JP5740019B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
に関する。また、該アナログ回路を有する半導体装置に関する。
全般を指し、電気光学装置、半導体回路及び電気器機は全て半導体装置である。
hin Film Transistor)を構成する技術が注目されている。薄膜トラ
ンジスタは液晶テレビに代表されるような表示装置に用いられている。薄膜トランジスタ
に適用可能な半導体薄膜としてシリコン系半導体材料が公知であるが、その他の材料とし
て酸化物半導体が注目されている。
そして、電子キャリア濃度が1018/cm3未満である非晶質金属酸化物(酸化物半導
体)からなるもので形成された薄膜トランジスタが開示されている(特許文献1乃至3)
。
しまう。例えば、酸素の過不足によって酸化物半導体の電気伝導度が変化してしまう。ま
た、酸化物半導体の薄膜形成中に混入する水素が酸素(O)−水素(H)結合を形成して
電子供与体となり、電気伝導度を変化させる要因となる。さらにO−Hは極性分子なので
、酸化物半導体によって作製される薄膜トランジスタのような能動デバイスに対して特性
の変動要因となる。
n型であり、前記特許文献1乃至3に開示される薄膜トランジスタのオン・オフ比は10
3しか得られていない。このような薄膜トランジスタのオン・オフ比が低い理由はオフ電
流が高いことによるものである。
りやすい。また、アナログ回路に用いた場合のダイナミックレンジを十分に得ることがで
きず、オフ電流が高いと、小さな信号の検出感度を高めることができないという問題があ
る。さらに、オフ電流が高いことにより、無駄に電流が流れ消費電力が増加するという問
題がある。
スタによって構成される回路の誤動作を低減させることを課題の一とする。
る回路のダイナミックレンジを高めることを課題の一とする。
る回路の信号検出感度を高めることを課題の一とする。
る回路の消費電力を低減することを課題の一とする。
水素化物、または水酸化物など)を除去することで、真性又は実質的に真性な半導体であ
って、シリコン半導体よりもエネルギーギャップが大きい酸化物半導体でチャネル領域が
形成される薄膜トランジスタによってアナログ回路を構成する。
1018/cm3以下、より好ましくは5×1017/cm3以下として、酸化物半導体
に含まれる水素若しくはOH基を除去し、キャリア濃度を5×1014/cm3以下、好
ましくは5×1012/cm3以下とした酸化物半導体でチャネル領域が形成される薄膜
トランジスタによってアナログ回路が構成される。
上、より好ましくは3eV以上として、ドナーを形成する水素等の不純物を極力低減し、
キャリア濃度を1×1014/cm3以下、好ましくは1×1012/cm3以下となる
ようにする。
とで、チャネル幅が10mmの場合でさえも、ドレイン電圧が1V及び10Vの場合にお
いて、ゲート電圧が−5Vから−20Vの範囲におけるドレイン電流が1×10−13A
以下となるように作用する。
を有し、リファレンストランジスタは検出器と電気的に接続され、リファレンストランジ
スタのドレインとゲートは電気的に接続され、リファレンストランジスタのゲートはミラ
ートランジスタのゲートと電気的に接続され、リファレンストランジスタとミラートラン
ジスタは、チャネル領域が、水素濃度が5×1019atoms/cm3以下である酸化
物半導体によって構成されていることを特徴とするアナログ回路である。
ジスタと、第1端子が高電源電位に電気的に接続された第2の薄膜トランジスタと、高電
源電位と第1の薄膜トランジスタの第1端子の間に検出器を有し、第1の薄膜トランジス
タのゲートは、検出器と第1の薄膜トランジスタの第1端子の間に電気的に接続され、第
2の薄膜トランジスタのゲートは、第1の薄膜トランジスタのゲートに電気的に接続され
、第1の薄膜トランジスタの第2端子と、第2の薄膜トランジスタの第2端子は低電源電
位に電気的に接続され、第1の薄膜トランジスタと、第2の薄膜トランジスタは、チャネ
ル領域が、水素濃度が5×1019atoms/cm3以下である酸化物半導体によって
構成されていることを特徴とするアナログ回路である。
Mass Spectrometry。以下、SIMSともいう。)によって計測される
。ただし、他の計測法が挙げられている場合など、特に記載がある場合にはこの限りでは
ない。
ログ回路を構成することで、信号検出感度が高く、ダイナミックレンジの広い半導体装置
を得ることができる。
動作し、消費電力が低い半導体装置を得ることができる。
以下の説明に限定されず、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態お
よび詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。したがって、本
発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
、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。
によって替わるため、いずれがソース端子又はドレイン端子であるかを特定することが困
難である。そこで、本書類においては、ソース端子及びドレイン端子の一方を第1端子、
ソース端子及びドレイン端子の他方を第2端子と表記し、区別することとする。
瞭化のために誇張されて表記している場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定
されない。また、本明細書にて用いる「第1」、「第2」、「第3」などの序数は、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ことを付記す
る。
本明細書で開示する高純度化された酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタは、アナログ
回路に適用することができる。アナログ回路の代表例として、例えば、カレントミラー回
路が挙げられる。カレントミラー回路を電流増幅回路として用いた場合、電流増幅回路の
ダイナミックレンジを広げることができ、特に微量電流に対する感度を向上させることが
できる。
ラー回路に適用する例として、光検出装置について図1を用いて説明する。
Dが供給される電源端子1311、低電源電位VSSが供給される電源端子1312、保
護回路1320を有する。光検出装置1300では、電源端子1312の電位を接地電位
GNDとすることもできる。
11と電源端子1312の間に挿入され、ダイオード1321のカソードが電源端子13
11に電気的に接続され、そのアノードが電源端子1312に電気的に接続されている。
ESDなどにより、電源端子1311および/または電源端子1312に過剰な電圧(サ
ージ)が印加された場合、ダイオード1321により電源端子1311と電源端子131
2が短絡され、増幅回路1302、および検出器1301に過剰な電圧が印加されること
を防ぐ。
様の特性を持たせた薄膜トランジスタを用いることができる。本明細書で開示する高純度
化された酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタは、オフ電流値が極めて小さい特徴を有
する。本明細書で開示する高純度化された酸化物半導体を有する薄膜トランジスタを用い
てダイオードを形成することで、逆方向バイアスが加えられた時の漏れ電流が極めて小さ
いダイオードを実現することができる。なお、薄膜トランジスタを用いて形成した複数の
ダイオードを、直列や並列に接続して用いてもよい。
子としては、フォトダイオードやフォトトランジスタを用いることができる。増幅回路1
302は、検出器1301の出力電流を増幅するための回路であり、ここでは、カレント
ミラー回路で構成されている。このカレントミラー回路は、1つのトランジスタ1305
と、並列に接続された複数のトランジスタ1306とを有する。トランジスタ1305と
トランジスタ1306は、高純度化された酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタで形成
する。
ジスタであり、トランジスタ1306は、トランジスタ1305で検出された電流を反映
して動作するミラートランジスタである。
調節することができる。例えば、トランジスタ1305とトランジスタ1306を同じ電
流電圧特性を持つトランジスタで形成し、電源端子1311と電源端子1312の間に流
れる電流を、検出器1301の出力電流の100倍とするには、例えば、1つのトランジ
スタ1305に対して、99個のトランジスタ1306を並列に接続する。このような構
成とすることで、カレントミラー回路で構成された増幅回路1302を増幅率100倍の
増幅回路とすることができ、検出器1301の出力電流を100倍に増幅して検出するこ
とができる。
ャネル幅以外の構成が同じで、チャネル幅がトランジスタ1305のチャネル幅よりも大
きいトランジスタ1306とを用いた構成とすることもできる。例えば、トランジスタ1
305のチャネル幅の4.95倍のチャネル幅をもつトランジスタ1306を用い、1つ
のトランジスタ1305に対して、20個のトランジスタ1306を並列に接続した構成
としても、増幅回路1302の増幅率を100倍とすることができる。
、トランジスタ1305のチャネル幅の99倍のチャネル幅をもつトランジスタ1306
を用い、1つのトランジスタ1305に対して、1つのトランジスタ1306を接続した
構成としても、増幅率100倍の増幅回路1302とすることができる。この構成にする
と、回路構成を簡潔にできるという利点があるものの、トランジスタ1306の機能が損
なわれると、増幅回路1302全体の機能を著しく損なう可能性が高くなる。
高めた構成とすることが好ましい。複数のトランジスタ1306を並列に接続する構成と
することにより、複数あるトランジスタ1306の一部の機能が損なわれても、増幅回路
1302に与える影響を抑えることができ、安定して動作する信頼性の高い増幅回路13
02とすることができる。例えば、トランジスタ1306を10個並列に接続することで
、その中の1つのトランジスタ1306の機能が損なわれても、その影響を1/10とす
ることができる。
タ1306の特性バラツキを低減させ、安定して動作する信頼性の高い増幅回路1302
とすることができる。
高い増幅回路1302とすることができる。すなわち、信頼性の高いカレントミラー回路
を用いた光検出装置を作製することができる。
おけるSN比を悪くしてしまう。つまり、検出器1301の出力電流に比べてオフ電流が
無視できない大きさとなるため、検出器1301の出力電流を正確に得ることができない
。
を小さくする、または、チャネル長を大きくすることで、オフ電流をある程度小さくする
ことが可能ではあるが、同時にオン電流も低下してしまうという問題があった。このため
、微少光量の検出と大光量の検出を両立させることが難しく、広いダイナミックレンジを
得ることが難しかった。
幅を大きくしても、オフ電流を従来の薄膜トランジスタに比べて十分小さくできるため、
微量電流に対する感度が良好で、ダイナミックレンジの広いカレントミラー回路を作製す
ることができる。すなわち、ダイナミックレンジの広い光検出装置を作製することができ
る。
が、検出器1301は他の様々な検出器を適用することができる。例えば、検出器130
1に温度センサーを適用することで、温度検出装置とすることができる。また、検出器1
301に音声センサーを適用し、音声検出装置としてだけでなく、音声増幅装置として用
いることもできる。
ントミラー回路は、本実施の形態で説明した光検出装置に限定されず、他の半導体装置に
も適用することができる。
本実施の形態では、実施の形態1で説明した光検出装置1300の積層構成の一例につい
て説明する。なお、本実施の形態では、検出器1301としてフォトダイオードを用いる
例について説明する。図2は光検出装置1300の一部を示す断面図である。
あり、基板601上に、センサとして機能する検出器1301及びトランジスタ1305
が設けられている。検出器1301、トランジスタ1305の上には接着層608を用い
て基板613が設けられている。
度の耐熱性を有していることが必要となる。例えば、アルミノシリケートガラス、バリウ
ムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板を用いることができる
。また、プラスチック基板等も適宜用いることができる。
絶縁層634が設けられている。検出器1301は、層間絶縁層633上に設けられ、層
間絶縁層633側から順に第1半導体層606a、第2半導体層606b、及び第3半導
体層606cを積層した構造を有している。第1半導体層606aは層間絶縁層633上
に設けられた電極層641と電気的に接続し、第3半導体層606cは層間絶縁層634
上に設けられた電極層642と電気的に接続している。
642は電極層644を介してゲート電極層645と電気的に接続している。ゲート電極
層645は、トランジスタ1305のゲート電極層と電気的に接続している。すなわち、
検出器1301はトランジスタ1305と電気的に接続している。
606bとして高抵抗な半導体層(I型半導体層)、第3半導体層606cとしてn型の
導電型を有する半導体層を積層するpin型のフォトダイオードを例示している。
ァスシリコン膜により形成することができる。第1半導体層606aの形成には13族の
不純物元素(例えばボロン(B))を含む半導体材料ガスを用いて、プラズマCVD法に
より形成する。半導体材料ガスとしてはシラン(SiH4)を用いればよい。または、S
i2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、SiF4等を用いてもよい。ま
た、不純物元素を含まないアモルファスシリコン膜を形成した後に、拡散法やイオン注入
法を用いて該アモルファスシリコン膜に不純物元素を導入してもよい。イオン注入法等に
より不純物元素を導入した後に加熱等を行うことで、不純物元素を拡散させるとよい。こ
の場合にアモルファスシリコン膜を形成する方法としては、LPCVD法、気相成長法、
又はスパッタリング法等を用いればよい。第1半導体層606aの膜厚は10nm以上5
0nm以下となるよう形成することが好ましい。
膜により形成する。第2半導体層606bの形成には、半導体材料ガスを用いて、アモル
ファスシリコン膜をプラズマCVD法により形成する。半導体材料ガスとしては、シラン
(SiH4)を用いればよい。または、Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、S
iCl4、SiF4等を用いてもよい。第2半導体層606bの形成は、LPCVD法、
気相成長法、スパッタリング法等により行っても良い。第2半導体層606bの膜厚は2
00nm以上1000nm以下となるように形成することが好ましい。なお、真性半導体
層は、理想的には、不純物を含まずにフェルミレベルが禁制帯のほぼ中央に位置する半導
体層であるが、第2半導体層606bは、ドナーとなる不純物(例えば、リン(P)など
)またはアクセプタとなる不純物(例えば、ボロン(B)など)を添加して、フェルミレ
ベルが禁制帯のほぼ中央に位置するようにした半導体であってもよい。
ファスシリコン膜により形成する。第3半導体層606cの形成には、15族の不純物元
素(例えばリン(P))を含む半導体材料ガスを用いて、プラズマCVD法により形成す
る。半導体材料ガスとしてはシラン(SiH4)を用いればよい。または、Si2H6、
SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、SiF4等を用いてもよい。また、不純物
元素を含まないアモルファスシリコン膜を形成した後に、拡散法やイオン注入法を用いて
該アモルファスシリコン膜に不純物元素を導入してもよい。イオン注入法等により不純物
元素を導入した後に加熱等を行うことで、不純物元素を拡散させるとよい。この場合にア
モルファスシリコン膜を形成する方法としては、LPCVD法、気相成長法、又はスパッ
タリング法等を用いればよい。第3半導体層606cの膜厚は20nm以上200nm以
下となるよう形成することが好ましい。
モルファス半導体ではなく、多結晶半導体を用いて形成してもよいし、微結晶半導体や、
セミアモルファス(Semi Amorphous Semiconductor:SA
S)半導体を用いて形成してもよい。
状態に属するものである。すなわち、自由エネルギー的に安定な第3の状態を有する半導
体であって、短距離秩序を持ち格子歪みを有する。柱状または針状結晶が基板表面に対し
て法線方向に成長している。微結晶半導体の代表例である微結晶シリコンは、そのラマン
スペクトルが単結晶シリコンを示す520cm−1よりも低波数側に、シフトしている。
即ち、単結晶シリコンを示す520cm−1とアモルファスシリコンを示す480cm−
1の間に微結晶シリコンのラマンスペクトルのピークがある。また、未結合手(ダングリ
ングボンド)を終端するため水素またはハロゲンを少なくとも1原子%またはそれ以上含
ませている。さらに、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンなどの希ガス元素を含ま
せて格子歪みをさらに助長させることで、安定性が増し良好な微結晶半導体膜が得られる
。
たは周波数が1GHz以上のマイクロ波プラズマCVD装置により形成することができる
。代表的には、SiH4、Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3などの水素化珪素
や、SiCl4、SiF4などのハロゲン化珪素を水素で希釈して形成することができる
。また、水素化珪素及び水素に加え、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンから選ば
れた一種または複数種の希ガス元素で希釈して微結晶半導体膜を形成することができる。
くは50倍以上150倍以下、更に好ましくは100倍とする。さらには、シリコンを含
む気体中に、CH4、C2H6等の炭化物気体、GeH4、GeF4等のゲルマニウム化
気体、F2等を混入させてもよい。
フォトダイオードはp型の半導体層側を受光面とする方がよい特性を示す。ここでは、p
in型のフォトダイオードが形成されている基板601の面から検出器1301が受ける
光622を電気信号に変換する例を示す。また、受光面とした半導体層側とは逆の導電型
を有する半導体層側からの光は外乱光となるため、電極層は遮光性を有する導電膜を用い
るとよい。また、n型の半導体層側を受光面として用いることもできる。
面の反対側に位置しているため、アルミニウムやステンレスなどの金属基板や、シリコン
などの半導体基板といった、遮光性を有する基板を用いることができる。
性材料を用いて、その材料に応じて、スパッタリング法、スピンコート法、ディッピング
法、スプレー塗布、液滴吐出法(インクジェット法、スクリーン印刷、オフセット印刷等
)、ロールコーティング、カーテンコーティング、ナイフコーティング等を用いることが
できる。
は酸化窒化アルミニウム層などの酸化物絶縁層の単層、又は積層を用いることができる。
層、窒化アルミニウム層、又は窒化酸化アルミニウム層などの窒化物絶縁層の単層、又は
積層を用いることができる。またμ波(2.45GHz)を用いた高密度プラズマCVD
は、緻密で絶縁耐圧の高い高品質な絶縁層を形成できるので好ましい。
る絶縁層が好ましい。層間絶縁層633、634としては、例えばアクリル樹脂、ポリイ
ミド、ベンゾシクロブテン系樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂等の、耐熱性を有する有機
材料を用いることができる。また上記有機材料の他に、低誘電率材料(low−k材料)
、シロキサン系樹脂、PSG(リンガラス)、BPSG(リンボロンガラス)等の単層、
又は積層を用いることができる。
できる。なお、被検出物の情報を読み取る際にバックライトなどの光源を用いることがで
きる。
ができる。水素、水分、水酸基又は水素化物(水素化合物ともいう)などの不純物を酸化
物半導体層より意図的に排除し、高純度化された酸化物層を含むトランジスタは、トラン
ジスタの電気的特性変動が抑制されており、電気的に安定である。よって、信頼性の高い
半導体装置を提供することができる。
である。
本実施の形態では、実施の形態1に示したアナログ回路が有する薄膜トランジスタの一例
について示す。
明する。
(B)に示す薄膜トランジスタ410は、トップゲート構造の薄膜トランジスタの一つで
ある。
図3(A)の線C1−C2における断面図である。
