JP6055894B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
置全般をいい、電気光学装置、半導体回路及び電子機器は全て半導体装置である。
が注目されている。該トランジスタは集積回路(IC)や画像表示装置(表示装置)のよ
うな電子デバイスに広く応用されている。トランジスタに適用可能な半導体薄膜の材料と
してシリコン系半導体材料が広く知られているが、その他の材料として酸化物半導体が注
目されている。
るインジウム(In)、ガリウム(Ga)、及び亜鉛(Zn)を含む非晶質酸化物を用い
たトランジスタが開示されている(特許文献1参照。)。
りも動作が速く、多結晶シリコンを用いたトランジスタよりも製造が容易であるものの、
電気的特性が変動しやすく信頼性が低いという問題点が知られている。例えば、バイアス
−熱ストレス試験(BT試験)前後において、トランジスタのしきい値電圧は変動してし
まう。なお、本明細書において、しきい値電圧とは、トランジスタを「オン状態」にする
ために必要なゲートの電圧をいう。そして、ゲート電圧とは、ソースの電位を基準とした
ゲートの電位との電位差をいう。
化物半導体を用いたトランジスタの信頼性を著しく低下させる。そこで、本発明の一態様
は、酸化物半導体を用いた半導体装置の信頼性を向上することを目的とする。
回路内に適切に動作する論理回路を設けることが難しいという問題がある。そこで、本発
明の一態様は、酸化物半導体を用いたトランジスタにおいて、ノーマリーオフの特性を得
ることを目的とする。
導体層を有し、基板及び下地絶縁層の界面において水素濃度が1.1×1020atom
s/cm3以下の半導体装置である。
含む」という場合、水素分子に限らず、ヒドロキシル基や水、炭化水素なども含まれる。
基板から酸化物半導体層に拡散する水素の影響を小さくする半導体装置の作製方法である
。
に水素が結合すると、一部がドナーとなりキャリアである電子を生じる。この結果、トラ
ンジスタのしきい値電圧がマイナス方向にシフトしてしまう。本発明の一態様により、基
板及び下地絶縁層から拡散する水素の影響が小さくなり、しきい値電圧がマイナス方向へ
シフトすることを低減できる。この傾向は、酸化物半導体層のバックチャネル側で顕著に
起こる。
に下地絶縁層上に酸化物半導体層を成膜し、第1の熱処理から酸化物半導体層の成膜まで
を大気に暴露せずに行う半導体装置の作製方法である。
可能な温度で行う。具体的には、第1の熱処理の温度は、100℃以上基板歪み点未満、
好ましくは300℃以上600℃以下とする。第1の熱処理は、極力水素を含まない雰囲
気で行う。好ましくは1×10−4Pa以下の高真空中で行う。このようにすることで、
基板表面に吸着する水素を効率よく低減できる。
処理から酸化物半導体層の成膜までを真空連続で行うことによって、大気暴露時に起こり
得る基板表面の汚染及び水素の吸着を抑制できる。
導体層への水素の拡散を抑制することができる。この結果、トランジスタのしきい値電圧
がマイナス方向へシフトすることを低減でき、かつ信頼性を高めることができる。
であるトランジスタをノーマリオフのトランジスタと定義する。pチャネル型トランジス
タにおいて、しきい値電圧の値がマイナスであるトランジスタをノーマリオフのトランジ
スタと定義する。また、nチャネル型トランジスタにおいて、しきい値電圧の値がマイナ
スであるトランジスタをノーマリオンのトランジスタと定義する。pチャネル型トランジ
スタにおいて、しきい値電圧の値がプラスであるトランジスタをノーマリオンのトランジ
スタと定義する。
1Pa以下)を破ることがないことをいう。
濃度が1.1×1020atoms/cm3以下の絶縁層を用いる。
Spectroscopy:昇温脱離ガス分光法)分析にて、酸素原子に換算しての酸素
の放出量が1.0×1018atoms/cm3以上、好ましくは3.0×1020at
oms/cm3以上であることをいう。
SiOX(X>2))であってもよい。酸素が過剰な酸化シリコン(SiOX(X>2)
)とは、シリコン原子数の2倍より多い酸素原子を単位体積当たりに含むものである。単
位体積当たりのシリコン原子数及び酸素原子数は、ラザフォード後方散乱法(RBS:R
utherford Backscattering Spectrometry)によ
り測定した値である。
体層における界面準位を低減できる。この結果、半導体装置の動作などに起因して生じう
る電荷などが、上述の下地絶縁層及び酸化物半導体層における界面に捕獲されることを十
分に抑制することができる。
半導体層中の酸素欠損は、一部がドナーとなりキャリアである電子を生じる。この結果、
トランジスタのしきい値電圧がマイナス方向にシフトしてしまう。この傾向はバックチャ
ネル側に生じた酸素欠損において顕著である。なお、本明細書におけるバックチャネルと
は、下地絶縁層側の酸化物半導体層の領域を指す。具体的には、酸化物半導体層における
下地絶縁層に接する領域近傍をいう。下地絶縁層から酸化物半導体層に酸素が十分に供給
されることにより、しきい値電圧がマイナス方向へシフトする要因である酸化物半導体層
の酸素欠損を低減することができる。
おける電荷の捕獲を抑制することが困難になるが、下地絶縁層に、加熱により酸素を放出
する絶縁層を設けることで、酸化物半導体層及び下地絶縁層における界面準位、並びに酸
化物半導体層の酸素欠損を低減し、酸化物半導体層と下地絶縁層との界面における電荷捕
獲の影響を小さくすることができる。
時間行うことまたは高温で熱処理を行うことが有効である。
具体的には、150℃以上基板の歪み点未満、好ましくは250℃以上450℃以下とす
る。第2の熱処理によって、下地絶縁層から酸素が放出され、該酸素によって下地絶縁層
及び酸化物半導体層における界面準位、並びに酸化物半導体層の酸素欠損を低減すること
ができる。なお、第2の熱処理は、酸化物半導体層の成膜後であればどのタイミングで行
ってもよい。また、複数回行ってもよい。
酸化物半導体層まで拡散してしまう。また、第2の熱処理を長時間化または高温化するこ
とにより水素の拡散量が増大する傾向となる。このように、基板及び下地絶縁層において
界面の水素濃度が高い場合、下地絶縁層及び酸化物半導体層における界面準位、並びに酸
化物半導体層の酸素欠損を低減するために十分な量の酸素を供給する温度または時間で第
2の熱処理を行うことが困難となる。そのため、下地絶縁層から酸化物半導体層へ、加熱
により酸素の十分な供給を行うためには、基板及び下地絶縁層における界面の水素濃度を
低減する必要がある。
並びに下地絶縁層から酸化物半導体層へ十分な量の酸素を供給することに起因する。
有していることが好ましい。加熱により酸素を放出する下地絶縁層が酸化物半導体層に対
して十分な厚みを有さない場合、酸化物半導体層への酸素供給が十分でなくなる場合があ
るためである。あるいは、下地絶縁層が酸化物半導体層に対して十分な厚みを有さない場
合、基板表面からの水素の拡散の影響が大きくなってしまうためである。
ルミニウム及びこれらの積層で構成する。
のを示し、例えば、酸素が50原子%以上70原子%以下、窒素が0.5原子%以上15
原子%以下、珪素が25原子%以上35原子%以下、水素が0原子%以上10原子%以下
の範囲で含まれるものをいう。また、窒化酸化シリコンとは、その組成において、酸素よ
りも窒素の含有量が多いものを示し、例えば、酸素が5原子%以上30原子%以下、窒素
が20原子%以上55原子%以下、珪素が25原子%以上35原子%以下、水素が10原
子%以上25原子%以下の範囲で含まれるものをいう。但し、上記範囲は、ラザフォード
後方散乱法や、水素前方散乱法(HFS:Hydrogen Forward Scat
tering)を用いて測定した場合のものである。また、構成元素の含有比率は、その
合計が100原子%を超えない値をとる。
し、かつ下地絶縁層から供給される酸素で酸化物半導体層の酸素欠損を低減することによ
り、ノーマリーオフの特性を有し、かつ信頼性の高いトランジスタを作製することができ
