JP2019220714A - 半導体装置の作製方法 - Google Patents
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Abstract
Description
一態様の技術分野は、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、本発明の一態様は、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置
、それらの駆動方法、またはそれらの製造方法に関する。
置全般を指す。トランジスタなどの半導体素子をはじめ、半導体回路、演算装置、記憶装
置は、半導体装置の一態様である。撮像装置、表示装置、液晶表示装置、発光装置、電気
光学装置、発電装置(薄膜太陽電池、有機薄膜太陽電池等を含む)、及び電子機器は、半
導体装置を有している場合がある。
ジスタ(FET)、または薄膜トランジスタ(TFT)ともいう)を構成する技術が注目
されている。該トランジスタは集積回路(IC)や画像表示装置(表示装置)のような電
子デバイスに広く応用されている。トランジスタに適用可能な半導体薄膜としてシリコン
を代表とする半導体材料が広く知られているが、その他の材料として酸化物半導体が注目
されている(例えば、特許文献1)。
縁層を用い、該酸化物半導体層の酸素欠損を低減する半導体装置が開示されている(例え
ば、特許文献2)。
み(添加)、加熱処理を行い、該酸素取り込み及び該加熱処理によって、水素、水分、水
酸基または水素化物などの不純物を酸化物半導体層より排除し、酸化物半導体層を高純度
化する半導体装置の作製方法が開示されている(例えば、特許文献3)
気特性の変動を抑制すると共に、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、消費電力が低減された半導体装置を提供することを課題の一とする。ま
たは、本発明の一態様は、新規な半導体装置を提供することを課題の一とする。
様は、これらの課題の全てを解決する必要はない。上記以外の課題は、明細書等の記載か
ら自ずと明らかになるものであり、明細書等の記載から上記以外の課題を抽出することが
可能である。
を除去し、第1の絶縁層上に、酸化物半導体層を形成し、酸化物半導体層上に、第2の絶
縁層を形成し、第2の絶縁層上に、導電層を形成することを特徴とする半導体装置の作製
方法である。
とする半導体装置の作製方法である。
を除去する工程をn回(nは2以上の自然数)行った後、第1の絶縁層上に、酸化物半導
体層を形成し、酸化物半導体層上に、第2の絶縁層を形成し、第2の絶縁層上に、導電層
を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
とを特徴とする半導体装置の作製方法である。
作製方法である。
とする半導体装置の作製方法である。
縁層上に、酸化物を形成し、酸化物を除去し、絶縁層上に、導電層を形成することを特徴
とする半導体装置の作製方法である。
縁層上に、第1の酸化物を形成し、第1の酸化物を除去し、絶縁層上に、第2の酸化物を
形成し、第2の酸化物上に、導電層を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法で
ある。
縁層上に酸化物を形成し且つ酸化物を除去する工程をn回(nは2以上の自然数)行い、
絶縁層上に、導電層を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
縁層上に第1の酸化物を形成し且つ第1の酸化物を除去する工程をn回(nは2以上の自
然数)行い、絶縁層上に、第2の酸化物を形成し、第2の酸化物上に、導電層を形成する
ことを特徴とする半導体装置の作製方法である。
の作製方法である。
体装置の作製方法である。
層上の第2の絶縁層と、第2の絶縁層上の導電層と、を有し、第1の絶縁層は、第1の領
域と第2の領域と、を有し、第1の領域は、酸化物半導体層と接しており、且つ、第2の
領域よりも希ガスを多く含むことを特徴とする半導体装置である。
層上に第2の絶縁層と、第2の絶縁層上に酸化物と、酸化物上に導電層と、を有し、第2
の絶縁層は、第1の領域と第2の領域と、を有し、第1の領域は、酸化物半導体層と接し
ており、第2の領域は、酸化物と接しており、第1の領域よりも希ガスを多く含むことを
特徴とする半導体装置である。
導体装置である。
ことを特徴とする半導体装置である。
または、アンテナと、を有することを特徴とする電子機器である。
、電気特性の変動を抑制すると共に、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、消費電力が低減された半導体装置を提供することができる。または、本
発明の一態様により、新規な半導体装置を提供することができる。
態様は、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、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、これら以外の効果を抽出することが可能である。
る態様で実施することが可能であり、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、
以下の実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。なお図面は、理想的な例を模
式的に示したものであり、図面に示す形状又は値などに限定されない。
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ことを付記する。
関係を、図面を参照して説明するために、便宜上用いている。また、構成同士の位置関係
は、各構成を描写する方向に応じて適宜変化するものである。従って、明細書で説明した
語句に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。
少なくとも三つの端子を有する素子である。そして、ドレイン(ドレイン端子、ドレイン
領域またはドレイン電極)とソース(ソース端子、ソース領域またはソース電極)の間に
チャネル領域を有しており、ドレインとチャネル領域とソースとを介して電流を流すこと
ができるものである。
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
書等においては、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
。
」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するもの
」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に制限を受けない。
例えば、「何らかの電気的作用を有するもの」には、電極や配線をはじめ、トランジスタ
などのスイッチング素子、抵抗素子、インダクタ、キャパシタ、その他の各種機能を有す
る素子などが含まれる。
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のような窒化酸化物
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。
す符号は異なる図面間でも共通して用いる。
れている状態をいう。したがって、−5°以上5°以下の場合も含まれる。また、「略平
行」とは、二つの直線が−30°以上30°以下の角度で配置されている状態をいう。ま
た、「垂直」とは、二つの直線が80°以上100°以下の角度で配置されている状態を
いう。したがって、85°以上95°以下の場合も含まれる。また、「略垂直」とは、二
つの直線が60°以上120°以下の角度で配置されている状態をいう。
。
は、または、状況に応じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」と
いう用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能な場合がある。または、例えば
、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。
本実施の形態では、本発明の一態様に用いることのできる酸化物半導体を有するトランジ
スタについて図面を用いて説明する。なお、本実施の形態における図面では、明瞭化のた
めに一部の要素を拡大、縮小、または省略して図示している。
図1(A)、図1(B)は、本発明の一態様のトランジスタ101の上面図および断面図
である。図1(A)は上面図であり、図1(A)に示す一点鎖線A1−A2方向の断面が
図1(B)に相当する。また、図1(A)に示す一点鎖線A3−A4方向の断面が図7(
A)に相当する。また、一点鎖線A1−A2方向をチャネル長方向、一点鎖線A3−A4
方向をチャネル幅方向と呼称する場合がある。
導体層130と、酸化物半導体層130と電気的に接続する導電層140および導電層1
50と、酸化物半導体層130、導電層140および導電層150と接する絶縁層160
と、絶縁層160と接する導電層170と、導電層140、導電層150、絶縁層160
および導電層170と接する絶縁層175と、絶縁層175と接する絶縁層180と、を
有する。また、必要に応じて絶縁層180に接する絶縁層190(平坦化膜)などを有し
ていてもよい。
ゲート絶縁膜、導電層170はゲート電極層としてそれぞれ機能することができる。
ているが、一層または三層以上の積層であってもよい。当該構成は本実施の形態で説明す
る他のトランジスタにも適用できる。
上の積層であってもよい。当該構成は本実施の形態で説明する他のトランジスタにも適用
できる。
る電子が生じ、ノーマリーオン特性になりやすい。したがって、酸化物半導体層130中
の酸素欠損を減らすことが、安定したトランジスタ特性を得る上でも重要となる。
化物半導体層130下の絶縁層120に過剰な酸素を取り込むことで、絶縁層120から
酸化物半導体層130中に酸素を移動させ、酸化物半導体層130中の酸素欠損を補填す
る。または、酸化物半導体層130上の絶縁層160に過剰な酸素を取り込むことで、絶
縁層160から、酸化物半導体層130中に酸素を移動させ、酸化物半導体層130中の
酸素欠損を補填する。または、酸化物半導体層130上下に位置する絶縁層120及び絶
縁層160に過剰な酸素を取り込むことで、絶縁層120及び絶縁層160の双方から酸
化物半導体層130中に酸素を移動させ、酸化物半導体層130中の酸素欠損を補填する
ことができる。
る領域(酸素過剰領域)を有する。別言すると、絶縁層120、または絶縁層160は、
酸素を放出することが可能な絶縁層である。また、絶縁層160は、希ガス(代表的には
アルゴン、クリプトン、キセノン等)を含有する領域(希ガス領域)を有する場合もある
。なお、絶縁層160が、希ガス領域と酸素過剰領域の両領域を有する場合において、酸
素過剰領域は、希ガス領域よりも酸化物半導体層130に近接するように形成することが
好ましい。酸素過剰領域が酸化物半導体層130に近接しているほど、効率よく酸素を移
動させることができる。
、絶縁層160に酸素を取り込むとよい。例えば、酸素を取り込む方法として、絶縁層1
20、絶縁層160上に酸化物を形成することにより、絶縁層120、絶縁層160に酸
素を取り込むことが可能である。
絶縁層160が酸素を含む雰囲気に曝されながら、上部に酸化物が形成される。絶縁層1
20、または絶縁層160は、成膜雰囲気から酸素が取り込まれるとともに、該酸化物に
より絶縁層120、絶縁層160中の酸素が閉じ込められる。絶縁層120中、または絶
縁層160中に閉じ込められた過剰な酸素は、後工程で絶縁層120、絶縁層160を加
熱することで、酸化物半導体層130に移動する。従って、酸化物半導体層130に、過
剰な酸素を取り込むことができる。
に含まれる希ガス(代表的にはアルゴン)も取り込まれる。しかしながら、希ガスと、酸
素では、絶縁層120または絶縁層160において、取り込まれる領域が異なる。絶縁層
120、または絶縁層160において、成膜表面に近い領域に希ガス領域が形成され、希
ガス領域よりも成膜表面から遠い領域に酸素過剰領域が形成される。
は希ガス領域よりも、より酸化物半導体層130に近接するように形成される。したがっ
て、絶縁層160上に形成された酸化物は、導電層170を形成する前に除去してもよい
が、ゲート絶縁層の一部として残してもトランジスタ特性に及ぼす影響は少ない。その場
合、酸化物は保護膜としても機能するため、酸化物半導体層130への不純物拡散を防ぐ
とともに、絶縁層160の上部からの酸素の放出を防ぐため、絶縁層160内の酸素を効
率よく酸化物半導体層130へと供給することができる。
物半導体層130に近接されて形成されてしまう。その場合、酸化物、および絶縁層12
0に形成された希ガス領域を除去するとよい。なお、酸化物及び希ガス領域を除去する工
程で、平坦化を兼ねておくと、絶縁層120上に形成される酸化物半導体層130、導電
層140、および導電層150等の断線を防ぐことができる。
n、La、Ce、Nd、またはHf)のうち少なくとも一つと、酸素と、を有する。代表
的には、酸化物半導体層130としては、In−Ga酸化物、In−Zn酸化物、In−
M−Zn酸化物を用いることができる。とくに、酸化物半導体層130としては、In−
M−Zn酸化物を用いると好ましい。
合、酸化物半導体層130は、ホモロガス構造を有し、且つInの含有量がGaの含有量
よりも多いと好ましい。Inの含有量がGaの含有量よりも多い酸化物半導体層130と
することで、トランジスタ101の電界効果移動度(単に移動度、またはμFEという場
合がある)が高くすることができる。
130へ拡散される。例えば、昇温脱離ガス分析法(TDS(Thermal Deso
rption Spectroscopy))にて、絶縁層120、絶縁層160中の酸
素分子の放出量を測定することができる。
たは絶縁層160を設けることによって、絶縁層120、絶縁層160中の酸素を酸化物
半導体層130へ移動させ、酸化物半導体層130中に形成される酸素欠損を補填するこ
とが可能となる。したがって、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
また、本発明の一態様のトランジスタは、図2(A)、図2(B)に示す構成であっても
よい。図2(A)はトランジスタ102の上面図であり、図2(A)に示す一点鎖線B1
−B2方向の断面が図2(B)に相当する。また、図2(A)に示す一点鎖線B3−B4
方向の断面は、図7(B)に相当する。また、一点鎖線B1−B2方向をチャネル長方向
、一点鎖線B3−B4方向をチャネル幅方向と呼称する場合がある。
層として作用する導電層170の端部とを一致させない点を除き、トランジスタ101と
同様の構成を有する。トランジスタ102の構造は、導電層140および導電層150が
絶縁層160で広く覆われているため、図1に示した構造よりも、ゲート絶縁層端部で生
じる表面伝導の影響が低減される。したがって、導電層140および導電層150と導電
層170との間のリーク電流が小さい特徴を有している。
導電層150とが重なる領域を有するトップゲート構造である。当該領域のチャネル長方
向の長さは、寄生容量を小さくするために3nm以上300nm未満とすることが好まし
い。該領域を有することで、オン電流の高いトランジスタを形成しやすい。
本発明の一態様のトランジスタは、図3(A)、図3(B)に示す構成であってもよい。
図3(A)はトランジスタ103の上面図であり、図3(A)に示す一点鎖線C1−C2
方向の断面が図3(B)に相当する。また、図3(A)に示す一点鎖線C3−C4方向の
断面は、図7(A)に相当する。また、一点鎖線C1−C2方向をチャネル長方向、一点
鎖線C3−C4方向をチャネル幅方向と呼称する場合がある。
導体層130と、酸化物半導体層130と接する絶縁層160と、絶縁層160と接する
導電層170と、酸化物半導体層130、絶縁層160および導電層170を覆う絶縁層
175と、絶縁層175と接する絶縁層180と、絶縁層175および絶縁層180に設
けられた開口部を通じて酸化物半導体層130と電気的に接続する導電層140および導
電層150を有する。また、必要に応じて絶縁層180、導電層140および導電層15
0に接する絶縁層190(平坦化膜)などを有していてもよい。
ゲート絶縁膜、導電層170はゲート電極層としてそれぞれ機能することができる。
50に金属材料を用いた場合、金属材料によっては、酸化物半導体層から酸素を引き抜く
性質を有する。そのため、絶縁層120および絶縁層160が、導電層140および15
0と接しない本構成では、絶縁層120および絶縁層160中の酸素が、導電層140お
よび導電層150に奪われにくい構成であるため、絶縁層120から酸化物半導体層13
0中への酸素の供給を容易とすることができる。
本発明の一態様のトランジスタは、図4(A)、図4(B)に示す構成であってもよい。
図4(A)はトランジスタ104の上面図であり、図4(A)に示す一点鎖線D1−D2
方向の断面が図4(B)に相当する。また、図4(A)に示す一点鎖線D3−D4方向の
断面は、図7(A)に相当する。また、一点鎖線D1−D2方向をチャネル長方向、一点
鎖線D3−D4方向をチャネル幅方向と呼称する場合がある。
ように接している構成を除き、トランジスタ103と同様の構成を有する。
もよい。
電層150が重なる領域を有さない構造である。該構造のトランジスタはゲート電極層と
ソース電極層間およびゲート電極層とドレイン電極層間の寄生容量が極めて小さいため、
高速動作用途に適している。
本発明の一態様のトランジスタは、図5(A)、図5(B)に示す構成であってもよい。
図5(A)はトランジスタ105の上面図であり、図5(A)に示す一点鎖線E1−E2
方向の断面が図5(B)に相当する。また、図5(A)に示す一点鎖線E3−E4方向の
断面は、図7(A)に相当する。また、一点鎖線E1−E2方向をチャネル長方向、一点
鎖線E3−E4方向をチャネル幅方向と呼称する場合がある。
導体層130と、酸化物半導体層130と電気的に接続する導電層141および導電層1
51と、酸化物半導体層130、導電層141、導電層151と接する絶縁層160と、
絶縁層160と接する導電層170と、酸化物半導体層130、導電層141、導電層1
51、絶縁層160および導電層170と接する絶縁層175と、絶縁層175と接する
絶縁層180と、絶縁層175および絶縁層180に設けられた開口部を通じて導電層1
41および導電層151とそれぞれ電気的に接続する導電層142および導電層152を
有する。また、必要に応じて絶縁層180、導電層142および導電層152に接する絶
縁層190(平坦化膜)などを有していてもよい。
には接しない構成となっている。
び絶縁層180に設けられた開口部を有する点、ならびに当該開口部を通じて導電層14
1および導電層151とそれぞれ電気的に接続する導電層142および導電層152を有
する点を除き、トランジスタ101と同様の構成を有する。導電層140(導電層141
および導電層142)はソース電極層として作用させることができ、導電層150(導電
層151および導電層152)はドレイン電極層として作用させることができる。
50に金属材料を用いた場合、金属材料によっては、酸化物半導体層から酸素を引き抜く
性質を有する。そのため、絶縁層120および絶縁層160が、導電層140および15
0と接しない本構成では、絶縁層120および絶縁層160中の酸素が、導電層140お
よび導電層150に奪われにくい構成であるため、絶縁層120から酸化物半導体層13
0中への酸素の供給を容易とすることができる。
本発明の一態様のトランジスタは、図6(A)、図6(B)に示す構成であってもよい。
図6(A)はトランジスタ106の上面図であり、図6(A)に示す一点鎖線F1−F2
方向の断面が図6(B)に相当する。また、図6(A)に示す一点鎖線F3−F4方向の
断面は、図7(A)に相当する。また、一点鎖線F1−F2方向をチャネル長方向、一点
鎖線F3−F4方向をチャネル幅方向と呼称する場合がある。
導体層130と、酸化物半導体層130と電気的に接続する導電層141および導電層1
51と、酸化物半導体層130と接する絶縁層160と、絶縁層160と接する導電層1
70と、絶縁層120、酸化物半導体層130、導電層141、導電層151、絶縁層1
60、導電層170と接する絶縁層175と、絶縁層175と接する絶縁層180と、絶
縁層175および絶縁層180に設けられた開口部を通じて導電層141および導電層1
51とそれぞれ電気的に接続する導電層142および導電層152を有する。また、必要
に応じて絶縁層180、導電層142および導電層152に接する絶縁層190(平坦化
膜)などを有していてもよい。
には接しない構成となっている。
タ103と同様の構成を有する。導電層140(導電層141および導電層142)はソ
ース電極層として作用させることができ、導電層150(導電層151および導電層15
2)はドレイン電極層として作用させることができる。
50に金属材料を用いた場合、金属材料によっては、酸化物半導体層から酸素を引き抜く
性質を有する。そのため、絶縁層120および絶縁層160が、導電層140および15
0と接しない本構成では、絶縁層120および絶縁層160中の酸素が、導電層140お
よび導電層150に奪われにくい構成であるため、絶縁層120から酸化物半導体層13
0中への酸素の供給を容易とすることができる。
本発明の一態様のトランジスタは、図8(A)、図8(B)、図8(C)および図9(A
)、図9(B)、図9(C)に示すチャネル長方向の断面図、ならびに図10(A)、図
10(B)に示すチャネル幅方向の断面図のように、酸化物半導体層130と基板100
との間に導電層173を備えていてもよい。当該導電層を第2のゲート電極層(バックゲ
ート)として用いることで、更なるオン電流の増加や、しきい値電圧の制御が可能となる
。なお、図8(A)、図8(B)、図8(C)および図9(A)、図9(B)、図9(C
)に示す断面図において、導電層173の幅を酸化物半導体層130よりも短くしてもよ
い。さらに、導電層173の幅を導電層170の幅よりも短くしてもよい。
ゲートトランジスタとして駆動させればよい。また、しきい値電圧の制御を行うには、導
電層170とは異なる定電位を導電層173に供給すればよい。導電層170と導電層1
73を同電位とするには、例えば、図10(B)に示すように、導電層170と導電層1
73とを開口部を介して電気的に接続すればよい。
導体層130が単層である例を図示したが、酸化物半導体層130は積層構造でもよい。
トランジスタ101乃至トランジスタ106の酸化物半導体層130は、図11または図
12に示す酸化物半導体層130と入れ替えることができる。
30の上面図および断面図である。図11(A)は上面図であり、図11(A)に示す一
