電位供給線VL_bに電気的に接続
され、他方は、トランジスタ134のソース電極及びドレイン電極の他方に電気的に接続
される。
One of an anode and a cathode of the light-emitting element 135 is electrically connected to the potential supply line VL_b, and the other is electrically connected to the other of the source electrode and the drain electrode of the transistor 134.

発光素子135としては、例えば有機エレクトロルミネセンス素子(有機EL素子とも
いう)などを用いることができる。ただし、発光素子135としては、これに限定されず
、無機材料からなる無機EL素子を用いても良い。
As the light-emitting element 135, for example, an organic electroluminescence element (also referred to as an organic EL element) or the like can be used. However, the light-emitting element 135 is not limited to this, and an inorganic EL element made of an inorganic material may be used.

なお、電位供給線VL_a及び電位供給線VL_bの一方には、高電源電位VDDが与
えられ、他方には、低電源電位VSSが与えられる。
Note that one of the potential supply line VL_a and the potential supply line VL_b is supplied with the high power supply potential VDD, and the other is supplied with the low power supply potential VSS.

図16(C)の画素301を有する表示装置では、走査線駆動回路104により各行の
画素301を順次選択し、トランジスタ131_2をオン状態にしてデータ信号のデータ
を書き込む。
In the display device including the pixel 301 in FIG. 16C, the pixel 301 in each row is sequentially selected by the scan line driver circuit 104, the transistor 131_2 is turned on, and data signal data is written.

データが書き込まれた画素301は、トランジスタ131_2がオフ状態になることで
保持状態になる。さらに、書き込まれたデータ信号の電位に応じてトランジスタ134の
ソース電極とドレイン電極の間に流れる電流量が制御され、発光素子135は、流れる電
流量に応じた輝度で発光する。これを行毎に順次行うことにより、画像を表示できる。
The pixel 301 into which data is written is in a holding state when the transistor 131_2 is turned off. Further, the amount of current flowing between the source electrode and the drain electrode of the transistor 134 is controlled in accordance with the potential of the written data signal, and the light emitting element 135 emits light with luminance corresponding to the amount of flowing current. By sequentially performing this for each row, an image can be displayed.

なお、本明細書等において、表示素子、表示素子を有する装置である表示装置、発光素
子、及び発光素子を有する装置である発光装置は、様々な形態を用いること、または様々
な素子を有することが出来る。表示素子、表示装置、発光素子または発光装置の一例とし
ては、EL(エレクトロルミネッセンス)素子(有機物及び無機物を含むEL素子、有機
EL素子、無機EL素子)、LED(白色LED、赤色LED、緑色LED、青色LED
など)、トランジスタ(電流に応じて発光するトランジスタ)、電子放出素子、液晶素子
、電子インク、電気泳動素子、グレーティングライトバルブ(GLV)、プラズマディス
プレイ(PDP)、MEMS(マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム)、デジタ
ルマイクロミラーデバイス(DMD)、DMS(デジタル・マイクロ・シャッター)、M
IRASOL(商標登録)、IMOD(インターフェアレンス・モジュレーション)素子
、圧電セラミックディスプレイ、カーボンナノチューブ、など、電気磁気的作用により、
コントラスト、輝度、反射率、透過率などが変化する表示媒体を有するものがある。EL
素子を用いた表示装置の一例としては、ELディスプレイなどがある。電子放出素子を用
いた表示装置の一例としては、フィールドエミッションディスプレイ(FED)またはS
ED方式平面型ディスプレイ(SED:Surface−conduction Ele
ctron−emitter Display)などがある。液晶素子を用いた表示装置
の一例としては、液晶ディスプレイ(透過型液晶ディスプレイ、半透過型液晶ディスプレ
イ、反射型液晶ディスプレイ、直視型液晶ディスプレイ、投射型液晶ディスプレイ)など
がある。電子インクまたは電気泳動素子を用いた表示装置の一例としては、電子ペーパー
などがある。
Note that in this specification and the like, a display element, a display device that includes a display element, a light-emitting element, and a light-emitting device that includes a light-emitting element have various modes or have various elements. I can do it. As an example of a display element, a display device, a light emitting element, or a light emitting device, an EL (electroluminescence) element (an EL element including an organic substance and an inorganic substance, an organic EL element, an inorganic EL element), an LED (white LED, red LED, green LED) , Blue LED
Etc.), transistor (transistor that emits light in response to current), electron-emitting device, liquid crystal device, electronic ink, electrophoretic device, grating light valve (GLV), plasma display (PDP), MEMS (micro electro mechanical system) ), Digital micromirror device (DMD), DMS (digital micro shutter), M
IRASOL (registered trademark), IMOD (interference modulation) element, piezoelectric ceramic display, carbon nanotube, etc.
Some have a display medium in which contrast, luminance, reflectance, transmittance, and the like change. EL
An example of a display device using an element is an EL display. As an example of a display device using an electron-emitting device, a field emission display (FED) or S
ED type flat display (SED: Surface-conduction Ele
ctron-emitter display). As an example of a display device using a liquid crystal element, there is a liquid crystal display (a transmissive liquid crystal display, a transflective liquid crystal display, a reflective liquid crystal display, a direct view liquid crystal display, a projection liquid crystal display) and the like. An example of a display device using electronic ink or an electrophoretic element is electronic paper.

EL素子の一例としては、陽極と、陰極と、陽極と陰極との間に挟まれたEL層と、を
有する素子などがある。EL層の一例としては、1重項励起子からの発光(蛍光)を利用
するもの、3重項励起子からの発光(燐光)を利用するもの、1重項励起子からの発光(
蛍光)を利用するものと3重項励起子からの発光(燐光)を利用するものとを含むもの、
有機物によって形成されたもの、無機物によって形成されたもの、有機物によって形成さ
れたものと無機物によって形成されたものとを含むもの、高分子の材料の材料を含むもの
、低分子の材料の材料を含むもの、または高分子の材料と低分子の材料とを含むもの、な
どがある。ただし、これに限定されず、EL素子として様々なものを用いることができる
As an example of an EL element, there is an element having an anode, a cathode, and an EL layer sandwiched between the anode and the cathode. As an example of the EL layer, one using light emission (fluorescence) from a singlet exciton, one using light emission from a triplet exciton (phosphorescence), light emission from a singlet exciton (
Including those using fluorescence) and those using triplet excitons (phosphorescence),
Includes organic materials, inorganic materials, organic and inorganic materials, high molecular materials, low molecular materials Or a material including a high-molecular material and a low-molecular material. However, the present invention is not limited to this, and various EL elements can be used.

液晶素子の一例としては、液晶の光学的変調作用によって光の透過または非透過を制御
する素子がある。その素子は一対の電極と液晶層により構造されることが可能である。な
お、液晶の光学的変調作用は、液晶にかかる電界(横方向の電界、縦方向の電界または斜
め方向の電界を含む)によって制御される。なお、具体的には、液晶素子の一例としては
、ネマチック液晶、コレステリック液晶、スメクチック液晶、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、バナナ型液晶
などを挙げることができる。
As an example of a liquid crystal element, there is an element that controls transmission or non-transmission of light by an optical modulation action of liquid crystal. The element can be structured by a pair of electrodes and a liquid crystal layer. Note that the optical modulation action of the liquid crystal is controlled by an electric field applied to the liquid crystal (including a horizontal electric field, a vertical electric field, or an oblique electric field). Specifically, examples of liquid crystal elements include nematic liquid crystal, cholesteric liquid crystal, smectic liquid crystal, discotic liquid crystal, thermotropic liquid crystal, lyotropic liquid crystal, low molecular liquid crystal, polymer liquid crystal, and polymer dispersed liquid crystal (
PDLC), ferroelectric liquid crystal, antiferroelectric liquid crystal, main chain type liquid crystal, side chain type polymer liquid crystal, banana type liquid crystal and the like.

次いで、画素301に液晶素子を用いた液晶表示装置の具体的な例について説明する。
ここでは、図16(B)に示す画素301の上面図を図17に示す。なお、図17におい
ては、対向電極及び液晶素子を省略する。
Next, a specific example of a liquid crystal display device using a liquid crystal element for the pixel 301 will be described.
Here, a top view of the pixel 301 illustrated in FIG. 16B is illustrated in FIG. In FIG. 17, the counter electrode and the liquid crystal element are omitted.

図17において、走査線として機能する導電膜304cは、信号線に略直交する方向(
図中左右方向)に延伸して設けられている。信号線として機能する導電膜310dは、走
査線に略直交する方向(図中上下方向)に延伸して設けられている。容量線として機能す
る導電膜310fは、信号線と平行方向に延伸して設けられている。なお、走査線として
機能する導電膜304cは、走査線駆動回路104(図16(A)を参照。)と電気的に
接続されており、信号線として機能する導電膜310d及び容量線として機能する導電膜
310fは、信号線駆動回路106(図16(A)を参照。)に電気的に接続されている
In FIG. 17, a conductive film 304c functioning as a scanning line is in a direction substantially orthogonal to the signal line (
It is extended and provided in the left-right direction in the figure. The conductive film 310d functioning as a signal line is provided to extend in a direction substantially perpendicular to the scanning line (vertical direction in the figure). The conductive film 310f functioning as a capacitor line is provided so as to extend in a direction parallel to the signal line. Note that the conductive film 304c functioning as a scan line is electrically connected to the scan line driver circuit 104 (see FIG. 16A) and functions as a conductive film 310d functioning as a signal line and a capacitor line. The conductive film 310f is electrically connected to the signal line driver circuit 106 (see FIG. 16A).

トランジスタ103は、走査線及び信号線が交差する領域に設けられている。トランジ
スタ103は、ゲート電極として機能する導電膜304c、ゲート絶縁膜(図17に図示
せず。)、ゲート絶縁膜上に形成されたチャネル領域が形成される多層膜308b、ソー
ス電極及びドレイン電極として機能する導電膜310d、310eにより構成される。な
お、導電膜304cは、走査線としても機能し、多層膜308bと重畳する領域がトラン
ジスタ103のゲート電極として機能する。また、導電膜310dは、信号線としても機
能し、多層膜308bと重畳する領域がトランジスタ103のソース電極またはドレイン
電極として機能する。また、図17において、走査線は、上面形状において端部が多層膜
308bの端部より外側に位置する。このため、走査線はバックライトなどの光源からの
光を遮る遮光膜として機能する。この結果、トランジスタに含まれる多層膜308bに光
が照射されず、トランジスタの電気特性の変動を抑制することができる。
The transistor 103 is provided in a region where the scan line and the signal line intersect. The transistor 103 includes a conductive film 304c functioning as a gate electrode, a gate insulating film (not shown in FIG. 17), a multilayer film 308b in which a channel region formed over the gate insulating film is formed, and a source electrode and a drain electrode The conductive films 310d and 310e function. Note that the conductive film 304 c also functions as a scan line, and a region overlapping with the multilayer film 308 b functions as a gate electrode of the transistor 103. The conductive film 310d also functions as a signal line, and a region overlapping with the multilayer film 308b functions as a source electrode or a drain electrode of the transistor 103. In FIG. 17, the scanning line has an end portion located outside the end portion of the multilayer film 308 b in the upper surface shape. Therefore, the scanning line functions as a light shielding film that blocks light from a light source such as a backlight. As a result, the multilayer film 308b included in the transistor is not irradiated with light, and variation in electrical characteristics of the transistor can be suppressed.

また、導電膜310eは、開口部362cにおいて、画素電極として機能する透光性を
有する導電膜316bと電気的に接続されている。
The conductive film 310e is electrically connected to the light-transmitting conductive film 316b functioning as a pixel electrode in the opening 362c.

容量素子105は、開口部362において容量線として機能する導電膜310fと接続
されている。また、容量素子105は、ゲート絶縁膜上に形成される透光性を有する導電
膜308cと、トランジスタ103上に設けられる窒化物絶縁膜で形成される誘電体膜と
、画素電極として機能する透光性を有する導電膜316cとで構成されている。即ち、容
量素子105は透光性を有する。
The capacitor 105 is connected to the conductive film 310 f functioning as a capacitor line in the opening 362. The capacitor 105 includes a light-transmitting conductive film 308 c formed over the gate insulating film, a dielectric film formed with a nitride insulating film provided over the transistor 103, and a light-transmitting film functioning as a pixel electrode. A conductive film 316c having optical properties. That is, the capacitor 105 has a light-transmitting property.

このように容量素子105は透光性を有するため、画素301内に容量素子105を大
きく(大面積に)形成することができる。従って、開口率を高めつつ、50%以上、好ま
しくは55%以上、好ましくは60%以上とすることが可能であると共に、電荷容量を増
大させた半導体装置を得ることができる。例えば、解像度の高い半導体装置、例えば液晶
表示装置においては、画素の面積が小さくなり、容量素子の面積も小さくなる。このため
、解像度の高い半導体装置において、容量素子に蓄積される電荷容量が小さくなる。しか
しながら、本実施の形態に示す容量素子105は透光性を有するため、当該容量素子を画
素に設けることで、各画素において十分な電荷容量を得つつ、開口率を高めることができ
る。代表的には、画素密度が200ppi以上、さらには300ppi以上である高解像
度の半導体装置に好適に用いることができる。
Thus, since the capacitor 105 has a light-transmitting property, the capacitor 105 can be formed large (in a large area) in the pixel 301. Therefore, while increasing the aperture ratio, it is possible to obtain 50% or more, preferably 55% or more, preferably 60% or more, and obtain a semiconductor device having an increased charge capacity. For example, in a semiconductor device with high resolution, for example, a liquid crystal display device, the area of a pixel is reduced and the area of a capacitor element is also reduced. For this reason, in a semiconductor device with high resolution, the charge capacity stored in the capacitor element is reduced. However, since the capacitor 105 described in this embodiment has a light-transmitting property, the aperture ratio can be increased while obtaining a sufficient charge capacity in each pixel by providing the capacitor in the pixel. Typically, it can be suitably used for a high-resolution semiconductor device having a pixel density of 200 ppi or more, further 300 ppi or more.

また、図17に示す画素301は、信号線として機能する導電膜310dと平行な辺と
比較して走査線として機能する導電膜304cと平行な辺の方が長い形状であり、且つ容
量線として機能する導電膜310fが、信号線として機能する導電膜310dと平行な方
向に延伸して設けられている。この結果、画素301に占める導電膜310fの面積を低
減することが可能であるため、開口率を高めることができる。また、容量線として機能す
る導電膜310fが接続電極を用いず、直接透光性を有する導電膜308cと接するため
、さらに開口率を高めることができる。
In addition, the pixel 301 illustrated in FIGS. 17A and 17B has a shape in which a side parallel to the conductive film 304c functioning as a scanning line is longer than a side parallel to the conductive film 310d functioning as a signal line and a capacitor line. A conductive film 310f that functions is provided so as to extend in a direction parallel to the conductive film 310d that functions as a signal line. As a result, the area of the conductive film 310f occupying the pixel 301 can be reduced, so that the aperture ratio can be increased. Further, since the conductive film 310f functioning as a capacitor line is in direct contact with the conductive film 308c having a light-transmitting property without using a connection electrode, the aperture ratio can be further increased.

また、本発明の一態様は、高解像度の表示装置においても、開口率を高めることができ
るため、バックライトなどの光源の光を効率よく利用することができ、表示装置の消費電
力を低減することができる。
Further, according to one embodiment of the present invention, since the aperture ratio can be increased even in a high-resolution display device, light from a light source such as a backlight can be efficiently used, and power consumption of the display device can be reduced. be able to.

次いで、図18の一点鎖線C−D間における断面図を図18に示す。なお、図18にお
いて、走査線駆動回路104及び信号線駆動回路106を含む駆動回路部(上面図を省略
する。)の断面図をA−Bに示す。本実施の形態においては、縦電界方式の液晶表示装置
について説明する。
18 is a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line CD in FIG. Note that in FIG. 18, a cross-sectional view of a driver circuit portion (a top view is omitted) including the scan line driver circuit 104 and the signal line driver circuit 106 is shown in AB. In this embodiment mode, a vertical electric field liquid crystal display device will be described.

本実施の形態に示す液晶表示装置は、一対の基板(基板302と基板342)間に液晶
素子322が挟持されている。
In the liquid crystal display device described in this embodiment, a liquid crystal element 322 is sandwiched between a pair of substrates (a substrate 302 and a substrate 342).

液晶素子322は、基板302の上方の透光性を有する導電膜316bと、配向性を制
御する膜(以下、配向膜318、352という)と、液晶層320と、導電膜350と、
を有する。なお、透光性を有する導電膜316bは、液晶素子322の一方の電極として
機能し、導電膜350は、液晶素子322の他方の電極として機能する。
The liquid crystal element 322 includes a light-transmitting conductive film 316b above the substrate 302, films for controlling alignment (hereinafter referred to as alignment films 318 and 352), a liquid crystal layer 320, a conductive film 350,
Have Note that the light-transmitting conductive film 316 b functions as one electrode of the liquid crystal element 322 and the conductive film 350 functions as the other electrode of the liquid crystal element 322.

このように、液晶表示装置とは、液晶素子を有する装置のことをいう。なお、液晶表示
装置は、複数の画素を駆動させる駆動回路等を含む。また、液晶表示装置は、別の基板上
に配置された制御回路、電源回路、信号生成回路及びバックライトモジュール等を含み、
液晶モジュールとよぶこともある。
Thus, a liquid crystal display device refers to a device having a liquid crystal element. Note that the liquid crystal display device includes a driving circuit and the like for driving a plurality of pixels. The liquid crystal display device includes a control circuit, a power supply circuit, a signal generation circuit, a backlight module, and the like disposed on another substrate,
Sometimes called a liquid crystal module.

駆動回路部において、ゲート電極として機能する導電膜304a、ゲート絶縁膜として
機能する絶縁膜305及び絶縁膜306、チャネル領域が形成される多層膜308a、ソ
ース電極及びドレイン電極として機能する導電膜310a、310bによりトランジスタ
102を構成する。多層膜308aは、ゲート絶縁膜上に設けられる。
In the driver circuit portion, a conductive film 304a functioning as a gate electrode, an insulating film 305 and an insulating film 306 functioning as a gate insulating film, a multilayer film 308a in which a channel region is formed, a conductive film 310a functioning as a source electrode and a drain electrode, The transistor 102 is configured by 310b. The multilayer film 308a is provided on the gate insulating film.

画素部において、ゲート電極として機能する導電膜304c、ゲート絶縁膜として機能
する絶縁膜305及び絶縁膜306、ゲート絶縁膜上に形成されたチャネル領域が形成さ
れる多層膜308b、ソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜310d、31
0eによりトランジスタ103を構成する。多層膜308bは、ゲート絶縁膜上に設けら
れる。また、導電膜310d、310e上には、絶縁膜312、絶縁膜314が保護膜と
して設けられている。
In the pixel portion, a conductive film 304c functioning as a gate electrode, an insulating film 305 and an insulating film 306 functioning as a gate insulating film, a multilayer film 308b in which a channel region formed over the gate insulating film is formed, a source electrode and a drain electrode Conductive films 310d and 31 that function as
The transistor 103 is configured by 0e. The multilayer film 308b is provided over the gate insulating film. An insulating film 312 and an insulating film 314 are provided as protective films over the conductive films 310d and 310e.

また、画素電極として機能する透光性を有する導電膜316bが、絶縁膜312及び絶
縁膜314に設けられた開口部において、導電膜310eと接続する。
A light-transmitting conductive film 316b functioning as a pixel electrode is connected to the conductive film 310e in an opening provided in the insulating film 312 and the insulating film 314.

また、一方の電極として機能する透光性を有する導電膜308c、誘電体膜として機能
する絶縁膜314、他方の電極として機能する透光性を有する導電膜316bにより容量
素子105を構成する。透光性を有する導電膜308cは、ゲート絶縁膜上に設けられる
Further, the capacitor 105 is formed using the light-transmitting conductive film 308 c functioning as one electrode, the insulating film 314 functioning as a dielectric film, and the light-transmitting conductive film 316 b functioning as the other electrode. The light-transmitting conductive film 308c is provided over the gate insulating film.

また、駆動回路部において、導電膜304a、304cと同時に形成された導電膜30
4bと、導電膜310a、310b、310d、310eと同時に形成された導電膜31
0cとは、透光性を有する導電膜316bと同時に形成された透光性を有する導電膜31
6aで接続される。
In the driver circuit portion, the conductive film 30 formed simultaneously with the conductive films 304a and 304c.
4b and the conductive film 31 formed simultaneously with the conductive films 310a, 310b, 310d, and 310e.
0c means a light-transmitting conductive film 31 formed at the same time as the light-transmitting conductive film 316b.
6a is connected.

導電膜304b及び透光性を有する導電膜316aは、絶縁膜306及び絶縁膜312
に設けられた開口部において接続する。また、導電膜310cと透光性を有する導電膜3
16aは、絶縁膜312及び絶縁膜314に設けられた開口部において接続する。
The conductive film 304b and the light-transmitting conductive film 316a include the insulating film 306 and the insulating film 312.
The connection is made at the opening provided in. The conductive film 310c and the light-transmitting conductive film 3
16 a is connected in an opening provided in the insulating film 312 and the insulating film 314.

ここで、図18に示す表示装置の構成要素について、以下に説明する。   Here, components of the display device shown in FIG. 18 will be described below.

基板302上には、導電膜304a、304b、304cが形成されている。導電膜3
04aは、駆動回路部のトランジスタのゲート電極としての機能を有する。また、導電膜
304cは、画素部101に形成され、画素部のトランジスタのゲート電極として機能す
る。また、導電膜304bは、走査線駆動回路104に形成され、導電膜310cと接続
する。
On the substrate 302, conductive films 304a, 304b, and 304c are formed. Conductive film 3
04a has a function as a gate electrode of a transistor in the driver circuit portion. The conductive film 304c is formed in the pixel portion 101 and functions as a gate electrode of a transistor in the pixel portion. The conductive film 304b is formed in the scan line driver circuit 104 and connected to the conductive film 310c.

基板302は、実施の形態1に示す基板11の材料を適宜用いることができる。   As the substrate 302, the material of the substrate 11 described in Embodiment 1 can be used as appropriate.

導電膜304a、304b、304cとしては、実施の形態1に示すゲート電極15の
材料及び作製方法を適宜用いることができる。
As the conductive films 304a, 304b, and 304c, the material and manufacturing method of the gate electrode 15 described in Embodiment 1 can be used as appropriate.

基板302、及び導電膜304a、304c、304b上には、絶縁膜305、絶縁膜
306が形成されている。絶縁膜305、絶縁膜306は、駆動回路部のトランジスタの
ゲート絶縁膜、及び画素部101のトランジスタのゲート絶縁膜としての機能を有する。
An insulating film 305 and an insulating film 306 are formed over the substrate 302 and the conductive films 304a, 304c, and 304b. The insulating films 305 and 306 function as a gate insulating film of the transistor in the driver circuit portion and a gate insulating film of the transistor in the pixel portion 101.

絶縁膜305としては、実施の形態1に示すゲート絶縁膜17で説明した窒化物絶縁膜
を用いて形成することが好ましい。絶縁膜306としては、実施の形態1に示すゲート絶
縁膜17で説明した酸化物絶縁膜を用いて形成することが好ましい。
The insulating film 305 is preferably formed using the nitride insulating film described in the gate insulating film 17 described in Embodiment 1. The insulating film 306 is preferably formed using the oxide insulating film described in the gate insulating film 17 described in Embodiment 1.

絶縁膜306上には、多層膜308a、308b、透光性を有する導電膜308cが形
成されている。多層膜308aは、導電膜304aと重畳する位置に形成され、駆動回路
部のトランジスタのチャネル領域として機能する。また、多層膜308bは、導電膜30
4cと重畳する位置に形成され、画素部のトランジスタのチャネル領域として機能する。
透光性を有する導電膜308cは、容量素子105の一方の電極として機能する。
Over the insulating film 306, multilayer films 308a and 308b and a light-transmitting conductive film 308c are formed. The multilayer film 308a is formed so as to overlap with the conductive film 304a and functions as a channel region of the transistor in the driver circuit portion. The multilayer film 308b is formed of the conductive film 30.
It is formed at a position overlapping with 4c and functions as a channel region of the transistor in the pixel portion.
The light-transmitting conductive film 308 c functions as one electrode of the capacitor 105.

多層膜308a、308b、及び透光性を有する導電膜308cは、実施の形態1に示
す多層膜20、及び実施の形態3に示す多層膜34の材料及び作製方法を適宜用いること
ができる。
For the multilayer films 308a and 308b and the light-transmitting conductive film 308c, the materials and manufacturing methods of the multilayer film 20 described in Embodiment 1 and the multilayer film 34 described in Embodiment 3 can be used as appropriate.

透光性を有する導電膜308cは、多層膜308a、308bと同様の多層膜であり、
且つ不純物が含まれていることを特徴とする。不純物としては、水素がある。なお、水素
の代わりに不純物として、ホウ素、リン、スズ、アンチモン、希ガス元素、アルカリ金属
、アルカリ土類金属等が含まれていてもよい。
The light-transmitting conductive film 308c is a multilayer film similar to the multilayer films 308a and 308b,
In addition, impurities are included. An impurity is hydrogen. Note that boron, phosphorus, tin, antimony, a rare gas element, an alkali metal, an alkaline earth metal, or the like may be contained as an impurity instead of hydrogen.

多層膜308a、308b、及び透光性を有する導電膜308cは共に、ゲート絶縁膜
上に形成されるが、不純物濃度が異なる。具体的には、多層膜308a、308bと比較
して、透光性を有する導電膜308cの不純物濃度が高い。例えば、多層膜308a、3
08bに含まれる水素濃度は、5×1019atoms/cm未満、好ましくは5×1
18atoms/cm未満、好ましくは1×1018atoms/cm以下、より
好ましくは5×1017atoms/cm以下、さらに好ましくは1×1016ato
ms/cm以下であり、透光性を有する導電膜308cに含まれる水素濃度は、8×1
19atoms/cm以上、好ましくは1×1020atoms/cm以上、より
好ましくは5×1020atoms/cm以上である。また、多層膜308a、308
bと比較して、透光性を有する導電膜308cに含まれる水素濃度は2倍、好ましくは1
0倍以上である。
The multilayer films 308a and 308b and the light-transmitting conductive film 308c are both formed over the gate insulating film but have different impurity concentrations. Specifically, the impurity concentration of the light-transmitting conductive film 308c is higher than that of the multilayer films 308a and 308b. For example, the multilayer films 308a, 3
The hydrogen concentration contained in 08b is less than 5 × 10 19 atoms / cm 3 , preferably 5 × 1
Less than 0 18 atoms / cm 3 , preferably 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less, more preferably 5 × 10 17 atoms / cm 3 or less, more preferably 1 × 10 16 atoms
The concentration of hydrogen contained in the light-transmitting conductive film 308c is 8 × 1 or less ms / cm 3.
It is 0 19 atoms / cm 3 or more, preferably 1 × 10 20 atoms / cm 3 or more, more preferably 5 × 10 20 atoms / cm 3 or more. In addition, the multilayer films 308a and 308
Compared with b, the hydrogen concentration contained in the light-transmitting conductive film 308c is doubled, preferably 1
0 times or more.

また、透光性を有する導電膜308cは、多層膜308a、308bより抵抗率が低い
。透光性を有する導電膜308cの抵抗率が、多層膜308a、308bの抵抗率の1×
10−8倍以上1×10−1倍以下であることが好ましく、代表的には1×10−3Ωc
m以上1×10Ωcm未満、さらに好ましくは、抵抗率が1×10−3Ωcm以上1×
10−1Ωcm未満であるとよい。
The light-transmitting conductive film 308c has a lower resistivity than the multilayer films 308a and 308b. The resistivity of the light-transmitting conductive film 308c is 1 × the resistivity of the multilayer films 308a and 308b.
It is preferably 10 −8 times or more and 1 × 10 −1 times or less, and typically 1 × 10 −3 Ωc.
m or more and less than 1 × 10 4 Ωcm, more preferably, the resistivity is 1 × 10 −3 Ωcm or more and 1 ×
It is good that it is less than 10 −1 Ωcm.

多層膜308a、308bは、絶縁膜306及び絶縁膜312等の、多層膜との界面特
性を向上させることが可能な材料で形成される膜と接しているため、多層膜308a、3
08bは、半導体として機能し、多層膜308a、308bを有するトランジスタは、優
れた電気特性を有する。
The multilayer films 308a and 308b are in contact with a film formed of a material that can improve interface characteristics with the multilayer film, such as the insulating film 306 and the insulating film 312.
08b functions as a semiconductor, and the transistor including the multilayer films 308a and 308b has excellent electrical characteristics.

