JP6231648B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
される表示装置に関する。例えば、半導体素子として酸化物半導体を含んで構成される能
動素子が例示され、該能動素子を用いた表示装置が例示される。
タが用いられて来たが、トランジスタを作製するために、シリコン半導体に代わる材料と
して酸化物半導体が注目されている。例えば、アクティブマトリクス型の表示装置におけ
るトランジスタの活性層として、In、Ga及びZnを含む非晶質酸化物を用い、該非晶
質酸化物の電子キャリア濃度が1018/cm3未満としたものが開示されている(特許
文献1参照)。
一つは特性の安定性であり、可視光及び紫外光を照射することでしきい値電圧が変化する
ことが指摘されている(例えば、非特許文献1参照)。また、トランジスタの信頼性の面
では、バイアス−熱ストレス試験によって特性が変化してしまうという問題が指摘されて
いる(例えば、非特許文献2参照)。
本来透光性を有するものである。上記特許文献1の酸化物半導体では、バンドギャップ近
傍若しくはそれ以上のエネルギーの光がトランジスタに照射されると、しきい値電圧が約
10Vも変動してしまうことが指摘されている。トランジスタのしきい値電圧がこのよう
に大幅に変動してしまうと、このようなトランジスタを用いて構成された回路は正常に動
作しなくなり、画像表示をすること自体が極めて困難になる。
改善する方法は何ら示されていないため、新材料と期待されつつも実用化が遅れる原因と
なっている。
導体素子又は該半導体素子を用いる表示装置などにおいて、光照射効果の影響を低減する
ことを目的の一とする。
バンドギャップ以下のエネルギーの光を照射しても、本来は当該照射光は吸収されないは
ずである。非特許文献1で開示されるように、バンドギャップエネルギー以下の光(可視
光から紫外光)を照射したときにトランジスタのしきい値電圧が変動するのは、照射光が
酸化物半導体層に吸収されて荷電欠陥が生成されたことによるものであると推測される。
ことにより、バンドギャップ近傍若しくはそれ以下のエネルギーの光吸収を低減させ、か
かる課題を解決するものである。この場合において、単に酸化物半導体膜の製造条件を最
適化するのではなく、酸化物半導体を実質的に真性若しくは真性に限りなく近づけること
により、照射光と作用する欠陥を低減し、本質的に光照射効果が低減されるようにしてい
る。
上410nm以下の波長の光)を1×1013個/cm2・secのフォトン数(若しく
は10μW/cm2の強度で90秒間照射)で照射された場合であっても、トランジスタ
の光照射によるしきい値電圧の変動量の絶対値が0.65V以下、好ましくは0.55V
以下となるものを用いる。或いは、同様の光照射条件において、トランジスタの初期値(
光を照射しない時のシフト値)に対するシフト値のマイナス側への変動量の絶対値が3.
0V以下、好ましくは2.5V以下となるものを用いる。
ら可能な限り除去することによって達成し得る。例えば、酸化物半導体の酸素欠陥や、含
有される水素は、第一原理計算より不純物準位を形成することが明らかとなっている。
いて第一原理計算を行った結果を示す。計算においては、(a)化学量論比を満たす場合
、(b)酸素欠損をもつ場合、(c)水素添加された場合の3種類を仮定した。計算に用
いたモデルは、84個の原子に対して、組成比がIn:Ga:Zn:O=1:1:1:4
で、密度は5.9g/cm3である単位セルを仮定し、古典分子動力学法によりアモルフ
ァス構造を再現した(図16参照)。そして、量子分子動力学法により構造の最適化を図
り、その電子状態を計算した。なお、図16での各原子の大きさは原子を区別するために
便宜的に示してあり、実際の大きさを示しているものではない。
(DOS:Density of State)を示し、各グラフ中でエネルギーが0(
ゼロ)を示す箇所がフェルミ準位を表している。図17(a)の化学量論比を満たす場合
はフェルミ準位が価電子帯の上端に存在するが、同図(b)のIGZOに酸素欠損を持つ
場合と、同図(C)のIGZOに水素添加された場合は、伝導帯中にフェルミ準位が存在
する結果となっている。この結果より、酸化物半導体における酸素欠損と水素の含有は不
純物準位を形成することが示される。
素や水分が残留しないようにする。不可避的に酸化物半導体膜に含まれてしまう水素や水
分は、その後の処置により脱水化、脱水素化を図ることも重要である。酸化物半導体の脱
水化、脱水素化処置は、例えば、250℃乃至700℃、好ましくは400℃乃至650
℃の熱処理によって可能である。また、脱水化、脱水素化処理後の酸化物半導体膜に対す
る欠陥の修復には、酸化物半導体に酸素を供給する処理が有効である。例えば、酸化物半
導体膜を酸素中で熱処理することや、酸化物半導体膜に酸化シリコン膜などを接して設け
熱処理することで酸素を供給し、欠陥の修復を図ることが可能である。
ばかりでなく、トランジスタのゲート電極に、正のゲートバイアス及び負のゲートバイア
スをそれぞれ同一の電界強度で同一時間印加したときに、負のゲートバイアスの印加によ
るトランジスタのしきい値電圧の変動量を、正のゲートバイアスの印加によるトランジス
タのしきい値電圧の変動量よりも小さくすることができ、その変動量の絶対値が2.57
V以下とすることができる。
別するために便宜的に付与しているものであり、数的に限定するものではなく、特に限定
されない限り配置及び段階の順序を限定するものでもない。
と言及されたときには、その他の構成要素に直接的に形成されている場合もあるが、中間
に他の構成要素が存在する場合もあると理解されなければならない。
文脈上で明白に相違して意味していない限り、複数の表現を含む。「含む」または「有す
る」などの用語は、明細書中に記載された特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部分
品、またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであり、1
つまたはそれ以上の他の特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部分品、またはこれら
を組み合わせたものなどの存在または付加の可能性をあらかじめ排除しないものであると
理解されなければならない。
いられる全ての用語は、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者にとって
一般的に理解され得るものと同じ意味を有している。一般的に用いられる辞書に定義され
ているものと同じ用語は、関連技術の文脈上で有する意味と一致する意味を有するものと
解釈されなければならず、本出願で明白に定義しない限り、理想的あるいは過度に形式的
な意味として解釈されない。
くは水分等を除去し、該酸化物半導体の高純度化を図ることにより、光照射下におけるト
ランジスタの特性変動を従来に比べ大幅に低減することができる。それにより、トランジ
スタに光が照射された場合でも、該トランジスタの動作の安定化を図ることができる。
っても、光照射によるしきい値電圧の変動が抑えられることにより、当該トランジスタを
画素部に用いた表示装置の動作の安定化を図ることができる。すなわち、液晶の電気光学
作用を利用する表示装置において、照明光源からの光が画素のトランジスタに照射されて
も、トランジスタのしきい値電圧が大幅に変動することがないので、画像の表示を良好に
行うことができる。また、エレクトロルミネセンス素子などの発光素子が画素に設けられ
た表示装置であっても、該発光素子の光により画素のトランジスタが誤動作してしまうこ
とを防止することができる。
発明は以下の説明に限定されず、その発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその
形態及び詳細をさまざま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、開示される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。
いる場合がある。なお、図面において示す構成要素、すなわち層や領域等の厚さ幅、相対
的な位置関係等は、実施の形態において説明する上で明確性のために誇張して示される場
合がある。
本発明の一態様に係るトランジスタの構成について図1乃至図6を参照して説明する。
スタガ型トランジスタともいう。トランジスタ100は、絶縁表面を有する基板102上
に、ゲート電極104、ゲート絶縁層106、酸化物半導体層108、ソース電極110
、及びドレイン電極112を含む。また、トランジスタ100を覆い、酸化物半導体層1
08に積層する絶縁層114が設けられている。図1に示すトランジスタ100において
