KR20220052855A - 반도체 장치 및 그 제작 방법 - Google Patents

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KR20220052855A
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transistor
insulator
layer
oxide
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KR1020217033007A
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게이 다카하시
고지 구스노키
하지메 기무라
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

많은 기능을 실현하고자 하면, 부품 점수가 많고, 각각을 실장하는 작업이 필요하므로, 제조 비용의 상승, 수율의 저하를 초래한다. 매트릭스형의 표시부와, 매트릭스형의 광 센서부를 동일한 기판 위에 제작한다. 또한, 동일한 기판 위에 제작된 표시부와 광 센서부의 각각의 구동 회로를 하나의 칩에 제공함으로써 부품 점수의 저감을 실현한다. 표시 패널 내에 광 센서를 제공함으로써, 바코드 리더 기능이나 스캐너 기능을 표시 패널에 부여할 수 있다. 또한, 지문 등의 인증 기능 또는 터치 센서로서의 입출력 기능을 표시 패널에 부여할 수도 있다.

Description

반도체 장치 및 그 제작 방법
본 발명의 일 형태는 터치 센서를 구비한 표시 장치에 관한 것이다. 또는 본 발명의 일 형태는 액정 표시 장치에 관한 것이다. 또는 본 발명의 일 형태는 터치 센서에 관한 것이다. 또는 본 발명의 일 형태는 반도체 장치에 관한 것이다.
또한 본 발명의 일 형태는 상기 기술분야에 한정되지 않는다. 본 명세서 등에서 개시(開示)하는 발명의 일 형태는, 물건, 방법, 또는 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 형태는 공정(process), 기계(machine), 제품(manufacture), 또는 조성물(composition of matter)에 관한 것이다. 그러므로, 본 명세서 등에서 더 구체적으로 개시(開示)하는 본 발명의 일 형태의 기술분야로서는, 반도체 장치, 표시 장치, 발광 장치, 축전 장치, 기억 장치, 전자 기기, 조명 장치, 입력 장치, 입출력 장치, 이들의 구동 방법, 또는 이들의 제조 방법을 일례로서 들 수 있다.
또한 본 명세서 등에서 반도체 장치란 반도체 특성을 이용함으로써 기능할 수 있는 장치 전반을 가리킨다. 트랜지스터 등의 반도체 소자를 비롯하여, 반도체 회로, 연산 장치, 기억 장치는, 반도체 장치의 일 형태이다. 촬상 장치, 표시 장치, 액정 표시 장치, 발광 장치, 입력 장치, 입출력 장치, 전기 광학 장치, 발전 장치(박막 태양 전지, 유기 박막 태양 전지 등을 포함함), 및 전자 기기는 반도체 장치를 가지는 경우가 있다.
근년에 들어, 스마트폰이나 태블릿 단말기 등의 휴대 정보 단말기가 널리 보급되고 있다. 상기 휴대 정보 단말기는 액티브 매트릭스형의 표시부나, 터치 센서 등을 가진 표시 장치가 사용되는 경우가 많다.
또한, 특허문헌 1에서 개시되어 있다. 특허문헌 1은 표시부용 구동 회로와, 터치 센서용 구동 회로를 하나의 IC로 겸용하는 기술이 개시되어 있다.
일본 공개특허공보 특개2017-16098호
표시 패널에 있어서, 옥외 또는 옥내에서 표시 패널 주변의 밝기에 따라서는 표시 영상이 잘 보이지 않는 경우가 있다. 표시 패널 주변의 밝기를 검출하고, 최적의 표시를 수행하기 위하여 포토다이오드 등의 수광 소자를 표시 패널과 따로 제공하고, 검출된 광량에 맞춰 표시 패널의 표시를 자동으로 조절한다. 이 경우에 있어서, 수광 소자를 표시 패널과 따로 제공하면, 디바이스에서 수광 소자를 실장하는 공간이나, 검출을 위한 반도체 집적 회로를 가지는 칩도 따로 제공된다. 또한, 따로 제공할 경우에는 미소한 수광 소자를 사용하기 때문에 배치에 따라서는 외부의 광량을 정확하게 검출하는 것이 어렵다.
또한, 상술한 수광 소자에 한정되지 않고, 휴대 정보 단말기 등의 디바이스는 앞으로 더 많은 기능을 갖추는 것이 요구되고 있다.
많은 기능을 실현하기 위해서는, 다양한 액세서리 기기 등을 접속하고, 액세서리 기기를 조작하기 위한 애플리케이션 소프트 등을 디바이스에 도입할 작업이 필요하다. 예를 들어, 바코드 리더 기능이나 스캐너 기능 등은 액세서리 기기를 사용하여 실현할 수 있지만, 접속 코드의 유무, 적용 기종 등에도 제한이 있어, 범용성이 낮다.
또한, 하나의 칩으로 하는 반도체 집적 회로를 종류마다 개별로 실장하는 디바이스는 부품 점수가 많고, 각각을 실장하는 작업이 필요하므로, 제조 비용의 상승, 수율의 저하를 초래한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 매트릭스형의 표시부와, 매트릭스형의 광 센서부를 동일한 기판 위에 제작한다. 또한, 동일한 기판 위에 제작한 표시부와 광 센서부의 각각의 구동 회로를 하나의 칩에 제공함으로써 부품 점수의 저감을 실현한다.
본 명세서에서 개시하는 발명의 구성은 표시부 및 광 센서부를 가지는 제 1 기판의 한쪽 면에 적어도 하나의 반도체 집적 회로를 가지는 칩이 실장되고, 표시부와 중첩되는 제 2 기판을 가지고, 제 1 기판의 한쪽 면과 제 2 기판의 한쪽 면은 대향하여 고정되고, 반도체 집적 회로를 가지는 칩은 광 센서부의 구동 회로 및 표시부의 구동 회로를 가지는 반도체 장치이다.
표시 패널 내에 광 센서를 제공함으로써, 바코드 리더 기능이나 스캐너 기능을 표시 패널에 부여할 수 있다. 또한, 지문 등의 인증 기능, 정맥 등의 생체 정보 취득, 또는 터치 센서로서의 입력 기능을 표시 패널에 부여할 수도 있다.
또한, 표시 패널의 표시에 유기 화합물을 포함하는 층을 사용하는 발광 소자를 사용하는 경우, 이들의 발광 소자를 발광시켜, 그 반사광을 사용하여 촬상할 수 있다. 따라서, 야간의 옥외의 어두운 장소에서도 QR 코드(등록 상표) 등을 판독할 수 있다. 어두운 장소에서는 QR 코드(등록 상표) 등을 카메라로 판독하기가 어렵기 때문에 본 구성은 유용하다.
또한, 표시 패널과 거의 같은 영역에 광 센서를 복수로 배치하기 때문에 넓은 면적을 사용하여 정확하게 외부의 광량을 검출할 수도 있다.
광 센서부는 표시 패널과 거의 같은 영역에 제공되고, 표시 패널을 터치한 사람의 손가락 등의 그림자를 검출함으로써 터치 패널로서 기능시킬 수 있다.
또한, 낮에 옥외에서 사용하는 경우에는 광 센서부에서 태양의 광을 수광하므로 표시 패널을 터치 패널로서 기능시키는 것이 어려워진다. 그러므로, 정전 용량식 터치 패널을 표시 패널의 위에 제공하여도 좋고, 낮에 옥외에서 사용하는 경우에는, 외광의 광량에 맞춰 정전 용량식 터치 패널로 전환하는 구성으로 한다.
또한, 터치 패널부를 가지는 구성도 본 발명의 하나이고, 그 구성은 표시부 및 광 센서부를 가지는 제 1 기판의 한쪽 면에 적어도 하나의 반도체 집적 회로를 가지는 칩이 실장되고, 표시부와 중첩되는 제 2 기판의 한쪽 면에 터치 패널부를 가지고, 제 1 기판의 한쪽 면과 제 2 기판의 한쪽 면은 대향하여 고정되고, 반도체 집적 회로를 가지는 칩은 표시부의 구동 회로, 광 센서부의 구동 회로, 및 터치 패널부의 구동 회로를 가지는 반도체 장치이다.
또한, 상기 구성에서는, 하나의 칩에 3종류의 구동 회로를 가지는 구성을 나타내었지만, 특별히 한정되지 않고, 하나의 칩에 2종류의 구동 회로를 가지는 구성으로 하여도 좋다.
2종류의 구동 회로로서, 표시부의 구동 회로와 터치 패널부의 구동 회로의 2종류로 하는 구성도 본 발명의 하나이고, 그 구성은 표시부 및 광 센서부를 가지는 제 1 기판의 한쪽 면에 적어도 하나의 반도체 집적 회로를 가지는 칩이 실장되고, 표시부와 중첩되는 제 2 기판의 한쪽 면에 터치 패널부를 가지고, 제 1 기판의 한쪽 면과 제 2 기판의 한쪽 면은 대향하여 고정되고, 반도체 집적 회로를 가지는 칩은 표시부의 구동 회로 및 터치 패널부의 구동 회로를 가지는 반도체 장치이다.
또한, 2종류의 구동 회로로서, 광 센서부의 구동 회로 및 터치 패널부의 구동 회로의 2종류로 하는 구성도 본 발명의 하나이고, 그 구성은 표시부 및 광 센서부를 가지는 제 1 기판의 한쪽 면에 적어도 하나의 반도체 집적 회로를 가지는 칩이 실장되고, 표시부와 중첩되는 제 2 기판의 한쪽 면에 터치 패널부를 가지고, 제 1 기판의 한쪽 면과 제 2 기판의 한쪽 면은 대향하여 고정되고, 반도체 집적 회로를 가지는 칩은 광 센서부의 구동 회로 및 터치 패널부의 구동 회로를 가지는 반도체 장치이다.
상기 표시 패널은 제 1 기판을 유리 기판으로 하는 경우, 표시부의 구동 회로로서 COG(Chip On Glass) 방식으로 실장된 IC(반도체 집적 회로)를 사용한다.
또한, 제 1 기판에 필름, 예를 들어 플라스틱 필름을 사용하는 경우, COF(Chip On Film) 방식 또는 TCP(Tape Carrier Package) 등의 실장 방법으로 IC를 실장할 수도 있다.
또한, IC를 FPC(Flexible printed circuits) 위에 배치할 수도 있다.
또한, IC를 FPC 위에 배치하는 구성도 본 발명의 하나이고, 그 구성은 표시부, 광 센서부, 및 단자부를 가지는 제 1 기판과, 단자부와 전기적으로 접속되는 배선을 가지는 필름과, 필름 위에 적어도 하나의 반도체 집적 회로를 가지는 칩이 실장되고, 상기 표시부와 중첩되는 제 2 기판을 가지고, 제 1 기판의 한쪽 면과 제 2 기판의 한쪽 면은 대향하여 고정되고, 반도체 집적 회로를 가지는 칩은 광 센서부의 구동 회로 및 표시부의 구동 회로를 가지는 반도체 장치이다.
또한, IC를 FPC 위에 배치하고 또한 터치 패널부를 가지는 구성도 본 발명의 하나이고, 그 구성은 표시부, 광 센서부, 및 단자부를 가지는 제 1 기판과, 단자부와 전기적으로 접속되는 배선을 가지는 필름과, 필름 위에 적어도 하나의 반도체 집적 회로를 가지는 칩이 실장되고, 표시부와 중첩되는 제 2 기판의 한쪽 면에 터치 패널부를 가지고, 제 1 기판의 한쪽 면과 상기 제 2 기판의 한쪽 면은 대향하여 고정되고, 반도체 집적 회로를 가지는 칩은 표시부의 구동 회로, 광 센서부의 구동 회로, 및 터치 패널부의 구동 회로를 가지는 반도체 장치이다.
또한, 상기 구성에서는, FPC 위의 하나의 칩에 3종류의 구동 회로를 가지는 구성을 나타내었지만, 특별히 한정되지 않고, FPC 위의 하나의 칩에 2종류의 구동 회로를 가지는 구성으로 하여도 좋다.
2종류의 구동 회로로서, 표시부의 구동 회로와 터치 패널부의 구동 회로의 2종류로 하는 구성도 본 발명의 하나이고, 그 구성은 표시부, 광 센서부, 단자부를 가지는 제 1 기판과, 단자부와 전기적으로 접속되는 배선을 가지는 필름과, 필름 위에 적어도 하나의 반도체 집적 회로를 가지는 칩이 실장되고, 표시부와 중첩되는 제 2 기판의 한쪽 면에 터치 패널부를 가지고, 제 1 기판의 한쪽 면과 제 2 기판의 한쪽 면은 대향하여 고정되고, 반도체 집적 회로를 가지는 칩은 표시부의 구동 회로 및 터치 패널부의 구동 회로를 가지는 반도체 장치이다.
또한, 2종류의 구동 회로로서, 광 센서부의 구동 회로와 터치 패널부의 구동 회로의 2종류로 하는 구성도 본 발명의 하나이고, 표시부, 광 센서부, 단자부를 가지는 제 1 기판과, 단자부와 전기적으로 접속되는 배선을 가지는 필름과, 필름 위에 적어도 하나의 반도체 집적 회로를 가지는 칩이 실장되고, 표시부와 중첩되는 제 2 기판의 한쪽 면에 터치 패널부를 가지고, 제 1 기판의 한쪽 면과 제 2 기판의 한쪽 면은 대향하여 고정되고, 반도체 집적 회로를 가지는 칩은 광 센서부의 구동 회로 및 터치 패널부의 구동 회로를 가지는 반도체 장치이다.
상기 각 구성에 있어서, 표시부는 외부에 광을 방출하고, 그 광의 반사광을 광 센서부가 수광한다. 상기 각 구성에 있어서, 표시부는 화소 전극 및 화소 전극과 전기적으로 접속되는 트랜지스터를 복수로 가진다. 또한, 상기 각 구성에 있어서, 표시부는 표시부의 화소 전극 위에 발광층으로서 기능하는 유기 화합물층을 가진다. 또한, 상기 각 구성에 있어서, 광 센서부는 수광부를 가진다. 또한, 상기 각 구성에 있어서, 표시부의 화소 전극 위에 제공된 유기 화합물층은 광 센서부의 유기 화합물층과 동일한 재료를 포함한다. 광 센서부의 수광부는 유기 화합물층을 포함하고, 표시부의 유기 화합물층을 포함하는 발광 소자와 공통된 층을 적어도 1층 가지면, 프로세스가 간략해지기 때문에 바람직하다.
상기 각 구성에 있어서, 상기 표시부는 산화물 반도체를 사용하는 트랜지스터(OS 트랜지스터라고도 함)를 복수로 가진다. 구체적으로는, 채널 형성 영역을 포함하는 산화물 반도체로서 기능하는 금속 산화물을 사용한다. 예를 들어, 산화물 반도체로서, In-M-Zn 산화물(원소 M은 알루미늄, 갈륨, 이트륨, 구리, 바나듐, 베릴륨, 붕소, 타이타늄, 철, 니켈, 저마늄, 지르코늄, 몰리브데넘, 란타넘, 세륨, 네오디뮴, 하프늄, 탄탈럼, 텅스텐, 주석, 및 마그네슘 등에서 선택된 1종, 또는 복수 종류) 등의 금속 산화물을 사용하면 좋다.
또한, 산화물 반도체를 사용하는 트랜지스터 대신에 LTPS(Low Temperature Polysilicon) 트랜지스터를 사용하여도 좋다. 산화물 반도체를 사용하는 트랜지스터나, LTPS 트랜지스터는 동일한 기판 위에 화소용 트랜지스터와, 구동 회로용 트랜지스터를 동일한 프로세스로 제작할 수 있다. 동일한 프로세스로 제작하는 구동 회로로서는 디멀티플렉서나, 주사선 구동 회로 등이 있다. 또한, LTPS 트랜지스터를 형성하고, 또한 산화물 반도체를 사용하는 트랜지스터를 제작하는, 소위 LTPO 구조로 하여도 좋다.
또한, 복수 종류의 구동 회로를 가지는 하나의 칩은 단결정 실리콘 기판에 제공된 트랜지스터와, 산화물 반도체를 가지는 트랜지스터의 적층을 포함하는 구성으로 하여도 좋다. 예를 들어, 고속 구동시키는 회로는 단결정 실리콘 기판에 제공된 트랜지스터로 구성하고, 메모리로서 기능시키는 회로는 산화물 반도체를 가지는 트랜지스터로 구성함으로써, 집적도를 높일 수 있다. 또한, 산화물 반도체를 가지는 트랜지스터는 그 위에 산화물 반도체를 가지는 트랜지스터를 쌓을 수 있다.
또한, 하나의 칩에는 복수 종류의 구동 회로뿐만 아니라, 다른 회로, 예를 들어 수신 회로, 충전 회로, CPU 회로 등을 가지는 구성으로 하여도 좋다.
본 발명의 일 형태에 의하여, 복수 종류의 상이한 구동 회로를 1칩화함으로써, 부품 점수를 저감하고, 실장 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태에 의하여, 많은 기능을 가지고, 또한 표시부용 구동 회로와 광 센서용 구동 회로와 터치 센서용 구동 회로가 하나의 IC로 형성된, 터치 센서를 구비한 표시 장치를 제공할 수 있다.
또는 본 발명의 일 형태에 의하여, 신규 반도체 장치를 제공할 수 있다.
또한 이들 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하는 것은 아니다. 또한 본 발명의 일 형태는 이들 효과 모두를 가질 필요는 없다. 또한 이들 이외의 효과는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 저절로 명백해질 것이고, 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 이들 이외의 효과를 추출할 수 있다.
도 1의 (A) 및 (B)는 표시 장치의 구성예를 나타낸 모식도이다.
도 2는 표시 장치의 구성예를 나타낸 회로 블록도이다.
도 3의 (A), (B), (C), (D)는 표시 장치의 센싱 방식을 나타낸 단면 모식도이다.
도 4는 표시 장치의 센싱 방식을 나타낸 단면 모식도이다.
도 5의 (A), (B), (C), (D)는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이고, 도 5의 (E), (F), (G), (H)는 화소의 일례를 나타낸 상면도이다.
도 6의 (A), (B), (C)는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 7의 (A), (B), (C)는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 8의 (A), (B), (C)는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 9는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 10의 (A), (B)는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 11의 (A), (B)는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 12는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 13의 (A), (B)는 화소 회로의 일례를 나타낸 회로도이다.
도 14는 반도체 장치의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 15는 반도체 장치의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 16의 (A) 내지 (C)는 트랜지스터의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 17의 (A) 내지 (C)는 트랜지스터의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 18의 (A) 내지 (C)는 트랜지스터의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 19의 (A)는 IGZO의 결정 구조의 분류를 설명하는 도면이다. 도 19의 (B)는 CAAC-IGZO막의 XRD 스펙트럼을 설명하는 도면이다. 도 19의 (C)는 CAAC-IGZO막의 극미 전자선 회절 패턴을 설명하는 도면이다.
도 20의 (A)는 전자 기기의 일례를 나타낸 사시도이고, 도 20의 (B)는 단면도이다.
도 21의 (A), (B), (C), (D)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 22의 (A), (B), (C), (D), (E), (F)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
아래에서 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 다만 실시형태는 많은 상이한 형태로 실시할 수 있고, 취지 및 그 범위로부터 벗어나지 않고 그 형태 및 자세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다는 것은 통상의 기술자라면 용이하게 이해된다. 따라서 본 발명은 아래의 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
또한 본 명세서는 이하의 실시형태를 적절히 조합할 수 있다. 또한 하나의 실시형태에 복수의 구성예가 제시되는 경우에는 구성예를 적절히 조합할 수 있다.
또한 도면에서 크기, 층의 두께, 또는 영역은 명료화를 위하여 과장되어 있는 경우가 있다. 따라서 반드시 그 스케일에 한정되지는 않는다. 또한 도면은 이상적인 예를 모식적으로 도시한 것이고, 도면에 나타낸 형상 또는 값 등에 한정되지 않는다.
또한 본 명세서 등에서 "전극"이나 "배선"이라는 용어는 이들 구성 요소를 기능적으로 한정하는 것이 아니다. 예를 들어 "전극"은 "배선"의 일부로서 사용되는 경우가 있고, 그 반대도 마찬가지이다. 또한 "전극"이나 "배선"의 용어는 복수의 "전극"이나 "배선"이 일체가 되어 형성되어 있는 경우 등도 포함한다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치의 구성예에 대하여 도 1, 도 2, 도 3, 및 도 4를 사용하여 설명한다.
도 1의 (A)는 표시 장치(10)의 모식도이다. 도 1의 (A)는 표시부(11) 및 광 센서부(14)와 그 주변 회로의 위치 관계를 나타낸 것이다. 도 1에 나타낸 모식도는 기판(18) 위에 표시부(11), 광 센서부(14), 주사선 구동 회로의 IC 열(13L), 주사선 구동 회로의 IC 열(13R), 디멀티플렉서(15), FPC(Flexible printed circuits)(19), IC(20_1), IC(20_2), 및 IC(20_3)를 가진다. 배치한 3개의 IC 중 중앙에 IC(20_1)가 배치되고, 그 양 옆에 IC(20_2)와 IC(20_3)가 배치되어 있다. IC(20_1 내지 20_3)는 FPC(19)를 통하여, 도 2에 나타낸 호스트(16)에 접속되어 있다. 호스트(16)는 CPU 및 타이밍 컨트롤러를 가진다. 광 센서부(14)는 도 1의 (A)와 같이, 동일한 기판(18) 위에 표시부(11)와 같은 위치에 형성되어 있다. 다만, 여기서 말하는 "같은 위치"란 중첩되는 위치를 의미하는 것이 아니고, 각각의 미세한 표시 영역(발광 영역)과 각각의 미세한 광 센서 영역(수광 영역)이 중첩되지 않도록 배치되어 있다.
주사선 구동 회로의 IC 열(13L)이나, 주사선 구동 회로의 IC 열(13R)의 각각의 IC에는 표시부(11)의 구동 회로의 일부와 광 센서부(14)의 구동 회로의 일부가 하나의 IC에 제공되어 있다.
도 1의 (A)에서는, 주사선 구동 회로의 IC 열(13L)과 주사선 구동 회로의 IC 열(13R)의 총 8개의 IC를 배치하는 예를 나타내었지만, 특별히 한정되지 않고, 한쪽에 8개 배치하여도 좋고, IC(20_1), IC(20_2), 및 IC(20_3)의 주변에 배치하여도 좋다. 또한, 8개의 IC를 배치하는 예에 한정되지 않고, 부품 점수를 줄이기 위하여 하나의 IC로 하여도 좋다. 또한, 8K 등의 화소수의 표시부로 하는 경우, 8개 이상의 IC로 하여도 좋다.
또한, IC(20_1 내지 20_3)는 COF(Chip On Film) 방식 또는 TCP(Tape Carrier Package) 등의 실장 방법에 의하여 제공하여도 좋다. 도 1의 (B)는 IC(20_1 내지 20_3)를 FPC(19) 위에 배치한 예를 나타낸 것이다. IC(20_1 내지 20_3)를 FPC(19) 위에 배치함으로써 기판(18)의 면적을 작게 할 수 있게 되기 때문에 표시 장치(10)를 소형화할 수 있다.
또한, 주사선 구동 회로의 IC 열(13L) 및 주사선 구동 회로의 IC 열(13R)도 FPC 위에 COF 방식 또는 TCP 등의 실장 방법에 의하여 제공하여도 좋다.
또한, 도 1의 (A) 및 (B)는 일례로서 IC(20_1), IC(20_2), 및 IC(20_3)의 3개의 IC와, 주사선 구동 회로의 IC 열(13L)의 4개의 IC와, 주사선 구동 회로의 IC 열(13R)의 4개의 IC의 총 11개를 가진 예를 나타내었지만, 이에 한정되지 않는다.
표시 장치(10)는 11개 이상의 IC를 가질 수 있다. 또한, 도 1의 (B)는 하나의 FPC에 IC(20_1 내지 20_3)가 접속되어 있는 예를 나타내었지만, 이에 한정되지 않는다. 각각의 IC마다 다른 FPC를 제공하여도 좋다.
또한, 부품 점수를 줄이는 경우에는 IC(20_1), IC(20_2), 및 IC(20_3)의 3개의 IC를 하나의 IC로 하고, 주사선 구동 회로의 IC 열(13L)의 4개의 IC를 하나의 IC로 하고, 주사선 구동 회로의 IC 열(13R)의 4개의 IC를 하나의 IC로 하여 총 3개의 IC로 할 수도 있다. 표시부의 면적이 작은 경우에는 모두를 합쳐 하나의 IC로 할 수도 있다.
또한, 도 2는 본 발명의 일 형태의 표시 장치(10)의 구성예를 나타낸 회로 블록도이다. 표시 장치(10)는 표시부(11)와, 광 센서부(14)와, 주사선 구동 회로(13)와, IC(20_1 내지 20_m(m은 2 이상의 정수(整數)))와, 호스트(16)를 가진다.
표시부(11)는 매트릭스상으로 배치된 복수의 화소(12)와, 복수의 주사선(GL)과, 복수의 신호선(SL)을 가지고, 화상을 표시하는 기능을 가진다.
표시부(11)는 화소(12)의 발광/비발광을 제어함으로써 화상을 표시할 수 있다. 화소(12)에는, 예를 들어 액정 소자나 EL(일렉트로루미네선스) 소자(다만, EL 소자는 유기 화합물 및 무기 화합물 중 한쪽 또는 양쪽을 포함함)를 사용할 수 있다. 화소(12)는 이 외에도 예를 들어 LED 칩(백색 LED 칩, 적색 LED 칩, 녹색 LED 칩, 청색 LED 칩 등), 트랜지스터(전류에 따라 발광하는 트랜지스터), 전자 방출 소자, 카본 나노 튜브를 사용한 표시 소자, 전자 잉크, 일렉트로Ÿ‡팅 소자, 전기 영동 소자, MEMS(마이크로·일렉트로·메커니컬·시스템)을 사용한 표시 소자(예를 들어, GLV(Grating Light Valve), DMD(Micro Electro Mechanical Systems), DMS(Digital Micro Shutter), MIRASOL(등록 상표), IMOD(Interferometric Modulation) 소자, 셔터 방식의 MEMS 표시 소자, 광 간섭 방식의 MEMS 표시 소자, 압전 세라믹 표시부 등), 및 퀀텀닷(quantum dot) 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
본 실시형태에서는, 화소(12)에 유기 화합물층을 가지는 EL 소자를 사용한다.
표시부(11)는 HD(화소수 1280Х720), FHD(화소수 1920Х1080), WQHD(화소수 2560Х1440), WQXGA(화소수 2560Х1600), 4K, 8K와 같은 높은 화소수를 가지는 것이 바람직하다. 특히 4K, 8K, 또는 그 이상의 화소수를 가지는 것이 바람직하다. 또한, 표시부(11)에 제공되는 화소의 화소 밀도(정밀도)는, 300ppi 이상, 바람직하게는 500ppi 이상, 더 바람직하게는 800ppi 이상, 더 바람직하게는 1000ppi 이상, 더욱 바람직하게는 1200ppi 이상이다. 이와 같이 높은 화소수 및 높은 정밀도를 가지는 표시부(11)는 휴대용이나 가정용 등의 개인용도(personal use)에 있어서 임장감이나 깊이감 등을 더 높일 수 있다.
주사선 구동 회로(13)는 주사선(GL)을 통하여 화소(12)에 전기적으로 접속되어 있다. 주사선 구동 회로(13)는 주사선(GL)에 주사 신호를 출력하는 기능을 가진다. 주사선 구동 회로(13)를 게이트 드라이버라고 부르는 경우도 있다.
IC(20_1)는 회로(21_1), 신호선 구동 회로(22_1), 광 센서부의 구동 회로(23), 및 광 센서부의 검출 회로(24)를 가진다. IC(20_2)는 회로(21_2) 및 신호선 구동 회로(22_2)를 가진다. 마찬가지로, IC(20_m)는 회로(21_m) 및 신호선 구동 회로(22_m)를 가진다. 또한, 이하에서, IC(20_1 내지 20_m)를 통틀어 IC(20_1 내지 20_3)라고 부르고, 신호선 구동 회로(22_1 내지 22_m)를 통틀어 신호선 구동 회로(22)라고 부르는 경우가 있다.
IC(20_1)는 단자(St1)를 통하여 신호선(SL)에 전기적으로 접속되고, 단자(Ht1)를 통하여 호스트(16)에 전기적으로 접속되고, 단자(Tt1)를 통하여 배선(CLx)에 전기적으로 접속되고, 단자(Rt1)를 통하여 배선(CLy)에 전기적으로 접속된다. IC(20_2)는 단자(St2)를 통하여 신호선(SL)에 전기적으로 접속되고, 단자(Ht2)를 통하여 호스트(16)에 전기적으로 접속된다. 마찬가지로, IC(20_m)는 단자(Stm)를 통하여 신호선(SL)에 전기적으로 접속되고, 단자(Htm)를 통하여 호스트(16)에 전기적으로 접속된다.
IC(20_1 내지 20_m)는 복수의 IC칩(이하, IC라고 부름)으로 구성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, IC(20)가 하나의 IC로 구성되는 경우를 생각한다. 4K 또는 8K와 같이 표시부(11)가 고해상도화됨에 따라 신호선(SL)의 개수가 증대한다. 그 결과, IC의 점유 면적은 커진다. 점유 면적이 큰 IC는 제조가 어렵고, 가격도 높다. 또한, IC를 기판(또는 필름 등)에 압착할 때, IC의 단자 하나당에서의 최적 압력이 존재한다. 표시부(11)가 4K 또는 8K와 같이 높은 화소수를 가지는 경우, IC의 단자의 개수도 매우 많아져, 압착할 때 IC 전체에 가해지는 가중도 커진다. 그 결과, IC에 크랙 등이 발생되어, IC의 실장이 어려워진다. IC(20_1 내지 20_3)를 복수의 IC로 구성함으로써, 하나의 IC에 가해지는 가중이 작아져, IC의 실장이 용이해진다.
