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Images
Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
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- Electroluminescent Light Sources (AREA)
Abstract
【課題】開口率が高く、且つ電荷容量を増大させることが可能な容量素子を有する半導体装置において、コストを削減することが可能な作製方法を提供する。または、消費電力を低減する可能な半導体装置において、コストを削減することが可能な作製方法を提供する。【解決手段】、多階調フォトマスクを用いた工程により形成されるマスクを用いて、チャネル領域を有する金属酸化物膜と、画素電極として機能する金属酸化物膜と、ソース電極及びドレイン電極とを形成する。さらに、チャネル領域を有する金属酸化物膜上に酸化物絶縁膜を形成し、該酸化物絶縁膜及び画素電極として機能する金属酸化物膜上に窒化物絶縁膜を形成することで、画素電極として機能する金属酸化物膜の導電性を高めることが可能である。【選択図】図3The present invention provides a manufacturing method that can reduce costs in a semiconductor device having a capacitive element that has a high aperture ratio and can increase charge capacity. Alternatively, a manufacturing method is provided that can reduce costs in a semiconductor device that can reduce power consumption. [Solution] A metal oxide film having a channel region, a metal oxide film functioning as a pixel electrode, a source electrode and a drain electrode are formed using a mask formed by a process using a multi-tone photomask. form. Furthermore, an oxide insulating film is formed on the metal oxide film having a channel region, and a nitride insulating film is formed on the oxide insulating film and the metal oxide film that functions as a pixel electrode. It is possible to increase the electrical conductivity of a functioning metal oxide film. [Selection diagram] Figure 3
Description
本発明は、物、方法、または、製造方法に関する。または、本発明は、プロセス、マシ
ン、マニュファクチャ、または、組成物(コンポジション・オブ・マター)に関する。特
に、本発明の一態様は、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。特に、本発明は、例えば、トランジス
タを有する半導体装置の作製方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a product, a method, or a manufacturing method. Alternatively, the invention relates to a process, machine, manufacture, or composition of matter. In particular, one embodiment of the present invention relates to a semiconductor device, a display device, a light emitting device, a power storage device, a memory device, a driving method thereof, or a manufacturing method thereof. In particular, the present invention relates to, for example, a method for manufacturing a semiconductor device having a transistor.
液晶表示装置や発光表示装置に代表されるフラットパネルディスプレイの多くに用いら
れているトランジスタは、ガラス基板上に形成されたアモルファスシリコン、単結晶シリ
コンまたは多結晶シリコンなどのシリコン半導体によって構成されている。また、該シリ
コン半導体を用いたトランジスタは、集積回路(IC)などにも利用されている。
Transistors used in many flat panel displays, such as liquid crystal display devices and light emitting display devices, are made of silicon semiconductors such as amorphous silicon, single crystal silicon, or polycrystalline silicon formed on a glass substrate. . Furthermore, transistors using silicon semiconductors are also used in integrated circuits (ICs) and the like.
近年、シリコン半導体に代わって、半導体特性を示す金属酸化物をトランジスタに用い
る技術が注目されている。なお、本明細書中では、半導体特性を示す金属酸化物を酸化物
半導体とよぶことにする。
2. Description of the Related Art In recent years, a technology that uses metal oxides exhibiting semiconductor properties in transistors instead of silicon semiconductors has been attracting attention. Note that in this specification, a metal oxide exhibiting semiconductor characteristics will be referred to as an oxide semiconductor.
例えば、酸化物半導体として、酸化亜鉛、またはIn-Ga-Zn系酸化物を用いたト
ランジスタを作製し、該トランジスタを表示装置の画素のスイッチング素子などに用いる
技術が開示されている(特許文献1参照)。
For example, a technique has been disclosed in which a transistor is manufactured using zinc oxide or an In-Ga-Zn-based oxide as an oxide semiconductor, and the transistor is used as a switching element of a pixel of a display device, etc. (Patent Document 1) reference).
市場で販売されている表示装置は、画面サイズが対角40インチ以上と大型化する傾向
にあり、さらには、対角120インチ以上の画面サイズも視野に入れた開発が行われてい
る。このため、表示装置に用いられるガラス基板においては、第8世代以上の大面積化が
進んでいる。
Display devices sold on the market tend to have larger screen sizes of 40 inches or more diagonally, and further development is being carried out with a view to screen sizes of 120 inches or more diagonally. For this reason, glass substrates used in display devices are becoming larger in area than eighth-generation devices.
ガラス基板の大面積化に伴い、表示装置の作製工程で使用される露光装置において、使
用されるフォトマスクが大きくなり、フォトマスクの価格が問題となっている。例えば、
第10世代のフォトマスクは1枚1億円以上と高価であるため、フォトマスクの枚数を削
減した作製工程の開発が求められている。
As glass substrates become larger in area, photomasks used in exposure devices used in the manufacturing process of display devices become larger, and the cost of the photomasks becomes a problem. for example,
Since 10th generation photomasks are expensive at over 100 million yen each, there is a need to develop a manufacturing process that reduces the number of photomasks.
一方で、表示装置の一例である液晶表示装置において、容量素子の電荷容量値を大きく
するほど、電界を加えた状況において、液晶素子の液晶分子の配向を一定に保つことがで
きる期間を長くすることができる。静止画を表示させる表示装置において、当該期間を長
くできることは、画像データを書き換える回数を低減することができ、消費電力の低減が
望める。
On the other hand, in a liquid crystal display device, which is an example of a display device, the larger the charge capacitance value of the capacitive element, the longer the period during which the orientation of liquid crystal molecules in the liquid crystal element can be maintained constant when an electric field is applied. be able to. In a display device that displays still images, being able to lengthen the period makes it possible to reduce the number of times image data is rewritten, which can lead to a reduction in power consumption.
そこで、容量素子の電荷容量を大きくするためには、容量素子の占有面積を大きくする
、具体的には一対の電極が重畳している面積を大きくするという手段がある。しかしなが
ら、上記表示装置において、一対の電極が重畳している面積を大きくするために遮光性を
有する導電膜の面積を大きくすると、画素の開口率が低減し、画像の表示品位が低下する
。
Therefore, in order to increase the charge capacity of the capacitive element, there is a method of increasing the area occupied by the capacitive element, specifically, increasing the area where a pair of electrodes overlap. However, in the above display device, if the area of the light-blocking conductive film is increased in order to increase the area where the pair of electrodes overlap, the aperture ratio of the pixel is reduced and the display quality of the image is degraded.
そこで、本発明の一態様は、開口率が高く、且つ電荷容量を増大させることが可能な容
量素子を有する半導体装置において、コストを削減することが可能な作製方法を提供する
ことを課題の一とする。または、本発明の一態様は、消費電力を低減する可能な半導体装
置において、コストを削減することが可能な作製方法を提供することを課題の一とする。
または、本発明の一態様は、新規な半導体装置を提供することを課題の一とする。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一とする。なお、これらの
課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、必ずし
も、これらの課題の全てを解決する必要はない。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。
Therefore, one aspect of the present invention is to provide a manufacturing method that can reduce costs in a semiconductor device that has a capacitive element that has a high aperture ratio and can increase charge capacity. shall be. Alternatively, an object of one embodiment of the present invention is to provide a manufacturing method that can reduce costs in a semiconductor device that can reduce power consumption.
Alternatively, an object of one embodiment of the present invention is to provide a novel semiconductor device. Alternatively, an object of one embodiment of the present invention is to provide a novel display device. Note that the description of these issues does not preclude the existence of other issues. Note that one embodiment of the present invention does not necessarily need to solve all of these problems. Note that issues other than these will naturally become clear from the description, drawings, claims, etc., and it is possible to extract issues other than these from the description, drawings, claims, etc. It is.
本発明の一態様は、多階調フォトマスクを用いた工程により形成されるマスクを用いて
、チャネル領域を有する金属酸化物膜と、画素電極として機能する金属酸化物膜と、ソー
ス電極及びドレイン電極とを形成することを特徴とする。多階調フォトマスクを用いるこ
とで、第1の厚さ及び該第1の厚さより厚い第2の厚さを有する第1の形状のマスクが形
成される。該第1の形状のマスクを用いて、基板上の金属酸化物膜及び導電膜をエッチン
グして、チャネル領域を有する金属酸化物膜及び、画素電極として機能する金属酸化物膜
を形成する。次に、該第1の形状のマスクを加工して第1の厚さの領域のマスクを除去し
、第2の厚さ領域を残存させて、第2の形状のマスクとする。次に、第2の形状のマスク
を用いて、金属酸化物膜上に形成される導電膜をエッチングして、ソース電極及びドレイ
ン電極を形成する。なお、当該工程において、容量線を形成してもよい。さらに、チャネ
ル領域を有する金属酸化物膜上に酸化物絶縁膜を形成し、該酸化物絶縁膜及び画素電極と
して機能する金属酸化物膜上に窒化物絶縁膜を形成することで、画素電極として機能する
金属酸化物膜の導電性を高めることが可能である。
One embodiment of the present invention uses a mask formed by a process using a multi-tone photomask to form a metal oxide film having a channel region, a metal oxide film functioning as a pixel electrode, a source electrode and a drain. It is characterized by forming an electrode. By using a multi-tone photomask, a mask having a first shape having a first thickness and a second thickness thicker than the first thickness is formed. Using the first shape mask, the metal oxide film and the conductive film on the substrate are etched to form a metal oxide film having a channel region and a metal oxide film functioning as a pixel electrode. Next, the first shape mask is processed to remove the mask in the first thickness region and leave the second thickness region to form a second shape mask. Next, using the second shape mask, the conductive film formed on the metal oxide film is etched to form a source electrode and a drain electrode. Note that a capacitor line may be formed in this step. Furthermore, an oxide insulating film is formed on the metal oxide film having a channel region, and a nitride insulating film is formed on the oxide insulating film and the metal oxide film that functions as a pixel electrode. It is possible to increase the electrical conductivity of a functioning metal oxide film.
本発明の一態様は、絶縁表面上にゲート電極及びゲート絶縁膜を形成し、ゲート絶縁膜
上に第1の金属酸化物膜及び第1の導電膜を形成し、第1の導電膜上に、第1の厚さを有
する領域、及び第1の厚さよりも厚い第2の厚さを有する領域を有する第1のマスクと、
第1の厚さと同じ厚さを有する第2のマスクを形成し、第1のマスク及び第2のマスクを
用いて、第1の導電膜及び第1の金属酸化物膜をそれぞれエッチングして、第2の導電膜
及び第3の導電膜、並びに第2の金属酸化物膜及び第3の金属酸化物膜を形成する。次に
、第1のマスクを加工して第3のマスクを形成すると共に、第2のマスクを取り除いた後
、第3のマスクを用いて第2の導電膜をエッチングして、第2の金属酸化物膜上に、ソー
ス電極及びドレイン電極として機能する第4の導電膜及び第5の導電膜を形成すると共に
、第3の導電膜を取り除く。次に、第2の金属酸化物膜、第4の導電膜、及び第5の導電
膜上に第1の絶縁膜を形成し、第1の絶縁膜及び第3の金属酸化物膜上に、第2の絶縁膜
を形成した後、第1の絶縁膜及び第2の絶縁膜の一部をエッチングして、第1の絶縁膜及
び第2の絶縁膜に開口部を形成する。次に、第5の導電膜に接する、画素電極として機能
する第6の導電膜、及び第3の金属酸化物膜に接する、容量線として機能する第7の導電
膜を形成する半導体装置の作製方法である。
In one embodiment of the present invention, a gate electrode and a gate insulating film are formed over an insulating surface, a first metal oxide film and a first conductive film are formed over the gate insulating film, and a first metal oxide film and a first conductive film are formed over the first conductive film. , a first mask having a region having a first thickness and a region having a second thickness thicker than the first thickness;
forming a second mask having the same thickness as the first thickness, etching the first conductive film and the first metal oxide film using the first mask and the second mask, respectively; A second conductive film, a third conductive film, a second metal oxide film, and a third metal oxide film are formed. Next, the first mask is processed to form a third mask, and after removing the second mask, the second conductive film is etched using the third mask to form a second metal. A fourth conductive film and a fifth conductive film functioning as a source electrode and a drain electrode are formed on the oxide film, and the third conductive film is removed. Next, a first insulating film is formed on the second metal oxide film, the fourth conductive film, and the fifth conductive film, and on the first insulating film and the third metal oxide film, After forming the second insulating film, parts of the first insulating film and the second insulating film are etched to form openings in the first insulating film and the second insulating film. Next, a semiconductor device is fabricated in which a sixth conductive film, which is in contact with the fifth conductive film and functions as a pixel electrode, and a seventh conductive film, which is in contact with the third metal oxide film and which functions as a capacitor line, are formed. It's a method.
なお、第1の絶縁膜は、第3の金属酸化物膜上において開口部を有する。 Note that the first insulating film has an opening above the third metal oxide film.
また、第2の金属酸化物膜と、第3の金属酸化物膜とは、水素濃度が異なる。具体的に
は、第3の金属酸化物膜は、第2の金属酸化物膜より水素濃度が高い。
Further, the second metal oxide film and the third metal oxide film have different hydrogen concentrations. Specifically, the third metal oxide film has a higher hydrogen concentration than the second metal oxide film.
また、第3の金属酸化物膜は、導電性を有し、第3の金属酸化物膜、第2の絶縁膜、及
び透光性を有する導電膜で容量素子を構成する。
Further, the third metal oxide film has conductivity, and the third metal oxide film, the second insulating film, and the light-transmitting conductive film constitute a capacitive element.
また、第1の金属酸化物膜、第2の金属酸化物膜、及び第3の金属酸化物膜は、透光性
を有する。また、第1の金属酸化物膜、第2の金属酸化物膜、及び第3の金属酸化物膜は
、In、Ga、及びZnの少なくとも一を有する。また、第1の金属酸化物膜、第2の金
属酸化物膜、及び第3の金属酸化物膜は、同じ金属元素で構成されていることが好ましい
。
Further, the first metal oxide film, the second metal oxide film, and the third metal oxide film have light-transmitting properties. Further, the first metal oxide film, the second metal oxide film, and the third metal oxide film contain at least one of In, Ga, and Zn. Further, it is preferable that the first metal oxide film, the second metal oxide film, and the third metal oxide film are made of the same metal element.
また、第1の絶縁膜は、酸化物絶縁膜を用いて形成する。なお、第1の絶縁膜は、加熱
により酸素の一部が脱離する酸化物絶縁膜を含むことが好ましい。また、第2の絶縁膜は
、窒化物絶縁膜を用いて形成する。
Further, the first insulating film is formed using an oxide insulating film. Note that the first insulating film preferably includes an oxide insulating film from which part of oxygen is released by heating. Further, the second insulating film is formed using a nitride insulating film.
本発明の一態様により、開口率が高く、且つ電荷容量を増大させることが可能な容量素
子を有する半導体装置の作製方法において、コストを削減することができる。消費電力を
低減する可能な半導体装置の作製方法において、コストを削減することができる。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。なお、これらの効果の記載は、
他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、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。
According to one embodiment of the present invention, costs can be reduced in a method for manufacturing a semiconductor device including a capacitor that has a high aperture ratio and can increase charge capacity. A method for manufacturing a semiconductor device that can reduce power consumption can reduce costs. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a novel semiconductor device can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a novel display device can be provided. The description of these effects is as follows:
It does not preclude the existence of other effects. Note that one embodiment of the present invention does not necessarily need to have all of these effects. Note that effects other than these will become obvious from the description, drawings, claims, etc., and effects other than these can be extracted from the description, drawings, claims, etc. It is.
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明
は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及
び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は
、以下に示す実施の形態及び実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。また
、以下に説明する実施の形態及び実施例において、同一部分または同様の機能を有する部
分には、同一の符号または同一のハッチパターンを異なる図面間で共通して用い、その繰
り返しの説明は省略する。
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. However, those skilled in the art will easily understand that the present invention is not limited to the following description, and that the form and details thereof can be changed in various ways without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the contents described in the embodiments and examples shown below. In addition, in the embodiments and examples described below, the same reference numerals or the same hatch patterns are commonly used in different drawings for the same parts or parts having similar functions, and repeated explanations thereof will be omitted. do.
なお、本明細書で説明する各図において、各構成の大きさ、膜の厚さ、または領域は、
明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されな
い。
In each figure described in this specification, the size of each structure, the thickness of the film, or the area is as follows.
May be exaggerated for clarity. Therefore, it is not necessarily limited to that scale.
また、本明細書にて用いる第1、第2、第3などの用語は、構成要素の混同を避けるた
めに付したものであり、数的に限定するものではない。そのため、例えば、「第1の」を
「第2の」または「第3の」などと適宜置き換えて説明することができる。
Furthermore, terms such as first, second, third, etc. used in this specification are used to avoid confusion among the constituent elements, and are not intended to be numerically limited. Therefore, for example, the description can be made by replacing "first" with "second" or "third" as appropriate.
また、「ソース」や「ドレイン」の機能は、回路動作において電流の方向が変化する場
合などには入れ替わることがある。このため、本明細書においては、「ソース」や「ドレ
イン」の用語は、入れ替えて用いることができるものとする。
Further, the functions of "source" and "drain" may be interchanged when the direction of current changes during circuit operation. Therefore, in this specification, the terms "source" and "drain" can be used interchangeably.
また、電圧とは2点間における電位差のことをいい、電位とはある一点における静電場
の中にある単位電荷が持つ静電エネルギー(電気的な位置エネルギー)のことをいう。た
だし、一般的に、ある一点における電位と基準となる電位(例えば接地電位)との電位差
のことを、単に電位もしくは電圧と呼び、電位と電圧が同義語として用いられることが多
い。このため、本明細書では特に指定する場合を除き、電位を電圧と読み替えてもよいし
、電圧を電位と読み替えてもよいこととする。
Further, voltage refers to the potential difference between two points, and potential refers to the electrostatic energy (electrical potential energy) possessed by a unit charge in an electrostatic field at one point. However, in general, a potential difference between a potential at a certain point and a reference potential (for example, ground potential) is simply called a potential or a voltage, and potential and voltage are often used synonymously. Therefore, in this specification, unless otherwise specified, a potential may be read as a voltage, and a voltage may be read as a potential.
本明細書において、フォトリソグラフィ工程を行った後にエッチング工程を行う場合は
、フォトリソグラフィ工程で形成したマスクは除去するものとする。
In this specification, when an etching process is performed after a photolithography process, the mask formed in the photolithography process is removed.
(実施の形態1)
本実施の形態では、開口率が高く、且つ電荷容量を増大させることが可能な容量素子を
有する半導体装置において、コストを削減することが可能な作製方法を提供することを課
題の一とする。または、本発明の一態様は、消費電力を低減する可能な半導体装置におい
て、コストを削減することが可能な作製方法を提供することを課題の一とする。
(Embodiment 1)
An object of this embodiment is to provide a manufacturing method that can reduce costs in a semiconductor device that has a capacitive element that has a high aperture ratio and can increase charge capacity. Alternatively, an object of one embodiment of the present invention is to provide a manufacturing method that can reduce costs in a semiconductor device that can reduce power consumption.
なお、金属酸化物において、半導体特性を有する金属酸化物である酸化物半導体を用い
たトランジスタにおいて、トランジスタの電気特性の不良に繋がる欠陥の一例として酸素
欠損がある。例えば、膜中に酸素欠損が含まれている酸化物半導体膜を用いたトランジス
タは、しきい値電圧がマイナス方向に変動しやすく、ノーマリーオン特性となりやすい。
これは、酸化物半導体膜に含まれる酸素欠損に起因して電荷が生じ、低抵抗化するためで
ある。トランジスタがノーマリーオン特性を有すると、動作時に動作不良が発生しやすく
なる、または非動作時の消費電力が高くなるなどの、様々な問題が生じる。また、経時変
化やストレス試験により、トランジスタの電気特性、代表的にはしきい値電圧の変動量が
増大するという問題がある。
Note that in a transistor using an oxide semiconductor, which is a metal oxide having semiconductor characteristics, oxygen vacancies are an example of defects that lead to poor electrical characteristics of the transistor. For example, in a transistor using an oxide semiconductor film containing oxygen vacancies in the film, the threshold voltage tends to fluctuate in the negative direction, and the transistor tends to have normally-on characteristics.
This is because charges are generated due to oxygen vacancies contained in the oxide semiconductor film, resulting in lower resistance. When a transistor has normally-on characteristics, various problems arise, such as malfunctions being more likely to occur during operation or increased power consumption when not operating. Additionally, there is a problem in that the amount of variation in the electrical characteristics of the transistor, typically the threshold voltage, increases due to changes over time or stress tests.
また、酸素欠損に限らず、絶縁膜の構成元素であるシリコンや炭素等の不純物も、トラ
ンジスタの電気特性の不良の原因となる。このため、該不純物が、酸化物半導体膜に混入
することにより、当該酸化物半導体膜が低抵抗化してしまい、経時変化やストレス試験に
より、トランジスタの電気特性、代表的にはしきい値電圧の変動量が増大するという問題
がある。
Furthermore, not only oxygen vacancies but also impurities such as silicon and carbon, which are constituent elements of the insulating film, cause defects in the electrical characteristics of the transistor. Therefore, when the impurity mixes into the oxide semiconductor film, the resistance of the oxide semiconductor film decreases, and changes over time and stress tests affect the electrical characteristics of the transistor, typically the threshold voltage. There is a problem that the amount of fluctuation increases.
