WO2016162778A1 - Display device and electronic equipment - Google Patents

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WO2016162778A1
WO2016162778A1 PCT/IB2016/051814 IB2016051814W WO2016162778A1 WO 2016162778 A1 WO2016162778 A1 WO 2016162778A1 IB 2016051814 W IB2016051814 W IB 2016051814W WO 2016162778 A1 WO2016162778 A1 WO 2016162778A1
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山崎舜平
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株式会社半導体エネルギー研究所
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    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/20Filters
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors

Abstract

Provided is a display device with low power consumption. A light resonance plate is used in a backlight unit for the display device. The light resonance plate can extract and output any wavelength region of light from incident white light. The light resonance plate reuses the remaining components that have not been output from the light resonance plate out of the incident white light without generating colored light by absorption. The light resonance plate can, for example, output each of red light, green light, and blue light.

Description

表示装置および電子機器Display device and electronic device
本発明の一態様は、トランジスタおよび半導体装置、ならびにそれらの製造方法に関する。 One embodiment of the present invention relates to a transistor, a semiconductor device, and a manufacturing method thereof.
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の一態様の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物(コンポジション・オブ・マター)に関するものである。 Note that one embodiment of the present invention is not limited to the above technical field. The technical field of one embodiment of the invention disclosed in this specification and the like relates to an object, a method, or a manufacturing method. Alternatively, one embodiment of the present invention relates to a process, a machine, a manufacture, or a composition (composition of matter).
なお、本明細書等において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指す。表示装置(液晶表示装置、発光表示装置など)、照明装置、電気光学装置、蓄電装置、記憶装置、半導体回路、撮像装置および電子機器などは、半導体装置を有する場合がある。 Note that in this specification and the like, a semiconductor device refers to any device that can function by utilizing semiconductor characteristics. A display device (a liquid crystal display device, a light-emitting display device, or the like), an illumination device, an electro-optical device, a power storage device, a memory device, a semiconductor circuit, an imaging device, an electronic device, or the like may include a semiconductor device.
液晶表示装置において、高品位な画像を得るために、画素電極をマトリクス状に配置し、画素電極の各々にスイッチング素子としてトランジスタを接続したアクティブマトリクス型液晶表示装置が注目を集めている。 In a liquid crystal display device, in order to obtain a high-quality image, an active matrix liquid crystal display device in which pixel electrodes are arranged in a matrix and a transistor is connected to each pixel electrode as a switching element has attracted attention.
例えば、画素電極の各々に、スイッチング素子として金属酸化物をチャネル形成領域とするトランジスタを接続するアクティブマトリクス型液晶表示装置が、既に知られている(特許文献1および特許文献2)。 For example, an active matrix liquid crystal display device in which a transistor having a metal oxide channel formation region as a switching element is connected to each pixel electrode is already known (Patent Document 1 and Patent Document 2).
また、アクティブマトリクス型液晶表示装置には大きく分けて透過型と反射型の二種類のタイプが知られている。透過型の液晶表示装置の場合、バックライトの消費電力が液晶表示装置全体の消費電力に大きく影響を及ぼすため、パネルの内部における光の損失を如何に低減できるかが消費電力削減の重要なポイントとなる。パネルの内部における光の損失は、層間絶縁膜における光の屈折や、カラーフィルタによる光の吸収などによりもたらされる。 Active matrix liquid crystal display devices are roughly classified into two types, a transmission type and a reflection type. In the case of a transmissive liquid crystal display device, the power consumption of the backlight greatly affects the power consumption of the entire liquid crystal display device, so how to reduce the light loss inside the panel is an important point for reducing power consumption. It becomes. Light loss inside the panel is caused by light refraction in the interlayer insulating film, light absorption by the color filter, and the like.
一般に、カラーフィルタは色素による光の吸収を利用することで、特定の波長域の光を透過させる機能を有する。このため、カラーフィルタを用いて白色光から有色光を生成する場合は、原理的に光の損失が大きくなる。実際に、バックライトから発せられた光の70%以上がカラーフィルタに吸収される場合がある。よって、カラーフィルタによる有色光の生成は、液晶表示装置の低消費電力化を阻む要因の一つといえる。 In general, a color filter has a function of transmitting light in a specific wavelength range by utilizing light absorption by a pigment. For this reason, when colored light is generated from white light using a color filter, the loss of light increases in principle. Actually, 70% or more of the light emitted from the backlight may be absorbed by the color filter. Therefore, it can be said that the generation of colored light by the color filter is one of the factors hindering the reduction in power consumption of the liquid crystal display device.
特開2007−123861号公報JP 2007-123861 A 特開2007−96055号公報JP 2007-96055 A
消費電力の少ない表示装置を提供することを課題の一とする。または、色再現性の良好な表示装置を提供することを課題の一とする。または、表示品位の良好な表示装置を提供することを課題の一とする。または、信頼性の良好な表示装置を提供することを課題の一とする。または、新規な表示装置を提供することを課題の一とする。 An object is to provide a display device with low power consumption. Another object is to provide a display device with favorable color reproducibility. Another object is to provide a display device with high display quality. Another object is to provide a display device with favorable reliability. Another object is to provide a novel display device.
なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。 Note that the description of these problems does not disturb the existence of other problems. Note that one embodiment of the present invention does not have to solve all of these problems. Issues other than these will be apparent from the description of the specification, drawings, claims, etc., and other issues can be extracted from the descriptions of the specification, drawings, claims, etc. It is.
本発明の一態様は、光源、光共鳴板、および液晶素子を有し、光源および液晶素子は光共鳴板を介して互いに重なり、光源は第1の波長域を有する第1の光を発する機能を有し、光共鳴板は第1の光から第2の波長域を有する第2の光を抽出する機能を有し、かつ第2の光を液晶素子に入射する機能を有する表示装置である。 One embodiment of the present invention includes a light source, an optical resonance plate, and a liquid crystal element. The light source and the liquid crystal element overlap with each other through the optical resonance plate, and the light source emits first light having a first wavelength range. The optical resonance plate is a display device having a function of extracting the second light having the second wavelength region from the first light and a function of making the second light incident on the liquid crystal element. .
または、本発明の一態様は、光源、光共鳴板、および液晶素子を有し、光源および液晶素子は光共鳴板を介して互いに重なり、光源は第1の波長域を有する第1の光を発する機能を有し、光共鳴板は第1の光から、第2の波長域を有する第2の光、第3の波長域を有する第3の光、および第4の波長域を有する第4の光を抽出する機能を有し、かつ第2乃至第4の光を液晶素子に入射する機能を有する表示装置である。 Alternatively, one embodiment of the present invention includes a light source, an optical resonance plate, and a liquid crystal element, the light source and the liquid crystal element overlap with each other through the optical resonance plate, and the light source emits the first light having the first wavelength range. The optical resonance plate has a function of emitting light, the first light, the second light having the second wavelength range, the third light having the third wavelength range, and the fourth wavelength having the fourth wavelength range. The display device has a function of extracting the second light and a function of causing the second to fourth lights to enter the liquid crystal element.
または、本発明の一態様は、上記いずれかの表示装置と、アンテナ、バッテリ、筐体、スピーカ、マイク、操作スイッチ、または操作ボタンと、を有する電子機器である。 Another embodiment of the present invention is an electronic device including any of the above display devices and an antenna, a battery, a housing, a speaker, a microphone, an operation switch, or an operation button.
第2の光は赤の波長域を有する光であってもよく、第3の光は緑の波長域を有する光であってもよく、第4の光は青の波長域を有する光であってもよい。 The second light may be light having a red wavelength range, the third light may be light having a green wavelength range, and the fourth light is light having a blue wavelength range. May be.
または、第2の光は中心波長が610nm以上750nm以下であってもよく、第3の光は中心波長が500nm以上560nm以下であってもよく、第4の光は中心波長が435nm以上480nm以下であってもよい。 Alternatively, the second light may have a center wavelength of 610 nm to 750 nm, the third light may have a center wavelength of 500 nm to 560 nm, and the fourth light has a center wavelength of 435 nm to 480 nm. It may be.
また、第1の光の色温度は、3000K以上12000K以下が好ましい。 Further, the color temperature of the first light is preferably 3000 K or more and 12000 K or less.
液晶素子は、横電界方式の液晶素子であってもよい。 The liquid crystal element may be a horizontal electric field type liquid crystal element.
消費電力の少ない表示装置を提供することができる。または、色再現性の良好な表示装置を提供することができる。または、表示品位の良好な表示装置を提供することができる。または、信頼性の良好な表示装置を提供することができる。または、新規な表示装置を提供することができる。 A display device with low power consumption can be provided. Alternatively, a display device with favorable color reproducibility can be provided. Alternatively, a display device with favorable display quality can be provided. Alternatively, a display device with favorable reliability can be provided. Alternatively, a novel display device can be provided.
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。 Note that the description of these effects does not disturb the existence of other effects. Note that one embodiment of the present invention need not have all of these effects. It should be noted that the effects other than these are naturally obvious from the description of the specification, drawings, claims, etc., and it is possible to extract the other effects from the descriptions of the specification, drawings, claims, etc. It is.
表示装置を説明する斜視図。FIG. 14 is a perspective view illustrating a display device. 表示装置を説明する斜視図。FIG. 14 is a perspective view illustrating a display device. 光共鳴板を説明する断面図。Sectional drawing explaining an optical resonance board. 発光部を説明する斜視図。The perspective view explaining a light emission part. 光共鳴板の作製方法を説明する断面図。Sectional drawing explaining the preparation methods of an optical resonance board. 光共鳴板の作製方法を説明する断面図。Sectional drawing explaining the preparation methods of an optical resonance board. 光共鳴板の作製方法を説明する断面図。Sectional drawing explaining the preparation methods of an optical resonance board. 表示装置を説明する断面図。Sectional drawing explaining a display apparatus. 表示装置を説明する断面図。Sectional drawing explaining a display apparatus. 表示装置を説明する断面図。Sectional drawing explaining a display apparatus. 画素の構成例を説明する図。FIG. 6 illustrates a configuration example of a pixel. 表示装置の構成例を説明するブロック図。FIG. 9 is a block diagram illustrating a structure example of a display device. 表示装置の構成例を説明するブロック図。FIG. 9 is a block diagram illustrating a structure example of a display device. 実施の形態に係る画素の構成例を説明する回路部及び上面図。4A and 4B are a circuit portion and a top view illustrating a structure example of a pixel according to an embodiment. 素子基板の構造例を説明する断面図。Sectional drawing explaining the structural example of an element substrate. 実施の形態に係る表示装置の構成例を説明する断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a structure example of a display device according to an embodiment. 実施の形態に係る表示装置の構成例を説明する断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a structure example of a display device according to an embodiment. CAAC−OSの断面におけるCs補正高分解能TEM像、およびCAAC−OSの断面模式図。FIG. 6 is a Cs-corrected high-resolution TEM image in a cross section of a CAAC-OS and a schematic cross-sectional view of the CAAC-OS. CAAC−OSの平面におけるCs補正高分解能TEM像。The Cs correction | amendment high-resolution TEM image in the plane of CAAC-OS. CAAC−OSおよび単結晶酸化物半導体のXRDによる構造解析を説明する図。6A and 6B illustrate structural analysis by XRD of a CAAC-OS and a single crystal oxide semiconductor. CAAC−OSの電子回折パターンを示す図。The figure which shows the electron diffraction pattern of CAAC-OS. In−Ga−Zn酸化物の電子照射による結晶部の変化を示す図。FIG. 6 shows changes in crystal parts of an In—Ga—Zn oxide due to electron irradiation. トランジスタの一例を説明する断面図。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an example of a transistor. トランジスタの一例を説明する断面図。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an example of a transistor. トランジスタの一例を説明する断面図。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an example of a transistor. トランジスタの一例を説明する上面図及び断面図。4A and 4B are a top view and cross-sectional views illustrating an example of a transistor. トランジスタの一例を説明する上面図及び断面図。4A and 4B are a top view and cross-sectional views illustrating an example of a transistor. トランジスタの一例を説明する上面図及び断面図。4A and 4B are a top view and cross-sectional views illustrating an example of a transistor. トランジスタの一例を説明する上面図及び断面図。4A and 4B are a top view and cross-sectional views illustrating an example of a transistor. トランジスタの一例を説明する上面図及び断面図。4A and 4B are a top view and cross-sectional views illustrating an example of a transistor. エネルギーバンド構造を説明する図。The figure explaining an energy band structure. 表示モジュールの一例を説明する展開図。The expanded view explaining an example of a display module. 電子機器の一例を説明する斜視図。FIG. 14 is a perspective view illustrating an example of an electronic device.
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する場合がある。 Embodiments will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it is easily understood by those skilled in the art that modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments below. Note that in the structures of the invention described below, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals in different drawings, and description thereof is not repeated.
また、図面などにおいて示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、発明の理解を容易とするため、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも、図面などに開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。例えば、実際の製造工程において、エッチングなどの処理により層やレジストマスクなどが意図せずに目減りすることがあるが、理解を容易とするために省略して示すことがある。 In addition, the position, size, range, and the like of each component illustrated in the drawings and the like may not represent the actual position, size, range, or the like in order to facilitate understanding of the invention. Therefore, the disclosed invention is not necessarily limited to the position, size, range, or the like disclosed in the drawings and the like. For example, in an actual manufacturing process, a layer or a resist mask may be lost unintentionally by a process such as etching, but may be omitted for easy understanding.
また、図面において、発明の理解を容易とするため、一部の構成要素の記載を省略する場合がある。また、一部の隠れ線などの記載を省略する場合がある。 In the drawings, some components may be omitted for easy understanding of the invention. Moreover, description of some hidden lines may be omitted.
本明細書等における「第1」、「第2」などの序数詞は、構成要素の混同を避けるために付すものであり、工程順または積層順など、なんらかの順番や順位を示すものではない。また、本明細書等において序数詞が付されていない用語であっても、構成要素の混同を避けるため、特許請求の範囲において序数詞が付される場合がある。また、本明細書等において序数詞が付されている用語であっても、特許請求の範囲において異なる序数詞が付される場合がある。また、本明細書等において序数詞が付されている用語であっても、特許請求の範囲などにおいて序数詞を省略する場合がある。 In the present specification and the like, ordinal numbers such as “first” and “second” are used to avoid confusion between components, and do not indicate any order or order such as process order or stacking order. In addition, even in terms that do not have an ordinal number in this specification and the like, an ordinal number may be added in the claims to avoid confusion between the constituent elements. Further, even terms having an ordinal number in this specification and the like may have different ordinal numbers in the claims. Even in the present specification and the like, terms with ordinal numbers are sometimes omitted in the claims.
また、本明細書等において「電極」や「配線」の用語は、これらの構成要素を機能的に限定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり、その逆もまた同様である。さらに、「電極」や「配線」の用語は、複数の「電極」や「配線」が一体となって形成されている場合なども含む。 Further, in this specification and the like, the terms “electrode” and “wiring” do not functionally limit these components. For example, an “electrode” may be used as part of a “wiring” and vice versa. Furthermore, the terms “electrode” and “wiring” include a case where a plurality of “electrodes” and “wirings” are integrally formed.
なお、本明細書等において「上」や「下」の用語は、構成要素の位置関係が直上または直下で、かつ、直接接していることを限定するものではない。例えば、「絶縁層A上の電極B」の表現であれば、絶縁層Aの上に電極Bが直接接して形成されている必要はなく、絶縁層Aと電極Bとの間に他の構成要素を含むものを除外しない。 In the present specification and the like, the terms “upper” and “lower” do not limit that the positional relationship between the components is directly above or directly below and is in direct contact. For example, the expression “electrode B on the insulating layer A” does not require the electrode B to be formed in direct contact with the insulating layer A, and another configuration between the insulating layer A and the electrode B. Do not exclude things that contain elements.
また、トランジスタのソースおよびドレインの機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合や、回路動作において電流の方向が変化する場合など、動作条件などによって互いに入れ替わるため、いずれがソースまたはドレインであるかを限定することが困難である。このため、本明細書においては、ソースおよびドレインの用語は、入れ替えて用いることができるものとする。 In addition, the functions of the source and drain of the transistor are switched with each other depending on operating conditions such as when transistors with different polarities are used or when the direction of current changes in circuit operation. It is difficult to limit. Therefore, in this specification, the terms source and drain can be used interchangeably.
また、本明細書等において、「XとYとが接続されている」と記載されている場合は、XとYとが電気的に接続されている場合と、XとYとが機能的に接続されている場合と、XとYとが直接接続されている場合とが、本明細書等に開示されているものとする。したがって、所定の接続関係、例えば、図または文章に示された接続関係に限定されず、図または文章に示された接続関係以外のものも、図または文章に記載されているものとする。 In this specification and the like, when “X and Y are connected” is described, X and Y are electrically connected, and X and Y are functionally connected. The case where they are connected and the case where X and Y are directly connected are disclosed in this specification and the like. Therefore, it is not limited to a predetermined connection relationship, for example, the connection relationship shown in the figure or text, and anything other than the connection relation shown in the figure or text is also described in the figure or text.
また、本明細書等において、「電気的に接続」には、何らかの電気的作用を有するものを介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するもの」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に制限を受けない。よって、「電気的に接続する」と表現される場合であっても、現実の回路においては、物理的な接続部分がなく、配線が延在しているだけの場合もある。 In this specification and the like, the term “electrically connected” includes a case where the terminals are connected via an element having some electrical action. Here, the “thing having some electric action” is not particularly limited as long as it can exchange electric signals between connection targets. Therefore, even in the case of being expressed as “electrically connected”, in an actual circuit, there is a case where there is no physical connection portion and the wiring is merely extended.
なお、チャネル長とは、例えば、トランジスタの上面図において、半導体(またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分)とゲート電極とが互いに重なる領域、またはチャネルが形成される領域(「チャネル形成領域」ともいう。)における、ソース(ソース領域またはソース電極)とドレイン(ドレイン領域またはドレイン電極)との間の距離をいう。なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル長が全ての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一つのトランジスタのチャネル長は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では、チャネル長は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。 Note that the channel length refers to, for example, a region where a semiconductor (or a portion where current flows in the semiconductor when the transistor is on) and a gate electrode overlap with each other in a top view of the transistor, or a region where a channel is formed (Also referred to as “channel formation region”) refers to the distance between the source (source region or source electrode) and the drain (drain region or drain electrode). Note that in one transistor, the channel length is not necessarily the same in all regions. That is, the channel length of one transistor may not be fixed to one value. Therefore, in this specification, the channel length is any one of values, the maximum value, the minimum value, or the average value in a region where a channel is formed.
チャネル幅とは、例えば、半導体(またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分)とゲート電極とが互いに重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さをいう。なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル幅がすべての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一つのトランジスタのチャネル幅は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では、チャネル幅は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。 The channel width is, for example, a region in which a semiconductor (or a portion in which a current flows in the semiconductor when the transistor is on) and a gate electrode overlap each other, or a source and a drain in a region where a channel is formed. This is the length of the part. Note that in one transistor, the channel width is not necessarily the same in all regions. That is, the channel width of one transistor may not be fixed to one value. Therefore, in this specification, the channel width is any one of values, the maximum value, the minimum value, or the average value in a region where a channel is formed.
なお、トランジスタの構造によっては、実際にチャネルの形成される領域におけるチャネル幅(「実効的なチャネル幅」ともいう。)と、トランジスタの上面図において示されるチャネル幅(「見かけ上のチャネル幅」ともいう。)と、が異なる場合がある。例えば、ゲート電極が半導体層の側面を覆う場合、実効的なチャネル幅が、見かけ上のチャネル幅よりも大きくなり、その影響が無視できなくなる場合がある。例えば、微細かつゲート電極が半導体の側面を覆うトランジスタでは、半導体の側面に形成されるチャネル領域の割合が大きくなる場合がある。その場合は、見かけ上のチャネル幅よりも、実効的なチャネル幅が大きくなる。 Note that depending on the structure of the transistor, the channel width in a region where a channel is actually formed (also referred to as “effective channel width”) and the channel width (“apparent channel width” shown in the top view of the transistor) May also be different. For example, when the gate electrode covers the side surface of the semiconductor layer, the effective channel width may be larger than the apparent channel width, and the influence may not be negligible. For example, in a fine transistor whose gate electrode covers a side surface of a semiconductor, the ratio of a channel region formed on the side surface of the semiconductor may increase. In that case, the effective channel width becomes larger than the apparent channel width.
このような場合、実効的なチャネル幅の、実測による見積もりが困難となる場合がある。例えば、設計値から実効的なチャネル幅を見積もるためには、半導体の形状が既知という仮定が必要である。したがって、半導体の形状が正確にわからない場合には、実効的なチャネル幅を正確に測定することは困難である。 In such a case, it may be difficult to estimate the effective channel width by actual measurement. For example, in order to estimate the effective channel width from the design value, it is necessary to assume that the shape of the semiconductor is known. Therefore, it is difficult to accurately measure the effective channel width when the shape of the semiconductor is not accurately known.
そこで、本明細書では、見かけ上のチャネル幅を、「囲い込みチャネル幅(SCW:Surrounded Channel Width)」と呼ぶ場合がある。また、本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、囲い込みチャネル幅または見かけ上のチャネル幅を指す場合がある。または、本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、実効的なチャネル幅を指す場合がある。なお、チャネル長、チャネル幅、実効的なチャネル幅、見かけ上のチャネル幅、囲い込みチャネル幅などは、断面TEM像などを解析することなどによって、値を決定することができる。 Therefore, in this specification, the apparent channel width may be referred to as “surrounded channel width (SCW)”. In this specification, in the case where the term “channel width” is simply used, it may denote an enclosed channel width or an apparent channel width. Alternatively, in this specification, in the case where the term “channel width” is simply used, it may denote an effective channel width. Note that the channel length, channel width, effective channel width, apparent channel width, enclosed channel width, and the like can be determined by analyzing a cross-sectional TEM image or the like.
なお、トランジスタの電界効果移動度や、チャネル幅当たりの電流値などを計算して求める場合、囲い込みチャネル幅を用いて計算する場合がある。その場合には、実効的なチャネル幅を用いて計算する場合とは異なる値をとる場合がある。 Note that in the case where the field-effect mobility of a transistor, the current value per channel width, and the like are calculated and calculated, the calculation may be performed using the enclosed channel width. In that case, the value may be different from that calculated using the effective channel width.
なお、半導体の不純物とは、例えば、半導体を構成する主成分以外をいう。例えば、濃度が0.1原子%未満の元素は不純物と言える。不純物が含まれることにより、例えば、半導体のDOS(Density of State)が高くなることや、キャリア移動度が低下することや、結晶性が低下することなどが起こる場合がある。半導体が酸化物半導体である場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、第1族元素、第2族元素、第13族元素、第14族元素、第15族元素、および酸化物半導体の主成分以外の遷移金属などがあり、特に、例えば、水素(水にも含まれる)、リチウム、ナトリウム、シリコン、ホウ素、リン、炭素、窒素などがある。酸化物半導体の場合、例えば水素などの不純物の混入によって酸素欠損を形成する場合がある。また、半導体がシリコンである場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、酸素、水素を除く第1族元素、第2族元素、第13族元素、第15族元素などがある。 Note that the impurity of the semiconductor means, for example, a component other than the main component constituting the semiconductor. For example, an element having a concentration of less than 0.1 atomic% can be said to be an impurity. When impurities are included, for example, DOS (Density of State) of the semiconductor may increase, carrier mobility may decrease, and crystallinity may decrease. In the case where the semiconductor is an oxide semiconductor, examples of the impurity that changes the characteristics of the semiconductor include a Group 1 element, a Group 2 element, a Group 13 element, a Group 14 element, a Group 15 element, and an oxide semiconductor. There are transition metals other than the main components of, for example, hydrogen (also included in water), lithium, sodium, silicon, boron, phosphorus, carbon, nitrogen and the like. In the case of an oxide semiconductor, oxygen vacancies may be formed by mixing impurities such as hydrogen, for example. In the case where the semiconductor is silicon, examples of impurities that change the characteristics of the semiconductor include group 1 elements, group 2 elements, group 13 elements, and group 15 elements excluding oxygen and hydrogen.
また、本明細書等において、「平行」とは、二つの直線が−10°以上10°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、−5°以上5°以下の場合も含まれる。また、「略平行」とは、二つの直線が−30°以上30°以下の角度で配置されている状態をいう。また、「垂直」および「直交」とは、二つの直線が80°以上100°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、85°以上95°以下の場合も含まれる。また、「略垂直」とは、二つの直線が60°以上120°以下の角度で配置されている状態をいう。 Further, in this specification and the like, “parallel” means a state in which two straight lines are arranged at an angle of −10 ° to 10 °. Therefore, the case of −5 ° to 5 ° is also included. Further, “substantially parallel” means a state in which two straight lines are arranged at an angle of −30 ° to 30 °. “Vertical” and “orthogonal” mean a state in which two straight lines are arranged at an angle of 80 ° to 100 °. Therefore, the case of 85 ° to 95 ° is also included. Further, “substantially vertical” means a state in which two straight lines are arranged at an angle of 60 ° to 120 °.
なお、本明細書等において、計数値および計量値に関して「同一」、「同じ」、「等しい」または「均一」(これらの同意語を含む)などと言う場合は、明示されている場合を除き、プラスマイナス20%の誤差を含むものとする。 In addition, in this specification, etc., the terms “same”, “same”, “equal”, “uniform” (including these synonyms), etc. with respect to the count value and the measured value, unless otherwise specified. And an error of plus or minus 20%.
また、本明細書等において、フォトリソグラフィ工程を行った後にエッチング工程を行う場合は、特段の説明がない限り、フォトリソグラフィ工程で形成したレジストマスクは、エッチング工程終了後に除去するものとする。 In this specification and the like, in the case where an etching step is performed after a photolithography step, the resist mask formed in the photolithography step is removed after the etching step is finished unless otherwise specified.
また、本明細書等において、高電源電位VDD(以下、単に「VDD」または「H電位」ともいう)とは、低電源電位VSSよりも高い電位の電源電位を示す。また、低電源電位VSS(以下、単に「VSS」または「L電位」ともいう)とは、高電源電位VDDよりも低い電位の電源電位を示す。また、接地電位をVDDまたはVSSとして用いることもできる。例えばVDDが接地電位の場合には、VSSは接地電位より低い電位であり、VSSが接地電位の場合には、VDDは接地電位より高い電位である。 In this specification and the like, the high power supply potential VDD (hereinafter, also simply referred to as “VDD” or “H potential”) indicates a power supply potential higher than the low power supply potential VSS. The low power supply potential VSS (hereinafter also simply referred to as “VSS” or “L potential”) indicates a power supply potential lower than the high power supply potential VDD. Alternatively, the ground potential can be used as VDD or VSS. For example, when VDD is a ground potential, VSS is a potential lower than the ground potential, and when VSS is a ground potential, VDD is a potential higher than the ground potential.
なお、「膜」という言葉と、「層」という言葉とは、場合によっては、または、状況に応じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能な場合がある。または、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。 Note that the terms “film” and “layer” can be interchanged with each other depending on the case or circumstances. For example, the term “conductive layer” may be changed to the term “conductive film”. Alternatively, for example, the term “insulating film” may be changed to the term “insulating layer” in some cases.
また、本明細書において、結晶が三方晶または菱面体晶である場合、六方晶系として表す。 In this specification, when a crystal is trigonal or rhombohedral, it is represented as a hexagonal system.
(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様の液晶表示装置100の構造例について、図面を参照して説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment, a structural example of the liquid crystal display device 100 of one embodiment of the present invention will be described with reference to drawings.
液晶表示装置100は、FPC111(Flexible Printed Circuit)が接続された液晶パネル110と、バックライトユニット120を有する。図1(A)は液晶表示装置100の斜視図である。また、図1(B)は液晶表示装置100を液晶パネル110とバックライトユニット120に分離した状態を示す斜視図である。また、図1(A)および図1(B)に、X軸方向、Y軸方向、およびZ軸方向を示す矢印を付している。X軸方向、Y軸方向、およびZ軸方向は、それぞれが互いに直交する方向である。 The liquid crystal display device 100 includes a liquid crystal panel 110 to which an FPC 111 (Flexible Printed Circuit) is connected, and a backlight unit 120. FIG. 1A is a perspective view of the liquid crystal display device 100. FIG. 1B is a perspective view showing a state where the liquid crystal display device 100 is separated into a liquid crystal panel 110 and a backlight unit 120. 1A and 1B are provided with arrows indicating the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. The X axis direction, the Y axis direction, and the Z axis direction are directions orthogonal to each other.
液晶パネル110は、表示領域141、回路142、および回路143を有する。また、表示領域141は複数の画素114を有する(図1に図示せず。)。回路142および回路143は、複数のトランジスタにより構成されている。回路142および回路143は、FPC111を介して供給された信号を、表示領域141中のどの画素114に供給するかを決定する機能を有する。 The liquid crystal panel 110 includes a display area 141, a circuit 142, and a circuit 143. The display area 141 includes a plurality of pixels 114 (not shown in FIG. 1). The circuit 142 and the circuit 143 are composed of a plurality of transistors. The circuit 142 and the circuit 143 have a function of determining which pixel 114 in the display region 141 is supplied with the signal supplied through the FPC 111.
例えば、画素114を1920×1080のマトリクス状に配置すると、いわゆるフルハイビジョン(「2K解像度」、「2K1K」、「2K」などとも言われる。)の解像度で表示可能な表示装置を実現することができる。また、例えば、画素114を3840×2160(または、4096×2160など)のマトリクス状に配置すると、いわゆるウルトラハイビジョン(「4K解像度」、「4K2K」、「4K」、「4K UHD」、「4K UHDTV」、「QFHD」、「4KウルトラHD」などとも言われる。)の解像度で表示可能な表示装置を実現することができる。また、例えば、画素114を7680×4320(または、8192×4320など)のマトリクス状に配置すると、いわゆるスーパーハイビジョン(「8K解像度」、「8K4K」、「8K」、「8K UHD」、「8K UHDTV」などとも言われる。)の解像度で表示可能な表示装置を実現することができる。画素数を増やすことで、16Kや32Kの解像度で表示可能な表示装置を実現することも可能である。 For example, when the pixels 114 are arranged in a 1920 × 1080 matrix, a display device that can display at a resolution of so-called full high-definition (also referred to as “2K resolution”, “2K1K”, “2K”, or the like) can be realized. it can. For example, when the pixels 114 are arranged in a matrix of 3840 × 2160 (or 4096 × 2160), so-called ultra high vision (“4K resolution”, “4K2K”, “4K”, “4K UHD”, “4K UHDTV”). ”,“ QFHD ”,“ 4K Ultra HD ”, etc.). Further, for example, when the pixels 114 are arranged in a 7680 × 4320 (or 8192 × 4320) matrix, so-called super high vision (“8K resolution”, “8K4K”, “8K”, “8K UHD”, “8K UHDTV”). It is also possible to realize a display device capable of displaying at a resolution of “. By increasing the number of pixels, it is possible to realize a display device capable of displaying at a resolution of 16K or 32K.
バックライトユニット120は、発光部122と光共鳴板121を有する。発光部122と光共鳴板121は重ねて設けられる。図1(B)において、発光部122は、光共鳴板121の下方に設けられている。また、液晶パネル110は、バックライトユニット120の光共鳴板121側に配置されている。 The backlight unit 120 includes a light emitting unit 122 and an optical resonance plate 121. The light emitting unit 122 and the optical resonance plate 121 are provided so as to overlap each other. In FIG. 1B, the light emitting unit 122 is provided below the optical resonance plate 121. The liquid crystal panel 110 is disposed on the optical resonance plate 121 side of the backlight unit 120.
図2(A1)はFPC111が接続された液晶パネル110の斜視図である。図2(A2)は表示領域141中の部位115を拡大した図である。液晶パネル110は、表示領域141において複数の画素114がマトリクス状に配置されている。また、画素114は、赤色光を射出する副画素113R、緑色光を射出する副画素113G、および青色光を射出する副画素113Bを有する。また、それぞれの画素114が有する副画素113R、副画素113G、および副画素113Bは、Y軸方向に配置されている。なお、本明細書等では、液晶パネル110が有するいずれかの副画素もしくは全ての副画素について記載する場合は、単に「副画素113」と記す。 FIG. 2A1 is a perspective view of the liquid crystal panel 110 to which the FPC 111 is connected. 2A2 is an enlarged view of the portion 115 in the display region 141. FIG. In the liquid crystal panel 110, a plurality of pixels 114 are arranged in a matrix in the display region 141. The pixel 114 includes a sub-pixel 113R that emits red light, a sub-pixel 113G that emits green light, and a sub-pixel 113B that emits blue light. In addition, the subpixel 113R, the subpixel 113G, and the subpixel 113B of each pixel 114 are arranged in the Y-axis direction. Note that in this specification and the like, when describing any or all subpixels of the liquid crystal panel 110, they are simply referred to as “subpixels 113”.
図2(B1)はバックライトユニット120の斜視図である。図2(B1)では、光共鳴板121と発光部122を分離して示している。図2(B2)は光共鳴板121中の部位125を拡大した図である。なお、図2(B2)では光共鳴板121の構成要素のうち、基板126と構造体127を示している。構造体127は、Y軸方向の断面において凸部を有する。また、構造体127は、基板126上にX軸方向に延伸して設けられている。 FIG. 2B1 is a perspective view of the backlight unit 120. FIG. In FIG. 2 (B1), the optical resonance plate 121 and the light emitting portion 122 are shown separately. FIG. 2B2 is an enlarged view of the portion 125 in the optical resonance plate 121. 2B2 illustrates the substrate 126 and the structure 127 among the components of the optical resonance plate 121. FIG. The structure 127 has a convex portion in the cross section in the Y-axis direction. The structure 127 is provided on the substrate 126 so as to extend in the X-axis direction.
次に、発光部122と光共鳴板121の構造および機能について説明する。図3(A)は、図2(B1)に示す部位Y1−Y2に相当する発光部122と光共鳴板121の断面図である。 Next, the structure and function of the light emitting unit 122 and the optical resonance plate 121 will be described. FIG. 3A is a cross-sectional view of the light-emitting portion 122 and the optical resonance plate 121 corresponding to the portion Y1-Y2 shown in FIG.
