JP2021015634A - タッチセンサ - Google Patents
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Abstract
Description
。また、本発明の一態様は、タッチパネルに関する。特に、可撓性を有するタッチパネル
に関する。
一態様は、物、方法、又は、製造方法に関する。本発明の一態様は、プロセス、マシン、
マニュファクチャ、又は、組成物(コンポジション・オブ・マター)に関する。そのため
、より具体的に本明細書で開示する発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示
装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、電子機器、照明装置、それらの駆動方法、又は、
それらの製造方法、を一例として挙げることができる。
置全般を指す。トランジスタなどの半導体素子をはじめ、半導体回路、演算装置、記憶装
置は、半導体装置の一態様である。撮像装置、表示装置、液晶表示装置、発光装置、電気
光学装置、発電装置(薄膜太陽電池、有機薄膜太陽電池等を含む)、及び電子機器は、半
導体装置を有している場合がある。
ジスタ(FET)、又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。
質酸化物を用いてトランジスタを作製する技術が開示されている。また、特許文献2には
、自己整列トップゲート構造を有する酸化物薄膜のトランジスタを作製する技術が開示さ
れている。
光素子などの機能素子が設けられたフレキシブルデバイスの開発が進められている。フレ
キシブルデバイスの代表的な例としては、照明装置、画像表示装置の他、トランジスタな
どの半導体素子を有する種々の半導体回路などが挙げられる。
Electroluminescence)素子を備えたフレキシブルなアクティブマト
リクス方式の発光装置が開示されている。
ば、携帯情報端末として、タッチパネルを備えるスマートフォンやタブレット端末の開発
が進められている。
入力する機能を付加した可撓性を有するタッチパネルが望まれている。
を提供することを目的の一とする。または、本発明の一態様は、軽量なタッチパネルを提
供することを目的の一とする。または、本発明の一態様は、厚さの薄いタッチパネルを提
供することを目的の一とする。または、本発明の一態様は、検出感度の高いタッチパネル
を提供することを目的の一とする。または、本発明の一態様は、タッチセンサもしくはタ
ッチパネルの薄型化と、高い検出感度を両立することを目的の一とする。または、本発明
の一態様は、大型のタッチパネルに用いることができるタッチセンサを提供することを目
的の一とする。または、本発明の一態様は、大型のタッチパネルを提供することを目的の
一とする。
供することを目的の一とする。
的の一とする。また、本発明の一態様は、信頼性の高いタッチパネルを提供することを目
的の一とする。また、本発明の一態様は、繰り返しの曲げに強いタッチパネルを提供する
ことを目的の一とする。また、本発明の一態様は、新規な半導体装置、発光装置、表示装
置、タッチセンサ、タッチパネル、電子機器、又は照明装置を提供することを目的の一と
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。
ッチセンサである。該トランジスタ及び該容量素子は電気的に接続する。
、トランジスタ及び容量素子は電気的に接続し、容量素子は、一対の電極と、誘電体層と
、を有し、誘電体層は、一対の電極の間に位置し、一対の電極の一方は、酸化物導電体層
を有する、タッチセンサである。
導体層は、同一表面上に位置することが好ましい。該トランジスタにおいて、該酸化物半
導体層にチャネル領域を有することが好ましい。
(酸化物導電体層)とが、電気的に接続していてもよい。また、上記構成において、トラ
ンジスタのソース又はドレインと、容量素子の一対の電極の他方とが、電気的に接続して
いてもよい。
サであり、第1のトランジスタのゲートは、第1の配線と電気的に接続し、第1のトラン
ジスタのソース又はドレインの一方は、第2の配線と電気的に接続し、第1のトランジス
タのソース又はドレインの他方は、第2のトランジスタのゲート及び容量素子の一方の電
極と電気的に接続し、第2のトランジスタのソース又はドレインの一方は、第3の配線と
電気的に接続し、第2のトランジスタのソース又はドレインの他方は、第3のトランジス
タのソース又はドレインの一方と電気的に接続し、第3のトランジスタのゲートは、第4
の配線と電気的に接続し、第3のトランジスタのソース又はドレインの他方は、第5の配
線と電気的に接続し、容量素子の他方の電極は、第6の配線と電気的に接続し、容量素子
の一方の電極又は他方の電極は、酸化物導電体層を有する、タッチセンサである。
表面上に位置する酸化物半導体層を有することが好ましい。特に、第1のトランジスタが
該酸化物半導体層を有することが好ましい。
上記構成において、容量素子の他方の電極が、酸化物導電体層を有していてもよい。
ッチパネルであり、遮光層は、タッチセンサと表示素子の間に位置し、遮光層は、トラン
ジスタと重なる部分を有し、表示素子は、容量素子と重なる部分を有する、タッチパネル
である。なお、遮光層は、複数のトランジスタのうち、少なくとも一つと重なる部分を有
していればよく、複数のトランジスタ(例えば上記第1乃至第3のトランジスタ)と重な
る部分を有していることが好ましい。
ッチパネルであり、タッチセンサは、表示素子よりもタッチパネルの表示面側に位置し、
遮光層は、タッチセンサよりも表示面側に位置し、表示素子は、容量素子と重なる部分を
有し、遮光層は、トランジスタと重なる部分を有する、タッチパネルである。
記構成において、容量素子は、誘電体層及び一対の電極を有し、誘電体層は、一対の電極
の間に位置し、一対の電極の一方は、酸化物導電体層を有することが好ましい。
もよい。該トランジスタにおいて、該酸化物半導体層にチャネル領域を有することが好ま
しい。
的に接続していてもよい。
の有機化合物を含む層(EL層とも記す)を有し、第1の電極の端部を覆う絶縁膜を有し
、発光性の有機化合物を含む層は、第1の電極及び第2の電極の間に位置し、絶縁膜は、
トランジスタと重なる部分を有していてもよい。
素子をこの順で形成する、第1のステップと、第2の作製基板上に、第2の剥離層、第2
の絶縁層、及びタッチセンサをこの順で形成する、第2のステップと、第3の作製基板上
に、第3の剥離層、第3の絶縁層、及び遮光層をこの順で形成する、第3のステップと、
第1の作製基板上の表示素子と、第2の作製基板上のタッチセンサと、を、第1の接着層
を用いて貼り合わせる、第4のステップと、第2の剥離層を用いて、第2の作製基板及び
第2の絶縁層を分離し、第2の絶縁層を露出する、第5のステップと、露出した第2の絶
縁層と、第3の作製基板上の遮光層と、を、第2の接着層を用いて貼り合わせる、第6の
ステップと、第3の剥離層を用いて、第3の作製基板及び第3の絶縁層を分離し、第3の
絶縁層を露出する、第7のステップと、露出した第3の絶縁層と、第1の可撓性基板と、
を、第3の接着層を用いて貼り合わせる、第8のステップと、第1の剥離層を用いて、第
1の作製基板及び第1の絶縁層を分離し、第1の絶縁層を露出する、第9のステップと、
第4の接着層を用いて、露出した第1の絶縁層と、第2の可撓性基板と、を貼り合わせる
、第10のステップと、を、有し、第2のステップでは、タッチセンサとして、トランジ
スタ及び容量素子を形成し、トランジスタ及び容量素子は、電気的に接続し、トランジス
タは、酸化物半導体層を有し、容量素子は、誘電体層及び一対の電極を有し、誘電体層は
、一対の電極の間に位置し、一対の電極の一方は、酸化物導電体層を有する、タッチパネ
ルの作製方法である。なお、第1のステップと第2のステップの順序は問わない。第1の
ステップ及び第2のステップよりも後に、第4のステップ以降を行う。第3のステップは
、第6のステップよりも前に行う。第7のステップと第9のステップの順序は問わない。
第8のステップは、第7のステップと連続して行うことが好ましい。第10のステップは
、第9のステップと連続して行うことが好ましい。
るように、表示素子及びタッチセンサを貼り合わせることが好ましい。
有するように、第2の絶縁層及び遮光層を貼り合わせることが好ましい。
素子にコネクター、例えば異方導電性フィルム、もしくはTCP(Tape Carri
er 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、又は発光素子にCOG(Chip On Glass)方式により
IC(集積回路)が直接実装されたモジュールは発光装置を有する場合がある。さらに、
照明器具等も、発光装置を含む場合がある。
ルを提供することができる。また、本発明の一態様では、軽量なタッチセンサもしくはタ
ッチパネルを提供することができる。また、本発明の一態様では、厚さの薄いタッチセン
サもしくはタッチパネルを提供することができる。また、本発明の一態様では、検出感度
の高いタッチセンサもしくはタッチパネルを提供することができる。本発明の一態様では
、タッチセンサもしくはタッチパネルの薄型化と、高い検出感度を両立することができる
。または、大型のタッチパネルに用いることができるタッチセンサを提供することができ
る。または、大型のタッチパネルを提供することができる。
提供することができる。
できる。また、本発明の一態様では、信頼性の高いタッチパネルを提供することができる
。本発明の一態様では、繰り返しの曲げに強いタッチパネルを提供することができる。本
発明の一態様では、新規な半導体装置、発光装置、表示装置、タッチセンサ、タッチパネ
ル、電子機器、又は照明装置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、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し
得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の
記載内容に限定して解釈されるものではない。
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。また、同様の
機能を指す場合には、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。
際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必
ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。
同を避けるために付したものであり、数的に限定するものではないことを付記する。
関係を、図面を参照して説明するために、便宜上用いている。また、構成同士の位置関係
は、各構成を描写する方向に応じて適宜変化するものである。従って、明細書で説明した
語句に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。
少なくとも三つの端子を有する素子である。そして、ドレイン(ドレイン端子、ドレイン
領域又はドレイン電極)とソース(ソース端子、ソース領域又はソース電極)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。
作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このため、本明細
書等においては、ソースやドレインの用語は、入れ替えて用いることができるものとする
。
」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するもの
」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に制限を受けない。
例えば、「何らかの電気的作用を有するもの」には、電極や配線をはじめ、トランジスタ
などのスイッチング素子、抵抗素子、インダクタ、キャパシタ、その他の各種機能を有す
る素子などが含まれる。
本実施の形態では、本発明の一態様のタッチセンサについて説明する。
ッチセンサである。該トランジスタ及び該容量素子は電気的に接続する。
、トランジスタ及び容量素子は電気的に接続し、容量素子は、一対の電極と、誘電体層と
、を有し、誘電体層は、一対の電極の間に位置し、一対の電極の一方は、酸化物導電体層
を有する、タッチセンサである。
体層、導電性を有する酸化物半導体層、又は導電性の高い酸化物半導体層等と言い換える
こともできる。
る、又は/及び酸化物半導体層中の水素、水等の不純物を増加させることによって、キャ
リア密度が高く、低抵抗な酸化物半導体層(以下、酸化物導電体層とも記す)とすること
ができる。このような酸化物半導体層を、タッチセンサの容量素子の電極として好適に用
いることができる。
半導体層は、同一表面上に位置することが好ましい。また、該酸化物半導体層はチャネル
領域を有することが好ましい。
タッチセンサを作製することができ、好ましい。
例えば、トランジスタのゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、又は配線等に透光性の
高い材料を用い、容量素子の電極を同一工程で作製してもよい。
図1(A)に、本発明の一態様のタッチセンサが有するトランジスタ102及び容量素子
105を示す。トランジスタ102及び容量素子105は、例えば、タッチセンサのセン
サ部に設けられる。本発明の一態様のタッチセンサは、ボトムゲート構造のトランジスタ
を有する。図1(A)では、トランジスタ102及び容量素子105は、基板302上に
絶縁膜338を介して形成されている。
ート絶縁膜として機能する絶縁膜305と、絶縁膜305上の酸化物半導体層308aと
、酸化物半導体層308a上のソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜310
a、310bと、を有する。また、トランジスタ102上、より詳しくは、酸化物半導体
層308a、導電膜310a、310b上には、絶縁膜312、314が保護膜として設
けられている。また、絶縁膜314上には、絶縁膜348が設けられている。
の一方として導電膜350を有し、該一対の電極の他方として酸化物導電体層308bを
有する。また、容量素子105の誘電体層は、絶縁膜314、348である。すなわち、
絶縁膜314、348は、トランジスタ102と容量素子105で共通して設けられてい
る。なお、図1(A)においては、誘電体層を、絶縁膜314、348の積層構造を図示
しているが、これに限定されず、単層構造又は3層以上の積層構造としてもよい。
膜として機能する絶縁膜305上に設けられている。また、トランジスタ102のドレイ
ン電極として機能する導電膜310bは、酸化物導電体層308bと電気的に接続する。
ここでは、導電膜310bの一部が酸化物導電体層308bに接して設けられている例を
示したが、他の導電膜を介して、導電膜310bと酸化物導電体層308bとが電気的に
接続されていてもよい。また、導電膜310bは、導電膜350と電気的に接続する構成
であってもよい。
例えば、スタガ型のトランジスタとしてもよいし、逆スタガ型のトランジスタとしてもよ
い。また、トップゲート型又はボトムゲート型のいずれのトランジスタ構造としてもよい
。トランジスタに用いる半導体材料は特に限定されず、例えば、酸化物半導体、シリコン
、ゲルマニウム等が挙げられる。
晶性を有する半導体(微結晶半導体、多結晶半導体、単結晶半導体、又は一部に結晶領域
を有する半導体)のいずれを用いてもよい。結晶性を有する半導体を用いると、トランジ
スタ特性の劣化を抑制できるため好ましい。
ッチング工程を経て、それぞれ島状に加工された層である。酸化物半導体は、膜中の酸素
欠損又は/及び膜中の水素、水等の不純物濃度によって、抵抗を制御することができる半
導体材料である。そのため、それぞれ島状に加工された酸化物半導体層へ酸素欠損又は/
及び不純物濃度が増加する処理、又は酸素欠損又は/及び不純物濃度が低減する処理を選
択することによって、同一工程で形成された酸化物半導体層308a及び酸化物導電体層
308bの有する抵抗率を制御することができる。
半導体層にプラズマ処理を行い、酸化物半導体層中の酸素欠損を増加させる、又は/及び
酸化物半導体層中の水素、水等の不純物を増加させることによって、キャリア密度が高く
、低抵抗な酸化物半導体層とすることができる。また、酸化物半導体層に水素を含む絶縁
膜を接して形成し、該水素を含む絶縁膜から酸化物半導体層に水素を拡散させることによ
って、キャリア密度が高く、低抵抗な酸化物半導体層とすることができる。
ないように、絶縁膜312を設ける。また、絶縁膜312を設けることによって、酸化物
半導体層308aが水素を含む絶縁膜314と接しない構成とする。絶縁膜312として
、酸素を放出することが可能な絶縁膜を用いることで、酸化物半導体層308aに酸素を
供給することができる。酸素が供給された酸化物半導体層308aは、膜中又は界面の酸
素欠損が低減され高抵抗な酸化物半導体となる。なお、酸素を放出することが可能な絶縁
膜として、例えば、酸化シリコン膜、又は酸化窒化シリコン膜を用いることができる。
、Ne、Ar、Kr、Xe)、リン、ボロン、水素、及び窒素の中から選ばれた一種を含
むガスを用いたプラズマ処理が挙げられる。より具体的には、Ar雰囲気下でのプラズマ
処理、Arと水素の混合ガス雰囲気下でのプラズマ処理、アンモニア雰囲気下でのプラズ
マ処理、Arとアンモニアの混合ガス雰囲気下でのプラズマ処理、又は窒素雰囲気下での
プラズマ処理などが挙げられる。
が脱離した部分)に酸素欠損が形成される。当該酸素欠損は、キャリアを発生する要因に
なり得る場合がある。また、酸化物導電体層308bの近傍、より具体的には、酸化物導
電体層308bの下側又は上側に接する絶縁膜から水素が供給され、上記酸素欠損に水素
が入ると、キャリアである電子を生成する場合がある。したがって、プラズマ処理によっ
て酸素欠損が増加された酸化物導電体層308bは、酸化物半導体層308aよりもキャ
リア密度が高い。
性化、又は実質的に高純度真性化された酸化物半導体層といえる。ここで、実質的に真性
とは、酸化物半導体のキャリア密度が、1×1017/cm3未満であること、好ましく
は1×1015/cm3未満であること、さらに好ましくは1×1013/cm3未満で
あることを指す。または、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)
ことを高純度真性又は実質的に高純度真性とよぶ。高純度真性又は実質的に高純度真性で
ある酸化物半導体は、キャリア発生源が少ないため、キャリア密度を低くすることができ
る。従って、当該酸化物半導体膜にチャネル領域が形成されるトランジスタは、しきい値
電圧がプラスとなる電気特性(ノーマリーオフ特性ともいう。)になりやすい。また、高
純度真性又は実質的に高純度真性である酸化物半導体層308aは、欠陥準位密度が低い
ため、トラップ準位密度を低減することができる。
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。したがって、酸化物半導体層308aにチャネル領
域が形成されるトランジスタ102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。
電体層308bと重なる領域が選択的に除去されるように設けられている。また、絶縁膜
314は、酸化物導電体層308bと接して形成した後、酸化物導電体層308b上から
除去されてもよい。絶縁膜314として、例えば、水素を含む絶縁膜、換言すると水素を
放出することが可能な絶縁膜、代表的には窒化シリコン膜を用いることで、酸化物導電体
層308bに水素を供給することができる。水素を放出することが可能な絶縁膜は、膜中
の含有水素濃度が1×1022atoms/cm3以上であると好ましい。このような絶
縁膜を酸化物導電体層308bに接して形成することで、酸化物導電体層308bに効果
的に水素を含有させることができる。このように、上述したプラズマ処理と合わせて、酸
化物半導体層(又は酸化物導電体層)に接する絶縁膜の構成を変えることによって、酸化
物半導体層(又は酸化物導電体層)の抵抗を任意に調整することができる。
と共に、酸素が脱離した格子(又は酸素が脱離した部分)に酸素欠損を形成する。当該酸
素欠損に水素が入ることで、キャリアである電子が生成される場合がある。また、水素の
一部が金属原子と結合する酸素と結合することで、キャリアである電子を生成する場合が
ある。したがって、水素が含まれている酸化物導電体層308bは、酸化物半導体層30
8aよりもキャリア密度が高い。
限り低減されていることが好ましい。具体的には、酸化物半導体層308aにおいて、二
次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectr
ometry)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未満、好ましくは1×1018atoms
/cm3以下、より好ましくは5×1017atoms/cm3以下、さらに好ましくは
1×1016atoms/cm3以下とする。
aよりも水素濃度又は/及び酸素欠損量が多く、低抵抗化されている。
、In−Zn酸化物、In−M−Zn酸化物(Mは、Mg、Al、Ti、Ga、Y、Zr
、La、Ce、Nd、又はHf)等の金属酸化物で形成される。なお、酸化物半導体層3
08a及び酸化物導電体層308bは、透光性を有する。
atomic%としたとき、Inが25atomic%以上、Mが75atomic%未
満、又はInが34atomic%以上、Mが66atomic%未満とする。
は3eV以上である。
m以下、又は3nm以上60nm以下とすることができる。
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
=2:1:1.5、In:M:Zn=2:1:2.3、In:M:Zn=2:1:3、I
