JP6537671B2 - 半導体装置の作製方法 - Google Patents
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Description
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。
注目されている。該トランジスタは集積回路(IC)や画像表示装置(表示装置)のよう
な電子デバイスに広く応用されている。トランジスタに適用可能な半導体薄膜としてシリ
コン系半導体材料が広く知られているが、その他の材料として酸化物半導体が注目されて
いる。
インジウム(In)、ガリウム(Ga)、及び亜鉛(Zn)を含む非晶質酸化物を用いた
トランジスタが開示されている(特許文献1参照。)。
入などが生じると、その電気伝導度が変化する恐れがある。このような現象は、酸化物半
導体を用いたトランジスタにとって電気的特性の変動要因となる。
信頼性化することを目的の一とする。
水素化処理、及び酸素ドープ処理を行う。少なくとも、酸化物半導体膜を有するトランジ
スタの作製工程において、酸素ドープ処理を行う。
ドレイン電極、ならびに、ソース電極およびドレイン電極と電気的に接続する酸化物半導
体膜を形成し、酸化物半導体膜に熱処理を行って、酸化物半導体膜中の水素原子を除去し
、酸化物半導体膜上に、第2の絶縁膜を形成し、第2の絶縁膜に酸素ドープ処理を行って
、第2の絶縁膜中に酸素原子を供給し、第2の絶縁膜上の酸化物半導体膜と重畳する領域
にゲート電極を形成する半導体装置の作製方法である。
絶縁膜上に、ソース電極およびドレイン電極、ならびに、ソース電極およびドレイン電極
と電気的に接続する酸化物半導体膜を形成し、酸化物半導体膜に熱処理を行って、酸化物
半導体膜中の水素原子を除去し、水素原子が除去された酸化物半導体膜に酸素ドープ処理
を行って、酸化物半導体膜中に酸素原子を供給し、酸素原子が供給された酸化物半導体膜
上に、成分として酸素原子を含む第2の絶縁膜を形成し、第2の絶縁膜に酸素ドープ処理
を行って、第2の絶縁膜中に酸素原子を供給し、第2の絶縁膜上の酸化物半導体膜と重畳
する領域にゲート電極を形成する半導体装置の作製方法である。
含まれるように、酸化物半導体膜および第2の絶縁膜に酸素ドープ処理を行う場合がある
。また、化学量論比の1倍を超えて2倍までの比率の酸素原子が第2の絶縁膜に含まれる
ように、第2の絶縁膜に酸素ドープ処理を行う場合がある。また、第1の絶縁膜または第
2の絶縁膜として、酸化物半導体膜の構成元素を含む絶縁膜を形成する場合がある。また
、第1の絶縁膜または第2の絶縁膜として、酸化物半導体膜の構成元素を含み、酸化物半
導体膜に接して形成された第3の絶縁膜と、当該第3の絶縁膜の構成元素とは異なる元素
を含む第4の絶縁膜との積層膜を形成する場合がある。このとき、当該第3の絶縁膜は当
該酸化物半導体膜と当該第4の絶縁膜によって挟まれるように設けられている。また、第
1の絶縁膜または第2の絶縁膜として、酸化ガリウムを含む絶縁膜を形成する場合がある
。また、第1の絶縁膜または第2の絶縁膜として、酸化ガリウムを含み、酸化物半導体膜
に接して形成された第3の絶縁膜と、酸化ガリウムとは異なる材料を含む第4の絶縁膜と
の積層膜を形成する場合がある。このとき、当該第3の絶縁膜は当該酸化物半導体膜と当
該第4の絶縁膜によって挟まれるように設けられている。また、ゲート電極を覆うように
、窒素を含有する絶縁膜を形成する場合がある。なお、本明細書において、「酸化ガリウ
ム」の用語は、特に言及しない限り、構成元素としての酸素とガリウムを意味するもので
あって、酸化ガリウムの態様に限る趣旨で用いない。例えば、「酸化ガリウムを含む絶縁
膜」という場合には、「酸素とガリウムを含む絶縁膜」のように読み替えることが可能で
ある。
ある。このように、上方に、水素の含有がない、または極めて少ない窒化シリコンなどを
用いた絶縁膜を形成する場合には、添加された酸素が外部に放出されることを防ぎ、加え
て、外部からの水素や水の混入を防ぐことが可能である。この点において、当該絶縁膜の
重要性は高いといえる。
オン、のいずれかを含む)をバルクに添加することを言う。なお、当該「バルク」の用語
は、酸素を、薄膜表面のみでなく薄膜内部に添加することを明確にする趣旨で用いている
。また、「酸素ドープ」には、プラズマ化した酸素をバルクに添加する「酸素プラズマド
ープ」が含まれる。
ルク中)、酸化物半導体膜と絶縁膜の界面、のいずれかには少なくとも化学量論比をこえ
る量の酸素が存在する。酸素の量は、好ましくは化学量論比の1倍を超えて4倍まで(4
倍未満)、より好ましくは、1倍を超えて2倍まで(2倍未満)である。ここで、化学量
論比を超える酸素過剰な酸化物とは、それが、例えば、InaGabZncSidAle
MgfOg(a,b,c,d,e,f,g≧0)で表されるとき、2g>3a+3b+2
c+4d+3e+2f、を満たす酸化物をいう。なお、酸素ドープ処理によって添加され
た酸素は、酸化物半導体の格子間に存在する場合もある。
素の量が多くなるようにする。少なくとも添加される酸素の量が水素よりも多ければ、酸
素が拡散し、不安定性の原因の水素と反応することにより水素を固定化(非可動イオン化
)することができる。すなわち、信頼性の低下を抑制することができる。また、酸素を過
剰とすることで酸素欠損に起因するしきい値電圧Vthのばらつきを低減すると共に、し
きい値電圧のシフト量ΔVthを低減することができる。
と絶縁膜の界面、の2カ所以上に上述した量の酸素が存在するとより好ましい。
含まれていれば良いが、トランジスタのしきい値電圧の変動を抑えるなどの信頼性を確保
するためには、酸化物半導体には、化学量論比を超える量の酸素が含まれていることが好
ましい。同様に、欠陥(酸素欠損)のない酸化物半導体であれば、下地膜を酸素過剰の絶
縁膜とする必要はないが、トランジスタのしきい値電圧の変動を抑えるなどの信頼性を確
保するためには、酸化物半導体膜に酸素欠損の状態は生じ得ることを考慮して、下地膜を
酸素過剰の絶縁膜とすることが好ましい。
を示す。なお、酸素を一成分として含む酸化物半導体膜中に酸素ドープ処理を行う場合、
一般に、酸素濃度の増減を確認することは困難である。よって、ここでは、シリコンウエ
ハを用いて、酸素ドープ処理の効果を確認した。
d Plasma)方式を用いて行った。その条件は、ICP電力800W、RFバイア
ス電力300Wまたは0W、圧力1.5Pa、酸素ガス流量75sccm、基板温度70
℃である。図15に、SIMS(SIMS、Secondary Ion Mass S
pectrometry)分析によるシリコンウエハの深さ方向の酸素濃度プロファイル
を示す。図15において、縦軸は酸素濃度を示し、横軸はシリコンウエハ表面からの深さ
を示す。
酸素が添加されていることが確認できる。また、RFバイアス300Wの場合は、RFバ
イアス0Wの場合と比較して、酸素がより深く添加されることが確認できる。
EM(Scanning Transmission Electron Micros
copy)で観察した結果を図16に示す。図16(A)は、酸素ドープ処理を行う前の
STEM像であり、図16(B)は、上述のRFバイアス電力300Wの条件で酸素ドー
プ処理を行った後のSTEM像である。図16(B)に示すように、酸素ドープを行うこ
とによって、シリコンウエハに酸素高ドープ領域が形成されていることが確認できる。
が添加されることが示された。この結果により、酸化物半導体膜に対して酸素ドープを行
うことによっても、酸化物半導体膜に酸素を当然に添加できることが理解できる。
。ただし、以下の説明は、あくまでも一考察に過ぎないことを付記する。
ネル側(ゲート絶縁膜と反対側)へ電界が発生するため、酸化物半導体膜中に存在するプ
ラスの電荷を有する水素イオンがバックチャネル側へ移動して、絶縁膜との界面近傍に蓄
積する。蓄積した水素イオンから絶縁膜中の電荷捕獲中心(水素原子、水、あるいは汚染
物等)へプラスの電荷が移動することによって、酸化物半導体膜のバックチャネル側には
マイナスの電荷が蓄積される。すなわち、トランジスタのバックチャネル側に寄生チャネ
ルが発生して、しきい値電圧がマイナス側にシフトし、トランジスタがノーマリーオンの
傾向を示す。
中へプラスの電荷が移動することによってトランジスタの電気的特性が変動するため、ト
ランジスタの電気的特性の変動を抑制するためには、絶縁膜中にこれらの電荷捕獲中心が
存在しない、またはその含有量が少ないことが重要である。したがって、絶縁膜の成膜に
は、成膜時に水素含有量が少ないスパッタ法を用いるのが望ましい。スパッタ法により成
膜された絶縁膜は、その膜中に電荷捕獲中心が存在しない、または少なく、CVD法等に
よって成膜した場合と比較してプラスの電荷の移動が起こりにくい。よって、トランジス
タのしきい値電圧のシフトを抑制し、トランジスタをノーマリーオフとすることができる
。
を形成した後、熱処理を行うことで、酸化物半導体膜に含まれる水または水素を除去する
と同時に、絶縁膜中に含まれる水または水素をも除去することができる。よって、絶縁膜
中には、酸化物半導体膜中を移動してきたプラスの電荷を捕獲するための電荷捕獲中心が
少ない。このように、酸化物半導体膜への脱水化または脱水素化のための熱処理は、酸化
物半導体膜に加えて、酸化物半導体膜の下層に存在する絶縁膜に対しても行われるため、
トップゲート型のトランジスタにおいては、下地となる絶縁膜はプラズマCVD法等のC
VD法を用いて成膜されていても構わない。
電界が発生するため、酸化物半導体膜中に存在する水素イオンがゲート絶縁膜側へ移動し
て、ゲート絶縁膜との界面近傍へと蓄積する。また、これによりトランジスタのしきい値
電圧はマイナス側へシフトする。
スタのしきい値電圧がプラス側へシフトして、初期状態に戻る、または、場合によっては
初期状態よりもプラス側へシフトする。これらの現象は、酸化物半導体膜中に移動しやす
いイオンが存在していることを示唆しており、最も移動しやすいイオンは、最も小さい原
子である水素がイオン化した水素イオンであると考察することができる。
膜中の金属元素(M)と水素原子(H)との結合(M−H結合とも表記する)が切れる。
なお、波長が400nm前後の光エネルギーと、金属元素及び水素原子の結合エネルギー
と、は概略一致している。酸化物半導体膜中の金属元素と水素原子との結合が切れたトラ
ンジスタに負のゲートバイアスを加えると、金属元素から脱離した水素イオンがゲート電
極側に引き寄せられるため電荷の分布が変化し、トランジスタのしきい値電圧はマイナス
側にシフトして、ノーマリーオンの傾向を示す。
移動した水素イオンは、電圧の印加を停止すると元に戻る。これは、酸化物半導体膜中の
イオンの移動の代表的な例として理解できる。
性の変動(光劣化)への対策は、酸化物半導体膜から水素原子または水などの水素原子を
含む不純物を徹底的に排除し、酸化物半導体膜を高純度化することが最も重要である。電
荷密度が1015cm−3、つまり、単位面積あたりの電荷が1010cm−2の場合、
その電荷はトランジスタ特性に影響しないまたは影響するとしてもごく僅かである。よっ
て、電荷密度は1015cm−3以下であることが望ましい。仮に、酸化物半導体膜に含
まれる水素のうち、10%の水素が酸化物半導体膜中で移動する場合、酸化物半導体膜に
含まれる水素の濃度は1016cm−3以下であることが望ましい。さらに、デバイス完
成後に水素が外部より侵入するのを防ぐために、スパッタ法によって成膜した窒化シリコ
ン膜をパッシベーション膜として用い、トランジスタを覆うのが好ましい。
原子の数)≪(酸素ラジカルの数)または、(酸素イオンの数)とする)ことで、酸化物
半導体膜から水素または水を排除することができる。具体的には、高周波(RF)を用い
て酸素をプラズマ化し、基板バイアスを大きくして、酸素ラジカル、酸素イオンを基板上
の酸化物半導体膜へドープまたは添加し、酸化物半導体膜中では残存する水素よりも酸素
を多くする。酸素の電気陰性度は3.0と、電気陰性度が約2.0である酸化物半導体膜
中の金属(Zn、Ga、In)よりも大きいため、水素に対して酸素を過剰に含有させる
ことで、M−H基より水素を奪い、OH基を形成する。なお、このOH基は、Mと結合し
てM−O−H基を形成しうる。
り好ましい。例えば、酸化物半導体膜としてIn−Ga−Zn−O系酸化物半導体膜を用
いる場合、酸素のドープなどによって酸素の比率を化学量論比の1倍を超えて2倍まで(
2倍未満)とするのがより好ましい。例えば、In−Ga−Zn−O系酸化物半導体の単
結晶の化学量論比をIn:Ga:Zn:O=1:1:1:4とすると、組成がInGaZ
nOxで表される酸化物半導体薄膜において、Xは4を超えて8未満とするのがより好ま
しい。よって、酸化物半導体膜において酸素の含有量は水素の含有量より大きくなる。
、酸化物半導体膜中に含まれる水素に対して、過剰な量の酸素を含ませる場合、酸化物半
導体膜中の酸素が水素イオンと結合してOH基となる。OH基は、結合エネルギーが大き
いため、トランジスタに光照射やBTストレスが加えられても水素イオンを放出せず、ま
た、水素イオンより質量も大きいため、酸化物半導体膜中を移動しにくい。よって、OH
基は、トランジスタの劣化の原因にならないか、または劣化の原因を減らすことができる
。
大きくなる傾向が確認されている。これは、酸化物半導体膜中の酸素欠陥がしきい値電圧
の変動の一因であり、膜厚が大きくなるほど該酸素欠陥が増加するためと推測できる。本
発明の一態様に係るトランジスタにおいて、酸化物半導体膜中に含まれる水素に対して、
過剰な量の酸素を含ませることは、酸化物半導体膜からの水素または水の排除のみでなく
、膜中の酸素欠陥の補填に対しても有効である。よって、本発明の一態様に係るトランジ
スタは、しきい値電圧のばらつきも抑制することができる。
ける構成も、電気的特性の変動防止に効果的である。酸化物半導体膜と同種の成分でなる
金属酸化物膜として、具体的には、酸化物半導体膜の構成元素から選択される一または複
数の金属元素の酸化物を含む膜を用いるのが好ましい。このような材料を含む膜は酸化物
半導体膜との相性が良く、酸化物半導体膜を挟んで該金属酸化物膜を設けることで、酸化
物半導体膜との界面の状態を良好に保つことができる。つまり、上述の材料を用いた金属
酸化物膜を、酸化物半導体膜と接する絶縁膜として設けることで、該金属酸化物膜と酸化
物半導体膜との界面及びその近傍への水素イオンの蓄積を抑制または防止することができ
る。したがって、酸化物半導体膜を挟むように例えば酸化シリコン膜等の酸化物半導体膜
とは異なる成分でなる絶縁膜を設けた場合と比較して、トランジスタのしきい値電圧に影
響を与える酸化物半導体膜界面の水素濃度を十分に低減することができる。
、バンドギャップ(Eg)が大きいので、酸化ガリウム膜によって酸化物半導体膜を挟む
ことで、酸化物半導体膜と金属酸化物膜との界面において、エネルギー障壁が形成され、
その界面においてキャリアの移動は妨げられる。したがって、キャリアは酸化物半導体か
ら金属酸化物に移動することなく、酸化物半導体膜中を移動する。一方、水素イオンは、
酸化物半導体と金属酸化物との界面を通過して、金属酸化物と絶縁膜との界面付近に蓄積
する。仮に、絶縁膜との界面近傍に水素イオンが蓄積されたとしても、金属酸化物膜とし
ての酸化ガリウム膜にはキャリアが流れうる寄生チャネルが形成されないため、トランジ
スタのしきい値電圧への影響を与えない、またはその影響が極めて少ない。なお、酸化ガ
リウムとIn−Ga−Zn−O系の材料を接触させた場合のエネルギー障壁は、伝導帯側
で約0.8eVとなり、価電子帯側で約0.9eVとなる。
酸化物半導体膜に接する絶縁膜中、酸化物半導体膜中、またはこれらの界面近傍の少なく
ともいずれか一に酸素の含有量を増大させることを技術思想とするものである。
素の結合力は比較的弱いため、酸化物半導体膜に接する絶縁膜にシリコン等のより酸素と
の結合力が強い材料が含まれる場合に、熱処理によって酸化物半導体膜中の酸素が引き抜
かれてしまい、酸化物半導体膜の界面近傍に酸素欠損が形成される恐れがある。しかしな
