JP2020017735A - 半導体装置の作製方法 - Google Patents
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- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
- H01L29/423—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
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- H01L29/42316—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
- H01L29/4232—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
- H01L29/42384—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate for thin film field effect transistors, e.g. characterised by the thickness or the shape of the insulator or the dimensions, the shape or the lay-out of the conductor
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- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
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- H01L29/78696—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film characterised by the structure of the channel, e.g. multichannel, transverse or longitudinal shape, length or width, doping structure, or the overlap or alignment between the channel and the gate, the source or the drain, or the contacting structure of the channel
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- H01L21/46—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/428
- H01L21/461—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/428 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
- H01L21/469—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/428 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After-treatment of these layers
- H01L21/471—Inorganic layers
- H01L21/473—Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass
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- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
- H01L21/76801—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
- H01L21/76822—Modification of the material of dielectric layers, e.g. grading, after-treatment to improve the stability of the layers, to increase their density etc.
- H01L21/76826—Modification of the material of dielectric layers, e.g. grading, after-treatment to improve the stability of the layers, to increase their density etc. by contacting the layer with gases, liquids or plasmas
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- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
- H01L21/76801—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
- H01L21/76829—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing characterised by the formation of thin functional dielectric layers, e.g. dielectric etch-stop, barrier, capping or liner layers
- H01L21/76832—Multiple layers
Abstract
Description
装置に関する。
の一態様の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関する。または、本発明は、プロ
セス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物(コンポジション・オブ・マター)に
関する。特に、本発明の一態様は、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装
置、それらの駆動方法、またはそれらの製造方法に関する。
装置全般を指す。トランジスタなどの半導体素子をはじめ、半導体回路、演算装置、記憶
装置は、半導体装置の一態様である。撮像装置、表示装置、液晶表示装置、発光装置、電
気光学装置、発電装置(薄膜太陽電池、有機薄膜太陽電池等を含む)、及び電子機器は、
半導体装置を有している場合がある。
ンジスタ(FET)、または薄膜トランジスタ(TFT)ともいう)を構成する技術が注
目されている。該トランジスタは集積回路(IC)や画像表示装置(表示装置)のような
電子デバイスに広く応用されている。トランジスタに適用可能な半導体薄膜としてシリコ
ンを代表とする半導体材料が広く知られているが、その他の材料として酸化物半導体が注
目されている(例えば、特許文献1)。
(添加)し、加熱処理を行い、該酸素導入及び該加熱処理によって、水素、水分、水酸基
または水素化物などの不純物を酸化物半導体層より排除し、酸化物半導体層を高純度化す
る半導体装置の作製方法が開示されている(例えば、特許文献2)
酸化物半導体膜中に混入する水素または水分などの不純物は、トランジスタ特性に影響を
与えるため問題となる。また、チャネル領域の酸化物半導体膜中に形成される酸素欠損は
、トランジスタ特性に影響を与えるため問題となる。例えば、チャネル領域の酸化物半導
体膜中に酸素欠損が形成されると、該酸素欠損に水素が結合し、キャリア供給源となる。
チャネル領域の酸化物半導体膜中にキャリア供給源が生成されると、酸化物半導体膜を有
するトランジスタの電気特性の変動、代表的にはしきい値電圧のシフトが生じる。また、
トランジスタごとに電気特性がばらつくという問題がある。したがって、酸化物半導体膜
のチャネル領域においては、酸素欠損が少ないほど好ましい。また、酸化物半導体膜のチ
ャネル領域においては、酸素欠損とともに、水素または水分などの不純物が少ないほど好
ましい。
体装置において、電気特性の変動を抑制すると共に、信頼性を向上させることを課題の1
つとする。または、本発明の一態様は、消費電力が低減された半導体装置を提供すること
を課題の1つとする。または、本発明の一態様は、新規な半導体装置を提供することを課
題の1つとする。または、本発明の一態様は、新規な表示装置を提供することを課題の1
つとする。
態様は、必ずしも、これらの課題の全てを解決する必要はない。上記以外の課題は、明細
書等の記載から自ずと明らかになるものであり、明細書等の記載から上記以外の課題を抽
出することが可能である。
ト電極と、ゲート電極上の第1の絶縁膜と、第1の絶縁膜上の酸化物半導体膜と、酸化物
半導体膜に電気的に接続されるソース電極と、酸化物半導体膜に電気的に接続されるドレ
イン電極と、酸化物半導体膜、ソース電極、及びドレイン電極上の第2の絶縁膜と、第2
の絶縁膜上の第1の金属酸化膜と、第1の金属酸化膜上の第2の金属酸化膜と、を有し、
第1の金属酸化膜は、酸化物半導体膜と同一の金属元素を少なくとも一つ有し、第2の金
属酸化膜は、第1の金属酸化膜と、混合する領域を有する。
置は、第1のゲート電極と、第1のゲート電極上の第1の絶縁膜と、第1の絶縁膜上の酸
化物半導体膜と、酸化物半導体膜に電気的に接続されるソース電極と、酸化物半導体膜に
電気的に接続されるドレイン電極と、酸化物半導体膜、ソース電極、及びドレイン電極上
の第2の絶縁膜と、第2の絶縁膜上の第1の金属酸化膜と、第1の金属酸化膜上の第2の
金属酸化膜と、第2の金属酸化膜上の第2のゲート電極と、を有し、第1の金属酸化膜は
、酸化物半導体膜と同一の金属元素を少なくとも一つ有し、第2の金属酸化膜は、第1の
金属酸化膜と、混合する領域を有する。
置は、ゲート電極と、ゲート電極上の第1の絶縁膜と、第1の絶縁膜上の酸化物半導体膜
と、酸化物半導体膜上の第2の絶縁膜と、第2の絶縁膜上の第1の金属酸化膜と、第1の
金属酸化膜上の第2の金属酸化膜と、第2の金属酸化膜上に設けられ、酸化物半導体膜に
電気的に接続されるソース電極と、第2の金属酸化膜上に設けられ、酸化物半導体膜に電
気的に接続されるドレイン電極と、を有し、第1の金属酸化膜は、酸化物半導体膜と同一
の金属元素を少なくとも一つ有し、第2の金属酸化膜は、第1の金属酸化膜と、混合する
領域を有する。
Zr、La、Ce、Nd、SnまたはHfを表す)と、を有すると好ましい。また、上記
態様において、酸化物半導体膜は、結晶部を有し、結晶部は、c軸配向性を有すると好ま
しい。
014個/cm2以上の酸素分子が検出されると好ましい。
態様において、第2の金属酸化膜は、Alを有すると好ましい。
とを有する表示装置である。また、本発明の他の一態様は、上記表示装置とタッチセンサ
とを有する表示モジュールである。また、本発明の他の一態様は、上記態様のいずれか一
つに記載の半導体装置、上記表示装置、または上記表示モジュールと、操作キーまたはバ
ッテリとを有する電子機器である。
て、電気特性の変動を抑制すると共に、信頼性を向上させることができる。または、本発
明の一態様により、消費電力が低減された半導体装置を提供することができる。または、
本発明の一態様により、新規な半導体装置を提供することができる。または、本発明の一
態様により、新規な表示装置を提供することができる。
一態様は、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。
なる態様で実施することが可能であり、趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態
及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は
、以下の実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。なお図面は、理想的な例を
模式的に示したものであり、図面に示す形状又は値などに限定されない。
であり、工程順又は積層順を示すものではない。そのため、例えば、「第1の」を「第2
の」又は「第3の」などと適宜置き換えて説明することができる。また、本明細書等に記
載されている序数詞と、本発明の一態様を特定するために用いられる序数詞は一致しない
場合がある。
置関係を、図面を参照して説明するために、便宜上用いている。また、構成同士の位置関
係は、各構成を描写する方向に応じて適宜変化するものである。従って、明細書で説明し
た語句に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。
装置全般を指す。トランジスタなどの半導体素子をはじめ、半導体回路、演算装置、記憶
装置は、半導体装置の一態様である。撮像装置、表示装置、液晶表示装置、発光装置、電
気光学装置、発電装置(薄膜太陽電池、有機薄膜太陽電池等を含む)、及び電子機器は、
半導体装置を有する場合がある。
む少なくとも三つの端子を有する素子である。そして、ドレイン(ドレイン端子、ドレイ
ン領域またはドレイン電極)とソース(ソース端子、ソース領域またはソース電極)の間
にチャネル領域を有しており、ドレインとチャネル領域とソースとを介して電流を流すこ
とができるものである。なお、本明細書等において、チャネル領域とは、電流が主として
流れる領域をいう。
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
細書等においては、ソースやドレインの用語は、入れ替えて用いることができるものとす
る。
の」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するも
の」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に制限を受けない
。例えば、「何らかの電気的作用を有するもの」には、電極や配線をはじめ、トランジス
タなどのスイッチング素子、抵抗素子、インダクタ、キャパシタ、その他の各種機能を有
する素子などが含まれる。
素の含有量が多い膜を指し、窒化酸化シリコン膜とは、その組成として、酸素よりも窒素
の含有量が多い膜を指す。
替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変
更することが可能な場合がある。または、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」
という用語に変更することが可能な場合がある。
で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
、「略平行」とは、二つの直線が−30°以上30°以下の角度で配置されている状態を
いう。また、「垂直」とは、二つの直線が80°以上100°以下の角度で配置されてい
る状態をいう。したがって、85°以上95°以下の場合も含まれる。また、「略垂直」
とは、二つの直線が60°以上120°以下の角度で配置されている状態をいう。
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置について、図1乃至図18を参照して
説明する。
図1(A)は、本発明の一態様の半導体装置であるトランジスタ100の上面図であり
、図1(B)は、図1(A)に示す一点鎖線X1−X2間における切断面の断面図に相当
し、図1(C)は、図1(A)に示す一点鎖線Y1−Y2間における切断面の断面図に相
当する。なお、図1(A)において、煩雑になることを避けるため、トランジスタ100
の構成要素の一部(ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜等)を省略して図示している。ま
た、一点鎖線X1−X2方向をトランジスタのチャネル長方向、一点鎖線Y1−Y2方向
をトランジスタのチャネル幅方向と呼称する場合がある。なお、トランジスタの上面図に
おいては、以降の図面においても図1(A)と同様に、構成要素の一部を省略して図示す
る場合がある。
板102及び導電膜104上の絶縁膜106と、絶縁膜106上の絶縁膜107と、絶縁
膜107上の酸化物半導体膜108と、酸化物半導体膜108に電気的に接続されるソー
ス電極として機能する導電膜112aと、酸化物半導体膜108に電気的に接続されるド
レイン電極として機能する導電膜112bと、を有する。また、トランジスタ100は、
酸化物半導体膜108、及び導電膜112a、112b上の絶縁膜114、116と、絶
縁膜116上の金属酸化膜132と、金属酸化膜132上の金属酸化膜134と、を有す
る。また、金属酸化膜132は、酸化物半導体膜108と同一の金属元素を少なくとも一
つ有する。また、金属酸化膜134は、金属酸化膜132と混合する領域を有する。
絶縁膜は、トランジスタのゲート絶縁膜としての機能を有する。また、絶縁膜114、1
16を第2の絶縁膜と呼称する場合があり、該第2の絶縁膜は、酸化物半導体膜108中
に酸素を供給する機能を有する。
と、酸化物半導体膜108中に形成されうる酸素欠損と結合し、キャリアである電子が生
じる。上述の不純物起因のキャリアが生じると、トランジスタ100がノーマリーオン特
性になりやすい。したがって、酸化物半導体膜108中の水素、水分等の不純物を減らす
こと、及び酸化物半導体膜108中の酸素欠損を減らすことが安定したトランジスタ特性
を得る上でも重要となる。
絶縁膜、ここでは、酸化物半導体膜108上の絶縁膜114、116に過剰な酸素を導入
し、絶縁膜114、116から酸化物半導体膜108中に酸素を移動させることで、酸化
物半導体膜108中の酸素欠損を補填する。
熱処理によって、外部に拡散してしまい酸化物半導体膜108中に好適に移動できない場
合がある。しかしながら、本発明の一態様の半導体装置においては、トランジスタ100
の上方、具体的には、絶縁膜116上に金属酸化膜132、134を有する構成である。
金属酸化膜132、134を有する構成とすることで、絶縁膜114、116から外部へ
拡散される酸素を抑制することができる。また、金属酸化膜132、134を有する構成
とすることで、外部から入り込みうる不純物(例えば、水素、水など)を抑制することが
できる。
も過剰に酸素を含有する領域(酸素過剰領域)を有する。別言すると、絶縁膜114、1
16は、酸素を放出することが可能な絶縁膜である。なお、絶縁膜114、116に酸素
過剰領域を設けるには、例えば、成膜後の絶縁膜114、116に酸素を導入して、酸素
過剰領域を形成する。
は、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注入法、プラズマ
処理法等を用いることができる。また、酸素の導入時、基板を加熱して処理すると、導入
される酸素の量を多くすることができるため好適である。酸素導入時の基板温度としては
、例えば室温より高く350℃より低い温度が好ましい。また、上記プラズマ処理法とし
ては、酸素ガスを高周波電力によってプラズマ化させる装置(プラズマエッチング装置ま
たはプラズマアッシング装置ともいう)を用いると好適である。
ctroscopy))を用いて絶縁膜を測定することで、酸素の放出量を測定すること
ができる。例えば、絶縁膜114、116を昇温脱離ガス分析法において測定した場合、
酸素分子の放出量が8.0×1014個/cm2以上、好ましくは1.0×1015個/
cm2以上、さらに好ましくは1.5×1015個/cm2以上である。なお、昇温脱離
ガス分析法における膜の表面温度は、100℃以上700℃以下、好ましくは100℃以
上500℃以下である。
め、絶縁膜116上に金属酸化膜132を形成し、金属酸化膜132を通過させて、絶縁
膜114、116に酸素を導入する。よって、金属酸化膜132は、酸素を通過させる機
能を有すると好ましい。金属酸化膜132を通過させて、絶縁膜114、116に酸素を
導入することで、絶縁膜114、116中に好適に酸素を導入することが可能となる。さ
らに、金属酸化膜132は、酸素導入時以外は、酸素の放出を抑制できる機能を有する。
例えば、金属酸化膜132としては、酸化物半導体膜108と同一の金属元素を少なくと
も有する構成とすることができる。
116中に好適に酸素を導入することができる。金属酸化膜132に用いることのできる
インジウムを含む材料としては、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タング
ステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを
含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物(Indium Tin Oxide:I
TO)、インジウム亜鉛酸化物、シリコンを含むインジウム錫酸化物(ITSO)などが
挙げられる。なお、上述のインジウムを含む材料としては、透光性を有する導電性材料で
ある。また、上述した中でも、金属酸化膜132として、特にITSOを用いると、凹凸
等を有する絶縁膜上にも被覆性がよく形成できるため好適である。
金属酸化膜134を有することで、絶縁膜114、116中の酸素が外部に拡散するのを
、さらに抑制することができる。
、116からの外部への酸素の拡散、及び/または外部からの不純物(水素、水等)の入
り込みを抑制することができる。金属酸化膜134に用いることのできるアルミニウムを