る。
。
電圧の変動を抑制し、ノーマリーオフの特性を有し、かつゲート電圧の印加がないときの
ソース−ドレイン電流値を小さくすることができる。
ときのソース−ドレイン間のリーク電流が低減し、消費電力の小さい半導体装置を提供す
ることができる。
は以下の説明に限定されず、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。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈さ
れるものではない。なお、図面を用いて発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す
符号は異なる図面間でも共通して用いる。なお、同様のものを指す際にはハッチパターン
を同じくし、特に符号を付さない場合がある。
順を示すものではない。また、本明細書において発明を特定するための事項として固有の
名称を示すものではない。
本実施の形態では、本発明の一態様である半導体装置及び半導体装置の作製方法の一形
態を、図1乃至図6を用いて説明する。
であるトランジスタ151の上面図及び断面図を示す。ここで、図1(A)は上面図であ
り、図1(B)及び図1(C)はそれぞれ、図1(A)におけるA−B及びC−Dにおけ
る断面図である。なお、図1(A)では、煩雑になることを避けるため、トランジスタ1
51の構成要素の一部(例えば、ゲート絶縁層112など)を省略している。
、下地絶縁層102上の酸化物半導体層106と、酸化物半導体層106上に設けられた
一対のソース電極108a及びドレイン電極108bと、ソース電極108a及びドレイ
ン電極108bを覆い、酸化物半導体層106と一部が接するゲート絶縁層112と、酸
化物半導体層106上にゲート絶縁層112を介して設けられたゲート電極114とを含
む。
び酸化アルミニウムの少なくともいずれかを単層、または積層で用いればよい。下地絶縁
層102を窒化シリコン層と酸化シリコン層の積層構造とすると、基板などからトランジ
スタ151への水分の混入を防ぐことができる。なお、下地絶縁層102はトランジスタ
151の下地層として機能する。なお、下地絶縁層102において、酸化物半導体層と接
する層は、加熱により酸素を放出する絶縁層を用いることが好ましい。
体積当たりに含む酸化シリコン(SiOX(X>2))を用いてもよい。
/cm3以下である。基板及び下地絶縁層における界面の水素濃度が1.1×1020a
toms/cm3以下であることによって、基板及び下地絶縁層における界面の水素が、
酸化物半導体層まで拡散する影響を小さくできる。この結果、トランジスタのしきい値電
圧のマイナス方向へのシフトを低減でき、かつ信頼性を高めることができる。
a−Zn−O系の材料や、三元系金属酸化物であるIn−Ga−Zn−O系の材料、In
−Sn−Zn−O系の材料、In−Al−Zn−O系の材料、Sn−Ga−Zn−O系の
材料、Al−Ga−Zn−O系の材料、Sn−Al−Zn−O系の材料や、二元系金属酸
化物であるIn−Zn−O系の材料、Sn−Zn−O系の材料、Al−Zn−O系の材料
、Zn−Mg−O系の材料、Sn−Mg−O系の材料、In−Mg−O系の材料、In−
Ga−O系の材料や、In−O系の材料、Sn−O系の材料、Zn−O系の材料などを用
いてもよい。また、上記の材料に酸化シリコンを含ませてもよい。ここで、例えば、In
−Ga−Zn−O系の材料とは、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)
を有する酸化物層、という意味であり、その組成比は特に問わない。また、InとGaと
Zn以外の元素を含んでいてもよい。
/Zn=0.5以上50以下、好ましくはIn/Zn=1以上20以下、さらに好ましく
はIn/Zn=1.5以上15以下とする。Znの原子数比を前述の範囲とすることで、
トランジスタの電界効果移動度を向上させることができる。ここで、化合物の原子数比が
In:Zn:O=X:Y:Zのとき、Z>1.5X+Yとすると好ましい。
る材料を用いた薄膜により形成する。ここで、Mは、Ga、Al、Mn及びCoから選ば
れた一または複数の金属元素を示す。例えば、Mとして、Ga、Ga及びAl、Ga及び
MnまたはGa及びCoなどを用いてもよい。
16atoms/cm3以下、あるいは1×1018atoms/cm3以下であること
が好ましい。アルカリ金属及びアルカリ土類金属は、酸化物半導体と結合すると一部がキ
ャリアを生成し、しきい値電圧をマイナス方向にシフトさせる原因となる。
半導体層106における界面準位、並びに酸化物半導体層106の酸素欠損を低減するこ
とができる。界面準位の低減により、BT試験後のしきい値電圧の変動を小さくすること
ができる。また、酸素欠損の低減により、しきい値電圧のマイナス方向へのシフト量が低
減し、ノーマリーオフの特性が得られる。
、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、Wから選ばれた元素を含む金属層または上述した元素
を成分とする金属窒化物層(窒化チタン層、窒化モリブデン層、窒化タングステン層)な
どを用いる。また、Al、Cuなどの金属層の下側及び上側の一方または双方にTi、M
o、Wなどの高融点金属層またはこれらの金属窒化物層(窒化チタン層、窒化モリブデン
層、窒化タングステン層)を積層させた構成を用いてもよい。なお、本明細書において、
ソース電極及びドレイン電極には特に区別はなく、トランジスタの動作における便宜的な
呼び名である。
酸化物としてもよい。導電性の金属酸化物としては、酸化インジウム(In2O3等)、
酸化スズ(SnO2等)、酸化亜鉛(ZnO等)、酸化インジウム酸化スズ(In2O3
―SnO2等、ITOと略記する)、酸化インジウム酸化亜鉛(In2O3―ZnO等)
またはこれらの金属酸化物材料に酸化シリコンを含ませたものを用いる。
ソース電極108a及びドレイン電極108bよりも高抵抗、かつ酸化物半導体層106
よりも低抵抗な導電層を設けてもよい。該導電層は、ソース電極108a及びドレイン電
極108bと酸化物半導体層106の接触抵抗を低減できる材料で形成する。または、導
電層は酸化物半導体層からほとんど酸素を引き抜かない材料を用いる。該導電層を設ける
ことで、酸化物半導体層106から酸素が引き抜かれることによる酸化物半導体層の低抵
抗化を抑制し、かつソース電極108a及びドレイン電極108bの酸化物が形成される
ことによる接触抵抗の増大を抑制できる。あるいは、ソース電極108a及びドレイン電
極108bとして、酸化物半導体層からほとんど酸素を引き抜かない材料を用いる場合、
上述の導電層を省略しても構わない。
を放出する絶縁層であることが好ましい。このとき、トランジスタのゲート絶縁層として
機能することを考慮して、イットリア安定化ジルコニア、酸化ハフニウムまたは酸化アル
ミニウムなどの比誘電率が高い材料を採用してもよい。また、ゲート耐圧や酸化物半導体
との界面状態などを考慮し、酸化シリコン、酸化窒化シリコンまたは窒化シリコンに、イ
ットリア安定化ジルコニア、酸化ハフニウムまたは酸化アルミニウムなどの比誘電率の高
い材料を積層してもよい。
ニウム、銅、ネオジム、スカンジウムなどの金属材料、これらの窒化物、またはこれらを
主成分とする合金材料を用いる。なお、ゲート電極114は、単層構造としてもよいし、
積層構造としてもよい。
絶縁層は、下地絶縁層102と同様の構成としてもよい。また、ソース電極108aやド
レイン電極108bと配線とを電気的に接続させるために、下地絶縁層102、ゲート絶
縁層112などには開口部が設けられていてもよい。また、酸化物半導体層106の下方
に、さらに、第2のゲート電極を有していてもよい。なお、酸化物半導体層106は島状
に加工されていることが好ましいが、島状に加工されていなくてもよい。
ンタクト型であるトランジスタ152の上面図及び断面図を示す。ここで、図2(A)は
