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Description
装置に関する。または、本発明の一態様は、酸化物半導体膜を有する半導体装置の作製方
法に関する。
の一態様の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関する。または、本発明は、プロ
セス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物(コンポジション・オブ・マター)に
関する。特に、本発明の一態様は、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装
置、それらの駆動方法、またはそれらの製造方法に関する。
装置全般を指す。トランジスタなどの半導体素子をはじめ、半導体回路、演算装置、記憶
装置は、半導体装置の一態様である。撮像装置、表示装置、液晶表示装置、発光装置、電
気光学装置、発電装置(薄膜太陽電池、有機薄膜太陽電池等を含む)、及び電子機器は、
半導体装置を有している場合がある。
ンジスタ(FET)、または薄膜トランジスタ(TFT)ともいう)を構成する技術が注
目されている。該トランジスタは集積回路(IC)や画像表示装置(表示装置)のような
電子デバイスに広く応用されている。トランジスタに適用可能な半導体薄膜としてシリコ
ンを代表とする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。
出する絶縁膜を用い、該酸化物半導体膜の酸素欠損を低減する半導体装置が開示されてい
る(例えば、特許文献1)。
中に形成される酸素欠損は、トランジスタ特性に影響を与えるため問題となる。例えば、
酸化物半導体膜中に酸素欠損が形成されると、該酸素欠損に水素が結合し、キャリア供給
源となる。酸化物半導体膜中にキャリア供給源が生成されると、酸化物半導体膜を有する
トランジスタの電気特性の変動、代表的にはしきい値電圧のシフトが生じる。また、トラ
ンジスタごとに電気特性がばらつくという問題がある。したがって、酸化物半導体膜のチ
ャネル領域においては、酸素欠損が少ないほど好ましい。
電気特性の変動を抑制すると共に、信頼性を向上させることを課題の1つとする。または
、本発明の一態様は、消費電力が低減された半導体装置を提供することを課題の1つとす
る。または、本発明の一態様は、新規な半導体装置を提供することを課題の1つとする。
または、本発明の一態様は、新規な表示装置を提供することを課題の1つとする。
態様は、必ずしも、これらの課題の全てを解決する必要はない。上記以外の課題は、明細
書等の記載から自ずと明らかになるものであり、明細書等の記載から上記以外の課題を抽
出することが可能である。
のゲート電極と、第1のゲート電極上の第1の絶縁膜と、第1の絶縁膜上の第1の酸化物
半導体膜と、第1の酸化物半導体膜に電気的に接続されるソース電極と、第1の酸化物半
導体膜に電気的に接続されるドレイン電極と、第1の酸化物半導体膜上の第2の絶縁膜と
、第2の絶縁膜上の第2のゲート電極として機能する第2の酸化物半導体膜と、第2の酸
化物半導体膜上の第3の絶縁膜と、を有し、第2の絶縁膜は、過剰酸素領域を有し、過剰
酸素領域が濃度勾配を有する半導体装置である。
領域を有すると好ましい。
を有すると好ましい。
、またはSn)と、Znと、を有すると好ましい。また、上記態様において、第2の酸化
物半導体膜は、Inと、M(MはAl、Ga、Y、またはSn)と、を有すると好ましい
。また、上記態様において、第1の酸化物半導体膜は、多層構造を有すると好ましい。ま
た、上記態様において、第1の酸化物半導体膜は、結晶部を有し、結晶部は、c軸配向性
を有すると好ましい。
される、と好ましい。
素子と、を有する表示装置である。また、本発明の他の一態様は、該表示装置とタッチセ
ンサとを有する表示モジュールである。また、本発明の他の一態様は、上記各態様にいず
れか一つに記載の半導体装置、上記表示装置、または上記表示モジュールと、操作キーま
たはバッテリとを有する電子機器である。
動を抑制すると共に、信頼性を向上させることができる。または、本発明の一態様により
、消費電力が低減された半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様に
より、新規な半導体装置を提供することができる、または、本発明の一態様により、新規
な表示装置を提供することができる。
一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果
は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図
面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細
を様々に変更し得ることが可能である。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。
実際の位置、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。
あり、工程順又は積層順を示すものではない。そのため、例えば、「第1の」を「第2の
」又は「第3の」などと適宜置き換えて説明することができる。また、本明細書等に記載
されている序数詞と、本発明の一態様を特定するために用いられる序数詞は一致しない場
合がある。
関係を、図面を参照して説明するために、便宜上用いている。また、構成同士の位置関係
は、各構成を描写する方向に応じて適宜変化するものである。従って、明細書で説明した
語句に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。
指す符号は異なる図面間でも共通して用いる。
装置全般を指す。トランジスタなどの半導体素子をはじめ、半導体回路、演算装置、記憶
装置は、半導体装置の一態様である。撮像装置、表示装置、液晶表示装置、発光装置、電
気光学装置、発電装置(薄膜太陽電池、有機薄膜太陽電池等を含む)、及び電子機器は、
半導体装置を有する場合がある。
十分に低い場合は、「絶縁体」としての特性を有する場合がある。また、「半導体」と「
絶縁体」とは境界が曖昧であり、厳密に区別できない場合がある。したがって、本明細書
等に記載の「半導体」は、「絶縁体」に言い換えることが可能な場合がある。同様に、本
明細書等に記載の「絶縁体」は、「半導体」に言い換えることが可能な場合がある。また
は、本明細書等に記載の「絶縁体」を「半絶縁体」に言い換えることが可能な場合がある
。
十分に高い場合は、「導電体」としての特性を有する場合がある。また、「半導体」と「
導電体」とは境界が曖昧であり、厳密に区別できない場合がある。したがって、本明細書
等に記載の「半導体」は、「導電体」に言い換えることが可能な場合がある。同様に、本
明細書等に記載の「導電体」は、「半導体」に言い換えることが可能な場合がある。
む少なくとも三つの端子を有する素子である。そして、ドレイン(ドレイン端子、ドレイ
ン領域またはドレイン電極)とソース(ソース端子、ソース領域またはソース電極)の間
にチャネル領域を有しており、ドレインとチャネル領域とソースとを介して電流を流すこ
とができるものである。なお、本明細書等において、チャネル領域とは、電流が主として
流れる領域をいう。
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。
ンジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分)とゲート電極とが互いに重
なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソース(ソース領域またはソース
電極)とドレイン(ドレイン領域またはドレイン電極)との間の距離をいう。なお、一つ
のトランジスタにおいて、チャネル長が全ての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、
一つのトランジスタのチャネル長は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明
細書等では、チャネル長は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大
値、最小値または平均値とする。
で電流の流れる部分)とゲート電極とが互いに重なる領域、またはチャネルが形成される
領域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さをいう。なお、一つの
トランジスタにおいて、チャネル幅がすべての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、
一つのトランジスタのチャネル幅は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明
細書等では、チャネル幅は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大
値、最小値または平均値とする。
の」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するも
の」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に制限を受けない
。例えば、「何らかの電気的作用を有するもの」には、電極や配線をはじめ、トランジス
タなどのスイッチング素子、抵抗素子、インダクタ、キャパシタ、その他の各種機能を有
する素子などが含まれる。
)との電位差のことを示す場合が多い。そのため、電圧を電位と言い換えることが可能で
ある。
素の含有量が多い膜を指し、好ましくは酸素が55原子%以上65原子%以下、窒素が1
原子%以上20原子%以下、シリコンが25原子%以上35原子%以下、水素が0.1原
子%以上10原子%以下の範囲で含まれるものをいう。窒化酸化シリコン膜とは、その組
成として、酸素よりも窒素の含有量が多い膜を指し、好ましくは窒素が55原子%以上6
5原子%以下、酸素が1原子%以上20原子%以下、シリコンが25原子%以上35原子
%以下、水素が0.1原子%以上10原子%以下の濃度範囲で含まれるものをいう。
替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変
更することが可能な場合がある。または、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」
という用語に変更することが可能な場合がある。
で配置されている状態をいう。したがって、−5°以上5°以下の場合も含まれる。また
、「略平行」とは、二つの直線が−30°以上30°以下の角度で配置されている状態を
いう。また、「垂直」とは、二つの直線が80°以上100°以下の角度で配置されてい
る状態をいう。したがって、85°以上95°以下の場合も含まれる。また、「略垂直」
とは、二つの直線が60°以上120°以下の角度で配置されている状態をいう。
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置及び半導体装置の作製方法について、
図1乃至図19を参照して説明する。
図5(A)は、本発明の一態様の半導体装置であるトランジスタ100の上面図であり
、図5(B)は、図5(A)に示す一点鎖線X1−X2間における切断面の断面図に相当
し、図5(C)は、図5(A)に示す一点鎖線Y1−Y2間における切断面の断面図に相
当する。なお、図5(A)において、煩雑になることを避けるため、トランジスタ100
の構成要素の一部(ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜等)を省略して図示している。ま
た、一点鎖線X1−X2方向をチャネル長方向、一点鎖線Y1−Y2方向をチャネル幅方
向と呼称する場合がある。なお、トランジスタの上面図においては、以降の図面において
も図5(A)と同様に、構成要素の一部を省略して図示する場合がある。
と、基板102及び導電膜104上の絶縁膜106と、絶縁膜106上の絶縁膜107と
、絶縁膜107上の酸化物半導体膜108と、酸化物半導体膜108に電気的に接続され
るソース電極として機能する導電膜112aと、酸化物半導体膜108に電気的に接続さ
れるドレイン電極として機能する導電膜112bと、酸化物半導体膜108、導電膜11
2a、及び112b上の絶縁膜114、116と、絶縁膜116上に設けられ、且つ導電
膜112bと電気的に接続される酸化物半導体膜120aと、絶縁膜116上の酸化物半
導体膜120bと、絶縁膜116及び酸化物半導体膜120a、120b上の絶縁膜11
8と、を有する。
第1のゲート絶縁膜としての機能を有し、絶縁膜114、116は、トランジスタ100
の第2のゲート絶縁膜としての機能を有し、絶縁膜118は、トランジスタ100の保護
絶縁膜としての機能を有する。なお、本明細書等において、絶縁膜106、107を第1
の絶縁膜と、絶縁膜114、116を第2の絶縁膜と、絶縁膜118を第3の絶縁膜と、
それぞれ呼称する場合がある。また、トランジスタ100において、酸化物半導体膜12
0aは、表示装置に用いる画素電極としての機能を有し、酸化物半導体膜120bは、ト
ランジスタ100の第2のゲート電極としての機能を有する。
化物半導体膜108bと、酸化物半導体膜108b上の酸化物半導体膜108cと、を有
する。また、酸化物半導体膜108b、及び酸化物半導体膜108cのいずれか一方また
は双方は、Inと、M(MはAl、Ga、Y、またはSn)と、Znと、を有する。
料を用いると好ましい。また、酸化物半導体膜108cとしては、酸化物半導体膜108
bよりもInの原子数比が少ない材料を用いると好ましい。
で、トランジスタ100の電界効果移動度(単に移動度、またはμFEという場合がある
)を高くすることができる。具体的には、トランジスタ100の電界効果移動度が10c
m2/Vsを超える、さらに好ましくはトランジスタ100の電界効果移動度が30cm
2/Vsを超えることが可能となる。
ライバに用いることで、額縁幅の狭い(狭額縁ともいう)半導体装置または表示装置を提
供することができる。また、上記の電界効果移動度が高いトランジスタを、表示装置が有
する信号線に信号を供給するソースドライバ(とくに、ソースドライバが有するシフトレ
ジスタの出力端子に接続されるデマルチプレクサ)に用いることで、表示装置に接続され
る配線数が少ない表示装置を提供することができる。
いる場合、光照射時にトランジスタ100の電気特性が変動しやすくなる。しかしながら
、本発明の一態様の半導体装置においては、酸化物半導体膜108b上に酸化物半導体膜
108cが形成されている。すなわち、酸化物半導体膜108は、多層構造である。また
、酸化物半導体膜108cは、酸化物半導体膜108bよりもInの原子数比が少ない材
料で形成されるため、酸化物半導体膜108bよりもEgを大きくすることができる。し
たがって、酸化物半導体膜108bと、酸化物半導体膜108cとの積層構造である酸化
物半導体膜108は、光負バイアスストレス試験による耐性を高めることが可能となる。
る水素または水分などの不純物は、トランジスタ特性に影響を与えるため問題となる。し
たがって、酸化物半導体膜108b中のチャネル領域においては、水素または水分などの
不純物が少ないほど好ましい。また、酸化物半導体膜108b中のチャネル領域に形成さ
れる酸素欠損は、トランジスタ特性に影響を与えるため問題となる。例えば、酸化物半導
体膜108bのチャネル領域中に酸素欠損が形成されると、該酸素欠損に水素が結合し、
キャリア供給源となる。酸化物半導体膜108bのチャネル領域中にキャリア供給源が生
成されると、酸化物半導体膜108bを有するトランジスタ100の電気特性の変動、代
表的にはしきい値電圧のシフトが生じる。したがって、酸化物半導体膜108bのチャネ
ル領域においては、酸素欠損が少ないほど好ましい。
は、酸化物半導体膜108の下方に形成される絶縁膜107、及び酸化物半導体膜108
の上方に形成される絶縁膜114、116が過剰酸素を含有する構成である。絶縁膜10
7、及び絶縁膜114、116から酸化物半導体膜108へ酸素または過剰酸素を移動さ
せることで、酸化物半導体膜中の酸素欠損を低減することが可能となる。よって、トラン
ジスタ100の電気特性、特に光照射におけるトランジスタ100の変動を抑制すること
が可能となる。
素を含有させるために、作製工程の増加がない、または作製工程の増加が極めて少ない作
製方法を用いる。よって、トランジスタ100の歩留まりを高くすることが可能である。
い、酸素ガスを含む雰囲気にて酸化物半導体膜108bを形成することで、酸化物半導体
膜108bの被形成面となる、絶縁膜107に酸素または過剰酸素を添加する。
を用い、酸素ガスを含む雰囲気にて酸化物半導体膜120a、120bを形成することで
、酸化物半導体膜120a、120bの被形成面となる、絶縁膜116に酸素または過剰
酸素を添加する。なお、絶縁膜116に酸素または過剰酸素を添加する際に、絶縁膜11
6の下方に位置する絶縁膜114、及び酸化物半導体膜108にも酸素または過剰酸素が
添加される場合がある。
ここで、絶縁膜中に添加される酸素について、以下の試料A1乃至A3を作製し評価を
行った。図1乃至図4を用いて、絶縁膜中に添加される酸素について説明する。
まず、試料A1乃至A3の構造について説明する。図4(A)は試料A1の構造を説明
する断面模式図であり、図4(B)は試料A2の構造を説明する断面模式図であり、図4
(C)は試料A3の構造を説明する断面模式図である。
、酸化物半導体膜108上の絶縁膜114、116と、を有する。また、図4(B)に示
す試料A2は、基板102と、基板102上の酸化物半導体膜108と、酸化物半導体膜
108上の絶縁膜114、116と、絶縁膜116上の酸化物半導体膜120bと、を有
する。また、図4(C)に示す試料A3は、基板102と、基板102上の酸化物半導体
膜108と、酸化物半導体膜108上の絶縁膜114、116と、絶縁膜116上の酸化
物半導体膜120bと、酸化物半導体膜120b上の絶縁膜118と、を有する。
示すトランジスタ100が有する各構成要素と同様な機能を有する構成については、同じ
符号及び同じハッチングを付している。
次に、試料A1の作製方法について説明する。まず、基板102上に酸化物半導体膜1
08を形成した。酸化物半導体膜108としては、スパッタリング装置を用い、スパッタ
リング装置のチャンバー内に流量100sccmのアルゴンガスと、流量100sccm
の酸素ガスとを導入し、スパッタリング装置チャンバー内に配置されたIn:Ga:Zn
=1:1:1.2[原子%]の金属酸化物スパッタリングターゲットに、2.5kW電力
を供給して形成した。なお、上記金属酸化物スパッタリングターゲットに印加する電源と
してはAC電源を用いた。また、酸化物半導体膜108の膜厚を35nmとした。
ては、厚さ50nmの酸化窒化シリコン膜を、PECVD装置を用いて形成した。また、
絶縁膜116としては、厚さ400nmの酸化窒化シリコン膜を、PECVD装置を用い
て形成した。なお、絶縁膜114及び絶縁膜116としては、PECVD装置により真空
中で連続して形成した。
ンガスと、流量2000sccmの一酸化二窒素ガスをチャンバー内に導入し、圧力を2
0Paとし、PECVD装置内に設置された平行平板の電極間に100WのRF電力を供
給して成膜した。また、絶縁膜116の成膜条件としては、基板温度を220℃とし、流
量160sccmのシランガスと、流量4000sccmの一酸化二窒素ガスをチャンバ
ー内に導入し、圧力を200Paとし、PECVD装置内に設置された平行平板の電極間
に1500WのRF電力を供給して成膜した。
。
試料A2としては、基板102上に酸化物半導体膜108、絶縁膜114、116を形
成し、その後熱処理を行った。なお、熱処理までは、試料A1と同様の作製方法である。
としては、厚さ100nmのIn−Ga−Zn酸化物膜(以下、IGZO膜とする。)を
、基板温度を170℃とし、流量200sccmの酸素ガス(18O)をチャンバー内に
導入し、圧力を0.6Paとし、多結晶の金属酸化物スパッタリングターゲット(In:
Ga:Zn=4:2:4.1[原子数比])に2500WのAC電力を投入して成膜した
。
試料A3としては、基板102上に酸化物半導体膜108、絶縁膜114、116を形
成し、その後熱処理を行い、絶縁膜116上に酸化物半導体膜120bを形成した。なお
、酸化物半導体膜120bまでは、試料A2と同様の作製方法である。
厚さ100nmの窒化シリコン膜を、PECVD装置を用いて形成した。絶縁膜118の
成膜条件としては、基板温度を350℃とし、流量50sccmのシランガスと、流量5
000sccmの窒素ガスと、流量100sccmのアンモニアガスと、をチャンバー内
に導入し、圧力を100Paとし、PECVD装置内に設置された平行平板の電極間に2
7.12MHzの高周波電源を用いて1000Wの高周波電力を供給して成膜した。
Spectrometry)による絶縁膜中の酸素濃度について>
次に、上記作製した試料A1乃至A3のSIMS分析を行った。なお、SIMS分析の
分析対象の元素としては、18Oとした。また、SIMS分析としては、酸化シリコン膜
(SiO2)を基準とした定量を行った。
深さを、それぞれ示す。また、横軸において、酸化物半導体膜120bの表面近傍を10
0nmとした。なお、図1において、実線は試料A1の測定結果であり、細い破線は試料
A2の測定結果であり、太い破線は試料A3の測定結果である。また、絶縁膜114、1
16(酸化シリコン膜)中の18Oの濃度は、酸化シリコン膜に含まれる18Oの天然存
在比(0.2%)から得られた濃度である。また、SIMS分析としては、基板102側
から分析する手法、いわゆるSSDP−SIMS法(Substrate Side D
epth Profile Secondary Ion Mass Spectrom
etry)とした。
4、116において、18Oが濃度勾配を有する。より具体的には、当該濃度勾配は、絶
縁膜116の表面に向かい酸素濃度が高くなる領域を有する。別言すると、酸化物半導体
膜120b側から、酸素濃度のプロファイルを見る場合、絶縁膜116の表面近傍で酸素
濃度が高くなる領域を有し、絶縁膜114側に向かうにつれ、酸素濃度が低くなる領域を
有し、酸化物半導体膜108の近傍において、酸素濃度が高くなる領域を有する。すなわ
ち、酸素の濃度勾配がU Shapeとなっているとも言える。
加することができる。また、過剰酸素により酸化物半導体膜108中の酸素欠損が補填さ
れ、信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
次に、上記作製した試料A2が有する、絶縁膜114、116と、酸化物半導体膜10
8、120bとの膜中の水素濃度について、SIMS分析を行った。なお、SIMS分析
の分析対象の元素としては、Hとした。また、SIMS分析しては、IGZO膜を基準と
した定量と、酸化シリコン膜(SiO2)を基準とした定量とを行った。
A)(B)は試料A2のSIMS分析結果であり、図3(A)(B)は、試料A3のSI
MS分析結果である。また、図2(A)及び図3(A)はIGZO膜を基準とした定量結
果であり、図2(B)及び図3(B)は、酸化シリコン膜(SiO2)を基準とした定量
結果である。
さを、それぞれ示す。また、図2(A)(B)の横軸において、酸化物半導体膜120b
の表面近傍を0nmとした。また、図3(A)(B)の横軸において、絶縁膜118の表
面近傍を0nmとした。また、SIMS分析としては、基板102側から分析する手法(
SSDP−SIMS法)とした。
水素濃度は、試料A2及び試料A3で大きな違いが確認されない。すなわち、絶縁膜11
8中に含まれる水素は、絶縁膜114、116中には、入り込まないことが示唆される。
一方で、酸化物半導体膜120b中の水素濃度は、試料A2よりも試料A3の方が高い。
これは、絶縁膜118を形成することで、絶縁膜118中に含まれる水素が、酸化物半導
体膜120b中に入り込んだと示唆される。
できる。よって、酸化物半導体膜120b中のキャリア濃度を高めることができ、酸化物
半導体膜120bを、酸化物導電膜として用いることができる。
ectroscopy)における、絶縁膜からの酸素の放出量について>
次に、過剰酸素を有する絶縁膜からの酸素の放出量について評価を行った。具体的には
、絶縁膜からの酸素の放出量を測定するために、以下に示す試料B1乃至B6を作製し、
TDSにおける、酸素の放出量について評価を行った。
まず、試料B1乃至B6について、説明を行う。なお、試料B1乃至B6は、形成条件
を変えることで、絶縁膜中に添加される酸素量を確認するための試料である。
PECVD装置を用いて形成し、その後熱処理を行った。酸化窒化シリコン膜の形成条件
としては、基板温度を350℃とし、流量160sccmのシランガスと、流量4000
sccmの一酸化二窒素ガスと、をチャンバーに導入し、圧力を200Paとし、PEC
VD装置内に設置された平行平板の電極間に1500WのRF電力を供給して形成した。
熱処理の条件としては、RTA装置を用い、窒素雰囲気下で650℃ 6minの処理を
行った。該熱処理によって、成膜時に酸化窒化シリコン膜中に含まれる酸素が脱離する。
熱処理後、酸化窒化シリコン膜上に厚さ50nmの酸化物半導体膜を、スパッタリング装
置を用いて形成した。その後、酸化物半導体膜を除去し、酸化窒化シリコン膜の表面を露
出させた。なお、試料B1乃至B6では、酸化物半導体膜の形成条件が異なる。
試料B1の酸化物半導体膜の形成条件としては、基板温度を170℃とし、流量180
sccmのアルゴンガスと、流量20sccmの酸素ガスとをチャンバー内に導入、すな
わち酸素ガスを10%の雰囲気とし、圧力を0.6Paとし、スパッタリング装置内に設
置されたターゲット(In:Ga:Zn=4:2:4.1[原子数比])に2500Wの
AC電力を供給して形成した。
試料B2の酸化物半導体膜の形成条件としては、基板温度を170℃とし、流量100
sccmのアルゴンガスと、流量100sccmの酸素ガスをチャンバー内に導入、すな
わち酸素ガスを50%の雰囲気とし、圧力を0.6Paとし、スパッタリング装置内に設
置されたターゲット(In:Ga:Zn=4:2:4.1[原子数比])に2500Wの
AC電力を供給して形成した。
試料B3の酸化物半導体膜の形成条件としては、基板温度を170℃とし、流量200
sccmの酸素ガスをチャンバー内に導入、すなわち酸素ガスを100%の雰囲気とし、
圧力を0.6Paとし、スパッタリング装置内に設置されたターゲット(In:Ga:Z
n=4:2:4.1[原子数比])に2500WのAC電力を供給して形成した。
試料B4の酸化物半導体膜の形成条件としては、基板温度を室温とし、流量50scc
mのアルゴンガスと、流量3sccmの酸素ガスとをチャンバー内に導入、すなわち酸素
ガスを6%の雰囲気とし、圧力を0.4Paとし、スパッタリング装置内に設置されたタ
ーゲット(In2O3:SnO2:SiO2=85:10:5[重量比])に1000W
のDC電力を供給して形成した。
試料B5の酸化物半導体膜の形成条件としては、基板温度を室温とし、流量25scc
mのアルゴンガスと、流量25sccmの酸素ガスとをチャンバー内に導入、すなわち酸
素ガスを50%の雰囲気とし、圧力を0.4Paとし、スパッタリング装置内に設置され
たターゲット(In2O3:SnO2:SiO2=85:10:5[重量比])に100
0WのDC電力を供給して形成した。
試料B6の酸化物半導体膜の形成条件としては、基板温度を室温とし、流量50scc
mの酸素ガスをチャンバー内に導入、すなわち酸素ガスを100%の雰囲気とし、圧力を
0.4Paとし、スパッタリング装置内に設置されたターゲット(In2O3:SnO2
:SiO2=85:10:5[重量比])に1000WのDC電力を供給して形成した。
電荷比(M/z)が32、すなわち、酸素(O2)に相当するガスの放出量の測定を行っ
た。なお、ガスの放出量の測定には、TDS装置を用いた。また、TDS装置においては
、膜の表面温度が50℃から600℃の範囲での酸素に相当するガスの放出量を測定した
