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Description

酸化物半導体を用いる半導体装置及びその作製方法に関する。
なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装
置全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。
近年、絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜(厚さ数~数百nm程度)を用
いて薄膜トランジスタ(TFT)を構成する技術が注目されている。薄膜トランジスタは
ICや電気光学装置のような電子デバイスに広く応用され、特に画像表示装置のスイッチ
ング素子として開発が急がれている。金属酸化物は多様に存在しさまざまな用途に用いら
れている。
金属酸化物の中には半導体特性を示すものがある。半導体特性を示す金属酸化物としては
、例えば、酸化タングステン、酸化錫、酸化インジウム、酸化亜鉛などがあり、このよう
な半導体特性を示す金属酸化物をチャネル形成領域とする薄膜トランジスタが既に知られ
ている(特許文献1及び特許文献2)。
特開2007-123861号公報 特開2007-96055号公報
安定した電気特性を有する薄膜トランジスタを有する、信頼性の高い半導体装置を作製し
、提供することを課題の一とする。
薄膜トランジスタの酸化物半導体層を覆う絶縁層にボロン元素またはアルミニウム元素を
含ませる。ボロン元素またはアルミニウム元素を含む絶縁層は、ボロン元素またはアルミ
ニウム元素を含むシリコンターゲットまたは酸化シリコンターゲットを用いるスパッタ法
により形成する。
ボロン元素を含む絶縁層のボロン含有量は、1×1018cm-3以上1×1022cm
-3以下、好ましくは1×1020cm-3以上5×1020cm-3以下とする。また
、アルミニウム元素を含む絶縁層のアルミニウム含有量は、3×1019cm-3以上1
×1022cm-3以下、好ましくは1×1020cm-3以上5×1020cm-3
下とする。
これらの濃度範囲は、2次イオン質量分析法(SIMS)で得られたもの、またはそのデ
ータに基づいて得られる。
また、ボロン元素またはアルミニウム元素を含む絶縁層を形成する前にNO、N、A
rなどのガスを用いたプラズマ処理を行う。NO、N、Arなどのガスを用いたプラ
ズマ処理は、酸化物半導体層の吸着水や水素を除去し、酸化物半導体層とボロン元素また
はアルミニウム元素を含む絶縁層との間に混入する水分などを低減する。
また、ボロン元素に代えてアンチモン元素(Sb)やリン元素(P)を含む絶縁層で薄膜
トランジスタの酸化物半導体層を覆う構成としてもよい。また、ボロン元素やアンチモン
元素やアルミニウム元素やリン元素のうち、複数を含む絶縁層、例えば、ボロン元素とリ
ン元素の両方を含む絶縁層で薄膜トランジスタの酸化物半導体層を覆う構成としてもよい
。アンチモン元素(Sb)を含む絶縁層のアンチモン含有量は、1×1019cm-3
上3×1021cm-3以下とする。また、リン元素(P)を含む絶縁層のリン含有量は
、1×1019cm-3以上3×1021cm-3以下とする。
ボロン元素やアンチモン元素やアルミニウム元素やリン元素を含む酸化珪素からなる絶縁
層は、これらを含まない酸化珪素からなる絶縁層に比べてガラス化しやすいため、室温か
ら150℃までの湿度条件では水分吸着力が小さく、酸化物半導体層との界面に水分や水
素などが侵入することを防ぐことができる。なお、本明細書において、ガラス化とは酸化
珪素が結晶化なしに硬質化することを指している。
また、ボロン元素やアンチモン元素やアルミニウム元素やリン元素を含む酸化珪素からな
る絶縁層で薄膜トランジスタの酸化物半導体層の上下を挟む構成として、水などの侵入を
防ぎ、信頼性を向上させてもよい。酸化物半導体層の下にボロン元素やアンチモン元素や
アルミニウム元素やリン元素を含む絶縁層を配置する場合には、基板と接する下地絶縁層
またはゲート電極層を覆うゲート絶縁層の一層とする。
また、スパッタ法の成膜条件を変えた単層の絶縁層、またはスパッタ法の成膜条件を変え
て積層した絶縁層を用いてもよい。例えば、ボロン元素の濃度勾配を有する酸化珪素から
なる絶縁層を用いてもよい。また、ボロン元素を含む酸化珪素からなる絶縁層と、ボロン
元素を含まない酸化珪素からなる絶縁層との2層構造としてもよい。また、3層以上の積
層構造とし、ボロン元素を含む酸化珪素からなる絶縁層と、ボロン元素を含まない酸化珪
素からなる絶縁層を繰り返し配置させてもよい。
本明細書で開示する本発明の一態様は、基板上に第1の絶縁層と、第1の絶縁層上に酸化
物半導体層と、酸化物半導体層上に第2の絶縁層とを有し、第1の絶縁層及び第2の絶縁
層は、ボロン元素、またはアルミニウム元素を1×1018cm-3以上1×1022
-3以下含むことを特徴とする半導体装置である。
また、本発明の他の一態様は、基板上に第1の絶縁層と、第1の絶縁層上に酸化物半導体
層と、酸化物半導体層上に第2の絶縁層とを有し、第1の絶縁層及び第2の絶縁層は、リ
ン元素、またはアンチモン元素を1×1019cm-3以上3×1021cm-3以下含
むことを特徴とする半導体装置である。
上記各構成において、第2の絶縁層は前記酸化物半導体層と接する。
また、上記各構成において、第2の絶縁層と酸化物半導体層との間には、酸化珪素からな
る第3の絶縁層を有し、該第3の絶縁層は、ボロン元素、アルミニウム元素、リン元素、
及びアンチモン元素を含まない構成とする。
上記各構成は、上記課題の少なくとも一つを解決する。
また、上記構造を実現するための本発明の一態様は、基板上にゲート電極層を形成し、
ゲート電極層上に酸化物半導体層を形成し、酸化物半導体層を脱水化または脱水素化した
後、大気に触れることなく、酸化物半導体層への水や水素の混入を防ぎ、酸化物半導体層
にNO、N、またはArを用いたプラズマ処理を行い、プラズマ処理の後、酸化物半
導体層の少なくとも一部と接する絶縁層を形成する半導体装置の作製方法である。
上記作製方法において、さらに絶縁層上にスパッタ法でボロン元素、アルミニウム元素、
リン元素、またはアンチモン元素を含む第2の絶縁層を形成する。ボロン元素、アルミニ
ウム元素、リン元素、またはアンチモン元素を含む第2の絶縁層により、室温から150
℃までの湿度条件では水分吸着力が小さく、酸化物半導体層との界面に水分や水素などが
侵入することを防ぐことができる。
また、他の作製方法に関する本発明の一態様は、基板上にゲート電極層を形成し、ゲート
電極層上にスパッタ法で第1の絶縁層を形成し、第1の絶縁層上に酸化物半導体層を形成
し、酸化物半導体層を脱水化または脱水素化した後、大気に触れることなく、酸化物半導
体層への水や水素の混入を防ぎ、酸化物半導体層にNO、N、またはArを用いたプ
ラズマ処理を行い、酸化物半導体層上にスパッタ法で第2の絶縁層を形成し、第1の絶縁
層及び第2の絶縁層は、シリコンターゲットを用いたスパッタ法で形成され、ボロン元素
、アルミニウム元素、リン元素、またはアンチモン元素を含むことを特徴とする半導体装
置の作製方法である。
上記作製方法において、さらにプラズマ処理の後、酸化物半導体層の少なくとも一部と接
する第3の絶縁層を形成する。第3の絶縁層は、シリコンターゲットを用いたスパッタ法
で形成される酸化珪素である。なお、第3の絶縁層は、第1の絶縁層及び第2の絶縁層と
比べてボロン元素、アルミニウム元素、リン元素、またはアンチモン元素の各濃度が低い
、若しくは、これらの元素が測定下限以下とする。
なお、酸化物半導体層としては、InMO(ZnO)(m>0)で表記される薄膜で
あり、その薄膜を酸化物半導体層として用いた薄膜トランジスタを作製する。なお、Mは
、Ga、Fe、Ni、Mn及びCoから選ばれた一の金属元素または複数の金属元素を示
す。例えばMとして、Gaの場合があることの他、GaとNiまたはGaとFeなど、G
a以外の上記金属元素が含まれる場合がある。また、上記酸化物半導体において、Mとし
て含まれる金属元素の他に、不純物元素としてFe、Niその他の遷移金属元素、または
該遷移金属の酸化物が含まれているものがある。本明細書においては、InMO(Zn
O)(m>0)で表記される構造の酸化物半導体層のうち、MとしてGaを含む構造の
酸化物半導体をIn-Ga-Zn-O系酸化物半導体とよび、その薄膜をIn-Ga-Z
n-O系膜とも呼ぶ。
また、酸化物半導体層に適用する金属酸化物として上記の他にも、In-Sn-O系、I
n-Sn-Zn-O系、In-Al-Zn-O系、Sn-Ga-Zn-O系、Al-Ga
-Zn-O系、Sn-Al-Zn-O系、In-Zn-O系、Sn-Zn-O系、Al-
Zn-O系、In-O系、Sn-O系、Zn-O系の金属酸化物を適用することができる
。また上記金属酸化物からなる酸化物半導体層中に酸化珪素を含ませてもよい。
また、脱水化または脱水素化は、窒素、または希ガス(アルゴン、ヘリウムなど)の不活
性気体雰囲気下での400℃以上750℃以下、好ましくは425℃以上基板の歪み点未
満の加熱処理であり、酸化物半導体層の含有水分などの不純物を低減する。
脱水化または脱水素化のための加熱処理は、電気炉を用いた加熱方法、加熱した気体を用
いるGRTA(Gas Rapid Thermal Anneal)法またはランプ光
を用いるLRTA(Lamp Rapid Thermal Anneal)法などの瞬
間加熱方法などを用いることができる。
上記加熱処理は、脱水化または脱水素化後の酸化物半導体層に対してTDSで450℃ま
で測定を行っても水の2つのピーク、少なくとも300℃付近に現れる1つのピークは検
出されない程度の熱処理条件とする。従って、脱水化または脱水素化が行われた酸化物半
導体層を用いた薄膜トランジスタに対してTDSで450℃まで測定を行っても少なくと
も300℃付近に現れる水のピークは検出されない。
そして、酸化物半導体層に対して脱水化または脱水素化を行う加熱温度Tから温度を下げ
る際、脱水化または脱水素化を行った同じ炉を用いて大気に触れさせないことで、水また
は水素が混入させないことが重要である。脱水化または脱水素化を行い、酸化物半導体層
をN型化(N、Nなど)、即ち低抵抗化させた後、I型とさせて高抵抗化した酸化物
半導体層を用いて薄膜トランジスタを作製すると、薄膜トランジスタのしきい値電圧値を
プラスとすることができ、所謂ノーマリーオフのスイッチング素子を実現できる。薄膜ト
ランジスタのゲート電圧が0Vにできるだけ近い正のしきい値電圧でチャネルが形成され
ることが表示装置には望ましい。なお、薄膜トランジスタのしきい値電圧値がマイナスで
あると、ゲート電圧が0Vでもソース電極とドレイン電極の間に電流が流れる、所謂ノー
マリーオンとなりやすい。アクティブマトリクス型の表示装置においては、回路を構成す
る薄膜トランジスタの電気特性が重要であり、この電気特性が表示装置の性能を左右する
。特に、薄膜トランジスタの電気特性のうち、しきい値電圧(Vth)が重要である。電
界効果移動度が高くともしきい値電圧値が高い、或いはしきい値電圧値がマイナスである
と、回路として制御することが困難である。しきい値電圧値が高く、しきい値電圧の絶対
値が大きい薄膜トランジスタの場合には、駆動電圧が低い状態ではTFTとしてのスイッ
チング機能を果たすことができず、負荷となる恐れがある。nチャネル型の薄膜トランジ
スタの場合、ゲート電圧に正の電圧を印加してはじめてチャネルが形成されて、ドレイン
電流が流れ出すトランジスタが望ましい。駆動電圧を高くしないとチャネルが形成されな
いトランジスタや、負の電圧状態でもチャネルが形成されてドレイン電流が流れるトラン
ジスタは、回路に用いる薄膜トランジスタとしては不向きである。
本明細書では、窒素、または希ガス(アルゴン、ヘリウムなど)の不活性気体雰囲気下で
の加熱処理を脱水化または脱水素化のための加熱処理と呼ぶ。本明細書では、この加熱処
理によってHとして脱離させていることのみを脱水素化と呼んでいるわけではなく、H
、OHなどを脱離することを含めて脱水化または脱水素化と便宜上呼ぶこととする。
また、酸化物半導体層を用いた薄膜トランジスタは、電子デバイスや光デバイスに用いる
ことができる。例えば、液晶表示装置のスイッチング素子や、発光装置のスイッチング素
子や、電子ペーパのスイッチング素子などに酸化物半導体層を用いた薄膜トランジスタを
用いることができる。
また、表示装置に限らず、大電力制御用の絶縁ゲート型半導体装置、特にパワーMOSデ
バイスと呼ばれる半導体装置を作製することもできる。パワーMOSデバイスとしては、
MOSFET、IGBTなどが挙げられる。
ボロン元素やアンチモン元素やアルミニウム元素やリン元素を含む酸化珪素からなる絶縁
層を薄膜トランジスタの酸化物半導体層の上方または下方に設ける構成として、水などの
侵入を防ぎ、薄膜トランジスタの信頼性を向上させることができる。
本発明の一態様を示す断面図である。 本発明の一態様を示す断面図である。 本発明の一態様を示す断面図である。 本発明の一態様を示す画素の等価回路である。 本発明の一態様を示す表示装置の断面図である。 本発明の一態様を示す表示装置の上面図及び断面図である。 本発明の一態様を示す表示装置の上面図及び断面図である。 本発明の一態様を示す断面図である。 本発明の一態様を示す上面図である。 本発明の一態様を示す上面図である。 本発明の一態様を示す画素の等価回路である。 本発明の一態様を示す断面図である。 電子機器の一例を示す図である。 電子機器の一例を示す図である。 電子機器の一例を示す図である。 電子機器の一例を示す図である。 電子機器の一例を示す図である。 酸化珪素膜中のボロン元素の濃度を示すグラフである。
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は
以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれ
ば容易に理解される。また、本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。
(実施の形態1)
図1(D)に、基板上に作製されたボトムゲート構造の一つである薄膜トランジスタの断
面構造の一例を示す。
図1(D)に示す薄膜トランジスタ410はチャネルエッチ型の薄膜トランジスタであり
、絶縁表面を有する基板400上に、ゲート電極層411、第1のゲート絶縁層402a
、第2のゲート絶縁層402b、少なくともチャネル形成領域413、高抵抗ソース領域
414a、及び高抵抗ドレイン領域414bを有する酸化物半導体層、ソース電極層41