がら、開示する発明の一態様に係るトランジスタは、酸化物半導体膜と接する絶縁膜に過
剰な酸素を供給することで、酸化物半導体膜の界面近傍における酸素欠損の形成を抑制す
ることができる。
膜または酸化物半導体膜に接する絶縁膜に含有される、化学量論比より過剰な酸素の量が
各層において異なる場合がある。過剰な酸素の量が異なる状態では、各層の酸素の化学ポ
テンシャルが異なり、化学ポテンシャルの相違はトランジスタの作製工程における熱処理
等で、平衡状態へ近づく、または平衡状態となると考えられる。したがって、絶縁膜への
酸素ドープ処理後には、熱処理を行うことがより好ましい。酸素ドープ処理後の熱処理に
よって、絶縁膜に過剰に供給された酸素を拡散させ、十分な量の酸素を酸化物半導体膜に
供給することが可能である。以下では、平衡状態における酸素の分布について検討する。
態であり、以下の式(1)で表される。
表す。また、Na、Nb、Ncは粒子数を表し、a、b、cは粒子の種類を表す。粒子a
がi層からj層へδNa (j)だけ移動した場合、ギブスの自由エネルギーの変化は、以
下の式(2)のようになる。
おいて、粒子の化学ポテンシャルが全ての層で等しくなる。
が過剰に含まれている場合、酸化物半導体膜では酸素の化学ポテンシャルが相対的に小さ
く、絶縁膜では化学ポテンシャルが相対的に大きい状態となっている。
酸化物半導体膜と、それに接する絶縁膜)が十分高温になり、原子の層内及び層間の拡散
が起こるようになると、化学ポテンシャルが同じになるように酸素の移動が起こる。すな
わち、絶縁膜の酸素が酸化物半導体膜に移動することで、絶縁膜の化学ポテンシャルが小
さくなり、酸化物半導体膜の化学ポテンシャルが大きくなる。
によって系内の化学ポテンシャルを平衡状態とすることで、拡散し、酸化物半導体膜へ酸
素が供給される。上述のように、酸化物半導体膜に供給された酸素は、水素イオンと結合
してOH基となり、トランジスタの劣化の原因にならないか、または劣化の原因を減らす
ことができる。また、酸化物半導体膜に酸素を供給することは、膜中の酸素欠陥の補填に
対しても有効である。
有するトランジスタは、バイアス−熱ストレス(BT)試験前後においてもトランジスタ
のしきい値電圧の変化量が低減できており、安定した電気特性を有する信頼性の高いトラ
ンジスタが実現できる。
る様々な半導体装置を作製することができる。
ただし、本明細書に開示する発明は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、本明細書に開示する発明
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。
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。
本実施の形態では、半導体装置および半導体装置の作製方法について、図1乃至図3を用
いて説明する。
図1には、トランジスタ120の構成例を示す。ここで、図1(A)は平面図であり、図
1(B)および図1(C)はそれぞれ、図1(A)におけるA−B断面およびC−D断面
に係る断面図である。なお、図1(A)では煩雑になることを避けるため、トランジスタ
120の構成要素の一部(例えば、ゲート絶縁膜110など)を省略している。
ドレイン電極104b、酸化物半導体膜108、ゲート絶縁膜110、ゲート電極112
を含む。
れた絶縁膜であり、酸素過剰領域を有する。ゲート絶縁膜110が酸素過剰領域を有する
ことにより、酸化物半導体膜108からゲート絶縁膜110への酸素の移動を防ぐことが
できる。また、ゲート絶縁膜110から酸化物半導体膜108への酸素の供給を行うこと
もできる。よって、ゲート絶縁膜110に酸素ドープ処理を行うことにより、酸化物半導
体膜108に水素に対して過剰な量の酸素を含有させることができるので、信頼性が高め
られたトランジスタ120が実現する。
以下、図2を用いて、図1に示す半導体装置の作製工程の一例を説明する。
を有していることが必要となる。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として用いることができる。また、シリコンや炭化シリコ
ンなどの単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合物半導
体基板、SOI基板などを適用することも可能であり、これらの基板上に半導体素子が設
けられたものを、基板100として用いてもよい。
ける場合、可撓性基板上に直接的にトランジスタを作り込んでもよいし、他の基板にトラ
ンジスタを形成した後、これを剥離し、可撓性基板に転置しても良い。なお、トランジス
タを剥離し、可撓性基板に転置するためには、上記他の基板とトランジスタとの間に剥離
層を形成すると良い。
化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ガリウム、これ
らの混合材料、などを用いればよい。また、絶縁膜102は、上述の材料を含む絶縁膜の
単層構造としても良いし、積層構造としても良い。
法などの成膜方法を用いて絶縁膜102を作製することができる。なお、水素や水などが
混入しにくいという点では、スパッタリング法が好適である。
用いると特に好ましい。このような材料は酸化物半導体膜との相性が良く、これを絶縁膜
102に用いることで、酸化物半導体膜との界面の状態を良好に保つことができるからで
ある。ここで、「酸化物半導体膜と同種の成分」とは、酸化物半導体膜の構成元素から選
択される一または複数の元素を含むことを意味する。例えば、酸化物半導体膜がIn−G
a−Zn−O系の酸化物半導体材料によって構成される場合、同種の成分でなる絶縁材料
としては酸化ガリウムなどがある。
材料でなる膜(以下、膜a)と、膜aの成分材料とは異なる材料を含む膜(以下、膜b)
との積層構造とするとなお良い。膜aと膜bを酸化物半導体膜側から順に積層した構造と
することで、電荷は膜aと膜bとの界面の電荷捕獲中心に優先的に捕獲される(酸化物半
導体膜と膜aとの界面との比較)ため、酸化物半導体膜の界面での電荷捕獲を十分に抑制
することができるようになり、半導体装置の信頼性が向上するためである。
化ガリウム膜と窒化シリコン膜との積層構造などを適用することができる。
配線を含む)を形成するための導電膜を形成し、当該導電膜を加工して、ソース電極10
4aおよびドレイン電極104bを形成する(図2(B)参照)。なお、ここで形成され
るソース電極104aの端部とドレイン電極104bの端部との間隔によって、トランジ
スタのチャネル長Lが決定されることになる。
、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、W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)
等がある。また、Al、Cuなどの金属膜の下側または上側の一方または双方にTi、M
o、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)を積層させた導電膜を用いても良い。
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、酸化スズ、酸化
亜鉛、酸化インジウム酸化スズ混合酸化物(ITOと略記する)、酸化インジウム酸化亜
鉛混合酸化物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。
ッチングに用いるレジストマスク形成時の露光には、紫外線やKrFレーザ光やArFレ
ーザ光などを用いるとよい。
と極めて波長が短い超紫外線(Extreme Ultraviolet)を用いて、レ
ジストマスク形成時の露光を行うとよい。超紫外線による露光は、解像度が高く焦点深度
も大きい。したがって、後に形成されるトランジスタのチャネル長Lを微細化することが
可能であり、回路の動作速度を高めることができる。
を行ってもよい。多階調マスクを用いて形成されたレジストマスクは、複数の膜厚を有す
る形状となり、アッシングによってさらに形状を変形させることができるため、異なるパ
ターンに加工する複数のエッチング工程に用いることが可能である。このため、一枚の多
階調マスクによって、少なくとも二種類以上の異なるパターンに対応するレジストマスク
を形成することができる。つまり、工程の簡略化が可能となる。
物半導体膜を形成し、当該酸化物半導体膜を加工して島状の酸化物半導体膜106を形成
する(図2(C)参照)。
スパッタリング法などを用いて作製することができる。また、酸化物半導体膜の厚さは、
3nm以上30nm以下とするのが望ましい。酸化物半導体膜を厚くしすぎると(例えば
、膜厚を50nm以上)、トランジスタがノーマリーオンとなってしまうおそれがあるた
めである。
や、インジウムおよびガリウムを含有する酸化物半導体材料などがある。
−Zn−O系の材料や、三元系金属酸化物であるIn−Ga−Zn−O系の材料、In−
Sn−Zn−O系の材料、In−Al−Zn−O系の材料、Sn−Ga−Zn−O系の材
料、Al−Ga−Zn−O系の材料、Sn−Al−Zn−O系の材料や、二元系金属酸化
物であるIn−Zn−O系の材料、Sn−Zn−O系の材料、Al−Zn−O系の材料、
Zn−Mg−O系の材料、Sn−Mg−O系の材料、In−Mg−O系の材料、In−G
a−O系の材料や、単元系金属の酸化物であるIn−O系の材料、Sn−O系の材料、Z
n−O系の材料などがある。また、上記の材料に酸化珪素を含ませてもよい。ここで、例
えば、In−Ga−Zn−O系の材料とは、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、亜
鉛(Zn)を有する酸化物膜、という意味であり、その組成比は特に問わない。また、I
nとGaとZn以外の元素を含んでいてもよい。
用いた薄膜とすることができる。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およびAl、Gaおよ
びMn、またはGaおよびCoなどを用いることができる。
ーゲットを用いたスパッタリング法により形成する。
て、In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1[mol数比]の酸化物半導体成膜用
ターゲットを用いることができる。なお、ターゲットの材料および組成を上述に限定する
必要はない。例えば、In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:2[mol数比]の組
成比の酸化物半導体成膜用ターゲットを用いることもできる。
成比は、原子数比で、In:Zn=50:1〜1:2(モル数比に換算するとIn2O3
:ZnO=25:1〜1:4)、好ましくはIn:Zn=20:1〜1:1(モル数比に
換算するとIn2O3:ZnO=10:1〜1:2)、さらに好ましくはIn:Zn=1
5:1〜1.5:1(モル数比に換算するとIn2O3:ZnO=15:2〜3:4)と
する。例えば、In−Zn−O系酸化物半導体の形成に用いるターゲットは、原子数比が
In:Zn:O=X:Y:Zのとき、Z>1.5X+Yとする。
以上99.9%以下とする。充填率の高い酸化物半導体成膜用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ためである。
スと酸素の混合雰囲気下などとすればよい。また、酸化物半導体膜への水素、水、水酸基
を有する化合物、水素化物などの混入を防ぐために、水素、水、水酸基を有する化合物、
水素化物などの水素原子を含む不純物が十分に除去された高純度ガスを用いた雰囲気とす
ることが望ましい。
00℃以下好ましくは200℃以上400℃以下とする。基板100が加熱された状態で
成膜を行うことで、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ためで
ある。また、スパッタリングによる損傷を軽減することができるためである。
分に除去された高純度ガスを導入し、上記ターゲットを用いて基板100上に酸化物半導
体膜を成膜する。成膜室内の残留水分を除去するためには、排気手段として、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などの吸着型の真空ポンプを用いる
ことが望ましい。また、排気手段は、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、水素分子や、水(
H2O)などの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)などが
除去されているため、当該成膜室で成膜した酸化物半導体膜に含まれる不純物の濃度を低
減できる。
、直流(DC)電源を0.5kW、成膜雰囲気を酸素(酸素流量比率100%)雰囲気と
することができる。なお、パルス直流電源を用いると、成膜時の粉状物質(パーティクル
、ごみともいう)の発生を軽減でき、膜厚分布も均一となるため好ましい。
化物半導体膜をエッチングすることによって行うことができる。上述のマスクは、フォト
リソグラフィなどの方法を用いて形成することができる。または、インクジェット法など
の方法を用いてマスクを形成しても良い。
い。もちろん、これらを組み合わせて用いてもよい。
108を形成する(図2(D)参照)。この熱処理によって酸化物半導体膜106中の水
素(水や水酸基を含む)を除去し、酸化物半導体膜の構造を整え、エネルギーギャップ中
の欠陥準位を低減することができる。上記熱処理の温度は、250℃以上650℃以下、
好ましくは450℃以上600℃以下、または基板の歪み点未満とする。
450℃、1時間の条件で行うことができる。この間、酸化物半導体膜106は大気に触
れさせず、水や水素の混入が生じないようにする。
によって、被処理物を加熱する装置を用いても良い。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。GRTA装置は、高温のガスを用いて熱処理を行う装置で
ある。ガスとしては、アルゴンなどの希ガス、または窒素のような、熱処理によって被処
理物と反応しない不活性気体が用いられる。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。
熱した後、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。
GRTA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熱処理を行うことで、酸素欠損
に起因するエネルギーギャップ中の欠陥準位を低減することができるためである。
)を主成分とする雰囲気であって、水、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。
限りなく近い酸化物半導体膜を形成することで、極めて優れた特性のトランジスタを実現
することができる。
水化処理や、脱水素化処理などと呼ぶこともできる。当該脱水化処理や、脱水素化処理は
、例えば、酸化物半導体膜を島状に加工する前などのタイミングにおいて行うことも可能
である。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。
4bを覆うゲート絶縁膜110を形成する(図2(E)参照)。
絶縁膜110は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、
酸化ガリウム、これらの混合材料、などを用いて形成すればよい。ただし、トランジスタ
のゲート絶縁膜として機能することを考慮して、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化イ
ットリウム、ハフニウムシリケート(HfSixOy(x>0、y>0))、窒素が添加
されたハフニウムシリケート(HfSixOy(x>0、y>0))、窒素が添加された
ハフニウムアルミネート(HfAlxOy(x>0、y>0))、などの比誘電率が高い
材料を採用しても良い。