n:M:Zn=3:1:2等が好ましい。なお、成膜される酸化物半導体層308a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。
製方法の説明等において、詳述する。
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。
化物導電体で形成される膜(以下、酸化物導電体膜(OC)という。)それぞれにおける
、抵抗率の温度依存性について、図2を用いて説明する。図2において、横軸に測定温度
を示し、縦軸に抵抗率を示す。また、酸化物半導体膜(OS)の測定結果を丸印で示し、
酸化物導電体膜(OC)の測定結果を四角印で示す。
Zn=1:1:1.2のスパッタリングターゲットを用いたスパッタリング法により厚さ
35nmのIn−Ga−Zn酸化物膜を形成し、原子数比がIn:Ga:Zn=1:4:
5のスパッタリングターゲットを用いたスパッタリング法により厚さ20nmのIn−G
a−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℃の窒素及
び酸素の混合ガス雰囲気で加熱処理し、さらにプラズマCVD法で酸化窒化シリコン膜を
形成して、作製された。
Zn=1:1:1のスパッタリングターゲットを用いたスパッタリング法により厚さ10
0nm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℃の窒素及び酸素の混合ガス雰囲気で加熱処理し、プラズマCVD法で窒化シリコ
ン膜を形成して、作製された。
半導体膜(OS)における抵抗率の温度依存性より小さい。代表的には、80K以上29
0K以下における酸化物半導体膜(OC)の抵抗率の変化率は、±20%未満である。ま
たは、150K以上250K以下における抵抗率の変化率は、±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又は略一致して
いると推定される。このため、酸化物導電体膜を、容量素子の電極等に用いることが可能
である。
本発明の一態様のタッチセンサは、可撓性を有する。
ることができる。この方法によれば、例えば、耐熱性の高い作製基板上で形成した被剥離
層を、耐熱性の低い基板に転置することができる。このため、被剥離層の作製温度が、耐
熱性の低い基板によって制限されない。
素子を作製基板から剥離する。そして、接着剤を用いて、可撓性基板にこれらの素子を貼
り合わせ、転置することで、図1(B)に示すタッチセンサを作製できる。図1(B)に
おいて、トランジスタ102及び容量素子105は、可撓性基板392及び可撓性基板3
98の間に位置する。可撓性基板392及び絶縁膜338は、接着層394により貼り合
わされている。可撓性基板398、導電膜350、及び絶縁膜348は、接着層396に
より貼り合わされている。
路部の構成例を示す。センサ部に含まれるトランジスタ102及び容量素子105の構成
は図1(A)と同様のため、説明を省略する。
トランジスタ102と異なる。導電膜303は第2のゲート電極として機能することがで
きる。トランジスタ103は、トランジスタ102に比べて電界効果移動度を高めること
が可能であり、オン電流を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。また、駆動回路部の占有面積の小さいタッチセンサを作製
することができる。なお、ここでは、駆動回路部とセンサ部とで異なる構造のトランジス
タを用いる例を示したが、駆動回路部が有するトランジスタと、センサ部が有するトラン
ジスタは同じ構造であってもよい。また、駆動回路部が有する複数のトランジスタは、す
べて同じ構造であってもよく、二種以上の構造であってもよい。また、センサ部が有する
複数のトランジスタは、すべて同じ構造であってもよく、二種以上の構造であってもよい
。また、駆動回路部に1つのゲート電極を有するトランジスタを用いてもよいし、センサ
部に2つのゲート電極を有するトランジスタを用いてもよい。
る導電膜350は、同一表面上に位置することが好ましい。
チセンサを作製することができ、好ましい。
接続する。ここでは、外部入力端子としてFPC808(Flexible Print
ed Circuit)を設ける例を示している。工程数の増加を防ぐため、導電膜34
6は、センサ部や駆動回路部に用いる電極や配線と同一の材料、同一の工程で作製するこ
とが好ましい。ここでは、導電膜346を、トランジスタ102、103を構成する電極
と同一の材料、同一の工程で作製した例を示す。
膜346は電気的に接続する。
センサ部に設けられるトランジスタ102の酸化物半導体層308aに光が当たらないよ
う、導電膜304に遮光性の材料を用いることが好ましい。また、酸化物半導体層308
aの底面(絶縁膜305と接する面)全体が導電膜304と重なることが好ましい。なお
、可撓性基板392側から外光が入射しない場合などはこれに限られず、酸化物半導体層
308aと導電膜304の平面形状の大小関係は問わない。また、駆動回路部のトランジ
スタ103においても、酸化物半導体層308aの底面全体が導電膜304と重なってい
てもよい。
図3(A)に、本発明の一態様のタッチセンサが有するトランジスタ104、106、及
び容量素子105を示す。本発明の一態様のタッチセンサは、トップゲート構造のトラン
ジスタを有する。トランジスタ104及び容量素子105は、例えば、タッチセンサのセ
ンサ部に設けられる。トランジスタ106は、例えば、タッチセンサの駆動回路部に設け
られる。
は、図3(B)の一点鎖線X1−X2間の断面図に相当する。図3(C)はトランジスタ
106の上面図であり、図3(A)に示すトランジスタ106は、図3(C)の一点鎖線
X3−X4間の断面図に相当する。また、図3(E)は、図3(C)の一点鎖線Y3−Y
4間の断面図に相当する。なお、図3(A)(E)では、基板等の図示を省略している。
また、図3(B)(C)では、明瞭化のため、基板や絶縁膜等の図示を省略している。ま
た、一点鎖線X1−X2方向をチャネル長方向、一点鎖線Y3−Y4方向をチャネル幅方
向と呼称する場合がある。
、酸化物半導体層308a上の絶縁膜305と、絶縁膜305を介して酸化物半導体層3
08aと重なる導電膜304と、酸化物半導体層308a、絶縁膜305、及び導電膜3
04を覆う絶縁膜312と、絶縁膜312に設けられる開口部を介して、酸化物半導体層
308aに接続される導電膜310a、310bと、を有する。なお、トランジスタ10
4上には、絶縁膜312、導電膜310a、及び導電膜310bを覆う絶縁膜314、3
48を設けてもよい。
)としての機能を有し、導電膜310aは、ソース電極及びドレイン電極の一方の電極と
しての機能を有し、導電膜310bは、ソース電極及びドレイン電極の他方の電極として
の機能を有する。また、トランジスタ104において、絶縁膜338は、酸化物半導体層
308aの下地膜としての機能を有し、絶縁膜305は、ゲート絶縁膜としての機能を有
する。
として酸化物導電体層308bを有する。また、容量素子105の誘電体層は、絶縁膜3
14、348である。すなわち、絶縁膜314、348は、トランジスタ104と容量素
子105で共通して設けられている。図3(A)では、導電膜310bと導電膜350と
が接する例を示す。導電膜310bと導電膜350は、他の導電膜を介して電気的に接続
していてもよい。
ッチング工程を経て、それぞれ島状に加工された層である。トランジスタの半導体層と容
量素子の電極を同一工程で成膜することで、少ない工程数でタッチセンサを作製すること
ができ、好ましい。これにより、製造コストの低減が可能である。
行う。
には、酸素欠損を形成する元素を有する。以下、酸素欠損を形成する元素を、不純物元素
として説明する。不純物元素の代表例としては、水素、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、クリプトン及びキセノンがある。
合が切断され、酸素欠損が形成される。または、不純物元素が酸化物半導体膜に添加され
ると、酸化物半導体膜中の金属元素と結合していた酸素が不純物元素と結合し、金属元素
から酸素が脱離され、酸素欠損が形成される。これらの結果、酸化物半導体膜においてキ
ャリア密度が増加し、導電性が高くなる。
ア密度が増加し導電性が高くなる領域(以下、低抵抗領域という)が形成される。また、
酸化物半導体層308a中に形成される低抵抗領域は、複数の構造があり、一例を図3(
D)に示す。なお、図3(D)において、チャネル長Lは、一対の低抵抗領域に挟まれた
領域の長さである。
されるチャネル領域332aと、チャネル領域332aを挟み、且つ不純物元素を含む領
域、すなわち低抵抗領域332b、332cとを有する。なお、図3(D)に示すように
、チャネル長方向の断面形状において、チャネル領域332a及び低抵抗領域332b、
332cの境界が、絶縁膜305を介して、導電膜304の下端部と、一致又は概略一致
している。すなわち、上面形状において、チャネル領域332a及び低抵抗領域332b
、332cの境界が、導電膜304の下端部と、一致又は概略一致している。
厚が、絶縁膜305及び導電膜304と重なる領域の膜厚よりも薄い領域を有する場合が
ある(図7(G)等参照)。該薄い領域は、例えば、絶縁膜305及び導電膜304と重
なる領域の酸化物半導体膜の膜厚よりも、厚さが0.1nm以上5nm以下薄い。
レイン領域として機能する。また、低抵抗領域332b、332cには不純物元素が含ま
れる。
れる場合、チャネル領域332a及び低抵抗領域332b、332cは、それぞれ希ガス
元素を含む。なお、チャネル領域332aと比較して、低抵抗領域332b、332cの
方が希ガス元素の濃度が高い。
ガスとして希ガスを用いるため、酸化物半導体層308aに希ガスが含まれること、並び
に低抵抗領域332b、332cにおいて、酸素欠損を形成するために、意図的に希ガス
が添加されることが原因である。
は、塩素の場合、低抵抗領域332b、332cは、上記の不純物元素を有する。このた
め、チャネル領域332aと比較して、低抵抗領域332b、332cの方が上記の不純
物元素の濃度が高い。なお、低抵抗領域332b、332cにおいて、二次イオン質量分
析法により得られる不純物元素の濃度は、5×1018atoms/cm3以上1×10
22atoms/cm3以下、又は1×1019atoms/cm3以上1×1021a
toms/cm3以下、又は5×1019atoms/cm3以上5×1020atom
s/cm3以下とすることができる。
b、332cの方が水素の濃度が高い。なお、低抵抗領域332b、332cにおいて、
二次イオン質量分析法により得られる水素の濃度は、8×1019atoms/cm3以
上、又は1×1020atoms/cm3以上、又は5×1020atoms/cm3以
上とすることができる。
密度が増加する。この結果、低抵抗領域332b、332cは、導電性が高くなる。
ン、又は塩素の一以上と、希ガスの一以上の場合であってもよい。この場合、低抵抗領域
332b、332cにおいて、希ガスにより形成された酸素欠損と、添加された水素、ホ
ウ素、炭素、窒素、フッ素、アルミニウム、シリコン、リン、又は塩素の一以上との相互
作用により、低抵抗領域332b、332cは、導電性がさらに高まる場合がある。
域であるといえる。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
致又は略一致していると推定される。このため、酸化物導電体とソース電極及びドレイン
電極として機能する導電膜との接触はオーミック接触であり、酸化物導電体とソース電極
及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。
減することで、酸化物半導体膜のキャリア密度を低減することができる。このため、酸化
物半導体層308aであって、特にチャネル領域332aにおいては、キャリア密度を1
×1017個/cm3以下、又は1×1015個/cm3以下、又は1×1013個/c
m3以下、又は1×1011個/cm3以下とすることができる。
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る。
ば、後述するCAAC−OS(C Axis Aligned Crystalline
Oxide Semiconductor)、多結晶構造、後述する微結晶構造、又は
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、CA
AC−OSは最も欠陥準位密度が低い。
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が積層された構造の
場合がある。
332cとの結晶性が異なる場合がある。具体的には、酸化物半導体層308aにおいて
、低抵抗領域332b、332cよりもチャネル領域332aの方が、結晶性が高い。こ
れは、低抵抗領域332b、332cに不純物元素が添加された際に、低抵抗領域332
b、332cにダメージが入ってしまい、結晶性が低下するためである。
イン領域として機能する低抵抗領域332bと低抵抗領域332cに挟まれる構造である
。したがって、トランジスタ104は、オン電流が大きく、電界効果移動度が高い。また
、トランジスタ104において、導電膜304をマスクとして、不純物元素が酸化物半導
体層308aに添加される。すなわち、セルフアラインで低抵抗領域を形成することがで
きる。
びドレイン電極として機能する導電膜310a、310bとが重ならない構成である。し
たがって、導電膜304と、導電膜310a、310bとの間の寄生容量を低減すること
が可能である。この結果、基板として大面積基板を用いた場合、導電膜304と、導電膜
310a、310bと、における信号遅延を低減することが可能である。
、絶縁膜338及び導電膜303上の絶縁膜301と、絶縁膜301を介して導電膜30
3と重なる酸化物半導体層308aと、酸化物半導体層308a上の絶縁膜305と、絶
縁膜305を介して酸化物半導体層308aと重なる導電膜304と、酸化物半導体層3
08a、絶縁膜305、及び導電膜304を覆う絶縁膜312と、絶縁膜312に設けら
れる開口部140a、140bを介して、酸化物半導体層308aに接続される導電膜3
10a、310bと、を有する。なお、トランジスタ106上には、絶縁膜312、導電
膜310a、及び導電膜310b、を覆う絶縁膜314、348を設けてもよい。
もいう)としての機能を有し、導電膜304は、第2のゲート電極(トップゲート電極と
もいう)としての機能を有し、導電膜310aは、ソース電極及びドレイン電極の一方の
電極としての機能を有し、導電膜310bは、ソース電極及びドレイン電極の他方の電極
としての機能を有する。また、トランジスタ106において、絶縁膜301は、第1のゲ
ート絶縁膜としての機能を有し、絶縁膜305は、第2のゲート絶縁膜としての機能を有
する。
104と異なり、酸化物半導体層308aの上下にゲート電極として機能する導電膜を有
する構造である。トランジスタ106に示すように、本発明の一態様のタッチセンサが有
するトランジスタには、2つ以上のゲート電極を設けてもよい。
1及び絶縁膜305に設けられる開口部139において、第1のゲート電極として機能す
る導電膜303に接続される。よって、導電膜304と導電膜303には、同じ電位が与
えられる。なお、開口部139を設けずに、導電膜304と導電膜303に異なる電位を
与えてもよい。
能する導電膜303と、第2のゲート電極として機能する導電膜304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304のチャネル幅方向の長さは、酸化物半導体層308a
のチャネル幅方向の長さよりも長く、酸化物半導体層308aのチャネル幅方向全体は、
絶縁膜305を介して導電膜304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304と第1のゲート電極として機能する導電膜303とは、絶縁膜305に
設けられる開口部139において接続されるため、酸化物半導体層308aのチャネル幅
方向の側面の一方は、絶縁膜305を介して第2のゲート電極として機能する導電膜30
4と対向している。
能する導電膜303及び第2のゲート電極として機能する導電膜304は、第1のゲート
絶縁膜として機能する絶縁膜301、及び第2のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜30
5に設けられる開口部において接続すると共に、第1のゲート絶縁膜として機能する絶縁
膜301、及び第2のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜305を介して酸化物半導体層
308a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303及び第2のゲート電極として機能する
導電膜304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106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 cha
nnel(s−channel)構造と呼ぶことができる。
機能する導電膜303、又は第2のゲート電極として機能する導電膜304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層308aに印加することができる
ため、トランジスタ106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106を微細化
することが可能となる。また、トランジスタ106は、第1のゲート電極として機能する
導電膜303及び第2のゲート電極として機能する導電膜304によって酸化物半導体層
308aが囲まれた構造を有するため、トランジスタ106の機械的強度を高めることが
できる。
酸化物半導体層308aの側面に、開口部139と異なる開口部を形成してもよい。
本発明の一態様のタッチセンサは、積層構造の酸化物半導体層を有する。
を、酸化物半導体層307a及び酸化物半導体層309aの積層構造にした例である。ま
た、図8(A)に示すタッチセンサは、容量素子105に用いる酸化物導電体層308b
を、酸化物半導体層307b及び酸化物半導体層309bの積層構造にした例である。し
たがって、その他の構成は、図1(A)に示すタッチセンサと同じであり、先の説明を参
酌することができる。なお、酸化物半導体層307b及び酸化物半導体層309bも、酸
化物導電体層と言い換えることができる。よって、図8(A)では図1(A)等の酸化物
導電体層308bと同じハッチングで示す。なお、図8(A)では基板等の図示を省略し
ている。
記する)と、酸化物半導体層309a、309b(以下、明細書において酸化物半導体層
309とも表記する)と、は、少なくとも一の同じ構成元素を有する金属酸化物を用いる
ことが好ましい。または、酸化物半導体層307と酸化物半導体層309の構成元素を同
一とし、両者の組成を異ならせてもよい。
、La、Ce又はHf)の場合、In−M−Zn酸化物を成膜す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=5:5:6(1:1:1.2)、In:M:Zn=3:1
:2が好ましい。なお、成膜される酸化物半導体層307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2
0%の変動を含む。
0atomic%としたとき、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。
、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、トランジスタのオフ電流を低減することができる。
0nm以下、さらに好ましくは3nm以上50nm以下とする。
−Zn酸化物(MはAl、Ga、Ge、Y、Zr、Sn、La、Ce又はHf)であり、
且つ酸化物半導体層307よりも伝導帯の下端のエネルギーが真空準位に近く、代表的に
は、酸化物半導体層309の伝導帯の下端のエネルギーと、酸化物半導体層307の伝導
帯の下端のエネルギーとの差が、0.05eV以上、0.07eV以上、0.1eV以上
、又は0.15eV以上、且つ2eV以下、1eV以下、0.5eV以下、又は0.4e
V以下である。即ち、酸化物半導体層309の電子親和力と、酸化物半導体層307の電
子親和力との差が、0.05eV以上、0.07eV以上、0.1eV以上、又は0.1
5eV以上、且つ2eV以下、1eV以下、0.5eV以下、又は0.4eV以下である
。
果を有する場合がある。(1)酸化物半導体層309のエネルギーギャップを大きくする
。(2)酸化物半導体層309の電子親和力を小さくする。(3)外部からの不純物を遮
蔽する。(4)酸化物半導体層307と比較して、絶縁性が高くなる。また、元素Mは酸
素との結合力が強い金属元素であるため、M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。
omic%としたとき、好ましくは、Inが50atomic%未満、Mが50atom
ic%以上、さらに好ましくは、Inが25atomic%未満、Mが75atomic
%以上とする。
Al、Ga、Ge、Y、Zr、Sn、La、Ce又はHf)の場合、酸化物半導体層30
7と比較して、酸化物半導体層309に含まれるMの原子数比が大きく、代表的には、酸
化物半導体層307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。
半導体層307をIn:M:Zn=x2:y2:z2[原子数比]とすると、y1/x1
がy2/x2よりも大きく、好ましくは、y1/x1がy2/x2よりも1.5倍以上で
ある。さらに好ましくは、y1/x1がy2/x2よりも2倍以上大きく、より好ましく
は、y1/x1がy2/x2よりも3倍以上大きい。このとき、酸化物半導体層において
、y2がx2以上であると、当該酸化物半導体層を用いたトランジスタに安定した電気特
性を付与できるため好ましい。ただし、y2がx2の3倍以上になると、当該酸化物半導
