KR20220146394A - Semiconductor film, semiconductor device, display device, module, and electronic device - Google Patents

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KR20220146394A
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아키히사 시모무라
유헤이 사토
야수마사 야마네
순페이 야마자키
케니치 오카자키
치호 가와나베
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

Good electrical characteristics are applied to a semiconductor device. With the use of an electron beam having a half-value width of a probe diameter of 1 nm, a surface to be formed of an oxide semiconductor film is irradiated with the electron beam while relatively moving the position of the film and the position of the electron beam, and thus a plurality of electron diffraction patterns are observed. The plurality of electron diffraction patterns have 50 or more electron diffraction patterns observed at places different from each other. The sum of the ratio that the 50 or more electron diffraction patterns include a first electron diffraction pattern and the ratio that the electron diffraction patterns include a second electron diffraction pattern is 100%. The ratio that the electron diffraction patterns include the first electron diffraction pattern is 50% or more. The first electron diffraction pattern has an observation point having no symmetry or a plurality of observation points arranged so as to draw a circle, and the second electron diffraction pattern has an observation point located at the vertex of a hexagon.

Description

반도체막, 반도체 장치, 및 표시 장치, 모듈 및 전자 기기{SEMICONDUCTOR FILM, SEMICONDUCTOR DEVICE, DISPLAY DEVICE, MODULE, AND ELECTRONIC DEVICE}A semiconductor film, a semiconductor device, and a display device, a module, and an electronic device

본 발명은, 물건, 방법, 또는, 제조 방법에 관한 것이다. 또는, 본 발명은, 공정, 기계, 제품, 또는, 조성물(composition of matter)에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 일 형태는, 반도체 장치, 표시 장치, 발광 장치, 축전 장치, 기억 장치, 이들의 구동 방법, 또는, 이들의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an article, a method, or a manufacturing method. Alternatively, the present invention relates to a process, machine, article, or composition of matter. In particular, one embodiment of the present invention relates to a semiconductor device, a display device, a light emitting device, a power storage device, a storage device, a driving method thereof, or a manufacturing method thereof.

또한, 본 명세서 등에 있어서, 반도체 장치란, 반도체 특성을 이용함으로써 기능할 수 있는 장치 전반을 가리킨다. 트랜지스터, 반도체 회로는, 반도체 장치의 일 형태이다. 또한, 연산 장치, 기억 장치, 촬상 장치, 전기 광학 장치, 발전 장치(박막 태양 전지, 유기 박막 태양 전지 등을 포함한다), 및 전자 기기는 반도체 장치를 가지고 있는 경우가 있다.In addition, in this specification etc., a semiconductor device refers to the general device which can function by using semiconductor characteristics. A transistor and a semiconductor circuit are one form of a semiconductor device. In addition, an arithmetic device, a memory device, an imaging device, an electro-optical device, a power generation device (including a thin-film solar cell, an organic thin-film solar cell, etc.), and an electronic device may have a semiconductor device.

인듐이나, 아연을 갖는 산화물에 관한 물성은 흥미로우며, 많이 연구되고 있다(비특허문헌 1, 비특허문헌 2). 비특허문헌 1에서는, In1-xGa1+xO3(ZnO)m(x는 -1≤x≤1을 충족시키는 수, m은 자연수)으로 표시되는 상동 가스상이 존재하는 것이 서술되어 있다. 또한, 상동 가스상의 고용역(solid solution range)에 관해서 서술되어 있다. 예를 들면, In2O3, Ga2O3, 및 ZnO의 분말을 혼합하고, 1350℃에서 소성한 경우에, m=1인 경우의 상동 가스상의 고용역은, x가 -0.33에서 0.08이라는 기재가 있고, m=2인 경우의 상동 가스상의 고용역은, x가 -0.68에서 0.32라는 기재가 있다. The physical properties of oxides containing indium and zinc are interesting and have been extensively studied (Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2). In Non-Patent Document 1, it is described that a homologous gas phase represented by In 1-x Ga 1+x O 3 (ZnO) m (x is a number satisfying -1≤x≤1, m is a natural number) exists. . Also described is the solid solution range of the homologous gas phase. For example, when powders of In 2 O 3 , Ga 2 O 3 , and ZnO are mixed and calcined at 1350° C., the solid solution capacity of the same gas phase when m=1 is that x is -0.33 to 0.08. There is a description, and there is a description that x is -0.68 to 0.32 in the solid solution region of the homologous gas phase in the case of m=2.

또한, 스피넬형의 결정 구조를 갖는 화합물로서, AB2O4(A 및 B는 금속)로 표시되는 화합물이 알려져 있다. 또한 비특허문헌 1에서는 InxZnyGazOw의 예가 나타나 있고, x, y 및 z가 ZnGa2O4 근방의 조성, 즉 x, y 및 z가 (x,y,z)=(0,1,2)에 가까운 값을 갖는 경우에는, 스피넬형의 결정 구조가 형성, 또는 혼재하기 쉬운 것이 기재되어 있다. Moreover, as a compound which has a spinel crystal structure, the compound represented by AB 2 O 4 (A and B is a metal) is known. In addition, in Non-Patent Document 1, an example of In x Zn y Ga z O w is shown, and x, y and z are the compositions in the vicinity of ZnGa 2 O 4 , that is, x, y and z are (x, y, z) = (0). , 1, 2), it is described that a spinel crystal structure is easily formed or mixed.

또한, 반도체 재료를 사용하여 트랜지스터를 구성하는 기술이 주목받고 있다. 상기 트랜지스터는 집적 회로(IC)나 화상 표시 장치(단순히 표시 장치라고도 표기한다)와 같은 전자 디바이스에 널리 응용되고 있다. 트랜지스터에 적용 가능한 반도체 재료로서 실리콘계 반도체 재료가 널리 알려져 있지만, 그 밖의 재료로서 산화물 반도체가 주목받고 있다. Also, a technique for constructing a transistor using a semiconductor material is attracting attention. The transistor is widely applied to electronic devices such as integrated circuits (ICs) and image display devices (also simply referred to as display devices). Although silicon-based semiconductor materials are widely known as semiconductor materials applicable to transistors, oxide semiconductors are attracting attention as other materials.

예를 들면, 산화물 반도체로서 산화 아연, 또는 In-Ga-Zn계 산화물 반도체를 사용하여 트랜지스터를 제작하는 기술이 개시되어 있다(특허문헌 1 및 특허문헌 2 참조). For example, a technique for fabricating a transistor using zinc oxide or an In-Ga-Zn-based oxide semiconductor as an oxide semiconductor is disclosed (see Patent Literature 1 and Patent Literature 2).

또한, 최근에는 전자 기기의 고성능화, 소형화, 또는 경량화에 따라, 미세화된 트랜지스터 등의 반도체 소자를 고밀도로 집적한 집적 회로의 요구가 높아지고 있다. Moreover, in recent years, with the performance improvement, miniaturization, or weight reduction of an electronic device, the request|requirement of the integrated circuit which integrated semiconductor elements, such as a miniaturized transistor, at high density is increasing.

일본 공개특허공보 제2007-123861호Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2007-123861 일본 공개특허공보 제2007-96055호Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2007-96055

M. Nakamura, N. Kimizuka, and T. Mohri,「The Phase Relations in the In2O3-Ga2ZnO4-ZnO System at 1350℃」, J. Solid State Chem., 1991, vol.93, pp.298-315 M. Nakamura, N. Kimizuka, and T. Mohri, 「The Phase Relations in the In2O3-Ga2ZnO4-ZnO System at 1350℃」, J. Solid State Chem., 1991, vol.93, pp.298-315 M. Nespolo, A. Sato, T. Osawa, and H. Ohashi, 「Synthesis, Crystal Structure and Charge Distribution of InGaZnO4. X-ray Diffraction Study of 20kb Single Crystal and 50kb Twin by Reticular Merohedry」 Cryst. Res. Technol., 2000 Vol.35, pp151-165 M. Nespolo, A. Sato, T. Osawa, and H. Ohashi, 「Synthesis, Crystal Structure and Charge Distribution of InGaZnO4. X-ray Diffraction Study of 20kb Single Crystal and 50kb Twin by Reticular Merohedry” Cryst. Res. Technol., 2000 Vol.35, pp151-165

본 발명의 일 형태는, 반도체 장치에 양호한 전기 특성을 부여하는 것을 과제의 하나로 한다. One aspect of the present invention makes it one of the problems to provide a semiconductor device with good electrical characteristics.

또는, 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제공하는 것을 과제의 하나로 한다. Alternatively, one of the problems is to provide a highly reliable semiconductor device.

또는, 특성의 불균일이 적은 양호한 트랜지스터를 제공하는 것을 과제의 하나로 한다. 또는, 유지 특성이 양호한 기억 소자를 갖는 반도체 장치를 제공하는 것을 과제의 하나로 한다. 또는, 미세화에 적합한 반도체 장치를 제공하는 것을 과제의 하나로 한다. 또는, 회로 면적을 축소시킨 반도체 장치를 제공하는 것을 과제의 하나로 한다. 또는, 신규 구성의 반도체 장치를 제공하는 것을 과제의 하나로 한다. Alternatively, one of the problems is to provide a good transistor with little variation in characteristics. Another object is to provide a semiconductor device having a memory element with good retention characteristics. Alternatively, one of the problems is to provide a semiconductor device suitable for miniaturization. Another object is to provide a semiconductor device having a reduced circuit area. Alternatively, one of the problems is to provide a semiconductor device having a novel configuration.

또한, 이들 과제의 기재는, 다른 과제의 존재를 방해하는 것이 아니다. 또한, 본 발명의 일 형태는, 이들 과제 전부를 해결할 필요는 없는 것으로 한다. 또한, 이들 이외의 과제는, 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터, 저절로 명확해지는 것이며, 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터, 이들 이외의 과제를 추출하는 것이 가능하다. In addition, description of these subjects does not impede the existence of another subject. In addition, one aspect of this invention assumes that it is not necessary to solve all these problems. In addition, subjects other than these will become clear spontaneously from descriptions, such as a specification, drawing, a claim, and it is possible to extract the subject other than these from descriptions, such as a specification, drawings, and a claim.

본 발명의 일 형태는, 인듐과, 원소 M과, 아연을 갖는 산화물 반도체막으로서, 원소 M은, 알루미늄, 갈륨, 이트륨, 또는, 주석의 적어도 1개 선택된 원소이며, 인듐, 원소 M 및 아연의 원자수비는, 인듐:원소 M:아연=x:y:z를 충족시키고, x, y 및 z는 인듐, 원소 M 및 아연의 3개의 원소를 정점으로 한 평형 상태도에 있어서, 제 1 좌표(x:y:z=8:14:7)와, 제 2 좌표(x:y:z=2:4:3)와, 제 3 좌표(x:y:z=2:5:7)와, 제 4 좌표(x:y:z=51:149:300)와, 제 5 좌표(x:y:z=46:288:833) 와, 제 6 좌표(x:y:z=0:2:11)와, 제 7 좌표(x:y:z=0:0:1)와, 제 8 좌표(x:y:z=1:0:0)와, 상기 제 1 좌표를 순서대로 선분으로 연결한 범위 내의 원자수비를 가지며, 범위는 제 1 좌표 내지 제 6 좌표를 포함하고, 제 7 좌표 및 제 8 좌표를 포함하지 않고, 프로브 직경의 반값폭이 1nm인 전자선을 사용하여, 산화물 반도체막의 피형성면에 대해, 산화물 반도체막의 위치와 전자선의 위치를 상대적으로 이동시키면서 전자선을 조사함으로써, 복수의 전자 회절 패턴을 관측한 경우에 있어서, 복수의 전자 회절 패턴은, 서로 상이한 개소에서 관측된 50개 이상의 전자 회절 패턴을 가지며, 50개 이상의 전자 회절 패턴 중, 제 1 전자 회절 패턴을 갖는 비율과, 제 2 전자 회절 패턴을 갖는 비율의 합이, 100%이며, 제 1 전자 회절 패턴은 대칭성을 갖지 않는 관측점, 또는 원을 그리듯이 배치된 복수의 관측점을 가지고, 제 2 전자 회절 패턴은 육각형의 정점에 위치하는 관측점을 갖는 산화물 반도체막이다. One embodiment of the present invention is an oxide semiconductor film containing indium, element M, and zinc, wherein element M is at least one element selected from aluminum, gallium, yttrium, or tin, and is composed of indium, element M and zinc. The atomic ratio satisfies indium:element M:zinc=x:y:z, and x, y and z are the first coordinates (x :y:z=8:14:7), the second coordinate (x:y:z=2:4:3), the third coordinate (x:y:z=2:5:7), and the second coordinate (x:y:z=2:4:3) 4 coordinates (x:y:z=51:149:300), 5th coordinate (x:y:z=46:288:833), and 6th coordinate (x:y:z=0:2:11) ), the seventh coordinates (x:y:z=0:0:1), the eighth coordinates (x:y:z=1:0:0), and the first coordinates are sequentially connected by a line segment. Formation of an oxide semiconductor film by using an electron beam having an atomic ratio within the range, including the first coordinate to the sixth coordinate, not including the seventh coordinate and the eighth coordinate, and having a probe diameter half-width of 1 nm When a plurality of electron diffraction patterns are observed by irradiating an electron beam while relatively moving the position of the oxide semiconductor film and the position of the electron beam relative to the surface, the plurality of electron diffraction patterns are 50 or more observed at different locations. It has an electron diffraction pattern, and among 50 or more electron diffraction patterns, the sum of the ratio having the first electron diffraction pattern and the ratio having the second electron diffraction pattern is 100%, and the first electron diffraction pattern has no symmetry The second electron diffraction pattern is an oxide semiconductor film having observation points, or a plurality of observation points arranged in a circle, and having observation points located at the vertices of a hexagon.

또는, 본 발명의 일 형태는, 프로브 직경의 반값폭이 1nm인 전자선을 사용하여, 산화물 반도체막의 피형성면에 대해, 산화물 반도체막의 위치와 전자선의 위치를 상대적으로 이동시키면서 전자선을 조사함으로써, 복수의 전자 회절 패턴을 관측한 경우에 있어서, 복수의 전자 회절 패턴은, 서로 상이한 개소에서 관측된 50개 이상의 전자 회절 패턴을 가지며, 50개 이상의 전자 회절 패턴 중, 제 1 전자 회절 패턴을 갖는 비율과, 제 2 전자 회절 패턴을 갖는 비율의 합이, 100%이며, 제 1 전자 회절 패턴을 갖는 비율은 50% 이상이며, 제 1 전자 회절 패턴은, 대칭성을 갖지 않는 관측점, 또는 원을 그리듯이 배치된 복수의 관측점을 가지고, 제 2 전자 회절 패턴은, 육각형의 정점에 위치하는 관측점을 갖는 산화물 반도체막이다. Alternatively, in one embodiment of the present invention, a plurality of electron beams are irradiated while relatively moving the position of the oxide semiconductor film and the position of the electron beam with respect to the surface to be formed of the oxide semiconductor film using an electron beam having a probe diameter of half width of 1 nm. In the case of observing the electron diffraction pattern of , the sum of the proportions having the second electron diffraction pattern is 100%, the proportion having the first electron diffraction pattern is 50% or more, and the first electron diffraction pattern is an observation point having no symmetry or arranged in a circle The second electron diffraction pattern is an oxide semiconductor film having observation points positioned at the vertices of a hexagon.

또는, 본 발명의 일 형태는, In:M(Al, Ga, Y, 또는 Sn):Zn=x:y:z의 원자수비로 표시되는 산화물 반도체막으로서, 좌표 x:y:z=1:0:0과, 좌표 x:y:z=0:1:0과, 좌표 x:y:z=0:0:1을 정점으로 한 평형 상태도에 있어서, 제 1 좌표(x:y:z=8:14:7)와, 제 2 좌표(x:y:z=2:4:3)와, 제 3 좌표(x:y:z=2:5:7)와, 제 4 좌표(x:y:z=51:149:300)와, 제 5 좌표(x:y:z=46:288:833)와, 제 6 좌표(x:y:z=0:2:11)와, 제 7 좌표(x:y:z=0:0:1)와, 제 8 좌표(x:y:z=1:0:0)와, 상기 제 1 좌표를 순서대로 선분으로 연결한 범위 내에 있고, 산화물 반도체막의 피형성면에 대해, 산화물 반도체막의 위치와 프로브 직경의 반값폭이 1nm인 전자선의 위치를 상대적으로 이동시킴으로써, 상이한 개소에서 50개 이상의 전자 회절 패턴을 관측하고, 50개 이상의 전자 회절 패턴은, 적어도 비대칭으로 배치된 복수의 스폿을 갖는 전자 회절 패턴과, 원을 그리듯이 배치된 복수의 스폿을 갖는 전자 회절 패턴과, 육각형의 정점에 배치된 스폿을 갖는 전자 회절 패턴 중 어느 하나이며, 범위는 제 1 좌표 내지 제 6 좌표를 포함하고, 제 7 좌표 및 제 8 좌표를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 산화물 반도체막이다. Alternatively, one embodiment of the present invention is an oxide semiconductor film represented by an atomic ratio of In:M(Al, Ga, Y, or Sn):Zn=x:y:z, with coordinates x:y:z=1: In the equilibrium diagram with 0:0, coordinates x:y:z=0:1:0, and coordinates x:y:z=0:0:1 as vertices, the first coordinate (x:y:z= 8:14:7), the second coordinate (x:y:z=2:4:3), the third coordinate (x:y:z=2:5:7), and the fourth coordinate (x: y:z=51:149:300), the fifth coordinate (x:y:z=46:288:833), the sixth coordinate (x:y:z=0:2:11), and the seventh The coordinates (x:y:z=0:0:1), the eighth coordinates (x:y:z=1:0:0), and the first coordinates are within a range connected by a line segment in order, and the oxide By relatively moving the position of the oxide semiconductor film and the position of the electron beam having a half width at half maximum width of 1 nm with respect to the surface to be formed of the semiconductor film, 50 or more electron diffraction patterns are observed at different locations, and 50 or more electron diffraction patterns are , at least one of an electron diffraction pattern having a plurality of asymmetrically arranged spots, an electron diffraction pattern having a plurality of spots arranged in a circle, and an electron diffraction pattern having spots arranged at vertices of a hexagon, is an oxide semiconductor film characterized in that it includes the first to sixth coordinates and does not include the seventh and eighth coordinates.

또한 상기 구성에 있어서, 산화물 반도체막은 인듐과, 원소 M과, 아연을 가지며, 원소 M은 알루미늄, 갈륨, 이트륨, 또는 주석의 적어도 하나로부터 선택된 원소이며, 인듐, 원소 M 및 아연의 원자수비는, 인듐:원소 M:아연=x:y:z를 충족시키고, x, y 및 z는 인듐, 원소 M 및 아연의 3개의 원소를 정점으로 한 평형 상태도에 있어서, 제 1 좌표(x:y:z=8:14:7)와, 제 2 좌표(x:y:z=2:4:3)와, 제 3 좌표(x:y:z=2:5:7)와, 제 4 좌표(x:y:z=51:149:300)와, 제 5 좌표(x:y:z=46:288:833)와, 제 6 좌표(x:y:z=0:2:11)와, 제 7 좌표(x:y:z=0:0:1)와, 제 8 좌표(x:y:z=1:0:0)와, 상기 제 1 좌표를, 순서대로 선분으로 연결한 범위 내의 원자수비를 가지고, 범위는 제 1 좌표 내지 제 6 좌표를 포함하고, 제 7 좌표 및 제 8 좌표를 포함하지 않는 것이 바람직하다. Further, in the above configuration, the oxide semiconductor film has indium, elements M, and zinc, and the element M is an element selected from at least one of aluminum, gallium, yttrium, and tin, and the atomic ratio of indium, element M and zinc is, Indium:element M:zinc = x:y:z, and x, y, and z are indium, element M, and an equilibrium state diagram with three elements as vertices, the first coordinate (x:y:z =8:14:7), the second coordinate (x:y:z=2:4:3), the third coordinate (x:y:z=2:5:7), and the fourth coordinate (x :y:z=51:149:300), the fifth coordinate (x:y:z=46:288:833), the sixth coordinate (x:y:z=0:2:11), An atom within a range in which the seventh coordinate (x:y:z=0:0:1), the eighth coordinate (x:y:z=1:0:0), and the first coordinate are sequentially connected by a line segment With the defense, it is preferable that the range includes the first coordinate to the sixth coordinate, and not the seventh coordinate and the eighth coordinate.

또는, 본 발명의 일 형태는, 인듐과, 원소 M과, 아연을 갖는 산화물 반도체막으로서, 산화물 반도체막은 랜덤하게 배치하는 복수의 결정부를 가지고, 복수의 결정부의 길이 방향 직경의 평균은, 1nm 이상 3nm 이하인 산화물 반도체막이다. Alternatively, one embodiment of the present invention is an oxide semiconductor film containing indium, element M, and zinc, wherein the oxide semiconductor film has a plurality of randomly arranged crystal portions, and the average lengthwise diameter of the plurality of crystal portions is 1 nm or more. It is an oxide semiconductor film of 3 nm or less.

또는, 본 발명의 일 형태는, 인듐과, 원소 M과, 아연을 갖는 산화물 반도체막으로서, 원소 M은, 알루미늄, 갈륨, 이트륨, 또는 주석의 적어도 하나로부터 선택된 원소이며, 인듐, 원소 M 및 아연의 원자수비는, 인듐:원소 M:아연=x:y:z를 만족시키고, x, y 및 z는 인듐, 원소 M 및 아연의 3개의 원소를 정점으로 한 평형 상태도에 있어서, 제 1 좌표(x:y:z=8:14:7)와, 제 2 좌표(x:y:z=2:4:3)와, 제 3 좌표(x:y:z=2:5:7)와, 제 4 좌표(x:y:z=51:149:300)와, 제 5 좌표(x:y:z=46:288:833)와 제 6 좌표(x:y:z=0:2:11)와, 제 7 좌표(x:y:z=0:0:1)와, 제 8 좌표(x:y:z=1:0:0)와, 상기 제 1 좌표를, 순서대로 선분으로 연결한 범위 내의 원자수비를 가지고, 범위는 제 1 좌표 내지 제 6 좌표를 포함하고, 제 7 좌표 및 제 8 좌표를 포함하지 않고, 산화물 반도체막의 밀도는, 동일한 원자수비를 갖는 단결정의 밀도의 90% 이상인 산화물 반도체막이다. Alternatively, one embodiment of the present invention is an oxide semiconductor film containing indium, element M, and zinc, wherein element M is an element selected from at least one of aluminum, gallium, yttrium, and tin, indium, element M, and zinc The atomic ratio of indium:element M:zinc=x:y:z is satisfied, and x, y and z are the first coordinates ( x:y:z=8:14:7), the second coordinate (x:y:z=2:4:3), and the third coordinate (x:y:z=2:5:7), The fourth coordinate (x:y:z=51:149:300), the fifth coordinate (x:y:z=46:288:833), and the sixth coordinate (x:y:z=0:2:11) ), the seventh coordinate (x:y:z=0:0:1), the eighth coordinate (x:y:z=1:0:0), and the first coordinate are sequentially connected by line segments having an atomic ratio within a range, the range includes the first coordinate to the sixth coordinate, and does not include the seventh coordinate and the eighth coordinate, and the density of the oxide semiconductor film is 90% of the density of a single crystal having the same atomic ratio It is an oxide semiconductor film which is more than one.

또는, 본 발명의 일 형태는, 인듐과, 원소 M과, 아연을 갖는 산화물 반도체막으로서, 원소 M은, 알루미늄, 갈륨, 이트륨, 또는 주석의 적어도 하나로부터 선택된 원소이며, 산화물 반도체막은, 랜덤하게 배치하는 복수의 결정부를 가지고, 복수의 결정부는 배향성을 갖지 않으며, 복수의 결정부의 길이 방향 직경의 1nm 이상 3nm 이하의 결정을 가지고, 산화물 반도체막의 밀도는, 동일한 원자수비를 갖는 단결정의 밀도의 90% 이상인 산화물 반도체막이다. Alternatively, one embodiment of the present invention is an oxide semiconductor film containing indium, element M, and zinc, wherein element M is an element selected from at least one of aluminum, gallium, yttrium, and tin, and the oxide semiconductor film is randomly It has a plurality of crystal portions to be arranged, the plurality of crystal portions do not have orientation, and has crystals of 1 nm or more and 3 nm or less with a diameter in the longitudinal direction of the plurality of crystal portions, and the density of the oxide semiconductor film is 90 of the density of single crystals having the same atomic ratio % or more of the oxide semiconductor film.

또는, 본 발명의 일 형태는, 인듐과, 갈륨과, 아연을 갖는 산화물 반도체막으로서, 산화물 반도체막은 복수의 결정부를 가지며, 복수의 결정부는 배향성을 갖지 않으며, 복수의 결정부의 길이 방향 직경의 평균은, 1nm 이상 3nm 이하이고, 산화물 반도체막의 밀도는, 5.7g/㎤ 이상 6.49g/㎤ 이하인 산화물 반도체막이다. 또한 상기 구성에 있어서, 산화물 반도체막의 밀도는, 동일한 원자수비를 갖는 단결정의 밀도의 90% 이상인 것이 바람직하다. Alternatively, one embodiment of the present invention is an oxide semiconductor film containing indium, gallium, and zinc, wherein the oxide semiconductor film has a plurality of crystal portions, the plurality of crystal portions do not have orientation, and the average of the longitudinal diameters of the plurality of crystal portions Silver is 1 nm or more and 3 nm or less, and the density of an oxide semiconductor film is an oxide semiconductor film whose density is 5.7 g/cm<3> or more and 6.49 g/cm<3> or less. Moreover, in the said structure, it is preferable that the density of an oxide semiconductor film is 90% or more of the density of the single crystal which has the same atomic ratio.

또는, 본 발명의 일 형태는, 인듐과, 갈륨과, 아연을 갖는 산화물 반도체막으로서, 산화물 반도체막은 랜덤하게 배치하는 복수의 결정부를 가지고, 복수의 결정부는 배향성을 갖지 않으며, 복수의 결정부의 길이 방향 직경의 평균 A[nm]는, 1nm 이상 3nm 이하이며, 전자 빔 에너지가 1×107[e-/n㎡] 이상 4×108[e-/n㎡] 미만으로 조사된 후의, 결정부의 길이 방향 직경의 평균 B[nm]는, A×0.7보다 크고, A×1.3보다 작은 산화물 반도체막이다. Alternatively, one embodiment of the present invention is an oxide semiconductor film containing indium, gallium, and zinc, wherein the oxide semiconductor film has a plurality of randomly arranged crystal portions, the plurality of crystal portions do not have orientation, and the length of the plurality of crystal portions The average A [nm] of the directional diameter is 1 nm or more and 3 nm or less, and the electron beam energy is 1×10 7 [e - /nm2] or more and 4×10 8 [e - /nm2] after irradiation, crystal The average B [nm] of the negative longitudinal diameter is an oxide semiconductor film larger than A×0.7 and smaller than A×1.3.

또한 상기 구성에 있어서, 산화물 반도체막은 스퍼터링법에 의해 형성되고, 스퍼터링법에 사용되는 타깃은 인듐과, 원소 M과, 아연을 가지며, 타깃이 갖는 인듐, 원소 M, 및 아연의 원자수비는, 인듐:원소 M:아연=a:b:c를 충족시키고, a, b, 및 c는, 인듐, 원소 M 및 아연의 3개의 원소를 정점으로 한 평형 상태도에 있어서, 제 1 좌표(a:b:c=8:14:7)와, 제 2 좌표(a:b:c=2:4:3)와, 제 3 좌표(a:b:c=1:2:5.1)와, 제 4 좌표(a:b:c=1:0:1.7)와, 제 5 좌표(a:b:c=8:0:1)와, 제 6 좌표(a:b:c=6:2:1)와, 상기 제 1 좌표를, 순서대로 선분으로 연결한 범위 내의 원자수비를 가지고, 범위는 제 1 좌표 내지 제 6 좌표를 포함하는 것이 바람직하다. In addition, in the above structure, the oxide semiconductor film is formed by sputtering, and the target used for the sputtering method has indium, element M, and zinc, and the atomic ratio of indium, element M, and zinc that the target has is indium. : Element M: Zinc = a: b: c, and a, b, and c are the first coordinates (a: b: c=8:14:7), the second coordinate (a:b:c=2:4:3), the third coordinate (a:b:c=1:2:5.1), and the fourth coordinate ( a:b:c=1:0:1.7), the fifth coordinate (a:b:c=8:0:1), and the sixth coordinate (a:b:c=6:2:1); It is preferable that the first coordinates have an atomic ratio within a range in which the first coordinates are sequentially connected by line segments, and the range includes the first coordinates to the sixth coordinates.

또는, 본 발명의 일 형태는, 상기에 기재된 산화물 반도체막을 갖는 반도체 장치이다. 또한 상기 구성에 있어서, 제 1 도전층과, 제 1 도전층의 상면 및 측면에 접하는 제 1 절연막과, 산화물 반도체막의 상면에 접하는 한 쌍의 전극을 가지며, 산화물 반도체막은 제 1 절연막의 상면에 접하는 영역을 갖는 것이 바람직하다. 또한 상기 구성에 있어서, 제 1 도전층과, 제 1 도전층의 상면 및 측면에 접하는 제 1 절연막과, 산화물 반도체막의 상면에 접하는 제 2 절연막과, 산화물 반도체막의 상면 및 제 2 절연막의 상면 및 측면에 접하는 한 쌍의 전극을 가지고, 산화물 반도체막은 제 1 절연막의 상면에 접하는 영역을 갖는 것이 바람직하다. 또한 상기 구성에 있어서, 산화물 반도체막의 상면과 접하는 제 2 산화물막을 갖는 것이 바람직하다. 또한 상기 구성에 있어서, 산화물 반도체막이 갖는 산화물의 전자 친화력은, 제 2 산화물막이 갖는 산화물의 전자 친화력보다 큰 것이 바람직하다. 또한 상기 구성에 있어서, 제 2 산화물막은 인듐과, 원소 M과, 아연을 가지며, 원소 M은 알루미늄, 갈륨, 이트륨, 또는 주석의 적어도 하나로부터 선택된 원소이며, 제 2 산화물막이 갖는 인듐, 원소 M 및 아연의 원자수비는, 인듐:원소 M:아연=x2:y2:z2로 표시되고, (x2:y2:z2)은 인듐, 원소 M 및 아연의 3개의 원소를 정점으로 한 평형 상태도에 있어서, 제 1 좌표(8:14:7)와, 제 2 좌표(2:4:3)와, 제 3 좌표(2:5:7)와, 제 4 좌표(51:149:300)와, 제 5 좌표(1:4:10)와, 제 6 좌표(1:1:4)와, 제 7 좌표(2:2:1)와, 상기 제 1 좌표를, 순서대로 선분으로 연결한 범위 내의 원자수비를 가지고, 범위는 제 1 좌표 내지 제 7 좌표를 포함하는 것이 바람직하다. Alternatively, one embodiment of the present invention is a semiconductor device having the oxide semiconductor film described above. In addition, in the above configuration, it has a first conductive layer, a first insulating film in contact with an upper surface and a side surface of the first conductive layer, and a pair of electrodes in contact with the upper surface of the oxide semiconductor film, wherein the oxide semiconductor film is in contact with the upper surface of the first insulating film. It is desirable to have an area. Further, in the above configuration, the first conductive layer, the first insulating film in contact with the upper surface and the side surface of the first conductive layer, the second insulating film in contact with the upper surface of the oxide semiconductor film, the upper surface of the oxide semiconductor film, and the upper surface and the side surface of the second insulating film It is preferable that the oxide semiconductor film has a region in contact with the upper surface of the first insulating film. Moreover, in the said structure, it is preferable to have a 2nd oxide film in contact with the upper surface of an oxide semiconductor film. Moreover, in the said structure, it is preferable that the electron affinity of the oxide which an oxide semiconductor film has is larger than the electron affinity of the oxide which a 2nd oxide film has. Further, in the above configuration, the second oxide film has indium, elements M, and zinc, and the element M is an element selected from at least one of aluminum, gallium, yttrium, and tin, and indium, element M and The atomic ratio of zinc is expressed as indium:element M:zinc=x 2 :y 2 :z 2 , where (x 2 :y 2 :z 2 ) has three elements as indium, element M, and zinc as its vertices. In the equilibrium diagram, the first coordinate (8:14:7), the second coordinate (2:4:3), the third coordinate (2:5:7), and the fourth coordinate (51:149:300) ), the fifth coordinate (1:4:10), the sixth coordinate (1:1:4), the seventh coordinate (2:2:1), and the first coordinate are sequentially connected by a line segment It is preferable that the atomic ratio is within one range, and the range includes the first coordinates to the seventh coordinates.

또는, 본 발명의 일 형태는, 상기에 기재된 반도체 장치와, 표시 소자를 갖는 표시 장치이다. Alternatively, one embodiment of the present invention is a display device including the semiconductor device described above and a display element.

또는, 본 발명의 일 형태는, 상기에 기재된 반도체 장치, 또는, 상기에 기재된 표시 장치와, FPC를 갖는 모듈이다. Alternatively, one embodiment of the present invention is a module including the semiconductor device described above or the display device described above and an FPC.

또는, 본 발명의 일 형태는, 상기에 기재된 반도체 장치, 상기에 기재된 표시 장치, 또는, 상기에 기재된 모듈과, 마이크로폰, 스피커, 또는, 조작 키를 갖는 전자 기기이다. Alternatively, one embodiment of the present invention is an electronic device including the semiconductor device described above, the display device described above, or the module described above, and a microphone, a speaker, or an operation key.

본 발명의 일 형태에 의해, 반도체 장치에 양호한 전기 특성을 부여할 수 있다. 또한, 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제공할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, good electrical characteristics can be provided to a semiconductor device. In addition, it is possible to provide a semiconductor device with high reliability.

또한, 불균일이 적은 트랜지스터를 제공할 수 있다. 또한, 유지 특성이 양호한 기억 소자를 갖는 반도체 장치를 제공할 수 있다. 또한, 미세화에 적합한 반도체 장치를 제공할 수 있다. 또한, 회로 면적을 축소시킨 반도체 장치를 제공할 수 있다. 또한, 신규 구성의 반도체 장치를 제공할 수 있다. 또한, 이들 효과의 기재는, 다른 효과의 존재를 방해하는 것이 아니다. 또한, 본 발명의 일 형태는, 반드시 이들의 효과 전부를 가질 필요는 없다. 또한, 이들 이외의 효과는, 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터, 저절로 명확해지는 것이며, 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터, 이들 이외의 효과를 추출하는 것이 가능하다. Also, it is possible to provide a transistor with little non-uniformity. Further, it is possible to provide a semiconductor device having a memory element having good holding characteristics. Further, it is possible to provide a semiconductor device suitable for miniaturization. Further, it is possible to provide a semiconductor device having a reduced circuit area. In addition, a semiconductor device having a novel configuration can be provided. Note that the description of these effects does not prevent the existence of other effects. In addition, one aspect of this invention does not necessarily have to have all these effects. In addition, effects other than these will become apparent by itself from descriptions, such as a specification, drawing, a claim, and it is possible to extract effects other than these from descriptions, such as a specification, drawings, and a claim.

도 1은 본 발명의 일 형태에 따른 산화물막의 원자수비를 설명하는 도면.
도 2는 본 발명의 일 형태에 따른 산화물막의 원자수비를 설명하는 도면.
도 3은 원자수비를 설명하는 도면.
도 4는 본 발명의 일 형태에 따른 산화물막의 원자수비를 설명하는 도면.
도 5는 본 발명의 일 형태에 따른 타깃의 원자수비를 설명하는 도면.
도 6은 원자수비를 설명하는 도면.
도 7은 산화물 반도체막의 나노 빔 전자 회절 패턴을 도시하는 도면, 및 투과 전자 회절 측정 장치의 일례를 도시하는 도면.
도 8은 nc-OS의 X선 회절 장치에 의한 해석 결과를 도시하는 도면.
도 9는 nc-OS의 전자 회절 패턴을 도시하는 도면.
도 10은 InGaZnO4의 결정을 설명하는 도면.
도 11은 본 발명의 일 형태에 따른 트랜지스터의 일부의 밴드 구조를 도시하는 도면.
도 12는 본 발명의 일 형태에 따른 트랜지스터의 일례를 도시하는 도면.
도 13은 본 발명의 일 형태에 따른 트랜지스터의 일례를 도시하는 도면.
도 14는 본 발명의 일 형태에 따른 트랜지스터의 일례를 도시하는 도면.
도 15는 본 발명의 일 형태에 따른 트랜지스터의 일례를 도시하는 도면.
도 16은 본 발명의 일 형태에 따른 트랜지스터의 일례를 도시하는 도면.
도 17은 CAAC-OS 및 nc-OS의 Cs 보정 고분해능 단면 TEM상을 도시하는 도면.
도 18은 CAAC-OS의 Cs 보정 고분해능 단면 TEM상을 도시하는 도면.
도 19는 CAAC-OS의 Cs 보정 고분해능 단면 TEM상을 도시하는 도면.
도 20은 nc-OS의 Cs 보정 고분해능 단면 TEM상을 도시하는 도면.
도 21은 nc-OS의 Cs 보정 고분해능 단면 TEM상을 도시하는 도면.
도 22는 CAAC-OS 및 nc-OS의 Cs 보정 고분해능 단면 TEM상에 의해 관측된 펠릿 사이즈와, 그 빈도를 도시하는 도면.
도 23은 타깃의 원자수비와 산화물 반도체막의 원자수비의 관계를 도시하는 도면.
도 24는 nc-OS의 성막 모델을 설명하는 모식도, 및 펠릿을 도시하는 도면.
도 25는 성막 장치를 설명하는 모식도.
도 26은 표시 장치를 설명하는 블록도 및 회로도.
도 27은 실시형태에 따른, 표시 모듈의 도면.
도 28은 실시형태에 따른, RF 태그의 구성예.
도 29는 트랜지스터의 일례를 도시하는 도면.
도 30은 본 발명의 일 형태에 따른 트랜지스터의 일례를 도시하는 도면.
도 31은 본 발명의 일 형태에 따른 트랜지스터의 일례를 도시하는 도면.
도 32는 본 발명의 일 형태에 따른 트랜지스터의 일례를 도시하는 도면.
도 33은 본 발명의 일 형태에 따른 트랜지스터의 일례를 도시하는 도면.
도 34는 표시 장치의 일 형태를 도시하는 상면도.
도 35는 표시 장치의 일 형태를 도시하는 단면도.
도 36은 표시 장치의 일 형태를 도시하는 단면도.
도 37은 실시형태에 따른, 회로도.
도 38은 본 발명의 일 형태에 따른 반도체 장치의 일례를 도시하는 도면.
도 39는 본 발명의 일 형태에 따른 반도체 장치의 제작 방법을 도시하는 도면.
도 40은 본 발명의 일 형태에 따른 반도체 장치의 제작 방법을 도시하는 도면.
도 41은 본 발명의 일 형태에 따른 반도체 장치의 제작 방법을 도시하는 도면.
도 42는 본 발명의 일 형태에 따른 반도체 장치의 제작 방법을 도시하는 도면.
도 43은 본 발명의 일 형태에 따른 산화물 반도체막의 XRD 평가 결과.
도 44는 산화물 반도체막의 전자 회절 패턴.
도 45는 산화물 반도체막의 전자 회절 패턴.
도 46은 산화물 반도체막의 전자 회절 패턴.
도 47은 산화물 반도체막의 전자 회절 패턴.
도 48은 산화물 반도체막의 전자 회절 패턴.
도 49는 산화물 반도체막의 전자 회절 패턴.
도 50은 산화물 반도체막의 전자 회절 패턴.
도 51은 산화물 반도체막의 전자 회절 패턴.
도 52는 산화물 반도체막의 전자 회절 패턴.
도 53은 산화물 반도체막의 전자 회절 패턴.
도 54는 산화물 반도체막의 TDS 분석 결과.
도 55는 전자선 조사에 의한 결정의 변화를 도시하는 도면.
도 56은 실시형태에 따른, RF 태그의 사용예.
도 57은 실시형태에 따른, 전자 기기.
도 58은 산화물 반도체막의 막 밀도를 도시하는 도면.
도 59는 산화물 반도체막의 에칭 레이트를 도시하는 도면.
도 60은 산화물 반도체막의 탈리 가스의 방출량을 도시하는 도면.
도 61은 산화물 반도체막의 수소 농도를 도시하는 도면.
도 62는 산화물 반도체막의 결정 사이즈를 도시하는 도면.
도 63은 산화물 반도체막의 결정 사이즈를 도시하는 도면.
도 64는 산화물 반도체막의 CPM 측정 결과를 도시하는 도면.
도 65는 산화물 반도체막의 CPM 측정 결과를 도시하는 도면.
도 66은 산화물 반도체막의 CPM 측정 결과를 도시하는 도면.
도 67은 a-like OS의 Cs 보정 고분해능 단면 TEM상을 도시하는 도면.
도 68은 산화물 반도체막의 수소 농도를 도시하는 도면.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure explaining the atomic ratio of the oxide film which concerns on one Embodiment of this invention.
Fig. 2 is a view for explaining the atomic ratio of an oxide film according to one embodiment of the present invention;
Fig. 3 is a diagram for explaining an atomic ratio;
Fig. 4 is a view for explaining the atomic ratio of an oxide film according to one embodiment of the present invention;
It is a figure explaining the atomic ratio of the target which concerns on one Embodiment of this invention.
6 is a diagram for explaining an atomic ratio;
7 is a diagram showing a nanobeam electron diffraction pattern of an oxide semiconductor film, and a diagram showing an example of a transmission electron diffraction measuring apparatus;
Fig. 8 is a diagram showing the results of analysis by the nc-OS X-ray diffraction apparatus.
Fig. 9 is a diagram showing an electron diffraction pattern of an nc-OS.
FIG. 10 is a diagram for explaining a crystal of InGaZnO 4 .
Fig. 11 is a diagram showing a band structure of a part of a transistor according to one embodiment of the present invention;
12 is a diagram showing an example of a transistor according to one embodiment of the present invention.
Fig. 13 is a diagram showing an example of a transistor according to one embodiment of the present invention;
Fig. 14 is a diagram showing an example of a transistor according to one embodiment of the present invention;
15 is a diagram showing an example of a transistor according to one embodiment of the present invention;
Fig. 16 is a diagram showing an example of a transistor according to one embodiment of the present invention;
Fig. 17 is a diagram showing Cs-corrected high-resolution cross-sectional TEM images of CAAC-OS and nc-OS.
Fig. 18 is a diagram showing a Cs-corrected high-resolution cross-sectional TEM image of the CAAC-OS.
Fig. 19 is a diagram showing a Cs-corrected high-resolution cross-sectional TEM image of the CAAC-OS.
Fig. 20 is a diagram showing a Cs-corrected high-resolution cross-sectional TEM image of the nc-OS.
Fig. 21 is a diagram showing a Cs-corrected high-resolution cross-sectional TEM image of the nc-OS.
Fig. 22 is a graph showing the pellet sizes observed by Cs-corrected high-resolution cross-sectional TEM images of CAAC-OS and nc-OS and their frequencies;
Fig. 23 is a diagram showing the relationship between the atomic ratio of the target and the atomic ratio of the oxide semiconductor film;
It is a schematic diagram explaining the film-forming model of nc-OS, and the figure which shows a pellet.
25 is a schematic diagram for explaining a film forming apparatus;
26 is a block diagram and a circuit diagram illustrating a display device;
27 is a diagram of a display module, according to an embodiment;
28 is a configuration example of an RF tag according to the embodiment;
Fig. 29 is a diagram showing an example of a transistor;
Fig. 30 is a diagram showing an example of a transistor according to one embodiment of the present invention;
Fig. 31 is a diagram showing an example of a transistor according to one embodiment of the present invention;
Fig. 32 is a diagram showing an example of a transistor according to one embodiment of the present invention;
Fig. 33 is a diagram showing an example of a transistor according to one embodiment of the present invention;
Fig. 34 is a top view showing one form of a display device;
Fig. 35 is a cross-sectional view showing one form of a display device;
Fig. 36 is a cross-sectional view showing one form of a display device;
37 is a circuit diagram, according to an embodiment.
Fig. 38 is a diagram showing an example of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention;
Fig. 39 is a diagram showing a method of manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention;
Fig. 40 is a diagram showing a method of manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention;
Fig. 41 is a diagram showing a method of manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention;
Fig. 42 is a diagram showing a method of manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention;
43 is an XRD evaluation result of an oxide semiconductor film according to one embodiment of the present invention.
44 is an electron diffraction pattern of an oxide semiconductor film;
45 is an electron diffraction pattern of an oxide semiconductor film.
46 is an electron diffraction pattern of an oxide semiconductor film;
47 is an electron diffraction pattern of an oxide semiconductor film.
48 is an electron diffraction pattern of an oxide semiconductor film.
49 is an electron diffraction pattern of an oxide semiconductor film.
Fig. 50 is an electron diffraction pattern of an oxide semiconductor film;
51 is an electron diffraction pattern of an oxide semiconductor film.
52 is an electron diffraction pattern of an oxide semiconductor film;
Fig. 53 is an electron diffraction pattern of an oxide semiconductor film.
54 is a TDS analysis result of an oxide semiconductor film;
Fig. 55 is a diagram showing changes in crystals caused by electron beam irradiation;
56 is an example of use of an RF tag according to the embodiment;
57 is an electronic device, according to an embodiment.
58 is a diagram showing the film density of an oxide semiconductor film;
59 is a diagram showing an etching rate of an oxide semiconductor film;
Fig. 60 is a diagram showing an emission amount of a desorption gas of an oxide semiconductor film;
61 is a diagram showing the hydrogen concentration of an oxide semiconductor film;
62 is a diagram showing the crystal size of an oxide semiconductor film;
63 is a diagram showing the crystal size of an oxide semiconductor film;
Fig. 64 is a diagram showing a CPM measurement result of an oxide semiconductor film;
Fig. 65 is a diagram showing a CPM measurement result of an oxide semiconductor film;
Fig. 66 is a diagram showing a CPM measurement result of an oxide semiconductor film;
Fig. 67 is a diagram showing a Cs-corrected high-resolution cross-sectional TEM image of an a-like OS;
68 is a diagram showing a hydrogen concentration in an oxide semiconductor film;

실시형태에 관해서, 도면을 사용하여 상세하게 설명한다. 단, 본 발명은 이하의 설명으로 한정되지는 않으며, 본 발명의 취지 및 그 범위에서 일탈하지 않고 그 형태 및 상세사항을 다양하게 변경할 수 있는 것은 당업자라면 용이하게 이해할 수 있다. 따라서, 본 발명은 이하에 나타내는 실시형태의 기재 내용으로 한정하여 해석되는 것은 아니다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Embodiment is demonstrated in detail using drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it can be easily understood by those skilled in the art that various changes can be made in form and detail without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, this invention is limited to the description of embodiment shown below and is not interpreted.

또한, 이하에 설명하는 발명의 구성에 있어서, 동일 부분 또는 같은 기능을 갖는 부분에는 동일한 부호를 상이한 도면간에 공통적으로 사용하고, 그 반복 설명은 생략한다. 또한, 같은 기능을 가리키는 경우에는, 해치 패턴을 동일하게 하고, 특별히 부호를 붙이지 않는 경우가 있다. In addition, in the configuration of the invention described below, the same reference numerals are commonly used between different drawings for the same parts or parts having the same functions, and repeated explanations thereof are omitted. In addition, when referring to the same function, hatch patterns are made the same, and a code|symbol in particular may not be attached|subjected.

또한, 본 명세서에서 설명하는 각 도면에 있어서, 각 구성의 크기, 층의 두께, 또는 영역은, 명료화를 위해 과장되어 있는 경우가 있다. 따라서, 반드시 그 스케일로 한정되지 않는다. In addition, in each drawing demonstrated in this specification, the size of each structure, the thickness of a layer, or a region may be exaggerated for clarity. Therefore, it is not necessarily limited to that scale.

또한, 본 명세서 등에 있어서의 「제 1」, 「제 2」등의 서수사는, 구성 요소의 혼동을 피하기 위해서 붙이는 것이며, 수적으로 한정하는 것이 아니다. In addition, ordinal numbers such as "first" and "second" in this specification and the like are added in order to avoid confusion of constituent elements, and are not limited to numbers.

또한, 본 명세서에 있어서, 「평행」이란, 2개의 직선이 -10°이상 10°이하의 각도로 배치되어 있는 상태를 말한다. 따라서, -5° 이상 5°이하인 경우도 포함된다. 또한, 「대략 평행」이란, 2개의 직선이 -30°이상 30°이하의 각도로 배치되어 있는 상태를 말한다. 또한, 「수직」이란, 2개의 직선이 80°이상 100°이하의 각도로 배치되어 있는 상태를 말한다. 따라서, 85°이상 95°이하인 경우도 포함된다. 또한, 「대략 수직」이란, 2개의 직선이 60°이상 120°이하의 각도로 배치되어 있는 상태를 말한다. In addition, in this specification, "parallel" means the state in which two straight lines are arrange|positioned at the angle of -10 degrees or more and 10 degrees or less. Accordingly, the case of -5° or more and 5° or less is also included. In addition, "approximately parallel" means the state in which two straight lines are arrange|positioned at the angle of -30 degrees or more and 30 degrees or less. In addition, "vertical" means the state in which two straight lines are arrange|positioned at an angle of 80 degrees or more and 100 degrees or less. Therefore, the case of 85 degrees or more and 95 degrees or less is also included. In addition, "approximately perpendicular|vertical" means the state in which two straight lines are arrange|positioned at the angle of 60 degrees or more and 120 degrees or less.

또한, 본 명세서에 있어서, 결정이 삼방정 또는 능면체정인 경우, 육방정계로서 나타낸다. In addition, in this specification, when a crystal|crystallization is trigonal or a rhombohedral crystal, it is represented as a hexagonal system.

트랜지스터는 반도체 소자의 1종이며, 전류나 전압의 증폭이나, 도통 또는 비도통을 제어하는 스위칭 동작 등을 실현할 수 있다. 본 명세서에 있어서의 트랜지스터는, IGFET(Insulated Gate Field Effect Transistor)나 박막 트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor)를 포함한다. A transistor is a type of semiconductor element, and can realize amplification of current or voltage, and a switching operation for controlling conduction or non-conduction, and the like. The transistor in this specification includes an IGFET (Insulated Gate Field Effect Transistor) and a thin film transistor (TFT:Thin Film Transistor).

(실시형태 1)(Embodiment 1)

본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태인 산화물 반도체막의 일례에 관해서 설명한다. In this embodiment, an example of the oxide semiconductor film which is one aspect of this invention is demonstrated.

산화물 반도체막은 비단결정 산화물 반도체막과 단결정 산화물 반도체막으로 대별된다. 비단결정 산화물 반도체막이란, CAAC-OS(C Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor)막, 다결정 산화물 반도체막, 미결정 산화물 반도체막, 비정질 산화물 반도체막 등을 말한다. The oxide semiconductor film is roughly divided into a non-single-crystal oxide semiconductor film and a single-crystal oxide semiconductor film. The non-single crystal oxide semiconductor film refers to a CAAC-OS (C Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor) film, a polycrystalline oxide semiconductor film, a microcrystalline oxide semiconductor film, an amorphous oxide semiconductor film, or the like.

단결정은, 예를 들면 약 1000℃ 이상의 높은 온도에 있어서 소성함으로써 형성할 수 있는 경우가 있다. 따라서, 산업상의 관점에서는, 보다 낮은 온도에서 형성할 수 있는 비단결정 산화물 반도체막을 사용함으로써, 반도체 장치를 보다 염가로 제작할 수 있기 때문에 바람직하다고 할 수 있다. A single crystal may be formed, for example, by firing at a high temperature of about 1000°C or higher. Therefore, it can be said that it is preferable from an industrial viewpoint because a semiconductor device can be manufactured more cheaply by using the non-single-crystal oxide semiconductor film which can be formed at a lower temperature.

산화물 반도체막의 입계는 적을수록 바람직하다. 입계를 적게 함으로써, 예를 들면 캐리어 이동도를 높일 수 있다. 입계가 적은 산화물 반도체막을 사용하여 트랜지스터를 제작함으로써, 예를 들면 전계 효과 이동도가 높은 트랜지스터를 실현할 수 있는 경우가 있다. 나중에 상세하게 서술하지만, 입계가 적은 비단결정 산화물 반도체막으로서, 예를 들면 nc-OS막이나 CAAC-OS막을 들 수 있다. It is so preferable that there are few grain boundaries of an oxide semiconductor film. By reducing the grain boundary, for example, carrier mobility can be increased. By fabricating a transistor using an oxide semiconductor film with few grain boundaries, for example, a transistor with high field-effect mobility can be realized in some cases. Although described in detail later, examples of the non-single crystal oxide semiconductor film having few grain boundaries include an nc-OS film and a CAAC-OS film.

한편, 산화물 반도체막은, 스피넬 구조의 결정을 갖는 경우가 있다. 스피넬 구조의 결정이 CAAC-OS막이나 nc-OS막에 혼재함으로써, 명확한 경계부(또는 입계)를 형성하는 경우가 있다. 경계부에서는 예를 들면 캐리어의 산란이 증대되어, 캐리어의 이동도가 저하되는 경우가 있다. 또한, 경계부는 불순물의 이동 경로가 되기 쉽고, 또한 불순물을 포획하기 쉽다고 생각되기 때문에, 산화물 반도체막의 불순물 농도가 높아질 우려가 있다. 또한, 산화물 반도체막 위에 도전막을 형성하는 경우에, 도전막이 갖는 원소, 예를 들면 금속 등이 스피넬과 다른 영역의 경계부로 확산되어 버리는 경우가 있다. 따라서, 산화물 반도체막에는, 스피넬형의 결정 구조가 포함되지 않거나, 또는 적은 것이 보다 바람직하다. On the other hand, the oxide semiconductor film may have a crystal of a spinel structure. When crystals of the spinel structure are mixed in the CAAC-OS film or the nc-OS film, a clear boundary portion (or grain boundary) may be formed. At the boundary, for example, carrier scattering increases and the carrier mobility may decrease. In addition, since the boundary portion is considered to be a path for the movement of impurities and to easily trap impurities, there is a fear that the impurity concentration of the oxide semiconductor film becomes high. In addition, when a conductive film is formed on an oxide semiconductor film, an element of the conductive film, for example, a metal, may diffuse into the boundary between the spinel and other regions. Therefore, it is more preferable that the oxide semiconductor film does not contain a spinel-type crystal structure or has a small amount.

여기에서 산화물 반도체는, 예를 들면, 인듐을 함유하는 산화물 반도체이다. 산화물 반도체가 인듐을 함유하면, 예를 들면 캐리어 이동도(전자 이동도)가 높아진다. 또한, 산화물 반도체는 원소 M을 함유하면 바람직하다. 원소 M은, 바람직하게는, 알루미늄, 갈륨, 이트륨 또는 주석 등으로 한다. 그 밖의 원소 M에 적용 가능한 원소로서는, 붕소, 실리콘, 티타늄, 철, 니켈, 게르마늄, 이트륨, 지르코늄, 몰리브덴, 란탄, 세륨, 네오디뮴, 하프늄, 탄탈럼, 텅스텐 등이 있다. 단, 원소 M으로서, 상기한 원소를 복수 조합해도 상관없는 경우가 있다. 원소 M은, 예를 들면, 산소와의 결합 에너지가 높은 원소이다. 예를 들면, 산소와의 결합 에너지가 인듐보다 높은 원소이다. 또는, 원소 M은, 예를 들면, 산화물 반도체의 에너지 갭을 크게 하는 기능을 갖는 원소이다. 또한, 산화물 반도체는 아연을 함유하면 바람직하다. 산화물 반도체는 아연을 함유하면 결정화되기 쉬워지는 경우가 있다. 여기에서, 인듐, 원소 M 및 아연을 함유하는 산화물을 In-M-Zn 산화물로 표시한다. Here, the oxide semiconductor is, for example, an oxide semiconductor containing indium. When the oxide semiconductor contains indium, for example, carrier mobility (electron mobility) increases. Moreover, it is preferable when the oxide semiconductor contains the element M. The element M is preferably aluminum, gallium, yttrium, or tin. Other elements applicable to the element M include boron, silicon, titanium, iron, nickel, germanium, yttrium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, and the like. However, as the element M, there may be cases in which a combination of a plurality of the above elements may be used. The element M is, for example, an element with high binding energy with oxygen. For example, it is an element with a higher binding energy with oxygen than indium. Alternatively, the element M is, for example, an element having a function of increasing the energy gap of the oxide semiconductor. Further, the oxide semiconductor preferably contains zinc. When an oxide semiconductor contains zinc, it may become easy to crystallize. Here, an oxide containing indium, element M, and zinc is denoted as an In-M-Zn oxide.

[원자수비에 관해서][About Atomic Defense]

본 발명의 일 형태의 산화물 반도체막인 In-M-Zn 산화물막의 원자수비를 In:M:Zn=x:y:z라고 표시한다. x, y 및 z의 바람직한 범위에 관해서, 도 1 및 도 2를 사용하여 설명한다. The atomic ratio of the In-M-Zn oxide film, which is an oxide semiconductor film of one embodiment of the present invention, is expressed as In:M:Zn=x:y:z. Preferred ranges of x, y and z will be described with reference to Figs.

여기에서, 각 원소의 원자수비에 관해서, 도 3을 사용하여 설명한다. 도 3은, X-Y-Z 산화물막에 있어서의, 원소 X, Y 및 Z의 원자수비를 x:y:z로 했을 때의, x, y 및 z의 범위에 관해서 도시하는 도면이다. 한편, 산소의 원자수비에 관해서는 도 3에는 기재하고 있지 않다. 또한 도 3을 평형 상태도라고 부르는 경우가 있다. 도 3의 (A) 및 도 3의 (B)에는, X, Y 및 Z를 정점으로 하는 정삼각형과, 좌표의 예로서 좌표 R(4:2:1)을 나타낸다. 여기에서 각 정점은 각각 원소 X, Y 및 Z를 표시한다. 원자수비에 있어서의 각각의 항의 값은, 좌표가 각 정점에 가까울수록 높고, 멀수록 낮다. 또한, 도 3의 (A)에 도시하는 바와 같이 원자수비에 있어서의 각각의 항의 값은, 좌표로부터, 그 삼각형의 정점의 대변까지의 수선의 길이로 표시된다. 예를 들면, 원소 X이면, 좌표로부터 정점 X의 대변, 즉 변 YZ까지의 수선(21)의 길이로 나타낸다. 따라서, 도 3에 도시하는 좌표 R은, 원소 X, 원소 Y 및 원소 Z의 원자수비가 수선(21), 수선(22) 및 수선(23)의 길이의 비, 즉 x:y:z=4:2:1인 것을 나타낸다. 또한, 정점 X와 좌표 R을 지나가는 직선이 변 YZ와 교차하는 점을 γ로 한다. 이 때, 선분 Yγ의 길이와 선분 γZ의 길이의 비를 Yγ:γZ로 하면, Yγ:γZ=(원소 Z의 원자수):(원소 Y의 원자수)가 된다. Here, the atomic ratio of each element is demonstrated using FIG. 3 is a diagram showing the ranges of x, y and z when the atomic ratio of the elements X, Y, and Z is x:y:z in the X-Y-Z oxide film. On the other hand, the atomic ratio of oxygen is not described in FIG. 3 . In addition, FIG. 3 is sometimes called an equilibrium state diagram. 3A and 3B, an equilateral triangle having X, Y, and Z as vertices and a coordinate R (4:2:1) are shown as examples of coordinates. Here, each vertex represents an element X, Y, and Z, respectively. The value of each term in the atomic ratio is higher as the coordinates are closer to each vertex, and lower as the coordinates are farther away. Further, as shown in Fig. 3A, the value of each term in the atomic ratio is expressed by the length of the perpendicular from the coordinate to the opposite side of the vertex of the triangle. For example, if it is an element X, it is expressed by the length of the perpendicular 21 from the coordinate to the opposite side of the vertex X, that is, the side YZ. Therefore, in the coordinate R shown in FIG. 3, the atomic ratio of the element X, the element Y, and the element Z is the ratio of the lengths of the perpendicular 21, the perpendicular 22, and the perpendicular 23, that is, x:y:z=4. : indicates that it is 2:1. Also, the point where the straight line passing through the vertex X and the coordinate R intersects the side YZ is defined as γ. At this time, if the ratio of the length of the line segment Yγ to the length of the line segment γZ is Yγ:γZ, Yγ:γZ = (the number of atoms of the element Z): (the number of atoms of the element Y).

또한, 도 3의 (B)에 도시하는 바와 같이, 좌표 R을 지나가고, 삼각형의 3변과 각각 평행한 3개의 직선을 긋는다. 이 때 3개의 직선과 3변의 교점을 사용하여, x, y, 및 z는 도 3의 (B)에 도시하는 바와 같이 나타낼 수 있다. Further, as shown in Fig. 3B, three straight lines are drawn through the coordinate R and parallel to the three sides of the triangle, respectively. At this time, using the intersection of three straight lines and three sides, x, y, and z can be expressed as shown in Fig. 3B.

도 6에는, In-M-Zn 산화물막에 있어서 x:y:z가 이하의 식을 충족시키는 경우에 관해서, 그 범위를 파선으로 나타내고 있다. In Fig. 6, in the case where x:y:z satisfies the following formula in the In-M-Zn oxide film, the range is indicated by a broken line.

x:y:z=(1-α):(1+α):m(-1≤α≤1) x:y:z=(1-α):(1+α):m(-1≤α≤1)

여기에서, 도 6에는 m=1, 2, 3, 4, 5인 경우를 나타낸다. Here, FIG. 6 shows the case where m=1, 2, 3, 4, 5.

비특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, In-M-Zn 산화물에서는, InMO3(ZnO)m(m은 자연수)으로 표시되는 상동 가스상(상동 가스 시리즈)이 존재하는 것이 알려져 있다. 여기에서 예로서 원소 M이 Ga인 경우를 생각한다. 도 6에 굵은 직선으로 나타내는 영역은, 예를 들면, In2O3, Ga2O3, 및 ZnO의 분말을 혼합하고, 1350℃에서 소성한 경우에, 단일상의 고용역을 취할 수 있는 것이 알려져 있는 조성이다. 고용역은, m의 값을 크게 하는, 즉 아연의 비율을 높임에 따라, 넓어지는 것이 알려져 있다. As described in Non-Patent Document 1, in In-M-Zn oxide, it is known that a homologous gas phase (homologous gas series) represented by InMO 3 (ZnO) m (m is a natural number) exists. Here, as an example, consider the case where the element M is Ga. It is known that the region indicated by a thick straight line in FIG. 6 can form a single phase solid solution when, for example, powders of In 2 O 3 , Ga 2 O 3 , and ZnO are mixed and fired at 1350° C. there is a composition It is known that the solid solution expands as the value of m increases, ie, the proportion of zinc increases.

또한 도 6에 4각의 심볼로 나타내는 좌표는, 비특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 예를 들면 In2O3, Ga2O3, 및 ZnO의 분말을 혼합하고, 1350℃에서 소성한 경우에, 스피넬형의 결정 구조가 혼재하기 쉬운 것이 알려져 있는 조성이다. 도 6에 도시하는 바와 같이 ZnGa2O4 근방의 조성, 즉 x, y 및 z가 (x,y,z)=(0,2,1)에 가까운 값을 갖는 경우에는, 스피넬형의 결정 구조가 형성, 또는 혼재하기 쉬운 것이 비특허문헌 1에 기재되어 있다. In addition, the coordinates shown by the square symbols in FIG. 6 are as described in Non-Patent Document 1, for example, In 2 O 3 , Ga 2 O 3 , and ZnO powders are mixed and fired at 1350°C. In this case, it is a known composition that a spinel crystal structure tends to be mixed. As shown in FIG. 6 , when the composition near ZnGa 2 O 4 , that is, x, y, and z has values close to (x,y,z)=(0,2,1), the spinel crystal structure is It is described in Non-Patent Document 1 that is easy to form or to be mixed.

본 발명의 일 형태의 산화물 반도체막인 In-M-Zn 산화물막은, 인듐의 비율을 높이는 것이 바람직하다. In-M-Zn 산화물막에서는 주로 금속 원자의 s 궤도가 캐리어 전도에 기여하고 있고, 인듐의 함유율을 많게 함으로써, 보다 많은 s 궤도가 중첩되기 때문에, 인듐의 함유율이 많으면 캐리어 이동도는 보다 높아진다. 이러한 막을 채널 영역에 사용하여 트랜지스터를 제작함으로써, 예를 들면 높은 전계 효과 이동도를 갖는 트랜지스터를 실현할 수 있다. 예를 들면, x/y>0.5가 바람직하며, x/y≥0.75가 보다 바람직하며, x/y≥1이 더욱 바람직하다. 또한, (x+y)≥z가 바람직하다. In the In-M-Zn oxide film which is an oxide semiconductor film of one embodiment of the present invention, it is preferable to increase the ratio of indium. In the In-M-Zn oxide film, mainly the s orbitals of metal atoms contribute to carrier conduction, and since more s orbitals are overlapped by increasing the indium content, the higher the indium content, the higher the carrier mobility. By fabricating a transistor using such a film for the channel region, it is possible to realize, for example, a transistor having high field-effect mobility. For example, x/y>0.5 is preferable, x/y≧0.75 is more preferable, and x/y≧1 is still more preferable. Further, (x+y)≥z is preferable.

따라서 x, y 및 z는 도 1에 도시하는 영역(11) 내의 원자수비를 갖는 것이 바람직하며, 도 2의 (A)에 도시하는 영역(12)의 원자수비를 갖는 것이 보다 바람직하다. 여기에서 영역(11)은, 제 1 좌표 K(x:y:z=8:14:7)와, 제 2 좌표 R(x:y:z=2:4:3)과, 제 3 좌표 L(x:y:z=2:5:7)과, 제 4 좌표 M(x:y:z=51:149:300)과 제 5 좌표 N(x:y:z=46:288:833)과, 제 6 좌표 O(x:y:z=0:2:11)와, 제 7 좌표 P(x:y:z=0:0:1)와, 제 8 좌표 Q(x:y:z=1:0:0)와, 상기 제 1 좌표 K를, 순서대로 선분으로 연결한 영역 내이다. 또한, 영역(11)에는 8개의 점을 연결한 선분을 포함한다. 또한 영역(11)으로부터는 좌표 P 및 좌표 Q를 제외하고, 그 밖의 좌표는 영역(11)에 포함한다. 또한 영역(12)은 제 1 좌표 K(x:y:z=8:14:7)와, 제 2 좌표 R(x:y:z=2:4:3)과, 제 3 좌표 L(x:y:z=2:5:7)과, 제 4 좌표 S(x:y:z=1:0:1)와, 제 5 좌표 Q(x:y:z=1:0:0)와, 상기 제 1 좌표 K를, 순서대로 선분으로 연결한 영역 내이다. 또한, 영역(12)에는, 5개의 점을 연결한 선분을 포함한다. 또한 영역(12)으로부터는 좌표 Q를 제외하고, 그 밖의 좌표는 영역(12)에 포함한다. Accordingly, x, y, and z preferably have an atomic ratio in the region 11 shown in Fig. 1, and more preferably have an atomic ratio in the region 12 shown in Fig. 2A. Here, the region 11 has a first coordinate K (x:y:z=8:14:7), a second coordinate R (x:y:z=2:4:3), and a third coordinate L (x:y:z=2:5:7), the fourth coordinate M (x:y:z=51:149:300), and the fifth coordinate N (x:y:z=46:288:833) and, the sixth coordinate O(x:y:z=0:2:11), the seventh coordinate P(x:y:z=0:0:1), and the eighth coordinate Q(x:y:z) =1:0:0) and the first coordinate K are in a region connected by a line segment in order. In addition, the region 11 includes a line segment connecting eight points. In addition, the coordinates P and Q are excluded from the region 11 , and other coordinates are included in the region 11 . In addition, the region 12 includes a first coordinate K (x:y:z=8:14:7), a second coordinate R (x:y:z=2:4:3), and a third coordinate L (x :y:z=2:5:7), the fourth coordinate S (x:y:z=1:0:1), and the fifth coordinate Q (x:y:z=1:0:0) , is within a region in which the first coordinate K is sequentially connected by line segments. In addition, the region 12 includes a line segment connecting five points. In addition, the coordinate Q is excluded from the area|region 12, and other coordinates are included in the area|region 12.