。
32の放出量を、横軸が試料名を、それぞれ示す。
m3]であった。また、試料B2はM/z=32の放出量が5.02×1014[個/c
m3]であった。また、試料B3はM/z=32の放出量が1.14×1015[個/c
m3]であった。また、試料B4はM/z=32の放出量が4.09×1013[個/c
m3]であった。また、試料B5はM/z=32の放出量が3.11×1014[個/c
m3]であった。また、試料B6はM/z=32の放出量が8.40×1014[個/c
m3]であった。
スパッタリング法を用いて、酸素雰囲気下で酸化物半導体膜を形成することで、絶縁膜中
に酸素を添加できることが示唆された。特に、酸化物半導体膜の形成条件として、酸素ガ
ス流量を多くすることで、絶縁膜中に多くの酸素を添加することができる。
次に、酸化物導電体について説明する。図5に示すトランジスタ100の酸化物半導体
膜120a、120bを形成する工程において、酸化物半導体膜120a、120bは、
絶縁膜114、116中に過剰酸素を供給する機能、または絶縁膜114、116から酸
素の放出を抑制する保護膜としての機能を有する。
ては、半導体としての機能を有し、絶縁膜118を形成する工程の後においては、酸化物
半導体膜120a、120bは、導電体としての機能を有する。
膜120a、120bに酸素欠損を形成し、該酸素欠損に絶縁膜118から水素を添加す
ると、伝導帯近傍にドナー準位が形成される。この結果、酸化物半導体膜120a、12
0bは、導電性が高くなり導電体化する。導電体化された酸化物半導体膜120a、12
0bを、それぞれ酸化物導電体ということができる。よって、酸化物半導体膜120a、
120bを、酸化物導電体(OC:Oxide Conductor)と呼称してもよい
。一般に、酸化物半導体は、エネルギーギャップが大きいため、可視光に対して透光性を
有する。一方、酸化物導電体は、伝導帯近傍にドナー準位を有する酸化物半導体である。
したがって、酸化物導電体は、ドナー準位による吸収の影響は小さく、可視光に対して酸
化物半導体と同程度の透光性を有する。
ート抵抗について、図7及び図8を用いて説明する。
ここでは、酸化導電体膜を有する試料C1乃至C8を作製した。まず、試料C1乃至C
8の構造について、図7(A)(B)(C)を用いて説明する。なお、図7(A)は試料
C1乃至C8の上面図であり、図7(B)(C)は図7(A)に示す一点鎖線Z1乃至Z
2の切断面に相当する断面模式図である。
、基板302及び導電膜312a、312b上の絶縁膜314、316と、絶縁膜316
上の酸化物半導体膜320と、を有する。なお、絶縁膜314、316には、導電膜31
2aに達する開口部352a、352b、352c、352dが設けられる。
板302及び導電膜312a、312b上の絶縁膜314、316と、絶縁膜316上の
酸化物半導体膜320と、酸化物半導体膜320上の絶縁膜318と、を有する。なお、
絶縁膜314、316には、導電膜312aに達する開口部352a、352b、352
c、352dが設けられる。また、絶縁膜318には、導電膜312aに達する開口部3
54a、354bが設けられる。
設けられていない構造である。
52cを介して導電膜312a、312bと電気的に接続される。導電膜312aは、シ
ート抵抗を測定するための測定パッドとしての機能を有する。
10μmとした。
314、絶縁膜316、絶縁膜318、及び酸化物半導体膜320は、それぞれ図5に示
す、基板102、導電膜112a、112b、絶縁膜114、絶縁膜116、絶縁膜11
8、及び酸化物半導体膜120aに相当する。
まず、試料C1の作製方法について、説明する。基板302上に導電膜を形成し、当該
導電膜を加工することで、導電膜312a、312bを形成した。基板302としては、
ガラス基板を用いた。また、導電膜312a、312bとしては、厚さ50nmのタング
ステン膜と、厚さ400nmのアルミニウム膜と、厚さ100nmのチタン膜とを、スパ
ッタリング装置を用いて真空中で連続して形成した。
。絶縁膜314としては、厚さ50nmの酸化窒化シリコン膜を、PECVD装置を用い
て形成した。また、絶縁膜316としては、厚さ400nmの酸化窒化シリコン膜を、P
ECVD装置を用いて形成した。なお、絶縁膜314及び絶縁膜316としては、PEC
VD装置により真空中で連続して形成した。
ンガスと、流量2000sccmの一酸化二窒素ガスをチャンバー内に導入し、圧力を2
0Paとし、PECVD装置内に設置された平行平板の電極間に100WのRF電力を供
給して成膜した。また、絶縁膜316の成膜条件としては、基板温度を220℃とし、流
量160sccmのシランガスと、流量4000sccmの一酸化二窒素ガスをチャンバ
ー内に導入し、圧力を200Paとし、PECVD装置内に設置された平行平板の電極間
に1500WのRF電力を供給して成膜した。
1時間とした。
る開口部352c、352dを形成した。開口部352a、352b、352c、352
dとしては、ドライエッチング装置を用いて形成した。
に酸化物半導体膜を成膜し、当該酸化物半導体膜を加工することで、酸化物半導体膜32
0を形成した。酸化物半導体膜320としては、厚さ100nmの酸化シリコンを添加し
たインジウム錫酸化物膜(In−Sn−Si酸化物:以下ITSOとする)を、基板温度
を室温とし、流量72sccmのアルゴンガスと、流量5sccmの酸素ガスとをチャン
バー内に導入、すなわち酸素ガスを6.5%の雰囲気とし、圧力を0.4Paとし、スパ
ッタリング装置内に設置されたターゲット(In2O3:SnO2:SiO2=85:1
0:5[重量比])に1000WのDC電力を供給して形成した。
1時間とした。以上の工程で試料C1を作製した。
試料C2としては、先に示す試料C1と酸化物半導体膜320の形成条件のみ異なり、
それ以外の作製方法については試料C1と同様とした。
を室温とし、流量50sccmの酸素ガスをチャンバー内に導入、すなわち酸素ガスを1
00%の雰囲気とし、圧力を0.4Paとし、スパッタリング装置内に設置されたターゲ
ット(In2O3:SnO2:SiO2=85:10:5[重量比])に1000WのD
C電力を供給して形成した。
次に、試料C3の作製方法について、説明する。酸化物半導体膜320を形成する工程
まで試料C2と同様の材料、及び同様の作製方法で形成した。
318としては、厚さ100nmの窒化シリコン膜を、PECVD装置を用いて形成した
。絶縁膜318の成膜条件としては、基板温度を350℃とし、流量50sccmのシラ
ンガスと、流量5000sccmの窒素ガスと、流量100sccmのアンモニアガスと
、をチャンバー内に導入し、圧力を100Paとし、PECVD装置内に設置された平行
平板の電極間に27.12MHzの高周波電源を用いて1000Wの高周波電力を供給し
て成膜した。
4a、354bとしては、ドライエッチング装置を用いて形成した。
試料C4乃至試料C8としては、先に示す試料C3と酸化物半導体膜320の形成条件
のみ異なり、それ以外の作製方法については試料C3と同様とした。
試料C4の酸化物半導体膜320としては、厚さ100nmのIGZO膜を、基板温度
を170℃とし、流量200sccmの酸素ガスをチャンバー内に導入し、圧力を0.6
Paとし、多結晶の金属酸化物スパッタリングターゲット(In:Ga:Zn=1:1:
1.2[原子数比])に2500WのAC電力を投入して成膜した。
試料C5の酸化物半導体膜320としては、厚さ35nmのIGZO膜を、基板温度を
170℃とし、流量200sccmの酸素ガスをチャンバー内に導入、すなわち酸素ガス
を100%の雰囲気とし、圧力を0.6Paとし、多結晶の金属酸化物スパッタリングタ
ーゲット(In:Ga:Zn=4:2:4.1[原子数比])に2500WのAC電力を
投入して成膜した。
試料C6の酸化物半導体膜320としては、厚さ50nmのIGZO膜を、基板温度を
170℃とし、流量200sccmの酸素ガスをチャンバー内に導入、すなわち酸素ガス
を100%の雰囲気とし、圧力を0.6Paとし、多結晶の金属酸化物スパッタリングタ
ーゲット(In:Ga:Zn=4:2:4.1[原子数比])に2500WのAC電力を
投入して成膜した。
試料C7の酸化物半導体膜320としては、厚さ100nmのIGZO膜を、基板温度
を170℃とし、流量200sccmの酸素ガスをチャンバー内に導入、すなわち酸素ガ
スを100%の雰囲気とし、圧力を0.6Paとし、多結晶の金属酸化物スパッタリング
ターゲット(In:Ga:Zn=4:2:4.1[原子数比])に2500WのAC電力
を投入して成膜した。
試料C8の酸化物半導体膜320としては、厚さ50nmの第1のIGZO膜を、基板
温度を170℃とし、流量300sccmの酸素ガスをチャンバー内に導入、すなわち酸
素ガスを100%の雰囲気とし、圧力を0.8Paとし、多結晶の金属酸化物スパッタリ
ングターゲット(In:Ga:Zn=1:3:6[原子数比])に2500WのAC電力
を投入して成膜し、続けて厚さ50nmの第2のIGZO膜を、基板温度を170℃とし
、流量180sccmのアルゴンガスと、流量20sccmの酸素ガスとをチャンバー内
に導入、すなわち酸素ガスを10%の雰囲気とし、圧力を0.6Paとし、多結晶の金属
酸化物スパッタリングターゲット(In:Ga:Zn=4:2:4.1[原子数比])に
2500WのAC電力を投入して成膜した。
次に上記作製した試料C1乃至C8のシート抵抗を測定した。なお、測定方法としては
、図7(A)(B)(C)に示す開口部352b、352dから露出した導電膜312a
、312bにプローブを接触させ、酸化物半導体膜320のシート抵抗を測定した。なお
、導電膜312a及び導電膜312bのいずれか一方を接地電位とし、他方に0.01V
印加した。
ート抵抗を、横軸が試料名を、それぞれ示す。
ート抵抗が1.0×102Ω/cm2以上1.0×104Ω/cm2以下であることが分
かる。即ち、試料C1、試料C3、及び試料C5乃至試料C8に用いた、酸化物半導体膜
320は、縮退半導体であり、伝導帯下端とフェルミ準位とが一致または略一致している
と推定される。一方で、試料C2、及び試料C4においては、シート抵抗が1.0×10
4Ω/cm2を超える値であった。
上に形成される絶縁膜318の有無によって、任意に抵抗を制御できることが示唆される
。したがって、酸化物半導体膜320としては、電極としての機能のみではなく、抵抗素
子としての機能も有することが確認された。
以下に、本実施の形態の半導体装置に含まれる構成要素について、詳細に説明する。
基板102の材質などに大きな制限はないが、少なくとも、後の熱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
ファイア基板等を、基板102として用いてもよい。また、シリコンや炭化シリコンを材
料とした単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウム等の化合物半導体
基板、SOI基板等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102として用いてもよい。なお、基板102として、ガラス基板を用
いる場合、第6世代(1500mm×1850mm)、第7世代(1870mm×220
0mm)、第8世代(2200mm×2400mm)、第9世代(2400mm×280
0mm)、第10世代(2950mm×3400mm)等の大面積基板を用いることで、
大型の表示装置を作製することができる。
0を形成してもよい。または、基板102とトランジスタ100の間に剥離層を設けても
よい。剥離層は、その上に半導体装置を一部あるいは全部完成させた後、基板102より
分離し、他の基板に転載するのに用いることができる。その際、トランジスタ100は耐
熱性の劣る基板や可撓性の基板にも転載できる。
ゲート電極として機能する導電膜104、及びソース電極として機能する導電膜112
a、及びドレイン電極として機能する導電膜112bとしては、クロム(Cr)、銅(C
u)、アルミニウム(Al)、金(Au)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、モリブデン(M
o)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、タングステン(W)、マンガン(Mn)、ニ
ッケル(Ni)、鉄(Fe)、コバルト(Co)から選ばれた金属元素、または上述した
金属元素を成分とする合金か、上述した金属元素を組み合わせた合金等を用いてそれぞれ
形成することができる。
てもよい。例えば、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
ン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜
上にタングステン膜を積層する二層構造、窒化タンタル膜または窒化タングステン膜上に
タングステン膜を積層する二層構造、チタン膜と、そのチタン膜上にアルミニウム膜を積
層し、さらにその上にチタン膜を形成する三層構造等がある。また、アルミニウムに、チ
タン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ば
れた一または複数を組み合わせた合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。
ンを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、インジウム亜鉛酸化物
、酸化シリコンを添加したインジウム錫酸化物等の透光性を有する導電性材料を適用する
こともできる。
Cr、Fe、Co、Mo、Ta、またはTi)を適用してもよい。Cu−X合金膜を用い
ることで、ウエットエッチングプロセスで加工できるため、製造コストを抑制することが
可能となる。
トランジスタ100のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜106、107としては、プ
ラズマ化学気相堆積(PECVD:(Plasma Enhanced Chemica
l Vapor Deposition))法、スパッタリング法等により、酸化シリコ
ン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜
、酸化ハフニウム膜、酸化イットリウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化ガリウム膜、酸化
タンタル膜、酸化マグネシウム膜、酸化ランタン膜、酸化セリウム膜および酸化ネオジム
膜を一種以上含む絶縁層を、それぞれ用いることができる。なお、絶縁膜106、107
の積層構造とせずに、上述の材料から選択された単層の絶縁膜、または3層以上の絶縁膜
を用いてもよい。
例えば、絶縁膜107、114、116及び/または酸化物半導体膜108中に過剰の酸
素を供給する場合において、絶縁膜106は酸素の透過を抑制することができる。
る絶縁膜107は、酸化物絶縁膜であることが好ましく、化学量論的組成よりも過剰に酸
素を含有する領域(酸素過剰領域)を有することがより好ましい。別言すると、絶縁膜1
07は、酸素を放出することが可能な絶縁膜である。なお、絶縁膜107に酸素過剰領域
を設けるには、例えば、酸素雰囲気下にて絶縁膜107を形成すればよい。または、成膜
後の絶縁膜107に酸素を添加してもよい。成膜後の絶縁膜107に酸素を添加する方法
については後述する。
ハフニウムは、酸化シリコンや酸化窒化シリコンと比べて比誘電率が高い。したがって、
酸化シリコンを用いた場合と比べて、絶縁膜107の膜厚を大きくできるため、トンネル
電流によるリーク電流を小さくすることができる。すなわち、オフ電流の小さいトランジ
スタを実現することができる。さらに、結晶構造を有する酸化ハフニウムは、非晶質構造
を有する酸化ハフニウムと比べて高い比誘電率を備える。したがって、オフ電流の小さい
トランジスタとするためには、結晶構造を有する酸化ハフニウムを用いることが好ましい
。結晶構造の例としては、単斜晶系や立方晶系などが挙げられる。ただし、本発明の一態
様は、これらに限定されない。
として酸化シリコン膜を形成する。窒化シリコン膜は、酸化シリコン膜と比較して比誘電
率が高く、酸化シリコン膜と同等の静電容量を得るのに必要な膜厚が大きいため、トラン
ジスタ150のゲート絶縁膜として、窒化シリコン膜を含むことで絶縁膜を物理的に厚膜
化することができる。よって、トランジスタ100の絶縁耐圧の低下を抑制、さらには絶
縁耐圧を向上させて、トランジスタ100の静電破壊を抑制することができる。
酸化物半導体膜108としては、先に示す材料を用いることができる。
するために用いるスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比は、In>Mを満たす
ことが好ましい。このようなスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比として、I
n:M:Zn=2:1:3、In:M:Zn=3:1:2、In:M:Zn=4:2:4
.1、In:M:Zn=5:1:7等が挙げられる。
を成膜するために用いるスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比は、In≦Mを
満たすことが好ましい。このようなスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比とし
て、In:M:Zn=1:1:1、In:M:Zn=1:1:1.2、In:M:Zn=
1:3:2、In:M:Zn=1:3:4、In:M:Zn=1:3:6等が挙げられる
。
場合、スパッタリングターゲットとしては、多結晶のIn−M−Zn酸化物を含むターゲ
ットを用いると好ましい。多結晶のIn−M−Zn酸化物を含むターゲットを用いること
で、結晶性を有する酸化物半導体膜108b及び酸化物半導体膜108cを形成しやすく
なる。なお、成膜される酸化物半導体膜108b及び酸化物半導体膜108cの原子数比
はそれぞれ、誤差として上記のスパッタリングターゲットに含まれる金属元素の原子数比
のプラスマイナス40%の変動を含む。例えば、酸化物半導体膜108bのスパッタリン
グターゲットとして、原子数比がIn:Ga:Zn=4:2:4.1を用いる場合、成膜
される酸化物半導体膜108bの原子数比は、In:Ga:Zn=4:2:3近傍となる
場合がある。または、酸化物半導体膜108bのスパッタリングターゲットとして、原子
数比がIn:Ga:Zn=5:1:7を用いる場合、成膜される酸化物半導体膜108b
の原子数比は、In:Ga:Zn=5:1:6近傍となる場合がある。
eV以上、より好ましくは3eV以上である。このように、エネルギーギャップの広い酸
化物半導体を用いることで、トランジスタ100のオフ電流を低減することができる。と
くに、酸化物半導体膜108bには、エネルギーギャップが2eV以上、好ましくは2e
V以上3.0eV以下の酸化物半導体膜を用い、酸化物半導体膜108cには、エネルギ
ーギャップが2.5eV以上3.5eV以下の酸化物半導体膜を用いると、好適である。
また、酸化物半導体膜108bよりも酸化物半導体膜108cのエネルギーギャップが大
きい方が好ましい。
m以上200nm以下、好ましくは3nm以上100nm以下、さらに好ましくは3nm
以上50nm以下とする。
。例えば、酸化物半導体膜108cは、キャリア密度が1×1017個/cm3以下、好
ましくは1×1015個/cm3以下、さらに好ましくは1×1013個/cm3以下、
より好ましくは1×1011個/cm3以下とする。
果移動度、しきい値電圧等)に応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とす
るトランジスタの半導体特性を得るために、酸化物半導体膜108b、及び酸化物半導体
膜108cのキャリア密度や不純物濃度、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。
物濃度が低く、欠陥準位密度の低い酸化物半導体膜を用いることで、さらに優れた電気特
性を有するトランジスタを作製することができ好ましい。ここでは、不純物濃度が低く、
欠陥準位密度の低い(酸素欠損の少ない)ことを高純度真性または実質的に高純度真性と
よぶ。高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、キャリア発生源が
少ないため、キャリア密度を低くすることができる。従って、該酸化物半導体膜にチャネ
ル領域が形成されるトランジスタは、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性(ノーマリ
ーオンともいう。)になることが少ない。また、高純度真性または実質的に高純度真性で
ある酸化物半導体膜は、欠陥準位密度が低いため、トラップ準位密度も低くなる場合があ
る。また、高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、オフ電流が著
しく小さく、チャネル幅が1×106μmでチャネル長Lが10μmの素子であっても、
ソース電極とドレイン電極間の電圧(ドレイン電圧)が1Vから10Vの範囲において、
オフ電流が、半導体パラメータアナライザの測定限界以下、すなわち1×10−13A以
下という特性を得ることができる。
領域が形成されるトランジスタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタ
とすることができる。なお、酸化物半導体膜のトラップ準位に捕獲された電荷は、消失す
るまでに要する時間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、
トラップ準位密度の高い酸化物半導体膜にチャネル領域が形成されるトランジスタは、電
気特性が不安定となる場合がある。不純物としては、水素、窒素、アルカリ金属、または
アルカリ土類金属等がある。
、酸素が脱離した格子(または酸素が脱離した部分)に酸素欠損を形成する。該酸素欠損
に水素が入ることで、キャリアである電子が生成される場合がある。また、水素の一部が
金属原子と結合する酸素と結合して、キャリアである電子を生成することがある。従って
、水素が含まれている酸化物半導体膜を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となり
やすい。このため、酸化物半導体膜108は水素ができる限り低減されていることが好ま
しい。具体的には、酸化物半導体膜108において、SIMS分析により得られる水素濃
度を、2×1020atoms/cm3以下、好ましくは5×1019atoms/cm
3以下、より好ましくは1×1019atoms/cm3以下、5×1018atoms
/cm3以下、好ましくは1×1018atoms/cm3以下、より好ましくは5×1
017atoms/cm3以下、さらに好ましくは1×1016atoms/cm3以下
とする。
域を有すると好ましい。酸化物半導体膜108bの方が、酸化物半導体膜108cよりも
水素濃度が少ない領域を有すことにより、信頼性の高い半導体装置とすることができる。
含まれると、酸化物半導体膜108bにおいて酸素欠損が増加し、n型化してしまう。こ
のため、酸化物半導体膜108bにおけるシリコンや炭素の濃度と、酸化物半導体膜10
8bとの界面近傍のシリコンや炭素の濃度(SIMS分析により得られる濃度)を、2×
1018atoms/cm3以下、好ましくは2×1017atoms/cm3以下とす
る。
たはアルカリ土類金属の濃度を、1×1018atoms/cm3以下、好ましくは2×
1016atoms/cm3以下にする。アルカリ金属及びアルカリ土類金属は、酸化物
半導体と結合するとキャリアを生成する場合があり、トランジスタのオフ電流が増大して
しまうことがある。このため、酸化物半導体膜108bのアルカリ金属またはアルカリ土
類金属の濃度を低減することが好ましい。
キャリア密度が増加し、n型化しやすい。この結果、窒素が含まれている酸化物半導体膜
を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。従って、該酸化物半導体膜に
おいて、窒素はできる限り低減されていることが好ましい、例えば、SIMS分析により
得られる窒素濃度は、5×1018atoms/cm3以下にすることが好ましい。
造でもよい。非単結晶構造は、例えば、後述するCAAC−OS(C Axis Ali
gned Crystalline Oxide Semiconductor)、多結
晶構造、微結晶構造、または非晶質構造を含む。非単結晶構造において、非晶質構造は最
も欠陥準位密度が高く、CAAC−OSは最も欠陥準位密度が低い。
絶縁膜114、116は、トランジスタ100の第2のゲート絶縁膜として機能する。
また、絶縁膜114、116は、酸化物半導体膜108に酸素を供給する機能を有する。
すなわち、絶縁膜114、116は、酸素を有する。また、絶縁膜114は、酸素を透過
することのできる絶縁膜である。なお、絶縁膜114は、後に形成する絶縁膜116を形
成する際の、酸化物半導体膜108へのダメージ緩和膜としても機能する。
nm以下の酸化シリコン、酸化窒化シリコン等を用いることができる。
り、シリコンのダングリングボンドに由来するg=2.001に現れる信号のスピン密度
が3×1017spins/cm3以下であることが好ましい。これは、絶縁膜114に
含まれる欠陥密度が多いと、該欠陥に酸素が結合してしまい、絶縁膜114における酸素
の透過量が減少してしまう。
4の外部に移動せず、絶縁膜114にとどまる酸素もある。また、絶縁膜114に酸素が
入ると共に、絶縁膜114に含まれる酸素が絶縁膜114の外部へ移動することで、絶縁
膜114において酸素の移動が生じる場合もある。絶縁膜114として酸素を透過するこ
とができる酸化物絶縁膜を形成すると、絶縁膜114上に設けられる、絶縁膜116から
脱離する酸素を、絶縁膜114を介して酸化物半導体膜108に移動させることができる
。
成することができる。なお、当該窒素酸化物に起因する準位密度は、酸化物半導体膜の価
電子帯の上端のエネルギー(Ev_os)と酸化物半導体膜の伝導帯の下端のエネルギー
(Ec_os)の間に形成され得る場合がある。上記酸化物絶縁膜として、窒素酸化物の
放出量が少ない酸化窒化シリコン膜、または窒素酸化物の放出量が少ない酸化窒化アルミ
ニウム膜等を用いることができる。
て、窒素酸化物の放出量よりアンモニアの放出量が多い膜であり、代表的にはアンモニア
の放出量が1×1018個/cm3以上5×1019個/cm3以下である。なお、アン
モニアの放出量は、膜の表面温度が50℃以上650℃以下、好ましくは50℃以上55
0℃以下の加熱処理による放出量とする。
はNO2またはNOは、絶縁膜114などに準位を形成する。当該準位は、酸化物半導体
膜108のエネルギーギャップ内に位置する。そのため、窒素酸化物が、絶縁膜114及
び酸化物半導体膜108の界面に拡散すると、当該準位が絶縁膜114側において電子を
トラップする場合がある。この結果、トラップされた電子が、絶縁膜114及び酸化物半
導体膜108界面近傍に留まるため、トランジスタのしきい値電圧をプラス方向にシフト
させてしまう。
に含まれる窒素酸化物は、加熱処理において、絶縁膜116に含まれるアンモニアと反応
するため、絶縁膜114に含まれる窒素酸化物が低減される。このため、絶縁膜114及
び酸化物半導体膜108の界面において、電子がトラップされにくい。
のシフトを低減することが可能であり、トランジスタの電気特性の変動を低減することが
できる。
熱処理により、絶縁膜114は、100K以下のESRで測定して得られたスペクトルに
おいてg値が2.037以上2.039以下の第1のシグナル、g値が2.001以上2
.003以下の第2のシグナル、及びg値が1.964以上1.966以下の第3のシグ
ナルが観測される。なお、第1のシグナル及び第2のシグナルのスプリット幅、並びに第
2のシグナル及び第3のシグナルのスプリット幅は、XバンドのESR測定において約5
mTである。また、g値が2.037以上2.039以下の第1のシグナル、g値が2.