体層を用いたトランジスタの電界効果移動度が低下してしまうため、y2はx2の3倍未
満であると好ましい。
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、M>In、更には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:Ga:Zn=1:3:2、In:Ga:Zn=1:3:3、In:Ga
:Zn=1:3:4、In:Ga:Zn=1:3:5、In:Ga:Zn=1:3:6、
In:Ga:Zn=1:3:7、In:Ga:Zn=1:3:8、In:Ga:Zn=1
:3:9、In:Ga:Zn=1:3:10、In:Ga:Zn=1:6:4、In:G
a:Zn=1:6:5、In:Ga:Zn=1:6:6、In:Ga:Zn=1:6:7
、In:Ga:Zn=1:6:8、In:Ga:Zn=1:6:9、In:Ga:Zn=
1:6:10が好ましい。なお、上記スパッタリングターゲットを用いて成膜された酸化
物半導体層307、及び酸化物半導体層309に含まれる金属元素の原子数比はそれぞれ
、誤差として上記スパッタリングターゲットに含まれる金属元素の原子数比のプラスマイ
ナス20%の変動を含む。
リーク電流が低減できる。なお、これらに限られず、必要とするトランジスタの半導体特
性及び電気特性(電界効果移動度、しきい値電圧等)に応じて適切な組成のものを用いれ
ばよい。また、必要とするトランジスタの半導体特性を得るために、酸化物半導体層30
7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。
酸化物半導体層307へのダメージ緩和膜としても機能する。酸化物半導体層309の厚
さは、3nm以上100nm以下、好ましくは3nm以上50nm以下とする。
物半導体層307a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
導体層307aにおけるシリコンや炭素の濃度、又は酸化物半導体層309aと、酸化物
半導体層307aとの界面近傍のシリコンや炭素の濃度(二次イオン質量分析法により得
られる濃度)を、2×1018atoms/cm3以下、好ましくは2×1017ato
ms/cm3以下とする。
金属又はアルカリ土類金属の濃度を、1×1018atoms/cm3以下、好ましくは
2×1016atoms/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、酸化物半導体層307aのアルカリ金属又はアルカリ
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を用
いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。従って、当該酸化物半導体膜にお
いて、窒素はできる限り低減されていることが好ましい、例えば、二次イオン質量分析法
により得られる窒素濃度は、5×1018atoms/cm3以下にすることが好ましい
。
位置し、キャリアの主な移動経路となる酸化物半導体層307aと絶縁膜312との間に
、酸化物半導体層309aが設けられている。これにより、酸化物半導体層309aと絶
縁膜312の間において、不純物及び欠陥によりトラップ準位が形成されても、当該トラ
ップ準位と酸化物半導体層307aとの間には隔たりがある。この結果、酸化物半導体層
307aを流れる電子がトラップ準位に捕獲されにくく、トランジスタのオン電流を増大
させることが可能であると共に、電界効果移動度を高めることができる。また、トラップ
準位に電子が捕獲されると、該電子がマイナスの固定電荷となってしまう。この結果、ト
ランジスタのしきい値電圧が変動してしまう。しかしながら、酸化物半導体層307aと
トラップ準位との間に隔たりがあるため、トラップ準位における電子の捕獲を低減するこ
とが可能であり、しきい値電圧の変動を低減することができる。
はなく連続接合(ここでは特に伝導帯の下端のエネルギーが各膜の間で連続的に変化する
構造)が形成されるように作製する。すなわち、各膜の界面に、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な積層構造とする。仮に、
積層された酸化物半導体層307a及び酸化物半導体層309aの間に不純物が混在して
いると、エネルギーバンドの連続性が失われ、界面でキャリアがトラップされ、あるいは
再結合して、消滅してしまう。
(スパッタリング装置)を用いて各膜を大気に触れさせることなく連続して積層すること
が必要となる。スパッタリング装置における各チャンバーは、酸化物半導体層にとって不
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(例えば、5×10−7Pa以上1×10−4Pa以下まで)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、特に炭素又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。
(B)を用いて説明する。
している。ここでは、絶縁膜305及び絶縁膜312として(絶縁膜305又は/及び絶
縁膜312が積層構造の場合は、酸化物半導体層に接する層として)酸化シリコン層を設
けた場合について説明する。なお、図8(B)に表すEcI1は絶縁膜305として用い
る酸化シリコン層の伝導帯下端のエネルギーを示し、EcS1は酸化物半導体層307a
の伝導帯下端のエネルギーを示し、EcS2は酸化物半導体層309aの伝導帯下端のエ
ネルギーを示し、EcI2は絶縁膜312として用いる酸化シリコン層の伝導帯下端のエ
ネルギーを示す。
、伝導帯下端のエネルギーは障壁が無くなだらかに変化する。換言すると、連続的に変化
するともいうことができる。これは、酸化物半導体層307aと酸化物半導体層309a
が共通の元素を含み、酸化物半導体層307a及び酸化物半導体層309aの間で、酸素
が相互に移動することで混合層が形成されるためであるということができる。
戸)となり、酸化物半導体層308aを用いたトランジスタにおいて、チャネル領域が酸
化物半導体層307aに形成されることがわかる。なお、酸化物半導体層308aは、伝
導帯下端のエネルギーが連続的に変化しているため、酸化物半導体層307aと酸化物半
導体層309aとが連続接合している、ともいえる。
には、絶縁膜312の構成元素であるシリコン又は炭素等の不純物や欠陥に起因したトラ
ップ準位が形成され得るものの、酸化物半導体層309aが設けられることにより、酸化
物半導体層307aと該トラップ準位とを遠ざけることができる。ただし、EcS1とE
cS2とのエネルギー差が小さい場合、酸化物半導体層307aの電子が該エネルギー差
を越えてトラップ準位に達することがある。トラップ準位に電子が捕獲されることで、絶
縁膜界面にマイナスの固定電荷が生じ、トランジスタのしきい値電圧はプラス方向にシフ
トしてしまう。したがって、EcS1とEcS2とのエネルギー差を、0.1eV以上、
好ましくは0.15eV以上とすると、トランジスタのしきい値電圧の変動が低減され、
安定した電気特性となるため好適である。
層307b及び酸化物半導体層309bの積層構造である。該積層構造は、酸化物半導体
層309bに接する絶縁膜からの水素の拡散、又はプラズマ処理による不純物の注入又は
/及び拡散によって、酸化物半導体層307bと酸化物半導体層309bの積層構造の導
電性が向上する。したがって、酸化物半導体層307b、309bは、容量素子105の
1つの電極としての機能を有する。
図1(A)に示すタッチセンサの作製方法の一例について、図4及び図5を用いて説明す
る。
絶縁膜、酸化物半導体膜、導電膜等)は、スパッタリング法、化学気相堆積(CVD、C
hemical Vapor Deposition)法、真空蒸着法、パルスレーザー
堆積(PLD)法を用いて形成することができる。あるいは、塗布法や印刷法で形成する
ことができる。成膜方法としては、スパッタリング法、プラズマ化学気相堆積(PECV
D)法が代表的であるが、熱CVD法でもよい。熱CVD法の例として、有機金属化学堆
積(MOCVD、Metal Organic Chemical Vapor Dep
osition)法や原子層成膜(ALD、Atomic Layer Deposit
ion)法を使ってもよい。
バー内に送り、基板近傍又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う。
このように、熱CVD法は、プラズマを発生させない成膜方法であるため、プラズマダメ
ージにより欠陥が生成されることが無いという利点を有する。
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う。例えば、そ
れぞれのスイッチングバルブ(高速バルブともよぶ。)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
同時又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の単原子層を成膜
し、後から導入される第2の原料ガスと反応して、第2の単原子層が第1の単原子層上に
積層されて薄膜が形成される。
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、微細なトランジスタを作
製する場合に適している。
導電膜304上に絶縁膜305を形成する。その後、絶縁膜305上に酸化物半導体層3
08を形成する(図4(A))。
い。基板の一例としては、半導体基板(例えば単結晶基板又はシリコン基板)、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、又は基材フィルム
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、又はソーダライムガラスなどがある。可撓性基板、貼り合わせフィルム、基材
フィルムなどの一例としては、以下のものがあげられる。例えば、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(P
ES)に代表されるプラスチックがある。または、一例としては、アクリル等の合成樹脂
などがある。または、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
、又はポリ塩化ビニルなどがある。または、一例としては、ポリアミド、ポリイミド、ア
ラミド、エポキシ、無機蒸着フィルム、又は紙類などがある。特に、半導体基板、単結晶
基板、又はSOI基板などを用いてトランジスタ及び容量素子を製造することによって、
特性、サイズ、又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
ンジスタ及び容量素子を製造することができる。このようなトランジスタ及び容量素子に
よって回路を構成すると、回路の低消費電力化、又は回路の高集積化を図ることができる
。
量素子を形成してもよい。または、基板302とトランジスタ及び容量素子の間に剥離層
を設けてもよい。剥離層は、その上にトランジスタ等の機能素子を一部あるいは全部完成
させた後、基板302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
、トランジスタ及び容量素子は、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。
容量素子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)もしくは再生繊維(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、又はゴム基板など
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、又は薄型化
を図ることができる。
好ましい。絶縁膜338は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒
化酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化ガリウム膜、又はGa
−Zn酸化物膜などの無機絶縁膜を用い、単層で又は積層して作製することができる。絶
縁膜338はスパッタリング法、CVD法(プラズマCVD法、熱CVD法、MOCVD
法など)、ALD法、蒸着法、PLD法、塗布法、印刷法等を用いて形成できる。
ロム、ネオジム、ニッケル、鉄、コバルト、スカンジウム等の金属材料又はこれらを主成
分とする合金材料を用いて形成することができる。また、マンガン、ジルコニウムのいず
れか一又は複数から選択された金属元素を用いてもよい。また、導電膜304としてリン
等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜、ニッケルシリ
サイド等のシリサイド膜を用いてもよい。導電膜304は、単層構造としてもよいし、積
層構造としてもよい。導電膜304は、テーパ形状としてもよく、例えばテーパ角を15
°以上70°以下とすればよい。ここで、テーパ角とは、テーパ形状を有する層の側面と
、当該層の底面との間の角度を指す。
や光を吸収する膜を導電膜304の光が照射される面側に設けてもよい。なお、本発明の
一態様において、他の導電膜についても、外光が照射される場合は、外光の反射を防ぐた
め、反射性の低い膜や光を吸収する膜を導電膜の光が照射される面側に設けてもよい。例
えば、窒化チタン、窒化タンタルを用いてもよい。例えば、窒化チタン膜上に銅膜を積層
する積層構造としてもよい。
含む銅膜の単層構造、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、
窒化タンタル膜又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、マンガ
ンを含む銅膜上に銅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、マンガンを含む銅膜上に銅膜
を積層し、さらにその上にマンガンを含む銅膜を形成する三層構造等がある。また、アル
ミニウムに、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカン
ジウムから選ばれた元素の一又は複数組み合わせた合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよ
い。
O)、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜
鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、
インジウム亜鉛酸化物、酸化シリコンを含むインジウム錫酸化物等の透光性を有する導電
性材料を適用することもできる。また、上記透光性を有する導電性材料と、上記金属元素
の積層構造とすることもできる。
05としては、プラズマCVD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、酸化ネオジム膜、又はGa−Z
n酸化物を一種以上含む絶縁膜を用いることができる。なお、絶縁膜305は、単層構造
としてもよいし、積層構造としてもよい。
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。絶縁膜305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30
5を形成すればよい。または、成膜後の絶縁膜305に酸素を導入して、酸素過剰領域を
形成してもよい。酸素の導入方法としては、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、プラズマ処理等を用いることができる。
リコン層と、を形成する。窒化シリコン層は、酸化シリコン層と比較して比誘電率が高く
、酸化シリコン層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1
02のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜305として、窒化シリコン層を含むことで絶
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102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102の静電破壊を抑制すること
ができる。
Ga、Ge、Y、Zr、Sn、La、Ce又はHf等の金属)を含むIn−M−Zn酸化
物で表記される膜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)、又はジルコニウム(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(Pr
)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(G
d)、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。
物、In−Al−Zn系酸化物、In−Sn−Zn系酸化物、In−Hf−Zn系酸化物
、In−La−Zn系酸化物、In−Ce−Zn系酸化物、In−Pr−Zn系酸化物、
In−Nd−Zn系酸化物、In−Sm−Zn系酸化物、In−Eu−Zn系酸化物、I
n−Gd−Zn系酸化物、In−Tb−Zn系酸化物、In−Dy−Zn系酸化物、In
−Ho−Zn系酸化物、In−Er−Zn系酸化物、In−Tm−Zn系酸化物、In−
Yb−Zn系酸化物、In−Lu−Zn系酸化物、In−Sn−Ga−Zn系酸化物、I
n−Hf−Ga−Zn系酸化物、In−Al−Ga−Zn系酸化物、In−Sn−Al−
Zn系酸化物、In−Sn−Hf−Zn系酸化物、In−Hf−Al−Zn系酸化物を用
いることができる。
酸化物という意味であり、InとGaとZnの比率は問わない。また、InとGaとZn
以外の金属元素が入っていてもよい。
Beam Epitaxy)法、CVD法、PLD法、ALD法等を適宜用いることがで
きる。
とが好ましい。水素濃度を低減させるには、例えば、スパッタリング法を用いて成膜を行
う場合には、成膜室内を高真空排気するのみならずスパッタガスの高純度化も必要である
。スパッタガスとして用いる酸素ガスやアルゴンガスは、露点が−40℃以下、好ましく
は−80℃以下、より好ましくは−100℃以下、さらに好ましくは−120℃以下にま
で高純度化したガスを用いることで酸化物半導体層308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。
ポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることが好ましい。また、
ターボ分子ポンプにコールドトラップを加えたものであってもよい。クライオポンプは、
例えば、水素分子、水(H2O)など水素原子を含む化合物、炭素原子を含む化合物等の
排気能力が高いため、クライオポンプを用いて排気した成膜室で成膜した膜中に含まれる
不純物の濃度を低減できる。
物ターゲットの相対密度(充填率)は90%以上100%以下、好ましくは95%以上1
00%以下とする。相対密度の高い金属酸化物ターゲットを用いることにより、成膜され
る膜を緻密な膜とすることができる。
物半導体層308中に含まれうる不純物濃度を低減するのに有効である。基板302を加
熱する温度は、150℃以上450℃以下とすればよく、好ましくは基板温度が200℃
以上350℃以下とすればよい。
8a及び島状の酸化物半導体層308cを形成する(図4(B))。
308aは、酸化物半導体層308より加工して形成されるため、少なくとも同一の金属
元素を有する。また、酸化物半導体層308のエッチング加工の際に、酸化物半導体層3
08のオーバーエッチングによって絶縁膜305の一部(酸化物半導体層308a及び酸
化物半導体層308cから露出した領域)がエッチングされ膜厚が減少することがある。
処理は、250℃以上650℃以下、好ましくは300℃以上400℃以下、より好まし
くは320℃以上370℃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、又は減圧雰囲気で行えばよい。また、熱処理の雰囲気は、不活性ガス雰囲
気で熱処理を行った後に、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。ここでの加熱処理によって、絶縁膜305、及び酸化物半導体層3
08a、308cの少なくとも一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、当該熱処理は、酸化物半導体層308を島状に加工する前に行ってもよい。
ためには、酸化物半導体中の不純物濃度を低減し、酸化物半導体を真性又は実質的に真性
にすることが有効である。
0b、及び絶縁膜312を形成する(図4(C))。絶縁膜312には、酸化物半導体層
308cが露出するように、開口部362を形成する。
ットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタル、又はタングステン等の金属、又
はこれを主成分とする合金を用いた膜を単層構造又は積層構造として形成することができ
る。例えば、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、タングステン膜上にチタ
ン膜を積層する二層構造、銅−マグネシウム−アルミニウム合金膜上に銅膜を積層する二
層構造、チタン膜又は窒化チタン膜と、そのチタン膜又は窒化チタン膜上に重ねてアルミ
ニウム膜又は銅膜を積層し、さらにその上にチタン膜又は窒化チタン膜を形成する三層構
造、モリブデン膜又は窒化モリブデン膜と、そのモリブデン膜又は窒化モリブデン膜上に
重ねてアルミニウム膜又は銅膜を積層し、さらにその上にモリブデン膜又は窒化モリブデ
