JP6284973B2 - 半導体装置の作製方法 - Google Patents
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Description
半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタは、非晶質シリコンを用いたトランジス
タ(たとえば、特許文献1)と比較して、電界効果移動度を高くできる、オフ電流を低く
できる等の多くの利点がある。特許文献2にはこのような酸化物半導体の性質を利用した
トランジスタが開示されている。
では、酸化物半導体膜への水素原子の混入が特性に悪影響を与えることが知られている。
酸化物半導体を用いたトランジスタに対する水素原子の悪影響は、非晶質シリコンを用い
たトランジスタに対して水素原子が好影響を与えるのと対照的であり、かつ深刻である。
、第一に大気中に大量に存在する水が挙げられる。そのため酸化物半導体を用いた半導体
装置への、水の混入を低減することが要求されている。
る物質、特に水を低減することを目的の一とする。
ン膜等ともいう)を設けた半導体装置とする方法がある。保護膜の材料としては、酸化ア
ルミニウム膜、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜などが挙げら
れる。
などの性質のため、トランジスタの特性に問題が生じる懸念がある。また半導体装置の製
造過程においては、酸化アルミニウム膜はスパッタリング法により形成されるため、CV
D法で形成可能な膜と比較して生産性が低いという短所があった。
しかし膜中に多量の水素原子を含む、固定電荷が多い、誘電率が高い、内部応力が大きい
、などの性質を有している。特に膜中の水素原子は酸化物半導体を用いたトランジスタに
悪影響を与えるため、酸化物半導体を用いたトランジスタの周囲に設ける膜としては好ま
しくない。
晶質シリコンを用いた半導体装置に長らく用いられてきたため成膜方法が確立され、固定
電荷が少ない膜を形成できるなどの長所がある。また、膜中の水素原子は窒化シリコン膜
および窒化酸化シリコン膜と比較して少ない。しかし、従来の酸化窒化シリコン膜は、水
の混入を防ぐ効果が低く、水を含む雰囲気下で膨潤してしまうという短所があった。
も水の混入を防ぐ効果が高く、膨潤が小さく、保護膜として好ましいことが明らかとなっ
た。これは従来、保護膜は誘電率を低くするため多孔質な膜質がよいとされてきたことと
対照的であった。
物半導体を用いた半導体装置への水の混入を防ぐことに着目した。
物半導体膜の間のゲート絶縁膜と、酸化物半導体膜と接するソース電極およびドレイン電
極と、を有するトランジスタと、トランジスタ上の酸化シリコン膜と、酸化シリコン膜上
の酸化窒化シリコン膜と、を有し、酸化窒化シリコン膜の密度が2.32g/cm3以上
である、半導体装置である。
酸化物半導体膜の間のゲート絶縁膜と、酸化物半導体膜と接するソース電極およびドレイ
ン電極と、を有するトランジスタと、トランジスタ上の酸化シリコン膜と、酸化シリコン
膜上の酸化窒化シリコン膜と、を有し、酸化窒化シリコン膜は、温度130℃、相対湿度
100%、12時間の試験後の膨潤率が4体積%以下である、半導体装置である。
と、酸化シリコン膜上の酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜上のゲート電極と、酸化物半
導体膜とゲート電極の間のゲート絶縁膜と、酸化物半導体膜と接するソース電極およびド
レイン電極と、を有するトランジスタと、を有し、酸化窒化シリコン膜の密度が2.32
g/cm3以上である、半導体装置である。
と、酸化シリコン膜上の酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜上のゲート電極と、酸化物半
導体膜とゲート電極の間のゲート絶縁膜と、酸化物半導体膜と接するソース電極およびド
レイン電極と、を有するトランジスタと、を有し、酸化窒化シリコン膜は、温度130℃
、相対湿度100%、試験時間12時間のプレッシャークッカー試験後の膨潤率が4体積
%以下である、半導体装置である。
トレッチングモードのSi−O−Si結合のピークが1056cm−1以上に現れるもの
でもよい。
物質、特に水を低減することが可能となる。
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。従って、本発明は以下
に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必
ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。
同を避けるために付すものであり、数的に限定するものではないことを付記する。
定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり、
その逆もまた同様である。さらに、「電極」や「配線」の用語は、複数の「電極」や「配
線」が一体となって形成されている場合なども含む。
と、シリコンと、を成分として含有し、且つ、酸素の含有量が窒素の含有量よりも多い膜
である。また、窒化酸化シリコン膜とは、その組成において、窒素と、酸素と、シリコン
と、を成分として含有し、且つ、窒素の含有量が酸素の含有量よりも多い膜である。また
、酸化シリコン膜とは、酸素と、シリコンと、を成分として含有した膜である。
子%以上15原子%以下、シリコンが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膜である。また、窒化酸化シリコン膜は、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、シリコンが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膜である。
また、酸化シリコン膜は、酸素が50原子%以上70原子%以下、窒素が0原子%以上0
.5原子%以下、シリコンが25原子%以上35原子%以下、水素が0原子%以上5原子
%以下、Arが0原子%以上5原子%以下の範囲で含まれる膜である。
pectrometry、ラザフォード後方散乱法)や、HFS(Hydrogen F
orward Scattering、水素前方散乱法)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。
、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
、本明細書等においては、「ソース」や「ドレイン」の用語は、入れ替えて用いることが
できるものとする。
本実施の形態では、本発明の一態様である半導体装置の一例について、図1および図2を
用いて説明する。
絶縁表面を有する基板100上のゲート電極102と、ゲート電極102上の酸化物半導
体膜106と、ゲート電極102と酸化物半導体膜106の間のゲート絶縁膜104と、
酸化物半導体膜106と接するソース電極またはドレイン電極108a、およびドレイン
電極またはソース電極108bを有する。また、トランジスタ200上には、保護膜が設
けられている。より具体的には、酸化物半導体膜106に接して第1の保護膜110が設
けられ、第1の保護膜110上に第2の保護膜112が設けられている。
112に、密度の高い酸化窒化シリコン膜を用いる。具体的には密度が2.32g/cm
3以上、好ましくは2.36g/cm3以上の酸化窒化シリコン膜を用いる。
ぐ効果が高く、膨潤が少ない膜とすることができる。具体的には、密度の高い酸化窒化シ
リコン膜を用いることで、加速試験の一種であるPCT(Pressure Cooke
r Test、プレッシャークッカー試験)またはHAST(Highly Accel
erated Stress Test、高加速ストレス試験)を行ったとき、試験後の
膨潤率が4体積%以下、好ましくは2体積%以下の膜とすることができる。
こととする。
PCT:温度130℃、相対湿度100%、試験時間12時間
HAST:温度130℃、相対湿度85%、試験時間12時間
エリプソメータにより膜厚を測定し、下記の数式1を用いて求めた値とする。
)
EM(透過型電子顕微鏡)等により測定してもよい。
を有する半導体装置への水の混入を低減することができる。そのため、酸化物半導体膜1
06への水素原子の混入を低減し、トランジスタ200の特性の変動を抑制することがで
きる。
膜110および第2の保護膜112)を有している。このように保護膜を積層して設ける
場合、密度の高い酸化窒化シリコン膜をトランジスタから見て外側、すなわち第2の保護
膜112に用いることで、半導体装置に水の混入を防ぐ効果を高めることができる。