、酸化物半導体層108の少なくとも一部がゲート絶縁層106を介してゲート電極10
4と重畳している。
、酸化物半導体の主成分以外のキャリア供与体となる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)化又は実質的に真性(I型)型化された酸化物半導体層
である。
素若しくは水分等を除去し、酸化物半導体層108の高純度化を図ることにより、光照射
下におけるトランジスタの特性変動を従来に比べ大幅に低減することができる。
の電気特性を評価した結果を示す。試料1乃至3のトランジスタは、図1に示すトランジ
スタ100と同様の逆スタガ構造である。
いゲート電極104としてスパッタ法により膜厚150nmのタングステン膜を形成し、
ゲート電極104上にゲート絶縁層106としてプラズマCVD法(試料1及び試料2)
により膜厚100nmの酸化窒化珪素膜を形成した。なお、試料3はゲート絶縁層106
の作製方法として高密度プラズマCVD法を用いた。
=1:1:1[mol数比]、)を用いて、スパッタリング法で酸化物半導体膜を形成し
た。試料1及び試料2においては、アルゴン及び酸素(アルゴン:酸素=30sccm:
15sccm)をスパッタガスとして用い、膜厚50nmの酸化物半導体膜を形成した。
試料3においては、酸素をスパッタガスとして用い、膜厚30nmの酸化物半導体膜を形
成した。さらに酸化物半導体膜を島状に加工し、島状の半導体層とした。
理を行い、高純度化された酸化物半導体層108を形成した。酸化物半導体層の加熱処理
の条件は、試料1では窒素雰囲気下450℃で1時間(電気炉)、試料2では窒素雰囲気
下600℃で1時間(電気炉)、試料3では窒素雰囲気下650℃で6分(GRTA(G
as Rapid Thermal Anneal)装置)とした。
試料1及び試料2は膜厚50nm、試料3は膜厚100nm)、アルミニウム膜(試料1
及び試料2は膜厚100nm、試料3は膜厚200nm)、及びチタン膜(試料1及び試
料2は膜厚50nm、試料3は膜厚100nm)の積層を、スパッタリング法により形成
した。
グ法を用いて膜厚300nmの酸化シリコン膜を絶縁層114として成膜した。
する開口を形成し、該開口にスパッタリング法を用いて配線層を形成した。配線層は、試
料1及び試料2においてはチタン膜(膜厚50nm)、アルミニウム膜(膜厚100nm
)、及びチタン膜(膜厚50nm)の積層とし、試料3においては酸化シリコンを含むイ
ンジウム錫酸化物(ITSO)膜(膜厚110nm)とした。
ジスタの酸化物半導体層のチャネル長(L)は20μm、チャネル幅(W)は20μmで
あり、試料3のトランジスタの酸化物半導体層のチャネル長(L)は3μm、チャネル幅
(W)は50μmである。
光照射測定のための試料1乃至3のトランジスタの初期特性を測定するため、基板温度を
室温とし、ソース−ドレイン間電圧(以下、ドレイン電圧(Vd)という)を10Vとし
、ソース−ゲート間電圧(以下、ゲート電圧(Vg)という)を−20V〜+20Vまで
変化させたときのソース−ドレイン電流(以下、ドレイン電流(Id)という)の変化特
性、すなわちVg−Id特性を測定した。
4側から分光感度測定機を使用して光を照射しながら、各光の波長におけるVg−Id特
性を測定した。光の照射条件はエネルギー10μW/cm2、波長800nm、600n
m、500nm、450nm、425nm、400nm、375nm、350nmにおい
てそれぞれ照射時間90秒とした。なお、光照射時における試料1乃至3のトランジスタ
のVg−Id特性の測定は、初期特性と同様に、室温において、ドレイン電圧(Vd)を
10Vとし、ゲート電圧(Vg)を−20V〜+20Vまで変化させたときのドレイン電
流(Id)の変化特性(Vg−Id特性)を測定した。各波長の光照射時における試料1
のVg−Id特性を図2(A)に、試料2のVg−Id特性を図3(A)に、試料3のV
g−Id特性を図4(A)にそれぞれ示す。図2(A)、図3(A)、図4(A)におい
て、波長が800nmから350nmへ小さくなっていくのに伴って矢印の方向(マイナ
ス側)にVg−Id特性が移動していることを示している。
値電圧(Vth(V))と、シフト値(Shift値(V))を求め、光の波長と、しき
い値電圧(Vth(V))及びシフト値(Shift値(V))との関係を図2(B)、
図3(B)、図4(B)に示す。
。図15の横軸はゲート電圧をリニアスケールで示しており、縦軸はドレイン電流の平方
根(以下、√Idともいう)をリニアスケールで示している。曲線551は、ゲート電圧
の変化に対するドレイン電流の平方根を示しており、Vdを10Vとして測定したVg−
Id曲線のIdを、その平方根で表した曲線(以下、√Id曲線ともいう)である。
める。次に、√Id曲線上の、√Id曲線の微分値が最大になる点(√Id曲線の傾きが
最大になる点)の接線554を求める。次に、接線554を延伸し、接線554上でId
が0Aとなる時のVg、すなわち接線554のゲート電圧軸切片555の値をVthとし
て定義している。
ると、光照射測定においてドレイン電流(Id)が1×10−10Aとなるときのゲート
電圧(Vg)値である。
(V))の関係を示す。しきい値電圧の変動値(ΔVth)は、初期特性におけるしきい
値電圧から、各照射波長におけるしきい値電圧への変動量である。図5(A)は光の照射
エネルギーを固定(10μW/cm2)した場合の光の波長に対するしきい値電圧の変動
値(ΔVth)の関係であり、図5(B)は、単位時間・単位面積あたりのフォトン数(
Np)を固定(1×1013/cm2・sec(1×1013cm−2・sec−1))
し、図5(A)をフォトン数で規格化した場合の光の波長に対するしきい値電圧の変動値
(ΔVth)の関係である。なお、規格化は、式フォトン数(Np)=(光の照射エネル
ギー(E)・光の波長(λ))/(プランク定数(h)・光速(c))によって行った。
1では−2.17V、試料2では−0.61V、試料3では−0.48Vであり、波長4
00nmにおけるしきい値電圧の変動値(ΔVth)は、試料1では−0.68V、試料
2では−0.28V、試料3では−0.05Vであった。
生じる現象であり、光照射を中止した後は再び初期特性に戻る可逆変化であった。
」という)を行った。BT試験は加速試験の一種であり、長期間の使用によって起こるト
ランジスタの特性変化を、短時間で評価することができる。特に、BT試験前後における
トランジスタのしきい値電圧の変動量(変化量)は、信頼性を調べるための重要な指標と
なる。BT試験前後において、しきい値電圧の変動量が少ないほど、信頼性が高いトラン
ジスタであるといえる。
トランジスタのソースおよびドレインを同電位とし、ゲートにソースおよびドレインとは
異なる電位を一定時間印加する。基板温度は、試験目的に応じて適宜設定すればよい。ま
た、ゲートに印加する電位がソースおよびドレインの電位よりも高い場合を+BT試験と
いい、ゲートに印加する電位がソースおよびドレインの電位よりも低い場合を−BT試験
という。
り決定することができる。ゲート絶縁膜に加えられる電界強度は、ゲートと、ソースおよ
びドレインの電位差をゲート絶縁層の膜厚で除して決定される。例えば、膜厚が100n
mのゲート絶縁層に印加する電界強度を2MV/cmとしたい場合は、電位差を20Vと
すればよい。
基板温度を150℃、ゲート絶縁層に印加する電界強度を2MV/cm、印加時間を1時
間とし、正のゲートバイアスを印加するBT試験(以下「+BT試験」という)および負
のゲートバイアスを印加するBT試験(以下「−BT試験」という)のそれぞれについて
行った。
めの初期特性を測定するため、基板温度を40℃とし、ドレイン電圧を10Vとし、ゲー
ト電圧を−20V〜+20Vまで変化させたときのドレイン電流の変化特性、すなわちV
g−Id特性を測定した。ここでは基板温度を試料表面への吸湿対策として40℃として
いるが、特に問題がなければ、基板温度を室温(25℃)として測定してもかまわない。
電位を0Vとした。続いて、ゲート絶縁層へ印加される電界強度が2MV/cmとなるよ
うにゲートに電圧を印加した。ここでは、試料1乃至3のトランジスタのゲート絶縁層の
厚さが100nmであったため、ゲートに+20Vを印加し、そのまま1時間保持した。
ここでは印加時間を1時間としたが、目的に応じて適宜時間を変更してもよい。
げた。この時、基板温度が下がりきる前に電圧の印加をやめてしまうと、余熱の影響によ
りBT試験でトランジスタに与えられたダメージが回復されてしまうため、電圧は印加し
たまま基板温度を下げる必要がある。基板温度が40℃になった後、電圧の印加を終了さ
せた。なお、厳密には降温時間も印加時間に加える必要があるが、実際には数分で40℃
まで下げることができたため、これを誤差範囲内と考え、降温時間は印加時間に加えてい
ない。