5a、及びドレイン電極層415bを含む。また、薄膜トランジスタ410を覆い、チャ
ネル形成領域413に接する酸化物絶縁層416が設けられ、さらにその上に保護絶縁層
403が設けられている。
保護絶縁層403として、スパッタ法で得られるボロン元素やアンチモン元素やアルミニ
ウム元素やリン元素を含む酸化珪素からなる絶縁層を用いる。ボロン元素やアンチモン元
素やアルミニウム元素やリン元素を含む酸化珪素からなる保護絶縁層は、これらを含まな
い酸化珪素からなる絶縁層に比べてガラス化しやすいため、室温から150℃までの湿度
条件では水分吸着力が小さく、酸化物半導体層との界面に水分や水素などが侵入すること
を防ぐことができる。
さらに、第1のゲート絶縁層402aとして、スパッタ法で得られるボロン元素やアンチ
モン元素やアルミニウム元素やリン元素を含む酸化珪素からなる絶縁層を用い、ボロン元
素やアンチモン元素やアルミニウム元素やリン元素を含む酸化珪素からなる絶縁層で薄膜
トランジスタの酸化物半導体層の上下を挟む構成として、水などの侵入を防ぎ、信頼性を
向上させてもよい。
また、薄膜トランジスタ410はシングルゲート構造の薄膜トランジスタを用いて説明し
たが、必要に応じて、チャネル形成領域を複数有するマルチゲート構造の薄膜トランジス
タも形成することができる。
以下、図1(A)乃至図1(D)を用い、基板上に薄膜トランジスタ410を作製する工
程を説明する。
まず、絶縁表面を有する基板400上に導電膜を形成した後、第1のフォトリソグラフィ
工程によりゲート電極層411を形成する。なお、レジストマスクをインクジェット法で
形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用し
ないため、製造コストを低減できる。
絶縁表面を有する基板400に使用することができる基板に大きな制限はないが、少なく
とも、後の加熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有していることが必要となる。バリウムホ
ウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板を用いることができる。
また、ガラス基板としては、後の加熱処理の温度が高い場合には、歪み点が730℃以上
のものを用いると良い。また、ガラス基板には、例えば、アルミノシリケートガラス、ア
ルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスなどのガラス材料が用いられている
。なお、ホウ酸と比較して酸化バリウム(BaO)を多く含ませることで、より実用的な
耐熱ガラスが得られる。このため、BよりBaOを多く含むガラス基板を用いるこ
とが好ましい
なお、上記のガラス基板に代えて、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などの絶
縁体でなる基板を用いても良い。他にも、結晶化ガラスなどを用いることができる。
また、ゲート電極層411の材料は、Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、Wから選ば
れた元素、または上述した元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金等
を用いることができる。
次いで、ゲート電極層411上にゲート絶縁層を形成する。
ゲート絶縁層は、プラズマCVD法又はスパッタ法等を用いて、酸化珪素層、窒化珪素層
、酸化窒化珪素層又は窒化酸化珪素層を単層で又は積層して形成することができる。例え
ば、成膜ガスとして、SiH、酸素及び窒素を用いてプラズマCVD法により酸化窒化
珪素層を形成すればよい。
本実施の形態では、膜厚50nm以上200nm以下の第1のゲート絶縁層402aと、
膜厚50nm以上300nm以下の第2のゲート絶縁層402bの積層のゲート絶縁層と
する。第1のゲート絶縁層402aとしてはボロン元素を含む柱状多結晶シリコンターゲ
ット(抵抗率1~10Ωcm)を用いるスパッタ法を用いて酸素雰囲気下で成膜を行い、
膜厚100nmの酸化珪素膜を得る。第1のゲート絶縁層402aの酸化珪素膜中にはボ
ロン元素が含まれる。なお、ボロン元素に限定されず、アルミニウム元素、リン元素、ま
たはアンチモン元素を用いてもよい。
また、第2のゲート絶縁層402bとしては、PCVD法による膜厚100nmの酸化珪
素膜を用いる。
また、下地膜となる絶縁膜を基板400とゲート電極層411の間に設けてもよい。下地
膜は、基板400からの不純物元素の拡散を防止する機能があり、窒化珪素膜、酸化珪素
膜、窒化酸化珪素膜、又は酸化窒化珪素膜から選ばれた一又は複数の膜による積層構造に
より形成することができる。また、下地膜としてボロン元素を含むシリコンターゲットを
用いるスパッタ法を用いて酸素雰囲気下で成膜して得られる酸化珪素膜を用いてもよい。
次いで、第2のゲート絶縁層402b上に、膜厚2nm以上200nm以下の酸化物半導
体膜430を形成する。酸化物半導体膜430の形成後に脱水化または脱水素化のための
加熱処理を行っても酸化物半導体膜を非晶質な状態とするため、膜厚を50nm以下と薄
くすることが好ましい。酸化物半導体膜の膜厚を薄くすることで酸化物半導体層の形成後
に加熱処理した場合に、結晶化してしまうのを抑制することができる。
なお、酸化物半導体膜430をスパッタ法により成膜する前に、アルゴンガスを導入して
プラズマを発生させる逆スパッタを行い、第2のゲート絶縁層402bの表面に付着して
いるゴミを除去することが好ましい。逆スパッタとは、ターゲット側に電圧を印加せずに
、アルゴン雰囲気下で基板側にRF電源を用いて電圧を印加して基板近傍にプラズマを形
成して表面を改質する方法である。なお、アルゴン雰囲気に代えて窒素、ヘリウム、酸素
などを用いてもよい。
本実施の形態では、酸化物半導体膜430としてIn-Ga-Zn-O系酸化物半導体成
膜用ターゲットを用いてスパッタ法により成膜する。この段階での断面図が図1(A)に
相当する。また、酸化物半導体膜430は、希ガス(代表的にはアルゴン)雰囲気下、酸
素雰囲気下、又は希ガス(代表的にはアルゴン)及び酸素混合雰囲気下においてスパッタ
法により形成することができる。また、スパッタ法を用いる場合、SiOを2重量%以
上10重量%以下含むターゲットを用いて成膜を行い、酸化物半導体膜430に結晶化を
阻害するSiOx(X>0)を含ませ、後の工程で行う脱水化または脱水素化のための加
熱処理の際に結晶化してしまうのを抑制することが好ましい。
次いで、酸化物半導体膜430を第2のフォトリソグラフィ工程により島状の酸化物半導
体層に加工する。また、島状の酸化物半導体層を形成するためのレジストマスクをインク
ジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマ
スクを使用しないため、製造コストを低減できる。
次いで、酸化物半導体層の脱水化または脱水素化を行う。脱水化または脱水素化を行う第
1の加熱処理の温度は、400℃以上750℃以下、好ましくは400℃以上基板の歪み
点未満とする。ここでは、加熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化物半導
体層に対して窒素雰囲気下450℃において1時間の加熱処理を行った後、大気に触れる
ことなく、酸化物半導体層への水や水素の混入を防ぎ、酸化物半導体層431を得る(図
1(B)参照。)。
なお、加熱処理装置は電気炉に限られず、抵抗発熱体などの発熱体からの熱伝導または熱
輻射によって、被処理物を加熱する装置を備えていてもよい。例えば、GRTA(Gas
Rapid Thermal Anneal)装置、LRTA(Lamp Rapid
Thermal Anneal)装置等のRTA(Rapid Thermal An
neal)装置を用いることができる。LRTA装置は、ハロゲンランプ、メタルハライ
ドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧
水銀ランプなどのランプから発する光(電磁波)の輻射により、被処理物を加熱する装置
である。GRTA装置は、高温のガスを用いて加熱処理を行う装置である。気体には、ア
ルゴンなどの希ガス、または窒素のような、加熱処理によって被処理物と反応しない不活
性気体が用いられる。
例えば、第1の加熱処理として、650℃~700℃の高温に加熱した不活性ガス中に基
板を移動させて入れ、数分間加熱した後、基板を移動させて高温に加熱した不活性ガス中
から出すGRTAを行ってもよい。GRTAを用いると短時間での高温加熱処理が可能と
なる。
なお、第1の加熱処理においては、窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガス
雰囲気に、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、加熱処理装置に導入する
窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの純度を、6N(99.9999%
)以上、好ましくは7N(99.99999%)以上、(即ち不純物濃度を1ppm以下
、好ましくは0.1ppm以下)とすることが好ましい。
また、第1の加熱処理の条件、または酸化物半導体層の材料によっては、酸化物半導体層
が結晶化し、微結晶膜または多結晶膜となる場合もある。例えば、結晶化率が90%以上
、または80%以上の微結晶の酸化物半導体膜となる場合もある。また、第1の加熱処理
の条件、または酸化物半導体層の材料によっては、結晶成分を含まない非晶質の酸化物半
導体膜となる場合もある。
また、酸化物半導体層の第1の加熱処理は、島状の酸化物半導体層に加工する前の酸化物
半導体膜430に行うこともできる。その場合には、第1の加熱処理後に、加熱装置から
基板を取り出し、フォトリソグラフィ工程を行う。
次いで、第2のゲート絶縁層402b、及び酸化物半導体層431上に、金属導電膜を成
膜した後、第3のフォトリソグラフィ工程によりレジストマスクを形成し、選択的にエッ
チングを行って島状の金属電極層を形成する。金属導電膜の材料としては、Al、Cr、
Cu、Ta、Ti、Mo、Wから選ばれた元素、または上述した元素を成分とする合金か
、上述した元素を組み合わせた合金等がある。
金属導電膜としては、チタン層上にアルミニウム層と、該アルミニウム層上にチタン層が
積層された三層の積層構造、またはモリブデン層上にアルミニウム層と、該アルミニウム
層上にモリブデン層を積層した三層の積層構造とすることが好ましい。勿論、金属導電膜
として単層、または2層以上の積層構造としてもよい。
次いで、レジストマスクを除去し、第4のフォトリソグラフィ工程によりレジストマスク
を形成し、選択的にエッチングを行ってソース電極層415a、及びドレイン電極層41
5bを形成した後、レジストマスクを除去する(図1(C)参照)。なお、第4のフォト
リソグラフィ工程では、酸化物半導体層431は一部のみがエッチングされ、溝部(凹部
)を有する酸化物半導体層となることもある。また、ソース電極層415a、及びドレイ
ン電極層415bを形成するためのレジストマスクをインクジェット法で形成してもよい
。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造
コストを低減できる。
また、フォトリソグラフィ工程で用いるフォトマスク数及び工程数を削減するため、透過
した光が複数の強度となる露光マスクである多階調マスクによって形成されたレジストマ
スクを用いてエッチング工程を行ってもよい。多階調マスクを用いて形成したレジストマ
スクは複数の膜厚を有する形状となり、エッチングを行うことでさらに形状を変形するこ
とができるため、異なるパターンに加工する複数のエッチング工程に用いることができる
。よって、一枚の多階調マスクによって、少なくとも二種類以上の異なるパターンに対応
するレジストマスクを形成することができる。よって露光マスク数を削減することができ
、対応するフォトリソグラフィ工程も削減できるため、工程の簡略化が可能となる。
次いで、NO、N、またはArなどのガスを用いたプラズマ処理を行う。このプラズ
マ処理によって露出している酸化物半導体層の表面に付着した吸着水などを除去する。ま
た、酸素とアルゴンの混合ガスを用いてプラズマ処理を行ってもよい。
プラズマ処理を行った後、大気に触れることなく、酸化物半導体層の一部に接する保護絶
縁膜となる酸化物絶縁層416を形成する。
酸化物絶縁層416は、少なくとも1nm以上の膜厚とし、スパッタ法など、酸化物絶縁
層416に水、水素等の不純物を混入させない方法を適宜用いて形成することができる。
本実施の形態では、酸化物絶縁層416として膜厚200nmの酸化珪素膜をスパッタ法
を用いて成膜する。成膜時の基板温度は、室温以上300℃以下とすればよく、本実施の
形態では100℃とする。酸化珪素膜のスパッタ法による成膜は、希ガス(代表的にはア
ルゴン)雰囲気下、酸素雰囲気下、または希ガス(代表的にはアルゴン)及び酸素混合雰
囲気下において行うことができる。また、ターゲットとして酸化珪素ターゲットまたは珪
素ターゲットを用いることができる。例えば、珪素ターゲットを用いて、酸素、及び窒素
雰囲気下でスパッタ法により酸化珪素膜を形成することができる。脱水化または脱水素化
のための加熱処理と同時に酸素欠乏型となってN型化(低抵抗化)した酸化物半導体層に
接して形成する酸化物絶縁層416は、水分や、水素イオンや、OHなどの不純物を含
まず、これらが外部から侵入することをブロックする無機絶縁膜を用い、代表的には酸化
珪素膜、窒化酸化珪素膜、酸化アルミニウム膜、または酸化窒化アルミニウムなどを用い
る。
次いで、不活性ガス雰囲気下、または酸素ガス雰囲気下で第2の加熱処理(好ましくは2
00℃以上400℃以下、例えば250℃以上350℃以下)を行う。例えば、窒素雰囲
気下で250℃、1時間の第2の加熱処理を行う。第2の加熱処理を行うと、酸化物半導
体層の一部(チャネル形成領域)が酸化物絶縁層416と接した状態で加熱される。
以上の工程を経ることによって、成膜後の酸化物半導体膜に対して脱水化または脱水素化
のための加熱処理と同時に酸素欠乏型となってN型化(低抵抗化)した後、酸化物半導体
膜の一部を選択的に酸素過剰な状態とする。その結果、ゲート電極層411と重なるチャ
ネル形成領域413は、I型となり、ソース電極層415aに重なる高抵抗ソース領域4
14aと、ドレイン電極層415bに重なる高抵抗ドレイン領域414bとが自己整合的