導体層412、ソース電極層又はドレイン電極層415a、及びソース電極層又はドレイ
ン電極層415b、ゲート絶縁層402、ゲート電極層411を含み、ソース電極層又は
ドレイン電極層415a、ソース電極層又はドレイン電極層415bにそれぞれ配線層4
14a、配線層414bが接して設けられ電気的に接続している。
たが、必要に応じて、チャネル領域を複数有するマルチゲート構造の薄膜トランジスタも
形成することができる。
工程を説明する。
とも、後の加熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有していることが必要となる。バリウムホ
ウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板を用いることができる。
のものを用いると良い。また、ガラス基板には、例えば、アルミノシリケートガラス、ア
ルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスなどのガラス材料が用いられている
。なお、酸化ホウ素(B2O3)と比較して酸化バリウム(BaO)を多く含ませること
で、より実用的な耐熱ガラスが得られる。このため、B2O3よりBaOを多く含むガラ
ス基板を用いることが好ましい。
縁体でなる基板を用いても良い。他にも、結晶化ガラスなどを用いることができる。また
、プラスチック基板等も適宜用いることができる。
導体層412と接する絶縁層407は、酸化シリコン層、酸化窒化シリコン層、酸化アル
ミニウム層、または酸化窒化アルミニウム層などの酸化物絶縁層を用いると好ましい。
とができるが、絶縁層407中に水素が多量に含まれないようにするためには、スパッタ
リング法で絶縁層407を成膜することが好ましい。
する。基板400を処理室へ搬送し、水素及び水分が除去された高純度酸素を含むスパッ
タガスを導入しシリコン半導体のターゲットを用いて、基板400に絶縁層407として
、酸化シリコン層を成膜する。また基板400は室温でもよいし、加熱されていてもよい
。
の距離(T−S間距離)を60mm、圧力0.4Pa、高周波電源1.5kW、酸素及び
アルゴン(酸素流量25sccm:アルゴン流量25sccm=1:1)雰囲気下でRF
スパッタリング法により酸化シリコン層を成膜する。膜厚は100nmとする。なお、石
英(好ましくは合成石英)に代えてシリコンターゲットを酸化シリコン層を成膜するため
のターゲットとして用いることができる。なお、スパッタガスとして酸素又は、酸素及び
アルゴンの混合ガスを用いる。
しい。絶縁層407に水素、水酸基又は水分が含まれないようにするためである。
例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることが
好ましい。また、排気手段としては、ターボポンプにコールドトラップを加えたものであ
ってもよい。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素原子や、水(H2
O)など水素原子を含む化合物等が排気されるため、当該成膜室で成膜した絶縁層407
に含まれる不純物の濃度を低減できる。
物などの不純物が、濃度ppm程度、濃度ppb程度まで除去された高純度ガスが好まし
い。
電源を用いるDCスパッタリング法、さらにパルス的にバイアスを与えるパルスDCスパ
ッタリング法がある。RFスパッタリング法は主に絶縁膜を成膜する場合に用いられ、D
Cスパッタリング法は主に金属膜を成膜する場合に用いられる。
装置は、同一チャンバーで異なる材料膜を積層成膜することも、同一チャンバーで複数種
類の材料を同時に放電させて成膜することもできる。
タ装置や、グロー放電を使わずマイクロ波を用いて発生させたプラズマを用いるECRス
パッタリング法を用いるスパッタ装置がある。
ス成分とを化学反応させてそれらの化合物薄膜を形成するリアクティブスパッタリング法
や、成膜中に基板にも電圧をかけるバイアススパッタリング法もある。
化酸化シリコン層、窒化アルミニウム層、又は窒化酸化アルミニウムなどの窒化物絶縁層
と、上記酸化物絶縁層との積層構造としてもよい。
ッタガスを導入しシリコンターゲットを用いて窒化シリコン層を成膜する。この場合にお
いても、酸化シリコン層と同様に、処理室内の残留水分を除去しつつ窒化シリコン層を成
膜することが好ましい。
と酸化シリコン層を同じ処理室において、共通のシリコンターゲットを用いて成膜するこ
とができる。先に窒素を含むスパッタガスを導入して、処理室内に装着されたシリコンタ
ーゲットを用いて窒化シリコン層を形成し、次に酸素を含むスパッタガスに切り替えて同
じシリコンターゲットを用いて酸化シリコン層を成膜する。窒化シリコン層と酸化シリコ
ン層とを大気に曝露せずに連続して形成することができるため、窒化シリコン層表面に水
素や水分などの不純物が吸着することを防止することができる。
。
成膜の前処理として、スパッタリング装置の予備加熱室で絶縁層407が形成された基板
400を予備加熱し、基板400に吸着した水素、水分などの不純物を脱離し排気するこ
とが好ましい。なお、予備加熱室に設ける排気手段はクライオポンプが好ましい。なお、
この予備加熱の処理は省略することもできる。またこの予備加熱は、後に形成するゲート
絶縁層402の成膜前の基板400に行ってもよいし、後に形成するソース電極層又はド
レイン電極層415a及びソース電極層又はドレイン電極層415bまで形成した基板4
00にも同様に行ってもよい。
プラズマを発生させる逆スパッタを行い、絶縁層407の表面に付着しているゴミを除去
することが好ましい。逆スパッタとは、ターゲット側に電圧を印加せずに、アルゴン雰囲
気下で基板側に高周波電源を用いて電圧を印加して基板近傍にプラズマを形成して表面を
改質する方法である。なお、アルゴン雰囲気に代えて窒素、ヘリウム、酸素などを用いて
もよい。
n−O系、In−Sn−Zn−O系、In−Al−Zn−O系、Sn−Ga−Zn−O系
、Al−Ga−Zn−O系、Sn−Al−Zn−O系、In−Sn−O系、In−Zn−
O系、Sn−Zn−O系、Al−Zn−O系、In−Ga−O系、In−O系、Sn−O
系、Zn−O系の酸化物半導体膜を用いる。本実施の形態では、酸化物半導体膜をIn−
Ga−Zn−O系金属酸化物ターゲットを用いてスパッタリング法により成膜する。また
、酸化物半導体膜は、希ガス(代表的にはアルゴン)雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガ
ス(代表的にはアルゴン)及び酸素雰囲気下においてスパッタリング法により形成するこ
とができる。また、スパッタリング法を用いる場合、酸化珪素(SiOx(X>0))を
2重量%以上10重量%以下含むターゲットを用いて成膜を行いてもよい。酸化物半導体
層に結晶化を阻害する酸化珪素(SiOx(X>0))を含ませることで、製造プロセス
中において酸化物半導体層の形成後に加熱処理した場合に、結晶化してしまうのを抑制す
ることができる。なお、酸化物半導体層は非晶質な状態であることが好ましく、一部結晶
化していてもよい。
びGaを含有する酸化物半導体である。酸化物半導体層をI型(真性)とするため、後に
説明する脱水化または脱水素化は有効である。
物などの不純物が、濃度ppm程度、濃度ppb程度まで除去された高純度ガスが好まし
い。
分とする金属酸化物のターゲットを用いることができる。また、金属酸化物のターゲット
の他の例としては、mol数比でIn2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1、原子数
比でIn:Ga:Zn=1:1:0.5の組成を有するIn、Ga、及びZnを含む金属
酸化物ターゲットを用いることができる。また、In、Ga、及びZnを含む金属酸化物
ターゲットとして、原子数比でIn:Ga:Zn=1:1:1、またはIn:Ga:Zn
=1:1:2の組成を有するターゲットを用いることもできる。金属酸化物ターゲットの
充填率は90%以上100%以下、好ましくは95%以上99.9%以下である。充填率
の高い金属酸化物ターゲットを用いることにより、成膜した酸化物半導体膜は緻密な膜と
なる。
び水分が除去されたスパッタガスを導入し、金属酸化物をターゲットとして基板400上
に酸化物半導体膜を成膜する。処理室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポ
ンプを用いることが好ましい。例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメ
ーションポンプを用いることが好ましい。また、排気手段としては、ターボポンプにコー
ルドトラップを加えたものであってもよい。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、
例えば、水素原子、水(H2O)など水素原子を含む化合物(より好ましくは炭素原子を
含む化合物も)等が排気されるため、当該成膜室で成膜した酸化物半導体膜に含まれる不
純物の濃度を低減できる。また、酸化物半導体膜成膜時に基板を加熱してもよい。
0.4Pa、直流(DC)電源0.5kW、酸素及びアルゴン(酸素流量15sccm:
アルゴン流量30sccm)雰囲気下の条件が適用される。なお、パルス直流(DC)電
源を用いると、成膜時に発生する粉状物質(パーティクル、ゴミともいう)が軽減でき、
膜厚分布も均一となるために好ましい。酸化物半導体膜の膜厚は好ましくは5nm以上3
0nm以下とする。なお、適用する酸化物半導体材料により適切な厚みは異なり、材料に
応じて適宜厚みを選択すればよい。
12に加工する(図4(A)参照)。また、島状の酸化物半導体層412を形成するため
のレジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェッ
ト法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
グでもよく、両方を用いてもよい。
ば塩素(Cl2)、塩化硼素(BCl3)、塩化珪素(SiCl4)、四塩化炭素(CC
l4)など)が好ましい。
6)、弗化窒素(NF3)、トリフルオロメタン(CHF3)など)、臭化水素(HBr
)、酸素(O2)、これらのガスにヘリウム(He)やアルゴン(Ar)などの希ガスを
添加したガス、などを用いることができる。
ing)法や、ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導
結合型プラズマ)エッチング法を用いることができる。所望の加工形状にエッチングでき
るように、エッチング条件(コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加さ
れる電力量、基板側の電極温度等)を適宜調節する。
を用いることができる。また、ITO07N(関東化学社製)を用いてもよい。
て除去される。その除去された材料を含むエッチング液の廃液を精製し、含まれる材料を
再利用してもよい。当該エッチング後の廃液から酸化物半導体層に含まれるインジウム等
の材料を回収して再利用することにより、資源を有効活用し低コスト化することができる
。
液、エッチング時間、温度等)を適宜調節する。
エッチング法により、酸化物半導体膜を島状の酸化物半導体層412に加工する。
処理の温度は、400℃以上750℃以下、好ましくは400℃以上基板の歪み点未満と
する。ここでは、加熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化物半導体層に対
して窒素雰囲気下450℃において1時間の加熱処理を行った後、大気に触れることなく
、酸化物半導体層への水や水素の再混入を防ぎ、酸化物半導体層を得る。この第1の加熱
処理によって酸化物半導体層412の脱水化または脱水素化を行うことができる。
輻射によって、被処理物を加熱する装置を備えていてもよい。例えば、GRTA(Gas
Rapid Thermal Anneal)装置、LRTA(Lamp Rapid
Thermal Anneal)装置等のRTA(Rapid Thermal An
neal)装置を用いることができる。LRTA装置は、ハロゲンランプ、メタルハライ
ドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧
水銀ランプなどのランプから発する光(電磁波)の輻射により、被処理物を加熱する装置
である。GRTA装置は、高温のガスを用いて加熱処理を行う装置である。気体には、ア
ルゴンなどの希ガス、または窒素のような、加熱処理によって被処理物と反応しない不活
性気体が用いられる。
板を移動させて入れ、数分間加熱した後、基板を移動させて高温に加熱した不活性ガス中
から出すGRTAを行ってもよい。GRTAを用いると短時間での高温加熱処理が可能と
なる。
に、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、加熱処理装置に導入する窒素、
またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの純度を、6N(99.9999%)以上
、好ましくは7N(99.99999%)以上、(即ち不純物濃度を1ppm以下、好ま
しくは0.1ppm以下)とすることが好ましい。
I型化された酸化物半導体(高純度化された酸化物半導体)を得ることができる。具体的
には、酸化物半導体に含まれる水素が5×1019/cm3以下、好ましくは5×101
8/cm3以下、より好ましくは5×1017/cm3以下として、酸化物半導体に含ま
れる水素若しくはOH基を除去し、キャリア濃度を5×1014/cm3以下、好ましく
は5×1012/cm3以下とすることで、I型化又は実質的にI型化された酸化物半導
体(高純度化された酸化物半導体)を得ることができる。
が結晶化し、微結晶層または多結晶層となる場合もある。例えば、結晶化率が90%以上
、または80%以上の微結晶の酸化物半導体層となる場合もある。また、第1の加熱処理
の条件、または酸化物半導体層の材料によっては、結晶成分を含まない非晶質の酸化物半
導体層となる場合もある。また、非晶質の酸化物半導体の中に微結晶部(粒径1nm以上
20nm以下(代表的には2nm以上4nm以下))が混在する酸化物半導体層となる場
合もある。
半導体膜に行うこともできる。その場合には、第1の加熱処理後に、加熱装置から基板を
取り出し、フォトリソグラフィ工程を行う。
膜後、酸化物半導体層上にソース電極及びドレイン電極を積層させた後、ソース電極及び
ドレイン電極上にゲート絶縁層を形成した後、のいずれで行っても良い。
ッタリング法や真空蒸着法で形成すればよい。導電膜の材料としては、アルミニウム(A
l)、クロム(Cr)、銅(Cu)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、モリブデン(
Mo)、タングステン(W)からから選ばれた元素、または上述した元素を成分とする合
金か、上述した元素を組み合わせた合金膜等が挙げられる。また、マンガン(Mn)、マ
グネシウム(Mg)、ジルコニウム(Zr)、ベリリウム(Be)、トリウム(Th)の
いずれか一または複数から選択された材料を用いてもよい。また、金属導電膜は、単層構
造でも、2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、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する2層構造、Ti膜と、そのTi膜上に重
ねてアルミニウム膜を積層し、さらにその上にTi膜を成膜する3層構造などが挙げられ
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(Nd)、スカンジウム(Sc)から選ばれた元素を単数、又は複数組み合わせた
膜、合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。
チングを行ってソース電極層又はドレイン電極層415a、ソース電極層又はドレイン電
極層415bを形成した後、レジストマスクを除去する(図4(B)参照)。なお、形成
されたソース電極層、ドレイン電極層の端部はテーパ形状であると、上に積層するゲート
絶縁層の被覆性が向上するため好ましい。
電極層415bを形成するための導電膜として、スパッタリング法により膜厚150nm
のチタン膜を形成する。
407が露出しないようにそれぞれの材料及びエッチング条件を適宜調節する。
−Zn−O系酸化物半導体を用いて、エッチャントとしてアンモニア過水(アンモニア、
水、過酸化水素水の混合液)を用いる。
グされ、溝部(凹部)を有する酸化物半導体層となることもある。また、ソース電極層又
はドレイン電極層415a、ソース電極層又はドレイン電極層415bを形成するための
レジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット
法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
ーザ光やArFレーザ光を用いる。酸化物半導体層412上で隣り合うソース電極層の下
端部とドレイン電極層の下端部との間隔幅によって後に形成される薄膜トランジスタのチ
ャネル長Lが決定される。なお、チャネル長L=25nm未満の露光を行う場合には、数
nm〜数10nmと極めて波長が短い超紫外線(Extreme Ultraviole
t)を用いて第2のフォトリソグラフィ工程でのレジストマスク形成時の露光を行う。超
紫外線による露光は、解像度が高く焦点深度も大きい。従って、後に形成される薄膜トラ
ンジスタのチャネル長Lを10nm以上1000nm以下とすることも可能であり、回路
の動作速度を高速化でき、さらにオフ電流値が極めて小さいため、低消費電力化も図るこ
とができる。
a、ソース電極層又はドレイン電極層415b上にゲート絶縁層402を形成する(図4
(C)参照)。
ン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、又は酸化アルミニウ
ム層を単層で又は積層して形成することができる。なお、ゲート絶縁層402中に水素が
多量に含まれないようにするためには、スパッタリング法でゲート絶縁層402を成膜す
ることが好ましい。スパッタリング法により酸化シリコン膜を成膜する場合には、ターゲ
ットとしてシリコンターゲット又は石英ターゲットを用い、スパッタガスとして酸素又は
、酸素及びアルゴンの混合ガスを用いる。
レイン電極層415b側から酸化シリコン層と窒化シリコン層を積層した構造とすること
もできる。例えば、第1のゲート絶縁層として膜厚5nm以上300nm以下の酸化シリ
コン層(SiOx(x>0))を形成し、第1のゲート絶縁層上に第2のゲート絶縁層と
してスパッタリング法により膜厚50nm以上200nm以下の窒化シリコン層(SiN
y(y>0))を積層して、膜厚100nmのゲート絶縁層としてもよい。本実施の形態
では、圧力0.4Pa、高周波電源1.5kW、酸素及びアルゴン(酸素流量25scc
m:アルゴン流量25sccm=1:1)雰囲気下でRFスパッタリング法により膜厚1
00nmの酸化シリコン層を形成する。
ングを行ってゲート絶縁層402の一部を除去して、ソース電極層又はドレイン電極層4
15a、ソース電極層又はドレイン電極層415bに達する開口421a、開口421b
を形成する(図4(D)参照)。
のフォトリソグラフィ工程によりゲート電極層411、配線層414a、414bを形成
する。なお、レジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをイ
ンクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
クロム、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属
材料又はこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層で又は積層して形成することがで
きる。
ルミニウム層上にモリブデン層が積層された2層の積層構造、または銅層上にモリブデン
層を積層した2層構造、または銅層上に窒化チタン層若しくは窒化タンタルを積層した2
層構造、窒化チタン層とモリブデン層とを積層した2層構造とすることが好ましい。3層
の積層構造としては、タングステン層または窒化タングステンと、アルミニウムとシリコ
ンの合金またはアルミニウムとチタンの合金と、窒化チタンまたはチタン層とを積層した
積層とすることが好ましい。なお、透光性を有する導電膜を用いてゲート電極層を形成す
ることもできる。透光性を有する導電膜としては、透光性導電性酸化物等をその例に挙げ