ン膜を形成する三層構造等がある。なお、酸化インジウム、酸化錫又は酸化亜鉛を含む透
明導電材料を用いてもよい。また、導電膜310a、310bは、例えば、スパッタリン
グ法を用いて形成することができる。
酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜等を用いることができる。本実施の形態におい
ては、絶縁膜312として、厚さ300nmの酸化窒化シリコン膜を用いる。また、絶縁
膜312は、例えば、PECVD法を用いて形成することができる。
ただし、開口部362の形成方法としては、これに限定されず、ウエットエッチング法、
又はドライエッチング法とウエットエッチング法を組み合わせた形成方法としてもよい。
なお、開口部362を形成するためのエッチング工程によって、酸化物半導体層308c
の膜厚が減少する場合がある。
導体層308a、308c中に酸素欠損が形成される場合がある。したがって、この後、
熱処理を行うことが好ましい。絶縁膜312として、酸素を放出することが可能な絶縁膜
を用いる場合、熱処理によって、絶縁膜312に含まれる酸素の一部を酸化物半導体層3
08aに移動させ、酸化物半導体層308a中の酸素欠損を低減することが可能である。
この結果、酸化物半導体層308aに含まれる酸素欠損量を低減することができる。一方
、絶縁膜312と接しない酸化物半導体層308cの酸素欠損量は低減されないため、酸
化物半導体層308cは、酸化物半導体層308aより多くの酸素欠損を含有することと
なる。熱処理の条件は、酸化物半導体層308a、308cを形成後の熱処理と同様とす
ることができる。
膜314を形成する。絶縁膜314を形成することによって、酸化物半導体層308cは
、酸化物導電体層308bとなる(図4(D))。
cに拡散すると、酸化物半導体層308cにおいて水素は酸素欠損と結合し、キャリアで
ある電子が生成される。その結果、酸化物半導体層308cの抵抗率が低下し、酸化物導
電体層308bとなる。
ましくは、1×10−3Ωcm以上1×104Ωcm未満、さらに好ましくは、1×10
−3Ωcm以上1×10−1Ωcm未満であるとよい。なお、絶縁膜314は、外部から
の不純物、例えば、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等が、トランジスタ102に含
まれる酸化物半導体層308aへ拡散するのを防ぐ効果も奏する。
は窒化酸化シリコン膜等を用いることができる。本実施の形態においては、絶縁膜314
として、厚さ100nmの窒化シリコン膜を用いる。
しく、例えば基板温度100℃以上基板の歪み点以下、より好ましくは300℃以上40
0℃以下の温度で加熱して成膜することが好ましい。但し、高温で成膜する場合は、酸化
物半導体層308aから酸素が脱離し、キャリア密度が上昇する現象が発生することがあ
るため、このような現象が発生しない温度とする。
る。(図5(A))。
。
ングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタ
ンを含むインジウム錫酸化物、ITO、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したイ
ンジウム錫酸化物、ガリウムを添加した酸化亜鉛などの導電性酸化物、又はグラフェンな
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350は、例えば、
スパッタリング法を用いて形成することができる。また、前述のトランジスタの半導体層
に用いることが可能な酸化物半導体を低抵抗化させて用いてもよい。
ることができる。
せてもよい(図5(B))。
紫外線硬化型等の光硬化型接着剤、反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、嫌気型接着剤な
どの各種硬化型接着剤を用いることができる。これら接着剤としてはエポキシ樹脂、アク
リル樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、イミド樹脂、PVC(ポ
リビニルクロライド)樹脂、PVB(ポリビニルブチラル)樹脂、EVA(エチレンビニ
ルアセテート)樹脂等が挙げられる。特に、エポキシ樹脂等の透湿性が低い材料が好まし
い。また、二液混合型の樹脂を用いてもよい。また、接着シート等を用いてもよい。
図3(A)に示すトランジスタ104の作製方法の一例について、図6及び図7を用いて
説明する。なお、タッチセンサの作製方法例1と同様の内容は上記を参照することとし、
詳細な記載を省略する。
図6(A))。
も酸化物半導体層308aと接する領域は酸化物絶縁膜で形成することが好ましい。また
、絶縁膜338として加熱により酸素を放出する酸化物絶縁膜を用いることで、加熱処理
により、絶縁膜338に含まれる酸素を酸化物半導体層308aに移動させることが可能
である。
0nm以上1000nm以下とすることができる。絶縁膜338を厚くすることで、絶縁
膜338の酸素放出量を増加させることができると共に、絶縁膜338と酸化物半導体層
308aとの界面における界面準位、並びに酸化物半導体層308aのチャネル領域33
2aに含まれる酸素欠損を低減することが可能である。
38bに添加する酸素としては、酸素ラジカル、酸素原子、酸素原子イオン、酸素分子イ
オン等がある。また、添加方法としては、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、絶縁膜上に酸素の脱離を抑制する膜を形成した後、該膜を介して
絶縁膜338bに酸素を添加してもよい。
℃以下、又は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、又は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、又は0.
25W/cm2以上0.35W/cm2以下の高周波電力を供給する条件により、加熱処
理により酸素を放出することが可能な酸化シリコン膜又は酸化窒化シリコン膜を絶縁膜3
38bとして形成することができる。
膜338bに酸素を添加する方法を説明する。
ブデン、ニッケル、鉄、コバルト、タングステンから選ばれた金属元素、上述した金属元
素を成分とする合金、上述した金属元素を組み合わせた合金、上述した金属元素を有する
金属窒化物、上述した金属元素を有する金属酸化物、上述した金属元素を有する金属窒化
酸化物等の導電性を有する材料を用いて形成する。
nm以下とすることができる。
グ法、イオン注入法、プラズマ処理法等がある。絶縁膜338b上に膜141を設けて酸
素を添加することで、膜141が絶縁膜338bから酸素が脱離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338bにより多くの酸素を添加することができる
。
プラズマを発生させることで、絶縁膜338bへの酸素導入量を増加させることができる
。
6(B)(C)に示す酸素を添加する処理を行わなくてもよい。
することで、島状の酸化物半導体層308aを形成する。こののち、絶縁膜338及び酸
化物半導体層308a上に絶縁膜305を形成する(図6(E))。
タリング法、塗布法、PLD法、レーザーアブレーション法、熱CVD法等により酸化物
半導体膜を形成する。次に、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
た後、該マスクを用いて酸化物半導体膜の一部をエッチングすることで、図6(E)に示
すように、酸化物半導体層308aを形成することができる。この後、マスクを除去する
。なお、酸化物半導体層308aを形成した後、加熱処理を行ってもよい。
体層308aを直接形成することができる。
置は、RF電源装置、AC電源装置、DC電源装置等を適宜用いることができる。なお、
AC電源装置又はDC電源装置を用いることで、CAAC−OS膜を形成することが可能
である。また、RF電源装置を用いたスパッタリング法で酸化物半導体膜を形成するより
も、AC電源装置又はDC電源装置を用いたスパッタリング法で酸化物半導体膜を形成し
た方が、膜厚の分布、膜組成の分布、又は結晶性の分布が均一となるため好ましい。
、酸素、希ガス及び酸素の混合ガスを適宜用いる。なお、希ガス及び酸素の混合ガスの場
合、希ガスに対して酸素のガス比を高めることが好ましい。
導体膜の組成にあわせて、適宜選択すればよい。
度を150℃以上750℃以下、又は150℃以上450℃以下、又は200℃以上35
0℃以下として、酸化物半導体膜を成膜することで、CAAC−OS膜を形成することが
できる。また、基板温度を25℃以上150℃未満とすることで、微結晶酸化物半導体膜
を形成することができる。
い。
る。例えば、成膜室内に存在する不純物濃度(水素、水、二酸化炭素及び窒素など)を低
減すればよい。また、成膜ガス中の不純物濃度を低減すればよい。具体的には、露点が−
80℃以下、又は−100℃以下である成膜ガスを用いる。
を軽減すると好ましい。成膜ガス中の酸素割合は、30体積%以上、又は100体積%と
する。
水化をしてもよい。加熱処理の温度は、代表的には、150℃以上基板歪み点未満、又は
250℃以上450℃以下、又は300℃以上450℃以下とする。
を含む不活性ガス雰囲気で行う。または、不活性ガス雰囲気で加熱した後、酸素雰囲気で
加熱してもよい。なお、上記不活性雰囲気及び酸素雰囲気に水素、水などが含まれないこ
とが好ましい。処理時間は3分以上24時間以下とする。
、短時間に限り、基板の歪み点以上の温度で熱処理を行うことができる。そのため加熱処
理時間を短縮することができる。
加熱処理を行うことで、酸化物半導体膜において、二次イオン質量分析法により得られる
水素濃度を5×1019atoms/cm3以下、又は1×1019atoms/cm3
以下、5×1018atoms/cm3以下、又は1×1018atoms/cm3以下
、又は5×1017atoms/cm3以下、又は1×1016atoms/cm3以下
とすることができる。
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InO2
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GaO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InGaO2層や
InZnO2層、GaInO層、ZnInO層、GaZnO層などの混合化合物層を形成
してもよい。なお、O3ガスに変えてAr等の不活性ガスでバブリングしたH2Oガスを
用いてもよいが、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ガスを用いてもよい。また、Ga(CH3)3ガスに
かえて、Ga(C2H5)3ガスを用いてもよい。また、Zn(CH3)2ガスを用いて
もよい。
用い、スパッタリングターゲットとしてIn−Ga−Zn金属酸化物(In:Ga:Zn
=1:1:1.2[原子数比])を用いて、膜厚50nmの酸化物半導体膜を成膜した後
、加熱処理を行い、絶縁膜338bに含まれる酸素を酸化物半導体膜に移動させる。次に
、当該酸化物半導体膜上にマスクを形成し、酸化物半導体膜の一部を選択的にエッチング
することで、酸化物半導体層308aを形成する。
うことで、後述するCAAC化率が、60%以上100%未満、又は80%以上100%
未満、又は90%以上100%未満、又は95%以上98%以下である酸化物半導体膜を
得ることができる。また、水素、水等の含有量が低減された酸化物半導体膜を得ることが
可能である。すなわち、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低い酸化物半導体膜を形成す
ることができる。
る。なお、酸化物半導体層308aとの界面特性を向上させるため、絶縁膜305におい
て少なくとも酸化物半導体層308aと接する領域は酸化物絶縁膜を用いて形成すること
が好ましい。
ることで、酸化物半導体層308aからの酸素の外部への拡散と、外部から酸化物半導体
層308aへの水素、水等の侵入を防ぐことができる。酸素、水素、水等のブロッキング
効果を有する絶縁膜としては、酸化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、酸化ガリ
ウム膜、酸化窒化ガリウム膜、酸化イットリウム膜、酸化窒化イットリウム膜、酸化ハフ
ニウム膜、酸化窒化ハフニウム膜等がある。
されたハフニウムシリケート(HfSixOyNz)、窒素が添加されたハフニウムアル
ミネート(HfAlxOyNz)、酸化ハフニウム、酸化イットリウムなどのhigh−
k材料を用いることでトランジスタのゲートリーク電流を低減できる。
熱処理により絶縁膜305に含まれる酸素を、酸化物半導体層308aに移動させること
が可能である。
は10nm以上250nm以下とすることができる。
しては、酸化シリコン膜又は酸化窒化シリコン膜を、PECVD法を用いて形成すること
ができる。この場合、原料ガスとして、シリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体を用い
ることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、ト
リシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、
二酸化窒素等がある。
未満、又は40倍以上80倍以下とし、処理室内の圧力を100Pa未満、又は50Pa
以下とするPECVD法を用いることで、欠陥量の少ない酸化窒化シリコン膜を形成する
ことができる。
を280℃以上400℃以下に保持し、処理室に原料ガスを導入して処理室内における圧
力を20Pa以上250Pa以下、さらに好ましくは100Pa以上250Pa以下とし
、処理室内に設けられる電極に高周波電力を供給する条件により、絶縁膜305として、
緻密である酸化シリコン膜又は酸化窒化シリコン膜を形成することができる。
きる。マイクロ波とは300MHzから300GHzの周波数域を指す。マイクロ波にお
いて、電子温度が低く、電子エネルギーが小さい。また、供給された電力において、電子
の加速に用いられる割合が少なく、より多くの分子の解離及び電離に用いられることが可
能であり、密度の高いプラズマ(高密度プラズマ)を励起することができる。このため、
被成膜面及び堆積物へのプラズマダメージが少なく、欠陥の少ない絶縁膜305を形成す
ることができる。
。有機シランガスとしては、珪酸エチル(TEOS:化学式Si(OC2H5)4)、テ
トラメチルシラン(TMS:化学式Si(CH3)4)、テトラメチルシクロテトラシロ
キサン(TMCTS)、オクタメチルシクロテトラシロキサン(OMCTS)、ヘキサメ
チルジシラザン(HMDS)、トリエトキシシラン(SiH(OC2H5)3)、トリス
ジメチルアミノシラン(SiH(N(CH3)2)3)などのシリコン含有化合物を用い
ることができる。有機シランガスを用いたCVD法を用いることで、被覆性の高い絶縁膜
305を形成することができる。
ることができる。
フニウム膜を形成する場合には、溶媒とハフニウム前駆体化合物を含む液体(ハフニウム
アルコキシドや、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。
ルミニウム膜を形成する場合には、溶媒とアルミニウム前駆体化合物を含む液体(トリメ
チルアルミニウムTMAなど)を気化させた原料ガスと、酸化剤として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。なお、ALD法で形成することで、被覆率が高く、膜厚の薄い絶縁膜
305を形成することが可能である。
リコン膜を形成する場合には、ヘキサクロロジシランを被成膜面に吸着させ、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。
コン膜を形成する。
(図6(F))。
することができる。本実施の形態においては、導電膜306aとして、スパッタリング装
置を用い、窒化タンタル膜を10nm形成する。また、導電膜306bとして、スパッタ
リング装置を用い、銅膜を300nm形成する。なお、導電膜306aと導電膜306b
を真空中で連続して形成すると、導電膜303aと導電膜303bの界面の不純物が抑制
できるため好適である。
ことができる。この場合には、WF6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、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。
06b、導電膜306a、及び絶縁膜305の一部をエッチングし、導電膜304a、3
04bを形成する(図6(G))。
びドライエッチング法を適宜用いることができる。
aの一部を露出させる。なお、図6(H)に示すように、酸化物半導体層308aの一部
が露出した領域は、導電膜304及び絶縁膜305のエッチング工程により、導電膜30
4と重なる酸化物半導体層308aよりも膜厚が薄くなる場合がある。また、図6(H)
に示すように、導電膜306及び絶縁膜305のエッチング工程において、下地膜として
機能する絶縁膜338bの酸化物半導体層308aから露出した領域の一部が除去され、
酸化物半導体層308aと重畳する領域の膜厚よりも薄くなる場合がある。
スク145上から不純物元素143を添加する(図7(A))。
に覆われていない酸化物半導体層308aに不純物元素が添加される。なお、不純物元素
143の添加により、酸化物半導体層308aには酸素欠損が形成される。
理法等がある。プラズマ処理法の場合、添加する不純物元素を含むガス雰囲気にてプラズ
マを発生させて、プラズマ処理を行うことによって、不純物元素を添加することができる
。上記プラズマを発生させる装置としては、ドライエッチング装置、アッシング装置、プ
ラズマCVD装置、高密度プラズマCVD装置等を用いることができる。
AlH3、AlCl3、SiH4、Si2H6、F2、HF、H2及び希ガスの一以上を
用いることができる。または、希ガスで希釈されたB2H6、PH3、N2、NH3、A
lH3、AlCl3、F2、HF、及びH2の一以上を用いることができる。希ガスで希
釈されたB2H6、PH3、N2、NH3、AlH3、AlCl3、F2、HF、及びH
2の一以上を用いて不純物元素143を酸化物半導体層308aに添加することで、希ガ
スと、水素、ホウ素、炭素、窒素、フッ素、アルミニウム、シリコン、リン、及び塩素の
一以上とを同時に酸化物半導体層308aに添加することができる。
、NH3、AlH3、AlCl3、SiH4、Si2H6、F2、HF、及びH2の一以
上を酸化物半導体層308aに添加してもよい。
i2H6、F2、HF、及びH2の一以上を酸化物半導体層308aに添加した後、希ガ
スを酸化物半導体層308aに添加してもよい。
ばよい。例えば、イオン注入法でアルゴンの添加を行う場合、加速電圧10kV、ドーズ
量は1×1013ions/cm2以上1×1016ions/cm2以下とすればよく
、例えば、1×1014ions/cm2とすればよい。また、イオン注入法でリンイオ
ンの添加を行う場合、加速電圧30kV、ドーズ量は1×1013ions/cm2以上
5×1016ions/cm2以下とすればよく、例えば、1×1015ions/cm
2とすればよい。
場合、平行平板のカソード側に基板を設置し、基板側にバイアスが印加されるように、R
F電力を供給すればよい。該RF電力は、例えば、電力密度を0.1W/cm2以上2W
/cm2以下とすればよい。
加を行うと好適である。マスク145を残した状態で不純物元素143の添加を行うこと
で、導電膜304の構成元素が絶縁膜305の側壁に付着するのを抑制することができる
。ただし、不純物元素143の添加方法は、これに限定されず、例えば、マスク145を
除去した後に、導電膜304及び絶縁膜305をマスクに不純物元素143の添加を行っ
てもよい。
もよい。上記加熱処理の温度は、代表的には、150℃以上基板歪み点未満、又は250
℃以上450℃以下、又は300℃以上450℃以下とする。
を形成し、絶縁膜312a上に絶縁膜312bを形成する(図7(C))。
適宜用いることができる。
膜を100nm形成する。また、絶縁膜312bとして、PECVD装置を用い、酸化窒
化シリコン膜を300nm形成する。
物半導体層308a中に入り込み、絶縁膜312aに接する酸化物半導体層308aのキ
ャリア密度をさらに向上させることが可能となる。
及び絶縁膜312bの一部をエッチングして、酸化物半導体層308aに達する開口部1
40a及び開口部140bを形成する(図7(D))。
1(導電膜311a及び導電膜311b)を形成する(図7(E))。
膜311aとして、スパッタリング装置を用い、厚さ50nmのタングステン膜を形成す
る。また、導電膜311bとして、スパッタリング装置を用い、厚さ200nmの銅膜を
形成する。
及び導電膜311bの一部をエッチングして、導電膜310a及び導電膜310bを形成
する(図7(F))。
積層構造となる。また、導電膜310bは、導電膜310b1と導電膜310b1上の導
電膜310b2の積層構造となる。
(図7(G))。
膜314として、PECVD装置を用い、厚さ200nmの窒化シリコン膜を形成する。
。次に絶縁膜338上に導電膜を形成し、該導電膜を所望の形状に加工することで、導電
膜303を形成する。次に、図6(A)乃至(F)に示す工程と同様の工程を行う(図6
(A)で形成する絶縁膜338はトランジスタ106における絶縁膜301に相当するこ
とになる)。その後、絶縁膜305上にリソグラフィ工程によりマスクを形成した後、絶
縁膜305の一部をエッチングして導電膜303に達する開口部139を形成する。その
後の工程については、図6(G)以降に示す工程と同様の工程を行うことで、トランジス
タ106を作製することができる。
ランジスタの半導体層と容量素子の一方の電極とを同一工程で成膜することで作製ができ
る。よって、少ない工程数でアクティブマトリクス方式のタッチセンサを作製することが
できる。または、大型のタッチパネルに用いることができるタッチセンサを提供すること
ができる。