上面図であり、図2(B)及び図2(C)はそれぞれ、図2(A)におけるA−B及びC
−Dにおける断面図である。なお、図2(A)では、煩雑になることを避けるため、トラ
ンジスタ152の構成要素の一部(例えば、ゲート絶縁層112など)を省略している。
06、ソース電極108a、ドレイン電極108b、ゲート絶縁層112、ゲート電極1
14を含む点で、トランジスタ151と共通している。トランジスタ152とトランジス
タ151との相違は、酸化物半導体層106と、ソース電極108aやドレイン電極10
8bが接続する位置である。即ち、トランジスタ152では、酸化物半導体層106の下
部において、酸化物半導体層106と、ソース電極108a及びドレイン電極108bと
が接している。その他の構成要素については、図1のトランジスタ151と同様である。
、コプラナー構造のトップゲートトップコンタクト型であるトランジスタ153の上面図
及び断面図を示す。ここで、図3(A)は上面図であり、図3(B)及び図3(C)はそ
れぞれ、図3(A)におけるA−B及びC−Dにおける断面図である。なお、図3(A)
では、煩雑になることを避けるため、トランジスタ153の構成要素の一部(例えば、ゲ
ート絶縁層112など)を省略している。
極114を含む点で、トランジスタ151及びトランジスタ152と共通している。トラ
ンジスタ153は、酸化物半導体層中の同一平面上にチャネル領域126、ソース領域1
22a及びドレイン領域122bを有し、ソース領域122a及びドレイン領域122b
は、それぞれ層間絶縁層124に設けられたコンタクトホール130a及びコンタクトホ
ール130bを介して配線116a及び配線116bと接続する点でトランジスタ151
及びトランジスタ152との相違がある。
としてもよい。酸化物半導体層106が形成された後、ゲート絶縁層112及びゲート電
極114を形成する。ゲート電極114とゲート絶縁層112は同一のマスクを使用して
加工することができる。あるいは、ゲート電極114を加工した後、ゲート電極114を
マスクに用いてゲート絶縁層112を加工してもよい。なお、説明された構造とは異なる
が、ゲート絶縁層112は、ゲート電極114の形成後に加工されていなくてもよい。即
ち、ゲート絶縁層112が、下地絶縁層102、ソース領域122a、ドレイン領域12
2bおよびチャネル領域126上に設けられている構造としてもよい。
、ソース領域122a及びドレイン領域122bを形成する。ゲート電極114下に位置
する酸化物半導体層の領域はチャネル領域126となる。
素プラズマ処理などが挙げられる。
の一例について説明する。
有される水素を脱離させることが可能な温度で行う。具体的には、第1の熱処理の温度は
、100℃以上基板歪み点未満、好ましくは300℃以上600℃以下とする。第1の熱
処理の時間は、1分以上72時間以下である。第1の熱処理によって、基板表面に吸着す
る水素を含む分子などを低減できる。第1の熱処理は、水素を含まない雰囲気で行う。好
ましくは1×10−4Pa以下の高真空中で行う。
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
ファイア基板などを、基板100として用いてもよい。また、シリコンや炭化シリコンな
どの単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合物半導体基
板、SOI基板など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100として用いてもよい。
設ける場合、可撓性基板上に直接的にトランジスタを作製してもよいし、他の基板にトラ
ンジスタを作製した後、これを剥離し、可撓性基板に転置してもよい。なお、トランジス
タを剥離し、可撓性基板に転置するためには、上記他の基板とトランジスタとの間に剥離
層を設けるとよい。
用いる。加熱により酸素を放出する下地絶縁層の成膜にはスパッタリング法を用いること
が好ましい。下地絶縁層102は、例えば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化
シリコン及び酸化アルミニウムの少なくともいずれかを単層、または積層で用いればよい
。下地絶縁層102の合計の膜厚は、50nm以上、好ましくは200nm以上とする。
下地絶縁層102を厚く設けることにより、下地絶縁層102の酸素放出量を増加させる
ことができる。または、下地絶縁層102を厚く設けることにより、基板100と下地絶
縁層102の界面からチャネル領域である酸化物半導体層までの物理的な距離が長くなる
ため、基板及び下地絶縁層における界面の吸着水素の拡散による影響を低減できる。
として、酸素または、酸素と希ガス(アルゴンなど)の混合ガスを用いる場合、希ガスに
対して酸素の混合割合を高めるとよい。例えば、全ガス中の酸素の濃度を6%以上100
%未満にするとよい。
℃以下(好ましくは70℃以上200℃以下)、基板とターゲットの間の距離(T−S間
距離)を20mm以上400mm以下(好ましくは40mm以上200mm以下)、圧力
を0.1Pa以上4Pa以下(好ましくは0.2Pa以上1.2Pa以下)、高周波電源
を0.5kW以上12kW以下(好ましくは1kW以上5kW以下)、成膜ガス中のO2
/(O2+Ar)割合を1%以上100%以下(好ましくは6%以上100%以下)とし
て、RFスパッタリング法により酸化シリコン層を成膜する。なお、石英(好ましくは合
成石英)ターゲットに代えてシリコンターゲットを用いることもできる。なお、成膜ガス
としては、酸素または、酸素及びアルゴンの混合ガスを用いて行う。
上600℃以下の酸化シリコン膜を成膜し、2層目として基板温度が150℃以上350
℃以下の酸化シリコン膜を成膜すると好ましい。1層目を450℃以上の高温下で成膜す
ることにより、第1の熱処理で低減しきれなかった基板表面に吸着する水素を含む分子な
ど、または第1の熱処理後に基板表面に吸着した水素を含む分子などを低減できる。また
、2層目を150℃以上350℃以下で成膜することにより、加熱により酸素を放出する
酸化シリコン膜とすることができる。1層目と2層目の酸化シリコン膜は真空連続で成膜
する。
しくは、真空連続で行う。第1の熱処理から酸化物半導体層104の成膜までを大気暴露
せずに行うことによって、基板表面の汚染及び水素を含む分子の吸着を抑制でき、その後
の熱処理による酸化物半導体層への水素の拡散を低減できる。
酸素を供給する温度で行う。具体的には、150℃以上基板の歪み点未満、好ましくは2
50℃以上450℃以下とする。第2の熱処理によって、下地絶縁層102から酸素が放
出され、下地絶縁層102及び酸化物半導体層104の界面準位、並びに酸化物半導体層
104の酸素欠損を低減させることができる。なお、第2の熱処理は、酸化物半導体層1
04の成膜後であればどのタイミングで行ってもよい。また、複数回行ってもよい。第2
の熱処理は、酸化性ガス雰囲気下、もしくは不活性ガス雰囲気下とする。処理時間は1分
以上72時間以下とする。
する水素の拡散の影響を低減することができるため、作製するトランジスタはノーマリー
オフの特性となる。
によって、被処理物を加熱する装置を用いてもよい。例えば、GRTA(Gas Rap
id Thermal Anneal)装置、LRTA(Lamp Rapid The
rmal Anneal)装置などのRTA(Rapid Thermal Annea
l)装置を用いる。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熱処理を行う装置である。ガスとしては、アルゴンなどの希ガ
スまたは窒素のような、熱処理によって被処理物と反応しない不活性ガスが用いられる。
分とする雰囲気であって、水、水素などが含まれないことが好ましい。例えば、熱処理装
置に導入する窒素や、ヘリウム、ネオン、アルゴンなどの希ガスの純度を、6N(99.