<発光部>
発光部122は、導光層149、光源123、および反射層124を有する。光源123は導光層149内に設けられている。反射層124は、導光層149の一方の面側に設けられている。光源123から発せられる光135の一部は、導光層149の他方の面側からZ軸方向に射出される。なお、本明細書などでは、光が射出する面を「射出面」という。また、光源123から発せられる光135の他の一部は、反射層124で反射されて、射出面からZ軸方向に射出される。
<Light emitting part>
The light emitting unit 122 includes a light guide layer 149, a light source 123, and a reflective layer 124. The light source 123 is provided in the light guide layer 149. The reflective layer 124 is provided on one surface side of the light guide layer 149. A part of the light 135 emitted from the light source 123 is emitted in the Z-axis direction from the other surface side of the light guide layer 149. In this specification and the like, a surface from which light is emitted is referred to as an “emission surface”. Further, another part of the light 135 emitted from the light source 123 is reflected by the reflective layer 124 and emitted from the emission surface in the Z-axis direction.
導光層149は、可視光の透過率が高い材料を用いて形成する。導光層149は、例えば、酸化シリコンなどの無機材料や、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂などの有機材料を用いて形成することができる。また、導光層149として、空気、窒素、または希ガスなどの気体を用いてもよい。 The light guide layer 149 is formed using a material with high visible light transmittance. The light guide layer 149 can be formed using, for example, an inorganic material such as silicon oxide, or an organic material such as polyimide resin or acrylic resin. Further, as the light guide layer 149, a gas such as air, nitrogen, or a rare gas may be used.
反射層124は、可視光の反射率の高い材料を用いて形成する。反射層124は、例えば、銀(Ag)や、アルミニウム(Al)などを含む材料を用いて形成することができる。 The reflective layer 124 is formed using a material with a high visible light reflectance. The reflective layer 124 can be formed using a material containing, for example, silver (Ag), aluminum (Al), or the like.
光源123としては、冷陰極管(CCFL:Cold Cathode Fluorescent Lamp)やLED(Light Emitting Diode)などを用いることができる。LEDは、白色LED、赤色LED、緑色LED、または青色LEDなどを、単独または組み合わせて用いてもよい。また、光源123として、有機EL(Electro Luminescence)素子や無機EL素子などを用いてもよい。 As the light source 123, a cold cathode tube (CCFL: Cold Cathode Fluorescent Lamp), an LED (Light Emitting Diode), or the like can be used. As the LED, a white LED, a red LED, a green LED, a blue LED, or the like may be used alone or in combination. Further, an organic EL (Electro Luminescence) element, an inorganic EL element, or the like may be used as the light source 123.
なお、図4(A)乃至図4(C)の斜視図に示すように、光源123を導光層149の外に設けてもよい。図4(A)は、光源123を導光層149のX軸方向の一側面に沿って設ける例を示している。光源123から発せられた光135は、当該側面から導光層149内に入射し、導光層149内で反射してZ軸方向に射出される。図4(B)は、光源123を導光層149のY軸方向の一側面に沿って設ける例を示している。なお、光源123は、導光層149のX軸方向の両側面に設けてもよいし、Y軸方向の両側面に設けてもよい。また、図4(C)に示すように、光源123を導光層149の全ての側面に設けてもよい。 Note that the light source 123 may be provided outside the light guide layer 149 as illustrated in the perspective views of FIGS. FIG. 4A illustrates an example in which the light source 123 is provided along one side surface of the light guide layer 149 in the X-axis direction. The light 135 emitted from the light source 123 enters the light guide layer 149 from the side surface, is reflected in the light guide layer 149, and is emitted in the Z-axis direction. FIG. 4B illustrates an example in which the light source 123 is provided along one side surface of the light guide layer 149 in the Y-axis direction. The light source 123 may be provided on both side surfaces in the X-axis direction of the light guide layer 149 or on both side surfaces in the Y-axis direction. In addition, as illustrated in FIG. 4C, the light source 123 may be provided on all side surfaces of the light guide layer 149.
また、導光層149の光135の射出面側に、偏光板、位相差板、プリズムシートなどの機能性部材を設けてもよい。 Further, a functional member such as a polarizing plate, a phase difference plate, or a prism sheet may be provided on the light emitting surface side of the light guide layer 149.
<光共鳴板>
光共鳴板121は、基板126上に構造体127を有し、基板126および構造体127上に半透過層128を有する。また、半透過層128上に平坦な表面を有する導光層129を有し、導光層129上に半透過層131を有する。また、半透過層131の上に保護層132を有する。
<Optical resonance plate>
The optical resonance plate 121 has a structure 127 on a substrate 126 and a semi-transmissive layer 128 on the substrate 126 and the structure 127. In addition, the light guide layer 129 having a flat surface is provided on the semi-transmissive layer 128, and the semi-transmissive layer 131 is provided on the light guide layer 129. In addition, the protective layer 132 is provided over the semi-transmissive layer 131.
基板126としては、透光性を有する基板を用いることができる。例えば、バリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などを用いることができる。また、基板126として、例えば、樹脂などの可樋性基板などを用いてもよい。 As the substrate 126, a light-transmitting substrate can be used. For example, a glass substrate such as barium borosilicate glass or alumino borosilicate glass, a ceramic substrate, a quartz substrate, a sapphire substrate, or the like can be used. As the substrate 126, for example, a flexible substrate such as a resin may be used.
構造体127は、透光性を有する材料で形成する。透光性を有する材料は、絶縁性材料であってもよいし、導電性材料であってもよいし、半導体材料であってもよい。例えば、構造体127を酸化シリコンや窒化シリコンなどの絶縁性材料で形成してもよいし、インジウム錫酸化物(ITO:Indium Tin Oxide)や亜鉛酸化物などの導電性材料で形成してもよい。また、構造体127を、樹脂材料を用いて形成してもよい。また、構造体127として、これらの材料を組み合わせて形成してもよい。 The structure 127 is formed using a light-transmitting material. The light-transmitting material may be an insulating material, a conductive material, or a semiconductor material. For example, the structure 127 may be formed using an insulating material such as silicon oxide or silicon nitride, or may be formed using a conductive material such as indium tin oxide (ITO) or zinc oxide. . Alternatively, the structure 127 may be formed using a resin material. Alternatively, the structure 127 may be formed by combining these materials.
半透過層128および半透過層131は、入射した光のうち、一定割合の光を透過して一定割合の光を反射する。半透過層128および半透過層131としては、例えば、銀(Ag)を含む材料またはアルミニウム(Al)を含む材料などを用いることができる。入射した光に対する透過した光の割合(透過率)は、これらの材料の厚さにより決定することができる。 The semi-transmissive layer 128 and the semi-transmissive layer 131 transmit a certain proportion of incident light and reflect a certain proportion of light. As the semi-transmissive layer 128 and the semi-transmissive layer 131, for example, a material containing silver (Ag) or a material containing aluminum (Al) can be used. The ratio of the transmitted light to the incident light (transmittance) can be determined by the thickness of these materials.
半透過層128は、可視光の透過率が半透過層131と同じか大きいことが好ましい。具体的には、半透過層128の可視光の透過率は、30%以上80%以下が好ましく、20%以上80%以下がより好ましい。また、半透過層131の可視光の透過率は、0.1%以上30%以下が好ましく、0.1%以上20%以下がより好ましい。 The transflective layer 128 preferably has the same or larger visible light transmittance as the transflective layer 131. Specifically, the visible light transmittance of the semi-transmissive layer 128 is preferably 30% to 80%, and more preferably 20% to 80%. Further, the visible light transmittance of the semi-transmissive layer 131 is preferably 0.1% or more and 30% or less, and more preferably 0.1% or more and 20% or less.
導光層129は、可視光の透過率が高い材料を用いて形成する。具体的には、可視光の透過率が50%以上100%以下、好ましくは70%以上100%以下の材料を用いる。例えば、導光層129として酸化シリコンなどの無機材料や、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂などの有機材料を用いることができる。 The light guide layer 129 is formed using a material with high visible light transmittance. Specifically, a material having a visible light transmittance of 50% to 100%, preferably 70% to 100% is used. For example, an inorganic material such as silicon oxide or an organic material such as polyimide resin or acrylic resin can be used for the light guide layer 129.
導光層129の形成後、導光層129の表面に平坦化処理を行ってもよい。平坦化処理としては特に限定されないが、研磨処理(例えば、化学的機械研磨法(Chemical Mechanical Polishing:CMP))、やドライエッチング処理により行うことができる。また、導光層129を、平坦化機能を有する絶縁材料を用いて形成することで、研磨処理を省略することもできる。平坦化機能を有する材料としては、例えば、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂等の有機材料を用いることができる。 After the formation of the light guide layer 129, the surface of the light guide layer 129 may be planarized. The planarization treatment is not particularly limited, but can be performed by polishing treatment (for example, chemical mechanical polishing (CMP)) or dry etching treatment. In addition, the polishing process can be omitted by forming the light guide layer 129 using an insulating material having a planarization function. As a material having a planarization function, for example, an organic material such as polyimide resin or acrylic resin can be used.
また、導光層129として、空気、窒素、または希ガスなどの気体を用いてもよい。導光層129として気体を用いる場合、導光層129内の一部にスペーサを設けることで、半透過層131と半透過層128の間隔を一定に保つことができる。 Further, as the light guide layer 129, a gas such as air, nitrogen, or a rare gas may be used. In the case of using gas as the light guide layer 129, the distance between the semi-transmissive layer 131 and the semi-transmissive layer 128 can be kept constant by providing a spacer in a part of the light guide layer 129.
保護層132は、例えば、導光層129と同様の材料を用いて形成すればよい。 The protective layer 132 may be formed using a material similar to that of the light guide layer 129, for example.
光共鳴板121内には、構造体127により第1共鳴領域133a乃至第3共鳴領域133cが繰り返し形成されている。第1共鳴領域133a乃至第3共鳴領域133cは、それぞれの領域において半透過層128上に半透過層131が導光層129を介して重なり、かつ、半透過層128と半透過層131は互いに平行な面を有する。 In the optical resonance plate 121, the first resonance region 133 a to the third resonance region 133 c are repeatedly formed by the structure 127. In each of the first resonance region 133a to the third resonance region 133c, the semi-transmissive layer 131 overlaps the semi-transmissive layer 128 via the light guide layer 129 in each region, and the semi-transmissive layer 128 and the semi-transmissive layer 131 are mutually connected. Has parallel surfaces.
また、第1共鳴領域133aにおいて、導光層129は厚さd1を有する。また、第2共鳴領域133bにおいて、導光層129厚さd2を有する。また、第3共鳴領域133cにおいて、導光層129は厚さd3を有する。d1乃至d3は、半透過層128から半透過層131までの距離に相当する。厚さd1は、導光層129の厚さで決定することができる。厚さd2および厚さd3は、導光層129の厚さと構造体127の大きさで決定することができる。 In the first resonance region 133a, the light guide layer 129 has a thickness d1. The second resonance region 133b has a light guide layer 129 thickness d2. In the third resonance region 133c, the light guide layer 129 has a thickness d3. d1 to d3 correspond to the distance from the semi-transmissive layer 128 to the semi-transmissive layer 131. The thickness d1 can be determined by the thickness of the light guide layer 129. The thickness d2 and the thickness d3 can be determined by the thickness of the light guide layer 129 and the size of the structure 127.
発光部122から射出された光135は光共鳴板121に入射し、構造体127および導光層129内をZ軸方向に沿って伝播する。半透過層128を超えて導光層129内に入射した光135の一部は、半透過層128と半透過層131の間で共鳴し、Z軸方向に射出される。光135の色温度は、3000K以上12000K以下が好ましい。 The light 135 emitted from the light emitting unit 122 is incident on the optical resonance plate 121 and propagates in the structure 127 and the light guide layer 129 along the Z-axis direction. A part of the light 135 that has entered the light guide layer 129 beyond the semi-transmissive layer 128 resonates between the semi-transmissive layer 128 and the semi-transmissive layer 131 and is emitted in the Z-axis direction. The color temperature of the light 135 is preferably 3000 K or more and 12000 K or less.
厚さd1乃至厚さd3を任意の値に設定することで、Z軸方向に射出される光の波長を決定することができる。例えば、第1共鳴領域133aで、光135から波長λの光を取り出して、Z軸方向に射出するには、厚さd1と導光層129の屈折率nの積(光路長)が波長λの2分の1のm倍(mは1以上の整数)になるように設定すればよい。よって、厚さd1は数式1で求めることができる。 By setting the thicknesses d1 to d3 to arbitrary values, the wavelength of light emitted in the Z-axis direction can be determined. For example, in order to extract light having a wavelength λ from the light 135 in the first resonance region 133a and emit the light in the Z-axis direction, the product (optical path length) of the thickness d1 and the refractive index n of the light guide layer 129 has a wavelength λ. It may be set so as to be m times 1/2 (m is an integer of 1 or more). Therefore, the thickness d1 can be obtained by Equation 1.
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
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本実施の形態では、第1共鳴領域133aから赤の波長域を有する光136Rが射出するように厚さd1を設定する。また、第2共鳴領域133bから緑の波長域を有する光136Gが射出するように厚さd2を設定する。厚さd2は、数式1のd1をd2に読み換えて求めることができる。また、第3共鳴領域133cから青の波長域を有する光136Bが射出するように厚さd3を設定する。厚さd3は、数式1のd1をd3に読み換えて求めることができる。 In the present embodiment, the thickness d1 is set so that light 136R having a red wavelength region is emitted from the first resonance region 133a. In addition, the thickness d2 is set so that light 136G having a green wavelength region is emitted from the second resonance region 133b. The thickness d2 can be obtained by replacing d1 in Equation 1 with d2. Further, the thickness d3 is set so that light 136B having a blue wavelength region is emitted from the third resonance region 133c. The thickness d3 can be obtained by replacing d1 in Equation 1 with d3.
また、各共鳴領域から射出されなかった光135の残りの成分は、一部が導光層129内を伝播し、他の共鳴領域から射出される。また、光135の残りの成分の一部は半透過層128を透過して発光部122に戻され、発光部122内で反射して再度光共鳴板121に入射する。 A part of the remaining component of the light 135 that has not been emitted from each resonance region propagates in the light guide layer 129 and is emitted from another resonance region. Further, a part of the remaining component of the light 135 is transmitted through the semi-transmissive layer 128 and returned to the light emitting unit 122, reflected in the light emitting unit 122, and incident on the optical resonance plate 121 again.
このように、光共鳴板121を用いて光135から特定の波長域の光を取り出すことにより、カラーフィルタに光を吸収させて有色光を生成する場合と比較して、光の利用効率を高めることができる。よって、表示装置の消費電力を低減することができる。 In this way, by using the optical resonance plate 121 to extract light in a specific wavelength region from the light 135, the light use efficiency is increased as compared with the case where the color filter absorbs light and generates colored light. be able to. Thus, power consumption of the display device can be reduced.
また、図3(B)に示すように、光135を保護層132側から光共鳴板121に入射し、基板126側から光136R、光136G、および光136Bを射出させてもよい。図3(B)は、図2(B1)に示す部位Y1−Y2に相当する発光部122と光共鳴板121の断面図である。 3B, the light 135 may be incident on the optical resonance plate 121 from the protective layer 132 side, and the light 136R, the light 136G, and the light 136B may be emitted from the substrate 126 side. FIG. 3B is a cross-sectional view of the light-emitting portion 122 and the optical resonance plate 121 corresponding to the portion Y1-Y2 illustrated in FIG.
<光共鳴板の作製方法>
〔作製方法例1〕
続いて、光共鳴板121の作製方法例について説明する。図5および図6は、図2(B1)の部位Y1−Y2に相当する光共鳴板121の断面図である。
<Method for producing optical resonance plate>
[Production Method Example 1]
Next, an example of a method for manufacturing the optical resonance plate 121 will be described. 5 and 6 are cross-sectional views of the optical resonance plate 121 corresponding to the portion Y1-Y2 of FIG. 2 (B1).
まず、基板126上に構造体127を形成するための層137を設ける(図5(A)参照。)。次に、フォトリソグラフィ法やインクジェット法などを用いて層137上にレジストマスクを形成し、層137の一部を選択的にエッチングして層138を形成する。層138の形成後、レジストマスクを除去する(図5(B)参照。)。 First, a layer 137 for forming the structure 127 is provided over the substrate 126 (see FIG. 5A). Next, a resist mask is formed over the layer 137 by a photolithography method, an inkjet method, or the like, and part of the layer 137 is selectively etched, so that the layer 138 is formed. After the formation of the layer 138, the resist mask is removed (see FIG. 5B).
次に、層138上の一部にレジストマスク139を形成する(図5(C)参照。)。レジストマスク139を用いて層138の一部を選択的に除去し、凸部を有する構造体127を形成する(図5(D)参照。)。その後、レジストマスク139を除去する。 Next, a resist mask 139 is formed over part of the layer 138 (see FIG. 5C). A part of the layer 138 is selectively removed using the resist mask 139, so that the structure 127 having a convex portion is formed (see FIG. 5D). Thereafter, the resist mask 139 is removed.
次に、基板126および構造体127上に半透過層128を形成する(図6(A)参照。)。 Next, the semi-transmissive layer 128 is formed over the substrate 126 and the structure 127 (see FIG. 6A).
次に、半透過層128上に平坦な表面を有する導光層129を設ける(図6(B)参照。)。 Next, a light guide layer 129 having a flat surface is provided over the semi-transmissive layer 128 (see FIG. 6B).
次に、導光層129上に半透過層131を設け、半透過層131上に保護層132を設ける(図6(C)参照。)。 Next, the semi-transmissive layer 131 is provided over the light guide layer 129, and the protective layer 132 is provided over the semi-transmissive layer 131 (see FIG. 6C).
なお、レジストマスクは、ハーフトーンマスクまたはグレイトーンマスクを用いて形成してもよい。 Note that the resist mask may be formed using a halftone mask or a graytone mask.
〔作製方法例2〕
作製方法例1と異なる光共鳴板121の作製方法例について説明する。図7は、図2(B1)の部位Y1−Y2に相当する光共鳴板121の断面図である。
[Production Method Example 2]
A manufacturing method example of the optical resonance plate 121 different from the manufacturing method example 1 will be described. FIG. 7 is a cross-sectional view of the optical resonance plate 121 corresponding to the portion Y1-Y2 of FIG.
まず、基板126上に、構造体127aを形成するための層137を設ける(図7(A)参照。)。次に、フォトリソグラフィ法やインクジェット法などを用いて層137上にレジストマスクを形成し、層137の一部を選択的にエッチングして構造体127aを形成する。構造体127aの形成後、レジストマスクを除去する(図7(B)参照。)。 First, a layer 137 for forming the structure 127a is provided over the substrate 126 (see FIG. 7A). Next, a resist mask is formed over the layer 137 by a photolithography method, an inkjet method, or the like, and part of the layer 137 is selectively etched to form the structure 127a. After the structure 127a is formed, the resist mask is removed (see FIG. 7B).
次に、構造体127a上に、構造体127bを形成するための層145を設ける(図7(C)参照。)。層145に構造体127aと異なるエッチング特性を有する材料を用いることで、層145と構造体127aの選択比を高めることが好ましい。例えば、構造体127aを酸化シリコンなどの透光性を有する無機絶縁物により形成し、層145をITOなどの透光性を有する金属酸化物で形成してもよい。エッチング特性の異なる材料を用いることで、構造体127aおよび層145(構造体127b)の厚さを制御し易くなる。 Next, a layer 145 for forming the structure 127b is provided over the structure 127a (see FIG. 7C). It is preferable to increase the selectivity of the layer 145 and the structure 127a by using a material having etching characteristics different from those of the structure 127a for the layer 145. For example, the structure 127a may be formed using a light-transmitting inorganic insulator such as silicon oxide, and the layer 145 may be formed using a light-transmitting metal oxide such as ITO. By using materials with different etching characteristics, the thicknesses of the structure 127a and the layer 145 (structure 127b) can be easily controlled.
次に、層145上の一部にレジストマスク139を形成する(図7(D)参照。)。レジストマスク139を用いて層145の一部を選択的に除去し、構造体127bを形成する。構造体127aと構造体127bを積層して、凸部を有する構造体127が形成される。 Next, a resist mask 139 is formed over part of the layer 145 (see FIG. 7D). A part of the layer 145 is selectively removed using the resist mask 139, so that the structure 127b is formed. The structure 127a and the structure 127b are stacked to form the structure 127 having a convex portion.
次に、基板126および構造体127上に半透過層128を形成する(図7(E)参照。)。以降の作製工程は、作製方法例1と同様に行なうことができる。 Next, the semi-transmissive layer 128 is formed over the substrate 126 and the structure 127 (see FIG. 7E). The subsequent manufacturing steps can be performed in the same manner as in Manufacturing Method Example 1.
なお、光共鳴板121の作製方法は上記作製方法に限定されるものではない。例えば、光共鳴板121の作製に、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)の作製方法を応用することも可能である。例えば、MEMSの作製方法を応用して、構造体127および半透過層128を形成した後、構造体127を除去してもよい。構造体127を除去することで、構造体127による光135の吸収がなくなるため、光135の利用効率を高めることができる。 The manufacturing method of the optical resonance plate 121 is not limited to the above manufacturing method. For example, it is possible to apply a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) manufacturing method to the manufacturing of the optical resonance plate 121. For example, the structure 127 may be removed after the structure 127 and the semi-transmissive layer 128 are formed by applying a MEMS manufacturing method. By removing the structure 127, light 135 is not absorbed by the structure 127, so that the utilization efficiency of the light 135 can be increased.
<液晶パネルと光共鳴板の配置>
図8乃至図10は、図1(A)に示す部位M1−M2の断面図である。液晶パネル110は、トランジスタ156が設けられた素子基板150と、対向基板160を有する。
<Arrangement of liquid crystal panel and optical resonance plate>
8 to 10 are cross-sectional views of the part M1-M2 illustrated in FIG. The liquid crystal panel 110 includes an element substrate 150 provided with a transistor 156 and a counter substrate 160.
図8において、素子基板150は、基板151上に絶縁層152を介してトランジスタ156と電極153を有する。電極153はトランジスタ156と電気的に接続されている。また、電極153を覆って配向膜154が形成されている。電極153は画素電極として機能できる。 In FIG. 8, an element substrate 150 includes a transistor 156 and an electrode 153 with an insulating layer 152 provided over a substrate 151. The electrode 153 is electrically connected to the transistor 156. An alignment film 154 is formed to cover the electrode 153. The electrode 153 can function as a pixel electrode.
対向基板160は、基板161上に遮光層162を有し、遮光層162上にオーバーコート層163を有し、オーバーコート層163上に電極164を有し、電極164上に配向膜165を有する。 The counter substrate 160 includes a light shielding layer 162 over the substrate 161, an overcoat layer 163 over the light shielding layer 162, an electrode 164 over the overcoat layer 163, and an alignment film 165 over the electrode 164. .
素子基板150と対向基板160は、電極153と電極164が向き合うように配置され、液晶層155を介して重なる。また、素子基板150の外側に偏光板171を有し、対向基板160の外側に偏光板172を有する。また、液晶素子157は、電極153、配向膜154、液晶層155、配向膜165、電極164により形成される。 The element substrate 150 and the counter substrate 160 are arranged so that the electrode 153 and the electrode 164 face each other, and overlap with each other with the liquid crystal layer 155 interposed therebetween. In addition, a polarizing plate 171 is provided outside the element substrate 150, and a polarizing plate 172 is provided outside the counter substrate 160. Further, the liquid crystal element 157 is formed by the electrode 153, the alignment film 154, the liquid crystal layer 155, the alignment film 165, and the electrode 164.
液晶パネル110と光共鳴板121(バックライトユニット120)は、副画素113Rと第1共鳴領域133aが互いに重なるように配置されている。同様に、副画素113Gと第1共鳴領域133bが互いに重なるように配置されている。また、副画素113Bと第1共鳴領域133cが互いに重なるように配置されている。 The liquid crystal panel 110 and the optical resonance plate 121 (backlight unit 120) are arranged so that the sub-pixel 113R and the first resonance region 133a overlap each other. Similarly, the sub-pixel 113G and the first resonance region 133b are arranged so as to overlap each other. Further, the sub-pixel 113B and the first resonance region 133c are arranged so as to overlap each other.
光共鳴板121の第1共鳴領域133aから射出された光136Rは副画素113Rに入射し、液晶素子157を介して対向基板160側から外部に射出される。同様に、第1共鳴領域133bから射出された光136Gは副画素113Gに入射し、液晶素子157を介して対向基板160側から外部に射出される。また、第1共鳴領域133cから射出された光136Bは副画素113Bに入射し、液晶素子157を介して対向基板160側から外部に射出される。液晶素子157は、副画素毎に透過する光量を制御する。 The light 136 </ b> R emitted from the first resonance region 133 a of the optical resonance plate 121 enters the sub-pixel 113 </ b> R, and is emitted outside from the counter substrate 160 side through the liquid crystal element 157. Similarly, the light 136G emitted from the first resonance region 133b enters the sub-pixel 113G, and is emitted to the outside from the counter substrate 160 side via the liquid crystal element 157. Further, the light 136 </ b> B emitted from the first resonance region 133 c enters the sub-pixel 113 </ b> B, and is emitted to the outside from the counter substrate 160 side through the liquid crystal element 157. The liquid crystal element 157 controls the amount of light transmitted for each sub-pixel.
また、図9に示すように、対向基板160の基板161とオーバーコート層163の間に着色層を設けてもよい。図9では、副画素113Rに赤の波長域の光を透過する着色層166Rを設け、副画素113Gに緑の波長域の光を透過する着色層166Gを設け、副画素113Bに青の波長域の光を透過する着色層166Bを設けている、なお、本明細書等では、いずれかの着色層もしくは全ての着色層について記載する場合は、単に「着色層166」と記す。 Further, as illustrated in FIG. 9, a coloring layer may be provided between the substrate 161 and the overcoat layer 163 of the counter substrate 160. In FIG. 9, a colored layer 166R that transmits light in the red wavelength range is provided in the sub-pixel 113R, a colored layer 166G that transmits light in the green wavelength range is provided in the sub-pixel 113G, and a blue wavelength range is provided in the sub-pixel 113B. In this specification and the like, when describing any colored layer or all the colored layers, the colored layer 166B is simply referred to as “colored layer 166”.
着色層を設けることで、液晶表示装置100の色再現性をより高めることができる。また、着色層を設けることで、外光の反射を抑え、液晶表示装置100の視認性をより高めることができる。また、着色層を設けることで、コントラスト比を高め、液晶表示装置100の表示品位をより高めることができる。 By providing the colored layer, the color reproducibility of the liquid crystal display device 100 can be further improved. Further, by providing the colored layer, reflection of external light can be suppressed and the visibility of the liquid crystal display device 100 can be further improved. Further, by providing the colored layer, the contrast ratio can be increased and the display quality of the liquid crystal display device 100 can be further improved.
また、液晶素子157を備える表示装置(液晶表示装置)の駆動方法としては、例えば、TNモード、STNモード、VAモード、ASM(Axially Symmetric Aligned Micro−cell)モード、OCB(Optically Compensated Birefringence)モード、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric Liquid Crystal)モード、MVAモード、PVA(Patterned Vertical Alignment)モード、IPS(In Place Switching)モード、FFS(Fringe Field Switching)モード、またはTBA(Transverse Bend Alignment)モードなどを用いてもよい。また、表示装置の駆動方法としては、上述した駆動方法の他、ECB(Electrically Controlled Birefringence)モード、PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal)モード、PNLC(Polymer Network Liquid Crystal)モード、ゲストホストモードなとがある。ただし、これに限定されず、液晶素子およびその駆動方式として様々なものを用いることができる。 In addition, as a driving method of a display device (liquid crystal display device) including the liquid crystal element 157, for example, a TN mode, an STN mode, a VA mode, an ASM (Axial Symmetrical Aligned Micro-cell) mode, an OCB (Optically Compensated Birefringence) mode, and the like. FLC (Ferroelectric Liquid Crystal) mode, AFLC (Antiferroelectric Liquid Crystal) mode, MVA mode, PVA (Patterned Vertical Alignment) mode, IPS (In-Place Switching) mode, FFSwitching mode Such as A (Transverse Bend Alignment) mode may be used. In addition to the above-described driving methods, there are ECB (Electrically Controlled Birefringence) mode, PDLC (Polymer Dispersed Liquid Crystal) mode, PNLC (Polymer Network Liquid Crystal mode), and other driving methods for the display device. . However, the present invention is not limited to this, and various liquid crystal elements and driving methods thereof can be used.
また、ブルー相(Blue Phase)を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物により液晶素子157を構成してもよい。ブルー相を示す液晶を含有する液晶表示装置は、応答速度が1msec以下と短く、光学的等方性であるため、配向処理が不要であり、かつ、視野角依存性が小さい。 Alternatively, the liquid crystal element 157 may be formed using a liquid crystal composition including a liquid crystal exhibiting a blue phase (Blue Phase) and a chiral agent. A liquid crystal display device containing a liquid crystal exhibiting a blue phase has a response speed as short as 1 msec or less and is optically isotropic, so that alignment treatment is unnecessary and viewing angle dependency is small.
また、液晶表示装置100をIPSモードやFFSモードなどの、いわゆる横電界モードで用いる場合は対向基板160上の電極164を設けない場合がある。 When the liquid crystal display device 100 is used in a so-called lateral electric field mode such as an IPS mode or an FFS mode, the electrode 164 on the counter substrate 160 may not be provided.
図10は、液晶表示装置100をIPSモードで用いる場合の断面図である。図10では、素子基板150に電極167が形成されている。電極167には共通の電位(コモン電位)が供給される。図10において、液晶素子157は、電極153、電極167、配向膜154、液晶層155、配向膜165により形成される。液晶素子314は、電極153および電極167間に生じる電界(基板面に対して横方向に発生する電界)により液晶の配向が制御される。また、図10では対向基板160に電極164を設けない場合を例示しているが、対向基板160に電極164を設けてもよい。 FIG. 10 is a cross-sectional view when the liquid crystal display device 100 is used in the IPS mode. In FIG. 10, an electrode 167 is formed on the element substrate 150. A common potential (common potential) is supplied to the electrode 167. In FIG. 10, the liquid crystal element 157 includes an electrode 153, an electrode 167, an alignment film 154, a liquid crystal layer 155, and an alignment film 165. In the liquid crystal element 314, the alignment of liquid crystal is controlled by an electric field generated between the electrode 153 and the electrode 167 (an electric field generated in a direction transverse to the substrate surface). FIG. 10 illustrates the case where the counter substrate 160 is not provided with the electrode 164, but the counter substrate 160 may be provided with the electrode 164.
また、液晶素子157に代えて、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)を用いた表示素子を用いてもよい。例えば、DMS(Digital Micro Shutter)素子を用いてもよい。 Further, instead of the liquid crystal element 157, a display element using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) may be used. For example, a DMS (Digital Micro Shutter) element may be used.
<表示装置の画素構成例>
ここで、カラー表示を実現するための画素構成の一例を、図11を用いて説明する。前述したように、画素114を赤、緑、青の光を射出する副画素で構成することで、フルカラー表示を実現することができる。なお、副画素が射出する光は、赤、緑、青、以外であってもよく、例えば、黄、シアン、マゼンダなどであってもよい。
<Example of Pixel Configuration of Display Device>
Here, an example of a pixel configuration for realizing color display will be described with reference to FIG. As described above, full color display can be realized by configuring the pixel 114 with sub-pixels that emit red, green, and blue light. The light emitted from the sub-pixel may be other than red, green, and blue, and may be yellow, cyan, magenta, and the like, for example.
また、図11(A)に示すように、1つの画素114に4つの副画素を設けてもよい。例えば、副画素113R、副画素113G、および副画素113Bに加えて、黄色の光を射出する副画素113Yを設けてもよい。1つの画素114に含まれる副画素の数を増やすことで、特に色の再現性を高めることができる。よって、表示装置の表示品位を高めることができる。 In addition, as shown in FIG. 11A, one pixel 114 may be provided with four subpixels. For example, in addition to the subpixel 113R, the subpixel 113G, and the subpixel 113B, a subpixel 113Y that emits yellow light may be provided. By increasing the number of sub-pixels included in one pixel 114, color reproducibility can be particularly improved. Therefore, the display quality of the display device can be improved.
また、副画素113Yに代えて、白色光を射出する副画素113Wを設けてもよい。副画素113Wを設けることで、表示領域の発光輝度を高めることができる。なお、副画素113Wを設ける場合は、副画素113Wと重なる領域の半透過層131を設けなくてもよい。 Further, a sub-pixel 113W that emits white light may be provided instead of the sub-pixel 113Y. By providing the sub-pixel 113W, the light emission luminance of the display area can be increased. Note that in the case where the subpixel 113W is provided, the semi-transmissive layer 131 in a region overlapping with the subpixel 113W may not be provided.
なお、副画素の占有面積や形状などは、それぞれ同じでもよいし、それぞれ異なっていてもよい。図11(B)に示すように、青色の光を射出する副画素113Bの面積を副画素113Rや副画素113Gより大きくしてもよい。 Note that the occupied area and shape of the subpixels may be the same or different. As shown in FIG. 11B, the area of the sub-pixel 113B that emits blue light may be larger than those of the sub-pixel 113R and the sub-pixel 113G.
また、配列方法として、ストライプ配列以外の方法でもよい。例えば、デルタ配列、ベイヤー配列、マトリクス配列などを適用することもできる。マトリクス配列を適用した場合の例を、図11(C)に示す。ペンタイル配列を適用した場合の例を、図11(D)に示す。 Further, as the arrangement method, a method other than the stripe arrangement may be used. For example, a delta array, a Bayer array, a matrix array, or the like can be applied. An example in the case of applying a matrix arrangement is shown in FIG. An example in the case of applying the pen tile arrangement is shown in FIG.
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。 This embodiment can be implemented in appropriate combination with the structures described in the other embodiments.
(実施の形態2)
本実施の形態では、液晶表示装置100に用いることができる回路構成例と、副画素113に用いることができるトランジスタ156および容量素子158の断面構造例について説明する。
(Embodiment 2)
In this embodiment, circuit configuration examples that can be used for the liquid crystal display device 100 and cross-sectional structure examples of the transistor 156 and the capacitor 158 that can be used for the subpixel 113 will be described.