本実施の形態では、本発明の一態様のタッチパネルについて説明する。
ンサと表示素子と、を有する。タッチセンサは、例えば、静電容量方式であってもよい。
構成する配線や電極と、表示部を構成する配線や電極との間には、寄生容量が形成される
場合がある。この寄生容量によって、指などを近づけた際の容量変化が小さくなり、タッ
チセンサの検出感度が低下する恐れがある。また、表示素子を駆動させたときに生じるノ
イズが、寄生容量を通してタッチセンサ側に伝わることでも、タッチセンサの検出感度が
低下する恐れがある。
タッチセンサの検出感度の低下を抑制することができるが、タッチパネル全体の厚さが厚
くなる場合がある。
ンサは、トランジスタ及び容量素子を有する。該トランジスタ及び該容量素子は電気的に
接続する。
と、読み出し配線と、を別の層で形成することができる。読み出し配線を細い幅で形成す
ることで、寄生容量を小さくできる。これにより、タッチセンサの検出感度の低下を抑制
できる。
する場合がある。本発明の一態様では、検出信号を増幅して出力させることで、寄生容量
の影響を抑制することができる。
とで、センサ部と表示部の距離を狭くし、タッチパネルを薄型化することができる。また
、2枚の基板の間にタッチセンサ及び表示素子を配置することができることからも、タッ
チパネルを薄型化することができる。ここで、本発明の一態様のタッチセンサを用いるこ
とで、センサ部と表示部の距離を狭くしても、タッチセンサの検出感度の低下を抑制でき
る。したがって、本発明の一態様では、タッチセンサもしくはタッチパネルの薄型化と、
高い検出感度を両立することができる。また、一対の基板に可撓性を有する材料を用いる
ことで、可撓性を有するタッチパネルとすることもできる。また、本発明の一態様では、
繰り返しの曲げに強いタッチパネルを提供することができる。または、大型のタッチパネ
ルを提供することができる。
、容量素子の電極として酸化物導電体層を用いてもよい。アクティブマトリクス方式のタ
ッチセンサにおいて、トランジスタを構成する半導体層や導電膜と、容量素子の電極とを
同一工程で成膜することが好ましい。これにより、タッチパネルを作製するための工程数
が少なくなり、製造コストを低減させることができる。
ことで、他の材料を用いる場合に比べて、視野角依存性が小さくなることがある。また、
本発明の一態様のタッチパネルは、容量素子の電極として酸化物導電体層を用いることで
、他の材料を用いる場合に比べて、NTSC比を大きくできることがある。
有するタッチパネルであり、遮光層は、タッチセンサと表示素子の間に位置し、遮光層は
、タッチセンサが有するトランジスタと重なる部分を有し、表示素子は、タッチセンサが
有する容量素子と重なる部分を有する、タッチパネルである。
たがって、上記構成において、表示素子は、第1の電極、第2の電極、及び発光性の有機
化合物を含む層を有し、第1の電極の端部を覆う絶縁膜を有し、発光性の有機化合物を含
む層は、第1の電極及び第2の電極の間に位置し、絶縁膜は、タッチセンサが有するトラ
ンジスタと重なる部分を有していてもよい。
図9は本発明の一態様のタッチパネルの構成を説明する投影図である。図9(A)は本発
明の一態様のタッチパネル500の投影図であり、図9(B)はタッチパネル500が備
える検知ユニット10Uの構成を説明する投影図である。
。
の基材16、及び複数の検知ユニット10Uを有する。図9(B)に示す検知ユニット1
0Uは、可視光を透過する窓部14を具備し、且つマトリクス状に配設される。走査線G
1は、行方向(図中に矢印Rで示す)に配置される複数の検知ユニット10Uと電気的に
接続する。信号線DLは、列方向(図中に矢印Cで示す)に配置される複数の検知ユニッ
ト10Uと電気的に接続する。第1の基材16は、可撓性を有する。第1の基材16は、
検知ユニット10U、走査線G1、及び信号線DLを支持する。
2は、窓部14に重なり且つマトリクス状に配設される。第2の基材510は、可撓性を
有する。第2の基材510は、複数の画素502を支持する(図9(C))。
される検知回路19を備える(図9(B))。
。図9(B)では、容量素子105が有する一対の電極である、導電膜350及び酸化物
導電体層308bを記す。
の変化に基づいて検知信号DATAを供給する。
給することができる。検知回路19は、複数の窓部14の間隙に重なるように配置される
。
ット10Uの窓部14と重なる画素502の間に、着色層を備える。
知ユニット10Uを複数備える可撓性の入力装置100と、窓部14に重なる画素502
を複数備える可撓性の表示部501と、を有し、窓部14と画素502の間に着色層を含
んで構成される。
該検知信号を供給する検知ユニットの位置情報と、を供給すること、検知ユニットの位置
情報と関連付けられた画像情報を表示すること、並びに曲げることができる。その結果、
利便性又は信頼性に優れた新規なタッチパネルを提供することができる。
基板FPC1又は/及び画像情報を含む信号を表示部501に供給するフレキシブル基板
FPC2を備えていてもよい。
ネル500が反射する外光の強度を弱める反射防止層567pを備えていてもよい。
路503g、信号を供給する配線511及びフレキシブル基板FPC2と電気的に接続さ
れる端子519を有する。
成は明確に分離できず、一つの構成が他の構成を兼ねる場合や他の構成の一部を含む場合
がある。
0であるとともにカラーフィルタでもある。
置100であるとともに表示部501でもある。
6を備える。例えば、40行15列のマトリクス状に複数の検知ユニット10Uを可撓性
の基材16に配設する。
Uを、横の寸法が115.02mm、縦の寸法が204.48mmの矩形の領域に、40
行15列のマトリクス状に配置することができる。
基材16、検知素子C1、及び可撓性の保護基材17を、可視光の透過を妨げないように
重ねて配置して、窓部14を構成すればよい。
さまざまな形の開口部を1つ又は複数設けて用いてもよい。
過する着色層CFB、緑色の光を透過する着色層CFG又は赤色の光を透過する着色層C
FRを備える(図9(B))。
過する着色層などさまざまな色の光を透過する着色層を備えることができる。
。なお、本明細書等では、遮光層にブラックマトリクスを用いる例を示し、符号BMを付
すこととする。
BMに用いることができる。
RES並びに検知回路19を備える。
に用いることができる。
μm以上170μm以下、より好ましくは5μm以上45μm以下、より好ましくは8μ
m以上25μm以下の厚さを有する材料を、基材16や基材510に用いることができる
。
る。例えば、水蒸気の透過率が10−5g/(m2・day)以下、好ましくは10−6
g/(m2・day)以下である材料を好適に用いることができる。
とができる。例えば、基材510及び基材16は、それぞれ、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。
510に用いることができる。
基材16や基材510に用いることができる。
に貼り合せて形成された複合材料を、基材16や基材510に用いることができる。
散した複合材料を、基材16や基材510に用いることができる。
トもしくはアクリル樹脂等の樹脂フィルム又は樹脂板を用いることができる。
ス等を用いることができる。
る。例えば、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸窒化珪素膜、アルミナ膜等を適用できる。
脂を用いることができる。
2a及び絶縁膜338aを貼り合わせる接着層394aと、が積層された積層体を基材1
6に好適に用いることができる(図12(A)参照)。
2b及び絶縁膜338bを貼り合わせる接着層394bと、が積層された積層体を基材5
10に好適に用いることができる(図12(A)参照)。
窒化珪素膜の積層構造を、有していてもよい。
0nmの酸化窒化珪素膜、厚さ140nmの窒化酸化珪素膜、及び厚さ100nmの酸化
窒化珪素膜がこの順に積層された積層構造を、絶縁膜338aに用いることができる。
クリル等の樹脂フィルム、樹脂板又はこれら2以上を含む積層体等を可撓性基板392a
に用いることができる。
ミド、ポリカーボネート、又はアクリル、ウレタン、エポキシもしくはシロキサン結合を
有する樹脂を含む材料を接着層394aに用いることができる。
17又は保護層17pは傷の発生を防いで入力装置100を保護する。
しくはアクリル樹脂等の樹脂フィルム、樹脂板又はこれら2以上を含む積層体等を保護基
材17に用いることができる。
具体的には、UV硬化樹脂又は酸化アルミニウムを含む層を第2の電極に重なる位置に形
成してもよい。
例えば、画素502は副画素502B、副画素502G及び副画素502Rを含み、それ
ぞれの副画素は表示素子と表示素子を駆動する画素回路を備える。
35.5μm、縦の寸法が106.5μmの副画素を3つ備える画素を横方向に1080
個、縦方向に1920個、マトリクス状に配置してもよい。なお、該矩形の領域の対角の
長さが9.2インチであり、画素の開口率を56.0%にしてもよい。
2Gは着色層CFGと重なる位置に配置され、副画素502Rは着色層CFRと重なる位
置に配置される。
説明するが、表示素子はこれに限られない。
素毎に適用してもよい。
ッティング方式などにより表示を行う表示素子(電子インクともいう)、シャッター方式
のMEMS表示素子、光干渉方式のMEMS表示素子、液晶素子など、様々な表示素子を
表示素子に用いることができる。
直視型液晶ディスプレイなどにも適用できる。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、又は、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、又は、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。また、適用する表示素子に好適な構成を様々な画素回路から選択して用いる
ことができる。
ィブマトリクス方式、又は、画素に能動素子を有しないパッシブマトリクス方式を用いる
ことができる。
能動素子を用いることができる。例えば、MIM(Metal Insulator M
etal)、又はTFD(Thin Film Diode)などを用いることも可能で
ある。これらの素子は、製造工程が少ないため、製造コストの低減、又は歩留まりの向上
を図ることができる。または、これらの素子は、素子のサイズが小さいため、開口率を向
上させることができ、低消費電力化や高輝度化をはかることができる。
低減、又は歩留まりの向上を図ることができる。または、能動素子を用いないため、開口
率を向上させることができ、低消費電力化、又は高輝度化などを図ることができる。
層567pとして、例えば円偏光板を用いることができる。
1に設けられている。なお、画像信号及び同期信号等の信号を供給することができるフレ
キシブル基板FPC2が端子519に電気的に接続されている。
も良い。
検知素子C1について、図1(A)に示す容量素子105を例に挙げて説明する。容量素
子105は、一対の電極として酸化物導電体層308b及び導電膜350を有する。一対
の電極間には、誘電体層として絶縁膜314、348を有する。
に、タッチパネル500の使用者に酸化物導電体層308bが識別されないように、酸化
物導電体層308bと同一の工程で作製することができる層を酸化物導電体層308bに
近接して配置する構成が好ましい。より好ましくは、酸化物導電体層308b及び酸化物
導電体層308bに近接して配置する層の間隙に配置する窓部14の数をできるだけ少な
くするとよい。特に、当該間隙に窓部14を配置しない構成が好ましい。
導電膜350の間に誘電体層(ここでは絶縁膜314、348)を備える。
を有するものが近づくと、容量が形成され、形成された容量が回路に寄生する。具体的に
は、指などが検知素子C1の一方の電極に近づくと、一方の電極と、指などの間に容量が
形成される。そして、形成された容量が検知素子C1と電気的に接続される回路に寄生し
て、検知回路の動作を変化させる。これにより、検知素子C1を近接検知器に用いること
ができる。
い。
、検知素子C1の容量は大きくなる。これにより、検知素子C1を 接触検知器に用いる
ことができる。その結果、例えば、筆圧などを検知することができる。
により、検知素子C1の容量は大きくなる。これにより、検知素子C1を屈曲検知器に用
いることができる。
極のそれぞれに用いることができる。
、ニッケル、銀又はマンガンから選ばれた金属元素、上述した金属元素を成分とする合金
又は上述した金属元素を組み合わせた合金などを用いることができる。
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。
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、熱を加える方法や還元剤を用いる方法等を挙げることができる。
層の構成、形成方法を参照できる。
図10は本発明の一態様の検知ユニット10U及び変換器CONVの構成及び駆動方法を
説明する図である。
る回路図であり、図10(B−1)及び図10(B−2)は駆動方法を説明するタイミン
グチャートである。また、図10(C)に図10(A)とは異なるマトリクス状の変換器
CONVを示し、図11(A)にマトリクス状の検知ユニット10Uを示す。
(図10(A)、図11(A))。また、検知ユニット10Uは電源電位及び信号を供給
する配線を含む。例えば、信号線DL、配線VPI、配線CS、走査線G1、配線RES
、配線VRES及び信号線DLなどを含む。
重ならない領域に配線を配置することにより、検知ユニット10Uの一方の側から他方の
側にあるものを視認し易くできる。
、4族の元素、化合物半導体又は酸化物半導体を半導体層に用いることができる。具体的
には、シリコンを含む半導体、ガリウムヒ素を含む半導体又はインジウムを含む酸化物半
導体などを適用できる。
第3のトランジスタM3に用いることができる。
有することが好ましい。このとき、該酸化物半導体層は、酸化物導電体層と同一表面上に
位置することが好ましい。酸化物半導体層を有するトランジスタはオフ電流が小さいため
、第1のトランジスタM1は該酸化物半導体層を有することが特に好ましい。
いることができる。具体的には、容量素子の一対の電極に用いることができる材料と同一
の材料を適用できる。
鉄、コバルト、銅、又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走査線
G1、信号線DL、配線VPI、配線RES及び配線VRESに用いることができる。
きるさまざまな回路を、変換器CONVに用いることができる(図9(A))。例えば、
トランジスタM4を変換器CONVに用いることができる。また図10(C)に示すよう
に、トランジスタM4、M5を変換器CONVに用いることができる。
導電体層308b)と電気的に接続され、第1の電極が配線VPIと電気的に接続される
第1のトランジスタM1を備える(図10(A))。配線VPIは、例えば接地電位を供
給することができる。
第2の電極と電気的に接続され、第2の電極が信号線DLと電気的に接続される第2のト
ランジスタM2を備える構成であってもよい。走査線G1は、選択信号を供給することが
できる。信号線DLは、例えば検知信号DATAを供給することができる
(ここでは酸化物導電体層308b)と電気的に接続され、第2の電極が配線VRESと
電気的に接続される第3のトランジスタM3を備える構成であってもよい。配線RESは
、リセット信号を供給することができる。配線VRESは、例えば第1のトランジスタM
1を導通状態にすることができる電位を供給することができる。
すること、もしくは酸化物導電体層308b又は導電膜350の間隔が変化することによ
り変化する。これにより、検知ユニット10Uは検知素子C1の容量又は寄生する容量の
大きさの変化に基づく検知信号DATAを供給することができる。
位を制御することができる制御信号を供給することができる配線CSを備える。なお、導
電膜350が検知回路の配線CSを兼ねていてもよい。
スタM1のゲート及び第3のトランジスタM3の第1の電極が電気的に接続される結節部
をノードAという。
るトランジスタを導通状態にする電位を、当該トランジスタのゲートに供給することがで
きる。配線VPIは例えば接地電位を供給することができ、配線VPO及び配線BRは例
えば高電源電位を供給することができる。また、配線RESはリセット信号を供給するこ
とができ、走査線G1は選択信号を供給することができる。また、信号線DLは検知信号
DATAを供給することができ、端子OUTは検知信号DATAに基づいて変換された信
号を供給することができる。
、変換器CONVに用いることができる。例えば、変換器CONVを検知回路19と電気
的に接続することにより、ソースフォロワ回路又はカレントミラー回路などが構成される
ようにしてもよい。
構成できる(図10(A))。また、図10(C)に示すように、変換器CONVは、ト
ランジスタM4、M5を有していてもよい。なお、第1のトランジスタM1乃至第3のト
ランジスタM3と同一の工程で作製することができるトランジスタをトランジスタM4、
M5に用いてもよい。
構成する電極と、読み出し配線が別の層で形成することができる。図11(B)に示すよ
うに、容量素子の一方の電極である酸化物導電体層308bと信号線DLとを別の層で形
成し、信号線DLを細い幅で形成することで、寄生容量を小さくできる。これにより、タ
ッチセンサの検出感度の低下を抑制できる。なお、酸化物導電体層308bは図11(C
)に拡大図で示す複数の画素502と重なる。
検知回路19の駆動方法について説明する。
第1のステップにおいて、第3のトランジスタM3を導通状態にした後に非導通状態にす
るリセット信号をゲートに供給し、検知素子C1の一方の電極(ここでは酸化物導電体層
308b)の電位を所定の電位にする(図10(B−1)期間T1参照)。
トランジスタM3は、ノードAの電位を例えば第1のトランジスタM1を導通状態にする
ことができる電位にする(図10(A))。
第2のステップにおいて、第2のトランジスタM2を導通状態にする選択信号をゲートに
供給し、第1のトランジスタM1の第2の電極を信号線DLに電気的に接続する。
スタM2は、第1のトランジスタM1の第2の電極を信号線DLに電気的に接続する(図
10(B−1)期間T2参照)。
第3のステップにおいて、制御信号を検知素子の他方の電極(ここでは導電膜350)に
供給し、制御信号及び検知素子C1の容量に基づいて変化する電位を第1のトランジスタ
M1のゲートに供給する。
供給することで、検知素子C1の容量に基づいてノードAの電位を上昇する(図10(B
−1)期間T2の後半を参照)。
C1の導電膜350に近接して配置された場合、検知素子C1の容量は見かけ上大きくな
る。
ものが近接して配置されていない場合に比べて小さくなる(図10(B−2)実線参照)
。
第4のステップにおいて、第1のトランジスタM1のゲートの電位の変化がもたらす信号
を信号線DLに供給する。
電流を信号線DLに供給する。
する。
第5のステップにおいて、第2のトランジスタM2を非導通状態にする選択信号をゲート
に供給する。
図12(A)に本発明の一態様のタッチパネルの断面模式図を示す。図12(A)に示す
タッチパネルは、一対の基板間にアクティブマトリクス方式のタッチセンサ及び表示素子
を有するため、薄型化を図ることができる。
102、トランジスタ103、コンタクト部108、容量部109、導電膜346b、絶
縁膜348b、導電膜360、絶縁膜371、発光素子107、絶縁膜373、スペーサ
375等を有する。発光素子107は、下部電極361、光学調整層363、EL層36
5、及び上部電極367を有する(図12(B))。
膜338b上には、トランジスタ103、トランジスタ102、コンタクト部108、容
量部109等がある。トランジスタ103のソース電極又はドレイン電極と、導電膜36
0と、発光素子107の下部電極361と、は電気的に接続されている。
電極又はドレイン電極が接続するトランジスタに、トランジスタ103を用いている。ま
た、画素部が有する他のトランジスタとしてトランジスタ102を用いている。トランジ
スタ103は、トランジスタ102に比べて電界効果移動度を高めることが可能であり、
オン電流を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。また、駆動回路部の占有面積の小さいタッチセンサを作製することができ
る。また、オン電流の大きいトランジスタ103を画素部に設けることで、大型の表示パ
ネル又はタッチパネルや、高精細な表示パネル又はタッチパネルにおいて配線数が増大し
ても、各配線における信号遅延を低減することが可能であり、表示むらを抑えることが可
能である。なお、駆動回路部が有するトランジスタと、画素部が有するトランジスタは同
じ構造であってもよい。また、駆動回路部が有する複数のトランジスタは、すべて同じ構
造であってもよく、二種以上の構造であってもよい。また、画素部が有する複数のトラン
ジスタは、すべて同じ構造であってもよく、二種以上の構造であってもよい。また、駆動
回路部に1つのゲート電極を有するトランジスタを用いてもよい。また、アクティブマト
リクス方式のタッチセンサと、アクティブマトリクス方式の表示素子において、用いるト
ランジスタは同一の構成であってもよいし、異なる構成であってもよいし、一部が同一の
構成であってもよい。
光素子107の発光領域と重ねてトランジスタ103、トランジスタ102、コンタクト
部108、容量部109等を配置することで、画素の開口率を高めることができる。
素子105、導電膜346a、絶縁膜348a、着色層CFR、遮光層BM、接着層39
6等、を有する。容量素子105は、一対の電極として、酸化物導電体層308bと、導
電膜350と、を有する。
膜338a上には、トランジスタ103、トランジスタ102、容量素子105等がある
。本発明の一態様のタッチパネルでは、実施の形態1で示したように、トランジスタの酸
化物半導体層と容量素子の一方の電極(酸化物導電体層、導電性を有する酸化物半導体層
)を同一平面上に有する。
)の間に位置し、遮光層は、トランジスタと重なる部分を有し、表示素子(発光素子)は
