KR20120125172A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
반도체 장치 및 반도체 장치의 제작 방법에 관한 것이다.A manufacturing method of a semiconductor device and a semiconductor device.
또한, 본 명세서 중에 있어서 반도체 장치란, 반도체 특성을 이용함으로써 기능할 수 있는 장치 전반을 가리키고, 전기 광학 장치, 반도체 회로 및 전자 기기는 모두 반도체 장치이다.In addition, in this specification, a semiconductor device refers to the general apparatus which can function by using a semiconductor characteristic, and an electro-optical device, a semiconductor circuit, and an electronic device are all semiconductor devices.
절연 표면을 갖는 기판 위에 형성된 반도체 박막을 사용하여 트랜지스터(박막 트랜지스터(TFT)라고도 한다)를 구성하는 기술이 주목받고 있다. 상기 트랜지스터는 집적 회로(IC)나 화상 표시 장치(표시 장치)와 같은 전자 디바이스에 널리 응용되고 있다. 트랜지스터에 적용 가능한 반도체 박막으로서 실리콘계 반도체 재료가 널리 알려져 있지만, 그 밖의 재료로서 산화물 반도체 재료가 주목받고 있다.A technique for constructing a transistor (also referred to as a thin film transistor (TFT)) using a semiconductor thin film formed on a substrate having an insulating surface has attracted attention. The transistor is widely applied to electronic devices such as an integrated circuit (IC) and an image display device (display device). Although silicon-based semiconductor materials are widely known as semiconductor thin films applicable to transistors, oxide semiconductor materials have attracted attention as other materials.
예를 들면, 트랜지스터의 활성층으로서, 전자 캐리어 농도가 1018/㎤ 미만인 인듐(In), 갈륨(Ga), 및 아연(Zn)을 함유하는 비정질 산화물을 사용한 트랜지스터가 개시되어 있다(특허문헌 1 참조).For example, a transistor using an amorphous oxide containing indium (In), gallium (Ga), and zinc (Zn) having an electron carrier concentration of less than 10 18 / cm 3 is disclosed as an active layer of the transistor (see Patent Document 1). ).
그러나, 산화물 반도체를 갖는 반도체 디바이스에 있어서, 산화물 반도체의 박막 형성 공정에서 전자 공여체를 형성하는 수소나 수분의 혼입 등이 발생하면, 그 전기 전도도가 변화되어 버린다. 또한, 성막된 산화물 반도체 박막이 산소 결손을 갖는 경우에도, 전기 전도율이 변화되어 버릴 우려가 있다. 이러한 현상은, 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터에 있어서 전기적 특성의 변동 요인이 된다.However, in a semiconductor device having an oxide semiconductor, the electrical conductivity changes when hydrogen, moisture, or the like forming an electron donor occurs in the thin film forming step of the oxide semiconductor. Moreover, even when the oxide semiconductor thin film formed has oxygen deficiency, there exists a possibility that an electrical conductivity may change. This phenomenon becomes a factor of fluctuation of electrical characteristics in the transistor using the oxide semiconductor.
이러한 문제를 감안하여, 산화물 반도체를 사용한 반도체 장치에 안정된 전기적 특성을 부여하고, 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제공하는 것을 목적의 하나로 한다.In view of these problems, it is an object of the present invention to provide a stable semiconductor device to a semiconductor device using an oxide semiconductor and to provide a highly reliable semiconductor device.
개시하는 발명에 따르는 반도체 장치는, 화학량론적 조성비를 초과하는 산소(즉, 화학량론을 초과하는 산소)를 함유하는 영역을 갖는 비정질 산화물 반도체층과, 상기 비정질 산화물 반도체층 위에 형성된 산화알루미늄막을 포함하여 구성된다. 상기 비정질 산화물 반도체층은, 탈수화 또는 탈수소화 처리를 행한 결정성 또는 비정질 산화물 반도체층에 대해, 산소 주입 처리를 행하고, 그 후, 산화알루미늄막을 형성한 상태에서, 비정질 상태를 유지하도록 열처리를 행함으로써 형성된다. 상기 열처리의 온도는 450℃ 이하이다. 보다 구체적으로는, 예를 들면 이하의 구성으로 할 수 있다.A semiconductor device according to the present invention includes an amorphous oxide semiconductor layer having a region containing oxygen in excess of a stoichiometric composition ratio (i.e., oxygen in excess of stoichiometry), and an aluminum oxide film formed on the amorphous oxide semiconductor layer. It is composed. The amorphous oxide semiconductor layer is subjected to oxygen injection treatment to a crystalline or amorphous oxide semiconductor layer subjected to dehydration or dehydrogenation treatment, and thereafter, heat treatment is performed to maintain an amorphous state in the state where an aluminum oxide film is formed. It is formed by. The temperature of the said heat processing is 450 degrees C or less. More specifically, it can be set as the following structures, for example.
본 발명의 일 형태는, 화학량론적 조성비를 초과하는 산소를 함유하는 영역을 갖는 비정질 산화물 반도체층과, 비정질 산화물 반도체층에 전기적으로 접속하는 소스 전극 및 드레인 전극과, 비정질 산화물 반도체층과 중첩되는 게이트 전극과, 비정질 산화물 반도체층과, 게이트 전극과의 사이에 형성된 게이트 절연층과, 비정질 산화물 반도체층 위에 형성된 산화알루미늄막을 갖는 반도체 장치이다.One embodiment of the present invention provides an amorphous oxide semiconductor layer having a region containing oxygen exceeding a stoichiometric composition ratio, a source electrode and a drain electrode electrically connected to the amorphous oxide semiconductor layer, and a gate overlapping the amorphous oxide semiconductor layer. A semiconductor device having an electrode, an amorphous oxide semiconductor layer, a gate insulating layer formed between the gate electrode, and an aluminum oxide film formed on the amorphous oxide semiconductor layer.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는, 화학량론적 조성비를 초과하는 산소를 함유하는 영역을 갖는 비정질 산화물 반도체층과, 비정질 산화물 반도체층과 전기적으로 접속하는 소스 전극 및 드레인 전극과, 소스 전극 및 드레인 전극을 덮고, 비정질 산화물 반도체층 위에 형성된 게이트 절연층과, 게이트 절연층 위에 형성되고, 비정질 산화물 반도체층과 중첩되는 게이트 전극과, 게이트 전극 위에 접하여 형성된 산화알루미늄막을 갖는 반도체 장치이다.Another embodiment of the present invention is an amorphous oxide semiconductor layer having a region containing oxygen exceeding a stoichiometric composition ratio, a source electrode and a drain electrode electrically connected to the amorphous oxide semiconductor layer, a source electrode and a drain electrode And a gate insulating layer formed over the amorphous oxide semiconductor layer, a gate electrode formed over the gate insulating layer and overlapping with the amorphous oxide semiconductor layer, and an aluminum oxide film formed over and in contact with the gate electrode.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는, 게이트 전극과, 게이트 전극 위에 형성된 게이트 절연층과, 게이트 절연층 위로서 게이트 전극과 중첩되는 위치에 형성되고, 화학량론적 조성비를 초과하는 산소를 함유하는 영역을 갖는 비정질 산화물 반도체층과, 비정질 산화물 반도체층과 전기적으로 접속하는 소스 전극 및 드레인 전극과, 비정질 산화물 반도체층의 적어도 일부와 접하고, 비정질 산화물 반도체층 위에 형성된 산화알루미늄막을 갖는 반도체 장치이다.In another embodiment of the present invention, a gate electrode, a gate insulating layer formed on the gate electrode, and a region formed on the gate insulating layer overlapping with the gate electrode and containing oxygen exceeding the stoichiometric composition ratio are provided. A semiconductor device having an amorphous oxide semiconductor layer, a source electrode and a drain electrode electrically connected to the amorphous oxide semiconductor layer, and an aluminum oxide film formed on the amorphous oxide semiconductor layer in contact with at least a portion of the amorphous oxide semiconductor layer.
상기의 반도체 장치 중 어느 하나에 있어서, 게이트 절연층은, 화학량론적 조성비를 초과하는 산소를 함유하는 영역을 갖는 것이 바람직하다.In any of the above semiconductor devices, the gate insulating layer preferably has a region containing oxygen exceeding the stoichiometric composition ratio.
또한, 상기의 반도체 장치 중 어느 하나에 있어서, 산화알루미늄막과, 비정질 산화물 반도체층 사이에 산화물 절연막을 가지며, 산화물 절연막은, 화학량론적 조성비를 초과하는 산소를 함유하는 영역을 갖는 것이 바람직하다.In any of the above semiconductor devices, it is preferable to have an oxide insulating film between the aluminum oxide film and the amorphous oxide semiconductor layer, and the oxide insulating film has a region containing oxygen exceeding the stoichiometric composition ratio.
또한, 본 명세서 등에 있어서, 「위」라는 용어는, 구성 요소의 위치 관계가 「바로 위」인 것을 한정하는 것이 아니다. 예를 들면, 「게이트 절연층 위의 게이트 전극」이라는 표현이면, 게이트 절연층과 게이트 전극 사이에 다른 구성 요소를 포함하는 것을 제외하지 않는다. 또한, 「아래」라는 용어에 관해서도 마찬가지이다.In addition, in this specification etc., the term "above" does not limit that the positional relationship of a component is "right above." For example, the expression "gate electrode on the gate insulating layer" does not exclude the inclusion of another component between the gate insulating layer and the gate electrode. The same applies to the term "below".
또한, 본 명세서 등에 있어서, 「전극」이나 「배선」이라는 용어는, 이들 구성 요소를 기능적으로 한정하는 것이 아니다. 예를 들면, 「전극」은 「배선」의 일부로서 사용되는 경우가 있고, 그 반대도 또한 마찬가지이다. 또한, 「전극」이나 「배선」이라는 용어는, 복수의 「전극」이나 「배선」이 일체가 되어 형성되어 있는 경우 등도 포함한다.In addition, in this specification etc., the terms "electrode" and "wiring" do not functionally limit these components. For example, "electrode" may be used as part of "wiring" and vice versa. The term "electrode" or "wiring" also includes the case where a plurality of "electrodes" and "wiring" are formed integrally.
산소의 주입에 의해 비정질 산화물 반도체층에 산소를 과잉으로 함유시키고, 비정질 산화물 반도체층 중의 산소가 방출되지 않도록 산화알루미늄막을 비정질 산화물 반도체층 위에 형성한 상태에서 열처리를 행함으로써, 비정질 산화물 반도체중 및 그 상하에서 접하는 층과의 계면에서 결함이 생성되는 것, 또는, 결함이 증가하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 비정질 산화물 반도체층에 함유시킨 과잉의 산소가, 산소 공공 결함을 메우도록 작용하기 때문에, 안정된 전기 특성을 갖는 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제공할 수 있다.By injecting oxygen, the amorphous oxide semiconductor layer contains an excess of oxygen, and heat treatment is performed in a state where an aluminum oxide film is formed on the amorphous oxide semiconductor layer so that oxygen in the amorphous oxide semiconductor layer is not released. It can be prevented that a defect is produced | generated at the interface with the layer which contact | connects up and down, or that a defect increases. That is, since excess oxygen contained in the amorphous oxide semiconductor layer acts to fill the oxygen vacancies defect, a highly reliable semiconductor device having stable electrical characteristics can be provided.
도 1a 내지 도 1c는 반도체 장치의 일 형태를 설명하는 평면도 및 단면도.
도 2a 내지 도 2c는 반도체 장치의 일 형태를 설명하는 평면도 및 단면도.
도 3a 내지 도 3d는 반도체 장치의 제작 방법의 일 형태를 설명하는 단면도.
도 4a 내지 도 4d는 반도체 장치의 제작 방법의 일 형태를 설명하는 단면도.
도 5a 내지 도 5c는 반도체 장치의 일 형태를 설명하는 평면도 및 단면도.
도 6a 내지 도 6c는 반도체 장치의 일 형태를 설명하는 평면도 및 단면도.
도 7a 내지 도 7d는 반도체 장치의 제작 방법의 일 형태를 설명하는 단면도.
도 8a 내지 도 8d는 반도체 장치의 제작 방법의 일 형태를 설명하는 단면도.
도 9a 내지 도 9c는 반도체 장치의 일 형태를 설명하는 도면.
도 10은 반도체 장치의 일 형태를 설명하는 도면.
도 11은 반도체 장치의 일 형태를 설명하는 도면.
도 12는 반도체 장치의 일 형태를 설명하는 도면.
도 13a 및 도 13b는 반도체 장치의 일 형태를 설명하는 도면.
도 14a 내지 도 14f는 전자 기기를 도시하는 도면.
도 15a1, 도 15a2, 도 15b1, 및 도 15b2는 실시예 1에서 제작한 시료의 SIMS의 측정 결과를 도시하는 도면.
도 16a1, 도 16a2, 도 16b1, 및 도 16b2는 실시예 1에서 제작한 시료의 SIMS의 측정 결과를 도시하는 도면.
도 17a 내지 도 17d는 실시예 1에서 제작한 시료의 TDS의 측정 결과를 도시하는 도면.
도 18a 내지 도 18d는 실시예 1에서 제작한 시료의 TDS의 측정 결과를 도시하는 도면.
도 19a 내지 도 19c는 실시예 2에서 제작한 시료의 TEM상을 도시하는 도면.1A to 1C are plan views and cross-sectional views illustrating one embodiment of a semiconductor device.
2A to 2C are plan views and cross-sectional views illustrating one embodiment of a semiconductor device.
3A to 3D are cross-sectional views illustrating one embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device.
4A to 4D are cross-sectional views illustrating one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device.
5A to 5C are plan views and cross-sectional views illustrating one embodiment of a semiconductor device.
6A to 6C are plan views and cross-sectional views illustrating one embodiment of a semiconductor device.
7A to 7D are cross-sectional views illustrating one embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device.
8A to 8D are cross-sectional views illustrating one embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device.
9A to 9C illustrate one embodiment of a semiconductor device.
10 is a view for explaining an embodiment of a semiconductor device;
11 is a view for explaining one embodiment of a semiconductor device.
12 illustrates one embodiment of a semiconductor device.
13A and 13B illustrate one embodiment of a semiconductor device.
14A-14F illustrate electronic devices.
15A1, 15A2, 15B1, and 15B2 show the measurement results of SIMS of samples prepared in Example 1. FIG.
Fig. 16A1, Fig. 16A2, Fig. 16B1, and Fig. 16B2 show the measurement results of SIMS of a sample produced in Example 1;
17A to 17D show measurement results of TDS of a sample prepared in Example 1. FIG.
18A to 18D show measurement results of TDS of a sample prepared in Example 1. FIG.
19A to 19C are diagrams showing a TEM image of a sample produced in Example 2. FIGS.
이하에서는, 본 명세서에 개시하는 발명의 실시형태에 관해서 도면을 사용하여 상세하게 설명한다. 단, 본 명세서에 개시하는 발명은 이하의 설명으로 한정되지 않으며, 그 형태 및 상세를 다양하게 변경할 수 있는 것은, 당업자라면 용이하게 이해할 수 있다. 또한, 본 명세서에 개시하는 발명은 이하에 나타내는 실시형태의 기재 내용으로 한정되는 것은 아니다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this invention disclosed in this specification is described in detail using drawing. However, the invention disclosed in this specification is not limited to the following description, and it can be easily understood by those skilled in the art that the form and details can be variously changed. In addition, invention disclosed in this specification is not limited to the description content of embodiment shown below.
또한, 본 명세서 등에 있어서, 제 1, 제 2로서 붙이는 서수사는 편의상 사용하는 것이며, 공정순 또는 적층순을 나타내는 것이 아니다. 또한, 본 명세서 등에 있어서 발명을 특정하기 위한 사항으로서 고유의 명칭을 나타내는 것이 아니다.In addition, in this specification etc., the ordinal numbers used as 1st and 2nd are used for convenience, and do not represent a process order or a lamination order. In addition, in this specification etc., it does not show the original name as a matter for specifying invention.
(실시형태 1)(Embodiment 1)
본 실시형태에서는, 반도체 장치 및 반도체 장치의 제작 방법의 일 형태를, 도 1a 내지 도 3d를 사용하여 설명한다.In this embodiment, one embodiment of the semiconductor device and the manufacturing method of the semiconductor device will be described with reference to FIGS. 1A to 3D.
도 1a 내지 도 1c에, 반도체 장치의 예로서, 톱 게이트형의 트랜지스터(510)의 평면도 및 단면도를 도시한다. 도 1a는, 트랜지스터(510)의 평면도이며, 도 1b 및 도 1c는 각각, 도 1a에 있어서의 A-B 단면 및 C-D 단면에 따르는 단면도이다. 또한, 도 1a에서는, 번잡해지는 것을 피하기 위해서, 트랜지스터(510)의 구성 요소의 일부(예를 들면, 게이트 절연층(406) 등)를 생략하여 도시하고 있다.1A to 1C show a plan view and a cross-sectional view of a
도 1a 내지 도 1c에 도시하는 트랜지스터(510)는, 절연 표면을 갖는 기판(400) 위에, 하지 절연층(402)과, 비정질 산화물 반도체층(404), 소스 전극(405a), 드레인 전극(405b), 게이트 절연층(406), 게이트 전극(410) 및 절연층(412)을 포함한다.The
도 1a 내지 도 1c에 도시하는 트랜지스터(510)에 있어서, 비정질 산화물 반도체층(404)은, 화학량론적 조성비를 초과하는 산소를 함유하는 영역(이하, 산소 과잉 영역이라고도 표기한다)을 가진다. 일반적으로, 비정질 산화물 반도체층(404)을 구성하는 주성분의 하나인 산소는, 막 중에서 다른 주성분 재료의 하나인 금속 원소와의 결합과 해리를 동적으로 반복한다. 산소와 해리된 금속 원소는 미결합수를 가지기 때문에, 비정질 산화물 반도체층 중에 있어서, 산소가 해리된 산소 결손이 일정수 존재할 것으로 생각된다. 그러나, 본 발명의 일 형태에 따르는 트랜지스터에 있어서는, 비정질 산화물 반도체층(404)에 포함되는 과잉의 산소에 의해, 비정질 산화물 반도체층(404) 중의 산소 결손에 의한 결함(산소 결함)을 즉시 메울 수 있다. 따라서, 안정된 전기 특성을 갖는 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제공할 수 있다.In the
비정질 산화물 반도체층(404)은, 막 전체에 걸쳐 비정질 구조를 가진다.The amorphous
또한, 트랜지스터(510)는, 절연층(412)으로서 산화알루미늄막을 포함하는 층이 형성되어 있다. 산화알루미늄은, 수소, 수분, 산소, 그 밖의 불순물을 투과시키기 어렵다고 하는 배리어 기능을 가지고 있기 때문에, 디바이스 완성후에 수분 등의 불순물이 외부로부터 침입하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 절연층(412)은, 적어도 산화알루미늄막을 가지고 있으면 좋으며, 산화알루미늄막과, 다른 무기 절연 재료를 함유하는 막의 적층 구조로 해도 좋다. 또한, 절연층(412)이 다른 무기 절연 재료를 함유하는 막과의 적층 구조인 경우, 상기 기타 무기 절연 재료를 함유하는 막은, 비정질 산화물 반도체층(404)측에 위치하고, 또한, 산소 과잉 영역을 갖는 산화물 절연막인 것이 보다 바람직하다. 예를 들면, 절연층(412)을, 비정질 산화물 반도체층(404)측으로부터, 산소 과잉 영역을 갖는 산화실리콘막과, 산화알루미늄막의 적층 구조로 할 수 있다.In the
게이트 절연층(406)은, 산소 과잉 영역을 갖는 것이 바람직하다. 게이트 절연층(406)이 산소 과잉 영역을 가지고 있으면, 비정질 산화물 반도체층(404)으로부터 게이트 절연층(406)으로의 산소의 이동을 방지할 수 있고, 또한, 게이트 절연층(406)으로부터 비정질 산화물 반도체층(404)으로의 산소의 공급을 행할 수도 있기 때문이다. 마찬가지로, 하지 절연층(402)은, 산소 과잉 영역을 갖는 것이 바람직하다.It is preferable that the
또한, 트랜지스터(510) 위에는, 또한 절연층이 형성되어 있어도 좋다. 또한, 소스 전극(405a)이나 드레인 전극(405b)과 배선을 전기적으로 접속시키기 위해서, 게이트 절연층(406) 등에는 개구가 형성되어 있어도 좋다. 또한, 비정질 산화물 반도체층(404)은 섬 형상으로 가공되어 있지 않아도 좋다.In addition, an insulating layer may be further formed on the
도 2a 내지 도 2c에, 본 실시형태에 따르는 트랜지스터의 다른 구성예를 도시한다. 도 2a는 트랜지스터(520)의 평면도이며, 도 2b 및 도 2c는, 도 2a에 있어서의 E-F 단면 및 G-H 단면에 따르는 단면도이다. 또한, 도 2a에서는, 번잡해지는 것을 피하기 위해서, 트랜지스터(520)의 구성 요소의 일부(예를 들면, 게이트 절연층(406) 등)를 생략하고 있다.2A to 2C show another configuration example of the transistor according to the present embodiment. 2A is a plan view of the
도 2a 내지 도 2c에 도시하는 트랜지스터(520)는, 도 1a 내지 도 1c에 도시하는 트랜지스터(510)와 같이, 절연 표면을 갖는 기판(400) 위에, 하지 절연층(402), 비정질 산화물 반도체층(404), 소스 전극(405a), 드레인 전극(405b), 게이트 절연층(406), 게이트 전극(410) 및 절연층(412)을 포함한다.The
도 2a 내지 도 2c에 도시하는 트랜지스터(520)와 도 1a 내지 도 1c에 도시하는 트랜지스터(510)의 차이점은, 소스 전극(405a) 및 드레인 전극(405b)과, 비정질 산화물 반도체층(404)의 적층순이다. 즉, 트랜지스터(520)는, 하지 절연층(402)에 접하는 소스 전극(405a) 및 드레인 전극(405b)과, 소스 전극(405a) 및 드레인 전극(405b) 위에 형성된 비정질 산화물 반도체층(404)을 가진다. 그 밖의 구성은, 트랜지스터(510)와 같으며, 상세한 것에 관해서는, 트랜지스터(510)에 관한 설명을 참작할 수 있다.The difference between the
이하, 도 3a 내지 도 3d를 사용하여 트랜지스터(510)의 제작 공정의 일례를 도시한다. 또한, 트랜지스터(520)는, 소스 전극(405a) 및 드레인 전극(405b)과, 비정질 산화물 반도체층(404)의 적층순 이외에는, 트랜지스터(510)와 같은 공정으로 제작할 수 있다.Hereinafter, an example of the manufacturing process of the
우선, 절연 표면을 갖는 기판(400) 위에, 하지 절연층(402)을 성막한다. 절연 표면을 갖는 기판(400)에 사용할 수 있는 기판에 큰 제한은 없지만, 적어도, 나중의 열처리에 견딜 수 있을 정도의 내열성을 가지고 있는 것이 필요해진다. 예를 들면, 바륨보로실리케이트 유리나 알루미노보로실리케이트 유리 등의 유리 기판, 세라믹 기판, 석영 기판, 사파이어 기판 등을 사용할 수 있다. 또한, 실리콘이나 탄화실리콘 등의 단결정 반도체 기판, 다결정 반도체 기판, 실리콘 게르마늄 등의 화합물 반도체 기판, SOI 기판 등을 적용할 수도 있고, 이들 기판 위에 반도체 소자가 형성된 것을, 기판(400)으로서 사용해도 좋다.First, a
또한, 기판(400)으로서, 가요성 기판을 사용해도 좋다. 가요성 기판을 사용하는 경우, 가요성 기판 위에 산화물 반도체막을 포함하는 트랜지스터를 직접 제작해도 좋고, 다른 제작 기판에 산화물 반도체막을 포함하는 트랜지스터를 제작하고, 그 후 가요성 기판으로 박리, 전치해도 좋다. 또한, 제작 기판으로부터 가요성 기판으로 박리, 전치하기 위해서, 제작 기판과 산화물 반도체막을 포함하는 트랜지스터와의 사이에 박리층을 형성하면 좋다.As the
하지 절연층(402)은, 산화실리콘, 질화실리콘, 산화질화실리콘, 질화산화실리콘, 산화알루미늄, 질화알루미늄, 산화질화알루미늄, 질화산화알루미늄, 산화하프늄, 산화갈륨, 또는 이들의 혼합 재료를 함유하는 막으로부터 선택된, 단층 또는 적층 구조로 할 수 있다. 단, 하지 절연층(402)을, 산화물 절연막을 포함하는 적층 구조로서 형성한 경우, 상기 산화물 절연막을 나중에 형성되는 비정질 산화물 반도체층(404)과 접하는 구조로 하는 것이 바람직하다. 본 실시형태에 있어서는, 하지 절연층(402)으로서, 산화실리콘막을 플라즈마 CVD법 또는 스퍼터링법 등에 의해 형성한다.The
또한, 하지 절연층(402)은 산소 과잉 영역을 가지면, 하지 절연층(402)에 함유되는 과잉의 산소에 의해, 비정질 산화물 반도체층(404)의 산소 결손을 보충하는 것이 가능하기 때문에 바람직하다. 하지 절연층(402)이 적층 구조인 경우에는, 적어도 비정질 산화물 반도체층(404)과 접하는 층에 있어서 산소 과잉 영역을 갖는 것이 바람직하다. 하지 절연층(402)에 산소 과잉 영역을 형성하기 위해서는, 예를 들면, 산소 분위기하에서 하지 절연층(402)을 성막하면 좋다. 또는, 성막후의 하지 절연층(402)에, 산소(적어도, 산소 라디칼, 산소 원자, 산소 이온 중 어느 하나를 함유한다)를 주입하고, 산소 과잉 영역을 형성해도 좋다. 산소의 주입 방법으로서는, 이온 주입법, 이온 도핑법, 플라즈마 잠입 이온 주입법, 플라즈마 처리 등을 사용할 수 있다.In addition, if the underlying insulating
이어서, 하지 절연층(402) 위에, 막 두께 2nm 이상 200nm 이하, 바람직하게는 5nm 이상 30nm 이하의 비정질 산화물 반도체층(404a)을 형성한다(도 3a 참조).Subsequently, an amorphous
산화물 반도체 재료로서는, In, Ga, Zn 및 Sn으로부터 선택된 2종 이상을 함유하는 금속 산화물 재료를 사용하면 좋다. 예를 들면, 4원계 금속 산화물인 In-Sn-Ga-Zn-O계의 재료나, 3원계 금속 산화물인 In-Ga-Zn-O계의 재료, In-Sn-Zn-O계의 재료, In-Al-Zn-O계의 재료, Sn-Ga-Zn-O계의 재료, Al-Ga-Zn-O계의 재료, Sn-Al-Zn-O계의 재료, Hf-In-Zn-O계의 재료나, 2원계 금속 산화물인 In-Zn-O계의 재료, Sn-Zn-O계의 재료, Al-Zn-O계의 재료, Zn-Mg-O계의 재료, Sn-Mg-O계의 재료, In-Mg-O계의 재료, In-Ga-O계의 재료나, In-O계의 재료, Sn-O계의 재료, Zn-O계의 재료 등을 사용하면 좋다. 또한, 상기 산화물 반도체에 In과 Ga와 Sn과 Zn 이외의 원소, 예를 들면 SiO2를 함유시켜도 좋다.As the oxide semiconductor material, a metal oxide material containing two or more selected from In, Ga, Zn, and Sn may be used. For example, an In-Sn-Ga-Zn-O-based material which is a quaternary metal oxide, an In-Ga-Zn-O-based material which is a ternary metal oxide, an In-Sn-Zn-O-based material, In-Al-Zn-O-based material, Sn-Ga-Zn-O-based material, Al-Ga-Zn-O-based material, Sn-Al-Zn-O-based material, Hf-In-Zn- In-Zn-O-based material, Sn-Zn-O-based material, Al-Zn-O-based material, Zn-Mg-O-based material, Sn-Mg, O-based material or binary metal oxide -O-based material, In-Mg-O-based material, In-Ga-O-based material, In-O-based material, Sn-O-based material, Zn-O-based material, etc. may be used. . The oxide semiconductor may contain an element other than In, Ga, Sn, and Zn, for example, SiO 2 .