熱により酸素を放出する絶縁膜であることが好ましい。酸化物半導体膜106と、熱が与
えられることにより酸素を放出する絶縁膜とを接して設けることにより、後述する加熱処
理の際に、絶縁膜から酸素を放出し酸化物半導体に拡散(又は供給)させることができる
。これにより、酸化物半導体の酸素欠損密度を低減することができる。また絶縁膜と酸化
物半導体の界面準位密度を低減することができる。この結果、トランジスタの動作などに
起因して生じうる電荷などが、絶縁膜及び酸化物半導体の界面に捕獲されることを抑制す
ることができる。これにより、例えばトランジスタ200がnチャネル型トランジスタの
とき、しきい値電圧がマイナス方向へシフトすることを抑制することができる。
りやすい傾向がある。しかしながら、第1の保護膜110を酸化物半導体膜106に接し
て設けることで、酸素欠損密度を低減し、ノーマリオフ型のトランジスタとすることが容
易となる。
も多くの酸素を含む絶縁膜を用いることが好ましい。材料としては、酸化シリコン、酸化
窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリ
ウム、酸化ハフニウム、酸化イットリウム等を用いることができる。
ることとする。
層して設けることで、電気的特性の安定した、ノーマリオフ型のトランジスタとすること
が容易となる。
たは亜鉛(Zn)を含むことが好ましい。特にInおよびZnを含むことが好ましい。ま
た、それらに加えて、酸素を強く結びつけるスタビライザーを有することが好ましい。ス
タビライザーとしては、ガリウム(Ga)、スズ(Sn)、ハフニウム(Hf)およびア
ルミニウム(Al)の少なくともいずれかを有すればよい。
Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム
(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホル
ミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、ル
テチウム(Lu)のいずれか一種または複数種を有してもよい。
化物であるIn−Ga−Zn系酸化物、In−Sn−Zn系酸化物、In−Al−Zn系
酸化物、Sn−Ga−Zn系酸化物、Al−Ga−Zn系酸化物、Sn−Al−Zn系酸
化物や、In−Hf−Zn系酸化物、In−La−Zn系酸化物、In−Ce−Zn系酸
化物、In−Pr−Zn系酸化物、In−Nd−Zn系酸化物、In−Sm−Zn系酸化
物、In−Eu−Zn系酸化物、In−Gd−Zn系酸化物、In−Tb−Zn系酸化物
、In−Dy−Zn系酸化物、In−Ho−Zn系酸化物、In−Er−Zn系酸化物、
In−Tm−Zn系酸化物、In−Yb−Zn系酸化物、In−Lu−Zn系酸化物や、
二元系金属の酸化物であるIn−Zn系酸化物、Sn−Zn系酸化物、Al−Zn系酸化
物、Zn−Mg系酸化物、Sn−Mg系酸化物、In−Mg系酸化物や、In−Ga系の
材料、一元系金属の酸化物であるIn系酸化物、Sn系酸化物、Zn系酸化物などを用い
ることができる。
として有する酸化物という意味であり、In、GaおよびZnの比率は問わない。
てもよい。なお、Mは、Ga、Fe、Mn及びCoから選ばれた一の金属元素または複数
の金属元素を示す。また、酸化物半導体として、In2SnO5(ZnO)n(n>0)
で表記される材料を用いてもよい。
a:Zn=2:2:1の原子数比のIn−Ga−Zn系酸化物やその組成の近傍の酸化物
を用いることができる。または、In:Sn:Zn=1:1:1、In:Sn:Zn=2
:1:3またはIn:Sn:Zn=2:1:5の原子数比のIn−Sn−Zn系酸化物や
その組成の近傍の酸化物を用いるとよい。
c=1)である酸化物の組成が、原子数比がIn:Ga:Zn=A:B:C(A+B+C
=1)の酸化物の組成の近傍であるとは、a、b、cが、
(a―A)2+(b―B)2+(c―C)2≦r2
を満たすことをいい、rは、例えば、0.05とすればよい。他の酸化物でも同様である
。
応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とする電気特性を得るために、キャ
リア濃度や不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間距離、密度等を適
切なものとすることが好ましい。
ことにより、オフ電流(ここでは、オフ状態のとき、たとえばソース電位を基準としたと
きのゲート電位との電位差がしきい値電圧以下のときのドレイン電流とする)を十分に低
くすることが可能である。例えば、加熱成膜により酸化物半導体にとって悪性の不純物で
ある水素や水酸基を膜中に含ませないようにし、または成膜後の加熱により膜中から除去
し、高純度化を図ることができる。高純度化されることにより、チャネル形成領域にIn
−Ga−Zn系酸化物を用いたトランジスタで、チャネル長が10μm、半導体膜の膜厚
が30nm、ドレイン電圧が1V〜10V程度の範囲である場合、オフ電流を、1×10
−13A以下とすることが可能である。またチャネル幅あたりのオフ電流(オフ電流をト
ランジスタのチャネル幅で除した値)を1×10−23A/μm(10yA/μm)から
1×10−22A/μm(100yA/μm)程度とすることが可能である。
よく、非晶質中に結晶性領域を含むなど、完全な非晶質でなくてもよい。
stalline Oxide Semiconductor)膜とすることが好ましい
。
OS膜は、結晶部およびアモルファス部を有する結晶−アモルファス混相構造の酸化物半
導体膜である。なお、当該結晶部は、一辺が100nm未満の立方体内に収まる大きさで
あることが多い。また、透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Ele
ctron Microscope)による観察像では、CAAC−OS膜に含まれるア
モルファス部と結晶部との境界は明確ではない。また、TEMによってCAAC−OS膜
には粒界(グレインバウンダリーともいう)は確認できない。そのため、CAAC−OS
膜は、粒界に起因する電子移動度の低下が抑制される。
ルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向に揃い、且つab面に垂直な方向から見て三角
形状または六角形状の原子配列を有し、c軸に垂直な方向から見て金属原子が層状または
金属原子と酸素原子とが層状に配列している。なお、異なる結晶部間で、それぞれa軸お
よびb軸の向きが異なっていてもよい。本明細書において、単に垂直と記載する場合、8
5°以上95°以下の範囲も含まれることとする。また、単に平行と記載する場合、−5
°以上5°以下の範囲も含まれることとする。
C−OS膜の形成過程において、酸化物半導体膜の表面側から結晶成長させる場合、被形
成面の近傍に対し表面の近傍では結晶部の占める割合が高くなることがある。また、CA
AC−OS膜へ不純物を添加することにより、当該不純物添加領域において結晶部がアモ
ルファス化することもある。
ルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向に揃うため、CAAC−OS膜の形状(被形成
面の断面形状または表面の断面形状)によっては互いに異なる方向を向くことがある。な
お、結晶部のc軸の方向は、CAAC−OS膜が形成されたときの被形成面の法線ベクト
ルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向となる。結晶部は、成膜することにより、また
は成膜後に加熱処理などの結晶化処理を行うことにより形成される。
比の酸化物半導体を用いることとする。
処理に耐えうる程度の耐熱性を有している必要がある。例えば、ガラス基板、セラミック
基板、石英基板、サファイア基板などを、基板100として用いてもよい。また、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、窒化ガリウ
ムなどの化合物半導体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。また図2(A)のように、これ
らの基板上に絶縁膜101が形成されたものを用いてもよい。
ソース電極108bの材料としては、アルミニウムや銅、チタン、タンタル、タングステ
ン等の金属材料を用いることができる。またこれらの材料を2層以上積層して用いてもよ
い。たとえば図2(B)に示すように、導電膜108a1、導電膜108a2、および導
電膜108a3を積層したソース電極またはドレイン電極108a、ならびに導電膜10