一方、透光性を有する導電膜308cは、開口部362(図21(A)参照。)におい
て絶縁膜314と接する。絶縁膜314は、外部からの不純物、例えば、水、アルカリ金
属、アルカリ土類金属等が、多層膜へ拡散するのを防ぐ材料で形成される膜であり、更に
は水素を含む。このため、絶縁膜314の水素が多層膜308a、308bと同時に形成
された多層膜に拡散すると、該多層膜に含まれる酸化物半導体膜において水素は酸素と結
合し、キャリアである電子が生成される。この結果、多層膜に含まれる酸化物半導体膜は
、導電性が高くなり導体として機能する。即ち、導電性の高い酸化物半導体膜ともいえる
。ここでは、多層膜308a、308bと同様の材料を主成分とし、且つ水素濃度が多層
膜308a、308bより高いことにより、導電性が高められた金属酸化物を、透光性を
有する導電膜308cとよぶ。
On the other hand, the light-transmitting conductive film 308c is in contact with the insulating film 314 in the opening 362 (see FIG. 21A). The insulating film 314 is a film formed of a material that prevents external impurities such as water, alkali metal, alkaline earth metal, and the like from diffusing into the multilayer film, and further contains hydrogen. Therefore, when hydrogen in the insulating film 314 diffuses into the multilayer film formed at the same time as the multilayer films 308a and 308b, hydrogen is combined with oxygen in the oxide semiconductor film included in the multilayer film, and electrons serving as carriers are generated. The As a result, the oxide semiconductor film included in the multilayer film has high conductivity and functions as a conductor. That is, it can be said that the oxide semiconductor film has high conductivity. Here, a metal oxide whose main component is the same material as that of the multilayer films 308a and 308b and whose hydrogen concentration is higher than that of the multilayer films 308a and 308b is used as a light-transmitting conductive film 308c. Called.

ただし、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されず、透光性を有する導電膜30
8cは、場合によっては、絶縁膜314と接していないことも可能である。
Note that one embodiment of the present invention is not limited to this, and the conductive film 30 having a light-transmitting property is used.
8c may not be in contact with the insulating film 314 in some cases.

また、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されず、透光性を有する導電膜308
cは、場合によっては、多層膜308a、または、308bと別々の工程で形成されても
よい。その場合には、透光性を有する導電膜308cは、多層膜308a、308bと、
異なる材質を有していても良い。例えば、透光性を有する導電膜308cは、インジウム
錫酸化物(以下、ITOと示す。)、またはインジウム亜鉛酸化物等を用いて形成有して
もよい。
One embodiment of the present invention is not limited to this, and the light-transmitting conductive film 308 is not limited thereto.
In some cases, c may be formed in a separate step from the multilayer film 308a or 308b. In that case, the light-transmitting conductive film 308c includes the multilayer films 308a and 308b,
You may have a different material. For example, the light-transmitting conductive film 308c may be formed using indium tin oxide (hereinafter referred to as ITO), indium zinc oxide, or the like.

本実施の形態に示す半導体装置は、トランジスタの多層膜と同時に、容量素子の一方と
なる電極を形成する。また、画素電極として機能する透光性を有する導電膜を容量素子の
他方の電極として用いる。これらのため、容量素子を形成するために、新たに導電膜を形
成する工程が不要であり、半導体装置の作製工程を削減できる。また、容量素子は、一対
の電極が透光性を有する導電膜で形成されているため、透光性を有する。この結果、容量
素子の占有面積を大きくしつつ、画素の開口率を高めることができる。
In the semiconductor device described in this embodiment, an electrode serving as one of capacitor elements is formed at the same time as a multilayer film of a transistor. A light-transmitting conductive film functioning as a pixel electrode is used as the other electrode of the capacitor. Therefore, a process for forming a new conductive film is not required to form a capacitor element, and the manufacturing process of a semiconductor device can be reduced. In addition, the capacitor has a light-transmitting property because the pair of electrodes is formed using a light-transmitting conductive film. As a result, the aperture ratio of the pixel can be increased while increasing the area occupied by the capacitive element.

導電膜310a、310b、310c、310d、310eは、実施の形態1に示す一
対の電極21、22の材料及び作製方法を適宜用いることができる。
For the conductive films 310a, 310b, 310c, 310d, and 310e, the material and the manufacturing method of the pair of electrodes 21 and 22 described in Embodiment 1 can be used as appropriate.

絶縁膜306、多層膜308a、308b、透光性を有する導電膜308c、及び導電
膜310a、310b、310c、310d、310e上には、絶縁膜312、絶縁膜3
14が形成されている。絶縁膜312は、絶縁膜306と同様に、多層膜との界面特性を
向上させることが可能な材料を用いることが好ましく、少なくとも実施の形態1に示す酸
化物絶縁膜24と同様の材料及び作製方法を適宜用いることができる。また、実施の形態
1に示すように、酸化物絶縁膜23及び酸化物絶縁膜を積層して形成してもよい。
The insulating film 312 and the insulating film 3 are formed over the insulating film 306, the multilayer films 308a and 308b, the light-transmitting conductive film 308c, and the conductive films 310a, 310b, 310c, 310d, and 310e.
14 is formed. As the insulating film 312, it is preferable to use a material capable of improving the interface characteristics with the multilayer film as in the case of the insulating film 306, and at least the same material and manufacturing as the oxide insulating film 24 described in Embodiment 1 The method can be used as appropriate. Further, as illustrated in Embodiment 1, the oxide insulating film 23 and the oxide insulating film may be stacked.

絶縁膜314は、絶縁膜305と同様に、外部からの不純物、例えば、水、アルカリ金
属、アルカリ土類金属等が、多層膜へ拡散するのを防ぐ材料を用いることが好ましく、実
施の形態1に示す窒化物絶縁膜25の材料及び作製方法を適宜用いることができる。
As in the insulating film 305, the insulating film 314 is preferably formed using a material that prevents external impurities such as water, alkali metal, alkaline earth metal, and the like from diffusing into the multilayer film. The material and manufacturing method of the nitride insulating film 25 shown in FIG.

また、絶縁膜314上には透光性を有する導電膜316a、316bが形成されている
。透光性を有する導電膜316aは、開口部364a(図21(C)参照。)において導
電膜304bと電気的に接続され、開口部364b(図21(C)参照。)において導電
膜310cと電気的に接続される。即ち、導電膜304b及び導電膜310cを接続する
接続電極として機能する。透光性を有する導電膜316bは、開口部364c(図21(
C)参照。)において導電膜310eと電気的に接続され、画素の画素電極としての機能
を有する。また、透光性を有する導電膜316bは、容量素子の一対の電極の一方として
機能することができる。
In addition, light-transmitting conductive films 316 a and 316 b are formed over the insulating film 314. The light-transmitting conductive film 316a is electrically connected to the conductive film 304b in the opening 364a (see FIG. 21C) and is connected to the conductive film 310c in the opening 364b (see FIG. 21C). Electrically connected. That is, it functions as a connection electrode for connecting the conductive film 304b and the conductive film 310c. The light-transmitting conductive film 316b includes an opening 364c (see FIG.
See C). ) Is electrically connected to the conductive film 310e and functions as a pixel electrode of the pixel. The light-transmitting conductive film 316b can function as one of a pair of electrodes of the capacitor.

導電膜304b及び導電膜310cが直接接するような接続構造とするには、導電膜3
10cを形成する前に、絶縁膜305、絶縁膜306に開口部を形成するためにパターニ
ングを行い、マスクを形成する必要があるが、図18の接続構造には、当該フォトマスク
が不要である。しかしながら、図18のように、透光性を有する導電膜316aにより、
導電膜304b及び導電膜310cを接続することで、導電膜304b及び導電膜310
cが直接接する接続部を作製する必要が無くなり、フォトマスクを1枚少なくすることが
できる。即ち、半導体装置の作製工程を削減することが可能である。
In order to obtain a connection structure in which the conductive film 304b and the conductive film 310c are in direct contact, the conductive film 3
Before forming 10c, it is necessary to perform patterning to form openings in the insulating film 305 and the insulating film 306 to form a mask, but the connection structure in FIG. 18 does not require the photomask. . However, as shown in FIG. 18, the light-transmitting conductive film 316a
The conductive films 304b and 310c are connected by connecting the conductive films 304b and 310c.
There is no need to prepare a connection portion in which c is in direct contact, and one photomask can be reduced. That is, the number of manufacturing steps of the semiconductor device can be reduced.

透光性を有する導電膜316a、316bとしては、酸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、ITO、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を用いることができ
る。
The light-transmitting conductive films 316a and 316b include indium oxide containing tungsten oxide, indium zinc oxide containing tungsten oxide, indium oxide containing titanium oxide, indium tin oxide containing titanium oxide, ITO, indium A light-transmitting conductive material such as zinc oxide or indium tin oxide to which silicon oxide is added can be used.

また、基板342上には、有色性を有する膜(以下、有色膜346という。)が形成さ
れている。有色膜346は、カラーフィルタとしての機能を有する。また、有色膜346
に隣接する遮光膜344が基板342上に形成される。遮光膜344は、ブラックマトリ
クスとして機能する。また、有色膜346は、必ずしも設ける必要はなく、例えば、表示
装置が白黒の場合等によって、有色膜346を設けない構成としてもよい。
In addition, a colored film (hereinafter referred to as a colored film 346) is formed over the substrate 342. The colored film 346 functions as a color filter. In addition, the colored film 346
A light shielding film 344 adjacent to the substrate 342 is formed on the substrate 342. The light shielding film 344 functions as a black matrix. Further, the colored film 346 is not necessarily provided. For example, the colored film 346 may not be provided depending on the case where the display device is monochrome.

有色膜346としては、特定の波長帯域の光を透過する有色膜であればよく、例えば、
赤色の波長帯域の光を透過する赤色(R)のカラーフィルタ、緑色の波長帯域の光を透過
する緑色(G)のカラーフィルタ、青色の波長帯域の光を透過する青色(B)のカラーフ
ィルタなどを用いることができる。
The colored film 346 may be a colored film that transmits light in a specific wavelength band. For example,
A red (R) color filter that transmits light in the red wavelength band, a green (G) color filter that transmits light in the green wavelength band, and a blue (B) color filter that transmits light in the blue wavelength band Etc. can be used.

遮光膜344としては、特定の波長帯域の光を遮光する機能を有していればよく、金属
膜または黒色顔料等を含んだ有機絶縁膜などを用いることができる。
As the light-blocking film 344, it is sufficient if it has a function of blocking light in a specific wavelength band, and a metal film, an organic insulating film containing a black pigment, or the like can be used.

また、有色膜346上には、絶縁膜348が形成されている。絶縁膜348は、平坦化
層としての機能、または有色膜346が含有しうる不純物を液晶素子側へ拡散するのを抑
制する機能を有する。
An insulating film 348 is formed on the colored film 346. The insulating film 348 has a function as a planarization layer or a function of suppressing diffusion of impurities that can be contained in the colored film 346 to the liquid crystal element side.

また、絶縁膜348上には、導電膜350が形成されている。導電膜350は、画素部
の液晶素子が有する一対の電極の他方としての機能を有する。なお、透光性を有する導電
膜316a、316b、及び導電膜350上には、配向膜としての機能を有する絶縁膜を
別途形成してもよい。
A conductive film 350 is formed over the insulating film 348. The conductive film 350 functions as the other of the pair of electrodes included in the liquid crystal element in the pixel portion. Note that an insulating film having a function as an alignment film may be additionally formed over the light-transmitting conductive films 316 a and 316 b and the conductive film 350.

また、透光性を有する導電膜316a、316bと導電膜350との間には、液晶層3
20が形成されている。また液晶層320は、シール材(図示しない)を用いて、基板3
02と基板342の間に封止されている。なお、シール材は、外部からの水分等の入り込
みを抑制するために、無機材料と接触する構成が好ましい。
Further, the liquid crystal layer 3 is provided between the light-transmitting conductive films 316 a and 316 b and the conductive film 350.
20 is formed. The liquid crystal layer 320 is formed on the substrate 3 using a sealing material (not shown).
02 and the substrate 342 are sealed. Note that the sealing material is preferably in contact with an inorganic material in order to suppress entry of moisture and the like from the outside.

また、透光性を有する導電膜316a、316bと導電膜350との間に液晶層320
の厚さ(セルギャップともいう)を維持するスペーサを設けてもよい。
Further, the liquid crystal layer 320 is provided between the light-transmitting conductive films 316 a and 316 b and the conductive film 350.
A spacer for maintaining the thickness (also referred to as a cell gap) may be provided.

図18に示す半導体装置に示す基板302上に設けられた素子部の作製方法について、
図19乃至図22を用いて説明する。
A method for manufacturing an element portion provided over the substrate 302 illustrated in the semiconductor device illustrated in FIG.
This will be described with reference to FIGS.

まず、基板302を準備する。ここでは、基板302としてガラス基板を用いる。   First, the substrate 302 is prepared. Here, a glass substrate is used as the substrate 302.

次に、基板302上に導電膜を形成し、該導電膜を所望の領域に加工することで、導電
膜304a、304b、304cを形成する。なお、導電膜304a、304b、304
cの形成は、所望の領域に第1のパターニングによるマスクの形成を行い、該マスクに覆
われていない領域をエッチングすることで形成することができる。(図19(A)参照)
Next, a conductive film is formed over the substrate 302, and the conductive film is processed into a desired region, whereby conductive films 304a, 304b, and 304c are formed. Note that the conductive films 304a, 304b, and 304
The formation of c can be performed by forming a mask by first patterning in a desired region and etching a region not covered by the mask. (See FIG. 19A)
.

また、導電膜304a、304b、304cとしては、代表的には、蒸着法、CVD法
、スパッタリング法、スピンコート法等を用いて形成することができる。
The conductive films 304a, 304b, and 304c can be typically formed by an evaporation method, a CVD method, a sputtering method, a spin coating method, or the like.

次に、基板302、及び導電膜304a、304b、304c上に、絶縁膜305を形
成し、絶縁膜305上に絶縁膜306を形成する(図19(A)参照)。
Next, the insulating film 305 is formed over the substrate 302 and the conductive films 304a, 304b, and 304c, and the insulating film 306 is formed over the insulating film 305 (see FIG. 19A).

絶縁膜305及び絶縁膜306は、スパッタリング法、CVD法等により形成すること
ができる。なお、絶縁膜305及び絶縁膜306は、真空中で連続して形成すると不純物
の混入が抑制され好ましい。
The insulating film 305 and the insulating film 306 can be formed by a sputtering method, a CVD method, or the like. Note that it is preferable that the insulating film 305 and the insulating film 306 be formed successively in a vacuum because entry of impurities is suppressed.

次に、絶縁膜306上に多層膜307を形成する(図19(B)参照)。   Next, a multilayer film 307 is formed over the insulating film 306 (see FIG. 19B).

多層膜307は、スパッタリング法、塗布法、パルスレーザー蒸着法、レーザーアブレ
ーション法などを用いて形成することができる。
The multilayer film 307 can be formed by a sputtering method, a coating method, a pulse laser deposition method, a laser ablation method, or the like.

次に、多層膜307を所望の領域に加工することで、島状の多層膜308a、308b
、308dを形成する。なお、多層膜308a、308b、308dの形成は、所望の領
域に第2のパターニングによるマスクの形成を行い、該マスクに覆われていない領域をエ
ッチングすることで形成することができる。エッチングとしては、ドライエッチング、ウ
エットエッチング、または双方を組み合わせたエッチングを用いることができる(図19
(C)参照)。
Next, by processing the multilayer film 307 into a desired region, the island-shaped multilayer films 308a and 308b
, 308d. The multilayer films 308a, 308b, and 308d can be formed by forming a mask by second patterning in a desired region and etching a region that is not covered with the mask. As the etching, dry etching, wet etching, or a combination of both can be used (FIG. 19).
(See (C)).

次に、第1の加熱処理を行う。第1の加熱処理は、実施の形態1に示す第1の加熱処理
と同様の条件を用いる。第1の加熱処理によって、多層膜308a、308b、308d
に用いる酸化物半導体の結晶性を高め、さらに絶縁膜306、及び多層膜308a、30
8b、308dから水素や水などの不純物を除去することができる。なお、酸化物半導体
をエッチングする前に第1の加熱工程を行ってもよい。
Next, first heat treatment is performed. The first heat treatment uses conditions similar to those of the first heat treatment described in Embodiment 1. By the first heat treatment, the multilayer films 308a, 308b, and 308d
The crystallinity of the oxide semiconductor used for the insulating film 306 and the multilayer films 308a and 30
Impurities such as hydrogen and water can be removed from 8b and 308d. Note that the first heating step may be performed before the oxide semiconductor is etched.

次に、絶縁膜306、及び多層膜308a、308b、308d上に導電膜309を形
成する(図20(A)参照)。
Next, a conductive film 309 is formed over the insulating film 306 and the multilayer films 308a, 308b, and 308d (see FIG. 20A).

導電膜309としては、例えば、スパッタリング法を用いて形成することができる。   For example, the conductive film 309 can be formed by a sputtering method.

次に、導電膜309を所望の領域に加工することで、導電膜310a、310b、31
0c、310d、310eを形成する。なお、導電膜310a、310b、310c、3
10d、310eの形成は、所望の領域に第3のパターニングによるマスクの形成を行い
、該マスクに覆われていない領域をエッチングすることで、形成することができる(図2
0(B)参照)。
Next, the conductive film 309 is processed into a desired region, whereby the conductive films 310a, 310b, and 31 are processed.
0c, 310d, and 310e are formed. The conductive films 310a, 310b, 310c, 3
10d and 310e can be formed by forming a mask by a third patterning in a desired region and etching a region not covered with the mask (FIG. 2).
0 (see B)).

次に、絶縁膜306、多層膜308a、308b、308d、及び導電膜310a、3
10b、310c、310d、310e上を覆うように、絶縁膜311を形成する(図2
0(C)参照)。
Next, the insulating film 306, the multilayer films 308a, 308b, and 308d, and the conductive films 310a and 3
An insulating film 311 is formed to cover 10b, 310c, 310d, and 310e (FIG. 2).
0 (C)).

絶縁膜311としては、実施の形態1に示す酸化物絶縁膜23及び酸化物絶縁膜24と
同様の条件を用いて積層して形成することができる。
The insulating film 311 can be formed by stacking using the same conditions as the oxide insulating film 23 and the oxide insulating film 24 described in Embodiment 1.

次に、絶縁膜311を所望の領域に加工することで、絶縁膜312、及び開口部362
を形成する。なお、絶縁膜311、及び開口部362の形成は、所望の領域に第4のパタ
ーニングによるマスクの形成を行い、該マスクに覆われていない領域をエッチングするこ
とで、形成することができる。(図21(A)参照)。
Next, the insulating film 311 and the opening 362 are processed by processing the insulating film 311 into a desired region.
Form. Note that the insulating film 311 and the opening 362 can be formed by forming a mask by a fourth patterning in a desired region and etching a region not covered with the mask. (See FIG. 21A).

なお、開口部362は、多層膜308dの表面が露出するように形成する。開口部36
2の形成方法としては、例えば、ドライエッチング法を用いることができる。ただし、開
口部362の形成方法としては、これに限定されず、ウエットエッチング法、またはドラ
イエッチング法とウエットエッチング法を組み合わせた形成方法としてもよい。
Note that the opening 362 is formed so that the surface of the multilayer film 308d is exposed. Opening 36
As a forming method of 2, for example, a dry etching method can be used. However, the method for forming the opening 362 is not limited to this, and may be a wet etching method or a formation method in which a dry etching method and a wet etching method are combined.

こののち、第2の加熱処理を行って、絶縁膜311に含まれる酸素の一部を多層膜30
8a、308bに含まれる酸化物半導体膜に酸素を移動させ、多層膜308a、308b
に含まれる酸化物半導体膜中の酸素欠損量を低減することができる。
After that, the second heat treatment is performed so that part of oxygen contained in the insulating film 311 is removed from the multilayer film 30.
Oxygen is transferred to the oxide semiconductor films included in 8a and 308b, so that the multilayer films 308a and 308b
The amount of oxygen vacancies in the oxide semiconductor film contained in the oxide semiconductor film can be reduced.

次に、絶縁膜312及び多層膜308d上に絶縁膜313を形成する(図21(B)参
照)。
Next, the insulating film 313 is formed over the insulating film 312 and the multilayer film 308d (see FIG. 21B).

絶縁膜313としては、外部からの不純物、例えば、酸素、水素、水、アルカリ金属、
アルカリ土類金属等が、多層膜へ拡散するのを防ぐ材料を用いることが好ましく、更には
水素を含むことが好ましく、代表的には窒素を含む無機絶縁材料、例えば窒化物絶縁膜を
用いることができる。絶縁膜313としては、例えば、CVD法を用いて形成することが
できる。
As the insulating film 313, impurities from the outside, for example, oxygen, hydrogen, water, alkali metal,
It is preferable to use a material that prevents alkaline earth metal or the like from diffusing into the multilayer film, and further preferably includes hydrogen. Typically, an inorganic insulating material containing nitrogen, such as a nitride insulating film, is used. Can do. The insulating film 313 can be formed using, for example, a CVD method.

絶縁膜314は、外部からの不純物、例えば、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等
が、多層膜へ拡散するのを防ぐ材料で形成される膜であり、更には水素を含む。このため
、絶縁膜314の水素が多層膜308dに拡散すると、該多層膜308dに含まれる酸化
物半導体膜において水素は酸素と結合し、キャリアである電子が生成される。この結果、
多層膜308dに含まれる酸化物半導体膜は、導電性が高くなり、透光性を有する導電膜
308cとなる。
The insulating film 314 is a film formed of a material that prevents external impurities such as water, alkali metal, alkaline earth metal, and the like from diffusing into the multilayer film, and further contains hydrogen. Therefore, when hydrogen in the insulating film 314 diffuses into the multilayer film 308d, hydrogen is combined with oxygen in the oxide semiconductor film included in the multilayer film 308d, and electrons serving as carriers are generated. As a result,
The oxide semiconductor film included in the multilayer film 308d has high conductivity and becomes a light-transmitting conductive film 308c.

また、上記窒化シリコン膜は、ブロック性を高めるために、高温で成膜されることが好
ましく、例えば基板温度100℃以上基板の歪み点以下、より好ましくは300℃以上4
00℃以下の温度で加熱して成膜することが好ましい。また高温で成膜する場合は、多層
膜308a、308bとして用いる酸化物半導体から酸素が脱離し、キャリア濃度が上昇
する現象が発生することがあるため、このような現象が発生しない温度とする。
In addition, the silicon nitride film is preferably formed at a high temperature in order to improve the block property.
It is preferable to form a film by heating at a temperature of 00 ° C. or lower. In the case where the film is formed at a high temperature, oxygen may be desorbed from the oxide semiconductor used as the multilayer films 308a and 308b, and the carrier concentration may increase. Therefore, the temperature is set such that such a phenomenon does not occur.

次に、絶縁膜313を所望の領域に加工することで、絶縁膜314、及び開口部364
a、364b、364cを形成する。なお、絶縁膜314、及び開口部364a、364
b、364cは、所望の領域に第5のパターニングによるマスクの形成を行い、該マスク
に覆われていない領域をエッチングすることで形成することができる(図21(C)参照
)。
Next, the insulating film 313 and the opening 364 are processed by processing the insulating film 313 into a desired region.
a, 364b and 364c are formed. Note that the insulating film 314 and the openings 364a and 364
b and 364c can be formed by forming a mask by a fifth patterning in a desired region and etching a region not covered with the mask (see FIG. 21C).

また、開口部364aは、導電膜304bの表面が露出するように形成する。また、開
口部364bは、導電膜310cが露出するように形成する。また、開口部364cは、
導電膜310eが露出するように形成する。
The opening 364a is formed so that the surface of the conductive film 304b is exposed. The opening 364b is formed so that the conductive film 310c is exposed. The opening 364c is
The conductive film 310e is formed so as to be exposed.

なお、開口部364a、364b、364cの形成方法としては、例えば、ドライエッ
チング法を用いることができる。ただし、開口部364a、364b、364cの形成方
法としては、これに限定されず、ウエットエッチング法、またはドライエッチング法とウ
エットエッチング法を組み合わせた形成方法としてもよい。
As a method for forming the openings 364a, 364b, and 364c, for example, a dry etching method can be used. However, the method for forming the openings 364a, 364b, and 364c is not limited to this, and a wet etching method or a formation method that combines a dry etching method and a wet etching method may be used.

次に、開口部364a、364b、364cを覆うように絶縁膜314上に導電膜31
5を形成する(図22(A)参照)。
Next, the conductive film 31 is formed on the insulating film 314 so as to cover the openings 364a, 364b, and 364c.
5 is formed (see FIG. 22A).

導電膜315としては、例えば、スパッタリング法を用いて形成することができる。   The conductive film 315 can be formed by a sputtering method, for example.

次に、導電膜315を所望の領域に加工することで、透光性を有する導電膜316a、
316bを形成する。なお、透光性を有する導電膜316a、316bの形成は、所望の
領域に第6のパターニングによるマスクの形成を行い、該マスクに覆われていない領域を
エッチングすることで形成することができる(図22(B)参照)。
Next, the conductive film 315 is processed into a desired region, whereby a light-transmitting conductive film 316a,
316b is formed. Note that the light-transmitting conductive films 316a and 316b can be formed by forming a mask by sixth patterning in a desired region and etching a region not covered with the mask ( (See FIG. 22B).

以上の工程で基板302上に、トランジスタを有する画素部及び駆動回路部を形成する
ことができる。なお、本実施の形態に示す作製工程においては、第1乃至第6のパターニ
ング、すなわち6枚のマスクでトランジスタ、及び容量素子を同時に形成することができ
る。
Through the above process, a pixel portion and a driver circuit portion each including a transistor can be formed over the substrate 302. Note that in the manufacturing process described in this embodiment, a transistor and a capacitor can be formed at the same time with first to sixth patterning, that is, with six masks.

なお、本実施の形態では、絶縁膜314に含まれる水素を多層膜308dに拡散させて
、多層膜308dに含まれる酸化物半導体膜の導電性を高めたが、多層膜308a、30
8bをマスクで覆い、多層膜308dに不純物、代表的には、水素、ホウ素、リン、スズ
、アンチモン、希ガス元素、アルカリ金属、アルカリ土類金属等を添加して、多層膜30
8dに含まれる酸化物半導体膜の導電性を高めてもよい。多層膜308dに水素、ホウ素
、リン、スズ、アンチモン、希ガス元素等を添加する方法としては、イオンドーピング法
、イオン注入法等がある。一方、多層膜308dにアルカリ金属、アルカリ土類金属等を
添加する方法としては、該不純物を含む溶液を多層膜308dに曝す方法がある。
Note that in this embodiment, hydrogen contained in the insulating film 314 is diffused into the multilayer film 308d to increase the conductivity of the oxide semiconductor film included in the multilayer film 308d.
8b is covered with a mask, and an impurity, typically hydrogen, boron, phosphorus, tin, antimony, a rare gas element, an alkali metal, an alkaline earth metal, or the like is added to the multilayer film 308d.
The conductivity of the oxide semiconductor film included in 8d may be increased. Examples of a method for adding hydrogen, boron, phosphorus, tin, antimony, a rare gas element, or the like to the multilayer film 308d include an ion doping method and an ion implantation method. On the other hand, as a method for adding an alkali metal, an alkaline earth metal, or the like to the multilayer film 308d, there is a method in which a solution containing the impurity is exposed to the multilayer film 308d.

次に、基板302に対向して設けられる基板342上に形成される構造について、以下
説明を行う。
Next, a structure formed over the substrate 342 provided to face the substrate 302 will be described below.

まず、基板342を準備する。基板342としては、基板302に示す材料を援用する
ことができる。次に、基板342上に遮光膜344、有色膜346を形成する(図23(
A)参照)。
First, the substrate 342 is prepared. As the substrate 342, the material shown in the substrate 302 can be used. Next, a light-shielding film 344 and a colored film 346 are formed over the substrate 342 (FIG. 23 (
A)).

遮光膜344及び有色膜346は、様々な材料を用いて、印刷法、インクジェット法、
フォトリソグラフィ技術を用いたエッチング方法などでそれぞれ所望の位置に形成する。
The light-blocking film 344 and the colored film 346 are formed using various materials using a printing method, an inkjet method,
Each is formed at a desired position by an etching method using a photolithography technique.

次に、遮光膜344、及び有色膜346上に絶縁膜348を形成する(図23(B)参
照)。
Next, an insulating film 348 is formed over the light-blocking film 344 and the colored film 346 (see FIG. 23B).

絶縁膜348としては、例えばアクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド等の有機絶縁
膜を用いることができる。絶縁膜348を形成することによって、例えば、有色膜346
中に含まれる不純物等を液晶層320側に拡散することを抑制することができる。ただし
、絶縁膜348は、必ずしも設ける必要はなく、絶縁膜348を形成しない構造としても
よい。
As the insulating film 348, for example, an organic insulating film such as an acrylic resin, an epoxy resin, or polyimide can be used. By forming the insulating film 348, for example, the colored film 346
It is possible to suppress the diffusion of impurities contained therein into the liquid crystal layer 320 side. Note that the insulating film 348 is not necessarily provided and a structure in which the insulating film 348 is not formed may be employed.

次に、絶縁膜348上に導電膜350を形成する(図23(C)参照)。導電膜350
としては、導電膜315に示す材料を援用することができる。
Next, a conductive film 350 is formed over the insulating film 348 (see FIG. 23C). Conductive film 350
For example, the material shown in the conductive film 315 can be used.

以上の工程で基板342上に形成される構造を形成することができる。   Through the above steps, a structure formed over the substrate 342 can be formed.

