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Description
置に関する。
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。
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。
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。
膜を用いる第2のトランジスタとを積層させることで、メモリセルを複数重畳して設ける
ことにより、セル面積を縮小させる技術が開示されている。
示駆動する駆動回路部とを備え、駆動回路部を含む第1層と、画素部を含む第2層とが積
層されることにより、画素部の周辺領域における駆動回路部の配置スペースを削減する技
術が開示されている。
置面積を縮小させることができる。一方、複数のトランジスタを積層することで、マスク
枚数または工程数が増加してしまうといった問題があった。
、マスク枚数または工程数の増加が少ない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、トランジスタの配置面積を縮小させることができる半導体
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、信頼性の高い半導
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、製造コストを低
減する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。
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
。
ンジスタと、を有し、第1のトランジスタは第1の酸化物半導体膜を有し、第2のトラン
ジスタは第2の酸化物半導体膜を有し、第1のトランジスタは、層間膜を有する。
膜を有し、第1の結晶部は、c軸配向性を有し、第2の結晶部は、第1の結晶部よりc軸
配向性が低い。第1の金属酸化物膜を、断面に対する電子線回折測定を行い、電子線回折
パターンを観測した場合、電子線回折パターンは、第1の結晶部に起因する回折スポット
を有する第1の領域と、第2の結晶部に起因する回折スポットを有する第2の領域とを有
する。第2の酸化物半導体膜は、第3の結晶部と、第4の結晶部と、を有する第2の金属
酸化物膜を有し、第3の結晶部は、c軸配向性を有し、第4の結晶部は、第3の結晶部よ
りc軸配向性が低い。第2の金属酸化物膜を、断面に対する電子線回折測定を行い、電子
線回折パターンを観測した場合、電子線回折パターンは、第3の結晶部に起因する回折ス
ポットを有する第3の領域と、第4の結晶部に起因する回折スポットを有する第4の領域
とを有する。
ける輝度の積分強度の比は、第2の酸化物半導体膜の、第4の領域における輝度の積分強
度に対する、第3の領域における輝度の積分強度の比より大きいことを特徴とする。
と、第2の酸化物半導体膜と、の間に挟まれる領域を有すると好ましい。
挟まれる領域を有すると好ましい。
有すると好ましい。
Zn=4:2:3近傍であり、Inが4の場合、Mが1.5以上2.5以下であり、且つ
Znが2以上4以下であると好ましい。In、M、及びZnの原子数の比は、第1の酸化
物半導体膜中と、第2の酸化物半導体膜中と、でそれぞれ異なっても良い。
効果移動度より、前記第2のトランジスタの電界効果移動度の方が大きいと好ましい。上
記構成において、トランジスタのId-Vg特性は、ゲート電極に印加される電圧を3V
以上10V以下の範囲とし、且つ前記ドレイン領域に印加される電圧を10V以上20V
以下の範囲として測定されると好ましい。
とを有する表示装置である。
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。
または工程数の増加が少ない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、酸化物半導体膜を有する複数のトランジスタを積層する半導体装置において、
信頼性の高い半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、酸化
物半導体膜を有する複数のトランジスタを積層する半導体装置において、製造コストを低
減する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。
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。
なる態様で実施することが可能であり、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は当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は
、以下の実施の形態の記載内容に限定して解釈されない。
合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。なお図面は、理想的な例を模
式的に示しており、図面に示す形状又は値などに限定されない。
同を避けるために付したものであり、数的に限定するものではないことを付記する。
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。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。
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、チャネル領域を介してソースとドレインの間に電流を流すこ
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。
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。
」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。
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
、「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。
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。
態(非導通状態、遮断状態、ともいう)にあるときのドレイン電流をいう。オフ状態とは
、特に断りがない場合、nチャネル型トランジスタでは、ゲートとソースの間の電圧Vg
sがしきい値電圧Vthよりも低い状態、pチャネル型トランジスタでは、ゲートとソー
スの間の電圧Vgsがしきい値電圧Vthよりも高い状態をいう。例えば、nチャネル型
のトランジスタのオフ電流とは、ゲートとソースの間の電圧Vgsがしきい値電圧Vth
よりも低いときのドレイン電流を言う場合がある。
電流がI以下である、とは、トランジスタのオフ電流がI以下となるVgsの値が存在す
ることを言う場合がある。トランジスタのオフ電流は、所定のVgsにおけるオフ状態、
所定の範囲内のVgsにおけるオフ状態、または、十分に低減されたオフ電流が得られる
Vgsにおけるオフ状態、等におけるオフ電流を指す場合がある。
電流が1×10-9Aであり、Vgsが0.1Vにおけるドレイン電流が1×10-13
Aであり、Vgsが-0.5Vにおけるドレイン電流が1×10-19Aであり、Vgs
が-0.8Vにおけるドレイン電流が1×10-22Aであるようなnチャネル型トラン
ジスタを想定する。当該トランジスタのドレイン電流は、Vgsが-0.5Vにおいて、
または、Vgsが-0.5V乃至-0.8Vの範囲において、1×10-19A以下であ
るから、当該トランジスタのオフ電流は1×10-19A以下である、と言う場合がある
。当該トランジスタのドレイン電流が1×10-22A以下となるVgsが存在するため
、当該トランジスタのオフ電流は1×10-22A以下である、と言う場合がある。
あたりを流れる電流値で表す場合がある。また、所定のチャネル幅(例えば1μm)あた
りを流れる電流値で表す場合がある。後者の場合、オフ電流の単位は、電流/長さの次元
を持つ単位(例えば、A/μm)で表される場合がある。
、特に記載がない場合、室温、60℃、85℃、95℃、または125℃におけるオフ電
流を表す場合がある。または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等の信頼性が保証
される温度、または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等が使用される温度(例え
ば、5℃乃至35℃のいずれか一の温度)におけるオフ電流、を表す場合がある。トラン
ジスタのオフ電流がI以下である、とは、室温、60℃、85℃、95℃、125℃、当
該トランジスタが含まれる半導体装置の信頼性が保証される温度、または、当該トランジ
スタが含まれる半導体装置等が使用される温度(例えば、5℃乃至35℃のいずれか一の
温度)、におけるトランジスタのオフ電流がI以下となるVgsの値が存在することを指
す場合がある。
本明細書において、オフ電流は、特に記載がない場合、Vdsが0.1V、0.8V、1
V、1.2V、1.8V、2.5V、3V、3.3V、10V、12V、16V、または
20Vにおけるオフ電流を表す場合がある。または、当該トランジスタが含まれる半導体
装置等の信頼性が保証されるVds、または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等
において使用されるVdsにおけるオフ電流、を表す場合がある。トランジスタのオフ電
流がI以下である、とは、Vdsが0.1V、0.8V、1V、1.2V、1.8V、2
.5V、3V、3.3V、10V、12V、16V、20V、当該トランジスタが含まれ
る半導体装置の信頼性が保証されるVds、または、当該トランジスタが含まれる半導体
装置等において使用されるVds、におけるトランジスタのオフ電流がI以下となるVg
sの値が存在することを指す場合がある。
は、トランジスタがオフ状態にあるときのソースを流れる電流を言う場合もある。
、本明細書等において、オフ電流とは、例えば、トランジスタがオフ状態にあるときに、
ソースとドレインとの間に流れる電流を指す場合がある。
が形成されたときのゲート電圧(Vg)を指す。具体的には、トランジスタのしきい値電
圧とは、ゲート電圧(Vg)を横軸に、ドレイン電流(Id)の平方根を縦軸にプロット
した曲線(Vg-√Id特性)において、最大傾きである接線を外挿したときの直線と、
ドレイン電流(Id)の平方根が0(Idが0A)との交点におけるゲート電圧(Vg)
を指す場合がある。あるいは、トランジスタのしきい値電圧とは、チャネル長をL、チャ
ネル幅をWとし、Id[A]×L[μm]/W[μm]の値が1×10-9[A]となる
ゲート電圧(Vg)を指す場合がある。
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。
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。
。例えば、濃度が0.1原子%未満の元素は不純物である。不純物が含まれることにより
、半導体にDOS(Density of States)が形成されることや、キャリ
ア移動度が低下することや、結晶性が低下することなどが起こる場合がある。半導体が酸
化物半導体を有する場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、第1族元
素、第2族元素、第14族元素、第15族元素、主成分以外の遷移金属などがあり、特に
、水素(水にも含まれる)、リチウム、ナトリウム、シリコン、ホウ素、リン、炭素、窒
素などがある。酸化物半導体の場合、例えば水素などの不純物の混入によって酸素欠損を
形成する場合がある。また、半導体がシリコンを有する場合、半導体の特性を変化させる
不純物としては、例えば、酸素、水素を除く第1族元素、第2族元素、第13族元素、第
15族元素などがある。
金属の酸化物である。金属酸化物は、酸化物絶縁体、酸化物導電体(透明酸化物導電体を
含む)、酸化物半導体(Oxide Semiconductorまたは単にOSともい
う)などに分類される。例えば、トランジスタの活性層に金属酸化物を用いた場合、当該
金属酸化物を酸化物半導体と呼称する場合がある。つまり、OS FETと記載する場合
においては、金属酸化物または酸化物半導体を有するトランジスタと換言することができ
る。
de)と総称する場合がある。また、窒素を有する金属酸化物を、金属酸窒化物(met
al oxynitride)と呼称してもよい。
)、及びCAC(Cloud-Aligned Composite)と記載する場合が
ある。なお、CAACは結晶構造の一例を表し、CACは機能、または材料の構成の一例
を表す。
n-Ga-Zn酸化物ターゲット(In:Ga:Zn=4:2:4.1[原子数比])を
用いて、スパッタリング法にて成膜された酸化物半導体を一例として説明する。上記ター
ゲットを用いて、基板温度を100℃以上130℃以下として、スパッタリング法により
形成した酸化物半導体をsIGZOと呼称し、上記ターゲットを用いて、基板温度を室温
(R.T.)として、スパッタリング法により形成した酸化物半導体をtIGZOと呼称
する。例えば、sIGZOは、nc(nano crystal)及びCAACのいずれ
か一方または双方の結晶構造を有する。また、tIGZOは、ncの結晶構造を有する。
なお、ここでいう室温(R.T.)とは、基板を意図的に加熱しない場合の温度を含む。
材料の一部では導電体の機能と、材料の一部では誘電体(または絶縁体)の機能とを有し
、材料の全体では半導体としての機能を有する。なお、CAC-OSまたはCAC-me
tal oxideを、トランジスタの活性層に用いる場合、導電体は、キャリアとなる
電子(またはホール)を流す機能を有し、誘電体は、キャリアとなる電子を流さない機能
を有する。導電体としての機能と、誘電体としての機能とを、それぞれ相補的に作用させ
ることで、スイッチングさせる機能(On/Offさせる機能)をCAC-OSまたはC
AC-metal oxideに付与することができる。CAC-OSまたはCAC-m
etal oxideにおいて、それぞれの機能を分離させることで、双方の機能を最大
限に高めることができる。
電体領域、及び誘電体領域を有する。導電体領域は、上述の導電体の機能を有し、誘電体
領域は、上述の誘電体の機能を有する。また、材料中において、導電体領域と、誘電体領
域とは、ナノ粒子レベルで分離している場合がある。また、導電体領域と、誘電体領域と
は、それぞれ材料中に偏在する場合がある。また、導電体領域は、周辺がぼけてクラウド
状に連結して観察される場合がある。
(matrix composite)、または金属マトリックス複合材(metal
matrix composite)と呼称することもできる。
電体領域とは、それぞれ0.5nm以上10nm以下、好ましくは0.5nm以上3nm
以下のサイズで材料中に分散している場合がある。
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23を参照して説明する。
本発明の一態様の半導体装置100A、100B、100C、100Dの断面図を示す(
図1(A)(B)、図2(A)(B)参照)。半導体装置100A、100B、100C
、100Dは、トランジスタTr1と、トランジスタTr2とを有する。
ンジスタTr2はボトムゲート型のトランジスタである。半導体装置100Bのトランジ
スタTr1及びトランジスタTr2はトップゲート型の構造のトランジスタである。半導
体装置100CのトランジスタTr1及びトランジスタTr2はボトムゲート型のトラン
ジスタである。半導体装置100DのトランジスタTr1はボトムゲート型のトランジス
タであり、トランジスタTr2はトップゲート型のトランジスタである。
Tr2も、酸化物半導体膜を有する。この酸化物半導体膜は、それぞれ、Inと、M(M
はAl、Ga、Y、またはSn)と、Znとを含む、金属酸化物を有する。後述の部分で
説明するが、c軸配向性を有する結晶部の存在割合において、トランジスタTr1の有す
る酸化物半導体膜の方が、トランジスタTr2の有する酸化物半導体膜より大きい。すな
わち、トランジスタの形状にかかわらず、本発明の一態様の半導体装置は、トランジスタ
Tr1の有する酸化物半導体膜と、トランジスタTr2の有する酸化物半導体膜と、の結
晶性が互いに異なる。または、本発明の一態様の半導体装置は、トランジスタTr1のチ
ャネル領域が形成される酸化物半導体膜と、トランジスタTr2のチャネル領域が形成さ
れる酸化物半導体膜と、の結晶性が互いに異なる。
、絶縁膜106上の酸化物半導体膜108と、酸化物半導体膜108上の絶縁膜110と
、絶縁膜110上の導電膜120と、絶縁膜106、酸化物半導体膜108、導電膜12
0上の絶縁膜114とを有する。また、酸化物半導体膜108は、導電膜120と重なり
、且つ絶縁膜110と接するチャネル領域108iと、絶縁膜114と接するソース領域
108sと、絶縁膜114と接するドレイン領域108dと、を有する。
膜116に設けられた開口部を介して、ソース領域108sにおいて酸化物半導体膜10
8に電気的に接続される導電膜112aと、絶縁膜114及び絶縁膜116に設けられた
開口部を介して、ドレイン領域108dにおいて酸化物半導体膜108に電気的に接続さ
れる導電膜112bと、絶縁膜116、導電膜112a、及び導電膜112b上の絶縁膜
118と、を有する。
上の絶縁膜118と、絶縁膜118上の酸化物半導体膜128と、酸化物半導体膜128
上の導電膜122aと、酸化物半導体膜128上の導電膜122bと、酸化物半導体膜1
28、導電膜122a、及び導電膜122b上の絶縁膜124と、絶縁膜124上の絶縁
膜126と、絶縁膜126上の導電膜130と、を有する。すなわちトランジスタTr2
は、導電膜112bと、導電膜130と、をゲート電極とすることができる。このとき導
電膜112bをバックゲート電極とすることができる。
絶縁膜118と、絶縁膜118上の酸化物半導体膜208と、酸化物半導体膜208上の
絶縁膜210bと、絶縁膜210b上の導電膜212bと、酸化物半導体膜208、導電
膜212b、及び絶縁膜118上の絶縁膜214と、絶縁膜216と、導電膜218a、
218bと、を有する。すなわちトランジスタTr2は、導電膜112bと、導電膜21
2bと、をゲート電極とすることができる。このとき導電膜112bをバックゲート電極
とすることができる。
、導電膜107上の絶縁膜117と、絶縁膜117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導電膜112a、112bと、絶縁膜118、11
9と、を有する。
縁膜118、119と、絶縁膜119上の酸化物半導体膜128と、酸化物半導体膜12
8上の導電膜122aと、酸化物半導体膜128上の導電膜122bと、絶縁膜124と
、絶縁膜124上の絶縁膜126と、絶縁膜126上の導電膜130と、を有する。すな
わちトランジスタTr2は、導電膜112bと、導電膜130と、をゲート電極とするこ
とができる。このとき導電膜112bをバックゲート電極とすることができる。
縁膜118、119と、絶縁膜119上の酸化物半導体膜128と、酸化物半導体膜12
8上の導電膜122aと、酸化物半導体膜128上の絶縁膜210bと、絶縁膜210b
上の導電膜212bと、絶縁膜216と、を有する。すなわちトランジスタTr2は、導
電膜112bと、導電膜212bと、をゲート電極とすることができる。このとき導電膜
112bをバックゲート電極とすることができる。
22cが、トランジスタTr1の酸化物半導体膜108と重なっている。すなわちトラン
ジスタTr1は、導電膜107と、導電膜122cと、をゲート電極とすることができる
。このとき導電膜122cをバックゲート電極とすることができる。
酸化物半導体膜と、トランジスタTr2の有する酸化物半導体膜とは、互いに重なる領域
を有する。トランジスタTr1と、トランジスタTr2とを少なくとも一部が互いに重な
る領域を設けることで、トランジスタの配置面積を縮小させることができる。ただし、ト
ランジスタTr1の酸化物半導体膜に形成されるチャネル領域と、トランジスタTr2の
酸化物半導体膜に形成されるチャネル領域とは、互いに重ならない方が好適である。
の半導体装置100Eを図3(A)に示す。ただし半導体装置100Aと異なる点として
、半導体装置100Eは半導体装置100Aと異なり、トランジスタTr1の有する酸化
物半導体膜と、トランジスタTr2の有する酸化物半導体膜とは、互いに重なる領域を有
していない。しかしながら導電膜112bの一部がトランジスタTr2の有する酸化物半
導体膜と互いに重なる領域を有する。また導電膜112bの一部が導電膜122aの一部
と互いに重なる領域を有する。これは半導体装置100BのトランジスタTr1、トラン
ジスタTr2に対する半導体装置100FのトランジスタTr1、トランジスタTr2に
対しても同じである(図3(B)参照)。また、半導体装置100C、100Dのトラン
ジスタにおいて、トランジスタTr1の有する酸化物半導体膜と、トランジスタTr2の
有する酸化物半導体膜とは、互いに重なる領域を有していない構造としても良い。このよ
うな配置でも、露光による線幅を微細化できる限界を考慮すると、平面上にて配線間の距
離を確保した場合に比べ、トランジスタの配置面積を縮小させる効果がある。
100C、100Dにおいて、絶縁膜117、絶縁膜118、絶縁膜119、が水素を透
過しにくい膜を有したとする。基板102が水素を放出しやすい材料である場合、この水
素の拡散は、トランジスタTr1の有する酸化物半導体膜中への量より、トランジスタT
r2の有する酸化物半導体膜中への量の方が小さくすることができる。つまりトランジス
タTr2は、トランジスタTr1に比べて水素の拡散に対して閾値が変動しやすい特性の
トランジスタでも、用いることができる。
体装置100Aの、図4(A)に示す一点鎖線A1-A2間における切断面の断面図に相
当する。なお、図4(B)は、トランジスタTr1のチャネル長(L)方向の断面、及び
トランジスタTr2のチャネル長(L)方向の断面を含む。
素の一部(ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜等)、及び構成要素の符号の一部を省略し
て図示している。なお、半導体装置の上面図においては、以降の図面においても図4(A
)と同様に、構成要素の一部及び構成要素の符号の一部を省略して図示する場合がある。
、100Fも半導体装置100Aと同様に図4(A)に示すような配置をすることができ
る。
果移動度が異なる。Id-Vg測定にて飽和領域における、電界効果移動度は、トランジ
スタTr2の方が、トランジスタTr1より高い。また詳細は後述の部分にて説明するが
、トランジスタTr1が有する酸化物半導体膜の成膜温度の方がトランジスタTr2が有
する酸化物半導体膜の成膜温度より高い。また、トランジスタTr2は、トランジスタの
Id-Vg測定にて飽和領域における、電界効果移動度の最小値と、電界効果移動度の最
大値との差が15cm2/Vs以内であるとよい。
100F、の構造いずれにおいても、トランジスタTr2の飽和領域の電界効果移動度が
トランジスタTr1のものより高くなる。すなわち本発明の一態様は、半導体装置100
A、100B、100C、100Dのいずれの構造としても良い。また、それぞれトラン
ジスタTr1の有する酸化物半導体膜と、トランジスタTr2の有する酸化物半導体膜と
が、互いに重なる領域を有していない半導体装置100E、または100Fの構造として
も良い。
なる場合、いずれか一方のトランジスタが動作しているときに他方に影響を与える場合が
ある。この影響を回避するために、トランジスタTr1とトランジスタTr2との間の間
隔を大きくする構成、またはトランジスタTr1とトランジスタTr2との間に導電膜を
設ける構成などが挙げられる。しかしながら、前者の構成の場合、半導体装置が厚くなる
ため、例えば、半導体装置100Aをフレキシブル基板等に形成する場合、曲げ性等が問
題になる場合がある。また、後者の構成の場合、導電膜を形成する工程の増加、及び前者