〔液晶表示装置のブロック図〕
図12は、液晶表示装置100の構成を説明するためのブロック図である。液晶表示装置100は、表示領域141、回路142、および回路143を有する。また、回路142は、例えば信号線駆動回路として機能する。回路143は、例えば走査線駆動回路として機能する。
[Block diagram of liquid crystal display device]
FIG. 12 is a block diagram for explaining the configuration of the liquid crystal display device 100. The liquid crystal display device 100 includes a display area 141, a circuit 142, and a circuit 143. The circuit 142 functions as, for example, a signal line driver circuit. The circuit 143 functions as, for example, a scanning line driver circuit.
また、液晶表示装置100は、各々が略平行に配設され、且つ、回路143によって電位が制御されるm本の走査線3135と、各々が略平行に配設され、且つ、回路142によって電位が制御されるn本の信号線3136と、を有する。さらに、表示領域141はm行n列のマトリクス状に配設された複数の副画素113を有する。なお、m、nは、ともに2以上の自然数である。 Further, the liquid crystal display device 100 is arranged substantially in parallel with each other and m scanning lines 3135 whose potentials are controlled by the circuit 143, and each of the liquid crystal display devices 100 is arranged substantially in parallel, and the circuit 142 supplies the potential. N signal lines 3136 to be controlled. Further, the display area 141 has a plurality of sub-pixels 113 arranged in a matrix of m rows and n columns. Note that m and n are both natural numbers of 2 or more.
表示領域141において、各走査線3135は、副画素113のうち、いずれかの行に配設されたn個の副画素113と電気的に接続される。また、各信号線3136は、副画素113のうち、いずれかの列に配設されたm個の副画素113に電気的に接続される。 In the display region 141, each scanning line 3135 is electrically connected to n subpixels 113 arranged in any row among the subpixels 113. Each signal line 3136 is electrically connected to m subpixels 113 arranged in any column among the subpixels 113.
また、図13(A)に示すように、表示領域141を挟んで回路143と向き合う位置に、回路143aを設けてもよい。また、図13(B)に示すように、表示領域141を挟んで回路142と向き合う位置に、回路142aを設けてもよい。図13(A)および図13(B)では、回路143aを回路143と同様に走査線3135に接続する例を示している。ただし、これに限らず、例えば、走査線3135に接続する回路143と回路143aを、数行毎に変えてもよい。図13(B)では、回路142aを回路142と同様に信号線3136に接続する例を示している。ただし、これに限らず、例えば、信号線3136に接続する回路142と回路142aを、数行毎に変えてもよい。また、回路142、回路142a、回路143、および回路143aは、副画素113を駆動する以外の機能を有していてもよい。 Further, as illustrated in FIG. 13A, a circuit 143a may be provided at a position facing the circuit 143 with the display region 141 interposed therebetween. Further, as illustrated in FIG. 13B, a circuit 142a may be provided at a position facing the circuit 142 with the display region 141 interposed therebetween. 13A and 13B illustrate an example in which the circuit 143a is connected to the scan line 3135 in the same manner as the circuit 143. However, the present invention is not limited to this. For example, the circuit 143 and the circuit 143a connected to the scanning line 3135 may be changed every several rows. FIG. 13B illustrates an example in which the circuit 142 a is connected to the signal line 3136 similarly to the circuit 142. However, the present invention is not limited to this. For example, the circuit 142 and the circuit 142a connected to the signal line 3136 may be changed every several rows. The circuit 142, the circuit 142a, the circuit 143, and the circuit 143a may have a function other than driving the subpixel 113.
また、回路142、回路142a、回路143、および回路143aを、「駆動回路」という場合がある。副画素113は、画素回路および表示素子を有する。画素回路3137は表示素子を駆動する回路である。駆動回路が有するトランジスタは、画素回路3137を構成するトランジスタと同時に形成することができる。また、駆動回路の一部または全部を他の基板上に形成して、液晶表示装置100と電気的に接続してもよい。例えば、駆動回路の一部または全部を、単結晶基板を用いて形成し、液晶表示装置100と電気的に接続してもよい。 Further, the circuit 142, the circuit 142a, the circuit 143, and the circuit 143a may be referred to as “driving circuits”. The subpixel 113 includes a pixel circuit and a display element. The pixel circuit 3137 is a circuit for driving a display element. The transistor included in the driver circuit can be formed at the same time as the transistor included in the pixel circuit 3137. Alternatively, part or all of the driver circuit may be formed over another substrate and electrically connected to the liquid crystal display device 100. For example, part or all of the driver circuit may be formed using a single crystal substrate and electrically connected to the liquid crystal display device 100.
〔画素回路構成例1〕
図14(A1)は、液晶表示装置100の副画素113に用いることができる回路構成の一例を示している。図14(A1)に示す画素回路3137は、トランジスタ156と、容量素子158と、を有する。また、画素回路3137は、表示素子として機能できる液晶素子157と電気的に接続されている。
[Pixel circuit configuration example 1]
FIG. 14A1 illustrates an example of a circuit configuration that can be used for the sub-pixel 113 of the liquid crystal display device 100. A pixel circuit 3137 illustrated in FIG. 14A1 includes a transistor 156 and a capacitor 158. In addition, the pixel circuit 3137 is electrically connected to a liquid crystal element 157 that can function as a display element.
液晶素子157の一対の電極の一方の電位は、画素回路3137の仕様に応じて適宜設定される。液晶素子157に含まれる液晶は、ノード3436に書き込まれるデータにより配向状態が設定される。なお、液晶素子157の一対の電極の一方に、共通の電位(コモン電位)を与えてもよい。また、液晶素子157の一対の電極の他方はノード3436に電気的に接続される。 One potential of the pair of electrodes of the liquid crystal element 157 is appropriately set in accordance with the specification of the pixel circuit 3137. The alignment state of the liquid crystal included in the liquid crystal element 157 is set by data written to the node 3436. Note that a common potential (common potential) may be applied to one of the pair of electrodes of the liquid crystal element 157. The other of the pair of electrodes of the liquid crystal element 157 is electrically connected to the node 3436.
m行n列目の画素回路3137において、トランジスタ156のソース電極およびドレイン電極の一方は、信号線DL_nに電気的に接続され、他方はノード3436に電気的に接続される。トランジスタ156のゲート電極は、走査線GL_mに電気的に接続される。トランジスタ156は、ノード3436へのデータ信号の書き込みを制御する機能を有する。 In the pixel circuit 3137 in the m-th row and the n-th column, one of the source electrode and the drain electrode of the transistor 156 is electrically connected to the signal line DL_n, and the other is electrically connected to the node 3436. A gate electrode of the transistor 156 is electrically connected to the scan line GL_m. The transistor 156 has a function of controlling writing of a data signal to the node 3436.
容量素子158の一対の電極の一方は、特定の電位が供給される配線(以下、「容量線CL」ともいう。)に電気的に接続され、他方は、ノード3436に電気的に接続される。また、液晶素子157の一対の電極の他方はノード3436に電気的に接続される。なお、容量線CLの電位の値は、画素回路3137の仕様に応じて適宜設定される。容量素子158は、ノード3436に書き込まれたデータを保持する保持容量としての機能を有する。 One of the pair of electrodes of the capacitor 158 is electrically connected to a wiring to which a specific potential is supplied (hereinafter also referred to as “capacitance line CL”), and the other is electrically connected to a node 3436. . The other of the pair of electrodes of the liquid crystal element 157 is electrically connected to the node 3436. Note that the value of the potential of the capacitor line CL is set as appropriate in accordance with the specifications of the pixel circuit 3137. The capacitor 158 functions as a storage capacitor that stores data written to the node 3436.
ここで、図14(A1)の画素回路3137を有する表示装置の動作例について説明しておく。まず、回路143により各行の画素回路3137を順次選択し、トランジスタ156をオン状態にしてノード3436にデータ信号を書き込む。 Here, an example of operation of the display device including the pixel circuit 3137 in FIG. 14A1 is described. First, the pixel circuit 3137 in each row is sequentially selected by the circuit 143, the transistor 156 is turned on, and a data signal is written to the node 3436.
次に、トランジスタ156をオフ状態としてノード3436に書き込まれたデータ信号を保持する。ノード3436に書き込まれたデータ信号に応じて、液晶素子157の透過光量が決まる。これを行毎に順次行うことにより、表示領域141に画像を表示できる。 Next, the data signal written to the node 3436 is held with the transistor 156 turned off. The amount of light transmitted through the liquid crystal element 157 is determined in accordance with the data signal written to the node 3436. By sequentially performing this for each row, an image can be displayed in the display area 141.
また、図14(A2)に示すように、トランジスタ156に代えて、バックゲート電極を有するトランジスタ156aを用いてもよい。なお、バックゲート電極については他の実施の形態で詳細に説明する。 In addition, as illustrated in FIG. 14A2, a transistor 156a including a back gate electrode may be used instead of the transistor 156. Note that the back gate electrode will be described in detail in another embodiment.
〔画素回路構成例2〕
図14(A1)に示す画素回路3137と異なる構成を有する画素回路3137について、図14(B1)を用いて説明する。また、図14(C)は図14(B1)に示す画素回路3137のレイアウト例を説明する上面図である。図14(C)は、液晶素子をIPSモードで動作させる場合のレイアウト例である。また、図14(C)は、ノード3437が容量線CLと電気的に接続する場合のレイアウト例である。
[Pixel circuit configuration example 2]
A pixel circuit 3137 having a structure different from that of the pixel circuit 3137 illustrated in FIG. 14A1 is described with reference to FIG. FIG. 14C is a top view illustrating a layout example of the pixel circuit 3137 illustrated in FIG. FIG. 14C is a layout example in the case where the liquid crystal element is operated in the IPS mode. FIG. 14C illustrates a layout example in the case where the node 3437 is electrically connected to the capacitor line CL.
図14(B1)に示す画素回路3137は、液晶素子157に代えて並列に接続された液晶素子157aおよび液晶素子157bを有する点が、図14(A1)に示す画素回路3137と異なる。ここでは異なる構成について説明し、同様な構成については上記の説明を援用する。 A pixel circuit 3137 illustrated in FIG. 14B1 is different from the pixel circuit 3137 illustrated in FIG. 14A1 in that the pixel circuit 3137 includes a liquid crystal element 157a and a liquid crystal element 157b connected in parallel instead of the liquid crystal element 157. Here, different configurations are described, and the above description is used for similar configurations.
図14(B1)に示す画素回路3137は、液晶素子157aの一方の電極がノード3437と電気的に接続され、他方の電極(電極E1)がノード3436と電気的に接続される。また、液晶素子157bの一方の電極(電極E2)がノード3436と電気的に接続され、他方の電極がノード3437と電気的に接続される。 In the pixel circuit 3137 illustrated in FIG. 14B1, one electrode of the liquid crystal element 157a is electrically connected to the node 3437, and the other electrode (electrode E1) is electrically connected to the node 3436. In addition, one electrode (electrode E2) of the liquid crystal element 157b is electrically connected to the node 3436, and the other electrode is electrically connected to the node 3437.
一般に、液晶素子を用いた表示装置では1フレーム毎に液晶素子に印加する電圧の極性が入れ替わる。液晶表示装置100を横電界モードで用いる場合、液晶素子に印加する電圧の極性によって、液晶素子の動きに差異が生じる場合がある。また、当該差異に起因して、表示不良の一つであるフリッカー現象が生じる場合がある。特にフレームレートが遅い場合にフリッカー現象が生じやすく、表示品位が低下しやすい。 In general, in a display device using a liquid crystal element, the polarity of a voltage applied to the liquid crystal element is switched every frame. When the liquid crystal display device 100 is used in the horizontal electric field mode, the movement of the liquid crystal element may vary depending on the polarity of the voltage applied to the liquid crystal element. In addition, a flicker phenomenon that is one of display defects may occur due to the difference. In particular, when the frame rate is slow, the flicker phenomenon is likely to occur, and the display quality is likely to deteriorate.
図14(B1)に示すように液晶素子157aと液晶素子157bとを並列に接続する構成により、当該差異を相殺し、フリッカー現象を生じにくくすることができる。よって、表示装置の表示品位を高めることができる。 As shown in FIG. 14B1, the structure in which the liquid crystal element 157a and the liquid crystal element 157b are connected in parallel can cancel the difference and make the flicker phenomenon difficult to occur. Therefore, the display quality of the display device can be improved.
また、図14(B2)に示すように、トランジスタ156に代えて、バックゲート電極を有するトランジスタ156aを用いてもよい。 In addition, as illustrated in FIG. 14B2, a transistor 156a including a back gate electrode may be used instead of the transistor 156.
〔トランジスタと容量素子の断面構造例1〕
副画素113は、素子基板150上に、例えば少なくとも1つのトランジスタ156と1つの容量素子158を有する。また、トランジスタ156および容量素子158は、絶縁層152上に形成されている。
[Cross-sectional structure example 1 of transistor and capacitor]
The subpixel 113 includes, for example, at least one transistor 156 and one capacitor element 158 on the element substrate 150. In addition, the transistor 156 and the capacitor 158 are formed over the insulating layer 152.
図15(A)に、トランジスタ156と容量素子158を含む、素子基板150の一部の断面構造例を示す。図15(A)に示すトランジスタ156は、ボトムゲート型のトランジスタの一種であるチャネルエッチング型のトランジスタである。 FIG. 15A illustrates an example of a cross-sectional structure of part of the element substrate 150 including the transistor 156 and the capacitor 158. A transistor 156 illustrated in FIG. 15A is a channel-etched transistor which is a kind of bottom-gate transistor.
図15(A)において、基板151上に絶縁層152が形成され、絶縁層152上に電極201と電極211が形成されている。また、電極201および電極211上に絶縁層202が形成され、絶縁層202上に半導体層203が形成されている。また、半導体層203の一部に接して電極204と電極205が設けられている。電極205の一部は絶縁層202を介して電極211と重なり、容量素子158が形成される。また、電極204、電極205を覆って絶縁層206が形成され、絶縁層206上に絶縁層207が形成され、絶縁層207上に絶縁層208が形成されている。また、絶縁層208の上に電極153が形成されている。電極153は絶縁層208、絶縁層207、および絶縁層206に設けられた開口部で電極205を電気的に接続されている。また、電極153上に配向膜154が形成されている。 In FIG. 15A, an insulating layer 152 is formed over a substrate 151, and an electrode 201 and an electrode 211 are formed over the insulating layer 152. An insulating layer 202 is formed over the electrode 201 and the electrode 211, and a semiconductor layer 203 is formed over the insulating layer 202. An electrode 204 and an electrode 205 are provided in contact with part of the semiconductor layer 203. Part of the electrode 205 overlaps with the electrode 211 with the insulating layer 202 interposed therebetween, so that the capacitor 158 is formed. An insulating layer 206 is formed so as to cover the electrodes 204 and 205, an insulating layer 207 is formed over the insulating layer 206, and an insulating layer 208 is formed over the insulating layer 207. An electrode 153 is formed over the insulating layer 208. The electrode 153 is electrically connected to the electrode 205 through an opening provided in the insulating layer 208, the insulating layer 207, and the insulating layer 206. An alignment film 154 is formed on the electrode 153.
電極201は、ゲート電極として機能できる。電極204は、ソース電極またはドレイン電極の一方として機能できる。電極205は、ソース電極またはドレイン電極の他方として機能できる。また、電極211は、容量素子158の一方の電極として機能できる。また、電極205は、容量素子158の他方の電極として機能できる。 The electrode 201 can function as a gate electrode. The electrode 204 can function as one of a source electrode and a drain electrode. The electrode 205 can function as the other of the source electrode and the drain electrode. The electrode 211 can function as one electrode of the capacitor 158. In addition, the electrode 205 can function as the other electrode of the capacitor 158.
電極201および電極211は、同一の作製工程を経て形成することができる。電極204および電極205は、同一の作製工程を経て形成することができる。 The electrode 201 and the electrode 211 can be formed through the same manufacturing process. The electrode 204 and the electrode 205 can be formed through the same manufacturing process.
<基板>
基板151として用いる材料に大きな制限はないが、少なくとも透光性を有し、かつ加熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有していることが必要となる。例えばバリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などを用いることができる。
<Board>
There is no particular limitation on the material used for the substrate 151, but it is necessary that the substrate 151 have at least light-transmitting properties and heat resistance to withstand heat treatment. For example, a glass substrate such as barium borosilicate glass or alumino borosilicate glass, a ceramic substrate, a quartz substrate, a sapphire substrate, or the like can be used.
なお、基板151として、可撓性基板(フレキシブル基板)、貼り合わせフィルム、基材フィルムなどを用いてもよい。可撓性基板、貼り合わせフィルム、基材フィルムなどの材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルサルフォン(PES)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリフッ化ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリオレフィン、ポリアミド(ナイロン、アラミドなど)、ポリイミド、ポリカーボネート、アラミド、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などを用いることができる。 Note that as the substrate 151, a flexible substrate (flexible substrate), a bonded film, a base film, or the like may be used. Examples of materials such as a flexible substrate, a laminated film, and a base film include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyethersulfone (PES), polytetrafluoroethylene (PTFE), and polypropylene. Polyester, polyvinyl fluoride, polyvinyl chloride, polyolefin, polyamide (such as nylon and aramid), polyimide, polycarbonate, aramid, epoxy resin, acrylic resin, and the like can be used.
基板151に用いる可撓性基板は、線膨張率が低いほど環境による変形が抑制されて好ましい。基板151に用いる可撓性基板は、例えば、線膨張率が1×10−3/K以下、5×10−5/K以下、または1×10−5/K以下である材質を用いればよい。特に、アラミドは、線膨張率が低いため、可撓性基板として好適である。 The flexible substrate used for the substrate 151 is preferably as the linear expansion coefficient is lower because deformation due to the environment is suppressed. For the flexible substrate used for the substrate 151, for example, a material having a linear expansion coefficient of 1 × 10 −3 / K or less, 5 × 10 −5 / K or less, or 1 × 10 −5 / K or less may be used. . In particular, since aramid has a low coefficient of linear expansion, it is suitable as a flexible substrate.
<絶縁層>
絶縁層152、絶縁層202、絶縁層206、絶縁層207、および絶縁層208は、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化シリコン、酸化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、アルミニウムシリケートなどから選ばれた材料を、単層でまたは積層して用いる。また、酸化物材料、窒化物材料、酸化窒化物材料、窒化酸化物材料のうち、複数の材料を混合した材料を用いてもよい。
<Insulating layer>
The insulating layer 152, the insulating layer 202, the insulating layer 206, the insulating layer 207, and the insulating layer 208 include aluminum nitride, aluminum oxide, aluminum nitride oxide, aluminum oxynitride, magnesium oxide, silicon nitride, silicon oxide, silicon nitride oxide, and oxide A material selected from silicon nitride, gallium oxide, germanium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, neodymium oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, aluminum silicate, or the like is used as a single layer or a stacked layer. Alternatively, a material obtained by mixing a plurality of materials among oxide materials, nitride materials, oxynitride materials, and nitride oxide materials may be used.
なお、本明細書中において、窒化酸化物とは、酸素よりも窒素の含有量が多い化合物をいう。また、酸化窒化物とは、窒素よりも酸素の含有量が多い化合物をいう。なお、各元素の含有量は、例えば、ラザフォード後方散乱法(RBS:Rutherford Backscattering Spectrometry)等を用いて測定することができる。 Note that in this specification, a nitrided oxide refers to a compound having a higher nitrogen content than oxygen. Further, oxynitride refers to a compound having a higher oxygen content than nitrogen. In addition, content of each element can be measured using Rutherford backscattering method (RBS: Rutherford Backscattering Spectrometry) etc., for example.
特に絶縁層152および絶縁層207は、不純物が透過しにくい絶縁性材料を用いて形成することが好ましい。例えば、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウムまたはタンタルを含む絶縁材料を、単層で、または積層で用いればよい。例えば、不純物が透過しにくい絶縁性材料として、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、窒化シリコンなどを挙げることができる。また、絶縁層152または絶縁層207として、絶縁性の高い酸化インジウム錫亜鉛(In−Sn−Zn酸化物)などを用いてもよい。 In particular, the insulating layer 152 and the insulating layer 207 are preferably formed using an insulating material which does not easily transmit impurities. For example, an insulating material including boron, carbon, nitrogen, oxygen, fluorine, magnesium, aluminum, silicon, phosphorus, chlorine, argon, gallium, germanium, yttrium, zirconium, lanthanum, neodymium, hafnium or tantalum, in a single layer, or What is necessary is just to use it by lamination | stacking. For example, as an insulating material that hardly permeates impurities, aluminum oxide, aluminum nitride, aluminum oxynitride, aluminum nitride oxide, gallium oxide, germanium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, neodymium oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, Examples thereof include silicon nitride. Alternatively, the insulating layer 152 or the insulating layer 207 may be formed using indium tin zinc oxide (In—Sn—Zn oxide) with high insulating properties or the like.
絶縁層152に不純物が透過しにくい絶縁性材料を用いることで、基板151側からの不純物の拡散を抑制し、トランジスタの信頼性を高めることができる。絶縁層207に不純物が透過しにくい絶縁性材料を用いることで、絶縁層208側からの不純物の拡散を抑制し、トランジスタの信頼性を高めることができる。 By using an insulating material that does not easily transmit impurities for the insulating layer 152, diffusion of impurities from the substrate 151 side can be suppressed and the reliability of the transistor can be improved. By using an insulating material that does not easily transmit impurities for the insulating layer 207, diffusion of impurities from the insulating layer 208 side can be suppressed and the reliability of the transistor can be improved.
絶縁層152、絶縁層202、絶縁層206、絶縁層207、および絶縁層208として、これらの材料で形成される絶縁層を複数積層して用いてもよい。絶縁層152、絶縁層202、絶縁層206、絶縁層207、および絶縁層208の形成方法は特に限定されず、スパッタリング法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、MBE(Molecular Beam Epitaxy)法またはPLD(Pulsed Laser Deposition)法、ALD(Atomic Layer Deposition)法、スピンコート法などの各種形成方法を用いることができる。 As the insulating layer 152, the insulating layer 202, the insulating layer 206, the insulating layer 207, and the insulating layer 208, a plurality of insulating layers formed using these materials may be stacked. The formation method of the insulating layer 152, the insulating layer 202, the insulating layer 206, the insulating layer 207, and the insulating layer 208 is not particularly limited, and a sputtering method, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, an MBE (Molecular Beam Epitaxy) method, or a PLD (PLD) method is used. Various forming methods such as a pulsed laser deposition (ALD) method, an ALD (Atomic Layer Deposition) method, and a spin coating method can be used.
例えば、熱CVD法を用いて、酸化アルミニウムを成膜する場合には、溶媒とアルミニウム前駆体化合物を含む液体(TMAなど)を気化させた原料ガスと、酸化剤としてHOの2種類のガスを用いる。なお、トリメチルアルミニウムの化学式はAl(CHである。また、他の材料液としては、トリス(ジメチルアミド)アルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、アルミニウムトリス(2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオナート)などがある。 For example, when an aluminum oxide film is formed using a thermal CVD method, two types of gases, a source gas obtained by vaporizing a liquid (TMA or the like) containing a solvent and an aluminum precursor compound, and H 2 O as an oxidizing agent are used. Use gas. Note that the chemical formula of trimethylaluminum is Al (CH 3 ) 3 . Other material liquids include tris (dimethylamido) aluminum, triisobutylaluminum, aluminum tris (2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate) and the like.
また、半導体層203として酸化物半導体を用いる場合、半導体層203中の水素濃度の増加を防ぐために、絶縁層の水素濃度を低減することが好ましい。特に、半導体層203と接する絶縁層202と絶縁層206中の水素濃度を低減することが好ましい。具体的には、絶縁層中の水素濃度を、SIMSにおいて、2×1020atoms/cm以下、好ましくは5×1019atoms/cm以下、より好ましくは1×1019atoms/cm以下、さらに好ましくは5×1018atoms/cm以下とする。また、半導体層203中の窒素濃度の増加を防ぐために、絶縁層中の窒素濃度を低減することが好ましい。特に、半導体層203と接する絶縁層202と絶縁層206中の窒素濃度を低減することが好ましい。具体的には、絶縁層中の窒素濃度を、SIMSにおいて、5×1019atoms/cm未満、好ましくは5×1018atoms/cm以下、より好ましくは1×1018atoms/cm以下、さらに好ましくは5×1017atoms/cm以下とする。 In the case where an oxide semiconductor is used for the semiconductor layer 203, it is preferable to reduce the hydrogen concentration in the insulating layer in order to prevent an increase in the hydrogen concentration in the semiconductor layer 203. In particular, the hydrogen concentration in the insulating layer 202 and the insulating layer 206 in contact with the semiconductor layer 203 is preferably reduced. Specifically, the hydrogen concentration in the insulating layer is 2 × 10 20 atoms / cm 3 or less, preferably 5 × 10 19 atoms / cm 3 or less, more preferably 1 × 10 19 atoms / cm 3 or less in SIMS. More preferably, it is 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less. In order to prevent an increase in the nitrogen concentration in the semiconductor layer 203, it is preferable to reduce the nitrogen concentration in the insulating layer. In particular, the nitrogen concentration in the insulating layer 202 and the insulating layer 206 in contact with the semiconductor layer 203 is preferably reduced. Specifically, the nitrogen concentration in the insulating layer is less than 5 × 10 19 atoms / cm 3 , preferably 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less, more preferably 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less in SIMS. More preferably, it is 5 × 10 17 atoms / cm 3 or less.
なお、SIMS分析によって測定された濃度は、プラスマイナス40%の変動を含む場合がある。 Note that the concentration measured by SIMS analysis may include a variation of plus or minus 40%.
また、半導体層203として酸化物半導体を用いる場合、絶縁層は、加熱により酸素が放出される絶縁層(「過剰酸素を含む絶縁層」ともいう。)を用いて形成することが好ましい。特に、半導体層203と接する絶縁層202と絶縁層206は過剰酸素を含む絶縁層とすることが好ましい。例えば、当該絶縁層の表面温度が100℃以上700℃以下、好ましくは100℃以上500℃以下の加熱処理で行われるTDS分析において、酸素原子に換算した酸素の脱離量が1.0×1018atoms/cm以上、あるいは3.0×1020atoms/cm以上である絶縁層が好ましい。 In the case where an oxide semiconductor is used for the semiconductor layer 203, the insulating layer is preferably formed using an insulating layer from which oxygen is released by heating (also referred to as an “insulating layer containing excess oxygen”). In particular, the insulating layer 202 and the insulating layer 206 in contact with the semiconductor layer 203 are preferably insulating layers containing excess oxygen. For example, in TDS analysis performed by heat treatment at a surface temperature of the insulating layer of 100 ° C. to 700 ° C., preferably 100 ° C. to 500 ° C., the amount of released oxygen converted to oxygen atoms is 1.0 × 10 An insulating layer that is 18 atoms / cm 3 or more, or 3.0 × 10 20 atoms / cm 3 or more is preferable.
また、過剰酸素を含む絶縁層は、絶縁層に酸素を添加する処理を行って形成することもできる。酸素を添加する処理は、酸素雰囲気下による熱処理や、イオン注入装置、イオンドーピング装置またはプラズマ処理装置を用いて行うことができる。酸素を添加するためのガスとしては、16もしくは18などの酸素ガス、亜酸化窒素ガスまたはオゾンガスなどを用いることができる。なお、本明細書では酸素を添加する処理を「酸素ドープ処理」ともいう。 The insulating layer containing excess oxygen can also be formed by performing treatment for adding oxygen to the insulating layer. The treatment for adding oxygen can be performed using heat treatment in an oxygen atmosphere, an ion implantation apparatus, an ion doping apparatus, or a plasma treatment apparatus. As a gas for adding oxygen, oxygen gas such as 16 O 2 or 18 O 2 , nitrous oxide gas, ozone gas, or the like can be used. Note that in this specification, treatment for adding oxygen is also referred to as “oxygen doping treatment”.
また、絶縁層を、酸素を含む雰囲気中でスパッタリング法により成膜することで、被形成層に酸素を導入することができる。 Further, by forming the insulating layer by a sputtering method in an atmosphere containing oxygen, oxygen can be introduced into the formation layer.
また、一般に、容量素子は対向する二つの電極の間に誘電体を挟む構成を有し、誘電体の厚さが薄いほど(対向する二つの電極間距離が短いほど)、また、誘電体の誘電率が大きいほど容量値が大きくなる。ただし、容量素子の容量値を増やすために誘電体を薄くすると、トンネル効果などに起因して、二つの電極間に意図せずに流れる電流(以下、「リーク電流」ともいう。)が増加しやすくなり、また、容量素子の絶縁耐圧が低下しやすくなる。 In general, the capacitive element has a configuration in which a dielectric is sandwiched between two opposing electrodes. The thinner the dielectric (the shorter the distance between the two opposing electrodes), the more the dielectric As the dielectric constant increases, the capacitance value increases. However, if the dielectric is thinned in order to increase the capacitance value of the capacitor, the current that flows unintentionally between the two electrodes (hereinafter also referred to as “leakage current”) increases due to the tunnel effect or the like. In addition, the withstand voltage of the capacitive element is likely to decrease.
トランジスタのゲート電極、ゲート絶縁層、半導体層が重畳する部分は、容量素子として機能する(以下、「ゲート容量」ともいう。)。なお、半導体層の、ゲート絶縁層を介してゲート電極と重畳する領域にチャネルが形成される。すなわち、ゲート電極とチャネル形成領域が、容量素子の二つの電極として機能する。また、ゲート絶縁層が容量素子の誘電体として機能する。ゲート容量の容量値は大きいほうが好ましいが、容量値を大きくするためにゲート絶縁層を薄くすると、前述のリーク電流の増加や、絶縁耐圧の低下といった問題が生じやすい。 A portion where the gate electrode, the gate insulating layer, and the semiconductor layer of the transistor overlap functions as a capacitor (hereinafter also referred to as “gate capacitor”). Note that a channel is formed in the semiconductor layer in a region overlapping with the gate electrode with the gate insulating layer interposed therebetween. That is, the gate electrode and the channel formation region function as two electrodes of the capacitor. In addition, the gate insulating layer functions as a dielectric of the capacitor. Although it is preferable that the capacitance value of the gate capacitance is large, if the gate insulating layer is thinned in order to increase the capacitance value, problems such as an increase in leakage current and a decrease in dielectric strength are likely to occur.
そこで、絶縁層202として、ハフニウムシリケート(HfSi(x>0、y>0))、窒素が添加されたハフニウムシリケート(HfSi(x>0、y>0、z>0))、窒素が添加されたハフニウムアルミネート(HfAl(x>0、y>0、z>0))、酸化ハフニウム、または酸化イットリウムなどのhigh−k材料を用いると、絶縁層202を厚くしても、絶縁層202と半導体層203間の容量値を十分確保することが可能となる。 Therefore, as the insulating layer 202, hafnium silicate (HfSi x O y (x> 0, y> 0)), hafnium silicate added with nitrogen (HfSi x O y N z (x> 0, y> 0, z>) 0)), high-k materials such as hafnium aluminate to which nitrogen is added (HfAl x O y N z (x> 0, y> 0, z> 0)), hafnium oxide, or yttrium oxide, Even if the insulating layer 202 is made thick, a sufficient capacitance value between the insulating layer 202 and the semiconductor layer 203 can be secured.
例えば、絶縁層202として誘電率が大きいhigh−k材料を用いると、絶縁層202を厚くしても、絶縁層202に酸化シリコンを用いた場合と同等の容量値を実現できるため、電極201と半導体層203間に生じるリーク電流を低減できる。また、電極201と同じ層を用いて形成された配線と、絶縁層202を介して該配線と重畳する他の配線との間に生じるリーク電流を低減できる。なお、絶縁層202をhigh−k材料と、他の絶縁材料との積層構造としてもよい。 For example, when a high-k material having a high dielectric constant is used for the insulating layer 202, a capacitance value equivalent to that obtained when silicon oxide is used for the insulating layer 202 can be realized even when the insulating layer 202 is thick. Leakage current generated between the semiconductor layers 203 can be reduced. In addition, leakage current generated between a wiring formed using the same layer as the electrode 201 and another wiring overlapping with the wiring through the insulating layer 202 can be reduced. Note that the insulating layer 202 may have a stacked structure of a high-k material and another insulating material.
また、絶縁層208は、平坦な表面を有する絶縁層である。絶縁層208としては、上記絶縁性材料のほかに、ポリイミド、アクリル系樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、ポリアミド、エポキシ系樹脂等の、耐熱性を有する有機材料を用いることができる。また上記有機材料の他に、低誘電率材料(low−k材料)、シロキサン系樹脂、PSG(リンガラス)、BPSG(リンボロンガラス)等を用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶縁層を複数積層してもよい。 The insulating layer 208 is an insulating layer having a flat surface. As the insulating layer 208, in addition to the insulating material, a heat-resistant organic material such as polyimide, acrylic resin, benzocyclobutene resin, polyamide, or epoxy resin can be used. In addition to the organic material, a low dielectric constant material (low-k material), a siloxane resin, PSG (phosphorus glass), BPSG (phosphorus boron glass), or the like can be used. Note that a plurality of insulating layers formed using these materials may be stacked.
なおシロキサン系樹脂とは、シロキサン系材料を出発材料として形成されたSi−O−Si結合を含む樹脂に相当する。シロキサン系樹脂は置換基としては有機基(例えばアルキル基やアリール基)やフルオロ基を用いても良い。また、有機基はフルオロ基を有していても良い。 Note that the siloxane-based resin corresponds to a resin including a Si—O—Si bond formed using a siloxane-based material as a starting material. Siloxane resins may use organic groups (for example, alkyl groups and aryl groups) and fluoro groups as substituents. The organic group may have a fluoro group.
絶縁層208の形成方法は、特に限定されず、その材料に応じて、スパッタ法、SOG法、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法(インクジェット法など)、印刷法(スクリーン印刷、オフセット印刷など)などを用いればよい。 The formation method of the insulating layer 208 is not particularly limited, and depending on the material, a sputtering method, an SOG method, spin coating, dipping, spray coating, a droplet discharge method (such as an ink jet method), or a printing method (screen printing or offset). Etc.) may be used.
