JP2019220728A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
Description
一態様の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明
の一態様は、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)に関するものである。そのため、より具体的に本明細書で開示する本発明
の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、液晶表示装置、発光装置、照明装
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、を一例として
挙げることができる。
全般を指す。トランジスタ、半導体回路は半導体装置の一態様である。また、記憶装置、
表示装置、電子機器は、半導体装置を有する場合がある。
注目されている。当該トランジスタは集積回路(IC)や画像表示装置(単に表示装置と
も表記する)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、シリコン系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。
トランジスタを作製する技術が開示されている(特許文献1および特許文献2参照)。
たは、オン電流の高い半導体装置を提供することを目的の一つとする。または、高速動作
に適した半導体装置を提供することを目的の一つとする。または、集積度の高い半導体装
置を提供することを目的の一つとする。または、低消費電力の半導体装置を提供すること
を目的の一つとする。または、信頼性の高い半導体装置を提供することを目的の一つとす
る。または、電源が遮断されてもデータが保持される半導体装置を提供することを目的の
一つとする。または、新規な半導体装置を提供することを目的の一つとする。または、上
記半導体装置の作製方法を提供することを目的の一つとする。
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。
の導電層と、を有する半導体装置であって、酸化物半導体層は、第1の絶縁層と接する領
域を有し、第1の導電層は、酸化物半導体層と電気的に接続され、第2の導電層は、酸化
物半導体層と電気的に接続され、第2の絶縁層は、酸化物半導体層と接する領域を有し、
第3の導電層は、第2の絶縁層と接する領域を有し、第2の絶縁層は、ゲート絶縁膜とし
て機能することができる領域を有し、第1の導電層は、ソース電極またはドレイン電極の
一方として機能することができる領域を有し、第2の導電層は、ソース電極またはドレイ
ン電極の他方として機能することができる領域を有し、第3の導電層は、ゲート電極とし
て機能することができる領域を有し、酸化物半導体層は、第1乃至第3の領域を有し、第
1の領域および第2の領域は離れて設けられ、第3の領域は、第1の領域と第2の領域と
の間に設けられ、第3の領域と第3の導電層とは、第2の絶縁層を介して重なる領域を有
し、第1の領域および第2の領域は、炭素濃度が第3の領域よりも高い部分を有すること
を特徴とする半導体装置である。
めに付すものであり、数的に限定するものではない。
、シリコン、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、インジウム、
フッ素、塩素、チタン、亜鉛、および水素から選択される一つ以上の元素の濃度を第3の
領域よりも高い部分を有する構成としてもよい。
としてもよい。
1乃至第3の導電層と、を有する半導体装置であって、酸化物半導体層は、第1の絶縁層
と接する領域を有し、第1の導電層は、酸化物半導体層と電気的に接続され、第2の導電
層は、酸化物半導体層と電気的に接続され、第2の絶縁層は、酸化物半導体層と接する領
域を有し、第3の導電層は、第2の絶縁層と接する領域を有し、第2の絶縁層は、ゲート
絶縁膜として機能することができる領域を有し、第1の導電層は、ソース電極またはドレ
イン電極の一方として機能することができる領域を有し、第2の導電層は、ソース電極ま
たはドレイン電極の他方として機能することができる領域を有し、第3の導電層は、ゲー
ト電極として機能することができる領域を有し、酸化物半導体層は、第1乃至第5の領域
を有し、第1の領域および第2の領域は離れて設けられ、第1の領域は第1の導電層と重
なる領域を有し、第2の領域は第2の導電層と重なる領域を有し、第3の領域と第3の導
電層とは、第2の絶縁層を介して重なる領域を有し、第3の領域は、第1の領域と第2の
領域との間に設けられ、第4の領域は、第1の領域と第3の領域との間に設けられ、第5
の領域は、第2の領域と第3の領域との間に設けられ、第4の領域のおよび第5の領域は
、炭素濃度が第1の領域、第2の領域および第3の領域よりも高い部分を有することを特
徴とする半導体装置である。
、シリコン、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、インジウム、
フッ素、塩素、チタン、亜鉛、および水素から選択される一つ以上の元素の濃度を第1の
領域、第2の領域および第3の領域よりも高い部分を有する構成としてもよい。
としてもよい。
れた構成としてもよい。
酸化物半導体層、第1の酸化物半導体層の順で設けられている構成であってもよい。また
、第1の酸化物半導体層は、第2の酸化物半導体層を覆うように設けられていてもよい。
、M(MはAl、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd、SnまたはHf)とを有し
、第1の酸化物半導体層は、Inに対するMの原子数比が第2の酸化物半導体層よりも大
きいことが好ましい。
3の酸化物半導体層、第2の酸化物半導体層、第1の酸化物半導体層の順で設けられてい
る構成であってもよい。また、第1の酸化物半導体層は、第2の酸化物半導体層および第
3の酸化物半導体層を覆うように設けられていてもよい。
M(MはAl、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd、SnまたはHf)とを有し、
第1および第3の酸化物半導体層は、Inに対するMの原子数比が第2の酸化物半導体層
よりも大きいことが好ましい。
ることが好ましい。
に第1のレジストマスクを形成し、第1のレジストマスクを用いて酸化物半導体膜を選択
的にエッチングすることにより酸化物半導体層を形成し、第1のレジストマスクを剥離し
、酸化物半導体層上に第1の絶縁膜を形成し、第1の絶縁膜上に導電膜を形成し、導電膜
上に第2のレジストマスクを形成し、第2のレジストマスクを用いて導電膜および第1の
絶縁膜を選択的にエッチングすることにより第1の絶縁層および導電層からなる積層を形
成するとともに酸化物半導体層が有する第1の領域および第2の領域を露出させ、プラズ
マ処理にて第1の領域および第2の領域に不純物を添加して酸素欠損を形成し、第2のレ
ジストマスクを剥離し、酸化物半導体層の第1の領域および第2の領域、第1の絶縁層、
および導電層上に水素を含む第2の絶縁膜を形成し、第2の絶縁膜から第1の領域および
第2の領域に水素を拡散させることにより第1の領域および第2の領域を低抵抗化させる
ことを特徴とする半導体装置の作製方法である。
る。または、オン電流の高い半導体装置を提供することができる。または、高速動作に適
した半導体装置を提供することができる。集積度の高い半導体装置を提供することができ
る。または、低消費電力の半導体装置を提供することができる。または、信頼性の高い半
導体装置を提供することができる。または、電源が遮断されてもデータが保持される半導
体装置を提供することができる。または、新規な半導体装置を提供することができる。ま
たは、上記半導体装置の作製方法を提供することができる。
態様は、必ずしも、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。
れず、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態および詳細を様々に変
更し得ることは当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は以下に示す実施
の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成
において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号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ことがある。なお、図を構成する同じ要素のハ
ッチングを異なる図面間で適宜省略または変更する場合もある。
とYとが電気的に接続されている場合と、XとYとが機能的に接続されている場合と、X
とYとが直接接続されている場合とを含むものとする。ここで、X、Yは、対象物(例え
ば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、層、など)であるとする。したがっ
て、所定の接続関係、例えば、図または文章に示された接続関係に限定されず、図または
文章に示された接続関係以外のものも含むものとする。
とする素子(例えば、スイッチ、トランジスタ、容量素子、インダクタ、抵抗素子、ダイ
オード、表示素子、発光素子、負荷など)が、XとYとの間に1個以上接続されることが
可能である。なお、スイッチは、オンオフが制御される機能を有している。つまり、スイ
ッチは、導通状態(オン状態)、または、非導通状態(オフ状態)になり、電流を流すか
流さないかを制御する機能を有している。または、スイッチは、電流を流す経路を選択し
て切り替える機能を有している。
とする回路(例えば、論理回路(インバータ、NAND回路、NOR回路など)、信号変
換回路(DA変換回路、AD変換回路、ガンマ補正回路など)、電位レベル変換回路(電
源回路(昇圧回路、降圧回路など)、信号の電位レベルを変えるレベルシフタ回路など)
、電圧源、電流源、切り替え回路、増幅回路(信号振幅または電流量などを大きく出来る
回路、オペアンプ、差動増幅回路、ソースフォロワ回路、バッファ回路など)、信号生成
回路、記憶回路、制御回路など)が、XとYとの間に1個以上接続されることが可能であ
る。なお、一例として、XとYとの間に別の回路を挟んでいても、Xから出力された信号
がYへ伝達される場合は、XとYとは機能的に接続されているものとする。
されている場合(つまり、XとYとの間に別の素子または別の回路を挟んで接続されてい
る場合)と、XとYとが機能的に接続されている場合(つまり、XとYとの間に別の回路
を挟んで機能的に接続されている場合)と、XとYとが直接接続されている場合(つまり
、XとYとの間に別の素子または別の回路を挟まずに接続されている場合)とを含むもの
とする。つまり、電気的に接続されている、と明示的に記載する場合は、単に、接続され
ている、とのみ明示的に記載されている場合と同じであるとする。
る場合であっても、1つの構成要素が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合もあ
る。例えば配線の一部が電極としても機能する場合は、一の導電膜が、配線の機能、およ
び電極の機能の両方の構成要素の機能を併せ持っている。したがって、本明細書における
電気的に接続とは、このような、一の導電膜が、複数の構成要素の機能を併せ持っている
場合も、その範疇に含める。
さず)、Xと電気的に接続され、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)が、Z
2を介して(又は介さず)、Yと電気的に接続されている場合や、トランジスタのソース
(又は第1の端子など)が、Z1の一部と直接的に接続され、Z1の別の一部がXと直接
的に接続され、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)が、Z2の一部と直接的
に接続され、Z2の別の一部がYと直接的に接続されている場合では、以下のように表現
することが出来る。
の端子など)とは、互いに電気的に接続されており、X、トランジスタのソース(又は第
1の端子など)、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)、Yの順序で電気的に
接続されている。」と表現することができる。または、「トランジスタのソース(又は第
1の端子など)は、Xと電気的に接続され、トランジスタのドレイン(又は第2の端子な
ど)はYと電気的に接続され、X、トランジスタのソース(又は第1の端子など)、トラ
ンジスタのドレイン(又は第2の端子など)、Yは、この順序で電気的に接続されている
」と表現することができる。または、「Xは、トランジスタのソース(又は第1の端子な
ど)とドレイン(又は第2の端子など)とを介して、Yと電気的に接続され、X、トラン
ジスタのソース(又は第1の端子など)、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など
)、Yは、この接続順序で設けられている」と表現することができる。これらの例と同様
な表現方法を用いて、回路構成における接続の順序について規定することにより、トラン
ジスタのソース(又は第1の端子など)と、ドレイン(又は第2の端子など)とを、区別
して、技術的範囲を決定することができる。なお、これらの表現方法は、一例であり、こ
れらの表現方法に限定されない。ここで、X、Y、Z1、Z2は、対象物(例えば、装置
、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、層、など)であるとする。
。基板の種類は、特定のものに限定されることはない。その基板の一例としては、半導体
基板(例えば単結晶基板またはシリコン基板)、SOI基板、ガラス基板、石英基板、プ
ラスチック基板、金属基板、ステンレス・スチル基板、ステンレス・スチル・ホイルを有
する基板、タングステン基板、タングステン・ホイルを有する基板、可撓性基板、貼り合
わせフィルム、繊維状の材料を含む紙、または基材フィルムなどがある。ガラス基板の一
例としては、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、またはソーダライ
ムガラスなどがある。可撓性基板の一例としては、ポリエチレンテレフタレート(PET
)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルサルフォン(PES)に代表さ
れるプラスチック、またはアクリル等の可撓性を有する合成樹脂などがある。貼り合わせ
フィルムの一例としては、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリフッ化ビニル、またはポ
リ塩化ビニルなどがある。基材フィルムの一例としては、ポリエステル、ポリアミド、ポ
リイミド、無機蒸着フィルム、または紙類などがある。特に、半導体基板、単結晶基板、
またはSOI基板などを用いてトランジスタを製造することによって、特性、サイズ、ま
たは形状などのばらつきが少なく、電流能力が高く、サイズの小さいトランジスタを製造
することができる。このようなトランジスタによって回路を構成すると、回路の低消費電
力化、または回路の高集積化を図ることができる。
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ために
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。なお、上述の剥離層には、例えば、タングステン膜と酸化シリコン膜との無機膜
の積層構造の構成や、基板上にポリイミド等の有機樹脂膜が形成された構成等を用いるこ
とができる。
置し、別の基板上にトランジスタを配置してもよい。トランジスタが転置される基板の一
例としては、上述したトランジスタを形成することが可能な基板に加え、紙基板、セロフ
ァン基板、アラミドフィルム基板、ポリイミドフィルム基板、石材基板、木材基板、布基
板(天然繊維(絹、綿、麻)、合成繊維(ナイロン、ポリウレタン、ポリエステル)若し
くは再生繊維(アセテート、キュプラ、レーヨン、再生ポリエステル)などを含む)、皮
革基板、またはゴム基板などがある。これらの基板を用いることにより、特性のよいトラ
ンジスタの形成、消費電力の小さいトランジスタの形成、壊れにくい装置の製造、耐熱性
の付与、軽量化、または薄型化を図ることができる。
本実施の形態では、本発明の一態様のトランジスタについて図面を用いて説明する。
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、または酸化物半導体などをチャネル形成領域に用いる
ことができる。特に、シリコンよりもバンドギャップの大きい酸化物半導体を含んでチャ
ネル形成領域を形成することが好ましい。
を含むことが好ましい。より好ましくはIn−M−Zn系酸化物(MはAl、Ti、Ga
、Ge、Y、Zr、Sn、La、CeまたはHf等の金属)で表記される酸化物を含む構
成とする。
ランジスタについて説明する。
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2(A)
または図2(B)に相当する。なお、上記図面では、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。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。
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。
物半導体層130と、酸化物半導体層130と接するゲート絶縁膜160と、ゲート絶縁
膜160と接するゲート電極層170と、酸化物半導体層130、ゲート絶縁膜160お
よびゲート電極層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
気的に接続するソース電極層140およびドレイン電極層150と、上記構成の上に形成
された絶縁層185と、を有する。また、必要に応じて絶縁層185に接して絶縁層19
0(平坦化膜)などを設けられていてもよい。
採用する場合や、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」という用語は、入れ替
えて用いることができるものとする。また、「電極層」は、「配線」と言い換えることも
できる。
図示しているが、一層または三層以上の積層であってもよい。
図示しているが、一層または三層以上の積層であってもよい。導電層151および導電層
152で形成されるドレイン電極層150も同様である。
面が曲率を有するように形成することが好ましい。当該上面が曲率を有することで上部に
形成する膜の被覆性を向上させることができる。ただし、チャネル幅が比較的長い場合は
、図2(B)に示すように酸化物半導体層130の上部が平坦な領域があってもよい。な
お、当該チャネル幅に関する説明は本明細書で開示する他のトランジスタにも適用できる
。
イン電極層150が重なる領域を有さないセルフアライン構造である。セルフアライン構
造のトランジスタはゲート電極層とソース電極層および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。
ース領域)および領域232(ドレイン領域)と、領域231および領域232との間に
設けられ、かつゲート絶縁膜160を介してゲート電極層170と重なる領域233(チ
ャネル領域)を有する。
域を有する。絶縁層175に水素を含む絶縁材料を用いれば領域231および領域232
を低抵抗化することができる。
じる酸素欠損と、絶縁層175から領域231および領域232に拡散する水素との相互
作用により、領域231および領域232は低抵抗のn型となる。なお、水素を含む絶縁
材料としては、例えば窒化シリコン膜や窒化アルミニウム膜などを用いることができる。
を添加してもよい。酸化物半導体層に酸素欠損を形成する不純物としては、例えば、リン
、砒素、アンチモン、ホウ素、アルミニウム、シリコン、窒素、ヘリウム、ネオン、アル
ゴン、クリプトン、キセノン、インジウム、フッ素、塩素、チタン、亜鉛、および炭素の
いずれかから選択される一つ以上を用いることができる。当該不純物の添加方法としては
、プラズマ処理法、イオン注入法、イオンドーピング法、プラズマイマージョンイオンイ
ンプランテーション法などを用いることができる。
元素および酸素の結合が切断され、酸素欠損が形成される。酸化物半導体層に含まれる酸
素欠損と酸化物半導体層中に残存または後から添加される水素の相互作用により、酸化物
半導体層の導電率を高くすることができる。
とが好ましい。例えば、トランジスタが形成される基板をバイアスがかかるように一対の
電極の一方(カソード側)に設置し、減圧下のアルゴン雰囲気で当該一対の電極間に高周
波電力(13.56MHzなど)を印加し、アルゴンプラズマを発生させて処理を行う。
このとき、ゲート電極層170の一部がスパッタされてゲート絶縁膜160の端部に堆積
され、領域231および領域232とゲート電極層170とが短絡状態となってしまうこ
とがある。
0のパターンを形成するためのレジストマスクをゲート電極層170上に残した状態でプ
ラズマ処理を行うことが好ましい。
電極層170のスパッタが抑制されるため、領域231および領域232とゲート電極層
170との短絡の防止およびゲートリーク電流を低減することができる。また、レジスト
マスクの一部がスパッタされるため、例えば、アルゴンプラズマで処理を行った場合は、
領域231および領域232にアルゴンおよび炭素を添加することができる。上述したよ
うに、炭素が酸化物半導体層中に添加されると酸素欠損が形成されるため、酸化物半導体
層の導電率をさらに高くすることができる。
損を形成する不純物の濃度が領域233よりも高い部分を有する。また、当該酸素欠損に
水素が入るため、領域231および領域232は、水素濃度が領域233よりも高い部分
を有する。このような構成によってトランジスタを形成することでソース領域およびドレ
イン領域をより低抵抗とすることができ、トランジスタのオン電流を高めることができる
。
説明する。不純物元素の代表例としては、ホウ素、炭素、窒素、フッ素、アルミニウム、
シリコン、リン、塩素、希ガス元素等がある。希ガス元素の代表例としては、ヘリウム、
ネオン、アルゴン、クリプトンおよびキセノンがある。
損サイトに水素が入り伝導帯近傍にドナー準位が形成される。この結果、酸化物半導体は
、導電性が高くなり、導電体化する。導電体化された酸化物半導体を酸化物導電体という
ことができる。一般に、酸化物半導体は、エネルギーギャップが大きいため、可視光に対
して透光性を有する。一方、酸化物導電体は、伝導帯近傍にドナー準位を有する酸化物半
導体である。したがって、該ドナー準位による吸収の影響は小さく、可視光に対して酸化
物半導体と同程度の透光性を有する。
率の温度依存性について、図57を用いて説明する。
導体層が窒化シリコン膜に接することで形成された酸化物導電体層(OC_SiNx)、
ドーピング装置において酸化物半導体層にアルゴンが添加され、且つ窒化シリコン膜と接
することで形成された酸化物導電体層(OC_Ar dope+SiNx)、またはプラ
ズマ処理装置において酸化物半導体層がアルゴンプラズマに曝され、且つ窒化シリコン膜
と接することで形成された酸化物導電体層(OC_Ar plasma+SiNx)を作
製した。なお、窒化シリコン膜は、水素を含む。
、厚さ400nmの酸化窒化シリコン膜をプラズマCVD法により形成した後、酸素プラ
ズマに曝し、酸素イオンを酸化窒化シリコン膜に添加することで、加熱により酸素を放出
する酸化窒化シリコン膜を形成した。次に、加熱により酸素を放出する酸化窒化シリコン
膜上に、原子数比がIn:Ga:Zn=5:5:6のスパッタリングターゲットを用いた
スパッタ法により、厚さ100nmのIn−Ga−Zn酸化物膜を形成し、450℃の窒
素雰囲気で加熱処理した後、450℃の窒素および酸素の混合ガス雰囲気で加熱処理した
。次に、プラズマCVD法で、厚さ100nmの窒化シリコン膜を形成した。次に、35
0℃の窒素および酸素の混合ガス雰囲気で加熱処理した。
。ガラス基板上に、厚さ400nmの酸化窒化シリコン膜をプラズマCVD法により形成
した後、酸素プラズマに曝し、酸素イオンを酸化窒化シリコン膜に添加することで、加熱
により酸素を放出する酸化窒化シリコン膜を形成した。次に、加熱により酸素を放出する
酸化窒化シリコン膜上に、原子数比がIn:Ga:Zn=5:5:6のスパッタリングタ
ーゲットを用いたスパッタ法により、厚さ100nmのIn−Ga−Zn酸化物膜を形成
し、450℃の窒素雰囲気で加熱処理した後、450℃の窒素および酸素の混合ガス雰囲
気で加熱処理した。次に、ドーピング装置を用いて、In−Ga−Zn酸化物膜に、加速