[산화물 반도체막의 구조][Structure of oxide semiconductor film]

다음에, 산화물 반도체막의 구조에 관해서 설명한다. Next, the structure of the oxide semiconductor film will be described.

우선은, CAAC-OS막에 관해서 설명한다. First, the CAAC-OS film will be described.

CAAC-OS막은, c축 배향한 복수의 결정부를 갖는 산화물 반도체막의 하나이다. The CAAC-OS film is one of oxide semiconductor films having a plurality of c-axis oriented crystal portions.

투과형 전자 현미경(TEM: Transmission Electron Microscope)에 의해, CAAC-OS막의 명시야상 및 회절 패턴의 복합 해석상(고분해능 TEM상이라고도 한다.)을 관찰함으로써 복수의 결정부를 확인할 수 있다. 한편, 고분해능 TEM상에 의해서도 명확한 결정부끼리의 경계, 즉 결정립계(그레인 바운더리라고도 한다.)를 확인할 수 없다. 이로 인해, CAAC-OS막은, 결정립계에 기인하는 전자 이동도의 저하가 일어나기 어렵다고 할 수 있다. A plurality of crystal portions can be confirmed by observing a bright field image of the CAAC-OS film and a composite analysis image of a diffraction pattern (also referred to as a high-resolution TEM image) with a transmission electron microscope (TEM). On the other hand, a clear boundary between crystal parts, that is, a grain boundary (also called a grain boundary) cannot be confirmed even by a high-resolution TEM image. For this reason, in the CAAC-OS film, it can be said that the decrease in electron mobility due to the grain boundary hardly occurs.

시료면과 대략 평행한 방향에서, CAAC-OS막의 단면의 고분해능 TEM상을 관찰하면, 결정부에 있어서, 금속 원자가 층상으로 배열되어 있는 것을 확인할 수 있다. 금속 원자의 각 층은, CAAC-OS막의 막을 형성하는 면(피형성면이라고도 한다.) 또는 상면의 요철을 반영한 형상이며, CAAC-OS막의 피형성면 또는 상면과 평행하게 배열한다. When the high-resolution TEM image of the cross section of the CAAC-OS film is observed in a direction substantially parallel to the sample plane, it can be confirmed that the metal atoms are arranged in a layered manner in the crystal part. Each layer of metal atoms has a shape reflecting the unevenness of the surface (also referred to as a formed surface) or upper surface forming the film of the CAAC-OS film, and is arranged parallel to the formed surface or upper surface of the CAAC-OS film.

한편, 시료면과 대략 수직인 방향에서, CAAC-OS막의 평면의 고분해능 TEM상을 관찰하면, 결정부에 있어서, 금속 원자가 삼각 형상 또는 육각 형상으로 배열되어 있는 것을 확인할 수 있다. 그러나, 상이한 결정부간에, 금속 원자의 배열에 규칙성은 나타나지 않는다. On the other hand, when the high-resolution TEM image of the plane of the CAAC-OS film is observed in a direction substantially perpendicular to the sample plane, it can be confirmed that the metal atoms are arranged in a triangular or hexagonal shape in the crystal part. However, there is no regularity in the arrangement of metal atoms between different crystal parts.

또한, CAAC-OS막에 대해, 전자 회절을 행하면, 배향성을 나타내는 스폿(휘점)이 관측된다. 예를 들면, CAAC-OS막의 피형성면 또는 상면에 대해, 예를 들면 1nm 이상 30nm 이하의 전자선을 사용하는 전자 회절(나노 빔 전자 회절이라고도 한다.)을 행하면, 스폿이 관측된다(도 7의 (B) 참조.). In addition, when electron diffraction is performed on the CAAC-OS film, spots (bright spots) showing orientation are observed. For example, when electron diffraction (also referred to as nanobeam electron diffraction) using an electron beam of, for example, 1 nm or more and 30 nm or less is performed on the formed surface or top surface of the CAAC-OS film, spots are observed (Fig. 7). See (B).).

단면의 고분해능 TEM상 및 평면의 고분해능 TEM상으로부터, CAAC-OS막의 결정부는 배향성을 가지고 있는 것을 알 수 있다. The high-resolution TEM image of the cross section and the high-resolution TEM image of the plane show that the crystal part of the CAAC-OS film has orientation.

또한, CAAC-OS막에 포함되는 대부분의 결정부는, 1변이 100nm 미만인 입방체 내에 들어가는 크기이다. 따라서, CAAC-OS막에 포함되는 결정부는, 1변이 10nm 미만, 5nm 미만 또는 3nm 미만의 입방체 내에 들어가는 크기인 경우도 포함된다. 단, CAAC-OS막에 포함되는 복수의 결정부가 연결됨으로써, 1개의 큰 결정 영역을 형성하는 경우가 있다. 예를 들면, 평면의 고분해능 TEM상에 있어서, 2500n㎡ 이상, 5μ㎡ 이상 또는 1000μ㎡ 이상이 되는 결정 영역이 관찰되는 경우가 있다. In addition, most of the crystal portions included in the CAAC-OS film are sized to fit within a cube having one side less than 100 nm. Accordingly, the crystal portion included in the CAAC-OS film includes a case of a size that fits within a cube of less than 10 nm, less than 5 nm, or less than 3 nm on one side. However, one large crystal region may be formed by connecting a plurality of crystal portions included in the CAAC-OS film. For example, in a planar high-resolution TEM image, a crystal region of 2500 nm 2 or more, 5 µm 2 or more, or 1000 µm 2 or more is sometimes observed.

CAAC-OS막에 대해, X선 회절(XRD: X-Ray Diffraction) 장치를 사용하여 구조 해석을 행하면, 예를 들면 InGaZnO4의 결정을 갖는 CAAC-OS막의 아웃-오브-플레인(out-of-plane)법에 의한 해석에서는, 회절각(2θ)이 31°근방에 피크가 나타나는 경우가 있다. 이 피크는, InGaZnO4 결정의 (009)면에 귀속되기 때문에, CAAC-OS막의 결정이 c축 배향성을 가지고, c축이 피형성면 또는 상면에 대략 수직인 방향을 향하고 있는 것을 확인할 수 있다. When the structure of the CAAC-OS film is analyzed using an X-ray diffraction (XRD) device, for example, the CAAC-OS film having an InGaZnO 4 crystal is out-of-plane (out-of-plane). In the analysis by the plane) method, a peak may appear in the vicinity of 31° of the diffraction angle (2θ). Since this peak is attributed to the (009) plane of the InGaZnO 4 crystal, it can be confirmed that the crystal of the CAAC-OS film has a c-axis orientation and the c-axis is oriented in a direction substantially perpendicular to the surface to be formed or the top surface.

한편, CAAC-OS막에 대해, c축에 대략 수직인 방향에서 X선을 입사시키는 인-플레인(in-plane)법에 의한 해석에서는, 2θ이 56°근방에 피크가 나타나는 경우가 있다. 이 피크는, InGaZnO4 결정의 (110)면에 귀속된다. InGaZnO4의 단결정 산화물 반도체막이면, 2θ을 56°근방에 고정시키고, 시료면의 법선 벡터를 축(φ축)으로 하여 시료를 회전시키면서 분석(φ 스캔)을 행하면, (110)면과 등가인 결정면에 귀속되는 피크가 6개 관찰된다. 이것에 대해, CAAC-OS막의 경우에는, 2θ을 56°근방에 고정시키고 φ 스캔한 경우라도, 명료한 피크가 나타나지 않는다. On the other hand, in analysis by an in-plane method in which X-rays are incident on the CAAC-OS film in a direction substantially perpendicular to the c-axis, a peak at 2θ may appear around 56°. This peak is attributed to the (110) plane of the InGaZnO 4 crystal. In the case of a single crystal oxide semiconductor film of InGaZnO 4 , if 2θ is fixed at around 56°, and analysis (φ scan) is performed while rotating the sample using the normal vector of the sample plane as the axis (φ axis), it is equivalent to the (110) plane Six peaks attributed to the crystal plane are observed. In contrast, in the case of the CAAC-OS film, a clear peak does not appear even when 2θ is fixed around 56° and φ scan is performed.

이상의 점에서, CAAC-OS막에서는, 상이한 결정부간에서는 a축 및 b축의 배향은 불규칙하지만, c축 배향성을 가지고, 또한 c축이 피형성면 또는 상면의 법선 벡터에 평행한 방향을 향하고 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 상기한 단면의 고분해능 TEM 관찰에서 확인된 층상으로 배열된 금속 원자의 각 층은, 결정의 ab면에 평행한 면이다. From the above points, in the CAAC-OS film, the orientation of the a-axis and the b-axis is irregular between different crystal portions, but it has a c-axis orientation and the c-axis is oriented in a direction parallel to the normal vector of the surface to be formed or the image. Able to know. Therefore, each layer of metal atoms arranged in a layered form confirmed by the high-resolution TEM observation of the cross section is a plane parallel to the ab plane of the crystal.

또한, 결정부는 CAAC-OS막을 성막했을 때, 또는 가열 처리 등의 결정화 처리를 행했을 때에 형성된다. 상기한 바와 같이, 결정의 c축은, CAAC-OS막의 피형성면 또는 상면의 법선 벡터에 평행한 방향으로 배향된다. 따라서, 예를 들면, CAAC-OS막의 형상을 에칭 등에 의해 변화시킨 경우, 결정의 c축이 CAAC-OS막의 피형성면 또는 상면의 법선 벡터와 평행해지지 않는 경우도 있다. Further, the crystal portion is formed when the CAAC-OS film is formed or when crystallization treatment such as heat treatment is performed. As described above, the c-axis of the crystal is oriented in a direction parallel to the normal vector of the surface to be formed or the upper surface of the CAAC-OS film. Therefore, for example, when the shape of the CAAC-OS film is changed by etching or the like, the c-axis of the crystal may not be parallel to the normal vector of the surface to be formed or the upper surface of the CAAC-OS film.

또한, CAAC-OS막 중에 있어서, c축 배향한 결정부의 분포가 균일하지 않아도 좋다. 예를 들면, CAAC-OS막의 결정부가, CAAC-OS막의 상면 근방으로부터의 결정 성장에 의해 형성되는 경우, 상면 근방의 영역은, 피형성면 근방의 영역보다 c축 배향한 결정부의 비율이 높아지는 경우가 있다. 또한, 불순물이 첨가된 CAAC-OS막은, 불순물이 첨가된 영역이 변질되어, 부분적으로 c축 배향한 결정부의 비율이 상이한 영역이 형성되는 경우도 있다. In addition, in the CAAC-OS film, the distribution of c-axis oriented crystal portions may not be uniform. For example, when the crystal portion of the CAAC-OS film is formed by crystal growth from the vicinity of the upper surface of the CAAC-OS film, the region near the upper surface has a higher ratio of c-axis-oriented crystal portions than the region near the surface to be formed. there is Also, in the CAAC-OS film to which impurities are added, the impurity-added regions may be altered to form regions with different proportions of crystal portions partially oriented in the c-axis.

또한, InGaZnO4의 결정을 갖는 CAAC-OS막의 out-of-plane법에 의한 해석에서는, 2θ가 31°근방인 피크 이외에, 2θ가 36°근방에도 피크가 나타나는 경우가 있다. 2θ가 36°근방인 피크는, CAAC-OS막 중의 일부에, c축 배향성을 갖지 않는 결정이 포함되는 것을 나타내고 있다. CAAC-OS막은, 2θ가 31°근방에 피크를 나타내고, 2θ가 36°근방에 피크를 나타내지 않는 것이 바람직하다. In addition, in the analysis by the out-of-plane method of the CAAC-OS film having an InGaZnO 4 crystal, a peak may appear in the vicinity of 36° in 2θ in addition to the peak in the vicinity of 31°. The peak at which 2θ is around 36° indicates that a part of the CAAC-OS film contains crystals having no c-axis orientation. In the CAAC-OS film, it is preferable that 2θ shows a peak around 31° and does not show a peak at 2θ around 36°.

CAAC-OS막은 불순물 농도가 낮은 산화물 반도체막이다. 불순물은 수소, 탄소, 실리콘, 전이금속 원소 등의 산화물 반도체막의 주성분 이외의 원소이다. 특히, 실리콘 등의, 산화물 반도체막을 구성하는 금속 원소보다 산소와의 결합력이 강한 원소는, 산화물 반도체막으로부터 산소를 빼앗음으로써 산화물 반도체막의 원자 배열을 흩뜨려, 결정성을 저하시키는 요인이 된다. 또한, 철이나 니켈 등의 중금속, 아르곤, 이산화탄소 등은, 원자 반경(또는 분자 반경)이 크기 때문에, 산화물 반도체막 내부에 함유되면, 산화물 반도체막의 원자 배열을 흩뜨려, 결정성을 저하시키는 요인이 된다. 또한, 산화물 반도체막에 함유되는 불순물은, 캐리어 트랩이나 캐리어 발생원이 되는 경우가 있다. The CAAC-OS film is an oxide semiconductor film having a low impurity concentration. An impurity is an element other than the main component of an oxide semiconductor film, such as hydrogen, carbon, silicon, and a transition metal element. In particular, an element, such as silicon, which has a stronger bonding force with oxygen than a metal element constituting the oxide semiconductor film, by taking oxygen from the oxide semiconductor film, disturbs the atomic arrangement of the oxide semiconductor film, thereby reducing crystallinity. In addition, heavy metals such as iron and nickel, argon, carbon dioxide, etc., have a large atomic radius (or molecular radius), so when contained in the oxide semiconductor film, the atomic arrangement of the oxide semiconductor film is disturbed, and a factor that reduces crystallinity do. In addition, impurities contained in the oxide semiconductor film may become carrier traps or carrier generation sources.

또한, 예를 들면, 산화물 반도체막 중의 산소 결손은, 캐리어 트랩이 되는 것이나, 수소를 포획함으로써 캐리어 발생원이 되는 경우가 있다. CAAC-OS막은 결함 준위 밀도가 낮은 산화물 반도체막이다. 구체적으로는, 8×1011/㎤ 미만, 바람직하게는 1×1011/㎤ 미만, 더욱 바람직하게는 1×1010/㎤ 미만이며, 1×10-9/㎤ 이상의 캐리어 밀도의 산화물 반도체로 할 수 있다. In addition, for example, oxygen vacancies in the oxide semiconductor film may become carrier traps or may become carrier generation sources by trapping hydrogen. The CAAC-OS film is an oxide semiconductor film having a low density of defect states. Specifically, it is less than 8×10 11 /cm 3 , preferably less than 1×10 11 /cm 3 , more preferably less than 1×10 10 /cm 3 , and is an oxide semiconductor having a carrier density of 1×10 -9 /cm 3 or more. can do.

또한, CAAC-OS막을 사용한 트랜지스터는, 가시광이나 자외광의 조사에 의한 전기 특성의 변동이 작다. In addition, in the transistor using the CAAC-OS film, fluctuations in electrical characteristics due to irradiation with visible light or ultraviolet light are small.

다음에, 다결정 산화물 반도체막에 관해서 설명한다. Next, the polycrystalline oxide semiconductor film will be described.

다결정 산화물 반도체막은, 고분해능 TEM상에 있어서 결정립을 확인할 수 있다. 다결정 산화물 반도체막에 포함되는 결정립은, 예를 들면, 고분해능 TEM상으로, 2nm 이상 300nm 이하, 3nm 이상 100nm 이하 또는 5nm 이상 50nm 이하의 입자 직경인 경우가 많다. 또한, 다결정 산화물 반도체막은, 고분해능 TEM상으로, 결정립계를 확인할 수 있는 경우가 있다. In the polycrystalline oxide semiconductor film, crystal grains can be confirmed on a high-resolution TEM image. The crystal grains contained in the polycrystalline oxide semiconductor film have, for example, a particle diameter of 2 nm or more and 300 nm or less, 3 nm or more and 100 nm or less, or 5 nm or more and 50 nm or less in high-resolution TEM images in many cases. In addition, in the polycrystal oxide semiconductor film, a crystal grain boundary can be confirmed by a high-resolution TEM image in some cases.

다결정 산화물 반도체막은, 복수의 결정립을 가지고, 상기 복수의 결정립간에 있어서 결정의 방위가 상이한 경우가 있다. 또한, 다결정 산화물 반도체막에 대해, XRD 장치를 사용하여 구조 해석을 행하면, 예를 들면 InGaZnO4의 결정을 갖는 다결정 산화물 반도체막의 out-of-plane법에 의한 해석에서는, 2θ가 31°근방인 피크, 2θ가 36°근방인 피크, 또는 그 밖의 피크가 나타나는 경우가 있다. The polycrystal oxide semiconductor film has a plurality of crystal grains, and the orientation of the crystals may be different between the plurality of crystal grains. In addition, when structural analysis of a polycrystalline oxide semiconductor film is performed using an XRD apparatus, for example, in an analysis by an out-of-plane method of a polycrystalline oxide semiconductor film having an InGaZnO 4 crystal, 2θ is a peak near 31° , a peak in which 2θ is around 36° or other peaks may appear.

다결정 산화물 반도체막은, 높은 결정성을 갖기 때문에, 높은 전자 이동도를 갖는 경우가 있다. 따라서, 다결정 산화물 반도체막을 사용한 트랜지스터는, 높은 전계 효과 이동도를 가진다. 단, 다결정 산화물 반도체막은 결정립계에 불순물이 편석되는 경우가 있다. 또한, 다결정 산화물 반도체막의 결정립계는 결함 준위가 된다. 다결정 산화물 반도체막은, 결정립계가 캐리어 트랩이나 캐리어 발생원이 되는 경우가 있기 때문에, 다결정 산화물 반도체막을 사용한 트랜지스터는, 전기 특성의 변동이 커서, 신뢰성이 낮은 트랜지스터가 되는 경우가 있다. Since the polycrystalline oxide semiconductor film has high crystallinity, it may have high electron mobility. Accordingly, the transistor using the polycrystalline oxide semiconductor film has high field effect mobility. However, in the polycrystalline oxide semiconductor film, impurities may be segregated at grain boundaries. Further, the grain boundary of the polycrystalline oxide semiconductor film becomes a defect level. In a polycrystalline oxide semiconductor film, a crystal grain boundary may serve as a carrier trap or a carrier generation source. Therefore, a transistor using the polycrystalline oxide semiconductor film may have a large variation in electrical characteristics, resulting in a transistor with low reliability.

다음에, 미결정 산화물 반도체막에 관해서 설명한다. Next, the microcrystalline oxide semiconductor film will be described.

미결정 산화물 반도체막은, 고분해능 TEM상에 있어서, 결정부를 확인할 수 있는 영역과, 명확한 결정부를 확인할 수 없는 영역을 가진다. 미결정 산화물 반도체막에 포함되는 결정부는, 1nm 이상 100nm 이하, 또는 1nm 이상 10nm 이하의 크기인 경우가 많다. 특히, 1nm 이상 10nm 이하, 또는 1nm 이상 3nm 이하의 미결정인 나노 결정(nc: nanocrystal)을 갖는 산화물 반도체막을, nc-OS(nanocrystalline Oxide Semiconductor)막이라고 부른다. 또한, nc-OS막은, 예를 들면, 고분해능 TEM상에서는, 결정립계를 명확하게 확인할 수 없는 경우가 있다. The microcrystalline oxide semiconductor film has a region in which a crystal part can be confirmed and a region in which a clear crystal part cannot be confirmed in a high-resolution TEM image. The crystal part included in the microcrystalline oxide semiconductor film has a size of 1 nm or more and 100 nm or less, or 1 nm or more and 10 nm or less in many cases. In particular, an oxide semiconductor film having microcrystals (nc: nanocrystals) of 1 nm or more and 10 nm or less, or 1 nm or more and 3 nm or less, is called an nc-OS (nanocrystalline oxide semiconductor) film. Further, in the nc-OS film, for example, in a high-resolution TEM image, crystal grain boundaries cannot be clearly identified in some cases.

nc-OS막은, 미소한 영역(예를 들면, 1nm 이상 10nm 이하의 영역, 특히 1nm 이상 3nm 이하의 영역)에 있어서 원자 배열에 주기성을 가진다. 또한, nc-OS막은 상이한 결정부간에 결정 방위에 규칙성이 나타나지 않는다. 이로 인해, 막 전체에서 배향성이 나타나지 않는다. 따라서, nc-OS막은, 분석 방법에 따라서는, 비정질 산화물 반도체막과 구별이 되지 않는 경우가 있다. 예를 들면, nc-OS막에 대해, 결정부보다 큰 직경의 X선을 사용하는 XRD 장치를 사용하여 구조 해석을 행하면, out-of-plane법에 의한 해석에서는, 결정면을 나타내는 31°근방의 피크가 검출되지 않는다(도 8 참조). 또한, nc-OS막에 대해, 결정부보다 큰 프로브 직경(예를 들면 50nm 이상)의 전자선을 사용하는 전자 회절(제한 시야 전자 회절이라고도 한다.)을 행하면, 헤일로 패턴과 같은 회절 패턴이 관측된다. 한편, nc-OS막에 대해, 결정부의 크기와 가깝거나 결정부보다 작은 프로브 직경의 전자선을 사용하는 나노 빔 전자 회절을 행하면, 스폿이 관측된다. 또한, nc-OS막에 대해 나노 빔 전자 회절을 행하면, 원을 그리듯이(링상으로) 휘도가 높은 영역이 관측되는 경우가 있다. 또한, nc-OS막에 대해 나노 빔 전자 회절을 행하면, 링상의 영역 내에 복수의 스폿이 관측되는 경우가 있다. 예를 들면, 도 9의 (A)에 도시하는 바와 같이, 두께가 50nm 정도인 nc-OS에 대해, 프로브 직경을 30nm, 20nm, 10nm 또는 1nm로 한 나노 빔 전자 회절을 행하면, 원을 그리듯이(링상으로) 휘도가 높은 영역이 관측된다. 또한, 프로브 직경을 작게 해 가면, 링상의 영역이 복수의 스폿으로부터 형성되고 있는 것을 알 수 있다. The nc-OS film has periodicity in atomic arrangement in a minute region (eg, a region of 1 nm or more and 10 nm or less, particularly a region of 1 nm or more and 3 nm or less). Also, in the nc-OS film, there is no regularity in the crystal orientation between different crystal portions. For this reason, the orientation does not appear in the whole film|membrane. Therefore, the nc-OS film may not be distinguished from the amorphous oxide semiconductor film depending on the analysis method. For example, when structural analysis is performed on the nc-OS film using an XRD apparatus that uses X-rays having a diameter larger than that of the crystal part, in the analysis by the out-of-plane method, the nc-OS film is located in the vicinity of 31° representing the crystal plane. No peak is detected (see Fig. 8). In addition, when electron diffraction (also referred to as limited field electron diffraction) is performed on the nc-OS film using an electron beam having a probe diameter (for example, 50 nm or more) larger than that of the crystal part, a diffraction pattern similar to a halo pattern is observed. . On the other hand, when the nc-OS film is subjected to nanobeam electron diffraction using an electron beam having a probe diameter close to the size of the crystal part or smaller than the crystal part, spots are observed. In addition, when nanobeam electron diffraction is performed on the nc-OS film, a region with high luminance may be observed as if drawing a circle (in a ring shape). In addition, when nanobeam electron diffraction is performed on the nc-OS film, a plurality of spots may be observed in the ring-shaped region. For example, as shown in Fig. 9(A), when nanobeam electron diffraction is performed with a probe diameter of 30 nm, 20 nm, 10 nm or 1 nm on an nc-OS having a thickness of about 50 nm, a circle is drawn. A region with high luminance (in a ring shape) is observed. Moreover, when the probe diameter is made small, it turns out that a ring-shaped area|region is formed from several spots.

더욱 상세한 구조 해석을 위해, nc-OS막을 두께 수 nm(5nm 정도)로 박편화하고, 프로브 직경 1nm의 전자선을 사용하여, 투과 전자 회절 패턴을 취득한다. 그 결과, 도 9의 (B)에 도시하는 결정성을 나타내는 스폿을 갖는 투과 전자 회절 패턴이 얻어졌다. For further detailed structural analysis, the nc-OS film is thinned to a thickness of several nm (about 5 nm), and a transmission electron diffraction pattern is obtained using an electron beam having a probe diameter of 1 nm. As a result, a transmission electron diffraction pattern having spots showing crystallinity shown in Fig. 9B was obtained.

또한, nc-OS막에 대해 나노 빔 전자 회절을 행하면, 2개의 링상의 영역이 관측되는 경우가 있다. In addition, when nanobeam electron diffraction is performed on the nc-OS film, two ring-shaped regions may be observed.

nc-OS막은, 비정질 산화물 반도체막보다 규칙성이 높은 산화물 반도체막이다. 이로 인해, nc-OS막은 비정질 산화물 반도체막보다 결함 준위 밀도가 낮아진다. The nc-OS film is an oxide semiconductor film with higher regularity than the amorphous oxide semiconductor film. For this reason, the density of defect states of the nc-OS film is lower than that of the amorphous oxide semiconductor film.

또한, nc-OS막은 상이한 결정부간에 결정 방위에 규칙성이 나타나지 않는다. 이로 인해, nc-OS막은, CAAC-OS막과 비교하여 결함 준위 밀도가 높아진다. 따라서, nc-OS막은 CAAC-OS막과 비교하여, 캐리어 밀도가 높아지는 경우가 있다. 캐리어 밀도가 높은 산화물 반도체막은, 전자 이동도가 높아지는 경우가 있다. 따라서, nc-OS막을 사용한 트랜지스터는, 높은 전계 효과 이동도를 갖는 경우가 있다. Also, in the nc-OS film, there is no regularity in the crystal orientation between different crystal portions. For this reason, the density of defect states of the nc-OS film is higher than that of the CAAC-OS film. Therefore, the nc-OS film may have a higher carrier density than the CAAC-OS film. An oxide semiconductor film with a high carrier density may have high electron mobility. Therefore, a transistor using the nc-OS film may have high field effect mobility.

nc-OS막은 CAAC-OS막과 비교하여 낮은 온도에서 형성할 수 있다. 또한, nc-OS막은 비교적 불순물이 많이 함유되어 있어도 형성할 수 있는 경우가 있다. 따라서, nc-OS막은 CAAC-OS막보다 형성이 용이해지는 경우가 있다. 이로 인해, nc-OS막을 사용한 트랜지스터를 갖는 반도체 장치는, 생산성 높게 제작할 수 있는 경우가 있다. The nc-OS film can be formed at a lower temperature than the CAAC-OS film. Also, there are cases where the nc-OS film can be formed even if it contains a relatively large amount of impurities. Therefore, the nc-OS film may be easier to form than the CAAC-OS film. For this reason, a semiconductor device including a transistor using an nc-OS film can be manufactured with high productivity in some cases.

또한, nc-OS막은 적당한 산소 투과성을 갖는 경우가 있다. 적당한 산소 투과성을 갖는 경우에는, 예를 들면 과잉 산소를 갖는 막으로부터 방출되는 산소가 nc-OS막 전체로 확산되기 쉽다. 따라서, nc-OS막에서는, 산소 결손을 저감시키기 쉬운 경우가 있다. In addition, the nc-OS film may have moderate oxygen permeability. When it has an appropriate oxygen permeability, for example, oxygen released from the film having excess oxygen tends to diffuse throughout the nc-OS film. Therefore, in the nc-OS film, it is easy to reduce oxygen vacancies in some cases.

불순물 농도가 낮고, 결함 준위 밀도가 낮은(산소 결손이 적은) 것을, 고순도 진성 또는 실질적으로 고순도 진성이라고 부른다. 고순도 진성 또는 실질적으로 고순도 진성인 산화물 반도체막은, 캐리어 발생원이 적기 때문에, 캐리어 밀도를 낮게 할 수 있다. 따라서, 상기 산화물 반도체막을 사용한 트랜지스터는, 임계값 전압이 마이너스가 되는 전기 특성(노멀리 온이라고도 한다.)이 되는 경우가 적다. 또한, 고순도 진성 또는 실질적으로 고순도 진성인 산화물 반도체막은, 캐리어 트랩이 적다. 이로 인해, 상기 산화물 반도체막을 사용한 트랜지스터는, 전기 특성의 변동이 작아, 신뢰성이 높은 트랜지스터가 된다. 또한, 산화물 반도체막의 캐리어 트랩에 포획된 전하는, 방출할 때까지 요하는 시간이 길어, 마치 고정 전하와 같이 행동하는 경우가 있다. 이로 인해, 불순물 농도가 높고, 결함 준위 밀도가 높은 산화물 반도체막을 사용한 트랜지스터는, 전기 특성이 불안정해지는 경우가 있다. A thing with a low impurity concentration and a low density of defect states (with few oxygen vacancies) is called high-purity intrinsic or substantially high-purity intrinsic. Since the high-purity intrinsic or substantially high-purity intrinsic oxide semiconductor film has few carrier generation sources, the carrier density can be made low. Accordingly, the transistor using the oxide semiconductor film rarely has an electrical characteristic (also referred to as normally-on) in which the threshold voltage becomes negative. In addition, the high-purity intrinsic or substantially high-purity intrinsic oxide semiconductor film has few carrier traps. For this reason, the transistor using the said oxide semiconductor film becomes a reliable transistor with small fluctuation|variation in electrical characteristics. In addition, the charge trapped in the carrier trap of the oxide semiconductor film takes a long time to be released, and may behave as if it were a fixed charge. For this reason, a transistor using an oxide semiconductor film with a high impurity concentration and a high density of defect states may have unstable electrical characteristics.

다음에, 비정질 산화물 반도체막에 관해서 설명한다. Next, the amorphous oxide semiconductor film will be described.

비정질 산화물 반도체막은, 막 중에 있어서의 원자 배열이 불규칙하고, 결정부를 갖지 않는 산화물 반도체막이다. 석영과 같은 무정형 상태를 갖는 산화물 반도체막이 일례이다. The amorphous oxide semiconductor film is an oxide semiconductor film having an irregular arrangement of atoms in the film and having no crystal part. An oxide semiconductor film having an amorphous state such as quartz is an example.

비정질 산화물 반도체막은, 고분해능 TEM상에 있어서 결정부를 확인할 수 없다. In the amorphous oxide semiconductor film, a crystal part cannot be confirmed on a high-resolution TEM image.

비정질 산화물 반도체막에 대해, XRD 장치를 사용한 구조 해석을 행하면, out-of-plane법에 의한 해석에서는, 결정면을 나타내는 피크가 검출되지 않는다. 또한, 비정질 산화물 반도체막에 대해, 전자 회절을 행하면, 헤일로 패턴이 관측된다. 또한, 비정질 산화물 반도체막에 대해, 나노 빔 전자 회절을 행하면, 스폿이 관측되지 않고, 헤일로 패턴이 관측된다. When the amorphous oxide semiconductor film is subjected to structural analysis using an XRD apparatus, a peak indicating a crystal plane is not detected in the analysis by the out-of-plane method. Further, when electron diffraction is performed on the amorphous oxide semiconductor film, a halo pattern is observed. Moreover, when nanobeam electron diffraction is performed with respect to the amorphous oxide semiconductor film, a spot is not observed but a halo pattern is observed.

비정질 산화물 반도체막은, 수소 등의 불순물을 높은 농도로 함유하는 산화물 반도체막이다. 또한, 비정질 산화물 반도체막은, 결함 준위 밀도가 높은 산화물 반도체막이다. The amorphous oxide semiconductor film is an oxide semiconductor film containing impurities such as hydrogen at a high concentration. The amorphous oxide semiconductor film is an oxide semiconductor film having a high density of defect states.

불순물 농도가 높고, 결함 준위 밀도가 높은 산화물 반도체막은, 캐리어 트랩이나 캐리어 발생원이 많은 산화물 반도체막이다. The oxide semiconductor film with a high impurity concentration and a high density of defect states is an oxide semiconductor film with many carrier traps and carrier generation sources.

따라서, 비정질 산화물 반도체막은, nc-OS막과 비교하여, 더욱 캐리어 밀도가 높아지는 경우가 있다. 이로 인해, 비정질 산화물 반도체막을 사용한 트랜지스터는, 노멀리 온의 전기 특성이 되기 쉽다. 따라서, 노멀리 온의 전기 특성이 요구되는 트랜지스터에 적합하게 사용할 수 있는 경우가 있다. 비정질 산화물 반도체막은, 결함 준위 밀도가 높기 때문에, 캐리어 트랩이 많아지는 경우가 있다. 따라서, 비정질 산화물 반도체막을 사용한 트랜지스터는, CAAC-OS막이나 nc-OS막을 사용한 트랜지스터와 비교하여, 전기 특성의 변동이 커서, 신뢰성이 낮은 트랜지스터가 된다. Therefore, the amorphous oxide semiconductor film may have a higher carrier density than the nc-OS film. For this reason, a transistor using the amorphous oxide semiconductor film tends to have normally-on electrical characteristics. Therefore, there are cases where it can be suitably used for transistors requiring normally-on electrical characteristics. Since the amorphous oxide semiconductor film has a high density of defect states, the number of carrier traps may increase. Accordingly, a transistor using the amorphous oxide semiconductor film has a large variation in electrical characteristics compared to a transistor using a CAAC-OS film or an nc-OS film, and thus a transistor with low reliability.

다음에, 단결정 산화물 반도체막에 관해서 설명한다. Next, the single crystal oxide semiconductor film will be described.

단결정 산화물 반도체막은, 불순물 농도가 낮고, 결함 준위 밀도가 낮은(산소 결손이 적은) 산화물 반도체막이다. 이로 인해, 캐리어 밀도를 낮게 할 수 있다. 따라서, 단결정 산화물 반도체막을 사용한 트랜지스터는, 노멀리 온의 전기 특성이 되는 경우가 적다. 또한, 단결정 산화물 반도체막은, 불순물 농도가 낮고, 결함 준위 밀도가 낮기 때문에, 캐리어 트랩이 적어지는 경우가 있다. 따라서, 단결정 산화물 반도체막을 사용한 트랜지스터는, 전기 특성의 변동이 작아, 신뢰성이 높은 트랜지스터가 된다. The single crystal oxide semiconductor film is an oxide semiconductor film having a low impurity concentration and a low density of defect states (with few oxygen vacancies). For this reason, a carrier density can be made low. Accordingly, a transistor using a single crystal oxide semiconductor film rarely has normally-on electrical characteristics. In addition, since the single crystal oxide semiconductor film has a low impurity concentration and a low density of defect states, carrier traps may decrease. Accordingly, a transistor using the single crystal oxide semiconductor film has a small variation in electrical characteristics and is a highly reliable transistor.

또한, 산화물 반도체막은 결함이 적으면 밀도가 높아진다. 또한, 산화물 반도체막은 결정성이 높으면 밀도가 높아진다. 또한, 산화물 반도체막은 수소 등의 불순물 농도가 낮으면 밀도가 높아진다. 단결정 산화물 반도체막은, CAAC-OS막보다 밀도가 높다. 또한, CAAC-OS막은 미결정 산화물 반도체막보다 밀도가 높다. 또한, 다결정 산화물 반도체막은 미결정 산화물 반도체막보다 밀도가 높다. 또한, 미결정 산화물 반도체막은 비정질 산화물 반도체막보다 밀도가 높다. Moreover, the density of an oxide semiconductor film becomes high when there are few defects. Moreover, the density of an oxide semiconductor film becomes high when crystallinity is high. In addition, the density of the oxide semiconductor film becomes high when the concentration of impurities such as hydrogen is low. The single crystal oxide semiconductor film has a higher density than the CAAC-OS film. In addition, the CAAC-OS film has a higher density than the microcrystalline oxide semiconductor film. Further, the polycrystalline oxide semiconductor film has a higher density than the microcrystalline oxide semiconductor film. Further, the microcrystalline oxide semiconductor film has a higher density than the amorphous oxide semiconductor film.

또한, 산화물 반도체막은 nc-OS막과 비정질 산화물 반도체막 사이의 물성을 나타내는 구조를 갖는 경우가 있다. 그러한 구조를 갖는 산화물 반도체막을, 특히 비정질 라이크 산화물 반도체(amorphous-like Oxide Semiconductor: a-like OS)막이라고 부른다. Further, the oxide semiconductor film may have a structure exhibiting physical properties between the nc-OS film and the amorphous oxide semiconductor film. An oxide semiconductor film having such a structure is specifically called an amorphous-like oxide semiconductor (a-like OS) film.

a-like OS막은, 고분해능 TEM상에 있어서 공동(보이드라고도 한다)이 관찰되는 경우가 있다. 또한, 고분해능 TEM상에 있어서, 명확하게 결정부를 확인할 수 있는 영역과, 결정부를 확인할 수 없는 영역을 가진다. a-like OS막은, TEM에 의한 관찰 정도가 미량인 전자 조사에 의해, 결정화가 일어나고, 결정부의 성장이 나타나는 경우가 있다. 한편, 양질의 nc-OS막이면, TEM에 의한 관찰 정도가 미량인 전자 조사에 의한 결정화는 거의 나타나지 않는다. In the a-like OS film, voids (also referred to as voids) may be observed on a high-resolution TEM image. Moreover, in a high-resolution TEM image, it has a region where a crystal part can be clearly confirmed and a region where a crystal part cannot be confirmed. In the a-like OS film, crystallization may occur and growth of a crystal part may appear by irradiation with electrons with a small degree of observation by TEM. On the other hand, in the case of a high-quality nc-OS film, crystallization by electron irradiation with a very small degree of observation by TEM hardly appears.

또한, a-like OS막 및 nc-OS막의 결정부의 크기의 계측은, 고분해능 TEM상을 사용하여 행할 수 있다. 예를 들면, InGaZnO4의 결정은 층상 구조를 가지며, In-O층 사이에, Ga-Zn-O층을 2층 가진다. InGaZnO4의 결정의 단위 격자는, In-O층을 3층 가지고, 또한 Ga-Zn-O층을 6층 갖는, 합계 9층이 c축 방향에 층상으로 중첩된 구조를 가진다. 따라서, 이들 근접하는 층끼리의 간격은, (009)면의 격자면 간격(d값이라고도 한다.)과 동 정도이며, 결정 구조 해석으로부터 그 값은 0.29nm로 구해지고 있다. 이로 인해, 고분해능 TEM상에 있어서의 격자 줄무늬에 착안하여, 격자 줄무늬의 간격이 0.28nm 이상 0.30nm 이하인 개소에 있어서는, 각각의 격자 줄무늬가 InGaZnO4 결정의 a-b면에 대응한다고 간주하였다. 그 격자 줄무늬가 관찰되는 영역에 있어서의 최대 길이를, a-like OS막 및 nc-OS막의 결정부의 크기로 한다. 또한, 결정부의 크기는 0.8nm 이상의 것을 선택적으로 평가한다. In addition, the size of the crystal part of the a-like OS film and the nc-OS film can be measured using a high-resolution TEM image. For example, the crystal of InGaZnO 4 has a layered structure, and has two Ga-Zn-O layers between In-O layers. The unit lattice of the crystal of InGaZnO 4 has three In-O layers and six Ga-Zn-O layers, and has a structure in which 9 layers in total are superimposed on the c-axis direction. Therefore, the spacing between these adjacent layers is about the same as the lattice spacing of the (009) plane (also referred to as a d value), and the value is found to be 0.29 nm from crystal structure analysis. For this reason, paying attention to the lattice fringes in the high-resolution TEM image, it was considered that each lattice fringe corresponds to the ab-plane of the InGaZnO 4 crystal in a location where the intervals between the lattice fringes are 0.28 nm or more and 0.30 nm or less. The maximum length in the region where the lattice fringes are observed is the size of the crystal portion of the a-like OS film and the nc-OS film. In addition, the size of the crystal part is selectively evaluated to be 0.8 nm or more.

또한, 공동을 갖기 때문에, a-like OS는 nc-OS 및 CAAC-OS와 비교하여 밀도가 낮은 구조이다. 구체적으로는, a-like OS의 밀도는, 동일한 조성의 단결정 밀도의 78.6% 이상 92.3% 미만이 된다. In addition, since it has a cavity, the a-like OS has a low density structure compared to nc-OS and CAAC-OS. Specifically, the density of the a-like OS is 78.6% or more and less than 92.3% of the single crystal density of the same composition.

또한, 동일한 조성의 단결정이 존재하지 않는 경우가 있다. 그 경우, 임의의 비율로 조성이 상이한 단결정을 조합함으로써, 원하는 조성에 있어서의 단결정에 상당하는 밀도를 견적할 수 있다. 원하는 조성의 단결정에 상당하는 밀도는, 조성이 상이한 단결정을 조합하는 비율에 대해, 가중 평균을 사용하여 견적하면 좋다. 단, 밀도는 가능한 한 적은 종류의 단결정을 조합하여 견적하는 것이 바람직하다. In addition, there are cases where single crystals of the same composition do not exist. In that case, the density corresponding to the single crystal in a desired composition can be estimated by combining the single crystals from which a composition differs in arbitrary ratios. What is necessary is just to estimate the density corresponding to the single crystal of a desired composition using a weighted average with respect to the ratio of combining single crystals with different compositions. However, it is preferable to estimate the density by combining as few types of single crystals as possible.

또한, 산화물 반도체막은, 예를 들면, 비정질 산화물 반도체막, a-like OS막, 미결정 산화물 반도체막, CAAC-OS막 중, 2종 이상을 갖는 적층막이라도 좋다.The oxide semiconductor film may be, for example, a laminated film including two or more of an amorphous oxide semiconductor film, an a-like OS film, a microcrystalline oxide semiconductor film, and a CAAC-OS film.

[나노 빔 전자 회절][Nanobeam electron diffraction]

다음에, 나노 빔 전자 회절에 관해서 설명한다. Next, nanobeam electron diffraction will be described.

산화물 반도체막이 복수의 구조를 갖는 경우, 나노 빔 전자 회절을 사용함으로써 구조 해석이 가능해지는 경우가 있다. When the oxide semiconductor film has a plurality of structures, structural analysis may become possible by using nanobeam electron diffraction.

도 7의 (C)에, 전자총실(610)과, 전자총실(610) 아래의 광학계(612)와, 광학계(612) 아래의 시료실(614)과, 시료실(614) 아래의 광학계(616)와, 광학계(616) 아래의 관찰실(620)과, 관찰실(620)에 설치된 카메라(618)와, 관찰실(620) 아래의 필름실(622)을 갖는 투과 전자 회절 측정 장치를 도시한다. 카메라(618)는 관찰실(620) 내부를 향하여 설치된다. 또한, 필름실(622)을 갖지 않아도 상관없다. 7C, an electron gun chamber 610, an optical system 612 under the electron gun chamber 610, a sample chamber 614 under the optical system 612, and an optical system under the sample chamber 614 ( 616), an observation chamber 620 under the optical system 616, a camera 618 installed in the observation chamber 620, and a transmission electron diffraction measurement apparatus having a film chamber 622 under the observation chamber 620. show The camera 618 is installed toward the inside of the observation room 620 . In addition, it does not matter even if it does not have the film chamber 622.

또한, 도 7의 (D)에, 도 7의 (C)에서 도시한 투과 전자 회절 측정 장치 내부의 구조를 도시한다. 투과 전자 회절 측정 장치 내부에서는, 전자총실(610)에 설치된 전자총으로부터 방출된 전자가, 광학계(612)를 개재하여 시료실(614)에 배치된 물질(628)에 조사된다. 물질(628)을 통과한 전자는, 광학계(616)를 개재하여 관찰실(620) 내부에 설치된 형광판(632)에 입사한다. 형광판(632)에서는, 입사한 전자의 강도에 따른 패턴이 나타남으로써 투과 전자 회절 패턴을 측정할 수 있다. Fig. 7(D) shows the internal structure of the transmission electron diffraction measuring apparatus shown in Fig. 7(C). In the transmission electron diffraction measuring apparatus, electrons emitted from the electron gun installed in the electron gun chamber 610 are irradiated to the material 628 disposed in the sample chamber 614 via the optical system 612 . Electrons passing through the material 628 are incident on the fluorescent plate 632 installed in the observation chamber 620 via the optical system 616 . In the fluorescent plate 632 , the transmitted electron diffraction pattern can be measured by displaying a pattern according to the intensity of the incident electron.

카메라(618)는 형광판(632)을 향하여 설치되어 있고, 형광판(632)에 나타난 패턴을 촬영하는 것이 가능하다. 카메라(618) 렌즈의 중앙, 및 형광판(632)의 중앙을 지나가는 직선과, 형광판(632)의 상면이 이루는 각도는, 예를 들면, 15°이상 80°이하, 30°이상 75°이하, 또는 45°이상 70°이하로 한다. 상기 각도가 작을수록, 카메라(618)로 촬영되는 투과 전자 회절 패턴은 변형이 커진다. 단, 미리 상기 각도를 알고 있으면, 얻어진 투과 전자 회절 패턴의 변형을 보정하는 것도 가능하다. 또한, 카메라(618)를 필름실(622)에 설치해도 상관없는 경우가 있다. 예를 들면, 카메라(618)를 필름실(622)에, 전자(624)의 입사 방향과 대향하도록 설치해도 좋다. 이 경우, 형광판(632)의 이면으로부터 변형이 적은 투과 전자 회절 패턴을 촬영할 수 있다. The camera 618 is installed to face the fluorescent plate 632 , and it is possible to photograph the pattern displayed on the fluorescent plate 632 . The angle formed by the straight line passing through the center of the lens of the camera 618 and the center of the fluorescent plate 632 and the upper surface of the fluorescent plate 632 is, for example, 15° or more and 80° or less, 30° or more and 75° or less, or 45° or more and 70° or less. The smaller the angle, the greater the deformation of the transmission electron diffraction pattern photographed by the camera 618 . However, if the angle is known in advance, it is also possible to correct the distortion of the obtained transmission electron diffraction pattern. In addition, there may be a case where the camera 618 may be installed in the film chamber 622 . For example, you may install the camera 618 in the film chamber 622 so that the incident direction of the electron 624 may be opposite. In this case, a transmission electron diffraction pattern with little distortion can be photographed from the back surface of the fluorescent plate 632 .

시료실(614)에는, 시료인 물질(628)을 고정시키기 위한 홀더가 설치되어 있다. 홀더는 물질(628)을 통과하는 전자를 투과하는 구조를 하고 있다. 홀더는, 예를 들면, 물질(628)을 X축, Y축, Z축 등으로 이동시키는 기능을 갖고 있어도 좋다. 홀더의 이동 기능은, 예를 들면, 1nm 이상 10nm 이하, 5nm 이상 50nm 이하, 10nm 이상 100nm 이하, 50nm 이상 500nm 이하, 100nm 이상 1μm 이하 등의 범위에서 이동시키는 정밀도를 가지면 좋다. 이들 범위는, 물질(628)의 구조에 의해 최적의 범위를 설정하면 된다. The sample chamber 614 is provided with a holder for holding the material 628 as a sample. The holder has a structure that transmits electrons passing through the material 628 . The holder may have, for example, a function of moving the substance 628 in the X-axis, Y-axis, Z-axis, or the like. The movement function of the holder may have an accuracy of moving in the range of, for example, 1 nm or more and 10 nm or less, 5 nm or more and 50 nm or less, 10 nm or more and 100 nm or less, 50 nm or more and 500 nm or less, 100 nm or more and 1 µm or less. These ranges may be optimally set according to the structure of the substance 628 .

다음에, 상기한 투과 전자 회절 측정 장치를 사용하여, 물질의 투과 전자 회절 패턴을 측정하는 방법에 관해서 설명한다. Next, a method for measuring a transmission electron diffraction pattern of a substance using the above-described transmission electron diffraction measuring apparatus will be described.

예를 들면, 도 7의 (D)에 도시하는 바와 같이 물질에 있어서의 나노 빔인 전자(624)의 조사 위치를 변화(스캔)시킴으로써, 물질의 구조가 변화되어 가는 모습을 확인할 수 있다. 이 때, 물질(628)이 CAAC-OS막이면, 도 7의 (B)에 도시하는 바와 같은 회절 패턴이 관측된다. 또는, 물질(628)이 nc-OS막이면, 도 7의 (A)에 도시하는 바와 같은 회절 패턴, 예를 들면 원을 그리듯이 배치된 복수의 휘점을 갖는 회절 패턴(휘점을 수반한 링상의 회절 패턴)이 관측된다. 또한, 도 7의 (A)에 도시하는 회절 패턴은, 대칭으로 배치되어 있지 않은(대칭성을 갖지 않는) 휘점을 가진다. For example, as shown in FIG. 7D , by changing (scanning) the irradiation position of the electrons 624, which are nanobeams, in the material, it can be confirmed that the structure of the material is changing. At this time, if the material 628 is a CAAC-OS film, a diffraction pattern as shown in FIG. 7B is observed. Alternatively, if the material 628 is an nc-OS film, a diffraction pattern as shown in FIG. diffraction pattern) is observed. In addition, the diffraction pattern shown in FIG. 7A has bright spots that are not symmetrically arranged (not symmetrical).

도 7의 (B)에 도시하는 바와 같이, CAAC-OS막의 회절 패턴에서는, 예를 들면 육각형의 정점에 위치하는 스폿이 확인된다. CAAC-OS막에서는, 조사 위치를 스캔함으로써, 이 육각형의 방향이 일정하지 않고, 조금씩 회전하고 있는 모습이 나타난다. 또한, 회전의 각도는 일정 폭을 가진다. As shown in Fig. 7B, in the diffraction pattern of the CAAC-OS film, spots located at, for example, hexagonal vertices are confirmed. In the CAAC-OS film, by scanning the irradiation position, the direction of this hexagon is not constant, and it appears that it rotates little by little. Also, the angle of rotation has a certain width.

또는, CAAC-OS막의 회절 패턴에서는, 조사 위치를 스캔함으로써, c축을 중심으로 하여 조금씩 회전하는 모습이 나타난다. 이것은, 예를 들면 a축과 b축이 형성하는 면이 회전하고 있다고도 할 수 있다. Alternatively, in the diffraction pattern of the CAAC-OS film, by scanning the irradiation position, a state of slightly rotating about the c-axis appears. This can be said, for example, that the surface formed by the a-axis and the b-axis is rotating.

그런데, 물질(628)이 CAAC-OS막과 같은 회절 패턴이 관측되는 영역(이하, CAAC 구조를 갖는 영역이라고 한다)과, nc-OS막과 같은 회절 패턴이 관측되는 영역(이하, nc 구조를 갖는 영역이라고 한다)을 갖는 경우가 있다. 여기에서, 일정한 범위에 있어서의 CAAC-OS막의 회절 패턴이 관측되는 영역의 비율을 CAAC 비율(CAAC화율이라고도 한다.)로 나타낼 수 있다. 마찬가지로, nc-OS막과 같은 회절 패턴이 관측되는 영역의 비율을 nc 비율(nc화율이라고도 한다.)로 나타낼 수 있다.However, in the material 628, a region in which a diffraction pattern similar to the CAAC-OS film is observed (hereinafter, referred to as a region having a CAAC structure) and a region in which a diffraction pattern such as an nc-OS film is observed (hereinafter referred to as an nc structure). It is referred to as having a region). Here, the ratio of the region where the diffraction pattern of the CAAC-OS film is observed in a certain range can be expressed as the CAAC ratio (also referred to as the CAAC ratio). Similarly, the ratio of a region where a diffraction pattern is observed, such as an nc-OS film, can be expressed as an nc ratio (also referred to as an nc ratio).

이하에, CAAC-OS막의 CAAC 비율의 평가 방법에 관해서 설명한다. 무작위로 측정점을 선택하여, 투과 전자 회절 패턴을 취득하고, 전체 측정점의 수에 대해, CAAC-OS막의 회절 패턴이 관측되는 측정점의 수의 비율을 산출한다. 여기서, 측정점수는 50점 이상이 바람직하며, 100점 이상이 보다 바람직하다. Hereinafter, a method for evaluating the CAAC ratio of the CAAC-OS film will be described. A measurement point is randomly selected, a transmission electron diffraction pattern is acquired, and the ratio of the number of measurement points where the diffraction pattern of a CAAC-OS film|membrane is observed with respect to the total number of measurement points is calculated. Here, the measurement score is preferably 50 points or more, and more preferably 100 points or more.

무작위로 측정점을 선택하는 방법으로서, 예를 들면 직선상으로 조사 위치를 스캔하고, 어떤 등간격의 시간별로 회절 패턴을 취득하면 좋다. 조사 위치를 스캔함으로써 CAAC 구조를 갖는 영역과, 그 밖의 영역의 경계 등을 확인할 수 있기 때문에, 바람직하다. 또한, nc화율에 관해서도, 마찬가지로, 무작위로 측정점을 선택하고, 투과 전자 회절 패턴을 취득하여, 산출할 수 있다. As a method of randomly selecting a measurement point, for example, the irradiation position may be scanned on a straight line, and a diffraction pattern may be acquired for each time at regular intervals. It is preferable because the boundary between the area having the CAAC structure and the other areas can be confirmed by scanning the irradiation position. In addition, also about the nc formation rate, similarly, it can select a measurement point at random, acquire a transmission electron diffraction pattern, and can calculate it.

이러한 측정 방법을 사용하면, 복수의 구조를 갖는 산화물 반도체막의 구조 해석이 가능해지는 경우가 있다. If such a measurement method is used, structural analysis of an oxide semiconductor film having a plurality of structures may become possible.

본 발명의 일 형태인 산화물 반도체막은, 예를 들면 nc 비율과 CAAC 비율의 합이 80% 이상인 것이 바람직하며, 90% 이상 100% 이하인 것이 바람직하며, 95% 이상 100% 이하인 것이 바람직하며, 98% 이상 100% 이하인 것이 바람직하며, 99% 이상 100% 이하인 것이 보다 바람직하다. nc 비율과 CAAC 비율의 합을 높임으로써, 예를 들면 명확한 입계가 적은 산화물 반도체막을 실현할 수 있다. 명확한 입계를 적게 함으로써, 예를 들면 산화물 반도체막의 캐리어 이동도를 높일 수 있다. In the oxide semiconductor film of one embodiment of the present invention, for example, the sum of the nc ratio and the CAAC ratio is preferably 80% or more, preferably 90% or more and 100% or less, preferably 95% or more and 100% or less, 98% It is preferable that it is 100 % or more, and it is more preferable that it is 99 % or more and 100 % or less. By increasing the sum of the nc ratio and the CAAC ratio, for example, an oxide semiconductor film with few clear grain boundaries can be realized. By decreasing the clear grain boundary, the carrier mobility of the oxide semiconductor film can be increased, for example.

본 실시형태는, 적어도 그 일부를 본 명세서 중에 기재하는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다. This embodiment can be implemented by appropriately combining at least a part of it with other embodiment described in this specification.

(실시형태 2)(Embodiment 2)

본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태인 산화물 반도체막의 일례에 관해서 설명한다. In this embodiment, an example of the oxide semiconductor film which is one aspect of this invention is demonstrated.

nc-OS막은, CAAC-OS막에 비해 비교적 낮은 성막 온도에서도 형성할 수 있는 경우가 있다. 예를 들면, 기판으로의 가열을 사용하지 않고 형성할 수 있는 경우가 있다. 따라서, nc-OS막을 사용한 트랜지스터를 갖는 반도체 장치는, 생산성 높게 제작할 수 있는 경우가 있다. In some cases, the nc-OS film can be formed even at a relatively low film formation temperature compared to the CAAC-OS film. For example, it may be formed without using heating to a board|substrate. Therefore, a semiconductor device including a transistor using the nc-OS film can be manufactured with high productivity in some cases.

또한, nc-OS막은 적당한 산소 투과성을 갖기 때문에, 산소를 막 전체로 확산시키기 쉬워, 산소 결손을 보다 저감시키기 쉬운 경우가 있다. 따라서, 결함 밀도가 낮은 산화물 반도체막을 실현할 수 있는 경우가 있다. 따라서, nc-OS막을 사용한 트랜지스터를 갖는 반도체 장치의 특성을 향상시킬 수 있는 경우가 있다. 또한, 신뢰성을 높일 수 있는 경우가 있다. Further, since the nc-OS film has moderate oxygen permeability, oxygen is easily diffused throughout the film, and oxygen vacancies can be easily reduced in some cases. Therefore, there are cases where an oxide semiconductor film with a low defect density can be realized. Accordingly, in some cases, the characteristics of a semiconductor device having a transistor using the nc-OS film can be improved. Moreover, reliability may be improved.

여기에서, nc-OS막 및 CAAC-OS막은,모두 층상으로 중첩된 원자 배열을 가진다. 이러한 층상으로 중첩된 원자 배열은, 예를 들면 TEM 등을 사용하여 관찰할 수 있다. Here, both the nc-OS film and the CAAC-OS film have an atomic arrangement superimposed in a layered manner. Such a layered superimposed atomic arrangement can be observed using, for example, TEM or the like.

여기에서, nc-OS막 및 CAAC막에 관해서, 구면 수차 보정(Spherical Aberration Corrector) 기능을 사용한 투과 전자 현미경법(TEM: Transmission Electron Microscopy)에 의해 얻어지는 상(TEM상이라고도 한다.)을 관찰한다. 또한, TEM 관찰에 의한 명시야상 및 회절 패턴의 복합 해석상을 고분해능 TEM상이라고 부른다. 그리고, 구면 수차 보정 기능을 사용한 고분해능 TEM상을, 특히 Cs 보정 고분해능 TEM상이라고 부른다. 또한, Cs 보정 고분해능 TEM상의 취득은, 예를 들면, 니혼덴시 가부시키가이샤 제조 원자 분해능 분석 전자 현미경 JEM-ARM200F 등에 의해 행할 수 있다. Here, images (also referred to as TEM images) obtained by transmission electron microscopy (TEM) using a spherical aberration corrector function are observed for the nc-OS film and the CAAC film. In addition, the complex analysis image of the bright field image by TEM observation and a diffraction pattern is called a high-resolution TEM image. Incidentally, a high-resolution TEM image using the spherical aberration correction function is particularly called a Cs-corrected high-resolution TEM image. In addition, acquisition of a Cs correction|amendment high-resolution TEM image can be performed by the Nippon Electronics Co., Ltd. atomic resolution analysis electron microscope JEM-ARM200F etc., for example.

CAAC-OS 및 nc-OS에 있어서, Cs 보정 고분해능 단면 TEM상을 보다 상세하게 해석함으로써, 결정의 크기 및 배향성에 관해서 조사한다. 이하에서는, nc-OS의 결정부를 펠릿이라고 부르는 경우가 있다. 결정의 크기 및 배향성은, 단면 TEM상에 있어서 예를 들면 20nm각 이상의 범위에 관해서 펠릿을 추출하고, 그 크기 및 방향을 조사한다. In CAAC-OS and nc-OS, crystal size and orientation are investigated by analyzing Cs-corrected high-resolution cross-sectional TEM images in more detail. Hereinafter, the crystal part of the nc-OS is sometimes called a pellet. For the size and orientation of crystals, the pellets are extracted in a range of, for example, 20 nm or more on a cross-sectional TEM image, and the size and direction are investigated.

또한, 도 17의 (A)는 CAAC-OS의 Cs 보정 고분해능 단면 TEM상이다. 또한, 도 17의 (B)는 nc-OS의 Cs 보정 고분해능 단면 TEM상이다. 또한, 좌우의 도면은 동일한 장소를 관찰한 것으로, 우측 도면에는 펠릿을 나타내는 보조선을 긋고 있다. 17A is a Cs-corrected high-resolution cross-sectional TEM image of CAAC-OS. 17B is a Cs-corrected high-resolution cross-sectional TEM image of the nc-OS. In addition, in the figure on the left and right, the same place was observed, and the auxiliary line which shows a pellet is drawn in the figure on the right.

도 18의 (A)는, DC 스퍼터링법으로 성막한 CAAC-OS의 단면 TEM상이다. 또한, 도 18의 (B)는 그 일부를 확대한 Cs 보정 고분해능 단면 TEM상이다. 도 18의 (B)에 있어서, 펠릿의 수를 헤아리고, 그 크기 및 방향에 관해서 도수 분포로 한다(도 22의 (A) 참조.). 여기에서, 도 18의 (A)에 나타내는 화살표는, 시료면에 수직인 방향을 나타낸다. 또한, 도 18의 (B)에 나타내는 흰선의 방향은 펠릿의 방향을 나타내고, 흰선의 길이는 펠릿의 크기를 나타낸다. 18A is a cross-sectional TEM image of a CAAC-OS formed by DC sputtering. 18B is an enlarged Cs-corrected high-resolution cross-sectional TEM image of a part thereof. In Fig. 18(B), the number of pellets is counted, and the frequency distribution is made with respect to the size and direction (refer to Fig. 22(A)). Here, an arrow shown in Fig. 18A indicates a direction perpendicular to the sample plane. In addition, the direction of the white line shown in FIG.18(B) shows the direction of a pellet, and the length of a white line shows the magnitude|size of a pellet.

도 19의 (A)는 RF 스퍼터링법으로 성막한 CAAC-OS의 단면 TEM상이다. 또한, 도 19의 (B)는, 그 일부를 확대한 Cs 보정 고분해능 단면 TEM상이다. 도 19의 (B)에 있어서, 펠릿의 수를 헤아리고, 그 크기 및 방향에 관해서 도수 분포로 한다(도 22의 (B) 참조.). 19A is a cross-sectional TEM image of the CAAC-OS formed by the RF sputtering method. 19B is an enlarged Cs-corrected high-resolution cross-sectional TEM image of a part thereof. In Fig. 19(B), the number of pellets is counted, and the frequency distribution is made with respect to the size and direction (refer to Fig. 22(B)).

도 20의 (A)는 DC 스퍼터링법으로 성막한 nc-OS의 단면 TEM상이다. 또한, 도 20의 (B)는, 그 일부를 확대한 Cs 보정 고분해능 단면 TEM상이다. 도 20의 (B)에 있어서, 펠릿의 수를 헤아리고, 그 크기 및 방향에 관해서 도수 분포로 한다(도 22의 (C) 참조.). Fig. 20(A) is a cross-sectional TEM image of an nc-OS formed by DC sputtering. 20(B) is a Cs-corrected high-resolution cross-sectional TEM image in which a part thereof is enlarged. In Fig. 20(B), the number of pellets is counted, and the frequency distribution is made with respect to the size and direction (refer to Fig. 22(C)).

도 21의 (A)는 RF 스퍼터링법으로 성막한 nc-OS의 단면 TEM상이다. 또한, 도 21의 (B)는, 그 일부를 확대한 Cs 보정 고분해능 단면 TEM상이다. 도 21의 (B)에 있어서, 펠릿의 수를 헤아리고, 그 크기 및 방향에 관해서 도수 분포로 한다(도 22의 (D) 참조.).Fig. 21A is a cross-sectional TEM image of an nc-OS formed by RF sputtering. Moreover, FIG. 21B is a Cs correction|amendment high-resolution cross-sectional TEM image which expanded the part. In Fig. 21(B), the number of pellets is counted, and the frequency distribution is made with respect to the size and direction (refer to Fig. 22(D)).

하기 표는, 도 22를 정리한 결과이다. 여기에서 펠릿의 방향은, 시료면에 대한 각도의 절대값을 나타낸다.The table below is the result of putting together FIG. 22. Here, the direction of the pellet represents the absolute value of the angle with respect to the sample plane.

Figure pat00001
Figure pat00001

nc-OS는, 예를 들면 바람직하게는 0.5nm 이상 3nm 이하, 보다 바람직하게는 1nm 이상 3nm 이하의 크기의 펠릿을 갖는 것이 바람직하다. 또한, nc-OS에 있어서, 펠릿의 방향은, RF 스퍼터링법이 DC 스퍼터링법보다 시료면에 수직인 방향으로 배향하고 있는 것을 알 수 있다. 여기에서, nc-OS의 펠릿의 방향이 시료면에 대해 0°이상 30°미만인 비율은, 예를 들면 0% 이상 70% 이하가 바람직하며, 30°이상 60°미만인 비율은, 예를 들면 10% 이상 60% 이하가 바람직하며, 60°이상 90°미만인 비율은, 예를 들면 0% 이상 60% 이하가 바람직하다. nc-OS는, CAAC-OS에 비해 펠릿의 방향이 랜덤한 것을 알 수 있다. The nc-OS preferably has, for example, pellets having a size of preferably 0.5 nm or more and 3 nm or less, more preferably 1 nm or more and 3 nm or less. In addition, in nc-OS, it turns out that the direction of a pellet is oriented in the direction perpendicular|vertical to a sample surface rather than a DC sputtering method by an RF sputtering method. Here, the ratio of the direction of the pellet of the nc-OS to 0° or more and less than 30° with respect to the sample plane is, for example, preferably 0% or more and 70% or less, and the ratio of 30° or more and less than 60° is, for example, 10 % or more and 60% or less are preferable, and, as for the ratio of 60 degrees or more and less than 90 degrees, 0% or more and 60% or less are preferable, for example. It can be seen that the direction of the pellets is random in nc-OS compared to CAAC-OS.

이러한 펠릿을 갖는 산화물 반도체막은, 예를 들면 이하와 같은 성막 모델로 설명할 수 있다. An oxide semiconductor film having such pellets can be described, for example, by the following film formation model.

[성막 모델][Film formation model]

이하에서는, nc-OS의 성막 모델에 관해서 설명한다. Hereinafter, the film formation model of the nc-OS will be described.

도 24는, 스퍼터링법에 의해 nc-OS가 성막되는 모습을 나타낸 성막실 내의 모식도이다. Fig. 24 is a schematic diagram in the deposition chamber showing the state in which the nc-OS is formed by sputtering.

타깃(5130)은 백킹 플레이트 위에 접착되어 있다. 타깃(5130) 및 백킹 플레이트 아래에는, 복수의 마그넷이 배치된다. 상기 복수의 마그넷에 의해, 타깃(5130) 위에는 자기장이 발생하고 있다. 마그넷의 자기장을 이용하여 성막 속도를 높이는 스퍼터링법은, 마그네트론 스퍼터링법이라고 불린다. The target 5130 is glued onto the backing plate. A plurality of magnets are disposed under the target 5130 and the backing plate. A magnetic field is generated on the target 5130 by the plurality of magnets. The sputtering method which increases the film-forming speed|rate using the magnetic field of a magnet is called the magnetron sputtering method.

타깃(5130)은 다결정 구조를 가지며, 어느 하나의 결정립에는 벽개면이 포함된다. 또한, 벽개면의 상세에 관해서는 후술한다. The target 5130 has a polycrystalline structure, and any one of the crystal grains includes a cleaved surface. In addition, the detail of a cleavage surface is mentioned later.