点鎖線G1−G2方向の断面が図11(B)に相当する。また、図11(A)に示す一点
鎖線G3−G4方向の断面が図11(C)に相当する。
30の上面図および断面図である。図12(A)は上面図であり、図12(A)に示す一
点鎖線G1−G2方向の断面が図12(B)に相当する。また、図12(A)に示す一点
鎖線G3−G4方向の断面が図12(C)に相当する。
ぞれ組成の異なる酸化物半導体層などを用いることができる。
本発明の一態様のトランジスタは、図13(A)、図13(B)に示す構成であってもよ
い。図13(A)はトランジスタ107の上面図であり、図13(A)に示す一点鎖線H
1−H2方向の断面が図13(B)に相当する。また、図13(A)に示す一点鎖線H3
−H4方向の断面が図19(A)に相当する。また、一点鎖線H1−H2方向をチャネル
長方向、一点鎖線H3−H4方向をチャネル幅方向と呼称する場合がある。
導体層130aおよび酸化物半導体層130bからなる積層と、当該積層と電気的に接続
する導電層140および導電層150と、当該積層、導電層140および導電層150と
接する酸化物半導体層130cと、酸化物半導体層130cと接する絶縁層160と、絶
縁層160と接する導電層170と、導電層140、導電層150、酸化物半導体層13
0c、絶縁層160および導電層170と接する絶縁層175と、絶縁層175と接する
絶縁層180と、を有する。また、必要に応じて絶縁層180に接する絶縁層190(平
坦化膜)などを有していてもよい。
本発明の一態様のトランジスタは、図14(A)、図14(B)に示す構成であってもよ
い。図14(A)はトランジスタ108の上面図であり、図14(A)に示す一点鎖線I
1−I2方向の断面が図14(B)に相当する。また、図14(A)に示す一点鎖線I3
−I4方向の断面が図19(B)に相当する。また、一点鎖線I1−I2方向をチャネル
長方向、一点鎖線I3−I4方向をチャネル幅方向と呼称する場合がある。
半導体層130b)である点、酸化物半導体層130が三層(酸化物半導体層130a、
酸化物半導体層130b、酸化物半導体層130c)である点、および導電層140およ
び導電層150と絶縁層160との間に酸化物半導体層の一部(酸化物半導体層130c
)が介在している点、ゲート電極がゲート絶縁膜よりも小さく形成されている点を除き、
トランジスタ102と同様の構成を有する。
本発明の一態様のトランジスタは、図15(A)、図15(B)に示す構成であってもよ
い。図15(A)はトランジスタ109の上面図であり、図15(A)に示す一点鎖線J
1−J2方向の断面が図15(B)に相当する。また、図15(A)に示す一点鎖線J3
−J4方向の断面が図19(A)に相当する。また、一点鎖線J1−J2方向をチャネル
長方向、一点鎖線J3−J4方向をチャネル幅方向と呼称する場合がある。
導体層130aおよび酸化物半導体層130bからなる積層と、当該積層と接する酸化物
半導体層130cと、酸化物半導体層130cと接する絶縁層160と、絶縁層160と
接する導電層170と、当該積層、酸化物半導体層130c、絶縁層160および導電層
170を覆う絶縁層175と、絶縁層175と接する絶縁層180と、絶縁層175およ
び絶縁層180に設けられた開口部を通じて当該積層と電気的に接続する導電層140お
よび導電層150を有する。また、必要に応じて絶縁層180、導電層140および導電
層150に接する絶縁層190(平坦化膜)などを有していてもよい。
半導体層130b)である点、酸化物半導体層130が三層(酸化物半導体層130a、
酸化物半導体層130b、酸化物半導体層130c)である点を除き、トランジスタ10
3と同様の構成を有する。
50に金属材料を用いた場合、金属材料によっては、酸化物半導体層から酸素を引き抜く
性質を有する。そのため、絶縁層120および絶縁層160が、導電層140および15
0と接しない本構成では、絶縁層120および絶縁層160中の酸素が、導電層140お
よび導電層150に奪われにくい構成であるため、絶縁層120から酸化物半導体層13
0中への酸素の供給を容易とすることができる。
本発明の一態様のトランジスタは、図16(A)、図16(B)に示す構成であってもよ
い。図16(A)はトランジスタ110の上面図であり、図16(A)に示す一点鎖線K
1−K2方向の断面が図16(B)に相当する。また、図16(A)に示す一点鎖線K3
−K4方向の断面が図19(A)に相当する。また、一点鎖線K1−K2方向をチャネル
長方向、一点鎖線K3−K4方向をチャネル幅方向と呼称する場合がある。
半導体層130b)である点、酸化物半導体層130が三層(酸化物半導体層130a、
酸化物半導体層130b、酸化物半導体層130c)である点を除き、トランジスタ10
4と同様の構成を有する。
本発明の一態様のトランジスタは、図17(A)、図17(B)に示す構成であってもよ
い。図17(A)はトランジスタ111の上面図であり、図17(A)に示す一点鎖線L
1−L2方向の断面が図17(B)に相当する。また、図17(A)に示す一点鎖線L3
−L4方向の断面が図19(A)に相当する。また、一点鎖線L1−L2方向をチャネル
長方向、一点鎖線L3−L4方向をチャネル幅方向と呼称する場合がある。
導体層130aおよび酸化物半導体層130bからなる積層と、当該積層と電気的に接続
する導電層141および導電層151と、当該積層、導電層141および導電層151と
接する酸化物半導体層130cと、酸化物半導体層130cと接する絶縁層160と、絶
縁層160と接する導電層170と、当該積層、導電層141、導電層151、酸化物半
導体層130c、絶縁層160および導電層170と接する絶縁層175と、絶縁層17
5と接する絶縁層180と、絶縁層175および絶縁層180に設けられた開口部を通じ
て導電層141および導電層151とそれぞれ電気的に接続する導電層142および導電
層152を有する。また、必要に応じて絶縁層180、導電層142および導電層152
に接する絶縁層190(平坦化膜)などを有していてもよい。
半導体層130b)である点、酸化物半導体層130が三層(酸化物半導体層130a、
酸化物半導体層130b、酸化物半導体層130c)である点、および導電層141およ
び導電層151と絶縁層160との間に酸化物半導体層の一部(酸化物半導体層130c
)が介在している点を除き、トランジスタ105と同様の構成を有する。
50に金属材料を用いた場合、金属材料によっては、酸化物半導体層から酸素を引き抜く
性質を有する。そのため、絶縁層120および絶縁層160が、導電層140および15
0と接しない本構成では、絶縁層120および絶縁層160中の酸素が、導電層140お
よび導電層150に奪われにくい構成であるため、絶縁層120から酸化物半導体層13
0中への酸素の供給を容易とすることができる。
本発明の一態様のトランジスタは、図18(A)、図18(B)に示す構成であってもよ
い。図18(A)はトランジスタ112の上面図であり、図18(A)に示す一点鎖線M
1−M2方向の断面が図18(B)に相当する。また、図18(A)に示す一点鎖線M3
−M4方向の断面が図19(A)に相当する。また、一点鎖線M1−M2方向をチャネル
長方向、一点鎖線M3−M4方向をチャネル幅方向と呼称する場合がある。
半導体層130b)である点、酸化物半導体層130が三層(酸化物半導体層130a、
酸化物半導体層130b、酸化物半導体層130c)である点を除き、トランジスタ10
6と同様の構成を有する。
50に金属材料を用いた場合、金属材料によっては、酸化物半導体層から酸素を引き抜く
性質を有する。そのため、絶縁層120および絶縁層160が、導電層140および15
0と接しない本構成では、絶縁層120および絶縁層160中の酸素が、導電層140お
よび導電層150に奪われにくい構成であるため、絶縁層120から酸化物半導体層13
0中への酸素の供給を容易とすることができる。
本発明の一態様のトランジスタは、図20(A)、図20(B)、図20(C)および図
21(A)、図21(B)、図21(C)に示すチャネル長方向の断面図、ならびに図2
2(A)、図22(B)に示すチャネル幅方向の断面図のように、酸化物半導体層130
と基板100との間に導電層173を備えていてもよい。該導電層を第2のゲート電極層
(バックゲート)として用いることで、更なるオン電流の増加や、しきい値電圧の制御を
行うことができる。なお、図20(A)、図20(B)、図20(C)および図21(A
)、図21(B)、図21(C)に示す断面図において、導電層173の幅を酸化物半導
体層130よりも短くしてもよい。さらに、導電層173の幅を導電層170の幅よりも
短くしてもよい。
層150(ドレイン電極層)は、図23(A)、図23(B)に示す上面図のような構成
とすることができる。なお、図23(A)、図23(B)では、酸化物半導体層130、
導電層140および導電層150のみを図示している。図23(A)に示すように、導電
層140および導電層150の幅(WSD)は、酸化物半導体層130の幅(WOS)よ
りも長く形成されていてもよい。また、図23(B)に示すように、WSDはWOSより
も短く形成されていてもよい。WOSはWSD以上(WSDはWOS以下)とすることで
、ゲート電界が酸化物半導体層130全体にかかりやすくなり、トランジスタの電気特性
を向上させることができる。
ずれの構成においても、ゲート電極層である導電層170は、ゲート絶縁膜である絶縁層
160を介して酸化物半導体層130のチャネル幅方向を電気的に取り囲み、オン電流が
高められる。このようなトランジスタの構造を、surrounded channel
(s−channel)構造とよぶ。
らびに酸化物半導体層130a、酸化物半導体層130bおよび酸化物半導体層130c
を有するトランジスタにおいては、酸化物半導体層130を構成する二層または三層の材
料を適切に選択することで酸化物半導体層130bに電流を流すことができる。酸化物半
導体層130bに電流が流れることで、界面散乱の影響を受けにくく、高いオン電流を得
ることができる。なお、酸化物半導体層130bを厚くすると、オン電流を向上させるこ
とができる。例えば、酸化物半導体層130bの膜厚を100nm乃至200nmとして
もよい。
ことができる。
導体(またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分)とゲート
電極とが重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソース(ソース領域ま
たはソース電極)とドレイン(ドレイン領域またはドレイン電極)との間の距離をいう。
なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル長が全ての領域で同じ値をとるとは限らな
い。即ち、一つのトランジスタのチャネル長は、一つの値に定まらない場合がある。その
ため、本明細書では、チャネル長は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の
値、最大値、最小値または平均値とする。
の中で電流の流れる部分)とゲート電極とが重なる領域、またはチャネルが形成される領
域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さをいう。なお、一つのト
ランジスタにおいて、チャネル幅がすべての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一
つのトランジスタのチャネル幅は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細
書では、チャネル幅は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、
最小値または平均値とする。
ル幅(以下、実効的なチャネル幅と呼ぶ。)と、トランジスタの上面図において示される
チャネル幅(以下、見かけ上のチャネル幅と呼ぶ。)と、が異なる場合がある。例えば、
立体的な構造を有するトランジスタでは、実効的なチャネル幅が、トランジスタの上面図
において示される見かけ上のチャネル幅よりも大きくなり、その影響が無視できなくなる
場合がある。例えば、微細かつ立体的な構造を有するトランジスタでは、半導体の上面に
形成されるチャネル領域の割合に対して、半導体の側面に形成されるチャネル領域の割合
が大きくなる場合がある。その場合は、上面図において示される見かけ上のチャネル幅よ
りも、実際にチャネルの形成される実効的なチャネル幅の方が大きくなる。
による見積もりが困難となる場合がある。例えば、設計値から実効的なチャネル幅を見積
もるためには、半導体の形状が既知という仮定が必要である。したがって、半導体の形状
が正確にわからない場合には、実効的なチャネル幅を正確に測定することは困難である。
領域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さである見かけ上のチャ
ネル幅を、「囲い込みチャネル幅(SCW:Surrounded Channel W
idth)」と呼ぶ場合がある。また、本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合に
は、囲い込みチャネル幅または見かけ上のチャネル幅を指す場合がある。または、本明細
書では、単にチャネル幅と記載した場合には、実効的なチャネル幅を指す場合がある。な
お、チャネル長、チャネル幅、実効的なチャネル幅、見かけ上のチャネル幅、囲い込みチ
ャネル幅などは、断面TEM像などを取得して、その画像を解析することなどによって、
値を決定することができる。
る場合、囲い込みチャネル幅を用いて計算する場合がある。その場合には、実効的なチャ
ネル幅を用いて計算する場合とは異なる値をとる場合がある。
において、本発明の一態様について述べる。ただし、本発明の一態様は、これらに限定さ
れない。例えば、本発明の一態様として、酸化物半導体層130下の絶縁層120や、酸
化物半導体層130上の絶縁層160が、過剰な酸素を有している場合の例を示したが、
本発明の一態様は、これに限定されない。場合によっては、または、状況に応じて、本発
明の一態様は、他の層において、過剰な酸素を有していてもよい。または、例えば、場合
によっては、または、状況に応じて、本発明の一態様では、酸化物半導体層130下の絶
縁層120や、酸化物半導体層130上の絶縁層160が、過剰な酸素を有していなくて
もよい。
ことができる。
本実施の形態では、実施の形態1に示したトランジスタ101乃至トランジスタ112の
構成要素について詳細を説明する。
縁層、配線として機能を有する導電体が形成されたものである。
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100として用いてもよい。また、シリコンや炭化シリコンを材
料とした単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウム等の化合物半導体
基板、SOI基板等を適用することも可能であり、これらの基板上に半導体素子が設けら
れたものを、基板100として用いてもよい。なお、基板100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×220
0mm)、第8世代(2200mm×2400mm)、第9世代(2400mm×280
0mm)、第10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。
してもよい。または、基板とトランジスタ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、トランジスタは耐熱性の劣る基板や可撓性の基板にも
転載できる。
ほか、酸化物半導体層130に酸素を供給する役割を担うことができる。したがって、絶
縁層120は酸素を含む絶縁膜であることが好ましく、化学量論組成よりも多い酸素を含
む領域を有する絶縁膜であることがより好ましい。例えば、膜の表面温度が100℃以上
700℃以下、好ましくは100℃以上500℃以下の加熱処理で行われるTDSにて、
酸素原子に換算しての酸素の放出量が1.0×1019atoms/cm3以上である膜
とする。また、基板100が他のデバイスが形成された基板である場合、絶縁層120は
、層間絶縁膜としての機能も有する。その場合は、表面が平坦になるようにCMP(Ch
emical Mechanical Polishing)法等で平坦化処理を行うこ
とが好ましい。なお、平坦化処理を行う際に、絶縁層120の上面を除去することで、絶
縁層120において、不純物である希ガスが1×1019atoms/cm3以下、好ま
しくは7×1018atoms/cm3未満としてもよい。
窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム
、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウムおよび酸化タンタルなどの酸化物絶縁膜
、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などの窒
化物絶縁膜、またはこれらの混合材料を用いることができる。また、上記材料の積層であ
ってもよい。
130a、酸化物半導体層130bおよび酸化物半導体層130cを絶縁層120側から
順に積んだ三層構造である場合を主として詳細を説明する。
0bに相当する層を用いればよい。
0bに相当する層および酸化物半導体層130cに相当する層を絶縁層120側から順に
積んだ積層を用いればよい。この構成の場合、酸化物半導体層130bと酸化物半導体層
130cとを入れ替えることもできる。
三層構造の酸化物半導体層130に対して他の酸化物半導体層を付加する構成とすること
ができる。
体層130cよりも電子親和力(真空準位から伝導帯下端までのエネルギー)が大きい酸
化物半導体を用いる。電子親和力は、真空準位と価電子帯上端とのエネルギー差(イオン
化ポテンシャル)から、伝導帯下端と価電子帯上端とのエネルギー差(エネルギーギャッ
プ)を差し引いた値として求めることができる。
成する金属元素を一種以上含み、例えば、伝導帯下端のエネルギーが酸化物半導体層13
0bよりも、0.05eV、0.07eV、0.1eV、0.15eVのいずれか以上で
あって、2eV、1eV、0.5eV、0.4eVのいずれか以下の範囲で真空準位に近
い酸化物半導体で形成することが好ましい。
ち、伝導帯下端のエネルギーが最も小さい酸化物半導体層130bにチャネルが形成され
る。
上含んで構成されるため、酸化物半導体層130bと絶縁層120が接した場合の界面と
比較して、酸化物半導体層130bと酸化物半導体層130aとの界面には界面準位が形
成されにくくなる。該界面準位はチャネルを形成することがあるため、トランジスタのし
きい値電圧が変動することがある。したがって、酸化物半導体層130aを設けることに
より、トランジスタのしきい値電圧などの電気特性のばらつきを低減することができる。
また、当該トランジスタの信頼性を向上させることができる。
上含んで構成されるため、酸化物半導体層130bとゲート絶縁層(絶縁層160)が接
した場合の界面と比較して、酸化物半導体層130bと酸化物半導体層130cとの界面
ではキャリアの散乱が起こりにくくなる。したがって、酸化物半導体層130cを設ける
ことにより、トランジスタの電界効果移動度を高くすることができる。
、Ge、Y、Zr、Sn、La、CeまたはHfを酸化物半導体層130bよりも大きい
原子数比で含む材料を用いることができる。具体的には、当該原子数比を1.5倍以上、
好ましくは2倍以上、さらに好ましくは3倍以上とする。前述の元素は酸素と強く結合す
るため、酸素欠損が酸化物半導体層に生じることを抑制する機能を有する。すなわち、酸
化物半導体層130aおよび酸化物半導体層130cは、酸化物半導体層130bよりも
酸素欠損が生じにくいということができる。
cとして用いることのできる酸化物半導体は、少なくともインジウム(In)もしくは亜
鉛(Zn)を含むことが好ましい。または、InとZnの双方を含むことが好ましい。ま
た、該酸化物半導体を用いたトランジスタの電気特性のばらつきを減らすため、それらと
共に、スタビライザーを含むことが好ましい。
ミニウム(Al)、またはジルコニウム(Zr)等がある。また、他のスタビライザーと
しては、ランタノイドである、ランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム(P
r)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(
Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウ
ム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、ルテチウム(Lu)等がある
。
n−Zn酸化物、Sn−Zn酸化物、Al−Zn酸化物、Zn−Mg酸化物、Sn−Mg
酸化物、In−Mg酸化物、In−Ga酸化物、In−Ga−Zn酸化物、In−Al−
Zn酸化物、In−Sn−Zn酸化物、Sn−Ga−Zn酸化物、Al−Ga−Zn酸化
物、Sn−Al−Zn酸化物、In−Hf−Zn酸化物、In−La−Zn酸化物、In
−Ce−Zn酸化物、In−Pr−Zn酸化物、In−Nd−Zn酸化物、In−Sm−
Zn酸化物、In−Eu−Zn酸化物、In−Gd−Zn酸化物、In−Tb−Zn酸化
物、In−Dy−Zn酸化物、In−Ho−Zn酸化物、In−Er−Zn酸化物、In
−Tm−Zn酸化物、In−Yb−Zn酸化物、In−Lu−Zn酸化物、In−Sn−
Ga−Zn酸化物、In−Hf−Ga−Zn酸化物、In−Al−Ga−Zn酸化物、I
n−Sn−Al−Zn酸化物、In−Sn−Hf−Zn酸化物、In−Hf−Al−Zn
酸化物を用いることができる。
有する酸化物という意味である。また、InとGaとZn以外の金属元素が入っていても
よい。また、本明細書においては、In−Ga−Zn酸化物で構成した膜をIGZO膜と
も呼ぶ。
材料を用いてもよい。なお、Mは、Ga、Y、Zr、La、Ce、またはNdから選ばれ
た一つの金属元素または複数の金属元素を示す。また、In2SnO5(ZnO)n(n
は自然数)で表記される材料を用いてもよい。
少なくともインジウム、亜鉛およびM(Al、Ti、Ga、Ge、Y、Zr、Sn、La
、CeまたはHf等の金属)を含むIn−M−Zn酸化物であるとき、酸化物半導体層1
30aをIn:M:Zn=x1:y1:z1[原子数比]、酸化物半導体層130bをI
n:M:Zn=x2:y2:z2[原子数比]、酸化物半導体層130cをIn:M:Z
n=x3:y3:z3[原子数比]とすると、y1/x1およびy3/x3がy2/x2
よりも大きくなることが好ましい。y1/x1およびy3/x3はy2/x2よりも1.
