JP6412549B2 - 半導体装置の作製方法 - Google Patents
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- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3293—Tin oxides, stannates or oxide forming salts thereof, e.g. indium tin oxide [ITO]
-
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-
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-
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-
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- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
Description
グターゲットを用いて製造された、酸化物半導体を用いる半導体装置の作製方法に関する
。
置全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。
主にアモルファスシリコン、または多結晶シリコンなどの半導体材料を用いて作製される
。アモルファスシリコンを用いたトランジスタは、電界効果移動度が低いもののガラス基
板の大面積化に対応することができ、一方、多結晶シリコンを用いたトランジスタは、電
界効果移動度が高いもののレーザアニールなどの結晶化工程が必要であり、ガラス基板の
大面積化には必ずしも適応しないといった特性を有している。
スタを電子デバイスや光デバイスに応用する技術が注目されている。例えば、半導体材料
として酸化亜鉛、In−Ga−Zn系酸化物半導体を用いてトランジスタを作製し、画像
表示装置のスイッチング素子などに用いる技術が特許文献1及び特許文献2で開示されて
いる。
モルファスシリコンを用いたトランジスタよりも高い電界効果移動度が得られている。酸
化物半導体層はスパッタリング法などによって比較的低温で膜形成が可能であり、多結晶
シリコンを用いたトランジスタよりも製造工程が簡単である。
成し、液晶ディスプレイ、エレクトロルミネセンスディスプレイ(ELディスプレイとも
いう)または電子ペーパーなどの表示装置への応用が期待されている。
のスパッタリングターゲットを用いて成膜した膜の組成とを比べると、酸化物半導体の材
料によっては組成のずれが生じることがある。
スパッタリングターゲットと比較して亜鉛が減少している。
ば、結晶構造を形成する上で必要な数の元素が足りないと非晶質となる恐れがある。
成し、その結晶を粉砕した後、酸化亜鉛を所定量加えて混合し、その後、焼結させてスパ
ッタリングターゲットを作製する。このスパッタリングターゲットの組成は、最終的に得
られる所望の組成を有する膜よりも亜鉛を多く含ませて、スパッタ法による成膜時に減少
する亜鉛の量や、焼結時に減少する亜鉛の量などを考慮して調整する。
の組成を有する膜を得ることができる。
ができる。
予め酸化亜鉛を含む結晶を形成し、その結晶を粉砕した後、さらに酸化亜鉛を所定量加え
て焼結し、スパッタリングターゲットを作製することを特徴とするスパッタリングターゲ
ットの作製方法である。
はゲルマニウムを含むことを特徴の一つとしている。
ゲットの作製において、第1の元素を含む酸化物の粉末および第2の元素を含む酸化物の
粉末を秤量し、加熱して第1の元素および第2の元素を含む結晶を形成し、結晶を粉砕し
て第1の粉末を形成し、第1の粉末に第1の元素を含む酸化物の粉末をさらに加えて混合
して第2の粉末を形成し、第2の粉末を焼成してスパッタリングターゲットを作製し、第
1の元素は亜鉛であることを特徴とするスパッタリングターゲットの作製方法である。
いずれか一つである。
よって、スパッタ法により成膜された膜が化学量論比に一致またはその近傍値にすること
ができる。
を得ることができる。
以下の説明に限定されず、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。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。
本実施の形態では、本発明の一態様であるスパッタリングターゲットの製造方法について
図1を参照して説明する。図1は、本実施の形態に係るスパッタリングターゲットの製造
方法の一例を示すフローチャートである。
r、In、Ga、Ge、Snなど)をそれぞれ蒸留、昇華、または再結晶を繰り返して精
製する(S101)。その後、それぞれ精製した金属を粉末状に加工する。なお、スパッ
タリングターゲットの材料として、GaやSiやGeを用いる場合は、ゾーンメルト法や
、チョクラルスキー法を使って単結晶を得た後、粉末状に加工する。そして、これら各ス
パッタリングターゲット材料を高純度の酸素雰囲気下で焼成して酸化させる。そして得ら
れた各酸化物粉末の秤量を適宜行い、秤量した各酸化物粉末を混合する(S102)。
99999%)以上、(即ち不純物濃度を1ppm以下、好ましくは0.1ppm以下)
の純度とする。
するものとし、例えば、In2O3、Ga2O3、及びZnOを、In2O3:Ga2O
3:ZnO=2:2:1[mol数比]となるように秤量する。
。そして、その結晶を粉砕し、粉末状に加工する(S104)。
成がIn:Ga:Zn=1:1:1の場合、In:Ga:Zn=1:1:1.1〜1:1
:2となるように酸化亜鉛を添加する。なお、予め、成膜時にスパッタリングターゲット
と比べ、どの程度の組成のずれが膜にあるのか調べておくことが必要である。以下に、実
験で得られた組成のずれを説明する。
0nmの膜を成膜し、誘導結合プラズマ質量分析法(ICP−MS : Inducti
vely Coupled Plasma Mass Spectrometry)にて
測定を行った。成膜条件は、圧力0.4Pa、T−S間距離60mm、成膜時基板温度2
50℃、アルゴン流量30sccm、酸素流量15sccmとした。その結果、膜の組成
は、亜鉛が減少し、In:Ga:Zn=1:1:0.7となった。
混合する(S105)。
)。スパッタリングターゲット材料を焼成することにより、スパッタリングターゲットに
水素や水分やハイドロカーボン等が混入することを防ぐことが出来る。焼成は、不活性ガ
ス雰囲気(窒素または希ガス雰囲気)下、高純度酸素雰囲気下、真空中または高圧雰囲気
中で行うことができ、さらに機械的な圧力を加えながら行ってもよい。焼成法としては、
常圧焼成法、加圧焼成法等を適宜用いることができる。また、加圧焼成法としては、ホッ
トプレス法、熱間等方加圧(HIP;Hot Isostatic Pressing)
法、放電プラズマ焼結法、又は衝撃法を適用することが好ましい。焼成の最高温度はスパ
ッタリングターゲット材料の焼結温度により選択するが、1000℃〜2000℃程度と
するのが好ましく、1200℃〜1500℃とするのがより好ましい。また、最高温度の
保持時間は、スパッタリングターゲット材料により選択するが、0.5時間〜3時間とす
るのが好ましい。
00%以下、より好ましくは95%以上99.9%以下とするのが好ましい。
トに成形するための機械加工を施す(S107)。加工手段としては、例えば機械的研磨
、化学的機械研磨(Chemical Mechanical Polishing C
MP)、またはこれらの併用等を用いることができる。
ってもよい。ただし、洗浄として水や有機溶媒に浸漬させた超音波洗浄、流水洗浄等によ
ってスパッタリングターゲットを洗浄する場合、その後にスパッタリングターゲット中及
び表面の含水素濃度が充分低減するための加熱処理を行うことが好ましい。
性ガス雰囲気(窒素または希ガス雰囲気)中で行うのが好ましく、加熱処理の温度は、ス
パッタリングターゲット材料によって異なるが、スパッタリングターゲット材料が変性し
ない温度とする。具体的には、150℃以上であって750℃以下、好ましくは425℃
以上であって750℃以下とする。また、加熱時間は、具体的には0.5時間以上、好ま
しくは1時間以上加熱とする。なお、加熱処理は、真空中または高圧雰囲気中で行っても
よい。
る(S109)。バッキングプレートは、スパッタリングターゲット材料の冷却とスパッ
タ電極としての役割をもつため、熱伝導性および導電性に優れた銅を用いることが好まし