次に、基板302と基板342上、より詳しくは基板302上に形成された絶縁膜31
4、透光性を有する導電膜316a、316bと、基板342上に形成された導電膜35
0上に、それぞれ配向膜318と配向膜352を形成する。配向膜318、配向膜352
は、ラビング法、光配向法等を用いて形成することができる。その後、基板302と、基
板342との間に液晶層320を形成する。液晶層320の形成方法としては、ディスペ
ンサ法(滴下法)や、基板302と基板342とを貼り合わせてから毛細管現象を用いて
液晶を注入する注入法を用いることができる。
Next, the insulating film 31 formed on the substrate 302 and the substrate 342, more specifically, on the substrate 302.
4. Light-transmitting conductive films 316a and 316b and a conductive film 35 formed over the substrate 342
An alignment film 318 and an alignment film 352 are formed on 0, respectively. Alignment film 318, Alignment film 352
Can be formed using a rubbing method, a photo-alignment method, or the like. After that, the liquid crystal layer 320 is formed between the substrate 302 and the substrate 342. As a method for forming the liquid crystal layer 320, a dispenser method (a dropping method) or an injection method in which liquid crystal is injected using a capillary phenomenon after the substrate 302 and the substrate 342 are bonded to each other can be used.

以上の工程で、図18に示す表示装置を作製することができる。   Through the above process, the display device illustrated in FIG. 18 can be manufactured.

なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができ
る。
Note that this embodiment can be combined with any of the other embodiments described in this specification as appropriate.

<変形例1> <Modification 1>

画素301に液晶素子を用いた液晶表示装置の変形例について説明する。ここでは、図
16(B)に示す画素301の上面図を図24に示す。なお、図24においては、対向電
極及び液晶素子を省略する。なお、実施の形態7と同様の構成については、説明を省略す
る。
A modification of the liquid crystal display device using a liquid crystal element for the pixel 301 will be described. Here, a top view of the pixel 301 illustrated in FIG. 16B is illustrated in FIG. In FIG. 24, the counter electrode and the liquid crystal element are omitted. Note that the description of the same configuration as that of Embodiment 7 is omitted.

<半導体装置の構成>
図24において、開口部372cの内側に開口部374cが設けられる点が図17に示
す画素301と異なる。また、開口部364の代わりに開口部372が設けられる点が図
17に示す画素と異なる。導電膜310eは、開口部372c及び開口部374cにおい
て、画素電極として機能する透光性を有する導電膜316bと電気的に接続されている。
<Configuration of semiconductor device>
24 differs from the pixel 301 shown in FIG. 17 in that an opening 374c is provided inside the opening 372c. 17 is different from the pixel shown in FIG. 17 in that an opening 372 is provided instead of the opening 364. The conductive film 310e is electrically connected to the light-transmitting conductive film 316b functioning as a pixel electrode in the opening 372c and the opening 374c.

次に、図25の一点鎖線C−D間における断面図を図25に示す。なお、図25におい
て、駆動回路部(上面図を省略する。)の断面図をA−Bに示す。
Next, FIG. 25 shows a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line CD in FIG. Note that in FIG. 25, a cross-sectional view of the driver circuit portion (a top view is omitted) is shown in AB.

図25に示すように、導電膜304a上には、絶縁膜306及び絶縁膜312に設けら
れた開口部372a(図26(A)参照。)と、絶縁膜314に設けられた開口部374
a(図26(C)参照。)とを有する。開口部374a(図26(C)参照。)は、開口
部372a(図26(A)参照。)の内側に位置する。開口部374a(図26(C)参
照。)において、導電膜304aと透光性を有する導電膜316aが接続される。
As shown in FIG. 25, an opening 372a (see FIG. 26A) provided in the insulating film 306 and the insulating film 312 and an opening 374 provided in the insulating film 314 are formed over the conductive film 304a.
a (see FIG. 26C). The opening 374a (see FIG. 26C) is located inside the opening 372a (see FIG. 26A). In the opening 374a (see FIG. 26C), the conductive film 304a and the light-transmitting conductive film 316a are connected.

また、導電膜310c上には、絶縁膜312に設けられた開口部372b(図26(A
)参照。)と、絶縁膜314に設けられた開口部374b(図26(C)参照。)とを有
する。開口部374b(図26(C)参照。)は、開口部372b(図26(A)参照。
)の内側に位置する。開口部374b(図26(C)参照。)において、導電膜310c
と透光性を有する導電膜316aが接続される。
Further, an opening 372b (see FIG. 26A provided in the insulating film 312 is provided over the conductive film 310c.
)reference. And an opening 374b (see FIG. 26C) provided in the insulating film 314. The opening 374b (see FIG. 26C) is the opening 372b (see FIG. 26A).
) Is located inside. In the opening 374b (see FIG. 26C), the conductive film 310c is formed.
And the light-transmitting conductive film 316a are connected to each other.

また、導電膜310e上には、絶縁膜312に設けられた開口部372c(図26(A
)参照。)と、絶縁膜314に設けられた開口部374c(図26(C)参照。)とを有
する。開口部374c(図26(C)参照。)は、開口部372c(図26(A)参照。
)の内側に位置する。開口部374c(図26(C)参照。)において、導電膜310e
と透光性を有する導電膜316bが接続される。
An opening 372c (see FIG. 26A provided in the insulating film 312 is provided over the conductive film 310e.
)reference. ) And an opening 374c (see FIG. 26C) provided in the insulating film 314. The opening 374c (see FIG. 26C) is the opening 372c (see FIG. 26A).
) Is located inside. In the opening 374c (see FIG. 26C), the conductive film 310e is formed.
Are connected to the light-transmitting conductive film 316b.

また、透光性を有する導電膜308c上には、絶縁膜312に設けられた開口部372
(図26(A)参照。)を有する。開口部372において、透光性を有する導電膜308
cは絶縁膜314と接する。
Further, an opening 372 provided in the insulating film 312 is provided over the light-transmitting conductive film 308c.
(See FIG. 26A). In the opening 372, the light-transmitting conductive film 308 is formed.
c is in contact with the insulating film 314.

導電膜304b及び透光性を有する導電膜316aの接続部、導電膜310c及び透光
性を有する導電膜316aの接続部、導電膜310e及び透光性を有する導電膜316b
の接続部はそれぞれ、絶縁膜305または/及び絶縁膜314で覆われている。絶縁膜3
05及び絶縁膜314は、外部からの不純物、例えば、水、アルカリ金属、アルカリ土類
金属等が、多層膜へ拡散するのを防ぐ材料で形成される絶縁膜で形成される。また、開口
部372a、372b、372c、372(図26(A)参照。)の側面が絶縁膜305
または/及び絶縁膜314で覆われている。絶縁膜305及び絶縁膜314の内側には多
層膜が設けられているため、外部からの不純物、例えば水、アルカリ金属、アルカリ土類
金属等が、導電膜304b、導電膜310c、310e、及び透光性を有する導電膜30
8c、316a、316bの接続部から、トランジスタに含まれる多層膜へ拡散すること
を防ぐことができる。このため、トランジスタの電気特性の変動を防ぐことが可能であり
、半導体装置の信頼性を高めることができる。
A connection portion between the conductive film 304b and the light-transmitting conductive film 316a, a connection portion between the conductive film 310c and the light-transmitting conductive film 316a, a conductive film 310e, and a light-transmitting conductive film 316b.
These connection portions are each covered with an insulating film 305 and / or an insulating film 314. Insulating film 3
05 and the insulating film 314 are formed of an insulating film formed of a material that prevents impurities from the outside, for example, water, alkali metal, alkaline earth metal, and the like from diffusing into the multilayer film. The side surfaces of the openings 372a, 372b, 372c, and 372 (see FIG. 26A) are insulating films 305.
Or / and the insulating film 314 is covered. Since a multilayer film is provided inside the insulating film 305 and the insulating film 314, impurities from the outside, for example, water, alkali metal, alkaline earth metal, or the like can be supplied from the conductive film 304b, the conductive films 310c, 310e, and the transparent film. Photoconductive film 30 having optical properties
It is possible to prevent diffusion from the connection portion of 8c, 316a, and 316b to the multilayer film included in the transistor. For this reason, it is possible to prevent variation in the electrical characteristics of the transistor, and the reliability of the semiconductor device can be improved.

<半導体装置の作製方法>
図25に示す半導体装置に示す基板302上に設けられた素子部の作製方法について、
図19、図20、図26、及び図27を用いて説明する。
<Method for Manufacturing Semiconductor Device>
A method for manufacturing an element portion provided over the substrate 302 shown in the semiconductor device shown in FIG.
This will be described with reference to FIGS. 19, 20, 26, and 27.

実施の形態7と同様に、図19及び図20の工程を経て、基板302上に、ゲート電極
として機能する導電膜304a、304b、304c、ゲート絶縁膜として機能する絶縁
膜305及び絶縁膜306、多層膜308a、308b、308d、導電膜310a、3
10b、310c、310d、310e、絶縁膜311を形成する。なお、当該工程にお
いて、第1のパターニング乃至第3のパターニングを行い、それぞれ導電膜304a、3
04b、304c、多層膜308a、308b、308d、導電膜310a、310b、
310c、310d、310eを形成している。
Similarly to Embodiment 7, through the steps of FIGS. 19 and 20, the conductive films 304a, 304b, and 304c that function as gate electrodes, the insulating films 305 and 306 that function as gate insulating films, over the substrate 302, Multilayer films 308a, 308b, 308d, conductive films 310a, 3
10b, 310c, 310d, 310e, and an insulating film 311 are formed. Note that in this process, first to third patterning are performed, and the conductive films 304a and 3b are respectively formed.
04b, 304c, multilayer films 308a, 308b, 308d, conductive films 310a, 310b,
310c, 310d, and 310e are formed.

次に、図26(A)に示すように、絶縁膜311を所望の領域に加工することで、絶縁
膜312、及び開口部372、372b、372cを形成する。さらに、ゲート絶縁膜の
一部である絶縁膜306を所望の領域に加工することで、開口部372aを形成する。な
お、絶縁膜305、絶縁膜312、及び開口部372、372a、372b、372cの
形成は、所望の領域に第4のパターニングによるマスクの形成を行い、該マスクに覆われ
ていない領域をエッチングすることで、形成することができる。開口部372、372a
、372b、372cの形成方法としては、適宜実施の形態7に示す開口部362の形成
方法を用いることができる。
Next, as illustrated in FIG. 26A, the insulating film 311 and the openings 372, 372b, and 372c are formed by processing the insulating film 311 into a desired region. Further, the opening 372a is formed by processing the insulating film 306 which is a part of the gate insulating film into a desired region. Note that the insulating film 305, the insulating film 312, and the openings 372, 372a, 372b, and 372c are formed by forming a mask by a fourth patterning in a desired region and etching a region that is not covered by the mask. Thus, it can be formed. Openings 372 and 372a
, 372b, and 372c can be formed using the method for forming the opening 362 described in Embodiment 7 as appropriate.

当該エッチング工程において、少なくとも開口部372aを形成することで、後に行わ
れる第5のパターニングで形成されたマスクを用いたエッチング工程の際に、エッチング
量を削減することが可能である。
In the etching step, at least the opening 372a is formed, so that the etching amount can be reduced in the etching step using a mask formed by the fifth patterning performed later.

この後、実施の形態7と同様に、第2の加熱処理を行う。   Thereafter, as in Embodiment 7, second heat treatment is performed.

次に、絶縁膜305、導電膜310c、310e、絶縁膜312、及び多層膜308d
上に絶縁膜313を形成する(図26(B)参照)。
Next, the insulating film 305, the conductive films 310c and 310e, the insulating film 312, and the multilayer film 308d
An insulating film 313 is formed thereon (see FIG. 26B).

次に、実施の形態7と同様に、絶縁膜313を所望の領域に加工することで、絶縁膜3
14、及び開口部374a、374b、374cを形成する。なお、絶縁膜314、及び
開口部374a、374b、374cは、所望の領域に第5のパターニングによるマスク
の形成を行い、該マスクに覆われていない領域をエッチングすることで形成することがで
きる(図26(C)参照)。
Next, as in Embodiment 7, the insulating film 313 is processed into a desired region, so that the insulating film 3
14 and openings 374a, 374b, 374c. Note that the insulating film 314 and the openings 374a, 374b, and 374c can be formed by forming a mask by a fifth patterning in a desired region and etching a region that is not covered with the mask ( (See FIG. 26C).

次に、実施の形態7と同様に、開口部374a、374b、374cを覆うように絶縁
膜314上に導電膜315を形成する(図27(A)参照)。
Next, as in Embodiment 7, a conductive film 315 is formed over the insulating film 314 so as to cover the openings 374a, 374b, and 374c (see FIG. 27A).

次に、導電膜315を所望の領域に加工することで、透光性を有する導電膜316a、
316bを形成する。なお、透光性を有する導電膜316a、316bの形成は、所望の
領域に第6のパターニングによるマスクの形成を行い、該マスクに覆われていない領域を
エッチングすることで形成することができる(図27(B)参照)。
Next, the conductive film 315 is processed into a desired region, whereby a light-transmitting conductive film 316a,
316b is formed. Note that the light-transmitting conductive films 316a and 316b can be formed by forming a mask by sixth patterning in a desired region and etching a region not covered with the mask ( FIG. 27 (B)).

以上の工程で基板302上に、トランジスタを有する画素部及び駆動回路部を形成する
ことができる。なお、本実施の形態に示す作製工程においては、第1乃至第6のパターニ
ング、すなわち6枚のマスクでトランジスタ、及び容量素子を同時に形成することができ
る。
Through the above process, a pixel portion and a driver circuit portion each including a transistor can be formed over the substrate 302. Note that in the manufacturing process described in this embodiment, a transistor and a capacitor can be formed at the same time with first to sixth patterning, that is, with six masks.

図26(A)において、開口部372aを形成しない工程の場合、図26(C)に示す
エッチング工程において、絶縁膜305、絶縁膜306、絶縁膜312、及び絶縁膜31
4をエッチングしなければならず、他の開口部と比べてエッチング量が増えてしまう。こ
のため、当該エッチング工程においてばらつきが生じてしまい、一部の領域においては、
開口部374aが形成されず、後に形成される透光性を有する導電膜316aと導電膜3
04bのコンタクト不良が生じてしまう。しかしながら、本実施の形態においては、2回
のエッチング工程により開口部372a及び開口部374aを形成するため、当該開口部
の形成工程においてエッチング不良が生じにくい。この結果、半導体装置の歩留まりを向
上させることが可能である。なお、ここでは、開口部372aを用いて説明したが、開口
部374b及び開口部374cにおいても同様の効果を有する。
In FIG. 26A, in the case where the opening 372a is not formed, the insulating film 305, the insulating film 306, the insulating film 312, and the insulating film 31 are formed in the etching step illustrated in FIG.
4 has to be etched, and the amount of etching increases compared to other openings. For this reason, variations occur in the etching process, and in some areas,
The opening 374a is not formed, and a light-transmitting conductive film 316a and a conductive film 3 are formed later.
The contact failure 04b occurs. However, in this embodiment mode, the opening 372a and the opening 374a are formed by two etching processes, so that etching defects are unlikely to occur in the opening forming process. As a result, the yield of the semiconductor device can be improved. Although the description has been given here using the opening 372a, the opening 374b and the opening 374c have the same effect.

<変形例2>
画素301に液晶素子を用いた液晶表示装置の変形例について説明する。図18及び図
25に示す液晶表示装置において、透光性を有する導電膜308は、絶縁膜314と接し
ているが、絶縁膜305と接する構造とすることができる。この場合、図21に示すよう
な開口部362を設ける必要が無いため、透光性を有する導電膜316a、316b表面
の段差を低減することが可能である。このため、液晶層320に含まれる液晶材料の配向
乱れを低減することが可能である。また、コントラストの高い半導体装置を作製すること
ができる。
<Modification 2>
A modification of the liquid crystal display device using a liquid crystal element for the pixel 301 will be described. In the liquid crystal display device illustrated in FIGS. 18 and 25, the light-transmitting conductive film 308 is in contact with the insulating film 314, but can have a structure in contact with the insulating film 305. In this case, since there is no need to provide the opening 362 as illustrated in FIG. 21, steps on the surfaces of the light-transmitting conductive films 316a and 316b can be reduced. For this reason, it is possible to reduce alignment disorder of the liquid crystal material included in the liquid crystal layer 320. In addition, a semiconductor device with high contrast can be manufactured.

このような構造は、図19(B)において、多層膜307を形成する前に、絶縁膜30
6を選択的にエッチングして、絶縁膜305の一部を露出させればよい。
In such a structure, the insulating film 30 is formed before the multilayer film 307 is formed in FIG.
6 may be selectively etched to expose part of the insulating film 305.

<変形例3>
ここでは、実施の形態1に示す半導体装置の変形例について、図28乃至図30を用い
て説明する。図28において、A−Bに駆動回路部の断面図を示し、C−Dに画素部の断
面図を示す。
<Modification 3>
Here, a modified example of the semiconductor device described in Embodiment 1 is described with reference to FIGS. 28A and 28B, a cross-sectional view of the driver circuit portion is shown in AB, and a cross-sectional view of the pixel portion is shown in CD.

図28に示す半導体装置は、実施の形態1に示す半導体装置と比較して、チャネル保護
型のトランジスタを用いている点が異なる。
The semiconductor device illustrated in FIG. 28 is different from the semiconductor device described in Embodiment 1 in that a channel protection transistor is used.

駆動回路部において、ゲート電極として機能する導電膜304a、ゲート絶縁膜として
機能する絶縁膜305及び絶縁膜306、チャネル領域が形成される多層膜308a、ソ
ース電極及びドレイン電極として機能する導電膜310a、310bによりトランジスタ
102を構成する。多層膜308aと導電膜310a、310bの間に、チャネル保護膜
として機能する絶縁膜312が設けられる。また、導電膜310a、310b、310c
上には、絶縁膜314が保護膜として設けられている。
In the driver circuit portion, a conductive film 304a functioning as a gate electrode, an insulating film 305 and an insulating film 306 functioning as a gate insulating film, a multilayer film 308a in which a channel region is formed, a conductive film 310a functioning as a source electrode and a drain electrode, The transistor 102 is configured by 310b. An insulating film 312 that functions as a channel protective film is provided between the multilayer film 308a and the conductive films 310a and 310b. In addition, the conductive films 310a, 310b, and 310c
On the top, an insulating film 314 is provided as a protective film.

画素部において、ゲート電極として機能する導電膜304c、ゲート絶縁膜として機能
する絶縁膜305及び絶縁膜306、ゲート絶縁膜上に形成されたチャネル領域が形成さ
れる多層膜308b、ソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜310d、31
0eによりトランジスタ103を構成する。多層膜308bと導電膜310d、310e
の間に、チャネル保護膜として機能する絶縁膜312が設けられる。また、導電膜310
d、310e、透光性を有する導電膜308c上には、絶縁膜314が保護膜として設け
られている。
In the pixel portion, a conductive film 304c functioning as a gate electrode, an insulating film 305 and an insulating film 306 functioning as a gate insulating film, a multilayer film 308b in which a channel region formed over the gate insulating film is formed, a source electrode and a drain electrode Conductive films 310d and 31 that function as
The transistor 103 is configured by 0e. Multilayer film 308b and conductive films 310d and 310e
An insulating film 312 functioning as a channel protective film is provided between the two. In addition, the conductive film 310
An insulating film 314 is provided as a protective film over the conductive films 308c having d and 310e and a light-transmitting property.

また、画素電極として機能する透光性を有する導電膜316bが、絶縁膜314に設け
られた開口部において、導電膜310eと接続する。
A light-transmitting conductive film 316b functioning as a pixel electrode is connected to the conductive film 310e in an opening provided in the insulating film 314.

また、一方の電極として機能する透光性を有する導電膜308c、誘電体膜として機能
する絶縁膜314、他方の電極として機能する透光性を有する導電膜316bにより容量
素子105を構成する。
Further, the capacitor 105 is formed using the light-transmitting conductive film 308 c functioning as one electrode, the insulating film 314 functioning as a dielectric film, and the light-transmitting conductive film 316 b functioning as the other electrode.

また、駆動回路部において、導電膜304a、304cと同時に形成された導電膜30
4bと、導電膜310a、310b、310d、310eと同時に形成された導電膜31
0cとは、透光性を有する導電膜316bと同時に形成された透光性を有する導電膜31
6aで接続される。
In the driver circuit portion, the conductive film 30 formed simultaneously with the conductive films 304a and 304c.
4b and the conductive film 31 formed simultaneously with the conductive films 310a, 310b, 310d, and 310e.
0c means a light-transmitting conductive film 31 formed at the same time as the light-transmitting conductive film 316b.
6a is connected.

本変形例においては、導電膜310a、310b、310d、310eをエッチングす
る際、多層膜308a、308bが絶縁膜312に覆われているため、導電膜310a、
310b、310d、310eを形成するエッチングによって、多層膜308a、308
bはダメージを受けない。さらに、絶縁膜312は、化学量論的組成を満たす酸素よりも
多くの酸素を含む酸化物絶縁膜で形成される。このため、絶縁膜312に含まれる酸素の
一部を多層膜308a、308bに移動させ、多層膜308a、308bに含まれる酸素
欠損量を低減することができる。
In this modification, when the conductive films 310a, 310b, 310d, and 310e are etched, the multilayer films 308a and 308b are covered with the insulating film 312.
Multilayer films 308a and 308 are formed by etching to form 310b, 310d and 310e.
b takes no damage. Further, the insulating film 312 is formed using an oxide insulating film containing more oxygen than oxygen that satisfies the stoichiometric composition. Therefore, part of oxygen contained in the insulating film 312 can be moved to the multilayer films 308a and 308b, so that the amount of oxygen vacancies contained in the multilayer films 308a and 308b can be reduced.

図28に示す半導体装置に示す基板302上に設けられた素子部の作製方法について、
図19、図29、及び図30を用いて説明する。
28A to 28C, a method for manufacturing an element portion provided over the substrate 302 illustrated in the semiconductor device illustrated in FIG.
This will be described with reference to FIGS. 19, 29, and 30. FIG.

実施の形態7と同様に、図19の工程を経て、基板302上に、ゲート電極として機能
する導電膜304a、304b、304c、ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜305及
び絶縁膜306、多層膜308a、308b、308dを形成する。なお、当該工程にお
いて、第1のパターニング及び第2のパターニングを行い、それぞれ導電膜304a、3
04b、304c、多層膜308a、308b、308dを形成している。
Similarly to Embodiment 7, through the process of FIG. 19, conductive films 304a, 304b, and 304c that function as gate electrodes, insulating films 305 and 306 that function as gate insulating films, and a multilayer film 308a are formed over the substrate 302. , 308b, 308d. Note that in this step, the first patterning and the second patterning are performed, and the conductive films 304a and 3b are respectively formed.
04b and 304c and multilayer films 308a, 308b and 308d are formed.

次に、図29(A)に示すように、実施の形態7と同様に絶縁膜311を形成する。   Next, as illustrated in FIG. 29A, an insulating film 311 is formed in a manner similar to that in Embodiment 7.

この後、実施の形態7と同様に、第2の加熱処理を行う。   Thereafter, as in Embodiment 7, second heat treatment is performed.

次に、図29(B)に示すように、絶縁膜311を所望の領域に加工することで、多層
膜308a、308b上に絶縁膜312を形成する。当該工程において、絶縁膜312と
同様の材料で絶縁膜306が形成される場合、絶縁膜306の一部がエッチングされ、多
層膜308a、308bに覆われている領域のみ残存する。なお、絶縁膜306及び絶縁
膜312の形成は、所望の領域に第3のパターニングによるマスクの形成を行い、該マス
クに覆われていない領域をエッチングすることで、形成することができる。
Next, as illustrated in FIG. 29B, the insulating film 311 is processed into a desired region, whereby the insulating film 312 is formed over the multilayer films 308a and 308b. In this step, in the case where the insulating film 306 is formed using a material similar to that of the insulating film 312, a part of the insulating film 306 is etched and only a region covered with the multilayer films 308a and 308b remains. Note that the insulating film 306 and the insulating film 312 can be formed by forming a mask by third patterning in a desired region and etching a region not covered with the mask.

次に、絶縁膜305、絶縁膜306、多層膜308a、308b上に導電膜を形成した
後、実施の形態7と同様の工程を経て導電膜310a、310b、310c、310d、
310eを形成する(図29(C)参照。)。なお、導電膜310a、310b、310
c、310d、310eの形成は、所望の領域に第4のパターニングによるマスクの形成
を行い、該マスクに覆われていない領域をエッチングすることで、形成することができる
Next, after a conductive film is formed over the insulating film 305, the insulating film 306, and the multilayer films 308a and 308b, the conductive film 310a, 310b, 310c, 310d,
310e is formed (see FIG. 29C). The conductive films 310a, 310b, 310
The formation of c, 310d, and 310e can be performed by forming a mask by the fourth patterning in a desired region and etching the region not covered with the mask.

次に、絶縁膜305、絶縁膜312、多層膜308d、導電膜310a、310b、3
10c、310d、310e上に絶縁膜313を形成する(図30(A)参照)。
Next, the insulating film 305, the insulating film 312, the multilayer film 308d, the conductive films 310a, 310b, 3
An insulating film 313 is formed over 10c, 310d, and 310e (see FIG. 30A).

次に、実施の形態7と同様に、絶縁膜313を所望の領域に加工することで、絶縁膜3
14、及び開口部384a、384b、384cを形成する。なお、絶縁膜314、及び
開口部384a、384b、384cは、所望の領域に第5のパターニングによるマスク
の形成を行い、該マスクに覆われていない領域をエッチングすることで形成することがで
きる(図30(B)参照)。
Next, as in Embodiment 7, the insulating film 313 is processed into a desired region, so that the insulating film 3
14 and openings 384a, 384b, 384c. Note that the insulating film 314 and the openings 384a, 384b, and 384c can be formed by forming a mask by a fifth patterning in a desired region and etching a region that is not covered with the mask ( (See FIG. 30B).

次に、実施の形態7と同様に、開口部384a、384b、384cを覆うように絶縁
膜314上に導電膜を形成した後、導電膜を所望の領域に加工することで、透光性を有す
る導電膜316a、316bを形成する(図30(C)参照)。なお、透光性を有する導
電膜316a、316bの形成は、所望の領域に第6のパターニングによるマスクの形成
を行い、該マスクに覆われていない領域をエッチングすることで形成することができる。
Next, as in Embodiment 7, a conductive film is formed over the insulating film 314 so as to cover the openings 384a, 384b, and 384c, and then the conductive film is processed into a desired region, so that translucency can be obtained. The conductive films 316a and 316b are formed (see FIG. 30C). Note that the light-transmitting conductive films 316a and 316b can be formed by forming a mask by sixth patterning in a desired region and etching a region not covered with the mask.

以上の工程で基板302上に、トランジスタを有する画素部及び駆動回路部を形成する
ことができる。なお、本実施の形態に示す作製工程においては、第1乃至第6のパターニ
ング、すなわち6枚のマスクでトランジスタ、及び容量素子を同時に形成することができ
る。
Through the above process, a pixel portion and a driver circuit portion each including a transistor can be formed over the substrate 302. Note that in the manufacturing process described in this embodiment, a transistor and a capacitor can be formed at the same time with first to sixth patterning, that is, with six masks.

<変形例4>
本実施の形態及び変形例では、容量素子105を構成する一対の電極として、透光性を
有する導電膜308c及び透光性を有する導電膜316bを用いているが、この代わりに
、図4に示すように、絶縁膜312及び絶縁膜314の間に、透光性を有する導電膜31
7を形成し、絶縁膜314上に透光性を有する導電膜316cを形成し、透光性を有する
導電膜317及び透光性を有する導電膜316cを、容量素子105を形成する一対の電
極として用いることができる。
<Modification 4>
In this embodiment and the modification, the light-transmitting conductive film 308c and the light-transmitting conductive film 316b are used as the pair of electrodes included in the capacitor 105. Instead, FIG. As shown, a light-transmitting conductive film 31 is provided between the insulating film 312 and the insulating film 314.
7, a light-transmitting conductive film 316 c is formed over the insulating film 314, and the light-transmitting conductive film 317 and the light-transmitting conductive film 316 c are formed into a pair of electrodes for forming the capacitor 105. Can be used as

さらには、絶縁膜312上に、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド等の有機絶縁
膜を設けてもよい。アクリル系樹脂等の有機絶縁膜は平坦性が高いため、透光性を有する
導電膜316a表面の段差を低減することが可能である。このため、液晶層320に含ま
れる液晶材料の配向乱れを低減することが可能である。また、コントラストの高い半導体
装置を作製することができる。
Further, an organic insulating film such as an acrylic resin, an epoxy resin, or polyimide may be provided over the insulating film 312. Since an organic insulating film such as an acrylic resin has high flatness, a step on the surface of the light-transmitting conductive film 316a can be reduced. For this reason, it is possible to reduce alignment disorder of the liquid crystal material included in the liquid crystal layer 320. In addition, a semiconductor device with high contrast can be manufactured.

<変形例5>
本実施の形態及び変形例では、容量素子を構成する一対の電極として、透光性を有する
導電膜308c及び透光性を有する導電膜316bを用いているが、導電膜304a、3
04b、304cと同時に形成される導電膜、導電膜310a、310b、310c、3
10d、310eと同時に形成される導電膜、透光性を有する導電膜308c及び透光性
を有する導電膜316bの2以上を適宜選択することが可能である。
<Modification 5>
In this embodiment and the modification, the light-transmitting conductive film 308c and the light-transmitting conductive film 316b are used as the pair of electrodes included in the capacitor;
04b and 304c, conductive films formed simultaneously with the conductive films 310a, 310b, 310c, 3
Two or more of a conductive film formed simultaneously with 10d and 310e, a light-transmitting conductive film 308c, and a light-transmitting conductive film 316b can be selected as appropriate.