5倍以上、好ましくは2倍以上、さらに好ましくは3倍以上とする。このとき、酸化物半
導体層130bにおいて、y2がx2以上であるとトランジスタの電気特性を安定させる
ことができる。ただし、y2がx2の3倍以上になると、トランジスタの電界効果移動度
が低下してしまうため、y2はx2の3倍未満であることが好ましい。
合において、InおよびMの原子数比率は、好ましくはInが50atomic%未満、
Mが50atomic%より高く、さらに好ましくはInが25atomic%未満、M
が75atomic%より高くする。また、酸化物半導体層130bのZnおよびOを除
いてのInおよびMの原子数比率は、好ましくはInが25atomic%より高く、M
が75atomic%未満、さらに好ましくはInが34atomic%以上、Mが66
atomic%未満とする。
cよりもインジウムの含有量を多くするとよい。酸化物半導体では主として重金属のs軌
道がキャリア伝導に寄与しており、Inの含有率を多くすることにより、より多くのs軌
道が重なるため、InがMよりも多い組成となる酸化物はInがMと同等または少ない組
成となる酸化物と比較して移動度が高くなる。そのため、酸化物半導体層130bにイン
ジウムの含有量が多い酸化物を用いることで、高い電界効果移動度のトランジスタを実現
することができる。
0nm以下、さらに好ましくは5nm以上25nm以下とする。また、酸化物半導体層1
30bの厚さは、3nm以上200nm以下、好ましくは10nm以上150nm以下、
さらに好ましくは15nm以上100nm以下とする。また、酸化物半導体層130cの
厚さは、1nm以上50nm以下、好ましくは2nm以上30nm以下、さらに好ましく
は3nm以上15nm以下とする。また、酸化物半導体層130bは、酸化物半導体層1
30aおよび酸化物半導体層130cより厚い方が好ましい。
には、酸化物半導体層中の不純物濃度を低減し、酸化物半導体層を真性または実質的に真
性(i型)にすることが有効である。ここで、実質的に真性とは、酸化物半導体層のキャ
リア密度が、1×1017/cm3未満であること、好ましくは1×1015/cm3未
満であること、さらに好ましくは1×1013/cm3未満であることを指す。
元素は不純物となる。例えば、水素および窒素はドナー準位の形成に寄与し、キャリア密
度を増大させてしまう。また、シリコンは酸化物半導体層中で不純物準位の形成に寄与す
る。当該不純物準位はトラップとなり、トランジスタの電気特性を劣化させることがある
。したがって、酸化物半導体層130a、酸化物半導体層130bおよび酸化物半導体層
130cの層中や、それぞれの界面において不純物濃度を低減させることが好ましい。
y Ion Mass Spectrometry)分析において、例えば、酸化物半導
体層のある深さにおいて、または、酸化物半導体層のある領域において、シリコン濃度を
1×1017atoms/cm3以上1×1019atoms/cm3未満、好ましくは
5×1018atoms/cm3未満、さらに好ましくは1×1018atoms/cm
3未満とする。また、水素濃度は、例えば、酸化物半導体層のある深さにおいて、または
、酸化物半導体層のある領域において、5×1017atoms/cm3以上2×102
0atoms/cm3以下、好ましくは5×1019atoms/cm3以下、より好ま
しくは1×1019atoms/cm3以下、さらに好ましくは5×1018atoms
/cm3以下とする。また、窒素濃度は、例えば、酸化物半導体層のある深さにおいて、
または、酸化物半導体層のある領域において、5×1016atoms/cm3以上5×
1019atoms/cm3未満、好ましくは5×1018atoms/cm3以下、よ
り好ましくは1×1018atoms/cm3以下、さらに好ましくは5×1017at
oms/cm3以下とする。
半導体層の結晶性を低下させることがある。酸化物半導体層の結晶性を低下させないため
には、例えば、酸化物半導体層において、シリコン濃度を1×1019atoms/cm
3未満、好ましくは5×1018atoms/cm3未満、さらに好ましくは1×101
8atoms/cm3未満とする領域を有していればよい。また、例えば、酸化物半導体
層において、炭素濃度を1×1019atoms/cm3未満、好ましくは5×1018
atoms/cm3未満、さらに好ましくは1×1018atoms/cm3未満とする
領域を有していればよい。
スタのオフ電流は極めて小さい。例えば、ソースとドレインとの間の電圧を0.1V、5
V、または、10V程度とした場合に、トランジスタのチャネル幅で規格化したオフ電流
を数yA/μm乃至数zA/μmにまで低減することが可能となる。
め、上記理由により酸化物半導体層のチャネルとなる領域は、本発明の一態様のトランジ
スタのようにゲート絶縁膜と接しない構造が好ましいということができる。また、ゲート
絶縁膜と酸化物半導体層との界面にチャネルが形成される場合、該界面でキャリアの散乱
が起こり、トランジスタの電界効果移動度が低くなることがある。このような観点からも
、酸化物半導体層のチャネルとなる領域はゲート絶縁膜から離すことが好ましいといえる
。
、酸化物半導体層130cの積層構造とすることで、酸化物半導体層130bにチャネル
を形成することができ、高い電界効果移動度および安定した電気特性を有したトランジス
タを形成することができる。
においては、伝導帯下端のエネルギーが連続的に変化する。これは、酸化物半導体層13
0a、酸化物半導体層130b、酸化物半導体層130cの組成が近似することにより、
酸素が相互に拡散しやすい点からも理解される。したがって、酸化物半導体層130a、
酸化物半導体層130b、酸化物半導体層130cは組成が異なる層の積層体ではあるが
、物性的に連続であるということもでき、図面において、当該積層体のそれぞれの界面は
点線で表している。
連続接合(ここでは特に伝導帯下端のエネルギーが各層の間で連続的に変化するU字型の
井戸構造(U Shape Well))が形成されるように作製する。すなわち、各層
の界面にトラップ中心や再結合中心のような欠陥準位を形成するような不純物が存在しな
いように積層構造を形成する。仮に、積層された酸化物半導体層の層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あるいは再結
合により消滅してしまう。
1:3:2、1:3:3、1:3:4、1:3:6、1:4:5、1:6:4または1:
9:6(原子数比)などのIn−Ga−Zn酸化物などを用いることができる。また、酸
化物半導体層130bにはIn:Ga:Zn=1:1:1、2:1:3、5:5:6、5
:1:7、または3:1:2(原子数比)などのIn−Ga−Zn酸化物などを用いるこ
とができる。また、酸化物半導体層130cにはIn:Ga:Zn=4:2:4.1(原
子数比))などのIn−Ga−Zn酸化物などを用いることができる。なお、酸化物半導
体層130a、酸化物半導体層130b、および酸化物半導体層130cの原子数比はそ
れぞれ、誤差として上記の原子数比のプラスマイナス20%の変動を含む。
半導体層130を用いたトランジスタにおいて、チャネルは酸化物半導体層130bに形
成される。このような構成で形成されたチャネルを埋め込みチャネルということもできる
。
絶縁層との界面近傍には、不純物や欠陥に起因したトラップ準位が形成され得る。酸化物
半導体層130aおよび酸化物半導体層130cがあることにより、酸化物半導体層13
0bと当該トラップ準位とを遠ざけることができる。
ーと、酸化物半導体層130bの伝導帯下端のエネルギーとの差が小さい場合、酸化物半
導体層130b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。電子
がトラップ準位に捕獲されることで、絶縁層界面にマイナスの電荷が生じ、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。
aおよび酸化物半導体層130cの伝導帯下端のエネルギーと、酸化物半導体層130b
の伝導帯下端のエネルギーとの間に一定以上の差を設けることが必要となる。それぞれの
当該エネルギー差は、0.1eV以上が好ましく、0.15eV以上がより好ましい。
結晶部が含まれることが好ましい。特にc軸に配向した結晶を用いることでトランジスタ
に安定した電気特性を付与することができる。また、c軸に配向した結晶は歪曲に強く、
フレキシブル基板を用いた半導体装置の信頼性を向上させることができる。
50には、例えば、Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、W、Ni、Mn、Nd、Sc
、および当該金属材料の合金から選ばれた材料の単層、または積層を用いることができる
。代表的には、特に酸素と結合しやすいTiや、後のプロセス温度が比較的高くできるこ
となどから、融点の高いWを用いることがより好ましい。また、低抵抗のCuやCu−M
nなどの合金と上記材料との積層を用いてもよい。なお、トランジスタ105、トランジ
スタ106、トランジスタ111、トランジスタ112においては、例えば、導電層14
1および導電層151にW、導電層142および導電層152にTiとAlとの積層膜な
どを用いることができる。
た酸化物半導体層の一部の領域では酸化物半導体層中の酸素が脱離し、酸素欠損が形成さ
れる。膜中に僅かに含まれる水素と当該酸素欠損が結合することにより当該領域は顕著に
n型化する。したがって、n型化した当該領域はトランジスタのソースまたはドレインと
して作用させることができる。
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、酸化ガリウム、酸
化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、
酸化ハフニウムおよび酸化タンタルを一種以上含む絶縁膜を用いることができる。また、
絶縁層160は上記材料の積層であってもよい。なお、絶縁層160に、ランタン(La
)、窒素、ジルコニウム(Zr)などを、不純物として含んでいてもよい。
がって、絶縁層160は酸素を含む絶縁膜であることが好ましく、化学量論組成よりも多
い酸素を含む領域を有する絶縁膜であることがより好ましい。例えば、膜の表面温度が1
00℃以上700℃以下、好ましくは100℃以上500℃以下の加熱処理で行われるT
DSにて、酸素原子に換算しての酸素の放出量が1.0×1019atoms/cm3以
上である膜とする。また、絶縁層160の上面を除去することで、絶縁層160において
、不純物である希ガスが1×1019atoms/cm3以下、好ましくは7×1018
atoms/cm3未満となるようにしてもかまわない。
、シリコン、ハフニウムなどを有する。具体的には、酸化ハフニウム、および酸化シリコ
ンまたは酸化窒化シリコンを含むと好ましい。
誘電率が高い。したがって、酸化シリコンを用いた場合と比べて、絶縁層160の膜厚を
大きくできるため、トンネル電流によるリーク電流を小さくすることができる。即ち、オ
フ電流の小さいトランジスタを実現することができる。さらに、結晶構造を有する酸化ハ
フニウムは、非晶質構造を有する酸化ハフニウムと比べて高い比誘電率を備える。したが
って、オフ電流の小さいトランジスタとするためには、結晶構造を有する酸化ハフニウム
を用いることが好ましい。結晶構造の例としては、単斜晶系や立方晶系などが挙げられる
。ただし、本発明の一態様は、これらに限定されない。
する場合がある。該界面準位はトラップセンターとして機能する場合がある。そのため、
酸化ハフニウムがトランジスタのチャネル領域に近接して配置されるとき、該界面準位に
よってトランジスタの電気特性が劣化する場合がある。そこで、該界面準位の影響を低減
するために、トランジスタのチャネル領域と酸化ハフニウムとの間に、別の膜を配置する
ことによって互いに離間させることが好ましい場合がある。この膜は、緩衝機能を有する
。緩衝機能を有する膜は、絶縁層160に含まれる膜であってもよいし、酸化物半導体膜
に含まれる膜であってもよい。即ち、緩衝機能を有する膜としては、酸化シリコン、酸化
窒化シリコン、酸化物半導体などを用いることができる。なお、緩衝機能を有する膜には
、たとえば、チャネル領域となる半導体よりもエネルギーギャップの大きい半導体または
絶縁体を用いる。または、緩衝機能を有する膜には、たとえば、チャネル領域となる半導
体よりも電子親和力の小さい半導体または絶縁体を用いる。または、緩衝機能を有する膜
には、たとえば、チャネル領域となる半導体よりもイオン化エネルギーの大きい半導体ま
たは絶縁体を用いる。
センター)に電荷をトラップさせることで、トランジスタのしきい値電圧を制御できる場
合がある。該電荷を安定して存在させるためには、たとえば、チャネル領域と酸化ハフニ
ウムとの間に、酸化ハフニウムよりもエネルギーギャップの大きい半導体または絶縁体を
配置すればよい。または、酸化ハフニウムよりも電子親和力の小さい半導体または絶縁体
を配置すればよい。または、緩衝機能を有する膜には、酸化ハフニウムよりもイオン化エ
ネルギーの大きい半導体または絶縁体を配置すればよい。このような半導体または絶縁体
を用いることで、界面準位にトラップされた電荷の放出が起こりにくくなり、長期間に渡
って電荷を保持することができる。
層160内の界面準位に電荷を捕獲させるためには、酸化物半導体層130からゲート電
極層(導電層170)に向かって電子を移動させればよい。具体的な例としては、高い温
度(例えば、125℃以上450℃以下、代表的には150℃以上300℃以下)の下で
、ゲート電極層(導電層170)の電位をソース電極やドレイン電極の電位より高い状態
にて1秒以上、代表的には1分以上維持すればよい。
しきい値電圧がプラス側にシフトする。ゲート電極層(導電層170)の電圧や、電圧を
印加する時間を調整することによって、電子を捕獲させる量(しきい値電圧の変動量)を
制御することができる。なお、電荷を捕獲させることができれば、絶縁層160内でなく
ても構わない。同様の構造を有する積層膜を、他の絶縁層に用いても構わない。
酸化物に起因する準位密度が低い領域を有していてもよい。当該窒素酸化物に起因する準
位密度は、酸化物半導体のエネルギーギャップ内に形成され得る場合がある。上記酸化物
絶縁層として、窒素酸化物の放出量の少ない酸化窒化シリコン膜、または窒素酸化物の放
出量の少ない酸化窒化アルミニウム膜等を用いることができる。
の放出量よりアンモニアの放出量が多い膜であり、代表的にはアンモニアの放出量が1×
1018個/cm3以上5×1019個/cm3以下である。なお、アンモニアの放出量
は、膜の表面温度が50℃以上700℃以下、好ましくは50℃以上550℃以下の加熱
処理による放出量とする。
タのしきい値電圧のシフトを低減することが可能であり、トランジスタの電気特性の変動
を低減することができる。
、Cu、Y、Zr、Mo、Ru、Ag、Mn、Nd、Sc、TaおよびWなどの導電膜を
用いることができる。また、上記材料の合金や上記材料の導電性窒化物を用いてもよい。
また、上記材料、上記材料の合金、および上記材料の導電性窒化物から選ばれた複数の材
料の積層であってもよい。代表的には、タングステン、タングステンと窒化チタンの積層
、タングステンと窒化タンタルの積層などを用いることができる。また、低抵抗のCuま
たはCu−Mnの合金や上記材料とCuまたはCu−Mnの合金との積層を用いてもよい
。本実施の形態では、導電層171に窒化タンタル、導電層172にタングステンを用い
て導電層170を形成する。
とができる。実施の形態1に示したトランジスタ103、トランジスタ104、トランジ
スタ106、トランジスタ109、トランジスタ110、およびトランジスタ112では
、絶縁層175として水素を含む絶縁膜を用いることで酸化物半導体層の一部をn型化す
ることができる。また、窒化シリコン膜または窒化アルミニウム膜などの窒化絶縁膜は、
水分などのブロッキング膜としての作用も有し、トランジスタの信頼性を向上させること
ができる。
態1に示したトランジスタ101、トランジスタ102、トランジスタ105、トランジ
スタ107、トランジスタ108、およびトランジスタ111では絶縁層175に酸化ア
ルミニウム膜を用いることが好ましい。酸化アルミニウム膜は、水素、水分などの不純物
、および酸素の両方に対して膜を透過させない遮断効果が高い。したがって、酸化アルミ
ニウム膜は、トランジスタの作製工程中および作製後において、水素、水分などの不純物
の酸化物半導体層130への混入防止、酸素の酸化物半導体層からの放出防止、絶縁層1
20からの酸素の放出防止の効果を有する保護膜として用いることに適している。また、
酸化アルミニウム膜に含まれる酸素を酸化物半導体層中に拡散させることもできる。
は、酸化マグネシウム、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、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ラ
ンタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウムおよび酸化タンタルを一種以上含む絶縁膜を用い
ることができる。また、当該絶縁層は上記材料の積層であってもよい。
とが好ましい。絶縁層180から放出される酸素は絶縁層160を経由して酸化物半導体
層130のチャネル形成領域に拡散させることができることから、チャネル形成領域に形
成された酸素欠損に酸素を補填することができる。したがって、安定したトランジスタの
電気特性を得ることができる。
の微細化によりトランジスタの電気特性が悪化することが知られており、特にチャネル幅
の縮小に直接起因するオン電流の低下は著しい。
る酸化物半導体層130bを覆うように酸化物半導体層130cが形成されており、チャ
ネル形成層とゲート絶縁膜が接しない構成となっている。そのため、チャネル形成層とゲ
ート絶縁膜との界面で生じるキャリアの散乱を抑えることができ、トランジスタのオン電
流を大きくすることができる。
ネル幅方向を電気的に取り囲むようにゲート電極層(導電層170)が形成されているた
め、酸化物半導体層130に対しては、上面方向からのゲート電界に加えて、側面方向か
らのゲート電界が印加される。すなわち、チャネル形成層に対して全体的にゲート電界が