に形成される。以上の工程で薄膜トランジスタ410が形成される。
なお、ドレイン電極層415b(及びソース電極層415a)と重畳した酸化物半導体層
において高抵抗ドレイン領域414b(又は高抵抗ソース領域414a)を形成すること
により、薄膜トランジスタの信頼性の向上を図ることができる。具体的には、高抵抗ドレ
イン領域414bを形成することで、ドレイン電極層415bから高抵抗ドレイン領域4
14b、チャネル形成領域413にかけて、導電性を段階的に変化させうるような構造と
することができる。そのため、ドレイン電極層415bを高電源電位VDDを供給する配
線に接続して動作させる場合、ゲート電極層411とドレイン電極層415bとの間に高
電圧が印加されても高抵抗ドレイン領域414bがバッファとなり局所的な電界集中が生
じにくく、トランジスタの耐圧を向上させた構成とすることができる。
次いで、第5のフォトリソグラフィ工程によりレジストマスクを形成し、選択的にエッチ
ングを行って酸化物絶縁層416の一部を除去して第2のゲート絶縁層402bの一部を
露出させる。
次いで、酸化物絶縁層416上に保護絶縁層403を形成する。また、露呈している第2
のゲート絶縁層402bの領域と接して保護絶縁層403が設けられる。保護絶縁層40
3としては、シリコンターゲットを用いたスパッタ法で得られるボロン元素やアンチモン
元素やアルミニウム元素やリン元素を含む酸化珪素からなる絶縁層を用いる。本実施の形
態では、保護絶縁層403として、ボロン元素を含む柱状多結晶シリコンターゲット(抵
抗率0.01Ωcm)を用いて酸素雰囲気下で膜厚100nmの酸化珪素膜を得る。
なお、シリコンウェハ上にボロン元素を含む酸化珪素からなる絶縁膜を300nm成膜し
、2次イオン質量分析法(SIMS)によりボロン元素の濃度を測定した。ボロン元素を
含む柱状多結晶シリコンターゲット(抵抗率0.01Ωcm)を用い、成膜条件として、
圧力0.4Pa、直流(DC)電源6kW、基板とターゲットの間の距離を89mm、基
板温度100℃、酸素雰囲気(酸素流量比率100%)下とし、パルス的にバイアスを与
えるパルスDCスパッタ法により成膜を行った。図18に測定結果を示す。図18に示す
ように、酸化珪素膜中のボロン元素濃度の平均値またはピーク値は、1×1018cm
以上1×1019cm-3以下である。なお、図18の測定結果は、ボロン元素だけで
なく、鉄元素、クロム元素、アルミニウム元素の分析も行った結果である。
図1(D)に示す薄膜トランジスタ410の構造とすることで、ボロン元素を含む保護絶
縁層403の形成後の製造プロセスにおいて、外部からの水分の侵入を防ぐことができる
。また、ボロン元素を含む保護絶縁層403を用いた薄膜トランジスタを有する半導体装
置、例えば液晶表示装置としてデバイスが完成した後にも長期的に外部からの水分の侵入
を防ぐことができ、デバイスの長期信頼性を向上することができる。さらに、ボロン元素
を含む保護絶縁層403を覆って窒化珪素膜を成膜して積層し、外部からの水分の侵入を
防ぐ構成としてもよい。
また、本実施の形態では一つの薄膜トランジスタの酸化物半導体層をボロン元素を含む酸
化珪素膜(第1のゲート絶縁層402a及び保護絶縁層403)で上下を挟む構成を示し
たが特に限定されず、複数の薄膜トランジスタの酸化物半導体層をボロン元素を含む酸化
珪素膜で挟む構成としてもよい。
また、薄膜トランジスタの酸化物半導体層をボロン元素を含む酸化珪素膜で挟む構成とす
ることに限定されず、少なくとも酸化物半導体層上方にボロン元素を含む酸化珪素膜を設
ける構成とすればよい。例えば、用いる基板400がボロン元素を含むガラス基板である
場合、ガラス基板の主成分は酸化珪素であるため、薄膜トランジスタの酸化物半導体層上
方にボロン元素を含む酸化珪素膜を設けると、薄膜トランジスタの酸化物半導体層をボロ
ン元素を含む酸化珪素で挟んだ構成になると言える。
(実施の形態2)
本実施の形態では、実施の形態1とは異なる構造の薄膜トランジスタを一例として以下に
説明する。図2(D)に薄膜トランジスタの断面構造の一例を示す。
図2(D)に示す薄膜トランジスタ460は逆コプラナ型(ボトムコンタクト型とも呼ぶ
)の薄膜トランジスタであり、絶縁表面を有する基板450上に、ゲート電極層451、
第1のゲート絶縁層452a、第2のゲート絶縁層452b、少なくともチャネル形成領
域454を有する酸化物半導体層、ソース電極層455a、及びドレイン電極層455b
を含む。また、薄膜トランジスタ460を覆い、チャネル形成領域454に接する酸化物
絶縁層456が設けられている。さらに図2(D)に示す薄膜トランジスタ460は、そ
の上に保護絶縁層457が設けられている。
保護絶縁層457として、スパッタ法で得られるボロン元素やアンチモン元素やアルミニ
ウム元素やリン元素を含む酸化珪素からなる絶縁層を用いる。本実施の形態では、ボロン
元素を含む酸化珪素膜を酸化物絶縁層456及び保護絶縁層457として用いる。
以下、図2(A)乃至図2(D)を用い、基板上に薄膜トランジスタ460を作製する工
程を説明する。
実施の形態1と同様に、絶縁表面を有する基板450上にゲート電極層451を設ける。
また、下地膜となる絶縁膜を基板450とゲート電極層451の間に設けてもよい。
次いで、実施の形態1と同様に、ゲート電極層451上に第1のゲート絶縁層452a、
及び第2のゲート絶縁層452bを形成する。第1のゲート絶縁層452aとしてはボロ
ン元素を含む柱状多結晶シリコンターゲット(抵抗率1~10Ωcm)を用いるスパッタ
法を用いて酸素雰囲気下で成膜を行い、膜厚50nmの酸化珪素膜を用いる。第1のゲー
ト絶縁層452aの酸化珪素膜中にはボロン元素が含まれる。また、第2のゲート絶縁層
452bとしては、PCVD法による膜厚100nmの酸化窒化珪素膜を用いる。
次いで、第2のゲート絶縁層452b上に、金属導電膜を形成した後、第2のフォトリソ
グラフィ工程によりレジストマスクを形成し、選択的にエッチングを行ってソース電極層
455a、及びドレイン電極層455bを形成する。金属導電膜の材料としては、Al、
Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、Wから選ばれた元素、または上述した元素を成分とする
合金か、上述した元素を組み合わせた合金等がある。
次いで、レジストマスクを除去し、第2のゲート絶縁層452b、ソース電極層455a
、及びドレイン電極層455b上に酸化物半導体膜459を成膜する。
本実施の形態では、酸化物半導体膜459としてIn-Ga-Zn-O系酸化物半導体成
膜用ターゲットを用いてスパッタ法により成膜する。この段階での断面図が図2(A)に
相当する。また、酸化物半導体膜459は、希ガス(代表的にはアルゴン)雰囲気下、酸
素雰囲気下、又は希ガス(代表的にはアルゴン)及び酸素混合雰囲気下においてスパッタ
法により形成することができる。また、スパッタ法を用いる場合、SiOを2重量%以
上10重量%以下含むターゲットを用いて成膜を行い、酸化物半導体膜459に結晶化を
阻害するSiOx(X>0)を含ませ、後の工程で行う脱水化または脱水素化のための加
熱処理の際に結晶化してしまうのを抑制することが好ましい。
なお、酸化物半導体膜459をスパッタ法により成膜する前に、アルゴンガスを導入して
プラズマを発生させる逆スパッタを行い、第2のゲート絶縁層452bの表面に付着して
いるゴミを除去することが好ましい。逆スパッタとは、ターゲット側に電圧を印加せずに
、アルゴン雰囲気下で基板側にRF電源を用いて電圧を印加して基板近傍にプラズマを形
成して表面を改質する方法である。なお、アルゴン雰囲気に代えて窒素、ヘリウム、酸素
などを用いてもよい。
次いで、酸化物半導体膜459を第3のフォトリソグラフィ工程により島状の酸化物半導
体層453に加工する。また、島状の酸化物半導体層を形成するためのレジストマスクを
インクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフ
ォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
次いで、酸化物半導体層の脱水化または脱水素化を行う。脱水化または脱水素化を行う第
1の加熱処理の温度は、400℃以上750℃以下、好ましくは400℃以上基板の歪み
点未満とする。ここでは、加熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化物半導
体層に対して窒素雰囲気下450℃において1時間の加熱処理を行った後、大気に触れる
ことなく、酸化物半導体層への水や水素の混入を防ぎ、酸化物半導体層453を得る(図
2(B)参照。)。
また、第1の加熱処理として、650℃~700℃の高温に加熱した不活性ガス中に基板
を移動させて入れ、数分間加熱した後、基板を移動させて高温に加熱した不活性ガス中か
ら出すGRTAを行ってもよい。GRTAを用いると短時間での高温加熱処理が可能とな
る。
また、第1の加熱処理の条件、または酸化物半導体層の材料によっては、酸化物半導体層
が結晶化し、微結晶膜または多結晶膜となる場合もある。
また、酸化物半導体層の第1の加熱処理は、島状の酸化物半導体層に加工する前の酸化物
半導体膜459に行うこともできる。その場合には、第1の加熱処理後に、加熱装置から
基板を取り出し、フォトリソグラフィ工程を行う。
次いで、NO、N、またはArなどのガスを用いたプラズマ処理を行う。このプラズ
マ処理によって露出している酸化物半導体層の表面に付着した吸着水などを除去する。ま
た、酸素とアルゴンの混合ガスを用いてプラズマ処理を行ってもよい。
プラズマ処理を行った後、大気に触れることなく、酸化物半導体層に接する保護絶縁膜と
なる酸化物絶縁層456を形成する(図2(C)参照。)。酸化物絶縁層456は、少な
くとも1nm以上の膜厚とし、スパッタ法など、酸化物絶縁層456に水、水素等の不純
物を混入させない方法を適宜用いて形成することができる。
スパッタ法にはスパッタ用電源に高周波電源を用いるRFスパッタ法、直流電源を用いる
DCスパッタ法、さらにパルス的にバイアスを与えるパルスDCスパッタ法がある。
また、材料の異なるターゲットを複数設置できる多元スパッタ装置もある。多元スパッタ
装置は、同一チャンバーで異なる材料膜を積層成膜することも、同一チャンバーで複数種
類の材料を同時に放電させて成膜することもできる。
また、チャンバー内部に磁石機構を備えたマグネトロンスパッタ法を用いるスパッタ装置
や、グロー放電を使わずマイクロ波を用いて発生させたプラズマを用いるECRスパッタ
法を用いるスパッタ装置がある。
また、スパッタ法を用いる成膜方法として、成膜中にターゲット物質とスパッタガス成分
とを化学反応させてそれらの化合物薄膜を形成するリアクティブスパッタ法や、成膜中に
基板にも電圧をかけるバイアススパッタ法もある。
次いで、酸化物絶縁層456上に保護絶縁層457を形成する(図2(D)参照。)。保
護絶縁層457としては、シリコンターゲットを用いたスパッタ法で得られるボロン元素
やアンチモン元素やアルミニウム元素やリン元素を含む酸化珪素からなる絶縁層を用いる
本実施の形態では、ボロン元素を含む第1のシリコンターゲットと、第1のシリコンター
ゲットよりも多くボロン元素を含む第2のシリコンターゲットの2つを同一チャンバー内
に設置し、酸素雰囲気下で使用するターゲットをシャッターにより切り替えて同一チャン
バー内で連続的に成膜を行うことで酸化物絶縁層456と保護絶縁層457を積層する。
本実施の形態では、酸化物絶縁層456として膜厚200nmのボロン元素を含む酸化珪
素膜と、保護絶縁層457として、膜厚100nmのボロン元素を含む酸化珪素膜とを形
成する。なお、保護絶縁層457に含まれるボロン元素の濃度は、酸化物絶縁層456に
含まれる濃度よりも高い。これらの絶縁層の成膜時の基板温度は、室温以上300℃以下
とすればよく、本実施の形態では100℃とする。酸化珪素膜のスパッタ法による成膜は
、希ガス(代表的にはアルゴン)雰囲気下、酸素雰囲気下、または希ガス(代表的にはア
ルゴン)及び酸素混合雰囲気下において行うことができる。また、ターゲットとして酸化
珪素ターゲットまたはシリコンターゲットを用いることができる。
また、酸素雰囲気下で使用するターゲットをシャッターにより複数回切り替えてボロン元
素の濃度の高い絶縁層とボロン元素の濃度の低い絶縁層との4層以上の積層を保護絶縁層
457としてもよい。
また、ボロン元素を含まないシリコンターゲットと、ボロン元素を含むシリコンターゲッ
トの2つのターゲットを同一チャンバー内に配置し、同時にスパッタリングを行う、所謂
、共スパッタリングを用いてボロン元素の濃度勾配を有する保護絶縁層457を形成して
もよい。
次いで、不活性ガス雰囲気下、または酸素ガス雰囲気下で第2の加熱処理(好ましくは2
00℃以上400℃以下、例えば250℃以上350℃以下)を行う。例えば、窒素雰囲
気下で250℃、1時間の第2の加熱処理を行う。第2の加熱処理を行うと、酸化物半導
体層が酸化物絶縁層456と接した状態で加熱される。
以上の工程で薄膜トランジスタ460が形成される。
図2(C)に示す薄膜トランジスタ460の構造とすることで、ボロン元素を含む保護絶
縁層457の形成後の製造プロセスにおいて、外部からの水分の侵入を防ぐことができる
。また、ボロン元素を含む保護絶縁層457を用いた薄膜トランジスタを有する半導体装
置、例えば液晶表示装置としてデバイスが完成した後にも長期的に外部からの水分の侵入
を防ぐことができ、デバイスの長期信頼性を向上することができる。
また、本実施の形態では一つの薄膜トランジスタの酸化物半導体層をボロン元素を含む酸
化珪素膜(第1のゲート絶縁層452a及び保護絶縁層457)で上下を挟む構成を示し
たが特に限定されず、複数の薄膜トランジスタの酸化物半導体層をボロン元素を含む酸化
珪素膜で挟む構成としてもよい。
本実施の形態は実施の形態1と自由に組み合わせることができる。
(実施の形態3)
本実施の形態では、実施の形態1とは異なる構造の薄膜トランジスタを一例として以下に
説明する。図3(D)に薄膜トランジスタの断面構造の一例を示す。
図3(D)に示す薄膜トランジスタ310はチャネルストップ型の薄膜トランジスタであ
り、絶縁表面を有する基板300上に、ゲート電極層311、第1のゲート絶縁層302
a、第2のゲート絶縁層302b、少なくともチャネル形成領域313cを有する酸化物
半導体層、ソース電極層315a、及びドレイン電極層315bを含む。また、チャネル
形成領域313c上に接する酸化物絶縁層316が設けられ、さらにその上に保護絶縁層