(実施の形態9)
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した半導体装置に含まれているトランジスタ
において、多層膜20及び多層膜34に適用可能な一態様について説明する。なお、ここ
では、多層膜に含まれる酸化物半導体膜を一例に用いて説明するが、酸化物膜も同様の構
造とすることができる。
(Embodiment 9)
In this embodiment, one mode applicable to the multilayer film 20 and the multilayer film 34 in the transistor included in the semiconductor device described in the above embodiment is described. Note that the oxide semiconductor film included in the multilayer film is described here as an example; however, the oxide film can have a similar structure.

酸化物半導体膜は、単結晶構造の酸化物半導体(以下、単結晶酸化物半導体という。)
、多結晶構造の酸化物半導体(以下、多結晶酸化物半導体という。)、微結晶構造の酸化
物半導体(以下、微結晶酸化物半導体という。)、及び非晶質構造の酸化物半導体(以下
、非晶質酸化物半導体という。)の一以上で構成されてもよい。また、酸化物半導体膜は
、CAAC−OSで構成されていてもよい。また、酸化物半導体膜は、非晶質酸化物半導
体及び結晶粒を有する酸化物半導体で構成されていてもよい。以下に、単結晶酸化物半導
体、CAAC−OS、多結晶酸化物半導体、微結晶酸化物半導体、非晶質酸化物半導体に
ついて説明する。
An oxide semiconductor film is an oxide semiconductor having a single crystal structure (hereinafter referred to as a single crystal oxide semiconductor).
A polycrystalline oxide semiconductor (hereinafter referred to as a polycrystalline oxide semiconductor), a microcrystalline oxide semiconductor (hereinafter referred to as a microcrystalline oxide semiconductor), and an amorphous oxide semiconductor (hereinafter referred to as a microcrystalline oxide semiconductor). Or an amorphous oxide semiconductor). The oxide semiconductor film may be formed using a CAAC-OS. The oxide semiconductor film may be formed using an amorphous oxide semiconductor and an oxide semiconductor having crystal grains. A single crystal oxide semiconductor, a CAAC-OS, a polycrystalline oxide semiconductor, a microcrystalline oxide semiconductor, and an amorphous oxide semiconductor are described below.

<単結晶酸化物半導体>
単結晶酸化物半導体は、例えば、不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低い(酸素欠損量
が少ない)ため、キャリア密度を低くすることができる。従って、単結晶酸化物半導体を
チャネル領域に用いたトランジスタは、ノーマリーオンの電気特性になることが少ない場
合がある。また、単結晶酸化物半導体は、欠陥準位密度が低いため、トラップ準位密度も
低くなる場合がある。従って、単結晶酸化物半導体をチャネル領域に用いたトランジスタ
は、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる場合がある。
<Single crystal oxide semiconductor>
For example, a single crystal oxide semiconductor has a low impurity concentration and a low density of defect states (a small amount of oxygen vacancies); therefore, the carrier density can be reduced. Therefore, a transistor in which a single crystal oxide semiconductor is used for a channel region often has normally-on electrical characteristics. In addition, since the single-crystal oxide semiconductor has a low density of defect states, the density of trap levels may be low. Therefore, a transistor using a single crystal oxide semiconductor for a channel region may have a small change in electrical characteristics and be a highly reliable transistor.

<CAAC−OS>
CAAC−OS膜は、複数の結晶部を有する酸化物半導体膜の一つであり、ほとんどの
結晶部は、一辺が100nm未満の立方体内に収まる大きさである。従って、CAAC−
OS膜に含まれる結晶部は、一辺が10nm未満、5nm未満又は3nm未満の立方体内
に収まる大きさの場合も含まれる。CAAC−OS膜は、微結晶酸化物半導体膜よりも欠
陥準位密度が低いという特徴がある。以下、CAAC−OS膜について詳細な説明を行う
<CAAC-OS>
The CAAC-OS film is one of oxide semiconductor films having a plurality of crystal parts, and most of the crystal parts are large enough to fit in a cube whose one side is less than 100 nm. Therefore, CAAC-
The crystal part included in the OS film includes a case where one side has a size that fits in a cube of less than 10 nm, less than 5 nm, or less than 3 nm. The CAAC-OS film is characterized by having a lower density of defect states than a microcrystalline oxide semiconductor film. Hereinafter, the CAAC-OS film is described in detail.

CAAC−OSは、例えば、透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission
Electron Microscope)による観察像で、結晶部を確認することがで
きる場合がある。CAAC−OSに含まれる結晶部は、例えば、TEMによる観察像で、
一辺100nmの立方体内に収まる大きさであることが多い。また、CAAC−OSは、
TEMによる観察像で、結晶部と結晶部との境界を明確に確認できない場合がある。また
、CAAC−OSは、TEMによる観察像で、粒界(グレインバウンダリーともいう。)
を明確に確認できない場合がある。CAAC−OSは、例えば、明確な粒界を有さないた
め、不純物が偏析することが少ない。また、CAAC−OSは、例えば、明確な粒界を有
さないため、欠陥準位密度が高くなることが少ない。また、CAAC−OSは、例えば、
明確な粒界を有さないため、電子移動度の低下が小さい。
The CAAC-OS is, for example, a transmission electron microscope (TEM: Transmission).
In some cases, the crystal part can be confirmed by an observation image obtained by an electron microscope (Electron Microscope). The crystal part included in the CAAC-OS is, for example, an observation image by TEM.
In many cases, the size is within a cube of 100 nm on a side. In addition, CAAC-OS
There may be a case where the boundary between the crystal part and the crystal part cannot be clearly confirmed in the observation image by TEM. The CAAC-OS is an observation image obtained by a TEM and is a grain boundary (also referred to as a grain boundary).
May not be clearly confirmed. For example, the CAAC-OS does not have a clear grain boundary; In addition, since the CAAC-OS does not have a clear grain boundary, for example, the density of defect states is rarely increased. In addition, the CAAC-OS is, for example,
Since there is no clear grain boundary, the decrease in electron mobility is small.

CAAC−OSは、例えば、複数の結晶部を有し、当該複数の結晶部においてc軸が被
形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向に揃っている場合がある。
そのため、CAAC−OSは、例えば、X線回折(XRD:X−Ray Diffrac
tion)装置を用い、out−of−plane法による分析を行うと、配向を示す2
θが31°近傍のピークが現れる場合がある。また、CAAC−OSは、例えば、電子線
回折パターンで、スポット(輝点)が観測される場合がある。なお、特に、ビーム径が1
0nmφ以下、または5nmφ以下の電子線を用いて得られる電子線回折パターンを、極
微電子線回折パターンと呼ぶ。また、CAAC−OSは、例えば、異なる結晶部間で、そ
れぞれa軸及びb軸の向きが揃っていない場合がある。CAAC−OSは、例えば、c軸
配向し、a軸または/及びb軸はマクロに揃っていない場合がある。
For example, the CAAC-OS includes a plurality of crystal parts, and the c-axis is aligned in a direction parallel to the normal vector of the surface to be formed or the normal vector of the surface of the plurality of crystal parts.
Therefore, the CAAC-OS is, for example, an X-ray diffraction (XRD: X-Ray Diffrac).
2) showing orientation when analyzed by the out-of-plane method using a
There may be a peak where θ is around 31 °. In the CAAC-OS, for example, spots (bright spots) may be observed in an electron beam diffraction pattern. In particular, the beam diameter is 1
An electron diffraction pattern obtained using an electron beam of 0 nmφ or less or 5 nmφ or less is referred to as a micro electron diffraction pattern. In the CAAC-OS, for example, the directions of the a-axis and the b-axis may not be uniform between different crystal parts. For example, the CAAC-OS may be c-axis oriented and the a-axis and / or b-axis may not be aligned in a macro manner.

図31は、CAAC−OSを有する試料の極微電子線回折パターンの一例である。ここ
では、試料を、CAAC−OSの被形成面に垂直な方向に切断し、厚さが40nm程度と
なるように薄片化する。また、ここでは、ビーム径が1nmφの電子線を、試料の切断面
に垂直な方向から入射させる。図31より、CAAC−OSの極微電子線回折パターンは
、スポットが観測されることがわかる。
FIG. 31 is an example of a microelectron beam diffraction pattern of a sample including a CAAC-OS. Here, the sample is cut in a direction perpendicular to the surface on which the CAAC-OS is formed, and thinned so that the thickness becomes approximately 40 nm. Here, an electron beam having a beam diameter of 1 nmφ is made incident from a direction perpendicular to the cut surface of the sample. FIG. 31 shows that spots are observed in the microelectron beam diffraction pattern of the CAAC-OS.

CAAC−OSに含まれる結晶部は、例えば、c軸がCAAC−OSの被形成面の法線
ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向になるように揃い、かつab面に垂直な
方向から見て金属原子が三角形状または六角形状に配列し、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とが層状に配列している。なお、異なる結晶部間
で、それぞれa軸及びb軸の向きが異なっていてもよい。本明細書において、単に垂直と
記載する場合、80°以上100°以下、好ましくは85°以上95°以下の範囲も含ま
れることとする。また、単に平行と記載する場合、−10°以上10°以下、好ましくは
−5°以上5°以下の範囲も含まれることとする。
The crystal part included in the CAAC-OS is aligned so that, for example, the c-axis is in a direction parallel to the normal vector of the formation surface of the CAAC-OS or the normal vector of the surface, and from a direction perpendicular to the ab plane. The metal atoms are arranged in a triangular shape or a hexagonal shape as viewed, and the metal atoms are arranged in layers or the metal atoms and oxygen atoms are arranged in layers as viewed from the direction perpendicular to the c-axis. Note that the directions of the a-axis and the b-axis may be different between different crystal parts. In this specification, the term “perpendicular” includes a range of 80 ° to 100 °, preferably 85 ° to 95 °. In addition, a simple term “parallel” includes a range of −10 ° to 10 °, preferably −5 ° to 5 °.

CAAC−OSに含まれる結晶部のc軸は、CAAC−OSの被形成面の法線ベクトル
または表面の法線ベクトルに平行な方向になるように揃うため、CAAC−OSの形状(
被形成面の断面形状または表面の断面形状)によっては互いに異なる方向を向くことがあ
る。また、結晶部は、成膜したとき、または成膜後に加熱処理などの結晶化処理を行った
ときに形成される。従って、結晶部のc軸は、CAAC−OSが形成されたときの被形成
面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向になるように揃う。
Since the c-axis of the crystal part included in the CAAC-OS is aligned in a direction parallel to the normal vector of the surface where the CAAC-OS is formed or the normal vector of the surface, the shape of the CAAC-OS (
Depending on the cross-sectional shape of the surface to be formed or the cross-sectional shape of the surface, they may face in different directions. The crystal part is formed when a film is formed or when a crystallization process such as a heat treatment is performed after the film formation. Accordingly, the c-axes of the crystal parts are aligned in a direction parallel to the normal vector of the surface where the CAAC-OS is formed or the normal vector of the surface.

CAAC−OSは、例えば、不純物濃度を低減することで形成することができる場合が
ある。ここで、不純物は、水素、炭素、シリコン、遷移金属元素などの酸化物半導体の主
成分以外の元素である。特に、シリコンなどの元素は、酸化物半導体を構成する金属元素
よりも酸素との結合力が強い。従って、当該元素が酸化物半導体から酸素を奪う場合、酸
化物半導体の原子配列を乱し、結晶性を低下させることがある。また、鉄やニッケルなど
の重金属、アルゴン、二酸化炭素などは、原子半径(または分子半径)が大きいため、酸
化物半導体の原子配列を乱し、酸化物半導体の結晶性を低下させることがある。従って、
CAAC−OSは、不純物濃度の低い酸化物半導体である。また、酸化物半導体に含まれ
る不純物は、キャリア発生源となる場合がある。
In some cases, the CAAC-OS can be formed by reducing the impurity concentration, for example. Here, the impurity is an element other than the main component of the oxide semiconductor, such as hydrogen, carbon, silicon, or a transition metal element. In particular, an element such as silicon has a stronger bonding force with oxygen than a metal element included in an oxide semiconductor. Therefore, in the case where the element deprives oxygen from the oxide semiconductor, the atomic arrangement of the oxide semiconductor may be disturbed and crystallinity may be reduced. In addition, heavy metals such as iron and nickel, argon, carbon dioxide, and the like have large atomic radii (or molecular radii), which may disturb the atomic arrangement of the oxide semiconductor and decrease the crystallinity of the oxide semiconductor. Therefore,
The CAAC-OS is an oxide semiconductor with a low impurity concentration. Further, an impurity contained in the oxide semiconductor might serve as a carrier generation source.

なお、CAAC−OSにおいて、結晶部の分布が一様でなくてもよい。例えば、CAA
C−OSの形成過程において、酸化物半導体の表面側から結晶成長させる場合、被形成面
の近傍に対し表面の近傍では結晶部の占める割合が高くなることがある。また、CAAC
−OSに不純物が混入することにより、当該不純物混入領域において結晶部の結晶性が低
下することがある。
Note that in the CAAC-OS, the distribution of crystal parts may not be uniform. For example, CAA
In the C-OS formation process, in the case where crystal growth is performed from the surface side of the oxide semiconductor, the ratio of crystal parts in the vicinity of the surface of the oxide semiconductor may be higher in the vicinity of the surface. CAAC
When impurities are mixed into -OS, the crystallinity of the crystal part in the impurity-mixed region may be lowered.

また、CAAC−OSは、例えば、欠陥準位密度を低減することで形成することができ
る。酸化物半導体において、例えば、酸素欠損があると欠陥準位密度が増加する。酸素欠
損は、キャリアトラップとなることや、水素を捕獲することによってキャリア発生源とな
ることがある。CAAC−OSを形成するためには、例えば、酸化物半導体に酸素欠損を
生じさせないことが重要となる。従って、CAAC−OSは、欠陥準位密度の低い酸化物
半導体である。または、CAAC−OSは、酸素欠損量の少ない酸化物半導体である。
In addition, the CAAC-OS can be formed by reducing the density of defect states, for example. In an oxide semiconductor, for example, when there is an oxygen vacancy, the density of defect states increases. Oxygen deficiency may become a carrier generation source by becoming a carrier trap or capturing hydrogen. In order to form the CAAC-OS, for example, it is important to prevent oxygen vacancies from being generated in the oxide semiconductor. Therefore, the CAAC-OS is an oxide semiconductor with a low density of defect states. Alternatively, the CAAC-OS is an oxide semiconductor with a small amount of oxygen vacancies.

CAAC−OSにおいて、一定光電流測定法(CPM:Constant Photo
current Method)で導出される吸収係数は、1×10−3/cm未満、好
ましくは1×10−4/cm未満、さらに好ましくは5×10−5/cm未満となる。吸
収係数は、酸素欠損及び不純物の混入に由来する局在準位に応じたエネルギー(波長によ
り換算)と正の相関があるため、CAAC−OSにおける欠陥準位が極めて少ない。
In CAAC-OS, a constant photocurrent measurement method (CPM: Constant Photo)
The absorption coefficient derived by current method is less than 1 × 10 −3 / cm, preferably less than 1 × 10 −4 / cm, and more preferably less than 5 × 10 −5 / cm. Since the absorption coefficient has a positive correlation with the energy (converted according to the wavelength) corresponding to the localized level derived from oxygen vacancies and impurity contamination, the defect level in the CAAC-OS is extremely small.

なお、CPM測定によって得られた吸収係数のカーブからバンドの裾に起因するアーバ
ックテールと呼ばれる吸収係数分を除くことにより、欠陥準位よる吸収係数を以下の式か
ら算出することができる。なお、アーバックテールとは、CPM測定によって得られた吸
収係数のカーブにおいて一定の傾きを有する領域をいい、当該傾きをアーバックエネルギ
ーという。
In addition, the absorption coefficient by a defect level is computable from the following formula | equation by remove | excluding the absorption coefficient part called the arback tail resulting from the base of a band from the curve of the absorption coefficient obtained by CPM measurement. Note that the back tail refers to a region having a certain slope in the curve of the absorption coefficient obtained by CPM measurement, and the slope is referred to as the back back energy.

ここで、α(E)は、各エネルギーにおける吸収係数を表し、αは、アーバックテー
ルによる吸収係数を表す。
Here, α (E) represents an absorption coefficient at each energy, and α u represents an absorption coefficient due to the Arback tail.

また、高純度真性または実質的に高純度真性であるCAAC−OSを用いたトランジス
タは、可視光や紫外光の照射による電気特性の変動が小さい。
In addition, a transistor using a high-purity intrinsic or substantially high-purity intrinsic CAAC-OS has little variation in electrical characteristics due to irradiation with visible light or ultraviolet light.

<CAAC−OSの作製方法>
CAAC−OSに含まれる結晶部のc軸は、CAAC−OSの被形成面の法線ベクトル
または表面の法線ベクトルに平行な方向に揃うため、CAAC−OSの形状(被形成面の
断面形状または表面の断面形状)によっては互いに異なる方向を向くことがある。なお、
結晶部のc軸の方向は、CAAC−OSが形成されたときの被形成面の法線ベクトルまた
は表面の法線ベクトルに平行な方向となる。結晶部は、成膜することにより、または成膜
後に加熱処理などの結晶化処理を行うことにより形成される。
<Method for Manufacturing CAAC-OS>
Since the c-axis of the crystal part included in the CAAC-OS is aligned in a direction parallel to the normal vector of the formation surface of the CAAC-OS or the normal vector of the surface, the shape of the CAAC-OS (the cross-sectional shape of the formation surface) Or, depending on the cross-sectional shape of the surface, they may face different directions. In addition,
The c-axis direction of the crystal part is a direction parallel to the normal vector of the surface where the CAAC-OS is formed or the normal vector of the surface. The crystal part is formed by film formation or by performing crystallization treatment such as heat treatment after film formation.

CAAC−OSの形成方法としては、三つ挙げられる。   There are three methods for forming the CAAC-OS.

第1の方法は、成膜温度を100℃以上450℃以下として酸化物半導体膜を成膜する
ことで、酸化物半導体膜に含まれる結晶部のc軸が、被形成面の法線ベクトルまたは表面
の法線ベクトルに平行な方向に揃った結晶部を形成する方法である。なお、本明細書にお
いては、成膜温度を100℃以上400℃以下とすることが好ましい。
The first method is to form an oxide semiconductor film at a deposition temperature of 100 ° C. to 450 ° C. so that the c-axis of a crystal part included in the oxide semiconductor film is a normal vector of a formation surface or This is a method of forming crystal parts aligned in a direction parallel to the surface normal vector. Note that in this specification, the deposition temperature is preferably 100 ° C. or higher and 400 ° C. or lower.

第2の方法は、酸化物半導体膜を薄い厚さで成膜した後、200℃以上700℃以下の
加熱処理を行うことで、酸化物半導体膜に含まれる結晶部のc軸が、被形成面の法線ベク
トルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向に揃った結晶部を形成する方法である。なお
、本明細書においては、加熱温度を200℃以上400℃以下とすることが好ましい。
The second method is to form a thin oxide semiconductor film and then perform heat treatment at 200 ° C. to 700 ° C. so that the c-axis of the crystal part included in the oxide semiconductor film is formed. This is a method of forming a crystal part aligned in a direction parallel to a surface normal vector or a surface normal vector. Note that in this specification, the heating temperature is preferably 200 ° C. or higher and 400 ° C. or lower.

第3の方法は、一層目の酸化物半導体膜を薄い厚さで成膜した後、200℃以上700
℃以下の加熱処理を行い、さらに二層目の酸化物半導体膜の成膜を行うことで、酸化物半
導体膜に含まれる結晶部のc軸が、被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに
平行な方向に揃った結晶部を形成する方法である。なお、本明細書においては、加熱温度
を200℃以上400℃以下とすることが好ましい。
The third method is to form a first oxide semiconductor film with a small thickness, and then at 200 ° C. or higher and 700 ° C.
By performing heat treatment at a temperature of less than or equal to 0 ° C. and further forming a second oxide semiconductor film, the c-axis of the crystal part included in the oxide semiconductor film is the normal vector of the surface to be formed or the surface method This is a method of forming crystal parts aligned in a direction parallel to a line vector. Note that in this specification, the heating temperature is preferably 200 ° C. or higher and 400 ° C. or lower.

ここで、第1の方法を用いて、CAAC−OSを形成する方法について説明する。   Here, a method for forming a CAAC-OS using the first method is described.

<ターゲット、及びターゲットの作製方法>
また、CAAC−OSは、例えば多結晶である酸化物半導体スパッタリング用ターゲッ
トを用い、スパッタリング法によって成膜する。当該スパッタリング用ターゲットにイオ
ンが衝突すると、スパッタリング用ターゲットに含まれる結晶領域がa−b面から劈開し
、a−b面に平行な面を有する平板状またはペレット状のスパッタリング粒子として剥離
することがある。この場合、当該平板状またはペレット状のスパッタリング粒子が、結晶
状態を維持したまま被形成面に到達することで、CAAC−OSを成膜することができる
<Target and target fabrication method>
The CAAC-OS is formed by a sputtering method using a polycrystalline oxide semiconductor sputtering target, for example. When ions collide with the sputtering target, the crystal region included in the sputtering target is cleaved from the ab plane, and may be separated as flat or pellet-like sputtering particles having a plane parallel to the ab plane. is there. In this case, the CAAC-OS can be formed by allowing the flat-plate-like or pellet-like sputtered particles to reach the formation surface while maintaining a crystalline state.

また、CAAC−OSを成膜するために、以下の条件を適用することが好ましい。   In order to form the CAAC-OS, it is preferable to apply the following conditions.

成膜時の不純物混入を低減することで、不純物によって結晶状態が崩れることを抑制で
きる。例えば、成膜室内に存在する不純物濃度(水素、水、二酸化炭素及び窒素など)を
低減すればよい。また、成膜ガス中の不純物濃度を低減すればよい。具体的には、露点が
−80℃以下、好ましくは−100℃以下、さらに好ましくは−100℃以下である成膜
ガスを用いる。
By reducing the mixing of impurities during film formation, the crystal state can be prevented from being broken by impurities. For example, the concentration of impurities (such as hydrogen, water, carbon dioxide, and nitrogen) existing in the deposition chamber may be reduced. Further, the impurity concentration in the deposition gas may be reduced. Specifically, a film forming gas having a dew point of −80 ° C. or lower, preferably −100 ° C. or lower, more preferably −100 ° C. or lower is used.

また、成膜時の被形成面の加熱温度(例えば基板加熱温度)を高めることで、被形成面
に到達後にスパッタリング粒子のマイグレーションが起こる。具体的には、被形成面の温
度を100℃以上740℃以下、好ましくは200℃以上500℃以下として成膜する。
成膜時の被形成面の温度を高めることで、平板状のスパッタリング粒子が被形成面に到達
した場合、当該被形成面上でマイグレーションが起こり、スパッタリング粒子の平らな面
が被形成面に付着する。なお、酸化物の種類によっても異なるが、スパッタリング粒子は
、a−b面と平行な面の直径(円相当径)が1nm以上30nm以下、または1nm以上
10nm以下程度となる。なお、平板状のスパッタリング粒子は、六角形の面がa−b面
と平行な面である六角柱状であってもよい。その場合、六角形の面と垂直な方向がc軸方
向である。
Further, by increasing the heating temperature (for example, substrate heating temperature) of the formation surface during film formation, migration of the sputtering particles occurs after reaching the formation surface. Specifically, the film is formed at a surface temperature of 100 ° C. to 740 ° C., preferably 200 ° C. to 500 ° C.
By increasing the temperature of the formation surface during film formation, when flat sputtered particles reach the formation surface, migration occurs on the formation surface and the flat surface of the sputtered particles adheres to the formation surface. To do. Note that although different depending on the type of oxide, the sputtered particles have a diameter (equivalent circle diameter) of a plane parallel to the ab plane of about 1 nm to 30 nm, or about 1 nm to 10 nm. The flat-plate-like sputtered particles may have a hexagonal column shape in which a hexagonal plane is a plane parallel to the ab plane. In this case, the direction perpendicular to the hexagonal surface is the c-axis direction.

なお、スパッタリング用ターゲットを酸素の陽イオンを用いてスパッタリングすること
で、成膜時のプラズマダメージを軽減することができる。したがって、イオンがスパッタ
リング用ターゲットの表面に衝突した際に、スパッタリング用ターゲットの結晶性が低下
すること、または非晶質化することを抑制できる。
Note that plasma damage during film formation can be reduced by sputtering the sputtering target with the use of oxygen cations. Therefore, when ions collide with the surface of the sputtering target, it is possible to suppress the crystallinity of the sputtering target from being lowered or becoming amorphous.

また、スパッタリング用ターゲットを酸素またはアルゴンの陽イオンを用いてスパッタ
リングすることで、平板状のスパッタリング粒子が六角柱状の場合、六角形状の面におけ
る角部に正の電荷を帯電させることができる。六角形状の面の角部に正の電荷を有するこ
とで、一つのスパッタリング粒子において正の電荷同士が反発し合い、平板状の形状を維
持することができる。
In addition, when the sputtering target is sputtered using a cation of oxygen or argon, when the flat-plate-like sputtered particle has a hexagonal column shape, positive charges can be charged at the corners of the hexagonal surface. By having positive charges at the corners of the hexagonal surface, positive charges repel each other in one sputtered particle, and a flat plate shape can be maintained.

平板状のスパッタリング粒子の面における角部が、正の電荷を有するためには、直流(
DC)電源を用いることが好ましい。なお、高周波(RF)電源、交流(AC)電源を用
いることもできる。ただし、RF電源は、大面積の基板へ成膜可能なスパッタリング装置
への適用が困難である。また、以下に示す観点からAC電源よりもDC電源が好ましいと
考えられる。
In order for the corners in the plane of the flat sputtered particles to have a positive charge, direct current (
DC) power supply is preferably used. A high frequency (RF) power source or an alternating current (AC) power source can also be used. However, it is difficult to apply the RF power source to a sputtering apparatus that can form a film on a large-area substrate. Further, from the viewpoint shown below, a DC power source is considered preferable to an AC power source.

AC電源を用いた場合、隣接するターゲットが互いにカソード電位とアノード電位を繰
り返す。平板状のスパッタリング粒子が、正に帯電している場合、互いに反発し合うこと
により、平板状の形状を維持することができる。ただし、AC電源を用いた場合、瞬間的
に電界がかからない時間が生じるため、平板状のスパッタリング粒子に帯電していた電荷
が消失して、スパッタリング粒子の構造が崩れてしまうことがある。したがって、AC電
源を用いるよりも、DC電源を用いる方が好ましいことがわかる。
When an AC power supply is used, adjacent targets repeat a cathode potential and an anode potential. When the flat-plate-like sputtered particles are positively charged, the flat plate-like shape can be maintained by repelling each other. However, when an AC power supply is used, a time during which an electric field is not applied instantaneously occurs, so that the charge charged in the flat-plate-like sputtered particles may disappear and the structure of the sputtered particles may be destroyed. Therefore, it is understood that it is preferable to use a DC power supply rather than an AC power supply.

また、成膜ガス中の酸素割合を高め、電力を最適化することで成膜時のプラズマダメー
ジを軽減すると好ましい。成膜ガス中の酸素割合は、30体積%以上、好ましくは100
体積%とする。
In addition, it is preferable to reduce plasma damage during film formation by increasing the oxygen ratio in the film formation gas and optimizing electric power. The oxygen ratio in the film forming gas is 30% by volume or more, preferably 100%.
Volume%.

スパッタリング用ターゲットの一例として、In−Ga−Zn−O化合物ターゲットに
ついて以下に示す。
As an example of the sputtering target, an In—Ga—Zn—O compound target is described below.

InO粉末、GaO粉末、及びZnO粉末を所定のmol数で混合し、加圧処理
後、1000℃以上1500℃以下の温度で加熱処理をすることで多結晶であるIn−G
a−Zn−O化合物ターゲットとする。なお、当該加圧処理は、冷却(または放冷)しな
がら行ってもよいし、加熱しながら行ってもよい。なお、X、Y及びZは任意の正数であ
る。ここで、所定のmol数比は、例えば、InO粉末、GaO粉末及びZnO
末が、2:2:1、8:4:3、3:1:1、1:1:1、4:2:3、3:1:2、1
:3:2、1:6:4、または1:9:6である。なお、粉末の種類、及びその混合する
mol数比は、作製するスパッタリング用ターゲットによって適宜変更すればよい。
In-G that is polycrystalline by mixing InO X powder, GaO Y powder, and ZnO Z powder in a predetermined number of moles, and after heat treatment at a temperature of 1000 ° C. to 1500 ° C.
The a-Zn-O compound target is used. In addition, the said pressurization process may be performed while cooling (or standing to cool), and may be performed while heating. X, Y, and Z are arbitrary positive numbers. Here, the predetermined mole number ratio is, for example, 2: 2: 1, 8: 4: 3, 3: 1: 1, 1: 1: 1, 4 for InO X powder, GaO Y powder, and ZnO Z powder. : 2: 3, 3: 1: 2, 1
: 3: 2, 1: 6: 4, or 1: 9: 6. In addition, what is necessary is just to change suitably the kind of powder, and the mol number ratio to mix with the sputtering target to produce.

以上のような方法でスパッタリング用ターゲットを使用することで、厚さが均一であり
、結晶の配向の揃った酸化物半導体膜を成膜することができる。
By using the sputtering target in the above manner, an oxide semiconductor film with a uniform thickness and uniform crystal orientation can be formed.