電圧を10kVとし、ドーズ量が5×1014/cm2のアルゴンを添加して、In−G
a−Zn酸化物膜に酸素欠損を形成した。次に、プラズマCVD法で、厚さ100nmの
窒化シリコン膜を形成した。次に、350℃の窒素および酸素の混合ガス雰囲気で加熱処
理した。
示す。ガラス基板上に、厚さ400nmの酸化窒化シリコン膜をプラズマCVD法により
形成した後、酸素プラズマに曝すことで、加熱により酸素を放出する酸化窒化シリコン膜
を形成した。次に、加熱により酸素を放出する酸化窒化シリコン膜上に、原子数比がIn
:Ga:Zn=5:5:6のスパッタリングターゲットを用いたスパッタ法により、厚さ
100nmのIn−Ga−Zn酸化物膜を形成し、450℃の窒素雰囲気で加熱処理した
後、450℃の窒素および酸素の混合ガス雰囲気で加熱処理した。次に、プラズマ処理装
置において、アルゴンプラズマを発生させ、加速させたアルゴンイオンをIn−Ga−Z
n酸化物膜に衝突させることで酸素欠損を形成した。次に、プラズマCVD法で、厚さ1
00nmの窒化シリコン膜を形成した。次に、350℃の窒素および酸素の混合ガス雰囲
気で加熱処理した。
van−der−Pauw法で行った。図57において、横軸は測定温度を示し、縦軸は
抵抗率を示す。また、酸化物導電体層(OC_SiNx)の測定結果を四角印で示し、酸
化物導電体層(OC_Ar plasma+SiNx)の測定結果を三角印で示し、酸化
物導電体層(OC_Ar dope+SiNx)の測定結果を丸印で示す。
率の測定が困難であった。このため、酸化物導電体層は、酸化物半導体層より抵抗率が低
いことがわかる。
化物導電体層(OC_Ar plasma+SiNx)が、酸素欠損および水素を含む場
合、抵抗率の変動が小さい。代表的には、80K以上290K以下において、抵抗率の変
動率は、±20%未満である。または、150K以上250K以下において、抵抗率の変
動率は、±10%未満である。即ち、酸化物導電体は、縮退半導体であり、伝導帯端とフ
ェルミ準位とが一致または略一致していると推定される。このため、酸化物導電体層をト
ランジスタのソース領域およびドレイン領域として用いることで、酸化物導電体層とソー
ス電極およびドレイン電極として機能する導電膜との接触がオーミック接触となり、酸化
物導電体層とソース電極およびドレイン電極として機能する導電膜との接触抵抗を低減で
きる。また、酸化物導電体の抵抗率は温度依存性が低いため、酸化物導電体層とソース電
極およびドレイン電極として機能する導電膜との接触抵抗の変動量が少なく、信頼性の高
いトランジスタを作製することが可能である。
。図3(A)はトランジスタ102の上面図であり、図3(A)に示す一点鎖線B1−B
2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B3−B4方向
の断面は、図2(A)、(B)に示すトランジスタ101におけるチャネル幅方向の断面
と同じである。なお、上記図面では、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。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。
物半導体層130と、酸化物半導体層130と電気的に接続するソース電極層140およ
びドレイン電極層150と、酸化物半導体層130と接するゲート絶縁膜160と、ゲー
ト絶縁膜160と接するゲート電極層170と、酸化物半導体層130、ゲート絶縁膜1
60、ソース電極層140、ドレイン電極層150およびゲート電極層170を覆う絶縁
層175と、絶縁層175と接する絶縁層180と、上記構成の上に形成された絶縁層1
85と、を有する。また、必要に応じて絶縁層185に接して絶縁層190(平坦化膜)
などが設けられていてもよい。
半導体層130上に直接形成されている点、およびソース領域およびドレイン領域の構成
を除き、トランジスタ101と同様の構成を有する。
1および領域332と、領域331および領域332との間に設けられ、かつゲート絶縁
膜160を介してゲート電極層170と重なる領域333と、領域331と領域333と
の間に設けられた領域334と、領域332と領域333との間に設けられた領域335
と、を有する。
域332はドレイン電極層150と接する領域を有する。したがって、領域331および
領域332はソース電極層140およびドレイン電極層150として用いられる金属材料
に酸素が吸い取られるため酸素欠損が生じ、n型化して低抵抗化する。
は接しないが、水素を含む絶縁層175と接する領域を有する。絶縁層175を形成する
までの工程により領域334および領域335に生じる酸素欠損と、絶縁層175から領
域334および領域335に拡散する水素との相互作用により、領域334および領域3
35は低抵抗のn型となる。
ドレイン領域として作用させることができる。
域232と同様に酸素欠損を増加させるための不純物を添加してもよい。
一部がスパッタされてゲート絶縁膜160の端部に堆積することがあるため、トランジス
タ101と同様に、ゲート電極層170上にレジストマスクを残した状態でプラズマ処理
を行うことが好ましい。
領域334および領域335とゲート電極層170との短絡の防止およびゲートリーク電
流を低減することができる。また、レジストマスクの一部がスパッタされるため、例えば
、アルゴンプラズマで処理を行った場合は、領域334および領域335にアルゴンおよ
び炭素を添加することができる。前述したように、炭素が酸化物半導体層中に添加される
と酸素欠損が形成されるため、酸化物半導体層の導電率をさらに高くすることができる。
するための不純物の濃度が領域331、領域332および領域333よりも高い部分を有
する。また、当該酸素欠損に水素が入るため、領域334および領域335は、水素濃度
が領域333よりも高い部分を有する。このような構成によってトランジスタを形成する
ことでソース領域およびドレイン領域をより低抵抗とすることができ、トランジスタのオ
ン電流を高めることができる。
しくは50nm以下の場合には、ゲート電界の寄与によりオン電流は大きく低下しないた
め、上述したような低抵抗化を行わない構成とすることもできる。
体層130と基板110との間に導電層172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
電圧の制御を行うことができる。なお、図4(A)に示すチャネル長方向の断面において
、導電層172の幅を短くして、ソース電極層140やドレイン電極層150などと重な
らないようにしてもよい。さらに、導電層172の幅を、ゲート電極層170の幅よりも
短くしてもよい。
ダブル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、ゲート電極層170とは異なる定電位を導電層172に供給すればよい。ゲート電極
層170と導電層172を同電位とするには、例えば、図4(C)に示すように、ゲート
電極層170と導電層172とをコンタクトホールを介して電気的に接続すればよい。な
お、図4(A)、(B)、(C)はトランジスタ101の変形例として例示したが、当該
形態は図3に示すトランジスタ102に適用することもできる。
。図5(A)はトランジスタ103の上面図であり、図5(A)に示す一点鎖線C1−C
2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C3−C4方向
の断面が図6(A)または図6(B)に相当する。なお、上記図面では、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。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。
側から酸化物半導体層130b、酸化物半導体層130cの順で形成された点を除き、他
の構成はトランジスタ101と同じである。
異なる酸化物半導体層などを用いることができる。
。図7(A)はトランジスタ104の上面図であり、図7(A)に示す一点鎖線D1−D
2方向の断面が図7(B)に相当する。また、図7(A)に示す一点鎖線D3−D4方向
の断面が図8(A)または図8(B)に相当する。なお、上記図面では、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。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。
体層130cで覆われる構成である点を除き、他の構成はトランジスタ103と同じであ
る。
。図9(A)はトランジスタ105の上面図であり、図9(A)に示す一点鎖線E1−E
2方向の断面が図9(B)に相当する。また、図9(A)に示す一点鎖線E3−E4方向
の断面は、図6に示すトランジスタ103におけるチャネル幅方向の断面と同じである。
なお、上記図面では、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。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。
側から酸化物半導体層130b、酸化物半導体層130cの順で形成された点を除き、他
の構成はトランジスタ102と同じである。トランジスタ105の酸化物半導体層130
をトランジスタ104のように酸化物半導体層130bが酸化物半導体層130cで覆わ
れる構成としてもよい。
酸化物半導体層130と基板110との間に導電層172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を行うことができる。なお、図10(A)に示すチャネル長方向の
断面において、導電層172の幅を短くして、ソース電極層140やドレイン電極層15
0などと重ならないようにしてもよい。さらに、導電層172の幅を、ゲート電極層17
0の幅よりも短くしてもよい。また、図10(A)、(B)、(C)はトランジスタ10
4の変形例として例示したが、当該形態はトランジスタ103およびトランジスタ105
に適用することもできる。
い。図11(A)はトランジスタ106の上面図であり、図11(A)に示す一点鎖線F
1−F2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F3
−F4方向の断面が図12(A)または図12(B)に相当する。なお、上記図面では、
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。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。
0側から酸化物半導体層130a、酸化物半導体層130b、酸化物半導体層130cの
順で形成された点を除き、他の構成はトランジスタ101と同じである。
0cには、それ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。
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G
1−G2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G3
−G4方向の断面が図14(A)または図14(B)に相当する。なお、上記図面では、
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。また、一点鎖線
G1−G2方向をチャネル長方向、一点鎖線G3−G4方向をチャネル幅方向と呼称する
場合がある。
物半導体層130bが酸化物半導体層130cで覆われる構成である点を除き、他の構成
はトランジスタ106と同じである。
い。図15(A)はトランジスタ108の上面図であり、図15(A)に示す一点鎖線H
1−H2方向の断面が図15(B)に相当する。また、また、図15(A)に示す一点鎖
線H3−H4方向の断面が図16(A)または図16(B)に相当する。なお、上記図面
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。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。
物半導体層130bの一部が酸化物半導体層130cで覆われる構成である点を除き、他
の構成はトランジスタ106と同じである。
い。図17(A)はトランジスタ109の上面図であり、図17(A)に示す一点鎖線I
1−I2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I3
−I4方向の断面は、図16に示すトランジスタ108におけるチャネル幅方向の断面と
同じである。なお、上記図面では、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。また、一点鎖線I1−I2方向をチャネル長方向、一点鎖線I3−I
4方向をチャネル幅方向と呼称する場合がある。
0側から酸化物半導体層130a、酸化物半導体層130b、酸化物半導体層130cの
順で形成された点を除き、他の構成はトランジスタ102と同じである。また、トランジ
スタ109の酸化物半導体層130をトランジスタ107またはトランジスタ108のよ
うに、酸化物半導体層130aおよび酸化物半導体層130bまたはその一部が酸化物半
導体層130cで覆われる構成としてもよい。
酸化物半導体層130と基板110との間に導電層172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を行うことができる。なお、図18(A)に示すチャネル長方向の
断面において、導電層172の幅を短くして、ソース電極層140やドレイン電極層15
0などと重ならないようにしてもよい。さらに、導電層172の幅を、ゲート電極層17
0の幅よりも短くしてもよい。また、図18(A)、(B)、(C)はトランジスタ10
7の変形例として例示したが、当該形態はトランジスタ106、トランジスタ108およ
びトランジスタ109に適用することもできる。
ずれの構成においても、ゲート電極層170は、ゲート絶縁膜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。
。
本実施の形態では、実施の形態1に示したトランジスタの構成要素について詳細を説明す
る。
基板であってもよい。この場合、トランジスタのゲート電極層170、ソース電極層14
0、およびドレイン電極層150の一つ以上は、上記の他のデバイスと電気的に接続され
ていてもよい。
を用いることができる。また、シリコンや炭化シリコンからなる単結晶半導体基板、多結
晶半導体基板、シリコンゲルマニウムからなる化合物半導体基板、SOI(Silico
n On Insulator)基板などを用いることができる。
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1
00℃以上500℃以下の加熱処理で行われるTDS法にて、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、上述のよう
に基板110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(Chemical
Mechanical Polishing)法等で平坦化処理を行うことが好ましい
。
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。
8およびトランジスタ109が有するような酸化物半導体層130が酸化物半導体層13
0a、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。
層の場合は、上記酸化物半導体層130bに相当する層を用いればよい。
物半導体層130が二層の場合は、酸化物半導体層130b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積む構成や当該三層構造
におけるいずれかの界面に他の酸化物半導体層を挿入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。
0のうち、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とゲート絶縁膜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よりも高い原
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
。
、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、I
n−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、I
n−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、In−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。
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>0、且
つ、nは整数)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%以上、さらに好ましくはInが25atomic%未満、Mが7
5atomic%以上とする。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%以上、Mが75at
omic%未満、さらに好ましくはInが34atomic%以上、Mが66atomi
c%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。
以下、好ましくは3nm以上50nm以下とする。また、酸化物半導体層130b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10nm以上100nm以下とする。また、酸化物半導体層130bは、酸化物半導
体層130a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、1×1019/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、最も好ましくは
1×108/cm3未満1×10−9/cm3以上であることを指す。
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
1×1019atoms/cm3未満、好ましくは5×1018atoms/cm3未満
、さらに好ましくは1×1018atoms/cm3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
、2×1020atoms/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5×101
8atoms/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、5×1019atoms/c
m3未満、好ましくは5×1018atoms/cm3以下、より好ましくは1×101
8atoms/cm3以下、さらに好ましくは5×1017atoms/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1×1019atoms/cm3未満、好ましくは5×101
8atoms/cm3未満、さらに好ましくは1×1018atoms/cm3未満とす
る部分を有していればよい。また、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、炭素濃度を1×1019atoms/cm3未満
、好ましくは5×1018atoms/cm3未満、さらに好ましくは1×1018at
oms/cm3未満とする部分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。
造においては、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1
30a、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、本明細書の図面において、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)、酸化物半導体層130bにはIn:Ga:Zn=1:1:1、2:
1:3、5:5:6、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。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。なお、酸化物半導体層130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、U字型井戸とも呼ぶことができる。また、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。
絶縁膜との界面近傍には、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。マイ
ナスの電荷となる電子がトラップ準位に捕獲されることで、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。
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、ゲート絶縁膜160は
上記材料の積層であってもよい。なお、ゲート絶縁膜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。
例えば、酸素、窒素、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、等価酸化膜厚に対して物理的な膜厚を大きくできるため、等
価酸化膜厚を10nm以下または5nm以下とした場合でも、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、ゲート絶縁膜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。
ト絶縁膜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。
タは、しきい値電圧がプラス側にシフトする。ゲート電極層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、ゲート絶縁膜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。
o、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ゲート電極層170
を形成する。
とが好ましい。前述したように絶縁層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。
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、当該酸化物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ゲート絶縁膜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。
、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−Mnなどの合金と上記材料との積層を用いても
よい。本実施の形態では、導電層141および導電層151にW、導電層142および導
電層152にCuを用いてソース電極層140およびドレイン電極層150を形成する。
た酸化物半導体層の一部の領域では酸化物半導体膜中の酸素が脱離し、酸素欠損が形成さ
れる。膜中に僅かに含まれる水素が当該酸素欠損に入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。
層185を形成することが好ましい。絶縁層185としては、絶縁層175と同様の絶縁
膜を用いることができる。また、絶縁層185としては酸化アルミニウム膜を用いること
もできる。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、トランジスタの電気特性の変動要因となる水素、水分
などの不純物の酸化物半導体層130への混入防止、酸化物半導体層130を構成する主
成分材料である酸素の酸化物半導体層からの放出防止、絶縁層120からの酸素の不必要
な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。
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、チャネル幅が縮