d特性を得た。
、基板温度を150℃まで上昇させた後にゲートに印加する電圧を−20Vとする点が異
なる。
試験を行うことが重要である。例えば、一度+BT試験を行ったトランジスタを用いて−
BT試験を行うと、先に行った+BT試験の影響により、−BT試験結果を正しく評価す
ることができない。また、一度+BT試験を行ったトランジスタを用いて、再度+BT試
験を行った場合等も同様である。ただし、これらの影響を踏まえて、あえてBT試験を繰
り返す場合はこの限りではない。
V、試料2では−1.25V、試料3では+1.44Vであった。また、−BT試験後に
おける初期特性からのしきい値電圧の変動値は、試料1では−6.54V、試料2では−
1.03V、試料3では−0.19Vであった。
後には初期特性に戻らない不可逆変化であった。
ップ3.15eVに対応する408nm付近以上の波長領域においては試料1乃至3は、
しきい値電圧の変動値はほとんど変動が見られていない。また、バンドギャップ3.15
eVに対応する408nm付近以下の波長領域においてはしきい値電圧の変動値(ΔVt
h)は増加するものの、非特許文献1で示されたような大きなしきい値電圧の変動ではな
く、しきい値電圧の変動は小さく抑えられているといえる。
または脱水素化処理を行うに伴って、試料1より、試料2、試料3としきい値電圧の変動
値が小さくなっていることから、酸化物半導体層に対して高い温度で十分に高純度化を図
ることによりトランジスタの電気特性はより安定化することがわかる。
ら分光感度測定機を使用して光を照射しながら、各光の照射強度(エネルギー)における
Vg−Id特性を測定した。光の照射条件は、波長350nm、光の照射強度(エネルギ
ー)を0μW/cm2、0.5μW/cm2、1μW/cm2、2μW/cm2、5μW
/cm2、10μW/cm2においてそれぞれ照射時間90秒とした。なお、光照射時に
おける試料3のトランジスタのVg−Id特性の測定は、光照射測定のための初期特性と
同様に、室温、ドレイン電圧(Vd)を10Vとし、ゲート電圧(Vg)を−20V〜+
20Vまで変化させたときのドレイン電流(Id)の変化特性(Vg−Id特性)を測定
した。図6に、試料3の光の照射波長350nmにおける、単位時間・単位面積あたりの
照射フォトン数としきい値電圧の変動値(ΔVth)の関係を示す。単位時間・単位面積
あたりの照射フォトン数は上記式フォトン数(Np)=(光の照射エネルギー(E)・光
の波長(λ))/(プランク定数(h)・光速(c))を用いて光の照射強度(エネルギ
ー)より算出した。
値とは線形の関係にあり、照射フォトン数が増加するに伴ってしきい値電圧の変動値も増
大する。しかし、高純度化された酸化物半導体層を用いたトランジスタにおけるしきい値
電圧の変動値は小さく軽減されているため、非特許文献1のようにより高い照射エネルギ
ーで多くのフォトン数を照射したとしても、非特許文献1のトランジスタのような大きな
変動値とはならず、安定した電気特性を示すことができる。
)を1×1013個/cm2・secのフォトン数(若しくは10μW/cm2の強度で
90秒間照射)で照射された場合であっても、光照射によるしきい値電圧の変動量の絶対
値が0.65V以下、好ましくは0.55V以下であるトランジスタが得られることが示
される。また、同様の光照射条件において、初期値に対するシフト値のマイナス側への変
動量の絶対値が3.0V以下、好ましくは2.5V以下であるトランジスタが得られるこ
とが示される。
キャリア濃度は1×1014/cm3未満、好ましくは1×1012/cm3未満、さら
に好ましくは1×1011/cm3未満である。
電流を少なくすることができる。オフ電流は少なければ少ないほど好ましい。例えば、高
純度化された酸化物半導体層108を用いたトランジスタ100は、オフ状態における電
流値(オフ電流値)を、チャネル幅1μm当たり10zA/μm未満、85℃にて100
zA/μm未満レベルにまで低くすることができる。
に使用することができる基板に大きな制限はないが、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。
02からの不純物元素の拡散を防止する機能があり、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、
窒化酸化シリコン膜、又は酸化窒化シリコン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。
アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料またはこれらを主成分とする合
金材料を用いて、単層でまたは積層して形成することができる。
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、酸化アルミニウム
層、窒化アルミニウム層、酸化窒化アルミニウム層、窒化酸化アルミニウム層、又は酸化
ハフ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、第1のゲート絶縁層
としてプラズマCVD法により膜厚50nm以上200nm以下の窒化シリコン層(Si
Ny(y>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膜厚5n
m以上300nm以下の酸化シリコン層(SiOx(x>0))を積層して、合計膜厚2
00nmのゲート絶縁層とする。
Sn−Ga−Zn−O系酸化物半導体や、三元系金属酸化物であるIn−Ga−Zn−O
系酸化物半導体、In−Sn−Zn−O系酸化物半導体、In−Al−Zn−O系酸化物
半導体、Sn−Ga−Zn−O系酸化物半導体、Al−Ga−Zn−O系酸化物半導体、
Sn−Al−Zn−O系酸化物半導体や、二元系金属酸化物であるIn−Zn−O系酸化
物半導体、Sn−Zn−O系酸化物半導体、Al−Zn−O系酸化物半導体、Zn−Mg
−O系酸化物半導体、Sn−Mg−O系酸化物半導体、In−Mg−O系酸化物半導体や
、In−O系酸化物半導体、Sn−O系酸化物半導体、Zn−O系酸化物半導体などを用
いることができる。また、上記酸化物半導体にSiO2を含んでもよい。ここで、例えば
、In−Ga−Zn−O系酸化物半導体とは、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、
亜鉛(Zn)を有する酸化物、という意味であり、その化学量論比はとくに問わない。ま
た、InとGaとZn以外の元素を含んでもよい。
を用いることができる。ここで、Mは、Ga、Al、Mnおよび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などがある。
、Cu、Ta、Ti、Mo、Wからから選ばれた元素を含む金属膜、または上述した元素
を成分とする金属窒化物膜(窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜)等
を用いることができる。また、Al、Cuなどの金属膜の下側又は上側の一方または双方
にTi、Mo、Wなどの高融点金属膜またはそれらの金属窒化物膜(窒化チタン膜、窒化
モリブデン膜、窒化タングステン膜)を積層させた構成としても良い。
なる導電膜としては導電性の金属酸化物で形成しても良い。導電性の金属酸化物としては
酸化インジウム(In2O3)、酸化スズ(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化イン
ジウム酸化スズ合金(In2O3―SnO2、ITOと略記する)、酸化インジウム酸化
亜鉛合金(In2O3―ZnO)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
たものを用いることができる。
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の無機絶縁膜
を用いることができる。
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の無機絶縁膜を
用いることができる。
もよい。平坦化絶縁膜としては、ポリイミド、アクリル、ベンゾシクロブテン、等の有機
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)
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、平坦化絶縁膜を形成してもよい。
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半導体層を含むトランジス
タは、光照射による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。