8b1、導電膜108b2、および導電膜108b3を積層したドレイン電極またはソー
ス電極108bとしてもよい。
様の材料を用いることができる。また、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜などを用い
てもよい。
、絶縁膜104aおよび絶縁膜104bを積層したゲート絶縁膜104としてもよい。積
層して用いる場合は、酸化物半導体膜106と接する絶縁膜104bに、加熱により酸素
を放出する絶縁膜、たとえば化学量論比を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化シリコ
ン膜を用いることが好ましい。また絶縁膜104bの下の絶縁膜104aには、被覆性の
よい膜、たとえば酸化窒化シリコン膜を用いることが好ましい。
膜114aを設けてもよい。チャネルストップ膜114aを設けることで、作製工程にお
ける酸化物半導体膜106の汚染を低減し、トランジスタ200の特性を向上させること
ができる。また、図2(E)に示すように、チャネルストップ膜114a、114b、1
14cを設けてもよい。図2(E)の構成では酸化物半導体膜106の端部がチャネルス
トップ膜114b、114cにより覆われているため、酸化物半導体膜106の汚染をさ
らに低減することができ、よりトランジスタ200の特性を向上させることができる。チ
ャネルストップ膜114a、114b、114cの材料としては、ゲート絶縁膜104と
同様の材料を用いることができる。
徴を組み合わせて用いてもよい。
ジスタ200上に第1の保護膜110および第2の保護膜112を有する半導体装置の構
成について説明したが、これに限らない。半導体装置の構成要素の積層順を逆にしても同
様の効果が得られる。たとえばスタガ型(トップゲート型)のトランジスタを有する半導
体装置の場合は、トランジスタの下に第2の保護膜112および第1の保護膜110を有
する構成とすることができる。
2に用いることで、半導体装置に水の混入を防ぐ効果を高めることができる。
酸素を放出する絶縁膜を適用することで、酸素欠損密度を低減し、ノーマリオフ型のトラ
ンジスタとすることが容易となる。
に、第1の保護膜110および第2の保護膜112を積層して設けることで、電気的特性
の安定した、ノーマリオフ型のトランジスタとすることが容易となる。
の保護膜112上に第1の保護膜110を設け、第1の保護膜110上にスタガ型のトラ
ンジスタ200を設けた半導体装置としてもよい。トランジスタ200は、第1の保護膜
110と接する酸化物半導体膜106と、酸化物半導体膜106と接するソース電極また
はドレイン電極108a、およびドレイン電極またはソース電極108bと、酸化物半導
体膜106上のゲート電極102と、酸化物半導体膜106とゲート電極102の間に設
けられたゲート絶縁膜104を有する。
、およびドレイン電極またはソース電極108bが重畳しない構成としてもよい。このよ
うな構成とすることで、トランジスタ200の寄生容量を低減することができる。このと
き酸化物半導体膜106は、ゲート電極102と重畳しない領域に一対の不純物領域10
6bを有していることが好ましい。一対の不純物領域106bは、LDD(Lightl
y Doped Drain)領域として機能させることができ、トランジスタ200の
特性の劣化を抑制できる。
ゴン、金属等を用いることができる。
半導体膜106と、ソース電極またはドレイン電極108a、およびドレイン電極または
ソース電極108bが接する構成としてもよい。
極108a、およびドレイン電極またはソース電極108bが接する構成としてもよい。
また第1の保護膜110は、トランジスタ200の酸化物半導体膜106のうちチャネル
形成領域に接していればよい。そのため第1の保護膜110は、図3(D)のように、ソ
ース電極またはドレイン電極108a、およびドレイン電極またはソース電極108bと
重畳していなくてもよい。
次に、図1に示すトランジスタ200を有する半導体装置の作製方法について、図4およ
び図5を用いて説明する。
ングなどにより加工することでゲート電極102を形成する(図4(A)参照)。基板1
00およびゲート電極102に用いる材料については図1についての記載を参酌すること
ができる。
絶縁膜104に用いる材料については図1についての記載を参酌することができる。
スパッタリング法等を用いることができる。
とができる。酸化窒化シリコン膜は、例えばシラン(SiH4)、亜酸化窒素(N2O)
、アンモニア(NH3)、窒素(N2)等のガスを用いて形成することができる。
とが好ましい。例えば、組成がSiOx(x>0)で表現される酸化シリコン膜の場合、
酸化シリコンの化学量論比はSi:O=1:2であるので、xが2を超える酸素過剰領域
を有する酸化シリコン膜を用いることが好ましい。このような酸素過剰領域は、酸化シリ
コン膜の一部(界面も含む)に存在していればよい。
の含有量が過剰な領域を有していると、酸化物半導体膜106からこれと接するゲート絶
縁膜104への酸素の移動を抑制することができ、かつ、酸化物半導体膜106と接する
ゲート絶縁膜104から酸化物半導体膜106への酸素の供給を行うこともできるためで
ある。
めの加熱処理を行ってもよい。
熱輻射によって、被処理物を加熱する装置を用いることができる。例えば、LRTA(L
amp Rapid Thermal Anneal)装置、GRTA(Gas Rap
id 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。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。
した後、当該不活性ガス雰囲気から被処理物を取り出すGRTA処理を行ってもよい。G
RTA処理を用いると短時間での高温熱処理が可能となる。また、被処理物の耐熱温度を
超える温度条件であっても適用が可能となる。なお、処理中に不活性ガスを、酸素を含む
ガスに切り替えても良い。酸素を含む雰囲気において加熱処理を行うことで、膜中の欠陥
密度を低減することができる。
)を主成分とする雰囲気であって、水分、水素などが含まれない雰囲気を適用するのが望
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、アルゴン等の希ガス
の純度を、6N(99.9999%)以上、好ましくは7N(99.99999%)以上
(すなわち、不純物濃度が1ppm以下、好ましくは0.1ppm以下)とする。
時間が長いと大幅に収縮するため、200℃以上450℃以下、さらに好ましくは、25
0℃以上350℃以下である。
ことができる。また、当該加熱処理により、膜中の欠陥密度を低減することができる。ゲ
ート絶縁膜104は、膜中の不純物、または膜中の欠陥密度が低減することにより、トラ
ンジスタの信頼性が向上する。例えば、半導体装置の信頼性試験の一つである光負バイア
スストレス試験におけるトランジスタの劣化を抑制させることができる。
を、脱水化処理や、脱水素化処理などと呼ぶこともできる。また、このような脱水化処理
、脱水素化処理は、一回に限らず複数回行っても良い。
成する(図4(C)参照)。
化物半導体膜の形成方法としては、スパッタリング法、蒸着法、CVD法、PLD(Pu
lse Laser Deposition)法、ALD(Atomic Layer
Deposition)法またはMBE(Molecular Beam Epitax
y)法などを用いることができる。
00℃以下、好ましくは150℃以上550℃以下、さらに好ましくは200℃以上50
0℃以下とし、酸素ガス雰囲気で成膜する。酸化物半導体膜の厚さは、1nm以上50n
m以下、好ましくは3nm以上30nm以下とする。成膜時の基板加熱温度が高いほど、
得られる酸化物半導体膜の不純物濃度は低くなる。また、酸化物半導体膜中の原子配列が
整い、高密度化され、多結晶酸化物半導体膜またはCAAC−OS膜が形成されやすくな
る。さらに、酸素ガス雰囲気で成膜することでも、希ガスなどの余分な原子が含まれない
ため、多結晶酸化物半導体膜またはCAAC−OS膜が形成されやすくなる。ただし、酸
素ガスと希ガスの混合雰囲気としてもよく、その場合は酸素ガスの割合は30原子%以上
、好ましくは50原子%以上、さらに好ましくは80原子%以上とする。なお、酸化物半
導体膜は薄いほど、トランジスタの短チャネル効果が低減される。ただし、薄くしすぎる
と界面散乱の影響が強くなり、電界効果移動度の低下が起こることがある。
ましくは、原子数比がIn:Ga:Zn=1:1:1、4:2:3、3:1:2、1:1
:2、2:1:3、または3:1:4で示されるIn−Ga−Znターゲットを用いる。
また加熱処理によってターゲットにおけるZnの原子数比よりも、成膜した酸化物半導体