여기에서, 예를 들면, In-Ga-Zn-O계 산화물 반도체란, 인듐(In), 갈륨(Ga), 아연(Zn)을 갖는 산화물 반도체라는 의미이며, 그 조성비는 상관하지 않는다.Here, for example, an In—Ga—Zn—O based oxide semiconductor means an oxide semiconductor having indium (In), gallium (Ga), and zinc (Zn), and the composition ratio does not matter.
또한, 비정질 산화물 반도체층(404a)에는, 화학식 InMO3(ZnO)m(m>0)로 표기되는 박막을 사용할 수 있다. 여기에서, M은, Zn, Ga, Al, Mn 및 Co로부터 선택된 1개 또는 복수의 금속 원소를 나타낸다. 예를 들면 M으로서, Ga, Ga 및 Al, Ga 및 Mn, 또는 Ga 및 Co 등이 있다.As the amorphous
또한, 산화물 반도체로서 In-Sn-Zn-O계의 재료를 사용하는 경우, 사용하는 타깃의 조성비는, 원자수비로, In:Sn:Zn=1:2:2, In:Sn:Zn=2:1:3, In:Sn:Zn=1:1:1 등으로 하면 좋다.In the case of using an In—Sn—Zn—O-based material as the oxide semiconductor, the composition ratio of the target to be used is an atomic ratio, and In: Sn: Zn = 1: 2: 2, In: Sn: Zn = 2 It is good to set it as 1: 1, In: Sn: Zn = 1: 1: 1.
또한, 산화물 반도체로서 In-Zn-O계의 재료를 사용하는 경우, 사용하는 타깃의 조성비는, 원자수비로, In:Zn=50:1 내지 1:2(몰수비로 환산하면 In2O3:ZnO=25:1 내지 1:4), 바람직하게는 In:Zn=20:1 내지 1:1(몰수비로 환산하면 In2O3:ZnO=10:1 내지 1:2), 보다 바람직하게는 In:Zn=15:1 내지 1.5:1(몰수비로 환산하면 In2O3:ZnO=15:2 내지 3:4)로 한다. 예를 들면, In-Zn-O계 산화물 반도체의 형성에 사용하는 타깃은, 원자수비가 In:Zn:O=X:Y:Z일 때, Z≥1.5X+Y로 한다.In the case of using an In—Zn—O based material as the oxide semiconductor, the composition ratio of the target to be used is, in atomic ratio, In: Zn = 50: 1 to 1: 2 (in terms of molar ratio), In 2 O 3 : ZnO = 25: 1 to 1: 4), preferably In: Zn = 20: 1 to 1: 1 (In 2 O 3 : ZnO = 10: 1 to 1: 2 in terms of molar ratio), more preferably In: Zn = 15: 1 to 1.5: 1 (In 2 O 3 : ZnO = 15: 2 to 3: 4 in terms of molar ratio). For example, the target used for forming an In—Zn—O based oxide semiconductor is Z ≧ 1.5 × + Y when the atomic ratio is In: Zn: O = X: Y: Z.
비정질 산화물 반도체층(404a)은, 스퍼터링법을 사용하여 성막하는 것이 바람직하다. 또한, 스퍼터링법에 의해 비정질 산화물 반도체층(404a)을 형성할 때, 가능한 한 비정질 산화물 반도체층(404a)에 함유되는 수소 농도를 저감시키는 것이 바람직하다. 수소 농도를 저감시키기 위해서는, 스퍼터링 장치의 처리실 내에 공급하는 분위기 가스로서, 수소, 물, 수산기를 갖는 화합물, 또는 수소화물 등의 불순물이 제거된 고순도의 희가스(대표적으로는 아르곤), 산소, 및 희가스와 산소의 혼합 가스를 적절히 사용한다. 또한, 상기 처리실의 배기는, 물의 배기 능력이 높은 크라이오 펌프 또는 수소의 배기 능력이 높은 스퍼터링 이온 펌프를 사용하는 것이 바람직하다.It is preferable to form the amorphous
또한, 하지 절연층(402) 및 비정질 산화물 반도체층(404a)은, 대기로 해방하지 않고 연속적으로 성막하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 기판(400) 표면에 부착된 수소를 함유하는 불순물을, 열처리 또는 플라즈마 처리로 제거한 후, 대기로 해방하지 않고 하지 절연층(402)을 형성하고, 계속해서 대기로 해방하지 않고 비정질 산화물 반도체층(404a)을 형성해도 좋다. 이와 같이 함으로써, 하지 절연층(402)의 표면에 부착되는 수소를 함유하는 불순물을 저감시키고, 또한, 기판(400)과 하지 절연층(402)의 계면, 및, 하지 절연층(402)과 비정질 산화물 반도체층(404a)의 계면에, 대기 성분이 부착되는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 전기 특성이 양호하고, 신뢰성이 높은 트랜지스터(510)를 제작할 수 있다.In addition, it is preferable that the underlying insulating
또한, 비정질 산화물 반도체층(404a)을 스퍼터링법에 의해 성막하기 전에, 아르곤 가스를 도입하여 플라즈마를 발생시키는 역스퍼터링을 행하여 하지 절연층(402)의 표면에 부착되어 있는 분상 물질(파티클, 먼지라고도 한다)을 제거하는 것이 바람직하다. 역스퍼터링이란, 타깃측에 전압을 인가하지 않고, 아르곤 분위기하에서 기판측에 RF 전원을 사용하여 전압을 인가하여 기판 근방에 플라즈마를 형성하여 표면을 개질하는 방법이다. 또한, 아르곤 분위기 대신에 질소, 헬륨, 산소 등을 사용해도 좋다.In addition, before forming the amorphous
이어서, 비정질 산화물 반도체층(404a)에 수소(물이나 수산기를 함유한다)를 제거(탈수화 또는 탈수소화)하기 위한 열처리(제 1 열처리)를 행한다. 열처리의 온도는, 비정질 산화물 반도체층(404a)이 결정화되지 않는 온도로 하고, 대표적으로는 250℃ 이상 450℃ 이하, 바람직하게는 300℃ 이하로 한다.Next, heat treatment (first heat treatment) for removing (dehydrating or dehydrogenating) hydrogen (containing water or hydroxyl groups) is performed on the amorphous
이 열처리에 의해, n형 불순물인 수소를 산화물 반도체로부터 제거하고, 불순물이 최대한 함유되지 않도록 고순도화할 수 있다. 예를 들면, 탈수화 또는 탈수소화 처리후의 비정질 산화물 반도체층(404a)에 함유되는 수소 농도를, 5×1019/㎤ 이하, 또는 5×1018/㎤ 이하로 할 수 있다.By this heat treatment, hydrogen, which is an n-type impurity, can be removed from the oxide semiconductor, and high purity can be obtained so that impurities are not contained as much as possible. For example, the hydrogen concentration contained in the amorphous
또한, 탈수화 또는 탈수소화를 위한 열처리는, 비정질 산화물 반도체층(404a)을 섬 형상으로 가공하기 전에 행하면, 하지 절연층(402)에 함유되는 산소가 열처리에 의해 방출되는 것을 방지할 수 있기 때문에 바람직하다.In addition, if the heat treatment for dehydration or dehydrogenation is performed before processing the amorphous
또한, 열처리에 있어서는, 질소, 또는 헬륨, 네온, 아르곤 등의 희가스에, 물, 수소 등이 함유되지 않는 것이 바람직하다. 또는, 열처리 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.Moreover, in heat processing, it is preferable that nitrogen, or rare gases, such as helium, neon, argon, do not contain water, hydrogen, etc. Alternatively, the purity of nitrogen introduced into the heat treatment apparatus, or rare gases such as helium, neon, and argon is 6N (99.9999%) or more, preferably 7N (99.99999%) or more (ie, impurity concentration is 1 ppm or less, preferably 0.1 ppm). It is preferable to set it as below).
이어서, 비정질 산화물 반도체층(404a)을 포토리소그래피 공정에 의해 섬 형상의 비정질 산화물 반도체층(404)으로 가공한다. 또한, 섬 형상의 비정질 산화물 반도체층(404)을 형성하기 위한 레지스트 마스크를 잉크젯법으로 형성해도 좋다. 레지스트 마스크를 잉크젯법으로 형성하면, 포토마스크를 사용하지 않기 때문에, 반도체 장치의 제조 비용을 저감시킬 수 있다.Next, the amorphous
이어서, 비정질 산화물 반도체층(404) 위에, 소스 전극 및 드레인 전극(이것과 동일한 층에서 형성되는 배선을 포함한다)이 되는 도전막을 성막하고, 이것을 가공하여 소스 전극(405a) 및 드레인 전극(405b)을 형성한다(도 3b 참조).Subsequently, a conductive film serving as a source electrode and a drain electrode (including a wiring formed in the same layer as this) is formed over the amorphous
소스 전극(405a) 및 드레인 전극(405b)에 사용하는 도전막으로서는, 나중의 열처리 공정을 견딜 수 있는 재료를 사용한다. 예를 들면, Al, Cr, Cu, Ta, Ti, Mo, W로부터 선택된 원소를 함유하는 금속막, 또는 상기한 원소를 성분으로 하는 금속 질화물막(질화티타늄막, 질화몰리브덴막, 질화텅스텐막) 등을 사용할 수 있다. 또한, Al, Cu 등의 금속막의 하측 또는 상측의 한쪽 또는 양쪽에 Ti, Mo, W 등의 고융점 금속막 또는 이들의 금속 질화물막(질화티타늄막, 질화몰리브덴막, 질화텅스텐막)을 적층시킨 구성으로 해도 좋다. 또한, 소스 전극, 및 드레인 전극에 사용하는 도전막으로서는, 도전성의 금속 산화물로 형성해도 좋다. 도전성의 금속 산화물로서는 산화인듐(In2O3), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO), 산화인듐산화주석(In2O3-SnO2, ITO라고 약기한다), 산화인듐산화아연(In2O3-ZnO) 또는 이들의 금속 산화물 재료에 산화실리콘을 함유시킨 것을 사용할 수 있다.As a conductive film used for the
또한, 도전막의 에칭시에, 비정질 산화물 반도체층(404)이 에칭되어, 분단되지 않도록 에칭 조건을 최적화하는 것이 요망된다. 그러나, 도전막만을 에칭하고, 비정질 산화물 반도체층(404)을 전혀 에칭하지 않는다고 하는 조건을 얻는 것은 어려우며, 도전막의 에칭시에 비정질 산화물 반도체층(404)은 일부가 에칭되어 홈부(오목부)를 갖는 비정질 산화물 반도체층이 되는 경우도 있다.In addition, during etching of the conductive film, it is desirable to optimize the etching conditions so that the amorphous
이어서, 소스 전극(405a) 및 드레인 전극(405b)을 덮고, 비정질 산화물 반도체층(404)의 일부와 접하는 게이트 절연층(406)을 형성한다.Subsequently, a
게이트 절연층(406)은, 플라즈마 CVD법 또는 스퍼터링법을 사용하여 성막하는 것이 바람직하며, 산화실리콘막, 산화갈륨막, 산화알루미늄막, 질화실리콘막, 산화질화실리콘막, 산화질화알루미늄막, 또는 질화산화실리콘막으로서 형성할 수 있다. 또는, 게이트 절연층(406)의 재료로서 산화하프늄, 산화이트륨, 산화란탄, 하프늄실리케이트(HfSixOy(x>0, y>0)), 하프늄알루미네이트(HfAlxOy(x>0, y>0)), 질소가 첨가된 하프늄실리케이트, 질소가 첨가된 하프늄알루미네이트 등의 high-k 재료를 사용해도 좋다. 이들의 high-k 재료를 사용함으로써, 게이트 리크 전류를 저감시킬 수 있다. 또한, 게이트 절연층(406)은, 단층 구조로 해도 좋고, 적층 구조로 해도 좋다.The
또한, 게이트 절연층(406)은 산소 과잉 영역을 가지면, 게이트 절연층(406)에 함유되는 과잉 산소에 의해, 비정질 산화물 반도체층(404)의 산소 결손을 보충하는 것이 가능하기 때문에 바람직하다.In addition, when the
이어서, 게이트 절연층(406) 위에서부터 비정질 산화물 반도체층(404)에 산소(421)를 주입하고, 산소 과잉 영역을 형성한다(도 3c 참조). 산소(421)의 주입 처리에 의해, 상기의 탈수화 또는 탈수소화를 목적으로 한 열처리에 의해 동시에 감소되어 버리는 비정질 산화물 반도체층(404) 중의 산소를 공급할 수 있다. 이것에 의해, 비정질 산화물 반도체층(404)을 고순도화 및 전기적으로 i형(진성)화할 수 있다. 또한, 비정질 산화물 반도체층(404)에 산소 과잉 영역을 형성함으로써, 산소 결손을 보충할 수 있다. 이것에 의해, 비정질 산화물 반도체층(404) 중의 전하 포획 중심을 저감시킬 수 있다.Subsequently,
산소(421)의 주입 방법으로서는, 비정질 산화물 반도체층(404) 중 또는 계면에 산소(421)를 주입 가능한 방법을 사용한다. 예를 들면, 이온 주입법 또는 이온 도핑법 등을 사용할 수 있다. 이온 주입법은, 소스 가스를 플라즈마화하고, 이 플라즈마에 함유되는 이온종을 추출하여 질량 분리하고, 소정의 질량을 갖는 이온종을 가속하고, 이온빔으로서, 피처리물에 주입하는 방법이다. 또한, 이온 도핑법은, 소스 가스를 플라즈마화하고, 소정의 전계의 작용에 의해 플라즈마로부터 이온종을 추출하고, 추출된 이온종을 질량 분리하지 않고 가속하고, 이온빔으로서 피처리물에 주입하는 방법이다. 질량 분리를 수반하는 이온 주입법을 사용하여 산소(421)의 주입을 행함으로써, 금속 원소 등의 불순물이 산소(421)와 함께 비정질 산화물 반도체층(404)에 첨가되어 버리는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이온 도핑법은 이온 주입법에 비해 이온빔이 조사되는 면적을 크게 할 수 있기 때문에, 이온 도핑법을 사용하여 산소(421)의 주입을 행함으로써, 테이크 타임을 단축시킬 수 있다.As a method of injecting
또는, 산소(421)의 주입 방법으로서, 플라즈마 잠입 이온 주입법을 사용해도 좋다. 플라즈마 잠입 이온 주입법은, 비정질 산화물 반도체층(404)이 요철이 있는 형상이라도 산소(421)의 주입을 효율적으로 행할 수 있다.Alternatively, a plasma immersion ion implantation method may be used as the implantation method of
또한, 본 실시형태에 있어서는, 게이트 절연층(406)을 통과하여 비정질 산화물 반도체층(404)에 산소(421)를 주입하는 예를 나타낸다. 비정질 산화물 반도체층(404)으로의 산소(421)의 주입을, 비정질 산화물 반도체층(404)에 적층된 막 너머로 행하면, 산소의 주입 깊이(주입 영역)를 보다 제어하기 쉬워지기 때문에, 비정질 산화물 반도체층(404) 중으로 산소(421)를 효율적으로 주입할 수 있다고 하는 이점이 있다. 단, 본 발명의 실시형태는 이것으로 한정되지 않으며, 비정질 산화물 반도체층(404)의 표면이 노출된 상태(즉, 소스 전극(405a) 및 드레인 전극(405b)이 되는 도전막을 형성하기 전) 또는, 절연층(412) 성막후에 행하는 것도 가능하다.In addition, in this embodiment, the example which injects
산소(421)의 주입 깊이는, 가속 전압, 도즈량 등의 주입 조건, 또한 통과시키는 게이트 절연층(406)의 막 두께를 적절히 설정하여 제어하면 좋다. 산소 주입 처리에 의해 비정질 산화물 반도체층(404)의 산소의 함유량을, 그 화학량론적 조성비를 초과하는 정도로 한다. 예를 들면, 산소 주입 처리에 의해 도입된 비정질 산화물 반도체층(404)에 있어서의 산소 농도의 피크를 1×1018/㎤ 이상 5×1021/㎤ 이하로 하는 것이 바람직하다. 주입되는 산소(421)는, 산소 라디칼, 산소 원자, 및/또는 산소 이온을 포함한다. 또한, 산소 과잉 영역은, 비정질 산화물 반도체층(404)의 일부(계면도 포함한다)에 존재하고 있으면 된다.The injection depth of the
또한, 산화물 반도체에 있어서, 산소는 주된 성분의 하나이다. 이로 인해, 산화물 반도체막 중의 산소 농도를, SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry) 등의 방법을 사용하여 정확하게 추산하는 것은 어렵다. 즉, 비정질 산화물 반도체층에 산소가 의도적으로 첨가되었는지 여부를 판별하는 것은 곤란하다고 할 수 있다.In the oxide semiconductor, oxygen is one of the main components. For this reason, it is difficult to accurately estimate the oxygen concentration in the oxide semiconductor film using a method such as Secondary Ion Mass Spectrometry (SIMS). That is, it can be said that it is difficult to determine whether oxygen was intentionally added to the amorphous oxide semiconductor layer.
그런데, 산소에는 17O나 18O와 같은 동위체가 존재하고, 자연계에 있어서의 이들의 존재 비율은 각각 산소 원자 전체의 0.037%, 0.204%인 것이 알려져 있다. 즉, 비정질 산화물 반도체층 중에 있어서의 이들 동위체의 농도는, SIMS 등의 방법에 의해 추산할 수 있는 정도가 되기 때문에, 이들의 농도를 측정함으로써, 비정질 산화물 반도체층 중의 산소 농도를 보다 정확하게 추산하는 것이 가능한 경우가 있다. 따라서, 이들의 농도를 측정함으로써, 비정질 산화물 반도체층에 의도적으로 산소가 첨가되었는지 여부를 판별해도 좋다.However, oxygen has a ratio of their presence in the isotope is present, and the natural world, such as 17 O and 18 O is known that the each of 0.037% of the oxygen atoms, 0.204%. In other words, since the concentration of these isotopes in the amorphous oxide semiconductor layer is such that it can be estimated by a method such as SIMS, it is more accurate to estimate the oxygen concentration in the amorphous oxide semiconductor layer by measuring these concentrations. There is a possibility. Therefore, by measuring these concentrations, it may be determined whether oxygen is intentionally added to the amorphous oxide semiconductor layer.