の構成の場合と同様に半導体装置が厚くなるため問題になる場合がある。
原子数比より多い領域を有することで、トランジスタTr1及びトランジスタTr2の電
界効果移動度をいずれも高くすることができる。
成するゲートドライバに用いることで、額縁幅の狭い(狭額縁ともいう)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
る信号線からの信号の供給を行うソースドライバ(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。また、上記の電界効果移動度が
高いトランジスタを、表示装置が有する画素回路の選択トランジスタ及び駆動トランジス
タのいずれか一方または双方に用いることで、表示品位が高い表示装置を提供することが
できる。
ることができ、図4(A)(B)に示すような配置とすることで、表示装置の画素密度を
高めることが可能となる。例えば、表示装置の画素密度が1000ppi(pixel
per inch)を超える、または表示装置の画素密度が2000ppiを超える場合
においても、図4(A)(B)に示すような配置とすることで、画素の開口率を高めるこ
とができる。なお、ppiは、1インチあたりの画素数を表す単位である。
28と、の違いを説明する。特にトランジスタのId-Vg測定にて飽和領域における、
電界効果移動度について説明する。
初めにトランジスタの一般的な特性について、図5及び図6を用いて説明を行う。
トランジスタのドレイン電流-ゲート電圧特性(Id-Vg特性)について説明する。図
5(A)はトランジスタのId-Vg特性の一例を説明する図である。なお、図5(A)
において、理解を簡単にするためにトランジスタの活性層には、多結晶シリコンを用いた
場合を想定している。また、図5(A)において、縦軸がIdを横軸がVgをそれぞれ表
す。
つ目の領域をオフ領域(OFF region)と、2つ目の領域をサブスレッショルド
領域(subthreshold region)と、3つ目の領域をオン領域(ON
region)と、それぞれ呼称する。また、サブスレッショルド領域とオン領域との境
界のゲート電圧をしきい値電圧(Vth)と呼称する。
う)が低く、オン領域のドレイン電流(オン電流またはIonともいう)が高い方が望ま
しい。なお、トランジスタのオン電流については、電界効果移動度を指標とする場合が多
い。電界効果移動度の詳細については後述する。
-Vg特性の傾きが急峻である方が望ましい。サブスレッショルド領域のId-Vg特性
の変化の大きさを表わす指標として、SS(subthreshold swing)ま
たはS値などと呼称される。なお、S値は、以下の式(1)で表される。
ト電圧の変化量の最小値である。S値が小さいほど、オンとオフとのスイッチング動作を
急峻に行うことができる。
次に、トランジスタのドレイン電流-ドレイン電圧特性(Id-Vd特性)について説明
する。図5(B)はトランジスタのId-Vd特性の一例を説明する図である。また、図
5(B)において、縦軸がIdを横軸がVdをそれぞれ表す。
線形領域(Linear region)と、2つ目の領域を飽和領域(Saturat
ion region)と、それぞれ呼称する。線形領域は、ドレイン電流がドレイン電
圧の上昇に伴って放物線状に大きくなる。一方で飽和領域は、ドレイン電圧が変化しても
ドレイン電流が大きく変化しない。なお、真空管に準じて、線形領域を3極管領域と、飽
和領域を5極管領域と、それぞれ呼称する場合がある。
また、飽和領域とは、Vgに対してVdが大きい(Vg<Vd)状態を指す場合がある。
ただし、実際には、トランジスタのしきい値電圧を考慮する必要がある。よって、トラン
ジスタのしきい値電圧を差分した値がVdに対して大きい状態(Vd<Vg-Vth)を
線形領域とする場合がある。同様に、トランジスタのしきい値電圧を差分した値がVdに
対して小さい状態(Vg-Vth<Vd)を飽和領域とする場合がある。
飽和性が良い」と表現する場合がある。トランジスタの飽和性の良さは、特に有機ELデ
ィスプレイへの応用で重要である。例えば、飽和性が良いトランジスタを有機ELディス
プレイの画素のトランジスタに用いることで、ドレイン電圧が変化しても画素の明るさの
変化を抑制することができる。
次に、ドレイン電流の解析モデルについて説明する。ドレイン電流の解析モデルとしては
、Gradual channel近似(GCA)に基づくドレイン電流の解析式が知ら
れている。GCAに基づくとトランジスタのドレイン電流は、以下の式(2)で表される
。
けるドレイン電流の式である。
次に、電界効果移動度について説明する。トランジスタの電流駆動力の指標として、電界
効果移動度が用いられる。上述したように、トランジスタのオン領域は線形領域と飽和領
域に分かれる。それぞれの領域の特性から、GCAに基づくドレイン電流の解析式に基づ
いてトランジスタの電界効果移動度を算出することができる。区別する必要のあるときは
、それぞれ線形移動度(Linear mobility)、飽和移動度(Satura
tion mobility)と呼ばれる。線形移動度は、以下の式(3)で表され、飽
和移動度は、以下の式(4)で表される。
する。図6に、GCAに基づくドレイン電流の解析式から計算した移動度曲線を示す。な
お、図6は、トランジスタのId-Vg特性に対して、線形移動度及び飽和移動度の移動
度曲線を、それぞれ重ねて示している。
る。移動度曲線の形状は、トランジスタの内部の様子を理解するための手がかりとなる。
正孔)は、ゲート電圧が増加することで、電界により加速されエネルギーを得る。よって
、キャリアは電界によって一定の速度を得るため、飽和移動度は増加する。ただし、キャ
リアは、電界によって無限に加速されることはなく、熱振動する格子原子、またはイオン
化した不純物原子などに衝突することによってエネルギーを失うため、飽和移動度が徐々
に減少する。
次に、酸化物半導体膜を有するトランジスタを作製し、当該トランジスタの電気特性を評
価した。
04と、絶縁膜104上の酸化物半導体膜108と、酸化物半導体膜108上の絶縁膜1
10と、絶縁膜110上の導電膜112と、絶縁膜104、酸化物半導体膜108、及び
導電膜112上の絶縁膜116と、を有する。なお、酸化物半導体膜108は、導電膜1
12と重なるチャネル領域108iと、絶縁膜116と接するソース領域108sと、絶
縁膜116と接するドレイン領域108dと、を有する。
A3を作製した。
mのトランジスタが形成された試料である。また、試料A1及び試料A2が比較用のトラ
ンジスタが形成された試料であり、試料A3が本発明の一態様のトランジスタが形成され
た試料である。なお、試料A1乃至試料A3は、それぞれ酸化物半導体膜の成膜条件を変
えて形成し、それ以外の工程については同じ作製方法とした。
まず、ガラス基板上に厚さ10nmのチタン膜と、厚さ100nmの銅膜とを、スパッタ
リング装置を用いて形成した。続いて当該導電膜をフォトリソグラフィ法により加工した
。
堆積(PECVD)装置を用いて、真空中で連続して形成した。絶縁膜は、下から厚さ5
0nmの窒化シリコン膜、厚さ300nmの窒化シリコン膜、厚さ50nmの窒化シリコ
ン膜、厚さ50nmの酸化窒化シリコン膜をそれぞれ用いた。
、半導体層を形成した。酸化物半導体膜108としては、厚さ40nmの酸化物半導体膜
を形成した。なお、試料A1乃至A3において、酸化物半導体膜の成膜条件がそれぞれ異
なる。
ンガスと、流量60sccmの酸素ガスとをスパッタリング装置のチャンバー内に導入し
、圧力を0.6Paとし、インジウムと、ガリウムと、亜鉛とを有する金属酸化物ターゲ
ット(In:Ga:Zn=4:2:4.1[原子数比])に、2.5kwの交流電力を印
加することで形成した。なお、成膜ガス全体に占める酸素の割合から、「酸素流量比」と
記載する場合がある。試料A1の成膜時における酸素流量比は30%である。
ンガスと、流量20sccmの酸素ガスとをスパッタリング装置のチャンバー内に導入し
、圧力を0.6Paとし、インジウムと、ガリウムと、亜鉛とを有する金属酸化物ターゲ
ット(In:Ga:Zn=4:2:4.1[原子数比])に、2.5kwの交流電力を印
加することで形成した。なお、試料A2の成膜時における酸素流量比は10%である。
わち、基板温度を室温(R.T.)として、流量180sccmのアルゴンガスと、流量
20sccmの酸素ガスとをスパッタリング装置のチャンバー内に導入し、圧力を0.6
Paとし、インジウムと、ガリウムと、亜鉛とを有する金属酸化物ターゲット(In:G
a:Zn=4:2:4.1[原子数比])に、2.5kwの交流電力を印加することで形
成した。なお、試料A3の成膜時における酸素流量比は10%である。
nmの酸化窒化シリコン膜を、PECVD装置を用いて形成した。
0℃ 1時間の熱処理とした。
チング法を用いた。
化物半導体膜を島状に加工することで、導電膜を形成した。また、導電膜を形成後、続け
て、導電膜の下側に接する絶縁膜を加工することで、絶縁膜を形成した。
さ100nmの銅膜とを順に形成した。なお、酸化物半導体膜の成膜条件としては、基板
温度を170℃として、流量200sccmの酸素ガスをスパッタリング装置のチャンバ
ー内に導入し、圧力を0.6Paとし、インジウムと、ガリウムと、亜鉛とを有する金属
酸化物ターゲット(In:Ga:Zn=4:2:4.1[原子数比])に、2.5kwの
交流電力を印加すること形成した。また、窒化チタン膜及び銅膜としては、スパッタリン
グ装置を用いて形成した。
処理としては、PECVD装置を用い、基板温度を220℃とし、アルゴンガスと窒素ガ
スとの混合ガス雰囲気下で行った。
さ100nmの窒化シリコン膜及び厚さ300nmの酸化窒化シリコン膜を、PECVD
装置を用いて積層して形成した。
た。
ソース電極及びドレイン電極なる導電膜を形成した。当該導電膜としては、厚さ10nm
のチタン膜と、厚さ100nmの銅膜とを、スパッタリング装置を用いて、それぞれ形成
した。
クリル系の感光性樹脂を用いた。
次に、上記作製した試料A1乃至試料A3のトランジスタのId-Vg特性を測定した。
なお、トランジスタのId-Vg特性の測定条件としては、第1のゲート電極として機能
する導電膜に印加する電圧(以下、ゲート電圧(Vg)ともいう)、及び第2のゲート電
極として機能する導電膜に印加する電圧(Vbg)ともいう)を、-10Vから+10V
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に印加す
る電圧(以下、ソース電圧(Vs)ともいう)を0V(comm)とし、ドレイン電極と
して機能する導電膜に印加する電圧(以下、ドレイン電圧(Vd)ともいう)を、0.1
V及び20Vとした。
それぞれ示す。なお、図8(A)(B)(C)において、第1縦軸がId(A)を、第2
縦軸が電界効果移動度(μFE(cm2/Vs))を、横軸がVg(V)を、それぞれ表
す。なお、電界効果移動度については、Vdを20Vで測定した際の値である。
ンジスタのId-Vg特性に異なる傾向が確認される。特に、トランジスタの電界効果移
動度の移動度曲線の形状に差異が確認される。
スタの飽和領域における電界効果移動度の最小値、最大値、及び最大値から最小値を差分
した結果を算出した。なお、ここでは、トランジスタの飽和領域としては、Vgが3V以
上10V以下の範囲とした。当該範囲は、ディスプレイなどの用途において、よく用いら
れるゲート電圧となる。
cm2/Vsであり、最大値が28.3cm2/Vsであった。すなわち、試料A1のト
ランジスタの飽和領域における、電界効果移動度の最小値と、電界効果移動度の最大値と
の差が18.5cm2/Vsであった。また、試料A2においてはトランジスタの飽和領
域における、電界効果移動度の最小値が23.3cm2/Vsであり、最大値が51.1
cm2/Vsであった。すなわち、試料A2のトランジスタの飽和領域における、電界効
果移動度の最小値と、電界効果移動度の最大値との差が27.8cm2/Vsであった。
また、試料A3においてはトランジスタの飽和領域における、電界効果移動度の最小値が
55.8cm2/Vsであり、最大値が67.0cm2/Vsであった。すなわち、試料
A3のトランジスタの飽和領域における、電界効果移動度の最小値と、電界効果移動度の
最大値との差が11.2cm2/Vsであった。
電界効果移動度の最大値に対し、概ね65.3%低い。また、試料A2は、トランジスタ
の飽和領域における電界効果移動度の最小値が、電界効果移動度の最大値に対し、概ね5
4.4%低い。また、試料A3は、トランジスタの飽和領域における電界効果移動度の最
小値が、電界効果移動度の最大値に対し、概ね16.7%低い。このように、本発明の一
態様のトランジスタが形成された試料A3は、トランジスタの飽和領域における電界効果
移動度の最小値が、電界効果移動度の最大値に対し、好ましくは30%以下、さらに好ま
しくは20%以下の特性を有する。
和領域における電界効果移動度の最小値と、電界効果移動度の最大値との差が15cm2
/Vs以内と極めて少ない特性である。また、試料A3は、低Vg(例えば、Vgが0V
を超えて5V以内)領域において、高い電界効果移動度を有する。このような特性のトラ
ンジスタを、例えば有機ELディスプレイの画素のトランジスタに用いることで、高い電
流駆動能力と、高い信頼性とを付与することができる。
図4(A)(B)に示す半導体装置100Aを表示装置の画素回路に適用する場合の一例
について、図9を用いて説明する。
路図である。
素子Cs1と、発光素子160と、を有する。なお、図9においては、半導体装置100
Aが列方向に2つ隣接する構成を例示している。半導体装置100Aが画素(または副画
素ともいう)の一つとして機能する。また、容量素子Cs1については、図4において図
示していないが、例えば、導電膜120と、導電膜122aとの間の容量、あるいは導電
膜112bと導電膜122aとの間の容量を用いて形成することができる。尚、トランジ
スタTr1を、選択トランジスタとも言う。トランジスタTr2を、駆動トランジスタと
も言う。トランジスタTr2は主に飽和領域にて動作する。
Y-1と、隣接する画素にデータ信号の書き込みを行うデータ線DL_Yと、発光素子に
電位を供給するアノード線ANODE_X-1と、隣接する発光素子に電位を供給するア
ノード線ANODE_Xと、画素に走査信号を供給する走査線GL_Xと、が示されてい
る。
気的に接続される。さらに、トランジスタTr1の第1のゲート電極及び第2のゲート電
極は、走査線GL_Xに電気的に接続される。トランジスタTr1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。
極の他方に電気的に接続される。また、容量素子Cs1の一対の電極の他方は、トランジ
スタTr2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Cs1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。
-1に電気的に接続される。
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160の一対の電極の一方には、容量素子Cs1の一対の電極の他方が
電気的に接続される。
合の一例である。
再び、図4(A)(B)に示す半導体装置100Aの説明を行う。図4(A)(B)に示
す半導体装置100Aを表示装置の画素に適用する場合、例えば、トランジスタのチャネ
ル長(L)及びチャネル幅(W)、あるいはトランジスタに接続する配線及び電極の線幅
などを比較的大きくすることができる。例えば、トランジスタTr1とトランジスタTr
2とを同じ平面上に配置する場合と比較して、図4(A)(B)に示すように、トランジ
スタTr1とトランジスタTr2との少なくとも一部を重ねて配置することで、線幅など
を大きくすることができるため、加工寸法のばらつきを低減することが可能となる。
方または双方を共通して用いることができるため、マスク枚数または工程数を削減するこ
とが可能である。
112aがソース電極として機能し、導電膜112bがドレイン電極として機能する。ま
た、トランジスタTr1において、絶縁膜110がゲート絶縁膜として機能する。また、
トランジスタTr2において、導電膜112bが第1のゲート電極として機能し、導電膜
122aがソース電極として機能し、導電膜122bがドレイン電極として機能し、導電
膜130が第2のゲート電極として機能する。また、トランジスタTr2において、絶縁
膜118が第1のゲート絶縁膜として機能し、絶縁膜124、126が第2のゲート絶縁
膜として機能する。
膜と、絶縁膜124、126を第3の絶縁膜と、それぞれ呼称する場合がある。
れる。また、絶縁膜134、136には、導電膜130に達する開口部184が設けられ
る。また、絶縁膜136上には、導電膜138が設けられる。なお、導電膜138は、開
口部184を介して、導電膜130と接続される。
れる。絶縁膜140は、導電膜138の側端部の一部を覆い、隣接する画素間での導電膜
138の短絡を防止する機能を有する。また、EL層142は、発光する機能を有する。
また、導電膜138と、EL層142と、導電膜144と、により発光素子160が構成
される。導電膜138は、発光素子160の一方の電極として機能し、導電膜144は、
発光素子160の他方の電極として機能する。
ト型のトランジスタとを組み合わせて用いることができる。
ランジスタの設置面積を縮小させる。また、複数のトランジスタにおいて、絶縁膜及び導
電膜のいずれか一方または双方を共通して用いることで、マスク枚数または工程数を削減
することができる。
また、図4(A)(B)に示すように、トランジスタTr2は、ゲート電極を2つ有する
構成である。
用いて説明を行う。
する。また、図10は、トランジスタTr2のチャネル幅(W)方向の断面を含む。
向するように位置し、2つのゲート電極として機能する導電膜に挟まれている。導電膜1
12b及び導電膜130のチャネル幅方向の長さは、それぞれ酸化物半導体膜128のチ
ャネル幅方向の長さよりも長く、酸化物半導体膜128の全体は、絶縁膜118、124
、126を介して導電膜112bと導電膜130よって覆われている。
外側に位置する領域を有する。
導電膜112b及び導電膜130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Tr2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Surr
ounded channel(S-channel)構造と呼ぶことができる。
機能する導電膜112b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128に印加することができるため、トランジスタTr2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Tr2を微細化することが可能となる。また、トランジスタTr2は
、酸化物半導体膜128が第1のゲート電極として機能する導電膜112b及び第2のゲ
ート電極として機能する導電膜130によって囲まれた構造を有するため、機械的強度を
高めることができる。
130をトランジスタTr2のソース電極またはドレイン電極として機能する導電膜12
2aと電気的に接続させる構成を有しているが、これに限定されない。例えば、第1のゲ
ート電極と、第2のゲート電極とを接続させる構成としてもよい。この場合、絶縁膜11
8、124、126に開口部を設けることで、第2のゲート電極として機能する導電膜1
30は、該開口部において第1のゲート電極として機能する導電膜112bと電気的に接
続される。よって、導電膜112bと導電膜130には、同じ電位が与えられる。
112bと同時に形成された膜と、導電膜122aと同時に形成された膜との間の容量を
用いて形成することができる。一方、トランジスタTr2の寄生容量は、導電膜112b
と酸化物半導体膜128との間と、導電膜130と酸化物半導体膜128との間と、の合
計となる。
ジスタTr2の寄生容量の影響で大きく変動する。すると発光素子160による表示のば
らつきが生じる。トランジスタの配置面積を縮小させる目的があるため、容量素子Cs1
の保持容量を大きくすることが困難な場合、トランジスタTr2の寄生容量を下げること
がトランジスタTr2のゲート電圧値の安定のために有効である。この手段としては、絶
縁膜126の膜厚を大きくすれば良いが、トランジスタTr2のオン電流が小さくなる。
較すると、図8(C)が最も大きく、次いで図8(B)が大きく、図8(A)は小さい。
飽和領域にて、あるオン電流を得ようとするとき、図8(B)あるいは図8(C)が有す
る酸化物半導体膜を用いた方が、図8(A)が有する酸化物半導体膜を用いるより、絶縁
膜126の膜厚を大きくすることが可能となる。
有する酸化物半導体膜を用いることで、容量素子Cs1の保持容量を小さくすることがで
き、トランジスタの設置面積を縮小させることができる。
次に、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×2200
mm)、第8世代(2200mm×2400mm)、第9世代(2400mm×2800
mm)、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。
を形成してもよい。または、基板102と半導体装置100A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、半導体装置100Aは耐熱
性の劣る基板や可撓性の基板にも転載できる。
導電膜112a、導電膜112b、導電膜120、導電膜122a、導電膜122b、導
電膜130、導電膜138、及び導電膜144としては、クロム(Cr)、銅(Cu)、
アルミニウム(Al)、金(Au)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、
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。
b、導電膜130、導電膜138、及び導電膜144には、インジウムと錫とを有する酸
化物、タングステンとインジウムとを有する酸化物、タングステンとインジウムと亜鉛と
を有する酸化物、チタンとインジウムとを有する酸化物、チタンとインジウムと錫とを有
する酸化物、インジウムと亜鉛とを有する酸化物、シリコンとインジウムと錫とを有する
酸化物、インジウムとガリウムと亜鉛とを有する酸化物等の酸化物導電体を適用すること
もできる。
きる。ここで、酸化物導電体について説明を行う。本明細書等において、酸化物導電体を
OC(Oxide Conductor)と呼称してもよい。酸化物導電体としては、例
えば、酸化物半導体に酸素欠損を形成し、該酸素欠損に水素を添加すると、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を、酸化物導電体ということができる。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。
0、導電膜138、及び導電膜144には、Cu-X合金膜(Xは、Mn、Ni、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。
130のいずれか一つまたは複数には、上述のCu-X合金膜を好適に用いることができ
る。Cu-X合金膜としては、Cu-Mn合金膜が特に好ましい。
b、及び導電膜130のいずれか一つまたは複数には、上述の金属元素の中でも、特にア
ルミニウム、銅、チタン、タングステン、タンタル、及びモリブデンの中から選ばれるい
ずれか一つまたは複数を有すると好適である。
b、及び導電膜130のいずれか一つまたは複数には、窒素とタンタルを含む、所謂窒化
タンタル膜を用いると好適である。当該窒化タンタル膜は、導電性を有し、且つ、銅また
は水素に対して、高いバリア性を有する。また、窒化タンタル膜は、さらに自身からの水
素の放出が少ないため、酸化物半導体膜108と接する金属膜、または酸化物半導体膜1
08の近傍の金属膜として、最も好適に用いることができる。
絶縁膜106、絶縁膜114、絶縁膜116、絶縁膜118、絶縁膜124、絶縁膜12
6、絶縁膜134、絶縁膜136、及び絶縁膜140としては、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。