印加されることになり実効チャネル幅が拡大するため、さらにオン電流を高められる。
は、チャネルが形成される酸化物半導体層130bを酸化物半導体層130a上に形成す
ることで界面準位を形成しにくくする効果を有する。また、本発明の一態様における酸化
物半導体層130が三層のトランジスタでは、酸化物半導体層130bを三層構造の中間
に位置する層とすることで上下からの不純物混入の影響を排除できる効果などを併せて有
する。そのため、上述したトランジスタのオン電流の向上に加えて、しきい値電圧の安定
化や、S値(サブスレッショルド値)を小さくすることができる。したがって、ゲート電
圧VGが0V時の電流を下げることができ、消費電力を低減させることができる。また、
トランジスタのしきい値電圧が安定化することから、半導体装置の長期信頼性を向上させ
ることができる。また、本発明の一態様のトランジスタは、微細化にともなう電気特性の
劣化が抑えられることから、集積度の高い半導体装置の形成に適しているといえる。
ことができる。
本実施の形態では、実施の形態1で説明したトランジスタ101、およびトランジスタ1
07の作製方法を説明する。
図24および図28を用いてトランジスタ101の作製方法を説明する。なお、図面の左
側にはトランジスタのチャネル長方向の断面を示し、右側にはチャネル幅方向の断面を示
す。
材質は実施の形態2の説明を参照することができる。例えば、絶縁層120は、加熱処理
を行い、基板表面を酸化させることにより酸化シリコン膜を形成する。また、酸化シリコ
ン膜を形成した後に窒化処理を行うことによって酸化シリコン膜の表面を窒化させてもよ
い。また、絶縁層120は、スパッタリング法、CVD(Chemical Vapor
Deposition)法、MBE(Molecular Beam Epitaxy
)法などを用いて形成することができる(図24(A)参照)。
24(B)参照)。なお、酸素過剰領域120aを図中では層状に表記しているが、必ず
しも層状に形成されるとは限らない。絶縁層120が酸素過剰領域120aを有すること
によって、絶縁層120から酸化物半導体層130への酸素の供給を容易にすることがで
きる。
込むとよい。例えば、酸素を取り込む方法として、スパッタリング法を用いて、絶縁層1
20上に酸化物125を形成することにより、絶縁層120に酸素を取り込むことが可能
である。
ンなどの挙動を説明する。図31(A)に示すように、スパッタリング法による成膜時に
おいて、ターゲット200と基板100との間には、イオン201とスパッタされた粒子
202とが存在する。ここで、基板100とターゲット200との間の領域において、タ
ーゲット200近傍の領域を領域210、基板100近傍の領域を領域212、領域21
0と領域212との間の領域を領域211とする。
ターゲット200側は、電源が接続されており、電位E0が与えられている。また、基板
100側は、接地電位などの電位E1が与えられている。ただし、基板100側が電気的
に浮いていてもよい。また、領域211は電位E2が与えられている。なお、各電位の大
小関係は、E2>E1>E0である。
ターゲット200に衝突することにより、ターゲット200からスパッタされた粒子20
2がはじき出される。このスパッタされた粒子202が成膜表面に付着することにより酸
化物125が形成される。ここで、一部のイオン201はターゲット200によって反跳
し、反跳イオンとして酸化物125を介して絶縁層120に取り込まれる場合がある。
て加速され、成膜表面に衝突する。その結果、イオン201の一部のイオンは、形成され
た酸化物125の内部、さらには酸化物125を通過し、酸化物125の下に形成されて
いる絶縁層120の内部まで到達する。
域が絶縁層120に形成される。つまり、イオン201が酸素を含むイオンであった場合
において、絶縁層120に酸素過剰領域120aが形成される。
酸素の量が増加する蓋然性は高くなる。例えば、酸化物125として密度が3.0g/c
m3の酸化アルミニウム層を用い、絶縁層120として密度が2.3g/cm3の酸化窒
化シリコン層を用いた場合、酸素過剰領域120aは酸化物125と絶縁層120との界
面からおおよそ100nmの深さまで形成される。
下、さらに好ましくは3.2g/cm3以下とすることで、絶縁層120に取り込まれる
酸素の量を増加させることができる。また、絶縁層120の密度を、5.0g/cm3以
下、好ましくは3.2g/cm3以下、さらに好ましくは2.4g/cm3以下とするこ
とで、絶縁層120に取り込まれる酸素の量を増加させることができる。
り込まれる。希ガスのイオンが、絶縁層120の内部に到達することで、絶縁層120内
に希ガス領域120bが形成される。このとき、希ガスが取り込まれるとともに、酸化物
125および絶縁層120がダメージを受ける場合がある。ダメージを受けた領域は、密
度の低下などによりイオンを通過させやすくなる。つまり、成膜ガスに希ガスを含むこと
で、絶縁層120において、絶縁層120と酸化物125との界面からより深い領域まで
酸素イオンを取り込ませることができ、一度の酸化物125の成膜によって絶縁層120
に取り込まれる酸素の量を増加させることができる。
める希ガスの割合を、1体積%以上、好ましくは3体積%以上、さらに好ましくは10体
積%以上、より好ましくは20体積%以上とすればよい。
0nm以下の領域に形成される。また、成膜ガス中の希ガス流量が多い場合では15nm
程度までの深さで形成される場合もある。
が形成され、希ガス領域120bよりも界面から遠い領域に酸素過剰領域120aが形成
される。なお、酸素過剰領域120a及び希ガス領域120bを図24(B)中では層状
に表記しているが、必ずしも層状に形成されるとは限らない。また、図24(B)中では
酸素過剰領域と希ガス領域の界面に点線を引いているが、界面も明確であるとは限らない
。
リケート、アルミニウムハフニウム酸化物、アルミニウムチタン酸化物、酸化マグネシウ
ム、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリ
ウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウム、酸化タンタル
などの酸化物絶縁膜、窒化酸化シリコン、窒化酸化アルミニウムなどの窒化酸化物絶縁膜
、またはこれらの混合材料を用いることができる。また、絶縁層120から酸素の放出を
防ぐためには、酸化物125は絶縁層120よりも密度が高い物質であることが好ましい
。なお、酸化物125の形成には、スパッタリング法、CVD法、MBE法などを用いる
ことができる。
、再び酸化物126を形成することにより、絶縁層120により多量の酸素を取り込むこ
とができる。この場合、酸化物125、酸化物126は、絶縁層120とエッチングレー
ト比が異なる物質を選択しておくと除去しやすい。なお、酸化物の形成及び除去を繰り返
すことで、所望の酸素量になるよう調整することができる(図24(C)および図25(
A)参照)。
及び除去工程の繰り返し回数と、酸化物の形成膜厚を適宜決めることができる。例えば、
酸化物として酸化アルミニウム膜を用いた場合、4nm以上20nm以下となるように形
成すればよい。
がより酸化物半導体層130に近接されて形成される。したがって、酸化物、および絶縁
層120に形成された希ガス領域120bを除去するとよい。希ガス領域120bは5n
m乃至15nm程度で形成されるため、絶縁層120を表面(酸化物126との界面)か
ら10nm以上20nm未満除去すればよい。なお、酸素過剰領域120aは、絶縁層1
20の表面(酸化物126との界面)から100nm程度まで形成されており、酸素過剰
領域120aが残ってさえいれば、20nm以上除去してもよい。
6及び希ガス領域120bを除去する際に、平坦化を兼ねて、化学機械研磨(CMP:C
hemical Mechanical Polishing)法を用いれば、絶縁層1
20の上部に形成される酸化物半導体層130や、導電層140、導電層150等の断線
を防ぐことができるため好ましい(図25(B)参照)。なお、図25(C)以降の絶縁
層120において酸素過剰領域120aは図面が煩雑になるため、図示しないが、実際に
は形成されているものとする。
半導体層130bとなる酸化物半導体膜130B、および酸化物半導体層130cとなる
酸化物半導体膜130Cをスパッタリング法、CVD法、MBE法などを用いて成膜する
(図25(C)参照)。
び酸化物半導体層130cの三層構造である場合を例示している。酸化物半導体層130
が二層構造の場合は、酸化物半導体層130aおよび酸化物半導体層130bの二層とす
ればよい。また、酸化物半導体層130が単層構造の場合は、酸化物半導体層130bの
一層とすればよい。
マルチチャンバー方式の成膜装置(例えばスパッタリング装置)を用いて各層を大気に触
れさせることなく連続して積層することが好ましい。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(5×10−7Pa乃至1×1
0−4Pa程度まで)できること、かつ、成膜される基板を100℃以上、好ましくは5
00℃以上に加熱できることが好ましい。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炭素成分や水分等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。また、ターボ分子ポンプとクライオポンプを組み合わせた排
気系を用いてもよい。
キャリア密度を低くすることができる。したがって、そのような酸化物半導体層を、高純
度真性または実質的に高純度真性な酸化物半導体層と呼ぶ。高純度真性酸化物半導体を得
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リングガスの高純度化も
必要である。スパッタリング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。
、実施の形態2で説明した材料を用いることができる。例えば、酸化物半導体膜130A
には、In:Ga:Zn=1:3:6、1:3:4、1:3:3または1:3:2[原子
数比]のIn−Ga−Zn酸化物を用いることができる。また、酸化物半導体膜130B
には、In:Ga:Zn=1:1:1、3:1:2または5:5:6[原子数比]のIn
−Ga−Zn酸化物を用いることができる。また、酸化物半導体膜130Cには、In:
Ga:Zn=1:3:6、1:3:4、1:3:3または1:3:2[原子数比]のIn
−Ga−Zn酸化物を用いることができる。また、酸化物半導体膜130A、および酸化
物半導体膜130Cには、酸化ガリウムのような酸化物半導体を用いてもよい。なお、酸
化物半導体膜130A、酸化物半導体膜130B、および第3の酸化物半導体膜130C
の原子数比はそれぞれ、誤差として上記の原子数比のプラスマイナス20%の変動を含む
。また、成膜法にスパッタリング法を用いる場合は、上記材料をターゲットとして成膜す
ることができる。
膜130Aおよび酸化物半導体膜130Cよりも電子親和力が大きい材料を用いる。
リング法としては、RFスパッタリング法、DCスパッタリング法、ACスパッタリング
法等を用いることができる。
より、絶縁層120から酸化物半導体膜130A乃至酸化物半導体膜130Cに酸素が取
り込まれ、かつ、取り込まれた酸素を酸化物半導体膜130A乃至酸化物半導体膜130
Cの全体に拡散させることができる。
温度で、不活性ガス雰囲気、酸化性ガスを10ppm以上含む雰囲気、または減圧状態で
行えばよい。また、第1の加熱処理の雰囲気は、不活性ガス雰囲気で加熱処理した後に、
脱離した酸素を補うために酸化性ガスを10ppm以上含む雰囲気で行ってもよい。第1
の加熱処理によって、酸化物半導体膜130A、酸化物半導体膜130B、および酸化物
半導体膜130Cの結晶性を高め、さらに絶縁層120、酸化物半導体膜130A、酸化
物半導体膜130B、および酸化物半導体膜130C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、第1の加熱処理は、後述する酸化物半導体層130a、酸化物半
導体層130b、および酸化物半導体層130cを形成するエッチングの後に行ってもよ
い。
次の方法を用いて形成することができる。
l、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、W、Ni、Mn、Nd、Sc、および当該金属材料
の合金から選ばれた材料の単層、または積層を用いることができる。
液浸露光、EUV露光などの方法を用いて露光し、現像処理を行うことで第1のレジスト
マスクを形成する。なお、第1の導電膜とレジスト膜の間には密着剤として有機塗布膜を
形成することが好ましい。また、ナノインプリントリソグラフィ法を用いて第1のレジス
トマスクを形成してもよい。
ジストマスクをアッシングして除去することにより第1の導電層を形成する。
導体膜130B、および酸化物半導体膜130Cを選択的にエッチングして上記第1の導
電層を取り除き、酸化物半導体層130a、酸化物半導体層130b、および酸化物半導
体層130cの積層からなる酸化物半導体層130を形成する(図26(A)参照)。な
お、上記第1の導電層を形成せずに、第1のレジストマスクを用いて酸化物半導体層13
0を形成してもよい。ここで、酸化物半導体層130に対して酸素イオンを注入してもよ
い。
は、実施の形態2で説明した導電層140および導電層150に用いることのできる材料
で形成すればよい。第2の導電膜の形成には、スパッタリング法、CVD法、MBE法な
どを用いることができる。
。そして、第2の導電膜の一部をエッチングし、導電層140および導電層150を形成
する(図26(B)参照)。
絶縁膜160Aを形成する。絶縁膜160Aは、実施の形態2で説明した絶縁層160に
用いることのできる材料で形成すればよい。絶縁膜160Aの形成には、スパッタリング
法、CVD法、MBE法などを用いることができる。
60Aが酸素過剰領域を有することによって、絶縁膜160Aから酸化物半導体層130
への酸素の供給を容易にすることができる。
60A上に酸化物165を形成することで、絶縁膜160Aに酸素が取り込まれ、絶縁膜
160A内に酸素過剰領域を形成することが可能である(図26(C)参照)。また、絶
縁膜160Aに酸素が取り込まれると同時に、成膜雰囲気に含まれる希ガス(代表的には
アルゴン)も取り込まれることにより、絶縁膜160A内に希ガス領域が形成される。
領域を形成し、酸素は希ガス領域よりも深い領域に酸素過剰領域を形成する。したがって
、酸素過剰領域は希ガス領域よりも、より酸化物半導体層130に近接するように形成さ
れる。そのため、後に形成される酸化物166は導電層170を形成する前に除去しても
よいが、ゲート絶縁層の一部として残しても問題はない。その場合、酸化物166は保護
膜としても機能するため、酸化物半導体層130への不純物拡散を防ぐとともに、絶縁膜
160Aの上部からの酸素の放出を防ぐため、絶縁膜160A内の酸素を効率よく酸化物
半導体層130へと供給することができる(後工程では酸化物166は図示しない)。
窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム
、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウムおよび酸化タンタルなどの酸化物絶縁膜
、窒化酸化シリコン、窒化酸化アルミニウムなどの窒化酸化物絶縁膜、またはこれらの混
合材料を用いることができる。また、絶縁膜160Aから酸素の放出を防ぐためには、酸
化物165は絶縁膜160Aよりも密度が高い物質であることが好ましい。なお、酸化物
165の形成には、スパッタリング法、CVD法、MBE法などを用いることができる。
再び酸化物166を形成することにより、絶縁膜160Aに、より多量の酸素を導入する
ことができる。この場合、酸化物165は、絶縁膜160Aとエッチングレート比が異な
る物質を選択しておくと除去しやすい。また、酸化物の形成及び除去を繰り返すことで、
所望の酸素量が取り込まれるように調整することができる(図27(A)乃至(C)参照
)。
で行うことができる。第2の加熱処理により、絶縁膜160A及び絶縁層120から酸化
物半導体層130に酸素が取り込まれ、かつ、取り込まれた酸素を酸化物半導体層130
の全体に拡散させることができる。なお、第2の加熱処理を行わずに、第3の加熱処理で
上記効果を得てもよい。
172Aを形成する。第3の導電膜171Aおよび第4の導電膜172Aは、実施の形態
2で説明した導電層171および導電層172に用いることのできる材料で形成すればよ
い。第3の導電膜171Aおよび第4の導電膜172Aの形成には、スパッタリング法、
CVD法、MBE法などを用いることができる。
参照)。そして、当該レジストマスクを用いて、第3の導電膜171A、第4の導電膜1
72Aおよび絶縁膜160Aを選択的にエッチングし、導電層171および導電層172
からなる導電層170、および絶縁層160を形成する(図28(B)参照)。
170上に絶縁層175を形成する。絶縁層175の材質は、実施の形態2の説明を参照
することができる。トランジスタ101の場合は、酸化アルミニウム膜を用いることが好
ましい。絶縁層175は、スパッタリング法、CVD法、MBE法などで形成することが
できる。
材質は、実施の形態2の説明を参照することができる。また、絶縁層180は、スパッタ
リング法、CVD法、MBE法などで形成することができる。
プラズマイマージョンイオンインプランテーション法、プラズマ処理法などを用いて酸素
を添加してもよい。酸素を添加することによって、絶縁層175および/または絶縁層1
80から酸化物半導体層130への酸素の供給をさらに容易にすることができる。
で行うことができる。第3の加熱処理により、絶縁層120、絶縁層175、絶縁層18
0から過剰酸素が放出されやすくなり、酸化物半導体層130の酸素欠損を低減すること
ができる。
はスパッタリング法やプラズマCVD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法の例としては、MOCVD(Meta
l Organic Chemical Vapor Deposition)法やAL
D(Atomic Layer Deposition)法などがある。