001以上2.003以下の第2のシグナル、及びg値が1.964以上1.966以下
である第3のシグナルのスピンの密度の合計が1×1018spins/cm3未満であ
り、代表的には1×1017spins/cm3以上1×1018spins/cm3未
満である。
の第1シグナル、g値が2.001以上2.003以下の第2のシグナル、及びg値が1
.964以上1.966以下の第3のシグナルは、窒素酸化物(NOx、xは0より大き
く2以下、好ましくは1以上2以下)起因のシグナルに相当する。窒素酸化物の代表例と
しては、一酸化窒素、二酸化窒素等がある。即ち、g値が2.037以上2.039以下
の第1のシグナル、g値が2.001以上2.003以下の第2のシグナル、及びg値が
1.964以上1.966以下である第3のシグナルのスピンの密度の合計が少ないほど
、酸化物絶縁膜に含まれる窒素酸化物の含有量が少ないといえる。
/cm3以下である。
VD法を用いて、上記酸化物絶縁膜を形成することで、緻密であり、且つ硬度の高い膜を
形成することができる。
用いて形成する。化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜は、
加熱により酸素の一部が脱離する。化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む
酸化物絶縁膜は、TDS分析にて、酸素原子に換算しての酸素の脱離量が1.0×101
9atoms/cm3以上、好ましくは3.0×1020atoms/cm3以上である
酸化物絶縁膜である。なお、上記TDSにおける膜の表面温度としては100℃以上70
0℃以下、または100℃以上500℃以下の範囲が好ましい。
400nm以下の、酸化シリコン、酸化窒化シリコン等を用いることができる。
り、シリコンのダングリングボンドに由来するg=2.001に現れる信号のスピン密度
が1.5×1018spins/cm3未満、さらには1×1018spins/cm3
以下であることが好ましい。なお、絶縁膜116は、絶縁膜114と比較して酸化物半導
体膜108から離れているため、絶縁膜114より、欠陥密度が多くともよい。
膜114と絶縁膜116の界面が明確に確認できない場合がある。したがって、本実施の
形態においては、絶縁膜114と絶縁膜116の界面は、破線で図示している。なお、本
実施の形態においては、絶縁膜114と絶縁膜116の2層構造について説明したが、こ
れに限定されず、例えば、絶縁膜114の単層構造としてもよい。
半導体膜]
画素電極として機能する酸化物半導体膜120a、及び第2のゲート電極として機能す
る酸化物半導体膜120bとしては、先に記載の酸化物半導体膜108と同様の材料、及
び同様の作製方法を用いて形成することができる。
て機能する酸化物半導体膜120bとしては、先に記載の酸化物半導体膜108に含まれ
る金属元素を少なくとも一つ有する。例えば、酸化物半導体膜120a、120bとして
は、In酸化物、In−Sn酸化物、In−Zn酸化物、In−Ga酸化物、Zn酸化物
、Al−Zn酸化物、またはIn−Ga−Zn酸化物などを用いることができる。特に、
In−Sn酸化物、またはIn−Ga−Zn酸化物を用いると好ましい。
化物(IGZO)、インジウム錫酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物、インジウム
錫シリコン酸化物(ITSO)などを用いることができる。
して機能する酸化物半導体膜120bは、酸化物半導体膜108(酸化物半導体膜108
b及び酸化物半導体膜108c)に含まれる金属元素を少なくとも一つ有する。例えば、
第2のゲート電極として機能する酸化物半導体膜120bと、酸化物半導体膜108(酸
化物半導体膜108b及び酸化物半導体膜108c)と、が同一の金属元素を有する構成
とすることで、製造コストを抑制することが可能となる。
て機能する酸化物半導体膜120bとしては、In−M−Zn酸化物の場合、In−M−
Zn酸化物を成膜するために用いるスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比は、
In≧Mを満たすことが好ましい。このようなスパッタリングターゲットの金属元素の原
子数比として、In:M:Zn=2:1:3、In:M:Zn=3:1:2、In:M:
Zn=4:2:4.1、In:M:Zn=5:1:7等が挙げられる。
機能する酸化物半導体膜120bの構造としては、単層構造または2層以上の積層構造と
することができる。なお、酸化物半導体膜120a、120bが積層構造の場合において
は、上記のスパッタリングターゲットの組成に限定されない。酸化物半導体膜120a、
120bが積層構造の場合については、後述する。
絶縁膜118は、トランジスタ100の保護絶縁膜として機能する。
18は、窒素及びシリコンを有する。また、絶縁膜118は、酸素、水素、水、アルカリ
金属、アルカリ土類金属等のブロッキングできる機能を有する。絶縁膜118を設けるこ
とで、酸化物半導体膜108からの酸素の外部への拡散と、絶縁膜114、116に含ま
れる酸素の外部への拡散と、外部から酸化物半導体膜108への水素、水等の入り込みを
防ぐことができる。
ゲート電極として機能する酸化物半導体膜120bに、水素及び窒素のいずれか一方また
は双方を供給する機能を有する。特に絶縁膜118としては、水素を含み、当該水素を酸
化物半導体膜120a、120bに供給する機能を有すると好ましい。絶縁膜118から
酸化物半導体膜120a、120bに水素が供給されることで、酸化物半導体膜120a
、120bは、導電体としての機能を有する。
としては、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム
等がある。
グ法やPECVD法により形成することができるが、他の方法、例えば、熱CVD(Ch
emical Vapor Deposition)法により形成してもよい。熱CVD
法の例としてMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor
Deposition)法やALD(Atomic Layer Depositio
n)法を用いても良い。
成されることが無いという利点を有する。
または減圧下とし、基板近傍または基板上で反応させて基板上に堆積させることで成膜を
行ってもよい。
順次チャンバーに導入され、そのガス導入の順序を繰り返すことで成膜を行ってもよい。
例えば、それぞれのスイッチングバルブ(高速バルブとも呼ぶ)を切り替えて2種類以上
の原料ガスを順番にチャンバーに供給し、複数種の原料ガスが混ざらないように第1の原
料ガスと同時またはその後に不活性ガス(アルゴン、或いは窒素など)などを導入し、第
2の原料ガスを導入する。なお、同時に不活性ガスを導入する場合には、不活性ガスはキ
ャリアガスとなり、また、第2の原料ガスの導入時にも同時に不活性ガスを導入してもよ
い。また、不活性ガスを導入する代わりに真空排気によって第1の原料ガスを排出した後
、第2の原料ガスを導入してもよい。第1の原料ガスが基板の表面に吸着して第1の層を
成膜し、後から導入される第2の原料ガスと反応して、第2の層が第1の層上に積層され
て薄膜が形成される。このガス導入順序を制御しつつ所望の厚さになるまで複数回繰り返
すことで、段差被覆性に優れた薄膜を形成することができる。薄膜の厚さは、ガス導入順
序を繰り返す回数によって調節することができるため、精密な膜厚調節が可能であり、微
細なFETを作製する場合に適している。
半導体膜、金属酸化膜などの様々な膜を形成することができ、例えば、In−Ga−Zn
O膜を成膜する場合には、トリメチルインジウム、トリメチルガリウム、及びジメチル亜
鉛を用いる。なお、トリメチルインジウムの化学式は、In(CH3)3である。また、
トリメチルガリウムの化学式は、Ga(CH3)3である。また、ジメチル亜鉛の化学式
は、Zn(CH3)2である。また、これらの組み合わせに限定されず、トリメチルガリ
ウムに代えてトリエチルガリウム(化学式Ga(C2H5)3)を用いることもでき、ジ
メチル亜鉛に代えてジエチル亜鉛(化学式Zn(C2H5)2)を用いることもできる。
とハフニウム前駆体化合物を含む液体(ハフニウムアルコキシドや、テトラキスジメチル
アミドハフニウム(TDMAH)などのハフニウムアミド)を気化させた原料ガスと、酸
化剤としてオゾン(O3)の2種類のガスを用いる。なお、テトラキスジメチルアミドハ
フニウムの化学式はHf[N(CH3)2]4である。また、他の材料液としては、テト
ラキス(エチルメチルアミド)ハフニウムなどがある。
媒とアルミニウム前駆体化合物を含む液体(トリメチルアルミニウム(TMA)など)を
気化させた原料ガスと、酸化剤としてH2Oの2種類のガスを用いる。なお、トリメチル
アルミニウムの化学式はAl(CH3)3である。また、他の材料液としては、トリス(
ジメチルアミド)アルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、アルミニウムトリス(2
,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオナート)などがある。
クロロジシランを被成膜面に吸着させ、吸着物に含まれる塩素を除去し、酸化性ガス(O
2、一酸化二窒素)のラジカルを供給して吸着物と反応させる。
ガスとB2H6ガスとを用いて初期タングステン膜を形成し、その後、WF6ガスとH2
ガスとを用いてタングステン膜を形成する。なお、B2H6ガスに代えてSiH4ガスを
用いてもよい。
膜を成膜する場合には、In(CH3)3ガスとO3ガスとを用いてIn−O層を形成し
、その後、Ga(CH3)3ガスとO3ガスとを用いてGaO層を形成し、更にその後Z
n(CH3)2ガスとO3ガスとを用いてZnO層を形成する。なお、これらの層の順番
はこの例に限らない。また、これらのガスを混ぜてIn−Ga−O層やIn−Zn−O層
、Ga−Zn−O層などの混合化合物層を形成しても良い。なお、O3ガスに変えてAr
等の不活性ガスでバブリングして得られたH2Oガスを用いても良いが、Hを含まないO
3ガスを用いる方が好ましい。また、In(CH3)3ガスに変えて、In(C2H5)
3ガスを用いても良い。また、Ga(CH3)3ガスに変えて、Ga(C2H5)3ガス
を用いても良い。また、Zn(CH3)2ガスを用いても良い。
次に、図5(A)(B)(C)に示すトランジスタ100と異なる構成例について、図
9(A)(B)(C)を用いて説明する。
、図9(B)は、図9(A)に示す一点鎖線X1−X2間における切断面の断面図に相当
し、図9(C)は、図9(A)に示す一点鎖線Y1−Y2間における切断面の断面図に相
当する。
b、152cが設けられている点が異なる。それ以外の構成については、トランジスタ1
00と同様であり、同様の効果を奏する。以下では、トランジスタ100と異なる構成に
ついて説明する。
、絶縁膜106、107、及び絶縁膜114、116に設けられる開口部152b、15
2cにおいて、第1のゲート電極として機能する導電膜104に接続される。よって、導
電膜104と、酸化物半導体膜120bとは、同じ電位が与えられる。
化物半導体膜120bとを接続する構成について例示したが、これに限定されない。例え
ば、開口部152bまたは開口部152cのいずれか一方の開口部のみを形成し、導電膜
104と酸化物半導体膜120bと、を接続する構成としてもよい。なお、図5に示すト
ランジスタ100のように、導電膜104と酸化物半導体膜120bとを接続しない構成
の場合、導電膜104と、酸化物半導体膜120bには、それぞれ異なる電位を与えるこ
とができる。
能する導電膜104と、第2のゲート電極として機能する酸化物半導体膜120bのそれ
ぞれと対向するように位置し、2つのゲート電極として機能する膜に挟まれている。第2
のゲート電極として機能する酸化物半導体膜120bのチャネル長方向の長さ及びチャネ
ル幅方向の長さは、酸化物半導体膜108のチャネル長方向の長さ及びチャネル幅方向の
長さよりもそれぞれ長く、酸化物半導体膜108の全体は、絶縁膜114、116を介し
て酸化物半導体膜120bに覆われている。また、第2のゲート電極として機能する酸化
物半導体膜120bと第1のゲート電極として機能する導電膜104とは、絶縁膜106
、107、及び絶縁膜114、116に設けられる開口部152b、152cにおいて接
続されるため、酸化物半導体膜108のチャネル幅方向の側面は、絶縁膜114、116
を介して第2のゲート電極として機能する酸化物半導体膜120bと対向している。
機能する導電膜104及び第2のゲート電極として機能する酸化物半導体膜120bは、
第1のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜106、107及び第2のゲート絶縁膜として
機能する絶縁膜114、116に設けられる開口部において接続すると共に、第1のゲー
ト絶縁膜として機能する絶縁膜106、107並びに第2のゲート絶縁膜として機能する
絶縁膜114、116を介して酸化物半導体膜108を囲む構成である。
を、第1のゲート電極として機能する導電膜104及び第2のゲート電極として機能する
酸化物半導体膜120bの電界によって電気的に囲むことができる。トランジスタ150
のように、第1のゲート電極及び第2のゲート電極の電界によって、チャネル領域が形成
される酸化物半導体膜を、電気的に囲むトランジスタのデバイス構造をSurround
ed channel(S−channel)構造と呼ぶことができる。
て機能する導電膜104によってチャネルを誘起させるための電界を効果的に酸化物半導
体膜108に印加することができるため、トランジスタ150の電流駆動能力が向上し、
高いオン電流特性を得ることが可能となる。また、オン電流を高くすることが可能である
ため、トランジスタ150を微細化することが可能となる。また、トランジスタ150は
、第1のゲート電極として機能する導電膜104及び第2のゲート電極として機能する酸
化物半導体膜120bによって囲まれた構造を有するため、トランジスタ150の機械的
強度を高めることができる。
次に、図5(A)(B)(C)に示すトランジスタ100と異なる構成例について、図
10(A)(B)(C)を用いて説明する。
り、図10(B)は、図10(A)に示す一点鎖線X1−X2間における切断面の断面図
に相当し、図10(C)は、図10(A)に示す一点鎖線Y1−Y2間における切断面の
断面図に相当する。
物半導体膜120aと、第2のゲート電極として機能する酸化物半導体膜120bとの構
成が異なり、それ以外の構成については、トランジスタ100と同様であり、同様の効果
を奏する。以下では、トランジスタ100と異なる構成について説明する。
化物半導体膜120a_1と、酸化物半導体膜120a_2との積層構造である。また、
トランジスタ160が有する、第2のゲート電極として機能する酸化物半導体膜120b
は、酸化物半導体膜120b_1と、酸化物半導体膜120b_2との積層構造である。
縁膜116中に好適に酸素を導入することができる。または、酸化物半導体膜120aと
、酸化物半導体膜120bと、を積層構造とすることで、絶縁膜118中に含まれる水素
が絶縁膜116中に入り込むのを抑制することができる。
るスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比は、In≦Mを満たすことが好ましい
。このようなスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比として、In:M:Zn=
1:1:1、In:M:Zn=1:1:1.2、In:M:Zn=1:3:2、In:M
:Zn=1:3:4、In:M:Zn=1:3:6等が挙げられる。
るスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比は、In≧Mを満たすことが好ましい
。このようなスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比として、In:M:Zn=
1:1:1、In:M:Zn=1:1:1.2、In:M:Zn=2:1:3、In:M
:Zn=3:1:2、In:M:Zn=4:2:4.1、In:M:Zn=5:1:7等
が挙げられる。
物半導体膜を成膜する際の酸素ガスの流量よりも、1層目の酸化物半導体膜を成膜する酸
素ガスの流量を多くすると好ましい。1層目の酸化物半導体膜を成膜する酸素ガスの流量
を多くすることで、絶縁膜116中、特に絶縁膜116の表面近傍に好適に酸素を添加す
ることができる。また、2層目の酸化物半導体膜を成膜する際の酸素ガスの流量を少なく
することで、酸化物半導体膜の抵抗を低くすることができる。
さらに信頼性の優れた半導体装置を提供することができる。
次に、図9(A)(B)(C)に示すトランジスタ150と異なる構成例について、図
11(A)(B)(C)を用いて説明する。
り、図11(B)は、図11(A)に示す一点鎖線X1−X2間における切断面の断面図
に相当し、図11(C)は、図11(A)に示す一点鎖線Y1−Y2間における切断面の
断面図に相当する。
物半導体膜120aと、第2のゲート電極として機能する酸化物半導体膜120bとの構
成が異なり、それ以外の構成については、トランジスタ150と同様であり、同様の効果
を奏する。また、酸化物半導体膜120a、及び酸化物半導体膜120bの構成について
は、先に示すトランジスタ160と同様とすればよい。
次に、図9(A)(B)(C)に示すトランジスタ150の変形例、及び図11(A)
(B)(C)に示すトランジスタ170の変形例について、図12乃至図14を用いて説
明する。
である。また、図12(C)(D)は、図11(B)(C)に示すトランジスタ170の
変形例の断面図である。
スタ150が有する酸化物半導体膜108を3層の積層構造としている。より具体的には
、トランジスタ150Aが有する酸化物半導体膜108は、酸化物半導体膜108aと、
酸化物半導体膜108bと、酸化物半導体膜108cと、を有する。
ジスタ170が有する酸化物半導体膜108を3層の積層構造としている。より具体的に
は、トランジスタ170Aが有する酸化物半導体膜108は、酸化物半導体膜108aと
、酸化物半導体膜108bと、酸化物半導体膜108cと、を有する。
及び酸化物半導体膜108b、108cに接する絶縁膜のバンド構造について、図13を
用いて説明する。
絶縁膜114を有する積層構造の膜厚方向のバンド構造の一例である。また、図13(B
)は、絶縁膜107、酸化物半導体膜108b、108c、及び絶縁膜114を有する積
層構造の膜厚方向のバンド構造の一例である。なお、バンド構造は、理解を容易にするた
め絶縁膜107、酸化物半導体膜108a、108b、108c、及び絶縁膜114の伝
導帯下端のエネルギー準位(Ec)を示す。
導体膜108aとして金属元素の原子数比をIn:Ga:Zn=1:1:1.2の金属酸
化物ターゲットを用いて形成される酸化物半導体膜を用い、酸化物半導体膜108bとし
て金属元素の原子数比をIn:Ga:Zn=4:2:4.1の金属酸化物ターゲットを用
いて形成される酸化物半導体膜を用い、酸化物半導体膜108cとして金属元素の原子数
比をIn:Ga:Zn=1:1:1.2の金属酸化物ターゲットを用いて形成される酸化
物半導体膜を用いる構成のバンド図である。
導体膜108bとして金属元素の原子数比をIn:Ga:Zn=4:2:4.1の金属酸
化物ターゲットを用いて形成される酸化物半導体膜を用い、酸化物半導体膜108cとし
て金属元素の原子数比をIn:Ga:Zn=1:1:1.2の金属酸化物ターゲットを用
いて形成される酸化物半導体膜を用いる構成のバンド図である。
いて、伝導帯下端のエネルギー準位はなだらかに変化する。換言すると、連続的に変化ま
たは連続接合するともいうことができる。このようなバンド構造を有するためには、酸化
物半導体膜108aと酸化物半導体膜108bとの界面、または酸化物半導体膜108b
と酸化物半導体膜108cとの界面において、トラップ中心や再結合中心のような欠陥準
位を形成するような不純物が存在しないとする。
ロック室を備えたマルチチャンバー方式の成膜装置(スパッタリング装置)を用いて各膜
を大気に触れさせることなく連続して積層することが必要となる。
となり、上記積層構造を用いたトランジスタにおいて、チャネル領域が酸化物半導体膜1
08bに形成されることがわかる。
面近傍に形成されうるトラップ準位は、酸化物半導体膜108a、108cを設けること
により、酸化物半導体膜108bより遠くなる。
端のエネルギー準位(Ec)より真空準位から遠くなることがあり、トラップ準位に電子
が蓄積しやすくなってしまう。トラップ準位に電子が蓄積されることで、マイナスの固定
電荷となり、トランジスタのしきい値電圧はプラス方向にシフトしてしまう。したがって
、トラップ準位が酸化物半導体膜108bの伝導帯下端のエネルギー準位(Ec)より真
空準位に近くなるような構成にすると好ましい。このようにすることで、トラップ準位に
電子が蓄積しにくくなり、トランジスタのオン電流を増大させることが可能であると共に
、電界効果移動度を高めることができる。
端のエネルギー準位が真空準位に近く、代表的には、酸化物半導体膜108bの伝導帯下
端のエネルギー準位と、酸化物半導体膜108a、108cの伝導帯下端のエネルギー準
位との差が、0.15eV以上、または0.5eV以上、かつ2eV以下、または1eV
以下である。すなわち、酸化物半導体膜108a、108cの電子親和力と、酸化物半導
体膜108bの電子親和力との差が、0.15eV以上、または0.5eV以上、かつ2
eV以下、または1eV以下である。
わち、酸化物半導体膜108bは、チャネル領域としての機能を有し、酸化物半導体膜1
08a、108cは、酸化物絶縁膜としての機能を有する。また、酸化物半導体膜108
a、108cは、チャネル領域が形成される酸化物半導体膜108bを構成する金属元素
の一種以上から構成される酸化物半導体膜であるため、酸化物半導体膜108aと酸化物
半導体膜108bとの界面、または酸化物半導体膜108bと酸化物半導体膜108cと
の界面において、界面散乱が起こりにくい。従って、該界面においてはキャリアの動きが
阻害されないため、トランジスタの電界効果移動度が高くなる。
を防止するため、導電率が十分に低い材料を用いるものとする。そのため、酸化物半導体
膜108a、108cを、その物性及び/または機能から、それぞれ酸化物絶縁膜とも呼
べる。または、酸化物半導体膜108a、108cには、電子親和力(真空準位と伝導帯
下端のエネルギー準位との差)が酸化物半導体膜108bよりも小さく、伝導帯下端のエ
ネルギー準位が酸化物半導体膜108bの伝導帯下端エネルギー準位と差分(バンドオフ
セット)を有する材料を用いるものとする。また、ドレイン電圧の大きさに依存したしき
い値電圧の差が生じることを抑制するためには、酸化物半導体膜108a、108cの伝
導帯下端のエネルギー準位が、酸化物半導体膜108bの伝導帯下端のエネルギー準位よ
りも真空準位に近い材料を用いると好適である。例えば、酸化物半導体膜108bの伝導
帯下端のエネルギー準位と、酸化物半導体膜108a、108cの伝導帯下端のエネルギ
ー準位との差が、0.2eV以上、好ましくは0.5eV以上とすることが好ましい。
いことが好ましい。酸化物半導体膜108a、108cの膜中にスピネル型の結晶構造を
含む場合、該スピネル型の結晶構造と他の領域との界面において、導電膜112a、11
2bの構成元素が酸化物半導体膜108bへ拡散してしまう場合がある。なお、酸化物半
導体膜108a、108cがCAAC−OSである場合、導電膜112a、112bの構
成元素、例えば、銅元素のブロッキング性が高くなり好ましい。
酸化物半導体膜108bに拡散することを抑制することのできる膜厚以上であって、絶縁
膜114から酸化物半導体膜108bへの酸素の供給を抑制する膜厚未満とする。例えば
、酸化物半導体膜108a、108cの膜厚が10nm以上であると、導電膜112a、
112bの構成元素が酸化物半導体膜108bへ拡散するのを抑制することができる。ま
た、酸化物半導体膜108a、108cの膜厚を100nm以下とすると、絶縁膜114
から酸化物半導体膜108bへ効果的に酸素を供給することができる。
の原子数比をIn:Ga:Zn=1:1:1.2の金属酸化物ターゲットを用いて形成さ
れる酸化物半導体膜を用いる構成について例示したが、これに限定されない。例えば、酸
化物半導体膜108a、108cとして、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]、
In:Ga:Zn=1:3:2[原子数比]、In:Ga:Zn=1:3:4[原子数比
]、またはIn:Ga:Zn=1:3:6[原子数比]の金属酸化物ターゲットを用いて
形成される酸化物半導体膜を用いてもよい。
子数比]の金属酸化物ターゲットを用いる場合、酸化物半導体膜108a、108cは、
In:Ga:Zn=1:β1(0<β1≦2):β2(0<β2≦2)となる場合がある
。また、酸化物半導体膜108a、108cとして、In:Ga:Zn=1:3:4[原
子数比]の金属酸化物ターゲットを用いる場合、酸化物半導体膜108a、108cは、
In:Ga:Zn=1:β3(1≦β3≦5):β4(2≦β4≦6)となる場合がある
。また、酸化物半導体膜108a、108cとして、In:Ga:Zn=1:3:6[原
子数比]の金属酸化物ターゲットを用いる場合、酸化物半導体膜108a、108cは、
In:Ga:Zn=1:β5(1≦β5≦5):β6(4≦β6≦8)となる場合がある
。
が有する酸化物半導体膜108cと、は図面において、導電膜112a、112bから露
出した領域の酸化物半導体膜が薄くなる、別言すると酸化物半導体膜の一部が凹部を有す
る形状について例示している。ただし、本発明の一態様はこれに限定されず、導電膜11
2a、112bから露出した領域の酸化物半導体膜が凹部を有さなくてもよい。この場合
の一例を図14(A)(B)(C)(D)に示す。図14(A)(B)(C)(D)は、
半導体装置の一例を示す断面図である。なお、図14(A)(B)は、先に示すトランジ
スタ150の酸化物半導体膜108cが凹部を有さない構造であり、図14(C)(D)
は、先に示すトランジスタ150Aの酸化物半導体膜108cが凹部を有さない構造であ
る。
ることが可能である。
次に、本発明の一態様の半導体装置であるトランジスタ100の作製方法について、図
15乃至図18を用いて説明する。
乃至図17(F)、及び図18(A)乃至図18(F)は、半導体装置の作製方法を説明
する断面図である。また、図15(A)(C)(E)、図16(A)(C)(E)、図1
7(A)(C)(E)、及び図18(A)(C)(E)は、チャネル長方向の断面図であ
り、図15(B)(D)(F)、図16(B)(D)(F)、図17(B)(D)(F)
、及び図18(B)(D)(F)は、チャネル幅方向の断面図である。
程を行い加工して、第1のゲート電極として機能する導電膜104を形成する。次に、導
電膜104上に第1のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜106、107を形成する(図
15(A)(B)参照)。
する導電膜104として、厚さ100nmのタングステン膜をスパッタリング法により形
成する。また、絶縁膜106として厚さ400nmの窒化シリコン膜をPECVD法によ
り形成し、絶縁膜107として厚さ50nmの酸化窒化シリコン膜をPECVD法により
形成する。
には、絶縁膜106を、第1の窒化シリコン膜と、第2の窒化シリコン膜と、第3の窒化
シリコン膜との3層積層構造とすることができる。該3層積層構造の一例としては、以下
のように形成することができる。
sccmの窒素、及び流量100sccmのアンモニアガスを原料ガスとしてPE−CV
D装置の反応室に供給し、反応室内の圧力を100Paに制御し、27.12MHzの高
周波電源を用いて2000Wの電力を供給して、厚さが50nmとなるように形成すれば
よい。
の窒素、及び流量2000sccmのアンモニアガスを原料ガスとしてPECVD装置の
反応室に供給し、反応室内の圧力を100Paに制御し、27.12MHzの高周波電源
を用いて2000Wの電力を供給して、厚さが300nmとなるように形成すればよい。
cmの窒素を原料ガスとしてPECVD装置の反応室に供給し、反応室内の圧力を100
Paに制御し、27.12MHzの高周波電源を用いて2000Wの電力を供給して、厚
さが50nmとなるように形成すればよい。
形成時の基板温度は350℃以下とすることができる。
4に銅(Cu)を含む導電膜を用いる場合において、以下の効果を奏する。
できる。第2の窒化シリコン膜は、水素を放出する機能を有し、ゲート絶縁膜として機能
する絶縁膜の耐圧を向上させることができる。第3の窒化シリコン膜は、第3の窒化シリ
コン膜からの水素放出が少なく、且つ第2の窒化シリコン膜からの放出される水素の拡散
を抑制することができる。
物半導体膜108b)との界面特性を向上させるため、酸素を含む絶縁膜で形成されると
好ましい。
を形成する(図15(C)(D)(E)(F)参照)。
る際の成膜装置内部の断面模式図である。図15(C)(D)では、成膜装置としてスパ
ッタリング装置を用い、当該スパッタリング装置内部に設置されたターゲット191と、
ターゲット191の下方に形成されたプラズマ192とが、模式的に表されている。
プラズマを放電させる。その際に、酸化物半導体膜108b_0の被形成面となる絶縁膜
107中に、酸素が添加される。また、酸化物半導体膜108b_0を形成する際に、第
1の酸素ガスの他に、不活性ガス(例えば、ヘリウムガス、アルゴンガス、キセノンガス
など)を混合させてもよい。
れていればよく、酸化物半導体膜108b_0を形成する際の成膜ガス全体に占める第1
の酸素ガスの割合としては、0%を超えて100%以下、好ましくは10%以上100%
以下、さらに好ましくは30%以上100%以下である。
模式的に破線の矢印で表している。
度は、同じでも異なっていてもよい。ただし、酸化物半導体膜108b_0と、酸化物半
導体膜108c_0との、基板温度を同じとすることで、製造コストを低減することがで
きるため好適である。
満、好ましくは室温以上300℃以下、より好ましくは100℃以上250℃以下、さら
に好ましくは100℃以上200℃以下である。酸化物半導体膜108を加熱して成膜す
ることで、酸化物半導体膜108の結晶性を高めることができる。一方で、基板102と
して、大型のガラス基板(例えば、第6世代乃至第10世代)を用いる場合、酸化物半導
体膜108を成膜する際の基板温度を150℃以上340℃未満とした場合、基板102
が変形する(歪むまたは反る)場合がある。よって、大型のガラス基板を用いる場合にお
いては、酸化物半導体膜108の成膜する際の基板温度を100℃以上150℃未満とす
ることで、ガラス基板の変形を抑制することができる。
て用いる酸素ガスやアルゴンガスは、露点が−40℃以下、好ましくは−80℃以下、よ
り好ましくは−100℃以下、より好ましくは−120℃以下にまで高純度化したガスを
用いることで酸化物半導体膜に水分等が取り込まれることを可能な限り防ぐことができる
。
るチャンバーは、酸化物半導体膜にとって不純物となる水等を可能な限り除去すべくクラ
イオポンプのような吸着式の真空排気ポンプを用いて高真空(5×10−7Paから1×
10−4Pa程度まで)排気することが好ましい。または、ターボ分子ポンプとコールド