におけるZnの原子数比が小さくなる場合がある。そのため、所望の原子数比より、Zn
の原子数比を大きくしたターゲットを用いてもよい。前述の原子数比を有するIn−Ga
−Znターゲットを用いて酸化物半導体を成膜することで、多結晶酸化物半導体膜または
CAAC−OS膜が形成されやすくなる。
、好ましくは、原子数比がIn:Sn:Zn=1:1:1、2:1:3、1:2:2、ま
たは20:45:35で示されるIn−Sn−Znターゲットを用いる。また所望の原子
数比より、Znの原子数比を大きくしたターゲットを用いてもよい。前述の原子数比を有
するIn−Sn−Znターゲットを用いて酸化物半導体を成膜することで、多結晶酸化物
半導体膜またはCAAC−OS膜が形成されやすくなる。
い。
によって成膜することが好ましい。
リング用ターゲットに含まれる結晶領域がa−b面から劈開し、a−b面に平行な面を有
する平板状またはペレット状のスパッタリング粒子として剥離することがある。この場合
、当該平板状のスパッタリング粒子が、結晶状態を維持したまま基板に到達することで、
スパッタリング用ターゲットの結晶状態が基板に転写され、CAAC−OS膜を成膜する
ことができる。
を製造するには、InOX粉末、GaOY粉末およびZnOZ粉末を所定の比率で混合し
、加圧処理後、1000℃以上1500℃以下の温度で加熱処理をすればよい。なお、X
、YおよびZは任意の正数である。他の元素を含む多結晶であるスパッタリングターゲッ
トも同様に製造することができる。
制することが好ましい。
すればよい。また、成膜ガス中の不純物濃度を低減すればよい。具体的には、露点が−8
0℃以下、好ましくは−100℃以下である成膜ガスを用いる。
レーションが起こる。具体的には、基板加熱温度を100℃以上740℃以下、好ましく
は200℃以上500℃以下として成膜する。成膜時の基板加熱温度を高めることで、平
板状のスパッタリング粒子が基板に到達した場合、基板上でマイグレーションが起こり、
平らな面が基板に付着する。
を軽減すると好ましい。成膜ガス中の酸素割合は、30体積%以上、好ましくは100体
積%とする。
化性雰囲気で行う。加熱処理により、酸化物半導体膜中の不純物濃度を低減することがで
きる。
化性雰囲気に切り替えてさらに加熱処理を行うと好ましい。これは、減圧雰囲気または不
活性雰囲気にて加熱処理を行うと、酸化物半導体中の不純物濃度を低減することができる
が、同時に酸素欠損も生じてしまうためであり、このとき生じた酸素欠損を、酸化性雰囲
気での加熱処理により低減することができる。
亜酸化窒素などであって、水、水素などが含まれないことが好ましい。例えば、加熱処理
装置に導入する酸素、オゾン、亜酸化窒素の純度を、8N(99.999999%)以上
、好ましくは9N(99.9999999%)以上とする。酸化性雰囲気は、酸化性ガス
を不活性ガスと混合して用いてもよい。その場合、酸化性ガスが少なくとも10ppm以
上含まれるものとする。
キセノン)などの不活性ガスを主成分とする雰囲気である。具体的には、酸化性ガスなど
の反応性ガスが10ppm未満とする。
純物準位を極めて小さくすることが可能となる。
体膜とすることができる。加熱処理は、例えば200℃以上基板の歪み点未満で行えばよ
い。好ましくは、250℃以上450℃以下とする。酸化性雰囲気、不活性雰囲気または
減圧雰囲気(10Pa以下)で行うことが好ましい。処理時間は3分〜24時間とする。
処理時間を長くするほど非晶質領域に対して結晶領域の割合の多い酸化物半導体膜を形成
することができるが、24時間を超える加熱処理は生産性の低下を招くため好ましくない
。
とができる。
ドレイン電極108a、およびドレイン電極またはソース電極108bを形成する(図4
(D)参照)。
の材料および形成方法については、図1の記載およびゲート電極102についての記載を
参酌することができる。
電極またはソース電極108b上に、第1の保護膜110を形成する(図5(A)参照)
。
る。第1の保護膜110は、PECVD法やスパッタリング法等により形成することがで
きる。特に、スパッタリング法を用いると、化学量論比を満たす酸素よりも多くの酸素を
含む絶縁膜を形成することができるため好ましい。
る。第2の保護膜112は、PECVD法やスパッタリング法により形成することができ
る。特にCVD法を用いると、高密度な酸化窒化シリコン膜を、生産性よく形成すること
ができ好ましい。第2の保護膜112の厚さは、十分に水の混入を低減し、かつ生産性よ
く形成するため、500nm以上700nm以下が好ましい。
を0.01以下とすることで、高密度な酸化窒化シリコン膜とすることができる。また、
SiH4/N2Oは0.0066以上であると、生産性が高いため好ましい。また、電力
を高めることでも高密度な酸化窒化シリコン膜とすることができる。たとえば電力100
0Wで行うことで、SiH4/N2Oが0.01以上の場合でも高密度な酸化窒化シリコ
ン膜を形成することができる。
少ないトランジスタ200を有する半導体装置を作製することができる。
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形成することができる。
シール材305が設けられ、第2の基板306によって封止されている。図6(A)にお
いては、第1の基板301上のシール材305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または多結晶半導体膜で形成された走査線駆
動回路304、信号線駆動回路303が実装されている。また、別途形成された信号線駆
動回路303と、走査線駆動回路304または画素部302に与えられる各種信号および
電位は、FPC(Flexible printed circuit)318a、FP
C318bから供給されている。
査線駆動回路304とを囲むようにして、シール材305が設けられている。また、画素
部302と、走査線駆動回路304の上に第2の基板306が設けられている。よって、
画素部302と、走査線駆動回路304とは、第1の基板301とシール材305と第2
の基板306とによって、表示素子と共に封止されている。図6(B)、図6(C)にお
いては、第1の基板301上のシール材305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または多結晶半導体膜で形成された信号線駆
動回路303が実装されている。図6(B)、図6(C)においては、別途形成された信
号線駆動回路303と、走査線駆動回路304または画素部302に与えられる各種信号
および電位は、FPC318から供給されている。
基板301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。
ip On Glass)方法、ワイヤボンディング方法、或いはTAB(Tape A
utomated Bonding)方法などを用いることができる。図6(A)は、C
OG方法により信号線駆動回路303、走査線駆動回路304を実装する例であり、図6
(B)は、COG方法により信号線駆動回路303を実装する例であり、図6(C)は、
TAB方法により信号線駆動回路303を実装する例である。
を含むIC等を実装した状態にあるモジュールとを含む。
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。
ランジスタを複数有しており、実施の形態1で例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。
6(B)のQ−Rにおける断面図に相当する。
6を有しており、接続端子電極膜315および端子電極膜316はFPC318が有する
端子と異方性導電膜319を介して、電気的に接続されている。
16は、トランジスタ310、トランジスタ311のソース電極膜およびドレイン電極膜
と同じ導電膜で形成されている。
ンジスタを複数有しており、図7および図8では、画素部302に含まれるトランジスタ
310と、走査線駆動回路304に含まれるトランジスタ311とを例示している。図7
では、トランジスタ310、トランジスタ311上には保護膜320、保護膜324が設
けられ、図8ではさらに、絶縁膜321が設けられている。なお、絶縁膜323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。
の混入を抑えた酸化物半導体膜を有するトランジスタである。よって、トランジスタ31
0およびトランジスタ311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
。
を提供することができる。