実施の形態1で示すトランジスタと同様の作用効果を奏するトランジスタの一例を図面
を参照して説明する。上記実施の形態と同一部分又は同様な機能を有する部分、及び工程
は、上記実施の形態と同様に行うことができ、繰り返しの説明は省略する。また同じ箇所
の詳細な説明は省略する。
低減できるトランジスタの構造は特に限定されず、例えばゲート電極が、ゲート絶縁層を
介して、酸化物半導体層の上側に配置されるトップゲート構造、又はゲート電極が、ゲー
ト絶縁層を介して、酸化物半導体層の下側に配置されるボトムゲート構造のスタガ型及び
プレーナ型などを用いることができる。スタガ型のトランジスタとしては、チャネル形成
領域上に保護層を設けたチャネル保護型(チャネルストップ型ともいう)と呼ばれるボト
ムゲート構造でもよい。
されるダブルゲート構造もしくは三つ形成されるトリプルゲート構造であっても良い。ま
た、チャネル領域の上下にゲート絶縁層を介して配置された2つのゲート電極層を有する
、デュアルゲート型でもよい。
説明する。
に示すトランジスタ100は、図1に示すトランジスタ100と同様なボトムゲート構造
の逆スタガ型トランジスタである。以下、図7(A)乃至(E)を用い、基板102上に
トランジスタ100を作製する工程を説明する。
によりゲート電極104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。
ることができる。
、基板102からの不純物元素の拡散を防止する機能があり、窒化シリコン膜、酸化シリ
コン膜、窒化酸化シリコン膜、又は酸化窒化シリコン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。
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。
マCVD法又はスパッタリング法等を用いて、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、酸化アルミニウム層、窒化アルミニウム層、酸化窒
化アルミニウム層、窒化酸化アルミニウム層、又は酸化ハフニウム層を単層で又は積層し
て形成することができる。
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。高純度化された酸化物半導体と高品質ゲート絶縁層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。
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層の膜質、酸化物半導体との界面特性が改質される絶縁層であって
も良い。いずれにしても、ゲート絶縁層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。
ないようにするために、酸化物半導体膜107の成膜の前処理として、スパッタリング装
置の予備加熱室でゲート電極104が形成された基板102、又はゲート絶縁層106ま
でが形成された基板102を予備加熱し、基板102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、
絶縁層114の成膜前に、ソース電極110及びドレイン電極112まで形成した基板1
02にも同様に行ってもよい。
以上30nm以下の酸化物半導体膜107を形成する(図7(A)参照。)。酸化物半導
体は、不純物を除去され、I型化又は実質的にI型化された酸化物半導体を用いる。
てプラズマを発生させる逆スパッタを行い、ゲート絶縁層106の表面に付着している粉
状物質(パーティクル、ごみともいう)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RF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。
用いることができる。また、上記酸化物半導体にSiO2を含んでもよい。本実施の形態
では、酸化物半導体膜107としてIn−Ga−Zn−O系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。この段階での断面図が図7(A)に相当する。また、酸
化物半導体膜107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
ガスと酸素の混合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。
ば、組成比として、In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1[mol数比]の酸化
物ターゲットを用い、In−Ga−Zn−O膜を成膜する。また、このターゲットの材料
及び組成に限定されず、例えば、In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:2[mol
数比]の酸化物ターゲットを用いてもよい。
%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することができる。
素化物などの不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
好ましくは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、成膜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、上記ターゲットを用いて基板102上に酸化物半導
体膜107を成膜する。成膜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、
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、ターボ分子ポンプにコールドトラップを加えたもの
であってもよい。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素原子、水(H
2O)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。
a、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、
ごみともいう)が軽減でき、膜厚分布も均一となるために好ましい。
導体層に加工する。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。
ングでもよく、両方を用いてもよい。例えば、酸化物半導体膜107のウェットエッチン
グに用いるエッチング液としては、燐酸と酢酸と硝酸を混ぜた溶液、アンモニア過水(3
1重量%過酸化水素水:28重量%アンモニア水:水=5:2:2)などを用いることが
できる。また、ITO07N(関東化学社製)を用いてもよい。
たは脱水素化は第1の加熱処理によって行うことができる。第1の加熱処理の温度は、4
00℃以上750℃以下、または400℃以上基板の歪み点未満とする。本実施の形態で
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108を得る(図7(B)参照。)。
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。
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。高温のガスには、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。
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。
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。
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
てもよい。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以上好ましくは
7N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。酸素ガス又はN2Oガスの作用により、脱水
化または脱水素化処理による不純物の排除工程によって同時に減少してしまった酸化物半
導体を構成する主成分材料である酸素を供給することによって、酸化物半導体層を高純度
化及び電気的にI型(真性)化する。
体膜107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。
体層上にソース電極層及びドレイン電極層を積層させた後、あるいは、ソース電極層及び