トラップを組み合わせて排気系からチャンバー内に気体、特に炭素または水素を含む気体
が逆流しないようにしておくことが好ましい。
_0が、酸化物半導体膜108b_0上に形成される。なお、酸化物半導体膜108c_
0の形成時においては、第2の酸素ガスを含む雰囲気にてプラズマを放電させればよい。
導体膜108c_0を形成する際の第2の酸素ガスの割合とは同じでも異なっていてもよ
い。例えば、酸化物半導体膜108c_0を形成する際の成膜ガス全体に占める第2の酸
素ガスの割合としては、0%を超えて100%以下、好ましくは10%以上100%以下
、さらに好ましくは30%以上100%以下である。
とを用いる場合、第2の酸素ガスの流量よりもアルゴンガスの流量を多くするのが好まし
い。アルゴンガスの流量を多くすることで、酸化物半導体膜108c_0を緻密な膜とす
ることができる。また、酸化物半導体膜108c_0を緻密な膜とするには、形成時の基
板温度を高くすればよい。酸化物半導体膜108c_0を形成する際の基板温度としては
、代表的には250℃以下、好ましくは、150℃以上190℃以下とすればよい。酸化
物半導体膜108c_0を緻密な膜とした場合、導電膜112a、112bに含まれる金
属元素を酸化物半導体膜108b_0側に入り込むのを抑制することができる。
2:4.1[原子数比])を用いて、スパッタリング法により酸化物半導体膜108b_
0を形成し、その後真空中で連続して、In−Ga−Zn金属酸化物ターゲット(In:
Ga:Zn=1:1:1.2[原子数比])を用いて、スパッタリング法により酸化物半
導体膜108c_0を形成する。また、酸化物半導体膜108b_0の形成時の基板温度
を170℃とし、酸化物半導体膜108c_0の形成時の基板温度を170℃とする。ま
た、酸化物半導体膜108b_0の形成時の成膜ガスとしては、流量60sccmの酸素
ガスと、流量140sccmのアルゴンガスと、を用いる。また、酸化物半導体膜108
c_0の形成時の成膜ガスとしては、流量100sccmの酸素ガスと、流量100sc
cmのアルゴンガスと、を用いる。
工することで、島状の酸化物半導体膜108b及び島状の酸化物半導体膜108cを形成
する(図16(A)(B)参照)。
、導電膜112をスパッタリング法によって形成する(図16(C)(D)参照)。
0nmのアルミニウム膜とが順に積層された積層膜をスパッタリング法により成膜する。
なお、本実施の形態においては、導電膜112の2層の積層構造としたが、これに限定さ
れない。例えば、導電膜112として、厚さ50nmのタングステン膜と、厚さ400n
mのアルミニウム膜と、厚さ100nmのチタン膜とが順に積層された3層の積層構造と
してもよい。
112a、112bを形成する(図16(E)(F)参照)。
る。ただし、導電膜112の加工方法としては、これに限定されず、例えば、ウエットエ
ッチング装置を用いてもよい。なお、ウエットエッチング装置を用いて、導電膜112を
加工するよりも、ドライエッチング装置を用いて導電膜112を加工した方が、より微細
なパターンを形成することができる。一方で、ドライエッチング装置を用いて、導電膜1
12を加工するよりも、ウエットエッチング装置を用いて導電膜112を加工した方が、
製造コストを低減することができる。
酸化物半導体膜108c)の表面(バックチャネル側)を洗浄してもよい。当該洗浄方法
としては、例えば、リン酸等の薬液を用いた洗浄が挙げられる。リン酸等の薬液を用いて
洗浄を行うことで、酸化物半導体膜108cの表面に付着した不純物(例えば、導電膜1
12a、112bに含まれる元素等)を除去することができる。なお、当該洗浄を必ずし
も行う必要はなく、場合によっては、洗浄を行わなくてもよい。
たは双方において、酸化物半導体膜108の導電膜112a、112bから露出した領域
が、薄くなる場合がある。
絶縁膜116を形成する(図17(A)(B)参照)。
することが好ましい。絶縁膜114を形成後、大気開放せず、原料ガスの流量、圧力、高
周波電力及び基板温度の一以上を調整して、絶縁膜116を連続的に形成することで、絶
縁膜114と絶縁膜116との界面において大気成分由来の不純物濃度を低減することが
できるとともに、絶縁膜114、116に含まれる酸素を酸化物半導体膜108に移動さ
せることが可能となり、酸化物半導体膜108の酸素欠損量を低減することが可能となる
。
ことができる。この場合、原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体
を用いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラ
ン、トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、一酸化二窒素、二酸化窒
素等がある。また、上記の堆積性気体の流量に対して酸化性気体の流量を20倍より大き
く100倍未満、好ましくは40倍以上80倍以下とし、処理室内の圧力を100Pa未
満、好ましくは50Pa以下とするPECVD法を用いることで、絶縁膜114が、窒素
を含み、且つ欠陥量の少ない絶縁膜となる。
とし、流量50sccmのシラン及び流量2000sccmの一酸化二窒素を原料ガスと
し、処理室内の圧力を20Paとし、平行平板電極に供給する高周波電力を13.56M
Hz、100W(電力密度としては1.6×10−2W/cm2)とするPECVD法を
用いて、酸化窒化シリコン膜を形成する。
180℃以上350℃以下に保持し、処理室に原料ガスを導入して処理室内における圧力
を100Pa以上250Pa以下、さらに好ましくは100Pa以上200Pa以下とし
、処理室内に設けられる電極に0.17W/cm2以上0.5W/cm2以下、さらに好
ましくは0.25W/cm2以上0.35W/cm2以下の高周波電力を供給する条件に
より、酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を形成する。
力を供給することで、プラズマ中で原料ガスの分解効率が高まり、酸素ラジカルが増加し
、原料ガスの酸化が進むため、絶縁膜116中における酸素含有量が化学量論的組成より
も多くなる。一方、基板温度が、上記温度で形成された膜では、シリコンと酸素の結合力
が弱いため、後の工程の加熱処理により膜中の酸素の一部が脱離する。この結果、化学量
論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含み、加熱により酸素の一部が脱離する酸化物
絶縁膜を形成することができる。
膜となる。したがって、酸化物半導体膜108へのダメージを低減しつつ、パワー密度の
高い高周波電力を用いて絶縁膜116を形成することができる。
体の流量を増加することで、絶縁膜116の欠陥量を低減することが可能である。代表的
には、ESR測定により、シリコンのダングリングボンドに由来するg=2.001に現
れる信号のスピン密度が6×1017spins/cm3未満、好ましくは3×1017
spins/cm3以下、好ましくは1.5×1017spins/cm3以下である欠
陥量の少ない酸化物絶縁膜を形成することができる。この結果、トランジスタ100の信
頼性を高めることができる。
)を行うと好適である。第1の加熱処理により、絶縁膜114、116に含まれる窒素酸
化物を低減することができる。または、第1の加熱処理により、絶縁膜114、116に
含まれる酸素の一部を酸化物半導体膜108に移動させ、酸化物半導体膜108に含まれ
る酸素欠損量を低減することができる。
に好ましくは、150℃以上350℃以下とする。第1の加熱処理は、窒素、酸素、超乾
燥空気(水の含有量が20ppm以下、好ましくは1ppm以下、好ましくは10ppb
以下の空気)、または希ガス(アルゴン、ヘリウム等)の雰囲気下で行えばよい。なお、
上記窒素、酸素、超乾燥空気、または希ガスに水素、水等が含まれないことが好ましい該
加熱処理には、電気炉、RTA(Rapid Thermal Anneal)等を用い
ることができる。
6の所望の領域に開口部152aを形成する。なお、開口部152aは、導電膜112b
に達するように形成される(図17(C)(D)参照)。
る(図17(E)(F)及び図18(A)(B)参照)。
、成膜装置内部の断面模式図である。図17(E)(F)では、成膜装置としてスパッタ
リング装置を用い、当該スパッタリング装置内部に設置されたターゲット193と、ター
ゲット193の下方に形成されたプラズマ194とが、模式的に表されている。
マを放電させる。その際に、酸化物半導体膜120の被形成面となる絶縁膜116中に、
酸素が添加される。また、酸化物半導体膜120を形成する際に、第3の酸素ガスの他に
、不活性ガス(例えば、ヘリウムガス、アルゴンガス、キセノンガスなど)を混合させて
もよい。例えば、アルゴンガスと、第3の酸素ガスと、を用い、アルゴンガスの流量より
も第3の酸素ガスの流量を多くするのが好ましい。第3の酸素ガスの流量を多くすること
で、好適に絶縁膜116に酸素を添加することができる。一例としては、酸化物半導体膜
120の形成条件としては、成膜ガス全体に占める第3の酸素ガスの割合を、50%以上
100%以下、好ましくは、80%以上100%以下とすればよい。
模式的に破線の矢印で表している。
、好ましくは室温以上300℃以下、より好ましくは100℃以上250℃以下、さらに
好ましくは100℃以上200℃以下である。酸化物半導体膜120を加熱して成膜する
ことで、酸化物半導体膜120の結晶性を高めることができる。一方で、基板102とし
て、大型のガラス基板(例えば、第6世代乃至第10世代)を用いる場合、酸化物半導体
膜120を成膜する際の基板温度を150℃以上340℃未満とした場合、基板102が
変形する(歪むまたは反る)場合がある。よって、大型のガラス基板を用いる場合におい
ては、酸化物半導体膜120の成膜する際の基板温度を100℃以上150℃未満とする
ことで、ガラス基板の変形を抑制することができる。
2:4.1[原子数比])を用いて、スパッタリング法により酸化物半導体膜120を形
成する。また、酸化物半導体膜120の形成時の基板温度を170℃とする。また、酸化
物半導体膜120の形成時の成膜ガスとしては、流量100sccmの酸素ガスを用いる
。
半導体膜(例えば、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]、In:Ga:Zn=1
:3:2[原子数比]、In:Ga:Zn=1:3:4[原子数比]、In:Ga:Zn
=1:3:6[原子数比]、In:Ga:Zn=3:1:2[原子数比]、In:Ga:
Zn=4:2:3[原子数比]など)を用いてもよい。
膜116の表面近傍に酸素、または過剰酸素を含ませることができる。
20a、及び島状の酸化物半導体膜120bを形成する(図18(C)(D)参照)。
する(図18(E)(F)参照)。
ては、例えば、窒化シリコン膜を用いると好適である。また、絶縁膜118としては、例
えば、スパッタリング法またはPECVD法を用いて形成することができる。例えば、絶
縁膜118をPECVD法で成膜する場合、基板温度は400℃未満、好ましくは375
℃未満、さらに好ましくは180℃以上350℃以下である。絶縁膜118を成膜する場
合の基板温度を、上述の範囲にすることで、緻密な膜を形成できるため好ましい。また、
絶縁膜118を成膜する場合の基板温度を、上述の範囲にすることで、絶縁膜114、1
16中の酸素または過剰酸素を、酸化物半導体膜108に移動させることが可能となる。
2の加熱処理とする)を行ってもよい。このように、酸化物半導体膜120の成膜の際に
、絶縁膜116に酸素を添加した後に、400℃未満、好ましくは375℃未満、さらに
好ましくは180℃以上350℃以下の温度で、加熱処理を行うことで、絶縁膜116中
の酸素または過剰酸素を酸化物半導体膜108(特に酸化物半導体膜108b)中に移動
させ、酸化物半導体膜108中の酸素欠損を補填することができる。この結果、酸化物半
導体膜108の表面近傍に酸素濃度が多い領域を形成することができる。
。図19は、絶縁膜118成膜時の基板温度(代表的には375℃未満)、または絶縁膜
118の形成後の第2の加熱処理(代表的には375℃未満)によって、酸化物半導体膜
108中に移動する酸素を表すモデル図である。なお、図19中において、酸化物半導体
膜108中に示す酸素(酸素ラジカル、酸素原子、または酸素分子)を破線の矢印で表し
ている。
絶縁膜107、及び絶縁膜114)から酸素が移動することで、酸素欠損が補填される。
特に、本発明の一態様の半導体装置において、酸化物半導体膜108bのスパッタリング
成膜時に、酸素ガスを用い、絶縁膜107中に酸素を添加するため、絶縁膜107は過剰
酸素領域を有する。また、酸化物半導体膜120のスパッタリング成膜時に、酸素ガスを
用い、絶縁膜116中に酸素を添加するため、絶縁膜116は過剰酸素領域を有する。よ
って、該過剰酸素領域を有する絶縁膜に挟まれた酸化物半導体膜108は、酸素欠損が好
適に補填される。
6の上方には、絶縁膜118が設けられている。絶縁膜106、118を酸素透過性が低
い材料、例えば、窒化シリコン等により形成することで、絶縁膜107、114、116
中に含まれる酸素を酸化物半導体膜108側に閉じ込めることができるため、好適に酸化
物半導体膜108中に形成されうる酸素欠損に酸素を移動させることが可能となる。
4と、第2のゲート電極として機能する酸化物半導体膜120bと、により電気的に覆わ
れている。したがって、酸素欠損が低減された酸化物半導体膜108を、さらに上下の電
極によって電気的に覆うことにより、信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
、絶縁膜118を形成することで、絶縁膜118に接する酸化物半導体膜120a、12
0bは、水素及び窒素のいずれか一方または双方が添加されることで、キャリア密度が高
くなり、酸化物導電膜として機能することができる。
ンを含む堆積性気体、窒素、及びアンモニアを原料ガスとして用いることが好ましい。窒
素と比較して少量のアンモニアを用いることで、プラズマ中でアンモニアが解離し、活性
種が発生する。該活性種が、シリコンを含む堆積性気体に含まれるシリコン及び水素の結
合、及び窒素の三重結合を切断する。この結果、シリコン及び窒素の結合が促進され、シ
リコン及び水素の結合が少なく、欠陥が少なく、緻密な窒化シリコン膜を形成することが
できる。一方、窒素に対するアンモニアの量が多いと、シリコンを含む堆積性気体及び窒
素の分解が進まず、シリコン及び水素結合が残存してしまい、欠陥が増大した、且つ粗な
窒化シリコン膜が形成されてしまう。これらのため、原料ガスにおいて、アンモニアに対
する窒素の流量比を5倍以上50倍以下、10倍以上50倍以下とすることが好ましい。
素、及びアンモニアを原料ガスとして用いて、厚さ50nmの窒化シリコン膜を形成する
。流量は、シランが50sccm、窒素が5000sccmであり、アンモニアが100
sccmである。処理室の圧力を100Pa、基板温度を350℃とし、27.12MH
zの高周波電源を用いて1000Wの高周波電力を平行平板電極に供給する。PECVD
装置は電極面積が6000cm2である平行平板型のPECVD装置であり、供給した電
力を単位面積あたりの電力(電力密度)に換算すると1.7×10−1W/cm2である
。
中に水素または窒素を添加し、酸化物半導体膜120a、120bのキャリア密度を増加
させる方法について例示したが、これに限定されない。例えば、酸化物半導体膜120a
、120bに対し、不純物元素の添加処理を行うことで、酸化物半導体膜120a、12
0bのキャリア密度を増加させてもよい。
ウム、シリコン、リン、塩素、希ガス元素等がある。希ガス元素の代表例としては、ヘリ
ウム、ネオン、アルゴン、クリプトン及びキセノンがある。不純物元素が酸化物半導体膜
に添加されると、酸化物半導体膜中の金属元素及び酸素の結合が切断され、酸素欠損が形
成される。または、不純物元素が酸化物半導体膜に添加されると、酸化物半導体膜中の金
属元素と結合していた酸素が不純物元素と結合し、金属元素から酸素が脱離され、酸素欠
損が形成される。これらの結果、酸化物半導体膜においてキャリア密度が増加し、導電性
が高くなる。
アモルファスシリコンの製造ラインを転用することで、設備投資がない、あるいは極めて
少ない設備投資で製造することができる。
しくは375℃未満、さらに好ましくは180℃以上350℃以下とすることで、大面積
の基板を用いても基板の変形(歪みまたは反り)を極めて少なくすることができるため好
適である。なお、トランジスタ100の作製工程において、基板温度が高くなる工程とし
ては、代表的には、絶縁膜106、107の成膜時の基板温度(400℃未満、好ましく
は250℃以上350℃以下)、酸化物半導体膜108の成膜時の基板温度(室温以上3
40℃未満、好ましくは100℃以上200℃以下、さらに好ましくは100℃以上15
0℃未満)、絶縁膜116、118の成膜時の基板温度(400℃未満、好ましくは37
5℃未満、さらに好ましくは180℃以上350℃以下)、第1の加熱処理または第2の
加熱処理(400℃未満、好ましくは375℃未満、さらに好ましくは180℃以上35
0℃以下)などが挙げられる。
、酸化物半導体膜120形成時に、絶縁膜116中に酸素を添加する構成について例示し
たが、これに限定されない。
0(F)、及び図21(A)乃至図21(D)は、半導体装置の作製方法を説明する断面
図である。また、図20(A)(C)(E)及び図21(A)(C)は、チャネル長方向
の断面図であり、図20(B)(D)(F)及び図21(B)(D)は、チャネル幅方向
の断面図である。
膜112a、112b上に絶縁膜114、116を形成する(図20(A)(B)参照)
。
1の加熱処理により、絶縁膜114、116に含まれる窒素酸化物を低減することができ
る。また、第1の加熱処理により、絶縁膜114、116に含まれる酸素の一部を酸化物
半導体膜108に移動させ、酸化物半導体膜108に含まれる酸素欠損量を低減すること
ができる。
て、絶縁膜116、114、または酸化物半導体膜108に酸素140を添加する(図2
0(C)(D)参照)。
酸素を模式的に破線の矢印で示している。酸化物半導体膜120を介して、絶縁膜116
中に酸素140を添加することで、絶縁膜116の表面近傍に多くの酸素を添加すること
ができる。
は、イオンドーピング法、イオン注入法、プラズマ処理法等がある。また、酸素140を
添加する装置または添加する条件によっては、絶縁膜116の下方に位置する絶縁膜11
4、または酸化物半導体膜108にも酸素140を添加できる場合がある。また、酸素1
40としては、過剰酸素または酸素ラジカル等が挙げられる。また、酸素140を添加す
る際に、基板側にバイアスを印加することで効果的に酸素140を絶縁膜116に添加す
ることができる。上記バイアスとしては、例えば、アッシング装置を用い、当該アッシン
グ装置に印加するバイアスの電力密度を1W/cm2以上5W/cm2以下とすればよい
。絶縁膜116上に酸化物半導体膜120を設けて酸素140を添加することで、酸化物
半導体膜120が絶縁膜116から酸素が脱離することを抑制する保護膜として機能する
。このため、絶縁膜116により多くの酸素を添加することができる。
処理(第2の加熱処理)を行ってもよい。第2の加熱処理としては、先に記載の第1の加
熱処理と同様とすることができる。
116上に絶縁膜118を形成する(図20(E)(F)参照)。
ある。また、酸化物半導体膜120の除去方法としては、ドライエッチング法、ウエット
エッチング法、またはドライエッチング法とウエットエッチング法を組み合わせる方法等
が挙げられる。本実施の形態においては、ウエットエッチング法を用いて、酸化物半導体
膜120を除去する。酸化物半導体膜120の除去方法として、ウエットエッチング法を
用いる方が、製造コストを抑制できるため好適である。
ることができる。例えば、絶縁膜118をPECVD法で成膜する場合、基板温度は40
0℃未満、好ましくは375℃未満、さらに好ましくは180℃以上350℃以下である
。絶縁膜118を成膜する場合の基板温度を、上述の範囲にすることで、緻密な膜を形成
できるため好ましい。また、絶縁膜118を成膜する場合の基板温度を、上述の範囲にす
ることで、絶縁膜114、116中の酸素または過剰酸素を、酸化物半導体膜108に移
動させることが可能となる。
熱処理)を行ってもよい。酸素140を絶縁膜116に添加した後に、400℃未満、好
ましくは375℃未満、さらに好ましくは180℃以上350℃以下の温度で、加熱処理
を行うことで、絶縁膜116中の酸素または過剰酸素を酸化物半導体膜108(特に酸化
物半導体膜108b)中に移動させ、酸化物半導体膜108中の酸素欠損を補填すること
ができる。
6、118の所望の領域に開口部152aを形成する。また、絶縁膜118上にリソグラ
フィ工程によりマスクを形成し、絶縁膜106、107、114、116、118の所望
の領域に開口部152b、152cを形成する。なお、開口部152aは、導電膜112
bに達するように形成される。また、開口部152b、152cは、それぞれ導電膜10
4に達するように形成される(図21(A)(B)参照)。
、異なる工程で形成してもよい。開口部152aと、開口部152b、152cとを、同
じ工程で形成する場合、例えば、グレートーンマスクまたはハーフトーンマスクを用いて
形成することができる。また、開口部152b、152cを複数回に分けて形成してもよ
い。例えば、最初に絶縁膜106、107に開口部を形成しておき、その後、当該開口部
上の絶縁膜114、116、118を開口すればよい。
成し、当該導電膜を所望の形状に加工することで、酸化物半導体膜120a、120bを
形成する(図21(C)(D)参照。)
断面図は、先に示すトランジスタ150の変形例である、トランジスタ150Bの断面図
も兼ねている。
合わせて用いることができる。
本実施の形態においては、酸化物半導体の構造等について、図22乃至図31を参照し
て説明する。
酸化物半導体は、単結晶酸化物半導体と、それ以外の非単結晶酸化物半導体とに分けら
れる。非単結晶酸化物半導体としては、CAAC−OS(C Axis Aligned
Crystalline Oxide Semiconductor)、多結晶酸化物
半導体、nc−OS(nanocrystalline Oxide Semicond
uctor)、擬似非晶質酸化物半導体(a−like OS:amorphous l
ike Oxide Semiconductor)、非晶質酸化物半導体などがある。
半導体とに分けられる。結晶性酸化物半導体としては、単結晶酸化物半導体、CAAC−
OS、多結晶酸化物半導体、nc−OSなどがある。
って不均質構造を持たないことなどが知られている。また、結合角度が柔軟であり、短距
離秩序性は有するが、長距離秩序性を有さない構造と言い換えることもできる。
tely amorphous)酸化物半導体と呼ぶことはできない。また、等方的でな
い(例えば、微小な領域において周期構造を有する)酸化物半導体を、完全な非晶質酸化
物半導体と呼ぶことはできない。ただし、a−like OSは、微小な領域において周
期構造を有するものの、鬆(ボイドともいう。)を有し、不安定な構造である。そのため
、物性的には非晶質酸化物半導体に近いといえる。
AAC−OSが好ましい。酸化物半導体膜をCAAC−OSとすることで、酸化物半導体
膜の結晶性を高め、酸化物半導体膜中の不純物、酸素欠損、あるいは欠陥準位密度を低減
することができる。
まずは、CAAC−OSについて説明する。
半導体の一つである。
TEM像ともいう。)を観察すると、複数のペレットを確認することができる。一方、高
分解能TEM像ではペレット同士の境界、即ち結晶粒界(グレインバウンダリーともいう
。)を明確に確認することができない。そのため、CAAC−OSは、結晶粒界に起因す
る電子移動度の低下が起こりにくいといえる。
、試料面と略平行な方向から観察したCAAC−OSの断面の高分解能TEM像を示す。
高分解能TEM像の観察には、球面収差補正(Spherical Aberratio
n Corrector)機能を用いた。球面収差補正機能を用いた高分解能TEM像を
、特にCs補正高分解能TEM像と呼ぶ。Cs補正高分解能TEM像の取得は、例えば、
日本電子株式会社製原子分解能分析電子顕微鏡JEM−ARM200Fなどによって行う
ことができる。
。図22(B)より、ペレットにおいて、金属原子が層状に配列していることを確認でき
る。金属原子の各層の配列は、CAAC−OSの膜を形成する面(被形成面ともいう。)
または上面の凹凸を反映しており、CAAC−OSの被形成面または上面と平行となる。
)は、特徴的な原子配列を、補助線で示したものである。図22(B)および図22(C
)より、ペレット一つの大きさは1nm以上3nm以下程度であり、ペレットとペレット
との傾きにより生じる隙間の大きさは0.8nm程度であることがわかる。したがって、
ペレットを、ナノ結晶(nc:nanocrystal)と呼ぶこともできる。また、C
AAC−OSを、CANC(C−Axis Aligned nanocrystals
)を有する酸化物半導体と呼ぶこともできる。
ット5100の配置を模式的に示すと、レンガまたはブロックが積み重なったような構造
となる(図22(D)参照)。図22(C)で観察されたペレットとペレットとの間で傾
きが生じている箇所は、図22(D)に示す領域5161に相当する。
s補正高分解能TEM像を示す。図23(A)の領域(1)、領域(2)および領域(3
)を拡大したCs補正高分解能TEM像を、それぞれ図23(B)、図23(C)および
図23(D)に示す。図23(B)、図23(C)および図23(D)より、ペレットは
、金属原子が三角形状、四角形状または六角形状に配列していることを確認できる。しか
しながら、異なるペレット間で、金属原子の配列に規則性は見られない。
nO4の結晶を有するCAAC−OSに対し、out−of−plane法による構造解
析を行うと、図24(A)に示すように回折角(2θ)が31°近傍にピークが現れる場
合がある。このピークは、InGaZnO4の結晶の(009)面に帰属されることから
、CAAC−OSの結晶がc軸配向性を有し、c軸が被形成面または上面に略垂直な方向
を向いていることが確認できる。
°近傍のピークの他に、2θが36°近傍にもピークが現れる場合がある。2θが36°
近傍のピークは、CAAC−OS中の一部に、c軸配向性を有さない結晶が含まれること
を示している。より好ましいCAAC−OSは、out−of−plane法による構造
解析では、2θが31°近傍にピークを示し、2θが36°近傍にピークを示さない。
ne法による構造解析を行うと、2θが56°近傍にピークが現れる。このピークは、I
nGaZnO4の結晶の(110)面に帰属される。CAAC−OSの場合は、2θを5
6°近傍に固定し、試料面の法線ベクトルを軸(φ軸)として試料を回転させながら分析
(φスキャン)を行っても、図24(B)に示すように明瞭なピークは現れない。これに
対し、InGaZnO4の単結晶酸化物半導体であれば、2θを56°近傍に固定してφ
スキャンした場合、図24(C)に示すように(110)面と等価な結晶面に帰属される
ピークが6本観察される。したがって、XRDを用いた構造解析から、CAAC−OSは
、a軸およびb軸の配向が不規則であることが確認できる。
ZnO4の結晶を有するCAAC−OSに対し、試料面に平行にプローブ径が300nm
の電子線を入射させると、図25(A)に示すような回折パターン(制限視野透過電子回
折パターンともいう。)が現れる場合がある。この回折パターンには、InGaZnO4
の結晶の(009)面に起因するスポットが含まれる。したがって、電子回折によっても
、CAAC−OSに含まれるペレットがc軸配向性を有し、c軸が被形成面または上面に
略垂直な方向を向いていることがわかる。一方、同じ試料に対し、試料面に垂直にプロー
ブ径が300nmの電子線を入射させたときの回折パターンを図25(B)に示す。図2
5(B)より、リング状の回折パターンが確認される。したがって、電子回折によっても
、CAAC−OSに含まれるペレットのa軸およびb軸は配向性を有さないことがわかる
。なお、図25(B)における第1リングは、InGaZnO4の結晶の(010)面お
よび(100)面などに起因すると考えられる。また、図25(B)における第2リング
は(110)面などに起因すると考えられる。
結晶性は不純物の混入や欠陥の生成などによって低下する場合があるため、逆の見方をす
るとCAAC−OSは不純物や欠陥(酸素欠損など)の少ない酸化物半導体ともいえる。
属元素などがある。例えば、シリコンなどの、酸化物半導体を構成する金属元素よりも酸
素との結合力の強い元素は、酸化物半導体から酸素を奪うことで酸化物半導体の原子配列
を乱し、結晶性を低下させる要因となる。また、鉄やニッケルなどの重金属、アルゴン、
二酸化炭素などは、原子半径(または分子半径)が大きいため、酸化物半導体の原子配列
を乱し、結晶性を低下させる要因となる。
ある。例えば、酸化物半導体に含まれる不純物は、キャリアトラップとなる場合や、キャ
リア発生源となる場合がある。また、酸化物半導体中の酸素欠損は、キャリアトラップと
なる場合や、水素を捕獲することによってキャリア発生源となる場合がある。
ある。具体的には、キャリア密度を8×1011/cm3未満、好ましくは1×1011
/cm3未満、さらに好ましくは1×1010/cm3未満であり、1×10−9/cm
3以上とすることができる。そのような酸化物半導体を、高純度真性または実質的に高純
度真性な酸化物半導体と呼ぶ。CAAC−OSは、不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低
い。即ち、安定な特性を有する酸化物半導体であるといえる。
次に、nc−OSについて説明する。
確な結晶部を確認することのできない領域と、を有する。nc−OSに含まれる結晶部は
、1nm以上10nm以下、または1nm以上3nm以下の大きさであることが多い。な
お、結晶部の大きさが10nmより大きく100nm以下である酸化物半導体を微結晶酸
化物半導体と呼ぶことがある。nc−OSは、例えば、高分解能TEM像では、結晶粒界
を明確に確認できない場合がある。なお、ナノ結晶は、CAAC−OSにおけるペレット
と起源を同じくする可能性がある。そのため、以下ではnc−OSの結晶部をペレットと
呼ぶ場合がある。
3nm以下の領域)において原子配列に周期性を有する。また、nc−OSは、異なるペ
レット間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。し
たがって、nc−OSは、分析方法によっては、a−like OSや非晶質酸化物半導
体と区別が付かない場合がある。例えば、nc−OSに対し、ペレットよりも大きい径の
X線を用いた場合、out−of−plane法による解析では、結晶面を示すピークは
検出されない。また、nc−OSに対し、ペレットよりも大きいプローブ径(例えば50
nm以上)の電子線を用いる電子回折を行うと、ハローパターンのような回折パターンが
観測される。一方、nc−OSに対し、ペレットの大きさと近いかペレットより小さいプ
ローブ径の電子線を用いるナノビーム電子回折を行うと、スポットが観測される。また、
nc−OSに対しナノビーム電子回折を行うと、円を描くように(リング状に)輝度の高