えば、絶縁膜114、絶縁膜116、酸化物半導体膜108、酸化物半導体膜128、絶
縁膜124、及び絶縁膜126のいずれか一つまたは複数が過剰酸素領域を有する場合に
おいて、絶縁膜106によって酸素の透過を抑制することができる。
る絶縁膜としては、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(過剰酸素領域)を有することがより好ましい。別言すると、過剰酸素
領域を有する酸化物絶縁膜は、酸素を放出することが可能な絶縁膜である。
縁膜を形成する、成膜後の絶縁膜を酸素雰囲気下で熱処理を行う、または成膜後の絶縁膜
中に酸素を添加することで形成すればよい。成膜後の絶縁膜中に酸素を添加する方法とし
ては、プラズマ処理が好ましい。
には、酸化ハフニウムを用いてもよい。ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜に酸化ハフニ
ウムを用いる場合、以下の効果を奏する。
て、酸化シリコンを用いた場合と比べて、絶縁膜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。
には、窒化シリコンを用いてもよい。ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜に窒化シリコン
を用いる場合、以下の効果を奏する。窒化シリコンは、酸化シリコンと比較して比誘電率
が高く、酸化シリコンと同等の静電容量を得るのに必要な膜厚が大きいため、絶縁膜を厚
膜化することができる。よって、トランジスタTr1及びトランジスタTr2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Tr1及びトランジスタT
r2の静電破壊を抑制することができる。
酸化物半導体膜128のいずれか一方または双方に酸素を供給する機能を有する。すなわ
ち、絶縁膜110、116、118、124、126は、酸素を有する。また、絶縁膜1
10、124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110は、後
に形成する導電膜120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
ても機能し、絶縁膜124は、後に形成する絶縁膜126を形成する際の、酸化物半導体
膜128へのダメージ緩和膜としても機能する。
上50nm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。
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3×1017spins/cm3以下であることが好ましい。これは、絶縁膜1
14、124に含まれる欠陥密度が多いと、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。
いて形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。
)において、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1×1018cm-3以上5×1019cm-3以下である。なお、
上記のアンモニアの放出量は、TDSにおける加熱処理の温度が50℃以上650℃以下
、または50℃以上550℃以下の範囲での総量である。また、上記のアンモニアの放出
量は、TDSにおけるアンモニア分子に換算しての総量である。
O2またはNOは、絶縁膜110、124などに準位を形成する。当該準位は、酸化物半
導体膜108、128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110及び酸化物半導体膜108の界面、または絶縁膜124及び酸化物半導体膜1
28の界面に拡散すると、当該準位が絶縁膜110、124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110及び酸化物半導体膜10
8の界面近傍、または絶縁膜124及び酸化物半導体膜128の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。
含まれる窒素酸化物は、加熱処理において、絶縁膜126に含まれるアンモニアと反応す
るため、絶縁膜124に含まれる窒素酸化物が低減される。このため、絶縁膜124及び
酸化物半導体膜128の界面において、電子がトラップされにくい。
値電圧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。
処理により、絶縁膜110、124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5mT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1.96
6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/c
m3未満である。
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)起因のシグナルのスピ
ンの密度の合計に相当する。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。
D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。
えば、窒化物絶縁膜が挙げられる。該窒化物絶縁膜としては、例えば、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を用いて形成することがで
きる。絶縁膜114に含まれる水素濃度は、1×1022atoms/cm3以上である
と好ましい。また、絶縁膜114は、酸化物半導体膜108のソース領域108s、及び
ドレイン領域108dと接する。また、絶縁膜114は、導電膜120と接する領域を有
する。したがって、絶縁膜114と接するソース領域108s、ドレイン領域108d、
及び導電膜120中の水素濃度が高くなり、ソース領域108s、ドレイン領域108d
、及び導電膜120のキャリア密度を高めることができる。なお、ソース領域108s、
ドレイン領域108d、及び導電膜120としては、それぞれ絶縁膜114と接すること
で、膜中の水素濃度が同じ領域を有する場合がある。
酸化物絶縁膜を用いて形成する。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放出する。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にて、酸素原子に換算しての酸素の放出量が1.
0×1019atoms/cm3以上、好ましくは3.0×1020atoms/cm3
以上である。なお、上記の酸素の放出量は、TDSにおける加熱処理の温度が50℃以上
650℃以下、または50℃以上550℃以下の範囲での総量である。また、上記の酸素
の放出量は、TDSにおける酸素原子に換算しての総量である。
は50nm以上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。
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1.5×1018spins/cm3未満、さらには1×1018sp
ins/cm3以下であることが好ましい。
絶縁膜124と絶縁膜126と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124と絶縁膜126との界面を、破線で図示している。
を有する。
4は、窒素及びシリコンを有する。また、絶縁膜134は、酸素、水素、水、アルカリ金
属、アルカリ土類金属等をブロッキングできる機能を有する。絶縁膜134を設けること
で、酸化物半導体膜108及び酸化物半導体膜128からの酸素の外部への拡散と、絶縁
膜110、116、124、126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、128への水素、水等の入り込みを防ぐことができる。
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。
酸化物半導体膜108及び酸化物半導体膜128としては、それぞれ先に示す材料を用い
ることができる。
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等が挙げられる。
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を満たす組成でもよい。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。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、酸化物半導体膜108と、酸化物半導体膜128と、で互いに異なっていても
良い。
以上、好ましくは2.5eV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Tr1及びトランジス
タTr2のオフ電流を低減することができる。
00nm以下、好ましくは3nm以上100nm以下、さらに好ましくは3nm以上50
nm以下とする。
合する酸素と反応して水になると共に、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及び酸化
物半導体膜128は水素ができる限り低減されていることが好ましい。
より得られる水素濃度を、それぞれ2×1020atoms/cm3以下、好ましくは5
×1019atoms/cm3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5×1017atoms/cm3以下、さらに好ましくは1×10
16atoms/cm3以下とする。
あるシリコンまたは炭素が含まれると、酸化物半導体膜108及び酸化物半導体膜128
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108及び酸
化物半導体膜128におけるSIMS分析により得られるシリコン濃度を、それぞれ2×
1018atoms/cm3以下、好ましくは2×1017atoms/cm3以下とす
る。
また、酸化物半導体膜108及び酸化物半導体膜128におけるSIMS分析により得ら
れる炭素濃度を、それぞれ2×1018atoms/cm3以下、好ましくは2×101
7atoms/cm3以下とする。
られるアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度を、それぞれ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108及び
酸化物半導体膜128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。
マ化学気相堆積(PECVD:(Plasma Enhanced Chemical
Vapor Deposition))法、熱CVD(Chemical Vapor
Deposition)法により形成することができる。なお、熱CVD法として、MO
CVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposit
ion)法、またはALD(Atomic Layer Deposition)法など
が挙げられる。
されることが無いという利点を有する。
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。
いて、成膜を行ってもよい。
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。
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。
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(O2
、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。
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。
次に、図4(A)(B)に示す半導体装置100Aの変形例について、図11を用いて説
明する。
能する導電膜130と、導電膜130上の絶縁膜134が設けられない構成である。また
、図11では、絶縁膜124及び絶縁膜126に設けられる開口部182と、絶縁膜13
4及び絶縁膜136に設けられる開口部184との代わりに、絶縁膜124、絶縁膜12
6、及び絶縁膜136に開口部183が設けられる構成である。このように、開口部を1
つとすることで、製造工程を少なくできるため好適である。
次に、図4(A)(B)に示す半導体装置100Aの変形例について、図12(A)(B
)及び図13(A)(B)を用いて説明する。
L)方向の断面図である。
128aと、酸化物半導体膜128a上の酸化物半導体膜128bと、酸化物半導体膜1
28b上の酸化物半導体膜128cと、を有する構成である。すなわち酸化物半導体膜1
28が3層の積層構造である。
128bと、酸化物半導体膜128b上の酸化物半導体膜128cと、を有する構成であ
る。すなわち酸化物半導体膜128が2層の積層構造である。
構造においても、酸化物半導体膜128bを、図7に示すトランジスタの構成にて試料A
3を作製したときの酸化物半導体膜と同様の成膜条件にて成膜する。このような積層構造
のトランジスタにおいて、トランジスタのId-Vg測定にて飽和領域における、電界効
果移動度の最小値と最大値との差は、酸化物半導体膜128bを試料A1を作製したとき
の酸化物半導体膜と同様の成膜条件で成膜した場合の電界効果移動度の最小値と最大値と
の差よりも小さくなる。
図13(A)(B)に示す。図13(A)は、絶縁膜118、酸化物半導体膜128a、
128b、128c、及び絶縁膜124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118、酸化物半導体膜128b、128c、及
び絶縁膜124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118、酸化物半導体膜128a、128b、128
c、及び絶縁膜124の伝導帯下端のエネルギー準位(Ec)を示す。
酸化物半導体膜128aとして金属元素の原子数比をIn:Ga:Zn=1:3:2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128b
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128cとして金属元素の原
子数比をIn:Ga:Zn=1:3:2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。
酸化物半導体膜128b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12
8cとして金属元素の原子数比をIn:Ga:Zn=1:3:2の金属酸化物ターゲット
を用いて形成される金属酸化膜を用いる構成のバンド図である。
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128aと酸化物半導体膜128bとの界面、または酸化物半導体膜128bと
酸化物半導体膜128c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。
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。
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12
8bに形成されることがわかる。
導体膜128bより遠ざけることができる。
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128b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。
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128bの伝導帯下端
のエネルギー準位と、酸化物半導体膜128a、128c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128a、128cの電子親和力と、酸化物半導体
膜128bの電子親和力との差が、0.15eV以上、または0.5eV以上、かつ2e
V以下、または1eV以下である。
ネル領域として機能する。また、酸化物半導体膜128a、128cは、チャネル領域が
形成される酸化物半導体膜128b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128aと酸化物半導体膜128bとの界面、また
は酸化物半導体膜128bと酸化物半導体膜128c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。
防止するため、導電率が十分に低い材料を用いる。または、酸化物半導体膜128a、1
28c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128b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128b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。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128a、128cの伝導帯下端のエネルギー準位が、酸化物半導体膜128b
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128bの伝導帯下端のエネルギー準位と、酸化物半導体膜128a、
128c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0.5e
V以上とすることが好ましい。
化物半導体膜128b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
124から酸化物半導体膜128b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128a、128cの膜厚が10nm以上であると、導電膜122a、1
22bの構成元素が酸化物半導体膜128b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128a、128cの膜厚を100nm以下とすると、絶縁膜124か
ら酸化物半導体膜128bへ効果的に酸素を供給することができる。
はSn)であるとき、MをInより高い原子数比で有することで、酸化物半導体膜128
a、128cのエネルギーギャップを大きく、電子親和力を小さくしうる。よって、酸化
物半導体膜128bとの電子親和力の差をMの組成によって制御することが可能となる場
合がある。また、Mは、酸素との結合力が強い金属元素であるため、これらの元素をIn
より高い原子数比で有することで、酸素欠損が生じにくくなる。
びOを除いてのInおよびMの原子数比率は、好ましくは、Inが50atomic%未
満、Mが50atomic%より高く、さらに好ましくは、Inが25atomic%未
満、Mが75atomic%より高くする。また、酸化物半導体膜128a、128cと
して、酸化ガリウム膜を用いてもよい。
酸化物半導体膜128bと比較して、酸化物半導体膜128a、128cに含まれるMの
原子数比が大きく、代表的には、酸化物半導体膜128bに含まれる上記原子と比較して
、1.5倍以上、好ましくは2倍以上、さらに好ましくは3倍以上高い原子数比である。
酸化物半導体膜128bをIn:M:Zn=x1:y1:z1[原子数比]、酸化物半導
体膜128a、128cをIn:M:Zn=x2:y2:z2[原子数比]とすると、y
2/x2がy1/x1よりも大きく、好ましくは、y2/x2がy1/x1よりも1.5
倍以上である。より好ましくは、y2/x2がy1/x1よりも2倍以上大きく、さらに
好ましくは、y2/x2がy1/x1よりも3倍以上または4倍以上大きい。このとき、
酸化物半導体膜128bにおいて、y1がx1以上であると、酸化物半導体膜128bを
用いるトランジスタに安定した電気特性を付与できるため好ましい。ただし、y1がx1
の3倍以上になると、酸化物半導体膜128bを用いるトランジスタの電界効果移動度が
低下してしまうため、y1はx1の3倍未満であると好ましい。
するために用いるターゲットにおいて、金属元素の原子数比をIn:M:Zn=x1:y
1:z1とすると、x1/y1は、1/3以上6以下、さらには1以上6以下であって、
z1/y1は、1/3以上6以下、さらには1以上6以下であることが好ましい。なお、
z1/y1を1以上6以下とすることで、酸化物半導体膜128bとして後述のCAAC
-OSが形成されやすくなる。ターゲットの金属元素の原子数比の代表例としては、In
:M:Zn=4:2:4.1、In:M:Zn=1:1:1.2、In:M:Zn=3:
1:2等がある。
膜128a、128cを成膜するために用いるターゲットにおいて、金属元素の原子数比
をIn:M:Zn=x2:y2:z2とすると、x2/y2<x1/y1であって、z2
/y2は、1/3以上6以下、さらには1以上6以下であることが好ましい。また、In
に対するMの原子数比率を大きくすることで、酸化物半導体膜128a、128cのエネ
ルギーギャップを大きく、電子親和力を小さくすることが可能であるため、y2/x2を
3以上、または4以上とすることが好ましい。ターゲットの金属元素の原子数比の代表例
としては、In:M:Zn=1:3:2、In:M:Zn=1:3:4、In:M:Zn
=1:3:5、In:M:Zn=1:3:6、In:M:Zn=1:4:2、In:M:
Zn=1:4:4、In:M:Zn=1:4:5、In:M:Zn=1:5:5等がある
。
上記の原子数比のプラスマイナス40%の変動を含む。
び3層の積層構造について例示したが、トランジスタTr1が有する酸化物半導体膜10
8においても、同様の構成としてもよい。
体膜の積層構造を変えて適用してもよい。また、本実施の形態に係るトランジスタは、上
記の構造のそれぞれを自由に組み合わせることが可能である。
次に、本発明の一態様の半導体装置100Aの作製方法について、図14乃至図23を用
いて説明する。
9(A)、図20(A)、図21(A)、図22(A)、及び図23(A)は、半導体装
置100Aの作製方法を説明する上面図であり、図14(B)、図15(B)、図16(
B)、図17(B)、図18(B)、図19(B)、図20(B)、図21(B)、図2
2(B)、及び図23(B)は、半導体装置100Aの作製方法を説明する断面図である
。
る。その後、当該酸化物半導体膜を島状に加工することで、酸化物半導体膜108を形成
する(図14(A)(B)参照)。
LD)法、印刷法、塗布法等を適宜用いて形成することができる。本実施の形態において
は、絶縁膜106として、PECVD装置を用い、厚さ400nmの窒化シリコン膜と、
厚さ50nmの酸化窒化シリコン膜とを形成する。
に添加する酸素としては、酸素ラジカル、酸素原子、酸素原子イオン、酸素分子イオン等
がある。また、添加方法としては、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、絶縁膜106上に酸素の脱離を抑制する膜を形成した後、該膜を介して
絶縁膜106に酸素を添加してもよい。
、クロム、タンタル、チタン、モリブデン、ニッケル、鉄、コバルト、タングステンから
選ばれた金属元素、上述した金属元素を成分とする合金、上述した金属元素を組み合わせ
た合金、上述した金属元素を有する金属窒化物、上述した金属元素を有する金属酸化物、
上述した金属元素を有する金属窒化酸化物等の導電性を有する材料を用いて形成すること
ができる。
プラズマを発生させることで、絶縁膜106への酸素添加量を増加させることができる。