と同種の成分でなる絶縁材料を用いると特に好ましい。このような材料は酸化物半導体膜
との相性が良く、これをゲート絶縁膜110に用いることで、酸化物半導体膜との界面の
状態を良好に保つことができるからである。ここで、「酸化物半導体膜と同種の成分」と
は、酸化物半導体膜の構成元素から選択される一または複数の元素を含むことを意味する
。例えば、酸化物半導体膜がIn−Ga−Zn−O系の酸化物半導体材料によって構成さ
れる場合、同種の成分でなる絶縁材料としては酸化ガリウムなどがある。
膜と同種の成分でなる絶縁材料でなる膜(以下、膜a)と、膜aの成分材料とは異なる材
料を含む膜(以下、膜b)との積層構造とするとなお良い。膜aと膜bを酸化物半導体膜
側から順に積層した構造とすることで、電荷は膜aと膜bとの界面の電荷捕獲中心に優先
的に捕獲される(酸化物半導体膜と膜aとの界面との比較)ため、酸化物半導体膜の界面
での電荷捕獲を十分に抑制することができるようになり、半導体装置の信頼性が向上する
ためである。
化ガリウム膜と窒化シリコン膜との積層構造などを適用することができる。
は、250℃以上700℃以下、好ましくは450℃以上600℃以下、または基板の歪
み点未満とする。
pm以下、好ましくは10ppb以下の空気)、または希ガス(アルゴン、ヘリウムなど
)の雰囲気下で行えばよいが、上記窒素、酸素、超乾燥空気、または希ガス等の雰囲気に
は、水、水素などが含まれないことが好ましい。また、熱処理装置に導入する窒素、酸素
、または希ガスの純度は、6N(99.9999%)以上(即ち不純物濃度を1ppm以
下)とするのが好ましく、7N(99.99999%)以上(即ち不純物濃度を0.1p
pm以下)とすると、より好ましい。
0と、が接した状態で加熱される。したがって、上述の脱水化(または脱水素化)処理に
よって減少してしまう可能性のある酸素を、酸化物半導体膜108へ供給することも可能
である。この意味において、当該熱処理を、加酸化(加酸素化)と呼ぶこともできる。
ば特に限定されない。例えば、ゲート絶縁膜110に対して酸素ドープ処理を行った後に
加酸化を目的とする熱処理を行っても良いし、ゲート電極の形成後に加酸化を目的とする
熱処理を行っても良い。または、脱水化等を目的とする熱処理に続けて加酸化を目的とす
る熱処理を行っても良いし、脱水化等を目的とする熱処理に加酸化を目的とする熱処理を
兼ねさせても良いし、加酸化を目的とする熱処理に脱水化等を目的とする熱処理を兼ねさ
せても良い。
る熱処理とを適用することで、酸化物半導体膜108を不純物が極力含まれないように高
純度化することができる。高純度化された酸化物半導体膜108中にはドナーに由来する
キャリアが極めて少ない(ゼロに近い)。
ラズマドープ処理ともいう)を行う(図2(F)参照)。ここで、酸素180には、少な
くとも、酸素ラジカル、酸素原子、酸素イオン、のいずれかが含まれている。ゲート絶縁
膜110に酸素ドープ処理を行うことにより、ゲート絶縁膜110中、またはゲート絶縁
膜110と酸化物半導体膜108との界面近傍に酸素を含有させることができる。この場
合、ゲート絶縁膜110中の酸素の含有量は、ゲート絶縁膜110の化学量論比を超える
程度、好ましくは、化学量論比の1倍を超えて4倍まで(1倍より大きく4倍未満)、よ
り好ましくは、1倍を超えて2倍まで(1倍より大きく2倍未満)とする。あるいは、酸
素の含有量は、ゲート絶縁膜110を構成する材料が単結晶の場合の酸素の量をYとして
、Yを超える程度、好ましくは、Yを超えて4Yまでとすることもできる。あるいは、酸
素の含有量は、酸素ドープ処理を行わない場合の絶縁膜中の酸素の量Zを基準として、Z
を超える程度、好ましくは、Zを超えて4Zまでとすることもできる。
化ガリウムはGa2O3であるので、xは1.5を超えて6まで(つまりGaの1.5倍
を超えて6倍まで)、が許容される。また、例えば、組成がSiOx(x>0)で表現さ
れる酸化シリコンを用いる場合、SiO2(すなわちOがSiの2倍)であれば、xは2
を超えて8まで(つまりSiの2倍を超えて8倍まで)が許容される。なお、このような
酸素過剰領域は、絶縁膜の一部(界面を含む)に存在していればよい。
との界面近傍に酸素過剰領域を形成することにより、酸化物半導体膜108からゲート絶
縁膜110への酸素の移動を防ぐことができる。よって、ゲート絶縁膜110に酸素ドー
プ処理を行うことにより、酸化物半導体膜108に水素に対して過剰な量の酸素を含有さ
せることができる。
と絶縁膜102との界面近傍、または絶縁膜102中に酸素が供給され得る。特に、ゲー
ト絶縁膜110または酸化物半導体膜108の膜厚が十分薄い場合や、基板に印加する電
気的なバイアスが十分大きい場合や、酸素ドープ処理後に熱処理を行う場合に、酸化物半
導体膜108中、酸化物半導体膜108と絶縁膜102との界面近傍、または絶縁膜10
2中に酸素が供給されやすくなる。
比を超える程度、好ましくは、化学量論比の1倍を超えて2倍まで(1倍より大きく2倍
未満)、とする。あるいは、酸素の含有量は、酸化物半導体膜108を構成する材料が単
結晶の場合の酸素の量をYとして、Yを超える程度、好ましくは、Yを超えて2Yまでと
することもできる。あるいは、酸素の含有量は、酸素ドープ処理を行わない場合の酸化物
半導体膜中の酸素の量Zを基準として、Zを超える程度、好ましくは、Zを超えて2Zま
でとすることもできる。なお、上述の好ましい範囲に上限が存在するのは、酸素の含有量
を多くしすぎると、水素吸蔵合金(水素貯蔵合金)のように、酸化物半導体膜108が水
素を取り込んでしまう恐れがあるためである。なお、酸化物半導体膜において酸素の含有
量は水素の含有量より大きくなる。
1(InGaZnO4)の結晶構造を基準にすれば、InGaZnOxにおいてxは4を
越えて8まで、また、m=2(InGaZn2O5)の結晶構造を基準にすれば、InG
aZn2Oxにおいてxは5を越えて10まで、が許容される。なお、このような酸素過
剰領域は、酸化物半導体の一部(界面を含む)に存在していればよい。
半導体膜中の酸素濃度を、SIMS(Secondary Ion Mass Spec
troscopy)などの方法を用いて、正確に見積もることは難しい。つまり、酸化物
半導体膜に酸素が意図的に添加されたか否かを判別することは困難であるといえる。
在比率はそれぞれ酸素原子全体の0.037%、0.204%程度であることが知られて
いる。つまり、酸化物半導体膜中におけるこれら同位体の濃度は、SIMSなどの方法に
よって見積もることができる程度になるから、これらの濃度を測定することで、酸化物半
導体膜中の酸素濃度をより正確に見積もることが可能な場合がある。よって、これらの濃
度を測定することで、酸化物半導体膜に意図的に酸素が添加されたか否かを判別しても良
い。
域における酸素の同位体の濃度D1(18O)と、酸素が添加されていない領域における
酸素の同位体の濃度D2(18O)との間には、D1(18O)>D2(18O)が成立
するといえる。
供給された後、酸化物半導体中において不対結合手を有することが好ましい。不対結合手
を有することにより、膜中に残存する水素と結合して、水素を固定化(非可動イオン化)
することができるためである。
08中に酸素過剰領域が形成され、酸化物半導体膜108に水素に対して過剰な量の酸素
を含有させることができる。
過剰領域を形成することにより、酸化物半導体膜108から絶縁膜102への酸素の移動
を防ぐことができる。
る。より具体的には、例えば、半導体装置に対してエッチング処理を行うことができる装
置や、レジストマスクに対してアッシングを行うことができる装置などを用いて酸素18
0を発生させ、酸化物半導体膜108を処理することができる。
とが望ましい。
て、水素に対して過剰な量の酸素を酸化物半導体膜に供給することが可能である。また、
この熱処理に、上述の加酸化を目的とする熱処理を兼ねさせても良い。当該効果を得るた
めの熱処理のタイミングは、上述の酸素ドープ処理の後であればいつでも構わない。また
、酸素ドープ処理と熱処理を繰り返して行っても良い。当該処理を繰り返して行うことに
より、トランジスタの信頼性をさらに高めることができる。なお、繰り返しの回数は適宜
設定することができる。
デン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等
の金属材料またはこれらを主成分とする合金材料を用いて形成することができる。なお、
ゲート電極112は、単層構造としても良いし、積層構造としても良い。
、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ガリウム、
これらの混合材料、などを用いて形成することができる。特に、絶縁膜として窒化シリコ
ン膜を用いる場合には、添加された酸素の外部への放出を防ぐことができると共に、酸化
物半導体膜108への外部からの水素等の混入を効果的に抑制することができるため好適
である。また、ソース電極104aやドレイン電極104b、ゲート電極112などと接
続される配線を形成しても良い。
図3(A)乃至図3(D)には、図1に示すトランジスタ120の変形例として、トラン
ジスタ130、トランジスタ140、トランジスタ150、およびトランジスタ160の
断面図を示す。
電極104b、酸化物半導体膜108、ゲート絶縁膜110、ゲート電極112を含む点
で、トランジスタ120と共通している。トランジスタ130とトランジスタ120との
相違は、上述の構成要素を覆う絶縁膜114の有無である。すなわち、トランジスタ13
0は、絶縁膜114を有している。その他の構成要素については図1のトランジスタ12
0と同様であるから、詳細は、図1に関する記載を参酌することができる。
ンジスタ120と共通している。トランジスタ140とトランジスタ120との相違は、
ソース電極104aおよびドレイン電極104bと、酸化物半導体膜108との積層順序
である。つまり、トランジスタ120では、ソース電極104aおよびドレイン電極10
4bが先に形成されるのに対して、トランジスタ140では、酸化物半導体膜108が先
に形成される。その他の構成要素については、図1と同様である。なお、トランジスタ1
30のように、絶縁膜114を有する構成としても良い。
ンジスタ120と共通している。トランジスタ150とトランジスタ120との相違は、
基板100側の絶縁膜にある。つまり、トランジスタ150では、絶縁膜102aと絶縁
膜102bの積層構造を備えている。その他の構成要素については、図3(B)と同様で
ある。
膜102aと絶縁膜102bとの界面の電荷捕獲中心に優先的に捕獲されるため、酸化物
半導体膜108の界面での電荷捕獲を十分に抑制することができるようになり、半導体装
置の信頼性が向上する。
、絶縁膜102aは絶縁膜102bの成分材料とは異なる材料を含む膜とすることが望ま
しい。例えば、酸化物半導体膜108がIn−Ga−Zn−O系の酸化物半導体材料によ
って構成される場合、同種の成分でなる絶縁材料としては酸化ガリウムなどがある。この
場合、酸化ガリウム膜と酸化シリコン膜の積層構造や、酸化ガリウム膜と窒化シリコン膜
との積層構造などを適用することができる。
ンジスタ120と共通している。トランジスタ160とトランジスタ120との相違は、
基板100側の絶縁膜およびゲート絶縁膜にある。つまり、トランジスタ160では、絶
縁膜102aと絶縁膜102bの積層構造を備え、かつ、ゲート絶縁膜110aとゲート
絶縁膜110bの積層構造を備えている。その他の構成要素については、図1と同様であ
る。
ゲート絶縁膜110bの積層構造とすることにより、電荷は絶縁膜102aと絶縁膜10
2bや、ゲート絶縁膜110aとゲート絶縁膜110bの界面に優先的に捕獲されるため
、酸化物半導体膜108の界面での電荷捕獲を十分に抑制することができるようになり、
半導体装置の信頼性が向上する。
絶縁膜)は酸化物半導体膜108と同種の成分でなる絶縁材料でなる膜とし、絶縁膜10
2aやゲート絶縁膜110bは、絶縁膜102bやゲート絶縁膜110aの成分材料とは
異なる材料を含む膜とすることが望ましい。例えば、酸化物半導体膜108がIn−Ga
−Zn−O系の酸化物半導体材料によって構成される場合、同種の成分でなる絶縁材料と
しては酸化ガリウムなどがある。この場合、酸化ガリウム膜と酸化シリコン膜の積層構造
や、酸化ガリウム膜と窒化シリコン膜との積層構造などを適用することができる。
水素化合物ともいう)などの水素原子を含む不純物を酸化物半導体より排除し、かつ、不
純物の排除工程において減少するおそれのある酸素を酸化物半導体に十分に含有させるこ
とによって、高純度化およびi型(真性)化を図った酸化物半導体膜を用いている。この
ように高純度化された酸化物半導体膜を含むトランジスタは、しきい値電圧などの電気的
特性変動が抑制されており、電気的に安定である。
ムと酸素の結合力は比較的弱いため、酸化物半導体膜に接する絶縁膜にシリコン等のより
酸素との結合力が強い材料が含まれる場合に、熱処理によって酸化物半導体膜中の酸素が
引き抜かれてしまい、酸化物半導体膜の界面近傍に酸素欠損が形成される恐れがある。し
かしながら、開示する発明の一態様に係るトランジスタは、酸化物半導体膜と接する絶縁
膜に過剰な酸素を供給することで、酸化物半導体膜からの酸素の引き抜きによる酸素欠損
の形成を抑制することができる。
域を有することにより、酸化物半導体膜108からゲート絶縁膜110への酸素の移動を
防ぐことができる。これにより、酸化物半導体膜中に水素に対して過剰な量の酸素を含有
させることで、電気的バイアスストレスや熱ストレスに起因する劣化を抑制し、光による
劣化を低減することができる。
とが可能である。
宜組み合わせて用いることができる。
本実施の形態では、半導体装置の作製方法の別の例について、図4および図5を用いて説
明する。
本実施の形態の作製方法にて作製される半導体装置の構成は、先の実施の形態のトランジ
スタ120と同様である。すなわち、基板100上の絶縁膜102、ソース電極104a
、ドレイン電極104b、酸化物半導体膜108、ゲート絶縁膜110、ゲート電極11
2を含む(図1参照)。
は、酸素ドープ処理が行われた絶縁膜であり、酸素過剰領域を有する。ゲート絶縁膜11
0が酸素過剰領域を有することにより、酸化物半導体膜108からゲート絶縁膜110へ
の酸素の移動を防ぐことができる。また、ゲート絶縁膜110から酸化物半導体膜108
への酸素の供給を行うこともできる。さらに、本実施の形態では、酸化物半導体膜108
に直接酸素ドープ処理を行い、絶縁膜102に対しても酸素ドープ処理を行うことができ
る。このような酸素ドープ処理によって、酸化物半導体膜108に水素に対して過剰な量
の酸素を含有させることができるので、さらに信頼性が高められたトランジスタ120が
実現する。なお、先の実施の形態と同様に、構成を変更したトランジスタを作製すること
もできる(図3(A)乃至図3(D)参照)。
以下、図4および図5を用いて、上述の半導体装置の作製工程の一例を説明する。
を有していることが必要となる。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として用いることができる。また、シリコンや炭化シリコ
ンなどの単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合物半導
体基板、SOI基板などを適用することも可能であり、これらの基板上に半導体素子が設
けられたものを、基板100として用いてもよい。
ける場合、可撓性基板上に直接的にトランジスタを作り込んでもよいし、他の基板にトラ
ンジスタを形成した後、これを剥離し、可撓性基板に転置しても良い。なお、トランジス
タを剥離し、可撓性基板に転置するためには、上記他の基板とトランジスタとの間に剥離
層を形成すると良い。
化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ガリウム、これ
らの混合材料、などを用いればよい。また、絶縁膜102は、上述の材料を含む絶縁膜の
単層構造としても良いし、積層構造としても良い。