そこで、本実施の形態では、発明が解決しようとする課題の他に、酸化物半導体膜を有
するトランジスタを備える半導体装置において、チャネル領域である酸化物半導体膜への
酸素欠損、及び酸化物半導体膜の不純物濃度を低減することを課題の一とする。
Therefore, in this embodiment, in addition to the problems to be solved by the invention, in a semiconductor device including a transistor including an oxide semiconductor film, oxygen vacancies in the oxide semiconductor film that is a channel region, and One of the challenges is to reduce the impurity concentration of
本実施の形態では、上記課題の一を解決する方法として、半導体装置の作製方法につい
て図面を参照して説明する。本実施の形態では、多階調フォトマスクを用いた工程により
、チャネル領域を有する金属酸化物膜と、ソース電極及びドレイン電極とを形成すること
を特徴とする。
In this embodiment, as a method for solving one of the above problems, a method for manufacturing a semiconductor device will be described with reference to drawings. This embodiment is characterized in that a metal oxide film having a channel region, a source electrode, and a drain electrode are formed by a process using a multi-gradation photomask.
図1(A)に、半導体装置の一例を示す。図1(A)に示す半導体装置は、画素部11
と、走査線駆動回路14と、信号線駆動回路16と、各々が平行または略平行に配設され
、且つ走査線駆動回路14によって電位が制御されるm本の走査線17と、各々が平行ま
たは略平行に配設され、且つ信号線駆動回路16によって電位が制御されるn本の信号線
19と、を有する。さらに、画素部11はマトリクス状に配設された複数の画素13を有
する。また、信号線19に沿って、各々が平行または略平行に配設された容量線15を有
する。なお、容量線15は、走査線17に沿って、各々が平行または略平行に配設されて
いてもよい。また、走査線駆動回路14及び信号線駆動回路16をまとめて駆動回路部と
いう場合がある。
FIG. 1A shows an example of a semiconductor device. In the semiconductor device shown in FIG. 1A, a
, the scanning
各走査線17は、画素部11においてm行n列に配設された画素13のうち、いずれか
の行に配設されたn個の画素13と電気的に接続される。また、各信号線19は、m行n
列に配設された画素13のうち、いずれかの列に配設されたm個の画素13に電気的と接
続される。m、nは、ともに1以上の整数である。また、各容量線15は、m行n列に配
設された画素13のうち、いずれかの行に配設されたn個の画素13と電気的に接続され
る。なお、容量線15が、信号線19に沿って、各々が平行または略平行に配設されてい
る場合は、m行n列に配設された画素13のうち、いずれかの列に配設されたm個の画素
13に電気的と接続される。
Each
Among the
図1(B)、(C)は、図1(A)に示す表示装置の画素13に用いることができる回
路構成の一例を示している。
1B and 1C show an example of a circuit configuration that can be used for the
図1(B)に示す画素13は、液晶素子21と、トランジスタ22と、容量素子25と
、を有する。
The
液晶素子21の一対の電極の一方の電位は、画素13の仕様に応じて適宜設定される。
液晶素子21は、書き込まれるデータにより配向状態が設定される。また、複数の画素1
3のそれぞれが有する液晶素子21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13毎の液晶素子21の一対の電極の一方に異なる電位を
与えてもよい。
The potential of one of the pair of electrodes of the
The alignment state of the
A common potential (common potential) may be applied to one of the pair of electrodes of the
なお、液晶素子21は、液晶の光学的変調作用によって光の透過または非透過を制御す
る素子である。なお、液晶の光学的変調作用は、液晶にかかる電界(横方向の電界、縦方
向の電界又は斜め方向の電界を含む)によって制御される。なお、液晶素子21としては
、ネマチック液晶、コレステリック液晶、スメクチック液晶、サーモトロピック液晶、ラ
イオトロピック液晶、強誘電液晶、反強誘電液晶等が挙げられる。
Note that the
液晶素子21を有する表示装置の駆動方法としては、例えば、TNモード、VAモード
、ASM(Axially Symmetric Aligned Micro-cel
l)モード、OCB(Optically Compensated Birefrin
gence)モード、MVAモード、PVA(Patterned Vertical
Alignment)モード、IPSモード、FFSモード、またはTBA(Trans
verse Bend Alignment)モードなどを用いてもよい。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。
Examples of driving methods for the display device having the
l) Mode, OCB (Optically Compensated Birefring)
mode), MVA mode, PVA (Patterned Vertical) mode, MVA mode, PVA (Patterned Vertical
Alignment) mode, IPS mode, FFS mode, or TBA (Trans
Verse Bend Alignment) mode or the like may also be used. However, the invention is not limited thereto, and various liquid crystal elements and driving methods can be used.
また、ブルー相(Blue Phase)を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物
により液晶素子を構成してもよい。ブルー相を示す液晶は、応答速度が1msec以下と
短く、光学的等方性であるため、配向処理が不要であり、且つ視野角依存性が小さい。
Further, the liquid crystal element may be formed of a liquid crystal composition containing a liquid crystal exhibiting a blue phase and a chiral agent. Liquid crystal exhibiting a blue phase has a short response speed of 1 msec or less and is optically isotropic, so alignment treatment is unnecessary and viewing angle dependence is small.
図1(B)に示す画素13の構成において、トランジスタ22のソース電極及びドレイ
ン電極の一方は、信号線19に電気的に接続され、他方は液晶素子21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22のゲート電極は、走査線17に電気的
に接続される。トランジスタ22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。なお、トランジスタ22は、実施の形
態1乃至実施の形態7のいずれかに示すトランジスタを用いることができる。
In the configuration of the
図1(B)に示す画素13の構成において、容量素子25の一対の電極の一方は、電位
が供給される容量線15に電気的に接続され、他方は、液晶素子21の一対の電極の他方
に電気的に接続される。なお、容量線15の電位の値は、画素13の仕様に応じて適宜設
定される。容量素子25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。
In the configuration of the
例えば、図1(B)の画素13を有する表示装置では、走査線駆動回路14により各行
の画素13を順次選択し、トランジスタ22をオン状態にしてデータ信号のデータを書き
込む。
For example, in the display device having the
データが書き込まれた画素13は、トランジスタ22がオフ状態になることで保持状態
になる。これを行毎に順次行うことにより、画像を表示できる。
The
また、図1(C)に示す画素13は、表示素子のスイッチングを行うトランジスタ33
と、画素の駆動を制御するトランジスタ22と、トランジスタ35と、容量素子25と、
発光素子31と、を有する。
In addition, the
, a
It has a
発光素子31の一例としては、陽極と、陰極と、陽極と陰極との間に挟まれたEL層と
、を有する素子などがある。EL層の一例としては、1重項励起子からの発光(蛍光)が
可能な材料を有する層、3重項励起子からの発光(燐光)が可能な材料を有する層、1重
項励起子からの発光(蛍光)が可能な材料及び3重項励起子からの発光(燐光)が可能な
材料を有する層などがある。
An example of the
トランジスタ33のソース電極及びドレイン電極の一方は、データ信号が与えられる信
号線19に電気的に接続される。さらに、トランジスタ33のゲート電極は、ゲート信号
が与えられる走査線17に電気的に接続される。
One of the source electrode and drain electrode of the
トランジスタ33は、オン状態またはオフ状態になることにより、データ信号のデータ
の書き込みを制御する機能を有する。
The
トランジスタ22のソース電極及びドレイン電極の一方は、アノード線として機能する
配線37と電気的に接続され、トランジスタ22のソース電極及びドレイン電極の他方は
、発光素子31の一方の電極に電気的に接続される。さらに、トランジスタ22のゲート
電極は、トランジスタ33のソース電極及びドレイン電極の他方、及び容量素子25の一
方の電極に電気的に接続される。
One of the source electrode and drain electrode of the
トランジスタ22は、オン状態またはオフ状態になることにより、発光素子31に流れ
る電流を制御する機能を有する。
The
トランジスタ35のソース電極及びドレイン電極の一方はデータの基準電位が与えられ
る配線39と接続され、トランジスタ35のソース電極及びドレイン電極の他方は、発光
素子31の一方の電極、及び容量素子25の他方の電極に電気的に接続される。さらに、
トランジスタ35のゲート電極は、ゲート信号が与えられる走査線17に電気的に接続さ
れる。
One of the source electrode and drain electrode of the
A gate electrode of the
トランジスタ35は、発光素子31に流れる電流を調整する機能を有する。例えば、発
光素子31が劣化等により、発光素子31の内部抵抗が上昇した場合、トランジスタ35
のソース電極及びドレイン電極の一方が接続された配線39に流れる電流をモニタリング
することで、発光素子31に流れる電流を補正することができる。配線39に与えられる
電位としては、例えば、0Vとすることができる。
The
By monitoring the current flowing through the
容量素子25の一対の電極の一方は、トランジスタ33のソース電極及びドレイン電極
の他方、及びトランジスタ22のゲート電極と電気的に接続され、容量素子25の一対の
電極の他方は、トランジスタ35のソース電極及びドレイン電極の他方、及び発光素子3
1の一方の電極に電気的に接続される。
One of the pair of electrodes of the
It is electrically connected to one electrode of 1.
図1(C)に示す画素13の構成において、容量素子25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。
In the configuration of the
発光素子31の一対の電極の一方は、トランジスタ35のソース電極及びドレイン電極
の他方、容量素子25の他方、及びトランジスタ22のソース電極及びドレイン電極の他
方と電気的に接続される。また、発光素子31の一対の電極の他方は、カソードとして機
能する配線41に電気的に接続される。
One of the pair of electrodes of the
発光素子31としては、例えば有機エレクトロルミネセンス素子(有機EL素子ともい
う)などを用いることができる。ただし、発光素子31としては、これに限定されず、無
機材料からなる無機EL素子を用いても良い。
As the
なお、配線37及び配線41の一方には、高電源電位VDDが与えられ、他方には、低
電源電位VSSが与えられる。図1(C)に示す構成においては、配線37に高電源電位
VDDを、配線41に低電源電位VSSを、それぞれ与える構成としている。
Note that a high power supply potential VDD is applied to one of the
図1(C)の画素13を有する表示装置では、走査線駆動回路14により各行の画素1
3を順次選択し、トランジスタ22をオン状態にしてデータ信号のデータを書き込む。
In the display device having the
3 are sequentially selected, the
データが書き込まれた画素13は、トランジスタ22がオフ状態になることで保持状態
になる。さらに、トランジスタ22は、容量素子25と接続しているため、書き込まれた
データを長時間保持することが可能となる。また、トランジスタ33により、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31は、流れる電流量に応じた
輝度で発光する。これを行毎に順次行うことにより、画像を表示できる。
The
なお、本明細書等において、表示素子、表示素子を有する装置である表示装置、発光素
子、及び発光素子を有する装置である発光装置は、様々な形態を用いること、または様々
な素子を有することができる。表示素子、表示装置、発光素子または発光装置の一例とし
ては、EL(エレクトロルミネッセンス)素子(有機物及び無機物を含むEL素子、有機
EL素子、無機EL素子)、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、デジタルマイクロミラーデバイス(D
MD)、DMS(デジタル・マイクロ・シャッター)、など、電気磁気的作用により、コ
ントラスト、輝度、反射率、透過率などが変化する表示媒体を有するものがある。EL素
子を用いた表示装置の一例としては、ELディスプレイなどがある。電子放出素子を用い
た表示装置の一例としては、フィールドエミッションディスプレイ(FED)またはSE
D方式平面型ディスプレイ(SED:Surface-conduction Elec
tron-emitter Display)などがある。液晶素子を用いた表示装置の
一例としては、液晶ディスプレイ(透過型液晶ディスプレイ、半透過型液晶ディスプレイ
、反射型液晶ディスプレイ、直視型液晶ディスプレイ、投射型液晶ディスプレイ)などが
ある。電子インクまたは電気泳動素子を用いた表示装置の一例としては、電子ペーパなど
がある。
Note that in this specification and the like, a display element, a display device that is a device that includes a display element, a light-emitting element, and a light-emitting device that is a device that includes a light-emitting element may have various forms or have various elements. Can be done. Examples of display elements, display devices, light-emitting elements, or light-emitting devices include EL (electroluminescence) elements (EL elements containing organic and inorganic substances, organic EL elements, and inorganic EL elements), and transistors (transistors that emit light in response to current). , electron-emitting device, liquid crystal device, electronic ink, electrophoretic device, digital micromirror device (D
There are display media such as MD) and DMS (digital micro shutter) that have display media whose contrast, brightness, reflectance, transmittance, etc. change due to electromagnetic action. An example of a display device using an EL element is an EL display. An example of a display device using an electron-emitting device is a field emission display (FED) or SE.
D type flat display (SED: Surface-conduction Elec)
tron-emitter display). Examples of display devices using liquid crystal elements include liquid crystal displays (transmissive liquid crystal displays, transflective liquid crystal displays, reflective liquid crystal displays, direct-view liquid crystal displays, and projection liquid crystal displays). An example of a display device using electronic ink or an electrophoretic element is electronic paper.
次いで、画素13に液晶素子を用いた液晶表示装置の素子基板の具体的な例について説
明する。ここでは、図1(B)に示す画素13の上面図を図2に示す。
Next, a specific example of an element substrate of a liquid crystal display device using a liquid crystal element for the
図2において、走査線として機能する導電膜103は、信号線に略直交する方向(図中
左右方向)に延伸して設けられている。信号線として機能する導電膜114は、走査線に
略直交する方向(図中上下方向)に延伸して設けられている。容量線として機能する導電
膜116は、信号線と平行方向に延伸して設けられている。なお、導電膜116は、画素
ごとに分離されている。このため、導電膜124が隣接する画素の導電膜116と接続す
ることで、隣接する画素の導電膜116は電気的に接続されている。なお、走査線として
機能する導電膜103は、走査線駆動回路14(図1(A)を参照。)と電気的に接続さ
れており、信号線として機能する導電膜114と、容量線として機能する導電膜116及
び導電膜124は、信号線駆動回路16(図1(A)を参照。)に電気的に接続されてい
る。
In FIG. 2, the
トランジスタ22は、走査線及び信号線が交差する領域に設けられている。トランジス
タ22は、ゲート電極として機能する導電膜103、ゲート絶縁膜(図2に図示せず。)
、ゲート絶縁膜上に形成されたチャネル領域が形成される金属酸化物膜109a、ソース
電極及びドレイン電極として機能する導電膜114、115により構成される。なお、導
電膜103は、走査線としても機能し、金属酸化物膜109aと重畳する領域がトランジ
スタ22のゲート電極として機能する。また、導電膜114は、信号線としても機能し、
金属酸化物膜109aと重畳する領域がトランジスタ22のソース電極またはドレイン電
極として機能する。
The
, a
A region overlapping with the
本実施の形態において、平面形状において、導電膜114、115の端部の外側に金属
酸化物膜109aの端部が位置することを特徴とする。また、容量線として機能する導電
膜116の端部の外側に金属酸化物膜109cの端部が位置することを特徴とする。
This embodiment is characterized in that the end of the
金属酸化物膜109aは半導体特性を有する金属酸化物を用いて形成されているため、
導電膜114及び導電膜115の間の金属酸化物膜109aにおいて、チャネル領域が形
成される。
Since the
A channel region is formed in the
また、導電膜115は、画素電極として機能する透光性を有する導電膜123と電気的
に接続されている。
Furthermore, the
金属酸化物膜109cは、金属酸化物膜109aと同時に形成された膜であり、且つプ
ラズマダメージ等により酸素欠損が形成され、導電性が高められた膜である。または、金
属酸化物膜109cは、金属酸化物膜109aと同時に形成された膜であり、且つ不純物
を含むことにより導電性が高められた膜である。または、金属酸化物膜109cは、金属
酸化物膜109aと同時に形成された膜であり、且つ不純物を含むと共に、プラズマダメ
ージ等により酸素欠損が形成され、導電性が高められた膜である。
The
容量素子25は、ゲート絶縁膜上に形成される金属酸化物膜109cと、画素電極とし
て機能する透光性を有する導電膜123と、トランジスタ22上に設けられる窒化物絶縁
膜で形成される誘電体膜とで構成されている。金属酸化物膜109cは透光性を有するた
め、容量素子25は透光性を有する。また、容量素子25一対の電極の一方として機能す
る金属酸化物膜109cが、容量線として機能する導電膜116と接続されている。
The
このように容量素子25は透光性を有するため、画素13内に容量素子25を大きく(
大面積に)形成することができる。従って、開口率を高めつつ、50%以上、好ましくは
55%以上、好ましくは60%以上とすることが可能であると共に、電荷容量を増大させ
た半導体装置を得ることができる。例えば、解像度の高い半導体装置、例えば液晶表示装
置においては、画素の面積が小さくなり、容量素子の面積も小さくなる。このため、解像
度の高い半導体装置において、容量素子に蓄積される電荷容量が小さくなる。しかしなが
ら、本実施の形態に示す容量素子25は透光性を有するため、当該容量素子を画素に設け
ることで、各画素において十分な電荷容量を得つつ、開口率を高めることができる。代表
的には、画素密度が200ppi以上、さらには300ppi以上、さらには500pp
i以上である高解像度の半導体装置に好適に用いることができる。
In this way, since the
can be formed over a large area). Therefore, it is possible to increase the aperture ratio to 50% or more, preferably 55% or more, preferably 60% or more, and it is also possible to obtain a semiconductor device with increased charge capacity. For example, in a semiconductor device with high resolution, such as a liquid crystal display device, the area of a pixel becomes small, and the area of a capacitive element also becomes small. Therefore, in a semiconductor device with high resolution, the charge capacity accumulated in the capacitive element becomes small. However, since the
It can be suitably used for a semiconductor device with a high resolution of i or more.
また、図2に示す画素13は、走査線として機能する導電膜103と平行な辺と比較し
て、信号線として機能する導電膜114と平行な辺の方が短い形状であり、且つ容量線と
して機能する導電膜116、及び隣接する画素に形成される導電膜116を電気的に接続
する導電膜124が、信号線として機能する導電膜114と平行な方向に延伸して設けら
れている。この結果、画素13に占める導電膜114、116の面積を低減することが可
能であるため、開口率を高めることができる。
Furthermore, the
また、本発明の一態様は、高解像度の表示装置においても、開口率を高めることができ
るため、バックライトなどの光源の光を効率よく利用することができ、表示装置の消費電
力を低減することができる。
Further, one embodiment of the present invention can increase the aperture ratio even in a high-resolution display device, so light from a light source such as a backlight can be used efficiently, reducing power consumption of the display device. be able to.
次に、図2に示す一点破線A-Bの断面図、一点破線C-Dの断面図を用いて、表示装
置の素子基板の作製方法について、説明する。
Next, a method for manufacturing an element substrate of a display device will be described using a cross-sectional view taken along a dotted line AB and a cross-sectional view taken along a dotted line CD shown in FIG.
図3(A)に示すように、基板101上に導電膜102を形成する。次に、第1のフォ
トマスクを用いたフォトリソグラフィ工程により、導電膜102上にマスク131を形成
する。
As shown in FIG. 3A, a
基板101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101として用いてもよい。また、シリコンや炭化シリコンなど
を用いて形成される単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウム等の化
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101として用いてもよい。なお、基板101として、ガラ
ス基板を用いる場合、第6世代(1500mm×1850mm)、第7世代(1870m
m×2200mm)、第8世代(2200mm×2400mm)、第9世代(2400m
m×2800mm)、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。
There are no major restrictions on the material of the
m x 2200mm), 8th generation (2200mm x 2400mm), 9th generation (2400m
By using a large-area substrate such as a 10th generation (2950 mm x 3400 mm) or the like (2950 mm x 3400 mm), a large display device can be manufactured.
また、基板101として、可撓性基板を用い、可撓性基板上に直接、導電膜102を形
成してもよい。または、基板101と導電膜102の間に剥離層を設け、剥離層上にトラ
ンジスタを有する素子部を作製した後、剥離層において基板101から素子部を剥離し、
別の基板に転載してもよい。この結果、耐熱性の低い基板や可撓性を有する基板上に素子
部を設けることができる。
Alternatively, a flexible substrate may be used as the
It may be transferred to another board. As a result, the element portion can be provided on a substrate with low heat resistance or flexibility.