307が設けられている。
保護絶縁層307として、スパッタ法で得られるボロン元素やアンチモン元素やアルミニ
ウム元素やリン元素を含む酸化珪素からなる絶縁層を用いる。本実施の形態ではリン元素
を含む酸化珪素からなる絶縁層を用いる。
以下、図3(A)乃至図3(D)を用い、基板上に薄膜トランジスタ310を作製する工
程を説明する。
実施の形態1と同様に、絶縁表面を有する基板300上にゲート電極層311を設ける。
また、下地膜となる絶縁膜を基板300とゲート電極層311の間に設けてもよい。
次いで、実施の形態1と同様に、ゲート電極層311上に第1のゲート絶縁層302a、
及び第2のゲート絶縁層302bを形成する。第1のゲート絶縁層302aとしてはボロ
ン元素を含む柱状多結晶シリコンターゲット(抵抗率1~10Ωcm)を用いるスパッタ
法を用いて酸素雰囲気下で成膜を行い、膜厚50nmの酸化珪素膜を用いる。第1のゲー
ト絶縁層302aの酸化珪素膜中にはボロン元素が含まれる。また、第2のゲート絶縁層
302bとしては、PCVD法による膜厚100nmの酸化窒化珪素膜を用いる。
次いで、第2のゲート絶縁層302bに酸化物半導体膜330を成膜する。
本実施の形態では、酸化物半導体膜330としてIn-Ga-Zn-O系酸化物半導体成
膜用ターゲットを用いてスパッタ法により成膜する。この段階での断面図が図3(A)に
相当する。また、酸化物半導体膜330は、希ガス(代表的にはアルゴン)雰囲気下、酸
素雰囲気下、又は希ガス(代表的にはアルゴン)及び酸素混合雰囲気下においてスパッタ
法により形成することができる。
次いで、NO、N、またはArなどのガスを用いたプラズマ処理を行う。このプラズ
マ処理によって露出している酸化物半導体膜330の表面に付着した吸着水などを除去す
る。また、酸素とアルゴンの混合ガスを用いてプラズマ処理を行ってもよい。
プラズマ処理を行った後、大気に触れることなく、酸化物半導体膜330に接するチャネ
ル保護絶縁膜となる酸化物絶縁層316を形成する。酸化物絶縁層316は、少なくとも
1nm以上の膜厚とし、スパッタ法など、酸化物絶縁層316に水、水素等の不純物を混
入させない方法を適宜用いて形成することができる。本実施の形態では、シリコンターゲ
ットを用いたスパッタ法により酸化珪素膜を形成した後、フォトリソグラフィ工程により
選択的にエッチングして酸化物絶縁層316を形成する。
次いで、酸化物半導体膜330をフォトリソグラフィ工程により島状の酸化物半導体層に
加工する(図3(B)参照。)。
次いで、島状の酸化物半導体層及び酸化物絶縁層316上に酸化物導電膜と金属導電膜を
積層成膜した後、フォトリソグラフィ工程によりレジストマスク334を形成し、選択的
にエッチングを行って酸化物導電層314a、314bと、ソース電極層315a、ドレ
イン電極層315bを形成する(図3(C)参照。)。酸化物導電膜の材料としては、酸
化亜鉛、酸化亜鉛アルミニウム、酸窒化亜鉛アルミニウム、酸化亜鉛ガリウムなどが挙げ
られる。また、金属導電膜の材料としては、Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、Wか
ら選ばれた元素、または上述した元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた
合金等がある。
ソース電極層315aの下に接して酸化物導電層314aが形成され、ドレイン電極層3
15bの下に接して酸化物導電層314bが形成される。ソース電極層315aと酸化物
半導体層との間に酸化物導電層314aを設けることによって接触抵抗を下げ、低抵抗化
を図ることができ、高速動作が可能な薄膜トランジスタを実現できる。
次いで、レジストマスク334を除去して、不活性ガス雰囲気下、または酸素ガス雰囲気
下で第2の加熱処理(好ましくは200℃以上400℃以下、例えば250℃以上350
℃以下)を行う。例えば、窒素雰囲気下で250℃、1時間の第2の加熱処理を行う。第
2の加熱処理を行うと、酸化物半導体層の一部(チャネル形成領域)が酸化物絶縁層31
6と接した状態で加熱される。
次いで、ソース電極層315a、ドレイン電極層315b上に保護絶縁層307を形成す
る。また、露呈している第2のゲート絶縁層302bの領域と接して保護絶縁層307が
設けられる。保護絶縁層307としては、シリコンターゲットを用いたスパッタ法で得ら
れるボロン元素やアンチモン元素やアルミニウム元素やリン元素を含む酸化珪素からなる
絶縁層を用いる。本実施の形態では、保護絶縁層307として、リン元素を含む柱状多結
晶シリコンターゲット(抵抗率5Ωcm以下)を用いて酸素雰囲気下で膜厚100nmの
酸化珪素膜を用いる。
以上の工程で薄膜トランジスタ310が形成される。
図3(D)に示す薄膜トランジスタ310の構造とすることで、リン元素を含む保護絶縁
層307の形成後の製造プロセスにおいて、外部からの水分の侵入を防ぐことができる。
また、リン元素を含む保護絶縁層307を用いた薄膜トランジスタを有する半導体装置、
例えば液晶表示装置としてデバイスが完成した後にも長期的に外部からの水分の侵入を防
ぐことができ、デバイスの長期信頼性を向上することができる。
本実施の形態は他の実施の形態と自由に組み合わせることができる。
例えば、実施の形態1の構造において、酸化物半導体層とソース電極層(またはドレイン
電極層)との間に酸化物導電層を設ける構造としてもよい。酸化物導電層を設けることに
よって接触抵抗を下げ、低抵抗化を図ることができ、高速動作が可能な薄膜トランジスタ
を実現できる。
(実施の形態4)
本実施の形態では、実施の形態2に示した複数の薄膜トランジスタと、エレクトロルミネ
ッセンスを利用する発光素子とを用い、アクティブマトリクス型の発光表示装置を作製す
る一例を示す。
エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子は、発光材料が有機化合物であるか、無機
化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機EL素子、後者は無機EL素子
と呼ばれている。
有機EL素子は、発光素子に電圧を印加することにより、一対の電極から電子および正孔
がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして、それらキャ
リア(電子および正孔)が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成
し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このよう
な発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
無機EL素子は、その素子構成により、分散型無機EL素子と薄膜型無機EL素子とに分
類される。分散型無機EL素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有
するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー-ア
クセプター再結合型発光である。薄膜型無機EL素子は、発光層を誘電体層で挟み込み、
さらにそれを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子遷移を利
用する局在型発光である。なお、ここでは、発光素子として有機EL素子を用いて説明す
る。
図4は、半導体装置の例としてデジタル時間階調駆動を適用可能な画素構成の一例を示す
図である。
デジタル時間階調駆動を適用可能な画素の構成及び画素の動作について説明する。ここで
は酸化物半導体層をチャネル形成領域に用いるnチャネル型のトランジスタを1つの画素
に2つ用いる例を示す。
画素6400は、スイッチング用トランジスタ6401、駆動用トランジスタ6402、
発光素子6404及び容量素子6403を有している。スイッチング用トランジスタ64
01はゲートが走査線6406に接続され、第1電極(ソース電極及びドレイン電極の一
方)が信号線6405に接続され、第2電極(ソース電極及びドレイン電極の他方)が駆
動用トランジスタ6402のゲートに接続されている。駆動用トランジスタ6402は、
ゲートが容量素子6403を介して電源線6407に接続され、第1電極が電源線640
7に接続され、第2電極が発光素子6404の第1電極(画素電極)に接続されている。
発光素子6404の第2電極は共通電極6408に相当する。共通電極6408は、同一
基板上に形成される共通電位線と電気的に接続される。
なお、発光素子6404の第2電極(共通電極6408)には低電源電位が設定されてい
る。なお、低電源電位とは、電源線6407に設定される高電源電位を基準にして低電源
電位<高電源電位を満たす電位であり、低電源電位としては例えばGND、0Vなどが設
定されていても良い。この高電源電位と低電源電位との電位差を発光素子6404に印加
して、発光素子6404に電流を流して発光素子6404を発光させるため、高電源電位
と低電源電位との電位差が発光素子6404の順方向しきい値電圧以上となるようにそれ
ぞれの電位を設定する。
なお、容量素子6403は駆動用トランジスタ6402のゲート容量を代用して省略する
ことも可能である。駆動用トランジスタ6402のゲート容量については、チャネル領域
とゲート電極との間で容量が形成されていてもよい。
ここで、電圧入力電圧駆動方式の場合には、駆動用トランジスタ6402のゲートには、
駆動用トランジスタ6402が十分にオンするか、オフするかの二つの状態となるような
ビデオ信号を入力する。つまり、駆動用トランジスタ6402は線形領域で動作させる。
駆動用トランジスタ6402は線形領域で動作させるため、電源線6407の電圧よりも
高い電圧を駆動用トランジスタ6402のゲートにかける。なお、信号線6405には、
(電源線電圧+駆動用トランジスタ6402のVth)以上の電圧をかける。
また、デジタル時間階調駆動に代えて、アナログ階調駆動を行う場合、信号の入力を異な
らせることで、図4と同じ画素構成を用いることができる。
アナログ階調駆動を行う場合、駆動用トランジスタ6402のゲートに発光素子6404
の順方向電圧+駆動用トランジスタ6402のVth以上の電圧をかける。発光素子64
04の順方向電圧とは、所望の輝度とする場合の電圧を指しており、少なくとも順方向し
きい値電圧を含む。なお、駆動用トランジスタ6402が飽和領域で動作するようなビデ
オ信号を入力することで、発光素子6404に電流を流すことができる。駆動用トランジ
スタ6402を飽和領域で動作させるため、電源線6407の電位は、駆動用トランジス
タ6402のゲート電位よりも高くする。ビデオ信号をアナログとすることで、発光素子
6404にビデオ信号に応じた電流を流し、アナログ階調駆動を行うことができる。
なお、図4に示す画素構成は、これに限定されない。例えば、図4に示す画素に新たにス
イッチ、抵抗素子、容量素子、トランジスタ又は論理回路などを追加してもよい。
次に、発光素子の構成について、図5を用いて説明する。ここでは、駆動用TFTがn型
の場合を例に挙げて、画素の断面構造について説明する。図5(A)(B)(C)の半導
体装置に用いられる駆動用TFTであるTFT7001、7011、7021は、実施の
形態2で示す薄膜トランジスタと同様に作製でき、酸化物半導体層を含む信頼性の高い薄
膜トランジスタである。
発光素子は発光を取り出すために少なくとも陽極又は陰極の一方が透明であればよい。そ
して、基板上に薄膜トランジスタ及び発光素子を形成し、基板とは逆側の面から発光を取
り出す上面射出構造や、基板側の面から発光を取り出す下面射出構造や、基板側及び基板
とは反対側の面から発光を取り出す両面射出構造の発光素子があり、画素構成はどの射出
構造の発光素子にも適用することができる。
下面射出構造の発光素子について図5(A)を用いて説明する。
駆動用TFT7011がn型で、発光素子7012から発せられる光が第1の電極701
3側に射出する場合の、画素の断面図を示す。図5(A)では、駆動用TFT7011の
ドレイン電極層と電気的に接続された透光性を有する導電膜7017上に、発光素子70
12の第1の電極7013が形成されており、第1の電極7013上にEL層7014、
第2の電極7015が順に積層されている。
透光性を有する導電膜7017としては、酸化タングステ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、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケ
イ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電膜を用いることができる。
また、発光素子の第1の電極7013は様々な材料を用いることができる。例えば、第1
の電極7013を陰極として用いる場合には、仕事関数が小さい材料、具体的には、例え
ば、LiやCs等のアルカリ金属、およびMg、Ca、Sr等のアルカリ土類金属、およ
びこれらを含む合金(Mg:Ag、Al:Liなど)の他、YbやEr等の希土類金属等
が好ましい。図5(A)では、第1の電極7013の膜厚は、光を透過する程度(好まし
くは、5nm~30nm程度)とする。例えば20nmの膜厚を有するアルミニウム膜を
、第1の電極7013として用いる。
なお、透光性を有する導電膜とアルミニウム膜を積層成膜した後、選択的にエッチングし
て透光性を有する導電膜7017と第1の電極7013を形成してもよく、この場合、同
じマスクを用いてエッチングすることができるため、好ましい。
また、第1の電極7013の周縁部は、隔壁7019で覆う。隔壁7019は、ポリイミ
ド、アクリル、ポリアミド、エポキシ等の有機樹脂膜、無機絶縁膜または有機ポリシロキ
サンを用いて形成する。隔壁7019は、特に感光性の樹脂材料を用い、第1の電極70
13上に開口部を形成し、その開口部の側壁が連続した曲率を持って形成される傾斜面と
なるように形成することが好ましい。隔壁7019として感光性の樹脂材料を用いる場合
、レジストマスクを形成する工程を省略することができる。
また、第1の電極7013及び隔壁7019上に形成するEL層7014は、少なくとも
発光層を含めば良く、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成さ
れていてもどちらでも良い。EL層7014が複数の層で構成されている場合、陰極とし