또한, 비정질 산화물 반도체층(404)에 첨가되는(함유되는) 산소(421)의 일부는 산소의 미결합수를 산화물 반도체 중에 갖고 있어도 좋다. 미결합수를 가짐으로써, 막 중에 잔존할 수 있는 수소와 결합하여 수소를 고정화(비가동 이온화)할 수 있기 때문이다.In addition, part of the
이어서, 게이트 절연층(406) 위에 게이트 전극(이것과 동일한 층에서 형성되는 배선을 포함한다)이 되는 도전막을 성막하고, 이것을 가공하여 게이트 전극(410)을 형성한다. 게이트 전극(410)은, 플라즈마 CVD법 또는 스퍼터링법 등에 의해, 몰리브덴, 티타늄, 탄탈, 텅스텐, 알루미늄, 구리, 네오디뮴, 스칸듐 등의 금속 재료 또는 이들을 주성분으로 하는 합금 재료를 사용하여 형성할 수 있다. 또한, 게이트 전극(410)으로서 인 등의 불순물 원소를 도핑한 다결정 실리콘막으로 대표되는 반도체막, 니켈 실리사이드 등의 실리사이드막을 사용해도 좋다. 게이트 전극(410)은, 단층 구조로 해도 좋고 적층 구조로 해도 좋다.Subsequently, a conductive film serving as a gate electrode (including a wiring formed in the same layer as this) is formed over the
이어서, 게이트 전극(410)을 덮는 절연층(412)을 형성한다(도 3d 참조). 절연층(412)으로서는, 산화알루미늄막을 포함하는 층을 사용할 수 있다. 즉 절연층(412)은 산화알루미늄을 포함한다. 산화알루미늄막은, 수분, 산소, 그 밖의 불순물을 투과시키기 어렵다고 하는 배리어 기능을 가지고 있다. 따라서, 비정질 산화물 반도체층(404) 위에 산화알루미늄막을 형성함으로써, 상기 산화알루미늄막이 패시베이션막으로서 기능하고, 디바이스 완성후에 수분 등의 불순물이 외부로부터 비정질 산화물 반도체층(404)으로 침입하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 비정질 산화물 반도체층(404)으로부터 산소가 방출되는 것을 방지할 수 있다.Next, an insulating
또한, 절연층(412)을, 산소 과잉 영역을 갖는 산화물 절연막(예를 들면, 산화실리콘막, 산화질화실리콘막 등)과, 산화알루미늄막의 적층 구조로 해도 좋다. In addition, the insulating
절연층(412)은, 적어도 1nm 이상의 막 두께로 하고 스퍼터링법 등, 절연층(412)에 물, 수소 등의 불순물을 혼입시키지 않는 방법을 적절히 사용하여 형성할 수 있다. 절연층(412)에 수소가 함유되면, 그 수소의 비정질 산화물 반도체층(404)으로의 침입, 또는 수소에 의한 비정질 산화물 반도체층(404) 중의 산소의 추출이 발생할 우려가 있다. 따라서, 절연층(412)은 가능한 한 수소를 함유하지 않는 막이 되도록, 성막 방법에 수소를 사용하지 않는 것이 중요하다. 절연층(412)을, 성막할 때에 사용하는 스퍼터링 가스는 수소, 물, 수산기를 갖는 화합물 또는 수소화물 등의 불순물이 제거된 고순도 가스를 사용하는 것이 바람직하다.The insulating
절연층(412) 성막후에는, 열처리(제 2 열처리)를 행한다. 열처리의 온도는, 비정질 산화물 반도체층(404)이 결정화되지 않는 온도로 하고, 바람직하게는 250℃ 이상 450℃ 이하로 한다. 상기 열처리는, 질소, 산소, 초건조 공기(물의 함유량이 20ppm 이하, 바람직하게는 1ppm 이하, 보다 바람직하게는 10ppb 이하의 공기), 또는 희가스(아르곤, 헬륨 등)의 분위기하에서 행하면 좋지만, 상기 질소, 산소, 초건조 공기, 또는 희가스 등의 분위기에 물, 수소 등이 함유되지 않는 것이 바람직하다. 또한, 열처리 장치에 도입하는 질소, 산소, 또는 희가스의 순도를, 6N(99.9999%) 이상 바람직하게는 7N(99.99999%) 이상(즉 불순물 농도를 1ppm 이하, 바람직하게는 0.1ppm 이하)으로 하는 것이 바람직하다.After the formation of the insulating
산소 주입 처리후의 열처리(제 2 열처리)의 타이밍은, 본 실시형태의 구성으로 한정되지 않지만, 상기 열처리는, 적어도 절연층(412)의 성막후에 행할 필요가 있다. 절연층(412)으로서 사용하는 산화알루미늄막은, 수소, 수분 등의 불순물, 및 산소의 양자에 대해 막을 투과시키지 않는 차단 효과(블록 효과)가 높고, 절연층(412)을 성막후에 열처리를 행함으로써, 비정질 산화물 반도체층(404)으로부터의 산소의 방출을 방지할 수 있기 때문이다.The timing of the heat treatment (second heat treatment) after the oxygen injection treatment is not limited to the configuration of the present embodiment, but the heat treatment must be performed at least after the formation of the insulating
또한, 제 2 열처리에 의해, 산소를, 비정질 산화물 반도체층(404)과 접하고, 산소를 함유하는 절연막(예를 들면, 게이트 절연층(406) 또는 하지 절연층(402))으로부터 비정질 산화물 반도체층(404)으로 공급해도 좋다.In addition, oxygen is brought into contact with the amorphous
이상의 공정으로 트랜지스터(510)가 형성된다(도 3d 참조). 트랜지스터(510)는, 탈수화 또는 탈수소화를 목적으로 하는 열처리에 의해, 수소, 물, 수산기 또는 수소화물(수소 화합물이라고도 한다) 등의 불순물을 비정질 산화물 반도체층으로부터 의도적으로 배제하고, 그 후의 산소 주입 처리에 의해, 탈수화 또는 탈수소화를 목적으로 하는 열처리에 의해 동시에 감소되어 버리는 산소를 비정질 산화물 반도체층에 공급할 수 있다. 이것에 의해, 비정질 산화물 반도체층을 고순도화 및 전기적으로 i형(진성)화할 수 있다.The
또한, 산소 주입 처리에 의해 산소 과잉 영역을 제작함으로써, 비정질 산화물 반도체층 중 또는 계면에 있어서의 산소 결손의 형성을 억제하고, 산소 결손에 기인하는 에너지갭 중의 도너 준위를 저감시키거나, 또는 실질적으로 없앨 수 있다. 따라서, 트랜지스터(510)는, 전기적 특성 변동이 억제되고 있어 전기적으로 안정적이다. 또한, 비정질 산화물 반도체층은, 전체에 걸쳐 비정질 구조를 갖기 때문에, 막의 일부만이 결정화된 산화물 반도체층과 비교하여 막질의 균일성이 높다.In addition, by producing the excess oxygen region by the oxygen injection treatment, formation of oxygen vacancies in the amorphous oxide semiconductor layer or at the interface is suppressed, and the donor level in the energy gap resulting from the oxygen vacancies is reduced or substantially. I can eliminate it. Therefore, the
본 실시형태에 의해 안정된 전기적 특성을 갖는 비정질 산화물 반도체를 함유하는 반도체 장치를 제공할 수 있다. 또한, 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제공할 수 있다.According to the present embodiment, a semiconductor device containing an amorphous oxide semiconductor having stable electrical characteristics can be provided. In addition, a highly reliable semiconductor device can be provided.
이상, 본 실시형태에 나타내는 구성, 방법 등은, 다른 실시형태에 나타내는 구성, 방법 등과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.As mentioned above, the structure, method, etc. which are shown in this embodiment can be used in appropriate combination with the structure, method, etc. which are shown in another embodiment.
(실시형태 2)(Embodiment 2)
본 실시형태에서는, 실시형태 1과는 상이한 트랜지스터(510)의 제작 방법에 관해서, 도 4a 내지 도 4d를 참조하여 설명한다. 또한, 실시형태 1과 동일 부분 또는 같은 기능을 갖는 부분, 및 공정은, 실시형태 1과 같이 행할 수 있고, 반복 설명은 생략한다. 또한 동일한 개소의 상세한 설명은 생략한다.In this embodiment, a manufacturing method of the
우선, 절연 표면을 갖는 기판(400) 위에 하지 절연층(402)을 형성한 후, 하지 절연층(402)에 접하여 산화물 반도체층(401a)을 형성한다(도 4a 참조).First, an
본 실시형태에 있어서, 산화물 반도체층(401a)으로서는, 실시형태 1에서 나타낸 재료와 같은 재료를 사용하여 성막할 수 있다. 또한, 산화물 반도체층(401a)은, 비정질 구조라도 좋고, 결정 영역을 갖고 있어도 좋다.In the present embodiment, the
스퍼터링법에 의해 산화물 반도체층(401a)을 형성할 때, 가능한 한 산화물 반도체층(401a)에 함유되는 수소 농도를 저감시키는 것이 바람직하다. 수소 농도를 저감시키기 위해서는, 스퍼터링 장치의 처리실 내에 공급하는 분위기 가스로서, 수소, 물, 수산기를 갖는 화합물 또는 수소화물 등의 불순물이 제거된 고순도의 희가스(대표적으로는 아르곤), 산소, 및 희가스와 산소의 혼합 가스를 적절히 사용한다.When forming the
또한, 기판(400)을 고온으로 유지한 상태에서 산화물 반도체층(401a)을 형성하는 것도, 산화물 반도체층(401a) 중에 함유될 수 있는 불순물 농도를 저감시키는데 유효하다. 기판(400)을 가열하는 온도로서는, 150℃ 이상 450℃ 이하로 하면 좋고, 바람직하게는 기판 온도가 200℃ 이상 350℃ 이하로 하면 좋다. 단, 성막시에 기판을 고온으로 가열함으로써, 결정 영역을 갖는 산화물 반도체층이 형성된다.In addition, forming the
본 실시형태에서는, 성막시에 기판을 가열함으로써, 적어도 일부에 결정 영역을 갖는 산화물 반도체층(401a)을 형성하는 것으로 한다.In this embodiment, the
이어서, 성막한 산화물 반도체층(401a)에 탈수화 또는 탈수소화를 목적으로 한 열처리(제 1 열처리)를 행한다. 본 실시형태에 있어서, 제 1 열처리의 온도는, 250℃ 이상 700℃ 이하, 바람직하게는 450℃ 이상 600℃ 이하, 또는 기판의 변형점 미만으로 한다. 제 1 열처리의 온도가 고온(예를 들면, 400℃보다 높은 온도)이면, 산화물 반도체층(401a)으로부터의 불순물의 탈리가 촉진되기 때문에 바람직하다. 또한, 제 1 열처리의 온도가 고온이면, 산화물 반도체층(401a)이 일부 결정화되거나, 또는 결정 영역이 확대될 수 있다.Next, the
이어서, 산화물 반도체층(401a)에 산소(421)를 주입한다. 산소(421)의 주입은 실시형태 1과 같이 행할 수 있다. 상기 산소 주입 처리에 의해, 산화물 반도체층(401a) 중에 포함되는 결정 구조가 파괴되어 비정질화되고, 산소 과잉 영역을 갖는 비정질 산화물 반도체층(404a)이 형성된다(도 4b 참조).Subsequently,
산소(421)의 주입 처리에 의해, 상기의 탈수화 또는 탈수소화를 목적으로 한 열처리에 의해 동시에 감소되어 버리는 비정질 산화물 반도체층(404a) 중의 산소를 공급할 수 있다. 이것에 의해, 비정질 산화물 반도체층(404a)을 고순도화 및 전기적으로 i형(진성)화할 수 있다. 또한, 비정질 산화물 반도체층(404a)에 산소 과잉 영역을 형성함으로써, 막 중의 산소 결손을 보충할 수 있다. 이것에 의해, 비정질 산화물 반도체층(404a) 중의 전하 포획 중심을 저감시킬 수 있다.By the injection processing of the
또한, 본 실시형태에 있어서는, 산화물 반도체층(401a)의 표면이 노출된 상태에서 산소(421)를 주입하는 예를 나타낸다. 단, 본 발명의 실시형태는 이것으로 한정되지 않으며, 게이트 절연층(406) 또는 절연층(412)을 통과하여 비정질 산화물 반도체층(404)에 산소를 주입하는 것도 가능하다.In addition, in this embodiment, the example which injects
이어서, 비정질 산화물 반도체층(404a)을 포토리소그래피 공정에 의해 섬 형상의 비정질 산화물 반도체층(404)으로 가공한다. 비정질 산화물 반도체층(404) 위에, 소스 전극 및 드레인 전극(이것과 동일한 층에서 형성되는 배선을 포함한다)이 되는 도전막을 성막하고, 이것을 가공하여 소스 전극(405a) 및 드레인 전극(405b)을 형성한다.Next, the amorphous
이어서, 소스 전극(405a) 및 드레인 전극(405b)을 덮고, 비정질 산화물 반도체층(404)의 일부와 접하는 게이트 절연층(406)을 형성한다(도 4c 참조).Subsequently, a
이어서, 게이트 절연층(406) 위에 게이트 전극(이것과 동일한 층에서 형성되는 배선을 포함한다)이 되는 도전막을 성막하고, 이것을 가공하여 게이트 전극(410)을 형성한다. 그 후, 게이트 전극(410)을 덮는 절연층(412)을 형성한다(도 4d 참조).Subsequently, a conductive film serving as a gate electrode (including a wiring formed in the same layer as this) is formed over the
절연층(412) 성막후에는, 열처리(제 2 열처리)를 행한다. 열처리의 온도는, 비정질 산화물 반도체층(404)이 결정화되지 않는 온도로 하고, 바람직하게는 250℃ 이상 450℃ 이하로 한다.After the formation of the insulating
이상의 공정으로 트랜지스터(510)가 형성된다(도 4d 참조). 트랜지스터(510)는, 전기적 특성 변동이 억제되고 있어 전기적으로 안정적이다.Through the above steps, the
본 실시형태에 의해 안정된 전기적 특성을 갖는 비정질 산화물 반도체를 함유하는 반도체 장치를 제공할 수 있다. 또한, 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제공할 수 있다.According to the present embodiment, a semiconductor device containing an amorphous oxide semiconductor having stable electrical characteristics can be provided. In addition, a highly reliable semiconductor device can be provided.
이상, 본 실시형태에 나타내는 구성, 방법 등은, 다른 실시형태에 나타내는 구성, 방법 등과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.As mentioned above, the structure, method, etc. which are shown in this embodiment can be used in appropriate combination with the structure, method, etc. which are shown in another embodiment.
(실시형태 3)(Embodiment 3)
본 실시형태에서는, 반도체 장치 및 반도체 장치의 제작 방법의 다른 일 형태를, 도 5a 내지 도 7d를 사용하여 설명한다. 또한, 상기의 실시형태와 동일 부분 또는 같은 기능을 갖는 부분, 및 공정은, 상기의 실시형태와 같이 행할 수 있고, 반복 설명은 생략한다. 또한 동일한 개소의 상세한 설명은 생략한다.In this embodiment, another embodiment of the semiconductor device and the manufacturing method of the semiconductor device will be described with reference to FIGS. 5A to 7D. In addition, the part and process which are the same part as the said embodiment, or the same function can be performed similarly to the said embodiment, and repeated description is abbreviate | omitted. In addition, detailed description of the same location is abbreviate | omitted.
도 5a 내지 도 5c에, 반도체 장치의 예로서, 보텀 게이트형의 트랜지스터(530)의 단면도 및 평면도를 도시한다. 도 5a는 평면도이며, 도 5b 및 도 5c는, 도 5a에 있어서의 I-J 단면 및 K-L 단면에 따르는 단면도이다. 또한, 도 5a에서는, 번잡해지는 것을 피하기 위해서, 트랜지스터(530)의 구성 요소의 일부(예를 들면, 절연층(412) 등)을 생략하고 있다.5A to 5C show a cross-sectional view and a plan view of a
도 5a 내지 도 5c에 도시하는 트랜지스터(530)는, 절연 표면을 갖는 기판(400) 위에, 게이트 전극(410), 게이트 절연층(406), 비정질 산화물 반도체층(404), 소스 전극(405a), 드레인 전극(405b) 및 절연층(412)을 포함한다.The
도 5a 내지 도 5c에 도시하는 트랜지스터(530)에 있어서, 비정질 산화물 반도체층(404)은, 산소 주입 처리가 행해지고 있고, 산소 과잉 영역을 가진다. 산소 주입 처리를 행함으로써, 비정질 산화물 반도체층(404)에 충분한 양의 산소를 함유시킬 수 있기 때문에, 신뢰성이 높아진 트랜지스터(530)가 실현된다.In the
또한, 도 5a 내지 도 5c에 도시하는 트랜지스터(530)에 있어서, 비정질 산화물 반도체층(404)과 접하는 절연층인 게이트 절연층(406)은, 산소 과잉 영역을 갖는 것이 바람직하다. 게이트 절연층(406)이 산소 과잉 영역을 가지고 있으면, 비정질 산화물 반도체층(404)으로부터 게이트 절연층(406)으로의 산소의 이동을 방지할 수 있고, 또한, 게이트 절연층(406)으로부터 비정질 산화물 반도체층(404)으로의 산소의 공급을 행할 수도 있기 때문이다.In the
또한, 마찬가지로, 절연층(412)은, 비정질 산화물 반도체층(404)과 접하고, 또한 산소 과잉 영역을 갖는 산화실리콘막, 산화질화실리콘막 등의 산화물 절연막과, 산화알루미늄막의 적층 구조로 하는 것이 바람직하다. 산화물 절연막이 산소 과잉 영역을 가짐으로써, 산화물 절연막에 함유되는 과잉의 산소에 의해, 비정질 산화물 반도체층(404)의 산소 결손을 보충하는 것이 가능하다.Similarly, the insulating
도 6a 내지 도 6c에, 본 실시형태에 따르는 트랜지스터의 다른 구성예를 도시한다. 도 6a는 트랜지스터(540)의 평면도이며, 도 6b 및 도 6c는, 도 6a에 있어서의 M-N 단면 및 O-P 단면에 따르는 단면도이다. 또한, 도 6a에서는, 번잡해지는 것을 피하기 위해서, 트랜지스터(540)의 구성 요소의 일부(예를 들면, 절연층(412) 등)를 생략하고 있다.6A to 6C show another configuration example of the transistor according to the present embodiment. 6A is a plan view of the
도 6a 내지 도 6c에 도시하는 트랜지스터(540)는, 도 5a 내지 도 5c에 도시하는 트랜지스터(530)와 같이, 절연 표면을 갖는 기판(400) 위에, 게이트 전극(410), 게이트 절연층(406), 비정질 산화물 반도체층(404), 소스 전극(405a), 드레인 전극(405b) 및 절연층(412)을 포함한다.The
도 6a 내지 도 6c에 도시하는 트랜지스터(540)와 도 5a 내지 도 5c에 도시하는 트랜지스터(530)의 차이점은, 소스 전극(405a) 및 드레인 전극(405b)과, 비정질 산화물 반도체층(404)의 적층순이다. 즉, 트랜지스터(540)는, 게이트 절연층(406)에 접하는 소스 전극(405a) 및 드레인 전극(405b)과, 소스 전극(405a) 및 드레인 전극(405b) 위에 형성되고, 게이트 절연층(406)과 적어도 일부가 접하는 비정질 산화물 반도체층(404)을 가진다. 그 밖의 구성은, 트랜지스터(530)와 같으며, 상세한 것에 관해서는, 트랜지스터(530)에 관한 설명을 참작할 수 있다.The difference between the
도 7a 내지 도 7d에 트랜지스터(530)의 제작 방법의 일례를 도시한다. 또한, 트랜지스터(540)는, 소스 전극(405a) 및 드레인 전극(405b)과, 비정질 산화물 반도체층(404)의 적층순 이외에는, 트랜지스터(530)와 같은 공정으로 제작할 수 있다.7A to 7D show an example of the manufacturing method of the
우선, 절연 표면을 갖는 기판(400) 위에 도전막을 형성한 후, 포토리소그래피 공정에 의해 게이트 전극(410)을 형성한다.First, after forming a conductive film on the
또한, 하지막이 되는 절연층을 기판(400)과 게이트 전극(410) 사이에 형성해도 좋다. 하지막은, 기판(400)으로부터의 불순물 원소의 확산을 방지하는 기능이 있고, 질화실리콘막, 산화실리콘막, 질화산화실리콘막, 또는 산화질화실리콘막으로부터 선택된 1개 또는 복수의 막에 의한 적층 구조에 의해 형성할 수 있다.Moreover, you may form the insulating layer used as a base film between the board |
이어서, 게이트 전극(410) 위에 게이트 절연층(406)을 형성하고, 게이트 절연층(406) 위에, 막 두께 2nm 이상 200nm 이하, 바람직하게는 5nm 이상 30nm 이하의 비정질 산화물 반도체층(404a)을 형성한다(도 7a 참조). 비정질 산화물 반도체층(404a)의 성막은, 도 3a에 도시한 공정과 같이 행할 수 있다.Subsequently, a
또한, 게이트 절연층(406) 및 비정질 산화물 반도체층(404a)은, 대기로 해방하지 않고 연속적으로 성막하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 기판(400) 표면 및 게이트 전극(410) 표면에 부착된 수소를 함유하는 불순물을, 열처리 또는 플라즈마 처리로 제거한 후, 대기로 해방하지 않고 게이트 절연층(406)을 형성하고, 계속해서 대기로 해방하지 않고 비정질 산화물 반도체층(404a)을 형성해도 좋다. 이와 같이 함으로써, 게이트 절연층(406)의 표면에 부착된 수소를 함유하는 불순물을 저감시키고, 또한, 기판(400) 또는 게이트 전극(410)과 게이트 절연층(406)의 계면, 및, 게이트 절연층(406)과 비정질 산화물 반도체층(404a)의 계면에, 대기 성분이 부착되는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 전기 특성이 양호하고, 신뢰성이 높은 트랜지스터(530)를 제작할 수 있다. 또한, 하지막이 되는 절연층을 형성하는 경우도 마찬가지로, 상기 절연층, 게이트 절연층(406) 및 비정질 산화물 반도체층(404a)은, 대기로 해방하지 않고 연속적으로 성막하는 것이 바람직하다.In addition, the
이어서, 비정질 산화물 반도체층(404a)에 대해, 수소(물이나 수산기를 함유한다)를 제거(탈수화 또는 탈수소화)하기 위한 열처리(제 1 열처리)를 행한다. 열처리의 온도는, 비정질 산화물 반도체층(404a)이 결정화되지 않는 온도로 하고, 대표적으로는 250℃ 이상 450℃ 이하, 바람직하게는 300℃ 이하로 한다.Next, heat treatment (first heat treatment) for removing (dehydrating or dehydrogenating) hydrogen (containing water or hydroxyl groups) is performed on the amorphous
이어서, 비정질 산화물 반도체층(404a)에 산소(421)를 주입한다(도 7b 참조). 산소(421)의 주입은 실시형태 1과 같이 행할 수 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서는, 비정질 산화물 반도체층(404a)의 표면이 노출된 상태에서 산소(421)의 주입 처리를 행하기 때문에, 상기의 주입 방법 대신에, 산소(421)를 플라즈마화한 분위기 중에 비정질 산화물 반도체층(404a)을 노출시키는 플라즈마 처리를 적용해도 좋다. 또는, 이들을 조합하여 사용해도 좋다.Subsequently,
산소(421)의 주입 처리에 의해, 상기의 탈수화 또는 탈수소화를 목적으로 한 열처리에 의해 동시에 감소되어 버리는 비정질 산화물 반도체층(404a) 중의 산소를 공급할 수 있다. 이것에 의해, 비정질 산화물 반도체층(404a)을 고순도화 및 전기적으로 i형(진성)화할 수 있다. 또한, 비정질 산화물 반도체층(404a)에 산소 과잉 영역을 형성함으로써, 산소 결손을 보충할 수 있다. 이것에 의해, 비정질 산화물 반도체층(404a) 중의 전하 포획 중심을 저감시킬 수 있다.By the injection processing of the
또한, 본 실시형태에 있어서는, 비정질 산화물 반도체층(404a)의 표면이 노출된 상태에서 산소(421)를 주입하는 예를 나타낸다. 단, 본 발명의 실시형태는 이것으로 한정되지 않고, 절연층(412)을 통과하여 비정질 산화물 반도체층(404)에 산소의 주입을 행하는 것도 가능하다.In addition, in this embodiment, the example which injects
이어서, 비정질 산화물 반도체층(404a)을 포토리소그래피 공정에 의해 섬 형상의 비정질 산화물 반도체층(404)으로 가공한다. 그 후, 비정질 산화물 반도체층(404) 위에, 소스 전극 및 드레인 전극(이것과 동일한 층에서 형성되는 배선을 포함한다)이 되는 도전막을 성막하고, 이것을 가공하여 소스 전극(405a) 및 드레인 전극(405b)을 형성한다(도 7c 참조).Next, the amorphous
이어서, 소스 전극(405a) 및 드레인 전극(405b)을 덮는 절연층(412)을 형성한다(도 7d 참조).Next, an insulating
절연층(412) 성막후에는, 열처리(제 2 열처리)를 행한다. 열처리의 온도는, 비정질 산화물 반도체층(404)이 결정화되지 않는 온도로 하고, 바람직하게는 250℃ 이상 450℃ 이하로 한다.After the formation of the insulating
이상의 공정으로 트랜지스터(530)가 형성된다(도 7d 참조). 트랜지스터(530)는, 전기적 특성 변동이 억제되고 있어 전기적으로 안정적이다.The
본 실시형태에 의해 안정된 전기적 특성을 갖는 비정질 산화물 반도체를 함유하는 반도체 장치를 제공할 수 있다. 또한, 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제공할 수 있다.According to the present embodiment, a semiconductor device containing an amorphous oxide semiconductor having stable electrical characteristics can be provided. In addition, a highly reliable semiconductor device can be provided.