ーザーアブレーション法、熱CVD法等により形成することができる。なお、酸化物半導
体膜108への加工には、酸化物半導体膜上にリソグラフィ工程によりマスクを形成した
後、該マスクを用いて酸化物半導体膜の一部をエッチングすること形成することができる
。また、印刷法を用いて、素子分離された酸化物半導体膜108を直接形成してもよい。
置は、RF電源装置、AC電源装置、DC電源装置等を適宜用いることができる。また、
酸化物半導体膜を形成する場合のスパッタリングガスは、希ガス(代表的にはアルゴン)
、酸素、希ガス及び酸素の混合ガスを適宜用いる。なお、希ガス及び酸素の混合ガスの場
合、希ガスに対して酸素のガス比を高めることが好ましい。
い、スパッタリングターゲットとしてIn-Ga-Zn金属酸化物(In:Ga:Zn=
4:2:4.1[原子数比])を用いて、膜厚40nmの酸化物半導体膜を成膜する。こ
のとき基板を170℃に加熱し、流量140sccmのアルゴンガスと流量60sccm
の酸素ガスとをスパッタリング装置の成膜チャンバーに導入する。
水素化または脱水化をしてもよい。加熱処理の温度は、代表的には、150℃以上基板歪
み点未満、または250℃以上450℃以下、または300℃以上450℃以下である。
素を含む不活性ガス雰囲気で行うことができる。または、不活性ガス雰囲気で加熱した後
、酸素雰囲気で加熱してもよい。なお、上記不活性雰囲気及び酸素雰囲気に水素、水など
が含まれないことが好ましい。処理時間は3分以上24時間以下とすればよい。
、短時間に限り、基板の歪み点以上の温度で熱処理を行うことができる。そのため加熱処
理時間を短縮することができる。
を行うことで、酸化物半導体膜において、二次イオン質量分析法により得られる水素濃度
を5×1019atoms/cm3以下、または1×1019atoms/cm3以下、
5×1018atoms/cm3以下、または1×1018atoms/cm3以下、ま
たは5×1017atoms/cm3以下、または1×1016atoms/cm3以下
とすることができる。
加工することで絶縁膜110及び導電膜120を形成する(図15(A)(B)参照)。
いて形成することができる。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、酸素、オゾ
ン、一酸化二窒素、二酸化窒素等がある。
きく100倍未満、または40倍以上80倍以下とし、処理室内の圧力を100Pa未満
、または50Pa以下とするPECVD法を用いることで、欠陥量の少ない酸化窒化シリ
コン膜を形成することができる。
を280℃以上400℃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20Pa以上250Pa以下、さらに好ましくは100Pa以上250Pa以下とし
、処理室内に設けられる電極に高周波電力を供給する条件により、絶縁膜110として、
緻密である酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を形成することができる。
マイクロ波とは300MHzから300GHzの周波数域を指す。マイクロ波において、
電子温度が低く、電子エネルギーが小さい。また、供給された電力において、電子の加速
に用いられる割合が少なく、より多くの分子の解離及び電離に用いられることが可能であ
り、密度の高いプラズマ(高密度プラズマ)を励起することができる。このため、被成膜
面及び堆積物へのプラズマダメージが少なく、欠陥の少ない絶縁膜110を形成すること
ができる。
。有機シランガスとしては、珪酸エチル(TEOS:化学式Si(OC2H5)4)、テ
トラメチルシラン(TMS:化学式Si(CH3)4)、テトラメチルシクロテトラシロ
キサン(TMCTS)、オクタメチルシクロテトラシロキサン(OMCTS)、ヘキサメ
チルジシラザン(HMDS)、トリエトキシシラン(SiH(OC2H5)3)、トリス
ジメチルアミノシラン(SiH(N(CH3)2)3)などのシリコン含有化合物を用い
ることができる。有機シランガスを用いたCVD法を用いることで、被覆性の高い絶縁膜
110を形成することができる。
化シリコン膜を形成する。
成時において、導電膜120から絶縁膜110中に酸素が添加される。
囲気で形成すると好ましい。形成時に酸素ガスを含む雰囲気で導電膜120を形成するこ
とで、絶縁膜110中に酸素を好適に添加することができる。
とができる。
ングターゲットとしてIn-Ga-Zn金属酸化物(In:Ga:Zn=5:1:7[原
子数比])を用いて、膜厚20nmの導電膜を成膜する。
チング法を用いて行う。
酸化物半導体膜108の膜厚が薄くなる場合がある。
加を行う。
がある。プラズマ処理法の場合、添加する不純物元素を含むガス雰囲気にてプラズマを発
生させて、プラズマ処理を行うことによって、不純物元素を添加することができる。上記
プラズマを発生させる装置としては、ドライエッチング装置、アッシング装置、プラズマ
CVD装置、高密度プラズマCVD装置等を用いることができる。
3、AlCl3、SiH4、Si2H6、F2、HF、H2及び希ガスの一以上を用いる
ことができる。または、希ガスで希釈されたB2H6、PH3、N2、NH3、AlH3
、AlCl3、F2、HF、及びH2の一以上を用いることができる。希ガスで希釈され
たB2H6、PH3、N2、NH3、AlH3、AlCl3、F2、HF、及びH2の一
以上を用いて不純物元素を酸化物半導体膜108及び導電膜120に添加することで、希
ガス、水素、ホウ素、炭素、窒素、フッ素、リン、硫黄、及び塩素の一以上を酸化物半導
体膜108及び導電膜120に添加することができる。
lCl3、SiH4、Si2H6、F2、HF、及びH2の一以上を酸化物半導体膜10
8及び導電膜120に添加してもよい。
Si2H6、F2、HF、及びH2の一以上を添加した後、希ガスを酸化物半導体膜10
8及び導電膜120に添加してもよい。
。例えば、イオン注入法でアルゴンの添加を行う場合、加速電圧10kV以上100kV
以下、ドーズ量は1×1013ions/cm2以上1×1016ions/cm2以下
とすればよく、例えば、1×1014ions/cm2とすればよい。また、イオン注入
法でリンイオンの添加を行う場合、加速電圧30kV、ドーズ量は1×1013ions
/cm2以上5×1016ions/cm2以下とすればよく、例えば、1×1015i
ons/cm2とすればよい。
を酸化物半導体膜108及び導電膜120に添加する。なお、本実施の形態においては、
不純物元素として、アルゴンを添加する構成について例示したがこれに限定されず、例え
ば、窒素を添加する構成であってもよい。また、例えば、不純物元素を添加する工程を行
わなくてもよい。
する。なお、絶縁膜114を形成することで、絶縁膜114と接する酸化物半導体膜10
8は、ソース領域108s及びドレイン領域108dとなる。また、絶縁膜114と接し
ない酸化物半導体膜108、別言すると絶縁膜110と接する酸化物半導体膜108はチ
ャネル領域108iとなる。これにより、チャネル領域108i、ソース領域108s、
及びドレイン領域108dを有する酸化物半導体膜108が形成される(図16(A)(
B)参照)。
mの窒化シリコン膜を形成する。
0、ソース領域108s、及びドレイン領域108dに窒化シリコン膜中の水素及び窒素
のいずれか一方または双方が入り込み、導電膜120、ソース領域108s、及びドレイ
ン領域108dのキャリア密度を高めることができる。
mの酸化窒化シリコン膜を形成する。
16及び絶縁膜114の一部をエッチングすることで、ソース領域108sに達する開口
部141aと、ドレイン領域108dに達する開口部141bと、を形成する(図16(
A)(B)参照)。
び/またはドライエッチング法を適宜用いることができる。本実施の形態においては、ド
ライエッチング法を用い、絶縁膜116、及び絶縁膜114を加工する。
の位置に、リソグラフィ工程によりマスクを形成した後、該導電膜の一部をエッチングす
ることで、導電膜112a、112bを形成する(図16(A)(B)参照)。
い、厚さ50nmのチタン膜と、厚さ400nmのアルミニウム膜と、厚さ100nmの
チタン膜の積層膜を形成する。
イエッチング法を適宜用いることができる。本実施の形態では、ドライエッチング法を用
い、導電膜を加工し、導電膜112a、112bを形成する。
ッタリング法、化学気相堆積(CVD)法、真空蒸着法、パルスレーザー堆積(PLD)
法、ALD(原子層成膜)法を用いて形成することができる。あるいは、塗布法や印刷法
で形成することができる。成膜方法としては、スパッタリング法、プラズマ化学気相堆積
(PECVD)法が代表的であるが、熱CVD法でもよい。熱CVD法の例として、MO
CVD(有機金属化学気相堆積)法が挙げられる。
ンバー内に送り、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
う。このように、熱CVD法は、プラズマを発生させない成膜方法であるため、プラズマ
ダメージにより欠陥が生成されることが無いという利点を有する。
ャンバーに導入・反応させ、これを繰り返すことで成膜を行う。原料ガスと一緒に不活性
ガス(アルゴン、或いは窒素など)をキャリアガスとして導入しても良い。例えば2種類
以上の原料ガスを順番にチャンバーに供給してもよい。その際、複数種の原料ガスが混ざ
らないように第1の原料ガスの反応後、不活性ガスを導入し、第2の原料ガスを導入する
。あるいは、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・反応して第
1の層を成膜し、後から導入される第2の原料ガスが吸着・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。
化膜などの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(In(CH3)3)、トリメチルガリウム(Ga(CH3)
3)、及びジメチル亜鉛を用いる(Zn(CH3)2)。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(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(Zn(C2H5)2)を用いることもで
きる。
ハフニウム前駆体を含む液体(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、Hf[N(CH3)2]4)やテトラキス(エチルメチルアミド
)ハフニウム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。
とアルミニウム前駆体を含む液体(トリメチルアルミニウム(TMA、Al(CH3)3
)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。他の材
料としては、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。
ロロジシランを被成膜面に吸着させ、酸化性ガス(O2、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。
スとB2H6ガスを順次導入して初期タングステン膜を形成し、その後、WF6ガスとH
2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Zn
(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、これらのガスを用いて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ガスに代えてAr等
の不活性ガスで水を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
O3ガスを用いる方が好ましい。
LD)法、印刷法、塗布法等を適宜用いて形成することができる。本実施の形態において
は、絶縁膜118として、PECVD装置を用い、厚さ400nmの窒化シリコン膜と、
厚さ50nmの酸化窒化シリコン膜とを形成する。
に添加する酸素としては、酸素ラジカル、酸素原子、酸素原子イオン、酸素分子イオン等
がある。また、添加方法としては、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、絶縁膜上に酸素の脱離を抑制する膜を形成した後、該膜を介して絶縁膜
118に酸素を添加してもよい。
、クロム、タンタル、チタン、モリブデン、ニッケル、鉄、コバルト、タングステンから
選ばれた金属元素、上述した金属元素を成分とする合金、上述した金属元素を組み合わせ
た合金、上述した金属元素を有する金属窒化物、上述した金属元素を有する金属酸化物、
上述した金属元素を有する金属窒化酸化物等の導電性を有する材料を用いて形成すること
ができる。
プラズマを発生させることで、絶縁膜118への酸素添加量を増加させることができる。
シリコン膜を、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。
ccm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-CVD
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。
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。
m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100P
a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。
成時の基板温度は350℃以下とすることができる。
a、112b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。
することができる。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。
: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を形成する。
また、上記酸化物半導体膜の形成時の基板温度を室温(R.T.)とし、流量180sc
cmのアルゴンガスと、流量20sccmの酸素ガスとを用いる。その後、上記酸化物半
導体膜を所望の形状に加工することで、島状の酸化物半導体膜128を形成する。なお、
酸化物半導体膜の形成には、ウエットエッチング装置を用いる。
形状に加工することで、導電膜122a、122bを形成する。その後、絶縁膜118、
酸化物半導体膜128、及び導電膜122a、122b上の絶縁膜124、126を形成
する(図18(A)(B)参照)。
、厚さ100nmのアルミニウム膜と、厚さ50nmのチタン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。
ネル側)を洗浄してもよい。当該洗浄方法としては、例えば、リン酸水溶液等のエッチャ
ントを用いた洗浄が挙げられる。これにより、酸化物半導体膜128の表面に付着する不
純物(例えば、導電膜122a、122b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。
は双方において、酸化物半導体膜128の導電膜122a、122bから露出した領域が
、薄くなる場合がある。
26として厚さ200nmの酸化窒化シリコン膜を、PECVD法を用いてそれぞれ形成
する。
ることが好ましい。絶縁膜124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126を連続的に形成することで、絶縁
膜124と絶縁膜126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124、126に含まれる酸素を酸化物半導体膜128に移動させ
ることが可能となり、酸化物半導体膜128の酸素欠損量を低減することが可能となる。
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13.56MH
z、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。
80℃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。
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126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。
となる。したがって、酸化物半導体膜128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126を形成することができる。
の流量を増加することで、絶縁膜126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3×1017s
pins/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Tr2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124、126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124、126に含
まれる酸素の一部を酸化物半導体膜128に移動させ、酸化物半導体膜128に含まれる
酸素欠損量を低減することができる。
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。
する。その後、絶縁膜126及び導電膜122a上に導電膜130を形成する(図19(
A)(B)参照)。
。また、導電膜130としては、インジウムと、錫と、シリコンとを有する酸化物(IT
SOともいう)ターゲット(In2O3:SnO2:SiO2=85:10:5[重量%
])を用いて、厚さ100nmのITSO膜を形成し、その後島状に加工する。
る絶縁膜との積層膜を形成する。その後、当該積層膜の所望の領域に導電膜130に達す
る開口部184を形成する(図20(A)(B)参照)。
形成する。また、絶縁膜136としては、厚さ1.5μmの感光性のアクリル系の樹脂膜
を形成する。
。
ことで、導電膜138を形成する(図21(A)(B)参照)。
mの反射性の金属膜(ここでは、銀、パラジウム、及び銅を有する金属膜)と、厚さ10
nmのITSO膜との積層膜を用いる。また、導電膜138への加工には、ウエットエッ
チング装置を用いる。
(B)参照)。
上の導電膜144を形成することで、発光素子160を形成する(図23(A)(B)参
照)。
履歴を比較すると、酸化物半導体膜108の熱履歴の方が多いことが分かる。なぜなら酸
化物半導体膜108の成膜後から酸化物半導体膜128の成膜前までに、少なくとも絶縁
膜110、絶縁膜118等の成膜時の基板加熱があるからである。
熱処理時間を十分にとることが必要である一方、製造コストを低減するためには、熱処理
温度はなるべく低く、熱処理時間を短くすることが有効である。後述の部分で示すが、本
発明の一態様では、図24にて説明されるように、酸化物半導体膜128の方が酸化物半
導体膜108より、膜中へ酸素が拡散しやすい。換言すれば、酸化物半導体膜128の方
が、酸化物半導体膜108より、短い時間の熱処理、または低い温度の熱処理で酸素欠損
量を低減することが可能である。すなわち本発明の一態様である、膜中へ酸素が拡散しや
すい膜を、酸化物半導体膜128に用いることは、製造コストを低減するために有効であ
る。
のようにトランジスタに水素が拡散した場合、酸素欠損に水素が結合しキャリアが増え特
性が変化することから、これを避けるため水素発生源に近いトランジスタTr1は水素の
拡散に対して信頼性の優れた構造のものがよい。膜密度が大きいことによる水素および酸
素の拡散の小さい酸化物半導体膜をトランジスタTr1に有し、水素および酸素の拡散の
大きい酸化物半導体膜をトランジスタTr2に有することは、基板からの水素拡散による
劣化を低減するためには有効である。この場合、トランジスタTr2の下に、窒化シリコ
ン膜、窒化酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、を例とする、水素が拡散しにくい膜を
形成すると好適である。
、導電膜122aと、導電膜122bと、の線幅を小さくしたい場合、これら導電膜の有
する材料によっては熱マイグレーションに対する耐性が小さいことがある。このとき、導
電膜112aと、導電膜112bと、導電膜122aと、導電膜122bの形成後の熱履
歴にて、プロセス温度上限を下げ、熱処理時間を短くした方が良い。本発明の一態様であ
る、膜中へ酸素が拡散しやすい膜を、酸化物半導体膜128に用いることは、熱マイグレ
ーションに対する耐性が小さい材料を用いたときの信頼性の向上に有効である。
、水素拡散に対して閾値変化がしやすく、熱マイグレーションの弱いトランジスタを、設
計上移動度が必要な素子に用い、逆に小さい電界効果移動度でありながら、水素拡散に対
する閾値変化が小さく、熱マイグレーションに対して強いトランジスタを設計上大きな信
頼性が必要な素子に用いることで、劣化を抑えつつ、トランジスタの配置面積を縮小させ
ることが好適にできる。
わせて用いることができる。
以下に、本発明に係る酸化物半導体膜の組成について説明する。
び亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、イット
リウムまたはスズなどが含まれていることが好ましい。また、ホウ素、シリコン、チタン
、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオ
ジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種
、または複数種が含まれていてもよい。
、アルミニウム、ガリウム、イットリウムまたはスズなどとする。そのほかの元素Mに適
用可能な元素としては、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジル
コニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タング
ステン、マグネシウムなどがある。ただし、元素Mとして、前述の元素を複数組み合わせ
ても構わない場合がある。
が有するインジウム、元素M及び亜鉛の原子数比の好ましい範囲について説明する。なお
、図25には、酸素の原子数比については記載しない。また、酸化物が有するインジウム
、元素M、及び亜鉛の原子数比のそれぞれの項を[In]、[M]、および[Zn]とす
る。
:[Zn]=(1+α):(1-α):1の原子数比(-1≦α≦1)となるライン、[
In]:[M]:[Zn]=(1+α):(1-α):2の原子数比となるライン、[I
n]:[M]:[Zn]=(1+α):(1-α):3の原子数比となるライン、[In
]:[M]:[Zn]=(1+α):(1-α):4の原子数比となるライン、および[
In]:[M]:[Zn]=(1+α):(1-α):5の原子数比となるラインを表す
。
るライン、[In]:[M]:[Zn]=1:2:βの原子数比となるライン、[In]
:[M]:[Zn]=1:3:βの原子数比となるライン、[In]:[M]:[Zn]
=1:4:βの原子数比となるライン、[In]:[M]:[Zn]=2:1:βの原子
数比となるライン、及び[In]:[M]:[Zn]=5:1:βの原子数比となるライ
ンを表す。
比(-1≦γ≦1)となるラインを表す。また、図25に示す、[In]:[M]:[Z
n]=0:2:1の原子数比、およびその近傍値の酸化物は、スピネル型の結晶構造をと
りやすい。
元素M、及び亜鉛の原子数比の好ましい範囲の一例について示している。
4の結晶構造を示す。また、図26は、b軸に平行な方向から観察した場合のInMZn
O4の結晶構造である。なお、図26に示すM、Zn、酸素を有する層(以下、(M,Z
n)層)における金属元素は、元素Mまたは亜鉛を表している。この場合、元素Mと亜鉛
の割合が等しいものとする。元素Mと亜鉛とは、置換が可能であり、配列は不規則である
。
インジウム、および酸素を有する層(以下、In層)が1に対し、元素M、亜鉛、および
酸素を有する(M,Zn)層が2となる。