また、試料表面にCMP処理を行なってもよい。CMP処理を行うことにより、試料表面の凹凸を低減し、この後形成される絶縁層や導電層の被覆性を高めることができる。 In addition, a CMP process may be performed on the sample surface. By performing the CMP treatment, unevenness on the surface of the sample can be reduced, and the coverage of the insulating layer and the conductive layer to be formed thereafter can be improved.
<半導体層>
半導体層203としては、単結晶半導体、多結晶半導体、微結晶半導体、非晶質半導体などを用いることができる。半導体材料としては、例えば、シリコンや、ゲルマニウムなどを用いることができる。また、シリコンゲルマニウム、炭化シリコン、ガリウムヒ素、酸化物半導体、窒化物半導体などの化合物半導体や、有機半導体などを用いることができる。
<Semiconductor layer>
As the semiconductor layer 203, a single crystal semiconductor, a polycrystalline semiconductor, a microcrystalline semiconductor, an amorphous semiconductor, or the like can be used. As the semiconductor material, for example, silicon or germanium can be used. Alternatively, a compound semiconductor such as silicon germanium, silicon carbide, gallium arsenide, an oxide semiconductor, or a nitride semiconductor, an organic semiconductor, or the like can be used.
また、半導体層203として有機物半導体を用いる場合は、芳香環をもつ低分子有機材料やπ電子共役系導電性高分子などを用いることができる。例えば、ルブレン、テトラセン、ペンタセン、ペリレンジイミド、テトラシアノキノジメタン、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレンビニレンなどを用いることができる。 In the case where an organic semiconductor is used for the semiconductor layer 203, a low-molecular organic material having an aromatic ring, a π-electron conjugated conductive polymer, or the like can be used. For example, rubrene, tetracene, pentacene, perylene diimide, tetracyanoquinodimethane, polythiophene, polyacetylene, polyparaphenylene vinylene, and the like can be used.
また、酸化物半導体のバンドギャップは2eV以上あるため、半導体層203に酸化物半導体を用いると、オフ電流が極めて少ないトランジスタを実現することができる。具体的には、チャネル幅1μm当たりのオフ電流を室温下において1×10−20A未満、1×10−22A未満、あるいは1×10−24A未満とすることができる。よって、消費電力の少ないトランジスタを提供できる。また、消費電力の少ない表示装置や半導体装置などを提供できる。 In addition, since the band gap of the oxide semiconductor is 2 eV or more, when an oxide semiconductor is used for the semiconductor layer 203, a transistor with extremely low off-state current can be realized. Specifically, the off-current per channel width of 1 μm can be less than 1 × 10 −20 A, less than 1 × 10 −22 A, or less than 1 × 10 −24 A at room temperature. Thus, a transistor with low power consumption can be provided. In addition, a display device or a semiconductor device with low power consumption can be provided.
また、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体層を用いたトランジスタ(「OSトランジスタ」ともいう。)は、ソースとドレイン間の絶縁耐圧が高い。よって、信頼性の良好なトランジスタを提供できる。また、信頼性の良好な表示装置や半導体装置などを提供できる。 In addition, a transistor using an oxide semiconductor layer for a semiconductor layer in which a channel is formed (also referred to as an “OS transistor”) has high withstand voltage between a source and a drain. Thus, a highly reliable transistor can be provided. In addition, a display device or a semiconductor device with high reliability can be provided.
本実施の形態では、半導体層203として酸化物半導体を用いる場合について説明する。半導体層203に用いる酸化物半導体は、例えば、インジウム(In)を含む酸化物半導体を用いることが好ましい。酸化物半導体は、例えば、インジウムを含むと、キャリア移動度(電子移動度)が高くなる。また、酸化物半導体は、元素Mを含むと好ましい。 In this embodiment, the case where an oxide semiconductor is used for the semiconductor layer 203 is described. As the oxide semiconductor used for the semiconductor layer 203, for example, an oxide semiconductor containing indium (In) is preferably used. For example, when the oxide semiconductor contains indium, the carrier mobility (electron mobility) increases. The oxide semiconductor preferably contains the element M.
元素Mは、好ましくは、アルミニウム、ガリウム、イットリウムまたはスズなどである。そのほかの元素Mに適用可能な元素としては、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、マグネシウムなどがある。ただし、元素Mとして、前述の元素を複数組み合わせても構わない場合がある。元素Mは、例えば、酸素との結合エネルギーが高い元素である。元素Mは、例えば、酸化物半導体のエネルギーギャップを大きくする機能を有する元素である。また、酸化物半導体は、亜鉛を含むと好ましい。酸化物半導体は亜鉛を含むと結晶化しやすくなる場合がある。 The element M is preferably aluminum, gallium, yttrium or tin. Other elements applicable to the element M include boron, silicon, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, and magnesium. However, the element M may be a combination of a plurality of the aforementioned elements. The element M is an element having a high binding energy with oxygen, for example. The element M is an element having a function of increasing the energy gap of the oxide semiconductor, for example. The oxide semiconductor preferably contains zinc. An oxide semiconductor may be easily crystallized when it contains zinc.
ただし、半導体層203に用いる酸化物半導体は、インジウムを含む酸化物に限定されない。酸化物半導体は、例えば、亜鉛スズ酸化物、ガリウムスズ酸化物、酸化ガリウムなどの、インジウムを含まず、亜鉛を含む酸化物、ガリウムを含む酸化物、スズを含む酸化物半導体などであっても構わない。 Note that the oxide semiconductor used for the semiconductor layer 203 is not limited to an oxide containing indium. The oxide semiconductor may be an oxide containing zinc, an oxide containing zinc, an oxide semiconductor containing tin, or the like, which does not contain indium, such as zinc tin oxide, gallium tin oxide, and gallium oxide. Absent.
半導体層203に用いる酸化物半導体は、例えば、エネルギーギャップが大きい酸化物半導体を用いる。半導体層203に用いる酸化物半導体のエネルギーギャップは、例えば、2.5eV以上4.2eV以下、好ましくは2.8eV以上3.8eV以下、さらに好ましくは3eV以上3.5eV以下である。 As the oxide semiconductor used for the semiconductor layer 203, for example, an oxide semiconductor with a wide energy gap is used. The energy gap of the oxide semiconductor used for the semiconductor layer 203 is, for example, 2.5 eV to 4.2 eV, preferably 2.8 eV to 3.8 eV, and more preferably 3 eV to 3.5 eV.
酸化物半導体は、スパッタリング法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法(MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法、ALD(Atomic Layer Deposition)法、熱CVD法またはPECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)法を含むがこれに限定されない)、MBE(Molecular Beam Epitaxy)法またはPLD(Pulsed Laser Deposition)法を用いて成膜すればよい。プラズマCVD法は、比較的低温で高品質の膜が得られる。MOCVD法、ALD法、または熱CVD法などの、成膜時にプラズマを用いない成膜方法を用いると、被形成面にダメージが生じにくく、また、欠陥の少ない膜が得られる。 An oxide semiconductor includes a sputtering method, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method (including a MOCVD (Metal Organic Chemical Deposition) method, an ALD (Atomic Layer Deposition) method, a thermal CVD method, and a PECVD (Dephemation Method). However, the film formation may be performed using an MBE (Molecular Beam Epitaxy) method or a PLD (Pulsed Laser Deposition) method. In the plasma CVD method, a high-quality film can be obtained at a relatively low temperature. When a film formation method that does not use plasma at the time of film formation, such as an MOCVD method, an ALD method, or a thermal CVD method, a film on which a surface is formed is hardly damaged and a film with few defects is obtained.
CVD法およびALD法は、ターゲットなどから放出される粒子が堆積する成膜方法とは異なり、被処理物の表面における反応により膜が形成される成膜方法である。したがって、被処理物の形状の影響を受けにくく、良好な段差被覆性を有する成膜方法である。特に、ALD法は、優れた段差被覆性と、優れた厚さの均一性を有するため、アスペクト比の高い開口部の表面を被覆する場合などに好適である。ただし、ALD法は、比較的成膜速度が遅いため、成膜速度の速いCVD法などの他の成膜方法と組み合わせて用いることが好ましい場合もある。 The CVD method and the ALD method are film forming methods in which a film is formed by a reaction on the surface of an object to be processed, unlike a film forming method in which particles emitted from a target or the like are deposited. Therefore, it is a film forming method that is not easily affected by the shape of the object to be processed and has good step coverage. In particular, the ALD method has excellent step coverage and excellent thickness uniformity, and thus is suitable for covering the surface of an opening having a high aspect ratio. However, since the ALD method has a relatively low film formation rate, it may be preferable to use it in combination with another film formation method such as a CVD method with a high film formation rate.
CVD法およびALD法は、原料ガスの流量比によって、得られる膜の組成を制御することができる。例えば、CVD法およびALD法では、原料ガスの流量比によって、任意の組成の膜を成膜することができる。また、例えば、CVD法およびALD法では、成膜しながら原料ガスの流量比を変化させることによって、組成が連続的に変化した膜を成膜することができる。原料ガスの流量比を変化させながら成膜する場合、複数の成膜室を用いて成膜する場合と比べて、搬送や圧力調整に掛かる時間の分、成膜に掛かる時間を短くすることができる。したがって、トランジスタや半導体装置の生産性を高めることができる場合がある。 In the CVD method and the ALD method, the composition of the obtained film can be controlled by the flow rate ratio of the source gases. For example, in the CVD method and the ALD method, a film having an arbitrary composition can be formed depending on the flow rate ratio of the source gases. Further, for example, in the CVD method and the ALD method, a film whose composition is continuously changed can be formed by changing the flow rate ratio of the source gas while forming the film. When film formation is performed while changing the flow rate ratio of the source gas, the time required for film formation can be shortened by the time required for conveyance and pressure adjustment compared to the case where film formation is performed using a plurality of film formation chambers. it can. Therefore, the productivity of transistors and semiconductor devices may be improved.
例えば、半導体層203として、熱CVD法でInGaZnO(X>0)膜を成膜する場合には、トリメチルインジウム(In(CH)、トリメチルガリウム(Ga(CH)、およびジメチル亜鉛(Zn(CH)を用いる。また、これらの組み合わせに限定されず、トリメチルガリウムに代えてトリエチルガリウム(Ga(C)を用いることもでき、ジメチル亜鉛に代えてジエチル亜鉛(Zn(C)を用いることもできる。 For example, when an InGaZnO x (X> 0) film is formed as the semiconductor layer 203 by a thermal CVD method, trimethylindium (In (CH 3 ) 3 ), trimethylgallium (Ga (CH 3 ) 3 ), and Dimethyl zinc (Zn (CH 3 ) 2 ) is used. The invention is not limited to these combinations, triethyl gallium instead of trimethylgallium (Ga (C 2 H 5) 3) can also be used, diethylzinc in place of dimethylzinc (Zn (C 2 H 5) 2) Can also be used.
例えば、半導体層203として、ALD法で、InGaZnO(X>0)膜を成膜する場合には、In(CHガスとOガスを順次繰り返し導入してInO層を形成し、その後、Ga(CHガスとOガスを順次繰り返し導入してGaO層を形成し、更にその後Zn(CHガスとOガスを順次繰り返し導入してZnO層を形成する。なお、これらの層の順番はこの例に限らない。また、これらのガスを用いてInGaO層やInZnO層、GaInO層、ZnInO層、GaZnO層などの混合化合物層を形成しても良い。なお、Oガスに変えてAr等の不活性ガスで水をバブリングしたHOガスを用いても良いが、Hを含まないOガスを用いる方が好ましい。また、In(CHガスにかえて、In(Cガスやトリス(アセチルアセトナト)インジウムを用いても良い。なお、トリス(アセチルアセトナト)インジウムは、In(acac)とも呼ぶ。また、Ga(CHガスにかえて、Ga(Cガスやトリス(アセチルアセトナト)ガリウムを用いても良い。なお、トリス(アセチルアセトナト)ガリウムは、Ga(acac)とも呼ぶ。また、Zn(CHガスや、酢酸亜鉛を用いても良い。これらのガス種には限定されない。 For example, when an InGaZnO x (X> 0) film is formed as the semiconductor layer 203 by the ALD method, an InO 2 layer is formed by sequentially introducing In (CH 3 ) 3 gas and O 3 gas repeatedly. Thereafter, Ga (CH 3 ) 3 gas and O 3 gas are sequentially introduced repeatedly to form a GaO layer, and then Zn (CH 3 ) 2 gas and O 3 gas are successively introduced to form a ZnO layer. . Note that the order of these layers is not limited to this example. Further, a mixed compound layer such as an InGaO 2 layer, an InZnO 2 layer, a GaInO layer, a ZnInO layer, or a GaZnO layer may be formed using these gases. Incidentally, O 3 may be used the H 2 O gas was bubbled water with an inert gas such as Ar in place of the gas, but better to use an O 3 gas containing no H are preferred. Further, In (C 2 H 5 ) 3 gas or tris (acetylacetonato) indium may be used instead of In (CH 3 ) 3 gas. Tris (acetylacetonato) indium is also called In (acac) 3 . Further, Ga (C 2 H 5 ) 3 gas or tris (acetylacetonato) gallium may be used instead of Ga (CH 3 ) 3 gas. Tris (acetylacetonato) gallium is also called Ga (acac) 3 . Further, Zn (CH 3 ) 2 gas or zinc acetate may be used. It is not limited to these gas types.
酸化物半導体層をスパッタリング法で形成する場合、パーティクル数低減のため、インジウムを含むターゲットを用いると好ましい。また、元素Mの原子数比が高い酸化物ターゲットを用いた場合、ターゲットの導電性が低くなる場合がある。インジウムの原子数比が高い酸化物ターゲットを用いる場合、ターゲットの導電率を高めることができ、DC放電、AC放電が容易となるため、大面積の基板へ対応しやすくなる。したがって、半導体装置の生産性を高めることができる。 In the case where the oxide semiconductor layer is formed by a sputtering method, a target containing indium is preferably used to reduce the number of particles. Further, when an oxide target having a high atomic ratio of the element M is used, the conductivity of the target may be lowered. When an oxide target with a high atomic ratio of indium is used, the conductivity of the target can be increased and DC discharge and AC discharge can be easily performed, so that it is easy to deal with a large-area substrate. Therefore, the productivity of the semiconductor device can be increased.
また、酸化物半導体層をスパッタリング法で成膜する場合、ターゲットの原子数比は、In:M:Znが3:1:1、3:1:2、3:1:4、1:1:0.5、1:1:1、1:1:2、1:4:4、4:2:4.1などとすればよい。 In the case where the oxide semiconductor layer is formed by a sputtering method, the target atomic ratio is such that In: M: Zn is 3: 1: 1, 3: 1: 2, 3: 1: 4, or 1: 1. It may be 0.5, 1: 1: 1, 1: 1: 2, 1: 4: 4, 4: 2: 4.1, or the like.
なお、酸化物半導体層をスパッタリング法で成膜すると、ターゲットの原子数比からずれた原子数比の酸化物半導体層が成膜される場合がある。特に、亜鉛は、ターゲットの原子数比よりも成膜された膜の原子数比が小さくなる場合がある。具体的には、ターゲットに含まれる亜鉛の原子数比の40atomic%以上90atomic%程度以下となる場合がある。 Note that when the oxide semiconductor layer is formed by a sputtering method, an oxide semiconductor layer having an atomic ratio that deviates from the atomic ratio of the target may be formed. In particular, in the case of zinc, the atomic number ratio of the formed film may be smaller than the atomic ratio of the target. Specifically, the atomic ratio of zinc contained in the target may be 40 atomic% or more and 90 atomic% or less.
また、OSトランジスタに安定した電気特性を付与するためには、酸化物半導体層中の不純物及び酸素欠損を低減して高純度真性化し、半導体層203を真性または実質的に真性と見なせる酸化物半導体層とすることが好ましい。また、少なくとも半導体層203中のチャネル形成領域が真性または実質的に真性と見なせる酸化物半導体層とすることが好ましい。 In addition, in order to impart stable electrical characteristics to the OS transistor, an oxide semiconductor in which the semiconductor layer 203 can be regarded as intrinsic or substantially intrinsic by reducing impurities and oxygen vacancies in the oxide semiconductor layer to achieve high purity intrinsicity. A layer is preferred. In addition, an oxide semiconductor layer in which at least a channel formation region in the semiconductor layer 203 can be regarded as intrinsic or substantially intrinsic is preferably used.
また、半導体層203に酸化物半導体層を用いる場合は、CAAC−OS(C Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor)を用いることが好ましい。なお、CAAC−OSについては、実施の形態4で詳細に説明する。 In the case where an oxide semiconductor layer is used for the semiconductor layer 203, it is preferable to use a CAAC-OS (C Axis Crystalline Oxide Semiconductor). Note that the CAAC-OS is described in detail in Embodiment 4.
また、半導体層203に用いる酸化物半導体層は、CAACでない領域が当該酸化物半導体層全体の20%未満であることが好ましい。 In addition, in the oxide semiconductor layer used for the semiconductor layer 203, a region that is not a CAAC is preferably less than 20% of the entire oxide semiconductor layer.
CAAC−OSは誘電率異方性を有する。具体的には、CAAC−OSはa軸方向およびb軸方向の誘電率よりも、c軸方向の誘電率が大きい。チャネルが形成される半導体層にCAAC−OSを用いて、ゲート電極をc軸方向に配置したトランジスタは、c軸方向の誘電率が大きいため、ゲート電極から生じる電界がCAAC−OS全体に届きやすい。よって、サブスレッショルドスイング値(S値)を小さくすることができる。また、半導体層にCAAC−OSを用いたトランジスタは、微細化によるS値の増大が生じにくい。 The CAAC-OS has a dielectric anisotropy. Specifically, the CAAC-OS has a higher dielectric constant in the c-axis direction than that in the a-axis direction and the b-axis direction. A transistor in which a CAAC-OS is used for a semiconductor layer in which a channel is formed and a gate electrode is arranged in the c-axis direction has a large dielectric constant in the c-axis direction, so that an electric field generated from the gate electrode easily reaches the entire CAAC-OS. . Therefore, the subthreshold swing value (S value) can be reduced. Further, in a transistor in which a CAAC-OS is used for a semiconductor layer, an increase in S value due to miniaturization hardly occurs.
また、CAAC−OSはa軸方向およびb軸方向の誘電率が小さいため、ソースとドレイン間に生じる電界の影響が緩和される。よって、チャネル長変調効果や、短チャネル効果、などが生じにくく、トランジスタの信頼性を高めることができる。 In addition, since the CAAC-OS has a small dielectric constant in the a-axis direction and the b-axis direction, the influence of an electric field generated between the source and the drain is reduced. Therefore, a channel length modulation effect, a short channel effect, and the like are hardly generated, and the reliability of the transistor can be improved.
ここで、チャネル長変調効果とは、ドレイン電圧がしきい値電圧よりも高い場合に、ドレイン側から空乏層が広がり、実効上のチャネル長が短くなる現象を言う。また、短チャネル効果とは、チャネル長が短くなることにより、しきい値電圧の低下などの電気特性の悪化が生じる現象を言う。微細なトランジスタほど、これらの現象による電気特性の劣化が生じやすい。 Here, the channel length modulation effect refers to a phenomenon in which when the drain voltage is higher than the threshold voltage, the depletion layer spreads from the drain side, and the effective channel length is shortened. The short channel effect refers to a phenomenon in which deterioration of electrical characteristics such as a decrease in threshold voltage occurs due to a short channel length. The finer the transistor, the easier it is for electrical characteristics to deteriorate due to these phenomena.
酸化物半導体層の形成後、酸素ドープ処理を行ってもよい。また、酸化物半導体層に含まれる水分または水素などの不純物をさらに低減して、酸化物半導体層を高純度化するために、加熱処理を行うことが好ましい。 After the formation of the oxide semiconductor layer, oxygen doping treatment may be performed. Further, heat treatment is preferably performed in order to further reduce impurities such as moisture or hydrogen contained in the oxide semiconductor layer so that the oxide semiconductor layer is highly purified.
例えば、減圧雰囲気下、窒素や希ガスなどの不活性ガス雰囲気、酸化性ガス雰囲気、又は超乾燥エア(CRDS(キャビティリングダウンレーザー分光法)方式の露点計を用いて測定した場合の水分量が20ppm(露点換算で−55℃)以下、好ましくは1ppm以下、好ましくは10ppb以下の空気)雰囲気で、酸化物半導体層に加熱処理を施す。なお、酸化性ガス雰囲気とは、酸素、オゾンまたは窒化酸素などの酸化性ガスを10ppm以上含有する雰囲気をいう。また、不活性ガス雰囲気とは、前述の酸化性ガスが10ppm末満であり、その他、窒素または希ガスで充填された雰囲気をいう。 For example, the amount of moisture when measured using a dew point meter in an inert gas atmosphere such as nitrogen or a rare gas, an oxidizing gas atmosphere, or ultra-dry air (CRDS (cavity ring down laser spectroscopy) method) under a reduced pressure atmosphere The oxide semiconductor layer is subjected to heat treatment in an atmosphere of 20 ppm (−55 ° C. in terms of dew point) or less, preferably 1 ppm or less, preferably 10 ppb or less. Note that the oxidizing gas atmosphere refers to an atmosphere containing 10 ppm or more of an oxidizing gas such as oxygen, ozone, or oxygen nitride. In addition, the inert gas atmosphere refers to an atmosphere in which the aforementioned oxidizing gas is less than 10 ppm and is filled with nitrogen or a rare gas.
また、加熱処理を行うことにより、不純物の放出と同時に絶縁層202に含まれる酸素を酸化物半導体層中に拡散させ、当該酸化物半導体層に含まれる酸素欠損を低減することができる。なお、不活性ガス雰囲気で加熱処理した後に、脱離した酸素を補うために酸化性ガスを10ppm以上、1%以上または10%以上含む雰囲気で加熱処理を行ってもよい。なお、加熱処理は、酸化物半導体層の形成後であればいつ行ってもよい。 Further, by performing heat treatment, oxygen contained in the insulating layer 202 can be diffused into the oxide semiconductor layer simultaneously with the release of impurities, so that oxygen vacancies contained in the oxide semiconductor layer can be reduced. Note that after heat treatment in an inert gas atmosphere, heat treatment may be performed in an atmosphere containing an oxidizing gas at 10 ppm or more, 1% or more, or 10% or more in order to supplement the desorbed oxygen. Note that heat treatment may be performed at any time after the oxide semiconductor layer is formed.
加熱処理に用いる加熱装置に特別な限定はなく、抵抗発熱体などの発熱体からの熱伝導または熱輻射によって、被処理物を加熱する装置であってもよい。例えば、電気炉や、LRTA(Lamp Rapid Thermal Anneal)装置、GRTA(Gas Rapid Thermal Anneal)装置等のRTA(Rapid Thermal Anneal)装置を用いることができる。LRTA装置は、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ランプなどのランプから発する光(電磁波)の輻射により、被処理物を加熱する装置である。GRTA装置は、高温のガスを用いて加熱処理を行う装置である。 There is no particular limitation on a heating device used for the heat treatment, and a device for heating an object to be processed by heat conduction or heat radiation from a heating element such as a resistance heating element may be used. For example, an RTA (Rapid Thermal Annial) apparatus such as an electric furnace, an LRTA (Lamp Rapid Thermal Anneal) apparatus, or a GRTA (Gas Rapid Thermal Anneal) apparatus can be used. The LRTA apparatus is an apparatus that heats an object to be processed by radiation of light (electromagnetic waves) emitted from a lamp such as a halogen lamp, a metal halide lamp, a xenon arc lamp, a carbon arc lamp, a high pressure sodium lamp, or a high pressure mercury lamp. The GRTA apparatus is an apparatus that performs heat treatment using a high-temperature gas.
加熱処理は、250℃以上650℃以下、好ましくは300℃以上500℃以下で行えばよい。処理時間は24時間以内とする。24時間を超える加熱処理は生産性の低下を招くため好ましくない。 The heat treatment may be performed at 250 ° C to 650 ° C, preferably 300 ° C to 500 ° C. The processing time is within 24 hours. Heat treatment for more than 24 hours is not preferable because it causes a decrease in productivity.
<電極>
電極201、電極211、電極204、電極205を形成するための導電性材料としては、アルミニウム、クロム、銅、銀、金、白金、タンタル、ニッケル、チタン、モリブデン、タングステン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウムなどから選ばれた金属元素を1種以上含む材料を用いることができる。また、リン等の不純物元素を含有させた多結晶シリコンに代表される、電気伝導度が高い半導体、ニッケルシリサイドなどのシリサイドを用いてもよい。これらの材料で形成される導電層を複数積層して用いてもよい。
<Electrode>
The conductive material for forming the electrode 201, the electrode 211, the electrode 204, and the electrode 205 includes aluminum, chromium, copper, silver, gold, platinum, tantalum, nickel, titanium, molybdenum, tungsten, hafnium, vanadium, niobium, A material containing one or more metal elements selected from manganese, magnesium, zirconium, beryllium and the like can be used. Alternatively, a semiconductor with high electrical conductivity typified by polycrystalline silicon containing an impurity element such as phosphorus, or silicide such as nickel silicide may be used. A plurality of conductive layers formed using these materials may be stacked.
また、電極201、電極211、電極204、電極205を形成するための導電性材料に、インジウム錫酸化物(ITO:Indium Tin Oxide)、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、シリコンを添加したインジウム錫酸化物などの酸素を含む導電性材料、窒化チタン、窒化タンタルなどの窒素を含む導電性材料を適用することもできる。また、前述した金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料を組み合わせた積層構造とすることもできる。また、前述した金属元素を含む材料と、窒素を含む導電性材料を組み合わせた積層構造とすることもできる。また、前述した金属元素を含む材料、酸素を含む導電性材料、および窒素を含む導電性材料を組み合わせた積層構造とすることもできる。導電性材料の形成方法は特に限定されず、蒸着法、CVD法、スパッタリング法などの各種形成方法を用いることができる。 In addition, as a conductive material for forming the electrode 201, the electrode 211, the electrode 204, and the electrode 205, indium tin oxide (ITO), indium oxide containing tungsten oxide, and indium zinc oxide containing tungsten oxide are used. Oxides, indium oxides containing titanium oxide, indium tin oxides containing titanium oxide, indium zinc oxides, conductive materials containing oxygen such as indium tin oxides added with silicon, nitrogen such as titanium nitride and tantalum nitride A conductive material can also be applied. Alternatively, a stacked structure in which the above-described material containing a metal element and a conductive material containing oxygen are combined can be employed. Alternatively, a stacked structure in which the above-described material containing a metal element and a conductive material containing nitrogen are combined can be used. A stacked structure in which the above-described material containing a metal element, a conductive material containing oxygen, and a conductive material containing nitrogen can be combined. The formation method of the conductive material is not particularly limited, and various formation methods such as an evaporation method, a CVD method, and a sputtering method can be used.
電極153は、ITOやインジウム亜鉛酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いて形成する。なお、対向電極上に形成される電極164も、電極153と同様に、透光性を有する導電性材料を用いて形成する。 The electrode 153 is formed using a light-transmitting conductive material such as ITO or indium zinc oxide. Note that the electrode 164 formed over the counter electrode is also formed using a light-transmitting conductive material, similarly to the electrode 153.
<配向膜>
配向膜154および配向膜165は、ポリイミド、ポリビニルアルコールなどの有機樹脂を用いて形成することができ、その表面には、ラビングなどの、液晶分子を一定方向に配列させるための配向処理が施されている。ラビングは、配向膜154に接するように、ナイロンなどの布を巻いたローラーを回転させて、上記配向膜の表面を一定方向に擦ることで、行うことができる。また、ラビングは、配向膜165に接するように、ナイロンなどの布を巻いたローラーを回転させて、上記配向膜の表面を一定方向に擦ることで、行うことができる。また、ラビングを行なわず、光配向技術などを用いて配向膜154および配向膜165を形成することも可能である。なお、酸化珪素などの無機材料を用い、配向処理を施すことなく、蒸着法で配向特性を有する配向膜を直接形成することも可能である。
<Alignment film>
The alignment film 154 and the alignment film 165 can be formed using an organic resin such as polyimide or polyvinyl alcohol, and the surface thereof is subjected to an alignment process such as rubbing for aligning liquid crystal molecules in a certain direction. ing. The rubbing can be performed by rotating a roller wrapped with a cloth such as nylon so as to contact the alignment film 154 and rubbing the surface of the alignment film in a certain direction. The rubbing can be performed by rotating a roller wound with a cloth such as nylon so as to contact the alignment film 165 and rubbing the surface of the alignment film in a certain direction. In addition, the alignment film 154 and the alignment film 165 can be formed using a photo-alignment technique or the like without performing rubbing. Note that it is also possible to directly form an alignment film having alignment characteristics by an evaporation method using an inorganic material such as silicon oxide without performing an alignment treatment.
〔トランジスタと容量素子の断面構造例2〕
図15(B)に、断面構造例1とは異なる断面構造例を示す。図15(B)に示す断面構造例2は、断面構造例1と容量素子158の構成が異なる。断面構造例2では、容量素子158の他方の電極として、半導体層203と同一の工程を経て形成された電極213を用いている。
[Cross-sectional structure example 2 of transistor and capacitor]
FIG. 15B shows a cross-sectional structure example different from the cross-sectional structure example 1. A cross-sectional structure example 2 shown in FIG. 15B is different from the cross-sectional structure example 1 in the structure of the capacitor 158. In the cross-sectional structure example 2, the electrode 213 formed through the same process as the semiconductor layer 203 is used as the other electrode of the capacitor 158.
電極213は、半導体層203と同一の工程を経て形成された後、不純物を添加することで導電率を高める。例えば、半導体層203および電極213として酸化物半導体を用いる場合、まず、電極213と重なる領域の絶縁層206の一部を除去し、電極213の表面を露出させる。次に、絶縁層207として水素を含む絶縁層を電極213の表面に接触させ、電極213中に水素を拡散させる。このようにして電極213の導電率を高めることができる。 After the electrode 213 is formed through the same process as the semiconductor layer 203, the conductivity is increased by adding an impurity. For example, when an oxide semiconductor is used for the semiconductor layer 203 and the electrode 213, first, part of the insulating layer 206 in a region overlapping with the electrode 213 is removed, so that the surface of the electrode 213 is exposed. Next, an insulating layer containing hydrogen is brought into contact with the surface of the electrode 213 as the insulating layer 207 to diffuse hydrogen into the electrode 213. In this way, the conductivity of the electrode 213 can be increased.
〔トランジスタと容量素子の断面構造例3〕
図15(C)に、断面構造例1および断面構造例2とは異なる断面構造例を示す。図15(C)に示す断面構造例3は、断面構造例1および断面構造例2とはトランジスタ156と容量素子158の構成が異なる。
[Example 3 of cross-sectional structure of transistor and capacitor]
FIG. 15C illustrates a cross-sectional structure example different from the cross-sectional structure example 1 and the cross-sectional structure example 2. The cross-sectional structure example 3 illustrated in FIG. 15C is different from the cross-sectional structure example 1 and the cross-sectional structure example 2 in the structure of the transistor 156 and the capacitor 158.
図15(C)に示すトランジスタ156は、絶縁層207上に電極209を有する。電極209は、他の電極と同様の材料および方法で形成することができる。また、電極209は、バックゲートとして機能できる。バックゲートについては追って詳述する。 A transistor 156 illustrated in FIG. 15C includes the electrode 209 over the insulating layer 207. The electrode 209 can be formed using a material and a method similar to those of other electrodes. In addition, the electrode 209 can function as a back gate. The back gate will be described in detail later.
また、図15(C)に示す容量素子158では、電極211を設けずに、電極213と電極219を用いている。電極213は、断面構造例3と同様に形成することができる。また、電極219は、電極209と同一の工程を経て形成することができる。 Further, in the capacitor 158 illustrated in FIG. 15C, the electrode 211 and the electrode 219 are used without providing the electrode 211. The electrode 213 can be formed in the same manner as the cross-sectional structure example 3. The electrode 219 can be formed through the same process as the electrode 209.
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。 This embodiment can be implemented in appropriate combination with the structures described in the other embodiments.
(実施の形態3)
本実施の形態では、液晶パネル110の構成例について、図面を用いて説明する。図16(A)、図16(B)、図17(A)、および図17(B)に示す断面図は、図2(A)に示す部位N1−N2の断面図である。
(Embodiment 3)
In this embodiment, a structural example of the liquid crystal panel 110 is described with reference to drawings. The cross-sectional views shown in FIGS. 16A, 16B, 17A, and 17B are cross-sectional views of the portion N1-N2 shown in FIG.
図16(A)はTNモードやVAモードなどの、いわゆる縦電界モードで用いる場合の構成例である。図16(A)において、基板151上に設けられた表示領域141、回路142、および回路143(図示せず。)を囲むようにシール材4005が設けられる。基板151、表示領域141、回路142、回路143(図示せず。)、及びシール材4005は基板161によって封止されている。図2(A)および図16(A)では回路142などの駆動回路をトランジスタ156と同じ構成を有するトランジスタ4011で形成しているが、別途、単結晶半導体または多結晶半導体で形成された駆動回路を用いてもよい。また、駆動回路や表示領域141に与えられる各種信号および電位は、FPC111を介して供給されている。 FIG. 16A shows a configuration example in the case of using in a so-called vertical electric field mode such as a TN mode or a VA mode. In FIG. 16A, a sealant 4005 is provided so as to surround the display region 141, the circuit 142, and the circuit 143 (not shown) provided over the substrate 151. The substrate 151, the display region 141, the circuit 142, the circuit 143 (not shown), and the sealant 4005 are sealed with the substrate 161. In FIGS. 2A and 16A, a driver circuit such as the circuit 142 is formed using the transistor 4011 having the same structure as the transistor 156; however, the driver circuit is formed using a single crystal semiconductor or a polycrystalline semiconductor. May be used. Various signals and potentials supplied to the driver circuit and the display area 141 are supplied via the FPC 111.
なお、別途形成した駆動回路の接続方法は、特に限定されるものではなく、ワイヤボンディング、COG(Chip On Glass)、TCP(Tape Carrier Package)、COF(Chip On Film)などを用いることができる。 Note that a connection method of a separately formed drive circuit is not particularly limited, and wire bonding, COG (Chip On Glass), TCP (Tape Carrier Package), COF (Chip On Film), or the like can be used.