い領域が観測される場合がある。さらに、リング状の領域内に複数のスポットが観測され
る場合がある。
−OSを、RANC(Random Aligned nanocrystals)を有
する酸化物半導体、またはNANC(Non−Aligned nanocrystal
s)を有する酸化物半導体と呼ぶこともできる。
、nc−OSは、a−like OSや非晶質酸化物半導体よりも欠陥準位密度が低くな
る。ただし、nc−OSは、異なるペレット間で結晶方位に規則性が見られない。そのた
め、nc−OSは、CAAC−OSと比べて欠陥準位密度が高くなる。
a−like OSは、nc−OSと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する酸化物
半導体である。
高分解能TEM像において、明確に結晶部を確認することのできる領域と、結晶部を確認
することのできない領域と、を有する。
e OSが、CAAC−OSおよびnc−OSと比べて不安定な構造であることを示すた
め、電子照射による構造の変化を示す。
(試料Bと表記する。)およびCAAC−OS(試料Cと表記する。)を準備する。いず
れの試料もIn−Ga−Zn酸化物である。
料は、いずれも結晶部を有することがわかる。
、InGaZnO4の結晶の単位格子は、In−O層を3層有し、またGa−Zn−O層
を6層有する、計9層がc軸方向に層状に重なった構造を有することが知られている。こ
れらの近接する層同士の間隔は、(009)面の格子面間隔(d値ともいう。)と同程度
であり、結晶構造解析からその値は0.29nmと求められている。したがって、格子縞
の間隔が0.28nm以上0.30nm以下である箇所を、InGaZnO4の結晶部と
見なすことができる。なお、格子縞は、InGaZnO4の結晶のa−b面に対応する。
る。ただし、上述した格子縞の長さを結晶部の大きさとしている。図26より、a−li
ke OSは、電子の累積照射量に応じて結晶部が大きくなっていくことがわかる。具体
的には、図26中に(1)で示すように、TEMによる観察初期においては1.2nm程
度の大きさだった結晶部(初期核ともいう。)が、累積照射量が4.2×108e−/n
m2においては2.6nm程度の大きさまで成長していることがわかる。一方、nc−O
SおよびCAAC−OSは、電子照射開始時から電子の累積照射量が4.2×108e−
/nm2までの範囲で、結晶部の大きさに変化が見られないことがわかる。具体的には、
図26中の(2)および(3)で示すように、電子の累積照射量によらず、nc−OSお
よびCAAC−OSの結晶部の大きさは、それぞれ1.4nm程度および2.1nm程度
であることがわかる。
ある。一方、nc−OSおよびCAAC−OSは、電子照射による結晶部の成長がほとん
ど見られないことがわかる。即ち、a−like OSは、nc−OSおよびCAAC−
OSと比べて、不安定な構造であることがわかる。
べて密度の低い構造である。具体的には、a−like OSの密度は、同じ組成の単結
晶の密度の78.6%以上92.3%未満となる。また、nc−OSの密度およびCAA
C−OSの密度は、同じ組成の単結晶の密度の92.3%以上100%未満となる。単結
晶の密度の78%未満となる酸化物半導体は、成膜すること自体が困難である。
菱面体晶構造を有する単結晶InGaZnO4の密度は6.357g/cm3となる。よ
って、例えば、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]を満たす酸化物半導体におい
て、a−like OSの密度は5.0g/cm3以上5.9g/cm3未満となる。ま
た、例えば、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]を満たす酸化物半導体において
、nc−OSの密度およびCAAC−OSの密度は5.9g/cm3以上6.3g/cm
3未満となる。
る単結晶を組み合わせることにより、所望の組成における単結晶に相当する密度を見積も
ることができる。所望の組成の単結晶に相当する密度は、組成の異なる単結晶を組み合わ
せる割合に対して、加重平均を用いて見積もればよい。ただし、密度は、可能な限り少な
い種類の単結晶を組み合わせて見積もることが好ましい。
なお、酸化物半導体は、例えば、非晶質酸化物半導体、a−like OS、nc−OS
、CAAC−OSのうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。
以下では、CAAC−OSの成膜方法の一例について説明する。
することができる。
ている。基板5220とターゲット5230との間にはプラズマ5240がある。また、
基板5220の下部には加熱機構5260が設けられている。図示しないが、ターゲット
5230は、バッキングプレートに接着されている。バッキングプレートを介してターゲ
ット5230と向かい合う位置には、複数のマグネットが配置される。マグネットの磁場
を利用して成膜速度を高めるスパッタリング法は、マグネトロンスパッタリング法と呼ば
れる。
離)ともいう。)は0.01m以上1m以下、好ましくは0.02m以上0.5m以下と
する。成膜室内は、ほとんどが成膜ガス(例えば、酸素、アルゴン、または酸素を5体積
%以上の割合で含む混合ガス)で満たされ、0.01Pa以上100Pa以下、好ましく
は0.1Pa以上10Pa以下に制御される。ここで、ターゲット5230に一定以上の
電圧を印加することで、放電が始まり、プラズマ5240が確認される。なお、ターゲッ
ト5230の近傍には磁場によって、高密度プラズマ領域が形成される。高密度プラズマ
領域では、成膜ガスがイオン化することで、イオン5201が生じる。イオン5201は
、例えば、酸素の陽イオン(O+)やアルゴンの陽イオン(Ar+)などである。
は劈開面が含まれる。一例として、図28に、ターゲット5230に含まれるInMZn
O4(元素Mは、例えばAl、Ga、YまたはSn)の結晶構造を示す。なお、図28(
A)は、b軸に平行な方向から観察した場合のInMZnO4の結晶構造である。InM
ZnO4の結晶では、酸素原子が負の電荷を有することにより、近接する二つのM−Zn
−O層の間に斥力が生じている。そのため、InMZnO4の結晶は、近接する二つのM
−Zn−O層の間に劈開面を有する。
加速され、やがてターゲット5230と衝突する。このとき、劈開面から平板状またはペ
レット状のスパッタ粒子であるペレット5200が剥離する(図27参照)。ペレット5
200は、図28(A)に示す二つの劈開面に挟まれた部分である。よって、ペレット5
200のみ抜き出すと、その断面は図28(B)のようになり、上面は図28(C)のよ
うになることがわかる。なお、ペレット5200は、イオン5201の衝突の衝撃によっ
て、構造に歪みが生じる場合がある。
のスパッタ粒子である。または、ペレット5200は、六角形、例えば正六角形の平面を
有する平板状またはペレット状のスパッタ粒子である。ただし、ペレット5200の形状
は、三角形、六角形に限定されない、例えば、三角形が複数個合わさった形状となる場合
がある。例えば、三角形(例えば、正三角形)が2個合わさった四角形(例えば、ひし形
)となる場合もある。
5200は、厚さを0.4nm以上1nm以下、好ましくは0.6nm以上0.8nm以
下とする。また、例えば、ペレット5200は、幅を1nm以上100nm以下、好まし
くは2nm以上50nm以下、さらに好ましくは3nm以上30nm以下とする。例えば
、In−M−Zn酸化物を有するターゲット5230にイオン5201を衝突させる。そ
うすると、M−Zn−O層、In−O層およびM−Zn−O層の3層を有するペレット5
200が剥離する。なお、ペレット5200の剥離に伴い、ターゲット5230から粒子
5203も弾き出される。粒子5203は、原子1個または原子数個の集合体を有する。
そのため、粒子5203を原子状粒子(atomic particles)と呼ぶこと
もできる。
場合がある。例えば、ペレット5200がプラズマ5240中にあるO2−から負の電荷
を受け取る場合がある。その結果、ペレット5200の表面の酸素原子が負に帯電する場
合がある。また、ペレット5200は、プラズマ5240を通過する際に、プラズマ52
40中のインジウム、元素M、亜鉛または酸素などと結合することで成長する場合がある
。
表面に達する。なお、粒子5203の一部は、質量が小さいため真空ポンプなどによって
外部に排出される場合がある。
て図29を用いて説明する。
状であるため、平面側を基板5220の表面に向けて堆積する。このとき、ペレット52
00の基板5220側の表面の電荷が、基板5220を介して抜ける。
いるペレット5200の表面、および二つ目のペレット5200の表面が電荷を帯びてい
るため、互いに反発し合う力が生じる。その結果、二つ目のペレット5200は、既に堆
積しているペレット5200上を避け、基板5220の表面の少し離れた場所に平面側を
向けて堆積する。これを繰り返すことで、基板5220の表面には、無数のペレット52
00が一層分の厚みだけ堆積する。また、ペレット5200間には、ペレット5200の
堆積していない領域が生じる(図29(A)参照)。
る。粒子5203は、ペレット5200の表面などの活性な領域には堆積することができ
ない。そのため、粒子5203は、ペレット5200の堆積していない領域へ動き、ペレ
ット5200の側面に付着する。粒子5203は、プラズマから受け取ったエネルギーに
より結合手が活性状態となることで、ペレット5200と化学的に連結して横成長部52
02を形成する(図29(B)参照)。
レット5200間を連結させる(図29(C)参照)。このように、ペレット5200の
堆積していない領域を埋めるまで横成長部5202が形成される。このメカニズムは、原
子層堆積(ALD:Atomic Layer Deposition)法の堆積メカニ
ズムに類似する。
ット5200間を粒子5203がラテラル成長しながら埋めるため、明確な結晶粒界が形
成されることがない。また、ペレット5200間を、粒子5203が滑らかに結びつける
ため、単結晶とも多結晶とも異なる結晶構造が形成される。言い換えると、微小な結晶領
域(ペレット5200)間に歪みを有する結晶構造が形成される。このように、結晶領域
間を埋める領域は、歪んだ結晶領域であるため、該領域を指して非晶質構造と呼ぶのは適
切ではないと考えられる。
)。そして、粒子5203が、ペレット5200の堆積していない領域を埋めるように堆
積することで横成長部5202を形成する(図29(E)参照)。こうして、粒子520
3がペレット5200の側面に付着し、横成長部5202がラテラル成長することで、二
層目のペレット5200間を連結させる(図29(F)参照)。m層目(mは二以上の整
数。)が形成されるまで成膜は続き、積層体を有する薄膜構造となる。
する。例えば、基板5220の表面温度が高いと、ペレット5200が基板5220の表
面でマイグレーションを起こす。その結果、ペレット5200間が、粒子5203を介さ
ずに連結する割合が増加するため、より配向性の高いCAAC−OSとなる。CAAC−
OSを成膜する際の基板5220の表面温度は、室温以上340℃未満、好ましくは室温
以上300℃以下、より好ましくは100℃以上250℃以下、さらに好ましくは100
℃以上200℃以下である。したがって、基板5220として第8世代以上の大面積基板
を用いた場合でも、CAAC−OSの成膜に起因した反りなどはほとんど生じないことが
わかる。
イグレーションを起こしにくくなる。その結果、ペレット5200同士が積み重なること
で配向性の低いnc−OSなどとなる。nc−OSでは、ペレット5200が負に帯電し
ていることにより、ペレット5200は一定間隔を空けて堆積する可能性がある。したが
って、配向性は低いものの、僅かに規則性を有することにより、非晶質酸化物半導体と比
べて緻密な構造となる。
の大きなペレットが形成される場合がある。一つの大きなペレットの内部は単結晶構造を
有する。例えば、ペレットの大きさが、上面から見て10nm以上200nm以下、15
nm以上100nm以下、または20nm以上50nm以下となる場合がある。
被形成面が結晶構造を有さない場合においても、CAAC−OSの成膜が可能であること
から、エピタキシャル成長とは異なる成長機構である上述した成膜モデルの妥当性が高い
ことがわかる。また、上述した成膜モデルであるため、CAAC−OSおよびnc−OS
は、大面積のガラス基板などであっても均一な成膜が可能であることがわかる。例えば、
基板の表面(被形成面)の構造が非晶質構造(例えば非晶質酸化シリコン)であっても、
CAAC−OSを成膜することは可能である。
配列することがわかる。
のようにすればよいことがわかる。まず、平均自由行程を長くするために、より高真空状
態で成膜する。次に、基板近傍における損傷を低減するために、プラズマのエネルギーを
弱くする。次に、被形成面に熱エネルギーを加え、プラズマによる損傷を成膜するたびに
治癒する。
物のような複合酸化物の多結晶構造を有し、いずれかの結晶粒には劈開面が含まれる場合
に限定されない。例えば、酸化インジウム、元素Mの酸化物および酸化亜鉛を有する混合
物のターゲットを用いた場合にも適用することができる。
状粒子が剥離する。成膜時には、ターゲット近傍にプラズマの強電界領域が形成されてい
る。そのため、ターゲットから剥離した原子状粒子は、プラズマの強電界領域の作用で連
結して横成長する。例えば、まず原子状粒子であるインジウムが連結して横成長してIn
−O層からなるナノ結晶となる。次に、それを補完するように上下にM−Zn−O層が結
合する。このように、混合物のターゲットを用いた場合でも、ペレットが形成される可能
性がある。そのため、混合物のターゲットを用いた場合でも、上述した成膜モデルを適用
することができる。
から剥離した原子状粒子のみが基板表面に堆積することになる。その場合も、基板表面に
おいて原子状粒子が横成長する場合がある。ただし、原子状粒子の向きが一様でないため
、得られる薄膜における結晶の配向性も一様にはならない。即ち、nc−OSなどとなる
。
以下では、ペレット5200の横方向に粒子5203が付着(結合または吸着ともいう
。)し、ラテラル成長することを説明する。
着する位置を示す図である。なお、ペレット5200としては、InMZnO4の結晶構
造から、化学量論的組成を保持しつつ、84個の原子を抜き出したクラスタモデルを仮定
している。なお、以下では元素MがGaである場合について説明する。また、図30(F
)は、ペレット5200をc軸に平行な方向から見た構造を示す。図30(G)は、ペレ
ット5200をa軸に平行な方向からみた構造を示す。
なお、位置Aは、ペレット5200上面において、ガリウム1個、亜鉛2個で囲まれた格
子間サイトの上方である。位置Bは、ペレット5200上面おいて、ガリウム2個、亜鉛
1個で囲まれた格子間サイトの上方である。位置aは、ペレット5200側面のインジウ
ムサイトである。位置bは、ペレット5200側面において、In−O層と、Ga−Zn
−O層との間の格子間サイトである。位置cは、ペレット5200側面のガリウムサイト
である。
場合の相対エネルギーを第一原理計算によって評価した。第一原理計算には、VASP(
Vienna Ab initio Simulation Package)を用いた
。また、交換相関ポテンシャルにはPBE(Perdew−Burke−Ernzerh
of)型の一般化勾配近似(GGA:Generallized Gradient A
pproximation)を用い、イオンのポテンシャルにはPAW(Project
or Augmented Wave)法を用いた。また、カットオフエネルギーは40
0eVとし、k点サンプリングはΓ点のみとした。表1に、位置A、位置B、位置a、位
置bおよび位置cに、インジウムイオン(In3+)、ガリウムイオン(Ga3+)およ
び亜鉛イオン(Zn2+)を配置した場合の相対エネルギーを示す。なお、相対エネルギ
ーは、計算したモデルにおいて、最もエネルギーが低いモデルのエネルギーを0eVとし
たときの相対値である。
とがわかった。特に、位置aのインジウムサイトにおいては、インジウムイオンだけでな
く、亜鉛イオンも最も付着しやすい結果が得られた。
1(A)(B)(C)(D)(E)は、ペレット5200の構造と酸素イオンが付着する
位置を示す図である。また、図31(F)は、ペレット5200をc軸に平行な方向から
見た構造を示す。図31(G)は、ペレット5200をb軸に平行な方向からみた構造を
示す。
なお、位置Cは、ペレット5200上面のガリウムと結合する位置である。位置Dは、ペ
レット5200上面の亜鉛と結合する位置である。位置dは、ペレット5200側面のイ
ンジウムと結合する位置である。位置eは、ペレット5200側面のガリウムと結合する
位置である。位置fは、ペレット5200側面の亜鉛と結合する位置である。
場合の相対エネルギーを第一原理計算によって評価する。表2に、位置C、位置D、位置
d、位置eおよび位置fに、酸素イオン(O2−)を配置した場合の相対エネルギーを示
す。
った。
優先的に付着していくことがわかる。即ち、ペレット5200の側面に付着した粒子52
03によって、ペレット5200のラテラル成長が起こる上述の成膜モデルは妥当性が高
いといえる。
、組み合わせて用いることができる。
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置を有する表示装置について、図32乃
至図50を用いて説明する。なお、本実施の形態においては、表示装置の表示素子として
、液晶素子を有する構成(液晶表示装置)について、具体的に説明する。
図32(A)に示す液晶表示装置880は、画素部871と、ゲートドライバ874と
、ソースドライバ876と、各々が平行または略平行に配設され、且つゲートドライバ8
74によって電位が制御されるm本の走査線877と、各々が平行または略平行に配設さ
れ、且つソースドライバ876によって電位が制御されるn本の信号線879と、を有す
る。さらに、画素部871はマトリクス状に配設された複数の画素870を有する。また
、信号線879に沿って、各々が平行または略平行に配設されたコモン線875を有する
。また、ゲートドライバ874及びソースドライバ876をまとめて駆動回路部という場
合がある。
、いずれかの行に配設されたn個の画素870と電気的に接続される。また、各々の信号
線879は、m行n列に配設された画素870のうち、いずれかの列に配設されたm個の
画素870に電気的に接続される。m、nは、ともに1以上の整数である。また、各コモ
ン線875は、m行n列に配設された画素870のうち、いずれかの行に配設されたm個
の画素870と電気的に接続される。
できる回路構成の一例を示している。
子855と、を有する。
きる。
870の仕様に応じて適宜設定される。液晶素子851の一対の電極の他方は、コモン線
875と接続され、電位は共通の電位(コモン電位)が与えられる。液晶素子851が有
する液晶は、トランジスタ852に書き込まれるデータにより配向状態が制御される。
する素子である。なお、液晶の光学的変調作用は、液晶にかかる電界(横方向の電界、縦
方向の電界又は斜め方向の電界を含む)によって制御される。なお、液晶素子851に用
いる液晶としては、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶
、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。これらの液晶材料は、条件に
より、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイラルネマチック相、等
方相等を示す。
い。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
度が短く、光学的等方性である。また、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、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。
d Nematic)モード、IPS(In−Plane−Switching)モード
、FFS(Fringe Field Switching)モード、ASM(Axia
lly Symmetric aligned Micro−cell)モード、OCB
(Optical Compensated Birefringence)モード、F
LC(Ferroelectric Liquid Crystal)モード、AFLC
(AntiFerroelectric Liquid Crystal)モードなどを
用いることができる。
VA)モードを採用した透過型の液晶表示装置としてもよい。垂直配向モードとしては、
MVA(Multi−Domain Vertical Alignment)モード、
PVA(Patterned Vertical Alignment)モード、ASV
モードなどを用いることができる。
まず、横電界モードの液晶表示装置、代表的にはFFSモード及びIPSモードの液晶
表示装置について説明する。
ドレイン電極の一方は、信号線879に電気的に接続され、他方は液晶素子851の一対
の電極の一方に電気的に接続される。また、トランジスタ852のゲート電極は、走査線
877に電気的に接続される。トランジスタ852は、データ信号のデータの書き込みを
制御する機能を有する。
、トランジスタ852のソース電極及びドレイン電極の他方に接続される。容量素子85
5の一対の電極の他方は、コモン線875に電気的に接続される。コモン線875の電位
の値は、画素870の仕様に応じて適宜設定される。容量素子855は、書き込まれたデ
ータを保持する保持容量としての機能を有する。なお、FFSモードによって駆動する液
晶表示装置880においては、容量素子855の一対の電極の一方は、液晶素子851の
一対の電極の一方の一部または全部であり、容量素子855の一対の電極の他方は、液晶
素子851の一対の電極の他方の一部または全部である。
次に、液晶表示装置880に含まれる素子基板の具体的な構成について説明する。まず
、FFSモードによって駆動する液晶表示装置880が有する複数の画素870a、87
0b、870cの上面図を図33に示す。
中左右方向)に延伸して設けられている。信号線として機能する導電膜821aは、走査
線に略直交する方向(図中上下方向)に延伸して設けられている。なお、走査線として機
能する導電膜813は、ゲートドライバ874と電気的に接続されており、信号線として
機能する導電膜821aは、ソースドライバ876に電気的に接続されている(図32(
A)参照)。
タ852は、ゲート電極として機能する導電膜813、ゲート絶縁膜(図33に図示せず
)、ゲート絶縁膜上に形成されたチャネル領域が形成される酸化物半導体膜808、ソー
ス電極及びドレイン電極として機能する導電膜821a、821bにより構成される。な
お、導電膜813は、走査線としても機能し、酸化物半導体膜808と重畳する領域がト
ランジスタ852のゲート電極として機能する。また、導電膜821aは、信号線として
も機能し、酸化物半導体膜808と重畳する領域がトランジスタ852のソース電極また
はドレイン電極として機能する。また、図33において、走査線は、上面形状において端
部が酸化物半導体膜808の端部より外側に位置する。このため、走査線はバックライト
などの光源からの光を遮る遮光膜として機能する。この結果、トランジスタに含まれる酸
化物半導体膜808に光が照射されず、トランジスタの電気特性の変動を抑制することが
できる。
接続される。また、酸化物半導体膜819a上において、絶縁膜(図33に図示せず)を
介してコモン電極829が設けられている。
縞状の領域は、信号線と平行または略平行な方向に延伸する領域と接続される。このため
、液晶表示装置880が有する複数の画素において、縞状の領域を有するコモン電極82
9は各領域が同電位である。
成される。酸化物半導体膜819a及びコモン電極829は透光性を有する。即ち、容量
素子855は透光性を有する。
(大面積に)形成することができる。従って、開口率を高めつつ、代表的には50%以上
、好ましくは60%以上とすることが可能であると共に、電荷量を増大させた表示装置を
得ることができる。例えば、解像度の高い表示装置、例えば液晶表示装置においては、画
素の面積が小さくなり、容量素子の面積も小さくなる。このため、解像度の高い表示装置
において、容量素子に蓄積される電荷量が小さくなる。しかしながら、本実施の形態に示
す容量素子855は透光性を有するため、当該容量素子を画素に設けることで、各画素に
おいて十分な電荷量を得つつ、開口率を高めることができる。代表的には、画素密度が2
00ppi以上、さらには300ppi以上、更には500ppi以上である高解像度の
表示装置に好適に用いることができる。
において、液晶素子の液晶分子の配向を一定に保つことができる期間を長くすることがで
きる。静止画を表示させる場合、当該期間を長くできるため、画像データを書き換える回
数を低減することが可能であり、消費電力を低減することができる。また、本実施の形態
に示す構造により、高解像度の表示装置においても、開口率を高めることができるため、
バックライトなどの光源の光を効率よく利用することができ、表示装置の消費電力を低減
することができる。
4に示す。図34に示すトランジスタ852は、チャネルエッチ型のトランジスタである
。なお、一点鎖線Q1−R1は、トランジスタ852のチャネル長方向、及び容量素子8
55の断面図であり、S1−T1における断面図は、トランジスタ852のチャネル幅方
向の断面図である。なお、図33において、第2のゲート電極として機能する酸化物半導
体膜819bは、図面の明瞭化のために省略して図示してある。
て機能する導電膜813と、基板811及び第1のゲート電極として機能する導電膜81
3上に形成される絶縁膜815と、絶縁膜815上に形成される絶縁膜817と、絶縁膜
815及び絶縁膜817を介して、ゲート電極として機能する導電膜813と重なる酸化
物半導体膜808と、酸化物半導体膜808に接する、ソース電極及びドレイン電極とし
て機能する導電膜821a、821bと、酸化物半導体膜808、ソース電極及びドレイ
ン電極として機能する導電膜821a、821b上に設けられる絶縁膜823、825と
、絶縁膜825上の第2のゲート電極として機能する酸化物半導体膜819bと、絶縁膜
825及び酸化物半導体膜819b上の絶縁膜827と、を有する。
9aは、ソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜821a、821bの一方、
ここでは導電膜821bと、絶縁膜823及び絶縁膜825に設けられた開口部を介して
電気的に接続される。絶縁膜825及び酸化物半導体膜819a上には絶縁膜827が形
成される。また、コモン電極829が、絶縁膜827上に形成される。
が容量素子855として機能する。
半導体膜819aは、スリットを有してもよい。または、酸化物半導体膜819aは櫛歯
形状でもよい。
828上に設けられていてもよい。絶縁膜828は平坦化膜としての機能を有する。
次に、液晶表示装置880が有する、図33に示す画素とは異なる構成の複数の画素8
70d、870e、870fの上面図を図36に示す。図36に示す液晶表示装置880
は、IPSモードによって駆動する。
られている。信号線として機能する導電膜821aは、一部が屈曲したくの字(V字)形
状を有するように、走査線に略直交する方向(図中上下方向)に延伸して設けられている
。なお、走査線として機能する導電膜813は、ゲートドライバ874と電気的に接続さ
れており、信号線として機能する導電膜821aは、ソースドライバ876に電気的に接
続されている(図32(A)参照)。
タ852は、ゲート電極として機能する導電膜813、ゲート絶縁膜(図36に図示せず
)、ゲート絶縁膜上に形成されたチャネル領域が形成される酸化物半導体膜808、ソー
ス電極及びドレイン電極として機能する導電膜821a、821bにより構成される。な
お、導電膜813は、走査線としても機能し、酸化物半導体膜808と重畳する領域がト
ランジスタ852のゲート電極として機能する。また、導電膜821aは、信号線として
も機能し、酸化物半導体膜808と重畳する領域がトランジスタ852のソース電極また
はドレイン電極として機能する。また、図36において、走査線は、上面形状において端
部が酸化物半導体膜808の端部より外側に位置する。このため、走査線はバックライト
などの光源からの光を遮る遮光膜として機能する。この結果、トランジスタに含まれる酸
化物半導体膜808に光が照射されず、トランジスタの電気特性の変動を抑制することが
できる。
接続される。酸化物半導体膜819aは櫛歯状に形成されている。また、酸化物半導体膜
819a上に絶縁膜(図36に図示せず)が設けられ、該絶縁膜上にコモン電極829が
設けられる。コモン電極829は、酸化物半導体膜819aと一部が重畳するように、上
面図において酸化物半導体膜819aとかみ合うように櫛歯状に形成されている。またコ
モン電極829は、走査線と平行または略平行な方向に延伸する領域と接続される。この
ため、液晶表示装置880が有する複数の画素において、コモン電極829は同電位であ
る。なお、酸化物半導体膜819a及びコモン電極829は、信号線(導電膜821a)
に沿うように屈曲したくの字(V字)形状を有している。
成される。酸化物半導体膜819a及びコモン電極829は透光性を有する。即ち、容量
素子855は透光性を有する。
7に示す。図37に示すトランジスタ852は、チャネルエッチ型のトランジスタである
。なお、一点鎖線Q2−R2は、トランジスタ852のチャネル長方向、及び容量素子8
55の断面図であり、S2−T2における断面図は、トランジスタ852のチャネル幅方
向の断面図である。なお、図36において、第2のゲート電極として機能する酸化物半導
体膜819bは、図面の明瞭化のために省略して図示してある。
する導電膜813と、基板811及びゲート電極として機能する導電膜813上に形成さ
れる絶縁膜815と、絶縁膜815上に形成される絶縁膜817と、絶縁膜815及び絶
縁膜817を介して、ゲート電極として機能する導電膜813と重なる酸化物半導体膜8
08と、酸化物半導体膜808に接する、ソース電極及びドレイン電極として機能する導
電膜821a、821bと、酸化物半導体膜808、ソース電極及びドレイン電極として
機能する導電膜821a、821b上に設けられる絶縁膜823、825と、絶縁膜82
5上の第2のゲート電極として機能する酸化物半導体膜819bと、絶縁膜825及び酸
化物半導体膜819b上の絶縁膜827と、を有する。
9aは、ソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜821a、821bの一方、
ここでは導電膜821bと、絶縁膜823及び絶縁膜825に設けられた開口部を介して
電気的に接続される。絶縁膜825及び酸化物半導体膜819a上には絶縁膜827が形
成される。また、コモン電極829が、絶縁膜827上に形成される。
が容量素子855として機能する。
9のそれぞれの端部近傍が重畳する構成によって、画素が有する容量素子を形成する。こ
のような構成によって、大型の液晶表示装置において、容量素子を大きすぎず、適切な大
きさに形成することができる。
828上に設けてもよい。