い。また、銅以外にも、チタン、銅合金、ステンレス合金等を用いることも可能である。
ターゲットを分割して一枚のバッキングプレートにボンディングしてもよい。図2(A)
(B)にスパッタリングターゲットを分割して一枚のバッキングプレートに貼り付ける(
ボンディング)する例を示す。
ングターゲット851a、851b、851c、851dと4分割して貼り付ける例であ
る。また、図2(B)はより多くスパッタリングターゲットを分割した例であり、バッキ
ングプレート850にスパッタリングターゲット852をスパッタリングターゲット85
2a、852b、852c、852d、852e、852f、852g、852h、85
2iと9分割して貼り付けている。なお、スパッタリングターゲットの分割数及びスパッ
タリングターゲット形状は図2(A)(B)に限定されない。スパッタリングターゲット
を分割するとバッキングプレートに貼り付ける際のスパッタリングターゲットの反りを緩
和することができる。このような分割したスパッタリングターゲットは、大面積基板に成
膜する場合、それに伴って大型化するスパッタリングターゲットに特に好適に用いること
ができる。もちろん、一枚のバッキングプレートに一枚のスパッタリングターゲットを貼
り付けてもよい。
)に示すようにスパッタリングターゲットの断面形状にテーパ部を持たせてもよい。図2
(C)は、図2(B)の断面図の一部である。
物の再混入を防止するため、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)雰囲気で搬送、保存等するのが好ましい
。または、ステンレス合金等の透水性の低い材料で形成された保護材で覆ってもよく、ま
たその保護材とスパッタリングターゲットの間隙に上述のガスを導入しても良い。酸素ガ
スまたはN2Oガスには、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、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(99.9
9999%)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。
の形態で示すスパッタリングターゲットは、製造工程において、成膜時に減少する亜鉛を
考慮してスパッタリングターゲットを作製し、そのスパッタリングターゲットを用いるこ
とで所望の組成を有する膜を得ることができる。
(窒素または希ガス雰囲気)下で行うことが好ましい。
性ガス雰囲気(窒素または希ガス雰囲気)下で行うことで、スパッタリングターゲットに
水素や水分やアルカリ金属等が付着することを防ぐことができる。
ット表面やスパッタリングターゲット材料中に残存している水素を除去するために脱水素
処理を行うことが好ましい。脱水素処理としては成膜チャンバー内を減圧下で200℃〜
600℃に加熱する方法や、加熱しながら窒素や不活性ガスの導入と排気を繰り返す方法
等がある。
−6Pa・m3/秒よりも遅く、好ましくは1×10−10Pa・m3/秒よりも遅くし
、特に排気手段としてクライオポンプを用いて水の不純物としての混入を減らし、逆流防
止も図ることが好ましい。
は、成膜される膜がIn:Ga:Zn=1:1:1となるスパッタリングターゲットとし
たが、特に限定されず、成膜される膜がIn:Ga:Zn=3:1:2となるスパッタリ
ングターゲットや、成膜される膜がIn:Ga:Zn=5:1:3となるスパッタリング
ターゲットや、成膜される膜がIn:Ga:Zn=7:1:4となるスパッタリングター
ゲットや、成膜される膜がIn:Ga:Zn=7:2:3となるスパッタリングターゲッ
トを製造することができる。
は、In−Ga−Zn系酸化物半導体用スパッタリングターゲットに限られるものではな
く、他にも、In−Sn−Zn系酸化物半導体用スパッタリングターゲット、Sn−Ga
−Zn系酸化物半導体用スパッタリングターゲットなどが挙げられる。
−Zr−Zn系酸化物半導体用スパッタリングターゲット、In−Ga−Ge−Zn系酸
化物半導体用スパッタリングターゲット、In−Ga−Sn−Zn系酸化物半導体用スパ
ッタリングターゲットなどが挙げられる。
いてトランジスタを作製すると、所望の組成を有する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を実現することができる。
本実施の形態では、半導体装置及び半導体装置の作製方法の一態様を図3(A)及び図3
(B)を用いて説明する。
断面図を示す。図3(A)は、トランジスタ420の平面図であり、図3(B)は、図3
(A)のA−B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420の構成要素の一部(例えば、絶縁層407)を省略して図示し
ている。
36と、下地絶縁層436上に酸化物半導体層403と、酸化物半導体層403上に設け
られたゲート絶縁層402と、ゲート絶縁層402を介して酸化物半導体層403上に設
けられたゲート電極層401と、ゲート電極層401上に設けられた絶縁層406、絶縁
層407と、ゲート絶縁層402、絶縁層406、及び絶縁層407の開口を介して、酸
化物半導体層403と電気的に接続するソース電極層405aまたはドレイン電極層40
5bと、を含んで構成される。
畳するチャネル形成領域403cと、チャネル形成領域403cを挟んでチャネル形成領
域403cよりも抵抗が低く、ドーパントを含む低抵抗領域403a及び低抵抗領域40
3bを含むのが好ましい。低抵抗領域403a及び低抵抗領域403bは、ゲート電極層
401を形成後に、該ゲート電極層401をマスクとして不純物元素を導入することによ
って、自己整合的に形成することができる。また、当該領域は、トランジスタ420のソ
ース領域またはドレイン領域として機能させることができる。低抵抗領域403a及び低
抵抗領域403bを設けることによって、当該一対の低抵抗領域の間に設けられたチャネ
ル形成領域403cに加わる電界を緩和させることができる。また、ソース電極層405
a及びドレイン電極層405bがそれぞれ低抵抗領域と接する構成とすることで、酸化物
半導体層403と、ソース電極層405a及びドレイン電極層405bと、のコンタクト
抵抗を低減することができる。
ように酸化亜鉛を添加して混合したスパッタリングターゲットを用いる。スパッタリング
法により成膜時の亜鉛が減少し、In:Ga:Zn=3:1:2の組成を有する膜を酸化
物半導体層403に用いる。
分などの除去を行うことが好ましい。基板400は、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、SO
I基板などを用いることができ、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基
板なども用いることができる。また、下地絶縁層436の形成後に表面に付着している水
分などの除去を行う加熱処理を行ってもよい。
Rapid Thermal Anneal)を用いてもよい。例えば、RTAとして、
GRTA(Gas Rapid Thermal Anneal)、LRTA(Lamp
Rapid Thermal Anneal)などを用いることができる。LRTA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。GRTAは、高温のガスを用いて熱処理を行う。ガスとし
ては、不活性ガスが用いられる。RTAによる短時間の熱処理では、基板の歪み点以上の
温度でも基板を歪ませないことができるため、効率よく脱水化または脱水素化処理できる
。
、処理時間を1分以上10分以下とすればよい。加熱処理の温度は300℃以上基板の歪
み点未満、好ましくは400℃以上650℃以下とし、不活性雰囲気、減圧雰囲気または
乾燥空気雰囲気で行う。不活性雰囲気とは、不活性ガス(窒素、希ガス(ヘリウム、ネオ
ン、アルゴン、クリプトン、キセノン)など)を主成分とする雰囲気であって、水素が含
まれないことが好ましい。例えば、導入する不活性ガスの純度を、8N(99.9999
99%)以上、好ましくは9N(99.9999999%)以上とする。あるいは、不活
性雰囲気とは、不活性ガスを主成分とする雰囲気で、反応性ガスが0.1ppm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
。減圧雰囲気とは、圧力が10Pa以下のことを指す。乾燥空気雰囲気は、露点−40℃