이상, 본 실시형태에 나타내는 구성, 방법 등은, 다른 실시형태에 나타내는 구성, 방법 등과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.As mentioned above, the structure, method, etc. which are shown in this embodiment can be used in appropriate combination with the structure, method, etc. which are shown in another embodiment.
(실시형태 4)(Fourth Embodiment)
본 실시형태에서는, 실시형태 3과는 상이한 트랜지스터(530)의 제작 방법에 관해서, 도 8a 내지 도 8d를 참조하여 설명한다. 또한, 상기의 실시형태와 동일 부분 또는 같은 기능을 갖는 부분, 및 공정은, 상기의 실시형태와 같이 행할 수 있고, 반복 설명은 생략한다. 또한 동일한 개소의 상세한 설명은 생략한다.In this embodiment, a manufacturing method of the
우선, 절연 표면을 갖는 기판(400) 위에 도전막을 형성한 후, 포토리소그래피 공정에 의해 게이트 전극(410)을 형성한다. 이어서, 게이트 전극(410) 위에 게이트 절연층(406)을 형성하고, 게이트 절연층(406) 위에, 막 두께 2nm 이상 200nm 이하, 바람직하게는 5nm 이상 30nm 이하의 산화물 반도체층(401a)을 형성한다(도 8a 참조). 산화물 반도체층(401a)의 성막은, 도 4a에 도시한 공정과 같이 행할 수 있다. 산화물 반도체층(401a)은, 비정질 구조라도 좋고, 결정 영역을 갖고 있어도 좋다.First, after forming a conductive film on the
본 실시형태에서는, 성막시에 기판을 가열함으로써, 적어도 일부에 결정 영역을 갖는 산화물 반도체층(401a)을 형성하는 것으로 한다.In this embodiment, the
이어서, 성막한 산화물 반도체층(401a)에 탈수화 또는 탈수소화를 목적으로 한 열처리(제 1 열처리)를 행한다. 본 실시형태에 있어서, 제 1 열처리의 온도는, 250℃ 이상 700℃ 이하, 바람직하게는 450℃ 이상 600℃ 이하, 또는 기판의 변형점미만으로 한다. 제 1 열처리의 온도가 고온(예를 들면, 400℃ 보다 높은 온도)이면, 산화물 반도체층(401a)으로부터의 불순물의 탈리가 촉진되기 때문에 바람직하다. 또한, 제 1 열처리의 온도가 고온이면, 산화물 반도체층(401a)이 일부 결정화되거나, 또는 결정 영역이 확대될 수 있다.Next, the
이어서, 산화물 반도체층(401a)을 포토리소그래피 공정에 의해 섬 형상의 산화물 반도체층(401)으로 가공한다. 그 후, 산화물 반도체층(401) 위에, 소스 전극 및 드레인 전극(이것과 동일한 층에서 형성되는 배선을 포함한다)이 되는 도전막을 성막하고, 이것을 가공하여 소스 전극(405a) 및 드레인 전극(405b)을 형성한다.Next, the
이어서, 소스 전극(405a) 및 드레인 전극(405b)을 덮고, 산화물 반도체층(401)의 일부와 접하는 절연층(412)을 형성한다(도 8b 참조).Next, an insulating
이어서, 절연층(412)을 통과하고, 산화물 반도체층(401)에 산소(421)를 주입한다(도 8c 참조). 상기 산소 주입 처리에 의해, 산화물 반도체층(401) 중에 포함되는 결정 구조가 파괴되어 비정질화되고, 산소 과잉 영역을 갖는 비정질 산화물 반도체층(404)이 형성된다.Next,
산소(421)의 주입 처리에 의해, 상기의 탈수화 또는 탈수소화를 목적으로 한 열처리에 의해 동시에 감소되어 버리는 비정질 산화물 반도체층(404) 중의 산소를 공급할 수 있다. 이것에 의해, 비정질 산화물 반도체층(404)을 고순도화 및 전기적으로 i형(진성)화할 수 있다. 또한, 비정질 산화물 반도체층(404)에 산소 과잉 영역을 형성함으로써, 막 중의 산소 결손을 보충할 수 있다. 이것에 의해, 비정질 산화물 반도체층(404) 중의 전하 포획 중심을 저감시킬 수 있다.By the injection processing of
산소(421)를 주입한 후에는, 열처리(제 2 열처리)를 행한다. 열처리의 온도는, 비정질 산화물 반도체층(404)이 결정화되지 않는 온도로 하고, 바람직하게는 250℃ 이상 450℃ 이하로 한다.After the
이상의 공정으로 트랜지스터(530)가 형성된다(도 8d 참조). 트랜지스터(530)는, 전기적 특성 변동이 억제되고 있어 전기적으로 안정적이다.The
본 실시형태에 의해 안정된 전기적 특성을 갖는 비정질 산화물 반도체를 함유하는 반도체 장치를 제공할 수 있다. 또한, 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제공할 수 있다.According to the present embodiment, a semiconductor device containing an amorphous oxide semiconductor having stable electrical characteristics can be provided. In addition, a highly reliable semiconductor device can be provided.
이상, 본 실시형태에 나타내는 구성, 방법 등은, 다른 실시형태에 나타내는 구성, 방법 등과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.As mentioned above, the structure, method, etc. which are shown in this embodiment can be used in appropriate combination with the structure, method, etc. which are shown in another embodiment.
(실시형태 5)(Embodiment 5)
실시형태 1 내지 실시형태 4에서 예시한 트랜지스터를 사용하여 표시 기능을 갖는 반도체 장치(표시 장치라고도 한다)를 제작할 수 있다. 또한, 트랜지스터를 포함하는 구동 회로의 일부 또는 전체를, 화소부와 동일한 기판 위에 일체 형성하여 시스템 온 패널을 형성할 수 있다.A semiconductor device (also called a display device) having a display function can be fabricated using the transistors exemplified in the first to fourth embodiments. In addition, part or all of the driving circuit including the transistor may be integrally formed on the same substrate as the pixel portion to form a system on panel.
도 9a에 있어서, 제 1 기판(4001) 위에 형성된 화소부(4002)를 둘러싸도록 하여 씰재(4005)가 형성되고, 제 2 기판(4006)에 의해 봉지되어 있다. 도 9a에 있어서는, 제 1 기판(4001) 위의 씰재(4005)에 의해 둘러싸여 있는 영역과는 상이한 영역에, 별도 준비된 기판 위에 단결정 반도체막 또는 다결정 반도체막으로 형성된 주사선 구동 회로(4004), 신호선 구동 회로(4003)가 실장되어 있다. 또한 신호선 구동 회로(4003)와 주사선 구동 회로(4004)를 통과시켜 화소부(4002)에 주어지는 각종 신호 및 전위는, FPC(Flexible printed circuit)(4018a, 4018b)로부터 공급되고 있다.In FIG. 9A, a
도 9b 및 도 9c에 있어서, 제 1 기판(4001) 위에 형성된 화소부(4002)와, 주사선 구동 회로(4004)를 둘러싸도록 하여 씰재(4005)가 형성되어 있다. 또한 화소부(4002)와, 주사선 구동 회로(4004) 위에 제 2 기판(4006)이 형성되어 있다. 따라서 화소부(4002)와 주사선 구동 회로(4004)는, 제 1 기판(4001)과 씰재(4005)와 제 2 기판(4006)에 의해, 표시 소자와 함께 봉지되어 있다. 도 9b 및 도 9c에 있어서는, 제 1 기판(4001) 위의 씰재(4005)에 의해 둘러싸여 있는 영역과는 상이한 영역에, 별도 준비된 기판 위에 단결정 반도체막 또는 다결정 반도체막으로 형성된 신호선 구동 회로(4003)가 실장되어 있다. 도 9b 및 도 9c에 있어서는, 신호선 구동 회로(4003)와 주사선 구동 회로(4004)를 통과시켜서 화소부(4002)에 주어지는 각종 신호 및 전위는, FPC(4018)로부터 공급되고 있다.9B and 9C, a
또한 도 9b 및 도 9c에 있어서는, 신호선 구동 회로(4003)를 별도 형성하고, 제 1 기판(4001)에 실장되어 있는 예를 도시하고 있지만, 이 구성으로 한정되지 않는다. 주사선 구동 회로를 별도 형성하여 실장해도 좋고, 신호선 구동 회로의 일부 또는 주사선 구동 회로의 일부만을 별도 형성하여 실장해도 좋다.In addition, although the signal
또한, 별도 형성한 구동 회로의 접속 방법은, 특별히 한정되는 것이 아니며, COG(Chip On Glass) 방법, 와이어 본딩 방법, 또는 TAB(Tape Automated Bonding) 방법 등을 사용할 수 있다. 도 9a는, COG 방법에 의해 신호선 구동 회로(4003), 주사선 구동 회로(4004)를 실장하는 예이며, 도 9b는, COG 방법에 의해 신호선 구동 회로(4003)를 실장하는 예이며, 도 9c는, TAB 방법에 의해 신호선 구동 회로(4003)를 실장하는 예이다.In addition, the connection method of the separately formed drive circuit is not specifically limited, A COG (Chip On Glass) method, a wire bonding method, the Tape Automated Bonding (TAB) method, etc. can be used. 9A is an example in which the signal
또한, 표시 장치란, 표시 소자가 봉지된 상태에 있는 패널과, 상기 패널에 컨트롤러를 포함하는 IC 등을 실장한 상태에 있는 모듈을 포함한다.The display device also includes a panel in which the display element is sealed, and a module in a state in which an IC including a controller is mounted on the panel.
즉, 본 명세서 중에 있어서의 표시 장치란, 화상 표시 디바이스, 표시 디바이스, 또는 광원(조명 장치 포함)을 가리킨다. 또한, 표시 소자가 봉지된 상태에 있는 패널뿐만아니라, 커넥터, 예를 들면 FPC 또는 TAB 테이프 또는 TCP가 장착된 모듈, TAB 테이프나 TCP의 끝에 프린트 배선판이 형성된 모듈, 또는 표시 소자에 COG 방식에 의해 IC(집적 회로)가 직접 실장된 모듈도 모두 표시 장치에 포함하는 것으로 한다.In other words, the display device in this specification refers to an image display device, a display device, or a light source (including an illumination device). In addition to the panel in which the display element is encapsulated, a connector, for example, a module equipped with FPC or TAB tape or TCP, a module having a printed wiring board formed at the end of the TAB tape or TCP, or a display element by a COG method All modules in which ICs (integrated circuits) are mounted directly are also included in the display device.
또한 제 1 기판 위에 형성된 화소부 및 주사선 구동 회로는, 트랜지스터를 복수 가지고 있으며, 실시형태 1 내지 실시형태 4에서 예시한 트랜지스터를 적용할 수 있다.The pixel portion and the scan line driver circuit formed on the first substrate have a plurality of transistors, and the transistors exemplified in the first to fourth embodiments can be applied.
표시 장치에 형성되는 표시 소자로서는 액정 소자(액정 표시 소자라고도 한다), 발광 소자(발광 표시 소자라고도 한다)를 사용할 수 있다. 발광 소자는, 전류 또는 전압에 의해 휘도가 제어되는 소자를 그 범주에 포함하고 있으며, 구체적으로는 무기 EL(Electro Luminescence), 유기 EL 등이 포함된다. 또한, 전자 잉크 표시 장치(전자 페이퍼) 등, 전기적 작용에 의해 콘트라스트가 변화되는 표시 매체도 적용할 수 있다.As a display element formed in a display apparatus, a liquid crystal element (also called liquid crystal display element) and a light emitting element (also called light emitting display element) can be used. The light emitting element includes, in its category, an element whose luminance is controlled by current or voltage, and specifically includes inorganic EL (Electro Luminescence), organic EL, and the like. In addition, a display medium whose contrast is changed by an electrical action, such as an electronic ink display device (electronic paper), can also be applied.
반도체 장치의 일 형태에 관해서, 도 10 내지 도 12를 사용하여 설명한다. 도 10 내지 도 12는, 도 9b의 Q-R에 있어서의 단면도에 상당한다.One embodiment of the semiconductor device will be described with reference to FIGS. 10 to 12. 10-12 correspond to sectional drawing in Q-R of FIG. 9B.
도 10 내지 도 12에 도시하는 바와 같이, 반도체 장치는 접속 단자 전극(4015) 및 단자 전극(4016)을 가지고 있으며, 접속 단자 전극(4015) 및 단자 전극(4016)은 FPC(4018)가 갖는 단자와 이방성 도전막(4019)을 개재하여, 전기적으로 접속되어 있다.As shown in FIGS. 10 to 12, the semiconductor device has a connecting
접속 단자 전극(4015)은, 제 1 전극(4030)과 동일한 도전막으로 형성되고, 단자 전극(4016)은, 트랜지스터(4010, 4011)의 소스 전극 및 드레인 전극과 동일한 도전막으로 형성되어 있다. The
또한 제 1 기판(4001) 위에 형성된 화소부(4002)와, 주사선 구동 회로(4004)는, 트랜지스터를 복수 가지고 있으며, 도 10 내지 도 12에서는, 화소부(4002)에 포함되는 트랜지스터(4010)와, 주사선 구동 회로(4004)에 포함되는 트랜지스터(4011)를 예시하고 있다. 도 10 내지 도 12에서는, 트랜지스터(4010, 4011) 위에는 절연층(4020), 절연층(4024)이 형성되고, 도 11 및 도 12에서는 또한, 절연층(4021)이 형성되어 있다. 또한, 도 10 내지 도 12에 있어서의 절연층(4023)은 하지막으로서 기능하는 절연층이다.The
트랜지스터(4010), 트랜지스터(4011)로서, 실시형태 1 내지 실시형태 4에서 나타낸 트랜지스터를 적용할 수 있다.As the
트랜지스터(4010) 및 트랜지스터(4011)는 고순도화되고, 산소 과잉 영역을 포함하는 비정질 산화물 반도체층을 갖는 트랜지스터이다. 따라서, 트랜지스터(4010) 및 트랜지스터(4011)는, 전기적 특성 변동이 억제되고 있어 전기적으로 안정적이다.The
따라서, 도 10 내지 도 12에 도시하는 본 실시형태의 반도체 장치로서 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제공할 수 있다.Therefore, a highly reliable semiconductor device can be provided as the semiconductor device of this embodiment shown in FIGS. 10 to 12.
또한, 본 실시형태에서는, 절연층 위에 있어서 구동 회로용의 트랜지스터(4011)의 비정질 산화물 반도체층의 채널 형성 영역과 중첩되는 위치에 도전층(4037)이 형성되어 있다. 이것에 의해, 트랜지스터(4011)의 임계값 전압의 변화량을 더욱 저감시킬 수 있다. 또한, 도전층(4037)은, 전위가 트랜지스터(4011)의 게이트 전극(4039)과 동일해도 좋고, 상이해도 좋으며, 제 2 게이트 전극으로서 기능시킬 수도 있다. 또한, 도전층(4037)의 전위가 GND, 0V, 또는 플로우팅 상태라도 좋다.In addition, in this embodiment, the
또한, 상기 도전층(4037)은 외부의 전장을 차폐하는, 즉 외부의 전장이 내부(박막 트랜지스터를 포함하는 회로부)에 작용하지 않도록 하는 기능(특히 정전기에 대한 정전 차폐 기능)도 가진다. 도전층(4037)의 차폐 기능에 의해, 정전기 등의 외부의 전장의 영향에 의해 트랜지스터(4011)의 전기적인 특성이 변동되는 것을 방지할 수 있다.The
화소부(4002)에 형성된 트랜지스터(4010)는 표시 소자와 전기적으로 접속하여 표시 패널을 구성한다. 표시 소자는 표시를 행할 수 있으면 특별히 한정되지 않으며, 여러 가지 표시 소자를 사용할 수 있다.The
도 10에 표시 소자로서 액정 소자를 사용한 액정 표시 장치의 예를 도시한다. 도 10에 있어서, 액정 소자(4013)는, 제 1 전극(4030), 제 2 전극(4031), 및 액정층(4008)을 포함한다. 또한, 액정층(4008)을 협지하도록 배향막으로서 기능하는 절연층(4032), 절연층(4033)이 형성되어 있다. 제 2 전극(4031)은 제 2 기판(4006)측에 형성되고, 제 1 전극(4030)과 제 2 전극(4031)은 액정층(4008)을 개재하여 적층하는 구성으로 되어 있다.The example of the liquid crystal display device using a liquid crystal element as a display element in FIG. 10 is shown. In FIG. 10, the
또한 4035는 절연층을 선택적으로 에칭함으로써 얻어지는 기둥상의 스페이서이며, 액정층(4008)의 막 두께(셀 갭)를 제어하기 위해 형성되어 있다. 또한 구상의 스페이서를 사용하고 있어도 좋다.4035 is a columnar spacer obtained by selectively etching the insulating layer, and is formed to control the film thickness (cell gap) of the
표시 소자로서, 액정 소자를 사용하는 경우, 서모트로픽 액정, 강유전성 액정, 반강유전성 액정 등을 사용할 수 있다. 이들 액정은 저분자 화합물이라도 고분자 화합물이라도 좋다. 이들 액정 재료는, 조건에 따라, 콜레스테릭상, 스멕틱상, 큐빅상, 키랄네마틱상, 등방상 등을 나타낸다.As a display element, when using a liquid crystal element, a thermotropic liquid crystal, a ferroelectric liquid crystal, an antiferroelectric liquid crystal, etc. can be used. These liquid crystals may be low molecular weight compounds or high molecular weight compounds. These liquid crystal materials show a cholesteric phase, a smectic phase, a cubic phase, a chiral nematic phase, an isotropic phase, etc. according to conditions.
또한, 배향막을 사용하지 않는 블루상을 나타내는 액정을 사용해도 좋다. 블루상은 액정상의 하나이며, 콜레스테릭 액정을 승온시켜 가면, 콜레스테릭상으로부터 등방상으로 전이하기 직전에 발현되는 상이다. 블루상은 좁은 온도 범위에서밖에 발현되지 않기 때문에, 온도 범위를 개선하기 위해서 수중량% 이상의 키랄제를 혼합시킨 액정 조성물을 사용하여 액정층에 사용한다. 블루상을 나타내는 액정과 키랄제를 함유하는 액정 조성물은, 응답 속도가 짧고, 광학적 등방성이기 때문에 배향 처리가 불필요하고, 시야각 의존성이 작다. 또한 배향막을 형성하지 않아도 되어 러빙 처리도 불필요해지기 때문에, 러빙 처리에 의해 야기되는 정전 파괴를 방지할 수 있고, 제작 공정 중의 액정 표시 장치의 불량이나 파손을 경감시킬 수 있다. 따라서 액정 표시 장치의 생산성을 향상시키는 것이 가능해진다.Moreover, you may use the liquid crystal which shows the blue phase which does not use an oriented film. The blue phase is one of the liquid crystal phases, and when the cholesteric liquid crystal is heated, the blue phase is a phase which is expressed immediately before transition from the cholesteric phase to the isotropic phase. Since a blue phase is expressed only in a narrow temperature range, in order to improve a temperature range, it uses for the liquid crystal layer using the liquid crystal composition which mixed several weight% or more of chiral agents. Since the liquid crystal composition containing the liquid crystal and blue chiral agent which show a blue phase is short in response speed, and since it is optically isotropic, an orientation process is unnecessary and a viewing angle dependency is small. In addition, since the alignment film is not required and the rubbing process is unnecessary, electrostatic breakdown caused by the rubbing process can be prevented, and defects or breakage of the liquid crystal display device during the manufacturing process can be reduced. Therefore, the productivity of the liquid crystal display device can be improved.
또한, 액정 재료의 고유 저항은, 1×109Ω?cm 이상이며, 바람직하게는 1×1011Ω?cm 이상이며, 더욱 바람직하게는 1×1012Ω?cm 이상이다. 또한, 본 명세서에 있어서의 고유 저항의 값은, 20℃에서 측정한 값으로 한다.The resistivity of the liquid crystal material is 1 × 10 9 Ω · cm or more, preferably 1 × 10 11 Ω · cm or more, and more preferably 1 × 10 12 Ω · cm or more. The value of the intrinsic resistance in this specification is a value measured at 20 占 폚.
액정 표시 장치에 형성되는 유지 용량의 크기는, 화소부(4002)에 배치되는 트랜지스터의 리크 전류 등을 고려하여 소정 기간 동안 전하를 유지할 수 있도록 설정된다. 유지 용량의 크기는, 트랜지스터의 오프 전류 등을 고려하여 설정하면 좋다. 고순도이면서 산소 과잉 영역을 갖는 비정질 산화물 반도체층을 갖는 트랜지스터를 사용함으로써, 각 화소에 있어서의 액정 용량에 대해 1/3 이하, 바람직하게는 1/5 이하의 용량의 크기를 갖는 유지 용량을 형성하면 충분하다.The size of the storage capacitor formed in the liquid crystal display device is set so that the charge can be held for a predetermined period in consideration of the leak current of the transistor disposed in the
본 실시형태에서 사용하는 고순도화되고, 산소 결손의 형성을 억제한 비정질 산화물 반도체층을 갖는 트랜지스터는, 오프 상태에 있어서의 전류값(오프 전류값)을 낮게 할 수 있다. 따라서, 화상 신호 등의 전기 신호의 유지 시간을 길게 할 수 있고, 기록 간격도 길게 설정할 수 있다. 따라서, 리프레쉬 동작의 빈도를 적게 할 수 있기 때문에, 소비 전력을 억제하는 효과를 나타낸다.The transistor having a high purity and amorphous oxide semiconductor layer which suppresses the formation of oxygen vacancies used in the present embodiment can have a low current value (off current value) in an off state. Therefore, the holding time of an electrical signal such as an image signal can be lengthened, and the recording interval can also be set long. Therefore, since the frequency of the refresh operation can be reduced, the power consumption can be suppressed.