9999%)以上、好ましくは7N(99.99999%)以上(即ち、不純物濃度が1
ppm以下、好ましくは0.1ppm以下)とする。不活性ガス雰囲気とは、不活性ガス
を主成分とする雰囲気で、反応性ガスが10ppm未満である雰囲気のことである。反応
性ガスとは、半導体や金属などと反応するガスのことをいう。
含まれないことが好ましい。例えば、熱処理装置に導入する酸素、オゾン、亜酸化窒素の
純度を、6N(99.9999%)以上、好ましくは7N(99.99999%)以上(
即ち、不純物濃度が1ppm以下、好ましくは0.1ppm以下)とする。酸化性ガス雰
囲気には、酸化性ガスを不活性ガスと混合して用いてもよく、酸化性ガスが少なくとも1
0ppm以上含まれるものとする。
VD法などを用いて成膜する。また、酸化物半導体層の厚さは、3nm以上50nm以下
とすることが好ましい。酸化物半導体層を厚くしすぎると(例えば、厚さを100nm以
上)、短チャネル効果の影響が大きくなり、サイズの小さなトランジスタでノーマリーオ
ンの特性になるおそれがあるためである。
ットを用いたスパッタリング法により成膜する。
O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1[mol数比]の酸化物ターゲットを用いる。な
お、ターゲットの材料及び組成を上述したものに限定する必要はない。例えば、In2O
3:Ga2O3:ZnO=1:1:2[mol数比]の組成比の酸化物ターゲットを用い
ることもできる。
0%以下とする。相対密度の高い金属酸化物ターゲットを用いることにより、成膜した酸
化物半導体層を緻密な層とすることができるためである。
混合ガス雰囲気下などで行えばよい。また、酸化物半導体層への水素の混入を防ぐために
、水素が十分に除去された高純度ガスを用いた雰囲気とすることが好ましい。
酸素を含むプラズマ処理を行うことにより、酸化物半導体層中、酸化物半導体層界面近傍
、または、酸化物半導体層中および該界面近傍に酸素を含有させることができる。この場
合、酸素の含有量は、酸化物半導体層の化学量論比を超える程度、好ましくは、化学量論
比の1倍を超えて2倍まで(1倍より大きく2倍未満)、とする。あるいは、酸素の含有
量は、単結晶の場合の酸素の量をYとして、Yを超える程度、好ましくは、Yを超えて2
Yまでとすることもできる。あるいは、酸素の含有量は、酸素ドープ処理を行わない場合
の絶縁層中の酸素の量Zを基準として、Zを超える程度、好ましくは、Zを超えて2Zま
でとすることもできる。なお、上述の好ましい範囲に上限が存在するのは、酸素の含有量
を多くしすぎると、水素吸蔵合金(水素貯蔵合金)のように、かえって酸化物半導体層が
水素を取り込んでしまう恐れがあるためである。なお、酸化物半導体膜において酸素の含
有量は水素の含有量より大きくなる。
、直流(DC)電源を0.5kW、成膜雰囲気をアルゴンと酸素の混合雰囲気(酸素流量
比率33%)とする。なお、パルスDCスパッタリング法を用いると、成膜時に発生する
粉状物質(パーティクル、ごみともいう)が軽減でき、厚さの分布も均一となるため好ま
しい。
(B)参照。)。
、当該酸化物半導体層をエッチングすることによって行う。上述のマスクは、フォトリソ
グラフィなどの方法を用いて形成する。または、インクジェット法などの方法を用いてマ
スクを形成してもよい。
よい。もちろん、これらを組み合わせて用いてもよい。
極(これと同じ層で形成される配線を含む)を形成するための導電層を成膜し、当該導電
層を加工して、ソース電極108a及びドレイン電極108bを形成する(図4(C)参
照。)。なお、ここで形成されるソース電極108aの端部とドレイン電極108bの端
部との間隔によって、トランジスタのチャネル長Lが決定されることになる。
用いるレジストマスク形成時の露光には、紫外線やKrFレーザ光やArFレーザ光など
を用いるとよい。
〜数十nmと極めて波長が短い超紫外線(Extreme Ultraviolet)を
用いて、レジストマスク形成時の露光を行うとよい。超紫外線による露光は、解像度が高
く焦点深度も大きい。したがって、後に作製されるトランジスタのチャネル長Lを短くで
きるため、回路の動作の高速化が可能となる。
行ってもよい。多階調マスクを用いて形成されたレジストマスクは、複数の厚さを有する
形状となり、アッシングによってさらに形状を変形させ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可能である。このため、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。つまり、工程の簡略化が可能となる。
部(凹部)を有する酸化物半導体層となることもある。
いる酸化物半導体層106の表面を酸化し、酸素欠損を低減してもよい。プラズマ処理を
行った場合、当該プラズマ処理に続けて大気に触れさせることなく、酸化物半導体層10
6の一部に接するゲート絶縁層112を成膜することが好ましい。
06の一部と接するように、ゲート絶縁層112を設ける(図4(D)参照。)。
成膜する。ゲート絶縁層112の合計の膜厚は、好ましくは1nm以上300nm以下、
より好ましくは5nm以上50nm以下とする。ゲート絶縁層が厚いほど短チャネル効果
が顕著となり、しきい値電圧がマイナス方向にシフトしやすい傾向となる。また、ゲート
絶縁層が5nm以下となるとトンネル電流によるリーク電流が増大することがわかってい
る。
えば、スパッタリング法、蒸着法または塗布法などでゲート電極114となる導電層を成
膜し、該導電層の加工は、レジストマスクを用いたエッチングによって行う。
の一例について説明する。
図5(A)参照。)。好ましくは、第1の熱処理と下地絶縁層102の成膜は、真空連続
で行う。
る配線を含む)を形成するための導電層を成膜し、当該導電層を加工して、ソース電極1
08a及びドレイン電極108bを形成する(図5(B)参照。)。
する水素を低減するために第1の熱処理と同様の熱処理を行う。その後、大気に暴露せず
に酸化物半導体層104を成膜する(図5(C)参照。)。好ましくは、熱処理と酸化物
半導体層104の成膜を真空連続で行う。
8bの一部と接するように、ゲート絶縁層112を設ける(図5(D)参照。)。
について説明する。
。
しくは、真空連続で行う。
(B)参照。)。
て、ゲート絶縁層112及びゲート電極114を形成する(図6(C)参照。)。このと
き、ゲート電極114を形成し、その後、ゲート電極114をマスクに用いて、ゲート絶
縁層112を形成してもよい。なお、説明された構造とは異なるが、ゲート絶縁層112
は、ゲート電極114の形成後に加工されなくてもよい。
、導電性を有するソース領域122a及びドレイン領域122bを形成する。ゲート電極
下の領域はチャネル領域126となる(図6(D)参照。)。このとき、ゲート電極の幅
によってトランジスタのチャネル長Lが決定されることになる。このように、ゲート電極
をマスクに用いてパターニングすることで、ゲート電極と、ソース領域及びドレイン領域
との重なりが生じず、この領域における寄生容量が生じないため、トランジスタの動作を
高速化することができる。
畳する部分の層間絶縁層124に開口部を設ける。ソース領域及びドレイン領域と接続す
るように導電層を成膜し、当該導電層を加工して、配線116a及び配線116bを形成
する(図6(E)参照。)。
下地絶縁層及び酸化物半導体層における界面、並びに酸化物半導体層へ供給することがで
きるため、ノーマリーオフの特性で、ゲート電圧の印加がないときに流れる電流値が小さ
く、かつ信頼性の高いトランジスタを提供することができる。
適宜組み合わせて用いてもよい。
実施の形態1で例示したトランジスタを用いて表示機能を有する半導体装置(表示装置
ともいう。)を作製することができる。また、トランジスタを含む駆動回路の一部または
全体を、画素部と同じ基板上に一体形成し、システムオンパネルを作製することができる
。
、シール材205が設けられ、第2の基板206によって封止されている。図7(A)に
おいては、第1の基板201上のシール材205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層または多結晶半導体層で形成された走査線