法などの成膜方法を用いて絶縁膜102を作製することができる。なお、水素や水などが
混入しにくいという点では、スパッタリング法が好適である。
用いると特に好ましい。このような材料は酸化物半導体膜との相性が良く、これを絶縁膜
102に用いることで、酸化物半導体膜との界面の状態を良好に保つことができるからで
ある。ここで、「酸化物半導体膜と同種の成分」とは、酸化物半導体膜の構成元素から選
択される一または複数の元素を含むことを意味する。例えば、酸化物半導体膜がIn−G
a−Zn−O系の酸化物半導体材料によって構成される場合、同種の成分でなる絶縁材料
としては酸化ガリウムなどがある。
材料でなる膜(以下、膜a)と、膜aの成分材料とは異なる材料を含む膜(以下、膜b)
との積層構造とするとなお良い。膜aと膜bを酸化物半導体膜側から順に積層した構造と
することで、電荷は膜aと膜bとの界面の電荷捕獲中心に優先的に捕獲される(酸化物半
導体膜と膜aとの界面との比較)ため、酸化物半導体膜の界面での電荷捕獲を十分に抑制
することができるようになり、半導体装置の信頼性が向上するためである。
化ガリウム膜と窒化シリコン膜との積層構造などを適用することができる。
マドープ処理ともいう)を行う(図4(B)参照)。酸素180aには、少なくとも、酸
素ラジカル、酸素原子、酸素イオン、のいずれかが含まれている。絶縁膜102に酸素ド
ープ処理を行うことにより、絶縁膜102中に酸素を含有させることができ、後に形成さ
れる酸化物半導体膜108中、酸化物半導体膜108界面近傍、または、酸化物半導体膜
108中および該界面近傍に酸素を含有させることができる。この場合、絶縁膜102中
の酸素の含有量は、絶縁膜102の化学量論比を超える程度、好ましくは、化学量論比の
1倍を超えて4倍まで(1倍より大きく4倍未満)、より好ましくは、1倍を超えて2倍
まで(1倍より大きく2倍未満)とする。あるいは、酸素の含有量は、単結晶の場合の酸
素の量をYとして、Yを超える程度、好ましくは、Yを超えて4Yまでとすることもでき
る。あるいは、酸素の含有量は、酸素ドープ処理を行わない場合の絶縁膜中の酸素の量Z
を基準として、Zを超える程度、好ましくは、Zを超えて4Zまでとすることもできる。
化ガリウムはGa2O3であるので、xは1.5を超えて6まで(つまりGaの1.5倍
を超えて6倍まで)、が許容される。また、例えば、組成がSiOx(x>0)で表現さ
れる酸化シリコンを用いる場合、SiO2(すなわちOがSiの2倍)であれば、xは2
を超えて8まで(つまりSiの2倍を超えて8倍まで)が許容される。なお、このような
酸素過剰領域は、絶縁膜の一部(界面を含む)に存在していればよい。
8との界面近傍に酸素過剰領域を形成することにより、酸化物半導体膜108から絶縁膜
102への酸素の移動を防ぐことができる。よって、絶縁膜102に酸素ドープ処理を行
うことにより、酸化物半導体膜108に水素に対して過剰な量の酸素を含有させることが
できる。
後、酸化物半導体中において未結合手を有することが好ましい。未結合手を有することに
より、膜中に残存しうる水素と結合して、水素を固定化(非可動イオン化)することがで
きるためである。
きる。より具体的には、例えば、半導体装置に対してエッチング処理を行うことができる
装置や、レジストマスクに対してアッシングを行うことができる装置などを用いて酸素1
80aを発生させ、絶縁膜102を処理することができる。
とが望ましい。
配線を含む)を形成するための導電膜を形成し、当該導電膜を加工して、ソース電極10
4aおよびドレイン電極104bを形成する(図4(C)参照)。なお、ここで形成され
るソース電極104aの端部とドレイン電極104bの端部との間隔によって、トランジ
スタのチャネル長Lが決定されることになる。
、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、W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)
等がある。また、Al、Cuなどの金属膜の下側または上側の一方または双方にTi、M
o、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)を積層させた導電膜を用いても良い。
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、酸化スズ、酸化
亜鉛、酸化インジウム酸化スズ混合酸化物(ITOと略記する)、酸化インジウム酸化亜
鉛混合酸化物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。
ッチングに用いるレジストマスク形成時の露光には、紫外線やKrFレーザ光やArFレ
ーザ光などを用いるとよい。
と極めて波長が短い超紫外線(Extreme Ultraviolet)を用いて、レ
ジストマスク形成時の露光を行うとよい。超紫外線による露光は、解像度が高く焦点深度
も大きい。したがって、後に形成されるトランジスタのチャネル長Lを微細化することが
可能であり、回路の動作速度を高めることができる。
を行ってもよい。多階調マスクを用いて形成されたレジストマスクは、複数の膜厚を有す
る形状となり、アッシングによってさらに形状を変形させることができるため、異なるパ
ターンに加工する複数のエッチング工程に用いることが可能である。このため、一枚の多
階調マスクによって、少なくとも二種類以上の異なるパターンに対応するレジストマスク
を形成することができる。つまり、工程の簡略化が可能となる。
物半導体膜を形成し、当該酸化物半導体膜を加工して島状の酸化物半導体膜106を形成
する(図4(D)参照)。
スパッタリング法などを用いて作製することができる。また、酸化物半導体膜の厚さは、
3nm以上30nm以下とするのが望ましい。酸化物半導体膜を厚くしすぎると(例えば
、膜厚を50nm以上)、トランジスタがノーマリーオンとなってしまうおそれがあるた
めである。
−O系の材料や、三元系金属酸化物であるIn−Ga−Zn−O系の材料、In−Sn−
Zn−O系の材料、In−Al−Zn−O系の材料、Sn−Ga−Zn−O系の材料、A
l−Ga−Zn−O系の材料、Sn−Al−Zn−O系の材料や、二元系金属酸化物であ
るIn−Zn−O系の材料、Sn−Zn−O系の材料、Al−Zn−O系の材料、Zn−
Mg−O系の材料、Sn−Mg−O系の材料、In−Mg−O系の材料、In−Ga−O
系の材料や、単元系金属酸化物であるIn−O系の材料、Sn−O系の材料、Zn−O系
の材料などがある。また、上記の材料に酸化珪素を含ませてもよい。ここで、例えば、I
n−Ga−Zn−O系の材料とは、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn
)を有する酸化物膜、という意味であり、その組成比は特に問わない。また、InとGa
とZn以外の元素を含んでいてもよい。
用いた薄膜とすることができる。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およびAl、Gaおよ
びMn、またはGaおよびCoなどを用いることができる。
ーゲットを用いたスパッタリング法により形成する。
て、In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1[mol数比]の酸化物半導体成膜用
ターゲットを用いることができる。なお、ターゲットの材料および組成を上述に限定する
必要はない。例えば、In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:2[mol数比]の組
成比の酸化物半導体成膜用ターゲットを用いることもできる。
成比は、原子数比で、In:Zn=50:1〜1:2(モル数比に換算するとIn2O3
:ZnO=25:1〜1:4)、好ましくはIn:Zn=20:1〜1:1(モル数比に
換算するとIn2O3:ZnO=10:1〜1:2)、さらに好ましくはIn:Zn=1
5:1〜1.5:1(モル数比に換算するとIn2O3:ZnO=15:2〜3:4)と
する。例えば、In−Zn−O系酸化物半導体の形成に用いるターゲットは、原子数比が
In:Zn:O=X:Y:Zのとき、Z>1.5X+Yとする。
以上99.9%以下とする。充填率の高い金属酸化物半導体成膜用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ためである。
スと酸素の混合雰囲気下などとすればよい。また、酸化物半導体膜への水素、水、水酸基
を有する化合物、水素化物などの混入を防ぐために、水素、水、水酸基を有する化合物、
水素化物などの水素原子を含む不純物が十分に除去された高純度ガスを用いた雰囲気とす
ることが望ましい。
ることがある。このように、絶縁膜102に酸素を添加しておくことで、酸素が十分に添
加された酸化物半導体膜を作製することが可能である。
00℃以下好ましくは200℃以上400℃以下とする。基板100が加熱された状態で
成膜を行うことで、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ためで
ある。また、スパッタリングによる損傷を軽減することができるためである。
分に除去された高純度ガスを導入し、上記ターゲットを用いて基板100上に酸化物半導
体膜を成膜する。成膜室内の残留水分を除去するためには、排気手段として、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などの吸着型の真空ポンプを用いる
ことが望ましい。また、排気手段は、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、水素分子や、水(
H2O)などの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)などが
除去されているため、当該成膜室で成膜した酸化物半導体膜に含まれる不純物の濃度を低
減できる。
、直流(DC)電源を0.5kW、成膜雰囲気を酸素(酸素流量比率100%)雰囲気と
することができる。なお、パルス直流電源を用いると、成膜時の粉状物質(パーティクル
、ごみともいう)の発生を軽減でき、膜厚分布も均一となるため好ましい。
化物半導体膜をエッチングすることによって行うことができる。上述のマスクは、フォト
リソグラフィなどの方法を用いて形成することができる。または、インクジェット法など
の方法を用いてマスクを形成しても良い。
い。もちろん、これらを組み合わせて用いてもよい。
108を形成する(図4(E)参照)。この熱処理によって酸化物半導体膜106中の、
水素(水や水酸基を含む)を除去し、酸化物半導体膜の構造を整え、エネルギーギャップ
中の欠陥準位を低減することができる。また、この熱処理によって、絶縁膜102中の酸
素が酸化物半導体膜に供給されることがある。上記熱処理の温度は、250℃以上650
℃以下、好ましくは450℃以上600℃以下、または基板の歪み点未満とする。
450℃、1時間の条件で行うことができる。この間、酸化物半導体膜106は大気に触
れさせず、水や水素の混入が生じないようにする。
によって、被処理物を加熱する装置を用いても良い。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。GRTA装置は、高温のガスを用いて熱処理を行う装置で
ある。ガスとしては、アルゴンなどの希ガス、または窒素のような、熱処理によって被処
理物と反応しない不活性気体が用いられる。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。
熱した後、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。
GRTA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熱処理を行うことで、酸素欠損
に起因するエネルギーギャップ中の欠陥準位を低減することができるためである。
)を主成分とする雰囲気であって、水、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。
限りなく近い酸化物半導体膜を形成することで、極めて優れた特性のトランジスタを実現
することができる。
水化処理や、脱水素化処理などと呼ぶこともできる。当該脱水化処理や、脱水素化処理は
、例えば、酸化物半導体膜を島状に加工する前などのタイミングにおいて行うことも可能
である。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。
)。酸素180bには、少なくとも、酸素ラジカル、酸素原子、酸素イオン、のいずれか
が含まれている。酸化物半導体膜108に酸素ドープ処理を行うことにより、酸化物半導
体膜108中、酸化物半導体膜108界面近傍、または、酸化物半導体膜108中および
該界面近傍に酸素を含有させることができる。
108中に酸素過剰領域が形成され、酸化物半導体膜108に水素に対して過剰な量の酸
素を含有させることができる。
おいて未結合手を有することが好ましい。未結合手を有することにより、膜中に残存しう
る水素と結合して、水素を固定化(非可動イオン化)することができるためである。
きる。より具体的には、例えば、半導体装置に対してエッチング処理を行うことができる
装置や、レジストマスクに対してアッシングを行うことができる装置などを用いて酸素1
80bを発生させ、酸化物半導体膜108を処理することができる。
とが望ましい。
)を行ってもよい。当該熱処理により、水素と酸化物半導体材料との反応によって生成さ
れた水、水酸基(OH)などを酸化物半導体膜から除去することができる。熱処理は、水
、水素などが十分に低減された窒素、酸素、超乾燥空気(CRDS(キャビティリングダ
ウンレーザー分光法)方式の露点計を用いて測定した場合の水分量が20ppm(露点換
算で−55℃)以下、好ましくは1ppm以下、好ましくは10ppb以下の空気)、希
ガス(アルゴン、ヘリウムなど)などの雰囲気下で行えばよい。また、酸素ドープ処理と
熱処理を繰り返して行っても良い。当該処理を繰り返して行うことにより、トランジスタ
の信頼性をさらに高めることができる。なお、繰り返しの回数は適宜設定することができ
る。
極104bを覆うゲート絶縁膜110を形成する(図5(A)参照)。
絶縁膜110は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、
酸化ガリウム、これらの混合材料、などを用いて形成すればよい。ただし、トランジスタ
のゲート絶縁膜として機能することを考慮して、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化イ
ットリウム、ハフニウムシリケート(HfSixOy(x>0、y>0))、窒素が添加
されたハフニウムシリケート(HfSixOy(x>0、y>0))、窒素が添加された
ハフニウムアルミネート(HfAlxOy(x>0、y>0))、などの比誘電率が高い
材料を採用しても良い。
と同種の成分でなる絶縁材料を用いると特に好ましい。このような材料は酸化物半導体膜
との相性が良く、これをゲート絶縁膜110に用いることで、酸化物半導体膜との界面の
状態を良好に保つことができるからである。ここで、「酸化物半導体膜と同種の成分」と
は、酸化物半導体膜の構成元素から選択される一または複数の元素を含むことを意味する
。例えば、酸化物半導体膜がIn−Ga−Zn−O系の酸化物半導体材料によって構成さ
れる場合、同種の成分でなる絶縁材料としては酸化ガリウムなどがある。
膜と同種の成分でなる絶縁材料でなる膜(以下、膜a)と、膜aの成分材料とは異なる材
料を含む膜(以下、膜b)との積層構造とするとなお良い。膜aと膜bを酸化物半導体膜
側から順に積層した構造とすることで、電荷は膜aと膜bとの界面の電荷捕獲中心に優先
的に捕獲される(酸化物半導体膜と膜aとの界面との比較)ため、酸化物半導体膜の界面
での電荷捕獲を十分に抑制することができるようになり、半導体装置の信頼性が向上する