기판(5120)은 타깃(5130)과 마주 보도록 배치하고 있고, 그 거리(d)(타깃-기판간 거리(T-S간 거리)라고도 한다.)는 0.01m 이상 1m 이하, 바람직하게는 0.02m 이상 0.5m 이하로 한다. 성막실 내는, 대부분이 성막 가스(예를 들면, 산소, 아르곤, 또는 산소를 50체적% 이상의 비율로 함유하는 혼합 가스)로 채워지고, 0.01Pa 이상 100Pa 이하, 바람직하게는 0.1Pa 이상 10Pa 이하로 제어된다. 여기에서, 타깃(5130)에 일정 이상의 전압을 인가함으로써, 방전이 시작되고, 플라즈마가 확인된다. 또한, 타깃(5130) 위의 자기장에 의해, 고밀도 플라즈마 영역이 형성된다. 고밀도 플라즈마 영역에서는, 성막 가스가 이온화함으로써, 이온(5101)이 발생한다. 이온(5101)은, 예를 들면, 산소의 양이온(O+)이나 아르곤의 양이온(Ar+) 등이다.The substrate 5120 is disposed to face the target 5130, and the distance d (target-to-substrate distance (also referred to as distance between TS)) is 0.01 m or more and 1 m or less, preferably 0.02 m or more and 0.5 m or less. The inside of the film formation chamber is mostly filled with a film formation gas (for example, oxygen, argon, or a mixed gas containing oxygen in a proportion of 50 vol% or more), and is 0.01 Pa or more and 100 Pa or less, preferably 0.1 Pa or more and 10 Pa or less. Controlled. Here, by applying a voltage greater than or equal to a certain level to the target 5130 , discharge is started and plasma is confirmed. In addition, a high-density plasma region is formed by the magnetic field on the target 5130 . In the high-density plasma region, ions 5101 are generated by ionization of the film-forming gas. The ion 5101 is, for example, a cation of oxygen (O + ) or a cation of argon (Ar + ).

이온(5101)은 전계에 의해 타깃(5130)측으로 가속되고, 곧 타깃(5130)과 충돌한다. 이 때, 벽개면으로부터 평판상 또는 펠릿상의 스퍼터 입자인 펠릿(5100a) 및 펠릿(5100b)이 박리되어, 밖으로 쫓겨난다. 또한, 펠릿(5100a) 및 펠릿(5100b)은, 이온(5101)의 충돌 충격에 의해, 구조에 변형이 발생하는 경우가 있다. The ions 5101 are accelerated toward the target 5130 by the electric field and collide with the target 5130 immediately. At this time, the pellets 5100a and 5100b, which are flat or pellet-shaped sputtered particles, are peeled off from the cleavage surface, and are thrown out. In addition, the pellet 5100a and the pellet 5100b may have a deformation|transformation in structure by the collision impact of the ion 5101.

펠릿(5100a)은, 삼각형, 예를 들면 정삼각형의 평면을 갖는 평판상 또는 펠릿상의 스퍼터 입자이다. 또한, 펠릿(5100b)은, 육각형, 예를 들면 정육각형의 평면을 갖는 평판상 또는 펠릿상의 스퍼터 입자이다. 또한, 펠릿(5100a) 및 펠릿(5100b) 등의 평판상 또는 펠릿상의 스퍼터 입자를 총칭하여 펠릿이라고 부른다. 펠릿의 평면의 형상은, 삼각형, 육각형으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 삼각형이 2개 이상 6개 이하로 합쳐진 형상이 되는 경우가 있다. 예를 들면, 정삼각형이 2개 합쳐진 사각형이 되는 경우도 있다. The pellets 5100a are sputtered particles in the form of flat plates or pellets having a triangular, for example, an equilateral triangular plane. The pellets 5100b are sputtered particles in the form of a flat plate or pellets having a hexagonal plane, for example, a regular hexagonal plane. In addition, flat or pellet-shaped sputtered particles, such as the pellets 5100a and the pellets 5100b, are collectively called a pellet. The shape of the plane of the pellet is not limited to a triangle or a hexagon. For example, there is a case where two or more triangles are combined with six or less. For example, there is a case where two equilateral triangles are combined to form a quadrilateral.

펠릿은 성막 가스의 종류 등에 따라 두께가 결정된다. 펠릿의 두께는 균일하게 하는 것이 바람직하다. 또한, 스퍼터 입자는 두께가 없는 펠릿상인 편이, 두께가 있는 주사위상인 것보다 바람직하다. The thickness of the pellets is determined according to the type of film-forming gas and the like. It is preferable to make the thickness of a pellet uniform. Further, the sputtered particles are more preferably in the form of pellets without thickness than in the form of dice with thickness.

펠릿은 플라즈마를 통과할 때에 전하를 수취함으로써, 측면이 음 또는 양으로 대전하는 경우가 있다. 펠릿은 측면에 산소 원자를 가지고, 상기 산소 원자가 음으로 대전할 가능성이 있다. A pellet may receive an electric charge when passing through a plasma, so that a side surface may be electrically charged negatively or positively. The pellets have oxygen atoms on their sides, which are likely to be negatively charged.

도 24에 도시하는 바와 같이, 예를 들면, 펠릿은, 플라즈마 중을 연과 같이 비상하여, 팔랑팔랑 기판(5120) 위까지 날아 올라간다. 펠릿은 전하를 띠고 있기 때문에, 다른 펠릿이 이미 퇴적되어 있는 영역이 가까워지면, 척력이 생긴다. 여기에서, 기판(5120)의 상면에서는, 기판(5120)의 상면에 평행한 방향의 자기장이 발생하고 있다. 또한, 기판(5120) 및 타깃(5130) 사이에는, 전위차가 부여되어 있기 때문에, 기판(5120)으로부터 타깃(5130)을 향하여 전류가 흐르고 있다. 따라서, 펠릿은, 기판(5120)의 상면에 있어서, 자기장 및 전류의 작용에 의해, 힘(로렌츠력)을 받는다. 또한, 펠릿에 부여하는 힘을 크게 하기 위해서는, 기판(5120)의 상면에 있어서, 기판(5120)의 상면에 평행한 방향의 자기장이 10G 이상, 바람직하게는 20G 이상, 더욱 바람직하게는 30G 이상, 보다 바람직하게는 50G 이상이 되는 영역을 설치하면 좋다. 또는, 기판(5120)의 상면에 있어서, 기판(5120)의 상면에 평행한 방향의 자기장이, 기판(5120)의 상면에 수직인 방향의 자기장의 1.5배 이상, 바람직하게는 2배 이상, 더욱 바람직하게는 3배 이상, 보다 바람직하게는 5배 이상이 되는 영역을 설치하면 좋다. As shown in FIG. 24 , for example, the pellets fly like a kite in the plasma and fly up to the top of the substrate 5120 flutteringly. Since the pellets have an electric charge, a repulsive force is generated when the region on which other pellets have already been deposited comes close. Here, on the upper surface of the substrate 5120 , a magnetic field in a direction parallel to the upper surface of the substrate 5120 is generated. In addition, since a potential difference is provided between the substrate 5120 and the target 5130 , a current flows from the substrate 5120 toward the target 5130 . Accordingly, the pellet receives a force (Lorentz force) by the action of a magnetic field and an electric current on the upper surface of the substrate 5120 . In addition, in order to increase the force applied to the pellets, in the upper surface of the substrate 5120, the magnetic field in a direction parallel to the upper surface of the substrate 5120 is 10G or more, preferably 20G or more, more preferably 30G or more, More preferably, an area of 50 G or more may be provided. Alternatively, in the upper surface of the substrate 5120 , the magnetic field in a direction parallel to the upper surface of the substrate 5120 is 1.5 times or more, preferably 2 times or more, more than the magnetic field in a direction perpendicular to the upper surface of the substrate 5120 , more What is necessary is just to provide the area|region which preferably becomes 3 times or more, More preferably, it becomes 5 times or more.

이상과 같은 모델에 의해, 펠릿이 기판(5120) 위에 퇴적되어 가는 것으로 생각된다. 따라서, 에피택셜 성장과는 달리, 피형성면이 결정 구조를 갖지 않는 경우에 있어서도, nc-OS의 성막이 가능한 것을 알 수 있다. 예를 들면, 기판(5120)의 상면(피형성면)의 구조가 비정질 구조라도, nc-OS를 성막하는 것은 가능하다. Based on the above model, it is considered that the pellets are deposited on the substrate 5120 . Accordingly, it can be seen that, unlike epitaxial growth, an nc-OS film can be formed even when the surface to be formed does not have a crystal structure. For example, even if the structure of the upper surface (formed surface) of the substrate 5120 is an amorphous structure, it is possible to form an nc-OS into a film.

이러한 모델에 의해 nc-OS가 성막되기 때문에, 스퍼터 입자가 두께가 없는 펠릿상인 편이 바람직하다. 또한, 스퍼터 입자가 두께가 있는 주사위상인 경우, 기판(5120) 위로 향하는 스퍼터 입자의 면이 일정해지지 않아, 두께나 결정의 배향을 균일하게 할 수 없는 경우가 있다. Since the nc-OS is formed by such a model, it is preferable that the sputtered particles are in the form of pellets without thickness. In addition, when the sputtered particles have a dice shape with a thickness, the surface of the sputtered particles directed above the substrate 5120 is not constant, so that the thickness and orientation of the crystals cannot be uniform in some cases.

또한, 기판(5120)이 가열되어 있는 경우에는, 펠릿과 기판(5120) 사이에서 마찰 등의 저항이 보다 작은 상태로 되어 있다. 그 결과, 펠릿은 기판(5120)의 상면을 활공하듯이 이동한다. 펠릿의 이동은, 펠릿의 평판면을 기판(5120)을 향한 상태에서 일어난다. 그 후, 이미 퇴적되어 있는 다른 펠릿(5100)의 측면까지 도달하면, 측면끼리가 결합하여, CAAC-OS막을 얻는다. In addition, when the substrate 5120 is heated, the resistance such as friction between the pellets and the substrate 5120 is in a smaller state. As a result, the pellets move as if gliding over the upper surface of the substrate 5120 . The movement of the pellets occurs with the flat surface of the pellets facing the substrate 5120 . After that, when it reaches the side surfaces of the other pellets 5100 that have already been deposited, the side surfaces are bonded to each other to obtain a CAAC-OS film.

기판(5120)이 가열되어 있지 않은 경우에는, 펠릿과 기판(5120) 사이에서 마찰 등의 저항이 보다 큰 상태로 되어 있다. 그 결과, 펠릿은, 기판(5120)의 상면을 활공하듯이 이동하는 것이 어렵고, 불규칙하게 내려 쌓여 감으로써 nc-OS를 얻을 수 있다. When the substrate 5120 is not heated, the resistance such as friction between the pellet and the substrate 5120 is higher. As a result, it is difficult for the pellets to move as if gliding on the upper surface of the substrate 5120 , and nc-OS can be obtained by falling down irregularly.

CAAC-OS는 기판(5120)을 가열하여 성막하는데 대해, nc-OS는 기판(5120)을 가열하지 않아도 성막이 가능하다. In CAAC-OS, a film is formed by heating the substrate 5120 , whereas in the nc-OS, film formation is possible without heating the substrate 5120 .

또한, 예를 들면 도 25에 도시하는 바와 같이, 챔버 내의 분위기를 바람직하게는 실온 이상 500℃ 이하, 보다 바람직하게는 200℃ 이상 400℃ 이하로 가열해도 좋다. 분위기의 가열에는, 예를 들면 헤일로겐 램프 등의 램프(5140)를 사용하면 좋다. 분위기의 가열에 의해, 예를 들면 챔버 내를 비상하는 펠릿이 가열되어, 결함이 감소될 가능성이 있다. 또한, 펠릿 사이즈가 증가할 가능성이 있다. 또한, 분위기의 가열에 의해, 예를 들면 챔버 내의 수분이 증발하기 쉬워져, 진공도를 보다 높일 수 있다. For example, as shown in FIG. 25 , the atmosphere in the chamber may be heated to preferably room temperature or more and 500°C or less, and more preferably 200°C or more to 400°C or less. For heating the atmosphere, a lamp 5140 such as a halogen lamp may be used, for example. By heating the atmosphere, there is a possibility that, for example, pellets flying in the chamber are heated, so that defects are reduced. In addition, there is a possibility that the pellet size increases. In addition, by heating the atmosphere, for example, moisture in the chamber is easily evaporated, and the degree of vacuum can be further increased.

[벽개면][Cleavage side]

이하에서는, nc-OS의 성막 모델에 있어서 기재된 타깃의 벽개면에 관해서 설명한다. Below, the cleavage plane of the target described in the film-forming model of the nc-OS is demonstrated.

우선은, 타깃의 벽개면에 관해서 도 10을 사용하여 설명한다. 도 10에, InGaZnO4 결정의 구조를 도시한다. 또한, 도 10의 (A)는 c축을 위로 향하게 하고, b축에 평행한 방향에서 InGaZnO4의 결정을 관찰한 경우의 구조를 도시한다. 또한, 도 10의 (B)는 c축에 평행한 방향에서 InGaZnO4의 결정을 관찰한 경우의 구조를 도시한다. First, the cleavage plane of a target is demonstrated using FIG. 10 shows the structure of an InGaZnO 4 crystal. Also, FIG. 10(A) shows the structure when the crystal of InGaZnO 4 is observed in a direction parallel to the b-axis with the c-axis facing upward. In addition, FIG. 10B shows the structure when the crystal of InGaZnO 4 is observed in a direction parallel to the c-axis.

InGaZnO4 결정의 각 결정면에 있어서의 벽개에 필요한 에너지를, 제 1 원리 계산에 의해 산출한다. 또한, 계산에는, 의사 포텐셜과, 평면파 기저를 사용한 밀도 범함수 프로그램(CASTEP)을 사용한다. 또한, 의사 포텐셜에는 울트라 소프트형의 의사 포텐셜을 사용한다. 또한, 범함수에는 GGA PBE를 사용한다. 또한, 컷오프 에너지는 400eV로 한다. The energy required for cleavage in each crystal plane of the InGaZnO 4 crystal is calculated by first-principle calculation. In addition, a density functional program (CASTEP) using a pseudo potential and a plane wave basis is used for calculation. In addition, an ultra soft-type pseudo potential is used for a pseudo potential. In addition, GGA PBE is used for functional functions. In addition, the cut-off energy is set to 400 eV.

초기 상태에 있어서의 구조 에너지는, 셀 사이즈를 포함한 구조 최적화를 행한 후에 도출한다. 또한, 각 면에서 벽개후의 구조 에너지는, 셀 사이즈를 고정시킨 상태에서, 원자 배치의 구조 최적화를 행행 후에 도출한다. The structural energy in the initial state is derived after structural optimization including the cell size is performed. In addition, the structural energy after cleavage in each surface is derived after performing structural optimization of the atomic arrangement in a state where the cell size is fixed.

도 10에 도시한 InGaZnO4 결정의 구조를 바탕으로, 제 1 면, 제 2 면, 제 3 면, 제 4 면 중 어느 하나에서 벽개한 구조를 제작하고, 셀 사이즈를 고정시킨 구조 최적화 계산을 행한다. 여기에서, 제 1 면은 Ga-Zn-O층과 In-O층 사이의 결정면이며, (001)면(또는 ab면)에 평행한 결정면이다(도 10의 (A) 참조.). 제 2 면은, Ga-Zn-O층과 Ga-Zn-O층 사이의 결정면이며, (001)면(또는 ab면)에 평행한 결정면이다(도 10의 (A) 참조.). 제 3 면은 (110)면에 평행한 결정면이다(도 10의 (B) 참조.). 제 4 면은 (100)면(또는 bc면)에 평행한 결정면이다(도 10의 (B) 참조.).Based on the structure of the InGaZnO 4 crystal shown in Fig. 10, a structure cleaved on any one of the first, second, third, and fourth surfaces is fabricated, and structure optimization calculation is performed with a fixed cell size. . Here, the first plane is a crystal plane between the Ga-Zn-O layer and the In-O layer, and is a crystal plane parallel to the (001) plane (or the ab plane) (see Fig. 10(A)). The second plane is a crystal plane between the Ga-Zn-O layer and the Ga-Zn-O layer, and is a crystal plane parallel to the (001) plane (or the ab plane) (see Fig. 10(A)). The third plane is a crystal plane parallel to the (110) plane (refer to (B) of FIG. 10). The fourth plane is a crystal plane parallel to the (100) plane (or bc plane) (refer to (B) of FIG. 10).

이상과 같은 조건으로, 각 면에서 벽개후의 구조 에너지를 산출한다. 다음에, 벽개후의 구조 에너지와 초기 상태에 있어서의 구조 에너지의 차이를, 벽개면의 면적으로 나눔으로써, 각 면에 있어서의 벽개 용이성의 척도인 벽개 에너지를 산출한다. 또한, 구조 에너지는, 구조에 포함되는 원자와 전자에 대해, 전자의 운동 에너지와, 원자간, 원자-전자간, 및 전자간의 상호 작용을 고려한 에너지이다. Under the conditions described above, the structural energy after cleavage at each surface is calculated. Next, by dividing the difference between the structural energy after cleavage and the structural energy in the initial state by the area of the cleavage plane, the cleavage energy, which is a measure of cleavage easiness in each plane, is calculated. In addition, the structural energy is energy in consideration of the kinetic energy of electrons and the interactions between atoms, between atoms and electrons, with respect to atoms and electrons included in the structure.

계산의 결과, 제 1 면의 벽개 에너지는 2.60J/㎡, 제 2 면의 벽개 에너지는 0.68J/㎡, 제 3 면의 벽개 에너지는 2.18J/㎡, 제 4 면의 벽개 에너지는 2.12J/㎡인 것을 알 수 있었다(하기 표 참조.). As a result of the calculation, the cleavage energy of the first surface is 2.60J/m2, the cleavage energy of the second surface is 0.68J/m2, the cleavage energy of the third surface is 2.18J/m2, and the cleavage energy of the fourth surface is 2.12J/m2 m 2 (see table below).

Figure pat00002
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이 계산에 의해, 도 10에 도시한 InGaZnO4의 결정의 구조에 있어서, 제 2 면에 있어서의 벽개 에너지가 가장 낮아진다. 즉, Ga-Zn-O층과 Ga-Zn-O층 사이가 가장 벽개하기 쉬운 면(벽개면)인 것을 알 수 있다. 따라서, 본 명세서에 있어서, 벽개면이라고 기재하는 경우, 가장 벽개하기 쉬운 면인 제 2 면을 나타낸다. By this calculation, in the structure of the InGaZnO 4 crystal shown in Fig. 10, the cleavage energy at the second surface is the lowest. That is, it can be seen that the surface between the Ga-Zn-O layer and the Ga-Zn-O layer is the most likely to be cleaved (cleaved surface). Therefore, in this specification, when it describes as a cleavage surface, the 2nd surface which is the surface most easily cleaved is shown.

Ga-Zn-O층과 Ga-Zn-O층 사이인 제 2 면에 벽개면을 갖기 때문에, 도 10의 (A)에 도시하는 InGaZnO4의 결정은, 2개의 제 2 면과 등가인 면에서 분리할 수 있다. 따라서, 타깃에 이온 등을 충돌시키는 경우, 가장 벽개 에너지가 낮은 면에서 벽개한 웨이퍼상의 유닛(우리는 이것을 펠릿이라고 부른다.)이 최소 단위가 되어 튀어나올 것으로 생각된다. 그 경우, InGaZnO4의 펠릿은, Ga-Zn-O층, In-O층 및 Ga-Zn-O층의 3층이 된다. Since the second surface between the Ga-Zn-O layer and the Ga-Zn-O layer has a cleavage surface, the InGaZnO 4 crystal shown in FIG. can do. Therefore, when an ion or the like collides with a target, it is considered that the unit on the wafer (we call this a pellet) cleaved at the plane with the lowest cleavage energy will protrude as the smallest unit. In that case, the pellet of InGaZnO 4 becomes three layers of a Ga-Zn-O layer, an In-O layer, and a Ga-Zn-O layer.

또한, 제 1 면(Ga-Zn-O층과 In-O층 사이의 결정면이며, (001)면(또는 ab면)에 평행한 결정면)보다, 제 3 면((110)면에 평행한 결정면), 제 4 면((100)면(또는 bc면)에 평행한 결정면)의 벽개 에너지가 낮기 때문에, 펠릿의 평면 형상은 삼각 형상 또는 육각 형상이 많은 것이 시사된다. Further, rather than the first plane (a crystal plane between the Ga-Zn-O layer and the In-O layer and parallel to the (001) plane (or ab plane)), the third plane (a crystal plane parallel to the (110) plane) ) and the fourth plane (crystal plane parallel to the (100) plane (or bc plane)) have low cleavage energy, suggesting that the planar shape of the pellets has many triangular or hexagonal shapes.

[막 밀도][Membrane Density]

다음에, In-M-Zn 산화물막의 밀도를 평가하였다. 타깃으로서 In:Ga:Zn=1:1:1의 다결정의 In-Ga-Zn 산화물을 사용하고, DC 스퍼터링법으로 nc-OS를 성막하였다. 압력은 0.4Pa로 하고, 성막 온도는 실온, 전원 전력은 100W, 성막 가스로서 아르곤 및 산소를 사용하고, 각각의 유량은 아르곤을 98sccm, 산소를 2sccm으로 하였다. 얻어진 In-Ga-Zn 산화물의 밀도는, 6.1g/㎤이었다. 여기에서, 비특허문헌 2보다, 단결정의 InGaZnO4의 밀도는 6.357g/㎤이다. 또한, JCPDS 카드, No.00-038-1097에 기재되어 있는 바와 같이, 단결정의 In2Ga2ZnO7의 밀도는 6.494g/㎤인 것이 알려져 있다. 따라서, 얻어진 nc-OS막은, 높은 밀도를 갖는 우수한 막인 것을 알 수 있다. Next, the density of the In-M-Zn oxide film was evaluated. A polycrystalline In-Ga-Zn oxide of In:Ga:Zn=1:1:1 was used as a target, and an nc-OS was formed by DC sputtering. The pressure was 0.4 Pa, the film forming temperature was room temperature, the power supply was 100 W, and argon and oxygen were used as the film forming gases, and the respective flow rates were 98 sccm for argon and 2 sccm for oxygen. The density of the obtained In-Ga-Zn oxide was 6.1 g/cm 3 . Here, the density of InGaZnO 4 of a single crystal is 6.357 g/cm<3> rather than nonpatent literature 2. In addition, as described in JCPDS card, No. 00-038-1097, it is known that the density of single crystal In 2 Ga 2 ZnO 7 is 6.494 g/cm 3 . Therefore, it can be seen that the obtained nc-OS film is an excellent film having a high density.

본 발명의 일 형태의 산화물 반도체막인 In-M-Zn 산화물막의 밀도는, 예를 들면 개략 동일한 원자수비를 갖는 단결정 밀도의 85% 이상이 바람직하며, 90% 이상이 보다 바람직하며, 95% 이상이 더욱 바람직하다. The density of the In-M-Zn oxide film which is an oxide semiconductor film of one embodiment of the present invention is preferably 85% or more, more preferably 90% or more, and 95% or more of the density of single crystals having substantially the same atomic ratio. This is more preferable.

또는, 원소 M이 갈륨인 경우에, 본 발명의 일 형태인 산화물 반도체막의 밀도는, 예를 들면 5.7g/㎤ 이상 6.49g/㎤ 이하가 바람직하며, 5.75g/㎤ 이상 6.49g/㎤ 이하가 바람직하며, 5.8g/㎤ 이상 6.33g/㎤ 이하가 보다 바람직하며, 5.85g/㎤ 이상 6.33g/㎤ 이하가 더욱 바람직하다. Alternatively, when the element M is gallium, the density of the oxide semiconductor film of one embodiment of the present invention is, for example, preferably 5.7 g/cm 3 or more and 6.49 g/cm 3 or less, and 5.75 g/cm 3 or more and 6.49 g/cm 3 or less. Preferably, 5.8 g/cm 3 or more and 6.33 g/cm 3 or less are more preferable, and 5.85 g/cm 3 or more and 6.33 g/cm 3 or less are still more preferable.

여기에서, 개략 동일한 원자수비란, 예를 들면, 서로가 갖는 원자수비의 차이가 10% 이내인 것을 가리킨다. Here, the substantially identical atomic ratio refers to, for example, that the difference between the atomic ratios is within 10%.

여기에서, 예를 들면 단결정의 밀도는, 상이한 원자수비를 갖는, 2개 이상의 In-M-Zn 산화물막의 밀도로부터 견적해도 좋다. 여기에서 원자수비가 In:M:Zn=1:1:1인 단결정의 밀도를 D1, 원자수비가 In:M:Zn=2:2:1인 단결정의 밀도를 D2로 한다. 인듐, 원소 M 및 아연의 원자수비가 1:1:0.8인 In-M-Zn 산화물막의 밀도는, D1과 D2 사이의 값을 취하는 것이 예측된다. 따라서 단결정의 밀도로서, 예를 들면 D1과 D2의 평균값을 산출하여 참조해도 좋고, D1, D2 중 어느 하나의 값, 예를 들면 원자수비의 보다 가까운 값을 참조해도 좋다. D1과 D2를 사용하여 평균값을 산출할 때는, 예를 들면 0.6×D1+0.4×D2로 하면 좋다. 원자수비가 In:M:Zn=A:B:C인 단결정의 밀도를 Dα, 원자수비가 In:M:Zn=D:E:F인 단결정의 밀도를 Dβ로 한다. 원자수비가 In:M:Zn=X:Y:Z인 단결정의 밀도는, 예를 들면 이하와 같이 산출하면 된다. Here, for example, the density of a single crystal may be estimated from the density of two or more In-M-Zn oxide films having different atomic ratios. Here, the density of a single crystal having an atomic ratio of In:M:Zn=1:1:1 is D 1 , and the density of a single crystal having an atomic ratio In:M:Zn=2:2:1 is D 2 . The density of the In-M-Zn oxide film in which the atomic ratio of indium, element M, and zinc is 1:1:0.8 is predicted to take a value between D 1 and D 2 . Therefore, as the density of the single crystal, for example, the average value of D 1 and D 2 may be calculated and referred to, or any one of D 1 and D 2 , for example, a value closer to the atomic ratio may be referred to. When calculating an average value using D1 and D2, what is necessary is just to set it as 0.6xD1 + 0.4xD2 , for example. Let D α be the density of a single crystal with an atomic ratio of In:M:Zn=A:B:C, and D β is the density of a single crystal with an atomic ratio of In:M:Zn=D:E:F. The density of a single crystal having an atomic ratio of In:M:Zn=X:Y:Z may be calculated, for example, as follows.

우선, (αA+βD):(αB+βE):(αC+βF)=X:Y:Z가 되도록 α 및 β를 구한다. 다음에, 구한 α 및 β를 사용하여, 단결정의 밀도를 {α/(α+β)}Dα+{β/(α+β)}Dβ로서 산출하면 된다. First, α and β are calculated so that (αA+βD):(αB+βE):(αC+βF)=X:Y:Z. Next, using the obtained α and β, the density of the single crystal may be calculated as {α/(α+β)}D α + {β/(α+β)}D β .

다음에, nc-OS막의 제작 방법의 일례에 관해서 설명한다. Next, an example of a method for manufacturing the nc-OS film will be described.

산화물 반도체막을 성막하기 위한 일반적인 방법으로서는, 예를 들면 스퍼터링법, 화학 기상 퇴적(CVD)법(유기 금속 화학 퇴적(MOCVD)법, 원자층 성막(ALD)법 또는 플라즈마 화학 기상 퇴적(PECVD)법을 포함한다), 진공 증착법 또는 펄스레이저 퇴적(PLD)법 등을 들 수 있다. As a general method for forming an oxide semiconductor film, for example, a sputtering method, a chemical vapor deposition (CVD) method (a metal organometallic chemical deposition (MOCVD) method, an atomic layer deposition (ALD) method, or a plasma chemical vapor deposition (PECVD) method). included), a vacuum deposition method or a pulsed laser deposition (PLD) method, and the like.

nc-OS막은 스퍼터링법을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 스퍼터링법에 사용하는 타깃으로서, In-M-Zn 산화물을 사용할 수 있다. The nc-OS film is preferably formed using a sputtering method. As a target used for the sputtering method, In-M-Zn oxide can be used.

또한 타깃은 다결정의 In-M-Zn 산화물을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들면, 다결정의 In-M-Zn 산화물을 갖는 타깃을 사용한 경우에는, 타깃이 벽개성을 가지고, nc-OS막을 형성하기 쉬운 가능성이 있어, 보다 바람직하다. In addition, it is preferable that the target has a polycrystalline In-M-Zn oxide. For example, when a target having polycrystalline In-M-Zn oxide is used, the target has cleavage properties and there is a possibility that an nc-OS film is easily formed, which is more preferable.

타깃으로서, 산화 인듐, 원소 M을 갖는 산화물, 및 산화 아연의 혼합물을 사용하여 In-M-Zn 산화물을 제작할 수 있는 경우가 있지만, 다결정의 In-M-Zn 산화물을 갖는 타깃을 사용하는 것이 바람직하다. As a target, an In-M-Zn oxide can be produced by using a mixture of indium oxide, an oxide having element M, and zinc oxide in some cases, but it is preferable to use a target having polycrystalline In-M-Zn oxide. do.

또한, nc-OS막은, 실온 정도에서 형성할 수 있는 경우가 있어, 바람직하다. 예를 들면 기판으로의 가열을 행하지 않아도 형성할 수 있는 경우가 있어, 바람직하다. 또한, 예를 들면 챔버 내의 분위기를 바람직하게는 실온 이상 500℃ 이하, 보다 바람직하게는 200℃ 이상 400℃ 이하로 가열해도 좋다. In addition, the nc-OS film can be formed at about room temperature in some cases, so it is preferable. For example, it may be formed even if it does not heat to a board|substrate, and it is preferable. Further, for example, the atmosphere in the chamber may be preferably heated at room temperature or higher and 500°C or lower, more preferably 200°C or higher and 400°C or lower.

[원자수비에 관해서] [About Atomic Defense]

여기에서 본 발명의 일 형태인 산화물 반도체막으로서, 예를 들면 In-M-Zn 산화물막을 사용하는 것이 바람직하다. In-M-Zn 산화물이 갖는 In, M 및 Zn의 원자수비를 In:M:Zn=x:y:z로 한다. Here, it is preferable to use, for example, an In-M-Zn oxide film as the oxide semiconductor film of one embodiment of the present invention. Let the atomic ratio of In, M, and Zn of the In-M-Zn oxide be In:M:Zn=x:y:z.

본 발명의 일 형태의 산화물 반도체막인 In-M-Zn 산화물막은, 예를 들면 인듐의 비율을 높이는 것이 바람직하다. In the In-M-Zn oxide film which is an oxide semiconductor film of one embodiment of the present invention, for example, it is preferable to increase the proportion of indium.

또한, 산화물 반도체막의 입계는, 적을수록 바람직하다. 입계가 적은 비단결정 산화물 반도체막으로서, 예를 들면 nc-OS막이나 CAAC-OS막을 들 수 있다. 또한, 산화물 반도체막은 nc-OS막과 CAAC-OS막의 양자를 가져도 좋다. Moreover, it is so preferable that there are few grain boundaries of an oxide semiconductor film. Examples of the non-single crystal oxide semiconductor film having few grain boundaries include an nc-OS film and a CAAC-OS film. In addition, the oxide semiconductor film may have both an nc-OS film and a CAAC-OS film.

또한, 본 발명의 일 형태인 산화물 반도체막은, 나노 빔 전자 회절을 행한 경우에, nc-OS막의 회절 패턴이 관측되는 영역(nc 구조)을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 일 형태인 산화물 반도체막은, nc-OS막의 회절 패턴이 관측되는 영역과, CAAC-OS막의 회절 패턴이 관측되는 영역(CAAC 구조)을 가져도 좋다. In addition, the oxide semiconductor film of one embodiment of the present invention preferably has a region (nc structure) in which the diffraction pattern of the nc-OS film is observed when nanobeam electron diffraction is performed. In addition, the oxide semiconductor film of one embodiment of the present invention may have a region in which the diffraction pattern of the nc-OS film is observed and a region (CAAC structure) in which the diffraction pattern of the CAAC-OS film is observed.

또한, 본 발명의 일 형태인 산화물 반도체막은, 높은 nc 비율을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들면, nc 비율은 30% 이상이 바람직하며, 50% 이상이 바람직하며, 80% 이상이 보다 바람직하다. 또한, 본 발명의 일 형태인 산화물 반도체막은, nc 비율과 CAAC 비율의 합이 80% 이상인 것이 바람직하며, 90% 이상 100% 이하인 것이 바람직하며, 95% 이상 100% 이하인 것이 바람직하며, 98% 이상 100% 이하인 것이 바람직하며, 99% 이상 100% 이하인 것이 보다 바람직하다. In addition, it is preferable that the oxide semiconductor film of one embodiment of the present invention has a high nc ratio. For example, the nc ratio is preferably 30% or more, preferably 50% or more, and more preferably 80% or more. Further, in the oxide semiconductor film of one embodiment of the present invention, the sum of the nc ratio and the CAAC ratio is preferably 80% or more, preferably 90% or more and 100% or less, preferably 95% or more and 100% or less, 98% or more It is preferable that it is 100% or less, and it is more preferable that it is 99% or more and 100% or less.

본 발명의 일 형태인 산화물 반도체막은, 복수의 막을 적층해도 좋다. 또한 복수의 막의 각각의 nc 비율 및 CAAC 비율이 상이해도 좋다. 또한, 적층된 복수의 막 중, 적어도 1층의 막은, 높은 nc 비율을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들면, nc 비율은 30% 이상이 바람직하며, 50% 이상이 바람직하며, 80% 이상이 보다 바람직하다. 또한, 적층된 복수의 막 중, 적어도 1층의 막은, nc 비율과 CAAC 비율의 합이 80% 이상인 것이 바람직하며, 90% 이상 100% 이하인 것이 바람직하며, 95% 이상 100% 이하인 것이 바람직하며, 98% 이상 100% 이하인 것이 바람직하며, 99% 이상 100% 이하인 것이 보다 바람직하다. In the oxide semiconductor film of one embodiment of the present invention, a plurality of films may be laminated. Further, the respective nc ratios and CAAC ratios of the plurality of films may be different. Moreover, it is preferable that at least one film|membrane among the laminated|stacked film|membrane has a high nc ratio. For example, the nc ratio is preferably 30% or more, preferably 50% or more, and more preferably 80% or more. In addition, among the plurality of laminated films, in the film of at least one layer, the sum of the nc ratio and the CAAC ratio is preferably 80% or more, preferably 90% or more and 100% or less, and 95% or more and 100% or less, It is preferable that they are 98 % or more and 100 % or less, and it is more preferable that they are 99 % or more and 100 % or less.

도 6에 도시하는 바와 같이, In2O3, Ga2O3, 및 ZnO의 분말을 혼합하고, 1350℃에서 소성한 경우에는, 아연의 비율을 크게 함으로써 고용역이 넓어지는 것이 비특허문헌 1에 기재되어 있다. 여기에서, In-Ga-Zn 산화물의 원자수비를 고용역을 취할 수 있는 범위로 함으로써, 본 발명의 일 형태의 산화물 반도체막의 CAAC 비율이 보다 높아지는 경우가 있다. 따라서, 아연의 비율을 작게 함으로써, 본 발명의 일 형태의 산화물 반도체막의 nc 비율을 보다 높게 할 수 있는 경우가 있다. 산화물 반도체막이 갖는 인듐, 원소 M 및 아연의 원자수비를 인듐:원소 M:아연=x:y:z로 한다. 예를 들면, z에 대한 x+y의 비율, 즉 (x+y)/z를 크게 함으로써, nc 비율을 보다 높일 수 있는 경우가 있다. 구체적으로는, 예를 들면 (x+y)>z가 바람직하며, (x+y)≥1.5z가 바람직하며, (x+y)≥2z가 바람직하다. As shown in FIG. 6 , when powders of In 2 O 3 , Ga 2 O 3 , and ZnO are mixed and calcined at 1350° C., it is non-patent document 1 that the high solution capacity is widened by increasing the proportion of zinc. is described in Here, the CAAC ratio of the oxide semiconductor film of one embodiment of the present invention may be higher by setting the atomic ratio of the In-Ga-Zn oxide to a range where a high solution can be taken. Therefore, by making the ratio of zinc small, the nc ratio of the oxide semiconductor film of one embodiment of the present invention can be made higher in some cases. Let the atomic ratio of indium, element M, and zinc in the oxide semiconductor film be indium: element M: zinc = x: y: z. For example, by increasing the ratio of x+y to z, that is, (x+y)/z, the nc ratio can be further increased in some cases. Specifically, for example, (x+y)>z is preferable, (x+y)≧1.5z is preferable, and (x+y)≧2z is preferable.

또한, 스피넬 구조의 결정이 CAAC-OS막이나 nc-OS막과 혼재함으로써, 명확한 입계, 또는 경계부를 형성하는 경우가 있다. 따라서, 스피넬 구조의 결정이 보다 형성되기 쉬운 원자수비로부터 멀어지는 것이 바람직하다. Further, when the crystals of the spinel structure are mixed with the CAAC-OS film or the nc-OS film, a clear grain boundary or boundary portion may be formed. Therefore, it is preferable to move away from the atomic ratio in which crystals of the spinel structure are more likely to be formed.

따라서, 본 발명의 일 형태의 산화물 반도체막인 In-M-Zn 산화물막이 갖는 In, 원소 M 및 아연의 원자수비 x, y 및 z는 도 4의 (A)에 도시하는 영역(13) 내의 원자수비를 갖는 것이 바람직하며, 도 4의 (B)에 도시하는 영역(14)의 원자수비를 갖는 것이 보다 바람직하다. 여기에서 영역(13)은, 제 1 좌표 K(x:y:z=8:14:7)와, 제 2 좌표 R(x:y:z=2:4:3)과, 제 3 좌표 V(x:y:z=1:2:3)와, 제 4 좌표 S(x:y:z=1:0:1)와, 제 5 좌표 T(x:y:z=8:0:1)와, 제 6 좌표 U(x:y:z=6:2:1)와, 상기 제 1 좌표 K를, 순서대로 선분으로 연결한 영역 내이다. 또한, 영역(13)은, 6개의 점을 연결하는 선분을 포함한다. 또한 영역(13)에는 모든 좌표를 포함한다. 또한, 영역(14)은 제 1 좌표 K(x:y:z=8:14:7)와, 제 2 좌표 R(x:y:z=2:4:3)과, 제 3 좌표 V(x:y:z=1:2:3)와, 제 4 좌표 W(x:y:z=7:1:8)와, 제 5 좌표 X(x:y:z=7:1:1)와, 제 6 좌표 U(x:y:z=6:2:1)와, 상기 제 1 좌표 K를, 순서대로 선분으로 연결한 영역 내이다. 또한, 영역(14)은 6개의 점을 연결하는 선분을 포함한다. 또한 영역(14)에는 모든 좌표를 포함한다. Therefore, the atomic ratios x, y, and z of In, element M, and zinc in the In-M-Zn oxide film which is an oxide semiconductor film of one embodiment of the present invention are atoms in the region 13 shown in Fig. 4A. It is preferable to have an atomic ratio, and it is more preferable to have an atomic ratio of the area|region 14 shown in FIG.4(B). Here, the region 13 has a first coordinate K (x:y:z=8:14:7), a second coordinate R (x:y:z=2:4:3), and a third coordinate V (x:y:z=1:2:3), the fourth coordinate S(x:y:z=1:0:1), and the fifth coordinate T(x:y:z=8:0:1) ), the sixth coordinate U (x:y:z=6:2:1), and the first coordinate K are sequentially connected to each other by a line segment. In addition, the region 13 includes a line segment connecting six points. In addition, the region 13 includes all coordinates. In addition, the region 14 includes a first coordinate K (x:y:z=8:14:7), a second coordinate R (x:y:z=2:4:3), and a third coordinate V( x:y:z=1:2:3), fourth coordinate W (x:y:z=7:1:8), and fifth coordinate X (x:y:z=7:1:1) , and the sixth coordinate U (x:y:z=6:2:1) and the first coordinate K are in a region connected by a line segment in order. Also, the region 14 includes a line segment connecting the six points. Region 14 also includes all coordinates.

또한, 산화물 반도체막을 스퍼터링법으로 성막하는 경우, 얻어지는 막의 원자수비가, 타깃의 원자수비로부터 벗어나는 경우가 있다. 특히 아연은, 얻어지는 막의 아연 비율이 타깃의 아연 비율보다 작아지는 경우가 있다. 구체적으로는, 얻어지는 막의 아연 비율은, 예를 들면 타깃의 아연 비율의 40atomic% 이상 90atomic% 정도 이하가 되는 경우가 있다. Moreover, when forming an oxide semiconductor film into a film by sputtering method, the atomic ratio of the film|membrane obtained may deviate from the atomic ratio of a target. In particular, in the case of zinc, the zinc ratio of the obtained film may be smaller than the zinc ratio of the target. Specifically, the zinc ratio of the obtained film|membrane may be 40 atomic% or more and 90 atomic% or less of the zinc ratio of a target, for example.

여기에서, In-Ga-Zn 산화물을 스퍼터링법으로 성막하는 경우에, 사용하는 타깃의 원자수비와 얻어지는 막의 원자수비의 관계를 조사하였다. Here, when an In-Ga-Zn oxide is formed into a film by sputtering, the relationship between the atomic ratio of the target to be used and the atomic ratio of the resulting film was investigated.

성막 조건으로서, 성막 가스에 아르곤 및 산소를 사용하고, 산소 유량비를 33%로 하였다. 여기에서 산소 유량비란, 산소 유량÷(산소 유량+아르곤 유량)×100[%]로 표시되는 양이다. 또한, 압력은 0.4Pa에서부터 0.7Pa의 범위로 하고, 기판 온도를 200℃ 내지 300℃, 전원 전력을 0.5kW(DC)로 하였다. As the film forming conditions, argon and oxygen were used as the film forming gas, and the oxygen flow rate was set to 33%. Here, the oxygen flow rate ratio is a quantity expressed by oxygen flow rate ÷ (oxygen flow rate + argon flow rate) x 100 [%]. In addition, the pressure was made into the range of 0.4 Pa to 0.7 Pa, the board|substrate temperature was 200 degreeC - 300 degreeC, and the power supply power was 0.5 kW (DC).

도 23에, 타깃의 2개의 원소에 착안했을 때의 원자수비의 값과, 아연의 잔류율의 관계를 도시한다. 도면 중의 숫자는, 타깃의 In:Ga:Zn의 원자수비를 나타낸다. 여기에서 아연의 잔류율에 관해서 설명한다. 얻어진 막의 원자수비에 있어서의, 아연 항의 값을, 막의 인듐, 갈륨 및 아연 항의 값의 합으로 나눈 값을 Zn(Film)으로 한다. 또한, 타깃의 원자수비에 있어서의, 아연 항의 값을, 타깃의 인듐, 갈륨 및 아연 항의 값의 합으로 나눈 값을 Zn(Target)으로 한다. 여기에서, 아연의 잔류율을, A=Zn(Film)÷Zn(Target)×100[%]로 표시되는 값으로 정의한다. Fig. 23 shows the relationship between the value of the atomic ratio when focusing on two elements of the target and the residual rate of zinc. Numerals in the figure indicate the atomic ratio of In:Ga:Zn of the target. Here, the residual rate of zinc is demonstrated. The value obtained by dividing the value of the zinc term in the atomic ratio of the film by the sum of the values of the indium, gallium, and zinc terms of the film is defined as Zn(Film). In addition, let Zn (Target) be the value which divided the value of the zinc term in the atomic ratio of a target by the sum of the values of indium, gallium, and zinc of a target. Here, the residual rate of zinc is defined as a value expressed by A=Zn(Film)÷Zn(Target)×100 [%].

또한, 사용하는 In-Ga-Zn 산화물 타깃의 인듐, 갈륨 및 아연의 원자수비를 a:b:c로 나타낸다. In addition, the atomic ratio of indium, gallium, and zinc of the In-Ga-Zn oxide target used is shown by a:b:c.

도 23의 (A)는 가로축에 타깃의 갈륨에 대한 아연의 비의 값(c/b)을, 도 23의 (B)는 가로축에 타깃의 인듐의 원자수비에 대한 갈륨의 비의 값(b/a)을, 도 23의 (C)는 가로축에 타깃의 인듐에 대한 아연의 비의 값(c/a)을 각각 나타내고 있다. 또한 각각의 세로축은 아연의 잔류율 A를 나타낸다. 23A is a value (c/b) of a ratio of zinc to gallium of the target on the abscissa axis, and FIG. 23B is a value (b) of a ratio of gallium to indium atomic ratio of the target on the abscissa axis /a), and FIG. 23(C) shows the value (c/a) of the ratio of zinc to indium of the target on the horizontal axis, respectively. In addition, each vertical axis represents the residual rate A of zinc.

여기에서 도 23으로부터, 스퍼터링법에 의해 얻어지는 막의 아연의 잔류율은, 대략 50% 이상 90% 이하인 것을 알 수 있다. 또한, 인듐 및 갈륨은, 아연과 비교하여 타깃의 원자수비로부터는 크게 변화되지 않는다고 할 수 있다. 또한, 타깃의 갈륨에 대한 아연의 비의 값(c/b)이 예를 들면 1인 경우에는 아연의 잔류율 A는 약 66%, 2인 경우에는 약 74%, 3인 경우에는 약 83%이다. Here, from FIG. 23, it turns out that the zinc residual rate of the film|membrane obtained by the sputtering method is about 50 % or more and 90 % or less. In addition, it can be said that indium and gallium do not change greatly from the atomic ratio of a target compared with zinc. In addition, when the value (c/b) of the ratio of zinc to gallium of the target is, for example, 1, the zinc residual rate A is about 66%, when it is 2, it is about 74%, and when it is 3, it is about 83%. to be.

또한 도 23의 (A)로부터, 타깃의 갈륨에 대한 아연의 비의 값(c/b)과, 아연의 잔류율 사이에는 양호한 상관이 있는 것을 알 수 있다. 즉, 갈륨에 대해 아연이 적은 편이, 잔류율은 보다 낮게 되어 있다. Moreover, it turns out that FIG.23(A) shows that there exists a favorable correlation between the value (c/b) of the ratio of zinc to gallium of a target, and the residual rate of zinc. That is, the one where there is little zinc with respect to gallium is lower than the residual rate.

이상을 감안하여, 스퍼터링법을 사용하여 도 4의 (A)에 도시하는 영역(13)의 산화물 반도체막을 얻기 위해서는, 예를 들면 목적으로 하는 막의 아연의 비의 값에 대해, 타깃의 아연의 비의 값을 바람직하게는 1.7배 이상, 보다 바람직하게는 1.5배 이상으로 하면 좋다. 따라서 타깃의 인듐, 갈륨 및 아연은 도 5에 도시하는 영역(15)의 원자수비를 갖는 것이 바람직하다. 여기에서 영역(15)은, 제 1 좌표 K(a:b:c=8:14:7)와, 제 2 좌표 R(a:b:c=2:4:3)과, 제 3 좌표 Y(a:b:c=1:2:5.1)와, 제 4 좌표 Z(a:b:c=1:0:1.7)와, 제 5 좌표 T(a:b:c=8:0:1)와, 제 6 좌표 U(a:b:c=6:2:1)와, 상기 제 1 좌표 K를, 순서대로 선분으로 연결한 영역 내이다. 또한, 영역(15)은 6개의 점을 연결한 선분을 포함한다. 영역(15)에는 모든 좌표를 포함한다. In view of the above, in order to obtain the oxide semiconductor film of the region 13 shown in Fig. 4A by sputtering, for example, the target zinc ratio to the target zinc ratio value. The value of is preferably 1.7 times or more, more preferably 1.5 times or more. Therefore, it is preferable that indium, gallium, and zinc of the target have an atomic ratio of the region 15 shown in FIG. Here, the region 15 has a first coordinate K (a:b:c=8:14:7), a second coordinate R (a:b:c=2:4:3), and a third coordinate Y (a:b:c=1:2:5.1), the fourth coordinate Z(a:b:c=1:0:1.7), and the fifth coordinate T(a:b:c=8:0:1) ), the sixth coordinate U (a:b:c=6:2:1), and the first coordinate K are sequentially connected to each other by a line segment. In addition, the region 15 includes a line segment connecting six points. Region 15 contains all coordinates.

본 실시형태는, 적어도 그 일부를 본 명세서 중에 기재하는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다. This embodiment can be implemented by appropriately combining at least a part of it with other embodiment described in this specification.

(실시형태 3)(Embodiment 3)

본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태인 산화물 반도체막을 사용한 트랜지스터의 일례에 관해서 설명한다. In the present embodiment, an example of a transistor using an oxide semiconductor film as one embodiment of the present invention will be described.

[트랜지스터의 예 1][Example 1 of transistor]

산화물 반도체막을 사용한 트랜지스터의 일례에 관해서, 도 12를 사용하여 설명한다. An example of a transistor using an oxide semiconductor film will be described with reference to FIG. 12 .

도 12의 (A)는 트랜지스터(100)의 상면도를 도시한다. 또한, 도 12의 (B)는 도 12의 (A)에 도시하는 일점 쇄선 X-X'에 있어서의 단면을, 도 12의 (C)는 일점 쇄선 Y-Y'에 있어서의 단면을 도시한다. 도 12에 도시하는 트랜지스터(100)는, 기판(50)과, 기판(50)의 상면에 접하는 절연막(51)과, 절연막(51)의 상면에 접하는 절연막(114)과, 절연막(114)의 상면에 접하는 반도체층(101)과, 도전층(104a) 및 도전층(104b)과, 반도체층(101) 위에 게이트 절연막(102)과, 게이트 절연막(102) 을 개재하여 반도체층(101)과 중첩되는 게이트 전극(103)을 가진다. 또한 트랜지스터(100)를 피복하고, 절연막(112) 및 절연막(113)이 설치되어 있다. 또한, 트랜지스터(100)는 도전층(105)을 가져도 좋다. 또한, 기판(50)과 절연막(114) 사이에, 절연막을 설치하지 않아도 좋다. 12A shows a top view of the transistor 100 . Fig. 12(B) shows a cross section along the dash-dotted line X-X' shown in Fig. 12(A), and Fig. 12(C) shows a cross-section along the dash-dotted line Y-Y'. . The transistor 100 shown in FIG. 12 includes a substrate 50 , an insulating film 51 in contact with the upper surface of the substrate 50 , an insulating film 114 in contact with the upper surface of the insulating film 51 , and an insulating film 114 . A semiconductor layer 101 in contact with the upper surface, a conductive layer 104a and a conductive layer 104b, a gate insulating film 102 on the semiconductor layer 101, and a semiconductor layer 101 with a gate insulating film 102 interposed therebetween; It has an overlapping gate electrode 103 . Further, an insulating film 112 and an insulating film 113 are provided to cover the transistor 100 . In addition, the transistor 100 may have a conductive layer 105 . In addition, it is not necessary to provide an insulating film between the substrate 50 and the insulating film 114 .

반도체층(101)은 단층으로 형성해도 좋고, 제 1 층 내지 제 3 층의 적층 구조로 형성되는 것이 보다 바람직하다. 제 2 층은 제 1 층 위에 접하여 설치되고, 제 3 층은 제 2 층 위에 접하여 설치된다. 여기에서, 본 발명의 일 형태의 트랜지스터에 있어서, 제 1 층 및 제 3 층은, 제 2 층과 비교하여 전류가 흐르기 어려운 영역을 가진다. 따라서, 제 1 층 및 제 3 층을 절연체층이라고 부르는 경우가 있다. 따라서, 도 12에 도시하는 예와 같이, 반도체층(101)은 절연체층(101a), 반도체층(101b), 및 절연체층(101c)의 적층 구조로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 절연체층(101a) 및 절연체층(101c) 중 어느 하나를 갖지 않는 구조로 해도 좋다. 도 12에 도시하는 예에 있어서, 반도체층(101b)은 절연체층(101a)의 상면에 접한다. 또한, 도전층(104a) 및 도전층(104b)은, 반도체층(101b)의 상면과 접하고, 반도체층(101b)과 중첩되는 영역에서 이간된다. 또한, 절연체층(101c)은 반도체층(101b)의 상면에 접한다. 또한, 게이트 절연막(102)은 절연체층(101c)의 상면과 접한다. 또한, 게이트 전극(103)은 게이트 절연막(102) 및 절연체층(101c)을 개재하여 반도체층(101b)과 중첩된다. The semiconductor layer 101 may be formed in a single layer, more preferably in a laminated structure of the first to third layers. The second layer is provided in contact with the first layer, and the third layer is provided in contact with the second layer. Here, in the transistor of one embodiment of the present invention, the first layer and the third layer have regions in which current hardly flows compared to the second layer. Therefore, the first layer and the third layer are sometimes referred to as an insulator layer. Accordingly, as in the example shown in Fig. 12, the semiconductor layer 101 is preferably formed in a laminated structure of an insulator layer 101a, a semiconductor layer 101b, and an insulator layer 101c. Moreover, it is good also as a structure which does not have either the insulator layer 101a or the insulator layer 101c. In the example shown in FIG. 12, the semiconductor layer 101b is in contact with the upper surface of the insulator layer 101a. In addition, the conductive layer 104a and the conductive layer 104b are in contact with the upper surface of the semiconductor layer 101b and are spaced apart in a region overlapping the semiconductor layer 101b. Further, the insulator layer 101c is in contact with the upper surface of the semiconductor layer 101b. In addition, the gate insulating film 102 is in contact with the upper surface of the insulator layer 101c. In addition, the gate electrode 103 overlaps the semiconductor layer 101b with the gate insulating layer 102 and the insulating layer 101c interposed therebetween.

또한 트랜지스터(100)를 피복하여, 절연막(112) 및 절연막(113)이 설치되어 있다. 절연막(112) 및 절연막(113)에 관해서는, 후술하는 실시형태에서 상세하게 서술한다. Further, an insulating film 112 and an insulating film 113 are provided to cover the transistor 100 . The insulating film 112 and the insulating film 113 will be described in detail in the embodiments to be described later.

도전층(104a) 및 도전층(104b)은 소스 전극 또는 드레인 전극으로서의 기능을 가진다. 또한, 도전층(105)에, 소스 전극보다 낮은 전압 또는 높은 전압을 인가하고, 트랜지스터의 임계값 전압을 플러스 방향 또는 마이너스 방향으로 변동시켜도 좋다. 트랜지스터의 임계값 전압을 플러스 방향으로 변동시킴으로써, 게이트 전압이 0V라도 트랜지스터가 비도통 상태(오프 상태)가 되는, 노멀리 오프를 실현할 수 있는 경우가 있다. 또한, 도전층(105)에 인가하는 전압은, 가변이라도 좋고, 고정이라도 좋다. 도전층(105)에 인가하는 전압을 가변으로 하는 경우, 전압을 제어하는 회로를 도전층(105)에 접속해도 좋다. 또한, 도전층(105)은 게이트 전극(103)과 접속해도 좋다. The conductive layer 104a and the conductive layer 104b have a function as a source electrode or a drain electrode. Alternatively, a voltage lower or higher than that of the source electrode may be applied to the conductive layer 105 to change the threshold voltage of the transistor in the positive direction or the negative direction. By varying the threshold voltage of the transistor in the positive direction, normally off can be realized in which the transistor is in a non-conductive state (off state) even when the gate voltage is 0V. In addition, the voltage applied to the conductive layer 105 may be variable or may be fixed. When the voltage applied to the conductive layer 105 is made variable, a circuit for controlling the voltage may be connected to the conductive layer 105 . In addition, the conductive layer 105 may be connected to the gate electrode 103 .

절연막(114)의 상면은 CMP(Chemical Mechanical Polishing)법 등을 사용한 평탄화 처리에 의해 평탄화되어 있는 것이 바람직하다. The upper surface of the insulating film 114 is preferably planarized by a planarization process using a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method or the like.

절연막(114)은 산화물을 함유하는 것이 바람직하다. 특히 가열에 의해 일부의 산소가 탈리되는 산화물 재료를 함유하는 것이 바람직하다. 적합하게는, 화학량론적 조성을 충족시키는 산소보다 많은 산소를 함유하는 산화물을 사용하는 것이 바람직하다. 화학량론적 조성을 충족시키는 산소보다 많은 산소를 함유하는 산화물막은, 가열에 의해 일부의 산소가 탈리된다. 절연막(114)으로부터 탈리된 산소는 산화물 반도체인 반도체층(101)에 공급되어, 산화물 반도체 중의 산소 결손을 저감시키는 것이 가능해진다. 그 결과, 트랜지스터의 전기 특성의 변동을 억제하여, 신뢰성을 높일 수 있다. The insulating film 114 preferably contains an oxide. In particular, it is preferable to contain an oxide material from which a part of oxygen is desorbed by heating. Suitably, it is preferred to use oxides containing more oxygen than oxygen to satisfy the stoichiometric composition. In the oxide film containing more oxygen than oxygen satisfying the stoichiometric composition, a part of oxygen is desorbed by heating. Oxygen desorbed from the insulating film 114 is supplied to the semiconductor layer 101 which is an oxide semiconductor, and it becomes possible to reduce oxygen vacancies in the oxide semiconductor. As a result, variations in the electrical characteristics of the transistor can be suppressed and reliability can be improved.

화학량론적 조성을 충족시키는 산소보다 많은 산소를 함유하는 산화물막은, 예를 들면, 승온 탈리 가스 분광법 분석(TDS 분석)으로, 산소 원자로 환산한 산소의 탈리량이 1.0×1018atoms/㎤ 이상, 바람직하게는 3.0×1020atoms/㎤ 이상인 산화물막이다. 또한, 상기 TDS 분석시에 있어서의 막의 표면 온도로서는 100℃ 이상 700℃ 이하, 또는 100℃ 이상 500℃ 이하의 범위가 바람직하다. The oxide film containing more oxygen than oxygen satisfying the stoichiometric composition is, for example, by temperature elevated desorption gas spectroscopy analysis (TDS analysis), the desorption amount of oxygen in terms of oxygen atoms is 1.0×10 18 atoms/cm 3 or more, preferably It is an oxide film of 3.0×10 20 atoms/cm 3 or more. Moreover, as a surface temperature of the film|membrane at the time of the said TDS analysis, the range of 100 degreeC or more and 700 degrees C or less, or 100 degreeC or more and 500 degrees C or less is preferable.

예를 들면 이러한 재료로서, 산화 실리콘 또는 산화 질화 실리콘을 함유하는 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또는, 금속 산화물을 사용할 수도 있다. 금속 산화물로서, 산화 알루미늄, 산화 질화 알루미늄, 산화 갈륨, 산화 질화 갈륨, 산화 이트륨, 산화 질화 이트륨, 산화 하프늄, 산화 질화 하프늄 등을 사용할 수 있다. 또한, 본 명세서 중에 있어서, 산화 질화 실리콘이란, 그 조성으로서 질소보다 산소의 함유량이 많은 재료를 가리키고, 질화 산화 실리콘이란, 그 조성으로서, 산소보다 질소의 함유량이 많은 재료를 나타낸다. For example, as such a material, it is preferable to use a material containing silicon oxide or silicon oxynitride. Alternatively, a metal oxide may be used. As the metal oxide, aluminum oxide, aluminum oxynitride, gallium oxide, gallium oxynitride, yttrium oxide, yttrium oxynitride, hafnium oxide, hafnium oxynitride, or the like can be used. In addition, in this specification, silicon oxynitride refers to the material with more content of oxygen than nitrogen as its composition, and silicon nitride oxide shows the material with much content of nitrogen than oxygen as its composition.

또한 절연막(114)에 산소를 과잉으로 함유시키기 위해서, 절연막(114)에 산소를 도입하여 산소를 과잉으로 함유하는 영역을 형성해도 좋다. 예를 들면, 성막후의 절연막(114)에 산소(적어도 산소 라디칼, 산소 원자, 산소 이온 중 어느 하나를 함유한다)를 도입하여 산소를 과잉으로 함유하는 영역을 형성한다. 산소의 도입 방법으로서는, 이온 주입법, 이온 도핑법, 플라즈마 침지 이온 주입법, 플라즈마 처리 등을 사용할 수 있다. Further, in order to make the insulating film 114 contain oxygen excessively, oxygen may be introduced into the insulating film 114 to form a region containing excessive oxygen. For example, oxygen (containing at least any one of oxygen radicals, oxygen atoms, and oxygen ions) is introduced into the insulating film 114 after formation to form a region containing excess oxygen. As a method of introducing oxygen, an ion implantation method, an ion doping method, a plasma immersion ion implantation method, a plasma treatment or the like can be used.

반도체층(101)은 산화물 반도체를 포함하여 구성된다. 산화물 반도체는, 실리콘보다 밴드 갭이 넓고, 또한 캐리어 밀도가 작은 반도체 재료를 사용하면, 트랜지스터의 오프 상태에 있어서의 전류를 저감시킬 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 반도체층(101)이 산화물 반도체를 포함하여 구성됨으로써, 전기 특성의 변동이 억제되어, 신뢰성이 높은 트랜지스터를 실현할 수 있다. The semiconductor layer 101 includes an oxide semiconductor. The oxide semiconductor is preferable because the current in the OFF state of the transistor can be reduced when a semiconductor material having a wider band gap than silicon and a smaller carrier density is used. In addition, since the semiconductor layer 101 includes an oxide semiconductor, variations in electrical characteristics are suppressed, and a highly reliable transistor can be realized.

여기에서 반도체층(101)으로서, 예를 들면 실시형태 1이나, 실시형태 2에 나타내는 산화물 반도체를 사용할 수 있다. Here, as the semiconductor layer 101, the oxide semiconductor shown in Embodiment 1 or Embodiment 2 can be used, for example.

또한, 본 명세서 등에 있어서 실질적으로 진성이라고 하는 경우, 산화물 반도체층의 캐리어 밀도는, 1×1017/㎤ 미만, 1×1015/㎤ 미만, 또는 1×1013/㎤ 미만이다. 산화물 반도체층을 고순도 진성화함으로써, 트랜지스터에 안정된 전기 특성을 부여할 수 있다. In addition, in this specification, etc., when it is called substantially intrinsic, the carrier density of an oxide semiconductor layer is less than 1x10 17 /cm<3>, less than 1x10 15 /cm<3>, or less than 1x10 13 /cm<3>. By making the oxide semiconductor layer highly purified intrinsic, stable electrical characteristics can be imparted to the transistor.

여기에서, 반도체층(101)으로서, 절연체층(101a), 반도체층(101b), 및 절연체층(101c)의 적층막을 사용하는 경우에 관해서, 상세하게 설명한다. 반도체층(101b)은 절연체층(101a) 및 절연체층(101c)보다 전자 친화력이 큰 산화물을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 반도체층(101b)으로서, 절연체층(101a) 및 절연체층(101c)보다 전자 친화력이 0.07eV 이상 1.3eV 이하, 바람직하게는 0.1eV 이상 0.7eV 이하, 더욱 바람직하게는 0.15eV 이상 0.4eV 이하 큰 산화물을 사용한다. 또한, 전자 친화력은 진공 준위와 전도대 하단의 에너지의 차이다. Here, a case in which a laminated film of the insulator layer 101a, the semiconductor layer 101b, and the insulator layer 101c is used as the semiconductor layer 101 will be described in detail. For the semiconductor layer 101b, it is preferable to use an oxide having a higher electron affinity than that of the insulator layer 101a and the insulator layer 101c. For example, as the semiconductor layer 101b, the electron affinity of the insulator layer 101a and the insulator layer 101c is 0.07 eV or more and 1.3 eV or less, preferably 0.1 eV or more and 0.7 eV or less, more preferably 0.15 eV or more. Large oxides of 0.4 eV or less are used. Also, the electron affinity is the difference between the vacuum level and the energy at the lower end of the conduction band.

반도체층(101b)으로서, 절연체층(101a) 및 절연체층(101c)보다 전자 친화력이 큰 산화물을 사용함으로써, 게이트 전극에 전계를 인가하면, 절연체층(101a), 반도체층(101b), 절연체층(101c) 중, 전자 친화력이 큰 반도체층(101b)에 채널이 형성된다. 여기에서, 반도체층(101b)에 채널이 형성됨으로써, 예를 들면 채널 형성 영역이 게이트 절연막(102)과의 계면으로부터 멀어지기 때문에, 게이트 절연막과의 계면에서의 산란의 영향을 작게 할 수 있다. 따라서, 트랜지스터의 전계 효과 이동도를 높게 할 수 있다. 여기에서, 반도체층(101b)과 절연체층(101c)은 후술하는 바와 같이, 구성하는 원소가 공통되고 있기 때문에, 계면 산란이 거의 발생하지 않는다. When an electric field is applied to the gate electrode by using an oxide having a larger electron affinity than the insulator layer 101a and the insulator layer 101c as the semiconductor layer 101b, the insulator layer 101a, the semiconductor layer 101b, and the insulator layer In 101c, a channel is formed in the semiconductor layer 101b having a high electron affinity. Here, when a channel is formed in the semiconductor layer 101b, for example, since the channel formation region moves away from the interface with the gate insulating film 102, the influence of scattering at the interface with the gate insulating film can be reduced. Accordingly, the field effect mobility of the transistor can be increased. Here, since the elements constituting the semiconductor layer 101b and the insulator layer 101c are in common as will be described later, interfacial scattering hardly occurs.

또한, 게이트 절연막에 산화 실리콘막, 산화 질화 실리콘막, 질화 산화 실리콘막 또는 질화 실리콘막 등을 사용하는 경우, 게이트 절연막에 함유되는 실리콘이, 산화물 반도체막에 혼입되는 경우가 있다. 산화물 반도체막에 실리콘이 함유되면, 산화물 반도체막의 결정성의 저하, 캐리어 이동도의 저하 등이 일어나는 경우가 있다. 따라서, 채널이 형성되는 반도체층(101b)의 불순물 농도, 예를 들면 실리콘 농도를 저감시키기 위해서, 반도체층(101b)과 게이트 절연막 사이에 절연체층(101c)을 설치하는 것이 바람직하다. 같은 이유에 의해, 절연막(114)으로부터의 불순물 확산의 영향을 저감시키기 위해, 반도체층(101b)과 절연막(114) 사이에 절연체층(101a)을 설치하는 것이 바람직하다. In addition, when a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, a silicon nitride oxide film, or a silicon nitride film is used for the gate insulating film, silicon contained in the gate insulating film may be mixed into the oxide semiconductor film. When silicon is contained in an oxide semiconductor film, the fall of the crystallinity of an oxide semiconductor film, the fall of carrier mobility, etc. may occur. Therefore, in order to reduce the impurity concentration, for example, silicon concentration, of the semiconductor layer 101b in which the channel is formed, it is preferable to provide the insulator layer 101c between the semiconductor layer 101b and the gate insulating film. For the same reason, in order to reduce the influence of impurity diffusion from the insulating film 114 , it is preferable to provide the insulating layer 101a between the semiconductor layer 101b and the insulating film 114 .

반도체층(101b)으로서, 예를 들면, 인듐, 원소 M 및 아연을 갖는 산화물 반도체막을 사용하면 좋다. 예를 들면 실시형태 1이나, 실시형태 2에 나타내는 산화물 반도체막을 사용하는 것이 바람직하다. As the semiconductor layer 101b, for example, an oxide semiconductor film containing indium, element M, and zinc may be used. For example, it is preferable to use the oxide semiconductor film shown in Embodiment 1 and Embodiment 2.

반도체층(101b)은, 예를 들면, 에너지 갭이 큰 산화물을 사용한다. 반도체층(101b)의 에너지 갭은, 예를 들면, 2.5eV 이상 4.2eV 이하, 바람직하게는 2.7eV 이상 3.7eV 이하, 더욱 바람직하게는 2.8eV 이상 3.3eV 이하로 한다. For the semiconductor layer 101b, for example, an oxide having a large energy gap is used. The energy gap of the semiconductor layer 101b is, for example, 2.5 eV or more and 4.2 eV or less, preferably 2.7 eV or more and 3.7 eV or less, and more preferably 2.8 eV or more and 3.3 eV or less.