駆動回路204、信号線駆動回路203が実装されている。また別途設けられた信号線駆
動回路203と、走査線駆動回路204または画素部202に与えられる各種信号及び電
位は、FPC(Flexible printed circuit)であるFPC21
8a、FPC218bから供給されている。
、走査線駆動回路204とを囲むようにして、シール材205が設けられている。また画
素部202と、走査線駆動回路204の上に第2の基板206が設けられている。よって
画素部202と、走査線駆動回路204とは、第1の基板201とシール材205と第2
の基板206とによって、表示素子と共に封止されている。図7(B)及び図7(C)に
おいては、第1の基板201上のシール材205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層または多結晶半導体層で形成された信号線
駆動回路203が実装されている。図7(B)及び図7(C)においては、別途設けられ
た信号線駆動回路203と、走査線駆動回路204または画素部202に与えられる各種
信号及び電位は、FPC218から供給されている。
基板201に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
を別途設けて実装してもよいし、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
を別途設けて実装してもよい。
ip On Glass)法、ワイヤボンディング法、或いはTAB(Tape Aut
omated Bonding)法などを用いてもよい。図7(A)は、COG法により
信号線駆動回路203、走査線駆動回路204を実装する例であり、図7(B)は、CO
G法により信号線駆動回路203を実装する例であり、図7(C)は、TAB法により信
号線駆動回路203を実装する例である。
ラを含むICなどを実装した状態にあるモジュールとを含む。
光源(照明装置含む)を指す。また、コネクター、例えばFPCもしくはTABテープも
しくはTCPが取り付けられたモジュール、TABテープやTCPの先にプリント配線板
が設けられたモジュールまたは表示素子にCOG方式によりIC(集積回路)が直接実装
されたモジュールも全て表示装置に含むものとする。
数有しており、実施の形態1で一例を示したトランジスタを適用することができる。
子(発光表示素子ともいう。)、を用いることができる。発光素子は、電流または電圧に
よって輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機EL(Elect
ro Luminescence)、有機ELなどを含む。また、電子インクなど、電気
的作用によりコントラストが変化する表示媒体も適用することができる。
図7(B)のM−Nにおける断面図に相当する。
有しており、接続端子電極215及び端子電極216はFPC218が有する端子と異方
性導電層219を介して、電気的に接続されている。
は、トランジスタ210、トランジスタ211のソース電極及びドレイン電極と同じ導電
層から形成されている。
ンジスタを複数有しており、図8乃至図10では、画素部202に含まれるトランジスタ
210と、走査線駆動回路204に含まれるトランジスタ211とを例示している。
示したトランジスタを適用することができる。トランジスタ210、トランジスタ211
は、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、図8乃至図10で
示す本実施の形態の半導体装置として信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
ルを構成する。表示素子は表示を行うことができれば特に限定されず、様々な表示素子を
用いることができる。
素子である液晶素子213は、第1の電極230、第2の電極231、及び液晶層208
を含む。なお、液晶層208を挟持するように配向層として機能する絶縁層232、23
3が設けられている。第2の電極231は第2の基板206側に設けられ、第1の電極2
30と第2の電極231とは液晶層208を介して積層する構成となっている。
サであり、液晶層208の厚さ(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よい。
液晶、高分子分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶などを用いる。これらの液晶材
料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイラルネマ
チック相、等方相などを示す。
つであり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移す
る直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を
改善するためにカイラル剤を混合させた液晶組成物を液晶層に用いる。ブルー相を示す液
晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が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。また配向層を設けなくてもよ
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。
11Ω・cm以上であり、さらに好ましくは1×1012Ω・cm以上である。なお、本
明細書における固有抵抗率の値は、20℃で測定した値とする。
ーク電流などを考慮して、所定の期間の間電荷を保持できるように設定される。高純度の
酸化物半導体層を有するトランジスタを用いることにより、各画素における液晶容量に対
して1/3以下、好ましくは1/5以下の容量の大きさを有する保持容量を設ければ充分
である。
態における電流値(オフ電流値)を低くすることができる。よって、画像信号などの電気
信号の保持時間を長くすることができ、電源オン状態では書き込み間隔も長く設定できる
。よって、リフレッシュ動作の頻度を少なくできるため、消費電力を抑制する効果を奏す
る。
比較的高い電界効果移動度が得られるため、高速駆動が可能である。よって、液晶表示装
置の画素部に上記トランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。
また、上記トランジスタは、同一基板上に駆動回路部または画素部に作り分けて作製する
ことができるため、液晶表示装置の部品点数を削減することができる。
Plane−Switching)モード、FFS(Fringe Field Swi
tching)モード、ASM(Axially Symmetric aligned
Micro−cell)モード、OCB(Optical Compensated
Birefringence)モード、FLC(Ferroelectric Liqu
id Crystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric Li
quid Crystal)モードなどを用いる。
た透過型の液晶表示装置としてもよい。ここで、垂直配向モードとは、液晶表示パネルの
液晶分子の配列を制御する方式の一種であり、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。垂直配向モードとしては、いくつか挙げら
れるが、例えば、MVA(Multi−Domain Vertical Alignm
ent)モード、PVA(Patterned Vertical Alignment
)モード、ASVモードなどを用いる。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。
射防止部材などの光学部材(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。
式(フィールドシーケンシャル駆動方式)を行うことも可能である。フィールドシーケン
シャル駆動方式を適用することで、カラーフィルタを用いることなく、カラー表示を行う
ことができる。
いる。また、カラー表示する際に画素で制御する色要素としては、RGB(Rは赤、Gは