導電膜102は、のちにゲート電極として機能する導電膜103となる。このため、導
電膜102は、ゲート電極として用いることが可能な導電材料を適宜用いる。導電膜10
2は、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、タングステンから選
ばれた金属元素、または上述した金属元素を成分とする合金か、上述した金属元素を組み
合わせた合金等を用いて形成することができる。また、マンガン、ジルコニウムのいずれ
か一または複数から選択された金属元素を用いてもよい。また、導電膜102は、単層構
造でも、二層以上の積層構造としてもよい。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単
層構造、チタン膜上にアルミニウム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等がある。また、アルミニウムに、チタン、タンタル
、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた元素の一ま
たは複数を組み合わせた合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。
The
2 is formed using a metal element selected from aluminum, chromium, copper, tantalum, titanium, molybdenum, and tungsten, an alloy containing the above-mentioned metal elements, or an alloy that is a combination of the above-mentioned metal elements. Can be done. Further, a metal element selected from one or more of manganese and zirconium may be used. Further, the
また、導電膜102は、インジウム錫酸化物膜、酸化タングステンを含むインジウム酸
化物膜、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物膜、酸化チタンを含むインジウム
酸化物膜、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物膜、インジウム亜鉛酸化物膜、酸化シリ
コンを添加したインジウム錫酸化物膜等の透光性を有する導電性材料で形成される膜を適
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で形成される膜と、上記金属
元素で形成される膜の積層構造とすることもできる。
Further, the
ここでは、導電膜102として、厚さ100nmのタングステン膜をスパッタリング法
により形成する。次に、フォトリソグラフィ工程によりマスクを形成する。
Here, a tungsten film with a thickness of 100 nm is formed as the
次に、マスク131を用いて導電膜102の一部をエッチングして、ゲート電極として
機能する導電膜103を形成する。ドライエッチング法または/及びウェットエッチング
法を用いて、導電膜102をエッチングすることができる。こののち、マスク131を除
去する(図3(B)を参照。)。
Next, a portion of the
ここでは、マスクを用いて、導電膜102として形成したタングステン膜をドライエッ
チングして、ゲート電極として機能する導電膜103を形成する。
Here, the tungsten film formed as the
次に、図3(C)に示すように、絶縁膜105、絶縁膜106、金属酸化物膜108、
導電膜110を順に形成する。次に、第2のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ工
程により、導電膜110上にマスク133、134を形成する。ここでは、第2のフォト
マスクとして、多諧調マスクを用いることを特徴とする。
Next, as shown in FIG. 3(C), an insulating
A
多階調フォトマスクとは、多段階の光量で露光を行うことが可能なマスクであり、代表
的には、グレートーンマスク、ハーフトーンマスク等がある。グレートーンマスクは、透
光性を有する基板上に、遮光部及び回折格子が形成される。回折格子はスリット、ドット
、メッシュ等の光透過領域の間隔が、露光に用いる光の解像度限界以下の間隔であり、当
該構成により、光の透過率を制御する。ハーフトーンマスクは、透光性を有する基板上に
、遮光部及び半透過部が形成される。半透過部により露光に用いる光の透過率を制御する
。
A multi-tone photomask is a mask that can perform exposure at multiple levels of light intensity, and typically includes a gray-tone mask, a half-tone mask, and the like. In the gray tone mask, a light shielding portion and a diffraction grating are formed on a transparent substrate. In the diffraction grating, the intervals between light transmitting regions such as slits, dots, meshes, etc. are equal to or less than the resolution limit of light used for exposure, and the light transmittance is controlled by this configuration. A halftone mask has a light-shielding part and a semi-transparent part formed on a light-transmitting substrate. The transmissivity of light used for exposure is controlled by the semi-transmissive part.
多諧調マスクを用いることで、露光領域、半露光領域、及び未露光領域の3段階の光量
で露光を行うことができる。この結果、多階調フォトマスクを用いることで、一度の露光
及び現像工程によって、複数(代表的には二種類)の厚さを有するレジストマスクを形成
することが可能であり、フォトマスクの枚数を削減することができる。ここでは、金属酸
化物膜及び導電膜114、115、116の形成工程において、多階調フォトマスクを用
いることで、フォトマスクを1枚削減することができる。
By using a multi-tone mask, exposure can be performed at three levels of light intensity: an exposed area, a semi-exposed area, and an unexposed area. As a result, by using a multi-tone photomask, it is possible to form resist masks with multiple (typically two) thicknesses in a single exposure and development process, and the number of photomasks can be reduced. can be reduced. Here, by using a multi-tone photomask in the process of forming the metal oxide film and the
絶縁膜105及び絶縁膜106は、のちに、ゲート絶縁膜となる。また、絶縁膜105
は、基板101及びゲート電極として機能する導電膜103から金属酸化物膜108に不
純物が拡散するのを防ぐため、窒化物絶縁膜を用いて形成することが好ましい。また、絶
縁膜106は、金属酸化物膜108と接する。絶縁膜106及び金属酸化物膜108の界
面準位を低減するため、絶縁膜106は酸化物絶縁膜を用いて形成することが好ましい。
The insulating
is preferably formed using a nitride insulating film in order to prevent impurities from diffusing into the
絶縁膜105は、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化アルミニウム、窒化酸化アル
ミニウムなどを用いて形成すればよく、積層または単層で設ける。
The insulating
絶縁膜106は、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウ
ム、酸化ガリウムまたはGa-Zn系金属酸化物などを用いて形成すればよく、積層また
は単層で設ける。
The insulating
また、絶縁膜106として、ハフニウムシリケート(HfSiOx)、窒素が添加され
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
料を用いて形成することでトランジスタのゲートリークを低減できる。
Further, as the insulating
絶縁膜105及び絶縁膜106の合計の厚さは、5nm以上400nm以下、より好ま
しくは10nm以上300nm以下、より好ましくは50nm以上250nm以下とする
とよい。
The total thickness of the insulating
絶縁膜105及び絶縁膜106は、CVD法、スパッタリング法、蒸着法、塗布法等を
適宜用いることができる。
The insulating
窒化物絶縁膜で形成される絶縁膜105をゲート絶縁膜の一部として設けることで、ゲ
ート電極として機能する導電膜103からの不純物、代表的には、水素、窒素、アルカリ
金属、またはアルカリ土類金属等が、金属酸化物膜109aに移動することを防ぐことが
できる。
By providing the insulating
また、ゲート絶縁膜として、金属酸化物膜109a側に酸化物絶縁膜で形成される絶縁
膜106を設けることで、ゲート絶縁膜及び金属酸化物膜109a界面における欠陥準位
を低減することが可能である。この結果、電気特性の劣化の少ないトランジスタを得るこ
とができる。
Furthermore, by providing the insulating
金属酸化物膜108は、代表的には、In-Ga酸化物膜、In-Zn酸化物膜、In
-M-Zn酸化物膜(Mは、Al、Ga、Ti、Y、Zr、La、Ce、またはNd)等
の金属酸化物膜がある。なお、該金属酸化物膜は半導体特性を有するため、酸化物半導体
ということもできる。
The
There are metal oxide films such as -M-Zn oxide films (M is Al, Ga, Ti, Y, Zr, La, Ce, or Nd). Note that since the metal oxide film has semiconductor characteristics, it can also be called an oxide semiconductor.
なお、金属酸化物膜108がIn-M-Zn酸化物膜であるとき、InおよびMの和を
100atomic%としたとき、InとMの原子数比率は、好ましくは、InとMの原
子数比率は好ましくはInが25atomic%より大きく、Mが75atomic%未
満、さらに好ましくはInが34atomic%より大きく、Mが66atomic%未
満とする。
Note that when the
金属酸化物膜108のエネルギーギャップは、2eV以上、好ましくは2.5eV以上
、より好ましくは3eV以上である。このように、エネルギーギャップの広い金属酸化物
を用いて形成することで、後に形成するトランジスタのオフ電流を低減することができる
。
The energy gap of the
金属酸化物膜108としては、キャリア密度の低い金属酸化物膜を用いる。例えば、金
属酸化物膜108は、キャリア密度が1×1017個/cm3以下、好ましくは1×10
15個/cm3以下、さらに好ましくは1×1013個/cm3以下、より好ましくは1
×1011個/cm3以下の金属酸化物膜を用いる。
As the
15 pieces/cm 3 or less, more preferably 1×10 13 pieces/cm 3 or less, more preferably 1
A metal oxide film with a density of ×10 11 pieces/cm 3 or less is used.
金属酸化物膜108の厚さは、3nm以上200nm以下、好ましくは3nm以上10
0nm以下、さらに好ましくは3nm以上50nm以下とする。
The thickness of the
0 nm or less, more preferably 3 nm or more and 50 nm or less.
金属酸化物膜108は、スパッタリング法、塗布法、パルスレーザー蒸着法、レーザー
アブレーション法等を用いて形成することができる。
The
スパッタリング法で金属酸化物膜108を形成する場合、プラズマを発生させるための
電源装置は、RF電源装置、AC電源装置、DC電源装置等を適宜用いることができる。
When forming the
スパッタリングガスは、希ガス(代表的にはアルゴン)雰囲気、酸素雰囲気、希ガス及
び酸素の混合ガスを適宜用いる。なお、希ガス及び酸素の混合ガスの場合、希ガスに対し
て酸素のガス比を高めることが好ましい。
As the sputtering gas, a rare gas (typically argon) atmosphere, an oxygen atmosphere, or a mixed gas of a rare gas and oxygen is appropriately used. Note that in the case of a mixed gas of a rare gas and oxygen, it is preferable to increase the gas ratio of oxygen to the rare gas.
金属酸化物膜108がIn-M-Zn酸化物膜(Mは、Al、Ti、Ga、Y、Zr、
La、Ce、NdまたはHf)の場合、In-M-Zn酸化物膜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、金属元素の原子数比をIn:M:Z
n=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、金属酸化物膜108として後述す
るCAAC-OS(C Axis Aligned Crystalline Oxid
e Semiconductor)膜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、In:M:Zn=1:1:1、In:M:Zn=3:1:2、
In:M:Zn=5:5:6等がある。なお、成膜される金属酸化物膜108の原子数比
はそれぞれ、誤差として上記の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。
The
La, Ce, Nd or Hf), the atomic ratio of the metal elements in the sputtering target used to form the In-M-Zn oxide film is In:M:Z.
When n=x 1 :y 1 :z 1 , x 1 /y 1 is 1/3 or more and 6 or less, furthermore, 1 or more and 6 or less, and z 1 /y 1 is 1/3 or more and 6 or less. , and more preferably 1 or more and 6 or less. Note that by setting z 1 /y 1 to 1 or more and 6 or less, CAAC-OS (C Axis Aligned Crystalline Oxid
e Semiconductor) film is more likely to be formed. Typical examples of the atomic ratio of the metal elements in the target are In:M:Zn=1:1:1, In:M:Zn=3:1:2,
In:M:Zn=5:5:6, etc. Note that each of the atomic ratios of the
高純度である金属酸化物膜108を得るためには、チャンバー内を高真空排気するのみ
ならずスパッタガスの高純度化も必要である。スパッタガスとして用いる酸素ガスやアル
ゴンガスは、露点が-40℃以下、好ましくは-80℃以下、より好ましくは-100℃
以下、より好ましくは-120℃以下にまで高純度化したガスを用いることで金属酸化物
膜に水分等が取り込まれることを可能な限り防ぐことができる。
In order to obtain a highly pure
Hereinafter, it is possible to prevent moisture and the like from being taken into the metal oxide film as much as possible by using a gas highly purified to −120° C. or lower.
導電膜110は、後に一対の電極として機能する導電膜114、115、容量線として
機能する導電膜116となる。このため、導電膜110は、電極として用いることが可能
な導電材料を適宜用いる。導電膜110は、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、
銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタル、またはタングステンから
なる単体金属、またはこれを主成分とする合金を単層構造または積層構造として用いる。
例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、チタン膜上にアルミニウム膜を積層
する二層構造、タングステン膜上にアルミニウム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、チタン膜上に銅膜を積層する二層
構造、タングステン膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜または窒化チタン膜と、そ
のチタン膜または窒化チタン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにそ
の上にチタン膜または窒化チタン膜を形成する三層構造、モリブデン膜または窒化モリブ
デン膜と、そのモリブデン膜または窒化モリブデン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅
膜を積層し、さらにその上にモリブデン膜または窒化モリブデン膜を形成する三層構造等
がある。なお、酸化インジウム、酸化錫または酸化亜鉛を含む透明導電材料を用いて形成
してもよい。
The
A single metal such as copper, yttrium, zirconium, molybdenum, silver, tantalum, or tungsten, or an alloy mainly composed of these metals is used in a single layer structure or a laminated structure.
For example, a single layer structure of an aluminum film containing silicon, a two-layer structure in which an aluminum film is stacked on a titanium film, a two-layer structure in which an aluminum film is stacked on a tungsten film, and a copper film on a copper-magnesium-aluminum alloy film. A two-layer structure in which a copper film is laminated on a titanium film, a two-layer structure in which a copper film is laminated on a tungsten film, a titanium film or titanium nitride film, and a titanium film or titanium nitride film stacked on top of the titanium film or titanium nitride film. A three-layer structure in which an aluminum film or a copper film is laminated, and then a titanium film or a titanium nitride film is formed on top of the aluminum film or a titanium nitride film. There is a three-layer structure in which films are stacked and a molybdenum film or molybdenum nitride film is further formed on top of the stacked films. Note that it may be formed using a transparent conductive material containing indium oxide, tin oxide, or zinc oxide.
導電膜110は、スパッタリング法、CVD法、蒸着法等を用いて形成する。
The
ここでは、絶縁膜105として、CVD法により、厚さ400nmの窒化シリコン膜を
形成する。また、絶縁膜106として、CVD法により、厚さ50nmの酸化窒化シリコ
ン膜を形成する。また、金属酸化物膜108として、In-Ga-Zn酸化物ターゲット
(In:Ga:Zn=1:1:1)を用いたスパッタリング法により、厚さ35nmのI
n-Ga-Zn酸化物膜を形成する。また、導電膜110として、スパッタリング法によ
り厚さ50nmのタングステン膜及び厚さ300nmの銅膜を形成する。
Here, as the insulating
An n-Ga-Zn oxide film is formed. Further, as the
次に、マスク133、134を用いて、導電膜110の一部をエッチングして、導電膜
111、113を形成する。ドライエッチング法または/及びウェットエッチング法を用
いて、導電膜110をエッチングすることができる。次に、マスク133、134を用い
て、金属酸化物膜108の一部をエッチングして、金属酸化物膜109a、109bを形
成する。ドライエッチング法または/及びウェットエッチング法を用いて、金属酸化物膜
108をエッチングすることができる。
Next, using the
ここでは、ドライエッチング法により、導電膜110及び金属酸化物膜108のそれぞ
れ一部をエッチングする。
Here, a portion of each of the
次に、マスク133、134を加工する。ここでは、マスク133の大きさが小さくな
ると共に、マスク134を除去するように加工する。ここでは、酸素を有する雰囲気で発
生させたプラズマにマスク133、134を曝すプラズマ処理により、マスク133、1
34を加工する。酸素を有する雰囲気としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化窒
素等の酸化性気体を有する雰囲気がある。なお、基板101側にバイアスを印加した状態
で発生したプラズマにマスク133、134を曝してもよい。このようなプラズマ処理を
行う装置の一例として、アッシング装置がある。
Next, the
Process 34. Examples of atmospheres containing oxygen include atmospheres containing oxidizing gases such as oxygen, ozone, dinitrogen monoxide, and nitrogen dioxide. Note that the
この結果、図3(D)に示すように、マスク133が後退されたマスク135、136
を形成することができる。また、マスク134が後退されたマスク137を形成すること
ができる。なお、図3(D)において、破線はそれぞれ図3(C)に示すマスク133、
134に相当する。
As a result, as shown in FIG. 3(D), the
can be formed. Furthermore, a
It corresponds to 134.
次に、マスク135、136、137を用いて、導電膜111、113のそれぞれ一部
をエッチングして、導電膜114、115、116を形成すると共に、金属酸化物膜10
9a、109bのそれぞれ一部を露出させる。ドライエッチング法または/及びウェット
エッチング法を用いて、導電膜111、112、113をエッチングすることができる。
なお、導電膜111、113をエッチングし、金属酸化物膜109a、109bをエッチ
ングしない、または導電膜111、113より金属酸化物膜109a、109bのエッチ
ングレートが小さい条件を用いることが好ましい。
Next, using
A portion of each of 9a and 109b is exposed. The
Note that it is preferable to use conditions in which the
ここでは、ドライエッチング法により、導電膜111、113の一部をエッチングする
。
Here, part of the
この結果、図3(E)に示すように、トランジスタの一対の電極として機能する導電膜
114、115と、容量線として機能する導電膜116を形成することができる。また、
金属酸化物膜109a、109bのそれぞれ一部が露出する。
As a result, as shown in FIG. 3E,
Parts of each of
以上の工程により、一つのフォトマスクで、トランジスタのチャネル領域を含む金属酸
化物膜109aと、トランジスタの一対の電極として機能する導電膜114、115と、
のちに容量素子の一方の電極となる金属酸化物膜109bと、容量線として機能する導電
膜116とを形成することができる。
Through the above steps, with one photomask, the
A
なお、トランジスタの一対の電極として機能する導電膜114、115を形成するため
のエッチング工程において、金属酸化物膜109a、109bのプラズマに曝された領域
はダメージを受け、酸素欠損が形成される。このため、金属酸化物膜109a及び金属酸
化物膜109bにおいて露出している領域の導電性が高まる。
Note that in the etching process for forming the
次に、加熱処理を行うことが好ましい。該加熱処理の温度は、代表的には、150℃以
上基板歪み点未満、好ましくは300℃以上500℃以下、好ましくは320℃以上47
0℃以下とする。
Next, it is preferable to perform heat treatment. The temperature of the heat treatment is typically 150°C or higher and lower than the substrate strain point, preferably 300°C or higher and 500°C or lower, preferably 320°C or higher and 47°C or higher.
The temperature shall be below 0℃.
該加熱処理は、電気炉、RTA装置等を用いることができる。RTA装置を用いること
で、短時間に限り、基板の歪み点以上の温度で熱処理を行うことができる。そのため加熱
処理時間を短縮することができる。
For the heat treatment, an electric furnace, an RTA device, etc. can be used. By using an RTA apparatus, heat treatment can be performed at a temperature equal to or higher than the strain point of the substrate for only a short time. Therefore, the heat treatment time can be shortened.
加熱処理は、窒素、酸素、超乾燥空気(水の含有量が20ppm以下、好ましくは1p
pm以下、好ましくは10ppb以下の空気)、または希ガス(アルゴン、ヘリウム等)
の雰囲気下で行えばよい。なお、上記窒素、酸素、超乾燥空気、または希ガスに水素、水
等が含まれないことが好ましい。
The heat treatment is carried out using nitrogen, oxygen, ultra-dry air (water content is 20 ppm or less, preferably 1 p).
pm or less, preferably 10 ppb or less), or rare gas (argon, helium, etc.)
This can be done in an atmosphere of Note that it is preferable that the nitrogen, oxygen, ultra-dry air, or rare gas does not contain hydrogen, water, or the like.
ここでは、窒素雰囲気で、450℃、1時間の加熱処理を行った後、窒素及び酸素雰囲
気で、450℃、1時間の加熱処理を行う。
Here, heat treatment is performed at 450° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere, and then heat treatment is performed at 450° C. for 1 hour in a nitrogen and oxygen atmosphere.
また、導電膜114、115、116において、金属酸化物膜109a、109bと接
する領域に、タングステン、チタン、アルミニウム、銅、モリブデン、クロム、またはタ
ンタル単体若しくは合金等の酸素と結合しやすい導電材料を用いることで、金属酸化物膜
109a、109b中の酸素が酸素と結合しやすい導電材料に引き抜かれる。また、金属
酸化物膜109a、109bにタングステン、チタン、アルミニウム、銅、モリブデン、
クロム、またはタンタル単体の若しくは合金の構成元素の一部が混入する場合もある。こ
れらの結果、金属酸化物膜109a、109bにおいて、導電膜114、115,116
と接する領域近傍に、低抵抗領域が形成される。低抵抗領域は、導電性が高いため、金属
酸化物膜109aと、導電膜114、115との接触抵抗を低減することが可能であり、
トランジスタのオン電流を増大させることが可能である。また、金属酸化物膜109bと
、導電膜116との接触抵抗を低減することが可能であり、信号線及び容量線の抵抗を低
減することができる。
Further, in the
Chromium or tantalum alone or a part of an alloy constituent element may be mixed in. As a result, in the
A low resistance region is formed near the region in contact with. Since the low resistance region has high conductivity, it is possible to reduce the contact resistance between the
It is possible to increase the on-state current of a transistor. Further, the contact resistance between the
次に、図4(A)に示すように、絶縁膜118を形成する。次に、第3のフォトマスク
を用いたフォトリソグラフィ工程により、絶縁膜118上にマスク138を形成する。
Next, as shown in FIG. 4A, an insulating
絶縁膜118は、金属酸化物膜108との界面における界面準位を低減するため、酸化
物絶縁膜を用いて形成することが好ましい。絶縁膜118は、代表的には、酸化シリコン
、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ガリウムまたはGa-Z
n系金属酸化物などを用いて形成すればよく、積層または単層で設ける。
The insulating
It may be formed using an n-based metal oxide or the like, and may be provided as a laminated layer or a single layer.
また、絶縁膜118の一部または全部として、化学量論的組成を満たす酸素よりも多く
の酸素を含む酸化物絶縁膜を用いて形成することが好ましい。化学量論的組成を満たす酸
素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜は、加熱により酸素の一部が脱離する。化学量論
的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜は、TDS分析にて、酸素原子
に換算しての酸素の脱離量が1.0×1018atoms/cm3以上、好ましくは3.
0×1020atoms/cm3以上である酸化物絶縁膜である。
Further, it is preferable that part or all of the insulating
The oxide insulating film has a density of 0×10 20 atoms/cm 3 or more.
また、絶縁膜118は、欠陥量が少ないことが好ましく、代表的には、ESR測定によ
り、シリコンのダングリングボンドに由来するg=2.001に現れる信号のスピン密度
が1.5×1018spins/cm3未満、更には1×1018spins/cm3以
下、1×1017spins/cm3以下、さらには検出下限以下であることが好ましい
。
Further, it is preferable that the insulating
絶縁膜118の厚さは、30nm以上500nm以下、好ましくは50nm以上400
nm以下とする。
The thickness of the insulating
It should be less than nm.