されることが無いという利点を有する。
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。
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F
ETを作製する場合に適している。
金属膜、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、In−Ga
−Zn酸化物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、およ
びジメチル亜鉛を用いることができる。なお、トリメチルインジウムの化学式は、In(
CH3)3である。また、トリメチルガリウムの化学式は、Ga(CH3)3である。ま
た、ジメチル亜鉛の化学式は、Zn(CH3)2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(C2H5)3
)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(C2H5)2
)を用いることもできる。
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や、テトラキスジメチルア
ミドハフニウム(TDMAH)などのハフニウムアミド)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。具体的には、テトラキスジメチルアミ
ドハフニウム(TDMAH、化学式はHf[N(CH3)2]4)またはテトラキス(エ
チルメチルアミド)ハフニウム等のハフニウムアミドを含む原料を用いることができる。
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H2O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(CH3)3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。
ロロジシランを被成膜面に吸着させ、吸着物に含まれる塩素を除去し、酸化性ガス(O2
、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。
スとB2H6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、WF6
ガスとH2ガスを用いてタングステン膜を形成する。なお、B2H6ガスに代えてSiH
4ガスを用いてもよい。
物膜を成膜する場合には、In(CH3)3ガスとO3ガスを順次繰り返し導入してIn
−O層を形成し、その後、Ga(CH3)3ガスとO3ガスを順次繰り返し導入してGa
O層を形成し、更にその後Zn(CH3)2とO3ガスを順次繰り返し導入して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、O3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たH2O
ガスを用いても良いが、Hを含まないO3ガスを用いる方が好ましい。また、In(CH
3)3ガスにかえて、In(C2H5)3ガスを用いても良い。また、Ga(CH3)3
ガスにかえて、Ga(C2H5)3ガスを用いても良い。また、Zn(CH3)2ガスを
用いても良い。
トランジスタ107の作製方法について、図29および図30を用いて説明する。なお、
上述したトランジスタ101の作製方法と重複する工程の詳細な説明は省略する。
化物半導体膜130A、および酸化物半導体層130bとなる酸化物半導体膜130Bを
スパッタリング法、CVD法、MBE法などを用いて成膜する(図29(A)参照)。
レジストマスクを用いて導電層を形成する。そして、当該導電層をハードマスクとして酸
化物半導体膜130Aおよび酸化物半導体膜130Bを選択的にエッチングし、上記導電
層を取り除いて酸化物半導体層130aおよび酸化物半導体層130bからなる積層を形
成する(図29(B)参照)。なお、ハードマスクを形成せずに、第1のレジストマスク
を用いて当該積層を形成してもよい。ここで、酸化物半導体層130に対して酸素イオン
を注入してもよい。
ン領域となる部分の上に第2のレジストマスクを形成し、当該第2のレジストマスクを用
いて第2の導電膜の一部をエッチングし、導電層140および導電層150を形成する(
図29(C)参照)。
140および導電層150上に酸化物半導体層130cとなる酸化物半導体膜130Cを
形成する。さらに、酸化物半導体膜130C上にゲート絶縁膜となる絶縁膜160A、お
よび導電層170となる第3の導電膜171Aおよび第4の導電膜172Aを形成する。
参照)。そして、当該レジストマスクを用いて、第3の導電膜171A、第4の導電膜1
72A、絶縁膜160A、および酸化物半導体膜130Cを選択的にエッチングし、導電
層171および導電層172からなる導電層170、絶縁層160、および酸化物半導体
層130cを形成する(図30(B)参照)。なお、絶縁膜160Aおよび酸化物半導体
膜130Cを第4のレジストマスクを用いてエッチングすることで、トランジスタ107
を作製することができる。
130b、酸化物半導体層130c)、導電層140、導電層150、絶縁層160およ
び導電層170上に絶縁層175および絶縁層180を形成する(図30(C)参照)。
ことができる。
<酸化物半導体層の構造>
本実施の形態では、酸化物半導体層130および酸化物半導体層130a乃至酸化物半導
体層130cなどの半導体層に適用可能な、酸化物半導体層の構造について説明する。
けられる。
rystalline Oxide Semiconductor)層、多結晶酸化物半
導体層、微結晶酸化物半導体層、非晶質酸化物半導体層などがある。
物半導体層とに分けられる。結晶性酸化物半導体層としては、単結晶酸化物半導体層、C
AAC−OS層、多結晶酸化物半導体層、微結晶酸化物半導体層などがある。
まずは、CAAC−OS層について説明する。なお、CAAC−OSを、CANC(C−
Axis Aligned nanocrystals)を有する酸化物半導体と呼ぶこ
ともできる。
al)ともいう。)を有する酸化物半導体層の一つである。
scope)によって、CAAC−OS層の明視野像と回折パターンとの複合解析像(高
分解能TEM像ともいう。)を観察すると、複数のナノ結晶を確認することができる。一
方、高分解能TEM像ではナノ結晶同士の境界、即ち結晶粒界(グレインバウンダリーと
もいう。)を明確に確認することができない。そのため、CAAC−OS層は、結晶粒界
に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。
、試料面と略平行な方向から観察したCAAC−OS層の断面の高分解能TEM像を示す
。高分解能TEM像には、球面収差補正(Spherical Aberration
Corrector)機能を用いた。球面収差補正機能を用いた高分解能TEM像を、特
にCs補正高分解能TEM像と呼ぶ。Cs補正高分解能TEM像の取得は、例えば、日本
電子株式会社製原子分解能分析電子顕微鏡JEM−ARM200Fなどによって行うこと
ができる。
図32(B)より、ナノ結晶において、金属原子が層状に配列していることを確認できる
。金属原子の各層の配列は、CAAC−OS層を形成する面(被形成面ともいう。)また
は上面の凹凸を反映しており、CAAC−OS層の被形成面または上面と平行となる。
)は、特徴的な原子配列を、補助線で示したものである。図32(B)および図32(C
)より、ナノ結晶一つの大きさは1nm以上3nm以下程度であり、ナノ結晶とナノ結晶
との傾きにより生じる隙間の大きさは0.8nm程度であることがわかる。
晶5100の配置を模式的に示すと、レンガまたはブロックが積み重なったような構造と
なる(図32(D)参照。)。図32(C)で観察されたナノ結晶とナノ結晶との間で傾
きが生じている箇所は、図32(D)に示す領域5161に相当する。
s補正高分解能TEM像を示す。図33(A)の領域(1)、領域(2)および領域(3
)を拡大したCs補正高分解能TEM像を、それぞれ図33(B)、図33(C)および
図33(D)に示す。図33(B)、図33(C)および図33(D)より、ナノ結晶は
、金属原子が三角形状、四角形状または六角形状に配列していることを確認できる。しか
しながら、異なるナノ結晶間で、金属原子の配列に規則性は見られない。
AC−OS層について説明する。例えば、InGaZnO4の結晶を有するCAAC−O
S層に対し、out−of−plane法による構造解析を行うと、図34(A)に示す
ように回折角(2θ)が31°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、InG
aZnO4の結晶の(009)面に帰属されることから、CAAC−OS層の結晶がc軸
配向性を有し、c軸が被形成面または上面に略垂直な方向を向いていることが確認できる
。
°近傍のピークの他に、2θが36°近傍にもピークが現れる場合がある。2θが36°
近傍のピークは、CAAC−OS層中の一部に、c軸配向性を有さない結晶が含まれるこ
とを示している。より好ましいCAAC−OS層は、out−of−plane法による
構造解析では、2θが31°近傍にピークを示し、2θが36°近傍にピークを示さない
。
ne法による構造解析を行うと、2θが56°近傍にピークが現れる。このピークは、I
nGaZnO4の結晶の(110)面に帰属される。CAAC−OS層の場合は、2θを
56°近傍に固定し、試料面の法線ベクトルを軸(φ軸)として試料を回転させながら分
析(φスキャン)を行っても、図34(B)に示すように明瞭なピークは現れない。これ
に対し、InGaZnO4の単結晶酸化物半導体層であれば、2θを56°近傍に固定し
てφスキャンした場合、図34(C)に示すように(110)面と等価な結晶面に帰属さ
れるピークが6本観察される。したがって、XRDを用いた構造解析から、CAAC−O
S層は、a軸およびb軸の配向が不規則であることが確認できる。
ZnO4の結晶を有するCAAC−OS層に対し、試料面に平行にプローブ径が300n
mの電子線を入射させると、図35(A)に示すような回折パターン(制限視野透過電子
回折パターンともいう。)が現れる場合がある。InGaZnO4の結晶の(009)面
に起因するスポットが含まれる。したがって、電子回折によっても、CAAC−OS層に
含まれるナノ結晶がc軸配向性を有し、c軸が被形成面または上面に略垂直な方向を向い
ていることがわかる。一方、同じ試料に対し、試料面に垂直にプローブ径が300nmの
電子線を入射させたときの回折パターンを図35(B)に示す。図35(B)より、リン
グ状の回折パターンが確認される。したがって、電子回折によっても、CAAC−OS層
に含まれるナノ結晶のa軸およびb軸は配向性を有さないことがわかる。なお、図35(
B)における第1リングは、InGaZnO4の結晶の(010)面および(100)面
などに起因すると考えられる。また、図35(B)における第2リングは(110)面な
どに起因すると考えられる。
の欠陥としては、例えば、不純物に起因する欠陥や、酸素欠損などがある。したがって、
CAAC−OS層は、不純物濃度の低い酸化物半導体層ということもできる。また、CA
AC−OS層は、酸素欠損の少ない酸化物半導体層ということもできる。
なる場合がある。また、酸化物半導体層中の酸素欠損は、キャリアトラップとなる場合や
、水素を捕獲することによってキャリア発生源となる場合がある。
元素などがある。例えば、シリコンなどの、酸化物半導体層を構成する金属元素よりも酸
素との結合力の強い元素は、酸化物半導体層から酸素を奪うことで酸化物半導体層の原子
配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。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、酸化物半導体層の原
子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。
することができる。そのような酸化物半導体層を、高純度真性または実質的に高純度真性
な酸化物半導体層と呼ぶ。CAAC−OS層は、不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低い
。即ち、高純度真性または実質的に高純度真性な酸化物半導体層となりやすい。したがっ
て、CAAC−OS層を用いたトランジスタは、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。また、高純度真性または実質的に高
純度真性な酸化物半導体層は、キャリアトラップが少ない。酸化物半導体層のキャリアト
ラップに捕獲された電荷は、放出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、不純物濃度が高く、欠陥準位密度が高い酸化物半導体
層を用いたトランジスタは、電気特性が不安定となる場合がある。一方、CAAC−OS
層を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
。
されるキャリアは少なくなる。したがって、CAAC−OS層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。
次に、微結晶酸化物半導体層について説明する。
域と、明確な結晶部を確認することのできない領域と、を有する。微結晶酸化物半導体層
に含まれる結晶部は、1nm以上100nm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を有する酸化物半導体層を、nc−OS(nanocrystall
ine Oxide Semiconductor)層と呼ぶ。nc−OS層は、例えば
、高分解能TEM像では、結晶粒界を明確に確認できない場合がある。なお、ナノ結晶は
、CAAC−OS層におけるナノ結晶と同じ起源を有する可能性がある。そのため、以下
ではnc−OS層の結晶部をナノ結晶と呼ぶ場合がある。
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層は、異なる
ナノ結晶間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。
したがって、nc−OS層は、分析方法によっては、非晶質酸化物半導体層と区別が付か
ない場合がある。例えば、nc−OS層に対し、ナノ結晶よりも大きい径の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層に対し、ナノ結晶よりも大きいプ
ローブ径(例えば50nm以上)の電子線を用いる電子回折(制限視野電子回折ともいう
。)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層
に対し、ナノ結晶の大きさに近いかナノ結晶より小さいプローブ径の電子線を用いるナノ
ビーム電子回折を行うと、スポットが観測される。また、nc−OS層に対しナノビーム
電子回折を行うと、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。さらに、nc−OS層に対しナノビーム電子回折を行うと、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。
ANC(Random Aligned nanocrystals)を有する酸化物半
導体層、またはNANC(Non−Aligned nanocrystals)を有す
る酸化物半導体層と呼ぶこともできる。
ため、nc−OS層は、非晶質酸化物半導体層よりも欠陥準位密度が低くなる。ただし、
nc−OS層は、異なるナノ結晶間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、nc−
OS層は、CAAC−OS層と比べて欠陥準位密度が高くなる。
次に、非晶質酸化物半導体層について説明する。
物半導体層である。石英のような無定形状態を有する酸化物半導体層が一例である。
lane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、非晶質酸化物半
導体層に対し、電子回折を行うと、ハローパターンが観測される。また、非晶質酸化物半
導体層に対し、ナノビーム電子回折を行うと、スポットが観測されず、ハローパターンの
みが観測される。
さない構造を完全な非晶質構造(completely amorphous stru
cture)と呼ぶ場合がある。また、最近接原子間距離または第2近接原子間距離まで
秩序性を有し、かつ長距離秩序性を有さない構造を非晶質構造と呼ぶ場合もある。したが
って、最も厳格な定義によれば、僅かでも原子配列に秩序性を有する酸化物半導体層を非
晶質酸化物半導体層と呼ぶことはできない。また、少なくとも、長距離秩序性を有する酸
化物半導体層を非晶質酸化物半導体層と呼ぶことはできない。よって、結晶部を有するこ
とから、例えば、CAAC−OS層およびnc−OS層を、非晶質酸化物半導体層または
完全な非晶質酸化物半導体層と呼ぶことはできない。
なお、酸化物半導体層は、nc−OS層と非晶質酸化物半導体層との間の構造を有する場
合がある。そのような構造を有する酸化物半導体層を、特に非晶質ライク酸化物半導体(
a−like OS:amorphous−like Oxide Semicondu
ctor)層と呼ぶ。
る場合がある。また、高分解能TEM像において、明確に結晶部を確認することのできる
領域と、結晶部を確認することのできない領域と、を有する。
e OS層が、CAAC−OS層およびnc−OS層と比べて不安定な構造であることを
示すため、電子照射による構造の変化を示す。
層を準備する。いずれの試料もIn−Ga−Zn酸化物である。
は、いずれも結晶部を有することがわかる。
位格子は、In−O層を3層有し、またGa−Zn−O層を6層有する、計9層がc軸方
向に層状に重なった構造を有することが知られている。これらの近接する層同士の間隔は
、(009)面の格子面間隔(d値ともいう。)と同程度であり、結晶構造解析からその
値は0.29nmと求められている。したがって、格子縞の間隔が0.28nm以上0.