以下、好ましくは露点−50℃以下とすればよい。
などの不純物がほとんど含まれない高純度化されたものであることが望ましい。トランジ
スタの製造工程において、これらの不純物が混入または酸化物半導体層表面に付着する恐
れのない工程を適宜選択することが好ましく、酸化物半導体層表面に付着した場合には、
シュウ酸や希フッ酸などに曝す、或いはプラズマ処理(N2Oプラズマ処理など)を行う
ことにより、酸化物半導体層表面の不純物を除去することが好ましい。具体的には、酸化
物半導体層の銅濃度は1×1018atoms/cm3以下、好ましくは1×1017a
toms/cm3以下とする。また、酸化物半導体層のアルミニウム濃度は1×1018
atoms/cm3以下とする。また、酸化物半導体層の塩素濃度は2×1018ato
ms/cm3以下とする。
とすることが好ましいため、スパッタガスの酸素の占める割合が多い条件で成膜すること
が好ましく、酸素雰囲気(酸素ガス100%)で成膜を行うことがより好ましい。スパッ
タガスの酸素の占める割合が多い条件、特に酸素ガス100%の雰囲気で成膜すると、成
膜温度を300℃以上に高くしても膜中からのZnの放出が抑えられる。
が供給されて酸素が過飽和の状態とすることにより、高純度化されたものであることが望
ましい。具体的には、酸化物半導体層の水素濃度は5×1019atoms/cm3以下
、望ましくは5×1018atoms/cm3以下、より望ましくは5×1017ato
ms/cm3以下とする。なお、上述の酸化物半導体層中の水素濃度は、二次イオン質量
分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry
)で測定されるものである。
Aligned Crystalline Oxide Semiconductor
)膜であるのが好ましい。
は、非晶質相に結晶部を有する結晶−非晶質混相構造の酸化物半導体層である。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 Electron Micro
scope)による観察像では、CAAC−OS膜に含まれる非晶質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
の低下が抑制される。
垂直な方向に揃い、かつ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軸及びb軸の向きが異なっていても
よい。本明細書等において、単に垂直と記載する場合、85°以上95°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、酸化物半導体層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。
垂直な方向に揃うため、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、C
AAC−OS膜が形成されたときの被形成面または表面に垂直な方向となる。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。
の照射によるトランジスタの電気特性の変動が低減することが可能である。よって、当該
トランジスタは信頼性が高い。
いることで酸化物半導体層403の結晶性を高めることができる。酸化物半導体層403
の結晶性を高めることで信頼性が向上する。
むように過剰酸素を含む絶縁層(SiOxなど)を接して設けることが好ましい。下地絶
縁層436及びゲート絶縁層402に過剰酸素を含む絶縁層(SiOxなど)を用いる。
ある。
合には、トランジスタの初期特性のバラツキの増大、L長(チャネル長)依存性が大きく
なる、さらにBTストレス試験において大きく劣化するため、過剰酸素を含む絶縁層の水
素濃度は、7.2×1020atoms/cm3未満とする。即ち、酸化物半導体層の水
素濃度は5×1019atoms/cm3以下、且つ、過剰酸素を含む絶縁層の水素濃度
は、7.2×1020atoms/cm3未満とすることが好ましい。
抑えるブロッキング層(AlOxなど)を設けることが好ましい。ブロッキング層は、絶
縁層406とする。
酸化物半導体層において化学量論比組成より酸素が多い過飽和の状態とすることができる
。例えば、酸化物半導体層がIGZOの場合、化学量論比組成の一例は、In:Ga:Z
n:Oが1:1:1:4である場合、IGZOに含まれる酸素の原子数比が4より多い状
態となる。
するような状態とすることができ、さらに過剰酸素を含む絶縁層やブロッキング層を設け
ることによって、化学量論比組成より酸素が多い過飽和の状態とすることができる。この
ような酸化物半導体層403をトランジスタに用いることで良好なトランジスタの初期特
性とトランジスタの信頼性を確保することができる。
本実施の形態では、実施の形態2とは異なる構造の例を図3(C)及び図3(D)に示す
。なお、実施の形態2と同一の箇所は同じ符号を用い、ここでは簡略化のため詳細な説明
は省略することとする。
における断面図である。図3(C)及び図3(D)に示すトランジスタ421は、基板4
00上に下地絶縁層436と、下地絶縁層436上に酸化物半導体層403と、酸化物半
導体層403上に設けられたゲート絶縁層402と、ゲート絶縁層402を介して酸化物
半導体層403上に設けられたゲート電極層401と、ゲート電極層401上に設けられ
た絶縁層406、絶縁層407と、ゲート絶縁層402、絶縁層406、及び絶縁層40
7の開口を介して、酸化物半導体層403と電気的に接続するソース電極層405aまた
はドレイン電極層405bと、ソース電極層405aまたはドレイン電極層405b上に
接して設けられたソース配線層465aまたはドレイン配線層465bと、を含んで構成
される。
ート絶縁層402、絶縁層406、及び絶縁層407に設けられた開口を埋め込むように
設けられており、酸化物半導体層403とそれぞれ接している。これらの電極層は、酸化
物半導体層403に達するゲート絶縁層402、絶縁層406、及び絶縁層407の開口
を埋め込むように絶縁層407上に導電膜を形成し、当該導電膜に研磨処理を行うことに
より、絶縁層407上(少なくともゲート電極層401と重畳する領域)に設けられた導
電膜を除去することで、導電膜が分断されて形成されたものである。
レイン電極層405bの間の幅は、チャネル長方向におけるソース配線層465aとドレ
イン配線層465bの間の幅よりも小さい。また、トランジスタ421において、チャネ
ル長方向におけるソース電極層405aとドレイン電極層405bの間の幅は、実施の形
態2に示したトランジスタ420チャネル長方向におけるソース電極層405aとドレイ
ン電極層405bの間の幅よりも小さく、微細なトランジスタを実現している。
線層465a、及びドレイン配線層465bは、モリブデン、チタン、タンタル、タング
ステン、アルミニウム、銅、クロム、ネオジム、スカンジウム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。
なるように酸化亜鉛を添加して混合したスパッタリングターゲットを用いる。スパッタリ
ング法により成膜時の亜鉛が減少し、In:Ga:Zn=1:1:1の組成を有する膜を
酸化物半導体層403に用いる。
いることで酸化物半導体層403の結晶性を高めることができる。酸化物半導体層403
の結晶性を高めることで信頼性が向上する。
本実施の形態では、実施の形態2とは異なる構造の例を図4(A)及び図4(B)に示す
。なお、実施の形態2と同一の箇所は同じ符号を用い、ここでは簡略化のため詳細な説明
は省略することとする。
における断面図である。
縁層436が設けられた基板400上に、チャネル形成領域403c、低抵抗領域403
a、403bを含む酸化物半導体層403と、ソース電極層405aと、ドレイン電極層
405bと、ゲート絶縁層402と、ゲート電極層401と、ゲート電極層401の側面
に設けられた側壁絶縁層412a、412bと、ゲート電極層401上に設けられた絶縁
層413と、ソース電極層405a及びドレイン電極層405b上に設けられた絶縁層4
06及び絶縁層407と、トランジスタ422を覆う絶縁層415を有する。ソース電極
層405aまたはドレイン電極層405bに達する開口が絶縁層406、絶縁層407、
及び絶縁層415に形成され、絶縁層415上にソース配線層465a及びドレイン配線
層465bを設けている。
覆うように絶縁層413上に導電膜を形成し、当該導電膜に研磨処理を行うことにより、