絶縁膜118として、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁
膜を用いて形成することで、加熱処理により、絶縁膜118から脱離する酸素を、金属酸
化物膜109aに移動させることができる。この結果、金属酸化物膜109aに含まれる
酸素欠損を低減することができる。
By forming the insulating
絶縁膜118は、スパッタリング法、CVD法等を用いて形成することができる。
The insulating
CVD法を用いて絶縁膜118を形成する場合、原料ガスとしては、シリコンを含む堆
積性気体及び酸化性気体を用いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例と
しては、シラン、ジシラン、トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、
酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化窒素等がある。
When forming the insulating
Oxygen, ozone, dinitrogen monoxide, nitrogen dioxide, etc.
絶縁膜118として化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜
を用いて形成する場合は、プラズマCVD装置の真空排気された処理室内に載置された基
板を180℃以上280℃以下、さらに好ましくは200℃以上240℃以下に保持し、
処理室に原料ガスを導入して処理室内における圧力を20Pa以上250Pa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0.35W/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ことができる。
When forming the insulating
Introducing raw material gas into the processing chamber and setting the pressure in the processing chamber to 20 Pa or more and 250 Pa or less,
Silicon oxide can be heated under the conditions of supplying high-frequency power of 0.17 W/cm 2 or more and 0.5 W/cm 2 or less, more preferably 0.25 W/cm 2 or more and 0.35 W/cm 2 or less, to the electrodes provided in the processing chamber. A silicon oxynitride film or a silicon oxynitride film can be formed.
絶縁膜118の成膜条件として、上記圧力の反応室において上記パワー密度の高周波電
力を供給することで、プラズマ中で原料ガスの分解効率が高まり、酸素ラジカルが増加し
、原料ガスの酸化が進むため、絶縁膜118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絶縁膜
118を形成することができる。
As a condition for forming the insulating
なお、絶縁膜118を第1の絶縁膜及び第2の絶縁膜の多層構造とし、第1の絶縁膜と
して酸素を透過させることが可能な酸化物絶縁膜を用いて形成し、第2の絶縁膜として化
学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含み、加熱により酸素の一部が脱離する酸
化物絶縁膜を形成してもよい。該積層構造とすることで、第2の絶縁膜の成膜工程におい
て、第1の絶縁膜が金属酸化物膜の保護膜となる。この結果、金属酸化物膜へのダメージ
を低減しつつ、パワー密度の高い高周波電力を用いて第2の絶縁膜を形成することができ
る。
Note that the insulating
または、スパッタリング法、CVD法等を用いて絶縁膜を形成した後、該絶縁膜に酸素
を添加することにより、絶縁膜118を形成することができる。なお、絶縁膜に酸素を添
加する方法としては、イオンドーピング法、イオン注入法等がある。または、酸化性気体
雰囲気で発生させた酸素を含むプラズマを絶縁膜に曝すことで、絶縁膜に酸素を添加する
ことができる。
Alternatively, the insulating
ここでは、絶縁膜118として、流量200sccmのシラン及び流量4000scc
mの一酸化二窒素を原料ガスとし、反応室の圧力を200Pa、基板温度を220℃とし
、27.12MHzの高周波電源を用いて1500Wの高周波電力を平行平板電極に供給
したプラズマCVD法により、厚さ400nmの酸化窒化シリコン膜を形成する。なお、
プラズマCVD装置は電極面積が6000cm2である平行平板型のプラズマCVD装置
であり、供給した電力を単位面積あたりの電力(電力密度)に換算すると0.25W/c
m2である。また、ハーフトーンマスクを用いてマスク133、135を形成する。
Here, as the insulating
Using a plasma CVD method using m dinitrogen monoxide as a raw material gas, the pressure in the reaction chamber was 200 Pa, the substrate temperature was 220°C, and 1500 W of high frequency power was supplied to parallel plate electrodes using a 27.12 MHz high frequency power source. A silicon oxynitride film with a thickness of 400 nm is formed. In addition,
The plasma CVD device is a parallel plate type plasma CVD device with an electrode area of 6000 cm2 , and the supplied power is 0.25 W/c when converted to power per unit area (power density).
m2 . Furthermore, masks 133 and 135 are formed using halftone masks.
次に、マスク138を用いて絶縁膜118の一部をエッチングして、図4(B)に示す
ように、開口部151を有する絶縁膜119を形成する。開口部151においては、金属
酸化物膜109bの一部が露出する。ドライエッチング法または/及びウェットエッチン
グ法を用いて、絶縁膜118をエッチングすることができる。次に、マスク138を除去
する。
Next, a part of the insulating
なお、絶縁膜119を形成するためのエッチング工程において、金属酸化物膜109b
においてプラズマに曝された領域はダメージを受け、酸素欠損が形成される。このため、
金属酸化物膜109bにおいて、絶縁膜119に覆われていない領域の導電性が高まる。
Note that in the etching process for forming the insulating
The area exposed to the plasma is damaged and oxygen vacancies are formed. For this reason,
In the
ここでは、ドライエッチング法により、絶縁膜118の一部をエッチングする。
Here, a part of the insulating
次に、図4(C)に示すように、金属酸化物膜109b及び絶縁膜119上に、絶縁膜
120を形成する。次に、第4のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ工程により、
絶縁膜120上にマスク139を形成する。
Next, as shown in FIG. 4C, an insulating
A
絶縁膜120として、窒化物絶縁膜を設ける。窒化物絶縁膜としては、窒化シリコン、
窒化酸化シリコン、窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム等がある。窒化物絶縁膜と
して、水素を含む窒化物絶縁膜を形成してもよい。
A nitride insulating film is provided as the insulating
Examples include silicon nitride oxide, aluminum nitride, aluminum nitride oxide, and the like. A nitride insulating film containing hydrogen may be formed as the nitride insulating film.
絶縁膜120の厚さは、10nm以上400nm以下、より好ましくは50nm以上3
00nm以下とする。
The thickness of the insulating
00 nm or less.
絶縁膜120は、スパッタリング法、CVD法等を用いて形成することができる。また
は、スパッタリング法、CVD法等を用いて絶縁膜を形成した後、該絶縁膜に水素を添加
してもよい。なお、絶縁膜に水素を添加する方法としては、イオンドーピング法、イオン
注入法等がある。または、水素を含む気体雰囲気で発生させたプラズマを絶縁膜に曝すこ
とで、絶縁膜に水素を添加することができる。
The insulating
ここでは、絶縁膜120として、シラン、アンモニア、及び窒素を原料ガスとしたプラ
ズマCVD法により、厚さ100nmの窒化シリコン膜を形成する。
Here, as the insulating
絶縁膜119上に絶縁膜120を形成する際に生じるプラズマダメージにより、金属酸
化物膜109bには、酸素欠損が形成される。このため、金属酸化物膜109bにおいて
絶縁膜119に覆われていない領域の導電性が高くなる。また、絶縁膜120として、水
素を含む窒化物絶縁膜を用いることで、絶縁膜120から金属酸化物膜109bに水素が
移動する。酸素欠損に水素が移動することで、キャリアである電子が生成される。この結
果、金属酸化物膜109bは、導電性が高くなり、導電性を有する金属酸化物膜109c
となる。金属酸化物膜109cは、容量素子25の一方の電極として機能する。
Due to plasma damage that occurs when forming the insulating
becomes. The
なお、窒化物絶縁膜は、水、水素等のブロッキング膜としても機能するため、絶縁膜1
20として、窒化物絶縁膜を設けることで、外部から金属酸化物膜109aへの水素、水
等の侵入を防ぐことができる。
Note that the nitride insulating film also functions as a blocking film for water, hydrogen, etc., so the insulating film 1
20, by providing a nitride insulating film, it is possible to prevent hydrogen, water, etc. from entering the
金属酸化物膜109a、及び金属酸化物膜109cは共に、絶縁膜106上に形成され
るが、不純物濃度が異なる。具体的には、金属酸化物膜109aと比較して、金属酸化物
膜109cの不純物濃度が高い。例えば、金属酸化物膜109aに含まれる水素濃度は、
5×1019atoms/cm3未満、好ましくは5×1018atoms/cm3未満
、好ましくは1×1018atoms/cm3以下、より好ましくは5×1017ato
ms/cm3以下、さらに好ましくは1×1016atoms/cm3以下であり、金属
酸化物膜109cに含まれる水素濃度は、8×1019以上、好ましくは1×1020a
toms/cm3以上、より好ましくは5×1020以上である。また、金属酸化物膜1
09aと比較して、金属酸化物膜109cに含まれる水素濃度は2倍、好ましくは10倍
以上である。
Both the
less than 5×10 19 atoms/cm 3 , preferably less than 5×10 18 atoms/cm 3 , preferably less than 1×10 18 atoms/cm 3 , more preferably 5×10 17 ato
ms/cm 3 or less, more preferably 1×10 16 atoms/cm 3 or less, and the hydrogen concentration contained in the
toms/cm 3 or more, more preferably 5×10 20 or more. In addition, metal oxide film 1
The hydrogen concentration contained in the
また、金属酸化物膜109cは、金属酸化物膜109aより抵抗率が低い。金属酸化物
膜109cの抵抗率が、金属酸化物膜109aの抵抗率の1×10-8倍以上1×10-
1倍未満であることが好ましく、代表的には1×10-3Ωcm以上1×104Ωcm未
満、さらに好ましくは、抵抗率が1×10-3Ωcm以上1×10-1Ωcm未満である
とよい。
Further, the
The resistivity is preferably less than 1 times, typically 1×10 −3 Ωcm or more and less than 1×10 4 Ωcm, more preferably 1×10 −3 Ωcm or more and less than 1×10 −1 Ωcm. Good.
次に、加熱処理を行ってもよい。該加熱処理の温度は、代表的には、150℃以上40
0℃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。
Next, heat treatment may be performed. The temperature of the heat treatment is typically 150°C or higher and 40°C.
The temperature is 0°C or lower, preferably 300°C or higher and 400°C or lower, preferably 320°C or higher and 370°C or lower.
窒化物絶縁膜は、水素、水、及び酸素の拡散係数が小さく、水素、水、及び酸素のブロ
ッキング性が高い。また、絶縁膜119として、化学量論的組成を満たす酸素よりも多く
の酸素を含む酸化物絶縁膜を用いて形成することで、当該加熱処理において、金属酸化物
膜109aに含まれる酸素の外部への拡散を抑制することができる。また、金属酸化物膜
109aに含まれる酸素の外部への拡散を抑制することができる。この結果、金属酸化物
膜109aの酸素欠損量を低減することができる。さらには、外部からの金属酸化物膜1
09aへの水素、水等の拡散を抑制することができる。このため、金属酸化物膜109a
の水素、水等を低減することができる。この結果、信頼性の高いトランジスタを作製する
ことができる。
A nitride insulating film has a small diffusion coefficient for hydrogen, water, and oxygen, and has a high blocking property for hydrogen, water, and oxygen. Furthermore, by forming the insulating
Diffusion of hydrogen, water, etc. to 09a can be suppressed. Therefore, the
hydrogen, water, etc. can be reduced. As a result, a highly reliable transistor can be manufactured.
ここでは、窒素及び酸素雰囲気で、350℃、1時間の加熱処理を行う。 Here, heat treatment is performed at 350° C. for 1 hour in a nitrogen and oxygen atmosphere.
次に、マスク139を用いて、絶縁膜119、120の一部をエッチングして、図4(
D)に示すように、開口部152を形成するとともに、絶縁膜120をエッチングして、
開口部153、154を形成する。また、当該エッチングにより絶縁膜120は、絶縁膜
121となる。開口部152においては、導電膜115の一部が露出される。開口部15
3、154においては、導電膜116の一部が露出される。ドライエッチング法または/
及びウェットエッチング法を用いて、絶縁膜120をエッチングすることができる。次に
、マスク139を除去する。
Next, using the
As shown in D), an
3, 154, a portion of the
The insulating
ここでは、ドライエッチング法により、絶縁膜120の一部をエッチングする。
Here, a portion of the insulating
次に、図5(A)に示すように、絶縁膜121、導電膜115、116上に、透光性を
有する導電膜122を形成する。次に、第5のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ
工程により、導電膜122上にマスク140、141を形成する。
Next, as shown in FIG. 5A, a light-transmitting
導電膜122は、後に、画素電極として機能する導電膜123となる。このため、導電
膜122は、画素電極として用いることが可能な導電材料を適宜用いる。導電膜122は
、インジウム錫酸化物膜、酸化タングステンを含むインジウム酸化物膜、酸化タングステ
ンを含むインジウム亜鉛酸化物膜、酸化チタンを含むインジウム酸化物膜、酸化チタンを
含むインジウム錫酸化物膜、インジウム亜鉛酸化物膜、酸化シリコンを添加したインジウ
ム錫酸化物膜等の透光性を有する導電性材料で形成される膜を適用することができる。
The
導電膜122は、スパッタリング法、蒸着法、塗布法等を用いて形成する。
The
ここでは、スパッタリング法により、導電膜122として厚さ100nmのITO膜を
形成する。
Here, an ITO film with a thickness of 100 nm is formed as the
次に、マスク140、141を用いて導電膜122の一部をエッチングして、導電膜1
23、124を形成する。導電膜123は画素電極として機能する。導電膜124は、隣
り合う画素に形成された導電膜116を電気的に接続する機能を有する。なお、導電膜1
24は導電膜116と同様に容量線として機能する。
Next, a part of the
23 and 124 are formed. The
24 functions as a capacitor line similarly to the
導電膜123は、一対の電極として機能する導電膜115と接すると共に、絶縁膜12
1を介して、金属酸化物膜109cと重なるように形成される。ドライエッチング法また
は/及びウェットエッチング法を用いて、導電膜122をエッチングすることができる。
こののち、マスク140、141を除去する(図5(B)を参照。)。
The
The
After this, the
ここでは、ウェットエッチング法により、導電膜122の一部をエッチングする。
Here, a part of the
以上の工程により、ゲート電極として機能する導電膜103、ゲート絶縁膜として機能
する絶縁膜105、106、金属酸化物膜109a、金属酸化物膜109aと接し、ソー
ス電極及びドレイン電極として機能する導電膜114、115を有するトランジスタ22
を作製することができる。また、トランジスタ22に含まれる導電膜115と接し、画素
電極として機能する導電膜123を形成することができる。また、絶縁膜106上に形成
された金属酸化物膜109c、絶縁膜121、及び導電膜123を有する容量素子25を
作製することができる。即ち、トランジスタ22、画素電極として機能する導電膜123
、及び容量素子25を有する素子基板を、5枚のフォトマスクで作製することができる。
本実施の形態では、金属酸化物膜及びソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜
を1枚のフォトマスクを用いて形成するため、素子基板を作製するために必要なフォトマ
スクを削減することができる。
Through the above steps, the
can be created. Further, a
, and an element substrate having the
In this embodiment mode, a metal oxide film and a conductive film that functions as a source electrode and a drain electrode are formed using one photomask, so the number of photomasks required to fabricate an element substrate can be reduced. can.
また、本実施の形態に示す半導体装置は、トランジスタのチャネル領域を含む金属酸化
物膜と同時に、容量素子の一方の電極となる金属酸化物膜を形成する。このため、トラン
ジスタのチャネル領域を含む金属酸化物膜と、容量素子の一方の電極となる金属酸化物膜
とは、同じ金属元素で構成される。また、画素電極として機能する導電膜を容量素子の他
方の電極として用いる。これらのため、容量素子を形成するために、新たに導電膜を形成
する工程が不要であり、表示装置の作製工程を削減できる。また、容量素子は、一対の電
極である金属酸化物膜109c及び導電膜123が共に、透光性を有するため、容量素子
25が透光性を有する。この結果、容量素子の占有面積を大きくしつつ、画素の開口率を
高めることができる。さらには、消費電力を低減した表示装置を作製することができる。
Further, in the semiconductor device described in this embodiment, a metal oxide film that becomes one electrode of the capacitor is formed at the same time as the metal oxide film that includes the channel region of the transistor. Therefore, the metal oxide film including the channel region of the transistor and the metal oxide film serving as one electrode of the capacitor are made of the same metal element. Further, a conductive film functioning as a pixel electrode is used as the other electrode of the capacitor. Therefore, there is no need for a new step of forming a conductive film to form a capacitor, and the number of steps for manufacturing a display device can be reduced. Further, in the capacitive element, since the
なお、図4(B)では、開口部151を設けたが、本発明の実施形態の一態様は、これ
に限定されない。図13(A)に示すように、場合によっては、または、状況に応じて、
開口部151を設けないことも可能である。
Note that although the
It is also possible not to provide the
なお、図4(B)では、導電膜124が隣接する画素の導電膜116と接続する構成と
したが、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されない。図13(B)(C)に示す
ように、場合によっては、または、状況に応じて、導電膜116を延ばして接続すること
も可能である。
Note that although the
<変形例1、下地絶縁膜について>
本実施の形態に示すトランジスタにおいて、必要に応じて、基板101及びゲート電極
として機能する導電膜103の間に下地絶縁膜を設けることができる。下地絶縁膜として
は、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化ガリウム
、酸化ハフニウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム等を用
いて形成することができる。なお、下地絶縁膜として、窒化シリコン、酸化ガリウム、酸
化ハフニウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウム等を用いて形成することで、基板1
01から不純物、代表的にはアルカリ金属、水、水素等の金属酸化物膜109aへの拡散
を抑制することができる。
<Modification 1, regarding the base insulating film>
In the transistor described in this embodiment, a base insulating film can be provided between the
Diffusion of impurities, typically alkali metals, water, hydrogen, etc., from 01 to the
下地絶縁膜は、スパッタリング法、CVD法等により形成することができる。 The base insulating film can be formed by a sputtering method, a CVD method, or the like.
<変形例2、ゲート絶縁膜について>
窒化物絶縁膜で形成される絶縁膜105を、欠陥の少ない第1の窒化物絶縁膜、及び水
素ブロッキング性の高い第2の窒化物絶縁膜の積層構造とすることができる。ゲート絶縁
膜として、欠陥の少ない窒化物絶縁膜を設けることで、ゲート絶縁膜の絶縁耐圧を向上さ
せることができる。また、ゲート絶縁膜として、水素ブロッキング性の高い窒化物絶縁膜
を設けることで、ゲート電極として機能する導電膜103及び絶縁膜105からの水素が
金属酸化物膜109aに移動することを防ぐことができる。
<Modification 2, regarding gate insulating film>
The insulating
または、窒化物絶縁膜で形成される絶縁膜105として、不純物のブロッキング性が高
い第1の窒化物絶縁膜と、欠陥の少ない第2の窒化物絶縁膜と、水素ブロッキング性の高
い第2の窒化物絶縁膜が、ゲート電極として機能する導電膜103側から順に積層される
積層構造とすることができる。ゲート絶縁膜として、不純物のブロッキング性が高い第1
の窒化物絶縁膜を設けることで、ゲート電極として機能する導電膜103からの不純物、
代表的には、水素、窒素、アルカリ金属、またはアルカリ土類金属等が金属酸化物膜10
9aに移動することを防ぐことができる。
Alternatively, the insulating
By providing the nitride insulating film, impurities from the
Typically, hydrogen, nitrogen, alkali metals, alkaline earth metals, etc. are used as the
9a can be prevented.
<変形例3、金属酸化物膜について>
<金属酸化物膜について>
酸素欠損が形成された酸化物半導体に水素を添加すると、酸素欠損サイトに水素が入り
伝導帯近傍にドナー準位が形成される。この結果、酸化物半導体は、導電性が高くなり、
導電体化する。導電体化された酸化物半導体を酸化物導電体ということができる。一般に
、酸化物半導体は、エネルギーギャップが大きいため、可視光に対して透光性を有する。
一方、酸化物導電体は、伝導帯近傍にドナー準位を有する酸化物半導体である。したがっ
て、該ドナー準位による吸収の影響は小さく、可視光に対して酸化物半導体と同程度の透
光性を有する。
<Modification 3, regarding metal oxide film>
<About metal oxide film>
When hydrogen is added to an oxide semiconductor in which oxygen vacancies are formed, hydrogen enters the oxygen vacancy sites and a donor level is formed near the conduction band. As a result, the oxide semiconductor becomes highly conductive,
Become a conductor. An oxide semiconductor that has been made into a conductor can be referred to as an oxide conductor. In general, oxide semiconductors have a large energy gap and are therefore transparent to visible light.
On the other hand, an oxide conductor is an oxide semiconductor having a donor level near the conduction band. Therefore, the influence of absorption by the donor level is small, and the material has a visible light transmittance comparable to that of an oxide semiconductor.
ここで、金属酸化物膜109aに用いられるような、酸化物半導体で形成される膜(以
下、酸化物半導体膜(OS)という。)と、金属酸化物膜109cに用いられるような、
酸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。)における、抵抗
率の温度依存性について、図17を用いて説明する。図17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。
Here, a film formed of an oxide semiconductor (hereinafter referred to as an oxide semiconductor film (OS)), such as the one used for the
The temperature dependence of resistivity in a film formed of an oxide conductor (hereinafter referred to as an oxide conductor film (OC)) will be described with reference to FIG. In FIG. 17, the horizontal axis shows the measured temperature, and the vertical axis shows the resistivity. Furthermore, the measurement results for the oxide semiconductor film (OS) are indicated by circles, and the measurement results for the oxide conductor film (OC) are indicated by square marks.
なお、酸化物半導体膜(OS)を含む試料は、ガラス基板上に、原子数比がIn:Ga
: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-
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、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。
Note that the sample including the oxide semiconductor film (OS) was prepared on a glass substrate with an atomic ratio of In:Ga.