ためである。
化ガリウム膜と窒化シリコン膜との積層構造などを適用することができる。
は、250℃以上700℃以下、好ましくは450℃以上600℃以下、または基板の歪
み点未満とする。
pm以下、好ましくは10ppb以下の空気)、または希ガス(アルゴン、ヘリウムなど
)の雰囲気下で行えばよいが、上記窒素、酸素、超乾燥空気、または希ガス等の雰囲気に
は、水、水素などが含まれないことが好ましい。また、熱処理装置に導入する窒素、酸素
、または希ガスの純度は、6N(99.9999%)以上(即ち不純物濃度を1ppm以
下)とするのが好ましく、7N(99.99999%)以上(即ち不純物濃度を0.1p
pm以下)とすると、より好ましい。
ゲート絶縁膜110と、が接した状態で加熱される。したがって、上述の脱水化(または
脱水素化)処理によって減少してしまう可能性のある酸素を、絶縁膜102やゲート絶縁
膜110などから酸化物半導体膜108へ供給することも可能である。この意味において
、当該熱処理を、加酸化(加酸素化)と呼ぶこともできる。
ば特に限定されない。例えば、ゲート絶縁膜110に対して酸素ドープ処理を行った後に
加酸化を目的とする熱処理を行っても良いし、ゲート電極の形成後に加酸化を目的とする
熱処理を行っても良い。または、脱水化等を目的とする熱処理に続けて加酸化を目的とす
る熱処理を行っても良いし、脱水化等を目的とする熱処理に加酸化を目的とする熱処理を
兼ねさせても良いし、加酸化を目的とする熱処理に脱水化等を目的とする熱処理を兼ねさ
せても良い。
る熱処理とを適用することで、酸化物半導体膜108を不純物が極力含まれないように高
純度化することができる。高純度化された酸化物半導体膜108中にはドナーに由来する
キャリアが極めて少ない(ゼロに近い)。
プラズマドープ処理ともいう)を行う(図5(B)参照)。ここで、酸素180cには、
少なくとも、酸素ラジカル、酸素原子、酸素イオン、のいずれかが含まれている。ゲート
絶縁膜110に酸素ドープ処理を行うことにより、ゲート絶縁膜110中、またはゲート
絶縁膜110と酸化物半導体膜108との界面近傍に酸素を含有させることができる。こ
の場合、ゲート絶縁膜110中の酸素の含有量は、ゲート絶縁膜110の化学量論比を超
える程度、好ましくは、化学量論比の1倍を超えて4倍まで(1倍より大きく4倍未満)
、より好ましくは、1倍を超えて2倍まで(1倍より大きく2倍未満)とする。あるいは
、酸素の含有量は、ゲート絶縁膜110を構成する材料が単結晶の場合の酸素の量をYと
して、Yを超える程度、好ましくは、Yを超えて4Yまでとすることもできる。あるいは
、酸素の含有量は、酸素ドープ処理を行わない場合の絶縁膜中の酸素の量Zを基準として
、Zを超える程度、好ましくは、Zを超えて4Zまでとすることもできる。
化ガリウムはGa2O3であるので、xは1.5を超えて6まで(つまりGaの1.5倍
を超えて6倍まで)、が許容される。また、例えば、組成がSiOx(x>0)で表現さ
れる酸化シリコンを用いる場合、SiO2(すなわちOがSiの2倍)であれば、xは2
を超えて8まで(つまりSiの2倍を超えて8倍まで)が許容される。なお、このような
酸素過剰領域は、絶縁膜の一部(界面を含む)に存在していればよい。
との界面近傍に酸素過剰領域を形成することにより、酸化物半導体膜108からゲート絶
縁膜110への酸素の移動を防ぐことができる。よって、ゲート絶縁膜110に酸素ドー
プ処理を行うことにより、酸化物半導体膜108に水素に対して過剰な量の酸素を含有さ
せることができる。
と絶縁膜102との界面近傍、または絶縁膜102中に酸素が供給され得る。特に、ゲー
ト絶縁膜110または酸化物半導体膜108の膜厚が十分薄い場合や、基板に印加する電
気的なバイアスが十分大きい場合や、酸素ドープ処理後に熱処理を行う場合に、酸化物半
導体膜108中、酸化物半導体膜108と絶縁膜102との界面近傍、または絶縁膜10
2中に酸素が供給されやすくなる。
に供給された後、酸化物半導体中において未結合手を有することが好ましい。未結合手を
有することにより、膜中に残存しうる水素と結合して、水素を固定化(非可動イオン化)
することができるためである。
きる。より具体的には、例えば、半導体装置に対してエッチング処理を行うための装置や
、マスクに対してアッシングを行うための装置などを用いて酸素180cを発生させ、ゲ
ート絶縁膜110を処理することができる。
とが望ましい。
て、水素に対して過剰な量の酸素を酸化物半導体膜に供給することが可能である。また、
この熱処理に、上述の加酸化を目的とする熱処理を兼ねさせても良い。当該効果を得るた
めの熱処理のタイミングは、上述の酸素ドープ処理の後であればいつでも構わない。また
、酸素ドープ処理と熱処理を繰り返して行っても良い。当該処理を繰り返して行うことに
より、トランジスタの信頼性をさらに高めることができる。なお、繰り返しの回数は適宜
設定することができる。
デン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等
の金属材料またはこれらを主成分とする合金材料を用いて形成することができる。なお、
ゲート電極112は、単層構造としても良いし、積層構造としても良い。
、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ガリウム、
これらの混合材料、などを用いて形成することができる。特に、絶縁膜として窒化シリコ
ン膜を用いる場合には、添加された酸素の外部への放出を防ぐことができると共に、酸化
物半導体膜108への外部からの水素等の混入を効果的に抑制することができるため好適
である。また、ソース電極104aやドレイン電極104b、ゲート電極112などと接
続される配線を形成しても良い。
を超える程度、好ましくは、化学量論比の1倍を超えて2倍まで(1倍より大きく2倍未
満)、とする。あるいは、酸素の含有量は、酸化物半導体膜108を構成する材料が単結
晶の場合の酸素の量をYとして、Yを超える程度、好ましくは、Yを超えて2Yまでとす
ることもできる。あるいは、酸素の含有量は、酸素ドープ処理を行わない場合の酸化物半
導体膜中の酸素の量Zを基準として、Zを超える程度、好ましくは、Zを超えて2Zまで
とすることもできる。なお、上述の好ましい範囲に上限が存在するのは、酸素の含有量を
多くしすぎると、水素吸蔵合金(水素貯蔵合金)のように、かえって酸化物半導体膜10
8が水素を取り込んでしまう恐れがあるためである。
1(InGaZnO4)の結晶構造を基準にすれば、InGaZnOxにおいてxは4を
越えて8まで、また、m=2(InGaZn2O5)の結晶構造を基準にすれば、InG
aZn2Oxにおいてxは5を越えて10まで、が許容される。なお、このような酸素過
剰領域は、酸化物半導体の一部(界面を含む)に存在していればよい。
08に水素に対して過剰な量の酸素を含有させることができる。
の全てに酸素ドープ処理を適用する例についてのものだが、開示する発明の一態様はこれ
に限定されない。例えば、絶縁膜102およびゲート絶縁膜110に酸素ドープ処理を適
用しても良いし、酸化物半導体膜108およびゲート絶縁膜110に酸素ドープ処理を適
用しても良い。
水素化合物ともいう)などの水素原子を含む不純物を酸化物半導体より排除し、かつ、不
純物の排除工程において減少するおそれのある酸素を供給し、酸化物半導体に水素に対し
て過剰な量の酸素を含有させることによって、高純度化およびi型(真性)化を図った酸
化物半導体膜を用いている。このように高純度化された酸化物半導体膜を含むトランジス
タは、しきい値電圧など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。
ムと酸素の結合力は比較的弱いため、酸化物半導体膜に接する絶縁膜にシリコン等のより
酸素との結合力が強い材料が含まれる場合に、熱処理によって酸化物半導体膜中の酸素が
引き抜かれてしまい、酸化物半導体膜の界面近傍に酸素欠損が形成される恐れがある。し
かしながら、開示する発明の一態様に係るトランジスタは、酸化物半導体膜と接する絶縁
膜に過剰な酸素を供給することで、酸化物半導体膜からの酸素の引き抜きによる酸素欠損
の形成を抑制することができる。
110または絶縁膜102が酸素過剰領域を有することにより、酸化物半導体膜108か
らゲート絶縁膜110または絶縁膜102への酸素の移動を防ぐことができる。また、酸
化物半導体膜108の酸素ドープ処理によって、酸化物半導体膜108に含有される酸素
の量を増加させることができる。よって、酸化物半導体膜中に水素に対して過剰な量の酸
素を含有させることで、電気的バイアスストレスや熱ストレスに起因する劣化を抑制し、
光による劣化を低減することができる。
とが可能である。
宜組み合わせて用いることができる。
本実施の形態では、半導体装置の作製方法の別の例について、図6を用いて説明する。
本実施の形態の作製方法にて作製される半導体装置の構成は、先の実施の形態のトランジ
スタ120と同様である。すなわち、基板100上の絶縁膜102、ソース電極104a
、ドレイン電極104b、酸化物半導体膜108、ゲート絶縁膜110、ゲート電極11
2を含む(図1参照)。
は、酸素ドープ処理が行われた絶縁膜であり、酸素過剰領域を有する。ゲート絶縁膜11
0が酸素過剰領域を有することにより、酸化物半導体膜108からゲート絶縁膜110へ
の酸素の移動を防ぐことができる。また、ゲート絶縁膜110から酸化物半導体膜108
への酸素の供給を行うこともできる。さらに、本実施の形態では、酸化物半導体膜108
に直接酸素ドープ処理を行い、絶縁膜102に対しても酸素ドープ処理を行うことができ
る。このような酸素ドープ処理によって、酸化物半導体膜108に水素に対して過剰な量
の酸素を含有させることができるので、さらに信頼性が高められたトランジスタ120が
実現する。さらに、本実施の形態における絶縁膜102に対する酸素ドープ処理は、ソー
ス電極104aおよびドレイン電極104bの形成に用いるマスク103aおよびマスク
103bの除去の工程を兼ねている。このようなプロセスを採用することで、工程の簡略
化による製造コストの低減を図ることができる。なお、先の実施の形態と同様に、構成を
変更したトランジスタを作製することもできる(図3(A)乃至図3(D)参照)。
以下、図6を用いて、上述の半導体装置の作製工程の一例を説明する。なお、作製工程の
基本的な内容は先の実施の形態と同様であるため、以下では相違点について述べるに留め
る。
に関する記載を参酌すればよい。
配線を含む)を形成するための導電膜を形成し、当該導電膜を、マスク103aおよびマ
スク103bを用いて加工して、ソース電極104aおよびドレイン電極104bを形成
する。そして、絶縁膜102に対して、酸素180aによる処理(酸素ドープ処理や、酸
素プラズマドープ処理ともいう)を行う(図6(B)参照)。ソース電極104aおよび
ドレイン電極104bを形成するため工程の詳細は、図4(C)に関する記載を参酌すれ
ばよい。ここで、上述の酸素ドープ処理は、マスク103aおよびマスク103bの除去
工程を兼ねるものである。
まれている。絶縁膜102に酸素ドープ処理を行うことにより、絶縁膜102中に酸素を
含有させることができ、後に形成される酸化物半導体膜108中、酸化物半導体膜108
界面近傍、または、酸化物半導体膜108中および該界面近傍に酸素を含有させることが
できる。この場合、絶縁膜102中の酸素の含有量は、絶縁膜102の化学量論比を超え
る程度、好ましくは、化学量論比の1倍を超えて4倍まで(1倍より大きく4倍未満)、
より好ましくは、1倍を超えて2倍まで(1倍より大きく2倍未満)、とする。あるいは
、酸素の含有量は、絶縁膜102を構成する材料が単結晶の場合の酸素の量をYとして、
Yを超える程度、好ましくは、Yを超えて4Yまでとすることもできる。あるいは、酸素
の含有量は、酸素ドープ処理を行わない場合の絶縁膜中の酸素の量Zを基準として、Zを
超える程度、好ましくは、Zを超えて4Zまでとすることもできる。
化ガリウムはGa2O3であるので、xは1.5を超えて6まで(つまりGaの1.5倍
を超えて6倍まで)、が許容される。また、例えば、組成がSiOx(x>0)で表現さ
れる酸化シリコンを用いる場合、SiO2(すなわちOがSiの2倍)であれば、xは2
を超えて8まで(つまりSiの2倍を超えて8倍まで)が許容される。なお、このような
酸素過剰領域は、絶縁膜の一部(界面を含む)に存在していればよい。
8との界面近傍に酸素過剰領域を形成することにより、酸化物半導体膜108から絶縁膜
102への酸素の移動を防ぐことができる。よって、絶縁膜102に酸素ドープ処理を行
うことにより、酸化物半導体膜108に水素に対して過剰な量の酸素を含有させることが
できる。
後、酸化物半導体中において未結合手を有することが好ましい。未結合手を有することに
より、膜中に残存しうる水素と結合して、水素を固定化(非可動イオン化)することがで
きるためである。
きる。より具体的には、例えば、レジストマスクに対してアッシングを行うことができる
装置などを用いて酸素180aを発生させ、絶縁膜102を処理することができる。
、通常のマスク除去工程とは異なり、当該工程は酸素の添加を目的とするものであるから
、基板には強めのバイアスを加えておくことが望ましい。
と、酸素が低濃度に存在する領域とが形成される。具体的には、絶縁膜102の、ソース
電極104aおよびドレイン電極104bに覆われていない領域が、酸素が高濃度に存在
する領域となり、ソース電極104aおよびドレイン電極104bに覆われている領域が
、酸素が低濃度に存在する領域となる。
物半導体膜を形成し、当該酸化物半導体膜を加工して島状の酸化物半導体膜を形成する。
そして、その後、島状の酸化物半導体膜に対して熱処理を行って、高純度化された酸化物
半導体膜108を形成する(図6(C)参照)。当該工程の詳細は、図4(D)および図
4(E)に関する記載を参酌すればよい。
)。詳細は、図4(F)に関する記載を参酌すればよい。
極104bを覆うゲート絶縁膜110を形成する。そして、その後、ゲート絶縁膜110
に対して、酸素180cによる処理を行う(図6(E)参照)。詳細は、図5(A)およ
び図5(B)に関する記載を参酌すればよい。
記載を参酌すればよい。
、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ガリウム、
これらの混合材料、などを用いて形成することができる。特に、絶縁膜として窒化シリコ
ン膜を用いる場合には、添加された酸素の外部への放出を防ぐことができると共に、酸化
物半導体膜108への外部からの水素等の混入を効果的に抑制することができるため好適
である。また、ソース電極104aやドレイン電極104b、ゲート電極112などと接
続される配線を形成しても良い。
の全てに酸素ドープ処理を適用する例についてのものだが、開示する発明の一態様はこれ
に限定されない。例えば、絶縁膜102およびゲート絶縁膜110に酸素ドープ処理を適
用しても良い。
水素化合物ともいう)などの水素原子を含む不純物を酸化物半導体より排除し、かつ、不
純物の排除工程において減少するおそれのある酸素を供給し、酸化物半導体に水素に対し
て過剰な量の酸素を含有させることによって、高純度化およびi型(真性)化を図った酸
化物半導体膜を用いている。このように高純度化された酸化物半導体膜を含むトランジス
タは、しきい値電圧など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。
ムと酸素の結合力は比較的弱いため、酸化物半導体膜に接する絶縁膜にシリコン等のより
酸素との結合力が強い材料が含まれる場合に、熱処理によって酸化物半導体膜中の酸素が
引き抜かれてしまい、酸化物半導体膜の界面近傍に酸素欠損が形成される恐れがある。し
かしながら、開示する発明の一態様に係るトランジスタは、酸化物半導体膜と接する絶縁
膜に過剰な酸素を供給することで、酸化物半導体膜からの酸素の引き抜きによる酸素欠損
の形成を抑制することができる。
110または絶縁膜102が酸素過剰領域を有することにより、酸化物半導体膜108か