緑、Bは青を表す)の三色に限定されない。例えば、RGBW(Wは白を表す)、または
RGBに、イエロー、シアン、マゼンタなどを一色以上追加したものがある。なお、色要
素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい。ただし、本発明はカラー表
示の表示装置に限定されるものではなく、モノクロ表示の表示装置に適用することもでき
る。
素子を適用してもよい。エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子は、発光材料が有
機化合物であるか、無機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、これらキャ
リア(電子及び正孔)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。
分類される。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。
て、基板上にトランジスタ及び発光素子を作製し、基板とは逆側の面から光を取り出す上
面射出や、基板側の面から光を取り出す下面射出や、基板側及び基板とは反対側の面から
光を取り出す両面射出構造の発光素子があり、どの射出構造の発光素子を適用してもよい
。
243は、画素部202に設けられたトランジスタ210と電気的に接続している。なお
発光素子243の構成は、第1の電極230、電界発光層241、第2の電極231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243から取り出す光の方向など
に合わせて、発光素子243の構成は適宜変えてもよい。
脂材料を用い、第1の電極230上に開口部を設け、その開口部の側壁を連続した曲率を
持つ傾斜面とすることが好ましい。
されていてもどちらでもよい。
231及び隔壁240上に保護層を設けてもよい。保護層としては、窒化シリコン層、窒
化酸化シリコン層、DLC(Diamond Lile Carbon)層などが挙げら
れる。また、第1の基板201、第2の基板206、及びシール材205によって封止さ
れた空間には充填材244が設けられ密封されている。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
ィルムなど)やカバー材でパッケージング(封入)することが好ましい。
熱硬化樹脂を用いてもよい。例えば、PVC(ポリビニルクロライド)、アクリル樹脂、
ポリイミド樹脂、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
EVA(エチレンビニルアセテート)を用いる。
)、位相差板(λ/4板、λ/2板)、カラーフィルタなどの光学フィルムを適宜設けて
もよい。また、偏光板または円偏光板に反射防止層を設けてもよい。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してもよい。
ある。電子ペーパーは、電気泳動表示装置(電気泳動ディスプレイ)とも呼ばれており、
紙と同じ読みやすさ、他の表示装置に比べ低消費電力、薄くて軽い形状とすることが可能
という利点を有している。
と、マイナスの電荷を有する第2の粒子とを含むマイクロカプセルが溶媒または溶質に複
数分散されたものであり、マイクロカプセルに電界を印加することによって、マイクロカ
プセル中の粒子を互いに反対方向に移動させて一方側に集合した粒子の色のみを表示する
ものである。なお、第1の粒子または第2の粒子は染料を含み、電界がない場合において
移動しないものである。また、第1の粒子の色と第2の粒子の色は異なるもの(無色を含
む)とする。
わゆる誘電泳動的効果を利用したディスプレイである。
この電子インクはガラス、プラスチック、布、紙などの表面に印刷することができる。ま
た、カラーフィルタや色素を有する粒子を用いることによってカラー表示も可能である。
半導体材料、磁性材料、液晶材料、強誘電性材料、エレクトロルミネセント材料、エレク
トロクロミック材料、磁気泳動材料から選ばれた一種の材料またはこれらの複合材料を用
いればよい。
い。ツイス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る
電極である第1の電極及び第2の電極の間に配置し、第1の電極及び第2の電極に電位差
を生じさせて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。
図10の電子ペーパーは、ツイストボール表示方式を用いた表示装置の例である。
2の電極231との間には、黒色領域255a及び白色領域255bを有し、周りに液体
で満たされているキャビティ252を含む球形粒子253が設けられており、球形粒子2
53の周囲は樹脂などの充填材254で充填されている。第2の電極231が共通電極(
対向電極)に相当する。第2の電極231は、共通電位線と電気的に接続される。
ス基板の他、可撓性を有する基板も用いてもよく、例えば透光性を有するプラスチック基
板などを用いる。プラスチックとしては、FRP(Fiberglass−Reinfo
rced Plastics)板、PVF(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。また、アルミニウムホイルをPV
Fフィルムやポリエステルフィルムで挟んだ構造のシートを用いてもよい。
樹脂、ポリイミド樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂などの
、耐熱性を有する有機絶縁材料を用いると、平坦化絶縁層として好適である。また上記有
機絶縁材料の他に、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)などを用いる。なお、これらの材料で構成され
る絶縁層を複数積層し、絶縁層221としてもよい。
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、オフセット印刷など)、ロールコーティング、カーテンコーティング、ナイフ
コーティングなどを用いる。
画素部に設けられる基板、絶縁層、導電層などの薄膜はすべて可視光の波長領域の光に対
して透光性とする。
などともいう)においては、取り出す光の方向、電極が設けられる場所、及び電極のパタ
ーン構造によって透光性、反射性を選択すればよい。
、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(以下、ITOと示す。)、
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
導電性材料を用いる。
)、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(T
i)、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)などの金属、また
はその合金、もしくはその窒化物から一つ、または複数種を用いる。
もいう)を含む導電性組成物を用いる。導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導
電性高分子を用いてもよい。例えば、ポリアニリンもしくはその誘導体、ポリピロールも
しくはその誘導体、ポリチオフェンもしくはその誘導体、またはアニリン、ピロールおよ
びチオフェンの2種以上からなる共重合体もしくはその誘導体などがあげられる。
路を設けることが好ましい。保護回路は、非線形素子を用いて構成することが好ましい。
く、かつ信頼性の高い半導体装置を提供することができる。なお、実施の形態1で例示し
たトランジスタは上述の表示機能を有する半導体装置のみでなく、電源回路に搭載される
パワーデバイス、LSIなどの半導体集積回路、対象物の情報を読み取るイメージセンサ
機能を有する半導体装置など様々な機能を有する半導体装置に適用することが可能である
。
適宜組み合わせて用いてもよい。
本発明の一態様である半導体装置は、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