30nm以下である箇所を、InGaZnO4の結晶部と見なすことができる。なお、格
子縞は、InGaZnO4の結晶のa−b面に対応する。
。ただし、上述した格子縞の長さを結晶部の大きさとしている。図36より、a−lik
e OS層(試料A)は、電子の累積照射量に応じて結晶部が大きくなっていくことがわ
かる。具体的には、図36中に(1)で示すように、TEMによる観察初期においては1
.2nm程度の大きさだった結晶部(初期核ともいう。)が、累積照射量が4.2×10
8e−/nm2においては2.6nm程度の大きさまで成長していることがわかる。一方
、nc−OS層(試料B)およびCAAC−OS層(試料C)は、電子照射開始時から電
子の累積照射量が4.2×108e−/nm2までの範囲で、結晶部の大きさに変化が見
られないことがわかる。具体的には、図36中の(2)及び(3)で示すように、電子の
累積照射量によらず、nc−OS層およびCAAC−OS層の結晶部の大きさは、それぞ
れ1.4nm程度及び2.1nm程度であることがわかる。
がある。一方、nc−OS層、およびCAAC−OS層であれば、電子照射による結晶部
の成長がほとんど見られないことがわかる。即ち、a−like OS層は、nc−OS
層およびCAAC−OS層と比べて、不安定な構造であることがわかる。
と比べて密度の低い構造である。具体的には、a−like OS層の密度は、同じ組成
の単結晶の密度の78.6%以上92.3%未満となる。また、nc−OS層の密度およ
びCAAC−OS層の密度は、同じ組成の単結晶の密度の92.3%以上100%未満と
なる。単結晶の密度の78%未満となる酸化物半導体層は、成膜すること自体が困難であ
る。
菱面体晶構造を有する単結晶InGaZnO4の密度は6.357g/cm3となる。よ
って、例えば、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]を満たす酸化物半導体層にお
いて、a−like OS層の密度は5.0g/cm3以上5.9g/cm3未満となる
。また、例えば、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]を満たす酸化物半導体層に
おいて、nc−OS層の密度およびCAAC−OS層の密度は5.9g/cm3以上6.
3g/cm3未満となる。
単結晶を組み合わせることにより、所望の組成における単結晶に相当する密度を見積もる
ことができる。所望の組成の単結晶に相当する密度は、組成の異なる単結晶を組み合わせ
る割合に対して、加重平均を用いて見積もればよい。ただし、密度は、可能な限り少ない
種類の単結晶を組み合わせて見積もることが好ましい。
なお、酸化物半導体層は、例えば、非晶質酸化物半導体層、a−like OS層、微結
晶酸化物半導体層、CAAC−OS層のうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。
本実施の形態では、本発明の一態様のトランジスタを利用した半導体装置の構成の一例に
ついて図面を参照して説明する。
図37(A)に本発明の一態様の半導体装置の断面図を示す。図37(A)に示す半導体
装置は、下部に第1の半導体材料を用いたトランジスタ2200を有し、上部に第2の半
導体材料を用いたトランジスタ2100を有している。トランジスタ2100には先の実
施の形態で説明したトランジスタを用いることができ、図37(A)ではトランジスタ2
100として、先の実施の形態のトランジスタ101を適用した例を示している。なお、
一点鎖線より左側がトランジスタのチャネル長方向の断面、右側がチャネル幅方向の断面
である。
が好ましい。例えば、第1の半導体材料を酸化物半導体以外の半導体材料(シリコン(歪
シリコン含む)、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、炭化シリコン、ガリウムヒ素、
アルミニウムガリウムヒ素、インジウムリン、窒化ガリウム、有機半導体など)とし、第
2の半導体材料を酸化物半導体とすることができる。酸化物半導体以外の材料として単結
晶シリコンなどを用いたトランジスタは、高速動作が容易である。一方で、酸化物半導体
を用いたトランジスタは、オフ電流が低い。
タのいずれであってもよく、回路によって適切なトランジスタを用いればよい。また、酸
化物半導体を用いた本発明の一態様のトランジスタを用いるほかは、用いる材料や構造な
ど、半導体装置の具体的な構成をここで示すものに限定する必要はない。
2207を介してトランジスタ2100が設けられている。また、トランジスタ2200
とトランジスタ2100の間には、複数の配線2202が設けられている。また、各種絶
縁膜に埋め込まれた複数のプラグ2203により、上層と下層にそれぞれ設けられた配線
や電極が電気的に接続されている。また、トランジスタ2100を覆う層間絶縁膜220
4が設けられている。
より高密度に複数の回路を配置することができる。
トランジスタ2200の半導体膜の近傍に設けられる絶縁膜中の水素はシリコンのダング
リングボンドを終端し、トランジスタ2200の信頼性を向上させる効果がある。一方、
上層に設けられるトランジスタ2100に酸化物半導体を用いた場合、トランジスタ21
00の半導体膜の近傍に設けられる絶縁膜中の水素は、酸化物半導体中にキャリアを生成
する要因の一つとなるため、トランジスタ2100の信頼性を低下させる要因となる場合
がある。したがって、シリコン系半導体材料を用いたトランジスタ2200の上層に酸化
物半導体を用いたトランジスタ2100を積層して設ける場合、これらの間に水素の拡散
を防止する機能を有する絶縁膜2207を設けることは特に効果的である。絶縁膜220
7により、下層に水素を閉じ込めることでトランジスタ2200の信頼性が向上すること
に加え、下層から上層に水素が拡散することが抑制されることでトランジスタ2100の
信頼性も同時に向上させることができる。
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、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)等を用いることができる。
スタ2100上に水素の混入を防止する機能を有するブロック膜を形成してもよい。ブロ
ック膜としては、絶縁膜2207と同様の材料を用いることができ、特に酸化アルミニウ
ム膜を適用することが好ましい。酸化アルミニウム膜は、水素、水分などの不純物および
酸素の双方に対して膜を透過させない遮断(ブロッキング)効果が高い。したがって、ト
ランジスタ2100を覆うブロック膜として酸化アルミニウム膜を用いることで、トラン
ジスタ2100に含まれる酸化物半導体膜からの酸素の脱離を防止するとともに、酸化物
半導体膜への水および水素の混入を防止することができる。
トランジスタとすることができる。例えば、FIN(フィン)型、TRI−GATE(ト
ライゲート)型などのトランジスタなどとすることができる。その場合の断面図の例を、
図37(D)に示す。半導体基板2211の上に、絶縁膜2212が設けられている。半
導体基板2211は、先端の細い凸部(フィンともいう)を有する。なお、凸部の上には
、絶縁膜が設けられていてもよい。その絶縁膜は、凸部を形成するときに、半導体基板2
211がエッチングされないようにするためのマスクとして機能するものである。なお、
凸部は、先端が細くなくてもよく、例えば、略直方体の凸部であってもよいし、先端が太
い凸部であってもよい。半導体基板2211の凸部の上には、ゲート絶縁膜2214が設
けられ、その上には、ゲート電極2213が設けられている。なお、本実施の形態では、
ゲート電極2213は1層構造であるがこれに限られず、2層以上の積層でもよい。半導
体基板2211には、ソース領域およびドレイン領域2215が形成されている。なお、
ここでは、半導体基板2211が、凸部を有する例を示したが、本発明の一態様に係る半
導体装置は、これに限定されない。例えば、SOI基板を加工して、凸部を有する半導体
領域を形成しても構わない。
上記構成において、トランジスタ2100やトランジスタ2200の電極の接続構成を異
ならせることにより、様々な回路を構成することができる。以下では、本発明の一態様の
半導体装置を用いることにより実現できる回路構成の例を説明する。
ランジスタ2100を直列に接続し、且つそれぞれのゲートを接続した、いわゆるCMO
S回路の構成を示している。
れぞれのソースとドレインを接続した構成を示している。このような構成とすることで、
いわゆるアナログスイッチとして機能させることができる。
00で、CMOS回路を構成した場合の半導体装置の断面図を図38に示す。
01と、ゲート電極2303と、ゲート絶縁膜2304と、側壁絶縁膜2305と、を有
している。また、トランジスタ2300は、側壁絶縁膜2305の下に、LDD領域とし
て機能する不純物領域2302を設けてもよい。図38のその他の構成要素については、
図37(A)の説明を援用すればよい。
であることが好ましい。例えば、トランジスタ2200がpチャネル型のトランジスタの
場合、トランジスタ2300は、nチャネル型のトランジスタであることが好ましい。
電変換素子を設けてもよい。
体や多結晶半導体を用いたフォトダイオードは、光の検出感度が高いため好ましい。
ている。フォトダイオード2400は、アノードおよびカソードの一方としての機能を有
する導電膜2401と、アノードおよびカソードの他方としての機能を有する導電膜24
02と、導電膜2402とプラグ2004とを電気的に接続させる導電膜2403と、を
有する。導電膜2401乃至導電膜2403は、基板2001に不純物を注入することで
作製してもよい。
400を設けているが、基板2001に対して横方向に電流が流れるようにフォトダイオ
ード2400を設けてもよい。
の半導体装置の断面図である。フォトダイオード2500は、アノードおよびカソードの
一方としての機能を有する導電膜2501と、アノードおよびカソードの他方としての機
能を有する導電膜2502と、半導体層2503と、を有している。また、フォトダイオ
ード2500は、プラグ2504を介して、トランジスタ2100と電気的に接続されて
いる。
設けてもよい。また、フォトダイオード2500をトランジスタ2200とトランジスタ
2100の間の階層に設けてもよい。
び図38の記載を援用すればよい。
電荷を発生させることが可能な材料を用いて形成してもよい。放射線を吸収して電荷を発
生させることが可能な材料としては、セレン、ヨウ化鉛、ヨウ化水銀、ガリウムヒ素、C
dTe、CdZn等がある。
、可視光や、紫外光に加えて、X線や、ガンマ線といった幅広い波長帯域にわたって光吸
収係数を有する光電変換素子を実現できる。
本発明の一態様であるトランジスタを使用し、電力が供給されない状況でも記憶内容の保
持が可能で、かつ、書き込み回数にも制限が無い半導体装置(記憶装置)の一例を図40
に示す。なお、図40(B)は図40(A)を回路図で表したものである。
200と第2の半導体材料を用いたトランジスタ3300、および容量素子3400を有
している。なお、トランジスタ3300としては、実施の形態1で説明したトランジスタ
を用いることができる。
ジスタである。トランジスタ3300は、オフ電流が小さいため、これを用いることによ
り長期にわたり記憶内容を保持することが可能である。つまり、リフレッシュ動作を必要
としない、或いは、リフレッシュ動作の頻度が極めて少ない半導体記憶装置とすることが
可能となるため、消費電力を十分に低減することができる。
的に接続され、第2の配線3002はトランジスタ3200のドレイン電極と電気的に接
続されている。また、第3の配線3003はトランジスタ3300のソース電極およびド
レイン電極の一方と電気的に接続され、第4の配線3004はトランジスタ3300のゲ
ート電極と電気的に接続されている。そして、トランジスタ3200のゲート電極、およ
びトランジスタ3300のソース電極およびドレイン電極の他方は、容量素子3400の
第1の端子と電気的に接続され、第5の配線3005は容量素子3400の第2の端子と
電気的に接続されている。
能という特徴を活かすことで、次のように、情報の書き込み、保持、読み出しが可能であ
る。
ンジスタ3300がオン状態となる電位にして、トランジスタ3300をオン状態とする
。これにより、第3の配線3003の電位が、トランジスタ3200のゲート電極、およ
び容量素子3400に与えられる。すなわち、トランジスタ3200のゲートには、所定
の電荷が与えられる(書き込み)。ここでは、異なる二つの電位レベルを与える電荷(以
下Lowレベル電荷、Highレベル電荷という)のいずれかが与えられるものとする。
その後、第4の配線3004の電位を、トランジスタ3300がオフ状態となる電位にし
て、トランジスタ3300をオフ状態とすることにより、トランジスタ3200のゲート
に与えられた電荷が保持される(保持)。
電荷は長時間にわたって保持される。
えた状態で、第5の配線3005に適切な電位(読み出し電位)を与えると、トランジス
タ3200のゲートに保持された電荷量に応じて、第2の配線3002は異なる電位をと
る。一般に、トランジスタ3200をnチャネル型とすると、トランジスタ3200のゲ
ート電極にHighレベル電荷が与えられている場合の見かけのしきい値Vth_Hは、
トランジスタ3200のゲート電極にLowレベル電荷が与えられている場合の見かけの
しきい値Vth_Lより低くなるためである。ここで、見かけのしきい値電圧とは、トラ
ンジスタ3200を「オン状態」とするために必要な第5の配線3005の電位をいうも
のとする。したがって、第5の配線3005の電位をVth_HとVth_Lの間の電位
V0とすることにより、トランジスタ3200のゲートに与えられた電荷を判別できる。
例えば、書き込みにおいて、Highレベル電荷が与えられていた場合には、第5の配線
3005の電位がV0(>Vth_H)となれば、トランジスタ3200は「オン状態」
となる。Lowレベル電荷が与えられていた場合には、第5の配線3005の電位がV0
(<Vth_L)となっても、トランジスタ3200は「オフ状態」のままである。この
ため、第2の配線3002の電位を判別することで、保持されている情報を読み出すこと
ができる。
出せることが必要になる。このように情報を読み出さない場合には、ゲートの状態にかか
わらずトランジスタ3200が「オフ状態」となるような電位、つまり、Vth_Hより
小さい電位を第5の配線3005に与えればよい。または、ゲートの状態にかかわらずト
ランジスタ3200が「オン状態」となるような電位、つまり、Vth_Lより大きい電
位を第5の配線3005に与えればよい。
)と相違している。この場合も上記と同様の動作により情報の書き込みおよび保持動作が
可能である。
3300がオン状態となると、浮遊状態である第3の配線3003と容量素子3400と
が導通し、第3の配線3003と容量素子3400の間で電荷が再分配される。その結果
、第3の配線3003の電位が変化する。第3の配線3003の電位の変化量は、容量素
子3400の第1の端子の電位(または容量素子3400に蓄積された電荷)によって、
異なる値をとる。
の配線3003が有する容量成分をCB、電荷が再分配される前の第3の配線3003の
電位をVB0とすると、電荷が再分配された後の第3の配線3003の電位は、(CB×
VB0+C×V)/(CB+C)となる。従って、メモリセルの状態として、容量素子3
400の第1の端子の電位がV1とV0(V1>V0)の2状態をとるとすると、電位V
1を保持している場合の第3の配線3003の電位(=(CB×VB0+C×V1)/(
CB+C))は、電位V0を保持している場合の第3の配線3003の電位(=(CB×
VB0+C×V0)/(CB+C))よりも高くなることがわかる。
ができる。
トランジスタを用い、トランジスタ3300として第2の半導体材料が適用されたトラン
ジスタを駆動回路上に積層して設ける構成とすればよい。
の極めて小さいトランジスタを適用することで、極めて長期にわたり記憶内容を保持する
ことが可能である。つまり、リフレッシュ動作が不要となるか、または、リフレッシュ動
作の頻度を極めて低くすることが可能となるため、消費電力を十分に低減することができ
る。また、電力の供給がない場合(ただし、電位は固定されていることが望ましい)であ
っても、長期にわたって記憶内容を保持することが可能である。
子の劣化の問題もない。例えば、従来の不揮発性メモリのように、フローティングゲート
への電子の注入や、フローティングゲートからの電子の引き抜きを行う必要がないため、
ゲート絶縁膜の劣化といった問題が全く生じない。すなわち、開示する発明に係る半導体
装置では、従来の不揮発性メモリで問題となっている書き換え可能回数に制限はなく、信
頼性が飛躍的に向上する。さらに、トランジスタのオン状態、オフ状態によって、情報の
書き込みが行われるため、高速な動作も容易に実現しうる。
g Unit)、DSP(Digital Signal Processor)、カス
タムLSI、PLD(Programmable Logic Device)等のLS
Iにも応用可能である。
宜組み合わせて用いることができる。
本実施の形態では、実施の形態1乃至3で説明したトランジスタを用いることができ、実
施の形態5で説明した記憶装置を含むCPUについて説明する。
例の構成を示すブロック図である。
ic logic unit、演算回路)、ALUコントローラ1192、インストラク
ションデコーダ1193、インタラプトコントローラ1194、タイミングコントローラ
1195、レジスタ1196、レジスタコントローラ1197、バスインターフェース1
198(Bus I/F)、書き換え可能なROM1199、およびROMインターフェ
ース1189(ROM I/F)を有している。基板1190は、半導体基板、SOI基
板、ガラス基板などを用いる。ROM1199およびROMインターフェース1189は
、別チップに設けてもよい。もちろん、図41に示すCPUは、その構成を簡略化して示
した一例にすぎず、実際のCPUはその用途によって多種多様な構成を有している。例え
ば、図41に示すCPUまたは演算回路を含む構成を一つのコアとし、当該コアを複数含
み、それぞれのコアが並列で動作するような構成としてもよい。また、CPUが内部演算
回路やデータバスで扱えるビット数は、例えば8ビット、16ビット、32ビット、64
ビットなどとすることができる。
デコーダ1193に入力され、デコードされた後、ALUコントローラ1192、インタ
ラプトコントローラ1194、レジスタコントローラ1197、タイミングコントローラ
1195に入力される。
ラ1197、タイミングコントローラ1195は、デコードされた命令に基づき、各種制
御を行なう。具体的にALUコントローラ1192は、ALU1191の動作を制御する
ための信号を生成する。また、インタラプトコントローラ1194は、CPUのプログラ
ム実行中に、外部の入出力装置や、周辺回路からの割り込み要求を、その優先度やマスク
状態から判断し、処理する。レジスタコントローラ1197は、レジスタ1196のアド
レスを生成し、CPUの状態に応じてレジスタ1196の読み出しや書き込みを行なう。
2、インストラクションデコーダ1193、インタラプトコントローラ1194、および
レジスタコントローラ1197の動作のタイミングを制御する信号を生成する。例えばタ
イミングコントローラ1195は、基準クロック信号CLK1を元に、内部クロック信号
CLK2を生成する内部クロック生成部を備えており、内部クロック信号CLK2を上記
各種回路に供給する。
1196のメモリセルとして、実施の形態1または実施の形態2に示したトランジスタ、
または、実施の形態5で示した記憶装置を用いることができる。
指示に従い、レジスタ1196における保持動作の選択を行う。すなわち、レジスタ11