絶縁層413上(少なくともゲート電極層401と重畳する領域)に設けられた導電膜を
除去することで、導電膜が分断されて形成されたものである。
403上面、及び側壁絶縁層412a、又は側壁絶縁層412bと接して設けられている
。よって、ソース電極層405a又はドレイン電極層405bと酸化物半導体層403と
が接する領域(コンタクト領域)と、ゲート電極層401との距離は、側壁絶縁層412
a、412bのチャネル長方向の幅となり、トランジスタの微細化が達成できる他、作製
工程によるトランジスタの電気特性ばらつきを低減することができる。
とが接する領域(コンタクト領域)と、ゲート電極層401との距離を短くすることがで
きるため、ソース電極層405a又はドレイン電極層405bと酸化物半導体層403と
が接する領域(コンタクト領域)、及びゲート電極層401間の抵抗が減少し、トランジ
スタ422のオン特性を向上させることが可能となる。
窒化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化窒化アルミニウム、又は窒化酸化シリコン等を用
いることができる。ゲート絶縁層402は、酸化物半導体層403と接する部分において
酸素を含むことが好ましい。特に、ゲート絶縁層402は、膜中(バルク中)に少なくと
も化学量論的組成を超える量の酸素が存在することが好ましく、例えば、ゲート絶縁層4
02として、酸化シリコン膜を用いる場合には、SiO2+α(ただし、α>0)とする
ことが好ましい。本実施の形態では、ゲート絶縁層402として、SiO2+α(ただし
、α>0)である酸化シリコン膜を用いる。この酸化シリコン膜をゲート絶縁層402と
して用いることで、酸化物半導体層403に酸素を供給することができ、特性を良好にす
ることができる。さらに、ゲート絶縁層402は、作製するトランジスタのサイズやゲー
ト絶縁層402の段差被覆性を考慮して形成することが好ましい。
シリケート(HfSixOy(x>0、y>0))、窒素が添加されたハフニウムシリケ
ート(HfSiOxNy(x>0、y>0))、ハフニウムアルミネート(HfAlxO
y(x>0、y>0))、酸化ランタンなどのhigh−k材料を用いることでゲートリ
ーク電流を低減できる。さらに、ゲート絶縁層402は、単層構造としても良いし、積層
構造としても良い。
、407、415は、ゲート絶縁層に用いる上記材料の中から適宜選択して用いることが
できる。また、絶縁層407、415は、上記材料の他にポリイミド、アクリル樹脂、ベ
ンゾシクロブテン系樹脂、等の有機材料を用いることができる。
なるように酸化亜鉛を添加して混合したスパッタリングターゲットを用いる。スパッタリ
ング法により成膜時の亜鉛が減少し、In:Ga:Zn=1:1:1の組成を有する膜を
酸化物半導体層403に用いる。
いることで酸化物半導体層403の結晶性を高めることができる。酸化物半導体層403
の結晶性を高めることで信頼性が向上する。
る。
本実施の形態では、実施の形態2とは異なる構造の例を図4(C)及び図4(D)に示す
。なお、実施の形態2と同一の箇所は同じ符号を用い、ここでは簡略化のため詳細な説明
は省略することとする。
における断面図である。
6と、ソース電極層405a及びドレイン電極層405bと、ソース電極層405a及び
ドレイン電極層405bに挟まれたチャネル形成領域403c、及び低抵抗領域403a
、403bを含む酸化物半導体層403と、酸化物半導体層403、ソース電極層405
a及びドレイン電極層405bの上面と接するゲート絶縁層402と、ゲート絶縁層40
2を介して酸化物半導体層403上に設けられたゲート電極層401と、ゲート電極層4
01のチャネル長方向の側面の一方と接する側壁絶縁層412aと、ゲート電極層401
のチャネル長方向の側面の他方と接する側壁絶縁層412bと、ゲート電極層401を覆
う絶縁層406、及び絶縁層407と、絶縁層407上にソース電極層405aまたはド
レイン電極層405bと接して設けられたソース配線層465aまたはドレイン配線層4
65bと、を含んで構成される。
もできる。その場合、チャネル形成領域403cはチャネル長方向の一方の側面において
ソース電極層405aと接し、チャネル長方向の他方の側面においてドレイン電極層40
5bと接する。
ほぼ一致しており、島状の酸化物半導体層上に、ソース電極層及びドレイン電極層(これ
と同じ層で形成される配線を含む)となる導電膜を成膜した後、研磨(切削、研削)処理
を行い、酸化物半導体層403の上面が露出するように導電膜の一部を除去している。
なるように酸化亜鉛を添加して混合したスパッタリングターゲットを用いる。スパッタリ
ング法により成膜時の亜鉛が減少し、In:Ga:Zn=1:1:1の組成を有する膜を
酸化物半導体層403に用いる。
いることで酸化物半導体層403の結晶性を高めることができる。酸化物半導体層403
の結晶性を高めることで信頼性が向上する。
きる。
実施の形態2乃至5は、トップゲート型構造の例を示したが、本実施の形態では、ボトム
ゲート型構造(チャネルストップ型とも呼ぶ)の例を示す。
における断面図である。
縁層436が設けられた基板400上に、ゲート電極層401、ゲート絶縁層402、酸
化物半導体層403、絶縁層414、ソース電極層405a、ドレイン電極層405bを
有する。
ミノホウケイ酸ガラスなどの電子工業用に使われる各種ガラス基板を用いることが出来る
。なお、基板としては、熱膨張係数が25×10−7/℃以上50×10−7/℃以下(
好ましくは、30×10−7/℃以上40×10−7/℃以下)であり、歪み点が650
℃以上750℃以下(好ましくは、700℃以上740℃以下)である基板を用いること
が好ましい。
(1500mm×1800mm)、第7世代(1870mm×2200mm)、第8世代
(2200mm×2500mm)、第9世代(2400mm×2800mm)、第10世
代(2880×3130mm)などの大型ガラス基板を用いる場合、半導体装置の作製工
程における加熱処理などで生じる基板の縮みによって、微細な加工が困難になる場合があ
る。そのため、前述したような大型ガラス基板を基板として用いる場合、縮みの少ないも
のを用いることが好ましい。例えば、基板として、450℃、好ましくは500℃の温度
で1時間加熱処理を行った後の縮み量が20ppm以下、好ましくは10ppm以下、さ
らに好ましくは5ppm以下である大型ガラス基板を用いればよい。
導体層403のチャネル形成領域上に設けられており、一部はチャネル保護膜として機能
する。さらに、絶縁層414は、酸化物半導体層403に達し、かつソース電極層405
a又はドレイン電極層405bが内壁を覆うように設けられた開口435a、435bを
有している。従って、酸化物半導体層403の周縁部は、絶縁層414で覆われており、
層間絶縁膜としても機能している。ゲート配線とソース配線の交差部において、ゲート絶
縁層402だけでなく、絶縁層414も層間絶縁膜として配置することで寄生容量を低減
できる。
リコン、酸化窒化シリコン、酸化窒化アルミニウム、又は窒化酸化シリコン等を用いるこ
とができる。
グ工程によってパターン形状をそれぞれ変え、下層の端部と上層の端部とが一致しない形
状、即ち、下層の端部が上層よりも突出した断面構造としてもよい。
なるように酸化亜鉛を添加して混合したスパッタリングターゲットを用いる。スパッタリ
ング法により成膜時の亜鉛が減少し、In:Ga:Zn=1:1:1の組成を有する膜を
酸化物半導体層403に用いる。
いることで酸化物半導体層403の結晶性を高めることができる。酸化物半導体層403
の結晶性を高めることで信頼性が向上する。
きる。
本実施の形態では、実施の形態6と一部異なる構造のトランジスタの例を図5(C)、及
び図5(D)に示す。
における断面図である。
縁層436が設けられた基板400上に、ゲート電極層401、ゲート絶縁層402、酸
化物半導体層403、絶縁層414、ソース電極層405a、ドレイン電極層405bを
有する。
導体層403のチャネル形成領域上に設けられており、チャネル保護膜として機能する。
、またはドレイン電極層405bを設ける平面図を示したが、特に限定されず、例えば平
面図である図5(E)に示すように酸化物半導体層403の周縁部が露出するようにソー
ス電極層405a、またはドレイン電極層405bを設けてもよい。この場合には、ソー
ス電極層405a、またはドレイン電極層405bをエッチングで形成する際に、エッチ
ングガスなどで酸化物半導体層403の露出部が汚染されるおそれがある。酸化物半導体