ることができる。
法により膜厚150nmのチタン膜を形成する。
00℃以上400℃以下、例えば250℃以上350℃以下)を行う。本実施の形態では
、窒素雰囲気下で250℃、1時間の第2の加熱処理を行う。また、第2の加熱処理は、
薄膜トランジスタ410上に保護絶縁層や平坦化絶縁層を形成してから行ってもよい。
てもよい。この加熱処理は一定の加熱温度を保持して加熱してもよいし、室温から、10
0℃以上200℃以下の加熱温度への昇温と、加熱温度から室温までの降温を複数回くり
かえして行ってもよい。また、この加熱処理を、減圧下で行ってもよい。減圧下で加熱処
理を行うと、加熱時間を短縮することができる。
2を有する薄膜トランジスタ410を形成することができる(図4(E)参照)。薄膜ト
ランジスタ410は、実施の形態1及び2に示したアナログ回路を構成する薄膜トランジ
スタとして適用することができる。
もよい。例えば、保護絶縁層として酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン
層、窒化酸化シリコン層、又は酸化アルミニウム層を単層で又は積層して形成することが
できる。
ポリアミド、エポキシ樹脂等の、耐熱性を有する有機材料を用いることができる。また上
記有機材料の他に、低誘電率材料(low−k材料)、シロキサン系樹脂、PSG(リン
ガラス)、BPSG(リンボロンガラス)等を用いることができる。なお、これらの材料
で形成される絶縁膜を複数積層させることで、平坦化絶縁層を形成してもよい。
Si結合を含む樹脂に相当する。シロキサン系樹脂は置換基としては有機基(例えばアル
キル基やアリール基)やフルオロ基を用いても良い。また、有機基はフルオロ基を有して
いても良い。
スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法(インクジェット法、スクリーン印
刷、オフセット印刷等)、ドクターナイフ、ロールコーター、カーテンコーター、ナイフ
コーター等を用いることができる。
、該酸化物半導体膜中の水素及び水素化物の濃度を低減することができる。それにより酸
化物半導体膜の安定化を図ることができる。
度化された酸化物半導体)は界面準位、界面電荷に対して極めて敏感であるため、ゲート
絶縁膜との界面は重要である。そのため高純度化された酸化物半導体に接するゲート絶縁
膜(GI)は、高品質化が要求される。
い高品質な絶縁膜を形成できるので好ましい。高純度化された酸化物半導体と高品質ゲー
ト絶縁膜とが密接することにより、界面準位を低減して界面特性を良好なものとすること
ができるからである。もちろん、ゲート絶縁膜として良質な絶縁膜を形成できるものであ
れば、スパッタリング法やプラズマCVD法など他の成膜方法を適用することができる。
また、成膜後の熱処理によってゲート絶縁膜の膜質、酸化物半導体との界面特性が改質さ
れる絶縁膜であっても良い。いずれにしても、ゲート絶縁膜としての膜質が良好であるこ
とは勿論のこと、酸化物半導体との界面準位密度を低減し、良好な界面を形成できるもの
であれば良い。
T試験)においては、不純物が酸化物半導体に添加されていると、不純物と酸化物半導体
の主成分との結合手が、強電界(B:バイアス)と高温(T:温度)により切断され、生
成された結合手がしきい値電圧(Vth)のドリフトを誘発することとなる。これに対し
て、酸化物半導体の不純物、特に水素や水等を極力除去し、上記のようにゲート絶縁膜と
の界面特性を良好にすることにより、BT試験に対しても安定な薄膜トランジスタを得る
ことを可能としている。
、安定な電気特性を有し信頼性の高いアナログ回路を提供することができる。
本実施の形態では、実施の形態1に示したアナログ回路が有する薄膜トランジスタの一例
について示す。なお、実施の形態3と同一部分又は同様な機能を有する部分、及び工程は
、実施の形態3と同様とすればよく、その繰り返しの説明は省略する。また同じ箇所の詳
細な説明も省略する。
明する。
(B)に示す薄膜トランジスタ460は、トップゲート構造の薄膜トランジスタの一つで
ある。
図5(A)の線D1−D2における断面図である。
極層又はドレイン電極層465a(465a1、465a2)、酸化物半導体層462、
ソース電極層又はドレイン電極層465b、配線層468、ゲート絶縁層452、ゲート
電極層461(461a、461b)を含み、ソース電極層又はドレイン電極層465a
(465a1、465a2)は配線層468を介して配線層464と電気的に接続してい
る。また、図示していないが、ソース電極層又はドレイン電極層465bもゲート絶縁層
452に設けられた開口において配線層と電気的に接続する。
工程を説明する。
する。基板450を処理室へ搬送し、水素及び水分が除去された高純度酸素を含むスパッ
タガスを導入しシリコンターゲット又は石英(好ましくは合成石英)を用いて、基板45
0に絶縁層457として、酸化シリコン層を成膜する。なお、スパッタガスとして酸素又
は、酸素及びアルゴンの混合ガスを用いる。
とターゲットの間との距離(T−S間距離)を60mm、圧力0.4Pa、高周波電源1
.5kW、酸素及びアルゴン(酸素流量25sccm:アルゴン流量25sccm=1:
1)雰囲気下でRFスパッタリング法により酸化シリコン層を成膜する。膜厚は100n
mとする。なお、石英(好ましくは合成石英)に代えてシリコンターゲットを酸化シリコ
ン層を成膜するためのターゲットとして用いることができる。
しい。絶縁層457に水素、水酸基又は水分が含まれないようにするためである。クライ
オポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素原子や、水(H2O)など水素原子を
含む化合物等が排気されるため、当該成膜室で成膜し絶縁層457に含まれる不純物の濃
度を低減できる。
などの不純物が、濃度ppm程度、濃度ppb程度まで除去された高純度ガスが好ましい
。
化酸化シリコン層、窒化アルミニウム層、窒化酸化アルミニウム層などの窒化物絶縁層と
、上記酸化物絶縁層との積層構造としてもよい。
ッタガスを導入しシリコンターゲットを用いて窒化シリコン層を成膜する。この場合にお
いても、酸化シリコン層と同様に、処理室内の残留水分を除去しつつ窒化シリコン層を成
膜することが好ましい。
膜上にレジストマスクを形成し、選択的にエッチングを行ってソース電極層又はドレイン
電極層465a1、465a2を形成した後、レジストマスクを除去する(図6(A)参
照)。ソース電極層又はドレイン電極層465a1、465a2は断面図では分断されて
示されているが、連続した膜である。なお、形成されたソース電極層、ドレイン電極層の
端部はテーパ形状であると、上に積層するゲート絶縁層の被覆性が向上するため好ましい
。
Cu、Ta、Ti、Mo、Wからから選ばれた元素、または上述した元素を成分とする合
金か、上述した元素を組み合わせた合金膜等が挙げられる。また、マンガン、マグネシウ
ム、ジルコニウム、ベリリウム、トリウムのいずれか一または複数から選択された材料を
用いてもよい。また、金属導電膜は、単層構造でも、2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、アルミニウム膜上にチタン膜を積層
する2層構造、Ti膜と、そのTi膜上に重ねてアルミニウム膜を積層し、さらにその上
にTi膜を成膜する3層構造などが挙げられる。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を単
数、又は複数組み合わせた膜、合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。
タリング法により膜厚150nmのチタン膜を形成する。
、膜厚2nm以上200nm以下の酸化物半導体膜を形成する。
に加工する(図6(B)参照)。本実施の形態では、酸化物半導体膜としてIn−Ga−
Zn−O系金属酸化物ターゲットを用いてスパッタリング法により成膜する。
び水分が除去されたスパッタガスを導入し、金属酸化物をターゲットとして基板450上
に酸化物半導体膜を成膜する。処理室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポ
ンプを用いることが好ましい。例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメ
ーションポンプを用いることが好ましい。また、排気手段としては、ターボポンプにコー
ルドトラップを加えたものであってもよい。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、
例えば、水素原子、水(H2O)など水素原子を含む化合物(より好ましくは炭素原子を
含む化合物も)等が排気されるため、当該成膜室で成膜した酸化物半導体膜に含まれる不
純物の濃度を低減できる。また、酸化物半導体膜成膜時に基板を加熱してもよい。
化物などの不純物が、濃度ppm程度、濃度ppb程度まで除去された高純度ガスが好ま
しい。
0.4Pa、直流(DC)電源0.5kW、酸素及びアルゴン(酸素流量15sccm:
アルゴン流量30sccm)雰囲気下の条件が適用される。なお、パルス直流(DC)電
源を用いると、成膜時に発生する粉状物質(パーティクル、ゴミともいう)が軽減でき、
膜厚分布も均一となるために好ましい。酸化物半導体膜の膜厚は好ましくは5nm以上3
0nm以下とする。なお、適用する酸化物半導体材料により適切な厚みは異なり、材料に
応じて適宜厚みを選択すればよい。
エッチング法により、酸化物半導体膜を島状の酸化物半導体層462に加工する。
温度は、400℃以上750℃以下、好ましくは400℃以上基板の歪み点未満とする。
ここでは、加熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化物半導体層に対して窒
素雰囲気下450℃において1時間の加熱処理を行った後、大気に触れることなく、酸化
物半導体層への水や水素の再混入を防ぎ、酸化物半導体層を得る。この第1の加熱処理に
よって酸化物半導体層462の脱水化または脱水素化を行うことができる。
輻射によって、被処理物を加熱する装置を備えていてもよい。例えば、GRTA(Gas
Rapid Thermal Anneal)装置、LRTA(Lamp Rapid
Thermal Anneal)装置等のRTA(Rapid Thermal An
neal)装置を用いることができる。例えば、第1の加熱処理として、650℃〜70
0℃の高温に加熱した不活性ガス中に基板を移動させて入れ、数分間加熱した後、基板を
移動させて高温に加熱した不活性ガス中から出すGRTAを行ってもよい。GRTAを用
いると短時間での高温加熱処理が可能となる。
に、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、加熱処理装置に導入する窒素、
またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの純度を、6N(99.9999%)以上
、好ましくは7N(99.99999%)以上、(即ち不純物濃度を1ppm以下、好ま
しくは0.1ppm以下)とすることが好ましい。
が結晶化し、微結晶層または多結晶層となる場合もある。
半導体膜に行うこともできる。その場合には、第1の加熱処理後に、加熱装置から基板を
取り出し、フォトリソグラフィ工程を行う。
膜後、酸化物半導体層上にさらにソース電極又はドレイン電極を積層させた後、ソース電
極及びドレイン電極上にゲート絶縁層を形成した後、のいずれで行っても良い。
ソグラフィ工程により導電膜上にレジストマスクを形成し、選択的にエッチングを行って
ソース電極層又はドレイン電極層465b、配線層468を形成した後、レジストマスク
を除去する(図6(C)参照)。ソース電極層又はドレイン電極層465b、配線層46
8はソース電極層又はドレイン電極層465a1、465a2と同様な材料及び工程で形
成すればよい。
タリング法により膜厚150nmのチタン膜を形成する。本実施の形態では、ソース電極
層又はドレイン電極層465a1、465a2とソース電極層又はドレイン電極層465
bに同じチタン膜を用いる例のため、ソース電極層又はドレイン電極層465a1、46
5a2とソース電極層又はドレイン電極層465bとはエッチングにおいて選択比がとれ
ない。よって、ソース電極層又はドレイン電極層465a1、465a2が、ソース電極
層又はドレイン電極層465bのエッチング時にエッチングされないように、酸化物半導
体層462に覆われないソース電極層又はドレイン電極層465a2上に配線層468を
設けている。ソース電極層又はドレイン電極層465a1、465a2とソース電極層又
はドレイン電極層465bとにエッチング工程において高い選択比を有する異なる材料を
用いる場合には、エッチング時にソース電極層又はドレイン電極層465a2を保護する
配線層468は必ずしも設けなくてもよい。
の材料及びエッチング条件を適宜調節する。
−Zn−O系酸化物半導体を用いて、エッチャントとしてアンモニア過水(アンモニア、
水、過酸化水素水の混合液)を用いる。
グされ、溝部(凹部)を有する酸化物半導体層となることもある。また、ソース電極層又
はドレイン電極層465b、配線層468を形成するためのレジストマスクをインクジェ
ット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスク
を使用しないため、製造コストを低減できる。
a1、465a2、ソース電極層又はドレイン電極層465b上にゲート絶縁層452を
形成する。
ン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、又は酸化アルミニウ
ム層を単層で又は積層して形成することができる。なお、ゲート絶縁層452中に水素が
多量に含まれないようにするためには、スパッタリング法でゲート絶縁層452を成膜す
ることが好ましい。スパッタリング法により酸化シリコン膜を成膜する場合には、ターゲ
ットとしてシリコンターゲット又は石英ターゲットを用い、スパッタガスとして酸素又は
、酸素及びアルゴンの混合ガスを用いる。
ス電極層又はドレイン電極層465b側から酸化シリコン層と窒化シリコン層を積層した
構造とすることもできる。本実施の形態では、圧力0.4Pa、高周波電源1.5kW、
酸素及びアルゴン(酸素流量25sccm:アルゴン流量25sccm=1:1)雰囲気
下でRFスパッタリング法により膜厚100nmの酸化シリコン層を形成する。
ングを行ってゲート絶縁層452の一部を除去して、配線層468に達する開口423を
形成する(図6(D)参照)。図示しないが開口423の形成時にソース電極層又はドレ
イン電極層465bに達する開口を形成してもよい。本実施の形態では、ソース電極層又
はドレイン電極層465bへの開口はさらに層間絶縁層を積層した後に形成し、電気的に
接続する配線層を開口に形成する例とする。
グラフィ工程によりゲート電極層461(461a、461b)、配線層464を形成す
る。なお、レジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをイン
クジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
、チタン、クロム、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウ
ム等の金属材料又はこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層で又は積層して形成す
ることができる。
ッタリング法により膜厚150nmのチタン膜を形成する。
00℃以上400℃以下、例えば250℃以上350℃以下)を行う。本実施の形態では
、窒素雰囲気下で250℃、1時間の第2の加熱処理を行う。また、第2の加熱処理は、
薄膜トランジスタ410上に保護絶縁層や平坦化絶縁層を形成してから行ってもよい。
てもよい。この加熱処理は一定の加熱温度を保持して加熱してもよいし、室温から、10
0℃以上200℃以下の加熱温度への昇温と、加熱温度から室温までの降温を複数回くり
かえして行ってもよい。また、この加熱処理を、減圧下で行ってもよい。減圧下で加熱処
理を行うと、加熱時間を短縮することができる。
2を有する薄膜トランジスタ460を形成することができる(図6(E)参照)。
もよい。なお、図示しないが、ゲート絶縁層452、保護絶縁層や平坦化絶縁層にソース
電極層又はドレイン電極層465bに達する開口を形成し、その開口に、ソース電極層又
はドレイン電極層465bと電気的に接続する配線層を形成する。
、該酸化物半導体膜中の水素及び水素化物の濃度を低減することができる。それにより酸
化物半導体膜の安定化を図ることができる。
、安定な電気特性を有し信頼性の高いアナログ回路を提供することができる。
本実施の形態では、実施の形態1に示したアナログ回路が有する薄膜トランジスタの一例
について示す。なお、他の実施の形態の内容と同一部分または同様な機能を有する部分、
及び工程は、他の実施の形態と同様とすればよく、その繰り返しの説明は省略する。また
同じ箇所の詳細な説明も省略する。
示す薄膜トランジスタ425、薄膜トランジスタ426は、酸化物半導体層を導電層とゲ
ート電極層とで挟んだ構造の薄膜トランジスタの一つである。
20上に設けられた絶縁層422上に薄膜トランジスタ425、薄膜トランジスタ426
がそれぞれ設けられている。
間に少なくとも酸化物半導体層412全体と重なるように導電層427が設けられている
。
うにエッチングにより加工され、酸化物半導体層412の少なくともチャネル領域を含む
一部と重なる例である。
ればよく、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、モリブデン(Mo
)、クロム(Cr)、Nd(ネオジム)、スカンジウム(Sc)から選ばれた元素、また
は上述した元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金膜、または上述し
た元素を成分とする窒化物などを用いることができる。また、単層構造でも積層構造でも
よく、例えばタングステン層単層、または窒化タングステン層とタングステン層との積層
構造などを用いることができる。
タ426のゲート電極層411と同じでもよいし、異なっていても良く、第2のゲート電
極層として機能させることもできる。また、導電層427、導電層424の電位がGND
、0Vという固定電位であってもよく、どこにも接続せず電気的に浮遊した状態(フロー
ティング)としても良い。
6の電気特性を制御することができる。
ギーバンド図を用いて説明しておく。
ート電極(GE1)上にゲート絶縁膜(GI)を介して酸化物半導体層(OS)が設けら
れ、その上にソース電極(S)及びドレイン電極(D)が設けられている。
23(A)はソースとドレインの間の電圧を等電位(VD=0V)とした場合を示し、図
23(B)はソースに対しドレインに正の電位(VD>0)を加えた場合を示す。
。図24(A)はゲート(G1)に正の電位(+VG)が印加された状態であり、ソース
とドレイン間にキャリア(電子)が流れるオン状態を示している。また、図24(B)は
、ゲート(G1)に負の電位(−VG)が印加された状態であり、オフ状態(少数キャリ
アは流れない)である場合を示す。
を示す。
体は一般にn型であり、その場合のフェルミ準位(Ef)は、バンドギャップ中央に位置
する真性フェルミ準位(Ei)から離れて、伝導帯寄りに位置している。なお、酸化物半
導体において水素の一部はドナーとなりn型化する一つの要因であることが知られている
。
去し、酸化物半導体の主成分以外の不純物が極力含まれないように高純度化することによ
り真性(I型)とし、又は真性型とせんとしたものである。すなわち、不純物を添加して
I型化するのでなく、水素や水等の不純物を極力除去したことにより、高純度化されたI
型(真性半導体)又はそれに近づけることを特徴としている。そうすることにより、フェ
ルミ準位(Ef)は真性フェルミ準位(Ei)と同じレベルにまですることができる。
4.3eVと言われている。ソース電極及びドレイン電極を構成するチタン(Ti)の仕
事関数は、酸化物半導体の電子親和力(χ)とほぼ等しい。この場合、金属−酸化物半導
体界面において、電子に対してショットキー型の障壁は形成されない。
者が接触すると図23(A)で示すようなエネルギーバンド図(模式図)が示される。
子はバリア(h)をこえて酸化物半導体に注入され、ドレインに向かって流れる。この場
合、バリア(h)の高さは、ゲート電圧とドレイン電圧に依存して変化するが、正のドレ
イン電圧が印加された場合には、電圧印加のない図23(A)のバリアの高さすなわちバ