メラなどのカメラ、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。上記実施の形態で説明した半導体装置を具備する電子機器の例につい
て説明する。
、表示部303、キーボード304などによって構成されている。実施の形態1または2
で示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高いノート型のパーソナルコンピュ
ータとすることができる。
部インターフェイス315と、操作ボタン314などが設けられている。また操作用の付
属品としてスタイラス312がある。実施の形態1または2で示した半導体装置を適用す
ることにより、より信頼性の高い携帯情報端末(PDA)とすることができる。
1及び筐体322の2つの筐体で構成されている。筐体321及び筐体322は、軸部3
25により一体とされており、該軸部325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。
ている。表示部323及び表示部324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11(C)では表示部323)に文章を表示し、左側の表示部(図11
(C)では表示部324)に画像を表示することができる。実施の形態1または2で示し
た半導体装置を適用することにより、信頼性の高い電子書籍320とすることができる。
筐体321において、電源326、操作キー327、スピーカー328などを備えている
。操作キー327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320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。
ている。筐体331には、表示パネル332、スピーカー333、マイクロフォン334
、ポインティングデバイス336、カメラ用レンズ337、外部接続端子338などを備
えている。また、筐体330には、携帯型情報端末の充電を行う太陽電池セル340、外
部メモリスロット341などを備えている。また、アンテナは筐体331内部に内蔵され
ている。実施の形態1または2で示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高い
携帯電話とすることができる。
ている複数の操作キー335を点線で示している。なお、太陽電池セル340で出力され
る電圧を各回路に必要な電圧に昇圧するための昇圧回路も実装している。
332と同一面上にカメラ用レンズ337を備えているため、テレビ電話が可能である。
スピーカー333及びマイクロフォン334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330と筐体331は、スライドし、図11(D)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341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
。
もよい。
筐体361に表示部363が組み込まれている。表示部363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365により筐体361を支持した構成を示
している。実施の形態1または2で示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高
いテレビジョン装置360とすることができる。
ン操作機により行うことができる。また、リモコン操作機に、当該リモコン操作機から出
力する情報を表示する表示部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。
適宜組み合わせて用いてもよい。
明する。
導体層において二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mas
s Spectrometry)によって、水素濃度の深さ方向分析を行った。
た。
明細書における下地絶縁層に該当する。なお、第1の酸化シリコン層の成膜条件は以下に
示す通りである。
・ターゲット:石英ターゲット
・成膜ガス:Ar(25sccm)、O2(25sccm)
・電力:1.5kW(13.56MHz)
・圧力:0.4Pa
・T−S間距離:60mm
・成膜時基板温度:100℃
・厚さ:300nm
・ターゲット:In−Ga−Zn−O(In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:2[
mol数比])ターゲット
・成膜ガス:Ar(30sccm)、O2(15sccm)
・電力:0.5kW(DC)
・圧力:0.4Pa
・T−S間距離:60mm
・成膜時基板温度:200℃
・厚さ:100nm
ン層の成膜条件は以下に示す通りである。
・ターゲット:石英ターゲット
・成膜ガス:Ar(25sccm)、O2(25sccm)
・電力:1.5kW(13.56MHz)
・圧力:0.4Pa
・T−S間距離:60mm
・成膜時基板温度:100℃
・厚さ:100nm
。以上を以て試料4とした。
。第1の熱処理は、1×10−5Paの真空中において、基板温度を400℃、時間を1
0分とした。
料5とした。
第2の熱処理は、温度を450℃、時間を1時間、窒素雰囲気中で行った。
。
1003は質量数30のシリコンの二次イオン強度を、実線1005は質量数16の酸素
の二次イオン強度を示す。
1103は質量数30のシリコンの二次イオン強度を、実線1105は質量数16の酸素
の二次イオン強度を示す。
1203は質量数30のシリコンの二次イオン強度を、実線1205は質量数16の酸素
の二次イオン強度を示す。
1303は質量数30のシリコンの二次イオン強度を、実線1305は質量数16の酸素
の二次イオン強度を示す。
範囲1013は第1の酸化シリコン層を、範囲1014はガラス基板を示す。ここで、酸
化シリコンの標準サンプルを使用して定量化したため、質量数1の水素濃度の定量範囲は
、範囲1011及び範囲1013である。
コン層中に水素濃度のピークを有することがわかった。ピークにおける水素濃度は、試料
4で3.7×1020atoms/cm3、試料5で1.1×1020atoms/cm
3であった。
nmから深さ400nmの範囲に水素濃度の高い領域があることがわかる。これは、第2
の熱処理により、水素が拡散することに起因する。
さ500nmから深さ450nmの範囲に水素濃度の高い領域があることがわかる。
わかる。
素の拡散量を少なくする効果が得られることが示された。
第2の熱処理による酸化物半導体層への水素の拡散の影響を低減できることがわかる。
諸特性について説明する。本実施例では、試料1乃至試料3を作製し、それぞれの諸特性
を測定した。
中において、基板温度を400℃、時間を10分として行った。
・ターゲット:石英ターゲット
・成膜ガス:Ar(25sccm)、O2(25sccm)
・電力:1.5kW(13.56MHz)
・圧力:0.4Pa
・T−S間距離:60mm
・成膜時基板温度:100℃
・厚さ:300nm
・ターゲット:In−Ga−Zn−O(In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:2[
mol数比])ターゲット
・成膜ガス:Ar(30sccm)、O2(15sccm)
・電力:0.5kW(DC)
・圧力:0.4Pa
・T−S間距離:60mm
・成膜時基板温度:200℃
・厚さ:30nm
さで成膜し、ソース電極及びドレイン電極の形状に加工した。
の厚さで成膜した。
層をそれぞれ15nm及び135nmの厚さで成膜し、加工してゲート電極を形成した。
、300℃または350℃とし、時間を1時間として行った。このとき、試料1の加熱温
度を250℃とし、試料2の加熱温度を300℃とし、試料3の加熱温度を350℃とし
た。
結果について図12乃至図14に示す。測定は、基板面内で25点行っており、重ねて表
示している。チャネル長Lは0.8μm及び3μmであり、チャネル幅Wは10μmであ
る。なお、トランジスタのソース電極とドレイン電極の間の電圧Vdsは3Vとした。