て機能する第1の電極7013上に電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホ
ール注入層の順に積層する。なおこれらの層を全て設ける必要はない。
また、上記積層順に限定されず、第1の電極7013を陽極として機能させ、第1の電極
7013上にホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層の順に積層
してもよい。ただし、消費電力を比較する場合、第1の電極7013を陰極として機能さ
せ、第1の電極7013上に電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注
入層の順に積層するほうが、駆動回路部の電圧上昇を抑制でき、消費電力を少なくできる
ため好ましい。
また、EL層7014上に形成する第2の電極7015としては、様々な材料を用いるこ
とができる。例えば、第2の電極7015を陽極として用いる場合、仕事関数が大きい材
料、例えば、ZrN、Ti、W、Ni、Pt、Cr等や、ITO、IZO、ZnOなどの
透明導電性材料が好ましい。また、第2の電極7015上に遮蔽膜7016、例えば光を
遮光する金属、光を反射する金属等を用いる。本実施の形態では、第2の電極7015と
してITO膜を用い、遮蔽膜7016としてTi膜を用いる。
第1の電極7013及び第2の電極7015で、発光層を含むEL層7014を挟んでい
る領域が発光素子7012に相当する。図5(A)に示した素子構造の場合、発光素子7
012から発せられる光は、矢印で示すように第1の電極7013側に射出する。
なお、図5(A)ではゲート電極層として透光性を有する導電膜を用いる例を示しており
、発光素子7012から発せられる光は、カラーフィルタ層7033を通過し、基板を通
過して射出させる。
カラーフィルタ層7033はインクジェット法などの液滴吐出法や、印刷法、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それぞれ形成する。
また、カラーフィルタ層7033はオーバーコート層7034で覆われ、さらに保護絶縁
層7035によって覆う。なお、図5(A)ではオーバーコート層7034は薄い膜厚で
図示したが、オーバーコート層7034は、カラーフィルタ層7033に起因する凹凸を
平坦化する機能を有している。
また、保護絶縁層7035、絶縁層7032、及び絶縁層7031に形成され、且つ、ド
レイン電極層に達するコンタクトホールは、隔壁7019と重なる位置に配置する。
次に、両面射出構造の発光素子について、図5(B)を用いて説明する。
図5(B)では、駆動用TFT7021のドレイン電極層と電気的に接続された透光性を
有する導電膜7027上に、発光素子7022の第1の電極7023が形成されており、
第1の電極7023上にEL層7024、第2の電極7025が順に積層されている。
透光性を有する導電膜7027としては、酸化タングステ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、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケ
イ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電膜を用いることができる。
また、第1の電極7023は様々な材料を用いることができる。例えば、第1の電極70
23を陰極として用いる場合、仕事関数が小さい材料、具体的には、例えば、LiやCs
等のアルカリ金属、およびMg、Ca、Sr等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む
合金(Mg:Ag、Al:Liなど)の他、YbやEr等の希土類金属等が好ましい。本
実施の形態では、第1の電極7023を陰極として用い、その膜厚は、光を透過する程度
(好ましくは、5nm~30nm程度)とする。例えば20nmの膜厚を有するアルミニ
ウム膜を、第1の電極7023として用いる。
なお、透光性を有する導電膜とアルミニウム膜を積層成膜した後、選択的にエッチングし
て透光性を有する導電膜7027と第1の電極7023を形成してもよく、この場合、同
じマスクを用いてエッチングすることができ、好ましい。
また、第1の電極7023の周縁部は、隔壁7029で覆う。隔壁7029は、ポリイミ
ド、アクリル、ポリアミド、エポキシ等の有機樹脂膜、無機絶縁膜または有機ポリシロキ
サンを用いて形成する。隔壁7029は、特に感光性の樹脂材料を用い、第1の電極70
23上に開口部を形成し、その開口部の側壁が連続した曲率を持って形成される傾斜面と
なるように形成することが好ましい。隔壁7029として感光性の樹脂材料を用いる場合
、レジストマスクを形成する工程を省略することができる。
また、第1の電極7023及び隔壁7029上に形成するEL層7024は、発光層を含
めば良く、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていても
どちらでも良い。EL層7024が複数の層で構成されている場合、陰極として機能する
第1の電極7023上に電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層
の順に積層する。なおこれらの層を全て設ける必要はない。
また、上記積層順に限定されず、第1の電極7023を陽極として用い、陽極上にホール
注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層の順に積層してもよい。ただし
、消費電力を比較する場合、第1の電極7023を陰極として用い、陰極上に電子注入層
、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層の順に積層するほうが消費電力が少
ないため好ましい。
また、EL層7024上に形成する第2の電極7025としては、様々な材料を用いるこ
とができる。例えば、第2の電極7025を陽極として用いる場合、仕事関数が大きい材
料、例えば、ITO、IZO、ZnOなどの透明導電性材料を好ましく用いることができ
る。本実施の形態では、第2の電極7025を陽極として用い、酸化珪素を含むITO膜
を形成する。
第1の電極7023及び第2の電極7025で、発光層を含むEL層7024を挟んでい
る領域が発光素子7022に相当する。図5(B)に示した素子構造の場合、発光素子7
022から発せられる光は、矢印で示すように第2の電極7025側と第1の電極702
3側の両方に射出する。
なお、図5(B)ではゲート電極層として透光性を有する導電膜を用いる例を示しており
、発光素子7022から第1の電極7023側に発せられる光は、カラーフィルタ層70
43を通過し、基板を通過して射出させる。
カラーフィルタ層7043はインクジェット法などの液滴吐出法や、印刷法、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それぞれ形成する。
また、カラーフィルタ層7043はオーバーコート層7044で覆われ、さらに保護絶縁
層7045によって覆う。
また、保護絶縁層7045、絶縁層7042及び、絶縁層7041に形成され、且つ、ド
レイン電極層に達するコンタクトホールは、隔壁7029と重なる位置に配置する。
ただし、両面射出構造の発光素子を用い、どちらの表示面もフルカラー表示とする場合、
第2の電極7025側からの光はカラーフィルタ層7043を通過しないため、別途カラ
ーフィルタ層を備えた封止基板を第2の電極7025上方に設けることが好ましい。
次に、上面射出構造の発光素子について、図5(C)を用いて説明する。
図5(C)に、駆動用TFTであるTFT7001がn型で、発光素子7002から発せ
られる光が第2の電極7005側に抜ける場合の、画素の断面図を示す。図5(C)では
、駆動用TFTであるTFT7001のドレイン電極層と電気的に接続された発光素子7
002の第1の電極7003が形成されており、第1の電極7003上にEL層7004
、第2の電極7005が順に積層されている。
また、第1の電極7003は様々な材料を用いることができる。例えば、第1の電極70
03を陰極として用いる場合、仕事関数が小さい材料、具体的には、例えば、LiやCs
等のアルカリ金属、およびMg、Ca、Sr等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む
合金(Mg:Ag、Al:Liなど)の他、YbやEr等の希土類金属等が好ましい。
また、第1の電極7003の周縁部は、隔壁7009で覆う。隔壁7009は、ポリイミ
ド、アクリル、ポリアミド、エポキシ等の有機樹脂膜、無機絶縁膜または有機ポリシロキ
サンを用いて形成する。隔壁7009は、特に感光性の樹脂材料を用い、第1の電極70
03上に開口部を形成し、その開口部の側壁が連続した曲率を持って形成される傾斜面と
なるように形成することが好ましい。隔壁7009として感光性の樹脂材料を用いる場合
、レジストマスクを形成する工程を省略することができる。
また、第1の電極7003及び隔壁7009上に形成するEL層7004は、少なくとも
発光層を含めば良く、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成さ
れていてもどちらでも良い。EL層7004が複数の層で構成されている場合、陰極とし
て用いる第1の電極7003上に電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホー
ル注入層の順に積層する。なおこれらの層を全て設ける必要はない。
また、上記積層順に限定されず、陽極として用いる第1の電極7003上にホール注入層
、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層の順に積層してもよい。
図5(C)ではTi膜、アルミニウム膜、Ti膜の順に積層した積層膜上に、ホール注入
層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層の順に積層し、その上にMg:Ag
合金薄膜とITOとの積層を形成する。
ただし、TFT7001がn型の場合、第1の電極7003上に電子注入層、電子輸送層
、発光層、ホール輸送層、ホール注入層の順に積層するほうが、駆動回路における電圧上
昇を抑制することができ、消費電力を少なくできるため好ましい。
第2の電極7005は透光性を有する導電性材料を用いて形成し、例えば酸化タングステ
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、インジウム錫酸化物、
インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する
導電膜を用いても良い。
第1の電極7003及び第2の電極7005で発光層を含むEL層7004を挟んでいる
領域が発光素子7002に相当する。図5(C)に示した画素の場合、発光素子7002
から発せられる光は、矢印で示すように第2の電極7005側に射出する。
また、図5(C)において、TFT7001は薄膜トランジスタ460を用いる例を示し
ているが、特に限定されず、薄膜トランジスタ410を用いることができる。TFT70
01として薄膜トランジスタ410を用いる場合、第1の電極7003とドレイン電極層
とが接するように電気的に接続させる。
また、図5(C)において、TFT7001のドレイン電極層は、酸化物絶縁層7051
、保護絶縁層7052、及び絶縁層7055に設けられたコンタクトホールを介して第1
の電極7003と電気的に接続する。平坦化絶縁層7053は、ポリイミド、アクリル、
ベンゾシクロブテン、ポリアミド、エポキシ等の樹脂材料を用いることができる。また上
記樹脂材料の他に、低誘電率材料(low-k材料)、シロキサン系樹脂、PSG(リン
ガラス)、BPSG(リンボロンガラス)等を用いることができる。なお、これらの材料
で形成される絶縁膜を複数積層させることで、平坦化絶縁層7053を形成してもよい。
平坦化絶縁層7053の形成法は、特に限定されず、その材料に応じて、スパッタ法、S
OG法、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法(インクジェット法、スク
リーン印刷、オフセット印刷等)、ドクターナイフ、ロールコーター、カーテンコーター
、ナイフコーター等を用いることができる。
また、第1の電極7003と、隣り合う画素の第1の電極とを絶縁するために隔壁700
9を設ける。隔壁7009は、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、エポキシ等の有機樹
脂膜、無機絶縁膜または有機ポリシロキサンを用いて形成する。隔壁7009は、特に感
光性の樹脂材料を用い、第1の電極7003上に開口部を形成し、その開口部の側壁が連
続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。隔壁700
9として感光性の樹脂材料を用いる場合、レジストマスクを形成する工程を省略すること
ができる。
また、図5(C)の構造においては、フルカラー表示を行う場合、例えば発光素子700
2を緑色発光素子とし、隣り合う一方の発光素子を赤色発光素子とし、もう一方の発光素
子を青色発光素子とする。また、3種類の発光素子だけでなく白色素子を加えた4種類の
発光素子でフルカラー表示ができる発光表示装置を作製してもよい。
また、図5(C)の構造においては、配置する複数の発光素子を全て白色発光素子として
、発光素子7002上方にカラーフィルタなどを有する封止基板を配置する構成とし、フ
ルカラー表示ができる発光表示装置を作製してもよい。白色などの単色の発光を示す材料
を形成し、カラーフィルタや色変換層を組み合わせることによりフルカラー表示を行うこ
とができる。
もちろん単色発光の表示を行ってもよい。例えば、白色発光を用いて照明装置を形成して
もよいし、単色発光を用いてエリアカラータイプの発光装置を形成してもよい。
また、必要があれば、円偏光板などの偏光フィルムなどの光学フィルムを設けてもよい。
なお、ここでは、発光素子として有機EL素子について述べたが、発光素子として無機E
L素子を設けることも可能である。
なお、発光素子の駆動を制御する薄膜トランジスタ(駆動用TFT)と発光素子が電気的
に接続されている例を示したが、駆動用TFTと発光素子との間に電流制御用TFTが接
続されている構成であってもよい。
(実施の形態5)