ンドギャップ(Eg)の1/2よりもバリアの高さ(h)は小さい値となる。
との界面における、ゲート絶縁膜側のエネルギー的に安定な最低部を移動する。
ると、少数キャリアであるホールは実質的にゼロであるため、電流は限りなくゼロに近い
値となる。
であっても、オフ電流が10−13A以下であり、サブスレッショルドスイング値(S値
)が0.1V/dec.(ゲート絶縁膜厚100nm)が得られる。
とにより、薄膜トランジスタの動作を良好なものとすることができる。
本実施の形態では、実施の形態1に示したアナログ回路が有する薄膜トランジスタの一例
について示す。
薄膜トランジスタともいう。
たが、必要に応じて、チャネル領域を複数有するマルチゲート構造の薄膜トランジスタも
形成することができる。
工程を説明する。
工程によりゲート電極層311を形成する。形成されたゲート電極層の端部はテーパ形状
であると、上に積層するゲート絶縁層の被覆性が向上するため好ましい。なお、レジスト
マスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成
するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
とも、後の加熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有していることが必要となる。バリウムホ
ウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板を用いることができる。
のものを用いると良い。また、ガラス基板には、例えば、アルミノシリケートガラス、ア
ルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスなどのガラス材料が用いられている
。なお、酸化ホウ素(B2O3)と比較して酸化バリウム(BaO)を多く含ませること
で、より実用的な耐熱ガラスが得られる。このため、B2O3よりBaOを多く含むガラ
ス基板を用いることが好ましい。
縁体でなる基板を用いても良い。他にも、結晶化ガラスなどを用いることができる。
、基板300からの不純物元素の拡散を防止する機能があり、窒化珪素膜、酸化珪素膜、
窒化酸化珪素膜、又は酸化窒化珪素膜から選ばれた一又は複数の膜による積層構造により
形成することができる。
テン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料又はこれらを主成分とす
る合金材料を用いて、単層で又は積層して形成することができる。
層が積層された2層の積層構造、銅層上にモリブデン層を積層した2層の積層構造、銅層
上に窒化チタン層若しくは窒化タンタルを積層した2層の積層構造、窒化チタン層とモリ
ブデン層とを積層した2層の積層構造、又は窒化タングステン層とタングステン層との2
層の積層構造とすることが好ましい。3層の積層構造としては、タングステン層または窒
化タングステンと、アルミニウムと珪素の合金またはアルミニウムとチタンの合金と、窒
化チタンまたはチタン層とを積層した積層とすることが好ましい。なお、透光性を有する
導電膜を用いてゲート電極層を形成することもできる。透光性を有する導電膜としては、
透光性導電性酸化物等をその例に挙げることができる。
、窒化珪素層、酸化窒化珪素層、窒化酸化珪素層、又は酸化アルミニウム層を単層で又は
積層して形成することができる。例えば、成膜ガスとして、SiH4、酸素及び窒素を用
いてプラズマCVD法により酸化窒化珪素層を形成すればよい。ゲート絶縁層302の膜
厚は、100nm以上500nm以下とし、積層の場合は、例えば、膜厚50nm以上2
00nm以下の第1のゲート絶縁層と、第1のゲート絶縁層上に膜厚5nm以上300n
m以下の第2のゲート絶縁層の積層とする。
下の酸化窒化珪素層を形成する。
0を形成する。
l−Zn−O系、Sn−Ga−Zn−O系、Al−Ga−Zn−O系、Sn−Al−Zn
−O系、In−Sn−O系、In−Zn−O系、Sn−Zn−O系、Al−Zn−O系、
In−Ga−O系、In−O系、Sn−O系、Zn−O系の酸化物半導体膜を用いる。本
実施の形態では、酸化物半導体膜330としてIn−Ga−Zn−O系金属酸化物ターゲ
ットを用いてスパッタ法により成膜する。この段階での断面図が図8(A)に相当する。
また、酸化物半導体膜330は、希ガス(代表的にはアルゴン)雰囲気下、酸素雰囲気下
、又は希ガス(代表的にはアルゴン)及び酸素雰囲気下においてスパッタ法により形成す
ることができる。また、スパッタリング法を用いる場合、酸化珪素(SiOx(X>0)
)を2重量%以上10重量%以下含むターゲットを用いて成膜を行いてもよい。
分とする金属酸化物のターゲットを用いることができる。また、金属酸化物のターゲット
の他の例としては、mol数比でIn2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1、原子数
比でIn:Ga:Zn=1:1:0.5の組成を有するIn、Ga、及びZnを含む金属
酸化物ターゲットを用いることができる。また、In、Ga、及びZnを含む金属酸化物
ターゲットとして、原子数比でIn:Ga:Zn=1:1:1、またはIn:Ga:Zn
=1:1:2の組成を有するターゲットを用いることもできる。金属酸化物ターゲットの
充填率は90%以上100%以下、好ましくは95%以上99.9%以下である。充填率
の高い金属酸化物ターゲットを用いることにより、成膜した酸化物半導体膜は緻密な膜と
なる。
水素化物などの不純物が、濃度ppm程度、濃度ppb程度まで除去された高純度ガスが
好ましい。
ましくは200℃以上400℃以下とする。基板を加熱しながら成膜することにより、成
膜した酸化物半導体膜に含まれる不純物濃度を低減することができる。また、スパッタリ
ングによる損傷が軽減される。そして、処理室内の残留水分を除去しつつ水素及び水分が
除去されたスパッタガスを導入し、金属酸化物をターゲットとして基板300上に酸化物
半導体膜330を成膜する。処理室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポン
プを用いることが好ましい。例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメー
ションポンプを用いることが好ましい。また、排気手段としては、ターボポンプにコール
ドトラップを加えたものであってもよい。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例
えば、水素原子、水(H2O)など水素原子を含む化合物(より好ましくは炭素原子を含
む化合物も)等が排気されるため、当該成膜室で成膜した酸化物半導体膜に含まれる不純
物の濃度を低減できる。
直流(DC)電源0.5kW、酸素(酸素流量比率100%)雰囲気下の条件が適用され
る。なお、パルス直流(DC)電源を用いると、成膜時に発生する粉状物質(パーティク
ル、ゴミともいう)が軽減でき、膜厚分布も均一となるために好ましい。酸化物半導体膜
の膜厚は、2nm以上200nm以下、好ましくは5nm以上30nm以下とする。なお
、適用する酸化物半導体材料により適切な厚みは異なり、材料に応じて適宜厚みを選択す
ればよい。
体層に加工する。また、島状の酸化物半導体層を形成するためのレジストマスクをインク
ジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマ
スクを使用しないため、製造コストを低減できる。
導体層の脱水化または脱水素化を行うことができる。第1の加熱処理の温度は、400℃
以上750℃以下、好ましくは400℃以上基板の歪み点未満とする。ここでは、加熱処
理装置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化物半導体層に対して窒素雰囲気下450
℃において1時間の加熱処理を行った後、大気に触れることなく、酸化物半導体層への水
や水素の再混入を防ぎ、酸化物半導体層331を得る(図8(B)参照)。
輻射によって、被処理物を加熱する装置を備えていてもよい。例えば、GRTA(Gas
Rapid Thermal Anneal)装置、LRTA(Lamp Rapid
Thermal Anneal)装置等のRTA(Rapid Thermal An
neal)装置を用いることができる。LRTA装置は、ハロゲンランプ、メタルハライ
ドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧
水銀ランプなどのランプから発する光(電磁波)の輻射により、被処理物を加熱する装置
である。GRTA装置は、高温のガスを用いて加熱処理を行う装置である。気体には、ア
ルゴンなどの希ガス、または窒素のような、加熱処理によって被処理物と反応しない不活
性気体が用いられる。
板を移動させて入れ、数分間加熱した後、基板を移動させて高温に加熱した不活性ガス中
から出すGRTAを行ってもよい。GRTAを用いると短時間での高温加熱処理が可能と
なる。
に、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、加熱処理装置に導入する窒素、
またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの純度を、6N(99.9999%)以上
、好ましくは7N(99.99999%)以上、(即ち不純物濃度を1ppm以下、好ま
しくは0.1ppm以下)とすることが好ましい。
が結晶化し、微結晶層または多結晶層となる場合もある。例えば、結晶化率が90%以上
、または80%以上の微結晶の酸化物半導体層となる場合もある。また、第1の加熱処理
の条件、または酸化物半導体層の材料によっては、結晶成分を含まない非晶質の酸化物半
導体層となる場合もある。また、非晶質の酸化物半導体の中に微結晶部(粒径1nm以上
20nm以下(代表的には2nm以上4nm以下))が混在する酸化物半導体層となる場
合もある。
半導体膜330に行うこともできる。その場合には、第1の加熱処理後に、加熱装置から
基板を取り出し、フォトリソグラフィ工程を行う。
膜後、酸化物半導体層上にソース電極及びドレイン電極を積層させた後、ソース電極及び
ドレイン電極上に保護絶縁膜を形成した後、のいずれで行っても良い。
膜330に脱水化または脱水素化処理を行う前でも行った後に行ってもよい。
エッチングを用いてもよい。
液、エッチング時間、温度等)を適宜調節する。
膜をスパッタ法や真空蒸着法で形成すればよい。導電膜の材料としては、Al、Cr、C
u、Ta、Ti、Mo、Wからから選ばれた元素、または上述した元素を成分とする合金
か、上述した元素を組み合わせた合金膜等が挙げられる。また、マンガン、マグネシウム
、ジルコニウム、ベリリウム、トリウムのいずれか一または複数から選択された材料を用
いてもよい。また、導電膜は、単層構造でも、2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、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する2
層構造、Ti膜と、そのTi膜上に重ねてアルミニウム膜を積層し、さらにその上にTi
膜を成膜する3層構造などが挙げられる。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を単数、又
は複数組み合わせた膜、合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。
ることが好ましい。
チングを行ってソース電極層315a、ドレイン電極層315bを形成した後、レジスト
マスクを除去する(図8(C)参照)。
ーザ光やArFレーザ光を用いる。酸化物半導体層331上で隣り合うソース電極層31
5aの下端部とドレイン電極層315bの下端部との間隔幅によって後に形成される薄膜
トランジスタのチャネル長Lが決定される。なお、チャネル長L=25nm未満の露光を
行う場合には、数nm〜数10nmと極めて波長が短い超紫外線(Extreme Ul
traviolet)を用いて第3のフォトリソグラフィ工程でのレジストマスク形成時
の露光を行う。超紫外線による露光は、解像度が高く焦点深度も大きい。従って、後に形
成される薄膜トランジスタのチャネル長Lを10nm以上1000nm以下とすることも
可能であり、回路の動作速度を高速化でき、さらにオフ電流値が極めて小さいため、低消
費電力化も図ることができる。
の材料及びエッチング条件を適宜調節する。
−Zn−O系酸化物半導体を用いて、エッチャントとしてアンモニア過水(アンモニア、
水、過酸化水素水の混合液)を用いる。
グされ、溝部(凹部)を有する酸化物半導体層となることもある。また、ソース電極層3
15a、ドレイン電極層315bを形成するためのレジストマスクをインクジェット法で
形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用し
ないため、製造コストを低減できる。
、酸化物導電層を形成してもよい。酸化物半導体層331とソース電極層315a及びド
レイン電極層315bを形成するための金属層は、連続成膜が可能である。酸化物導電層
はソース領域及びドレイン領域として機能しうる。
ドレイン電極層との間に設けることで、ソース領域及びドレイン領域の低抵抗化を図るこ
とができ、トランジスタの高速動作をすることができる。
した光が複数の強度となる露光マスクである多階調マスクによって形成されたレジストマ
スクを用いてエッチング工程を行ってもよい。多階調マスクを用いて形成したレジストマ
スクは複数の膜厚を有する形状となり、エッチングを行うことでさらに形状を変形するこ
とができるため、異なるパターンに加工する複数のエッチング工程に用いることができる
。よって、一枚の多階調マスクによって、少なくとも二種類以上の異なるパターンに対応
するレジストマスクを形成することができる。よって露光マスク数を削減することができ
、対応するフォトリソグラフィ工程も削減できるため、工程の簡略化が可能となる。
マ処理によって露出している酸化物半導体層の表面に付着した吸着水などを除去する。ま
た、酸素とアルゴンの混合ガスを用いてプラズマ処理を行ってもよい。
縁膜となる酸化物絶縁層316を形成する。
層316に水、水素等の不純物を混入させない方法を適宜用いて形成することができる。
酸化物絶縁層316に水素が含まれると、その水素の酸化物半導体層への侵入、又は水素
による酸化物半導体層中の酸素の引き抜き、が生じ酸化物半導体層のバックチャネルが低
抵抗化(N型化)してしまい、寄生チャネルが形成されるおそれがある。よって、酸化物
絶縁層316はできるだけ水素を含まない膜になるように、成膜方法に水素を用いないこ
とが重要である。
を用いて成膜する。成膜時の基板温度は、室温以上300℃以下とすればよく、本実施の
形態では100℃とする。酸化珪素膜のスパッタ法による成膜は、希ガス(代表的にはア
ルゴン)雰囲気下、酸素雰囲気下、または希ガス(代表的にはアルゴン)及び酸素雰囲気
下において行うことができる。また、ターゲットとして酸化珪素ターゲットまたは珪素タ
ーゲットを用いることができる。例えば、珪素ターゲットを用いて、酸素、及び窒素雰囲
気下でスパッタ法により酸化珪素を形成することができる。酸化物半導体層331に接し
て形成する酸化物絶縁層316は、水分や、水素イオンや、OH−などの不純物を含まず
、これらが外部から侵入することをブロックする無機絶縁膜を用い、代表的には酸化シリ
コン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、または酸化窒化アルミニウム膜など
を用いる。
が好ましい。酸化物半導体層331及び酸化物絶縁層316に水素、水酸基又は水分が含
まれないようにするためである。
例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることが
好ましい。また、排気手段としては、ターボポンプにコールドトラップを加えたものであ
ってもよい。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素原子や、水(H2
O)など水素原子を含む化合物等が排気されるため、当該成膜室で成膜した酸化物絶縁層
316に含まれる不純物の濃度を低減できる。
水素化物などの不純物が、濃度ppm程度、濃度ppb程度まで除去された高純度ガスが
好ましい。
00℃以上400℃以下、例えば250℃以上350℃以下)を行う。例えば、窒素雰囲
気下で250℃、1時間の第2の加熱処理を行う。第2の加熱処理を行うと、酸化物半導
体層の一部(チャネル領域)が酸化物絶縁層316と接した状態で加熱される。酸化物半
導体層331と酸化物絶縁層316とを接した状態で加熱処理を行うと、第1の加熱処理
によって同時に減少してしまう酸化物半導体を構成する主成分材料の一つである酸素を、
酸化物絶縁層316より酸化物半導体層331へ供給することができる。よって、酸化物
半導体はより高純度化し、電気的にI型(真性)化する。
酸化物の濃度が低減され、I型化された酸化物半導体層331を有する薄膜トランジスタ
310を形成することができる。(図8(D)参照)。
てもよい。本実施の形態では150℃で10時間加熱処理を行う。この加熱処理は一定の
加熱温度を保持して加熱してもよいし、室温から、100℃以上200℃以下の加熱温度
への昇温と、加熱温度から室温までの降温を複数回くりかえして行ってもよい。また、こ
の加熱処理を、酸化物絶縁層の形成前に、減圧下で行ってもよい。減圧下で加熱処理を行
うと、加熱時間を短縮することができる。この加熱処理によって、ノーマリーオフとなる
薄膜トランジスタを得ることができる。
タ法を用いて窒化珪素膜を形成する。RFスパッタ法は、量産性がよいため、保護絶縁層
の成膜方法として好ましい。保護絶縁層は、水分や、水素イオンや、OH−などの不純物
を含まず、これらが外部から侵入することをブロックする無機絶縁膜を用い、代表的には
窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、窒化酸化シリコン膜、窒化酸化アルミニウム膜な
どを用いる。(図8(E)参照)。
00を100℃〜400℃の温度に加熱し、水素及び水分が除去された高純度窒素を含む
スパッタガスを導入しシリコンターゲットを用いて窒化シリコン膜を成膜する。この場合
においても、酸化物絶縁層316と同様に、処理室内の残留水分を除去しつつ保護絶縁層
303を成膜することが好ましい。
、安定な電気特性を有し信頼性の高いアナログ回路を提供することができる。
本実施の形態では、実施の形態1に示したアナログ回路が有する薄膜トランジスタの一例
について示す。
いう)と呼ばれるボトムゲート構造の一つであり逆スタガ型薄膜トランジスタともいう。
たが、必要に応じて、チャネル領域を複数有するマルチゲート構造の薄膜トランジスタも
形成することができる。
工程を説明する。
工程によりゲート電極層361を形成する。なお、レジストマスクをインクジェット法で
形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用し
ないため、製造コストを低減できる。
アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料又はこれらを主成分とする合金
材料を用いて、単層で又は積層して形成することができる。
下の酸化窒化珪素層を形成する。
成し、第2のフォトリソグラフィ工程により島状の酸化物半導体層332に加工する。本
実施の形態では、酸化物半導体膜としてIn−Ga−Zn−O系金属酸化物ターゲットを
用いてスパッタ法により成膜する。
ましい。酸化物半導体膜に水素、水酸基又は水分が含まれないようにするためである。
例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることが
好ましい。また、排気手段としては、ターボポンプにコールドトラップを加えたものであ
ってもよい。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素原子や、水(H2
O)など水素原子を含む化合物等が排気されるため、当該成膜室で成膜した酸化物半導体
膜に含まれる不純物の濃度を低減できる。
化物などの不純物が、濃度ppm程度、濃度ppb程度まで除去された高純度ガスが好ま
しい。
行う第1の加熱処理の温度は、400℃以上750℃以下、好ましくは400℃以上基板
の歪み点未満とする。ここでは、加熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化