図16(A)に示す表示装置は電極4015を有しており、電極4015はFPC111と異方性導電層4019を介して、電気的に接続されている。また、電極4015は、絶縁層208、絶縁層207、および絶縁層206に形成された開口において配線4014と電気的に接続されている。 The display device illustrated in FIG. 16A includes an electrode 4015, and the electrode 4015 is electrically connected to the FPC 111 through an anisotropic conductive layer 4019. In addition, the electrode 4015 is electrically connected to the wiring 4014 in an opening formed in the insulating layer 208, the insulating layer 207, and the insulating layer 206.
電極4015は、電極153と同じ導電層から形成され、配線4014は、トランジスタ156のソース電極およびドレイン電極と同じ導電層で形成されている。 The electrode 4015 is formed using the same conductive layer as the electrode 153, and the wiring 4014 is formed using the same conductive layer as the source electrode and the drain electrode of the transistor 156.
表示領域141と周辺回路は、トランジスタを複数有しており、図16(A)では、表示領域141に含まれるトランジスタ156と、回路142に含まれるトランジスタ4011とを例示している。図16(A)では、トランジスタ156およびトランジスタ4011上に、絶縁層208、絶縁層207、および絶縁層206が設けられている。 The display region 141 and the peripheral circuit each include a plurality of transistors. FIG. 16A illustrates a transistor 156 included in the display region 141 and a transistor 4011 included in the circuit 142. In FIG. 16A, the insulating layer 208, the insulating layer 207, and the insulating layer 206 are provided over the transistor 156 and the transistor 4011.
また、図16(A)に示す表示装置は、容量素子158を有する。容量素子158は、トランジスタ156のソース電極またはドレイン電極の一方の一部と、電極211が絶縁層202を介して重なる領域を有する。電極211は、トランジスタ156のゲート電極と同じ導電層で形成されている。 The display device illustrated in FIG. 16A includes a capacitor 158. The capacitor 158 includes a region where the electrode 211 overlaps with part of one of the source electrode and the drain electrode of the transistor 156 with the insulating layer 202 interposed therebetween. The electrode 211 is formed using the same conductive layer as the gate electrode of the transistor 156.
表示領域に設けられる容量素子の容量は、表示領域に配置されるトランジスタのリーク電流等を考慮して、所定の期間において電荷を保持できるように設定される。容量素子の容量は、トランジスタのオフ電流等を考慮して設定すればよい。 The capacitance of the capacitor provided in the display region is set so that charges can be held in a predetermined period in consideration of a leakage current of a transistor arranged in the display region. The capacity of the capacitor may be set in consideration of the off-state current of the transistor.
例えば、液晶表示装置の画素部にOSトランジスタを用いることにより、容量素子の容量を、液晶容量に対して1/3以下、さらには1/5以下とすることができる。OSトランジスタを用いることにより、容量素子の形成を省略することもできる。 For example, by using an OS transistor in the pixel portion of the liquid crystal display device, the capacitance of the capacitor can be reduced to 1/3 or less, more preferably 1/5 or less of the liquid crystal capacitance. By using the OS transistor, the formation of the capacitor can be omitted.
表示領域141に設けられたトランジスタ156は表示素子と電気的に接続する。図16(A)は、表示素子として液晶素子を用いた液晶表示装置の一例である。図16(A)において、表示素子である液晶素子157は、電極153、電極164、及び液晶層155を含む。なお、液晶層155を挟持するように配向膜として機能する絶縁層154、絶縁層165が設けられている。電極164は基板161側に設けられ、電極153と電極164は液晶層155を介して重畳する。 The transistor 156 provided in the display region 141 is electrically connected to the display element. FIG. 16A illustrates an example of a liquid crystal display device using a liquid crystal element as a display element. In FIG. 16A, a liquid crystal element 157 which is a display element includes an electrode 153, an electrode 164, and a liquid crystal layer 155. Note that an insulating layer 154 and an insulating layer 165 which function as alignment films are provided so as to sandwich the liquid crystal layer 155. The electrode 164 is provided on the substrate 161 side, and the electrode 153 and the electrode 164 overlap with each other with the liquid crystal layer 155 interposed therebetween.
またスペーサ4035は絶縁層を選択的にエッチングすることで得られる柱状のスペーサであり、電極153と電極164との間隔(セルギャップ)を制御するために設けられている。なお、スペーサ4035は球状のスペーサを用いても良い。 The spacer 4035 is a columnar spacer obtained by selectively etching the insulating layer, and is provided to control the distance (cell gap) between the electrode 153 and the electrode 164. Note that a spacer 4035 may be a spherical spacer.
また、本実施の形態において、1つの副画素113をいくつかの領域に分け、それぞれ別の方向に液晶が配向するよう工夫されているマルチドメイン化あるいはマルチドメイン設計といわれる方法を用いることができる。 In this embodiment mode, a method called multi-domain or multi-domain design in which one subpixel 113 is divided into several regions and the liquid crystal is aligned in different directions can be used. .
また、液晶材料の固有抵抗は、1×10Ω・cm以上であり、好ましくは1×1011Ω・cm以上であり、さらに好ましくは1×1012Ω・cm以上である。なお、本明細書における固有抵抗の値は、20℃で測定した値とする。 The specific resistance of the liquid crystal material is 1 × 10 9 Ω · cm or more, preferably 1 × 10 11 Ω · cm or more, and more preferably 1 × 10 12 Ω · cm or more. In addition, the value of the specific resistance in this specification shall be the value measured at 20 degreeC.
OSトランジスタは、オフ状態における電流値(オフ電流値)を低くすることができる。よって、トランジスタ156にOSトランジスタを用いると、画像信号等の電気信号の保持時間を長くすることができる。よって、リフレッシュ動作の頻度を少なくすることができるため、消費電力を抑制する効果を奏する。 The OS transistor can reduce a current value in an off state (off-state current value). Therefore, when an OS transistor is used as the transistor 156, the holding time of an electric signal such as an image signal can be extended. Therefore, since the frequency of the refresh operation can be reduced, there is an effect of suppressing power consumption.
また、液晶パネル110に、偏光部材、位相差部材、反射防止部材などの光学部材(光学基板や光学フィルム)などを適宜設けてもよい。例えば、偏光基板及び位相差基板を組み合わせた円偏光板を用いてもよい。 Further, the liquid crystal panel 110 may be appropriately provided with an optical member (an optical substrate or an optical film) such as a polarizing member, a retardation member, or an antireflection member. For example, a circularly polarizing plate that combines a polarizing substrate and a retardation substrate may be used.
また、図16(B)に示すように、基板161側に遮光層162、着色層166、およびオーバーコート層163などを設けてもよい。 Further, as illustrated in FIG. 16B, a light-blocking layer 162, a coloring layer 166, an overcoat layer 163, and the like may be provided on the substrate 161 side.
なお、遮光層162は、トランジスタと重なるように設けることが好ましい。遮光層162をトランジスタと重ねて設けることで、トランジスタの半導体層に光が入射することを防ぐことができる。よって、半導体層の光劣化を防ぎ、トランジスタの電気特性の劣化を防ぐことができる。図16(B)では、遮光層162をトランジスタ156とトランジスタ4011に重ねて設ける例を示している。 Note that the light-blocking layer 162 is preferably provided so as to overlap with the transistor. By providing the light-blocking layer 162 so as to overlap with the transistor, light can be prevented from entering the semiconductor layer of the transistor. Therefore, light deterioration of the semiconductor layer can be prevented and deterioration of electric characteristics of the transistor can be prevented. FIG. 16B illustrates an example in which the light-blocking layer 162 is provided over the transistor 156 and the transistor 4011.
図17(A)は、いわゆる横電界モードで用いる場合の構成例である。図17(A)は、液晶パネル110をFFSモードで動作させる場合の構成例を示している。図17(A)において、絶縁層208上に電極164が設けられ、電極164上に絶縁層159を介して櫛歯状の電極153が設けられている。 FIG. 17A shows a configuration example in the case of using in a so-called lateral electric field mode. FIG. 17A shows a configuration example when the liquid crystal panel 110 is operated in the FFS mode. In FIG. 17A, an electrode 164 is provided over the insulating layer 208, and a comb-like electrode 153 is provided over the electrode 164 with an insulating layer 159 provided therebetween.
また、電極164と電極153が重なる領域が容量素子として機能するため、容量素子158の形成を省略することができる。 In addition, since the region where the electrode 164 and the electrode 153 overlap functions as a capacitor, the formation of the capacitor 158 can be omitted.
また、図17(B)に示すように、基板161側に遮光層162、着色層166、およびオーバーコート層163などを設けてもよい。 In addition, as illustrated in FIG. 17B, a light-blocking layer 162, a coloring layer 166, an overcoat layer 163, and the like may be provided on the substrate 161 side.
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。 This embodiment can be implemented in appropriate combination with the structures described in the other embodiments.
(実施の形態4)
本実施の形態では、酸化物半導体の構造について説明する。
(Embodiment 4)
In this embodiment, the structure of an oxide semiconductor is described.
酸化物半導体は、単結晶酸化物半導体と、それ以外の非単結晶酸化物半導体とに分けられる。非単結晶酸化物半導体としては、CAAC−OS(C Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor)、多結晶酸化物半導体、nc−OS(nanocrystalline Oxide Semiconductor)、擬似非晶質酸化物半導体(a−like OS:amorphous like Oxide Semiconductor)、非晶質酸化物半導体などがある。 An oxide semiconductor is classified into a single crystal oxide semiconductor and a non-single-crystal oxide semiconductor. As the non-single-crystal oxide semiconductor, a CAAC-OS (C Axis Crystalline Oxide Semiconductor), a polycrystalline oxide semiconductor, an nc-OS (Nanocrystalline Semiconductor), a pseudo-amorphous oxide semiconductor (a-liquid oxide OS) like Oxide Semiconductor) and amorphous oxide semiconductor.
また別の観点では、酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体と、それ以外の結晶性酸化物半導体とに分けられる。結晶性酸化物半導体としては、単結晶酸化物半導体、CAAC−OS、多結晶酸化物半導体、nc−OSなどがある。 From another viewpoint, oxide semiconductors are classified into amorphous oxide semiconductors and other crystalline oxide semiconductors. Examples of a crystalline oxide semiconductor include a single crystal oxide semiconductor, a CAAC-OS, a polycrystalline oxide semiconductor, and an nc-OS.
非晶質構造の定義としては、一般に、準安定状態で固定化していないこと、等方的であって不均質構造を持たないことなどが知られている。また、結合角度が柔軟であり、短距離秩序性は有するが、長距離秩序性を有さない構造と言い換えることもできる。 As the definition of the amorphous structure, it is generally known that it is not fixed in a metastable state, isotropic and does not have a heterogeneous structure, and the like. Moreover, it can be paraphrased as a structure having a flexible bond angle and short-range order, but not long-range order.
逆の見方をすると、本質的に安定な酸化物半導体の場合、完全な非晶質(completely amorphous)酸化物半導体と呼ぶことはできない。また、等方的でない(例えば、微小な領域において周期構造を有する)酸化物半導体を、完全な非晶質酸化物半導体と呼ぶことはできない。ただし、a−like OSは、微小な領域において周期構造を有するものの、鬆(ボイドともいう。)を有し、不安定な構造である。そのため、物性的には非晶質酸化物半導体に近いといえる。 In other words, in the case of an oxide semiconductor that is essentially stable, it cannot be called a complete amorphous oxide semiconductor. In addition, an oxide semiconductor that is not isotropic (eg, has a periodic structure in a minute region) cannot be referred to as a completely amorphous oxide semiconductor. However, although an a-like OS has a periodic structure in a minute region, it has a void (also referred to as a void) and is an unstable structure. Therefore, it can be said that it is close to an amorphous oxide semiconductor in terms of physical properties.
<CAAC−OS>
まずは、CAAC−OSについて説明する。
<CAAC-OS>
First, the CAAC-OS will be described.
CAAC−OSは、c軸配向した複数の結晶部(ペレットともいう。)を有する酸化物半導体の一つである。 The CAAC-OS is one of oxide semiconductors having a plurality of c-axis aligned crystal parts (also referred to as pellets).
透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)によって、CAAC−OSの明視野像と回折パターンとの複合解析像(高分解能TEM像ともいう。)を観察すると、複数のペレットを確認することができる。一方、高分解能TEM像ではペレット同士の境界、即ち結晶粒界(グレインバウンダリーともいう。)を明確に確認することができない。そのため、CAAC−OSは、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。 A plurality of pellets can be confirmed by observing a combined analysis image (also referred to as a high-resolution TEM image) of a CAAC-OS bright field image and a diffraction pattern with a transmission electron microscope (TEM: Transmission Electron Microscope). . On the other hand, in the high-resolution TEM image, the boundary between pellets, that is, the crystal grain boundary (also referred to as grain boundary) cannot be clearly confirmed. Therefore, it can be said that the CAAC-OS does not easily lower the electron mobility due to the crystal grain boundary.
以下では、TEMによって観察したCAAC−OSについて説明する。図18(A)に、試料面と略平行な方向から観察したCAAC−OSの断面の高分解能TEM像を示す。高分解能TEM像の観察には、球面収差補正(Spherical Aberration Corrector)機能を用いた。球面収差補正機能を用いた高分解能TEM像を、特にCs補正高分解能TEM像と呼ぶ。Cs補正高分解能TEM像の取得は、例えば、日本電子株式会社製原子分解能分析電子顕微鏡JEM−ARM200Fなどによって行うことができる。 Hereinafter, a CAAC-OS observed with a TEM will be described. FIG. 18A shows a high-resolution TEM image of a cross section of the CAAC-OS which is observed from a direction substantially parallel to the sample surface. For observation of the high-resolution TEM image, a spherical aberration correction function was used. A high-resolution TEM image using the spherical aberration correction function is particularly referred to as a Cs-corrected high-resolution TEM image. Acquisition of a Cs-corrected high-resolution TEM image can be performed by, for example, an atomic resolution analytical electron microscope JEM-ARM200F manufactured by JEOL Ltd.
図18(A)の領域(1)を拡大したCs補正高分解能TEM像を図18(B)に示す。図18(B)より、ペレットにおいて、金属原子が層状に配列していることを確認できる。金属原子の各層の配列は、CAAC−OSの膜を形成する面(被形成面ともいう。)または上面の凹凸を反映しており、CAAC−OSの被形成面または上面と平行となる。 FIG. 18B shows a Cs-corrected high-resolution TEM image obtained by enlarging the region (1) in FIG. FIG. 18B shows that metal atoms are arranged in a layered manner in a pellet. The arrangement of each layer of metal atoms reflects unevenness on a surface (also referred to as a formation surface) or an upper surface where a CAAC-OS film is formed, and is parallel to the formation surface or upper surface of the CAAC-OS.
図18(B)に示すように、CAAC−OSは特徴的な原子配列を有する。図18(C)は、特徴的な原子配列を、補助線で示したものである。図18(B)および図18(C)より、ペレット一つの大きさは1nm以上のものや、3nm以上のものがあり、ペレットとペレットとの傾きにより生じる隙間の大きさは0.8nm程度であることがわかる。したがって、ペレットを、ナノ結晶(nc:nanocrystal)と呼ぶこともできる。また、CAAC−OSを、CANC(C−Axis Aligned nanocrystals)を有する酸化物半導体と呼ぶこともできる。 As shown in FIG. 18B, the CAAC-OS has a characteristic atomic arrangement. FIG. 18C shows a characteristic atomic arrangement with auxiliary lines. 18B and 18C, the size of one pellet is 1 nm or more or 3 nm or more, and the size of the gap caused by the inclination between the pellet and the pellet is about 0.8 nm. I know that there is. Therefore, the pellet can also be referred to as a nanocrystal (nc). The CAAC-OS can also be referred to as an oxide semiconductor including CANC (C-Axis aligned nanocrystals).
ここで、Cs補正高分解能TEM像をもとに、基板5120上のCAAC−OSのペレット5100の配置を模式的に示すと、レンガまたはブロックが積み重なったような構造となる(図18(D)参照。)。図18(C)で観察されたペレットとペレットとの間で傾きが生じている箇所は、図18(D)に示す領域5161に相当する。 Here, based on the Cs-corrected high-resolution TEM image, the layout of the CAAC-OS pellets 5100 on the substrate 5120 is schematically shown as a structure in which bricks or blocks are stacked (FIG. 18D). reference.). A portion where an inclination is generated between pellets observed in FIG. 18C corresponds to a region 5161 shown in FIG.
また、図19(A)に、試料面と略垂直な方向から観察したCAAC−OSの平面のCs補正高分解能TEM像を示す。図19(A)の領域(1)、領域(2)および領域(3)を拡大したCs補正高分解能TEM像を、それぞれ図19(B)、図19(C)および図19(D)に示す。図19(B)、図19(C)および図19(D)より、ペレットは、金属原子が三角形状、四角形状または六角形状に配列した形状であるを確認できる。しかしながら、異なるペレット間で、金属原子の配列に規則性は見られない。 FIG. 19A shows a Cs-corrected high-resolution TEM image of the plane of the CAAC-OS observed from a direction substantially perpendicular to the sample surface. The Cs-corrected high-resolution TEM images obtained by enlarging the region (1), the region (2), and the region (3) in FIG. 19A are shown in FIGS. 19B, 19C, and 19D, respectively. Show. From FIG. 19B, FIG. 19C, and FIG. 19D, it can be confirmed that the pellet has a shape in which metal atoms are arranged in a triangular shape, a quadrangular shape, or a hexagonal shape. However, there is no regularity in the arrangement of metal atoms between different pellets.
次に、X線回折(XRD:X−Ray Diffraction)によって解析したCAAC−OSについて説明する。例えば、InGaZnOの結晶を有するCAAC−OSに対し、out−of−plane法による構造解析を行うと、図20(A)に示すように回折角(2θ)が31°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、InGaZnOの結晶の(009)面に帰属されることから、CAAC−OSの結晶がc軸配向性を有し、c軸が被形成面または上面に略垂直な方向を向いていることが確認できる。 Next, the CAAC-OS analyzed by X-ray diffraction (XRD: X-Ray Diffraction) will be described. For example, when structural analysis by an out-of-plane method is performed on a CAAC-OS including an InGaZnO 4 crystal, a peak appears at a diffraction angle (2θ) of around 31 ° as illustrated in FIG. There is. Since this peak is attributed to the (009) plane of the InGaZnO 4 crystal, the CAAC-OS crystal has c-axis orientation, and the c-axis is oriented in a direction substantially perpendicular to the formation surface or the top surface. It can be confirmed.
なお、CAAC−OSのout−of−plane法による構造解析では、2θが31°近傍のピークの他に、2θが36°近傍にもピークが現れる場合がある。2θが36°近傍のピークは、CAAC−OS中の一部に、c軸配向性を有さない結晶が含まれることを示している。より好ましいCAAC−OSは、out−of−plane法による構造解析では、2θが31°近傍にピークを示し、2θが36°近傍にピークを示さない。 Note that in structural analysis of the CAAC-OS by an out-of-plane method, in addition to a peak where 2θ is around 31 °, a peak may also appear when 2θ is around 36 °. A peak at 2θ of around 36 ° indicates that a crystal having no c-axis alignment is included in part of the CAAC-OS. In a more preferable CAAC-OS, in the structural analysis by the out-of-plane method, 2θ has a peak in the vicinity of 31 °, and 2θ has no peak in the vicinity of 36 °.
一方、CAAC−OSに対し、c軸に略垂直な方向からX線を入射させるin−plane法による構造解析を行うと、2θが56°近傍にピークが現れる。このピークは、InGaZnOの結晶の(110)面に帰属される。CAAC−OSの場合は、2θを56°近傍に固定し、試料面の法線ベクトルを軸(φ軸)として試料を回転させながら分析(φスキャン)を行っても、図19(B)に示すように明瞭なピークは現れない。これに対し、InGaZnOの単結晶酸化物半導体であれば、2θを56°近傍に固定してφスキャンした場合、図20(C)に示すように(110)面と等価な結晶面に帰属されるピークが6本観察される。したがって、XRDを用いた構造解析から、CAAC−OSは、a軸およびb軸の配向が不規則であることが確認できる。 On the other hand, when structural analysis is performed on the CAAC-OS by an in-plane method in which X-rays are incident from a direction substantially perpendicular to the c-axis, a peak appears at 2θ of around 56 °. This peak is attributed to the (110) plane of the InGaZnO 4 crystal. In the case of the CAAC-OS, even when 2θ is fixed at around 56 ° and analysis (φ scan) is performed while rotating the sample with the normal vector of the sample surface as the axis (φ axis), FIG. A clear peak does not appear as shown. On the other hand, in the case of an InGaZnO 4 single crystal oxide semiconductor, when φ scan is performed with 2θ fixed at around 56 °, it belongs to a crystal plane equivalent to the (110) plane as shown in FIG. 6 peaks are observed. Therefore, structural analysis using XRD can confirm that the CAAC-OS has irregular orientations in the a-axis and the b-axis.
次に、電子回折によって解析したCAAC−OSについて説明する。例えば、InGaZnOの結晶を有するCAAC−OSに対し、試料面に平行にプローブ径が300nmの電子線を入射させると、図21(A)に示すような回折パターン(制限視野透過電子回折パターンともいう。)が現れる場合がある。この回折パターンには、InGaZnOの結晶の(009)面に起因するスポットが含まれる。したがって、電子回折によっても、CAAC−OSに含まれるペレットがc軸配向性を有し、c軸が被形成面または上面に略垂直な方向を向いていることがわかる。一方、同じ試料に対し、試料面に垂直にプローブ径が300nmの電子線を入射させたときの回折パターンを図21(B)に示す。図21(B)より、リング状の回折パターンが確認される。したがって、電子回折によっても、CAAC−OSに含まれるペレットのa軸およびb軸は配向性を有さないことがわかる。なお、図21(B)における第1リングは、InGaZnOの結晶の(010)面および(100)面などに起因すると考えられる。また、図21(B)における第2リングは(110)面などに起因すると考えられる。 Next, a CAAC-OS analyzed by electron diffraction will be described. For example, when an electron beam with a probe diameter of 300 nm is incident on a CAAC-OS including an InGaZnO 4 crystal in parallel with a sample surface, a diffraction pattern (a limited-field transmission electron diffraction pattern as illustrated in FIG. 21A) is obtained. Say) may appear. This diffraction pattern includes spots caused by the (009) plane of the InGaZnO 4 crystal. Therefore, electron diffraction shows that the pellets included in the CAAC-OS have c-axis alignment, and the c-axis is in a direction substantially perpendicular to the formation surface or the top surface. On the other hand, FIG. 21B shows a diffraction pattern obtained when an electron beam with a probe diameter of 300 nm is incident on the same sample in a direction perpendicular to the sample surface. From FIG. 21B, a ring-shaped diffraction pattern is confirmed. Therefore, electron diffraction shows that the a-axis and the b-axis of the pellet included in the CAAC-OS have no orientation. Note that the first ring in FIG. 21B is considered to originate from the (010) plane and the (100) plane of the InGaZnO 4 crystal. Further, the second ring in FIG. 21B is considered to be caused by the (110) plane or the like.
上述したように、CAAC−OSは結晶性の高い酸化物半導体である。酸化物半導体の結晶性は不純物の混入や欠陥の生成などによって低下する場合があるため、逆の見方をするとCAAC−OSは不純物や欠陥(酸素欠損など)の少ない酸化物半導体ともいえる。 As described above, the CAAC-OS is an oxide semiconductor with high crystallinity. Since the crystallinity of an oxide semiconductor may be deteriorated by entry of impurities, generation of defects, or the like, in reverse, the CAAC-OS can be said to be an oxide semiconductor with few impurities and defects (such as oxygen vacancies).
なお、不純物は、酸化物半導体の主成分以外の元素で、水素、炭素、シリコン、遷移金属元素などがある。例えば、シリコンなどの、酸化物半導体を構成する金属元素よりも酸素との結合力の強い元素は、酸化物半導体から酸素を奪うことで酸化物半導体の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。また、鉄やニッケルなどの重金属、アルゴン、二酸化炭素などは、原子半径(または分子半径)が大きいため、酸化物半導体の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。 Note that the impurity means an element other than the main components of the oxide semiconductor, such as hydrogen, carbon, silicon, or a transition metal element. For example, an element such as silicon, which has a stronger bonding force with oxygen than a metal element included in an oxide semiconductor, disturbs the atomic arrangement of the oxide semiconductor by depriving the oxide semiconductor of oxygen, thereby reducing crystallinity. It becomes a factor. In addition, heavy metals such as iron and nickel, argon, carbon dioxide, and the like have large atomic radii (or molecular radii), which disturbs the atomic arrangement of the oxide semiconductor and decreases crystallinity.
酸化物半導体が不純物や欠陥を有する場合、光や熱などにようて特性が変動する場合がある。例えば、酸化物半導体に含まれる不純物は、キャリアトラップとなる場合や、キャリア発生源となる場合がある。また、酸化物半導体中の酸素欠損は、キャリアトラップとなる場合や、水素を捕獲することによってキャリア発生源となる場合がある。 In the case where an oxide semiconductor has impurities or defects, characteristics may fluctuate due to light, heat, or the like. For example, an impurity contained in the oxide semiconductor might serve as a carrier trap or a carrier generation source. In addition, oxygen vacancies in the oxide semiconductor may serve as carrier traps or may serve as carrier generation sources by capturing hydrogen.
不純物および酸素欠損の少ないCAAC−OSは、キャリア密度の低い酸化物半導体である。具体的には、8×1011個/cm未満、好ましくは1×1011/cm未満、さらに好ましくは1×1010個/cm末満であり、1×10−9個/cm以上のキャリア密度の酸化物半導体とすることができる。そのような酸化物半導体を、高純度真性または実質的に高純度真性な酸化物半導体と呼ぶ。CAAC−OSは、不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低い。即ち、安定な特性を有する酸化物半導体であるといえる。 A CAAC-OS with few impurities and oxygen vacancies is an oxide semiconductor with low carrier density. Specifically, less than 8 × 10 11 pieces / cm 3, preferably 1 × 10 11 / cm less than 3, more preferably 1 × 10 10 pieces / cm 3 MatsuMitsuru, 1 × 10 -9 cells / cm An oxide semiconductor having a carrier density of 3 or more can be obtained. Such an oxide semiconductor is referred to as a highly purified intrinsic or substantially highly purified intrinsic oxide semiconductor. The CAAC-OS has a low impurity concentration and a low density of defect states. That is, it can be said that the oxide semiconductor has stable characteristics.
<nc−OS>
次に、nc−OSについて説明する。
<Nc-OS>
Next, the nc-OS will be described.
nc−OSは、高分解能TEM像において、結晶部を確認することのできる領域と、明確な結晶部を確認することのできない領域と、を有する。nc−OSに含まれる結晶部は、1nm以上10nm以下、または1nm以上3nm以下の大きさであることが多い。なお、結晶部の大きさが10nmより大きく100nm以下である酸化物半導体を微結晶酸化物半導体と呼ぶことがある。nc−OSは、例えば、高分解能TEM像では、結晶粒界を明確に確認できない場合がある。なお、ナノ結晶は、CAAC−OSにおけるペレットと起源を同じくする可能性がある。そのため、以下ではnc−OSの結晶部をペレットと呼ぶ場合がある。 The nc-OS has a region where a crystal part can be confirmed and a region where a clear crystal part cannot be confirmed in a high-resolution TEM image. In many cases, a crystal part included in the nc-OS has a size of 1 nm to 10 nm, or 1 nm to 3 nm. Note that an oxide semiconductor in which the size of a crystal part is greater than 10 nm and less than or equal to 100 nm is sometimes referred to as a microcrystalline oxide semiconductor. For example, the nc-OS may not be able to clearly confirm a crystal grain boundary in a high-resolution TEM image. Note that the nanocrystal may have the same origin as the pellet in the CAAC-OS. Therefore, the crystal part of nc-OS is sometimes referred to as a pellet below.
nc−OSは、微小な領域(例えば、1nm以上10nm以下の領域、特に1nm以上3nm以下の領域)において原子配列に周期性を有する。また、nc−OSは、異なるペレット間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。したがって、nc−OSは、分析方法によっては、a−like OSや非晶質酸化物半導体と区別が付かない場合がある。例えば、nc−OSに対し、ペレットよりも大きい径のX線を用いた場合、out−of−plane法による解析では、結晶面を示すピークは検出されない。また、nc−OSに対し、ペレットよりも大きいプローブ径(例えば50nm以上)の電子線を用いる電子回折を行うと、ハローパターンのような回折パターンが観測される。一方、nc−OSに対し、ペレットの大きさと近いまたはペレットより小さいプローブ径の電子線を用いるナノビーム電子回折を行うと、スポットが観測される。また、nc−OSに対しナノビーム電子回折を行うと、円を描くように(リング状に)輝度の高い領域が観測される場合がある。さらに、リング状の領域内に複数のスポットが観測される場合がある。 The nc-OS has periodicity in atomic arrangement in a minute region (for example, a region of 1 nm to 10 nm, particularly a region of 1 nm to 3 nm). In addition, the nc-OS has no regularity in crystal orientation between different pellets. Therefore, orientation is not seen in the whole film. Therefore, the nc-OS may not be distinguished from an a-like OS or an amorphous oxide semiconductor depending on an analysis method. For example, when an X-ray having a diameter larger than that of the pellet is used for nc-OS, a peak indicating a crystal plane is not detected in the analysis by the out-of-plane method. Further, when electron diffraction using an electron beam having a probe diameter (for example, 50 nm or more) larger than that of the pellet is performed on the nc-OS, a diffraction pattern such as a halo pattern is observed. On the other hand, spots are observed when nc-OS is subjected to nanobeam electron diffraction using an electron beam with a probe diameter that is close to the pellet size or smaller than the pellet size. Further, when nanobeam electron diffraction is performed on the nc-OS, a region with high luminance may be observed like a circle (in a ring shape). Furthermore, a plurality of spots may be observed in the ring-shaped region.
このように、ペレット(ナノ結晶)間では結晶方位が規則性を有さないことから、nc−OSを、RANC(Random Aligned nanocrystals)を有する酸化物半導体、またはNANC(Non−Aligned nanocrystals)を有する酸化物半導体と呼ぶこともできる。 Thus, since the crystal orientation is not regular between the pellets (nanocrystals), the nc-OS has an oxide semiconductor having RANC (Random Aligned nanocrystals), or NANC (Non-Aligned nanocrystals). It can also be called an oxide semiconductor.
nc−OSは、非晶質酸化物半導体よりも規則性の高い酸化物半導体である。そのため、nc−OSは、a−like OSや非晶質酸化物半導体よりも欠陥準位密度が低くなる。ただし、nc−OSは、異なるペレット間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、nc−OSは、CAAC−OSと比べて欠陥準位密度が高くなる。 The nc-OS is an oxide semiconductor that has higher regularity than an amorphous oxide semiconductor. Therefore, the nc-OS has a lower density of defect states than an a-like OS or an amorphous oxide semiconductor. Note that the nc-OS does not have regularity in crystal orientation between different pellets. Therefore, the nc-OS has a higher density of defect states than the CAAC-OS.
<a−like OS>
a−like OSは、nc−OSと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する酸化物半導体である。
<A-like OS>
The a-like OS is an oxide semiconductor having a structure between the nc-OS and an amorphous oxide semiconductor.
a−like OSは、高分解能TEM像において鬆が観察される場合がある。また、高分解能TEM像において、明確に結晶部を確認することのできる領域と、結晶部を確認することのできない領域と、を有する。 In the a-like OS, a void may be observed in a high-resolution TEM image. Moreover, in a high-resolution TEM image, it has the area | region which can confirm a crystal part clearly, and the area | region which cannot confirm a crystal part.
鬆を有するため、a−like OSは、不安定な構造である。以下では、a−like OSが、CAAC−OSおよびnc−OSと比べて不安定な構造であることを示すため、電子照射による構造の変化を示す。 Since it has a void, the a-like OS has an unstable structure. Hereinafter, in order to show that the a-like OS has an unstable structure as compared with the CAAC-OS and the nc-OS, a change in structure due to electron irradiation is shown.
電子照射を行う試料として、a−like OS(試料Aと表記する。)、nc−OS(試料Bと表記する。)およびCAAC−OS(試料Cと表記する。)を準備する。いずれの試料もIn−Ga−Zn酸化物である。 As samples for electron irradiation, an a-like OS (referred to as sample A), nc-OS (referred to as sample B), and CAAC-OS (referred to as sample C) are prepared. Each sample is an In—Ga—Zn oxide.
まず、各試料の高分解能断面TEM像を取得する。高分解能断面TEM像により、各試料は、いずれも結晶部を有することがわかる。 First, a high-resolution cross-sectional TEM image of each sample is acquired. It can be seen from the high-resolution cross-sectional TEM image that each sample has a crystal part.
なお、どの部分を一つの結晶部と見なすかの判定は、以下のように行えばよい。例えば、InGaZnOの結晶の単位格子は、In−O層を3層有し、またGa−Zn−O層を6層有する、計9層がc軸方向に層状に重なった構造を有することが知られている。これらの近接する層同士の間隔は、(009)面の格子面間隔(d値ともいう。)と同程度であり、結晶構造解析からその値は0.29nmと求められている。したがって、格子縞の間隔が0.28nm以上0.30nm以下である箇所を、InGaZnOの結晶部と見なすことができる。なお、格子縞は、InGaZnOの結晶のa−b面に対応する。 The determination of which part is regarded as one crystal part may be performed as follows. For example, the unit cell of an InGaZnO 4 crystal has a structure in which three In—O layers and six Ga—Zn—O layers have a total of nine layers stacked in the c-axis direction. Are known. The spacing between these adjacent layers is about the same as the lattice spacing (also referred to as d value) of the (009) plane, and the value is determined to be 0.29 nm from crystal structure analysis. Therefore, a portion where the interval between lattice fringes is 0.28 nm or more and 0.30 nm or less can be regarded as a crystal part of InGaZnO 4 . Note that the lattice fringes correspond to the ab plane of the InGaZnO 4 crystal.