らゲート絶縁膜110または絶縁膜102への酸素の移動を防ぐことができる。また、酸
化物半導体膜108の酸素ドープ処理によって、酸化物半導体膜108に含有される酸素
の量を増加させることができる。よって、酸化物半導体膜中に水素に対して過剰な量の酸
素を含有させることで、電気的バイアスストレスや熱ストレスに起因する劣化を抑制し、
光による劣化を低減することができる。
トを抑制することができる。
たトランジスタを提供することが可能である。
宜組み合わせて用いることができる。
本実施の形態では、酸素ドープ処理に用いることができるプラズマ装置(アッシング装置
とも呼ぶ)の例を説明する。なお、この装置は、例えば第5世代以降の大型のガラス基板
などに対応することができる点で、イオン注入装置などよりも工業的に適している。
酸素プラズマドープを行うプラズマ装置(アッシング装置とも呼ぶ)の断面図の一例を示
す。
0を3つ有し、被処理基板を収容するカセットポート14を3つ有する基板供給室11や
、ロードロック室12や、搬送室13などを有している。基板供給室に供給された基板は
、ロードロック室12と搬送室13を介してプラズマ装置10内の真空チャンバー15に
搬送されて酸素プラズマドープが行われる。酸素プラズマドープが終了した基板は、プラ
ズマ装置10からロードロック室12と搬送室13を介して基板供給室11に搬送される
。なお、基板供給室11及び搬送室13には、被処理基板を搬送するための搬送ロボット
がそれぞれ配置されている。
ャンバー15の上部には、複数のガス吹き出し口と、プラズマ発生源であるICPコイル
16(誘導結合プラズマコイル)が配置されている。
それぞれのガス吹き出し口は、酸素ガスを供給するためのガス供給源とガス流路17を介
して接続されており、ガス供給源は、マスフローコントローラ等を備え、所望の流量(0
より多く1000sccm以下)でガス流路17に対して酸素ガスを供給することができ
る。ガス供給源から供給される酸素ガスは、ガス流路17から12個のガス吹き出し口を
介して真空チャンバー15内に供給される。
ンピーダンス調整のためのマッチング回路を介して第1の高周波電源18(13.56M
Hz)に電気的に接続され、他端は接地されている。
。基板ステージ19に設けられた静電チャックなどにより、基板ステージ上に被処理基板
20が着脱可能に保持される。基板ステージ19には、加熱機構としてヒータ、冷却機構
としてHeガス流路を備えている。基板ステージは、基板バイアス電圧印加用の第2の高
周波電源21(3.2MHz)に接続されている。
tic Pressure Control valve、APCとも呼ぶ。)が備えら
れる。APCはターボ分子ポンプ23に接続され、さらにターボ分子ポンプ23を介して
ドライポンプ24に接続される。APCは真空チャンバー内の圧力制御を行い、ターボ分
子ポンプ23及びドライポンプ24は、真空チャンバー15内を減圧する。
に設けられている酸化物半導体膜、下地絶縁膜またはゲート絶縁膜に酸素プラズマドープ
を行う一例を示す。
5内を所望の圧力に保持した後、被処理基板20を真空チャンバー15内の基板ステージ
に設置する。なお、基板ステージに保持する被処理基板20には少なくとも酸化物半導体
膜または下地絶縁膜を備えるものとする。本実施の形態では、真空チャンバー15内の圧
力を1.33Paに保持する。なお、酸素ガスをガス吹き出し口から真空チャンバー15
内に供給する流量を250sccmに設定する。
発生させる。そして、プラズマを発生させた状態を一定時間(30秒以上600秒以下)
維持する。なお、ICPコイル16に印加する高周波電力は、1kW以上10kW以下と
する。本実施の形態では、6000Wとする。この際、第2の高周波電源21から基板ス
テージに基板バイアス電圧を印加してもよい。本実施の形態では基板バイアス電圧印加に
用いる電力を1000Wとする。
空チャンバー15から搬出する。こうして、被処理基板20に設けられている酸化物半導
体膜、下地絶縁膜またはゲート絶縁膜に酸素プラズマドープを行うことができる。
宜組み合わせて用いることができる。
本実施の形態では、半導体装置の一例として、記憶媒体(メモリ素子)を示す。本実施の
形態では、実施の形態1乃至3などにおいて示す酸化物半導体を用いたトランジスタと、
酸化物半導体以外の材料を用いたトランジスタとを同一基板上に形成する。
B)には、半導体装置の平面を、それぞれ示す。ここで、図7(A)は、図7(B)のC
1−C2およびD1−D2における断面に相当する。また、図7(C)には、上記半導体
装置をメモリ素子として用いる場合の回路図の一例を示す。図7(A)および図7(B)
に示される半導体装置は、下部に第1の半導体材料を用いたトランジスタ240を有し、
上部に実施の形態1で示したトランジスタ120を有する。なお、トランジスタ120は
、第2の半導体材料として酸化物半導体を用いている。本実施の形態では、第1の半導体
材料を酸化物半導体以外の半導体材料とする。酸化物半導体以外の半導体材料としては、
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のが好ましい。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、高速動作が容易
である。一方で、酸化物半導体を用いたトランジスタは、その特性により長時間の電荷保
持を可能とする。
すが、トランジスタ120に代えて、実施の形態1または2で示したトランジスタ130
、トランジスタ140、トランジスタ150およびトランジスタ160等を適用可能であ
ることは、いうまでもない。
00に設けられたチャネル形成領域216と、チャネル形成領域216を挟むように設け
られた不純物領域220と、不純物領域220に接する金属化合物領域224と、チャネ
ル形成領域216上に設けられたゲート絶縁膜208と、ゲート絶縁膜208上に設けら
れたゲート電極210と、を有する。
晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合物半導体基板、SOI基板などを適用す
ることができる。なお、一般に「SOI基板」は、絶縁表面上にシリコン半導体膜が設け
られた構成の基板をいうが、本明細書等においては、絶縁表面上にシリコン以外の材料か
らなる半導体膜が設けられた構成の基板も含む。つまり、「SOI基板」が有する半導体
膜は、シリコン半導体膜に限定されない。また、SOI基板には、ガラス基板などの絶縁
基板上に絶縁膜を介して半導体膜が設けられた構成のものが含まれるものとする。
り、トランジスタ240を覆うように絶縁膜228および絶縁膜230が設けられている
。なお、高集積化を実現するためには、図7(A)に示すようにトランジスタ240がサ
イドウォール絶縁膜を有しない構成とすることが望ましい。一方で、トランジスタ240
の特性を重視する場合には、ゲート電極210の側面にサイドウォール絶縁膜を設け、不
純物濃度が異なる領域を含む不純物領域220を設けても良い。
またはガリウムヒ素等を用いて作製することができる。このようなトランジスタ240は
、高速動作が可能であるという特徴を有する。このため、当該トランジスタを読み出し用
のトランジスタとして用いることで、情報の読み出しを高速に行うことができる。
処理として、絶縁膜228や絶縁膜230にCMP処理を施して、ゲート電極210の上
面を露出させる。ゲート電極210の上面を露出させる処理としては、CMP処理の他に
エッチング処理などを適用することも可能であるが、トランジスタ120の特性を向上さ
せるために、絶縁膜228や絶縁膜230の表面は可能な限り平坦にしておくことが望ま
しい。
電膜を選択的にエッチングして、ソース電極104a、ドレイン電極104bを形成する
。
いて形成することができる。また、導電膜の材料としては、Al、Cr、Cu、Ta、T
i、Mo、Wからから選ばれた元素や、上述した元素を成分とする合金等を用いることが
できる。Mn、Mg、Zr、Be、Nd、Scのいずれか、またはこれらを複数組み合わ
せた材料を用いてもよい。
ン膜や窒化チタン膜の単層構造、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウ
ム膜上にチタン膜が積層された2層構造、窒化チタン膜上にチタン膜が積層された2層構
造、チタン膜とアルミニウム膜とチタン膜とが積層された3層構造などが挙げられる。な
お、導電膜を、チタン膜や窒化チタン膜の単層構造とする場合には、テーパー形状を有す
るソース電極104a、およびドレイン電極104bへの加工が容易であるというメリッ
トがある。
電極104bの下端部の間隔によって決定される。なお、チャネル長(L)が25nm未
満のトランジスタを形成する場合に用いるマスク形成の露光を行う際には、数nm〜数1
0nmと波長の短い超紫外線を用いるのが望ましい。
形成した後、当該酸化物半導体膜を選択的にエッチングして酸化物半導体膜108を形成
する。酸化物半導体膜は、実施の形態1に示す材料及び形成プロセスを用いる。
0は、実施の形態1に示す材料及び形成プロセスを用いる。
112aを形成し、ソース電極104aと重畳する領域に電極112bを形成する。
加酸化などとも呼ぶ)を行うのが望ましい。熱処理の温度は、200℃以上450℃以下
、望ましくは250℃以上350℃以下である。例えば、窒素雰囲気下で250℃、1時
間の熱処理を行えばよい。熱処理を行うことによって、トランジスタの電気的特性のばら
つきを軽減することができる。
極の形成後に加酸化を目的とする熱処理を行っても良い。また、脱水化等を目的とする熱
処理に続けて加酸化を目的とする熱処理を行っても良いし、脱水化等を目的とする熱処理
に加酸化を目的とする熱処理を兼ねさせても良いし、加酸化を目的とする熱処理に脱水化
等を目的とする熱処理を兼ねさせても良い。
る熱処理とを適用することで、酸化物半導体膜108を不純物が極力含まれないように高
純度化することができる。
に、当該導電膜を選択的にエッチングすることによって形成することができる。
1および絶縁膜152を形成する。絶縁膜151および絶縁膜152は、スパッタ法やC
VD法などを用いて形成することができる。また、酸化シリコン、酸窒化シリコン、窒化
シリコン、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化ガリウム等の無機絶縁材料を含む材
料を用いて形成することができる。
にまで達する開口を形成する。当該開口の形成は、マスクなどを用いた選択的なエッチン
グにより行われる。
6を形成する。
した後、エッチング処理やCMPといった方法を用いて、上記導電膜の一部を除去するこ
とにより形成することができる。
を用いて導電膜を形成した後、当該導電膜をパターニングすることによって形成される。
また、導電膜の材料としては、Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、Wから選ばれた元
素や、上述した元素を成分とする合金等を用いることができる。Mn、Mg、Zr、Be
、Nd、Scのいずれか、またはこれらを複数組み合わせた材料を用いてもよい。詳細は
、ソース電極104aまたはドレイン電極104bなどと同様である。
容量素子164が完成する。容量素子164は、ソース電極104a、酸化物半導体膜1
08、ゲート絶縁膜110、および電極112b、で構成される。
せることにより、ソース電極104aと、電極112bとの間の絶縁性を十分に確保する
ことができる。もちろん、十分な容量を確保するために、酸化物半導体膜108を有しな
い構成の容量素子164を採用しても良い。さらに、容量が不要の場合は、容量素子16
4を設けない構成とすることも可能である。
図7(C)において、トランジスタ120のソース電極またはドレイン電極の一方と、容
量素子164の電極の一方と、トランジスタ240のゲート電極と、は電気的に接続され
ている。また、第1の配線(1st Line:ソース線とも呼ぶ)とトランジスタ24
0のソース電極とは、電気的に接続され、第2の配線(2nd Line:ビット線とも
呼ぶ)とトランジスタ240のドレイン電極とは、電気的に接続されている。また、第3
の配線(3rd Line:第1の信号線とも呼ぶ)とトランジスタ120のソース電極
またはドレイン電極の他方とは、電気的に接続され、第4の配線(4th Line:第
2の信号線とも呼ぶ)と、トランジスタ120のゲート電極とは、電気的に接続されてい
る。そして、第5の配線(5th Line:ワード線とも呼ぶ)と、容量素子164の
電極の他方は電気的に接続されている。
ているため、トランジスタ120をオフ状態とすることで、トランジスタ120のソース
電極またはドレイン電極の一方と、容量素子164の電極の一方と、トランジスタ240
のゲート電極とが電気的に接続されたノード(以下、ノードFG)の電位を極めて長時間
にわたって保持することが可能である。そして、容量素子164を有することにより、ノ
ードFGに与えられた電荷の保持が容易になり、また、保持された情報の読み出しが容易
になる。
ジスタ120がオン状態となる電位にして、トランジスタ120をオン状態とする。これ
により、第3の配線の電位が、ノードFGに供給され、ノードFGに所定量の電荷が蓄積
される。ここでは、異なる二つの電位レベルを与える電荷(以下、ロー(Low)レベル
電荷、ハイ(High)レベル電荷という)のいずれかが与えられるものとする。その後
、第4の配線の電位を、トランジスタ120がオフ状態となる電位にして、トランジスタ
120をオフ状態とすることにより、ノードFGが浮遊状態となるため、ノードFGには
所定の電荷が保持されたままの状態となる。以上のように、ノードFGに所定量の電荷を
蓄積及び保持させることで、メモリセルに情報を記憶させることができる。
間にわたって保持される。したがって、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り、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。
えた状態で、第5の配線に適切な電位(読み出し電位)を与えると、ノードFGに保持さ
れた電荷量に応じて、トランジスタ240は異なる状態をとる。一般に、トランジスタ2
40をnチャネル型とすると、ノードFGにHighレベル電荷が保持されている場合の
トランジスタ240の見かけのしきい値Vth_Hは、ノードFGにLowレベル電荷が
保持されている場合のトランジスタ240の見かけのしきい値Vth_Lより低くなるた
めである。ここで、見かけのしきい値とは、トランジスタ240を「オン状態」とするた
めに必要な第5の配線の電位をいうものとする。したがって、第5の配線の電位をVth
_HとVth_Lの中間の電位V0とすることにより、ノードFGに保持された電荷を判
別できる。例えば、書き込みにおいて、Highレベル電荷が与えられていた場合には、
第5の配線の電位がV0(>Vth_H)となれば、トランジスタ240は「オン状態」
となる。Lowレベル電荷が与えられていた場合には、第5の配線の電位がV0(<Vt
h_L)となっても、トランジスタ240は「オフ状態」のままである。このため、第5
の配線の電位を制御して、トランジスタ240のオン状態またはオフ状態を読み出す(第
2の配線の電位を読み出す)ことで、記憶された情報を読み出すことができる。
荷を保持したノードFGに、新たな電位を供給することで、ノードFGに新たな情報に係
る電荷を保持させる。具体的には、第4の配線の電位を、トランジスタ120がオン状態
となる電位にして、トランジスタ120をオン状態とする。これにより、第3の配線の電
位(新たな情報に係る電位)が、ノードFGに供給され、ノードFGに所定量の電荷が蓄
積される。その後、第4の配線の電位をトランジスタ120がオフ状態となる電位にして
、トランジスタ120をオフ状態とすることにより、ノードFGには、新たな情報に係る
電荷が保持された状態となる。すなわち、ノードFGに第1の書き込みによって所定量の