が重畳しない構成としてもよい。表示装置の解像度や駆動方法に応じた容量素子の大きさ
によって、酸化物半導体膜819aとコモン電極829との位置関係を適宜決定すること
ができる。なお、図40に示す表示装置が有するコモン電極829が、平坦化膜の機能を
有する絶縁膜828上に設けられていてもよい(図41参照)。
電膜821a)と平行または略平行な方向に延伸する領域の幅(図37のd1)が、コモ
ン電極829の信号線と平行または略平行な方向に延伸する領域の幅(図37のd2)よ
りも小さい構成としているが、これに限定されない。図42及び図43に示すように、幅
d1が幅d2より大きくてもよい。また、幅d1と幅d2が等しくてもよい。また、一の
画素(例えば画素870d)において、酸化物半導体膜819aおよび/またはコモン電
極829の、信号線と平行または略平行な方向に延伸する複数の領域の幅が、各々異なっ
ていてもよい。
8上のコモン電極829と重畳する領域のみを残して除去されるような構成としてもよい
。この場合、コモン電極829をマスクとして絶縁膜828のエッチングを行うことがで
きる。平坦化膜としての機能を有する絶縁膜828上のコモン電極829の凹凸を抑制で
き、コモン電極829の端部から絶縁膜827にかけて絶縁膜828の側面がなだらかに
形成される。なお、図45に示すように、絶縁膜828の表面のうち基板811と平行な
領域の一部がコモン電極829に覆われない構成としてもよい。
膜上、すなわち絶縁膜825上に設けられていてもよい。図46及び図47に示すコモン
電極819cは、酸化物半導体膜819aと同一の材料を用い、同じ酸化物半導体膜を加
工することで形成することができる。
次に、垂直配向(VA:Vertical Alignment)モードで動作する液
晶素子を備える画素の構成について、図48および図49を参照して説明する。図48は
液晶表示装置が備える画素の上面図であり、図49は図48の切断線A1−B1における
断面を含む側面図である。また、図50は、液晶表示装置が備える画素の等価回路図であ
る。
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。
別の方向に分子を倒すよう工夫されている。これをマルチドメイン化あるいはマルチドメ
イン設計という。以下の説明では、マルチドメイン設計が考慮された液晶表示装置につい
て説明する。
電極640が形成された基板601の上面図であり、Z2は画素電極624が形成された
基板600とコモン電極640が形成された基板601が重ね合わされた状態の上面図で
ある。
子630が形成される。トランジスタ628のドレイン電極618は、絶縁膜623及び
絶縁膜625に設けられた開口633を介して画素電極624と電気的に接続される。画
素電極624上には、絶縁膜627が設けられる。
きる。
23及び絶縁膜625と、画素電極624で構成される。容量配線604は、トランジス
タ628のゲート配線615と同一の材料で同時に形成することができる。また、配線6
13は、ドレイン電極618および配線616と同一の材料で同時に形成することができ
る。
適用することができる。
ためのものである。
トランジスタ628、画素電極624及び容量素子630と同様に形成することができる
。トランジスタ628とトランジスタ629は共に配線616と接続している。配線61
6は、トランジスタ628及びトランジスタ629において、ソース電極としての機能を
有する。本実施の形態で示す液晶表示パネルの画素は、画素電極624と画素電極626
により構成されている。画素電極624と画素電極626はサブピクセルである。
構造体644が形成されている。また、コモン電極640にはスリット647が設けられ
ている。画素電極624上には配向膜648が形成され、同様にコモン電極640及び構
造体644上には配向膜645が形成されている。基板600と基板601の間に液晶層
650が形成されている。
御する機能を有する。
は電界の歪み(斜め電界)が発生する。このスリット646と、基板601側の構造体6
44及びスリット647とを交互に咬み合うように配置することで、斜め電界が効果的に
発生させて液晶の配向を制御することで、液晶が配向する方向を場所によって異ならせて
いる。すなわち、マルチドメイン化して液晶表示パネルの視野角を広げている。なお、基
板601側に構造体644またはスリット647のいずれか一方が設けられる構成であっ
てもよい。
ている。画素電極624と液晶層650とコモン電極640が重なり合うことで、液晶素
子が形成されている。
、共にゲート配線602、配線616と接続している。この場合、容量配線604と容量
配線605の電位を異ならせることで、液晶素子651と液晶素子652の動作を異なら
せることができる。すなわち、容量配線604と容量配線605の電位を個別に制御する
ことにより液晶の配向を精密に制御して視野角を広げている。
る。
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置、及び当該半導体装置を有する表示装
置について、図51乃至図54を用いて説明を行う。なお、本実施の形態においては、表
示装置の表示素子として、発光素子(特にエレクトロルミネセンス(EL)素子)を有す
る構成について、具体的に説明する。
図51(A)に示す表示装置は、表示素子の画素を有する領域(以下、画素部502と
いう)と、画素部502の外側に配置され、画素を駆動するための回路を有する回路部(
以下、駆動回路部504という)と、トランジスタまたは発光素子の温度を補正するため
の回路部(以下、温度センサ回路部508という)と、素子の保護機能を有する回路(以
下、保護回路部506という)と、端子部507と、を有する。なお、センサ回路部50
8、及び保護回路部506は、設けない構成としてもよい。
ことが望ましい。これにより、部品数や端子数を減らすことが出来る。駆動回路部504
の一部、または全部が、画素部502と同一基板上に形成されていない場合には、駆動回
路部504の一部、または全部は、COGやTAB(Tape Automated B
onding)によって、実装することができる。
た複数の表示素子を駆動するための回路(以下、画素回路501という)を有し、駆動回
路部504は、画素を選択する信号(走査信号)を出力する回路(以下、ゲートドライバ
504aという)、画素の表示素子を駆動するための信号(データ信号)を供給するため
の回路(以下、ソースドライバ504b)などの駆動回路を有する。
端子部507を介して、シフトレジスタを駆動するための信号が入力され、信号を出力す
る。例えば、ゲートドライバ504aは、スタートパルス信号、クロック信号等が入力さ
れ、パルス信号を出力する。ゲートドライバ504aは、走査信号が与えられる配線(以
下、走査線GL_1乃至GL_Xという)の電位を制御する機能を有する。なお、ゲート
ドライバ504aを複数設け、複数のゲートドライバ504aにより、走査線GL_1乃
至GL_Xを分割して制御してもよい。または、ゲートドライバ504aは、初期化信号
を供給することができる機能を有する。ただし、これに限定されず、ゲートドライバ50
4aは、別の信号を供給することも可能である。例えば、図51(A)に示すように、ゲ
ートドライバ504aは、発光素子の電位を制御する配線(以下、ANODE_1乃至A
NODE_Xという)と電気的に接続されている。
端子部507を介して、シフトレジスタを駆動するための信号の他、データ信号の元とな
る信号(画像信号)が入力される。ソースドライバ504bは、画像信号を元に画素回路
501に書き込むデータ信号を生成する機能を有する。また、ソースドライバ504bは
、スタートパルス、クロック信号等が入力されて得られるパルス信号に従って、データ信
号の出力を制御する機能を有する。また、ソースドライバ504bは、データ信号が与え
られる配線(以下、データ線DL_1乃至DL_Yという)の電位を制御する機能を有す
る。または、ソースドライバ504bは、初期化信号を供給することができる機能を有す
る。ただし、これに限定されず、ソースドライバ504bは、別の信号を供給することも
可能である。
ソースドライバ504bは、複数のアナログスイッチを順次オン状態にすることにより、
画像信号を時分割した信号をデータ信号として出力できる。また、シフトレジスタなどを
用いてソースドライバ504bを構成してもよい。
介してパルス信号が入力され、データ信号が与えられる複数のデータ線DLの一つを介し
てデータ信号が入力される。また。複数の画素回路501のそれぞれは、ゲートドライバ
504aによりデータ信号のデータの書き込み及び保持が制御される。例えば、m行n列
目の画素回路501は、走査線GL_m(mはX以下の自然数)を介してゲートドライバ
504aからパルス信号が入力され、走査線GL_mの電位に応じてデータ線DL_n(
nはY以下の自然数)を介してソースドライバ504bからデータ信号が入力される。
501の間の配線である走査線GLに接続される。または、保護回路部506は、ソース
ドライバ504bと画素回路501の間の配線であるデータ線DLに接続される。または
、保護回路部506は、ゲートドライバ504aと端子部507との間の配線に接続する
ことができる。または、保護回路部506は、ソースドライバ504bと端子部507と
の間の配線に接続することができる。なお、端子部507は、外部の回路から表示装置に
電源及び制御信号、及び画像信号を入力するための端子が設けられた部分をいう。
該配線と別の配線とを導通状態にする回路である。
保護回路部506は、トランジスタ510と、抵抗素子512と、を有する。トランジス
タ510のソース電極及びドレイン電極の一方は、データ線DLと電気的に接続され、ト
ランジスタ510のソース電極及びドレイン電極の他方は、抵抗素子512の一方の電極
に電気的に接続される。また、トランジスタ510のゲート電極は、トランジスタ510
のソース電極及びドレイン電極の他方と電気的に接続される。また、抵抗素子512の他
方の電極は、走査線GLと電気的に接続される。なお、トランジスタ510に第2のゲー
ト電極を設けてもよい。
できる。抵抗素子512としては、例えば、図52(B)(C)に示す構成とすることが
できる。
)に示す一点鎖線A3−A4の切断面の断面図に相当する。
542a、542b上の絶縁膜544、546と、電極542a、542b、及び絶縁膜
546上の酸化物半導体膜550と、絶縁膜546、及び酸化物半導体膜550上の絶縁
膜548と、を有する。
、及び絶縁膜548としては、それぞれ、先に記載の基板102、絶縁膜114、116
、導電膜112a、112b、酸化物半導体膜120、及び絶縁膜118と同様の材料を
用いることができる。
ており、酸化物半導体膜550は、抵抗としての機能を有する。
または幅)を適宜調整する、または図8に示すように、酸化物半導体膜の材料を変えるこ
とで、任意の抵抗値を得ることができる。
06を設けることにより、ESD(Electro Static Discharge
:静電気放電)などにより発生する過電流に対する表示装置の耐性を高めることができる
。ただし、保護回路部506の構成はこれに限定されず、例えば、ゲートドライバ504
aに保護回路部506を接続した構成、またはソースドライバ504bに保護回路部50
6を接続した構成とすることもできる。あるいは、端子部507に保護回路部506を接
続した構成とすることもできる。
。センサ回路部508は、トランジスタ556と、抵抗素子558と、モニター用の発光
素子572mと、を有する。トランジスタ556のゲート電極は、モニター用のゲート線
MONI_Gと電気的に接続され、トランジスタ556のソース電極及びドレイン電極の
一方は、発光素子572mの一方の電極に電気的に接続され、トランジスタ556のソー
ス電極及びドレイン電極の他方は、モニター用のドレイン線MONI_Dと電気的に接続
される。また、抵抗素子558の一方の電極は、トランジスタ556のソース電極及びド
レイン電極の他方と電気的に接続され、抵抗素子558の他方の電極は、モニター用のア
ノード線MONI_ANOと電気的に接続される。また、発光素子572mの一方の電極
は、モニター用のソース線MONI_Sと電気的に接続され、発光素子572mの他方の
電極は、カソード線と電気的に接続される。
タ554と同様の機能を有する。例えば、センサ回路部508は、発光素子572mに電
流を流した場合、トランジスタ556のゲート電極、ソース電極、及びドレイン電極、並
びにアノード線の電圧、電流を監視する機能を有する。また、図53(A)に示すように
、モニター用のゲート線MONI_G、モニター用のドレイン線MONI_D、モニター
用のアノード線MONI_ANO、及びモニター用のソース線MONI_Sを、それぞれ
独立して設けているため、各信号をそれぞれ測定することが可能である。
mの特性を測定することができる。または、モニター用のゲート線MONI_G、モニタ
ー用のドレイン線MONI_D、及びモニター用のソース線MONI_Sの電位を測定す
ることで、トランジスタ556の特性を測定することができる。または、モニター用のア
ノード線MONI_ANO、及びモニター用のドレイン線MONI_Dの電位を測定する
ことで、抵抗素子558の特性を測定することができる。
NI_Gに電圧を印加して、モニター用のドレイン線MONI_D及びモニター用のソー
ス線の電位を測定することで、モニター用のドレイン線MONI_Dの電位から温度を測
定することができる。または、モニター用のアノード線MONI_ANO、及びモニター
用のゲート線MONI_Gに電圧を印加して、モニター用のドレイン線MONI_D及び
モニター用のソース線の電位を測定することで、モニター用のソース線MONI_Sの電
位からトランジスタ556のVgsと、発光素子572mに印加されている電圧と、が測
定することができる。
カソード線の電位、またはビデオデータ電位を変えることで、補正を行うことが可能とな
る。また、図51(A)に示すように、画素部502の四隅にセンサ回路部508を設け
る構成においては、各画素の位置によって補正の仕方を変えてもよい。
きる。図53(B)は、センサ回路部508を説明する断面模式図である。
、を有する。トランジスタ556は、基板102上に導電膜104と、基板102及び導
電膜104上の絶縁膜106、107と、絶縁膜107上の酸化物半導体膜108と、酸
化物半導体膜108と電気的に接続される導電膜112aと、酸化物半導体膜108と電
気的に接続される導電膜112bと、酸化物半導体膜108、及び導電膜112a、11
2b上の絶縁膜114、116と、絶縁膜116上の酸化物半導体膜120bと、を有す
る。
導電膜112b、112cと、絶縁膜107、及び導電膜112b、112c上の絶縁膜
114、116と、絶縁膜116上の酸化物半導体膜120cと、酸化物半導体膜120
c上の絶縁膜118と、を有する。また、酸化物半導体膜120cは、絶縁膜114、1
16に設けられた開口部152aを介して導電膜112bと電気的に接続される。また、
酸化物半導体膜120cは、絶縁膜114、116に設けられた開口部152dを介して
導電膜112cと電気的に接続される。導電膜112bは、トランジスタ556において
は、ソース電極及びドレイン電極の他方として機能し、抵抗素子558においては、一対
の電極の一方として機能する。また、導電膜112cは、抵抗素子558の一対の電極の
他方として機能する。また、導電膜112cは、モニター用のアノード線MONI_AN
Oとして機能する。
を有する。よって、トランジスタ556が有する各構成要素においては、トランジスタ1
50と同様の符号、及びハッチングを付している。よって、トランジスタ556の各構成
要素については、実施の形態1に示すトランジスタ150に用いることのできる材料等を
参酌すればよい。
レイン電極として機能する導電膜と、同じ導電膜を加工することで形成される。また、酸
化物半導体膜120cは、酸化物半導体膜120bと同じ酸化物半導体膜を加工すること
で形成される。なお、実施の形態1で説明したように、酸化物半導体膜120bは、酸化
物導電体(OC)として用いることができるため、酸化物半導体膜120bと同じ酸化物
半導体膜を加工することで形成された、酸化物半導体膜120cも酸化物導電体(OC)
として用いることができる。よって、図53(A)に示す回路図において、抵抗素子55
8にOCの符号を付記してある。
材料、及び同様の手法により形成される。例えば、酸化物半導体膜120cとしては、イ
ンジウムガリウム亜鉛酸化物(IGZO)、インジウム錫酸化物(ITO)、インジウム
亜鉛酸化物、インジウム錫シリコン酸化物(ITSO)などを用いることができる。
とソースドライバ504bによって駆動回路部504を形成している例を示しているが、
この構成に限定されない。例えば、ゲートドライバ504aのみを形成し、別途用意され
たソースドライバ回路が形成された基板(例えば、単結晶半導体膜、多結晶半導体膜で形
成された駆動回路基板)を実装する構成としても良い。
また、図51(A)に示す複数の画素回路501は、例えば、図51(B)に示す構成
とすることができる。
2と、発光素子572と、を有する。トランジスタ552及びトランジスタ554のいず
れか一方または双方に先の実施の形態に示すトランジスタを適用することができる。
配線(以下、信号線DL_nという)に電気的に接続される。さらに、トランジスタ55
2のゲート電極は、ゲート信号が与えられる配線(以下、走査線GL_mという)に電気
的に接続される。
タの書き込みを制御する機能を有する。
電極の他方に電気的に接続される。また、容量素子562の一対の電極の他方は、トラン
ジスタ554の第2のゲート電極(バックゲート電極ともいう)に電気的に接続される。
容量素子562は、書き込まれたデータを保持する保持容量としての機能を有する。
_m)に電気的に接続される。
びドレイン電極の他方と電気的に接続され、他方は、カソード線(CATHODE)に電
気的に接続される。なお、発光素子572のアノード及びカソードの一方には、容量素子
562の一対の電極の他方が電気的に接続される。
子572としては、これに限定されず、無機材料からなる無機EL素子を用いても良い。
ートドライバ504aにより各行の画素回路501を順次選択し、トランジスタ552を
オン状態にしてデータ信号のデータを書き込む。
保持状態になる。さらに、書き込まれたデータ信号の電位に応じてトランジスタ554の
ソース電極とドレイン電極の間に流れる電流量が制御され、発光素子572は、流れる電
流量に応じた輝度で発光する。これを行毎に順次行うことにより、画像を表示できる。
構成について例示したが、これに限定されず、表示装置は様々な素子を有していてもよい
。
)、トランジスタ(電流に応じて発光するトランジスタ)、電子放出素子、電子インク、
電気泳動素子、グレーティングライトバルブ(GLV)、プラズマディスプレイ(PDP
)、MEMS(マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム)を用いた表示素子、デジ
タルマイクロミラーデバイス(DMD)、DMS(デジタル・マイクロ・シャッター)、
MIRASOL(登録商標)、IMOD(インターフェアレンス・モジュレーション)素
子、シャッター方式のMEMS表示素子、光干渉方式のMEMS表示素子、エレクトロウ
ェッティング素子、圧電セラミックディスプレイ、カーボンナノチューブを用いた表示素
子などの少なくとも一つを有している。これらの他にも、電気的または磁気的作用により
、コントラスト、輝度、反射率、透過率などが変化する表示媒体を有していても良い。電
子放出素子を用いた表示装置の一例としては、フィールドエミッションディスプレイ(F
ED)又はSED方式平面型ディスプレイ(SED:Surface−conducti
on Electron−emitter Display)などがある。液晶素子を用
いた表示装置の一例としては、液晶ディスプレイ(透過型液晶ディスプレイ、半透過型液
晶ディスプレイ、反射型液晶ディスプレイ、直視型液晶ディスプレイ、投射型液晶ディス
プレイ)などがある。電子インク又は電気泳動素子を用いた表示装置の一例としては、電
子ペーパーなどがある。なお、半透過型液晶ディスプレイや反射型液晶ディスプレイを実
現する場合には、画素電極の一部、または、全部が、反射電極としての機能を有するよう
にすればよい。例えば、画素電極の一部、または、全部が、アルミニウム、銀、などを有
するようにすればよい。さらに、その場合、反射電極の下に、SRAMなどの記憶回路を
設けることも可能である。これにより、さらに、消費電力を低減することができる。
いることができる。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、Rの画素とGの画素と
Bの画素とW(白)の画素の四画素から構成されてもよい。または、ペンタイル配列のよ
うに、RGBのうちの2色分で一つの色要素を構成し、色要素よって、異なる2色を選択
して構成してもよい。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
てもよい。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。
に白色光(W)を設けてもよい。また、表示装置に着色層(カラーフィルタともいう。)
を設けてもよい。着色層としては、例えば、レッド(R)、グリーン(G)、ブルー(B
)、イエロー(Y)などを適宜組み合わせて用いることができる。着色層を用いることで
、着色層を用いない場合と比べて色の再現性を高くすることができる。このとき、着色層
を有する領域と、着色層を有さない領域と、を配置することによって、着色層を有さない
領域における白色光を直接表示に利用しても構わない。一部に着色層を有さない領域を配
置することで、明るい表示の際に、着色層による輝度の低下を少なくでき、消費電力を2
割から3割程度低減できる場合がある。ただし、有機EL素子や無機EL素子などの自発
光素子を用いてフルカラー表示する場合、R、G、B、Y、ホワイト(W)を、それぞれ
の発光色を有する素子から発光させても構わない。自発光素子を用いることで、着色層を
用いた場合よりも、さらに消費電力を低減できる場合がある。
ここで、図51(B)に示す画素回路を有する表示装置の一例について、図54(A)
(B)を用いて説明する。図54(A)は、表示装置の画素部の上面図であり、図54(
B)は図54(A)に示す一点鎖線X1−X2間の断面図である。なお、図54(A)に
おいて、図面の煩雑さをさけるために、構成要素の一部を省略して図示している。
る導電膜704と、導電膜704上の絶縁膜706、707と、絶縁膜707上の酸化物
半導体膜708と、絶縁膜707、及び酸化物半導体膜708上のソース電極及びドレイ
ン電極として機能する導電膜712a、712bと、絶縁膜707上の導電膜712cと
、酸化物半導体膜708、導電膜712a、712b、712cを覆う絶縁膜714、7
16と、絶縁膜716上の第2のゲート電極として機能する酸化物半導体膜720と、絶
縁膜716及び酸化物半導体膜720上の絶縁膜718と、絶縁膜718上の平坦化絶縁
膜として機能する絶縁膜722と、絶縁膜722上の画素電極として機能する導電膜72
4a、724bと、導電膜724aと導電膜724bとの電気的な接続を抑制する機能を
有する構造体726と、導電膜724a、724b及び構造体726上のEL層728と
、EL層728上の導電膜730と、を有する。
導電膜704と電気的に接続される。また、第2のゲート電極として機能する酸化物半導
体膜720は、絶縁膜714、716に設けられる開口部752aを介して導電膜712
bと電気的に接続される。また、導電膜724aは、絶縁膜714、716、718、7
22に設けられた開口部752bを介して導電膜712bと電気的に接続される。
により発光素子572が形成される。なお、EL層728としては、スパッタリング法、
蒸着法(真空蒸着法を含む)、印刷法(例えば、凸版印刷法、凹版印刷法、グラビア印刷
法、平版印刷法、孔版印刷法等)、インクジェット法、塗布法等の方法で形成することが
できる。
、2つのトランジスタと、1つの容量素子とを有する構成とすることで、配線数を少なく
することができる。例えば、図54(B)及び図54(A)に示すように、画素にはゲー
ト線、データ線、及びアノード線の3つとすることができる。このような構成とすること
で、表示装置の画素の開口率を高くすることが可能となる。また、配線数を少なくするこ
とで、隣接する配線間での短絡などが発生しづらいため、歩留まりの高い表示装置を提供
することが可能となる。
ることができる。
本実施の形態においては、本発明の一態様の半導体装置を有する表示装置、及び該表示
装置に入力装置を取り付けた電子機器について、図55乃至図62を用いて説明を行う。
なお、本実施の形態において、電子機器の一例として、表示装置と、入力装置とを合わ
せたタッチパネル2000について説明する。また、入力装置の一例として、タッチセン
サを用いる場合について説明する。
B)において、明瞭化のため、タッチパネル2000の代表的な構成要素を示す。
5(B)参照)。また、タッチパネル2000は、基板2510、基板2570、及び基
板2590を有する。なお、基板2510、基板2570、及び基板2590はいずれも
可撓性を有する。ただし、基板2510、基板2570、及び基板2590のいずれか一
つまたは全てが可撓性を有さない構成としてもよい。
できる複数の配線2511を有する。複数の配線2511は、基板2510の外周部にま
で引き回され、その一部が端子2519を構成している。端子2519はFPC2509
(1)と電気的に接続する。
いて、図56及び図57を用いて説明する。図56(A)は、基板外周部の一例を説明す
る断面図であり、図56(B)は、端子部の一例を説明する断面図である。また、図57
(A)(B)(C)は、端子部の一例を説明する断面図である。
膜907と、絶縁膜907上の絶縁膜914、916と、絶縁膜906及び絶縁膜916
上の絶縁膜918と、絶縁膜918上の絶縁膜940と、絶縁膜918及び絶縁膜940
上のシール材942と、を有する。
縁膜106、107、114、116、118と同様の材料及び手法により形成すること
ができる。
ができる。絶縁膜940を形成することによって、トランジスタ等に起因する凹凸等を平
坦化することができる。また、シール材942としては、例えば、エポキシ系樹脂やガラ
スフリットを用いるのが好ましい。また、シール材に用いる材料としては、水分や酸素を
透過しない材料を用いると好適である。
が、接して設けられているため、外部からの水分等の不純物の入り込みを抑制することが
できる。
膜904上の絶縁膜906と、絶縁膜906上の絶縁膜907と、絶縁膜907上の導電
膜912と、導電膜912上の絶縁膜914、916と、絶縁膜916及び導電膜912
上の酸化物半導体膜920と、絶縁膜906、916及び酸化物半導体膜920上の絶縁
膜918と、を有する。また、絶縁膜914、916には、酸化物半導体膜920に達す
る開口部930aが設けられる。また、絶縁膜918には、酸化物半導体膜920に達す
る開口部930bが設けられる。また、酸化物半導体膜920は、異方性導電膜944を
介して、FPC2509(1)と電気的に接続されている。
電膜104、導電膜112、及び酸化物半導体膜120と同様の材料及び手法により形成
することができる。
例示したが、これに限定されず、例えば、図57(A)に示すように、基板2510上に
導電膜904を設けない構成としてもよい。また、図56(B)においては、導電膜91
2上に酸化物半導体膜920を設ける構成について例示したが、これに限定されず、例え
ば、図57(B)に示すように、酸化物半導体膜920を設けない構成としてもよい。ま
たは、図57(C)に示すように、導電膜904、及び酸化物半導体膜920を設けない
構成としてもよい。
る領域には、酸化物半導体膜920を設ける構成が好ましい。酸化物半導体膜920を設
ける構成とすることで、異方性導電膜944との密着性を向上させることができる。
センサ2595と電気的に接続する複数の配線2598とを有する。複数の配線2598
は、基板2590の外周部に引き回され、その一部は端子を構成する。そして、該端子は
FPC2509(2)と電気的に接続される。なお、図55(B)では明瞭化のため、基
板2590の裏面側(基板2510と対向する面側)に設けられるタッチセンサ2595
の電極や配線等を実線で示している。
容量方式としては、表面型静電容量方式、投影型静電容量方式等がある。
どがある。相互容量方式を用いると同時多点検出が可能となるため好ましい。
サを適用した構成である。
できる、様々なセンサを適用することができる。
る。電極2591は、複数の配線2598のいずれかと電気的に接続し、電極2592は
複数の配線2598の他のいずれかと電気的に接続する。
形が角部で接続される形状を有する。
配置されている。
き、電極2592と配線2594の交差部の面積ができるだけ小さくなる形状が好ましい
。これにより、電極が設けられていない領域の面積を低減でき、透過率のバラツキを低減
できる。その結果、タッチセンサ2595を透過する光の輝度のバラツキを低減すること
ができる。
る。例えば、複数の電極2591をできるだけ隙間が生じないように配置し、絶縁層を介
して電極2592を、電極2591と重ならない領域ができるように離間して複数設ける
構成としてもよい。このとき、隣接する2つの電極2592の間に、これらとは電気的に
絶縁されたダミー電極を設けると、透過率の異なる領域の面積を低減できるため好ましい
。
ルを構成する配線や電極に用いることのできる材料として、酸化インジウム、酸化錫、酸
化亜鉛等を有する透明導電膜(例えば、ITOなど)が挙げられる。また、タッチパネル
を構成する配線や電極に用いることのできる材料として、例えば、抵抗値が低い方が好ま
しい。一例として、銀、銅、アルミニウム、カーボンナノチューブ、グラフェン、ハロゲ
ン化金属(ハロゲン化銀など)などを用いてもよい。さらに、非常に細くした(例えば、
直径が数ナノメール)複数の導電体を用いて構成されるような金属ナノワイヤを用いても
よい。または、導電体を網目状にした金属メッシュを用いてもよい。一例としては、Ag
ナノワイヤ、Cuナノワイヤ、Alナノワイヤ、Agメッシュ、Cuメッシュ、Alメッ
シュなどを用いてもよい。例えば、タッチパネルを構成する配線や電極にAgナノワイヤ
を用いる場合、可視光において透過率を89%以上、シート抵抗値を40Ω/□以上10
0Ω/□以下とすることができる。また、上述したタッチパネルを構成する配線や電極に
用いることのできる材料の一例である、金属ナノワイヤ、金属メッシュ、カーボンナノチ
ューブ、グラフェンなどは、可視光において透過率が高いため、表示素子に用いる電極(
例えば、画素電極または共通電極など)として用いてもよい。
次に、図58(A)(B)を用いて、表示装置2501の詳細について説明する。図5
8(A)(B)は、図55(B)に示す一点鎖線X1−X2間の断面図に相当する。
子と、該表示素子を駆動する画素回路とを有する。
まず、表示素子としてEL素子を用いる構成について、図58(A)を用いて以下説明
を行う。なお、以下の説明においては、白色の光を射出するEL素子を適用する場合につ
いて説明するが、EL素子はこれに限定されない。例えば、隣接する画素毎に射出する光
の色が異なるように、発光色が異なるEL素子を適用してもよい。
2・day)以下、好ましくは10−6g/(m2・day)以下である可撓性を有する