含む材料としては、例えば、酸化アルミニウム等が挙げられる。
属酸化膜132と金属酸化膜134との混合する領域について、図2を用いて説明を行う
。
酸化膜134の積層構造の断面図である。
る。混合領域136の厚さとしては、1nm以上10nm以下、好ましくは1nm以上3
nm以下である。例えば、金属酸化膜132が導電性の材料により形成され、金属酸化膜
134が絶縁性の材料により形成される場合、混合領域136を形成することによって、
金属酸化膜132の導電性を低下させることができる。また、金属酸化膜132の全域に
混合領域136を形成することによって、金属酸化膜132を電気的に絶縁された状態と
することが可能となる。
ッタリング法を用い、スパッタされた原子が金属酸化膜132中に入り込むことで形成す
ることができる。または、金属酸化膜132上に金属酸化膜134を形成したのち、加熱
処理(例えば、100℃以上350℃以下)することによって、金属酸化膜132と、金
属酸化膜134との界面近傍において熱拡散により混合領域136が形成される場合があ
る。
、絶縁膜114、116中の酸素を酸化物半導体膜108へ移動させ、酸化物半導体膜1
08中に形成される酸素欠損を補填することが可能となる。また、絶縁膜116上に金属
酸化膜132、134を設けることによって、絶縁膜114、116中の酸素が外部に拡
散されるのを抑制することができる。また、絶縁膜116上に金属酸化膜132、134
を設けることによって、外部から入り込みうる不純物を抑制することができる。したがっ
て、酸化物半導体膜108中の酸素欠損が補填され、且つ不純物の入り込みが抑制された
信頼性の高い新規な半導体装置を提供することができる。
基板102の材質などに大きな制限はないが、少なくとも、後の熱処理に耐えうる程度
の耐熱性を有している必要がある。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サ
ファイア基板等を、基板102として用いてもよい。また、シリコンや炭化シリコンなど
を材料とした単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウム等の化合物半
導体基板、SOI基板等を適用することも可能であり、これらの基板上に半導体素子が設
けられたものを、基板102として用いてもよい。なお、基板102として、ガラス基板
を用いる場合、第6世代(1500mm×1850mm)、第7世代(1870mm×2
200mm)、第8世代(2200mm×2400mm)、第9世代(2400mm×2
800mm)、第10世代(2950mm×3400mm)等の大面積基板を用いること
で、大型の表示装置を作製することができる。
0を形成してもよい。または、基板102とトランジスタ100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102より
分離し、他の基板に転載するのに用いることができる。その際、トランジスタ100は耐
熱性の劣る基板や可撓性の基板にも転載できる。
ゲート電極として機能する導電膜104、及びソース電極として機能する導電膜112
a、及びドレイン電極として機能する導電膜112bとしては、クロム(Cr)、銅(C
u)、アルミニウム(Al)、金(Au)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、モリブデン(M
o)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、タングステン(W)、マンガン(Mn)、ニ
ッケル(Ni)、鉄(Fe)、コバルト(Co)から選ばれた金属元素、または上述した
金属元素を成分とする合金か、上述した金属元素を組み合わせた合金等を用いてそれぞれ
形成することができる。
てもよい。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタ
ン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜
上にタングステン膜を積層する二層構造、窒化タンタル膜または窒化タングステン膜上に
タングステン膜を積層する二層構造、チタン膜と、そのチタン膜上にアルミニウム膜を積
層し、さらにその上にチタン膜を形成する三層構造等がある。また、アルミニウムに、チ
タン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ば
れた一または複数組み合わせた合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。
ンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタン
を含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物
、酸化シリコンを添加したインジウム錫酸化物等の透光性を有する導電性材料を適用する
こともできる。
Cr、Fe、Co、Mo、Ta、またはTi)を適用してもよい。Cu−X合金膜を用い
ることで、ウエットエッチングプロセスで加工できるため、製造コストを抑制することが
可能となる。
トランジスタ100のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜106、107としては、プ
ラズマ化学気相堆積(PECVD:(Plasma Enhanced Chemica
l Vapor Deposition))法、スパッタリング法等により、酸化シリコ
ン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜
、酸化ハフニウム膜、酸化イットリウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化ガリウム膜、酸化
タンタル膜、酸化マグネシウム膜、酸化ランタン膜、酸化セリウム膜および酸化ネオジム
膜を一種以上含む絶縁層を、それぞれ用いることができる。なお、絶縁膜106、107
の積層構造とせずに、上述の材料から選択された単層の絶縁膜、または3層以上の絶縁膜
を用いてもよい。
る絶縁膜107は、酸化物絶縁膜であることが好ましく、化学量論的組成よりも過剰に酸
素を含有する領域(酸素過剰領域)を有することがより好ましい。別言すると、絶縁膜1
07は、酸素を放出することが可能な絶縁膜である。なお、絶縁膜107に酸素過剰領域
を設けるには、例えば、酸素雰囲気下にて絶縁膜107を形成すればよい。または、成膜
後の絶縁膜107に酸素を導入して、酸素過剰領域を形成してもよい。
ハフニウムは、酸化シリコンや酸化窒化シリコンと比べて比誘電率が高い。したがって、
酸化シリコンを用いた場合と比べて、絶縁膜107の膜厚を大きくできるため、トンネル
電流によるリーク電流を小さくすることができる。すなわち、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。
として酸化シリコン膜を形成する。窒化シリコン膜は、酸化シリコン膜と比較して比誘電
率が高く、酸化シリコン膜と同等の静電容量を得るのに必要な膜厚が大きいため、トラン
ジスタ100のゲート絶縁膜として、窒化シリコン膜を含むことで絶縁膜を物理的に厚膜
化することができる。よって、トランジスタ100の絶縁耐圧の低下を抑制、さらには絶
縁耐圧を向上させて、トランジスタ100の静電破壊を抑制することができる。
酸化物半導体膜108は、Inと、Znと、M(Mは、Ti、Ga、Y、Zr、La、
Ce、Nd、SnまたはHfを表す)とを有する。代表的には、酸化物半導体膜108は
、In−Ga酸化物、In−Zn酸化物、In−M−Zn酸化物を用いることができる。
とくに、酸化物半導体膜108としては、In−M−Zn酸化物を用いると好ましい。
るために用いるスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比は、In≧M、Zn≧M
を満たすことが好ましい。このようなスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比と
して、In:M:Zn=1:1:1、In:M:Zn=1:1:1.2、In:M:Zn
=2:1:3、In:M:Zn=3:1:2、In:M:Zn=4:2:4.1が好まし
い。なお、成膜される酸化物半導体膜108の原子数比はそれぞれ、誤差として上記のス
パッタリングターゲットに含まれる金属元素の原子数比のプラスマイナス40%の変動を
含む。例えば、スパッタリングターゲットとして、原子数比がIn:Ga:Zn=4:2
:4.1を用いる場合、成膜される酸化物半導体膜108の原子数比は、In:Ga:Z
n=4:2:3近傍となる場合がある。
てのInとMの原子数比率は、好ましくはInが25atomic%より高く、Mが75
atomic%未満、さらに好ましくはInが34atomic%より高く、Mが66a
tomic%未満とする。
eV以上、より好ましくは3eV以上である。このように、エネルギーギャップの広い酸
化物半導体を用いることで、トランジスタ100のオフ電流を低減することができる。
以上100nm以下、さらに好ましくは3nm以上50nm以下とする。
例えば、酸化物半導体膜108は、キャリア密度が1×10−9個/cm3以上8×10
11個/cm3未満、好ましくは1×10−9個/cm3以上1×1011個/cm3未
満、さらに好ましくは1×10−9個/cm3以上1×1010個/cm3未満とする。
果移動度、しきい値電圧等)に応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とす
るトランジスタの半導体特性を得るために、酸化物半導体膜108のキャリア密度や不純
物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間距離、密度等を適切なものとする
ことが好ましい。
導体膜を用いることで、さらに優れた電気特性を有するトランジスタを作製することがで
き好ましい。ここでは、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低い(酸素欠損の少ない)こ
とを高純度真性または実質的に高純度真性とよぶ。高純度真性または実質的に高純度真性
である酸化物半導体膜は、キャリア発生源が少ないため、キャリア密度を低くすることが
できる。従って、該酸化物半導体膜にチャネル領域が形成されるトランジスタは、しきい
値電圧がマイナスとなる電気特性(ノーマリーオンともいう。)になることが少ない。ま
た、高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、欠陥準位密度が低い
ため、トラップ準位密度も低くなる場合がある。また、高純度真性または実質的に高純度
真性である酸化物半導体膜は、オフ電流が著しく小さく、チャネル幅が1×106μmで
チャネル長Lが10μmの素子であっても、ソース電極とドレイン電極間の電圧(ドレイ
ン電圧)が1Vから10Vの範囲において、オフ電流が、半導体パラメータアナライザの
測定限界以下、すなわち1×10−13A以下という特性を得ることができる。
領域が形成されるトランジスタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタ
とすることができる。なお、酸化物半導体膜のトラップ準位に捕獲された電荷は、消失す
るまでに要する時間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、
トラップ準位密度の高い酸化物半導体膜にチャネル領域が形成されるトランジスタは、電
気特性が不安定となる場合がある。不純物としては、水素、窒素、アルカリ金属、または
アルカリ土類金属等がある。
と共に、酸素が脱離した格子(または酸素が脱離した部分)に酸素欠損を形成する。該酸
素欠損に水素が入ることで、キャリアである電子が生成される場合がある。また、水素の
一部が金属原子と結合する酸素と結合して、キャリアである電子を生成することがある。
従って、水素が含まれている酸化物半導体膜を用いたトランジスタはノーマリーオン特性
となりやすい。このため、酸化物半導体膜108は水素ができる限り低減されていること
が好ましい。具体的には、酸化物半導体膜108において、SIMS(Secondar
y Ion Mass Spectrometry)分析により得られる水素濃度を、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、5×1018atoms/cm3
以下、好ましくは1×1018atoms/cm3以下、より好ましくは5×1017a
toms/cm3以下、さらに好ましくは1×1016atoms/cm3以下とする。
と、酸化物半導体膜108において酸素欠損が増加し、n型化してしまう。このため、酸
化物半導体膜108におけるシリコンや炭素の濃度と、酸化物半導体膜108との界面近
傍のシリコンや炭素の濃度(SIMS分析により得られる濃度)を、2×1018ato
ms/cm3以下、好ましくは2×1017atoms/cm3以下とする。
はアルカリ土類金属の濃度を、1×1018atoms/cm3以下、好ましくは2×1
016atoms/cm3以下にする。アルカリ金属及びアルカリ土類金属は、酸化物半
導体と結合するとキャリアを生成する場合があり、トランジスタのオフ電流が増大してし
まうことがある。このため、酸化物半導体膜108のアルカリ金属またはアルカリ土類金
属の濃度を低減することが好ましい。
ャリア密度が増加し、n型化しやすい。この結果、窒素が含まれている酸化物半導体膜を
用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。従って、該酸化物半導体膜にお
いて、窒素はできる限り低減されていることが好ましい、例えば、SIMS分析により得
られる窒素濃度は、5×1018atoms/cm3以下にすることが好ましい。
ば、後述するCAAC−OS、多結晶構造、nc−OS、a−like OS、または非
晶質構造を含む。非単結晶構造において、非晶質構造は最も欠陥準位密度が高く、CAA
C−OSは最も欠陥準位密度が低い。
、例えば、原子配列が無秩序であり、結晶成分を有さない。または、非晶質構造の酸化物
膜は、例えば、完全な非晶質構造であり、結晶部を有さない。
領域、CAAC−OSの領域、単結晶構造の領域の二種以上を有する混合膜であってもよ
い。混合膜は、例えば、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域、多結晶構造の領域、CA
AC−OSの領域、単結晶構造の領域のいずれか二種以上の領域を有する単層構造の場合
がある。また、混合膜は、例えば、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域、多結晶構造の
領域、CAAC−OSの領域、単結晶構造の領域のいずれか二種以上を有する積層構造を
有する場合がある。
絶縁膜114、116は、保護絶縁膜としての機能を有する。絶縁膜114、116は
、酸素を有する。また、絶縁膜114は、酸素を透過することのできる絶縁膜である。な
お、絶縁膜114は、後に形成する絶縁膜116を形成する際の、酸化物半導体膜108
へのダメージ緩和膜としても機能する。
nm以下の酸化シリコン、酸化窒化シリコン等を用いることができる。
り、シリコンのダングリングボンドに由来するg=2.001に現れる信号のスピン密度
が3×1017spins/cm3以下であることが好ましい。これは、絶縁膜114に
含まれる欠陥密度が多いと、該欠陥に酸素が結合してしまい、絶縁膜114における酸素
の透過量が減少してしまう。
4の外部に移動せず、絶縁膜114にとどまる酸素もある。また、絶縁膜114に酸素が
入ると共に、絶縁膜114に含まれる酸素が絶縁膜114の外部へ移動することで、絶縁
膜114において酸素の移動が生じる場合もある。絶縁膜114として酸素を透過するこ
とができる酸化物絶縁膜を形成すると、絶縁膜114上に設けられる、絶縁膜116から
脱離する酸素を、絶縁膜114を通過させて酸化物半導体膜108に移動させることがで
きる。
成することができる。なお、当該窒素酸化物に起因する準位密度は、酸化物半導体膜の価
電子帯の上端のエネルギー(Ev_os)と酸化物半導体膜の伝導帯の下端のエネルギー
(Ec_os)の間に形成され得る場合がある。上記酸化物絶縁膜として、窒素酸化物の
放出量が少ない酸化窒化シリコン膜、または窒素酸化物の放出量が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。
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55
0℃以下の加熱処理による放出量とする。
NO2またはNOは、絶縁膜114などに準位を形成する。当該準位は、酸化物半導体膜
108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、絶縁膜114及び
酸化物半導体膜108の界面近傍に拡散すると、当該準位が絶縁膜114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、絶縁膜114及び酸化物
半導体膜108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。
に含まれる窒素酸化物は、加熱処理において、絶縁膜116に含まれるアンモニアと反応
するため、絶縁膜114に含まれる窒素酸化物が低減される。このため、絶縁膜114及
び酸化物半導体膜108の界面近傍において、電子がトラップされにくい。
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。
加熱処理により、絶縁膜114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/cm3未満であ
り、代表的には1×1017spins/cm3以上1×1018spins/cm3未
満である。
の第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
絶縁膜に含まれる窒素酸化物の含有量が少ないといえる。
ms/cm3以下である。
び一酸化二窒素を用いたPECVD法を用いて、上記酸化物絶縁膜を形成することで、緻
密であり、且つ硬度の高い膜を形成することができる。
用いて形成する。化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜は、
加熱により酸素の一部が脱離する。化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む
酸化物絶縁膜は、TDS分析にて、酸素原子に換算して、酸素の放出量が8.0×101
4atoms/cm2以上、好ましくは1.0×1015atoms/cm2以上である
酸化物絶縁膜である。なお、上記TDS分析時における膜の表面温度は、100℃以上7
00℃以下、好ましくは100℃以上500℃以下である。
400nm以下の、酸化シリコン、酸化窒化シリコン等を用いることができる。
り、シリコンのダングリングボンドに由来するg=2.001に現れる信号のスピン密度
が1.5×1018spins/cm3未満、さらには1×1018spins/cm3
以下であることが好ましい。なお、絶縁膜116は、絶縁膜114と比較して酸化物半導
体膜108から離れているため、絶縁膜114より、欠陥密度が多くともよい。
膜114と絶縁膜116の界面が明確に確認できない場合がある。したがって、本実施の
形態においては、絶縁膜114と絶縁膜116の界面は、破線で図示している。なお、本
実施の形態においては、絶縁膜114と絶縁膜116の2層構造について説明したが、こ
れに限定されず、例えば、絶縁膜114または絶縁膜116のいずれか一方の単層構造と
してもよい。
金属酸化膜132は、酸素を透過させる機能を有する。金属酸化膜132を設けること
で、絶縁膜114、116中に好適に酸素を導入することができる。さらに、金属酸化膜
132は、酸素導入時以外は、酸素の放出を抑制する機能を有する。
。例えば、酸化物半導体膜108がInと、Znと、M(Mは、Ti、Ga、Y、Zr、
La、Ce、Nd、SnまたはHfを表す)と、を有する場合、金属酸化膜132は、I
n、Zn、またはMを含む。金属酸化膜132としては、とくにInを含む導電膜、また
はInを含む半導体膜を用いると好適である。
アルカリ土類金属等の不純物をブロッキングできる機能と、を有する。金属酸化膜134
を設けることで、酸化物半導体膜108からの酸素の外部への拡散と、絶縁膜114、1
16に含まれる酸素の外部への拡散と、外部から酸化物半導体膜108への水素、水等の
入り込みと、を抑制することができる。
(Y)、またはハフニウム(Hf)を有すると好ましい。金属酸化膜134に用いること
のできる材料としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化ア
ルミニウム、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、窒化酸化ガリウム、酸化イットリウム、
酸化窒化イットリウム、窒化酸化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム、
窒化酸化ハフニウム等が挙げられる。特に金属酸化膜134として、酸化アルミニウムを
用いると酸化物半導体膜108、及び絶縁膜114、116からの酸素の外部への拡散と