小するとオン電流は低下する。
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170が形成されているため、酸化物
半導体層130に対しては垂直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。
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や、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、Icut(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、本発明の一態様であるトランジスタに使用することができる酸化物半
導体膜について説明する。
配置さ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、
「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。
。
以下では、酸化物半導体の構造について説明する。
る。非単結晶酸化物半導体としては、CAAC−OS(C Axis Aligned
Crystalline Oxide Semiconductor)、多結晶酸化物半
導体、nc−OS(nanocrystalline Oxide Semicondu
ctor)、擬似非晶質酸化物半導体(a−like OS:amorphous li
ke Oxide Semiconductor)、非晶質酸化物半導体などがある。
導体とに分けられる。結晶性酸化物半導体としては、単結晶酸化物半導体、CAAC−O
S、多結晶酸化物半導体、nc−OSなどがある。
て不均質構造を持たないことなどが知られている。また、結合角度が柔軟であり、短距離
秩序性は有するが、長距離秩序性を有さない構造と言い換えることもできる。
ely amorphous)酸化物半導体と呼ぶことはできない。また、等方的でない
(例えば、微小な領域において周期構造を有する)酸化物半導体を、完全な非晶質酸化物
半導体と呼ぶことはできない。ただし、a−like OSは、微小な領域において周期
構造を有するものの、鬆を有し、不安定な構造である。そのため、物性的には非晶質酸化
物半導体に近いといえる。
まずは、CAAC−OSについて説明する。
導体の一つである。
scope)によって、CAAC−OS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、複数のペレットを確認することができる。一方
、高分解能TEM像ではペレット同士の境界、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の断面の高分解能TEM像を示す。高
分解能TEM像の観察には、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19(B)より、ペレットにおいて、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の膜を形成する面(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19(B)および図19(C)
より、ペレット一つの大きさは1nm以上3nm以下程度であり、ペレットとペレットと
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。したがって、ペ
レットを、ナノ結晶(nc:nanocrystal)と呼ぶこともできる。また、CA
AC−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。
ト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19(D)参照。)。図19(C)で観察されたペレットとペレットとの間で傾
きが生じている箇所は、図19(D)に示す領域5161に相当する。
補正高分解能TEM像を示す。図20(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20(B)、図20(C)および図
20(D)に示す。図20(B)、図20(C)および図20(D)より、ペレットは、
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、異なるペレット間で、金属原子の配列に規則性は見られない。
AC−OSについて説明する。例えば、InGaZnO4の結晶を有するCAAC−OS
に対し、out−of−plane法による構造解析を行うと、図21(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、InGaZ
nO4の結晶の(009)面に帰属されることから、CAAC−OS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。
e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、In
GaZnO4の結晶の(110)面に帰属される。CAAC−OS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21(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であれば、2θを56°近傍に固定してφス
キャンした場合、図21(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−OS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。
nO4の結晶を有するCAAC−OSに対し、試料面に平行にプローブ径が300nmの
電子線を入射させると、図68(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。この回折パターンには、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に含まれるペレットが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68(B)に示す。図68
(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に含まれるペレットの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68(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68(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。
晶性は不純物の混入や欠陥の生成などによって低下する場合があるため、逆の見方をする
とCAAC−OSは不純物や欠陥(酸素欠損など)の少ない酸化物半導体ともいえる。
元素などがある。例えば、シリコンなどの、酸化物半導体を構成する金属元素よりも酸素
との結合力の強い元素は、酸化物半導体から酸素を奪うことで酸化物半導体の原子配列を
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、酸化物半導体の原子配列を
乱し、結晶性を低下させる要因となる。
る。例えば、酸化物半導体に含まれる不純物は、キャリアトラップとなる場合や、キャリ
ア発生源となる場合がある。また、酸化物半導体中の酸素欠損は、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。
る。具体的には、キャリア密度を8×1011/cm3未満、好ましくは1×1011/
cm3未満、さらに好ましくは1×1010/cm3未満であり、1×10−9/cm3
以上とすることができる。そのような酸化物半導体を、高純度真性または実質的に高純度
真性な酸化物半導体と呼ぶ。CAAC−OSは、不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低い
。即ち、安定な特性を有する酸化物半導体であるといえる。
次に、nc−OSについて説明する。
な結晶部を確認することのできない領域と、を有する。nc−OSに含まれる結晶部は、
1nm以上10nm以下、または1nm以上3nm以下の大きさであることが多い。なお
、結晶部の大きさが10nmより大きく100nm以下である酸化物半導体を微結晶酸化
物半導体と呼ぶことがある。nc−OS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におけるペレットと
起源を同じくする可能性がある。そのため、以下ではnc−OSの結晶部をペレットと呼
ぶ場合がある。
nm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は、異なるペレ
ット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は、分析方法によっては、a−like OSや非晶質酸化物半導体
と区別が付かない場合がある。例えば、nc−OSに対し、ペレットよりも大きい径のX
線を用いた場合、out−of−plane法による解析では、結晶面を示すピークは検
出されない。また、nc−OSに対し、ペレットよりも大きいプローブ径(例えば50n
m以上)の電子線を用いる電子回折を行うと、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に対し、ペレットの大きさと近いかペレットより小さいプロ
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、n
c−OS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、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。
OSを、RANC(Random Aligned nanocrystals)を有す
る酸化物半導体、またはNANC(Non−Aligned nanocrystals
)を有する酸化物半導体と呼ぶこともできる。
nc−OSは、a−like OSや非晶質酸化物半導体よりも欠陥準位密度が低くなる
。ただし、nc−OSは、異なるペレット間で結晶方位に規則性が見られない。そのため
、nc−OSは、CAAC−OSと比べて欠陥準位密度が高くなる。
a−like OSは、nc−OSと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する酸化物半
導体である。
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。
OSが、CAAC−OSおよびnc−OS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。
試料Bと表記する。)およびCAAC−OS(試料Cと表記する。)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。
InGaZnO4の結晶の単位格子は、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69より、a−lik
e OS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69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4.2×108e−/nm
2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
およびCAAC−OS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
69中の(2)および(3)で示すように、電子の累積照射量によらず、nc−OSおよ
びCAAC−OSの結晶部の大きさは、それぞれ1.4nm程度および2.1nm程度で
あることがわかる。
る。一方、nc−OSおよびCAAC−OSは、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は、nc−OSおよびCAAC−O
Sと比べて、不安定な構造であることがわかる。
て密度の低い構造である。具体的には、a−like OS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の密度およびCAAC
−OS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は、成膜すること自体が困難である。
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において
、a−like OS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において、
nc−OSの密度およびCAAC−OS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。
お、酸化物半導体は、例えば、非晶質酸化物半導体、a−like OS、nc−OS、
CAAC−OS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、本発明の一態様の表示装置について図面を用いて説明する。
ども含む)を指す。また、コネクター、例えばFPC、TCP(Tape Carrie
r Package)が取り付けられたモジュール、TCPの先にプリント配線板が設け
られたモジュール、または表示素子にCOG方式により駆動回路が直接実装されたモジュ
ールも全て表示装置に含むものとする。
瞭化のために一部の要素を拡大、縮小、透過、または省略して図示している。
めの回路部504および回路部505と、画素部502、回路部504および回路部50
5を囲むように配置されるシール材512と、基板501に対向するように設けられる基
板507と、を有する。なお、回路部504としては、例えば信号線駆動回路(ソースド
ライバ)、回路部505としては、例えば、走査線駆動回路(ゲートドライバ)を有する
ことができる。
図示しないが、基板501と基板507の間には表示素子が設けられる。すなわち、画素
部502、回路部504、回路部505、および表示素子は、基板501とシール材51
2と基板507によって封止されている。
異なる領域に、画素部502、回路部504および回路部505と電気的に接続されるF
PC端子部508(FPC:Flexible printed circuit)が設
けられる。
502、回路部504および回路部505に各種信号等が供給される。また、画素部50
2、回路部504、回路部505、およびFPC端子部508には、信号線510が各々
接続されている。FPC516により供給される各種信号等は、信号線510を介して、
画素部502、回路部504および回路部505に与えられる。
示したが、当該回路の構成はこれに限られない。例えば、当該回路を一つの領域にまとめ
て配置してもよい。また、当該回路を三つ以上に分割して配置してもよい。また、回路部
504および回路部505のいずれか一方のみを基板501上に形成し、他方の回路を外
付けにしてもよい。
様に基板501上に形成する構成であってもよいし、COG(Chip On Glas
s)などでICチップを実装する構成であってもよい。また、TCPなどを接続する構成
であってもよい。
ネル形成領域が酸化物半導体層で形成された複数のトランジスタを有している。
くすることができ、開口率を向上させることができる。また、当該トランジスタを用いて
画素部502と同一基板上に回路部504および回路部505を形成することもできる。
また、当該トランジスタはオフ電流が極めて小さく、画像信号等の保持時間を長くするこ
とができることから、フレーム周波数を低くすることができ、表示装置の消費電力を低減
させることができる。
スタのチャネル形成領域に当該結晶を有する酸化物半導体層を用いると、例えば、表示装
置500を曲げる際に当該酸化物半導体層にクラック等が入りにくくなるため、信頼性を
向上させることができる。
ン層や多結晶シリコン層を用いるよりも優れた表示装置を形成することができる。
ができる。
用いた場合における、図22に示す一点鎖線J1−J2の断面図である。
が、上記順序で積層されている。
、接続電極560と、導電膜572などを有する。また、第2の素子層は、導電膜574
と、絶縁膜534と、着色層536(カラーフィルタ)と、遮光層538(ブラックマト
リクス)などを有する。なお、第1の素子層および第2の素子層においては、上記の要素
の一部が含まれない場合もある。また、上記以外の要素が含まれる場合もある。
され、液晶素子575を形成する。
4と、FPC端子部508と、を有する。なお、引き回し配線部511は、信号線510
を有する。
04にトランジスタ552がそれぞれ設けられる構成について例示している。
れに限定されない。トランジスタ550とトランジスタ552は、適宜サイズ(チャネル
長およびチャネル幅等)、または数などを変えることができる。また、図23においては
、回路部505は図示していないが、回路部504と同様の構成とすることができる。
びドレイン電極層を形成する工程で形成することができる。
する。また、接続電極560は、トランジスタ550のソース電極層およびドレイン電極
層を形成する工程で形成することができる。また、接続電極560は、FPC516が有
する端子と異方性導電膜580を介して、電気的に接続される。
線として、銅元素を含む配線を用いることが好ましい。銅元素を含む配線を用いることで
、配線抵抗に起因する信号遅延等が少なくすることができる。
570が設けられている。
ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂等の耐熱性を有する有機材料を
用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させることで、
平坦化絶縁膜570を形成してもよい。また、平坦化絶縁膜570を設けない構成として
もよい。
膜572が電気的に接続される。導電膜572は、平坦化絶縁膜570上に形成され画素
電極、すなわち液晶素子の一方の電極として機能する。導電膜572としては、可視光に
おいて透光性のある導電膜を用いると好ましい。該導電膜としては、例えば、インジウム
(In)、亜鉛(Zn)、錫(Sn)の中から選ばれた一種を含む材料を用いるとよい。
574は、基板507側に設けられ、対向電極としての機能を有する。図23に示す液晶
表示装置500aは、導電膜572と導電膜574に印加される電圧によって、液晶層5
76の配向状態を変えることによって光の透過、非透過が制御され画像を表示することが
できる。
、それぞれ配向膜を設ける構成としてもよい。そのほか、偏光部材、位相差部材、反射防
止部材などの光学部材(光学基板)などは適宜設けてもよい。例えば、偏光基板および位
相差基板による円偏光を用いてもよい。また、光源としてバックライト、サイドライトな
どを用いてもよい。
は、絶縁膜を選択的にエッチングすることで得られる柱状のスペーサであり、液晶層57
6の膜厚(セルギャップ)を制御するために設けられる。なお、スペーサ578として、
球状のスペーサを用いていても良い。
液晶、高分子分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。これ
らの液晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カ
イラルネマチック相、等方相等を示す。
。ブルー相は液晶相の一つであり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリッ
ク相から等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現
しないため、温度範囲を改善するために数重量%以上のカイラル剤を混合させた液晶組成
物を用いて液晶層に用いる。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応
答速度が短く、光学的等方性であるため配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。
また配向膜を設けなくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によっ
て引き起こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破
損を軽減することができる。
モード、IPS(In−Plane−Switching)モード、FFS(Fring
e Field Switching)モード、ASM(Axially Symmet
ric aligned Micro−cell)モード、OCB(Optical C
ompensated Birefringence)モード、FLC(Ferroel
ectric Liquid Crystal)モード、AFLC(AntiFerro
electric Liquid Crystal)モードなどを用いることができる。
過型の液晶表示装置としてもよい。垂直配向モードとしては、いくつか挙げられるが、例
えば、MVA(Multi−Domain Vertical Alignment)モ
ード、PVA(Patterned Vertical Alignment)モード、
ASVモードなどを用いることができる。
用いることができる。また、カラー表示する際に画素で制御する色要素としては、RGB
(Rは赤、Gは緑、Bは青を表す)の三色に限定されない。例えば、Rの画素とGの画素
とBの画素とW(白)の画素の四画素から構成されてもよい。または、ペンタイル配列の
ように、RGBのうちの2色分で一つの色要素を構成し、色要素よって、異なる2色を選
択して構成してもよい。またはRGBに、イエロー、シアン、マゼンタ等を一色以上追加
してもよい。なお、色要素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい。た
だし、開示する発明はカラー表示の表示装置に限定されるものではなく、モノクロ表示の
表示装置に適用することもできる。
00に発光素子を用いた場合における、図22に示す一点鎖線J1−J2の断面図である
。なお、上述した液晶表示装置500aと重複する説明は省略する。
、基板507が、上記順序で積層されている。
70と、接続電極560と、発光素子680と、絶縁膜530と、信号線510と、接続
電極560を有する。また、第2の素子層611は、絶縁膜534と、着色層536と、
遮光層538と、を有する。また、第1の素子層610と第2の素子層611は、封止層
632およびシール材512によって密閉される。なお、第1の素子層610および第2
の素子層611においては、上記の要素の一部が含まれない場合もある。また、上記以外
の要素が含まれる場合もある。
示装置500bは、発光素子680が有するEL層646が発光することによって、画像
を表示することができる。
は、導電膜644の一部を覆う。導電膜644にEL層が発する光に対して反射率の高い
導電膜を用い、導電膜648にEL層が発する光に対して透光性が高い導電膜を用いるこ
とで、発光素子680をトップエミッション構造とすることができる。また、導電膜64
4に当該光に対して透光性の高い導電膜を用い、導電膜648に当該光に対して反射率の
高い導電膜を用いることで、発光素子680をボトムエミッション構造とすることができ
る。また、導電膜644および導電膜648の両方に当該光に対して透光性が高い導電膜
を用いることでデュアルエミッション構造とすることができる。
位置、引き回し配線部511、および回路部504に遮光層538が設けられている。着
色層536および遮光層538は、絶縁膜534で覆われている。発光素子680と絶縁
膜534の間は封止層632で充填されている。なお、EL表示装置500bにおいては
、着色層536を設ける構成について例示したが、これに限定されない。例えば、EL層
646を塗り分けにより形成する場合においては、着色層536を設けない構成としても
よい。
ことができる。
本実施の形態では、本発明の一態様である表示装置に含まれるトランジスタについて説明
する。
例えば、表示装置の画素部に含まれるトランジスタと当該画素部を駆動するための駆動回
路部に用いるトランジスタを異なる構成とすることで、それぞれに適した電気特性与える
ことができ、かつ表示装置の信頼性を向上させることができる。
効果移動度の高いトランジスタとすることもできる。
的には、駆動回路部に含まれるトランジスタのチャネル長を2.5μm未満、または1.