Mがインジウムと置換し、(In,M,Zn)層と表すこともできる。その場合、In層
が1に対し、(In,M,Zn)層が2である層状構造をとる。
、(M,Zn)層が3である層状構造をとる。つまり、[In]および[M]に対し[Z
n]が大きくなると、酸化物が結晶化した場合、In層に対する(M,Zn)層の割合が
増加する。
場合、In層が1層に対し、(M,Zn)層の層数が整数である層状構造を複数種有する
場合がある。例えば、[In]:[M]:[Zn]=1:1:1.5である場合、In層
が1に対し、(M,Zn)層が2である層状構造と、(M,Zn)層が3である層状構造
とが混在する層状構造となる場合がある。
た原子数比の膜が形成される。特に、成膜時の基板温度によっては、ターゲットの[Zn
]よりも、膜の[Zn]が小さくなる場合がある。
[In]:[M]:[Zn]=0:2:1の原子数比の近傍値である原子数比では、スピ
ネル型の結晶構造と層状の結晶構造との二相が共存しやすい。また、[In]:[M]:
[Zn]=1:0:0を示す原子数比の近傍値である原子数比では、ビックスバイト型の
結晶構造と層状の結晶構造との二相が共存しやすい。酸化物中に複数の相が共存する場合
、異なる結晶構造の間において、粒界(グレインバウンダリーともいう)が形成される場
合がある。
高くすることができる。したがって、インジウムの含有率が高い酸化物はインジウムの含
有率が低い酸化物と比較してキャリア移動度が高くなる。
る。従って、[In]:[M]:[Zn]=0:1:0を示す原子数比、およびその近傍
値である原子数比(例えば図25(C)に示す領域C)では、絶縁性が高くなる。
造となりやすい、図25(A)の領域Aで示される原子数比を有することが好ましい。
1、およびその近傍値を示している。近傍値には、例えば、原子数比が[In]:[M]
:[Zn]=5:3:4が含まれる。領域Bで示される原子数比を有する酸化物は、特に
、結晶性が高く、キャリア移動度も高い優れた酸化物である。
子数比により、層状構造を形成するための難易の差はある。一方、同じ原子数比であって
も、形成条件により、層状構造になる場合も層状構造にならない場合もある。従って、図
示する領域は、酸化物が層状構造を有する原子数比を示す領域であり、領域A乃至領域C
の境界は厳密ではない。
せることができるため、高い電界効果移動度のトランジスタを実現することができる。ま
た、信頼性の高いトランジスタを実現することができる。
酸化物は、キャリア密度が8×1011cm-3未満、好ましくは1×1011cm-3
未満、さらに好ましくは1×1010cm-3未満であり、1×109cm-3以上とす
ればよい。
め、キャリア密度を低くすることができる。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。
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
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。
ることが有効である。また、酸化物中の不純物濃度を低減するためには、近接する膜中の
不純物濃度も低減することが好ましい。不純物としては、水素、窒素、アルカリ金属、ア
ルカリ土類金属、鉄、ニッケル、シリコン等がある。
て欠陥準位が形成される。このため、酸化物におけるシリコンや炭素の濃度と、酸化物と
の界面近傍のシリコンや炭素の濃度(二次イオン質量分析法(SIMS:Seconda
ry Ion Mass Spectrometry)により得られる濃度)を、2×1
018atoms/cm3以下、好ましくは2×1017atoms/cm3以下とする
。
キャリアを生成する場合がある。従って、アルカリ金属またはアルカリ土類金属が含まれ
ている酸化物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
物中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。具体的に
は、SIMSにより得られる酸化物中のアルカリ金属ま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。
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を半導体に用いたトラン
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、酸化物中の窒素濃度は、SIMSにおいて、
5×1019atoms/cm3未満、好ましくは5×1018atoms/cm3以下
、より好ましくは1×1018atoms/cm3以下、さらに好ましくは5×1017
atoms/cm3以下とする。
欠損を形成する場合がある。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、酸化物中の水素はできる限り低減され
ていることが好ましい。具体的には、酸化物において、SIMSにより得られる水素濃度
を、1×1020atoms/cm3未満、好ましくは1×1019atoms/cm3
未満、より好ましくは5×1018atoms/cm3未満、さらに好ましくは1×10
18atoms/cm3未満とする。
定した電気特性を付与することができる。
次に、酸化物半導体膜のキャリア密度について、以下に説明を行う。
損(Vo)、または酸化物半導体膜中の不純物などが挙げられる。
ともいう)した際に、欠陥準位密度が高くなる。または、酸化物半導体膜中の不純物が多
くなると、該不純物に起因し欠陥準位密度が高くなる。したがって、酸化物半導体膜中の
欠陥準位密度を制御することで、酸化物半導体膜のキャリア密度を制御することができる
。
低減を目的とする場合においては、酸化物半導体膜のキャリア密度を低くする方が好まし
い。酸化物半導体膜のキャリア密度を低くする場合においては、酸化物半導体膜中の不純
物濃度を低くし、欠陥準位密度を低くすればよい。本明細書等において、不純物濃度が低
く、欠陥準位密度の低いことを高純度真性または実質的に高純度真性と言う。高純度真性
の酸化物半導体膜のキャリア密度としては、8×1015cm-3未満、好ましくは1×
1011cm-3未満、さらに好ましくは1×1010cm-3未満であり、1×10-
9cm-3以上とすればよい。
目的とする場合においては、酸化物半導体膜のキャリア密度を高くする方が好ましい。酸
化物半導体膜のキャリア密度を高くする場合においては、酸化物半導体膜の不純物濃度を
わずかに高める、または酸化物半導体膜の欠陥準位密度をわずかに高めればよい。あるい
は、酸化物半導体膜のバンドギャップをより小さくするとよい。例えば、トランジスタの
Id-Vg特性のオン/オフ比が取れる範囲において、不純物濃度がわずかに高い、また
は欠陥準位密度がわずかに高い酸化物半導体膜は、実質的に真性とみなせる。また、電子
親和力が大きく、それにともなってバンドギャップが小さくなり、その結果、熱励起され
た電子(キャリア)の密度が増加した酸化物半導体膜は、実質的に真性とみなせる。なお
、より電子親和力が大きな酸化物半導体膜を用いた場合には、トランジスタのしきい値電
圧がより低くなる。
cm-3未満が好ましく、1×107cm-3以上1×1017cm-3以下がより好ま
しく、1×109cm-3以上5×1016cm-3以下がさらに好ましく、1×101
0cm-3以上1×1016cm-3以下がさらに好ましく、1×1011cm-3以上
1×1015cm-3以下がさらに好ましい。
上する場合がある。ここで、図27を用いて、酸化物半導体膜をチャネル領域に用いるト
ランジスタの信頼性が向上する理由について説明する。図27は、酸化物半導体膜をチャ
ネル領域に用いるトランジスタにおけるエネルギーバンドを説明する図である。
、SDはソース電極またはドレイン電極を、それぞれ表す。すなわち、図27は、ゲート
電極と、ゲート絶縁膜と、酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜に接するソース電極または
ドレイン電極のエネルギーバンドの一例である。
にIn-Ga-Zn酸化物を用いる構成である。また、酸化シリコン膜中に形成されうる
欠陥の遷移レベル(εf)はゲート絶縁膜の伝導帯下端から約3.1eV離れた位置に形
成されるものとし、ゲート電圧(Vg)が30Vの場合の酸化物半導体膜と酸化シリコン
膜との界面における酸化シリコン膜のフェルミ準位(Ef)はゲート絶縁膜の伝導帯下端
から約3.6eV離れた位置に形成されるものとする。なお、酸化シリコン膜のフェルミ
準位は、ゲート電圧に依存し変動する。例えば、ゲート電圧を大きくすることで、酸化物
半導体膜と、酸化シリコン膜との界面における酸化シリコン膜のフェルミ準位(Ef)は
低くなる。また、図27中の白丸は電子(キャリア)を表し、図27中のXは酸化シリコ
ン膜中の欠陥準位を表す。
、欠陥準位(図中X)にキャリアがトラップされ、プラス(“+”)からニュートラル(
“0”)に欠陥準位の荷電状態が変化する。すなわち、酸化シリコン膜のフェルミ準位(
Ef)に上述の熱励起のエネルギーを足した値が欠陥の遷移レベル(εf)よりも高くな
る場合、酸化シリコン膜中の欠陥準位の荷電状態は正の状態から中性となり、トランジス
タのしきい値電圧がプラス方向に変動することになる。
の界面のフェルミ準位が形成される深さが異なることがある。電子親和力の大きな酸化物
半導体膜を用いると、ゲート絶縁膜と酸化物半導体膜との界面近傍において、ゲート絶縁
膜の伝導帯下端が相対的に高くなる。この場合、ゲート絶縁膜中に形成されうる欠陥準位
(図27中X)も相対的に高くなるため、ゲート絶縁膜のフェルミ準位と、酸化物半導体
膜のフェルミ準位とのエネルギー差が大きくなる。該エネルギー差が大きくなることによ
り、ゲート絶縁膜中にトラップされる電荷が少なくなる、例えば、上述の酸化シリコン膜
中に形成されうる欠陥準位の荷電状態の変化が少なくなり、ゲートバイアス熱(Gate
Bias Temperature:GBTともいう)ストレスにおける、トランジス
タのしきい値電圧の変動を小さくできる。
乱等を減少させることができるため、高い電界効果移動度のトランジスタを実現すること
ができる。また、信頼性の高いトランジスタを実現することができる。
、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、欠陥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。
を低減することが有効である。また、酸化物半導体膜中の不純物濃度を低減するためには
、近接する膜中の不純物濃度も低減することが好ましい。不純物としては、水素、窒素、
アルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄、ニッケル、シリコン等がある。
物半導体膜において欠陥準位が形成される。このため、酸化物半導体膜におけるシリコン
や炭素の濃度と、酸化物半導体膜との界面近傍のシリコンや炭素の濃度(二次イオン質量
分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry
)により得られる濃度)を、2×1018atoms/cm3以下、好ましくは2×10
17atoms/cm3以下とする。
形成し、キャリアを生成する場合がある。従って、アルカリ金属またはアルカリ土類金属
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、酸化物半導体膜中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。具体的には、SIMSにより得られる酸化物半導体膜中のアルカリ金属
ま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。
ア密度が増加し、n型になりやすい。この結果、窒素が含まれている酸化物半導体膜を半
導体に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、酸化物半導体膜
中の窒素濃度は、SIMSにおいて、5×1019atoms/cm3未満、好ましくは
5×1018atoms/cm3以下、より好ましくは1×1018atoms/cm3
以下、さらに好ましくは5×1017atoms/cm3以下とする。
め、酸素欠損を形成する場合がある。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、酸化物半導体膜中の
水素はできる限り低減されていることが好ましい。具体的には、酸化物半導体膜において
、SIMSにより得られる水素濃度を、1×1020atoms/cm3未満、好ましく
は1×1019atoms/cm3未満、より好ましくは5×1018atoms/cm
3未満、さらに好ましくは1×1018atoms/cm3未満とする。
とで、安定した電気特性を付与することができる。
ると好ましい。
0nm以下、さらに好ましくは3nm以上60nm以下である。
次に、酸化物半導体膜の構造について説明する。
分けられる。非単結晶酸化物半導体膜としては、CAAC-OS(c-axis-ali
gned crystalline oxide semiconductor)、多結
晶酸化物半導体、nc-OS(nanocrystalline oxide semi
conductor)、擬似非晶質酸化物半導体(a-like OS:amorpho
us-like oxide semiconductor)、及び非晶質酸化物半導体
などがある。
物半導体膜と、に分けられる。結晶性酸化物半導体膜としては、単結晶酸化物半導体膜、
CAAC-OS、多結晶酸化物半導体膜、及びnc-OSなどがある。
が固定化していない、結合角度が柔軟である、短距離秩序は有するが長距離秩序を有さな
い、などといわれている。
ous)酸化物半導体膜とは呼べない。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)酸化物半導体膜を、完全な非晶質酸化物半導体膜とは呼べない。一
方、a-like OSは、等方的でないが、鬆(ボイドともいう。)を有する不安定な
構造である。不安定であるという点では、a-like OSは、物性的に非晶質酸化物
半導体膜に近い。
まずは、CAAC-OSについて説明する。
導体膜の一種である。
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、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膜ともいえる。
属元素などがある。例えば、シリコンなどの、酸化物半導体膜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、酸化物半導体膜から酸素を奪うことで酸化物半導体膜の原
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、酸化物半導体膜の
原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。
次に、nc-OSについて説明する。
、out-of-plane法による構造解析を行うと、配向性を示すピークが現れない
。即ち、nc-OSの結晶は配向性を有さない。
め、nc-OSは、a-like OSや非晶質酸化物半導体膜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場合がある。
a-like OSは、nc-OSと非晶質酸化物半導体膜との間の構造を有する酸化物
半導体膜である。
るため、不安定な構造である。
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%未満である。また、nc-OSの密度及びCAAC-O
Sの密度は、同じ組成の単結晶の密度の92.3%以上100%未満である。単結晶の密
度の78%未満である酸化物半導体は、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である。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膜にお
いて、a-like OSの密度は5.0g/cm3以上5.9g/cm3未満である。
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膜にお
いて、nc-OSの密度及びCAAC-OSの密度は5.9g/cm3以上6.3g/c
m3未満である。
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、本発明の一態様の酸化物半導体膜は、非晶質酸化物半導体膜、a-like OS
、nc-OS、CAAC-OSのうち、二種以上が混在していてもよい。その場合の一例
を以下に示す。
できる。すなわち、2種類の結晶部が混在している酸化物半導体膜である。結晶部の一(
第1の結晶部ともいう)は、膜の厚さ方向(膜面方向、膜の被形成面、または膜の表面に
垂直な方向ともいう)に配向性を有する、すなわちc軸配向性を有する結晶部である。結
晶部の他の一(第2の結晶部ともいう)は、c軸配向性を有さずに様々な向きに配向する
結晶部である。
軸配向性を有さない結晶部を第2の結晶部と分けて説明しているが、これらは結晶性や結
晶の大きさなどに違いがなく区別できない場合がある。すなわち、本発明の一態様の酸化
物半導体膜はこれらを区別せずに表現することもできる。
部のうち、少なくとも一の結晶部がc軸配向性を有していればよい。また、膜中に存在す
る結晶部のうち、c軸配向性を有さない結晶部が、c軸配向性を有する結晶部よりも存在
割合を多くしてもよい。一例としては、本発明の一態様の酸化物半導体膜は、その膜厚方
向の断面における透過型電子顕微鏡による観察像において、複数の結晶部が観察され、当
該複数の結晶部のうちc軸配向性を有さない第2の結晶部が、c軸配向性を有する第1の
結晶部よりも多く観察される場合がある。別言すると、本発明の一態様の酸化物半導体膜
は、c軸配向性を有さない第2の結晶部の存在割合が多い。
下の優れた効果を奏する。
2の結晶部は、酸素の拡散経路になりうる。よって、酸化物半導体膜の近傍に十分な酸素
供給源がある場合に、c軸配向性を有さない第2の結晶部を介して、c軸配向性を有する
第1の結晶部に酸素を供給することができる。よって、酸化物半導体膜の膜中の酸素欠損
量を低減することができる。このような酸化物半導体膜をトランジスタの半導体膜に適用
することで、高い信頼性を有し、且つ高い電界効果移動度を得ることが可能となる。
、第1の結晶部を含む酸化物半導体膜について、膜の上面に概略垂直な方向に対するX線
回折(XRD:X-ray Diffraction)測定を行うと、所定の回折角(2
θ)に当該第1の結晶部に由来する回折ピークが確認される。一方で酸化物半導体膜が第
1の結晶部を有していても、支持基板によるX線の散乱、またはバックグラウンドの上昇
により、回折ピークが十分に確認されないこともある。なお、回折ピークの高さ(強度)
は、酸化物半導体膜中に含まれる第1の結晶部の存在割合に応じて大きくなり、酸化物半
導体膜の結晶性を推し量る指標にもなりえる。
ば、断面に対する電子線回折測定を行い、本発明の一態様の酸化物半導体膜の電子線回折
パターンを観測した場合、第1の結晶部に起因する回折スポットを有する第1の領域と、
第2の結晶部に起因する回折スポットを有する第2の領域とが観測される。
に由来する。一方で第2の結晶部に起因する回折スポットを有する第2の領域は、配向性
を有さない結晶部、または、あらゆる向きに無秩序に配向する結晶部に由来する。そのた
め電子線回折に用いる電子線のビーム径、すなわち観察する領域の面積によって、異なる
パターンが確認される場合がある。なお、本明細書等において、電子線のビーム径を1n
mΦ以上100nmΦ以下で測定する電子線回折を、ナノビーム電子線回折(NBED:
Nano Beam Electron Diffraction)と呼ぶ。
もよい。酸化物半導体膜の結晶性の評価方法の一例としては、電子回折、X線回折、中性
子回折などが挙げられる。電子回折の中でも、先に示すNBEDの他に、透過型電子顕微
鏡(TEM:Transmission Electron Microscopy)、
走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscop
y)、収束電子回折(CBED:Convergent Beam Electron
Diffraction)、制限視野電子回折(SAED:Selected Area
Electron Diffraction)などを好適に用いることができる。
100nmΦ以下、または50nmΦ以上100nmΦ以下)のナノビーム電子線回折パ
ターンでは、リング状のパターンが確認される。また当該リング状のパターンは、動径方
向に輝度の分布を有する場合がある。一方、NBEDにおいて、電子線のビーム径を十分
に小さくした条件(例えば1nmΦ以上10nmΦ以下)の電子線回折像では、上記リン
グ状のパターンの位置に、円周方向(θ方向ともいう)に分布した複数のスポットが確認
される場合がある。すなわち、電子線のビーム径を大きくした条件でみられるリング状の
パターンは、上記の複数のスポットの集合体により形成される。
以下では、条件の異なる3つの酸化物半導体膜が形成された試料(試料X1乃至試料X3
)を作製し結晶性の評価を行った。まず、試料X1乃至試料X3の作製方法について、説
明する。
試料X1は、ガラス基板上に厚さ約100nmの酸化物半導体膜が形成された試料である
。当該酸化物半導体膜は、インジウムと、ガリウムと、亜鉛とを有する。試料X1の酸化
物半導体膜の形成条件としては、基板を170℃に加熱し、流量140sccmのアルゴ
ンガスと流量60sccmの酸素ガスとをスパッタリング装置のチャンバー内に導入し、
圧力を0.6Paとし、インジウムと、ガリウムと、亜鉛とを有する金属酸化物ターゲッ
ト(In:Ga:Zn=4:2:4.1[原子数比])に、2.5kWの交流電力を印加
することで形成した。なお、試料X1の作製条件における酸素流量比は30%である。
試料X2は、ガラス基板上に厚さ約100nmの酸化物半導体膜が成膜された試料である
。試料X2の酸化物半導体膜の形成条件としては、基板を130℃に加熱し、流量180
sccmのアルゴンガスと、流量20sccmの酸素ガスとをスパッタリング装置のチャ
ンバー内に導入して形成した。試料X2の作製条件における酸素流量比は10%である。
なお、基板温度、及び酸素流量比以外の条件としては、先に示す試料X1と同様の条件と
した。
試料X3は、ガラス基板上に厚さ約100nmの酸化物半導体膜が成膜された試料である
。試料X3の酸化物半導体膜の形成条件としては、基板を室温(R.T.)とし、流量1
80sccmのアルゴンガスと、流量20sccmの酸素ガスとをスパッタリング装置の
チャンバー内に導入して形成した。試料X3の作製条件における酸素流量比は10%であ
る。なお、基板温度、及び酸素流量比以外の条件としては、先に示す試料X1と同様の条
件とした。
ては、結晶性の評価として、断面TEM観察、XRD測定、及び電子線回折を行った。
図28、図29、図30に、試料X1乃至試料X3の断面TEM観察結果を示す。なお、
図28(A)(B)は試料X1の断面TEM像であり、図29(A)(B)は試料X2の
断面TEM像であり、図30(A)(B)は試料X3の断面TEM像である。
gh Resolution-TEM)像であり、図29(C)は試料X2の断面HR-
TEM像であり、図30(C)は試料X3の断面HR-TEM像である。なお、断面HR
-TEM像の観察には、球面収差補正(Spherical Aberration C
orrector)機能を用いてもよい。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などによって観察するこ
とができる。
列している結晶部が観察される。特に、HR-TEM像において、層状に配列している結
晶部が観察されやすい。また、図30に示すように、試料X3では原子が膜厚方向に層状
に配列している様子が確認され難い。
次に、各試料のXRD測定結果について説明する。
を、図33(A)に試料X3のXRD測定結果を、それぞれ示す。
。)を用いた。θ-2θ法は、X線の入射角を変化させるとともに、X線源に対向して設
