KR20120026970A - 반도체 장치 및 발광 장치 - Google Patents

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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

신뢰성이 우수한 산화물 반도체를 이용한 반도체 장치를 제공한다. 또는, 신뢰성이 우수한 산화물 반도체를 이용한 발광 장치를 제공한다.
산화물 반도체를 이용한 반도체 소자와 함께 밀봉되는 제 2 전극은 그 활성이 손상되기 어렵다. 활성인 제 2 전극과 반도체 장치에 잔존 및/또는 장치 외로부터 침입하는 수분이 반응하여 발생하는 수소 이온 및/또는 수소 분자가 산화물 반도체의 캐리어 농도를 높여, 반도체 장치의 신뢰성을 저하시키는 원인이 된다. 한쪽 면을 유기층과 접하는 제 2 전극의 다른 한쪽 면 측에 수소 이온 및/또는 수소 분자의 흡착층을 마련하면 된다. 또한, 제 2 전극에 수소 이온 및/또는 수소 분자가 투과하는 개구부를 마련하면 된다.

Description

반도체 장치 및 발광 장치{Semiconductor device and light-emitting device}
본 발명은 산화물 반도체를 이용한 반도체 장치 및 발광 장치에 관한 것이다.
또한, 본 명세서 내에서 반도체 장치란 반도체 특성을 이용함으로써 기능하는 반도체 소자를 포함하는 장치 전반을 나타내며, 반도체 회로, 발광 장치, 표시 장치 및 전자기기는 모두 반도체 장치이다.
절연 표면을 구비한 기판 상에 아몰퍼스 실리콘, 다결정 실리콘, 또는 전재한 단결정 실리콘 등의 반도체 재료를 이용하여 트랜지스터를 형성하는 기술이 알려져 있다. 아몰퍼스 실리콘을 이용한 트랜지스터는 전계 효과 이동도가 낮기는 하지만, 면적이 큰 유리 기판에 형성하는 것이 용이하다. 다결정 실리콘을 이용한 트랜지스터는 비교적 전계 효과 이동도가 높기는 하지만, 레이저 어닐 등의 결정화 공정이 필요하고, 면적이 큰 유리 기판에 형성하는 것은 반드시 용이하다고는 할 수 없다. 또한, 단결정 실리콘을 이용한 트랜지스터는 우수한 동작 특성을 구비하지만, 면적이 큰 기판에 형성하는 것은 반드시 용이하다고는 할 수 없다.
이에 반해, 반도체 재료로서 산화물 반도체를 이용한 트랜지스터가 주목을 받고 있다. 예를 들어, 반도체 재료로서 산화 아연이나, In-Ga-Zn-O계 산화물 반도체를 이용하여 트랜지스터를 제작하고, 화상 표시 장치의 스위칭 소자 등에 이용하는 기술이 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에 개시되어 있다.
산화물 반도체를 채널 형성 영역(채널 영역이라고도 함)에 이용하는 트랜지스터는 아몰퍼스 실리콘을 이용한 트랜지스터보다 높은 전계효과 이동도가 얻어지고 있다. 또한, 산화물 반도체막은 스퍼터링법 등에 의해 면적이 큰 유리 기판에 형성하는 것이 용이하며, 또한 300℃ 이하의 온도에서 막 형성이 가능하므로, 다결정 실리콘을 이용한 트랜지스터보다 제조 공정이 간단하다.
상기 산화물 반도체를 이용한 트랜지스터는, 예를 들어 표시 장치의 화소부에 마련하는 스위칭 소자나 구동 회로를 구성하는 트랜지스터에 적용할 수 있다. 또한, 표시 장치의 구동 회로는, 예를 들어 시프트 레지스터 회로, 버퍼회로 등에 의해 구성되며, 또한 시프트 레지스터 회로 및 버퍼회로는 논리 회로에 의해 구성된다. 따라서, 구동 회로를 구성하는 논리 회로에 산화물 반도체를 이용한 트랜지스터를 적용함으로써, 아몰퍼스 실리콘을 이용한 트랜지스터를 적용하는 경우에 비해, 구동 회로를 고속으로 구동할 수 있다.
또한, 상기 논리 회로는 모두 동일한 도전형인 트랜지스터에 의해 구성할 수 있다. 모두 동일한 도전형의 트랜지스터를 이용하여 논리 회로를 제작함으로써 공정을 간략화할 수 있다.
이와 같은 산화물 반도체를 이용한 트랜지스터가 형성된 유리 기판이나 플라스틱 기판을 이용하여, 액정 디스플레이, 일렉트로 루미네센스 디스플레이(EL 디스플레이라고도 함) 또는 전자 페이퍼 등의 표시 장치를 제공하는 검토가 이루어지고 있다.
일본국 특개 2007-123861호 공보 일본국 특개 2007-96055호 공보
그런데, 채널 형성 영역에 산화물 반도체를 이용한 인핸스먼트형(노멀리 오프형이라고도 함) 트랜지스터가 사용됨에 따라 디프레션형(노멀리 온형이라고도 함)으로 변화한다는 문제가 있다. 특히, 채널 형성 영역에 산화물 반도체를 이용한 인핸스먼트형 트랜지스터의 소스 전극 또는 드레인 전극에 접속된 제 1 전극과, 제 1 전극에 중첩하는 제 2 전극의 사이에 발광 물질을 포함하는 유기층을 구비한 반도체 장치에 있어서, 산화물 반도체를 이용한 트랜지스터가 경시적으로 디프레션형으로 변화하고, 해당 반도체 장치의 신뢰성이 저하된다고 하는 문제가 있다.
본 발명의 일 양태는 이러한 기술적 배경하에서 이루어진 것이다. 본 발명의 일 양태는 신뢰성이 우수한 산화물 반도체를 이용한 반도체 장치를 제공하는 것을 하나의 과제로 한다. 또는, 신뢰성이 우수한 산화물 반도체를 이용한 발광 장치를 제공하는 것을 하나의 과제로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 산화물 반도체를 이용한 반도체 장치에 포함되는 수소 이온 및 수소 분자에 착안했다. 구체적으로는, 산화물 반도체를 이용한 반도체 장치에 마련된 활성인 도전재료가 수소 원자를 포함하는 불순물(예를 들어, 수분)을 환원하여 발생하는 수소 이온 및 수소 분자에 착안했다.
채널 형성 영역에 산화물 반도체를 이용하여 절연 표면 상에 마련된 인핸스먼트형 트랜지스터와, 트랜지스터 상의 층간절연층에 마련한 개구부를 통해 트랜지스터의 소스 전극 또는 드레인 전극과 접속하는 제 1 전극과, 제 1 전극에 중첩하는 제 2 전극 사이에 발광 물질을 포함하는 유기층을 개재하는 발광 소자를 갖는 반도체 장치에 있어서, 그 발광 소자가 구비하는 제 2 전극은 수소 원자를 포함하는 불순물에 적극적으로 노출되지 않고, 트랜지스터와 함께 밀봉된다. 따라서, 수소 원자를 포함하는 불순물에 대해 활성을 갖는 제 2 전극은 밀봉 후에도 그 활성이 손상되지 않고, 반도체 장치 내에 존재한다.
한편, 수소 원자를 포함하는 불순물은 산화물 반도체를 이용한 반도체 장치에 잔존 및/또는 계외로부터 침입한다. 특히, 반도체 장치로부터 수분을 완전히 제거하는 것 및/또는 대기중으로부터의 수분의 침입을 완전하게 막는 것은 곤란하다. 따라서, 반도체 소자 또는 반도체 장치 내에 수분을 환원하는 활성인 도전재료가 존재하고 있으면, 해당 도전 재료가 잔존 및/또는 장치 외로부터 침입하는 수분과 반응하여 수소 이온 및/또는 수소 분자를 발생하게 된다.
반도체 장치 내에서 발생한 수소 이온 및/또는 수소 분자는 반도체 소자 또는 반도체 장치 내에 확산하고, 결국에는 산화물 반도체에 도달한다. 수소 이온 및/또는 수소 분자는 산화물 반도체의 캐리어 농도를 높이므로, 산화물 반도체를 이용한 반도체 소자의 특성은 손상되고, 그를 포함하는 반도체 장치도 또한 신뢰성을 잃게 된다.
상술의 과제를 해결하기 위해서는, 한쪽 면을 유기층과 접하는 제 2 전극의 다른 한쪽 면 측에 수소 이온 및/또는 수소 분자의 흡착층을 마련하면 된다.
또한, 제 2 전극에 수소 이온 및/또는 수소 분자가 투과하는 개구부를 마련하면 된다.
즉, 본 발명의 일 양태는, 채널 형성 영역에 산화물 반도체를 이용한 인핸스먼트형 트랜지스터, 트랜지스터의 소스 전극 또는 드레인 전극과 접속하는 제 1 전극, 제 1 전극에 중첩하는 제 2 전극, 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 개재되는 발광 물질을 포함하는 유기층을 갖는 발광 소자가 마련된 제 1 기판과, 제 1 기판과 대향 배치되고, 트랜지스터 및 발광 소자를 둘러싸는 시일재에 의해 제 1 기판에 고정된 제 2 기판과, 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 마련된 수소 이온 및/또는 수소 분자를 흡착하는 흡착층을 갖는 반도체 장치이다.
상기 본 발명의 일 양태에 따르면, 제 2 전극의 유기층 측에 발생한 수소 이온 및/또는 수소 분자는 제 2 전극의 다른 한쪽 측에 마련한 수소 이온 및/또는 수소 분자의 흡착층으로 이동한다. 이로써, 제 2 전극의 유기층 측에 있어서, 산화물 반도체의 캐리어 농도를 높이는 원인이 되는 수소 이온 및/또는 수소 분자의 농도가 저하하기 때문에, 산화물 반도체를 이용한 반도체 소자의 특성 및 그를 포함하는 반도체 장치의 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 양태는, 제 2 전극이 수소 이온 및/또는 수소 분자가 투과하는 개구부를 구비한 상기 반도체 장치이다.
상기 본 발명의 일 양태에 따르면, 제 2 전극의 유기층 측에 발생한 수소 이온 및/또는 수소 분자가 제 2 전극을 용이하게 투과할 수 있다. 이로써, 제 2 전극의 유기층 측에 있어서, 수소 이온 및/또는 수소 분자의 농도가 저하하기 때문에, 산화물 반도체를 이용한 반도체 소자의 특성 및 그를 포함하는 반도체 장치의 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 양태는, 수소 이온 및/또는 수소 분자의 흡착층이 제올라이트 및/또는 팔라듐을 포함하는 반도체 장치이다.
또한, 본 발명의 일 양태는, 채널 형성 영역에 산화물 반도체를 이용한 인핸스먼트형 트랜지스터와, 트랜지스터의 소스 전극 또는 드레인 전극과 접속하는 제 1 전극이 마련된 제 1 기판이 구비하는 제 1 전극 상에 발광 물질을 포함하는 유기층을 형성하는 스텝, 유기층 상에 제 2 전극을 성막하여 발광 소자를 형성하는 스텝, 트랜지스터 및 발광 소자를 둘러싸는 시일재에 의해 제 1 기판에 대향 배치하여 제 2 기판을 고정하고, 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 수소 이온 및/또는 수소 분자를 흡착하는 흡착층을 마련하는 스텝을 포함하는 반도체 장치의 제작 방법이다.
또한, 본 명세서에 있어서, EL층이란 광소자의 한 쌍의 전극 사이에 마련된 층을 나타내는 것으로 한다. 따라서, 전극 사이에 개재된 발광 물질인 유기 화합물을 포함하는 발광층은 EL층의 일 양태이다.
또한, 본 명세서에 있어서, 물질 A를 다른 물질 B로 이루어지는 매트릭스 내에 분산하는 경우, 매트릭스를 구성하는 물질 B를 호스트 재료라고 칭하며, 매트릭스 내에 분산되는 물질 A를 게스트 재료라고 칭하기로 한다. 또한, 물질 A 및 물질 B는 각각 단일의 물질일 수도 있고, 2종류 이상의 물질의 혼합물일 수도 있는 것으로 한다.
또한, 본 명세서 내에서, 발광 장치란 화상 표시 디바이스, 발광 디바이스, 또는 광원(조명장치를 포함함)을 나타낸다. 또한, 발광 장치에 커넥터, 예를 들어 FPC(Flexible printed circuit) 또는 TAB(Tape Automated Bonding) 테이프 또는 TCP(Tape Carrier Package)가 설치된 모듈, TAB 테이프나 TCP의 끝에 프린트 배선판이 마련된 모듈, 또는 발광 소자가 형성된 기판에 COG(Chip On Glass) 방식에 의해 IC(집적회로)가 직접 실장된 모듈도 모두 발광 장치에 포함하는 것으로 한다.
본 발명에 따르면, 신뢰성이 우수한 산화물 반도체를 이용한 반도체 장치를 제공할 수 있다. 또는, 신뢰성이 우수한 산화물 반도체를 이용한 발광 장치를 제공할 수 있다.
도 1A와 도 1B는 실시형태에 따른 반도체 장치를 설명하는 도이다.
도 2A와 도 2B는 실시형태에 따른 반도체 장치의 화소를 설명하는 도이다.
도 3은 실시형태에 따른 반도체 장치를 설명하는 도이다.
도 4는 실시형태에 따른 반도체 장치의 화소를 설명하는 도이다.
도 5는 실시형태에 따른 반도체 장치를 설명하는 도이다.
도 6A 내지 도 6E는 실시형태에 따른 반도체 장치의 제작 공정을 설명하는 도이다.
도 7은 실시형태에 따른 반도체 장치의 제작 공정을 설명하는 도이다.
도 8은 실시형태에 따른 발광 소자의 구성을 설명하는 도이다.
실시형태에 대해서 도면을 이용하여 상세하게 설명한다. 단, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않으며, 본 발명의 취지 및 그 범위를 벗어나지 않는 범위에서 그 형태 및 세부 사항을 다양하게 변경할 수 있는 것은 당업자라면 용이하게 이해될 것이다. 따라서, 본 발명은 이하에 나타내는 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다. 또한, 이하에 설명하는 발명의 구성에 있어서, 동일 부분 또는 동일한 기능을 갖는 부분에는 동일한 부호를 서로 다른 도면 간에 공통적으로 이용하고, 그 반복 설명은 생략한다.
(실시 형태 1)
본 실시형태에서는, 채널 형성 영역에 산화물 반도체를 이용한 인핸스먼트형 트랜지스터와, 트랜지스터 상의 층간절연층에 마련된 개구부를 통해 그 트랜지스터의 소스 전극 또는 드레인 전극과 접속하는 제 1 전극과, 제 1 전극에 중첩하는 제 2 전극의 사이에 발광 물질을 포함하는 유기층을 개재하는 발광 소자를 갖는 반도체 장치에 있어서, 한쪽 면을 그 유기층과 접하는 제 2 전극의 다른 한쪽 면 측에 수소 이온 및/또는 수소 분자의 흡착층을 구비하는 반도체 장치에 대해서 설명한다. 구체적으로는, 발광 표시 장치(발광 표시 패널이라고도 함)에 대해서, 도 1A와 1B, 도 2A와 2B, 도 3, 도 4, 도 5를 참조하여 설명한다.
발광 표시 장치의 평면도를 도 1A에 나타낸다. 또한, 도 1A의 절단선 H-I 및 절단선 J-K에 있어서의 단면도를 도 1B에 나타낸다.