電荷が保持された状態で、第1の書き込みと同様の動作(第2の書き込み)を行うことで
、記憶させた情報を上書きすることが可能である。
108を用いることで、トランジスタ120のオフ電流を十分に低減することができる。
また、酸化物半導体膜108を酸素過剰な層とすることで、トランジスタ120の電気的
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できる。そして、
このようなトランジスタを用いることで、極めて長期にわたり記憶内容を保持することが
可能で、信頼性の高い半導体装置が得られる。
20を重畳させることで、集積度が十分に高められた半導体装置が実現される。
宜組み合わせて用いることができる。
実施の形態1〜3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
。
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8(
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または画素部4002に与えら
れる各種信号及び電位は、FPC(Flexible printed circuit
)4018a、FPC4018bから供給されている。
、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8(
B)、図8(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8(B)、図8(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または画素
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。
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8(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8(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8(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、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。
おり、実施の形態1乃至3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)素子、有機EL素子等が含まれる。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。
を有しており、接続端子電極4015及び端子電極4016はFPC4018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、トランジスタ4011のソース電極及びドレイン電極
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9乃至図11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10及び図11では、トランジスタ4010、トランジスタ4011上に、絶
縁層4021が設けられている。
乃至3のいずれかで示したトランジスタを適用することができる。トランジスタ4010
、トランジスタ4011は、電気的特性変動が抑制されており、電気的に安定である。よ
って、図9乃至図11で示す本実施の形態の半導体装置として信頼性の高い半導体装置を
提供することができる。
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。
子である液晶素子4013は、第1の電極層4030、第2の電極層4031、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、絶縁膜4033が設けられている。第2の電極層4031は第2の基板400
6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4008を介
して積層する構成となっている。
サであり、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
おスペーサの形状は、柱状に限定されるものではなく、例えば、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。
1Ω・cm以上であり、さらに好ましくは1×1012Ω・cm以上である。なお、本明
細書における固有抵抗率の値は、20℃で測定した値とする。
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。高純度の酸化物
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
。
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。
較的高い電界効果移動度が得られるため、高速駆動が可能である。よって、液晶表示装置
の画素部に上記トランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。ま
た、上記トランジスタは、同一基板上に駆動回路部または画素部に作り分けて作製するこ
とができるため、液晶表示装置の部品点数を削減することができる。
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。ここで、垂直配向モードとは、液晶表示パネルの液
晶分子の配列を制御する方式の一種であり、電圧が印加されていないときにパネル面に対
して液晶分子が垂直方向を向く方式である。垂直配向モードとしては、いくつか挙げられ
るが、例えば、MVA(Multi−Domain Vertical Alignme
nt)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、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。
(フィールドシーケンシャル駆動方式)を行うことも可能である。フィールドシーケンシ
ャル駆動方式を適用することで、カラーフィルタを用いることなく、カラー表示を行うこ
とができる。
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、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。
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。
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。
4513は、画素部4002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。
材料を用い、第1の電極層4030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。
4031及び隔壁4510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4001、第2の基板4006、及びシール材4
005によって封止さ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。
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。
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。
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。
、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。
ゆる誘電泳動的効果を利用したディスプレイである。
の電子インクはガラス、プラスチック、布、紙などの表面に印刷することができる。また
、カラーフィルタや色素を有する粒子を用いることによってカラー表示も可能である。
半導体材料、磁性材料、液晶材料、強誘電性材料、エレクトロルミネセント材料、エレク
トロクロミック材料、磁気泳動材料から選ばれた一種の材料、またはこれらの複合材料を
用いればよい。
できる。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。
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。
れた第2の電極層4031との間には黒色領域4615a及び白色領域4615bを有し
、周りに液体で満たされているキャビティ4612を含む球形粒子4613が設けられて
おり、球形粒子4613の周囲は樹脂等の充填材4614で充填されている。第2の電極
層4031が共通電極(対向電極)に相当する。第2の電極層4031は、共通電位線と
電気的に接続される。
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(Fibergla
ss−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。
、アクリル樹脂、ポリイミド、ベンゾシクロブテン系樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂等
の、耐熱性を有する有機絶縁材料を用いると、平坦化絶縁膜として好適である。また上記
有機絶縁材料の他に、低誘電率材料(low−k材料)、シロキサン系樹脂、PSG(リ
ンガラス)、BPSG(リンボロンガラス)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。
ピンコート法、ディッピング法、スプレー塗布、液滴吐出法(インクジェット法)、スク
リーン印刷、オフセット印刷、ロールコーティング、カーテンコーティング、ナイフコー
ティング等を用いることができる。
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。
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。
(Mo)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、バナジウム(V)、ニオブ(N
b)、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
。
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。
高い半導体装置を提供することができる。
である。
実施の形態1乃至3のいずれか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。
フォトセンサの等価回路であり、図12(B)はフォトセンサの一部を示す断面図である
。
方の電極がトランジスタ640のゲートに電気的に接続されている。トランジスタ640
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672に、ソース又はドレイン
の他方がトランジスタ656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656は、ゲートがゲート信号線659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671に電気的に接続されている。
判明できるように、酸化物半導体膜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640、トランジスタ656は酸化物半導体
膜を用いるトランジスタである。
に示す断面図であり、絶縁表面を有する基板601(TFT基板)上に、センサとして機
能するフォトダイオード602及びトランジスタ640が設けられている。フォトダイオ
ード602、トランジスタ640の上には接着層608を用いて基板613が設けられて
いる。また、トランジスタ640上には絶縁膜631、第1の層間絶縁層633、第2の
層間絶縁層634が設けられている。
電極645aと同じ層に電極層645bが設けられている。電極層645bは、絶縁膜6
31及び第1の層間絶縁層633に設けられた開口を介して、電極層641aと電気的に
接続している。電極層641aは、第2の層間絶縁層634に形成された電極層642と
電気的に接続し、電極層642は電極層641aを介してゲート電極645aと電気的に
接続しているため、フォトダイオード602はトランジスタ640と電気的に接続してい
る。
33上に形成した電極層641bと、第2の層間絶縁層634上に設けられた電極層64
2との間に、第1の層間絶縁層633側から順に第1半導体層606a、第2半導体層6
06b、及び第3半導体層606cを積層した構造を有している。
トランジスタを適用することができる。トランジスタ640、トランジスタ656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ため、図12で示す本実施の形態の
半導体装置として信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
606bとして高抵抗な半導体層(i型半導体層)、第3半導体層606cとしてn型の
導電型を有する半導体層を積層するpin型のフォトダイオードを例示している。
ァスシリコン膜により形成することができる。第1半導体層606aの形成には13族の
不純物元素(例えばボロン(B))を含む半導体材料ガスを用いて、プラズマCVD法に
より形成する。半導体材料ガスとしてはシラン(SiH4)を用いればよい。または、S
i2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、SiF4等を用いてもよい。ま
た、不純物元素を含まないアモルファスシリコン膜を形成した後に、拡散法やイオン注入
法を用いて該アモルファスシリコン膜に不純物元素を導入してもよい。イオン注入法等に
より不純物元素を導入した後に加熱等を行うことで、不純物元素を拡散させるとよい。こ
の場合にアモルファスシリコン膜を形成する方法としては、LPCVD法、気相成長法、
又はスパッタリング法等を用いればよい。第1半導体層606aの膜厚は10nm以上5
0nm以下となるよう形成することが好ましい。
膜により形成する。第2半導体層606bの形成には、半導体材料ガスを用いて、アモル
ファスシリコン膜をプラズマCVD法により形成する。半導体材料ガスとしては、シラン
(SiH4)を用いればよい。または、Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、S
iCl4、SiF4等を用いてもよい。第2半導体層606bの形成は、LPCVD法、
気相成長法、スパッタリング法等により行っても良い。第2半導体層606bの膜厚は2
00nm以上1000nm以下となるように形成することが好ましい。
ファスシリコン膜により形成する。第3半導体層606cの形成には、15族の不純物元
素(例えばリン(P))を含む半導体材料ガスを用いて、プラズマCVD法により形成す
る。半導体材料ガスとしてはシラン(SiH4)を用いればよい。または、Si2H6、
SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、SiF4等を用いてもよい。また、不純物
元素を含まないアモルファスシリコン膜を形成した後に、拡散法やイオン注入法を用いて
該アモルファスシリコン膜に不純物元素を導入してもよい。イオン注入法等により不純物
元素を導入した後に加熱等を行うことで、不純物元素を拡散させるとよい。この場合にア