45μm以上2.2μm以下とすることができる。一方、画素部に含まれるトランジスタ
のチャネル長を2.5μm以上、または2.5μm以上20μm以下とすることができる
。
5μm以上2.2μm以下とすることで、画素部に含まれるトランジスタと比較して、電
界効果移動度を高めることが可能であり、オン電流増大させることができる。この結果、
高速動作が可能な駆動回路部を作製することができる。
削減することができる。
に含まれるトランジスタとして図1に示すトランジスタ101を適用し、駆動回路部に含
まれるトランジスタとして図7に示すトランジスタ104を適用した例である。
頼性の高いトランジスタが望まれる。例えば、原子数比がIn:Ga:Zn=1:1:1
またはIn:Ga:Zn=5:5:6である材料をターゲットに用いたスパッタ法で成膜
した酸化物半導体層をチャネル形成領域に用いることで、光照射に対して信頼性の高いト
ランジスタを形成することができる。
る。例えば、原子数比がIn:Ga:Zn=3:1:2である材料をターゲットに用いた
スパッタ法で成膜した酸化物半導体層をチャネル形成領域に用いることで、電界効果移動
度の高いトランジスタを形成することができる。
2種類のトランジスタを同一基板上に簡易に作り分けられる方法を図25および図26を
用いて説明する。なお、図面の左側には画素部に用いるトランジスタとして図1に示すト
ランジスタ101と同様の構成のトランジスタAのチャネル長方向の断面を例示する。ま
た、図面の右側には駆動回路部に用いるトランジスタとして図7に示すトランジスタ10
4と同様の構成のトランジスタBのチャネル長方向の断面を例示する。なお、トランジス
タAおよびトランジスタBで共通する要素の符号はどちらか一方のみに付する。
材質は実施の形態2の説明を参照することができる。なお、絶縁層120は、スパッタ法
、CVD法、MBE法などを用いて形成することができる。
インプランテーション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120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。
散の影響が無い場合は、絶縁層120を設けない構成とすることができる。
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。
(A)参照)。そして当該レジストマスクを用いて酸化物半導体膜130Bを選択的にエ
ッチングし、酸化物半導体層130bを形成する(図25(B)参照)。
ッタ装置)を用いて成膜することが好ましい。スパッタ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1×10−4Pa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500℃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。
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。
半導体層130bおよび酸化物半導体層130cの材料を用いることができる。本実施の
形態においては、例えば、酸化物半導体膜130BにIn:Ga:Zn=3:1:2[原
子数比]のIn−Ga−Zn酸化物、酸化物半導体膜130CにIn:Ga:Zn=1:
1:1またはIn:Ga:Zn=5:5:6[原子数比]のIn−Ga−Zn酸化物を用
いる。なお、酸化物半導体膜130B、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。
ては、RFスパッタ法、DCスパッタ法、ACスパッタ法等を用いることができる。
、250℃以上650℃以下、好ましくは300℃以上500℃以下の温度で、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130
bおよび酸化物半導体層130cの積層を形成するエッチングの後に行ってもよい。
トマスク823を駆動回路領域における酸化物半導体層130bおよび酸化物半導体膜1
30Cからなる積層上に形成する(図25(C)参照)。
画素領域に酸化物半導体層130cを形成する。また、駆動回路領域に酸化物半導体層1
30bおよび酸化物半導体層130cからなる積層を形成する(図25(D)参照)。こ
のとき、駆動回路領域における酸化物半導体層130cは酸化物半導体層130bを覆う
ように形成される。
び酸化物半導体層130cからなる積層上にゲート絶縁膜となる絶縁膜160aを形成す
る。絶縁膜160aは、実施の形態3で説明したゲート絶縁膜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、スパッタ法、CVD法、MBE法
などを用いることができる。
aを形成する。導電膜171aおよび導電膜172aは、実施の形態2で説明したゲート
電極層170に用いることのできる材料で形成すればよい。導電膜171aおよび導電膜
172aの形成には、スパッタ法、CVD法、MBE法などを用いることができる(図2
6(A)参照)。
、導電膜172a、導電膜171aおよび絶縁膜160aを選択的にエッチングし、ゲー
ト電極層170およびゲート絶縁膜160を形成する。
232に酸素欠損を形成する不純物830を添加して低抵抗化させ、ソース領域およびド
レイン領域を形成する(図26(B)参照)。不純物830としては、例えば、アルゴン
をプラズマ処理法で添加する。
去することが好ましい。
を参照することができる。また、絶縁層175は、スパッタ法、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
法、CVD法、MBE法などで形成することができる。
80および絶縁層175を選択的にエッチングし、領域231および領域232に通じる
コンタクトホールを形成する。
ングすることでソース電極層140およびドレイン電極層150を形成する。当該導電膜
の材質は、実施の形態2の説明を参照することができる。また、当該導電膜は、スパッタ
法、CVD法、MBE法などで形成することができる。
は、実施の形態3の説明を参照することができる。また、絶縁層185は、スパッタ法、
CVD法、MBE法などで形成することができる。
ンドーピング法、プラズマイマージョンイオンインプランテーション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180および/または絶縁層1
85から酸化物半導体層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2の加熱処理により、絶縁層120、絶縁層180、絶縁層18
5から過剰酸素が放出されやすくなり、酸化物半導体層の酸素欠損を低減することができ
る。
酸化物半導体層を有するトランジスタを同一基板上に簡易に形成することができる。また
、高速動作が可能であり、且つ光照射の劣化が少なく、表示品質に優れた画素部を有する
表示装置を作製することができる。
はスパッタ法やプラズマ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(Chemical Vapor Deposition)法により形成してもよ
い。熱CVD法の例としては、MOCVD(Metal Organic Chemic
al Vapor Deposition)法やALD(Atomic Layer D
eposition)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
−ZnOX(X>0)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(C2
H5)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(C2
H5)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(CH3)2]4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。
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ガスを同時に導入してタングステン膜を形成する。なお、B2H6ガスに代え
てSiH4ガスを用いてもよい。
(X>0)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ガスを同時に導入してG
aO層を形成し、更にその後Zn(CH3)2とO3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、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(CH3)
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。
。
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表示装置の構成例について
説明する。
図27(A)は、本発明の一態様の表示装置の上面図であり、図27(B)は、本発明の
一態様の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27(C)は、本発明の一態様の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上記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、走査線駆動回路702、走査線駆動回路703、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、複数の走査線が走査線駆動回路702、および走査線駆動回路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(Fl
exible 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。
4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700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。
また、画素の回路構成の一例を図27(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は上記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。
的に接続する第2の画素電極層の形状について説明する。第1の画素電極層と第2の画素
電極層の形状は、スリットによって分離されている。第1の画素電極層はV字型に広がる
形状を有し、第2の画素電極層は第1の画素電極層の外側を囲むように形成される。
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。
は第2の画素電極層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。
。第1の液晶素子718は第1の画素電極層と対向電極層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の画素電極層と対向電極層とその間の液晶層とで構成され
る。
す画素に新たにスイッチ、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27(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。なお、本発明の一態様の金属酸化物膜は
、nチャネル型のトランジスタのチャネル形成領域に用いることができる。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。駆動用トランジスタ722のゲート容量については、チャネル形成領域とゲー
ト電極層との間で容量が形成されていてもよい。
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の閾値電圧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、発光素子または発光装置は、例え
ば、EL(エレクトロルミネッセンス)素子(有機物および無機物を含む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)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)、MIRASOL(登録商標)、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。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SED方式平面型ディスプレイ(SED:Surface−conduc
tion Electron−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、SRAM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
28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と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
ネルとすることも可能である。
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。
により発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8009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。
。
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回路の一例について図面を
参照して説明する。
図29(A)に本発明の一態様の半導体装置の断面図を示す。図29(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。図29(A)では、第2の半導体
材料を用いたトランジスタ2100として、先の実施の形態で例示したトランジスタを適
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。
。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を覆う絶縁膜2204と
、絶縁膜2204上に配線2205と、トランジスタ2100の一対の電極と同一の導電
膜を加工して得られた配線2206と、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。
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上に水素の拡散を防止する機能を有するブロック膜2208(トランジスタ
101乃至トランジスタ103では絶縁層180に相当)を形成することが好ましい。ブ
ロック膜2208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2208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29(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。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。
図29(B)に示す回路図は、pチャネル型のトランジスタ2200とnチャネル型のト
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。
また、図29(C)に示す回路図は、トランジスタ2100とトランジスタ2200のそ
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。
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30
に示す。
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、上記実施の形態で説明したトランジスタを用いる
ことができる。
では、トランジスタ3300にバックゲートを設けた構成を示しているが、バックゲート
を設けない構成であってもよい。
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。
続され、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、配線3003はトランジスタ3300のソース電極またはドレイン電極の一方と
電気的に接続され、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のゲート電極は、トランジスタ3300のソー
ス電極またはドレイン電極の他方、および容量素子3400の電極の一方と電気的に接続
され、配線3005は容量素子3400の電極の他方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。
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、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3
400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、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3
300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。
態で、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、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320
0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配線3005の電位をいうものとする。したがって、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、Hi
ghレベル電荷が与えられていた場合には、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、配線3005の電位がV0(<Vth_L)となっても、トランジスタ3
200は「オフ状態」のままである。このため、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。
遊状態である配線3003と容量素子3400とが導通し、配線3003と容量素子34
00の間で電荷が再分配される。その結果、配線3003の電位が変化する。配線300
3の電位の変化量は、容量素子3400の第1の端子の電位(あるいは容量素子3400
に蓄積された電荷)によって、異なる値をとる。
3003が有する容量成分をCB、電荷が再分配される前の配線3003の電位をVB0
とすると、電荷が再分配された後の配線3003の電位は、(CB×VB0+C×V)/
(CB+C)となる。したがって、メモリセルの状態として、容量素子3400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V1を保持してい
る場合の配線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。
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生じにくい。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。
ことができる。
本実施の形態では、先の実施の形態で説明したトランジスタ、または記憶装置を含むRF
タグについて、図31を参照して説明する。
し、非接触手段、例えば無線通信を用いて外部と情報の授受を行うものである。このよう
な特徴から、RFタグは、物品などの個体情報を読み取ることにより物品の識別を行う個
体認証システムなどに用いることが可能である。なお、これらの用途に用いるためには極
めて高い信頼性が要求される。
ロック図である。
いう)に接続されたアンテナ802から送信される無線信号803を受信するアンテナ8
04を有する。またRFタグ800は、整流回路805、定電圧回路806、復調回路8
07、変調回路808、論理回路809、記憶回路810、ROM811を有している。
なお、復調回路807に含まれる整流作用を示すトランジスタに逆方向電流を十分に抑制
することが可能な材料、例えば、酸化物半導体、が用いられた構成としてもよい。これに
より、逆方向電流に起因する整流作用の低下を抑制し、復調回路の出力が飽和することを
防止できる。つまり、復調回路の入力に対する復調回路の出力を線形に近づけることがで
きる。なお、データの伝送形式は、一対のコイルを対向配置して相互誘導によって交信を
行う電磁結合方式、誘導電磁界によって交信する電磁誘導方式、電波を利用して交信する
電波方式の3つに大別される。本実施の形態に示すRFタグ800は、そのいずれの方式
に用いることも可能である。
テナ802との間で無線信号803の送受信を行うためのものである。また、整流回路8
05は、アンテナ804で無線信号を受信することにより生成される入力交流信号を整流
、例えば、半波2倍圧整流し、後段に設けられた容量素子により、整流された信号を平滑
化することで入力電位を生成するための回路である。なお、整流回路805の入力側また
は出力側には、リミッタ回路を設けてもよい。リミッタ回路とは、入力交流信号の振幅が
大きく、内部生成電圧が大きい場合に、ある電力以上の電力を後段の回路に入力しないよ
うに制御するための回路である。
回路である。なお、定電圧回路806は、内部にリセット信号生成回路を有していてもよ
い。リセット信号生成回路は、安定した電源電圧の立ち上がりを利用して、論理回路80
9のリセット信号を生成するための回路である。
るための回路である。また、変調回路808は、アンテナ804より出力するデータに応
じて変調を行うための回路である。
入力された情報を保持する回路であり、ロウデコーダ、カラムデコーダ、記憶領域などを
有する。また、ROM811は、固有番号(ID)などを格納し、処理に応じて出力を行
うための回路である。
本発明の一態様の記憶回路は、電源が遮断された状態であっても情報を保持できるため、
RFタグに好適に用いることができる。さらに本発明の一態様の記憶回路は、データの書