다음에, 절연체층(101a) 및 절연체층(101c)에 관해서 설명한다. 예를 들면, 절연체층(101a) 및 절연체층(101c)은, 반도체층(101b)을 구성하는 산소 이외의 원소 1종 이상, 또는 2종 이상으로 구성되는 산화물이다. 반도체층(101b)을 구성하는 산소 이외의 원소 1종 이상, 또는 2종 이상으로 절연체층(101a) 및 절연체층(101c)이 구성되기 때문에, 절연체층(101a)과 반도체층(101b)의 계면, 및 반도체층(101b)과 절연체층(101c)의 계면에 있어서, 계면 준위가 형성되기 어렵다. Next, the insulator layer 101a and the insulator layer 101c will be described. For example, the insulator layer 101a and the insulator layer 101c are oxides composed of one or more or two or more elements other than oxygen constituting the semiconductor layer 101b. Since the insulator layer 101a and the insulator layer 101c are composed of one or more or two or more elements other than oxygen constituting the semiconductor layer 101b, the interface between the insulator layer 101a and the semiconductor layer 101b. , and at the interface between the semiconductor layer 101b and the insulator layer 101c, it is difficult to form an interface state.

여기에서 밴드 구조에 관해서 도 11에 도시한다. 도 11에는, 진공 준위(vacuum level이라고 표기.), 각 층의 전도대 하단의 에너지(Ec라고 표기.) 및 가전자대 상단의 에너지(Ev라고 표기.)를 나타낸다. Here, the band structure is shown in FIG. 11 shows the vacuum level (represented as vacuum level), the energy at the lower end of the conduction band of each layer (represented as Ec), and the energy at the upper end of the valence band (represented as Ev) of each layer.

여기에서, 절연체층(101a)과 반도체층(101b) 사이에는, 절연체층(101a)과 반도체층(101b)의 혼합 영역을 갖는 경우가 있다. 또한, 반도체층(101b)과 절연체층(101c) 사이에는, 반도체층(101b)과 절연체층(101c)의 혼합 영역을 갖는 경우가 있다. 혼합 영역은 계면 준위 밀도가 낮아진다. 이로 인해, 절연체층(101a), 반도체층(101b) 및 절연체층(101c)의 적층체는, 각각의 계면 근방에 있어서, 에너지가 연속적으로 변화되는(연속 접합이라고도 한다.) 밴드 구조가 된다. Here, a mixed region of the insulator layer 101a and the semiconductor layer 101b may be provided between the insulator layer 101a and the semiconductor layer 101b. In addition, a mixed region of the semiconductor layer 101b and the insulator layer 101c may be provided between the semiconductor layer 101b and the insulator layer 101c. The mixed region has a lower density of interfacial states. For this reason, the laminate of the insulator layer 101a, the semiconductor layer 101b, and the insulator layer 101c has a band structure in which energy continuously changes (also referred to as continuous junction) in the vicinity of each interface.

이 때, 전자는 절연체층(101a) 중 및 절연체층(101c) 중이 아니라, 반도체층(101b) 중을 주로 이동한다. 상기한 바와 같이, 절연체층(101a) 및 반도체층(101b)의 계면에 있어서의 계면 준위 밀도, 반도체층(101b)과 절연체층(101c)의 계면에 있어서의 계면 준위 밀도를 낮게 함으로써, 반도체층(101b) 중에서 전자의 이동이 저해되는 경우가 적어, 트랜지스터의 온 전류를 높게 할 수 있다. At this time, electrons mainly move in the semiconductor layer 101b, not in the insulator layer 101a and in the insulator layer 101c. As described above, by lowering the density of interfacial states at the interface between the insulator layer 101a and the semiconductor layer 101b and the density of interfacial states at the interface between the semiconductor layer 101b and the insulator layer 101c, the semiconductor layer In (101b), the movement of electrons is less inhibited, and the on-state current of the transistor can be increased.

또한, 도 11에서는, 절연체층(101a)과 절연체층(101c)의 Ec가 같은 경우에 관해서 도시하였지만, 각각이 상이해도 좋다. 예를 들면, 절연체층(101a)보다 절연체층(101c)의 Ec가 높은 에너지를 가져도 좋다. In addition, although FIG. 11 shows the case where Ec of the insulator layer 101a and the insulator layer 101c are the same, each may be different. For example, Ec of the insulator layer 101c may have a higher energy than that of the insulator layer 101a.

도 12의 (B)에 도시하는 바와 같이, 반도체층(101b)의 측면은, 도전층(104a) 및 도전층(104b)과 접한다. 또한, 도 12의 (C)에 도시하는 바와 같이, 게이트 전극(103)의 전계에 의해, 반도체층(101b)을 전기적으로 둘러쌀 수 있다(도전체의 전계에 의해, 반도체를 전기적으로 둘러싸는 트랜지스터의 구조를, surrounded channel(s-channel) 구조라고 부른다.). 게이트 전극(103)이 반도체층(101b)의 상면 및 측면에 면하여 설치됨으로써, 반도체층(101b)의 상면 근방뿐만아니라 전체(벌크)에 채널이 형성되는 경우가 있다. s-channel 구조에서는, 트랜지스터의 소스-드레인 간에 대전류를 흘려보낼 수 있어, 도통시의 전류(온 전류)를 높게 할 수 있다. As shown in FIG. 12B , the side surface of the semiconductor layer 101b is in contact with the conductive layer 104a and the conductive layer 104b. In addition, as shown in FIG. 12C , the electric field of the gate electrode 103 can electrically surround the semiconductor layer 101b (the electric field of the conductor electrically surrounds the semiconductor). The structure of the transistor is called a surrounded channel (s-channel) structure). When the gate electrode 103 is provided to face the upper surface and the side surface of the semiconductor layer 101b, a channel may be formed not only in the vicinity of the upper surface of the semiconductor layer 101b but also in the entire (bulk) area. In the s-channel structure, a large current can flow between the source and drain of the transistor, and the current (on current) at the time of conduction can be increased.

높은 온 전류가 얻어지기 때문에, s-channel 구조는, 미세화된 트랜지스터에 적합한 구조라고 할 수 있다. 트랜지스터를 미세화할 수 있기 때문에, 상기 트랜지스터를 갖는 반도체 장치는, 집적도가 높은, 고밀도화된 반도체 장치로 하는 것이 가능해진다. 예를 들면, 트랜지스터는, 채널 길이가 바람직하게는 40nm 이하, 더욱 바람직하게는 30nm 이하, 보다 바람직하게는 20nm 이하인 영역을 가지고, 또한, 트랜지스터는, 채널 폭이 바람직하게는 40nm 이하, 더욱 바람직하게는 30nm 이하, 보다 바람직하게는 20nm 이하인 영역을 가진다. 특히 채널 폭이 작을수록 반도체층(101b)의 내부에까지 채널이 형성되는 영역이 넓어지기 때문에, 미세화될수록 온 전류에 대한 기여가 높아진다. Since a high on-current is obtained, the s-channel structure can be said to be a structure suitable for miniaturized transistors. Since the transistor can be miniaturized, the semiconductor device including the transistor can be a highly integrated, high-density semiconductor device. For example, the transistor has a region in which the channel length is preferably 40 nm or less, more preferably 30 nm or less, and more preferably 20 nm or less, and the transistor has a channel width of preferably 40 nm or less, further preferably has a region of 30 nm or less, more preferably 20 nm or less. In particular, the smaller the channel width is, the wider the region where the channel is formed even inside the semiconductor layer 101b.

절연체층(101a) 및 절연체층(101c)으로서, 예를 들면 In-M-Zn 산화물을 사용할 수 있다. As the insulator layer 101a and the insulator layer 101c, for example, In-M-Zn oxide can be used.

또한, 인듐 갈륨 산화물은, 작은 전자 친화력과, 높은 산소 차단성을 가진다. 이로 인해, 예를 들면 절연체층(101c)은 인듐 갈륨 산화물을 함유해도 좋다. 갈륨 원자 비율[Ga/(In+Ga)]은, 예를 들면, 70% 이상, 바람직하게는 80% 이상, 더욱 바람직하게는 90% 이상으로 한다. Moreover, indium gallium oxide has a small electron affinity and high oxygen barrier property. For this reason, for example, the insulator layer 101c may contain indium gallium oxide. The gallium atomic ratio [Ga/(In+Ga)] is, for example, 70% or more, preferably 80% or more, and more preferably 90% or more.

또한, 절연체층(101c)은 산화 갈륨을 함유하는 것이 보다 바람직하다. 절연체층(101c)에 산화 갈륨을 함유하면, 보다 낮은 오프 전류를 실현할 수 있는 경우가 있다. Moreover, it is more preferable that the insulator layer 101c contains gallium oxide. When gallium oxide is contained in the insulator layer 101c, a lower off-state current can be realized in some cases.

또한, 절연체층(101a) 및 절연체층(101c)은 nc-OS막이나 CAAC-OS막을 사용하는 것이 바람직하다. 여기에서, 절연체층(101a)이나 절연체층(101c)의 nc 비율이나, CAAC 비율을 높임으로써, 예를 들면, 결함을 보다 적게 할 수 있다. 또한, 예를 들면 스피넬형의 결정을 갖는 영역을 적게 할 수 있다. 또한, 예를 들면 캐리어의 산란을 작게 할 수 있다. 또한, 예를 들면 불순물에 대한 차단성이 높은 막으로 할 수 있다. 또한, 반도체층(101b)으로의 불순물의 혼입을 억제할 수 있어, 반도체층(101b)의 불순물 농도를 저감시킬 수 있다. In addition, it is preferable to use an nc-OS film or a CAAC-OS film for the insulator layer 101a and the insulator layer 101c. Here, by increasing the nc ratio and CAAC ratio of the insulator layer 101a or the insulator layer 101c, for example, defects can be further reduced. Further, for example, the region having spinel crystals can be reduced. Moreover, for example, carrier scattering can be made small. Moreover, for example, it can be set as the film|membrane with high barrier property with respect to an impurity. In addition, mixing of impurities into the semiconductor layer 101b can be suppressed, and the impurity concentration of the semiconductor layer 101b can be reduced.

절연체층(101a) 및 절연체층(101c)의 nc 비율은, 예를 들면 10% 이상이 바람직하며, 30% 이상이 바람직하며, 50% 이상이 바람직하며, 80% 이상이 바람직하며, 90% 이상이 바람직하며, 95% 이상이 바람직하다. The nc ratio of the insulator layer 101a and the insulator layer 101c is, for example, preferably 10% or more, preferably 30% or more, preferably 50% or more, preferably 80% or more, and 90% or more. This is preferable, and 95% or more is preferable.

여기에서, 절연체층(101a), 반도체층(101b) 및 절연체층(101c)이 In-M-Zn 산화물인 경우를 생각한다. 절연체층(101a)이 갖는 In, 원소 M 및 Zn의 원자수비를 xa, ya 및 za로 한다. 마찬가지로, 반도체층(101b)이 갖는 In, 원소 M 및 Zn의 원자수비를 xb, yb 및 zb로 한다. 마찬가지로, 절연체층(101c)이 갖는 In, 원소 M 및 Zn의 원자수비를 xc, yc 및 zc로 한다. 이하에 각각의 바람직한 값에 관해서 설명한다. Here, the case where the insulator layer 101a, the semiconductor layer 101b, and the insulator layer 101c are made of In-M-Zn oxide is considered. Let the atomic ratios of In, the elements M, and Zn in the insulator layer 101a be x a , y a and z a . Similarly, the atomic ratios of In, the elements M, and Zn in the semiconductor layer 101b are x b , y b and z b . Similarly, the atomic ratios of In, the elements M, and Zn in the insulator layer 101c are x c , y c and z c . Each preferable value is demonstrated below.

xb, yb 및 zb는 도 1, 도 2의 (A) 및 도 4에 도시하는 영역(11), 영역(12), 영역(13) 및 영역(14) 중 어느 하나의 범위를 취하는 것이 바람직하다. x b , y b and z b are the ranges of any one of the regions 11 , 12 , 13 and 14 shown in FIGS. 1 , 2A and 4 . it is preferable

절연체층(101a) 및 절연체층(101c)은 스피넬형의 결정 구조가 포함되지 않거나, 또는 적은 것이 바람직하다. 따라서, xa:ya:za 및 xc:yc:zc는, 예를 들면 도 1의 영역(11)의 범위 내이며, 또한 반도체층(101b)보다 전자 친화력이 작아지는 값을 취하는 것이 바람직하다. It is preferable that the insulator layer 101a and the insulator layer 101c do not contain a spinel crystal structure or have a small amount. Therefore, x a :y a :z a and x c :y c :z c are, for example, within the range of the region 11 of FIG. 1 and have a smaller electron affinity than the semiconductor layer 101b. It is preferable to take

여기에서, 반도체층(101b)의 전자 친화력을 절연체층(101a) 및 절연체층(101c)보다 크게 하기 위해서는, 예를 들면 반도체층(101b)의 인듐의 함유율을 절연체층(101a) 및 절연체층(101c)보다 높이는 것이 바람직하다. Here, in order to make the electron affinity of the semiconductor layer 101b larger than that of the insulator layer 101a and the insulator layer 101c, for example, the indium content of the semiconductor layer 101b is increased in the insulator layer 101a and the insulator layer ( 101c) is preferred.

예를 들면, xb/(xb+yb+zb)>xa/(xa+ya+za), 및 xb/(xb+yb+zb)>xc/(xc+yc+zc)를 충족시키는 것이 바람직하다. For example, x b /(x b +y b +z b )>x a /(x a +y a +z a ), and x b /(x b +y b +z b )>x c / It is desirable to satisfy (x c +y c +z c ).

예를 들면, 바람직하게는 xa/(xa+ya)<0.5이며, 보다 바람직하게는 xa/(xa+ya)<0.33이며, 더욱 바람직하게는 xa/(xa+ya)<0.25이다. 또한, 바람직하게는 xb/(xb+yb)≥0.25이며, 더욱 바람직하게는 xb/(xb+yb)≥0.34이다. 또한, 바람직하게는 xc/(xc+yc)<0.5이며, 보다 바람직하게는 xc/(xc+yc)<0.33이고, 더욱 바람직하게는xc/(xc+yc)<0.25이다. For example, preferably x a /(x a +y a )<0.5, more preferably x a /(x a +y a )<0.33, still more preferably x a /(x a + y a )<0.25. Further, preferably x b /(x b +y b )≥0.25, more preferably x b /(x b +y b )≥0.34. Further, preferably x c /(x c +y c ) <0.5, more preferably x c /(x c +y c ) < 0.33, still more preferably x c /(x c +y c ) ) < 0.25.

또는, xa, ya, za, 및 xc, yc, zc는 도 2의 (B)에 도시하는 영역(16) 내의 원자수비를 갖는 것이 바람직하다. 여기에서 영역(16)은, 제 1 좌표 K(x:y:z=8:14:7)와, 제 2 좌표 R(x:y:z=2:4:3)과, 제 3 좌표 L(x:y:z=2:5:7)과, 제 4 좌표 M(x:y:z=51:149:300)과, 제 5 좌표 B(x:y:z=1:4:10)와, 제 6 좌표C(x:y:z=1:1:4)와, 제 7 좌표 A(x:y:z=2:2:1)와, 상기 제 1 좌표 K를, 순서대로 선분으로 연결한 영역이다. 또한, 영역(16)에는 모든 좌표를 포함한다. Alternatively, x a , y a , z a , and x c , y c , z c preferably have an atomic ratio in the region 16 shown in FIG. 2B . Here, the region 16 has a first coordinate K (x:y:z=8:14:7), a second coordinate R (x:y:z=2:4:3), and a third coordinate L (x:y:z=2:5:7), the fourth coordinate M (x:y:z=51:149:300), and the fifth coordinate B (x:y:z=1:4:10) ), the sixth coordinate C (x:y:z=1:1:4), the seventh coordinate A (x:y:z=2:2:1), and the first coordinate K, in order A region connected by a line segment. Also, region 16 includes all coordinates.

또한, 트랜지스터가 s-channel 구조를 갖는 경우, 반도체층(101b) 전체에 채널이 형성된다. 따라서, 반도체층(101b)이 두꺼울수록 채널 영역은 커진다. 즉, 반도체층(101b)이 두꺼울수록, 트랜지스터의 온 전류를 높게 할 수 있다. 예를 들면, 20nm 이상, 바람직하게는 40nm 이상, 더욱 바람직하게는 60nm 이상, 보다 바람직하게는 100nm 이상의 두께의 영역을 갖는 반도체층(101b)으로 하면 좋다. 단, 반도체 장치의 생산성이 저하되는 경우가 있기 때문에, 예를 들면, 300nm 이하, 바람직하게는 200nm 이하, 더욱 바람직하게는 150nm 이하의 두께의 영역을 갖는 반도체층(101b)으로 하면 좋다. In addition, when the transistor has an s-channel structure, a channel is formed in the entire semiconductor layer 101b. Therefore, the thicker the semiconductor layer 101b, the larger the channel region. That is, the thicker the semiconductor layer 101b, the higher the on-state current of the transistor can be. For example, the semiconductor layer 101b may have a region having a thickness of 20 nm or more, preferably 40 nm or more, more preferably 60 nm or more, and more preferably 100 nm or more. However, since the productivity of a semiconductor device may fall, it is good to set it as the semiconductor layer 101b which has the area|region with a thickness of 300 nm or less, for example, Preferably it is 200 nm or less, More preferably, it is 150 nm or less.

또한, 트랜지스터의 온 전류를 높게 하기 위해서는, 절연체층(101c)의 두께는 작을수록 바람직하다. 예를 들면, 10nm 미만, 바람직하게는 5nm 이하, 더욱 바람직하게는 3nm 이하의 영역을 갖는 절연체층(101c)으로 하면 좋다. 한편, 절연체층(101c)은, 채널이 형성되는 반도체층(101b)에, 인접하는 절연체를 구성하는 산소 이외의 원소(수소, 실리콘 등)가 들어가지 않도록 차단하는 기능을 가진다. 이로 인해, 절연체층(101c)은 어느 정도의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 예를 들면, 0.3nm 이상, 바람직하게는 1nm 이상, 더욱 바람직하게는 2nm 이상의 두께의 영역을 갖는 절연체층(101c)으로 하면 좋다. 또한, 절연체층(101c)은 게이트 절연막(102) 등으로부터 방출되는 산소의 외방 확산을 억제하기 위해서, 산소를 차단하는 성질을 가지면 바람직하다. In addition, in order to increase the on-state current of the transistor, it is preferable that the thickness of the insulator layer 101c be smaller. For example, the insulator layer 101c may have a region of less than 10 nm, preferably 5 nm or less, and more preferably 3 nm or less. On the other hand, the insulator layer 101c has a function of blocking entry of elements other than oxygen (hydrogen, silicon, etc.) constituting the adjacent insulator into the semiconductor layer 101b in which the channel is formed. For this reason, it is preferable that the insulator layer 101c has a certain thickness. For example, the insulator layer 101c may have a region having a thickness of 0.3 nm or more, preferably 1 nm or more, and more preferably 2 nm or more. In addition, in order to suppress outward diffusion of oxygen emitted from the gate insulating film 102 or the like, the insulator layer 101c preferably has a property of blocking oxygen.

또한, 신뢰성을 높게 하기 위해서는, 절연체층(101a)은 두껍고, 절연체층(101c)은 얇은 것이 바람직하다. 예를 들면, 10nm 이상, 바람직하게는 20nm 이상, 더욱 바람직하게는 40nm 이상, 보다 바람직하게는 60nm 이상의 두께의 영역을 갖는 절연체층(101a)으로 하면 좋다. 절연체층(101a)의 두께를 두껍게 함으로써, 인접하는 절연체와 절연체층(101a)의 계면으로부터 채널이 형성되는 반도체층(101b)까지의 거리를 멀어지게 할 수 있다. 단, 반도체 장치의 생산성이 저하되는 경우가 있기 때문에, 예를 들면, 200nm 이하, 바람직하게는 120nm 이하, 더욱 바람직하게는 80nm 이하의 두께의 영역을 갖는 절연체층(101a)으로 하면 좋다. In addition, in order to increase reliability, it is preferable that the insulator layer 101a is thick and that the insulator layer 101c is thin. For example, the insulator layer 101a may have a region having a thickness of 10 nm or more, preferably 20 nm or more, more preferably 40 nm or more, and more preferably 60 nm or more. By increasing the thickness of the insulator layer 101a, the distance from the interface between the adjacent insulator and the insulator layer 101a to the semiconductor layer 101b in which the channel is formed can be increased. However, since the productivity of the semiconductor device may be lowered, the insulator layer 101a may have a thickness of, for example, 200 nm or less, preferably 120 nm or less, and more preferably 80 nm or less.

산화물 반도체막에 수소나 수분이 다량으로 함유되면, 수소에 기인한 도너 준위가 형성되는 경우가 있다. 도너 준위의 형성에 의해, 트랜지스터의 임계값이 마이너스 방향으로 시프트하는 경우가 있다. 따라서 산화물 반도체막 형성후에 탈수화 처리(탈수소화 처리)를 행하여, 수소, 또는 수분을 제거하여 불순물이 최대한 함유되지 않도록 고순도화하는 것이 바람직하다. When the oxide semiconductor film contains a large amount of hydrogen or water, a donor level due to hydrogen may be formed. Due to the formation of the donor level, the threshold value of the transistor may shift in the negative direction. Therefore, it is preferable to perform a dehydration treatment (dehydrogenation treatment) after formation of the oxide semiconductor film to remove hydrogen or moisture to achieve high purity so as not to contain impurities as much as possible.

또한, 산화물 반도체막으로의 탈수화 처리(탈수소화 처리)에 의해, 동시에 산소도 감소되어 버리는 경우가 있다. 따라서, 탈수화 처리후, 산소를 공급하고, 산화물 반도체막의 산소 결손을 보충하는 것이 바람직하다. 본 명세서 등에 있어서, 산화물 반도체막에 산소를 공급하는 것을, 가산소화 처리라고 기재하는 경우가 있다. 또는 산화물 반도체막에 함유되는 산소의 비율을 화학량론적 조성보다 높게 하는 것을 과산소화 처리라고 기재하는 경우가 있다. In addition, oxygen may also be reduced at the same time by the dehydration treatment (dehydrogenation treatment) of the oxide semiconductor film. Therefore, it is preferable to supply oxygen after the dehydration treatment to compensate for oxygen vacancies in the oxide semiconductor film. In this specification and the like, supplying oxygen to the oxide semiconductor film may be referred to as an addition oxygenation treatment. Alternatively, a process in which the ratio of oxygen contained in the oxide semiconductor film is made higher than the stoichiometric composition is sometimes described as a peroxygenation treatment.

이와 같이, 탈수화 처리에 의해 수소 또는 수분을 제거하고, 또한 가산소화 처리에 의해 산소 결손을 보충함으로써, i형(진성), 또는 i형에 매우 가까운, 실질적으로 i형(진성)인 산화물 반도체막을 실현할 수 있다. 또한, 실질적으로 진성이란, 산화물 반도체막 중에 도너에 유래하는 캐리어가 매우 적고(제로에 가깝고), 캐리어 밀도가 1×1017/㎤ 이하, 1×1016/㎤ 이하, 1×1015/㎤ 이하, 1×1014/㎤ 이하, 1×1013/㎤ 이하인 것을 말한다. In this way, by removing hydrogen or moisture by dehydration treatment and supplementing oxygen vacancies by addition oxygenation treatment, i-type (intrinsic) or substantially i-type (intrinsic) oxide semiconductor very close to i-type barrier can be realized. In addition, substantially intrinsic means that the number of carriers derived from the donor in the oxide semiconductor film is very small (close to zero), and the carrier density is 1×10 17 /cm 3 or less, 1×10 16 /cm 3 or less, 1×10 15 /cm 3 or less. Hereinafter, it refers to 1×10 14 /cm 3 or less and 1×10 13 /cm 3 or less.

i형 또는 실질적으로 i형인 산화물 반도체막을 구비하는 트랜지스터는, 매우 우수한 오프 전류를 실현할 수 있다. 예를 들면, 산화물 반도체막을 사용한 트랜지스터의 오프 전류를, 실온(25℃ 정도)에서 1×10-18A 이하, 바람직하게는 1×10-21A 이하, 더욱 바람직하게는 1×10-24A 이하, 또는 85℃에서 1×10-15A 이하, 바람직하게는 1×10-18A 이하, 더욱 바람직하게는 1×10-21A 이하로 할 수 있다. 여기에서, 오프 전류란, 트랜지스터가 오프 상태일 때의 드레인 전류를 가리킨다. 또한, 트랜지스터가 오프 상태란, n채널형의 트랜지스터인 경우, 게이트 전압이 임계값보다 충분히 작은 상태를 말한다. 구체적으로는, 게이트 전압이 임계값보다 1V 이상, 2V 이상 또는 3V 이상 작으면, 트랜지스터는 오프 상태가 된다. A transistor including an i-type or substantially i-type oxide semiconductor film can realize an extremely excellent off-state current. For example, the off current of a transistor using an oxide semiconductor film is 1×10 -18 A or less at room temperature (about 25° C.), preferably 1×10 -21 A or less, more preferably 1×10 -24 A or less. or less, or 1×10 -15 A or less at 85°C, preferably 1×10 -18 A or less, and more preferably 1×10 −21 A or less. Here, the off current refers to a drain current when the transistor is in an off state. Incidentally, the off state of the transistor means a state in which the gate voltage is sufficiently smaller than the threshold value in the case of an n-channel transistor. Specifically, when the gate voltage is 1 V or more, 2 V or more, or 3 V or more less than the threshold, the transistor is turned off.

도전층(104a) 및 도전층(104b)은, 한쪽이 소스 전극으로서 기능하고, 다른쪽이 드레인 전극으로서 기능한다. One of the conductive layers 104a and 104b functions as a source electrode and the other functions as a drain electrode.

도전층(104a) 및 도전층(104b)은, 알루미늄, 티타늄, 크로뮴, 니켈, 구리, 이트륨, 지르코늄, 몰리브덴, 은, 탄탈럼, 또는 텅스텐 등의 금속, 또는 이것을 주성분으로 하는 합금을 단층 구조 또는 적층 구조로서 사용한다. 예를 들면, 실리콘을 함유하는 알루미늄막의 단층 구조, 티타늄막 위에 알루미늄막을 적층하는 2층 구조, 텅스텐막 위에 알루미늄막을 적층하는 2층 구조, 구리-마그네슘-알루미늄 합금막 위에 구리막을 적층하는 2층 구조, 티타늄막 위에 구리막을 적층하는 2층 구조, 텅스텐막 위에 구리막을 적층하는 2층 구조, 티타늄막 또는 질화 티타늄막과, 그 티타늄막 또는 질화 티타늄막 위에 중첩하여 알루미늄막 또는 구리막을 적층하고, 또한 그 위에 티타늄막 또는 질화 티타늄막을 형성하는 3층 구조, 몰리브덴막 또는 질화 몰리브덴막과, 그 몰리브덴막 또는 질화 몰리브덴막 위에 중첩하여 알루미늄막 또는 구리막을 적층하고, 또한 그 위에 몰리브덴막 또는 질화 몰리브덴막을 형성하는 3층 구조 등이 있다. 또한, 산화 인듐, 산화 주석 또는 산화 아연을 함유하는 투명 도전 재료를 사용해도 좋다. The conductive layer 104a and the conductive layer 104b have a single-layer structure or a metal such as aluminum, titanium, chromium, nickel, copper, yttrium, zirconium, molybdenum, silver, tantalum, or tungsten, or an alloy containing this as a main component. It is used as a laminated structure. For example, a single-layer structure of an aluminum film containing silicon, a two-layer structure in which an aluminum film is laminated on a titanium film, a two-layer structure in which an aluminum film is laminated on a tungsten film, a two-layer structure in which a copper film is laminated on a copper-magnesium-aluminum alloy film , a two-layer structure in which a copper film is laminated on a titanium film, a two-layer structure in which a copper film is laminated on a tungsten film, a titanium film or titanium nitride film, and an aluminum film or a copper film are laminated on the titanium film or titanium nitride film, and A three-layer structure on which a titanium film or a titanium nitride film is formed, a molybdenum film or a molybdenum nitride film, and an aluminum film or a copper film are laminated on the molybdenum film or molybdenum nitride film, and a molybdenum film or a molybdenum nitride film is formed thereon There are three-layer structures. Moreover, you may use the transparent electrically-conductive material containing indium oxide, a tin oxide, or zinc oxide.

게이트 절연막(102)은, 예를 들면 산화 실리콘, 산화 질화 실리콘, 질화 산화 실리콘, 산화 알루미늄, 산화 하프늄, 산화 갈륨 또는 Ga-Zn계 금속 산화물, 질화 실리콘 등을 사용하면 좋으며, 적층 또는 단층으로 설치한다. The gate insulating film 102 may be formed of, for example, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, aluminum oxide, hafnium oxide, gallium oxide or Ga-Zn-based metal oxide, silicon nitride, etc. do.

또한, 게이트 절연막(102)으로서, 하프늄실리케이트(HfSiOx), 질소가 첨가된 하프늄실리케이트(HfSixOyNz), 질소가 첨가된 하프늄알루미네이트(HfAlxOyNz), 산화 이트륨 등의 high-k 재료를 사용해도 좋다. In addition, as the gate insulating film 102 , hafnium silicate (HfSiO x ), nitrogen-doped hafnium silicate (HfSi x O y N z ), nitrogen-doped hafnium aluminate (HfAl x O y N z ), yttrium oxide, etc. of high-k material may be used.

또한, 게이트 절연막(102)으로서, 산화 알루미늄, 산화 마그네슘, 산화 실리콘, 산화 질화 실리콘, 산화 갈륨, 산화 게르마늄, 산화 이트륨, 산화 지르코늄, 산화 란탄, 산화 네오디뮴, 산화 하프늄 및 산화 탄탈럼 등의 산화물 절연막, 질화 실리콘, 질화 산화 실리콘, 질화 알루미늄, 질화 산화 알루미늄 등의 질화물 절연막, 또는 이들의 혼합 재료를 사용하여 형성할 수 있다. Further, as the gate insulating film 102, an oxide insulating film of aluminum oxide, magnesium oxide, silicon oxide, silicon oxynitride, gallium oxide, germanium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, neodymium oxide, hafnium oxide, and tantalum oxide, etc. , a nitride insulating film such as silicon nitride, silicon nitride oxide, aluminum nitride, or aluminum nitride oxide, or a mixed material thereof.

또한, 게이트 절연막(102)으로서, 절연막(114)과 같이, 화학량론적 조성을 충족시키는 산소보다 많은 산소를 함유하는 산화물 절연막을 사용하는 것이 바람직하다. Further, as the gate insulating film 102, it is preferable to use an oxide insulating film containing more oxygen than oxygen satisfying the stoichiometric composition, like the insulating film 114 .

또한, 특정한 재료를 게이트 절연막에 사용하면, 특정한 조건으로 게이트 절연막에 전자를 포획시켜, 임계값 전압을 플러스 방향으로 시프트시킬 수도 있다. 예를 들면, 산화 실리콘과 산화 하프늄의 적층막과 같이, 게이트 절연막의 일부에 산화 하프늄, 산화 알루미늄, 산화 탄탈럼과 같은 전자 포획 준위가 많은 재료를 사용하고, 보다 높은 온도(반도체 장치의 사용 온도 또는 보관 온도보다 높은 온도, 또는, 125℃ 이상 450℃ 이하, 대표적으로는 150℃ 이상 300℃ 이하) 하에서, 게이트 전극의 전위를 소스 전극이나 드레인 전극의 전위보다 높은 상태를, 1초 이상, 대표적으로는 1분 이상 유지함으로써, 반도체층으로부터 게이트 전극을 향하여 전자가 이동하고, 그 중의 어느 정도는 전자 포획 준위에 포획된다. In addition, when a specific material is used for the gate insulating film, electrons can be trapped in the gate insulating film under specific conditions, and the threshold voltage can be shifted in the positive direction. For example, a material having many electron trapping levels such as hafnium oxide, aluminum oxide, or tantalum oxide is used for a part of the gate insulating film, such as a laminated film of silicon oxide and hafnium oxide, and a higher temperature (use temperature of a semiconductor device) is used. or at a temperature higher than the storage temperature, or 125°C or more and 450°C or less, typically 150°C or more and 300°C or less), the potential of the gate electrode is set higher than the potential of the source electrode or the drain electrode for 1 second or more, typically By holding for 1 minute or longer, electrons move from the semiconductor layer toward the gate electrode, and some of them are trapped in the electron trapping level.

게이트 전극(103)은, 예를 들면 알루미늄, 크로뮴, 구리, 탄탈럼, 티타늄, 몰리브덴, 텅스텐으로부터 선택된 금속, 또는 상기한 금속을 성분으로 하는 합금이나, 상기한 금속을 조합한 합금 등을 사용하여 형성할 수 있다. 또한, 망간, 지르코늄 중 어느 하나 또는 복수로부터 선택된 금속을 사용해도 좋다. 또한, 인 등의 불순물 원소를 도핑한 다결정 실리콘으로 대표되는 반도체, 니켈실리사이드 등의 실리사이드를 사용해도 좋다. 또한, 게이트 전극(103)은, 단층 구조라도, 2층 이상의 적층 구조로 해도 좋다. 예를 들면, 실리콘을 함유하는 알루미늄막의 단층 구조, 알루미늄막 위에 티타늄막을 적층하는 2층 구조, 질화 티타늄막 위에 티타늄막을 적층하는 2층 구조, 질화 티타늄막 위에 텅스텐막을 적층하는 2층 구조, 질화 탄탈럼막 또는 질화 텅스텐막 위에 텅스텐막을 적층하는 2층 구조, 티타늄막과, 그 티타늄막 위에 알루미늄막을 적층하고, 추가로 그 위에 티타늄막을 형성하는 3층 구조 등이 있다. 또한, 알루미늄에, 티타늄, 탄탈럼, 텅스텐, 몰리브덴, 크로뮴, 네오디뮴, 스칸듐으로부터 선택된 하나 또는 복수의 금속을 조합한 합금막, 또는 질화막을 사용해도 좋다. The gate electrode 103 is made of, for example, a metal selected from aluminum, chromium, copper, tantalum, titanium, molybdenum, and tungsten, an alloy containing the above metals, an alloy combining the above metals, or the like. can be formed Moreover, you may use the metal selected from any one or a plurality of manganese and zirconium. Further, a semiconductor typified by polycrystalline silicon doped with an impurity element such as phosphorus, or a silicide such as nickel silicide may be used. In addition, the gate electrode 103 may have a single-layer structure or a laminated structure of two or more layers. For example, a single-layer structure of an aluminum film containing silicon, a two-layer structure in which a titanium film is laminated on an aluminum film, a two-layer structure in which a titanium film is laminated on a titanium nitride film, a two-layer structure in which a tungsten film is laminated on a titanium nitride film, tantalum nitride There are a two-layer structure in which a tungsten film is laminated on a rum film or a tungsten nitride film, a three-layer structure in which a titanium film and an aluminum film are laminated on the titanium film, and a titanium film is further formed thereon. Moreover, you may use the alloy film or nitride film which combined aluminum with one or more metals selected from titanium, tantalum, tungsten, molybdenum, chromium, neodymium, and scandium.

또한, 게이트 전극(103)은 인듐주석 산화물, 산화 텅스텐을 함유하는 인듐 산화물, 산화 텅스텐을 함유하는 인듐아연 산화물, 산화 티타늄을 함유하는 인듐 산화물, 산화 티타늄을 함유하는 인듐주석 산화물, 인듐아연 산화물, 산화 실리콘을 첨가한 인듐주석 산화물 등의 투광성을 갖는 도전성 재료를 적용할 수도 있다. 또한, 상기 투광성을 갖는 도전성 재료와, 상기 금속의 적층 구조로 할 수도 있다. In addition, the gate electrode 103 includes indium tin oxide, indium oxide containing tungsten oxide, indium zinc oxide containing tungsten oxide, indium oxide containing titanium oxide, indium tin oxide containing titanium oxide, indium zinc oxide, A light-transmitting conductive material such as indium tin oxide to which silicon oxide is added can also be applied. Moreover, it may be set as the laminated structure of the said electroconductive material which has the said light-transmitting property, and the said metal.

또한, 게이트 전극(103)과 게이트 절연막(102) 사이에, In-Ga-Zn계 산질화물 반도체막, In-Sn계 산질화물 반도체막, In-Ga계 산질화물 반도체막, In-Zn계 산질화물 반도체막, Sn계 산질화물 반도체막, In계 산질화물 반도체막, 금속 질화막(InN, ZnN 등) 등을 설치해도 좋다. 이들 막은 5eV 이상, 바람직하게는 5.5eV 이상의 일함수를 가지고, 산화물 반도체의 전자 친화력보다 큰 값이기 때문에, 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터의 임계값 전압을 플러스 방향으로 시프트시킬 수 있어, 소위 노멀리 오프 특성의 스위칭 소자를 실현할 수 있다. 예를 들면, In-Ga-Zn계 산질화물 반도체막을 사용하는 경우, 적어도 반도체층(101)보다 높은 질소 농도, 구체적으로는 7원자% 이상의 In-Ga-Zn계 산질화물 반도체막을 사용한다. Further, an In-Ga-Zn-based oxynitride semiconductor film, an In-Sn-based oxynitride semiconductor film, an In-Ga-based oxynitride semiconductor film, and an In-Zn-based acid are interposed between the gate electrode 103 and the gate insulating film 102 . A nitride semiconductor film, an Sn-based oxynitride semiconductor film, an In-based oxynitride semiconductor film, a metal nitride film (InN, ZnN, etc.) may be provided. These films have a work function of 5 eV or more, preferably 5.5 eV or more, and have a value larger than the electron affinity of the oxide semiconductor. of switching elements can be realized. For example, when an In-Ga-Zn-based oxynitride semiconductor film is used, an In-Ga-Zn-based oxynitride semiconductor film with a nitrogen concentration at least higher than that of the semiconductor layer 101, specifically 7 atomic% or more, is used.

이상이 트랜지스터(100)에 관한 설명이다. The above is the description of the transistor 100 .

또한, 채널 길이란, 예를 들면, 트랜지스터의 상면도에 있어서, 반도체(또는 트랜지스터가 온 상태일 때에 반도체 중에서 전류가 흐르는 부분)와 게이트 전극이 중첩되는 영역, 또는 채널이 형성되는 영역에 있어서의, 소스(소스 영역 또는 소스 전극)와 드레인(드레인 영역 또는 드레인 전극) 사이의 거리를 말한다. 또한, 1개의 트랜지스터에 있어서, 채널 길이가 모든 영역에서 동일한 값을 취한다고는 한정되지 않는다. 즉, 1개의 트랜지스터의 채널 길이는, 하나의 값으로 정해지지 않는 경우가 있다. 이로 인해, 본 명세서에서는, 채널 길이는, 채널이 형성되는 영역에 있어서의, 어느 하나의 값, 최대값, 최소값 또는 평균값으로 한다. In addition, the channel length is, for example, in the top view of the transistor, in the region where the semiconductor (or the portion in which the current flows in the semiconductor when the transistor is on) and the gate electrode overlap, or in the region where the channel is formed. , refers to the distance between the source (source region or source electrode) and drain (drain region or drain electrode). In addition, in one transistor, it is not limited that the channel length takes the same value in all regions. That is, the channel length of one transistor may not be determined by a single value. For this reason, in this specification, the channel length is set to any one of a value, a maximum value, a minimum value, or an average value in the area|region in which a channel is formed.

채널 폭이란, 예를 들면, 반도체(또는 트랜지스터가 온 상태일 때에 반도체 중에서 전류가 흐르는 부분)와 게이트 전극이 중첩되는 영역, 또는 채널이 형성되는 영역에 있어서의, 소스와 드레인이 마주 보고 있는 부분의 길이를 말한다. 또한, 1개의 트랜지스터에 있어서, 채널 폭이 모든 영역에서 동일한 값을 취한다고는 한정되지 않는다. 즉, 1개의 트랜지스터의 채널 폭은, 하나의 값으로 정해지지 않는 경우가 있다. 이로 인해, 본 명세서에서는, 채널 폭은 채널이 형성되는 영역에 있어서의, 어느 하나의 값, 최대값, 최소값 또는 평균값으로 한다. The channel width is, for example, a region in which a semiconductor (or a portion of a semiconductor in which a current flows when the transistor is on) overlaps with a gate electrode, or a portion where a source and a drain face each other in a region where a channel is formed. say the length of In addition, in one transistor, it is not limited that the channel width takes the same value in all regions. That is, the channel width of one transistor may not be determined by a single value. For this reason, in this specification, the channel width is made into any one value, a maximum value, a minimum value, or an average value in the area|region in which a channel is formed.

또한, 트랜지스터의 구조에 따라서는, 실제로 채널이 형성되는 영역에 있어서의 채널 폭(이하, 실효적인 채널 폭이라고 부른다.)과, 트랜지스터의 상면도에 있어서 나타내는 채널 폭(이하, 겉보기상의 채널 폭이라고 부른다.)이 상이한 경우가 있다. 예를 들면, 입체적인 구조를 갖는 트랜지스터에서는, 실효적인 채널 폭이, 트랜지스터의 상면도에 있어서 나타나는 겉보기상의 채널 폭보다 커져, 그 영향을 무시할 수 없게 되는 경우가 있다. 예를 들면, 미세하고 입체적인 구조를 갖는 트랜지스터에서는, 반도체의 상면에 형성되는 채널 영역의 비율에 대해, 반도체의 측면에 형성되는 채널 영역의 비율이 커지는 경우가 있다. 그 경우는, 상면도에 있어서 나타나는 겉보기상의 채널 폭보다, 실제로 채널이 형성되는 실효적인 채널 폭쪽이 커진다. In addition, depending on the structure of the transistor, the channel width in the region where the channel is actually formed (hereinafter referred to as effective channel width) and the channel width shown in the top view of the transistor (hereinafter referred to as apparent channel width) ) may be different. For example, in a transistor having a three-dimensional structure, the effective channel width becomes larger than the apparent channel width shown in the top view of the transistor, and the influence thereof may not be negligible. For example, in a transistor having a fine and three-dimensional structure, the ratio of the channel region formed on the side surface of the semiconductor to the ratio of the channel region formed on the upper surface of the semiconductor may increase. In that case, the effective channel width in which the channel is actually formed becomes larger than the apparent channel width shown in the top view.

그런데, 입체적인 구조를 갖는 트랜지스터에 있어서는, 실효적인 채널 폭의, 실측에 의한 견적이 곤란해지는 경우가 있다. 예를 들면, 설계값으로부터 실효적인 채널 폭을 견적하기 위해서는, 반도체의 형상을 이미 알고 있다는 가정이 필요하다. 따라서, 반도체의 형상을 정확하게 모르는 경우에는, 실효적인 채널 폭을 정확하게 측정하는 것은 곤란하다. However, in a transistor having a three-dimensional structure, it may be difficult to estimate the effective channel width by actual measurement. For example, in order to estimate an effective channel width from a design value, it is necessary to assume that the shape of the semiconductor is already known. Therefore, when the shape of the semiconductor is not precisely known, it is difficult to accurately measure the effective channel width.

그래서, 본 명세서에서는, 트랜지스터의 상면도에 있어서, 반도체와 게이트 전극이 중첩되는 영역에 있어서의, 소스와 드레인이 마주 보고 있는 부분의 길이인 겉보기상의 채널 폭을, 「서라운드 채널 폭(SCW: Surrounded Channel Width)」이라고 부르는 경우가 있다. 또한, 본 명세서에서는, 단순히 채널 폭이라고 기재한 경우에는, 서라운드 채널 폭 또는 겉보기상의 채널 폭을 가리키는 경우가 있다. 또는, 본 명세서에서는, 단순히 채널 폭이라고 기재한 경우에는, 실효적인 채널 폭을 가리키는 경우가 있다. 또한, 채널 길이, 채널 폭, 실효적인 채널 폭, 겉보기상의 채널 폭, 서라운드 채널 폭 등은, 단면 TEM상 등을 취득하고, 그 화상을 해석하는 것 등에 의해, 값을 결정할 수 있다. Therefore, in the present specification, in the top view of the transistor, in the region where the semiconductor and the gate electrode overlap, the apparent channel width, which is the length of the portion where the source and the drain face each other, is referred to as "Surrounded Channel Width (SCW)". Channel Width)” in some cases. In addition, in this specification, when simply describing a channel width, it may refer to a surround channel width or an apparent channel width. Alternatively, in this specification, when simply referring to the channel width, the effective channel width may be indicated in some cases. The channel length, channel width, effective channel width, apparent channel width, surround channel width, etc. can be determined by acquiring a cross-sectional TEM image or the like and analyzing the image.

또한, 트랜지스터의 전계 효과 이동도나, 채널 폭당 전류값 등을 계산하여 구하는 경우, 서라운드 채널 폭을 사용하여 계산하는 경우가 있다. 그 경우에는, 실효적인 채널 폭을 사용하여 계산하는 경우와는 상이한 값을 취하는 경우가 있다. In addition, when calculating and obtaining the field effect mobility of a transistor, a current value per channel width, etc., it may be calculated using the surround channel width. In that case, a value different from the case of calculation using the effective channel width may be taken.

[트랜지스터의 예 2][Example 2 of transistor]

본 발명의 일 형태인 산화물 반도체막을 사용한 트랜지스터의, 도 12와는 상이한 구조의 일례에 관해서, 도 13을 사용하여 설명을 행한다. 도 13의 (A)는 본 발명의 일 형태의 반도체 장치인 트랜지스터(100)의 상면도이며, 도 13의 (B)는 도 13의 (A)에 도시하는 일점 쇄선 X1-X2 사이에 있어서의 절단면의 단면도에 상당하고, 도 13의 (C)는, 도 13의 (A)에 도시하는 일점 쇄선 Y1-Y2 사이에 있어서의 절단면의 단면도에 상당한다. An example of a structure different from that of FIG. 12 of a transistor using an oxide semiconductor film according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 13 . Fig. 13(A) is a top view of a transistor 100 which is a semiconductor device of one embodiment of the present invention, and Fig. 13(B) is a view taken between the dash-dotted line X1-X2 shown in Fig. 13(A). It corresponds to the cross-sectional view of a cross section, and FIG. 13(C) corresponds to the cross-sectional view of the cut surface in between dashed-dotted line Y1-Y2 shown in FIG. 13(A).

트랜지스터(100)는 기판(50) 위의 게이트 전극으로서 기능하는 게이트 전극(203a)과, 기판(50) 및 게이트 전극(203a) 위의 게이트 절연막(202)과, 게이트 절연막(202) 위의 반도체층(201)과, 반도체층(201)에 전기적으로 접속되는 소스 전극 및 드레인 전극으로서 기능하는 도전층(204a), 도전층(204b)을 가진다. 또한, 트랜지스터(100) 위, 보다 상세하게는, 도전층(204a), 도전층(204b) 및 반도체층(201) 위에 절연막(214), 절연막(216) 및 절연막(218)이 순서대로 적층되어 설치된다. The transistor 100 has a gate electrode 203a functioning as a gate electrode over the substrate 50 , a gate insulating film 202 over the substrate 50 and the gate electrode 203a , and a semiconductor over the gate insulating film 202 . It has a layer 201 and a conductive layer 204a and a conductive layer 204b functioning as source and drain electrodes electrically connected to the semiconductor layer 201 . In addition, an insulating film 214, an insulating film 216, and an insulating film 218 are sequentially stacked on the transistor 100, more specifically, on the conductive layer 204a, the conductive layer 204b, and the semiconductor layer 201. is installed

다음에, 본 실시형태의 트랜지스터에 포함되는 구성 요소에 관해서 설명한다. Next, components included in the transistor of the present embodiment will be described.

트랜지스터(100)의 게이트 전극으로서 기능하는 게이트 전극(203a)으로서는, 게이트 전극(103)의 기재를 참조하면 좋다. As the gate electrode 203a functioning as the gate electrode of the transistor 100 , the description of the gate electrode 103 may be referred to.

트랜지스터(100)의 게이트 절연막으로서 기능하는 게이트 절연막(202)으로서는, 게이트 절연막(102)의 기재를 참조하면 좋다. 또한, 게이트 절연막(202)으로서 2층 이상의 적층막을 사용해도 좋다. 예를 들면 도 13에 도시하는 바와 같이, 게이트 절연막(202a)과 게이트 절연막(202b)의 2층 구조로 해도 좋다. 그 경우는, 예를 들면 하층, 여기서는 게이트 절연막(202a)에 산소의 투과를 억제하는 차단막으로서의 기능을 갖는 막을 사용해도 좋다. 차단막으로서의 기능을 갖는 막으로서는, 예를 들면 후술하는 배리어막(111) 등을 참조하면 좋다. As the gate insulating film 202 functioning as the gate insulating film of the transistor 100 , the description of the gate insulating film 102 may be referred to. In addition, a laminated film of two or more layers may be used as the gate insulating film 202 . For example, as shown in FIG. 13, it is good also as a two-layer structure of the gate insulating film 202a and the gate insulating film 202b. In that case, for example, a film having a function as a blocking film for suppressing the permeation of oxygen to the lower layer, here the gate insulating film 202a, may be used. As a film having a function as a blocking film, for example, a barrier film 111 or the like described later may be referred to.

반도체층(201)으로서는, 실시형태 1이나, 실시형태 2에 나타내는 산화물 반도체막을 사용하면 좋다. 또한, 반도체층(201)으로서, 반도체층(101)의 기재를 참조해도 좋다. 또한, 반도체층(201)은 2층 이상의 적층막을 사용해도 좋다. As the semiconductor layer 201, the oxide semiconductor film shown in Embodiment 1 or Embodiment 2 may be used. As the semiconductor layer 201 , reference may be made to the description of the semiconductor layer 101 . In addition, the semiconductor layer 201 may use a laminated|multilayer film of two or more layers.

절연막(214), 절연막(216) 및 절연막(218)은, 트랜지스터(100)의 보호 절연막으로서의 기능을 가진다. 절연막(214)은, 절연막(216)을 형성할 때의 반도체층(201)으로의 대미지 완화막으로서도 기능한다. The insulating film 214 , the insulating film 216 , and the insulating film 218 have a function as a protective insulating film of the transistor 100 . The insulating film 214 also functions as a damage mitigating film to the semiconductor layer 201 when the insulating film 216 is formed.

절연막(214), 절연막(216)은, 예를 들면, 상기의 절연막(114)과 같이 화학량론적 조성보다 과잉으로 산소를 함유하는 영역(산소 과잉 영역)을 갖는 것이 보다 바람직하다. It is more preferable that the insulating film 214 and the insulating film 216 have, for example, a region containing oxygen excessively than the stoichiometric composition (oxygen excess region) like the insulating film 114 described above.

또한 절연막(214)은 결함량이 적은 것이 바람직하며, 대표적으로는, ESR 측정에 의해, 실리콘의 댕글링 본드에 유래하는 g=2.001에 나타나는 신호의 스핀 밀도가 3×1017spins/㎤ 이하인 것이 바람직하다. 절연막(214)에 포함되는 결함 밀도가 많으면, 상기 결함에 산소가 결합해 버려, 절연막(214)에 있어서의 산소의 투과량이 감소되어 버린다. In addition, the insulating film 214 preferably has a small amount of defects. Typically, by ESR measurement, it is preferable that the spin density of a signal appearing at g = 2.01 derived from the dangling bond of silicon is 3×10 17 spins/cm 3 or less. do. When the density of defects contained in the insulating film 214 is large, oxygen bonds to the defects, and the amount of oxygen permeated through the insulating film 214 is reduced.

또한, 절연막(214)에 있어서는, 외부에서 절연막(214)에 들어온 산소가 모두 절연막(214)의 외부로 이동하지 않고, 절연막(214)에 머무는 산소도 있다. 또한, 절연막(214)에 산소가 들어가는 동시에, 절연막(214)에 함유되는 산소가 절연막(214)의 외부로 이동함으로써, 절연막(214)에 있어서 산소의 이동이 발생하는 경우도 있다. 절연막(214)으로서 산소를 투과할 수 있는 산화물 절연막을 형성하면, 절연막(214) 위에 설치되는, 절연막(216)으로부터 탈리되는 산소를, 절연막(214) 을 개재하여 반도체층(201)으로 이동시킬 수 있다. In the insulating film 214 , all oxygen entering the insulating film 214 from the outside does not move to the outside of the insulating film 214 , but some oxygen stays in the insulating film 214 . In addition, when oxygen enters the insulating film 214 and oxygen contained in the insulating film 214 moves to the outside of the insulating film 214 , movement of oxygen in the insulating film 214 occurs in some cases. When an oxide insulating film that can transmit oxygen is formed as the insulating film 214 , oxygen desorbed from the insulating film 216 provided on the insulating film 214 is moved to the semiconductor layer 201 via the insulating film 214 . can

또한, 절연막(214)은 산화물 반도체막의 가전자대 상단의 에너지(Ev_os)와 전도대 하단의 에너지(Ec_os) 사이에 질소 산화물의 준위 밀도가 낮은 산화물 절연막을 사용하여 형성할 수 있다. Ev_os와 Ec_os 사이에 질소 산화물의 준위 밀도가 낮은 산화물 절연막으로서, 질소 산화물의 방출량이 적은 산화 질화 실리콘막, 또는 질소 산화물의 방출량이 적은 산화 질화 알루미늄막 등을 사용할 수 있다. In addition, the insulating film 214 may be formed using an oxide insulating film having a low density of nitrogen oxide levels between the energy E v_os at the upper end of the valence band and the energy E c_os at the lower end of the conduction band of the oxide semiconductor film. Between E v_os and E c_os , as the oxide insulating film having a low nitrogen oxide level density, a silicon oxynitride film with a small amount of nitrogen oxide emitted, an aluminum oxynitride film with a small amount of nitrogen oxide emitted, or the like can be used.

또한, 질소 산화물의 방출량이 적은 산화 질화 실리콘막은, 승온 탈리 가스분석법에 있어서, 질소 산화물의 방출량보다 암모니아 분자의 방출량이 많은 막이며, 대표적으로는 암모니아 분자의 방출량이 1×1018개/㎤ 이상 5×1019개/㎤ 이하이다. 또한, 암모니아 분자의 방출량은, 막의 표면 온도가 50℃ 이상 650℃ 이하, 바람직하게는 50℃ 이상 550℃ 이하의 가열 처리에 의한 방출량으로 한다. In addition, the silicon oxynitride film with a small amount of nitrogen oxide emitted is a film in which the amount of ammonia molecules released is greater than that of nitrogen oxides in the temperature elevated desorption gas analysis method, and typically the amount of ammonia molecules released is 1×10 18 pieces/cm 3 or more. 5×10 19 pieces/cm 3 or less. Incidentally, the release amount of ammonia molecules is defined as the amount released by heat treatment at a film surface temperature of 50°C or more and 650°C or less, preferably 50°C or more and 550°C or less.

질소 산화물(NOx, x는 0보다 크고 2 이하, 바람직하게는 1 이상 2 이하), 대표적으로는 NO2 또는 NO는, 절연막(214) 등에 준위를 형성한다. 상기 준위는 반도체층(201)의 에너지 갭 내에 위치한다. 이로 인해, 질소 산화물이 절연막(214) 및 반도체층(201)의 계면으로 확산되면, 상기 준위가 절연막(214)측에 있어서 전자를 트랩하는 경우가 있다. 이 결과, 트랩된 전자가, 절연막(214) 및 반도체층(201) 계면 근방에 머무르기 때문에, 트랜지스터의 임계값 전압을 플러스 방향으로 시프트시켜버린다. Nitrogen oxide (NO x , x is greater than 0 and 2 or less, preferably 1 or more and 2 or less), typically NO 2 or NO, forms a level in the insulating film 214 or the like. The level is located in the energy gap of the semiconductor layer 201 . For this reason, when nitrogen oxide diffuses to the interface between the insulating film 214 and the semiconductor layer 201 , the level may trap electrons on the insulating film 214 side. As a result, since the trapped electrons stay near the interface between the insulating film 214 and the semiconductor layer 201, the threshold voltage of the transistor is shifted in the positive direction.

또한, 질소 산화물은, 가열 처리에 있어서 암모니아 및 산소와 반응한다. 절연막(214)에 함유되는 질소 산화물은, 가열 처리에 있어서, 절연막(216)에 함유되는 암모니아와 반응하기 때문에, 절연막(214)에 함유되는 질소 산화물이 저감된다. 이로 인해, 절연막(214) 및 반도체층(201)의 계면에 있어서, 전자가 트랩되기 어렵다. In addition, nitrogen oxide reacts with ammonia and oxygen in heat processing. Since the nitrogen oxide contained in the insulating film 214 reacts with ammonia contained in the insulating film 216 in the heat treatment, the nitrogen oxide contained in the insulating film 214 is reduced. For this reason, in the interface between the insulating film 214 and the semiconductor layer 201, an electron is hard to be trapped.

또한, 절연막(214)은, 반도체층(201)에 있어서, 채널이 형성되는 영역의 반대측(이하, 백 채널 영역이라고 한다.)에 있어서 반도체층(201)과 접함으로써, 반도체층(201)의 백 채널 영역을 보호하는 기능을 가진다. Further, in the semiconductor layer 201 , the insulating film 214 is in contact with the semiconductor layer 201 on the opposite side of the region where the channel is formed (hereinafter, referred to as the back channel region), thereby forming the semiconductor layer 201 . It has a function of protecting the back channel area.

절연막(214)으로서, Ev_os와 Ec_os 사이에 질소 산화물의 준위 밀도가 낮은 산화물 절연막을 사용으로써, 트랜지스터의 임계값 전압의 시프트를 저감시키는 것이 가능하여, 트랜지스터의 전기 특성의 변동을 저감시킬 수 있다. As the insulating film 214, by using an oxide insulating film having a low density of nitrogen oxide states between E v_os and E c_os , it is possible to reduce the shift of the threshold voltage of the transistor, thereby reducing the fluctuation of the electrical characteristics of the transistor. have.

또한, Ev_os와 Ec_os 사이에 질소 산화물의 준위 밀도가 낮은 산화물 절연막은, SIMS로 측정되는 질소 농도가 6×1020atoms/㎤ 이하이다. Further, in the oxide insulating film having a low density of nitrogen oxide levels between E v_os and E c_os , the nitrogen concentration measured by SIMS is 6×10 20 atoms/cm 3 or less.

또한, 절연막(216)은 결함량이 적은 것이 바람직하며, 대표적으로는, ESR 측정에 의해, 실리콘의 댕글링 본드에 유래하는 g=2.001에 나타나는 신호의 스핀 밀도가 1.5×1018spins/㎤ 미만, 또한 1×1018spins/㎤ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 절연막(216)은, 절연막(214)과 비교하여 반도체층(201)으로부터 떨어져 있기 때문에, 절연막(214)보다, 결함 밀도가 많아도 좋다. In addition, the insulating film 216 preferably has a small amount of defects. Typically, by ESR measurement, the spin density of the signal at g = 2.01 derived from the dangling bond of silicon is less than 1.5×10 18 spins/cm 3 , In addition, it is preferable that it is 1×10 18 spins/cm 3 or less. In addition, since the insulating film 216 is separated from the semiconductor layer 201 compared to the insulating film 214 , the defect density may be higher than that of the insulating film 214 .

또한, 트랜지스터(100)는 도 14 및 도 15에 도시하는 구조라도 좋다. 여기에서, 도 13에 도시한 트랜지스터(100)는, 채널 에치형의 트랜지스터였지만, 도 14 및 도 15에 도시하는 트랜지스터(100)는, 채널 보호형의 트랜지스터이다. The transistor 100 may have a structure shown in FIGS. 14 and 15 . Here, the transistor 100 shown in FIG. 13 is a channel etch type transistor, but the transistor 100 shown in FIGS. 14 and 15 is a channel protection type transistor.

도 14의 (A)는, 본 발명의 일 형태의 반도체 장치인 트랜지스터(100)의 상면도이며, 도 14의 (B)는, 도 14의 (A)에 도시하는 일점 쇄선 X1-X2 사이에 있어서의 절단면의 단면도에 상당하고, 도 14의 (C)는, 도 14의 (A)에 도시하는 일점 쇄선 Y1-Y2 사이에 있어서의 절단면의 단면도에 상당한다. 도 14에 도시하는 트랜지스터(100)는, 기판(50) 위에 설치되는 게이트 전극(203a)과, 기판(50) 및 게이트 전극(203a) 위에 형성되는 게이트 절연막(202)과, 게이트 절연막(202)을 개재하여, 게이트 전극(203a)과 중첩되는 반도체층(201)과, 게이트 절연막(202) 및 반도체층(201) 위의 절연막(214)과, 절연막(214) 위의 절연막(216)과, 절연막(214) 및 절연막(216)의 개구부(141a 및 141b)에 있어서 반도체층(201)에 접하는 한 쌍의 도전층(204a) 및 도전층(204b)을 가진다. 또한, 트랜지스터(100) 위, 보다 상세하게는 도전층(204a), 도전층(204b), 및 절연막(216) 위에, 절연막(218)을 설치해도 좋다.Fig. 14A is a top view of a transistor 100 that is a semiconductor device of one embodiment of the present invention, and Fig. 14B is a cross-dotted line X1-X2 shown in Fig. 14A. It corresponds to the cross-sectional view of the cut surface in FIG. 14(C), and corresponds to the cross-sectional view of the cut surface in the dashed-dotted line Y1-Y2 shown in FIG. 14(A). The transistor 100 shown in FIG. 14 includes a gate electrode 203a provided over a substrate 50 , a gate insulating film 202 formed over the substrate 50 and the gate electrode 203a , and a gate insulating film 202 . via the semiconductor layer 201 overlapping the gate electrode 203a, the gate insulating film 202 and the insulating film 214 on the semiconductor layer 201, the insulating film 216 on the insulating film 214, The insulating film 214 and the openings 141a and 141b of the insulating film 216 have a pair of conductive layers 204a and 204b in contact with the semiconductor layer 201 . In addition, the insulating film 218 may be provided on the transistor 100 , more specifically, on the conductive layer 204a , the conductive layer 204b , and the insulating film 216 .

도 15의 (A)는 본 발명의 일 형태의 반도체 장치인 트랜지스터(100)의 상면도이며, 도 15의 (B)는, 도 15의 (A)에 도시하는 일점 쇄선 X1-X2 사이에 있어서의 절단면의 단면도에 상당하고, 도 15의 (C)는, 도 15의 (A)에 도시하는 일점 쇄선 Y1-Y2 사이에 있어서의 절단면의 단면도에 상당한다. 도 15에 도시하는 트랜지스터(100)는, 도 14에 도시하는 트랜지스터(100)와 절연막(214, 216)의 형상이 상이하다. 구체적으로는, 도 15에 도시하는 트랜지스터(100)의 절연막(214, 216)은, 반도체층(101)의 채널 영역 위에 섬 형상으로 설치된다. 그 밖의 구성은, 도 14에 도시하는 트랜지스터(100)와 같으며, 같은 효과를 나타낸다. Fig. 15A is a top view of a transistor 100 which is a semiconductor device according to one embodiment of the present invention, and Fig. 15B is a dash-dotted line X1-X2 shown in Fig. 15A. It corresponds to the cross-sectional view of the cross section of FIG. 15(C), and corresponds to the cross-sectional view of the cross-section in the dashed-dotted line Y1-Y2 shown in FIG. 15(A). The transistor 100 shown in FIG. 15 differs from the transistor 100 shown in FIG. 14 in the shape of the insulating films 214 and 216 . Specifically, the insulating films 214 and 216 of the transistor 100 shown in FIG. 15 are provided in an island shape on the channel region of the semiconductor layer 101 . The other configuration is the same as that of the transistor 100 shown in Fig. 14, and the same effect is exhibited.

도 14 및 도 15에 도시하는 트랜지스터(100)는 모두, 한 쌍의 도전층(204a) 및 도전층(204b)을 형성할 때에 반도체층(201)이 절연막(214) 및 절연막(216)으로 피복되어 있기 때문에, 한 쌍의 도전층(204a) 및 도전층(204b)을 형성하는 에칭에 의해, 반도체층(201)은 대미지를 받지 않는다. 또한, 절연막(214) 및 절연막(216)을, 질소를 가지며, 또한 결함량이 적은 산화물 절연막으로 함으로써, 전기 특성의 변동이 억제되어, 신뢰성이 향상된 트랜지스터를 제작할 수 있다. In each of the transistors 100 shown in FIGS. 14 and 15 , a semiconductor layer 201 is covered with an insulating film 214 and an insulating film 216 when a pair of conductive layers 204a and 204b are formed. Therefore, the semiconductor layer 201 is not damaged by etching to form the pair of conductive layers 204a and 204b. In addition, by forming the insulating film 214 and the insulating film 216 as oxide insulating films containing nitrogen and having a small amount of defects, variations in electrical characteristics are suppressed and a transistor with improved reliability can be manufactured.

또한, 트랜지스터(100)는 도 16에 도시하는 바와 같이, 절연막(218) 위에 전극(203b)을 가져도 좋다. 도 16의 (A)는, 본 발명의 일 형태의 반도체 장치인 트랜지스터(100)의 상면도이며, 도 16의 (B)는, 도 16의 (A)에 도시하는 일점 쇄선 X1-X2 사이에 있어서의 절단면의 단면도에 상당하고, 도 16의 (C)는, 도 16의 (A)에 도시하는 일점 쇄선 Y1-Y2 사이에 있어서의 절단면의 단면도에 상당한다. 도 16에는, 전극(203b)이, 절연막(214) 및 절연막(216)에 설치된 개구부(142c) 및 개구부(142d)를 개재하여 게이트 전극(203a)과 접속하는 구성을 도시하지만, 전극(203b)과 게이트 전극(203a)을 접속하지 않는 구성으로 해도 좋다. 전극(203b)과 게이트 전극(203a)을 접속하지 않는 경우에는, 각각의 전극에 상이한 전위를 부여할 수 있다. In addition, the transistor 100 may have an electrode 203b over the insulating film 218 as shown in FIG. 16 . Fig. 16(A) is a top view of a transistor 100 that is a semiconductor device of one embodiment of the present invention, and Fig. 16(B) is between the dashed-dotted line X1-X2 shown in Fig. 16(A). It corresponds to the cross-sectional view of the cut surface in FIG. 16(C), and corresponds to the cross-sectional view of the cross-section in the dashed-dotted line Y1-Y2 shown in FIG. 16(A). 16 shows a configuration in which the electrode 203b is connected to the gate electrode 203a via the opening 142c and the opening 142d provided in the insulating film 214 and the insulating film 216, but the electrode 203b It is good also as a structure which does not connect and the gate electrode 203a. When the electrode 203b and the gate electrode 203a are not connected, different potentials can be applied to the respective electrodes.