ドレイン電極層上に絶縁層を形成した後、のいずれで行っても良い。
化することができる。酸化物半導体層108は、水分、水素などの不純物が脱離し、i型
(真性半導体)又はi型に限りなく近くなるため、光照射によりしきい値電圧が変動する
などのトランジスタの特性の劣化が促進されるのを防ぎ、安定な電気特性を付与すること
ができる。
イン電極層(これと同じ層で形成される配線を含む)となる導電膜を形成する。ソース電
極層、及びドレイン電極層に用いる導電膜としては、実施の形態1に示したソース電極1
10、ドレイン電極112に用いる材料を用いることができる。酸化物半導体層から酸素
の引き抜き反応を伴わず、良好な接触界面を形成できる電極材料として、窒化タングステ
ン、窒化チタン、窒化タンタルを用いることも好ましい。窒化タングステンは、仕事関数
が酸化物半導体の電子親和力よりも小さいので、電子に対してショットキー型の障壁を形
成しないので好ましい電極材料の一つである。
ッチングを行ってソース電極110、ドレイン電極112を形成した後、レジストマスク
を除去する(図7(C)参照。)。
レーザ光やArFレーザ光を用いるとよい。酸化物半導体層108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 Ultravio
let)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
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。従って、後に形成され
る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る。
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。
ないようエッチング条件を最適化することが望まれる。しかしながら、導電膜のみをエッ
チングし、酸化物半導体層108を全くエッチングしないという条件を得ることは難しく
、導電膜のエッチングの際に酸化物半導体層108は一部のみがエッチングされ、溝部(
凹部)を有する酸化物半導体層となることもある。
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してもよい。プラズマ処理を行っ
た場合、大気に触れることなく、酸化物半導体層の一部に接する保護絶縁膜となる絶縁層
114を形成する。
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。絶縁層11
4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、絶縁層114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。
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。酸化シリコン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、または希ガスと酸素の混合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シリコンターゲットまたはシリコンターゲットを
用いることができる。例えば、シリコンターゲットを用いて、酸素を含む雰囲気下でスパ
ッタ法により酸化シリコン膜を形成することができる。酸化物半導体層に接して形成する
絶縁層114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。
るためには、吸着型の真空ポンプ(クライオポンプなど)を用いることが好ましい。クラ
イオポンプを用いて排気した成膜室で成膜した絶縁層114に含まれる不純物の濃度を低
減できる。また、絶縁層114の成膜室内の残留水分を除去するための排気手段としては
、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。
どの不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
200℃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(チャネル形成領域)が絶縁層114と接した状態で加熱される。
、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、不純物の排除工程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も供給することができる。よって、酸化物半導体層は高純度化及
び電気的にI型(真性)化する。以上の工程でトランジスタ100が形成される(図7(
D)参照。)。
熱処理によって酸化物半導体層中に含まれる水素、水分、水酸基又は水素化物などの不純
物を酸化物絶縁層に拡散させ、酸化物半導体層中に含まれる該不純物をより低減させる効
果を奏する。
を用いて窒化シリコン膜を形成する。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、窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜
などを用いる。本実施の形態では、保護絶縁層116を、窒化シリコン膜を用いて形成す
る(図7(E)参照。)。
〜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
導入しシリコン半導体の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、絶縁層114と同様に、処理室内の残留水分を除去しつつ保護絶縁層116を成膜
することが好ましい。
以下での加熱処理を行ってもよい。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、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。
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半導体層を含むトランジス
タは、光照射による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。
実施の形態1又は実施の形態2で一例を示したトランジスタを用いて表示装置を作製す
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形成することができる。
、シール材208が設けられ、第2の基板212によって封止されている。図8(A)に
おいては、第1の基板200上のシール材208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走査線駆
動回路206、信号線駆動回路204が実装されている。また別途形成された信号線駆動
回路204と、走査線駆動回路206または画素部202に与えられる各種信号及び電位
は、フレキシブルプリント基板(FPC:Flexible printed circ
uit)210、211から供給されている。
駆動回路206とを囲むようにして、シール材208が設けられている。また画素部20
2と、走査線駆動回路206の上に第2の基板212が設けられている。よって画素部2
02と、走査線駆動回路206とは、第1の基板200とシール材208と第2の基板2
12とによって、表示素子と共に封止されている。図8(B)(C)においては、第1の
基板200上のシール材208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204が実
装されている。図8(B)(C)においては、別途形成された信号線駆動回路204と、
走査線駆動回路206または画素部202に与えられる各種信号及び電位は、FPC21
0から供給されている。
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。
On Glass)方法、ワイヤボンディング方法、或いはTAB(Tape Aut
omated Bonding)方法などを用いることができる。図8(A)は、COG
方法により信号線駆動回路204、走査線駆動回路206を実装する例であり、図8(B
)は、COG方法により信号線駆動回路204を実装する例であり、図8(C)は、TA
B方法により信号線駆動回路204を実装する例である。
むIC等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。
り、実施の形態1又は実施の形態2で一例を示したトランジスタを適用することができる
。