き込みに必要な電力(電圧)が従来の不揮発性メモリに比べて著しく小さいため、データ
の読み出し時と書込み時の最大通信距離の差を生じさせないことも可能である。さらに、
データの書き込み時に電力が不足し、誤動作または誤書込みが生じることを抑制すること
ができる。
め、ROM811に適用することもできる。その場合には、生産者がROM811にデー
タを書き込むためのコマンドを別途用意し、ユーザが自由に書き換えできないようにして
おくことが好ましい。生産者が出荷前に固有番号を書込んだのちに製品を出荷することで
、作製したRFタグすべてについて固有番号を付与するのではなく、出荷する良品にのみ
固有番号を割り当てることが可能となり、出荷後の製品の固有番号が不連続になることが
なく出荷後の製品に対応した顧客管理が容易となる。
ことができる。
本実施の形態では、先の実施の形態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32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32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、先の実施の形態に示したトランジスタ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
。
記憶素子1200は、電源遮断で記憶データが揮発する回路1201と、電源遮断で記憶
データが揮発しない回路1202と、スイッチ1203と、スイッチ1204と、論理素
子1206と、容量素子1207と、選択機能を有する回路1220と、を有する。回路
1202は、容量素子1208と、トランジスタ1209と、トランジスタ1210と、
を有する。なお、記憶素子1200は、必要に応じて、ダイオード、抵抗素子、インダク
タなどのその他の素子をさらに有していても良い。
記憶素子1200への電源電圧の供給が停止した際、回路1202のトランジスタ120
9のゲートには接地電位(0V)、またはトランジスタ1209がオフする電位が入力さ
れ続ける構成とする。例えば、トランジスタ1209の第1ゲートが抵抗等の負荷を介し
て接地される構成とする。
て構成され、スイッチ1204は、一導電型とは逆の導電型(例えば、pチャネル型)の
トランジスタ1214を用いて構成した例を示す。ここで、スイッチ1203の第1の端
子はトランジスタ1213のソースとドレインの一方に対応し、スイッチ1203の第2
の端子はトランジスタ1213のソースとドレインの他方に対応し、スイッチ1203は
トランジスタ1213のゲートに入力される制御信号RDによって、第1の端子と第2の
端子の間の導通または非導通(つまり、トランジスタ1213のオン状態またはオフ状態
)が選択される。スイッチ1204の第1の端子はトランジスタ1214のソースとドレ
インの一方に対応し、スイッチ1204の第2の端子はトランジスタ1214のソースと
ドレインの他方に対応し、スイッチ1204はトランジスタ1214のゲートに入力され
る制御信号RDによって、第1の端子と第2の端子の間の導通または非導通(つまり、ト
ランジスタ1214のオン状態またはオフ状態)が選択される。
ちの一方、およびトランジスタ1210のゲートと電気的に接続される。ここで、接続部
分をノードM2とする。トランジスタ1210のソースとドレインの一方は、低電源電位
を供給することのできる配線(例えばGND線)に電気的に接続され、他方は、スイッチ
1203の第1の端子(トランジスタ1213のソースとドレインの一方)と電気的に接
続される。スイッチ1203の第2の端子(トランジスタ1213のソースとドレインの
他方)はスイッチ1204の第1の端子(トランジスタ1214のソースとドレインの一
方)と電気的に接続される。スイッチ1204の第2の端子(トランジスタ1214のソ
ースとドレインの他方)は電源電位VDDを供給することのできる配線と電気的に接続さ
れる。スイッチ1203の第2の端子(トランジスタ1213のソースとドレインの他方
)と、スイッチ1204の第1の端子(トランジスタ1214のソースとドレインの一方
)と、論理素子1206の入力端子と、容量素子1207の一対の電極のうちの一方と、
は電気的に接続される。ここで、接続部分をノードM1とする。容量素子1207の一対
の電極のうちの他方は、一定の電位が入力される構成とすることができる。例えば、低電
源電位(GND等)または高電源電位(VDD等)が入力される構成とすることができる
。容量素子1207の一対の電極のうちの他方は、低電源電位を供給することのできる配
線(例えばGND線)と電気的に接続される。容量素子1208の一対の電極のうちの他
方は、一定の電位が入力される構成とすることができる。例えば、低電源電位(GND等
)または高電源電位(VDD等)が入力される構成とすることができる。容量素子120
8の一対の電極のうちの他方は、低電源電位を供給することのできる配線(例えばGND
線)と電気的に接続される。
積極的に利用することによって省略することも可能である。
る。スイッチ1203およびスイッチ1204は、制御信号WEとは異なる制御信号RD
によって第1の端子と第2の端子の間の導通状態または非導通状態を選択され、一方のス
イッチの第1の端子と第2の端子の間が導通状態のとき他方のスイッチの第1の端子と第
2の端子の間は非導通状態となる。
ゲート)を有する構成を図示している。第1ゲートには制御信号WEを入力し、第2ゲー
トには制御信号WE2を入力することができる。制御信号WE2は、一定の電位の信号と
すればよい。当該一定の電位には、例えば、接地電位GNDやトランジスタ1209のソ
ース電位よりも小さい電位などが選ばれる。このとき、制御信号WE2は、トランジスタ
1209のしきい値電圧を制御するための電位信号であり、トランジスタ1209のIc
utをより低減することができる。また、制御信号WE2は、制御信号WEと同じ電位信
号であってもよい。なお、トランジスタ1209としては、第2ゲートを有さないトラン
ジスタを用いることもできる。
に対応する信号が入力される。図33では、回路1201から出力された信号が、トラン
ジスタ1209のソースとドレインの他方に入力される例を示した。スイッチ1203の
第2の端子(トランジスタ1213のソースとドレインの他方)から出力される信号は、
論理素子1206によってその論理値が反転された反転信号となり、回路1220を介し
て回路1201に入力される。
レインの他方)から出力される信号は、論理素子1206および回路1220を介して回
路1201に入力する例を示したがこれに限定されない。スイッチ1203の第2の端子
(トランジスタ1213のソースとドレインの他方)から出力される信号が、論理値を反
転させられることなく、回路1201に入力されてもよい。例えば、回路1201内に、
入力端子から入力された信号の論理値が反転した信号が保持されるノードが存在する場合
に、スイッチ1203の第2の端子(トランジスタ1213のソースとドレインの他方)
から出力される信号を当該ノードに入力することができる。
タ1209以外のトランジスタは、酸化物半導体以外の半導体でなる層または基板119
0にチャネルが形成されるトランジスタとすることができる。例えば、シリコン層または
シリコン基板にチャネルが形成されるトランジスタとすることができる。また、記憶素子
1200に用いられるトランジスタ全てを、チャネルが酸化物半導体層で形成されるトラ
ンジスタとすることもできる。または、記憶素子1200は、トランジスタ1209以外
にも、チャネルが酸化物半導体層で形成されるトランジスタを含んでいてもよく、残りの
トランジスタは酸化物半導体以外の半導体でなる層または基板1190にチャネルが形成
されるトランジスタとすることもできる。
また、論理素子1206としては、例えばインバータやクロックドインバータ等を用いる
ことができる。
、回路1201に記憶されていたデータを、回路1202に設けられた容量素子1208
によって保持することができる。
例えば、酸化物半導体層にチャネルが形成されるトランジスタのオフ電流は、結晶性を有
するシリコンにチャネルが形成されるトランジスタのオフ電流に比べて著しく低い。その
ため、当該トランジスタをトランジスタ1209として用いることによって、記憶素子1
200に電源電圧が供給されない間も容量素子1208に保持された信号は長期間にわた
り保たれる。こうして、記憶素子1200は電源電圧の供給が停止した間も記憶内容(デ
ータ)を保持することが可能である。
作を行うことを特徴とする記憶素子であるため、電源電圧供給再開後に、回路1201が
元のデータを保持しなおすまでの時間を短くすることができる。
1210のゲートに入力される。そのため、記憶素子1200への電源電圧の供給が再開
された後、容量素子1208によって保持された信号を、トランジスタ1210の状態(
オン状態、またはオフ状態)に変換して、回路1202から読み出すことができる。それ
故、容量素子1208に保持された信号に対応する電位が多少変動していても、元の信号
を正確に読み出すことが可能である。
記憶装置に用いることで、電源電圧の供給停止による記憶装置内のデータの消失を防ぐこ
とができる。また、電源電圧の供給を再開した後、短時間で電源供給停止前の状態に復帰
することができる。よって、プロセッサ全体、もしくはプロセッサを構成する一つ、また
は複数の論理回路において、短い時間でも電源停止を行うことができるため、消費電力を
抑えることができる。
200は、DSP(Digital Signal Processor)、カスタムL
SI、PLD(Programmable Logic Device)等のLSI、R
F−ID(Radio Frequency Identification)にも応用
可能である。
。
本実施の形態では、本発明の一態様のトランジスタの変形例について、図34乃至図38
を用いて説明する。
層755と、酸化物半導体層755に接する絶縁層757と、絶縁層757と接し且つ酸
化物半導体層755と重畳する導電層759と、を有する。なお、絶縁層757は、ゲー
ト絶縁層としての機能を有する。また、導電層759は、ゲート電極層としての機能を有
する。
する絶縁層767が、トランジスタに設けられている。また、窒化物絶縁層765及び絶
縁層767の開口部において、酸化物半導体層755と接する導電層768、769が、
トランジスタに設けられている。なお、導電層768、769は、ソース電極層及びドレ
イン電極層としての機能を有する。
なる領域に形成されるチャネル領域755aと、チャネル領域755aを挟み、且つ不純
物元素を含む領域、即ち低抵抗領域755b、755cとを有する。また、導電層768
、769は、低抵抗領域755b、755cと接する。なお、導電層768、769は、
配線としての機能をする。
電層768、769と接する領域755d、755eに、不純物元素が添加されていなく
ともよい。この場合、導電層768、769と接する領域755d、755eとチャネル
領域755aとの間に、不純物元素を有する領域、即ち低抵抗領域755b、755cを
有する。なお、領域755d、755eは、導電層768、769に電圧が印加されると
導電性を有するため、ソース領域及びドレイン領域としての機能を有する。
759及び導電層768、769をマスクとして、不純物元素を酸化物半導体層に添加す
ることで、形成できる。
757及び導電層759が接する面と、導電層759の側面となす角度θ1が、90°未
満、または30°以上85°以下、または45°以上85°以下、または60°以上85
°以下であってもよい。角度θ1を、90°未満、または30°以上85°以下、または
45°以上85°以下、または60°以上85°以下とすることで、絶縁層757及び導
電層759の側面における窒化物絶縁層765の被覆性を高めることが可能である。
至図34(F)は、図34(A)に示す酸化物半導体層755の近傍の拡大図である。こ
こでは、チャネル長Lは、一対の低抵抗領域の間隔である。
及び低抵抗領域755b、755cの境界が、絶縁層757を介して、導電層759の端
部と、一致または略一致している。即ち、上面形状において、チャネル領域755a及び
低抵抗領域755b、755cの境界が、導電層759の端部と、一致または概略一致し
ている。
755aが、導電層759と重ならない領域を有する。該領域はオフセット領域として機
能する。チャネル長方向におけるオフセット領域の長さをLoffと示す。なお、オフセ
ット領域が複数ある場合は、一つのオフセット領域の長さをLoffという。Loffは
、チャネル長Lに含まれる。また、Loffは、チャネル長Lの20%未満、または10
%未満、または5%未満、または2%未満である。
55b、755cが、絶縁層757を介して、導電層759と重なる領域を有する。該領
域はオーバーラップ領域として機能する。チャネル長方向におけるオーバーラップ領域の
長さをLovと示す。Lovは、チャネル長Lの20%未満、または10%未満、または
5%未満、または2%未満である。
755aと低抵抗領域755bの間に低抵抗領域755fを有し、チャネル領域755a
と低抵抗領域755cの間に低抵抗領域755gを有する。低抵抗領域755f、755
gは、低抵抗領域755b、755cより不純物元素の濃度が低く、抵抗率が高い。ここ
では、低抵抗領域755f、755gは、絶縁層757と重なるが、絶縁層757及び導
電層759と重なってもよい。
明をしたが、図34(B)に示すトランジスタにおいても、図34(C)乃至図34(F
)の構造を適宜適用することができる。
側に位置する。即ち、絶縁層757が、導電層759から迫り出した形状を有する。チャ
ネル領域755aから窒化物絶縁層765を遠ざけることが可能であるため、窒化物絶縁
層765に含まれる窒素、水素等が、チャネル領域755aに入り込むのを抑制すること
ができる。
、且つそれぞれのテーパ部の角度が異なる。即ち、絶縁層757及び導電層759が接す
る面と、導電層759の側面のなす角度θ1と、酸化物半導体層755及び絶縁層757
が接する面と、絶縁層757の側面のなす角度θ2との角度が異なる。角度θ2は、90
°未満、または30°以上85°以下、または45°以上70°以下であってもよい。例
えば、角度θ2が角度θ1より小さいと、窒化物絶縁層765の被覆性が高まる。また、
角度θ2が角度θ1より大きいと、チャネル領域755aから窒化物絶縁層765を遠ざ
けることが可能であるため、窒化物絶縁層765に含まれる窒素、水素等が、チャネル領
域755aに入り込むのを抑制することができる。
を用いて説明する。なお、図35(C)乃至図35(F)は、図35(A)に示す酸化物
半導体層755の近傍の拡大図である。
及び低抵抗領域755b、755cの境界が、導電層759の端部と、絶縁層757を介
して、一致または概略一致している。即ち、上面形状において、チャネル領域755a及
び低抵抗領域755b、755cの境界が、導電層759の端部と、一致若しくは略一致
している。
755aが、導電層759と重ならない領域を有する。該領域をオフセット領域として機
能する。即ち、上面形状において、低抵抗領域755b、755cの端部が、絶縁層75
7の端部と、一致または略一致しており、導電層759の端部と重ならない。
55b、755cが、絶縁層757を介して、導電層759と重なる領域を有する。該領
域をオーバーラップ領域という。即ち、上面形状において、低抵抗領域755b、755
cの端部が、導電層759と重なる。
755aと低抵抗領域755bの間に低抵抗領域755fを有し、チャネル領域755a
と低抵抗領域755cの間に低抵抗領域755gを有する。低抵抗領域755f、755
gは、低抵抗領域755b、755cより不純物元素の濃度が低く、抵抗率が高い。ここ
では、低抵抗領域755f、755gは、絶縁層757と重なるが、絶縁層757及び導
電層759と重なってもよい。
明をしたが、図35(B)に示すトランジスタにおいても、図35(C)乃至図35(F
)の構造を適宜適用することが可能である。
する導電層759a、及び導電層759aに接する導電層759bとを有する。また、導
電層759aの端部は、導電層759bの端部より外側に位置する。即ち、導電層759
aが、導電層759bから迫り出した形状を有する。
至図36(E)、図37(A)、(B)は、図36(A)に示す酸化物半導体層755の
近傍の拡大図である。
及び低抵抗領域755b、755cの境界が、導電層759に含まれる導電層759aの
端部と、絶縁層757を介して、一致または略一致している。即ち、上面形状において、
チャネル領域755a及び低抵抗領域755b、755cの境界が、導電層759の端部
と、一致または略一致している。
755aが、導電層759と重ならない領域を有する。該領域はオフセット領域として機
能する。即ち、上面形状において、低抵抗領域755b、755cの端部が、導電層75
9の端部と重ならない。
55b、755cが、導電層759、ここでは導電層759aと重なる領域を有する。該
領域をオーバーラップ領域という。即ち、上面形状において、低抵抗領域755b、75
5cの端部が、導電層759aと重なる。
755aと低抵抗領域755bの間に低抵抗領域755fを有し、チャネル領域755a
と低抵抗領域755cの間に低抵抗領域755gを有する。不純物元素は、導電層759
aを通過して低抵抗領域755f、755gに添加されるため、低抵抗領域755f、7
55gは、低抵抗領域755b、755cより不純物元素の濃度が低く、抵抗率が高い。
なお、ここでは、低抵抗領域755f、755gは、導電層759aと重なるが、導電層
759a及び導電層759bと重なってもよい。
aの端部は、導電層759bの端部より外側に位置し、且つ導電層759aがテーパ形状
であってもよい。即ち、絶縁層757及び導電層759aが接する面と、導電層759a
の側面のなす角度が90°未満、または5°以上45°以下、または5°以上30°以下
であってもよい。
絶縁層757が接する面と、絶縁層757の側面のなす角度が90°未満、好ましくは3
0°以上90°未満であってもよい。
55aを挟む低抵抗領域755f、755gと、低抵抗領域755f、755gを挟む低
抵抗領域755h、755iと、低抵抗領域755h、755iを挟む低抵抗領域755
b、755cとを有する。不純物元素は、絶縁層757及び導電層759aを通過して低
抵抗領域755f、755g、755h、755iに添加されるため、低抵抗領域755
f、755g、755h、755iは、低抵抗領域755b、755cより不純物元素の
濃度が低く、抵抗率が高い。
55aを挟む低抵抗領域755h、755iと、低抵抗領域755h、755iを挟む低
抵抗領域755b、755cとを有する。不純物元素は、絶縁層757を通過して低抵抗
領域755h、755iに添加されるため、低抵抗領域755h、755iは、低抵抗領
域755b、755cより不純物元素の濃度が低く、抵抗率が高い。
抗領域755f、755gは、導電層759bの外側に突出している導電層759aと重
なり、低抵抗領域755h、755iは、導電層759aの外側に突出している絶縁層7
57と重なり、低抵抗領域755b、755cは絶縁層757の外側に設けられる。
域755b、755cより、不純物元素の濃度が低く、抵抗率が高い低抵抗領域755f
、755g、755h、755iを有することで、ドレイン領域の電界緩和が可能であり
、トランジスタのしきい値電圧の変動を低減することが可能である。
ける導電層759端部近傍の拡大図である。
55cを含む酸化物半導体層755を有し、低抵抗領域755b、755cは、チャネル
領域755aより膜厚の小さい領域を有する。代表的には、低抵抗領域755b、755
cは、チャネル領域755aより厚さが0.1nm以上5nm以下小さい領域を有する。
7の少なくとも一方が多層構造である。例えば、絶縁層753は、絶縁層753a、及び
絶縁層753a及び酸化物半導体層755に接する絶縁層753bを有する。また、絶縁
層757は、酸化物半導体層755に接する絶縁層757a、及び絶縁層757aに接す
る絶縁層757bを有する。
s)と伝導帯の下端のエネルギー(Ec_os)の間に窒素酸化物の準位密度が低い酸化
物絶縁膜を用いて形成することができる。Ev_osとEc_osの間に窒素酸化物の準
位密度が低い酸化物絶縁膜として、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。なお
、絶縁層753b、757aは、平均膜厚が、0.1nm以上50nm以下、または0.
5nm以上10nm以下である。
(Thermal Desorption Spectroscopy))において、窒
素酸化物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650℃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。
ことができる。なお、絶縁層753a、757bは、平均膜厚が5nm以上1000nm
以下、または10nm以上500nm以下である。
化アルミニウム膜等がある。
またはNOは、絶縁層753および絶縁層757などに準位を形成する。当該準位は、酸
化物半導体層755のエネルギーギャップ内に位置する。そのため、窒素酸化物が、絶縁
層753、757及び酸化物半導体層755の界面に拡散すると、当該準位が絶縁層75
3、757側において電子をトラップする場合がある。この結果、トラップされた電子が
、絶縁層753、757及び酸化物半導体層755界面近傍に留まるため、トランジスタ
のしきい値電圧をプラス方向にシフトさせてしまう。
、757bに含まれる窒素酸化物は、加熱処理において、絶縁層753b、757aに含
まれるアンモニアと反応するため、絶縁層753a、757bに含まれる窒素酸化物が低
減される。このため、絶縁層753、757及び酸化物半導体層755の界面において、
電子がトラップされにくい。
が低い酸化物絶縁膜を用いることで、トランジス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。
熱処理により、絶縁層753b、757aは、100K以下のESRで測定して得られた
スペクトルにおいてg値が2.037以上2.039以下の第1のシグナル、g値が2.
001以上2.003以下の第2のシグナル、及びg値が1.964以上1.966以下
の第3のシグナルが観測される。なお、第1のシグナル及び第2のシグナルのスプリット
幅、並びに第2のシグナル及び第3のシグナルのスプリット幅は、XバンドのESR測定
において約5mTである。また、g値が2.037以上2.039以下の第1のシグナル
、g値が2.001以上2.003以下の第2のシグナル、及びg値が1.964以上1
.966以下である第3のシグナルのスピンの密度の合計が1×1018spins/c
m3未満であり、代表的には1×1017spins/cm3以上1×1018spin
s/cm3未満である。
第1シグナル、g値が2.001以上2.003以下の第2のシグナル、及びg値が1.