도 16에 도시하는 바와 같이, 채널 폭 방향에 있어서, 반도체층(201)의 측면과 전극(203b)이 대향함으로써, 또는, 채널 폭 방향에 있어서, 게이트 전극(203a) 및 전극(203b)이, 게이트 절연막(202) 및 절연막(214), 절연막(216) 및 절연막(218)을 개재하여 반도체층(201)을 둘러쌈으로써, 반도체층(201)에 있어서 캐리어가 흐르는 영역이, 게이트 절연막(202) 및 절연막(214)과 반도체층(201)의 계면뿐만아니라, 반도체층(201)의 내부에 있어서도 캐리어가 흐르기 때문에, 트랜지스터(100)에 있어서의 캐리어의 이동량이 증가한다. 이 결과, 트랜지스터(100)의 온 전류가 커지는 동시에, 전계 효과 이동도가 높아진다. 또한, 전극(203b)의 전계가 반도체층(201)의 측면, 또는 측면 및 그 근방을 포함하는 단부에 영향을 주기 때문에, 반도체층(201)의 측면 또는 단부에 있어서의 기생 채널의 발생을 억제할 수 있다. As shown in Fig. 16, when the side surface of the semiconductor layer 201 and the electrode 203b face each other in the channel width direction, or in the channel width direction, the gate electrode 203a and the electrode 203b, By surrounding the semiconductor layer 201 with the gate insulating film 202 and the insulating film 214 , the insulating film 216 and the insulating film 218 interposed therebetween, the region through which carriers flow in the semiconductor layer 201 is the gate insulating film 202 . ) and in the interface between the insulating film 214 and the semiconductor layer 201 as well as in the interior of the semiconductor layer 201 , the carrier movement amount in the transistor 100 increases. As a result, the on-state current of the transistor 100 increases and the field effect mobility increases. In addition, since the electric field of the electrode 203b affects the side surface of the semiconductor layer 201 or an end including the side surface and its vicinity, the generation of a parasitic channel in the side surface or the end of the semiconductor layer 201 is suppressed. can do.

또한 도 16에서는, 반도체층(201)의 예로서, 반도체층(201a) 위에 반도체층(201b)을 적층하는 구성을 도시한다. 여기에서 예를 들면 반도체층(201b)은, 반도체층(201a)보다 전도대 하단의 에너지가 진공 준위에 가깝고, 대표적으로는, 반도체층(201b)의 전도대 하단의 에너지와, 반도체층(201a)의 전도대 하단의 에너지의 차가, 0.05eV 이상, 0.07eV 이상, 0.1eV 이상, 또는 0.15eV 이상, 또한 2eV 이하, 1eV 이하, 0.5eV 이하, 또는 0.4eV 이하이다. 즉, 반도체층(201b)의 전자 친화력과, 반도체층(201a)의 전자 친화력의 차가, 0.05eV 이상, 0.07eV 이상, 0.1eV 이상, 또는 0.15eV 이상, 또한 2eV 이하, 1eV 이하, 0.5eV 이하, 또는 0.4eV 이하이다. In addition, in FIG. 16, as an example of the semiconductor layer 201, the structure which laminates|stacks the semiconductor layer 201b on the semiconductor layer 201a is shown. Here, for example, in the semiconductor layer 201b, the energy at the lower end of the conduction band is closer to the vacuum level than that of the semiconductor layer 201a. The difference in energy at the lower end of the conduction band is 0.05 eV or more, 0.07 eV or more, 0.1 eV or more, or 0.15 eV or more, and 2 eV or less, 1 eV or less, 0.5 eV or less, or 0.4 eV or less. That is, the difference between the electron affinity of the semiconductor layer 201b and the electron affinity of the semiconductor layer 201a is 0.05 eV or more, 0.07 eV or more, 0.1 eV or more, or 0.15 eV or more, and 2 eV or less, 1 eV or less, 0.5 eV or less. , or 0.4 eV or less.

반도체층(201a)으로서, 실시형태 3에서 나타내는 반도체층(101b)을 참조해도 좋다. 예를 들면 반도체층(101b)이 갖는 인듐, 원소 M 및 아연의 원자수비의 바람직한 범위에 관해서 참조해도 좋다. 또한, 반도체층(201b)으로서, 실시형태 3에서 나타내는 절연체층(101c)을 참조해도 좋다. 예를 들면, 절연체층(101c)이 갖는 인듐, 원소 M 및 아연의 원자수비의 바람직한 범위에 관해서 참조해도 좋다. As the semiconductor layer 201a, the semiconductor layer 101b shown in Embodiment 3 may be referred to. For example, you may refer to the preferable range of the atomic ratio of indium, element M, and zinc which the semiconductor layer 101b has. In addition, as the semiconductor layer 201b, the insulator layer 101c shown in Embodiment 3 may be referred. For example, you may refer to the preferable range of the atomic ratio of indium, element M, and zinc which the insulator layer 101c has.

[트랜지스터의 변형예][Modified example of transistor]

트랜지스터(100)의 변형예를 도 30 내지 도 33에 도시한다. 예를 들면 트랜지스터(100)는, 도 30에 도시하는 구조라도 좋다. 도 30은, 도전층(104a) 및 도전층(104b)의 형상이 도 12와 상이하다. 또한, 도 30의 (B)는, 도 30의 (A)에 도시하는 일점 쇄선 A-B를 지나가고, 도 30의 (A)와 수직인 면의 단면을 도시한다. Modified examples of the transistor 100 are shown in FIGS. 30 to 33 . For example, the transistor 100 may have a structure shown in FIG. 30 . Fig. 30 is different from Fig. 12 in the shape of the conductive layer 104a and the conductive layer 104b. Fig. 30(B) shows a cross section of a plane perpendicular to Fig. 30(A) passing through the dash-dotted line A-B shown in Fig. 30(A).

또한, 트랜지스터(100)는 도 31에 도시하는 구조라도 좋다. 도 12에서는, 절연체층(101c)이 도전층(104a) 및 도전층(104b)의 상면에 접하는데 대해, 도 31에서는, 도전층(104a) 및 도전층(104b)의 하면에 접한다. 또한, 도 31의 (B)는, 도 31의 (A)에 도시하는 일점 쇄선 A-B를 지나가고, 도 31의 (A)와 수직인 면의 단면을 도시한다. 이러한 구성으로 함으로써, 절연체층(101a), 반도체층(101b) 및 절연체층(101c)을 구성하는 각각의 막의 성막시에 있어서, 대기에 접촉시키지 않고 연속적으로 성막할 수 있기 때문에, 각각의 계면 결함을 저감시킬 수 있다. In addition, the transistor 100 may have the structure shown in FIG. In Fig. 12, the insulator layer 101c is in contact with the upper surfaces of the conductive layer 104a and the conductive layer 104b, whereas in Fig. 31, the insulator layer 101c is in contact with the lower surfaces of the conductive layer 104a and the conductive layer 104b. Fig. 31(B) shows a cross section of a plane perpendicular to Fig. 31(A) passing through the dash-dotted line A-B shown in Fig. 31(A). With such a configuration, when forming each film constituting the insulator layer 101a, the semiconductor layer 101b, and the insulator layer 101c, the film can be continuously formed without contact with the atmosphere, so that each interfacial defect can be formed. can be reduced.

또한, 트랜지스터(100)는 도 32에 도시하는 구조라도 좋다. 또한, 도 32의 (B)는, 도 32의 (A)에 도시하는 일점 쇄선 A-B를 지나가고, 도 32의 (A)와 수직인 면의 단면을 도시한다. 도 32는, 도전층(104a) 및 도전층(104b)을 갖지 않는 점이, 도 12와 상이하다. 여기에서 도 32의 (C)에 도시하는 바와 같이, 트랜지스터(100)는 저저항층(171a) 및 저저항층(171b)을 가져도 좋다. 저저항층(171a) 및 저저항층(171b)은 소스 영역 또는 드레인 영역으로서 기능하는 것이 바람직하다. 또한, 저저항층(171a) 및 저저항층(171b)은 불순물이 첨가되어 있어도 좋다. 불순물을 첨가함으로써 반도체층(101)의 저항을 낮출 수 있다. 첨가하는 불순물로서는, 예를 들면 아르곤, 붕소, 탄소, 마그네슘, 알루미늄, 실리콘, 인, 칼슘, 스칸듐, 티타늄, 바나듐, 크로뮴, 망간, 철, 코발트, 니켈, 갈륨, 게르마늄, 비소, 이트륨, 지르코늄, 니오븀, 몰리브덴, 인듐, 주석, 란탄, 세륨, 네오디뮴, 하프늄, 탄탈럼, 텅스텐으로부터 선택된 1종 이상을 첨가하는 것이 바람직하다. 저저항층(171a) 및 저저항층(171b)은 예를 들면, 반도체층(101) 중에, 상기의 불순물 원소를 5×1019atoms/㎤ 이상, 바람직하게는 1×1020atoms/㎤ 이상, 더욱 바람직하게는 2×1020atoms/㎤ 이상, 보다 바람직하게는 5×1020atoms/㎤ 이상 포함하는 영역이다. 도 32의 (D)는 도 32의 (C)의 영역(324)의 확대도이다. In addition, the transistor 100 may have the structure shown in FIG. Fig. 32(B) shows a cross section of a plane perpendicular to Fig. 32(A) passing through the dash-dotted line AB shown in Fig. 32(A). FIG. 32 is different from FIG. 12 in that it does not include the conductive layer 104a and the conductive layer 104b. Here, as shown in FIG. 32C, the transistor 100 may include a low resistance layer 171a and a low resistance layer 171b. The low-resistance layer 171a and the low-resistance layer 171b preferably function as a source region or a drain region. In addition, impurities may be added to the low-resistance layer 171a and the low-resistance layer 171b. By adding impurities, the resistance of the semiconductor layer 101 can be lowered. Examples of impurities to be added include argon, boron, carbon, magnesium, aluminum, silicon, phosphorus, calcium, scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, gallium, germanium, arsenic, yttrium, zirconium, It is preferable to add at least one selected from niobium, molybdenum, indium, tin, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, and tungsten. The low-resistance layer 171a and the low-resistance layer 171b, for example, contain the above impurity elements in the semiconductor layer 101 at 5×10 19 atoms/cm 3 or more, preferably 1×10 20 atoms/cm 3 or more. , more preferably 2×10 20 atoms/cm 3 or more, more preferably 5×10 20 atoms/cm 3 or more. Fig. 32D is an enlarged view of the region 324 of Fig. 32C.

또한, 이러한 저항이 낮은 영역에 불순물, 예를 들면 불필요한 수소 등을 트랩할 수 있는 경우가 있다. 불필요한 수소를 저저항층에 트랩함으로써 채널 영역의 수소 농도를 낮게 하여, 트랜지스터(100)의 특성으로서, 양호한 특성을 얻을 수 있다. In addition, there are cases where impurities such as unnecessary hydrogen can be trapped in a region having such a low resistance. By trapping unnecessary hydrogen in the low-resistance layer, the hydrogen concentration in the channel region is lowered, so that good characteristics can be obtained as characteristics of the transistor 100 .

또한, 트랜지스터(100)는 도 33에 도시하는 구조라도 좋다. 도 33은 절연체층(101c)과 게이트 절연막(102)의 형상이 도 32와 상이하다. 또한, 도 33의 (B)는, 도 33의 (A)에 도시하는 일점 쇄선 A-B를 지나가고, 도 33의 (A)와 수직인 면의 단면을 도시한다. In addition, the transistor 100 may have the structure shown in FIG. In FIG. 33 , the shapes of the insulator layer 101c and the gate insulating film 102 are different from those of FIG. 32 . Fig. 33(B) shows a cross section of a plane perpendicular to Fig. 33(A) passing through the dash-dotted line A-B shown in Fig. 33(A).

또한, 도 30 내지 도 33에 도시한 구조에서는, 반도체층(101b)에 접하여 절연체층(101a) 및 절연체층(101c)을 설치하는 구성을 설명했지만, 절연체층(101a) 또는 절연체층(101c)의 한쪽, 또는 그 양쪽을 설치하지 않는 구성으로 해도 좋다. In addition, in the structure shown in FIGS. 30 to 33, the structure in which the insulator layer 101a and the insulator layer 101c are provided in contact with the semiconductor layer 101b has been described, but the insulator layer 101a or the insulator layer 101c It is good also as a structure which does not provide one or both of them.

본 실시형태는, 적어도 그 일부를 본 명세서 중에 기재하는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다. This embodiment can be implemented by appropriately combining at least a part of it with other embodiment described in this specification.

(실시형태 4)(Embodiment 4)

본 실시형태에 있어서는, 상기의 실시형태에서 예시한 트랜지스터를 갖는 표시 장치의 일례에 관해서, 도 34 내지 도 36을 사용하여 이하 설명을 행한다. In this embodiment, an example of the display device including the transistor illustrated in the above embodiment will be described below with reference to FIGS. 34 to 36 .

도 34는 표시 장치의 일례를 도시하는 상면도이다. 도 34에 도시하는 표시 장치(700)는, 제 1 기판(701) 위에 설치된 화소부(702)와, 제 1 기판(701)에 설치된 소스 드라이버 회로부(704) 및 게이트 드라이버 회로부(706)와, 화소부(702), 소스 드라이버 회로부(704), 및 게이트 드라이버 회로부(706)를 둘러싸도록 배치되는 씰재(712)와, 제 1 기판(701)에 대향하도록 설치되는 제 2 기판(705)을 가진다. 또한, 제 1 기판(701)과 제 2 기판(705)은, 씰재(712)에 의해 밀봉되어 있다. 즉, 화소부(702), 소스 드라이버 회로부(704), 및 게이트 드라이버 회로부(706)는, 제 1 기판(701)과 씰재(712)와 제 2 기판(705)에 의해 밀봉되어 있다. 또한, 도 34에는 도시하지 않았지만, 제 1 기판(701)과 제 2 기판(705) 사이에는 표시 소자가 설치된다. 34 is a top view showing an example of a display device. The display device 700 shown in FIG. 34 includes a pixel portion 702 provided on a first substrate 701, a source driver circuit portion 704 and a gate driver circuit portion 706 provided on the first substrate 701; a sealant 712 disposed to surround the pixel portion 702 , the source driver circuit portion 704 , and the gate driver circuit portion 706 , and a second substrate 705 provided to face the first substrate 701 . . Further, the first substrate 701 and the second substrate 705 are sealed with a sealing material 712 . That is, the pixel portion 702 , the source driver circuit portion 704 , and the gate driver circuit portion 706 are sealed by the first substrate 701 , the sealing material 712 , and the second substrate 705 . Although not shown in FIG. 34 , a display element is provided between the first substrate 701 and the second substrate 705 .

또한, 표시 장치(700)는 제 1 기판(701) 위의 씰재(712)에 의해 둘러싸여 있는 영역과는 상이한 영역에, 화소부(702), 소스 드라이버 회로부(704), 게이트 드라이버 회로부(706), 및 게이트 드라이버 회로부(706)와 전기적으로 접속되는 FPC 단자부(708)(FPC: Flexible printed circuit)가 설치된다. 또한, FPC 단자부(708)에는, FPC(716)가 접속되고, FPC(716)에 의해 화소부(702), 소스 드라이버 회로부(704), 및 게이트 드라이버 회로부(706)에 각종 신호 등이 공급된다. 또한, 화소부(702), 소스 드라이버 회로부(704), 게이트 드라이버 회로부(706), 및 FPC 단자부(708)에는, 신호선(710)이 각각 접속되어 있다. FPC(716)에 의해 공급되는 각종 신호 등은, 신호선(710)을 개재하여, 화소부(702), 소스 드라이버 회로부(704), 및 게이트 드라이버 회로부(706)이다. In addition, the display device 700 has a pixel portion 702 , a source driver circuit portion 704 , and a gate driver circuit portion 706 in an area different from the area surrounded by the sealant 712 on the first substrate 701 . , and an FPC terminal portion 708 (FPC: Flexible printed circuit) electrically connected to the gate driver circuit portion 706 are provided. Further, an FPC 716 is connected to the FPC terminal 708, and various signals and the like are supplied to the pixel portion 702, the source driver circuit portion 704, and the gate driver circuit portion 706 by the FPC 716. . A signal line 710 is connected to the pixel portion 702 , the source driver circuit portion 704 , the gate driver circuit portion 706 , and the FPC terminal portion 708 , respectively. Various signals supplied by the FPC 716 are a pixel portion 702 , a source driver circuit portion 704 , and a gate driver circuit portion 706 via a signal line 710 .

또한, 표시 장치(700)에 게이트 드라이버 회로부(706)를 복수 설치해도 좋다. 또한, 표시 장치(700)로서는, 소스 드라이버 회로부(704), 및 게이트 드라이버 회로부(706)를 화소부(702)와 동일한 제 1 기판(701)에 형성하고 있는 예를 나타내고 있지만, 이 구성으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 게이트 드라이버 회로부(706)만을 제 1 기판(701)에 형성해도 좋고, 또는 소스 드라이버 회로부(704)만을 제 1 기판(701)에 형성해도 좋다. 이 경우, 소스 드라이버 회로 또는 게이트 드라이버 회로 등이 형성된 기판(예를 들면, 단결정 반도체막, 다결정 반도체막으로 형성된 구동 회로 기판)을, 제 1 기판(701)에 실장하는 구성으로 해도 좋다. 또한, 별도 형성한 구동 회로 기판의 접속 방법은, 특별히 한정되는 것은 아니며, COG(Chip On Glass) 방법, 와이어 본딩 방법 등을 사용할 수 있다. In addition, a plurality of gate driver circuit units 706 may be provided in the display device 700 . Note that, as the display device 700, an example in which the source driver circuit portion 704 and the gate driver circuit portion 706 are formed on the same first substrate 701 as the pixel portion 702 is shown, but it is limited to this configuration doesn't happen For example, only the gate driver circuit portion 706 may be formed on the first substrate 701 , or only the source driver circuit portion 704 may be formed on the first substrate 701 . In this case, a substrate on which a source driver circuit or a gate driver circuit is formed (eg, a driving circuit board formed of a single crystal semiconductor film or a polycrystalline semiconductor film) may be mounted on the first substrate 701 . In addition, the connection method of the separately formed driving circuit board is not specifically limited, COG (Chip On Glass) method, a wire bonding method, etc. can be used.

또한, 표시 장치(700)가 갖는 화소부(702), 소스 드라이버 회로부(704) 및 게이트 드라이버 회로부(706)는, 배선부, 또는 복수의 트랜지스터를 가지고 있으며, 본 발명의 일 형태의 반도체 장치를 적용할 수 있다. In addition, the pixel portion 702, the source driver circuit portion 704, and the gate driver circuit portion 706 included in the display device 700 include a wiring portion or a plurality of transistors, and include a semiconductor device of one embodiment of the present invention. can be applied.

또한, 표시 장치(700)는 여러 가지 소자를 가질 수 있다. 상기 소자는, 예를 들면, 액정 소자, EL(일렉트로루미네선스) 소자(유기물 및 무기물을 함유하는 EL 소자, 유기 EL 소자, 무기 EL 소자), LED(백색 LED, 적색 LED, 녹색 LED, 청색 LED 등), 트랜지스터(전류에 따라 발광하는 트랜지스터), 전자 방출 소자, 전자 잉크, 전기 영동 소자, 그레이팅 라이트 밸브(GLV), 플라즈마 디스플레이(PDP), MEMS(마이크로·일렉트로·메커니컬·시스템)을 사용한 표시 소자, 디지털 마이크로 미러 디바이스(DMD), DMS(디지털·마이크로·셔터), MIRASOL(등록상표), IMOD(인터페어런스·모듈레이션) 소자, 셔터 방식의 MEMS 표시 소자, 광 간섭 방식의 MEMS 표시 소자, 일렉트로웨팅 소자, 압전 세라믹 디스플레이, 카본 나노 튜브를 사용한 표시 소자 등의 적어도 하나를 가지고 있다. 이들 이외에도, 전기적 또는 자기적 작용에 의해, 콘트라스트, 휘도, 반사율, 투과율 등이 변화되는 표시 매체를 갖고 있어도 좋다. EL 소자를 사용한 표시 장치의 일례로서는, EL 디스플레이 등이 있다. 전자 방출 소자를 사용한 표시 장치의 일례로서는, 필드 에미션 디스플레이(FED) 또는 SED 방식 평면형 디스플레이(SED: Surface-conduction Electron-emitter Display) 등이 있다. 액정 소자를 사용한 표시 장치의 일례로서는, 액정 디스플레이(투과형 액정 디스플레이, 반투과형 액정 디스플레이, 반사형 액정 디스플레이, 직시형 액정 디스플레이, 투사형 액정 디스플레이) 등이 있다. 전자 잉크 또는 전기 영동 소자를 사용한 표시 장치의 일례로서는, 전자 페이퍼 등이 있다. 또한, 반투과형 액정 디스플레이나 반사형 액정 디스플레이를 실현하는 경우에는, 화소 전극의 일부, 또는, 전부가, 반사 전극으로서의 기능을 갖도록 하면 좋다. 예를 들면, 화소 전극의 일부, 또는, 전부가, 알루미늄, 은 등을 갖도록 하면 좋다. 또한, 그 경우, 반사 전극 아래에, SRAM 등의 기억 회로를 설치하는 것도 가능하다. 이것에 의해, 한층 더 소비 전력을 저감시킬 수 있다. Also, the display device 700 may include various elements. The element is, for example, a liquid crystal element, an EL (electroluminescence) element (an EL element containing an organic and inorganic substance, an organic EL element, an inorganic EL element), an LED (white LED, red LED, green LED, blue color) LEDs, etc.), transistors (transistors that emit light according to current), electron-emitting devices, electronic inks, electrophoretic devices, grating light valves (GLVs), plasma displays (PDPs), MEMS (micro-electro-mechanical systems) Display element, digital micromirror device (DMD), DMS (digital micro shutter), MIRASOL (registered trademark), IMOD (interference modulation) element, shutter type MEMS display element, optical interference method MEMS display element , an electrowetting element, a piezoelectric ceramic display, a display element using carbon nanotubes, and the like. Besides these, you may have a display medium whose contrast, luminance, reflectance, transmittance, etc. are changed by an electrical or magnetic action. As an example of a display device using an EL element, there is an EL display or the like. As an example of a display device using an electron-emitting device, there is a field emission display (FED) or a surface-conduction electron-emitter display (SED). Examples of the display device using the liquid crystal element include a liquid crystal display (a transmissive liquid crystal display, a transflective liquid crystal display, a reflective liquid crystal display, a direct view liquid crystal display, and a projection liquid crystal display). An example of a display device using electronic ink or an electrophoretic element includes electronic paper and the like. In the case of realizing a transflective liquid crystal display or a reflective liquid crystal display, a part or all of the pixel electrodes may have a function as a reflective electrode. For example, part or all of the pixel electrode may be made of aluminum, silver, or the like. In that case, it is also possible to provide a storage circuit such as an SRAM under the reflective electrode. Thereby, power consumption can be further reduced.

또한, 표시 장치(700)에 있어서의 표시 방식은, 프로그레시브 방식이나 인터레이스 방식 등을 사용할 수 있다. 또한, 컬러 표시할 때에 화소로 제어하는 색 요소로서는, RGB(R은 적색, G는 녹색, B는 청색을 나타낸다)의 삼색으로 한정되지 않는다. 예를 들면, R의 화소와 G의 화소와 B의 화소와 W(백색)의 화소의 4화소로 구성되어도 좋다. 또는, 펜타일 배열과 같이, RGB 중 2색분으로 하나의 색 요소를 구성하고, 색 요소에 의해, 상이한 2색을 선택하여 구성해도 좋다. 또는 RGB에, 옐로우, 시안, 마젠타 등을 1색 이상 추가해도 좋다. 또한, 색 요소의 도트마다 그 표시 영역의 크기가 상이해도 좋다. 단, 개시하는 발명은 컬러 표시의 표시 장치로 한정되는 것은 아니며, 흑백 표시의 표시 장치에 적용할 수도 있다. In addition, as a display method in the display device 700, a progressive method, an interlace method, etc. can be used. In addition, color elements controlled by pixels in color display are not limited to three colors of RGB (R represents red, G represents green, and B represents blue). For example, it may be composed of four pixels: an R pixel, a G pixel, a B pixel, and a W (white) pixel. Alternatively, as in the pentile arrangement, one color element may be constituted by two color components among RGB, and two different colors may be selected and constituted by the color element. Alternatively, one or more colors of yellow, cyan, magenta and the like may be added to RGB. Further, the size of the display area may be different for each dot of the color element. However, the disclosed invention is not limited to a color display display device, and may be applied to a monochrome display display device.

또한, 백 라이트(유기 EL 소자, 무기 EL 소자, LED, 형광등 등)에 백색광(W)을 사용하여 표시 장치를 풀 컬러 표시시키기 위해서, 착색층(컬러 필터라고도 한다.)을 사용해도 좋다. 착색층은, 예를 들면, 레드(R), 그린(G), 블루(B), 옐로우(Y) 등을 적절히 조합하여 사용할 수 있다. 착색층을 사용함으로써, 착색층을 사용하지 않는 경우와 비교하여 색의 재현성을 높게 할 수 있다. 이 때, 착색층을 갖는 영역과, 착색층을 갖지 않는 영역을 배치함으로써, 착색층을 갖지 않는 영역에 있어서의 백색광을 직접 표시에 이용해도 상관없다. 일부에 착색층을 갖지 않는 영역을 배치함으로써, 밝은 표시시에, 착색층에 의한 휘도의 저하를 적게 할 수 있고, 소비 전력을 2할에서 3할 정도 저감시킬 수 있는 경우가 있다. 단, 유기 EL 소자나 무기 EL 소자 등의 자기발광 소자를 사용하여 풀 컬러 표시하는 경우, R, G, B, Y, 화이트(W)를, 각각의 발광색을 갖는 소자로부터 발광시켜도 상관없다. 자기발광 소자를 사용함으로써, 착색층을 사용한 경우보다, 더욱 소비 전력을 저감시킬 수 있는 경우가 있다. In addition, in order to use white light W for a backlight (organic EL element, inorganic EL element, LED, fluorescent lamp, etc.) to display a display device in full color, you may use a coloring layer (it is also called a color filter.). The colored layer can be used, for example, in an appropriate combination of red (R), green (G), blue (B), yellow (Y), and the like. By using a colored layer, color reproducibility can be made high compared with the case where a colored layer is not used. At this time, by arranging the area|region which has a colored layer and the area|region which does not have a colored layer, you may use the white light in the area|region which does not have a colored layer directly for display. By arranging the region having no colored layer in a part, the decrease in luminance due to the colored layer can be reduced during bright display, and power consumption can be reduced by about 20% to 30% in some cases. However, in the case of full-color display using a self-luminous element such as an organic EL element or an inorganic EL element, R, G, B, Y, and white (W) may be emitted from elements having respective emission colors. By using a self-luminous element, power consumption can be reduced further than the case where a colored layer is used in some cases.

본 실시형태에 있어서는, 표시 소자로서 액정 소자 및 EL 소자를 사용하는 구성에 관해서, 도 35 및 도 36을 사용하여 설명한다. 또한, 도 35는, 도 34에 도시하는 일점 쇄선 Q-R에 있어서의 단면도이며, 표시 소자로서 액정 소자를 사용한 구성이다. 또한, 도 36은, 도 34에 도시하는 일점 쇄선 Q-R에 있어서의 단면도이며, 표시 소자로서 EL 소자를 사용한 구성이다. In this embodiment, the structure using a liquid crystal element and an EL element as a display element is demonstrated using FIG.35 and FIG.36. Fig. 35 is a cross-sectional view taken along the dashed-dotted line Q-R shown in Fig. 34, and is a configuration in which a liquid crystal element is used as a display element. Fig. 36 is a cross-sectional view taken along the dash-dotted line Q-R shown in Fig. 34, and is a configuration in which an EL element is used as a display element.

우선, 도 35 및 도 36에 도시하는 공통 부분에 관해서 먼저 설명하고, 다음에 상이한 부분에 관해서 이하 설명한다. First, common parts shown in FIGS. 35 and 36 will be described first, and then, different parts will be described below.

[표시 장치의 공통 부분에 관한 설명][Explanation of common parts of display devices]

도 35 및 도 36에 도시하는 표시 장치(700)는, 리드 배선부(711)와, 화소부(702)와, 소스 드라이버 회로부(704)와, FPC 단자부(708)를 가진다. 또한, 리드 배선부(711)는 신호선(710)을 가진다. 또한, 화소부(702)는 트랜지스터(750) 및 용량 소자(790)(용량 소자(790a) 또는 용량 소자(790b))를 가진다. 또한, 소스 드라이버 회로부(704)는 트랜지스터(752)를 가진다. The display device 700 shown in FIGS. 35 and 36 includes a lead wiring part 711 , a pixel part 702 , a source driver circuit part 704 , and an FPC terminal part 708 . In addition, the lead wiring unit 711 has a signal line 710 . Further, the pixel portion 702 includes a transistor 750 and a capacitor 790 (a capacitor 790a or a capacitor 790b). Also, the source driver circuit portion 704 has a transistor 752 .

또한, 신호선(710)은 트랜지스터(750, 752)의 소스 전극 및 드레인 전극으로서 기능하는 도전막과 동일한 공정으로 형성된다. 또한, 신호선(710)은 트랜지스터(750, 752)의 소스 전극 및 드레인 전극과 상이한 공정으로 형성된 도전막, 예를 들면 게이트 전극으로서 기능하는 도전막으로 해도 좋다. 신호선(710)으로서, 예를 들면, 구리 원소를 함유하는 재료를 사용한 경우, 배선 저항에 기인하는 신호 지연 등이 적어, 대화면에서의 표시가 가능해진다. Further, the signal line 710 is formed in the same process as the conductive film serving as the source electrode and the drain electrode of the transistors 750 and 752 . The signal line 710 may be a conductive film formed by a process different from that of the source and drain electrodes of the transistors 750 and 752, for example, a conductive film functioning as a gate electrode. When a material containing, for example, a copper element is used as the signal line 710, signal delay due to wiring resistance is small, and display on a large screen is possible.

트랜지스터(750) 및 트랜지스터(752)는, 상술한 트랜지스터를 사용할 수 있다. 여기서는 트랜지스터(750) 및 트랜지스터(752)에 도 13에 도시하는 트랜지스터(100)의 구조를 사용하는 예를 나타내지만, 상술한 다른 트랜지스터를 사용해도 좋다. As the transistor 750 and the transistor 752, the above-described transistors can be used. Although an example in which the structure of the transistor 100 shown in FIG. 13 is used for the transistor 750 and the transistor 752 is shown here, other transistors described above may be used.

또한, 트랜지스터(750) 및 트랜지스터(752)에, 예를 들면 도 16에 도시하는 트랜지스터(100)의 구조를 사용해도 좋다. 이 경우에는, 전극(203b)은, 예를 들면 도전층(772)이나, 도전층(784)의 형성과 동일한 공정을 사용하여 형성할 수 있다. 도 16에 도시하는 트랜지스터(100)의 구조를 사용함으로써, 예를 들면 트랜지스터(750) 및 트랜지스터(752)의 온 전류를 높일 수 있고, 회로 동작 속도를 높일 수 있다. 또한, 트랜지스터(750)나 트랜지스터(752)의 채널 폭을 축소시킬 수 있는 경우가 있어, 회로의 집적화가 가능해진다. In addition, the structure of the transistor 100 shown in FIG. 16 may be used for the transistor 750 and the transistor 752, for example. In this case, the electrode 203b can be formed using, for example, the same process as the formation of the conductive layer 772 and the conductive layer 784 . By using the structure of the transistor 100 shown in Fig. 16, for example, the on-state current of the transistor 750 and the transistor 752 can be increased, and the circuit operation speed can be increased. Further, in some cases, the channel width of the transistor 750 or the transistor 752 can be reduced, so that circuit integration is possible.

본 실시형태에서 사용하는 트랜지스터는, 고순도화되고, 산소 결손의 형성을 억제한 산화물 반도체막을 가진다. 상기 트랜지스터는 오프 상태에 있어서의 전류값(오프 전류값)을 낮게 할 수 있다. 따라서, 화상 신호 등의 전기 신호의 유지 시간을 길게 할 수 있어, 전원 온 상태에서는 기록 간격도 길게 설정할 수 있다. 따라서, 리플래쉬 동작의 빈도를 적게 할 수 있기 때문에, 소비 전력을 억제하는 효과를 나타낸다. The transistor used in the present embodiment has an oxide semiconductor film that is highly purified and suppresses the formation of oxygen vacancies. The transistor can lower the current value (off current value) in the off state. Accordingly, the holding time of an electric signal such as an image signal can be lengthened, and the recording interval can also be set long in the power-on state. Therefore, since the frequency of the refresh operation can be reduced, the effect of suppressing power consumption is exhibited.

또한, 본 실시형태에서 사용하는 트랜지스터는, 비교적 높은 전계 효과 이동도가 얻어지기 때문에, 고속 구동이 가능하다. 예를 들면, 이러한 고속 구동이 가능한 트랜지스터를 액정 표시 장치에 사용함으로써, 화소부의 스위칭 트랜지스터와, 구동 회로부에 사용하는 드라이버 트랜지스터를 동일 기판 위에 형성할 수 있다. 즉, 별도 구동 회로로서, 실리콘 웨이퍼 등에 의해 형성된 반도체 장치를 사용할 필요가 없기 때문에, 반도체 장치의 부품점수를 삭감할 수 있다. 또한, 화소부에 있어서도, 고속 구동이 가능한 트랜지스터를 사용함으로써, 고화질의 화상을 제공할 수 있다. In addition, the transistor used in the present embodiment can be driven at a high speed because a relatively high field effect mobility is obtained. For example, by using such a high-speed driving transistor in a liquid crystal display device, the switching transistor of the pixel part and the driver transistor used in the driving circuit part can be formed on the same substrate. That is, since it is not necessary to use a semiconductor device formed of a silicon wafer or the like as a separate driving circuit, the number of parts of the semiconductor device can be reduced. Also in the pixel portion, a high-quality image can be provided by using a transistor capable of high-speed driving.

또한, FPC 단자부(708)는 접속 전극(760), 이방성 도전층(780), 및 FPC(716)를 가진다. 또한, 접속 전극(760)은 트랜지스터(750, 752)의 소스 전극 및 드레인 전극으로서 기능하는 도전막과 동일한 공정으로 형성된다. 또한, 접속 전극(760)은, FPC(716)가 갖는 단자와 이방성 도전층(780)을 개재하여, 전기적으로 접속된다. In addition, the FPC terminal portion 708 has a connection electrode 760 , an anisotropic conductive layer 780 , and an FPC 716 . Further, the connection electrode 760 is formed in the same process as the conductive film serving as the source electrode and the drain electrode of the transistors 750 and 752 . Further, the connection electrode 760 is electrically connected to the terminal of the FPC 716 via the anisotropic conductive layer 780 .

또한, 제 1 기판(701) 및 제 2 기판(705)으로서는, 예를 들면 유리 기판을 사용할 수 있다. 또한, 제 1 기판(701) 및 제 2 기판(705)으로서, 가요성을 갖는 기판을 사용해도 좋다. 상기 가요성을 갖는 기판으로서는, 예를 들면 플라스틱 기판 등을 들 수 있다. In addition, as the 1st board|substrate 701 and the 2nd board|substrate 705, a glass substrate can be used, for example. Further, as the first substrate 701 and the second substrate 705 , a flexible substrate may be used. As a board|substrate which has the said flexibility, a plastic substrate etc. are mentioned, for example.

가요성을 갖는 기판을 사용함으로써, 가요성을 갖는 표시 장치를 제작할 수 있다. 표시 장치가 가요성을 가짐으로써 곡면이나 불규칙한 형상 위에 첩합하는 것이 가능해져, 다종 다양한 용도가 실현된다. By using a flexible substrate, a flexible display device can be manufactured. When a display device has flexibility, it becomes possible to bond on a curved surface or an irregular shape, and various uses are implement|achieved.

예를 들면 플라스틱 기판 등의 가요성을 갖는 기판을 사용함으로써, 표시 장치의 박막화 및 경량화가 가능해진다. 또한, 예를 들면 플라스틱 기판 등의 가요성을 갖는 기판을 사용한 표시 장치는 깨지기 어려워, 예를 들면 낙하시의 충격에 대한 내구성을 향상시킬 수 있다. For example, by using a flexible substrate such as a plastic substrate, the display device can be reduced in thickness and weight. In addition, for example, a display device using a flexible substrate such as a plastic substrate is difficult to break, and for example, durability against an impact at the time of dropping can be improved.

또한, 제 2 기판(705)측에는, 블랙 매트릭스로서 기능하는 차광막(738)과, 컬러 필터로서 기능하는 착색막(736)과, 차광막(738) 및 착색막(736)에 접하는 절연막(734)이 설치된다. Further, on the second substrate 705 side, a light-shielding film 738 functioning as a black matrix, a colored film 736 functioning as a color filter, and an insulating film 734 in contact with the light-shielding film 738 and the colored film 736 are provided. is installed

또한, 제 1 기판(701)과 제 2 기판(705) 사이에는, 구조체(778)가 설치된다. 구조체(778)는 절연막을 선택적으로 에칭함으로써 얻어지는 기둥상의 스페이서이며, 제 1 기판(701)과 제 2 기판(705) 사이의 거리(셀 갭)를 제어하기 위해서 설치된다. 또한, 구조체(778)로서, 구상의 스페이서를 사용하고 있어도 좋다. 또한, 도 35에 있어서는, 구조체(778)를 제 2 기판(705)측에 설치하는 구성에 관해서 예시했지만, 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 36에 도시하는 바와 같이 제 1 기판(701)측에 구조체(778)를 설치하는 구성, 또는 제 1 기판(701) 및 제 2 기판(705) 쌍방에 구조체(778)를 설치하는 구성으로 해도 좋다. In addition, a structure 778 is provided between the first substrate 701 and the second substrate 705 . The structure 778 is a columnar spacer obtained by selectively etching an insulating film, and is provided to control the distance (cell gap) between the first substrate 701 and the second substrate 705 . In addition, as the structure 778, a spherical spacer may be used. In addition, although the structure in which the structure 778 is provided in the 2nd board|substrate 705 side was illustrated in FIG. 35, it is not limited to this. For example, as shown in FIG. 36, the structure 778 is provided on the first substrate 701 side, or the structure 778 is provided on both the first substrate 701 and the second substrate 705. It may be configured as

또한, 도 35 및 도 36에 있어서, 트랜지스터(750) 및 트랜지스터(752) 위에, 절연막(764, 766, 768)이 설치되어 있다. 35 and 36 , insulating films 764 , 766 , and 768 are provided over the transistor 750 and the transistor 752 .

절연막(764, 766, 768)으로서는, 각각 상기의 실시형태에 나타내는 절연막(214, 216, 218)과, 같은 재료 및 제작 방법에 의해 형성할 수 있다. The insulating films 764, 766, and 768 can be formed using the same material and manufacturing method as the insulating films 214, 216, and 218 shown in the above embodiments, respectively.

[표시 소자로서 액정 소자를 사용하는 표시 장치의 구성예][Configuration example of a display device using a liquid crystal element as a display element]

도 35에 도시하는 표시 장치(700)는, 용량 소자(790a)를 가진다. 용량 소자(790a)는 한 쌍의 전극간에 유전체를 갖는 구조이다. 보다 상세하게는, 용량 소자(790a)의 한쪽 전극으로서는, 트랜지스터(750)의 반도체층으로서 기능하는 산화물 반도체막과 동일한 공정을 거쳐 형성된 도전성이 높은 산화물 반도체막을 사용하고, 용량 소자(790a)의 다른쪽 전극으로서는, 트랜지스터(750)와 전기적으로 접속되는 도전층(772)을 사용한다. 또한, 한 쌍의 전극 사이에 협지되는 유전체로서는, 절연막(768)을 사용한다. The display device 700 shown in FIG. 35 includes a capacitor 790a. The capacitor 790a has a structure having a dielectric between a pair of electrodes. More specifically, as one electrode of the capacitor 790a, a highly conductive oxide semiconductor film formed through the same process as the oxide semiconductor film functioning as the semiconductor layer of the transistor 750 is used, and the other electrode of the capacitor 790a is used. As the side electrode, a conductive layer 772 electrically connected to the transistor 750 is used. In addition, the insulating film 768 is used as a dielectric material sandwiched between a pair of electrodes.

여기에서, 용량 소자(790a)의 한 쌍의 전극의 한쪽으로서 기능하는 도전성이 높은 산화물 반도체막에 관해서, 이하에 설명을 행한다. Here, an oxide semiconductor film with high conductivity serving as one of a pair of electrodes of the capacitor 790a will be described below.

[도전성이 높은 산화물 반도체막에 관해서][About highly conductive oxide semiconductor film]

산소 결손이 형성된 산화물 반도체에 수소를 첨가하면, 산소 결손 사이트에 수소가 들어가 전도대 근방에 도너 준위가 형성된다. 이 결과, 산화물 반도체는 도전성이 높아져, 도전체화된다. 도전체화된 산화물 반도체를 산화물 도전체라고 할 수 있다. 일반적으로, 산화물 반도체는 에너지 갭이 크기 때문에, 가시광에 대해 투광성을 가진다. 한편, 산화물 도전체는 전도대 근방에 도너 준위를 갖는 산화물 반도체이다. 따라서, 상기 도너 준위에 의한 흡수의 영향은 작고, 가시광에 대해 산화물 반도체와 동 정도의 투광성을 가진다. When hydrogen is added to the oxide semiconductor in which oxygen vacancies are formed, hydrogen enters the oxygen vacancies sites and a donor level is formed in the vicinity of the conduction band. As a result, the oxide semiconductor becomes high in conductivity and becomes a conductor. A conductive oxide semiconductor can be referred to as an oxide conductor. In general, since an oxide semiconductor has a large energy gap, it has transparency to visible light. On the other hand, the oxide conductor is an oxide semiconductor having a donor level in the vicinity of the conduction band. Therefore, the effect of absorption by the donor level is small, and it has the same transmittance as the oxide semiconductor for visible light.

여기에서, 산화물 반도체로 형성되는 막(이하, 산화물 반도체막(OS)이라고 한다.) 및 산화물 도전체로 형성되는 막(이하, 산화물 도전체막(OC)이라고 한다.) 각각에 있어서의, 저항율의 온도 의존성에 관해서 설명한다. Here, the temperature of resistivity in each of a film formed of an oxide semiconductor (hereinafter, referred to as an oxide semiconductor film (OS)) and a film formed of an oxide conductor (hereinafter referred to as an oxide conductor film (OC)). Describe dependencies.

산화물 도전체막(OC)에 있어서의 저항율의 온도 의존성은, 산화물 반도체막(OS)에 있어서의 저항율의 온도 의존성보다 작다. 대표적으로는, 80K 이상 290K 이하에 있어서의 산화물 도전체막(OC)의 저항율의 변화율은, ±20% 미만이다. 또는, 150K 이상 250K 이하에 있어서의 저항율의 변화율은, ±10% 미만이다. 즉, 산화물 도전체는, 축퇴 반도체이며, 전도대단과 페르미 준위가 일치 또는 대략 일치하고 있는 것으로 추정된다. 이로 인해, 산화물 도전체막을, 용량 소자(790a)의 한쪽 전극에 사용하는 것이 가능하다. 여기에서 산화물 도전체막은, 예를 들면 In-M-Zn 산화물 위에 질화 실리콘을 형성함으로써, 형성할 수 있다. The temperature dependence of the resistivity in the oxide conductor film OC is smaller than the temperature dependence of the resistivity in the oxide semiconductor film OS. Typically, the change rate of the resistivity of the oxide conductor film OC at 80K or more and 290K or less is less than ±20%. Or the rate of change of the resistivity in 150K or more and 250K or less is less than ±10%. That is, the oxide conductor is a degenerate semiconductor, and it is assumed that the conduction band and the Fermi level coincide or approximately coincide. For this reason, it is possible to use the oxide conductor film for one electrode of the capacitor 790a. Here, the oxide conductor film can be formed by, for example, forming silicon nitride on an In-M-Zn oxide.

또한, 도 35에 도시하는 표시 장치(700)는, 액정 소자(775)를 가진다. 액정 소자(775)는 도전층(772), 도전층(774), 및 액정층(776)을 가진다. 도전층(774)은 제 2 기판(705)측에 설치되고, 대향 전극으로서의 기능을 가진다. 도 35에 도시하는 표시 장치(700)는, 도전층(772)과 도전층(774)에 인가되는 전압에 의해, 액정층(776)의 배향 상태가 바뀜으로써 광의 투과, 비투과가 제어되어 화상을 표시할 수 있다. In addition, the display device 700 shown in FIG. 35 includes a liquid crystal element 775 . The liquid crystal element 775 has a conductive layer 772 , a conductive layer 774 , and a liquid crystal layer 776 . The conductive layer 774 is provided on the side of the second substrate 705 and has a function as a counter electrode. In the display device 700 shown in FIG. 35, the alignment state of the liquid crystal layer 776 is changed according to the voltage applied to the conductive layer 772 and the conductive layer 774, so that light transmission and non-transmission are controlled, and an image is displayed. can be displayed

또한, 도전층(772)은 트랜지스터(750)가 갖는 소스 전극 및 드레인 전극으로서 기능하는 도전막에 접속된다. 도전층(772)은 절연막(768) 위에 형성되어 화소 전극, 즉 표시 소자의 한쪽 전극으로서 기능한다. Further, the conductive layer 772 is connected to a conductive film serving as a source electrode and a drain electrode included in the transistor 750 . The conductive layer 772 is formed over the insulating film 768 and functions as a pixel electrode, that is, one electrode of the display element.

도전층(772)으로서는, 예를 들면 인듐주석 산화물, 산화 텅스텐을 함유하는 인듐 산화물, 산화 텅스텐을 함유하는 인듐아연 산화물, 산화 티타늄을 함유하는 인듐 산화물, 산화 티타늄을 함유하는 인듐주석 산화물, 인듐아연 산화물, 산화 실리콘을 첨가한 인듐주석 산화물 등의 투광성을 갖는 도전성 재료를 사용할 수 있다. As the conductive layer 772, for example, indium tin oxide, indium oxide containing tungsten oxide, indium zinc oxide containing tungsten oxide, indium oxide containing titanium oxide, indium tin oxide containing titanium oxide, indium zinc A conductive material having light transmission properties such as oxide or indium tin oxide to which silicon oxide is added can be used.

또한, 도 35에 있어서 도시하지 않지만, 도전층(772, 774)의 액정층(776)과 접하는 측에, 각각 배향막을 설치하는 구성으로 해도 좋다. 또한, 도 35에 있어서 도시하지 않지만, 편광 부재, 위상차 부재, 반사 방지 부재 등의 광학 부재(광학 기판) 등은 적절히 설치해도 좋다. 예를 들면, 편광 기판 및 위상차 기판에 의한 원편광을 사용해도 좋다. 또한, 광원으로서 백 라이트, 사이드 라이트 등을 사용해도 좋다. Moreover, although not shown in FIG. 35, it is good also as a structure in which an orientation film is provided respectively on the side of the conductive layers 772 and 774 in contact with the liquid crystal layer 776. As shown in FIG. In addition, although not shown in FIG. 35, you may provide optical members (optical board|substrate), such as a polarizing member, a retardation member, and an antireflection member, etc. suitably. For example, circularly polarized light by a polarizing substrate and a retardation substrate may be used. Moreover, you may use a backlight, a side light, etc. as a light source.

표시 소자로서 액정 소자를 사용하는 경우, 서모트로픽 액정, 저분자 액정, 고분자 액정, 고분자 분산형 액정, 강유전성 액정, 반강유전성 액정 등을 사용할 수 있다. 이들 액정 재료는, 조건에 따라, 콜레스테릭상, 스멕틱상, 큐빅상, 키랄 네마틱상, 등방상 등을 나타낸다. When a liquid crystal element is used as the display element, a thermotropic liquid crystal, a low molecular liquid crystal, a polymer liquid crystal, a polymer dispersed liquid crystal, a ferroelectric liquid crystal, an antiferroelectric liquid crystal, etc. can be used. These liquid crystal materials exhibit a cholesteric phase, a smectic phase, a cubic phase, a chiral nematic phase, an isotropic phase, etc. depending on conditions.

또한, 횡전계 방식을 사용하는 경우, 배향막을 사용하지 않는 블루상을 나타내는 액정을 사용해도 좋다. 블루상은 액정상의 하나이며, 콜레스테릭 액정을 승온시켜 나가면, 콜레스테릭상으로부터 등방상으로 전이하기 직전에 발현되는 상이다. 블루상은 좁은 온도 범위에서밖에 발현되지 않기 때문에, 온도 범위를 개선하기 위해서 수 중량% 이상의 키랄제를 혼합시킨 액정 조성물을 사용하여 액정층에 사용한다. 블루상을 나타내는 액정과 키랄제를 함유하는 액정 조성물은, 응답 속도가 짧고, 광학적 등방성이기 때문에 배향 처리가 불필요하여, 시야각 의존성이 작다. 또한 배향막을 설치하지 않아도 됨으로써 러빙 처리도 불필요해지기 때문에, 러빙 처리에 의해 야기되는 정전 파괴를 방지할 수 있어, 제작 공정 중의 액정 표시 장치의 불량이나 파손을 경감시킬 수 있다. Moreover, when using a transverse electric field system, you may use the liquid crystal which shows a blue phase which does not use an alignment film. The blue phase is one of the liquid crystal phases, and when the temperature of the cholesteric liquid crystal is raised, the blue phase is expressed immediately before transition from the cholesteric phase to the isotropic phase. Since the blue phase is only expressed in a narrow temperature range, a liquid crystal composition in which several wt% or more of a chiral agent is mixed is used for the liquid crystal layer in order to improve the temperature range. The liquid crystal composition containing the liquid crystal which shows a blue phase and a chiral agent has a short response speed, and since it is optically isotropic, an orientation treatment is unnecessary, and the viewing angle dependence is small. Moreover, since a rubbing process is also unnecessary by not having to provide an alignment film, the electrostatic breakdown caused by a rubbing process can be prevented, and the defect and damage of the liquid crystal display device in a manufacturing process can be reduced.

또한, 표시 소자로서 액정 소자를 사용하는 경우, TN(Twisted Nematic) 모드, IPS(In-Plane-Switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 모드, ASM(Axially Symmetric aligned Micro-cell) 모드, OCB(Optical Compensated Birefringence) 모드, FLC(Ferroelectric Liquid Crystal) 모드, AFLC(AntiFerroelectric Liquid Crystal) 모드 등을 사용할 수 있다. In addition, when a liquid crystal element is used as a display element, TN (Twisted Nematic) mode, IPS (In-Plane-Switching) mode, FFS (Fringe Field Switching) mode, ASM (Axially Symmetric aligned Micro-cell) mode, OCB ( An Optical Compensated Birefringence) mode, a Ferroelectric Liquid Crystal (FLC) mode, an Antiferroelectric Liquid Crystal (AFLC) mode, and the like may be used.

또한, 노멀리 블랙형의 액정 표시 장치, 예를 들면 수직 배향(VA) 모드를 채용한 투과형의 액정 표시 장치로 해도 좋다. 수직 배향 모드로서는, 몇가지 들 수 있는데, 예를 들면, MVA(Multi-Domain Vertical Alignment) 모드, PVA(Patterned Vertical Alignment) 모드, ASV 모드 등을 사용할 수 있다. Moreover, it is good also as a normally black type liquid crystal display device, for example, the transmissive type liquid crystal display device which employ|adopted the vertical alignment (VA) mode. Although several are mentioned as a vertical alignment mode, For example, MVA (Multi-Domain Vertical Alignment) mode, PVA (Patterned Vertical Alignment) mode, ASV mode, etc. can be used.

[표시 소자로서 발광 소자를 사용하는 표시 장치][Display device using light emitting element as display element]

도 36에 도시하는 표시 장치(700)는, 용량 소자(790b)를 가진다. 용량 소자(790b)는 한 쌍의 전극간에 유전체를 갖는 구조이다. 보다 상세하게는, 용량 소자(790b)의 한쪽 전극으로서는, 트랜지스터(750)의 게이트 전극으로서 기능하는 도전막과 동일 공정으로 형성된 도전막을 사용하고, 용량 소자(790b)의 다른쪽 전극으로서는, 트랜지스터(750)의 소스 전극 또는 드레인 전극으로서 기능하는 도전막을 사용한다. 또한, 한 쌍의 전극 사이에 협지되는 유전체로서는, 트랜지스터(750)의 게이트 절연막으로서 기능하는 절연막을 사용한다. The display device 700 shown in FIG. 36 includes a capacitor 790b. The capacitor 790b has a structure having a dielectric between a pair of electrodes. More specifically, as one electrode of the capacitor 790b, a conductive film formed in the same process as the conductive film serving as the gate electrode of the transistor 750 is used, and as the other electrode of the capacitor 790b, the transistor ( 750), a conductive film functioning as a source electrode or a drain electrode is used. In addition, an insulating film functioning as a gate insulating film of the transistor 750 is used as the dielectric interposed between the pair of electrodes.

또한, 도 36에 있어서, 절연막(768) 위에 평탄화 절연막(770)이 설치되어 있다. In addition, in FIG. 36 , a planarization insulating film 770 is provided on the insulating film 768 .

평탄화 절연막(770)으로서는, 폴리이미드 수지, 아크릴 수지, 폴리이미드아미드 수지, 벤조사이클로부텐 수지, 폴리아미드 수지, 에폭시 수지 등의 내열성을 갖는 유기 재료를 사용할 수 있다. 또한, 이들 재료로 형성되는 절연막을 복수 적층시킴으로써, 평탄화 절연막(770)을 형성해도 좋다. 또한, 도 35에 도시하는 바와 같이, 평탄화 절연막(770)을 설치하지 않는 구성으로 해도 좋다. As the planarization insulating film 770 , an organic material having heat resistance such as polyimide resin, acrylic resin, polyimideamide resin, benzocyclobutene resin, polyamide resin, or epoxy resin can be used. Further, the planarization insulating film 770 may be formed by laminating a plurality of insulating films formed of these materials. Moreover, as shown in FIG. 35, it is good also as a structure in which the planarization insulating film 770 is not provided.

또한, 도 36에 도시하는 표시 장치(700)는, 발광 소자(782)를 가진다. 발광 소자(782)는 도전층(784), EL층(786), 및 도전층(788)을 가진다. 도 36에 도시하는 표시 장치(700)는, 발광 소자(782)가 갖는 EL층(786)이 발광함으로써, 화상을 표시할 수 있다. In addition, the display device 700 shown in FIG. 36 includes a light emitting element 782 . The light emitting element 782 has a conductive layer 784 , an EL layer 786 , and a conductive layer 788 . The display device 700 shown in FIG. 36 can display an image when the EL layer 786 included in the light emitting element 782 emits light.

또한, 도전층(784)은 트랜지스터(750)가 갖는 소스 전극 및 드레인 전극으로서 기능하는 도전막에 접속된다. 도전층(784)은 평탄화 절연막(770) 위에 형성되어 화소 전극, 즉 표시 소자의 한쪽 전극으로서 기능한다. 도전층(784)으로서는, 가시광에 있어서 투광성이 있는 도전막, 또는 가시광에 있어서 반사성이 있는 도전막을 사용할 수 있다. 가시광에 있어서 투광성이 있는 도전막으로서는, 예를 들면, 인듐(In), 아연(Zn), 주석(Sn) 중에서 선택된 1종을 함유하는 재료를 사용하면 좋다. 가시광에 있어서 반사성이 있는 도전막으로서는, 예를 들면, 알루미늄, 또는 은을 함유하는 재료를 사용하면 좋다. Further, the conductive layer 784 is connected to a conductive film serving as a source electrode and a drain electrode included in the transistor 750 . The conductive layer 784 is formed on the planarization insulating film 770 to function as a pixel electrode, that is, one electrode of the display element. As the conductive layer 784, a transparent conductive film in visible light or a reflective conductive film in visible light can be used. As the conductive film having transparency to visible light, for example, a material containing one selected from indium (In), zinc (Zn), and tin (Sn) may be used. As the conductive film having reflection in visible light, for example, a material containing aluminum or silver may be used.

또한, 도 36에 도시하는 표시 장치(700)에는, 평탄화 절연막(770) 및 도전층(784) 위에 절연막(730)이 설치된다. 절연막(730)은 도전층(784)의 일부를 피복한다. 또한, 발광 소자(782)는 톱 에미션 구조이다. 따라서, 도전층(788)은 투광성을 가지고, EL층(786)이 발하는 광을 투과한다. 또한, 본 실시형태에 있어서는, 톱 에미션 구조에 관해서, 예시하지만, 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 도전층(784)측에 광을 사출하는 보텀 에미션 구조나, 도전층(784) 및 도전층(788)의 쌍방에 광을 사출하는 듀얼 에미션 구조에도 적용할 수 있다. In the display device 700 shown in FIG. 36 , an insulating film 730 is provided over the planarization insulating film 770 and the conductive layer 784 . The insulating film 730 covers a part of the conductive layer 784 . In addition, the light emitting element 782 has a top emission structure. Accordingly, the conductive layer 788 has light-transmitting properties and transmits the light emitted from the EL layer 786 . In addition, in this embodiment, although the top emission structure is illustrated, it is not limited to this. For example, it can be applied to a bottom emission structure in which light is emitted to the conductive layer 784 side, or a dual emission structure in which light is emitted to both the conductive layer 784 and the conductive layer 788 .

또한, 발광 소자(782)와 중첩되는 위치에, 착색막(736)이 설치되고, 절연막(730)과 중첩되는 위치, 리드 배선부(711), 및 소스 드라이버 회로부(704)에 차광막(738)이 설치되어 있다. 또한, 착색막(736) 및 차광막(738)은, 절연막(734)으로 피복되어 있다. 또한, 발광 소자(782)와 절연막(734) 사이는 밀봉막(732)으로 충전되어 있다. 또한, 도 36에 도시하는 표시 장치(700)에 있어서는, 착색막(736)을 설치하는 구성에 관해서 예시했지만, 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, EL층(786)을 구분 도포에 의해 형성하는 경우에 있어서는, 착색막(736)을 설치하지 않는 구성으로 해도 좋다. In addition, a colored film 736 is provided at a position overlapping the light emitting element 782 , and a light blocking film 738 is provided at a position overlapping the insulating film 730 , the lead wiring unit 711 , and the source driver circuit unit 704 . this is installed In addition, the colored film 736 and the light-shielding film 738 are covered with an insulating film 734 . Further, the space between the light emitting element 782 and the insulating film 734 is filled with a sealing film 732 . In addition, in the display device 700 shown in FIG. 36, although the structure which provides the colored film 736 was illustrated, it is not limited to this. For example, in the case where the EL layer 786 is formed by separate coating, a configuration in which the colored film 736 is not provided may be employed.

본 실시형태에 나타내는 구성은, 다른 실시형태에 나타내는 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다. The structure shown in this embodiment can be used, combining suitably with the structure shown in another embodiment.

(실시형태 5)(Embodiment 5)

본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 반도체 장치를 갖는 표시 장치에 관해서, 도 26을 사용하여 설명을 행한다. In this embodiment, the display device including the semiconductor device of one embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 26 .

도 26의 (A)에 도시하는 표시 장치는, 표시 소자의 화소를 갖는 영역(이하, 화소부(502)라고 한다)과, 화소부(502)의 외측에 배치되고, 화소를 구동하기 위한 회로를 갖는 회로부(이하, 구동 회로부(504)라고 한다)와, 소자의 보호 기능을 갖는 회로(이하, 보호 회로(506)라고 한다)와, 단자부(507)를 가진다. 또한, 보호 회로(506)는 설치하지 않는 구성으로 해도 좋다. The display device shown in FIG. 26A includes a region having a pixel of a display element (hereinafter referred to as a pixel portion 502 ) and a circuit disposed outside the pixel portion 502 to drive the pixel. It has a circuit part (hereinafter, referred to as a driving circuit unit 504) having an element, a circuit having an element protection function (hereinafter, referred to as a protection circuit 506), and a terminal unit 507. In addition, it is good also as a structure in which the protection circuit 506 is not provided.

구동 회로부(504)의 일부, 또는 전부는, 화소부(502)와 동일 기판 위에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 부품수나 단자수를 감소시킬 수 있다. 구동 회로부(504)의 일부, 또는 전부가, 화소부(502)와 동일 기판 위에 형성되어 있지 않은 경우에는, 구동 회로부(504)의 일부, 또는 전부는, COG나 TAB(Tape Automated Bonding)에 의해, 실장할 수 있다. Part or all of the driving circuit portion 504 is preferably formed on the same substrate as the pixel portion 502 . Thereby, the number of parts and the number of terminals can be reduced. When a part or all of the driving circuit unit 504 is not formed on the same substrate as the pixel unit 502 , a part or all of the driving circuit unit 504 is formed by COG or Tape Automated Bonding (TAB). , can be mounted.

화소부(502)는 X행(X는 2 이상의 자연수) Y열(Y는 2 이상의 자연수)에 배치된 복수의 표시 소자를 구동하기 위한 회로(이하, 화소 회로(501)라고 한다)를 가지며, 구동 회로부(504)는 화소를 선택하는 신호(주사 신호)를 출력하는 회로(이하, 게이트 드라이버(504a)라고 한다), 화소의 표시 소자를 구동하기 위한 신호(데이터 신호)를 공급하기 위한 회로(이하, 소스 드라이버(504b)) 등의 구동 회로를 가진다. The pixel unit 502 has a circuit (hereinafter referred to as the pixel circuit 501) for driving a plurality of display elements arranged in X rows (X is a natural number of 2 or more) and Y columns (Y is a natural number of 2 or more); The driving circuit unit 504 includes a circuit for outputting a signal (scan signal) for selecting a pixel (hereinafter referred to as a gate driver 504a) and a circuit for supplying a signal (data signal) for driving the display element of the pixel (hereinafter referred to as a gate driver 504a) Hereinafter, it has a driving circuit such as a source driver 504b).

게이트 드라이버(504a)는 시프트 레지스터 등을 가진다. 게이트 드라이버(504a)는, 단자부(507)를 개재하여, 시프트 레지스터를 구동하기 위한 신호가 입력되고, 신호를 출력한다. 예를 들면, 게이트 드라이버(504a)는, 스타트 펄스 신호, 클록 신호 등이 입력되고, 펄스 신호를 출력한다. 게이트 드라이버(504a)는 주사 신호가 부여되는 배선(이하, 주사선(GL_1 내지 GL_X)라고 한다)의 전위를 제어하는 기능을 가진다. 또한, 게이트 드라이버(504a)를 복수 설치하고, 복수의 게이트 드라이버(504a)에 의해, 주사선(GL_1 내지 GL_X)을 분할하여 제어해도 좋다. 또는, 게이트 드라이버(504a)는 초기화 신호를 공급할 수 있는 기능을 가진다. 단, 이것으로 한정되지 않고, 게이트 드라이버(504a)는 별도의 신호를 공급하는 것도 가능하다. The gate driver 504a has a shift register or the like. The gate driver 504a receives a signal for driving the shift register via a terminal portion 507 and outputs a signal. For example, the gate driver 504a receives a start pulse signal, a clock signal, and the like, and outputs a pulse signal. The gate driver 504a has a function of controlling the potential of wirings to which scanning signals are applied (hereinafter referred to as scanning lines GL_1 to GL_X). In addition, a plurality of gate drivers 504a may be provided, and the scanning lines GL_1 to GL_X may be divided and controlled by the plurality of gate drivers 504a. Alternatively, the gate driver 504a has a function of supplying an initialization signal. However, the present invention is not limited thereto, and the gate driver 504a may supply a separate signal.

소스 드라이버(504b)는 시프트 레지스터 등을 가진다. 소스 드라이버(504b)는 단자부(507)를 개재하여, 시프트 레지스터를 구동하기 위한 신호 외에, 데이터 신호의 바탕이 되는 신호(화상 신호)가 입력된다. 소스 드라이버(504b)는, 화상 신호를 바탕으로 화소 회로(501)에 기록하는 데이터 신호를 생성하는 기능을 가진다. 또한, 소스 드라이버(504b)는 스타트 펄스, 클록 신호 등이 입력되어 얻어지는 펄스 신호에 따라, 데이터 신호의 출력을 제어하는 기능을 가진다. 또한, 소스 드라이버(504b)는 데이터 신호가 부여되는 배선(이하, 데이터선(DL_1 내지 DL_Y)라고 한다)의 전위를 제어하는 기능을 가진다. 또는, 소스 드라이버(504b)는 초기화 신호를 공급할 수 있는 기능을 가진다. 단, 이것으로 한정되지 않으며, 소스 드라이버(504b)는 별도의 신호를 공급하는 것도 가능하다. The source driver 504b has a shift register or the like. The source driver 504b receives, via a terminal portion 507, a signal (image signal) underlying the data signal in addition to a signal for driving the shift register. The source driver 504b has a function of generating a data signal to be written to the pixel circuit 501 based on the image signal. In addition, the source driver 504b has a function of controlling the output of the data signal according to a pulse signal obtained by inputting a start pulse, a clock signal, or the like. In addition, the source driver 504b has a function of controlling the potential of the wiring to which the data signal is applied (hereinafter referred to as the data lines DL_1 to DL_Y). Alternatively, the source driver 504b has a function of supplying an initialization signal. However, the present invention is not limited thereto, and the source driver 504b may supply a separate signal.

소스 드라이버(504b)는, 예를 들면 복수의 아날로그 스위치 등을 사용하여 구성된다. 소스 드라이버(504b)는 복수의 아날로그 스위치를 순차적으로 온 상태로 함으로써, 화상 신호를 시분할한 신호를 데이터 신호로서 출력할 수 있다. 또한, 시프트 레지스터 등을 사용하여 소스 드라이버(504b)를 구성해도 좋다. The source driver 504b is configured using, for example, a plurality of analog switches. The source driver 504b may output a signal obtained by time division of an image signal as a data signal by sequentially turning on a plurality of analog switches. Alternatively, the source driver 504b may be configured using a shift register or the like.

복수의 화소 회로(501) 각각은, 주사 신호가 부여되는 복수의 주사선(GL)의 하나를 개재하여 펄스 신호가 입력되고, 데이터 신호가 부여되는 복수의 데이터선(DL)의 하나를 개재하여 데이터 신호가 입력된다. 또한 복수의 화소 회로(501) 각각은, 게이트 드라이버(504a)에 의해 데이터 신호의 데이터 기록 및 유지가 제어된다. 예를 들면, m행 n열째의 화소 회로(501)는, 주사선(GL_m)(m은 X 이하의 자연수)을 개재하여 게이트 드라이버(504a)로부터 펄스 신호가 입력되고, 주사선(GL_m)의 전위에 따라 데이터선(DL_n)(n은 Y 이하의 자연수)을 개재하여 소스 드라이버(504b)로부터 데이터 신호가 입력된다. Each of the plurality of pixel circuits 501 receives a pulse signal through one of the plurality of scan lines GL to which the scan signal is applied, and receives data through one of the plurality of data lines DL to which the data signal is applied. A signal is input. In each of the plurality of pixel circuits 501, data writing and holding of data signals is controlled by the gate driver 504a. For example, in the pixel circuit 501 of the m row and the nth column, a pulse signal is input from the gate driver 504a via a scanning line GL_m (m is a natural number equal to or less than X), and is applied to the potential of the scanning line GL_m. Accordingly, a data signal is input from the source driver 504b via the data line DL_n (n is a natural number less than or equal to Y).

도 26의 (A)에 도시하는 보호 회로(506)는, 예를 들면, 게이트 드라이버(504a)와 화소 회로(501) 사이의 배선인 주사선(GL)에 접속된다. 또는, 보호 회로(506)는 소스 드라이버(504b)와 화소 회로(501) 사이의 배선인 데이터선(DL)에 접속된다. 또는, 보호 회로(506)는 게이트 드라이버(504a)와 단자부(507) 사이의 배선에 접속할 수 있다. 또는, 보호 회로(506)는 소스 드라이버(504b)와 단자부(507) 사이의 배선에 접속할 수 있다. 또한, 단자부(507)는 외부의 회로로부터 표시 장치에 전원 및 제어 신호, 및 화상 신호를 입력하기 위한 단자가 설치된 부분을 말한다. The protection circuit 506 shown in FIG. 26A is connected to, for example, a scan line GL that is a wiring between the gate driver 504a and the pixel circuit 501 . Alternatively, the protection circuit 506 is connected to the data line DL, which is a wiring between the source driver 504b and the pixel circuit 501 . Alternatively, the protection circuit 506 may be connected to a wiring between the gate driver 504a and the terminal portion 507 . Alternatively, the protection circuit 506 may be connected to a wiring between the source driver 504b and the terminal portion 507 . In addition, the terminal unit 507 refers to a portion provided with terminals for inputting power and control signals and image signals to the display device from an external circuit.