신호선 구동 회로(22)는 표시부(11)에 영상 신호(비디오 신호라고도 함)를 출력하는 기능을 가진다. 신호선 구동 회로(22)는 신호선(SL)을 통하여 표시부(11)가 가지는 화소(12)에 아날로그 신호인 영상 신호를 공급하는 기능을 가진다. 예를 들어 신호선 구동 회로(22)로서, 시프트 레지스터 회로와 버퍼 회로를 조합한 구성을 가질 수 있다. 또한, 표시 장치(10)는 신호선(SL)에 접속되는 디멀티플렉서 회로를 가져도 좋다. 또한, 신호선 구동 회로(22)를 소스 드라이버라고 부르는 경우도 있다.
광 센서부의 구동 회로(23)는 배선(CLx)을 통하여 광 센서부(14)에 전기적으로 접속된다. 광 센서부의 구동 회로(23)는 광 센서부(14)가 가지는 센서 소자를 구동하는 신호를 출력하는 기능을 가진다. 광 센서부의 구동 회로(23)로서는, 예를 들어 시프트 레지스터 회로와 버퍼 회로를 조합한 구성을 사용할 수 있다.
광 센서부의 검출 회로(24)는 배선(CLy)을 통하여 광 센서부(14)에 전기적으로 접속된다. 광 센서부의 검출 회로(24)는 광 센서부(14)가 가지는 센서 소자로부터의 출력 신호를 회로(21_1)에 출력하는 기능을 가진다. 예를 들어 광 센서부의 검출 회로(24)로서, 증폭 회로와 아날로그 디지털 변환 회로(ADC: Analog-Digital Converter)를 가지는 구성을 사용할 수 있다. 광 센서부의 검출 회로(24)는 광 센서부(14)로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 회로(21_1)에 출력한다.
도 2에 있어서, IC(20_1)는 표시부(11)의 단부에 존재하는 화소(12)에 접속되어 있지만, 이에 한정되지 않고, IC(20_1)는 표시부(11)의 중앙 또는 그 외의 곳에 존재하는 화소(12)와 접속되어 있어도 좋다.
회로(21_1)는 화상 처리 회로(25_1) 및 RAM(26_1)을 가진다. 마찬가지로, 회로(21_m)는 화상 처리 회로(25_m) 및 RAM(26_m)을 가진다. 또한, 이하에서는 화상 처리 회로(25_1 내지 25_m)를 통틀어 화상 처리 회로(25)라고 부르고, RAM(26_1 내지 26_m)을 통틀어 RAM(26)이라고 부르는 경우가 있다.
화상 처리 회로(25)는 호스트(16)로부터의 명령에 따라, 영상 신호를 생성하는 기능을 가진다. 또한 화상 처리 회로(25)는 표시부(11)의 사양에 맞춰 영상 신호에 신호 처리를 수행하여 아날로그 영상 신호로 변환하고, 신호선 구동 회로(22)에 공급하는 기능을 가진다. 또한 화상 처리 회로(25_1)는 호스트(16)로부터의 명령에 따라, 광 센서부의 구동 회로(23)에 출력하는 구동 신호를 생성하는 기능을 가진다. 또한, 화상 처리 회로(25_1)는 광 센서부의 검출 회로(24)로부터 입력된 신호를 해석하고, 위치 정보로서 호스트(16)에 출력하는 기능을 가진다. 또한, 화상 처리 회로(25_1)는 광 센서부의 검출 회로(24)로부터 입력된 신호를 해석하고, 화상 데이터로서 호스트(16)에 출력하는 기능을 가진다.
RAM(26)은 화상 처리 회로(25)가 처리를 수행하기 위하여 필요한 데이터를 유지하는 기능을 가진다. 또한, RAM(26)은 화상 처리 회로가 처리한 데이터(위치 정보 등)를 일시적으로 유지하는 기능을 가져도 좋다.
화상 처리 회로(25)로서는, 예를 들어, 프로세서를 가지는 구성으로 할 수 있다. 예를 들어 DSP(Digital Signal Processor), GPU(Graphics Processing Unit) 등의 마이크로프로세서를 사용할 수도 있다. 또한 이들 마이크로프로세서를 FPGA(Field Programmable Gate Array)나 FPAA(Field Programmable Analog Array)와 같은 PLD(Programmable Logic Device)에 의하여 실현한 구성으로 하여도 좋다. 프로세서에 의하여 각종 프로그램으로부터의 명령을 해석하여 실행함으로써, 각종 데이터 처리나 프로그램 제어를 행한다.
호스트(16)는 CPU(27) 및 타이밍 컨트롤러(28)를 가진다.
타이밍 컨트롤러(28)는 표시부(11)의 재기록의 타이밍을 결정하는 각종 동기 신호가 입력된다. 동기 신호로서는, 예를 들어 수평 동기 신호, 수직 동기 신호, 및 기준 클록 신호 등이 있고, 타이밍 컨트롤러(28)는 이들의 신호로부터 주사선 구동 회로(13), 신호선 구동 회로(22), 및 광 센서부의 구동 회로(23)의 제어 신호를 생성한다. 또한, 타이밍 컨트롤러(28)는 광 센서부의 검출 회로(24)가 신호를 출력하는 타이밍을 규정하는 신호를 생성하는 기능을 가져도 좋다. 여기서, 타이밍 컨트롤러(28)는 주사선 구동 회로(13)에 출력하는 신호와, 광 센서부의 구동 회로(23)에 출력하는 신호에 각각 동기시킨 신호를 출력하는 것이 바람직하다. 특히, 표시부(11)의 데이터를 재기록하는 기간과, 광 센서부(14)에서 센싱하는 기간을 각각 구분하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 1프레임 기간을, 표시부(11)의 데이터를 재기록하는 기간과, 센싱하는 기간으로 구분하여 표시 장치(10)를 구동할 수 있다. 또한, 예를 들어 1프레임 기간 중에 2개 이상의 센싱의 기간을 제공함으로써, 검출 감도 및 검출 정밀도를 높일 수 있다.
CPU(27)는 명령을 실행하고 표시 장치(10)를 통괄적으로 제어하기 위한 기능을 가진다. CPU(27)가 실행하는 명령은 외부로부터 입력되는 명령 및 내부 메모리에 저장된 명령이다. CPU(27)는 타이밍 컨트롤러(28), 화상 처리 회로(25)를 제어하는 신호를 생성한다.
타이밍 컨트롤러(28)를 호스트(16)에 포함함으로써, IC(20)에 타이밍 컨트롤러를 포함할 필요가 없다. 그러므로, IC의 점유 면적을 작게 할 수 있다. 또한, IC의 가격을 낮추는 것이 가능하다. 또한, 복수의 IC의 타이밍 제어를 하나의 타이밍 컨트롤러로 수행할 수 있다.
광 센서부(14)는 피검지체가 표시 장치(10)에 접촉 또는 근접하는 것을 검지하는 복수의 광 센서 소자를 가진다. 본 실시형태에서는, 광 센서부(14)는 광학 방식을 사용한다. 광 센서부(14)에 대해서는 후술하는 실시형태 2에서 자세히 설명하는 것으로 한다.
또한, 표시 장치(10)는 광 센서부(14)에서의 광학 방식뿐만 아니라, 정전 용량 방식의 터치 센서부를 제공하는 구성으로 하여도 좋다. 상이한 센서의 방식을 표시 장치(10)에 탑재함으로써, 터치 패널로서 사용하는 센서에서 정전 용량 방식과 광학 방식을 적절히 전환할 수도 있다. 예를 들어, 야간의 외출 시에 비가 내릴 때, 화면에 물방울이 있으면 정전 용량 방식은 오동작할 우려가 있기 때문에, 이를 광학 방식의 터치 패널로 할 수 있다. 또한, 정전 용량 방식의 터치 센서부에 한정되지 않고, 정전 용량 방식 대신 저항막 방식, 표면 탄성파 방식, 적외선 방식 등 다양한 방식을 사용할 수도 있다. 적외선 방식의 경우, 정맥 등의 생체 정보 취득 등을 수행할 수 있다.
도 3의 (A), (B), (C), 및 (D)는 정전 용량 방식 터치 센서를 더 제공한 단면 모식도이다.
도 3의 (A)에 도시된 표시 장치는, 기판(18), 기판(70), FPC(19), IC(20), EL 소자(73), 수광 소자(110), 절연막(78), 절연막(87), 도전막(72), 도전막(79), 도전막(80), 도전막(81), 착색막(71), 차광막(77) 등을 가진다. 또한, 도시하지 않았지만 기판(18)과 EL 소자(73) 사이에는, 트랜지스터 등을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 도전막(79)은 트랜지스터의 게이트 전극, 소스 전극 또는 드레인 전극으로서의 기능을 가지는 것이 바람직하다. 수광 소자(110)는 광학 방식의 센서이고, 광 센서부(14)를 구성하는 하나의 소자라고도 할 수 있다.
도 3의 (A), (B), (C), 및 (D)에 있어서, IC(20)는 적어도 정전 용량 방식 터치 패널의 구동 회로의 일부를 포함하는 구성으로 한다.
EL 소자(73)는 도전막(74), EL층(75), 도전막(76)을 가진다. 도전막(74)은 EL 소자(73)의 양극 및 음극 중 한쪽으로서의 기능을 가지고, 도전막(76)은 EL 소자(73)의 양극 및 음극 중 다른 쪽으로서의 기능을 가진다. 또한, 도전막(76)은 반사막으로서의 기능을 가지고, 도전막(74)은 가시광을 투과시키는 기능을 가진다. EL층(75)은 발광층을 가지고, 도전막(74)과 도전막(76) 사이에 전압을 인가하면, EL층(75)에 전류가 흐르고, EL층(75)에 포함되는 발광층이 발광한다. EL층(75)이 나타내는 광은 착색막(71) 및 기판(70)을 통하여 표시 장치의 외부로 추출된다. 도 3의 (A)에 나타낸 표시 장치는 소위 톱 이미션형 표시 장치를 가진다. 또한, 절연막(78) 위에 형성된 EL층(75)은 전류가 흐르지 않기 때문에 발광되지 않는다. 또한, 절연막(78)과 기판(70) 사이에 차광막(77)을 제공하여도 좋다. 차광막(77)을 제공함으로써 표시 장치의 시인성을 향상시킬 수 있다.
터치 센서부는 기판(70) 측에 제공된 도전막(72)과 도전막(79) 사이에 형성되는 용량을 이용하여 검지할 수 있다. 즉, 도전막(72)은 배선(CLx) 및 배선(CLy) 중 한쪽으로서의 기능을 가지고, 도전막(79)은 배선(CLx) 및 배선(CLy) 중 다른 쪽으로서의 기능을 가진다. 이와 같이, 트랜지스터의 전극으로서 기능하는 도전막을 터치 센서의 전극과 겸함으로써, 공정을 간략화하고, 제조 비용을 저감하는 것이 가능하다.
도 3의 (A)에 나타낸 바와 같이, 절연막(78) 위의 도전막(74)은 제거되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 절연막(78) 위에 도전막(74)이 존재하면, 도전막(74)은 도전막(72)과 도전막(79) 사이에 형성되는 전기력선을 차폐하므로, 터치 센서의 기능이 손실되기 때문이다.
도전막(79)은 도전막(80)을 통하여 IC(20)에 전기적으로 접속된다. 도전막(72)은 FPC(19)를 통하여 IC(20)에 전기적으로 접속된다. IC(20)는 도전막(81) 및 FPC(19)를 통하여 호스트(16)에 전기적으로 접속된다. 또한, 도전막(80) 및 도전막(81)은 도전막(79)과 동일한 공정으로 형성되어도 좋다.
도 3의 (A)에 도시된 표시 장치는, 도전막(72)과 도전막(74) 사이에 형성되는 용량으로 터치 센서를 구성하여도 좋다. 그 경우의 예를 도 3의 (B)에 도시하였다. 도 3의 (B)에 있어서, 도전막(72)은 배선(CLx) 및 배선(CLy) 중 한쪽으로서의 기능을 가지고, 도전막(74)은 배선(CLx) 및 배선(CLy) 중 다른 쪽으로서의 기능을 가진다. 도전막(72)은 FPC(19)를 통하여 IC(20)에 전기적으로 접속된다. 또한, 도전막(74)은 기판(18) 위에 형성된 도전막(도시하지 않았음)을 통하여 IC(20)에 전기적으로 접속된다.
도 3의 (C)에 도시된 표시 장치는, 도 3의 (A)의 구성에서 도전막(72)을 제거하고, 도전막(79)으로 구성되는 한 쌍의 배선(도전막(79a), 도전막(79b)) 사이에 형성되는 용량으로 터치 센서를 구성한 예이다. 즉, 도전막(79a)은 배선(CLx) 및 배선(CLy) 중 한쪽으로서의 기능을 가지고, 도전막(79b)은 배선(CLx) 및 배선(CLy) 중 다른 쪽으로서의 기능을 가진다. 도전막(79a)은 도전막(80)을 통하여 IC(20)에 전기적으로 접속된다. 또한, 도전막(79b)은 기판(18) 위에 형성된 도전막(도시하지 않았음)을 통하여 IC(20)에 전기적으로 접속된다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 도 3의 (A)에 도시된 구성보다 공정을 더 간략화할 수 있다.
도 3의 (D)에 도시된 표시 장치는, 도 3의 (A)의 구성에서 도전막(72)을 제거하고, 도전막(74)과 도전막(79) 사이에 형성되는 용량으로 터치 센서를 구성한 예이다. 즉, 도전막(74)은 배선(CLx) 및 배선(CLy) 중 한쪽으로서의 기능을 가지고, 도전막(79)은 배선(CLx) 및 배선(CLy) 중 다른 쪽으로서의 기능을 가진다. 도전막(79)은 도전막(80)을 통하여 IC(20)에 전기적으로 접속된다. 또한, 도전막(74)은 기판(18) 위에 형성된 도전막(도시하지 않았음)을 통하여 IC(20)에 전기적으로 접속된다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 도 3의 (A)에 도시된 구성보다 더 공정을 간략화할 수 있다.
또한, 도 4는 COF의 구성예이다. 도 4에 있어서, 기판(70) 측에 정전 용량 방식 터치 센서를 제공한 단면 모식도이다. 도전막(84)과 도전막(85) 사이에 형성되는 용량으로 터치 센서를 구성한다. 즉, 도전막(84)은 배선(CLx) 및 배선(CLy) 중 한쪽으로서의 기능을 가지고, 도전막(85)은 배선(CLx) 및 배선(CLy) 중 다른 쪽으로서의 기능을 가진다. 도전막(85) 및 도전막(84)은 FPC(19)를 통하여 IC(20)에 전기적으로 접속된다.
또한, IC(20)는 단결정 실리콘 기판에 제공된 트랜지스터를 사용하여 구성한다. 또한, 도 4에 있어서는, IC(20)를 신호선 구동 회로(22_m)와 광 센서부의 구동 회로(23)의 적층으로 하였다. 예를 들어, 신호선 구동 회로(22_m)는 단결정 실리콘 기판에 제공된 트랜지스터를 사용하여 구성하고, 광 센서부의 구동 회로(23)는 OS 트랜지스터를 사용하여 구성할 수 있다. 또한, 이들 구동 회로에서 공통된 회로를 가지는 경우에는, 회로 규모를 더 작게 할 수도 있다.
또한, IC(20)는 단결정 실리콘 기판에 제공된 트랜지스터 위에, 채널 영역에 산화물 반도체를 가지는 트랜지스터를 구성한 IC칩으로 하여도 좋다.
또한 채널 영역에 산화물 반도체를 가지는 트랜지스터를 적층함으로써 복수 종류의 회로를 쌓을 수도 있다.
또한, 단결정 실리콘 기판에 제공된 트랜지스터 위에, 채널 영역에 산화물 반도체를 가지는 트랜지스터를 구성한 IC칩에 대해서는 후술하는 실시형태 3에서 자세히 설명한다.
또한, 도 3 또는 도 4의 구성에 있어서, 표시 화소용 신호선 구동 회로, 정전 용량 방식 터치 센서용 구동 회로, 광 센서용 신호선 구동 회로를 1칩화하여도 좋다. 각각의 구동 회로를 다양한 조합 패턴으로 1칩화하여도 좋다. 표시 화소용 신호선 구동 회로, 정전 용량 방식 터치 센서용 구동 회로, 광 센서용 신호선 구동 회로 중 적어도 2개를 선택하여, 1칩화하여도 좋다. 또한, 표시 화소용 신호선 구동 회로, 정전 용량 방식 터치 센서용 구동 회로, 광 센서용 신호선 구동 회로 중 적어도 하나는 다른 구동 회로와 1칩화되지 않아도 된다.
예를 들어, 하나의 표시 장치(10)에는 복수의 IC칩이 탑재되어도 좋다. 그 경우, 각각의 IC칩에 있어서, 어느 구동 회로를 1칩화할지에 대해서는 다양한 조합 패턴으로 1칩화하여도 좋다.
예를 들어, 표시 화소용 신호선 구동 회로와 정전 용량 방식 터치 센서용 구동 회로를 IC칩 A로서 1칩화하고, 표시 화소용 신호선 구동 회로와 광 센서용 신호선 구동 회로를 IC칩 B로서 1칩화하고, 표시 화소용 신호선 구동 회로만을 IC칩 C로서 1칩화하여도 좋다. 그리고, 하나의 표시 장치(10)에는 IC칩 A와 IC칩 B와 IC칩 C를 탑재하여도 좋다.
또는 예를 들어 표시 화소용 신호선 구동 회로와, 정전 용량 방식 터치 센서용 구동 회로와, 광 센서용 신호선 구동 회로를 IC칩 D로서 1칩화하고, 표시 화소용 신호선 구동 회로와 광 센서용 신호선 구동 회로를 IC칩 B로서 1칩화하여도 좋다. 그리고, 하나의 표시 장치(10)에는 IC칩 D와 IC칩 B를 탑재하여도 좋다.
또는 예를 들어 표시 화소용 신호선 구동 회로만을 IC칩 C로서 1칩화하고, 정전 용량 방식 터치 센서용 구동 회로와 광 센서용 신호선 구동 회로를 IC칩 E로서 1칩화하여도 좋다. 그리고, 하나의 표시 장치(10)에는, IC칩 C와 IC칩 E를 탑재하여도 좋다.
또는 예를 들어 표시 화소용 신호선 구동 회로와, 정전 용량 방식 터치 센서용 구동 회로와, 광 센서용 신호선 구동 회로를 IC칩 D로서 1칩화하고, 표시 화소용 신호선 구동 회로와 광 센서용 신호선 구동 회로를 IC칩 B로서 1칩화하여도 좋다. 그리고, 하나의 표시 장치(10)에는, IC칩 D와 IC칩 B를 탑재하여도 좋다.
또한, 주사선 구동 회로에 신호를 공급하는 회로도 1칩화하여도 좋다. 예를 들어, 표시 화소용 OS 트랜지스터(또는 LTPS 트랜지스터)용 주사선 구동 회로에 스타트 펄스 신호나 클록 신호를 공급하는 회로와, 광 센서용 OS 트랜지스터(또는 LTPS 트랜지스터)용 주사선 구동 회로에 스타트 펄스 신호나 클록 신호를 공급하는 회로를 1칩화하여도 좋다. 또한, 이들 회로를 IC칩 A, IC칩 B, IC칩 C, 및 IC칩 D 중 적어도 하나로서 1칩화하여도 좋다.
또한, LTPS(Low Temperature Polysilicon) 트랜지스터란, 유리 기판 위 또는 플라스틱 필름 위에 형성된 저온 프로세스에 의한 폴리실리콘막을 채널 형성 영역으로 하는 트랜지스터를 가리킨다.
본 실시형태에 나타낸 바와 같이, 복수 종류의 상이한 구동 회로를 1칩화함으로써, 부품 점수를 줄이고, 실장 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태에 나타낸 표시 장치(10)는 많은 기능을 가지고, 또한 표시부용 구동 회로와 광 센서용 구동 회로와 터치 센서용 구동 회로가 하나의 IC로 형성된, 터치 센서를 구비한 표시 장치를 제공할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는, 실시형태 1에 나타낸 광 센서부(14)의 상면 및 단면 구조, 및 광 센서부(14)를 포함하는 표시 장치에 대하여 이하에서 설명한다.
이하에 예시되는 표시 장치는 화상을 표시하는 기능과, 화면에 겹치는 피사체를 촬상하는 기능을 가지는 장치이다.
본 실시형태의 표시 장치는 표시부에 수광 소자 및 발광 소자를 가진다. 구체적으로는 표시부에 발광 소자가 매트릭스상으로 배치되어 있고, 상기 표시부에서 화상을 표시할 수 있다. 또한 상기 표시부에는 수광 소자가 매트릭스상으로 배치되어 있고, 표시부는 수광부로서의 기능도 가진다. 수광부는 이미지 센서나 터치 센서에 사용할 수 있다. 즉, 수광부에서 광을 검출함으로써, 화상 데이터를 취득 다시말해 촬상하거나 대상물(손가락이나 펜 등)의 근접 또는 접촉을 검출할 수 있다.
본 실시형태의 표시 장치에서는, 표시부가 가지는 발광 소자의 발광을 대상물이 반사한 경우에, 수광 소자가 그 반사광을 검출할 수 있기 때문에, 어두운 장소에서도 촬상이나 터치(니어 터치(near touch)를 포함함) 검출이 가능하다.
본 실시형태의 표시 장치는 발광 소자를 사용하여 화상을 표시하는 기능을 가진다. 즉, 발광 소자는 표시 소자로서 기능한다.
발광 소자로서는 OLED(Organic Light Emitting Diode)나 QLED(Quantum-dot Light Emitting Diode) 등의 EL 소자를 사용하는 것이 바람직하다. EL 소자가 가지는 발광 물질로서는 형광을 발하는 물질(형광 재료), 인광을 발하는 물질(인광 재료), 무기 화합물(퀀텀닷 재료 등), 열 활성화 지연 형광을 나타내는 물질(열 활성화 지연 형광(Thermally activated delayed fluorescence: TADF) 재료) 등을 들 수 있다. 또한 발광 소자로서 마이크로 LED(Light Emitting Diode) 등의 LED를 사용할 수도 있다.
본 실시형태의 표시 장치는 수광 소자를 사용하여 광을 검출하는 기능을 가진다.
수광 소자를 이미지 센서에 사용하는 경우, 본 실시형태의 표시 장치는 수광 소자를 사용하여 화상을 촬상할 수 있다.
예를 들어, 이미지 센서를 사용하여 지문, 장문, 또는 홍채 등의 데이터를 취득할 수 있다. 즉, 본 실시형태의 표시 장치에 생체 인증용 센서를 내장시킬 수 있다. 표시 장치가 생체 인증용 센서를 내장함으로써, 표시 장치와 별도로 생체 인증용 센서를 제공하는 경우에 비하여, 전자 기기의 부품 점수를 줄일 수 있어 전자 기기의 소형화 및 경량화가 가능하다.
또한 이미지 센서를 사용하여 사용자의 표정, 눈의 움직임, 또는 동공경의 변화 등의 데이터를 취득할 수 있다. 상기 데이터를 해석함으로써, 사용자의 신체적 및 정신적 정보를 취득할 수 있다. 상기 정보를 바탕으로 표시 및 음성 중 한쪽 또는 양쪽의 출력 내용을 변화시킴으로써, 예를 들어 VR(Virtual Reality)용 기기, AR(Augmented Reality)용 기기, 또는 MR(Mixed Reality)용 기기를 사용자가 안전하게 사용할 수 있도록 도모할 수 있다.
또한 수광 소자를 터치 센서에 사용하는 경우, 본 실시형태의 표시 장치는 수광 소자를 사용하여 대상물의 근접 또는 접촉을 검출할 수 있다.
수광 소자로서는, 예를 들어 pn형 또는 pin형의 포토다이오드를 사용할 수 있다. 수광 소자는 수광 소자에 입사하는 광을 검출하여 전하를 발생시키는 광전 변환 소자로서 기능한다. 입사하는 광량에 따라 발생하는 전하량이 결정된다.
특히 수광 소자로서, 유기 화합물을 포함하는 층을 가지는 유기 포토다이오드를 사용하는 것이 바람직하다. 유기 포토다이오드는 박형화, 경량화, 및 대면적화가 용이하며, 형상 및 디자인의 자유도가 높기 때문에, 다양한 표시 장치에 적용할 수 있다.
본 발명의 일 형태에서는, 발광 소자로서 유기 EL 소자를 사용하고, 수광 소자로서 유기 포토다이오드를 사용한다. 유기 포토다이오드는 유기 EL 소자와 공통된 구성으로 할 수 있는 층이 많다. 따라서 제작 공정을 크게 늘리지 않고, 표시 장치에 수광 소자를 내장할 수 있다. 예를 들어 수광 소자의 활성층과 발광 소자의 발광층을 따로따로 형성하고, 이 외의 층은 발광 소자와 수광 소자 간에서 동일한 구성으로 할 수 있다.
도 5의 (A), (B), (C), (D)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치의 일부의 단면 모식도를 도시하였다.
도 5의 (A)에 도시된 표시 장치(50A)는 기판(51)과 기판(59) 사이에 수광 소자를 가지는 층(53)과, 발광 소자를 가지는 층(57)을 가진다.
도 5의 (B)에 도시된 표시 장치(50B)는 기판(51)과 기판(59) 사이에 수광 소자를 가지는 층(53), 트랜지스터를 가지는 층(55), 및 발광 소자를 가지는 층(57)을 가진다.
표시 장치(50A) 및 표시 장치(50B)는 발광 소자를 가지는 층(57)으로부터 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B)의 광이 사출되는 구성을 가진다.
본 발명의 일 형태의 표시 장치는 매트릭스상으로 배치된 복수의 화소를 가진다. 하나의 화소는 하나 이상의 부화소를 가진다. 하나의 부화소는 하나의 발광 소자를 가진다. 예를 들어, 화소에는, 부화소를 3개 가지는 구성(R, G, B의 3색 또는 황색(Y), 시안(C), 및 마젠타(M)의 3색 등) 또는 부화소를 4개 가지는 구성(R, G, B, 백색(W)의 4색 또는 R, G, B, Y의 4색 등)을 적용할 수 있다. 또한 화소는 수광 소자를 가진다. 수광 소자는 모든 화소에 제공되어도 좋고, 일부의 화소에 제공되어도 좋다. 또한 하나의 화소가 복수의 수광 소자를 가져도 좋다.
트랜지스터를 가지는 층(55)은 제 1 트랜지스터 및 제 2 트랜지스터를 가지는 것이 바람직하다. 제 1 트랜지스터는 수광 소자와 전기적으로 접속된다. 제 2 트랜지스터는 발광 소자와 전기적으로 접속된다.
본 발명의 일 형태의 표시 장치는 표시 장치에 접촉되어 있는 손가락 등의 대상물을 검출하는 기능을 가져도 좋다. 예를 들어 도 5의 (C)에 도시된 바와 같이, 발광 소자를 가지는 층(57)에서 발광 소자가 발한 광을 표시 장치(50B)에 접촉한 손가락(52)이 반사함으로써, 수광 소자를 가지는 층(53)의 수광 소자가 그 반사광을 검출한다. 이로써, 표시 장치(50B)에 손가락(52)이 접촉한 것을 검출할 수 있다.
본 발명의 일 형태의 표시 장치는 도 5의 (D)에 도시된 바와 같이, 표시 장치(50B)에 근접하고 있는(접촉하고 있지 않은) 대상물을 검출 또는 촬상하는 기능을 가져도 좋다.
도 5의 (E), (F), (G), (H)에 화소의 일례를 나타내었다.
도 5의 (E), (F)에 도시된 화소는 R, G, B의 3개의 부화소(3개의 발광 소자)와 수광 소자(PD)를 가진다. 도 5의 (E)는 2Х2의 매트릭스상으로 3개의 부화소와 수광 소자(PD)가 배치되어 있는 예이고, 도 5의 (F)는 3개의 부화소와 수광 소자(PD)가 가로 일렬로 배치되어 있는 예이다.
도 5의 (G)에 도시된 화소는 R, G, B, W의 4개의 부화소(4개의 발광 소자)와 수광 소자(PD)를 가진다.
도 5의 (H)에 도시된 화소는 R, G, B의 3개의 부화소와, 적외광을 발하는 발광 소자(IR)와, 수광 소자(PD)를 가진다. 이때, 수광 소자(PD)는 적외광을 검출하는 기능을 가지는 것이 바람직하다. 수광 소자(PD)는 가시광과 적외광의 양쪽을 검출하는 기능을 가져도 좋다. 센서의 용도에 따라, 수광 소자(PD)가 검출하는 광의 파장을 결정할 수 있다.
이하에서는, 도 6, 도 7, 및 도 8을 사용하여 본 발명의 일 형태의 표시 장치의 자세한 구성에 대하여 설명한다.
도 6의 (A)에 표시 장치(10A)의 단면도를 도시하였다.
표시 장치(10A)는 수광 소자(110) 및 발광 소자(190)를 가진다.
수광 소자(110)는 화소 전극(111), 공통층(112), 활성층(113), 공통층(114), 및 공통 전극(115)을 가진다.
발광 소자(190)는 화소 전극(191), 공통층(112), 발광층(193), 공통층(114), 및 공통 전극(115)을 가진다.
화소 전극(111), 화소 전극(191), 공통층(112), 활성층(113), 발광층(193), 공통층(114), 및 공통 전극(115)은 각각 단층 구조이어도 좋고, 적층 구조이어도 좋다.
화소 전극(111) 및 화소 전극(191)은 절연층(214) 위에 위치한다. 화소 전극(111)과 화소 전극(191)은 동일한 재료 및 동일한 공정으로 형성할 수 있다.
공통층(112)은 화소 전극(111) 위 및 화소 전극(191) 위에 위치한다. 공통층(112)은 수광 소자(110)와 발광 소자(190)에 공통적으로 사용되는 층이다.
활성층(113)은 공통층(112)을 개재(介在)하여 화소 전극(111)과 중첩된다. 발광층(193)은 공통층(112)을 개재하여 화소 전극(191)과 중첩된다. 활성층(113)은 제 1 유기 화합물을 가지고, 발광층(193)은 제 1 유기 화합물과 상이한 제 2 유기 화합물을 가진다.