964以上1.966以下の第3のシグナルは、窒素酸化物(NOx、xは0以上2以下
、好ましくは1以上2以下)起因のシグナルに相当する。窒素酸化物の代表例としては、
一酸化窒素、二酸化窒素等がある。即ち、g値が2.037以上2.039以下の第1の
シグナル、g値が2.001以上2.003以下の第2のシグナル、及びg値が1.96
4以上1.966以下である第3のシグナルのスピンの密度の合計が少ないほど、酸化物
絶縁層に含まれる窒素酸化物の含有量が少ないといえる。
熱処理後において、窒素を含み、且つ欠陥量の少ない酸化物絶縁層は、SIMS(Sec
ondary Ion Mass Spectrometry)で測定される窒素濃度が
6×1020atoms/cm3以下である。
一酸化二窒素を用いたプラズマCVD法を用いて、窒素を含み、且つ欠陥量の少ない酸化
物絶縁層を形成することで、緻密であり、且つ硬度の高い膜を形成することができる。
759と、窒化物絶縁層765との間に、絶縁層775を有する。絶縁層775は、図3
8(B)の絶縁層753b、757aに示す、窒素を含み、且つ欠陥量の少ない酸化物絶
縁層を用いて形成することができる。
bの間に低抵抗領域755fを有し、チャネル領域755a及び低抵抗領域755cの間
に低抵抗領域755gを有する。低抵抗領域755f、755gは、低抵抗領域755b
、755cより不純物元素の濃度が低く、抵抗率が高い。なお、ここでは、低抵抗領域7
55f、755gは、絶縁層757及び導電層759の側面に接する絶縁層775と重な
る領域である。なお、低抵抗領域755f、755gは、絶縁層757及び導電層759
と重なってもよい。
領域755aに接するとともに、低抵抗領域755b、755cに接する。また、絶縁層
757は、チャネル領域755aと接する領域と比較して、低抵抗領域755b、755
cと接する領域の膜厚が薄く、代表的には、平均膜厚が、0.1nm以上50nm以下、
または0.5nm以上10nm以下である。この結果、絶縁層757を介して、酸化物半
導体層755に不純物元素を添加することが可能であると共に、窒化物絶縁層765に含
まれる水素を絶縁層757を介して、酸化物半導体層755へ移動させることができる。
この結果、低抵抗領域755b、755cを形成することができる。
出する酸化物絶縁層を用いて絶縁層753aを形成し、窒素を含み、且つ欠陥量の少ない
酸化物絶縁層を用いて絶縁層753bを形成する。さらに、窒素を含み、且つ欠陥量の少
ない酸化物絶縁層を用いて絶縁層757を形成する。即ち、窒素を含み、且つ欠陥量の少
ない酸化物絶縁層で、酸化物半導体層755を覆うことができる。この結果、絶縁層75
3aに含まれる酸素を、加熱処理により酸化物半導体層755に移動させ、酸化物半導体
層755のチャネル領域755aに含まれる酸素欠損を低減しつつ、絶縁層753b、7
57aと、酸化物半導体層755との界面におけるキャリアのトラップを低減することが
可能である。この結果、トランジス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。
ことができる。
以下では、本発明の一態様のトランジスタの任意断面におけるバンド構造について説明す
る。
導電層404aと、導電層404a上の導電層404bと、絶縁層401上、導電層40
4a上および導電層404b上の絶縁層402aと、絶縁層402a上の絶縁層402b
と、絶縁層402b上の半導体層406aと、半導体層406a上の半導体層406bと
、半導体層406b上の絶縁層412と、絶縁層412上の導電層414aと、導電層4
14a上の導電層414bと、絶縁層402b上、半導体層406a上、半導体層406
b上、絶縁層412上、導電層414a上および導電層414b上の絶縁層408と、絶
縁層408上の絶縁層418と、絶縁層418上の導電層416a1および導電層416
b1と、導電層416a1および導電層416b1それぞれの上の導電層416a2およ
び導電層416b2と、絶縁層418上、導電層416a2上および導電層416b2上
の絶縁層428と、を有する。
能を有する場合がある。例えば、導電層404bなどが銅などの半導体層406aまたは
半導体層406bにとっての不純物を有するとき、絶縁層401が銅などをブロックする
機能を有する場合がある。
は、トランジスタのゲート電極としての機能を有する場合がある。また、導電層404は
、トランジスタのチャネル形成領域などを遮光する機能を有する場合がある。
ランジスタのゲート絶縁層としての機能を有する場合がある。また、絶縁層402aは、
トランジスタのチャネル形成領域へ不純物が混入することを抑制する機能を有する場合が
ある。例えば、導電層404bなどが銅などの半導体層406aまたは半導体層406b
にとっての不純物を有するとき、絶縁層402aが銅などをブロックする機能を有する場
合がある。
6は、トランジスタのチャネル形成領域としての機能を有する場合がある。
らない領域407a1および領域407b1を有する。また、半導体層406bは、絶縁
層412、導電層414a、導電層414bなどと重ならない領域407a2および領域
407b2を有する。領域407a1および領域407b1は、半導体層406aの絶縁
層412、導電層414a、導電層414bなどと重なる領域よりも抵抗の低い領域であ
る。また、407a2および領域407b2は、半導体層406bの絶縁層412、導電
層414a、導電層414bなどと重なる領域よりも抵抗の低い領域である。なお、抵抗
の低い領域を、キャリア密度の高い領域と呼ぶこともできる。
07b1および領域407b2を併せて領域407bと呼ぶ。領域407aおよび領域4
07bは、トランジスタのソース領域およびドレイン領域としての機能を有する場合があ
る。
ランジスタのゲート電極としての機能を有する場合がある。または、導電層414は、ト
ランジスタのチャネル形成領域などを遮光する機能を有する場合がある。
能を有する場合がある。例えば、導電層416a2および導電層416b2などが銅など
の半導体層406aまたは半導体層406bにとっての不純物を有するとき、絶縁層40
8が銅などをブロックする機能を有する場合がある。
絶縁層418を有することで、トランジスタの各配線間の寄生容量を低減できる場合があ
る。
416b1および導電層416b2を併せて導電層416bと呼ぶ。導電層416aおよ
び導電層416bは、トランジスタのソース電極およびドレイン電極としての機能を有す
る場合がある。
能を有する場合がある。
るバンド構造を示す。なお、半導体層406aは半導体層406bよりもエネルギーギャ
ップが少し小さいとする。また、絶縁層402a、絶縁層402bおよび絶縁層412は
、半導体層406aおよび半導体層406bよりも十分にエネルギーギャップが大きいと
する。また、半導体層406a、半導体層406b、絶縁層402a、絶縁層402bお
よび絶縁層412のフェルミ準位(Efと表記する。)は、それぞれの真性フェルミ準位
(Eiと表記する。)の位置とする。また、導電層404および導電層414の仕事関数
は、該フェルミ準位と同じ位置とする。
406bとの間の伝導帯下端のエネルギーの差により、電子は半導体層406aを優先的
に流れる。即ち、半導体層406aに電子が埋め込まれると推定することができる。なお
、伝導帯下端のエネルギーをEcと表記し、価電子帯下端のエネルギーをEvと表記する
。
影響が低減されている。そのため、本発明の一態様に係るトランジスタは、チャネル抵抗
が小さい。
断面におけるバンド構造を示す。なお、領域407a1、領域407b1、領域407a
2および領域407b2は、縮退状態とする。また、領域407b1において、半導体層
406aのフェルミ準位は伝導帯下端のエネルギーと同程度とする。また、領域407b
2において、半導体層406bのフェルミ準位は伝導帯下端のエネルギーと同程度とする
。領域407a1および領域407a2も同様である。
407b2と、はエネルギー障壁が十分小さいため、オーミック接触となる。また、領域
407b2と、領域407b1と、はオーミック接触となる。同様に、ソース電極または
ドレイン電極としての機能を有する導電層416aと、領域407a2と、はエネルギー
障壁が十分小さいため、オーミック接触となる。また、領域407a2と、領域407a
1と、はオーミック接触となる。したがって、導電層416aおよび導電層416bと、
半導体層406aおよび半導体層406bと、の間で、電子の授受がスムーズに行われる
ことがわかる。
電極と、チャネル形成領域と、の間の電子の授受がスムーズに行われ、かつチャネル抵抗
の小さいトランジスタである。即ち、優れたスイッチング特性を有するトランジスタであ
ることがわかる。
。
本実施の形態では、酸化物半導体層中の酸素欠損および当該酸素欠損に入る水素の効果に
ついて説明する。
酸化物半導体膜(以下、IGZOと示す。)が完全な結晶の場合、室温では、Hは、優先
的にab面に沿って拡散する。また、450℃の加熱処理の際には、Hは、ab面及びc
軸方向それぞれに拡散する。そこで、ここでは、IGZOに酸素欠損Voが存在する場合
、Hは酸素欠損Vo中に入りやすいか否かについて説明する。ここで、酸素欠損Vo中に
Hがある状態をVoHと表記する。
Voから出ていき、酸素と結合する反応経路の活性化障壁(Ea)を、NEB(Nudg
ed Elastic Band)法を用いて計算した。計算条件を表1に示す。
から、図40に示すように酸素サイト1乃至酸素サイト4がある。ここでは、酸素欠損V
oを形成しやすい酸素サイト1及び酸素サイト2について計算を行った。
結合した酸素サイトについて計算を行った。
、初期状態及び最終状態において、算出した活性化障壁(Ea)を図42に示す。なお、
ここでの初期状態とは、酸素欠損Vo中にHがある状態(VoH)であり、最終状態とは
、酸素欠損Voと、1個のGa及び2個のZnと結合した酸素とHとが結合した状態(H
−O)を有する構造である。
必要であるのに対して、Oと結合したHが酸素欠損Vo中に入るには約0.46eVのエ
ネルギーが必要であった。
た。なお、数式1において、kBはボルツマン定数であり、Tは絶対温度である。
図41(A)に示すモデルから図41(B)に示すモデルへHが移動する頻度は5.52
×100[1/sec]であった。また、図41(B)に示すモデルから図41(A)に
示すモデルへHが移動する頻度は1.82×109[1/sec]であった。このことか
ら、IGZO中を拡散するHは、近くに酸素欠損VoがあるとVoHを形成しやすく、一
旦VoHを形成すると酸素欠損Voから放出されにくいといえる。
した酸素サイトについて計算を行った。
、初期状態及び最終状態において、算出した活性化障壁(Ea)を図44に示す。なお、
ここでの初期状態とは、酸素欠損Vo中にHがある状態(VoH)であり、最終状態とは
、酸素欠損Voと、1個のGa及び2個のZnと結合した酸素とHとが結合した状態(H
−O)を有する構造である。
必要であるのに対して、Oと結合したHが酸素欠損Vo中に入るには約0.35eVのエ
ネルギーが必要であった。
出した。
図43(A)に示すモデルから図43(B)に示すモデルへHが移動する頻度は7.53
×10−2[1/sec]であった。また、図43(B)に示すモデルから図43(A)
に示すモデルへHが移動する頻度は1.44×1010[1/sec]であった。このこ
とから、一旦VoHを形成すると酸素欠損VoからHは放出されにくいといえる。
酸素欠損Voの中に入ってVoHとなりやすいことが分かった。
IGZO中において酸素欠損VoとHが存在する場合、<(1). VoHの形成しやす
さ及び安定性>で示した、NEB法を用いた計算より、酸素欠損VoとHはVoHを形成
しやすく、さらにVoHは安定であるといえる。そこで、VoHがキャリアトラップに関
与するかを調べるため、VoHの遷移レベルの算出を行った。
1および酸素サイト2に対してVoHモデルを作成し、遷移レベルの算出を行った。計算
条件を表2に示す。
InGaZnO4結晶モデルのバンドギャップは3.08eVとなり、実験値の3.15
eVと近い結果となった。
。なお、ΔE(Dq)は欠陥Dの電荷qにおける形成エネルギーであり、数式3より算出
される。
エネルギー、Etot(bulk)は欠陥のないモデル(完全結晶)の全エネルギー、Δ
niは欠陥に関する原子iの増減数、μiは原子iの化学ポテンシャル、εVBMは欠陥
のないモデルにおける価電子帯上端のエネルギー、ΔVqは静電ポテンシャルに関する補
正項、EFはフェルミエネルギーである。
ある。図45より、酸素サイト1に対するVoHの遷移レベルは伝導帯下端の下0.05
eVに存在し、酸素サイト2に対するVoHの遷移レベルは伝導帯下端の下0.11eV
に存在するため、それぞれのVoHは電子トラップに関与すると考えられる。すなわち、
VoHはドナーとして振る舞うことが明らかになった。また、VoHを有するIGZOは
導電性を有することが明らかになった。
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46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46(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
。
13、第2表示部914、接続部915、操作キー916等を有する。第1表示部913
は第1筐体911に設けられており、第2表示部914は第2筐体912に設けられてい
る。そして、第1筐体911と第2筐体912とは、接続部915により接続されており
、第1筐体911と第2筐体912の間の角度は、接続部915により変更が可能である
。第1表示部913における映像を、接続部915における第1筐体911と第2筐体9
12との間の角度に従って、切り替える構成としても良い。また、第1表示部913およ
び第2表示部914の少なくとも一方に、位置入力装置としての機能が付加された表示装
置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、表示装置にタッチパ
ネルを設けることで付加することができる。或いは、位置入力装置としての機能は、フォ
トセンサとも呼ばれる光電変換素子を表示装置の画素部に設けることでも、付加すること
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。
33等を有する。表示部932はタッチパネルとなっていてもよい。
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。
イト954等を有する。
。
本実施の形態では、本発明の一態様に係るRFタグの使用例について図47を用いながら
説明する。RFタグ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47(A)参照)、乗り物類(自転車等、図
47(B)参照)、包装用容器類(包装紙やボトル等、図47(C)参照)、記録媒体(
DVD(図47(D)参照)やビデオテープ等)、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47(E)、(F)参照)等に設けて使用することができる
。
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タグ
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タグ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タグ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タグを取り付ける
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。
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。
(実施の形態16)
以下では、CAAC−OSおよびnc−OSの成膜モデルについて説明する。
室内の模式図である。
よびバッキングプレート下には、複数のマグネットが配置される。該複数のマグネットに
よって、ターゲット5130上には磁場が生じている。マグネットの磁場を利用して成膜
速度を高めるスパッタリング法は、マグネトロンスパッタリング法と呼ばれる。
お、劈開面の詳細については後述する。
ーゲット−基板間距離(T−S間距離)ともいう。)は0.01m以上1m以下、好まし
くは0.02m以上0.5m以下とする。成膜室内は、ほとんどが成膜ガス(例えば、酸
素、アルゴン、または酸素を50体積%以上の割合で含む混合ガス)で満たされ、0.0
1Pa以上100Pa以下、好ましくは0.1Pa以上10Pa以下に制御される。ここ
で、ターゲット5130に一定以上の電圧を印加することで、放電が始まり、プラズマが
確認される。なお、ターゲット5130上の磁場によって、高密度プラズマ領域が形成さ
れる。高密度プラズマ領域では、成膜ガスがイオン化することで、イオン5101が生じ
る。イオン5101は、例えば、酸素の陽イオン(O+)やアルゴンの陽イオン(Ar+
)などである。
130と衝突する。このとき、劈開面から平板状またはペレット状のスパッタ粒子である
ペレット5100aおよびペレット5100bが剥離し、叩き出される。なお、ペレット
5100aおよびペレット5100bは、イオン5101の衝突の衝撃によって、構造に
歪みが生じる場合がある。
のスパッタ粒子である。また、ペレット5100bは、六角形、例えば正六角形の平面を
有する平板状またはペレット状のスパッタ粒子である。なお、ペレット5100aおよび
ペレット5100bなどの平板状またはペレット状のスパッタ粒子を総称してペレット5
100と呼ぶ。ペレット5100の平面の形状は、三角形、六角形に限定されない、例え
ば、三角形が2個以上6個以下合わさった形状となる場合がある。例えば、三角形(正三
角形)が2個合わさった四角形(ひし形)となる場合もある。
ペレット5100の厚さは、均一にすることが好ましい。また、スパッタ粒子は厚みのな
いペレット状である方が、厚みのあるサイコロ状であるよりも好ましい。
に帯電する場合がある。ペレット5100は、側面に酸素原子を有し、当該酸素原子が負
に帯電する可能性がある。例えば、ペレット5100aが、側面に負に帯電した酸素原子
を有する例を図60に示す。このように、側面が同じ極性の電荷を帯びることにより、電
荷同士の反発が起こり、平板状の形状を維持することが可能となる。なお、CAAC−O
Sが、In−Ga−Zn酸化物である場合、インジウム原子と結合した酸素原子が負に帯
電する可能性がある。または、インジウム原子、ガリウム原子および亜鉛原子と結合した
酸素原子が負に帯電する可能性がある。
し、ひらひらと基板5120上まで舞い上がっていく。ペレット5100は電荷を帯びて
いるため、ほかのペレット5100が既に堆積している領域が近づくと、斥力が生じる。
ここで、基板5120の上面では、基板5120の上面に平行な向きの磁場が生じている
。また、基板5120およびターゲット5130間には、電位差が与えられているため、
基板5120からターゲット5130に向けて電流が流れている。したがって、ペレット
5100は、基板5120の上面において、磁場および電流の作用によって、力(ローレ
ンツ力)を受ける(図61参照。)。このことは、フレミングの左手の法則によって理解
できる。なお、ペレット5100に与える力を大きくするためには、基板5120の上面
において、基板5120の上面に平行な向きの磁場が10G以上、好ましくは20G以上
、さらに好ましくは30G以上、より好ましくは50G以上となる領域を設けるとよい。
または、基板5120の上面において、基板5120の上面に平行な向きの磁場が、基板
5120の上面に垂直な向きの磁場の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、より好ましくは5倍以上となる領域を設けるとよい。
どの抵抗が小さい状態となっている。その結果、図62(A)に示すように、ペレット5
100は、基板5120の上面を滑空するように移動する。ペレット5100の移動は、
平板面を基板5120に向けた状態で起こる。その後、図62(B)に示すように、既に
堆積しているほかのペレット5100の側面まで到達すると、側面同士が結合する。この
とき、ペレット5100の側面にある酸素原子が脱離する。脱離した酸素原子によって、
CAAC−OS中の酸素欠損が埋まる場合があるため、欠陥準位密度の低いCAAC−O
Sとなる。
オン5101の衝突で生じた構造の歪みが緩和される。歪みの緩和されたペレット510
0は、ほぼ単結晶となる。ペレット5100がほぼ単結晶となることにより、ペレット5
100同士が結合した後に加熱されたとしても、ペレット5100自体の伸縮はほとんど
起こり得ない。したがって、ペレット5100間の隙間が広がることで結晶粒界などの欠
陥を形成し、クレバス化することがない。また、隙間には、伸縮性のある金属原子などが