또한, 본 실시형태에서 사용하는 고순도화되고, 산소 결손의 형성을 억제한 비정질 산화물 반도체층을 갖는 트랜지스터는, 비교적 높은 전계 효과 이동도가 얻어지기 때문에, 고속 구동이 가능하다. 예를 들면, 이러한 트랜지스터를 액정 표시 장치에 사용함으로써, 화소부의 스위칭 트랜지스터와, 구동 회로부에 사용하는 드라이버 트랜지스터를 동일 기판 위에 형성할 수 있다. 또한, 화소부에 있어서도, 이러한 트랜지스터를 사용함으로써, 고화질의 화상을 제공할 수 있다.In addition, the transistor having the amorphous oxide semiconductor layer which is highly purified and suppresses the formation of oxygen vacancies used in the present embodiment can be driven at a high speed since a relatively high field effect mobility can be obtained. For example, by using such a transistor in a liquid crystal display device, a switching transistor of a pixel portion and a driver transistor used for a driving circuit portion can be formed on the same substrate. Also in the pixel portion, by using such a transistor, a high quality image can be provided.
액정 표시 장치에는, TN(Twisted Nematic) 모드, IPS(In-Plane-Switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 모드, ASM(Axially Symmetric aligned Micro-cell) 모드, OCB(Optical Compensated Birefringence) 모드, FLC(Ferroelectric Liquid Crystal) 모드, AFLC(Anti Ferroelectric Liquid Crystal) 모드 등을 사용할 수 있다.Liquid crystal display devices include twisted nematic (TN) mode, in-plane-switching (IPS) mode, freted field switching (FSF) mode, symmetrically aligned micro-cell (ASM) mode, optically compensated birefringence (OCB) mode, and FLC. (Ferroelectric Liquid Crystal) mode, AFLC (Anti Ferroelectric Liquid Crystal) mode, and the like can be used.
또한, 노멀리 블랙형의 액정 표시 장치, 예를 들면 수직 배향(VA) 모드를 채용한 투과형의 액정 표시 장치로 해도 좋다. 수직 배향 모드로서는, 몇가지 들 수 있지만, 예를 들면, MVA(Multi-Domain Vertical Alignment) 모드, PVA(Patterned Vertical Alignment) 모드, ASV 모드 등을 사용할 수 있다. 또한, VA형의 액정 표시 장치에도 적용할 수 있다. VA형의 액정 표시 장치란, 액정 표시 패널의 액정 분자의 배열을 제어하는 방식의 일종이다. VA형의 액정 표시 장치는, 전압이 인가되어 있지 않을 때에 패널면에 대해 액정 분자가 수직 방향을 향하는 방식이다. 또한, 화소(픽셀)를 몇개의 영역(서브 픽셀)으로 나누고, 각각 다른 방향으로 분자를 쓰러뜨리도록 고안되어 있는 멀티 도메인화 또는 멀티 도메인 설계라는 방법을 사용할 수 있다.Moreover, it is good also as a transmission type liquid crystal display device which employ | adopted a normally black liquid crystal display device, for example, a vertical alignment (VA) mode. Some examples of the vertical alignment mode include, but are not limited to, a multi-domain vertical alignment (MVA) mode, a patterned vertical alignment (PVA) mode, an ASV mode, and the like. The present invention can also be applied to VA type liquid crystal display devices. VA type liquid crystal display device is a kind of system which controls the arrangement | sequence of the liquid crystal molecule of a liquid crystal display panel. The VA type liquid crystal display device is a system in which liquid crystal molecules are directed perpendicular to the panel surface when no voltage is applied. In addition, a method called multi-domainization or multi-domain design, which is designed to divide a pixel (pixel) into several regions (sub pixels) and to knock down molecules in different directions, can be used.
또한, 표시 장치에 있어서, 블랙 매트릭스(차광층), 편광 부재, 위상차 부재, 반사 방지 부재 등의 광학 부재(광학 기판) 등은 적절히 형성한다. 예를 들면, 편광 기판 및 위상차 기판에 의한 원편광을 사용해도 좋다. 또한, 광원으로서 백 라이트, 사이드 라이트 등을 사용해도 좋다.In the display device, an optical member (optical substrate) such as a black matrix (light-shielding layer), a polarizing member, a retardation member, an antireflection member, or the like is suitably formed. For example, circularly polarized light by a polarizing substrate and a retardation substrate may be used. Moreover, you may use a backlight, a side light, etc. as a light source.
또한, 화소부에 있어서의 표시 방식은, 프로그레시브 방식이나 인터레이스 방식 등을 사용할 수 있다. 또한, 컬러 표시할 때에 화소로 제어하는 색 요소로서는, RGB(R은 적색, G는 녹색, B는 청색을 나타낸다)의 3색으로 한정되지 않는다. 예를 들면, RGBW(W는 백색을 나타낸다), 또는 RGB에, 옐로우, 시안, 마젠타 등을 1색 이상 추가한 것이 있다. 또한, 색요소의 도트마다 그 표시 영역의 크기가 상이해도 좋다. 단, 개시하는 발명은 컬러 표시의 표시 장치로 한정되는 것이 아니며, 모노클로 표시의 표시 장치에 적용할 수도 있다.As the display method in the pixel portion, a progressive method, an interlace method, or the like can be used. In addition, as a color element controlled by a pixel at the time of color display, it is not limited to three colors of RGB (R is red, G is green, B is blue). For example, RGBW (W represents white) or RGB, yellow, cyan, magenta, etc., have added one or more colors. In addition, the size of the display area may be different for each dot of the color element. However, the disclosed invention is not limited to the display device of the color display, and can also be applied to the display device of the monoclonal display.
또한, 표시 장치에 포함되는 표시 소자로서, 일렉트로 루미네선스를 이용하는 발광 소자를 적용할 수 있다. 일렉트로 루미네선스를 이용하는 발광 소자는, 발광 재료가 유기 화합물인지, 무기 화합물인지에 의해 구별되며, 일반적으로, 전자는 유기 EL 소자, 후자는 무기 EL 소자라고 불리고 있다.In addition, as a display element included in the display device, a light emitting element using an electroluminescence can be applied. The light emitting element using the electroluminescence is distinguished by whether the light emitting material is an organic compound or an inorganic compound. In general, the former is called an organic EL element, and the latter is called an inorganic EL element.
유기 EL 소자는, 발광 소자에 전압을 인가함으로써, 한 쌍의 전극으로부터 전자 및 정공이 각각 발광성의 유기 화합물을 함유하는 층에 주입되고, 전류가 흐른다. 그리고, 이들 캐리어(전자 및 정공)가 재결합함으로써, 발광성의 유기 화합물이 여기 상태를 형성하고, 그 여기 상태가 기저 상태로 되돌아올 때에 발광한다. 이러한 메커니즘으로부터, 이러한 발광 소자는, 전류 여기형의 발광 소자라고 불린다.By applying a voltage to the light emitting element, the organic EL element is injected with electrons and holes from the pair of electrodes into the layer containing the light emitting organic compound, respectively, and a current flows. And by recombination of these carriers (electrons and holes), the luminescent organic compound forms an excited state and emits light when the excited state returns to the ground state. From this mechanism, such a light emitting element is called a current excitation type light emitting element.
무기 EL 소자는, 그 소자 구성에 의해, 분산형 무기 EL 소자와 박막형 무기 EL 소자로 분류된다. 분산형 무기 EL 소자는, 발광 재료의 입자를 바인더 중에 분산시킨 발광층을 갖는 것이며, 발광 메커니즘은 도너 준위와 억셉터 준위를 이용하는 도너 억셉터 재결합형 발광이다. 박막형 무기 EL 소자는, 발광층을 유전체층 사이에 개재하고, 또한 그것을 전극 사이에 개재한 구조이며, 발광 메커니즘은 금속 이온의 내각 전자 전이를 이용하는 국재형 발광이다. 또한, 여기에서는, 발광 소자로서 유기 EL 소자를 사용하여 설명한다.An inorganic EL element is classified into a distributed inorganic EL element and a thin-film inorganic EL element by the element structure. A dispersed inorganic EL device has a light emitting layer in which particles of a light emitting material are dispersed in a binder, and a light emitting mechanism is donor acceptor recombination type light emission using a donor level and an acceptor level. The thin-film inorganic EL device has a structure in which a light emitting layer is interposed between dielectric layers and between the electrodes, and the light emitting mechanism is localized light emission using a cabinet electron transition of metal ions. In addition, it demonstrates using an organic electroluminescent element as a light emitting element here.
발광 소자는 발광을 추출하기 위해서 적어도 한 쌍의 전극의 한쪽이 투광성이면 된다. 그리고, 기판 위에 트랜지스터 및 발광 소자를 형성하고, 기판과는 반대측의 면으로부터 발광을 추출하는 상면 사출이나, 기판측의 면으로부터 발광을 추출하는 하면 사출이나, 기판측 및 기판과는 반대측의 면으로부터 발광을 추출하는 양면 사출 구조의 발광 소자가 있으며, 어느 사출 구조의 발광 소자도 적용할 수 있다.In the light emitting element, at least one of the pair of electrodes may be translucent to extract light emission. Then, a transistor and a light emitting element are formed on the substrate, and the upper surface ejection extracts light emission from the surface on the opposite side of the substrate, the lower surface ejection extracts light emission from the surface on the substrate side, or from the surface on the side opposite to the substrate and the substrate. There is a light emitting device having a double-sided injection structure that extracts light emission, and any light emitting device having an injection structure can be applied.
도 11에 표시 소자로서 발광 소자를 사용한 발광 장치의 예를 도시한다. 발광 소자(4513)는, 화소부(4002)에 형성된 트랜지스터(4010)와 전기적으로 접속하고 있다. 또한 도 11에 도시한 발광 소자(4513)의 구성은, 제 1 전극(4030), 전계 발광층(4511), 제 2 전극(4031)의 적층 구조이지만, 도시한 구성으로 한정되지 않는다. 발광 소자(4513)로부터 추출하는 광의 방향 등에 맞추어 발광 소자(4513)의 구성은 적절히 변경할 수 있다.11 shows an example of a light emitting device using a light emitting element as a display element. The
격벽(4510)은, 유기 절연 재료, 또는 무기 절연 재료를 사용하여 형성한다. 특히 감광성의 수지 재료를 사용하여 제 1 전극(4030) 위에 개구부를 형성하고, 그 개구부의 측벽이 연속된 곡률을 가지고 형성되는 경사면이 되도록 형성하는 것이 바람직하다.The
전계 발광층(4511)은, 단수의 층으로 구성되어 있어도, 복수의 층이 적층되도록 구성되어 있어도 어느 쪽이라도 좋다.The
발광 소자(4513)에 산소, 수소, 수분, 이산화탄소 등이 침입하지 않도록, 제 2 전극(4031) 및 격벽(4510) 위에 보호막을 형성해도 좋다. 보호막으로서는, 질화실리콘막, 질화산화실리콘막, DLC막 등을 형성할 수 있다. 또한, 제 1 기판(4001), 제 2 기판(4006), 및 씰재(4005)에 의해 봉지된 공간에는 충전재(4514)가 형성되어 밀봉되어 있다. 이와 같이 외기에 노출되지 않도록 기밀성이 높고, 탈가스가 적은 보호 필름(첩합 필름, 자외선 경화 수지 필름 등)이나 커버재로 패키징(봉입)하는 것이 바람직하다.A protective film may be formed over the
충전재(4514)로서는 질소나 아르곤 등의 불활성 기체 이외에, 자외선 경화 수지 또는 열경화 수지를 사용할 수 있고, PVC(폴리비닐클로라이드), 아크릴 수지, 폴리이미드, 에폭시 수지, 실리콘 수지, PVB(폴리비닐부티랄) 또는 EVA(에틸렌비닐아세테이트 공중합체)를 사용할 수 있다.As the
또한, 필요하면, 발광 소자의 사출면에 편광판, 또는 원편광판(타원 편광판을 포함한다), 위상차판(λ/4판, λ/2판), 컬러 필터 등의 광학 필름을 적절히 형성해도 좋다. 또한, 편광판 또는 원편광판에 반사 방지막을 형성해도 좋다. 예를 들면, 표면의 요철에 의해 반사광을 확산하고, 비침(glare)을 저감시킬 수 있는 안티글래어 처리를 가할 수 있다.If necessary, optical films such as polarizing plates or circular polarizing plates (including elliptical polarizing plates), retardation plates (λ / 4 plate and λ / 2 plates) and color filters may be appropriately formed on the emitting surface of the light emitting element. In addition, an antireflection film may be formed on the polarizing plate or the circularly polarizing plate. For example, antiglare treatment can be applied to diffuse the reflected light by the unevenness of the surface and to reduce the glare.
또한, 표시 장치로서, 전자 잉크를 구동시키는 전자 페이퍼를 제공하는 것도 가능하다. 전자 페이퍼는, 전기 영동 표시 장치(전기 영동 디스플레이)라고도 불리고 있으며, 종이와 동일한 읽기 용이성, 다른 표시 장치에 비해 저소비 전력, 얇고 가벼운 형상으로 하는 것이 가능하다는 이점을 가지고 있다.It is also possible to provide an electronic paper for driving electronic ink as a display device. Electronic paper is also called an electrophoretic display device (electrophoretic display), and has the advantage of being easy to read as paper, low power consumption, and a thin and light shape compared to other display devices.
전기 영동 표시 장치는, 여러 가지 형태를 생각할 수 있지만, 플러스의 전하를 갖는 제 1 입자와, 마이너스의 전하를 갖는 제 2 입자를 포함하는 마이크로 캡슐이 용매에 복수 분산된 것이며, 마이크로 캡슐에 전계를 인가함으로써, 마이크로 캡슐 중의 입자를 서로 반대 방향으로 이동시켜 한쪽에 집합된 입자의 색만을 표시하는 것이다. 또한, 제 1 입자 또는 제 2 입자는 염료를 함유하고, 전계가 없는 경우에 있어서 이동하지 않는 것이다. 또한, 제 1 입자의 색과 제 2 입자의 색은 상이한 것(무색을 포함한다)으로 한다.The electrophoretic display device can be considered in various forms, but a plurality of microcapsules containing a first particle having a positive charge and a second particle having a negative charge are dispersed in a solvent, and an electric field is applied to the microcapsule. By applying, the particles in the microcapsules are moved in opposite directions to display only the color of the particles collected on one side. In addition, 1st particle | grains or 2nd particle | grains contain dye and do not move when there is no electric field. In addition, the color of a 1st particle | grain and the color of a 2nd particle | grain shall be different (including colorlessness).
상기 마이크로 캡슐을 용매 중에 분산시킨 것이 전자 잉크라고 불리는 것이다. 컬러 필터나 색소를 갖는 입자를 사용함으로써 컬러 표시도 가능하다.Dispersion of the microcapsules in a solvent is called an electronic ink. Color display is also possible by using the particle | grains which have a color filter or a pigment | dye.
또한, 전자 페이퍼로서, 트위스트 볼 표시 방식을 사용하는 표시 장치도 적용할 수 있다. 트위스트 볼 표시 방식이란, 백색과 흑색으로 분할 채색된 구형 입자를 표시 소자에 사용하는 전극인 제 1 전극 및 제 2 전극 사이에 배치하고, 제 1 전극 및 제 2 전극에 전위차를 발생시켜 구형 입자의 방향을 제어함으로써, 표시를 행하는 방법이다.Moreover, the display apparatus which uses the twist ball display system as an electronic paper is also applicable. The twisted ball display method is arranged between a first electrode and a second electrode, which is an electrode used for a display element, and arranges spherical particles, which are colored in white and black, and generates a potential difference between the first electrode and the second electrode to produce spherical particles. It is a method of displaying by controlling a direction.
도 12에, 반도체 장치의 일 형태로서 액티브 매트릭스형의 전자 페이퍼를 도시한다. 도 12의 전자 페이퍼는, 트위스트 볼 표시 방식을 사용한 표시 장치의 예이다.12 shows an active matrix electronic paper as one form of a semiconductor device. The electronic paper in FIG. 12 is an example of a display device using a twist ball display system.
트랜지스터(4010)와 접속하는 제 1 전극(4030)과, 제 2 기판(4006)에 형성된 제 2 전극(4031) 사이에는 흑색 영역(4615a) 및 백색 영역(4615b)을 가지며, 주변에 액체로 채워져 있는 캐비티(4612)를 포함하는 구형 입자(4613)가 형성되어 있고, 구형 입자(4613)의 주위는 수지 등의 충전재(4614)로 충전되어 있다. 제 2 전극(4031)이 공통 전극(대향 전극)에 상당한다. 제 2 전극(4031)은, 공통 전위선과 전기적으로 접속된다.It has a
또한, 도 10 내지 도 12에 있어서, 제 1 기판(4001), 제 2 기판(4006)으로서는, 유리 기판 외에, 가요성을 갖는 기판도 사용할 수 있고, 예를 들면 투광성을 갖는 플라스틱 기판 등을 사용할 수 있다. 플라스틱으로서는, FRP(Fiberglass-Reinforced Plastics)판, PVF(폴리비닐플루오라이드) 필름, 폴리에스테르 필름 또는 아크릴 수지 필름을 사용할 수 있다. 또한, 알루미늄 호일을 PVF 필름이나 폴리에스테르 필름 사이에 개재한 구조의 시트를 사용할 수도 있다.In addition, in FIG. 10-12, as a 1st board |
본 실시형태에서는, 절연층(4020)으로서 산화실리콘막을 사용하고, 절연층(4024)으로서 산화알루미늄막을 사용한다. 절연층(4020), 절연층(4024)은 스퍼터링법이나 플라즈마 CVD법에 의해 형성할 수 있다. 비정질 산화물 반도체층과 접하는 절연층(4020)은, 산소 과잉 영역을 갖는 것이 바람직하다.In this embodiment, a silicon oxide film is used as the insulating
비정질 산화물 반도체층 위에 절연층(4024)으로서 형성된 산화알루미늄막은, 수소, 수분 등의 불순물, 및 산소의 양자에 대해 막을 투과시키지 않는 차단 효과(블록 효과)가 높다.The aluminum oxide film formed as the insulating
따라서, 산화알루미늄막은, 제작 공정중 및 제작후에 있어서, 변동 요인이 되는 수소, 수분 등의 불순물의 비정질 산화물 반도체층으로의 혼입, 및 비정질 산화물 반도체층으로부터의 산소의 방출을 방지하는 보호막으로서 기능한다.Therefore, the aluminum oxide film functions as a protective film to prevent the incorporation of impurities such as hydrogen and moisture, which become fluctuating factors, into the amorphous oxide semiconductor layer and the release of oxygen from the amorphous oxide semiconductor layer during and after the fabrication process. .
트랜지스터(4010) 및 트랜지스터(4011)는, 산소 과잉 영역을 가짐으로써 산소 결손의 형성을 억제하고, 또한 고순도화된 비정질 산화물 반도체층을 가진다. 또한, 트랜지스터(4010) 및 트랜지스터(4011)는, 게이트 절연층으로서 산화실리콘막을 가진다. 트랜지스터(4010) 및 트랜지스터(4011)에 포함되는 비정질 산화물 반도체층은, 산소 주입 처리에 의해 화학량론적 조성비보다도 과잉의 산소를 갖는 영역을 형성하고, 주입후의 가열 처리를, 비정질 산화물 반도체층 위에, 절연층(4024)으로서 산화알루미늄막 또는 산화알루미늄막을 포함하는 막이 형성된 상태에서 행하기 때문에, 상기 가열 처리에 의해 비정질 산화물 반도체층으로부터 산소가 방출되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 얻어지는 비정질 산화물 반도체층은, 화학량론적 조성비보다도 산소의 함유량이 과잉인 영역을 포함하는 막으로 할 수 있다.The
또한, 트랜지스터(4010) 및 트랜지스터(4011)에 포함되는 비정질 산화물 반도체층은, 탈수화 또는 탈수소화되고, 또한 산소 결손이 보충된 고순도의 막이다. 따라서, 상기 비정질 산화물 반도체층을 트랜지스터(4010) 및 트랜지스터(4011)에 사용함으로써, 산소 결손에 기인하는 트랜지스터의 임계값 전압(Vth)의 편차를 저감시키고, 임계값 전압의 시프트를 억제할 수 있다.The amorphous oxide semiconductor layer included in the
또한, 평탄화 절연층으로서 기능하는 절연층(4021)은, 아크릴 수지, 폴리이미드, 벤조사이클로부텐계 수지, 폴리아미드, 에폭시 수지 등의, 내열성을 갖는 유기 재료를 사용할 수 있다. 또한 상기 유기 재료 이외에, 실록산계 수지, PSG(인유리), BPSG(인붕소 유리) 등의 저유전율 재료(low-k 재료)를 사용할 수 있다. 또한, 이들 재료로 형성되는 절연층을 복수 적층시킴으로써, 절연층(4021)을 형성해도 좋다.As the insulating
절연층(4021)의 형성법은, 특별히 한정되지 않으며, 그 재료에 따라, 스퍼터링법, SOG법, 스핀 코트, 딥, 스프레이 도포, 액적 토출법(잉크젯법 등), 스크린 인쇄, 오프셋 인쇄 등을 사용할 수 있다.The formation method of the insulating
제 1 전극(4030), 제 2 전극(4031)은, 예를 들면 산화텅스텐을 함유하는 인듐 산화물, 산화텅스텐을 함유하는 인듐아연 산화물, 산화티타늄을 함유하는 인듐 산화물, 산화티타늄을 함유하는 인듐주석 산화물, ITO, 인듐아연 산화물, 산화규소를 첨가한 인듐주석 산화물, 그라핀 등의 투광성을 갖는 도전성 재료를 사용할 수 있다.The
또한, 제 1 전극(4030), 제 2 전극(4031)은 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 탄탈(Ta), 크롬(Cr), 코발트(Co), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 백금(Pt), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag) 등의 금속, 또는 그 합금, 또는 그 금속 질화물로부터 1개 또는 복수종을 사용하여 형성할 수 있다.The
또한, 제 1 전극(4030), 제 2 전극(4031)으로서, 도전성 고분자(도전성 중합체라고도 한다)를 함유하는 도전성 조성물을 사용하여 형성할 수 있다. 도전성 고분자로서는, 소위 π전자 공액계 도전성 고분자를 사용할 수 있다. 예를 들면, 폴리아닐린 또는 그 유도체, 폴리피롤 또는 그 유도체, 폴리티오펜 또는 그 유도체, 또는 아닐린, 피롤 및 티오펜의 2종 이상으로 이루어지는 공중합체 또는 그 유도체 등을 들 수 있다.The
또한, 구동 회로 보호용의 보호 회로를 형성해도 좋다. 보호 회로는, 비선형 소자를 사용하여 구성하는 것이 바람직하다.Moreover, you may provide the protection circuit for protection of a drive circuit. It is preferable to comprise a protection circuit using a nonlinear element.
이상과 같이 실시형태 1 내지 실시형태 4에서 나타낸 트랜지스터를 적용함으로써, 여러 가지 기능을 갖는 반도체 장치를 제공할 수 있다.By applying the transistors shown in Embodiments 1 to 4 as described above, a semiconductor device having various functions can be provided.
(실시형태 6)(Embodiment 6)
실시형태 1 내지 실시형태 4에서 예시한 트랜지스터를 사용하여 대상물의 정보를 판독하는 이미지 센서 기능을 갖는 반도체 장치를 제작할 수 있다.By using the transistors exemplified in the first to fourth embodiments, a semiconductor device having an image sensor function for reading information of an object can be manufactured.
도 13a에, 이미지 센서 기능을 갖는 반도체 장치의 일례를 도시한다. 도 13a는 포토센서의 등가 회로이며, 도 13b는 포토센서의 일부를 도시하는 단면도이다.13A shows an example of a semiconductor device having an image sensor function. FIG. 13A is an equivalent circuit of the photosensor, and FIG. 13B is a sectional view showing a part of the photosensor.