본 실시형태에서 예시하는 발광 표시 장치는 화소부(4502), 신호선 구동 회로(4503a, 4503b) 및 주사선 구동 회로(4504a, 4504b)를 제 1 기판(4501)의 절연 표면 상에 구비한다. 화소부(4502), 신호선 구동 회로(4503a, 4503b) 및 주사선 구동 회로(4504a, 4504b)는 채널 형성 영역에 산화물 반도체를 이용하는 인핸스먼트형 트랜지스터를 포함하는 트랜지스터를 복수 가지고 있다. 또한, 어느 트랜지스터라도 동일한 공정으로 동시에 제작하면 편리하다.
＜발광 표시 장치의 구성＞
본 실시형태에서 예시하는 발광 표시 장치의 화소부(4502)는 화소(6400)를 구비한다. 화소(6400)의 등가회로를 도 2A에 나타내고, 상면도를 도 2B에 나타낸다. 화소(6400)는 스위칭용 트랜지스터(6401), 발광 소자 구동용 트랜지스터(6402), 발광 소자(6404) 및 용량소자(6403)를 구비한다.
화소(6400) 및 신호선 구동 회로(4503a)의 단면의 구성을 도 1B를 이용하여 설명한다. 또한, 도 1B에는 화소(6400)가 구비하는 트랜지스터(6402)와, 신호선 구동 회로(4503a)가 구비하는 트랜지스터(4509)가 도시되어 있다.
제 1 기판(4501) 상에 형성된 트랜지스터(4509) 및 트랜지스터(6402)는 n채널형 트랜지스터이며, 채널 형성 영역에 산화물 반도체층을 구비한다. 층간절연층(4527)은 트랜지스터(4509) 및 트랜지스터(6402)를 덮어 마련되고, 트랜지스터가 만드는 요철을 평탄하게 하고 있다. 제 1 전극(4601)은 층간절연층(4527) 상에 형성되고, 층간절연층(4527)에 형성된 개구부(4528)를 통해 트랜지스터(6402)의 소스 전극 또는 드레인 전극과 전기적으로 접속되어 있다.
격벽(4529)은 제 1 전극(4601) 상에 개구부를 갖고, 제 1 전극(4601)의 단부를 덮어 형성되어 있다. 그 개구부의 측면은 연속된 곡률의 경사면이 되도록 가공되어 있다. 격벽(4529)은 유기 수지막, 무기 절연막 또는 유기 폴리실록산을 이용할 수 있다. 특히 감광성 재료를 이용하면, 그 개구부의 측면에 연속된 곡률을 갖는 경사면을 형성할 수 있으므로 바람직하다.
제 1 전극(4601) 상에는 발광 물질을 포함하는 유기층(4603)을 사이에 두고 제 2 전극(4602)이 마련되어, 발광 소자(6404)를 구성한다.
또한, 구동 회로용 트랜지스터(4509)는 산화물 반도체층의 채널 형성 영역과 겹쳐지는 위치의 층간절연층(4527) 상에 백게이트 전극(4540)을 구비한다. 백게이트 전극(4540)을 마련함으로써, 바이어스-열스트레스 시험(BT시험) 전후에 있어서의 트랜지스터(4509)의 문턱값 전압의 변화를 저감할 수 있다. 또한, 트랜지스터(4509)의 백게이트 전극(4540)은 그 전위가 게이트 전극층과 동일해도 또는 달라도 제 2 게이트 전극층으로서 기능한다. 또한, 백게이트 전극(4540)의 전위는 GND, 0V 또는 플로팅 상태여도 좋다.
또한, 발광 표시 장치를 구동하는 각종 신호 및 전원 전위는 FPC(4518a, 4518b)를 통해 신호선 구동 회로(4503a, 4503b), 주사선 구동 회로(4504a, 4504b), 또는 화소부(4502)로 공급된다.
또한, 접속 단자 전극(4515)과 제 1 전극(4601)은 동일한 도전막으로부터 동일한 공정으로 형성되고, 단자 전극(4516)과 트랜지스터(4509)의 소스 전극 및 드레인 전극은 동일한 도전막으로부터 동일한 공정으로 형성된다. 또한, 접속 단자 전극(4515)과 FPC(4518a)가 갖는 단자는 이방성 도전막(4519)을 통해 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 별도로 준비한 기판 상에 구동 회로를 형성하고, 본 실시형태에서 예시한 발광 표시 장치의 신호선 구동 회로(4503a, 4503b) 및 주사선 구동 회로(4504a, 4504b) 대신에 실장해도 좋다. 또한, 신호선 구동 회로만, 또는 일부, 또는 주사선 구동 회로만, 또는 일부만을 별도로 형성하여 실장해도 좋고, 도 1의 구성에 한정되지 않는다.
발광 소자(6404)는 제 1 전극(4601)과 제 1 전극(4601)에 중첩하는 제 2 전극(4602) 사이에 발광 물질을 포함하는 유기층(4603)을 구비한다. 발광 물질을 포함하는 유기층(4603)은 단수의 층으로 구성해도 좋고, 복수의 층으로 구성해도 좋다.
또한, 본 실시형태에서는 발광 소자(6404)가 발하는 광이 제 1 기판(4501)을 투과하여 사출하는 구성을 예시하고 있으나, 광의 사출 방향은 이에 한정되지 않는다.
＜발광 표시 장치의 밀봉 구조＞
제 1 기판(4501) 상에 형성된 트랜지스터 및 발광 소자는 그 주위를 둘러싸는 시일재(4505)에 의해, 제 1 기판(4501)과 제 2 기판(4506) 사이에 충전재(4530)와 함께 밀봉되어 있다. 또한, 수소 이온 및/또는 수소 분자의 흡착층(4531)이 제 1 기판(4501)과 제 2 기판(4506) 사이에 마련되어 있다.
트랜지스터 및 발광 소자를 밀봉하는 제 1 기판(4501) 및 제 2 기판(4506)은 기밀성이 높고 탈가스가 적은 재료가 바람직하다. 예를 들어, 유리, 금속(예를 들어, 스테인리스 필름) 및 내습성 필름 등을 사용할 수 있다. 예를 들어 복수의 소재를 접합시킨 필름이나 자외선 경화 수지 필름 등의 보호 필름이나 커버재를 이용할 수 있다. 또한, 도전성 재료를 제 1 기판(4501)에 이용하는 경우는, 절연 표면을 형성하여 이용하면 된다.
충전재(4530)로서는, 수소 원자를 포함하는 불순물(예를 들어 수분)이 제거된 불활성인 기체(예를 들어 질소, 아르곤 등)를 적용할 수 있다. 또한, 기체 외에 수지를 이용할 수 있다. 충전재에 이용할 수 있는 수지의 예로서, PVC(폴리비닐클로라이드), 아크릴, 폴리이미드, 에폭시 수지, 실리콘 수지, PVB(폴리비닐부티랄) 또는 EVA(에틸렌비닐아세테이트)를 들 수 있다. 또한, 자외선 경화 수지 또는 열경화 수지를 이용할 수도 있다.
도 1에 예시하는 발광 표시 장치에 있어서, 트랜지스터(6402)와 발광 소자(6404)는 시일재(4505)로 둘러싸이고, 제 2 기판(4506)에 마련된 수소 이온 및/또는 수소 분자의 흡착층(4531)과 함께, 제 1 기판(4501)과 제 2 기판(4506) 사이에 밀봉되어 있다.
수소 이온 및/또는 수소 분자의 흡착층(4531)은 제올라이트, 금속 산화물, 수소를 흡착하는 금속(팔라듐 등) 또는 합금, 내지 수소를 흡착하는 건조제를 이용하여 형성한다. 또한, 물과 반응하여 수소를 방출하지 않는 것을 이용한다.
제올라이트 분말은 수지 중에 분산하여 이용할 수도 있다.
금속 산화물로서는, 해당 반도체 장치가 구비하는 반도체 소자에 포함되는 산화물 반도체와 동일한 재료를 이용할 수도 있다. 예를 들어, 해당 반도체 장치가 구비하는 트랜지스터의 채널 형성 영역에 이용되고 있는 산화물 반도체를 포함하는 막을 제 2 기판(4506)에 성막하고, 수소 이온 및/또는 수소 분자의 흡착층(4531)에 이용할 수 있다. 흡착층(4531) 내의 산화물 반도체는 수소 이온 및/또는 수소 분자를 흡착하게 되므로, 수소 이온 및/또는 수소 분자가 트랜지스터의 채널 형성 영역에 확산하는 현상을 방지할 수 있다.
이들 층의 형성 방법에는 예를 들어 도포법이나 스퍼터링법을 이용할 수 있다.
제 2 기판(4506)에 오목부를 마련하면, 수소 이온 및/또는 수소 분자의 흡착층(4531)의 체적을 크게 할 수 있어, 수소 이온 및/또는 수소 분자의 흡착량을 증가시킬 수 있다. 수소 이온 및/또는 수소 분자의 흡착량을 증가시킴으로써 발광 표시 장치의 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 제 2 기판(4506)에 마련하는 오목부에는 수소 이온 및/또는 수소 분자의 흡착층(4531) 뿐만 아니라, 수증기나 산소를 흡착하는 건조제를 마련할 수 있어 편리하다. 또한, 제 2 기판(4506)에 복수의 오목부를 마련하고, 수소 이온 및/또는 수소 분자의 흡착층(4531)과, 수증기나 산소를 흡착하는 건조제를 서로 다른 오목부에 마련할 수 있다. 수소 이온 및/또는 수소 분자의 흡착층과 수증기나 산소를 흡착하는 건조제를 다른 위치에 배치함으로써, 서로 반응하는 재료라고 해도 사용이 가능하다.
도 1과는 다른 양태의 발광 표시 장치에 대해서 도 3을 이용하여 설명한다. 도 3에 예시하는 발광 표시 장치에 있어서, 트랜지스터(6402)와 발광 소자(6404)는 시일재(4505)로 둘러싸이고, 발광 소자(6404)의 제 2 전극(4602) 상에 수분을 투과하지 않는 수소 투과막(4532)을 개재하여 마련된 수소 이온 및/또는 수소 분자의 흡착층(4531)과 함께, 제 1 기판(4501)과 제 2 기판(4506) 사이에 밀봉되어 있다.
수소 투과막(4532)으로서는, 예를 들어 산화 규소막을 이용할 수 있다. 수소 이온 및/또는 수소 분자의 흡착층(4531)과 제 2 전극(4602) 사이에 수분을 투과하지 않는 수소 투과막(4532)을 마련하면 충전재(4530)나 흡착층 내에 미량으로 포함되는 수분이나 패널 외로부터 흡착층이나 수지 속을 통과하여 침입하는 수분이 발광 소자 내에 확산하는 현상을 방지할 수 있으므로 바람직하다. 또한, 수소 이온 및/또는 수소 분자의 흡착층(4531)을 제 2 전극(4602) 상에 직접 마련할 수도 있다.
수소 이온 및/또는 수소 분자의 흡착층(4531)으로서는, 도 1을 이용하여 설명한 수소 이온 및/또는 수소 분자의 흡착층과 동일한 것을 적용할 수 있다.
또한, 보호막을 수소 이온 및/또는 수소 분자의 흡착층(4531) 상에 형성해도 좋다. 보호막은 산소, 수소, 수분, 이산화탄소 등이 발광 표시 장치로 침입하는 현상을 방지할 수 있다. 보호막으로서는 질화 규소막, 질화 산화 규소막, DLC막 등을 이용할 수 있다.
또한, 발광 소자(6404)의 광 추출 방향에 위치하는 기판에는 가시광을 투과하는 기판을 이용한다. 가시광을 투과하는 기판으로서는, 예를 들어 유리판, 플라스틱판, 폴리에스테르 필름 또는 아크릴 필름을 이용할 수 있다.
예를 들어, 발광 소자(6404)가 하면 사출 구조 또는 양면 사출 구조의 발광 소자인 경우는, 제 1 기판(4501)에 가시광을 투과하는 기판을 이용한다. 또한, 발광 소자(6404)가 상면 사출 구조 또는 양면 사출 구조의 발광 소자인 경우는, 제 2 기판(4506)에 가시광을 투과하는 기판을 이용한다.
발광 소자(6404)의 광 추출 방향에 위치하는 기판에는 광학 필름을 적절히 마련할 수 있다. 광학 필름으로서는, 편광판, 원 편광판(타원 편광판을 포함함), 위상차판(λ/4판, λ/2판) 내지 컬러 필터를 적절히 선택하여 이용할 수 있다. 또한, 반사 방지막을 마련해도 좋다. 예를 들어, 표면의 요철에 의해 반사광을 확산하고, 눈부심을 저감할 수 있는 안티글레어 처리를 실시할 수 있다.
＜밀봉 구조의 변형예＞
도 1A와 도 1B, 도 2A와 도 2B, 도 3을 이용하여 설명한 발광 표시 장치의 변형예에 대해서 설명한다. 구체적으로는, 발광 소자(6404)의 제 2 전극(4602)이 수소 이온 및/또는 수소 분자가 투과하는 개구부를 구비하는 구성에 대해서 도 4를 이용하여 설명한다.
발광 표시 장치의 화소(6400)의 상면도를 도 4에 나타낸다. 도 4에 예시하는 화소(6400)는 도 2에 예시하는 화소(6400)가 구비하는 구성에 부가하여, 제 1 전극(4601) 상에 구조체(4534a) 및 구조체(4534b)가 형성되어 있다.
도 4에 나타내는 절단선 J-K에 있어서의 단면을 포함하는 단면도를 도 5에 나타낸다. 구조체(4534a) 및 구조체(4534b)는 모두 역 테이퍼형이다. 다시 말하면, 구조체(4534a) 및 구조체(4534b)는 제 1 전극(4601)과 접하는 다리부(bottom surface)로부터 상방을 향해 넓어지는 단면을 구비하고 있다. 이와 같은 구조체를 화소(6400)에 마련함으로써, 제 2 전극(4602)에 개구부를 마련할 수 있다. 즉, 구조체(4534a) 및 구조체(4534b)는 다리부보다 넓은 단면을 상방에 갖기 때문에 다리부의 주위에 그늘이 생긴다. 그 결과, 제 2 전극이 되는 도전막의 성막 시에, 다리부의 주위에 성막할 수 없는 영역이 형성되고, 그 영역이 개구부(예를 들어 개구부(4535))가 되기 때문이다.
또한, 섀도 마스크를 이용하여 제 2 전극을 형성할 때에 제 2 전극에 개구부를 마련해도 좋다.
＜발광 장치의 제작 방법＞
채널 형성 영역에 산화물 반도체를 이용한 인핸스먼트형 트랜지스터와, 트랜지스터 상의 층간절연층과, 층간절연층에 마련한 개구부를 통해 트랜지스터의 소스 전극 또는 드레인 전극과 접속하는 제 1 전극을 구비하는 제 1 기판을 이용하여, 그 제 1 전극 상에 발광 물질을 포함하는 유기층을 성막하고, 유기층 상에 제 2 전극을 성막하여 발광 소자를 형성한다.
제 2 기판에 에칭법 또는 샌드블라스트법을 이용하여 오목부를 형성하고, 해당 오목부에 수소 이온 및/또는 수소 분자의 흡착층을 마련한다.
제 1 기판에 형성된 트랜지스터와 발광 소자를 둘러싸고, 또한 제 2 기판에 형성된 오목부를 둘러싸는 위치에 시일재를 도포한다. 또한, 시일재는 제 1 기판 및 제 2 기판 중 적어도 하나에 도포한다.
이어서, 트랜지스터, 발광 소자 및 수소 이온 및/또는 수소 분자의 흡착층을 시일재를 이용하여 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 밀봉한다.