、容量素子と重なる部分を有する。図12(A)では、容量素子105と発光素子107
が重なり、遮光層BMがトランジスタ103やトランジスタ102と重なる例を示す。
絶縁膜373は、トランジスタと重なる部分を有していてもよい。図12(A)では、絶
縁膜373が、トランジスタ103やトランジスタ102と重なる例を示す。
撓性基板392a、392bを用いる例を示すが、本発明の一態様はこれに限られず、実
施の形態1などで例示した基板を用いることができ、可撓性を有さない基板を用いてもよ
い。
13(A)に示す。本発明の一態様のタッチパネルはカラーフィルタ方式を用いている。
本発明の一態様のタッチパネルは、例えば、R(赤)、G(緑)、B(青)の3色の画素
で1つの色を表現する構成や、R(赤)、G(緑)、B(青)、W(白)の4色の画素で
1つの色を表現する構成、R(赤)、G(緑)、B(青)、Y(黄)の4色の画素で1つ
の色を表現する構成等が適用できる。色要素としては特に限定はなく、RGBWY以外の
色を用いてもよく、例えば、シアン、マゼンタなどで構成されてもよい。
合わせにより、本発明の一態様のタッチパネルからは、色純度の高い光を取り出すことが
できる。光学調整層363の膜厚は、各画素の色に応じて変化させればよい。なお、着色
層CFR、CFG、CFBのそれぞれの間に遮光層BMを設ける例を示したが、着色層C
FR、CFG、CFBの間に遮光層BMを設けなくてもよい。
。また、スペーサ375を有していなくてもよい。また、導電膜360や絶縁膜371を
有さず、下部電極361が、直接トランジスタのソース電極又はドレイン電極と接続して
いてもよい。
ジスタを有していなくてもよい。導電膜857a及び導電膜857bは、外部接続電極で
あり、FPC等と電気的に接続させることができる。導電膜814は必ずしも設ける必要
は無いが、下部電極361の抵抗に起因する電圧降下を抑制できるため、設けることが好
ましい。また、同様の目的で、上部電極367と電気的に接続する導電膜を絶縁膜371
上、EL層365上、又は上部電極367上などに設けてもよい。
図14に本発明の一態様のタッチパネルの断面模式図を示す。
1と異なる。具体的には、タッチセンサと、表示パネルと、を接着層396で貼り合わせ
た構成である。タッチセンサは、可撓性基板392a上に、トランジスタ102、トラン
ジスタ103、容量素子105を有する。表示パネルは、一対の可撓性基板392b、3
92d間に、トランジスタ102、トランジスタ103、発光素子107、着色層CFR
、遮光層BM等を有する。
1と異なる。具体的には、タッチセンサと、表示パネルと、を接着層396で貼り合わせ
た構成である。タッチセンサは、一対の可撓性基板392a、392c間に、トランジス
タ102、トランジスタ103、容量素子105を有する。表示パネルは、一対の可撓性
基板392b、392d間に、トランジスタ102、トランジスタ103、発光素子10
7、着色層CFR、遮光層BM等を有する。
く、タッチパネルを薄型化することができるため好ましい。本発明の一態様では、センサ
部と表示部の距離を狭くしても、タッチセンサの検出感度の低下を抑制できる。したがっ
て、本発明の一態様では、タッチセンサもしくはタッチパネルの薄型化と、高い検出感度
を両立することができる。また、本発明の一態様では、可撓性を有するタッチパネルを提
供することができる。なお、タッチパネルの厚さや可撓性を問わない場合、図14、15
に示すような構成を適用し、センサ部と表示部の距離を広くすることで、タッチセンサの
検出感度の低下を抑制できる。
図16に本発明の一態様のタッチパネルの断面模式図を示す。
104、トランジスタ106、導電膜346b、絶縁膜348b、導電膜360、絶縁膜
371、発光素子107、絶縁膜373、スペーサ375等を有する。
7と電気的に接続するトランジスタと、は、異なる構成であってもよい。また、先の構成
例で示したように、同様の構成であってもよい。また、タッチセンサの駆動回路と、画素
の駆動回路においても、トランジスタの構成が同様であってもよいし、異なっていてもよ
い。
図17に本発明の一態様のタッチパネルの断面模式図を示す。
104、トランジスタ106、着色層CFR、導電膜346b、絶縁膜348b、導電膜
360、絶縁膜371、発光素子107、絶縁膜373、スペーサ375、接着層394
c、可撓性基板392c等を有する。
ンジスタ102、トランジスタ103、容量素子105、導電膜346a、絶縁膜348
a、遮光層BM、接着層396等、を有する。
表示素子(発光素子)は、容量素子と重なる部分を有する。図17では、容量素子105
と発光素子107が重なり、遮光層BMがトランジスタ102、103、104、106
と重なる例を示す。
次に、タッチパネルに用いることができる材料等を説明する。なお、本明細書中の他の記
載も参照できる。
素子からの光を取り出す側の基板は、該光に対する透光性を有する材料を用いる。
さのガラス、金属、合金を用いることができる。
ラスを用いる場合に比べてタッチパネルを軽量化でき、好ましい。
しにくいタッチパネルを実現できる。例えば、有機樹脂基板や、厚さの薄い金属基板もし
くは合金基板を用いることで、ガラス基板を用いる場合に比べて、軽量であり、破損しに
くいタッチパネルを実現できる。
ネルの局所的な温度上昇を抑制することができ、好ましい。金属材料や合金材料を用いた
基板の厚さは、10μm以上200μm以下が好ましく、20μm以上50μm以下であ
ることがより好ましい。
、銅、ニッケル、又は、アルミニウム合金もしくはステンレス等の金属の合金などを好適
に用いることができる。
抑制でき、タッチパネルの破壊や信頼性の低下を抑制できる。例えば、基板を金属基板と
熱放射率の高い層(例えば、金属酸化物やセラミック材料を用いることができる)の積層
構造としてもよい。
)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステル樹脂、ポリアクリロニトリル
樹脂、ポリイミド樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリカーボネート(PC)樹脂
、ポリエーテルスルホン(PES)樹脂、ポリアミド樹脂、シクロオレフィン樹脂、ポリ
スチレン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂等が挙げられる。特に、熱膨
張率の低い材料を用いることが好ましく、例えば、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹
脂、PET等を好適に用いることができる。また、繊維体に樹脂を含浸した基板(プリプ
レグともいう)や、無機フィラーを有機樹脂に混ぜて熱膨張率を下げた基板を使用するこ
ともできる。
ート層(例えば、窒化シリコン層など)や、押圧を分散可能な材質の層(例えば、アラミ
ド樹脂層など)等と積層されて構成されていてもよい。
すると、水や酸素に対するバリア性を向上させ、信頼性の高いタッチパネルとすることが
できる。
を用いることができる。当該ガラス層の厚さとしては20μm以上200μm以下、好ま
しくは25μm以上100μm以下とする。このような厚さのガラス層は、水や酸素に対
する高いバリア性と可撓性を同時に実現できる。また、有機樹脂層の厚さとしては、10
μm以上200μm以下、好ましくは20μm以上50μm以下とする。このような有機
樹脂層をガラス層よりも外側に設けることにより、ガラス層の割れやクラックを抑制し、
機械的強度を向上させることができる。このようなガラス材料と有機樹脂の複合材料を基
板に適用することにより、極めて信頼性が高いフレキシブルなタッチパネルとすることが
できる。
、反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、嫌気型接着剤などの各種硬化型接着剤を用いるこ
とができる。これら接着剤としてはエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、フェ
ノール樹脂、ポリイミド樹脂、イミド樹脂、PVC樹脂、PVB樹脂、EVA樹脂等が挙
げられる。特に、エポキシ樹脂等の透湿性が低い材料が好ましい。また、二液混合型の樹
脂を用いてもよい。また、接着シート等を用いてもよい。
カルシウムや酸化バリウム等)のように、化学吸着によって水分を吸着する物質を用いる
ことができる。または、ゼオライトやシリカゲル等のように、物理吸着によって水分を吸
着する物質を用いてもよい。乾燥剤が含まれていると、水分などの不純物が機能素子に侵
入することを抑制でき、タッチパネルの信頼性が向上するため好ましい。
らの光取り出し効率を向上させることができる。例えば、酸化チタン、酸化バリウム、ゼ
オライト、ジルコニウム等を用いることができる。
ィブマトリクス方式のタッチセンサに用いたトランジスタと同様の構成を適用してもよい
。例えば、スタガ型のトランジスタとしてもよいし、逆スタガ型のトランジスタとしても
よい。また、トップゲート型又はボトムゲート型のいずれのトランジスタ構造としてもよ
い。トランジスタに用いる半導体材料は特に限定されず、例えば、シリコン、ゲルマニウ
ム等が挙げられる。または、In−Ga−Zn系金属酸化物などの、インジウム、ガリウ
ム、亜鉛のうち少なくとも一つを含む酸化物半導体を用いてもよい。
晶性を有する半導体(微結晶半導体、多結晶半導体、単結晶半導体、又は一部に結晶領域
を有する半導体)のいずれを用いてもよい。結晶性を有する半導体を用いると、トランジ
スタ特性の劣化を抑制できるため好ましい。
が制御される素子をその範疇に含んでいる。例えば、発光ダイオード(LED)、有機E
L素子、無機EL素子等を用いることができる。
いずれであってもよい。光を取り出す側の電極には、可視光を透過する導電膜を用いる。
また、光を取り出さない側の電極には、可視光を反射する導電膜を用いることが好ましい
。
酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛などを用いて形成することができる。また、金、
銀、白金、マグネシウム、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト
、銅、パラジウム、もしくはチタン等の金属材料、これら金属材料を含む合金、又はこれ
ら金属材料の窒化物(例えば、窒化チタン)等も、透光性を有する程度に薄く形成するこ
とで用いることができる。また、上記材料の積層膜を導電膜として用いることができる。
例えば、銀とマグネシウムの合金とITOの積層膜などを用いると、導電性を高めること
ができるため好ましい。また、グラフェン等を用いてもよい。
テン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、もしくはパラジウム等の金属材料、又は
これら金属材料を含む合金を用いることができる。また、上記金属材料や合金に、ランタ
ン、ネオジム、又はゲルマニウム等が添加されていてもよい。また、アルミニウムとチタ
ンの合金、アルミニウムとニッケルの合金、アルミニウムとネオジムの合金等のアルミニ
ウムを含む合金(アルミニウム合金)や、銀と銅の合金、銀とパラジウムと銅の合金、銀
とマグネシウムの合金等の銀を含む合金を用いて形成することができる。銀と銅を含む合
金は、耐熱性が高いため好ましい。さらに、アルミニウム合金膜に接する金属膜又は金属
酸化物膜を積層することで、アルミニウム合金膜の酸化を抑制することができる。該金属
膜、金属酸化物膜の材料としては、チタン、酸化チタンなどが挙げられる。また、上記可
視光を透過する導電膜と金属材料からなる膜とを積層してもよい。例えば、銀とITOの
積層膜、銀とマグネシウムの合金とITOの積層膜などを用いることができる。
クジェット法などの吐出法、スクリーン印刷法などの印刷法、又はメッキ法を用いて形成
することができる。
と、EL層365に陽極側から正孔が注入され、陰極側から電子が注入される。注入され
た電子と正孔はEL層365において再結合し、EL層365に含まれる発光物質が発光
する。
孔注入性の高い物質、正孔輸送性の高い物質、正孔ブロック材料、電子輸送性の高い物質
、電子注入性の高い物質、又はバイポーラ性の物質(電子輸送性及び正孔輸送性が高い物
質)等を含む層をさらに有していてもよい。
化合物を含んでいてもよい。EL層365を構成する層は、それぞれ、蒸着法(真空蒸着
法を含む)、転写法、印刷法、インクジェット法、塗布法等の方法で形成することができ
る。
り、発光素子に水等の不純物が侵入することを抑制でき、タッチパネルの信頼性の低下を
抑制できる。
む膜や、窒化アルミニウム膜等の窒素とアルミニウムを含む膜等が挙げられる。また、酸
化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜等を用いてもよい。
以下、好ましくは1×10−6[g/(m2・day)]以下、より好ましくは1×10
−7[g/(m2・day)]以下、さらに好ましくは1×10−8[g/(m2・da
y)]以下とする。
アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、ベンゾシクロブテン系樹脂等の有機材料をそ
れぞれ用いることができる。また、低誘電率材料(low−k材料)等を用いることがで
きる。また、絶縁膜を複数積層させることで、各絶縁膜を形成してもよい。
、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、シロキサン樹脂、エポキシ
樹脂、又はフェノール樹脂等を用いることができる。特に感光性の樹脂材料を用い、絶縁
膜373の側壁が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好
ましい。
蒸着法、液滴吐出法(インクジェット法等)、印刷法(スクリーン印刷、オフセット印刷
等)等を用いればよい。
きる。例えば、無機絶縁材料や有機絶縁材料としては、上記絶縁膜に用いることができる
各種材料が挙げられる。金属材料としては、チタン、アルミニウムなどを用いることがで
きる。導電材料を含むスペーサ375と上部電極367とを電気的に接続させる構成とす
ることで、上部電極367の抵抗に起因した電位降下を抑制できる。また、スペーサ37
5は、順テーパ形状であっても逆テーパ形状であってもよい。
用いる導電膜は、例えば、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン、アル
ミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料又はこれらの元素を含む合金材料を
用いて、単層で又は積層して形成することができる。また、導電膜は、導電性の金属酸化
物を用いて形成してもよい。導電性の金属酸化物としては酸化インジウム(In2O3等
)、酸化スズ(SnO2等)、酸化亜鉛(ZnO)、ITO、インジウム亜鉛酸化物(I
n2O3−ZnO等)又はこれらの金属酸化物材料に酸化シリコンを含ませたものを用い
ることができる。
過する赤色(R)のカラーフィルタ、緑色の波長帯域の光を透過する緑色(G)のカラー
フィルタ、青色の波長帯域の光を透過する青色(B)のカラーフィルタなどを用いること
ができる。各着色層は、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
ラフィ法を用いたエッチング方法などでそれぞれ所望の位置に形成する。
遮光し、隣接する発光素子間における混色を抑制する。ここで、着色層の端部を、遮光層
と重なるように設けることにより、光漏れを抑制することができる。遮光層としては、発
光素子からの発光を遮る材料を用いることができ、例えば、金属材料や顔料や染料を含む
樹脂材料を用いてブラックマトリクスを形成すればよい。なお、遮光層は、駆動回路部な
どの発光部以外の領域に設けると、導波光などによる意図しない光漏れを抑制できるため
好ましい。
ことで、着色層に含有された不純物等の発光素子への拡散を防止することができる。オー
バーコートは、発光素子からの発光を透過する材料から構成され、例えば窒化シリコン膜
、酸化シリコン膜等の無機絶縁膜や、アクリル膜、ポリイミド膜等の有機絶縁膜を用いる
ことができ、有機絶縁膜と無機絶縁膜との積層構造としてもよい。
接着層の材料に対してぬれ性の高い材料を用いることが好ましい。例えば、オーバーコー
トとして、ITO膜などの酸化物導電膜や、透光性を有する程度に薄いAg膜等の金属膜
を用いることが好ましい。
状又はシート状の、熱圧着によって異方性の導電性を示す材料を用いることができる。金
属粒子としては、例えばニッケル粒子を金で被覆したものなど、2種類以上の金属が層状
となった粒子を用いることが好ましい。
態様のタッチパネルには、他の表示素子や発光素子を用いてもよい。
パネルは、様々な形態を用いること、又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、発光装置、又はタッチパネルは、例えば、EL素子(有機物及び無
機物を含むEL素子、有機EL素子、無機EL素子)、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パネル(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)、干渉変調(IMOD)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、電気的又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。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)又はSED方式平面型デ
ィスプレイ(SED:Surface−conduction Electron−em
itter 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)、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、画素電極の一部又は全部が、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、画素電極の一部又は全部が、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。
一態様は、これに限定されない。例えば、情報を表示しないようにしてもよい。一例とし
ては、表示パネルのかわりに、照明装置として用いてもよい。照明装置に適用することに
より、デザイン性に優れたインテリアとして、活用することができる。または、様々な方
向を照らすことができる照明として活用することができる。または、表示パネルのかわり
に、バックライトやフロントライトなどの光源として用いてもよい。つまり、表示パネル
のための照明装置として活用してもよい。
本発明の一態様の可撓性を有するタッチパネルの作製方法を例示する。
成する(図18(A))。また、作製基板221上に剥離層223を形成し、剥離層22
3上に被剥離層225を形成する(図18(B))。
基板から被剥離層を剥離する際に、作製基板と剥離層の界面、剥離層と被剥離層の界面、
又は剥離層中で剥離が生じるような材料を選択する。本実施の形態では、被剥離層と剥離
層の界面で剥離が生じる場合を例示するが、剥離層や被剥離層に用いる材料の組み合わせ
によってはこれに限られない。なお、被剥離層が積層構造である場合、剥離層と接する層
を特に第1の層と記す。
ステン膜と酸化タングステン膜との界面(又は界面近傍)で剥離が生じることで、被剥離
層側に剥離層の一部(ここでは酸化タングステン膜)が残ってもよい。また被剥離層側に
残った剥離層は、その後除去してもよい。
。作製基板としては、例えばガラス基板、石英基板、サファイア基板、半導体基板、セラ
ミック基板、金属基板、樹脂基板、プラスチック基板などを用いることができる。
リコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜等の絶縁膜を形成
すると、ガラス基板からの汚染を防止でき、好ましい。
、ジルコニウム、亜鉛、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、
シリコンから選択された元素、該元素を含む合金材料、又は該元素を含む化合物材料等を
用いて形成できる。シリコンを含む層の結晶構造は、非晶質、微結晶、多結晶のいずれで
もよい。また、酸化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化亜鉛、二酸化チタン、酸化インジ
ウム、インジウムスズ酸化物、インジウム亜鉛酸化物、In−Ga−Zn酸化物等の金属
酸化物を用いてもよい。剥離層に、タングステン、チタン、モリブデンなどの高融点金属
材料を用いると、被剥離層の形成工程の自由度が高まるため好ましい。
、液滴吐出法、ディスペンス法等を含む)、印刷法等により形成できる。剥離層の厚さは
例えば10nm以上200nm以下、好ましくは20nm以上100nm以下とする。
ンの混合物を含む層を形成することが好ましい。また、タングステンの酸化物もしくは酸
化窒化物を含む層、モリブデンの酸化物もしくは酸化窒化物を含む層、又はタングステン
とモリブデンの混合物の酸化物もしくは酸化窒化物を含む層を形成してもよい。なお、タ
ングステンとモリブデンの混合物とは、例えば、タングステンとモリブデンの合金に相当
する。
を形成する場合、タングステンを含む層を形成し、その上層に酸化物で形成される絶縁膜
を形成することで、タングステン層と絶縁膜との界面に、タングステンの酸化物を含む層
が形成されることを活用してもよい。また、タングステンを含む層の表面を、熱酸化処理
、酸素プラズマ処理、亜酸化窒素(N2O)プラズマ処理、オゾン水等の酸化力の強い溶
液での処理等を行ってタングステンの酸化物を含む層を形成してもよい。またプラズマ処
理や加熱処理は、酸素、窒素、亜酸化窒素単独、あるいは該ガスとその他のガスとの混合
気体雰囲気下で行ってもよい。上記プラズマ処理や加熱処理により、剥離層の表面状態を
変えることにより、剥離層と後に形成される絶縁膜との密着性を制御することが可能であ
る。