(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(Electro
Luminescence)、有機EL等が含まれる。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。
8(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222及び端子電極224はFPC210が有する端子と異方
性導電膜226を介して、電気的に接続されている。
4は、トランジスタ216、218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。
スタを複数有しており、図9乃至図11では、画素部202に含まれるトランジスタ21
6と、走査線駆動回路206に含まれるトランジスタ218とを例示している。図9では
、トランジスタ216、218上には絶縁層228が設けられ、図10及び図11ではさ
らに、絶縁層229が設けられている。なお、絶縁膜230は下地膜として機能する絶縁
膜である。
したトランジスタを適用することができる。
層より意図的に排除し、高純度化された酸化物半導体層を含むトランジスタは、光照射に
よる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。
定しており、信頼性の高い表示装置を提供することができる。すなわち、酸化物半導体層
をチャネル形成領域とするトランジスタであっても、光照射によるしきい値電圧の変動が
抑えられることにより、当該トランジスタを画素部に用いた表示装置の動作の安定化を図
ることができる。すなわち、液晶の電気光学作用を利用する表示装置において、照明光源
からの光が画素のトランジスタに照射されても、トランジスタのしきい値電圧が大幅に変
動することがないので、画像の表示を良好に行うことができる。
層のチャネル形成領域と重なる位置に導電層が設けられている例である。導電層を酸化物
半導体層のチャネル形成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
トランジスタ218のしきい値電圧の変化量をさらに低減することができる。また、導電
層は、電位がトランジスタ218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、導電層の電位がGND、0
V、或いはフローティング状態であってもよい。
む回路部)に作用しないようにする機能(特に静電気に対する静電遮蔽機能)も有する。
導電層の遮蔽機能により、静電気などの外部の電場の影響によりトランジスタの電気的な
特性が変動することを防止することができる。
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220は、第1の電極層232、第2の電極層234、及び液晶層2
14を含む。なお、液晶層214を挟持するように配向膜として機能する絶縁膜236、
238が設けられている。第2の電極層234は第2の基板212側に設けられ、第1の
電極層232と第2の電極層234とは液晶層214を介して積層する構成となっている
。
(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。
液晶、高分子分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。これ
らの液晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カ
イラルネマチック相、等方相等を示す。
、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。酸化物半導体
層を用いるトランジスタは、静電気の影響により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。
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
おける固有抵抗の値は、20℃で測定した値とする。
ーク電流等を考慮して、所定の期間の間電荷を保持できるように設定される。保持容量の
大きさは、トランジスタのオフ電流等を考慮して設定すればよい。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。
ane−Switching)モード、FFS(Fringe Field Switc
hing)モード、ASM(Axially Symmetric aligned M
icro−cell)モード、OCB(Optical Compensated Bi
refringence)モード、FLC(Ferroelectric Liquid
Crystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric Liqu
id Crystal)モードなどを用いることができる。
た透過型の液晶表示装置としてもよい。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−Domain Vertical Alignment
)モード、PVA(Patterned Vertical Alignment)モー
ド、ASVモードなどを用いることができる。また、VA型の液晶表示装置にも適用する
ことができる。VA型の液晶表示装置とは、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。
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。
ができる。また、カラー表示する際に画素で制御する色要素としては、RGB(Rは赤、
Gは緑、Bは青を表す)の三色に限定されない。例えば、RGBW(Wは白を表す)、又
はRGBに、イエロー、シアン、マゼンタ等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。
適用することができる。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。
孔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、発光性の有機化合物が励起状態を形
成し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。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。
して、基板上に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
す上面射出や、基板側の面から発光を取り出す下面射出や、基板側及び基板とは反対側の
面から発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も適用す
ることができる。
子246は、画素部202に設けられたトランジスタ216と電気的に接続している。な
お発光素子246の構成は、第1の電極層232、電界発光層244、第2の電極層23
4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246から取り出す光の方
向などに合わせて、発光素子246の構成は適宜変えることができる。
材料を用い、第1の電極層232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。
234及び隔壁242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、第1の基板200、第
2の基板212、及びシール材208によって封止された空間には充填材248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。
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EVA(エ
チレンビニルアセテート)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。
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。
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。
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。
る。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
。