채널 형성 영역에 산화물 반도체를 이용하여 절연 표면 상에 마련된 인핸스먼트형 트랜지스터(6402)와, 트랜지스터 상의 층간절연층(4527)에 마련한 개구부(4528)를 통해 트랜지스터의 소스 전극 또는 드레인 전극과 접속하는 제 1 전극(4601)과, 제 1 전극(4601)에 중첩하는 제 2 전극(4602)의 사이에 발광 물질을 포함하는 유기층(4603)을 개재하는 발광 소자(6404)를 갖는 반도체 장치에 있어서, 제 2 전극(4602)을 포함하는 발광 소자(6404)는 형성 후에 수소 원자를 포함하는 불순물에 적극적으로 노출되지 않고, 트랜지스터(6402)와 함께 밀봉된다. 따라서, 제 2 전극(4602)은 그 활성이 손상되지 않고, 반도체 장치 내에 존재한다.
한편, 수소 원자를 포함하는 불순물은 산화물 반도체를 이용한 반도체 장치에 잔존 및/또는 계외로부터 침입한다. 특히, 반도체 장치로부터 수분을 완전히 제거하는 것 및/또는 대기중으로부터의 수분의 침입을 완전하게 막는 것은 곤란하다. 따라서, 수분을 환원하는 활성인 도전재료가 반도체 소자 또는 반도체 장치 내에 존재하고 있으면, 해당 도전재료가 잔존 및/또는 장치 외로부터 침입하는 수분과 반응하여 수소 이온 및/또는 수소 분자를 발생하게 된다.
반도체 장치 내에서 발생한 수소 이온 및/또는 수소 분자는 반도체 소자 또는 반도체 장치 내로 확산하고, 결국에는 산화물 반도체에 도달한다. 수소 이온 및/또는 수소 분자는 산화물 반도체의 캐리어 농도를 높이기 때문에, 산화물 반도체를 이용한 반도체 소자의 특성은 손상되고, 그를 포함하는 반도체 장치도 또한 신뢰성을 잃게 된다.
본 실시형태에서 설명한 표시장치, 즉 발광 물질을 포함하는 유기층(4603)과 한쪽 면을 접하는 제 2 전극(4602)의 다른 한쪽 면 측에 수소 이온 및/또는 수소 분자의 흡착층을 구비하는 발광 표시 장치에 있어서, 제 2 전극(4602)의 유기층 측에 발생한 수소 이온 및/또는 수소 분자가 제 2 전극(4602)의 다른 한쪽 측에 마련한 수소 이온 및/또는 수소 분자의 흡착층으로 이동한다. 이로써, 제 2 전극(4602)의 유기층 측으로서 산화물 반도체를 이용한 반도체 소자가 마련된 영역에 있어서, 산화물 반도체의 캐리어 농도를 높이는 원인이 되는 수소 이온 및/또는 수소 분자의 농도가 저하하고, 따라서 산화물 반도체를 이용한 반도체 소자의 특성 및 그를 포함하는 반도체 장치의 신뢰성을 높이는 효과를 나타낸다.
또한, 제 2 전극에 수소 이온 및/또는 수소 분자가 투과하는 개구부(예를 들어 개구부(4535))를 마련하면, 제 2 전극의 유기층 측에 발생한 수소 이온 및/또는 수소 분자가 제 2 전극을 용이하게 투과할 수 있다. 이로써, 제 2 전극의 유기층 측으로서 산화물 반도체를 이용한 반도체 소자가 마련된 영역에 있어서, 수소 이온 및/또는 수소 분자의 농도가 저하하고, 따라서 산화물 반도체를 이용한 반도체 소자의 특성 및 그를 포함하는 반도체 장치의 신뢰성을 높이는 효과를 나타낸다.
또한, 본 실시형태는 본 명세서에서 나타내는 다른 실시형태와 적절히 조합할 수 있다.
(실시 형태 2)
본 실시형태에서는, 채널 형성 영역에 산화물 반도체를 이용한 인핸스먼트형 트랜지스터에 대해서 설명한다. 채널 형성 영역에 산화물 반도체를 이용한 인핸스먼트형 트랜지스터는 게이트 절연막의 한쪽 면에 게이트 전극과, 게이트 절연막의 다른 한쪽 면에 산화물 반도체층과, 산화물 반도체층과 접하여 단부를 게이트 전극과 중첩하는 소스 전극 및 드레인 전극을 갖는다. 본 실시형태에서는, 채널 형성 영역에 산화물 반도체를 이용한 인핸스먼트형 트랜지스터의 일 예로서 산화물 반도체를 이용한 역 스태거형 트랜지스터의 구성 및 그 제작 방법의 일 예에 대해서 도 6A 내지 도 6E를 참조하여 설명한다. 또한 트랜지스터는 역 스태거형에 한정되지 않으며, 스태거형, 코플래너형 내지 역 코플래너형이어도 좋고, 채널 에치형, 채널 보호형이어도 좋다.
또한, 본 실시형태에서 설명하는 트랜지스터는 실시 형태 1에서 설명한 반도체 장치에 적용할 수 있다.
＜제 1 스텝: 트랜지스터의 형성＞
도 6A 내지 도 6E에 산화물 반도체를 채널 형성 영역에 이용한 트랜지스터의 단면 구조의 일 예를 나타낸다. 도 6A 내지 도 6E에 나타내는 트랜지스터는 바텀 게이트 구조의 역 스태거형 트랜지스터이다.
본 실시형태의 반도체층에 이용하는 산화물 반도체는 n형 불순물인 수소를 산화물 반도체로부터 제거하고, 산화물 반도체의 주성분 이외의 불순물이 가능한 한 포함되지 않도록 고순도화함으로써 I형(진성)의 산화물 반도체 또는 I형(진성)에 최대한 가까운 산화물 반도체로 한 것이다.
또한, 고순도화된 산화물 반도체 내에서는 캐리어가 극히 적고, 캐리어 농도는 1×1014/㎤ 미만, 바람직하게는 1×1012/㎤ 미만, 더욱 바람직게는 1×1011/㎤ 미만이 된다. 또한, 이와 같이 캐리어가 적기 때문에, 오프 상태에 있어서의 전류(오프 전류)는 충분히 작아진다.
구체적으로는, 상술의 산화물 반도체층을 구비하는 트랜지스터에서는, 오프 상태에서의 소스와 드레인 간의 채널폭 1㎛ 당 누설 전류(오프 전류)는 소스와 드레인 간의 전압이 3.5V, 사용 시의 온도 조건하(예를 들어, 25℃)에서 100zA(1×10－19A) 이하, 또는 10zA(1×10－20A) 이하, 나아가 1zA(1×10－21A) 이하로 할 수 있다.
또한, 고순도화 된 산화물 반도체층을 구비하는 트랜지스터는 온 전류의 온도 의존성을 거의 볼 수 없고, 고온 상태에서도 오프 전류는 매우 작은 채 그대로이다.
이하, 도 6A 내지 6E를 이용하여, 기판(505) 상에 산화물 반도체를 채널 형성 영역에 이용한 트랜지스터를 제작하는 공정을 설명한다. 또한, 레지스트 마스크를 이용하는 공정에서는 레지스트 마스크를 잉크젯법으로 형성해도 좋다. 레지스트 마스크를 잉크젯법으로 형성하면 포토마스크를 사용하지 않으므로 제조 비용을 저감할 수 있다.
＜1-1. 절연 표면을 갖는 기판＞
우선, 절연 표면을 갖는 기판(505) 상에 도전막을 형성한 후, 제 1 포토리소그래피 공정에 의해 게이트 전극층(511)을 형성한다.
기판(505)은 절연 표면과 수증기 및 수소 가스에 대한 가스 배리어성을 가지면 되고, 큰 제한은 없으나, 후공정에서 가열 처리를 수행하는 경우는 적어도 그 온도에 견딜수 있는 내열성을 가지고 있을 필요가 있다. 예를 들어 바륨 붕규산 유리나 알루미노 붕규산 유리 등의 유리 기판, 석영 기판, 사파이어 기판, 세라믹 기판 등을 이용할 수 있다. 또한, 스테인리스를 포함하는 금속 기판 또는 반도체 기판의 표면에 절연막을 형성한 것을 이용해도 좋다. 플라스틱 등의 합성수지로 이루어지는 가요성을 갖는 기판은 일반적으로 상기 기판과 비교하여 내열 온도가 낮은 경향이 있지만, 제작 공정에 있어서의 처리 온도에 견딜수 있는 것이라면 이용이 가능하다. 또한, 기판(505)의 표면을 CMP법 등의 연마에 의해 평탄화해 두어도 좋다.
본 실시형태에서는 절연 표면을 갖는 기판(505)으로서 유리 기판을 이용한다.
또한, 베이스가 되는 절연층을 기판(505)과 게이트 전극층(511)과의 사이에 마련해도 좋다. 해당 절연층에는 기판(505)으로부터의 불순물 원소의 확산을 방지하는 기능이 있으며, 질화 실리콘막, 산화 실리콘막, 질화 산화 실리콘막, 산화 질화 실리콘막 등에서 선택된 하나 또는 복수의 막에 의한 적층 구조에 의해 형성할 수 있다.
＜1-2. 게이트 전극층＞
또한, 게이트 전극층(511)의 재료는 몰리브덴, 티타늄, 크롬, 탄탈, 텅스텐, 네오디뮴, 스칸듐 등의 금속재료 또는 이들을 주성분으로 하는 합금 재료를 이용하여, 단층으로 또는 적층하여 형성할 수 있다. 또한, 후공정에서 수행되는 가열 처리의 온도에 견딜수 있다면, 상기 금속재료로서 알루미늄, 구리를 이용할 수도 있다. 알루미늄 또는 구리는 내열성이나 부식성의 문제를 회피하기 위해 고융점 금속재료와 조합하여 이용하는 것이 좋다. 고융점 금속재료로서는, 몰리브덴, 티타늄, 크롬, 탄탈, 텅스텐, 네오디뮴, 스칸듐 등을 이용할 수 있다.
＜1-3. 게이트 절연층＞
이어서, 게이트 전극층(511) 상에 게이트 절연층(507)을 형성한다. 게이트 절연층(507)은 플라즈마 CVD법 또는 스퍼터링법 등을 이용하여 형성할 수 있다. 또한 게이트 절연층(507)은 산화 실리콘막, 질화 실리콘막, 산화 질화 실리콘막, 질화 산화 실리콘막, 산화 알루미늄막, 질화 알루미늄막, 산화 질화 알루미늄막, 질화 산화 알루미늄막, 산화 하프늄막, 산화 탄탈막 또는 산화 갈륨막 등에서 선택된 하나 또는 복수의 막에 의해 단층으로 또는 적층하여 형성할 수 있다.
본 실시형태의 산화물 반도체는 불순물이 제거되고, I형화 또는 실질적으로 I형화된 산화물 반도체(고순도화된 산화물 반도체)를 이용한다. 이들 고순도화된 산화물 반도체는 계면준위, 계면전하에 대해 매우 민감하기 때문에, 산화물 반도체층과 게이트 절연층과의 계면은 중요하다. 그렇기 때문에 고순도화된 산화물 반도체에 접하는 게이트 절연층은 고품질화가 요구된다.
예를 들어, 마이크로파(예를 들어 주파수 2.45㎓)를 이용한 고밀도 플라즈마 CVD는 치밀하며 절연 내압이 높은 고품질의 절연층을 형성할 수 있으므로 바람직하다. 고순도화된 산화물 반도체와 고품질 게이트 절연층이 밀접함으로써, 계면준위를 저감하여 계면특성을 양호한 것으로 할 수 있기 때문이다.
물론, 게이트 절연층으로서 양질의 절연층을 형성할 수 있는 것이라면, 스퍼터링법이나 플라즈마 CVD법 등 그 외의 성막 방법을 적용할 수 있다. 또한, 성막 후의 열처리에 의해 게이트 절연층의 막질, 산화물 반도체와의 계면특성이 개질되는 절연층이어도 좋다. 어떤 경우든, 게이트 절연층으로서의 막질이 양호함은 물론, 산화물 반도체와의 계면준위 밀도를 저감하고, 양호한 계면을 형성할 수 있는 것이면 된다.
또한, 게이트 절연층(507)은 후에 형성되는 산화물 반도체층과 접한다. 산화물 반도체층에 수소가 확산하면 반도체 특성이 손상되므로, 게이트 절연층(507)은 수소, 수산기 및 수분이 포함되지 않는 것이 바람직하다. 게이트 절연층(507), 산화물 반도체막(530)에 수소, 수산기 및 수분이 가능한 한 포함되지 않도록 하기 위해서, 산화물 반도체막(530)의 성막의 전처리로서 스퍼터링 장치의 예비 가열실에서 게이트 전극층(511)이 형성된 기판(505), 또는 게이트 절연층(507)까지가 형성된 기판(505)을 예비 가열하고, 기판(505)에 흡착한 수소, 수분 등의 불순물을 제거하고 배기하는 것이 바람직하다. 또한, 예비 가열의 온도는 100℃ 이상 400℃ 이하, 바람직하게는 150℃ 이상 300℃ 이하이다. 또한, 예비 가열실에 마련하는 배기 수단은 크라이오 펌프가 바람직하다. 또한, 이 예비 가열 처리는 생략할 수도 있다. 또한 이 예비 가열은 제 1 절연층(516)의 성막 전에 소스 전극층(515a) 및 드레인 전극층(515b)까지 형성한 기판(505)에도 동일하게 수행해도 좋다.
＜1-4. 산화물 반도체층＞
이어서, 게이트 절연층(507) 상에 막 두께 2nm 이상 200nm 이하, 바람직하게는 5nm 이상 30nm 이하의 산화물 반도체막(530)을 형성한다(도 6A 참조).
산화물 반도체막은 산화물 반도체를 타겟으로 이용하고, 스퍼터법에 의해 성막한다. 또한, 산화물 반도체막은 희가스(예를 들어 아르곤) 분위기하, 산소 분위기하, 또는 희가스(예를 들어 아르곤) 및 산소 혼합 분위기하에서 스퍼터법에 의해 형성할 수 있다.
또한, 산화물 반도체막(530)을 스퍼터링법에 의해 성막하기 전에, 아르곤 가스를 도입하여 플라즈마를 발생시키는 역 스퍼터를 수행하고, 게이트 절연층(507)의 표면에 부착해 있는 분상 물질(파티클, 더스트라고도 함)을 제거하는 것이 바람직하다. 역 스퍼터란, 아르곤 분위기하에서 기판에 RF 전원을 이용해 전압을 인가하여 기판 근방에 플라즈마를 형성하여 표면을 개질하는 방법이다. 또한, 아르곤 분위기에 대신하여 질소, 헬륨, 산소 등을 이용해도 좋다.