96が有するメモリセルにおいて、フリップフロップによるデータの保持を行うか、容量
素子によるデータの保持を行うかを、選択する。フリップフロップによるデータの保持が
選択されている場合、レジスタ1196内のメモリセルへの、電源電圧の供給が行われる
。容量素子におけるデータの保持が選択されている場合、容量素子へのデータの書き換え
が行われ、レジスタ1196内のメモリセルへの電源電圧の供給を停止することができる
。
宜組み合わせて用いることができる。
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置を利用した表示装置の構成例について説
明する。
図42(A)は、本発明の一態様の半導体装置を利用した表示装置の上面図であり、図4
2(B)は、本発明の一態様の半導体装置を利用した表示装置の画素に液晶素子を適用す
る場合に用いることができる画素回路を説明するための回路図である。また、図42(C
)は、本発明の一態様の半導体装置を利用した表示装置の画素に有機EL素子を適用する
場合に用いることができる画素回路を説明するための回路図である。
、当該トランジスタはnチャネル型とすることが容易なので、駆動回路のうち、nチャネ
ル型トランジスタで構成することができる駆動回路の一部を画素部のトランジスタと同一
基板上に形成する。このように、画素部や駆動回路に先の実施の形態に示すトランジスタ
を用いることにより、信頼性の高い表示装置を提供することができる。
700上には、画素部701、第1の走査線駆動回路702、第2の走査線駆動回路70
3、信号線駆動回路704を有する。画素部701には、複数の信号線が信号線駆動回路
704から延伸して配置され、複数の走査線が第1の走査線駆動回路702、および第2
の走査線駆動回路703から延伸して配置されている。なお、走査線と信号線との交差領
域には、各々、表示素子を有する画素がマトリクス状に設けられている。また、表示装置
の基板700はFPC(Flexible Printed Circuit)等の接続
部を介して、タイミング制御回路(コントローラ、制御ICともいう)に接続されている
。
駆動回路704は、画素部701と同じ基板700上に形成される。そのため、外部に設
ける駆動回路等の部品の数が減るので、コストの低減を図ることができる。また、基板7
00の外部に駆動回路を設けた場合、配線を延伸させる必要が生じ、配線間の接続数が増
える。同じ基板700上に駆動回路を設けた場合、その配線間の接続数を減らすことがで
き、信頼性の向上、または歩留まりの向上を図ることができる。なお、第1の走査線駆動
回路702、第2の走査線駆動回路703、信号線駆動回路704のいずれかが基板70
0上に実装された構成や基板700の外部に設けられた構成としてもよい。
また、画素の回路構成の一例を図42(B)に示す。ここでは、一例としてVA型液晶表
示装置の画素に適用することができる画素回路を示す。
画素電極層は異なるトランジスタに接続され、各トランジスタは異なるゲート信号で駆動
できるように構成されている。これにより、マルチドメイン設計された画素の個々の画素
電極層に印加する信号を独立して制御できる。
、異なるゲート信号を与えることができるように分離されている。一方、データ線714
は、トランジスタ716とトランジスタ717で共通に用いられている。トランジスタ7
16とトランジスタ717は先の実施の形態で説明するトランジスタを適宜用いることが
できる。これにより、信頼性の高い液晶表示装置を提供することができる。
7には、第2の画素電極が電気的に接続される。第1の画素電極と第2の画素電極とは分
離されている。なお、第1の画素電極及び第2の画素電極の形状としては、特に限定は無
い。例えば、第1の画素電極は、V字状とすればよい。
ゲート電極はゲート配線713と接続されている。ゲート配線712とゲート配線713
に異なるゲート信号を与えてトランジスタ716とトランジスタ717の動作タイミング
を異ならせ、液晶の配向を制御できる。
第2の画素電極と電気的に接続する容量電極とで保持容量を形成してもよい。
る。第1の液晶素子718は第1の画素電極と対向電極とその間の液晶層とで構成され、
第2の液晶素子719は第2の画素電極と対向電極とその間の液晶層とで構成される。
す画素回路に新たにスイッチ、抵抗素子、容量素子、トランジスタ、センサ、または論理
回路などを追加してもよい。
画素の回路構成の他の一例を図42(C)に示す。ここでは、有機EL素子を用いた表示
装置の画素構造を示す。
他方から正孔がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして
、電子および正孔が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成し、そ
の励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このような発光
素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
ランジスタを1つの画素に2つ用いる例を示す。また、当該画素回路は、デジタル時間階
調駆動を適用することができる。
いて説明する。
子724および容量素子723を有している。スイッチング用トランジスタ721は、ゲ
ート電極層が走査線726に接続され、第1電極(ソース電極層およびドレイン電極層の
一方)が信号線725に接続され、第2電極(ソース電極層およびドレイン電極層の他方
)が駆動用トランジスタ722のゲート電極層に接続されている。駆動用トランジスタ7
22は、ゲート電極層が容量素子723を介して電源線727に接続され、第1電極が電
源線727に接続され、第2電極が発光素子724の第1電極(画素電極)に接続されて
いる。発光素子724の第2電極は共通電極728に相当する。共通電極728は、同一
基板上に形成される共通電位線と電気的に接続される。
で説明するトランジスタを適宜用いることができる。これにより、信頼性の高い有機EL
表示装置を提供することができる。
電源電位とは、電源線727に供給される高電源電位より低い電位であり、例えばGND
、0Vなどを低電源電位として設定することができる。発光素子724の順方向のしきい
値電圧以上となるように高電源電位と低電源電位を設定し、その電位差を発光素子724
に印加することにより、発光素子724に電流を流して発光させる。なお、発光素子72
4の順方向電圧とは、所望の輝度とする場合の電圧を指しており、少なくとも順方向しき
い値電圧を含む。
略できる。
式の場合、駆動用トランジスタ722が十分にオンするか、オフするかの二つの状態とな
るようなビデオ信号を、駆動用トランジスタ722に入力する。なお、駆動用トランジス
タ722を線形領域で動作させるために、電源線727の電圧よりも高い電圧を駆動用ト
ランジスタ722のゲート電極層にかける。また、信号線725には、電源線電圧に駆動
用トランジスタ722の閾値電圧Vthを加えた値以上の電圧をかける。
4の順方向電圧に駆動用トランジスタ722のしきい値電圧Vthを加えた値以上の電圧
をかける。なお、駆動用トランジスタ722が飽和領域で動作するようにビデオ信号を入
力し、発光素子724に電流を流す。また、駆動用トランジスタ722を飽和領域で動作
させるために、電源線727の電位を、駆動用トランジスタ722のゲート電位より高く
する。ビデオ信号をアナログとすることで、発光素子724にビデオ信号に応じた電流を
流し、アナログ階調駆動を行うことができる。
(C)に示す画素回路にスイッチ、抵抗素子、容量素子、センサ、トランジスタまたは論
理回路などを追加してもよい。
側にソース電極(第1の電極)、高電位側にドレイン電極(第2の電極)がそれぞれ電気
的に接続される構成とする。さらに、制御回路等により第1のゲート電極の電位を制御し
、第2のゲート電極には図示しない配線によりソース電極に与える電位よりも低い電位な
ど、上記で例示した電位を入力可能な構成とすればよい。
子、およ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できる。表示素子、表示装置、発光素子、又は発光装置は、例え
ば、EL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)、LE
D(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)を用いた表示素子、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)、IMOD(インタ
ーフェアレンス・モジュレーション)素子、シャッター方式のMEMS表示素子、光干渉
方式のMEMS表示素子、エレクトロウェッティング素子、圧電セラミックディスプレイ
、カーボンナノチューブを用いた表示素子などの少なくとも一つを有している。これらの
他にも、電気的または磁気的作用により、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していても良い。
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SED方式平面型ディスプレイ(SED:Surface−conduction E
lectron−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、電子粉流体(登録商標)、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。なお、半透過型液晶ディスプレイや反射型
液晶ディスプレイを実現する場合には、画素電極の一部、または、全部が、反射電極とし
ての機能を有するようにすればよい。例えば、画素電極の一部、または、全部が、アルミ
ニウム、銀、などを有するようにすればよい。さらに、その場合、反射電極の下に、SR
AMなどの記憶回路を設けることも可能である。これにより、さらに、消費電力を低減す
ることができる。
ことができる。
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置を適用した表示モジュールについて、図
43を用いて説明を行う。
間に、FPC8003に接続されたタッチパネル8004、FPC8005に接続された
表示パネル8006、バックライトユニット8007、フレーム8009、プリント基板
8010、バッテリー8011を有する。なお、バックライトユニット8007、バッテ
リー8011、タッチパネル8004などは、設けられない場合もある。
ル8006のサイズに合わせて、形状や寸法を適宜変更することができる。
006に重畳して用いることができる。また、表示パネル8006の対向基板(封止基板
)に、タッチパネル機能を持たせるようにすることも可能である。または、表示パネル8
006の各画素内に光センサを設け、光学式のタッチパネル機能を付加することも可能で
ある。または、表示パネル8006の各画素内にタッチセンサ用電極を設け、容量型式の
タッチパネル機能を付加することも可能である。また、表示パネル8006に位置入力装
置としての機能が付加された表示モジュールを用いるようにしても良い。なお、位置入力
装置としての機能は、表示パネル8006にタッチパネル8004を設けることで付加す
ることができる。
ユニット8007の端部に設け、光拡散板を用いる構成としてもよい。
生する電磁波を遮断するための電磁シールドとしての機能を有する。またフレーム800
9は、放熱板としての機能を有していてもよい。
号処理回路を有する。電源回路に電力を供給する電源としては、外部の商用電源であって
も良いし、別途設けたバッテリー8011であってもよい。なお、商用電源を用いる場合
には、バッテリー8011を省略することができる。
加して設けてもよい。
ことができる。
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置を備えることができるRFデバイスの使
用例について図45を用いながら説明する。RFデバイスの用途は広範にわたるが、例え
ば、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、証書類(運転免許証や住民票等、図45(
A)参照)、記録媒体(DVDやビデオテープ等、図45(B)参照)、包装用容器類(
包装紙やボトル等、図45(C)参照)、乗り物類(自転車等、図45(D)参照)、身
の回り品(鞄や眼鏡等)、食品類、植物類、動物類、人体、衣類、生活用品類、薬品や薬
剤を含む医療品、または電子機器(液晶表示装置、EL表示装置、テレビジョン装置、ま
たは携帯電話)等の物品、若しくは各物品に取り付ける荷札(図45(E)、図45(F
)参照)等に設けて使用することができる。
、物品に固定される。例えば、本であれば紙に埋め込み、有機樹脂からなるパッケージで
あれば当該有機樹脂の内部に埋め込み、各物品に固定される。本発明の一態様に係るRF
デバイス4000は、小型、薄型、軽量を実現するため、物品に固定した後もその物品自
体のデザイン性を損なうことがない。また、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、ま
たは証書類等に本発明の一態様に係るRFデバイス4000を設けることにより、認証機
能を設けることができ、この認証機能を活用すれば、偽造を防止することができる。また
、包装用容器類、記録媒体、身の回り品、食品類、衣類、生活用品類、または電子機器等
に本発明の一態様に係るRFデバイスを取り付けることにより、検品システム等のシステ
ムの効率化を図ることができる。また、乗り物類であっても、本発明の一態様に係るRF
デバイスを取り付けることにより、盗難などに対するセキュリティ性を高めることができ
る。
いることにより、情報の書込みや読み出しを含む動作電力を低減できるため、最大通信距
離を長くとることが可能となる。また、電力が遮断された状態であっても情報を極めて長
い期間保持可能であるため、書き込みや読み出しの頻度が低い用途にも好適に用いること
ができる。
ことができる。
本発明の一態様に係る半導体装置は、表示機器、パーソナルコンピュータ、記録媒体を備
えた画像再生装置(代表的にはDVD:Digital Versatile Disc
等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを有する装置)に用いること
ができる。その他に、本発明の一態様に係る半導体装置を用いることができる電子機器と
して、携帯電話、携帯型を含むゲーム機、携帯データ端末、電子書籍端末、ビデオカメラ
、デジタルスチルカメラ等のカメラ、ゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプ
レイ)、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、デジタルオーディオ
プレイヤー等)、複写機、ファクシミリ、プリンタ、プリンタ複合機、現金自動預け入れ
払い機(ATM)、自動販売機などが挙げられる。これら電子機器の具体例を図44に示
す。
904、マイクロフォン905、スピーカー906、操作キー907、スタイラス908
等を有する。なお、図44(A)に示した携帯型ゲーム機は、2つの表示部903と表示
部904とを有しているが、携帯型ゲーム機が有する表示部の数は、これに限定されない
。
部接続ポート913、スピーカー917、マイク912などを備えている。図44(B)
に示す携帯電話機は、指などで表示部916に触れることで、情報を入力することができ
る。また、電話を掛ける、或いは文字を入力するなどのあらゆる操作は、指などで表示部
916に触れることにより行うことができる。また、操作ボタン914の操作により、電
源のON、OFF動作や、表示部916に表示される画像の種類を切り替えることができ
る。例えば、メール作成画面から、メインメニュー画面に切り替えることができる。
ーボード923、ポインティングデバイス924等を有する。
3等を有する。
操作キー944、レンズ945、接続部946等を有する。操作キー944およびレンズ
945は第1筐体941に設けられており、表示部943は第2筐体942に設けられて
いる。そして、第1筐体941と第2筐体942とは、接続部946により接続されてお
り、第1筐体941と第2筐体942の間の角度は、接続部946により変更が可能であ
る。表示部943における映像を、接続部946における第1筐体941と第2筐体94
2との間の角度に従って切り替える構成としても良い。
954等を有する。
ことができる。
化窒化シリコン膜中の酸素拡散確認として、二次イオン質量分析法(SIMS; Sec
ondary Ion Mass Spectrometry)測定を行った。
の形成は、3体積%HClを含む酸素雰囲気にて、950℃の温度で行い、厚さは100
nmとした。
した。成膜ガスとして、流量2.3sccmのシランおよび流量800sccmの一酸化
二窒素を原料ガスとし、反応室の圧力を40Paとし、基板温度を400℃、50Wの高
周波(RF)電力を印加することで成膜した。
m成膜した。スパッタリングガスは、酸素流量を25sccm、アルゴン流量を25sc
cm(18O2=50体積%、Ar=50体積%)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0.4Paに制御して、2.5kWのRF電源を供給して
成膜した。なお、スパッタリングガスに使用する酸素ガスとして、質量数18の酸素原子
からなる酸素分子(18O2)の酸素ガスを用いた。また、酸化アルミニウム膜を成膜す
る際の基板温度は、250℃とした。また、酸化アルミニウム膜は、スパッタリングター
ゲットとして、酸化アルミニウム(Al2O3)を用いた。
確認を行った結果を図46に示す。図46において、縦軸はintensity(任意強
度)[a.u.]である。なお、任意強度は、16O、18Oが天然同位体比率で存在す
る場合に16O、18Oの値が重なるようにイオン強度を換算したものである。また、横
軸はdepth.(深度)[nm]である。なお、SIMS測定は、アルバック・ファイ
社製四重極型質量分析装置(ADEPT1010特型)を用いた。
中において、酸化窒化シリコン膜と酸化アルミニウム膜との界面から約100nmまで、
酸素が拡散していることが確認できた。
リコン膜中のアルゴン拡散確認として、SIMS測定を行った。
の形成は、3体積%HClを含む酸素雰囲気にて、950℃の温度で行い、厚さは100
nmとした。
スパッタリングガスは、酸素流量を50sccm、アルゴン流量を0sccm(O2=1
00体積%、Ar=0体積%)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0.4Paに制御して、1.5kWのRF電源を供給して成膜した。なお、酸
化シリコン膜を成膜する際の基板温度は、100℃とした。
いて、酸化シリコン膜上に酸化アルミニウム膜を70nm成膜した。スパッタリング装置
の処理室内にスパッタリングガスを供給し、処理室内の圧力を0.4Paに制御して、2
.5kWのRF電源を供給して成膜した。なお、酸化アルミニウム膜を成膜する際の基板
温度は、250℃とした。なお、試料2−aは、スパッタリングガスとして、酸素流量を
0sccm、アルゴン流量を50sccm(O2=0体積%、Ar=100体積%)とし
た。試料2−bは、スパッタリングガスとして、酸素流量を50sccm、アルゴン流量
を0sccm(O2=100体積%、Ar=0体積%)とした。
確認を行った結果を図47に示す。図47において、縦軸はConcentration
(濃度)[atoms/cm3]であり、横軸はDepth.(深度)[nm]である。
なお、SIMS測定は、アルバック・ファイ社製四重極型質量分析装置(ADEPT10