材料を好適に用いることができる。または、基板2510の熱膨張率と、基板2570の
熱膨張率とが、およそ等しい材料を用いると好適である。例えば、線膨張率が1×10−
3/K以下、好ましくは5×10−5/K以下、より好ましくは1×10−5/K以下で
ある材料を好適に用いることができる。
基板2510bと、絶縁層2510a及び可撓性基板2510bを貼り合わせる接着層2
510cと、を有する積層体である。また、基板2570は、EL素子への不純物の拡散
を防ぐ絶縁層2570aと、可撓性基板2570bと、絶縁層2570a及び可撓性基板
2570bを貼り合わせる接着層2570cと、を有する積層体である。
ィン、ポリアミド(ナイロン、アラミド等)、ポリイミド、ポリカーボネートまたはアク
リル、ポリウレタン、エポキシ樹脂もしくはシロキサン結合を有する樹脂を含む材料を用
いることができる。
は、空気より大きい屈折率を有すると好ましい。また、図58(A)に示すように、封止
層2560側に光を取り出す場合は、封止層2560は光学素子を兼ねることができる。
とにより、基板2510、基板2570、封止層2560、及びシール材で囲まれた領域
にEL素子2550を有する構成とすることができる。なお、封止層2560として、不
活性気体(窒素やアルゴン等)を充填してもよい。また、当該不活性気体内に、乾燥材を
設けて、水分等を吸着させる構成としてもよい。
505は、発光モジュール2580と、EL素子2550と、EL素子2550に電力を
供給することができるトランジスタ2502tと、を有する。なお、トランジスタ250
2tは、画素回路の一部として機能する。
また、EL素子2550は、下部電極と、上部電極と、下部電極と上部電極との間にEL
層とを有する。
L素子2550と着色層2567に接する。
50が発する光の一部は着色層2567を透過して、図中に示す矢印の方向の発光モジュ
ール2580の外部に射出される。
層2568は、着色層2567を囲むように設けられている。
えば、赤色の波長帯域の光を透過するカラーフィルタ、緑色の波長帯域の光を透過するカ
ラーフィルタ、青色の波長帯域の光を透過するカラーフィルタ、黄色の波長帯域の光を透
過するカラーフィルタなどを用いることができる。各カラーフィルタは、様々な材料を用
いて、印刷法、インクジェット法、フォトリソグラフィ技術を用いたエッチング方法など
で形成することができる。
ジスタ2502t等を覆う。なお、絶縁層2521は、画素回路に起因する凹凸を平坦化
するための機能を有する。また、絶縁層2521に不純物の拡散を抑制できる機能を付与
してもよい。これにより、不純物の拡散によるトランジスタ2502t等の信頼性の低下
を抑制できる。
50が有する下部電極には、該下部電極の端部に重なる隔壁2528が設けられる。なお
、基板2510と、基板2570との間隔を制御するスペーサを、隔壁2528上に形成
してもよい。
を有する。なお、駆動回路を画素回路と同一の工程で同一基板上に形成することができる
。
また、配線2511上には、端子2519が設けられる。また、端子2519には、FP
C2509(1)が電気的に接続される。また、FPC2509(1)は、ビデオ信号、
クロック信号、スタート信号、リセット信号等を供給する機能を有する。なお、FPC2
509(1)にはプリント配線基板(PWB)が取り付けられていても良い。
に先の実施の形態に示すトランジスタを適用すればよい。本実施の形態で用いるトランジ
スタは、高純度化し結晶性が高い酸化物半導体膜を有する。該トランジスタは、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。なお、リフレッシュ動作の詳細については、後述する。
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表示装
置2501に用いることで、画素回路のスイッチングトランジスタと、駆動回路に使用す
るドライバ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、画素回路においても、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。
次に、表示素子として、液晶素子を用いる構成について、図58(B)を用いて以下説
明を行う。なお、以下の説明においては、外光を反射して表示する反射型の液晶表示装置
について説明するが、液晶表示装置はこれに限定されない。例えば、光源(バックライト
、サイドライト等)を設けて、透過型の液晶表示装置、または反射型と透過型の両方の機
能を備える液晶表示装置としてもよい。
の点が異なる。それ以外の構成については、図58(A)に示す表示装置2501と同様
である。
子2551に電力を供給することができるトランジスタ2502tと、を有する。
と上部電極との間に液晶層2529と、を有する。液晶素子2551は、下部電極と上部
電極との間に印加される電圧によって、液晶層2529の配向状態を変えることができる
。また、液晶層2529中には、スペーサ2530aと、スペーサ2530bと、が設け
られる。また、図58(B)において図示しないが、上部電極及び下部電極の液晶層25
29と接する側に、それぞれ配向膜を設ける構成としてもよい。
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。また、液晶表示装置として、横電界方式を採用する場合、配向膜
を用いないブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相を示す液晶を用いる場合、配向
膜を設けなくてもよいのでラビング処理が不要となる。ラビング処理が不要となることで
、ラビング処理時に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。
。スペーサ2530a、2530bとしては、基板2510と基板2570との間の距離
(セルギャップ)を制御するために設けられる。なお、スペーサ2530a、2530b
は、それぞれ大きさを異ならせてもよく、柱状または球状で設けると好ましい。また、図
58(B)においては、スペーサ2530a、2530bを、基板2570側に設ける構
成について例示したが、これに限定されず、基板2510側に設けてもよい。
極と、着色層2567及び遮光層2568と、の間には絶縁層2531が設けられる。絶
縁層2531は、着色層2567及び遮光層2568に起因する凹凸を平坦化する機能を
有する。絶縁層2531としては、例えば、有機樹脂膜を用いればよい。また、液晶素子
2551の下部電極は、反射電極としての機能を有する。図58(B)に示す表示装置2
501は、外光を利用して下部電極で光を反射して着色層2567を介して表示する、反
射型の液晶表示装置である。なお、透過型の液晶表示装置とする場合、下部電極に透明電
極として機能を付与すればよい。
22は、トランジスタ2502t等を覆う。なお、絶縁層2522は、画素回路に起因す
る凹凸を平坦化するための機能と、液晶素子の下部電極に凹凸を形成する機能と、を有す
る。これにより、下部電極の表面に凹凸を形成することが可能となる。したがって、外光
が下部電極に入射した場合において、下部電極の表面で光を乱反射することが可能となり
、視認性を向上させることができる。なお、透過型の液晶表示装置の場合、上記凹凸を設
けない構成としてもよい。
次に、図59を用いて、タッチセンサ2595の詳細について説明する。図59は、図
55(B)に示す一点鎖線X3−X4間の断面図に相当する。
2592と、電極2591及び電極2592を覆う絶縁層2593と、隣り合う電極25
91を電気的に接続する配線2594とを有する。
を有する導電性材料としては、酸化インジウム、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸
化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛などの導電性酸化物を用いることができる
。なお、グラフェンを含む膜を用いることもできる。グラフェンを含む膜は、例えば膜状
に形成された酸化グラフェンを含む膜を還元して形成することができる。還元する方法と
しては、熱を加える方法等を挙げることができる。
た後、フォトリソグラフィ法等の様々なパターニング技術により、不要な部分を除去して
、電極2591及び電極2592を形成することができる。
、シロキサン結合を有する樹脂の他、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウ
ムなどの無機絶縁材料を用いることもできる。
る電極2591と電気的に接続する。透光性の導電性材料は、タッチパネルの開口率を高
めることができるため、配線2594に好適に用いることができる。また、電極2591
及び電極2592より導電性の高い材料は、電気抵抗を低減できるため配線2594に好
適に用いることができる。
る。また、配線2594は電極2592と交差して設けられている。
一対の電極2591を電気的に接続している。
る必要はなく、0度を超えて90度未満の角度をなすように配置されてもよい。
、配線2598の一部は、端子として機能する。配線2598としては、例えば、アルミ
ニウム、金、白金、銀、ニッケル、チタン、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コ
バルト、銅、またはパラジウム等の金属材料や、該金属材料を含む合金材料を用いること
ができる。
を保護してもよい。
。
onductive Film)や、異方性導電ペースト(ACP:Anisotrop
ic Conductive Paste)などを用いることができる。
次に、図60(A)を用いて、タッチパネル2000の詳細について説明する。図60
(A)は、図55(A)に示す一点鎖線X5−X6間の断面図に相当する。
1と、図59で説明したタッチセンサ2595と、を貼り合わせた構成である。
、接着層2597と、反射防止層2569と、を有する。
チセンサ2595が表示装置2501に重なるように、基板2590を基板2570に貼
り合わせている。また、接着層2597は、透光性を有すると好ましい。また、接着層2
597としては、熱硬化性樹脂、または紫外線硬化樹脂を用いることができる。例えば、
アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、またはシロキサン系樹脂を用いるこ
とができる。
例えば円偏光板を用いることができる。
用いて説明する。
ネル2001は、図60(A)に示すタッチパネル2000と、表示装置2501に対す
るタッチセンサ2595の位置が異なる。ここでは異なる構成について詳細に説明し、同
様の構成を用いることができる部分は、タッチパネル2000の説明を援用する。
L素子2550は、トランジスタ2502tが設けられている側に光を射出する。これに
より、EL素子2550が発する光の一部は、着色層2567を透過して、図中に示す矢
印の方向の発光モジュール2580の外部に射出される。
。
チセンサ2595を貼り合わせる。
板2570のいずれか一方または双方を通して射出されればよい。
次に、タッチパネルの駆動方法の一例について、図61を用いて説明を行う。
(A)では、パルス電圧出力回路2601、電流検出回路2602を示している。なお、
図61(A)では、パルス電圧が与えられる電極2621をX1−X6として、電流の変
化を検知する電極2622をY1−Y6として、それぞれ6本の配線で例示している。ま
た、図61(A)は、電極2621と、電極2622とが重畳することで形成される容量
2603を示している。なお、電極2621と電極2622とはその機能を互いに置き換
えてもよい。
である。X1−X6の配線にパルス電圧が印加されることで、容量2603を形成する電
極2621と電極2622との間に電界が生じる。この電極間に生じる電界が遮蔽等によ
り容量2603の相互容量に変化を生じさせることを利用して、被検知体の近接、または
接触を検出することができる。
での電流の変化を検出するための回路である。Y1−Y6の配線では、被検知体の近接、
または接触がないと検出される電流値に変化はないが、検出する被検知体の近接、または
接触により相互容量が減少する場合には電流値が減少する変化を検出する。なお電流の検
出は、積分回路等を用いて行えばよい。
出力波形のタイミングチャートを示す。図61(B)では、1フレーム期間で各行列での
被検知体の検出を行うものとする。また図61(B)では、被検知体を検出しない場合(
非タッチ)と被検知体を検出する場合(タッチ)との2つの場合について示している。な
おY1−Y6の配線については、検出される電流値に対応する電圧値とした波形を示して
いる。
Y6の配線での波形が変化する。被検知体の近接または接触がない場合には、X1−X6
の配線の電圧の変化に応じてY1−Y6の波形が一様に変化する。一方、被検知体が近接
または接触する箇所では、電流値が減少するため、これに対応する電圧値の波形も変化す
る。
することができる。
また、図61(A)ではタッチセンサとして配線の交差部に容量2603のみを設ける
パッシブ型のタッチセンサの構成を示したが、トランジスタと容量とを有するアクティブ
型のタッチセンサとしてもよい。アクティブ型のタッチセンサに含まれるセンサ回路の一
例を図62に示す。
2612と、トランジスタ2613とを有する。
電圧VRESが与えられ、他方が容量2603の一方の電極およびトランジスタ2611
のゲートと電気的に接続する。トランジスタ2611は、ソースまたはドレインの一方が
トランジスタ2612のソースまたはドレインの一方と電気的に接続し、他方に電圧VS
Sが与えられる。トランジスタ2612は、ゲートに信号G1が与えられ、ソースまたは
ドレインの他方が配線MLと電気的に接続する。容量2603の他方の電極には電圧VS
Sが与えられる。
ジスタ2613をオン状態とする電位が与えられることで、トランジスタ2611のゲー
トが接続されるノードnに電圧VRESに対応した電位が与えられる。次に、信号G2と
してトランジスタ2613をオフ状態とする電位が与えられることで、ノードnの電位が
保持される。
ことに伴い、ノードnの電位がVRESから変化する。
ードnの電位に応じてトランジスタ2611に流れる電流、すなわち配線MLに流れる電
流が変化する。この電流を検出することにより、被検知体の近接または接触を検出するこ
とができる。
の形態に示すトランジスタを適用することができる。とくにトランジスタ2613に先の
実施の形態に示すトランジスタを適用することにより、ノードnの電位を長期間に亘って
保持することが可能となり、ノードnにVRESを供給しなおす動作(リフレッシュ動作
)の頻度を減らすことができる。
ることができる。
本実施の形態においては、表示素子として横電界モード(水平電界モードともいう)の
液晶素子を用いる表示装置について、図63を用いて説明する。
ある。なお、図63において、酸化物半導体(特に、CAAC−OS)、低温ポリシリコ
ン(LTPS(Low Temperature Poly−Silicon))、及び
水素化アモルファスシリコン(a−Si:H)を、トランジスタの活性層に用いる場合の
製造工程の一例を、それぞれ表している。
CAAC−OSをトランジスタに用いる場合について説明する。まず、スパッタリング
装置(SP)にてゲート電極(GE:Gate Electrode)を形成する。なお
、ゲート電極を加工する際に、マスクを1枚使用する。
sulator)を形成する。その後、ゲート絶縁膜上にスパッタリング装置を用いて、
活性層となる酸化物半導体(OS)膜を形成する。なお、酸化物半導体膜を島状に加工す
る際に、マスクを1枚使用する。
該開口部を形成する際に、マスクを1枚使用する。
成し、当該導電膜を加工することで、ソース電極及びドレイン電極(S/D電極)を形成
する。なお、ソース電極及びドレイン電極を形成する際に、マスクを1枚使用する。
ッシベーション膜を形成する。
口部を形成する。なお、当該開口部を形成する際に、マスクを1枚使用する。
スパッタリング装置を用いて導電膜を形成し、当該導電膜を加工することでコモン電極を
形成する。なお、コモン電極を形成する際に、マスクを1枚使用する。
成する。その後、該絶縁膜の一部を開口しソース電極またはドレイン電極に達する開口部
を形成する。なお、絶縁膜を形成する際(絶縁膜の一部に開口部を形成する際)に、マス
クを1枚使用する。
ることで画素電極を形成する。なお、画素電極を形成する際に、マスクを1枚使用する。
−OSを用いる場合、横電界モードの液晶表示装置としては、マスク枚数が8枚となる。
LTPSをトランジスタに用いる場合について説明する。まず、スパッタリング装置を
用いて遮光膜を形成する。なお、遮光膜を加工する際に、マスクを1枚使用する。
膜上にPECVD装置を用いて、活性層となるSiを形成する。その後、当該Siを結晶
化させるために、エキシマレーザーアニール(ELA:Excimer Laser A
nnealing)を行う。また、ELA工程の後、活性層のSiは、結晶化シリコン(
p−Si:poly−Siliconとなる)となる。なお、ELAを大面積で行うには
、大型の設備が必要である。また、ELA特有の線状のムラ等が発生する場合がある。
1枚使用する。
後、ゲート絶縁膜上にスパッタリング装置を用いて、ゲート電極(GE)を形成する。な
お、ゲート電極を形成する際に、マスクを1枚使用する。また、ゲート電極を形成する際
に、ゲート絶縁膜の一部も除去される。
oping)装置を用いて、不純物注入を行う。なお、n+領域を形成する際に、マスク
を1枚使用する。次に、p−Si中にn−領域を形成するために、イオンドーピング装置
を用いて、不純物注入を行う。なお、n−領域を形成する際には、マスクを用いず全面に
ドーピングを行う。次に、p−Si中にp+領域を形成するために、イオンドーピング装
置を用いて、不純物注入を行う。なお、p+領域を形成するために、マスクを1枚使用す
る。
い。
。その後、当該層間絶縁膜、及びゲート絶縁膜の一部を加工し、n+領域及びp+領域に
達する開口部を形成する。なお、当該開口部を形成する際に、マスクを1枚使用する。
し、当該導電膜を加工することで、ソース電極及びドレイン電極(S/D電極)を形成す
る。なお、ソース電極及びドレイン電極を形成する際に、マスクを1枚使用する。
る。平坦化絶縁膜としては、例えば有機樹脂膜等を用いればよい。なお、平坦化絶縁膜を
形成する際に、マスクを1枚使用する。
にコモン電極を形成する。なお、コモン電極を形成する際に、マスクを1枚使用する。
の一部を開口し、ソース電極またはドレイン電極に達する開口部を形成する。なお、絶縁
膜を形成する際(絶縁膜の一部に開口部を形成する際)に、マスクを1枚使用する。
ることで画素電極を形成する。なお、画素電極を形成する際に、マスクを1枚使用する。
を用いる場合、横電界モードの液晶表示装置としては、マスク枚数が11枚となる。
a−Si:Hをトランジスタに用いる場合について説明する。まず、スパッタリング装
置を用いて、ゲート電極(GE)を形成する。なお、ゲート電極を加工する際に、マスク
を1枚使用する。
の後、ゲート絶縁膜上にPECVD装置を用いて、活性層となるシリコン膜を形成する。
なお、当該シリコン膜を島状に加工する際に、マスクを1枚使用する。
該開口部を形成する際に、マスクを1枚使用する。
を加工することで容量用電極を形成する。なお、容量用電極を加工する際に、マスクを1
枚使用する。
、当該導電膜を加工することで、ソース電極及びドレイン電極(S/D電極)を形成する
。なお、ソース電極及びドレイン電極を形成する際に、マスクを1枚使用する。
、当該導電膜を加工することでコモン電極を形成する。なお、コモン電極を形成する際に
、マスクを1枚使用する。
の一部を開口しソース電極またはドレイン電極に達する開口部を形成する。なお、絶縁膜
を形成する際(絶縁膜の一部に開口部を形成する際)に、マスクを1枚使用する。
ることで画素電極を形成する。なお、画素電極を形成する際に、マスクを1枚使用する。
:Hを用いる場合、横電界モードの液晶表示装置としては、マスク枚数が8枚となる。
電極形成、コモン電極上の絶縁膜形成、及び画素電極形成としては、横電界モードの液晶
表示装置に起因する工程のため、液晶素子として垂直電界モード(例えばVAモードなど
)の液晶表示装置とする場合、または表示素子として有機EL素子を用いる場合において
は、異なる工程とすればよい。
−OSを用いることで、LTPSよりも製造プロセスを簡略化することができる。また、
CAAC−OSを用いたトランジスタは、a−Si:Hを用いたトランジスタと、同等の
マスク枚数で移動度が高い。したがって、CAAC−OSを用いたトランジスタは、表示
装置に駆動回路(ゲートドライバ、またはソースドライバ)の一部あるいは全部を実装す
ることが可能となる。
作製でき、且つa−Si:Hに比べ電気特性(電界効果移動度(単に移動度ともいう)、
またはon/off比など)の性能が高い。よって、CAAC−OSを用いることで、表
示品位の高い表示装置にすることが可能となる。また、表3に示すように、CAAC−O
Sは、LTPSと比較し、プロセス最高温度が低く、且つ、デバイスコスト、及びプラン
トコストが低い。したがって、製造コストが抑制された表示装置を実現することが可能と
なる。
用いたトランジスタと比較し、1.オフ電流が低い、2.ショートチャネル効果が無いま
たは極めて少ない、3.耐圧が高い、あるいは4.温度特性の変化が少ない、といった優
れた効果を奏する。また、酸化物半導体を用いたトランジスタは、シリコンを用いたトラ
ンジスタと同等のスイッチング速度、または同等の周波数特性(f特ともいう)を有する
ため、高速動作をさせることが可能である。したがって、酸化物半導体を用いたトランジ
スタを有する表示装置は、表示品位が高く、信頼性の高い表示装置を実現することができ
る。
きる。
本実施の形態においては、本発明の一態様の半導体装置を有する表示装置、及び当該表
示装置の駆動方法について、図64乃至図67を用いて説明を行う。
部等を有していてもよい。
場合、同一画像の信号を書き込む回数(リフレッシュするともいう)を低減することで、
消費電力の低減を図ることができる。なお、リフレッシュを行う頻度をリフレッシュレー
ト(走査周波数、垂直同期周波数ともいう)という。以下では、リフレッシュレートを低
減し、目の疲労が少ない表示装置について説明する。
装置の発光、点滅画面を、長時間見続けることで、その明るさが眼の網膜や神経、脳を刺
激して疲れさせるものである。筋肉系の疲労は、ピント調節のときに使用する毛様体の筋
肉を酷使することにより疲れさせるものである。
に、従来の表示装置では、1秒間に60回の画像の書き換えが行われている。このような
画面を長時間見続けることにより、使用者の眼の網膜や神経、脳を刺激して眼の疲労が引
き起こされるおそれがあった。
ランジスタ、例えば、CAAC−OSを用いたトランジスタを適用する。当該トランジス
タのオフ電流は、極めて小さい。従って、表示装置のリフレッシュレートを下げても、表
示装置の輝度の維持が可能となる。
なるため、極力長い時間同じ映像を見ることが可能となり、使用者に視認される画面のち
らつきが低減される。これにより、使用者の眼の網膜や神経、脳の刺激が低減され、神経
系の疲労が軽減される。
0ppi未満の場合)、表示装置に表示された文字はぼやけてしまう。表示装置に表示さ
れたぼやけた文字を長時間見続けると、毛様体の筋肉が、絶えずピントを合わせようと動
いているにもかかわらず、ピントが合わせづらい状態が続くことになり、目に負担をかけ
てしまうおそれがある。
のサイズが小さく高精細な表示が可能となるため、緻密で滑らかな表示とすることができ
る。これにより、毛様体の筋肉が、ピントを合わせやすくなるため、使用者の筋肉系の疲
労が軽減される。表示装置の解像度を150ppi以上、好ましくは200ppi以上、
さらに好ましくは300ppi以上とすることにより、使用者の筋肉系の疲労を効果的に
低減することができる。
価指標としては、臨界融合周波数(CFF:Critical Flicker(Fus
ion) Frequency)などが知られている。また、筋肉系の疲労の評価指標と
しては、調節時間や調節近点距離などが知られている。
の測定、涙液量の評価、瞳孔の収縮反応速度の評価や、自覚症状を調査するためのアンケ
ート等がある。
とができる。
ここで、本発明の一態様の表示装置の駆動方法について、図66を用いて説明する。
以下では、2つの異なるイメージ情報を含む画像を移動させて表示する例について示す
。
た静止画像である第1の画像452aが表示されている例を示している。
のリフレッシュレートとしては、1.16×10−5Hz(1日に約1回の頻度)以上1
Hz以下、または2.78×10−4Hz(1時間に約1回の頻度)以上0.5Hz以下
、または1.67×10−2Hz(1分間に約1回の頻度)以上0.1Hz以下とするこ
とができる。
頻度を低減することで、実質的にちらつきを生じない表示を実現でき、より効果的に使用
者の目の疲労を低減することができる。
より表示され、画像を表示する表示領域を含む。
タン453を有する。使用者がボタン453を選択する操作を行うことにより、画像を移
動させる命令を表示装置の情報処理部に与えることができる。
示部450に重ねて設けられたタッチパネルを用いる場合には、指やスタイラス等により
ボタン453をタッチする操作や、画像をスライドさせるようなジェスチャ入力を行うこ
とにより操作することができる。ジェスチャ入力や音声入力を用いる場合には、必ずしも
ボタン453を表示しなくてもよい。
示された画像の移動が開始される(図66(B))。
画像の移動の前に、リフレッシュレートを第2のリフレッシュレートに変更すると好まし
い。第2のリフレッシュレートは、動画像の表示を行うために必要な値である。例えば、
第2のリフレッシュレートは、30Hz以上960Hz以下、好ましくは60Hz以上9
60Hz以下、より好ましくは75Hz以上960Hz以下、より好ましくは120Hz
以上960Hz以下、より好ましくは240Hz以上960Hz以下とすることができる
。
により、動画像をより滑らかに自然に表示することができる。また書き換えに伴うちらつ
き(フリッカともいう)が使用者に視認されることが抑制されるため、使用者の目の疲労
を低減できる。
すべき第2の画像452bとが結合された画像である。ウィンドウ451内には、この結
合された画像が一方向(ここでは左方向)に移動するように、一部の領域が表示される。
期(図66(A)の時点)の輝度に比べて段階的に低下する。
示している。したがって、この時点でウィンドウ451内に表示された画像の輝度が最も
低い。
のそれぞれが、半分ずつ表示されている座標としたが、これに限られず、使用者が自由に
設定可能とすることが好ましい。
0より大きく、1未満である座標を所定座標に設定すればよい。
とが好ましい。例えば、画像が所定座標に達した時の輝度の、初期の輝度に対する比が0
以上1未満、好ましくは0以上0.8以下、より好ましくは0以上0.5以下などに設定
すればよい。
するように表示される(図66(D))。
ドウ451内には、第2の画像452bのみが、初期の輝度と等しい輝度で表示されてい
る。
ら、第1のリフレッシュレートに変更することが好ましい。
の輝度が低減されているため、使用者の目の疲労を低減することができる。したがって、
このような駆動方法を用いることにより、目にやさしい表示を実現できる。
次に、表示ウィンドウの大きさよりも大きな文書情報をスクロールさせて表示する例に
ついて説明する。
た静止画像である文書情報456の一部が表示されている例を示している。
ョンソフトなどを実行することにより表示され、文書情報を表示する表示領域を含む。
きい。したがってウィンドウ455には、その一部の領域のみが表示されている。また、
図67(A)に示すように、ウィンドウ455は、文書情報456のどの領域が表示され
ているかを示すスクロールバー457を備えていてもよい。
に与えられると、文書情報456の移動が開始される(図67(B))。また、表示され
る画像の輝度が段階的に低下する。
文書情報456の移動の前に、リフレッシュレートを第2のリフレッシュレートに変更す
ると好ましい。
示される画像全体の輝度が低下する様子を示している。
き、表示部450に表示される画像全体の輝度は最も低くなる。
(D))。このとき、表示部450に表示される画像全体の輝度は段階的に上昇する。
ドウ455内には、文書情報456の初期に表示された領域とは異なる領域が、初期の輝
度と等しい輝度で表示される。
ュレートに変更することが好ましい。
の輝度が低減されているため、使用者の目の疲労を低減することができる。したがって、
このような駆動方法を用いることにより、目にやさしい表示を実現できる。
ため、文書情報の表示にこのような駆動方法を適用することはより好ましい。
することができる。
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置を有する表示モジュール、電子機器、
及び表示装置について、図68乃至図70を用いて説明を行う。
図68に示す表示モジュール8000は、上部カバー8001と下部カバー8002と
の間に、FPC8003に接続されたタッチパネル8004、FPC8005に接続され
た表示パネル8006、バックライト8007、フレーム8009、プリント基板801
0、バッテリ8011を有する。
用いることができる。
8006のサイズに合わせて、形状や寸法を適宜変更することができる。
8006に重畳して用いることができる。また、表示パネル8006の対向基板(封止基
板)に、タッチパネル機能を持たせるようにすることも可能である。また、表示パネル8
006の各画素内に光センサを設け、光学式のタッチパネルとすることも可能である。
ト8007上に光源8008を配置する構成について例示したが、これに限定さない。例
えば、バックライト8007の端部に光源8008を配置し、さらに光拡散板を用いる構
成としてもよい。なお、有機EL素子等の自発光型の発光素子を用いる場合、または反射
型の表示装置の場合においては、バックライト8007を設けない構成としてもよい。
作により発生する電磁波を遮断するための電磁シールドとしての機能を有する。またフレ
ーム8009は、放熱板としての機能を有していてもよい。
号処理回路を有する。電源回路に電力を供給する電源としては、外部の商用電源であって
も良いし、別途設けたバッテリ8011による電源であってもよい。バッテリ8011は
、商用電源を用いる場合には、省略可能である。
加して設けてもよい。
図69(A)乃至図69(G)は、電子機器を示す図である。これらの電子機器は、筐
体9000、表示部9001、スピーカ9003、操作キー9005(電源スイッチ、又
は操作スイッチを含む)、接続端子9006、センサ9007(力、変位、位置、速度、
加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電
場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい又は赤外線を測定する
機能を含むもの)、マイクロフォン9008、等を有することができる。
例えば、様々な情報(静止画、動画、テキスト画像など)を表示部に表示する機能、タッ
チパネル機能、カレンダー、日付または時刻などを表示する機能、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、無線通信機能、無線通信機能を用いて様々な