を形成する場合は、一方の被剥離層として、絶縁膜338a、トランジスタ102、トラ
ンジスタ103、容量素子105、遮光層BM、及び着色層CFRなどを形成すればよい
。また、他方の被剥離層として、絶縁膜338b、トランジスタ102、トランジスタ1
03、発光素子107などを形成すればよい。
ン膜、酸化シリコン膜、又は窒化酸化シリコン膜等を用いて、単層又は多層で形成するこ
とが好ましい。
ことが可能であり、例えば、プラズマCVD法によって成膜温度を250℃以上400℃
以下として形成することで、緻密で非常に防湿性の高い膜とすることができる。なお、絶
縁膜の厚さは10nm以上3000nm以下、さらには200nm以上1500nm以下
が好ましい。
するように、接着層207を用いて貼り合わせ、接着層207を硬化させる(図18(C
))。
い。
が、図18(D)に示すように、同じ大きさの剥離層を用いてもよい。
なるように配置する。そして、接着層207の端部は、剥離層203又は剥離層223の
少なくとも一方(先に剥離したい方)の端部よりも内側に位置することが好ましい。これ
により、作製基板201と作製基板221が強く密着することを抑制でき、後の剥離工程
の歩留まりが低下することを抑制できる。
化型接着剤、嫌気型接着剤などの各種硬化型の接着剤等を用いることができる。これら接
着剤としてはエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミ
ド樹脂、イミド樹脂、PVC樹脂、PVB樹脂、EVA樹脂等が挙げられる。特に、エポ
キシ樹脂等の透湿性が低い材料が好ましい。接着剤としては、所望の領域にのみ配置でき
る程度に流動性の低い材料を用いることが好ましい。例えば、接着シート、粘着シート、
シート状もしくはフィルム状の接着剤を用いてもよい。例えば、OCA(optical
clear adhesive)フィルムを好適に用いることができる。
よって粘着性を発現してもよい。
カルシウムや酸化バリウム等)のように、化学吸着によって水分を吸着する物質を用いる
ことができる。または、ゼオライトやシリカゲル等のように、物理吸着によって水分を吸
着する物質を用いてもよい。乾燥剤が含まれていると、大気中の水分の侵入による機能素
子の劣化を抑制でき、装置の信頼性が向上するため好ましい。
る場合、大きい剥離層を形成した基板から剥離してもよいし、小さい剥離層を形成した基
板から剥離してもよい。一方の基板上にのみ半導体素子、発光素子、表示素子等の素子を
作製した場合、素子を形成した側の基板から剥離してもよいし、他方の基板から剥離して
もよい。ここでは、作製基板201を先に剥離する例を示す。
域に対して照射する(図19(A)の矢印P1参照)。
た領域参照)。このとき、第1の層だけでなく、被剥離層205の他の層や、剥離層20
3、接着層207の一部を除去してもよい。
203と剥離層223が重なる領域にレーザ光の照射をする場合は、被剥離層205及び
被剥離層225のうち被剥離層205のみにクラックを入れることで、選択的に作製基板
201及び剥離層203を剥離することができる(図19(B)の点線で囲った領域参照
。ここでは被剥離層205を構成する各層の一部を除去する例を示す。)。
9(C)(D))。これにより、被剥離層205を作製基板201から作製基板221に
転置することができる。
回転させながら分離する処理等)によって被剥離層と作製基板201とを分離すればよい
。
剥離層とを分離してもよい。毛細管現象により液体が剥離層203と被剥離層の間にしみ
こむことで、容易に分離することができる。また、剥離時に生じる静電気が、被剥離層に
含まれる機能素子に悪影響を及ぼすこと(半導体素子が静電気により破壊されるなど)を
抑制できる。
着層233を硬化させる(図20(A))。
域に対して照射する(図20(B)の矢印P2参照)。第1の層の一部を除去することで
、剥離の起点を形成できる(図20(C)の点線で囲った領域参照。ここでは被剥離層2
25を構成する各層の一部を除去する例を示す。)。このとき、第1の層だけでなく、被
剥離層225の他の層や、剥離層223、接着層233の一部を除去してもよい。
0(D))。これにより、被剥離層205及び被剥離層225を基板231に転置するこ
とができる。
層が設けられた一対の作製基板を貼り合わせた後、レーザ光の照射により剥離の起点を形
成し、それぞれの剥離層と被剥離層とを剥離しやすい状態にしてから、剥離を行う。これ
により、剥離工程の歩留まりを向上させることができる。
離をし、作製したい装置を構成する基板を貼り合わせることができる。したがって、被剥
離層の貼り合わせの際に、可撓性が低い作製基板どうしを貼り合わせることができ、可撓
性基板どうしを貼り合わせた際よりも貼り合わせの位置合わせ精度を向上させることがで
きる。
端部よりも内側に位置するよう形成することが好ましい。これにより、剥離工程の歩留ま
りを高くすることができる。また、剥離したい被剥離層205が複数ある場合、図21(
B)に示すように、被剥離層205ごとに剥離層203を設けてもよいし、図21(C)
に示すように、1つの剥離層203上に複数の被剥離層205を設けてもよい。
本実施の形態では、本発明の一態様のタッチパネルについて説明する。
するトランジスタ102や、当該トランジスタ102と同一表面上に位置するトランジス
タ103を示した(図12〜図17参照)。これらのトランジスタのゲート電極、ソース
電極、又はドレイン電極や、配線等に用いる導電膜は、タッチパネルの使用者から視認さ
れる場合がある。例えば、図12において、可撓性基板392aと遮光層BMの間に位置
する電極や配線が、タッチパネルの使用者から視認される場合がある。特に、電極や配線
に、反射性の高い導電膜や、透光性の低い導電膜を用いると、使用者が該電極や該配線を
視認しやすくなる。タッチパネルの品質の向上、表示品位の向上のためには、これら電極
や配線が使用者に視認されにくいことが好ましい。
遮光層を設ける。
46a等が遮光層BM2を介して可撓性基板392aと重なるよう、遮光層BM2を配置
する。これにより、タッチパネルの使用者から電極や配線が視認されることを抑制でき、
タッチパネルの品質の向上や、表示品位の向上を図ることができる。例えば、図22では
、遮光層BM2が、容量素子105と電気的に接続するトランジスタ103と重なってい
る。
材料を用いることができる。また、遮光層BM2も、遮光層BMと同様の材料を用いるこ
とができる。他の構成は図12と同様であるため、先の記載を参酌できる。
はセンサ面側に位置して設けられればよい。なお、遮光層BM2は表示素子と重ならない
領域を有する。
絶縁膜55aを形成し、第1の絶縁膜55a上に第1の機能層56を形成する(図23(
A))。第1の絶縁膜55aは、図22の絶縁膜338bに相当する。第1の機能層56
は、図22の発光素子107、発光素子107と電気的に接続するトランジスタ103、
表示部が有するトランジスタ102、発光素子107側の駆動回路部が有するトランジス
タ103等を含む。
に第2の絶縁膜55bを形成し、第2の絶縁膜55b上に第2の機能層57を形成する(
図23(B))。第2の絶縁膜55bは、図22の絶縁膜338aに相当する。第2の機
能層57は、図22の容量素子105、容量素子105と電気的に接続するトランジスタ
102、容量素子105側の駆動回路部が有するトランジスタ103、着色層CFR、遮
光層BM1等を含む。
ことが好ましい。また、トランジスタ102の半導体層に酸化物半導体層を用いることが
好ましい。
に第3の絶縁膜55cを形成し、第3の絶縁膜55c上に第3の機能層58を形成する(
図23(C))。第3の絶縁膜55cは、図22の絶縁膜338xに相当する。第3の機
能層58は、図22の遮光層BM2等を含む。
した第2の機能層57を、第1の接着層59aで貼り合わせる(図23(D))。第1の
接着層59aは図22の接着層396に相当する。
56及び第2の機能層57を貼り合わせることが好ましい。
では、第2の剥離層53bと第2の絶縁膜55bの界面で分離する例を示すが、これに限
られない。そして、露出した第2の絶縁膜55bと、第3の作製基板51c上に形成した
第3の機能層58を、第2の接着層59bで貼り合わせる(図23(F))。このとき、
遮光層BM2とトランジスタ102が重なる部分を有するように、第2の絶縁膜55b及
び第3の機能層58を貼り合わせることが好ましい。
こでは、第3の剥離層53cと第3の絶縁膜55cの界面で分離する例を示すが、これに
限られない。そして、露出した第3の絶縁膜55cと、第1の可撓性基板60bを、第3
の接着層59cで貼り合わせる(図23(H))。同様に、第1の作製基板51aと第1
の絶縁膜55aとを分離する。ここでは、第1の剥離層53aと第1の絶縁膜55aの界
面で分離する例を示すが、これに限られない。そして、露出した第1の絶縁膜55aと、
第2の可撓性基板60aを、第4の接着層59dで貼り合わせる(図23(H))。なお
、第1の作製基板51aと第3の作製基板51cはどちらを先に剥離してもよい。
後に、剥離をし、可撓性基板を貼り合わせることができる。したがって、機能層の貼り合
わせの際に、可撓性が低い作製基板どうしを貼り合わせることができ、可撓性基板どうし
を貼り合わせた際よりも貼り合わせの位置合わせ精度を向上させることができる。したが
って、発光素子とカラーフィルタ、発光素子とタッチセンサ等の貼り合わせの位置合わせ
精度が高い作製方法であるといえる。
ッチパネルを作製してもよい。具体的には、第2の機能層57として、遮光層BM2及び
タッチセンサを形成する。そして、第1の作製基板51a上に形成した第1の機能層56
と、第2の作製基板51b上に形成した第2の機能層57を、第1の接着層59aで貼り
合わせる。それぞれの作製基板を機能層から剥離し、露出した絶縁膜と可撓性基板を接着
層で貼り合わせることで、図24に示すような本発明の一態様のタッチパネルを作製する
ことができる。
、可撓性基板392aに代えて、円偏光板などの反射防止層を用いることで、本発明の一
態様のタッチパネルの品質の向上を図ることもできる。また、本発明の一態様のタッチパ
ネルは、可撓性基板392aと反射防止層の双方を有していてもよい。
本実施の形態では、本発明の一態様を適用して作製できる電子機器及び照明装置について
、図25及び図26を用いて説明する。
や照明装置に好適に用いることができる。また、本発明の一態様を適用することで、信頼
性が高く、繰り返しの曲げに対して強い電子機器や照明装置を作製できる。
う)、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタル
フォトフレーム、携帯電話機(携帯電話、携帯電話装置ともいう)、携帯型ゲーム機、携
帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。
外壁、又は、自動車の内装もしくは外装の曲面に沿って組み込むことも可能である。
のとき、非接触電力伝送を用いて、二次電池を充電することができると好ましい。
ンポリマー電池)等のリチウムイオン二次電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池
、ニカド電池、有機ラジカル電池、鉛蓄電池、空気二次電池、ニッケル亜鉛電池、銀亜鉛
電池などが挙げられる。
で信号を受信することで、表示部で映像や情報等の表示を行うことができる。また、電子
機器が二次電池を有する場合、アンテナを、非接触電力伝送に用いてもよい。
に組み込まれた表示部7402のほか、操作ボタン7403、外部接続ポート7404、
スピーカ7405、マイク7406などを備えている。なお、携帯電話機7400は、本
発明の一態様のタッチパネルを表示部7402に用いることにより作製される。本発明の
一態様により、湾曲した表示部を備え、且つ信頼性の高い携帯電話機を歩留まりよく提供
できる。
報を入力することができる。また、電話を掛ける、或いは文字を入力するなどのあらゆる
操作は、指などで表示部7402に触れることにより行うことができる。
表示される画像の種類を切り替えることができる。例えば、メール作成画面から、メイン
メニュー画面に切り替えることができる。
、筐体7101、表示部7102、バンド7103、バックル7104、操作ボタン71
05、入出力端子7106などを備える。
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。
とができる。また、表示部7102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7102に表示されたアイコン71
07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。
動作、マナーモードの実行及び解除、省電力モードの実行及び解除など、様々な機能を持
たせることができる。例えば、携帯情報端末7100に組み込まれたオペレーティングシ
ステムにより、操作ボタン7105の機能を自由に設定することもできる。
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。
介して直接データのやりとりを行うことができる。また入出力端子7106を介して充電
を行うこともできる。なお、充電動作は入出力端子7106を介さずに無線給電により行
ってもよい。
れている。本発明の一態様により、湾曲した表示部を備え、且つ信頼性の高い携帯情報端
末を歩留まりよく提供できる。
210、及び照明装置7220は、それぞれ、操作スイッチ7203を備える台部720
1と、台部7201に支持される発光部を有する。
。したがってデザイン性の高い照明装置となっている。
発光部が対称的に配置された構成となっている。したがって照明装置7210を中心に全
方位を照らすことができる。
がって、発光部7222からの発光を、照明装置7220の前面に集光するため、特定の
範囲を明るく照らす場合に適している。
はフレキシブル性を有しているため、発光部を可塑性の部材や可動なフレームなどの部材
で固定し、用途に合わせて発光部の発光面を自在に湾曲可能な構成としてもよい。
備える筐体を天井に固定する、又は天井からつり下げるように用いることもできる。発光
面を湾曲させて用いることができるため、発光面を凹状に湾曲させて特定の領域を明るく
照らす、又は発光面を凸状に湾曲させて部屋全体を明るく照らすこともできる。
態様により、湾曲した発光部を備え、且つ信頼性の高い照明装置を歩留まりよく提供でき
る。
、筐体7301、表示部7302、操作ボタン7303、引き出し部材7304、制御部
7305を備える。
示部7302を備える。
映像を表示部7302に表示することができる。また、制御部7305にはバッテリをそ
なえる。また、制御部7305にコネクターを接続する端子部を備え、映像信号や電力を
有線により外部から直接供給する構成としてもよい。
等を行うことができる。
チパネル7300を示す。この状態で表示部7302に映像を表示することができる。ま
た、筐体7301の表面に配置された操作ボタン7303によって、片手で容易に操作す
ることができる。また、図25(F)のように操作ボタン7303を筐体7301の中央
でなく片側に寄せて配置することで、片手で容易に操作することができる。
定するため、表示部7302の側部に補強のためのフレームを設けていてもよい。
て音声を出力する構成としてもよい。
様により、軽量で、且つ信頼性の高いタッチパネルを歩留まりよく提供できる。
展開した状態の携帯情報端末310を示す。図26(B)に展開した状態又は折りたたん
だ状態の一方から他方に変化する途中の状態の携帯情報端末310を示す。図26(C)
に折りたたんだ状態の携帯情報端末310を示す。携帯情報端末310は、折りたたんだ
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。
。ヒンジ313を介して2つの筐体315間を屈曲させることにより、携帯情報端末31
0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。本発明の一
態様のタッチパネルを表示パネル316に用いることができる。例えば、曲率半径1mm
以上150mm以下で曲げることができるタッチパネルを適用できる。
であることを検知して、検知情報を供給するセンサを備える構成としてもよい。タッチパ
ネルの制御装置は、タッチパネルが折りたたまれた状態であることを示す情報を取得して
、折りたたまれた部分(又は折りたたまれて使用者から視認できなくなった部分)の動作
を停止してもよい。具体的には、表示を停止してもよい。また、タッチセンサによる検知
を停止してもよい。
報を取得して、表示やタッチセンサによる検知を再開してもよい。
示部322が外側になるように折りたたんだ状態の携帯情報端末320を示す。図26(
E)に、表示部322が内側になるように折りたたんだ状態の携帯情報端末320を示す
。携帯情報端末320を使用しない際に、非表示部325を外側に折りたたむことで、表
示部322の汚れや傷つきを抑制できる。本発明の一態様のタッチパネルを表示部322
に用いることができる。
帯情報端末330の上面図である。図26(H)は携帯情報端末340の外形を説明する
斜視図である。
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それぞれ用いることがで
きる。
。例えば、3つの操作ボタン339を一の面に表示することができる(図26(F)(H
))。また、破線の矩形で示す情報337を他の面に表示することができる(図26(G
)(H))。なお、情報337の例としては、SNS(ソーシャル・ネットワーキング・
サービス)の通知、電子メールや電話などの着信を知らせる表示、電子メールなどの題名
、電子メールなどの送信者名、日時、時刻、バッテリの残量、アンテナ受信の強度などが
ある。または、情報337が表示されている位置に、情報337の代わりに、操作ボタン
339、アイコンなどを表示してもよい。なお、図26(F)(G)では、上側に情報3
37が表示される例を示したが、本発明の一態様は、これに限定されない。例えば、図2
6(H)に示す携帯情報端末340のように、横側に表示されていてもよい。
した状態で、その表示(ここでは情報337)を確認することができる。
から観察できる位置に表示する。使用者は、携帯情報端末330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。
示部333には、本発明の一態様のタッチパネルを用いることができる。本発明の一態様
により、湾曲した表示部を備え、且つ信頼性の高いタッチパネルを歩留まりよく提供でき
る。
い。ここでは、情報355、情報356、情報357がそれぞれ異なる面に表示されてい
る例を示す。
ネルを用いることができる。本発明の一態様により、湾曲した表示部を備え、且つ信頼性
の高いタッチパネルを歩留まりよく提供できる。
本実施の形態では、本発明の一態様のタッチセンサやタッチパネルに含まれる酸化物半導
体の構成について説明する。
れている状態をいう。従って、−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
。従って、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。
まず、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、多結晶酸化物半導体、nc−OS
(nanocrystalline Oxide Semiconductor)、擬似
非晶質酸化物半導体(a−like OS:amorphous like 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(ボイドともいう。)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27(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。)又
は上面の凹凸を反映しており、CAAC−OSの被形成面又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27(B)、(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、CAAC−OS
を、CANC(C−Axis Aligned nanocrystals)を有する酸
化物半導体と呼ぶこともできる。
ト5100の配置を模式的に示すと、レンガ又はブロックが積み重なったような構造とな
る(図27(D))。図27(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27(D)に示す領域5161に相当する。
補正高分解能TEM像を示す。図28(A)の領域(1)〜(3)を拡大したCs補正高
分解能TEM像を、それぞれ図28(B)〜(D)に示す。図28(B)〜(D)より、
ペレットは、金属原子が三角形状、四角形状又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29(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軸が被形成面又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29(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29(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軸及び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30(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軸が被形成面又は上面に略垂
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30(B)に示す。図30(
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、C