敷き詰められ、向きのずれたペレット5100同士の側面を高速道路のように繋いでいる
と考えられる。
れる。したがって、エピタキシャル成長とは異なり、被形成面が結晶構造を有さない場合
においても、CAAC−OSの成膜が可能であることがわかる。例えば、基板5120の
上面(被形成面)の構造が非晶質構造であっても、CAAC−OSを成膜することは可能
である。
面に凹凸がある場合でも、その形状に沿ってペレット5100が配列することがわかる。
例えば、基板5120の上面が原子レベルで平坦な場合、ペレット5100はab面と平
行な平面である平板面を下に向けて並置するため、厚さが均一で平坦、かつ高い結晶性を
有する層が形成される。そして、当該層がn段(nは自然数。)積み重なることで、CA
AC−OSを得ることができる(図58(B)参照。)。
0が凸面に沿って並置した層がn段(nは自然数。)積み重なった構造となる。基板51
20が凹凸を有するため、CAAC−OSは、ペレット5100間に隙間が生じやすい場
合がある。ただし、ペレット5100間で分子間力が働き、凹凸があってもペレット間の
隙間はなるべく小さくなるように配列する。したがって、凹凸があっても高い結晶性を有
するCAAC−OSとすることができる(図58(C)参照。)。
あっても均一な成膜が可能である。
ペレット状である方が好ましい。なお、スパッタ粒子が厚みのあるサイコロ状である場合
、基板5120上に向ける面が一定とならず、厚さや結晶の配向を均一にできない場合が
ある。
を有するCAAC−OSを得ることができる。
よっても説明することができる。
る。基板5120の上面において、酸化亜鉛粒子は、水平方向に優先的に結晶成長するこ
とで薄い酸化亜鉛層を形成する。該酸化亜鉛層は、c軸配向性を有する。なお、該酸化亜
鉛層の結晶のc軸は、基板5120の法線ベクトルに平行な方向を向く。該酸化亜鉛層は
、CAAC−OSを成長させるためのシード層の役割を果たすため、CAAC−OSの結
晶性を高める機能を有する。なお、該酸化亜鉛層は、厚さが0.1nm以上5nm以下、
ほとんどが1nm以上3nm以下となる。該酸化亜鉛層は十分薄いため、結晶粒界をほと
んど確認することができない。
い割合で亜鉛を含むターゲットを用いることが好ましい。
図59と図58(A)との違いは、基板5120の加熱の有無のみである。
で摩擦などの抵抗が大きい状態となっている。その結果、ペレット5100は、基板51
20の上面を滑空するように移動することができないため、不規則に降り積もっていくこ
とでnc−OSを得ることができる。
以下では、CAAC−OSの成膜モデルにおいて記載のターゲットの劈開面について説明
する。
O4の結晶の構造を示す。なお、図63(A)は、c軸を上向きとし、b軸に平行な方向
からInGaZnO4の結晶を観察した場合の構造を示す。また、図63(B)は、c軸
に平行な方向からInGaZnO4の結晶を観察した場合の構造を示す。
より算出する。なお、計算には、擬ポテンシャルと、平面波基底を用いた密度汎関数プロ
グラム(CASTEP)を用いる。なお、擬ポテンシャルには、ウルトラソフト型の擬ポ
テンシャルを用いる。また、汎関数には、GGA PBEを用いる。また、カットオフエ
ネルギーは400eVとする。
する。また、各面で劈開後の構造のエネルギーは、セルサイズを固定した状態で、原子配
置の構造最適化を行った後に導出する。
、第4の面のいずれかで劈開した構造を作製し、セルサイズを固定した構造最適化計算を
行う。ここで、第1の面は、Ga−Zn−O層とIn−O層との間の結晶面であり、(0
01)面(またはab面)に平行な結晶面である(図63(A)参照。)。第2の面は、
Ga−Zn−O層とGa−Zn−O層との間の結晶面であり、(001)面(またはab
面)に平行な結晶面である(図63(A)参照。)。第3の面は、(110)面に平行な
結晶面である(図63(B)参照。)。第4の面は、(100)面(またはbc面)に平
行な結晶面である(図63(B)参照。)。
のエネルギーと初期状態における構造のエネルギーとの差を、劈開面の面積で除すことで
、各面における劈開しやすさの尺度である劈開エネルギーを算出する。なお、構造のエネ
ルギーは、構造に含まれる原子と電子に対して、電子の運動エネルギーと、原子間、原子
−電子間、および電子間の相互作用と、を考慮したエネルギーである。
は0.68J/m2、第3の面の劈開エネルギーは2.18J/m2、第4の面の劈開エ
ネルギーは2.12J/m2であることがわかった(下表参照。)。
ける劈開エネルギーが最も低くなる。即ち、Ga−Zn−O層とGa−Zn−O層との間
が最も劈開しやすい面(劈開面)であることがわかる。したがって、本明細書において、
劈開面と記載する場合、最も劈開しやすい面である第2の面のことを示す。
3(A)に示すInGaZnO4の結晶は、二つの第2の面と等価な面で分離することが
できる。したがって、ターゲットにイオンなどを衝突させる場合、もっとも劈開エネルギ
ーの低い面で劈開したウェハース状のユニット(我々はこれをペレットと呼ぶ。)が最小
単位となって飛び出してくると考えられる。その場合、InGaZnO4のペレットは、
Ga−Zn−O層、In−O層およびGa−Zn−O層の3層となる。
またはab面)に平行な結晶面)よりも、第3の面(110)面に平行な結晶面)、第4
の面((100)面(またはbc面)に平行な結晶面)の劈開エネルギーが低いことから
、ペレットの平面形状は三角形状または六角形状が多いことが示唆される。
nO4の結晶を仮定し、当該ターゲットをアルゴン(Ar)または酸素(O)によりスパ
ッタした場合の劈開面について評価する。計算に用いたInGaZnO4の結晶(268
8原子)の断面構造を図64(A)に、上面構造を図64(B)に示す。なお、図64(
A)に示す固定層は、位置が変動しないよう原子の配置を固定した層である。また、図6
4(A)に示す温度制御層は、常に一定の温度(300K)とした層である。
0を用いる。なお、初期温度を300K、セルサイズを一定、時間刻み幅を0.01フェ
ムト秒、ステップ数を1000万回とする。計算では、当該条件のもと、原子に300e
Vのエネルギーを与え、InGaZnO4の結晶のab面に垂直な方向からセルに原子を
入射させる。
してから99.9ピコ秒(psec)後の原子配列を示す。また、図65(B)は、セル
に酸素が入射してから99.9ピコ秒後の原子配列を示す。なお、図65では、図64(
A)に示した固定層の一部を省略して示す。
に示した第2の面に対応する劈開面から亀裂が生じる。したがって、InGaZnO4の
結晶に、アルゴンが衝突した場合、最上面を第2の面(0番目)とすると、第2の面(2
番目)に大きな亀裂が生じることがわかる。
)に示した第2の面に対応する劈開面から亀裂が生じることがわかる。ただし、酸素が衝
突した場合は、InGaZnO4の結晶の第2の面(1番目)において大きな亀裂が生じ
ることがわかる。
ら原子(イオン)が衝突すると、InGaZnO4の結晶は第2の面に沿って劈開し、平
板状の粒子(ペレット)が剥離することがわかる。また、このとき、ペレットの大きさは
、アルゴンを衝突させた場合よりも、酸素を衝突させた場合の方が小さくなることがわか
る。
に含まれる損傷領域は、損傷によって生じた欠陥に酸素を反応させることで修復できる場
合がある。
る。
した後、0ピコ秒から0.3ピコ秒までにおける各原子の軌跡を示す。したがって、図6
6(A)は、図64から図65(A)の間の期間に対応する。
ると、当該ガリウムが第3層(Ga−Zn−O層)の亜鉛(Zn)と衝突した後、当該亜
鉛が第6層(Ga−Zn−O層)の近傍まで到達することがわかる。なお、ガリウムと衝
突したアルゴンは、外に弾き飛ばされる。したがって、InGaZnO4の結晶を含むタ
ーゲットにアルゴンを衝突させた場合、図64(A)における第2の面(2番目)に亀裂
が入ると考えられる。
射した後、0ピコ秒から0.3ピコ秒までにおける各原子の軌跡を示す。したがって、図
66(B)は、図64から図65(A)の間の期間に対応する。
すると、当該ガリウムが第3層(Ga−Zn−O層)の亜鉛(Zn)と衝突した後、当該
亜鉛が第5層(In−O層)まで到達しないことがわかる。なお、ガリウムと衝突した酸
素は、外に弾き飛ばされる。したがって、InGaZnO4の結晶を含むターゲットに酸
素を衝突させた場合、図64(A)における第2の面(1番目)に亀裂が入ると考えられ
る。
剥離することが示唆される。
存則は、数式4および数式5のように示すことができる。ここで、Eは衝突前のアルゴン
または酸素の持つエネルギー(300eV)、mAはアルゴンまたは酸素の質量、vAは
衝突前のアルゴンまたは酸素の速度、v’Aは衝突後のアルゴンまたは酸素の速度、mG
aはガリウムの質量、vGaは衝突前のガリウムの速度、v’Gaは衝突後のガリウムの
速度である。
v’Gaの関係は数式3のように表すことができる。
後のガリウムの速度v’Gaは、数式7のように表すことができる。
突した後のガリウムの速度を比較する。アルゴンおよび酸素の衝突前に持つエネルギーが
同じである場合、アルゴンが衝突した場合の方が、酸素が衝突した場合よりも1.24倍
ガリウムの速度が高いことがわかる。したがって、ガリウムの持つエネルギーもアルゴン
が衝突した場合の方が、酸素が衝突した場合よりも速度の二乗分だけ高くなる。
度(エネルギー)が高くなることがわかる。したがって、アルゴンを衝突させた場合の方
が、酸素を衝突させた場合よりも深い位置に亀裂が生じたと考えられる。
スパッタすると、劈開面から剥離し、ペレットが形成されることがわかる。一方、劈開面
を有さないターゲットの他の構造の領域をスパッタしてもペレットは形成されず、ペレッ
トよりも微細な原子レベルの大きさのスパッタ粒子が形成される。該スパッタ粒子は、ペ
レットと比べて小さいため、スパッタリング装置に接続されている真空ポンプを介して排
気されると考えられる。したがって、ホモロガス構造を有するInGaZnO4の結晶を
含むターゲットをスパッタした場合、様々な大きさ、形状の粒子が基板まで飛翔し、堆積
することで成膜されるモデルは考えにくい。スパッタされたペレットが堆積してCAAC
−OSを成膜する図58(A)などに記載のモデルが道理に適っている。
。例えば、InGaZnO4のホモロガス構造を有する単結晶OSの密度は6.36g/
cm3であるのに対し、同程度の原子数比であるCAAC−OSの密度は6.3g/cm
3程度となる。
図67(A)参照。)、およびそのターゲット(図67(B)参照。)の断面における原
子配列を示す。原子配列の観察には、高角散乱環状暗視野走査透過電子顕微鏡法(HAA
DF−STEM:High−Angle Annular Dark Field Sc
anning Transmission Electron Microscopy)
を用いる。なお、HAADF−STEMでは、各原子の像強度は原子番号の二乗に比例す
る。したがって、原子番号の近いZn(原子番号30)とGa(原子番号31)とは、ほ
とんど区別できない。HAADF−STEMには、日立走査透過電子顕微鏡HD−270
0を用いる。
にホモロガス構造を有しており、それぞれの原子の配置が対応していることがわかる。し
たがって、図58(A)などの成膜モデルに示したように、ターゲットの結晶構造が転写
されることでCAAC−OSが成膜されることがわかる。
ことができる。
形成するためのプラズマ処理法に関する実験結果を説明する。なお、トランジスタの構造
は図1に示したトランジスタ101と同等である。
して二種類のトランジスタを作製した。以下に作製方法の詳細を説明する。
シリコン膜と400nmの酸化窒化シリコン膜との積層膜をプラズマCVD法により成膜
した。
で650℃、6分間行った。
タンタル膜を介して下地絶縁膜に酸素を添加した。
nmの酸化物半導体膜を成膜した。
酸素の混合雰囲気で1時間行った。
導体層上にゲート絶縁膜となる100nmの酸化窒化シリコン膜をプラズマCVD法によ
り成膜した。
のタングステン膜をスパッタ法で成膜した。
膜、酸化窒化シリコン膜を順次選択的にエッチングし、酸化物半導体層の一部(第1の領
域および第2の領域)を露出させた。
た。プラズマ処理には、一対の電極間に高周波電力(13.56MHz)を印加できる真
空装置を用いた。カソード電極側に基板を設置し、基板温度20℃、5Paのアルゴン減
圧雰囲気で電力密度0.47または0.94W/cm2の高周波を印加してプラズマを発
生させ、1分間処理を行った。
膜上に300nmの酸化窒化シリコン膜を成膜した。両者ともプラズマCVD法を用いて
成膜した。
2の領域に通じるコンタクトホールを形成した。
ミニウム膜、100nmのチタン膜からなる積層を順次スパッタ法を用いて成膜し、当該
積層を選択的にエッチングすることでソース電極層およびドレイン電極層を形成した。
350℃、窒素および酸素の混合雰囲気中で1時間の加熱処理を行った。
を行って作製したトランジスタをトランジスタA、レジストマスク剥離前にプラズマ処理
を行って作製したトランジスタをトランジスタBとした。
TEM写真である。図48(A)はトランジスタAの断面であり、図48(B)はトラン
ジスタBの断面である。
積物が形成されており、トランジスタBでは同様の堆積物は形成されていないことがわか
る。
用のサンプルのチャネル長方向の断面図である。図49(A)はトランジスタAに相当す
るサンプルの断面であり、図49(B)はトランジスタBに相当するサンプルの断面であ
る。両方の断面写真中央に位置する四角で囲まれた領域のEDX(Energy Dis
persive X−ray spectroscopy)分析をした結果を表4に示す
。
される。当該タングステンの堆積物は、ゲート電極層のタングステン膜がスパッタされて
堆積したものである。トランジスタBにおいてはタングステンが検出されていないことか
ら、レジストマスクによりタングステンのスパッタが抑制されていることがわかった。
(A)は、レジストマスク剥離後に0.94W/cm2でプラズマ処理を行ったトランジ
スタAのID−VG特性である。図50(B)は、レジストマスク剥離前に0.47W/
cm2でプラズマ処理を行ったトランジスタB1のId−Vg特性である。また、図50
(C)は、レジストマスク剥離前に0.94W/cm2でプラズマ処理を行ったトランジ
スタB2のId−Vg特性である。
となった。これは、図48(A)に示したゲート絶縁膜端部のタングステン堆積物がリー
クパスとなっているためである。
トリーク電流が十分に低い値となっている。この点からもレジストマスクを残した状態で
プラズマ処理を行うことでゲート絶縁膜端部のタングステン堆積物が形成されないことが
わかった。
態および明状態のそれぞれにおいて、基板温度60℃、ソースおよびドレインをコモン電
位としてゲートに±12Vを1時間印加して行った。なお、明状態の光源には白色LED
を用い、照度は10000lxとした。
圧の変動量を示し、Δshiftとはシフト値の変動量を示している。なお、シフト値と
はId−Vg特性における電流が立ち上がる電圧で、ドレイン電流(Id:[A])1×
10−12Aの場合のゲート電圧(Vg:[V])と定義される値である。
もに変動量が大きいが、トランジスタB1およびトランジスタB2では変動量が小さくな
ることがわかった。
トランジスタB2と同じTGSA型で、ソース領域およびドレイン領域にイオンドーピン
グ装置でアルゴンを添加したトランジスタと、チャネルエッチ型のボトムゲートトップコ
ンタクト型トランジスタ(BGTC)とのゲート負バイアス−温度ストレス試験結果の比
較である。縦軸は−ΔVth、横軸はストレス時間となっている。なお、上記イオンドー
ピングは、加速電圧10kVでドーズ量5E14ions/cm2で行った。また、BG
TCトランジスタにおいては、ゲートバイアスを−30Vで試験を行った点、およびトラ
ンジスタのサイズがL/W=6/576μmである点が比較するTGSAトランジスタと
異なる。
の変動が他のトランジスタよりも小さいことがわかった。
暗状態において正バイアスと負バイアスを交互にゲートに印加した試験の比較結果である
。なお、チャネル保護型のボトムゲート型トランジスタのサイズはL/W=10.2/8
2.6μmであり、ゲートバイアスは±30Vとした。
っても、しきい値電圧の変動が小さいことがわかった。
成したトランジスタは電気特性および信頼性が良好であることがわかった。
ことができる。
ルのソース領域およびドレイン領域に相当する領域、およびチャネル領域に相当する領域
のSIMS分析を行った結果について説明する。
(IGZO)、ゲート絶縁膜(酸化窒化シリコン)、ゲート電極層(窒化タンタル、タン
グステン)を成膜し、図54(A)に示す構造を形成した後、図示するように当該構造の
上部からアルゴンをイオンドーピング装置にて30kV、ドーズ量1.0E15ions
/cm2の条件で添加した。なお、ガラス基板と酸化物半導体層との間に絶縁層を形成し
ない点は、トランジスタの作製法とは異なる。また、比較として同一構造でアルゴンを添
加しないサンプルも作製した。
4(B)に示す構造を形成した後、領域X(ソース領域およびドレイン領域に相当)、お
よび領域Y(チャネル領域に相当)について水素のSIMS分析を行った。なお、SIM
S分析はガラス基板側から行った。
はアルゴンを添加したサンプルの分析結果、図55(B)はアルゴンを添加しないサンプ
ルの分析結果である。アルゴンを添加したサンプルの領域Xにおける酸化物半導体層中の
水素濃度は4×1020以上であるのに対し、アルゴンの添加しないサンプルではそれよ
り小さいことがわかった。
(A)はアルゴンを添加したサンプルの分析結果、図56(B)はアルゴンを添加しない
サンプルの分析結果である。領域Yにおいては、アルゴン添加有無に対する水素のデプス
プロファイルの変化はなく、アルゴンを添加したサンプルの領域Xよりも水素濃度が低い
ことがわかった。
ン領域は、チャネル領域よりも水素濃度が高い領域を有することが明らかとなった。
物半導体層に接して形成した水素を含む窒化絶縁膜から水素が酸化物半導体層中に拡散す
ることが示された。
ことができる。
態で述べる別の内容(一部の内容でもよい)、及び/又は、一つ若しくは複数の別の実施
の形態で述べる内容(一部の内容でもよい)に対して、適用、組み合わせ、又は置き換え
などを行うことが出来る。
述べる内容、又は明細書に記載される文章を用いて述べる内容のことである。
その実施の形態において述べる別の図(一部でもよい)、及び/又は、一つ若しくは複数
の別の実施の形態において述べる図(一部でもよい)に対して、組み合わせることにより
、さらに多くの図を構成させることが出来る。
ことを規定した発明の一態様を構成することが出来る。または、ある値について、上限値
と下限値などで示される数値範囲が記載されている場合、その範囲を任意に狭めることで
、または、その範囲の中の一点を除くことで、その範囲を一部除いた発明の一態様を規定
することができる。これらにより、例えば、従来技術が本発明の一態様の技術的範囲内に
入らないことを規定することができる。
記載されているとする。その場合、その回路が、第6のトランジスタを有していないこと
を発明として規定することが可能である。または、その回路が、容量素子を有していない
ことを規定することが可能である。さらに、その回路が、ある特定の接続構造をとってい
るような第6のトランジスタを有していない、と規定して発明を構成することができる。
または、その回路が、ある特定の接続構造をとっている容量素子を有していない、と規定
して発明を構成することができる。例えば、ゲートが第3のトランジスタのゲートと接続
されている第6のトランジスタを有していない、と発明を規定することが可能である。ま
たは、例えば、第1の電極が第3のトランジスタのゲートと接続されている容量素子を有
していない、と発明を規定することが可能である。
ることが好適である」と記載されているとする。その場合、例えば、ある電圧が、−2V
以上1V以下である場合を除く、と発明の一態様を規定することが可能である。または、
例えば、ある電圧が、13V以上である場合を除く、と発明の一態様を規定することが可
能である。なお、例えば、その電圧が、5V以上8V以下であると発明を規定することも
可能である。なお、例えば、その電圧が、概略9Vであると発明を規定することも可能で
ある。なお、例えば、その電圧が、3V以上10V以下であるが、9Vである場合を除く
と発明を規定することも可能である。なお、ある値について、「このような範囲であるこ
とが好ましい」、「これらを満たすことが好適である」となどと記載されていたとしても
、ある値は、それらの記載に限定されない。つまり、「好ましい」、「好適である」など
と記載されていたとしても、必ずしも、それらの記載には、限定されない。
である」と記載されているとする。その場合、例えば、ある電圧が、−2V以上1V以下
である場合を除く、と発明の一態様を規定することが可能である。または、例えば、ある
電圧が、13V以上である場合を除く、と発明の一態様を規定することが可能である。
記載されているとする。その場合、例えば、その絶縁膜が、有機絶縁膜である場合を除く