、外部から酸化物半導体膜108への水素、水等の入り込みと、を抑制できるため好適で
ある。
r Deposition)法を用いて形成すると好適である。
成方法としては、スパッタリング法、化学気相堆積(CVD)法、真空蒸着法、パルスレ
ーザ堆積(PLD)法などが挙げられる。また、上記記載の、導電膜、絶縁膜、酸化物半
導体膜などの様々な膜の形成方法としては、プラズマ化学気相堆積(PECVD)法、熱
CVD(Chemical Vapor Deposition)法、またはALD法と
してもよい。熱CVD法の例としてMOCVD(Metal Organic Chem
ical Vapor Deposition)法が挙げられる。また、上記記載の、導
電膜、絶縁膜、酸化物半導体膜、金属酸化膜などの様々な膜の形成方法としては、塗布法
や印刷法でもよい。
成されることが無いという利点を有する。
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。
順次にチャンバーに導入され、そのガス導入の順序を繰り返すことで成膜を行ってもよい
。例えば、それぞれのスイッチングバルブ(高速バルブとも呼ぶ)を切り替えて2種類以
上の原料ガスを順番にチャンバーに供給し、複数種の原料ガスが混ざらないように第1の
原料ガスと同時またはその後に不活性ガス(アルゴン、或いは窒素など)などを導入し、
第2の原料ガスを導入する。なお、同時に不活性ガスを導入する場合には、不活性ガスは
キャリアガスとなり、また、第2の原料ガスの導入時にも同時に不活性ガスを導入しても
よい。また、不活性ガスを導入する代わりに真空排気によって第1の原料ガスを排出した
後、第2の原料ガスを導入してもよい。第1の原料ガスが基板の表面に吸着して第1の層
を成膜し、後から導入される第2の原料ガスと反応して、第2の層が第1の層上に積層さ
れて薄膜が形成される。このガス導入順序を制御しつつ所望の厚さになるまで複数回繰り
返すことで、段差被覆性に優れた薄膜を形成することができる。薄膜の厚さは、ガス導入
順序を繰り返す回数によって調節することができるため、精密な膜厚調節が可能であり、
微細なFETを作製する場合に適している。
酸化物半導体膜、金属酸化膜などの様々な膜を形成することができ、例えば、In−Ga
−ZnO膜を成膜する場合には、トリメチルインジウム、トリメチルガリウム、及びジメ
チル亜鉛を用いる。なお、トリメチルインジウムの化学式は、In(CH3)3である。
また、トリメチルガリウムの化学式は、Ga(CH3)3である。また、ジメチル亜鉛の
化学式は、Zn(CH3)2である。また、これらの組み合わせに限定されず、トリメチ
ルガリウムに代えてトリエチルガリウム(化学式Ga(C2H5)3)を用いることもで
き、ジメチル亜鉛に代えてジエチル亜鉛(化学式Zn(C2H5)2)を用いることもで
きる。
とハフニウム前駆体化合物を含む液体(ハフニウムアルコキシドや、テトラキスジメチル
アミドハフニウム(TDMAH)などのハフニウムアミド)を気化させた原料ガスと、酸
化剤としてオゾン(O3)の2種類のガスを用いる。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。
媒とアルミニウム前駆体化合物を含む液体(トリメチルアルミニウム(TMA)など)を
気化させた原料ガスと、酸化剤として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。
ク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(O
2、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。
ガスと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、WF
6ガスとH2ガスとを用いてタングステン膜を形成する。なお、B2H6ガスに代えてS
iH4ガスを用いてもよい。
膜を成膜する場合には、In(CH3)3ガスとO3ガスとを用いてIn−O層を形成し
、その後、Ga(CH3)3ガスとO3ガスとを用いてGaO層を形成し、更にその後Z
n(CH3)2ガスとO3ガスとを用いて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H2Oガスを用いても良いが、Hを含まないO
3ガスを用いる方が好ましい。また、In(CH3)3ガスに代えて、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。
次に、図1(A)(B)(C)に示すトランジスタ100と異なる構成例について、図
3(A)(B)(C)を用いて説明する。なお、先に説明した機能と同様の機能を有する
場合には、ハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。
、図3(B)は、図3(A)に示す一点鎖線X1−X2間における切断面の断面図に相当
し、図3(C)は、図3(A)に示す一点鎖線Y1−Y2間における切断面の断面図に相
当する。
板102及び導電膜104上の絶縁膜106と、絶縁膜106上の絶縁膜107と、絶縁
膜107上の酸化物半導体膜108と、酸化物半導体膜108上の絶縁膜114と、絶縁
膜114上の絶縁膜116と、絶縁膜116上の金属酸化膜132と、金属酸化膜132
上の金属酸化膜134と、絶縁膜114、116及び金属酸化膜132、134に設けら
れる開口部141aを介して酸化物半導体膜108に電気的に接続されるソース電極とし
て機能する導電膜112aと、絶縁膜114、116及び金属酸化膜132、134に設
けられる開口部141bを介して酸化物半導体膜108に電気的に接続されるドレイン電
極として機能する導電膜112bと、を有する。また、金属酸化膜132は、酸化物半導
体膜108と同一の金属元素を少なくとも一つ有する。また、金属酸化膜134は、金属
酸化膜132と混合する領域を有する。
図3(A)(B)(C)に示すトランジスタ150は、チャネル保護型の構造である。こ
のように、本発明の一態様の半導体装置は、チャネルエッチ型及びチャネル保護型の双方
のトランジスタ構造に適用することができる。
108上に、絶縁膜114、116が設けられる構成のため、絶縁膜114、116に含
まれる酸素によって、酸化物半導体膜108中の酸素欠損を補填することができる。また
、絶縁膜116上に金属酸化膜132、134を設けることによって、外部から酸化物半
導体膜108に入り込みうる不純物を抑制することができる。その他の構成は、先に示す
トランジスタ100と同様であり、同様の効果を奏する。
次に、図3(A)(B)(C)に示すトランジスタ150と異なる構成例について、図
4(A)(B)(C)を用いて説明する。なお、先に説明した機能と同様の機能を有する
場合には、ハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。
、図4(B)は、図4(A)に示す一点鎖線X1−X2間における切断面の断面図に相当
し、図4(C)は、図4(A)に示す一点鎖線Y1−Y2間における切断面の断面図に相
当する。
板102及び導電膜104上の絶縁膜106と、絶縁膜106上の絶縁膜107と、絶縁
膜107上の酸化物半導体膜108と、酸化物半導体膜108上の絶縁膜114と、絶縁
膜114上の絶縁膜116と、絶縁膜116上の金属酸化膜132と、金属酸化膜132
上の金属酸化膜134と、酸化物半導体膜108に電気的に接続されるソース電極として
機能する導電膜112aと、酸化物半導体膜108に電気的に接続されるドレイン電極と
して機能する導電膜112bと、を有する。また、金属酸化膜132は、酸化物半導体膜
108と同一の金属元素を少なくとも一つ有する。また、金属酸化膜134は、金属酸化
膜132と混合する領域を有する。
縁膜114、116、及び金属酸化膜132、134の形状が相違する。具体的には、ト
ランジスタ160の絶縁膜114、116、及び金属酸化膜132、134は、酸化物半
導体膜108のチャネル領域上に島状に設けられる。その他の構成は、トランジスタ15
0と同様であり、同様の効果を奏する。
108上に、絶縁膜114、116が設けられる構成のため、絶縁膜114、116に含
まれる酸素によって、酸化物半導体膜108中の酸素欠損を補填することができる。また
、絶縁膜116上に金属酸化膜132、134を設けることによって、外部から酸化物半
導体膜108に入り込みうる不純物を抑制することができる。
次に、図1(A)(B)(C)に示すトランジスタ100と異なる構成例について、図
5(A)(B)(C)を用いて説明する。なお、先に説明した機能と同様の機能を有する
場合には、ハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。
、図5(B)は、図5(A)に示す一点鎖線X1−X2間における切断面の断面図に相当
し、図5(C)は、図5(A)に示す一点鎖線Y1−Y2間における切断面の断面図に相
当する。
と、基板102及び導電膜104上の絶縁膜106と、絶縁膜106上の絶縁膜107と
、絶縁膜107上の酸化物半導体膜108と、酸化物半導体膜108に電気的に接続され
るソース電極として機能する導電膜112aと、酸化物半導体膜108に電気的に接続さ
れるドレイン電極として機能する導電膜112bと、酸化物半導体膜108、及び導電膜
112a、112b上の絶縁膜114と、絶縁膜114上の絶縁膜116と、絶縁膜11
6上の金属酸化膜132と、金属酸化膜132上の金属酸化膜134と、金属酸化膜13
4上の導電膜120a、120bと、を有する。
108上に、絶縁膜114、116が設けられる構成のため、絶縁膜114、116に含
まれる酸素によって、酸化物半導体膜108中の酸素欠損を補填することができる。また
、絶縁膜116上に金属酸化膜132、134を設けることによって、外部から酸化物半
導体膜108に入り込みうる不純物を抑制することができる。
134は、トランジスタ170の第2のゲート絶縁膜としての機能を有する。また、トラ
ンジスタ170において、導電膜120aは、例えば、表示装置に用いる画素電極として
の機能を有する。また、導電膜120aは、絶縁膜114、116、及び金属酸化膜13
2、134に設けられる開口部142cを介して、導電膜112bと接続される。また、
トランジスタ170において、導電膜120bは、第2のゲート電極(バックゲート電極
ともいう)として機能する。
16、及び金属酸化膜132、134に設けられる開口部142a、142bにおいて、
第1のゲート電極として機能する導電膜104に接続される。よって、導電膜120bと
導電膜104とは、同じ電位が与えられる。
導電膜104を接続する構成について例示したが、これに限定されない。例えば、開口部
142aまたは開口部142bのいずれか一方の開口部のみを形成し、導電膜120bと
導電膜104を接続する構成、または開口部142a及び開口部142bを設けずに、導
電膜120bと導電膜104を接続しない構成としてもよい。なお、導電膜120bと導
電膜104を接続しない構成の場合、導電膜120bと導電膜104には、それぞれ異な
る電位を与えることができる。
能する導電膜104と、第2のゲート電極として機能する導電膜120bのそれぞれと対
向するように位置し、2つのゲート電極として機能する導電膜に挟まれている。第2のゲ
ート電極として機能する導電膜120bのチャネル長方向の長さ及びチャネル幅方向の長
さは、酸化物半導体膜108のチャネル長方向の長さ及びチャネル幅方向の長さよりもそ
れぞれ長く、酸化物半導体膜108の全体は、絶縁膜114、116、及び金属酸化膜1
32、134を介して導電膜120bに覆われている。また、第2のゲート電極として機
能する導電膜120bと第1のゲート電極として機能する導電膜104とは、絶縁膜10
6、107、114、116、及び金属酸化膜132、134に設けられる開口部142
a、142bにおいて接続されるため、酸化物半導体膜108のチャネル幅方向の側面は
、絶縁膜114、116、及び金属酸化膜132、134を介して第2のゲート電極とし
て機能する導電膜120bと対向している。
機能する導電膜104及び第2のゲート電極として機能する導電膜120bは、ゲート絶
縁膜として機能する絶縁膜106、107、並びに第2のゲート絶縁膜として機能する絶
縁膜114、116、及び金属酸化膜132、134に設けられる開口部において接続す
ると共に、ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜106、107及び第2のゲート絶縁膜と
して機能する絶縁膜114、116、及び金属酸化膜132、134を介して酸化物半導
体膜108を囲む構成である。
を、第1のゲート電極として機能する導電膜104及び第2のゲート電極として機能する
導電膜120bの電界によって電気的に囲むことができる。トランジスタ170のように
、第1のゲート電極及び第2のゲート電極の電界によって、チャネル領域が形成される酸
化物半導体膜を電気的に囲むトランジスタのデバイス構造をSurrounded ch
annel(S−channel)構造と呼ぶことができる。
て機能する導電膜104によってチャネルを誘起させるための電界を効果的に酸化物半導
体膜108に印加することができるため、トランジスタ170の電流駆動能力が向上し、
高いオン電流特性を得ることが可能となる。また、オン電流を高くすることが可能である
ため、トランジスタ170を微細化することが可能となる。また、トランジスタ170は
、第1のゲート電極として機能する導電膜104及び第2のゲート電極として機能する導
電膜120bによって囲まれた構造を有するため、トランジスタ170の機械的強度を高
めることができる。
次に、図1(A)(B)(C)に示すトランジスタ100と異なる構成例について、図
6(A)(B)(C)(D)を用いて説明する。なお、先に説明した機能と同様の機能を
有する場合には、ハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。
例の断面図である。
タ100が有する酸化物半導体膜108を3層の積層構造としている。より具体的には、
トランジスタ100Aが有する酸化物半導体膜108は、酸化物半導体膜108aと、酸
化物半導体膜108bと、酸化物半導体膜108cと、を有する。
タ100が有する酸化物半導体膜108を2層の積層構造としている。より具体的には、
トランジスタ100Bが有する酸化物半導体膜108は、酸化物半導体膜108bと、酸
化物半導体膜108cと、を有する。
、108cに接する絶縁膜のバンド構造について、図7を用いて説明する。
縁膜114を有する積層構造の膜厚方向のバンド構造の一例である。また、図7(B)は
、絶縁膜107、酸化物半導体膜108b、108c、及び絶縁膜114を有する積層構
造の膜厚方向のバンド構造の一例である。なお、バンド構造は、理解を容易にするため絶
縁膜107、酸化物半導体膜108a、108b、108c、及び絶縁膜114の伝導帯
下端のエネルギー準位(Ec)を示す。
体膜108aとして金属元素の原子数比をIn:Ga:Zn=1:3:2の金属酸化物タ
ーゲットを用いて形成される酸化物半導体膜を用い、酸化物半導体膜108bとして金属
元素の原子数比をIn:Ga:Zn=1:1:1の金属酸化物ターゲットを用いて形成さ
れる酸化物半導体膜を用い、酸化物半導体膜108cとして金属元素の原子数比をIn:
Ga:Zn=1:3:2の金属酸化物ターゲットを用いて形成される酸化物半導体膜を用
いる構成のバンド図である。
体膜108bとして金属元素の原子数比をIn:Ga:Zn=1:1:1の金属酸化物タ
ーゲットを用いて形成される酸化物半導体膜を用い、酸化物半導体膜108cとして金属
元素の原子数比をIn:Ga:Zn=1:3:2の金属酸化物ターゲットを用いて形成さ
れる金属酸化膜を用いる構成のバンド図である。
て、伝導帯下端のエネルギー準位はなだらかに変化する。換言すると、連続的に変化また
は連続接合するともいうことができる。このようなバンド構造を有するためには、酸化物
半導体膜108aと酸化物半導体膜108bとの界面、または酸化物半導体膜108bと
酸化物半導体膜108cとの界面において、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とする。
ロック室を備えたマルチチャンバー方式の成膜装置(スパッタリング装置)を用いて各膜
を大気に触れさせることなく連続して積層することが必要となる。
なり、上記積層構造を用いたトランジスタにおいて、チャネル領域が酸化物半導体膜10
8bに形成されることがわかる。
bに形成されうるトラップ準位を遠ざけることができる。
端のエネルギー準位(Ec)より真空準位に遠くなることがあり、トラップ準位に電子が
蓄積しやすくなってしまう。トラップ準位に電子が蓄積されることで、マイナスの固定電
荷となり、トランジスタのしきい値電圧はプラス方向にシフトしてしまう。したがって、
トラップ準位が酸化物半導体膜108bの伝導帯下端のエネルギー準位(Ec)より真空
準位に近くなるような構成すると好ましい。このようにすることで、トラップ準位に電子
が蓄積しにくくなり、トランジスタのオン電流を増大させることが可能であると共に、電
界効果移動度を高めることができる。
体膜108bよりも伝導帯下端のエネルギー準位が真空準位に近く、代表的には、酸化物
半導体膜108bの伝導帯下端のエネルギー準位と、酸化物半導体膜108a、108c
の伝導帯下端のエネルギー準位との差が、0.15eV以上、または0.5eV以上、か
つ2eV以下、または1eV以下である。すなわち、酸化物半導体膜108a、108c
の電子親和力と、酸化物半導体膜108bの電子親和力との差が、0.15eV以上、ま
たは0.5eV以上、かつ2eV以下、または1eV以下である。
ャネル領域として機能する。また、酸化物半導体膜108a、108cは、チャネル領域
が形成される酸化物半導体膜108bを構成する金属元素の一種以上から構成される酸化
物半導体膜であるため、酸化物半導体膜108aと酸化物半導体膜108bとの界面、ま
たは酸化物半導体膜108bと酸化物半導体膜108cとの界面において、界面散乱が起
こりにくい。従って、該界面においてはキャリアの動きが阻害されないため、トランジス
タの電界効果移動度が高くなる。
を防止するため、導電率が十分に低い材料を用いるものとする。または、酸化物半導体膜
108a、108cには、電子親和力(真空準位と伝導帯下端のエネルギー準位との差)
が酸化物半導体膜108bよりも小さく、伝導帯下端のエネルギー準位が酸化物半導体膜
108bの伝導帯下端エネルギー準位と差分(バンドオフセット)を有する材料を用いる
ものとする。また、ドレイン電圧の大きさに依存したしきい値電圧の差が生じることを抑
制するためには、酸化物半導体膜108a、108cの伝導帯下端のエネルギー準位が、
酸化物半導体膜108bの伝導帯下端のエネルギー準位よりも0.2eVより真空準位に
近い材料、好ましくは0.5eV以上真空準位に近い材料を適用することが好ましい。
いことが好ましい。酸化物半導体膜108a、108cの膜中にスピネル型の結晶構造を
含む場合、該スピネル型の結晶構造と他の領域との界面において、導電膜112a、11
2bの構成元素が酸化物半導体膜108bへ拡散してしまう場合がある。なお、酸化物半
導体膜108a、108cが後述するCAAC−OSである場合、導電膜112a、11
2bの構成元素、例えば、銅元素のブロッキング性が高くなり好ましい。
酸化物半導体膜108bに拡散することを抑制することのできる膜厚以上であって、絶縁
膜114から酸化物半導体膜108bへの酸素の供給を抑制する膜厚未満とする。例えば
、酸化物半導体膜108a、108cの膜厚が10nm以上であると、導電膜112a、
112bの構成元素が酸化物半導体膜108bへ拡散するのを抑制することができる。ま
た、酸化物半導体膜108a、108cの膜厚を100nm以下とすると、絶縁膜114
、116から酸化物半導体膜108bへ効果的に酸素を供給することができる。
、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd、またはHfをInより高い原子数比で有すること
で、酸化物半導体膜108a、108cのエネルギーギャップを大きく、電子親和力を小
さくしうる。よって、酸化物半導体膜108bとの電子親和力の差を元素Mの組成によっ
て制御することが可能となる場合がある。また、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、N
dまたはHfは、酸素との結合力が強い金属元素であるため、これらの元素をInより高
い原子数比で有することで、酸素欠損が生じにくくなる。
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50atomic%
未満、Mが50atomic%より高く、さらに好ましくは、Inが25atomic%
未満、Mが75atomic%より高くする。また、酸化物半導体膜108a、108c
として、酸化ガリウム膜を用いてもよい。
、酸化物半導体膜108bと比較して、酸化物半導体膜108a、108cに含まれるM
の原子数比が大きく、代表的には、酸化物半導体膜108bに含まれる上記原子と比較し
て、1.5倍以上、好ましくは2倍以上、さらに好ましくは3倍以上高い原子数比である
。
、酸化物半導体膜108bをIn:M:Zn=x1:y1:z1[原子数比]、酸化物半
導体膜108a、108cをIn:M:Zn=x2:y2:z2[原子数比]とすると、
y2/x2がy1/x1よりも大きく、好ましくは、y2/x2がy1/x1よりも1.