図11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。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層間に
配置し、電極層間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。
第2の電極層234との間には黒色領域256及び白色領域258を有し、周りに液体で
満たされているキャビティ250を含む球形粒子252が設けられており、球形粒子25
2の周囲は樹脂等の充填材254で充填されている。第2の電極層234が共通電極(対
向電極)に相当する。第2の電極層234は、共通電位線と電気的に接続される。
する基板を用いることができ、例えば透光性を有するプラスチック基板などを用いること
ができる。プラスチックとしては、FRP(Fiberglass−Reinforce
d 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ことができる。また、アルミニウムホイル
をPVF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ることもできる。
機物や金属物、水蒸気などの汚染不純物の侵入を防ぐためのものであり、緻密な膜が好ま
しい。保護膜は、スパッタ法を用いて、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリ
コン膜、窒化酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜、酸化窒化アル
ミニウム膜、又は窒化酸化アルミニウム膜の単層、又は積層で形成すればよい。
テン、ポリアミド、エポキシ等の、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、絶縁層を形成してもよい。
タ法、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、ロールコート、カーテンコ
ート、ナイフコート等を用いることができる。
様々な機能を有する表示装置を提供することができる。
実施の形態1又は実施の形態2で一例を示したトランジスタを用いて、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を作製することができる。
はイメージセンサの画素の等価回路であり、図12(B)はイメージセンサの一部を示す
断面図である。
する導電層326に、他方の電極がトランジスタ300のゲートに電気的に接続されてい
る。トランジスタ300は、ソース又はドレインの一方がフォトセンサ基準信号線329
に、ソース又はドレインの他方がトランジスタ301のソース又はドレインの一方に電気
的に接続されている。トランジスタ301は、ゲートがゲート信号線327に、ソース又
はドレインの他方がフォトセンサ出力信号線328に電気的に接続されている。
確に判明できるように、酸化物半導体層を用いるトランジスタの記号には「OS」と記載
している。図12(A)において、トランジスタ300、トランジスタ301は酸化物半
導体層を用いるトランジスタである。
であり、絶縁表面を有する基板302(TFT基板)上に、センサとして機能するフォト
ダイオード304及びトランジスタ300が設けられている。フォトダイオード304、
トランジスタ300の上には接着層312を用いて基板314が設けられている。
絶縁層323が設けられている。フォトダイオード304は、層間絶縁層320上に設け
られ、層間絶縁層320上に形成した電極層322と、層間絶縁層323上に設けられた
電極層324との間に、層間絶縁層320側から順に第1半導体層306、第2半導体層
308、及び第3半導体層310を積層した構造を有している。
層324は電極層322を介してゲート電極層303と電気的に接続している。ゲート電
極層303は、トランジスタ300のゲート電極層と電気的に接続しており、フォトダイ
オード304はトランジスタ300と電気的に接続している。
308として高抵抗な半導体層(i型半導体層)、第3半導体層310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306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、Si
2H6、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306の膜厚は10nm以上50n
m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308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、Si
Cl4、SiF4等を用いてもよい。第2半導体層308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308の膜厚は200n
m以上1000nm以下となるように形成することが好ましい。
ファスシリコン膜により形成する。第3半導体層310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、S
iH2Cl2、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310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。
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(セミアモルファス(
Semi Amorphous Semiconductor:SAS)半導体を用いて
形成してもよい。
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、pin
型のフォトダイオードが形成されている基板302の面からフォトダイオード304が受
ける光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。
縁性材料を用いて、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、ロールコート、カーテンコート、ナイフコート等を用いて形成
することができる。
又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
。
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CV
D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。
する絶縁層が好ましい。層間絶縁層320、323としては、例えばポリイミド、アクリ
ル、ベンゾシクロブテン、ポリアミド、エポキシ等の、耐熱性を有する有機絶縁材料を用
いることができる。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)等の単層、又は
積層を用いることができる。
取ることができる。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。
タを用いることができる。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、光照射による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。
っても半導体装置の特性は安定しており、信頼性の高い半導体装置を提供することができ
る。
本発明により開示される表示装置は、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
カメラ等のカメラ、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液晶表示装置を具備する電子機器の例につ
いて説明する。
、操作キー406、太陽電池408、充放電制御回路410を有することができる。図1
3(A)に示した電子書籍は、様々な情報(静止画、動画、テキスト画像など)を表示す
る機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示部に表示する機能、表示部に表示した情報
を操作又は編集する機能、様々なソフトウェア(プログラム)によって処理を制御する機
能、等を有することができる。なお。図13(A)では充放電制御回路410の一例とし
てバッテリー412、DCDCコンバータ(以下、コンバータと略記)414を有する構
成について示している。実施の形態1乃至3のいずれかで示した半導体装置を表示部40
4に適用することにより、信頼性の高い電子書籍とすることができる。