本実施の形態では、発光表示パネル(発光パネルともいう)の外観及び断面について、図
6を用いて説明する。図6(A)は、第1の基板上に形成された薄膜トランジスタ及び発
光素子を、第2の基板との間にシール材によって封止した、パネルの平面図であり、図6
(B)は、図6(A)のH-Iにおける断面図に相当する。
第1の基板4501上に設けられた画素部4502、信号線駆動回路4503a、450
3b、及び走査線駆動回路4504a、4504bを囲むようにして、シール材4505
が設けられている。また画素部4502、信号線駆動回路4503a、4503b、及び
走査線駆動回路4504a、4504bの上に第2の基板4506が設けられている。よ
って画素部4502、信号線駆動回路4503a、4503b、及び走査線駆動回路45
04a、4504bは、第1の基板4501とシール材4505と第2の基板4506と
によって、充填材4507と共に密封されている。このように外気に曝されないように気
密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム(貼り合わせフィルム、紫外線硬化樹脂フィル
ム等)やカバー材でパッケージング(封入)することが好ましい。
また第1の基板4501上に設けられた画素部4502、信号線駆動回路4503a、4
503b、及び走査線駆動回路4504a、4504bは、薄膜トランジスタを複数有し
ており、図6(B)では、画素部4502に含まれる薄膜トランジスタ4510と、信号
線駆動回路4503aに含まれる薄膜トランジスタ4509とを例示している。
薄膜トランジスタ4509、4510は、実施の形態1で示した酸化物半導体層を含む信
頼性の高い薄膜トランジスタ410を画素用の薄膜トランジスタ4510として用いるこ
とができる。駆動回路用の薄膜トランジスタ4509としては、実施の形態1で示した薄
膜トランジスタの酸化物半導体層のチャネル形成領域と重なる位置に導電層を設けた構造
とする。本実施の形態において、薄膜トランジスタ4509、4510はnチャネル型薄
膜トランジスタである。
絶縁層4544上において駆動回路用の薄膜トランジスタ4509の酸化物半導体層のチ
ャネル形成領域と重なる位置に導電層4540が設けられている。導電層4540を酸化
物半導体層のチャネル形成領域と重なる位置に設けることによって、BT試験前後におけ
る薄膜トランジスタ4509のしきい値電圧の変化量を低減することができる。また、導
電層4540は、電位が薄膜トランジスタ4509のゲート電極層と同じでもよいし、異
なっていても良く、第2のゲート電極層として機能させることもできる。また、導電層4
540の電位がGND、0V、或いはフローティング状態であってもよい。
また、薄膜トランジスタ4510は、第1電極4517と電気的に接続されている。また
、薄膜トランジスタ4510の酸化物半導体層を覆う酸化物絶縁層4542が形成されて
いる。
酸化物絶縁層4542は実施の形態1で示した酸化物絶縁層416と同様な材料及び方法
で形成すればよい。また、酸化物絶縁層4542を覆う絶縁層4547が形成される。絶
縁層4547は、実施の形態1で示した保護絶縁層403と同様にボロン元素を含む酸化
珪素膜をスパッタ法で形成すればよい。
発光素子4511の発光領域と重なるようにカラーフィルタ層4545が、薄膜トランジ
スタ4510上に形成される。
また、カラーフィルタ層4545起因の表面凹凸を低減するため平坦化絶縁膜として機能
するオーバーコート層4543で覆う構成となっている。
また、オーバーコート層4543上に絶縁層4544が形成されている。
また4511は発光素子に相当し、発光素子4511が有する画素電極である第1電極4
517は、薄膜トランジスタ4510のソース電極層またはドレイン電極層と電気的に接
続されている。なお発光素子4511の構成は、第1電極4517、電界発光層4512
、第2電極4513の積層構造であるが、示した構成に限定されない。発光素子4511
から取り出す光の方向などに合わせて、発光素子4511の構成は適宜変えることができ
る。
隔壁4520は、有機樹脂膜、無機絶縁膜または有機ポリシロキサンを用いて形成する。
特に感光性の材料を用い、第1電極4517上に開口部を形成し、その開口部の側壁が連
続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。
電界発光層4512は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成
されていてもどちらでも良い。
発光素子4511に酸素、水素、水分、二酸化炭素等が侵入しないように、第2電極45
13及び隔壁4520上に保護膜を形成してもよい。保護膜としては、窒化珪素膜、窒化
酸化珪素膜、DLC膜等を形成することができる。
また、信号線駆動回路4503a、4503b、走査線駆動回路4504a、4504b
、または画素部4502に与えられる各種信号及び電位は、FPC4518a、4518
bから供給されている。
接続端子電極4515が、発光素子4511が有する第1電極4517と同じ導電膜から
形成され、端子電極4516は、薄膜トランジスタ4509のソース電極層及びドレイン
電極層と同じ導電膜から形成されている。
接続端子電極4515は、FPC4518aが有する端子と、異方性導電膜4519を介
して電気的に接続されている。
発光素子4511からの光の取り出し方向に位置する第2の基板は透光性でなければなら
ない。その場合には、ガラス板、プラスチック板、ポリエステルフィルムまたはアクリル
フィルムのような透光性を有する材料を用いる。
また、充填材4507としては窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹
脂または熱硬化樹脂を用いることができ、PVC(ポリビニルクロライド)、アクリル、
ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、PVB(ポリビニルブチラル)またはEV
A(エチレンビニルアセテート)を用いることができる。例えば充填材として窒素を用い
ればよい。
また、必要であれば、発光素子の射出面に偏光板、又は円偏光板(楕円偏光板を含む)、
位相差板(λ/4板、λ/2板)、カラーフィルタなどの光学フィルムを適宜設けてもよ
い。また、偏光板又は円偏光板に反射防止膜を設けてもよい。例えば、表面の凹凸により
反射光を拡散し、映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。
信号線駆動回路4503a、4503b、及び走査線駆動回路4504a、4504bは
、別途用意された基板上に単結晶半導体膜又は多結晶半導体膜によって形成された駆動回
路で実装されていてもよい。また、信号線駆動回路のみ、或いは一部、又は走査線駆動回
路のみ、或いは一部のみを別途形成して実装しても良く、図6の構成に限定されない。
以上の工程により、半導体装置として信頼性の高い発光表示装置(表示パネル)を作製す
ることができる。
(実施の形態6)
半導体装置の一形態に相当する液晶表示パネルの外観及び断面について、図7を用いて説
明する。図7(A)、7(C)は、薄膜トランジスタ4010、4011、及び液晶素子
4013を、第2の基板4006との間にシール材4005によって封止した、パネルの
平面図であり、図7(B)は、図7(A)または図7(C)のM-Nにおける断面図に相
当する。
第1の基板4001上に設けられた画素部4002と、走査線駆動回路4004とを囲む
ようにして、シール材4005が設けられている。また画素部4002と、走査線駆動回
路4004の上に第2の基板4006が設けられている。よって画素部4002と、走査
線駆動回路4004とは、第1の基板4001とシール材4005と第2の基板4006
とによって、液晶層4008と共に封止されている。また第1の基板4001上のシール
材4005によって囲まれている領域とは異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶
半導体膜又は多結晶半導体膜で形成された信号線駆動回路4003が実装されている。
なお、別途形成した駆動回路の接続方法は、特に限定されるものではなく、COG法、ワ
イヤボンディング法、或いはTAB法などを用いることができる。図7(A)は、COG
法により信号線駆動回路4003を実装する例であり、図7(C)は、TAB法により信
号線駆動回路4003を実装する例である。
また第1の基板4001上に設けられた画素部4002と、走査線駆動回路4004は、
薄膜トランジスタを複数有しており、図7(B)では、画素部4002に含まれる薄膜ト
ランジスタ4010と、走査線駆動回路4004に含まれる薄膜トランジスタ4011と
を例示している。薄膜トランジスタ4010、4011上には絶縁層4041、4042
、4021が設けられている。
薄膜トランジスタ4010、4011は、実施の形態1乃至3で示した酸化物半導体層を
含む信頼性の高い薄膜トランジスタを適用することができる。駆動回路用の薄膜トランジ
スタ4011及び画素用の薄膜トランジスタ4010としては、実施の形態1乃至3で示
した薄膜トランジスタ410、460、310を用いることができる。本実施の形態にお
いて、薄膜トランジスタ4010、4011はnチャネル型薄膜トランジスタである。
絶縁層4021上において、駆動回路用の薄膜トランジスタ4011の酸化物半導体層の
チャネル形成領域と重なる位置に導電層4040が設けられている。導電層4040を酸
化物半導体層のチャネル形成領域と重なる位置に設けることによって、BT試験前後にお
ける薄膜トランジスタ4011のしきい値電圧の変化量を低減することができる。また、
導電層4040は、電位が薄膜トランジスタ4011のゲート電極層と同じでもよいし、
異なっていても良く、第2のゲート電極層として機能させることもできる。また、導電層
4040の電位がGND、0V、或いはフローティング状態であってもよい。
また、液晶素子4013が有する画素電極層4030は、薄膜トランジスタ4010と電
気的に接続されている。そして液晶素子4013の対向電極層4031は第2の基板40
06上に形成されている。画素電極層4030と対向電極層4031と液晶層4008と
が重なっている部分が、液晶素子4013に相当する。なお、画素電極層4030、対向
電極層4031はそれぞれ配向膜として機能する絶縁層4032、4033が設けられ、
絶縁層4032、4033を介して液晶層4008を挟持している。
なお、第1の基板4001、第2の基板4006としては、透光性基板を用いることがで
き、ガラス、セラミックス、プラスチックを用いることができる。プラスチックとしては
、FRP(Fiberglass-Reinforced Plastics)板、PV
F(ポリビニルフルオライド)フィルム、ポリエステルフィルム、またはアクリル樹脂フ
ィルムを用いることができる。
また4035は絶縁膜を選択的にエッチングすることで得られる柱状のスペーサであり、
画素電極層4030と対向電極層4031との間の距離(セルギャップ)を制御するため
に設けられている。なお球状のスペーサを用いていても良い。また、対向電極層4031
は、薄膜トランジスタ4010と同一基板上に設けられる共通電位線と電気的に接続され
る。共通接続部を用いて、一対の基板間に配置される導電性粒子を介して対向電極層40
31と共通電位線とを電気的に接続することができる。なお、導電性粒子はシール材40
05に含有させる。
また、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5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4008に用いる
。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が1msec以下と
短く、光学的等方性であるため配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。
なお透過型液晶表示装置の他に、半透過型液晶表示装置でも適用できる。
また、液晶表示装置では、基板の外側(視認側)に偏光板を設け、内側に着色層、表示素
子に用いる電極層という順に設ける例を示すが、偏光板は基板の内側に設けてもよい。ま
た、偏光板と着色層の積層構造も本実施の形態に限定されず、偏光板及び着色層の材料や
作製工程条件によって適宜設定すればよい。また、表示部以外にブラックマトリクスとし
て機能する遮光膜を設けてもよい。
薄膜トランジスタ4011、4010上には、酸化物半導体層に接して絶縁層4041が
形成されている。絶縁層4041は実施の形態1で示した酸化物絶縁層416と同様な材
料及び方法で形成すればよい。ここでは、絶縁層4041として、スパッタ法により酸化
珪素膜を形成する。また、絶縁層4041上に接して保護絶縁層4042を形成する。ま
た、保護絶縁層4042は実施の形態1で示した保護絶縁層403と同様にボロン元素を
含む酸化珪素からなる絶縁層である。また、保護絶縁層4042上に薄膜トランジスタ起
因の表面凹凸を低減するため平坦化絶縁膜として機能する絶縁層4021が形成された構
成となっている。
絶縁層4021としては、ポリイミド、アクリル、ベンゾシクロブテン、ポリアミド、エ
ポキシ等の、耐熱性を有する有機材料を用いることができる。また上記有機材料の他に、
低誘電率材料(low-k材料)、シロキサン系樹脂、PSG(リンガラス)、BPSG
(リンボロンガラス)等を用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶縁膜
を複数積層させることで、絶縁層4021を形成してもよい。
絶縁層4021の形成法は、特に限定されず、その材料に応じて、スパッタ法、SOG法
、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法(インクジェット法、スクリーン
印刷、オフセット印刷等)、ドクターナイフ、ロールコーター、カーテンコーター、ナイ
フコーター等を用いることができる。絶縁層4021の焼成工程と半導体層のアニールを
兼ねることで効率よく半導体装置を作製することが可能となる。
画素電極層4030、対向電極層4031は、酸化タングステ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、インジウム錫酸化物(以下、ITOと示す。)、
インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性の導電性