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。
子である液晶素子313は、第1の電極膜330、第2の電極膜331、および液晶層3
08を含む。なお、液晶層308を挟持するように配向膜として機能する絶縁膜332、
絶縁膜333が設けられている。第2の電極膜331は第2の基板306側に設けられ、
第1の電極膜330と第2の電極膜331とは液晶層308を介して積層する構成となっ
ている。
08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
用いていても良い。
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。
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
するために数重量%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。酸化物半導体膜を用いるト
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膜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。
Ω・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。
ク電流等を考慮して、所定の期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。酸素過剰領域を有する酸化物
半導体膜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
。
、オフ状態における電流値(オフ電流値)を低くすることができる。よって、画像信号等
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することができるため、消費電力を抑
制する効果を奏する。
スタは、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。例えば、こ
のような高速駆動が可能なトランジスタを液晶表示装置に用いることで、画素部のスイッ
チングトランジスタと、駆動回路部に使用するドライバートランジスタを同一基板上に形
成することができる。すなわち、別途駆動回路として、シリコンウェハ等により形成され
た半導体装置を用いる必要がないため、半導体装置の部品点数を削減することができる。
また、画素部においても、高速駆動が可能な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。
lane−Switching)モード、FFS(Fringe Field Swit
ching)モード、ASM(Axially Symmetric aligned
Micro−cell)モード、OCB(Optical Compensated B
irefringence)モード、FLC(Ferroelectric Liqui
d Crystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric Liq
uid Crystal)モードなどを用いることができる。
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(Advanced Super View)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。
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、偏光基板および位相差
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。
ことができる。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)
、または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、開示する発
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。
子を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E
L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。
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。
して、基板上にトランジスタおよ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、基板側および基板とは反対
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。
53は、画素部302に設けられたトランジスタ310と電気的に接続している。なお、
発光素子353の構成は、第1の電極膜330、電界発光層352、第2の電極膜331
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353から取り出す光の方向
などに合わせて、発光素子353の構成は適宜変えることができる。
材料を用い、第1の電極膜330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。
れていてもどちらでも良い。
31および隔壁351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(Diamond Like Carbon)膜等を形成す
ることができる。また、第1の基板301、第2の基板306、およびシール材305に
よって封止された空間には充填材354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。
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。
、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。
基板の他、可撓性を有する基板も用いることができ、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
−Reinforced 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。
化シリコンを用いる。保護膜320、保護膜324はスパッタリング法やプラズマCVD
法によって形成することができる。
2g/cm3以上、さらに好ましくは2.36g/cm3以上であると好ましい。そうす
ることにより、水素、水分などの不純物、および酸素の両方に対して膜を透過させない遮
断効果(ブロック効果)が高い。
、水分などの不純物の酸化物半導体膜への混入、および酸化物半導体膜を構成する主成分
材料である酸素の酸化物半導体膜からの放出を防止する保護膜として機能する。
酸化物半導体膜へ供給する機能を有する。よって、保護膜320は酸素を多く含む酸化絶
縁膜が好ましい。
した酸化物半導体膜を有する。また、トランジスタ310、およびトランジスタ311は
、ゲート絶縁膜として、窒化酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、および金属酸化膜に
より構成されている。このようなゲート絶縁膜の構成とすることで、特性変動が抑制され
ており、電気的に安定なトランジスタとすることが可能である。
ロブテン、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。
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、絶縁膜を形成してもよ
い。
G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)印刷法
(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。
素部に設けられる基板、絶縁膜、導電膜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。
対向電極膜などともいう)においては、取り出す光の方向、電極膜が設けられる場所、お
よび電極膜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、ITO、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添