層403の露出部が汚染されるおそれがある場合には、ソース電極層405a、及びドレ
イン電極層405bをエッチングで形成後に、酸化物半導体層403の露出部にプラズマ
処理(N2OガスやO2ガス)や、洗浄(水またはシュウ酸または希フッ酸(100倍希
釈))を行うことが好ましい。なお、図5(E)は、図5(C)と酸化物半導体層403
のパターン形状が異なるだけで他の構成は同一である。
なるように酸化亜鉛を添加して混合したスパッタリングターゲットを用いる。スパッタリ
ング法により成膜時の亜鉛が減少し、In:Ga:Zn=1:1:1の組成を有する膜を
酸化物半導体層403に用いる。
いることで酸化物半導体層403の結晶性を高めることができる。酸化物半導体層403
の結晶性を高めることで信頼性が向上する。
る。
本実施の形態では、実施の形態6と一部異なる構造のトランジスタの例を図6(A)、及
び図6(B)に示す。
における断面図である。
縁層436が設けられた基板400上に、ゲート電極層401、ゲート絶縁層402、酸
化物半導体層403、ソース電極層405a、ドレイン電極層405bを有する。
、またはドレイン電極層405bを設ける平面図を示したが、特に限定されず、例えば平
面図である図6(C)に示すように酸化物半導体層403の周縁部が露出するようにソー
ス電極層405a、またはドレイン電極層405bを設けてもよい。この場合には、ソー
ス電極層405a、及びドレイン電極層405bをエッチングで形成する際に、エッチン
グガスなどで酸化物半導体層403の露出部が汚染されるおそれがある。酸化物半導体層
403の露出部が汚染されるおそれがある場合には、ソース電極層405a、及びドレイ
ン電極層405bをエッチングで形成後に、酸化物半導体層403の露出部にプラズマ処
理(N2OガスやO2ガス)や、洗浄(水またはシュウ酸または希フッ酸(100倍希釈
))を行うことが好ましい。なお、図6(C)は、図6(B)と酸化物半導体層403の
パターン形状が異なるだけで他の構成は同一である。
なるように酸化亜鉛を添加して混合したスパッタリングターゲットを用いる。スパッタリ
ング法により成膜時の亜鉛が減少し、In:Ga:Zn=1:1:1の組成を有する膜を
酸化物半導体層403に用いる。
いることで酸化物半導体層403の結晶性を高めることができる。酸化物半導体層403
の結晶性を高めることで信頼性が向上する。
る。
実施の形態6又は実施の形態7又は実施の形態8に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又は全体を、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。
て、シール材4005が設けられ、第2の基板4006によって封止されている。図7(
A)においては、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
た走査線駆動回路4004、信号線駆動回路4003が実装されている。また別途形成さ
れた信号線駆動回路4003と、走査線駆動回路4004及び画素部4002に与えられ
る各種信号及び電位は、FPC(Flexible Printed Circuit)
4018a、4018bから供給されている。
2と、走査線駆動回路4004とを囲むようにして、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4006とによって、表示素子と共に封止されている。図
7(B)、及び(C)においては、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。図7(B)、及び図7(
C)においては、別途形成された信号線駆動回路4003と、走査線駆動回路4004及
び画素部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
。
1の基板4001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よいし、信号線駆動回路の一部又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よい。
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7(A)は、C
OG方法により信号線駆動回路4003、走査線駆動回路4004を実装する例であり、
図7(B)は、COG方法により信号線駆動回路4003を実装する例であり、図7(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。
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、又は表示素子にCOG方法により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。
おり、実施の形態6又は実施の形態7又は実施の形態8に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、電流又は電圧によって輝
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 L
uminescence)、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。
)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4015及び端子電極4016はFPC4018、4018b
が有する端子と異方性導電膜4019を介して、電気的に接続されている。
016は、トランジスタ4010、4011のゲート電極層と同じ導電膜で形成されてい
る。
トランジスタを複数有しており、図7及び図9では、画素部4002に含まれるトランジ
スタ4010と、走査線駆動回路4004に含まれるトランジスタ4011とを例示して
いる。図9(A)では、トランジスタ4010、4011上には絶縁膜4020が設けら
れ、図9(B)では、さらに、絶縁膜4021が設けられている。なお、絶縁膜4023
は下地膜として機能する絶縁膜である。
態8で示したトランジスタを適用することができる。本実施の形態では、実施の形態7で
示したトランジスタ425と同様な構造を有するトランジスタを適用する例を示す。トラ
ンジスタ4010、4011は、酸化物半導体層上にチャネル保護膜として機能する絶縁
層が設けられた、ボトムゲート構造のトランジスタである。
4011は、酸化物半導体層として、In:Ga:Zn=1:1:1.5となるように酸
化亜鉛を添加して混合したスパッタリングターゲットを用いる。スパッタリング法により
成膜時の亜鉛が減少し、In:Ga:Zn=1:1:1の組成を有する膜を酸化物半導体
層に用いる。酸化物半導体層として、組成が調整されたスパッタリングターゲットを用い
ることで酸化物半導体層の結晶性を高めることができる。酸化物半導体層の結晶性を高め
ることで信頼性が向上する。
な構造を適用してもよい。
位置にさらに導電層を設けてもよい。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、バイアス−熱ストレス試験(BT試験)前後におけるトラ
ンジスタ4011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。
ネルを構成する。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。
いて、表示素子である液晶素子4013は、第1の電極層4030、第2の電極層403
1、及び液晶層4008を含む。なお、液晶層4008を挟持するように配向膜として機
能する絶縁膜4032、4033が設けられている。第2の電極層4031は第2の基板
4006側に設けられ、第1の電極層4030と第2の電極層4031とは液晶層400
8を介して積層する構成となっている。
であり、液晶層4008の膜厚(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。
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(液晶組成物)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。
晶層4008と、第1の電極層4030及び第2の電極層4031とは接する構造となる