モルファスシリコン膜を形成する方法としては、LPCVD法、気相成長法、又はスパッ
タリング法等を用いればよい。第3半導体層606cの膜厚は20nm以上200nm以
下となるよう形成することが好ましい。
モルファス半導体ではなく、多結晶半導体を用いて形成してもよいし、微結晶半導体(セ
ミアモルファス半導体(Semi Amorphous Semiconductor:
SAS)を用いて形成してもよい。
状態に属するものである。すなわち、熱力学的に安定な第3の状態を有する半導体であっ
て、短距離秩序を持ち格子歪みを有する。柱状または針状結晶が基板表面に対して法線方
向に成長している。微結晶半導体の代表例である微結晶シリコンは、そのラマンスペクト
ルが単結晶シリコンを示す520cm−1よりも低波数側に、シフトしている。即ち、単
結晶シリコンを示す520cm−1とアモルファスシリコンを示す480cm−1の間に
微結晶シリコンのラマンスペクトルのピークがある。また、ダングリングボンドを終端す
るため水素またはハロゲンを少なくとも1原子%またはそれ以上含ませている。さらに、
ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトンなどの希ガス元素を含ませて格子歪みをさらに
助長させることで、安定性が増し良好な微結晶半導体膜が得られる。
たは周波数が1GHz以上のマイクロ波プラズマCVD装置により形成することができる
。代表的には、SiH4、Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、S
iF4などを水素で希釈して形成することができる。また、水素化珪素及び水素に加え、
ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトンから選ばれた一種または複数種の希ガス元素で
希釈して微結晶半導体膜を形成することができる。これらのときの水素化珪素に対して水
素の流量比を5倍以上200倍以下、好ましくは50倍以上150倍以下、更に好ましく
は100倍とする。さらには、シリコンを含む気体中に、CH4、C2H6等の炭化水素
気体、GeH4、GeF4等のゲルマニウム化気体、F2等を混入させてもよい。
フォトダイオードはp型の半導体層側を受光面とする方がよい特性を示す。ここでは、p
in型のフォトダイオードが形成されている基板601の面からフォトダイオード602
が受ける光622を電気信号に変換する例を示す。また、受光面とした半導体層側とは逆
の導電型を有する半導体層側からの光は外乱光となるため、電極層642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。
坦化絶縁膜として機能する絶縁層が好ましい。第1の層間絶縁層633、第2の層間絶縁
層634としては、例えばポリイミド、アクリル樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、ポリ
アミド、エポキシ樹脂等の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)、B
PSG(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。
を用いて、その材料に応じて、スパッタリング法、スピンコート法、ディッピング法、ス
プレー塗布、液滴吐出法(インクジェット法)、スクリーン印刷、オフセット印刷、ロー
ルコーティング、カーテンコーティング、ナイフコーティング等を用いて形成することが
できる。
読み取ることができる。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。
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
不純物を意図的に排除することで高純度化され、また、酸素ドープ処理などにより酸素を
過剰に含有する酸化物半導体膜を含むトランジスタは、トランジスタの電気的特性変動が
抑制されており、電気的に安定である。よって、信頼性の高い半導体装置を提供すること
ができる。
宜組み合わせて用いることができる。
本明細書に開示する半導体装置は、さまざまな電子機器(遊技機も含む)に適用すること
ができる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置(テレビ、またはテレビジョン
受信機ともいう)、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメ
ラ等のカメラ、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。
1、操作キー9632、太陽電池9633、充放電制御回路9634を有することができ
る。図13(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9634
の一例としてバッテリー9635、DCDCコンバータ(以下、コンバータと略記)96
36を有する構成について示している。先の実施の形態で示した半導体装置を表示部96
31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963
3による発電、及びバッテリー9635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9633は、筐体9630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9635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(B)には、太陽電池9633、バッテリー963
5、コンバータ9636、コンバータ9637、スイッチSW1乃至SW3、表示部96
31について示しており、バッテリー9635、コンバータ9636、コンバータ963
7、スイッチSW1乃至SW3が充放電制御回路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コンバ
ータ9636で昇圧または降圧がなされる。そして、表示部9631の動作に太陽電池9
633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9637で
表示部9631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9631
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9635
の充電を行う構成とすればよい。
る。バッテリー9635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9637により昇圧または降圧がなされる。そして、表示部9631の動作にバッテ
リー9635からの電力が用いられることとなる。
テリー9635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。
2、表示部3003、キーボード3004などによって構成されている。先の実施の形態
で示した半導体装置を表示部3003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。
外部インターフェイス3025と、操作ボタン3024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3022がある。先の実施の形態で示した半導体装置を表示部
3023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。
01および筐体2703の2つの筐体で構成されている。筐体2701および筐体270
3は、軸部2711により一体とされており、該軸部2711を軸として開閉動作を行う
ことができる。このような構成により、紙の書籍のような動作を行うことが可能となる。
込まれている。表示部2705および表示部2707は、続き画面を表示する構成として
もよいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とするこ
とで、例えば右側の表示部(図14(C)では表示部2705)に文章を表示し、左側の
表示部(図14(C)では表示部2707)に画像を表示することができる。先の実施の
形態で示した半導体装置を表示部2705、表示部2707に適用することにより、信頼
性の高い電子書籍2700とすることができる。
筐体2701において、電源スイッチ2721、操作キー2723、スピーカー2725
などを備えている。操作キー2723により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示
部と同一面にキーボードやポインティングデバイスなどを備える構成としてもよい。また
、筐体の裏面や側面に、外部接続用端子(イヤホン端子、USB端子など)、記録媒体挿
入部などを備える構成としてもよい。さらに、電子書籍2700は、電子辞書としての機
能を持たせた構成としてもよい。
電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすること
も可能である。
れている。筐体2801には、表示パネル2802、スピーカー2803、マイクロフォ
ン2804、ポインティングデバイス2806、カメラ用レンズ2807、外部接続端子
2808などを備えている。また、筐体2800には、携帯電話の充電を行う太陽電池セ
ル2810、外部メモリスロット2811などを備えている。また、アンテナは筐体28
01内部に内蔵されている。先の実施の形態で示した半導体装置を表示パネル2802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。
ている複数の操作キー2805を点線で示している。なお、太陽電池セル2810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。
2802と同一面上にカメラ用レンズ2807を備えているため、テレビ電話が可能であ
る。スピーカー2803及びマイクロフォン2804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2800と筐体2801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2811に記録媒体を挿入し、より大量のデータ保存及び移動に対応でき
る。
よい。
接眼部3053、操作スイッチ3054、表示部(B)3055、バッテリー3056な
どによって構成されている。上記実施の形態のいずれかで示した半導体装置を表示部(A
)3057、表示部(B)3055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9601に表示部9603が組み込まれている。表示部9603により、映像を表示
することが可能である。また、ここでは、スタンド9605により筐体9601を支持し
た構成を示している。先の実施の形態で示した半導体装置を表示部9603に適用するこ
とにより、信頼性の高いテレビジョン装置9600とすることができる。
コ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。
宜組み合わせて用いることができる。
11 基板供給室
12 ロードロック室
13 搬送室
14 カセットポート
15 真空チャンバー
16 ICPコイル
17 ガス流路
18 第1の高周波電源
19 基板ステージ
20 被処理基板
21 第2の高周波電源
22 自動圧力制御弁
23 ターボ分子ポンプ
24 ドライポンプ
100 基板
102 絶縁膜
102a 絶縁膜
102b 絶縁膜
103a マスク
103b マスク
104a ソース電極
104b ドレイン電極
106 酸化物半導体膜
108 酸化物半導体膜
110 ゲート絶縁膜
110a ゲート絶縁膜
110b ゲート絶縁膜
112 ゲート電極
112a ゲート電極
112b 電極
114 絶縁膜
120 トランジスタ
130 トランジスタ
140 トランジスタ
150 トランジスタ
151 絶縁膜
152 絶縁膜
154 電極
156 配線
160 トランジスタ
164 容量素子
180 酸素
180a 酸素
180b 酸素
180c 酸素
200 基板
206 素子分離絶縁膜
208 ゲート絶縁膜
210 ゲート電極
216 チャネル形成領域
220 不純物領域
224 金属化合物領域
228 絶縁膜
230 絶縁膜
240 トランジスタ
601 基板
602 フォトダイオード
606a 半導体層
606b 半導体層
606c 半導体層
608 接着層
613 基板
631 絶縁膜
633 層間絶縁層
634 層間絶縁層
640 トランジスタ
641 電極層
642 電極層
643 導電層
645 ゲート電極
656 トランジスタ
658 フォトダイオードリセット信号線
659 ゲート信号線
671 フォトセンサ出力信号線
672 フォトセンサ基準信号線
2700 電子書籍
2701 筐体
2703 筐体
2705 表示部
2707 表示部
2711 軸部
2721 電源
2723 操作キー
2725 スピーカー
2800 筐体
2801 筐体
2802 表示パネル
2803 スピーカー
2804 マイクロフォン
2805 操作キー
2806 ポインティングデバイス
2807 カメラ用レンズ
2808 外部接続端子
2810 太陽電池セル
2811 外部メモリスロット
3001 本体
3002 筐体
3003 表示部
3004 キーボード
3021 本体
3022 スタイラス
3023 表示部
3024 操作ボタン
3025 外部インターフェイス
3051 本体
3053 接眼部
3054 操作スイッチ
3055 表示部(B)
3056 バッテリー
3057 表示部(A)
4001 基板
4002 画素部
4003 信号線駆動回路
4004 走査線駆動回路
4005 シール材
4006 基板
4008 液晶層
4010 トランジスタ
4011 トランジスタ
4013 液晶素子
4015 接続端子電極
4016 端子電極
4018 FPC
4019 異方性導電膜
4021 絶縁層
4030 電極層
4031 電極層
4032 絶縁膜
4510 隔壁
4511 電界発光層
4513 発光素子
4514 充填材
4612 キャビティ
4613 球形粒子
4614 充填材
4615a 黒色領域
4615b 白色領域
9600 テレビジョン装置
9601 筐体
9603 表示部
9605 スタンド
9630 筐体
9631 表示部
9632 操作キー
9633 太陽電池
9634 充放電制御回路
9635 バッテリー
9636 コンバータ
9637 コンバータ
Claims (1)
- 酸化物を有する第1の絶縁膜を形成し、
前記第1の絶縁膜上方に、酸化物半導体膜を形成し、
前記酸化物半導体膜上方に、化学量論比よりも多くの酸素を有する第2の絶縁膜を形成し、
前記第2の絶縁膜上方に、前記酸化物半導体膜と重なる領域を有するようにゲート電極を形成し、
前記第2の絶縁膜を形成する前に、第1の雰囲気中において250℃以上650℃以下で第1の熱処理を行い、
前記第2の絶縁膜を形成した後に、第2の雰囲気中において250℃以上700℃以下で第2の熱処理を行い、
前記第1の雰囲気は、窒素または希ガスのいずれかを含む雰囲気であり、
前記第1の雰囲気は、水または水素を含む不純物濃度が1ppm以下の雰囲気であり、
前記第2の雰囲気は、窒素、酸素、乾燥空気、または希ガスのいずれか一を含む雰囲気であり、
前記第2の雰囲気は、水または水素を含む不純物濃度が1ppm以下である雰囲気であり、
前記第1の熱処理中に、前記第1の雰囲気から、酸素を含む雰囲気に切り換える半導体装置の作製方法。
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