の液晶表示装置を用いる場合、比較的明るい状況下での使用も予想され、太陽電池408
による発電、及びバッテリー412での充電を効率よく行うことができ、好適である。な
お太陽電池408は、筐体402の空きスペース(表面や裏面)に適宜設けることができ
るため、効率的なバッテリー412の充電を行う構成とすることができるため好適である
。なおバッテリー412としては、リチウムイオン電池を用いると、小型化を図れる等の
利点がある。
ロック図を示し説明する。図13(B)には、太陽電池408、バッテリー412、コン
バータ414、コンバータ416、スイッチSW1乃至SW3、表示部404について示
しており、バッテリー412、コンバータ414、コンバータ416、スイッチSW1乃
至SW3が充放電制御回路410に対応する箇所となる。
太陽電池で発電した電力は、バッテリー412を充電するための電圧となるようコンバー
タ414で昇圧または降圧がなされる。そして、表示部404の動作に太陽電池408か
らの電力が用いられる際にはスイッチSW1をオンにし、コンバータ416で表示部40
4に必要な電圧に昇圧または降圧をすることとなる。また、表示部404での表示を行わ
ない際には、SW1をオフにし、SW2をオンにしてバッテリー412の充電を行う構成
とすればよい。
る。バッテリー412に蓄電された電力は、スイッチSW3をオンにすることでコンバー
タ416により昇圧または降圧がなされる。そして、表示部404の動作にバッテリー4
12からの電力が用いられることとなる。
テリー412の充電を行う構成であってもよい。また他の充電手段を組み合わせて行う構
成としてもよい。
、表示部424、キーボード426などによって構成されている。実施の形態1乃至3の
いずれかで示した半導体装置を表示部424に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436と、操作ボタン434等が設けられている。また操作用の付属
品としてスタイラス430がある。実施の形態1乃至4のいずれかで示した半導体装置を
表示部432に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。
0および筐体442の2つの筐体で構成されている。筐体440および筐体442は、軸
部450により一体とされており、該軸部450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446および表示部448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14(C)では表示部446)に文章を表示し、左側の表示部(図1
4(C)では表示部448)に画像を表示することができる。実施の形態1乃至3のいず
れかで示した半導体装置を表示部446、表示部448に適用することにより、信頼性の
高い電子書籍438とすることができる。
40において、電源452、操作キー454、スピーカ456などを備えている。操作キ
ー454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438は、電子辞書としての機能を持たせた構成としてもよい
。
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458には、表示パネル460、スピーカー462、マイクロフォン464
、ポインティングデバイス468、カメラ用レンズ470、外部接続端子472などを備
えている。また、筐体463には、携帯型情報端末の充電を行う太陽電池セル474、外
部メモリスロット476などを備えている。また、アンテナは筐体458内部に内蔵され
ている。実施の形態1乃至3のいずれかで示した半導体装置を表示パネル460に適用す
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。
複数の操作キー466を点線で示している。なお、太陽電池セル474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。
460と同一面上にカメラ用レンズ470を備えているため、テレビ電話が可能である。
スピーカー462及びマイクロフォン464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463と筐体458は、スライドし、図14(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476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
。また、上記機能に加えて、赤外線通信機能、テレビ受信機能などを備えたものであって
もよい。
眼部480、操作スイッチ482、表示部(B)484、バッテリー486などによって
構成されている。実施の形態1乃至3のいずれかで示した半導体装置を表示部(A)48
8、表示部(B)484に適用することにより、信頼性の高いデジタルビデオカメラとす
ることができる。
筐体492に表示部494が組み込まれている。表示部494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496により筐体492を支持した構成を示
している。実施の形態1乃至3のいずれかで示した半導体装置を表示部494に適用する
ことにより、信頼性の高いテレビジョン装置490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。
能である。
Claims (4)
- トランジスタを有し、
前記トランジスタは、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、酸化物半導体層と、絶縁層と、を有し、
前記ゲート絶縁膜は、前記ゲート電極と前記酸化物半導体層とに挟まれている領域を有し、
前記酸化物半導体層は、チャネル形成領域を有し、
前記絶縁層は、酸素と、シリコンと、を有し、
前記絶縁層は、前記酸化物半導体層と接する領域を有し、
前記トランジスタは、350nmの波長の光を1×1013個/cm2・secのフォトン数で前記酸化物半導体層の少なくとも一部の領域に照射したときの前記トランジスタのしきい値電圧の変動量の絶対値が0.65V以下である電気特性を有することを特徴とする半導体装置。 - トランジスタを有し、
前記トランジスタは、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、酸化物半導体層と、絶縁層と、を有し、
前記ゲート絶縁膜は、前記ゲート電極と前記酸化物半導体層とに挟まれている領域を有し、
前記酸化物半導体層は、チャネル形成領域を有し、
前記絶縁層は、酸素と、シリコンと、を有し、
前記絶縁層は、前記酸化物半導体層と接する領域を有し、
前記トランジスタは、350nmの波長の光を10μW/cm2の強度で前記酸化物半導体層の少なくとも一部の領域に90秒間照射したときの前記トランジスタのしきい値電圧の変動量の絶対値が0.65V以下である電気特性を有することを特徴とする半導体装置。 - トランジスタを有し、
前記トランジスタは、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、酸化物半導体層と、絶縁層と、を有し、
前記ゲート絶縁膜は、前記ゲート電極と前記酸化物半導体層とに挟まれている領域を有し、
前記酸化物半導体層は、チャネル形成領域を有し、
前記絶縁層は、酸素と、シリコンと、を有し、
前記絶縁層は、前記酸化物半導体層と接する領域を有し、
前記トランジスタは、400乃至410nmの波長の光を1×1013個/cm2・secのフォトン数で前記酸化物半導体層の少なくとも一部の領域に照射したときの前記トランジスタのしきい値電圧の変動量の絶対値が0.65V以下である電気特性を有することを特徴とする半導体装置。 - トランジスタを有し、
前記トランジスタは、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、酸化物半導体層と、絶縁層と、を有し、
前記ゲート絶縁膜は、前記ゲート電極と前記酸化物半導体層とに挟まれている領域を有し、
前記酸化物半導体層は、チャネル形成領域を有し、
前記絶縁層は、酸素と、シリコンと、を有し、
前記絶縁層は、前記酸化物半導体層と接する領域を有し、
前記トランジスタは、400乃至410nmの波長の光を10μW/cm2の強度で前記酸化物半導体層の少なくとも一部の領域に90秒間照射したときの前記トランジスタのしきい値電圧の変動量の絶対値が0.65V以下である電気特性を有することを特徴とする半導体装置。
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