5倍以上である。より好ましくは、y2/x2がy1/x1よりも2倍以上大きく、さら
に好ましくは、y2/x2がy1/x1よりも3倍以上または4倍以上大きい。このとき
、酸化物半導体膜108bにおいて、y1がx1以上であると、酸化物半導体膜108b
を用いるトランジスタに安定した電気特性を付与できるため好ましい。ただし、y1がx
1の3倍以上になると、酸化物半導体膜108bを用いるトランジスタの電界効果移動度
が低下してしまうため、y1はx1の3倍未満であると好ましい。
膜するために用いるターゲットにおいて、金属元素の原子数比をIn:M:Zn=x1:
y1:z1とすると、x1/y1は、1/3以上6以下、さらには1以上6以下であって
、z1/y1は、1/3以上6以下、さらには1以上6以下であることが好ましい。なお
、z1/y1を1以上6以下とすることで、酸化物半導体膜108bとして後述のCAA
C−OSが形成されやすくなる。ターゲットの金属元素の原子数比の代表例としては、I
n:M:Zn=1:1:1、In:M:Zn=1:1:1.2、In:M:Zn=3:1
:2等がある。
体膜108a、108cを成膜するために用いるターゲットにおいて、金属元素の原子数
比をIn:M:Zn=x2:y2:z2とすると、x2/y2<x1/y1であって、z
2/y2は、1/3以上6以下、さらには1以上6以下であることが好ましい。また、イ
ンジウムに対するMの原子数比率を大きくすることで、酸化物半導体膜108a、108
cのエネルギーギャップを大きく、電子親和力を小さくすることが可能であるため、y2
/x2を3以上、または4以上とすることが好ましい。ターゲットの金属元素の原子数比
の代表例としては、In:M:Zn=1:3:2、In:M:Zn=1:3:4、In:
M:Zn=1:3:5、In:M:Zn=1:3:6、In:M:Zn=1:4:2、I
n:M:Zn=1:4:4、In:M:Zn=1:4:5、In:M:Zn=1:5:5
等がある。
属原子(例えば、亜鉛など)を含まない構成とすることで、スピネル型の結晶構造を含有
しない酸化物半導体膜108a、108cを形成することができる。また、酸化物半導体
膜108a、108cとしては、例えば、In−Ga酸化物膜を用いることができる。該
In−Ga酸化物としては、例えば、In−Ga金属酸化物ターゲット(In:Ga=7
:93)を用いて、スパッタリング法により形成することができる。また、酸化物半導体
膜108a、108cを、DC放電を用いたスパッタリング法で成膜するためには、In
:M=x:y[原子数比]としたときに、y/(x+y)を0.96以下、好ましくは0
.95以下、例えば0.93とするとよい。
て上記の原子数比のプラスマイナス40%の変動を含む。
ることが可能である。
次に、本発明の一態様の半導体装置であるトランジスタ100の作製方法について、図
8乃至図10を用いて説明する。なお、図8乃至図10は、半導体装置の作製方法を説明
する断面図である。
程を行い加工して、ゲート電極として機能する導電膜104を形成する(図8(A)参照
)。
電膜104として厚さ100nmのタングステン膜をスパッタリング法で形成する。
(図8(B)参照)。
リコン膜を形成し、絶縁膜107として厚さ50nmの酸化窒化シリコン膜を形成する。
を、第1の窒化シリコン膜と、第2の窒化シリコン膜と、第3の窒化シリコン膜との3層
積層構造とすることができる。該3層積層構造の一例としては、以下のように形成するこ
とができる。
sccmの窒素、及び流量100sccmのアンモニアガスを原料ガスとしてPE−CV
D装置の反応室に供給し、反応室内の圧力を100Paに制御し、27.12MHzの高
周波電源を用いて2000Wの電力を供給して、厚さが50nmとなるように形成すれば
よい。
の窒素、及び流量2000sccmのアンモニアガスを原料ガスとしてPECVD装置の
反応室に供給し、反応室内の圧力を100Paに制御し、27.12MHzの高周波電源
を用いて2000Wの電力を供給して、厚さが300nmとなるように形成すればよい。
cmの窒素を原料ガスとしてPECVD装置の反応室に供給し、反応室内の圧力を100
Paに制御し、27.12MHzの高周波電源を用いて2000Wの電力を供給して、厚
さが50nmとなるように形成すればよい。
形成時の基板温度は350℃とすることができる。
4に銅(Cu)を含む導電膜を用いる場合において、以下の効果を奏する。
できる。第2の窒化シリコン膜は、水素を放出する機能を有し、ゲート絶縁膜として機能
する絶縁膜の耐圧を向上させることができる。第3の窒化シリコン膜は、第3の窒化シリ
コン膜からの水素放出が少なく、且つ第2の窒化シリコン膜からの放出される水素の拡散
を抑制することができる。
るため、酸素を含む絶縁膜で形成されると好ましい。
1:1.2(原子数比))を用いて、スパッタリング法により酸化物半導体膜を成膜し、
該酸化物半導体膜上にリソグラフィ工程によりマスクを形成し、該酸化物半導体膜を所望
の領域に加工することで島状の酸化物半導体膜108を形成する。
以上450℃以下、さらに好ましくは300℃以上450℃以下の加熱処理を行ってもよ
い。ここでの加熱処理は、酸化物半導体膜の高純度化処理の一つであり、酸化物半導体膜
108に含まれる水素、水等を低減することができる。なお、水素、水等の低減を目的と
した加熱処理は、酸化物半導体膜108を島状に加工する前に行ってもよい。
Thermal Anneal)装置等を用いることができる。RTA装置を用いること
で、短時間に限り基板の歪み点以上の温度で熱処理を行うことができる。そのため、加熱
時間を短縮することが可能となる。
ean Dry Air:CDAともいう。CDAとは、水の含有量が20ppm以下、
好ましくは1ppm以下、好ましくは10ppb以下の空気である。)、または希ガス(
アルゴン、ヘリウム等)の雰囲気下で行えばよい。なお、上記窒素ガス、酸素ガス、CD
A、または希ガスに水素、水等が含まれないことが好ましい。
は、窒素ガス、酸素ガス、またはCDAの純度を、6N(99.9999%)または7N
(99.99999%)とすればよい。また、窒素ガス、酸素ガス、またはCDAの露点
が−60℃以下、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108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。
CDA雰囲気で加熱してもよい。この結果、酸化物半導体膜108中に含まれる水素、水
等を脱離させると共に、酸化物半導体膜108中に酸素を供給することができる。この結
果、酸化物半導体膜108中に含まれる酸素欠損量を低減することができる。
について、図16及び図17を用いて説明を行う。図16(A)(B)及び図17(A)
(B)は、ガスベーク炉の加熱処理時の熱プロファイルを説明する図である。
℃、以下では、第1の温度とする)にまで昇温させて、所望の温度(ここでは、室温以上
150℃以下、以下では第2の温度とする)にまで降温させる熱プロファイルである。
種を用い、2つのステップに分けて処理することができる。例えば、1つ目のステップで
、ガスベーク炉に窒素ガスを導入する。その後、第1の温度にまで昇温させる時間を1時
間とし、第1の温度で1時間処理した後に、第2の温度にまで1時間かけて降温させる。
2つ目のステップで、窒素ガスから窒素と酸素との混合ガスに切り替える。その後、第1
の温度にまで昇温させる時間を1時間とし、第1の温度で1時間処理した後に、第2の温
度にまで1時間かけて降温させる。
つのガス種を用い、1つのステップで処理することができる。例えば、最初にガスベーク
炉に窒素ガスを導入する。その後、第1の温度にまで昇温させる時間を1時間とし、第1
の温度で1時間処理した後に、ガス種を窒素ガスからCDAに切り替える。ガス種を切り
替えてから、さらに1時間処理した後に、第2の温度にまで1時間かけて降温させる。
とで、図16(A)に示すガスベーク炉の加熱処理時の熱プロファイルよりも処理時間を
短縮することができる。したがって、生産性が高められた半導体装置を提供することがで
きる。
つのガス種を用い、2つのステップで処理することができる。例えば、1つ目のステップ
で、最初にガスベーク炉に窒素ガスを導入する。その後、第1の温度にまで昇温させる時
間を1時間とし、第1の温度で1時間処理した後に、ガス種を窒素ガスからCDAに切り
替える。ガス種を切り替えてから、さらに1時間処理した後に、第2の温度にまで1時間
かけて降温させる。2つ目のステップで、CDAから窒素ガスに切り替える。その後、第
1の温度にまで昇温させる時間を1時間とし、第1の温度で1時間処理した後に、ガス種
を窒素ガスからCDAに切り替える。ガス種を切り替えてから、さらに1時間処理した後
に、第2の温度にまで1時間かけて降温させる。
つのガス種を用い、2つのステップで処理することができる。例えば、1つ目のステップ
で、最初にガスベーク炉に窒素ガスを導入する。その後、第1の温度にまで昇温させる時
間を1時間とし、第1の温度で2時間処理した後に、第2の温度にまで1時間かけて降温
させる。2つ目のステップで、第1の温度にまで昇温させる時間を1時間とし、第1の温
度で2時間処理した後に、ガス種を窒素ガスからCDAに切り替える。ガス種を切り替え
てから、さらに2時間処理した後に、第2の温度にまで1時間かけて降温させる。
図16(A)(B)、及び図17(A)(B)のように、最初に窒素ガスにより加熱する
ことが好ましい。
8中の主成分の一つである酸素と、酸化物半導体膜108中に存在しうる水素とが反応し
、OH基となる。その後、当該OH基は、酸化物半導体膜108の表面よりH2Oとして
脱離する。すなわち、最初の窒素ガスにより酸化物半導体膜108中の水素を捕獲するこ
とが可能となる。
8から酸素がH2Oとして脱離するため、酸化物半導体膜108中に酸素欠損が形成され
る。
スとの混合ガス、またはCDAのいずれか一方のガス種に切り替えることで、ガス中に含
まれる酸素が、酸化物半導体膜108の酸素欠損を補填することが可能となる。
のち、1時間または2時間の処理としたが、これに限定されない。例えば図17(B)に
示す1つ目のステップの窒素ガスでの処理時間を、1時間以上10時間以下としてもよい
。図17(B)に示す1つ目のステップの処理時間を長くすることで、酸化物半導体膜1
08中から、より多くの水素を脱離させることが可能となるため、好適である。
のガス種でのベーク時間を長く、例えば、1時間以上10時間以下としてもよい。酸素ガ
スが含まれる雰囲気での加熱時間を長くすることで、酸化物半導体膜108に形成された
酸素欠損を好適に補填することが可能となる。
希ガス(代表的にはアルゴン)、酸素、または希ガス及び酸素の混合ガスが適宜用いられ
る。なお、混合ガスの場合、希ガスに対して酸素のガス比を高めることが好ましい。また
、スパッタリングガスの高純度化も必要である。例えば、スパッタリングガスとして用い
る酸素ガスやアルゴンガスは、露点が−60℃以下、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108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。
におけるチャンバーを、酸化物半導体膜108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(5×1
0−7Paから1×10−4Pa程度まで)することが好ましい。または、ターボ分子ポ
ンプとコールドトラップを組み合わせて排気系からチャンバー内に気体、特に炭素または
水素を含む気体が逆流しないようにしておくことが好ましい。
機能する導電膜112a、112bを形成する(図9(A)参照)。
と、厚さ400nmのアルミニウム膜との積層膜をスパッタリング法により成膜し、該積
層膜上にリソグラフィ工程によりマスクを形成し、該積層膜を所望の領域に加工すること
で、導電膜112a、112bを形成する。なお、本実施の形態においては、導電膜11
2a、112bの2層の積層構造としたが、これに限定されない。例えば、導電膜112
a、112bとして、厚さ50nmのタングステン膜と、厚さ400nmのアルミニウム
膜と、厚さ100nmのチタン膜との3層の積層構造としてもよい。
ャネル側)を洗浄してもよい。該洗浄方法としては、例えば、リン酸等の薬液を用いた洗
浄が挙げられる。リン酸等の薬液を用いた洗浄を行うことで、酸化物半導体膜108の表
面に付着した不純物(例えば、導電膜112a、112bに含まれる元素等)を除去する
ことができる。
化物半導体膜108の一部に凹部が形成される場合がある。
a、112b上にトランジスタ100の保護絶縁膜として機能する絶縁膜114、116
を形成する(図9(B)参照)。
することが好ましい。絶縁膜114を形成後、大気開放せず、原料ガスの流量、圧力、高
周波電力及び基板温度の一以上を調整して、絶縁膜116を連続的に形成することで、絶
縁膜114と絶縁膜116の界面において大気成分由来の不純物濃度を低減することがで
きるとともに、絶縁膜114、116に含まれる酸素を酸化物半導体膜108に移動させ
ることが可能となり、酸化物半導体膜108の酸素欠損量を低減することが可能となる。
ことができる。この場合、原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体
を用いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラ
ン、トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、一酸化二窒素、二酸化窒
素等がある。また、上記の堆積性気体に対する酸化性気体を20倍より大きく100倍未
満、好ましくは40倍以上80倍以下とし、処理室内の圧力を100Pa未満、好ましく
は50Pa以下とするPECVD法を用いることで、絶縁膜114が、窒素を含み、且つ
欠陥量の少ない絶縁膜となる。
とし、流量50sccmのシラン及び流量2000sccmの一酸化二窒素を原料ガスと
し、処理室内の圧力を20Paとし、平行平板電極に供給する高周波電力を13.56M
Hz、100W(電力密度としては1.6×10−2W/cm2)とするPECVD法を
用いて、酸化窒化シリコン膜を形成する。
180℃以上280℃以下、さらに好ましくは200℃以上240℃以下に保持し、処理
室に原料ガスを導入して処理室内における圧力を100Pa以上250Pa以下、さらに
好ましくは100Pa以上200Pa以下とし、処理室内に設けられる電極に0.17W
/cm2以上0.5W/cm2以下、さらに好ましくは0.25W/cm2以上0.35
W/cm2以下の高周波電力を供給する条件により、酸化シリコン膜または酸化窒化シリ
コン膜を形成する。
力を供給することで、プラズマ中で原料ガスの分解効率が高まり、酸素ラジカルが増加し
、原料ガスの酸化が進むため、絶縁膜116中における酸素含有量が化学量論的組成より
も多くなる。一方、基板温度が、上記温度で形成された膜では、シリコンと酸素の結合力
が弱いため、後の工程の加熱処理により膜中の酸素の一部が脱離する。この結果、化学量
論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含み、加熱により酸素の一部が脱離する酸化物
絶縁膜を形成することができる。
膜となる。したがって、酸化物半導体膜108へのダメージを低減しつつ、パワー密度の
高い高周波電力を用いて絶縁膜116を形成することができる。
体の流量を増加することで、絶縁膜116の欠陥量を低減することが可能である。代表的
には、ESR測定により、シリコンのダングリングボンドに由来するg=2.001に現
れる信号のスピン密度が6×1017spins/cm3未満、好ましくは3×1017
spins/cm3以下、好ましくは1.5×1017spins/cm3以下である欠
陥量の少ない酸化物絶縁層を形成することができる。この結果トランジスタの信頼性を高
めることができる。
縁膜114、116に含まれる窒素酸化物を低減することができる。また、上記加熱処理
により、絶縁膜114、116に含まれる酸素の一部を酸化物半導体膜108に移動させ
、酸化物半導体膜108に含まれる酸素欠損量を低減することができる。
、好ましくは300℃以上400℃以下、好ましくは320℃以上370℃以下とする。
加熱処理は、窒素、酸素、CDA、または希ガス(アルゴン、ヘリウム等)の雰囲気下で
行えばよい。なお、上記窒素、酸素、超乾燥空気、または希ガスに水素、水等が含まれな
いことが好ましい該加熱処理には、ガスベーク炉、電気炉、RTA装置等を用いることが
できる。
用いることが出来る。本実施の形態においては、金属酸化膜132として、スパッタリン
グ装置を用いて、膜厚5nmのITSO膜を形成する。なお、金属酸化膜132の厚さは
、1nm以上20nm以下、または2nm以上10nm以下とすると好適に酸素を透過し
、且つ酸素の放出を抑制できるため好ましい。
(図10(A)参照)。
しては、イオンドーピング法、イオン注入法、プラズマ処理法等がある。また、プラズマ
処理法として、マイクロ波を用いて酸素を励起し、高密度なプラズマを発生させてもよい
。
素140を絶縁膜114、116に導入することができる。上記バイアス電圧としては、
例えば、アッシング装置を用い、該アッシング装置の基板側に印加するバイアス電圧の電
力密度を1W/cm2以上5W/cm2以下とすればよい。また、酸素140を導入する
際の基板温度としては、室温を超えて350℃未満、好ましくは、100℃以上250℃
以下とすることで、絶縁膜114、116に効率よく酸素を導入することができる。
し、基板側にバイアスを印加することで、絶縁膜114、116中に酸素140を導入す
る。
116から酸素が放出することを抑制する保護膜として機能する。このため、絶縁膜11
4、116に多くの酸素を導入することができる。
スタ100が形成される(図10(B)参照)。
などが挙げられる。一例としては、金属酸化膜132上に、スパッタリング法を用いて、
導電膜としてアルミニウムを成膜し、その後アルミニウムに対し、酸素プラズマ処理、ま
たは酸素雰囲気下で熱処理を行うことで、金属酸化膜132上に金属酸化膜134として
、酸化アルミニウム膜を形成することができる。または、金属酸化膜132上に、ALD
法を用いて、絶縁膜として酸化アルミニウム膜を成膜することで、金属酸化膜132上に
金属酸化膜134として、酸化アルミニウム膜を形成することができる。