加したインジウム錫酸化物、グラフェンなどの透光性を有する導電性材料を用いることが
できる。
o)、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、また
はその合金、若しくはその金属窒化物から一つ、また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。導電性高分子としては、
いわゆるπ電子共役系導電性高分子が用いることができる。例えば、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若しくはその誘導体
などがあげられる。
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。
る半導体装置を提供することができる。
以上の酸化窒化シリコン膜を形成することにより、トランジスタを用いて表示機能を有す
る半導体装置において、大気から水分や水素が酸化物半導体膜に侵入し、拡散することを
抑制することができる。よって、トランジスタは、電気的特性変動が抑制されており、電
気的に安定である。したがって、該トランジスタを用いることで信頼性の高い半導体装置
を提供することができる。
本実施の形態では、上述の実施の形態で説明した半導体装置を電子機器に適用する場合に
ついて、図9を用いて説明する。本実施の形態では、コンピュータ、携帯電話機(携帯電
話、携帯電話装置ともいう)、携帯情報端末(携帯型ゲーム機、音響再生装置なども含む
)、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、電子ペーパー、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)などの電子機器に、上述の半導体装置を適用する
場合について説明する。
示部403、キーボード404などによって構成されている。筐体401と筐体402の
少なくとも一つの内部には、電子回路が設けられており、電子回路には、先の実施の形態
に示す半導体装置が設けられている。そのため、情報の演算、書き込みおよび読み出しが
高速で、且つ消費電力が十分に低減されたノート型のパーソナルコンピュータが実現され
る。
2を有する筐体411と、表示部414を有する筐体413と、操作ボタン415と、外
部インターフェイス416を有する。また、タブレット型端末410を操作するスタイラ
ス417などを備えている。筐体411と筐体413の少なくとも一つの内部には、電子
回路が設けられており、電子回路には、先の実施の形態に示す半導体装置が設けられてい
る。そのため、情報の演算、書き込みおよび読み出しが高速で、且つ消費電力が十分に低
減された携帯情報端末が実現される。
の2つの筐体で構成されている。筐体421および筐体423には、それぞれ表示部42
5および表示部427が設けられている。筐体421と筐体423は、軸部437により
接続されており、該軸部437を軸として開閉動作を行うことができる。また、筐体42
1は、電源431、操作キー433、スピーカー435などを備えている。筐体421、
筐体423の少なくとも一つの内部には、メモリ回路が設けられており、メモリ回路には
、先の実施の形態に示す半導体装置が設けられている。そのため、情報の書き込みおよび
読み出しが高速で、且つ消費電力が十分に低減された電子書籍が実現される。
る。さらに、筐体440と筐体441は、スライドし、図9(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。また、
筐体441は、表示パネル442、スピーカー443、マイクロフォン444、操作キー
445、ポインティングデバイス446、カメラ用レンズ447、外部接続端子448な
どを備えている。また、筐体440は、携帯電話機の充電を行う太陽電池セル449、外
部メモリスロット450などを備えている。また、アンテナは、筐体441に内蔵されて
いる。筐体440と筐体441の少なくとも一つの内部には、電子回路が設けられており
、電子回路には、先の実施の形態に示す半導体装置が設けられている。そのため、情報の
演算、書き込みおよび読み出しが高速で、且つ消費電力が十分に低減された携帯電話機が
実現される。
スイッチ464、表示部465、バッテリー466などによって構成されている。本体4
61内部には、電子回路が設けられており、電子回路には、先の実施の形態に示す半導体
装置が設けられている。そのため、情報の演算、書き込みおよび読み出しが高速で、且つ
消費電力が十分に低減されたデジタルカメラが実現される。
75などで構成されている。テレビジョン装置470の操作は、筐体471が備えるスイ
ッチや、リモコン操作機480により行うことができる。筐体471およびリモコン操作
機480の内部には、電子回路が設けられており、電子回路には、先の実施の形態に示す
半導体装置が搭載されている。そのため、情報の演算、書き込みおよび読み出しが高速で
、且つ消費電力が十分に低減されたテレビジョン装置が実現される。
載されている。このため、消費電力を低減した電子機器が実現される。
化窒化シリコン膜の評価を行った結果を示す。また、該酸化窒化シリコン膜を保護膜に用
いたトランジスタを作製し、該トランジスタの評価を行った結果を示す。
化シリコン膜の膨潤率を測定した結果を、図10および図11を用いて説明する。
素(N2O)を用いて各種の酸化窒化シリコン膜を形成した。主にシラン/亜酸化窒素の
流量比(SiH4/N2O)と電力の条件を変更した。
Tを行い、その前後で膜厚を測定して膨潤率を計算した。
PCT:温度130℃、相対湿度100%、試験時間12時間
HAST:温度130℃、相対湿度85%、試験時間12時間
三角形のマーカーは成膜時の電力が150Wのサンプル、四角形のマーカーは同1000
Wのサンプルである。電力が1000Wのサンプルの方が、150Wのサンプルよりも密
度が高かった。また電力が同じ場合、SiH4/N2Oが小さいほど密度が高い傾向が見
られた。
15サンプルから求めた近似直線であり、相関関数R2=0.801である。なお、この
近似直線と相関関数は、膨潤率が7体積%を超え異常値と考えられる1点501を除いて
求めた。このように密度と膨潤率には強い相関関係があり、密度が高くなるほど膨潤率が
低くなる傾向があった。
膜が高密度となることが明らかとなった。また、酸化窒化シリコン膜が高密度であるほど
、膨潤率が低下することが明らかとなった。
ーリエ変換型赤外分光法)により赤外吸収スペクトルを測定した結果と、HAST後の膨
潤率と、シラン/亜酸化窒素の流量比(SiH4/N2O)について、図12および図1
3を用いて説明する。
の結果を表2に示す。
)を220℃とし、シラン/亜酸化窒素流量比を変更して形成した各種サンプルの、FT
−IRによる赤外吸収スペクトルを示す。横軸に波数、縦軸に吸光度を示す。シラン/亜
酸化窒素流量比の変更は、具体的には全てのサンプルでN2Oを9000sccmとし、
SiH4流量を変更することにより行った。図12(A)において、曲線511はSiH
4/N2Oが0.02のサンプル、曲線512はSiH4/N2Oが0.016のサンプ
ル、曲線513はSiH4/N2Oが0.013のサンプル、曲線514はSiH4/N
2Oが0.01のサンプル、曲線515はSiH4/N2Oが0.0066のサンプル、
曲線516はSiH4/N2Oが0.0033のサンプルの赤外吸収スペクトルを示す。
複数のモードがあることが知られている。1つはストレッチングモードである。この場合
、酸素原子の動きはSi−O−Si結合面内で、Si原子とSi原子を結んだ線に平行で
ある。ストレッチングモードのSi−O−Si結合は、1050cm−1付近に吸収を有
する。この目安として、1060cm−1を図12(A)中に点線で示す。
面内で、Si−O−Si結合角の二等分線上の方向である。ベンディングモードのSi−
O−Si結合は、800cm−1付近に吸収を有する。他のもう1つはロッキングモード
である。この場合、酸素原子の動きはSi−O−Si結合面の外の方向である。ロッキン
グモードのSi−O−Si結合は、450cm−1付近に吸収を有する。
ドのSi−O−Si結合のピーク波数(極大吸収波数)の関係を示す。横軸はSiH4/
N2O、縦軸はピーク波数である。
グモードのSi−O−Si結合のピークが現れる波数が大きくなった。また、SiH4/
N2Oが0.01以下のとき、ピークは1056cm−1以上であった。さらにSiH4
/N2Oが0.013以上のとき、ピークは1052cm−1以下であった。なお、Si
H4/N2Oが0.003の場合のピークは1056cm−1、SiH4/N2Oが0.