、と発明の一態様を規定することが可能である。または、例えば、その絶縁膜が、無機絶
縁膜である場合を除く、と発明の一態様を規定することが可能である。または、例えば、
その膜が、導電膜である場合を除く、と発明の一態様を規定することが可能である。また
は、例えば、その膜が、半導体膜である場合を除く、と発明の一態様を規定することが可
能である。
設けられている」と記載されているとする。その場合、例えば、その膜が、4層以上の積
層膜である場合を除く、と発明を規定することが可能である。または、例えば、A膜とそ
の膜との間に、導電膜が設けられている場合を除く、と発明を規定することが可能である
。
が出来る。しかしながら、その実施は、複数の人にまたがって実施される場合がある。例
えば、送受信システムの場合において、A社が送信機を製造および販売し、B社が受信機
を製造および販売する場合がある。別の例としては、TFTおよび発光素子を有する発光
装置の場合において、TFTが形成された半導体装置は、A社が製造および販売する。そ
して、B社がその半導体装置を購入して、その半導体装置に発光素子を成膜して、発光装
置として完成させる、という場合がある。
の一態様を、構成することが出来る。つまり、A社のみが実施するような発明の一態様を
構成することが可能であり、別の発明の一態様として、B社のみが実施するような発明の
一態様を構成することが可能である。また、A社またはB社に対して、特許侵害を主張で
きるような発明の一態様は、明確であり、本明細書等に記載されていると判断する事が出
来る。例えば、送受信システムの場合において、送信機のみの場合の記載や、受信機のみ
の場合の記載が本明細書等になかったとしても、送信機のみで発明の一態様を構成するこ
とができ、受信機のみで別の発明の一態様を構成することができ、それらの発明の一態様
は、明確であり、本明細書等に記載されていると判断することが出来る。別の例としては
、TFTおよび発光素子を有する発光装置の場合において、TFTが形成された半導体装
置のみの場合の記載や、発光素子を有する発光装置のみの場合の記載が本明細書等になか
ったとしても、TFTが形成された半導体装置のみで発明の一態様を構成することができ
、発光素子を有する発光装置のみで発明の一態様を構成することができ、それらの発明の
一態様は、明確であり、本明細書等に記載されていると判断することが出来る。
容量素子、抵抗素子など)などが有するすべての端子について、その接続先を特定しなく
ても、当業者であれば、発明の一態様を構成することは可能な場合がある。つまり、接続
先を特定しなくても、発明の一態様が明確であると言える。そして、接続先が特定された
内容が、本明細書等に記載されている場合、接続先を特定しない発明の一態様が、本明細
書等に記載されていると判断することが可能な場合がある。特に、端子の接続先が複数の
ケース考えられる場合には、その端子の接続先を特定の箇所に限定する必要はない。した
がって、能動素子(トランジスタ、ダイオードなど)、受動素子(容量素子、抵抗素子な
ど)などが有する一部の端子についてのみ、その接続先を特定することによって、発明の
一態様を構成することが可能な場合がある。
者であれば、発明を特定することが可能な場合がある。または、ある回路について、少な
くとも機能を特定すれば、当業者であれば、発明を特定することが可能な場合がある。つ
まり、機能を特定すれば、発明の一態様が明確であると言える。そして、機能が特定され
た発明の一態様が、本明細書等に記載されていると判断することが可能な場合がある。し
たがって、ある回路について、機能を特定しなくても、接続先を特定すれば、発明の一態
様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。または
、ある回路について、接続先を特定しなくても、機能を特定すれば、発明の一態様として
開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。
て、その一部分を取り出して、発明の一態様を構成することは可能である。したがって、
ある部分を述べる図または文章が記載されている場合、その一部分の図または文章を取り
出した内容も、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成する
ことが可能であるものとする。そして、その発明の一態様は明確であると言える。そのた
め、例えば、能動素子(トランジスタ、ダイオードなど)、配線、受動素子(容量素子、
抵抗素子など)、導電層、絶縁層、半導体層、有機材料、無機材料、部品、装置、動作方
法、製造方法などが単数もしくは複数記載された図面または文章において、その一部分を
取り出して、発明の一態様を構成することが可能であるものとする。例えば、N個(Nは
整数)の回路素子(トランジスタ、容量素子等)を有して構成される回路図から、M個(
Mは整数で、M<N)の回路素子(トランジスタ、容量素子等)を抜き出して、発明の一
態様を構成することは可能である。別の例としては、N個(Nは整数)の層を有して構成
される断面図から、M個(Mは整数で、M<N)の層を抜き出して、発明の一態様を構成
することは可能である。さらに別の例としては、N個(Nは整数)の要素を有して構成さ
れるフローチャートから、M個(Mは整数で、M<N)の要素を抜き出して、発明の一態
様を構成することは可能である。さらに別の例としては、「Aは、B、C、D、E、また
は、Fを有する」と記載されている文章から、一部の要素を任意に抜き出して、「Aは、
BとEとを有する」、「Aは、EとFとを有する」、「Aは、CとEとFとを有する」、
または、「Aは、BとCとDとEとを有する」などの発明の一態様を構成することは可能
である。
て、少なくとも一つの具体例が記載される場合、その具体例の上位概念を導き出すことは
、当業者であれば容易に理解される。したがって、ある一つの実施の形態において述べる
図または文章において、少なくとも一つの具体例が記載される場合、その具体例の上位概
念も、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可
能である。そして、その発明の一態様は、明確であると言える。
、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能で
ある。したがって、ある内容について、図に記載されていれば、文章を用いて述べていな
くても、その内容は、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構
成することが可能である。同様に、図の一部を取り出した図についても、発明の一態様と
して開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。そして、そ
の発明の一態様は明確であると言える。
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 基板
120 絶縁層
130 酸化物半導体層
130a 酸化物半導体層
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 ソース電極層
141 導電層
142 導電層
150 ドレイン電極層
151 導電層
152 導電層
160 ゲート絶縁膜
160a 絶縁膜
170 ゲート電極層
171 導電層
171a 導電膜
172 導電層
172a 導電膜
175 絶縁層
180 絶縁層
185 絶縁層
190 絶縁層
231 領域
232 領域
233 領域
304 回路部
331 領域
332 領域
333 領域
334 領域
335 領域
400 基板
401 絶縁層
402 絶縁層
402a 絶縁層
402b 絶縁層
404 導電層
404a 導電層
404b 導電層
406 半導体層
406a 半導体層
406b 半導体層
407a 領域
407a1 領域
407a2 領域
407b 領域
407b1 領域
407b2 領域
408 絶縁層
412 絶縁層
414 導電層
414a 導電層
414b 導電層
416a 導電層
416a1 導電層
416a2 導電層
416b 導電層
416b1 導電層
416b2 導電層
418 絶縁層
428 絶縁層
500 表示装置
500a 液晶表示装置
500b EL表示装置
501 基板
502 画素部
504 回路部
505 回路部
507 基板
508 FPC端子部
510 信号線
511 配線部
512 シール材
516 FPC
530 絶縁膜
534 絶縁膜
536 着色層
538 遮光層
550 トランジスタ
552 トランジスタ
560 接続電極
570 平坦化絶縁膜
572 導電膜
574 導電膜
575 液晶素子
576 液晶層
578 スペーサ
580 異方性導電膜
610 素子層
611 素子層
632 封止層
644 導電膜
646 EL層
648 導電膜
680 発光素子
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
751 基板
753 絶縁層
753a 絶縁層
753b 絶縁層
755 酸化物半導体層
755a チャネル領域
755b 低抵抗領域
755c 低抵抗領域
755d 領域
755e 領域
755f 低抵抗領域
755g 低抵抗領域
755h 低抵抗領域
755i 低抵抗領域
757 絶縁層
757a 絶縁層
757b 絶縁層
759 導電層
759a 導電層
759b 導電層
765 窒化物絶縁層
767 絶縁層
768 導電層
769 導電層
775 絶縁層
800 RFタグ
801 通信器
802 アンテナ
803 無線信号
804 アンテナ
805 整流回路
806 定電圧回路
807 復調回路
808 変調回路
809 論理回路
810 記憶回路
811 ROM
821 レジストマスク
822 レジストマスク
823 レジストマスク
824 レジストマスク
830 不純物
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 筐体
913 表示部
914 表示部
915 接続部
916 操作キー
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 表示部
933 リストバンド
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
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
1200 記憶素子
1201 回路
1202 回路
1203 スイッチ
1204 スイッチ
1206 論理素子
1207 容量素子
1208 容量素子
1209 トランジスタ
1210 トランジスタ
1213 トランジスタ
1214 トランジスタ
1220 回路
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 絶縁膜
2205 配線
2206 配線
2207 絶縁膜
2208 ブロック膜
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
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タグ
5100 ペレット
5100a ペレット
5100b ペレット
5101 イオン
5120 基板
5130 ターゲット
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 (11)
- 第1の絶縁層と、
前記第1の絶縁層上方の酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層上方のソース電極及びドレイン電極と、
前記酸化物半導体層上方のゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上方のゲート電極と、
前記ゲート電極上方の第2の絶縁層と、を有し、
前記ゲート電極の上面、前記ソース電極の上面、及び前記ドレイン電極の上面は、前記第2の絶縁層と接し、
前記第1の絶縁層は、前記酸化物半導体層と接する第1の領域と、前記第2の絶縁層と接する第2の領域とを有し、
前記第1の領域における前記第1の絶縁層の膜厚は、前記第2の領域における前記第1の絶縁層の膜厚より大きい、半導体装置。 - 第1の絶縁層と、
前記第1の絶縁層上方の酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層上方のソース電極及びドレイン電極と、
前記酸化物半導体層上方のゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上方のゲート電極と、
前記ゲート電極上方の第2の絶縁層と、を有し、
前記ゲート電極の上面、前記ソース電極の上面、及び前記ドレイン電極の上面は、前記第2の絶縁層と接し、
前記第1の絶縁層は、前記酸化物半導体層と接する第1の領域と、前記第2の絶縁層と接する第2の領域とを有し、
前記第1の領域における前記第1の絶縁層の膜厚は、前記第2の領域における前記第1の絶縁層の膜厚より大きく、
前記酸化物半導体層のチャネル幅方向に平行な断面視において、
前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁層を介して、前記酸化物半導体層の上面及び側面に面している、半導体装置。 - 第1の絶縁層と、
前記第1の絶縁層上方の酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層上方のソース電極及びドレイン電極と、
前記酸化物半導体層上方のゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上方のゲート電極と、
前記ゲート電極上方の第2の絶縁層と、を有し、
前記ゲート電極の上面、前記ソース電極の上面、及び前記ドレイン電極の上面は、前記第2の絶縁層と接し、
前記第1の絶縁層は、前記酸化物半導体層と接する第1の領域と、前記第1の領域に隣接し、且つ前記第2の絶縁層と接する第2の領域と、を有し、
前記第1の領域における前記第1の絶縁層の膜厚は、前記第2の領域における前記第1の絶縁層の膜厚より大きい、半導体装置。 - 第1の絶縁層と、
前記第1の絶縁層上方の酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層上方のソース電極及びドレイン電極と、
前記酸化物半導体層上方のゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上方のゲート電極と、
前記ゲート電極上方の第2の絶縁層と、を有し、
前記ゲート電極の上面、前記ソース電極の上面、及び前記ドレイン電極の上面は、前記第2の絶縁層と接し、
前記第1の絶縁層は、前記酸化物半導体層と接する第1の領域と、前記第1の領域に隣接し、且つ前記第2の絶縁層と接する第2の領域と、を有し、
前記第1の領域における前記第1の絶縁層の膜厚は、前記第2の領域における前記第1の絶縁層の膜厚より大きく、
前記酸化物半導体層のチャネル幅方向に平行な断面視において、
前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁層を介して、前記酸化物半導体層の上面及び側面に面している、半導体装置。 - 第1の絶縁層と、
前記第1の絶縁層上方の酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層上方のソース電極及びドレイン電極と、
前記酸化物半導体層上方のゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上方のゲート電極と、
前記ゲート電極上方の第2の絶縁層と、を有し、
前記ゲート電極の上面、前記ソース電極の上面、及び前記ドレイン電極の上面は、前記第2の絶縁層と接し、
前記第1の絶縁層は、前記酸化物半導体層と接する第1の領域と、前記第2の絶縁層と接する第2の領域とを有し、
前記第1の領域における前記第1の絶縁層の膜厚は、前記第2の領域における前記第1の絶縁層の膜厚より大きく、
前記酸化物半導体層のチャネル長方向に平行な断面視において、
前記酸化物半導体層は、前記ゲート絶縁層と接する第3の領域と、
前記第2の絶縁層と接し、且つ前記第3の領域と隣接する第4の領域と、を有する、半導体装置。 - 第1の絶縁層と、
前記第1の絶縁層上方の酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層上方のソース電極及びドレイン電極と、
前記酸化物半導体層上方のゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上方のゲート電極と、
前記ゲート電極上方の第2の絶縁層と、を有し、
前記ゲート電極の上面、前記ソース電極の上面、及び前記ドレイン電極の上面は、前記第2の絶縁層と接し、
前記第1の絶縁層は、前記酸化物半導体層と接する第1の領域と、前記第2の絶縁層と接する第2の領域とを有し、
前記第1の領域における前記第1の絶縁層の膜厚は、前記第2の領域における前記第1の絶縁層の膜厚より大きく、
前記酸化物半導体層のチャネル長方向に平行な断面視において、
前記酸化物半導体層は、前記ゲート絶縁層と接する第3の領域と、
前記第2の絶縁層と接し、且つ前記第3の領域と隣接する第4の領域と、を有し、
前記酸化物半導体層のチャネル幅方向に平行な断面視において、
前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁層を介して、前記酸化物半導体層の上面及び側面に面している、半導体装置。 - 第1の絶縁層と、
前記第1の絶縁層上方の酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層上方のソース電極及びドレイン電極と、
前記酸化物半導体層上方のゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上方のゲート電極と、
前記ゲート電極上方の第2の絶縁層と、を有し、
前記ゲート電極の上面、前記ソース電極の上面、及び前記ドレイン電極の上面は、前記第2の絶縁層と接し、
前記第1の絶縁層は、前記酸化物半導体層と接する第1の領域と、前記第1の領域に隣接し、且つ前記第2の絶縁層と接する第2の領域と、を有し、
前記第1の領域における前記第1の絶縁層の膜厚は、前記第2の領域における前記第1の絶縁層の膜厚より大きく、
前記酸化物半導体層のチャネル長方向に平行な断面視において、
前記酸化物半導体層は、前記ゲート絶縁層と接する第3の領域と、
前記第2の絶縁層と接し、且つ前記第3の領域と隣接する第4の領域と、を有する、半導体装置。 - 第1の絶縁層と、
前記第1の絶縁層上方の酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層上方のソース電極及びドレイン電極と、
前記酸化物半導体層上方のゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上方のゲート電極と、
前記ゲート電極上方の第2の絶縁層と、を有し、
前記ゲート電極の上面、前記ソース電極の上面、及び前記ドレイン電極の上面は、前記第2の絶縁層と接し、
前記第1の絶縁層は、前記酸化物半導体層と接する第1の領域と、前記第1の領域に隣接し、且つ前記第2の絶縁層と接する第2の領域と、を有し、
前記第1の領域における前記第1の絶縁層の膜厚は、前記第2の領域における前記第1の絶縁層の膜厚より大きく、
前記酸化物半導体層のチャネル長方向に平行な断面視において、
前記酸化物半導体層は、前記ゲート絶縁層と接する第3の領域と、
前記第2の絶縁層と接し、且つ前記第3の領域と隣接する第4の領域と、を有し、
前記酸化物半導体層のチャネル幅方向に平行な断面視において、
前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁層を介して、前記酸化物半導体層の上面及び側面に面している、半導体装置。 - 請求項5乃至8のいずれか一項において、
前記第3の領域における前記酸化物半導体層の膜厚は、前記第4の領域における前記酸化物半導体層の膜厚より大きい、半導体装置。 - 請求項1乃至9のいずれか一項において、
前記ゲート電極はAl、Ti、Cr、Co、Ni、Cu、Y、Zr、Mo、Ru、Ag、Mn、Nd、Sc、TaおよびW、および当該金属材料の合金から選ばれた材料との積層構造である、半導体装置。 - 請求項1乃至10のいずれか一項において、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極は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との積層構造である、半導体装置。
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