けられる検出器の角度を入射角と同じにしてX線回折強度を測定する方法である。なお、
X線を膜表面から約0.40°の角度から入射し、検出器の角度を変化させてX線回折強
度を測定するout-of-plane法の一種であるGIXRD(Grazing-I
ncidence XRD)法(薄膜法またはSeemann-Bohlin法ともいう
。)を用いてもよい。図31(A)、図32(A)、及び図33(A)における縦軸は回
折強度を任意単位で示し、横軸は角度2θを示している。
31°付近に回折強度のピークが確認される。一方で、図33(A)に示すように、試料
X3においては、2θ=31°付近の回折強度のピークが確認され難い、または2θ=3
1°付近の回折強度のピークが極めて小さい、あるいは2θ=31°付近の回折強度のピ
ークが無い。
O4の構造モデルにおける(009)面の回折角と一致する。したがって、試料X1及び
試料X2において、上記ピークが観測されることから、c軸が膜厚方向に配向する結晶部
(以下、c軸配向性を有する結晶部、または第1の結晶部ともいう)が含まれていること
が確認できる。なお、試料X3については、XRD測定からでは、c軸配向性を有する結
晶部が含まれているかを判断するのが困難である。
次に、試料X1乃至試料X3について、電子線回折測定を行った結果について説明する。
電子線回折測定では、各試料の断面に対して電子線を垂直に入射したときの電子線回折パ
ターンを取得する。また電子線のビーム径を、1nmΦ及び100nmΦの2つとした。
ど、電子線回折パターンには、その奥行き方向の情報が現れることとなる。そのため、電
子線のビーム径を小さくするだけでなく、試料の奥行方向の厚さを薄くすることで、より
局所的な領域の情報を得ることができる。一方で、試料の奥行き方向の厚さが薄すぎる場
合(例えば試料の奥行き方向の厚さが5nm以下の場合)、極微細な領域の情報しか得ら
れない。そのため、極微細な領域に結晶が存在していた場合には、得られる電子線回折パ
ターンは、単結晶のものと同様のパターンとなる場合がある。極微細な領域を解析する目
的でない場合には、試料の奥行き方向の厚さを、例えば10nm以上100nm以下、代
表的には10nm以上50nm以下とすることが好ましい。
の電子線回折パターンを、図33(B)(C)に試料X3の電子線回折パターンを、それ
ぞれ示す。
回折パターンは、電子線回折パターンが明瞭になるようにコントラストが調整された画像
データである。また、図31(B)(C)、図32(B)(C)、及び図33(B)(C
)において、中央の最も明るい輝点は入射される電子線ビームによるものであり、電子線
回折パターンの中心(ダイレクトスポットまたは透過波ともいう)である。
円周状に分布した複数のスポットがみられることから、酸化物半導体膜は、極めて微小で
且つ面方位があらゆる向きに配向した複数の結晶部が混在していることが分かる。また、
図31(C)に示すように、入射する電子線のビーム径を100nmΦとした場合に、こ
の複数の結晶部からの回折スポットが連なり、輝度が平均化されてリング状の回折パター
ンとなることが確認できる。また、図31(C)では、半径の異なる2つのリング状の回
折パターンが確認できる。ここで、径の小さいほうから第1のリング、第2のリングと呼
ぶこととする。第2のリングに比べて、第1のリングの方が輝度が高いことが確認できる
。また、第1のリングと重なる位置に、輝度の高い2つのスポット(第1の領域)が確認
される。
ける(009)面の回折スポットの中心からの動径方向の距離とほぼ一致する。また、第
1の領域は、c軸配向性に起因する回折スポットである。
化物半導体膜中には、あらゆる向きに配向している結晶部(以下、c軸配向性を有さない
結晶部、または第2の結晶部ともいう)が存在するとも言い換えることもできる。
が同程度であることから、2回対称性を有することが推察される。また上述のように、2
つの第1の領域はc軸配向性に起因する回折スポットであることから、2つの第1の領域
と中心を通る線を結ぶ直線の方向が、結晶部のc軸の向きと一致する。図31(C)にお
いて上下方向が膜厚方向であることから、酸化物半導体膜中には、c軸が膜厚方向に配向
する結晶部が存在していることが分かる。
有さない結晶部とが混在している膜であることが確認できる。
1(B)(C)に示す電子線回折パターンと概ね同じ結果である。ただし、c軸配向性に
起因する2つのスポット(第1の領域)の輝度は、試料X1、試料X2、試料X3の順で
明るく、c軸配向性を有する結晶部の存在割合が、この順で高いことが示唆される。
次に、図34乃至図36を用いて、酸化物半導体膜の結晶性の定量化方法の一例について
説明する。
で測定した電子線回折パターンであり、図34(B)は、図34(A)に示す電子線回折
パターンを、コントラスト調整した後の電子線回折パターンである。
)が観察されている。この2つのスポット(第1の領域)はInGaZnO4の構造モデ
ルにおける(00l)に対応する回折スポット、すなわちc軸配向性を有する結晶部に起
因する。一方で、上記第1の領域とは別に、第1の領域とおおよそ同心円上に輝度の低い
リング状のパターン(第2の領域)が重なって見える。これは電子ビーム径を100nm
としたことによって、c軸配向性を有さない結晶部(第2の結晶部)の構造に起因したス
ポットの輝度が平均化され、リング状になったものである。
する第1の領域と、第2の結晶部に起因する回折スポットを有する第2の領域とが、重な
って観察される。よって、第1の領域を含むラインプロファイルと、第2の領域を含むラ
インプロファイルとを取得し比較することで、酸化物半導体膜の結晶性の定量化が可能と
なる。
ついて、図35を用いて説明する。
した際に得られる電子線回折のシミュレーションパターンに、領域A-A’、領域B-B
’、及び領域C-C’の補助線を付した図である。
ポットと、ダイレクトスポットとを通る直線を含む。また、図35に示す領域B-B’及
び領域C-C’は、c軸配向性を有する第1の結晶部に起因する回折スポットが観察され
ない領域と、ダイレクトスポットとを通る直線を含む。なお、領域A-A’と領域B-B
’または領域C-C’とが交わる角度は、34°近傍、具体的には、30°以上38°以
下、好ましくは32°以上36°以下、さらに好ましくは33°以上35°以下とすれば
よい。
を有する。図36は、各構造に対するラインプロファイルのイメージ図、相対輝度R、及
び電子線回折パターンで得られるc軸配向性に起因するスペクトルの半値幅(FWHM:
Full Width at Half Maximum)を説明する図である。
B’における輝度の積分強度または領域C-C’における輝度の積分強度で割った値であ
る。なお、領域A-A’、領域B-B’、及び領域C-C’における輝度の積分強度とし
ては、中央の位置に現れるダイレクトスポットに起因するバックグラウンドの輝度をを除
去したものである。
。例えば、図36に示すように、単結晶の酸化物半導体膜では、領域A-A’のc軸配向
性を有する第1の結晶部に起因する回折スポットのピーク強度が高く、領域B-B’及び
領域C-C’にはc軸配向性を有する第1の結晶部に起因する回折スポットが見られない
ため、相対輝度Rは、1を超えて極めて大きくなる。また、相対輝度Rは、単結晶、CA
AC(CAACの詳細については後述する)のみ、CAAC+Nanocrystal、
Nanocrystal、Amorphousの順で低くなる。特に、特定の配向性を有
さないNanocrystal、及びamorphousでは、相対輝度Rは1となる。
トルの強度は高くなり、当該スペクトルの半値幅も小さくなる。そのため、単結晶の半値
幅が最も小さく、CAACのみ、CAAC+Nanocrystal、Nanocrys
talの順に半値幅が大きくなり、amorphousでは、半値幅が非常に大きく、ハ
ローと呼ばれるプロファイルになる。
上述のように、第1の領域における輝度の積分強度と、第2の領域における輝度の積分強
度との強度比は、配向性を有する結晶部の存在割合を推し量る点で重要な情報である。
による解析を行った。
ラインプロファイルによる解析結果を図37(B1)(B2)に、試料X3のラインプロ
ファイルによる解析結果を図37(C1)(C2)に、それぞれ示す。
B-B’、及び領域C-C’を記載した電子線回折パターンであり、図37(B1)は、
図32(C)に示す電子線回折パターンに領域A-A’、領域B-B’、及び領域C-C
’を記載した電子線回折パターンであり、図37(C1)は、図33(C)に示す電子線
回折パターンに領域A-A’、領域B-B’、及び領域C-C’を記載した電子線回折パ
ターンである。
中心位置に現れるダイレクトスポットの輝度で規格化することにより求めることができる
。またこれにより、各試料間での相対的な比較を行うことができる。
分を、バックグラウンドとして差し引くと、より精度の高い比較を行うことができる。こ
こで非弾性散乱に起因する輝度の成分は、動径方向において極めてブロードなプロファイ
ルを取るため、バックグラウンドの輝度を直線近似で算出してもよい。例えば、対象とな
るピークの両側の裾に沿って直線を引き、その直線よりも低輝度側に位置する領域をバッ
クグラウンドとして差し引くことができる。
領域B-B’、及び領域C-C’における輝度の積分強度を算出した。そして、領域A-
A’における輝度の積分強度を、領域B-B’における輝度の積分強度、または領域C-
C’における輝度の積分強度で割った値を、相対輝度Rとして求めた。
A2)、図37(B2)、及び図37(C2)に示す輝度のプロファイル中のダイレクト
スポットの左右の位置するスペクトルにおいて、領域A-A’における輝度の積分強度を
領域B-B’における輝度の積分強度で割った値、及び領域A-A’における輝度の積分
強度を領域C-C’における輝度の積分強度で割った値をそれぞれ求めた。
ある。
・試料X1の積分強度=25.00
・試料X2の積分強度=3.04
・試料X3の積分強度=1.05
なお、上述の積分強度は、4つの位置での平均値とした。このように、積分強度は、試料
X1、試料X2、試料X3の順で高い。
る場合には、相対輝度Rが1を超えて40以下、好ましくは1を超えて10以下、さらに
好ましくは1を超えて3以下の強度比となる酸化物半導体膜を用いると好適である。この
ような酸化物半導体膜を半導体膜に用いることで、電気特性の高い安定性と、ゲート電圧
が低い領域での高い電界効果移動度を両立することができる。
酸化物半導体膜中の結晶部の存在割合は、断面TEM像を解析することで見積もることが
できる。
たTEM像に対して2次元高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Tr
ansform)処理し、FFT像を取得する。得られたFFT像に対し、周期性を有す
る範囲を残し、それ以外を除去するマスク処理を施す。そしてマスク処理したFFT像を
、2次元逆フーリエ変換(IFFT:Inverse Fast Fourier Tr
ansform)処理し、FFTフィルタリング像を取得する。
面積の割合から、結晶部の存在割合を見積もることができる。また、計算に用いた領域(
元の像の面積ともいう)の面積から、残存した面積を差し引くことにより、結晶部以外の
部分の存在割合を見積もることができる。
を画像解析した後に得られた像を、それぞれ示す。また、図39(B1)に試料X2の断
面TEM像を、図39(B2)に試料X2の断面TEM像を画像解析した後に得られた像
を、それぞれ示す。また、図39(C1)に試料X3の断面TEM像を、図39(C2)
に試料X3の断面TEM像を画像解析した後に得られた像を、それぞれ示す。
性を有する結晶部を含む領域に対応し、黒く表示されている領域が、配向性を有さない結
晶部、または様々な向きに配向する結晶部を含む領域に対応する。
く面積の割合は約43.1%であった。また、図39(B2)に示す結果より、試料X2
における配向性を有する結晶部を含む領域を除く面積の割合は約61.7%であった。ま
た、図39(C2)に示す結果より、試料X3における配向性を有する結晶部を含む領域
を除く面積の割合は約89.5%であった。
、5%以上40%未満である場合、その酸化物半導体膜は極めて結晶性の高い膜であり、
酸素欠損を作り難く、電気特性が非常に安定であるため好ましい。一方で、酸化物半導体
膜中の配向性を有する結晶部を除く部分の割合が、40%以上100%未満、好ましくは
60%以上90%以下である場合、その酸化物半導体膜は配向性を有する結晶部と配向性
を有さない結晶部が適度な割合で混在し、電気特性の安定性と高移動度化を両立させるこ
とができる。
結晶部を除く領域のことを、Lateral Growth Buffer Regio
n(LGBR)と呼称することもできる。
次に、酸化物半導体膜への酸素の拡散のしやすさを評価した結果について説明する。
まず、ガラス基板上に、先に示す試料X1と同様の方法により、厚さ約50nmの酸化物
半導体膜を成膜した。続いて、酸化物半導体膜上に、厚さ約30nmの酸化窒化シリコン
膜、厚さ約100nmの酸化窒化シリコン膜、厚さ約20nmの酸化窒化シリコン膜を、
プラズマCVD法により積層して形成した。なお、以下の説明において、酸化物半導体膜
をOSと、酸化窒化シリコン膜をGIとしてそれぞれ記載する場合がある。
ッシング装置を用い、基板温度を40℃とし、流量150sccmの酸素ガス(16O)
と、流量100sccmの酸素ガス(18O)とをチャンバー内に導入し、圧力を15P
a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600sec供給して行った。なお、酸素ガス(18
O)を用いた理由としては、酸化窒化シリコン膜中に酸素(16O)が主成分レベルで含
有されているため、酸素添加処理によって、添加される酸素を正確に測定するためである
。
試料Y2は、試料Y1の酸化物半導体膜の成膜条件を異ならせた試料である。試料Y2は
、先に示す試料X2と同様の方法により、厚さ約50nmの酸化物半導体膜を成膜した。
試料Y3は、試料Y1の酸化物半導体膜の成膜条件を異ならせた試料である。試料Y3は
、先に示す試料X3と同様の方法により、厚さ約50nmの酸化物半導体膜を成膜した。
試料Y1乃至試料Y3について、SIMS(Secondary Ion Mass S
pectrometry)分析により、18Oの濃度を測定した。なお、SIMS分析に
おいては、上記作製した試料Y1乃至試料Y3を、熱処理を行わず評価する条件と、試料
Y1乃至試料Y3を窒素雰囲気下にて350℃ 1時間の熱処理を行う条件と、試料Y1
乃至試料Y3を窒素雰囲気下にて450℃、1時間の熱処理を行う条件と、の3つの条件
とした。
のSIMS測定結果であり、図24(B)が試料Y2のSIMS測定結果であり、図24
(C)が試料Y3のSIMS測定結果である。
ている。なお、図24(A)(B)(C)は、基板側からSIMS分析(SSDP(Su
bstrate Side Depth Profile)-SIMSともいう)した結
果である。
ファイルであり、細い破線が350℃の熱処理を行った試料のプロファイルであり、実線
が450℃の熱処理を行った試料のプロファイルである。
S中に18Oが拡散していることが確認できる。また、試料Y1、試料Y2、試料Y3の
順に、より深い位置まで18Oが拡散していることが確認できる。また、350℃及び4
50℃の熱処理を行うことで、さらに深い位置まで18Oが拡散していることが確認でき
る。
を有する結晶部の存在割合が低い酸化物半導体膜は、酸素が透過しやすい膜、言い換える
と酸素が拡散しやすい膜であることが確認できる。また、350℃及び450℃の熱処理
を行うことで、GI膜中の酸素がOS中に拡散することが確認できる。
拡散しにくく、当該密度が低いほど厚さ方向へ酸素が拡散しやすいことを示している。酸
化物半導体膜における酸素の拡散のしやすさについて、以下のように考察することができ
る。
膜において、断面観察像で明瞭に観察できる結晶部以外の領域(LGBR)は、酸素が拡
散しやすい領域、すなわち酸素の拡散経路になりうる。したがって、酸化物半導体膜の近
傍に十分な酸素供給源がある場合において、LGBRを介して配向性を有する結晶部にも
、酸素が供給されやすくなるため、膜中の酸素欠損量を低減することができると考えられ
る。
により、当該酸化膜から放出される酸素は、LGBRにより酸化物半導体膜の膜厚方向に
拡散する。そして、LGBRを経由して、配向性を有する結晶部に横方向から酸素が供給
されうる。これにより、酸化物半導体膜の配向性を有する結晶部、及びこれ以外の領域に
、十分に酸素が行き渡り、膜中の酸素欠損を効果的に低減することができる。
酸素原子が結合し、OHが形成され、固定化してしまう場合がある。そこで、成膜時に低
温で成膜することで酸化物半導体膜中に酸素欠損(Vo)に水素原子がトラップされた状
態(VoHと呼ぶ)を一定量(例えば1×1017cm-3程度)形成することで、OH
が生成されることを抑制する。またVoHは、キャリアを生成するため、酸化物半導体膜
中にキャリアが一定量存在する状態となる。これにより、キャリア密度が高められた酸化
物半導体膜を形成できる。また成膜時には、酸素欠損も同時に形成されるが、当該酸素欠
損は、上述のようにLGBRを介して酸素を導入することにより低減することができる。
このような方法により、キャリア密度が比較的高く、且つ酸素欠損が十分に低減された酸
化物半導体膜を形成することができる。
部を構成するため、酸化物半導体膜には明瞭な結晶粒界は確認できない。また当該微細な
結晶部は、配向性を有する複数の結晶部の間に位置する。当該微細な結晶部は、成膜時の
熱により横方向に成長することで、隣接する配向性を有する結晶部と結合する。また当該
微細な結晶部はキャリアを発生する領域としても機能する。これにより、このような構成
を有する酸化物半導体膜は、トランジスタに適用することでその電界効果移動度を著しく
向上させることができると考えられる。
に、酸素雰囲気でのプラズマ処理を行うことが好ましい。このような処理により、膜中に
酸素を供給すること以外に、水素濃度を低減することができる。例えば、プラズマ処理中
に、同時にチャンバー内に残存するフッ素も酸化物半導体膜中にドープされる場合がある
。フッ素はマイナスの電荷を帯びたフッ素原子として存在し、プラスの電荷を帯びた水素
原子とクーロン力により結合し、HFが生成される。HFは当該プラズマ処理中に酸化物
半導体膜外へ放出され、その結果として、酸化物半導体膜中の水素濃度を低減することが
できる。また、プラズマ処理において、酸素原子と水素原子とが結合してH2Oとして膜
外へ放出される場合もある。
を考える。酸化シリコン膜中のフッ素は、膜中の水素と結合し、電気的に中性であるHF
として存在しうるため、酸化物半導体膜の電気特性に影響を与えない。なお、Si-F結
合が生じる場合もあるがこれも電気的に中性となる。また酸化シリコン膜中のHFは、酸
素の拡散に対して影響しないと考えられる。
属原子と結合していない水素が低減されることにより、信頼性を高めることができると考
えられる。また酸化物半導体膜のキャリア密度が一定以上であることで、電気特性が向上
すると考えられる。
以下では、本発明の一態様の酸化物半導体膜の成膜方法について説明する。
成膜することができる。
好ましくは100℃以上150℃以下、代表的には130℃の温度とすることが好ましい
。基板の温度を上述の範囲とすることで、配向性を有する結晶部と、配向性を有さない結
晶部との割合を制御することができる。
30%以下、より好ましくは5%以上20%以下、さらに好ましくは5%以上15%以下
、代表的には10%とすることが好ましい。酸素流量を低減することにより、配向性を有
さない結晶部をより多く膜中に含ませることができる。
を有する結晶部と、配向性を有さない結晶部とが混在した酸化物半導体膜を得ることがで
きる。また、基板温度と酸素流量を上述の範囲内とすることにより、配向性を有する結晶
部と配向性を有さない結晶部の存在割合を制御することが可能となる。
n系酸化物に限られず、例えば、In-M-Zn系酸化物(Mは、Al、Ga、Y、また
はSn)を適用することができる。
化物半導体膜である結晶部を含む酸化物半導体膜を成膜すると、多結晶酸化物を含まない
スパッタリングターゲットを用いた場合に比べて、結晶性を有する酸化物半導体膜が得ら
れやすい。
ング用ターゲットが複数の結晶粒を有し、且つ、その結晶粒が層状構造を有しており、当
該結晶粒に劈開しやすい界面が存在する場合、当該スパッタリング用ターゲットにイオン
を衝突させることで、結晶粒が劈開して、平板状又はペレット状のスパッタリング粒子が
得られることがある。該得られた平板状又はペレット状のスパッタリング粒子が、基板上
に堆積することでナノ結晶を含む酸化物半導体膜が成膜されると考えられる。また、基板
を加熱することにより、基板表面において当該ナノ結晶同士の結合、または再配列が進む
ことにより、配向性を有する結晶部を含む酸化物半導体膜が形成されやすくなると考えら
れる。
リング法を用いることで、結晶性の制御が容易であるため好ましい。なお、スパッタリン
グ法以外に、例えばパルスレーザー堆積(PLD)法、プラズマ化学気相堆積(PECV
D)法、熱CVD(Chemical Vapor Deposition)法、ALD
(Atomic Layer Deposition)法、真空蒸着法などを用いてもよ
い。熱CVD法の例としては、MOCVD(Metal Organic Chemic
al Vapor Deposition)法が挙げられる。
合わせて実施することができる。
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置及び半導体装置の作製方法について、図
40乃至図47を参照して説明する。
図40(A)は、本発明の一態様の半導体装置200の上面図であり、図40(B)は、
図40(A)に示す一点鎖線A1-A2間における切断面の断面図に相当する。なお、図
40(B)は、トランジスタTr1のチャネル長(L)方向の断面、及びトランジスタT
r2のチャネル長(L)方向の断面を含む。
r1と少なくとも一部が互いに重なるトランジスタTr2と、を有する。なお、トランジ
スタTr1及びトランジスタTr2は、双方ともトップゲート型のトランジスタである。
けることで、トランジスタの配置面積を縮小させることができる。
膜108と、酸化物半導体膜108上の絶縁膜110と、絶縁膜110上の導電膜120
と、絶縁膜106、酸化物半導体膜108、導電膜120上の絶縁膜114とを有する。
また、実施の形態1と同様に、酸化物半導体膜108は、導電膜120と重なり、且つ絶
縁膜110と接するチャネル領域108iと、絶縁膜114と接するソース領域108s
と、絶縁膜114と接するドレイン領域108dと、を有する。
膜116上に設けられた開口部141aを介して、酸化物半導体膜108に電気的に接続
される導電膜112aと、絶縁膜114及び絶縁膜116に設けられた開口部141bを
介して、酸化物半導体膜108に電気的に接続される導電膜112bと、絶縁膜116、
導電膜112a、及び導電膜112b上の絶縁膜118と、を有する。
絶縁膜118上の酸化物半導体膜208と、酸化物半導体膜208上の絶縁膜210bと
、絶縁膜210b上の導電膜212bと、酸化物半導体膜208及び導電膜212b上の
絶縁膜214とを有する。また、酸化物半導体膜108と同様に、酸化物半導体膜208
は、導電膜212bと重なり、且つ絶縁膜210bと接するチャネル領域208iと、絶
縁膜214と接するソース領域208sと、絶縁膜214と接するドレイン領域208d
と、を有する。
られ、酸化物半導体膜208に電気的に接続される導電膜218aと、絶縁膜216上に
設けられ、酸化物半導体膜208に電気的に接続される導電膜218bと、を有する。
8とは、互いに重なる領域を有する。
化物半導体膜208としては、実施の形態1に示す酸化物半導体膜128と同様の構成と
することができる。
成するゲートドライバに用いることで、額縁幅の狭い(狭額縁ともいう)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
る信号線からの信号の供給を行うソースドライバ(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。また、上記の電界効果移動度が
高いトランジスタを、表示装置が有する画素回路の選択トランジスタ及び駆動トランジス
タのいずれか一方または双方に用いることで、表示品位が高い表示装置を提供することが