に含まれる過剰酸素を酸化物半導体膜108中に拡散させ、酸化物半導体膜108中の酸
素欠損を補填することができる。あるいは、金属酸化膜132または金属酸化膜134の
いずれか一方または双方を加熱成膜とすることで、絶縁膜114、116に含まれる過剰
酸素を酸化物半導体膜108中に拡散させ、酸化物半導体膜108中の酸素欠損を補填す
ることができる。金属酸化膜132、134の形成後に行うことができる、加熱処理の温
度は、代表的には、150℃以上400℃以下、好ましくは300℃以上400℃以下、
好ましくは320℃以上370℃以下とする。
次に、本発明の一態様の半導体装置である図1に示すトランジスタ100の作製方法の
変形例について、図11(A)(B)(C)を用いて説明する。なお、図11(A)(B
)(C)は、半導体装置の作製方法を説明する断面図である。
139を導入する(図11(A)参照)。
素139の導入方法としては、フッ素を含むガス、または塩素を含むガスを用いて、絶縁
膜116上から、イオンドーピング法、イオン注入法、プラズマ処理法によりハロゲン元
素139を導入すればよい。
6)、三弗化窒素(NF3)、トリフルオロメタン(CHF3)、四フッ化珪素(SiF
4)、パーフルオロシクロブタン(C4F8)などが挙げられる。また、塩素を含むガス
としては、例えば、塩素(Cl2)、三塩化硼素(BCl3)、四塩化珪素(SiCl4
)、四塩化炭素(CCl4)などが挙げられる。
果的にハロゲン元素139を絶縁膜114、116に導入することができる。上記バイア
ス電圧としては、例えば、アッシング装置を用い、該アッシング装置の基板側に印加する
バイアス電圧の電力密度を1W/cm2以上5W/cm2以下とすればよい。また、ハロ
ゲン元素139を導入する際の基板温度としては、室温を超えて350℃未満、好ましく
は、100℃以上250℃以下とすることで、絶縁膜114、116に効率よくハロゲン
元素を導入することができる。
シング装置内に導入し、基板側にバイアスを印加することで、絶縁膜114、116中に
ハロゲン元素139を導入する。
に向かってハロゲン元素の濃度が高くなるように分布させることができる。
ここで、絶縁膜114、116中にハロゲン元素139が導入される場合の概念につい
て、図18を用いて説明を行う。
素の濃度が高い領域である。また、別言すると、酸化物半導体膜108近傍には、ハロゲ
ン元素が少ない。例えば、絶縁膜116の表面側から、ハロゲン元素を導入することによ
って、絶縁膜116の表面に向かって濃度が高くなるように、ハロゲン元素を絶縁膜11
6中に導入することができる。酸化物半導体膜108膜中にハロゲン元素が入り込むと、
酸化物半導体膜108がn型となる場合があるため、図18(A)に示すように、酸化物
半導体膜108から離れた絶縁膜116中にハロゲン元素を導入すると好ましい。一方で
、酸化物半導体膜108中にハロゲン元素が混入すると、酸化物半導体膜108中の構成
元素とハロゲン元素とが結合し安定となるため、信頼性試験(例えば、プラスゲートBT
試験)の変動量が小さくなる場合がある。例えば、ハロゲン元素としてフッ素を用い、酸
化物半導体膜108として、In−Ga−Zn系酸化物を用いる場合、フッ素とInが結
合して安定化する場合がある。
次に、図18(A)に示す、絶縁膜116として酸化シリコンを用い、当該酸化シリコ
ンにハロゲン元素としてフッ素を導入する場合の概念について、図18(B)(C)(D
)を用いて以下説明する。
。1個のシリコン原子は4個の酸素原子と結合している。また、1個の酸素原子は2個の
シリコン原子と結合している(図18(B)参照)。
酸素原子の結合が切れる(…Si−O−Si… + 2F → …Si− −O− −S
i… + 2F)。そして、フッ素原子と、酸素原子との結合の切れたシリコン原子と、
が結合する(…Si− −O− −Si… + 2F → …Si−F F−Si… +
O)。このとき、結合の切れた酸素原子は過剰酸素となる(図18(C)参照)。
ができる。酸化物半導体膜の酸素欠損は正孔トラップなどとなる。したがって、酸化シリ
コンが過剰酸素を有することで、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。
原子と結合していた4個の酸素原子のうち、1個の結合が切れる(…Si−O−Si…
+ F + H → …Si− −O−Si… + F + H)。そして、フッ素原
子と、酸素原子との結合の切れたシリコン原子と、が結合する(…Si− −O−Si
… + F + H → …Si−F −O−Si… + H)。さらに、シリコン原
子と結合していた酸素原子と、水素原子と、が結合して終端化する(…Si−F −O
−Si… + H → …Si−F H−O−Si… 、図18(D)参照)。
とができる。なお、酸化物半導体膜中の水素は不純物となる。例えば、酸化物半導体膜中
の酸素欠損のサイトに水素が入ることによって、キャリアである電子を生成することがあ
る。したがって、酸化シリコンが水素トラップを有することで、チャネル形成領域におけ
るキャリア密度を低減させることができる。その結果、キャリア密度の低減した分だけト
ランジスタのしきい値電圧をプラス方向に変動させることができる。すなわち、トランジ
スタの電気特性をノーマリーオフに近づけることができる。なお、酸化シリコンにトラッ
プされた水素は、脱離に要するエネルギーが高い。そのため、酸化シリコンにトラップさ
れた水素の脱離は起こりにくい。
水素トラップが起こる。なお、酸化物半導体膜中の酸素欠損を低減することに過剰酸素が
消費された場合、酸化シリコンの酸素はフッ素が入る前よりも少なくなる。また、酸化物
半導体膜中の水素をトラップした場合、酸化シリコンの水素はフッ素が入る前よりも多く
なる。
には、過剰酸素および水素トラップを十分な量とすればよい。そのためには、例えば、酸
化シリコンのフッ素濃度を水素濃度よりも高くすればよいことがわかる。
ことで、絶縁膜114、116中にハロゲン元素を含ませた半導体装置を作製することが
できる。
6中の過剰酸素をさらに増加させることが可能となるため、好適である。
法について例示したが、これに限定されず、ハロゲン元素139の導入方法としては、図
11(B)または図11(C)に示す方法としてもよい。
39を導入する場合の作製工程の断面図である。
139を導入する場合の作製工程の断面図である。
酸化膜132、134を通過させて、絶縁膜114、116にハロゲン元素139を導入
させてもよい。なお、図11(B)に示す作製工程の場合、金属酸化膜132もハロゲン
元素139を含む構成となる。また、図11(C)に示す作製工程の場合、金属酸化膜1
32、134もハロゲン元素139を含む構成となる。
次に、本発明の一態様の半導体装置である図3に示すトランジスタ150の作製方法に
ついて、図12及び図13を用いて説明する。なお、図12及び図13は、半導体装置の
作製方法を説明する断面図である。
8上に絶縁膜114、116、及び金属酸化膜132を形成する(図12(A)参照)。
(図12(B)参照)。
116及び金属酸化膜132、134の所望の領域に開口部141a、141bを形成す
る。なお、開口部141a、141bは、酸化物半導体膜108に達する(図13(A)
参照)。
134上に導電膜を成膜し、該導電膜上にリソグラフィ工程によりマスクを形成し、該導
電膜を所望の領域に加工することで、導電膜112a、112bを形成する(図13(B
)参照)。
141bを形成する際に、酸化物半導体膜108のチャネル領域上に絶縁膜114、11
6を残す構成とすることで作製することができる。
次に、本発明の一態様の半導体装置であるトランジスタ170の作製方法について、図
14及び図15を用いて説明する。なお、図14(A)(C)及び図15(A)(C)は
、作製工程における、トランジスタ170のチャネル長方向の断面図であり、図14(B
)(D)及び図15(B)(D)は、作製工程における、トランジスタ170のチャネル
幅方向の断面図である。
116、及び金属酸化膜132、134の所望の領域に開口部142cを形成する。また
、金属酸化膜134上にリソグラフィ工程によりマスクを形成し、絶縁膜106、107
、114、116、及び金属酸化膜132、134の所望の領域に開口部142a、14
2bを形成する。なお、開口部142cは、導電膜112bに達するように形成される。
また、開口部142a、142bは、それぞれ導電膜104に達するように形成される(
図14(C)(D)参照)。
異なる工程で形成してもよい。開口部142a、142bと開口部142cを同じ工程で
形成する場合、例えば、グレートーンマスクまたはハーフトーンマスクを用いて形成する
ことができる。
120を形成する(図15(A)(B)参照)。
から選ばれた一種を含む材料を用いることができる。とくに、導電膜120としては、酸
化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物
、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウ
ム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化シリコンを含むインジウム錫酸化物などの透光
性を有する導電性材料を用いることができる。また、導電膜120を金属酸化膜132と
同種の材料を用いることで、製造コストを抑制できるため好適である。
る。本実施の形態においては、膜厚110nmのITSO膜をスパッタリング法で形成す
る。
の領域に加工し、導電膜120a、120bを形成する(図15(C)(D)参照)。
様は、これらに限定されない。つまり、本実施の形態および他の実施の形態では、様々な
発明の態様が記載されているため、本発明の一態様は、特定の態様に限定されない。例え
ば、本発明の一態様として、チャネル領域において、酸化物半導体膜を有する場合の例を
示したが、本発明の一態様は、これに限定されない。場合によっては、または、状況に応
じて、本発明の一態様は、シリコン、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
導体等を用いてもよい。
合わせて用いることができる。
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置に含まれる酸化物半導体膜の構成につ
いて詳細に説明する。まず、酸化物半導体膜の有しうる構造について以下説明する。
れる。
rystalline Oxide Semiconductor)、多結晶酸化物半導
体、nc−OS(nanocrystalline Oxide Semiconduc
tor)、擬似非晶質酸化物半導体(a−like OS:amorphous lik
e Oxide Semiconductor)、及び非晶質酸化物半導体などがある。
また、結晶性酸化物半導体としては、単結晶酸化物半導体、CAAC−OS、多結晶酸化
物半導体、微結晶酸化物半導体などがある。
半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−
OS、多結晶酸化物半導体、nc−OSなどがある。
っ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。
tely 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、後述するように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。
ンジスタのチャネル形成領域になり得たとしても、製品としての実用性に耐えない可能性
がある。これは、a−like OSについても同様である。したがって、製品に用いる
場合、非晶質酸化物半導体およびa−like OSの成分は少ない、または存在しない
ことが好ましい。
CAAC−OSは、c軸配向した複数の結晶部(ペレットともいう。)を有する酸化物
半導体の一つである。なお、CAAC−OSを、CANC(C−Axis Aligne
d nanocrystals)を有する酸化物半導体と呼ぶこともできる。
oscope)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、すなわち結晶粒界(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。
面の高分解能TEM像を観察する。ここでは、球面収差補正(Spherical Ab
erration Corrector)機能を用いてTEM像を観察する。なお、球面
収差補正機能を用いた高分解能TEM像を、以下では、特にCs補正高分解能TEM像と
呼ぶ。なお、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。
、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 Aberrati
on 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。
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。
s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。
AAC−OSについて説明する。例えば、InGaZnO4の結晶を有するCAAC−O
S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、InGa
ZnO4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。
ne法による構造解析を行うと、2θが56°近傍にピークが現れる。このピークは、I
nGaZnO4の結晶の(110)面に帰属される。CAAC−OSの場合は、2θを5
6°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。
ZnO4の結晶を有するCAAC−OSに対し、試料面に平行な方向からプローブ径が3
00nmの電子線を入射させると、図22(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、InGa
ZnO4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
な方向からプローブ径が300nmの電子線を入射させたときの回折パターンを図22(
B)に示す。図22(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22(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22(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。
陥としては、例えば、不純物に起因する欠陥や、酸素欠損などがある。したがって、CA
AC−OSは、不純物濃度の低い酸化物半導体ということもできる。また、CAAC−O
Sは、酸素欠損の少ない酸化物半導体ということもできる。
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。
属元素などがある。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。
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
、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なりやすい。したがって、CA
AC−OSを用いたトランジスタは、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性(ノーマリ
ーオンともいう。)になることが少ない。また、高純度真性または実質的に高純度真性な
酸化物半導体は、キャリアトラップが少ない。酸化物半導体のキャリアトラップに捕獲さ
れた電荷は、放出するまでに要する時間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うこと
がある。そのため、不純物濃度が高く、欠陥準位密度が高い酸化物半導体を用いたトラン
ジスタは、電気特性が不安定となる場合がある。一方、CAAC−OSを用いたトランジ
スタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる。
れるキャリアは少なくなる。したがって、CAAC−OSを用いたトランジスタは、可視
光や紫外光の照射による電気特性の変動が小さい。
nc−OSは、高分解能TEM像において、結晶部を確認することのできる領域と、明
確な結晶部を確認することのできない領域と、を有する。nc−OSに含まれる結晶部は
、1nm以上100nm以下、または1nm以上10nm以下の大きさであることが多い
。特に、1nm以上10nm以下、または1nm以上3nm以下の微結晶であるナノ結晶
を有する酸化物半導体を、nc−OSと呼ぶ。また、nc−OSは、例えば、高分解能T
EM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同じ起源を有する可能性がある。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。
3nm以下の領域)において原子配列に周期性を有する。また、nc−OS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、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線を用いるXRD装
置を用いて構造解析を行うと、out−of−plane法による解析では、結晶面を示
すピークが検出されない。また、nc−OSに対し、ペレットよりも大きいプローブ径(
例えば50nm以上)の電子線を用いる電子回折(制限視野電子回折ともいう。)を行う
と、ハローパターンのような回折パターンが観測される。一方、nc−OS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、nc−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 nanocrystal