포토다이오드(602)는, 한쪽의 전극이 포토다이오드 리셋 신호선(658)에, 다른쪽의 전극이 트랜지스터(640)의 게이트에 전기적으로 접속되어 있다. 트랜지스터(640)는, 소스 또는 드레인의 한쪽이 포토센서 기준 신호선(672)에, 소스 또는 드레인의 다른쪽이 트랜지스터(656)의 소스 또는 드레인의 한쪽에 전기적으로 접속되어 있다. 트랜지스터(656)는, 게이트가 게이트 신호선(659)에, 소스 또는 드레인의 다른쪽이 포토센서 출력 신호선(671)에 전기적으로 접속되어 있다.In the
또한, 본 명세서에 있어서의 회로도에 있어서, 비정질 산화물 반도체층을 함유하는 트랜지스터와 명확하게 판명할 수 있도록, 비정질 산화물 반도체층을 사용하는 트랜지스터의 기호에는 「OS」라고 기재하고 있다. 도 13a에 있어서, 트랜지스터(640), 트랜지스터(656)는 실시형태 1 내지 실시형태 4에서 트랜지스터에 나타내는 산소 주입 처리에 의해 산소 과잉 영역을 형성한 비정질 산화물 반도체층을 함유하는 트랜지스터이다.In addition, in the circuit diagram in this specification, in order to make it clear from the transistor containing an amorphous oxide semiconductor layer, the symbol of the transistor using an amorphous oxide semiconductor layer is described as "OS". In Fig. 13A, the
도 13b는, 포토센서에 있어서의 포토다이오드(602) 및 트랜지스터(640)를 도시하는 단면도이며, 절연 표면을 갖는 기판(601)(TFT 기판) 위에, 센서로서 기능하는 포토다이오드(602) 및 트랜지스터(640)가 형성되어 있다. 포토다이오드(602), 트랜지스터(640) 위에는 접착층(608)을 사용하여 기판(613)이 형성되어 있다.FIG. 13B is a cross-sectional view showing the
트랜지스터(640) 위에는 절연층(631), 절연층(632), 층간 절연막(633), 층간 절연막(634)이 형성되어 있다. 포토다이오드(602)는 층간 절연막(633) 위에 형성되고, 층간 절연막(633) 위에 형성한 전극(641a) 및 전극(641b)과, 층간 절연막(634) 위에 형성된 전극(642) 사이에, 층간 절연막(633)측에서부터 순차적으로 제 1 반도체막(606a), 제 2 반도체막(606b), 및 제 3 반도체막(606c)을 적층한 구조를 가지고 있다.An insulating
전극(641b)은, 층간 절연막(634)에 형성된 도전층(643)과 전기적으로 접속하고, 전극(642)은 전극(641a)을 개재하여 전극(645)과 전기적으로 접속하고 있다. 전극(645)은, 트랜지스터(640)의 게이트 전극과 전기적으로 접속하고 있고, 포토다이오드(602)는 트랜지스터(640)와 전기적으로 접속하고 있다.The
여기에서는, 제 1 반도체막(606a)으로서 p형의 도전형을 갖는 반도체막과, 제 2 반도체막(606b)으로서 고저항의 반도체막(i형 반도체막), 제 3 반도체막(606c)으로서 n형의 도전형을 갖는 반도체막을 적층하는 pin형의 포토다이오드를 예시하고 있다.Here, a semiconductor film having a p-type conductivity type as the
제 1 반도체막(606a)은 p형 반도체막이며, p형을 부여하는 불순물 원소를 함유하는 비정질 실리콘막에 의해 형성할 수 있다. 제 1 반도체막(606a)의 형성에는 13족의 불순물 원소(예를 들면 보론(B))를 함유하는 반도체 재료 가스를 사용하여 플라즈마 CVD법에 의해 형성한다. 반도체 재료 가스로서는 실란(SiH4)을 사용하면 좋다. 또는, Si2H6, SiH2Cl2, SiHCl3, SiCl4, SiF4 등을 사용해도 좋다. 또한, 불순물 원소를 함유하지 않는 비정질 실리콘막을 형성한 후에, 확산법이나 이온 주입법을 사용하여 상기 비정질 실리콘막에 불순물 원소를 도입해도 좋다. 이온 주입법 등에 의해 불순물 원소를 도입한 후에 가열 등을 행함으로써, 불순물 원소를 확산시키면 좋다. 이 경우에 비정질 실리콘막을 형성하는 방법으로서는, LPCVD법, 기상성장법, 또는 스퍼터링법 등을 사용하면 좋다. 제 1 반도체막(606a)의 막 두께는 10nm 이상 50nm 이하가 되도록 형성하는 것이 바람직하다.The
제 2 반도체막(606b)은, i형 반도체막(진성 반도체막)이며, 비정질 실리콘막에 의해 형성한다. 제 2 반도체막(606b)의 형성에는, 반도체 재료 가스를 사용하고, 비정질 실리콘막을 플라즈마 CVD법에 의해 형성한다. 반도체 재료 가스로서는, 실란(SiH4)을 사용하면 좋다. 또는, Si2H6, SiH2Cl2, SiHCl3, SiCl4, SiF4 등을 사용해도 좋다. 제 2 반도체막(606b)의 형성은, LPCVD법, 기상성장법, 스퍼터링법 등에 의해 행해도 좋다. 제 2 반도체막(606b)의 막 두께는 200nm 이상 1000nm 이하가 되도록 형성하는 것이 바람직하다.The
제 3 반도체막(606c)은, n형 반도체막이며, n형을 부여하는 불순물 원소를 함유하는 비정질 실리콘막에 의해 형성한다. 제 3 반도체막(606c)의 형성에는, 15족의 불순물 원소(예를 들면 인(P))를 함유하는 반도체 재료 가스를 사용하고, 플라즈마 CVD법에 의해 형성한다. 반도체 재료 가스로서는 실란(SiH4)을 사용하면 좋다. 또는, Si2H6, SiH2Cl2, SiHCl3, SiCl4, SiF4 등을 사용해도 좋다. 또한, 불순물 원소를 함유하지 않는 비정질 실리콘막을 형성한 후에, 확산법이나 이온 주입법을 사용하여 상기 비정질 실리콘막에 불순물 원소를 도입해도 좋다. 이온 주입법 등에 의해 불순물 원소를 도입한 후에 가열 등을 행함으로써, 불순물 원소를 확산시키면 좋다. 이 경우에 비정질 실리콘막을 형성하는 방법으로서는, LPCVD법, 기상성장법, 또는 스퍼터링법 등을 사용하면 좋다. 제 3 반도체막(606c)의 막 두께는 20nm 이상 200nm 이하가 되도록 형성하는 것이 바람직하다.The
또한, 제 1 반도체막(606a), 제 2 반도체막(606b), 및 제 3 반도체막(606c)은, 비정질 반도체가 아니며, 다결정 반도체를 사용하여 형성해도 좋고, 미결정(세미 비정질 반도체(Semi Amorphous Semiconductor: SAS))를 사용하여 형성해도 좋다.Note that the
미결정 반도체는, 깁스의 자유 에너지를 고려하면 비정질과 단결정의 중간적인 준안정 상태에 속하는 것이다. 즉, 열역학적으로 안정된 제 3 상태를 갖는 반도체로서, 단거리 질서를 가지며 격자 변형을 가진다. 기둥상 또는 침상 결정이 기판 표면에 대해 법선 방향으로 성장하고 있다. 미결정 반도체의 대표예인 미결정 실리콘은, 그 라만 스펙트럼이 단결정 실리콘을 나타내는 520cm-1보다도 저파수측으로 시프트하고 있다. 즉, 단결정 실리콘을 나타내는 520cm-1과 비정질 실리콘을 나타내는 480cm-1 사이에 미결정 실리콘의 라만 스펙트럼의 피크가 있다. 또한, 미결합수(댕글링 본드)를 종단하기 위해서 수소 또는 할로겐을 적어도 1원자% 또는 그 이상 함유시키고 있다. 또한, 헬륨, 아르곤, 크립톤, 네온 등의 희가스 원소를 함유시켜 격자 변형을 더욱 조장시킴으로써, 안정성이 증가하여 양호한 미결정 반도체막이 얻어진다.Microcrystalline semiconductors belong to an intermediate metastable state between amorphous and single crystals in consideration of the free energy of the cast. That is, a semiconductor having a thermodynamically stable third state, which has short-range order and lattice strain. Columnar or acicular crystals are growing in the normal direction with respect to the substrate surface. The microcrystalline silicon, which is a representative example of the microcrystalline semiconductor, is shifted to the lower wave side than the 520 cm -1 where the Raman spectrum represents single crystal silicon. In other words, the peak of the Raman spectrum of the microcrystalline silicon between 480cm -1 to 520cm -1 showing an amorphous silicon indicates a single crystalline silicon. Moreover, in order to terminate unbound water (dangling bond), hydrogen or a halogen is contained at least 1 atomic% or more. Further, by containing rare gas elements such as helium, argon, krypton, and neon to further promote lattice deformation, stability is increased and a good microcrystalline semiconductor film is obtained.
이 미결정 반도체막은, 주파수가 수십 MHz 내지 수백 MHz의 고주파 플라즈마 CVD법, 또는 주파수가 1GHz 이상인 마이크로파 플라즈마 CVD 장치에 의해 형성할 수 있다. 대표적으로는, SiH4, Si2H6, SiH2Cl2, SiHCl3 등의 수소화규소를 수소로 희석하여 형성할 수 있다. 또한, 수소 외에, 헬륨, 아르곤, 크립톤, 네온으로부터 선택된 1종 또는 복수종의 희가스 원소로 수소화규소를 희석하여 미결정 반도체막을 형성할 수 있다. 이러한 때의 수소화규소에 대해 수소의 유량비를 5배 이상 200배 이하, 바람직하게는 50배 이상 150배 이하, 더욱 바람직하게는 100배로 한다. 또한, 실리콘을 함유하는 기체 중에, CH4, C2H6 등의 탄화수소 기체, GeH4, GeF4 등의 게르마늄화 기체, F2 등을 혼입시켜도 좋다.The microcrystalline semiconductor film can be formed by a high frequency plasma CVD method having a frequency of several tens of MHz to several hundred MHz or a microwave plasma CVD apparatus having a frequency of 1 GHz or more. Typically, silicon hydrides such as SiH 4 , Si 2 H 6 , SiH 2 Cl 2 , and SiHCl 3 can be formed by diluting with hydrogen. In addition to hydrogen, silicon hydride may be diluted with one or more rare gas elements selected from helium, argon, krypton, and neon to form a microcrystalline semiconductor film. The flow rate ratio of hydrogen to silicon hydride at this time is 5 times or more and 200 times or less, preferably 50 times or more and 150 times or less, and more preferably 100 times. Further, in the gas containing silicon, CH 4, C 2 H 6, such as a hydrocarbon gas, GeH 4, GeF 4 may be such as even the incorporation of germanium screen gas, such as F 2.
또한, 광전 효과에서 발생한 정공의 이동도는 전자의 이동도에 비해 작기 때문, pin형의 포토다이오드는 p형의 반도체막측을 수광면으로 하는 편이 양호한 특성을 나타낸다. 여기에서는, pin형의 포토다이오드가 형성되어 있는 기판(601)의 면으로부터 포토다이오드(602)가 받는 광을 전기 신호로 변환하는 예를 나타낸다. 또한, 수광면으로 한 반도체막측과는 반대의 도전형을 갖는 반도체막측으로부터의 광은 외란광이 되기 때문에, 전극은 차광성을 갖는 도전막을 사용하면 좋다. 또한, n형의 반도체막측을 수광면으로서 사용할 수도 있다.In addition, since the mobility of the holes generated in the photoelectric effect is smaller than the mobility of the electrons, the pin-type photodiode has a better characteristic of making the p-type semiconductor film side the light-receiving surface. Here, the example which converts the light which the
절연층(632), 층간 절연막(633), 층간 절연막(634)으로서는, 절연성 재료를 사용하고, 그 재료에 따라, 스퍼터링법, 플라즈마 CVD법, SOG법, 스핀 코트, 딥, 스프레이 도포, 액적 토출법(잉크젯법 등), 스크린 인쇄, 오프셋 인쇄 등을 사용하여 형성할 수 있다.As the insulating
본 실시형태에서는, 절연층(631)으로서 산화알루미늄막을 사용한다. 절연층(631)은 스퍼터링법이나 플라즈마 CVD법에 의해 형성할 수 있다.In this embodiment, an aluminum oxide film is used as the insulating
비정질 산화물 반도체층 위에 절연층(631)으로서 형성된 산화알루미늄막은, 수소, 수분 등의 불순물, 및 산소의 양자에 대해 막을 투과시키지 않는 차단 효과(블록 효과)가 높다.The aluminum oxide film formed as the insulating
따라서, 산화알루미늄막은, 제작 공정중 및 제작후에 있어서, 변동 요인이 되는 수소, 수분 등의 불순물의 비정질 산화물 반도체층으로의 혼입, 및 비정질 산화물 반도체층으로부터의 산소의 방출을 방지하는 보호막으로서 기능한다.Therefore, the aluminum oxide film functions as a protective film to prevent the incorporation of impurities such as hydrogen and moisture, which become fluctuating factors, into the amorphous oxide semiconductor layer and the release of oxygen from the amorphous oxide semiconductor layer during and after the fabrication process. .
본 실시형태에 있어서, 트랜지스터(640)는, 산소 과잉 영역을 가짐으로써 산소 결손의 형성을 억제하고, 또한 고순도화된 비정질 산화물 반도체층을 가진다. 또한, 트랜지스터(640)는, 게이트 절연층으로서 산화실리콘막을 가진다. 트랜지스터(640)에 포함되는 비정질 산화물 반도체층은, 산소 주입 처리에 의해 화학량론적 조성비보다도 과잉의 산소를 갖는 영역을 형성하고, 주입후의 가열 처리를, 비정질 산화물 반도체층 위에, 절연층(631)으로서 산화알루미늄막이 형성된 상태에서 행하기 때문에, 상기 가열 처리에 의해 비정질 산화물 반도체층으로부터 산소가 방출되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 얻어지는 비정질 산화물 반도체층은, 화학량론적 조성비보다도 산소의 함유량이 과잉인 영역을 포함하는 막으로 할 수 있다.In the present embodiment, the
또한, 트랜지스터(640)에 포함되는 비정질 산화물 반도체층은, 비정질 산화물 반도체층 성막후의 가열 처리에 의해, 탈수화 또는 탈수소화된 고순도의 막이다. 따라서, 상기 비정질 산화물 반도체층을 트랜지스터(640)에 사용함으로써, 산소 결손에 기인하는 트랜지스터의 임계값 전압(Vth)의 편차를 저감시키고, 임계값 전압의 시프트를 억제할 수 있다.The amorphous oxide semiconductor layer included in the
절연층(632)으로서는, 무기 절연 재료로서는, 산화실리콘층, 산화질화실리콘층, 산화알루미늄층, 또는 산화질화알루미늄층 등의 산화물 절연막, 질화실리콘층, 질화산화실리콘층, 질화알루미늄층, 또는 질화산화알루미늄층 등의 질화물 절연막의 단층, 또는 적층을 사용할 수 있다.As the insulating
층간 절연막(633, 634)으로서는, 표면 요철을 저감시키기 위해서 평탄화 절연층으로서 기능하는 절연층이 바람직하다. 층간 절연막(633, 634)으로서는, 예를 들면 폴리이미드, 아크릴 수지, 벤조사이클로부텐 수지, 폴리아미드, 에폭시 수지 등의, 내열성을 갖는 유기 절연 재료를 사용할 수 있다. 또한 상기 유기 절연 재료 이외에, 실록산계 수지, PSG(인 유리), BPSG(인붕소 유리) 등의 저유전율 재료(low-k 재료)의 단층, 또는 적층을 사용할 수 있다.As the
포토다이오드(602)에 입사하는 광을 검출함으로써, 피검출물의 정보를 판독할 수 있다. 또한, 피검출물의 정보를 판독할 때에 백 라이트 등의 광원을 사용할 수 있다.By detecting the light incident on the
이상과 같이, 고순도화되고, 산소 결손을 보충하는 산소를 과잉으로 함유하는 비정질 산화물 반도체층을 갖는 트랜지스터는, 트랜지스터의 전기적 특성 변동이 억제되고 있어 전기적으로 안정적이다. 따라서, 상기 트랜지스터를 사용함으로써 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제공할 수 있다.As described above, a transistor having an amorphous oxide semiconductor layer which is highly purified and contains excessive oxygen to compensate for oxygen deficiency is suppressed in fluctuation in electrical characteristics of the transistor and is electrically stable. Therefore, by using the transistor, a highly reliable semiconductor device can be provided.
본 실시형태는, 다른 실시형태에 기재한 구성과 적절히 조합하여 실시하는 것이 가능하다.The present embodiment can be implemented in appropriate combination with the configuration described in the other embodiments.
(실시형태 7)(Seventh Embodiment)
본 명세서에 개시하는 반도체 장치는, 여러 가지 전자 기기(게임기도 포함한다)에 적용할 수 있다. 전자 기기로서는, 예를 들면, 텔레비전 장치(텔레비전, 또는 텔레비전 수신기라고도 한다), 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라 등의 카메라, 디지털 포토 프레임, 휴대 전화기(휴대 전화, 휴대 전화 장치라고도 한다), 휴대형 게임기, 휴대 정보 단말, 음향 재생 장치, 파칭코기 등의 대형 게임기 등을 들 수 있다. 상기 실시 형태에서 설명한 반도체 장치를 구비하는 전자 기기의 예에 관해서 설명한다.The semiconductor device disclosed in this specification can be applied to various electronic devices (including game machines). As the electronic apparatus, for example, a television device (also called a television or a television receiver), a monitor for a computer, a camera such as a digital camera, a digital video camera, a digital photo frame, a mobile phone (also referred to as a mobile phone or a mobile phone device). And a large game machine such as a portable game machine, a portable information terminal, an audio reproducing apparatus, and a pachining machine. An example of an electronic apparatus including the semiconductor device described in the above embodiment will be described.
도 14a는, 노트형의 PC이며, 본체(3001), 하우징(3002), 표시부(3003), 키보드(3004) 등에 의해 구성되어 있다. 상기 실시형태 중 어느 하나에서 나타낸 반도체 장치를 표시부(3003)에 적용함으로써, 신뢰성이 높은 노트형의 PC로 할 수 있다.FIG. 14A is a notebook PC, and is composed of a
도 14b는, 휴대 정보 단말(PDA)이며, 본체(3021)에는 표시부(3023)와, 외부 인터페이스(3025)와, 조작 버튼(3024) 등이 형성되어 있다. 또한 조작용의 부속품으로서 스타일러스(3022)가 있다. 상기 실시형태 중 어느 하나에서 나타낸 반도체 장치를 표시부(3023)에 적용함으로써, 보다 신뢰성이 높은 휴대 정보 단말(PDA)로 할 수 있다.14B is a portable information terminal (PDA), in which a
도 14c는, 전자 서적의 일례를 도시하고 있다. 예를 들면, 전자 서적은, 하우징(2701) 및 하우징(2703)의 2개의 하우징으로 구성되어 있다. 하우징(2701) 및 하우징(2703)은, 축부(2711)에 의해 일체로 되어 있고, 상기 축부(2711)를 축으로 하여 개폐 동작을 행할 수 있다. 이러한 구성에 의해, 종이의 서적과 같은 동작을 행하는 것이 가능해진다.14C illustrates an example of an electronic book. For example, the electronic book is composed of two housings, a
하우징(2701)에는 표시부(2705)가 내장되고, 하우징(2703)에는 표시부(2707)가 내장되어 있다. 표시부(2705) 및 표시부(2707)는, 연속 화면을 표시하는 구성으로 해도 좋고, 상이한 화면을 표시하는 구성으로 해도 좋다. 상이한 화면을 표시하는 구성으로 함으로써, 예를 들면 우측의 표시부(도 14c에서는 표시부(2705))에 문장을 표시하고, 좌측의 표시부(도 14c에서는 표시부(2707))에 화상을 표시할 수 있다. 상기 실시형태 중 어느 하나에서 나타낸 반도체 장치를 표시부(2705), 표시부(2707)에 적용함으로써, 신뢰성이 높은 전자 서적으로 할 수 있다. 표시부(2705)로서 반투과형, 또는 반사형의 액정 표시 장치를 사용하는 경우, 비교적 밝은 상황하에서의 사용도 예상되기 때문에, 태양 전지를 형성하고, 태양 전지에 의한 발전, 및 배터리로의 충전을 행할 수 있도록 해도 좋다. 또한 배터리로서는, 리튬 이온 전지를 사용하면, 소형화를 도모할 수 있는 등의 이점이 있다.The
또한, 도 14c에서는, 하우징(2701)에 조작부 등을 구비한 예를 도시하고 있다. 예를 들면, 하우징(2701)에 있어서, 전원(2721), 조작 키(2723), 스피커(2725) 등을 구비하고 있다. 조작 키(2723)에 의해, 페이지를 넘길 수 있다. 또한, 하우징의 표시부와 동일면에 키보드나 포인팅 디바이스 등을 구비하는 구성으로 해도 좋다. 또한, 하우징의 이면이나 측면에, 외부 접속용 단자(이어폰 단자, USB 단자 등), 기록 매체 삽입부 등을 구비하는 구성으로 해도 좋다. 또한, 전자 서적은, 전자 사전으로서의 기능을 갖게 한 구성으로 해도 좋다.In addition, in FIG. 14C, the
또한, 전자 서적은, 무선으로 정보를 송수신할 수 있는 구성으로 해도 좋다. 무선에 의해, 전자 서적 서버로부터, 원하는 서적 데이터 등을 구입하고, 다운로드하는 구성으로 하는 것도 가능하다.The electronic book may be configured to transmit and receive information wirelessly. It is also possible to make the structure which purchases and downloads desired book data etc. from an electronic book server by radio.
도 14d는, 휴대 전화이며, 하우징(2800) 및 하우징(2801)의 두개의 하우징으로 구성되어 있다. 하우징(2801)에는, 표시 패널(2802), 스피커(2803), 마이크로폰(2804), 포인팅 디바이스(2806), 카메라용 렌즈(2807), 외부 접속 단자(2808) 등을 구비하고 있다. 또한, 하우징(2800)에는, 휴대형 정보 단말의 충전을 행하는 태양 전지 셀(2810), 외부 메모리 슬롯(2811) 등을 구비하고 있다. 또한, 안테나는 하우징(2801) 내부에 내장되어 있다. 상기 실시형태 중 어느 하나에서 나타낸 반도체 장치를 표시 패널(2802)에 적용함으로써, 신뢰성이 높은 휴대 전화로 할 수 있다.FIG. 14D is a mobile telephone and is composed of two housings, a
또한, 표시 패널(2802)은 터치 패널을 구비하고 있고, 도 14d에는 영상 표시되어 있는 복수의 조작 키(2805)를 점선으로 나타내고 있다. 또한, 태양 전지 셀(2810)에서 출력되는 전압을 각 회로에 필요한 전압으로 승압하기 위한 승압 회로도 실장하고 있다.In addition, the
표시 패널(2802)은, 사용 형태에 따라 표시의 방향이 적절히 변화된다. 또한, 표시 패널(2802)과 동일면 위에 카메라용 렌즈(2807)를 구비하고 있기 때문에, 영상 전화가 가능하다. 스피커(2803) 및 마이크로폰(2804)은 음성 통화로 한정되지 않고, 영상 전화, 녹음, 재생 등이 가능하다. 또한, 하우징(2800)과 하우징(2801)은, 슬라이드하여 도 14d와 같이 전개되어 있는 상태에서 겹친 상태로 할 수 있어 휴대에 적합한 소형화가 가능하다.In the
외부 접속 단자(2808)는 AC 어댑터 및 USB 케이블 등의 각종 케이블과 접속 가능하며, 충전 및 PC 등과의 데이터 통신이 가능하다. 또한, 외부 메모리 슬롯(2811)에 기록 매체를 삽입하고, 보다 대량의 데이터 보존 및 이동에 대응할 수 있다.The
또한, 상기 기능 외에, 적외선 통신 기능, 텔레비전 수신 기능 등을 구비한 것이라도 좋다.In addition to the above functions, an infrared communication function, a television reception function, or the like may be provided.