산화물 반도체막(530)에 이용하는 산화물 반도체로서는, 4원계 금속 산화물인 In-Sn-Ga-Zn-O계 산화물 반도체나, 3원계 금속 산화물인 In-Ga-Zn-O계 산화물 반도체, In-Sn-Zn-O계 산화물 반도체, In-Al-Zn-O계 산화물 반도체, Sn-Ga-Zn-O계 산화물 반도체, Al-Ga-Zn-O계 산화물 반도체, Sn-Al-Zn-O계 산화물 반도체나, 2원계 금속 산화물인 In-Zn-O계 산화물 반도체, Sn-Zn-O계 산화물 반도체, Al-Zn-O계 산화물 반도체, Zn-Mg-O계 산화물 반도체, Sn-Mg-O계 산화물 반도체, In-Mg-O계 산화물 반도체, In-Ga-O계 산화물 반도체나, In-O계 산화물 반도체, Sn-O계 산화물 반도체, Zn-O계 산화물 반도체 등을 이용할 수 있다. 또한, 상기 산화물 반도체층에 산화규소를 포함시켜도 좋다. 산화물 반도체층에 결정화를 저해하는 산화규소(SiOX(X＞0))를 포함시킴으로써, 제조 프로세스 중에서 산화물 반도체층의 형성 후에 가열 처리한 경우에, 결정화되어 버리는 것을 억제할 수 있다. 또한, 산화물 반도체층은 비정질인 상태인 것이 바람직하며, 일부 결정화되어 있어도 좋다. 여기서, 예를 들어, In-Ga-Zn-O계 산화물 반도체란 인듐(In), 갈륨(Ga), 아연(Zn)을 갖는 산화물막이라는 의미이며, 그 조성비는 특별히 한정되지 않는다. 또한, In, Ga, Zn 이외의 원소를 포함해도 좋다.
또한, 산화물 반도체막(530)에는 화학식 InMO3(ZnO)m(m＞0)으로 표기되는 박막을 이용할 수 있다. 여기서, M은 Ga, Al, Mn 및 Co로부터 선택된 하나 또는 복수의 금속 원소를 나타낸다. 예를 들어 M으로서 Ga, Ga 및 Al, Ga 및 Mn, 또는 Ga 및 Co 등이 있다.
산화물 반도체는 바람직하게는 In을 함유하는 산화물 반도체, 더 바람직하게는 In 및 Ga을 함유하는 산화물 반도체이다. 산화물 반도체층을 I형(진성)으로 하기 때문에 탈수화 또는 탈수소화는 유효하다. 본 실시형태에서는 산화물 반도체막(530)으로서 In-Ga-Zn-O계 산화물 타겟을 이용하여 스퍼터링법에 의해 성막한다. 이 단계에서의 단면도가 도 6A에 상당한다.
산화물 반도체막(530)을 스퍼터링법으로 제작하기 위한 타겟으로서는, 예를 들어 조성비로서 In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1[mol수 비]의 산화물 타겟을 이용하여, In-Ga-Zn-O막을 성막한다. 또한, 이 타겟의 재료 및 조성에 한정되지 않으며, 예를 들어 In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:2[mol수 비] 또는 In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:4[mol수 비]의 조성비를 갖는 산화물 타겟을 이용해도 좋다.
또한, 산화물 타겟의 충전율은 90% 이상 100% 이하, 바람직하게는 95% 이상 99.9% 이하이다. 충전율이 높은 금속 산화물 타겟을 이용함으로써, 성막한 산화물 반도체막은 치밀한 막이 될 수 있다.
산화물 반도체막(530)을 성막할 때에 이용하는 스퍼터 가스는 수소, 물, 수산기 또는 수소화물 등의 불순물이 제거된 고순도 가스를 이용하는 것이 바람직하다.
감압 상태로 유지된 성막실 내에 기판을 유지하고, 기판 온도를 100℃ 이상 600℃ 이하, 바람직하게는 200℃ 이상 400℃ 이하로 한다. 기판을 가열하면서 성막함으로써, 성막한 산화물 반도체막에 포함되는 불순물 농도를 저감할 수 있다. 또한, 스퍼터링에 의한 손상이 경감된다. 그리고, 성막실 내의 잔류 수분을 제거하면서 수소 및 수분이 제거된 스퍼터 가스를 도입하고, 상기 타겟을 이용하여 기판(505) 상에 산화물 반도체막(530)을 성막한다. 성막실 내의 잔류 수분을 제거하기 위해서는, 흡착형 진공 펌프, 예를 들어 크라이오 펌프, 이온 펌프, 티타늄 승화 펌프를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 배기 수단으로서는, 터보 펌프에 콜드트랩을 부가한 것이어도 좋다. 크라이오 펌프를 이용하여 배기한 성막실은 예를 들어 수소 원자, 물(H2O) 등 수소 원자를 포함하는 화합물(보다 바람직하게는 탄소 원자를 포함하는 화합물) 등이 배기되므로, 해당 성막실에서 성막한 산화물 반도체막에 포함되는 불순물의 농도를 저감할 수 있다.
스퍼터링법을 수행하는 분위기는 희가스(대표적으로는 아르곤), 산소, 또는 희가스와 산소의 혼합 분위기로 하면 된다.
성막 조건의 일 예로서는, 기판과 타겟 사이의 거리를 100㎜, 압력 0.6Pa, 직류(DC) 전원 0.5㎾, 산소(산소 유량 비율 100%) 분위기하의 조건이 적용된다. 또한, 펄스 직류 전원을 이용하면, 성막 시에 발생하는 분상 물질(파티클, 더스트라고도 함)을 경감할 수 있고, 막 두께 분포도 균일하게 되므로 바람직하다.
또한, 산화물 반도체층 내에 포함되는 Li, Na, k 등의 알칼리금속 및 Ca 등의 알칼리토류금속 등의 불순물은 저감되어 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는, SIMS에 의해 검출되는 Li가 5×1015㎝－3 이하, 바람직하게는 1×1015㎝－3 이하, K는 5×1015㎝－3 이하, 바람직하게는 1×1015cm－3 이하인 것이 바람직하다.
알칼리금속 및 알칼리토류금속은 산화물 반도체에 있어서는 악성 불순물이며, 적은 편이 좋다. 특히 알칼리금속 중, Na는 산화물 반도체에 접하는 절연막이 산화물인 경우 그 내부로 확산되어 Na＋가 된다. 또한, 산화물 반도체 내에 있어서, 금속과 산소의 결합을 분단시키거나, 또는 결합 속으로 진입한다. 그 결과, 트랜지스터 특성의 열화(예를 들어, 노멀리 온화(문턱값의 음으로의 시프트), 이동도의 저하 등)를 초래한다. 또한, 특성의 편차의 원인이 되기도 한다. 이러한 문제는 특히 산화물 반도체 내의 수소의 농도가 충분히 낮은 경우에 두드러진다. 따라서, 산화물 반도체 내의 수소의 농도가 5×1019㎝－3 이하, 특히 5×1018㎝－3 이하인 경우에는, 알칼리금속의 농도를 상기의 값으로 하는 것이 강하게 요구된다.
이어서, 산화물 반도체막(530)을 제 2 포토리소그래피 공정에 의해 섬 형상의 산화물 반도체층으로 가공한다.
또한, 게이트 절연층(507)에 콘택트홀을 형성하는 경우, 그 공정은 산화물 반도체막(530)의 가공 시에 동시에 수행할 수 있다.
또한, 여기서의 산화물 반도체막(530)의 에칭은 드라이 에칭이어도 웨트 에칭이어도 좋고, 양쪽 모두를 이용해도 좋다. 예를 들어, 산화물 반도체막(530)의 웨트 에칭에 이용하는 에칭액으로서는 인산, 초산, 질산을 혼합한 용액 등을 이용할 수 있다. 또한, ITO07N(KANTO CHEMICAL사 제품)을 이용해도 좋다.
또한, 드라이 에칭에 이용하는 에칭 가스로서는, 염소를 포함하는 가스(염소계 가스, 예를 들어 염소(Cl2), 삼염화붕소(BCl3), 사염화규소(SiCl4), 사염화탄소(CCl4) 등)가 바람직하다. 또한, 불소를 포함하는 가스(불소계 가스, 예를 들어 사불화탄소(CF4), 육불화황(SF6), 삼불화질소(NF3), 트리플루오로메탄(CHF3) 등), 브롬화수소(HBr), 산소(O2), 이들 가스에 헬륨(He)이나 아르곤(Ar) 등의 희가스를 첨가한 가스 등을 이용할 수 있다.
드라이 에칭법으로서는, 평행 평판형 RIE(Reactiｖe Ion Etching)법이나 ICP(Inductiｖely Coupled Plasma: 유도 결합형 플라즈마) 에칭법을 이용할 수 있다. 원하는 가공 형상으로 에칭할 수 있도록, 에칭 조건(코일형 전극에 인가되는 전력량, 기판측의 전극에 인가되는 전력량, 기판측의 전극 온도 등)을 적절히 조절한다.
이어서, 산화물 반도체층에 제 1 가열 처리를 수행한다. 이 제 1 가열 처리에 의해 산화물 반도체층의 탈수화 또는 탈수소화를 행할 수 있다. 제 1 가열 처리의 온도는 250℃ 이상 750℃ 이하 또는 400℃ 이상 기판의 왜곡점 미만으로 한다. 예를 들어 500℃, 3분 이상 6분 이하 정도로 행해도 좋다. 가열 처리에 RTA법을 이용하면, 단시간에 탈수화 또는 탈수소화를 행할 수 있으므로, 유리 기판의 왜곡점을 넘는 온도에서도 처리할 수 있다.
여기서는, 가열 처리 장치의 하나인 전기로에 기판을 도입하고, 산화물 반도체층에 대하여 질소 분위기하 450℃에서 1시간의 가열 처리를 수행한 후, 대기에 접촉하지 않고, 산화물 반도체층에의 물이나 수소의 재혼입을 방지하고, 산화물 반도체층(531)을 얻는다(도 6B 참조.).
또한, 가열 처리 장치는 전기로에 한정되지 않으며, 저항 발열체 등의 발열체로부터의 열전도 또는 열복사에 의해 피처리물을 가열하는 장치를 이용해도 좋다. 예를 들어 GRTA(Gas Rapid Thermal Anneal) 장치, LRTA(Lamp Rapid Thermal Anneal) 장치 등의 RTA(Rapid Thermal Anneal) 장치를 이용할 수 있다. LRTA 장치는 할로겐 램프, 메탈할라이드 램프, 크세논 아크 램프, 카본 아크 램프, 고압 나트륨 램프, 고압 수은 램프 등의 램프로부터 발생하는 광(전자파)의 복사에 의해 피처리물을 가열하는 장치이다. GRTA 장치는 고온의 가스를 이용하여 가열 처리를 수행하는 장치이다. 고온의 가스에는 아르곤 등의 희가스 또는 질소와 같은, 가열 처리에 의해 피처리물과 반응하지 않는 불활성 기체가 이용된다.
예를 들어, 제 1 가열 처리로서, 650℃~700℃의 고온으로 가열한 불활성 가스 내에 기판을 이동시켜 넣고, 몇 분간 가열한 후, 기판을 이동시켜 고온으로 가열한 불활성 가스 내에서 꺼내는 GRTA를 수행해도 좋다.
또한, 제 1 가열 처리에 있어서는, 질소 또는 헬륨, 네온, 아르곤 등의 희가스에 물, 수소 등이 포함되지 않는 것이 바람직하다. 또는, 가열 처리 장치에 도입하는 질소 또는 헬륨, 네온, 아르곤 등의 희가스의 순도를 6N(99.9999%) 이상 바람직하게는 7N(99.99999%) 이상(즉 불순물 농도를 1ppm 이하, 바람직하게는 0.1ppm 이하)으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 제 1 가열 처리로 산화물 반도체층을 가열한 후, 동일한 로에 고순도의 산소 가스, 고순도의 N2O 가스, 또는 초 건조 에어(CRDS(캐비티 링다운 레이저 분광법) 방식의 이슬점 측정기를 이용하여 측정한 경우의 수분량이 20ppm(이슬점 환산으로 -55℃) 이하, 바람직하게는 1ppm 이하, 바람직하게는 10ppb 이하의 공기)를 도입해도 좋다. 산소 가스 또는 N2O 가스에 물, 수소 등이 포함되지 않는 것이 바람직하다. 또는, 가열 처리 장치에 도입하는 산소 가스 또는 N2O 가스의 순도를 6N 이상 바람직하게는 7N 이상(즉, 산소 가스 또는 N2O 가스중의 불순물 농도를 1ppm 이하, 바람직하게는 0.1ppm 이하)으로 하는 것이 바람직하다. 산소 가스 또는 N2O 가스의 작용에 의해, 탈수화 또는 탈수소화 처리에 의한 불순물의 배제 공정에 의해 동시에 감소되어 버린 산화물 반도체를 구성하는 주성분 재료인 산소를 공급함으로써, 산화물 반도체층을 고순도화 및 전기적으로 I형(진성)화 한다.
또한, 산화물 반도체층의 제 1 가열 처리는 섬 형상의 산화물 반도체층에 가공하기 전의 산화물 반도체막(530)에 수행할 수도 있다. 그 경우에는, 제 1 가열 처리 후에, 가열 처리 장치로부터 기판을 꺼내어 포토리소그래피 공정을 수행한다.
또한, 제 1 가열 처리는 상기 이외에도, 산화물 반도체층 성막 이후라면, 산화물 반도체층 상에 소스 전극층 및 드레인 전극층을 적층시킨 후 또는 소스 전극층 및 드레인 전극층 상에 절연층을 형성한 후 중 어떠한 경우로 수행해도 좋다.
또한, 게이트 절연층(507)에 콘택트홀을 형성하는 경우, 그 공정은 산화물 반도체막(530)에 제 1 가열 처리를 수행하기 전에 또는 수행한 후에 실시해도 좋다.
이상의 공정에 의해, 섬 형상의 산화물 반도체층 내의 수소의 농도를 저감하고, 고순도화할 수 있다. 그로 인해 산화물 반도체층의 안정화를 도모할 수 있다. 또한, 유리 전이 온도 이하의 가열 처리로, 캐리어 밀도가 극도로 적고 밴드 갭이 넓은 산화물 반도체층을 형성할 수 있다. 이로 인해, 대면적 기판을 이용하여 트랜지스터를 제작할 수 있어 양산성을 높일 수 있다. 또한, 해당 수소 농도가 저감되고 고순도화된 산화물 반도체막을 이용함으로써, 내압성이 높고 오프 전류가 현저히 낮은 트랜지스터를 제작할 수 있다. 상기 가열 처리는 산화물 반도체층의 성막 이후라면, 언제라도 수행할 수 있다.
또한, 산화물 반도체층을 2회로 나누어 성막하고, 2회로 나누어 가열 처리를 수행함으로써, 베이스 부재의 재료가 산화물, 질화물, 금속 등 재료를 불문하고, 막 두께가 두꺼운 결정 영역(단결정 영역), 즉 막 표면에 수직으로 c축 배향한 결정 영역을 가지는 산화물 반도체층을 형성해도 좋다. 예를 들어, 3nm 이상 15nm 이하의 제 1 산화물 반도체막을 성막하고, 질소, 산소, 희가스 또는 건조 공기의 분위기하에서 450℃ 이상 850℃ 이하, 바람직하게는 550℃ 이상 750℃ 이하의 제 1 가열 처리를 수행하고, 표면을 포함하는 영역에 결정 영역(판상 결정을 포함함)을 가지는 제 1 산화물 반도체막을 형성한다. 그리고, 제 1 산화물 반도체막보다 두꺼운 제 2 산화물 반도체막을 형성하고, 450℃ 이상 850℃ 이하, 바람직하게는 600℃ 이상 700℃ 이하의 제 2 가열 처리를 수행하고, 제 1 산화물 반도체막을 결정 성장의 종자로서 위쪽으로 결정 성장시키고, 제 2 산화물 반도체막 전체를 결정화시켜, 결과적으로 막 두께가 두꺼운 결정 영역을 가지는 산화물 반도체층을 형성해도 좋다.