できる。
膜112bと同時に形成された膜と、導電膜212bと同時に形成された膜との間の容量
を用いて形成することができる。この容量を形成する絶縁膜は、絶縁膜118と同時に形
成された膜と、絶縁膜210bと同時に形成された膜と、の両方あるいはいずれか一とな
る。
みを用いた場合とする。飽和領域にて、あるオン電流を得ようとしたとき、酸化物半導体
膜208に図8(B)あるいは図8(C)にて測定されたトランジスタが有する酸化物半
導体膜を用いることで、図8(A)にて測定されたトランジスタが有する酸化物半導体膜
を用いる場合より、絶縁膜210bと同時に形成された膜の膜厚を大きくすることができ
る。
ジスタが有する酸化物半導体膜を用いることで、容量素子Cs1の保持容量を小さくする
ことができ、トランジスタの設置面積を縮小させることができる。
ることができ、図40(A)(B)に示すような配置とすることで、表示装置の画素密度
を高めることが可能となる。例えば、表示装置の画素密度が1000ppiを超える、ま
たは表示装置の画素密度が2000ppiを超える場合においても、図40(A)(B)
に示すような配置とすることで、画素の開口率を高めることができる。
においては、図9に示す画素回路と同様の構成とすることができる。
えば、トランジスタのチャネル長(L)及びチャネル幅(W)、あるいはトランジスタに
接続する配線及び電極の線幅などを比較的大きくすることができる。例えば、トランジス
タTr1とトランジスタTr2とを同じ平面上に配置する場合と比較して、図40(A)
(B)に示すように、トランジスタTr1とトランジスタTr2との少なくとも一部を重
ねて配置することで、線幅などを大きくすることができるため、加工寸法のばらつきを低
減することが可能となる。
方または双方を共通して用いることができるため、マスク枚数または工程数を削減するこ
とが可能である。
112aがソース電極として機能し、導電膜112bがドレイン電極として機能する。ま
た、トランジスタTr1において、絶縁膜110がゲート絶縁膜として機能する。また、
トランジスタTr2において、導電膜112bが第1のゲート電極として機能し、導電膜
218aがソース電極として機能し、導電膜218bがドレイン電極として機能し、導電
膜212bが第2のゲート電極として機能する。また、トランジスタTr2において、絶
縁膜118が第1のゲート絶縁膜として機能し、絶縁膜210bが第2のゲート絶縁膜と
して機能する。
。また、絶縁膜136には、導電膜218bに達する開口部186が設けられる。また、
絶縁膜136上には、導電膜138が設けられる。なお、導電膜138は、開口部186
を介して、導電膜218aと接続される。
れる。また、導電膜138と、EL層142と、導電膜144と、により発光素子160
が構成される。
ランジスタTr2を、実施の形態1で説明したS-channel構造としてもよい。
タTr2と、実施の形態1に示す半導体装置100Aが有するトランジスタTr1及びト
ランジスタTr2と、を組み合わせて用いることが可能である。
ランジスタの設置面積を縮小させる。また、複数のトランジスタにおいて、絶縁膜及び導
電膜のいずれか一方または双方を共通して用いることで、マスク枚数または工程数を削減
することができる。
次に、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。
導電膜212b、218a、218bとしては、実施の形態1に記載の導電膜(導電膜1
12a、導電膜112b、導電膜122a、導電膜122b、導電膜120、導電膜13
0、導電膜138、及び導電膜144)の材料を用いることができる。特に、導電膜21
2bには、酸化物導電体(OC)を用いると、絶縁膜210bに酸素を添加できるため好
適である。
絶縁膜214、216、210bとしては、実施の形態1に記載の絶縁膜(絶縁膜106
、絶縁膜114、絶縁膜116、絶縁膜118、絶縁膜124、絶縁膜126、絶縁膜1
34、絶縁膜136、及び絶縁膜140)の材料を用いることができる。
しく、特に酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜が好ましい。また、絶縁膜210b
としては、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(過剰酸素領域)を有することがより好ましい。絶縁膜210bとしては、酸化
シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を用いると好適である。
膜214は、窒素及びシリコンを有する。また、絶縁膜214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。酸化物半導体膜20
8と絶縁膜214とが接することで、絶縁膜214中の水素及び窒素のいずれか一方また
は双方が、酸化物半導体膜208中に入り込み、酸化物半導体膜208のキャリア密度を
高くすることができる。したがって、酸化物半導体膜208と絶縁膜214とが接する酸
化物半導体膜208中の領域は、ソース領域またはドレイン領域として機能する。
酸化物半導体膜208としては、実施の形態1に記載の酸化物半導体膜(酸化物半導体膜
108、及び酸化物半導体膜128)の材料を用いることができる。
次に、本発明の一態様の半導体装置200の作製方法について、図41乃至図47を用い
て説明する。
6(A)、及び図47(A)は、半導体装置200の作製方法を説明する上面図であり、
図41(B)、図42(B)、図43(B)、図44(B)、図45(B)、図46(B
)、及び図47(B)は、半導体装置200の作製方法を説明する断面図である。
できる。したがって、基板102上に絶縁膜106、酸化物半導体膜108、絶縁膜11
0、導電膜120、絶縁膜114、絶縁膜116、導電膜112a、導電膜112b、絶
縁膜118の形成方法については、実施の形態1及び図14乃至図16を参酌すればよい
。
。絶縁膜118は、実施の形態1と同様の方法で形成することができる。
: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を形成する。
また、上記酸化物半導体膜の形成時の基板温度を170℃とし、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。
その後、上記酸化物半導体膜を所望の形状に加工することで、島状の酸化物半導体膜20
8を形成する。なお、酸化物半導体膜の形成には、ウエットエッチング装置を用いる。
る。その後、当該積層膜を所望の形状に加工することで、島状の絶縁膜210bと、島状
の導電膜212bとを形成する(図42(A)(B)参照)。
216を形成する。なお、絶縁膜214を形成することで、絶縁膜214と接する酸化物
半導体膜208は、ソース領域208s及びドレイン領域208dとなる。また、絶縁膜
214と接しない酸化物半導体膜208、別言すると絶縁膜210bと接する酸化物半導
体膜208はチャネル領域208iとなる。これにより、チャネル領域208i、ソース
領域208s、及びドレイン領域208dを有する酸化物半導体膜208が形成される(
図43(A)(B)参照)。
ECVD装置を用いて形成する。また、導電膜212bとしては、厚さ200nmの酸化
物半導体膜を、スパッタリング装置を用いて形成する。なお、当該酸化物半導体膜として
は、酸化物半導体膜208と同じ組成を用いる。また、絶縁膜214としては、厚さ10
0nmの窒化シリコン膜を、PECVD装置を用いて形成する。また、絶縁膜216とし
ては、厚さ200nmの酸化窒化シリコン膜を、PECVD装置を用いて形成する。
2b、ソース領域208s、及びドレイン領域208dに窒化シリコン膜中の水素及び窒
素のいずれか一方または双方が入り込み、導電膜212b、ソース領域208s、及びド
レイン領域208dのキャリア密度を高めることができる。そのため、酸化物半導体膜2
08の一部の領域と、導電膜212bとは、酸化物導電体(OC)となる。
a、282bを形成する(図43(A)(B)参照)。
装置を用いる。
上に導電膜を形成し、当該導電膜を島状に加工することで、導電膜218a、218bを
形成する(図43(A)(B)参照)。
の銅膜とをスパッタリング法により形成する。
、絶縁膜136の所望の領域を加工することで、導電膜218aに達する開口部186を
形成する(図44(A)(B)参照)。
を形成する。
ることで、導電膜138を形成する(図45(A)(B)参照)。
mの反射性の金属膜(ここでは、銀、パラジウム、及び銅を有する金属膜)と、厚さ10
nmのITSO膜との積層膜を用いる。また、導電膜138への加工には、ウエットエッ
チング装置を用いる。
(B)参照)。
上の導電膜144を形成することで、発光素子160を形成する(図47(A)(B)参
照)。
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に用いることのできる発光素子について
、図48乃至図50を用いて説明する。
まず、本発明の一態様の半導体装置に用いることのできる発光素子の構成について、図4
8を用いて説明する。図48は、発光素子160の断面模式図である。
用いることができる。発光素子160に用いる有機化合物としては、低分子化合物または
高分子化合物が挙げられる。高分子化合物は、熱的に安定で、塗布法等により容易に均一
性に優れた薄膜を形成することができるため好適である。
該一対の電極間に設けられたEL層142を有する。EL層142は、少なくとも発光層
150を有する。
層152、電子輸送層153、及び電子注入層154等の機能層を有する。
144を陰極として説明するが、発光素子160の構成としては、その限りではない。つ
まり、導電膜138を陰極とし、導電膜144を陽極とし、当該電極間の各層の積層を、
逆の順番にしてもよい。すなわち、陽極側から、正孔注入層151と、正孔輸送層152
と、発光層150と、電子輸送層153と、電子注入層154と、が積層する順番とすれ
ばよい。
孔注入層151、正孔輸送層152、電子輸送層153、及び電子注入層154の中から
選ばれた少なくとも一つを有する構成とすればよい。あるいは、EL層142は、正孔ま
たは電子の注入障壁を低減する、正孔または電子の輸送性を向上する、正孔または電子の
輸送性を阻害する、または電極による消光現象を抑制する、ことができる等の機能を有す
る機能層を有する構成としてもよい。なお、機能層はそれぞれ単層であっても、複数の層
が積層された構成であってもよい。
103乃至1×108である重合体である。また、低分子化合物とは、分子量分布を有さ
ず、分子量が、1×104以下の化合物である。
ち、該構成単位とは、高分子化合物が1以上有する単位をいう。
共重合体のいずれであってもよく、その他の態様であってもよい。
寿命の低下を引き起こす可能性がある。したがって、高分子化合物の末端基は、安定な末
端基であると好ましい。該安定な末端基としては、主鎖と共有結合している基が好ましく
、炭素-炭素結合を介してアリール基または複素環基と結合する基が好ましい。
えて、発光性の低分子化合物をゲスト材料として有すると好ましい。発光層150中では
、ホスト材料が、少なくともゲスト材料より重量比で多く存在し、ゲスト材料は、ホスト
材料中に分散される。
は、蛍光を発することができる物質(以下、蛍光性化合物ともいう)または燐光を発する
ことができる物質(以下、燐光性化合物ともいう)を用いることができる。
4)間に電圧を印加することにより、陰極から電子が、陽極から正孔(ホール)が、それ
ぞれEL層142に注入され、電流が流れる。そして、注入された電子及び正孔が再結合
することによって、励起子が形成される。キャリア(電子および正孔)の再結合によって
生じる励起子のうち、一重項励起子と三重項励起子の比(以下、励起子生成確率)は、統
計的確率により、1:3となる。そのため、蛍光性化合物を用いた発光素子において、発
光に寄与する一重項励起子が生成する割合は25%であり、発光に寄与しない三重項励起
子が生成する割合は75%となる。一方、燐光性化合物を用いた発光素子においては、一
重項励起子及び三重項励起子の双方が発光に寄与することができる。したがって、蛍光性
化合物を用いた発光素子より、燐光性化合物を用いた発光素子の方が、高い発光効率とな
るため好ましい。
るため、励起子が生成した材料は励起状態となる。
輸送する機能(正孔輸送性)を有する骨格と、電子を輸送する機能(電子輸送性)を有す
る骨格とを有すると好ましい。あるいは、π電子過剰型複素芳香族骨格または芳香族アミ
ン骨格の少なくとも一つを有し、π電子不足型複素芳香族骨格を有すると好ましい。これ
らの骨格が、直接または他の骨格を介して結合する。
る場合、キャリアバランスを容易に制御することが可能となる。そのため、キャリア再結
合領域の制御も簡便に行うことができる。そのためには、正孔輸送性を有する骨格と、電
子輸送性を有する骨格と、の構成比率は、1:9から9:1(モル比)の範囲が好ましく
、電子輸送性を有する骨格が、正孔輸送性を有する骨格より、構成比率が高いことが、さ
らに好ましい。
する骨格の他に、発光性の骨格を有しても良い。高分子化合物が、発光性の骨格を有する
場合、高分子化合物の全構成単位に対する発光性の骨格の構成比率は低いことが好ましく
、具体的には、好ましくは0.1mol%以上10mol%以下であり、より好ましくは
0.1mol%以上5mol%以下である。
結合長などが異なる化合物を有する場合がある。また、各構成単位が異なる置換基を有し
てもよく、各構成単位の間に異なる骨格を有していてもよい。また、各構成単位の重合法
が異なっていてもよい。
子材料をゲスト材料として有してもよい。このとき、ホスト材料として機能する高分子化
合物中に、発光性の低分子化合物がゲスト材料として分散され、該高分子化合物が、少な
くとも発光性の低分子化合物より重量比で多く存在する。発光性の低分子化合物の含有量
は、高分子化合物に対する重量比で、好ましくは0.1wt%以上10wt%以下であり
、より好ましくは0.1wt%以上5wt%以下である。
ここで、液滴吐出法を用いてEL層142を形成する方法について、図49を用いて説明
する。図49(A)乃至図49(D)は、EL層142の作製方法を説明する断面図であ
る。
された基板を図示している。
滴684を吐出し、組成物を含む層685を形成する。液滴684は、溶媒を含む組成物
であり、導電膜138上に付着する(図49(B)参照)。
成する(図49(C)参照)。
)参照)。
ため、材料のロスを削減することができる。また、形状を加工するためのリソグラフィ工
程なども必要ないために工程も簡略化することができ、低コスト化が達成できる。
すように、EL層142が発光層150に加えて機能層を有する場合、各層を導電膜13
8側から順に形成していけばよい。このとき、正孔注入層151、正孔輸送層152、発
光層150、電子輸送層153、及び電子注入層154を液滴吐出法を用いて形成しても
よく、正孔注入層151、正孔輸送層152、及び発光層150を液滴吐出法を用いて形
成し、電子輸送層153及び電子注入層154を蒸着法等にて形成してもよい。また、発
光層を液滴吐出法と蒸着法等とで形成してもよい。
レンスルホン酸)を液滴吐出法やスピンコート法等の塗布法を用いて形成することができ
る。また、正孔輸送層152としては、正孔輸送性材料によって形成することができ、例
えば、ポリビニルカルバゾールを液滴吐出法やスピンコート法等の塗布法を用いて形成す
ることができる。正孔注入層151の形成後および正孔輸送層152の形成後に、大気雰
囲気下または窒素などの不活性気体雰囲気下で、それぞれ加熱処理を行ってもよい。
中から選ばれる少なくとも一つの発光を呈する高分子化合物または低分子化合物によって
形成することができる。高分子化合物および低分子化合物としては、蛍光または燐光を呈
する発光性の有機化合物を用いることができる。高分子化合物および低分子化合物は、溶
媒に溶解させることで、液滴吐出法やスピンコート法等の塗布法により形成することがで
きる。また、発光層150の形成後に、大気雰囲気下または窒素などの不活性気体雰囲気
下で、加熱処理を行ってもよい。なお、蛍光性または燐光性の有機化合物をゲスト材料と
し、ゲスト材料より励起エネルギーが大きな高分子化合物または低分子化合物に該ゲスト
材料を分散してもよい。また、該発光性の有機化合物は、単独で成膜してもよいが、他の
物質と混合して成膜してもよい。また、発光層150として、2層の構成としてもよい。
その場合、2層の発光層は、それぞれ互いに異なる発光色を呈する発光性の有機化合物を
有することが好ましい。また、発光層150に低分子化合物を用いる場合、蒸着法を用い
て形成することができる。
る。また、電子注入層154としては、電子注入性の高い物質を成膜することで形成する
ことができる。なお、電子輸送層153および電子注入層154は、蒸着法を用いて形成
することができる。
を有する導電膜を用いて形成することができる。また、導電膜144としては、反射性を
有する導電膜と透光性を有する導電膜とを積層してもよい。
吐出口を有するノズル、または一つもしくは複数のノズルを有するヘッド等の液滴を吐出
する手段を有するものの総称とする。
次に、液滴吐出法に用いる液滴吐出装置について、図50を用いて説明する。図50は、
液滴吐出装置1400を説明する概念図である。
は、ヘッド1405と、ヘッド1412とを有する。
タ1410で制御することにより予めプログラミングされたパターンに描画することがで
きる。
11を基準に行えば良い。あるいは、基板1402の外縁を基準にして基準点を確定させ
ても良い。ここでは、マーカー1411を撮像手段1404で検出し、画像処理手段14
09にてデジタル信号に変換したものをコンピュータ1410で認識して制御信号を発生
させて制御手段1407に送る。
MOS)を利用したイメージセンサなどを用いることができる。なお、基板1402上に
形成されるべきパターンの情報は記憶媒体1408に格納されており、この情報を基にし
て制御手段1407に制御信号を送り、液滴吐出手段1403の個々のヘッド1405、
ヘッド1412を個別に制御することができる。吐出する材料は、材料供給源1413、
材料供給源1414より配管を通してヘッド1405、ヘッド1412にそれぞれ供給さ
れる。
口であるノズルを有する構造となっている。図示しないが、ヘッド1412もヘッド14
05と同様な内部構造を有する。ヘッド1405とヘッド1412のノズルを異なるサイ
ズで設けると、異なる材料を異なる幅で同時に描画することができる。一つのヘッドで、
複数種の発光材料などをそれぞれ吐出し、描画することができ、広領域に描画する場合は
、スループットを向上させるため複数のノズルより同材料を同時に吐出し、描画すること
ができる。大型基板を用いる場合、ヘッド1405、ヘッド1412は基板上を、図50
中に示すX、Y、Zの矢印の方向に自在に走査し、描画する領域を自由に設定することが
でき、同じパターンを一枚の基板に複数描画することができる。
もよい。組成物を吐出後、乾燥と焼成の一方又は両方の工程を行う。乾燥と焼成の工程は
、両工程とも加熱処理の工程であるが、その目的、温度と時間が異なる。乾燥の工程、焼
成の工程は、常圧下又は減圧下で、レーザ光の照射や瞬間熱アニール、加熱炉などにより
行う。なお、この加熱処理を行うタイミング、加熱処理の回数は特に限定されない。乾燥
と焼成の工程を良好に行うためには、そのときの温度は、基板の材質及び組成物の性質に
依存する。
る。
本実施の形態においては、先の実施の形態で例示した半導体装置を有する表示装置の一例
について、図51乃至図53を用いて以下説明を行う。
図51は、表示装置の一例を示す上面図である。図51に示す表示装置700は、第1の
基板701上に設けられた画素部702と、第1の基板701に設けられたソースドライ
バ回路部704及びゲートドライバ回路部706と、画素部702、ソースドライバ回路
部704、及びゲートドライバ回路部706を囲むように配置されるシール材712と、
第1の基板701に対向するように設けられる第2の基板705と、を有する。なお、第
1の基板701と第2の基板705は、シール材712によって封止されている。すなわ
ち、画素部702、ソースドライバ回路部704、及びゲートドライバ回路部706は、
第1の基板701とシール材712と第2の基板705によって封止されている。なお、
図51には図示しないが、第1の基板701と第2の基板705の間には表示素子が設け
られる。
域とは異なる領域に、画素部702、ソースドライバ回路部704、及びゲートドライバ
回路部706と、それぞれ電気的に接続されるFPC端子部708(FPC:Flexi
ble printed circuit)が設けられる。また、FPC端子部708に
は、FPC716が接続され、FPC716によって画素部702、ソースドライバ回路
部704、及びゲートドライバ回路部706に各種信号等が供給される。また、画素部7
02、ソースドライバ回路部704、ゲートドライバ回路部706、及びFPC端子部7
08には、信号線710が各々接続されている。FPC716により供給される各種信号
等は、信号線710を介して、画素部702、ソースドライバ回路部704、ゲートドラ
イバ回路部706、及びFPC端子部708に与えられる。
置700としては、ソースドライバ回路部704、及びゲートドライバ回路部706を画
素部702と同じ第1の基板701に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、ゲートドライバ回路部706のみを第1の基板701に形成しても良い
、またはソースドライバ回路部704のみを第1の基板701に形成しても良い。この場
合、ソースドライバ回路またはゲートドライバ回路等が形成された基板(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、第1の基板701に形成する
構成としても良い。なお、別途形成した駆動回路基板の接続方法は、特に限定されず、C
OG(Chip On Glass)方法、ワイヤボンディング方法などを用いることが
できる。
ライバ回路部706は、複数のトランジスタを有している。
えば、エレクトロルミネッセンス(EL)素子(有機物及び無機物を含むEL素子、有機
EL素子、無機EL素子、LEDなど)、発光トランジスタ素子(電流に応じて発光する
トランジスタ)、電子放出素子、液晶素子、電子インク素子、電気泳動素子、エレクトロ
ウェッティング素子、プラズマディスプレイパネル(PDP)、MEMS(マイクロ・エ
レクトロ・メカニカル・システム)ディスプレイ(例えば、グレーティングライトバルブ
(GLV)、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)、デジタル・マイクロ・シャッ
ター(DMS)素子、インターフェロメトリック・モジュレーション(IMOD)素子な
ど)、圧電セラミックディスプレイなどが挙げられる。
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(FED
)又はSED方式平面型ディスプレイ(SED:Surface-conduction
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。電子インク素子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。
を用いることができる。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、RG
B(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、色要素によって、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ず、モノクロ表示の表示装置
に適用することもできる。
W)を用いて表示装置をフルカラー表示させるために、着色層(カラーフィルタともいう
。)を用いてもよい。着色層は、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、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。
ことで赤色、緑色、青色に変換する方式(カラーフィルタ方式)の他、赤色、緑色、青色
の発光をそれぞれ用いる方式(3色方式)、または青色発光からの発光の一部を赤色や緑