図22は、各試料の結晶部(22箇所から45箇所)の平均の大きさを調査した例である。ただし、上述した格子縞の長さを結晶部の大きさとしている。図22より、a−like OSは、電子の累積照射量に応じて結晶部が大きくなっていくことがわかる。具体的には、図22中に(1)で示すように、TEMによる観察初期においては1.2nm程度の大きさだった結晶部(初期核ともいう。)が、累積照射量が4.2×10/nmにおいては2.6nm程度の大きさまで成長していることがわかる。一方、nc−OSおよびCAAC−OSは、電子照射開始時から電子の累積照射量が4.2×10/nmまでの範囲で、結晶部の大きさの変化が少ないことがわかる。具体的には、図22中の(2)および(3)で示すように、電子の累積照射量によらず、nc−OSおよびCAAC−OSの結晶部の大きさは、それぞれ1.4nm程度および2.1nm程度であることがわかる。 FIG. 22 is an example in which the average size of the crystal parts (from 22 to 45) of each sample was examined. However, the length of the lattice fringes described above is the size of the crystal part. From FIG. 22, it can be seen that in the a-like OS, the crystal part becomes larger according to the cumulative dose of electrons. Specifically, as shown by (1) in FIG. 22, the crystal portion (also referred to as initial nucleus) which was about 1.2 nm in the initial stage of observation by TEM has a cumulative irradiation dose of 4.2. It can be seen that the film grows to a size of about 2.6 nm at × 10 8 e / nm 2 . On the other hand, in the case of nc-OS and CAAC-OS, it is understood that there is little change in the size of the crystal part in the range of the cumulative electron dose from the start of electron irradiation to 4.2 × 10 8 e / nm 2. . Specifically, as indicated by (2) and (3) in FIG. 22, the sizes of the crystal parts of nc-OS and CAAC-OS are about 1.4 nm, respectively, regardless of the cumulative electron dose. And about 2.1 nm.
このように、a−like OSは、電子照射によって結晶部の成長が見られる場合がある。一方、nc−OSおよびCAAC−OSは、電子照射による結晶部の成長がほとんど見られないことがわかる。即ち、a−like OSは、nc−OSおよびCAAC−OSと比べて、不安定な構造であることがわかる。 As described above, in the a-like OS, the crystal part may be grown by electron irradiation. On the other hand, in the nc-OS and the CAAC-OS, the crystal part is hardly grown by electron irradiation. That is, it can be seen that the a-like OS has an unstable structure as compared with the nc-OS and the CAAC-OS.
また、鬆を有するため、a−like OSは、nc−OSおよびCAAC−OSと比べて密度の低い構造である。具体的には、a−like OSの密度は、同じ組成の単結晶の密度の78.6%以上92.3%未満となる。また、nc−OSの密度およびCAAC−OSの密度は、同じ組成の単結晶の密度の92.3%以上100%未満となる。単結晶の密度の78%未満となる酸化物半導体は、成膜すること自体が困難である。 In addition, since it has a void, the a-like OS has a lower density than the nc-OS and the CAAC-OS. Specifically, the density of the a-like OS is 78.6% or more and less than 92.3% of the density of the single crystal having the same composition. Further, the density of the nc-OS and the density of the CAAC-OS are 92.3% or more and less than 100% of the density of the single crystal having the same composition. An oxide semiconductor that is less than 78% of the density of a single crystal is difficult to form.
例えば、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]を満たす酸化物半導体において、菱面体晶構造を有する単結晶InGaZnOの密度は6.357g/cmとなる。よって、例えば、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]を満たす酸化物半導体において、a−like OSの密度は5.0g/cm以上5.9g/cm未満となる。また、例えば、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]を満たす酸化物半導体において、nc−OSの密度およびCAAC−OSの密度は5.9g/cm以上6.3g/cm未満となる。 For example, in an oxide semiconductor satisfying In: Ga: Zn = 1: 1: 1 [atomic ratio], the density of single crystal InGaZnO 4 having a rhombohedral structure is 6.357 g / cm 3 . Thus, for example, in an oxide semiconductor that satisfies In: Ga: Zn = 1: 1: 1 [atomic ratio], the density of a-like OS is 5.0 g / cm 3 or more and less than 5.9 g / cm 3. . For example, in the oxide semiconductor satisfying In: Ga: Zn = 1: 1: 1 [atomic ratio], the density of the nc-OS and the density of the CAAC-OS is 5.9 g / cm 3 or more and 6.3 g / less than cm 3 .
なお、同じ組成の単結晶が存在しない場合がある。その場合、任意の割合で組成の異なる単結晶を組み合わせることにより、所望の組成における単結晶に相当する密度を見積もることができる。所望の組成の単結晶に相当する密度は、組成の異なる単結晶を組み合わせる割合に対して、加重平均を用いて見積もればよい。ただし、密度は、可能な限り少ない種類の単結晶を組み合わせて見積もることが好ましい。 Note that there may be no single crystal having the same composition. In that case, the density corresponding to the single crystal in a desired composition can be estimated by combining single crystals having different compositions at an arbitrary ratio. 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 which combines the single crystal from which a composition differs. However, the density is preferably estimated by combining as few kinds of single crystals as possible.
以上のように、酸化物半導体は、様々な構造をとり、それぞれが様々な特性を有する。なお、酸化物半導体は、例えば、非晶質酸化物半導体、a−like OS、nc−OS、CAAC−OSのうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。 As described above, oxide semiconductors have various structures and various properties. Note that the oxide semiconductor may be a stacked film including two or more of an amorphous oxide semiconductor, an a-like OS, an nc-OS, and a CAAC-OS, for example.
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。 This embodiment can be implemented in appropriate combination with the structures described in the other embodiments.
(実施の形態5)
本実施の形態では、上記実施の形態に示した画素回路や駆動回路などに用いることができるトランジスタの一例を示す。
(Embodiment 5)
In this embodiment, an example of a transistor that can be used for the pixel circuit, the driver circuit, or the like described in the above embodiment is described.
本発明の一態様の液晶表示装置100は、ボトムゲート型のトランジスタや、トップゲート型トランジスタなどの様々な形態のトランジスタを用いて作製することができる。よって、既存の製造ラインに合わせて、使用する半導体層の材料やトランジスタ構造を容易に置き換えることができる。 The liquid crystal display device 100 of one embodiment of the present invention can be manufactured using various types of transistors such as a bottom-gate transistor and a top-gate transistor. Therefore, the semiconductor layer material and the transistor structure to be used can be easily replaced in accordance with an existing production line.
〔ボトムゲート型トランジスタ〕
図23(A1)は、ボトムゲート型のトランジスタの一種であるチャネル保護型のトランジスタ410の断面図である。トランジスタ410は、基板271上に絶縁層272を介して電極246を有する。また、電極246上に絶縁層226を介して半導体層242を有する。電極246はゲート電極として機能できる。絶縁層226はゲート絶縁層として機能できる。
[Bottom gate type transistor]
FIG. 23A1 is a cross-sectional view of a channel protection transistor 410 which is a kind of bottom-gate transistor. The transistor 410 includes an electrode 246 over a substrate 271 with an insulating layer 272 interposed therebetween. In addition, the semiconductor layer 242 is provided over the electrode 246 with the insulating layer 226 interposed therebetween. The electrode 246 can function as a gate electrode. The insulating layer 226 can function as a gate insulating layer.
また、半導体層242のチャネル形成領域上に絶縁層225を有する。また、半導体層242の一部と接して、絶縁層226上に電極244aおよび電極244bを有する。電極244aの一部、および電極244bの一部は、絶縁層226上に形成される。 In addition, the insulating layer 225 is provided over the channel formation region of the semiconductor layer 242. In addition, the electrode 244 a and the electrode 244 b are provided over the insulating layer 226 in contact with part of the semiconductor layer 242. Part of the electrode 244 a and part of the electrode 244 b are formed over the insulating layer 226.
絶縁層225は、チャネル保護層として機能できる。チャネル形成領域上に絶縁層225を設けることで、電極244aおよび電極244bの形成時に生じる半導体層242の露出を防ぐことができる。よって、電極244aおよび電極244bの形成時に、半導体層242のチャネル形成領域がエッチングされることを防ぐことができる。本発明の一態様によれば、電気特性の良好なトランジスタを実現することができる。 The insulating layer 225 can function as a channel protective layer. By providing the insulating layer 225 over the channel formation region, exposure of the semiconductor layer 242 that occurs when the electrodes 244a and 244b are formed can be prevented. Therefore, the channel formation region of the semiconductor layer 242 can be prevented from being etched when the electrodes 244a and 244b are formed. According to one embodiment of the present invention, a transistor with favorable electrical characteristics can be realized.
また、トランジスタ410は、電極244a、電極244bおよび絶縁層225上に絶縁層228を有し、絶縁層228の上に絶縁層229を有する。 The transistor 410 includes the insulating layer 228 over the electrode 244a, the electrode 244b, and the insulating layer 225, and includes the insulating layer 229 over the insulating layer 228.
なお、本実施の形態で開示するトランジスタを構成する電極などの導電層、半導体層、絶縁層、基板などは、他の実施の形態に開示した材料および方法を用いて形成することができる。例えば、半導体層242は半導体層203と同様の材料および方法を用いて形成することができる。 Note that a conductive layer such as an electrode, a semiconductor layer, an insulating layer, a substrate, or the like included in the transistor disclosed in this embodiment can be formed using the materials and methods disclosed in the other embodiments. For example, the semiconductor layer 242 can be formed using a material and a method similar to those of the semiconductor layer 203.
なお、半導体層242に酸化物半導体を用いる場合、電極224aおよび電極224bの、少なくとも半導体層242と接する部分に、半導体層242の一部から酸素を奪い、酸素欠損を生じさせることが可能な材料を用いることが好ましい。半導体層242中の酸素欠損が生じた領域はキャリア濃度が増加し、当該領域はn型化し、n型領域(n層)となる。したがって、当該領域はソース領域またはドレイン領域として機能することができる。酸化物半導体から酸素を奪い、酸素欠損を生じさせることが可能な材料の一例として、タングステン、チタン等を挙げることができる。 Note that in the case where an oxide semiconductor is used for the semiconductor layer 242, a material capable of depriving oxygen from part of the semiconductor layer 242 and generating oxygen vacancies in at least a portion of the electrode 224a and the electrode 224b in contact with the semiconductor layer 242. Is preferably used. In the region where oxygen vacancies occur in the semiconductor layer 242, the carrier concentration increases, and the region becomes n-type and becomes an n-type region (n + layer). Accordingly, the region can function as a source region or a drain region. As an example of a material capable of depriving oxygen from an oxide semiconductor and causing oxygen vacancies, tungsten, titanium, and the like can be given.
半導体層242にソース領域およびドレイン領域が形成されることにより、電極224aおよび電極224bと半導体層242の接触抵抗を低減することができる。よって、電界効果移動度や、しきい値電圧などの、トランジスタの電気特性を良好なものとすることができる。 When the source region and the drain region are formed in the semiconductor layer 242, contact resistance between the electrode 224a and the electrode 224b and the semiconductor layer 242 can be reduced. Thus, favorable electric characteristics of the transistor, such as field effect mobility and threshold voltage, can be obtained.
半導体層242にシリコンなどの半導体を用いる場合は、半導体層242と電極224aの間、および半導体層242と電極224bの間に、n型半導体またはp型半導体として機能する層を設けることが好ましい。n型半導体またはp型半導体として機能する層は、トランジスタのソース領域またはドレイン領域として機能することができる。 In the case where a semiconductor such as silicon is used for the semiconductor layer 242, a layer functioning as an n-type semiconductor or a p-type semiconductor is preferably provided between the semiconductor layer 242 and the electrode 224a and between the semiconductor layer 242 and the electrode 224b. A layer functioning as an n-type semiconductor or a p-type semiconductor can function as a source region or a drain region of a transistor.
絶縁層229は、外部からのトランジスタへの不純物の拡散を防ぐ、または低減する機能を有する材料を用いて形成することが好ましい。なお、必要に応じて絶縁層229を省略することもできる。 The insulating layer 229 is preferably formed using a material having a function of preventing or reducing impurity diffusion from the outside to the transistor. Note that the insulating layer 229 can be omitted as necessary.
なお、半導体層242に酸化物半導体を用いる場合、絶縁層229の形成前または形成後、もしくは絶縁層229の形成前後に加熱処理を行ってもよい。加熱処理を行うことで、絶縁層229や他の絶縁層中に含まれる酸素を半導体層242中に拡散させ、半導体層242中の酸素欠損を補填することができる。または、絶縁層229を加熱しながら成膜することで、半導体層242中の酸素欠損を補填することができる。 Note that in the case where an oxide semiconductor is used for the semiconductor layer 242, heat treatment may be performed before or after the insulating layer 229 is formed or before or after the insulating layer 229 is formed. By performing the heat treatment, oxygen contained in the insulating layer 229 and other insulating layers can be diffused into the semiconductor layer 242 so that oxygen vacancies in the semiconductor layer 242 can be filled. Alternatively, by forming the insulating layer 229 while heating, oxygen vacancies in the semiconductor layer 242 can be compensated.
なお、一般に、CVD法は、プラズマを利用するプラズマCVD(PECVD:Plasma Enhanced CVD)法、熱を利用する熱CVD(TCVD:Thermal CVD)法などに分類できる。さらに用いる原料ガスによって金属CVD(MCVD:Metal CVD)法、有機金属CVD(MOCVD:Metal Organic CVD)法などに分類できる。 In general, the CVD method can be classified into a plasma CVD (PECVD: Plasma Enhanced CVD) method using plasma, a thermal CVD (TCVD: Thermal CVD) method using heat, and the like. Furthermore, it can classify | categorize into the metal CVD (MCVD: Metal CVD) method, the organic metal CVD (MOCVD: Metal Organic CVD) method, etc. by the raw material gas to be used.
また、一般に、蒸着法は、抵抗加熱蒸着法、電子線蒸着法、MBE(Molecular Beam Epitaxy)法、PLD(Pulsed Laser Deposition)法、IAD(Ion beam Assisted Deposition)法、ALD(Atomic Layer Deposition)法などに分類できる。 In general, the vapor deposition method includes resistance heating vapor deposition method, electron beam vapor deposition method, MBE (Molecular Beam Epitaxy) method, PLD (Pulsed Laser Deposition) method, IAD (Ion beam Assisted Deposition) method, ALD (Atomite Deposition Method). Can be classified.
プラズマCVD法は、比較的低温で高品質の膜が得られる。また、MOCVD法や蒸着法などの、成膜時にプラズマを用いない成膜方法を用いると、被形成面にダメージが生じにくく、また、欠陥の少ない膜が得られる。 In the plasma CVD method, a high-quality film can be obtained at a relatively low temperature. In addition, when a film formation method that does not use plasma at the time of film formation, such as an MOCVD method or an evaporation method, a film with less defects and a film with few defects is obtained.
また、一般に、スパッタリング法は、DCスパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法、RFスパッタリング法、イオンビームスパッタリング法、ECR(Electron Cyclotron Resonance)スパッタリング法、対向ターゲットスパッタリング法などに分類できる。 In general, the sputtering method can be classified into a DC sputtering method, a magnetron sputtering method, an RF sputtering method, an ion beam sputtering method, an ECR (Electron Cyclotron Resonance) sputtering method, a counter target sputtering method, and the like.
対向ターゲットスパッタリング法では、プラズマがターゲット間に閉じこめられるため、基板へのプラズマダメージを低減することができる。また、ターゲットの傾きによっては、スパッタリング粒子の基板への入射角度を浅くすることができるため、段差被覆性を高めることができる。 In the facing target sputtering method, plasma is confined between the targets, so that plasma damage to the substrate can be reduced. Further, depending on the inclination of the target, the incident angle of the sputtered particles to the substrate can be made shallow, so that the step coverage can be improved.
図23(A2)に示すトランジスタ411は、絶縁層229上にバックゲート電極として機能できる電極223を有する点が、トランジスタ410と異なる。電極223は、電極246と同様の材料および方法で形成することができる。 A transistor 411 illustrated in FIG. 23A2 is different from the transistor 410 in that the transistor 411 includes an electrode 223 that can function as a back gate electrode over the insulating layer 229. The electrode 223 can be formed using a material and a method similar to those of the electrode 246.
一般に、バックゲート電極は導電層で形成され、ゲート電極とバックゲート電極で半導体層のチャネル形成領域を挟むように配置される。よって、バックゲート電極は、ゲート電極と同様に機能させることができる。バックゲート電極の電位は、ゲート電極と同電位としてもよいし、接地電位(GND電位)や、任意の電位としてもよい。また、バックゲート電極の電位をゲート電極と連動させず独立して変化させることで、トランジスタのしきい値電圧を変化させることができる。 In general, the back gate electrode is formed using a conductive layer, and the channel formation region of the semiconductor layer is sandwiched between the gate electrode and the back gate electrode. Therefore, the back gate electrode can function in the same manner as the gate electrode. The potential of the back gate electrode may be the same as that of the gate electrode, or may be a ground potential (GND potential) or an arbitrary potential. In addition, the threshold voltage of the transistor can be changed by changing the potential of the back gate electrode independently of the gate electrode.
電極246および電極223は、どちらもゲート電極として機能することができる。よって、絶縁層226、絶縁層225、絶縁層228、および絶縁層229は、それぞれがゲート絶縁層として機能することができる。なお、電極223は、絶縁層228と絶縁層229の間に設けてもよい。 Both the electrode 246 and the electrode 223 can function as gate electrodes. Thus, each of the insulating layer 226, the insulating layer 225, the insulating layer 228, and the insulating layer 229 can function as a gate insulating layer. Note that the electrode 223 may be provided between the insulating layer 228 and the insulating layer 229.
なお、電極246または電極223の一方を、「ゲート電極」という場合、他方を「バックゲート電極」という。例えば、トランジスタ411において、電極223を「ゲート電極」と言う場合、電極246を「バックゲート電極」と言う。また、電極223を「ゲート電極」として用いる場合は、トランジスタ411をトップゲート型のトランジスタの一種と考えることができる。また、電極246および電極223のどちらか一方を、「第1のゲート電極」といい、他方を「第2のゲート電極」という場合がある。 Note that when one of the electrode 246 and the electrode 223 is referred to as a “gate electrode”, the other is referred to as a “back gate electrode”. For example, in the transistor 411, when the electrode 223 is referred to as a “gate electrode”, the electrode 246 is referred to as a “back gate electrode”. In the case where the electrode 223 is used as a “gate electrode”, the transistor 411 can be regarded as a kind of top-gate transistor. One of the electrode 246 and the electrode 223 may be referred to as a “first gate electrode”, and the other may be referred to as a “second gate electrode”.
半導体層242を挟んで電極246および電極223を設けることで、更には、電極246および電極223を同電位とすることで、半導体層242においてキャリアの流れる領域が膜厚方向においてより大きくなるため、キャリアの移動量が増加する。この結果、トランジスタ411のオン電流が大きくなると共に、電界効果移動度が高くなる。 By providing the electrode 246 and the electrode 223 with the semiconductor layer 242 interposed therebetween, and further by setting the electrode 246 and the electrode 223 to have the same potential, a region where carriers flow in the semiconductor layer 242 becomes larger in the film thickness direction. The amount of carrier movement increases. As a result, the on-state current of the transistor 411 increases and the field-effect mobility increases.
したがって、トランジスタ411は、占有面積に対して大きいオン電流を有するトランジスタである。すなわち、求められるオン電流に対して、トランジスタ411の占有面積を小さくすることができる。本発明の一態様によれば、トランジスタの占有面積を小さくすることができる。よって、本発明の一態様によれば、集積度の高い半導体装置を実現することができる。 Therefore, the transistor 411 has a large on-state current with respect to the occupied area. That is, the area occupied by the transistor 411 can be reduced with respect to the required on-state current. According to one embodiment of the present invention, the area occupied by a transistor can be reduced. Thus, according to one embodiment of the present invention, a highly integrated semiconductor device can be realized.
また、ゲート電極とバックゲート電極は導電層で形成されるため、トランジスタの外部で生じる電界が、チャネルが形成される半導体層に作用しないようにする機能(特に静電気などに対する電界遮蔽機能)を有する。なお、バックゲート電極を半導体層よりも大きく形成し、バックゲート電極で半導体層を覆うことで、電界遮蔽機能を高めることができる。 In addition, since the gate electrode and the back gate electrode are formed using conductive layers, they have a function of preventing an electric field generated outside the transistor from acting on a semiconductor layer in which a channel is formed (particularly, an electric field shielding function against static electricity). . Note that the electric field shielding function can be improved by forming the back gate electrode larger than the semiconductor layer and covering the semiconductor layer with the back gate electrode.
また、電極246および電極223は、それぞれが外部からの電界を遮蔽する機能を有するため、絶縁層272側もしくは電極223上方に生じる荷電粒子等の電荷が半導体層242のチャネル形成領域に影響しない。この結果、ストレス試験(例えば、ゲートに負の電荷を印加する−GBT(Gate Bias−Temperature)ストレス試験)による劣化が抑制される。また、ドレイン電圧の大きさにより、オン電流が流れ始めるゲート電圧(立ち上がり電圧)が変化する現象を軽減することができる。なお、この効果は、電極246および電極223が、同電位、または異なる電位の場合において生じる。 In addition, since the electrode 246 and the electrode 223 each have a function of shielding an electric field from the outside, charges such as charged particles generated on the insulating layer 272 side or above the electrode 223 do not affect the channel formation region of the semiconductor layer 242. As a result, deterioration due to a stress test (for example, a gate bias-temperature (GBT) stress test in which a negative charge is applied to the gate) is suppressed. In addition, the phenomenon that the gate voltage (rising voltage) at which the on-current begins to flow can be reduced depending on the magnitude of the drain voltage. Note that this effect occurs when the electrode 246 and the electrode 223 have the same potential or different potentials.
なお、BTストレス試験は加速試験の一種であり、長期間の使用によって起こるトランジスタの特性変化(経年変化)を短時間で評価することができる。特に、BTストレス試験前後におけるトランジスタのしきい値電圧の変動量は、信頼性を調べるための重要な指標となる。しきい値電圧の変動量が少ないほど、信頼性が高いトランジスタであるといえる。 Note that the BT stress test is a kind of accelerated test, and it is possible to evaluate a change in characteristics (aging) of a transistor caused by long-term use in a short time. In particular, the amount of change in the threshold voltage of the transistor before and after the BT stress test is an important index for examining reliability. It can be said that the smaller the threshold voltage fluctuation amount, the higher the reliability of the transistor.
また、電極246および電極223を有し、且つ電極246および電極223を同電位とすることで、しきい値電圧の変動量が低減される。このため、複数のトランジスタにおける電気特性のばらつきも同時に低減される。 In addition, since the electrode 246 and the electrode 223 are provided and the electrode 246 and the electrode 223 are set to the same potential, the amount of fluctuation in the threshold voltage is reduced. For this reason, variation in electrical characteristics among a plurality of transistors is reduced at the same time.
また、バックゲート電極を有するトランジスタは、ゲートに正の電荷を印加する+GBTストレス試験前後におけるしきい値電圧の変動も、バックゲート電極を有さないトランジスタより小さい。 In addition, a transistor having a back gate electrode also has a smaller threshold voltage variation before and after the + GBT stress test in which a positive charge is applied to the gate than a transistor having no back gate electrode.
また、バックゲート電極を、遮光性を有する導電膜で形成することで、バックゲート電極側から半導体層に光が入射することを防ぐことができる。よって、半導体層の光劣化を防ぎ、トランジスタのしきい値電圧がシフトするなどの電気特性の劣化を防ぐことができる。 In addition, when the back gate electrode is formed using a light-blocking conductive film, light can be prevented from entering the semiconductor layer from the back gate electrode side. Therefore, light deterioration of the semiconductor layer can be prevented, and deterioration of electrical characteristics such as shift of the threshold voltage of the transistor can be prevented.
本発明の一態様によれば、信頼性の良好なトランジスタを実現することができる。また、信頼性の良好な半導体装置を実現することができる。 According to one embodiment of the present invention, a highly reliable transistor can be realized. In addition, a highly reliable semiconductor device can be realized.
図23(B1)に、ボトムゲート型のトランジスタの1つであるチャネル保護型のトランジスタ420の断面図を示す。トランジスタ420は、トランジスタ410とほぼ同様の構造を有しているが、絶縁層225が半導体層242を覆っている点が異なる。 FIG. 23B1 is a cross-sectional view of a channel protection transistor 420 which is one of bottom-gate transistors. The transistor 420 has substantially the same structure as the transistor 410 except that the insulating layer 225 covers the semiconductor layer 242.
絶縁層229を設けることで、電極244aおよび電極244bの形成時に生じる半導体層242の露出を防ぐことができる。よって、電極244aおよび電極244bの形成時に半導体層242の薄膜化を防ぐことができる。また、半導体層242と重なる絶縁層225の一部を選択的に除去して形成した開口部において、半導体層242と電極244aが電気的に接続している。また、半導体層242と重なる絶縁層225の一部を選択的に除去して形成した他の開口部において、半導体層242と電極244bが電気的に接続している。絶縁層225の、チャネル形成領域と重なる領域は、チャネル保護層として機能できる。 By providing the insulating layer 229, the semiconductor layer 242 can be prevented from being exposed when the electrode 244a and the electrode 244b are formed. Therefore, the semiconductor layer 242 can be prevented from being thinned when the electrodes 244a and 244b are formed. In addition, the semiconductor layer 242 and the electrode 244a are electrically connected to each other in an opening formed by selectively removing part of the insulating layer 225 which overlaps with the semiconductor layer 242. In addition, the semiconductor layer 242 and the electrode 244b are electrically connected to each other in an opening formed by selectively removing part of the insulating layer 225 which overlaps with the semiconductor layer 242. A region of the insulating layer 225 that overlaps with a channel formation region can function as a channel protective layer.
図23(B2)に示すトランジスタ421は、絶縁層229上にバックゲート電極として機能できる電極223を有する点が、トランジスタ420と異なる。 A transistor 421 illustrated in FIG. 23B2 is different from the transistor 420 in that the transistor 421 includes an electrode 223 that can function as a back gate electrode over the insulating layer 229.
また、トランジスタ420およびトランジスタ421は、トランジスタ410およびトランジスタ411よりも、電極244aと電極246の間の距離と、電極244bと電極246の間の距離が長くなる。よって、電極244aと電極246の間に生じる寄生容量を小さくすることができる。また、電極244bと電極246の間に生じる寄生容量を小さくすることができる。本発明の一態様によれば、電気特性の良好なトランジスタを実現できる。 The distance between the electrode 244a and the electrode 246 and the distance between the electrode 244b and the electrode 246 are longer in the transistor 420 and the transistor 421 than in the transistor 410 and the transistor 411. Accordingly, parasitic capacitance generated between the electrode 244a and the electrode 246 can be reduced. In addition, parasitic capacitance generated between the electrode 244b and the electrode 246 can be reduced. According to one embodiment of the present invention, a transistor with favorable electrical characteristics can be realized.
図23(C1)に示すトランジスタ425は、ボトムゲート型のトランジスタの1つであるチャネルエッチング型のトランジスタである。トランジスタ425は、絶縁層225を設けずに、半導体層242に接して電極244aおよび電極244bを形成する。このため、電極244aおよび電極244bの形成時に露出する半導体層242の一部がエッチングされる場合がある。一方、絶縁層229を設けないため、トランジスタの生産性を高めることができる。 A transistor 425 illustrated in FIG. 23C1 is a channel-etched transistor which is one of bottom-gate transistors. In the transistor 425, the electrode 244a and the electrode 244b are formed in contact with the semiconductor layer 242 without providing the insulating layer 225. For this reason, part of the semiconductor layer 242 exposed when the electrodes 244a and 244b are formed may be etched. On the other hand, since the insulating layer 229 is not provided, the productivity of the transistor can be increased.
図23(C2)に示すトランジスタ426は、絶縁層229上にバックゲート電極として機能できる電極223を有する点が、トランジスタ420と異なる。 A transistor 426 illustrated in FIG. 23C2 is different from the transistor 420 in that the transistor 426 includes an electrode 223 that can function as a back gate electrode over the insulating layer 229.
〔トップゲート型トランジスタ〕
図24(A1)に、トップゲート型のトランジスタの一種であるトランジスタ430の断面図を示す。トランジスタ430は、基板271の上に絶縁層272を介して半導体層242を有し、半導体層242および絶縁層272上に、半導体層242の一部に接する電極244a、および半導体層242の一部に接する電極244bを有し、半導体層242、電極244a、および電極244b上に絶縁層226を有し、絶縁層226上に電極246を有する。
[Top gate type transistor]
FIG. 24A1 is a cross-sectional view of a transistor 430 which is a kind of top-gate transistor. The transistor 430 includes a semiconductor layer 242 over a substrate 271 with an insulating layer 272 interposed therebetween. An electrode 244 a in contact with part of the semiconductor layer 242 and a part of the semiconductor layer 242 are provided over the semiconductor layer 242 and the insulating layer 272. The semiconductor layer 242, the electrode 244a, and the electrode 244b have the insulating layer 226, and the insulating layer 226 has the electrode 246.
トランジスタ430は、電極246および電極244a、並びに、電極246および電極244bが重ならないため、電極246および電極244aの間に生じる寄生容量、並びに、電極246および電極244bの間に生じる寄生容量を小さくすることができる。また、電極246を形成した後に、電極246をマスクとして用いて不純物255を半導体層242に導入することで、半導体層242中に自己整合(セルフアライメント)的に不純物領域を形成することができる(図24(A3)参照)。本発明の一態様によれば、電気特性の良好なトランジスタを実現することができる。 In the transistor 430, since the electrode 246 and the electrode 244a and the electrode 246 and the electrode 244b do not overlap with each other, the parasitic capacitance generated between the electrode 246 and the electrode 244a and the parasitic capacitance generated between the electrode 246 and the electrode 244b are reduced. be able to. In addition, after the electrode 246 is formed, the impurity region can be formed in the semiconductor layer 242 by self-alignment by introducing the impurity 255 into the semiconductor layer 242 using the electrode 246 as a mask (see FIG. FIG. 24 (A3) reference). According to one embodiment of the present invention, a transistor with favorable electrical characteristics can be realized.
なお、不純物255の導入は、イオン注入装置、イオンドーピング装置またはプラズマ処理装置を用いて行うことができる。 Note that the impurity 255 can be introduced using an ion implantation apparatus, an ion doping apparatus, or a plasma treatment apparatus.
不純物255としては、例えば、第13族元素または第15族元素のうち、少なくとも一種類の元素を用いることができる。また、半導体層242に酸化物半導体を用いる場合は、不純物255として、希ガス、水素、および窒素のうち、少なくとも一種類の元素を用いることも可能である。 As the impurity 255, for example, at least one element of a Group 13 element or a Group 15 element can be used. In the case where an oxide semiconductor is used for the semiconductor layer 242, at least one element of a rare gas, hydrogen, and nitrogen can be used as the impurity 255.
図24(A2)に示すトランジスタ431は、電極223および絶縁層227を有する点がトランジスタ430と異なる。トランジスタ431は、絶縁層272の上に形成された電極223を有し、電極223上に形成された絶縁層227を有する。電極223は、バックゲート電極として機能することができる。よって、絶縁層227は、ゲート絶縁層として機能することができる。絶縁層227は、絶縁層226と同様の材料および方法により形成することができる。 A transistor 431 illustrated in FIG. 24A2 is different from the transistor 430 in that the transistor 431 includes an electrode 223 and an insulating layer 227. The transistor 431 includes the electrode 223 formed over the insulating layer 272 and the insulating layer 227 formed over the electrode 223. The electrode 223 can function as a back gate electrode. Thus, the insulating layer 227 can function as a gate insulating layer. The insulating layer 227 can be formed using a material and a method similar to those of the insulating layer 226.
トランジスタ411と同様に、トランジスタ431は、占有面積に対して大きいオン電流を有するトランジスタである。すなわち、求められるオン電流に対して、トランジスタ431の占有面積を小さくすることができる。本発明の一態様によれば、トランジスタの占有面積を小さくすることができる。よって、本発明の一態様によれば、集積度の高い半導体装置を実現することができる。 Like the transistor 411, the transistor 431 is a transistor having a large on-state current with respect to the occupied area. That is, the area occupied by the transistor 431 can be reduced with respect to the required on-state current. According to one embodiment of the present invention, the area occupied by a transistor can be reduced. Thus, according to one embodiment of the present invention, a highly integrated semiconductor device can be realized.
図24(B1)に例示するトランジスタ440は、トップゲート型のトランジスタの1つである。トランジスタ440は、電極244aおよび電極244bを形成した後に半導体層242を形成する点が、トランジスタ430と異なる。また、図24(B2)に例示するトランジスタ441は、電極223および絶縁層227を有する点が、トランジスタ440と異なる。トランジスタ440およびトランジスタ441において、半導体層242の一部は電極244a上に形成され、半導体層242の他の一部は電極244b上に形成される。 A transistor 440 illustrated in FIG. 24B1 is one of top-gate transistors. The transistor 440 is different from the transistor 430 in that the semiconductor layer 242 is formed after the electrodes 244a and 244b are formed. A transistor 441 illustrated in FIG. 24B2 is different from the transistor 440 in that the electrode 223 and the insulating layer 227 are included. In the transistor 440 and the transistor 441, part of the semiconductor layer 242 is formed over the electrode 244a, and the other part of the semiconductor layer 242 is formed over the electrode 244b.
トランジスタ411と同様に、トランジスタ441は、占有面積に対して大きいオン電流を有するトランジスタである。すなわち、求められるオン電流に対して、トランジスタ441の占有面積を小さくすることができる。本発明の一態様によれば、トランジスタの占有面積を小さくすることができる。よって、本発明の一態様によれば、集積度の高い半導体装置を実現することができる。 Like the transistor 411, the transistor 441 is a transistor having a large on-state current with respect to the occupied area. That is, the area occupied by the transistor 441 can be reduced with respect to the required on-state current. According to one embodiment of the present invention, the area occupied by a transistor can be reduced. Thus, according to one embodiment of the present invention, a highly integrated semiconductor device can be realized.