＜1-5. 소스 전극층 및 드레인 전극층＞
이어서, 게이트 절연층(507) 및 산화물 반도체층(531) 상에 소스 전극층 및 드레인 전극층(이것과 동일한 층으로 형성되는 배선을 포함함)이 되는 도전막을 형성한다. 소스 전극층 및 드레인 전극층에 이용하는 도전막으로서는, 예를 들어 Al, Cr, Cu, Ta, Ti, Mo, W로부터 선택된 원소를 포함하는 금속막, 또는 상술한 원소를 성분으로 하는 합금, 또는 금속 질화물막(질화 티타늄막, 질화 몰리브덴막, 질화 텅스텐막) 등을 이용할 수 있다. 또한, Al, Cu 등의 금속막은 내열성이나 부식성의 문제를 회피하기 위해서, 하측 또는 상측 중 한쪽 또는 양쪽 모두에 Ti, Mo, W, Cr, Ta, Nd, Sc, Y 등의 고융점 금속막 또는 그들의 금속 질화물막(질화 티타늄막, 질화 몰리브덴막, 질화 텅스텐막)을 적층시킨 구성으로 해도 좋다.
또한, 도전막은 단층 구조 또는 2층 이상의 적층 구조로 해도 좋다. 예를 들어 실리콘을 포함하는 알루미늄막의 단층 구조, 알루미늄막 상에 티타늄막을 적층하는 2층 구조, 티타늄막과 그 티타늄막 상에 겹쳐 알루미늄막을 적층하고, 그 위에 티타늄막을 더 성막하는 3층 구조 등을 들 수 있다.
또한, 도전막은 도전성의 금속 산화물로 형성해도 좋다. 도전성의 금속 산화물로서는 산화 인듐, 산화 주석, 산화 아연, 산화 인듐 산화 주석 합금, 산화 인듐 산화 아연 합금 또는 상기 금속 산화물 재료에 실리콘 또는 산화 실리콘을 포함시킨 것을 이용할 수 있다.
또한, 도전막 형성 후에 가열 처리를 수행하는 경우에는, 도전막이 이 가열 처리에 견딜 수 있는 내열성을 갖도록 하는 것이 바람직하다.
계속해서, 제 3 포토리소그래피 공정에 의해 도전막 상에 레지스트 마스크를 형성하고, 선택적으로 에칭을 수행하여 소스 전극층(515a), 드레인 전극층(515b)을 형성한 후, 레지스트 마스크를 제거한다(도 6C 참조).
제 3 포토리소그래피 공정에서의 레지스트 마스크 형성 시의 노광에는 자외선이나 KrF 레이저광이나 ArF 레이저광을 이용하면 된다. 산화물 반도체층(531) 상에서 서로 이웃하는 소스 전극층의 하단부와 드레인 전극층의 하단부와의 간격 폭에 의해 후에 형성되는 트랜지스터의 채널 길이 L이 결정된다. 또한, 채널 길이 L=25nm 미만의 노광을 수행하는 경우에는, 수 nm~수 10nm로 매우 파장이 짧은 초자외선(Extreme Ultraｖiolet)을 이용하여 제 3 포토리소그래피 공정에서의 레지스트 마스크 형성 시의 노광을 수행하면 된다. 초자외선에 의한 노광은 해상도가 높고 초점 심도도 크다. 따라서, 후에 형성되는 트랜지스터의 채널 길이 L을 10nm 이상 1000nm 이하로 하는 것도 가능하며, 회로의 동작 속도를 고속화할 수 있다.
또한, 도전막의 에칭 시에 산화물 반도체층(531)이 에칭되고, 분단되지 않도록 에칭 조건을 최적화하는 것이 바람직하다. 그러나, 도전막만을 에칭하고, 산화물 반도체층(531)을 전혀 에칭하지 않는다고 하는 조건을 얻기는 어려우며, 도전막의 에칭 시에 산화물 반도체층(531)은 일부만이 에칭되고, 홈부(오목부)를 가지는 산화물 반도체층이 될 수도 있다.
본 실시형태에서는, 도전막으로서 Ti막을 이용하고, 산화물 반도체층(531)에는 In-Ga-Zn-O계 산화물 반도체를 이용하였으므로, 에천트로서 암모니아과수(암모니아, 물, 과산화수소수의 혼합액)를 이용한다. 에천트로서 암모니아과수를 이용함으로써 선택적으로 도전막을 에칭할 수 있다.
＜1-6. 보호를 위한 절연층＞
이어서, N2O, N2 또는 Ar 등의 가스를 이용한 플라즈마 처리를 수행하고, 노출해 있는 산화물 반도체층의 표면에 부착한 흡착수 등을 제거해도 좋다. 또한, 산소와 아르곤의 혼합 가스를 이용하여 플라즈마 처리를 수행해도 좋다. 플라즈마 처리를 수행한 경우, 대기에 접촉하지 않고, 산화물 반도체층의 일부에 접하는 보호 절연층이 되는 제 1 절연층(516)을 형성한다.
제 1 절연층(516)은 수분이나 수소, 산소 등의 불순물을 최대한 포함하지 않는 것이 바람직하며, 단층의 절연막이어도 좋고, 적층된 복수의 절연막으로 구성되어 있어도 좋다. 또한 제 1 절연층(516)은 적어도 1nm 이상의 막 두께로 하고, 스퍼터법 등, 제 1 절연층(516)에 물, 수소 등의 불순물을 혼입시키지 않는 방법을 적절히 이용하여 형성할 수 있다. 제 1 절연층(516)에 수소가 포함되면, 그 수소의 산화물 반도체층으로의 침입 또는 수소에 의한 산화물 반도체층 내의 산소의 추출이 발생하고 산화물 반도체층의 백채널이 저저항화(N형화)되어 버려, 기생 채널이 형성될 우려가 있다. 따라서, 제 1 절연층(516)은 가능한 한 수소를 포함하지 않는 막이 되도록, 성막 방법에 수소를 이용하지 않는 것이 중요하다.
또한, 제 1 절연층(516)에는 배리어성이 높은 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 배리어성이 높은 절연막으로서, 질화 규소막, 질화 산화 규소막, 질화 알루미늄막, 질화 산화 알루미늄막, 산화 알루미늄막, 또는 산화 갈륨막 등을 이용할 수 있다. 배리어성이 높은 절연막을 이용함으로써, 섬 형상의 산화물 반도체층 내, 게이트 절연층 내, 또는 섬 형상의 산화물 반도체층과 다른 절연층의 계면과 그 근방에, 수분 또는 수소 등의 불순물이 들어가는 것을 방지할 수 있다.
예를 들어, 스퍼터법으로 형성된 막 두께 200nm의 산화 갈륨막 상에 스퍼터법으로 형성된 막 두께 100nm의 산화 알루미늄막을 적층시킨 구조를 갖는 절연막을 형성해도 좋다. 성막 시의 기판 온도는 실온 이상 300℃ 이하로 하면 된다. 또한, 절연막은 산소를 많이 함유하고 있는 것이 바람직하며, 화학양론비를 넘는 정도, 바람직하게는 화학양론비의 1배를 넘어 2배까지(1배보다 크고 2배 미만) 산소를 함유하고 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 절연막이 과잉의 산소를 가짐으로써, 섬 형상의 산화물 반도체막의 계면에 산소를 공급하고, 산소의 결손을 저감할 수 있다.
본 실시형태에서는, 제 1 절연층(516)으로서 막 두께 200nm의 산화 실리콘막을 스퍼터링법을 이용하여 성막한다. 성막 시의 기판 온도는 실온 이상 300℃ 이하로 하면 되고, 본 실시형태에서는 100℃로 한다. 산화 실리콘막의 스퍼터법에 의한 성막은 희가스(대표적으로는 아르곤) 분위기하, 산소 분위기하, 또는 희가스와 산소의 혼합 분위기하에서 수행할 수 있다. 또한, 타겟으로서 산화 실리콘 타겟 또는 실리콘 타겟을 이용할 수 있다. 예를 들어, 실리콘 타겟을 이용하여, 산소를 포함하는 분위기하에서 스퍼터법에 의해 산화 실리콘막을 형성할 수 있다. 산화물 반도체층에 접하여 형성하는 제 1 절연층(516)은 수분이나 수소 이온 또는 OH－ 등의 불순물을 포함하지 않으며, 이들이 외부로부터 침입하는 것을 차단하는 무기 절연막을 이용하고, 대표적으로는 산화 실리콘막, 산화 질화 실리콘막, 산화 알루미늄막 또는 산화 질화 알루미늄막 등을 이용한다.
산화물 반도체막(530)의 성막 시와 마찬가지로, 제 1 절연층(516)의 성막실 내의 잔류 수분을 제거하기 위해서는, 흡착형 진공 펌프(크라이오 펌프 등)를 이용하는 것이 바람직하다. 크라이오 펌프를 이용하여 배기한 성막실에서 성막한 제 1 절연층(516)에 포함되는 불순물의 농도를 저감할 수 있다. 또한, 제 1 절연층(516)의 성막실 내의 잔류 수분을 제거하기 위한 배기 수단으로서는 터보 펌프에 콜드트랩을 부가한 것이어도 좋다.
제 1 절연층(516)을 성막 할 때에 이용하는 스퍼터 가스는 수소, 물, 수산기 또는 수소화물 등의 불순물이 제거된 고순도 가스를 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 제 1 절연층(516)을 형성한 후에, 제 2 가열 처리를 실시해도 좋다. 가열 처리는 질소, 초건조 공기, 또는 희가스(아르곤, 헬륨 등)의 분위기하에서, 바람직하게는 200℃ 이상 400℃ 이하, 예를 들어 250℃ 이상 350℃ 이하로 수행한다. 상기 가스는 물의 함유량이 20ppm 이하, 바람직하게는 1ppm 이하, 바람직하게는 10ppb 이하인 것이 바람직하다. 예를 들어, 질소 분위기하에서 250℃, 1시간의 가열 처리를 수행한다. 또는, 제 1 가열 처리와 마찬가지로, 고온 단시간의 RTA 처리를 수행해도 좋다. 산소를 포함하는 제 1 절연층(516)이 마련된 후에 가열 처리가 실시됨으로써, 제 1 가열 처리에 의해, 섬 형상의 산화물 반도체층에 산소 결손이 발생하였다고 해도, 제 1 절연층(516)으로부터 섬 형상의 산화물 반도체층에 산소가 공여된다. 그리고, 섬 형상의 산화물 반도체층에 산소가 공여됨으로써, 섬 형상의 산화물 반도체층에 있어서, 도너가 되는 산소 결손을 저감하고, 화학양론비를 충족시키는 것이 가능해진다. 섬 형상의 산화물 반도체층에는 화학양론적 조성비를 넘는 양의 산소가 포함되어 있는 것이 바람직하다. 그 결과, 섬 형상의 산화물 반도체층을 i형에 가깝게 할 수 있고, 산소 결손에 의한 트랜지스터의 전기 특성의 편차를 경감하고, 전기 특성의 향상을 실현할 수 있다. 이 제 2 가열 처리를 수행하는 타이밍은 제 1 절연층(516)의 형성 후라면 특별히 한정되지 않으며, 다른 공정, 예를 들어 수지막 형성 시의 가열 처리나, 투광성을 갖는 도전막을 저저항화시키기 위한 가열 처리와 함께 함으로써 공정수를 증가시키지 않고, 섬 형상의 산화물 반도체층을 i형에 가깝게 할 수 있다.
또한, 산소 분위기하에서 섬 형상의 산화물 반도체층에 가열 처리를 실시함으로써, 산화물 반도체에 산소를 첨가하고, 섬 형상의 산화물 도체층 내에서 도너가 되는 산소 결손을 저감시켜도 좋다. 가열 처리의 온도는, 예를 들어 100℃ 이상 350℃ 미만, 바람직하게는 150℃ 이상 250℃ 미만으로 수행한다. 상기 산소 분위기하의 가열 처리에 이용되는 산소 가스에는 물, 수소 등이 포함되지 않는 것이 바람직하다. 또는, 가열 처리 장치에 도입하는 산소 가스의 순도를 6N(99.9999%) 이상, 바람직하게는 7N(99.99999%) 이상(즉 산소중의 불순물 농도를 1ppm 이하, 바람직하게는 0.1ppm 이하)으로 하는 것이 바람직하다.
본 실시형태에서는, 불활성 가스 분위기하 또는 산소 가스 분위기하에서 제 2 가열 처리(바람직하게는 200℃ 이상 400℃ 이하, 예를 들어 250℃ 이상 350℃ 이하)를 수행한다. 예를 들어 질소 분위기하에서 250℃, 1시간의 제 2 가열 처리를 수행한다. 제 2 가열 처리를 수행하면, 산화물 반도체층의 일부(채널 형성 영역)가 제 1 절연층(516)과 접한 상태로 가열된다.
제 2 가열 처리는 이하의 효과를 나타낸다. 전술의 제 1 가열 처리에 의해, 산화물 반도체층으로부터 수소, 수분, 수산기 또는 수소화물(수소화합물이라고도 함) 등의 불순물이 의도적으로 배제되는 한편, 산화물 반도체를 구성하는 주성분 재료의 하나인 산소가 감소되어 버리는 경우가 있다. 제 2 가열 처리는 제 1 가열 처리가 실시된 산화물 반도체층에 산소를 공급하므로, 산화물 반도체층은 고순도화 및 전기적으로 I형(진성)화 한다.
이상의 공정으로 트랜지스터(510)가 형성된다(도 6D 참조). 트랜지스터는 게이트 전극층(511), 게이트 전극층(511) 상의 게이트 절연층(507), 게이트 절연층(507) 상에 있어서 게이트 전극층(511)과 겹쳐지는 섬 형상의 산화물 반도체층(531), 섬 형상의 산화물 반도체층(531) 상에 형성된 한 쌍의 소스 전극층(515a) 및 드레인 전극층(515b)을 갖는 채널 에치 구조이다.
또한, 제 1 절연층(516)에 결함을 많이 포함하는 산화 실리콘층을 이용하면, 산화 실리콘층 형성 후의 가열 처리에 의해 산화물 반도체층 내에 포함되는 수소, 수분, 수산기 또는 수소화물 등의 불순물을 산화물 절연층에 확산시키고, 산화물 반도체층 내에 포함되는 그 불순물을 보다 저감시키는 효과를 나타낸다.
또한, 제 1 절연층(516)에 산소를 과잉으로 포함하는 산화 실리콘층을 이용하면, 제 1 절연층(516) 형성 후의 가열 처리에 의해 제 1 절연층(516) 내의 산소가 산화물 반도체층(531)으로 이동하고, 산화물 반도체층(531)의 산소 농도를 향상시키고, 고순도화 하는 효과를 나타낸다.
제 1 절연층(516) 상에 보호 절연층이 되는 제 2 절연층(506)을 더 적층해도 좋다. 제 2 절연층(506)은 예를 들어, RF 스퍼터법을 이용하여 질화 실리콘막을 형성한다. RF 스퍼터법은 양산성이 좋기 때문에 보호 절연층의 성막 방법으로서 바람직하다. 보호 절연층은 수분 등의 불순물을 포함하지 않으며, 이들이 외부로부터 침입하는 것을 차단하는 무기 절연막을 이용하고, 질화 실리콘막, 질화 알루미늄막 등을 이용한다. 또한, 질화 실리콘막 및 질화 알루미늄막은 수소 이온 또는 수소 분자의 배리어막으로서 특히 유효하며, 제 1 절연층(516) 상에 마련하는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서는 질화 실리콘막을 이용하여 제 2 절연층(506)을 형성한다(도 6E 참조.).