<多結晶酸化物半導体>
多結晶を有する酸化物半導体を、多結晶酸化物半導体とよぶ。多結晶酸化物半導体は複
数の結晶粒を含む。
<Polycrystalline oxide semiconductor>
An oxide semiconductor including polycrystal is referred to as a polycrystalline oxide semiconductor. A polycrystalline oxide semiconductor includes a plurality of crystal grains.

多結晶酸化物半導体は、例えば、TEMによる観察像で、結晶粒を確認することができ
る場合がある。多結晶酸化物半導体に含まれる結晶粒は、例えば、TEMによる観察像で
、2nm以上300nm以下、3nm以上100nm以下または5nm以上50nm以下
の粒径であることが多い。また、多結晶酸化物半導体は、例えば、TEMによる観察像で
、結晶粒と結晶粒との境界を確認できる場合がある。また、多結晶酸化物半導体は、例え
ば、TEMによる観察像で、粒界を確認できる場合がある。
In some cases, a polycrystalline oxide semiconductor can confirm crystal grains in an observation image by a TEM, for example. The crystal grains included in the polycrystalline oxide semiconductor are, for example, a particle size of 2 nm to 300 nm, 3 nm to 100 nm, or 5 nm to 50 nm in an observation image by TEM. In addition, for a polycrystalline oxide semiconductor, for example, the boundary between crystal grains may be confirmed by an observation image obtained by TEM. In addition, in a polycrystalline oxide semiconductor, for example, a grain boundary may be confirmed by an observation image by TEM.

多結晶酸化物半導体は、例えば、複数の結晶粒を有し、当該複数の結晶粒において方位
が異なっている場合がある。また、多結晶酸化物半導体は、例えば、XRD装置を用い、
out−of−plane法による分析を行うと、配向を示す2θが31°近傍のピーク
、または複数種の配向を示すピークが現れる場合がある。また、多結晶酸化物半導体は、
例えば、電子線回折パターンで、スポットが観測される場合がある。
For example, a polycrystalline oxide semiconductor has a plurality of crystal grains, and the plurality of crystal grains may have different orientations. In addition, the polycrystalline oxide semiconductor uses, for example, an XRD apparatus,
When analysis by the out-of-plane method is performed, a peak in which 2θ indicating orientation is near 31 ° or a peak indicating a plurality of types of orientations may appear. In addition, the polycrystalline oxide semiconductor
For example, spots may be observed with an electron diffraction pattern.

多結晶酸化物半導体は、例えば、高い結晶性を有するため、高い電子移動度を有する場
合がある。従って、多結晶酸化物半導体をチャネル領域に用いたトランジスタは、高い電
界効果移動度を有する。ただし、多結晶酸化物半導体は、粒界に不純物が偏析する場合が
ある。また、多結晶酸化物半導体の粒界は欠陥準位となる。多結晶酸化物半導体は、粒界
がキャリア発生源、トラップ準位となる場合があるため、多結晶酸化物半導体をチャネル
領域に用いたトランジスタは、CAAC−OSをチャネル領域に用いたトランジスタと比
べて、電気特性の変動が大きく、信頼性の低いトランジスタとなる場合がある。
A polycrystalline oxide semiconductor, for example, has high crystallinity, and thus may have high electron mobility. Therefore, a transistor in which a polycrystalline oxide semiconductor is used for a channel region has high field effect mobility. However, in a polycrystalline oxide semiconductor, impurities may segregate at grain boundaries. Further, the grain boundary of the polycrystalline oxide semiconductor becomes a defect level. In a polycrystalline oxide semiconductor, a grain boundary may be a carrier generation source or a trap level. Therefore, a transistor using a polycrystalline oxide semiconductor for a channel region is different from a transistor using a CAAC-OS for a channel region. Thus, the transistor may have a large variation in electrical characteristics and low reliability.

多結晶酸化物半導体は、高温での加熱処理、またはレーザ光処理によって形成すること
ができる。
The polycrystalline oxide semiconductor can be formed by heat treatment at high temperature or laser light treatment.

<微結晶酸化物半導体>
微結晶酸化物半導体膜は、例えば、TEMによる観察像では、明確に結晶部を確認する
ことができない場合がある。微結晶酸化物半導体膜に含まれる結晶部は、1nm以上10
0nm以下、または1nm以上10nm以下の大きさであることが多い。特に、1nm以
上10nm以下、または1nm以上3nm以下の微結晶であるナノ結晶(nc:nano
crystal)を有する酸化物半導体膜を、nc−OS(nanocrystalli
ne Oxide Semiconductor)膜と呼ぶ。また、nc−OS膜は、例
えば、TEMによる観察像では、結晶粒界を明確に確認できない場合がある。
<Microcrystalline oxide semiconductor>
In a microcrystalline oxide semiconductor film, for example, a crystal portion may not be clearly confirmed in an observation image obtained by a TEM. The crystal part included in the microcrystalline oxide semiconductor film has a thickness of 1 nm to 10 nm.
In many cases, the size is 0 nm or less, or 1 nm to 10 nm. In particular, a nanocrystal (nc: nano) which is a microcrystal of 1 nm to 10 nm, or 1 nm to 3 nm.
an oxide semiconductor film including crystal) is formed using an nc-OS (nanocrystalli).
ne Oxide Semiconductor) film. In the nc-OS film, for example, a crystal grain boundary may not be clearly confirmed in an observation image using a TEM.

nc−OS膜は、微小な領域(例えば、1nm以上10nm以下の領域、特に1nm以
上3nm以下の領域)において原子配列に周期性を有する。また、nc−OS膜は、異な
る結晶部間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、そのため、膜全体で配向性が見
られない。従って、nc−OS膜は、分析方法によっては、非晶質酸化物半導体膜と区別
が付かない場合がある。例えば、nc−OS膜に対し、結晶部よりも大きい径のX線を用
いるXRD装置を用いて構造解析を行うと、out−of−plane法による解析では
、結晶面を示すピークが検出されない。また、nc−OS膜に対し、結晶部よりも大きい
プローブ径(例えば、50nm以上)の電子線を用いる電子線回折(制限視野電子線回折
ともいう。)を行うと、ハローパターンのような回折パターンが観測される。一方、nc
−OS膜に対し、結晶部の大きさと近いか結晶部より小さいプローブ径(例えば1nm以
上30nm以下)の電子線を用いる電子線回折(ナノビーム電子線回折ともいう。)を行
うと、スポットが観測される。また、nc−OS膜に対しナノビーム電子線回折を行うと
、円を描くように(リング状に)輝度の高い領域が観測される場合がある。また、nc−
OS膜に対しナノビーム電子線回折を行うと、リング状の領域内に複数のスポットが観測
される場合がある。
The nc-OS film has periodicity in atomic arrangement in a very small region (eg, a region of 1 nm to 10 nm, particularly a region of 1 nm to 3 nm). In addition, the nc-OS film does not have regularity in crystal orientation between different crystal parts. Therefore, orientation is not seen in the whole film. Therefore, the nc-OS film may not be distinguished from an amorphous oxide semiconductor film depending on an analysis method. For example, when structural analysis is performed on the nc-OS film using an XRD apparatus using X-rays having a diameter larger than that of the crystal part, a peak indicating a crystal plane is not detected in the analysis by the out-of-plane method. Further, when electron beam diffraction (also referred to as limited-field electron diffraction) using an electron beam with a larger probe diameter (eg, 50 nm or more) than the crystal part is performed on the nc-OS film, diffraction like a halo pattern is performed. A pattern is observed. On the other hand, nc
When an electron beam diffraction (also referred to as nanobeam electron diffraction) using an electron beam with a probe diameter (for example, 1 nm or more and 30 nm or less) that is close to the crystal part or smaller than the crystal part is performed on the OS film, spots are observed. Is done. In addition, when nanobeam electron diffraction is performed on the nc-OS film, a region with high luminance may be observed so as to draw a circle (in a ring shape). Nc-
When nanobeam electron diffraction is performed on the OS film, a plurality of spots may be observed in the ring-shaped region.

図32は、nc−OS膜を有する試料に対し、測定箇所を変えてナノビーム電子線回折
を行った例である。ここでは、試料を、nc−OS膜の被形成面に垂直な方向に切断し、
厚さが10nm以下となるように薄片化する。また、ここでは、プローブ径が1nmφの
電子線を、試料の切断面に垂直な方向から入射させる。図32より、nc−OS膜を有す
る試料に対しナノビーム電子線回折を行うと、結晶面を示す回折パターンが得られるが、
特定方向の結晶面への配向性は見られないことがわかった。
FIG. 32 illustrates an example in which nanobeam electron diffraction is performed on a sample having an nc-OS film at different measurement locations. Here, the sample is cut in a direction perpendicular to the formation surface of the nc-OS film,
It slices so that thickness may be 10 nm or less. Here, an electron beam having a probe diameter of 1 nmφ is incident from a direction perpendicular to the cut surface of the sample. From FIG. 32, when nanobeam electron diffraction is performed on a sample having an nc-OS film, a diffraction pattern indicating a crystal plane is obtained.
It turned out that the orientation to the crystal plane of a specific direction is not seen.

nc−OS膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも規則性の高い酸化物半導体膜である。そ
のため、nc−OS膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも欠陥準位密度が低くなる。ただし
、nc−OS膜は、異なる結晶部間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、nc−
OS膜は、CAAC−OS膜と比べて欠陥準位密度が高くなる。
The nc-OS film is an oxide semiconductor film that has higher regularity than an amorphous oxide semiconductor film. Therefore, the nc-OS film has a lower density of defect states than the amorphous oxide semiconductor film. Note that the nc-OS film does not have regularity in crystal orientation between different crystal parts. Therefore, nc-
The OS film has a higher density of defect states than the CAAC-OS film.

従って、nc−OS膜は、CAAC−OS膜と比べて、キャリア密度が高くなる場合が
ある。キャリア密度が高い酸化物半導体膜は、電子移動度が高くなる場合がある。従って
、nc−OS膜を用いたトランジスタは、高い電界効果移動度を有する場合がある。また
、nc−OS膜は、CAAC−OS膜と比べて、欠陥準位密度が高いため、キャリアトラ
ップが多くなる場合がある。従って、nc−OS膜を用いたトランジスタは、CAAC−
OS膜を用いたトランジスタと比べて、電気特性の変動が大きく、信頼性の低いトランジ
スタとなる。ただし、nc−OS膜は、比較的不純物が多く含まれていても形成すること
ができるため、CAAC−OS膜よりも形成が容易となり、用途によっては好適に用いる
ことができる場合がある。そのため、nc−OS膜を用いたトランジスタを有する半導体
装置は生産性高く作製することができる場合がある。
Therefore, the nc-OS film may have a higher carrier density than the CAAC-OS film. An oxide semiconductor film with a high carrier density may have a high electron mobility. Therefore, a transistor including the nc-OS film may have high field effect mobility. Further, since the nc-OS film has a higher density of defect states than the CAAC-OS film, carrier traps may increase. Therefore, a transistor using an nc-OS film is a CAAC-
Compared with a transistor using an OS film, a variation in electrical characteristics is large and a transistor with low reliability is obtained. Note that the nc-OS film can be formed even if it contains a relatively large amount of impurities; therefore, the nc-OS film can be formed more easily than the CAAC-OS film and can be preferably used depending on the application. Therefore, a semiconductor device including a transistor including an nc-OS film can be manufactured with high productivity.

<非晶質酸化物半導体>
非晶質酸化物半導体は、例えば、原子配列が無秩序であり、結晶部を有さない。または
、非晶質酸化物半導体は、例えば、石英のような無定形状態を有し、原子配列に規則性が
見られない。
<Amorphous oxide semiconductor>
An amorphous oxide semiconductor has, for example, disordered atomic arrangement and no crystal part. Alternatively, an amorphous oxide semiconductor has an amorphous state such as quartz and has no regularity in atomic arrangement.

非晶質酸化物半導体は、例えば、TEMによる観察像で、結晶部を確認することができ
ない場合がある。
For an amorphous oxide semiconductor, for example, a crystal part may not be confirmed by an observation image obtained by a TEM.

非晶質酸化物半導体は、XRD装置を用い、out−of−plane法による分析を
行うと、配向を示すピークが検出されない場合がある。また、非晶質酸化物半導体膜は、
例えば、電子線回折パターンでハローパターンが観測される場合がある。また、非晶質酸
化物半導体膜は、例えば、極微電子線回折パターンでスポットを観測することができず、
ハローパターンが観測される場合がある。
When an amorphous oxide semiconductor is analyzed by an out-of-plane method using an XRD apparatus, a peak indicating orientation may not be detected in some cases. In addition, the amorphous oxide semiconductor film is
For example, a halo pattern may be observed with an electron beam diffraction pattern. In addition, the amorphous oxide semiconductor film, for example, can not observe spots with a micro-electron beam diffraction pattern,
A halo pattern may be observed.

非晶質酸化物半導体は、例えば、水素などの不純物を高い濃度で含ませることにより形
成することができる場合がある。従って、非晶質酸化物半導体は、例えば、不純物を高い
濃度で含む酸化物半導体である。
In some cases, an amorphous oxide semiconductor can be formed by containing an impurity such as hydrogen at a high concentration. Therefore, an amorphous oxide semiconductor is an oxide semiconductor containing impurities at a high concentration, for example.

酸化物半導体に不純物が高い濃度で含まれると、酸化物半導体に酸素欠損などの欠陥準
位を形成する場合がある。従って、不純物濃度の高い非晶質酸化物半導体は、欠陥準位密
度が高い。また、非晶質酸化物半導体は、結晶性が低いためCAAC−OSやnc−OS
と比べて欠陥準位密度が高い。
When an oxide semiconductor contains an impurity at a high concentration, defect levels such as oxygen vacancies may be formed in the oxide semiconductor. Therefore, an amorphous oxide semiconductor with a high impurity concentration has a high density of defect states. In addition, an amorphous oxide semiconductor has low crystallinity, so that a CAAC-OS or an nc-OS
The density of defect states is higher than

従って、非晶質酸化物半導体は、nc−OSと比べて、さらにキャリア密度が高くなる
場合がある。そのため、非晶質酸化物半導体をチャネル領域に用いたトランジスタは、ノ
ーマリーオンの電気特性になる場合がある。従って、ノーマリーオンの電気特性が求めら
れるトランジスタに好適に用いることができる場合がある。非晶質酸化物半導体は、欠陥
準位密度が高いため、トラップ準位密度も高くなる場合がある。従って、非晶質酸化物半
導体をチャネル領域に用いたトランジスタは、CAAC−OSやnc−OSをチャネル領
域に用いたトランジスタと比べて、電気特性の変動が大きく、信頼性の低いトランジスタ
となる場合がある。ただし、非晶質酸化物半導体は、比較的不純物が多く含まれてしまう
成膜方法によっても形成することができるため、形成が容易となり、用途によっては好適
に用いることができる場合がある。例えば、スピンコート法、ゾル−ゲル法、浸漬法、ス
プレー法、スクリーン印刷法、コンタクトプリント法、インクジェット印刷法、ロールコ
ート法、ミストCVD法などの成膜方法によって非晶質酸化物半導体を形成してもよい。
従って、非晶質酸化物半導体をチャネル領域に用いたトランジスタを有する半導体装置は
生産性高く作製することができる。
Therefore, the amorphous oxide semiconductor may have a higher carrier density than the nc-OS. Therefore, a transistor using an amorphous oxide semiconductor for a channel region may have normally-on electrical characteristics. Therefore, the transistor can be preferably used for a transistor that requires normally-on electrical characteristics. Since an amorphous oxide semiconductor has a high defect level density, the trap level density may also increase. Therefore, a transistor in which an amorphous oxide semiconductor is used for a channel region has a large variation in electric characteristics and has low reliability as compared with a transistor in which CAAC-OS or nc-OS is used for a channel region. There is. Note that an amorphous oxide semiconductor can be formed by a film formation method in which a relatively large amount of impurities is contained. Therefore, the amorphous oxide semiconductor can be easily formed and can be preferably used depending on applications. For example, an amorphous oxide semiconductor is formed by a film forming method such as a spin coating method, a sol-gel method, an immersion method, a spray method, a screen printing method, a contact printing method, an ink jet printing method, a roll coating method, or a mist CVD method. May be.
Therefore, a semiconductor device including a transistor in which an amorphous oxide semiconductor is used for a channel region can be manufactured with high productivity.

なお、酸化物半導体は、例えば、欠陥が少ないと密度が高くなる。また、酸化物半導体
は、例えば、水素などの結晶性が高いと密度が高くなる。また、酸化物半導体は、例えば
、水素などの不純物濃度が低いと密度が高くなる。例えば、単結晶酸化物半導体は、CA
AC−OSよりも密度が高い場合がある。また、例えば、CAAC−OSは、微結晶酸化
物半導体よりも密度が高い場合がある。また、例えば、多結晶酸化物半導体は、微結晶酸
化物半導体よりも密度が高い場合がある。また、例えば、微結晶酸化物半導体は、非晶質
酸化物半導体よりも密度が高い場合がある。
Note that an oxide semiconductor has a high density when the number of defects is small. For example, the density of an oxide semiconductor increases when the crystallinity of hydrogen or the like is high. For example, the density of an oxide semiconductor increases when the concentration of impurities such as hydrogen is low. For example, a single crystal oxide semiconductor is a CA.
The density may be higher than that of the AC-OS. For example, the CAAC-OS may have a higher density than the microcrystalline oxide semiconductor. For example, a polycrystalline oxide semiconductor may have a higher density than a microcrystalline oxide semiconductor. For example, a microcrystalline oxide semiconductor may have a higher density than an amorphous oxide semiconductor.

(実施の形態10)
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置を適用することのできる、ヒューマン
インターフェースについて説明する。特に、被検知体の近接または接触を検知可能なセン
サ(以降、タッチセンサと呼ぶ)の構成例について説明する。
(Embodiment 10)
In this embodiment, a human interface to which the semiconductor device of one embodiment of the present invention can be applied is described. In particular, a configuration example of a sensor (hereinafter referred to as a touch sensor) capable of detecting the proximity or contact of a detection target will be described.

タッチセンサとしては、静電容量方式、抵抗膜方式、表面弾性方式、赤外線方式、光学
方式など、様々な方式を用いることができる。
As the touch sensor, various methods such as a capacitance method, a resistance film method, a surface elasticity method, an infrared method, and an optical method can be used.

静電容量方式のタッチセンサとしては、代表的には表面型静電容量方式、投影型静電容
量方式などがある。また、投影型静電容量方式としては、主に駆動方法の違いから、自己
容量方式、相互容量方式などがある。ここで、相互容量方式を用いると、同時に多点を検
出すること(多点検出(マルチタッチ)ともいう)が可能となるため好ましい。
Typical examples of the capacitive touch sensor include a surface capacitive method and a projected capacitive method. Further, as the projected capacitance method, there are a self-capacitance method, a mutual capacitance method, etc. mainly due to a difference in driving method. Here, it is preferable to use the mutual capacitance method because simultaneous detection of multiple points (also referred to as multi-point detection (multi-touch)) is possible.

ここではタッチセンサについて詳細に説明するが、このほかに、カメラ(赤外線カメラ
を含む)等により、被検知体(例えば指や手など)の動作(ジェスチャ)や、使用者の視
点動作などを検知することのできるセンサを、ヒューマンインターフェースとして用いる
こともできる。
The touch sensor is described in detail here, but in addition to this, the movement (gesture) of the detected object (for example, a finger or hand) or the viewpoint movement of the user is detected by a camera (including an infrared camera). A sensor that can do this can also be used as a human interface.

<センサの検知方法の例>
図33(A)、(B)は、相互容量方式のタッチセンサの構成を示す模式図と、入出力
波形の模式図である。タッチセンサは一対の電極を備え、これらの間に容量が形成されて
いる。一対の電極のうち一方の電極に入力電圧が入力される。また、他方の電極に流れる
電流(または、他方の電極の電位)を検出する検出回路を備える。
<Example of sensor detection method>
33A and 33B are a schematic diagram illustrating a configuration of a mutual capacitive touch sensor and a schematic diagram of input / output waveforms. The touch sensor includes a pair of electrodes, and a capacitor is formed between them. An input voltage is input to one of the pair of electrodes. In addition, a detection circuit that detects a current flowing through the other electrode (or a potential of the other electrode) is provided.

例えば図33(A)に示すように、入力電圧の波形として矩形波を用いた場合、出力電
流波形として鋭いピークを有する波形が検出される。
For example, as shown in FIG. 33A, when a rectangular wave is used as the waveform of the input voltage, a waveform having a sharp peak is detected as the output current waveform.

また図33(B)に示すように、伝導性を有する被検知体が容量に近接または接触した
場合、電極間の容量値が減少するため、これに応じて出力の電流値が減少する。
Further, as shown in FIG. 33B, when the conductive object to be detected is close to or in contact with the capacitance, the capacitance value between the electrodes decreases, and accordingly, the output current value decreases accordingly.

このように、入力電圧に対する出力電流(または電位)の変化を用いて、容量の変化を
検出することにより、被検知体の近接、または接触を検知することができる。
In this way, by detecting the change in the capacitance using the change in the output current (or potential) with respect to the input voltage, it is possible to detect the proximity or contact of the detection target.

<タッチセンサの構成例>
図33(C)は、マトリクス状に配置された複数の容量を備えるタッチセンサの構成例
を示す。
<Configuration example of touch sensor>
FIG. 33C illustrates an example of a structure of a touch sensor including a plurality of capacitors arranged in a matrix.

タッチセンサは、X方向(紙面横方向)に延在する複数の配線と、これら複数の配線と
交差し、Y方向(紙面縦方向)に延在する複数の配線とを有する。交差する2つの配線間
には容量が形成される。
The touch sensor includes a plurality of wirings extending in the X direction (horizontal direction on the paper surface) and a plurality of wirings intersecting with the plurality of wirings and extending in the Y direction (vertical direction on the paper surface). A capacitance is formed between two intersecting wires.

また、X方向に延在する配線には、入力電圧または共通電位(接地電位、基準電位を含
む)のいずれか一方が入力される。また、Y方向に延在する配線には、検出回路(例えば
、ソースメータ、センスアンプなど)が電気的に接続され、当該配線に流れる電流(また
は電位)を検出することができる。
In addition, an input voltage or a common potential (including a ground potential and a reference potential) is input to the wiring extending in the X direction. In addition, a detection circuit (for example, a source meter, a sense amplifier, or the like) is electrically connected to the wiring extending in the Y direction, and a current (or potential) flowing through the wiring can be detected.

タッチセンサは、X方向に延在する複数の配線に対して順に入力電圧が入力されるよう
に走査し、Y方向に延在する配線に流れる電流(または電位)の変化を検出することで、
被検知体の2次元的なセンシングが可能となる。
The touch sensor scans a plurality of wirings extending in the X direction so that an input voltage is sequentially input, and detects a change in current (or potential) flowing through the wiring extending in the Y direction.
Two-dimensional sensing of the detected object is possible.

<タッチパネルの構成例>
以下では、複数の画素を有する表示部とタッチセンサを備えるタッチパネルの構成例と
、該タッチパネルを電子機器に組み込む場合の例について説明する。
<Configuration example of touch panel>
Below, the structural example of the touchscreen provided with the display part and touch sensor which have a some pixel, and the example in the case of incorporating this touchscreen in an electronic device are demonstrated.

図34(A)は、タッチパネルを備える電子機器の断面概略図である。   FIG. 34A is a schematic cross-sectional view of an electronic device including a touch panel.

電子機器3530は、筐体3531と、該筐体3531内に少なくともタッチパネル3
532、バッテリ3533、制御部3534を有する。またタッチパネル3532は制御
部3534と配線3535を介して電気的に接続される。制御部3534により表示部へ
の画像の表示やタッチセンサのセンシングの動作が制御される。またバッテリ3533は
制御部3534と配線3536を介して電気的に接続され、制御部3534に電力を供給
することができる。
The electronic device 3530 includes a housing 3531 and at least the touch panel 3 in the housing 3531.
532, a battery 3533, and a controller 3534. The touch panel 3532 is electrically connected to the control unit 3534 through the wiring 3535. The control unit 3534 controls display of an image on the display unit and sensing operation of the touch sensor. The battery 3533 is electrically connected to the control unit 3534 through the wiring 3536 and can supply power to the control unit 3534.

タッチパネル3532はその表示面側が筐体3531よりも外側に露出するように設け
られる。タッチパネル3532の露出した面に画像を表示すると共に、接触または近接す
る被検知体を検知することができる。
The touch panel 3532 is provided so that the display surface side is exposed to the outside of the housing 3531. While displaying an image on the exposed surface of the touch panel 3532, it is possible to detect an object to be detected that touches or approaches.

図34(B)乃至(E)に、タッチパネルの構成例を示す。   34B to 34E show configuration examples of the touch panel.

図34(B)に示すタッチパネル3532は、第1の基板3541と第2の基板354
3の間に表示部3542を備える表示パネル3540と、タッチセンサ3544を備える
第3の基板3545と、保護基板3546と、を備える。
A touch panel 3532 illustrated in FIG. 34B includes a first substrate 3541 and a second substrate 354.
3, a display panel 3540 including a display portion 3542, a third substrate 3545 including a touch sensor 3544, and a protective substrate 3546.

表示パネル3540としては、液晶素子、有機EL(Electro Lumines
cence)素子が適用された表示装置や、電子ペーパ等、様々な表示装置を適用できる
。なおタッチパネル3532は、表示パネル3540の構成に応じて、バックライトや偏
光板等を別途備えていてもよい。
As the display panel 3540, a liquid crystal element, organic EL (Electro Lumines)
(cence) Various display devices such as a display device to which an element is applied and electronic paper can be applied. Note that the touch panel 3532 may include a backlight, a polarizing plate, or the like depending on the structure of the display panel 3540.

保護基板3546の一方の面に被検知体が接触または近接するため、少なくともその表
面は、機械的強度が高められていることが好ましい。例えばイオン交換法や風冷強化法等
により物理的、または化学的な処理が施され、その表面に圧縮応力を加えた強化ガラスを
保護基板3546に用いることができる。または、表面がコーティングされたプラスチッ
ク等の可撓性基板を用いることもできる。なお、保護基板3546上に保護フィルムや光
学フィルムを設けてもよい。
Since the detection target is in contact with or close to one surface of the protective substrate 3546, at least the surface thereof preferably has increased mechanical strength. For example, tempered glass that has been subjected to physical or chemical treatment by an ion exchange method, an air-cooling tempering method, or the like and applied a compressive stress to the surface can be used for the protective substrate 3546. Alternatively, a flexible substrate such as a plastic whose surface is coated can be used. Note that a protective film or an optical film may be provided over the protective substrate 3546.

タッチセンサ3544は、第3の基板3545の少なくとも一方の面に設けられる。ま
たは、タッチセンサ3544を構成する一対の電極を第3の基板3545の両面に形成し
てもよい。また、タッチパネルの薄型化のため、第3の基板3545として可撓性のフィ
ルムを用いてもよい。また、タッチセンサ3544は、一対の基板(フィルムを含む)に
挟持された構成としてもよい。
The touch sensor 3544 is provided on at least one surface of the third substrate 3545. Alternatively, a pair of electrodes included in the touch sensor 3544 may be formed on both surfaces of the third substrate 3545. Further, a flexible film may be used as the third substrate 3545 in order to reduce the thickness of the touch panel. The touch sensor 3544 may be sandwiched between a pair of substrates (including a film).

図34(B)では、保護基板3546とタッチセンサ3544を備える第3の基板とが
接着層3547で接着されている構成を示しているが、必ずしもこれらは接着されていな
くてもよい。また、第3の基板3545と表示パネル3540とを接着層により接着する
構成としてもよい。
FIG. 34B illustrates a structure in which the protective substrate 3546 and the third substrate including the touch sensor 3544 are bonded to each other with the adhesive layer 3547; however, they are not necessarily bonded. Alternatively, the third substrate 3545 and the display panel 3540 may be bonded to each other with an adhesive layer.

図34(B)に示すタッチパネル3532は、表示パネルと、タッチセンサを備える基
板とが独立して設けられている。このような構成を有するタッチパネルを外付け型のタッ
チパネルとも呼べる。このような構成とすることにより、表示パネルとタッチセンサを備
える基板とをそれぞれ別途作製し、これらを重ねることで表示パネルにタッチセンサの機
能を付加することができるため、特別な作製工程を経ることなく容易にタッチパネルを作
製することができる。
A touch panel 3532 illustrated in FIG. 34B is provided with a display panel and a substrate including a touch sensor independently. A touch panel having such a configuration can also be referred to as an external touch panel. With such a structure, a display panel and a substrate including a touch sensor can be separately manufactured, and the touch sensor function can be added to the display panel by stacking them, and thus a special manufacturing process is performed. A touch panel can be easily manufactured without any problems.

図34(C)に示すタッチパネル3532は、タッチセンサ3544が第2の基板35
43の保護基板3546側の面に設けられている。このような構成を有するタッチパネル
をオンセル型のタッチパネルとも呼べる。このような構成とすることにより、必要な基板
の枚数を低減できるため、タッチパネルの薄型化及び軽量化を実現できる。
In the touch panel 3532 illustrated in FIG. 34C, the touch sensor 3544 includes the second substrate 35.
43 is provided on the surface of the protective substrate 3546 side. A touch panel having such a structure can also be referred to as an on-cell touch panel. With such a configuration, since the number of necessary substrates can be reduced, the touch panel can be reduced in thickness and weight.