図25(A1)に例示するトランジスタ442は、トップゲート型のトランジスタの1つである。トランジスタ442は、絶縁層229上に電極244aおよび電極244bを有する。電極244aおよび電極244bは、絶縁層228および絶縁層229に形成した開口部において半導体層242と電気的に接続する。 A transistor 442 illustrated in FIG. 25A1 is one of top-gate transistors. The transistor 442 includes an electrode 244a and an electrode 244b over the insulating layer 229. The electrodes 244a and 244b are electrically connected to the semiconductor layer 242 through openings formed in the insulating layers 228 and 229.
また、電極246と重ならない絶縁層226の一部が除去されている。また、トランジスタ442が有する絶縁層226の一部は、電極246の端部を越えて延伸している。 A part of the insulating layer 226 that does not overlap with the electrode 246 is removed. In addition, part of the insulating layer 226 included in the transistor 442 extends beyond the end portion of the electrode 246.
電極246と絶縁層226をマスクとして用いて不純物255を半導体層242に導入することで、半導体層242中に自己整合(セルフアライメント)的に不純物領域を形成することができる(図25(A3)参照)。 By introducing the impurity 255 into the semiconductor layer 242 using the electrode 246 and the insulating layer 226 as a mask, an impurity region can be formed in the semiconductor layer 242 in a self-aligned manner (FIG. 25A3). reference).
この時、半導体層242の電極246と重なる領域には不純物255が導入されず、電極246と重ならない領域に不純物255が導入される。また、半導体層242の絶縁層226を介して不純物255が導入された領域の不純物濃度は、絶縁層226を介さずに不純物255が導入された領域よりも低くなる。よって、半導体層242中の電極246と隣接する領域にLDD(Lightly Doped Drain)領域が形成される。 At this time, the impurity 255 is not introduced into the region overlapping with the electrode 246 of the semiconductor layer 242, and the impurity 255 is introduced into a region not overlapping with the electrode 246. Further, the impurity concentration of the region where the impurity 255 is introduced through the insulating layer 226 of the semiconductor layer 242 is lower than the region where the impurity 255 is introduced without passing through the insulating layer 226. Therefore, an LDD (Lightly Doped Drain) region is formed in a region adjacent to the electrode 246 in the semiconductor layer 242.
図25(A2)に示すトランジスタ443は、半導体層242の下方に電極223を有する点がトランジスタ442と異なる。また、電極223は絶縁層272を介して半導体層242と重なる。電極223は、バックゲート電極として機能することができる。 A transistor 443 illustrated in FIG. 25A2 is different from the transistor 442 in that the transistor 443 includes an electrode 223 below the semiconductor layer 242. The electrode 223 overlaps the semiconductor layer 242 with the insulating layer 272 interposed therebetween. The electrode 223 can function as a back gate electrode.
また、図25(B1)に示すトランジスタ444および図25(B2)に示すトランジスタ445のように、絶縁層226の電極246と重ならない領域を全て除去してもよい。また、図25(C1)に示すトランジスタ446および図25(C2)に示すトランジスタ447のように、絶縁層226の開口部以外を除去せずに残してもよい。 Further, a region which does not overlap with the electrode 246 of the insulating layer 226 may be removed as in the transistor 444 illustrated in FIG. 25B1 and the transistor 445 illustrated in FIG. Further, like the transistor 446 illustrated in FIG. 25C1 and the transistor 447 illustrated in FIG. 25C2, the insulating layer 226 may be left without being removed.
トランジスタ444、445、446、447も、電極246を形成した後に、電極246をマスクとして用いて不純物255を半導体層242に導入することで、半導体層242中に自己整合的に不純物領域を形成することができる。 The transistors 444, 445, 446, and 447 also form impurity regions in the semiconductor layer 242 in a self-aligned manner by introducing the impurity 255 into the semiconductor layer 242 using the electrode 246 as a mask after forming the electrode 246. be able to.
本発明の一熊様によれば、電気特性の良好なトランジスタを実現することができる。また、本発明の一態様によれば、集積度の高い半導体装置を実現することができる。 According to Ikkuma of the present invention, a transistor with favorable electrical characteristics can be realized. According to one embodiment of the present invention, a highly integrated semiconductor device can be realized.
〔s−channel型トランジスタ〕
図26に、半導体層242として酸化物半導体を用いたトランジスタ構造の一例を示す。図26に例示するトランジスタ450は、半導体層242aの上に半導体層242bが形成され、半導体層242bの上面、半導体層242bの側面、および半導体層242aの側面が半導体層242cに覆われた構造を有する。図26(A)はトランジスタ450の上面図である。図26(B)は、図26(A)中のX1−X2の一点鎖線で示した部位の断面図(チャネル長方向の断面図)である。図26(C)は、図26(A)中のY1−Y2の一点鎖線で示した部位の断面図(チャネル幅方向の断面図)である。
[S-channel type transistor]
FIG. 26 illustrates an example of a transistor structure using an oxide semiconductor as the semiconductor layer 242. A transistor 450 illustrated in FIG. 26 has a structure in which a semiconductor layer 242b is formed over a semiconductor layer 242a, and an upper surface of the semiconductor layer 242b, a side surface of the semiconductor layer 242b, and a side surface of the semiconductor layer 242a are covered with the semiconductor layer 242c. Have. FIG. 26A is a top view of the transistor 450. FIG. 26B is a cross-sectional view (cross-sectional view in the channel length direction) of the portion indicated by the dashed-dotted line X1-X2 in FIG. FIG. 26C is a cross-sectional view (cross-sectional view in the channel width direction) of the portion indicated by the dashed-dotted line Y1-Y2 in FIG.
また、トランジスタ450は、ゲート電極として機能する電極243を有する。電極243は、電極246と同様の材料および方法で形成することができる。本実施の形態では、電極243を2層の導電層の積層としている。 In addition, the transistor 450 includes an electrode 243 that functions as a gate electrode. The electrode 243 can be formed using a material and a method similar to those of the electrode 246. In this embodiment mode, the electrode 243 is a stack of two conductive layers.
半導体層242a、半導体層242b、および半導体層242cは、InもしくはGaの一方、または両方を含む材料で形成する。代表的には、In−Ga酸化物(InとGaを含む酸化物)、In−Zn酸化物(InとZnを含む酸化物)、In−M−Zn酸化物(Inと、元素Mと、Znを含む酸化物。元素Mは、Al、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、NdまたはHfから選ばれた1種類以上の元素で、Inよりも酸素との結合力が強い金属元素である。)がある。 The semiconductor layer 242a, the semiconductor layer 242b, and the semiconductor layer 242c are formed using a material containing one or both of In and Ga. Typically, an In—Ga oxide (an oxide containing In and Ga), an In—Zn oxide (an oxide containing In and Zn), an In—M—Zn oxide (In, the element M, Zn-containing oxide, wherein the element M is one or more elements selected from Al, Ti, Ga, Y, Zr, La, Ce, Nd, or Hf, and is a metal element having a stronger binding force to oxygen than In There is.)
半導体層242aおよび半導体層242cは、半導体層242bを構成する金属元素のうち、1種類以上の同じ金属元素を含む材料により形成されることが好ましい。このような材料を用いると、半導体層242aおよび半導体層242bとの界面、ならびに半導体層242cおよび半導体層242bとの界面に界面準位を生じにくくすることができる。よって、界面におけるキャリアの散乱や捕獲が生じにくく、トランジスタの電界効果移動度を向上させることが可能となる。また、トランジスタのしきい値電圧のばらつきを低減することが可能となる。よって、良好な電気特性を有する半導体装置を実現することが可能となる。 The semiconductor layer 242a and the semiconductor layer 242c are preferably formed using a material containing one or more of the same metal elements among the metal elements included in the semiconductor layer 242b. When such a material is used, interface states can be hardly generated at the interface between the semiconductor layer 242a and the semiconductor layer 242b and the interface between the semiconductor layer 242c and the semiconductor layer 242b. Thus, carrier scattering and trapping at the interface are unlikely to occur, and the field-effect mobility of the transistor can be improved. In addition, variation in threshold voltage of the transistor can be reduced. Therefore, a semiconductor device having favorable electrical characteristics can be realized.
半導体層242aおよび半導体層242cの厚さは、3nm以上100nm以下、好ましくは3nm以上50nm以下とする。また、半導体層242bの厚さは、3nm以上200nm以下、好ましくは3nm以上100nm以下、さらに好ましくは3nm以上50nm以下とする。 The thickness of the semiconductor layer 242a and the semiconductor layer 242c is 3 nm to 100 nm, preferably 3 nm to 50 nm. The thickness of the semiconductor layer 242b is 3 nm to 200 nm, preferably 3 nm to 100 nm, more preferably 3 nm to 50 nm.
また、半導体層242bがIn−M−Zn酸化物であり、半導体層242aおよび半導体層242cもIn−M−Zn酸化物であるとき、半導体層242aおよび半導体層242cをIn:M:Zn=x:y:z[原子数比]、半導体層242bをIn:M:Zn=x:y:z[原子数比]とすると、y/xがy/xよりも大きくなるように半導体層242a、半導体層242c、および半導体層242bを選択することができる。好ましくは、y/xがy/xよりも1.5倍以上大きくなるように半導体層242a、半導体層242c、および半導体層242bを選択する。さらに好ましくは、y/xがy/xよりも2倍以上大きくなるように半導体層242a、半導体層242c、および半導体層242bを選択する。より好ましくは、y/xがy/xよりも3倍以上大きくなるように半導体層242a、半導体層242cおよび半導体層242bを選択する。yがx以上であるとトランジスタに安定した電気特性を付与できるため好ましい。ただし、yがxの3倍以上になると、トランジスタの電界効果移動度が低下してしまうため、yはxの3倍未満であると好ましい。半導体層242aおよび半導体層242cを上記構成とすることにより、半導体層242aおよび半導体層242cを、半導体層242bよりも酸素欠損が生じにくい層とすることができる。 In addition, when the semiconductor layer 242b is an In-M-Zn oxide and the semiconductor layer 242a and the semiconductor layer 242c are also In-M-Zn oxide, the semiconductor layer 242a and the semiconductor layer 242c are formed as In: M: Zn = x. 1 : y 1 : z 1 [atomic number ratio] and the semiconductor layer 242b is In: M: Zn = x 2 : y 2 : z 2 [atomic number ratio], y 1 / x 1 is y 2 / x 2 The semiconductor layer 242a, the semiconductor layer 242c, and the semiconductor layer 242b can be selected so as to be larger than those. Preferably, the semiconductor layer 242a, the semiconductor layer 242c, and the semiconductor layer 242b are selected so that y 1 / x 1 is 1.5 times or more larger than y 2 / x 2 . More preferably, the semiconductor layer 242a, the semiconductor layer 242c, and the semiconductor layer 242b are selected so that y 1 / x 1 is twice or more larger than y 2 / x 2 . More preferably, the semiconductor layer 242a, the semiconductor layer 242c, and the semiconductor layer 242b are selected so that y 1 / x 1 is three times or more larger than y 2 / x 2 . It is preferable that y 1 is x 1 or more because stable electrical characteristics can be imparted to the transistor. However, when y 1 is 3 times or more of x 1 , the field-effect mobility of the transistor is lowered. Therefore, y 1 is preferably less than 3 times x 1 . With the above structure of the semiconductor layer 242a and the semiconductor layer 242c, the semiconductor layer 242a and the semiconductor layer 242c can be a layer in which oxygen vacancies are less likely to occur than in the semiconductor layer 242b.
なお、半導体層242aおよび半導体層242cがIn−M−Zn酸化物であるとき、ZnおよびOを除いてのInと元素Mの含有率は、好ましくはInが50atomic%未満、元素Mが50atomic%以上、さらに好ましくはInが25atomic%未満、元素Mが75atomic%以上とする。また、半導体層242bがIn−M−Zn酸化物であるとき、ZnおよびOを除いてのInと元素Mの含有率は好ましくはInが25atomic%以上、元素Mが75atomic%未満、さらに好ましくはInが34atomic%以上、元素Mが66atomic%未満とする。 Note that when the semiconductor layer 242a and the semiconductor layer 242c are In-M-Zn oxides, the contents of In and the element M except for Zn and O are preferably less than 50 atomic% for In and 50 atomic% for the element M. More preferably, In is less than 25 atomic%, and the element M is 75 atomic% or more. In addition, when the semiconductor layer 242b is an In-M-Zn oxide, the contents of In and the element M except for Zn and O are preferably greater than or equal to 25 atomic%, more preferably less than 75 atomic%, and more preferably less than 75 atomic%. It is assumed that In is 34 atomic% or more and the element M is less than 66 atomic%.
例えば、InまたはGaを含む半導体層242a、およびInまたはGaを含む半導体層242cとしてIn:Ga:Zn=1:3:2、1:3:4、1:3:6、1:6:4、または1:9:6などの原子数比のターゲットを用いて形成したIn−Ga−Zn酸化物や、In:Ga=1:9などの原子数比のターゲットを用いて形成したIn−Ga酸化物や、酸化ガリウムなどを用いることができる。また、半導体層242bとしてIn:Ga:Zn=3:1:2、1:1:1、5:5:6、または4:2:4.1などの原子数比のターゲットを用いて形成したIn−Ga−Zn酸化物を用いることができる。なお、半導体層242a、半導体層242b、および半導体層242cの原子数比はそれぞれ、誤差として上記の原子数比のプラスマイナス20%の変動を含む。 For example, the semiconductor layer 242a containing In or Ga and the semiconductor layer 242c containing In or Ga include In: Ga: Zn = 1: 3: 2, 1: 3: 4, 1: 3: 6, and 1: 6: 4. Or an In—Ga—Zn oxide formed using a target having an atomic ratio of 1: 9: 6 or an In—Ga formed using a target having an atomic ratio of In: Ga = 1: 9. An oxide, gallium oxide, or the like can be used. The semiconductor layer 242b is formed using an atomic ratio target such as In: Ga: Zn = 3: 1: 2, 1: 1: 1, 5: 5: 6, or 4: 2: 4.1. In—Ga—Zn oxide can be used. Note that the atomic ratios of the semiconductor layer 242a, the semiconductor layer 242b, and the semiconductor layer 242c each include a variation of plus or minus 20% of the above atomic ratio as an error.
半導体層242bを用いたトランジスタに安定した電気特性を付与するためには、半導体層242b中の不純物および酸素欠損を低減して高純度真性化し、半導体層242bを真性または実質的に真性と見なせる酸化物半導体層とすることが好ましい。また、少なくとも半導体層242b中のチャネル形成領域が真性または実質的に真性と見なせる半導体層とすることが好ましい。 In order to impart stable electrical characteristics to the transistor including the semiconductor layer 242b, impurities and oxygen vacancies in the semiconductor layer 242b are reduced to high purity intrinsic, and the semiconductor layer 242b can be regarded as intrinsic or substantially intrinsic. A physical semiconductor layer is preferable. In addition, it is preferable that at least a channel formation region in the semiconductor layer 242b be a semiconductor layer that can be regarded as intrinsic or substantially intrinsic.
なお、実質的に真性と見なせる酸化物半導体層とは、酸化物半導体層中のキャリア密度が、8×1011個/cm未満、好ましくは1×1011/cm未満、さらに好ましくは1×1010個/cm未満であり、1×10−9個/cm以上である酸化物半導体層をいう。 Note that an oxide semiconductor layer that can be regarded as substantially intrinsic means that the carrier density in the oxide semiconductor layer is less than 8 × 10 11 / cm 3 , preferably less than 1 × 10 11 / cm 3 , and more preferably 1 The oxide semiconductor layer is less than × 10 10 pieces / cm 3 and 1 × 10 −9 pieces / cm 3 or more.
図27に、半導体層242として酸化物半導体を用いたトランジスタ構造の一例を示す。図27に例示するトランジスタ422は、半導体層242aの上に半導体層242bが形成されている。トランジスタ422は、バックゲート電極を有するボトムゲート型のトランジスタの一種である。図27(A)はトランジスタ422の上面図である。図27(B)は、図27(A)中のX1−X2の一点鎖線で示した部位の断面図(チャネル長方向の断面図)である。図27(C)は、図27(A)中のY1−Y2の一点鎖線で示した部位の断面図(チャネル幅方向の断面図)である。 FIG. 27 illustrates an example of a transistor structure using an oxide semiconductor as the semiconductor layer 242. In the transistor 422 illustrated in FIG. 27, the semiconductor layer 242b is formed over the semiconductor layer 242a. The transistor 422 is a kind of bottom-gate transistor having a back gate electrode. FIG. 27A is a top view of the transistor 422. FIG. FIG. 27B is a cross-sectional view (cross-sectional view in the channel length direction) of the portion indicated by the dashed-dotted line X1-X2 in FIG. FIG. 27C is a cross-sectional view (cross-sectional view in the channel width direction) of the portion indicated by the dashed-dotted line Y1-Y2 in FIG.
絶縁層229上に設けられた電極223は、絶縁層226、絶縁層228、および絶縁層229に設けられた開口247aおよび開口247bにおいて、電極246と電気的に接続されている。よって、電極223と電極246には、同じ電位が供給される。また、開口247aおよび開口247bは、どちらか一方を設けなくてもよい。また、開口247aおよび開口247bの両方を設けなくてもよい。開口247aおよび開口247bの両方を設けない場合は、電極223と電極246に異なる電位を供給することができる。 The electrode 223 provided over the insulating layer 229 is electrically connected to the electrode 246 through the insulating layer 226, the insulating layer 228, and the openings 247 a and 247 b provided in the insulating layer 229. Therefore, the same potential is supplied to the electrode 223 and the electrode 246. One of the openings 247a and 247b may not be provided. Further, it is not necessary to provide both the opening 247a and the opening 247b. When both the opening 247a and the opening 247b are not provided, different potentials can be supplied to the electrode 223 and the electrode 246.
[酸化物半導体のエネルギーバンド構造]
ここで、半導体層242a、半導体層242b、および半導体層242cの積層により構成される半導体層242の機能およびその効果について、図31(A)および図31(B)に示すエネルギーバンド構造図を用いて説明する。図31(A)は、図26(B)にD1−D2の一点鎖線で示す部位のエネルギーバンド構造図である。図31(A)は、トランジスタ450のチャネル形成領域のエネルギーバンド構造を示している。
[Energy band structure of oxide semiconductor]
Here, the functions and effects of the semiconductor layer 242 formed by stacking the semiconductor layer 242a, the semiconductor layer 242b, and the semiconductor layer 242c will be described with reference to energy band structure diagrams shown in FIGS. 31A and 31B. I will explain. FIG. 31A is an energy band structure diagram of the portion indicated by the dashed-dotted line D1-D2 in FIG. FIG. 31A illustrates an energy band structure of a channel formation region of the transistor 450.
図31(A)中、Ec382、Ec383a、Ec383b、Ec383c、Ec386は、それぞれ、絶縁層272、半導体層242a、半導体層242b、半導体層242c、絶縁層226の伝導帯下端のエネルギーを示している。 In FIG. 31A, Ec382, Ec383a, Ec383b, Ec383c, and Ec386 indicate the energy at the lower end of the conduction band of the insulating layer 272, the semiconductor layer 242a, the semiconductor layer 242b, the semiconductor layer 242c, and the insulating layer 226, respectively.
ここで、真空準位と伝導帯下端のエネルギーとの差(「電子親和力」ともいう。)は、真空準位と価電子帯上端のエネルギーとの差(イオン化ポテンシャルともいう。)からエネルギーギャップを引いた値となる。なお、エネルギーギャップは、分光エリプソメータ(例えば、HORIBA JOBINYVON社 UT−300)を用いて測定できる。また、真空準位と価電子帯上端のエネルギー差は、紫外線光電子分光分析(UPS:Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy)装置(例えば、PHI社 VersaProbe)を用いて測定できる。 Here, the difference between the vacuum level and the energy at the bottom of the conduction band (also referred to as “electron affinity”) is defined as the energy gap based on the difference between the vacuum level and the energy at the top of the valence band (also referred to as ionization potential). Subtracted value. The energy gap can be measured using a spectroscopic ellipsometer (for example, HORIBA JOBYVON UT-300). In addition, the energy difference between the vacuum level and the upper end of the valence band can be measured using an ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS) device (for example, Versa Probe of PHI).
なお、原子数比がIn:Ga:Zn=1:3:2のターゲットを用いて形成したIn−Ga−Zn酸化物のエネルギーギャップは約3.5eV、電子親和力は約4.5eVである。また、原子数比がIn:Ga:Zn=1:3:4のターゲットを用いて形成したIn−Ga−Zn酸化物のエネルギーギャップは約3.4eV、電子親和力は約4.5eVである。また、原子数比がIn:Ga:Zn=1:3:6のターゲットを用いて形成したIn−Ga−Zn酸化物のエネルギーギャップは約3.3eV、電子親和力は約4.5eVである。また、原子数比がIn:Ga:Zn=1:6:2のターゲットを用いて形成したIn−Ga−Zn酸化物のエネルギーギャップは約3.9eV、電子親和力は約4.3eVである。また、原子数比がIn:Ga:Zn=1:6:8のターゲットを用いて形成したIn−Ga−Zn酸化物のエネルギーギャップは約3.5eV、電子親和力は約4.4eVである。また、原子数比がIn:Ga:Zn=1:6:10のターゲットを用いて形成したIn−Ga−Zn酸化物のエネルギーギャップは約3.5eV、電子親和力は約4.5eVである。また、原子数比がIn:Ga:Zn=1:1:1のターゲットを用いて形成したIn−Ga−Zn酸化物のエネルギーギャップは約3.2eV、電子親和力は約4.7eVである。また、原子数比がIn:Ga:Zn=3:1:2のターゲットを用いて形成したIn−Ga−Zn酸化物のエネルギーギャップは約2.8eV、電子親和力は約5.0eVである。 Note that an In—Ga—Zn oxide formed using a target with an atomic ratio of In: Ga: Zn = 1: 3: 2 has an energy gap of approximately 3.5 eV and an electron affinity of approximately 4.5 eV. In addition, an In—Ga—Zn oxide formed using a target with an atomic ratio of In: Ga: Zn = 1: 3: 4 has an energy gap of about 3.4 eV and an electron affinity of about 4.5 eV. In addition, an In—Ga—Zn oxide formed using a target with an atomic ratio of In: Ga: Zn = 1: 3: 6 has an energy gap of about 3.3 eV and an electron affinity of about 4.5 eV. In addition, an In—Ga—Zn oxide formed using a target with an atomic ratio of In: Ga: Zn = 1: 6: 2 has an energy gap of about 3.9 eV and an electron affinity of about 4.3 eV. In addition, an In—Ga—Zn oxide formed using a target with an atomic ratio of In: Ga: Zn = 1: 6: 8 has an energy gap of approximately 3.5 eV and an electron affinity of approximately 4.4 eV. In addition, an In—Ga—Zn oxide formed using a target with an atomic ratio of In: Ga: Zn = 1: 6: 10 has an energy gap of about 3.5 eV and an electron affinity of about 4.5 eV. An In—Ga—Zn oxide formed using a target with an atomic ratio of In: Ga: Zn = 1: 1: 1 has an energy gap of about 3.2 eV and an electron affinity of about 4.7 eV. An In—Ga—Zn oxide formed using a target with an atomic ratio of In: Ga: Zn = 3: 1: 2 has an energy gap of approximately 2.8 eV and an electron affinity of approximately 5.0 eV.
絶縁層272と絶縁層226は絶縁物であるため、Ec382とEc386は、Ec383a、Ec383b、およびEc383cよりも真空準位に沂い(電子親和力が小さい)。 Since the insulating layers 272 and 226 are insulators, Ec382 and Ec386 have a higher vacuum level (less electron affinity) than Ec383a, Ec383b, and Ec383c.
また、Ec383aは、Ec383bよりも真空準位に近い。具体的には、Ec383aは、Ec383bよりも0.05eV以上、0.07eV以上、0.1eV以上または0.15eV以上、かつ2eV以下、1eV以下、0.5eV以下または0.4eV以下真空準位に近いことが好ましい。 Ec383a is closer to the vacuum level than Ec383b. Specifically, Ec383a 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 vacuum level than Ec383b. It is preferable that it is close to.
また、Ec383cは、Ec383bよりも真空準位に近い。具体的には、Ec383cは、Ec383bよりも0.05eV以上、0.07eV以上、0.1eV以上または0.15eV以上、かつ2eV以下、1eV以下、0.5eV以下または0.4eV以下真空準位に近いことが好ましい。 Ec383c is closer to the vacuum level than Ec383b. Specifically, Ec383c 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 than Ec383b. It is preferable that it is close to.
また、半導体層242aと半導体層242bとの界面近傍、および、半導体層242bと半導体層242cとの界面近傍では、混合領域が形成されるため、伝導帯下端のエネルギーは連続的に変化する。即ち、これらの界面において、準位は存在しないか、ほとんどない。 In addition, a mixed region is formed in the vicinity of the interface between the semiconductor layer 242a and the semiconductor layer 242b and in the vicinity of the interface between the semiconductor layer 242b and the semiconductor layer 242c, and thus the energy at the lower end of the conduction band changes continuously. That is, there are almost no levels at these interfaces.
従って、当該エネルギーバンド構造を有する積層構造において、電子は半導体層242bを主として移動することになる。そのため、半導体層242aと絶縁層224との界面、または、半導体層242cと絶縁層226との界面に準位が存在したとしても、当該準位は電子の移動にほとんど影響しない。また、半導体層242aと半導体層242bとの界面、および半導体層242cと半導体層242bとの界面に準位が存在しないか、ほとんどないため、当該領域において電子の移動を阻害することもない。従って、上記酸化物半導体の積層構造を有するトランジスタ134は、高い電界効果移動度を実現することができる。 Therefore, in the stacked structure having the energy band structure, electrons move mainly in the semiconductor layer 242b. Therefore, even when a level exists at the interface between the semiconductor layer 242a and the insulating layer 224 or the interface between the semiconductor layer 242c and the insulating layer 226, the level hardly affects the movement of electrons. Further, since there are no or almost no levels at the interface between the semiconductor layer 242a and the semiconductor layer 242b and the interface between the semiconductor layer 242c and the semiconductor layer 242b, movement of electrons in the region is not hindered. Therefore, the transistor 134 having the stacked structure of the oxide semiconductor can achieve high field effect mobility.
なお、図31(A)に示すように、半導体層242aと絶縁層272の界面、および半導体層242cと絶縁層226の界面近傍には、不純物や欠陥に起因したトラップ準位390が形成され得るものの、半導体層242a、および半導体層242cがあることにより、半導体層242bと当該トラップ準位とを遠ざけることができる。 Note that as shown in FIG. 31A, trap levels 390 due to impurities and defects can be formed in the vicinity of the interface between the semiconductor layer 242a and the insulating layer 272 and in the vicinity of the interface between the semiconductor layer 242c and the insulating layer 226. However, the presence of the semiconductor layer 242a and the semiconductor layer 242c makes it possible to keep the semiconductor layer 242b away from the trap level.
特に、本実施の形態に例示するトランジスタ134は、半導体層242bの上面と側面が半導体層242cと接し、半導体層242bの下面が半導体層242aと接して形成されている。このように、半導体層242bを半導体層242aと半導体層242cで覆う構成とすることで、上記トラップ準位の影響をさらに低減することができる。 In particular, the transistor 134 illustrated in this embodiment is formed so that the upper surface and the side surface of the semiconductor layer 242b are in contact with the semiconductor layer 242c, and the lower surface of the semiconductor layer 242b is in contact with the semiconductor layer 242a. In this manner, the semiconductor layer 242b is covered with the semiconductor layer 242a and the semiconductor layer 242c, whereby the influence of the trap level can be further reduced.
ただし、Ec383aまたはEc383cと、Ec383bとのエネルギー差が小さい場合、半導体層242bの電子が該エネルギー差を越えてトラップ準位に達することがある。トラップ準位に電子が捕獲されることで、絶縁層の界面にマイナスの固定電荷が生じ、トランジスタのしきい値電圧はプラス方向にシフトしてしまう。 However, when the energy difference between Ec383a or Ec383c and Ec383b is small, electrons in the semiconductor layer 242b may reach the trap level exceeding the energy difference. When electrons are trapped in the trap level, negative fixed charges are generated at the interface of the insulating layer, and the threshold voltage of the transistor is shifted in the positive direction.
従って、Ec383a、およびEc383cと、Ec383bとのエネルギー差を、それぞれ0.1eV以上、好ましくは0.15eV以上とすると、トランジスタのしきい値電圧の変動が低減され、トランジスタの電気特性を良好なものとすることができるため、好ましい。 Therefore, when the energy difference between Ec383a, Ec383c, and Ec383b is 0.1 eV or more, preferably 0.15 eV or more, variation in the threshold voltage of the transistor is reduced, and the electrical characteristics of the transistor are good. Therefore, it is preferable.
また、半導体層242a、および半導体層242cのバンドギャップは、半導体層242bのバンドギャップよりも広いほうが好ましい。 The band gap of the semiconductor layer 242a and the semiconductor layer 242c is preferably wider than the band gap of the semiconductor layer 242b.
図31(B)は、図27(B)にD3−D4の一点鎖線で示す部位のエネルギーバンド構造図である。図31(B)は、トランジスタ422のチャネル形成領域のエネルギーバンド構造を示している。 FIG. 31B is an energy band structure diagram of a region indicated by a dashed-dotted line in FIG. 27B. FIG. 31B illustrates an energy band structure of a channel formation region of the transistor 422.
図31(B)中、Ec387は、絶縁層228の伝導帯下端のエネルギーを示している。半導体層242を半導体層242aと半導体層242bの2層とすることで、トランジスタの生産性を高めることができる。なお、半導体層242cを設けない分、トラップ準位390の影響を受けやすくなるが、半導体層242を単層構造とした場合よりも高い電界効果移動度を実現することができる。 In FIG. 31B, Ec387 indicates the energy at the lower end of the conduction band of the insulating layer 228. When the semiconductor layer 242 includes the semiconductor layer 242a and the semiconductor layer 242b, the productivity of the transistor can be increased. Note that although the semiconductor layer 242c is not provided, the semiconductor layer 242 is easily affected by the trap level 390, but higher field-effect mobility can be achieved than in the case where the semiconductor layer 242 has a single-layer structure.
本発明の一態様によれば、電気特性のばらつきが少ないトランジスタを実現することができる。よって、電気特性のばらつきが少ない半導体装置を実現することができる。本発明の一態様によれば、信頼性の良好なトランジスタを実現することができる。よって、信頼性の良好な半導体装置を実現することができる。 According to one embodiment of the present invention, a transistor with little variation in electrical characteristics can be realized. Thus, a semiconductor device with little variation in electrical characteristics can be realized. According to one embodiment of the present invention, a highly reliable transistor can be realized. Therefore, a highly reliable semiconductor device can be realized.
また、酸化物半導体は、エネルギーキャップが3.0eV以上と大きく、可視光に対する透過率が大きい。また、酸化物半導体を適切な条件で加工して得られたトランジスタにおいては、オフ電流を使用時の温度条件下(例えば、25℃)において、100zA(1×10−19A)以下、もしくは10zA(1×10−20A)以下、さらには1zA(1×10−21A)以下とすることができる。このため、消費電力の少ない半導体装置を提供することができる。 An oxide semiconductor has a large energy cap of 3.0 eV or more and a high transmittance with respect to visible light. In a transistor obtained by processing an oxide semiconductor under appropriate conditions, 100 zA (1 × 10 −19 A) or less or 10 zA under off-state current temperature conditions (for example, 25 ° C.) (1 × 10 −20 A) or less, further 1 zA (1 × 10 −21 A) or less. Therefore, a semiconductor device with low power consumption can be provided.
本発明の一態様によれば、消費電力が少ないトランジスタを実現することができる。よって、消費電力が少ない表示素子や表示装置などの半導体装置を実現することができる。または、信頼性の良好な表示素子や表示装置などの半導体装置を実現することができる。 According to one embodiment of the present invention, a transistor with low power consumption can be realized. Thus, a semiconductor device such as a display element or a display device with low power consumption can be realized. Alternatively, a semiconductor device such as a display element or a display device with favorable reliability can be realized.
図26に示すトランジスタ450の説明にもどる。絶縁層272に設けた凸部上に半導体層242bを設けることによって、半導体層242bの側面も電極243で覆うことができる。すなわち、トランジスタ450は、電極243の電界によって、半導体層242bを電気的に取り囲むことができる構造を有している。このように、導電膜の電界によって、チャネルが形成される半導体層を電気的に取り囲むトランジスタの構造を、surrounded channel(s−channel)構造とよぶ。また、s−channel構造を有するトランジスタを、「s−channel型トランジスタ」もしくは「s−channelトランジスタ」ともいう。 Returning to the description of the transistor 450 illustrated in FIG. By providing the semiconductor layer 242 b over the convex portion provided in the insulating layer 272, the side surface of the semiconductor layer 242 b can be covered with the electrode 243. In other words, the transistor 450 has a structure in which the semiconductor layer 242b can be electrically surrounded by the electric field of the electrode 243. In this manner, a transistor structure that electrically surrounds a semiconductor layer in which a channel is formed by an electric field of a conductive film is referred to as a surrounded channel (s-channel) structure. A transistor having an s-channel structure is also referred to as an “s-channel transistor” or an “s-channel transistor”.
s−channel構造では、半導体層242bの全体(バルク)にチャネルを形成することもできる。s−channel構造では、トランジスタのドレイン電流を大きくすることができ、さらに大きいオン電流を得ることができる。また、電極243の電界によって、半導体層242bに形成されるチャネル形成領域の全領域を空乏化することができる。したがって、s−channel構造では、トランジスタのオフ電流をさらに小さくすることができる。 In the s-channel structure, a channel can be formed in the entire semiconductor layer 242b (bulk). In the s-channel structure, the drain current of the transistor can be increased and a larger on-current can be obtained. Further, the entire region of the channel formation region formed in the semiconductor layer 242b can be depleted by the electric field of the electrode 243. Therefore, in the s-channel structure, the off-state current of the transistor can be further reduced.