공통층(114)은 공통층(112) 위, 활성층(113) 위, 및 발광층(193) 위에 위치한다. 공통층(114)은 수광 소자(110)와 발광 소자(190)에 공통적으로 사용되는 층이다.
공통 전극(115)은 공통층(112), 활성층(113), 및 공통층(114)을 개재하여 화소 전극(111)과 중첩되는 부분을 가진다. 또한 공통 전극(115)은 공통층(112), 발광층(193), 및 공통층(114)을 개재하여 화소 전극(191)과 중첩되는 부분을 가진다. 공통 전극(115)은 수광 소자(110)와 발광 소자(190)에 공통적으로 사용되는 층이다.
본 실시형태의 표시 장치에서는 수광 소자(110)의 활성층(113)에 유기 화합물을 사용한다. 수광 소자(110)는 활성층(113) 외의 층을 수광 소자(190)(EL 소자)와 공통된 구성으로 할 수 있다. 그러므로, 발광 소자(190)의 제작 공정에 활성층(113)을 성막하는 공정만 추가하면 발광 소자(190)의 형성과 병행하여 수광 소자(110)를 형성할 수 있다. 또한 발광 소자(190)와 수광 소자(110)를 동일 기판 위에 형성할 수 있다. 따라서 제작 공정을 크게 늘리지 않고, 표시 장치에 수광 소자(110)를 내장할 수 있다.
표시 장치(10A)는, 수광 소자(110)의 활성층(113)과 발광 소자(190)의 발광층(193)을 따로따로 형성하는 것 이외는, 수광 소자(110)와 발광 소자(190)가 공통된 구성을 가지는 예를 나타낸 것이다. 다만, 수광 소자(110)와 발광 소자(190)의 구성은 이에 한정되지 않는다. 수광 소자(110)와 발광 소자(190)는 활성층(113)과 발광층(193) 이외에도, 따로따로 형성하는 층을 가져도 좋다(후술하는 표시 장치(10K, 10L, 10M) 참조). 수광 소자(110)와 발광 소자(190)는 공통적으로 사용되는 층(공통층)을 1층 이상 가지는 것이 바람직하다. 이에 의하여 제작 공정을 크게 늘리지 않고, 표시 장치에 수광 소자(110)를 내장할 수 있다.
표시 장치(10A)는 한 쌍의 기판(기판(151) 및 기판(152)) 사이에 수광 소자(110), 발광 소자(190), 트랜지스터(41), 및 트랜지스터(42) 등을 가진다.
수광 소자(110)에서, 각각 화소 전극(111)과 공통 전극(115) 사이에 위치하는 공통층(112), 활성층(113), 및 공통층(114)은 유기층(유기 화합물을 포함하는 층)이라고 할 수도 있다. 화소 전극(111)은 가시광을 반사하는 기능을 가지는 것이 바람직하다. 화소 전극(111)의 단부는 격벽(216)으로 덮여 있다. 공통 전극(115)은 가시광을 투과시키는 기능을 가진다.
수광 소자(110)는 광을 검지하는 기능을 가진다. 구체적으로는, 수광 소자(110)는 표시 장치(10A)의 외부로부터 입사하는 광(29)을 수광하고, 전기 신호로 변환하는 광전 변환 소자이다. 광(29)은 발광 소자(190)의 발광을 대상물이 반사한 광이라고도 할 수 있다. 또한 광(29)은 후술하는 렌즈를 통하여 수광 소자(110)에 입사하여도 좋다.
기판(152)에서 기판(151) 측의 면에는 차광층(BM)이 제공되어 있다. 차광층(BM)은 수광 소자(110)와 중첩되는 위치 및 발광 소자(190)와 중첩되는 위치에 개구를 가진다. 차광층(BM)을 제공함으로써, 수광 소자(110)가 광을 검출하는 범위를 제어할 수 있다.
차광층(BM)에는, 발광 소자로부터의 발광을 차단하는 재료를 사용할 수 있다. 차광층(BM)은 가시광을 흡수하는 것이 바람직하다. 차광층(BM)으로서는, 예를 들어 금속 재료, 혹은 안료(카본 블랙 등) 또는 염료를 포함하는 수지 재료 등을 사용하여 블랙 매트릭스를 형성할 수 있다. 차광층(BM)은 적색의 컬러 필터, 녹색의 컬러 필터, 및 청색의 컬러 필터의 적층 구조이어도 좋다.
여기서 수광 소자(110)는 발광 소자(190)의 발광이 대상물에 의하여 반사된 광을 검출한다. 그러나 발광 소자(190)의 발광이 표시 장치(10A) 내에서 반사되고, 대상물을 통하지 않고 수광 소자(110)에 입사하는 경우가 있다. 차광층(BM)은 이와 같은 미광의 영향을 억제할 수 있다. 예를 들어 차광층(BM)이 제공되지 않은 경우, 발광 소자(190)가 발한 광(23a)은 기판(152)에서 반사되고, 반사광(23b)이 수광 소자(110)에 입사하는 경우가 있다. 차광층(BM)을 제공함으로써, 반사광(23b)이 수광 소자(110)에 입사하는 것을 억제할 수 있다. 이에 의하여, 노이즈를 저감하고 수광 소자(110)를 사용한 센서의 감도를 높일 수 있다.
발광 소자(190)에서, 각각 화소 전극(191)과 공통 전극(115) 사이에 위치하는 공통층(112), 발광층(193), 및 공통층(114)은 EL층이라고 할 수도 있다. 화소 전극(191)은 가시광을 반사하는 기능을 가지는 것이 바람직하다. 화소 전극(191)의 단부는 격벽(216)으로 덮여 있다. 화소 전극(111)과 화소 전극(191)은 격벽(216)에 의하여 서로 전기적으로 절연되어 있다. 공통 전극(115)은 가시광을 투과시키는 기능을 가진다.
발광 소자(190)는 가시광을 발하는 기능을 가진다. 구체적으로는 발광 소자(190)는 화소 전극(191)과 공통 전극(115) 사이에 전압을 인가함으로써 기판(152) 측에 광을 사출하는 전계 발광 소자이다(발광(21) 참조).
발광층(193)은 수광 소자(110)의 수광 영역과 중첩되지 않도록 형성되는 것이 바람직하다. 이로써 발광층(193)이 광(29)을 흡수하는 것을 억제할 수 있어, 수광 소자(110)에 조사되는 광의 양을 늘릴 수 있다.
화소 전극(111)은 절연층(214)에 제공된 개구를 통하여 트랜지스터(41)가 가지는 소스 또는 드레인과 전기적으로 접속된다. 화소 전극(111)의 단부는 격벽(216)으로 덮여 있다.
화소 전극(191)은 절연층(214)에 제공된 개구를 통하여 트랜지스터(42)가 가지는 소스 또는 드레인과 전기적으로 접속된다. 화소 전극(191)의 단부는 격벽(216)으로 덮여 있다. 트랜지스터(42)는 발광 소자(190)의 구동을 제어하는 기능을 가진다.
트랜지스터(41)와 트랜지스터(42)는 동일한 층(도 6의 (A)에서는 기판(151)) 위에 접한다.
수광 소자(110)와 전기적으로 접속되는 회로 중 적어도 일부는 발광 소자(190)와 전기적으로 접속되는 회로와 동일한 재료 및 동일한 공정으로 형성되는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 2개의 회로를 따로따로 형성하는 경우에 비하여, 표시 장치의 두께를 얇게 할 수 있고, 또한 제작 공정을 간략화할 수 있다.
수광 소자(110) 및 발광 소자(190)는 각각 보호층(195)으로 덮여 있는 것이 바람직하다. 도 6의 (A)에서는 보호층(195)이 공통 전극(115) 위에 접하여 제공되어 있다. 보호층(195)을 제공함으로써, 수광 소자(110) 및 발광 소자(190)에 물 등의 불순물이 들어가는 것을 억제하고, 수광 소자(110) 및 발광 소자(190)의 신뢰성을 높일 수 있다. 또한 접착층(142)에 의하여 보호층(195)과 기판(152)이 접합되어 있다.
또한 도 7의 (A)에 나타낸 바와 같이, 수광 소자(110) 위 및 발광 소자(190) 위에 보호층을 가지지 않아도 된다. 도 7의 (A)에서는 접착층(142)에 의하여 공통 전극(115)과 기판(152)이 접합되어 있다.
[표시 장치(10B)]
도 6의 (B)에 표시 장치(10B)의 단면도를 도시하였다. 또한 표시 장치에 대한 이하의 설명에서, 앞에서 설명한 표시 장치와 같은 구성에 대해서는 설명을 생략하는 경우가 있다.
도 6의 (B)에 도시된 표시 장치(10B)는 표시 장치(10A)의 구성에 더하여 렌즈(149)를 가진다.
본 실시형태의 표시 장치는 렌즈(149)를 가져도 좋다. 렌즈(149)는 수광 소자(110)와 중첩되는 위치에 제공되어 있다. 표시 장치(10B)에서는 렌즈(149)가 기판(152)과 접촉하여 제공되어 있다. 표시 장치(10B)가 가지는 렌즈(149)는 기판(151) 측에 볼록면을 가진다. 또는 렌즈(149)는 기판(152) 측에 볼록면을 가져도 좋다.
기판(152)의 동일한 면 위에 차광층(BM)과 렌즈(149)의 양쪽을 형성하는 경우, 그 형성 순서는 불문한다. 도 6의 (B)에서는 렌즈(149)를 먼저 형성하는 예를 나타내었지만, 차광층(BM)을 먼저 형성하여도 좋다. 도 6의 (B)에서는 렌즈(149)의 단부가 차광층(BM)으로 덮여 있다.
표시 장치(10B)는 광(29)이 렌즈(149)를 통하여 수광 소자(110)에 입사하는 구성이다. 렌즈(149)를 가지면, 렌즈(149)를 가지지 않는 경우에 비하여 수광 소자(110)의 촬상 범위를 좁게 할 수 있고, 인접된 수광 소자(110)와 촬상 범위가 중첩되는 것을 억제할 수 있다. 이에 의하여 흐릿함이 적은, 선명한 화상을 촬상할 수 있다. 또한 수광 소자(110)의 촬상 범위가 같은 경우, 렌즈(149)를 가지면, 렌즈(149)를 가지지 않는 경우에 비하여 핀홀의 크기(도 6의 (B)에서는 수광 소자(110)와 중첩된 BM의 개구의 크기에 상당함)를 크게 할 수 있다. 따라서 렌즈(149)를 가짐으로써, 수광 소자(110)에 입사하는 광량을 증가시킬 수 있다.
도 7의 (B), (C)에 도시된 표시 장치도 각각 도 6의 (B)에 도시된 표시 장치(10B)와 마찬가지로, 광(29)이 렌즈(149)를 통하여 수광 소자(110)에 입사되는 구성이다.
도 7의 (B)에서는 렌즈(149)가 보호층(195)의 상면에 접하여 제공되어 있다. 도 7의 (B)에 도시된 표시 장치가 가지는 렌즈(149)는 기판(152) 측에 볼록면을 가진다.
도 7의 (C)에 도시된 표시 장치는 기판(152)의 표시면 측에 렌즈 어레이(146)가 제공되어 있다. 렌즈 어레이(146)가 가지는 렌즈는 수광 소자(110)와 중첩되는 위치에 제공되어 있다. 기판(152)의 기판(151) 측 면에는 차광층(BM)이 제공되어 있는 것이 바람직하다.
본 실시형태의 표시 장치에 사용하는 렌즈의 형성 방법으로서는 기판 위 또는 수광 소자 위에 마이크로렌즈 등의 렌즈를 직접 형성하여도 좋고, 별도로 제작된 마이크로렌즈 어레이 등의 렌즈 어레이를 기판에 접합하여도 좋다.
도 6의 (C)에 표시 장치(10C)의 단면도를 도시하였다.
도 6의 (C)에 도시된 표시 장치(10C)는 기판(151), 기판(152), 및 격벽(216)을 가지지 않고, 기판(153), 기판(154), 접착층(155), 절연층(212), 및 격벽(217)을 가지는 점에서 표시 장치(10A)와 상이하다.
기판(153)과 절연층(212)은 접착층(155)에 의하여 접합되어 있다. 기판(154)과 보호층(195)은 접착층(142)에 의하여 접합되어 있다.
표시 장치(10C)는 제작 기판 위에 형성된 절연층(212), 트랜지스터(41), 트랜지스터(42), 수광 소자(110), 및 발광 소자(190) 등을 기판(153) 위로 전치함으로써 제작되는 구성을 가진다. 기판(153) 및 기판(154)은 각각 가요성을 가지는 것이 바람직하다. 이에 의하여 표시 장치(10C)의 가요성을 높일 수 있다. 예를 들어, 기판(153) 및 기판(154)에는 각각 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
기판(153) 및 기판(154)으로서는, 각각 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 등의 폴리에스터 수지, 폴리아크릴로나이트릴 수지, 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 폴리메틸메타크릴레이트 수지, 폴리카보네이트(PC) 수지, 폴리에터설폰(PES) 수지, 폴리아마이드 수지(나일론, 아라미드 등), 폴리실록산 수지, 사이클로올레핀 수지, 폴리스타이렌 수지, 폴리아마이드이미드 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리염화 바이닐 수지, 폴리염화 바이닐리덴 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 수지, ABS 수지, 셀룰로스 나노 섬유 등을 사용할 수 있다. 기판(153) 및 기판(154) 중 한쪽 또는 양쪽에 가요성을 가질 정도의 두께의 유리를 사용하여도 좋다.
본 실시형태의 표시 장치가 가지는 기판에는 광학 등방성이 높은 필름을 사용하여도 좋다. 광학 등방성이 높은 필름으로서는 트라이아세틸셀룰로스(TAC, 셀룰로스트라이아세테이트라고도 함) 필름, 사이클로올레핀 폴리머(COP) 필름, 사이클로올레핀 공중합체(COC) 필름, 및 아크릴 필름 등을 들 수 있다.
격벽(217)은 발광 소자가 발한 광을 흡수하는 것이 바람직하다. 격벽(217)으로서, 예를 들어 안료 또는 염료를 포함하는 수지 재료 등을 사용하여 블랙 매트릭스를 형성할 수 있다. 또한 갈색 레지스트 재료를 사용함으로써, 착색된 절연층으로 격벽(217)을 구성할 수 있다.
발광 소자(190)가 발한 광(23c)은 기판(152) 및 격벽(217)에서 반사되고, 반사광(23d)이 수광 소자(110)에 입사하는 경우가 있다. 또한 광(23c)이 격벽(217)을 투과하고 트랜지스터 또는 배선 등에서 반사됨으로써 반사광이 수광 소자(110)에 입사하는 경우가 있다. 격벽(217)에 의하여 광(23c)이 흡수됨으로써 반사광(23d)이 수광 소자(110)에 입사하는 것을 억제할 수 있다. 이에 의하여, 노이즈를 저감하고 수광 소자(110)를 사용한 센서의 감도를 높일 수 있다.
격벽(217)은 적어도 수광 소자(110)가 검지하는 광의 파장을 흡수하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 발광 소자(190)가 발하는 녹색의 광을 수광 소자(110)가 검지하는 경우, 격벽(217)은 적어도 녹색의 광을 흡수하는 것이 바람직하다. 예를 들어 격벽(217)이 적색 컬러 필터를 가지면, 녹색 광(23c)을 흡수할 수 있어, 반사광(23d)이 수광 소자(110)에 입사하는 것을 억제할 수 있다.
도 8의 (A)에 표시 장치(10K)의 단면도를 도시하고, 도 8의 (B)에 표시 장치(10L)의 단면도를 도시하고, 도 8의 (C)에 표시 장치(10M)의 단면도를 도시하였다.
표시 장치(10K)는 공통층(114)을 가지지 않고, 버퍼층(184) 및 버퍼층(194)을 가지는 점이 표시 장치(10A)와 상이하다. 버퍼층(184) 및 버퍼층(194)은 각각 단층 구조이어도 좋고, 적층 구조이어도 좋다.
표시 장치(10K)에서 수광 소자(110)는 화소 전극(111), 공통층(112), 활성층(113), 버퍼층(184), 및 공통 전극(115)을 가진다. 또한 표시 장치(10K)에서 발광 소자(190)는 화소 전극(191), 공통층(112), 발광층(193), 버퍼층(194), 및 공통 전극(115)을 가진다.
표시 장치(10L)는 공통층(112)을 가지지 않고, 버퍼층(182) 및 버퍼층(192)을 가지는 점이 표시 장치(10A)와 상이하다. 버퍼층(182) 및 버퍼층(192)은 각각 단층 구조이어도 좋고, 적층 구조이어도 좋다.
표시 장치(10L)에서 수광 소자(110)는 화소 전극(111), 버퍼층(182), 활성층(113), 공통층(114), 및 공통 전극(115)을 가진다. 또한 표시 장치(10L)에서 발광 소자(190)는 화소 전극(191), 버퍼층(192), 발광층(193), 공통층(114), 및 공통 전극(115)을 가진다.
표시 장치(10M)는 공통층(112) 및 공통층(114)을 가지지 않고, 버퍼층(182), 버퍼층(184), 버퍼층(192), 및 버퍼층(194)을 가지는 점이 표시 장치(10A)와 상이하다.
표시 장치(10M)에서 수광 소자(110)는 화소 전극(111), 버퍼층(182), 활성층(113), 버퍼층(184), 및 공통 전극(115)을 가진다. 또한 표시 장치(10M)에서 발광 소자(190)는 화소 전극(191), 버퍼층(192), 발광층(193), 버퍼층(194), 및 공통 전극(115)을 가진다.
수광 소자(110)와 발광 소자(190)의 제작에 있어서, 활성층(113)과 발광층(193)을 따로따로 형성할 뿐만 아니라, 다른 층도 따로따로 형성할 수 있다.
표시 장치(10K)에서는 공통 전극(115)과 활성층(113) 사이의 버퍼층(184)과, 공통 전극(115)과 발광층(193) 사이의 버퍼층(194)을 따로따로 형성하는 예를 나타내었다. 버퍼층(194)으로서는, 예를 들어 전자 주입층 및 전자 수송층 중 한쪽 또는 양쪽을 형성할 수 있다.
표시 장치(10L)에서는 화소 전극(111)과 활성층(113) 사이의 버퍼층(182)과, 화소 전극(191)과 발광층(193) 사이의 버퍼층(192)을 따로따로 형성하는 예를 나타내었다. 버퍼층(192)으로서는, 예를 들어 정공 주입층 및 정공 수송층 중 한쪽 또는 양쪽을 형성할 수 있다.
표시 장치(10M)에서는 수광 소자(110)와 발광 소자(190)가 한 쌍의 전극(화소 전극(111) 또는 화소 전극(191)과 공통 전극(115)) 사이에 공통된 층을 가지지 않는 예를 나타내었다. 표시 장치(10M)가 가지는 수광 소자(110) 및 발광 소자(190)는 절연층(214) 위에 화소 전극(111)과 화소 전극(191)을 동일한 재료 및 동일한 공정으로 형성하고, 화소 전극(111) 위에 버퍼층(182), 활성층(113), 및 버퍼층(184)을 형성하고, 화소 전극(191) 위에 버퍼층(192), 발광층(193), 및 버퍼층(194)을 형성한 후에 화소 전극(111), 버퍼층(182), 활성층(113), 버퍼층(184), 화소 전극(191), 버퍼층(192), 발광층(193), 및 버퍼층(194)을 덮도록 공통 전극(115)을 형성함으로써 제작할 수 있다. 또한 버퍼층(182), 활성층(113), 및 버퍼층(184)의 적층 구조와, 버퍼층(192), 발광층(193), 및 버퍼층(194)의 적층 구조의 제작 순서는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 버퍼층(182), 활성층(113), 및 버퍼층(184)을 성막한 후에 버퍼층(192), 발광층(193), 및 버퍼층(194)을 제작하여도 좋다. 반대로, 버퍼층(182), 활성층(113), 및 버퍼층(184)을 성막하기 전에 버퍼층(192), 발광층(193), 및 버퍼층(194)을 제작하여도 좋다. 또한 버퍼층(182), 버퍼층(192), 활성층(113), 발광층(193) 등의 순서로 번갈아 성막하여도 좋다.
도 9에 나타낸 표시 장치(100A)는 기판(151)과 기판(152) 사이에 트랜지스터(201), 트랜지스터(205), 트랜지스터(206), 발광 소자(190), 수광 소자(110) 등을 가진다.
기판(152)과 절연층(214)은 접착층(142)을 개재하여 접착되어 있다. 발광 소자(190) 및 수광 소자(110)의 밀봉에는 고체 밀봉 구조 또는 중공 밀봉 구조 등을 적용할 수 있다. 도 9에서는, 기판(152), 접착층(142), 및 절연층(214)으로 둘러싸인 공간(143)이 불활성 가스(질소나 아르곤 등)로 충전되어 있고, 중공 밀봉 구조가 적용되어 있다. 접착층(142)은 발광 소자(190)와 중첩하여 제공되어 있어도 좋다. 또한 기판(152), 접착층(142), 및 절연층(214)으로 둘러싸인 공간(143)을, 접착층(142)과 상이한 수지로 충전하여도 좋다.
발광 소자(190)는 절연층(214) 측으로부터 화소 전극(191), 공통층(112), 발광층(193), 공통층(114), 및 공통 전극(115)의 순서로 적층된 적층 구조를 가진다. 화소 전극(191)은 절연층(214)에 제공된 개구를 통하여 트랜지스터(206)가 가지는 도전층(222b)과 접속되어 있다. 트랜지스터(206)는 발광 소자(190)의 구동을 제어하는 기능을 가진다. 화소 전극(191)의 단부는 격벽(216)으로 덮여 있다. 화소 전극(191)은 가시광을 반사하는 재료를 포함하고, 공통 전극(115)은 가시광을 투과시키는 재료를 포함한다.
수광 소자(110)는 절연층(214) 측으로부터 화소 전극(111), 공통층(112), 활성층(113), 공통층(114), 및 공통 전극(115)의 순서로 적층된 적층 구조를 가진다. 화소 전극(111)은 절연층(214)에 제공된 개구를 통하여 트랜지스터(205)가 가지는 도전층(222b)과 전기적으로 접속되어 있다. 화소 전극(111)의 단부는 격벽(216)으로 덮여 있다. 화소 전극(111)은 가시광을 반사하는 재료를 포함하고, 공통 전극(115)은 가시광을 투과시키는 재료를 포함한다.
발광 소자(190)가 발하는 광은 기판(152) 측으로 사출된다. 또한 수광 소자(110)에는 기판(152) 및 공간(143)을 통하여 광이 입사된다. 기판(152)에는, 가시광에 대한 투과성이 높은 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
화소 전극(111) 및 화소 전극(191)은 동일한 재료 및 동일한 공정으로 제작할 수 있다. 공통층(112), 공통층(114), 및 공통 전극(115)은 수광 소자(110)와 발광 소자(190)의 양쪽에 사용된다. 수광 소자(110)와 발광 소자(190)는 활성층(113)과 발광층(193)의 구성이 상이한 것 외에는 모두 공통된 구성으로 할 수 있다. 이로써, 제작 공정을 크게 늘리지 않고, 표시 장치(100A)에 수광 소자(110)를 내장할 수 있다.
기판(152)에서 기판(151) 측의 면에는 차광층(BM)이 제공되어 있다. 차광층(BM)은 수광 소자(110)와 중첩되는 위치 및 발광 소자(190)와 중첩되는 위치에 개구를 가진다. 차광층(BM)을 제공함으로써, 수광 소자(110)가 광을 검출하는 범위를 제어할 수 있다. 또한 차광층(BM)을 가짐으로써, 광이 대상물을 통하지 않고 발광 소자(190)로부터 수광 소자(110)에 직접 입사하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 노이즈가 적고 감도가 높은 센서를 실현할 수 있다.
트랜지스터(201), 트랜지스터(205), 및 트랜지스터(206)는 모두 기판(151) 위에 형성되어 있다. 이들 트랜지스터는 동일한 재료 및 동일한 공정으로 제작할 수 있다.
기판(151) 위에는 절연층(211), 절연층(213), 절연층(215), 및 절연층(214)이 이 순서대로 제공되어 있다. 절연층(211)은 그 일부가 각 트랜지스터의 게이트 절연층으로서 기능한다. 절연층(213)은 그 일부가 각 트랜지스터의 게이트 절연층으로서 기능한다. 절연층(215)은 트랜지스터를 덮어 제공된다. 절연층(214)은 트랜지스터를 덮어 제공되고, 평탄화층으로서의 기능을 가진다. 또한 게이트 절연층의 개수 및 트랜지스터를 덮는 절연층의 개수는 한정되지 않고, 각각 단층이어도 좋고 2층 이상이어도 좋다.
트랜지스터를 덮는 절연층 중 적어도 하나의 층에, 물이나 수소 등의 불순물이 확산되기 어려운 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 절연층을 배리어층으로서 기능시킬 수 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 외부로부터 트랜지스터로 불순물이 확산되는 것을 효과적으로 억제할 수 있고, 표시 장치의 신뢰성을 높일 수 있다.
절연층(211), 절연층(213), 및 절연층(215)으로서는, 각각 무기 절연막을 사용하는 것이 바람직하다. 무기 절연막으로서는, 예를 들어 질화 실리콘막, 산화질화 실리콘막, 산화 실리콘막, 질화산화 실리콘막, 산화 알루미늄막, 질화 알루미늄막 등의 무기 절연막을 사용할 수 있다. 또한 산화 하프늄막, 산화 이트륨막, 산화 지르코늄막, 산화 갈륨막, 산화 탄탈럼막, 산화 마그네슘막, 산화 란타넘막, 산화 세륨막, 및 산화 네오디뮴막 등을 사용하여도 좋다. 또한 상술한 절연막을 2개 이상 적층하여 사용하여도 좋다.
여기서, 유기 절연막은 무기 절연막에 비하여 배리어성이 낮은 경우가 많다. 그러므로 유기 절연막은 표시 장치(100A)의 단부 근방에 개구를 가지는 것이 바람직하다. 이로써 표시 장치(100A)의 단부로부터 유기 절연막을 통하여 불순물이 들어오는 것을 억제할 수 있다. 또는 유기 절연막의 단부가 표시 장치(100A)의 단부보다 내측에 위치하도록 유기 절연막을 형성하고, 표시 장치(100A)의 단부에서 유기 절연막이 노출되지 않도록 하여도 좋다.
평탄화층으로서 기능하는 절연층(214)에는 유기 절연막이 적합하다. 유기 절연막에 사용할 수 있는 재료로서는, 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 에폭시 수지, 폴리아마이드 수지, 폴리이미드아마이드 수지, 실록산 수지, 벤조사이클로뷰텐계 수지, 페놀 수지, 및 이들 수지의 전구체 등을 들 수 있다.
도 9에 나타낸 영역(228)에서는 절연층(214)에 개구가 형성되어 있다. 이로써, 절연층(214)에 유기 절연막을 사용하는 경우에도, 절연층(214)을 통하여 외부로부터 표시부(162)에 불순물이 들어가는 것을 억제할 수 있다. 따라서 표시 장치(100A)의 신뢰성을 높일 수 있다.
트랜지스터(201), 트랜지스터(205), 및 트랜지스터(206)는 게이트로서 기능하는 도전층(221), 게이트 절연층으로서 기능하는 절연층(211), 소스 및 드레인으로서 기능하는 도전층(222a) 및 도전층(222b), 반도체층(231), 게이트 절연층으로서 기능하는 절연층(213), 그리고 게이트로서 기능하는 도전층(223)을 가진다. 여기서는, 동일한 도전막을 가공하여 얻어지는 복수의 층에 같은 해치 패턴을 부여하였다. 절연층(211)은 도전층(221)과 반도체층(231) 사이에 위치한다. 절연층(213)은 도전층(223)과 반도체층(231) 사이에 위치한다.
본 실시형태의 표시 장치가 가지는 트랜지스터의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 플레이너형 트랜지스터, 스태거형 트랜지스터, 역스태거형 트랜지스터 등을 사용할 수 있다. 또한 톱 게이트형 및 보텀 게이트형 중 어느 트랜지스터 구조로 하여도 좋다. 또는 채널이 형성되는 반도체층의 상하에 게이트가 제공되어 있어도 좋다.
트랜지스터(201), 트랜지스터(205), 및 트랜지스터(206)에는 채널이 형성되는 반도체층을 2개의 게이트로 협지하는 구성이 적용되어 있다. 2개의 게이트를 접속하고, 이들에 동일한 신호를 공급함으로써 트랜지스터를 구동하여도 좋다. 또는 2개의 게이트 중 한쪽에 문턱 전압을 제어하기 위한 전위를 공급하고, 다른 쪽에 구동을 위한 전위를 공급함으로써, 트랜지스터의 문턱 전압을 제어하여도 좋다.
트랜지스터에 사용하는 반도체 재료의 결정성에 대해서도 특별히 한정되지 않고, 비정질 반도체, 단결정 반도체, 또는 단결정 외의 결정성을 가지는 반도체(미결정 반도체, 다결정 반도체, 또는 일부에 결정 영역을 가지는 반도체) 중 어느 것을 사용하여도 좋다. 단결정 반도체 또는 단결정 외의 결정성을 가지는 반도체를 사용하면, 트랜지스터 특성의 열화를 억제할 수 있으므로 바람직하다.
트랜지스터의 반도체층은 금속 산화물(산화물 반도체라고도 함)을 가지는 것이 바람직하다. 또는 트랜지스터의 반도체층은 실리콘을 가져도 좋다. 실리콘으로서는 비정질 실리콘, 결정성 실리콘(저온 폴리 실리콘, 단결정 실리콘 등) 등을 들 수 있다.
반도체층은 예를 들어 인듐과, M(M은 갈륨, 알루미늄, 실리콘, 붕소, 이트륨, 주석, 구리, 바나듐, 베릴륨, 타이타늄, 철, 니켈, 저마늄, 지르코늄, 몰리브데넘, 란타넘, 세륨, 네오디뮴, 하프늄, 탄탈럼, 텅스텐, 및 마그네슘 중에서 선택된 1종류 또는 복수 종류)과, 아연을 가지는 것이 바람직하다. 특히 M은 알루미늄, 갈륨, 이트륨, 및 주석 중에서 선택된 1종류 또는 복수 종류인 것이 바람직하다.