보호 회로(506)는 자신이 접속하는 배선에 일정한 범위 외의 전위가 부여되었을 때에, 상기 배선과 다른 배선을 도통 상태로 하는 회로이다. The protection circuit 506 is a circuit that makes the wiring and other wirings in a conductive state when a potential outside a certain range is applied to the wiring to which it is connected.

도 26의 (A)에 도시하는 바와 같이, 화소부(502)와 구동 회로부(504)에 각각 보호 회로(506)를 설치함으로써, ESD(Electro Static Discharge: 정전기 방전) 등에 의해 발생하는 과전류에 대한 표시 장치의 내성을 높일 수 있다. 단, 보호 회로(506)의 구성은 이것으로 한정되지 않으며, 예를 들면, 게이트 드라이버(504a)에 보호 회로(506)를 접속한 구성, 또는 소스 드라이버(504b)에 보호 회로(506)를 접속한 구성으로 할 수도 있다. 또는, 단자부(507)에 보호 회로(506)를 접속한 구성으로 할 수도 있다. As shown in FIG. 26(A), by providing a protection circuit 506 in each of the pixel unit 502 and the driving circuit unit 504, overcurrent generated by ESD (Electro Static Discharge), etc. The tolerance of the display device can be improved. However, the configuration of the protection circuit 506 is not limited to this, and for example, a configuration in which the protection circuit 506 is connected to the gate driver 504a or the protection circuit 506 is connected to the source driver 504b. It can be done in one configuration. Alternatively, the protection circuit 506 may be connected to the terminal portion 507 .

또한, 도 26의 (A)에 있어서는, 게이트 드라이버(504a)와 소스 드라이버(504b)에 의해 구동 회로부(504)를 형성하고 있는 예를 도시하고 있지만, 이 구성으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 게이트 드라이버(504a)만을 형성하고, 별도 준비된 소스 드라이버 회로가 형성된 기판(예를 들면, 단결정 반도체막, 다결정 반도체막으로 형성된 구동 회로 기판)을 실장하는 구성으로 해도 좋다. Also, in Fig. 26A, an example in which the drive circuit portion 504 is formed by the gate driver 504a and the source driver 504b is shown, but it is not limited to this configuration. For example, it may be configured such that only the gate driver 504a is formed, and a separately prepared substrate on which the source driver circuit is formed (eg, a driving circuit substrate formed of a single crystal semiconductor film or a polycrystalline semiconductor film) is mounted.

또한, 도 26의 (A)에 도시하는 복수의 화소 회로(501)는, 예를 들면, 도 26의 (B)에 도시하는 구성으로 할 수 있다. In addition, the plurality of pixel circuits 501 shown in FIG. 26A may have a configuration shown in FIG. 26B, for example.

도 26의 (B)에 도시하는 화소 회로(501)는, 액정 소자(570)와, 트랜지스터(550)와, 용량 소자(560)를 가진다. 트랜지스터(550)에 상기의 실시형태에 나타내는 트랜지스터를 적용할 수 있다. The pixel circuit 501 shown in FIG. 26B includes a liquid crystal element 570 , a transistor 550 , and a capacitor 560 . The transistor shown in the above embodiment can be applied to the transistor 550 .

액정 소자(570)의 한 쌍의 전극의 한쪽 전위는, 화소 회로(501)의 사양에 따라 적절히 설정된다. 액정 소자(570)는, 기록되는 데이터에 의해 배향 상태가 설정된다. 또한, 복수의 화소 회로(501) 각각이 갖는 액정 소자(570)의 한 쌍의 전극의 한쪽에 공통 전위(커먼 전위)를 부여해도 좋다. 또한, 각 행의 화소 회로(501)의 액정 소자(570)의 한 쌍의 전극의 한쪽에 상이한 전위를 부여해도 좋다. The potential of one of the pair of electrodes of the liquid crystal element 570 is appropriately set according to the specification of the pixel circuit 501 . The alignment state of the liquid crystal element 570 is set by the recorded data. In addition, a common potential (common potential) may be applied to one of the pair of electrodes of the liquid crystal element 570 included in each of the plurality of pixel circuits 501 . In addition, different potentials may be applied to one of the pair of electrodes of the liquid crystal element 570 of the pixel circuit 501 in each row.

예를 들면, 액정 소자(570)를 구비하는 표시 장치의 구동 방법으로서는, TN 모드, STN 모드, VA 모드, ASM(Axially Symmetric Aligned Micro-cell) 모드, OCB(Optically Compensated Birefringence) 모드, FLC(Ferroelectric Liquid Crystal) 모드, AFLC(AntiFerroelectric Liquid Crystal) 모드, MVA 모드, PVA(Patterned Vertical Alignment) 모드, IPS 모드, FFS 모드, 또는 TBA(Transverse Bend Alignment) 모드 등을 사용해도 좋다. 또한, 표시 장치의 구동 방법으로서는, 상기한 구동 방법 외에, ECB(Electrically Controlled Birefringence) 모드, PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal) 모드, PNLC(Polymer Network Liquid Crystal) 모드, 게스트 호스트 모드 등이 있다. 단, 이것으로 한정되지 않으며, 액정 소자 및 그 구동 방식으로서 여러 가지 방법을 사용할 수 있다. For example, as a driving method of a display device including the liquid crystal element 570 , TN mode, STN mode, VA mode, Axially Symmetric Aligned Micro-cell (ASM) mode, Optically Compensated Birefringence (OCB) mode, and Ferroelectric (FLC) mode. Liquid Crystal) mode, AFLC (AntiFerroelectric Liquid Crystal) mode, MVA mode, PVA (Patterned Vertical Alignment) mode, IPS mode, FFS mode, or TBA (Transverse Bend Alignment) mode may be used. Further, as a driving method of the display device, in addition to the above-described driving method, there are an Electrically Controlled Birefringence (ECB) mode, a Polymer Dispersed Liquid Crystal (PDLC) mode, a Polymer Network Liquid Crystal (PNLC) mode, a guest host mode, and the like. However, it is not limited to this, and various methods can be used as a liquid crystal element and its driving method.

m행 n열째의 화소 회로(501)에 있어서, 트랜지스터(550)의 소스 전극 또는 드레인 전극의 한쪽은, 데이터선(DL_n)에 전기적으로 접속되고, 다른쪽은 액정 소자(570)의 한 쌍의 전극 중 다른쪽에 전기적으로 접속된다. 또한, 트랜지스터(550)의 게이트 전극은, 주사선(GL_m)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(550)는 온 상태 또는 오프 상태가 됨으로써, 데이터 신호의 데이터 기록을 제어하는 기능을 가진다. In the pixel circuit 501 of the m-th row and the n-th column, one of the source electrode or the drain electrode of the transistor 550 is electrically connected to the data line DL_n, and the other is the pair of the liquid crystal element 570 . It is electrically connected to the other of the electrodes. In addition, the gate electrode of the transistor 550 is electrically connected to the scan line GL_m. The transistor 550 has a function of controlling data writing of a data signal by being turned on or off.

용량 소자(560)의 한 쌍의 전극의 한쪽은, 전위가 공급되는 배선(이하, 전위 공급선(VL))에 전기적으로 접속되고, 다른쪽은 액정 소자(570)의 한 쌍의 전극의 다른쪽에 전기적으로 접속된다. 또한, 전위 공급선(VL)의 전위의 값은, 화소 회로(501)의 사양에 따라 적절히 설정된다. 용량 소자(560)는, 기록된 데이터를 유지하는 유지 용량으로서의 기능을 가진다. One of the pair of electrodes of the capacitor 560 is electrically connected to a wiring to which a potential is supplied (hereinafter referred to as a potential supply line VL), and the other is connected to the other of the pair of electrodes of the liquid crystal element 570 . electrically connected. In addition, the value of the potential of the potential supply line VL is appropriately set according to the specification of the pixel circuit 501 . The capacitor 560 has a function as a storage capacitor for holding recorded data.

예를 들면, 도 26의 (B)의 화소 회로(501)를 갖는 표시 장치에서는, 예를 들면, 도 26의 (A)에 도시하는 게이트 드라이버(504a)에 의해 각 행의 화소 회로(501)를 순차적으로 선택하고, 트랜지스터(550)를 온 상태로 하여 데이터 신호의 데이터를 기록한다. For example, in a display device having the pixel circuit 501 of FIG. 26B, for example, the pixel circuit 501 of each row is caused by the gate driver 504a shown in FIG. 26A. are sequentially selected, and the transistor 550 is turned on to write data of the data signal.

데이터가 기록된 화소 회로(501)는, 트랜지스터(550)가 오프 상태가 됨으로써 유지 상태가 된다. 이것을 행마다 순차적으로 행함으로써, 화상을 표시할 수 있다. The pixel circuit 501 in which data has been written enters the holding state when the transistor 550 is turned off. By doing this sequentially for each row, an image can be displayed.

또한, 도 26의 (A)에 도시하는 복수의 화소 회로(501)는, 예를 들면, 도 26의 (C)에 도시하는 구성으로 할 수 있다. In addition, the plurality of pixel circuits 501 shown in FIG. 26A may have a configuration shown in FIG. 26C, for example.

또한, 도 26의 (C)에 도시하는 화소 회로(501)는, 트랜지스터(552, 554)와, 용량 소자(562)와, 발광 소자(572)를 가진다. 트랜지스터(552) 및 트랜지스터(554) 중 어느 한쪽 또는 쌍방에 상기의 실시형태에 나타내는 트랜지스터를 적용할 수 있다. In addition, the pixel circuit 501 shown in FIG. 26C includes transistors 552 and 554 , a capacitor 562 , and a light emitting element 572 . The transistor shown in the above embodiment can be applied to either or both of the transistor 552 and the transistor 554 .

트랜지스터(552)의 소스 전극 및 드레인 전극의 한쪽은, 데이터 신호가 부여되는 배선(이하, 신호선(DL_n)이라고 한다)에 전기적으로 접속된다. 또한, 트랜지스터(552)의 게이트 전극은, 게이트 신호가 부여되는 배선(이하, 주사선(GL_m)이라고 한다)에 전기적으로 접속된다. One of the source electrode and the drain electrode of the transistor 552 is electrically connected to a wiring to which a data signal is applied (hereinafter referred to as a signal line DL_n). Further, a gate electrode of the transistor 552 is electrically connected to a wiring to which a gate signal is applied (hereinafter referred to as a scan line GL_m).

트랜지스터(552)는 온 상태 또는 오프 상태가 됨으로써, 데이터 신호의 데이터 기록을 제어하는 기능을 가진다. The transistor 552 has a function of controlling data writing of a data signal by being turned on or off.

용량 소자(562)의 한 쌍의 전극 중 한쪽은, 전위가 부여되는 배선(이하, 전위 공급선(VL_a)이라고 한다)에 전기적으로 접속되고, 다른쪽은 트랜지스터(552)의 소스 전극 및 드레인 전극의 다른쪽에 전기적으로 접속된다. One of the pair of electrodes of the capacitor 562 is electrically connected to a wiring to which a potential is applied (hereinafter referred to as a potential supply line VL_a), and the other is the source electrode and drain electrode of the transistor 552 . electrically connected to the other side.

용량 소자(562)는, 기록된 데이터를 유지하는 유지 용량으로서의 기능을 가진다. The capacitor 562 has a function as a storage capacitor for holding recorded data.

트랜지스터(554)의 소스 전극 및 드레인 전극의 한쪽은, 전위 공급선(VL_a)에 전기적으로 접속된다. 또한, 트랜지스터(554)의 게이트 전극은, 트랜지스터(552)의 소스 전극 및 드레인 전극의 다른쪽에 전기적으로 접속된다. One of the source electrode and the drain electrode of the transistor 554 is electrically connected to the potential supply line VL_a. Further, the gate electrode of the transistor 554 is electrically connected to the other of the source electrode and the drain electrode of the transistor 552 .

발광 소자(572)의 애노드 및 캐소드의 한쪽은, 전위 공급선(VL_b)에 전기적으로 접속되고, 다른쪽은 트랜지스터(554)의 소스 전극 및 드레인 전극의 다른쪽에 전기적으로 접속된다. One of the anode and the cathode of the light emitting element 572 is electrically connected to the potential supply line VL_b, and the other is electrically connected to the other of the source electrode and the drain electrode of the transistor 554 .

발광 소자(572)로서는, 예를 들면 유기 일렉트로루미네선스 소자(유기 EL 소자라고도 한다) 등을 사용할 수 있다. 단, 발광 소자(572)로서는, 이것으로 한정되지 않으며, 무기 재료로 이루어지는 무기 EL 소자를 사용해도 좋다. As the light emitting element 572, an organic electroluminescent element (also referred to as an organic EL element) or the like can be used, for example. However, the light emitting element 572 is not limited thereto, and an inorganic EL element made of an inorganic material may be used.

또한, 전위 공급선(VL_a) 및 전위 공급선(VL_b)의 한쪽에는, 고전원 전위(VDD)가 부여되고, 다른쪽에는 저전원 전위(VSS)가 부여된다. Further, a high power supply potential VDD is applied to one of the potential supply line VL_a and the potential supply line VL_b, and a low power supply potential VSS is applied to the other side.

도 26의 (C)의 화소 회로(501)를 갖는 표시 장치에서는, 예를 들면, 도 26의 (A)에 도시하는 게이트 드라이버(504a)에 의해 각 행의 화소 회로(501)를 순차적으로 선택하고, 트랜지스터(552)를 온 상태로 하여 데이터 신호의 데이터를 기록한다. In the display device having the pixel circuit 501 in FIG. 26C, for example, the pixel circuit 501 in each row is sequentially selected by the gate driver 504a shown in FIG. 26A. Then, the transistor 552 is turned on to write the data of the data signal.

데이터가 기록된 화소 회로(501)는, 트랜지스터(552)가 오프 상태가 됨으로써 유지 상태가 된다. 또한, 기록된 데이터 신호의 전위에 따라 트랜지스터(554)의 소스 전극과 드레인 전극 사이에 흐르는 전류량이 제어되고, 발광 소자(572)는 흐르는 전류량에 따른 휘도로 발광한다. 이것을 행마다 순차적으로 행함으로써, 화상을 표시할 수 있다. The pixel circuit 501 in which data has been written enters the holding state when the transistor 552 is turned off. In addition, the amount of current flowing between the source electrode and the drain electrode of the transistor 554 is controlled according to the potential of the recorded data signal, and the light emitting element 572 emits light with a luminance according to the amount of current flowing. By doing this sequentially for each row, an image can be displayed.

본 실시형태에 나타내는 구성은, 다른 실시형태에 나타내는 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다. The structure shown in this embodiment can be used, combining suitably with the structure shown in another embodiment.

(실시형태 6)(Embodiment 6)

이하에서는, 본 발명의 일 형태의 산화물 반도체를 사용한 반도체 장치의 예를 설명한다. Hereinafter, an example of a semiconductor device using the oxide semiconductor of one embodiment of the present invention will be described.

[반도체 장치의 예][Example of semiconductor device]

도 37의 (A)는 본 발명의 일 형태의 반도체 장치의 회로도의 일례이다. 도 37의 (A)에 도시하는 반도체 장치는, 트랜지스터(100)와, 트랜지스터(130)와, 용량 소자(150)와, 배선(WBL)과, 배선(RBL)과, 배선(WL)과, 배선(CL)과, 배선(BG)과, 배선(SL)을 가진다. 37A is an example of a circuit diagram of a semiconductor device of one embodiment of the present invention. The semiconductor device shown in FIG. 37A includes a transistor 100, a transistor 130, a capacitor 150, a wiring WBL, a wiring RBL, a wiring WL, It has a wiring CL, a wiring BG, and a wiring SL.

트랜지스터(130)는, 소스 또는 드레인의 한쪽이 배선(RBL)과 전기적으로 접속하고, 다른쪽이 배선(SL)과 전기적으로 접속하고, 게이트가 트랜지스터(100)의 소스 또는 드레인의 한쪽 및 용량 소자(150)의 한쪽 전극과 전기적으로 접속한다. 트랜지스터(100)는 소스 또는 드레인의 다른쪽이 배선(WBL)과 전기적으로 접속하고, 제 1 게이트가 배선(WL)과 전기적으로 접속한다. 용량 소자(150)는 다른쪽 전극이 배선(CL)과 전기적으로 접속한다. 또한 배선(BG)은 트랜지스터(100)의 제 2 게이트와 전기적으로 접속한다. 또한, 트랜지스터(130)의 게이트와, 트랜지스터(100)의 소스 또는 드레인의 한쪽과, 용량 소자(150)의 한쪽 전극간의 노드를 노드 FN이라고 부른다. In the transistor 130 , one of a source or a drain is electrically connected to the wiring RBL and the other is electrically connected to the wiring SL, and a gate is one of the source or the drain of the transistor 100 and a capacitor element. Electrically connected to one electrode of (150). In the transistor 100, the other side of the source or the drain is electrically connected to the wiring WBL, and the first gate is electrically connected to the wiring WL. The other electrode of the capacitor 150 is electrically connected to the wiring CL. Also, the wiring BG is electrically connected to the second gate of the transistor 100 . Further, a node between the gate of the transistor 130 , one of the source or drain of the transistor 100 , and one electrode of the capacitor 150 is referred to as a node FN.

도 37의 (A)에 도시하는 반도체 장치는, 트랜지스터(100)가 도통 상태(온 상태)일 때에 배선(WBL)의 전위에 따른 전위를, 노드 FN에 부여한다. 또한, 트랜지스터(100)가 비도통 상태(오프 상태)일 때에, 노드 FN의 전위를 유지하는 기능을 가진다. 즉, 도 37의 (A)에 도시하는 반도체 장치는, 기억 장치의 메모리 셀로서의 기능을 가진다. 도 37의 (A)에 도시하는 반도체 장치를 매트릭스상으로 배치함으로써, 기억 장치(메모리 셀 어레이)를 구성할 수 있다. In the semiconductor device shown in FIG. 37A , when the transistor 100 is in the conduction state (on state), a potential corresponding to the potential of the wiring WBL is applied to the node FN. In addition, when the transistor 100 is in a non-conductive state (off state), it has a function of holding the potential of the node FN. That is, the semiconductor device shown in FIG. 37A has a function as a memory cell of a memory device. A memory device (memory cell array) can be configured by arranging the semiconductor devices shown in FIG. 37A in a matrix.

또한, 노드 FN과 전기적으로 접속하는 액정 소자나 유기 EL(Electroluminescence) 소자 등의 표시 소자를 갖는 경우, 도 37의 (A)의 반도체 장치는 표시 장치의 화소로서 기능시킬 수도 있다. In the case of having a display element such as a liquid crystal element or an organic EL (Electroluminescence) element electrically connected to the node FN, the semiconductor device of FIG. 37A can also function as a pixel of the display device.

트랜지스터(100)의 도통 상태, 비도통 상태의 선택은, 배선(WL) 또는 배선(BG)에 부여하는 전위에 의해 제어할 수 있다. 또한 배선(WL) 또는 배선(BG)에 부여하는 전위에 의해 트랜지스터(100)의 임계값을 제어할 수 있다. 트랜지스터(100)로서 오프 전류가 작은 트랜지스터를 사용함으로써, 비도통 상태에 있어서의 노드 FN의 전위를 장기간에 걸쳐 유지할 수 있다. 따라서, 반도체 장치의 리플래쉬 빈도를 저감시킬 수 있고, 소비 전력이 작은 반도체 장치를 실현할 수 있다. 트랜지스터(100)로서, 예를 들면 산화물 반도체막을 사용한 트랜지스터를 사용함으로써, 오프 전류가 작은 트랜지스터를 실현할 수 있다. The selection of the conduction state and the non-conduction state of the transistor 100 can be controlled by a potential applied to the wiring WL or the wiring BG. In addition, the threshold value of the transistor 100 can be controlled by the potential applied to the wiring WL or the wiring BG. By using a transistor with a small off-state current as the transistor 100, the potential of the node FN in the non-conductive state can be maintained for a long period of time. Accordingly, the refresh frequency of the semiconductor device can be reduced, and a semiconductor device with low power consumption can be realized. By using, for example, a transistor using an oxide semiconductor film as the transistor 100, a transistor with a small off-state current can be realized.

또한, 배선(CL)에는 기준 전위나 접지 전위, 또는 임의의 고정 전위 등의 정전위가 부여된다. 이 때, 노드 FN의 전위에 의해, 트랜지스터(100)의 겉보기상의 임계값 전압이 변동된다. 겉보기상의 임계값 전압의 변동에 의해, 트랜지스터(130)의 도통 상태, 비도통 상태가 변화되는 것을 이용하여, 노드 FN에 유지된 전위의 정보를 데이터로서 판독할 수 있다. In addition, a positive potential such as a reference potential, a ground potential, or an arbitrary fixed potential is applied to the wiring CL. At this time, the apparent threshold voltage of the transistor 100 varies depending on the potential of the node FN. By using the change in the conduction state and the non-conduction state of the transistor 130 due to a change in the apparent threshold voltage, information on the potential held at the node FN can be read as data.

또한, 노드 FN에 유지된 전위를 85℃에 있어서 10년간(3.15×108초) 유지하기 위해서는, 용량 1fF당, 트랜지스터의 채널 폭 1μm당 오프 전류의 값이 4.3yA(욕토암페어: 1yA는 10-24A) 미만인 것이 바람직하다. 이 때, 허용되는 노드 FN의 전위의 변동이 0.5V 이내인 것이 바람직하다. 또는, 95℃에 있어서, 상기 오프 전류가 1.5yA 미만인 것이 바람직하다. In addition, in order to maintain the potential held at the node FN for 10 years (3.15×10 8 seconds) at 85°C, the value of the off current per 1 fF of capacitance and per 1 μm of the channel width of the transistor is 4.3 yA (Yocto Ampere: 1 yA is 10 It is preferable that it is less than -24 A). At this time, it is preferable that the allowable variation in the potential of the node FN is within 0.5V. Alternatively, at 95°C, the off current is preferably less than 1.5 yA.

또한, 용량을 크게 함으로써, 보다 길게 노드 FN에 전위를 유지할 수 있다. 즉, 유지 시간을 길게 할 수 있다. Also, by increasing the capacitance, it is possible to hold the potential at the node FN for a longer period of time. That is, the holding time can be lengthened.

도 37의 (A)에 도시하는 반도체 장치에서는, 트랜지스터(130)의 게이트 전극의 전위가 유지 가능하다는 특징을 활용함으로써, 다음과 같이, 정보의 기록, 유지, 판독이 가능하다. In the semiconductor device shown in FIG. 37A, by utilizing the feature that the potential of the gate electrode of the transistor 130 can be maintained, it is possible to write, hold, and read information as follows.

정보의 기록 및 유지에 관해서 설명한다. 우선, 배선(WL)의 전위를, 트랜지스터(100)가 온 상태가 되는 전위로 하여, 트랜지스터(100)를 온 상태로 한다. 이것에 의해, 배선(WBL)의 전위가, 트랜지스터(130)의 게이트 전극, 및 용량 소자(150)에 부여된다. 즉, 트랜지스터(130)의 게이트 전극에는, 소정의 전하가 부여된다(기록). 여기서는, 상이한 2개의 전위 레벨을 부여하는 전하(이하 Low 레벨 전하, High 레벨 전하라고 한다) 중 어느 하나가 부여되는 것으로 한다. 그 후, 배선(WL)의 전위를, 트랜지스터(100)가 오프 상태가 되는 전위로 하여, 트랜지스터(100)를 오프 상태로 함으로써, 트랜지스터(130)의 게이트 전극에 부여된 전하가 유지된다(유지). Recording and retention of information will be described. First, the potential of the wiring WL is set to the potential at which the transistor 100 is turned on, and the transistor 100 is turned on. Accordingly, the potential of the wiring WBL is applied to the gate electrode of the transistor 130 and the capacitor 150 . That is, a predetermined charge is applied to the gate electrode of the transistor 130 (writing). Here, it is assumed that any one of the charges (hereinafter referred to as low-level charges and high-level charges) imparting two different potential levels is applied. Thereafter, by setting the potential of the wiring WL to a potential at which the transistor 100 is turned off and turning off the transistor 100 , the charge applied to the gate electrode of the transistor 130 is maintained (retained). ).

트랜지스터(100)의 오프 전류는 매우 작기 때문에, 트랜지스터(130)의 게이트 전극의 전하는 장시간에 걸쳐 유지된다. Since the off current of the transistor 100 is very small, the electric charge of the gate electrode of the transistor 130 is maintained for a long time.

다음에 정보의 판독에 관해서 설명한다. 배선(RBL)에 소정의 전위(정전위)를 부여한 상태에서, 배선(CL)에 적절한 전위(판독 전위)를 부여하면, 트랜지스터(130)의 게이트 전극에 유지된 전하량에 따라, 배선(SL)은 상이한 전위를 취한다. 일반적으로, 트랜지스터(130)를 n채널형으로 하면, 트랜지스터(130)의 게이트 전극에 High 레벨 전하가 부여되어 있는 경우의 겉보기의 임계값(Vth_H)은, 트랜지스터(130)의 게이트 전극에 Low 레벨 전하가 부여되어 있는 경우의 겉보기의 임계값(Vth_L)보다 낮아지기 때문이다. 여기서, 겉보기의 임계값 전압이란, 트랜지스터(130)를 「온 상태」로 하기 위해 필요한 배선(CL)의 전위를 말하는 것으로 한다. 따라서, 배선(CL)의 전위를 Vth_H와 Vth_L 사이의 전위 V0로 함으로써, 트랜지스터(130)의 게이트 전극에 부여된 전하를 판별할 수 있다. 예를 들면, 기록에 있어서, High 레벨 전하가 부여되어 있는 경우에는, 배선(CL)의 전위가 V0(>Vth_H)이 되면, 트랜지스터(130)는 「온 상태」가 된다. Low 레벨 전하가 부여되어 있는 경우에는, 배선(CL)의 전위가 V0(<Vth_L)이 되어도, 트랜지스터(130)는 「오프 상태」 그대로이다. 이로 인해, 배선(SL)의 전위를 판별함으로써, 유지되어 있는 정보를 판독할 수 있다. 한편, 배선 개수를 감소시키기 위해서, 예를 들면 도 37의 (A)에 도시하는 WBL과 RBL을 도통시켜도 좋다. Next, the reading of information will be described. When an appropriate potential (read potential) is applied to the wiring CL in a state in which a predetermined potential (positive potential) is applied to the wiring RBL, the wiring SL is generated according to the amount of charge held in the gate electrode of the transistor 130 takes different potentials. In general, when the transistor 130 is of the n-channel type, when a high-level charge is applied to the gate electrode of the transistor 130 , the apparent threshold value (V th_H ) is low at the gate electrode of the transistor 130 . This is because it is lower than the apparent threshold value (V th_L ) in the case where the level charge is applied. Here, the apparent threshold voltage refers to the potential of the wiring CL required to turn the transistor 130 into an “on state”. Accordingly, by setting the potential of the wiring CL to the potential V 0 between V th_H and V th_L , the charge applied to the gate electrode of the transistor 130 can be discriminated. For example, in writing, when a high-level charge is applied, when the potential of the wiring CL becomes V 0 (>V th_H ), the transistor 130 is “on”. When a low level charge is applied, the transistor 130 remains "off state" even when the potential of the wiring CL becomes V 0 (<V th_L ). For this reason, by discriminating the potential of the wiring SL, the stored information can be read. On the other hand, in order to reduce the number of wirings, for example, WBL and RBL shown in Fig. 37A may be made conductive.

또한, 메모리 셀을 어레이상으로 배치하여 사용하는 경우, 원하는 메모리 셀의 정보만을 판독할 수 있는 것이 필요하게 된다. 이와 같이 정보를 판독하지 않는 경우에는, 게이트 전극의 상태에 관계없이 트랜지스터(130)가「오프 상태」가 되는 전위, 즉, Vth_H보다 작은 전위를 배선(CL)에 부여하면 좋다. 또는, 게이트 전극의 상태에 관계없이 트랜지스터(130)가「온 상태」가 되는 전위, 즉, Vth_L보다 큰 전위를 배선(CL)에 부여하면 좋다. In addition, when the memory cells are arranged in an array and used, it is necessary to be able to read only the desired memory cell information. When the information is not read in this way, a potential at which the transistor 130 is in an "off state" regardless of the state of the gate electrode, that is, a potential smaller than V th_H may be applied to the wiring CL. Alternatively, a potential at which the transistor 130 becomes "on", ie, a potential greater than V th_L , may be applied to the wiring CL regardless of the state of the gate electrode.

도 37의 (B)에 도시하는 반도체 장치는, 트랜지스터(130)를 설치하고 있지 않은 점에서 주로 도 37의 (A)와 상이하다. 이 경우도 상기와 같은 동작에 의해 정보의 기록 및 유지 동작이 가능하다. The semiconductor device shown in FIG. 37B is different from FIG. 37A mainly in that the transistor 130 is not provided. Also in this case, the recording and maintaining operation of information is possible by the above operation.

다음에, 정보의 판독에 관해서 설명한다. 트랜지스터(100)가 온 상태가 되면, 부유 상태인 배선(BL)과 용량 소자(150)가 도통하여, 배선(BL)과 용량 소자(150) 사이에서 전하가 재분배된다. 그 결과, 배선(BL)의 전위가 변화된다. 배선(BL)의 전위의 변화량은, 용량 소자(150)의 한쪽 전극의 전위(또는 용량 소자(150)에 축적된 전하)에 의해, 상이한 값을 취한다. Next, the reading of information will be described. When the transistor 100 is turned on, the floating wire BL and the capacitor 150 conduct electricity, and electric charges are redistributed between the wire BL and the capacitor 150 . As a result, the potential of the wiring BL is changed. The amount of change in the potential of the wiring BL takes a different value depending on the potential of one electrode of the capacitor 150 (or the charge accumulated in the capacitor 150 ).

예를 들면, 용량 소자(150)의 한쪽 전극의 전위를 V, 용량 소자(150)의 용량을 C, 배선(BL)이 갖는 용량 성분을 CB, 전하가 재분배되기 전의 배선(BL)의 전위를 VB0로 하면, 전하가 재분배된 후의 배선(BL)의 전위는, (CB×VB0+C×V)/(CB+C)이 된다. 따라서, 메모리 셀의 상태로서, 용량 소자(150)의 한쪽 전극의 전위가 V1과 V0(V1>V0)의 2상태를 취한다고 하면, 전위 V1을 유지하고 있는 경우의 배선(BL)의 전위(=(CB×VB0+C×V1)/(CB+C))는, 전위 V0을 유지하고 있는 경우의 배선(BL)의 전위(=(CB×VB0+C×V0)/(CB+C))보다 높아지는 것을 알 수 있다. For example, the potential of one electrode of the capacitor 150 is V, the capacitance of the capacitor 150 is C, the capacitance component of the wiring BL is CB, and the potential of the wiring BL before the charge is redistributed. When VB0 is set, the potential of the wiring BL after the electric charges are redistributed becomes (CB×VB0+C×V)/(CB+C). Accordingly, as the state of the memory cell, assuming that the potential of one electrode of the capacitor 150 takes two states, V1 and V0 (V1 > V0), the potential ( =(CB×VB0+C×V1)/(CB+C)) is the potential (=(CB×VB0+C×V0)/(CB+C) of the wiring BL when the potential V0 is maintained. ), it can be seen that the higher

그리고, 배선(BL)의 전위를 소정의 전위와 비교함으로써, 정보를 판독할 수 있다. Then, by comparing the potential of the wiring BL with a predetermined potential, information can be read.

도 37의 (A)나 도 37의 (B)에서 도시하는 반도체 장치는, 예를 들면 CPU의 기억 장치로서 사용할 수도 있다. The semiconductor device shown in FIG. 37(A) or FIG. 37(B) can also be used as a memory|storage device of a CPU, for example.

도 38에, 도 37의 (A)에서 도시한 회로를 실현 가능한 반도체 장치의 단면 구성의 일례를 도시한다. 또한, 도 38에서는 배선 개수를 감소시키기 위해서 WBL과 RBL을 도통시키는 예를 도시한다. 또한, 도 38의 (B)는, 도 38의 (A)에 도시하는 일점 쇄선 A-B를 지나가고, 도 38의 (A)와 수직인 면의 단면을 도시한다. 또한, 도 38의 (C)는, 도 38의 (A)에 도시하는 일점 쇄선 C-D를 지나가고, 도 38의 (A)와 수직인 면의 단면을 도시한다. Fig. 38 shows an example of a cross-sectional configuration of a semiconductor device capable of realizing the circuit shown in Fig. 37A. In addition, Fig. 38 shows an example in which the WBL and RBL are made conductive in order to reduce the number of wirings. Fig. 38(B) shows a cross section of a plane perpendicular to Fig. 38(A) passing through the dash-dotted line A-B shown in Fig. 38(A). Fig. 38(C) shows a cross section of a plane perpendicular to Fig. 38(A) passing through the dash-dotted line C-D shown in Fig. 38(A).

트랜지스터(100)는 트랜지스터(130)의 상방에 설치되는 것이 바람직하다. 트랜지스터(100)와 트랜지스터(130)를 적층함으로써, 예를 들면, 회로 면적을 축소시킬 수 있다. 트랜지스터(100)로서, 예를 들면 실시형태 3에 나타낸 트랜지스터를 사용할 수 있다. 도 38에서는, 도 12에 도시한 트랜지스터(100)를 사용하는 예를 도시한다. The transistor 100 is preferably provided above the transistor 130 . By stacking the transistor 100 and the transistor 130 , for example, a circuit area can be reduced. As the transistor 100, for example, the transistor shown in Embodiment 3 can be used. Fig. 38 shows an example in which the transistor 100 shown in Fig. 12 is used.

트랜지스터(130)는 제 1 반도체 재료를 함유하여 구성된다. 또한, 트랜지스터(100)는 제 2 반도체 재료를 함유하여 구성된다. 제 1 반도체 재료, 또는 제 2 반도체 재료로서 사용할 수 있는 반도체로서는, 예를 들면 실리콘, 게르마늄, 갈륨 또는 비소 등의 반도체 재료, 실리콘, 게르마늄, 갈륨, 비소 또는 알루미늄 등을 갖는 화합물 반도체 재료, 유기 반도체 재료, 또는 산화물 반도체 재료 등을 들 수 있다.Transistor 130 is constructed containing a first semiconductor material. Further, the transistor 100 is constructed by containing a second semiconductor material. Examples of the semiconductor usable as the first semiconductor material or the second semiconductor material include a semiconductor material such as silicon, germanium, gallium or arsenic, a compound semiconductor material containing silicon, germanium, gallium, arsenic or aluminum, and an organic semiconductor. material or an oxide semiconductor material.

제 1 반도체 재료와 제 2 반도체 재료는, 동일한 재료라도 좋지만, 상이한 반도체 재료로 하는 것이 보다 바람직하다. 여기서는, 제 1 반도체 재료로서 단결정 실리콘을, 제 2 반도체 재료로서 산화물 반도체를 사용한 경우에 관해서 설명한다. Although the same material may be sufficient as a 1st semiconductor material and a 2nd semiconductor material, it is more preferable to set it as different semiconductor materials. Here, the case where single crystal silicon is used as the first semiconductor material and an oxide semiconductor is used as the second semiconductor material will be described.

〔제 1 트랜지스터〕[First Transistor]

트랜지스터(130)는 반도체 기판(131)에 설치되고, 반도체 기판(131)의 일부로 이루어지는 반도체층(132), 게이트 절연막(134), 게이트 전극(135), 및 소스 영역 또는 드레인 영역으로서 기능하는 저저항층(133a) 및 저저항층(133b)을 가진다. The transistor 130 is provided on the semiconductor substrate 131 , and includes a semiconductor layer 132 formed as a part of the semiconductor substrate 131 , a gate insulating film 134 , a gate electrode 135 , and a low electrode serving as a source region or a drain region. It has a resistive layer 133a and a low resistive layer 133b.

트랜지스터(130)는 p채널형, n채널형 중 어느 것이라도 좋지만, 회로 구성이나 구동 방법에 따라 적절한 트랜지스터를 사용하면 좋다. The transistor 130 may be either a p-channel type or an n-channel type, but an appropriate transistor may be used according to the circuit configuration or driving method.

반도체층(132)의 채널이 형성되는 영역이나 그 근방의 영역이나, 소스 영역 또는 드레인 영역이 되는 저저항층(133a) 및 저저항층(133b) 등에 있어서, 실리콘계 반도체 등의 반도체를 포함하는 것이 바람직하며, 단결정 실리콘을 포함하는 것이 바람직하다. 또는, Ge(게르마늄), SiGe(실리콘게르마늄), GaAs(갈륨비소), GaAlAs(갈륨알루미늄비소) 등을 갖는 재료로 형성해도 좋다. 결정 격자에 변형을 갖는 실리콘을 사용한 구성으로 해도 좋다. 또는 GaAs와 GaAlAs 등을 사용함으로써, 트랜지스터(130)를 HEMT(High Electron Mobility Transistor)로 해도 좋다. In the region where the channel of the semiconductor layer 132 is formed or in its vicinity, and the low-resistance layer 133a and the low-resistance layer 133b serving as the source region or drain region, etc., include a semiconductor such as a silicon-based semiconductor. Preferably, single crystal silicon is included. Alternatively, it may be formed of a material having Ge (germanium), SiGe (silicon germanium), GaAs (gallium arsenide), GaAlAs (gallium aluminum arsenide), or the like. It is good also as a structure using silicon|silicone which has strain in a crystal lattice. Alternatively, the transistor 130 may be a HEMT (High Electron Mobility Transistor) by using GaAs, GaAlAs, or the like.

또한, 트랜지스터(130)는 LDD(Lightly Doped Drain)영역인 영역(176a)과 영역(176b)을 가져도 좋다. Further, the transistor 130 may have a region 176a and a region 176b that are a lightly doped drain (LDD) region.

저저항층(133a) 및 저저항층(133b)은, 반도체층(132)에 적용되는 반도체 재료 외에, 인 등의 n형의 도전성을 부여하는 원소, 또는 붕소 등의 p형의 도전성을 부여하는 원소를 함유한다. The low-resistance layer 133a and the low-resistance layer 133b include, in addition to the semiconductor material applied to the semiconductor layer 132 , an element that imparts n-type conductivity such as phosphorus, or an element that imparts p-type conductivity such as boron. contains elements.

게이트 전극(135)은 인 등의 n형의 도전성을 부여하는 원소, 또는 붕소 등의 p형의 도전성을 부여하는 원소를 함유하는 실리콘 등의 반도체 재료, 금속 재료, 합금 재료, 또는 금속 산화물 재료 등의 도전성 재료를 사용할 수 있다. The gate electrode 135 is formed of a semiconductor material such as silicon containing an element imparting n-type conductivity such as phosphorus, or an element imparting p-type conductivity such as boron, a metal material, an alloy material, a metal oxide material, or the like. of conductive materials can be used.

여기에서, 트랜지스터(130) 대신 도 29의 (A) 및 도 29의 (B)에 도시하는 바와 같은 트랜지스터(190)를 사용해도 좋다. 도 29의 (B)는, 도 29의 (A)에 도시하는 일점 쇄선 E-F를 지나가고, 도 29의 (A)와 수직인 면의 단면을 도시한다. 트랜지스터(190)는 채널이 형성되는 반도체층(132)(반도체 기판의 일부)이 볼록 형상을 가지며, 그 측면 및 상면을 따라 게이트 절연막(134) 및 게이트 전극(135)이 설치되어 있다. 또한 트랜지스터 사이에는 소자 분리층(181)이 설치되어 있다. 이러한 트랜지스터(190)는 반도체 기판의 볼록부를 이용하고 있기 때문에 FIN형 트랜지스터라고도 불린다. 또한, 볼록부의 상부에 접하고, 볼록부를 형성하기 위한 마스크로서 기능하는 절연막을 갖고 있어도 좋다. 또한, 여기서는 반도체 기판의 일부를 가공하여 볼록부를 형성하는 경우를 나타냈지만, SOI(Silicon on Insulator) 기판을 가공하여 볼록 형상을 갖는 반도체층을 형성해도 좋다. Here, a transistor 190 as shown in FIGS. 29A and 29B may be used instead of the transistor 130 . Fig. 29(B) shows a cross section of a plane perpendicular to Fig. 29(A) passing through the dashed-dotted line E-F shown in Fig. 29(A). In the transistor 190 , a semiconductor layer 132 (a part of a semiconductor substrate) in which a channel is formed has a convex shape, and a gate insulating layer 134 and a gate electrode 135 are provided along side and top surfaces thereof. In addition, an element isolation layer 181 is provided between the transistors. Such a transistor 190 is also called a FIN-type transistor because the convex part of the semiconductor substrate is used. Moreover, you may have an insulating film which is in contact with the upper part of a convex part and functions as a mask for forming a convex part. In addition, although the case where the convex part is formed by processing a part of a semiconductor substrate is shown here, you may process the SOI (Silicon on Insulator) substrate to form the semiconductor layer which has a convex shape.

트랜지스터(130)를 피복하여, 절연막(136), 절연막(137), 및 절연막(138)이 순차적으로 적층되어 설치되어 있다. To cover the transistor 130 , an insulating film 136 , an insulating film 137 , and an insulating film 138 are sequentially stacked and provided.

절연막(136)은 반도체 장치의 제작 공정에 있어서, 저저항층(133a) 및 저저항층(133b)에 첨가된 도전성을 부여하는 원소의 활성화시의 보호막으로서 기능한다. 절연막(136)은 불필요하면 설치하지 않아도 좋다. The insulating film 136 functions as a protective film upon activation of an element that imparts conductivity added to the low-resistance layer 133a and the low-resistance layer 133b in the manufacturing process of the semiconductor device. The insulating film 136 may not be provided if unnecessary.

반도체층(132)에 실리콘계 반도체 재료를 사용한 경우, 절연막(137)은 수소를 함유하는 절연 재료를 함유하는 것이 바람직하다. 가열 처리를 행함으로써 절연막(137) 중의 수소에 의해 반도체층(132) 중의 댕글링 본드가 종단되어, 트랜지스터(130)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. When a silicon-based semiconductor material is used for the semiconductor layer 132, the insulating film 137 preferably contains an insulating material containing hydrogen. By performing the heat treatment, the dangling bonds in the semiconductor layer 132 are terminated by hydrogen in the insulating film 137 , and the reliability of the transistor 130 can be improved.

절연막(138)은 그 하층에 설치되는 트랜지스터(130) 등에 의해 발생하는 단차를 평탄화하는 평탄화층으로서 기능한다. 절연막(138)의 상면을 CMP법 등에 의해 평탄화해도 좋다. The insulating film 138 functions as a planarization layer for flattening the level difference generated by the transistor 130 provided thereunder. The upper surface of the insulating film 138 may be planarized by a CMP method or the like.

또한, 절연막(136), 절연막(137), 절연막(138)에는 저저항층(133a)이나 저저항층(133b) 등과 전기적으로 접속하는 플러그(140), 트랜지스터(130)의 게이트 전극(135)과 전기적으로 접속하는 플러그(139) 등이 매립되어 있어도 좋다. In addition, the insulating film 136 , the insulating film 137 , and the insulating film 138 have a plug 140 electrically connected to the low resistance layer 133a or the low resistance layer 133b , and a gate electrode 135 of the transistor 130 . A plug 139 or the like for electrically connecting to and may be embedded.

트랜지스터(130)와, 트랜지스터(100) 사이에는, 배리어막(111)이 설치되어 있다. 배리어막(111)은, 이것보다 하층으로부터 물 및 수소가 상층으로 확산되는 것을 억제하는 기능을 갖는 층이다. 또한, 배리어막(111)은 산소 투과성이 낮은 것이 바람직하다. 여기에서, 물 및 수소가 확산되기 어렵다란, 예를 들면 일반적으로 절연막으로서 사용되는 산화 실리콘 등과 비교하여, 물 및 수소의 투과성이 낮은 것을 나타낸다. 또한, 산소 투과성이 낮다란, 예를 들면 일반적으로 절연막으로서 사용되는 산화 실리콘 등과 비교하여, 산소의 투과성이 낮은 것을 나타낸다. A barrier film 111 is provided between the transistor 130 and the transistor 100 . The barrier film 111 is a layer having a function of suppressing diffusion of water and hydrogen from the lower layer to the upper layer. In addition, the barrier film 111 preferably has low oxygen permeability. Here, the term that water and hydrogen are difficult to diffuse indicates that the permeability of water and hydrogen is lower than, for example, silicon oxide generally used as an insulating film or the like. In addition, the low oxygen permeability|permeability means that the permeability of oxygen is low compared with the silicon oxide etc. which are generally used as an insulating film, for example.

배리어막(111)에 사용할 수 있는 재료로서는, 산화 알루미늄, 산화 하프늄, 산화 탄탈럼, 산화 지르코늄, 티타늄산지르콘산납(PZT), 티타늄산스트론튬(SrTiO3) 또는 (Ba,Sr)TiO3(BST) 등의 소위 high-k 재료를 함유하는 절연막을 단층 또는 적층으로 사용할 수 있다. 또는 이들 절연막에 예를 들면 산화 알루미늄, 산화 비스무스, 산화 게르마늄, 산화 니오븀, 산화 실리콘, 산화 티타늄, 산화 텅스텐, 산화 이트륨, 산화 지르코늄, 산화 갈륨을 첨가해도 좋다. 또는 이들 절연막을 질화 처리하여 산화 질화막으로 해도 좋다. 상기의 절연막에 산화 실리콘, 산화 질화 실리콘 또는 질화 실리콘을 적층하여 사용해도 좋다. 특히, 산화 알루미늄은 물이나 수소에 대한 배리어성에도 우수하기 때문에, 보다 바람직하다. Materials that can be used for the barrier film 111 include aluminum oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, zirconium oxide, lead zirconate titanate (PZT), strontium titanate (SrTiO 3 ) or (Ba,Sr)TiO 3 (BST). ) can be used as a single layer or a laminated insulating film containing a so-called high-k material. Alternatively, aluminum oxide, bismuth oxide, germanium oxide, niobium oxide, silicon oxide, titanium oxide, tungsten oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, or gallium oxide may be added to these insulating films. Alternatively, these insulating films may be nitrided to form an oxynitride film. A silicon oxide, silicon oxynitride or silicon nitride may be laminated on the above insulating film and used. In particular, since it is excellent also in the barrier property with respect to water and hydrogen, aluminum oxide is more preferable.

또한, 상기한 재료는, 수소, 물에 더하여, 산소의 배리어성에도 우수한 재료이다. 따라서 절연막(114)을 가열했을 때에 방출되는 산소가 배리어막(111)보다 하층으로 확산되는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 절연막(114)으로부터 방출되어, 트랜지스터(100)의 반도체층에 공급될 수 있는 산소의 양을 증대시킬 수 있다. Moreover, the above-mentioned material is a material excellent in the barrier property of oxygen in addition to hydrogen and water. Accordingly, it is possible to suppress diffusion of oxygen emitted when the insulating film 114 is heated to a lower layer than the barrier film 111 . As a result, the amount of oxygen that can be released from the insulating film 114 and supplied to the semiconductor layer of the transistor 100 can be increased.

여기에서, 배리어막(111)보다 하층에서는, 예를 들면 가열 처리에 의해, 수소나 물 등을 저감시켜 두는 것이 바람직하다. 가열 처리 조건은 예를 들면 불활성 가스 분위기하 또는 감압 분위기 하에서 170℃ 이상으로 하면 좋다. Here, in the lower layer than the barrier film 111, it is preferable to reduce hydrogen, water, etc. by heat treatment, for example. The heat treatment conditions may be, for example, 170° C. or higher under an inert gas atmosphere or a reduced pressure atmosphere.

또한, 트랜지스터(130)의 반도체층에 단결정 실리콘을 사용한 경우에는, 상기 가열 처리는, 실리콘의 부대 결합수(댕글링 본드라고도 한다)를 수소에 의해 종단화하는 처리(수소화 처리라고도 부른다)를 겸할 수 있다. In the case where single crystal silicon is used for the semiconductor layer of the transistor 130, the heat treatment may also serve as a treatment (also referred to as hydrogenation treatment) of terminating the number of unpaired bonds in silicon (also referred to as dangling bonds) with hydrogen. can

배리어막(111)을 사이에 개재하듯이, 도전층(151), 도전층(152a) 및 도전층(152b)이 설치되어, 용량 소자(150)를 형성하고 있다. 도전층(151)은 트랜지스터(100)의 도전층(104a)과 전기적으로 접속한다. A conductive layer 151 , a conductive layer 152a , and a conductive layer 152b are provided as if the barrier film 111 is interposed therebetween to form the capacitor 150 . The conductive layer 151 is electrically connected to the conductive layer 104a of the transistor 100 .

배리어막(111), 도전층(152a), 도전층(152b), 도전층(105) 등을 피복하여, 절연막(114)이 설치되어 있다. 절연막(114)에 관해서는, 예를 들면 도 12의 절연막(114)의 설명을 참조한다. An insulating film 114 is provided to cover the barrier film 111 , the conductive layer 152a , the conductive layer 152b , the conductive layer 105 , and the like. For the insulating film 114 , for example, reference is made to the description of the insulating film 114 in FIG. 12 .

〔제 2 트랜지스터〕[Second Transistor]

절연막(114)의 상부에는, 트랜지스터(100)가 설치되어 있다. 도 38에 도시하는 일례에서는, 트랜지스터(100)로서 도 12에 도시한 트랜지스터를 사용한다. A transistor 100 is provided on the insulating film 114 . In the example shown in FIG. 38 , the transistor shown in FIG. 12 is used as the transistor 100 .

또한, 도 38에 도시하는 트랜지스터(100)는, 제 2 게이트 전극으로서 기능하는 도전층(105)을 가진다. 도전층(105)은 용량 소자(150)의 일부를 형성하는 도전층(152a) 및 도전층(152b)과 동시에 형성해도 좋다. 이들 도전층을 동시에 형성함으로써, 예를 들면 공정을 간략화할 수 있다. Further, the transistor 100 shown in FIG. 38 has a conductive layer 105 functioning as a second gate electrode. The conductive layer 105 may be formed simultaneously with the conductive layer 152a and the conductive layer 152b which form part of the capacitor 150 . By forming these conductive layers simultaneously, for example, a process can be simplified.

또한 트랜지스터(100)를 피복하여, 절연막(112), 절연막(113), 및 절연막(116)이 설치되어 있다. Further, an insulating film 112 , an insulating film 113 , and an insulating film 116 are provided to cover the transistor 100 .

절연막(112)은 배리어막(111)과 같이, 물이나 수소가 확산되기 어려운 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 특히 산소를 투과하기 어려운 재료를 사용하는 것이 바람직하다. For the insulating film 112 , like the barrier film 111 , it is preferable to use a material in which water or hydrogen is difficult to diffuse. In particular, it is preferable to use a material that hardly permeates oxygen.

또한, 절연막(112)을 2층 이상의 적층 구조로 해도 좋다. 그 경우에는, 예를 들면 절연막(112)을 2층의 적층 구조로 하고, 상층에는 물이나 수소가 확산되기 어려운 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 하층에는 예를 들면 산화 실리콘, 산화 질화 실리콘, 질화 산화 실리콘, 질화 실리콘, 산화 알루미늄, 산화 질화 알루미늄, 질화 산화 알루미늄, 질화 알루미늄 등을 사용하면 좋다. 하층에 설치하는 절연막은, 절연막(114)과 같은, 가열에 의해 산소가 탈리되는 절연막으로서 게이트 절연막(102)을 개재하여 반도체층(101)의 상측으로부터도 산소를 공급하는 구성으로 해도 좋다. In addition, the insulating film 112 may have a laminated structure of two or more layers. In that case, for example, it is preferable that the insulating film 112 has a two-layer laminate structure, and a material in which water or hydrogen hardly diffuses is used for the upper layer. For the lower layer, for example, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, aluminum oxide, aluminum oxynitride, aluminum nitride oxide, aluminum nitride, or the like may be used. The insulating film provided as the lower layer is an insulating film from which oxygen is released by heating, such as the insulating film 114 , and may be configured to supply oxygen also from the upper side of the semiconductor layer 101 via the gate insulating film 102 .

절연막(112)으로 반도체층(101)을 피복함으로써, 반도체층(101)으로부터 절연막(112)보다 상방으로 산소가 방출되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 절연막(114) 등으로부터 탈리된 산소를 절연막(112)보다 하측에 가둘 수 있기 때문에, 반도체층(101)에 공급할 수 있는 산소의 양을 증대시킬 수 있다. By covering the semiconductor layer 101 with the insulating film 112 , it is possible to suppress the release of oxygen from the semiconductor layer 101 upward from the insulating film 112 . In addition, since oxygen desorbed from the insulating film 114 or the like can be confined below the insulating film 112 , the amount of oxygen that can be supplied to the semiconductor layer 101 can be increased.

또한 절연막(112)을 설치함으로써, 외부로부터 산화물 반도체로의 물이나 수소가 혼입되는 것을 억제할 수 있다. 따라서 전기 특성의 변동이 억제된, 신뢰성이 높은 트랜지스터를 실현할 수 있다. In addition, by providing the insulating film 112, it is possible to suppress mixing of water or hydrogen into the oxide semiconductor from the outside. Accordingly, it is possible to realize a highly reliable transistor in which variations in electrical characteristics are suppressed.

절연막(113)으로서는, 예를 들면 산화 실리콘, 산화 질화 실리콘, 질화 산화 실리콘, 질화 실리콘, 산화 알루미늄, 산화 질화 알루미늄, 질화 산화 알루미늄, 질화 알루미늄 등을 사용하면 좋으며, 적층 또는 단층으로 설치한다. As the insulating film 113, for example, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, aluminum oxide, aluminum oxynitride, aluminum nitride oxide, aluminum nitride, or the like may be used, and is provided in a stacked or single layer.

트랜지스터(100)를 피복하는 절연막(116)은, 그 하층의 요철 형상을 피복하는 평탄화층으로서 기능한다. 또한 절연막(113)은, 절연막(116)을 성막할 때의 보호막으로서의 기능을 가져도 좋다. 절연막(113)은 불필요하면 설치하지 않아도 좋다. 절연막(116)으로서 예를 들면 산화 실리콘, 산화 질화 실리콘, 질화 산화 실리콘, 질화 실리콘, 산화 알루미늄, 산화 질화 알루미늄, 질화 산화 알루미늄, 질화 알루미늄 등을 사용하면 좋으며, 적층 또는 단층으로 설치한다. The insulating film 116 covering the transistor 100 functions as a planarization layer covering the concavo-convex shape of the lower layer. In addition, the insulating film 113 may have a function as a protective film at the time of forming the insulating film 116 into a film. The insulating film 113 may not be provided if unnecessary. As the insulating film 116, for example, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, aluminum oxide, aluminum oxynitride, aluminum nitride oxide, aluminum nitride, or the like may be used, and it is provided in a stacked or single layer.

절연막(112), 절연막(113) 및 절연막(116)에는, 도전층(104b)과 전기적으로 접속하는 플러그(321), 플러그(322), 플러그(123)가 매립되어 있다. A plug 321 , a plug 322 , and a plug 123 electrically connected to the conductive layer 104b are embedded in the insulating film 112 , the insulating film 113 , and the insulating film 116 .

절연막(116)의 상부에는, 플러그(322)와 전기적으로 접속하는 배선(124) 등이 설치되어 있다. A wiring 124 and the like electrically connected to the plug 322 are provided on the insulating film 116 .

또한 도 38에 도시하는 바와 같이, 수소를 함유하는 절연막(136) 위에, 배리어막(111)과 같은 재료를 함유하는 절연막(137)을 설치하는 구성으로 해도 좋다. 이러한 구성으로 함으로써, 수소를 함유하는 절연막(136) 중에 잔존한 물이나 수소가 상방으로 확산되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다. Moreover, as shown in FIG. 38, it is good also as a structure in which the insulating film 137 containing the same material as the barrier film 111 is provided on the insulating film 136 containing hydrogen. With such a configuration, it is possible to effectively suppress the upward diffusion of water and hydrogen remaining in the insulating film 136 containing hydrogen.

배선(124), 배선(166) 등의 배선, 도전층(143), 도전층(151), 도전층(152a), 도전층(152b), 도전층(251) 등의 도전층, 및, 플러그(123), 플러그(139), 플러그(140), 플러그(164), 플러그(165) 등의 플러그에는, 재료로서 금속 재료, 합금 재료, 또는 금속 산화물 재료 등의 도전성 재료를 사용할 수 있다. 특히, 내열성과 도전성을 양립하는 텅스텐이나 몰리브덴 등의 고융점 재료를 사용하는 것이 바람직하며, 특히 텅스텐을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 질화 티타늄이나 티타늄 등의 재료를, 다른 재료와 적층하여 사용해도 좋다. wirings such as wiring 124 and wiring 166 , conductive layers such as conductive layer 143 , conductive layer 151 , conductive layer 152a , conductive layer 152b and conductive layer 251 , and a plug; For the plugs such as 123, plug 139, plug 140, plug 164, and plug 165, a conductive material such as a metal material, an alloy material, or a metal oxide material can be used as a material. In particular, it is preferable to use a high-melting-point material such as tungsten or molybdenum that has both heat resistance and conductivity, and it is particularly preferable to use tungsten. Further, a material such as titanium nitride or titanium may be used by laminating it with other materials.

[제작 방법 예][Example of production method]

다음에, 도 38의 반도체 장치의 제작 방법의 일례에 관해서, 도 39 내지 도 42를 사용하여 설명한다. Next, an example of a method of manufacturing the semiconductor device of FIG. 38 will be described with reference to FIGS. 39 to 42 .

우선 반도체 기판(131)을 준비한다. 반도체 기판(131)으로서는, 예를 들면 단결정 실리콘 기판(p형의 반도체 기판, 또는 n형의 반도체 기판을 포함한다), 탄화 실리콘이나 질화 갈륨으로 이루어지는 화합물 반도체 기판 등을 사용할 수 있다. 또한, 반도체 기판(131)으로서, SOI 기판을 사용해도 좋다. 이하에서는, 반도체 기판(131)으로서 단결정 실리콘을 사용한 경우에 관해서 설명한다. First, the semiconductor substrate 131 is prepared. As the semiconductor substrate 131, for example, a single crystal silicon substrate (including a p-type semiconductor substrate or an n-type semiconductor substrate), a compound semiconductor substrate made of silicon carbide or gallium nitride, or the like can be used. In addition, as the semiconductor substrate 131, an SOI substrate may be used. Hereinafter, a case in which single crystal silicon is used as the semiconductor substrate 131 will be described.

계속해서, 반도체 기판(131)에 소자 분리층(도시 생략)을 형성한다. 소자 분리층은 LOCOS(Local Oxidation of Silicon)법 또는 STI(Shallow Trench Isolation)법, 메사 분리법 등을 사용하여 형성하면 좋다. Subsequently, an isolation layer (not shown) is formed on the semiconductor substrate 131 . The device isolation layer may be formed using a Local Oxidation of Silicon (LOCOS) method, a Shallow Trench Isolation (STI) method, a mesa isolation method, or the like.

동일 기판 위에 p형의 트랜지스터와 n형의 트랜지스터를 형성하는 경우, 반도체 기판(131)의 일부에 n웰 또는 p웰을 형성해도 좋다. 예를 들면, n형의 반도체 기판(131)에 p형의 도전성을 부여하는 붕소 등의 불순물 원소를 첨가하여 p웰을 형성하고, 동일 기판 위에 n형의 트랜지스터와 p형의 트랜지스터를 형성해도 좋다. When the p-type transistor and the n-type transistor are formed on the same substrate, an n-well or a p-well may be formed in a part of the semiconductor substrate 131 . For example, a p-well may be formed by adding an impurity element such as boron that imparts p-type conductivity to the n-type semiconductor substrate 131, and an n-type transistor and a p-type transistor may be formed on the same substrate. .

계속해서, 반도체 기판(131) 위에 게이트 절연막(134)이 되는 절연막을 형성한다. 예를 들면, 반도체 기판(131)의 표면을 산화하여 산화 실리콘막을 형성한다. 또는, 열산화법에 의해 산화 실리콘을 형성한 후에, 질화 처리를 행함으로써 산화 실리콘막의 표면을 질화함으로써, 산화 실리콘막과, 산화 질화 실리콘막의 적층 구조를 형성해도 좋다. 또는, 산화 실리콘, 산화 질화 실리콘, 고유전율 물질(high-k 재료라고도 한다)인 탄탈럼 산화물, 산화 하프늄, 산화 하프늄실리케이트, 산화 지르코늄, 산화 알루미늄, 산화 티타늄 등의 금속 산화물, 또는 산화 란탄 등의 희토류 산화물 등을 사용해도 좋다. Subsequently, an insulating film serving as the gate insulating film 134 is formed on the semiconductor substrate 131 . For example, a silicon oxide layer is formed by oxidizing the surface of the semiconductor substrate 131 . Alternatively, after the silicon oxide is formed by the thermal oxidation method, the surface of the silicon oxide film is nitrided by performing a nitridation treatment to form a laminated structure of the silicon oxide film and the silicon oxynitride film. Alternatively, silicon oxide, silicon oxynitride, tantalum oxide that is a high-k material (also referred to as a high-k material), metal oxide such as hafnium oxide, hafnium oxide, hafnium silicate, zirconium oxide, aluminum oxide, titanium oxide, or lanthanum oxide A rare earth oxide or the like may be used.

상기 절연막은 스퍼터링법, CVD(Chemical Vapor Deposition)법(열CVD법, MOCVD(Metal Organic CVD)법, PECVD(Plasma Enhanced CVD)법 등을 포함한다), MBE(Molecular Beam Epitaxy)법, ALD(Atomic Layer Deposition)법, 또는 PLD(Pulsed Laser Deposition)법 등으로 성막함으로써 형성해도 좋다. The insulating film is formed by a sputtering method, a chemical vapor deposition (CVD) method (including a thermal CVD method, a metal organic CVD (MOCVD) method, a plasma enhanced CVD (PECVD) method, etc.), a molecular beam epitaxy (MBE) method, and an atomic (ALD) method. You may form by forming into a film by the Layer Deposition method or the PLD (Pulsed Laser Deposition) method or the like.

계속해서, 게이트 전극(135)이 되는 도전막을 성막한다. 도전막으로서는, 탄탈럼, 텅스텐, 티타늄, 몰리브덴, 크로뮴, 니오븀 등으로부터 선택된 금속, 또는 이들의 금속을 주성분으로 하는 합금 재료 또는 화합물 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 인 등의 불순물을 첨가한 다결정 실리콘을 사용할 수 있다. 또한, 금속 질화물막과 상기 금속막의 적층 구조를 사용해도 좋다. 금속 질화물로서는, 질화 텅스텐, 질화 몰리브덴, 질화 티타늄을 사용할 수 있다. 금속 질화물막을 설치함으로써, 금속막의 밀착성을 향상시킬 수 있어, 박리를 방지할 수 있다. Subsequently, a conductive film to be the gate electrode 135 is formed. As the conductive film, it is preferable to use a metal selected from tantalum, tungsten, titanium, molybdenum, chromium, niobium, or the like, or an alloy material or compound material containing these metals as a main component. Polycrystalline silicon to which impurities such as phosphorus have been added can also be used. Moreover, you may use the laminated structure of a metal nitride film and the said metal film. As the metal nitride, tungsten nitride, molybdenum nitride, and titanium nitride can be used. By providing a metal nitride film, the adhesiveness of a metal film can be improved, and peeling can be prevented.

도전막은, 스퍼터링법, 증착법, CVD법(열CVD법, MOCVD법, PECVD법 등을 포함한다) 등에 의해 성막할 수 있다. 또한 플라즈마에 의한 대미지를 감소시키기 위해서는, 열CVD법, MOCVD법 또는 ALD법이 바람직하다. The conductive film can be formed by a sputtering method, vapor deposition method, CVD method (including thermal CVD method, MOCVD method, PECVD method, etc.) or the like. Further, in order to reduce the damage caused by plasma, thermal CVD, MOCVD, or ALD is preferable.

계속해서, 상기 도전막 위에 리소그래피법 등을 사용하여 레지스트 마스크를 형성하고, 상기 도전막의 불필요한 부분을 제거한다. 그 후, 레지스트 마스크를 제거함으로써, 게이트 전극(135)을 형성할 수 있다. Then, a resist mask is formed on the conductive film by lithography or the like, and unnecessary portions of the conductive film are removed. Thereafter, by removing the resist mask, the gate electrode 135 can be formed.

여기에서, 피가공막의 가공 방법에 관해서 설명한다. 가공 방법으로서, 여러 가지 미세 가공 기술을 사용할 수 있다. 예를 들면, 포토리소그래피법 등으로 형성한 레지스트 마스크에 대해 슬리밍 처리를 가하는 방법을 사용해도 좋다. 또한, 포토리소그래피법 등으로 더미 패턴을 형성하고, 상기 더미 패턴에 사이드월을 형성한 후에 더미 패턴을 제거하고, 잔존한 사이드월을 레지스트 마스크로서 사용하여, 피가공막을 에칭해도 좋다. 또한 피가공막의 에칭으로서, 높은 종횡비를 실현하기 위해서, 이방성의 드라이 에칭을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 무기막 또는 금속막으로 이루어지는 하드 마스크를 사용해도 좋다. Here, the processing method of the to-be-processed film is demonstrated. As the processing method, various microfabrication techniques can be used. For example, a method of applying a slimming treatment to a resist mask formed by a photolithography method or the like may be used. Alternatively, a dummy pattern may be formed by a photolithography method or the like, the dummy pattern may be removed after forming a sidewall on the dummy pattern, and the film to be processed may be etched using the remaining sidewall as a resist mask. In addition, as etching of the film to be processed, in order to realize a high aspect ratio, it is preferable to use anisotropic dry etching. Moreover, you may use the hard mask which consists of an inorganic film or a metal film.

레지스트 마스크의 형성에 사용하는 광은, 예를 들면 i선(파장 365nm), g선(파장 436nm), h선(파장 405nm), 또는 이들을 혼합시킨 광을 사용할 수 있다. 그 밖에, 자외선이나 KrF 레이저광, 또는 ArF 레이저광 등을 사용할 수도 있다. 또한, 액침 노광 기술에 의해 노광을 행해도 좋다. 또한, 노광에 사용하는 광으로서, 극단 자외광(EUV: Extreme Ultra-violet)이나 X선을 사용해도 좋다. 또한, 노광에 사용하는 광 대신, 전자빔을 사용할 수도 있다. 극단 자외광, X선 또는 전자빔을 사용하면, 매우 미세한 가공이 가능해지기 때문에 바람직하다. 또한, 전자빔 등의 빔을 주사함으로써 노광을 행하는 경우에는, 포토마스크는 불필요하다. As the light used for forming the resist mask, for example, i-line (wavelength 365 nm), g-line (wavelength 436 nm), h-line (wavelength 405 nm), or a mixture of these can be used. In addition, ultraviolet rays, KrF laser light, ArF laser light, etc. can also be used. Alternatively, exposure may be performed by an immersion exposure technique. In addition, as the light used for exposure, extreme ultraviolet light (EUV: Extreme Ultra-violet) or X-rays may be used. Also, instead of the light used for exposure, an electron beam may be used. The use of extreme ultraviolet light, X-rays or electron beams is preferable because very fine processing is possible. In addition, when exposure is performed by scanning beams, such as an electron beam, a photomask is unnecessary.