: An In-Ga-Zn oxide film with a thickness of 35 nm was formed by a sputtering method using a sputtering target of Zn=1:1:1.2, and the atomic ratio was In:Ga:Zn=1:4.
:20 nm thick In-
After forming a Ga-Zn oxide film and heat-treating it in a nitrogen atmosphere at 450°C, heat-treating it in a mixed gas atmosphere of nitrogen and oxygen at 450°C, and further forming a silicon oxynitride film by a plasma CVD method, Created.
また、酸化物導電体膜(OC)を含む試料は、ガラス基板上に、原子数比がIn:Ga
: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1
00nm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。
In addition, a sample containing an oxide conductor film (OC) was prepared on a glass substrate with an atomic ratio of In:Ga.
: Thickness 1 by sputtering method using a sputtering target of Zn=1:1:1
After forming a 00 nm thick In-Ga-Zn oxide film and heat-treating it in a nitrogen atmosphere at 450°C, heat-treating it in a mixed gas atmosphere of nitrogen and oxygen at 450°C, and forming a silicon nitride film using a plasma CVD method. It was created by
図13からわかるように、酸化物導電体膜(OC)における抵抗率の温度依存性は、酸
化物半導体膜(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
290K以下における酸化物導電体膜(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または略一
致していると推定される。このため、酸化物導電体膜を、抵抗素子、配線、容量素子の電
極、画素電極、コモン電極等に用いることが可能である。
As can be seen from FIG. 13, the temperature dependence of resistivity in the oxide conductor film (OC) is smaller than the temperature dependence of resistivity in the oxide semiconductor film (OS). Typically, the rate of change in resistivity of the oxide conductor film (OC) at 80K or higher and 290K or lower is less than ±20%. Alternatively, the rate of change in resistivity at 150K or higher and 250K or lower is less than ±10%.
That is, the oxide conductor is a degenerate semiconductor, and it is estimated that the conduction band edge and the Fermi level match or substantially match. Therefore, the oxide conductor film can be used for resistive elements, wiring, electrodes of capacitive elements, pixel electrodes, common electrodes, and the like.
<酸化物半導体膜及び金属酸化物膜について>
次に、半導体特性を有する金属酸化物膜及び酸化物半導体膜に適用可能な一態様につい
て説明する。ここでは、代表例として、酸化物半導体膜を用いて説明するが、適宜酸化物
半導体膜の構成を金属酸化物膜に適用することができる。
<About oxide semiconductor films and metal oxide films>
Next, one embodiment applicable to a metal oxide film and an oxide semiconductor film having semiconductor characteristics will be described. Although an oxide semiconductor film will be described here as a representative example, the structure of the oxide semiconductor film can be applied to a metal oxide film as appropriate.
酸化物半導体膜は、CAAC-OS膜で構成されていることが好ましい。CAAC-O
S膜は、c軸配向性を有し、明確な結晶粒界(グレインバウンダリーともいう。)を確認
することができない。この結果、チャネルエッチ型のトランジスタにおいて、一対の電極
を形成する際の酸化物半導体膜のオーバーエッチング量が少ない。この結果、酸化物半導
体膜をCAAC-OS膜で構成することで、チャネルエッチ型のトランジスタを作製する
ことができる。なお、チャネルエッチ型のトランジスタは、一対の電極の間隔、即ちチャ
ネル長を、チャネル長が0.5μm以上6.5μm以下、好ましくは1μmより大きく6
μm未満と小さくすることが可能である。
The oxide semiconductor film is preferably composed of a CAAC-OS film. CAAC-O
The S film has c-axis orientation, and clear crystal grain boundaries (also referred to as grain boundaries) cannot be observed. As a result, in the channel-etched transistor, the amount of overetching of the oxide semiconductor film when forming the pair of electrodes is small. As a result, by forming the oxide semiconductor film with a CAAC-OS film, a channel-etched transistor can be manufactured. Note that the channel-etched transistor has a channel length that is 0.5 μm or more and 6.5 μm or less, preferably 1 μm or more and 6.5 μm or more, and the channel length is 0.5 μm or more and 6.5 μm or less, and preferably 1 μm or more and 6.5 μm or less.
It is possible to make it as small as less than μm.
また、酸化物半導体膜は、単結晶構造の酸化物半導体(以下、単結晶酸化物半導体とい
う。)、多結晶構造の酸化物半導体(以下、多結晶酸化物半導体という。)、及び微結晶
構造の酸化物半導体(以下、微結晶酸化物半導体という。)の一以上で構成されてもよい
。以下に、CAAC-OS、単結晶酸化物半導体、多結晶酸化物半導体、微結晶酸化物半
導体について説明する。
Further, the oxide semiconductor film includes an oxide semiconductor with a single crystal structure (hereinafter referred to as a single crystal oxide semiconductor), an oxide semiconductor with a polycrystalline structure (hereinafter referred to as a polycrystalline oxide semiconductor), and an oxide semiconductor with a microcrystalline structure. oxide semiconductor (hereinafter referred to as a microcrystalline oxide semiconductor). CAAC-OS, single crystal oxide semiconductor, polycrystalline oxide semiconductor, and microcrystalline oxide semiconductor will be explained below.
<CAAC-OS>
CAAC-OS膜は、複数の結晶部を有する酸化物半導体膜の一つである。また、CA
AC-OS膜に含まれる結晶部は、c軸配向性を有する。平面TEM像において、CAA
C-OS膜に含まれる結晶部の面積が2500nm2以上、さらに好ましくは5μm2以
上、さらに好ましくは1000μm2以上である。また、断面TEM像において、該結晶
部を50%以上、好ましくは80%以上、さらに好ましくは95%以上有することで、単
結晶に近い物性の薄膜となる。
<CAAC-OS>
The CAAC-OS film is one type of oxide semiconductor film having multiple crystal parts. Also, CA
The crystal part included in the AC-OS film has c-axis orientation. In the plane TEM image, CAA
The area of the crystal part included in the C-OS film is 2500 nm 2 or more, more preferably 5 μm 2 or more, and even more preferably 1000 μm 2 or more. Further, in a cross-sectional TEM image, by having the crystalline portion in 50% or more, preferably 80% or more, more preferably 95% or more, the thin film has physical properties close to those of a single crystal.
CAAC-OS膜を透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Elec
tron Microscope)によって観察すると、明確な結晶部同士の明確な境界
、即ち結晶粒界(グレインバウンダリーともいう。)を確認することができない。そのた
め、CAAC-OS膜は、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
。
The CAAC-OS film was examined using a transmission electron microscope (TEM).
When observed using a tron microscope, clear boundaries between crystal parts, that is, crystal grain boundaries (also referred to as grain boundaries) cannot be confirmed. Therefore, it can be said that the CAAC-OS film is less prone to decrease in electron mobility due to grain boundaries.
CAAC-OS膜を、試料面と概略平行な方向からTEMによって観察(断面TEM観
察)すると、結晶部において、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
子の各層は、CAAC-OS膜の膜を形成する面(被形成面ともいう。)または上面の凹
凸を反映した形状であり、CAAC-OS膜の被形成面または上面と平行に配列する。な
お、本明細書において、「平行」とは、二つの直線が-10°以上10°以下の角度で配
置さ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、「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。
When the CAAC-OS film is observed by TEM in a direction approximately parallel to the sample surface (cross-sectional TEM observation), it can be confirmed that metal atoms are arranged in a layered manner in the crystal part. Each layer of metal atoms has a shape that reflects the unevenness of the surface on which the film is formed (also referred to as the surface to be formed) or the top surface of the CAAC-OS film, and is arranged parallel to the surface to be formed or the top surface of the CAAC-OS film. . Note that in this specification, "parallel" refers to a state in which two straight lines are arranged at an angle of -10° or more and 10° or less. Therefore, cases where the angle is greater than or equal to -5° and less than or equal to 5° are also included. Moreover, "perpendicular" refers to a state in which two straight lines are arranged at an angle of 80° or more and 100° or less. Therefore, cases where the angle is greater than or equal to 85° and less than or equal to 95° are also included.
一方、CAAC-OS膜を、試料面と概略垂直な方向からTEMによって観察(平面T
EM観察)すると、結晶部において、金属原子が三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、異なる結晶部間で、金属原子の配列に規則性は見られ
ない。
On the other hand, the CAAC-OS film was observed by TEM from a direction approximately perpendicular to the sample surface (plane T
(EM observation), it can be confirmed that metal atoms are arranged in a triangular or hexagonal shape in the crystal part. However, no regularity is observed in the arrangement of metal atoms between different crystal parts.
なお、CAAC-OS膜に対し、電子線回折を行うと、配向性を示すスポット(輝点)
が観測される。
Note that when performing electron beam diffraction on the CAAC-OS film, spots (bright spots) showing orientation are observed.
is observed.
断面TEM観察および平面TEM観察より、CAAC-OS膜の結晶部は配向性を有し
ていることがわかる。
From the cross-sectional TEM observation and the planar TEM observation, it can be seen that the crystal part of the CAAC-OS film has orientation.
CAAC-OS膜に対し、X線回折(XRD:X-Ray Diffraction)
装置を用いて構造解析を行うと、CAAC-OS膜のout-of-plane法による
解析では、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、I
nGaZn酸化物の結晶の(00x)面(xは整数)に帰属されることから、CAAC-
OS膜の結晶がc軸配向性を有し、c軸が被形成面または上面に概略垂直な方向を向いて
いることが確認できる。
X-ray diffraction (XRD) was performed on the CAAC-OS film.
When structural analysis is performed using a device, a peak may appear at a diffraction angle (2θ) of around 31° in an out-of-plane analysis of a CAAC-OS film. This peak is I
CAAC-
It can be confirmed that the crystal of the OS film has c-axis orientation, and the c-axis is oriented in a direction approximately perpendicular to the surface on which it is formed or the upper surface.
一方、CAAC-OS膜に対し、c軸に概略垂直な方向からX線を入射させるin-p
lane法による解析では、2θが56°近傍にピークが現れる場合がある。このピーク
は、InGaZn酸化物の結晶の(110)面に帰属される。InGaZn酸化物の単結
晶酸化物半導体膜であれば、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)を行うと、(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。これに対し、CAAC-OS膜の場合は、2
θを56°近傍に固定してφスキャンした場合でも、明瞭なピークが現れない。
On the other hand, an in-p in which X-rays are incident on the CAAC-OS film from a direction approximately perpendicular to the c-axis.
In analysis using the lane method, a peak may appear near 2θ of 56°. This peak is assigned to the (110) plane of the InGaZn oxide crystal. In the case of a single-crystal oxide semiconductor film of InGaZn oxide, 2θ is fixed near 56°, and the normal vector of the sample surface is aligned with the axis (φ
When analysis (φ scan) is performed while the sample is rotated with respect to the (110) plane, six peaks attributed to crystal planes equivalent to the (110) plane are observed. On the other hand, in the case of CAAC-OS film, 2
Even when φ scanning is performed with θ fixed at around 56°, no clear peak appears.
以上のことから、CAAC-OS膜では、異なる結晶部間ではa軸およびb軸の配向は
不規則であるが、c軸配向性を有し、かつc軸が被形成面または上面の法線ベクトルに平
行な方向を向いていることがわかる。従って、前述の断面TEM観察で確認された層状に
配列した金属原子の各層は、結晶のa-b面に平行な面である。
From the above, in the CAAC-OS film, the orientation of the a-axis and b-axis is irregular between different crystal parts, but it has c-axis orientation, and the c-axis is normal to the surface on which it is formed or the top surface. It can be seen that the direction is parallel to the vector. Therefore, each layer of metal atoms arranged in a layered manner confirmed by the above-mentioned cross-sectional TEM observation is a plane parallel to the ab plane of the crystal.
なお、結晶部は、CAAC-OS膜を成膜した際、または加熱処理などの結晶化処理を
行った際に形成される。上述したように、結晶部のc軸は、CAAC-OS膜の被形成面
または上面の法線ベクトルに平行な方向に配向する。従って、例えば、CAAC-OS膜
の形状をエッチングなどによって変化させた場合、結晶部のc軸がCAAC-OS膜の被
形成面または上面の法線ベクトルと平行にならないこともある。
Note that the crystal portion is formed when the CAAC-OS film is formed or when a crystallization process such as heat treatment is performed. As described above, the c-axis of the crystal part is oriented in a direction parallel to the normal vector of the formation surface or top surface of the CAAC-OS film. Therefore, for example, when the shape of the CAAC-OS film is changed by etching or the like, the c-axis of the crystal part may not be parallel to the normal vector of the formation surface or top surface of the CAAC-OS film.
また、CAAC-OS膜中の結晶化度が均一でなくてもよい。例えば、CAAC-OS
膜の結晶部が、CAAC-OS膜の上面近傍からの結晶成長によって形成される場合、上
面近傍の領域は、被形成面近傍の領域よりも結晶化度が高くなることがある。また、CA
AC-OS膜に不純物を添加する場合、不純物が添加された領域の結晶化度が変化し、部
分的に結晶化度の異なる領域が形成されることもある。
Further, the degree of crystallinity in the CAAC-OS film does not have to be uniform. For example, CAAC-OS
When the crystalline portion of the film is formed by crystal growth from near the top surface of the CAAC-OS film, the region near the top surface may have a higher degree of crystallinity than the region near the surface on which it is formed. Also, CA
When an impurity is added to an AC-OS film, the crystallinity of the region to which the impurity is added changes, and regions with partially different crystallinity may be formed.
なお、CAAC-OS膜のout-of-plane法による解析では、2θが31°
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膜中の一部に、c軸配向性を有さない結晶部が含まれるこ
とを示している。CAAC-OS膜は、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ことが好ましい。
In addition, in the out-of-plane analysis of the CAAC-OS film, 2θ is 31°.
In addition to nearby peaks, a peak may also appear near 2θ of 36°. The peak near 2θ of 36° indicates that a portion of the CAAC-OS film contains a crystal portion that does not have c-axis orientation. The CAAC-OS film shows a peak at 2θ of around 31°, and 2θ of 36°.
It is preferable that no peaks be shown in the vicinity.
CAAC-OS膜は、不純物濃度の低い酸化物半導体膜である。不純物は、水素、炭素
、シリコン、遷移金属元素などの酸化物半導体膜の主成分以外の元素である。特に、シリ
コンなどの、酸化物半導体膜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
化物半導体膜から酸素を奪うことで酸化物半導体膜の原子配列を乱し、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、酸化物半導体膜内部に含まれると、酸化物半導体膜
の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。なお、酸化物半導体膜に含まれる不
純物は、キャリアトラップやキャリア発生源となる場合がある。
The CAAC-OS film is an oxide semiconductor film with low impurity concentration. The impurity is an element other than the main component of the oxide semiconductor film, such as hydrogen, carbon, silicon, or a transition metal element. In particular, elements such as silicon, which have a stronger bond with oxygen than the metal elements constituting the oxide semiconductor film, disturb the atomic arrangement of the oxide semiconductor film by removing oxygen from the oxide semiconductor film, resulting in crystallinity. This is a factor that reduces the In addition, heavy metals such as iron and nickel, argon, carbon dioxide, etc. have large atomic radii (or molecular radii), so if they are included inside the oxide semiconductor film, they will disturb the atomic arrangement of the oxide semiconductor film and cause crystallinity. This is a factor that reduces the Note that impurities contained in the oxide semiconductor film may become a carrier trap or a carrier generation source.
また、CAAC-OS膜は、欠陥準位密度の低い酸化物半導体膜である。例えば、酸化
物半導体膜中の酸素欠損は、キャリアトラップとなることや、水素を捕獲することによっ
てキャリア発生源となることがある。
Further, the CAAC-OS film is an oxide semiconductor film with a low density of defect levels. For example, oxygen vacancies in an oxide semiconductor film may act as a carrier trap or become a carrier generation source by capturing hydrogen.
不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低い(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呼ぶ。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、当
該酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性(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、キャリアトラップが少ない。そのため、当該酸化物半導体
膜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
。なお、酸化物半導体膜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膜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。
A material having a low impurity concentration and a low defect level density (few oxygen vacancies) is called high-purity intrinsic or substantially high-purity intrinsic. A high-purity intrinsic or substantially high-purity intrinsic oxide semiconductor film has few carrier generation sources, and thus can have a low carrier density. Therefore, a transistor using the oxide semiconductor film rarely has electrical characteristics in which the threshold voltage is negative (also referred to as normally-on). Further, an oxide semiconductor film that is highly pure or substantially pure has fewer carrier traps. Therefore, a transistor using the oxide semiconductor film has small fluctuations in electrical characteristics and is highly reliable. Note that the charge trapped in the carrier trap of the oxide semiconductor film may behave as if it were a fixed charge because it takes a long time to release the charge. Therefore, a transistor including an oxide semiconductor film with a high impurity concentration and a high defect level density may have unstable electrical characteristics.
また、CAAC-OS膜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。
Further, a transistor using a CAAC-OS film has small fluctuations in electrical characteristics due to irradiation with visible light or ultraviolet light.
<単結晶酸化物半導体>
単結晶酸化物半導体膜は、不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低い(酸素欠損が少ない
)酸化物半導体膜である。そのため、キャリア密度を低くすることができる。従って、単
結晶酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、ノーマリーオンの電気特性になることが少
ない。また、単結晶酸化物半導体膜は、不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低いため、キ
ャリアトラップが少なくなる場合がある。従って、単結晶酸化物半導体膜を用いたトラン
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。
<Single crystal oxide semiconductor>
A single crystal oxide semiconductor film is an oxide semiconductor film that has a low impurity concentration and a low defect level density (few oxygen vacancies). Therefore, carrier density can be lowered. Therefore, a transistor using a single crystal oxide semiconductor film rarely has normally-on electrical characteristics. Further, since the single crystal oxide semiconductor film has a low impurity concentration and a low defect level density, carrier traps may be reduced in some cases. Therefore, a transistor using a single crystal oxide semiconductor film has small fluctuations in electrical characteristics and is highly reliable.
なお、酸化物半導体膜は、欠陥が少ないと密度が高くなる。また、酸化物半導体膜は、
結晶性が高いと密度が高くなる。また、酸化物半導体膜は、水素などの不純物濃度が低い
と密度が高くなる。単結晶酸化物半導体膜は、CAAC-OS膜よりも密度が高い。また
、CAAC-OS膜は、微結晶酸化物半導体膜よりも密度が高い。また、多結晶酸化物半
導体膜は、微結晶酸化物半導体膜よりも密度が高い。また、微結晶酸化物半導体膜は、非
晶質酸化物半導体膜よりも密度が高い。
Note that the oxide semiconductor film has a higher density when there are fewer defects. In addition, the oxide semiconductor film is
The higher the crystallinity, the higher the density. Furthermore, the density of the oxide semiconductor film increases when the concentration of impurities such as hydrogen is low. A single crystal oxide semiconductor film has a higher density than a CAAC-OS film. Further, the CAAC-OS film has a higher density than the microcrystalline oxide semiconductor film. Further, a polycrystalline oxide semiconductor film has a higher density than a microcrystalline oxide semiconductor film. Further, a microcrystalline oxide semiconductor film has a higher density than an amorphous oxide semiconductor film.
<多結晶酸化物半導体>
多結晶酸化物半導体膜は、高分解能TEMによる観察において、結晶粒を確認すること
ができる。多結晶酸化物半導体膜に含まれる結晶粒は、例えば、高分解能TEMによる観
察像で、2nm以上300nm以下、3nm以上100nm以下または5nm以上50n
m以下の粒径であることが多い。また、多結晶酸化物半導体膜は、高分解能TEMによる
観察像で、結晶粒界を確認できる場合がある。
<Polycrystalline oxide semiconductor>
Crystal grains can be confirmed in the polycrystalline oxide semiconductor film when observed using a high-resolution TEM. The crystal grains contained in the polycrystalline oxide semiconductor film are, for example, 2 nm or more and 300 nm or less, 3 nm or more and 100 nm or less, or 5 nm or more and 50 nm or more, as observed in a high-resolution TEM image.
The particle size is often less than m. Further, in a polycrystalline oxide semiconductor film, crystal grain boundaries may be confirmed in an image observed using a high-resolution TEM.
多結晶酸化物半導体膜は、複数の結晶粒を有し、当該複数の結晶粒間において結晶の方
位が異なっている場合がある。また、多結晶酸化物半導体膜に対し、XRD装置を用いて
構造解析を行うと、例えばInGaZnO4の結晶を有する多結晶酸化物半導体膜のou
t-of-plane法による解析では、2θが31°近傍のピーク、2θが36°近傍
のピーク、またはそのほかのピークが現れる場合がある。
A polycrystalline oxide semiconductor film has a plurality of crystal grains, and the crystal orientations may differ between the plurality of crystal grains. Furthermore, when a polycrystalline oxide semiconductor film is subjected to structural analysis using an XRD device, for example, the ou
In analysis using the to-of-plane method, a peak at 2θ of around 31°, a peak at 2θ around 36°, or other peaks may appear.