AAC−OSに含まれるペレットのa軸及びb軸は配向性を有さないことがわかる。なお
、図30(B)における第1リングは、InGaZnO4の結晶の(010)面及び(1
00)面などに起因すると考えられる。また、図30(B)における第2リングは(11
0)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(又は分子半径)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。
。具体的には、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以上のキャリア密
度の酸化物半導体とすることができる。そのような酸化物半導体を、高純度真性又は実質
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、又は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、又は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。
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及び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。
CAAC−OS(試料C)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31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31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
及びCAAC−OSは、電子照射開始時から電子の累積照射量が4.2×108e−/n
m2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3
1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CA
AC−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。
る。一方、nc−OS及び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及びCAAC−OSと
比べて、不安定な構造であることがわかる。
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の密度及びCAAC−O
S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の密度及び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。
以下では、CAAC−OS及び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。
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1130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、又は酸素を50体積%以上の割合で含む混合ガス)で満たされ、0.01
Pa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1130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1130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1101が生じる
。イオン1101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、劈開面から平板状又はペレット状のスパッタ粒子であるペ
レット1100a及びペレット1100bが剥離し、叩き出される。なお、ペレット11
00a及びペレット1100bは、イオン1101の衝突の衝撃によって、構造に歪みが
生じる場合がある。
スパッタ粒子である。また、ペレット1100bは、六角形、例えば正六角形の平面を有
する平板状又はペレット状のスパッタ粒子である。なお、ペレット1100a及びペレッ
ト1100bなどの平板状又はペレット状のスパッタ粒子を総称してペレット1100と
呼ぶ。ペレット1100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1100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。
帯電する場合がある。ペレット1100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1100aが、側面に負に帯電した酸素原子を
有する例を図34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−OS
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、又は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1120上まで舞い上がっていく。ペレット1100は電荷を帯びて
いるため、ほかのペレット1100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1120の上面では、基板1120の上面に平行な向きの磁場が生じている
。また、基板1120及びターゲット1130間には、電位差が与えられているため、基
板1120からターゲット1130に向けて電流が流れている。したがって、ペレット1
100は、基板1120の上面において、磁場及び電流の作用によって、力(ローレンツ
力)を受ける(図35参照)。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1100に与える力を大きくするためには、基板1120の上面におい
て、基板1120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1120の上面において、基板1120の上面に平行な向きの磁場が、基板112
0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36(A)に示すように、ペレット1
100は、基板1120の上面を滑空するように移動する。ペレット1100の移動は、
平板面を基板1120に向けた状態で起こる。その後、図36(B)に示すように、既に
堆積しているほかのペレット1100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1100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1101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110
0は、ほぼ単結晶となる。ペレット1100がほぼ単結晶となることにより、ペレット1
100同士が結合した後に加熱されたとしても、ペレット1100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1100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1100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1120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1100が配列することがわかる。
例えば、基板1120の上面が原子レベルで平坦な場合、ペレット1100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32(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11
20が凹凸を有するため、CAAC−OSは、ペレット1100間に隙間が生じやすい場
合がある。ただし、ペレット1100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32(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1120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1120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1120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33と図32(A)との違いは、基板1120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1100は、基板11
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37(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37(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(又はab面)に平行な結晶面である(図37(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(又はab面)に
平行な結晶面である(図37(A)参照)。第3の面は、(110)面に平行な結晶面で
ある(図37(B)参照)。第4の面は、(100)面(又はbc面)に平行な結晶面で
ある(図37(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、及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(表1参照)。
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。
7(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層及びGa−Zn−O層の3層となる。
又は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(又は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又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)又は酸素(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(2688
原子)の断面構造を図38(A)に、上面構造を図38(B)に示す。なお、図38(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38
(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39(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39では、図38(
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4
0(A)は、図38から図39(A)の間の期間に対応する。
a)と衝突すると、当該ガリウムが上から数えて第3層(Ga−Zn−O層)の亜鉛(Z
n)と衝突した後、当該亜鉛が上から数えて第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38(
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
40(B)は、図38から図39(A)の間の期間に対応する。
Ga)と衝突すると、当該ガリウムが上から数えて第3層(Ga−Zn−O層)の亜鉛(
Zn)と衝突した後、当該亜鉛が上から数えて第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、InG
aZnO4の結晶を含むターゲットに酸素を衝突させた場合、図38(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。
則は、式(1)及び式(2)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
又は酸素の持つエネルギー(300eV)、mAはアルゴン又は酸素の質量、vAは衝突
前のアルゴン又は酸素の速度、v’Aは衝突後のアルゴン又は酸素の速度、mGa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。
Gaの関係は式(3)のように表すことができる。
た後のガリウムの速度v’Gaは、式(4)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。アルゴン及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32(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41(A)参照)、及びそのターゲット(図41(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(HAADF−
STEM:High−Angle Annular Dark Field Scann
ing 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−2700を用
いる。
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32(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。
本実施の形態においては、酸化物半導体膜の酸素欠損について、以下詳細に説明を行う。
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2に示す。
から、図42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0.46eVのエ
ネルギーが必要であった。
た。なお、数式5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5.52
×100[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1.82×109[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考えられる。
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46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45(A)に示すモデルから図45(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45(B)に示すモデルから図45(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考えられる。
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は安定であると考えられる。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及び酸素サイト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3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7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47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。
できる。
14 窓部
16 基材
17 保護基材
17p 保護層
19 検知回路
51a 作製基板
51b 作製基板
51c 作製基板
53a 剥離層
53b 剥離層
53c 剥離層
55a 絶縁膜
55b 絶縁膜
55c 絶縁膜
56 機能層
57 機能層
58 機能層
59a 接着層
59b 接着層
59c 接着層
59d 接着層
60a 可撓性基板
60b 可撓性基板
100 入力装置
102 トランジスタ
103 トランジスタ
104 トランジスタ
105 容量素子
106 トランジスタ
107 発光素子
108 コンタクト部
109 容量部
139 開口部
140a 開口部
140b 開口部
141 膜
142 酸素
143 不純物元素
145 マスク
201 作製基板
203 剥離層
205 被剥離層
207 接着層
221 作製基板
223 剥離層
225 被剥離層
231 基板
233 接着層
301 絶縁膜
302 基板
303 導電膜
303a 導電膜
303b 導電膜
304 導電膜
304a 導電膜
304b 導電膜
305 絶縁膜
306 導電膜
306a 導電膜
306b 導電膜
307 酸化物半導体層
307a 酸化物半導体層
307b 酸化物半導体層
308 酸化物半導体層
308a 酸化物半導体層
308b 酸化物導電体層
308c 酸化物半導体層
309 酸化物半導体層
309a 酸化物半導体層
309b 酸化物半導体層
310 携帯情報端末
310a 導電膜
310a1 導電膜
310a2 導電膜
310b 導電膜
310b1 導電膜
310b2 導電膜
311 導電膜
311a 導電膜
311b 導電膜
312 絶縁膜
312a 絶縁膜
312b 絶縁膜
313 ヒンジ
314 絶縁膜
315 筐体
316 表示パネル
320 携帯情報端末
322 表示部
325 非表示部
330 携帯情報端末
332a チャネル領域
332b 低抵抗領域
332c 低抵抗領域
333 表示部
335 筐体
336 筐体
337 情報
338 絶縁膜
338a 絶縁膜
338b 絶縁膜
338x 絶縁膜
339 操作ボタン
340 携帯情報端末
342 基板
344 接着層
345 携帯情報端末
346 導電膜
346a 導電膜
346b 導電膜
348 絶縁膜
348a 絶縁膜
348b 絶縁膜
350 導電膜
354 筐体
355 情報
356 情報
357 情報
358 表示部
360 導電膜
361 下部電極
362 開口部
363 光学調整層
365 EL層
367 上部電極
371 絶縁膜
373 絶縁膜
375 スペーサ
392 可撓性基板
392a 可撓性基板
392b 可撓性基板
392c 可撓性基板
394 接着層
394a 接着層
394b 接着層
394c 接着層
396 接着層
398 可撓性基板
500 タッチパネル
501 表示部
502 画素
502B 副画素
502G 副画素
502R 副画素
503g 走査線駆動回路
510 基材
511 配線
519 端子
567p 反射防止層
808 FPC
814 導電膜
825 接続体
825a 接続体
857a 導電膜
857b 導電膜
1100 ペレット
1100a ペレット
1100b ペレット
1101 イオン
1120 基板
1130 ターゲット
5100 ペレット
5120 基板
5161 領域
7100 携帯情報端末
7101 筐体
7102 表示部
7103 バンド
7104 バックル
7105 操作ボタン
7106 入出力端子
7107 アイコン
7200 照明装置
7201 台部
7202 発光部
7203 操作スイッチ
7210 照明装置
7212 発光部
7220 照明装置
7222 発光部
7300 タッチパネル
7301 筐体
7302 表示部
7303 操作ボタン
7304 部材
7305 制御部
7400 携帯電話機
7401 筐体
7402 表示部
7403 操作ボタン
7404 外部接続ポート
7405 スピーカ
7406 マイク
Claims (2)
- トランジスタと、容量素子と、を有し、
前記トランジスタは、酸化物半導体膜にチャネル形成領域を有し、
前記トランジスタのソース電極又はドレイン電極の一方は、金属酸化物膜に電気的に接続され、
前記酸化物半導体膜上に第1の絶縁膜が位置し、
前記第1の絶縁膜上、及び前記金属酸化物膜上に第2の絶縁膜が位置し、
前記金属酸化物膜は、前記第2の絶縁膜と接する領域を有し、
前記第2の絶縁膜上に導電膜が位置し、
前記金属酸化物膜は、前記容量素子の第1の電極としての機能を有し、
前記導電膜は、前記容量素子の第2の電極としての機能を有し、
前記金属酸化物膜は、前記酸化物半導体膜と同じ金属を含むタッチセンサであって、
前記金属酸化物膜と前記導電膜とを用いて位置情報の検出を行う機能を有するタッチセンサ。 - トランジスタと、容量素子と、を有し、
前記トランジスタは、酸化物半導体膜にチャネル形成領域を有し、
前記トランジスタのソース電極又はドレイン電極の一方は、金属酸化物膜に電気的に接続され、
前記酸化物半導体膜上に第1の絶縁膜が位置し、
前記第1の絶縁膜上、及び前記金属酸化物膜上に第2の絶縁膜が位置し、
前記金属酸化物膜は、前記第2の絶縁膜と接する領域を有し、
前記第2の絶縁膜上に導電膜が位置し、
前記金属酸化物膜は、前記容量素子の第1の電極としての機能を有し、
前記導電膜は、前記容量素子の第2の電極としての機能を有し、
前記金属酸化物膜は、前記酸化物半導体膜と同じ金属を含み、かつ、前記チャネル形成領域よりも抵抗率が低いタッチセンサであって、
前記金属酸化物膜と前記導電膜とを用いて位置情報の検出を行う機能を有するタッチセンサ。
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