특히 반도체층으로서 인듐(In), 갈륨(Ga), 및 아연(Zn)을 포함하는 산화물(IGZO라고도 나타냄)을 사용하는 것이 바람직하다.
반도체층이 In-M-Zn 산화물인 경우, In-M-Zn 산화물을 성막하기 위하여 사용하는 스퍼터링 타깃은 In의 원자수비가 M의 원자수비 이상인 것이 바람직하다. 이러한 스퍼터링 타깃의 금속 원소의 원자수비로서 In:M:Zn=1:1:1, In: M:Zn=1:1:1.2, In: M:Zn=2:1:3, In: M:Zn=3:1:2, In: M:Zn=4:2:3, In: M:Zn=4:2:4.1, In: M:Zn=5:1:6, In: M:Zn=5:1:7, In: M:Zn=5:1:8, In: M:Zn=6:1:6, In: M:Zn=5:2:5 등을 들 수 있다.
스퍼터링 타깃으로서는 다결정 산화물을 포함하는 타깃을 사용하면, 결정성을 가지는 반도체층을 형성하기 쉬워지기 때문에 바람직하다. 또한 성막되는 반도체층의 원자수비는 상기 스퍼터링 타깃에 포함되는 금속 원소의 원자수비의 ±40%의 변동을 포함한다. 예를 들어 반도체층에 사용하는 스퍼터링 타깃의 조성이 In:Ga:Zn=4:2:4.1[원자수비]인 경우, 성막되는 반도체층의 조성은 In:Ga:Zn=4:2:3[원자수비] 근방인 경우가 있다.
또한 원자수비가 In:Ga:Zn=4:2:3 또는 그 근방이라고 기재된 경우, In의 원자수비를 4로 하였을 때, Ga의 원자수비가 1 이상 3 이하이고, Zn의 원자수비가 2 이상 4 이하인 경우를 포함한다. 또한 원자수비가 In:Ga:Zn=5:1:6 또는 그 근방이라고 기재된 경우, In의 원자수비를 5로 하였을 때, Ga의 원자수비가 0.1보다 크고 2 이하이고, Zn의 원자수비가 5 이상 7 이하인 경우를 포함한다. 또한 원자수비가 In:Ga:Zn=1:1:1 또는 그 근방이라고 기재된 경우, In의 원자수비를 1로 하였을 때, Ga의 원자수비가 0.1보다 크고 2 이하이고, Zn의 원자수비가 0.1보다 크고 2 이하인 경우를 포함한다.
회로(164)가 가지는 트랜지스터와 표시부(162)가 가지는 트랜지스터는, 같은 구조이어도 좋고 상이한 구조이어도 좋다. 회로(164)가 가지는 복수의 트랜지스터의 구조는 모두 같아도 좋고, 2종류 이상 있어도 좋다. 마찬가지로, 표시부(162)가 가지는 복수의 트랜지스터의 구조는 모두 같아도 좋고, 2종류 이상 있어도 좋다.
기판(151)에서 기판(152)과 중첩되지 않는 영역에는, 접속부(204)가 제공되어 있다. 접속부(204)에서는 배선(165)이 도전층(166) 및 접속층(242)을 통하여 FPC(172)와 전기적으로 접속되어 있다. 접속부(204)의 상면에서는, 화소 전극(191)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전층(166)이 노출되어 있다. 이에 의하여, 접속부(204)와 FPC(172)를 접속층(242)을 통하여 전기적으로 접속할 수 있다.
기판(152)의 외측에는 각종 광학 부재를 배치할 수 있다. 광학 부재로서는, 편광판, 위상차판, 광 확산층(확산 필름 등), 반사 방지층, 및 집광 필름 등을 들 수 있다. 또한 기판(152)의 외측에는 먼지의 부착을 억제하는 대전 방지막, 오염이 부착되기 어렵게 하는 발수성의 막, 사용에 따른 손상의 발생을 억제하는 하드 코트막, 충격 흡수층 등을 배치하여도 좋다.
기판(151) 및 기판(152)에는 각각 유리, 석영, 세라믹, 사파이어, 수지 등을 사용할 수 있다. 기판(151) 및 기판(152)에 가요성을 가지는 재료를 사용하면, 표시 장치의 가요성을 높일 수 있다.
접착층으로서는, 자외선 경화형 등의 광 경화형 접착제, 반응 경화형 접착제, 열 경화형 접착제, 혐기형 접착제 등 각종 경화형 접착제를 사용할 수 있다. 이들 접착제로서는, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 실리콘(silicone) 수지, 페놀 수지, 폴리이미드 수지, 이미드 수지, PVC(폴리바이닐클로라이드) 수지, PVB(폴리바이닐뷰티랄) 수지, EVA(에틸렌바이닐아세테이트) 수지 등을 들 수 있다. 특히, 에폭시 수지 등의 투습성이 낮은 재료가 바람직하다. 또한 2액 혼합형 수지를 사용하여도 좋다. 또한 접착 시트 등을 사용하여도 좋다.
접속층(242)으로서는, 이방성 도전 필름(ACF: Anisotropic Conductive Film), 이방성 도전 페이스트(ACP: Anisotropic Conductive Paste) 등을 사용할 수 있다.
발광 소자(190)는 톱 이미션형, 보텀 이미션형, 듀얼 이미션형 등이 있다. 광을 추출하는 측의 전극에는, 가시광을 투과시키는 도전막을 사용한다. 또한 광을 추출하지 않는 측의 전극에는, 가시광을 반사하는 도전막을 사용하는 것이 바람직하다.
발광 소자(190)는 적어도 발광층(193)을 가진다. 발광 소자(190)는 발광층(193) 외의 층으로서, 정공 주입성이 높은 물질, 정공 수송성이 높은 물질, 정공 블록 재료, 전자 수송성이 높은 물질, 전자 주입성이 높은 물질, 또는 양극성 물질(전자 수송성 및 정공 수송성이 높은 물질) 등을 포함하는 층을 더 가져도 좋다. 예를 들어, 공통층(112)은 정공 주입층 및 정공 수송층 중 한쪽 또는 양쪽을 가지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 공통층(114)은 전자 수송층 및 전자 주입층 중 한쪽 또는 양쪽을 가지는 것이 바람직하다.
공통층(112), 발광층(193), 및 공통층(114)에는 저분자계 화합물 및 고분자계 화합물 중 어느 쪽이든 사용할 수 있고, 무기 화합물을 포함하여도 좋다. 공통층(112), 발광층(193), 및 공통층(114)을 구성하는 층은 각각 증착법(진공 증착법을 포함함), 전사법, 인쇄법, 잉크젯법, 도포법 등의 방법으로 형성할 수 있다.
발광층(193)은 발광 재료로서 퀀텀닷 등의 무기 화합물을 가져도 좋다.
수광 소자(110)의 활성층(113)은 반도체를 포함한다. 상기 반도체로서는, 실리콘 등의 무기 반도체, 및 유기 화합물을 포함하는 유기 반도체를 들 수 있다. 본 실시형태에서는 활성층이 가지는 반도체로서 유기 반도체를 사용하는 예를 나타낸다. 유기 반도체를 사용함으로써, 발광 소자(190)의 발광층(193)과 수광 소자(110)의 활성층(113)을 같은 방법(예를 들어 진공 증착법)으로 형성할 수 있기 때문에 제조 장치를 공통화할 수 있어 바람직하다.
활성층(113)이 가지는 n형 반도체의 재료로서는, 풀러렌(예를 들어 C60, C70 등) 또는 그 유도체 등의 전자 수용성의 유기 반도체 재료를 들 수 있다. 또한 활성층(113)이 가지는 p형 반도체의 재료로서는, 구리(II)프탈로사이아닌(Copper(II)phthalocyanine; CuPc)이나 테트라페닐다이벤조페리플란텐(Tetraphenyldibenzoperiflanthene; DBP) 등의 전자 공여성의 유기 반도체 재료를 들 수 있다.
예를 들어, 활성층(113)은 n형 반도체와 p형 반도체를 공증착하여 형성하는 것이 바람직하다.
트랜지스터의 게이트, 소스, 및 드레인 외에, 표시 장치를 구성하는 각종 배선 및 전극 등의 도전층에 사용할 수 있는 재료로서는, 알루미늄, 타이타늄, 크로뮴, 니켈, 구리, 이트륨, 지르코늄, 몰리브데넘, 은, 탄탈럼, 또는 텅스텐 등의 금속, 또는 이들을 주성분으로 하는 합금 등을 들 수 있다. 이들 재료를 포함하는 막을 단층으로 또는 적층 구조로서 사용할 수 있다.
또한 투광성을 가지는 도전 재료로서는, 산화 인듐, 인듐 주석 산화물, 인듐아연 산화물, 산화 아연, 갈륨을 포함하는 산화 아연 등의 도전성 산화물 또는 그래핀을 사용할 수 있다. 또는 금, 은, 백금, 마그네슘, 니켈, 텅스텐, 크로뮴, 몰리브데넘, 철, 코발트, 구리, 팔라듐, 또는 타이타늄 등의 금속 재료나, 상기 금속 재료를 포함한 합금 재료를 사용할 수 있다. 또는 상기 금속 재료의 질화물(예를 들어, 질화 타이타늄) 등을 사용하여도 좋다. 또한 금속 재료, 합금 재료(또는 이들의 질화물)를 사용하는 경우에는, 투광성을 가질 정도로 얇게 하는 것이 바람직하다. 또한 상기 재료의 적층막을 도전층으로서 사용할 수 있다. 예를 들어, 은과 마그네슘의 합금과, 인듐 주석 산화물의 적층막 등을 사용하면, 도전성을 높일 수 있기 때문에 바람직하다. 이들은, 표시 장치를 구성하는 각종 배선 및 전극 등의 도전층이나, 표시 소자가 가지는 도전층(화소 전극이나 공통 전극으로서 기능하는 도전층)에도 사용할 수 있다.
각 절연층에 사용할 수 있는 절연 재료로서는, 예를 들어 아크릴 수지, 에폭시 수지 등의 수지, 산화 실리콘, 산화질화 실리콘, 질화산화 실리콘, 질화 실리콘, 산화 알루미늄 등의 무기 절연 재료가 있다.
도 10의 (A)에 표시 장치(100B)의 단면도를 도시하였다.
표시 장치(100B)는 렌즈(149) 및 보호층(195)을 가지는 점에서 표시 장치(100A)와 주로 상이하다.
수광 소자(110) 및 발광 소자(190)를 덮는 보호층(195)을 제공함으로써, 수광 소자(110) 및 발광 소자(190)에 물 등의 불순물이 들어가는 것을 억제하고, 수광 소자(110) 및 발광 소자(190)의 신뢰성을 높일 수 있다.
표시 장치(100B)의 단부 근방의 영역(228)에서, 절연층(214)의 개구를 통하여 절연층(215)과 보호층(195)이 서로 접하는 것이 바람직하다. 특히, 절연층(215)이 가지는 무기 절연막과 보호층(195)이 가지는 무기 절연막이 서로 접하는 것이 바람직하다. 이로써, 유기 절연막을 통하여 외부로부터 표시부(162)에 불순물이 들어가는 것을 억제할 수 있다. 따라서 표시 장치(100B)의 신뢰성을 높일 수 있다.
도 10의 (B)에 보호층(195)이 3층 구조인 예를 도시하였다. 도 10의 (B)에 있어서, 보호층(195)은 공통 전극(115) 위의 무기 절연층(195a)과, 무기 절연층(195a) 위의 유기 절연층(195b)과, 유기 절연층(195b) 위의 무기 절연층(195c)을 가진다.
무기 절연층(195a)의 단부와 무기 절연층(195c)의 단부는, 유기 절연층(195b)의 단부보다 외측으로 연장되고 서로 접한다. 그리고, 무기 절연층(195a)은 절연층(214)(유기 절연층)의 개구를 통하여 절연층(215)(무기 절연층)과 접한다. 이에 의하여, 절연층(215)과 보호층(195)으로 수광 소자(110) 및 발광 소자(190)를 둘러쌀 수 있기 때문에, 수광 소자(110) 및 발광 소자(190)의 신뢰성을 높일 수 있다.
이와 같이, 보호층(195)은 유기 절연막과 무기 절연막의 적층 구조이어도 좋다. 이때, 무기 절연막의 단부를 유기 절연막의 단부보다 외측으로 연장시키는 것이 바람직하다.
기판(152)에서 기판(151) 측의 면에 렌즈(149)가 제공되어 있다. 렌즈(149)는 기판(151) 측에 볼록면을 가진다. 수광 소자(110)의 수광 영역은 렌즈(149)와 중첩되며, 발광층(193)과 중첩되지 않는 것이 바람직하다. 이로써, 수광 소자(110)를 사용한 센서의 감도 및 정밀도를 높일 수 있다.
렌즈(149)는 1.3 이상 2.5 이하의 굴절률을 가지는 것이 바람직하다. 렌즈(149)는 무기 재료 또는 유기 재료를 사용하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 수지를 포함하는 재료를 렌즈(149)에 사용할 수 있다. 또한 산화물 또는 황화물을 포함하는 재료를 렌즈(149)에 사용할 수 있다.
구체적으로는, 염소, 브로민, 또는 아이오딘을 포함하는 수지, 중금속 원자를 포함하는 수지, 방향족 고리를 포함하는 수지, 황을 포함하는 수지 등을 렌즈(149)에 사용할 수 있다. 또는 수지와, 상기 수지보다 굴절률이 높은 재료의 나노 입자를 포함하는 재료를 렌즈(149)에 사용할 수 있다. 산화 타이타늄 또는 산화 지르코늄 등을 나노 입자로서 사용할 수 있다.
또한 산화 세륨, 산화 하프늄, 산화 란타넘, 산화 마그네슘, 산화 나이오븀, 산화 탄탈럼, 산화 타이타늄, 산화 이트륨, 산화 아연, 인듐과 주석을 포함하는 산화물, 또는 인듐과 갈륨과 아연을 포함하는 산화물 등을 렌즈(149)에 사용할 수 있다. 또는 황화 아연 등을 렌즈(149)에 사용할 수 있다.
또한 표시 장치(100B)에서는 보호층(195)과 기판(152)이 접착층(142)에 의하여 접합되어 있다. 접착층(142)은 수광 소자(110) 및 발광 소자(190)와 각각 중첩되어 제공되어 있고, 표시 장치(100B)에는 고체 밀봉 구조가 적용되어 있다.
도 11의 (A)에 표시 장치(100C)의 단면도를 도시하였다.
표시 장치(100C)는 트랜지스터의 구조가 표시 장치(100B)와 다르다.
표시 장치(100C)는 기판(151) 위에 트랜지스터(208), 트랜지스터(209), 및 트랜지스터(210)를 가진다.
트랜지스터(208), 트랜지스터(209), 및 트랜지스터(210)는 게이트로서 기능하는 도전층(221), 게이트 절연층으로서 기능하는 절연층(211), 채널 형성 영역(231i) 및 한 쌍의 저저항 영역(231n)을 가지는 반도체층, 한 쌍의 저저항 영역(231n) 중 한쪽과 접속되는 도전층(222a), 한 쌍의 저저항 영역(231n) 중 다른 쪽과 접속되는 도전층(222b), 게이트 절연층으로서 기능하는 절연층(225), 게이트로서 기능하는 도전층(223), 그리고 도전층(223)을 덮는 절연층(215)을 가진다. 절연층(211)은 도전층(221)과 채널 형성 영역(231i) 사이에 위치한다. 절연층(225)은 도전층(223)과 채널 형성 영역(231i) 사이에 위치한다.
도전층(222a) 및 도전층(222b)은 각각 절연층(225) 및 절연층(215)에 제공된 개구를 통하여 저저항 영역(231n)과 접속된다. 도전층(222a) 및 도전층(222b) 중 한쪽은 소스로서 기능하고, 다른 쪽은 드레인으로서 기능한다.
발광 소자(190)의 화소 전극(191)은 도전층(222b)을 통하여 트랜지스터(208)의 한 쌍의 저저항 영역(231n) 중 한쪽과 전기적으로 접속된다.
수광 소자(110)의 화소 전극(111)은 도전층(222b)을 통하여 트랜지스터(209)의 한 쌍의 저저항 영역(231n) 중 다른 쪽과 전기적으로 접속된다.
도 11의 (A)에서는 절연층(225)이 반도체층의 상면 및 측면을 덮는 예를 도시하였다. 한편, 도 11의 (B)에서는 절연층(225)은 반도체층(231)의 채널 형성 영역(231i)과 중첩되고, 저저항 영역(231n)과 중첩되지 않는다. 예를 들어 도전층(223)을 마스크로 하여 절연층(225)을 가공함으로써, 도 11의 (B)에 도시된 구조를 제작할 수 있다. 도 11의 (B)에서는 절연층(225) 및 도전층(223)을 덮어 절연층(215)이 제공되고, 절연층(215)의 개구를 통하여 도전층(222a) 및 도전층(222b)이 각각 저저항 영역(231n)과 접속되어 있다. 또한 트랜지스터를 덮는 절연층(218)을 제공하여도 좋다.
도 12에 표시 장치(100D)의 단면도를 도시하였다.
표시 장치(100D)는 기판(151) 및 기판(152)을 가지지 않고, 기판(153), 기판(154), 접착층(155), 및 절연층(212)을 가지는 점 및 렌즈(149)를 가지는 점이 표시 장치(100C)와 주로 상이하다.
기판(153)과 절연층(212)은 접착층(155)에 의하여 접합되어 있다. 기판(154)과 보호층(195)은 접착층(142)에 의하여 접합되어 있다.
표시 장치(100D)는 제작 기판 위에 형성된 절연층(212), 트랜지스터(208), 트랜지스터(209), 수광 소자(110), 및 발광 소자(190) 등을 기판(153) 위로 전치(轉置)함으로써 제작되는 구성을 가진다. 기판(153) 및 기판(154)은 각각 가요성을 가지는 것이 바람직하다. 이에 의하여 표시 장치(100D)의 가요성을 높일 수 있다.
절연층(212)에는 절연층(211), 절연층(213), 및 절연층(215)에 사용할 수 있는 무기 절연막을 사용할 수 있다.
또한 표시 장치(100C)에서는 렌즈(149)를 가지지 않는 예를 나타내고, 표시 장치(100D)에서는 렌즈(149)를 가지는 예를 나타내었다. 렌즈(149)는 센서의 용도 등에 따라 적절히 제공할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시형태의 표시 장치는 표시부에 수광 소자와 발광 소자를 가지고, 표시부는 화상을 표시하는 기능과 광을 검출하는 기능의 양쪽을 가진다. 이에 의하여 표시부의 외부 또는 표시 장치의 외부에 센서를 제공하는 경우에 비하여, 전자 기기의 소형화 및 경량화를 도모할 수 있다. 또한 표시부의 외부 또는 표시 장치의 외부에 제공하는 센서와 조합하여 더 많은 기능을 가진 전자 기기를 실현할 수도 있다.
수광 소자는 활성층 이외의 적어도 하나의 층을 발광 소자(EL 소자)와 공통된 구성으로 할 수 있다. 또한 수광 소자는 활성층 이외의 모든 층을 발광 소자(EL 소자)와 공통된 구성으로 할 수도 있다. 예를 들어, 발광 소자의 제작 공정에 활성층의 성막 공정만 추가하면, 발광 소자와 수광 소자를 동일한 기판 위에 형성할 수 있다. 또한 수광 소자와 발광 소자는 화소 전극과 공통 전극을 각각 동일한 재료 및 동일한 공정으로 형성할 수 있다. 또한 수광 소자에 전기적으로 접속되는 회로와, 발광 소자에 전기적으로 접속되는 회로를 동일한 재료 및 동일한 공정으로 제작함으로써, 표시 장치의 제작 공정을 간략화할 수 있다. 이와 같이, 복잡한 공정을 가지지 않아도 수광 소자를 내장하며 편리성이 높은 표시 장치를 제작할 수 있다.
또한 본 실시형태의 표시 장치는 수광 소자와 발광 소자 사이에 유색층을 가진다. 수광 소자와 발광 소자를 전기적으로 절연하는 격벽이 상기 유색층을 겸하여도 좋다. 유색층은 표시 장치 내의 미광을 흡수할 수 있기 때문에 수광 소자를 사용한 센서의 감도를 높일 수 있다.
또한 도 13의 (A)에 수광 소자를 가지는 제 1 화소 회로의 일례를 나타내고, 도 13의 (B)에 발광 소자를 가지는 제 2 화소 회로의 일례를 나타내었다.
도 13의 (A)에 나타낸 화소 회로(PIX1)는 수광 소자(PD), 트랜지스터(M1), 트랜지스터(M2), 트랜지스터(M3), 트랜지스터(M4), 및 용량 소자(C1)를 가진다. 여기서는 수광 소자(PD)로서 포토다이오드를 사용한 예를 나타내었다.
수광 소자(PD)는 캐소드가 배선(V1)과 전기적으로 접속되고, 애노드가 트랜지스터(M1)의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(M1)는 게이트가 배선(TX)과 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽이 용량 소자(C1)의 한쪽 전극, 트랜지스터(M2)의 소스 및 드레인 중 한쪽, 및 트랜지스터(M3)의 게이트와 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(M2)는 게이트가 배선(RES)과 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽이 배선(V2)과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(M3)는 소스 및 드레인 중 한쪽이 배선(V3)과 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽이 트랜지스터(M4)의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(M4)는 게이트가 배선(SE)과 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽이 배선(OUT1)과 전기적으로 접속된다.
배선(V1), 배선(V2), 및 배선(V3)에는 각각 정전위가 공급된다. 수광 소자(PD)를 역바이어스로 구동시키는 경우에는, 배선(V2)에 배선(V1)의 전위보다 낮은 전위를 공급한다. 트랜지스터(M2)는 배선(RES)에 공급되는 신호에 의하여 제어되고, 트랜지스터(M3)의 게이트에 접속되는 노드의 전위를 배선(V2)에 공급되는 전위로 리셋하는 기능을 가진다. 트랜지스터(M1)는 배선(TX)에 공급되는 신호에 의하여 제어되고, 수광 소자(PD)를 흐르는 전류에 따라 상기 노드의 전위가 변화되는 타이밍을 제어하는 기능을 가진다. 트랜지스터(M3)는 상기 노드의 전위에 따른 출력을 수행하는 증폭 트랜지스터로서 기능한다. 트랜지스터(M4)는 배선(SE)에 공급되는 신호에 의하여 제어되고, 상기 노드의 전위에 따른 출력을 배선(OUT1)에 접속되는 외부 회로로 판독하기 위한 선택 트랜지스터로서 기능한다.
도 13의 (B)에 나타낸 화소 회로(PIX2)는 발광 소자(EL), 트랜지스터(M5), 트랜지스터(M6), 트랜지스터(M7), 및 용량 소자(C2)를 가진다. 여기서는 발광 소자(EL)로서 발광 다이오드를 사용한 예를 나타내었다. 특히 발광 소자(EL)로서 유기 EL 소자를 사용하는 것이 바람직하다.
트랜지스터(M5)는 게이트가 배선(VG)과 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 한쪽이 배선(VS)과 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽이 용량 소자(C2)의 한쪽 전극, 및 트랜지스터(M6)의 게이트와 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(M6)의 소스 및 드레인 중 한쪽은 배선(V4)과 전기적으로 접속되고, 다른 쪽은 발광 소자(EL)의 애노드, 및 트랜지스터(M7)의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(M7)는 게이트가 배선(MS)과 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽이 배선(OUT2)과 전기적으로 접속된다. 발광 소자(EL)의 캐소드는 배선(V5)과 전기적으로 접속된다.
배선(V4) 및 배선(V5)에는 각각 정전위가 공급된다. 발광 소자(EL)의 애노드 측을 고전위로 하고, 캐소드 측을 애노드 측보다 저전위로 할 수 있다. 트랜지스터(M5)는 배선(VG)에 공급되는 신호에 의하여 제어되고, 화소 회로(PIX2)의 선택 상태를 제어하기 위한 선택 트랜지스터로서 기능한다. 또한 트랜지스터(M6)는 게이트에 공급되는 전위에 따라 발광 소자(EL)를 흐르는 전류를 제어하는 구동 트랜지스터로서 기능한다. 트랜지스터(M5)가 도통 상태일 때 배선(VS)에 공급되는 전위가 트랜지스터(M6)의 게이트에 공급되고, 그 전위에 따라 발광 소자(EL)의 발광 휘도를 제어할 수 있다. 트랜지스터(M7)는 배선(MS)에 공급되는 신호에 의하여 제어되고, 트랜지스터(M6)와 발광 소자(EL) 사이의 전위를, 배선(OUT2)을 통하여 외부로 출력하는 기능을 가진다.
또한 본 실시형태의 표시 장치에서는 발광 소자를 펄스상으로 발광시킴으로써 화상을 표시하여도 좋다. 발광 소자의 구동 시간을 단축함으로써 표시 장치의 소비 전력의 저감 및 발열의 억제를 도모할 수 있다. 특히 유기 EL 소자는 주파수 특성이 우수하기 때문에 적합하다. 주파수는 예를 들어 1kHz 이상 100MHz 이하로 할 수 있다.
여기서 화소 회로(PIX1)가 가지는 트랜지스터(M1), 트랜지스터(M2), 트랜지스터(M3), 및 트랜지스터(M4), 그리고 화소 회로(PIX2)가 가지는 트랜지스터(M5), 트랜지스터(M6), 및 트랜지스터(M7)에는 각각 채널이 형성되는 반도체층에 금속 산화물(산화물 반도체)을 사용한 트랜지스터를 적용하는 것이 바람직하다.
실리콘보다 밴드 갭이 넓고, 캐리어 밀도가 낮은 금속 산화물을 사용한 트랜지스터는 매우 낮은 오프 전류를 실현할 수 있다. 그러므로 오프 전류가 낮기 때문에 트랜지스터와 직렬로 접속된 용량 소자에 축적된 전하가 장기간에 걸쳐 유지될 수 있다. 그러므로 특히 용량 소자(C1) 또는 용량 소자(C2)에 직렬로 접속되는 트랜지스터(M1), 트랜지스터(M2), 및 트랜지스터(M5)에는 산화물 반도체가 적용된 트랜지스터를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 이들 외의 트랜지스터도 마찬가지로 산화물 반도체를 적용한 트랜지스터를 사용함으로써, 제작 비용을 저감할 수 있다.
또한 트랜지스터(M1) 내지 트랜지스터(M7)로서 채널이 형성되는 반도체에 실리콘을 적용한 트랜지스터를 사용할 수도 있다. 특히 단결정 실리콘이나 다결정 실리콘 등의 결정성이 높은 실리콘을 사용함으로써, 높은 전계 효과 이동도를 실현할 수 있고, 더 고속으로 동작할 수 있어 바람직하다.
또한 트랜지스터(M1) 내지 트랜지스터(M7) 중, 하나 이상에 산화물 반도체를 적용한 트랜지스터를 사용하고, 이 외에 실리콘을 적용한 트랜지스터를 사용하는 구성으로 하여도 좋다.
또한 도 13의 (A), (B)에서 트랜지스터를 n채널형 트랜지스터로서 표기하였지만, p채널형 트랜지스터를 사용할 수도 있다.
화소 회로(PIX1)가 가지는 트랜지스터와 화소 회로(PIX2)가 가지는 트랜지스터는 동일한 기판 위에 나란히 형성되는 것이 바람직하다. 특히 화소 회로(PIX1)가 가지는 트랜지스터와 화소 회로(PIX2)가 가지는 트랜지스터를 하나의 영역 내에 혼재시켜 주기적으로 배열하는 구성으로 하는 것이 바람직하다.
또한 수광 소자(PD) 또는 발광 소자(EL)와 중첩되는 위치에 트랜지스터 및 용량 소자 중 한쪽 또는 양쪽을 가지는 층을 하나 또는 복수로 제공하는 것이 바람직하다. 이에 의하여 각 화소 회로의 실효적인 점유 면적을 작게 할 수 있고, 고정세(高精細)의 수광부 또는 표시부를 실현할 수 있다.
본 실시형태에서 예시한 구성예 및 이들에 대응하는 도면 등은 적어도 그 일부를 다른 구성예 또는 도면 등과 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
본 실시형태는 적어도 그 일부를 본 명세서에 기재된 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는 앞의 실시형태에서 설명한 IC(20)에 적용할 수 있는 트랜지스터의 구성예에 대하여 설명한다. 일례로서, 상이한 전기 특성을 가지는 트랜지스터를 적층하여 제공하는 구성에 대하여 설명한다. 상기 구성으로 함으로써, 반도체 장치의 설계 자유도를 높일 수 있다. 또한 상이한 전기 특성을 가지는 트랜지스터를 적층하여 제공함으로써, 반도체 장치의 집적도를 높일 수 있다.
반도체 장치의 단면 구조의 일부를 도 14에 도시하였다. 도 14에 나타낸 반도체 장치는 트랜지스터(550)와, 트랜지스터(500)와, 용량 소자(600)를 가진다. 도 16의 (A)는 트랜지스터(500)의 채널 길이 방향의 단면도이고, 도 16의 (B)는 트랜지스터(500)의 채널 폭 방향의 단면도이고, 도 16의 (C)는 트랜지스터(550)의 채널 폭 방향의 단면도이다.
트랜지스터(500)는 OS 트랜지스터이다. 또한, 트랜지스터(500)는 오프 전류가 매우 적다. 따라서, 트랜지스터(500)를 통하여 기억 노드에 기록한 데이터 전압 또는 전하를 장기간 유지할 수 있다. 즉 기억 노드의 리프레시 동작의 빈도를 적감하거나 또는 리프레시 동작이 필요 없기 때문에, 반도체 장치의 소비 전력을 저감할 수 있다.
도 14에서 트랜지스터(500)는 트랜지스터(550) 위쪽에 제공되고, 용량 소자(600)는 트랜지스터(550) 및 트랜지스터(500) 위쪽에 제공되어 있다.