多結晶酸化物半導体膜は、高い結晶性を有するため、高い電子移動度を有する場合があ
る。従って、多結晶酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、高い電界効果移動度を有す
る。ただし、多結晶酸化物半導体膜は、結晶粒界に不純物が偏析する場合がある。また、
多結晶酸化物半導体膜の結晶粒界は欠陥準位となる。多結晶酸化物半導体膜は、結晶粒界
がキャリアトラップやキャリア発生源となる場合があるため、多結晶酸化物半導体膜を用
いたトランジスタは、CAAC-OS膜を用いたトランジスタと比べて、電気特性の変動
が大きく、信頼性の低いトランジスタとなる場合がある。
A polycrystalline oxide semiconductor film has high crystallinity and therefore may have high electron mobility. Therefore, a transistor using a polycrystalline oxide semiconductor film has high field-effect mobility. However, in the polycrystalline oxide semiconductor film, impurities may segregate at grain boundaries. Also,
The crystal grain boundaries of the polycrystalline oxide semiconductor film become defect levels. In polycrystalline oxide semiconductor films, crystal grain boundaries may become carrier traps or carrier generation sources, so transistors using polycrystalline oxide semiconductor films have lower electrical power than transistors using CAAC-OS films. Characteristics may vary greatly, resulting in a transistor with low reliability.
<微結晶酸化物半導体>
微結晶酸化物半導体膜は、TEMによる観察像では、明確に結晶部を確認することがで
きない場合がある。微結晶酸化物半導体膜に含まれる結晶部は、1nm以上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10n
m以下、または1nm以上3nm以下の微結晶であるナノ結晶(nc:nanocrys
tal)を有する酸化物半導体膜を、nc-OS(nanocrystalline O
xide Semiconductor)膜と呼ぶ。また、nc-OS膜は、例えば、T
EMによる観察像では、結晶粒界を明確に確認できない場合がある。
<Microcrystalline oxide semiconductor>
In a microcrystalline oxide semiconductor film, crystal parts may not be clearly visible in a TEM observation image. A crystal part included in a microcrystalline oxide semiconductor film often has a size of 1 nm or more and 100 nm or less, or 1 nm or more and 10 nm or less. In particular, 1 nm or more 10n
nanocrystals (nc: nanocrystals), which are microcrystals of 1 nm or more and 3 nm or less
An oxide semiconductor film having nc-OS (nanocrystalline O
xide Semiconductor) film. Further, the nc-OS film is, for example, T
In images observed by EM, grain boundaries may not be clearly confirmed in some cases.
nc-OS膜は、微小な領域(例えば、1nm以上10nm以下の領域、特に1nm以
上3nm以下の領域)において原子配列に周期性を有する。また、nc-OS膜は、異な
る結晶部間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。
従って、nc-OS膜は、分析方法によっては、非晶質酸化物半導体膜と区別が付かない
場合がある。例えば、nc-OS膜に対し、結晶部よりも大きい径のX線を用いるXRD
装置を用いて構造解析を行うと、out-of-plane法による解析では、結晶面を
示すピークが検出されない。また、nc-OS膜に対し、結晶部よりも大きい径(例えば
50nm以上)の電子線を用いる電子線回折(制限視野電子線回折ともいう。)を行うと
、ハローパターンのような回折パターンが観測される。一方、nc-OS膜に対し、結晶
部の大きさと近いか結晶部より小さいプローブ径(例えば1nm以上30nm以下)の電
子線を用いる電子線回折(ナノビーム電子線回折ともいう。)を行うと、スポットが観測
される。また、nc-OSに対しナノビーム電子線回折を行うと、円を描くように(リン
グ状に)輝度の高い領域が観測される場合がある。また、nc-OSに対しナノビーム電
子線回折を行うと、リング状の領域内に複数のスポットが観測される場合がある。
The nc-OS film has periodicity in the atomic arrangement in a minute region (for example, a region of 1 nm or more and 10 nm or less, particularly a region of 1 nm or more and 3 nm or less). Further, in the nc-OS film, there is no regularity in crystal orientation between different crystal parts. Therefore, no orientation is observed throughout the film.
Therefore, depending on the analysis method, an nc-OS film may be indistinguishable from an amorphous oxide semiconductor film. For example, for an nc-OS film, XRD using X-rays with a diameter larger than that of the crystal part
When structural analysis is performed using the device, no peaks indicating crystal planes are detected in out-of-plane analysis. Furthermore, when an nc-OS film is subjected to electron beam diffraction (also called selected area electron diffraction) using an electron beam with a diameter larger than that of the crystal part (for example, 50 nm or more), a diffraction pattern like a halo pattern is generated. Observed. On the other hand, when an nc-OS film is subjected to electron beam diffraction (also called nanobeam electron diffraction) using an electron beam with a probe diameter close to the size of the crystal part or smaller than the crystal part (for example, from 1 nm to 30 nm), Spots are observed. Furthermore, when nanobeam electron diffraction is performed on an nc-OS, a circular (ring-shaped) region of high brightness may be observed. Furthermore, when nanobeam electron diffraction is performed on an nc-OS, a plurality of spots may be observed within a ring-shaped region.
nc-OS膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも規則性の高い酸化物半導体膜である。そ
のため、nc-OS膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも欠陥準位密度が低くなる。ただし
、nc-OS膜は、異なる結晶部間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、nc-
OS膜は、CAAC-OS膜と比べて欠陥準位密度が高くなる。
The nc-OS film is an oxide semiconductor film with higher regularity than an amorphous oxide semiconductor film. Therefore, the nc-OS film has a lower defect level density than the amorphous oxide semiconductor film. However, in the nc-OS film, there is no regularity in crystal orientation between different crystal parts. Therefore, nc-
The OS film has a higher density of defect levels than the CAAC-OS film.
なお、本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態に示す構成及び方法な
どと適宜組み合わせて用いることができる。
Note that the structure, method, etc. shown in this embodiment can be used in appropriate combination with the structures, methods, etc. shown in other embodiments.
(実施の形態2)
本実施の形態では、実施の形態1と異なる表示装置の素子基板の作製方法について、図
面を用いて説明する。本実施の形態は、実施の形態1と同様に、チャネル領域を有する金
属酸化物膜と、ソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜を1枚のフォトマスク
を用いて形成する。一方、本実施の形態は、容量線として機能する導電膜の構成が実施の
形態1と異なる。
(Embodiment 2)
In this embodiment, a method for manufacturing an element substrate of a display device that is different from that in Embodiment 1 will be described with reference to drawings. In this embodiment, similarly to Embodiment 1, a metal oxide film having a channel region and a conductive film functioning as a source electrode and a drain electrode are formed using one photomask. On the other hand, this embodiment differs from Embodiment 1 in the configuration of a conductive film that functions as a capacitor line.
画素13に液晶素子を用いた液晶表示装置の素子基板の具体的な例について説明する。
ここでは、図1(B)に示す画素13の上面図を図6に示す。
A specific example of an element substrate of a liquid crystal display device using a liquid crystal element for the
Here, FIG. 6 shows a top view of the
図6に示す画素13は、金属酸化物膜109cの一部が容量線として機能する。また、
隣り合う画素に設けられた、金属酸化物膜109cが導電膜173で接続されている。
In the
図6に示す画素13において、絶縁膜119(図7(A)参照。)に設けられた開口部
171、172において、金属酸化物膜109cと、画素電極として機能する導電膜12
3と同時に形成された導電膜173が接続する。金属酸化物膜109cは、開口部151
(図4(B)参照。)において窒化物絶縁膜を用いて形成される絶縁膜と接するため、導
電性を有する。この結果、金属酸化物膜109cは、容量線として機能するとともに、容
量素子の一方の電極として機能する。
In the
A
(See FIG. 4B.) Since it is in contact with an insulating film formed using a nitride insulating film, it has conductivity. As a result, the
容量素子25は、導電性を有する金属酸化物膜109c、絶縁膜121(図7(B)参
照。)、及び画素電極として機能する導電膜123で構成される。すなわち、金属酸化物
膜109cが、導電膜173と接続することで、各画素における容量素子の一方の電極(
ここでは、導電性を有する金属酸化物膜109c)を同電位とすることができる。
The
Here, the electrically conductive
本実施の形態に示す画素13は、容量線として、導電膜114、115と同時に形成し
た導電膜を用いていない。導電膜114、115は遮光性を有するため、画素の開口率を
高めることができる。
In the
次に、図6に示す一点破線A-Bの断面図、一点破線C-Dの断面図を用いて、表示装
置の素子基板の作製方法について、説明する。
Next, a method for manufacturing an element substrate of a display device will be described using a cross-sectional view taken along a dotted line AB and a cross-sectional view taken along a dotted line CD shown in FIG.
実施の形態1と同様の工程を経て、第1のフォトマスク乃至第3のフォトマスクを用い
た工程により、図7(A)に示すように、基板101上にゲート電極として機能する導電
膜103、絶縁膜105、106、金属酸化物膜109a、109c、導電膜114、1
15、絶縁膜119、及び絶縁膜120を形成する。なお、本実施の形態においては、導
電膜116は形成していない。また、第2のフォトマスクにより、金属酸化物膜109a
、109c及び導電膜114、115を形成することができるため、素子基板の作製工程
におけるフォトマスク枚数を削減できる。
As shown in FIG. 7A, a
15, an insulating
, 109c and the
次に、第4のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ工程により、絶縁膜120上に
マスクを形成した後、該マスクを用いて、絶縁膜119、120をエッチングして、導電
膜115を露出する開口部152を形成するとともに、絶縁膜120をエッチングして、
導電性を有する金属酸化物膜を露出する開口部171、172を形成する(図7(B)参
照。)。また、当該エッチングにより絶縁膜121を形成することができる。
Next, a mask is formed on the insulating
次に、導電性を有する金属酸化物膜109c及び導電膜115の露出部、並びに絶縁膜
121上に、透光性を有する導電膜を形成する。次に、第5のフォトマスクを用いたフォ
トリソグラフィ工程により、透光性を有する導電膜上にマスクを形成し、マスクを用いて
透光性を有する導電膜をエッチングすることで、画素電極として機能する導電膜123、
及び容量線として機能する導電膜173を形成する。導電膜173は、隣り合う画素に形
成された、導電性を有する金属酸化物膜109cを電気的に接続する機能を有する。この
のち、マスクを除去する(図7(C)を参照。)。
Next, a light-transmitting conductive film is formed on the exposed portions of the conductive
Then, a
以上の工程により、トランジスタ22及び容量素子25を作製することができる。また
、以上の工程により、開口率をより高めた画素を有する素子基板を作製することができる
。
Through the above steps, the
なお、本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態に示す構成及び方法な
どと適宜組み合わせて用いることができる。
Note that the structure, method, etc. shown in this embodiment can be used in appropriate combination with the structures, methods, etc. shown in other embodiments.
(実施の形態3)
本実施の形態は、横電界方式の一例であるFFS(Fringe Field Swi
tching)モードの液晶表示装置の画素構造を用いて説明する。
(Embodiment 3)
This embodiment uses FFS (Fringe Field Switch), which is an example of a transverse electric field method.
The explanation will be given using a pixel structure of a liquid crystal display device in tching mode.
本実施の形態に示すFFSモードの液晶表示装置は、コモン電極が縞状であり、電極の
間において画素電極及びコモン電極で生じる電界を液晶に印加することで、液晶の配向を
制御する。FFSモードの液晶表示装置は、高開口率であり、広い視野角を得ることがで
きる。
In the FFS mode liquid crystal display device shown in this embodiment, the common electrode is striped, and the alignment of the liquid crystal is controlled by applying an electric field generated by the pixel electrode and the common electrode to the liquid crystal between the electrodes. An FFS mode liquid crystal display device has a high aperture ratio and can obtain a wide viewing angle.
ここでは、図1(B)に示す画素13の上面図を図8に示す。
Here, FIG. 8 shows a top view of the
図8に示す画素13は、各画素に一つの金属酸化物膜183を有する。金属酸化物膜1
83上には、ソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜181、182を有する
。導電膜181は、信号線としても機能する。なお、導電膜181は、各画素ごとに分離
されている。また、隣接する画素に設けられた導電膜181を電気的に接続する導電膜1
87が絶縁膜(図示しない。)を介して導電膜181上に設けられる。導電膜187は、
開口部184、185において、導電膜181と接続する。また、複数の画素に渡って、
縞状のコモン電極として機能する導電膜186が設けられる。導電膜187及び導電膜1
86は同時に形成される。
The
87 is provided on the
It is connected to the
A
86 are formed at the same time.
本実施の形態に示す表示装置において、コモン電極として機能する導電膜186は、基
板全面に形成されず、縞状であるため、信号線として機能する導電膜181、187、及
び走査線として機能する導電膜103と重なる面積が縮小される。この結果、導電膜10
3及び導電膜186の間、並びに導電膜181、187及び導電膜186の間で発生する
寄生容量を低減することができる。
In the display device shown in this embodiment, the
The parasitic capacitance that occurs between the
次に、図8に示す一点破線A-Bの断面図、一点破線E-Fの断面図を用いて、表示装
置の素子基板の作製方法について、説明する。
Next, a method for manufacturing an element substrate of a display device will be described using a cross-sectional view taken along a dotted line AB and a cross-sectional view taken along a dotted line EF shown in FIG.
実施の形態1と同様の工程を経て、第1のフォトマスクを用いた工程により、図9(A
)に示すように、基板101上にゲート電極として機能する導電膜103を形成する。次
に、基板101及び導電膜103上に、実施の形態1と同様に、絶縁膜105、106、
金属酸化物膜108、及び導電膜110を形成する。
After going through the same steps as in Embodiment 1 and using the first photomask, the image shown in FIG.
), a
A
次に、実施の形態1に示す第2のフォトマスクを用いた工程により、図9(B)に示す
ように、金属酸化物膜183、導電膜181、182を形成する。導電膜181は、実施
の形態1に示す導電膜114と同様に、トランジスタのソース電極及びドレイン電極の一
方として機能するとともに、信号線として機能する。導電膜182は、実施の形態1に示
す導電膜115と同様に、トランジスタのソース電極及びドレイン電極の他方として機能
する。ここでは、第2のフォトマスクにより、金属酸化物膜183及び導電膜181、1
82を形成することができるため、素子基板の作製工程におけるフォトマスク枚数を削減
できる。
Next, as shown in FIG. 9B, a
82, the number of photomasks in the process of manufacturing the element substrate can be reduced.
次に、実施の形態1に示す第3のフォトマスクを用いた工程により、開口部151を有
する絶縁膜119を形成した後、金属酸化物膜183及び絶縁膜119上に絶縁膜120
を形成する(図9(C)参照。)。
Next, after the insulating
(See FIG. 9(C).)
金属酸化物膜183において、絶縁膜120と接する領域191は、金属酸化物膜10
9cと同様に、導電性が高まる。この結果、画素電極として機能する。一方、絶縁膜11
9は酸化物絶縁膜を用いて形成される。このため、金属酸化物膜183において、絶縁膜
119と接する領域は、絶縁膜119との界面準位密度が低い。さらに、絶縁膜119が
、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜を用いて形成される
と、絶縁膜119に含まれる酸素が金属酸化物膜183に移動するため、領域192にお
ける酸素欠損含有量を低減することが可能となる。この結果、金属酸化物膜183におい
て、絶縁膜119と接する領域192はチャネル領域として機能する。さらに、金属酸化
物膜183において、導電膜181、182と接する領域は低抵抗領域となる。
In the
Similar to 9c, conductivity is increased. As a result, it functions as a pixel electrode. On the other hand, the insulating
9 is formed using an oxide insulating film. Therefore, a region of the
なお、開口部151を有する絶縁膜119を形成するとき、開口部151の端部と走査
線として機能する導電膜との距離、及び開口部151の端部と信号線として機能する導電
膜181との距離を、それぞれ1.5μmより大きい、さらには2μmより大きいとする
ことが好ましい。金属酸化物膜183において、絶縁膜120と接する領域は、酸素欠損
または不純物を含むことにより導電性が高まるが、該領域と隣接する領域においても、導
電性が上昇する。これは、不純物が横方向に拡散することで、金属酸化物膜183におい
て絶縁膜121と接していない領域にも不純物が含まれ、低抵抗化してしまうため、と考
えられる。そこで、開口部151の端部と走査線として機能する導電膜との距離を1.5
μmより大きい、さらには2μmより大きいとすることで、トランジスタ22のチャネル
領域の低抵抗化を防ぐことが可能であり、ノーマリーオフ特性を有するトランジスタを作
製することができる。また、開口部151の端部と信号線として機能する導電膜181と
の距離を1.5μmより大きい、さらには2μmより大きいとすることで、信号線として
機能する導電膜181と、金属酸化物膜183において画素電極として機能する領域19
1との電圧が、互いに影響せず、表示不良を防ぐことができる。
Note that when forming the insulating
By making the thickness larger than μm, or even larger than 2 μm, it is possible to prevent the resistance of the channel region of the
1 and 1 do not affect each other, and display defects can be prevented.
次に、第4のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ工程により、絶縁膜121上に
マスクを形成した後、該マスクを用いて、絶縁膜119、120をエッチングして、導電
膜181を露出する開口部184、185を形成するとともに、絶縁膜121を形成する
(図10(A)参照。)
Next, a mask is formed on the insulating
次に、導電膜181の露出部、及び絶縁膜121上に、透光性を有する導電膜を形成す
る。次に、第5のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ工程により、透光性を有する
導電膜上にマスクを形成し、マスクを用いて透光性を有する導電膜をエッチングすること
で、コモン電極として機能する導電膜186を形成するとともに、信号線として機能する
導電膜187を形成する。導電膜187は、隣り合う画素に設けられた導電膜181を電
気的に接続する。こののち、マスクを除去する(図10(B)を参照。)。
Next, a light-transmitting conductive film is formed on the exposed portion of the
以上の工程により、トランジスタ22及び容量素子25を作製することができる。また
、以上の工程により、開口率をより高めた画素を有する素子基板を作製することができる
。また、FFSモードの液晶表示装置を作製することができる。
Through the above steps, the
なお、本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態に示す構成及び方法な
どと適宜組み合わせて用いることができる。
Note that the structure, method, etc. shown in this embodiment can be used in appropriate combination with the structures, methods, etc. shown in other embodiments.
(実施の形態4)
本実施の形態では、実施の形態1乃至実施の形態3と比較して、金属酸化物膜の欠陥量
をさらに低減することが可能なトランジスタを有する半導体装置について図面を参照して
説明する。本実施の形態で説明するトランジスタは、実施の形態1及び実施の形態2と比
較して、金属酸化物膜の代わりに、複数の金属酸化物膜を有する多層膜が設けられている
点が異なる。
(Embodiment 4)
In this embodiment, a semiconductor device including a transistor in which the amount of defects in a metal oxide film can be further reduced compared to Embodiments 1 to 3 will be described with reference to the drawings. The transistor described in this embodiment differs from Embodiment 1 and 2 in that a multilayer film including a plurality of metal oxide films is provided instead of a metal oxide film. .
図11に、半導体装置が有するトランジスタ図2に示す一点破線A-B、C-Dの一点
鎖線A-B、C-D間の断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view of a transistor included in a semiconductor device, taken along dashed-dot lines AB and CD shown in FIG.
図11(A)に示すトランジスタ22bは、絶縁膜106上に多層膜250a、250
bを有する。多層膜250aは、絶縁膜106に接する第1の金属酸化物膜251a、並
びに第1の金属酸化物膜251a及び絶縁膜119に接する第2の金属酸化物膜252a
を有する。
The
It has b. The
has.
図11(A)に示す、絶縁膜106上に設けられた多層膜250bは容量電極として機
能する。多層膜250bは、絶縁膜107bに接する第1の金属酸化物膜251b、及び
第1の金属酸化物膜251b及び絶縁膜119に接する第2の金属酸化物膜252bを有
する。
A
第2の金属酸化物膜252a、252bは、第1の金属酸化物膜251a、251bを
構成する元素の一種以上から構成される金属酸化物膜である。このため、第1の金属酸化
物膜251a、251bと第2の金属酸化物膜252a、252b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。
The second
The field effect mobility of the transistor is increased.
第1の金属酸化物膜251a、251b及び第2の金属酸化物膜252a、252bは
、代表的には、In-Ga酸化物、In-Zn酸化物、In-M-Zn酸化物(MはAl
、Ga、Ti、Y、Zr、La、Ce、またはNd)である。
The first
, Ga, Ti, Y, Zr, La, Ce, or Nd).
また、第2の金属酸化物膜252a、252bは、第1の金属酸化物膜251a、25
1b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、第2の金属酸化物
膜252a、252bの伝導帯の下端のエネルギーと、第1の金属酸化物膜251a、2
51bの伝導帯の下端のエネルギーとの差が、0.05eV以上、0.07eV以上、0
.1eV以上、または0.15eV以上、且つ2eV以下、1eV以下、0.5eV以下
、または0.4eV以下である。即ち、第2の金属酸化物膜252a、252bの電子親
和力と、第1の金属酸化物膜251a、251bの電子親和力との差が、0.05eV以
上、0.07eV以上、0.1eV以上、または0.15eV以上、且つ2eV以下、1
eV以下、0.5eV以下、または0.4eV以下である。
Further, the second
1b, the energy at the lower end of the conduction band is closer to the vacuum level, and typically, the energy at the lower end of the conduction band of the second
The difference with the energy at the lower end of the conduction band of 51b is 0.05 eV or more, 0.07 eV or more, 0
.. It is 1 eV or more, or 0.15 eV or more, and 2 eV or less, 1 eV or less, 0.5 eV or less, or 0.4 eV or less. That is, the difference between the electron affinity of the second
eV or less, 0.5 eV or less, or 0.4 eV or less.