007の場合のピークは1063cm−1、SiH4/N2Oが0.01の場合のピーク
は1066cm−1、SiH4/N2Oが0.013の場合のピークは1052cm−1
、SiH4/N2Oが0.017の場合のピークは1046cm−1、SiH4/N2O
が0.02の場合、ピークは1042cm−1であった。
i結合のSi原子とO原子の結合距離が短いことを意味する。つまり、ストレッチングモ
ードのSi−O−Si結合のピーク波数が大きい酸化窒化シリコン膜は、密度が高い膜で
あると言える。
2(C)に示す。横軸はSiH4/N2O、縦軸は膨潤率である。
1以下の場合、膨潤率は3.9体積%以下であった。
化窒化シリコン膜を形成した各種サンプルの、FT−IRによる赤外吸収スペクトルを示
す。図13(A)において、曲線521はSiH4/N2Oが0.02のサンプル、曲線
522はSiH4/N2Oが0.016のサンプル、曲線523はSiH4/N2Oが0
.013のサンプル、曲線524はSiH4/N2Oが0.01のサンプル、曲線525
はSiH4/N2Oが0.0066のサンプル、曲線526はSiH4/N2Oが0.0
033のサンプルの赤外吸収スペクトルを示す。
ドのSi−O−Si結合のピーク波数の関係を示す。
現れる波数が大きくなった。また、SiH4/N2Oが0.01以下のとき、ピークは1
057cm−1以上であった。さらにSiH4/N2Oが0.013以上のとき、ピーク
は1055cm−1以下であった。なお、SiH4/N2Oが0.003の場合のピーク
は1064cm−1、SiH4/N2Oが0.007の場合のピークは1059cm−1
、SiH4/N2Oが0.01の場合のピークは1057cm−1、SiH4/N2Oが
0.013の場合のピークは1055cm−1、SiH4/N2Oが0.017の場合の
ピークは1051cm−1、SiH4/N2Oが0.02の場合、ピークは1051cm
−1であった。
うピーク波数の変動は少なかった。たとえばSiH4/N2Oが0.0066以上0.0
2以下のサンプルのピークは全て、1051cm−1以上1059cm−1以下に現れた
。
3(C)に示す。
合、電力が150Wの場合よりも1000Wの場合の方が膨潤率は小さかった。たとえば
SiH4/N2Oが0.013以下の場合、膨潤率は1体積%以下であった。
た。また、成膜時の電力を1000Wとした場合、SiH4/N2Oが小さいほど、スト
レッチングモードのSi−O−Si結合のピーク波数は大きくなることが明らかとなった
。
動について測定した結果を、図14乃至図18を用いて説明する。
す。基板100としてはガラス基板を用い、ゲート電極102としてはタングステン膜(
厚さ100nm)を用いた。ゲート絶縁膜104としては高密度プラズマCVDで形成し
た酸化シリコン膜を用いた。また酸化物半導体膜106としては、In:Ga:Zn=1
:1:1(原子数比)の酸化物半導体を用いた。ソース電極またはドレイン電極108a
としては、導電膜108a3としてチタン膜(厚さ100nm)、導電膜108a2とし
てアルミニウム膜(厚さ400nm)、導電膜108a1としてチタン膜(厚さ100n
m)を積膜したものを用いた。ドレイン電極またはソース電極108bについても同様に
、チタン膜、アルミニウム膜、チタン膜を積膜したものを用いた。チャネル長Lを6μm
、チャネル幅Wを3μmとした。第1の保護膜110としては、スパッタリング法により
形成した酸化シリコン膜(厚さ400nm)を用いた。
の酸化窒化シリコン膜(厚さ600nm)を用いた。
性の変動を測定した。PCTの条件は実施例1と同様とした。
い値電圧及びシフト値の変化量は、トランジスタの特性の変動を調べるための重要な指標
となる。PCT前後において、しきい値電圧(Vth[V])及びシフト値(Shift
[V])の変化量が少ないほどトランジスタの特性の変動が少なく、信頼性が高い。
ン電流の平方根(√Id[A])を縦軸としてプロットした曲線250において、最大傾
きである√Idの接線251を外挿したときの、接線251とVg軸(即ち、√Idが0
A)との交点のゲート電圧で定義する(図15(A)参照)。なお、本明細書中において
は、ドレイン電圧Vdを10Vとして、しきい値電圧を算出した。
流(Id[A])の対数を縦軸にプロットした曲線260において、最大傾きであるId
の接線261を外挿したときの直線Id=1.0×10−12[A]との交点のゲート電
圧で定義する(図15(B)参照)。なお、本明細書中においては、ドレイン電圧Vdを
10Vとして、シフト値を算出した。
/9000sccmとして各種の酸化窒化シリコン膜を形成し、第2の保護膜112に用
いたトランジスタの測定結果を示す。横軸に電力、縦軸にしきい値電圧の変化量ΔVth
およびシフト値の変化量ΔShiftを示す。4サンプルについてそれぞれΔVthとΔ
Shiftを示す。
が明らかとなった。電力が1000W以上のサンプルは、ΔVthおよびΔShiftが
小さく、一部は棒グラフとして表せないほどである。なお、電力1000WのときのΔV
thおよびΔShiftは、サンプル1のΔVthが−0.12、サンプル1のΔShi
ftが0.01、サンプル2のΔVthが−0.57、サンプル2のΔShiftが−0
.09、サンプル3のΔVthが−0.12、サンプル3のΔShiftが−0.02、
サンプル4のΔVthが−0.04、サンプル4のΔShiftが0.22であった。ま
た電力1500WのときのΔVthおよびΔShiftは、サンプル1のΔVthが−0
.08、サンプル1のΔShiftが−0.19、サンプル2のΔVthが−0.09、
サンプル2のΔShiftが−0.22、サンプル3のΔVthが−0.05、サンプル
3のΔShiftが−0.19、サンプル4のΔVthが−0.04、サンプル4のΔS
hiftが−0.14であった。
ン膜を形成し、第2の保護膜112としたトランジスタの測定結果を示す。横軸にSiH
4/N2O、縦軸にΔVthおよびΔShiftを示す。サンプル数n=4とした。なお
、SiH4/N2Oの変更は、N2O流量を9000sccmとし、SiH4流量を変更
することにより行った。
とが明らかとなった。電力を150W、SiH4/N2Oが0.003であるサンプルは
、ΔVthおよびΔShiftが非常に小さく、一部は棒グラフとして表せないほどであ
る。なお、SiH4/N2Oが0.003のときのΔVthおよびΔShiftは、サン
プル1のΔVthが−0.07、サンプル1のΔShiftが0.01、サンプル2のΔ
Vthが−0.1、サンプル2のΔShiftが−0.1、サンプル3のΔVthが−0
.05、サンプル3のΔShiftが−0.02、サンプル4のΔVthが−0.01、
サンプル4のΔShiftが−0.01であった。また図17および図18の結果から、
150Wよりも1000Wの方がΔVthとΔShiftが少ないことが明らかとなった
。電力を1000Wとしたサンプルは、ΔVthおよびΔShiftが非常に小さく、一
部は棒グラフとして表せないほどである。なお、SiH4/N2Oが0.007のときの
ΔVthおよびΔShiftは、サンプル1のΔVthが−0.08、サンプル1のΔS
hiftが−0.16、サンプル2のΔVthが−3.18、サンプル2のΔShift
が−3.32、サンプル3のΔVthが−0.04、サンプル3のΔShiftが−0.