또한, 레지스트 마스크가 되는 레지스트막을 형성하기 전에, 피가공막과 레지스트막의 밀착성을 개선하는 기능을 갖는 유기 수지막을 형성해도 좋다. 상기 유기 수지막은, 예를 들면 스핀 코트법 등에 의해, 그 하층의 단차를 피복하여 표면을 평탄화하도록 형성할 수 있고, 상기 유기 수지막의 상층에 설치되는 레지스트 마스크의 두께의 불균일을 저감시킬 수 있다. 또한 특히 미세한 가공을 행하는 경우에는, 상기 유기 수지막으로서, 노광에 사용하는 광에 대한 반사 방지막으로서 기능하는 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 기능을 갖는 유기 수지막으로서는, 예를 들면 BARC(Bottom Anti-Reflection Coating)막 등이 있다. 상기 유기 수지막은, 레지스트 마스크의 제거와 동시에 제거하거나, 레지스트 마스크를 제거한 후에 제거하면 좋다. Moreover, before forming the resist film used as a resist mask, you may form the organic resin film which has the function of improving the adhesiveness of a to-be-processed film and a resist film. The organic resin film can be formed to flatten the surface by covering the step difference in the lower layer by, for example, a spin coating method, and the thickness variation of the resist mask provided on the upper layer of the organic resin film can be reduced. In addition, when performing particularly fine processing, as the organic resin film, it is preferable to use a material that functions as an antireflection film for light used for exposure. As an organic resin film which has such a function, there exist a BARC (Bottom Anti-Reflection Coating) film|membrane etc., for example. The organic resin film may be removed simultaneously with the removal of the resist mask, or may be removed after the resist mask is removed.

이 이후, 레지스트 마스크를 사용한 가공의 기재에 관해서는, 예를 들면 게이트 전극(135)에서 설명한 가공 방법을 참조하면 좋다. 또한, 본 명세서에서는, 피가공막의 에칭을 행한 후의 레지스트 제거의 기재를 생략하는 경우가 있다.After this, for the description of the processing using the resist mask, for example, the processing method described for the gate electrode 135 may be referred to. In addition, in this specification, description of the resist removal after etching a to-be-processed film may be abbreviate|omitted.

게이트 전극(135) 형성후, 게이트 전극(135)의 측면을 피복하는 사이드월을 형성해도 좋다. 사이드월은, 게이트 전극(135)의 두께보다 두꺼운 절연막을 성막한 후에, 이방성 에칭을 가하여, 게이트 전극(135)의 측면 부분만 상기 절연막을 잔존시킴으로써 형성할 수 있다. After the gate electrode 135 is formed, a sidewall covering the side surface of the gate electrode 135 may be formed. The sidewall may be formed by forming an insulating film thicker than the thickness of the gate electrode 135 and then applying anisotropic etching to leave the insulating film on only the side surface of the gate electrode 135 .

도 39에는, 사이드월 형성시에 게이트 절연막의 에칭을 행하지 않는 예를 도시하지만, 사이드월의 형성시에 게이트 절연막(134)이 되는 절연막도 동시에 에칭해도 좋다. 이 경우에는 게이트 전극(135) 및 사이드월의 하부에 게이트 절연막(134)이 형성된다. Although FIG. 39 shows an example in which the gate insulating film is not etched when the sidewall is formed, the insulating film serving as the gate insulating film 134 may be etched simultaneously when the sidewall is formed. In this case, the gate insulating layer 134 is formed under the gate electrode 135 and the sidewall.

계속해서, 반도체 기판(131)의 게이트 전극(135)(및 사이드월)이 설치되어 있지 않은 영역에 인 등의 n형의 도전성을 부여하는 원소, 또는 붕소 등의 p형의 도전성을 부여하는 원소를 첨가한다. 이 단계에 있어서의 단면 개략도가 도 39의 (A)에 상당한다. Subsequently, an element imparting n-type conductivity, such as phosphorus, to a region where the gate electrode 135 (and sidewall) of the semiconductor substrate 131 is not provided, or an element imparting p-type conductivity such as boron add A schematic cross-sectional view at this stage corresponds to Fig. 39A.

계속해서, 절연막(136)을 형성한 후, 예를 들면 상기한 도전성을 부여하는 원소의 활성화를 위한 가열 처리를 행한다. 가열 처리는, 희가스나 질소 가스 등의 불활성 가스 분위기하, 또는 감압 분위기 하에서, 예를 들면 400℃ 이상 기판의 변형점 미만으로 행할 수 있다. Subsequently, after the insulating film 136 is formed, heat treatment is performed, for example, for activation of the above-described element imparting conductivity. The heat treatment can be performed under an atmosphere of an inert gas such as a rare gas or nitrogen gas, or under a reduced pressure atmosphere, for example, 400° C. or higher and less than the strain point of the substrate.

절연막(136)은, 예를 들면 산화 실리콘, 산화 질화 실리콘, 질화 산화 실리콘, 질화 실리콘, 산화 알루미늄, 산화 질화 알루미늄, 질화 산화 알루미늄, 질화 알루미늄 등을 사용하면 좋으며, 적층 또는 단층으로 설치한다. 절연막(136)은 스퍼터링법, CVD법(열CVD법, MOCVD법, PECVD법 등을 포함한다), MBE법, ALD법 또는 PLD법 등을 사용하여 형성할 수 있다. 특히, 상기 절연막을 CVD법, 바람직하게는 플라즈마 CVD법에 의해 성막하면, 피복성을 향상시킬 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 플라즈마에 의한 대미지를 감소시키기 위해서는, 열CVD법, MOCVD법 또는 ALD법이 바람직하다. The insulating film 136 may be formed of, for example, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, aluminum oxide, aluminum oxynitride, aluminum nitride oxide, aluminum nitride, or the like, and is provided as a laminate or a single layer. The insulating film 136 can be formed using a sputtering method, a CVD method (including thermal CVD, MOCVD, PECVD, etc.), MBE method, ALD method, PLD method, or the like. In particular, when the insulating film is formed by a CVD method, preferably a plasma CVD method, it is preferable because the coating property can be improved. Further, in order to reduce the damage caused by plasma, thermal CVD, MOCVD, or ALD is preferable.

이 단계에서 트랜지스터(130)가 형성된다. 또한, 트랜지스터(130)를 형성하는 것과 같은 방법으로, 제 3 트랜지스터(160)를 형성해도 좋다. At this stage, the transistor 130 is formed. In addition, the third transistor 160 may be formed in the same manner as in forming the transistor 130 .

계속해서, 절연막(137) 및 절연막(138)을 형성한다. Subsequently, an insulating film 137 and an insulating film 138 are formed.

절연막(137)은, 절연막(136)에 사용할 수 있는 재료 이외에, 산소와 수소를 함유하는 질화 실리콘(SiNOH)을 사용해도 좋다. 또한, 절연막(138)은, 절연막(136)에 사용할 수 있는 재료 이외에, TEOS(Tetra-Ethyl-Ortho-Silicate) 또는 실란 등과, 산소 또는 아산화질소 등을 반응시켜 형성한 단차 피복성이 양호한 산화 실리콘을 사용하는 것이 바람직하다. For the insulating film 137 , silicon nitride (SiNOH) containing oxygen and hydrogen may be used in addition to the material that can be used for the insulating film 136 . In addition, the insulating film 138 is formed by reacting TEOS (Tetra-Ethyl-Ortho-Silicate) or silane with oxygen or nitrous oxide in addition to the material that can be used for the insulating film 136, and is formed by reacting silicon oxide with good step coverage. It is preferable to use

절연막(137) 및 절연막(138)은, 예를 들면 스퍼터링법, CVD법(열CVD법, MOCVD법, PECVD법 등을 포함한다), MBE법, ALD법 또는 PLD법 등을 사용하여 형성할 수 있다. 특히, 상기 절연막을 CVD법, 바람직하게는 플라즈마 CVD법에 의해 성막하면, 피복성을 향상시킬 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 플라즈마에 의한 대미지를 감소시키기 위해서는, 열CVD법, MOCVD법 또는 ALD법이 바람직하다. The insulating film 137 and the insulating film 138 can be formed using, for example, sputtering, CVD (including thermal CVD, MOCVD, PECVD, etc.), MBE, ALD, or PLD. have. In particular, when the insulating film is formed by a CVD method, preferably a plasma CVD method, it is preferable because the coating property can be improved. Further, in order to reduce the damage caused by plasma, thermal CVD, MOCVD, or ALD is preferable.

계속해서 절연막(138)의 상면을 CMP법 등을 사용하여 평탄화한다. 또한, 절연막(138)으로서 평탄화막을 사용해도 좋다. 그 경우는, 반드시 CMP법 등으로 평탄화하지 않아도 좋다. 평탄화막의 형성에는, 예를 들면 상압 CVD법이나, 도포법 등을 사용할 수 있다. 상압 CVD법을 사용하여 형성할 수 있는 막으로서는 예를 들면, BPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass) 등을 들 수 있다. 또한, 도포법을 사용하여 형성할 수 있는 막으로서는 예를 들면, HSQ(수소실세스퀴옥산) 등을 들 수 있다. 그 후, 반도체층(132) 중의 댕글링 본드를 절연막(137)으로부터 탈리되는 수소에 의해 종단하기 위한 가열 처리를 행해도 좋다. Subsequently, the upper surface of the insulating film 138 is planarized using a CMP method or the like. In addition, a planarization film may be used as the insulating film 138 . In that case, it is not necessarily necessary to planarize by a CMP method or the like. For the formation of the planarization film, for example, an atmospheric pressure CVD method, a coating method, or the like can be used. As a film|membrane which can be formed using the atmospheric pressure CVD method, BPSG (Boron Phosphorus Silicate Glass) etc. are mentioned, for example. Moreover, as a film|membrane which can be formed using the coating method, HSQ (hydrogen silsesquioxane) etc. are mentioned, for example. Thereafter, a heat treatment for terminating the dangling bonds in the semiconductor layer 132 by hydrogen desorbed from the insulating film 137 may be performed.

계속해서, 절연막(136), 절연막(137), 및 절연막(138)에 저저항층(133a), 저저항층(133b) 및 게이트 전극(135) 등에 이르는 개구를 형성한다(도 39의 (B) 참조). 그 후, 개구를 매립하도록 도전막을 형성한다(도 39의 (C) 참조). 그 후, 절연막(138)의 상면이 노출되도록, 상기 도전막에 평탄화 처리를 가함으로써, 플러그(139)나 플러그(140) 등을 형성한다(도 39의 (D) 참조). 도전막의 형성은, 예를 들면 스퍼터링법, CVD법(열CVD법, MOCVD법, PECVD법 등을 포함한다), MBE법, ALD법 또는 PLD법 등을 사용하여 형성할 수 있다. Then, openings are formed in the insulating film 136, the insulating film 137, and the insulating film 138 to the low resistance layer 133a, the low resistance layer 133b, the gate electrode 135, and the like (Fig. 39(B)). ) Reference). Thereafter, a conductive film is formed so as to fill the opening (see Fig. 39(C)). Thereafter, a plug 139, a plug 140, or the like is formed by applying a planarization process to the conductive film so that the upper surface of the insulating film 138 is exposed (refer to FIG. 39(D)). The conductive film can be formed, for example, by sputtering, CVD (including thermal CVD, MOCVD, PECVD, etc.), MBE, ALD, or PLD.

계속해서, 절연막(138) 위에 절연막(215)을 성막한다. 절연막(215)은, 절연막(136) 등과 같은 재료 및 방법에 의해 형성할 수 있다. 절연막(215)을 형성한 후, 가열 처리를 행해도 좋다. Subsequently, an insulating film 215 is formed over the insulating film 138 . The insulating film 215 may be formed using the same material and method as the insulating film 136 . After the insulating film 215 is formed, heat treatment may be performed.

제 3 가열 처리는, 상기 적층 구조의 설명에서 예시한 조건으로 행할 수 있다. 예를 들면 제 1 가열 처리에서 설명한 조건 등을 사용할 수 있다. The third heat treatment can be performed under the conditions exemplified in the description of the laminate structure. For example, the conditions and the like described in the first heat treatment can be used.

계속해서 절연막(215)에 개구부를 형성한다. 그 후, 개구를 매립하도록 도전막을 형성하고, 절연막(215)의 상면이 노출되도록, 상기 도전막에 평탄화 처리를 가함으로써, 도전층(251), 도전층(143) 및 도전층(151) 등을 형성한다(도 39의 (E) 참조). 개구부에 도전막을 형성하는 경우에는, 예를 들면, 질화 티타늄이나 티타늄 등의 재료를, 개구부에 형성한 후, 다른 도전 재료를 적층해도 좋다. 예를 들면, 질화 티타늄이나 티타늄을 적층막의 하층에 사용함으로써, 개구부로의 밀착성을 향상시킬 수 있다. Subsequently, an opening is formed in the insulating film 215 . Thereafter, a conductive film is formed to fill the opening, and planarization treatment is applied to the conductive film so that the upper surface of the insulating film 215 is exposed, whereby the conductive layer 251, the conductive layer 143, the conductive layer 151, etc. to form (see FIG. 39(E)). When a conductive film is formed in the opening, for example, after forming a material such as titanium nitride or titanium in the opening, another conductive material may be laminated. For example, by using titanium nitride or titanium as the lower layer of the laminated film, the adhesion to the opening can be improved.

계속해서, 배리어막(111)을 성막하고, 개구부를 형성한다(도 40의 (A) 참조). 배리어막(111)은, 예를 들면 스퍼터링법, CVD법(열CVD법, MOCVD법, PECVD법 등을 포함한다), MBE법, ALD법 또는 PLD법 등을 사용하여 형성할 수 있다. 특히, 상기 절연막을 CVD법, 바람직하게는 플라즈마 CVD법에 의해 성막하면, 피복성을 향상시킬 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 플라즈마에 의한 대미지를 감소시키기 위해서는, 열CVD법, MOCVD법 또는 ALD법이 바람직하다. Then, the barrier film 111 is formed into a film, and an opening part is formed (refer FIG. 40(A)). The barrier film 111 can be formed using, for example, sputtering method, CVD method (including thermal CVD method, MOCVD method, PECVD method, etc.), MBE method, ALD method, PLD method, or the like. In particular, when the insulating film is formed by a CVD method, preferably a plasma CVD method, it is preferable because the coating property can be improved. Further, in order to reduce the damage caused by plasma, thermal CVD, MOCVD, or ALD is preferable.

계속해서, 도전층(105), 도전층(152a) 및 도전층(152b)이 되는 도전막을 성막한다. 그 후, 에칭 등에 의해 도전층(105), 도전층(152a) 및 도전층(152b)을 형성한다(도 40의 (B) 참조). Subsequently, conductive films to be the conductive layer 105 , the conductive layer 152a , and the conductive layer 152b are formed. Thereafter, the conductive layer 105, the conductive layer 152a, and the conductive layer 152b are formed by etching or the like (see Fig. 40B).

다음에, 절연막(114)을 성막한다. 절연막(114)은, 예를 들면 스퍼터링법, CVD법(열CVD법, MOCVD법, PECVD법 등을 포함한다), MBE법, ALD법 또는 PLD법 등을 사용하여 형성할 수 있다. 특히, 상기 절연막을 CVD법, 바람직하게는 플라즈마 CVD법에 의해 성막하면, 피복성을 향상시킬 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 플라즈마에 의한 대미지를 감소시키기 위해서는, 열CVD법, MOCVD법 또는 ALD법이 바람직하다. Next, an insulating film 114 is formed. The insulating film 114 can be formed using, for example, sputtering method, CVD method (including thermal CVD method, MOCVD method, PECVD method, etc.), MBE method, ALD method, PLD method, or the like. In particular, when the insulating film is formed by a CVD method, preferably a plasma CVD method, it is preferable because the coating property can be improved. Further, in order to reduce the damage caused by plasma, thermal CVD, MOCVD, or ALD is preferable.

절연막(114)에 산소를 과잉으로 함유시키기 위해서는, 예를 들면 산소 분위기 하에서 절연막(114)을 성막하면 좋다. 또는, 성막후의 절연막(114)에 산소를 도입하여 산소를 과잉으로 함유하는 영역을 형성해도 좋고, 쌍방의 수단을 조합해도 좋다. In order to make the insulating film 114 contain oxygen excessively, for example, the insulating film 114 may be formed in an oxygen atmosphere. Alternatively, oxygen may be introduced into the insulating film 114 after formation to form a region containing excessive oxygen, or both means may be combined.

예를 들면, 성막후의 절연막(114)에 산소(적어도 산소 라디칼, 산소 원자, 산소 이온 중 어느 하나를 함유한다)를 도입하여 산소를 과잉으로 함유하는 영역을 형성한다. 산소의 도입 방법으로서는, 이온 주입법, 이온 도핑법, 플라즈마 침지 이온 주입법, 플라즈마 처리 등을 사용할 수 있다. For example, oxygen (containing at least any one of oxygen radicals, oxygen atoms, and oxygen ions) is introduced into the insulating film 114 after formation to form a region containing excess oxygen. As a method of introducing oxygen, an ion implantation method, an ion doping method, a plasma immersion ion implantation method, a plasma treatment or the like can be used.

산소 도입 처리에는, 산소를 함유하는 가스를 사용할 수 있다. 산소를 함유하는 가스로서는, 예를 들면 산소, 아산화질소, 이산화질소, 이산화탄소, 일산화탄소 등을 사용할 수 있다. 또한, 산소 도입 처리에 있어서, 산소를 함유하는 가스에 희가스를 함유시켜도 좋다. 또는, 수소 등을 함유시켜도 좋다. 예를 들면, 이산화탄소, 수소 및 아르곤의 혼합 가스를 사용하면 좋다. For the oxygen introduction treatment, a gas containing oxygen can be used. As gas containing oxygen, oxygen, nitrous oxide, nitrogen dioxide, carbon dioxide, carbon monoxide etc. can be used, for example. In addition, in the oxygen introduction treatment, the gas containing oxygen may contain a rare gas. Alternatively, hydrogen or the like may be contained. For example, a mixed gas of carbon dioxide, hydrogen, and argon may be used.

또한, 절연막(114)을 성형한 후, 그 상면의 평탄성을 높이기 위해서 CMP법 등을 사용한 평탄화 처리를 행해도 좋다. Further, after the insulating film 114 is formed, a planarization treatment using a CMP method or the like may be performed in order to increase the flatness of the upper surface thereof.

다음에, 절연체층(101a)이 되는 반도체막과, 반도체층(101b)이 되는 반도체막을 순차적으로 성막한다 (도 40의 (C) 참조). 상기 반도체막은 대기에 접촉시키지 않고 연속하여 성막하는 것이 바람직하다. 절연체층(101a)이 되는 반도체, 및 반도체층(101b)이 되는 반도체는, 스퍼터링법, CVD법, MBE법 또는 PLD법, ALD법 등을 사용하여 성막하면 좋다. Next, a semiconductor film serving as the insulator layer 101a and a semiconductor film serving as the semiconductor layer 101b are sequentially formed (see Fig. 40(C)). It is preferable to continuously form the semiconductor film without contact with the atmosphere. The semiconductor serving as the insulator layer 101a and the semiconductor serving as the semiconductor layer 101b may be formed by sputtering, CVD, MBE, PLD, ALD, or the like.

또한, 절연체층(101a)이 되는 반도체, 및 반도체층(101b)이 되는 반도체로서, In-Ga-Zn 산화물층을 MOCVD법에 의해 성막하는 경우, 원료 가스로서 트리메틸인듐, 트리메틸갈륨 및 디메틸아연 등을 사용하면 좋다. 또한, 상기 원료 가스의 조합으로 한정되지 않고, 트리메틸인듐 대신 트리에틸인듐 등을 사용해도 좋다. 또한, 트리메틸갈륨 대신에 트리에틸갈륨 등을 사용해도 좋다. 또한, 디메틸아연 대신 디에틸아연 등을 사용해도 좋다. In addition, when an In-Ga-Zn oxide layer is formed as a semiconductor serving as the insulator layer 101a and a semiconductor serving as the semiconductor layer 101b by MOCVD, trimethylindium, trimethylgallium, dimethylzinc, etc. good to use Moreover, it is not limited to the combination of the said raw material gas, You may use triethyl indium etc. instead of trimethyl indium. Moreover, you may use triethyl gallium etc. instead of trimethyl gallium. Further, diethyl zinc or the like may be used instead of dimethyl zinc.

여기에서, 절연체층(101a)을 형성한 후에, 절연체층(101a)에 산소를 도입해도 좋다. 예를 들면, 성막후의 절연체층(101a)에 산소(적어도 산소 라디칼, 산소 원자, 산소 이온 중 어느 하나를 포함한다)를 도입하여 산소를 과잉으로 함유하는 영역을 형성한다. 산소의 도입 방법으로서는, 이온 주입법, 이온 도핑법, 플라즈마 침지 이온 주입법, 플라즈마 처리 등을 사용할 수 있다. Here, after the insulator layer 101a is formed, oxygen may be introduced into the insulator layer 101a. For example, oxygen (including at least any one of oxygen radicals, oxygen atoms, and oxygen ions) is introduced into the insulator layer 101a after film formation to form a region containing excess oxygen. As a method of introducing oxygen, an ion implantation method, an ion doping method, a plasma immersion ion implantation method, a plasma treatment or the like can be used.

산소 도입 처리에는, 산소를 함유하는 가스를 사용할 수 있다. 산소를 함유하는 가스로서는, 예를 들면 산소, 아산화질소, 이산화질소, 이산화탄소, 일산화탄소 등을 사용할 수 있다. 또한, 산소 도입 처리에 있어서, 산소를 함유하는 가스에 희가스를 함유시켜도 좋다. 또는, 수소 등을 함유시켜도 좋다. 예를 들면, 이산화탄소, 수소 및 아르곤의 혼합 가스를 사용하면 좋다. For the oxygen introduction treatment, a gas containing oxygen can be used. As gas containing oxygen, oxygen, nitrous oxide, nitrogen dioxide, carbon dioxide, carbon monoxide etc. can be used, for example. In addition, in the oxygen introduction treatment, the gas containing oxygen may contain a rare gas. Alternatively, hydrogen or the like may be contained. For example, a mixed gas of carbon dioxide, hydrogen, and argon may be used.

절연체층(101a) 및 반도체층(101b)을 성막후, 가열 처리를 행해도 좋다. 가열 처리는, 250℃ 이상 650℃ 이하, 바람직하게는 300℃ 이상 500℃ 이하의 온도에서로, 불활성 가스 분위기, 산화성 가스를 10ppm 이상 함유하는 분위기, 또는 감압 상태에서 행하면 좋다. 또한, 가열 처리의 분위기는, 불활성 가스 분위기에서 가열 처리한 후에, 탈리된 산소를 보충하기 위해 산화성 가스를 10ppm 이상 함유하는 분위기에서 행해도 좋다. 가열 처리는, 반도체막을 성막한 직후에 행해도 좋고, 반도체막을 가공하여 섬 형상의 절연체층(101a 및 101b)을 형성한 후에 행해도 좋다. 가열 처리에 의해, 절연막(114)이나 산화물막으로부터 반도체막에 산소가 공급되어, 반도체막 중의 산소 결손을 저감시킬 수 있다. After the insulator layer 101a and the semiconductor layer 101b are formed, a heat treatment may be performed. The heat treatment may be performed at a temperature of 250°C or higher and 650°C or lower, preferably 300°C or higher and 500°C or lower, in an inert gas atmosphere, an atmosphere containing 10 ppm or more of an oxidizing gas, or under reduced pressure. In addition, after heat processing in an inert gas atmosphere, you may perform the atmosphere of heat processing in the atmosphere containing 10 ppm or more of oxidizing gas in order to supplement the oxygen desorbed. The heat treatment may be performed immediately after forming the semiconductor film, or after processing the semiconductor film to form the island-shaped insulator layers 101a and 101b. By the heat treatment, oxygen is supplied to the semiconductor film from the insulating film 114 or the oxide film, and oxygen vacancies in the semiconductor film can be reduced.

그 후, 레지스트 마스크를 사용하여, 섬 형상의 절연체층(101a)과 섬 형상의 반도체층(101b)의 적층 구조를 형성한다(도 40의 (D) 참조). 또한, 반도체막의 에칭시에, 절연막(114)의 일부가 에칭되어, 절연체층(101a) 및 반도체층(101b)으로 피복되어 있지 않은 영역에 있어서의 절연막(114)이 박막화되는 경우가 있다. 따라서, 상기 에칭에 의해 절연막(114)이 소실되지 않도록, 미리 두껍게 형성해 두는 것이 바람직하다. Thereafter, using a resist mask, a laminated structure of the island-shaped insulator layer 101a and the island-shaped semiconductor layer 101b is formed (see Fig. 40(D)). In addition, when the semiconductor film is etched, a part of the insulating film 114 is etched, and the insulating film 114 in a region not covered with the insulator layer 101a and the semiconductor layer 101b is thinned in some cases. Therefore, it is preferable to form the insulating film 114 thick in advance so that the insulating film 114 is not lost by the etching.

또한, 반도체막의 에칭 조건에 따라서는, 레지스트가 에칭 공정 중에 소실되어 버리는 경우가 있기 때문에, 에칭의 내성이 높은 재료, 예를 들면 무기막 또는 금속막으로 이루어지는 소위 하드 마스크를 사용해도 좋다. 여기에서 하드 마스크(281)로서, 도전막을 사용하는 예를 나타낸다. 도 41의 (A)는, 하드 마스크(281)를 사용하여 반도체막을 가공하고, 절연체층(101a) 및 반도체층(101b)을 형성하는 예를 도시한다. 여기에서, 하드 마스크(281)에 도전층(104a) 및 도전층(104b)으로서 사용할 수 있는 재료를 사용하면, 하드 마스크(281)를 가공하여, 도전층(104a) 및 도전층(104b)을 형성할 수 있다. 이러한 방법을 사용함으로써, 예를 들면 도 30에 도시하는 트랜지스터(100)를 제작할 수 있다. Further, depending on the etching conditions of the semiconductor film, the resist may be lost during the etching process. Therefore, a material with high etching resistance, for example, a so-called hard mask made of an inorganic film or a metal film may be used. Here, an example in which a conductive film is used as the hard mask 281 is shown. FIG. 41A shows an example in which a semiconductor film is processed using a hard mask 281 to form an insulator layer 101a and a semiconductor layer 101b. Here, when a material that can be used as the conductive layer 104a and the conductive layer 104b is used for the hard mask 281, the hard mask 281 is processed to form the conductive layer 104a and the conductive layer 104b. can be formed By using such a method, for example, the transistor 100 shown in FIG. 30 can be manufactured.

도 40의 (D)에 도시하는 구조를 형성한 후, 절연막(114)에 도전층(151), 도전층(251) 등에 이르는 개구부를 설치한다(도 41의 (B) 참조). 그 후, 절연막(114)에 설치한 개구부를 매립하도록, 도전층(104a), 도전층(104b) 등이 되는 도전막을 성막한다. 도전층(104a), 도전층(104b) 등이 되는 도전막의 형성은, 예를 들면 스퍼터링법, CVD법(열CVD법, MOCVD법, PECVD법 등을 포함한다), MBE법, ALD법 또는 PLD법 등을 사용하여 형성할 수 있다. 특히, 상기 절연막을 CVD법, 바람직하게는 플라즈마 CVD법에 의해 성막하면, 피복성을 향상시킬 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 플라즈마에 의한 대미지를 감소시키기 위해서는, 열CVD법, MOCVD법 또는 ALD법이 바람직하다. After the structure shown in FIG. 40D is formed, openings leading to the conductive layer 151, the conductive layer 251, etc. are provided in the insulating film 114 (refer to FIG. 41B). Thereafter, a conductive film to be the conductive layer 104a, the conductive layer 104b, or the like is formed so as to fill the opening provided in the insulating film 114 . Formation of the conductive film used as the conductive layer 104a, the conductive layer 104b, etc. is, for example, sputtering method, CVD method (including thermal CVD method, MOCVD method, PECVD method, etc.), MBE method, ALD method, or PLD method. It can be formed using a method or the like. In particular, when the insulating film is formed by a CVD method, preferably a plasma CVD method, it is preferable because the coating property can be improved. Further, in order to reduce the damage caused by plasma, thermal CVD, MOCVD, or ALD is preferable.

다음에, 레지스트 마스크를 사용하여, 도전층(104a), 도전층(104b) 등이 되는 도전막의 불필요한 부분을 에칭에 의해 제거하고, 도전층(104a) 및 도전층(104b) 등을 형성한다(도 41의 (C) 참조). 여기에서, 도전막의 에칭시에, 반도체층(101b)이나 절연막(114)의 상부의 일부가 에칭되어, 도전층(104a) 및 도전층(104b)과 중첩되지 않는 부분이 박막화되는 경우가 있다. 따라서, 반도체층(101b)이 되는 반도체막 등의 두께를, 에칭되는 깊이를 고려하여 미리 두껍게 형성해 두는 것이 바람직하다. Next, using a resist mask, unnecessary portions of the conductive film to be the conductive layer 104a, the conductive layer 104b, etc. are removed by etching, and the conductive layer 104a, the conductive layer 104b, etc. are formed ( 41(C)). Here, when the conductive film is etched, a part of the upper part of the semiconductor layer 101b or the insulating film 114 is etched, and the conductive layer 104a and the portion not overlapping the conductive layer 104b are thinned in some cases. Therefore, it is preferable to form the thickness of the semiconductor film used as the semiconductor layer 101b in advance in consideration of the depth to be etched.

다음에, 절연체층(101c) 및 게이트 절연막(102)을 성막한다. 그 후, 레지스트 마스크를 사용하여, 에칭에 의해 가공한다(도 42의 (A) 참조). 다음에 게이트 전극(103)이 되는 도전막을 성막하고, 레지스트 마스크를 사용하여 상기 도전막을 가공하여, 게이트 전극(103)을 형성한다(도 42의 (B) 참조). Next, an insulator layer 101c and a gate insulating film 102 are formed. Thereafter, processing is performed by etching using a resist mask (refer to Fig. 42A). Next, a conductive film to be the gate electrode 103 is formed, and the conductive film is processed using a resist mask to form the gate electrode 103 (see Fig. 42B).

또한, 절연체층(101c)의 성막 방법에 관해서는, 예를 들면 절연체층(101a)을 참조하면 된다. In addition, regarding the film-forming method of the insulator layer 101c, it is good to refer to the insulator layer 101a, for example.

또한 절연체층(101c)을 형성한 후에, 절연체층(101c)에 산소를 도입해도 좋다. 예를 들면, 성막 후의 절연체층(101c)에 산소(적어도 산소 라디칼, 산소 원자, 산소 이온 중 어느 하나를 포함한다)를 도입하여 산소를 과잉으로 함유하는 영역을 형성한다. 산소의 도입 방법으로서는, 이온 주입법, 이온 도핑법, 플라즈마 침지 이온 주입법, 플라즈마 처리 등을 사용할 수 있다. In addition, after forming the insulator layer 101c, oxygen may be introduced into the insulator layer 101c. For example, oxygen (including at least any one of oxygen radicals, oxygen atoms, and oxygen ions) is introduced into the insulator layer 101c after film formation to form a region containing excess oxygen. As a method of introducing oxygen, an ion implantation method, an ion doping method, a plasma immersion ion implantation method, a plasma treatment or the like can be used.

산소 도입 처리에는, 산소를 함유하는 가스를 사용할 수 있다. 산소를 함유하는 가스로서는, 예를 들면 산소, 아산화질소, 이산화질소, 이산화탄소, 일산화탄소 등을 사용할 수 있다. 또한, 산소 도입 처리에 있어서, 산소를 함유하는 가스에 희가스를 함유시켜도 좋다. 또는, 수소 등을 함유시켜도 좋다. 예를 들면, 이산화탄소, 수소 및 아르곤의 혼합 가스를 사용하면 좋다. For the oxygen introduction treatment, a gas containing oxygen can be used. As gas containing oxygen, oxygen, nitrous oxide, nitrogen dioxide, carbon dioxide, carbon monoxide etc. can be used, for example. In addition, in the oxygen introduction treatment, the gas containing oxygen may contain a rare gas. Alternatively, hydrogen or the like may be contained. For example, a mixed gas of carbon dioxide, hydrogen, and argon may be used.

이 단계에서 트랜지스터(100)가 형성된다. At this stage, the transistor 100 is formed.

다음에, 절연막(112)을 형성한다. 절연막(112)은, 예를 들면 스퍼터링법, CVD법(열CVD법, MOCVD법, PECVD법 등을 포함한다), MBE법, ALD법 또는 PLD법 등을 사용하여 형성할 수 있다. 특히, 상기 절연막을 CVD법, 바람직하게는 플라즈마 CVD법에 의해 성막하면, 피복성을 향상시킬 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 플라즈마에 의한 대미지를 감소시키기 위해서는, 열CVD법, MOCVD법 또는 ALD법이 바람직하다. Next, an insulating film 112 is formed. The insulating film 112 can be formed using, for example, sputtering, CVD (including thermal CVD, MOCVD, PECVD, etc.), MBE, ALD, or PLD. In particular, when the insulating film is formed by a CVD method, preferably a plasma CVD method, it is preferable because the coating property can be improved. Further, in order to reduce the damage caused by plasma, thermal CVD, MOCVD, or ALD is preferable.

절연막(112)의 성막후, 가열 처리를 행하여도 좋다. 가열 처리에 의해, 절연막(114) 등으로부터 반도체층(101)에 대해 산소를 공급하여, 반도체층(101) 중의 산소 결손을 저감시킬 수 있다. After the insulating film 112 is formed, a heat treatment may be performed. Oxygen vacancies in the semiconductor layer 101 can be reduced by supplying oxygen from the insulating film 114 or the like to the semiconductor layer 101 by the heat treatment.

또한, 절연막(112)을 2층 이상의 적층 구조로 해도 좋다. In addition, the insulating film 112 may have a laminated structure of two or more layers.

계속해서, 절연막(113)을 형성한다. 절연막(113)은, 예를 들면 스퍼터링법, CVD법(열CVD법, MOCVD법, PECVD법 등을 포함한다), MBE법, ALD법 또는 PLD법 등을 사용하여 형성할 수 있다. 특히, CVD법, 바람직하게는 플라즈마 CVD법에 의해 성막하면, 피복성을 양호한 것으로 할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 플라즈마에 의한 대미지를 감소시키기 위해서는, 열CVD법, MOCVD법 또는 ALD법이 바람직하다. Subsequently, the insulating film 113 is formed. The insulating film 113 can be formed using, for example, a sputtering method, a CVD method (including thermal CVD, MOCVD, PECVD, etc.), MBE method, ALD method, or PLD method. In particular, when the film is formed by a CVD method, preferably a plasma CVD method, it is preferable because the coating property can be made good. Further, in order to reduce the damage caused by plasma, thermal CVD, MOCVD, or ALD is preferable.

계속해서, 절연막(113), 절연막(112), 게이트 절연막(102) 및 절연체층(101c)에, 도전층(104a) 등에 이르는 개구부를 설치한다. 이어서, 개구부를 매립하도록 도전막을 형성한 후, 레지스트 마스크를 사용하여 불필요한 부분을 제거하고, 플러그(321) 및 플러그(322)를 형성한다. Then, in the insulating film 113 , the insulating film 112 , the gate insulating film 102 , and the insulating layer 101c , openings reaching the conductive layer 104a or the like are provided. Then, after a conductive film is formed to fill the opening, unnecessary portions are removed using a resist mask, and a plug 321 and a plug 322 are formed.

계속해서, 절연막(116)을 형성한다. 절연막(116)은, 예를 들면 스퍼터링법, CVD법(열CVD법, MOCVD법, PECVD법 등을 포함한다), MBE법, ALD법 또는 PLD법 등을 사용하여 형성할 수 있다. 또한 절연막(116)으로서 유기 수지 등의 유기 절연 재료를 사용하는 경우에는, 스핀 코트법 등의 도포법을 사용하여 형성해도 좋다. 또한, 절연막(116)을 형성한 후에 그 상면에 대해 평탄화 처리를 행하는 것이 바람직하다. 또한, 절연막(116)으로서, 절연막(138)에 나타내는 재료나, 형성 방법을 사용해도 좋다. Subsequently, an insulating film 116 is formed. The insulating film 116 can be formed using, for example, sputtering, CVD (including thermal CVD, MOCVD, PECVD, etc.), MBE, ALD, or PLD. In the case where an organic insulating material such as an organic resin is used as the insulating film 116 , it may be formed using a coating method such as a spin coating method. In addition, after forming the insulating film 116, it is preferable to perform a planarization treatment on the upper surface thereof. As the insulating film 116 , a material or a forming method shown for the insulating film 138 may be used.

계속해서, 상기와 같은 방법에 의해, 절연막(116)에, 플러그(322)에 이르는 플러그(123) 등을 형성한다. Subsequently, the plug 123 reaching the plug 322 and the like are formed on the insulating film 116 by the same method as described above.

계속해서, 절연막(116) 위에 도전막을 성막한다. 그 후 상기와 같은 방법에 의해 레지스트 마스크를 사용하여 도전막의 불필요한 부분을 에칭에 의해 제거하여, 배선(124) 등을 형성할 수 있다. Subsequently, a conductive film is formed over the insulating film 116 . Thereafter, an unnecessary portion of the conductive film is removed by etching using a resist mask in the same manner as described above to form the wiring 124 and the like.

이상의 공정에 의해, 본 발명의 일 형태의 반도체 장치를 제작할 수 있다. Through the above steps, the semiconductor device of one embodiment of the present invention can be manufactured.

본 실시형태는, 적어도 그 일부를 본 명세서 중에 기재하는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다. This embodiment can be implemented by appropriately combining at least a part of it with other embodiment described in this specification.

(실시형태 7)(Embodiment 7)

본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 트랜지스터를 사용한 회로의 일례에 관해서 도면을 참조하여 설명한다. In this embodiment, an example of a circuit using the transistor of one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

[회로 구성예][Circuit configuration example]

실시형태 1을 적용하는 반도체 장치에 있어서 나타낸 구성에 있어서, 트랜지스터나 배선, 전극의 접속 구성을 상이하게 함으로써, 여러 가지 회로를 구성할 수 있다. 이하에서는, 본 발명의 일 형태의 반도체 장치를 사용함으로써 실현할 수 있는 회로 구성의 예를 설명한다. In the structure shown in the semiconductor device to which Embodiment 1 is applied, various circuits can be comprised by making the connection structure of a transistor, wiring, and an electrode different. Hereinafter, an example of a circuit configuration that can be realized by using the semiconductor device of one embodiment of the present invention will be described.

〔CMOS 회로〕[CMOS circuit]

도 37의 (C)에 도시하는 회로도는, p채널형의 트랜지스터(2200)와 n채널형의 트랜지스터(2100)를 직렬로 접속하고, 또한 각각의 게이트를 접속한, 소위 CMOS 회로의 구성을 도시하고 있다. 또한 도면 중, 제 2 반도체 재료가 적용된 트랜지스터에는 「OS」의 기호를 붙여 나타내고 있다. 여기에서, 본 실시형태에서 나타내는 CMOS 회로는, NAND 회로, NOR 회로, 인코더, 디코더, MUX(multiplamplifier), DEMUX(demultiplexer) 등의 논리 회로의 기본 소자로서 이용될 수 있다. The circuit diagram shown in FIG. 37C shows the configuration of a so-called CMOS circuit in which a p-channel transistor 2200 and an n-channel transistor 2100 are connected in series and each gate is connected. are doing In addition, in the figure, the symbol "OS" is attached|subjected to the transistor to which the 2nd semiconductor material was applied, and it is shown. Here, the CMOS circuit shown in the present embodiment can be used as a basic element of a logic circuit such as a NAND circuit, a NOR circuit, an encoder, a decoder, a MUX (multiplamplifier), and a DEMUX (demultiplexer).

〔아날로그 스위치〕 [analog switch]

또한 도 37의 (D)에 도시하는 회로도는, 트랜지스터(2100)와 트랜지스터(2200)의 각각의 소스와 드레인을 접속한 구성을 도시하고 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 소위 아날로그 스위치로서 기능시킬 수 있다. In addition, the circuit diagram shown in FIG. 37D shows the structure in which the source and drain of the transistor 2100 and the transistor 2200 are connected. By setting it as such a structure, it can make it function as a so-called analog switch.

본 실시형태는, 적어도 그 일부를 본 명세서 중에 기재하는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다. This embodiment can be implemented by appropriately combining at least a part of it with other embodiment described in this specification.

(실시형태 8)(Embodiment 8)

본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 반도체 장치를 갖는 표시 모듈에 관해서, 도 27을 사용하여 설명을 행한다. In this embodiment, a display module including a semiconductor device of one embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 27 .

도 27에 도시하는 표시 모듈(8000)은, 상부 커버(8001)와 하부 커버(8002) 사이에, FPC(8003)에 접속된 터치 패널(8004), FPC(8005)에 접속된 표시 패널(8006), 백 라이트(8007), 프레임(8009), 프린트 기판(8010), 배터리(8011)를 가진다. The display module 8000 shown in FIG. 27 includes a touch panel 8004 connected to the FPC 8003 and a display panel 8006 connected to the FPC 8005 between the upper cover 8001 and the lower cover 8002 . ), a backlight 8007 , a frame 8009 , a printed circuit board 8010 , and a battery 8011 .

본 발명의 일 형태의 반도체 장치는, 예를 들면, 표시 패널(8006)에 사용할 수 있다. The semiconductor device of one embodiment of the present invention can be used for, for example, the display panel 8006 .

상부 커버(8001) 및 하부 커버(8002)는, 터치 패널(8004) 및 표시 패널(8006)의 사이즈에 맞추어, 형상이나 치수를 적절히 변경할 수 있다. The shape and size of the upper cover 8001 and the lower cover 8002 can be appropriately changed according to the sizes of the touch panel 8004 and the display panel 8006 .

터치 패널(8004)은, 저항막 방식 또는 정전 용량 방식의 터치 패널을 표시 패널(8006)에 중첩하여 사용할 수 있다. 또한, 표시 패널(8006)의 대향 기판(밀봉 기판)에, 터치 패널 기능을 갖게 하도록 하는 것도 가능하다. 또한, 표시 패널(8006)의 각 화소 내에 광센서를 설치하고, 광학식의 터치 패널로 하는 것도 가능하다. The touch panel 8004 can be used by superposing a resistive film type or capacitive type touch panel on the display panel 8006 . It is also possible to provide a touch panel function to the opposite substrate (sealing substrate) of the display panel 8006 . It is also possible to provide an optical sensor in each pixel of the display panel 8006 to form an optical touch panel.

백 라이트(8007)는 광원(8008)을 가진다. 또한, 도 27에 있어서, 백 라이트(8007) 위에 광원(8008)을 배치하는 구성에 관해서 예시했지만, 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 백 라이트(8007)의 단부에 광원(8008)을 배치하고, 추가로 광확산판을 사용하는 구성으로 해도 좋다. 또한, 유기 EL 소자 등의 자기발광형의 발광 소자를 사용하는 경우, 또는 반사형 패널 등의 경우에 있어서는, 백 라이트(8007)를 설치하지 않는 구성으로 해도 좋다. The backlight 8007 has a light source 8008 . In addition, although the structure which arrange|positions the light source 8008 above the backlight 8007 was illustrated in FIG. 27, it is not limited to this. For example, it is good also as a structure which arrange|positions the light source 8008 at the edge part of the backlight 8007, and uses a light-diffusion plate further. Further, in the case of using a self-emission type light emitting element such as an organic EL element, or in the case of a reflective panel or the like, a configuration in which the backlight 8007 is not provided may be employed.

프레임(8009)은 표시 패널(8006)의 보호 기능 외에, 프린트 기판(8010)의 동작에 의해 발생하는 전자파를 차단하기 위한 전자 실드로서의 기능을 가진다. 또한 프레임(8009)은 방열판으로서의 기능을 갖고 있어도 좋다. In addition to the function of protecting the display panel 8006 , the frame 8009 has a function as an electromagnetic shield for blocking electromagnetic waves generated by the operation of the printed circuit board 8010 . In addition, the frame 8009 may have a function as a heat sink.

프린트 기판(8010)은, 전원 회로, 비디오 신호 및 클록 신호를 출력하기 위한 신호 처리 회로를 가진다. 전원 회로에 전력을 공급하는 전원으로서는, 외부의 상용 전원이라도 좋고, 별도로 설치한 배터리(8011)에 의한 전원이라도 좋다. 배터리(8011)는 상용 전원을 사용하는 경우에는, 생략 가능하다. The printed circuit board 8010 has a power supply circuit, a signal processing circuit for outputting a video signal and a clock signal. The power supply for supplying power to the power supply circuit may be an external commercial power supply or a power supply using a separately installed battery 8011 . The battery 8011 may be omitted when commercial power is used.

또한, 표시 모듈(8000)은 편광판, 위상차판, 프리즘 시트 등의 부재를 추가하여 설치해도 좋다. In addition, the display module 8000 may be provided by adding members such as a polarizing plate, a retardation plate, and a prism sheet.

본 실시형태에 나타내는 표시 모듈(8000)은, 가요성을 가져도 좋다. 가요성을 가짐으로써 곡면이나 불규칙한 형상 위에 첩합하는 것이 가능해져, 다종 다양한 용도가 실현된다. The display module 8000 shown in this embodiment may have flexibility. By having flexibility, it becomes possible to bond together on a curved surface or an irregular shape, and a great variety of uses is implement|achieved.

본 실시형태에 나타내는 구성은, 다른 실시형태에 나타내는 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다. The structure shown in this embodiment can be used, combining suitably with the structure shown in another embodiment.

(실시형태 9)(Embodiment 9)

본 실시형태에서는, 상기 실시형태에서 예시한 트랜지스터, 또는 기억 장치를 포함하는 RF 태그에 관해서, 도 28을 사용하여 설명한다. In this embodiment, the RF tag including the transistor or the memory|storage device illustrated in the said embodiment is demonstrated using FIG.

본 실시형태에 있어서의 RF 태그는, 내부에 기억 회로를 가지고, 기억 회로에 필요한 정보를 기억하고, 비접촉 수단, 예를 들면 무선 통신을 사용하여 외부와 정보의 수수를 행하는 것이다. 이러한 특징으로부터, RF 태그는, 물품 등의 개체 정보를 판독함으로써 물품의 식별을 행하는 개체 인증 시스템 등에 사용하는 것이 가능하다. 또한, 이들 용도에 사용하기 위해서는 매우 높은 신뢰성이 요구된다. The RF tag in the present embodiment has a storage circuit inside, stores necessary information in the storage circuit, and exchanges information with the outside using non-contact means, for example, wireless communication. From these characteristics, the RF tag can be used for an individual authentication system or the like that identifies an article by reading individual information on the article or the like. In addition, very high reliability is required for use in these applications.

RF 태그의 구성에 관해서 도 28을 사용하여 설명한다. 도 28은, RF 태그의 구성예를 도시하는 블록도이다. The configuration of the RF tag will be described with reference to FIG. 28 . 28 is a block diagram showing a configuration example of an RF tag.

도 28에 도시하는 바와 같이, RF 태그(800)는, 통신기(801)(질문기, 리더/라이터 등이라고도 한다)에 접속된 안테나(802)로부터 송신되는 무선 신호(803)를 수신하는 안테나(804)를 가진다. 또한 RF 태그(800)는, 정류 회로(805), 정전압 회로(806), 복조 회로(807), 변조 회로(808), 논리 회로(809), 기억 회로(810), ROM(811)을 가지고 있다. 또한, 복조 회로(807)에 포함되는 정류 작용을 나타내는 트랜지스터에 역방향 전류를 충분히 억제하는 것이 가능한 재료, 예를 들면, 산화물 반도체가 사용된 구성으로 해도 좋다. 이것에 의해, 역방향 전류에 기인하는 정류 작용의 저하를 억제하여, 복조 회로의 출력이 포화되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 복조 회로의 입력에 대한 복조 회로의 출력을 선형에 가깝게 할 수 있다. 또한, 데이터의 전송 형식은, 한 쌍의 코일을 대향 배치하여 상호 유도에 의해 교신을 행하는 전자 결합 방식, 유도 전자계에 의해 교신하는 전자 유도 방식, 전파를 이용하여 교신하는 전파 방식의 3개로 대별된다. 본 실시형태에 나타내는 RF 태그(800)는, 그 어느 방식에 사용하는 것도 가능하다. As shown in Fig. 28, the RF tag 800 is an antenna for receiving a radio signal 803 transmitted from an antenna 802 connected to a communicator 801 (also referred to as interrogator, reader/writer, etc.). 804). In addition, the RF tag 800 includes a rectifier circuit 805 , a constant voltage circuit 806 , a demodulation circuit 807 , a modulation circuit 808 , a logic circuit 809 , a memory circuit 810 , and a ROM 811 , have. In addition, a material capable of sufficiently suppressing the reverse current, for example, an oxide semiconductor, may be used for the transistor exhibiting the rectifying action included in the demodulation circuit 807 . Thereby, it is possible to suppress a decrease in the rectifying action due to the reverse current, and to prevent the output of the demodulation circuit from being saturated. That is, the output of the demodulation circuit with respect to the input of the demodulation circuit can be made close to linear. In addition, the data transmission format is roughly divided into three types: an electromagnetic coupling method in which a pair of coils are arranged oppositely to communicate by mutual induction, an electromagnetic induction method in which communication is performed by an induction electromagnetic field, and a radio wave method in which communication is performed using radio waves. . The RF tag 800 shown in this embodiment can also be used for any system.

다음에 각 회로의 구성에 관해서 설명한다. 안테나(804)는, 통신기(801)에 접속된 안테나(802)의 사이에서 무선 신호(803)의 송수신을 행하기 위한 것이다. 또한, 정류 회로(805)는 안테나(804)로 무선 신호를 수신함으로써 생성되는 입력 교류 신호를 정류, 예를 들면, 반파 2배압으로 정류하고, 후단에 형성된 용량 소자에 의해, 정류된 신호를 평활화함으로써 입력 전위를 생성하기 위한 회로이다. 또한, 정류 회로(805)의 입력측 또는 출력측에는, 리미터 회로를 설치해도 좋다. 리미터 회로란, 입력 교류 신호의 진폭이 크고, 내부 생성 전압이 큰 경우에, 일정 전력 이상의 전력을 후단의 회로에 입력하지 않도록 제어하기 위한 회로이다. Next, the configuration of each circuit will be described. The antenna 804 is for transmitting and receiving a radio signal 803 between the antennas 802 connected to the communication device 801 . In addition, the rectifier circuit 805 rectifies an input AC signal generated by receiving a radio signal with the antenna 804, for example, rectifies it to a half-wave double pressure, and smoothes the rectified signal by a capacitive element formed at the rear end. This is a circuit for generating an input potential. Further, a limiter circuit may be provided on the input side or the output side of the rectifier circuit 805 . The limiter circuit is a circuit for controlling so that, when the amplitude of the input AC signal is large and the internally generated voltage is large, electric power greater than a predetermined electric power is not input to the circuit of the subsequent stage.

정전압 회로(806)는 입력 전위로부터 안정된 전원 전압을 생성하고, 각 회로에 공급하기 위한 회로이다. 또한, 정전압 회로(806)는 내부에 리셋 신호 생성 회로를 갖고 있어도 좋다. 리셋 신호 생성 회로는, 안정된 전원 전압의 상승을 이용하고, 논리 회로(809)의 리셋 신호를 생성하기 위한 회로이다. The constant voltage circuit 806 is a circuit for generating a stable power supply voltage from an input potential and supplying it to each circuit. Further, the constant voltage circuit 806 may have a reset signal generating circuit therein. The reset signal generating circuit is a circuit for generating a reset signal of the logic circuit 809 using a stable rise of the power supply voltage.

복조 회로(807)는 입력 교류 신호를 포락선 검출함으로써 복조하고, 복조 신호를 생성하기 위한 회로이다. 또한, 변조 회로(808)는 안테나(804)로부터 출력되는 데이터에 따라 변조를 행하기 위한 회로이다. The demodulation circuit 807 is a circuit for demodulating an input AC signal by envelope detection and generating a demodulated signal. Further, the modulation circuit 808 is a circuit for performing modulation in accordance with data output from the antenna 804 .

논리 회로(809)는 복조 신호를 해석하고, 처리를 행하기 위한 회로이다. 기억 회로(810)는, 입력된 정보를 유지하는 회로이며, 로우 디코더, 칼럼 디코더, 기억 영역 등을 가진다. 또한, ROM(811)은 고유 번호(ID) 등을 저장하고, 처리에 따라 출력을 행하기 위한 회로이다. The logic circuit 809 is a circuit for analyzing and processing a demodulated signal. The storage circuit 810 is a circuit for holding input information, and has a row decoder, a column decoder, a storage region, and the like. Further, the ROM 811 is a circuit for storing a unique number (ID) and the like, and outputting according to processing.

또한, 상기의 각 회로는, 필요에 따라, 적절히, 취사할 수 있다. In addition, each said circuit can cook suitably as needed.

여기에서, 상기의 실시형태에서 설명한 기억 회로를, 기억 회로(810)에 사용할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 기억 회로는, 전원이 차단된 상태에서도 정보를 유지할 수 있기 때문에, RF 태그에 적합하게 사용할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태의 기억 회로는, 데이터의 기록에 필요한 전력(전압)이 종래의 불휘발성 메모리에 비해 현저하게 작기 때문에, 데이터의 판독시와 기록시의 최대 통신 거리의 차이를 발생시키지 않는 것도 가능하다. 또한, 데이터의 기록시에 전력이 부족하여, 오동작 또는 오기록이 발생하는 것을 억제할 수 있다. Here, the memory circuit described in the above embodiment can be used for the memory circuit 810 . Since the memory circuit of one embodiment of the present invention can retain information even when the power is cut off, it can be suitably used for an RF tag. Further, in the memory circuit of one embodiment of the present invention, since the power (voltage) required for data writing is significantly smaller than that of a conventional nonvolatile memory, there is no difference in the maximum communication distance between data reading and writing. It is also possible In addition, it is possible to suppress the occurrence of a malfunction or erroneous recording due to insufficient power during data recording.

또한, 본 발명의 일 형태의 기억 회로는, 불휘발성의 메모리로서 사용하는 것이 가능하기 때문에, ROM(811)에 적용할 수도 있다. 그 경우에는, 생산자가 ROM(811)에 데이터를 기록하기 위한 커맨드를 별도 준비하고, 유저가 자유롭게 재기록할 수 없도록 해 두는 것이 바람직하다. 생산자가 출하전에 고유 번호를 기록한 후에 제품을 출하함으로써, 제작한 RF 태그 모두에 관해서 고유 번호를 부여하는 것이 아니라, 출하하는 우량품에만 고유 번호를 할당하는 것이 가능해져, 출하후의 제품의 고유 번호가 불연속적으로 되지 않아 출하후의 제품에 대응한 고객 관리가 용이해진다. In addition, since the memory circuit of one embodiment of the present invention can be used as a nonvolatile memory, it can also be applied to the ROM 811 . In that case, it is preferable that the producer separately prepares a command for writing data to the ROM 811 so that the user cannot freely rewrite it. By shipping the product after the producer writes down the unique number before shipment, it becomes possible to assign a unique number only to high quality products, rather than assigning a unique number to all of the manufactured RF tags. Since it is not continuous, customer management corresponding to the product after shipment becomes easy.

본 실시형태는, 적어도 그 일부를 본 명세서 중에 기재하는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다. This embodiment can be implemented by appropriately combining at least a part of it with other embodiment described in this specification.

(실시형태 10)(Embodiment 10)

본 발명의 일 형태에 따른 반도체 장치는, 표시 기기, PC, 기록 매체를 구비한 화상 재생 장치(대표적으로는 DVD: Digital Versatile Disc 등의 기록 매체를 재생하고, 그 화상을 표시할 수 있는 디스플레이를 갖는 장치)로 사용할 수 있다. 그 밖에, 본 발명의 일 형태에 따른 반도체 장치를 사용할 수 있는 전자 기기로서, 휴대 전화, 휴대형을 포함하는 게임기, 휴대 데이터 단말, 전자 서적, 비디오 카메라, 디지털 스틸 카메라 등의 카메라, 고글형 디스플레이(헤드 마운트 디스플레이), 내비게이션 시스템, 음향 재생 장치(카 오디오, 디지털 오디오 플레이어 등), 복사기, 팩시밀리, 프린터, 프린터 복합기, 현금 자동 입출금기(ATM), 자동 판매기 등을 들 수 있다. 이들 전자 기기의 구체예를 도 57에 도시한다. A semiconductor device according to one embodiment of the present invention provides a display capable of reproducing a recording medium such as a display device, a personal computer, and a recording medium (typically DVD: Digital Versatile Disc) and displaying the image. device) can be used. In addition, as electronic devices that can use the semiconductor device according to one embodiment of the present invention, a mobile phone, a game machine including a portable type, a portable data terminal, an electronic book, a video camera, a camera such as a digital still camera, a goggle type display ( head mounted display), navigation systems, sound reproduction devices (car audio, digital audio players, etc.), copiers, facsimiles, printers, printers, multifunction printers, automatic teller machines (ATMs), vending machines, and the like. 57 shows a specific example of these electronic devices.

도 57의 (A)는 휴대형 게임기이며, 하우징(901), 하우징(902), 표시부(903), 표시부(904), 마이크로폰(905), 스피커(906), 조작 키(907), 스타일러스(908) 등을 가진다. 또한, 도 57의 (A)에 도시한 휴대형 게임기는, 2개의 표시부(903)와 표시부(904)를 가지고 있지만, 휴대형 게임기가 갖는 표시부의 수는, 이것으로 한정되지 않는다. 57A is a portable game machine, and includes a housing 901 , a housing 902 , a display unit 903 , a display unit 904 , a microphone 905 , a speaker 906 , an operation key 907 , and a stylus 908 . ), etc. Moreover, although the portable game machine shown in FIG.57(A) has the two display part 903 and the display part 904, the number of the display part which a portable game machine has is not limited to this.

도 57의 (B)는 휴대 데이터 단말이며, 제 1 하우징(911), 제 2 하우징(912), 제 1 표시부(913), 제 2 표시부(914), 접속부(915), 조작 키(916) 등을 가진다. 제 1 표시부(913)는 제 1 하우징(911)에 설치되어 있고, 제 2 표시부(914)는 제 2 하우징(912)에 설치되어 있다. 그리고, 제 1 하우징(911)과 제 2 하우징(912)은, 접속부(915)에 의해 접속되어 있고, 제 1 하우징(911)과 제 2 하우징(912) 사이의 각도는, 접속부(915)에 의해 변경 가능하다. 제 1 표시부(913)에 있어서의 영상을, 접속부(915)에 있어서의 제 1 하우징(911)과 제 2 하우징(912) 사이의 각도에 따라, 전환하는 구성으로 해도 좋다. 또한, 제 1 표시부(913) 및 제 2 표시부(914)의 적어도 한쪽에, 위치 입력 장치로서의 기능이 부가된 표시 장치를 사용하도록 해도 좋다. 또한, 위치 입력 장치로서의 기능은, 표시 장치에 터치 패널을 설치함으로써 부가할 수 있다. 또는, 위치 입력 장치로서의 기능은, 포토 센서라고도 불리는 광전 변환 소자를 표시 장치의 화소부에 설치함으로써도, 부가할 수 있다. 57B is a portable data terminal, wherein the first housing 911, the second housing 912, the first display unit 913, the second display unit 914, the connection unit 915, and the operation keys 916 are shown. have the back The first display unit 913 is provided in the first housing 911 , and the second display unit 914 is provided in the second housing 912 . The first housing 911 and the second housing 912 are connected by a connecting portion 915 , and the angle between the first housing 911 and the second housing 912 is to the connecting portion 915 . can be changed by The image in the first display unit 913 may be switched according to the angle between the first housing 911 and the second housing 912 in the connection unit 915 . Moreover, you may make it use the display apparatus with which the function as a position input apparatus was added for at least one of the 1st display part 913 and the 2nd display part 914. In addition, the function as a position input device can be added by providing a touch panel in a display apparatus. Alternatively, the function as a position input device can be added by providing a photoelectric conversion element also called a photosensor in the pixel portion of the display device.

도 57의 (C)는 노트형 PC이며, 하우징(921), 표시부(922), 키보드(923), 포인팅 디바이스(924) 등을 가진다. FIG. 57C is a notebook PC, and includes a housing 921 , a display unit 922 , a keyboard 923 , a pointing device 924 , and the like.

도 57의 (D)는 전기 냉동 냉장고이며, 하우징(931), 냉장실용 도어(932), 냉동실용 도어(933) 등을 가진다. 57D is an electric refrigerator refrigerator, which includes a housing 931 , a door 932 for a refrigerating compartment, a door 933 for a freezer compartment, and the like.

도 57의 (E)는 비디오 카메라이며, 제 1 하우징(941), 제 2 하우징(942), 표시부(943), 조작 키(944), 렌즈(945), 접속부(946) 등을 가진다. 조작 키(944) 및 렌즈(945)는 제 1 하우징(941)에 설치되어 있고, 표시부(943)는 제 2 하우징(942)에 설치되어 있다. 그리고, 제 1 하우징(941)과 제 2 하우징(942)은, 접속부(946)에 의해 접속되어 있고, 제 1 하우징(941)과 제 2 하우징(942) 사이의 각도는, 접속부(946)에 의해 변경이 가능하다. 표시부(943)에 있어서의 영상을, 접속부(946)에 있어서의 제 1 하우징(941)과 제 2 하우징(942) 사이의 각도에 따라서 전환하는 구성으로 해도 좋다. 57E is a video camera, and includes a first housing 941 , a second housing 942 , a display portion 943 , operation keys 944 , a lens 945 , a connection portion 946 , and the like. The operation key 944 and the lens 945 are provided in the first housing 941 , and the display portion 943 is provided in the second housing 942 . The first housing 941 and the second housing 942 are connected by a connecting portion 946 , and the angle between the first housing 941 and the second housing 942 is to the connecting portion 946 . can be changed by The image in the display unit 943 may be switched according to the angle between the first housing 941 and the second housing 942 in the connection unit 946 .

도 57의 (F)는 보통 자동차이며, 차체(951), 차륜(952), 계기판(953), 라이트(954) 등을 가진다. 57(F) is a normal automobile, and has a body 951, wheels 952, an instrument panel 953, a light 954, and the like.

본 실시형태는, 적어도 그 일부를 본 명세서 중에 기재하는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다. This embodiment can be implemented by appropriately combining at least a part of it with other embodiment described in this specification.

(실시형태 11)(Embodiment 11)

본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 RF 태그의 사용예에 관해서 도 56을 사용하면서 설명한다. RF 태그의 용도는 광범위하지만, 예를 들면, 지폐, 동전, 유가 증권류, 무기명 채권류, 증서류(운전 면허증이나 주민표 등, 도 56의 (A) 참조), 포장용 용기류(포장지나 보틀 등, 도 56의 (C) 참조), 기록 매체(DVD나 비디오 테이프 등, 도 56의 (B) 참조), 탈것류(자전거 등, 도 56의 (D) 참조), 신변의 일상용품(가방이나 안경 등), 식품류, 식물류, 동물류, 인체, 의류, 생활 용품류, 약품이나 약제를 포함하는 의료품, 또는 전자 기기(액정 표시 장치, EL 표시 장치, 텔레비전 장치, 또는 휴대 전화) 등의 물품, 또는 각 물품에 부착하는 꼬리표(도 56의 (E), 도 56의 (F) 참조) 등에 설치하여 사용할 수 있다. In the present embodiment, an example of use of the RF tag according to one embodiment of the present invention will be described using FIG. 56 . RF tags have a wide range of uses, but include, for example, banknotes, coins, securities, bearer bonds, identification documents (driver's license, resident's card, etc., see Fig. 56 (A)), packaging containers (wrap paper, bottles, etc.) . Glasses, etc.), food, plants, animals, human body, clothing, daily necessities, medical products including medicines or pharmaceuticals, or electronic devices (liquid crystal display devices, EL display devices, television devices, or mobile phones), or It can be used by attaching to a tag attached to each article (refer to FIGS. 56(E) and 56(F)) or the like.

본 발명의 일 형태에 따른 RF 태그(4000)는, 표면에 붙이거나, 또는 매립함으로써, 물품에 고정된다. 예를 들면, 책이라면 종이에 매립하고, 유기 수지로 이루어지는 패키지라면 상기 유기 수지의 내부에 매립하여, 각 물품에 고정된다. 본 발명의 일 형태에 따른 RF 태그(4000)는, 소형, 박형, 경량을 실현하기 위해서, 물품에 고정시킨 후에도 그 물품 자체의 디자인성을 손상시키는 경우가 없다. 또한, 지폐, 동전, 유가 증권류, 무기명 채권류, 또는 증서류 등에 본 발명의 일 형태에 따른 RF 태그(4000)를 설치함으로써, 인증 기능을 설치할 수 있고, 이 인증 기능을 활용하면, 위조를 방지할 수 있다. 또한, 포장용 용기류, 기록 매체, 신변의 일상용품, 식품류, 의류, 생활 용품류, 또는 전자 기기 등에 본 발명의 일 형태에 따른 RF 태그를 부착함으로써, 검품 시스템 등의 시스템의 효율화를 도모할 수 있다. 또한, 탈것류에서도, 본 발명의 일 형태에 따른 RF 태그를 부착함으로써, 도난 등에 대한 보안성을 높일 수 있다. The RF tag 4000 according to one embodiment of the present invention is fixed to an article by attaching it to a surface or embedding it. For example, if it is a book, it is embedded in paper, and if it is a package made of an organic resin, it is embedded in the organic resin and fixed to each article. The RF tag 4000 according to one embodiment of the present invention does not impair the design of the article itself even after being fixed to the article in order to realize small size, thinness, and light weight. In addition, by installing the RF tag 4000 according to one embodiment of the present invention in banknotes, coins, securities, bearer bonds, or deeds, an authentication function can be installed, and by utilizing this authentication function, counterfeiting is prevented can be prevented In addition, by attaching the RF tag according to one embodiment of the present invention to packaging containers, recording media, personal daily necessities, food, clothing, daily necessities, or electronic devices, etc., the efficiency of systems such as inspection systems can be improved. . In addition, in the case of vehicles, by attaching the RF tag according to one embodiment of the present invention, security against theft or the like can be improved.

이상과 같이, 본 발명의 일 형태에 따른 RF 태그를 본 실시형태에 열거한 각 용도에 사용함으로써, 정보의 기록이나 판독을 포함하는 동작 전력을 저감시킬 수 있기 때문에, 최대 통신 거리를 길게 취하는 것이 가능해진다. 또한, 전력이 차단된 상태에서도 정보를 매우 긴 기간 유지 가능하기 때문에, 기록이나 판독의 빈도가 낮은 용도에도 적합하게 사용할 수 있다. As described above, by using the RF tag according to one embodiment of the present invention for each of the uses enumerated in the present embodiment, it is possible to reduce the operating power including writing and reading information, so that the maximum communication distance is long. becomes possible In addition, since information can be maintained for a very long period even when the power is cut off, it can be suitably used for applications where the frequency of writing or reading is low.

본 실시형태는, 적어도 그 일부를 본 명세서 중에 기재하는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다. This embodiment can be implemented by appropriately combining at least a part of it with other embodiment described in this specification.