物半導体層332に対して窒素雰囲気下450℃において1時間の加熱処理を行った後、
大気に触れることなく、酸化物半導体層332への水や水素の再混入を防ぎ、脱水化また
は脱水素化された酸化物半導体層332を得る(図9(A)参照)。
マ処理によって露出している酸化物半導体層の表面に付着した吸着水などを除去する。ま
た、酸素とアルゴンの混合ガスを用いてプラズマ処理を行ってもよい。
後、第3のフォトリソグラフィ工程によりレジストマスクを形成し、選択的にエッチング
を行って、チャネル保護層として機能する酸化物絶縁層366を形成した後、レジストマ
スクを除去する。チャネル保護層として酸化物絶縁層366を設けることによって、酸化
物半導体層332のチャネル形成領域となる部分に対する、後の工程時におけるエッチン
グ時のプラズマやエッチング剤による膜減りなどのダメージを防ぐことができる。
を用いて成膜する。成膜時の基板温度は、室温以上300℃以下とすればよく、本実施の
形態では100℃とする。酸化珪素膜のスパッタ法による成膜は、希ガス(代表的にはア
ルゴン)雰囲気下、酸素雰囲気下、または希ガス(代表的にはアルゴン)及び酸素雰囲気
下において行うことができる。また、ターゲットとして酸化珪素ターゲットまたは珪素タ
ーゲットを用いることができる。例えば、珪素ターゲットを用いて、酸素、及び窒素雰囲
気下でスパッタ法により酸化珪素を形成することができる。
が好ましい。酸化物半導体層332及び酸化物絶縁層366に水素、水酸基又は水分が含
まれないようにするためである。
例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることが
好ましい。また、排気手段としては、ターボポンプにコールドトラップを加えたものであ
ってもよい。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素原子や、水(H2
O)など水素原子を含む化合物等が排気されるため、当該成膜室で成膜した酸化物絶縁層
366に含まれる不純物の濃度を低減できる。
素化物などの不純物が、濃度ppm程度、濃度ppb程度まで除去された高純度ガスが好
ましい。
00℃以上400℃以下、例えば250℃以上350℃以下)を行ってもよい。例えば、
窒素雰囲気下で250℃、1時間の第2の加熱処理を行う。第2の加熱処理を行うと、酸
化物半導体層の一部(チャネル領域)が酸化物絶縁層366と接した状態で加熱される。
電膜を形成した後、第4のフォトリソグラフィ工程によりレジストマスクを形成し、選択
的にエッチングを行ってソース電極層365a、ドレイン電極層365bを形成した後、
レジストマスクを除去する(図9(C)参照)。
a、Ti、Mo、Wからから選ばれた元素、または上述した元素を成分とする合金か、上
述した元素を組み合わせた合金膜等が挙げられる。また、金属導電膜は、単層構造でも、
2層以上の積層構造としてもよい。第2の加熱処理は、ソース電極層365a、ドレイン
電極層365b形成以降の工程で行っても良い。
酸化物の濃度が低減され、I型化された酸化物半導体層332を有する薄膜トランジスタ
360が形成される。
てもよい。本実施の形態では150℃で10時間加熱処理を行う。この加熱処理は一定の
加熱温度を保持して加熱してもよいし、室温から、100℃以上200℃以下の加熱温度
への昇温と、加熱温度から室温までの降温を複数回くりかえして行ってもよい。また、こ
の加熱処理を、酸化物絶縁層の形成前に、減圧下で行ってもよい。減圧下で加熱処理を行
うと、加熱時間を短縮することができる。この加熱処理によって、ノーマリーオフとなる
薄膜トランジスタを得ることができる。
縁層323を形成してもよい。本実施の形態では、保護絶縁層323を、窒化珪素膜を用
いて形成する(図9(D)参照)。
酸化物絶縁層を形成し、該酸化物絶縁層上に保護絶縁層323を積層してもよい。
、安定な電気特性を有し信頼性の高いアナログ回路を提供することができる。
本実施の形態では、実施の形態1に示したアナログ回路が有する薄膜トランジスタの一例
について示す。
。
スタを用いて説明するが、必要に応じて、チャネル領域を複数有するマルチゲート構造の
薄膜トランジスタも形成することができる。
る工程を説明する。
工程によりゲート電極層351を形成する。本実施の形態では、ゲート電極層351とし
て、膜厚150nmのタングステン膜を、スパッタ法を用いて形成する。
ート絶縁層342としてプラズマCVD法により膜厚100nm以下の酸化窒化珪素層を
形成する。
導電膜上にレジストマスクを形成し、選択的にエッチングを行ってソース電極層355a
、ドレイン電極層355bを形成した後、レジストマスクを除去する(図10(A)参照
)。
物半導体膜345としてIn−Ga−Zn−O系金属酸化物ターゲットを用いてスパッタ
法により成膜する。酸化物半導体膜345を第3のフォトリソグラフィ工程により島状の
酸化物半導体層346に加工する。
とが好ましい。酸化物半導体膜345に水素、水酸基又は水分が含まれないようにするた
めである。
例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることが
好ましい。また、排気手段としては、ターボポンプにコールドトラップを加えたものであ
ってもよい。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素原子や、水(H2
O)など水素原子を含む化合物等が排気されるため、当該成膜室で成膜した酸化物半導体
膜345に含まれる不純物の濃度を低減できる。
は水素化物などの不純物が、濃度ppm程度、濃度ppb程度まで除去された高純度ガス
が好ましい。
行う第1の加熱処理の温度は、400℃以上750℃以下、好ましくは400℃以上基板
の歪み点未満とする。ここでは、加熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化
物半導体層346に対して窒素雰囲気下450℃において1時間の加熱処理を行った後、
大気に触れることなく、酸化物半導体層346への水や水素の再混入を防ぎ、脱水化また
は脱水素化された酸化物半導体層346を得る(図10(C)参照)。
を移動させて入れ、数分間加熱した後、基板を移動させて高温に加熱した不活性ガス中か
ら出すGRTAを行ってもよい。GRTAを用いると短時間での高温加熱処理が可能とな
る。
層356に水、水素等の不純物を混入させない方法を適宜用いて形成することができる。
酸化物絶縁層356に水素が含まれると、その水素の酸化物半導体層への侵入、又は水素
による酸化物半導体層中の酸素の引き抜きが生じ酸化物半導体層のバックチャネルが低抵
抗化(N型化)してしまい、寄生チャネルが形成されるおそれがある。よって、酸化物絶
縁層356はできるだけ水素を含まない膜になるように、成膜方法に水素を用いないこと
が重要である。
を用いて成膜する。成膜時の基板温度は、室温以上300℃以下とすればよく、本実施の
形態では100℃とする。酸化珪素膜のスパッタ法による成膜は、希ガス(代表的にはア
ルゴン)雰囲気下、酸素雰囲気下、または希ガス(代表的にはアルゴン)及び酸素雰囲気
下において行うことができる。また、ターゲットとして酸化珪素ターゲットまたは珪素タ
ーゲットを用いることができる。例えば、珪素ターゲットを用いて、酸素、及び窒素雰囲
気下でスパッタ法により酸化珪素を形成することができる。酸化物半導体層346に接し
て形成する酸化物絶縁層356は、水分や、水素イオンや、OH−などの不純物を含まず
、これらが外部から侵入することをブロックする無機絶縁膜を用い、代表的には酸化シリ
コン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、または酸化窒化アルミニウム膜など
を用いる。
が好ましい。酸化物半導体層346及び酸化物絶縁層356に水素、水酸基又は水分が含
まれないようにするためである。
例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることが
好ましい。また、排気手段としては、ターボポンプにコールドトラップを加えたものであ
ってもよい。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素原子や、水(H2
O)など水素原子を含む化合物等が排気されるため、当該成膜室で成膜した酸化物絶縁層
356に含まれる不純物の濃度を低減できる。
素化物などの不純物が、濃度ppm程度、濃度ppb程度まで除去された高純度ガスが好
ましい。
00℃以上400℃以下、例えば250℃以上350℃以下)を行う。例えば、窒素雰囲
気下で250℃、1時間の第2の加熱処理を行う。第2の加熱処理を行うと、酸化物半導
体層が酸化物絶縁層356と接した状態で加熱される。
酸化物の濃度が低減され、I型化された酸化物半導体層346を有する薄膜トランジスタ
350が形成される。
てもよい。本実施の形態では150℃で10時間加熱処理を行う。この加熱処理は一定の
加熱温度を保持して加熱してもよいし、室温から、100℃以上200℃以下の加熱温度
への昇温と、加熱温度から室温までの降温を複数回くりかえして行ってもよい。また、こ
の加熱処理を、酸化物絶縁層の形成前に、減圧下で行ってもよい。減圧下で加熱処理を行
うと、加熱時間を短縮することができる。この加熱処理によって、ノーマリーオフとなる
薄膜トランジスタを得ることができる。
用いて窒化珪素膜を形成する。本実施の形態では、保護絶縁層として保護絶縁層343を
、窒化珪素膜を用いて形成する(図10(D)参照)。
、安定な電気特性を有し信頼性の高いアナログ回路を提供することができる。
本実施の形態では、実施の形態1に示したアナログ回路が有する薄膜トランジスタの一例
について示す。
1に示す。図11は、図8と工程が一部異なる点以外は同じであるため、同じ箇所には同
じ符号を用い、同じ箇所の詳細な説明は省略する。
層372a、第2のゲート絶縁層372bを積層する。本実施の形態では、ゲート絶縁層
を2層構造とし、第1のゲート絶縁層372aに窒化物絶縁層を、第2のゲート絶縁層3
72bに酸化物絶縁層を用いる。
、又は酸化窒化アルミニウム層などを用いることができる。また、窒化絶縁層としては、
窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、窒化アルミニウム層、又は窒化酸化アルミニウム
層などを用いることができる。
した構造とする。第1のゲート絶縁層372aとしてスパッタリング法により膜厚50n
m以上200nm以下(本実施の形態では50nm)の窒化シリコン層(SiNy(y>
0))を形成し、第1のゲート絶縁層372a上に第2のゲート絶縁層372bとして膜
厚5nm以上300nm以下(本実施の形態では100nm)の酸化シリコン層(SiO
x(x>0))を積層して、膜厚150nmのゲート絶縁層とする。
状の酸化物半導体層382に加工する。本実施の形態では、酸化物半導体膜としてIn−
Ga−Zn−O系金属酸化物ターゲットを用いてスパッタ法により成膜する。
ましい。酸化物半導体膜に水素、水酸基又は水分が含まれないようにするためである。
例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることが
好ましい。また、排気手段としては、ターボポンプにコールドトラップを加えたものであ
ってもよい。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素原子や、水(H2
O)など水素原子を含む化合物等が排気されるため、当該成膜室で成膜した酸化物半導体
膜に含まれる不純物の濃度を低減できる。
化物などの不純物が、濃度ppm程度、濃度ppb程度まで除去された高純度ガスが好ま
しい。
行う第1の加熱処理の温度は、400℃以上750℃以下、好ましくは425℃以上とす
る。なお、425℃以上であれば加熱処理時間は1時間以下でよいが、425℃未満であ
れば加熱処理時間は、1時間よりも長時間行うこととする。ここでは、加熱処理装置の一
つである電気炉に基板を導入し、酸化物半導体層に対して窒素雰囲気下において加熱処理
を行った後、大気に触れることなく、酸化物半導体層への水や水素の再混入を防ぎ、酸化
物半導体層を得る。その後、同じ炉に高純度の酸素ガス、高純度のN2Oガス、又は超乾
燥エア(露点が−40℃以下、好ましくは−60℃以下)を導入して冷却を行う。酸素ガ
スまたはN2Oガスに、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、加熱処理装
置に導入する酸素ガスまたはN2Oガスの純度を、6N(99.9999%)以上、好ま
しくは7N(99.99999%)以上、(即ち酸素ガスまたはN2Oガス中の不純物濃
度を1ppm以下、好ましくは0.1ppm以下)とすることが好ましい。
ermal Anneal)装置、LRTA(Lamp Rapid Thermal
Anneal)装置等のRTA(Rapid Thermal Anneal)装置を用
いることができる。LRTA装置は、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノン
アークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ランプなどのラ
ンプから発する光(電磁波)の輻射により、被処理物を加熱する装置である。また、LR
TA装置、ランプだけでなく、抵抗発熱体などの発熱体からの熱伝導または熱輻射によっ
て、被処理物を加熱する装置を備えていてもよい。GRTAとは高温のガスを用いて加熱
処理を行う方法である。ガスには、アルゴンなどの希ガス、または窒素のような、加熱処
理によって被処理物と反応しない不活性気体が用いられる。RTA法を用いて、600℃
〜750℃で数分間加熱処理を行ってもよい。
しくは200℃以上300℃以下の温度で酸素ガスまたはN2Oガス雰囲気下での加熱処
理を行ってもよい。
半導体膜に行うこともできる。その場合には、第1の加熱処理後に、加熱装置から基板を
取り出し、フォトリソグラフィ工程を行う。
I型化又は実質的にI型化された酸化物半導体層382を得ることができる。
ストマスクを形成し、導電膜を選択的にエッチングしてソース電極層385a、ドレイン
電極層385bを形成し、スパッタ法で酸化物絶縁層386を形成する。
が好ましい。酸化物半導体層382及び酸化物絶縁層386に水素、水酸基又は水分が含
まれないようにするためである。
例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることが
好ましい。また、排気手段としては、ターボポンプにコールドトラップを加えたものであ
ってもよい。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素原子や、水(H2
O)など水素原子を含む化合物等が排気されるため、当該成膜室で成膜した酸化物絶縁層
386に含まれる不純物の濃度を低減できる。
水素化物などの不純物が、濃度ppm程度、濃度ppb程度まで除去された高純度ガスが
好ましい。
、または窒素ガス雰囲気下で加熱処理(好ましくは150℃以上350℃未満)を行って
もよい。例えば、窒素雰囲気下で250℃、1時間の加熱処理を行う。
てもよい。本実施の形態では150℃で10時間加熱処理を行う。この加熱処理は一定の
加熱温度を保持して加熱してもよいし、室温から、100℃以上200℃以下の加熱温度
への昇温と、加熱温度から室温までの降温を複数回くりかえして行ってもよい。また、こ
の加熱処理を、酸化物絶縁層の形成前に、減圧下で行ってもよい。減圧下で加熱処理を行
うと、加熱時間を短縮することができる。この加熱処理によって、ノーマリーオフとなる
薄膜トランジスタを得ることができる。
73として、スパッタリング法を用いて膜厚100nmの窒化珪素膜を形成する。
素や、水素化物、水酸化物などの不純物を含まず、これらが外部から侵入することをブロ
ックする効果がある。
の侵入を防ぐことができる。また、半導体装置、例えば液晶表示装置としてデバイスが完
成した後にも長期的に、外部からの水分などの不純物の侵入を防ぐことができデバイスの
長期信頼性を向上することができる。
設けられる絶縁層を除去し、保護絶縁層373と、第1のゲート絶縁層372aとが接す
る構造としてもよい。
半導体層中の水分や、水素や、水素化物、水酸化物などの不純物を究極にまで低減し、か
つ該不純物の再混入を防止し、酸化物半導体層中の不純物濃度を低く維持することができ
る。
、安定な電気特性を有し信頼性の高いアナログ回路を提供することができる。
本実施の形態では、実施の形態1に示したアナログ回路を有する半導体装置の一例につい
て説明する。具体的には、実施の形態1に示した光検出装置を有する液晶表示パネルの外
観及び断面について、図12を用いて説明する。図12は、薄膜トランジスタ4010、
薄膜トランジスタ4011、及び液晶素子4013を、第1の基板4001と第2の基板
4006との間にシール材4005によって封止したパネル上面図であり、図12(B)
は、図12(A)または図12(C)のM−Nにおける断面図に相当する。
ようにして、シール材4005が設けられている。また、画素部4002と、走査線駆動
回路4004の上に第2の基板4006が設けられている。よって画素部4002と、走
査線駆動回路4004とは、第1の基板4001とシール材4005と第2の基板400
6とによって、液晶層4008と共に封止されている。また第1の基板4001上のシー
ル材4005によって囲まれている領域とは異なる領域に、別途用意された基板上に単結
晶半導体膜又は多結晶半導体膜で形成された信号線駆動回路4003が実装されている。
域に、実施の形態1で示した光検出装置4100が設けられている。光検出装置4100
は、第1の基板4001上に画素部と同時に形成してもよいし、別途基板上に作製して第
1の基板4001上に実装してもよい。なお、第1の基板4001に透光性基板を用いる
場合は、基板側から入射した光を検出する構成として光検出装置4100を設けることが
できるが、第1の基板4001に可視光を透過しない基板を用いる場合は、光検出装置の
受光部を、基板による遮光の影響を受けない方向となるように配置する必要がある。
イヤボンディング法、或いはTAB法などを用いることができる。図12(A)は、CO
G方法により信号線駆動回路4003を実装する例であり、図12(C)は、TAB方法
により信号線駆動回路4003を実装する例である。
、薄膜トランジスタを複数有しており、図12(B)では、画素部4002に含まれる薄
膜トランジスタ4010と、走査線駆動回路4004に含まれる薄膜トランジスタ401
1とを例示している。薄膜トランジスタ4010、4011上には絶縁層4041、保護
絶縁層4042、絶縁層4020、絶縁層4021が設けられている。
ランジスタのいずれか一を適宜用いることができ、同様な工程及び材料で形成することが
できる。薄膜トランジスタ4010、4011の酸化物半導体層は水素や水が低減されて
いる。従って、薄膜トランジスタ4010、4011は信頼性の高い薄膜トランジスタで
ある。本実施の形態において、薄膜トランジスタ4010、4011はnチャネル型薄膜
トランジスタである。
チャネル領域と重なる位置に導電層4040が設けられている。導電層4040を酸化物
半導体層のチャネル領域と重なる位置に設けることによって、BT試験前後における薄膜
トランジスタ4011のしきい値電圧の変化量を低減することができる。また、導電層4
040の電位は、薄膜トランジスタ4011のゲート電極層と同じでもよいし、異なって
いても良く、第2のゲート電極層として機能させることもできる。また、導電層4040
の電位は、GND、0V、或いはフローティング状態であってもよい。なお、当該導電層
4040はなくてもよい。
ース電極層又はドレイン電極層と電気的に接続されている。そして液晶素子4013の対
向電極層4031は第2の基板4006上に形成されている。画素電極層4030と対向
電極層4031と液晶層4008とが重なっている部分が、液晶素子4013に相当する
。なお、画素電極層4030、対向電極層4031はそれぞれ配向膜として機能する絶縁
層4032、絶縁層4033が設けられ、絶縁層4032、4033を介して液晶層40
08を挟持している。
き、ガラス、セラミックス、プラスチックを用いることができる。プラスチックとしては
、FRP(Fiberglass−Reinforced Plastics)板、PV
F(ポリビニルフルオライド)フィルム、ポリエステルフィルム、またはアクリル樹脂フ
ィルムを用いることができる。
サであり、画素電極層4030と対向電極層4031との間の距離(セルギャップ)を制