それぞれチャネル長Lが0.8μm及び3μmのトランジスタの測定結果を示す。図13
は試料2のIds−Vgs測定結果である。図13(A)及び図13(B)は、それぞれ
チャネル長Lが0.8μm及び3μmのトランジスタの測定結果を示す。図14は試料3
のIds−Vgs測定結果である。図14(A)及び図14(B)は、それぞれチャネル
長Lが0.8μm及び3μmのトランジスタの測定結果を示す。
い値電圧及びVgs=0Vにおける電流値を示す。
Lが小さい方が顕著であった。
に、試料3のチャネル長が3μmの結果では、電流値が1.0×10−13A以下の非常
に小さい値となった。この傾向は、チャネル長Lが小さい方が顕著であった。
における電流値を有するトランジスタを得ることができた。
させている。18Oとは、酸素の安定同位体の一つであり、質量数が18の酸素のことで
ある。18Oは天然にも0.2%程度存在する。本実施例では、特に断りのある場合のみ
18Oを用いる。
。
条件を以下に示す。
・ターゲット:石英ターゲット
・成膜ガス:Ar(25sccm)、O2(25sccm)
・電力:1.5kW(13.56MHz)
・圧力:0.4Pa
・T−S間距離:60mm
・成膜時基板温度:100℃
・厚さ:300nm
ただし、成膜ガスである酸素には18Oを用いた。
・ターゲット:In−Ga−Zn−O(In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:2[
mol数比])ターゲット
・成膜ガス:Ar(30sccm)、O2(15sccm)
・電力:0.5kW(DC)
・圧力:0.4Pa
・T−S間距離:60mm
・成膜時基板温度:200℃
・厚さ:100nm
間を1時間、窒素雰囲気中とした。ここで、試料8は熱処理を行わないとし、試料9は加
熱温度を450℃とし、試料10は加熱温度を550℃とし、試料11は加熱温度を65
0℃とした。
は試料8、シンボル2003は試料9、シンボル2005は試料10、シンボル2007
は試料11を示す。また、範囲2011は酸化物半導体層、範囲2013は酸化シリコン
層を示す。ここで、質量数が18の酸素の定量範囲は範囲2011である。なお、破線2
015は18Oの、酸化物半導体層における定量下限を示す。
9、試料10、試料11と熱処理温度を上げるに伴い、18Oの酸化物半導体層への拡散
距離が長くなることがわかった。
遠における18Oの濃度はゼロと仮定して拡散係数を見積もった。上記の仮定において、
18Oの深さ方向の濃度分布は以下に示す数式1で表される。
では酸化シリコン層及び酸化物半導体層の界面から酸化物半導体層方向への距離)、Dは
酸化物半導体層における18Oの拡散係数、tは時間である。
9、シンボル2103は試料10、シンボル2105は試料11の18Oの濃度分布を示
す。また、実線2111は試料9、実線2113は試料10、実線2115は試料11の
フィッティングカーブを示す。ここで、範囲2121は酸化物半導体層、範囲2123は
酸化シリコン層を示す。ここで、18Oの定量範囲は範囲2121である。なお、破線2
125は酸化シリコン層と酸化物半導体層の界面、破線2127は、酸化物半導体層の表
面を示す。なお、試料8は、図19から拡散が確認できなかったためフィッティングを行
っていない。
17cm2/秒、試料10における18Oの拡散係数は1.0×10−15cm2/秒、
試料11における18Oの拡散係数は1.0×10−14cm2/秒であった。
。
ロットし、図21に示す。図21のプロットを近似すると、lnD0=−7.4864、
−(Ea/k)=−22624が得られた。つまり、D0=5.607×10−4cm2
/秒である。また、kは1.3807×10−23J/Kであるから、Ea=3.124
×10−19Jとなる。単位換算すると、Ea=1.95eVが得られる。
化物半導体層及び酸化シリコン層の界面準位、並びに酸化物半導体層の酸素欠損の低減が
実現できることがわかった。
102 下地絶縁層
104 酸化物半導体層
106 酸化物半導体層
108a ソース電極
108b ドレイン電極
112 ゲート絶縁層
114 ゲート電極
116a 配線
116b 配線
122a ソース領域
122b ドレイン領域
124 層間絶縁層
126 チャネル領域
130a コンタクトホール
130b コンタクトホール
151 トランジスタ
152 トランジスタ
153 トランジスタ
201 第1の基板
202 画素部
203 信号線駆動回路
204 走査線駆動回路
205 シール材
206 第2の基板
208 液晶層
210 トランジスタ
211 トランジスタ
213 液晶素子
215 接続端子電極
216 端子電極
218 FPC
218a FPC
218b FPC
219 異方性導電層
221 絶縁層
230 第1の電極
231 第2の電極
232 絶縁層
233 絶縁層
235 スペーサ
240 隔壁
241 電界発光層
243 発光素子
244 充填材
252 キャビティ
253 球形粒子
254 充填材
255a 黒色領域
255b 白色領域
301 本体
302 筐体
303 表示部
304 キーボード
311 本体
312 スタイラス
313 表示部
314 操作ボタン
315 外部インターフェイス
320 電子書籍
321 筐体
322 筐体
323 表示部
324 表示部
325 軸部
326 電源
327 操作キー
328 スピーカー
330 筐体
331 筐体
332 表示パネル
333 スピーカー
334 マイクロフォン
335 操作キー
336 ポインティングデバイス
337 カメラ用レンズ
338 外部接続端子
340 太陽電池セル
341 外部メモリスロット
360 テレビジョン装置
361 筐体
363 表示部
365 スタンド
1001 実線
1003 実線
1005 実線
1011 範囲
1012 範囲
1013 範囲
1014 範囲
1101 実線
1103 実線
1105 実線
1201 実線
1203 実線
1205 実線
1301 実線
1303 実線
1305 実線
2001 シンボル
2003 シンボル
2005 シンボル
2007 シンボル
2011 範囲
2013 範囲
2015 破線
2101 シンボル
2103 シンボル
2105 シンボル
2111 実線
2113 実線
2115 実線
2121 範囲
2123 範囲
2125 破線
2127 破線
Claims (5)
- 基板上の酸化シリコンを有する絶縁層と、
前記絶縁層上の酸化物半導体層と、
ゲート絶縁膜を介して前記酸化物半導体層と重なる領域を有するゲート電極と、を有し、
前記絶縁層の前記基板付近における水素濃度は、1.1×1020atoms/cm3以下であり、
前記絶縁層は、昇温脱離ガス分光法分析にて、酸素原子に換算しての酸素の放出量が1.0×1018atoms/cm3以上であることを特徴とする半導体装置。 - 基板上の酸化シリコンを有する絶縁層と、
前記絶縁層上の酸化物半導体層と、
ゲート絶縁膜を介して前記酸化物半導体層と重なる領域を有するゲート電極と、を有し、
前記絶縁層の前記基板付近における水素濃度は、1.1×1020atoms/cm3以下であることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1又は2において、
前記絶縁層は、シリコン原子数の2倍より多い酸素原子を単位体積当たりに含むことを特徴とする半導体装置。 - 基板上の絶縁層と、
前記絶縁層上の酸化物半導体層と、
ゲート絶縁膜を介して前記酸化物半導体層と重なる領域を有するゲート電極と、を有し、
前記絶縁層の前記基板付近における水素濃度は、1.1×1020atoms/cm3以下であり、
前記絶縁層は、昇温脱離ガス分光法分析にて、酸素原子に換算しての酸素の放出量が1.0×1018atoms/cm3以上であることを特徴とする半導体装置。 - 基板上の絶縁層と、
前記絶縁層上の酸化物半導体層と、
ゲート絶縁膜を介して前記酸化物半導体層と重なる領域を有するゲート電極と、を有し、
前記絶縁層の前記基板付近における水素濃度は、1.1×1020atoms/cm3以下であることを特徴とする半導体装置。
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