図34(D)に示すタッチパネル3532は、タッチセンサ3544が保護基板354
6の一方の面に設けられている。このような構成とすることにより、表示パネルとタッチ
センサをそれぞれ別途作製することができるため、容易にタッチパネルを作製することが
できる。さらに、必要な基板の枚数を低減できるため、タッチパネルの薄型化及び軽量化
を実現できる。
In the touch panel 3532 illustrated in FIG. 34D, the touch sensor 3544 has a protective substrate 354.
6 is provided on one surface. With such a structure, a display panel and a touch sensor can be separately manufactured, so that a touch panel can be easily manufactured. Furthermore, since the number of necessary substrates can be reduced, the touch panel can be reduced in thickness and weight.

図34(E)に示すタッチパネル3532は、タッチセンサ3544が表示パネル35
40の一対の基板の内側に設けられている。このような構成を有するタッチパネルをイン
セル型のタッチパネルとも呼べる。このような構成とすることにより、必要な基板の枚数
を低減できるため、タッチパネルの薄型化及び軽量化を実現できる。このようなタッチパ
ネルは、例えば、表示部3542が備えるトランジスタや配線、電極などにより第1の基
板3541上または第2の基板3543上にタッチセンサとして機能する回路を作り込む
ことにより実現できる。また、光学式のタッチセンサを用いる場合には、光電変換素子を
備える構成としてもよい。
In the touch panel 3532 illustrated in FIG. 34E, the touch sensor 3544 has the display panel 35.
It is provided inside a pair of 40 substrates. A touch panel having such a configuration can also be referred to as an in-cell type touch panel. With such a configuration, since the number of necessary substrates can be reduced, the touch panel can be reduced in thickness and weight. Such a touch panel can be realized by, for example, forming a circuit functioning as a touch sensor on the first substrate 3541 or the second substrate 3543 with a transistor, a wiring, an electrode, or the like included in the display portion 3542. In the case where an optical touch sensor is used, a configuration including a photoelectric conversion element may be employed.

<インセル型のタッチパネルの構成例>
以下では、複数の画素を有する表示部にタッチセンサを組み込んだタッチパネルの構成
例について説明する。ここでは、画素に設けられる表示素子として、液晶素子を適用した
例を示す。
<Configuration example of in-cell type touch panel>
Hereinafter, a configuration example of a touch panel in which a touch sensor is incorporated in a display unit having a plurality of pixels will be described. Here, an example in which a liquid crystal element is used as a display element provided in a pixel is shown.

図35(A)は、本構成例で例示するタッチパネルの表示部に設けられる画素回路の一
部における等価回路図である。
FIG. 35A is an equivalent circuit diagram in part of a pixel circuit provided in the display portion of the touch panel exemplified in this configuration example.

一つの画素は少なくともトランジスタ3503と液晶素子3504を有する。またトラ
ンジスタ3503のゲートに配線3501が、ソースまたはドレインの一方には配線35
02が、それぞれ電気的に接続されている。
One pixel includes at least a transistor 3503 and a liquid crystal element 3504. A wiring 3501 is provided at the gate of the transistor 3503 and a wiring 35 is provided at one of the source and the drain.
02 are electrically connected to each other.

画素回路は、X方向に延在する複数の配線(例えば、配線3510_1、配線3510
_2)と、Y方向に延在する複数の配線(例えば、配線3511)を有し、これらは互い
に交差して設けられ、その間に容量が形成される。
The pixel circuit includes a plurality of wirings extending in the X direction (for example, the wiring 3510_1 and the wiring 3510).
_2) and a plurality of wirings (for example, wiring 3511) extending in the Y direction, these are provided so as to cross each other, and a capacitor is formed therebetween.

また、画素回路に設けられる画素のうち、一部の隣接する複数の画素は、それぞれに設
けられる液晶素子の一方の電極が電気的に接続され、一つのブロックを形成する。当該ブ
ロックは、島状のブロック(例えば、ブロック3515_1、ブロック3515_2)と
、Y方向に延在するライン状のブロック(例えば、ブロック3516)の、2種類に分類
される。なお、図35では、画素回路の一部のみを示しているが、実際にはこれら2種類
のブロックがX方向及びY方向に繰り返し配置される。
In addition, among some pixels provided in the pixel circuit, one electrode of a liquid crystal element provided in each of a plurality of adjacent pixels is electrically connected to form one block. The blocks are classified into two types: island-shaped blocks (for example, block 3515_1 and block 3515_2) and line-shaped blocks (for example, block 3516) extending in the Y direction. In FIG. 35, only a part of the pixel circuit is shown, but actually these two types of blocks are repeatedly arranged in the X direction and the Y direction.

X方向に延在する配線3510_1(または3510_2)は、島状のブロック351
5_1(またはブロック3515_2)と電気的に接続される。なお、図示しないが、X
方向に延在する配線3510_1は、ライン状のブロックを介してX方向に沿って不連続
に配置される複数の島状のブロック3515_1を電気的に接続する。また、Y方向に延
在する配線3511は、ライン状のブロック3516と電気的に接続される。
The wiring 3510_1 (or 3510_2) extending in the X direction is an island-shaped block 351.
5_1 (or block 3515_2) is electrically connected. Although not shown, X
The wiring 3510_1 extending in the direction electrically connects a plurality of island-shaped blocks 3515_1 arranged discontinuously along the X direction via line-shaped blocks. The wiring 3511 extending in the Y direction is electrically connected to the line-shaped block 3516.

図35(B)は、X方向に延在する複数の配線3510と、Y方向に延在する複数の配
線3511の接続構成を示した等価回路図である。X方向に延在する配線3510の各々
には、入力電圧または共通電位を入力することができる。また、Y方向に延在する配線3
511の各々には接地電位を入力する、または配線3511と検出回路と電気的に接続す
ることができる。
FIG. 35B is an equivalent circuit diagram illustrating a connection configuration of a plurality of wirings 3510 extending in the X direction and a plurality of wirings 3511 extending in the Y direction. An input voltage or a common potential can be input to each of the wirings 3510 extending in the X direction. Further, the wiring 3 extending in the Y direction
A ground potential can be input to each of 511, or the wiring 3511 and the detection circuit can be electrically connected.

<タッチパネルの動作例>
以下、図36を用いて、上述したタッチパネルの動作について説明する。
<Operation example of touch panel>
Hereinafter, the operation of the touch panel described above will be described with reference to FIG.

図36(A)に示すように1フレーム期間を、書き込み期間と検知期間とに分ける。書
き込み期間は画素への画像データの書き込みを行う期間であり、配線3510(ゲート線
ともいう)が順次選択される。一方、検知期間は、タッチセンサによるセンシングを行う
期間であり、X方向に延在する配線3510が順次選択され、入力電圧が入力される。
As shown in FIG. 36A, one frame period is divided into a writing period and a detection period. The writing period is a period in which image data is written to the pixels, and wirings 3510 (also referred to as gate lines) are sequentially selected. On the other hand, the detection period is a period during which sensing by the touch sensor is performed, and the wiring 3510 extending in the X direction is sequentially selected and an input voltage is input.

図36(B)は、書き込み期間における等価回路図である。書き込み期間では、X方向
に延在する配線3510と、Y方向に延在する配線3511の両方に、共通電位が入力さ
れる。
FIG. 36B is an equivalent circuit diagram in the writing period. In the writing period, a common potential is input to both the wiring 3510 extending in the X direction and the wiring 3511 extending in the Y direction.

図36(C)は、検知期間のある時点における等価回路図である。検知期間では、Y方
向に延在する配線3511の各々は、検出回路と電気的に接続する。また、X方向に延在
する配線3510のうち、選択されたものには入力電圧が入力され、それ以外のものには
共通電位が入力される。
FIG. 36C is an equivalent circuit diagram at a certain point in the detection period. In the detection period, each of the wirings 3511 extending in the Y direction is electrically connected to the detection circuit. In addition, among the wirings 3510 extending in the X direction, an input voltage is input to selected ones, and a common potential is input to the other wirings.

このように、画像の書き込み期間とタッチセンサによるセンシングを行う期間とを、独
立して設けることが好ましい。これにより、画素の書き込み時のノイズに起因するタッチ
センサの感度の低下を抑制することができる。
As described above, it is preferable to provide the image writing period and the period for sensing by the touch sensor independently. Thereby, it is possible to suppress a decrease in sensitivity of the touch sensor due to noise at the time of pixel writing.

(実施の形態11)
本実施の形態では、表示装置の消費電力を低減するための駆動方法について説明する。
本実施の形態の駆動方法により、画素に酸化物半導体トランジスタを適用した表示装置の
更なる低消費電力化を図ることができる。以下、図37及び図38を用いて、表示装置の
一例である液晶表示装置の低消費電力化について説明する。
(Embodiment 11)
In this embodiment, a driving method for reducing power consumption of a display device will be described.
With the driving method of this embodiment, power consumption of a display device in which an oxide semiconductor transistor is used for a pixel can be further reduced. Hereinafter, the reduction in power consumption of a liquid crystal display device which is an example of a display device will be described with reference to FIGS.

図37は、本実施の形態の液晶表示装置の構成例を示すブロック図である。図37に示
すように、液晶表示装置500は、表示モジュールとして液晶パネル501を有し、更に
、制御回路510及びカウンタ回路520を有する。
FIG. 37 is a block diagram illustrating a configuration example of the liquid crystal display device of the present embodiment. As shown in FIG. 37, the liquid crystal display device 500 includes a liquid crystal panel 501 as a display module, and further includes a control circuit 510 and a counter circuit 520.

液晶表示装置500には、デジタルデータである画像信号(Video)、及び液晶パ
ネル501の画面の書き換えを制御するための同期信号(SYNC)が入力される。同期
信号としては、例えば水平同期信号(Hsync)、垂直同期信号(Vsync)、及び
基準クロック信号(CLK)等がある。
The liquid crystal display device 500 receives an image signal (Video) that is digital data and a synchronization signal (SYNC) for controlling rewriting of the screen of the liquid crystal panel 501. Examples of the synchronization signal include a horizontal synchronization signal (Hsync), a vertical synchronization signal (Vsync), and a reference clock signal (CLK).

液晶パネル501は、表示部530、走査線駆動回路540、及びデータ線駆動回路5
50を有する。表示部530は、複数の画素531を有する。同じ行の画素531は、共
通の走査線541により走査線駆動回路540に接続され、同じ列の画素531は共通の
データ線551によりデータ線駆動回路550に接続されている。
The liquid crystal panel 501 includes a display unit 530, a scanning line driving circuit 540, and a data line driving circuit 5.
50. The display portion 530 includes a plurality of pixels 531. The pixels 531 in the same row are connected to the scan line driver circuit 540 by a common scan line 541, and the pixels 531 in the same column are connected to the data line driver circuit 550 by a common data line 551.

液晶パネル501には、コモン電圧(Vcom)、並びに電源電圧として高電源電圧(
VDD)及び低電源電圧(VSS)が供給される。コモン電圧(Vcom)は、表示部5
30の各画素531に供給される。
The liquid crystal panel 501 has a common voltage (Vcom) and a high power supply voltage (Vcom) as a power supply voltage.
VDD) and a low power supply voltage (VSS). The common voltage (Vcom) is displayed on the display 5
30 pixels 531 are supplied.

データ線駆動回路550は、入力された画像信号を処理し、データ信号を生成し、デー
タ線551にデータ信号を出力する。走査線駆動回路540は、データ信号が書き込まれ
る画素531を選択する走査信号を走査線541に出力する。
The data line driver circuit 550 processes the input image signal, generates a data signal, and outputs the data signal to the data line 551. The scan line driver circuit 540 outputs a scan signal for selecting the pixel 531 to which the data signal is written to the scan line 541.

画素531は、走査信号により、データ線551との電気的接続が制御されるスイッチ
ング素子を有する。スイッチング素子がオンとなると、データ線551から画素531に
データ信号が書き込まれる。
The pixel 531 includes a switching element whose electrical connection with the data line 551 is controlled by a scanning signal. When the switching element is turned on, a data signal is written from the data line 551 to the pixel 531.

Vcomが印加される電極が共通電極に相当する。   The electrode to which Vcom is applied corresponds to the common electrode.

制御回路510は、液晶表示装置500全体を制御する回路であり、液晶表示装置50
0を構成する回路の制御信号を生成する回路を備える。
The control circuit 510 is a circuit that controls the entire liquid crystal display device 500, and the liquid crystal display device 50.
A circuit for generating a control signal of a circuit constituting the zero.

制御回路510は、同期信号(SYNC)から、走査線駆動回路540及びデータ線駆
動回路550の制御信号を生成する制御信号生成回路を有する。走査線駆動回路540の
制御信号として、スタートパルス(GSP)、クロック信号(GCLK)等があり、デー
タ線駆動回路550の制御信号として、スタートパルス(SSP)、クロック信号(SC
LK)等がある。例えば、制御回路510は、クロック信号(GCLK、SCLK)とし
て、周期が同じで位相がシフトされた複数のクロック信号を生成する。
The control circuit 510 includes a control signal generation circuit that generates control signals for the scanning line driving circuit 540 and the data line driving circuit 550 from the synchronization signal (SYNC). The control signal for the scan line driver circuit 540 includes a start pulse (GSP), a clock signal (GCLK), and the like, and the control signal for the data line driver circuit 550 includes a start pulse (SSP) and a clock signal (SC
LK). For example, the control circuit 510 generates a plurality of clock signals having the same period and shifted phases as the clock signals (GCLK, SCLK).

また、制御回路510は、液晶表示装置500外部から入力される画像信号(Vide
o)のデータ線駆動回路550への出力を制御する。
The control circuit 510 also receives an image signal (Vide) input from the outside of the liquid crystal display device 500.
o) The output to the data line driving circuit 550 is controlled.

データ線駆動回路550は、デジタル/アナログ変換回路(以下、D−A変換回路55
2と呼ぶ。)を有する。D−A変換回路552は、画像信号をアナログ変換し、データ信
号を生成する。
The data line driving circuit 550 includes a digital / analog conversion circuit (hereinafter referred to as a DA conversion circuit 55).
Call it 2. ). The DA conversion circuit 552 performs analog conversion on the image signal to generate a data signal.

なお、液晶表示装置500に入力される画像信号がアナログ信号である場合は、制御回
路510でデジタル信号に変換し、液晶パネル501へ出力する。
When the image signal input to the liquid crystal display device 500 is an analog signal, the control circuit 510 converts the image signal into a digital signal and outputs the digital signal to the liquid crystal panel 501.

画像信号は、フレーム毎の画像データでなる。制御回路510は、画像信号を画像処理
し、その処理で得られた情報を元に、データ線駆動回路550への画像信号の出力を制御
する機能を有する。そのため、制御回路510は、フレーム毎の画像データから動きを検
出する動き検出部511を備える。動き検出部511おいて、動きが無いと判定されると
、制御回路510はデータ線駆動回路550への画像信号の出力を停止し、また動きが有
ると判定すると画像信号の出力を再開する。
The image signal is image data for each frame. The control circuit 510 has a function of performing image processing on the image signal and controlling output of the image signal to the data line driver circuit 550 based on information obtained by the processing. Therefore, the control circuit 510 includes a motion detection unit 511 that detects motion from image data for each frame. When the motion detector 511 determines that there is no motion, the control circuit 510 stops outputting the image signal to the data line driver circuit 550, and when it determines that there is motion, it resumes outputting the image signal.

動き検出部511で行う動き検出のための画像処理としては、特段の制約は無い。例え
ば、動き検出方法としては、例えば、連続する2つフレーム間の画像データから差分デー
タを得る方法がある。得られた差分データから動きの有無を判断することができる。また
、動きベクトルを検出する方法等もある。
There is no particular restriction on image processing for motion detection performed by the motion detection unit 511. For example, as a motion detection method, for example, there is a method of obtaining difference data from image data between two consecutive frames. The presence or absence of motion can be determined from the obtained difference data. There is also a method for detecting a motion vector.

また、液晶表示装置500は、入力された画像信号を補正する画像信号補正回路を設け
ることができる。例えば、画像信号の階調に対応する電圧よりも高い電圧が画素531に
書き込まれるように、画像信号を補正する。このような補正を行うことで液晶素子の応答
時間を短くすることができる。このように画像信号を補正処理して制御回路510を駆動
する方法は、オーバードライブ駆動と呼ばれている。また、画像信号のフレーム周波数の
整数倍で液晶表示装置500を駆動する倍速駆動を行う場合には、制御回路510で2つ
のフレーム間を補間する画像データを作成する、或いは2つのフレーム間で黒表示を行う
ための画像データを生成すればよい。
In addition, the liquid crystal display device 500 can be provided with an image signal correction circuit that corrects an input image signal. For example, the image signal is corrected so that a voltage higher than the voltage corresponding to the gradation of the image signal is written to the pixel 531. By performing such correction, the response time of the liquid crystal element can be shortened. The method of correcting the image signal and driving the control circuit 510 in this manner is called overdrive driving. In addition, when performing double speed driving in which the liquid crystal display device 500 is driven at an integer multiple of the frame frequency of the image signal, the control circuit 510 creates image data that interpolates between the two frames, or creates black data between the two frames. Image data for display may be generated.

以下、図38に示すタイミングチャートを用いて、動画像のように動きのある画像と、
静止画のように動きの無い画像を表示するための液晶表示装置500の動作を説明する。
図38には、垂直同期信号(Vsync)、及びデータ線駆動回路550からデータ線5
51に出力されるデータ信号(Vdata)の信号波形を示す。
Hereinafter, using the timing chart shown in FIG. 38, an image having a motion like a moving image,
An operation of the liquid crystal display device 500 for displaying an image having no motion such as a still image will be described.
In FIG. 38, the vertical synchronization signal (Vsync) and the data line 5 from the data line driving circuit 550 are shown.
The signal waveform of the data signal (Vdata) output to 51 is shown.

図38は、3mフレーム期間の液晶表示装置500のタイミングチャートである。ここ
では、はじめのkフレーム期間及び終わりのjフレーム期間の画像データには動きがあり
、その他のフレーム期間の画像データには動きが無いとする。なお、k、jはそれぞれ1
以上m−2以下の整数である。
FIG. 38 is a timing chart of the liquid crystal display device 500 in a 3 m frame period. Here, it is assumed that there is a motion in the image data in the first k frame period and the last j frame period, and there is no motion in the image data in the other frame periods. K and j are 1 each.
It is an integer of m-2 or less.

最初のkフレーム期間は、動き検出部511において、各フレームの画像データに動き
があると判定される。制御回路510では、動き検出部511の判定結果に基づき、デー
タ信号(Vdata)をデータ線551に出力する。
In the first k frame period, the motion detector 511 determines that there is motion in the image data of each frame. The control circuit 510 outputs a data signal (Vdata) to the data line 551 based on the determination result of the motion detection unit 511.

そして、動き検出部511では、動き検出のための画像処理を行い、第k+1フレーム
の画像データに動きが無いと判定すると、制御回路510では、動き検出部511の判定
結果に基づき、第k+1フレーム期間に、データ線駆動回路550への画像信号(Vid
eo)の出力を停止する。よって、データ線駆動回路550からデータ線551へのデー
タ信号(Vdata)の出力が停止される。さらに、表示部530の書換えを停止するた
め、走査線駆動回路540及びデータ線駆動回路550への制御信号(スタートパルス信
号、クロック信号等)の供給を停止する。そして、制御回路510では、動き検出部51
1で、画像データに動きがあるとの判定結果が得られるまで、データ線駆動回路550へ
の画像信号の出力、走査線駆動回路540及びデータ線駆動回路550への制御信号の出
力を停止し、表示部530の書換えを停止する。
Then, when the motion detection unit 511 performs image processing for motion detection and determines that there is no motion in the image data of the (k + 1) th frame, the control circuit 510, based on the determination result of the motion detection unit 511, In the period, the image signal (Vid) to the data line driver circuit 550
The output of eo) is stopped. Accordingly, the output of the data signal (Vdata) from the data line driver circuit 550 to the data line 551 is stopped. Further, in order to stop rewriting of the display portion 530, supply of control signals (a start pulse signal, a clock signal, and the like) to the scan line driver circuit 540 and the data line driver circuit 550 is stopped. In the control circuit 510, the motion detector 51
1, output of image signals to the data line driver circuit 550 and output of control signals to the scanning line driver circuit 540 and the data line driver circuit 550 are stopped until a determination result that there is movement in the image data is obtained. Then, the rewriting of the display unit 530 is stopped.

なお、本明細書において、液晶パネルに信号を「供給しない」とは、当該信号を供給す
る配線へ回路を動作させるための所定の電圧とは異なる電圧を印加すること、または当該
配線を電気的に浮遊状態にすることを指すこととする。
Note that in this specification, “does not supply a signal” to a liquid crystal panel means that a voltage different from a predetermined voltage for operating a circuit is applied to a wiring that supplies the signal, or the wiring is electrically connected It means to make it float.

表示部530の書換えを停止すると、液晶素子に同じ方向の電界が印加され続けること
になり、液晶素子の液晶が劣化するおそれがある。このような問題が顕在化する場合は、
動き検出部511の判定結果に関わらず、所定のタイミングで、制御回路510から走査
線駆動回路540及びデータ線駆動回路550へ信号を供給し、極性を反転させたデータ
信号をデータ線551に書き込み、液晶素子に印加される電界の向きを反転させるとよい
When the rewriting of the display portion 530 is stopped, an electric field in the same direction is continuously applied to the liquid crystal element, and the liquid crystal of the liquid crystal element may be deteriorated. If such a problem becomes apparent,
Regardless of the determination result of the motion detection unit 511, a signal is supplied from the control circuit 510 to the scanning line driver circuit 540 and the data line driver circuit 550 at a predetermined timing, and a data signal with the polarity reversed is written to the data line 551. The direction of the electric field applied to the liquid crystal element may be reversed.

なお、データ線551に入力されるデータ信号の極性はVcomを基準に決定される。
その極性は、データ信号の電圧がVcomより高い場合は正の極性であり、低い場合は負
の極性である。
Note that the polarity of the data signal input to the data line 551 is determined based on Vcom.
The polarity is positive when the voltage of the data signal is higher than Vcom, and negative when it is lower.

具体的には、図38に示すように、第m+1フレーム期間になると、制御回路510は
、走査線駆動回路540及びデータ線駆動回路550へ制御信号を出力し、データ線駆動
回路550へ画像信号Videoを出力する。データ線駆動回路550は、第kフレーム
期間においてデータ線551に出力されたデータ信号(Vdata)に対して極性が反転
したデータ信号(Vdata)をデータ線551に出力する。よって、画像データに動き
が検出されない期間である第m+1フレーム期間、及び第2m+1フレーム期間に、極性
が反転されたデータ信号(Vdata)がデータ線551に書き込まれる。画像データに
変化が無い期間は、表示部530の書換えが間欠的に行われるため、書換えによる電力消
費を削減しつつ、液晶素子の劣化を防止することができる。
Specifically, as shown in FIG. 38, in the (m + 1) th frame period, the control circuit 510 outputs a control signal to the scanning line driver circuit 540 and the data line driver circuit 550, and outputs an image signal to the data line driver circuit 550. Video is output. The data line driver circuit 550 outputs to the data line 551 a data signal (Vdata) whose polarity is inverted with respect to the data signal (Vdata) output to the data line 551 in the k-th frame period. Therefore, the data signal (Vdata) with the polarity reversed is written to the data line 551 in the (m + 1) th frame period and the (2m + 1) th frame period in which no motion is detected in the image data. Since the display unit 530 is rewritten intermittently during a period in which there is no change in image data, it is possible to prevent deterioration of the liquid crystal element while reducing power consumption due to rewriting.

そして、動き検出部511において、第2m+1フレーム以降の画像データに動きがあ
ると判定すると、制御回路510は、走査線駆動回路540及びデータ線駆動回路550
を制御し、表示部530の書換えを行う。
When the motion detection unit 511 determines that there is motion in the image data after the 2m + 1th frame, the control circuit 510 causes the scanning line driving circuit 540 and the data line driving circuit 550 to move.
And the display portion 530 is rewritten.

以上述べたように、図38の駆動方法によると、画像データ(Video)の動きの有
無に関わらず、データ信号(Vdata)は、mフレーム期間毎に極性が反転される。他
方、表示部530の書換えについては、動きを含む画像の表示期間は、1フレーム毎に表
示部530が書き換えられ、動きがない画像の表示期間は、mフレーム毎に表示部530
が書き換えられることになる。その結果、表示部の書換えに伴う電力消費を削減すること
ができる。よって、駆動周波数及び画素数の増加による電力消費の増加の抑えることがで
きる。
As described above, according to the driving method of FIG. 38, the polarity of the data signal (Vdata) is inverted every m frame periods regardless of whether the image data (Video) is moving. On the other hand, regarding the rewriting of the display unit 530, the display unit 530 is rewritten every frame during the display period of an image including motion, and the display unit 530 is displayed every m frames during the display period of an image without motion.
Will be rewritten. As a result, power consumption accompanying rewriting of the display portion can be reduced. Therefore, an increase in power consumption due to an increase in driving frequency and the number of pixels can be suppressed.

上述したように、液晶表示装置500では、動画を表示するモードと、静止画を表示す
るモードで、液晶表示装置の駆動方法を異ならせることで、液晶の劣化を抑制して表示品
位を維持しつつ、省電力な液晶表示装置を提供することが可能になる。
As described above, the liquid crystal display device 500 maintains the display quality by suppressing the deterioration of the liquid crystal by changing the driving method of the liquid crystal display device between the mode for displaying moving images and the mode for displaying still images. However, a power-saving liquid crystal display device can be provided.

また、静止画を表示する場合、1フレーム毎に画素を書換えると、人の目は画素の書換
えをちらつきとして感じることがあり、それが疲れ目の原因となる。本実施の形態の液晶
表示装置は、静止画の表示期間では画素の書換え頻度が少ないので、疲れ目の軽減に有効
である。
In addition, when displaying a still image, if the pixel is rewritten every frame, the human eye may feel the pixel rewriting as flickering, which causes tired eyes. The liquid crystal display device of this embodiment is effective in reducing tired eyes because the frequency of pixel rewriting is low during the still image display period.

従って、酸化物半導体トランジスタでバックプレーンを形成した液晶パネルを用いるこ
とで、携帯用電子機器に非常に適した、高精細、低消費電力の中小型表示液晶表示装置を
提供することが可能である。
Therefore, by using a liquid crystal panel in which a backplane is formed using an oxide semiconductor transistor, it is possible to provide a high-definition, low-power-consumption medium-sized display liquid crystal display device that is very suitable for portable electronic devices. .

なお、液晶の劣化を防ぐため、データ信号の極性反転の間隔(ここでは、mフレーム期
間)は2秒以下とし、好ましくは1秒以下とするとよい。
In order to prevent deterioration of the liquid crystal, the polarity inversion interval (here, m frame period) of the data signal is 2 seconds or less, preferably 1 second or less.

また、画像データの動き検出を制御回路510の動き検出部511で行ったが、動き検
出は動き検出部511のみで行う必要は無い。動きの有無のデータを液晶表示装置500
の外部から制御回路510へ入力するようにしてもよい。
Although the motion detection of the image data is performed by the motion detection unit 511 of the control circuit 510, the motion detection need not be performed only by the motion detection unit 511. Data on the presence or absence of movement is displayed on the liquid crystal display device 500.
May be input to the control circuit 510 from the outside.

また、画像データに動きが無いと判定する条件は連続する2つのフレーム間の画像デー
タによるものではなく、判定に必要なフレーム数は、液晶表示装置500の使用形態によ
り、適宜決定することができる。例えば、連続するmフレームの画像データに動きが無い
場合に、表示部530の書換えを停止させてもよい。
Further, the condition for determining that there is no motion in the image data is not based on the image data between two consecutive frames, and the number of frames necessary for the determination can be appropriately determined according to the usage mode of the liquid crystal display device 500. . For example, rewriting of the display unit 530 may be stopped when there is no movement in the image data of continuous m frames.

なお、本実施の形態では、表示装置として、液晶表示装置を用いて説明したが、本実施
の形態の駆動方法を他の表示装置、例えば発光表示装置等に用いることができる。
Note that although a liquid crystal display device is used as a display device in this embodiment mode, the driving method of this embodiment mode can be used for another display device such as a light-emitting display device.

なお、本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態及び実施例に示す構成
及び方法などと適宜組み合わせて用いることができる。
Note that the structures, methods, and the like described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures, methods, and the like described in the other embodiments and examples.

(実施の形態12)
本発明の一態様である半導体装置は、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、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、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装
置、遊技機(パチンコ機、スロットマシン等)、ゲーム筐体が挙げられる。これらの電子
機器の一例を図39に示す。
(Embodiment 12)
The semiconductor device which is one embodiment of the present invention can be applied to a variety of electronic devices (including game machines). As the electronic device, a television device (also referred to as a television or a television receiver), a monitor for a computer, a digital camera, a digital video camera, a digital photo frame, a mobile phone, a portable game machine, a portable information terminal, Sound reproducing devices, gaming machines (pachinko machines, slot machines, etc.), and game cases are listed. Examples of these electronic devices are illustrated in FIGS.

図39(A)は、表示部を有するテーブル9000を示している。テーブル9000は
、筐体9001に表示部9003が組み込まれており、表示部9003により映像を表示
することが可能である。なお、4本の脚部9002により筐体9001を支持した構成を
示している。また、電力供給のための電源コード9005を筐体9001に有している。
FIG. 39A illustrates a table 9000 having a display portion. In the table 9000, a display portion 9003 is incorporated in a housing 9001, and an image can be displayed on the display portion 9003. Note that a structure in which the housing 9001 is supported by four legs 9002 is shown. In addition, the housing 9001 has a power cord 9005 for supplying power.