s)を有する酸化物半導体と呼ぶこともできる。
、nc−OSは、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−O
S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、C
AAC−OSと比べて欠陥準位密度が高くなる。
非晶質酸化物半導体は、膜中における原子配列が不規則であり、結晶部を有さない酸化
物半導体である。石英のような無定形状態を有する酸化物半導体が一例である。
lane法による解析では、結晶面を示すピークが検出されない。また、非晶質酸化物半
導体に対し、電子回折を行うと、ハローパターンが観測される。また、非晶質酸化物半導
体に対し、ナノビーム電子回折を行うと、スポットが観測されず、ハローパターンが観測
される。
有さない構造を完全な非晶質構造(completely amorphous str
ucture)と呼ぶ場合がある。また、長距離秩序性を有さないが、ある原子から最近
接原子または第2近接原子までの範囲において秩序性を有していてもよい構造を非晶質構
造と呼ぶ場合もある。したがって、最も厳格な定義によれば、僅かでも原子配列に秩序性
を有する酸化物半導体を非晶質酸化物半導体と呼ぶことはできない。また、少なくとも、
長距離秩序性を有する酸化物半導体を非晶質酸化物半導体と呼ぶことはできない。よって
、結晶部を有することから、例えば、CAAC−OSおよびnc−OSを、非晶質酸化物
半導体または完全な非晶質酸化物半導体と呼ぶことはできない。
a−like OSは、高分解能TEM像において鬆(ボイドともいう。)が観察され
る場合がある。また、高分解能TEM像において、明確に結晶部を確認することのできる
領域と、結晶部を確認することのできない領域と、を有する。
e OS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。
料は、いずれも結晶部を有することがわかる。
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。
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23より、a−li
ke 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23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が、累積照射量が4.2×108e−/nm2においては2.6
nm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−O
S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23中の(2)及び
(3)で示すように、電子の累積照射量によらず、nc−OS及びCAAC−OSの結晶
部の大きさは、それぞれ1.4nm程度及び2.1nm程度であることがわかる。
ある。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。すなわち、a−like OSは、nc−OSおよびCAA
C−OSと比べて、不安定な構造であることがわかる。
べ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CAA
C−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。
菱面体晶構造を有する単結晶InGaZnO4の密度は6.357g/cm3となる。よ
って、例えば、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]を満たす酸化物半導体におい
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/cm
3未満となる。
る単結晶を組み合わせることにより、所望の組成における単結晶に相当する密度を見積も
ることができる。所望の組成の単結晶に相当する密度は、組成の異なる単結晶を組み合わ
せる割合に対して、加重平均を用いて見積もればよい。ただし、密度は、可能な限り少な
い種類の単結晶を組み合わせて見積もることが好ましい。
なお、酸化物半導体は、例えば、非晶質酸化物半導体、a−like OS、微結晶酸化
物半導体、CAAC−OSのうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。
置を構成することができる。
以下では、CAAC−OSの成膜方法の一例について説明する。
より成膜することができる。
ている。基板5220とターゲット5230との間にはプラズマ5240がある。プラズ
マ5240は、スパッタガスの成分がイオン化したイオン5201を有する。
に衝撃することでペレット状の粒子であるペレット5200を剥離させる。そのとき、同
時に、ターゲット5230を構成する原子からなる粒子5203も剥離する。そして、ペ
レット5200および粒子5203は、プラズマ5240中で電荷を受け取ることで帯電
する。
よび粒子5203は、酸化物薄膜5206上に到達すると、他のペレット5200を避け
るように堆積する。これは、ペレット5200の表面が同じ極性(ここでは負)に帯電し
ていることに起因した反発する力(斥力)による。なお、基板5220は加熱されており
、堆積するペレット5200および粒子5203は基板5220の表面でマイグレーショ
ンを起こす。
(A)に示すような断面形状となる。
−M−Zn酸化物(Mは、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd、SnまたはHfを
表す)では、図25(B)に示す断面形状、および図25(C)に示す上面形状となる。
次に、CAAC−OSの成膜モデルについて詳細に説明する。
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5体積
%以上の割合で含む混合ガス)で満たされ、0.01Pa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5230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5240が確認される。なお、ターゲッ
ト5230の近傍には磁場によって、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5201が生じる。イオン5201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。なお、
図示しないが、基板5220の下部に加熱機構を設けてもよい。
バッキングプレートを介してターゲット5230と向かい合う位置には、複数のマグネッ
トが配置される。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。
は劈開面が含まれる。
加速され、やがてターゲット5230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5200が剥離する。ペレット5200の断面は
、図25(B)のようになり、上面は図25(C)のようになる。なお、ペレット520
0は、イオン5201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。または、ペレット5200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。ただし、ペレット5200の形状
は、三角形、六角形に限定されない、例えば、三角形が複数個合わさった形状となる場合
がある。例えば、三角形(例えば、正三角形)が2個合わさった四角形(例えば、ひし形
)となる場合もある。
5200は、厚さを0.4nm以上1nm以下、好ましくは0.6nm以上0.8nm以
下とする。また、例えば、ペレット5200は、幅を1nm以上3nm以下、好ましくは
1.2nm以上2.5nm以下とする。
場合がある。それは、例えば、ペレット5200がプラズマ5240中にあるO2−から
負の電荷を受け取ることによる。その結果、ペレット5200の表面の酸素原子が負に帯
電する場合がある。また、ペレット5200は、プラズマ5240を通過する際に、プラ
ズマ5240中のインジウム、元素M、亜鉛または酸素などと結合することで成長する場
合がある。
表面に達する。なお、粒子5203の一部は、質量が小さいため真空ポンプなどによって
外部に排出される場合がある。
度の厚さを有する層が形成される。すなわち、CAAC−OSは、初期においてナノ結晶
のペレット5200を有する。また、CAAC−OSの成膜モデルとしては、基板522
0上で複数のナノ結晶のペレット5200が横方向で結合することで第1の層を形成する
。その後、第1の層の上には新たなペレット5200が堆積することで、第2の層が形成
される。さらに、これが繰り返されることで、複数の積層を有する構造が形成される。
する。例えば、基板5220の表面温度が高いと、ペレット5200が基板5220の表
面でマイグレーションを起こす。その結果、ペレット5200と別のペレット5200と
が、粒子5203を介さずに連結する割合が増加するため、配向性の高いCAAC−OS
となる。CAAC−OSを成膜する際の基板5220の表面温度は、100℃以上500
℃未満、好ましくは140℃以上450℃未満、さらに好ましくは170℃以上400℃
未満である。したがって、基板5220として第8世代以上の大面積基板を用いた場合で
も、反りなどが生じることはほとんどないことがわかる。
イグレーションを起こしにくくなる。その結果、ペレット5200同士が積み重なること
で配向性の低いnc−OSなどとなる(図26参照)。nc−OSでは、ペレット520
0が負に帯電していることにより、ペレット5200は等距離で堆積する可能性がある。
したがって、配向性は低いものの、僅かに規則性を有することにより、非晶質酸化物半導
体と比べて緻密な構造となる。
れる場合がある。一つの大きなペレットの内部は単結晶構造を有する。例えば、ペレット
の大きさが、上面から見て10nm以上200nm以下、15nm以上100nm以下、
または20nm以上50nm以下となる場合がある。
くと考えられる。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
が可能であることから、エピタキシャル成長とは異なる成長機構であることがわかる。ま
た、CAAC−OSおよびnc−OSは、大面積のガラス基板などであっても均一な成膜
が可能である。例えば、基板5220の表面(被形成面)の構造が非晶質構造(例えば非
晶質酸化シリコン)であっても、CAAC−OSを成膜することは可能である。
レット5200が配列することがわかる。
性を有するCAAC−OSを得ることができる。
合わせて用いることができる。
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置を有する表示装置について、図27を
用いて説明を行う。
図27(A)に示す表示装置は、表示素子の画素を有する領域(以下、画素部502と
いう)と、画素部502の外側に配置され、画素を駆動するための回路を有する回路部(
以下、駆動回路部504という)と、素子の保護機能を有する回路(以下、保護回路50
6という)と、端子部507と、を有する。なお、保護回路506は、設けない構成とし
てもよい。
ことが望ましい。これにより、部品数や端子数を減らすことが出来る。駆動回路部504
の一部、または全部が、画素部502と同一基板上に形成されていない場合には、駆動回
路部504の一部、または全部は、COGやTAB(Tape Automated B
onding)によって、実装することができる。
た複数の表示素子を駆動するための回路(以下、画素回路501という)を有し、駆動回
路部504は、画素を選択する信号(走査信号)を出力する回路(以下、ゲートドライバ
504aという)、画素の表示素子を駆動するための信号(データ信号)を供給するため
の回路(以下、ソースドライバ504b)などの駆動回路を有する。
端子部507を介して、シフトレジスタを駆動するための信号が入力され、信号を出力す
る。例えば、ゲートドライバ504aは、スタートパルス信号、クロック信号等が入力さ
れ、パルス信号を出力する。ゲートドライバ504aは、走査信号が与えられる配線(以
下、走査線GL_1乃至GL_Xという)の電位を制御する機能を有する。なお、ゲート
ドライバ504aを複数設け、複数のゲートドライバ504aにより、走査線GL_1乃
至GL_Xを分割して制御してもよい。または、ゲートドライバ504aは、初期化信号
を供給することができる機能を有する。ただし、これに限定されず、ゲートドライバ50
4aは、別の信号を供給することも可能である。
端子部507を介して、シフトレジスタを駆動するための信号の他、データ信号の元とな
る信号(画像信号)が入力される。ソースドライバ504bは、画像信号を元に画素回路
501に書き込むデータ信号を生成する機能を有する。また、ソースドライバ504bは
、スタートパルス、クロック信号等が入力されて得られるパルス信号に従って、データ信
号の出力を制御する機能を有する。また、ソースドライバ504bは、データ信号が与え
られる配線(以下、データ線DL_1乃至DL_Yという)の電位を制御する機能を有す
る。または、ソースドライバ504bは、初期化信号を供給することができる機能を有す
る。ただし、これに限定されず、ソースドライバ504bは、別の信号を供給することも
可能である。
ソースドライバ504bは、複数のアナログスイッチを順次オン状態にすることにより、
画像信号を時分割した信号をデータ信号として出力できる。また、シフトレジスタなどを
用いてソースドライバ504bを構成してもよい。
介してパルス信号が入力され、データ信号が与えられる複数のデータ線DLの一つを介し
てデータ信号が入力される。また、複数の画素回路501のそれぞれは、ゲートドライバ
504aによりデータ信号のデータの書き込み及び保持が制御される。例えば、m行n列
目の画素回路501は、走査線GL_m(mはX以下の自然数)を介してゲートドライバ
504aからパルス信号が入力され、走査線GL_mの電位に応じてデータ線DL_n(
nはY以下の自然数)を介してソースドライバ504bからデータ信号が入力される。
01の間の配線である走査線GLに接続される。または、保護回路506は、ソースドラ
イバ504bと画素回路501の間の配線であるデータ線DLに接続される。または、保
護回路506は、ゲートドライバ504aと端子部507との間の配線に接続することが
できる。または、保護回路506は、ソースドライバ504bと端子部507との間の配
線に接続することができる。なお、端子部507は、外部の回路から表示装置に電源及び
制御信号、及び画像信号を入力するための端子が設けられた部分をいう。
配線と別の配線とを導通状態にする回路である。
6を設けることにより、ESD(Electro Static Discharge:
静電気放電)などにより発生する過電流に対する表示装置の耐性を高めることができる。
ただし、保護回路506の構成はこれに限定されず、例えば、ゲートドライバ504aに
保護回路506を接続した構成、またはソースドライバ504bに保護回路506を接続
した構成とすることもできる。あるいは、端子部507に保護回路506を接続した構成
とすることもできる。
よって駆動回路部504を形成している例を示しているが、この構成に限定されない。例
えば、ゲートドライバ504aのみを形成し、別途用意されたソースドライバ回路が形成
された基板(例えば、単結晶半導体膜、多結晶半導体膜で形成された駆動回路基板)を実
装する構成としても良い。
とすることができる。
量素子560と、を有する。トランジスタ550に先の実施の形態に示すトランジスタを
適用することができる。
される。液晶素子570は、書き込まれるデータにより配向状態が設定される。なお、複
数の画素回路501のそれぞれが有する液晶素子570の一対の電極の一方に共通の電位
(コモン電位)を与えてもよい。また、各行の画素回路501の液晶素子570の一対の
電極の一方に異なる電位を与えてもよい。
Nematic)モード、STN(Super−Twisted Nematic)モ
ード、VA(Vertical Alignment)モード、MVA(Multi−D
omain Vertical Alignment)モード、PVA(Pattern
ed Vertical Alignment)モード、IPS(In−Plane−S
witching)モード、FFS(Fringe Field Switching)
モード、ASM(Axially Symmetric Aligned Micro−
cell)モード、OCB(Optically Compensated Biref
ringence)モード、FLC(Ferroelectric Liquid Cr
ystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric Liquid
Crystal)モード、またはTBA(Transverse Bend Align
ment)モードなどを用いてもよい。
cally Controlled Birefringence)モード、PDLC(
Polymer Dispersed Liquid Crystal)モード、PNL
C(Polymer Network Liquid Crystal)モード、ゲスト
ホストモードなどがある。ただし、これに限定されず、液晶素子及びその駆動方式として
様々なものを用いることができる。
ン電極の一方は、データ線DL_nに電気的に接続され、他方は液晶素子570の一対の
電極の他方に電気的に接続される。また、トランジスタ550のゲート電極は、走査線G
L_mに電気的に接続される。トランジスタ550は、オン状態またはオフ状態になるこ
とにより、データ信号のデータの書き込みを制御する機能を有する。
)に電気的に接続され、他方は、液晶素子570の一対の電極の他方に電気的に接続され
る。なお、電位供給線VLの電位の値は、画素回路501の仕様に応じて適宜設定される
。容量素子560は、書き込まれたデータを保持する保持容量としての機能を有する。
に示すゲートドライバ504aにより各行の画素回路501を順次選択し、トランジスタ