또한, 어떤 하나의 실시형태에 있어서 서술하는 도면(일부라도 좋다)은, 그 도면의 다른 부분, 그 실시형태에 있어서 서술하는 다른 도면(일부라도 좋다) 및/또는, 1개 또는 복수의 다른 실시형태에 있어서 서술하는 도면(일부라도 좋다)에 대해, 조합함으로써, 더 많은 도면을 구성시킬 수 있다. In addition, a drawing (part may be sufficient) described in any one embodiment is another part of the drawing, another drawing (part may be sufficient) described in the embodiment, and/or one or a plurality of other implementations. More drawings can be configured by combining the drawings (parts may be sufficient) described in the form.

또한, 명세서 중의 도면이나 문장에 있어서 규정되어 있지 않은 내용에 관해서, 그 내용을 제외한 것을 규정한 발명의 일 형태를 구성할 수 있다. 또는, 어떤 값에 관해서, 상한값과 하한값 등으로 나타내는 수치 범위가 기재되어 있는 경우, 그 범위를 임의로 좁힘으로써, 또는, 그 범위 중의 한가지를 제외함으로써, 그 범위를 일부 제외한 발명의 일 형태를 규정할 수 있다. 이들에 의해, 예를 들면, 종래 기술이 본 발명의 일 형태의 기술적 범위 내에 들어가지 않는 것을 규정할 수 있다. In addition, regarding the content not prescribed in the drawings or text in the specification, one embodiment of the invention in which the content is excluded can be constituted. Alternatively, when a numerical range indicated by an upper limit value and a lower limit value is described for a certain value, an embodiment of the invention excluding a part of the range may be defined by arbitrarily narrowing the range or excluding one of the ranges. can Thereby, it can be prescribed|regulated that a prior art does not fall within the technical scope of one embodiment of this invention, for example.

구체예로서는, 어떤 회로에 있어서, 제 1 내지 제 5 트랜지스터를 사용하고 있는 회로도가 기재되어 있는 것으로 한다. 그 경우, 그 회로가, 제 6 트랜지스터를 가지고 있지 않은 것을 발명으로 하여 규정하는 것이 가능하다. 또는, 그 회로가, 용량 소자를 가지고 있지 않은 것을 규정하는 것이 가능하다. 또한, 그 회로가, 어떤 특정한 접속 구조를 취하고 있는 것과 같은 제 6 트랜지스터를 가지고 있지 않다, 라고 규정하고 발명을 구성할 수 있다. 또는, 그 회로가, 어떤 특정한 접속 구조를 취하고 있는 용량 소자를 가지고 있지 않다, 라고 규정하고 발명을 구성할 수 있다. 예를 들면, 게이트가 제 3 트랜지스터의 게이트와 접속되어 있는 제 6 트랜지스터를 가지고 있지 않다, 라고 발명을 규정하는 것이 가능하다. 또는, 예를 들면, 제 1 전극이 제 3 트랜지스터의 게이트와 접속되어 있는 용량 소자를 가지고 있지 않다, 라고 발명을 규정하는 것이 가능하다. As a specific example, a circuit diagram using the first to fifth transistors in a certain circuit is described. In that case, it is possible to stipulate that the circuit does not have the sixth transistor as an invention. Alternatively, it is possible to specify that the circuit does not have a capacitive element. Further, the invention can be constituted by stipulating that the circuit does not have a sixth transistor that has a certain specific connection structure. Alternatively, the invention can be constituted by stipulating that the circuit does not have a capacitive element having a specific connection structure. For example, it is possible to define the invention that the gate does not have a sixth transistor connected to the gate of the third transistor. Alternatively, it is possible to define the invention, for example, that the first electrode does not have a capacitor connected to the gate of the third transistor.

다른 구체예로서는, 어떤 물질의 성질에 관해서, 예를 들면, 「어떤 막은, 절연막이다」라고 기재되어 있는 것으로 한다. 그 경우, 예를 들면, 그 절연막이, 유기 절연막인 경우를 제외한다, 라고 발명의 일 형태를 규정하는 것이 가능하다. 또는, 예를 들면, 그 절연막이, 무기 절연막인 경우를 제외한다, 라고 발명의 일 형태를 규정하는 것이 가능하다. 또는, 예를 들면, 그 막이, 도전막인 경우를 제외한다, 라고 발명의 일 형태를 규정하는 것이 가능하다. 또는, 예를 들면, 그 막이, 반도체막인 경우를 제외한다, 라고 발명의 일 형태를 규정하는 것이 가능하다. As another specific example, it is assumed that the property of a certain substance is described, for example, "a certain film is an insulating film". In that case, it is possible to define one aspect of the invention, for example, except when the insulating film is an organic insulating film. Alternatively, it is possible to define one aspect of the invention that, for example, the insulating film is an inorganic insulating film except for the case. Alternatively, it is possible to define one embodiment of the invention that, for example, the film is a conductive film except for the case. Alternatively, it is possible to define one embodiment of the invention, for example, except when the film is a semiconductor film.

다른 구체예로서는, 어떤 적층 구조에 대해서, 예를 들면, 「A막과 B막 사이에, 어떤 막이 설치되어 있다」라고 기재되어 있는 것으로 한다. 그 경우, 예를 들면, 그 막이, 4층 이상의 적층막인 경우를 제외한다, 라고 발명을 규정하는 것이 가능하다. 또는, 예를 들면, A막과 그 막 사이에, 도전막이 설치되어 있는 경우를 제외한다, 라고 발명을 규정하는 것이 가능하다. As another specific example, it is assumed that a certain layered structure is described, for example, "a certain film is provided between the A film and the B film". In that case, it is possible to define the invention, for example, except for the case where the film is a laminated film of four or more layers. Alternatively, it is possible to define the invention, for example, except for the case where a conductive film is provided between the A film and the film.

또한, 본 명세서 등에 있어서는, 어떤 하나의 실시형태에 있어서 서술하는 도면 또는 문장에 있어서, 그 일부분을 취출하여, 발명의 일 형태를 구성하는 것은 가능하다. 따라서, 어떤 부분을 서술하는 도면 또는 문장이 기재되어 있는 경우, 그 일부분의 도면 또는 문장을 취출한 내용도, 발명의 일 형태로서 개시되어 있는 것이며, 발명의 일 형태를 구성하는 것이 가능한 것으로 한다. 그리고, 그 발명의 일 형태는 명확하다고 할 수 있다. 이로 인해, 예를 들면, 능동 소자(트랜지스터, 다이오드 등), 배선, 수동 소자(용량 소자, 저항 소자 등), 도전층, 절연층, 반도체층, 유기 재료, 무기 재료, 부품, 장치, 동작 방법, 제조 방법 등이 단수 또는 복수 기재된 도면 또는 문장에 있어서, 그 일부분을 취출하여, 발명의 일 형태를 구성하는 것이 가능한 것으로 한다. 예를 들면, N개(N은 정수)의 회로 소자(트랜지스터, 용량 소자 등)를 가지고 구성되는 회로도로부터, M개(M은 정수이고, M<N)의 회로 소자(트랜지스터, 용량 소자 등)를 뽑아내어, 발명의 일 형태를 구성하는 것은 가능하다. 다른 예로서는, N개(N은 정수)의 층을 가지고 구성되는 단면도로부터, M개(M은 정수이고, M<N)의 층을 뽑아 내어, 발명의 일 형태를 구성하는 것은 가능하다. 또한 다른 예로서는, N개(N은 정수)의 요소를 가지고 구성되는 플로우 차트로부터, M개(M은 정수이고, M<N)의 요소를 뽑아 내어, 발명의 일 형태를 구성하는 것은 가능하다. 또한 다른 예로서는, 「A는, B, C, D, E, 또는, F를 가진다」라고 기재되어 있는 문장으로부터, 일부의 요소를 임의로 뽑아 내어, 「A는, B와 E를 가진다」, 「A는, E와 F를 가진다」, 「A는, C와 E와 F를 가진다」, 또는, 「A는, B와 C와 D와 E를 가진다」등의 발명의 일 형태를 구성하는 것은 가능하다. In addition, in this specification and the like, it is possible to take out a part of drawings or sentences described in one embodiment to constitute one embodiment of the invention. Therefore, when a drawing or text describing a certain part is described, the content obtained by extracting the drawing or text of the part is also disclosed as one embodiment of the invention, and it is assumed that one embodiment of the invention can be constituted. And it can be said that one form of the invention is clear. For this reason, for example, active elements (transistors, diodes, etc.), wiring, passive elements (capacitive elements, resistive elements, etc.), conductive layers, insulating layers, semiconductor layers, organic materials, inorganic materials, components, devices, and operation methods. In the drawings or sentences in which the , manufacturing method, etc. are described in the singular or plural number, it is assumed that a part thereof can be taken out to constitute one embodiment of the invention. For example, from a circuit diagram configured with N (N is an integer) circuit elements (transistors, capacitors, etc.), M (M is an integer, M<N) circuit elements (transistors, capacitors, etc.) It is possible to extract and constitute one embodiment of the invention. As another example, it is possible to extract M (M is an integer, M<N) layers from a cross-sectional view configured with N (N is an integer) layers to constitute one embodiment of the invention. As another example, it is possible to construct one embodiment of the invention by extracting M elements (M is an integer, and M<N) from a flowchart configured with N elements (N is an integer). Further, as another example, some elements are arbitrarily extracted from a sentence in which "A has B, C, D, E, or F", "A has B and E", "A It is possible to constitute one aspect of the invention such as "A has E and F", "A has C, E and F", or "A has B, C, and D and E". .

또한, 본 명세서 등에 있어서는, 어떤 하나의 실시형태에 있어서 서술하는 도면 또는 문장에 있어서, 적어도 하나의 구체예가 기재되는 경우, 그 구체예의 상위 개념을 도출하는 것은, 당업자라면 용이하게 이해할 수 있다. 따라서, 어떤 하나의 실시형태에 있어서 서술하는 도면 또는 문장에 있어서, 적어도 하나의 구체예가 기재되는 경우, 그 구체예의 상위 개념도, 발명의 일 형태로서 개시되어 있는 것이며, 발명의 일 형태를 구성하는 것이 가능하다. 그리고, 그 발명의 일 형태는, 명확하다고 할 수 있다. In addition, in this specification and the like, when at least one specific example is described in a drawing or text described in one embodiment, it can be easily understood by those skilled in the art to derive a higher concept of the specific example. Therefore, when at least one specific example is described in a drawing or sentence described in one embodiment, the higher concept of the specific example is also disclosed as one embodiment of the invention, and what constitutes one embodiment of the invention It is possible. And it can be said that one form of the invention is clear.

또한, 본 명세서 등에 있어서는, 적어도 도면에 기재한 내용(도면 중의 일부라도 좋다)은, 발명의 일 형태로서 개시되어 있는 것이며, 발명의 일 형태를 구성하는 것이 가능하다. 따라서, 어떤 내용에 관해서, 도면에 기재되어 있으면, 문장을 사용하여 서술하고 있지 않아도, 그 내용은, 발명의 일 형태로서 개시되어 있는 것이며, 발명의 일 형태를 구성하는 것이 가능하다. 마찬가지로, 도면의 일부를 취출한 도면에 관해서도, 발명의 일 형태로서 개시되어 있는 것이며, 발명의 일 형태를 구성하는 것이 가능하다. 그리고, 그 발명의 일 형태는 명확하다고 할 수 있다.In addition, in this specification and the like, at least the contents described in the drawings (which may be a part of the drawings) are disclosed as one embodiment of the invention, and can constitute one embodiment of the invention. Therefore, if a certain content is described in the drawings, even if it is not described using text, the content is disclosed as one embodiment of the invention, and it is possible to constitute one embodiment of the invention. Similarly, a drawing from which a part of the drawing is taken out is also disclosed as one embodiment of the invention, and it is possible to constitute one embodiment of the invention. And it can be said that one form of the invention is clear.

(실시예 1)(Example 1)

본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태인 산화물 반도체막의 평가 결과에 관해서 설명한다. In this example, the evaluation result of the oxide semiconductor film of one embodiment of the present invention will be described.

[제작 방법][Production method]

실리콘 웨이퍼에 열산화를 가하여 산화 실리콘막을 100nm 형성하였다. 그 후, 산화물 반도체막으로서, 스퍼터링법에 의해 In-Ga-Zn 산화물을 100nm 형성하였다. 스퍼터링법의 조건으로서, 타깃은 In:Ga:Zn=1:1:1(원자수비)의 다결정의 In-Ga-Zn 산화물을 사용하고, 전원은 0.5kW(DC)로 하고, 기판과 타깃간의 거리는 60mm로 하였다. 또한 성막 가스로서 아르곤 및 산소를 사용하고, 각각의 유량은 아르곤을 30sccm, 산소를 15sccm으로 하였다. 압력은 0.4Pa로 하였다. 기판 온도는 시료 E1-1에서는 170℃로 하고, 시료 F1-1에서는 300℃로 하였다. Thermal oxidation was applied to the silicon wafer to form a silicon oxide film of 100 nm. Thereafter, 100 nm of In-Ga-Zn oxide was formed as an oxide semiconductor film by sputtering. As the conditions of the sputtering method, the target uses polycrystalline In-Ga-Zn oxide of In:Ga:Zn=1:1:1 (atomic ratio), the power is 0.5kW (DC), and the The distance was set to 60 mm. In addition, argon and oxygen were used as film-forming gases, and the respective flow rates were set to 30 sccm for argon and 15 sccm for oxygen. The pressure was set to 0.4 Pa. The substrate temperature was 170°C in the sample E1-1 and 300°C in the sample F1-1.

다음에, 열처리를 행하였다. 열처리 조건은, 450℃에서, 질소 분위기 하에서 가열 처리를 1시간 행한 후, 동일한 처리실 내에서, 450℃에 있어서 산소 분위기 하에서 가열 처리를 1시간 행하였다. Next, heat treatment was performed. As the heat treatment conditions, heat treatment was performed at 450°C in a nitrogen atmosphere for 1 hour, and then heat treatment was performed in the same treatment chamber at 450°C in an oxygen atmosphere for 1 hour.

[XRD 평가] [XRD evaluation]

다음에 XRD 장치를 사용하여 평가를 한 결과를 설명한다. XRD 장치는, 다기능 박막 재료 평가 X선 회절 장치D8 DISCOVER Hybrid(Bruker AXS사 제조)을 사용하고, 각 시료의 평가를 행하였다. 도 43은 Out-0f-Plane법에 의한 해석 결과이다. 도 43의 (A)에 시료 E1-1, (B)에 시료 F1-1의 결과를 도시한다. 어느 시료에서도 2θ=31°근방에 피크가 나타났다. 170℃에서 성막한 조건은 피크가 브로드하고, 300℃에서 성막한 조건에서는 피크가 보다 샤프해지는 경향이 나타났다. 이 피크는, InGaZnO4의 결정의 (009)면에 귀속되기 때문에, 성막 온도를 보다 높게 함으로써 c축 배향성을 갖는 산화물 반도체막의 결정이 증가하는 것으로 시사된다. Next, the results of evaluation using the XRD apparatus will be described. The XRD apparatus evaluated each sample using the multifunctional thin film material evaluation X-ray-diffraction apparatus D8 DISCOVER Hybrid (made by Bruker AXS). 43 is an analysis result by the Out-0f-Plane method. Fig. 43 (A) shows the results of Sample E1-1 and (B) shows the results of Sample F1-1. A peak appeared in the vicinity of 2θ = 31° in any of the samples. Under the condition of forming a film at 170°C, the peak was broad, and under the condition of forming a film at 300°C, the peak tended to be sharper. Since this peak belongs to the (009) plane of the crystal|crystallization of InGaZnO4 , it is suggested that the crystal|crystallization of the oxide semiconductor film which has c-axis orientation increases by making the film-forming temperature higher.

[막 밀도 평가][Membrane density evaluation]

다음에, 막 밀도를 측정하였다. 막 밀도의 평가에는, XRR(X선 반사율법: X-ray Reflectometry)을 사용하였다. 얻어진 막 밀도는, 시료 E1-1이 6.18[g/㎤], 시료 F1-1이 6.36[g/㎤]이었다. 어느 조건에 있어서도 치밀하고 양호한 막이 얻어졌다. Next, the film density was measured. For evaluation of the film density, XRR (X-ray reflectometry) was used. The obtained film density was 6.18 [g/cm 3] for Sample E1-1 and 6.36 [g/cm 3 ] for Sample F1-1. A dense and favorable film|membrane was obtained in any condition.

[나노 빔 전자 회절][Nanobeam electron diffraction]

다음에, 시료 E1-1 및 시료 F1-1에 관해서, 나노 빔 전자 회절에 의한 해석을 행하였다. 전자 회절의 취득에는, 히타치하이테크놀로지즈 제조 「HF-2000」을 사용하였다. 가속 전압은 200kV로 하였다. Next, sample E1-1 and sample F1-1 were analyzed by nanobeam electron diffraction. For the acquisition of electron diffraction, "HF-2000" manufactured by Hitachi High-Technologies was used. The acceleration voltage was set to 200 kV.

산화물 반도체막을 갖는 각 시료의 상면에 대해, 조금씩 샘플 스테이지를 이동하여 스캔을 행하면서 투과 전자 회절 패턴을 취득하였다. 전자선으로서 프로브 직경이 1nm인 나노 빔 전자선을 사용하였다. 또한 각 시료 모두 3개소에서 같은 측정을 행하였다. 즉 각 시료에 있어서, scan1 내지 scan3의 합계 3회의 스캔을 행하였다. A transmission electron diffraction pattern was obtained while scanning the upper surface of each sample having the oxide semiconductor film by moving the sample stage little by little. As the electron beam, a nanobeam electron beam having a probe diameter of 1 nm was used. Moreover, the same measurement was performed in all three places of each sample. That is, in each sample, a total of three scans of scan1 to scan3 was performed.

5nm/초의 속도로 스캔하면서 회절 패턴을 관측하고, 동영상을 취득하였다. 다음에, 얻어진 동영상에서 관측된 회절 패턴을, 0.5초마다 정지 화상으로 변환하였다. 변환한 정지 화상을 해석하여, nc-OS막의 패턴과, CAAC-OS막의 패턴과, 스피넬형의 결정 구조의 패턴의 3개로 분류하였다. 시료 El-1 및 시료 F1-1에 관해서, Scan1 내지 Scan3에 있어서 각 패턴으로 분류된 화상수를 표 3에 기재한다. 또한, 시료 E1-1의 전자 회절 패턴의 scan1의 결과를 도 44 내지 도 48에, 시료 F1-1의 scan1의 결과를 도 49 내지 도 53에 도시한다. 또한, 도 44 내지 도 48에 도시하는 전자 회절의 결과 중, CAAC-OS막의 패턴이라고 판단된 것을 파선으로 둘러싸고, 나타내었다. 또한, 도 49 내지 도 53에 도시하는 전자 회절의 결과 중, nc-OS막의 패턴이라고 판단된 것을 파선으로 둘러싸고, 나타내었다. The diffraction pattern was observed while scanning at a speed of 5 nm/sec, and a moving picture was acquired. Next, the diffraction pattern observed in the obtained moving image was converted into a still image every 0.5 seconds. The converted still image was analyzed and classified into three types: a pattern of an nc-OS film, a pattern of a CAAC-OS film, and a pattern of a spinel-type crystal structure. For Sample El-1 and Sample F1-1, Table 3 shows the number of images classified into each pattern in Scan1 to Scan3. 44 to 48 show the scan1 results of the electron diffraction pattern of the sample E1-1, and FIGS. 49 to 53 show the scan1 results of the sample F1-1. Also, among the electron diffraction results shown in Figs. 44 to 48, those judged to be the CAAC-OS film pattern are indicated by surrounding them with broken lines. In addition, among the electron diffraction results shown in Figs. 49 to 53, those judged to be the patterns of the nc-OS film are indicated by surrounding them with broken lines.

Figure pat00003
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시료 E1-1에서는, nc 비율은 90% 이상으로 높은 값을 나타내었다. 성막 온도를 보다 낮게 함으로써, nc 비율은 보다 높아지는 것을 알 수 있었다. 또한, 어느 시료에 있어서도, nc 비율과 CAAC 비율의 합은 100%이었다. In sample E1-1, the nc ratio showed a high value of 90% or more. By making the film-forming temperature lower, it turned out that the nc ratio becomes higher. Also, in any of the samples, the sum of the nc ratio and the CAAC ratio was 100%.

(실시예 2)(Example 2)

본 실시예에서 In-Ga-Zn 산화물의 막 밀도 평가 결과 및 TDS(Thermal Desorption Spectroscopy: 승온 탈리 가스 분광법) 분석의 결과를 나타낸다. In this example, the film density evaluation result of In-Ga-Zn oxide and the result of thermal desorption spectroscopy (TDS) analysis are shown.

미리 세정 처리한 석영 기판 위에, 스퍼터링법을 사용하여 In-Ga-Zn 산화물을 성막하였다. 타깃은 In:Ga:Zn=1:1:1(원자수비)의 다결정의 In-Ga-Zn 산화물을 사용하였다. 성막 조건은, 전원 전력을 100W로 하고, 성막 가스로서 아르곤 및 산소를 사용하여, 아르곤 가스와 산소 가스의 유량의 총량에 대해, 산소 가스의 유량이 2%가 되도록 유량을 조정하였다. 압력은 0.4Pa 또는 1.0Pa로 하였다. 기판 온도는 실온으로 하였다. 성막 조건, 및 막 밀도를 표 4에 기재한다. 시료 B 및 시료 D는, 스퍼터링법에 의해 In-Ga-Zn 산화물을 성막한 후, 450℃에서 열처리를 행하였다. 막 밀도의 평가는, XRR을 사용하였다. 표 4에 기재하는 바와 같이, 시료 C에서는 밀도는 6[g/㎤] 이상으로 높은 값을 나타내었다. On the previously cleaned quartz substrate, an In-Ga-Zn oxide was formed by sputtering. As the target, a polycrystalline In-Ga-Zn oxide of In:Ga:Zn=1:1:1 (atomic ratio) was used. As the film forming conditions, the power supply was 100 W, argon and oxygen were used as film forming gases, and the flow rate was adjusted so that the flow rate of oxygen gas was 2% with respect to the total amount of flow rates of argon gas and oxygen gas. The pressure was set to 0.4 Pa or 1.0 Pa. The substrate temperature was room temperature. Table 4 shows film-forming conditions and film density. Samples B and D were subjected to heat treatment at 450°C after In-Ga-Zn oxide was formed by sputtering. The evaluation of the film density used XRR. As shown in Table 4, in Sample C, the density showed a high value of 6 [g/cm 3 ] or more.

Figure pat00004
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다음에, 시료 A 내지 시료 D에 관해서, TDS 분석을 행하였다. 분자량이 18인 탈가스의 방출량을 도 54의 (A) 및 (B)에 도시한다. 분자량이 18인 탈가스는 H2O 유래라고 생각된다. 시료 A에서는 방출량이 크고, 열처리를 행한 시료 B에서는 방출량이 감소되었다. 막 밀도가 높은 시료 C에서는 열처리를 행하지 않아도 가스 방출량은 작고, 막 중에 함유되는 수분량이 작다고 생각된다. Next, samples A to D were subjected to TDS analysis. The amount of outgassing having a molecular weight of 18 is shown in Figs. 54 (A) and (B). The degassing having a molecular weight of 18 is thought to be derived from H 2 O. In Sample A, the emission amount was large, and in Sample B subjected to heat treatment, the emission amount was decreased. In Sample C having a high film density, it is considered that the amount of outgassing is small even if no heat treatment is performed, and the amount of moisture contained in the film is small.

다음에, 시료 A 내지 시료 D에 관해서, 전자선 조사에 의한 결정의 크기(결정 사이즈)의 변화를 평가하였다. 결정 사이즈는, TEM을 사용하여 단면을 관찰하고, 산출하였다. TEM을 사용하여 전자선 조사를 행하고, 누적 조사량과 결정 사이즈의 관계를 평가한 결과를 도 55에 도시한다. 시료 A에서는 전자선 조사를 행할 때마다 결정이 커지는 경향이 나타났다. 여기에서, 전자선 조사를 행하기 전의 결정 사이즈는, 예를 들면 도 55에 도시하는 근사선에 있어서 누적 조사량이 0[e-/n㎡]인 값으로 하면 좋다. 열처리를 행한 시료 B에서는, 결정 크기의 변화가 작아졌다. 또한, 막 밀도가 높은 시료 C 및 시료 D에서는, 전자선의 누적 조사량이 4.2×108[e-/n㎡]까지의 범위에 있어서 결정의 크기에 현저한 변화는 나타나지 않았다. Next, with respect to Samples A to D, the change in the crystal size (crystal size) by electron beam irradiation was evaluated. The crystal size was calculated by observing the cross section using TEM. Fig. 55 shows the result of evaluating the relationship between the cumulative irradiation amount and the crystal size by performing electron beam irradiation using TEM. In sample A, the tendency of crystal|crystallization to become large every time electron beam irradiation was performed was shown. Here, the crystal size before electron beam irradiation may be, for example, a value in which the cumulative irradiation amount is 0 [e - /nm 2 ] in the approximate line shown in FIG. 55 . In sample B subjected to heat treatment, the change in crystal size was small. Further, in Samples C and D with high film densities, there was no significant change in crystal size in the range of the cumulative irradiation amount of electron beams up to 4.2×10 8 [e /nm 2 ].

(실시예 3)(Example 3)

본 실시예에서는, 산화물 반도체막의 안정성에 관해서 평가하였다. 시료 1, 시료 2 및 시료 3의 제작 방법을 이하에 나타낸다. In this example, the stability of the oxide semiconductor film was evaluated. The preparation methods of Sample 1, Sample 2, and Sample 3 are shown below.

우선은, 석영 기판 위에, RF 스퍼터링법에 의해, 두께 100nm의 In-Ga-Zn 산화물을 성막한다. 타깃은, 다결정의 In-Ga-Zn 산화물(In:Ga:Zn=1:1:1[원자수비])을 사용하였다. 성막 가스는, 산소 가스를 2sccm 및 아르곤 가스를 98sccm으로 하였다. 또한, 전력은 100W로 하였다. 또한, 성막시의 기판 온도는 실온으로 하였다. 여기에서, 시료 1은 성막 압력을 0.4Pa로 하였다. 또한, 시료 2는 성막 압력을 1.0Pa로 하였다. First, an In-Ga-Zn oxide having a thickness of 100 nm is formed on a quartz substrate by RF sputtering. As the target, polycrystalline In-Ga-Zn oxide (In:Ga:Zn=1:1:1 [atomic ratio]) was used. As for the film-forming gas, 2 sccm of oxygen gas and 98 sccm of argon gas were used. In addition, the electric power was set to 100W. In addition, the substrate temperature at the time of film-forming was made into room temperature. Here, for Sample 1, the film-forming pressure was 0.4 Pa. In addition, in Sample 2, the film-forming pressure was 1.0 Pa.

시료 3에서는, 석영 기판 위에, DC 스퍼터링법에 의해, 두께 100nm의 In-Ga-Zn 산화물을 성막한다. 타깃은, In-Ga-Zn 산화물(In:Ga:Zn=1:1:1[원자수비])을 사용하였다. 성막 가스는, 산소 가스를 10sccm 및 아르곤 가스를 20sccm으로 하였다. 또한, 전력은 200W로 하였다. 또한, 성막시의 기판 온도는 300℃로 하였다. 성막 압력은 0.4Pa로 하였다. In Sample 3, an In-Ga-Zn oxide having a thickness of 100 nm was formed on a quartz substrate by DC sputtering. As the target, In-Ga-Zn oxide (In:Ga:Zn=1:1:1 [atomic ratio]) was used. As for the film-forming gas, 10 sccm of oxygen gas and 20 sccm of argon gas were used. In addition, the electric power was set to 200W. In addition, the substrate temperature at the time of film-forming was 300 degreeC. The film-forming pressure was 0.4 Pa.

다음에, 산소 및 질소를 함유하는 분위기 하에서 1시간의 가열 처리를 행하였다. 가열 처리 온도는 250℃, 300℃, 350℃, 400℃, 및 450℃의 5조건으로 하였다. 그 후, 가열 처리를 행하고 있지 않은 조건도 포함시키고, 시료 1, 시료 2 및 시료 3의 막 밀도를 측정하였다. 막 밀도의 측정에는, Bruker-AXS사 제조 X선 회절 장치 D8 ADVANCE에 의한 XRR을 사용하였다. 시료 1의 결과를 도 58의 (A)에, 시료 2의 결과를 도 58의 (B)에, 시료 3의 결과를 도 58의 (C)에 도시한다. 가로축은 가열 처리의 온도이다. 시료 1의 막 밀도는 5.9g/㎤에서부터 6.1g/㎤이었다. 시료 2의 막 밀도는 5.6g/㎤에서부터 5.8g/㎤의 범위이었다. 시료 3의 막 밀도는 6.2g/㎤에서부터 6.4g/㎤의 범위이었다. Next, heat treatment was performed for 1 hour in an atmosphere containing oxygen and nitrogen. Heat treatment temperature was made into 5 conditions of 250 degreeC, 300 degreeC, 350 degreeC, 400 degreeC, and 450 degreeC. Thereafter, the film densities of Sample 1, Sample 2, and Sample 3 were measured, including conditions in which no heat treatment was performed. For the measurement of the film density, XRR by an X-ray diffraction apparatus D8 ADVANCE manufactured by Bruker-AXS was used. The result of sample 1 is shown in FIG. 58(A), the result of sample 2 is shown in FIG. 58(B), and the result of sample 3 is shown in FIG. 58(C). The horizontal axis represents the temperature of the heat treatment. The film density of Sample 1 was from 5.9 g/cm 3 to 6.1 g/cm 3 . The film density of Sample 2 ranged from 5.6 g/cm 3 to 5.8 g/cm 3 . The film density of Sample 3 ranged from 6.2 g/cm 3 to 6.4 g/cm 3 .

다음에, 시료 1, 시료 2 및 시료 3을, 인산을 순수로 100배로 희석한 수용액을 사용하여 에칭하였다. 그리고, 에칭 전후의 두께를 측정함으로써, 에칭 레이트를 측정하였다. 시료 1의 결과를 도 59의 (A)에, 시료 2의 결과를 도 59의 (B)에, 시료 3의 결과를 도 59의 (C)에 도시한다. 시료 1 및 시료 2는 가열 처리의 온도가 높을수록, 에칭 레이트가 낮아지는 것을 알 수 있었다. 시료 3은 가열 처리의 온도에 의한 차가 작은 것을 알 수 있었다. 또한, 가열 처리를 행한 시료 2보다 가열 처리를 행하고 있지 않은 시료 1이, 에칭 레이트가 낮아지는 것을 알 수 있었다. 또한, 가열 처리를 행한 시료 1보다 가열 처리를 행하고 있지 않은 시료 3이, 에칭 레이트가 낮아지는 것을 알 수 있었다. Next, Sample 1, Sample 2, and Sample 3 were etched using an aqueous solution in which phosphoric acid was diluted 100 times with pure water. And the etching rate was measured by measuring the thickness before and behind an etching. The result of sample 1 is shown in FIG. 59(A), the result of sample 2 is shown in FIG. 59(B), and the result of sample 3 is shown in FIG. 59(C). As for Sample 1 and Sample 2, it turned out that the etching rate becomes low, so that the temperature of heat processing is high. It turned out that the difference by the temperature of sample 3 was small. Moreover, it turned out that the sample 1 which has not heat-processed has the etching rate lower than the sample 2 which performed the heat treatment. Moreover, it turned out that the sample 3 which has not heat-processed has the etching rate lower than the sample 1 which performed the heat treatment.

다음에, 시료 1, 시료 2 및 시료 3을 TDS 분석하고, 질량 전하비가 18인 탈가스(물)의 방출량을 측정하였다. TDS 분석에는, 덴시가가쿠 가부시키가이샤 제조 승온 탈리 분석 장치 TDS-1200을 사용하였다. 시료 1의 결과를 도 60의 (A)에, 시료 2의 결과를 도 60의 (B)에, 시료 3의 결과를 도 60의 (C)에 도시한다. 시료 1, 시료 2 및 시료 3은 가열 처리의 온도가 높을수록, 질량 전하비가 18인 탈가스의 방출량이 적어지는 것을 알 수 있었다. 또한, 가열 처리를 행한 시료 2보다 가열 처리를 행하고 있지 않은 시료 1이, 질량 전하비가 18인 탈가스의 방출량이 적어지는 것을 알 수 있었다. 또한, 가열 처리를 행한 시료 1보다 가열 처리를 행하고 있지 않은 시료 3이, 질량 전하비가 18인 탈가스의 방출량이 적어지는 것을 알 수 있었다. Next, sample 1, sample 2, and sample 3 were subjected to TDS analysis, and the amount of outgassing (water) having a mass-to-charge ratio of 18 was measured. For the TDS analysis, a temperature rise and desorption analyzer TDS-1200 manufactured by Denshi Chemical Co., Ltd. was used. The result of sample 1 is shown in FIG. 60(A), the result of sample 2 is shown in FIG. 60(B), and the result of sample 3 is shown in FIG. 60(C). As for Sample 1, Sample 2, and Sample 3, it was found that the higher the heat treatment temperature, the smaller the amount of degassed with a mass charge ratio of 18 decreased. Moreover, it turned out that the amount of outgassing of the sample 1 which has not heat-processed compared with the sample 2 which performed the heat treatment decreased with a mass-to-charge ratio of 18. Moreover, it turned out that the amount of outgassing of the sample 3 which had not heat-processed compared with the sample 1 which performed the heat treatment decreased with a mass charge ratio of 18.

다음에, 시료 1 및 시료 2의 수소 농도를 측정하였다. 수소 농도의 측정은 SIMS로 행하였다. SIMS은 CAMECA사 제조 IMS 7fR을 사용하였다. 시료 1의 결과를 도 61의 (A) 및 도 68의 (A)에, 시료 2의 결과를 도 61의 (B) 및 도 68의 (B)에 도시한다. 여기에서, 도 68의 (A) 및 도 68의 (B)에는, 가로축에 막 표면으로부터의 깊이를, 세로축에 수소 농도를 나타낸다. 또한, 도 61의 (A) 및 도 61의 (B)에는, 깊이 10nm에서부터 60nm까지의 수소 농도의 평균값을 도시한다. 또한, 도 68의 (A) 및 도 68의 (B)에 있어서, 깊이 80nm 근방에서 급격하게 수소 농도가 변화되는 영역보다 뒤에서는 In-Ga-Zn 산화물막이 잔존하지 않아 석영 기판을 측정하고 있을 가능성이 있다. 또한, 10nm 미만의 영역에서는 표면 상태의 영향을 받을 가능성이 있다. 따라서, In-Ga-Zn 산화물막의 수소 농도는, 예를 들면 깊이 10nm에서부터 60nm까지의 평균값으로 나타내는 것이 바람직하다. 시료 1 및 시료 2는 가열 처리의 온도가 높을수록, 수소 농도가 낮아지는 것을 알 수 있었다. 또한, 가열 처리를 행한 시료 2보다 가열 처리를 행하고 있지 않은 시료 1이, 수소 농도가 낮아지는 것을 알 수 있었다. Next, the hydrogen concentrations of Sample 1 and Sample 2 were measured. The hydrogen concentration was measured by SIMS. For SIMS, IMS 7fR manufactured by CAMECA was used. The results of Sample 1 are shown in FIGS. 61A and 68A, and the results of Sample 2 are shown in FIGS. 61B and 68B. Here, in FIGS. 68A and 68B , the horizontal axis indicates the depth from the film surface, and the vertical axis indicates the hydrogen concentration. In addition, in FIGS. 61A and 61B, the average value of the hydrogen concentration from a depth of 10 nm to 60 nm is shown. In addition, in FIGS. 68(A) and 68(B), the In-Ga-Zn oxide film does not remain behind the region where the hydrogen concentration changes rapidly in the vicinity of 80 nm in depth, so that the quartz substrate may be measured There is this. In addition, in a region of less than 10 nm, there is a possibility that the surface state may be affected. Therefore, it is preferable that the hydrogen concentration of the In-Ga-Zn oxide film is expressed by, for example, an average value from a depth of 10 nm to 60 nm. In Sample 1 and Sample 2, it was found that the higher the heat treatment temperature, the lower the hydrogen concentration. Moreover, it turned out that the hydrogen concentration of Sample 1 which has not heat-processed is lower than Sample 2 which performed heat treatment.

다음에, 시료 1, 시료 2 및 시료 3의 가열 처리에 의한 결정 사이즈의 변화를 TEM으로 측정하였다. 또한, 결정 사이즈는, 20점에서 45점의 평균값으로 나타낸다. TEM은 히타치 투과 전자 현미경 H-9000NAR을 사용하였다. 시료 1의 결과를 도 62의 (A)에, 시료 2의 결과를 도 62의 (B), 시료 3의 결과를 도 62의 (C)에 도시한다. 시료 1은, 가열 처리의 온도에 상관없이 결정 사이즈가 1.4nm 정도인 것을 알 수 있었다. 시료 2는 가열 처리를 행하고 있지 않을 때(도 67 참조.)는 결정 사이즈가 1.2nm 정도이었던 것이, 250℃의 가열 처리에 의해 1.3nm 정도까지 성장하고, 또한 300℃의 가열 처리에 의해 1.6nm 정도까지 성장하였다. 또한, 300℃에서부터 450℃의 범위에서는 결정 사이즈에 변화는 나타나지 않았다. 또한, 시료 3에 있어서도, 결정 사이즈는 가열 처리의 온도에 의하지 않고 1.5 내지 1.6nm이었다. Next, the change in crystal size of Sample 1, Sample 2, and Sample 3 due to heat treatment was measured by TEM. Incidentally, the crystal size is indicated by an average value of 20 to 45 points. For TEM, a Hitachi transmission electron microscope H-9000NAR was used. The result of sample 1 is shown in FIG. 62(A), the result of sample 2 is shown in FIG. 62(B), and the result of sample 3 is shown in FIG. 62(C). It was found that Sample 1 had a crystal size of about 1.4 nm regardless of the temperature of the heat treatment. Sample 2 had a crystal size of about 1.2 nm when not subjected to heat treatment (see Fig. 67), grew to about 1.3 nm by heat treatment at 250° C., and 1.6 nm by heat treatment at 300° C. grew to some degree. In addition, in the range of 300 degreeC to 450 degreeC, there was no change in crystal size. Also in Sample 3, the crystal size was 1.5 to 1.6 nm regardless of the temperature of the heat treatment.

다음에, 시료 1, 시료 2 및 시료 3의 전자선 조사에 의한 결정 사이즈의 변화를 TEM으로 측정하였다. 시료 1의 결과를 도 63의 (A)에, 시료 2의 결과를 도 63의 (B), 시료 3의 결과를 도 63의 (C)에 도시한다. 시료 1 및 시료 3은, 가열 처리의 온도에 상관없으며, 또한 전자선 조사에 의해서도 결정 사이즈의 변화는 거의 나타나지 않았다. 시료 2는 전자선 조사에 의해 결정 사이즈의 증대가 나타났다. 또한, 이 경향은 가열 처리의 온도가 낮을수록 현저하였다. Next, the change in crystal size of Sample 1, Sample 2, and Sample 3 due to electron beam irradiation was measured by TEM. The result of sample 1 is shown in FIG. 63(A), the result of sample 2 is shown in FIG. 63(B), and the result of sample 3 is shown in FIG. 63(C). In Sample 1 and Sample 3, regardless of the temperature of the heat treatment, there was hardly any change in crystal size even by electron beam irradiation. Sample 2 showed an increase in crystal size by electron beam irradiation. Moreover, this tendency was so remarkable that the temperature of heat processing was low.

가열 처리에 의한 결정 사이즈의 변화, 및 전자선 조사에 의한 결정 사이즈의 변화를 보면, 시료 1 및 시료 3은 시료 2보다 높은 안정성을 갖는 것을 알 수 있다. 시료 1, 시료 2 및 시료 3을 상기한 구조의 분류에 비추어 보면, 시료 1은 nc-OS막이 되고, 시료 2는 a-like OS막이 되고, 시료 3은 CAAC-OS가 된다. When the change in the crystal size by heat treatment and the change in the crystal size by electron beam irradiation are observed, it can be seen that Sample 1 and Sample 3 have higher stability than Sample 2. When Sample 1, Sample 2, and Sample 3 are classified according to the above structure, Sample 1 becomes an nc-OS film, Sample 2 becomes an a-like OS film, and Sample 3 becomes a CAAC-OS.

이와 같이, nc-OS막은 a-like OS막보다 막 밀도가 높고, 에칭 레이트가 낮으며, 물의 탈가스가 적고, 또한 수소 농도가 낮다. 또한, 그 차는, 성막후의 가열 처리로는 메울 수는 없다. 즉, 트랜지스터에는, 성막시에 nc-OS막인 산화물 반도체막을 사용하는 것이 중요하다. As described above, the nc-OS film has a higher film density, a lower etching rate, less degassing of water, and a lower hydrogen concentration than the a-like OS film. In addition, the gap cannot be filled by the heat treatment after film formation. That is, it is important to use an oxide semiconductor film, which is an nc-OS film, for the transistor at the time of film formation.

(실시예 4)(Example 4)

본 실시예에서는, nc-OS막의 국재 준위를 평가하였다. 국재 준위의 평가는, CPM(Constant photocurrent method) 측정으로 행하였다.In this example, the local level of the nc-OS film was evaluated. Evaluation of the local level was performed by CPM (Constant photocurrent method) measurement.

CPM 측정에는, 유리 기판 위의 게이트 전극(텅스텐)과, 게이트 전극 위의 nc-OS막과, 게이트 전극과 nc-OS막 사이의 게이트 절연체(산화 질화 실리콘)와, nc-OS막과 접하는 한 쌍의 전극(텅스텐, 알루미늄 및 티타늄의 순으로 형성된 적층체)과, nc-OS막 위 및 한 쌍의 전극 위의 절연체(산화 질화 실리콘 및 질화 실리콘의 순으로 형성된 적층체)를 갖는 시료를 준비하였다. 또한, nc-OS막의 성막은, AC 스퍼터링법에 의해, 두께 35nm으로 행하였다. 타깃은 In-Ga-Zn 산화물(In:Ga:Zn=1:1:1.2[원자수비])을 사용하였다. 성막 가스는, 산소 가스를 10체적% 및 아르곤 가스를 90체적%로 하였다. 또한, 전력은 2.5kW로 하였다. 또한, 성막시의 기판 온도는 실온으로 하였다. 또한, 성막 압력은 0.6Pa로 하였다. For CPM measurement, the gate electrode (tungsten) on the glass substrate, the nc-OS film on the gate electrode, the gate insulator (silicon oxynitride) between the gate electrode and the nc-OS film, and the nc-OS film are in contact. Prepare a sample having a pair of electrodes (a laminate formed in this order of tungsten, aluminum, and titanium) and an insulator (a laminate formed in this order of silicon oxynitride and silicon nitride) on the nc-OS film and on the pair of electrodes did. Incidentally, the nc-OS film was formed to a thickness of 35 nm by AC sputtering. As the target, In-Ga-Zn oxide (In:Ga:Zn=1:1:1.2 [atomic ratio]) was used. As for the film-forming gas, 10 volume% of oxygen gas and 90 volume% of argon gas were made into. In addition, the electric power was set to 2.5 kW. In addition, the substrate temperature at the time of film-forming was made into room temperature. In addition, the film-forming pressure was 0.6 Pa.

다음에, 제작한 시료에 대해 가열 처리를 행하였다. 가열 처리는, 질소 분위기 하에서 1시간 행한 후, 추가로 산소 및 질소를 함유하는 분위기 하에서 1시간 행하였다.Next, it heat-processed with respect to the produced sample. The heat treatment was performed under a nitrogen atmosphere for 1 hour, and then further performed under an atmosphere containing oxygen and nitrogen for 1 hour.

CPM 측정은, nc-OS막에 접하여 설치된 한 쌍의 전극간에 전압을 인가한 상태에서 광전류값이 일정해지도록 단자간의 시료면에 조사하는 광량을 조정하고, 조사 광량으로부터 흡수 계수를 도출한다. 여기서는, 흡수 계수의 도출을 각 파장으로 행하였다. CPM 측정에서는, 국재 준위 밀도에 따른 에너지(파장으로부터 환산)에 있어서의 흡수 계수가 증가한다. 이 흡수 계수의 증가분에 상수를 곱함으로써, 시료의 국재 준위 밀도를 도출할 수 있다. In the CPM measurement, the amount of light irradiated to the sample surface between the terminals is adjusted so that the photocurrent value becomes constant while a voltage is applied between a pair of electrodes provided in contact with the nc-OS film, and an absorption coefficient is derived from the amount of light irradiated. Here, the absorption coefficient was derived for each wavelength. In CPM measurement, the absorption coefficient in energy (converted from wavelength) according to the density of local levels increases. By multiplying the increment of this absorption coefficient by a constant, the density of localized levels in the sample can be derived.

또한, 광 흡수 스펙트럼의 커브로부터 밴드 테일에 기인하는 광흡수(우르바흐 테일)를 제거함으로써, 국재 준위에 의한 흡수 계수(α)를 이하의 식으로부터 산출할 수 있다. In addition, by removing the light absorption (Urbach tail) due to the band tail from the curve of the light absorption spectrum, the absorption coefficient α by the local level can be calculated from the following equation.

α=∫[(α(E)-αu)/E]dE α=∫[(α(E)-α u )/E]dE

여기에서, E는 에너지, α(E)는 각 에너지에 있어서의 흡수 계수를 나타내고, αu는 우르바흐 테일에 의한 흡수 계수를 나타낸다. Here, E denotes energy, α(E) denotes the absorption coefficient at each energy, and α u denotes the absorption coefficient by the Urbach tail.

또한, 우르바흐 테일의 기울기를 우르바흐 에너지라고 한다. 우르바흐 에너지가 낮을수록, 결함이 적고, 가전자대의 밴드단에 있어서의 준위의 테일(아래쪽 부분)의 기울기가 급준하는 질서성이 높은 반도체막이라고 할 수 있다. Also, the slope of the Urbach tail is called the Urbach energy. The lower the Urbach energy, the fewer defects, and the higher the order of the semiconductor film, the steeper the inclination of the tail (lower part) of the level at the band end of the valence band.

도 64에, 분광 광도계에 의해 측정한 흡수 계수(점선)와, CPM에 의해 측정한 흡수 계수(실선)를 산화물 반도체막의 에너지 갭 이상의 에너지 범위에 있어서, 피팅한 결과를 도시한다. 도 64의 (A)는 성막후에 300℃에서 가열 처리를 한 시료의 결과를, 도 64의 (B)는 성막후에 400℃에서 가열 처리를 한 시료의 결과를, 도 64의 (C)는 성막후에 450℃에서 가열 처리를 한 시료의 결과를 각각 도시한다. CPM에 의해 측정한 흡수 계수로부터 얻어진 우르바흐 에너지는, 각각 72.65meV, 69.45meV 및 70.32meV이었다. 64 shows the results of fitting the absorption coefficient (dotted line) measured by the spectrophotometer and the absorption coefficient (solid line) measured by CPM in an energy range equal to or greater than the energy gap of the oxide semiconductor film. Fig. 64(A) shows the result of the sample subjected to heat treatment at 300°C after film formation, (B) is the result of the sample subjected to heat treatment at 400°C after film formation, and Fig. 64(C) is the film-forming result. The results of samples subjected to heat treatment at 450°C afterward are respectively shown. The Urbach energies obtained from the absorption coefficient measured by CPM were 72.65 meV, 69.45 meV, and 70.32 meV, respectively.

또한, 도 64에 있어서 CPM 측정으로 도출한 흡수 계수로부터 백그라운드(가는 점선)를 빼고, 흡수 계수의 적분값을 도출하였다. 결과를 도 65에 도시한다. 국재 준위에 의한 흡수 계수는, 각각 6.27×10-1cm-1, 4.19×10-1cm-1 및 2.29×10-1cm-1이었다. 가열 처리의 온도와 흡수 계수의 관계를 도 66에 도시한다. 도 66으로부터, 가열 처리의 온도가 높을수록 흡수 계수가 작아지기 때문에, 국재 준위 밀도도 작아지는 것을 알 수 있다. In addition, the background (thin dotted line) was subtracted from the absorption coefficient derived by CPM measurement in FIG. 64, and the integral value of the absorption coefficient was derived. The results are shown in FIG. 65 . The absorption coefficients by the local level were 6.27×10 −1 cm −1 , 4.19×10 −1 cm −1 and 2.29×10 −1 cm −1 , respectively. The relationship between the temperature of the heat treatment and the absorption coefficient is shown in FIG. 66 . From Fig. 66, it can be seen that the higher the temperature of the heat treatment, the smaller the absorption coefficient, so that the density of localized states also becomes smaller.

11 영역
12 영역
13 영역
14 영역
15 영역
16 영역
21 수선
22 수선
23 수선
50 기판
51 절연막
100 트랜지스터
101 반도체층
101a 절연체층
101b 반도체층
101c 절연체층
102 게이트 절연막
103 게이트 전극
104a 도전층
104b 도전층
105 도전층
111 배리어막
112 절연막
113 절연막
114 절연막
116 절연막
123 플러그
124 배선
130 트랜지스터
131 반도체 기판
132 반도체층
133a 저저항층
133b 저저항층
134 게이트 절연막
135 게이트 전극
136 절연막
137 절연막
138 절연막
139 플러그
140 플러그
143 도전층
150 용량 소자
151 도전층
152a 도전층
152b 도전층
160 트랜지스터
164 플러그
165 플러그
166 배선
171a 저저항층
171b 저저항층
176a 영역
176b 영역
181 소자 분리층
190 트랜지스터
191 트랜지스터
201 반도체층
201a 반도체층
201b 반도체층
202 게이트 절연막
202a 게이트 절연막
202b 게이트 절연막
203a 게이트 전극
203b 전극
204a 도전층
204b 도전층
214 절연막
215 절연막
216 절연막
218 절연막
251 도전층
281 하드 마스크
321 플러그
322 플러그
324 영역
501 화소 회로
502 화소부
504 구동 회로부
504a 게이트 드라이버
504b 소스 드라이버
506 보호 회로
507 단자부
550 트랜지스터
552 트랜지스터
554 트랜지스터
560 용량 소자
562 용량 소자
570 액정 소자
572 발광 소자
610 전자총실
612 광학계
614 시료실
616 광학계
618 카메라
620 관찰실
622 필름실
624 전자
632 형광판
700 표시 장치
701 기판
702 화소부
704 소스 드라이버 회로부
705 기판
706 게이트 드라이버 회로부
708 FPC 단자부
710 신호선
711 배선부
712 씰재
716 FPC
730 절연막
732 밀봉막
734 절연막
736 착색막
738 차광막
750 트랜지스터
752 트랜지스터
760 접속 전극
764 절연막
766 절연막
768 절연막
770 평탄화 절연막
772 도전층
774 도전층
775 액정 소자
776 액정층
778 구조체
780 이방성 도전층
782 발광 소자
784 도전층
786 EL층
788 도전층
790 용량 소자
790a 용량 소자
790b 용량 소자
800 RF 태그
801 통신기
802 안테나
803 무선 신호
804 안테나
805 정류 회로
806 정전압 회로
807 복조 회로
808 변조 회로
809 논리 회로
810 기억 회로
811 ROM
901 하우징
902 하우징
903 표시부
904 표시부
905 마이크로폰
906 스피커
907 조작 키
908 스타일러스
911 하우징
912 하우징
913 표시부
914 표시부
915 접속부
916 조작 키
921 하우징
922 표시부
923 키보드
924 포인팅 디바이스
931 하우징
932 냉장실용 문
933 냉동실용 문
941 하우징
942 하우징
943 표시부
944 조작 키
945 렌즈
946 접속부
951 차체
952 차륜
953 계기판
954 라이트
2100 트랜지스터
2200 트랜지스터
4000 RF 태그
5100 펠릿
5100a 펠릿
5100b 펠릿
5101 이온
5120 기판
5130 타깃
8000 표시 모듈
8001 상부 커버
8002 하부 커버
8003 FPC
8004 터치 패널
8005 FPC
8006 표시 패널
8007 백 라이트
8008 광원
8009 프레임
8010 프린트 기판
8011 배터리
11 area
12 zones
Area 13
14 area
15 areas
16 zones
21 repair
22 repair
23 repair
50 boards
51 insulating film
100 transistors
101 semiconductor layer
101a insulator layer
101b semiconductor layer
101c insulator layer
102 gate insulating film
103 gate electrode
104a conductive layer
104b conductive layer
105 conductive layer
111 barrier
112 insulating film
113 insulating film
114 insulating film
116 insulating film
123 plug
124 wiring
130 transistors
131 semiconductor substrate
132 semiconductor layer
133a low resistance layer
133b low resistance layer
134 Gate Insulation Film
135 gate electrode
136 insulating film
137 insulating film
138 insulating film
139 plug
140 plug
143 conductive layer
150 capacitive element
151 conductive layer
152a conductive layer
152b conductive layer
160 transistors
164 plug
165 plug
166 wiring
171a low resistance layer
171b low resistance layer
176a area
176b area
181 element isolation layer
190 transistors
191 transistor
201 semiconductor layer
201a semiconductor layer
201b semiconductor layer
202 gate insulating film
202a gate insulating film
202b gate insulating film
203a gate electrode
203b electrode
204a conductive layer
204b conductive layer
214 insulating film
215 insulating film
216 insulating film
218 insulating film
251 conductive layer
281 hard mask
321 plug
322 plug
324 area
501 pixel circuit
502 pixels
504 drive circuit
504a gate driver
504b source driver
506 protection circuit
507 terminal part
550 transistors
552 transistor
554 transistor
560 capacitive element
562 capacitive element
570 liquid crystal element
572 light emitting element
610 electron gun room
612 Optics
614 sample room
616 Optics
618 camera
620 observation room
622 film room
624 electronic
632 Fluorescent Plate
700 indicator
701 board
702 pixel part
704 source driver circuitry
705 board
706 gate driver circuitry
708 FPC terminal
710 signal line
711 wiring
712 sealant
716 FPC
730 insulating film
732 sealing film
734 insulating film
736 colored film
738 light shield
750 transistors
752 transistor
760 connection electrode
764 insulating film
766 Insulation Film
768 insulating film
770 planarization insulating film
772 conductive layer
774 conductive layer
775 liquid crystal element
776 liquid crystal layer
778 structure
780 Anisotropic Conductive Layer
782 light emitting element
784 conductive layer
786 EL layer
788 conductive layer
790 capacitive element
790a capacitive element
790b capacitive element
800 RF tag
801 communicator
802 antenna
803 radio signal
804 antenna
805 rectifier circuit
806 constant voltage circuit
807 demodulation circuit
808 modulation circuit
809 logic circuit
810 memory circuit
811 ROM
901 housing
902 housing
903 display
904 display
905 microphone
906 speaker
907 operation keys
908 stylus
911 housing
912 housing
913 display
914 display
915 connection
916 operation keys
921 housing
922 display
923 keyboard
924 pointing device
931 housing
932 Refrigerator Door
933 Freezer Door
941 housing
942 housing
943 display
944 operation keys
945 lens
946 connection
951 body
952 wheel
953 instrument panel
954 light
2100 transistors
2200 transistors
4000 RF tags
5100 pellets
5100a pellets
5100b pellets
5101 ion
5120 board
5130 target
8000 display module
8001 top cover
8002 lower cover
8003 FPC
8004 touch panel
8005 FPC
8006 display panel
8007 back light
8008 light source
8009 frames
8010 printed board
8011 battery

Claims (3)

반도체 장치에 있어서,
제 1 트랜지스터로서, 상기 제 1 트랜지스터는 제 1 채널 형성 영역에 실리콘을 포함하는, 상기 제 1 트랜지스터;
상기 제 1 채널 형성 영역 위의 제 1 절연층;
상기 제 1 절연층 위의 제 1 도전층으로서, 상기 제 1 도전층은 용량 소자의 제 1 전극으로서 기능하는, 상기 제 1 도전층;
상기 제 1 도전층 위의 제 2 절연층;
상기 제 2 절연층 위의 제 2 도전층, 제 3 도전층, 및 제 4 도전층;
상기 제 2 도전층, 상기 제 3 도전층, 및 상기 제 4 도전층 위의 제 3 절연층;
상기 제 3 절연층 위의 제 2 트랜지스터의 제 2 채널 형성 영역을 포함하는 층으로서, 상기 제 2 채널 형성 영역은 산화물 반도체를 포함하는, 상기 제 2 채널 형성 영역을 포함하는 층;
상기 제 2 채널 형성 영역을 포함하는 층 위의, 상기 제 2 트랜지스터의 소스 전극 및 드레인 전극 중 한쪽으로서 기능하는 영역을 포함하는, 제 5 도전층;
상기 제 2 채널 형성 영역을 포함하는 층 위의 제 4 절연층;
상기 제 4 절연층 위의 제 6 도전층;
상기 제 6 도전층 위의 제 5 절연층; 및
상기 제 5 절연층 위의 제 7 도전층을 포함하고,
상기 제 5 도전층은 상기 제 2 채널 형성 영역을 포함하는 층의 상면과 접하고,
상기 제 2 도전층은 상기 제 2 트랜지스터의 제 1 게이트 전극으로서 기능하고,
상기 제 6 도전층은 상기 제 2 트랜지스터의 제 2 게이트 전극으로서 기능하고,
상기 제 3 도전층은 상기 용량 소자의 제 2 전극으로서 기능하고,
상기 제 3 도전층 및 상기 제 4 도전층은 상기 제 1 도전층과 중첩되고,
상기 제 2 도전층, 상기 제 3 도전층, 및 상기 제 4 도전층은 동일한 재료를 포함하는, 반도체 장치.
In a semiconductor device,
a first transistor comprising silicon in a first channel formation region;
a first insulating layer over the first channel forming region;
a first conductive layer over the first insulating layer, the first conductive layer functioning as a first electrode of a capacitor;
a second insulating layer over the first conductive layer;
a second conductive layer, a third conductive layer, and a fourth conductive layer over the second insulating layer;
a third insulating layer over the second conductive layer, the third conductive layer, and the fourth conductive layer;
a layer comprising a second channel forming region of a second transistor over the third insulating layer, the second channel forming region comprising an oxide semiconductor;
a fifth conductive layer over the layer including the second channel forming region, the fifth conductive layer including a region functioning as one of a source electrode and a drain electrode of the second transistor;
a fourth insulating layer over the layer comprising the second channel forming region;
a sixth conductive layer over the fourth insulating layer;
a fifth insulating layer over the sixth conductive layer; and
a seventh conductive layer on the fifth insulating layer;
the fifth conductive layer is in contact with an upper surface of the layer including the second channel forming region;
the second conductive layer functions as a first gate electrode of the second transistor;
the sixth conductive layer functions as a second gate electrode of the second transistor;
the third conductive layer functions as a second electrode of the capacitor,
The third conductive layer and the fourth conductive layer overlap the first conductive layer,
and the second conductive layer, the third conductive layer, and the fourth conductive layer comprise the same material.
반도체 장치에 있어서,
제 1 트랜지스터로서, 상기 제 1 트랜지스터는 제 1 채널 형성 영역에 실리콘을 포함하는, 상기 제 1 트랜지스터;
상기 제 1 채널 형성 영역 위의 제 1 절연층;
상기 제 1 절연층 위의 제 1 도전층으로서, 상기 제 1 도전층은 용량 소자의 제 1 전극으로서 기능하는, 상기 제 1 도전층;
상기 제 1 도전층 위의 제 2 절연층;
상기 제 2 절연층 위의 제 2 도전층, 제 3 도전층, 및 제 4 도전층;
상기 제 2 도전층, 상기 제 3 도전층, 및 상기 제 4 도전층 위의 제 3 절연층;
상기 제 3 절연층 위의 제 2 트랜지스터의 제 2 채널 형성 영역을 포함하는 층으로서, 상기 제 2 채널 형성 영역은 산화물 반도체를 포함하는, 상기 제 2 채널 형성 영역을 포함하는 층;
상기 제 2 채널 형성 영역을 포함하는 층 위의, 상기 제 2 트랜지스터의 소스 전극 및 드레인 전극 중 한쪽으로서 기능하는 영역을 포함하는, 제 5 도전층;
상기 제 2 채널 형성 영역을 포함하는 층 위의 제 4 절연층;
상기 제 4 절연층 위의 제 6 도전층;
상기 제 6 도전층 위의 제 5 절연층; 및
상기 제 5 절연층 위의 제 7 도전층을 포함하고,
상기 제 5 도전층은 상기 제 2 채널 형성 영역을 포함하는 층의 상면과 접하고,
상기 제 5 도전층은 상기 제 2 절연층 및 상기 제 3 절연층에 제공된 개구를 통해 상기 제 1 도전층의 상면과 접하고,
상기 제 2 도전층은 상기 제 2 트랜지스터의 제 1 게이트 전극으로서 기능하고,
상기 제 6 도전층은 상기 제 2 트랜지스터의 제 2 게이트 전극으로서 기능하고,
상기 제 3 도전층은 상기 용량 소자의 제 2 전극으로서 기능하고,
상기 제 3 도전층 및 상기 제 4 도전층은 상기 제 1 도전층과 중첩되고,
상기 제 2 도전층, 상기 제 3 도전층, 및 상기 제 4 도전층은 상기 제 2 절연층 위에 제공되는, 반도체 장치.
In a semiconductor device,
a first transistor comprising silicon in a first channel formation region;
a first insulating layer over the first channel forming region;
a first conductive layer over the first insulating layer, the first conductive layer functioning as a first electrode of a capacitor;
a second insulating layer over the first conductive layer;
a second conductive layer, a third conductive layer, and a fourth conductive layer over the second insulating layer;
a third insulating layer over the second conductive layer, the third conductive layer, and the fourth conductive layer;
a layer comprising a second channel forming region of a second transistor over the third insulating layer, the second channel forming region comprising an oxide semiconductor;
a fifth conductive layer over the layer including the second channel forming region, the fifth conductive layer including a region functioning as one of a source electrode and a drain electrode of the second transistor;
a fourth insulating layer over the layer comprising the second channel forming region;
a sixth conductive layer over the fourth insulating layer;
a fifth insulating layer over the sixth conductive layer; and
a seventh conductive layer on the fifth insulating layer;
the fifth conductive layer is in contact with an upper surface of the layer including the second channel forming region;
the fifth conductive layer is in contact with an upper surface of the first conductive layer through openings provided in the second insulating layer and the third insulating layer;
the second conductive layer functions as a first gate electrode of the second transistor;
the sixth conductive layer functions as a second gate electrode of the second transistor;
the third conductive layer functions as a second electrode of the capacitor,
The third conductive layer and the fourth conductive layer overlap the first conductive layer,
and the second conductive layer, the third conductive layer, and the fourth conductive layer are provided over the second insulating layer.
반도체 장치에 있어서,
제 1 트랜지스터로서, 상기 제 1 트랜지스터는 제 1 채널 형성 영역에 실리콘을 포함하는, 상기 제 1 트랜지스터;
상기 제 1 채널 형성 영역 위의 제 1 절연층;
상기 제 1 절연층 위의 제 1 도전층으로서, 상기 제 1 도전층은 용량 소자의 제 1 전극으로서 기능하는, 상기 제 1 도전층;
상기 제 1 도전층 위의 제 2 절연층;
상기 제 2 절연층 위의 제 2 도전층, 제 3 도전층, 및 제 4 도전층;
상기 제 2 도전층, 상기 제 3 도전층, 및 상기 제 4 도전층 위의 제 3 절연층;
상기 제 3 절연층 위의 제 2 트랜지스터의 제 2 채널 형성 영역을 포함하는 층으로서, 상기 제 2 채널 형성 영역은 산화물 반도체를 포함하는, 상기 제 2 채널 형성 영역을 포함하는 층;
상기 제 2 채널 형성 영역을 포함하는 층 위의, 상기 제 2 트랜지스터의 소스 전극 및 드레인 전극 중 한쪽으로서 기능하는 영역을 포함하는, 제 5 도전층;
상기 제 2 채널 형성 영역을 포함하는 층 위의 제 4 절연층;
상기 제 4 절연층 위의 제 6 도전층;
상기 제 6 도전층 위의 제 5 절연층;
상기 제 5 절연층 위의 제 7 도전층;
상기 제 7 도전층 위의 제 6 절연층; 및
상기 제 6 절연층 위의 제 8 도전층을 포함하고,
단면도에서, 상기 제 8 도전층은 상기 제 1 도전층, 상기 제 2 도전층, 상기 제 3 도전층, 상기 제 4 도전층, 상기 제 5 도전층, 및 상기 제 6 도전층과 중첩되고,
상기 제 4 절연층은 상기 제 6 도전층의 단부를 넘어 연장되고,
상기 제 5 도전층은 상기 제 2 채널 형성 영역을 포함하는 층의 상면과 접하고,
상기 제 5 도전층은 상기 제 2 절연층 및 상기 제 3 절연층에 제공된 개구를 통해 상기 제 1 도전층의 상면과 접하고,
단면도에서, 상기 제 5 도전층은 상기 제 3 도전층 및 상기 제 4 도전층 사이에 제공되고,
상기 제 2 도전층은 상기 제 2 트랜지스터의 제 1 게이트 전극으로서 기능하고,
상기 제 6 도전층은 상기 제 2 트랜지스터의 제 2 게이트 전극으로서 기능하고,
상기 제 3 도전층은 상기 용량 소자의 제 2 전극으로서 기능하고,
상기 제 3 도전층 및 상기 제 4 도전층은 상기 제 1 도전층과 중첩되고,
상기 제 2 도전층, 상기 제 3 도전층, 및 상기 제 4 도전층은 동일한 층에 제공되는, 반도체 장치.
In a semiconductor device,
a first transistor comprising silicon in a first channel formation region;
a first insulating layer over the first channel forming region;
a first conductive layer over the first insulating layer, the first conductive layer functioning as a first electrode of a capacitor;
a second insulating layer over the first conductive layer;
a second conductive layer, a third conductive layer, and a fourth conductive layer over the second insulating layer;
a third insulating layer over the second conductive layer, the third conductive layer, and the fourth conductive layer;
a layer comprising a second channel forming region of a second transistor over the third insulating layer, the second channel forming region comprising an oxide semiconductor;
a fifth conductive layer over the layer including the second channel forming region, the fifth conductive layer including a region functioning as one of a source electrode and a drain electrode of the second transistor;
a fourth insulating layer over the layer comprising the second channel forming region;
a sixth conductive layer over the fourth insulating layer;
a fifth insulating layer over the sixth conductive layer;
a seventh conductive layer over the fifth insulating layer;
a sixth insulating layer over the seventh conductive layer; and
an eighth conductive layer on the sixth insulating layer;
In the cross-sectional view, the eighth conductive layer overlaps the first conductive layer, the second conductive layer, the third conductive layer, the fourth conductive layer, the fifth conductive layer, and the sixth conductive layer,
the fourth insulating layer extends beyond an end of the sixth conductive layer;
the fifth conductive layer is in contact with an upper surface of the layer including the second channel forming region;
the fifth conductive layer is in contact with an upper surface of the first conductive layer through openings provided in the second insulating layer and the third insulating layer;
In a cross-sectional view, the fifth conductive layer is provided between the third conductive layer and the fourth conductive layer,
the second conductive layer functions as a first gate electrode of the second transistor;
the sixth conductive layer functions as a second gate electrode of the second transistor;
the third conductive layer functions as a second electrode of the capacitor,
The third conductive layer and the fourth conductive layer overlap the first conductive layer,
and the second conductive layer, the third conductive layer, and the fourth conductive layer are provided in the same layer.
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