上記実施の形態のいずれかに示す半導体装置は、表示部9003に用いることが可能で
ある。それゆえ、表示部9003の表示品位を高くすることができる。
The semiconductor device described in any of the above embodiments can be used for the display portion 9003. Therefore, display quality of the display portion 9003 can be improved.

表示部9003は、タッチ入力機能を有しており、テーブル9000の表示部9003
に表示された表示ボタン9004を指などで触れることで、画面操作や、情報を入力する
ことができ、また他の家電製品との通信を可能とする、または制御を可能とすることで、
画面操作により他の家電製品をコントロールする制御装置としてもよい。例えば、イメー
ジセンサ機能を有する半導体装置を用いれば、表示部9003にタッチ入力機能を持たせ
ることができる。
The display portion 9003 has a touch input function and the display portion 9003 of the table 9000.
By touching the display button 9004 displayed on the screen with a finger or the like, screen operation, information can be input, communication with other home appliances can be performed, or control can be performed.
It is good also as a control apparatus which controls other household appliances by screen operation. For example, when a semiconductor device having an image sensor function is used, the display portion 9003 can have a touch input function.

また、筐体9001に設けられたヒンジによって、表示部9003の画面を床に対して
垂直に立てることもでき、テレビジョン装置としても利用できる。狭い部屋においては、
大きな画面のテレビジョン装置は設置すると自由な空間が狭くなってしまうが、テーブル
に表示部が内蔵されていれば、部屋の空間を有効に利用することができる。
Further, the hinge of the housing 9001 can be used to stand the screen of the display portion 9003 perpendicular to the floor, which can be used as a television device. In a small room,
When a television device with a large screen is installed, the free space becomes narrow, but if the display portion is built in the table, the room space can be used effectively.

図39(B)は、テレビジョン装置9100を示している。テレビジョン装置9100
は、筐体9101に表示部9103が組み込まれており、表示部9103により映像を表
示することが可能である。なお、ここではスタンド9105により筐体9101を支持し
た構成を示している。
FIG. 39B illustrates a television device 9100. Television apparatus 9100
The display portion 9103 is incorporated in the housing 9101 and an image can be displayed on the display portion 9103. Note that here, a structure in which the housing 9101 is supported by a stand 9105 is illustrated.

テレビジョン装置9100の操作は、筐体9101が備える操作スイッチや、別体のリ
モコン操作機9110により行うことができる。リモコン操作機9110が備える操作キ
ー9109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9103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9110に、当該リモコン操作
機9110から出力する情報を表示する表示部9107を設ける構成としてもよい。
The television device 9100 can be operated with an operation switch included in the housing 9101 or a separate remote controller 9110. Channels and volume can be operated with an operation key 9109 provided in the remote controller 9110, and an image displayed on the display portion 9103 can be operated. The remote controller 9110 may be provided with a display portion 9107 for displaying information output from the remote controller 9110.

図39(B)に示すテレビジョン装置9100は、受信機やモデムなどを備えている。
テレビジョン装置9100は、受信機に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。
A television device 9100 illustrated in FIG. 39B includes a receiver, a modem, and the like.
The television device 9100 can receive a general television broadcast by a receiver.
In addition, by connecting to a wired or wireless communication network via a modem, information communication in one direction (from sender to receiver) or bidirectional (between sender and receiver, or between receivers) is performed. Is also possible.

上記実施の形態のいずれかに示す半導体装置は、表示部9103、9107に用いるこ
とが可能である。それゆえ、テレビジョン装置の表示品位を向上させることができる。
The semiconductor device described in any of the above embodiments can be used for the display portions 9103 and 9107. Therefore, the display quality of the television device can be improved.

図39(C)はコンピュータ9200であり、本体9201、筐体9202、表示部9
203、キーボード9204、外部接続ポート9205、ポインティングデバイス920
6などを含む。
FIG. 39C illustrates a computer 9200, which includes a main body 9201, a housing 9202, and a display portion 9.
203, keyboard 9204, external connection port 9205, pointing device 920
6 etc. are included.

上記実施の形態のいずれかに示す半導体装置は、表示部9203に用いることが可能で
ある。それゆえ、コンピュータ9200の表示品位を向上させることができる。
The semiconductor device described in any of the above embodiments can be used for the display portion 9203. Therefore, the display quality of the computer 9200 can be improved.

表示部9203は、タッチ入力機能を有しており、コンピュータ9200の表示部92
03に表示された表示ボタン9004を指などで触れることで、画面操作や、情報を入力
することができ、また他の家電製品との通信を可能とする、または制御を可能とすること
で、画面操作により他の家電製品をコントロールする制御装置としてもよい。
The display portion 9203 has a touch input function and the display portion 92 of the computer 9200.
By touching the display button 9004 displayed in 03 with a finger or the like, screen operation, information can be input, communication with other home appliances can be performed, or control can be performed. It is good also as a control apparatus which controls other household appliances by screen operation.

図40(A)及び図40(B)は2つ折り可能なタブレット型端末である。図40(A
)は、開いた状態であり、タブレット型端末は、筐体9630、表示部9631a、表示
部9631b、表示モード切り替えスイッチ9034、電源スイッチ9035、省電力モ
ード切り替えスイッチ9036、留め具9033、操作スイッチ9038、を有する。
40A and 40B illustrate a tablet terminal that can be folded. FIG.
) Is an open state, and the tablet terminal includes a housing 9630, a display portion 9631a, a display portion 9631b, a display mode change switch 9034, a power switch 9035, a power saving mode change switch 9036, a fastener 9033, and an operation switch 9038. Have.

上記実施の形態のいずれかに示す半導体装置は、表示部9631a、表示部9631b
に用いることが可能である。それゆえ、タブレット端末の表示品位を向上させることがで
きる。
The semiconductor device described in any of the above embodiments includes a display portion 9631a and a display portion 9631b.
Can be used. Therefore, the display quality of the tablet terminal can be improved.

表示部9631aは、一部をタッチパネルの領域9632aとすることができ、表示さ
れた操作キー9638にふれることでデータ入力をすることができる。なお、表示部96
31aにおいては、一例として半分の領域が表示のみの機能を有する構成、もう半分の領
域がタッチパネルの機能を有する構成を示しているが該構成に限定されない。表示部96
31aの全ての領域がタッチパネルの機能を有する構成としても良い。例えば、表示部9
631aの全面をキーボードボタン表示させてタッチパネルとし、表示部9631bを表
示画面として用いることができる。
Part of the display portion 9631 a can be a touch panel region 9632 a and data can be input when a displayed operation key 9638 is touched. The display unit 96
In FIG. 31a, as an example, a configuration in which half of the area has a display-only function and a configuration in which the other half has a touch panel function is shown, but the configuration is not limited thereto. Display unit 96
All the regions 31a may have a touch panel function. For example, the display unit 9
The entire surface of 631a can be displayed as a keyboard button and used as a touch panel, and the display portion 9631b can be used as a display screen.

また、表示部9631bにおいても表示部9631aと同様に、表示部9631bの一
部をタッチパネルの領域9632bとすることができる。また、タッチパネルのキーボー
ド表示切り替えボタン9639が表示されている位置に指やスタイラスなどでふれること
で表示部9631bにキーボードボタン表示することができる。
Further, in the display portion 9631b, as in the display portion 9631a, part of the display portion 9631b can be a touch panel region 9632b. Further, a keyboard button can be displayed on the display portion 9631b by touching a position where the keyboard display switching button 9539 on the touch panel is displayed with a finger or a stylus.

また、タッチパネルの領域9632aとタッチパネルの領域9632bに対して同時に
タッチ入力することもできる。
Touch input can be performed simultaneously on the touch panel region 9632a and the touch panel region 9632b.

また、表示モード切り替えスイッチ9034は、縦表示または横表示などの表示の向き
を切り替え、白黒表示やカラー表示の切り替えなどを選択できる。省電力モード切り替え
スイッチ9036は、タブレット型端末に内蔵している光センサで検出される使用時の外
光の光量に応じて表示の輝度を最適なものとすることができる。タブレット型端末は光セ
ンサだけでなく、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサなどの他の検出装置
を内蔵させてもよい。
A display mode switching switch 9034 can switch the display direction such as vertical display or horizontal display, and can select switching between monochrome display and color display. The power saving mode change-over switch 9036 can optimize the display luminance in accordance with the amount of external light during use detected by an optical sensor built in the tablet terminal. The tablet terminal may include not only an optical sensor but also other detection devices such as a gyroscope, an acceleration sensor, and other sensors that detect inclination.

また、図40(A)では表示部9631bと表示部9631aの表示面積が同じ例を示
しているが特に限定されず、一方のサイズともう一方のサイズが異なっていてもよく、表
示の品質も異なっていてもよい。例えば一方が他方よりも高精細な表示を行える表示パネ
ルとしてもよい。
FIG. 40A illustrates an example in which the display areas of the display portion 9631b and the display portion 9631a are the same, but there is no particular limitation. One size and the other size may be different, and the display quality is also high. May be different. For example, one display panel may be capable of displaying images with higher definition than the other.

図40(B)は、閉じた状態であり、タブレット型端末は、筐体9630、太陽電池9
633、充放電制御回路9634を有する。なお、図40(B)では充放電制御回路96
34の一例としてバッテリー9635、DCDCコンバータ9636を有する構成につい
て示している。
FIG. 40B illustrates a closed state, in which the tablet terminal includes a housing 9630, a solar cell 9
633 and a charge / discharge control circuit 9634. In FIG. 40B, the charge / discharge control circuit 96 is used.
34, a configuration including a battery 9635 and a DCDC converter 9636 is shown.

なお、タブレット型端末は2つ折り可能なため、未使用時に筐体9630を閉じた状態
にすることができる。従って、表示部9631a、表示部9631bを保護できるため、
耐久性に優れ、長期使用の観点からも信頼性の優れたタブレット型端末を提供できる。
Note that since the tablet terminal can be folded in two, the housing 9630 can be closed when not in use. Therefore, since the display portion 9631a and the display portion 9631b can be protected,
It is possible to provide a tablet terminal with excellent durability and high reliability from the viewpoint of long-term use.

また、この他にも図40(A)及び図40(B)に示したタブレット型端末は、様々な
情報(静止画、動画、テキスト画像など)を表示する機能、カレンダー、日付または時刻
などを表示部に表示する機能、表示部に表示した情報をタッチ入力操作または編集するタ
ッチ入力機能、様々なソフトウェア(プログラム)によって処理を制御する機能、等を有
することができる。
In addition, the tablet terminal shown in FIGS. 40A and 40B has a function for displaying various information (still images, moving images, text images, etc.), a calendar, a date, or a time. A function for displaying on the display unit, a touch input function for performing touch input operation or editing of information displayed on the display unit, a function for controlling processing by various software (programs), and the like can be provided.

タブレット型端末の表面に装着された太陽電池9633によって、電力をタッチパネル
、表示部、または映像信号処理部等に供給することができる。なお、太陽電池9633は
、筐体9630の片面または両面に設けることができ、バッテリー9635の充電を効率
的に行う構成とすることができるため好適である。なおバッテリー9635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。
Electric power can be supplied to the touch panel, the display unit, the video signal processing unit, or the like by the solar battery 9633 mounted on the surface of the tablet terminal. Note that the solar cell 9633 is preferable because it can be provided on one or both surfaces of the housing 9630 and the battery 9635 can be charged efficiently. Note that as the battery 9635, when a lithium ion battery is used, there is an advantage that reduction in size can be achieved.

また、図40(B)に示す充放電制御回路9634の構成、及び動作について図40(
C)にブロック図を示し説明する。図40(C)には、太陽電池9633、バッテリー9
635、DCDCコンバータ9636、コンバータ9637、スイッチSW1乃至SW3
、表示部9631について示しており、バッテリー9635、DCDCコンバータ963
6、コンバータ9637、スイッチSW1乃至SW3が、図40(B)に示す充放電制御
回路9634に対応する箇所となる。
Further, the structure and operation of the charge / discharge control circuit 9634 illustrated in FIG.
C) will be described with reference to a block diagram. FIG. 40C illustrates a solar cell 9633, a battery 9
635, DCDC converter 9636, converter 9637, switches SW1 to SW3
, A display portion 9631, a battery 9635, a DCDC converter 963
6, the converter 9637 and the switches SW1 to SW3 are portions corresponding to the charge / discharge control circuit 9634 shown in FIG.

まず、外光により太陽電池9633により発電がされる場合の動作の例について説明す
る。太陽電池で発電した電力は、バッテリー9635を充電するための電圧となるようD
CDCコンバータ9636で昇圧または降圧がなされる。そして、表示部9631の動作
に太陽電池9633からの電力が用いられる際にはスイッチSW1をオンにし、コンバー
タ9637で表示部9631に必要な電圧に昇圧または降圧をすることとなる。また、表
示部9631での表示を行わない際には、スイッチSW1をオフにし、スイッチSW2を
オンにしてバッテリー9635の充電を行う構成とすればよい。
First, an example of operation in the case where power is generated by the solar cell 9633 using external light is described. The electric power generated by the solar cell becomes a voltage for charging the battery 9635 D
The CDC converter 9636 performs step-up or step-down. When power from the solar cell 9633 is used for the operation of the display portion 9631, the switch SW1 is turned on, and the converter 9637 increases or decreases the voltage required for the display portion 9631. In the case where display on the display portion 9631 is not performed, the battery 9635 may be charged by turning off the switch SW1 and turning on the switch SW2.

なお、太陽電池9633については、発電手段の一例として示したが、特に限定されず
、圧電素子(ピエゾ素子)や熱電変換素子(ペルティエ素子)などの他の発電手段による
バッテリー9635の充電を行う構成であってもよい。例えば、無線(非接触)で電力を
送受信して充電する無接点電力伝送モジュールや、また他の充電手段を組み合わせて行う
構成としてもよい。
Note that although the solar cell 9633 is shown as an example of the power generation unit, the configuration is not particularly limited, and the battery 9635 is charged by another power generation unit such as a piezoelectric element (piezo element) or a thermoelectric conversion element (Peltier element). It may be. For example, a non-contact power transmission module that wirelessly (contactlessly) transmits and receives power for charging and other charging means may be combined.

なお、本実施の形態に示す構成などは、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて
用いることができる。
Note that the structure and the like described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures described in the other embodiments.

本実施例では、トランジスタのVg−Id特性、及び光BTストレス試験の測定結果に
ついて説明する。
In this example, Vg-Id characteristics of a transistor and measurement results of an optical BT stress test will be described.

はじめに、試料1に含まれるトランジスタの作製工程について説明する。本実施例では
図2を参照して説明する。
First, a manufacturing process of the transistor included in Sample 1 is described. This embodiment will be described with reference to FIG.

まず、図2(A)に示すように、基板11としてガラス基板を用い、基板11上にゲー
ト電極15を形成した。
First, as illustrated in FIG. 2A, a glass substrate was used as the substrate 11, and the gate electrode 15 was formed over the substrate 11.

スパッタリング法で厚さ100nmのタングステン膜を形成し、フォトリソグラフィ工
程により該タングステン膜上にマスクを形成し、該マスクを用いて該タングステン膜の一
部をエッチングし、ゲート電極15を形成した。
A tungsten film having a thickness of 100 nm was formed by a sputtering method, a mask was formed over the tungsten film by a photolithography process, and a part of the tungsten film was etched using the mask to form the gate electrode 15.

次に、ゲート電極15上にゲート絶縁膜17(図41のGIに相当)を形成した。   Next, a gate insulating film 17 (corresponding to GI in FIG. 41) was formed on the gate electrode 15.

ゲート絶縁膜17として、厚さ50nmの第1の窒化シリコン膜、厚さ300nmの第
2の窒化シリコン膜、厚さ50nmの第3の窒化シリコン膜、及び厚さ50nmの酸化窒
化シリコン膜を積層して形成した。
As the gate insulating film 17, a first silicon nitride film having a thickness of 50 nm, a second silicon nitride film having a thickness of 300 nm, a third silicon nitride film having a thickness of 50 nm, and a silicon oxynitride film having a thickness of 50 nm are stacked. Formed.

第1の窒化シリコン膜は、流量200sccmのシラン、流量2000sccmの窒素
、及び流量100sccmのアンモニアを原料ガスとしてプラズマCVD装置の処理室に
供給し、処理室内の圧力を100Paに制御し、27.12MHzの高周波電源を用いて
2000Wの電力を供給して形成した。
The first silicon nitride film supplies silane at a flow rate of 200 sccm, nitrogen at a flow rate of 2000 sccm, and ammonia at a flow rate of 100 sccm as a source gas to the processing chamber of the plasma CVD apparatus, and controls the pressure in the processing chamber to 100 Pa, 27.12 MHz. A high frequency power source of 2000 W was used to supply 2000 W of power.

次に、第1の窒化シリコン膜の原料ガスの条件において、アンモニアの流量を2000
sccmに変更して、第2の窒化シリコン膜を形成した。
Next, the flow rate of ammonia is set to 2000 under the conditions of the source gas of the first silicon nitride film.
A second silicon nitride film was formed by changing to sccm.

次に、流量200sccmのシラン及び流量5000sccmの窒素を原料ガスとして
プラズマCVD装置の処理室に供給し、処理室内の圧力を100Paに制御し、27.1
2MHzの高周波電源を用いて2000Wの電力を供給して、第3の窒化シリコン膜を形
成した。
Next, silane having a flow rate of 200 sccm and nitrogen having a flow rate of 5000 sccm are supplied as source gases to the processing chamber of the plasma CVD apparatus, and the pressure in the processing chamber is controlled to 100 Pa.
A third silicon nitride film was formed by supplying 2000 W of power using a 2 MHz high frequency power source.

次に、流量20sccmのシラン、流量3000sccmの一酸化二窒素を原料ガスと
してプラズマCVD装置の処理室に供給し、処理室内の圧力を40Paに制御し、27.
12MHzの高周波電源を用いて100Wの電力を供給して、酸化窒化シリコン膜を形成
した。
Next, silane having a flow rate of 20 sccm and dinitrogen monoxide having a flow rate of 3000 sccm are supplied as source gases to the processing chamber of the plasma CVD apparatus, and the pressure in the processing chamber is controlled to 40 Pa. 27.
A silicon oxynitride film was formed by supplying power of 100 W using a 12 MHz high frequency power source.

なお、第1の窒化シリコン膜乃至第3の窒化シリコン膜及び酸化窒化シリコン膜の成膜
工程において、基板温度を350℃とした。
Note that the substrate temperature was set to 350 ° C. in the steps of forming the first silicon nitride film to the third silicon nitride film and the silicon oxynitride film.

次に、ゲート絶縁膜17を介してゲート電極15に重なる多層膜20を形成した。   Next, the multilayer film 20 was formed so as to overlap the gate electrode 15 with the gate insulating film 17 interposed therebetween.

ここでは、ゲート絶縁膜17上に厚さ35nmの酸化物半導体膜(図41のS2に相当
)をスパッタリング法で形成した後、酸化物半導体膜上に厚さ20nmの酸化物膜(図4
1のS3に相当)を形成した。次に、フォトリソグラフィ工程により酸化物膜上にマスク
を形成し、該マスクを用いて酸化物半導体膜及び酸化物膜の一部をエッチングし、酸化物
半導体膜18及び酸化物膜19を形成した後、第1の加熱処理を行い、多層膜20を形成
した。
Here, after an oxide semiconductor film having a thickness of 35 nm (corresponding to S2 in FIG. 41) is formed over the gate insulating film 17 by a sputtering method, an oxide film having a thickness of 20 nm is formed over the oxide semiconductor film (FIG. 4).
1 corresponding to S3). Next, a mask was formed over the oxide film by a photolithography process, and the oxide semiconductor film and part of the oxide film were etched using the mask, so that the oxide semiconductor film 18 and the oxide film 19 were formed. Then, the 1st heat processing was performed and the multilayer film 20 was formed.

酸化物半導体膜(S2)は、スパッタリングターゲットをIn:Ga:Zn=1:1:
1(原子数比)のターゲットとし、流量100sccmのアルゴン及び流量100scc
mの酸素をスパッタリングガスとしてスパッタリング装置の処理室内に供給し、処理室内
の圧力を0.6Paに制御し、5kWの直流電力を供給して形成した。なお、酸化物半導
体膜を形成する際の基板温度を200℃とした。
For the oxide semiconductor film (S2), a sputtering target is In: Ga: Zn = 1: 1:
1 target (atomic ratio), argon at a flow rate of 100 sccm and a flow rate of 100 scc
It was formed by supplying m oxygen as a sputtering gas into the processing chamber of the sputtering apparatus, controlling the pressure in the processing chamber to 0.6 Pa, and supplying DC power of 5 kW. Note that the substrate temperature in forming the oxide semiconductor film was 200 ° C.

酸化物膜(S3)は、スパッタリングターゲットをIn:Ga:Zn=1:3:2(原
子数比)のターゲットとし、スパッタリングガスとして180sccmのArと20sc
cmの酸素をスパッタリング装置の処理室内に供給し、処理室内の圧力を0.6Paに制
御し、5kWの直流電力を供給して形成した。なお、酸化物膜を形成する際の基板温度を
200℃とした。
The oxide film (S3) has a sputtering target of In: Ga: Zn = 1: 3: 2 (atomic ratio), 180 sccm of Ar and 20 sc as a sputtering gas.
It was formed by supplying cm of oxygen into the processing chamber of the sputtering apparatus, controlling the pressure in the processing chamber to 0.6 Pa, and supplying DC power of 5 kW. Note that the substrate temperature when forming the oxide film was set to 200 ° C.

第1の加熱処理は、窒素雰囲気で、350℃、1時間の加熱処理を行った後、窒素及び
酸素雰囲気で、350℃、1時間の加熱処理を行った。
In the first heat treatment, heat treatment was performed at 350 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere, and then heat treatment was performed at 350 ° C. for 1 hour in a nitrogen and oxygen atmosphere.

ここまでの工程で得られた構成は図2(B)を参照できる。   The structure obtained through the steps up to here can be referred to FIG.

次に、ゲート絶縁膜17の一部をエッチングしてゲート電極を露出した後(図示しない
。)、図2(C)に示すように、多層膜20に接する一対の電極21、22を形成した。
Next, after part of the gate insulating film 17 was etched to expose the gate electrode (not shown), a pair of electrodes 21 and 22 in contact with the multilayer film 20 was formed as shown in FIG. .

ここでは、ゲート絶縁膜17及び多層膜20上に導電膜を形成した。該導電膜として、
厚さ50nmのタングステン膜上に厚さ400nmのアルミニウム膜を形成し、該アルミ
ニウム膜上に厚さ100nmのチタン膜を形成した。次に、フォトリソグラフィ工程によ
り該導電膜上にマスクを形成し、該マスクを用いて該導電膜の一部をウエットエッチング
し、一対の電極21、22を形成した。この後、85%のリン酸を100倍に希釈したリ
ン酸水溶液で多層膜20の表面に洗浄処理を行った。
Here, a conductive film is formed over the gate insulating film 17 and the multilayer film 20. As the conductive film,
An aluminum film having a thickness of 400 nm was formed on a tungsten film having a thickness of 50 nm, and a titanium film having a thickness of 100 nm was formed on the aluminum film. Next, a mask was formed over the conductive film by a photolithography process, and part of the conductive film was wet-etched using the mask to form a pair of electrodes 21 and 22. Thereafter, the surface of the multilayer film 20 was washed with a phosphoric acid aqueous solution in which 85% phosphoric acid was diluted 100 times.

次に、減圧された処理室に基板を移動し、220℃で加熱した後、処理室に設けられる
上部電極に27.12MHzの高周波電源を用いて150Wの高周波電力を供給して、一
酸化二窒素雰囲気で発生させた酸素プラズマに多層膜20を曝した。
Next, the substrate is moved to a depressurized processing chamber and heated at 220 ° C., and then 150 W of high frequency power is supplied to the upper electrode provided in the processing chamber using a 27.12 MHz high frequency power source. The multilayer film 20 was exposed to oxygen plasma generated in a nitrogen atmosphere.

次に、多層膜20及び一対の電極21,22上に保護膜26を形成した(図2(D)参
照)。ここでは、保護膜26として、酸化物絶縁膜23(図41のP1に相当)、酸化物
絶縁膜24(図41のP2に相当)及び窒化物絶縁膜25を形成した。
Next, the protective film 26 was formed over the multilayer film 20 and the pair of electrodes 21 and 22 (see FIG. 2D). Here, as the protective film 26, the oxide insulating film 23 (corresponding to P1 in FIG. 41), the oxide insulating film 24 (corresponding to P2 in FIG. 41), and the nitride insulating film 25 were formed.

まず、上記プラズマ処理の後、大気に曝すことなく、連続的に酸化物絶縁膜23及び酸
化物絶縁膜24を形成した。酸化物絶縁膜23として厚さ50nmの酸化窒化シリコン膜
を形成し、酸化物絶縁膜24として厚さ400nmの酸化窒化シリコン膜を形成した。
First, after the plasma treatment, the oxide insulating film 23 and the oxide insulating film 24 were continuously formed without being exposed to the atmosphere. A 50-nm-thick silicon oxynitride film was formed as the oxide insulating film 23, and a 400-nm-thick silicon oxynitride film was formed as the oxide insulating film 24.

酸化物絶縁膜23は、流量30sccmのシラン及び流量4000sccmの一酸化二
窒素を原料ガスとし、処理室の圧力を200Pa、基板温度を220℃とし、150Wの
高周波電力を平行平板電極に供給したプラズマCVD法により形成した。
The oxide insulating film 23 is a plasma in which silane having a flow rate of 30 sccm and dinitrogen monoxide having a flow rate of 4000 sccm are used as a raw material gas, a processing chamber pressure is 200 Pa, a substrate temperature is 220 ° C., and 150 W high-frequency power is supplied to parallel plate electrodes. It formed by CVD method.

酸化物絶縁膜24は、流量200sccmのシラン及び流量4000sccmの一酸化
二窒素を原料ガスとし、処理室の圧力を200Pa、基板温度を220℃とし、1500
Wの高周波電力を平行平板電極に供給したプラズマCVD法により形成した。当該条件に
より、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含み、加熱により酸素の一部が脱
離する酸化窒化シリコン膜を形成することができる。
The oxide insulating film 24 is formed by using silane having a flow rate of 200 sccm and dinitrogen monoxide having a flow rate of 4000 sccm as a source gas, a processing chamber pressure of 200 Pa, a substrate temperature of 220 ° C., and 1500.
It formed by the plasma CVD method which supplied the high frequency electric power of W to the parallel plate electrode. Under such conditions, a silicon oxynitride film containing more oxygen than that in the stoichiometric composition and from which part of oxygen is released by heating can be formed.

次に、第2の加熱処理を行い、酸化物絶縁膜23及び酸化物絶縁膜24から水、窒素、
水素等を脱離させると共に、酸化物絶縁膜24に含まれる酸素の一部を多層膜20へ供給
した。ここでは、窒素及び酸素雰囲気で、350℃、1時間の加熱処理を行った。
Next, second heat treatment is performed, so that water, nitrogen,
Hydrogen and the like were desorbed and a part of oxygen contained in the oxide insulating film 24 was supplied to the multilayer film 20. Here, heat treatment was performed at 350 ° C. for 1 hour in a nitrogen and oxygen atmosphere.

次に、酸化物絶縁膜24上に窒化物絶縁膜25を形成した。ここでは、窒化物絶縁膜2
5として、厚さ100nmの窒化シリコン膜を形成した。
Next, a nitride insulating film 25 was formed over the oxide insulating film 24. Here, the nitride insulating film 2
5, a silicon nitride film having a thickness of 100 nm was formed.

窒化物絶縁膜25は、流量50sccmのシラン、流量5000sccmの窒素、及び
流量100sccmのアンモニアを原料ガスとし、処理室の圧力を100Pa、基板温度
を350℃とし、1000Wの高周波電力を平行平板電極に供給したプラズマCVD法に
より形成した。
The nitride insulating film 25 uses silane with a flow rate of 50 sccm, nitrogen with a flow rate of 5000 sccm, and ammonia with a flow rate of 100 sccm as a source gas, a processing chamber pressure of 100 Pa, a substrate temperature of 350 ° C., and 1000 W of high-frequency power applied to parallel plate electrodes. It formed by the supplied plasma CVD method.

次に、図示しないが、保護膜26の一部をエッチングして、一対の電極21、22の一
部を露出する開口部を形成した。
Next, although not shown, a part of the protective film 26 was etched to form an opening exposing a part of the pair of electrodes 21 and 22.

次に、窒化物絶縁膜25上に平坦化膜を形成した(図示しない)。ここでは、組成物を
窒化物絶縁膜25上に塗布した後、露光及び現像を行って、一対の電極の一部を露光する
開口部を有する平坦化膜を形成した。なお、平坦化膜として厚さ1.5μmのアクリル樹
脂を形成した。こののち、加熱処理を行った。当該加熱処理は、温度を250℃とし、窒
素を含む雰囲気で1時間行った。
Next, a planarizing film was formed on the nitride insulating film 25 (not shown). Here, after the composition was applied on the nitride insulating film 25, exposure and development were performed to form a planarization film having an opening for exposing part of the pair of electrodes. Note that an acrylic resin having a thickness of 1.5 μm was formed as the planarizing film. After that, heat treatment was performed. The heat treatment was performed in an atmosphere containing nitrogen at a temperature of 250 ° C. for 1 hour.