。ブルー相は液晶相の一つであり、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、液晶及びカイラル剤を
混合させた液晶組成物を用いて発現させることができる。また、ブルー相が発現する温度
範囲を広げるために、ブルー相を発現する液晶組成物に重合性モノマー及び重合開始剤な
どを添加し、高分子安定化させる処理を行って液晶層を形成することもできる。ブルー相
を発現する液晶組成物は、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を発現する液晶
組成物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。
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。
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)
、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、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。本実施の形態では、発光素子として有
機EL素子を用いる例を示す。
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。
例を示す。
、及びV3−W3で切断した断面が図8(B)に相当する。なお、図8(A)の平面図に
おいては、電界発光層542及び第2の電極層543は省略してあり図示していない。
、トランジスタ510、容量素子520、配線層交差部530を有しており、トランジス
タ510は発光素子540と電気的に接続している。なお、図8は基板500を通過して
発光素子540からの光を取り出す、下面射出型構造の発光装置である。
トランジスタを適用することができる。本実施の形態では、実施の形態6で示したトラン
ジスタ424と同様な構造を有するトランジスタを適用する例を示す。トランジスタ51
0は、酸化物半導体層上にチャネル保護膜として機能する絶縁層が設けられた、ボトムゲ
ート構造の逆スタガ型トランジスタである。
導体層512、絶縁層503、ソース電極層又はドレイン電極層として機能する導電層5
13a、513bを含む。
チャネル保護膜として機能する絶縁層503が、少なくともゲート電極層511a、51
1bと重畳する酸化物半導体層512のチャネル形成領域上を含めた酸化物半導体層51
2上に設けられており、さらに酸化物半導体層512に達し、かつソース電極層又はドレ
イン電極層として機能する導電層513a、513bが内壁を覆うように設けられた開口
を有している。
してもよい。
するトランジスタ510を含む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。また、そのような信頼性の高い半導体装置を歩留まりよく作製し、高生産化を
達成することができる。
22、導電層523を含み、導電層521a、521bと導電層523とで、ゲート絶縁
層502及び酸化物半導体層522を挟む構成とすることで容量を形成する。
あり、ゲート電極層511a、511bと、導電層533とは、間にゲート絶縁層502
、及び絶縁層503を介して交差する。本実施の形態で示す構造であると、配線層交差部
530は、ゲート電極層511a、511bと、導電層533との間にゲート絶縁層50
2だけでなく、絶縁層503も配置できるため、ゲート電極層511a、511bと、導
電層533との間に生じる寄生容量を低減することができる。
のチタン膜を用い、ゲート電極層511b及び導電層521bとして膜厚200nmの銅
薄膜を用いる。よって、ゲート電極層はチタン膜と銅薄膜との積層構造となる。
化亜鉛を添加して混合したスパッタリングターゲットを用いる。スパッタリング法により
成膜時の亜鉛が減少し、In:Ga:Zn=3:1:2の組成を有する膜厚25nmのI
n−Ga−Zn−O膜を酸化物半導体層512,522に用いる。
が形成され、層間絶縁膜504上において発光素子540と重畳する領域にカラーフィル
タ層505が設けられている。層間絶縁膜504及びカラーフィルタ層505上には平坦
化絶縁膜として機能する絶縁膜506が設けられている。
層した積層構造を含む発光素子540が設けられている。発光素子540とトランジスタ
510とは、導電層513aに達する絶縁膜506及び層間絶縁膜504に形成された開
口において、第1の電極層541及び導電層513aとは接することによって電気的に接
続されている。なお、第1の電極層541の一部及び該開口を覆うように隔壁507が設
けられている。
化窒化シリコン膜を用いることができる。また、絶縁膜506には膜厚1500nmの感
光性のアクリル膜、隔壁507には膜厚1500nmの感光性のポリイミド膜を用いるこ
とができる。
彩色の透光性樹脂としては、感光性、非感光性の有機樹脂を用いることができるが、感光
性の有機樹脂層を用いるとレジストマスク数を削減することができるため、工程が簡略化
し好ましい。
彩色の光のみを透過する材料で形成される。有彩色としては、赤色、緑色、青色などを用
いることができる。また、シアン、マゼンダ、イエロー(黄)などを用いてもよい。着色
された有彩色の光のみを透過するとは、カラーフィルタ層における透過光は、その有彩色
の光の波長にピークを有するということである。カラーフィルタ層は、含ませる着色材料
の濃度と光の透過率の関係に考慮して、最適な膜厚を適宜制御するとよい。例えば、カラ
ーフィルタ層505の膜厚は1500nm以上2000nm以下とすればよい。
02に設けられたトランジスタ4010と電気的に接続している。なお発光素子4513
の構成は、第1の電極層4030、電界発光層4511、第2の電極層4031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4513から取り出す光の方向などに
合わせて、発光素子4513の構成は適宜変えることができる。
性の樹脂材料を用い、第1の電極層4030、541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。
うに構成されていてもどちらでもよい。
の電極層4031、543及び隔壁4510、507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
。
、発光素子4513、540を覆う有機化合物を含む層を蒸着法により形成してもよい。
れた空間には充填材4514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)又は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。
は、ガラス基板の他、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(Fiber
glass−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又はアクリル樹脂フィルムを用いることができ
る。また、透光性が必要でなければ、アルミニウムやステンレスなどの金属基板(金属フ
ィルム)を用いてもよい。例えば、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。
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。
などの不純物、及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層への混入、及び酸化物半導体を構成する主成分材料で
ある酸素の酸化物半導体層からの放出を防止する保護膜として機能する。
ベンゾシクロブテン系樹脂、ポリアミド樹脂、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、絶縁膜を
形成してもよい。
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
法等)スクリーン印刷、オフセット印刷等を用いることができる。
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。
向電極層などともいう)においては、取り出す光の方向、電極層が設けられる場所、及び