御するために設けられている。なお球状のスペーサを用いていても良い。また、対向電極
層4031は、薄膜トランジスタ4010と同一基板上に設けられる共通電位線と電気的
に接続される。共通接続部を用いて、一対の基板間に配置される導電性粒子を介して対向
電極層4031と共通電位線とを電気的に接続することができる。なお、導電性粒子はシ
ール材4005に含有させる。
あり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直
前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善
するために5重量%以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いて液晶層4008に
用いる。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が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、視野角依存性が小さい。ま
た配向膜を設けなくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって
引き起こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損
を軽減することができる。よって液晶表示装置の生産性を向上させることが可能となる。
特に、酸化物半導体層を用いる薄膜トランジスタは、静電気の影響により薄膜トランジス
タの電気的な特性が著しく変動して設計範囲を逸脱する恐れがある。よって酸化物半導体
層を用いる薄膜トランジスタを有する液晶表示装置にブルー相の液晶材料を用いることは
より効果的である。
子に用いる電極層という順に設ける例を示すが、偏光板は基板の内側に設けてもよい。ま
た、偏光板と着色層の積層構造も本実施の形態に限定されず、偏光板及び着色層の材料や
作製工程条件によって適宜設定すればよい。また、表示部以外にブラックマトリクスとし
て機能する遮光膜を設けてもよい。
形成されている。絶縁層4041は他の実施の形態で示した酸化物絶縁層と同様な材料及
び方法で形成すればよい。ここでは、絶縁層4041として、スパッタリング法により酸
化シリコン層を形成する。また、絶縁層4041上に接して保護絶縁層4042を形成す
る。また、保護絶縁層4042は他の実施の形態で示した保護絶縁層と同様に形成すれば
よく、例えば窒化シリコン膜を用いることができる。また、保護絶縁層4042上に薄膜
トランジスタの表面凹凸を低減するための平坦化膜として、絶縁層4021が形成されて
いる。
ンゾシクロブテン系樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂等の、耐熱性を有する有機材料を用
いることができる。また上記有機材料の他に、低誘電率材料(low−k材料)、シロキ
サン系樹脂、PSG(リンガラス)、BPSG(リンボロンガラス)等を用いることがで
きる。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させることで、絶縁層4021
を形成してもよい。
OG法、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法(インクジェット法、スク
リーン印刷、オフセット印刷等)、ドクターナイフ、ロールコーター、カーテンコーター
、ナイフコーター等を用いることができる。絶縁層4021の焼成工程と半導体層のアニ
ールを兼ねることで効率よく半導体装置を作製することが可能となる。
m Tin Oxide)、インジウム亜鉛酸化物(IZO:Indium Zinc
Oxide)、酸化インジウムに酸化珪素(SiOx(X>0))を混合した導電材料、
有機インジウム、有機スズ、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステ
ンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含む
インジウム錫酸化物、などの透光性を有する導電性材料を用いることができる。または反
射型の液晶表示装置において、透光性を有する必要がない、または反射性を有する必要が
ある場合は、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、ジルコニウム(Zr)、ハフニ
ウム(Hf)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、クロム(Cr)
、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、白金(Pt)、アルミニウム
(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)等の金属、又はその合金、若しくはその金属窒化物か
ら一つ、又は複数種を用いて形成することができる。
ともいう)を含む導電性組成物を用いて形成することができる。導電性組成物を用いて形
成した画素電極は、シート抵抗が10000Ω/□以下、波長550nmにおける透光率
が70%以上であることが好ましい。また、導電性組成物に含まれる導電性高分子の抵抗
率が0.1Ω・cm以下であることが好ましい。
ば、ポリアニリンまたはその誘導体、ポリピロールまたはその誘導体、ポリチオフェンま
たはその誘導体、若しくはこれらの2種以上の共重合体などがあげられる。
4002に与えられる各種信号及び電位は、FPC4018から供給されている。
ら形成され、端子電極4016は、薄膜トランジスタ4010、4011のソース電極層
及びドレイン電極層と同じ導電膜で形成されている。
て電気的に接続されている。
実装している例を示しているがこの構成に限定されない。走査線駆動回路を別途形成して
実装しても良いし、信号線駆動回路の一部または走査線駆動回路の一部のみを別途形成し
て実装しても良い。
部材(光学基板)などは適宜設ける。例えば、偏光基板及び位相差基板による円偏光を用
いてもよい。また、光源としてバックライト、サイドライトなどを用いてもよい。
を駆動することによって、画面上に表示パターンが形成される。詳しくは選択された画素
電極と該画素電極に対応する対向電極との間に電圧が印加されることによって、画素電極
と対向電極との間に配置された液晶層の光学変調が行われ、この光学変調が表示パターン
として観察者に認識される。
は動画のぼけが生じるという問題がある。液晶表示装置の動画特性を改善するため、全面
黒表示を1フレームおきに行う、所謂、黒挿入と呼ばれる駆動技術がある。
、所謂、倍速駆動と呼ばれる駆動技術もある。
ダイオード)光源または複数のEL光源などを用いて面光源を構成し、面光源を構成して
いる各光源を独立して1フレーム期間内で間欠点灯駆動する駆動技術もある。面光源とし
て、3種類以上のLEDを用いてもよいし、白色発光のLEDを用いてもよい。独立して
複数のLEDを制御できるため、液晶層の光学変調の切り替えタイミングに合わせてLE
Dの発光タイミングを同期させることもできる。この駆動技術は、LEDを部分的に消灯
することができるため、特に一画面を占める黒い表示領域の割合が多い映像表示の場合に
は、消費電力の低減効果が図れる。
を従来よりも改善することができる。
動回路と同一基板上に保護回路を設けることが好ましい。保護回路は、酸化物半導体層を
用いた非線形素子を用いて構成することが好ましい。例えば、保護回路は画素部と、走査
線入力端子及び信号線入力端子との間に配設されている。本実施の形態では複数の保護回
路を配設して、走査線、信号線及び容量バス線に静電気等によりサージ電圧が印加され、
画素トランジスタなどが破壊されないように構成されている。そのため、保護回路にはサ
ージ電圧が印加されたときに、共通配線に電荷を逃がすように構成する。また、保護回路
は、走査線及び共通配線の間に並列に配置された非線形素子によって構成されている。非
線形素子は、ダイオードのような二端子素子又はトランジスタのような三端子素子で構成
される。例えば、画素部の薄膜トランジスタと同じ工程で形成することも可能であり、例
えばゲート端子とドレイン端子を接続することによりダイオードと同様の特性を持たせる
ことができる。
S(In−Plane−Switching)モード、FFS(Fringe Fiel
d Switching)モード、ASM(Axially Symmetric al
igned Micro−cell)モード、OCB(Optical Compens
ated Birefringence)モード、FLC(Ferroelectric
Liquid Crystal)モード、AFLC(AntiFerroelectr
ic Liquid Crystal)モードなどを用いることができる。
CB液晶、STN液晶、VA液晶、ECB型液晶、GH液晶、高分子分散型液晶、ディス
コティック液晶などを用いることができるが、中でもノーマリーブラック型の液晶パネル
、例えば垂直配向(VA)モードを採用した透過型の液晶表示装置とすることが好ましい
。垂直配向モードとしては、いくつか挙げられるが、例えば、MVA(Multi−Do
main Vertical Alignment)モード、PVA(Patterne
d Vertical Alignment)モード、ASVモードなどを用いることが
できる。
晶表示パネルの液晶分子の配列を制御する方式の一種である。VA型の液晶表示装置は、
電圧が印加されていないときにパネル面に対して液晶分子が垂直方向を向く方式である。
また、画素(ピクセル)をいくつかの領域(サブピクセル)に分け、それぞれ別の方向に
分子を倒すよう工夫されているマルチドメイン化あるいはマルチドメイン設計といわれる
方法を用いることができる。
光輝度を調節して視認性を高めるとともに、省電力化が可能となる。
サーとして用いることもできる。
本実施の形態では、アクティブマトリクス型の発光表示装置の一例を示す。なお、具体的
には、エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子を有する発光表示装置の一例につい
て説明する。
化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機EL素子、後者は無機EL素子
と呼ばれている。
がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして、それらキャ
リア(電子および正孔)が再結合することにより発光する。このようなメカニズムから、
このような発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
類される。分散型無機EL素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有
するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−ア
クセプター再結合型発光である。薄膜型無機EL素子は、発光層を誘電体層で挟み込み、
さらにそれを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子遷移を利
用する局在型発光である。なお、ここでは、発光素子として有機EL素子を用いて説明す
る。
す図である。
は酸化物半導体層をチャネル領域に用いるnチャネル型のトランジスタを1つの画素に2
つ用いる例を示す。
402、発光素子6404及び容量素子6403を有している。スイッチング用トランジ
スタ6401はゲートが走査線6406に接続され、第1電極(ソース電極及びドレイン
電極の一方)が信号線6405に接続され、第2電極(ソース電極及びドレイン電極の他
方)が発光素子駆動用トランジスタ6402のゲートに接続されている。発光素子駆動用
トランジスタ6402は、ゲートが容量素子6403を介して電源線6407に接続され
、第1電極が電源線6407に接続され、第2電極が発光素子6404の第1電極(画素
電極)に接続されている。発光素子6404の第2電極は共通電極6408に相当する。
共通電極6408は、同一基板上に形成される共通電位線と電気的に接続される。
る。なお、低電源電位とは、電源線6407に設定される高電源電位を基準にして低電源
電位<高電源電位を満たす電位であり、低電源電位としては例えばGND、0Vなどが設
定されていても良い。この高電源電位と低電源電位との電位差を発光素子6404に印加
して、発光素子6404に電流を流して発光素子6404を発光させるため、高電源電位
と低電源電位との電位差が発光素子6404の順方向しきい値電圧以上となるようにそれ
ぞれの電位を設定する。
省略することも可能である。発光素子駆動用トランジスタ6402のゲート容量について
は、チャネル領域とゲート電極との間で容量が形成されていてもよい。
トには、発光素子駆動用トランジスタ6402が十分にオンするか、オフするかの二つの
状態となるようなビデオ信号を入力する。つまり、発光素子駆動用トランジスタ6402
は線形領域で動作させる。発光素子駆動用トランジスタ6402は線形領域で動作させる
ため、電源線6407の電圧よりも高い電圧を発光素子駆動用トランジスタ6402のゲ
ートにかける。なお、信号線6405には、(電源線電圧+発光素子駆動用トランジスタ
6402のVth)以上の電圧をかける。
らせることで、図13と同じ画素構成を用いることができる。
6404の順方向電圧+発光素子駆動用トランジスタ6402のVth以上の電圧をかけ
る。発光素子6404の順方向電圧とは、所望の輝度とする場合の電圧を指しており、少
なくとも順方向しきい値電圧を含む。なお、発光素子駆動用トランジスタ6402が飽和
領域で動作するようなビデオ信号を入力することで、発光素子6404に電流を流すこと
ができる。発光素子駆動用トランジスタ6402を飽和領域で動作させるため、電源線6
407の電位は、発光素子駆動用トランジスタ6402のゲート電位よりも高くする。ビ
デオ信号をアナログとすることで、発光素子6404にビデオ信号に応じた電流を流し、
アナログ階調駆動を行うことができる。
、カレントミラー回路を適用した画素構成の一例を示す図である。ここでは酸化物半導体
層をチャネル領域に用いるnチャネル型のトランジスタを1つの画素に4つ用いる例を示
す。
512、参照トランジスタ6513、発光素子駆動用トランジスタ6502、発光素子6
504及び容量素子6503を有している。スイッチング用トランジスタ6511及びス
イッチング用トランジスタ6512は、ゲートが走査線6506に接続されている。スイ
ッチング用トランジスタ6511の第1電極(ソース電極及びドレイン電極の一方)が信
号線6505に接続され、第2電極(ソース電極及びドレイン電極の他方)が参照トラン
ジスタ6513及び発光素子駆動用トランジスタ6502のゲートに接続されている。ス
イッチング用トランジスタ6512の第1電極が信号線6505に接続され、第2電極が
参照トランジスタ6513の第1電極に接続されている。
が容量素子6503を介して発光素子6504の第1電極(画素電極)に接続されている
。なお、図14では容量素子6503は発光素子6504の第1電極に接続しているが、
発光素子6504の第1電極ではなく、電源線6507や共通電極6508などの固定電
位を有する電極と接続する構成としてもよい。また、スイッチング用トランジスタ651
1及びスイッチング用トランジスタ6512のゲートが走査線6506とは異なる走査線
と接続する構成としてもよい。
発光素子6504の第1電極(画素電極)に接続されており、発光素子6504の第2電
極は共通電極6508に接続されている。共通電極6508は、同一基板上に形成される
共通電位線と電気的に接続される。
07に設定される高電源電位を基準にして、高電源電位よりも低い電位であり、低電源電
位としては例えばGND、0Vなどが設定されていても良い。電源線6507から供給さ
れる電流Ioutを、発光素子駆動用トランジスタ6502を介して発光素子6504に
流して発光素子6504を発光させるため、高電源電位と低電源電位との電位差が、発光
素子6504の順方向しきい値電圧以上となるようにそれぞれの電位を設定する。
省略することも可能である。発光素子駆動用トランジスタ6502のゲート容量について
は、チャネル領域とゲート電極との間で容量が形成されていてもよい。
用トランジスタ6512をオン状態とする電位とすると、スイッチング用トランジスタ6
511の第1電極と第2電極間、及びスイッチング用トランジスタ6512の第1電極と
第2電極間が導通状態となり、信号線6505から電流Idataが画素回路内に供給さ
れる。電流Idataは、スイッチング用トランジスタ6511を介して容量素子650
3に供給され、容量素子6503が充電される。充電により容量素子6503の電位が上
昇し、参照トランジスタ6513のVth以上の電位になると参照トランジスタ6513
がオン状態となり、電流Idataは、スイッチング用トランジスタ6512、参照トラ
ンジスタ6513、発光素子6504を通って共通電極6508に流れる。
ataと等しい電流値となるまで続く。すなわち、容量素子6503の電位上昇は、電流
Idataがスイッチング用トランジスタ6511を介して流れなくなると停止する。
いるため、発光素子駆動用トランジスタ6502のゲートは、参照トランジスタ6513
のゲートと等しい電位となる。トランジスタ特性と、チャネル幅W及びチャネル長Lの比
(W/L比)が、参照トランジスタ6513、発光素子駆動用トランジスタ6502とも
同じであれば、電流Idataと等しい電流値を有する電流Ioutが、電源線6507
から発光素子駆動用トランジスタ6502を介して発光素子6504に供給される。
用トランジスタ6512をオフ状態とする電位とすると、スイッチング用トランジスタ6
511及び6512がオフ状態となり、電流Idataの供給が停止される。しかしなが
ら、容量素子6503に保持された電位により、電流Ioutを発光素子6504に供給
し続けることができる。
特性やチャネル幅W及びチャネル長Lの関係を工夫することで、電流Ioutを電流Id
ataよりも大きく、または小さくすることができる。例えば、参照トランジスタ651
3に比べて、トランジスタ特性とチャネル長Lが等しく、チャネル幅Wが1/2倍である
トランジスタを発光素子駆動用トランジスタ6502に用いると、電流Ioutを電流I
dataの1/2倍とすることができる。
め、容量素子6503の電位を保持しやすく、容量素子6503を小さくすることができ
る。また、発光素子6504に電流を供給せず非発光とした時に生じる、オフ電流による
微発光現象の発生を防ぐことができる。
14に示す画素に新たにスイッチ、抵抗素子、容量素子、トランジスタ又は論理回路など
を追加してもよい。
ランジスタがn型の場合を例に挙げて、画素の断面構造について説明する。図15(A)
(B)(C)の半導体装置に用いられる発光素子駆動用トランジスタ7001、発光素子
駆動用トランジスタ7011、発光素子駆動用トランジスタ7021は、上記実施の形態
に示す薄膜トランジスタと同様に作製でき、酸化物半導体層を含む薄膜トランジスタを用
いる例を示す。
して、基板上に薄膜トランジスタ及び発光素子を形成し、基板とは逆側の面から発光を取
り出す上面射出構造や、基板側の面から発光を取り出す下面射出構造や、基板側及び基板
とは反対側の面から発光を取り出す両面射出構造の発光素子があり、画素構成はどの射出
構造の発光素子にも適用することができる。
1の電極7013側に射出する場合の、画素の断面図を示す。図15(A)では、発光素
子駆動用トランジスタ7011のドレイン電極層と電気的に接続された透光性を有する導
電膜7017上に、発光素子7012の第1の電極7013が形成されており、第1の電
極7013上にEL層7014、第2の電極7015が順に積層されている。
化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化
チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケ
イ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電膜を用いることができる。
の電極7013を陰極として用いる場合には、仕事関数が小さい材料、具体的には、例え
ば、LiやCs等のアルカリ金属、およびMg、Ca、Sr等のアルカリ土類金属、およ
びこれらを含む合金(Mg:Ag、Al:Liなど)の他、YbやEr等の希土類金属等
が好ましい。図15(A)では、第1の電極7013の膜厚は、光を透過する程度(好ま