550をオン状態にしてデータ信号のデータを書き込む。
保持状態になる。これを行毎に順次行うことにより、画像を表示できる。
とすることができる。
2と、発光素子572と、を有する。トランジスタ552及びトランジスタ554のいず
れか一方または双方に先の実施の形態に示すトランジスタを適用することができる。
配線(以下、データ線DL_nという)に電気的に接続される。さらに、トランジスタ5
52のゲート電極は、ゲート信号が与えられる配線(以下、走査線GL_mという)に電
気的に接続される。
タの書き込みを制御する機能を有する。
_aという)に電気的に接続され、他方は、トランジスタ552のソース電極及びドレイ
ン電極の他方に電気的に接続される。
気的に接続される。さらに、トランジスタ554のゲート電極は、トランジスタ552の
ソース電極及びドレイン電極の他方に電気的に接続される。
され、他方は、トランジスタ554のソース電極及びドレイン電極の他方に電気的に接続
される。
いう)などを用いることができる。ただし、発光素子572としては、これに限定されず
、無機材料からなる無機EL素子を用いても良い。
えられ、他方には、低電源電位VSSが与えられる。
ートドライバ504aにより各行の画素回路501を順次選択し、トランジスタ552を
オン状態にしてデータ信号のデータを書き込む。
保持状態になる。さらに、書き込まれたデータ信号の電位に応じてトランジスタ554の
ソース電極とドレイン電極の間に流れる電流量が制御され、発光素子572は、流れる電
流量に応じた輝度で発光する。これを行毎に順次行うことにより、画像を表示できる。
素子572を有する構成について例示したが、これに限定されず、表示装置は様々な素子
を有していてもよい。
機EL素子、無機EL素子)、LED(白色LED、赤色LED、緑色LED、青色LE
D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、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よ
い。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)又はSED方式平面型ディスプレイ(SED:Surface−condu
ction 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。電子インク又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
。
ース方式等を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。
に白色光(W)を設けてもよい。また、表示装置に着色層(カラーフィルタともいう。)
を設けてもよい。着色層としては、例えば、レッド(R)、グリーン(G)、ブルー(B
)、イエロー(Y)などを適宜組み合わせて用いることができる。着色層を用いることで
、着色層を用いない場合と比べて色の再現性を高くすることができる。このとき、着色層
を有する領域と、着色層を有さない領域と、を配置することによって、着色層を有さない
領域における白色光を直接表示に利用しても構わない。一部に着色層を有さない領域を配
置することで、明るい表示の際に、着色層による輝度の低下を少なくでき、消費電力を2
割から3割程度低減できる場合がある。ただし、有機EL素子や無機EL素子などの自発
光素子を用いてフルカラー表示する場合、R、G、B、Y、ホワイト(W)を、それぞれ
の発光色を有する素子から発光させても構わない。自発光素子を用いることで、着色層を
用いた場合よりも、さらに消費電力を低減できる場合がある。
ができる。
本実施の形態においては、本発明の一態様の半導体装置を有する表示装置、及び該表示
装置に入力装置を取り付けた電子機器について、図28乃至図33を用いて説明を行う。
なお、本実施の形態において、電子機器の一例として、表示装置と、入力装置とを合わ
せたタッチパネル2000について説明する。また、入力装置の一例として、タッチセン
サを用いる場合について説明する。
B)において、明瞭化のため、タッチパネル2000の代表的な構成要素を示す。
8(B)参照)。また、タッチパネル2000は、基板2510、基板2570、及び基
板2590を有する。なお、基板2510、基板2570、及び基板2590はいずれも
可撓性を有する。ただし、基板2510、基板2570、及び基板2590のいずれか一
つまたは全てが可撓性を有さない構成としてもよい。
できる複数の配線2511を有する。複数の配線2511は、基板2510の外周部にま
で引き回され、その一部が端子2519を構成している。端子2519はFPC2509
(1)と電気的に接続する。
複数の配線2598とを有する。複数の配線2598は、基板2590の外周部に引き回
され、その一部は端子を構成する。そして、該端子はFPC2509(2)と電気的に接
続される。なお、図28(B)では明瞭化のため、基板2590の裏面側(基板2510
と対向する面側)に設けられるタッチセンサ2595の電極や配線等を実線で示している
。
容量方式としては、表面型静電容量方式、投影型静電容量方式等がある。
どがある。相互容量方式を用いると同時多点検出が可能となるため好ましい。
サを適用した構成である。
できる、様々なセンサを適用することができる。
る。電極2591は、複数の配線2598のいずれかと電気的に接続し、電極2592は
複数の配線2598の他のいずれかと電気的に接続する。
の四辺形が角部で接続される形状を有する。
配置されている。
き、電極2592と配線2594の交差部の面積ができるだけ小さくなる形状が好ましい
。これにより、電極が設けられていない領域の面積を低減でき、透過率のバラツキを低減
できる。その結果、タッチセンサ2595を透過する光の輝度のバラツキを低減すること
ができる。
る。例えば、複数の電極2591をできるだけ隙間が生じないように配置し、絶縁層を介
して電極2592を、電極2591と重ならない領域ができるように離間して複数設ける
構成としてもよい。このとき、隣接する2つの電極2592の間に、これらとは電気的に
絶縁されたダミー電極を設けると、透過率の異なる領域の面積を低減できるため好ましい
。
ルを構成する配線や電極に用いることのできる材料として、酸化インジウム、酸化錫、酸
化亜鉛等を有する透明導電膜(例えば、ITOなど)が挙げられる。また、タッチパネル
を構成する配線や電極に用いることのできる材料として、例えば、抵抗値が低い方が好ま
しい。一例として、銀、銅、アルミニウム、カーボンナノチューブ、グラフェン、ハロゲ
ン化金属(ハロゲン化銀など)などを用いてもよい。さらに、非常に細くした(例えば、
直径が数ナノメール)複数の導電体を用いて構成されるような金属ナノワイヤを用いても
よい。または、導電体を網目状にした金属メッシュを用いてもよい。一例としては、Ag
ナノワイヤ、Cuナノワイヤ、Alナノワイヤ、Agメッシュ、Cuメッシュ、Alメッ
シュなどを用いてもよい。例えば、タッチパネルを構成する配線や電極にAgナノワイヤ
を用いる場合、可視光において透過率を89%以上、シート抵抗値を40Ω/cm2以上
100Ω/cm2以下とすることができる。また、上述したタッチパネルを構成する配線
や電極に用いることのできる材料の一例である、金属ナノワイヤ、金属メッシュ、カーボ
ンナノチューブ、グラフェンなどは、可視光において透過率が高いため、表示素子に用い
る電極(例えば、画素電極または共通電極など)として用いてもよい。
次に、図29(A)(B)を用いて、表示装置2501の詳細について説明する。図2
9(A)(B)は、図28(B)に示す一点鎖線X1−X2間の断面図に相当する。
子と、該表示素子を駆動する画素回路とを有する。
まず、表示素子としてEL素子を用いる構成について、図29(A)を用いて以下説明
を行う。なお、以下の説明においては、白色の光を射出するEL素子を適用する場合につ
いて説明するが、EL素子はこれに限定されない。例えば、隣接する画素毎に射出する光
の色が異なるように、発光色が異なるEL素子を適用してもよい。
2・day)以下、好ましくは10−6g/(m2・day)以下である可撓性を有する
材料を好適に用いることができる。または、基板2510の熱膨張率と、基板2570の
熱膨張率とが、およそ等しい材料を用いると好適である。例えば、線膨張率が1×10−
3/K以下、好ましくは5×10−5/K以下、より好ましくは1×10−5/K以下で
ある材料を好適に用いることができる。
基板2510bと、絶縁層2510a及び可撓性基板2510bを貼り合わせる接着層2
510cと、を有する積層体である。また、基板2570は、EL素子への不純物の拡散
を防ぐ絶縁層2570aと、可撓性基板2570bと、絶縁層2570a及び可撓性基板
2570bを貼り合わせる接着層2570cと、を有する積層体である。
ィン、ポリアミド(ナイロン、アラミド等)、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリウレ
タン、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、を含む材料を用いることができる。
は、空気より大きい屈折率を有すると好ましい。また、図29(A)に示すように、封止
層2560側に光を取り出す場合は、封止層2560は光学素子を兼ねることができる。
とにより、基板2510、基板2570、封止層2560、及びシール材で囲まれた領域
にEL素子2550を有する構成とすることができる。なお、封止層2560として、不
活性気体(窒素やアルゴン等)を充填してもよい。また、当該不活性気体内に、乾燥材を
設けて、水分等を吸着させる構成としてもよい。また、上述のシール材としては、例えば
、エポキシ系樹脂やガラスフリットを用いるのが好ましい。また、シール材に用いる材料
としては、水分や酸素を透過しない材料を用いると好適である。
505は、発光モジュール2580と、EL素子2550と、EL素子2550に電力を
供給することができるトランジスタ2502tと、を有する。なお、トランジスタ250
2tは、画素回路の一部として機能する。
また、EL素子2550は、下部電極と、上部電極と、下部電極と上部電極との間にEL
層とを有する。
L素子2550と着色層2567に接する。
50が発する光の一部は着色層2567を透過して、図中に示す矢印の方向の発光モジュ
ール2580の外部に射出される。
層2568は、着色層2567を囲むように設けられている。
えば、赤色の波長帯域の光を透過するカラーフィルタ、緑色の波長帯域の光を透過するカ
ラーフィルタ、青色の波長帯域の光を透過するカラーフィルタ、黄色の波長帯域の光を透
過するカラーフィルタなどを用いることができる。各カラーフィルタは、様々な材料を用
いて、印刷法、インクジェット法、フォトリソグラフィ技術を用いたエッチング方法など
で形成することができる。
ジスタ2502t等を覆う。なお、絶縁層2521は、画素回路に起因する凹凸を平坦化
するための機能を有する。また、絶縁層2521に不純物の拡散を抑制できる機能を付与
してもよい。これにより、不純物の拡散によるトランジスタ2502t等の信頼性の低下
を抑制できる。
50が有する下部電極には、該下部電極の端部に重なる隔壁2528が設けられる。なお
、基板2510と、基板2570との間隔を制御するスペーサを、隔壁2528上に形成
してもよい。
を有する。なお、駆動回路を画素回路と同一の工程で同一基板上に形成することができる
。
また、配線2511上には、端子2519が設けられる。また、端子2519には、FP
C2509(1)が電気的に接続される。また、FPC2509(1)は、ビデオ信号、
クロック信号、スタート信号、リセット信号等を供給する機能を有する。なお、FPC2
509(1)にはプリント配線基板(PWB)が取り付けられていても良い。
に先の実施の形態に示すトランジスタを適用すればよい。本実施の形態で用いるトランジ
スタは、高純度化し、酸素欠損の形成を抑制した酸化物半導体膜を有する。該トランジス
タは、オフ状態における電流値(オフ電流値)を低くすることができる。よって、画像信
号等の電気信号の保持時間を長くすることができ、電源オン状態では書き込み間隔も長く
設定できる。よって、リフレッシュ動作の頻度を少なくすることができるため、消費電力
を抑制する効果を奏する。また、本実施の形態で用いるトランジスタは、比較的高い電界
効果移動度が得られるため、高速駆動が可能である。例えば、このような高速駆動が可能
なトランジスタを表示装置2501に用いることで、画素回路のスイッチングトランジス
タと、駆動回路に使用するドライバトランジスタを同一基板上に形成することができる。
すなわち、別途駆動回路として、シリコンウェハ等により形成された半導体装置を用いる
必要がないため、半導体装置の部品点数を削減することができる。また、画素回路におい
ても、高速駆動が可能なトランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することがで
きる。
次に、表示素子として、液晶素子を用いる構成について、図29(B)を用いて以下説
明を行う。なお、以下の説明においては、外光を反射して表示する反射型の液晶表示装置
について説明するが、液晶表示装置はこれに限定されない。例えば、光源(バックライト
、サイドライト等)を設けて、透過型の液晶表示装置、または反射型と透過型の両方の機
能を備える液晶表示装置としてもよい。
の点が異なる。それ以外の構成については、図29(A)に示す表示装置2501と同様
である。
子2551に電力を供給することができるトランジスタ2502tと、を有する。
と上部電極との間に液晶層2529と、を有する。液晶素子2551は、下部電極と上部
電極との間に印加される電圧によって、液晶層2529の配向状態を変えることができる
。また、液晶層2529中には、スペーサ2530aと、スペーサ2530bと、が設け
られる。また、図29(B)において図示しないが、上部電極及び下部電極の液晶層25
29と接する側に、それぞれ配向膜を設ける構成としてもよい。
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。また、液晶表示装置として、横電界方式を採用する場合、配向膜
を用いないブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相を示す液晶を用いる場合、配向
膜を設けなくてもよいのでラビング処理が不要となる。ラビング処理が不要となることで
、ラビング処理時に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。
。スペーサ2530a、2530bとしては、基板2510と基板2570との間の距離
(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2530a、2530b
は、それぞれ大きさを異ならせてもよく、柱状または球状で設けると好ましい。また、図
29(B)においては、スペーサ2530a、2530bを、基板2570側に設ける構
成について例示したが、これに限定されず、基板2510側に設けてもよい。
極と、着色層2567及び遮光層2568と、の間には絶縁層2531が設けられる。絶
縁層2531は、着色層2567及び遮光層2568に起因する凹凸を平坦化する機能を
有する。絶縁層2531としては、例えば、有機樹脂膜を用いればよい。また、液晶素子
2551の下部電極は、反射電極としての機能を有する。図29(B)に示す表示装置2
501は、外光を利用して下部電極で光を反射して着色層2567を介して表示する、反
射型の液晶表示装置である。なお、透過型の液晶表示装置とする場合、下部電極に透明電
極として機能を付与すればよい。
22は、トランジスタ2502t等を覆う。なお、絶縁層2522は、画素回路に起因す
る凹凸を平坦化するための機能と、液晶素子の下部電極に凹凸を形成する機能と、を有す
る。これにより、下部電極の表面に凹凸を形成することが可能となる。したがって、外光
が下部電極に入射した場合において、下部電極の表面で光を乱反射することが可能となり
、視認性を向上させることができる。なお、透過型の液晶表示装置の場合、上記凹凸を設
けない構成としてもよい。
次に、図30を用いて、タッチセンサ2595の詳細について説明する。図30は、図
28(B)に示す一点鎖線X3−X4間の断面図に相当する。
2592と、電極2591及び電極2592を覆う絶縁層2593と、隣り合う電極25
91を電気的に接続する配線2594とを有する。
を有する導電性材料としては、酸化インジウム、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸
化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛などの導電性酸化物を用いることができる
。なお、グラフェンを含む膜を用いることもできる。グラフェンを含む膜は、例えば膜状
に形成された酸化グラフェンを含む膜を還元して形成することができる。還元する方法と
しては、熱を加える方法等を挙げることができる。
た後、フォトリソグラフィ法等の様々なパターニング技術により、不要な部分を除去して
、電極2591及び電極2592を形成することができる。
、シロキサン結合を有する樹脂の他、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウ
ムなどの無機絶縁材料を用いることもできる。
る電極2591と電気的に接続する。透光性の導電性材料は、タッチパネルの開口率を高
めることができるため、配線2594に好適に用いることができる。また、電極2591
及び電極2592より導電性の高い材料は、電気抵抗を低減できるため配線2594に好
適に用いることができる。
る。また、配線2594は電極2592と交差して設けられている。
一対の電極2591を電気的に接続している。
る必要はなく、0度を超えて90度未満の角度をなすように配置されてもよい。
、配線2598の一部は、端子として機能する。配線2598としては、例えば、アルミ
ニウム、金、白金、銀、ニッケル、チタン、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コ
バルト、銅、またはパラジウム等の金属材料や、該金属材料を含む合金材料を用いること