コンピュータネットワークに接続する機能、無線通信機能を用いて様々なデータの送信ま
たは受信を行う機能、記録媒体に記録されているプログラムまたはデータを読み出して表
示部に表示する機能、等を有することができる。なお、図69(A)乃至図69(G)に
示す電子機器が有することのできる機能はこれらに限定されず、様々な機能を有すること
ができる。また、図69(A)乃至図69(G)には図示していないが、電子機器には、
複数の表示部を有する構成としてもよい。また、該電子機器にカメラ等を設け、静止画を
撮影する機能、動画を撮影する機能、撮影した画像を記録媒体(外部またはカメラに内蔵
)に保存する機能、撮影した画像を表示部に表示する機能、等を有していてもよい。
有する表示部9001は、可撓性を有する。そのため、湾曲した筐体9000の湾曲面に
沿って表示部9001を組み込むことが可能である。また、表示部9001はタッチセン
サを備え、指やスタイラスなどで画面に触れることで操作することができる。例えば、表
示部9001に表示されたアイコンに触れることで、アプリケーションを起動することが
できる。
、例えば電話機、手帳又は情報閲覧装置等から選ばれた一つ又は複数の機能を有する。具
体的には、スマートフォンとして用いることができる。なお、携帯情報端末9101は、
スピーカ9003、接続端子9006、センサ9007等を省略して図示しているが、図
69(A)に示す携帯情報端末9100と同様の位置に設けることができる。また、携帯
情報端末9101は、文字や画像情報をその複数の面に表示することができる。例えば、
3つの操作ボタン9050(操作アイコンまたは単にアイコンともいう)を表示部900
1の一の面に表示することができる。また、破線の矩形で示す情報9051を表示部90
01の他の面に表示することができる。なお、情報9051の一例としては、電子メール
やSNS(ソーシャル・ネットワーキング・サービス)や電話などの着信を知らせる表示
、電子メールやSNSなどの題名、電子メールやSNSなどの送信者名、日時、時刻、バ
ッテリの残量、アンテナ受信の強度などがある。または、情報9051が表示されている
位置に、情報9051の代わりに、操作ボタン9050などを表示してもよい。
、表示部9001の3面以上に情報を表示する機能を有する。ここでは、情報9052、
情報9053、情報9054がそれぞれ異なる面に表示されている例を示す。例えば、携
帯情報端末9102の使用者は、洋服の胸ポケットに携帯情報端末9102を収納した状
態で、その表示(ここでは情報9053)を確認することができる。具体的には、着信し
た電話の発信者の電話番号又は氏名等を、携帯情報端末9102の上方から観察できる位
置に表示する。使用者は、携帯情報端末9102をポケットから取り出すことなく、表示
を確認し、電話を受けるか否かを判断できる。
9200は、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、音楽再生、インターネット通信
、コンピュータゲームなどの種々のアプリケーションを実行することができる。また、表
示部9001はその表示面が湾曲して設けられ、湾曲した表示面に沿って表示を行うこと
ができる。また、携帯情報端末9200は、通信規格された近距離無線通信を実行するこ
とが可能である。例えば無線通信可能なヘッドセットと相互通信することによって、ハン
ズフリーで通話することもできる。また、携帯情報端末9200は、接続端子9006を
有し、他の情報端末とコネクターを介して直接データのやりとりを行うことができる。ま
た接続端子9006を介して充電を行うこともできる。なお、充電動作は接続端子900
6を介さずに無線給電により行ってもよい。
る。また、図67(E)が携帯情報端末9201を展開した状態の斜視図であり、図69
(F)が携帯情報端末9201を展開した状態または折り畳んだ状態の一方から他方に変
化する途中の状態の斜視図であり、図69(G)が携帯情報端末9201を折り畳んだ状
態の斜視図である。携帯情報端末9201は、折り畳んだ状態では可搬性に優れ、展開し
た状態では、継ぎ目のない広い表示領域により表示の一覧性に優れる。携帯情報端末92
01が有する表示部9001は、ヒンジ9055によって連結された3つの筐体9000
に支持されている。ヒンジ9055を介して2つの筐体9000間を屈曲させることによ
り、携帯情報端末9201を展開した状態から折りたたんだ状態に可逆的に変形させるこ
とができる。例えば、携帯情報端末9201は、曲率半径1mm以上150mm以下で曲
げることができる。
お、図70(A)は、複数の表示パネルが巻き取られた形態の斜視図であり、図70(B
)は、複数の表示パネルが展開された状態の斜視図である。
511と、軸受部9512と、を有する。また、複数の表示パネル9501は、表示領域
9502と、透光性を有する領域9503と、を有する。
ル9501は、それらの一部が互いに重なるように設けられる。例えば、隣接する2つの
表示パネル9501の透光性を有する領域9503を重ね合わせることができる。複数の
表示パネル9501を用いることで、大画面の表示装置とすることができる。また、使用
状況に応じて、表示パネル9501を巻き取ることが可能であるため、汎用性に優れた表
示装置とすることができる。
1で離間する状態を図示しているが、これに限定されず、例えば、隣接する表示パネル9
501の表示領域9502を隙間なく重ねあわせることで、連続した表示領域9502と
してもよい。
る。ただし、本発明の一態様の半導体装置は、表示部を有さない電子機器にも適用するこ
とができる。また、本実施の形態において述べた電子機器の表示部においては、可撓性を
有し、湾曲した表示面に沿って表示を行うことができる構成、または折り畳み可能な表示
部の構成について例示したが、これに限定されず、可撓性を有さず、平面部に表示を行う
構成としてもよい。
ることができる。
本実施の形態では、本発明の一態様の表示モジュールの作製に用いることができる成膜
装置について、図71を用いて説明する。
0を説明する図である。なお、成膜装置3000は、バッチ式のALD装置の一例である
。
本実施の形態で説明する成膜装置3000は、成膜室3180と、成膜室3180に接
続される制御部3182と、を有する(図71参照)。
される流量制御器3182a、流量制御器3182b、及び流量制御器3182cを有す
る。例えば、高速バルブを流量制御器に用いることができる。具体的にはALD用バルブ
等を用いることにより、精密に流量を制御することができる。また、流量制御器、及び配
管の温度を制御する加熱機構3182hを有する。
制御信号に基づいて第1の原料または不活性ガスを供給する機能を有する。
制御信号に基づいて第2の原料または不活性ガスを供給する機能を有する。
に接続する機能を有する。
なお、原料供給部3181aは、第1の原料を供給する機能を有し、第1の流量制御器
3182aに接続されている。
2bに接続されている。
や液体の原料から気体の原料を生成することができる。
さまざまな物質を第1の原料に用いることができる。例えば、揮発性の有機金属化合物
、金属アルコキシド等を第1の原料に用いることができる。第1の原料と反応をするさま
ざまな物質を第2の原料に用いることができる。例えば、酸化反応に寄与する物質、還元
反応に寄与する物質、付加反応に寄与する物質、分解反応に寄与する物質または加水分解
反応に寄与する物質などを第2の原料に用いることができる。
マ等を用いることができる。具体的には酸素ラジカル、窒素ラジカル等を用いることがで
きる。
原料が好ましい。例えば、反応温度が室温以上200℃以下好ましくは50℃以上150
℃以下である原料が好ましい。
排気装置3185は、排気する機能を有し、第3の流量制御器3182cに接続されて
いる。なお、排出される原料を捕捉するトラップを排出口3184と第3の流量制御器3
182cの間に有してもよい。ところで、除害設備を用いて排気を除害する。
制御部3182は、流量制御器を制御する制御信号または加熱機構を制御する制御信号
等を供給する。例えば、第1のステップにおいて、第1の原料を加工基材の表面に供給す
る。そして、第2のステップにおいて、第1の原料と反応する第2の原料を供給する。こ
れにより第1の原料は第2の原料と反応し、反応生成物が加工部材3010の表面に堆積
することができる。
のステップを繰り返すことにより、制御することができる。
着することができる量により制限される。例えば、第1の原料の単分子層が加工部材30
10の表面に形成される条件を選択し、形成された第1の原料の単分子層に第2の原料を
反応させることにより、極めて均一な第1の原料と第2の原料の反応生成物を含む層を形
成することができる。
を成膜することができる。例えば3nm以上200nm以下の厚さを有する膜を、加工部
材3010に形成することができる。
場合、ピンホールの内部に回り込んで成膜材料を成膜し、ピンホールを埋めることができ
る。
0から排出する。例えば、アルゴンまたは窒素などの不活性ガスを導入しながら排気して
もよい。
成膜室3180は、第1の原料、第2の原料および不活性ガスを供給される導入口31
83と、第1の原料、第2の原料および不活性ガスを排出する排出口3184とを有する
。
3186と、加工部材を加熱する機能を有する加熱機構3187と、加工部材3010の
搬入および搬出をする領域を開閉する機能を有する扉3188と、を有する。
また、加熱機構3187は、例えば80℃以上、100℃以上または150℃以上に加熱
する機能を有する。ところで、加熱機構3187は、例えば室温以上200℃以下好まし
くは50℃以上150℃以下の温度になるように加工部材3010を加熱する。
支持部3186は、単数または複数の加工部材3010を支持する。これにより、一回
の処理ごとに単数または複数の加工部材3010に例えば絶縁膜を形成できる。
本実施の形態で説明する成膜装置3000を用いて、作製することができる膜の一例に
ついて説明する。
膜を形成することができる。
リケート、酸化ランタン、酸化珪素、チタン酸ストロンチウム、酸化タンタル、酸化チタ
ン、酸化亜鉛、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化スズ、酸化イットリウム、酸化セリ
ウム、酸化スカンジウム、酸化エルビウム、酸化バナジウムまたは酸化インジウム等を含
む材料を成膜することができる。
窒化ニオブ、窒化モリブデン、窒化ジルコニウムまたは窒化ガリウム等を含む材料を成膜
することができる。
トまたはニッケル等を含む材料を成膜することができる。
、フッ化ストロンチウムまたはフッ化亜鉛等を含む材料を成膜することができる。
化物、アルミニウムおよび亜鉛を含む酸化物、マンガンおよび亜鉛を含む硫化物、セリウ
ムおよびストロンチウムを含む硫化物、エルビウムおよびアルミニウムを含む酸化物、イ
ットリウムおよびジルコニウムを含む酸化物等を含む材料を成膜することができる。
る。
ンジスタを作製し、該トランジスタのドレイン電流−ゲート電圧特性(Id−Vg特性)
の評価、及び信頼性試験を行った。本実施例においては、以下に示す試料D1乃至D3、
試料E1乃至E3、試料F1乃至F3、及び試料G1乃至G3を作製し評価を行った。ま
た、試料D1、試料E1、試料F1、及び試料G1は、チャネル長L=2μm、チャネル
幅W=50μmのトランジスタであり、試料D2、試料E2、試料F2、及び試料G2は
、チャネル長L=3μm、チャネル幅W=50μmのトランジスタであり、試料D3、試
料E3、試料F3、及び試料G3は、チャネル長L=6μm、チャネル幅W=50μmの
トランジスタである。試料D1乃至D3、試料E1乃至E3、試料F1乃至F3、及び試
料G1乃至G3は、それぞれ上記サイズのトランジスタが10個形成されている。
bを形成しない比較用の試料であり、試料F1乃至F3、及び試料G1乃至G3は、酸化
物半導体膜120a、120bを形成する本発明の一態様の試料である。すなわち、試料
D1乃至D3、及び試料E1乃至E3は、シングルゲートのトランジスタ構造であり、試
料F1乃至F3、及び試料G1乃至試料G3は、デュアルゲートのトランジスタ構造であ
る。
1(C)(D)に示すトランジスタ150Bに付記した符号を用いて説明する。
試料D1乃至D3としては、トランジスタのチャネル長Lが異なるのみで、同一の作製
方法で形成した。まず、基板102上に導電膜104を形成した。基板102としては、
ガラス基板を用いた。また、導電膜104としては、厚さ100nmのタングステン膜を
、スパッタリング装置を用いて形成した。
6としては、厚さ400nmの窒化シリコン膜を、PECVD装置を用いて形成した。ま
た、絶縁膜107としては、厚さ50nmの酸化窒化シリコン膜を、PECVD装置を用
いて形成した。
ランガスと、流量2000sccmの窒素ガスと、流量100sccmのアンモニアガス
をチャンバー内に導入し、圧力を100Paとし、PECVD装置内に設置された平行平
板の電極間に2000WのRF電力を供給して、厚さ50nmの窒化シリコン膜を成膜し
、次に、アンモニアガスの流量を2000sccmに変更して、厚さ300nmの窒化シ
リコン膜を成膜し、次に、アンモニアガスの流量を100sccmに変更して、厚さ50
nmの窒化シリコン膜を成膜した。
のシランガスと、流量3000sccmの一酸化二窒素ガスをチャンバー内に導入し、圧
力を40Paとし、PECVD装置内に設置された平行平板の電極間に100WのRF電
力を供給して成膜した。
ては、スパッタリング装置を用いて、酸化物半導体膜108bと、酸化物半導体膜108
cと、を真空中で連続して形成した。
とし、流量140sccmのアルゴンガスと、流量60sccmの酸素ガスと、をチャン
バー内に導入し、圧力を0.6Paとし、多結晶の金属酸化物スパッタリングターゲット
(In:Ga:Zn=4:2:4.1[原子数比])に2500WのAC電力を投入して
成膜した。
とし、流量100sccmのアルゴンガスと、流量100sccmの酸素ガスと、をチャ
ンバー内に導入し、圧力を0.6Paとし、多結晶の金属酸化物スパッタリングターゲッ
ト(In:Ga:Zn=1:1:1.2[原子数比])に2500WのAC電力を投入し
て成膜した。
た。導電膜112a、112bとしては、厚さ50nmのタングステン膜と、厚さ400
nmのアルミニウム膜と、厚さ100nmのチタン膜とを、スパッタリング装置を用いて
真空中で連続して形成した。
法としては、スピン洗浄装置を用いて、リン酸(濃度が85体積%)を水で1/100に
希釈したリン酸水溶液を、酸化物半導体膜108及び導電膜112a、112b上から塗
布して洗浄した。なお、当該洗浄の時間としては15秒とした。
膜114及び絶縁膜116を形成した。絶縁膜114としては、厚さ50nmの酸化窒化
シリコン膜を、PECVD装置を用いて形成した。また、絶縁膜116としては、厚さ4
00nmの酸化窒化シリコン膜を、PECVD装置を用いて形成した。なお、絶縁膜11
4及び絶縁膜116としては、PECVD装置により真空中で連続して形成した。
ンガスと、流量2000sccmの一酸化二窒素ガスをチャンバー内に導入し、圧力を2
0Paとし、PECVD装置内に設置された平行平板の電極間に100WのRF電力を供
給して成膜した。また、絶縁膜116の成膜条件としては、基板温度を220℃とし、流
量160sccmのシランガスと、流量4000sccmの一酸化二窒素ガスをチャンバ
ー内に導入し、圧力を200Paとし、PECVD装置内に設置された平行平板の電極間
に1500WのRF電力を供給して成膜した。
1時間とした。
成した。該ITSO膜の成膜条件としては、基板温度を室温とし、流量72sccmのア
ルゴンガスと、流量5sccmの酸素ガスをチャンバー内に導入し、圧力を0.15Pa
とし、スパッタリング装置内に設置された金属酸化物ターゲット(In2O3:SnO2
:SiO2=85:10:5[重量%])に1000WのDC電力を供給して成膜した。
添加処理を行った。該酸素添加処理としては、アッシング装置を用い、基板温度を40℃
とし、流量250sccmの酸素ガスをチャンバー内に導入し、圧力を15Paとし、基
板側にバイアスが印加されるように、アッシング装置内に設置された平行平板の電極間に
4500WのRF電力を120sec供給して行った。
としては、ウエットエッチング装置を用い、濃度5%のシュウ酸水溶液を用いて、300
secのエッチングを行った後、濃度0.5%のフッ化水素酸を用いて、15secのエ
ッチングを行った。
nmの窒化シリコン膜を、PECVD装置を用いて形成した。絶縁膜118の成膜条件と
しては、基板温度を350℃とし、流量50sccmのシランガスと、流量5000sc
cmの窒素ガスと、流量100sccmのアンモニアガスと、をチャンバー内に導入し、
圧力を100Paとし、PECVD装置内に設置された平行平板の電極間に27.12M
Hzの高周波電源を用いて1000Wの高周波電力を供給して成膜した。
2b、152cを形成した。開口部152a、152b、152cとしては、ドライエッ
チング装置を用いて形成した。
0℃1時間とした。
試料E1乃至E3としては、トランジスタのチャネル長Lが異なるのみで、同一の作製
方法で形成した。また、試料E1乃至試料E3としては、試料D1乃至D3と以下の工程
のみ異なる。
08の表面(バックチャネル側)の洗浄を行わなかった。
1乃至E3を作製した。
試料F1乃至F3としては、トランジスタのチャネル長Lが異なるのみで、同一の作製
方法で形成した。また、試料F1乃至試料F3としては、試料D1乃至D3と以下の工程
が異なる。
cを覆うように絶縁膜118上に酸化物半導体膜を形成し、該酸化物半導体膜を加工する
ことで酸化物半導体膜120a、120bを形成した。酸化物半導体膜120a、120
bとしては、厚さ100nmのITSO膜を、スパッタリング装置を用いて形成した。I
TSO膜に用いたターゲットの組成としては、先に示すITSO膜の組成と同様とした。
1乃至F3を作製した。
<1−4.試料G1乃至G3の作製方法>
試料G1乃至G3としては、トランジスタのチャネル長Lが異なるのみで、同一の作製
方法で形成した。また、試料G1乃至試料G3としては、試料F1乃至F3と以下の工程
が異なる。
08の表面(バックチャネル側)の洗浄を行わなかった。
1乃至G3を作製した。
次に、上記作製した試料D1乃至D3、試料E1乃至E3、試料F1乃至F3、及び試
料G1乃至G3のId−Vg特性を測定した。なお、Id−Vg特性の測定において、ト
ランジスタ150Bの第1のゲート電極として機能する導電膜104に印加する電圧(V
g)、及び第2のゲート電極として機能する酸化物半導体膜120bに印加する電圧(V
bg)としては、−15Vから+20Vまで0.25Vのステップで印加した。また、ソ
ース電極として機能する導電膜112aに印加する電圧(Vs)を0V(comm)とし
、ドレイン電極として機能する導電膜112bに印加する電圧(Vd)を0.1V及び2
0Vとした。
72(B)に、試料D3のId−Vg特性結果を図72(C)に、それぞれ示す。また、
試料E1のId−Vg特性結果を図73(A)に、試料E2のId−Vg特性結果を図7
3(B)に、試料E3のId−Vg特性結果を図73(C)に、それぞれ示す。また、試
料F1のId−Vg特性結果を図74(A)に、試料F2のId−Vg特性結果を図74
(B)に、試料F3のId−Vg特性結果を図74(C)に、それぞれ示す。また、試料
G1のId−Vg特性結果を図75(A)に、試料G2のId−Vg特性結果を図75(
B)に、試料G3のId−Vg特性結果を図75(C)に、それぞれ示す。
乃至G3は、比較用の試料である試料D1乃至試料D3及び試料E1乃至E3と比較し、
電気特性のばらつきが抑制されたトランジスタであることが確認された。特に、チャネル
長Lが2μmトランジスタにおいて、ばらつきが少ないのが顕著である。また、バックチ
ャネル部の洗浄の有無については、図72乃至図75に示すように、顕著な差が確認され
なかった。
次に、上記作製した試料D3、試料E3、試料F3、及び試料G3の信頼性評価を行っ
た。信頼性評価としては、GBT試験とした。
ン電圧(Vd)とソース電圧(Vs)を0V(COMMON)とし、ストレス温度を60
℃とし、ストレス印加時間を1時間とし、測定環境をダーク環境及び光照射環境(白色L
EDにて約10000lxの光を照射)の2つの環境で、それぞれ行った。すなわち、ト
ランジスタのソース電極とドレイン電極を同電位とし、ゲート電極にはソース電極及びド
レイン電極とは異なる電位を一定時間(ここでは1時間)印加した。
プラスストレスとし、ゲート電極に与える電位がソース電極及びドレイン電極の電位より
も低い場合をマイナスストレスとした。したがって、測定環境と合わせて、プラスGBT
(ダーク)、マイナスGBT(ダーク)、プラスGBT(光照射)、及びマイナスGBT
(光照射)の合計4条件にて信頼性評価を実施した。なお、プラスGBT(ダーク)をP
BTS(Positive Bias Temperature Stress)とし、
マイナスGBT(ダーク)を、NBTS(Nagative Bias Tempera
ture Stress)とし、プラスGBT(光照射)をPBITS(Positiv
e Bias Illuminations Temperature Stress)
とし、マイナスGBT(光照射)をNBITS(Nagative Bias Illu
minations Temperature Stress)として、以下記載する。
、図76において、縦軸がトランジスタのしきい値電圧の変化量(ΔVth)及びシフト
値の変化量(ΔShift)を、横軸が各試料名、プロセス条件等を、それぞれ示す。な
お、Shift値とは、トランジスタのドレイン電流(Id)−ゲート電圧(Vg)特性
における、対数で表されるドレイン電流(Id)の最大の傾きの接線と1×10−12A
の軸との交点のゲート電圧(Vg)である。また、ΔShiftとは、Shift値の変
化量である。
におけるしきい値電圧の変化量(ΔVth)、及びShift値の変化量(ΔShift
)が、±4以内であった。また、試料D3と試料E3とを比較した場合、試料D3の方が
GBT試験前後におけるトランジスタの変動量が少ないことがわかる。また、試料F3と
試料G3とを比較した場合、試料F3の方がGBT試験前後におけるトランジスタの変動
量が少ないことがわかる。すなわち、酸化物半導体膜108のバックチャネル側の洗浄工
程を行った方が、GBT試験前後におけるトランジスタの変動量が少ない。
。
102 基板
104 導電膜
106 絶縁膜
107 絶縁膜
108 酸化物半導体膜
108a 酸化物半導体膜
108b 酸化物半導体膜
108b_0 酸化物半導体膜
108c 酸化物半導体膜
108c_0 酸化物半導体膜
112 導電膜
112a 導電膜
112b 導電膜
112c 導電膜
114 絶縁膜
116 絶縁膜
118 絶縁膜
120 酸化物半導体膜
120a 酸化物半導体膜
120a_1 酸化物半導体膜
120a_2 酸化物半導体膜
120b 酸化物半導体膜
120b_1 酸化物半導体膜
120b_2 酸化物半導体膜
120c 酸化物半導体膜
140 酸素
150 トランジスタ
150A トランジスタ
150B トランジスタ
152a 開口部
152b 開口部
152c 開口部
152d 開口部
160 トランジスタ
170 トランジスタ
170A トランジスタ
191 ターゲット
192 プラズマ
193 ターゲット
194 プラズマ
302 基板
312a 導電膜
312b 導電膜
314 絶縁膜
316 絶縁膜
318 絶縁膜
320 酸化物半導体膜
352a 開口部
352b 開口部
352c 開口部
352d 開口部
354a 開口部
354b 開口部
450 表示部
451 ウィンドウ
452a 画像
452b 画像
453 ボタン
455 ウィンドウ
456 文書情報
457 スクロールバー
501 画素回路
502 画素部
504 駆動回路部
504a ゲートドライバ
504b ソースドライバ
506 保護回路部
507 端子部
510 トランジスタ
512 抵抗素子
532 基板
542a 電極
542b 電極
544 絶縁膜
546 絶縁膜
548 絶縁膜
550 酸化物半導体膜
552 トランジスタ
554 トランジスタ
556 トランジスタ
558 抵抗素子
562 容量素子
572 発光素子
572m 発光素子
600 基板
601 基板
602 ゲート配線
604 容量配線
605 容量配線
613 配線
615 ゲート配線
616 配線
618 ドレイン電極
623 絶縁膜
624 画素電極
625 絶縁膜
626 画素電極
627 絶縁膜
628 トランジスタ
629 トランジスタ
630 容量素子
631 容量素子
633 開口
636 着色膜
640 コモン電極
644 構造体
645 配向膜
646 スリット
647 スリット
648 配向膜
650 液晶層
651 液晶素子
652 液晶素子
702 基板
704 導電膜
706 絶縁膜
707 絶縁膜
708 酸化物半導体膜
712a 導電膜
712b 導電膜
712c 導電膜
714 絶縁膜
716 絶縁膜
718 絶縁膜
720 酸化物半導体膜
722 絶縁膜
724a 導電膜
724b 導電膜
726 構造体
728 EL層
730 導電膜
752a 開口部
752b 開口部
752c 開口部
808 酸化物半導体膜
811 基板
813 導電膜
815 絶縁膜
817 絶縁膜
819a 酸化物半導体膜
819b 酸化物半導体膜
819c コモン電極
821a 導電膜
821b 導電膜
823 絶縁膜
825 絶縁膜
827 絶縁膜
828 絶縁膜
829 コモン電極
851 液晶素子
852 トランジスタ
855 容量素子
870 画素
870a 画素
870b 画素
870c 画素
870d 画素
870e 画素
870f 画素
871 画素部
874 ゲートドライバ
875 コモン線
876 ソースドライバ
877 走査線
879 信号線
880 液晶表示装置
904 導電膜
906 絶縁膜
907 絶縁膜
912 導電膜
914 絶縁膜
916 絶縁膜
918 絶縁膜
920 酸化物半導体膜
930a 開口部
930b 開口部
940 絶縁膜
942 シール材
944 異方性導電膜
2000 タッチパネル
2001 タッチパネル
2501 表示装置
2502t トランジスタ
2503c 容量素子
2503t トランジスタ
2504 走査線駆動回路
2505 画素
2509 FPC
2510 基板
2510a 絶縁層
2510b 可撓性基板
2510c 接着層
2511 配線
2519 端子
2521 絶縁層
2522 絶縁層
2528 隔壁
2529 液晶層
2530a スペーサ
2530b スペーサ
2531 絶縁層
2550 EL素子
2551 液晶素子
2560 封止層
2567 着色層
2568 遮光層
2569 反射防止層
2570 基板
2570a 絶縁層
2570b 可撓性基板
2570c 接着層
2580 発光モジュール
2590 基板
2591 電極
2592 電極
2593 絶縁層
2594 配線
2595 タッチセンサ
2597 接着層
2598 配線
2599 接続層
2601 パルス電圧出力回路
2602 電流検出回路
2603 容量
2611 トランジスタ
2612 トランジスタ
2613 トランジスタ
2621 電極
2622 電極
3000 成膜装置
3010 加工部材
3180 成膜室
3181a 原料供給部
3181b 原料供給部
3182 制御部
3182a 流量制御器
3182b 流量制御器
3182c 流量制御器
3182h 加熱機構
3183 導入口
3184 排出口
3185 排気装置
3186 支持部
3187 加熱機構
3188 扉
5100 ペレット
5120 基板
5161 領域
5200 ペレット
5201 イオン
5202 横成長部
5203 粒子
5220 基板
5230 ターゲット
5240 プラズマ
5260 加熱機構
8000 表示モジュール
8001 上部カバー
8002 下部カバー
8003 FPC
8004 タッチパネル
8005 FPC
8006 表示パネル
8007 バックライト
8008 光源
8009 フレーム
8010 プリント基板
8011 バッテリ
9000 筐体
9001 表示部
9003 スピーカ
9005 操作キー
9006 接続端子
9007 センサ
9008 マイクロフォン
9050 操作ボタン
9051 情報
9052 情報
9053 情報
9054 情報
9055 ヒンジ
9100 携帯情報端末
9101 携帯情報端末
9102 携帯情報端末
9200 携帯情報端末
9201 携帯情報端末
9500 表示装置
9501 表示パネル
9502 表示領域
9503 領域
9511 軸部
9512 軸受部
Claims (2)
- 発光素子と、
画像信号に従って、前記発光素子への電流の供給を制御する第1のトランジスタと、
前記画像信号の画素への入力を制御する第2のトランジスタと、を有し、
前記第1のトランジスタは、前記第1のトランジスタのチャネル形成領域を有する第1の半導体膜の下方に、前記第1のトランジスタの第1のゲート電極としての機能を有する第1の導電膜を有し、
前記第1のトランジスタは、前記第1の半導体膜の上方に、前記第1のトランジスタの第2のゲート電極としての機能を有する第2の導電膜を有し、
前記第1のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、第3の導電膜を介して、前記発光素子の第1の画素電極と電気的に接続され、
前記第2のトランジスタのソースまたはドレインの一方としての機能を有する第4の導電膜は、前記第1の導電膜上方の第1の絶縁膜が有する開口部を介して、前記第1の導電膜と電気的に接続され、
前記第1の画素電極及び第2の画素電極は、前記第2の導電膜上方の第2の絶縁膜の上面と接する領域を有し、
前記第1の導電膜は、前記第1の画素電極と重なる領域を有し、かつ、前記第2の画素電極と重なる領域を有する表示装置。 - 発光素子と、
画像信号に従って、前記発光素子への電流の供給を制御する第1のトランジスタと、
前記画像信号の画素への入力を制御する第2のトランジスタと、を有し、
前記第1のトランジスタは、前記第1のトランジスタのチャネル形成領域を有する第1の半導体膜の下方に、前記第1のトランジスタの第1のゲート電極としての機能を有する第1の導電膜を有し、
前記第1のトランジスタは、前記第1の半導体膜の上方に、前記第1のトランジスタの第2のゲート電極としての機能を有する第2の導電膜を有し、
前記第1のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、第3の導電膜を介して、前記発光素子の第1の画素電極と電気的に接続され、
前記第2のトランジスタのソースまたはドレインの一方としての機能を有する第4の導電膜は、前記第1の導電膜上方の第1の絶縁膜が有する開口部を介して、前記第1の導電膜と電気的に接続され、
前記第1の画素電極及び第2の画素電極は、前記第2の導電膜上方の第2の絶縁膜の上面と接する領域を有し、
前記第1の導電膜は、前記第1の画素電極と重なる領域を有し、かつ、前記第2の画素電極と重なる領域を有し、
前記第2の導電膜は、前記第1の画素電極と重なる領域を有する表示装置。
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