しくは、5nm〜30nm程度)とする。例えば20nmの膜厚を有するアルミニウム膜
を、第1の電極7013として用いる。
て透光性を有する導電膜7017と第1の電極7013を形成してもよく、この場合、同
じマスクを用いてエッチングすることができるため、好ましい。
ド、アクリル樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂等の有機樹脂膜、無機絶縁膜または有機ポ
リシロキサンを用いて形成する。隔壁7019は、特に感光性の樹脂材料を用い、第1の
電極7013上に開口部を形成し、その開口部の側壁が連続した曲率を持って形成される
傾斜面となるように形成することが好ましい。隔壁7019として感光性の樹脂材料を用
いる場合、レジストマスクを形成する工程を省略することができる。
発光層を含めば良く、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成さ
れていてもどちらでも良い。EL層7014が複数の層で構成されている場合、陰極とし
て機能する第1の電極7013上に電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホ
ール注入層の順に積層する。なおこれらの層を全て設ける必要はない。
7013上にホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層の順に積層
してもよい。ただし、消費電力を比較する場合、第1の電極7013を陰極として機能さ
せ、第1の電極7013上に電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注
入層の順に積層するほうが、駆動回路部の電圧上昇を抑制でき、消費電力を少なくできる
ため好ましい。
とができる。例えば、第2の電極7015を陽極として用いる場合、仕事関数が大きい材
料、例えば、ZrN、Ti、W、Ni、Pt、Cr等や、ITO、IZO、ZnOなどの
透明導電性材料が好ましい。また、第2の電極7015上に遮蔽膜7016を形成する。
遮蔽膜7016としては、例えば光を遮光する金属、光を反射する金属等を用いる。本実
施の形態では、第2の電極7015としてITO膜を用い、遮蔽膜7016としてTi膜
を用いる。
る領域が発光素子7012に相当する。図15(A)に示した素子構造の場合、発光素子
7012から発せられる光は、矢印で示すように第1の電極7013側に射出する。発光
素子7012から発せられる光は、カラーフィルタ層7033を通過し、基板を通過して
射出させることができる。
グラフィ技術を用いたエッチング方法などでそれぞれ形成する。
層7035によって覆う。なお、図15(A)ではオーバーコート層7034は薄い膜厚
で図示したが、オーバーコート層7034は、カラーフィルタ層7033に起因する凹凸
を平坦化する機能を有している。
坦化絶縁層7036、絶縁層7032、及び絶縁層7031に形成され、且つ、ドレイン
電極層に達するコンタクトホールは、隔壁7019と重なる位置に配置する。
続された透光性を有する導電膜7027上に、発光素子7022の第1の電極7023が
形成されており、第1の電極7023上にEL層7024、第2の電極7025が順に積
層されている。
化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化
チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケ
イ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電膜を用いることができる。
23を陰極として用いる場合、仕事関数が小さい材料、具体的には、例えば、LiやCs
等のアルカリ金属、およびMg、Ca、Sr等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む
合金(Mg:Ag、Al:Liなど)の他、YbやEr等の希土類金属等が好ましい。本
実施の形態では、第1の電極7023を陰極として用い、その膜厚は、光を透過する程度
(好ましくは、5nm〜30nm程度)とする。例えば20nmの膜厚を有するアルミニ
ウム膜を、陰極として用いる。
て透光性を有する導電膜7027と第1の電極7023を形成してもよく、この場合、同
じマスクを用いてエッチングすることができ、好ましい。
ド、アクリル樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂等の有機樹脂膜、無機絶縁膜または有機ポ
リシロキサンを用いて形成する。隔壁7029は、特に感光性の樹脂材料を用い、第1の
電極7023上に開口部を形成し、その開口部の側壁が連続した曲率を持って形成される
傾斜面となるように形成することが好ましい。隔壁7029として感光性の樹脂材料を用
いる場合、レジストマスクを形成する工程を省略することができる。
めば良く、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていても
どちらでも良い。EL層7024が複数の層で構成されている場合、陰極として機能する
第1の電極7023上に電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層
の順に積層する。なお、これらの層を全て設ける必要はない。
注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層の順に積層してもよい。ただし
、消費電力を比較する場合、第1の電極7023を陰極として用い、陰極上に電子注入層
、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層の順に積層するほうが消費電力が少
ないため好ましい。
とができる。例えば、第2の電極7025を陽極として用いる場合、仕事関数が大きい材
料、例えば、ITO、IZO、ZnOなどの透明導電性材料を好ましく用いることができ
る。本実施の形態では、第2の電極7025を陽極として用い、酸化シリコンを含むIT
O膜を形成する。
る領域が発光素子7022に相当する。図15(B)に示した素子構造の場合、発光素子
7022から発せられる光は、矢印で示すように第2の電極7025側と第1の電極70
23側の両方に射出する。
極層及びドレイン電極層に透光性を有するような薄膜を用いる例を示しており、発光素子
7022から第1の電極7023側に発せられる光は、カラーフィルタ層7043を通過
し、基板を通過して射出させることができる。
グラフィ技術を用いたエッチング方法などでそれぞれ形成する。
層7045によって覆う。
坦化絶縁層7046、絶縁層7042及び、絶縁層7041に形成され、且つ、ドレイン
電極層に達するコンタクトホールは、隔壁7029と重なる位置に配置する。
第2の電極7025側からの光はカラーフィルタ層7043を通過しないため、別途カラ
ーフィルタ層を備えた封止基板を第2の電極7025上方に設けることが好ましい。
発せられる光が第2の電極7005側に抜ける場合の、画素の断面図を示す。図15(C
)では、発光素子駆動用トランジスタ7001のドレイン電極層と第1の電極7003と
接しており、発光素子駆動用トランジスタ7001と発光素子7002の第1の電極70
03とを電気的に接続している。第1の電極7003上にEL層7004、第2の電極7
005が順に積層されている。
13を陰極として用いる場合、仕事関数が小さい材料、具体的には、例えば、LiやCs
等のアルカリ金属、およびMg、Ca、Sr等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む
合金(Mg:Ag、Al:Liなど)の他、YbやEr等の希土類金属等が好ましい。
ド、アクリル樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂等の有機樹脂膜、無機絶縁膜または有機ポ
リシロキサンを用いて形成する。隔壁7009は、特に感光性の樹脂材料を用い、第1の
電極7003上に開口部を形成し、その開口部の側壁が連続した曲率を持って形成される
傾斜面となるように形成することが好ましい。隔壁7009として感光性の樹脂材料を用
いる場合、レジストマスクを形成する工程を省略することができる。
発光層を含めば良く、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成さ
れていてもどちらでも良い。EL層7004が複数の層で構成されている場合、陰極とし
て用いる第1の電極7003上に電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホー
ル注入層の順に積層する。なおこれらの層を全て設ける必要はない。
、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層の順に積層してもよい。
入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層の順に積層し、その上にMg:A
g合金薄膜とITOとの積層を形成する。
子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層の順に積層するほうが、駆
動回路における電圧上昇を抑制することができ、消費電力を少なくできるため好ましい。
化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物
、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウ
ム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透
光性を有する導電膜を用いても良い。
領域が発光素子7002に相当する。図15(C)に示した画素の場合、発光素子700
2から発せられる光は、矢印で示すように第2の電極7005側に射出する。
、酸化シリコン層7051、保護絶縁層7052、平坦化絶縁層7056、平坦化絶縁層
7053、及び絶縁層7055に設けられたコンタクトホールを介して第1の電極700
3と電気的に接続する。
9を設ける。隔壁7009は、ポリイミド、アクリル樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂等
の有機樹脂膜、無機絶縁膜または有機ポリシロキサンを用いて形成する。隔壁7009は
、特に感光性の樹脂材料を用い、第1の電極7003上に開口部を形成し、その開口部の
側壁が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。隔
壁7009として感光性の樹脂材料を用いる場合、レジストマスクを形成する工程を省略
することができる。
02として緑色発光素子とし、隣り合う一方の発光素子を赤色発光素子とし、もう一方の
発光素子を青色発光素子とする。また、3種類の発光素子だけでなく白色素子を加えた4
種類の発光素子でフルカラー表示ができる発光表示装置を作製してもよい。
て、発光素子7002上方にカラーフィルタなどを有する封止基板を配置する構成とし、
フルカラー表示ができる発光表示装置を作製してもよい。白色などの単色の発光を示す材
料を形成し、カラーフィルタや色変換層を組み合わせることによりフルカラー表示を行う
ことができる。
樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂等の樹脂材料を用いること
ができる。また上記樹脂材料の他に、低誘電率材料(low−k材料)、シロキサン系樹
脂、PSG(リンガラス)、BPSG(リンボロンガラス)等を用いることができる。な
お、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させることで、平坦化絶縁層7036、
7046、7053、7056を形成してもよい。平坦化絶縁層7036、7046、7
053、7056の形成法は、特に限定されず、その材料に応じて、スパッタリング法、
SOG法、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法(インクジェット法、ス
クリーン印刷、オフセット印刷等)、ドクターナイフ、ロールコーター、カーテンコータ
ー、ナイフコーター等を用いることができる。
ては、上記実施の形態に示した薄膜トランジスタのいずれか一を適宜用いることができ、
同様な工程及び材料で形成することができる。発光素子駆動用トランジスタ7001、7
011、7021の酸化物半導体層は水素や水が低減されている。従って、発光素子駆動
用トランジスタ7001、7011、7021は信頼性の高い薄膜トランジスタである。
もよいし、単色発光を用いてエリアカラータイプの発光装置を形成してもよい。
L素子を設けることも可能である。
光素子が電気的に接続されている例を示したが、発光素子駆動用トランジスタと発光素子
との間に電流制御用トランジスタが接続されている構成であってもよい。
説明する。図16(A)は、第1の基板上に形成された薄膜トランジスタ及び発光素子を
、第2の基板との間にシール材によって封止した、パネルの上面図であり、図16(B)
は、図16(A)のH−Iにおける断面図に相当する。
駆動回路4503b、及び走査線駆動回路4504a、走査線駆動回路4504bを囲む
ようにして、シール材4505が設けられている。また画素部4502、信号線駆動回路
4503a、4503b、及び走査線駆動回路4504a、4504bの上に第2の基板
4506が設けられている。よって画素部4502、信号線駆動回路4503a、450
3b、及び走査線駆動回路4504a、4504bは、第1の基板4501とシール材4
505と第2の基板4506とによって、充填材4507と共に密封されている。このよ
うに外気に曝されないように気密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム(貼り合わせフ
ィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等)やカバー材でパッケージング(封入)することが好
ましい。
域に、実施の形態1で示した光検出装置4580が設けられている。光検出装置4580
は画素部と同時に形成してもよいし、別途基板上に作製して第1の基板4501上に実装
してもよい。なお、第1の基板4501に透光性基板を用いる場合は、基板側から入射し
た光を検出する構成として光検出装置4580を設けることができるが、第1の基板45
01に可視光を透過しない基板を用いる場合は、光検出装置の受光部を、基板による遮光
の影響を受けない方向となるように配置する必要がある。
4503b、及び走査線駆動回路4504a、4504bは、薄膜トランジスタを複数有
しており、図16(B)では、画素部4502に含まれる薄膜トランジスタ4510と、
信号線駆動回路4503aに含まれる薄膜トランジスタ4509とを例示している。
ずれか一を適宜用いることができ、同様な工程及び材料で形成することができる。薄膜ト
ランジスタ4509、4510の酸化物半導体層は水素や水が低減されている。
体層のチャネル領域と重なる位置に導電層を設けた構造とする。本実施の形態において、
薄膜トランジスタ4509、4510はnチャネル型薄膜トランジスタである。
体層のチャネル領域と重なる位置に導電層4540が設けられている。導電層4540を
酸化物半導体層のチャネル領域と重なる位置に設けることによって、BT試験前後におけ
る薄膜トランジスタ4509のしきい値電圧の変化量を低減することができる。また、導
電層4540の電位は、薄膜トランジスタ4509のゲート電極層と同じでもよいし、異
なっていても良く、第2のゲート電極層として機能させることもできる。また、導電層4
540の電位は、GND、0V、或いはフローティング状態であってもよい。
されている。薄膜トランジスタ4510のソース電極層又はドレイン電極層は薄膜トラン
ジスタ上に設けられた酸化シリコン層4542及び絶縁層4551に形成された開口にお
いて配線層4550と電気的に接続されている。配線層4550は第1の電極4517と
接して形成されており、薄膜トランジスタ4510と第1の電極4517とは配線層45
50を介して電気的に接続されている。
形成すればよい。
1上に形成される。
オーバーコート層4543で覆う構成となっている。
は、他の実施の形態で示した保護絶縁層と同様に形成すればよく、例えば窒化シリコン膜
をスパッタリング法で形成すればよい。
4517は、薄膜トランジスタ4510のソース電極層またはドレイン電極層と配線層4
550を介して電気的に接続されている。なお発光素子4511の構成は、第1電極45
17、電界発光層4512、第2電極4513の積層構造であるが、示した構成に限定さ
れない。発光素子4511から取り出す光の方向などに合わせて、発光素子4511の構
成は適宜変えることができる。
特に感光性の材料を用い、第1電極4517上に開口部を形成し、その開口部の側壁が連
続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。
されていてもどちらでも良い。
13及び隔壁4520上に保護膜を形成してもよい。保護膜としては、窒化シリコン膜、
窒化酸化シリコン膜、DLC膜等を形成することができる。
、または画素部4502に与えられる各種信号及び電位は、FPC4518a、FPC4
518bから供給されている。
形成され、端子電極4516は、薄膜トランジスタ4509のソース電極層及びドレイン
電極層と同じ導電膜から形成されている。
して電気的に接続されている。
その場合には、ガラス板、プラスチック板、ポリエステルフィルムまたはアクリル樹脂フ
ィルムのような透光性を有する材料を用いる。
脂または熱硬化樹脂を用いることができ、PVC(ポリビニルクロライド)、アクリル、
ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、PVB(ポリビニルブチラル)またはEV
A(エチレンとビニルアセテートの共重合体)を用いることができる。例えば充填材とし
て窒素を用いればよい。
位相差板(λ/4板、λ/2板)などの光学フィルムを適宜設けてもよい。また、偏光板
又は円偏光板に反射防止膜を設けてもよい。例えば、表面の凹凸により反射光を拡散し、
映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。
成することができる。シール材は、代表的には可視光硬化性、紫外線硬化性または熱硬化
性の樹脂を含む材料を用いることができる。また、フィラーを含んでもよい。
、別途用意された基板上に単結晶半導体膜又は多結晶半導体膜によって形成された駆動回
路で実装されていてもよい。また、信号線駆動回路のみ、或いは一部、又は走査線駆動回
路のみ、或いは一部のみを別途形成して実装しても良く、図16の構成に限定されない。
る。
て視認性を高めるとともに、省電力化が可能となる。
サーとして用いることができる。
本実施の形態では、本明細書で開示する半導体装置の一形態について説明する。具体的に
は、本明細書で開示する半導体装置の一形態として、電子ペーパーの例を示す。
られる薄膜トランジスタ581としては、上記実施の形態に示した薄膜トランジスタのい
ずれか一を適宜用いることができ、同様な工程及び材料で形成することができる。本実施
の形態では、薄膜トランジスタ581として実施の形態6に示した薄膜トランジスタを適
用する例を示す。薄膜トランジスタ581の酸化物半導体層は水素や水が低減されている
。
トボール表示方式とは、白と黒に塗り分けられた球形粒子を表示素子に用い、電極層であ
る第1の電極層及び第2の電極層の間に配置し、第1の電極層及び第2の電極層に電位差
を生じさせての球形粒子の向きを制御することにより、表示を行う方法である。
タであり、ソース電極層又はドレイン電極層は、酸化シリコン層583、保護絶縁層58
4、絶縁層585に形成される開口において第1の電極層587と電気的に接続されてい
る。
0bを有し、周りに液体で満たされているキャビティ594を含む球形粒子が設けられて
おり、球形粒子589の周囲は樹脂等の充填材595で充填されている(図17参照)。
本実施の形態においては、第1の電極層587が画素電極に相当し、対向基板596に設
けられる第2の電極層588が共通電極に相当する。
と、正に帯電した白い微粒子と負に帯電した黒い微粒子とを封入した直径10μm〜20
0μm程度のマイクロカプセルを用いる。第1の電極層と第2の電極層との間に設けられ
るマイクロカプセルは、第1の電極層と第2の電極層によって、電場が与えられると、白