第1の金属酸化物膜251a、251b及び第2の金属酸化物膜252a、252bは
、Inを含むことで、キャリア移動度(電子移動度)が高くなるため好ましい。
The first
第2の金属酸化物膜252a、252bとして、Al、Ga、Ti、Y、Zr、La、
Ce、またはNdをInより高い原子数比で有することで、以下の効果を有する場合があ
る。(1)第2の金属酸化物膜252a、252bのエネルギーギャップを大きくする。
(2)第2の金属酸化物膜252a、252bの電子親和力を小さくする。(3)外部か
らの不純物の拡散を抑制する。(4)第1の金属酸化物膜251a、251bと比較して
、絶縁性が高くなる。(5)Ga、Y、Zr、La、Ce、またはNdは、酸素との結合
力が強い金属元素であるため、酸素欠損が生じにくくなる。
The second
Having Ce or Nd in a higher atomic ratio than In may have the following effects. (1) Enlarge the energy gap between the second
(2) Decreasing the electron affinity of the second
第1の金属酸化物膜251a、251bがIn-M-Zn酸化物であるとき、Inおよ
びMの和を100atomic%としたとき、InとMの原子数比率は、好ましくは、I
nとMの原子数比率は好ましくはInが25atomic%より大きく、Mが75ato
mic%未満、さらに好ましくはInが34atomic%より大きく、Mが66ato
mic%未満とする。
When the first
The atomic ratio of n and M is preferably greater than 25 atomic% for In and 75 atomic% for M.
mic%, more preferably In is greater than 34 atomic%, and M is 66 atomic%.
Less than mic%.
第2の金属酸化物膜252a、252bがIn-M-Zn酸化物であるとき、Inおよ
びMの和を100atomic%としたとき、InとMの原子数比率は、好ましくは、I
nが50atomic%未満、Mが50atomic%より大きい、さらに好ましくは、
Inが25atomic%未満、Mが75atomic%より大きいとする。
When the second
More preferably, n is less than 50 atomic%, M is greater than 50 atomic%,
It is assumed that In is less than 25 atomic% and M is greater than 75 atomic%.
また、第1の金属酸化物膜251a、251b及び第2の金属酸化物膜252a、25
2bが、In-M-Zn酸化物M(Mは、Al、Ga、Ti、Y、Zr、La、Ce、ま
たはNd)の場合、第1の金属酸化物膜251a、251bと比較して、第2の金属酸化
物膜252a、252bに含まれるM(Al、Ga、Ti、Y、Zr、La、Ce、また
はNd)の原子数比が大きく、代表的には、第1の金属酸化物膜251a、251bに含
まれる上記原子と比較して、1.5倍以上、好ましくは2倍以上、さらに好ましくは3倍
以上高い原子数比である。
In addition, the first
When 2b is an In-M-Zn oxide M (M is Al, Ga, Ti, Y, Zr, La, Ce, or Nd), compared to the first
また、第1の金属酸化物膜251a、251b及び第2の金属酸化物膜252a、25
2bが、In-M-Zn酸化物(Mは、Al、Ga、Ti、Y、Zr、La、Ce、また
はNd)の場合、第2の金属酸化物膜252a、252bをIn:M:Zn=x1:y1
:z1[原子数比]、第1の金属酸化物膜251a、251b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y
2/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。
In addition, the first
2b is In-M-Zn oxide (M is Al, Ga, Ti, Y, Zr, La, Ce, or Nd), the second
:z 1 [atomic ratio], the first
When y 2 :z 2 [atomic ratio], y 1 /x 1 is larger than y 2 /x 2 , preferably,
y 1 /x 1 is 1.5 times or more greater than y 2 /x 2 . More preferably, y 1 /x 1 is y
2 /x 2 is twice or more, and more preferably y 1 /x 1 is three times or more larger than y 2 /x 2 .
第1の金属酸化物膜251a、251bがIn-M-Zn酸化物(Mは、Al、Ga、
Ti、Y、Zr、La、Ce、またはNd)の場合、第1の金属酸化物膜251a、25
1b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
=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、第1の金属酸化物膜251a、25
1bとしてCAAC-OS膜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、In:M:Zn=1:1:1、In:M:Zn=1:1:1.2、In
:M:Zn=3:1:2等がある。
The first
Ti, Y, Zr, La, Ce, or Nd), the first
In the target used for forming film 1b, the atomic ratio of metal elements is In:M:Zn
=x 1 :y 1 :z 1 , then x 1 /y 1 is 1/3 or more and 6 or less, furthermore, 1 or more and 6 or less, and z 1 /y 1 is 1/3 or more and 6 or less, Furthermore, it is preferably 1 or more and 6 or less. Note that by setting z 1 /y 1 to 1 or more and 6 or less, the first
As 1b, a CAAC-OS film is easily formed. Typical examples of the atomic ratio of the metal elements in the target include In:M:Zn=1:1:1, In:M:Zn=1:1:1.2, and In:M:Zn=1:1:1.2.
:M:Zn=3:1:2 etc.
第2の金属酸化物膜252a、252bがIn-M-Zn酸化物(Mは、Ga、Y、Z
r、La、Ce、またはNd)の場合、第2の金属酸化物膜252a、252b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、z2/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。なお、z2/y2を1以上6以下とするこ
とで、第2の金属酸化物膜252a、252bとしてCAAC-OS膜が形成されやすく
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、In:M:Zn=1:3:2
、In:M:Zn=1:3:4、In:M:Zn=1:3:6、In:M:Zn=1:3
:8等がある。
The second
r, La, Ce, or Nd), the atomic ratio of the metal elements in the target used for forming the second
:z 2 , then x 2 /y 2 <x 1 /y 1 , and z 2 /y 2 is 1/3 or more and 6 or less,
Furthermore, it is preferably 1 or more and 6 or less. Note that by setting z 2 /y 2 to 1 or more and 6 or less, a CAAC-OS film can be easily formed as the second
, In:M:Zn=1:3:4, In:M:Zn=1:3:6, In:M:Zn=1:3
: There is 8th grade.
なお、第1の金属酸化物膜251a、251b及び第2の金属酸化物膜252a、25
2bの原子数比はそれぞれ、誤差として上記の原子数比のプラスマイナス40%の変動を
含む。
Note that the first
Each of the atomic ratios of 2b includes a variation of plus or minus 40% of the above atomic ratio as an error.
第2の金属酸化物膜252a、252bは、絶縁膜119となる膜を形成する際の、第
1の金属酸化物膜251aへのダメージ緩和膜としても機能する。
The second
第1の金属酸化物膜251a、251bの厚さは、3nm以上200nm以下、好まし
くは3nm以上100nm以下、さらに好ましくは3nm以上50nm以下とする。第2
の金属酸化物膜252a、252bの厚さは、3nm以上100nm以下、好ましくは3
nm以上50nmとする。
The thickness of the first
The thickness of the
nm or more and 50 nm.
第1の金属酸化物膜251a、251b及び第2の金属酸化物膜252a、252bは
、例えば非単結晶構造でもよい。非単結晶構造は、例えば、後述するCAAC-OS(C
Axis Aligned-Crystalline Oxide Semicond
uctor)、多結晶構造、後述する微結晶構造、または非晶質構造を含む。
The first
Axis Aligned-Crystalline Oxide Semicond
uctor), a polycrystalline structure, a microcrystalline structure (described later), or an amorphous structure.
なお、第1の金属酸化物膜251a、251b及び第2の金属酸化物膜252a、25
2bにおいて、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-O
Sの領域、単結晶構造の領域の二種以上を有する混合膜を構成してもよい。混合膜は、例
えば、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域、多結晶構造の領域、CAAC-OSの領域
、単結晶構造の領域のいずれか二種以上の領域を有する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の領域の積層構造を有する場合がある
。
Note that the first
2b, an amorphous structure region, a microcrystalline structure region, a polycrystalline structure region, CAAC-O
A mixed film having two or more of the S region and the single crystal structure region may be configured. The mixed film is, for example, a single layer structure having two or more of the following: an amorphous structure region, a microcrystalline structure region, a polycrystalline structure region, a CAAC-OS region, and a single crystal structure region. There are cases. In addition, the mixed film may include, for example, an amorphous structure region, a microcrystalline structure region, a polycrystalline structure region, a CAAC-
It may have a stacked structure of two or more types of regions, including an OS region and a single crystal structure region.
ここでは、第1の金属酸化物膜251a及び絶縁膜119の間に、第2の金属酸化物膜
252aが設けられている。このため、第2の金属酸化物膜252aと絶縁膜119の間
において、不純物及び欠陥によりキャリアトラップが形成されても、当該キャリアトラッ
プが形成される領域と第1の金属酸化物膜251aとの間には隔たりがある。この結果、
第1の金属酸化物膜251aを流れる電子がキャリアトラップに捕獲されにくく、トラン
ジスタ22b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、キャリアトラップに電子が捕獲されると、該電子が負の固定電荷と
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
、第1の金属酸化物膜251aとキャリアトラップが形成される領域との間に隔たりがあ
るため、キャリアトラップにおける電子の捕獲を抑制することが可能であり、しきい値電
圧の変動を低減することができる。
Here, a second
Electrons flowing through the first
また、第2の金属酸化物膜252aは、外部からの不純物を遮蔽することが可能である
ため、外部から第1の金属酸化物膜251aへ移動する不純物量を低減することが可能で
ある。また、第2の金属酸化物膜252aは、酸素欠損を形成しにくい。これらのため、
第1の金属酸化物膜251aにおける不純物濃度及び酸素欠損量を低減することが可能で
ある。
Further, since the second
It is possible to reduce the impurity concentration and the amount of oxygen vacancies in the first
なお、第1の金属酸化物膜251a、251b及び第2の金属酸化物膜252a、25
2bは、各膜を単に積層するのではなく連続接合(ここでは特に伝導帯の下端のエネルギ
ーが各膜の間で連続的に変化する構造)が形成されるように作製する。すなわち、各膜の
界面において、第1の金属酸化物膜251a、251bにとってトラップ中心や再結合中
心のような欠陥準位、あるいはキャリアの流れを阻害するバリアを形成するような不純物
が存在しないような積層構造とする。仮に、積層された第1の金属酸化物膜251a、2
51b及び第2の金属酸化物膜252a、252b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。
Note that the first
2b is fabricated so that a continuous junction (in this case, in particular, a structure in which the energy at the lower end of the conduction band changes continuously between each film) is formed instead of simply stacking each film. That is, at the interface between each film, the first
If impurities are mixed between 51b and the second
It will disappear.
連続接合を形成するためには、ロードロック室を備えたマルチチャンバー方式の成膜装
置(スパッタリング装置)を用いて各膜を大気に触れさせることなく連続して積層するこ
とが必要となる。スパッタリング装置における各チャンバーは、金属酸化物膜にとって不
純物となる水等を可能な限り除去すべくクライオポンプのような吸着式の真空排気ポンプ
を用いて高真空排気(5×10-7Pa乃至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
。
In order to form a continuous bond, it is necessary to use a multi-chamber type film forming apparatus (sputtering apparatus) equipped with a load lock chamber to successively stack each film without exposing them to the atmosphere. Each chamber in the sputtering device is evacuated to a high vacuum (5×10 −7 Pa to 1 ×10 −4 Pa) is preferable. Alternatively, it is preferable to use a combination of a turbomolecular pump and a cold trap to prevent gas, particularly gas containing carbon or hydrogen, from flowing back into the chamber from the exhaust system.
また、図11(B)に示すように、トランジスタ22cは、多層膜255aを有しても
よい。または、多層膜255bを容量電極として設けてもよい。
Furthermore, as shown in FIG. 11B, the
多層膜255aは、第3の金属酸化物膜253a、第1の金属酸化物膜251a、及び
第2の金属酸化物膜252aが順に積層されている。また、第3の金属酸化物膜253a
は絶縁膜106と接し、第2の金属酸化物膜252aは絶縁膜119と接し、第1の金属
酸化物膜251aがチャネル領域として機能する。
The
is in contact with the insulating
多層膜255bは、第3の金属酸化物膜253b、第1の金属酸化物膜251b、及び
第2の金属酸化物膜252bが順に積層されている。また、第3の金属酸化物膜253b
は絶縁膜106と接し、第2の金属酸化物膜252bは絶縁膜119と接する。
The
is in contact with the insulating
第3の金属酸化物膜253a、153bは、第2の金属酸化物膜252a、252bと
同様の材料及び形成方法を適宜用いることができる。
The third
第3の金属酸化物膜253a、153bは、第1の金属酸化物膜251a、251bよ
り膜厚が小さいと好ましい。第3の金属酸化物膜253a、153bの厚さを1nm以上
5nm以下、好ましくは1nm以上3nm以下とすることで、トランジスタのしきい値電
圧の変動量を低減することが可能である。
It is preferable that the third
本実施の形態に示すトランジスタは、絶縁膜106及び第1の金属酸化物膜251aの
間に、第3の金属酸化物膜253aが設けられている。また、第1の金属酸化物膜251
a及び絶縁膜119の間に、第2の金属酸化物膜252aが設けられている。これらのた
め、絶縁膜106及び第1の金属酸化物膜251aの間、並びに第1の金属酸化物膜25
1a及び絶縁膜119の間において、不純物及び欠陥によりキャリアトラップが形成され
ても、当該キャリアトラップが形成される領域と第1の金属酸化物膜251aとの間には
隔たりがある。この結果、第1の金属酸化物膜251aを流れる電子がキャリアトラップ
に捕獲されにくく、トランジスタ22c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、キャリアトラップ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、第1の金属酸化物膜251aとキャリアトラップが形
成される領域との間に隔たりがあるため、キャリアトラップにおける電子の捕獲を低減す
ることが可能であり、トランジスタ22cのしきい値電圧の変動を低減することができる
。
In the transistor shown in this embodiment, a third
A second
Even if a carrier trap is formed between 1a and the insulating
なお、本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態に示す構成及び方法な
どと適宜組み合わせて用いることができる。
Note that the structure, method, etc. shown in this embodiment can be used in appropriate combination with the structures, methods, etc. shown in other embodiments.
(実施の形態5)
本実施の形態では、オン電流が大きく、電界効果易動度が高く、電気特性のばらつきの
少ないトランジスタと、容量素子とを、フォトマスクを削減して作製する方法について、
図14及び図15を用いて説明する。なお、本実施の形態では、実施の形態2に示すトラ
ンジスタ及びその作製方法を用いて説明するが、適宜他の実施の形態に本実施の形態を適
用することができる。また、実施の形態2と重複する構成は説明を省略する。
(Embodiment 5)
This embodiment mode describes a method for manufacturing a transistor and a capacitor with large on-current, high field-effect mobility, and little variation in electrical characteristics while reducing the number of photomasks.
This will be explained using FIGS. 14 and 15. Note that although this embodiment mode will be described using the transistor and its manufacturing method described in Embodiment Mode 2, this embodiment mode can be applied to other embodiments as appropriate. Furthermore, explanations of configurations that overlap with those of the second embodiment will be omitted.
図14は画素13の上面図であり、図15(A)は、図14の一点鎖線A-B、C-D
間の断面図であり、図15(B)は、図14の一点鎖線E-F間の断面図である。
FIG. 14 is a top view of the
FIG. 15B is a sectional view taken along the dashed line EF in FIG. 14.
トランジスタ22dは、走査線及び信号線が交差する領域に設けられている。トランジ
スタ22dは、ゲート電極として機能する導電膜103、ゲート絶縁膜(図15に図示せ
ず。)、ゲート絶縁膜上に形成されたチャネル領域が形成される金属酸化物膜109a、
ソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜114、115、金属酸化物膜109
a、導電膜114、115を覆う絶縁膜(図15に図示せず。)、及びゲート電極として
機能する導電膜243により構成される。トランジスタ22dは、開口部241において
、ゲート電極として機能する導電膜103及び導電膜243が接続していることを特徴と
する。
The
a, an insulating film (not shown in FIG. 15) that covers the
次に、トランジスタ22dの断面構造について、図15を用いて説明する。図15(A
)はトランジスタ22dのチャネル長方向の断面図であり、図15(B)はトランジスタ
22dのチャネル方向の断面図である。
Next, the cross-sectional structure of the
) is a cross-sectional view of the
図15(A)及び図15(B)に示すトランジスタ22dは、チャネルエッチ型のトラ
ンジスタであり、基板101に設けられるゲート電極として機能する導電膜103と、基
板101及び導電膜103と接する絶縁膜105と、絶縁膜105と接する絶縁膜106
と、絶縁膜105、106を介して、導電膜103と重なる金属酸化物膜109aと、金
属酸化物膜109aと接する導電膜114、115とを有する。また、絶縁膜105、絶
縁膜106、金属酸化物膜109a、及び導電膜114、115と接する絶縁膜119と
、絶縁膜119と接する絶縁膜121と、絶縁膜121と接するゲート電極として機能す
る導電膜243とを有する。絶縁膜105及び絶縁膜106はゲート絶縁膜として機能す
る。また、絶縁膜119及び絶縁膜121はゲート絶縁膜として機能する。
The
A
図15(B)に示すように、導電膜103及び導電膜243は、絶縁膜105、絶縁膜
106、絶縁膜119、及び絶縁膜121に設けられる開口部241において、接続する
。また、トランジスタのチャネル幅方向において、導電膜243の端部は、金属酸化物膜
109aの端部の外側に位置する。また、絶縁膜119及び絶縁膜121を介して金属酸
化物膜109aの側面が導電膜243と対向する。また、導電膜243は、開口部241
において、金属酸化物膜109aの側面と対向する。
As shown in FIG. 15B, the
, facing the side surface of the
導電膜243は、導電膜123及び導電膜124と同様の材料及び作製方法を用いて形
成することができる。また、開口部241は、開口部152を形成する際に同時に形成す
ることができる。この結果、フォトマスク数を増やすくことなく、5枚のフォトマスクを
用いてトランジスタ22dを作製することができる。
The
図15(B)において、トランジスタのチャネル幅方向において、金属酸化物膜109
aの側面がゲート電極として機能する導電膜243と対向する。このため、導電膜103
及び導電膜243の電界が、金属酸化物膜109aの平面だけでなく、側面へも影響する
。この結果、金属酸化物膜109aにおいてキャリアの流れる領域が、絶縁膜106と金
属酸化物膜109aとの界面、及び金属酸化物膜109aと絶縁膜119との界面のみで
なく、金属酸化物膜109aの内部を含む広い範囲となるため、トランジスタにおけるキ
ャリアの移動量が増加する。この結果、トランジスタのオン電流が大きくなる共に、電界
効果移動度が高くなり、代表的には電界効果移動度が10cm2/V・s以上、さらには
20cm2/V・s以上となる。なお、トランジスタのL長を0.5μm以上6.5μm
以下、好ましくは1μmより大きく6μm未満とすることで、電界効果移動度の増加が顕
著である。
In FIG. 15B, in the channel width direction of the transistor, the metal oxide film 109
The side surface a faces a
The electric field of the
Hereinafter, the field effect mobility increases significantly by preferably setting the thickness to be greater than 1 μm and less than 6 μm.
また、エッチング等で加工された金属酸化物膜109aの端部においては、加工におけ
るダメージにより欠陥が形成される共に、不純物付着などにより汚染される。このため、
トランジスタにおいてゲート電極として機能する導電膜103または導電膜243の一方
のみ形成される場合、金属酸化物膜109aが真性または実質的に真性であっても、電界
などのストレスが与えられることによって金属酸化物膜109aの端部は活性化され、n
型の領域(低抵抗領域)となりやすい。また、当該n型の領域が、導電膜114、115
の間に直線的に設けられると、n型の領域がキャリアのパスとなってしまい、寄生チャネ
ルが形成される。この結果、しきい値電圧におけるドレイン電流の上昇が段階的であり、
且つしきい値電圧がマイナスシフトしたトランジスタとなってしまう。しかしながら、図
15(B)に示すように、同電位である導電膜103及び導電膜243を有し、チャネル
幅方向において、導電膜243が、金属酸化物膜109aの側面と対向することで、導電
膜243の電界が金属酸化物膜109aの側面へも影響する。この結果、金属酸化物膜1
09aの側面、または側面及びその近傍を含む端部における寄生チャネルの発生が抑制さ
れる。この結果、しきい値電圧におけるドレイン電流の上昇が急峻である、電気特性の優
れたトランジスタとなる。
Further, at the end of the
When only one of the
It tends to become a type region (low resistance region). Further, the n-type region is the
If the n-type region is provided linearly between the two, the n-type region becomes a carrier path, and a parasitic channel is formed. As a result, the rise in drain current at the threshold voltage is gradual;
In addition, the transistor becomes a transistor whose threshold voltage is shifted to a negative value. However, as shown in FIG. 15B, since the
The generation of parasitic channels on the side surface of 09a or the end portion including the side surface and the vicinity thereof is suppressed. As a result, a transistor with excellent electrical characteristics is obtained in which the drain current rises steeply at the threshold voltage.
また、導電膜103及び導電膜243を有することで、それぞれが外部からの電界を遮
蔽する機能を有するため、基板101及び導電膜243の間、導電膜243上に設けられ
る固定電荷が金属酸化物膜109aに影響しない。この結果、ストレス試験(例えば、ゲ
ート電極にマイナスの電位を印加する-GBT(Gate Bias-Temperat
ure)ストレス試験)の劣化が抑制されると共に、異なるドレイン電圧におけるオン電
流の立ち上がり電圧の変動を抑制することができる。
Further, by having the
(ure) stress test) is suppressed, and variation in the rise voltage of the on-current at different drain voltages can be suppressed.