なお、絶縁層272の凸部を高くし、また、チャネル幅を小さくすることで、s−channel構造によるオン電流の増大効果、オフ電流の低減効果などをより高めることができる。また、半導体層242bの形成時に、露出する半導体層242aを除去してもよい。この場合、半導体層242aと半導体層242bの側面が揃う場合がある。 Note that by increasing the protruding portion of the insulating layer 272 and decreasing the channel width, the effect of increasing on-state current, the effect of reducing off-state current, and the like by the s-channel structure can be further increased. Further, the exposed semiconductor layer 242a may be removed when the semiconductor layer 242b is formed. In this case, the side surfaces of the semiconductor layer 242a and the semiconductor layer 242b may be aligned.
また、図28に示すトランジスタ451のように、半導体層242の下方に、絶縁層を介して電極223を設けてもよい。図28(A)はトランジスタ451の上面図である。図28(B)は、図28(A)中のX1−X2の一点鎖線で示した部位の断面図である。図28(C)は、図28(A)中のY1−Y2の一点鎖線で示した部位の断面図である。 Further, an electrode 223 may be provided below the semiconductor layer 242 with an insulating layer interposed therebetween as in a transistor 451 shown in FIG. FIG. 28A is a top view of the transistor 451. FIG. FIG. 28B is a cross-sectional view illustrating a portion indicated by the dashed-dotted line X1-X2 in FIG. FIG. 28C is a cross-sectional view illustrating a portion indicated by dashed-dotted line Y1-Y2 in FIG.
また、図29に示すトランジスタ452のように、電極243の上方に絶縁層275を設け、絶縁層275上に層214を設けてもよい。図29(A)はトランジスタ452の上面図である。図29(B)は、図29(A)中のX1−X2の一点鎖線で示した部位の断面図である。図29(C)は、図29(A)中のY1−Y2の一点鎖線で示した部位の断面図である。 29, the insulating layer 275 may be provided over the electrode 243 and the layer 214 may be provided over the insulating layer 275. FIG. 29A is a top view of the transistor 452. FIG. FIG. 29B is a cross-sectional view illustrating a portion indicated by the dashed-dotted line X1-X2 in FIG. FIG. 29C is a cross-sectional view illustrating a portion indicated by dashed-dotted line Y1-Y2 in FIG.
なお、図29では、層214を絶縁層275上に設けているが、絶縁層228上、または絶縁層229上に設けてもよい。層214を、遮光性を有する材料で形成することで、光照射によるトランジスタの特性変動や、信頼性の低下などを防ぐことができる。なお、層214を少なくとも半導体層242bよりも大きく形成し、層214で半導体層242bを覆うことで、上記の効果を高めることができる。層214は、有機物材料、無機物材料、又は金属材料を用いて作製することができる。また、層214を導電性材料で作製した場合、層214に電圧を供給してもよいし、電気的に浮遊した(フローティング)状態としてもよい。 Note that in FIG. 29, the layer 214 is provided over the insulating layer 275; however, the layer 214 may be provided over the insulating layer 228 or the insulating layer 229. When the layer 214 is formed using a light-blocking material, variation in characteristics of the transistor due to light irradiation, reduction in reliability, or the like can be prevented. Note that the above effect can be enhanced by forming the layer 214 at least larger than the semiconductor layer 242b and covering the semiconductor layer 242b with the layer 214. The layer 214 can be formed using an organic material, an inorganic material, or a metal material. In the case where the layer 214 is formed using a conductive material, a voltage may be supplied to the layer 214 or the layer 214 may be in an electrically floating (floating) state.
図30に、s−channel構造を有するトランジスタの一例を示す。図30に例示するトランジスタ448は、前述したトランジスタ447とほぼ同様の構成を有する。トランジスタ448は、絶縁層272が有する凸部の上に半導体層242が形成されている。トランジスタ448はバックゲート電極を有するトップゲート型のトランジスタの一種である。図30(A)はトランジスタ448の上面図である。図30(B)は、図30(A)中のX1−X2の一点鎖線で示した部位の断面図である。図30(C)は、図30(A)中のY1−Y2の一点鎖線で示した部位の断面図である。 FIG. 30 illustrates an example of a transistor having an s-channel structure. A transistor 448 illustrated in FIG. 30 has a structure substantially similar to that of the transistor 447 described above. In the transistor 448, the semiconductor layer 242 is formed over the convex portion of the insulating layer 272. The transistor 448 is a kind of top-gate transistor having a back gate electrode. FIG. 30A is a top view of the transistor 448. FIG. 30B is a cross-sectional view illustrating a portion indicated by the dashed-dotted line X1-X2 in FIG. FIG. 30C is a cross-sectional view illustrating a portion indicated by dashed-dotted line Y1-Y2 in FIG.
図30では、トランジスタ448を構成する半導体層242にシリコンなどの無機半導体層を用いる場合を例示する。図30において、半導体層242は、ゲート電極と重なる領域に半導体層242iと、2つの半導体層242tと、2つの半導体層242uとを有する。半導体層242iは、2つの半導体層242tの間に配置されている。また、半導体層242iと2つの半導体層242tは、2つの半導体層242uの間に配置されている。 FIG. 30 illustrates the case where an inorganic semiconductor layer such as silicon is used for the semiconductor layer 242 included in the transistor 448. In FIG. 30, the semiconductor layer 242 includes a semiconductor layer 242i, two semiconductor layers 242t, and two semiconductor layers 242u in a region overlapping with the gate electrode. The semiconductor layer 242i is disposed between the two semiconductor layers 242t. The semiconductor layer 242i and the two semiconductor layers 242t are disposed between the two semiconductor layers 242u.
トランジスタ448がオン状態の時に半導体層242iにチャネルが形成される。よって、半導体層242iはチャネル形成領域として機能する。また、半導体層242tは低濃度不純物領域(LDD)として機能する。また、半導体層242uは高濃度不純物領域として機能する。なお、2つの半導体層242tのうち、一方または両方の半導体層242tを設けなくてもよい。また、2つの半導体層242uのうち、一方の半導体層242uはソース領域として機能し、他方の半導体層242uはドレイン領域として機能する。 A channel is formed in the semiconductor layer 242i when the transistor 448 is on. Thus, the semiconductor layer 242i functions as a channel formation region. The semiconductor layer 242t functions as a low concentration impurity region (LDD). In addition, the semiconductor layer 242u functions as a high concentration impurity region. Of the two semiconductor layers 242t, one or both of the semiconductor layers 242t may not be provided. Of the two semiconductor layers 242u, one semiconductor layer 242u functions as a source region, and the other semiconductor layer 242u functions as a drain region.
絶縁層229上に設けられた電極244aは、絶縁層226、絶縁層228、および絶縁層229に設けられた開口247cにおいて、半導体層242uの一方と電気的に接続されている。また、絶縁層229上に設けられた電極244bは、絶縁層226、絶縁層228、および絶縁層229に設けられた開口247dにおいて、半導体層242uの他方と電気的に接続されている。 The electrode 244a provided over the insulating layer 229 is electrically connected to one of the semiconductor layers 242u in the insulating layer 226, the insulating layer 228, and the opening 247c provided in the insulating layer 229. The electrode 244b provided over the insulating layer 229 is electrically connected to the other of the semiconductor layers 242u in the insulating layer 226, the insulating layer 228, and the opening 247d provided in the insulating layer 229.
絶縁層226上に設けられた電極243は、絶縁層226、および絶縁層272に設けられた開口247aおよび開口247bにおいて、電極223と電気的に接続されている。よって、電極246と電極223には、同じ電位が供給される。また、開口247aおよび開口247bは、どちらか一方を設けなくてもよい。また、開口247aおよび開口247bの両方を設けなくてもよい。開口247aおよび開口247bの両方を設けない場合は、電極223と電極246に異なる電位を供給することができる。 The electrode 243 provided over the insulating layer 226 is electrically connected to the electrode 223 through the opening 247a and the opening 247b provided in the insulating layer 226 and the insulating layer 272. Therefore, the same potential is supplied to the electrode 246 and the electrode 223. One of the openings 247a and 247b may not be provided. Further, it is not necessary to provide both the opening 247a and the opening 247b. When both the opening 247a and the opening 247b are not provided, different potentials can be supplied to the electrode 223 and the electrode 246.
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。 This embodiment can be implemented in appropriate combination with the structures described in the other embodiments.
(実施の形態6)
本実施の形態では、液晶表示装置100を用いた半導体装置の一例として、表示モジュールについて説明する。図32に示す表示モジュール6000は、上部カバー6001と下部カバー6002との間に、FPC6003に接続されたタッチセンサ6004、液晶表示装置100、フレーム6009、プリント基板6010、バッテリ6011を有する。なお、バッテリ6011、タッチセンサ6004などは、設けられない場合もある。
(Embodiment 6)
In this embodiment, a display module is described as an example of a semiconductor device using the liquid crystal display device 100. A display module 6000 illustrated in FIG. 32 includes a touch sensor 6004, a liquid crystal display device 100, a frame 6009, a printed board 6010, and a battery 6011 connected to the FPC 6003 between an upper cover 6001 and a lower cover 6002. Note that the battery 6011, the touch sensor 6004, and the like may not be provided.
上部カバー6001および下部カバー6002は、タッチセンサ6004や液晶表示装置100などのサイズに合わせて、形状や寸法を適宜変更することができる。 The shapes and dimensions of the upper cover 6001 and the lower cover 6002 can be changed as appropriate in accordance with the sizes of the touch sensor 6004, the liquid crystal display device 100, and the like.
タッチセンサ6004は、抵抗膜方式または静電容量方式のタッチセンサを液晶表示装置100に重畳して用いることができる。液晶表示装置100にタッチセンサの機能を付加することも可能である。例えば、液晶表示装置100が有する液晶パネル110の各画素内にタッチセンサ用電極を設け、静電容量方式のタッチパネル機能を付加することなども可能である。または、液晶パネル110の各画素内に光センサを設け、光学式のタッチセンサの機能を付加することなども可能である。 As the touch sensor 6004, a resistive touch sensor or a capacitive touch sensor can be used by being superimposed on the liquid crystal display device 100. It is also possible to add a touch sensor function to the liquid crystal display device 100. For example, it is possible to provide a touch sensor electrode in each pixel of the liquid crystal panel 110 included in the liquid crystal display device 100 and add a capacitive touch panel function. Alternatively, an optical sensor may be provided in each pixel of the liquid crystal panel 110 to add the function of an optical touch sensor.
フレーム6009は、液晶表示装置100の保護機能の他、プリント基板6010側から発生する電磁波を遮断するための電磁シールドとしての機能を有する。また、フレーム6009は、放熱板としての機能を有していてもよい。 In addition to the protective function of the liquid crystal display device 100, the frame 6009 has a function as an electromagnetic shield for blocking electromagnetic waves generated from the printed circuit board 6010 side. The frame 6009 may have a function as a heat sink.
プリント基板6010は、電源回路、ビデオ信号およびクロック信号を出力するための信号処理回路などを有する。電源回路に電力を供給する電源としては、バッテリ6011であってもよいし、商用電源であってもよい。なお、電源として商用電源を用いる場合には、バッテリ6011を省略することができる。 The printed board 6010 includes a power supply circuit, a signal processing circuit for outputting a video signal and a clock signal, and the like. The power source for supplying power to the power supply circuit may be a battery 6011 or a commercial power source. Note that the battery 6011 can be omitted when a commercial power source is used as the power source.
また、表示モジュール6000に、偏光板、位相差板、プリズムシートなどの部材を追加して設けてもよい。 Further, a member such as a polarizing plate, a retardation plate, or a prism sheet may be additionally provided in the display module 6000.
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態および実施例と適宜組み合わせることができる。 Note that this embodiment can be combined with any of the other embodiments and examples in this specification as appropriate.
(実施の形態7)
本実施の形態では、本明細書等に開示したトランジスタや表示装置などを含む半導体装置を用いた電子機器の一例について説明する。
(Embodiment 7)
In this embodiment, examples of electronic devices using a semiconductor device including a transistor, a display device, and the like disclosed in this specification and the like will be described.
本発明の一態様に係る半導体装置を用いた電子機器として、テレビ、モニタ等の表示装置、照明装置、デスクトップ型或いはノート型のパーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、DVD(Digital Versatile Disc)などの記録媒体に記憶された静止画又は動画を再生する画像再生装置、ポータブルCDプレーヤ、ラジオ、テープレコーダ、ヘッドホンステレオ、ステレオ、置き時計、壁掛け時計、コードレス電話子機、トランシーバ、自動車電話、携帯電話、携帯情報端末、タブレット型端末、携帯型ゲーム機、パチンコ機などの固定式ゲーム機、電卓、電子手帳、電子書籍、電子翻訳機、音声入力機器、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、電気シェーバ、電子レンジ等の高周波加熱装置、電気炊飯器、電気洗濯機、電気掃除機、温水器、扇風機、毛髪乾燥機、エアコンディショナー、加湿器、除湿器などの空調設備、食器洗い器、食器乾燥器、衣類乾燥器、布団乾燥器、電気冷蔵庫、電気冷凍庫、電気冷凍冷蔵庫、DNA保存用冷凍庫、懐中電灯、チェーンソー等の工具、煙感知器、透析装置等の医療機器などが挙げられる。さらに、誘導灯、信号機、ベルトコンベア、エレベータ、エスカレータ、産業用ロボット、電力貯蔵システム、電力の平準化やスマートグリッドのための蓄電装置等の産業機器が挙げられる。また、二次電池からの電力を用いた電動機や、燃料を用いたエンジンにより推進する移動体なども、電子機器の範疇に含まれる場合がある。上記移動体として、例えば、電気自動車(EV)、内燃機関と電動機を併せ持ったハイブリッド車(HEV)、プラグインハイブリッド車(PHEV)、これらのタイヤ車輪を無限軌道に変えた装軌車両、電動アシスト自転車を含む原動機付自転車、自動二輪車、電動車椅子、ゴルフ用カート、小型又は大型船舶、潜水艦、ヘリコプター、航空機、ロケット、人工衛星、宇宙探査機や惑星探査機、宇宙船などが挙げられる。 As an electronic device using a semiconductor device according to one embodiment of the present invention, a display device such as a television or a monitor, a lighting device, a desktop or laptop personal computer, a word processor, or a DVD (Digital Versatile Disc) is stored in a recording medium Playback device for playing back still images or moving images, portable CD player, radio, tape recorder, headphone stereo, stereo, table clock, wall clock, cordless telephone cordless handset, transceiver, car phone, mobile phone, personal digital assistant, tablet Type game consoles, portable game machines, fixed game machines such as pachinko machines, calculators, electronic notebooks, electronic books, electronic translators, voice input devices, video cameras, digital still cameras, electric shavers, microwave ovens, etc. Electric cooker, electric Air conditioner such as rinsing machine, electric vacuum cleaner, water heater, electric fan, hair dryer, air conditioner, humidifier, dehumidifier, dishwasher, dish dryer, clothing dryer, futon dryer, electric refrigerator, electric freezer, electricity Examples include freezer refrigerators, DNA storage freezers, flashlights, tools such as chainsaws, medical devices such as smoke detectors and dialysis machines. Further examples include industrial equipment such as guide lights, traffic lights, belt conveyors, elevators, escalators, industrial robots, power storage systems, power storage devices for power leveling and smart grids. In addition, an electric motor using electric power from a secondary battery, a moving body driven by an engine using fuel, and the like may be included in the category of electronic devices. Examples of the moving body include an electric vehicle (EV), a hybrid vehicle (HEV) having both an internal combustion engine and an electric motor, a plug-in hybrid vehicle (PHEV), a tracked vehicle in which these tire wheels are changed to an endless track, and electric assist. Examples include motorbikes including bicycles, motorcycles, electric wheelchairs, golf carts, small or large ships, submarines, helicopters, aircraft, rockets, artificial satellites, space probes, planetary probes, and space ships.
図33(A)に示す携帯型ゲーム機2900は、筐体2901、筐体2902、表示部2903、表示部2904、マイクロホン2905、スピーカ2906、操作キー2907等を有する。なお、図29(A)に示した携帯型ゲーム機は、2つの表示部2903と表示部2904とを有しているが、表示部の数は、これに限定されない。表示部2903は、入力装置としてタッチスクリーンが設けられており、スタイラス2908等により操作可能となっている。 A portable game machine 2900 illustrated in FIG. 33A includes a housing 2901, a housing 2902, a display portion 2903, a display portion 2904, a microphone 2905, a speaker 2906, operation keys 2907, and the like. Note that although the portable game machine illustrated in FIG. 29A includes two display portions 2903 and 2904, the number of display portions is not limited thereto. The display portion 2903 is provided with a touch screen as an input device and can be operated with a stylus 2908 or the like.
図33(B)に示す情報端末2910は、筐体2911に、表示部2912、マイク2917、スピーカ部2914、カメラ2913、外部接続部2916、および操作用のボタン2915等を有する。表示部2912には、可撓性基板が用いられた表示パネルおよびタッチスクリーンを備える。情報端末2910は、例えば、スマートフォン、携帯電話、タブレット型情報端末、タブレット型パーソナルコンピュータ、電子書籍端末等として用いることができる。 An information terminal 2910 illustrated in FIG. 33B includes a display portion 2912, a microphone 2917, a speaker portion 2914, a camera 2913, an external connection portion 2916, an operation button 2915, and the like in a housing 2911. The display portion 2912 includes a display panel using a flexible substrate and a touch screen. The information terminal 2910 can be used as, for example, a smartphone, a mobile phone, a tablet information terminal, a tablet personal computer, an electronic book terminal, or the like.
図33(C)に示すノート型パーソナルコンピュータ2920は、筐体2921、表示部2922、キーボード2923、およびポインティングデバイス2924等を有する。 A laptop personal computer 2920 illustrated in FIG. 33C includes a housing 2921, a display portion 2922, a keyboard 2923, a pointing device 2924, and the like.
図33(D)に示すビデオカメラ2940は、筐体2941、筐体2942、表示部2943、操作キー2944、レンズ2945、および接続部2946等を有する。操作キー2944およびレンズ2945は筐体2941に設けられており、表示部2943は筐体2942に設けられている。そして、筐体2941と筐体2942は、接続部2946により接続されており、筐体2941と筐体2942の間の角度は、接続部2946により変えることが可能な構造となっている。筐体2941に対する筐体2942の角度によって、表示部2943に表示される画像の向きの変更や、画像の表示/非表示の切り換えを行うことができる。 A video camera 2940 illustrated in FIG. 33D includes a housing 2941, a housing 2942, a display portion 2944, operation keys 2944, a lens 2945, a connection portion 2946, and the like. The operation keys 2944 and the lens 2945 are provided on the housing 2941, and the display portion 2944 is provided on the housing 2942. The housing 2941 and the housing 2942 are connected to each other by a connection portion 2946. The angle between the housing 2941 and the housing 2942 can be changed by the connection portion 2946. Depending on the angle of the housing 2942 with respect to the housing 2941, the orientation of the image displayed on the display portion 2943 can be changed, and display / non-display of the image can be switched.
図33(E)にバングル型の情報端末の一例を示す。情報端末2950は、筐体2951、および表示部2952等を有する。表示部2952は、曲面を有する筐体2951に支持されている。表示部2952には、可撓性基板を用いた表示パネルを備えているため、フレキシブルかつ軽くて使い勝手の良い情報端末2950を提供することができる。 FIG. 33E illustrates an example of a bangle information terminal. The information terminal 2950 includes a housing 2951, a display portion 2952, and the like. The display portion 2952 is supported by a housing 2951 having a curved surface. Since the display portion 2952 includes a display panel using a flexible substrate, an information terminal 2950 that is flexible, light, and easy to use can be provided.
図33(F)に腕時計型の情報端末の一例を示す。情報端末2960は、筐体2961、表示部2962、バンド2963、バックル2964、操作ボタン2965、入出力端子2966などを備える。情報端末2960は、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、音楽再生、インターネット通信、コンピュータゲームなどの種々のアプリケーションを実行することができる。 FIG. 33F illustrates an example of a wristwatch-type information terminal. The information terminal 2960 includes a housing 2961, a display portion 2962, a band 2963, a buckle 2964, operation buttons 2965, an input / output terminal 2966, and the like. The information terminal 2960 can execute various applications such as mobile phone, e-mail, text browsing and creation, music playback, Internet communication, and computer games.
表示部2962の表示面は湾曲しており、湾曲した表示面に沿って表示を行うことができる。また、表示部2962はタッチセンサを備え、指やスタイラスなどで画面に触れることで操作することができる。例えば、表示部2962に表示されたアイコン2967に触れることで、アプリケーションを起動することができる。操作ボタン2965は、時刻設定のほか、電源のオン、オフ動作、無線通信のオン、オフ動作、マナーモードの実行及び解除、省電力モードの実行及び解除など、様々な機能を持たせることができる。例えば、情報端末2960に組み込まれたオペレーティングシステムにより、操作ボタン2965の機能を設定することもできる。 The display surface of the display portion 2962 is curved, and display can be performed along the curved display surface. The display portion 2962 includes a touch sensor and can be operated by touching the screen with a finger, a stylus, or the like. For example, an application can be started by touching an icon 2967 displayed on the display unit 2962. The operation button 2965 can have various functions such as power on / off operation, wireless communication on / off operation, manner mode execution / cancellation, and power saving mode execution / cancellation in addition to time setting. . For example, the function of the operation button 2965 can be set by an operating system incorporated in the information terminal 2960.
また、情報端末2960は、通信規格された近距離無線通信を実行することが可能である。例えば無線通信可能なヘッドセットと相互通信することによって、ハンズフリーで通話することもできる。また、情報端末2960は入出力端子2966を備え、他の情報端末とコネクターを介して直接データのやりとりを行うことができる。また入出力端子2966を介して充電を行うこともできる。なお、充電動作は入出力端子2966を介さずに無線給電により行ってもよい。 In addition, the information terminal 2960 can execute short-range wireless communication that is a communication standard. For example, it is possible to talk hands-free by communicating with a headset capable of wireless communication. Further, the information terminal 2960 includes an input / output terminal 2966, and can directly exchange data with other information terminals via a connector. Charging can also be performed via the input / output terminal 2966. Note that the charging operation may be performed by wireless power feeding without using the input / output terminal 2966.
図33(G)に家庭用電気製品の一例として電気冷蔵庫を示す。電気冷蔵庫2970は、筐体2971、冷蔵室用扉2972、冷凍室用扉2973、および表示部2974等を有する。 FIG. 33G illustrates an electric refrigerator as an example of a household electric appliance. The electric refrigerator 2970 includes a housing 2971, a refrigerator door 2972, a freezer door 2993, a display portion 2974, and the like.
図33(H)は、自動車の一例を示す外観図である。自動車2980は、車体2981、車輪2982、ダッシュボード2983、およびライト2984等を有する。 FIG. 33H is an external view illustrating an example of an automobile. The automobile 2980 includes a vehicle body 2981, wheels 2982, a dashboard 2983, lights 2984, and the like.
本実施の形態に示す電子機器には、上述したトランジスタまたは上述した表示装置などが搭載されている。 In the electronic device described in this embodiment, the above-described transistor, the above-described display device, or the like is mounted.
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。 This embodiment can be implemented in appropriate combination with the structures described in the other embodiments.
100  液晶表示装置
110  液晶パネル
111  FPC
113  副画素
114  画素
115  部位
120  バックライトユニット
121  光共鳴板
122  発光部
123  光源
124  反射層
125  部位
126  基板
127  構造体
128  半透過層
129  導光層
131  半透過層
132  保護層
134  トランジスタ
135  光
137  層
138  層
139  レジストマスク
141  表示領域
142  回路
143  回路
145  層
149  導光層
150  素子基板
151  基板
152  絶縁層
153  電極
154  配向膜
155  液晶層
156  トランジスタ
157  液晶素子
158  容量素子
159  絶縁層
160  対向基板
161  基板
162  遮光層
163  オーバーコート層
164  電極
165  配向膜
166  着色層
167  電極
171  偏光板
172  偏光板
201  電極
202  絶縁層
203  半導体層
204  電極
205  電極
206  絶縁層
207  絶縁層
208  絶縁層
209  電極
211  電極
213  電極
214  層
219  電極
223  電極
224  絶縁層
226  絶縁層
227  絶縁層
228  絶縁層
229  絶縁層
242  半導体層
243  電極
246  電極
255  不純物
271  基板
272  絶縁層
275  絶縁層
314  液晶素子
382  Ec
386  Ec
387  Ec
390  トラップ準位
410  トランジスタ
411  トランジスタ
420  トランジスタ
421  トランジスタ
422  トランジスタ
425  トランジスタ
430  トランジスタ
431  トランジスタ
440  トランジスタ
441  トランジスタ
442  トランジスタ
443  トランジスタ
444  トランジスタ
445  トランジスタ
446  トランジスタ
447  トランジスタ
448  トランジスタ
450  トランジスタ
451  トランジスタ
452  トランジスタ
2900  携帯型ゲーム機
2901  筐体
2902  筐体
2903  表示部
2904  表示部
2905  マイクロホン
2906  スピーカ
2907  操作キー
2908  スタイラス
2910  情報端末
2911  筐体
2912  表示部
2913  カメラ
2914  スピーカ部
2915  ボタン
2916  外部接続部
2917  マイク
2920  ノート型パーソナルコンピュータ
2921  筐体
2922  表示部
2923  キーボード
2924  ポインティングデバイス
2940  ビデオカメラ
2941  筐体
2942  筐体
2943  表示部
2944  操作キー
2945  レンズ
2946  接続部
2950  情報端末
2951  筐体
2952  表示部
2960  情報端末
2961  筐体
2962  表示部
2963  バンド
2964  バックル
2965  操作ボタン
2966  入出力端子
2967  アイコン
2970  電気冷蔵庫
2971  筐体
2972  冷蔵室用扉
2973  冷凍室用扉
2974  表示部
2980  自動車
2981  車体
2982  車輪
2983  ダッシュボード
2984  ライト
3135  走査線
3136  信号線
3137  画素回路
3436  ノード
3437  ノード
4005  シール材
4010  トランジスタ
4011  トランジスタ
4014  配線
4015  電極
4019  異方性導電層
4032  絶縁層
4033  絶縁層
4035  スペーサ
5100  ペレット
5120  基板
5161  領域
6000  表示モジュール
6001  上部カバー
6002  下部カバー
6003  FPC
6004  タッチセンサ
6009  フレーム
6010  プリント基板
6011  バッテリ
113B  副画素
113G  副画素
113R  副画素
113Y  副画素
127a  構造体
127b  構造体
133a  共鳴領域
133b  共鳴領域
133c  共鳴領域
136B  光
136G  光
136R  光
142a  回路
143a  回路
156a  トランジスタ
157a  液晶素子
157b  液晶素子
166B  着色層
166G  着色層
166R  着色層
224a  電極
224b  電極
242a  半導体層
242b  半導体層
242c  半導体層
242i  半導体層
242t  半導体層
242u  半導体層
244a  電極
244b  電極
247a  開口
247b  開口
247c  開口
247d  開口
383a  Ec
383b  Ec
383c  Ec
100 Liquid crystal display device 110 Liquid crystal panel 111 FPC
113 Sub-pixel 114 Pixel 115 Site 120 Backlight unit 121 Optical resonance plate 122 Light emitting portion 123 Light source 124 Reflective layer 125 Site 126 Substrate 127 Structure 128 Semi-transmissive layer 129 Light guide layer 131 Semi-transmissive layer 132 Protective layer 134 Transistor 135 Light 137 Layer 138 Layer 139 Resist mask 141 Display area 142 Circuit 143 Circuit 145 Layer 149 Light guiding layer 150 Element substrate 151 Substrate 152 Insulating layer 153 Electrode 154 Alignment film 155 Liquid crystal layer 156 Transistor 157 Liquid crystal element 158 Capacitance element 159 Insulating layer 160 Counter substrate 161 Substrate 162 Light-shielding layer 163 Overcoat layer 164 Electrode 165 Alignment film 166 Colored layer 167 Electrode 171 Polarizing plate 172 Polarizing plate 201 Electrode 202 Insulating layer 203 Semiconductor layer 204 Electrode 205 Electrode 206 Insulating layer 207 Insulating layer 208 Insulating layer 209 Electrode 211 Electrode 213 Electrode 214 Layer 219 Electrode 223 Electrode 224 Insulating layer 226 Insulating layer 227 Insulating layer 228 Insulating layer 229 Insulating layer 242 Semiconductor layer 243 Electrode 246 Electrode 255 Impurity 271 Substrate 272 Insulating layer 275 Insulating layer 314 Liquid crystal element 382 Ec
386 Ec
387 Ec
390 trap level 410 transistor 411 transistor 420 transistor 421 transistor 422 transistor 425 transistor 430 transistor 431 transistor 440 transistor 441 transistor 442 transistor 443 transistor 444 transistor 445 transistor 446 transistor 447 transistor 448 transistor 450 transistor 451 transistor 452 transistor 2900 portable game machine 2901 Housing 2902 Housing 2903 Display 2904 Display 2905 Microphone 2906 Speaker 2907 Operation key 2908 Stylus 2910 Information terminal 2911 Housing 2912 Display 2913 Camera 2914 Speaker 2915 Button 2916 External connection unit 2917 Microphone 2920 Notebook personal computer 2921 Case 2922 Display unit 2923 Keyboard 2924 Pointing device 2940 Video camera 2941 Case 2294 Case 2944 Display unit 2944 Operation key 2945 Lens 2946 Connection unit 2950 Information terminal 2951 Case 2952 Display unit 2960 Information terminal 2961 Housing 2962 Display unit 2963 Band 2964 Buckle 2965 Operation button 2966 Input / output terminal 2967 Icon 2970 Electric refrigerator 2971 Housing 2972 Refrigeration room door 2972 Freezer compartment door 2974 Display unit 2980 Car 2981 Car body 2982 Wheel 2983 Dashboard 2984 Light 3135 Scanning line 3136 Signal line 3137 Pixel circuit 3436 No 3437 node 4005 sealant 4010 4011 transistors 4014 wiring 4015 electrodes 4019 anisotropic conductive layer 4032 insulating layer 4033 insulating layer 4035 spacer 5100 pellets 5120 substrate 5161 area 6000 display module 6001 top cover 6002 lower cover 6003 FPC
6004 Touch sensor 6009 Frame 6010 Printed circuit board 6011 Battery 113B Subpixel 113G Subpixel 113R Subpixel 113Y Subpixel 127a Structure 127b Structure 133a Resonance area 133b Resonance area 133c Resonance area 136B Light 136G Light 136R Light 142a Circuit 143a Circuit 156a Transistor 157 Liquid crystal element 157b Liquid crystal element 166B Colored layer 166G Colored layer 166R Colored layer 224a Electrode 224b Electrode 242a Semiconductor layer 242b Semiconductor layer 242c Semiconductor layer 242i Semiconductor layer 242t Semiconductor layer 242u Semiconductor layer 244a Electrode 244b Electrode 247c Opening 247c Opening 247c Opening 247c
383b Ec
383c Ec

Claims (9)

  1. 光源、光共鳴板、および液晶素子を有し、
    前記光源および前記液晶素子は前記光共鳴板を介して互いに重なり、
    前記光源は、第1の波長域を有する第1の光を発する機能を有し、
    前記光共鳴板は、前記第1の光から、第2の波長域を有する第2の光を抽出し、前記第2の光を前記液晶素子に入射する機能を有する表示装置。
    A light source, an optical resonance plate, and a liquid crystal element;
    The light source and the liquid crystal element overlap each other through the optical resonance plate,
    The light source has a function of emitting first light having a first wavelength range;
    The optical resonance plate is a display device having a function of extracting second light having a second wavelength region from the first light and causing the second light to enter the liquid crystal element.
  2. 光源、光共鳴板、および液晶素子を有し、
    前記光源および前記液晶素子は前記光共鳴板を介して互いに重なり、
    前記光源は、第1の波長域を有する第1の光を発する機能を有し、
    前記光共鳴板は、
    前記第1の光から、第2の波長域を有する第2の光、第3の波長域を有する第3の光、および第4の波長域を有する第4の光を抽出し、前記第2乃至第4の光を前記液晶素子に入射する機能を有する表示装置。
    A light source, an optical resonance plate, and a liquid crystal element;
    The light source and the liquid crystal element overlap each other through the optical resonance plate,
    The light source has a function of emitting first light having a first wavelength range;
    The optical resonance plate is
    The second light having the second wavelength range, the third light having the third wavelength range, and the fourth light having the fourth wavelength range are extracted from the first light, and the second light is extracted. A display device having a function of causing the fourth light to enter the liquid crystal element.
  3. 請求項2において、
    前記第2の光は、赤の波長域を有する光であり、
    前記第3の光は、緑の波長域を有する光であり、
    前記第4の光は、青の波長域を有する光である表示装置。
    In claim 2,
    The second light is light having a red wavelength range,
    The third light is light having a green wavelength range,
    The display device, wherein the fourth light is light having a blue wavelength range.
  4. 請求項2または請求項3において、
    前記第2の光の中心波長が610nm以上750nm以下である表示装置。
    In claim 2 or claim 3,
    A display device, wherein a center wavelength of the second light is 610 nm or more and 750 nm or less.
  5. 請求項2乃または請求項3において、
    前記第3の光の中心波長が500nm以上560nm以下である表示装置。
    In claim 2 or claim 3,
    A display device, wherein a center wavelength of the third light is not less than 500 nm and not more than 560 nm.
  6. 請求項2または請求項3において、
    前記第4の光の中心波長が435nm以上480nm以下である表示装置。
    In claim 2 or claim 3,
    A display device, wherein a center wavelength of the fourth light is not less than 435 nm and not more than 480 nm.
  7. 請求項1乃至請求項3のいずれか一項において、
    前記第1の光の色温度は、3000K以上12000K以下である表示装置。
    In any one of Claims 1 thru | or 3,
    The display device, wherein the color temperature of the first light is 3000K or more and 12000K or less.
  8. 請求項1乃至請求項3のいずれか一項において、
    前記液晶素子は、横電界方式の液晶素子である表示装置。
    In any one of Claims 1 thru | or 3,
    The liquid crystal element is a display device which is a horizontal electric field type liquid crystal element.
  9. 請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の表示装置と、
    アンテナ、バッテリ、筐体、スピーカ、マイク、操作スイッチ、または操作ボタンと、を有する電子機器。
    A display device according to any one of claims 1 to 3,
    An electronic device having an antenna, a battery, a housing, a speaker, a microphone, an operation switch, or an operation button.
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