본 실시형태에서는, 제 2 절연층(506)으로서, 제 1 절연층(516)까지 형성된 기판(505)을 100℃~400℃의 온도로 가열하고, 수소 및 수분이 제거된 고순도 질소를 포함하는 스퍼터 가스를 도입하고 실리콘 반도체의 타겟을 이용하여 질화 실리콘막을 성막한다. 이 경우에도, 제 1 절연층(516)과 마찬가지로, 처리실 내의 잔류 수분을 제거하면서 제 2 절연층(506)을 성막하는 것이 바람직하다.
보호 절연층의 형성 후, 추가로 대기중, 100℃ 이상 200℃ 이하, 1시간 이상 30시간 이하에서의 가열 처리를 수행해도 좋다. 이 가열 처리는 일정한 가열 온도를 유지하여 가열해도 좋고, 실온에서 100℃ 이상 200℃ 이하의 가열 온도로의 온도 상승과, 가열 온도에서 실온까지의 온도 하강을 여러 차례 반복해 수행해도 좋다.
또한, 산소 도프 처리를 산화물 반도체막(530) 및/또는 게이트 절연층(507)에 실시해도 좋다. “산소 도프”란 산소(적어도 산소 라디칼, 산소 원자, 산소 이온 중 어느 하나를 포함함)를 벌크에 첨가하는 것을 말한다. 또한, 상기 “벌크”라는 용어는 산소를 박막 표면뿐만 아니라 박막 내부에 첨가하는 것을 명확하게 하는 취지로 이용하고 있다. 또한, “산소 도프”에는 플라즈마화 한 산소를 벌크에 첨가하는 “산소 플라즈마 도프”가 포함된다.
산소 플라즈마 도프 처리는 유도 결합 플라즈마(ICP: Inductiｖely Coupled Plasma) 방식을 이용하여 플라즈마화 한 산소를 첨가하는 방법이어도 좋고, 주파수가 1㎓ 이상인 마이크로파(예를 들어 주파수 2.45㎓)를 이용하여 플라즈마화 한 산소를 첨가하는 방법이어도 좋다.
＜1-7. 평탄화를 위한 절연층＞
제 1 절연층(516)(제 2 절연층(506)을 적층한 경우는 제 2 절연층(506)) 상에 평탄화를 위한 평탄화층(517)을 마련할 수 있다. 평탄화층(517)으로서는 폴리이미드, 아크릴, 벤조시클로부텐, 폴리아미드, 에폭시 등의 수지 재료를 이용할 수 있다. 또한 상기 수지 재료 외에, 저유전율 재료(low-k 재료), 실록산계 수지, PSG(인유리), BPSG(붕소인유리) 등을 이용할 수 있다. 또한, 이들 재료로 형성되는 절연막을 복수 적층시킴으로써, 평탄화층(517)을 형성해도 좋다. 평탄화층(517)의 형성법은 특별히 한정되지 않으며, 그 재료에 따라, 스퍼터법, SOG법, 스핀 코트, 딥, 스프레이 도포, 액적 토출법(잉크젯법), 인쇄법(스크린 인쇄, 오프셋 인쇄 등), 닥터 나이프, 롤 코터, 커튼 코터, 나이프 코터 등을 이용할 수 있다.
＜제 2 스텝: 제 1 전극의 형성＞
이어서, 개구부(518)를 제 1 절연층(516)(제 2 절연층(506)을 형성한 경우는 제 2 절연층(506)) 및 평탄화층(517)에 형성한다. 개구부(518)는 소스 전극층(515a) 또는 드레인 전극층(515b)에 이른다.
도전막을 평탄화층(517) 상에 형성한다. 제 1 전극(601)으로서는, 게이트 전극층(511)에 이용할 수 있는 도전막, 소스 전극층 및 드레인 전극층에 이용하는 도전막, 및 가시광을 투과하는 도전막 등을 이용할 수 있다. 가시광을 투과하는 도전막으로서는, 예를 들어 산화 텅스텐을 포함하는 인듐 산화물, 산화 텅스텐을 포함하는 인듐 아연 산화물, 산화 티타늄을 포함하는 인듐 산화물, 산화 티타늄을 포함하는 인듐 주석 산화물, 인듐 주석 산화물(이하, ITO로 나타냄.), 인듐 아연 산화물, 산화규소를 첨가한 인듐 주석 산화물, 그래핀 등의 도전성 재료를 그 예로 들 수 있다.
이어서, 도전막을 패터닝하여 제 1 전극(601)을 형성한다. 제 1 전극은 개구부(518)를 통해 소스 전극층(515a) 또는 드레인 전극층(515b)과 접속한다(도 7 참조).
또한, 백게이트 전극(519)을 산화물 반도체층(531)의 채널 형성 영역과 겹쳐지는 위치에 제 1 전극(601)과 동일한 공정으로 형성해도 좋다.
백게이트 전극을 차광성의 도전막으로 형성하면, 트랜지스터의 광 열화, 예를 들어 광 음 바이어스 열화(negative-bias stress photodegradation)를 저감할 수 있고, 신뢰성을 향상할 수 있다.
이상의 스텝을 실시하여, 소스 전극 또는 드레인 전극과 전기적으로 접속된 제 1 전극을 구비하고, 채널 형성 영역에 산화물 반도체를 이용한 인핸스먼트형 트랜지스터를 제작할 수 있다.
본 실시형태에서 설명한 트랜지스터는 실시 형태 1의 표시 장치에 적용할 수 있다. 본 실시형태의 트랜지스터를 적용한 실시 형태 1의 표시 장치, 즉 발광 물질을 포함하는 유기층과 한쪽 면을 접하는 제 2 전극의 다른 한쪽 면 측에 수소 이온 및/또는 수소 분자의 흡착층을 구비하는 발광 표시 장치에 있어서, 제 2 전극의 유기층 측에 발생한 수소 이온 및/또는 수소 분자가 제 2 전극의 다른 한쪽 측에 마련한 수소 이온 및/또는 수소 분자의 흡착층으로 이동한다. 이로써, 제 2 전극의 유기층 측으로서 산화물 반도체를 이용한 반도체 소자가 마련된 영역에 있어서, 산화물 반도체의 캐리어 농도를 높이는 원인이 되는 수소 이온 및/또는 수소 분자의 농도가 저하하고, 따라서 산화물 반도체를 이용한 반도체 소자의 특성 및 그를 포함하는 반도체 장치의 신뢰성을 높이는 효과를 나타낸다.
또한, 제 2 전극에 수소 이온 및/또는 수소 분자가 투과하는 개구부를 마련하면, 제 2 전극의 유기층 측에 발생한 수소 이온 및/또는 수소 분자가 제 2 전극을 용이하게 투과할 수 있다. 이로써, 제 2 전극의 유기층 측으로서 산화물 반도체를 이용한 반도체 소자가 마련된 영역에 있어서, 수소 이온 및/또는 수소 분자의 농도가 저하하고, 따라서 산화물 반도체를 이용한 반도체 소자의 특성 및 그를 포함하는 반도체 장치의 신뢰성을 높이는 효과를 나타낸다.
또한, 본 실시형태는 본 명세서에서 나타내는 다른 실시형태와 적절히 조합할 수 있다.
(실시 형태 3)
본 실시형태에서는, 실시 형태 1에서 설명한 반도체 장치에 적용할 수 있는 발광 소자의 구성 및 그 제작 방법의 일 예에 대해서 도 8을 참조하여 설명한다. 구체적으로는, 채널 형성 영역에 산화물 반도체를 이용한 트랜지스터의 소스 전극 또는 드레인 전극에 전기적으로 접속된 제 1 전극을 양극 또는 음극 중 한쪽으로 하고, 제 2 전극을 다른 한쪽으로 하고, 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 발광 물질을 포함하는 유기층을 가지는 발광 소자에 대해서 설명한다.
또한, 본 실시형태에서 예시하는 발광 소자의 구성은 제 1 전극을 양극으로 하고, 제 2 전극을 음극으로 할 수 있다. 또한, 제 1 전극을 음극으로 하고 제 2 전극을 양극으로 할 수도 있다. 또한, 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 마련하는 EL층은 제 1 전극과 제 2 전극의 극성 및 재질에 맞추어 적절히 구성을 선택하면 된다.
도 8에 본 실시형태에서 예시하는 발광 장치에 이용할 수 있는 발광 소자의 구성의 일 예를 나타낸다. 도 8에 나타내는 발광 소자는 양극(1101)과 음극(1102) 사이에 발광 물질을 포함하는 유기층(1103)이 개재되어 마련되어 있다. 음극(1102)과 발광 물질을 포함하는 유기층(1103)과의 사이에는, 제 1 전하 발생 영역(1106), 전자 릴레이층(1105) 및 전자 주입 버퍼(1104)가 음극(1102)측으로부터 차례로 적층된 구조를 갖는다.
제 1 전하 발생 영역(1106)에 있어서, 정공(홀)과 전자가 발생하고, 정공은 음극(1102)으로 이동하고, 전자는 전자 릴레이층(1105)으로 이동한다. 전자 릴레이층(1105)은 전자 수송성이 높고, 제 1 전하 발생 영역(1106)에서 발생한 전자를 전자 주입 버퍼(1104)로 신속하게 이동시킨다. 전자 주입 버퍼(1104)는 발광 물질을 포함하는 유기층(1103)에 전자를 주입하는 장벽을 완화하고, 발광 물질을 포함하는 유기층(1103)에의 전자 주입 효율을 높인다. 따라서, 제 1 전하 발생 영역(1106)에서 발생한 전자는 전자 릴레이층(1105)과 전자 주입 버퍼(1104)를 거쳐, 발광 물질을 포함하는 유기층(1103)의 LUMO 준위로 주입된다.
또한, 전자 릴레이층(1105)은 제 1 전하 발생 영역(1106)을 구성하는 물질과 전자 주입 버퍼(1104)를 구성하는 물질이 계면에서 반응하여, 서로의 기능이 손상되어 버리는 등의 상호작용을 방지할 수 있다.
이어서, 상술한 구성을 구비하는 발광 소자에 이용할 수 있는 구체적인 재료에 대해서, 양극, 음극, 발광 물질을 포함하는 유기층, 제 1 전하 발생 영역, 전자 릴레이층 및 전자 주입 버퍼의 순서로 설명한다.
＜양극에 이용할 수 있는 재료＞
양극(1101)은 일함수가 큰(구체적으로는 4.0eV 이상이 바람직하다) 금속, 합금, 전기 전도성 화합물 및 이들의 혼합물 등을 이용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들어, 산화 인듐-산화 주석(ITO: Indium Tin Oxide), 규소 또는 산화 규소를 함유한 산화 인듐-산화 주석, 산화 인듐-산화 아연(IZO: Indium Zinc Oxide), 산화 텅스텐 및 산화 아연을 함유한 산화 인듐 등을 들 수 있다.
이러한 도전성 금속 산화물막은 통상 스퍼터에 의해 성막되지만, 졸-겔법 등을 응용하여 제작해도 상관없다. 예를 들어, 산화 인듐-산화 아연(IZO)막은 산화 인듐에 대하여 1~20wt%의 산화 아연을 부가한 타겟을 이용하여 스퍼터링법에 의해 형성할 수 있다. 또한, 산화 텅스텐 및 산화 아연을 함유한 산화 인듐막은 산화 인듐에 대하여 산화 텅스텐을 0.5~5wt%, 산화 아연을 0.1~1wt% 함유한 타겟을 이용하여 스퍼터링법에 의해 형성할 수 있다.
이 외에, 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti) 또는 금속재료의 질화물(예를 들어 질화 티타늄 등), 몰리브덴 산화물, 바나듐 산화물, 루테늄 산화물, 텅스텐 산화물, 망간 산화물, 티타늄 산화물 등을 들 수 있다. 또한, 폴리(3, 4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(스티렌술폰산)(PEDOT/PSS), 폴리아닐린/폴리(스티렌술폰산)(PAni/PSS) 등의 도전성 폴리머를 이용해도 좋다.
단, 양극(1101)과 접하여 제 2 전하 발생 영역을 마련하는 경우에는, 일함수를 고려하지 않고 다양한 도전성 재료를 양극(1101)에 이용할 수 있다. 구체적으로는, 일함수가 큰 재료뿐만 아니라, 일함수가 작은 재료를 이용할 수도 있다. 제 2 전하 발생 영역을 구성하는 재료에 대해서는, 제 1 전하 발생 영역과 함께 후술한다.
＜음극에 이용할 수 있는 재료＞
음극(1102)에 접하여 제 1 전하 발생 영역(1106)을 발광 물질을 포함하는 유기층(1103)과의 사이에 마련하는 경우, 음극(1102)은 일함수의 대소에 상관없이 다양한 도전성 재료를 이용할 수 있다.
또한, 음극(1102) 및 양극(1101) 중 적어도 하나는 가시광을 투과하는 도전막을 이용하여 형성한다. 가시광을 투과하는 도전막으로서는, 예를 들어 산화 텅스텐을 포함하는 인듐 산화물, 산화 텅스텐을 포함하는 인듐 아연 산화물, 산화 티타늄을 포함하는 인듐 산화물, 산화 티타늄을 포함하는 인듐 주석 산화물, 인듐 주석 산화물(이하, ITO로 나타냄.), 인듐 아연 산화물, 산화규소를 첨가한 인듐 주석 산화물 등을 들 수 있다. 또한, 광을 투과하는 정도(바람직하게는 5nm~30nm 정도)의 금속 박막을 이용할 수도 있다.
＜발광 물질을 포함하는 유기층에 이용할 수 있는 재료＞
발광 물질을 포함하는 유기층(1103)은 적어도 발광층을 포함하여 형성되어 있으면 되고, 발광층 이외의 층과 적층된 구조여도 좋다. 발광층 이외의 층으로서는, 예를 들어 정공 주입성이 높은 물질, 정공 수송성이 높은 물질 또는 전자 수송성이 높은 물질, 전자 주입성이 높은 물질, 바이폴라성(전자 및 정공의 수송성이 높음) 물질 등을 포함하는 층을 들 수 있다. 구체적으로는, 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 정공 저지층(홀 블로킹층), 전자 수송층, 전자 주입층 등을 들 수 있고, 이들을 양극측으로부터 적절히 적층하여 이용할 수 있다.
상술한 발광 물질을 포함하는 유기층(1103)을 구성하는 각 층에 이용할 수 있는 재료에 대해서, 이하에 구체적인 예를 나타낸다.
정공 주입층은 정공 주입성이 높은 물질을 포함하는 층이다. 정공 주입성이 높은 물질로서는, 예를 들어, 몰리브덴 산화물이나 바나듐 산화물, 루테늄 산화물, 텅스텐 산화물, 망간 산화물 등을 이용할 수 있다. 이 외에, 프탈로시아닌(약칭: H2Pc)이나 구리 프탈로시아닌(약칭: CuPc) 등의 프탈로시아닌계의 화합물, 또는 폴리(3, 4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(스티렌술폰산)(PEDOT/PSS) 등의 고분자 등에 의해서도 정공 주입층을 형성할 수 있다.
또한, 제 2 전하 발생 영역을 이용하여 정공 주입층을 형성해도 좋다. 정공 주입층에 제 2 전하 발생 영역을 이용하면, 일함수를 고려하지 않고 다양한 도전성 재료를 양극(1101)에 이용할 수 있는 것은 상술한 바와 같다. 제 2 전하 발생 영역을 구성하는 재료에 대해서는 제 1 전하 발생 영역과 함께 후술한다.