色に変換する方式(色変換方式、量子ドット方式)を適用してもよい。
次に、実施の形態1に示す半導体装置100Aを用いる表示装置の構成について、図52
を用いて説明する。なお、図52は、図51に示す一点鎖線Q-Rの切断面に相当する断
面図である。
ンジスタTr1と、トランジスタTr2と、発光素子160と、を有する。
る。また、第1の基板701及び第2の基板705として、可撓性を有する基板を用いて
もよい。該可撓性を有する基板としては、例えばプラスチック基板等が挙げられる。
体778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、第
1の基板701と第2の基板705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、構造体778として、球状のスペーサを用いていても良い。
スタTr2とが設けられる。
酸化物半導体を有する。したがって、トランジスタTr1及びトランジスタTr2のオフ
電流が極めて低くすることができるため、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、表示装置の消費電力を抑制することができる。
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に用いることで
、画素部のスイッチングトランジスタと、駆動回路部に使用するドライバトランジスタを
同一基板上に形成することができる。すなわち、別途駆動回路として、シリコンウェハ等
により形成された半導体装置を用いる必要がないため、半導体装置の部品点数を削減する
ことができる。また、画素部においても、高速駆動が可能なトランジスタを用いることで
、高画質な画像を提供することができる。
ラーフィルタとして機能する着色膜736と、遮光膜738及び着色膜736に接する絶
縁膜734が設けられる。
て、導電膜144は透光性を有し、EL層142が発する光を透過する。なお、本実施の
形態においては、トップエミッション構造について、例示するが、これに限定されない。
例えば、導電膜138側に光を射出するボトムエミッション構造、または導電膜138及
び導電膜144の双方に光を射出するデュアルエミッション構造としてもよい。
位置に遮光膜738が設けられている。また、着色膜736及び遮光膜738は、絶縁膜
734で覆われている。また、発光素子160と絶縁膜734との間は、封止膜732で
充填されている。なお、図52に示す表示装置700においては、着色膜736を設ける
構成について例示したが、これに限定されない。例えば、EL層142を塗り分けにより
形成する場合においては、着色膜736を設けない構成としてもよい。
また、図52に示す表示装置700に入出力装置を設けてもよい。当該入出力装置として
は、例えば、タッチパネル等が挙げられる。
る。
のタッチパネルである。タッチパネル791は、着色膜736を形成する前に、基板70
5側に形成される。
94と、絶縁膜795と、電極796と、絶縁膜797と、を有する。例えば、指やスタ
イラスなどの被検知体が近接することで、電極793と、電極794との相互容量の変化
を検知することができる。
いる。電極796は、絶縁膜795に設けられた開口部を介して、電極794を挟む2つ
の電極793と電気的に接続されている。なお、図53においては、電極796が設けら
れる領域を画素部702に設ける構成を例示したが、これに限定されず、例えば、ゲート
ドライバ回路部、またはソースドライバ回路部に形成してもよい。
3及び電極794は、発光素子160と重ならないように設けられると好ましい。別言す
ると、電極793及び電極794は、発光素子160と重なる領域に開口部を有する。す
なわち、電極793及び電極794はメッシュ形状を有する。このような構成とすること
で、電極793及び電極794は、発光素子160が射出する光を遮らない構造である。
したがって、タッチパネル791を配置することによる輝度の低下が極めて少ないため、
視認性が高く、且つ消費電力が低減された表示装置を実現できる。
極794には、可視光の透過率が低い金属材料を用いることができる。
極794の抵抗を低くすることが可能となり、タッチパネル791のセンサ感度を向上さ
せることができる。
ノワイヤは、直径の平均値が1nm以上100nm以下、好ましくは5nm以上50nm
以下、より好ましくは5nm以上25nm以下の大きさとすればよい。また、上記ナノワ
イヤとしては、Agナノワイヤ、Cuナノワイヤ、またはAlナノワイヤ等の金属ナノワ
イヤ、あるいは、カーボンナノチューブなどを用いればよい。例えば、電極664、66
5、667のいずれか一つあるいは全部にAgナノワイヤを用いる場合、可視光における
光透過率を89%以上、シート抵抗値を40Ω/□以上100Ω/□以下とすることがで
きる。
限定されない。例えば、表示装置700上に形成する所謂オンセル型のタッチパネル、ま
たは表示装置700に貼り合わせて用いる所謂アウトセル型のタッチパネルとしてもよい
。
いることができる。
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の一例について、図5
4を用いて説明する。
図54は、本発明の一態様の半導体装置を有する表示装置の一例を示すブロック図である
。
動回路516と、画素部512の外周に配置された信号線駆動回路518と、を有する。
なお、画素部512は、複数の画素回路514を有する。
、端子部517と、保護回路513とは、設けない構成としてもよい。
画素部512は、X行(Xは2以上の自然数)Y列(Yは2以上の自然数)に配置された
複数の表示素子を駆動するための回路(以下、画素回路514という)を有し、ゲート線
駆動回路516は、画素回路514を選択する信号(走査信号)を出力する機能を有し、
信号線駆動回路518は、画素回路514が有する表示素子を駆動するための信号(デー
タ信号)を供給するため機能を有する。
する構成について例示したが、これに限定されず、例えば、画素回路514をデルタ配置
、ペンタイル配置としてもよい。なお、カラー表示する際に画素回路514で制御する色
要素としては、RGB(Rは赤、Gは緑、Bは青)の三色が挙げられる。ただし、画素回
路514で制御する色要素としては、これに限定されず、それ以上でもよく、例えば、R
GBW(Wは白)、またはRGBに、Y(イエロー)、C(シアン)、M(マゼンタ)な
ど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。
御する駆動トランジスタと、を有する。発光素子に電圧を印加することにより、発光素子
が有する一対の電極の一方から電子が、他方から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、電子及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。
のような構成とすることで、表示装置の画素密度を高めることができるため好適である。
ゲート線駆動回路516及び信号線駆動回路518のいずれか一方または双方は、画素部
512と同一基板上に形成されていることが望ましい。これにより、部品数や端子数を減
らすことが出来る。ゲート線駆動回路516及び信号線駆動回路518のいずれか一方ま
たは双方が、画素部512と同一基板上に形成されていない場合には、ゲート線駆動回路
516及び信号線駆動回路518のいずれか一方または双方を、COGやTAB(Tap
e Automated Bonding)によって、実装することができる。
つを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514のそれぞれは、ゲート線駆
動回路516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514は、走査線GL_m(mはX以下の自然数)を介してゲート線駆
動回路516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)を介して信号線駆動回路518からデータ信号が入力される。
子部517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、ゲート線駆動回路516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。ゲート線駆動回路516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、ゲート線
駆動回路516を複数設け、複数のゲート線駆動回路516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、ゲート線駆動回路516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、ゲート線駆動回路51
6は、別の信号を供給することも可能である。例えば、ゲート線駆動回路516は、図5
4に示すように、発光素子の電位を制御する配線(以下、ANODE_1乃至ANODE
_Xという)と電気的に接続されている。
517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。信号線駆動回路518は、画像信号を元に画素回路514に
書き込むデータ信号を生成する機能を有する。また、信号線駆動回路518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、信号線駆動回路518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、
信号線駆動回路518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、信号線駆動回路518は、別の信号を供給することも可能である。例え
ば、信号線駆動回路518は、複数のアナログスイッチなどを用いて構成される。信号線
駆動回路518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。
保護回路513は、例えば、ゲート線駆動回路516と画素回路514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513は、信号線駆動回路518と画素回路
514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513は、ゲート
線駆動回路516と端子部517との間の配線に接続することができる。または、保護回
路513は、信号線駆動回路518と端子部517との間の配線に接続することができる
。なお、端子部517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を有する。
線と別の配線とを導通状態にする機能を有する。保護回路513を設けることにより、E
SD(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。また、ゲート線駆動回路5
16に保護回路513を接続した構成、または信号線駆動回路518に保護回路513を
接続した構成としてもよい。あるいは、端子部517に保護回路513を接続した構成と
してもよい。
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及び電子機器に
ついて、図55乃至図58を用いて説明を行う。
図55に示す表示モジュール7000は、上部カバー7001と下部カバー7002との
間に、FPC7003に接続されたタッチパネル7004、FPC7005に接続された
表示パネル7006、バックライト7007、フレーム7009、プリント基板7010
、バッテリ7011を有する。
006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。
006に重畳して用いることができる。また、表示パネル7006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70
06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。
7007上に光源7008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7007の端部に光源7008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
パネル等の場合においては、バックライト7007を設けない構成としてもよい。
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7009は、放熱板としての機能を有していてもよい。
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7011による電源であってもよい。バッテリ7011は、
商用電源を用いる場合には、省略可能である。
して設けてもよい。
次に、図56(A)乃至図56(E)に電子機器の一例を示す。
図である。
タン8004等を有する。またカメラ8000には、着脱可能なレンズ8006が取り付
けられている。
ことが可能な構成としたが、レンズ8006と筐体が一体となっていてもよい。
。また、表示部8002はタッチパネルとしての機能を有し、表示部8002をタッチす
ることにより撮像することも可能である。
のほか、ストロボ装置等を接続することができる。
ダー8100をカメラ8000に取り付けることができる。また当該マウントには電極を
有し、当該電極を介してカメラ8000から受信した映像等を表示部8102に表示させ
ることができる。
102の表示のオン・オフを切り替えることができる。
明の一態様の表示装置を適用することができる。
、これらを脱着可能な構成としたが、カメラ8000の筐体8001に、表示装置を備え
るファインダーが内蔵されていてもよい。
3、表示部8204、ケーブル8205等を有している。また装着部8201には、バッ
テリ8206が内蔵されている。
3は無線受信機等を備え、受信した画像データ等の映像情報を表示部8204に表示させ
ることができる。また、本体8203に設けられたカメラで使用者の眼球やまぶたの動き
を捉え、その情報をもとに使用者の視点の座標を算出することにより、使用者の視点を入
力手段として用いることができる。
本体8203は使用者の眼球の動きに伴って電極に流れる電流を検知することにより、使
用者の視点を認識する機能を有していてもよい。また、当該電極に流れる電流を検知する
ことにより、使用者の脈拍をモニタする機能を有していてもよい。また、装着部8201
には、温度センサ、圧力センサ、加速度センサ等の各種センサを有していてもよく、使用
者の生体情報を表示部8204に表示する機能を有していてもよい。また、使用者の頭部
の動きなどを検出し、表示部8204に表示する映像をその動きに合わせて変化させても
よい。
る。ヘッドマウントディスプレイ8300は、筐体8301と、表示部8302と、バン
ド状の固定具8304と、一対のレンズ8305と、を有する。
お、表示部8302を湾曲して配置させる好適である。表示部8302を湾曲して配置す
ることで、使用者が高い臨場感を感じることができる。なお、本実施の形態においては、
表示部8302を1つ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、表示
部8302を2つ設ける構成としてもよい。この場合、使用者の片方の目に1つの表示部
が配置されるような構成とすると、視差を用いた3次元表示等を行うことも可能となる。
一態様の半導体装置を有する表示装置は、極めて精細度が高いため、図56(E)のよう
にレンズ8305を用いて拡大したとしても、使用者に画素が視認されることなく、より
現実感の高い映像を表示することができる。
次に、図56(A)乃至図56(E)に示す電子機器と、異なる電子機器の一例を図57
(A)乃至図57(G)に示す。
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。
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57(A)乃至図57(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57(A)乃至図57(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。
00は、表示部9001を大画面、例えば、50インチ以上、または100インチ以上の
表示部9001を組み込むことが可能である。
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等を設けてもよい。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9001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9001
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S
NS(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。
200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9006
を介さずに無線給電により行ってもよい。
。また、図57(E)が携帯情報端末9201を展開した状態の斜視図であり、図57(
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57(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920
1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。
)に示す電子機器と異なる電子機器の一例を図58(A)(B)に示す。図58(A)(
B)は、複数の表示パネルを有する表示装置の斜視図である。なお、図58(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58(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。
11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9
502と、透光性を有する領域9503と、を有する。
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。
で離れた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950
1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。
ことを特徴とする。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。
ことができる。
B 領域
C 領域
100A 半導体装置
100B 半導体装置
100C 半導体装置
100D 半導体装置
100E 半導体装置
100F 半導体装置
102 基板
104 絶縁膜
106 絶縁膜
107 導電膜
108 酸化物半導体膜
108d ドレイン領域
108i チャネル領域
108s ソース領域
110 絶縁膜
112 導電膜
112a 導電膜
112b 導電膜
114 絶縁膜
116 絶縁膜
117 絶縁膜
118 絶縁膜
119 絶縁膜
120 導電膜
122a 導電膜
122b 導電膜
122c 導電膜
124 絶縁膜
126 絶縁膜
128 酸化物半導体膜
128a 酸化物半導体膜
128b 酸化物半導体膜
128c 酸化物半導体膜
130 導電膜
134 絶縁膜
136 絶縁膜
138 導電膜
140 絶縁膜
141a 開口部
141b 開口部
142 EL層
144 導電膜
150 発光層
151 正孔注入層
152 正孔輸送層
153 電子輸送層
154 電子注入層
160 発光素子
182 開口部
183 開口部
184 開口部
186 開口部
200 半導体装置
208 酸化物半導体膜
208d ドレイン領域
208i チャネル領域
208s ソース領域
210b 絶縁膜
212b 導電膜
214 絶縁膜
216 絶縁膜
218a 導電膜
218b 導電膜
282a 開口部
282b 開口部
512 画素部
513 保護回路
514 画素回路
516 ゲート線駆動回路
517 端子部
518 信号線駆動回路
664 電極
665 電極
667 電極
683 液滴吐出装置
684 液滴
685 層
700 表示装置
701 基板
702 画素部
704 ソースドライバ回路部
705 基板
706 ゲートドライバ回路部
708 FPC端子部
710 信号線
712 シール材
716 FPC
732 封止膜
734 絶縁膜
736 着色膜
738 遮光膜
778 構造体
791 タッチパネル
792 絶縁膜
793 電極
794 電極
795 絶縁膜
796 電極
797 絶縁膜
1400 液滴吐出装置
1402 基板
1403 液滴吐出手段
1404 撮像手段
1405 ヘッド
1406 空間
1407 制御手段
1408 記憶媒体
1409 画像処理手段
1410 コンピュータ
1411 マーカー
1412 ヘッド
1413 材料供給源
1414 材料供給源
7000 表示モジュール
7001 上部カバー
7002 下部カバー
7003 FPC
7004 タッチパネル
7005 FPC
7006 表示パネル
7007 バックライト
7008 光源
7009 フレーム
7010 プリント基板
7011 バッテリ
8000 カメラ
8001 筐体
8002 表示部
8003 操作ボタン
8004 シャッターボタン
8006 レンズ
8100 ファインダー
8101 筐体
8102 表示部
8103 ボタン
8200 ヘッドマウントディスプレイ
8201 装着部
8202 レンズ
8203 本体
8204 表示部
8205 ケーブル
8206 バッテリ
8300 ヘッドマウントディスプレイ
8301 筐体
8302 表示部
8304 固定具
8305 レンズ
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 テレビジョン装置
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 (4)
- 画素を有し、
前記画素は、第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、発光素子と、を有し、
前記第1のトランジスタは、第1の半導体層にチャネルが形成され、
前記第1のトランジスタのソース又はドレインは、前記第2のトランジスタのゲートと電気的に接続され、
前記第2のトランジスタは、第2の半導体層にチャネルが形成され、
前記発光素子は、第1の電極と、第2の電極と、前記第1の電極と前記第2の電極の間の発光層と、を有し、
前記発光素子は、前記第2のトランジスタを流れる電流に応じて発光状態が制御される、表示装置であって、
平面視において、前記第1のトランジスタのソースとドレインを結ぶ方向は、前記第2のトランジスタのソースとドレインを結ぶ方向と交差し、
前記第1の半導体層は、前記第2の半導体層と重なる第1の領域を有し、
前記第1の電極は、前記第1の領域と重なる第2の領域を有し、
前記第1の半導体層のうち前記第2の半導体層と重なる領域の全体は、前記第2の半導体層と接する導電層と重なる、表示装置。 - 請求項1において、
前記第2のトランジスタの電界効果移動度は、前記第1のトランジスタの電界効果移動度よりも高い、表示装置。 - 請求項1または請求項2において、
前記第1の半導体層と前記第2の半導体層とは組成が異なる、表示装置。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか一において、
前記第1の半導体層は、ALD法によって形成された酸化物半導体層である、表示装置。
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