なお、BTストレス試験は加速試験の一種であり、長期間の使用によって起こるトラン
ジスタの特性変化(即ち、経年変化)を、短時間で評価することができる。特に、BTス
トレス試験前後におけるトランジスタのしきい値電圧の変動量は、信頼性を調べるための
重要な指標となる。BTストレス試験前後において、しきい値電圧の変動量が少ないほど
、信頼性が高いトランジスタであるといえる。
Note that the BT stress test is a type of accelerated test, and can evaluate changes in transistor characteristics (ie, changes over time) caused by long-term use in a short time. In particular, the amount of variation in the threshold voltage of a transistor before and after the BT stress test is an important index for examining reliability. It can be said that the smaller the amount of variation in the threshold voltage before and after the BT stress test, the more reliable the transistor is.
また、図15(B)において、チャネル幅方向において、金属酸化物膜109aの一方
の側面側に開口部が設けれ、該開口部において導電膜103及び導電膜243が電気的に
接続しているが、他方の側面側にも開口部を設け、該開口部において導電膜103及び導
電膜243を電気的に接続してもよい。この結果、導電膜243の抵抗値の増加を防ぐこ
とができるとともに、金属酸化物膜109aの両側面から導電膜243の電界を金属酸化
物膜109aに影響させることが可能であり、トランジスタのオン電流を増大させるとと
もに、電界効果移動度を高めることができる。
Further, in FIG. 15B, an opening is provided on one side surface of the
なお、本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態に示す構成及び方法な
どと適宜組み合わせて用いることができる。
Note that the structure, method, etc. shown in this embodiment can be used in appropriate combination with the structures, methods, etc. shown in other embodiments.
(実施の形態6)
実施の形態1乃至実施の形態5に示すトランジスタ及び容量素子を用いて、駆動回路を
作製することができる。
(Embodiment 6)
A driver circuit can be manufactured using the transistor and capacitor described in Embodiments 1 to 5.
また、実施の形態4に示すトランジスタ22dは、オン電流が大きく、且つ移動度が高
い。このため、大電流を流す必要のあるトランジスタで構成される回路、例えばバッファ
にトランジスタ22dを用いることで、チャネル長及びチャネル幅を小さくすることが可
能であり、トランジスタの面積を縮小することが可能である。この結果、駆動回路の面積
が縮小される。周辺部に駆動回路を有する半導体装置、代表的には表示装置において、駆
動回路の面積を縮小することで、表示装置における画素部の面積を増大させることができ
る。すなわち、表示装置の狭額縁化が可能である。
Further, the
なお、本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態に示す構成及び方法な
どと適宜組み合わせて用いることができる。
Note that the structure, method, etc. shown in this embodiment can be used in appropriate combination with the structures, methods, etc. shown in other embodiments.
(実施の形態7)
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置を適用した表示モジュールについて、
図16を用いて説明を行う。
(Embodiment 7)
In this embodiment, a display module to which a semiconductor device of one embodiment of the present invention is applied is described.
This will be explained using FIG. 16.
図16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、バックライトユニット8007、フレーム8009、プリント基
板8010、バッテリー8011を有する。なお、バックライトユニット8007、バッ
テリー8011、タッチパネル8004などは、設けられない場合もある。
The
本発明の一態様の半導体装置は、例えば、表示パネル8006に用いることができる。
The semiconductor device of one embodiment of the present invention can be used for the
上部カバー8001及び下部カバー8002は、タッチパネル8004及び表示パネル
8006のサイズに合わせて、形状や寸法を適宜変更することができる。
The shape and dimensions of the
タッチパネル8004は、抵抗膜方式または静電容量方式のタッチパネルを表示パネル
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。または、表示パネル
8006の各画素内に光センサを設け、光学式のタッチパネルとすることも可能である。
または、表示パネル8006の各画素内にタッチセンサ用電極を設け、静電容量方式のタ
ッチパネルとすることも可能である。
As the
Alternatively, a touch sensor electrode can be provided in each pixel of the
バックライトユニット8007は、光源8008を有する。光源8008をバックライ
トユニット8007の端部に設け、光拡散板を用いる構成としてもよい。
フレーム8009は、表示パネル8006の保護機能の他、プリント基板8010の動
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。
The
プリント基板8010は、電源回路、ビデオ信号及びクロック信号を出力するための信
号処理回路を有する。電源回路に電力を供給する電源としては、外部の商用電源であって
も良いし、別途設けたバッテリー8011による電源であってもよい。バッテリー801
1は、商用電源を用いる場合には、省略可能である。
The printed
1 can be omitted if a commercial power source is used.
また、表示モジュール8000には、偏光板、位相差板、プリズムシートなどの部材を
追加して設けてもよい。
Further, the
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いること
ができる。
The structure shown in this embodiment can be used in combination with the structures shown in other embodiments as appropriate.
(実施の形態8)
本実施の形態では、半導体装置の一例として、上記実施の形態で説明した半導体装置を
搭載することのできる電子機器について説明する。
(Embodiment 8)
In this embodiment, as an example of a semiconductor device, an electronic device in which the semiconductor device described in the above embodiment can be mounted will be described.
電子機器として、例えば、テレビジョン装置(テレビ、またはテレビジョン受信機とも
いう)、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタ
ルフォトフレーム、携帯電話機(携帯電話、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。これら
の電子機器の具体例を図12に示す。
Examples of electronic devices include television devices (also referred to as televisions or television receivers), computer monitors, digital cameras, digital video cameras, digital photo frames, and mobile phones (also referred to as mobile phones and mobile phone devices). , portable game console,
Examples include mobile information terminals, audio playback devices, and large game machines such as pachinko machines. Specific examples of these electronic devices are shown in FIG.
図12(A)は、テレビジョン装置の一例を示している。テレビジョン装置7100は
、筐体7101に表示部7103が組み込まれている。表示部7103により、映像を表
示することが可能であり、上記実施の形態で説明した表示装置を表示部7103に用いる
ことができる。また、ここでは、スタンド7105により筐体7101を支持した構成を
示している。
FIG. 12(A) shows an example of a television device. A
テレビジョン装置7100の操作は、筐体7101が備える操作スイッチや、別体のリ
モートコントローラ7110により行うことができる。リモートコントローラ7110が
備える操作キー7109により、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部71
03に表示される映像を操作することができる。また、リモートコントローラ7110に
、当該リモートコントローラから出力する情報を表示する表示部7107を設ける構成と
してもよい。
The
You can operate the video displayed on 03. Further, the
なお、テレビジョン装置7100は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機
により一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線または無線
による通信ネットワークに接続することにより、一方向(送信者から受信者)または双方
向(送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など)の情報通信を行うことも可能である
。
Note that the
図12(B)はコンピュータであり、本体7201、筐体7202、表示部7203、
キーボード7204、外部接続ポート7205、ポインティングデバイス7206等を含
む。なお、コンピュータは、上記実施の形態で説明した表示装置を表示部7203に用い
ることができる。
FIG. 12B shows a computer, which includes a
It includes a
図12(C)は携帯型遊技機であり、筐体7301と筐体7302の2つの筐体で構成
されており、連結部7303により、開閉可能に連結されている。筐体7301には表示
部7304が組み込まれ、筐体7302には表示部7305が組み込まれている。また、
図12(C)に示す携帯型遊技機は、その他、スピーカ部7306、記録媒体挿入部73
07、LEDランプ7308、入力手段(操作キー7309、接続端子7310、センサ
7311(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、においまたは赤外線を測定する機能を含むもの)、マイクロフォン7312)等を
備えている。もちろん、携帯型遊技機の構成は上述のものに限定されず、少なくとも表示
部7304および表示部7305の両方、または一方に上記実施の形態で説明した表示装
置を用いていればよく、その他付属設備が適宜設けられた構成とすることができる。図1
2(C)に示す携帯型遊技機は、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や、他の携帯型遊技機と無線通信を行って情報を共有する
機能を有する。なお、図12(C)に示す携帯型遊技機が有する機能はこれに限定されず
、様々な機能を有することができる。
FIG. 12C shows a portable gaming machine, which is composed of two housings, a
In addition, the portable gaming machine shown in FIG. 12(C) includes a
07,
(including functions to measure vibration, odor, or infrared rays), a microphone 7312), etc. Of course, the configuration of the portable gaming machine is not limited to that described above, and the display device described in the above embodiment mode may be used for at least both or one of the
The portable gaming machine shown in 2(C) has the function of reading out programs or data recorded on a recording medium and displaying them on the display, and the function of sharing information by wirelessly communicating with other portable gaming machines. has. Note that the functions that the portable gaming machine shown in FIG. 12(C) has are not limited to these, and can have various functions.
図12(D)は、携帯電話機の一例を示している。携帯電話機7400は、筐体740
1に組み込まれた表示部7402の他、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、上
記実施の形態で説明した表示装置を表示部7402に用いることにより作製される。
FIG. 12(D) shows an example of a mobile phone. The
In addition to the
It is equipped with a
図12(D)に示す携帯電話機7400は、表示部7402を指などで触れることで、
情報を入力することができる。また、電話を掛ける、或いはメールを作成するなどの操作
は、表示部7402を指などで触れることにより行うことができる。
In the
Information can be entered. Further, operations such as making a call or composing an email can be performed by touching the
表示部7402の画面は主として3つのモードがある。第1は、画像の表示を主とする
表示モードであり、第2は、文字等の情報の入力を主とする入力モードである。第3は表
示モードと入力モードの2つのモードが混合した表示+入力モードである。
The screen of the
例えば、電話を掛ける、或いはメールを作成する場合は、表示部7402を文字の入力
を主とする文字入力モードとし、画面に表示させた文字の入力操作を行えばよい。この場
合、表示部7402の画面のほとんどにキーボードまたは番号ボタンを表示させることが
好ましい。
For example, when making a phone call or composing an email, the
また、携帯電話機7400内部に、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサ
を有する検出装置を設けることで、携帯電話機7400の向き(縦か横か)を判断して、
表示部7402の画面表示を自動的に切り替えるようにすることができる。
Furthermore, by providing a detection device having a sensor for detecting inclination such as a gyro or an acceleration sensor inside the
The screen display on the
また、画面モードの切り替えは、表示部7402を触れること、または筐体7401の
操作ボタン7403の操作により行われる。また、表示部7402に表示される画像の種
類によって切り替えるようにすることもできる。例えば、表示部に表示する画像信号が動
画のデータであれば表示モード、テキストデータであれば入力モードに切り替える。
Further, switching of the screen mode is performed by touching the
また、入力モードにおいて、表示部7402の光センサで検出される信号を検知し、表
示部7402のタッチ操作による入力が一定期間ない場合には、画面のモードを入力モー
ドから表示モードに切り替えるように制御してもよい。
In addition, in the input mode, a signal detected by the optical sensor of the
表示部7402は、イメージセンサとして機能させることもできる。例えば、表示部7
402に掌や指で触れ、掌紋、指紋等を撮像することで、本人認証を行うことができる。
また、表示部に近赤外光を発光するバックライトまたは近赤外光を発光するセンシング用
光源を用いれば、指静脈、掌静脈などを撮像することもできる。
The
By touching 402 with the palm or fingers and capturing an image of a palm print, fingerprint, etc., the person can be authenticated.
Furthermore, if a backlight that emits near-infrared light or a sensing light source that emits near-infrared light is used in the display section, it is also possible to image finger veins, palm veins, and the like.
図12(E)は、折りたたみ式のコンピュータの一例を示している。折りたたみ式のコ
ンピュータ7450は、ヒンジ7454で接続された筐体7451Lと筐体7451Rを
備えている。また、操作ボタン7453、左側スピーカ7455Lおよび右側スピーカ7
455Rの他、コンピュータ7450の側面には図示されていない外部接続ポート745
6を備える。なお、筐体7451Lに設けられた表示部7452Lと、筐体7451Rに
設けられた表示部7452Rが互いに対峙するようにヒンジ7454を折り畳むと、表示
部を筐体で保護することができる。
FIG. 12(E) shows an example of a foldable computer. The
455R, there is an external connection port 745 not shown on the side of the
6. Note that when the
表示部7452Lと表示部7452Rは、画像を表示する他、指などで触れると情報を
入力できる。例えば、インストール済みのプログラムを示すアイコンを指でふれて選択し
、プログラムを起動できる。または、表示された画像の二箇所に触れた指の間隔を変えて
、画像を拡大または縮小できる。または、表示された画像の一箇所に触れた指を移動して
画像を移動できる。また、キーボードの画像を表示して、表示された文字や記号を指で触
れて選択し、情報を入力することもできる。
In addition to displaying images, the
また、コンピュータ7450に、ジャイロ、加速度センサ、GPS(Global P
ositioning System)受信機、指紋センサ、ビデオカメラを搭載するこ
ともできる。例えば、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサを有する検出装
置を設けることで、コンピュータ7450の向き(縦か横か)を判断して、表示する画面
の向きを自動的に切り替えるようにすることができる。
In addition, the
It can also be equipped with a receiver (positioning system), a fingerprint sensor, and a video camera. For example, by providing a detection device having a sensor that detects inclination such as a gyro or an acceleration sensor, the orientation of the computer 7450 (vertical or horizontal) can be determined and the orientation of the displayed screen can be automatically switched. be able to.
また、コンピュータ7450はネットワークに接続できる。コンピュータ7450はイ
ンターネット上の情報を表示できる他、ネットワークに接続された他の電子機器を遠隔か
ら操作する端末として用いることができる。
Additionally,
なお、本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態に示す構成及び方法な
どと適宜組み合わせて用いることができる。
Note that the structure, method, etc. shown in this embodiment can be used in appropriate combination with the structures, methods, etc. shown in other embodiments.
本実施例では、金属酸化物膜において、導電性を有する領域の横方向への拡散長を調べ
た。
In this example, the lateral diffusion length of a conductive region in a metal oxide film was investigated.
はじめに、試料の構造について、説明する。 First, the structure of the sample will be explained.
図18(A)に、試料の上面図を示し、図18(A)のA-Bに対応する断面図を図1
8(B)に示す。
FIG. 18(A) shows a top view of the sample, and FIG. 1 shows a cross-sectional view corresponding to AB in FIG.
8(B).
試料は、基板301と、基板301上の絶縁膜303と、絶縁膜303上の金属酸化物
膜305と、金属酸化物膜305の一部と接する一対の導電膜307、308と、金属酸
化物膜305及び一対の導電膜307、308のそれぞれ一部に接する絶縁膜309と、
絶縁膜303、金属酸化物膜305、一対の導電膜307、308、及び絶縁膜309と
接する絶縁膜311を有する。なお、絶縁膜309は、開口部310a、310bを有す
る。また、絶縁膜311は、開口部310a、310bにおいて、金属酸化物膜305に
接する。
The sample includes a
It has an insulating
ここでは、基板301として、ガラス基板を用いた。
Here, a glass substrate was used as the
また、絶縁膜303として、厚さ50nmの第1の窒化シリコン膜と、厚さ300nm
の第2の窒化シリコン膜と、厚さ50nmの第3の窒化シリコン膜と、厚さ50nmの酸
化窒化シリコン膜が順に積層された積層膜を用いた。
Further, as the insulating
A laminated film was used in which a second silicon nitride film, a third silicon nitride film with a thickness of 50 nm, and a silicon oxynitride film with a thickness of 50 nm were laminated in this order.
また、金属酸化物膜305として、厚さ35nmのIn-Ga-Zn酸化物膜を用いた
。なお、In-Ga-Zn酸化物膜は、In:Ga:Zn=1:1:1のIn-Ga-Z
n酸化物ターゲットを用いたスパッタリング法により形成した。
Further, as the
It was formed by a sputtering method using an n-oxide target.
また、一対の導電膜307、308として、厚さ50nmの第1のチタン膜と、厚さ4
00nmのアルミニウム膜と、厚さ100nmの第2のチタン膜が順に積層された積層膜
を用いた。
Further, as a pair of
A laminated film in which a 00 nm thick aluminum film and a 100 nm thick second titanium film were laminated in this order was used.
また、絶縁膜309として、厚さ450nmの酸化窒化シリコン膜を用いた。
Further, as the insulating
また、絶縁膜311として、厚さ100nmの窒化シリコン膜を用いた。
Further, as the insulating
金属酸化物膜305は、絶縁膜309の開口部310a、310bにおいて、絶縁膜3
11と接する。このため、金属酸化物膜305は、絶縁膜309と接する領域305aと
、絶縁膜311と接する領域305b、305cとを有する。なお、絶縁膜311は、窒
化シリコン膜で形成されているため、領域305b、305cは、領域305aと比較し
て、導電性が高い。
The
It touches 11. Therefore, the
絶縁膜311に含まれる水素は、金属酸化物膜305において横方向に拡散する。水素
が拡散した領域は導電性が高くなる。このため、絶縁膜309の幅、即ち開口部310a
、310bの間隔dが狭くなると、領域305aにおいても導電性が高くなってしまい、
絶縁膜309と接していても、トランジスタのチャネル領域として機能しなくなる。
Hydrogen contained in the insulating
, 310b becomes narrower, the conductivity also increases in the
Even if it is in contact with the insulating
そこで、絶縁膜309の幅、即ち開口部310a、310bの間隔dを様々な値とした
試料を作製した。次に、一対の導電膜307、308の電位差が0.99Vとなるように
電圧を印加して、金属酸化物膜305全体の抵抗値を測定した。
Therefore, samples were prepared in which the width of the insulating
表1及び図19に、開口部310a、310bの間隔dと、金属酸化物膜305の抵抗
値を示す。なお、比較例として、2つの試料を作製した。比較例1は、絶縁膜309に開
口部310a、310bを有さない試料、即ち、金属酸化物膜305全てが酸化窒化シリ
コン膜で形成される絶縁膜309と接する試料である。比較例2は、絶縁膜309を有さ
ない試料、即ち、金属酸化物膜305全てが窒化シリコン膜で形成される絶縁膜311と
接する試料である。
Table 1 and FIG. 19 show the distance d between the
表1及び図19より、開口部310a、310bの間隔dが3μmを超えると金属酸化
物膜305の抵抗値が上昇することから、金属酸化物膜305における、導電性の高い領
域305b、305cの横方向への拡散長は、片側あたり1.5乃至2um程度と推測さ
れる。
Table 1 and FIG. 19 show that when the distance d between the
よって、トランジスタのチャネル領域と、容量素子の電極を、一つの金属酸化物膜に形
成する場合、トランジスタのチャネル領域と、容量素子の電極との間隔を、1.5μmよ
り大きい、さらには2μmより大きい、さらには3μm以上とすることで、優れたスイッ
チング特性を有するトランジスタと、導電性の高い容量素子の電極とを、一つの金属酸化
物膜で形成することができる。
Therefore, when forming the channel region of the transistor and the electrode of the capacitive element in one metal oxide film, the distance between the channel region of the transistor and the electrode of the capacitive element is set to be larger than 1.5 μm, and even larger than 2 μm. By making the thickness large, particularly 3 μm or more, a transistor having excellent switching characteristics and a highly conductive electrode of a capacitive element can be formed using one metal oxide film.
Claims (1)
ゲート絶縁膜上に第1の金属酸化物膜及び第1の導電膜を形成し、
前記第1の導電膜上に、第1の厚さを有する領域、及び第1の厚さよりも厚い第2の厚さを有する領域を有する第1のマスクと、前記第1の厚さと同じ厚さを有する第2のマスクを形成し、
前記第1のマスク及び前記第2のマスクを用いて、前記第1の導電膜及び前記第1の金属酸化物膜をそれぞれエッチングして、第2の導電膜及び第3の導電膜、並びに第2の金属酸化物膜及び第3の金属酸化物膜を形成し、
前記第1のマスクを加工して第3のマスクを形成すると共に、前記第2のマスクを取り除いた後、前記第3のマスクを用いて前記第2の導電膜をエッチングして、前記第2の金属酸化物膜上に、ソース電極及びドレイン電極として機能する第4の導電膜及び第5の導電膜を形成すると共に、前記第3の導電膜を取り除き、
前記第2の金属酸化物膜、前記第4の導電膜、及び前記第5の導電膜上に、第1の絶縁膜を形成し、
前記第1の絶縁膜及び前記第3の金属酸化物膜上に、第2の絶縁膜を形成し、
前記第1の絶縁膜及び前記第2の絶縁膜の一部をエッチングして、前記第1の絶縁膜及び前記第2の絶縁膜に開口部を形成した後、前記第5の導電膜に接する、画素電極として機能する第6の導電膜、及び前記第3の金属酸化物膜に接する、容量線として機能する第7の導電膜を形成する、半導体装置の作製方法。 forming a gate electrode and a gate insulating film on the insulating surface;
forming a first metal oxide film and a first conductive film on the gate insulating film;
a first mask having, on the first conductive film, a region having a first thickness and a region having a second thickness thicker than the first thickness; and a first mask having a thickness equal to the first thickness. forming a second mask having a
Using the first mask and the second mask, the first conductive film and the first metal oxide film are etched, respectively, to form a second conductive film, a third conductive film, and a third conductive film. forming a second metal oxide film and a third metal oxide film;
The first mask is processed to form a third mask, and after removing the second mask, the second conductive film is etched using the third mask to form the second conductive film. forming a fourth conductive film and a fifth conductive film functioning as a source electrode and a drain electrode on the metal oxide film, and removing the third conductive film;
forming a first insulating film on the second metal oxide film, the fourth conductive film, and the fifth conductive film;
forming a second insulating film on the first insulating film and the third metal oxide film;
After etching a portion of the first insulating film and the second insulating film to form openings in the first insulating film and the second insulating film, the openings are in contact with the fifth conductive film. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a sixth conductive film functioning as a pixel electrode; and a seventh conductive film functioning as a capacitor line in contact with the third metal oxide film.
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