정공 수송층은 정공 수송성이 높은 물질을 포함하는 층이다. 정공 수송성이 높은 물질로서는, 예를 들어, 4, 4’-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: NPB 또는 α-NPD)이나 N, N’-비스(3-메틸페닐)-N, N’-디페닐-[1, 1’-비페닐]-4, 4’-디아민(약칭: TPD), 4-페닐-4’-(9-페닐플루오렌-9-일)트리페닐아민(약칭: BPAFLP), 4, 4’, 4’’-트리스(카르바졸-9-일)트리페닐아민(약칭: TCTA), 4, 4’, 4’’-트리스(N, N-디페닐아미노)트리페닐아민(약칭: TDATA), 4, 4’, 4’’-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]트리페닐아민(약칭: MTDATA), 4, 4’-비스[N-(스피로-9, 9’-비플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: BSPB) 등의 방향족 아민 화합물, 3-[N-(9-페닐카르바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카르바졸(약칭: PCzPCA1), 3, 6-비스[N-(9-페닐카르바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카르바졸(약칭: PCzPCA2), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카르바졸-3-일)아미노]-9-페닐카르바졸(약칭: PCzPCN1) 등을 들 수 있다. 그 외, 4, 4’-디(N-카르바졸릴)비페닐(약칭: CBP), 1, 3, 5-트리스[4-(N-카르바졸릴)페닐]벤젠(약칭: TCPB), 9-[4-(10-페닐-9-안트라세닐)페닐]-9H-카르바졸(약칭: CzPA) 등의 카르바졸 유도체 등을 이용할 수 있다. 여기에 서술한 물질은 주로 10－6㎠/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질이다. 단, 전자보다 정공의 수송성이 높은 물질이라면, 이들 이외의 것을 이용해도 좋다. 또한, 정공 수송성이 높은 물질을 포함하는 층은 단층인 것뿐만 아니라, 상기 물질로 이루어지는 층이 2층 이상 적층된 것으로 해도 좋다.
이외에도, 폴리(N-비닐카르바졸)(약칭: PVK), 폴리(4-비닐트리페닐아민)(약칭: PVTPA), 폴리[N-(4-{N’-[4-(4-디페닐아미노)페닐]페닐-N’-페닐아미노}페닐)메타크릴아미드](약칭: PTPDMA), 폴리[N, N’-비스(4-부틸페닐)-N, N’-비스(페닐)벤지딘](약칭: Poly-TPD) 등의 고분자 화합물을 정공 수송층에 이용할 수 있다.
발광층은 발광 물질을 포함하는 층이다. 발광 물질로서는, 이하에 나타내는 형광성 화합물을 이용할 수 있다. 예를 들어, N, N’-비스[4-(9H-카르바졸-9-일)페닐]-N, N’-디페닐스틸벤-4, 4’-디아민(약칭: YGA2S), 4-(9H-카르바졸-9-일)-4’-(10-페닐-9-안트릴)트리페닐아민(약칭: YGAPA), 4-(9H-카르바졸-9-일)-4’-(9, 10-디페닐-2-안트릴)트리페닐아민(약칭: 2YGAPPA), N, 9-디페닐-N-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸-3-아민(약칭: PCAPA), 페릴렌, 2, 5, 8, 11-테트라-tert-부틸페릴렌(약칭: TBP), 4-(10-페닐-9-안트릴)-4’-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)트리페닐아민(약칭: PCBAPA), N, N’’-(2-tert-부틸안트라센-9, 10-디일디-4, 1-페닐렌)비스[N, N’, N’-트리페닐-1, 4-페닐렌디아민](약칭: DPABPA), N, 9-디페닐-N-[4-(9, 10-디페닐-2-안트릴)페닐]-9H-카르바졸-3-아민(약칭: 2PCAPPA), N-[4-(9, 10-디페닐-2-안트릴)페닐]-N, N’, N’-트리페닐-1, 4-페닐렌디아민(약칭: 2DPAPPA), N, N, N’, N’, N’’, N’’, N’’’, N’’’-옥타페닐디벤조[g, p]크리센-2, 7, 10, 15-테트라아민(약칭: DBC1), 쿠마린 30, N-(9, 10-디페닐-2-안트릴)-N, 9-디페닐-9H-카르바졸-3-아민(약칭: 2PCAPA), N-[9, 10-비스(1, 1’-비페닐-2-일)-2-안트릴]-N, 9-디페닐-9H-카르바졸-3-아민(약칭: 2PCABPhA), N-(9, 10-디페닐-2-안트릴)-N, N’, N’-트리페닐-1, 4-페닐렌디아민(약칭: 2DPAPA), N-[9, 10-비스(1, 1’-비페닐-2-일)-2-안트릴]-N, N’, N’-트리페닐-1, 4-페닐렌디아민(약칭: 2DPABPhA), 9, 10-비스(1, 1’-비페닐-2-일)-N-[4-(9H-카르바졸-9-일)페닐]-N-페닐안트라센-2-아민(약칭: 2YGABPhA), N, N, 9-트리페닐안트라센-9-아민(약칭: DPhAPhA), 쿠마린 545T, N, N’-디페닐퀴나크리돈(약칭: DPQd), 루브렌, 5, 12-비스(1, 1’-비페닐-4-일)-6, 11-디페닐테트라센(약칭: BPT), 2-(2-{2-[4-(디메틸아미노)페닐]에테닐}-6-메틸-4H-피란-4-일리덴)프로판디니트릴(약칭: DCM1), 2-{2-메틸-6-[2-(2, 3, 6, 7-테트라히드로-1H, 5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴}프로판디니트릴(약칭: DCM2), N, N, N’, N’-테트라키스(4-메틸페닐)테트라센-5, 11-디아민(약칭: p-mPhTD), 7, 14-디페닐-N, N, N’, N’-테트라키스(4-메틸페닐)아세나프토[1, 2-a]플루오란텐-3, 10-디아민(약칭: p-mPhAFD), 2-{2-이소프로필-6-[2-(1, 1, 7, 7-테트라메틸-2, 3, 6, 7-테트라히드로-1H, 5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴}프로판디니트릴(약칭: DCJTI), 2-{2-tert-부틸-6-[2-(1, 1, 7, 7-테트라메틸-2, 3, 6, 7-테트라히드로-1H, 5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴}프로판디니트릴(약칭: DCJTB), 2-(2, 6-비스{2-[4-(디메틸아미노)페닐]에테닐}-4H-피란-4-일리덴)프로판디니트릴(약칭: BisDCM), 2-{2, 6-비스[2-(8-메톡시-1, 1, 7, 7-테트라메틸-2, 3, 6, 7-테트라히드로-1H, 5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴}프로판디니트릴(약칭: BisDCJTM), SD1(상품명; SFC Co., Ltd제) 등을 들 수 있다.
또한, 발광 물질로서는, 이하에 나타내는 인광성 화합물을 이용할 수도 있다. 예를 들어, 비스[2-(4’, 6’-디플루오로페닐)피리디나토-N, C2’]이리듐(III)테트라키스(1-피라졸릴)보레이트(약칭: FIr6), 비스[2-(4’, 6’-디플루오로페닐)피리디나토-N, C2’]이리듐(III)피콜리네이트(약칭: FIrpic), 비스[2-(3’, 5’-비스트리플루오로메틸페닐)피리디나토-N, C2 ’]이리듐(III)피콜리네이트(약칭: Ir(CF3ppy)2(pic)), 비스[2-(4’, 6’-디플루오로페닐)피리디나토-N, C2 ’]이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: FIracac), 트리스(2-페닐피리디나토)이리듐(III)(약칭: Ir(ppy)3), 비스(2-페닐피리디나토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(ppy)2(acac)), 비스(벤조[h]퀴놀리나토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(bzq)2(acac)), 비스(2, 4-디페닐-1, 3-옥사졸라토-N, C2 ’)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(dpo)2(acac)), 비스[2-(4’-퍼플루오로페닐페닐)피리디나토]이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(p-PF-ph)2(acac)), 비스(2-페닐벤조티아졸라토-N, C2 ’)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(bt)2(acac)), 비스[2-(2’-벤조[4, 5-α]티에닐)피리디나토-N, C3 ’]이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(btp)2(acac)), 비스(1-페닐이소퀴놀리나토-N, C2 ’)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(piq)2(acac)), (아세틸아세토나토)비스[2, 3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리나토]이리듐(III)(약칭: Ir(Fdpq)2(acac)), (아세틸아세토나토)비스(2, 3, 5-트리페닐피라지나토)이리듐(III)(약칭: Ir(tppr)2(acac)), 2, 3, 7, 8, 12, 13, 17, 18-옥타에틸-21H, 23H-포르피린 백금(II)(약칭: PtOEP), 트리스(아세틸아세토나토)(모노페난트로닌)테르븀(III)(약칭：Tb(acac)3(Phen)), 트리스(1, 3-디페닐-1, 3-프로판디오나토)(모노페난트로닌)유로퓸(III)(약칭: Eu(DBM)3(Phen)), 트리스[1-(2-테노일)-3, 3, 3-트리플루오로아세토나토](모노페난트로닌)유로퓸(III)(약칭: Eu(TTA)3(Phen)), (디피발로일메타나토)비스(2, 3, 5-트리페닐피라지나토)이리듐(III)(약칭: Ir(tppr)2(dpm)) 등을 들 수 있다.
또한, 이들 발광 물질은 호스트 재료에 분산시켜 이용하는 것이 바람직하다. 호스트 재료로서는, 예를 들어 NPB(약칭), TPD(약칭), TCTA(약칭), TDATA(약칭), MTDATA(약칭), BSPB(약칭) 등의 방향족 아민 화합물, PCzPCA1(약칭), PCzPCA2(약칭), PCzPCN1(약칭), CBP(약칭), TCPB(약칭), CzPA(약칭), 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭: PCzPA), 4-페닐-4’-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)트리페닐아민(약칭：PCBA1BP) 등의 카르바졸 유도체, PVK(약칭), PVTPA(약칭), PTPDMA(약칭), Poly-TPD(약칭) 등의 고분자 화합물을 포함하는 정공 수송성이 높은 물질이나, 트리스(8-퀴놀리노라토)알루미늄(약칭: Alq), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리노라토)알루미늄(약칭: Almq3), 비스(10-히드록시벤조[h]퀴놀리나토)베릴륨(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리노라토)(4-페닐페놀라토)알루미늄(약칭: BAlq) 등, 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 갖는 금속 착체, 비스[2-(2-히드록시페닐)벤즈옥사졸라토]아연(약칭: Zn(BOX)2), 비스[2-(2-히드록시페닐)벤조티아졸라토]아연(약칭: Zn(BTZ)2) 등의 옥사졸계, 티아졸계 배위자를 갖는 금속 착체, 또한 2-(4-비페닐릴)-5-(4-tert-부틸페닐)-1, 3, 4-옥사디아졸(약칭: PBD)이나, 1, 3-비스[5-(p-tert-부틸페닐)-1, 3, 4-옥사디아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 9-[4-(5-페닐-1, 3, 4-옥사디아졸-2-일)페닐]-9H-카르바졸(약칭: CO11), 3-(4-비페닐릴)-4-페닐-5-(4-tert-부틸페닐)-1, 2, 4-트리아졸(약칭: TAZ), 바소페난트롤린(약칭: BPhen), 바소큐프로인(약칭: BCP) 등의 전자 수송성이 높은 물질을 이용할 수 있다.
전자 수송층은 전자 수송성이 높은 물질을 포함하는 층이다. 전자 수송성이 높은 물질로서는, 예를 들어 Alq(약칭), Almq3(약칭), BeBq2(약칭), BAlq(약칭) 등, 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 갖는 금속 착체 등을 이용할 수 있다. 또한, 이 외에 Zn(BOX)2(약칭), Zn(BTZ)2(약칭) 등의 옥사졸계, 티아졸계 배위자를 갖는 금속 착체 등도 이용할 수 있다. 또한, 금속 착체 이외에도, PBD(약칭)나 OXD-7(약칭), CO11(약칭), TAZ(약칭), BPhen(약칭), BCP(약칭), 2-[4-(디벤조티오펜-4-일)페닐]-1-페닐-1H-벤조이미다졸(약칭: DBTBIm-II) 등도 이용할 수 있다. 여기에 서술한 물질은 주로 10－6㎠/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 물질이다. 또한, 정공보다 전자의 수송성이 높은 물질이라면, 이들 이외의 것을 이용해도 좋다. 또한, 전자 수송층은 단층인 것뿐만 아니라, 상기 물질로 이루어지는 층을 2층 이상 적층한 것을 이용해도 좋다.
또한, 고분자 화합물을 이용할 수도 있다. 예를 들어, 폴리[(9, 9-디헥실플루오렌-2, 7-디일)-co-(피리딘-3, 5-디일)](약칭: PF-Py), 폴리[(9, 9-디옥틸플루오렌-2, 7-디일)-co-(2, 2’-비피리딘-6, 6’-디일)](약칭: PF-BPy) 등을 이용할 수 있다.
전자 주입층은 전자 주입성이 높은 물질을 포함하는 층이다. 전자 주입성이 높은 물질로서는, 리튬(Li), 세슘(Cs), 칼슘(Ca), 플루오르화 리튬(LiF), 플루오르화 세슘(CsF), 플루오르화 칼슘(CaF2) 등의 알칼리금속, 알칼리토류금속 또는 이들의 화합물을 들 수 있다. 또한, 전자 수송성을 갖는 물질 중에 알칼리금속 또는 알칼리토류금속 또는 그들의 화합물을 함유시킨 것, 예를 들어 Alq 중에 마그네슘(Mg)을 함유시킨 것 등을 이용할 수도 있다. 이와 같은 구조로 함으로써, 음극(1102)으로부터의 전자 주입 효율을 보다 높일 수 있다.
이들 층을 적절히 조합하여 발광 물질을 포함하는 유기층(1103)을 형성하는 방법으로서는, 여러 가지 방법(예를 들어, 건식법이나 습식법 등)을 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 이용하는 재료에 따라 진공 증착법, 잉크젯법 또는 스핀 코트법 등을 선택하여 이용하면 된다. 또한, 각 층에서 다른 방법을 이용하여 형성해도 좋다.
＜전하 발생 영역에 이용할 수 있는 재료＞
제 1 전하 발생 영역(1106) 및 제 2 전하 발생 영역은 정공 수송성이 높은 물질과 억셉터성 물질을 포함하는 영역이다. 또한, 전하 발생 영역은 동일 막 내에 정공 수송성이 높은 물질과 억셉터성 물질을 함유하는 경우뿐만 아니라, 정공 수송성이 높은 물질을 포함하는 층과 억셉터성 물질을 포함하는 층이 적층되어 있어도 좋다. 단, 제 1 전하 발생 영역을 음극 측에 마련하는 적층 구조인 경우에는, 정공 수송성이 높은 물질을 포함하는 층이 음극(1102)과 접하는 구조가 되고, 제 2 전하 발생 영역을 양극 측에 마련하는 적층 구조인 경우에는, 억셉터성 물질을 포함하는 층이 양극(1101)과 접하는 구조가 된다.
또한, 전하 발생 영역에 있어서, 정공 수송성이 높은 물질에 대하여 질량비로, 0.1 이상 4.0 이하의 비율로 억셉터성 물질을 첨가하는 것이 바람직하다.
전하 발생 영역에 이용하는 억셉터성 물질로서는, 천이금속 산화물이나 원소 주기표에 있어서의 제4족 내지 제8족에 속하는 금속 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는, 산화 몰리브덴이 특히 바람직하다. 또한, 산화 몰리브덴은 흡습성이 낮은 특징을 갖고 있다.