10特型)を用いた。
シリコン膜の表面(界面)から、5nm乃至15nmまでアルゴンが拡散していることが
確認できた。
リコン膜の酸素放出確認として、昇温脱離ガス分光法測定を行った。本実施例では酸化ア
ルミニウム膜を成膜する際の酸素分圧による取り込まれる酸素量の依存性について考察を
行った。
ンウェハ表面に酸化シリコン膜を形成した。酸化シリコン膜の形成は、3体積%HClを
含む酸素雰囲気にて、950℃の温度で行い、厚さは100nmとした。
膜した。スパッタリング装置の処理室内に酸素またはアルゴンを供給し、処理室内の圧力
を0.4Paに制御して、2.5kWのRF電源を供給して成膜した。なお、酸化アルミ
ニウム膜を成膜する際の基板温度は、250℃とした。試料3−aは、スパッタリングガ
スとして、酸素流量を0sccm、アルゴン流量を50sccm(O2=0体積%、Ar
=100体積%)とした。試料3−bは、スパッタリングガスとして、酸素流量を2sc
cm、アルゴン流量を48sccm(O2=4体積%、Ar=96体積%)とした。試料
3−cは、スパッタリングガスとして、酸素流量を5sccm、アルゴン流量を45sc
cm(O2=10体積%、Ar=90体積%)とした。試料3−dは、スパッタリングガ
スとして、酸素流量を10sccm、アルゴン流量を40sccm(O2=20体積%、
Ar=80体積%)とした。試料3−eは、スパッタリングガスとして、酸素流量を25
sccm、アルゴン流量を25sccm(O2=50体積%、Ar=50体積%)とした
。試料3−fは、スパッタリングガスとして、酸素流量を40sccm、アルゴン流量を
10sccm(O2=80体積%、Ar=20体積%)とした。試料3−gは、スパッタ
リングガスとして、酸素流量を50sccm、アルゴン流量を0sccm(O2=100
体積%、Ar=0体積%)とした。また、酸化アルミニウム膜は、スパッタリングターゲ
ットとして、酸化アルミニウム(Al2O3)を用いた。
和光純薬工業株式会社製の混酸アルミ液(2.0重量%の硝酸と、9.8重量%の酢酸と
、72.3重量%のリン酸と、を含有する水溶液)を用いた。
に示す。図48において、縦軸はintensity(電流強度)[A]であり、横軸は
Sub.Temp.(基板温度)[℃]である。なお、TDS測定は、電子科学株式会社
製昇温脱離分析装置(EMD−WA1000S/W)を用いた。
て十分に大きいとき、脱離ガス成分の測定チャンバー内での分圧の変化は単位時間あたり
の脱離量に比例する。質量分析計ではイオン量と分圧は比例する為、イオン量と脱離量が
比例することとなり、イオン量を積分した面積強度から全脱離量を計算することができる
。
の酸素分圧が高くなるほど、酸化シリコン膜に取り込まれる酸素量が増加する傾向である
ことが確認できた。さらに、スパッタリングガスが酸素のみの場合よりも、アルゴンが2
0体積%混合された場合において、酸化シリコン膜に取り込まれる酸素量が増加すること
が確認できた。
リコン膜の酸素放出確認として、TDS測定を行った。本実施例では酸化アルミニウム膜
の膜厚による取り込まれる酸素量の依存性について考察を行った。
ンウェハ表面に熱酸化膜を形成した。熱酸化膜の形成は、3体積%HClを含む酸素雰囲
気にて、950℃の温度で行い、厚さは100nmとした。
スパッタリングガスは、酸素流量を25sccm、アルゴン流量を25sccm(O2=
50体積%、Ar=50体積%)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0.4Paに制御して、2.5kWのRF電源を供給して成膜した。なお、
酸化アルミニウム膜を成膜する際の基板温度は、250℃とした。また、酸化アルミニウ
ム膜は、スパッタリングターゲットとして、酸化アルミニウム(Al2O3)を用いた。
dは11.4nm、試料4−eは21.8nm、試料4−fは67.2nmとして、酸化
アルミニウム膜をそれぞれ成膜した。
混酸アルミを用いた。
に示す。図49において、縦軸はintensity(電流強度)[A]であり、横軸は
Sub.Temp.(基板温度)[℃]である。なお、TDS測定は、電子科学株式会社
製昇温脱離分析装置(EMD−WA1000S/W)を用いた。
取り込まれる酸素量も増加するが、試料4−e(酸化アルミニウム膜=21.8nm)と
試料4−f(酸化アルミニウム膜=67.2nm)ではさほど差が見られないことが確認
できた。
リコン膜の酸素放出確認として、TDS測定を行った。本実施例では酸化アルミニウム膜
を成膜し除去する工程を繰り返すことによる取り込まれる酸素量の依存性について考察を
行った。
コンウェハ表面に熱酸化膜を形成した。熱酸化膜の形成は、3体積%HClを含む酸素雰
囲気にて、950℃の温度で行い、厚さは100nmとした。
ッタリング法を用いて、酸化シリコン膜上に酸化アルミニウム膜を20nm成膜した。ス
パッタリングガスは、酸素流量を25sccm、アルゴン流量を25sccm(O2=5
0体積%、Ar=50体積%)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0.4Paに制御して、2.5kWのRF電源を供給して成膜した。なお、酸
化アルミニウム膜を成膜する際の基板温度は、250℃とした。また、酸化アルミニウム
膜は、スパッタリングターゲットとして、酸化アルミニウム(Al2O3)を用いた。
を除去した。流量80sccmの三塩化ホウ素(BCl3)ガス雰囲気下、電源電力45
0W、バイアス電力100W、圧力1.9Paにてエッチングを行った。
回、5−dは4回、それぞれ繰り返すことにより、各試料を作製した。つまり、各試料に
おける酸化アルミニウム膜を成膜し除去する工程の繰り返し回数は、試料5−aは0回、
試料5−bは1回、5−cは2回、5−dは4回とした。
に示す。図50において、縦軸はintensity(電流強度)[A]であり、横軸は
Sub.Temp.(基板温度)[℃]である。なお、TDS測定は、電子科学株式会社
製昇温脱離分析装置(EMD−WA1000S/W)を用いた。
込まれる酸素量も増加することが確認できた。
た。
た。熱酸化の条件は950℃で4時間であり、熱酸化の雰囲気は、HClが酸素に対して
3体積%の割合で含まれるものとした。
した。成膜ガスとして、流量1sccmのシランおよび流量800sccmの一酸化二窒
素を原料ガスとし、反応室の圧力を40Paとし、基板温度を500℃、150Wの高周
波(RF)電力を印加することで成膜した。
m成膜した。スパッタリングガスは、酸素流量を25sccm、アルゴン流量を25sc
cm(O2=50体積%、Ar=50体積%)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0.4Paに制御して、2.5kWのRF電源を供給して成膜
した。なお、酸化アルミニウム膜を成膜する際の基板温度は、250℃とした。また、酸
化アルミニウム膜は、スパッタリングターゲットとして、酸化アルミニウム(Al2O3
)を用いた。
三塩化ホウ素(BCl3)ガス雰囲気下、電源電力450W、バイアス電力100W、圧
力1.9Paにてエッチングを行った。
試料6−aにおいて、酸化アルミニウム膜を成膜した後に除去する工程を5回行った。
膜と20nmの第2の酸化物半導体膜を積層して成膜した。成膜条件は、第1の酸化物半
導体膜はIn:Ga:Zn=1:3:4[原子数比]のターゲット(IGZO(134)
とも表記する)を用い、アルゴンおよび酸素(アルゴン:酸素=40sccm:5scc
m)混合雰囲気下において、圧力0.7Pa、電源電力(DC)0.5kWを印加し、タ
ーゲットと基板の間の距離を60mm、基板温度200℃として成膜し、第2の酸化物半
導体膜はIn:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]のターゲット(IGZO(111)
)を用い、アルゴンおよび酸素(アルゴン:酸素=30sccm:15sccm)混合雰
囲気下において、圧力0.7Pa、電源電力(DC)0.5kWを印加し、ターゲットと
基板の間の距離を60mm、基板温度300℃として成膜した。
た後、450℃の酸素雰囲気で1時間の加熱処理を行った。
80sccmのアルゴン(Ar)雰囲気下において、圧力0.8Pa、基板温度を130
℃、ターゲットと基板の間の距離を60mm、電源電力(DC)1.0kW印加する条件
を用いたスパッタリング法により、タングステン膜を150nm成膜した。
5sccmの四フッ化炭素(CF4)、および流量55sccmの酸素(O2)および流
量45sccmの塩素(Cl2)混合雰囲気下、電源電力3000W、バイアス電力11
0W、圧力0.67Pa、基板温度40℃において第1のエッチングをしたのち、ICP
エッチング法により、流量100sccmの酸素(O2)雰囲気下、電源電力2000W
、バイアス電力0W、圧力3.0Pa、基板温度40℃において第2のエッチングをし、
さらに、ICPエッチング法により、流量55sccmの四フッ化炭素(CF4)、およ
び流量55sccmの酸素(O2)および流量45sccmの塩素(Cl2)混合雰囲気
下、電源電力3000W、バイアス電力110W、圧力0.67Pa、基板温度40℃に
おいて第3のエッチングをしてタングステン膜を加工し、ソース電極およびドレイン電極
を形成した。
、流量80sccmの三塩化ホウ素(BCl3)雰囲気下、電源電力450W、バイアス
電力100W、圧力1.2Pa、基板温度70℃においてエッチングをして島状の第1の
酸化物半導体膜および第2の酸化物半導体膜に加工した。
を5nm成膜した。第3の酸化物半導体膜の成膜条件は、In:Ga:Zn=1:3:2
[原子数比]のターゲット(IGZO(132)とも表記する)を用い、アルゴンおよび
酸素(アルゴン:酸素=30sccm:15sccm)混合雰囲気下において、圧力0.
4Pa、電源電力(DC)0.5kWを印加し、ターゲットと基板の間の距離を60mm
、基板温度200℃として成膜した。
sccmの一酸化二窒素(N2O)を原料ガスとし、反応室の圧力を200Pa、基板温
度を350℃、60MHzの高周波電源を用いて150Wの高周波(RF)電力を平行平
板電極に供給したプラズマCVD法により、ゲート絶縁膜となる酸化窒化シリコン膜を2
0nm成膜した。
0sccmのアルゴン(Ar)ガスおよび流量10sccmの窒素(N2)ガスを用いて
、圧力を0.6Pa、基板温度を室温、ターゲットと基板の間の距離を50mm、電源電
力(DC)1kW印加する条件を用いたスパッタリング法により、窒化タンタル膜を30
nm成膜し、その上に、タングステンターゲットを用い、成膜ガスとして流量100sc
cmのアルゴン(Ar)ガスを用いて、圧力を2.0Pa、基板温度を230℃、ターゲ
ットと基板の間の距離を60mm、電源電力(DC)4.0kW印加する条件を用いたス
パッタリング法により、タングステン膜を135nm成膜した。
cmの四フッ化炭素(CF4)ガス、流量45sccmの塩素(Cl2)ガスおよび流量
55sccmの酸素(O2)混合雰囲気下、電源電力3000W、バイアス電力110W
、圧力0.67Paにて第1のエッチングを行い、さらにICPエッチング法により、流
量100sccmの塩素(Cl2)雰囲気下、電源電力1000W、バイアス電力50W
、圧力0.67Paにて第2のエッチングを行い、ゲート電極を形成した。
第3の酸化物半導体膜をICPエッチング法により、流量80sccmの三塩化ホウ素(
BCl3)雰囲気下、電源電力450W、バイアス電力100W、圧力1.2Pa、基板
温度70℃においてエッチングをして島状のゲート絶縁膜および第3の酸化物半導体膜に
加工した。
用い、成膜ガスとして流量25sccmのアルゴン(Ar)ガスおよび流量25sccm
の酸素(O2)ガスを用いて、圧力を0.4Pa、基板温度を250℃、ターゲットと基
板の間の距離を60mm、RF電力を2.5kW印加する条件を用いたスパッタリング法
により、酸化アルミニウム膜を140nm成膜した。
気下で、400℃で1時間行った。
sccmの一酸化二窒素(N2O)を原料ガスとし、反応室の圧力を133Pa、基板温
度を325℃、13.56MHzの高周波電源を用いて35W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、酸化窒化シリコン膜を300nm成膜した。
した。6−a1として、チャネル長Lが0.82μm、チャネル幅Wが0.8μmのトラ
ンジスタ、6−a2として、チャネル長Lが0.82μm、チャネル幅Wが10μmのト
ランジスタ、6−a3として、チャネル長Lが0.82μm、チャネル幅Wが50μmの
トランジスタである。
磨処理、加熱処理を順に行った後、酸化窒化シリコン膜へイオン注入法を用いて酸素イオ
ン(16O+)を注入した試料6−bを作製した。なお、加熱処理は真空で、450℃で
1時間行った。酸素イオンの注入条件は、加速電圧を60kV、ドーズ量を2.0×10
16ions/cm2、チルト角を7°、ツイスト角を72°とした。
チャネル長Lが0.82μm、チャネル幅Wが0.8μmのトランジスタ、6−b2とし
て、チャネル長Lが0.82μm、チャネル幅Wが10μmのトランジスタ、6−b3と
して、チャネル長Lが0.82μm、チャネル幅Wが50μmのトランジスタである。
Vとし、ゲート電圧(Vg:[V])を−3Vから3Vまで0.1Vステップで掃引した
際の、ドレイン電流(Id:[A])の測定を行った。また、Vd=0.1Vのときの電
界効果移動度(μFE:cm2/Vs)の測定を行った。各測定結果を図51乃至図53
に示す。
定結果、図52は、チャネル長Lが0.82μm、チャネル幅Wが10μmのトランジス
タの測定結果、図53は、チャネル長Lが0.82μm、チャネル幅Wが50μmのトラ
ンジスタの測定結果を示し、図51(A)、図52(A)および図53(A)は試料6−
a1乃至試料6−a3のトランジスタの測定結果を示し、図51(B)、図52(B)お
よび図53(B)はイオン注入法を用いて酸素を注入した試料6−b1乃至試料6−b3
の測定結果を示す。
と、酸化アルミニウム膜を成膜及び除去する工程を繰り返すことによって酸素を取り込む
方法とは、トランジスタの性能にいずれも良好なトランジスタ特性であることが確認でき
た。
101 トランジスタ
102 トランジスタ
103 トランジスタ
104 トランジスタ
105 トランジスタ
106 トランジスタ
107 トランジスタ
108 トランジスタ
109 トランジスタ
110 トランジスタ
111 トランジスタ
112 トランジスタ
120 絶縁層
120a 酸素過剰領域
120b 希ガス領域
125 酸化物
126 酸化物
130 酸化物半導体層
130a 酸化物半導体層
130A 酸化物半導体膜
130b 酸化物半導体層
130B 酸化物半導体膜
130c 酸化物半導体層
130C 酸化物半導体膜
140 導電層
141 導電層
142 導電層
150 導電層
151 導電層
152 導電層
156 レジストマスク
160 絶縁層
160a 酸素過剰領域
160A 絶縁膜
160b 希ガス領域
165 酸化物
166 酸化物
170 導電層
171 導電層
171A 導電膜
172 導電層
172A 導電膜
173 導電層
175 絶縁層
180 絶縁層
190 絶縁層
200 ターゲット
201 イオン
202 粒子
210 領域
211 領域
212 領域
700 基板
701 画素部
702 走査線駆動回路
703 走査線駆動回路
704 信号線駆動回路
710 容量配線
712 ゲート配線
713 ゲート配線
714 データ線
716 トランジスタ
717 トランジスタ
718 液晶素子
719 液晶素子
720 画素
721 スイッチング用トランジスタ
722 駆動用トランジスタ
723 容量素子
724 発光素子
725 信号線
726 走査線
727 電源線
728 共通電極
901 筐体
902 筐体
903 表示部
904 表示部
905 マイクロフォン
906 スピーカー
907 操作キー
908 スタイラス
911 筐体
912 マイク
913 外部接続ポート
914 操作ボタン
916 表示部
917 スピーカー
921 筐体
922 表示部
923 キーボード
924 ポインティングデバイス
931 筐体
932 冷蔵室用扉
933 冷凍室用扉
941 筐体
942 筐体
943 表示部
944 操作キー
945 レンズ
946 接続部
951 車体
952 車輪
953 ダッシュボード
954 ライト
1010 ADEPT
1189 ROMインターフェース
1190 基板
1191 ALU
1192 ALUコントローラ
1193 インストラクションデコーダ
1194 インタラプトコントローラ
1195 タイミングコントローラ
1196 レジスタ
1197 レジスタコントローラ
1198 バスインターフェース
1199 ROM
2001 基板
2004 プラグ
2100 トランジスタ
2200 トランジスタ
2201 絶縁膜
2202 配線
2203 プラグ
2204 層間絶縁膜
2207 絶縁膜
2211 半導体基板
2212 絶縁膜
2213 ゲート電極
2214 ゲート絶縁膜
2215 ドレイン領域
2300 トランジスタ
2301 不純物領域
2302 不純物領域
2303 ゲート電極
2304 ゲート絶縁膜
2305 側壁絶縁膜
2400 フォトダイオード
2401 導電膜
2402 導電膜
2403 導電膜
2500 フォトダイオード
2501 導電膜
2502 導電膜
2503 半導体層
2504 プラグ
3001 配線
3002 配線
3003 配線
3004 配線
3005 配線
3200 トランジスタ
3300 トランジスタ
3400 容量素子
4000 RFデバイス
5100 ナノ結晶
5120 基板
5161 領域
8000 表示モジュール
8001 上部カバー
8002 下部カバー
8003 FPC
8004 タッチパネル
8005 FPC
8006 表示パネル
8007 バックライトユニット
8008 光源
8009 フレーム
8010 プリント基板
8011 バッテリー
Claims (4)
- 基板上に第1のゲート電極層を形成し、
前記第1のゲート電極層上に第1の酸化物絶縁層を形成し、
前記第1の酸化物絶縁層上に酸化物半導体層を形成し、
前記酸化物半導体層上に第2の酸化物絶縁層を形成し、
前記第2の酸化物絶縁層の形成後、加熱処理を行い、
前記加熱処理後、前記第2の酸化物絶縁層上に第2のゲート電極層を形成し、
前記酸化物半導体層は、In、Zn、及びM(Mは、Ti、Ga、Y、Zr、Sn、La、Ce、Nd、またはHf)のうち少なくとも一つを有し、
前記第2の酸化物絶縁層は、アルミニウムを有する半導体装置の作製方法。 - 基板上に第1のゲート電極層を形成し、
前記第1のゲート電極層上に第1の酸化物絶縁層を形成し、
前記第1の酸化物絶縁層上に酸化物半導体層を形成し、
前記酸化物半導体層上に第2の酸化物絶縁層を形成し、
前記第2の酸化物絶縁層の形成後、加熱処理を行い、
前記加熱処理後、前記第2の酸化物絶縁層上に第2のゲート電極層を形成し、
前記第2のゲート電極上に窒化物絶縁層を形成し、
前記窒化物絶縁層上に、前記酸化物半導体層と電気的に接続するソース電極層およびドレイン電極層を形成し、
前記酸化物半導体層は、In、Zn、及びM(Mは、Ti、Ga、Y、Zr、Sn、La、Ce、Nd、またはHf)のうち少なくとも一つを有し、
前記第2の酸化物絶縁層は、アルミニウムを有する半導体装置の作製方法。 - 請求項1または2において、
前記加熱処理は、300℃以上500℃以下の温度で行われる半導体装置の作製方法。 - 請求項1乃至3のいずれか一において、
前記酸化物半導体層は、結晶を有する半導体装置の作製方法。
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