材料を用いることができる。
また、画素電極層4030、対向電極層4031として、導電性高分子(導電性ポリマー
ともいう)を含む導電性組成物を用いて形成することができる。導電性組成物を用いて形
成した画素電極は、シート抵抗が10000Ω/□以下、波長550nmにおける透光率
が70%以上であることが好ましい。また、導電性組成物に含まれる導電性高分子の抵抗
率が0.1Ω・cm以下であることが好ましい。
導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子を用いることができる。例え
ば、ポリアニリンまたはその誘導体、ポリピロールまたはその誘導体、ポリチオフェンま
たはその誘導体、若しくはこれらの2種以上の共重合体などがあげられる。
また別途形成された信号線駆動回路4003と、走査線駆動回路4004または画素部4
002に与えられる各種信号及び電位は、FPC4018から供給されている。
接続端子電極4015が、液晶素子4013が有する画素電極層4030と同じ導電膜か
ら形成され、端子電極4016は、薄膜トランジスタ4010、4011のソース電極層
及びドレイン電極層と同じ導電膜で形成されている。
接続端子電極4015は、FPC4018が有する端子と、異方性導電膜4019を介し
て電気的に接続されている。
また図7においては、信号線駆動回路4003を別途形成し、第1の基板4001に実装
している例を示しているがこの構成に限定されない。走査線駆動回路を別途形成して実装
しても良いし、信号線駆動回路の一部または走査線駆動回路の一部のみを別途形成して実
装しても良い。
また、液晶表示モジュールには、TN(Twisted Nematic)モード、IP
S(In-Plane-Switching)モード、FFS(Fringe Fiel
d Switching)モード、MVA(Multi-domain Vertica
l Alignment)モード、PVA(Patterned Vertical A
lignment)モード、ASM(Axially Symmetric align
ed Micro-cell)モード、OCB(Optically Compensa
ted Birefringence)モード、FLC(Ferroelectric
Liquid Crystal)モード、AFLC(AntiFerroelectri
c Liquid Crystal)モードなどを用いることができる。
また、以下にVA型の液晶表示装置の一例を示す。
VA型の液晶表示装置とは、液晶表示パネルの液晶分子の配列を制御する方式の一種であ
る。VA型の液晶表示装置は、電圧が印加されていないときにパネル面に対して液晶分子
が垂直方向を向く方式である。本実施の形態では、特に画素(ピクセル)をいくつかの領
域(サブピクセル)に分け、それぞれ別の方向に分子を倒すよう工夫されている。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。
図8と図9は、VA型液晶表示パネルの画素構造を示している。図9は基板600の平面
図であり、図中に示す切断線Y-Zに対応する断面構造を図8に表している。以下の説明
ではこの両図を参照して説明する。
この画素構造は、一つの画素に複数の画素電極が有り、それぞれの画素電極にTFTが接
続されている。各TFTは、異なるゲート信号で駆動されるように構成されている。すな
わち、マルチドメイン設計された画素において、個々の画素電極に印加する信号を、独立
して制御する構成を有している。
画素電極624はコンタクトホール623において、配線618でTFT628と接続し
ている。また、画素電極626は絶縁層620、絶縁層620を覆う保護絶縁層621、
及び保護絶縁層621を覆う絶縁層622に設けられたコンタクトホール627において
、配線619でTFT629と接続している。TFT628のゲート配線602と、TF
T629のゲート配線603には、異なるゲート信号を与えることができるように分離さ
れている。一方、データ線として機能する配線616は、TFT628とTFT629で
共通に用いられている。TFT628とTFT629は実施の形態1乃至3のいずれか一
の薄膜トランジスタを適宜用いることができる。
薄膜トランジスタの第1のゲート絶縁層606aは、スパッタ法で得られるボロン元素を
含む酸化珪素膜とし、第2のゲート絶縁層606bは、PCVD法で得られる酸化珪素膜
とする。配線618及び酸化物半導体層と接する絶縁層620は、スパッタ法で得られる
酸化珪素膜とし、その上の保護絶縁層621をスパッタ法で得られるボロン元素を含む酸
化珪素膜とする。画素電極624は、絶縁層620、絶縁層620を覆う保護絶縁層62
1、及び保護絶縁層621を覆う絶縁層622に設けられたコンタクトホール623を介
して、配線618と電気的に接続する。
また、容量配線690が設けられ、第1のゲート絶縁層606a及び第2のゲート絶縁層
606bの積層を誘電体とし、画素電極または画素電極と電気的に接続する容量電極と保
持容量を形成する。
画素電極624と画素電極626の形状は異なっており、スリット625によって分離さ
れている。V字型に広がる画素電極624の外側を囲むように画素電極626が形成され
ている。画素電極624と画素電極626に印加する電圧のタイミングを、TFT628
及びTFT629により異ならせることで、液晶の配向を制御している。この画素構造の
等価回路を図11に示す。TFT628はゲート配線602と接続し、TFT629はゲ
ート配線603と接続している。ゲート配線602とゲート配線603は異なるゲート信
号を与えることで、TFT628とTFT629の動作タイミングを異ならせることがで
きる。
対向基板601には、遮光膜632、着色膜636、対向電極640が形成されている。
また、着色膜636と対向電極640の間にはオーバーコート膜とも呼ばれる平坦化膜6
37が形成され、液晶の配向乱れを防いでいる。図10に対向基板側の構造を示す。対向
電極640は異なる画素間で共通化されている電極であるが、スリット641が形成され
ている。このスリット641と、画素電極624及び画素電極626側のスリットとを交
互に咬み合うように配置することで、斜め電界を効果的に発生させて液晶の配向を制御す
ることができる。これにより、液晶が配向する方向を場所によって異ならせることができ
、視野角を広げている。
画素電極624と液晶層650と対向電極640が重なり合うことで、第1の液晶素子が
形成されている。また、画素電極626と液晶層650と対向電極640が重なり合うこ
とで、第2の液晶素子が形成されている。また、一画素に第1の液晶素子と第2の液晶素
子が設けられたマルチドメイン構造である。
本実施の形態は、実施の形態1乃至3のいずれか一に記載した構成と適宜組み合わせて実
施することが可能である。
(実施の形態7)
本実施の形態では、本発明の一実施の形態である半導体装置として電子ペーパーの例を
示す。
図12は、本発明の一実施の形態を適用した半導体装置の例としてアクティブマトリクス
型の電子ペーパーを示す。半導体装置に用いられる薄膜トランジスタ581としては、実
施の形態1で示す薄膜トランジスタ410と同様に作製でき、ボロン元素を含む酸化珪素
からなる保護絶縁層584で覆われた酸化物半導体層を有する電気特性の高い薄膜トラン
ジスタである。
図12の電子ペーパーは、ツイストボール表示方式を用いた表示装置の例である。ツイス
トボール表示方式とは、白と黒に塗り分けられた球形粒子を表示素子に用い、電極層であ
る第1の電極層及び第2の電極層の間に配置し、第1の電極層及び第2の電極層に電位差
を生じさせての球形粒子の向きを制御することにより、表示を行う方法である。
基板580上に設けられた薄膜トランジスタ581はボトムゲート構造の薄膜トランジス
タであり、ソース電極層又はドレイン電極層は、酸化物絶縁層583、保護絶縁層584
、及び絶縁層585に形成する開口を介して電気的に第1の電極層587と接続している
。第1の電極層587と第2の電極層588との間には黒色領域590a及び白色領域5
90bを有し、周りに液体で満たされているキャビティ594を含む球形粒子が設けられ
ており、球形粒子の周囲は樹脂等の充填材595で充填されている(図12参照。)。本
実施の形態においては、第1の電極層587が画素電極に相当し、対向基板596に設け
られる第2の電極層588が共通電極に相当する。
また、ツイストボールの代わりに、電気泳動素子を用いることも可能である。透明な液体
と、正に帯電した白い微粒子と負に帯電した黒い微粒子とを封入した直径10μm~20
0μm程度のマイクロカプセルを用いる。第1の電極層と第2の電極層との間に設けられ
るマイクロカプセルは、第1の電極層と第2の電極層によって、電場が与えられると、白
い微粒子と、黒い微粒子が互いに逆の方向に移動し、白または黒を表示することができる
。この原理を応用した表示素子が電気泳動表示素子であり、一般的に電子ペーパーとよば
れている。電気泳動表示素子は、液晶表示素子に比べて反射率が高いため、補助ライトは
不要であり、また消費電力が小さく、薄暗い場所でも表示部を認識することが可能である
。また、表示部に電源が供給されない場合であっても、一度表示した像を保持することが
可能であるため、電波発信源から表示機能付き半導体装置(単に表示装置、又は表示装置
を具備する半導体装置ともいう)を遠ざけた場合であっても、表示された像を保存してお
くことが可能となる。
以上の工程により、半導体装置として信頼性の高い電子ペーパーを作製することができる
本実施の形態は、実施の形態1乃至3のいずれか一に記載した薄膜トランジスタと適宜組
み合わせて実施することが可能である。
(実施の形態8)
本実施の形態においては、絶縁ゲート型半導体装置、特にパワーMOSデバイスとよばれ
る半導体装置を作製する例を示す。一般的にパワーMOSデバイスとは電子機器のスイッ
チング素子などとして用いられる半導体装置(半導体素子)を指し、パワーMOSFET
、IGBTなどの高速MOS系パワー・デバイスなどが知られている。
実施の形態1乃至3に示す薄膜トランジスタに代えて、さらに厚い酸化物半導体層を用い
てトランジスタを作製し、パワーMOSデバイスとする。また、積層であるゲート絶縁層
の一層としてボロン元素を含む酸化珪素膜を用いる。
こうして形成されたパワーMOSデバイスは、例えば照明内部に組み込まれた集積化回路
の一部として、照明のインバータ制御用に用いる。以上示した他にも、パワーMOSデバ
イスは自動車の車両制御系および車体系装置、テレビ、カメラ、コンピュータ用電源、空
調装置、プログラマブル・ロジック・コントロールなどあらゆる分野の製品に用いること
ができる。
(実施の形態9)
本明細書に開示する半導体装置は、さまざまな電子機器(遊技機も含む)に適用すること
ができる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置(テレビ、またはテレビジョン
受信機ともいう)、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメ
ラなどのカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機(携帯電話、携帯電話装置ともい
う)、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機な
どが挙げられる。
図13(A)は、携帯電話機の一例を示している。携帯電話機1100は、筐体1101
に組み込まれた表示部1102の他、操作ボタン1103、外部接続ポート1104、ス
ピーカ1105、マイク1106などを備えている。
図13(A)に示す携帯電話機1100は、表示部1102を指などで触れることで、情
報を入力ことができる。また、電話を掛ける、或いはメールを打つなどの操作は、表示部
1102を指などで触れることにより行うことができる。
表示部1102の画面は主として3つのモードがある。第1は、画像の表示を主とする表
示モードであり、第2は、文字等の情報の入力を主とする入力モードである。第3は表示
モードと入力モードの2つのモードが混合した表示+入力モードである。
例えば、電話を掛ける、或いはメールを作成する場合は、表示部1102を文字の入力を
主とする文字入力モードとし、画面に表示させた文字の入力操作を行えばよい。この場合
、表示部1102の画面のほとんどにキーボードまたは番号ボタンを表示させることが好
ましい。
また、携帯電話機1100内部に、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサを
有する検出装置を設けることで、携帯電話機1100の向き(縦か横か)を判断して、表
示部1102の画面表示を自動的に切り替えるようにすることができる。
また、画面モードの切り替えは、表示部1102を触れること、又は筐体1101の操作
ボタン1103の操作により行われる。また、表示部1102に表示される画像の種類に
よって切り替えるようにすることもできる。例えば、表示部に表示する画像信号が動画の
データであれば表示モード、テキストデータであれば入力モードに切り替える。
また、入力モードにおいて、表示部1102の光センサで検出される信号を検知し、表示
部1102のタッチ操作による入力が一定期間ない場合には、画面のモードを入力モード
から表示モードに切り替えるように制御してもよい。
表示部1102は、イメージセンサとして機能させることもできる。例えば、表示部11
02に掌や指を触れることで、掌紋、指紋等を撮像することで、本人認証を行うことがで
きる。また、表示部に近赤外光を発光するバックライトまたは近赤外光を発光するセンシ
ング用光源を用いれば、指静脈、掌静脈などを撮像することもできる。
表示部1102には、画素のスイッチング素子として、実施の形態1に示す薄膜トランジ
スタ410を複数配置する。
図13(B)も携帯情報端末の一例である。図13(B)を一例とした携帯型情報端末は
、複数の機能を備えることができる。例えば電話機能に加えて、コンピュータを内蔵し、
様々なデータ処理機能を備えることもできる。
図13(B)に示す携帯型情報端末は、筐体1800及び筐体1801の二つの筐体で
構成されている。筐体1801には、表示パネル1802、スピーカ1803、マイクロ
フォン1804、ポインティングデバイス1806、カメラ用レンズ1807、外部接続
端子1808などを備え、筐体1800には、キーボード1810、外部メモリスロット
1811などを備えている。また、アンテナは筐体1801内部に内蔵されている。