또한, 전하 발생 영역에 이용하는 정공 수송성이 높은 물질로서는, 방향족 아민 화합물, 카르바졸 유도체, 방향족 탄화수소, 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등) 등, 여러 가지 유기 화합물을 이용할 수 있다. 구체적으로는, 10－6㎠/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질인 것이 바람직하다. 단, 전자보다 정공의 수송성이 높은 물질이라면, 이들 이외의 것을 이용해도 좋다.
＜전자 릴레이층에 이용할 수 있는 재료＞
전자 릴레이층(1105)은 제 1 전하 발생 영역(1106)에 있어서 억셉터성 물질이 추출한 전자를 신속하게 수취할 수 있는 층이다. 따라서, 전자 릴레이층(1105)은 전자 수송성이 높은 물질을 포함하는 층이며, 또한 그 LUMO 준위는 제 1 전하 발생 영역(1106)에 있어서의 억셉터성 물질의 억셉터 준위와, 발광 물질을 포함하는 유기층(1103)의 LUMO 준위 사이에 위치한다. 구체적으로는, 대략 -5.0eV 이상 -3.0eV 이하로 하는 것이 바람직하다.
전자 릴레이층(1105)에 이용하는 물질로서는, 예를 들어 페릴렌 유도체나, 함질소 축합 방향족 화합물을 들 수 있다. 또한, 함질소 축합 방향족 화합물은 안정적인 화합물이므로 전자 릴레이층(1105)에 이용하는 물질로서 바람직하다. 또한, 함질소 축합 방향족 화합물 중, 시안기나 플루오로기 등의 전자 흡인기를 갖는 화합물을 이용함으로써, 전자 릴레이층(1105)에 있어서의 전자의 수취가 더욱 용이해지기 때문에 바람직하다.
페릴렌 유도체의 구체적인 예로서는, 3, 4, 9, 10-페릴렌테트라카르본산 이무수물(약칭: PTCDA), 3, 4, 9, 10－페릴렌테트라카르복실릭비스벤조이미다졸(약칭: PTCBI), N, N’-디옥틸-3, 4, 9, 10-페릴렌테트라카르본산디이미드(약칭: PTCDI-C8H), N, N’-디헥실-3, 4, 9, 10－페릴렌테트라카르본산디이미드(약칭: Hex PTC) 등을 들 수 있다.
또한, 함질소 축합 방향족 화합물의 구체적인 예로서는, 피라지노[2, 3-f][1, 10]페난트롤린-2, 3-디카르보니트릴(약칭: PPDN), 2, 3, 6, 7, 10, 11-헥사시아노-1, 4, 5, 8, 9, 12-헥사아자트리페닐렌(약칭: HAT(CN)6), 2, 3-디페닐피리도[2, 3-b]피라진(약칭: 2PYPR), 2, 3-비스(4-플루오로페닐)피리도[2, 3-b]피라진(약칭: F2PYPR) 등을 들 수 있다.
그 외에도, 7, 7, 8, 8,-테트라시아노퀴노디메탄(약칭: TCNQ), 1, 4, 5, 8,-나프탈렌테트라카르본산 이무수물(약칭: NTCDA), 퍼플루오로펜타센, 구리 헥사데카플루오로프탈로시아닌(약칭: F16CuPc), N, N’-비스(2, 2, 3, 3, 4, 4, 5, 5, 6, 6, 7, 7, 8, 8, 8, 펜타데카플루오로옥틸-1, 4, 5, 8-나프탈렌테트라카르본산디이미드(약칭: NTCDI-C8F), 3’, 4’-디부틸-5, 5’’-비스(디시아노메틸렌)-5, 5’’-디히드로-2, 2’:5’, 2’’-테르티오펜(약칭: DCMT), 메타노플러렌(예를 들어[6, 6]-페닐C61 부티르산 메틸 에스테르) 등을 전자 릴레이층(1105)에 이용할 수 있다.
＜전자 주입 버퍼에 이용할 수 있는 재료＞
전자 주입 버퍼(1104)는 제 1 전하 발생 영역(1106)으로부터 발광 물질을 포함하는 유기층(1103)에의 전자의 주입을 용이하게 하는 층이다. 전자 주입 버퍼(1104)를 제 1 전하 발생 영역(1106)과 발광 물질을 포함하는 유기층(1103) 사이에 마련함으로써, 양자의 주입 장벽을 완화할 수 있다.
전자 주입 버퍼(1104)에는 알칼리금속, 알칼리토류금속, 희토류금속 및 이들의 화합물(알칼리금속 화합물(산화 리튬 등의 산화물, 할로겐화물, 탄산 리튬이나 탄산 세슘 등의 탄산염을 포함함), 알칼리토류금속 화합물(산화물, 할로겐화물, 탄산염을 포함함) 또는 희토류금속의 화합물(산화물, 할로겐화물, 탄산염을 포함함)) 등의 전자 주입성이 높은 물질을 이용하는 것이 가능하다.
또한, 전자 주입 버퍼(1104)가 전자 수송성이 높은 물질과 도너성 물질을 포함하여 형성되는 경우에는, 전자 수송성이 높은 물질에 대하여 질량비로, 0.001 이상 0.1 이하의 비율로 도너성 물질을 첨가하는 것이 바람직하다. 또한, 도너성 물질로서는, 알칼리금속, 알칼리토류금속, 희토류금속 및 이들의 화합물(알칼리금속 화합물(산화 리튬 등의 산화물, 할로겐화물, 탄산 리튬이나 탄산 세슘 등의 탄산염을 포함함), 알칼리토류금속 화합물(산화물, 할로겐화물, 탄산염을 포함함) 또는 희토류금속의 화합물(산화물, 할로겐화물, 탄산염을 포함함)) 외에, 테트라티아나프타센(약칭: TTN), 니켈로센, 데카메틸니켈로센 등의 유기 화합물을 이용할 수도 있다. 또한, 전자 수송성이 높은 물질로서는, 앞서 설명한 발광 물질을 포함하는 유기층(1103)의 일부에 형성할 수 있는 전자 수송층의 재료와 동일한 재료를 이용하여 형성할 수 있다.
이상과 같은 재료를 조합함으로써 본 실시형태에 나타내는 발광 소자를 제작할 수 있다. 이 발광 소자로부터는, 상술한 발광 물질로부터의 발광을 얻을 수 있고, 그 발광색은 발광 물질의 종류를 변경함으로써 선택할 수 있다. 또한, 발광색이 다른 복수의 발광 물질을 이용함으로써 발광 스펙트럼의 폭을 넓혀, 예를 들어 백색 발광을 얻을 수도 있다. 또한, 백색 발광을 얻는 경우에는, 서로 보색이 되는 발광색을 나타내는 발광 물질을 이용하면 되고, 예를 들어 보색이 되는 발광색을 나타내는 다른 층을 구비하는 구성 등을 이용할 수 있다. 구체적인 보색의 관계로는, 예를 들어 청색과 황색 또는 청록색과 적색 등을 들 수 있다.
본 실시형태에서 설명한 발광 소자는 실시 형태 1의 표시 장치에 적용할 수 있다. 본 실시형태의 발광 소자를 적용한 실시 형태 1의 표시 장치, 즉 발광 물질을 포함하는 유기층과 한쪽 면을 접하는 제 2 전극의 다른 한쪽 면 측에 수소 이온 및/또는 수소 분자의 흡착층을 구비하는 발광 표시 장치에 있어서, 제 2 전극의 유기층 측에 발생한 수소 이온 및/또는 수소 분자가 제 2 전극의 다른 한쪽 측에 마련한 수소 이온 및/또는 수소 분자의 흡착층으로 이동한다. 이로써, 제 2 전극의 유기층 측으로서 산화물 반도체를 이용한 반도체 소자가 마련된 영역에 있어서, 산화물 반도체의 캐리어 농도를 높이는 원인이 되는 수소 이온 및/또는 수소 분자의 농도가 저하하고, 따라서 산화물 반도체를 이용한 반도체 소자의 특성 및 그를 포함하는 반도체 장치의 신뢰성을 높이는 효과를 나타낸다.
또한, 제 2 전극에 수소 이온 및/또는 수소 분자가 투과하는 개구부를 마련하면, 제 2 전극의 유기층 측에 발생한 수소 이온 및/또는 수소 분자가 제 2 전극을 용이하게 투과할 수 있다. 이로써, 제 2 전극의 유기층 측으로서 산화물 반도체를 이용한 반도체 소자가 마련된 영역에 있어서, 수소 이온 및/또는 수소 분자의 농도가 저하하고, 따라서 산화물 반도체를 이용한 반도체 소자의 특성 및 그를 포함하는 반도체 장치의 신뢰성을 높이는 효과를 나타낸다.
또한, 본 실시형태는 본 명세서에서 나타내는 다른 실시형태와 적절히 조합할 수 있다.
505 : 기판 506 : 절연층
507 : 게이트 절연층 510 : 트랜지스터
511 : 게이트 전극층 515a : 소스 전극층
515b : 드레인 전극층 516 : 절연층
517 : 평탄화층 518 : 개구부
519 : 백게이트 전극 530 : 산화물 반도체막
531 : 산화물 반도체층 601 : 전극
1101 : 양극 1102 : 음극
1103 : 유기층 1104 : 전자 주입 버퍼
1105 : 전자 릴레이층 1106 : 전하 발생 영역
4501 : 기판 4502 : 화소부
4503a : 신호선 구동 회로 4504a : 주사선 구동 회로
4505 : 시일재 4506 : 기판
4509 : 트랜지스터 4515 : 접속 단자 전극
4516 : 단자 전극 4518a : FPC
4519 : 이방성 도전막 4527 : 층간절연층
4528 : 개구부 4529 : 격벽
4530 : 충전재 4531 : 흡착층
4532 : 수소 투과막 4534a : 구조체
4534b : 구조체 4535 : 개구부
4540 : 백게이트 전극 4601 : 전극
4602 : 전극 4603 : 유기층
6400 : 화소 6401 : 스위칭용 트랜지스터
6402 : 트랜지스터 6403 : 용량소자
6404 : 발광 소자

Claims (24)

  1. 제 1 기판과;
    상기 제 1 기판 위의 트랜지스터와;
    상기 제 1 기판 위의 발광 소자와,
    상기 발광 소자는:
    상기 트랜지스터의 소스 전극 또는 드레인 전극에 전기적으로 접속된 제 1 전극과,
    상기 제 1 전극에 중첩되어 있는 제 2 전극과,
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 발광 물질을 포함하는 유기층을 포함하고,
    상기 트랜지스터와 상기 발광 소자를 둘러싸고 있는 시일재와;
    상기 제 1 기판에 대향하여 있고 상기 시일재로 상기 제 1 기판에 고정되어 있는 제 2 기판과;
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이의 흡착층을 포함하고,
    상기 흡착층은 수소 이온과 수소 분자 중의 적어도 하나를 흡수할 수 있고,
    상기 트랜지스터의 채널 형성 영역은 산화물 반도체를 포함하는, 반도체 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡착층은 제올라이트를 포함하는, 반도체 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡착층은 팔라듐을 포함하는, 반도체 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 트랜지스터는 인핸스먼트형 트랜지스터인, 반도체 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 기판은 오목부를 가진, 반도체 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광 소자와 상기 흡착층 사이에 제공된 수소 투과막을 더 포함하는, 반도체 장치.
  7. 제 1 기판과;
    상기 제 1 기판 위의 트랜지스터와;
    상기 제 1 기판 위의 발광 소자와,
    상기 발광 소자는:
    상기 트랜지스터의 소스 전극 또는 드레인 전극에 전기적으로 접속된 제 1 전극과,
    상기 제 1 전극에 중첩되어 있는 제 2 전극과, 상기 제 2 전극은 개구부를 가지고,
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 발광 물질을 포함하는 유기층을 포함하고,
    상기 트랜지스터와 상기 발광 소자를 둘러싸고 있는 시일재와;
    상기 제 1 기판에 대향하여 있고 상기 시일재로 상기 제 1 기판에 고정되어 있는 제 2 기판과;
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이의 흡착층을 포함하고,
    상기 흡착층은 수소 이온과 수소 분자 중의 적어도 하나를 흡수할 수 있고,
    상기 트랜지스터의 채널 형성 영역은 산화물 반도체를 포함하는, 반도체 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 흡착층은 제올라이트를 포함하는, 반도체 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 흡착층은 팔라듐을 포함하는, 반도체 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 트랜지스터는 인핸스먼트형 트랜지스터인, 반도체 장치.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 기판은 오목부를 가진, 반도체 장치.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 발광 소자와 상기 흡착층 사이에 제공된 수소 투과막을 더 포함하는, 반도체 장치.
  13. 제 1 기판 위의 트랜지스터를 형성하는 공정과; 상기 트랜지스터는 채널 형성 영역과 소스 전극과 드레인 전극을 포함하고,
    상기 트랜지스터의 상기 소스 전극 또는 상기 드레인 전극에 전기적으로 접속된 제 1 전극을 형성하는 공정과,
    상기 제 1 전극 위에 발광 물질을 포함하는 유기층을 형성하는 공정과,
    발광 소자를 형성하기 위하여 상기 유기층 위에 제 2 전극을 형성하는 공정과,
    상기 제 2 기판이 상기 제 1 기판과 대향하도록 상기 제 2 기판을 시일재로 고정하여 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 흡착층을 제공하는 공정을 포함하고,
    상기 시일재는 상기 트랜지스터와 상기 발광 소자를 둘러싸고,
    상기 흡착층은 수소 이온과 수소 분자 중의 적어도 하나를 흡수할 수 있고,
    상기 채널 형성 영역은 산화물 반도체를 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 흡착층은 제올라이트를 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 흡착층은 팔라듐을 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 트랜지스터는 인핸스먼트형 트랜지스터인, 반도체 장치의 제조 방법.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 2 기판 내에 오목부를 형성하는 공정을 더 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 발광 소자와 상기 흡착층 사이에 수소 투과막을 형성하는 공정을 더 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  19. 제 1 기판 위의 트랜지스터를 형성하는 공정과; 상기 트랜지스터는 채널 형성 영역과 소스 전극과 드레인 전극을 포함하고,
    상기 트랜지스터의 상기 소스 전극 또는 상기 드레인 전극에 전기적으로 접속된 제 1 전극을 형성하는 공정과,
    상기 제 1 전극 위에 발광 물질을 포함하는 유기층을 형성하는 공정과,
    발광 소자를 형성하기 위하여 상기 유기층 위에 제 2 전극을 형성하는 공정과,
    상기 제 2 전극 내에 개구부를 형성하는 공정과,
    상기 제 2 기판이 상기 제 1 기판과 대향하도록 상기 제 2 기판을 시일재로 고정하여 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 흡착층을 제공하는 공정을 포함하고,
    상기 시일재는 상기 트랜지스터와 상기 발광 소자를 둘러싸고,
    상기 흡착층은 수소 이온과 수소 분자 중의 적어도 하나를 흡수할 수 있고,
    상기 채널 형성 영역은 산화물 반도체를 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 흡착층은 제올라이트를 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 흡착층은 팔라듐을 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 트랜지스터는 인핸스먼트형 트랜지스터인, 반도체 장치의 제조 방법.
  23. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 2 기판은 오목부를 가지는, 반도체 장치의 제조 방법.
  24. 제 19 항에 있어서,
    상기 발광 소자와 상기 흡착층 사이에 수소 투과막을 형성하는 공정을 더 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법.
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