電極層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。
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(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
、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。
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。
は透光性、第2の電極層543は反射性を有する。よって、第1の電極層541に金属膜
を用いる場合は透光性を保てる程度膜厚を薄く、第2の電極層543に透光性を有する導
電膜を用いる場合は、反射性を有する導電膜を積層するとよい。
分子(導電性ポリマーともいう)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
、ポリアニリン又はその誘導体、ポリピロール又はその誘導体、ポリチオフェン又はその
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。
用することで、様々な機能を有する半導体装置を提供することができる。
合わせて用いることができる。
本実施の形態では、本明細書に示すトランジスタを使用し、電力が供給されない状況でも
記憶内容の保持が可能で、かつ、書き込み回数にも制限が無い半導体装置の一例を、図面
を用いて説明する。
を示す概念図である。まず、図10(A)に示す半導体装置について説明を行い、続けて
図10(B)に示す半導体装置について、以下説明を行う。
極又はドレイン電極とは電気的に接続され、ワード線WLとトランジスタ162のゲート
電極とは電気的に接続され、トランジスタ162のソース電極又はドレイン電極と容量素
子254の第1の端子とは電気的に接続されている。
持を行う場合について説明する。
ジスタ162をオン状態とする。これにより、ビット線BLの電位が、容量素子254の
第1の端子に与えられる(書き込み)。その後、ワード線WLの電位を、トランジスタ1
62がオフ状態となる電位として、トランジスタ162をオフ状態とすることにより、容
量素子254の第1の端子の電位が保持される(保持)。
小さいという特徴を有している。このため、オフ電流が極めて小さくなる酸化物半導体材
料を用いた場合、トランジスタ162をオフ状態とすることで、容量素子254の第1の
端子の電位(あるいは、容量素子254に蓄積された電荷)を極めて長時間にわたって保
持することが可能である。
状態であるビット線BLと容量素子254とが導通し、ビット線BLと容量素子254の
間で電荷が再分配される。その結果、ビット線BLの電位が変化する。ビット線BLの電
位の変化量は、容量素子254の第1の端子の電位(あるいは容量素子254に蓄積され
た電荷)によって、異なる値をとる。
BLが有する容量成分(以下、ビット線容量とも呼ぶ)をCB、電荷が再分配される前の
ビット線BLの電位をVB0とすると、電荷が再分配された後のビット線BLの電位は、
(CB×VB0+C×V)/(CB+C)となる。従って、メモリセル250の状態とし
て、容量素子254の第1の端子の電位がV1とV0(V1>V0)の2状態をとるとす
ると、電位V1を保持している場合のビット線BLの電位(=CB×VB0+C×V1)
/(CB+C)は、電位V0を保持している場合のビット線BLの電位(=CB×VB0
+C×V0)/(CB+C)よりも高くなることがわかる。
る。
小さくなる酸化物半導体材料をトランジスタ162のチャネル形成領域に用いた場合、容
量素子254に蓄積された電荷は長時間にわたって保持することができる。つまり、リフ
レッシュ動作が不要となるか、または、リフレッシュ動作の頻度を極めて低くすることが
可能となるため、消費電力を十分に低減することができる。また、電力の供給がない場合
であっても、長期にわたって記憶内容を保持することが可能である。
ル250を複数有するメモリセルアレイ251a及び251bを有し、下部に、メモリセ
ルアレイ251(メモリセルアレイ251a及び251b)を動作させるために必要な周
辺回路253を有する。なお、周辺回路253は、メモリセルアレイ251と電気的に接
続されている。
(メモリセルアレイ251a及び251b)の直下に設けることができるため半導体装置
の小型化を図ることができる。
を用いるのがより好ましい。例えば、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、
炭化シリコン、またはガリウムヒ素等を用いることができ、単結晶半導体を用いることが
好ましい。他に、有機半導体材料などを用いてもよい。このような半導体材料を用いたト
ランジスタは、十分な高速動作が可能である。したがって、該トランジスタにより、高速
動作が要求される各種回路(論理回路、駆動回路など)を好適に実現することが可能であ
る。
ルアレイ251aと、メモリセルアレイ251b)が積層された構成を例示したが、積層
するメモリセルアレイの数はこれに限定されない。3つ以上のメモリセルアレイを積層す
る構成としても良い。
明を行う。
断面図を、図11(B)にメモリセル250の平面図をそれぞれ示す。ここで、図11(
A)は、図11(B)のF1−F2、及びG1−G2における断面に相当する。
ンジスタ420と同一の構成とすることができる。
縁膜256を介して、トランジスタ162の電極層142aと重畳する領域には、導電層
262が設けられており、電極層142aと、絶縁層135と、絶縁膜256と、導電層
262とによって、容量素子254が構成される。すなわち、トランジスタ162の電極
層142aは、容量素子254の一方の電極として機能し、導電層262は、容量素子2
54の他方の電極として機能する。
て、絶縁膜258上にはメモリセル250と、隣接するメモリセル250を接続するため
の配線260が設けられている。図示しないが、配線260は、絶縁膜256及び絶縁膜
258などに形成された開口を介してトランジスタ162の電極層142aと電気的に接
続されている。但し、開口に他の導電層を設け、該他の導電層を介して、配線260と電
極層142aとを電気的に接続してもよい。なお、配線260は、図10(A)の回路図
におけるビット線BLに相当する。
するメモリセルに含まれるトランジスタのソース電極としても機能することができる。
を図ることができるため、高集積化を図ることができる。
ンジスタにより形成されている。酸化物半導体を用いたトランジスタは、オフ電流が小さ
いため、これを用いることにより長期にわたり記憶内容を保持することが可能である。つ
まり、リフレッシュ動作の頻度を極めて低くすることが可能となるため、消費電力を十分
に低減することができる。
作が可能なトランジスタ)を用いた周辺回路と、酸化物半導体を用いたトランジスタ(よ
り広義には、十分にオフ電流が小さいトランジスタ)を用いた記憶回路とを一体に備える
ことで、これまでにない特徴を有する半導体装置を実現することができる。また、周辺回
路と記憶回路を積層構造とすることにより、半導体装置の集積化を図ることができる。
置、及び該半導体装置の作製方法を提供することができる。
である。
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、テレビジョン装置(テレビ、又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、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、遊技機
(パチンコ機、スロットマシン等)、ゲーム筐体が挙げられる。これらの電子機器の具体
例を図12に示す。
筐体9001に表示部9003が組み込まれており、表示部9003により映像を表示す
ることが可能である。なお、4本の脚部9002により筐体9001を支持した構成を示
している。また、電力供給のための電源コード9005を筐体9001に有している。
であり、電子機器に高い信頼性を付与することができる。
表示された表示ボタン9004を指などで触れることで、画面操作や、情報を入力するこ
とができ、また他の家電製品との通信を可能とする、又は制御を可能とすることで、画面
操作により他の家電製品をコントロールする制御装置としてもよい。例えば、イメージセ
ンサ機能を有する半導体装置を用いれば、表示部9003にタッチ入力機能を持たせるこ
とができる。