ができる。
を保護してもよい。
。
onductive Film)や、異方性導電ペースト(ACP:Anisotrop
ic Conductive Paste)などを用いることができる。
次に、図31(A)を用いて、タッチパネル2000の詳細について説明する。図31
(A)は、図28(A)に示す一点鎖線X5−X6間の断面図に相当する。
1と、図30で説明したタッチセンサ2595と、を貼り合わせた構成である。
、接着層2597と、反射防止層2569と、を有する。
チセンサ2595が表示装置2501に重なるように、基板2590を基板2570に貼
り合わせている。また、接着層2597は、透光性を有すると好ましい。また、接着層2
597としては、熱硬化性樹脂、または紫外線硬化樹脂を用いることができる。例えば、
アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、またはシロキサン系樹脂を用いるこ
とができる。
例えば円偏光板を用いることができる。
用いて説明する。
ネル2001は、図31(A)に示すタッチパネル2000と、表示装置2501に対す
るタッチセンサ2595の位置が異なる。ここでは異なる構成について詳細に説明し、同
様の構成を用いることができる部分は、タッチパネル2000の説明を援用する。
L素子2550は、トランジスタ2502tが設けられている側に光を射出する。これに
より、EL素子2550が発する光の一部は、着色層2567を透過して、図中に示す矢
印の方向の発光モジュール2580の外部に射出される。
。
チセンサ2595を貼り合わせる。
のいずれか一方または双方に射出されればよい。
次に、タッチパネルの駆動方法の一例について、図32を用いて説明を行う。
(A)では、パルス電圧出力回路2601、電流検出回路2602を示している。なお、
図32(A)では、パルス電圧が与えられる電極2621をX1−X6として、電流の変
化を検知する電極2622をY1−Y6として、それぞれ6本の配線で例示している。ま
た、図32(A)は、電極2621と、電極2622とが重畳することで形成される容量
2603を示している。なお、電極2621と電極2622とはその機能を互いに置き換
えてもよい。
である。X1−X6の配線にパルス電圧が印加されることで、容量2603を形成する電
極2621と電極2622との間に電界が生じる。この電極間に生じる電界が遮蔽等によ
り容量2603の相互容量に変化を生じさせることを利用して、被検知体の近接、または
接触を検出することができる。
での電流の変化を検出するための回路である。Y1−Y6の配線では、被検知体の近接、
または接触がないと検出される電流値に変化はないが、検出する被検知体の近接、または
接触により相互容量が減少する場合には電流値が減少する変化を検出する。なお電流の検
出は、積分回路等を用いて行えばよい。
出力波形のタイミングチャートを示す。図32(B)では、1フレーム期間で各行列での
被検知体の検出を行うものとする。また図32(B)では、被検知体を検出しない場合(
非タッチ)と被検知体を検出する場合(タッチ)との2つの場合について示している。な
おY1−Y6の配線については、検出される電流値に対応する電圧値とした波形を示して
いる。
Y6の配線での波形が変化する。被検知体の近接または接触がない場合には、X1−X6
の配線の電圧の変化に応じてY1−Y6の波形が一様に変化する。一方、被検知体が近接
または接触する箇所では、電流値が減少するため、これに対応する電圧値の波形も変化す
る。
することができる。
また、図32(A)ではタッチセンサとして配線の交差部に容量2603のみを設ける
パッシブ型のタッチセンサの構成を示したが、トランジスタと容量とを有するアクティブ
型のタッチセンサとしてもよい。アクティブ型のタッチセンサに含まれるセンサ回路の一
例を図33に示す。
2612と、トランジスタ2613とを有する。
電圧VRESが与えられ、他方が容量2603の一方の電極およびトランジスタ2611
のゲートと電気的に接続する。トランジスタ2611は、ソースまたはドレインの一方が
トランジスタ2612のソースまたはドレインの一方と電気的に接続し、他方に電圧VS
Sが与えられる。トランジスタ2612は、ゲートに信号G1が与えられ、ソースまたは
ドレインの他方が配線MLと電気的に接続する。容量2603の他方の電極には電圧VS
Sが与えられる。
ジスタ2613をオン状態とする電位が与えられることで、トランジスタ2611のゲー
トが接続されるノードnに電圧VRESに対応した電位が与えられる。次に、信号G2と
してトランジスタ2613をオフ状態とする電位が与えられることで、ノードnの電位が
保持される。
ことに伴い、ノードnの電位がVRESから変化する。
ードnの電位に応じてトランジスタ2611に流れる電流、すなわち配線MLに流れる電
流が変化する。この電流を検出することにより、被検知体の近接または接触を検出するこ
とができる。
の形態に示すトランジスタを適用することができる。とくにトランジスタ2613に先の
実施の形態に示すトランジスタを適用することにより、ノードnの電位を長期間に亘って
保持することが可能となり、ノードnにVRESを供給しなおす動作(リフレッシュ動作
)の頻度を減らすことができる。
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有する表示モジュール及び電子機器
について、図34及び図35を用いて説明を行う。
図34に示す表示モジュール8000は、上部カバー8001と下部カバー8002と
の間に、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8007、フレーム8009、プリント基板801
0、バッテリ8011を有する。
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。
8006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、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。
ト8007上に光源8008を配置する構成について例示したが、これに限定さない。例
えば、バックライト8007の端部に光源8008を配置し、さらに光拡散板を用いる構
成としてもよい。なお、有機EL素子等の自発光型の発光素子を用いる場合、または反射
型パネル等の場合においては、バックライト8007を設けない構成としてもよい。
作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8011による電源であってもよい。バッテリ8011は
、商用電源を用いる場合には、省略可能である。
加して設けてもよい。
図35(A)乃至図35(G)は、電子機器を示す図である。これらの電子機器は、筐
体9000、表示部9001、スピーカ9003、操作キー9005(電源スイッチ、又
は操作スイッチを含む)、接続端子9006、センサ9007(力、変位、位置、速度、
加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電
場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい又は赤外線を測定する
機能を含むもの)、マイクロフォン9008、等を有することができる。
例えば、様々な情報(静止画、動画、テキスト画像など)を表示部に表示する機能、タッ
チパネル機能、カレンダー、日付または時刻などを表示する機能、様々なソフトウェア(
プログラム)によって処理を制御する機能、無線通信機能、無線通信機能を用いて様々な
コンピュータネットワークに接続する機能、無線通信機能を用いて様々なデータの送信ま
たは受信を行う機能、記録媒体に記録されているプログラムまたはデータを読み出して表
示部に表示する機能、等を有することができる。なお、図35(A)乃至図35(G)に
示す電子機器が有することのできる機能はこれらに限定されず、様々な機能を有すること
ができる。また、図35(A)乃至図35(G)には図示していないが、電子機器には、
複数の表示部を有する構成としてもよい。また、該電子機器にカメラ等を設け、静止画を
撮影する機能、動画を撮影する機能、撮影した画像を記録媒体(外部またはカメラに内蔵
)に保存する機能、撮影した画像を表示部に表示する機能、等を有していてもよい。また
、図35(A)乃至図35(G)には図示していないが、電子機器には、アンテナ等を設
け、無線通信機能を有していてもよい。
有する表示部9001は、可撓性を有する。そのため、湾曲した筐体9000の湾曲面に
沿って表示部9001を組み込むことが可能である。また、表示部9001はタッチセン
サを備え、指やスタイラスなどで画面に触れることで操作することができる。例えば、表
示部9001に表示されたアイコンに触れることで、アプリケーションを起動することが
できる。
、例えば電話機、手帳又は情報閲覧装置等から選ばれた一つ又は複数の機能を有する。具
体的には、スマートフォンとして用いることができる。なお、携帯情報端末9101は、
スピーカ9003、接続端子9006、センサ9007等を省略して図示しているが、図
35(A)に示す携帯情報端末9100と同様の位置に設けることができる。また、携帯
情報端末9101は、文字や画像情報をその複数の面に表示することができる。例えば、
3つの操作ボタン9050(操作アイコンまたは単にアイコンともいう)を表示部900
1の一の面に表示することができる。また、破線の矩形で示す情報9051を表示部90
01の他の面に表示することができる。なお、情報9051の一例としては、電子メール
やSNS(ソーシャル・ネットワーキング・サービス)や電話などの着信を知らせる表示
、電子メールやSNSなどの題名、電子メールやSNSなどの送信者名、日時、時刻、バ
ッテリの残量、受信信号の強度などがある。または、情報9051が表示されている位置
に、情報9051の代わりに、操作ボタン9050などを表示してもよい。
、表示部9001の3面以上に情報を表示する機能を有する。ここでは、情報9052、
情報9053、情報9054がそれぞれ異なる面に表示されている例を示す。例えば、携
帯情報端末9102の使用者は、洋服の胸ポケットに携帯情報端末9102を収納した状
態で、その表示(ここでは情報9053)を確認することができる。具体的には、着信し
た電話の発信者の電話番号又は氏名等を、携帯情報端末9102の上方から観察できる位
置に表示する。使用者は、携帯情報端末9102をポケットから取り出すことなく、表示
を確認し、電話を受けるか否かを判断できる。
9200は、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、音楽再生、インターネット通信
、コンピュータゲームなどの種々のアプリケーションを実行することができる。また、表
示部9001はその表示面が湾曲して設けられ、湾曲した表示面に沿って表示を行うこと
ができる。また、携帯情報端末9200は、通信規格された近距離無線通信を実行するこ
とが可能である。例えば無線通信可能なヘッドセットと相互通信することによって、ハン
ズフリーで通話することもできる。また、携帯情報端末9200は、接続端子9006を
有し、他の情報端末とコネクターを介して直接データのやりとりを行うことができる。ま
た接続端子9006を介して充電を行うこともできる。なお、充電動作は接続端子900
6を介さずに無線給電により行ってもよい。
る。また、図35(E)が携帯情報端末9201を展開した状態の斜視図であり、図35
(F)が携帯情報端末9201を展開した状態または折り畳んだ状態の一方から他方に変
化する途中の状態の斜視図であり、図35(G)が携帯情報端末9201を折り畳んだ状
態の斜視図である。携帯情報端末9201は、折り畳んだ状態では可搬性に優れ、展開し
た状態では、継ぎ目のない広い表示領域により表示の一覧性に優れる。携帯情報端末92
01が有する表示部9001は、ヒンジ9055によって連結された3つの筐体9000
に支持されている。ヒンジ9055を介して2つの筐体9000間を屈曲させることによ
り、携帯情報端末9201を展開した状態から折りたたんだ状態に可逆的に変形させるこ
とができる。例えば、携帯情報端末9201は、曲率半径1mm以上150mm以下で曲
げることができる。
る。ただし、本発明の一態様の半導体装置は、表示部を有さない電子機器にも適用するこ
とができる。また、本実施の形態において述べた電子機器の表示部においては、可撓性を
有し、湾曲した表示面に沿って表示を行うことができる構成、または折り畳み可能な表示
部の構成について例示したが、これに限定されず、可撓性を有さず、平面部に表示を行う
構成としてもよい。
ができる。
100A トランジスタ
100B トランジスタ
102 基板
104 導電膜
106 絶縁膜
107 絶縁膜
108 酸化物半導体膜
108a 酸化物半導体膜
108b 酸化物半導体膜
108c 酸化物半導体膜
112a 導電膜
112b 導電膜
114 絶縁膜
116 絶縁膜
120 導電膜
120a 導電膜
120b 導電膜
132 金属酸化膜
134 金属酸化膜
136 混合領域
139 ハロゲン元素
140 酸素
141a 開口部
141b 開口部
142a 開口部
142b 開口部
142c 開口部
145 領域
150 トランジスタ
160 トランジスタ
170 トランジスタ
501 画素回路
502 画素部
504 駆動回路部
504a ゲートドライバ
504b ソースドライバ
506 保護回路
507 端子部
550 トランジスタ
552 トランジスタ
554 トランジスタ
560 容量素子
562 容量素子
570 液晶素子
572 発光素子
2000 タッチパネル
2001 タッチパネル
2501 表示装置
2502t トランジスタ
2503c 容量素子
2503t トランジスタ
2504 走査線駆動回路
2505 画素
2509 FPC
2510 基板
2510a 絶縁層
2510b 可撓性基板
2510c 接着層
2511 配線
2519 端子
2521 絶縁層
2522 絶縁層
2528 隔壁
2529 液晶層
2530a スペーサ
2530b スペーサ
2531 絶縁層
2550 EL素子
2551 液晶素子
2560 封止層
2567 着色層
2568 遮光層
2569 反射防止層
2570 基板
2570a 絶縁層
2570b 可撓性基板
2570c 接着層
2580 発光モジュール
2590 基板
2591 電極
2592 電極
2593 絶縁層
2594 配線
2595 タッチセンサ
2597 接着層
2598 配線
2599 接続層
2601 パルス電圧出力回路
2602 電流検出回路
2603 容量
2611 トランジスタ
2612 トランジスタ
2613 トランジスタ
2621 電極
2622 電極
5100 ペレット
5120 基板
5161 領域
5200 ペレット
5201 イオン
5203 粒子
5206 酸化物薄膜
5220 基板
5230 ターゲット
5240 プラズマ
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
8008 光源
8009 フレーム
8010 プリント基板
8011 バッテリ
9000 筐体
9001 表示部
9003 スピーカ
9005 操作キー
9006 接続端子
9007 センサ
9008 マイクロフォン
9050 操作ボタン
9051 情報
9052 情報
9053 情報
9054 情報
9055 ヒンジ
9100 携帯情報端末
9101 携帯情報端末
9102 携帯情報端末
9200 携帯情報端末
9201 携帯情報端末
Claims (6)
- ゲート電極上に酸化物半導体膜を形成した後に、超乾燥空気の雰囲気下で熱処理を行い、
前記酸化物半導体膜と接する領域を有する、酸化窒化シリコン膜を形成し、
前記酸化窒化シリコン膜上に、インジウムを有する金属酸化膜と、アルミニウムを有する金属酸化膜とを順に積層して形成した後に、150℃以上400℃以下で熱処理を行い、
前記アルミニウムを有する金属酸化膜上に、導電膜を形成する、半導体装置の作製方法。 - ゲート電極上に酸化物半導体膜を形成した後に、水の含有量が20ppm以下の雰囲気下で熱処理を行い、
前記酸化物半導体膜と接する領域を有する、酸化窒化シリコン膜を形成し、
前記酸化窒化シリコン膜上に、インジウムを有する金属酸化膜と、アルミニウムを有する金属酸化膜とを順に積層して形成した後に、150℃以上400℃以下で熱処理を行い、
前記アルミニウムを有する金属酸化膜上に、導電膜を形成する、半導体装置の作製方法。 - ゲート電極上に酸化物半導体膜を形成した後に、超乾燥空気の雰囲気下で熱処理を行い、
前記酸化物半導体膜と接する領域を有する、酸化窒化シリコン膜を形成し、
前記酸化窒化シリコン膜上に、インジウムを有する金属酸化膜を形成した後に、150℃以上400℃以下で熱処理を行い、
前記インジウムを有する金属酸化膜上に、導電膜を形成する、半導体装置の作製方法。 - ゲート電極上に酸化物半導体膜を形成した後に、水の含有量が20ppm以下の雰囲気下で熱処理を行い、
前記酸化物半導体膜と接する領域を有する、酸化窒化シリコン膜を形成し、
前記酸化窒化シリコン膜上に、インジウムを有する金属酸化膜を形成した後に、150℃以上400℃以下で熱処理を行い、
前記インジウムを有する金属酸化膜上に、導電膜を形成する、半導体装置の作製方法。 - ゲート電極上に酸化物半導体膜を形成した後に、超乾燥空気の雰囲気下で熱処理を行い、
前記酸化物半導体膜と接する領域を有する、酸化窒化シリコン膜を形成し、
前記酸化窒化シリコン膜上に、アルミニウムを有する金属酸化膜を形成した後に、150℃以上400℃以下で熱処理を行い、
前記アルミニウムを有する金属酸化膜上に、導電膜を形成する、半導体装置の作製方法。 - ゲート電極上に酸化物半導体膜を形成した後に、水の含有量が20ppm以下の雰囲気下で熱処理を行い、
前記酸化物半導体膜と接する領域を有する、酸化窒化シリコン膜を形成し、
前記酸化窒化シリコン膜上に、アルミニウムを有する金属酸化膜を形成した後に、150℃以上400℃以下で熱処理を行い、
前記アルミニウムを有する金属酸化膜上に、導電膜を形成する、半導体装置の作製方法。
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