12、サンプル4のΔVthが−0.05、サンプル4のΔShiftが−0.1であっ
た。また、SiH4/N2Oが0.010のときのΔVthおよびΔShiftは、サン
プル1のΔVthが−0.12、サンプル1のΔShiftが0.01、サンプル2のΔ
Vthが−0.57、サンプル2のΔShiftが−0.09、サンプル3のΔVthが
−0.12、サンプル3のΔShiftが0.02、サンプル4のΔVthが−0.04
、サンプル4のΔShiftが0.22であった。SiH4/N2Oが0.013のとき
のΔVthおよびΔShiftは、サンプル1のΔVthが−0.08、サンプル1のΔ
Shiftが−0.18、サンプル2のΔVthが−0.1、サンプル2のΔShift
が0.07、サンプル3のΔVthが−0.1、サンプル3のΔShiftが−0.26
、サンプル4のΔVthが−0.05、サンプル4のΔShiftが0.24であった。
タの特性の変動が少ないことが明らかとなった。また、SiH4/N2Oが小さいほど、
酸化窒化シリコン膜が高密度となることが明らかとなった。また電力を高くすると、酸化
窒化シリコン膜が高密度となることが明らかとなった。
、ΔVthとΔShiftの絶対値が3以下と特性の変動の少ないトランジスタとなった
のは、SiH4/N2Oが0.01以下のときであった。SiH4/N2Oが0.01以
下のときの膨潤率は、図12(C)に示すように4体積%以下であった。より詳しくは、
図12(C)において、SiH4/N2Oが0.0033のとき、膨潤率が1.1体積%
、SiH4/N2Oが0.0067のとき、膨潤率が3.9体積%、SiH4/N2Oが
0.01のとき、膨潤率が3.6体積%であった。また膨潤率が4体積%以下のときの酸
化窒化シリコン膜の密度は、図11に示すように2.32g/cm3以上であった。
の条件でも特性の変動の少ないトランジスタとなった。このときの膨潤率は図11に示す
ように1.1体積%以下であった。また膨潤率が1.1体積%以下のときの酸化窒化シリ
コン膜の密度は、図11に示すように2.35g/cm3以上であった。
101 絶縁膜
102 ゲート電極
104 ゲート絶縁膜
104a 絶縁膜
104b 絶縁膜
106 酸化物半導体膜
108a ソース電極またはドレイン電極
108a1 導電膜
108a2 導電膜
108a3 導電膜
108b ドレイン電極またはソース電極
108b1 導電膜
108b2 導電膜
108b3 導電膜
110 保護膜
112 保護膜
116 絶縁膜
200 トランジスタ
250 曲線
251 接線
260 曲線
261 接線
301 基板
302 画素部
303 信号線駆動回路
304 走査線駆動回路
305 シール材
306 基板
308 液晶層
310 トランジスタ
311 トランジスタ
313 液晶素子
315 接続端子電極膜
316 端子電極膜
319 異方性導電膜
320 保護膜
321 絶縁膜
323 絶縁膜
324 保護膜
330 電極膜
331 電極膜
332 絶縁膜
333 絶縁膜
335 スペーサ
351 隔壁
352 電界発光層
353 発光素子
354 充填材
401 筐体
402 筐体
403 表示部
404 キーボード
410 タブレット型端末
411 筐体
412 表示部
413 筐体
414 表示部
415 操作ボタン
416 外部インターフェイス
417 スタイラス
420 電子書籍
421 筐体
423 筐体
425 表示部
427 表示部
431 電源
433 操作キー
435 スピーカー
437 軸部
440 筐体
441 筐体
442 表示パネル
443 スピーカー
444 マイクロフォン
445 操作キー
446 ポインティングデバイス
447 カメラ用レンズ
448 外部接続端子
449 太陽電池セル
450 外部メモリスロット
461 本体
463 接眼部
464 操作スイッチ
465 表示部
466 バッテリー
467 表示部
470 テレビジョン装置
471 筐体
473 表示部
475 スタンド
480 リモコン操作機
501 点
511 曲線
512 曲線
513 曲線
514 曲線
515 曲線
516 曲線
521 曲線
522 曲線
523 曲線
524 曲線
525 曲線
526 曲線
Claims (7)
- ゲート電極と、
前記ゲート電極と、ゲート絶縁膜を介して重なる領域を有する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜と電気的に接続された、ソース電極と、
前記酸化物半導体膜と電気的に接続された、ドレイン電極と、
前記酸化物半導体膜上の、絶縁膜と、を有する半導体装置の作製方法であって、
前記絶縁膜を、シラン流量に対する亜酸化窒素流量の比を0.01以下かつ0.0066以上にして、CVD法により作製することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - ゲート電極と、
前記ゲート電極と、ゲート絶縁膜を介して重なる領域を有する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜と電気的に接続された、ソース電極と、
前記酸化物半導体膜と電気的に接続された、ドレイン電極と、
前記酸化物半導体膜上の、絶縁膜と、を有し、
前記酸化物半導体膜は、Inと、Gaと、Znと、を有する半導体装置の作製方法であって、
前記絶縁膜を、シラン流量に対する亜酸化窒素流量の比を0.01以下かつ0.0066以上にして、CVD法により作製することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - ゲート電極と、
前記ゲート電極と、ゲート絶縁膜を介して重なる領域を有する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜と電気的に接続された、ソース電極と、
前記酸化物半導体膜と電気的に接続された、ドレイン電極と、
前記酸化物半導体膜上の、絶縁膜と、を有し、
前記酸化物半導体膜は、Inと、Gaと、Znと、を有し、
前記酸化物半導体膜は、c軸配向領域を有する半導体装置の作製方法であって、
前記絶縁膜を、シラン流量に対する亜酸化窒素流量の比を0.01以下かつ0.0066以上にして、CVD法により作製することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - ゲート電極と、
前記ゲート電極と、ゲート絶縁膜を介して重なる領域を有する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜と電気的に接続された、ソース電極と、
前記酸化物半導体膜と電気的に接続された、ドレイン電極と、
前記酸化物半導体膜上の、絶縁膜と、を有し、
前記絶縁膜は、温度130℃、相対湿度100%、12時間の試験後の膨潤率が4体積%以下となる半導体装置の作製方法であって、
前記絶縁膜を、シラン流量に対する亜酸化窒素流量の比を0.01以下かつ0.0066以上にして、CVD法により作製することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - ゲート電極と、
前記ゲート電極と、ゲート絶縁膜を介して重なる領域を有する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜と電気的に接続された、ソース電極と、
前記酸化物半導体膜と電気的に接続された、ドレイン電極と、
前記酸化物半導体膜上の、絶縁膜と、を有し、
前記酸化物半導体膜は、Inと、Gaと、Znと、を有し、
前記絶縁膜は、温度130℃、相対湿度100%、12時間の試験後の膨潤率が4体積%以下となる半導体装置の作製方法であって、
前記絶縁膜を、シラン流量に対する亜酸化窒素流量の比を0.01以下かつ0.0066以上にして、CVD法により作製することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - ゲート電極と、
前記ゲート電極と、ゲート絶縁膜を介して重なる領域を有する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜と電気的に接続された、ソース電極と、
前記酸化物半導体膜と電気的に接続された、ドレイン電極と、
前記酸化物半導体膜上の、絶縁膜と、を有し、
前記酸化物半導体膜は、Inと、Gaと、Znと、を有し、
前記酸化物半導体膜は、c軸配向領域を有し、
前記絶縁膜は、温度130℃、相対湿度100%、12時間の試験後の膨潤率が4体積%以下となる半導体装置の作製方法であって、
前記絶縁膜を、シラン流量に対する亜酸化窒素流量の比を0.01以下かつ0.0066以上にして、CVD法により作製することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項1乃至6のいずれか一において、
前記絶縁膜の密度は、2.32g/cm3以上を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
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