도 14e는, 디지털 비디오 카메라이며, 본체(3051), 표시부(A)3057, 접안부(3053), 조작 스위치(3054), 표시부(B)(3055), 배터리(3056) 등에 의해 구성되어 있다. 상기 실시형태 중 어느 하나에서 나타낸 반도체 장치를 표시부(A)(3057), 표시부(B)(3055)에 적용함으로써, 신뢰성이 높은 디지털 비디오 카메라로 할 수 있다.FIG. 14E is a digital video camera, and is composed of a
도 14f는, 텔레비전 장치의 일례를 도시하고 있다. 텔레비전 장치는, 하우징(9601)에 표시부(9603)가 내장되어 있다. 표시부(9603)에 의해, 영상을 표시하는 것이 가능하다. 또한, 여기에서는, 스탠드(9605)에 의해 하우징(9601)을 지지한 구성을 나타내고 있다. 상기 실시형태 중 어느 하나에서 나타낸 반도체 장치를 표시부(9603)에 적용함으로써, 신뢰성이 높은 텔레비전 장치로 할 수 있다.14F shows an example of a television device. In the television apparatus, the
텔레비전 장치의 조작은, 하우징(9601)이 구비하는 조작 스위치나, 별체의 리모트 컨트롤러에 의해 행할 수 있다. 또한, 리모트 컨트롤러에, 상기 리모트 컨트롤러로부터 출력되는 정보를 표시하는 표시부를 형성하는 구성으로 해도 좋다.The operation of the television device can be performed by an operation switch included in the
또한, 텔레비전 장치는, 수신기나 모뎀 등을 구비한 구성으로 한다. 수신기에 의해 일반 텔레비전 방송의 수신을 행할 수 있고, 또한 모뎀을 개재하여 유선 또는 무선에 의한 통신 네트워크에 접속함으로써, 일방향(송신자에게서 수신자) 또는 쌍방향(송신자와 수신자간, 또는 수신자간끼리 등)의 정보 통신을 행하는 것도 가능하다.In addition, a television device is provided with a receiver, a modem, or the like. General television broadcasts can be received by the receiver and connected to a wired or wireless communication network via a modem, so that one-way (from sender to receiver) or two-way (between sender and receiver, or between receivers, etc.) It is also possible to perform information communication.
본 실시형태는, 다른 실시형태에 기재한 구성과 적절히 조합하여 실시하는 것이 가능하다.The present embodiment can be implemented in appropriate combination with the configuration described in the other embodiments.
(실시예 1)(Example 1)
본 실시예에서는, 개시하는 발명에 따르는 반도체 장치에 있어서 사용하는 산화알루미늄막의 배리어막으로서의 특성에 관해서 평가를 행하였다. 도 15a1 내지 도 18d에 결과를 도시한다. 평가 방법으로서는, 2차 이온 질량 분석법(SIMS: Secondary ion Mass Spectrometry)과, 승온 탈리 가스 분광법(TDS: Thermal Desorption Spectrometry)을 사용하였다.In this embodiment, evaluation was made as to the characteristics of the aluminum oxide film used as the barrier film in the semiconductor device according to the disclosed invention. The results are shown in Figures 15A1-18D. As an evaluation method, secondary ion mass spectrometry (SIMS) and elevated temperature desorption spectroscopy (TDS) were used.
우선, SIMS 분석에 의한 평가를 나타낸다. 시료는, 비교예로서 유리 기판 위에 스퍼터링법에 의한 산화실리콘막이 막 두께 100nm 형성된 비교예 시료 A와, 유리 기판 위에 스퍼터링법에 의해 산화실리콘막이 막 두께 100nm 형성되고, 산화실리콘막 위에 스퍼터링법에 의해 산화알루미늄막이 막 두께 100nm 형성된 실시예 시료 A를 제작하였다.First, evaluation by SIMS analysis is shown. As a comparative example, a silicon oxide film having a thickness of 100 nm was formed on a glass substrate by a sputtering method, and a silicon oxide film was formed on a glass substrate by a sputtering method with a thickness of 100 nm, and a silicon oxide film was formed on the glass substrate by a sputtering method. Example Sample A was prepared in which an aluminum oxide film was formed with a thickness of 100 nm.
비교예 시료 A 및 실시예 시료 A에 있어서, 산화실리콘막의 성막 조건은, 타깃으로서 산화실리콘(SiO2) 타깃을 사용하고, 유리 기판과 타깃 사이의 거리를 60mm, 압력 0.4Pa, 전원 1.5kW, 산소(산소 유량 50sccm) 분위기하, 기판 온도 100℃로 하였다.In Comparative Example Sample A and Example Sample A, the silicon oxide film deposition conditions used a silicon oxide (SiO 2 ) target as a target, and the distance between the glass substrate and the target was 60 mm, pressure 0.4 Pa, power supply 1.5 kW, The substrate temperature was 100 ° C. under an oxygen (oxygen flow rate 50 sccm) atmosphere.
실시예 시료 A에 있어서, 산화알루미늄막의 성막 조건은, 타깃으로서 산화알루미늄(Al2O3) 타깃을 사용하고, 유리 기판과 타깃 사이의 거리를 60mm, 압력 0.4Pa, 전원 1.5kW, 아르곤 및 산소(아르곤 유량 25sccm:산소 유량 25sccm) 분위기하, 기판 온도 250℃로 하였다.Example In the sample A, the aluminum oxide film formation conditions are, as a target of aluminum oxide (Al 2 O 3), and using the target, the 60mm distance between the glass substrate and the target, pressure 0.4Pa, power supply 1.5kW, argon and oxygen (
비교예 시료 A 및 실시예 시료 A에 프레셔 쿠커 시험(PCT: Pressure Cooker Test)을 행하였다. 본 실시예에서는 PCT 시험으로서, 온도 130℃, 습도 85%, H2O(물):D2O(중수)=3:1 분위기, 2.3기압(0.23MPa)의 조건으로 비교예 시료 A 및 실시예 시료 A를 100시간 유지하였다.A pressure cooker test (PCT: Pressure Cooker Test) was performed on Comparative Sample A and Example Sample A. In the present Example, as a PCT test, Comparative Example Sample A and the implementation were carried out under conditions of a temperature of 130 ° C., a humidity of 85%, H 2 O (water): D 2 O (heavy water) = 3: 1 atmosphere, and 2.3 atmosphere (0.23 MPa). Example Sample A was held for 100 hours.
SIMS 분석으로서 SSDP(Substrate Side Depth Profile)-SIMS를 사용하고, PCT 시험전과 PCT 시험후의 비교예 시료 A 및 실시예 시료 A에 대해, 각 시료의 H 원자 및 D(중수소) 원자의 농도를 측정하였다.As the SIMS analysis, using SSDP (Substrate Side Depth Profile) -SIMS, the concentrations of H atoms and D (deuterium) atoms of each sample were measured for Comparative Example Sample A and Example Sample A before and after the PCT test. .
도 15a1에 비교예 시료 A의 PCT 시험전, 도 15a2에 비교예 시료 A의 PCT 시험후의 SIMS 분석에 의한 H 원자 및 D 원자의 농도 프로파일을 도시한다. 도 15a1 및 도 15a2에 있어서, 예측되는 D 원자 농도(D expected) 프로파일은, D 원자의 존재비가 0.015%로서 H 원자의 프로파일로부터 산출한 농도 프로파일이다. 따라서, PCT 시험에 의해 시료중에 혼입된 D 원자량은, 실측한 D 원자 농도(D profile)와, 예측되는 D 원자 농도(D expected)의 차분이 된다. 실측한 D 원자 농도로부터, 예측되는 D 원자 농도를 뺀, PCT 시험전의 D 원자의 농도 프로파일을 도 15b1에, PCT 시험후의 D 원자의 농도 프로파일을 도 15b2에 도시한다.15A1 shows the concentration profiles of H atoms and D atoms by SIMS analysis before PCT test of Comparative Example Sample A and after PCT test of Comparative Example Sample A in FIG. 15A2. In FIG. 15A1 and FIG. 15A2, the D atom concentration (D expected) profile predicted is a concentration profile calculated from the profile of H atoms with an abundance ratio of D atoms of 0.015%. Therefore, the amount of D atoms mixed in the sample by the PCT test is a difference between the measured D atom concentration (D profile) and the expected D atom concentration (D expected). 15B1 shows the concentration profile of the D atom before the PCT test, and the concentration profile of the D atom after the PCT test is obtained by subtracting the predicted D atom concentration from the measured D atom concentration.
마찬가지로, 도 16a1에 실시예 시료 A의 PCT 시험전의 SIMS에 의한 H 원자 및 D 원자의 농도 프로파일을, 도 16a2에 실시예 시료 A의 PCT 시험후의 SIMS에 의한 H 원자 및 D 원자의 농도 프로파일을 도시한다. 또한, 실측한 D 원자 농도로부터, 예측되는 D 원자 농도를 뺀, PCT 시험전 D 원자의 농도 프로파일을 도 16b1에, PCT 시험후의 농도 프로파일을 도 16b2에 도시한다.Similarly, FIG. 16A1 shows concentration profiles of H atoms and D atoms by SIMS before PCT test of Example Sample A, and FIG. 16A2 shows concentration profiles of H atoms and D atoms by SIMS after PCT test of Example Sample A. do. 16B1 shows the concentration profile of the D atom before the PCT test and FIG. 16B2 shows the concentration profile after the PCT test.
또한, 본 실시예의 SIMS 분석 결과는, 모두 산화실리콘막의 표준 시료에 의해 정량한 결과를 나타내고 있다.In addition, the SIMS analysis result of this Example has shown the result quantified all by the standard sample of a silicon oxide film.
도 15a1 내지 도 15b2에 도시하는 바와 같이, PCT 시험전에는 중첩되어 있던 실측한 D 원자의 농도 프로파일과 예측되는 D 원자 농도 프로파일이, PCT 시험후에는 실측한 D 원자의 농도 프로파일이 고농도로 증대되고 있고, 산화실리콘막 중에 D 원자가 혼입된 것을 알 수 있다. 따라서, 비교예 시료의 산화실리콘막은, 외부로부터의 수분(H2O, D2O)에 대해, 배리어성이 낮은 것이 확인되었다.As shown in Figs. 15A1 to 15B2, the concentration profile of the measured D atom and the predicted D atom concentration profile overlapped before the PCT test are increased at a high concentration after the PCT test. It is understood that the D atom is mixed in the silicon oxide film. Therefore, it was confirmed that the silicon oxide film of the comparative example sample was low in barrier property against moisture (H 2 O, D 2 O) from the outside.
한편, 도 16a1 내지 도 16b2에 도시하는 바와 같이, 산화실리콘막 위에 산화알루미늄막을 적층한 실시예 시료 A는, PCT 시험후에도 산화알루미늄막 표면에 약간 D 원자의 침입이 나타날 뿐이며, 산화알루미늄막 깊이 30nm 부근 이후, 및 산화실리콘막에는 D 원자의 침입이 나타나지 않는다. 따라서, 산화알루미늄막은 외부로부터의 수분(H2O, D2O)에 대해, 배리어성이 높은 것이 확인되었다.On the other hand, as shown in Figs. 16A1 to 16B2, Example Sample A in which an aluminum oxide film was laminated on a silicon oxide film had only slightly invaded D atoms on the surface of the aluminum oxide film after the PCT test, and the aluminum oxide film depth was 30 nm. After the vicinity, no intrusion of D atoms appears in the silicon oxide film. Therefore, it was confirmed that the aluminum oxide film has a high barrier property against moisture (H 2 O, D 2 O) from the outside.
다음에, TDS 분석에 의해 행한 평가를 나타낸다. 시료는, 실시예 시료로서, 유리 기판 위에 스퍼터링법에 의해 산화실리콘막이 막 두께 100nm 형성되고, 산화실리콘막 위에 스퍼터링법에 의해 산화알루미늄막이 막 두께 20nm 형성된 실시예 시료 B를 제작하였다. 또한, 비교예로서, 실시예 시료 B를 TDS 분석에 의해 측정후, 실시예 시료 B로부터 산화알루미늄막을 제거하고, 유리 기판 위에 산화실리콘막만이 형성된 비교예 시료 B를 제작하였다.Next, the evaluation performed by TDS analysis is shown. The sample produced the Example sample B in which the silicon oxide film |
비교예 시료 B 및 실시예 시료 B에 있어서, 산화실리콘막의 성막 조건은, 타깃으로서 산화실리콘(SiO2) 타깃을 사용하고, 유리 기판과 타깃 사이의 거리를 60mm, 압력 0.4Pa, 전원 1.5kW, 산소(산소 유량 50sccm) 분위기하, 기판 온도 100℃로 하였다.In Comparative Example Sample B and Example Sample B, the silicon oxide film deposition conditions were a silicon oxide (SiO 2 ) target as a target, and the distance between the glass substrate and the target was 60 mm, pressure 0.4 Pa, power supply 1.5 kW, The substrate temperature was 100 ° C. under an oxygen (oxygen flow rate 50 sccm) atmosphere.
실시예 시료 B에 있어서, 산화알루미늄막의 성막 조건은, 타깃으로서 산화알루미늄(Al2O3) 타깃을 사용하고, 유리 기판과 타깃 사이의 거리를 60mm, 압력 0.4Pa, 전원 1.5kW, 아르곤 및 산소(아르곤 유량 25sccm:산소 유량 25sccm) 분위기하, 기판 온도 250℃로 하였다.EXAMPLES In sample B, the film forming conditions of the aluminum oxide film were aluminum aluminum (Al 2 O 3 ) targets as targets, and the distance between the glass substrate and the targets was 60 mm, pressure 0.4 Pa, power supply 1.5 kW, argon and oxygen. (
비교예 시료 B 및 실시예 시료 B에 있어서, 또한 300℃ 열처리, 450℃ 열처리, 600℃ 열처리의 조건으로, 각각 질소 분위기하에서 1시간 처리를 행하였다.In Comparative Example Sample B and Example Sample B, further treatment was performed under nitrogen atmosphere for 1 hour under conditions of 300 ° C. heat treatment, 450 ° C. heat treatment and 600 ° C. heat treatment.
비교예 시료 B 및 실시예 시료 B에 있어서, 열처리 없음, 300℃ 열처리, 450℃ 열처리, 600℃ 열처리의 4개의 조건으로 제작된 시료에 각각 TDS 분석을 행하였다. 비교예 시료 B 및 실시예 시료 B에 있어서, 도 17a 및 도 18a에 열처리 없음, 도 17b 및 도 18b에 300℃ 열처리, 도 17c 및 도 18c에 450℃ 열처리, 도 17d 및 도 18d에 600℃ 열처리를 행한 각 시료의 측정된 M/z=32(O2)의 TDS 분석 결과를 도시한다.In Comparative Sample B and Example B, TDS analysis was performed on samples produced under four conditions of no heat treatment, 300 ° C. heat treatment, 450 ° C. heat treatment, and 600 ° C. heat treatment. In Comparative Sample B and Example B, there was no heat treatment in FIGS. 17A and 18A, 300 ° C. heat treatment in FIGS. 17B and 18B, 450 ° C. heat treatment in FIGS. 17C and 18C, and 600 ° C. heat treatment in FIGS. 17D and 18D. The TDS analysis result of measured M / z = 32 (O 2 ) of each sample which was performed is shown.
도 17a 내지 도 17d에 도시하는 바와 같이, 비교예 시료 B는 열처리 없음의 도 17a에서는 산화실리콘막으로부터 산소의 방출이 나타나지만, 도 17b의 300℃ 열처리를 행한 시료에서는 산소의 방출량이 크게 감소되고, 도 17c의 450℃ 열처리를 행한 시료 및 도 17d의 600℃ 열처리를 행한 시료에 있어서는, TDS 측정의 백그라운드 이하였다.As shown in Figs. 17A to 17D, in Comparative Example Sample B, oxygen was released from the silicon oxide film in Fig. 17A without heat treatment, but in the sample subjected to the 300 ° C heat treatment of Fig. 17B, the amount of oxygen was greatly reduced, In the sample which performed the 450 degreeC heat processing of FIG. 17C, and the sample which performed the 600 degreeC heat processing of FIG. 17D, it was below the background of TDS measurement.
도 17a 내지 도 17d의 결과로부터, 산화실리콘막 중에 함유되는 과잉 산소의 90% 이상이 300℃의 열처리에 의해 산화실리콘막 중으로부터 외부로 방출되고, 450℃, 600℃의 열처리에 의해서는 거의 모든 산화실리콘막 중에 함유되는 과잉 산소가 산화실리콘막 외부로 방출된 것을 알 수 있다. 따라서, 산화실리콘막은 산소에 대한 배리어성이 낮은 것을 확인할 수 있었다.17A to 17D show that at least 90% of the excess oxygen contained in the silicon oxide film is released to the outside from the silicon oxide film by a heat treatment at 300 ° C, and almost all of the heat treatment is performed at 450 ° C and 600 ° C. It can be seen that excess oxygen contained in the silicon oxide film is released to the outside of the silicon oxide film. Therefore, it was confirmed that the silicon oxide film had a low barrier property against oxygen.
한편, 도 18a 내지 도 18d에 도시하는 바와 같이, 산화실리콘막 위에 산화알루미늄막을 형성한 실시예 시료 B에 있어서는, 300℃, 450℃, 600℃의 열처리를 행한 시료에 있어서도, 열처리 없음의 시료와 동등한 양의 산소의 방출이 나타났다.On the other hand, in Example Sample B in which an aluminum oxide film was formed on a silicon oxide film, as shown in Figs. 18A to 18D, a sample without heat treatment was also used for a sample subjected to heat treatment at 300 ° C, 450 ° C, and 600 ° C. Equal amounts of oxygen were released.
도 18a 내지 도 18d의 결과로부터, 산화알루미늄막을 산화실리콘막 위에 형성함으로써, 열처리를 행해도 산화실리콘막 중에 함유되는 과잉 산소는 용이하게 외부로 방출되지 않고, 산화실리콘막 중에 함유한 상태가 상당한 정도 유지되는 것을 알 수 있다. 따라서 산화알루미늄막은 산소에 대한 배리어성이 높은 것을 확인할 수 있었다.18A to 18D show that the aluminum oxide film is formed on the silicon oxide film so that the excess oxygen contained in the silicon oxide film is not easily released to the outside even if heat treatment is performed, and the state contained in the silicon oxide film is considerable. It can be seen that it is maintained. Therefore, it was confirmed that the aluminum oxide film had a high barrier property against oxygen.
이상의 결과로부터, 산화알루미늄막은 수소 및 수분에 대한 배리어성과, 산소에 대한 배리어성 둘 다를 가지고 있으며, 수소, 수분, 및 산소에 대한 배리어 막으로서 적합하게 기능하는 것을 확인할 수 있었다.From the above results, it was confirmed that the aluminum oxide film has both a barrier property against hydrogen and moisture and a barrier property against oxygen, and functions suitably as a barrier film against hydrogen, water, and oxygen.
따라서, 산화알루미늄막은, 비정질 산화물 반도체층을 포함하는 트랜지스터의 제작 공정중 및 제작후에 있어서, 변동 요인이 되는 수소, 수분 등의 불순물의 비정질 산화물 반도체층으로의 혼입, 및 비정질 산화물 반도체층으로부터 산소의 방출을 방지하는 보호막으로서 기능할 수 있다.Therefore, the aluminum oxide film is mixed in the amorphous oxide semiconductor layer with impurities such as hydrogen and moisture, which are factors of fluctuation, during the fabrication process and after fabrication of the transistor including the amorphous oxide semiconductor layer, and oxygen from the amorphous oxide semiconductor layer. It can function as a protective film to prevent release.
따라서, 형성되는 비정질 산화물 반도체층은, 수소, 수분 등의 불순물이 혼입되지 않기 때문에 고순도이며, 산소 방출이 방지되기 때문에 비정질 산화물 반도체층이 결정 상태에 있어서의 화학량론적 조성비에 대해, 산소의 함유량이 과잉인 영역을 포함한다. 따라서, 상기 비정질 산화물 반도체층을 트랜지스터에 사용함으로써, 산소 결손에 기인하는 트랜지스터의 임계값 전압(Vth)의 편차를 저감시키고, 임계값 전압의 시프트를 억제할 수 있다.Therefore, the amorphous oxide semiconductor layer formed is of high purity because impurities such as hydrogen and moisture are not mixed, and oxygen release is prevented, so that the content of oxygen with respect to the stoichiometric composition ratio of the amorphous oxide semiconductor layer in the crystal state is high. It contains excess area. Therefore, by using the amorphous oxide semiconductor layer in the transistor, the variation in the threshold voltage V th of the transistor due to oxygen vacancies can be reduced, and the shift in the threshold voltage can be suppressed.
(실시예 2)(Example 2)
본 실시예에서는, 산화물 반도체층의 결정 상태에 관해서 관찰을 행하였다. In the present Example, the crystal state of the oxide semiconductor layer was observed.
시료로서, 유리 기판 위에 스퍼터링법에 의해 산화실리콘막을 막 두께 300nm 형성하고, 산화실리콘막 위에 스퍼터링법에 의해 In-Ga-Zn-O막을 막 두께 100nm 형성하고, In-Ga-Zn-O막 위에 스퍼터링법에 의해 산화알루미늄막을 막 두께 100nm 형성한 실시예 시료 C1을 제작하였다.As a sample, a 300 nm thick silicon oxide film was formed on a glass substrate by a sputtering method, a 100 nm thick In-Ga-Zn-O film was formed on a silicon oxide film by a sputtering method, and on an In-Ga-Zn-O film Example Sample C1 in which an aluminum oxide film was formed with a thickness of 100 nm by sputtering was produced.
산화실리콘막의 성막 조건은, 타깃으로서 산화실리콘(SiO2) 타깃을 사용하고, 유리 기판과 타깃 사이의 거리를 60mm, 압력 0.4Pa, RF 전원 1.5kW, 아르곤 및 산소(아르곤 유량 25sccm:산소 유량 25sccm) 분위기하, 기판 온도 100℃로 하였다. The film forming conditions of the silicon oxide film use a silicon oxide (SiO 2 ) target as a target, and the distance between the glass substrate and the target is 60 mm, pressure 0.4 Pa, RF power 1.5 kW, argon and oxygen (
또한, In-Ga-Zn-O막의 성막 조건은, 조성비로서 In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:2[mol비]의 산화물 타깃을 사용하고, 유리 기판과 타깃 사이의 거리를 60mm, 압력 0.4Pa, RF 전원 0.5kW, 아르곤 및 산소(아르곤 유량 30sccm:산소 유량 15sccm) 분위기하, 기판 온도 250℃로 하였다.In addition, the film forming conditions of the In—Ga—Zn—O film were formed by using an oxide target of In 2 O 3 : Ga 2 O 3 : ZnO = 1: 1: 2 [mol ratio] as the composition ratio, and using the glass substrate and the target. The board | substrate temperature was 250 degreeC in 60 mm, pressure 0.4 Pa, RF power supply 0.5 kW, argon, and oxygen (argon flow volume 30 sccm:
또한, 산화실리콘막 및 In-Ga-Zn-O막은 대기로 해방하지 않고 연속 성막하고, 그 후 감압 분위기하, 400℃에서 30분간 열처리(제 1 열처리)를 행하였다.In addition, the silicon oxide film and the In-Ga-Zn-O film were continuously formed without releasing to air, and then heat-treated (first heat treatment) at 400 ° C. for 30 minutes in a reduced pressure atmosphere.