트랜지스터(550)는 기판(311) 위에 제공되고, 도전체(316), 절연체(315), 기판(311)의 일부로 이루어지는 반도체 영역(313), 소스 영역 또는 드레인 영역으로서 기능하는 저저항 영역(314a) 및 저저항 영역(314b)을 가진다.
트랜지스터(550)는, 도 16의 (C)에 도시된 바와 같이 반도체 영역(313)의 상면 및 채널 폭 방향의 측면이 절연체(315)를 개재(介在)하여 도전체(316)로 덮여 있다. 이와 같이, 트랜지스터(550)를 Fin형으로 함으로써, 실효적인 채널 폭이 증대되어, 트랜지스터(550)의 온 특성을 향상시킬 수 있다. 또한 게이트 전극의 전계의 기여를 높일 수 있기 때문에, 트랜지스터(550)의 오프 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 트랜지스터(550)는, p채널 트랜지스터 및 n패널 트랜지스터 중 어느 쪽이어도 좋다.
반도체 영역(313)의 채널이 형성되는 영역, 그 근방의 영역, 소스 영역 또는 드레인 영역이 되는 저저항 영역(314a) 및 저저항 영역(314b) 등에서 실리콘계 반도체 등의 반도체를 포함하는 것이 바람직하고, 단결정 실리콘을 포함하는 것이 바람직하다. 또는 Ge(저마늄), SiGe(실리콘 저마늄), GaAs(갈륨 비소), GaAlAs(갈륨 알루미늄 비소) 등을 가지는 재료로 형성하여도 좋다. 결정 격자에 응력을 가하여, 격자 간격을 변화시킴으로써 유효 질량을 제어한 실리콘을 사용한 구성으로 하여도 좋다. 또는 GaAs와 GaAlAs 등을 사용함으로써 트랜지스터(550)를 HEMT로 하여도 좋다.
저저항 영역(314a) 및 저저항 영역(314b)은 반도체 영역(313)에 적용되는 반도체 재료에 더하여 비소, 인 등의 n형 도전성을 부여하는 원소 또는 붕소 등의 p형 도전성을 부여하는 원소를 포함한다.
게이트 전극으로서 기능하는 도전체(316)는 비소, 인 등의 n형 도전성을 부여하는 원소, 또는 붕소 등의 p형 도전성을 부여하는 원소를 포함하는 실리콘 등의 반도체 재료, 금속 재료, 합금 재료, 또는 금속 산화물 재료 등의 도전성 재료를 사용할 수 있다.
또한 도전체의 재료에 따라 일함수가 결정되기 때문에, 상기 도전체의 재료를 선택함으로써 트랜지스터의 문턱 전압을 조정할 수 있다. 구체적으로는 도전체에 질화 타이타늄이나 질화 탄탈럼 등의 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 도전성과 매립성을 양립하기 위하여 도전체에 텅스텐이나 알루미늄 등의 금속 재료를 적층으로 사용하는 것이 바람직하고, 특히 텅스텐을 사용하는 것이 내열성의 관점에서 바람직하다.
트랜지스터(550)는 SOI(Silicon on Insulator) 기판 등을 사용하여 형성하여도 좋다.
또한, SOI 기판으로서는, 경면 연마 웨이퍼에 산소 이온을 주입한 후, 고온으로 가열함으로써 표면으로부터 일정한 깊이에 산화층을 형성함과 함께, 표면 층에 생긴 결함을 소멸시켜 형성한 SIMOX(Separation by Implanted Oxygen) 기판이나 수소 이온 주입에 의하여 형성된 미소한 공동(micro void)의 열처리에 의한 성장을 이용하여 반도체 기판을 벽개(劈開)하는 스마트 컷법, ELTRAN법(등록 상표: Epitaxial Layer Transfer) 등을 사용하여 형성된 SOI 기판을 사용하여도 좋다. 단결정 기판을 사용하여 형성된 트랜지스터는 채널 형성 영역에 단결정 반도체를 가진다.
또한 도 14에 나타낸 트랜지스터(550)는 일례이고, 그 구성에 한정되지 않고, 회로 구성이나 구동 방법에 따라 적절한 트랜지스터를 사용하면 좋다. 예를 들어, 반도체 장치를 OS 트랜지스터만으로 이루어진 단극성 회로(n채널형 트랜지스터만으로 이루어지는 트랜지스터 등, 동극성 트랜지스터를 의미함)로 하는 경우, 도 15에 도시된 바와 같이, 트랜지스터(550)의 구성을 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터(500)와 같은 구성으로 하면 좋다. 또한 트랜지스터(500)의 자세한 사항에 대해서는 후술한다.
트랜지스터(550)를 덮어 절연체(320), 절연체(322), 절연체(324), 및 절연체(326)가 순차적으로 적층되어 제공된다.
절연체(320), 절연체(322), 절연체(324), 및 절연체(326)로서 예를 들어 산화 실리콘, 산화질화 실리콘, 질화산화 실리콘, 질화 실리콘, 산화 알루미늄, 산화질화 알루미늄, 질화산화 알루미늄, 질화 알루미늄 등을 사용하면 좋다.
또한 본 명세서에서 산화질화 실리콘이란 그 조성에서 질소보다 산소의 함유량이 많은 재료를 가리키고, 질화산화 실리콘이란 그 조성에서 산소보다 질소의 함유량이 많은 재료를 가리킨다. 또한 본 명세서에서 산화질화 알루미늄이란 그 조성에서 질소보다 산소의 함유량이 많은 재료를 가리키고, 질화산화 알루미늄이란 그 조성에서 산소보다 질소의 함유량이 많은 재료를 가리킨다.
절연체(322)는 그 아래쪽에 제공되는 트랜지스터(550) 등으로 인하여 생기는 단차를 평탄화하는 평탄화막으로서의 기능을 가져도 좋다. 예를 들어 절연체(322)의 상면은 평탄성을 높이기 위하여 화학 기계 연마(CMP)법 등을 사용한 평탄화 처리에 의하여 평탄화되어 있어도 좋다.
또한, 절연체(324)에는 기판(311) 또는 트랜지스터(550) 등으로부터 트랜지스터(500)가 제공되는 영역으로 수소나 불순물이 확산되지 않도록 하는 배리어성을 가지는 막을 사용하는 것이 바람직하다.
수소에 대한 배리어성을 가지는 막의 일례로서, 예를 들어 CVD법으로 형성한 질화 실리콘을 사용할 수 있다. 여기서 트랜지스터(500) 등의 산화물 반도체를 가지는 반도체 소자로 수소가 확산됨으로써 상기 반도체 소자의 특성이 저하하는 경우가 있다. 따라서 트랜지스터(500)와 트랜지스터(550) 사이에 수소의 확산을 억제하는 막을 사용하는 것이 바람직하다. 수소의 확산을 억제하는 막이란, 구체적으로는 수소의 이탈량이 적은 막이다.
수소의 이탈량은 예를 들어 승온 이탈 가스 분석법(TDS) 등을 사용하여 분석할 수 있다. 예를 들어 절연체(324)의 수소의 이탈량은 TDS 분석에서 막의 표면 온도가 50℃ 내지 500℃의 범위에서 수소 원자로 환산한 이탈량이 절연체(324)의 면적당으로 환산하여, 10Х1015atoms/cm2 이하, 바람직하게는 5Х1015atoms/cm2 이하이면 좋다.
또한 절연체(326)는 절연체(324)보다 유전율이 낮은 것이 바람직하다. 예를 들어 절연체(326)의 비유전율은 4 미만이 바람직하고, 3 미만이 더 바람직하다. 또한, 예를 들어 절연체(326)의 비유전율은 절연체(324)의 비유전율의 0.7배 이하가 바람직하고, 0.6배 이하가 더 바람직하다. 유전율이 낮은 재료를 층간막으로 함으로써, 배선 사이에 생기는 기생 용량을 저감할 수 있다.
또한 절연체(320), 절연체(322), 절연체(324), 및 절연체(326)에는 용량 소자(600) 또는 트랜지스터(500)에 접속되는 도전체(328) 및 도전체(330) 등이 매립되어 있다. 또한 도전체(328) 및 도전체(330)는 플러그 또는 배선으로서의 기능을 가진다. 또한 플러그 또는 배선으로서의 기능을 가지는 도전체에는, 복수의 구성을 합쳐서 동일한 부호를 부여하는 경우가 있다. 또한 본 명세서 등에서 배선과, 배선과 접속되는 플러그가 일체물이어도 좋다. 즉, 도전체의 일부가 배선으로서 기능하는 경우, 그리고 도전체의 일부가 플러그로서 기능하는 경우도 있다.
각 플러그 및 배선(도전체(328), 도전체(330) 등)의 재료로서는 금속 재료, 합금 재료, 금속 질화물 재료, 또는 금속 산화물 재료 등의 도전성 재료를 단층으로 또는 적층하여 사용할 수 있다. 내열성과 도전성을 양립하는 텅스텐이나 몰리브데넘 등의 고융점 재료를 사용하는 것이 바람직하고, 텅스텐을 사용하는 것이 바람직하다. 또는 알루미늄이나 구리 등의 저저항 도전성 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 저저항 도전성 재료를 사용함으로써 배선 저항을 낮출 수 있다.
절연체(326) 및 도전체(330) 위에 배선층을 제공하여도 좋다. 예를 들어 도 14에서는 절연체(350), 절연체(352), 및 절연체(354)가 순차적으로 적층되어 제공되어 있다. 또한 절연체(350), 절연체(352), 및 절연체(354)에는 도전체(356)가 형성되어 있다. 도전체(356)는 트랜지스터(550)와 접속되는 플러그 또는 배선으로서의 기능을 가진다. 또한, 도전체(356)는 도전체(328) 및 도전체(330)와 같은 재료를 사용하여 제공할 수 있다.
또한, 예를 들어 절연체(350)에는 절연체(324)와 마찬가지로 수소에 대한 배리어성을 가지는 절연체를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 도전체(356)는 수소에 대한 배리어성을 가지는 도전체를 포함하는 것이 바람직하다. 특히, 수소에 대한 배리어성을 가지는 절연체(350)가 가지는 개구부에 수소에 대한 배리어성을 가지는 도전체가 형성된다. 상기 구성에 의하여, 트랜지스터(550)와 트랜지스터(500)를 배리어층에 의하여 분리할 수 있어, 트랜지스터(550)로부터 트랜지스터(500)로의 수소의 확산을 억제할 수 있다.
또한 수소에 대한 배리어성을 가지는 도전체로서는 예를 들어 질화 탄탈럼 등을 사용하는 것이 좋다. 또한 질화 탄탈럼과 도전성이 높은 텅스텐을 적층함으로써, 배선으로서의 도전성을 유지하면서 트랜지스터(550)로부터의 수소의 확산을 억제할 수 있다. 이 경우 수소에 대한 배리어성을 가지는 질화 탄탈럼층이, 수소에 대한 배리어성을 가지는 절연체(350)와 접하는 구성인 것이 바람직하다.
절연체(354) 및 도전체(356) 위에 배선층을 제공하여도 좋다. 예를 들어 도 14에서는 절연체(360), 절연체(362), 및 절연체(364)가 순차적으로 적층되어 제공되어 있다. 또한 절연체(360), 절연체(362), 및 절연체(364)에는 도전체(366)가 형성된다. 도전체(366)는 플러그 또는 배선으로서의 기능을 가진다. 또한, 도전체(366)는 도전체(328) 및 도전체(330)와 같은 재료를 사용하여 제공할 수 있다.
또한, 예를 들어 절연체(360)에는 절연체(324)와 마찬가지로 수소에 대한 배리어성을 가지는 절연체를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 도전체(366)는 수소에 대한 배리어성을 가지는 도전체를 포함하는 것이 바람직하다. 특히, 수소에 대한 배리어성을 가지는 절연체(360)가 가지는 개구부에 수소에 대한 배리어성을 가지는 도전체가 형성된다. 상기 구성에 의하여, 트랜지스터(550)와 트랜지스터(500)를 배리어층에 의하여 분리할 수 있어, 트랜지스터(550)로부터 트랜지스터(500)로의 수소의 확산을 억제할 수 있다.
절연체(364) 및 도전체(366) 위에 배선층을 제공하여도 좋다. 예를 들어 도 14에서는 절연체(370), 절연체(372), 및 절연체(374)가 순차적으로 적층되어 제공되어 있다. 또한 절연체(370), 절연체(372), 및 절연체(374)에는 도전체(376)가 형성된다. 도전체(376)는 플러그 또는 배선으로서의 기능을 가진다. 또한, 도전체(376)는 도전체(328) 및 도전체(330)와 같은 재료를 사용하여 제공할 수 있다.
또한, 예를 들어 절연체(370)에는 절연체(324)와 마찬가지로 수소에 대한 배리어성을 가지는 절연체를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 도전체(376)는 수소에 대한 배리어성을 가지는 도전체를 포함하는 것이 바람직하다. 특히, 수소에 대한 배리어성을 가지는 절연체(370)가 가지는 개구부에 수소에 대한 배리어성을 가지는 도전체가 형성된다. 상기 구성에 의하여, 트랜지스터(550)와 트랜지스터(500)를 배리어층에 의하여 분리할 수 있어, 트랜지스터(550)로부터 트랜지스터(500)로의 수소의 확산을 억제할 수 있다.
절연체(374) 및 도전체(376) 위에 배선층을 제공하여도 좋다. 예를 들어 도 14에서는 절연체(380), 절연체(382), 및 절연체(384)가 순차적으로 적층되어 제공되어 있다. 또한 절연체(380), 절연체(382), 및 절연체(384)에는 도전체(386)가 형성된다. 도전체(386)는 플러그 또는 배선으로서의 기능을 가진다. 또한, 도전체(386)는 도전체(328) 및 도전체(330)와 같은 재료를 사용하여 제공할 수 있다.
또한, 예를 들어 절연체(380)에는 절연체(324)와 마찬가지로 수소에 대한 배리어성을 가지는 절연체를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 도전체(386)는 수소에 대한 배리어성을 가지는 도전체를 포함하는 것이 바람직하다. 특히, 수소에 대한 배리어성을 가지는 절연체(380)가 가지는 개구부에 수소에 대한 배리어성을 가지는 도전체가 형성된다. 상기 구성에 의하여, 트랜지스터(550)와 트랜지스터(500)를 배리어층에 의하여 분리할 수 있어, 트랜지스터(550)로부터 트랜지스터(500)로의 수소의 확산을 억제할 수 있다.
상기에서 도전체(356)를 포함하는 배선층, 도전체(366)를 포함하는 배선층, 도전체(376)를 포함하는 배선층, 및 도전체(386)를 포함하는 배선층에 대하여 설명하였지만, 본 실시형태에 따른 반도체 장치는 이에 한정되는 것이 아니다. 도전체(356)를 포함하는 배선층과 같은 배선층을 3층 이하로 하여도 좋고, 도전체(356)를 포함하는 배선층과 같은 배선층을 5층 이상으로 하여도 좋다.
절연체(384) 위에는 절연체(510), 절연체(512), 절연체(514), 및 절연체(516)가 순차적으로 적층되어 제공된다. 절연체(510), 절연체(512), 절연체(514), 및 절연체(516) 중 어느 것에는 산소나 수소에 대하여 배리어성을 가지는 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
예를 들어 절연체(510) 및 절연체(514)에는 예를 들어 기판(311) 또는 트랜지스터(550)를 제공하는 영역 등으로부터 트랜지스터(500)를 제공하는 영역으로의 수소나 불순물에 대한 배리어성을 가지는 막을 사용하는 것이 바람직하다. 따라서 절연체(324)와 같은 재료를 사용할 수 있다.
수소에 대한 배리어성을 가지는 막의 일례로서, CVD법으로 형성한 질화 실리콘을 사용할 수 있다. 여기서 트랜지스터(500) 등의 산화물 반도체를 가지는 반도체 소자로 수소가 확산됨으로써 상기 반도체 소자의 특성이 저하하는 경우가 있다. 따라서 트랜지스터(500)와 트랜지스터(550) 사이에 수소의 확산을 억제하는 막을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 수소에 대한 배리어성을 가지는 막으로서, 예를 들어 절연체(510) 및 절연체(514)에는 산화 알루미늄, 산화 하프늄, 산화 탄탈럼 등의 금속 산화물을 사용하는 것이 바람직하다.
특히, 산화 알루미늄은 산소 및 트랜지스터의 전기 특성의 변동 요인이 되는 수소, 수분 등의 불순물의 양쪽에 대하여 막을 투과시키지 않도록 하는 차단 효과가 높다. 따라서, 산화 알루미늄은 트랜지스터의 제작 공정 중 및 제작 후에서 수소, 수분 등의 불순물의 트랜지스터(500)로의 혼입을 방지할 수 있다. 또한 트랜지스터(500)를 구성하는 산화물로부터의 산소의 방출을 억제할 수 있다. 그러므로 트랜지스터(500)에 대한 보호막으로서 사용하는 것에 적합하다.
또한 예를 들어 절연체(512) 및 절연체(516)에는 절연체(320)와 같은 재료를 사용할 수 있다. 또한 이들 절연체에 유전율이 비교적 낮은 재료를 적용함으로써, 배선 사이에 생기는 기생 용량을 저감할 수 있다. 예를 들어, 절연체(512) 및 절연체(516)로서 산화 실리콘막이나 산화질화 실리콘막 등을 사용할 수 있다.
또한 절연체(510), 절연체(512), 절연체(514), 및 절연체(516)에는 도전체(518), 및 트랜지스터(500)를 구성하는 도전체(예를 들어 도전체(503)) 등이 매립되어 있다. 또한, 도전체(518)는 용량 소자(600) 또는 트랜지스터(550)와 접속되는 플러그 또는 배선으로서의 기능을 가진다. 도전체(518)는 도전체(328) 및 도전체(330)와 같은 재료를 사용하여 제공할 수 있다.
특히 절연체(510) 및 절연체(514)와 접한 영역의 도전체(518)는 산소, 수소, 및 물에 대한 배리어성을 가지는 도전체인 것이 바람직하다. 상기 구성에 의하여 트랜지스터(550)와 트랜지스터(500)는 산소, 수소, 및 물에 대한 배리어성을 가지는 층에 의하여 분리할 수 있어, 트랜지스터(550)로부터 트랜지스터(500)로의 수소의 확산을 억제할 수 있다.
절연체(516) 위쪽에는 트랜지스터(500)가 제공되어 있다.
도 16의 (A), (B)에 나타낸 바와 같이, 트랜지스터(500)는 절연체(514) 및 절연체(516)에 매립되도록 배치된 도전체(503)와, 절연체(516) 및 도전체(503) 위에 배치된 절연체(520)와, 절연체(520) 위에 배치된 절연체(522)와, 절연체(522) 위에 배치된 절연체(524)와, 절연체(524) 위에 배치된 산화물(530a)과, 산화물(530a) 위에 배치된 산화물(530b)과, 산화물(530b) 위에 서로 떨어져 배치된 도전체(542a) 및 도전체(542b)와, 도전체(542a) 및 도전체(542b) 위에 배치되고 도전체(542a)와 도전체(542b) 사이에 중첩하여 개구가 형성된 절연체(580)와, 개구 밑면 및 측면에 배치된 절연체(545)와, 절연체(545)의 형성면에 배치된 도전체(560)를 가진다.
또한 도 16의 (A) 및 (B)에 나타낸 바와 같이, 산화물(530a), 산화물(530b), 도전체(542a), 및 도전체(542b)와 절연체(580) 사이에 절연체(544)가 배치되는 것이 바람직하다. 또한 도 16의 (A) 및 (B)에 나타낸 바와 같이, 도전체(560)는 절연체(545)의 내측에 제공된 도전체(560a)와, 도전체(560a)의 내측에 매립되도록 제공된 도전체(560b)를 가지는 것이 바람직하다. 또한 도 16의 (A) 및 (B)에 나타낸 바와 같이, 절연체(580), 도전체(560), 및 절연체(545) 위에 절연체(574)가 배치되는 것이 바람직하다.
또한 본 명세서 등에서, 산화물(530a) 및 산화물(530b)을 통틀어 산화물(530)이라고 하는 경우가 있다.
또한 트랜지스터(500)에서는 채널이 형성되는 영역과 그 근방에서 산화물(530a) 및 산화물(530b)의 2층을 적층하는 구성에 대하여 나타내었지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다. 예를 들어, 산화물(530b)의 단층 또는 3층 이상의 적층 구조를 가지는 구성으로 하여도 좋다.
또한 트랜지스터(500)에서는, 도전체(560)를 2층의 적층 구성으로서 나타내었지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다. 예를 들어 도전체(560)가 단층 구성이어도 좋고, 3층 이상의 적층 구성이어도 좋다. 또한 도 14, 도 15, 도 16의 (A)에 나타낸 트랜지스터(500)는 일례이고, 그 구성에 한정되지 않고, 회로 구성이나 구동 방법 등에 따라 적절한 트랜지스터를 사용하면 좋다.
여기서, 도전체(560)는 트랜지스터의 게이트 전극으로서 기능하고, 도전체(542a) 및 도전체(542b)는 각각 소스 전극 또는 드레인 전극으로서 기능한다. 상술한 바와 같이, 도전체(560)는 절연체(580)의 개구 및 도전체(542a)와 도전체(542b)에 끼워진 영역에 매립되도록 형성된다. 도전체(560), 도전체(542a), 및 도전체(542b)의 배치는 절연체(580)의 개구에 대하여 자기 정합(self-aligned)적으로 선택된다. 즉 트랜지스터(500)에서, 게이트 전극을 소스 전극과 드레인 전극 사이에 자기 정합적으로 배치시킬 수 있다. 따라서, 도전체(560)를 위치를 맞추기 위한 마진을 제공하지 않고 형성할 수 있기 때문에, 트랜지스터(500)의 점유 면적의 축소를 도모할 수 있다. 이에 의하여 반도체 장치의 미세화, 고집적화를 도모할 수 있다.
또한 도전체(560)가 도전체(542a)와 도전체(542b) 사이의 영역에 자기 정합적으로 형성되기 때문에, 도전체(560)는 도전체(542a) 또는 도전체(542b)와 중첩되는 영역을 가지지 않는다. 이로써 도전체(560)와 도전체(542a) 및 도전체(542b) 사이에 형성되는 기생 용량을 저감할 수 있다. 따라서 트랜지스터(500)의 스위칭 속도를 향상시키고, 높은 주파수 특성을 가지게 할 수 있다.
도전체(560)는 제 1 게이트(톱 게이트라고도 함) 전극으로서 기능하는 경우가 있다. 또한 도전체(503)는 제 2 게이트(보텀 게이트라고도 함) 전극으로서 기능하는 경우가 있다. 이 경우 도전체(503)에 인가하는 전위를 도전체(560)에 인가하는 전위와 연동시키지 않고 독립적으로 변화시킴으로써, 트랜지스터(500)의 문턱 전압을 제어할 수 있다. 특히 도전체(503)에 음의 전위를 인가함으로써, 트랜지스터(500)의 문턱 전압을 보다 크게 하고, 오프 전류를 저감할 수 있다. 따라서 도전체(503)에 음의 전위를 인가하는 경우에는 인가하지 않는 경우보다 도전체(560)에 인가하는 전위가 0V일 때의 드레인 전류를 작게 할 수 있다.
도전체(503)는 산화물(530) 및 도전체(560)와 중첩되도록 배치된다. 이로써, 도전체(560) 및 도전체(503)에 전위를 인가한 경우, 도전체(560)로부터 발생되는 전계와 도전체(503)로부터 발생되는 전계가 연결되고, 산화물(530)에 형성되는 채널 형성 영역을 덮을 수 있다.
본 명세서 등에서는, 한 쌍의 게이트 전극(제 1 게이트 전극 및 제 2 게이트 전극)의 전계로 채널 형성 영역을 전기적으로 둘러싸는 트랜지스터의 구성을 surrounded channel(S-channel) 구조라고 부른다. 또한 본 명세서 등에서 개시하는 S-channel 구성은 Fin형 구성 및 플레이너형 구성과는 다르다. S-channel 구성을 채용함으로써, 단채널 효과에 대한 내성을 높일 수 있고, 환언하면 단채널 효과가 발생하기 어려운 트랜지스터로 할 수 있다.
또한 도전체(503)는 도전체(518)와 같은 구성을 가지고, 절연체(514) 및 절연체(516)의 개구의 내벽에 접하여 도전체(503a)가 형성되고, 그 내측에 도전체(503b)가 형성된다. 또한 도전체(503a) 및 도전체(503b)가 적층된 트랜지스터(500)의 구성을 나타내었지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다. 예를 들어 도전체(503)를 단층 또는 3층 이상의 적층 구성으로서 제공하는 구성으로 하여도 좋다.
여기서 도전체(503a)에는 수소 원자, 수소 분자, 물 분자, 구리 원자 등의 불순물의 확산을 억제하는 기능을 가지는(상기 불순물이 투과하기 어려운) 도전성 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또는 산소(예를 들어 산소 원자, 산소 분자 등 중 적어도 하나)의 확산을 억제하는 기능을 가지는(상기 산소가 투과하기 어려운) 도전성 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 본 명세서에서 불순물 또는 산소의 확산을 억제하는 기능이란, 상기 불순물 및 상기 산소 중 어느 하나 또는 모두의 확산을 억제하는 기능이다.
예를 들어 도전체(503a)가 산소의 확산을 억제하는 기능을 가짐으로써, 도전체(503b)가 산화되어 도전율이 저하하는 것을 억제할 수 있다.
또한 도전체(503)가 배선의 기능을 겸하는 경우, 도전체(503b)에는 텅스텐, 구리, 또는 알루미늄을 주성분으로 하는 도전성이 높은 도전성 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 본 실시형태에서는 도전체(503)를 도전체(503a)와 도전체(503b)의 적층으로 나타내었지만 도전체(503)는 단층 구성이어도 좋다.
절연체(520), 절연체(522), 및 절연체(524)는 제 2 게이트 절연막으로서의 기능을 가진다.
여기서 산화물(530)과 접하는 절연체(524)에는 화학량론적 조성을 충족하는 산소보다 많은 산소를 포함하는 절연체를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 산소는 가열에 의하여 막 내로부터 방출되기 쉽다. 본 명세서 등에서는, 가열에 의하여 방출되는 산소를 "과잉 산소"라고 부르는 경우가 있다. 즉, 절연체(524)에는 과잉 산소를 포함하는 영역("과잉 산소 영역"이라고도 함)이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 과잉 산소를 포함하는 절연체를 산화물(530)과 접하여 제공함으로써, 산화물(530) 내의 산소 결손(VO: oxygen vacancy라고도 함)을 저감하여, 트랜지스터(500)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한 산화물(530) 내의 산소 결손에 수소가 들어간 경우, 상기 결함(이하 VOH라고 부르는 경우가 있음)은 도너로서 기능하고, 캐리어인 전자가 생성되는 경우가 있다. 또한 수소의 일부가 금속 원자와 결합되는 산소와 결합되어 캐리어인 전자를 생성하는 경우가 있다. 따라서 수소가 많이 포함되는 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터는 노멀리 온 특성을 가지기 쉽다. 또한 산화물 반도체 내의 수소는 열, 전계 등의 스트레스에 의하여 이동하기 쉽기 때문에, 산화물 반도체에 수소가 많이 포함되면, 트랜지스터의 신뢰성이 악화될 우려도 있다. 본 발명의 일 형태에서는, 산화물(530) 내의 VOH를 가능한 한 저감하고, 고순도 진성 또는 실질적으로 고순도 진성으로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이, VOH가 충분히 저감된 산화물 반도체를 얻기 위해서는, 산화물 반도체 내의 수분, 수소 등의 불순물을 제거하는 것("탈수" 또는 "탈수소화 처리"라고도 함)과, 산화물 반도체에 산소를 공급하여 산소 결손을 보전하는 것("가산소화 처리"라고도 함)이 중요하다. VOH가 충분히 저감된 산화물 반도체를 트랜지스터의 채널 형성 영역에 사용함으로써, 안정된 전기 특성을 부여할 수 있다.
과잉 산소 영역을 가지는 절연체로서, 구체적으로는 가열에 의하여 일부의 산소가 이탈되는 산화물 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 가열에 의하여 산소가 이탈되는 산화물이란, TDS(Thermal Desorption Spectroscopy) 분석에서 산소 원자로 환산한 산소의 이탈량이 1.0Х1018atoms/cm3 이상, 바람직하게는 1.0Х1019atoms/cm3 이상, 더 바람직하게는 2.0Х1019atoms/cm3 이상, 또는 3.0Х1020atoms/cm3 이상인 산화물막이다. 또한 상기 TDS 분석 시의 막의 표면 온도는 100℃ 이상 700℃ 이하, 또는 100℃ 이상 400℃ 이하의 범위가 바람직하다.
또한 상기 과잉 산소 영역을 가지는 절연체와 산화물(530)을 접하게 하여 가열 처리, 마이크로파 처리, 및 RF 처리 중 어느 하나 또는 복수의 처리를 수행하여도 좋다. 상기 처리를 수행함으로써, 산화물(530) 내의 물 또는 수소를 제거할 수 있다. 예를 들어 산화물(530)에서, VoH의 결합이 절단되는 반응, 바꿔 말하면 "VOH→Vo+H"라는 반응이 일어나, 탈수소화될 수 있다. 이때 발생한 수소의 일부는, 산소와 결합하여 H2O가 되고, 산화물(530) 또는 산화물(530) 근방의 절연체로부터 제거되는 경우가 있다. 또한 수소의 일부는 도전체(542)에 게터링되는 경우가 있다.