次に、一対の電極の一部に接続する導電膜を形成した(図示しない)。ここでは、スパ
ッタリング法により厚さ100nmの酸化シリコンを含むITOを形成した。この後、窒
素雰囲気で、250℃、1時間の加熱処理を行った。
Next, a conductive film connected to part of the pair of electrodes was formed (not shown). Here, ITO containing silicon oxide with a thickness of 100 nm was formed by a sputtering method. Thereafter, heat treatment was performed at 250 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere.

以上の工程により、トランジスタを有する試料1を作製した。   Through the above process, Sample 1 including a transistor was manufactured.

また、試料1のトランジスタにおいて、多層膜20を3層構造とし、ゲート絶縁膜17
と酸化物半導体膜18の間に、厚さ5nmの酸化物膜(図41のS1に相当)を、酸化物
膜19と同様の条件を用いて形成し、且つ酸化物膜19(図41のS3に相当)の厚さを
15nmとして作製したトランジスタを有する試料を試料2とする。
In the transistor of Sample 1, the multilayer film 20 has a three-layer structure, and the gate insulating film 17
An oxide film having a thickness of 5 nm (corresponding to S1 in FIG. 41) is formed between the oxide film 19 and the oxide semiconductor film 18 under the same conditions as the oxide film 19, and the oxide film 19 (in FIG. 41). A sample having a transistor manufactured with a thickness of 15 nm (corresponding to S3) is referred to as a sample 2.

また、試料1のトランジスタにおいて、多層膜20を3層構造とし、ゲート絶縁膜17
と酸化物半導体膜18の間に、厚さ10nmの酸化物膜(図41のS1に相当)を、酸化
物膜19と同様の条件を用いて作製したトランジスタを有する試料を試料3とする。
In the transistor of Sample 1, the multilayer film 20 has a three-layer structure, and the gate insulating film 17
A sample including a transistor in which an oxide film having a thickness of 10 nm (corresponding to S1 in FIG. 41) is formed between the oxide semiconductor film 18 and the oxide semiconductor film 18 under the same conditions as the oxide film 19 is referred to as a sample 3.

また、試料1のトランジスタにおいて、多層膜20の代わりに、酸化物半導体膜18の
みを形成し、第1の加熱処理において加熱温度を450℃とし、酸化物絶縁膜23の成膜
条件において圧力を40Paとし、酸化物絶縁膜24の成膜条件においてシランの流量を
160sccmとして作製したトランジスタを有する試料を比較試料1とする。
In the transistor of Sample 1, only the oxide semiconductor film 18 is formed instead of the multilayer film 20, the heating temperature is 450 ° C. in the first heat treatment, and the pressure is set in the film formation conditions of the oxide insulating film 23. A sample including a transistor manufactured at 40 Pa and having a silane flow rate of 160 sccm under the deposition conditions of the oxide insulating film 24 is referred to as a comparative sample 1.

また、試料1のトランジスタにおいて、多層膜20の代わりに、酸化物半導体膜18の
みを形成し、第1の加熱処理において加熱温度を350℃として作製したトランジスタを
有する試料を比較試料2とする。
In addition, in the transistor of Sample 1, a sample including a transistor in which only the oxide semiconductor film 18 is formed instead of the multilayer film 20 and the heating temperature is 350 ° C. in the first heat treatment is referred to as Comparative Sample 2.

なお、各試料に含まれるトランジスタは、チャネル長(L)が6μm、チャネル幅(W
)が50μmである。
Note that the transistor included in each sample has a channel length (L) of 6 μm and a channel width (W
) Is 50 μm.

次に、試料1乃至試料3、及び比較試料1に含まれるトランジスタの初期特性としてV
g−Id特性を測定した。ここでは、基板温度を25℃とし、ソース−ドレイン間の電位
差(以下、ドレイン電圧という。)を1V、10Vとし、ソース−ゲート電極間の電位差
(以下、ゲート電圧という。)を−15V乃至+15Vまで変化させたときのソース−ド
レイン間に流れる電流(以下、ドレイン電流という。)の変化特性、すなわちVg−Id
特性を測定した。
Next, as initial characteristics of the transistors included in Sample 1 to Sample 3 and Comparative Sample 1, V
The g-Id characteristic was measured. Here, the substrate temperature is 25 ° C., the source-drain potential difference (hereinafter referred to as drain voltage) is 1 V and 10 V, and the source-gate electrode potential difference (hereinafter referred to as gate voltage) is −15 V to +15 V. Characteristic of the current flowing between the source and drain (hereinafter referred to as drain current), that is, Vg-Id
Characteristics were measured.

図41に、それぞれの試料に含まれるトランジスタのVg−Id特性を示す。図41に
示す各グラフにおいて、横軸はゲート電圧Vg、左縦軸はドレイン電流Idを表し、右縦
軸は電界効果移動度を表す。なお、横軸は−15Vから15Vとして示した。また、実線
はそれぞれ、ドレイン電圧Vdが1V、10VのときのVg−Id特性であり、破線はド
レイン電圧Vdを10Vとしたときのゲート電圧に対する電界効果移動度を表す。なお、
当該電界効果移動度は各試料の飽和領域での結果である。
FIG. 41 shows Vg-Id characteristics of transistors included in each sample. In each graph shown in FIG. 41, the horizontal axis represents the gate voltage Vg, the left vertical axis represents the drain current Id, and the right vertical axis represents the field effect mobility. The horizontal axis is shown as -15V to 15V. The solid lines indicate the Vg-Id characteristics when the drain voltage Vd is 1V and 10V, respectively, and the broken lines indicate the field effect mobility with respect to the gate voltage when the drain voltage Vd is 10V. In addition,
The field effect mobility is a result in the saturation region of each sample.

また、各試料において、基板内に同じ構造のトランジスタを20個作製した。   In each sample, 20 transistors with the same structure were manufactured in the substrate.

図41より、試料1乃至試料3、及び比較試料1それぞれにおいて、良好なスイッチン
グ特性が得られていることが分かる。
From FIG. 41, it can be seen that good switching characteristics are obtained in each of Sample 1 to Sample 3 and Comparative Sample 1.

次に、試料1乃至試料3、及び比較試料1のBTストレス試験及び光BTストレス試験
を行った。BTストレス試験は加速試験の一種であり、長期間の使用によって起こるトラ
ンジスタの特性変化(即ち、経時変化)を短時間で評価することができる。BTストレス
試験前後におけるトランジスタの特性の変動量を調べることは、信頼性を調べるための重
要な指標となる。
Next, BT stress test and optical BT stress test of Sample 1 to Sample 3 and Comparative Sample 1 were performed. The BT stress test is a kind of accelerated test, and it is possible to evaluate a change in characteristics (that is, a change with time) of a transistor caused by long-term use in a short time. Examining the amount of variation in transistor characteristics before and after the BT stress test is an important index for investigating reliability.

はじめに、ゲートBTストレス試験及び光ゲートBTストレス試験を行った。   First, a gate BT stress test and an optical gate BT stress test were performed.

ここで、ゲートBTストレス試験の測定方法について説明する。はじめに、上記のよう
にトランジスタの初期特性におけるVg−Id特性を測定する。
Here, a measurement method of the gate BT stress test will be described. First, as described above, the Vg-Id characteristic in the initial characteristic of the transistor is measured.

次に、基板温度を任意の温度(以下、ストレス温度という。)を一定に維持し、トラン
ジスタのソース及びドレインとして機能する一対の電極を同電位とし、ソース電極及びド
レイン電極として機能する一対の電極とは異なる電位をゲート電極に一定時間(以下、ス
トレス時間という。)印加する。次に、基板温度を適宜設定し、トランジスタの電気特性
を測定する。この結果、ゲートBTストレス試験前後の電気特性における閾値電圧及びシ
フト値の差を、変動量として得ることができる。
Next, the substrate temperature is maintained at an arbitrary temperature (hereinafter referred to as stress temperature), a pair of electrodes functioning as a source and a drain of a transistor are set to the same potential, and a pair of electrodes functioning as a source electrode and a drain electrode Is applied to the gate electrode for a certain period of time (hereinafter referred to as stress time). Next, the substrate temperature is set as appropriate, and the electrical characteristics of the transistor are measured. As a result, the difference between the threshold voltage and the shift value in the electrical characteristics before and after the gate BT stress test can be obtained as the fluctuation amount.

なお、ゲート電極に負の電圧を印加するストレス試験をマイナスゲートBTストレス試
験(Dark −GBT)といい、正の電圧を印加するストレス試験をプラスゲートBT
ストレス試験(Dark +GBT)という。また、光を照射しつつゲート電極に負の電
圧を印加するストレス試験を光マイナスゲートBTストレス試験(Photo −GBT
)といい、正の電圧を印加するストレス試験を光プラスゲートBTストレス試験(Pho
to +GBT)という。
A stress test in which a negative voltage is applied to the gate electrode is referred to as a negative gate BT stress test (Dark-GBT), and a stress test in which a positive voltage is applied is defined as a positive gate BT.
This is called a stress test (Dark + GBT). In addition, a stress test in which a negative voltage is applied to the gate electrode while irradiating light is referred to as an optical minus gate BT stress test (Photo-GBT
), A stress test that applies a positive voltage is an optical plus gate BT stress test (Pho)
to + GBT).

ここでは、ゲートBTストレス条件として、ストレス温度を60℃、ストレス時間を3
600秒とし、ゲート電極に−30Vまたは+30V、ソース電極及びドレイン電極に0
V印加した。このときの、ゲート絶縁膜に印加する電界強度を0.66MV/cmとした
Here, as the gate BT stress condition, the stress temperature is 60 ° C. and the stress time is 3
600 seconds, -30V or + 30V for the gate electrode, 0 for the source and drain electrodes
V was applied. The electric field strength applied to the gate insulating film at this time was 0.66 MV / cm.

また、上記BTストレス試験と同様の条件を用い、10000lxの白色LED光をト
ランジスタに照射して、光ゲートBTストレス試験を行った。なお、BTストレス試験後
のトランジスタのVg−Id特性の測定温度を60℃とした。
Further, using the same conditions as in the above BT stress test, a light gate BT stress test was performed by irradiating the transistor with white LED light of 10000 lx. Note that the measurement temperature of the Vg-Id characteristic of the transistor after the BT stress test was set to 60 ° C.

試料1乃至試料3、及び比較試料1に含まれるトランジスタの初期特性のしきい値電圧
とBTストレス試験後のしきい値電圧の差(即ち、しきい値電圧の変動量(ΔVth))
、シフト値の差(即ち、シフト値の変動量(ΔShift))を図42(A)に示す。図
42(A)において、プラスゲートBTストレス試験(Dark +GBT)、マイナス
ゲートBTストレス試験(Dark −GBT)、光プラスゲートBTストレス試験(P
hoto +GBT)、光マイナスゲートBTストレス試験(Photo −GBT)そ
れぞれの変動量を示す。
Difference between the threshold voltage of the initial characteristics of the transistors included in Sample 1 to Sample 3 and Comparative Sample 1 and the threshold voltage after the BT stress test (that is, threshold voltage fluctuation amount (ΔVth))
FIG. 42A shows the difference between the shift values (that is, the shift amount variation (ΔShift)). In FIG. 42A, a plus gate BT stress test (Dark + GBT), a minus gate BT stress test (Dark−GBT), and an optical plus gate BT stress test (P
photo + GBT) and light minus gate BT stress test (Photo-GBT).

次に、ストレス温度を変えて、ストレス試験を行った。ここでは、上記ゲートBTスト
レス試験の条件において、ストレス温度を125℃として、ゲートBTストレス試験を行
った。なお、ゲートBTストレス試験後のトランジスタのVg−Id特性の測定温度を4
0℃とした。
Next, the stress test was performed by changing the stress temperature. Here, the gate BT stress test was performed at a stress temperature of 125 ° C. under the conditions of the gate BT stress test. Note that the measurement temperature of the Vg-Id characteristic of the transistor after the gate BT stress test is 4
The temperature was 0 ° C.

試料1乃至試料3、及び比較試料1に含まれるしきい値電圧の変動量(ΔVth)、シ
フト値の変動量(ΔShift)を図42(B)に示す。図42(B)において、プラス
ゲートBTストレス試験(Dark +GBT)、マイナスゲートBTストレス試験(D
ark −GBT)それぞれの変動量を示す。
FIG. 42B shows threshold voltage variation (ΔVth) and shift value variation (ΔShift) included in Samples 1 to 3 and Comparative Sample 1. FIG. In FIG. 42B, a plus gate BT stress test (Dark + GBT), a minus gate BT stress test (D
ark-GBT) indicates the amount of variation.

ここで、本明細書におけるしきい値電圧及びシフト値について図43を用いて説明する
Here, the threshold voltage and the shift value in this specification will be described with reference to FIG.

本明細書中において、しきい値電圧(Vth)は、ゲート電圧(Vg[V])を横軸、
ドレイン電流の平方根(Id1/2[A])を縦軸としてプロットした曲線612におい
て、最大傾きであるId1/2の接線614を外挿したときの、接線614とVg軸(即
ち、Id1/2が0A)との交点のゲート電圧で定義する(図43(A)参照)。なお、
本明細書中においては、ドレイン電圧Vdを10Vとして、しきい値電圧を算出する。ま
た、本明細書において、しきい値電圧(Vth)は、各試料に含まれる20個のトランジ
スタそれぞれのVthの平均値である。
In this specification, the threshold voltage (Vth) is the gate voltage (Vg [V]) on the horizontal axis,
In the curve 612 in which the square root of the drain current (Id 1/2 [A]) is plotted as the vertical axis, the tangent line 614 and the Vg axis (ie, Id 1/2 ) when the tangent line 614 of Id 1/2 that is the maximum slope is extrapolated. It is defined by the gate voltage at the intersection with 1/2 being 0 A) (see FIG. 43A). In addition,
In this specification, the threshold voltage is calculated by setting the drain voltage Vd to 10V. In this specification, the threshold voltage (Vth) is an average value of Vth of each of the 20 transistors included in each sample.

また、本明細書中において、シフト値(Shift)は、ゲート電圧(Vg[V])を
横軸、ドレイン電流(Id[A])の対数を縦軸にプロットした曲線616において、最
大傾きであるIdの接線618を外挿したときの直線Id=1.0×10−12[A]と
の交点のゲート電圧で定義する(図43(B)参照)。なお、本明細書中においては、ド
レイン電圧Vdを10Vとして、シフト値を算出する。また、本明細書において、シフト
値は、各試料に含まれる20個のトランジスタそれぞれのシフト値の平均値である。
In this specification, the shift value (Shift) has a maximum slope in a curve 616 in which the gate voltage (Vg [V]) is plotted on the horizontal axis and the logarithm of the drain current (Id [A]) is plotted on the vertical axis. It is defined by the gate voltage at the intersection with the straight line Id = 1.0 × 10 −12 [A] when a tangent line 618 of a certain Id is extrapolated (see FIG. 43B). In the present specification, the shift value is calculated by setting the drain voltage Vd to 10V. Further, in this specification, the shift value is an average value of shift values of 20 transistors included in each sample.

図42(A)より、比較試料1と比較して、試料1乃至試料3は、マイナスゲートBT
ストレス試験(Dark −GBT)変動量が少ないことがわかる。また、光マイナスゲ
ートBTストレス試験(Photo −GBT)変動量が少ないことがわかる。
42A, compared with the comparative sample 1, the samples 1 to 3 are minus gate BT.
It can be seen that the amount of fluctuation in the stress test (Dark-GBT) is small. It can also be seen that the amount of fluctuation in the optical minus gate BT stress test (Photo-GBT) is small.

また、試料1及び試料3と比較して、試料2は各ストレス試験において変動量が少ない
ことがわかる。このことから、多層膜を3層とし、且つ1層目の酸化物膜の膜厚を薄くす
ることで、しきい値電圧及びシフト値の変動量を低減できることが分かる。
It can also be seen that sample 2 has less variation in each stress test than sample 1 and sample 3. From this, it can be seen that the variation amount of the threshold voltage and the shift value can be reduced by making the multilayer film into three layers and reducing the thickness of the first oxide film.

図42(B)より、比較試料1と比較して、試料1乃至試料3は、マイナスゲートBT
ストレス試験(Dark −GBT)変動量が少ないことがわかる。
From FIG. 42B, compared with the comparative sample 1, the samples 1 to 3 are minus gate BT.
It can be seen that the amount of fluctuation in the stress test (Dark-GBT) is small.

以上のことから、酸化物半導体膜及び多層膜から不純物を脱離させる加熱処理において
、加熱温度を450℃から350℃に低くしても、酸化物半導体膜に接する酸化物膜を設
けることで、トランジスタ特性の変動量を低減できることが分かる。
From the above, in the heat treatment for desorbing impurities from the oxide semiconductor film and the multilayer film, by providing the oxide film in contact with the oxide semiconductor film even when the heating temperature is reduced from 450 ° C. to 350 ° C., It can be seen that the amount of variation in transistor characteristics can be reduced.

次に、試料1及び試料2、並びに比較試料1及び比較試料2において、プラスゲートB
Tストレス試験(Dark +GBT)を行った。ここでは、ストレス温度を、60℃ま
たは125℃とし、それぞれにおいてストレス時間を100秒、500秒、1500秒、
2000秒、3600秒として、しきい値電圧の変動量を測定した。図44は各ストレス
時間におけるしきい値電圧の変動量と、各変動量から得た近似曲線を示す。横軸はストレ
ス時間を示し、縦軸はしきい値電圧の変動量(ΔVth)を示す。また、図44(A)は
、ストレス温度が60℃のときの測定結果であり、図44(B)はストレス温度が125
℃のときの測定結果である。
Next, in Sample 1 and Sample 2, and Comparative Sample 1 and Comparative Sample 2, plus gate B
A T-stress test (Dark + GBT) was performed. Here, the stress temperature is 60 ° C. or 125 ° C., and the stress time is 100 seconds, 500 seconds, 1500 seconds,
The amount of change in threshold voltage was measured at 2000 seconds and 3600 seconds. FIG. 44 shows the variation amount of the threshold voltage at each stress time and an approximate curve obtained from each variation amount. The horizontal axis represents the stress time, and the vertical axis represents the threshold voltage fluctuation amount (ΔVth). 44A shows the measurement results when the stress temperature is 60 ° C., and FIG. 44B shows the stress temperature of 125 ° C.
It is a measurement result at the time of ° C.

図44より、比較試料2と比較して試料1及び試料2のしきい値電圧の変動量が小さい
ことが分かる。このことから、多層膜または酸化物半導体膜の加熱処理において、温度を
450℃から350℃に低くしても、酸化物半導体膜に接する酸化物を設ける、即ち多層
膜とすることで、トランジスタ特性の変動量を低減できることが分かった。
From FIG. 44, it can be seen that the variation amount of the threshold voltage of sample 1 and sample 2 is smaller than that of comparative sample 2. Accordingly, even when the temperature of the multilayer film or the oxide semiconductor film is lowered from 450 ° C. to 350 ° C., by providing an oxide in contact with the oxide semiconductor film, that is, by forming a multilayer film, transistor characteristics It was found that the fluctuation amount of can be reduced.

また、試料1及び試料2のトランジスタ特性の変動量は、比較試料1と比較すると若干
大きいが、比較試料1と同等の変動量であることがわかる。
In addition, although the variation amount of the transistor characteristics of Sample 1 and Sample 2 is slightly larger than that of Comparative Sample 1, it can be seen that the variation amount is equivalent to that of Comparative Sample 1.

次に、試料1及び試料2、並びに比較試料2において、プラスゲートBTストレス試験
(Dark +GBT)を行った。ここでは、ストレス温度を125℃とし、ストレス時
間を3600秒として、しきい値電圧の変動量を測定した。なお、ゲートBTストレス試
験後のトランジスタのVg−Id特性の測定温度を40℃とした。
Next, a positive gate BT stress test (Dark + GBT) was performed on Sample 1, Sample 2, and Comparative Sample 2. Here, the fluctuation amount of the threshold voltage was measured by setting the stress temperature to 125 ° C. and the stress time to 3600 seconds. Note that the measurement temperature of the Vg-Id characteristic of the transistor after the gate BT stress test was 40 ° C.

また、試料1及び試料2、並びに比較試料2において、マイナスソースBTストレス試
験(Dark −SBT)を行った。ソースBTストレス試験は、ゲートBTストレス試
験と同様に加速試験の一種であり、長期間の使用によって起こるトランジスタの特性変化
(即ち、経時変化)を短時間で評価することができる。
Sample 1 and sample 2 and comparative sample 2 were subjected to a negative source BT stress test (Dark-SBT). The source BT stress test is a kind of accelerated test similar to the gate BT stress test, and it is possible to evaluate a change in characteristics (that is, a change with time) of a transistor caused by long-term use in a short time.

ここで、ソースBTストレス試験の測定方法について説明する。はじめに、上記のよう
にトランジスタの初期特性におけるVg−Id特性を測定する。
Here, a measurement method of the source BT stress test will be described. First, as described above, the Vg-Id characteristic in the initial characteristic of the transistor is measured.

次に、基板温度を任意の温度を一定に維持し、トランジスタのゲート電極及びドレイン
電極を同電位とし、ゲート電極及びドレイン電極とは異なる電位をソース電極にパルス状
に印加する。次に、基板温度を電気特性の測定時と同様に設定し、トランジスタの電気特
性を測定する。この結果、ソースBTストレス試験前後の電気特性の変動量を観察するこ
とができる。
Next, an arbitrary temperature is kept constant, the gate electrode and the drain electrode of the transistor are set to the same potential, and a potential different from the gate electrode and the drain electrode is applied to the source electrode in a pulsed manner. Next, the substrate temperature is set in the same manner as when measuring the electrical characteristics, and the electrical characteristics of the transistor are measured. As a result, it is possible to observe the fluctuation amount of the electrical characteristics before and after the source BT stress test.

ここでは、ソースBTストレス条件としては、ストレス温度を125℃、ストレス時間
を3600秒とし、パルスの周波数を60Hz(周期は16.7m秒)、印加時間を0.
6%(100μ秒)として、ソース電極にパルス状に−30Vを印加した。また、ゲート
電極及びドレイン電極に0Vを印加した。なお、ソースBTストレス試験後のトランジス
タのVg−Id特性の測定温度を40℃とした。
Here, as source BT stress conditions, the stress temperature is 125 ° C., the stress time is 3600 seconds, the pulse frequency is 60 Hz (period is 16.7 milliseconds), and the application time is 0.00.
-30 V was applied in a pulsed manner to the source electrode as 6% (100 μsec). In addition, 0 V was applied to the gate electrode and the drain electrode. Note that the measurement temperature of the Vg-Id characteristic of the transistor after the source BT stress test was 40 ° C.

試料1及び試料2、及び比較試料2に含まれるトランジスタの初期特性におけるVg−
Id特性と、ストレス試験後のトランジスタにおけるVg−Id特性を図45に示す。図
45において、上段にプラスゲートBTストレス試験(Dark +GBT)の測定結果
を示し、下段にマイナスソースBTストレス試験(Dark −SBT)の測定結果を示
す。なお、細実線は、トランジスタの初期特性におけるVg−Id特性を示し、太実線は
、ストレス試験後におけるとランジスタのVg−Id特性を示す。なお、それぞれ、ドレ
イン電圧Vdが1V、10VのときのVg−Id特性である。また、細破線はトランジス
タの初期特性における電界効果移動度を示し、太破線は、ストレス試験後のトランジスタ
における電界効果移動度を表す。なお、それぞれ、ドレイン電圧Vdを10Vとしたとき
のゲート電圧に対する電界効果移動度を示す。
Vg− in the initial characteristics of the transistors included in Sample 1 and Sample 2 and Comparative Sample 2
FIG. 45 shows the Id characteristics and the Vg-Id characteristics of the transistor after the stress test. In FIG. 45, the measurement result of the plus gate BT stress test (Dark + GBT) is shown in the upper stage, and the measurement result of the minus source BT stress test (Dark-SBT) is shown in the lower stage. Note that the thin solid line indicates the Vg-Id characteristic in the initial characteristics of the transistor, and the thick solid line indicates the Vg-Id characteristic of the transistor after the stress test. The Vg-Id characteristics when the drain voltage Vd is 1V and 10V, respectively. The thin broken line indicates the field effect mobility in the initial characteristics of the transistor, and the thick broken line indicates the field effect mobility in the transistor after the stress test. The field effect mobility with respect to the gate voltage when the drain voltage Vd is 10 V is shown.

比較試料2と比較すると、試料1及び試料2において、プラスゲートBTストレス試験
(Dark +GBT)及びマイナスソースBTストレス試験(Dark −SBT)共
に、ストレス試験後のしきい値電圧の変動量が低減していることが分かる。また、プラス
ゲートBTストレス試験(Dark +GBT)において、比較試料2では、ストレス試
験後においてオン電流が低下しているが、試料1及び試料2においては、オン電流の低下
が見られない。以上のことから、酸化物半導体膜及び多層膜から不純物を脱離させる加熱
処理温度が350℃と比較的低い温度の場合、酸化物半導体膜に接する酸化物膜を有する
多層膜とすることで、トランジスタの電気特性の変動量を低減できることが分かった。
Compared with Comparative Sample 2, in Sample 1 and Sample 2, both the positive gate BT stress test (Dark + GBT) and the negative source BT stress test (Dark-SBT) have reduced threshold voltage variation after the stress test. I understand that Further, in the positive gate BT stress test (Dark + GBT), in the comparative sample 2, the on-current is reduced after the stress test, but in the sample 1 and the sample 2, the on-current is not reduced. From the above, when the heat treatment temperature for desorbing impurities from the oxide semiconductor film and the multilayer film is a relatively low temperature of 350 ° C., a multilayer film having an oxide film in contact with the oxide semiconductor film is obtained. It was found that the fluctuation amount of the electrical characteristics of the transistor can be reduced.

Claims (2)

基板上にゲート電極及びゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上に、酸化物半導体膜を形成し、
前記酸化物半導体膜上に、酸化物膜を形成し、
前記酸化物半導体膜及び前記酸化物膜は、それぞれInとGaとZnとを有し、
前記酸化物膜のInに対するGaの原子数比は、前記酸化物半導体膜のInに対するGaの原子数比よりも大きく、
前記酸化物膜を形成後、第1の加熱処理を行い、
前記第1の加熱処理後、前記酸化物膜に接する一対の電極を形成し、
前記一対の電極上に、酸化物絶縁膜を形成し、
前記酸化物絶縁膜は、前記一対の電極間において、前記酸化物膜と接し、
前記酸化物絶縁膜を形成した後、第2の加熱処理を行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
Forming a gate electrode and a gate insulating film on the substrate;
Forming an oxide semiconductor film on the gate insulating film;
Forming an oxide film on the oxide semiconductor film;
The oxide semiconductor film and the oxide film each include In, Ga, and Zn,
The atomic ratio of Ga to In of the oxide film is larger than the atomic ratio of Ga to In of the oxide semiconductor film,
After forming the oxide film, a first heat treatment is performed,
After the first heat treatment, a pair of electrodes in contact with the oxide film is formed,
Forming an oxide insulating film on the pair of electrodes;
The oxide insulating film is in contact with the oxide film between the pair of electrodes,
A method for manufacturing a semiconductor device is characterized in that after the oxide insulating film is formed, second heat treatment is performed.
基板上にゲート電極及びゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上に、酸化物半導体膜を形成し、
前記酸化物半導体膜上に、酸化物膜を形成し、
前記酸化物半導体膜及び前記酸化物膜は、それぞれInとGaとZnとを有し、
前記酸化物膜のInに対するGaの原子数比は、前記酸化物半導体膜のInに対するGaの原子数比よりも大きく、
前記酸化物膜を形成後、第1の加熱処理を行い、
前記第1の加熱処理後、前記酸化物膜に接する一対の電極を形成し、
前記基板の温度を180℃以上280℃以下、処理室内における圧力を100Pa以上250Pa以下とし、前記一対の電極上にプラズマCVD法により酸化物絶縁膜を形成し、
前記酸化物絶縁膜は、前記一対の電極間において、前記酸化物膜と接し、
前記酸化物絶縁膜を形成した後、第2の加熱処理を行い、
前記第2の加熱処理後、前記基板の温度を300℃以上400℃以下とし、前記酸化物絶縁膜上にプラズマCVD法により窒化物絶縁膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
Forming a gate electrode and a gate insulating film on the substrate;
Forming an oxide semiconductor film on the gate insulating film;
Forming an oxide film on the oxide semiconductor film;
The oxide semiconductor film and the oxide film each include In, Ga, and Zn,
The atomic ratio of Ga to In of the oxide film is larger than the atomic ratio of Ga to In of the oxide semiconductor film,
After forming the oxide film, a first heat treatment is performed,
After the first heat treatment, a pair of electrodes in contact with the oxide film is formed,
The temperature of the substrate is 180 ° C. or higher and 280 ° C. or lower, the pressure in the processing chamber is 100 Pa or higher and 250 Pa or lower, and an oxide insulating film is formed on the pair of electrodes by a plasma CVD method.
The oxide insulating film is in contact with the oxide film between the pair of electrodes,
After forming the oxide insulating film, a second heat treatment is performed,
After the second heat treatment, a temperature of the substrate is set to be 300 ° C. or higher and 400 ° C. or lower, and a nitride insulating film is formed over the oxide insulating film by a plasma CVD method.
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