그 후, 산화알루미늄막을 이하의 조건으로 성막하였다. 구체적으로는, 타깃으로서 산화알루미늄(Al2O3) 타깃을 사용하고, 유리 기판과 타깃 사이의 거리를 60mm, 압력 0.4Pa, RF 전원 2.5kW, 아르곤 및 산소(아르곤 유량 25sccm:산소 유량 25sccm) 분위기하, 기판 온도 250℃로 하였다.Thereafter, an aluminum oxide film was formed under the following conditions. Specifically, an aluminum oxide (Al 2 O 3 ) target is used as a target, and the distance between the glass substrate and the target is 60 mm, pressure 0.4 Pa, RF power supply 2.5 kW, argon and oxygen (
다음에, 실시예 시료 C1의 산화알루미늄막을 통과하고, In-Ga-Zn-O막에 산소를 주입하고, 실시예 시료 C2를 제작하였다. 실시예 시료 C2에 있어서는, 이온 주입법에 의해 In-Ga-Zn-O막에, 산화알루미늄막을 통과하고, 산소(18O) 이온을 주입하였다. 산소(18O) 이온의 주입 조건은 가속 전압 80kV, 도즈량을 1.0×1016ions/㎠으로 하였다.Next, oxygen was injected into the In—Ga—Zn—O film through the aluminum oxide film of Example Sample C1 to prepare Example Sample C2. Example In sample C2, oxygen ( 18 O) ions were implanted through an aluminum oxide film through an In—Ga—Zn—O film by an ion implantation method. Oxygen (18 O) of the ion implantation conditions were an acceleration voltage of 80kV, with a dose of 1.0 × 10 16 ions / ㎠.
또한, 실시예 시료 C2에 대해, 질소 분위기하, 450℃에서 1시간 열처리(제 2 열처리)를 행하고, 실시예 시료 C3을 제작하였다.Further, Example Sample C2 was subjected to heat treatment (second heat treatment) at 450 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere to prepare Example Sample C3.
이상의 공정에서 얻어진 실시예 시료 C1 내지 C3의 단면을 잘라 내고, 고분해능 투과 전자 현미경(히타치하이테크놀로지 제조 「H9000-NAR」: TEM)으로 가속 전압을 300kV로 하고, In-Ga-Zn-O막의 단면 관찰을 행하였다. 도 19a 내지 도 19c에 실시예 시료 C1 내지 C3의 TEM상을 도시한다.The cross sections of the example samples C1 to C3 obtained in the above steps are cut out, and the acceleration voltage is 300 kV under a high-resolution transmission electron microscope ("H9000-NAR" manufactured by Hitachi High-Technologies Corp .: TEM), and the cross section of the In-Ga-Zn-O film Observation was performed. 19A to 19C show TEM images of Example Samples C1 to C3.
도 19a에 실시예 시료 C1의 In-Ga-Zn-O막과 산화알루미늄막의 계면에 있어서의 배율 800만배의 TEM상을 도시한다. 도 19b에 실시예 시료 C2의 In-Ga-Zn-O막과 산화알루미늄막의 계면에 있어서의 배율 800만배의 TEM상을 도시한다. 도 19c에 실시예 시료 C3의 In-Ga-Zn-O막과 산화알루미늄의 계면에 있어서의 배율 800만배의 TEM상을 나타낸다.FIG. 19A shows a TEM image of 8 million times magnification at the interface between the In—Ga—Zn—O film and the aluminum oxide film of Example Sample C1. FIG. 19B shows a TEM image of 8 million times magnification at the interface between the In—Ga—Zn—O film and the aluminum oxide film of Example Sample C2. In FIG. 19C, the TEM image of 8 million times magnification in the interface of the In-Ga-Zn-O film and aluminum oxide of Example sample C3 is shown.
도 19a에 도시하는 In-Ga-Zn-O막에서는, 격자상을 관찰할 수 있기 때문에, 실시예 시료 C1은 결정 영역을 가지고 있는 것이 확인되었다.In the In—Ga—Zn—O film shown in FIG. 19A, since the lattice image could be observed, it was confirmed that Example Sample C1 had a crystal region.
한편, 도 19b에 도시하는 산소 주입 처리후의 In-Ga-Zn-O막에서는, 도 19a에 도시된 격자상은 관찰되지 않았다.On the other hand, in the In—Ga—Zn—O film after the oxygen injection treatment shown in FIG. 19B, the lattice image shown in FIG. 19A was not observed.
또한, 도 19c에 도시하는, 산소 주입 처리 및 450℃에서 열처리한 후의 In-Ga-Zn-O막에서는, 도 19b와 같이 격자상은 관찰되지 않았다. 이것으로부터, 실시예 시료 C3은 비정질인 것이 확인되었다. In addition, in the In—Ga—Zn—O film shown in FIG. 19C after the oxygen injection treatment and heat treatment at 450 ° C., no lattice image was observed as in FIG. 19B. From this, it was confirmed that Example Sample C3 is amorphous.
이상으로부터, 결정 영역을 갖는 산화물 반도체층에 산소 주입을 행함으로써, 결정 영역이 비정질 상태가 되고, 그 후 450℃ 이하에서 열처리를 행함으로써, 비정질 상태가 유지되는 것을 확인할 수 있었다. As described above, it was confirmed that the amorphous region was maintained by performing oxygen injection into the oxide semiconductor layer having the crystal region, and the crystal region became an amorphous state and then heat treated at 450 ° C. or lower.
400 : 기판 401 : 산화물 반도체층
402 : 하지 절연층 404 : 비정질 산화물 반도체층
406 : 게이트 절연층 410 : 게이트 전극
412 : 절연층 421 : 산소
510 : 트랜지스터 520 : 트랜지스터
530 : 트랜지스터 540 : 트랜지스터
601 : 기판 602 : 포토다이오드
608 : 접착층 613 : 기판
631 : 절연층 632 : 절연층
633 : 층간 절연막 634 : 층간 절연막
640 : 트랜지스터 641a : 전극
641b : 전극 642 : 전극
643 : 도전층 645 : 전극
656 : 트랜지스터 658 : 포토다이오드 리셋 신호선
659 : 게이트 신호선 671 : 포토센서 출력 신호선
672 : 포토센서 기준 신호선 2701 : 하우징
2703 : 하우징 2705 : 표시부
2707 : 표시부 2711 : 축부
2721 : 전원 2723 : 조작 키
2725 : 스피커 2800 : 하우징
2801 : 하우징 2802 : 표시 패널
2803 : 스피커 2804 : 마이크로폰
2805 : 조작 키 2806 : 포인팅 디바이스
2807 : 카메라용 렌즈 2808 : 외부 접속 단자
2810 : 태양 전지 셀 2811 : 외부 메모리 슬롯
3001 : 본체 3002 : 하우징
3003 : 표시부 3004 : 키보드
3021 : 본체 3022 : 스타일러스
3023 : 표시부 3024 : 조작 버튼
3025 : 외부 인터페이스 3051 : 본체
3053 : 접안부 3054 : 조작 스위치
3055 : 표시부(B) 3056 : 배터리
3057 : 표시부(A) 4001 : 기판
4002 : 화소부 4003 : 신호선 구동 회로
4004 : 주사선 구동 회로 4005 : 씰재
4006 : 기판 4008 : 액정층
4010 : 트랜지스터 4011 : 트랜지스터
4013 : 액정 소자 4015 : 접속 단자 전극
4016 : 단자 전극 4018 : FPC
4019 : 이방성 도전막 401a : 산화물 반도체층
4020 : 절연층 4021 : 절연층
4023 : 절연층 4024 : 절연층
4030 : 전극 4031 : 전극
4032 : 절연층 4033 : 절연층
404a : 비정질 산화물 반도체층 405a : 소스 전극
405b : 드레인 전극 4510 : 격벽
4511 : 전계 발광층 4513 : 발광 소자
4514 : 충전재 4612 : 캐비티
4613 : 구형 입자 4614 : 충전재
606a : 반도체막 606b : 반도체막
606c : 반도체막 9601 : 하우징
9603 : 표시부 9605 : 스탠드
4018a : FPC 4615a : 흑색 영역
4615b : 백색 영역400: substrate 401: oxide semiconductor layer
402: base insulating layer 404: amorphous oxide semiconductor layer
406: gate insulating layer 410: gate electrode
412: insulating layer 421: oxygen
510: transistor 520: transistor
530: transistor 540: transistor
601
608: adhesive layer 613: substrate
631: insulating layer 632: insulating layer
633: interlayer insulating film 634: interlayer insulating film
640: transistor 641a: electrode
641b: electrode 642: electrode
643: conductive layer 645: electrode
656: transistor 658: photodiode reset signal line
659: Gate signal line 671: Photo sensor output signal line
672: reference signal line 2701: housing
2703
2707: display portion 2711: shaft portion
2721: power 2723: operation keys
2725: Speaker 2800: Housing
2801
2803: Speaker 2804: Microphone
2805: operation key 2806: pointing device
2807: Camera lens 2808: External connection terminal
2810: solar cell 2811: external memory slot
3001: main body 3002: housing
3003: display unit 3004: keyboard
3021: main body 3022: stylus
3023: Display unit 3024: Operation button
3025: external interface 3051: main body
3053
3055: display unit (B) 3056: battery
3057: display portion (A) 4001: substrate
4002: Pixel portion 4003: Signal line driver circuit
4004: Scan Line Driver Circuit 4005: Seal Material
4006: substrate 4008: liquid crystal layer
4010: transistor 4011: transistor
4013
4016
4019: anisotropic
4020: insulation layer 4021: insulation layer
4023: insulating layer 4024: insulating layer
4030: electrode 4031: electrode
4032: insulation layer 4033: insulation layer
404a: amorphous
405b: drain electrode 4510: partition wall
4511
4514: Filling 4612: Cavity
4613
606a:
606c: semiconductor film 9601: housing
9603
4018a:
4615b: white area
Claims (31)
비정질 산화물 반도체층을 형성하는 단계와;
상기 비정질 산화물 반도체층 위에 접하여 게이트 절연층을 형성하는 단계와;
상기 비정질 산화물 반도체층이 화학량론적 조성비를 초과하는 산소를 함유하는 영역을 포함하도록 상기 비정질 산화물 반도체층에 산소를 주입하는 단계와;
상기 게이트 절연층 위에 게이트 전극을 형성하는 단계와;
상기 게이트 전극 위에 산화 알루미늄을 포함하는 절연층을 형성하는 단계를 포함하는, 트랜지스터를 제작하는 방법.In the method of manufacturing a transistor,
Forming an amorphous oxide semiconductor layer;
Forming a gate insulating layer in contact with the amorphous oxide semiconductor layer;
Injecting oxygen into the amorphous oxide semiconductor layer such that the amorphous oxide semiconductor layer includes a region containing oxygen that exceeds the stoichiometric composition ratio;
Forming a gate electrode on the gate insulating layer;
Forming an insulating layer comprising aluminum oxide on the gate electrode.
상기 게이트 절연층을 형성하기 전에 산소의 주입이 행해지는, 트랜지스터를 제작하는 방법.The method of claim 1,
A method of manufacturing a transistor, wherein oxygen is injected before forming the gate insulating layer.
상기 게이트 절연층은 화학량론적 조성비를 초과하는 산소를 함유하는 영역을 포함하는, 트랜지스터를 제작하는 방법.The method of claim 1,
And the gate insulating layer includes a region containing oxygen that exceeds the stoichiometric composition ratio.
결정 영역이 상기 비정질 산화물 반도체층에 형성되도록 상기 게이트 절연층을 형성하기 전에 상기 비정질 산화물 반도체층의 제 1 가열 단계를 더 포함하고,
상기 결정 영역은 그에 대한 산소의 주입에 의해 비정질 구조로 변환되는, 트랜지스터를 제작하는 방법.The method of claim 1,
A first heating step of the amorphous oxide semiconductor layer prior to forming the gate insulating layer such that a crystalline region is formed in the amorphous oxide semiconductor layer,
And the crystal region is converted into an amorphous structure by injection of oxygen thereto.
상기 절연층을 형성한 후에 상기 비정질 산화물 반도체층의 제 2 가열 단계를 더 포함하고,
상기 제 2 가열 단계는 상기 비정질 구조를 유지하도록 행해지는, 트랜지스터를 제작하는 방법.The method of claim 4, wherein
A second heating step of the amorphous oxide semiconductor layer after forming the insulating layer,
And wherein said second heating step is performed to maintain said amorphous structure.
상기 절연층은 제 1 층 및 상기 제 1 층 위에 제 2 층을 포함하고,
상기 제 2 층은 산화 알루미늄을 포함하고,
상기 제 1 층은 산화 알루미늄과 다른 금속 산화물을 포함하는, 트랜지스터를 제작하는 방법.The method of claim 1,
The insulating layer comprises a first layer and a second layer over the first layer,
The second layer comprises aluminum oxide,
And the first layer comprises aluminum oxide and another metal oxide.
상기 제 1 층은 화학량론적 조성비를 초과하는 산소를 함유하는 영역을 포함하는, 트랜지스터를 제작하는 방법.The method according to claim 6,
Wherein the first layer comprises a region containing oxygen that exceeds the stoichiometric composition ratio.
결정 영역을 갖는 산화물 반도체층을 형성하는 단계와;
상기 산화물 반도체층 위에 접하여 게이트 절연층을 형성하는 단계와;
상기 결정 영역이 화학량론적 조성비를 초과하는 산소를 함유하는 영역을 포함하는 비정질 구조로 변환되도록 상기 산화물 반도체층에 산소를 주입하는 단계와;
상기 게이트 절연층 위에 게이트 전극을 형성하는 단계와;
상기 게이트 전극 위에 산화 알루미늄을 포함하는 절연층을 형성하는 단계를 포함하는, 트랜지스터를 제작하는 방법.In the method of manufacturing a transistor,
Forming an oxide semiconductor layer having a crystal region;
Contacting the oxide semiconductor layer to form a gate insulating layer;
Injecting oxygen into the oxide semiconductor layer such that the crystal region is converted to an amorphous structure including a region containing oxygen that exceeds the stoichiometric composition ratio;
Forming a gate electrode on the gate insulating layer;
Forming an insulating layer comprising aluminum oxide on the gate electrode.
상기 게이트 절연층을 형성하기 전에 산소의 주입이 행해지는, 트랜지스터를 제작하는 방법.The method of claim 8,
A method of manufacturing a transistor, wherein oxygen is injected before forming the gate insulating layer.
상기 게이트 절연층은 화학량론적 조성비를 초과하는 산소를 함유하는 영역을 포함하는, 트랜지스터를 제작하는 방법.The method of claim 8,
And the gate insulating layer includes a region containing oxygen that exceeds the stoichiometric composition ratio.
상기 절연층을 형성한 후에 상기 산화물 반도체층의 가열 단계를 더 포함하고,
상기 가열 단계는 상기 산화물 반도체층의 비정질 구조를 유지하도록 행해지는, 트랜지스터를 제작하는 방법.The method of claim 8,
After the insulating layer is formed, further comprising the step of heating the oxide semiconductor layer,
And wherein said heating step is performed to maintain an amorphous structure of said oxide semiconductor layer.
상기 절연층은 제 1 층 및 상기 제 1 층 위의 제 2 층을 포함하고,
상기 제 2 층은 산화 알루미늄을 포함하고,
상기 제 1 층은 산화 알루미늄과 다른 금속 산화물을 포함하는, 트랜지스터를 제작하는 방법.The method of claim 8,
The insulating layer comprises a first layer and a second layer over the first layer,
The second layer comprises aluminum oxide,
And the first layer comprises aluminum oxide and another metal oxide.
상기 제 1 층은 화학량론적 조성비를 초과하는 산소를 함유하는 영역을 포함하는, 트랜지스터를 제작하는 방법.13. The method of claim 12,
Wherein the first layer comprises a region containing oxygen that exceeds the stoichiometric composition ratio.
기판 위에 게이트 전극을 형성하는 단계와;
상기 게이트 전극 위에 게이트 절연층을 형성하는 단계와;
상기 게이트 절연층 위에 비정질 산화물 반도체층을 형성하는 단계와;
상기 비정질 산화물 반도체층이 화학량론적 조성비를 초과하는 산소를 함유하는 영역을 포함하도록 상기 비정질 산화물 반도체층에 산소를 주입하는 단계와;
상기 비정질 산화물 반도체층 위에 산화 알루미늄을 포함하는 절연층을 형성하는 단계를 포함하는, 트랜지스터를 제작하는 방법.In the method of manufacturing a transistor,
Forming a gate electrode on the substrate;
Forming a gate insulating layer on the gate electrode;
Forming an amorphous oxide semiconductor layer on the gate insulating layer;
Injecting oxygen into the amorphous oxide semiconductor layer such that the amorphous oxide semiconductor layer includes a region containing oxygen that exceeds the stoichiometric composition ratio;
Forming an insulating layer comprising aluminum oxide on the amorphous oxide semiconductor layer.
상기 게이트 절연층을 형성한 후에 산소의 주입이 행해지는, 트랜지스터를 제작하는 방법.15. The method of claim 14,
A method of manufacturing a transistor in which oxygen is injected after the gate insulating layer is formed.
상기 게이트 절연층은 화학량론적 조성비를 초과하는 산소를 함유하는 영역을 포함하는, 트랜지스터를 제작하는 방법.15. The method of claim 14,
And the gate insulating layer includes a region containing oxygen that exceeds the stoichiometric composition ratio.
결정 영역이 상기 비정질 산화물 반도체층에 형성되도록 상기 게이트 절연층을 형성하기 전에 상기 비정질 산화물 반도체층의 제 1 가열 단계를 더 포함하고,
상기 결정 영역은 그에 대한 산소의 주입에 의해 비정질 구조로 변환되는, 트랜지스터를 제작하는 방법.15. The method of claim 14,
A first heating step of the amorphous oxide semiconductor layer prior to forming the gate insulating layer such that a crystalline region is formed in the amorphous oxide semiconductor layer,
And the crystal region is converted into an amorphous structure by injection of oxygen thereto.
상기 절연층을 형성한 후에 상기 비정질 산화물 반도체층의 제 2 가열 단계를 더 포함하고,
상기 제 2 가열 단계는 상기 비정질 구조를 유지하도록 행해지는, 트랜지스터를 제작하는 방법.The method of claim 17,
A second heating step of the amorphous oxide semiconductor layer after forming the insulating layer,
And wherein said second heating step is performed to maintain said amorphous structure.
상기 절연층은 제 1 층 및 상기 제 1 층 위의 제 2 층을 포함하고,
상기 제 2 층은 산화 알루미늄을 포함하고,
상기 제 1 층은 산화 알루미늄과 다른 금속 산화물을 포함하는, 트랜지스터를 제작하는 방법.15. The method of claim 14,
The insulating layer comprises a first layer and a second layer over the first layer,
The second layer comprises aluminum oxide,
And the first layer comprises aluminum oxide and another metal oxide.
상기 제 1 층은 화학량론적 조성비를 초과하는 산소를 함유하는 영역을 포함하는, 트랜지스터를 제작하는 방법.The method of claim 19,
Wherein the first layer comprises a region containing oxygen that exceeds the stoichiometric composition ratio.
기판 위에 게이트 전극을 형성하는 단계와;
상기 게이트 전극 위에 게이트 절연층을 형성하는 단계와;
상기 게이트 절연층 위에 결정 영역을 포함하는 산화물 반도체층을 형성하는 단계와;
상기 결정 영역이 화학량론적 조성비를 초과하는 산소를 함유하는 영역을 포함하는 비정질 구조로 변환되도록 상기 산화물 반도체층에 산소를 주입하는 단계와;
상기 산화물 반도체층 위에 산화 알루미늄을 포함하는 절연층을 형성하는 단계를 포함하는, 트랜지스터를 제작하는 방법.In the method of manufacturing a transistor,
Forming a gate electrode on the substrate;
Forming a gate insulating layer on the gate electrode;
Forming an oxide semiconductor layer including a crystal region on the gate insulating layer;
Injecting oxygen into the oxide semiconductor layer such that the crystal region is converted to an amorphous structure including a region containing oxygen that exceeds the stoichiometric composition ratio;
Forming an insulating layer comprising aluminum oxide on the oxide semiconductor layer.
상기 절연층을 형성한 후에 산소의 주입이 행해지는, 트랜지스터를 제작하는 방법.22. The method of claim 21,
A method of manufacturing a transistor, wherein oxygen is injected after forming the insulating layer.
상기 게이트 절연층은 화학량론적 조성비를 초과하는 산소를 함유하는 영역을 포함하는, 트랜지스터를 제작하는 방법.22. The method of claim 21,
And the gate insulating layer includes a region containing oxygen that exceeds the stoichiometric composition ratio.
상기 절연층을 형성한 후에 상기 산화물 반도체층의 가열 단계를 더 포함하고,
상기 가열 단계는 상기 산화물 반도체층의 비정질 구조를 유지하도록 행해지는, 트랜지스터를 제작하는 방법.22. The method of claim 21,
After the insulating layer is formed, further comprising the step of heating the oxide semiconductor layer,
And wherein said heating step is performed to maintain an amorphous structure of said oxide semiconductor layer.
상기 절연층은 제 1 층 및 상기 제 1 층 위의 제 2 층을 포함하고,
상기 제 2층은 산화 알루미늄을 포함하고,
상기 제 1 층은 산화 알루미늄과 다른 금속 산화물을 포함하는, 트랜지스터를 제작하는 방법.22. The method of claim 21,
The insulating layer comprises a first layer and a second layer over the first layer,
The second layer comprises aluminum oxide,
And the first layer comprises aluminum oxide and another metal oxide.
상기 제 1 층은 화학량론적 조성비를 초과하는 산소를 함유하는 영역을 포함하는, 트랜지스터를 제작하는 방법.The method of claim 25,
Wherein the first layer comprises a region containing oxygen that exceeds the stoichiometric composition ratio.
상기 트랜지스터는:
게이트 전극과;
비정질 산화물 반도체와;
상기 게이트 전극과 상기 비정질 산화물 반도체 사이에 개재되는 게이트 절연층과;
상기 게이트 전극, 상기 비정질 산화물 반도체, 및 상기 게이트 절연층 위에 산화 알루미늄을 포함하는 절연층을 포함하고,
상기 비정질 산화물 반도체는 화학량론적 조성비를 초과하는 산소를 함유하는 영역을 포함하는, 반도체 장치.In a semiconductor device comprising a transistor,
The transistor is:
A gate electrode;
An amorphous oxide semiconductor;
A gate insulating layer interposed between the gate electrode and the amorphous oxide semiconductor;
An insulating layer including aluminum oxide on the gate electrode, the amorphous oxide semiconductor, and the gate insulating layer,
The amorphous oxide semiconductor includes a region containing oxygen in excess of the stoichiometric composition ratio.
상기 게이트 절연층은 화학량론적 조성비를 초과하는 산소를 함유하는 영역을 포함하는, 반도체 장치.The method of claim 27,
And the gate insulating layer includes a region containing oxygen that exceeds the stoichiometric composition ratio.
상기 절연층은 제 1 층 및 상기 제 1 층 위의 제 2 층을 포함하고,
상기 제 2 층은 산화 알루미늄을 포함하고,
상기 제 1 층은 산화 알루미늄과 다른 금속 산화물을 포함하는, 반도체 장치.The method of claim 27,
The insulating layer comprises a first layer and a second layer over the first layer,
The second layer comprises aluminum oxide,
And the first layer comprises aluminum oxide and another metal oxide.
상기 제 1 층은 화학량론적 조성비를 초과하는 산소를 함유하는 영역을 포함하는, 반도체 장치.30. The method of claim 29,
And the first layer includes a region containing oxygen that exceeds the stoichiometric composition ratio.
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