또한 상기 마이크로파 처리에는, 예를 들어 고밀도 플라스마를 발생시키는 전원을 가지는 장치 또는 기판 측에 RF를 인가하는 전원을 가지는 장치를 사용하는 것이 적합하다. 예를 들어, 산소를 포함하는 가스를 사용하며, 고밀도 플라스마를 사용함으로써, 고밀도의 산소 라디칼을 생성할 수 있고, 기판 측에 RF를 인가함으로써, 고밀도 플라스마에 의하여 생성된 산소 라디칼을 효율적으로 산화물(530) 또는 산화물(530) 근방의 절연체 내에 도입할 수 있다. 또한 상기 마이크로파 처리에서는, 압력을 133Pa 이상, 바람직하게는 200Pa 이상, 더 바람직하게는 400Pa 이상으로 하면 좋다. 또한 마이크로파 처리를 수행하는 장치 내에 도입하는 가스로서, 예를 들어 산소와 아르곤을 사용하고, 산소 유량비(O2/(O2+Ar))가 50% 이하, 바람직하게는 10% 이상 30% 이하에서 수행하면 좋다.
또한 트랜지스터(500)의 제작 공정에서, 산화물(530)의 표면이 노출된 상태에서 가열 처리를 수행하는 것이 바람직하다. 상기 가열 처리는, 예를 들어 100℃ 이상 450℃ 이하, 더 바람직하게는 350℃ 이상 400℃ 이하에서 수행하면 좋다. 또한 가열 처리는 질소 가스 또는 불활성 가스의 분위기, 혹은 산화성 가스를 10ppm 이상, 1% 이상, 또는 10% 이상 포함하는 분위기에서 수행한다. 예를 들어 가열 처리는 산소 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다. 이 경우, 산화물(530)에 산소를 공급함으로써, 산소 결손(VO)을 저감할 수 있다. 또한 가열 처리는 감압 상태에서 수행하여도 좋다. 또는 질소 가스 또는 불활성 가스의 분위기에서 가열 처리를 수행한 후에, 이탈된 산소를 보전하기 위하여 산화성 가스를 10ppm 이상, 1% 이상, 또는 10% 이상 포함하는 분위기에서 가열 처리를 수행하여도 좋다. 또는 산화성 가스를 10ppm 이상, 1% 이상, 또는 10% 이상 포함하는 분위기에서 가열 처리를 수행한 후에, 연속하여 질소 가스 또는 불활성 가스 분위기에서 가열 처리를 수행하여도 좋다.
또한 산화물(530)에 가산소화 처리를 수행함으로써, 공급된 산소에 의하여 산화물(530) 내의 산소 결손을 수복(修復)하는, 바꿔 말하면 "Vo+O→null"이라는 반응을 촉진시킬 수 있다. 또한 산화물(530) 내에 잔존한 수소와 공급된 산소가 반응함으로써, 상기 수소를 H2O로서 제거(탈수화)할 수 있다. 이에 의하여, 산화물(530) 내에 잔존한 수소가 산소 결손과 재결합하여 VOH가 형성되는 것을 억제할 수 있다.
또한 절연체(524)가 과잉 산소 영역을 가지는 경우, 절연체(522)는 산소(예를 들어 산소 원자, 산소 분자 등)의 확산을 억제하는 기능을 가지는(상기 산소가 투과하기 어려운) 것이 바람직하다.
절연체(522)가 산소나 불순물의 확산을 억제하는 기능을 가짐으로써, 산화물(530)이 가지는 산소는 절연체(520) 측으로 확산되지 않아 바람직하다. 또한 절연체(524)나 산화물(530)이 가지는 산소와 도전체(503)가 반응하는 것을 억제할 수 있다.
절연체(522)에는, 예를 들어 산화 알루미늄, 산화 하프늄, 알루미늄 및 하프늄을 포함하는 산화물(하프늄 알루미네이트), 산화 탄탈럼, 산화 지르코늄, 타이타늄산 지르콘산 연(PZT), 타이타늄산 스트론튬(SrTiO3), 또는 (Ba,Sr)TiO3(BST) 등의 소위 high-k 재료를 포함하는 절연체를 단층으로 또는 적층하여 사용하는 것이 바람직하다. 트랜지스터의 미세화 및 고집적화가 진행되면, 게이트 절연막의 박막화로 인하여 누설 전류 등의 문제가 생기는 경우가 있다. 게이트 절연막으로서 기능하는 절연체에 high-k 재료를 사용함으로써, 물리적 막 두께를 유지하면서 트랜지스터 동작 시의 게이트 전위를 저감할 수 있다.
특히 불순물 및 산소 등의 확산을 억제하는 기능을 가지는(상기 산소가 투과하기 어려운) 절연성 재료인 알루미늄, 하프늄 중 한쪽 또는 양쪽의 산화물을 포함하는 절연체를 사용하는 것이 좋다. 알루미늄, 하프늄 중 한쪽 또는 양쪽의 산화물을 포함하는 절연체로서는, 산화 알루미늄, 산화 하프늄, 알루미늄 및 하프늄을 포함하는 산화물(하프늄 알루미네이트) 등을 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 재료를 사용하여 절연체(522)를 형성한 경우, 절연체(522)는 산화물(530)로부터의 산소의 방출이나, 트랜지스터(500)의 주변부로부터 산화물(530)로의 수소 등의 불순물의 혼입을 억제하는 층으로서 기능한다.
또는 이들 절연체에, 예를 들어 산화 알루미늄, 산화 비스무트, 산화 저마늄, 산화 나이오븀, 산화 실리콘, 산화 타이타늄, 산화 텅스텐, 산화 이트륨, 산화 지르코늄을 첨가하여도 좋다. 또는 이들 절연체를 질화 처리하여도 좋다. 상기 절연체에 산화 실리콘, 산화질화 실리콘, 또는 질화 실리콘을 적층시켜 사용하여도 좋다.
또한 절연체(520)는 열적으로 안정적인 것이 바람직하다. 예를 들어, 산화 실리콘 및 산화질화 실리콘은 열적으로 안정적이기 때문에 적합하다. 또한 high-k 재료의 절연체를 산화 실리콘 또는 산화질화 실리콘과 조합함으로써, 열적으로 안정적이며 비유전율이 높은 적층 구성의 절연체(520)나 절연체(526)를 얻을 수 있다.
또한 도 16의 (A), (B)의 트랜지스터(500)에서는 3층의 적층 구성으로 이루어진 제 2 게이트 절연막으로서 절연체(520), 절연체(522), 및 절연체(524)가 도시되어 있지만, 제 2 게이트 절연막은 단층, 2층, 또는 4층 이상의 적층 구성을 가져도 좋다. 그 경우, 같은 재료로 이루어지는 적층 구성에 한정되지 않고, 상이한 재료로 이루어지는 적층 구성이어도 좋다.
트랜지스터(500)는 채널 형성 영역을 포함하는 산화물(530)에 산화물 반도체로서 기능하는 금속 산화물을 사용한다. 예를 들어, 산화물(530)로서 In-M-Zn 산화물(원소 M은 알루미늄, 갈륨, 이트륨, 구리, 바나듐, 베릴륨, 붕소, 타이타늄, 철, 니켈, 저마늄, 지르코늄, 몰리브데넘, 란타넘, 세륨, 네오디뮴, 하프늄, 탄탈럼, 텅스텐, 주석, 및 마그네슘 등에서 선택된 1종류 또는 복수 종류) 등의 금속 산화물을 사용하면 좋다.
산화물 반도체로서 기능하는 금속 산화물은 스퍼터링법으로 형성하여도 좋고, ALD(Atomic Layer Deposition)법으로 형성하여도 좋다. 또한, 산화물 반도체로서 기능하는 금속 산화물에 대해서는 다른 실시형태에서 자세히 설명한다.
또한 산화물(530)에서, 채널 형성 영역으로서 기능하는 금속 산화물로서는, 밴드 갭이 2eV 이상, 바람직하게는 2.5eV 이상인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 밴드 갭이 큰 금속 산화물을 사용함으로써, 트랜지스터의 오프 전류를 저감할 수 있다.
산화물(530)은 산화물(530b) 아래에 산화물(530a)을 가짐으로써, 산화물(530a)보다 아래쪽에 형성된 구성물로부터 산화물(530b)로의 불순물의 확산을 억제할 수 있다.
또한 산화물(530)은, 각 금속 원자의 원자수비가 상이한 복수의 산화물층에 의하여 적층 구성을 가지는 것이 바람직하다. 구체적으로는 산화물(530a)에 사용하는 금속 산화물에서, 구성 원소 중의 원소 M의 원자수비가 산화물(530b)에 사용하는 금속 산화물에서의 구성 원소 중의 원소 M의 원자수비보다 큰 것이 바람직하다. 또한 산화물(530a)에 사용하는 금속 산화물에서 In에 대한 원소 M의 원자수비가 산화물(530b)에 사용하는 금속 산화물에서의 In에 대한 원소 M의 원자수비보다 큰 것이 바람직하다. 또한 산화물(530b)에 사용하는 금속 산화물에서 원소 M에 대한 In의 원자수비가 산화물(530a)에 사용하는 금속 산화물에서의 원소 M에 대한 In의 원자수비보다 큰 것이 바람직하다.
또한 산화물(530a)의 전도대 하단의 에너지가 산화물(530b)의 전도대 하단의 에너지보다 높은 것이 바람직하다. 또한 바꿔 말하면 산화물(530a)의 전자 친화력이 산화물(530b)의 전자 친화력보다 작은 것이 바람직하다.
여기서 산화물(530a) 및 산화물(530b)의 접합부에서 전도대 하단의 에너지 준위는 완만하게 변화된다. 환언하면 산화물(530a) 및 산화물(530b)의 접합부에서의 전도대 하단의 에너지 준위는 연속적으로 변화 또는 연속 접합한다고도 할 수 있다. 이와 같이 하기 위해서는 산화물(530a)과 산화물(530b)의 계면에서 형성되는 혼합층의 결함 준위 밀도를 낮게 하는 것이 좋다.
구체적으로는 산화물(530a)과 산화물(530b)이 산소 이외에 공통의 원소를 가짐(주성분으로 함)으로써 결함 준위 밀도가 낮은 혼합층을 형성할 수 있다. 예를 들어 산화물(530b)이 In-Ga-Zn 산화물인 경우, 산화물(530a)로서 In-Ga-Zn 산화물, Ga-Zn 산화물, 산화 갈륨 등을 사용하는 것이 좋다.
이때 캐리어의 주된 경로는 산화물(530b)이다. 산화물(530a)을 상술한 구성으로 함으로써, 산화물(530a)과 산화물(530b)의 계면에서의 결함 준위 밀도를 낮출 수 있다. 그러므로 계면 산란으로 인한 캐리어 전도에 대한 영향이 작아져, 트랜지스터(500)는 높은 온 전류를 얻을 수 있다.
산화물(530b) 위에는 소스 전극 및 드레인 전극으로서 기능하는 도전체(542a) 및 도전체(542b)가 제공된다. 도전체(542a) 및 도전체(542b)에는 알루미늄, 크로뮴, 구리, 은, 금, 백금, 탄탈럼, 니켈, 타이타늄, 몰리브데넘, 텅스텐, 하프늄, 바나듐, 나이오븀, 망가니즈, 마그네슘, 지르코늄, 베릴륨, 인듐, 루테늄, 이리듐, 스트론튬, 란타넘 중에서 선택된 금속 원소, 또는 상술한 금속 원소를 성분으로 하는 합금이나, 상술한 금속 원소를 조합한 합금 등을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 질화 탄탈럼, 질화 타이타늄, 텅스텐, 타이타늄과 알루미늄을 포함하는 질화물, 탄탈럼과 알루미늄을 포함하는 질화물, 산화 루테늄, 질화 루테늄, 스트론튬과 루테늄을 포함하는 산화물, 란타넘과 니켈을 포함하는 산화물 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 질화 탄탈럼, 질화 타이타늄, 타이타늄과 알루미늄을 포함하는 질화물, 탄탈럼과 알루미늄을 포함하는 질화물, 산화 루테늄, 질화 루테늄, 스트론튬과 루테늄을 포함하는 산화물, 란타넘과 니켈을 포함하는 산화물은 산화되기 어려운 도전성 재료, 또는 산소를 흡수하여도 도전성을 유지하는 재료이기 때문에 바람직하다. 또한 질화 탄탈럼 등의 금속 질화물막은 수소 또는 산소에 대한 배리어성을 가지기 때문에 바람직하다.
또한 도 16의 (A)에서는 도전체(542a) 및 도전체(542b)를 단층 구성으로 나타내었지만, 2층 이상의 적층 구성으로 하여도 좋다. 예를 들어 질화 탄탈럼막과 텅스텐막을 적층하는 것이 좋다. 또한 타이타늄막과 알루미늄막을 적층하여도 좋다. 또한 텅스텐막 위에 알루미늄막을 적층하는 2층 구성, 구리-마그네슘-알루미늄 합금막 위에 구리막을 적층하는 2층 구성, 타이타늄막 위에 구리막을 적층하는 2층 구성, 텅스텐막 위에 구리막을 적층하는 2층 구성으로 하여도 좋다.
또한 타이타늄막 또는 질화 타이타늄막과, 그 타이타늄막 또는 질화 타이타늄막 위에 중첩시켜 알루미늄막 또는 구리막을 적층하고, 그 위에 타이타늄막 또는 질화 타이타늄막을 더 형성하는 3층 구성, 몰리브데넘막 또는 질화 몰리브데넘막과, 그 몰리브데넘막 또는 질화 몰리브데넘막 위에 중첩시켜 알루미늄막 또는 구리막을 적층하고, 그 위에 몰리브데넘막 또는 질화 몰리브데넘막을 더 형성하는 3층 구성 등이 있다. 또한 산화 인듐, 산화 주석, 또는 산화 아연을 포함하는 투명 도전 재료를 사용하여도 좋다.
또한 도 16의 (A)에 나타낸 바와 같이, 산화물(530)과 도전체(542a)(도전체(542b))의 계면과 그 근방에는 저저항 영역으로서 영역(543a) 및 영역(543b)이 형성되는 경우가 있다. 이때 영역(543a)은 소스 영역 및 드레인 영역 중 한쪽으로서 기능하고, 영역(543b)은 소스 영역 및 드레인 영역 중 다른 쪽으로서 기능한다. 또한 영역(543a)과 영역(543b) 사이의 영역에 채널 형성 영역이 형성된다.
상기 도전체(542a)(도전체(542b))를 산화물(530)과 접하도록 제공함으로써, 영역(543a)(영역(543b))의 산소 농도가 저감되는 경우가 있다. 또한 영역(543a)(영역(543b))에, 도전체(542a)(도전체(542b))에 포함되는 금속과, 산화물(530)의 성분을 포함하는 금속 화합물층이 형성되는 경우가 있다. 이와 같은 경우, 영역(543a)(영역(543b))의 캐리어 밀도가 증가하여 영역(543a)(영역(543b))은 저저항 영역이 된다.
절연체(544)는 도전체(542a) 및 도전체(542b)를 덮도록 제공되어, 도전체(542a) 및 도전체(542b)의 산화를 억제한다. 이때 절연체(544)는 산화물(530)의 측면을 덮어 절연체(524)와 접하도록 제공되어도 좋다.
절연체(544)로서는 하프늄, 알루미늄, 갈륨, 이트륨, 지르코늄, 텅스텐, 타이타늄, 탄탈럼, 니켈, 저마늄, 네오디뮴, 란타넘, 및 마그네슘 등 중에서 선택된 1종류 또는 2종류 이상이 포함된 금속 산화물을 사용할 수 있다. 또한 절연체(544)로서 질화산화 실리콘 또는 질화 실리콘 등을 사용할 수도 있다.
특히, 절연체(544)로서 알루미늄 및 하프늄 중 한쪽 또는 양쪽의 산화물을 포함한 절연체인, 산화 알루미늄, 산화 하프늄, 알루미늄 및 하프늄을 포함한 산화물(하프늄 알루미네이트) 등을 사용하는 것이 바람직하다. 특히 하프늄 알루미네이트는 산화 하프늄막보다 내열성이 높다. 그러므로 추후의 공정에서의 열처리에서, 결정화하기 어렵기 때문에 바람직하다. 또한 도전체(542a) 및 도전체(542b)가 내산화성을 가지는 재료이거나, 또는 산소를 흡수하여도 도전성이 현저하게 저하하지 않는 경우에는, 절연체(544)는 필수적인 구성이 아니다. 요구되는 트랜지스터 특성에 따라 적절히 설계하면 좋다.
절연체(544)를 가짐으로써, 절연체(580)에 포함되는 물 및 수소 등의 불순물이 절연체(545)를 통하여 산화물(530b)로 확산되는 것을 억제할 수 있다. 또한 절연체(580)가 가지는 과잉 산소에 의하여 도전체(560)가 산화되는 것을 억제할 수 있다.
절연체(545)는 제 1 게이트 절연막으로서 기능한다. 절연체(545)는, 상술한 절연체(524)와 마찬가지로, 산소를 과잉으로 포함하고 또한 가열에 의하여 산소가 방출되는 절연체를 사용하여 형성되는 것이 바람직하다.
구체적으로는 과잉 산소를 포함하는 산화 실리콘, 산화질화 실리콘, 질화산화 실리콘, 질화 실리콘, 플루오린을 첨가한 산화 실리콘, 탄소를 첨가한 산화 실리콘, 탄소 및 질소를 첨가한 산화 실리콘, 공공(空孔)을 가지는 산화 실리콘을 사용할 수 있다. 특히, 산화 실리콘 및 산화질화 실리콘은 열에 대하여 안정적이므로 바람직하다.
과잉 산소를 포함하는 절연체를 절연체(545)로서 제공함으로써, 절연체(545)로부터 산화물(530b)의 채널 형성 영역에 효과적으로 산소를 공급할 수 있다. 또한, 절연체(524)와 마찬가지로, 절연체(545) 내의 물 또는 수소 등 불순물의 농도가 저감되어 있는 것이 바람직하다. 절연체(545)의 막 두께는, 1nm 이상 20nm 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한 절연체(545)가 가지는 과잉 산소를 효율적으로 산화물(530)에 공급하기 위하여 절연체(545)와 도전체(560) 사이에 금속 산화물을 제공하여도 좋다. 상기 금속 산화물은 절연체(545)로부터 도전체(560)로의 산소 확산을 억제하는 것이 바람직하다. 산소의 확산을 억제하는 금속 산화물을 제공함으로써, 절연체(545)로부터 도전체(560)로의 과잉 산소의 확산이 억제된다. 즉 산화물(530)에 공급하는 과잉 산소량의 감소를 억제할 수 있다. 또한 과잉 산소로 인한 도전체(560)의 산화를 억제할 수 있다. 상기 금속 산화물로서는 절연체(544)에 사용할 수 있는 재료를 사용하면 좋다.
또한 절연체(545)는 제 2 게이트 절연막과 마찬가지로 적층 구성을 가져도 좋다. 트랜지스터의 미세화 및 고집적화가 진행되면, 게이트 절연막의 박막화로 인하여 누설 전류 등의 문제가 발생하는 경우가 있기 때문에, 게이트 절연막으로서 기능하는 절연체를 high-k 재료와 열적으로 안정적인 재료의 적층 구성으로 함으로써, 물리적 막 두께를 유지하면서 트랜지스터 동작 시의 게이트 전위를 저감할 수 있다. 또한 열적으로 안정적이며 비유전율이 높은 적층 구성으로 할 수 있다.
제 1 게이트 전극으로서 기능하는 도전체(560)는 도 16의 (A) 및 (B)에서는 2층 구성으로 나타내었지만, 단층 구성이어도 좋고, 3층 이상의 적층 구성이어도 좋다.
도전체(560a)에는 수소 원자, 수소 분자, 물 분자, 질소 원자, 질소 분자, 산화 질소 분자(N2O, NO, NO2 등), 구리 원자 등의 불순물의 확산을 억제하는 기능을 가지는 도전성 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또는 산소(예를 들어 산소 원자, 산소 분자 등 중 적어도 하나)의 확산을 억제하는 기능을 가지는 도전성 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 도전체(560a)가 산소의 확산을 억제하는 기능을 가짐으로써, 절연체(545)에 포함되는 산소로 인하여 도전체(560b)가 산화되어 도전율이 저하하는 것을 억제할 수 있다. 산소의 확산을 억제하는 기능을 가지는 도전성 재료로서는, 예를 들어 탄탈럼, 질화 탄탈럼, 루테늄, 또는 산화 루테늄 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 도전체(560a)로서, 산화물(530)에 적용할 수 있는 산화물 반도체를 사용할 수 있다. 그 경우, 도전체(560b)를 스퍼터링법으로 성막함으로써, 도전체(560a)의 전기 저항값을 저하시켜 도전체로 할 수 있다. 이를 OC(Oxide Conductor) 전극이라고 부를 수 있다.
또한 도전체(560b)에는 텅스텐, 구리, 또는 알루미늄을 주성분으로 하는 도전성 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 도전체(560b)는 배선으로서도 기능하기 때문에, 도전성이 높은 도전체를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 텅스텐, 구리, 또는 알루미늄을 주성분으로 하는 도전성 재료를 사용할 수 있다. 또한 도전체(560b)를 적층 구성으로 하여도 좋고, 예를 들어 타이타늄 또는 질화 타이타늄과 상기 도전성 재료의 적층 구성으로 하여도 좋다.
절연체(580)는 절연체(544)를 개재하여 도전체(542a) 및 도전체(542b) 위에 제공된다. 절연체(580)는 과잉 산소 영역을 가지는 것이 바람직하다. 예를 들어 절연체(580)로서 산화 실리콘, 산화질화 실리콘, 질화산화 실리콘, 질화 실리콘, 플루오린을 첨가한 산화 실리콘, 탄소를 첨가한 산화 실리콘, 탄소 및 질소를 첨가한 산화 실리콘, 공공을 가지는 산화 실리콘, 또는 수지 등을 가지는 것이 바람직하다. 특히 산화 실리콘 및 산화질화 실리콘은 열적으로 안정적이므로 바람직하다. 특히 산화 실리콘 및 공공을 가지는 산화 실리콘은 추후의 공정에서 용이하게 과잉 산소 영역을 형성할 수 있으므로 바람직하다.
절연체(580)는 과잉 산소 영역을 가지는 것이 바람직하다. 가열에 의하여 산소가 방출되는 절연체(580)를 제공함으로써, 절연체(580) 내의 산소를 산화물(530)에 효율적으로 공급할 수 있다. 또한, 절연체(580) 내의 물 또는 수소 등 불순물의 농도가 저감되어 있는 것이 바람직하다.
절연체(580)의 개구는 도전체(542a)와 도전체(542b) 사이의 영역과 중첩하여 형성된다. 이에 의하여, 도전체(560)는 절연체(580)의 개구, 및 도전체(542a)와 도전체(542b) 사이의 끼워진 영역에 매립되도록 형성된다.
반도체 장치를 미세화하기 위하여 게이트 길이를 짧게 하는 것이 요구되지만, 도전체(560)의 도전성이 낮아지지 않도록 할 필요가 있다. 이를 위하여 도전체(560)의 막 두께를 두껍게 하면, 도전체(560)는 종횡비가 높은 형상이 될 수 있다. 본 실시형태에서는 도전체(560)를 절연체(580)의 개구에 매립되도록 제공하기 때문에, 도전체(560)를 종횡비가 높은 형상으로 하여도 공정 중에 도전체(560)가 무너지는 일 없이 형성할 수 있다.
절연체(574)는 절연체(580)의 상면, 도전체(560)의 상면, 및 절연체(545)의 상면에 접하여 제공되는 것이 바람직하다. 절연체(574)를 스퍼터링법에 의하여 성막함으로써, 절연체(545) 및 절연체(580)에 과잉 산소 영역을 제공할 수 있다. 이에 의하여 이 과잉 산소 영역으로부터 산화물(530) 내에 산소를 공급할 수 있다.
예를 들어, 절연체(574)로서 하프늄, 알루미늄, 갈륨, 이트륨, 지르코늄, 텅스텐, 타이타늄, 탄탈럼, 니켈, 저마늄, 및 마그네슘 등에서 선택된 1종류 또는 2종류 이상이 포함된 금속 산화물을 사용할 수 있다.
특히 산화 알루미늄은 배리어성이 높아 0.5nm 이상 3.0nm 이하의 박막이어도 수소 및 질소의 확산을 억제할 수 있다. 따라서 스퍼터링법으로 성막한 산화 알루미늄은 산소 공급원이면서 수소 등의 불순물의 배리어막으로서의 기능도 가질 수 있다.
또한 절연체(574) 위에 층간막으로서 기능하는 절연체(581)를 제공하는 것이 바람직하다. 절연체(581)는 절연체(524) 등과 마찬가지로, 막 내의 물 또는 수소 등 불순물의 농도가 저감되어 있는 것이 바람직하다.
또한 절연체(581), 절연체(574), 절연체(580), 및 절연체(544)에 형성된 개구에 도전체(540a) 및 도전체(540b)를 배치한다. 도전체(540a) 및 도전체(540b)는 도전체(560)를 사이에 두고 대향하도록 제공한다. 도전체(540a) 및 도전체(540b)는 후술하는 도전체(546) 및 도전체(548)와 같은 구성을 가진다.
절연체(581) 위에는 절연체(582)가 제공되어 있다. 절연체(582)는 산소나 수소에 대하여 배리어성이 있는 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 따라서 절연체(582)에는 절연체(514)와 같은 재료를 사용할 수 있다. 예를 들어 절연체(582)에는 산화 알루미늄, 산화 하프늄, 산화 탄탈럼 등의 금속 산화물을 사용하는 것이 바람직하다.
특히, 산화 알루미늄은 산소 및 트랜지스터의 전기 특성의 변동 요인이 되는 수소, 수분 등의 불순물의 양쪽에 대하여 막을 투과시키지 않도록 하는 차단 효과가 높다. 따라서, 산화 알루미늄은 트랜지스터의 제작 공정 중 및 제작 후에서 수소, 수분 등의 불순물의 트랜지스터(500)로의 혼입을 방지할 수 있다. 또한 트랜지스터(500)를 구성하는 산화물로부터의 산소의 방출을 억제할 수 있다. 그러므로 트랜지스터(500)에 대한 보호막으로서 사용하는 것에 적합하다.
또한 절연체(582) 위에는 절연체(586)가 제공되어 있다. 절연체(586)에는 절연체(320)와 같은 재료를 사용할 수 있다. 또한 이들 절연체에 유전율이 비교적 낮은 재료를 적용함으로써, 배선 사이에 생기는 기생 용량을 저감할 수 있다. 예를 들어 절연체(586)로서 산화 실리콘막이나 산화질화 실리콘막 등을 사용할 수 있다.
또한 절연체(520), 절연체(522), 절연체(524), 절연체(544), 절연체(580), 절연체(574), 절연체(581), 절연체(582), 및 절연체(586)에는 도전체(546) 및 도전체(548) 등이 매립되어 있다.
도전체(546) 및 도전체(548)는 용량 소자(600), 트랜지스터(500), 또는 트랜지스터(550)와 접속되는 플러그 또는 배선으로서의 기능을 가진다. 도전체(546) 및 도전체(548)는 도전체(328) 및 도전체(330)와 같은 재료를 사용하여 제공할 수 있다.
또한 트랜지스터(500)를 형성한 후, 트랜지스터(500)를 둘러싸도록 개구를 형성하고, 상기 개구를 덮도록 수소 또는 물에 대한 배리어성이 높은 절연체를 형성하여도 좋다. 상술한 배리어성이 높은 절연체로 트랜지스터(500)를 둘러쌈으로써, 외부로부터 수분 및 수소가 침입하는 것을 방지할 수 있다. 또는 복수의 트랜지스터(500)를, 수소 또는 물에 대한 배리어성이 높은 절연체로 통틀어 감싸도 좋다. 또한 트랜지스터(500)를 둘러싸도록 개구를 형성하는 경우, 예를 들어 절연체(522) 또는 절연체(514)에 도달하는 개구를 형성하고, 절연체(522) 또는 절연체(514)와 접하도록 상술한 배리어성이 높은 절연체를 형성하면, 트랜지스터(500)의 제작 공정의 일부를 겸할 수 있기 때문에 적합하다. 또한 수소 또는 물에 대한 배리어성이 높은 절연체로서는, 예를 들어 절연체(522) 또는 절연체(514)와 같은 재료를 사용하면 좋다.
이어서 트랜지스터(500) 위쪽에는 용량 소자(600)가 제공되어 있다. 용량 소자(600)는 도전체(610)와, 도전체(620)와, 절연체(630)를 가진다.
또한 도전체(546) 및 도전체(548) 위에 도전체(612)를 제공하여도 좋다. 도전체(612)는 트랜지스터(500)와 접속되는 플러그 또는 배선으로서의 기능을 가진다. 도전체(610)는 용량 소자(600)의 전극으로서의 기능을 가진다. 또한 도전체(612) 및 도전체(610)는 동시에 형성할 수 있다.
도전체(612) 및 도전체(610)에는 몰리브데넘, 타이타늄, 탄탈럼, 텅스텐, 알루미늄, 구리, 크로뮴, 네오디뮴, 스칸듐에서 선택된 원소를 포함하는 금속막, 또는 상술한 원소를 성분으로 하는 금속 질화물막(질화 탄탈럼막, 질화 타이타늄막, 질화 몰리브데넘막, 질화 텅스텐막) 등을 사용할 수 있다. 또는, 인듐 주석 산화물, 산화 텅스텐을 포함하는 인듐 산화물, 산화 텅스텐을 포함하는 인듐 아연 산화물, 산화 타이타늄을 포함하는 인듐 산화물, 산화 타이타늄을 포함하는 인듐 주석 산화물, 인듐 아연 산화물, 산화 실리콘을 첨가한 인듐 주석 산화물 등의 도전성 재료를 적용할 수도 있다.
본 실시형태에서는 도전체(612) 및 도전체(610)를 단층 구성으로 나타내었지만, 상기 구성에 한정되지 않고, 2층 이상의 적층 구성으로 하여도 좋다. 예를 들어 배리어성을 가지는 도전체와 도전성이 높은 도전체 사이에 배리어성을 가지는 도전체 및 도전성이 높은 도전체에 대하여 밀착성이 높은 도전체를 형성하여도 좋다.
절연체(630)를 개재하여 도전체(610)와 중첩되도록 도전체(620)를 제공한다. 또한, 도전체(620)에는 금속 재료, 합금 재료, 또는 금속 산화물 재료 등의 도전성 재료를 사용할 수 있다. 내열성과 도전성을 양립하는 텅스텐이나 몰리브데넘 등의 고융점 재료를 사용하는 것이 바람직하고, 특히 텅스텐을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 도전체 등의 다른 구성과 동시에 형성하는 경우에는 저저항 금속 재료인 Cu(구리)나 Al(알루미늄) 등을 사용하면 좋다.