直に立てることもでき、テレビジョン装置としても利用できる。狭い部屋においては、大
きな画面のテレビジョン装置は設置すると自由な空間が狭くなってしまうが、テーブルに
表示部が内蔵されていれば、部屋の空間を有効に利用することができる。
、筐体9101に表示部9103が組み込まれており、表示部9103により映像を表示
することが可能である。なお、ここではスタンド9105により筐体9101を支持した
構成を示している。
コン操作機9110により行うことができる。リモコン操作機9110が備える操作キー
9109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9103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9110に、当該リモコン操作機
9110から出力する情報を表示する表示部9107を設ける構成としてもよい。
レビジョン装置9100は、受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さ
らにモデムを介して有線又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)又は双方向(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。
ことが可能であり、テレビジョン装置、及びリモコン操作機に高い信頼性を付与すること
ができる。
ーボード9204、外部接続ポート9205、ポインティングデバイス9206等を含む
。コンピュータは、本発明の一態様を用いて作製される半導体装置をその表示部9203
に用いることにより作製される。先の実施の形態に示した半導体装置を利用すれば、信頼
性の高いコンピュータとすることが可能となる。
は、開いた状態であり、タブレット型端末は、筐体9630、表示部9631a、表示部
9631b、表示モード切り替えスイッチ9034、電源スイッチ9035、省電力モー
ド切り替えスイッチ9036、留め具9033、操作スイッチ9038、を有する。
などにメモリとしてSRAMまたはDRAMが使用されている。例えば、実施の形態10
に説明した半導体装置をメモリとして使用することができる。先の実施の形態で説明した
半導体装置をメモリに採用することによって、情報の書き込みおよび読み出しが高速で、
長期間の記憶保持が可能で、且つ消費電力が十分に低減することができる。
bに用いることが可能であり、信頼性の高いタブレット型端末とすることが可能となる。
示された操作キー9638にふれることでデータ入力をすることができる。なお、表示部
9631aにおいては、一例として半分の領域が表示のみの機能を有する構成、もう半分
の領域がタッチパネルの機能を有する構成を示しているが該構成に限定されない。表示部
9631aの全ての領域がタッチパネルの機能を有する構成としても良い。例えば、表示
部9631aの全面をキーボードボタン表示させてタッチパネルとし、表示部9631b
を表示画面として用いることができる。
をタッチパネルの領域9632bとすることができる。また、タッチパネルのキーボード
表示切り替えボタン9639が表示されている位置に指やスタイラスなどでふれることで
表示部9631bにキーボードボタン表示することができる。
ッチ入力することもできる。
り替え、白黒表示やカラー表示の切り替えなどを選択できる。省電力モード切り替えスイ
ッチ9036は、タブレット型端末に内蔵している光センサで検出される使用時の外光の
光量に応じて表示の輝度を最適なものとすることができる。タブレット型端末は光センサ
だけでなく、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサなどの他の検出装置を内
蔵させてもよい。
ているが特に限定されず、一方のサイズともう一方のサイズが異なっていてもよく、表示
の品質も異なっていてもよい。例えば一方が他方よりも高精細な表示を行える表示パネル
としてもよい。
33、充放電制御回路9634、バッテリー9635、DCDCコンバータ9636を有
する。なお、図13(B)では充放電制御回路9634の一例としてバッテリー9635
、DCDCコンバータ9636を有する構成について示している。
することができる。従って、表示部9631a、表示部9631bを保護できるため、耐
久性に優れ、長期使用の観点からも信頼性の優れたタブレット型端末を提供できる。
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タッチ入力操作又は編集するタッチ入
力機能、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。
表示部、又は映像信号処理部等に供給することができる。なお、太陽電池9633は、筐
体9630の片面又は両面に設けることができ、バッテリー9635の充電を効率的に行
うことができる。なおバッテリー9635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。
)にブロック図を示し説明する。図13(C)には、太陽電池9633、バッテリー96
35、DCDCコンバータ9636、コンバータ9637、スイッチSW1乃至SW3、
表示部9631について示しており、バッテリー9635、DCDCコンバータ9636
、コンバータ9637、スイッチSW1乃至SW3が、図13(B)に示す充放電制御回
路9634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9635を充電するための電圧となるようDCD
Cコンバータ9636で昇圧又は降圧がなされる。そして、表示部9631の動作に太陽
電池9633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96
37で表示部9631に必要な電圧に昇圧又は降圧をすることとなる。また、表示部96
31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96
35の充電を行う構成とすればよい。
電素子(ピエゾ素子)や熱電変換素子(ペルティエ素子)などの他の発電手段によるバッ
テリー9635の充電を行う構成であってもよい。例えば、無線(非接触)で電力を送受
信して充電する無接点電力伝送モジュールや、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。
合わせて用いることができる。
401:ゲート電極層
402:ゲート絶縁層
403:酸化物半導体層
403a:低抵抗領域
403b:低抵抗領域
403c:チャネル形成領域
405a:ソース電極層
405b:ドレイン電極層
406:絶縁層
407:絶縁層
412a:側壁絶縁層
412b:側壁絶縁層
413:絶縁層
414:絶縁層
415:絶縁層
420:トランジスタ
421:トランジスタ
422:トランジスタ
423:トランジスタ
424:トランジスタ
425:トランジスタ
426:トランジスタ
435a、435b:開口
436:下地絶縁層
465a:ソース配線層
465b:ドレイン配線層
Claims (1)
- 基板上にゲート電極層を形成する工程と、
前記ゲート電極層上にゲート絶縁層を形成する工程と、
前記ゲート絶縁層上に、スパッタリングターゲットを用いてスパッタ法により、インジウム、ガリウム、及び亜鉛を含む酸化物半導体膜を形成する工程と、
前記酸化物半導体膜上にソース電極層及びドレイン電極層を形成し、前記ソース電極層と前記ドレイン電極層との間に前記酸化物半導体膜の露出部を設ける工程と、
前記露出部に、N 2 OガスまたはO 2 ガスでプラズマ処理を行う工程と、を有し、
前記スパッタリングターゲットの組成は、前記酸化物半導体膜の組成よりも、亜鉛を多く含み、
前記酸化物半導体膜はc軸が配向した結晶を含み、
前記スパッタリングターゲットは、第1のスパッタリングターゲットと、前記第1のスパッタリングターゲットに隣接された第2のスパッタリングターゲットを有し、
前記第1のスパッタリングターゲットは、下面の幅が上面の幅よりも小さいテーパ部を持つ断面形状を有し、
前記第2のスパッタリングターゲットは、下面の幅が上面の幅よりも大きいテーパ部を持つ断面形状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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