い微粒子と、黒い微粒子が逆の方向に移動し、白または黒を表示することができる。この
原理を応用した表示素子が電気泳動表示素子であり、一般的に電子ペーパーとよばれてい
る。電気泳動表示素子は、液晶表示素子に比べて反射率が高いため、補助ライトは不要で
あり、また消費電力が小さく、薄暗い場所でも表示部を認識することが可能である。また
、表示部に電源が供給されない場合であっても、一度表示した像を保持することが可能で
あるため、電波発信源から表示機能付き半導体装置(単に表示装置、又は表示装置を具備
する半導体装置ともいう)を遠ざけた場合であっても、表示された像を保存しておくこと
が可能となる。
を制御することによって、表示を行う反射型の表示装置である。
用いることもできる。
本明細書に開示する半導体装置は、さまざまな電子機器(遊技機も含む)に適用すること
ができる。電子機器としては、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。
に組み込まれた表示部1602の他、操作ボタン1603a、操作ボタン1603b、外
部接続ポート1604、スピーカー1605、マイク1606などを備えている。
報を入力ことができる。また、電話を掛ける、或いはメールを打つなどの操作は、表示部
1602を指などで触れることにより行うことができる。
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。
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1602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。
有する検出装置を設けることで、携帯電話機1600の向き(縦か横か)を判断して、表
示部1602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。
ボタン1603a、1603bの操作により行われる。また、表示部1602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。
部1602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。
02に掌や指を触れることで、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。
素のスイッチング素子として、上記他の実施の形態に示す薄膜トランジスタを複数配置す
ることができる。
複数の機能を備えることができる。例えば電話機能に加えて、コンピュータを内蔵し、様
々なデータ処理機能を備えることもできる。
成されている。筐体1801には、表示パネル1802、スピーカー1803、マイクロ
フォン1804、ポインティングデバイス1806、カメラ用レンズ1807、外部接続
端子1808などを備え、筐体1800には、キーボード1810、外部メモリスロット
1811などを備えている。また、アンテナは筐体1801内部に内蔵されている。
ている複数の操作キー1805を点線で示している。
に応じて表示の方向が適宜変化する。また、表示パネル1802と同一面上にカメラ用レ
ンズ1807を備えているため、テレビ電話が可能である。スピーカー1803及びマイ
クロフォン1804は音声通話に限らず、テレビ電話、録音、再生などが可能である。さ
らに、筐体1800と筐体1801は、スライドし、図18(B)のように展開している
状態から重なり合った状態とすることができ、携帯に適した小型化が可能である。
であり、充電及びパーソナルコンピュータなどとのデータ通信が可能である。また、外部
メモリスロット1811に記録媒体を挿入し、より大量のデータ保存及び移動に対応でき
る。
よい。
筐体9601に表示部9603が組み込まれている。表示部9603により、映像を表示
することが可能である。また、ここでは、スタンド9605により筐体9601を支持し
た構成を示している。
コン操作機9610により行うことができる。リモコン操作機9610が備える操作キー
9609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9603に表示され
る映像を操作することができる。また、リモコン操作機9610に、当該リモコン操作機
9610から出力する情報を表示する表示部9607を設ける構成としてもよい。
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。
素のスイッチング素子として、上記他の実施の形態に示す薄膜トランジスタを複数配置す
ることができる。
フレーム9700は、筐体9701に表示部9703が組み込まれている。表示部970
3は、各種画像を表示することが可能であり、例えばデジタルカメラなどで撮影した画像
データを表示させることで、通常の写真立てと同様に機能させることができる。
素のスイッチング素子として、上記他の実施の形態に示す薄膜トランジスタを複数配置す
ることができる。
Bケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など)、記録媒体挿入部などを備える構
成とする。これらの構成は、表示部と同一面に組み込まれていてもよいが、側面や裏面に
備えるとデザイン性が向上するため好ましい。例えば、デジタルフォトフレームの記録媒
体挿入部に、デジタルカメラで撮影した画像データを記憶したメモリを挿入して画像デー
タを取り込み、取り込んだ画像データを表示部9703に表示させることができる。
。無線により、所望の画像データを取り込み、表示させる構成とすることもできる。
と筐体9891の2つの筐体で構成されており、連結部9893により、開閉可能に連結
されている。筐体9881には表示部9882が組み込まれ、筐体9891には表示部9
883が組み込まれている。
素のスイッチング素子として、上記他の実施の形態に示す薄膜トランジスタを複数配置す
ることができる。
886、LEDランプ9890、入力手段(操作キー9885、接続端子9887、セン
サ9888(力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温
度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度
、振動、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの)、マイクロフォン9889)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、少なくとも本明
細書に開示する薄膜トランジスタを備えた構成であればよく、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20に示す携帯型遊技機は、記録媒体に記録されてい
るプログラム又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20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。
本明細書に開示する半導体装置は、電子ペーパーとして適用することができる。電子ペー
パーは、情報を表示するものであればあらゆる分野の電子機器に用いることが可能である
。例えば、電子ペーパーを用いて、電子書籍(電子ブック)、ポスター、電車などの乗り
物の車内広告、クレジットカード等の各種カードにおける表示等に適用することができる
。電子機器の一例を図21に示す。
よび筐体2703の2つの筐体で構成されている。筐体2701および筐体2703は、
軸部2711により一体とされており、該軸部2711を軸として開閉動作を行うことが
できる。このような構成により、紙の書籍のような動作を行うことが可能となる。
込まれている。表示部2705および表示部2707は、続き画面を表示する構成として
もよいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とするこ
とで、例えば右側の表示部(図21では表示部2705)に文章を表示し、左側の表示部
(図21では表示部2707)に画像を表示することができる。
701において、電源2721、操作キー2723、スピーカー2725などを備えてい
る。操作キー2723により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示部と同一面にキ
ーボードやポインティングデバイスなどを備える構成としてもよい。また、筐体の裏面や
側面に、外部接続用端子(イヤホン端子、USB端子、またはACアダプタおよびUSB
ケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など)、記録媒体挿入部などを備える構成
としてもよい。さらに、電子書籍2700は、電子辞書としての機能を持たせた構成とし
てもよい。
電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすること
も可能である。
302 ゲート絶縁層
303 保護絶縁層
310 薄膜トランジスタ
311 ゲート電極層
316 酸化物絶縁層
320 基板
322 ゲート絶縁層
323 保護絶縁層
330 酸化物半導体膜
331 酸化物半導体層
332 酸化物半導体層
340 基板
342 ゲート絶縁層
343 保護絶縁層
345 酸化物半導体膜
346 酸化物半導体層
350 薄膜トランジスタ
351 ゲート電極層
356 酸化物絶縁層
360 薄膜トランジスタ
361 ゲート電極層
366 酸化物絶縁層
370 基板
373 保護絶縁層
380 薄膜トランジスタ
381 ゲート電極層
382 酸化物半導体層
386 酸化物絶縁層
400 基板
402 ゲート絶縁層
403 保護絶縁層
407 絶縁層
409 平坦化絶縁層
410 薄膜トランジスタ
411 ゲート電極層
412 酸化物半導体層
416 酸化物絶縁層
420 シリコン基板
422 絶縁層
423 開口
424 導電層
425 薄膜トランジスタ
426 薄膜トランジスタ
427 導電層
430 酸化物半導体膜
438 配線層
450 基板
452 ゲート絶縁層
457 絶縁層
460 薄膜トランジスタ
461 ゲート電極層
462 酸化物半導体層
464 配線層
468 配線層
580 基板
581 薄膜トランジスタ
583 酸化シリコン層
584 保護絶縁層
585 絶縁層
587 電極層
588 電極層
589 球形粒子
594 キャビティ
595 充填材
596 対向基板
601 基板
608 接着層
613 基板
622 光
631 絶縁層
632 保護絶縁層
633 層間絶縁層
634 層間絶縁層
641 電極層
642 電極層
643 導電層
644 電極層
645 ゲート電極層
1300 光検出装置
1301 検出器
1302 増幅回路
1305 トランジスタ
1306 トランジスタ
1311 電源端子
1312 電源端子
1320 保護回路
1321 ダイオード
1600 携帯電話機
1601 筐体
1602 表示部
1604 外部接続ポート
1605 スピーカー
1606 マイク
1800 筐体
1801 筐体
1802 表示パネル
1803 スピーカー
1804 マイクロフォン
1805 操作キー
1806 ポインティングデバイス
1807 カメラ用レンズ
1808 外部接続端子
1810 キーボード
1811 外部メモリスロット
2700 電子書籍
2701 筐体
2703 筐体
2705 表示部
2707 表示部
2711 軸部
2721 電源
2723 操作キー
2725 スピーカー
4001 基板
4002 画素部
4003 信号線駆動回路
4004 走査線駆動回路
4005 シール材
4006 基板
4008 液晶層
4010 薄膜トランジスタ
4011 薄膜トランジスタ
4013 液晶素子
4015 接続端子電極
4016 端子電極
4018 FPC
4019 異方性導電膜
4020 絶縁層
4021 絶縁層
4030 画素電極層
4031 対向電極層
4032 絶縁層
4033 絶縁層
4035 スペーサ
4040 導電層
4041 絶縁層
4042 保護絶縁層
4100 光検出装置
4501 基板
4502 画素部
4505 シール材
4506 基板
4507 充填材
4509 薄膜トランジスタ
4510 薄膜トランジスタ
4511 発光素子
4512 電界発光層
4513 電極
4515 接続端子電極
4516 端子電極
4517 電極
4519 異方性導電膜
4520 隔壁
4540 導電層
4542 酸化シリコン層
4543 オーバーコート層
4544 絶縁層
4545 カラーフィルタ層
4550 配線層
4551 絶縁層
4580 光検出装置
6400 画素
6401 スイッチング用トランジスタ
6402 発光素子駆動用トランジスタ
6403 容量素子
6404 発光素子
6405 信号線
6406 走査線
6407 電源線
6408 共通電極
6502 発光素子駆動用トランジスタ
6503 容量素子
6504 発光素子
6505 信号線
6506 走査線
6507 電源線
6508 共通電極
6510 画素
6511 スイッチング用トランジスタ
6512 スイッチング用トランジスタ
6513 参照トランジスタ
7001 発光素子駆動用トランジスタ
7002 発光素子
7003 電極
7004 EL層
7005 電極
7009 隔壁
7011 発光素子駆動用トランジスタ
7012 発光素子
7013 電極
7014 EL層
7015 電極
7016 遮蔽膜
7017 導電膜
7019 隔壁
7021 発光素子駆動用トランジスタ
7022 発光素子
7023 電極
7024 EL層
7025 電極
7027 導電膜
7029 隔壁
7031 絶縁層
7032 絶縁層
7033 カラーフィルタ層
7034 オーバーコート層
7035 保護絶縁層
7036 平坦化絶縁層
7041 絶縁層
7042 絶縁層
7043 カラーフィルタ層
7044 オーバーコート層
7045 保護絶縁層
7046 平坦化絶縁層
7051 酸化シリコン層
7052 保護絶縁層
7053 平坦化絶縁層
7055 絶縁層
7056 平坦化絶縁層
9600 テレビジョン装置
9601 筐体
9603 表示部
9605 スタンド
9607 表示部
9609 操作キー
9610 リモコン操作機
9700 デジタルフォトフレーム
9701 筐体
9703 表示部
9881 筐体
9882 表示部
9883 表示部
9884 スピーカー部
9885 操作キー
9886 記録媒体挿入部
9887 接続端子
9888 センサ
9889 マイクロフォン
9890 LEDランプ
9891 筐体
9893 連結部
1603a 操作ボタン
1603b 操作ボタン
315a ソース電極層
315b ドレイン電極層
355a ソース電極層
355b ドレイン電極層
365a ソース電極層
365b ドレイン電極層
372a ゲート絶縁層
372b ゲート絶縁層
385a ソース電極層
385b ドレイン電極層
414a 配線層
414b 配線層
415a ドレイン電極層
415b ドレイン電極層
421a 開口
421b 開口
4503a 信号線駆動回路
4503b 信号線駆動回路
4504a 走査線駆動回路
4504b 走査線駆動回路
4518a FPC
4518b FPC
465a ソース電極層又はドレイン電極層
465a1 ソース電極層又はドレイン電極層
465a2 ソース電極層又はドレイン電極層
465b ソース電極層又はドレイン電極層
590a 黒色領域
590b 白色領域
606a 半導体層
606b 半導体層
606c 半導体層
Claims (5)
- 第1のトランジスタと、
第2のトランジスタと、
発光素子と、
第1の配線と、
第2の配線と、を有し、
前記第1のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、前記第1の配線に電気的に接続され、
前記第1のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、前記第2のトランジスタのゲートに電気的に接続され、
前記第2のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、前記発光素子に電気的に接続され、
前記第2のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、前記第2の配線と電気的に接続され、
前記第1のトランジスタ及び前記第2のトランジスタは真性又は実質的に真性な酸化物半導体を有し、
前記第1のトランジスタ及び前記第2のトランジスタは、ドレイン電圧が1V及び10Vの場合において、ゲート電圧が−5Vから−20Vの範囲におけるドレイン電流が1×10−13A以下であることを特徴とする半導体装置。 - 第1のトランジスタと、
第2のトランジスタと、
第3のトランジスタと、
第4のトランジスタと、
容量素子と、
発光素子と、
第1の配線と、
第2の配線と、
第3の配線と、を有し、
前記第1のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、前記第1の配線に電気的に接続され、
前記第1のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、前記第2のトランジスタのゲートに電気的に接続され、
前記第1のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、前記容量素子の一方の電極に電気的に接続され、
前記容量素子の他方の電極は、前記第2のトランジスタのソースまたはドレインの一方に電気的に接続され、
前記容量素子の他方の電極は、前記発光素子に電気的に接続され、
前記第2のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、前記第2の配線と電気的に接続され、
前記第3のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、前記第1の配線に電気的に接続され、
前記第1のトランジスタのゲートは、前記第3のトランジスタのゲートと電気的に接続され、
前記第1のトランジスタのゲートは、前記第3の配線と電気的に接続され、
前記第3のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、前記第4のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、
前記第4のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、前記容量素子の他方の電極と電気的に接続され、
前記第4のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、前記第2のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、
前記第4のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、前記発光素子と電気的に接続され、
前記第4のトランジスタのゲートは、前記第1のトランジスタのソースまたはドレインの他方と電気的に接続され、
前記第4のトランジスタのゲートは、前記第2のトランジスタのゲートと電気的に接続され、
前記第4のトランジスタのゲートは、前記容量素子の一方の電極と電気的に接続され、
前記第1乃至第4のトランジスタは真性又は実質的に真性な酸化物半導体を有し、
前記第1乃至第4のトランジスタは、ドレイン電圧が1V及び10Vの場合において、ゲート電圧が−5Vから−20Vの範囲におけるドレイン電流が1×10−13A以下であることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1または請求項2において、
前記酸化物半導体の水素濃度は、5×1019atoms/cm3以下であることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか一項において、
前記酸化物半導体を用いたチャネル形成領域は、5×1014/cm3以下のキャリア密度であることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか一項において、
前記酸化物半導体の一部に接する酸化物絶縁層を有することを特徴とする半導体装置。
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