도전체(620) 및 절연체(630) 위에는 절연체(640)가 제공되어 있다. 절연체(640)는 절연체(320)와 같은 재료를 사용하여 제공할 수 있다. 또한 절연체(640)는 그 아래쪽의 요철 형상을 피복하는 평탄화막으로서 기능하여도 좋다.
본 구성을 사용함으로써, 산화물 반도체를 가지는 트랜지스터를 사용한 반도체 장치를 미세화 또는 고집적화할 수 있다.
본 발명의 일 형태의 반도체 장치에 사용할 수 있는 기판으로서는 유리 기판, 석영 기판, 사파이어 기판, 세라믹 기판, 금속 기판(예를 들어 스테인리스·스틸 기판, 스테인리스·스틸·포일을 가지는 기판, 텅스텐 기판, 텅스텐·포일을 가지는 기판 등), 반도체 기판(예를 들어 단결정 반도체 기판, 다결정 반도체 기판, 또는 화합물 반도체 기판 등), SOI(Silicon on Insulator) 기판 등을 사용할 수 있다. 또한 본 실시형태의 처리 온도에 견딜 수 있는 내열성을 가지는 플라스틱 기판을 사용하여도 좋다. 유리 기판의 일례로서는, 바륨보로실리케이트 유리, 알루미노실리케이트 유리, 또는 알루미노보로실리케이트 유리, 또는 소다 석회 유리 등이 있다. 이 외에 결정화 유리 등을 사용할 수 있다.
또는 기판으로서 가요성 기판, 접합 필름, 섬유상 재료를 포함한 종이, 또는 기재 필름 등을 사용할 수 있다. 가요성 기판, 접합 필름, 기재 필름 등의 일례로서는 이하의 것을 들 수 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에터설폰(PES), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)으로 대표되는 플라스틱이 있다. 또는 일례로서는, 아크릴 등의 합성 수지 등이 있다. 또는 일례로서 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리플루오린화 바이닐, 또는 폴리염화 바이닐 등이 있다. 또는 일례로서는 폴리아마이드, 폴리이미드, 아라미드 수지, 에폭시 수지, 무기 증착 필름, 또는 종이류 등이 있다. 특히, 반도체 기판, 단결정 기판, 또는 SOI 기판 등을 사용하여 트랜지스터를 제조함으로써, 특성, 크기, 또는 형상 등의 편차가 적고, 전류 능력이 높고, 크기가 작은 트랜지스터를 제조할 수 있다. 이와 같은 트랜지스터에 의하여 회로를 구성하면, 회로의 저소비 전력화 또는 회로의 고집적화를 도모할 수 있다.
또한 기판으로서 가요성 기판을 사용하고, 가요성 기판 위에 트랜지스터, 저항, 및/또는 용량 등을 직접 형성하여도 좋다. 또는 기판과, 트랜지스터, 저항, 및/또는 용량 등 사이에 박리층을 제공하여도 좋다. 박리층은, 그 위에 반도체 장치를 일부 또는 전부 완성시킨 후에 기판으로부터 분리하고 다른 기판에 전재하기 위하여 사용할 수 있다. 이때, 트랜지스터, 저항, 및/또는 용량 등은 내열성이 낮은 기판이나 가요성 기판에도 전재될 수 있다. 또한 상술한 박리층에는 예를 들어 텅스텐막과 산화 실리콘막의 무기막의 적층 구성의 구성이나, 기판 위에 폴리이미드 등의 유기 수지막이 형성된 구성, 수소를 포함한 실리콘막 등을 사용할 수 있다.
즉, 어떤 기판 위에 반도체 장치를 형성하고, 그 후, 다른 기판에 반도체 장치를 전치하여도 좋다. 반도체 장치가 전치되는 기판의 일례로서는, 상술한 트랜지스터를 형성할 수 있는 기판에 더하여, 종이 기판, 셀로판 기판, 아라미드 필름 기판, 폴리이미드 필름 기판, 석재 기판, 목재 기판, 직물 기판(천연 섬유(견, 면, 마), 합성 섬유(나일론, 폴리우레탄, 폴리에스터) 또는 재생 섬유(아세테이트, 큐프라, 레이온, 재생 폴리에스터) 등을 포함함), 피혁 기판, 또는 고무 기판 등이 있다. 이들 기판을 사용함으로써 가요성을 가지는 반도체 장치의 제조, 쉽게 고장나지 않는 반도체 장치의 제조, 내열성의 부여, 경량화, 또는 박막화를 도모할 수 있다.
가요성을 가지는 기판 위에 반도체 장치를 제공함으로써, 중량의 증가를 억제하고, 또한 파손되기 어려운 반도체 장치를 제공할 수 있다.
<트랜지스터의 변형예 1>
도 17의 (A), (B), 및 (C)에 나타낸 트랜지스터(500A)는 도 16의 (A) 및 (B)에 나타낸 구성의 트랜지스터(500)의 변형예이다. 도 17의 (A)는 트랜지스터(500A)의 상면도이고, 도 17의 (B)는 트랜지스터(500A)의 채널 길이 방향의 단면도이고, 도 17의 (C)는 트랜지스터(500A)의 채널 폭 방향의 단면도이다. 또한 도 17의 (A)의 상면도에서는 도면의 명료화를 위하여 일부 요소의 기재를 생략하였다. 도 17의 (A), (B), 및 (C)에 나타낸 구성은 트랜지스터(550) 등, 본 발명의 일 형태의 반도체 장치가 가지는 다른 트랜지스터에도 적용할 수 있다.
도 17의 (A), (B), 및 (C)에 나타낸 구성의 트랜지스터(500A)는 절연체(552), 절연체(513), 및 절연체(404)를 가지는 점에서 도 16의 (A), (B)에 나타낸 구성의 트랜지스터(500)와 상이하다. 또한 도전체(540a)의 측면에 접하여 절연체(552)가 제공되고, 도전체(540b)의 측면에 접하여 절연체(552)가 제공되는 점에서 도 16의 (A), (B)에 나타낸 트랜지스터(500)와 상이하다. 또한 절연체(520)를 가지지 않는 점에서 도 16의 (A), (B)에 나타낸 구성의 트랜지스터(500)와 상이하다.
도 17의 (A), (B), 및 (C)에 나타낸 구성의 트랜지스터(500A)는 절연체(512) 위에 절연체(513)가 제공된다. 또한 절연체(574) 위, 및 절연체(513) 위에 절연체(404)가 제공된다.
도 17의 (A), (B), 및 (C)에 나타낸 구성의 트랜지스터(500A)에서는 절연체(514), 절연체(516), 절연체(522), 절연체(524), 절연체(544), 절연체(580), 및 절연체(574)가 패터닝되어, 절연체(404)가 이들을 덮는 구성이 되어 있다. 즉, 절연체(404)는 절연체(574)의 상면, 절연체(574)의 측면, 절연체(580)의 측면, 절연체(544)의 측면, 절연체(524)의 측면, 절연체(522)의 측면, 절연체(516)의 측면, 절연체(514)의 측면, 절연체(513)의 상면과 각각 접한다. 이에 의하여, 산화물(530) 등은 절연체(513)와 절연체(404)에 의하여 외부로부터 이격된다.
절연체(513) 및 절연체(404)는 수소(예를 들어 수소 원자, 수소 분자 등 중 적어도 하나) 또는 물 분자의 확산을 억제하는 기능이 높은 것이 바람직하다. 예를 들어, 절연체(513) 및 절연체(404)로서 수소 배리어성이 높은 재료인 질화 실리콘 또는 질화산화 실리콘을 사용하는 것이 바람직하다. 이에 의하여 산화물(530)에 수소 등이 확산되는 것을 억제할 수 있기 때문에 트랜지스터(500A)의 특성 저하를 억제할 수 있다. 따라서 본 발명의 일 형태의 반도체 장치의 신뢰성을 높일 수 있다.
절연체(552)는 절연체(581), 절연체(404), 절연체(574), 절연체(580), 및 절연체(544)에 접하여 제공된다. 절연체(552)는 수소 또는 물 분자의 확산을 억제하는 기능을 가지는 것이 바람직하다. 예를 들어 절연체(552)로서 수소 배리어성이 높은 재료인 질화 실리콘, 산화 알루미늄, 또는 질화산화 실리콘 등의 절연체를 사용하는 것이 바람직하다. 특히 질화 실리콘은 수소 배리어성이 높은 재료이므로 절연체(552)로서 사용하는 것이 적합하다. 절연체(552)로서 수소 배리어성이 높은 재료를 사용함으로써, 물 또는 수소 등의 불순물이 절연체(580) 등으로부터 도전체(540a) 및 도전체(540b)를 통하여 산화물(530)로 확산되는 것을 억제할 수 있다. 또한 절연체(580)에 포함되는 산소가 도전체(540a) 및 도전체(540b)에 흡수되는 것을 억제할 수 있다. 이상에 의하여 본 발명의 일 형태의 반도체 장치의 신뢰성을 높일 수 있다.
<트랜지스터의 변형예 2>
도 18의 (A), (B), 및 (C)를 사용하여 트랜지스터(500B)의 구성예에 대하여 설명한다. 도 18의 (A)는 트랜지스터(500B)의 상면도이다. 도 18의 (B)는 도 18의 (A)에 일점쇄선 L1-L2로 나타낸 부분의 단면도이다. 도 18의 (C)는 도 18의 (A)에 일점쇄선 W1-W2로 나타낸 부분의 단면도이다. 또한 도 18의 (A)의 상면도에서는 도면의 명료화를 위하여 일부 요소의 기재를 생략하였다.
트랜지스터(500B)는 트랜지스터(500)의 변형예이고, 트랜지스터(500)로 치환할 수 있는 트랜지스터이다. 따라서 설명의 반복을 방지하기 위하여 트랜지스터(500B)와 트랜지스터(500)에서 상이한 점에 대하여 주로 설명한다.
제 1 게이트 전극으로서 기능하는 도전체(560)는 도전체(560a) 및 도전체(560a) 위의 도전체(560b)를 가진다. 도전체(560a)에는 수소 원자, 수소 분자, 물 분자, 구리 원자 등의 불순물의 확산을 억제하는 기능을 가지는 도전성 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또는 산소(예를 들어 산소 원자, 산소 분자 등 중 적어도 하나)의 확산을 억제하는 기능을 가지는 도전성 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
도전체(560a)가 산소의 확산을 억제하는 기능을 가짐으로써, 도전체(560b)의 재료 선택성을 향상시킬 수 있다. 즉 도전체(560a)를 가짐으로써, 도전체(560b)의 산화가 억제되고, 도전율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
또한 도전체(560)의 상면 및 측면과 절연체(545)의 측면을 덮도록 절연체(544)를 제공하는 것이 바람직하다. 또한 절연체(544)에는 물 또는 수소 등의 불순물 및 산소의 확산을 억제하는 기능을 가지는 절연성 재료를 사용하는 것이 좋다. 예를 들어, 산화 알루미늄 또는 산화 하프늄 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 이 외에도, 예를 들어 산화 마그네슘, 산화 갈륨, 산화 저마늄, 산화 이트륨, 산화 지르코늄, 산화 란타넘, 산화 네오디뮴, 또는 산화 탄탈럼 등의 금속 산화물, 질화산화 실리콘 또는 질화 실리콘 등을 사용할 수 있다.
절연체(544)를 제공함으로써 도전체(560)의 산화를 억제할 수 있다. 또한 절연체(544)를 가짐으로써 절연체(580)가 가지는 물 및 수소 등의 불순물이 트랜지스터(500B)로 확산되는 것을 억제할 수 있다.
트랜지스터(500B)에서는 도전체(542a)의 일부와 도전체(542b)의 일부에 도전체(560)가 중첩되기 때문에, 트랜지스터(500)보다 기생 용량이 커지기 쉽다. 따라서 트랜지스터(500)에 비하여 동작 주파수가 낮아지는 경향이 있다. 그러나 절연체(580) 등에 개구를 제공하여 도전체(560)나 절연체(545) 등을 매립하는 공정이 불필요하므로 트랜지스터(500)와 비교하여 생산성이 높다.
본 실시형태에 나타내는 구성, 구조, 방법 등은 다른 실시형태 및 실시예 등에 나타내는 구성, 구조, 방법 등과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는, 금속 산화물의 일종인 산화물 반도체에 대하여 설명한다.
금속 산화물은 적어도 인듐 또는 아연을 포함하는 것이 바람직하다. 특히 인듐 및 아연을 포함하는 것이 바람직하다. 또한 이들에 더하여 알루미늄, 갈륨, 이트륨, 주석 등이 포함되는 것이 바람직하다. 또한 붕소, 실리콘, 타이타늄, 철, 니켈, 저마늄, 지르코늄, 몰리브데넘, 란타넘, 세륨, 네오디뮴, 하프늄, 탄탈럼, 텅스텐, 마그네슘, 코발트 등 중에서 선택된 한 종류 또는 복수 종류가 포함되어도 좋다.
<결정 구조의 분류>
우선, 산화물 반도체에서의 결정 구조의 분류에 대하여 도 19의 (A)를 사용하여 설명한다. 도 19의 (A)는 산화물 반도체, 대표적으로는 IGZO(In과, Ga과, Zn을 포함하는 금속 산화물)의 결정 구조의 분류를 설명하는 도면이다.
도 19의 (A)에 나타낸 바와 같이, 산화물 반도체는 크게 나누어 'Amorphous(무정형)'와, 'Crystalline(결정성)'과, 'Crystal(결정)'로 분류된다. 또한 'Amorphous'의 범주에는 completely amorphous가 포함된다. 또한 'Crystalline'의 범주에는 CAAC(c-axis-aligned crystalline), nc(nanocrystalline), 및 CAC(cloud-aligned composite)가 포함된다. 또한, 'Crystalline'의 분류에서는 single crystal, poly crystal, 및 completely amorphous는 제외된다. 또한 'Crystal'의 범주에는 single crystal 및 poly crystal이 포함된다.
또한, 도 19의 (A)에 도시된 굵은 테두리 내의 구조는, 'Amorphous(무정형)'와 'Crystal(결정)' 사이의 중간 상태이고, 새로운 경계 영역(New crystalline phase)에 속하는 구조이다. 즉, 상기 구조는 에너지적으로 불안정한 'Amorphous(무정형)'나, 'Crystal(결정)'과는 전혀 다른 구조라고 할 수 있다.
또한 막 또는 기판의 결정 구조는 X선 회절(XRD: X-Ray Diffraction) 스펙트럼을 사용하여 평가할 수 있다. 여기서, 'Crystalline'으로 분류되는 CAAC-IGZO막의 GIXD(Grazing-Incidence XRD) 측정에 의하여 얻어지는 XRD 스펙트럼을 도 19의 (B)에 나타내었다. 또한 GIXD법은 박막법 또는 Seemann-Bohlin법이라고도 한다. 이하에서는, 도 19의 (B)에 나타낸 GIXD 측정에 의하여 얻어지는 XRD 스펙트럼을 단순히 XRD 스펙트럼이라고 나타낸다. 도 19의 (B)의 세로축을 intensity, 가로축을 2θ로 한다. 또한 도 19의 (B)에 나타낸 CAAC-IGZO막의 조성은 In:Ga:Zn=4:2:3[원자수비] 근방이다. 또한 도 19의 (B)에 나타낸 CAAC-IGZO막의 두께는 500nm이다.
도 19의 (B)에 나타낸 바와 같이, CAAC-IGZO막의 XRD 스펙트럼에서는 명확한 결정성을 나타내는 피크가 검출된다. 구체적으로는, CAAC-IGZO막의 XRD 스펙트럼에서는 2θ=31° 근방에 c축 배향을 나타내는 피크가 검출된다. 또한 도 19의 (B)에 나타낸 바와 같이, 2θ=31° 근방의 피크는, 피크 강도가 검출된 각도를 축으로 좌우 비대칭이다.
또한 막 또는 기판의 결정 구조는, 극미 전자선 회절법(NBED: Nano Beam Electron Diffraction)에 의하여 관찰되는 회절 패턴(극미 전자선 회절 패턴이라고도 함)으로 평가할 수 있다. CAAC-IGZO막의 회절 패턴을 도 19의 (C)에 나타내었다. 도 19의 (C)는 기판에 대하여 평행하게 전자선을 입사하는 NBED에 의하여 관찰되는 회절 패턴을 나타낸 것이다. 또한 도 19의 (C)에 나타낸 CAAC-IGZO막의 조성은 In:Ga:Zn=4:2:3[원자수비] 근방이다. 또한 극미 전자선 회절법에서는 프로브 직경을 1nm로 하여 전자선 회절이 수행된다.
도 19의 (C)에 나타낸 바와 같이, CAAC-IGZO막의 회절 패턴에서는 c축 배향을 나타내는 복수의 스폿이 관찰된다.
<<산화물 반도체의 구조>>
또한, 산화물 반도체는 결정 구조에 착안한 경우, 도 19의 (A)와는 상이한 분류가 되는 경우가 있다. 예를 들어, 산화물 반도체는 단결정 산화물 반도체와 이 외의 비단결정 산화물 반도체로 나누어진다. 비단결정 산화물 반도체로서는, 예를 들어 상술한 CAAC-OS 및 nc-OS가 있다. 또한 비단결정 산화물 반도체에는 다결정 산화물 반도체, a-like OS(amorphous-like oxide semiconductor), 비정질 산화물 반도체 등이 포함된다.
여기서, 상술한 CAAC-OS, nc-OS, 및 a-like OS의 자세한 내용에 대하여 설명한다.
[CAAC-OS]
CAAC-OS는 복수의 결정 영역을 가지고, 상기 복수의 결정 영역은 c축이 특정 방향으로 배향되는 산화물 반도체이다. 또한 특정 방향이란, CAAC-OS막의 두께 방향, CAAC-OS막의 피형성면의 법선 방향, 또는 CAAC-OS막의 표면의 법선 방향을 말한다. 또한 결정 영역이란, 원자 배열에 주기성을 가지는 영역이다. 또한 원자 배열을 격자 배열로 간주하면, 결정 영역은 격자 배열이 정렬된 영역이기도 하다. 또한 CAAC-OS는 a-b면 방향에서 복수의 결정 영역이 연결되는 영역을 가지고, 상기 영역은 변형을 가지는 경우가 있다. 또한 변형이란 복수의 결정 영역이 연결되는 영역에서, 격자 배열이 정렬된 영역과 격자 배열이 정렬된 다른 영역 사이에서 격자 배열의 방향이 변화되는 부분을 가리킨다. 즉, CAAC-OS는 c축 배향을 가지고, a-b면 방향으로는 명확한 배향을 가지지 않는 산화물 반도체이다.
또한 상기 복수의 결정 영역의 각각은, 하나 또는 복수의 미소한 결정(최대 직경이 10nm 미만인 결정)으로 구성된다. 결정 영역이 하나의 미소한 결정으로 구성되는 경우, 상기 결정 영역의 최대 직경은 10nm 미만이 된다. 또한 결정 영역이 다수의 미소한 결정으로 구성되는 경우, 상기 결정 영역의 크기는 수십nm 정도가 되는 경우가 있다.
또한, In-M-Zn 산화물(원소 M은 알루미늄, 갈륨, 이트륨, 주석, 타이타늄 등에서 선택된 1종류 또는 복수 종류)에서, CAAC-OS는 인듐(In) 및 산소를 가지는 층(이하, In층)과, 원소 M, 아연(Zn), 및 산소를 가지는 층(이하 (M, Zn)층)이 적층된 층상의 결정 구조(층상 구조라고도 함)를 가지는 경향이 있다. 또한 인듐과 원소 M은 서로 치환될 수 있다. 따라서 (M,Zn)층에는 인듐이 포함되는 경우가 있다. 또한 In층에는 원소 M이 포함되는 경우가 있다. 또한 In층에는 Zn이 포함되는 경우도 있다. 상기 층상 구조는 예를 들어 고분해능 TEM 이미지에서, 격자상(格子像)으로 관찰된다.
예를 들어, XRD 장치를 사용하여 CAAC-OS막의 구조 해석을 수행할 때, θ/2θ 스캔을 사용한 Out-of-plane XRD 측정에서는, c축 배향을 나타내는 피크가 2θ=31° 또는 그 근방에서 검출된다. 또한 c축 배향을 나타내는 피크의 위치(2θ의 값)는 CAAC-OS를 구성하는 금속 원소의 종류, 조성 등에 따라 변동되는 경우가 있다.
또한 예를 들어 CAAC-OS막의 전자선 회절 패턴에서, 복수의 휘점(스폿)이 관측된다. 또한 어떤 스폿과 다른 스폿은 시료를 투과한 입사 전자선의 스폿(다이렉트 스폿이라고도 함)을 대칭 중심으로 하여 점대칭의 위치에서 관측된다.
상기 특정 방향에서 결정 영역을 관찰한 경우, 상기 결정 영역 내의 격자 배열은 기본적으로 육방 격자이지만, 단위 격자는 정육각형에 한정되지 않고, 비정육각형인 경우가 있다. 또한 상기 변형에서 오각형, 칠각형 등의 격자 배열을 가지는 경우가 있다. 또한 CAAC-OS에서는, 변형 근방에서도 명확한 결정립계(그레인 바운더리라고도 함)를 확인할 수 없다. 즉, 격자 배열의 변형에 의하여 결정립계의 형성이 억제되어 있는 것을 알 수 있다. 이는, CAAC-OS가 a-b면 방향에서 산소 원자의 배열이 조밀하지 않거나, 금속 원자가 치환됨으로써 원자 사이의 결합 거리가 변화되는 것 등에 의하여, 변형을 허용할 수 있기 때문이라고 생각된다.
또한 명확한 결정립계가 확인되는 결정 구조는 소위 다결정(polycrystal)이다. 결정립계는 재결합 중심이 되고, 캐리어가 포획되어 트랜지스터의 온 전류의 저하, 전계 효과 이동도의 저하 등을 일으킬 가능성이 높다. 따라서 명확한 결정립계가 확인되지 않는 CAAC-OS는 트랜지스터의 반도체층에 적합한 결정 구조를 가지는 결정성 산화물의 하나이다. 또한 CAAC-OS를 구성하기 위해서는, Zn을 포함하는 구성이 바람직하다. 예를 들어, In-Zn 산화물 및 In-Ga-Zn 산화물은 In 산화물보다 결정립계의 발생을 억제할 수 있기 때문에 적합하다.
CAAC-OS는 결정성이 높고, 명확한 결정립계가 확인되지 않는 산화물 반도체이다. 따라서, CAAC-OS는 결정립계에 기인하는 전자 이동도의 저하가 일어나기 어렵다고 할 수 있다. 또한 산화물 반도체의 결정성은 불순물의 혼입이나 결함의 생성 등에 의하여 저하되는 경우가 있기 때문에, CAAC-OS는 불순물이나 결함(산소 결손 등)이 적은 산화물 반도체라고도 할 수 있다. 따라서, CAAC-OS를 가지는 산화물 반도체는 물리적 성질이 안정된다. 그러므로 CAAC-OS를 가지는 산화물 반도체는 열에 강하고 신뢰성이 높다. 또한, CAAC-OS는 제조 공정에서의 높은 온도(소위 thermal budget)에 대해서도 안정적이다. 따라서, OS 트랜지스터에 CAAC-OS를 사용하면 제조 공정의 자유도를 높일 수 있게 된다.
[nc-OS]
nc-OS는 미소한 영역(예를 들어, 1nm 이상 10nm 이하의 영역, 특히 1nm 이상 3nm 이하의 영역)에서 원자 배열에 주기성을 가진다. 바꿔 말하면, nc-OS는 미소한 결정을 가진다. 또한 상기 미소한 결정은 크기가 예를 들어 1nm 이상 10nm 이하, 특히 1nm 이상 3nm 이하이기 때문에 나노 결정이라고도 한다. 또한 nc-OS에서는 상이한 나노 결정 간에서 결정 방위에 규칙성이 보이지 않는다. 그러므로 막 전체에서 배향성이 보이지 않는다. 따라서 nc-OS는 분석 방법에 따라서는 a-like OS나 비정질 산화물 반도체와 구별할 수 없는 경우가 있다. 예를 들어, XRD 장치를 사용하여 nc-OS막의 구조 해석을 수행할 때, θ/2θ 스캔을 사용한 Out-of-plane XRD 측정에서는, 결정성을 나타내는 피크가 검출되지 않는다. 또한 나노 결정보다 큰 프로브 직경(예를 들어 50nm 이상)의 전자선을 사용하는 전자선 회절(제한 시야 전자선 회절이라고도 함)을 nc-OS막에 대하여 수행하면 헤일로 패턴과 같은 회절 패턴이 관측된다. 한편, nc-OS막에 대하여 나노 결정의 크기와 가깝거나 나노 결정보다 작은 프로브 직경(예를 들어 1nm 이상 30nm 이하)의 전자선을 사용하는 전자선 회절(나노빔 전자선 회절이라고도 함)을 수행하면, 다이렉트 스폿을 중심으로 하는 링 형상의 영역 내에 복수의 스폿이 관측되는 전자선 회절 패턴이 취득되는 경우가 있다.
[a-like OS]
a-like OS는 nc-OS와 비정질 산화물 반도체의 중간의 구조를 가지는 산화물 반도체이다. a-like OS는 공동(void) 또는 저밀도 영역을 가진다. 즉, a-like OS는 nc-OS 및 CAAC-OS에 비하여 결정성이 낮다. 또한, a-like OS는 nc-OS 및 CAAC-OS에 비하여 막 내의 수소 농도가 높다.
<<산화물 반도체의 구성>>
다음으로, 상술한 CAC-OS에 대하여 자세히 설명한다. 또한 CAC-OS는 재료 구성에 관한 것이다.
[CAC-OS]
CAC-OS란, 예를 들어 금속 산화물을 구성하는 원소가 0.5nm 이상 10nm 이하, 바람직하게는 1nm 이상 3nm 이하, 또는 그 근방의 크기로 편재한 재료의 한 구성이다. 또한 아래에서는, 금속 산화물에 하나 또는 복수의 금속 원소가 편재하고, 상기 금속 원소를 가지는 영역이 0.5nm 이상 10nm 이하, 바람직하게는 1nm 이상 3nm 이하, 또는 그 근방의 크기로 혼합된 상태를 모자이크 패턴 또는 패치 패턴이라고도 한다.
또한 CAC-OS란, 재료가 제 1 영역과 제 2 영역으로 분리하여 모자이크 패턴을 형성하고, 상기 제 1 영역이 막 내에 분포된 구성(이하 클라우드상이라고도 함)이다. 즉, CAC-OS는 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역이 혼합된 구성을 가지는 복합 금속 산화물이다.
여기서, In-Ga-Zn 산화물에서의 CAC-OS를 구성하는 금속 원소에 대한 In, Ga, 및 Zn의 원자수비를 각각 [In], [Ga], 및 [Zn]이라고 표기한다. 예를 들어, In-Ga-Zn 산화물에서의 CAC-OS에서, 제 1 영역은 [In]이 CAC-OS막의 조성에서의 [In]보다 큰 영역이다. 또한 제 2 영역은 [Ga]이 CAC-OS막의 조성에서의 [Ga]보다 큰 영역이다. 또는 예를 들어 제 1 영역은 [In]이 제 2 영역에서의 [In]보다 크고, [Ga]이 제 2 영역에서의 [Ga]보다 작은 영역이다. 또한 제 2 영역은 [Ga]이 제 1 영역에서의 [Ga]보다 크고, [In]이 제 1 영역에서의 [In]보다 작은 영역이다.
구체적으로는, 상기 제 1 영역은 인듐 산화물, 인듐 아연 산화물 등이 주성분인 영역이다. 또한 상기 제 2 영역은 갈륨 산화물, 갈륨 아연 산화물 등이 주성분인 영역이다. 즉, 상기 제 1 영역을 In을 주성분으로 하는 영역이라고 바꿔 말할 수 있다. 또한 상기 제 2 영역을 Ga을 주성분으로 하는 영역이라고 바꿔 말할 수 있다.
또한 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역 사이에서 명확한 경계를 관찰할 수 없는 경우가 있다.
예를 들어 In-Ga-Zn 산화물에서의 CAC-OS에서는, 에너지 분산형 X선 분광법(EDX: Energy Dispersive X-ray spectroscopy)을 사용하여 취득한 EDX 매핑으로부터, In을 주성분으로 하는 영역(제 1 영역)과, Ga을 주성분으로 하는 영역(제 2 영역)이 편재되고 혼합된 구조를 가지는 것을 확인할 수 있다.
CAC-OS를 트랜지스터에 사용하는 경우에는, 제 1 영역에 기인하는 도전성과 제 2 영역에 기인하는 절연성이 상보적으로 작용함으로써, 스위칭 기능(On/Off 기능)을 CAC-OS에 부여할 수 있다. 즉, CAC-OS는 재료의 일부에서는 도전성의 기능을 가지고, 재료의 일부에서는 절연성의 기능을 가지고, 재료의 전체에서는 반도체로서의 기능을 가진다. 도전성의 기능과 절연성의 기능을 분리함으로써, 양쪽의 기능을 최대한 높일 수 있다. 따라서 CAC-OS를 트랜지스터에 사용함으로써, 높은 온 전류(Ion), 높은 전계 효과 이동도(μ), 및 양호한 스위칭 동작을 실현할 수 있다.
산화물 반도체는 다양한 구조를 가지고, 각각이 상이한 특성을 가진다. 본 발명의 일 형태의 산화물 반도체는 비정질 산화물 반도체, 다결정 산화물 반도체, a-like OS, CAC-OS, nc-OS, CAAC-OS 중 2종류 이상을 가져도 좋다.
<산화물 반도체를 가지는 트랜지스터>
이어서, 상기 산화물 반도체를 트랜지스터에 사용하는 경우에 대하여 설명한다.