また、表示パネル1802はタッチパネルを備えており、図13(B)には映像表示され
ている複数の操作キー1805を点線で示している。
また、上記構成に加えて、非接触ICチップ、小型記録装置などを内蔵していてもよい
発光装置は、表示パネル1802に用いることができ、使用形態に応じて表示の方向が
適宜変化する。また、表示パネル1802と同一面上にカメラ用レンズ1807を備えて
いるため、テレビ電話が可能である。スピーカ1803及びマイクロフォン1804は音
声通話に限らず、テレビ電話、録音、再生などが可能である。さらに、筐体1800と筐
体1801は、スライドし、図13(B)のように展開している状態から重なり合った状
態とすることができ、携帯に適した小型化が可能である。
外部接続端子1808はACアダプタ及びUSBケーブルなどの各種ケーブルと接続可能
であり、充電及びパーソナルコンピュータなどとのデータ通信が可能である。また、外部
メモリスロット1811に記録媒体を挿入し、より大量のデータ保存及び移動に対応でき
る。
また、上記機能に加えて、赤外線通信機能、テレビ受信機能などを備えたものであって
もよい。
図14(A)は、テレビジョン装置の一例を示している。テレビジョン装置9600は、
筐体9601に表示部9603が組み込まれている。表示部9603により、映像を表示
することが可能である。また、ここでは、スタンド9605により筐体9601を支持し
た構成を示している。
テレビジョン装置9600の操作は、筐体9601が備える操作スイッチや、別体のリモ
コン操作機9610により行うことができる。リモコン操作機9610が備える操作キー
9609により、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部9603に表示され
る映像を操作することができる。また、リモコン操作機9610に、当該リモコン操作機
9610から出力する情報を表示する表示部9607を設ける構成としてもよい。
なお、テレビジョン装置9600は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機に
より一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線または無線に
よる通信ネットワークに接続することにより、一方向(送信者から受信者)または双方向
(送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など)の情報通信を行うことも可能である。
表示部9603には、画素のスイッチング素子として、実施の形態1に示す薄膜トランジ
スタ410を複数配置する。
図14(B)は、デジタルフォトフレームの一例を示している。例えば、デジタルフォト
フレーム9700は、筐体9701に表示部9703が組み込まれている。表示部970
3は、各種画像を表示することが可能であり、例えばデジタルカメラなどで撮影した画像
データを表示させることで、通常の写真立てと同様に機能させることができる。
表示部9703には、画素のスイッチング素子として、実施の形態1に示す薄膜トランジ
スタ410を複数配置する。
なお、デジタルフォトフレーム9700は、操作部、外部接続用端子(USB端子、US
Bケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など)、記録媒体挿入部などを備える構
成とする。これらの構成は、表示部と同一面に組み込まれていてもよいが、側面や裏面に
備えるとデザイン性が向上するため好ましい。例えば、デジタルフォトフレームの記録媒
体挿入部に、デジタルカメラで撮影した画像データを記憶したメモリを挿入して画像デー
タを取り込み、取り込んだ画像データを表示部9703に表示させることができる。
また、デジタルフォトフレーム9700は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい
。無線により、所望の画像データを取り込み、表示させる構成とすることもできる。
図15は携帯型遊技機であり、筐体9881と筐体9891の2つの筐体で構成されてお
り、連結部9893により、開閉可能に連結されている。筐体9881には表示部988
2が組み込まれ、筐体9891には表示部9883が組み込まれている。
表示部9883には、画素のスイッチング素子として、実施の形態1に示す薄膜トランジ
スタ410を複数配置する。
また、図15に示す携帯型遊技機は、その他、スピーカ部9884、記録媒体挿入部98
86、LEDランプ9890、入力手段(操作キー9885、接続端子9887、センサ
9888(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9889)等を備
えている。もちろん、携帯型遊技機の構成は上述のものに限定されず、少なくとも本明細
書に開示する薄膜トランジスタを備えた構成であればよく、その他付属設備が適宜設けら
れた構成とすることができる。図15に示す携帯型遊技機は、記録媒体に記録されている
プログラム又はデータを読み出して表示部に表示する機能や、他の携帯型遊技機と無線通
信を行って情報を共有する機能を有する。なお、図15に示す携帯型遊技機が有する機能
はこれに限定されず、様々な機能を有することができる。
図16は、上記実施の形態を適用して形成される発光装置を、室内の照明装置3001と
して用いた例である。実施の形態4または実施の形態5で示した発光装置は大面積化も可
能であるため、大面積の照明装置として用いることができる。また、上記実施の形態4で
示した発光装置は、卓上照明器具3000として用いることも可能である。なお、照明器
具には天井固定型の照明器具、卓上照明器具の他にも、壁掛け型の照明器具、車内用照明
、誘導灯なども含まれる。
以上のように、実施の形態1乃至3のいずれか一で示した薄膜トランジスタは、上記の
ような様々な電子機器の表示パネルに配置することができる。薄膜トランジスタ410を
表示パネルのスイッチング素子として用いることにより、信頼性の高い電子機器を提供す
ることができる。
(実施の形態10)
本明細書に開示する半導体装置は、電子ペーパーとして適用することができる。電子ペー
パーは、情報を表示するものであればあらゆる分野の電子機器に用いることが可能である
。例えば、電子ペーパーを用いて、電子書籍(電子ブック)、ポスター、電車などの乗り
物の車内広告、クレジットカード等の各種カードにおける表示等に適用することができる
。電子機器の一例を図17に示す。
図17は、電子書籍の一例を示している。例えば、電子書籍2700は、筐体2701お
よび筐体2703の2つの筐体で構成されている。筐体2701および筐体2703は、
軸部2711により一体とされており、該軸部2711を軸として開閉動作を行うことが
できる。このような構成により、紙の書籍のような動作を行うことが可能となる。
筐体2701には表示部2705が組み込まれ、筐体2703には表示部2707が組み
込まれている。表示部2705および表示部2707は、続き画面を表示する構成として
もよいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とするこ
とで、例えば右側の表示部(図17では表示部2705)に文章を表示し、左側の表示部
(図17では表示部2707)に画像を表示することができる。
また、図17では、筐体2701に操作部などを備えた例を示している。例えば、筐体2
701において、電源2721、操作キー2723、スピーカ2725などを備えている
。操作キー2723により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示部と同一面にキー
ボードやポインティングデバイスなどを備える構成としてもよい。また、筐体の裏面や側
面に、外部接続用端子(イヤホン端子、USB端子、またはACアダプタおよびUSBケ
ーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など)、記録媒体挿入部などを備える構成と
してもよい。さらに、電子書籍2700は、電子辞書としての機能を持たせた構成として
もよい。
また、電子書籍2700は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、
電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすること
も可能である。
本実施の形態は、実施の形態1乃至3のいずれか一に記載した薄膜トランジスタと適宜組
み合わせて実施することが可能である。
300 基板
302a ゲート絶縁層
302b ゲート絶縁層
307 保護絶縁層
310 薄膜トランジスタ
311 ゲート電極層
313c チャネル形成領域
314a 酸化物導電層
314b 酸化物導電層
315a ソース電極層
315b ドレイン電極層
316 酸化物絶縁層
330 酸化物半導体膜
334 レジストマスク
400 基板
402a ゲート絶縁層
402b ゲート絶縁層
403 保護絶縁層
410 薄膜トランジスタ
411 ゲート電極層
413 チャネル形成領域
414a 高抵抗ソース領域
414b 高抵抗ドレイン領域
415a ソース電極層
415b ドレイン電極層
416 酸化物絶縁層
430 酸化物半導体膜
431 酸化物半導体層
450 基板
451 ゲート電極層
452a ゲート絶縁層
452b ゲート絶縁層
453 酸化物半導体層
454 チャネル形成領域
455a ソース電極層
455b ドレイン電極層
456 酸化物絶縁層
457 保護絶縁層
459 酸化物半導体膜
460 薄膜トランジスタ
580 基板
581 薄膜トランジスタ
583 酸化物絶縁層
584 保護絶縁層
585 絶縁層
587 電極層
588 電極層
590a 黒色領域
590b 白色領域
594 キャビティ
595 充填材
596 対向基板
600 基板
601 対向基板
602 ゲート配線
603 ゲート配線
606a ゲート絶縁層
606b ゲート絶縁層
616 配線
618 配線
619 配線
620 絶縁層
621 保護絶縁層
622 絶縁層
623 コンタクトホール
624 画素電極
625 スリット
626 画素電極
627 コンタクトホール
628 TFT
629 TFT
632 遮光膜
636 着色膜
637 平坦化膜
640 対向電極
641 スリット
650 液晶層
690 容量配線
1100 携帯電話機
1101 筐体
1102 表示部
1103 操作ボタン
1104 外部接続ポート
1105 スピーカ
1106 マイク
1800 筐体
1801 筐体
1802 表示パネル
1803 スピーカ
1804 マイクロフォン
1805 操作キー
1806 ポインティングデバイス
1807 カメラ用レンズ
1808 外部接続端子
1810 キーボード
1811 外部メモリスロット
2700 電子書籍
2701 筐体
2703 筐体
2705 表示部
2707 表示部
2711 軸部
2721 電源
2723 操作キー
2725 スピーカ
3000 卓上照明器具
3001 照明装置
4001 基板
4002 画素部
4003 信号線駆動回路
4004 走査線駆動回路
4005 シール材
4006 基板
4008 液晶層
4010 薄膜トランジスタ
4011 薄膜トランジスタ
4013 液晶素子
4015 接続端子電極
4016 端子電極
4018 FPC
4019 異方性導電膜
4021 絶縁層
4030 画素電極層
4031 対向電極層
4032 絶縁層
4040 導電層
4041 絶縁層
4042 保護絶縁層
4501 基板
4502 画素部
4503a 信号線駆動回路
4503b 信号線駆動回路
4504a 走査線駆動回路
4504b 走査線駆動回路
4505 シール材
4506 基板
4507 充填材
4509 薄膜トランジスタ
4510 薄膜トランジスタ
4511 発光素子
4512 電界発光層
4513 第2電極
4515 接続端子電極
4516 端子電極
4517 第1電極
4518a FPC
4518b FPC
4519 異方性導電膜
4520 隔壁
4540 導電層
4542 酸化物絶縁層
4543 オーバーコート層
4544 絶縁層
4545 カラーフィルタ層
4547 絶縁層
6400 画素
6401 スイッチング用トランジスタ
6402 駆動用トランジスタ
6403 容量素子
6404 発光素子
6405 信号線
6406 走査線
6407 電源線
6408 共通電極
7001 TFT
7002 発光素子
7003 電極
7004 EL層
7005 電極
7009 隔壁
7011 駆動用TFT
7012 発光素子
7013 電極
7014 EL層
7015 電極
7016 遮蔽膜
7017 導電膜
7019 隔壁
7021 駆動用TFT
7022 発光素子
7023 電極
7024 EL層
7025 電極
7026 電極
7027 導電膜
7029 隔壁
7031 絶縁層
7032 絶縁層
7033 カラーフィルタ層
7034 オーバーコート層
7035 保護絶縁層
7041 絶縁層
7042 絶縁層
7043 カラーフィルタ層
7044 オーバーコート層
7045 保護絶縁層
7051 酸化物絶縁層
7052 保護絶縁層
7053 平坦化絶縁層
7055 絶縁層
9600 テレビジョン装置
9601 筐体
9603 表示部
9605 スタンド
9607 表示部
9609 操作キー
9610 リモコン操作機
9700 デジタルフォトフレーム
9701 筐体
9703 表示部
9881 筐体
9882 表示部
9883 表示部
9884 スピーカ部
9885 操作キー
9886 記録媒体挿入部
9887 接続端子
9888 センサ
9889 マイクロフォン
9890 LEDランプ
9891 筐体
9893 連結部

Claims (1)

  1. ゲート電極と、
    前記ゲート電極上のゲート絶縁層と、
    前記ゲート絶縁層上の酸化物半導体層と、
    前記酸化物半導体層上のソース電極層及びドレイン電極層と、
    前記ソース電極層又は前記ドレイン電極層に電気的に接続された画素電極層と、を有し、
    前記酸化物半導体層は、インジウムと、ガリウムと、亜鉛とを有し、
    前記ゲート絶縁層は、アルミニウムを含む酸化珪素膜(但し、SiOとAlを含む固溶体を除く)を有する表示装置。
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