상기 산화물 반도체를 트랜지스터에 사용함으로써, 전계 효과 이동도가 높은 트랜지스터를 실현할 수 있다. 또한, 신뢰성이 높은 트랜지스터를 실현할 수 있다.
트랜지스터에는 캐리어 농도가 낮은 산화물 반도체를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 산화물 반도체의 캐리어 농도는 1Х1017cm-3 이하, 바람직하게는 1Х1015cm-3 이하, 더 바람직하게는 1Х1013cm-3 이하, 더욱 바람직하게는 1Х1011cm-3 이하, 더욱더 바람직하게는 1Х1010cm-3 미만이고, 1Х10-9cm-3 이상이다. 또한, 산화물 반도체막의 캐리어 농도를 낮추는 경우에는, 산화물 반도체막 내의 불순물 농도를 낮추고, 결함 준위 밀도를 낮추면 좋다. 본 명세서 등에서, 불순물 농도가 낮고, 결함 준위 밀도가 낮은 것을 고순도 진성 또는 실질적으로 고순도 진성이라고 한다. 또한 캐리어 농도가 낮은 산화물 반도체를 고순도 진성 또는 실질적으로 고순도 진성인 산화물 반도체라고 하는 경우가 있다.
또한 고순도 진성 또는 실질적으로 고순도 진성인 산화물 반도체막은 결함 준위 밀도가 낮기 때문에, 트랩 준위 밀도도 낮아지는 경우가 있다.
또한, 산화물 반도체의 트랩 준위에 포획된 전하는, 소실되는 데 걸리는 시간이 길어, 마치 고정 전하처럼 작용하는 경우가 있다. 그러므로 트랩 준위 밀도가 높은 산화물 반도체에 채널 형성 영역이 형성되는 트랜지스터는 전기 특성이 불안정해지는 경우가 있다.
따라서 트랜지스터의 전기 특성을 안정적으로 하기 위해서는, 산화물 반도체 내의 불순물 농도를 저감하는 것이 유효하다. 또한, 산화물 반도체 내의 불순물 농도를 저감하기 위해서는, 근접한 막 내의 불순물 농도도 저감하는 것이 바람직하다. 불순물로서는, 수소, 질소, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 철, 니켈, 실리콘 등이 있다.
<불순물>
여기서, 산화물 반도체 내에서의 각 불순물의 영향에 대하여 설명한다.
산화물 반도체에 14족 원소 중 하나인 실리콘이나 탄소가 포함되면, 산화물 반도체에서 결함 준위가 형성된다. 그러므로 산화물 반도체에서의 실리콘이나 탄소의 농도와, 산화물 반도체와의 계면 근방의 실리콘이나 탄소의 농도(이차 이온 질량 분석법(SIMS: Secondary Ion Mass Spectrometry))에 의하여 얻어지는 농도)를 2Х1018atoms/cm3 이하, 바람직하게는 2Х1017atoms/cm3 이하로 한다.
또한 산화물 반도체에 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이 포함되면, 결함 준위를 형성하고 캐리어를 생성하는 경우가 있다. 따라서 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이 포함되는 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터는 노멀리 온 특성을 가지기 쉽다. 그러므로, SIMS에 의하여 얻어지는 산화물 반도체 내의 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 농도를 1Х1018atoms/cm3 이하, 바람직하게는 2Х1016atoms/cm3 이하로 한다.
또한 산화물 반도체에 질소가 포함되면, 캐리어인 전자가 발생하고 캐리어 농도가 증가되어 n형화되기 쉽다. 그러므로 질소가 포함되는 산화물 반도체를 반도체에 사용한 트랜지스터는 노멀리 온 특성을 가지기 쉽다. 또는 산화물 반도체에 질소가 포함되면, 트랩 준위가 형성되는 경우가 있다. 이 결과, 트랜지스터의 전기 특성이 불안정해지는 경우가 있다. 그러므로, SIMS에 의하여 얻어지는 산화물 반도체 내의 질소 농도를 5Х1019atoms/cm3 미만, 바람직하게는 5Х1018atoms/cm3 이하, 더 바람직하게는 1Х1018atoms/cm3 이하, 더욱 바람직하게는 5Х1017atoms/cm3 이하로 한다.
또한, 산화물 반도체에 포함되는 수소는 금속 원자와 결합하는 산소와 반응하여 물이 되기 때문에, 산소 결손을 형성하는 경우가 있다. 상기 산소 결손에 수소가 들어감으로써 캐리어인 전자가 생성되는 경우가 있다. 또한 수소의 일부가 금속 원자와 결합하는 산소와 결합하여, 캐리어인 전자를 생성하는 경우가 있다. 따라서 수소가 포함되는 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터는 노멀리 온 특성을 가지기 쉽다. 그러므로 산화물 반도체 내의 수소는 가능한 한 저감되어 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 산화물 반도체에서 SIMS에 의하여 얻어지는 수소 농도를 1Х1020atoms/cm3 미만, 바람직하게는 1Х1019atoms/cm3 미만, 더 바람직하게는 5Х1018atoms/cm3 미만, 더 바람직하게는 1Х1018atoms/cm3 미만으로 한다.
불순물이 충분히 저감된 산화물 반도체를 트랜지스터의 채널 형성 영역에 사용함으로써, 안정된 전기 특성을 부여할 수 있다.
본 실시형태에 나타내는 구성, 구조, 방법 등은 다른 실시형태 및 실시예 등에 나타내는 구성, 구조, 방법 등과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 전자 기기에 대하여 도 20, 도 21, 및 도 22를 사용하여 설명한다.
본 실시형태의 전자 기기는 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 가진다. 예를 들어, 전자 기기의 표시부에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 광을 검출하는 기능을 가지기 때문에, 표시부에서 생체 인증을 수행하거나, 또는 터치 또는 니어 터치를 검출할 수 있다. 이로써, 전자 기기의 기능성이나 편리성 등을 높일 수 있다.
전자 기기로서는, 예를 들어 텔레비전 장치, 데스크톱형 또는 노트북형 퍼스널 컴퓨터, 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 사이니지, 파칭코기 등의 대형 게임기 등 비교적 큰 화면을 가지는 전자 기기 외에, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 액자, 휴대 전화기, 휴대용 게임기, 휴대 정보 단말기, 음향 재생 장치 등을 들 수 있다.
본 실시형태의 전자 기기는 센서(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액체, 자기, 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도(硬度), 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새, 또는 적외선을 측정하는 기능을 포함하는 것)를 가져도 좋다.
본 실시형태의 전자 기기는 다양한 기능을 가질 수 있다. 예를 들어, 다양한 정보(정지 화상, 동영상, 텍스트 화상 등)를 표시부에 표시하는 기능, 터치 패널 기능, 달력, 날짜, 또는 시각 등을 표시하는 기능, 다양한 소프트웨어(프로그램)를 실행하는 기능, 무선 통신 기능, 기록 매체에 기록되는 프로그램 또는 데이터를 판독하는 기능 등을 가질 수 있다.
도 20의 (A)에 도시된 전자 기기(6500)는 스마트폰으로서 사용할 수 있는 휴대 정보 단말기이다.
전자 기기(6500)는 하우징(6501), 표시부(6502), 전원 버튼(6503), 버튼(6504), 스피커(6505), 마이크로폰(6506), 카메라(6507), 및 광원(6508) 등을 가진다. 표시부(6502)는 터치 패널 기능을 가진다.
표시부(6502)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다.
도 20의 (B)는 하우징(6501)의 마이크로폰(6506) 측의 단부를 포함한 단면 개략도이다.
하우징(6501)의 표시면 측에는 투광성을 가지는 보호 부재(6510)가 제공되고, 하우징(6501)과 보호 부재(6510)로 둘러싸인 공간 내에 표시 패널(6511), 광학 부재(6512), 터치 센서 패널(6513), 프린트 기판(6517), 배터리(6518) 등이 배치된다.
보호 부재(6510)에는 표시 패널(6511), 광학 부재(6512), 및 터치 센서 패널(6513)이 접착층(미도시)에 의하여 고정되어 있다.
표시부(6502)보다 외측의 영역에서 표시 패널(6511)의 일부가 접히고, 이 접힌 부분에 FPC(6515)가 접속된다. FPC(6515)에는 IC(6516)가 실장되어 있다. FPC(6515)는 프린트 기판(6517)에 제공된 단자에 접속된다.
표시 패널(6511)에는 본 발명의 일 형태의 플렉시블 디스플레이를 적용할 수 있다. 그러므로 매우 가벼운 전자 기기를 실현할 수 있다. 또한 표시 패널(6511)이 매우 얇기 때문에 전자 기기의 두께를 늘리지 않고 대용량 배터리(6518)를 탑재할 수도 있다. 또한 표시 패널(6511)의 일부를 접어 화소부의 이면 측에 FPC(6515)와의 접속부를 배치함으로써 슬림 베젤의 전자 기기를 실현할 수 있다.
도 21의 (A)에 텔레비전 장치의 일례를 나타내었다. 텔레비전 장치(7100)는 하우징(7101)에 표시부(7000)가 포함된다. 여기서는 스탠드(7103)에 의하여 하우징(7101)을 지지한 구성을 나타내었다.
표시부(7000)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다.
도 21의 (A)에 나타낸 텔레비전 장치(7100)의 조작은 하우징(7101)이 가지는 조작 스위치나, 별체의 리모트 컨트롤러(7111)로 수행할 수 있다. 또는 표시부(7000)에 터치 센서를 가져도 좋고, 손가락 등으로 표시부(7000)를 터치함으로써 텔레비전 장치(7100)를 조작하여도 좋다. 리모트 컨트롤러(7111)는 상기 리모트 컨트롤러(7111)로부터 출력되는 정보를 표시하는 표시부를 가져도 좋다. 리모트 컨트롤러(7111)의 조작 키 또는 터치 패널에 의하여 채널 및 음량을 조작할 수 있고, 표시부(7000)에 표시되는 영상을 조작할 수 있다.
또한 텔레비전 장치(7100)는 수신기 및 모뎀 등을 가지는 구성으로 한다. 수신기에 의하여 일반적인 텔레비전 방송을 수신할 수 있다. 또한 모뎀을 통하여 유선 또는 무선에 의하여 통신 네트워크에 접속함으로써, 한 방향(송신자로부터 수신자) 또는 쌍방향(송신자와 수신자 사이, 또는 수신자들 사이 등)의 정보 통신을 수행할 수도 있다.
도 21의 (B)는 노트북형 퍼스널 컴퓨터의 일례를 나타낸 것이다. 노트북형 퍼스널 컴퓨터(7200)는 하우징(7211), 키보드(7212), 포인팅 디바이스(7213), 외부 접속 포트(7214) 등을 가진다. 하우징(7211)에 표시부(7000)가 제공된다.
표시부(7000)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다.
도 21의 (C), (D)에 디지털 사이니지의 일례를 나타내었다.
도 21의 (C)에 나타낸 디지털 사이니지(7300)는 하우징(7301), 표시부(7000), 및 스피커(7303) 등을 가진다. 또한 LED 램프, 조작 키(전원 스위치 또는 조작 스위치를 포함함), 접속 단자, 각종 센서, 마이크로폰 등을 가질 수 있다.
도 21의 (D)는 원기둥 모양의 기둥(7401)에 제공된 디지털 사이니지(7400)이다. 디지털 사이니지(7400)는 기둥(7401)의 곡면을 따라 제공된 표시부(7000)를 가진다.
도 21의 (C), (D)에서, 표시부(7000)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다.
표시부(7000)가 넓을수록 한번에 제공할 수 있는 정보량을 늘릴 수 있다. 또한 표시부(7000)가 넓을수록 사람의 눈에 띄기 쉽고, 예를 들어, 광고의 선전(宣傳) 효과를 높일 수 있다.
표시부(7000)에 터치 패널을 적용함으로써, 표시부(7000)에 화상 또는 동영상을 표시할 뿐만 아니라, 사용자가 직관적으로 조작할 수 있어 바람직하다. 또한 노선 정보 또는 교통 정보 등의 정보를 제공하기 위한 용도로 사용하는 경우에는, 직관적인 조작에 의하여 사용성을 높일 수 있다.
또한, 도 21의 (C), (D)에 도시된 바와 같이, 디지털 사이니지(7300) 또는 디지털 사이니지(7400)는 사용자가 소유하는 스마트폰 등의 정보 단말기(7311) 또는 정보 단말기(7411)와 무선 통신에 의하여 연계할 수 있는 것이 바람직하다. 예를 들어, 표시부(7000)에 표시되는 광고의 정보를, 정보 단말기(7311) 또는 정보 단말기(7411)의 화면에 표시시킬 수 있다. 또한 정보 단말기(7311) 또는 정보 단말기(7411)를 조작함으로써, 표시부(7000)의 표시를 전환할 수 있다.
또한 디지털 사이니지(7300) 또는 디지털 사이니지(7400)에 정보 단말기(7311) 또는 정보 단말기(7411)의 화면을 조작 수단(컨트롤러)으로 한 게임을 실행시킬 수도 있다. 이에 의하여, 불특정 다수의 사용자가 동시에 게임에 참여하고 즐길 수 있다.
도 22의 (A) 내지 (F)에 나타낸 전자 기기는 하우징(9000), 표시부(9001), 스피커(9003), 조작 키(9005)(전원 스위치 또는 조작 스위치를 포함함), 접속 단자(9006), 센서(9007)(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액체, 자기, 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도, 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새, 또는 적외선을 측정하는 기능을 포함하는 것), 마이크로폰(9008) 등을 가진다.
도 22의 (A) 내지 (F)에 나타낸 전자 기기는 다양한 기능을 가진다. 예를 들어, 다양한 정보(정지 화상, 동영상, 텍스트 화상 등)를 표시부에 표시하는 기능, 터치 패널 기능, 달력, 날짜, 또는 시각 등을 표시하는 기능, 다양한 소프트웨어(프로그램)에 의하여 처리를 제어하는 기능, 무선 통신 기능, 기록 매체에 기록되는 프로그램 또는 데이터를 판독하여 처리하는 기능 등을 가질 수 있다. 또한 전자 기기의 기능은 이들에 한정되지 않고, 다양한 기능을 가질 수 있다. 전자 기기는 복수의 표시부를 가져도 좋다. 또한, 전자 기기에 카메라 등을 제공하여 정지 화상, 동영상을 촬영하고, 기록 매체(외부 또는 카메라에 내장)에 저장하는 기능, 촬영한 화상을 표시부에 표시하는 기능 등을 가져도 좋다.
도 22의 (A) 내지 (F)에 나타낸 전자 기기의 자세한 사항에 대하여 이하에 설명한다.
도 22의 (A)는 휴대 정보 단말기(9101)를 나타낸 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9101)는 예를 들어 스마트폰으로서 사용할 수 있다. 또한 휴대 정보 단말기(9101)에는 스피커(9003), 접속 단자(9006), 센서(9007) 등을 제공하여도 좋다. 또한 휴대 정보 단말기(9101)는 문자나 화상 정보를 그 복수의 면에 표시할 수 있다. 도 22의 (A)는 3개의 아이콘(9050)을 표시한 예를 나타낸 것이다. 또한 파선의 직사각형으로 나타낸 정보(9051)를 표시부(9001)의 다른 면에 표시할 수도 있다. 정보(9051)의 예로서는 전자 메일, SNS, 전화 등의 착신의 알림, 전자 메일이나 SNS 등의 제목, 송신자명, 일시, 시각, 배터리의 잔량, 안테나 수신의 강도 등이 있다. 또는 정보(9051)가 표시되는 위치에는 아이콘(9050) 등을 표시하여도 좋다.
도 22의 (B)는 휴대 정보 단말기(9102)를 나타낸 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9102)는 표시부(9001)의 3면 이상에 정보를 표시하는 기능을 가진다. 여기서는 정보(9052), 정보(9053), 정보(9054)가 각각 상이한 면에 표시되어 있는 예를 나타내었다. 예를 들어, 사용자는 옷의 가슴 포켓에 휴대 정보 단말기(9102)를 수납한 상태에서, 휴대 정보 단말기(9102) 위쪽에서 볼 수 있는 위치에 표시된 정보(9053)를 확인할 수 있다. 사용자는 휴대 정보 단말기(9102)를 포켓으로부터 꺼내지 않고 표시를 확인하고, 예를 들어 전화를 받을지 여부를 판단할 수 있다.
도 22의 (C)는 손목시계형의 휴대 정보 단말기(9200)를 나타낸 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9200)는 예를 들어 스마트 워치(등록 상표)로서 사용할 수 있다. 또한 표시부(9001)는 그 표시면이 만곡되어 제공되고, 만곡된 표시면을 따라 표시를 할 수 있다. 또한 휴대 정보 단말기(9200)는, 예를 들어 무선 통신 가능한 헤드세트와 상호 통신함으로써 핸즈프리로 통화할 수도 있다. 또한 휴대 정보 단말기(9200)는 접속 단자(9006)에 의하여 다른 정보 단말기와 상호로 데이터를 주고받고 하거나 충전할 수도 있다. 또한 충전 동작은 무선 급전에 의하여 수행하여도 좋다.
도 22의 (D), (E), (F)는 접을 수 있는 휴대 정보 단말기(9201)를 나타낸 사시도이다. 또한 도 22의 (D)는 휴대 정보 단말기(9201)를 펼친 상태의 사시도이고, 도 22의 (F)는 접은 상태의 사시도이고, 도 22의 (E)는 도 22의 (D) 및 (F) 중 한쪽으로부터 다른 쪽으로 변화되는 도중의 상태의 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9201)는 접은 상태에서는 가반성이 우수하고, 펼친 상태에서는 이음매가 없고 넓은 표시 영역에 의하여 표시의 일람성(一覽性)이 우수하다. 휴대 정보 단말기(9201)가 가지는 표시부(9001)는 힌지(9055)에 의하여 연결된 3개의 하우징(9000)으로 지지된다. 예를 들어, 표시부(9001)는 곡률 반경 0.1mm 이상 150mm 이하로 구부릴 수 있다.
본 실시형태에서 예시한 구성예 및 이들에 대응하는 도면 등은 적어도 그 일부를 다른 구성예 또는 도면 등과 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
본 실시형태는 적어도 그 일부를 본 명세서에 기재된 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
10: 표시 장치, 10A: 표시 장치, 10B: 표시 장치, 10C: 표시 장치, 10K: 표시 장치, 10L: 표시 장치, 10M: 표시 장치, 11: 표시부, 12: 화소, 13: 주사선 구동 회로, 13L: IC 열, 13R: IC 열, 14: 광 센서부, 15: 디멀티플렉서, 16: 호스트, 18: 기판, 19: FPC, 20: IC, 20_m: IC, 20_1: IC, 20_2: IC, 20_3: IC, 21: 발광, 21_m: 회로, 21_1: 회로, 21_2: 회로, 22: 신호선 구동 회로, 22_m: 신호선 구동 회로, 22_1: 신호선 구동 회로, 22_2: 신호선 구동 회로, 23: 구동 회로, 23a: 광, 23b: 반사광, 23c: 광, 23d: 반사광, 24: 검출 회로, 25: 화상 처리 회로, 25_m: 화상 처리 회로, 25_1: 화상 처리 회로, 26: RAM, 26_m: RAM, 26_1: RAM, 27: CPU, 28: 타이밍 컨트롤러, 29: 광, 41: 트랜지스터, 42: 트랜지스터, 50A: 표시 장치, 50B: 표시 장치, 51: 기판, 52: 손가락, 53: 층, 55: 층, 57: 층, 59: 기판, 70: 기판, 71: 착색막, 72: 도전막, 73: EL 소자, 74: 도전막, 75: EL층, 76: 도전막, 77: 차광막, 78: 절연막, 79: 도전막, 79a: 도전막, 79b: 도전막, 80: 도전막, 81: 도전막, 84: 도전막, 85: 도전막, 87: 절연막, 100A: 표시 장치, 100B: 표시 장치, 100C: 표시 장치, 100D: 표시 장치, 110: 수광 소자, 111: 화소 전극, 112: 공통층, 113: 활성층, 114: 공통층, 115: 공통 전극, 142: 접착층, 143: 공간, 146: 렌즈 어레이, 149: 렌즈, 151: 기판, 152: 기판, 153: 기판, 154: 기판, 155: 접착층, 162: 표시부, 164: 회로, 165: 배선, 166: 도전층, 172: FPC, 182: 버퍼층, 184: 버퍼층, 190: 발광 소자, 191: 화소 전극, 192: 버퍼층, 193: 발광층, 194: 버퍼층, 195: 보호층, 195a: 무기 절연층, 195b: 유기 절연층, 195c: 무기 절연층, 201: 트랜지스터, 204: 접속부, 205: 트랜지스터, 206: 트랜지스터, 208: 트랜지스터, 209: 트랜지스터, 210: 트랜지스터, 211: 절연층, 212: 절연층, 213: 절연층, 214: 절연층, 215: 절연층, 216: 격벽, 217: 격벽, 218: 절연층, 221: 도전층, 222a: 도전층, 222b: 도전층, 223: 도전층, 225: 절연층, 228: 영역, 231: 반도체층, 231i: 채널 형성 영역, 231n: 저저항 영역, 242: 접속층, 311: 기판, 313: 반도체 영역, 314a: 저저항 영역, 314b: 저저항 영역, 315: 절연체, 316: 도전체, 320: 절연체, 322: 절연체, 324: 절연체, 326: 절연체, 328: 도전체, 330: 도전체, 350: 절연체, 352: 절연체, 354: 절연체, 356: 도전체, 360: 절연체, 362: 절연체, 364: 절연체, 366: 도전체, 370: 절연체, 372: 절연체, 374: 절연체, 376: 도전체, 380: 절연체, 382: 절연체, 384: 절연체, 386: 도전체, 404: 절연체, 500: 트랜지스터, 500A: 트랜지스터, 500B: 트랜지스터, 503: 도전체, 503a: 도전체, 503b: 도전체, 510: 절연체, 512: 절연체, 513: 절연체, 514: 절연체, 516: 절연체, 518: 도전체, 520: 절연체, 522: 절연체, 524: 절연체, 526: 절연체, 530: 산화물, 530a: 산화물, 530b: 산화물, 540a: 도전체, 540b: 도전체, 542: 도전체, 542a: 도전체, 542b: 도전체, 543a: 영역, 543b: 영역, 544: 절연체, 545: 절연체, 546: 도전체, 548: 도전체, 550: 트랜지스터, 552: 절연체, 560: 도전체, 560a: 도전체, 560b: 도전체, 574: 절연체, 580: 절연체, 581: 절연체, 582: 절연체, 586: 절연체, 600: 용량 소자, 610: 도전체, 612: 도전체, 620: 도전체, 630: 절연체, 640: 절연체, 6500: 전자 기기, 6501: 하우징, 6502: 표시부, 6503: 전원 버튼, 6504: 버튼, 6505: 스피커, 6506: 마이크로폰, 6507: 카메라, 6508: 광원, 6510: 보호 부재, 6511: 표시 패널, 6512: 광학 부재, 6513: 터치 센서 패널, 6515: FPC, 6516: IC, 6517: 프린트 기판, 6518: 배터리, 7000: 표시부, 7100: 텔레비전 장치, 7101: 하우징, 7103: 스탠드, 7111: 리모트 컨트롤러, 7200: 노트북형 퍼스널 컴퓨터, 7211: 하우징, 7212: 키보드, 7213: 포인팅 디바이스, 7214: 외부 접속 포트, 7300: 디지털 사이니지, 7301: 하우징, 7303: 스피커, 7311: 정보 단말기, 7400: 디지털 사이니지, 7401: 기둥, 7411: 정보 단말기, 9000: 하우징, 9001: 표시부, 9003: 스피커, 9005: 조작 키, 9006: 접속 단자, 9007: 센서, 9008: 마이크로폰, 9050: 아이콘, 9051: 정보, 9052: 정보, 9053: 정보, 9054: 정보, 9055: 힌지, 9101: 휴대 정보 단말기, 9102: 휴대 정보 단말기, 9200: 휴대 정보 단말기, 9201: 휴대 정보 단말기

Claims (17)

  1. 반도체 장치로서,
    표시부 및 광 센서부를 가지는 제 1 기판의 한쪽 면에 적어도 하나의 반도체 집적 회로를 가지는 칩이 실장되고,
    상기 표시부와 중첩되는 제 2 기판을 가지고,
    상기 제 1 기판의 한쪽 면과 상기 제 2 기판의 한쪽 면은 대향하여 고정되고,
    상기 반도체 집적 회로를 가지는 칩은 상기 광 센서부의 구동 회로 및 상기 표시부의 구동 회로를 가지는, 반도체 장치.
  2. 반도체 장치로서,
    표시부 및 광 센서부를 가지는 제 1 기판의 한쪽 면에 적어도 하나의 반도체 집적 회로를 가지는 칩이 실장되고,
    상기 표시부와 중첩되는 제 2 기판의 한쪽 면에 터치 패널부를 가지고,
    상기 제 1 기판의 한쪽 면과 상기 제 2 기판의 한쪽 면은 대향하여 고정되고,
    상기 반도체 집적 회로를 가지는 칩은 상기 표시부의 구동 회로 및 상기 광 센서부의 구동 회로 및 상기 터치 패널부의 구동 회로를 가지는, 반도체 장치.
  3. 반도체 장치로서,
    표시부 및 광 센서부를 가지는 제 1 기판의 한쪽 면에 적어도 하나의 반도체 집적 회로를 가지는 칩이 실장되고,
    상기 표시부와 중첩되는 제 2 기판의 한쪽 면에 터치 패널부를 가지고,
    상기 제 1 기판의 한쪽 면과 상기 제 2 기판의 한쪽 면은 대향하여 고정되고,
    상기 반도체 집적 회로를 가지는 칩은 상기 표시부의 구동 회로 및 상기 터치 패널부의 구동 회로를 가지는, 반도체 장치.
  4. 반도체 장치로서,
    표시부 및 광 센서부를 가지는 제 1 기판의 한쪽 면에 적어도 하나의 반도체 집적 회로를 가지는 칩이 실장되고,
    상기 표시부와 중첩되는 제 2 기판의 한쪽 면에 터치 패널부를 가지고,
    상기 제 1 기판의 한쪽 면과 상기 제 2 기판의 한쪽 면은 대향하여 고정되고,
    상기 반도체 집적 회로를 가지는 칩은 상기 광 센서부의 구동 회로 및 상기 터치 패널부의 구동 회로를 가지는, 반도체 장치.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 터치 패널부는 정전 용량 방식의 터치 패널인, 반도체 장치.
  6. 반도체 장치로서,
    표시부, 광 센서부, 및 단자부를 가지는 제 1 기판과,
    상기 단자부와 전기적으로 접속되는 배선을 가지는 필름과,
    상기 필름 위에 적어도 하나의 반도체 집적 회로를 가지는 칩이 실장되고,
    상기 표시부와 중첩되는 제 2 기판을 가지고,
    상기 제 1 기판의 한쪽 면과 상기 제 2 기판의 한쪽 면은 대향하여 고정되고,
    상기 반도체 집적 회로를 가지는 칩은 상기 광 센서부의 구동 회로 및 상기 표시부의 구동 회로를 가지는, 반도체 장치.
  7. 반도체 장치로서,
    표시부, 광 센서부, 및 단자부를 가지는 제 1 기판과,
    상기 단자부와 전기적으로 접속되는 배선을 가지는 필름과,
    상기 필름 위에 적어도 하나의 반도체 집적 회로를 가지는 칩이 실장되고,
    상기 표시부와 중첩되는 제 2 기판의 한쪽 면에 터치 패널부를 가지고,
    상기 제 1 기판의 한쪽 면과 상기 제 2 기판의 한쪽 면은 대향하여 고정되고,
    상기 반도체 집적 회로를 가지는 칩은 상기 표시부의 구동 회로, 상기 광 센서부의 구동 회로, 및 상기 터치 패널부의 구동 회로를 가지는, 반도체 장치.
  8. 반도체 장치로서,
    표시부, 광 센서부, 및 단자부를 가지는 제 1 기판과,
    상기 단자부와 전기적으로 접속되는 배선을 가지는 필름과,
    상기 필름 위에 적어도 하나의 반도체 집적 회로를 가지는 칩이 실장되고,
    상기 표시부와 중첩되는 제 2 기판의 한쪽 면에 터치 패널부를 가지고,
    상기 제 1 기판의 한쪽 면과 상기 제 2 기판의 한쪽 면은 대향하여 고정되고,
    상기 반도체 집적 회로를 가지는 칩은 상기 표시부의 구동 회로 및 상기 터치 패널부의 구동 회로를 가지는, 반도체 장치.
  9. 반도체 장치로서,
    표시부, 광 센서부, 및 단자부를 가지는 제 1 기판과,
    상기 단자부와 전기적으로 접속되는 배선을 가지는 필름과,
    상기 필름 위에 적어도 하나의 반도체 집적 회로를 가지는 칩이 실장되고,
    상기 표시부와 중첩되는 제 2 기판의 한쪽 면에 터치 패널부를 가지고,
    상기 제 1 기판의 한쪽 면과 상기 제 2 기판의 한쪽 면은 대향하여 고정되고,
    상기 반도체 집적 회로를 가지는 칩은 상기 광 센서부의 구동 회로 및 상기 터치 패널부의 구동 회로를 가지는, 반도체 장치.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 터치 패널부는 정전 용량 방식의 터치 패널인, 반도체 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 센서부는 수광부를 가지는, 반도체 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표시부는 화소 전극 및 상기 화소 전극과 전기적으로 접속되는 트랜지스터를 복수로 가지는, 반도체 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표시부는 산화물 반도체를 사용하는 트랜지스터를 복수로 가지는, 반도체 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표시부는 외부에 광을 방출하고, 그 광의 반사광을 상기 광 센서부가 수광하는, 반도체 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표시부의 화소 전극 위에 제공된 유기 화합물층은 상기 광 센서부의 유기 화합물층과 동일한 재료를 포함하는, 반도체 장치.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 기판은 필름인, 반도체 장치.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 집적 회로를 가지는 칩은 단결정 실리콘 기판에 제공된 트랜지스터와, 산화물 반도체를 가지는 트랜지스터의 적층을 포함하는, 반도체 장치.
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