JP2015119174A - 半導体装置及び表示装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置について、図1乃至図14を参照して説明する。
図1(A)は、本発明の一態様の半導体装置であるトランジスタ150の上面図であり、図1(B)は、図1(A)の一点鎖線Y1−Y2間における切断面の断面図に相当し、図1(C)は、図1(A)に示す一点鎖線X1−X2間における切断面の断面図に相当する。なお、図1(A)において、煩雑になることを避けるため、トランジスタ150の構成要素の一部(ゲート絶縁膜等)を省略して図示している。
基板102の材質などに大きな制限はないが、少なくとも、後の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有している必要がある。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板等を、基板102として用いてもよい。また、シリコンや炭化シリコンを材料とした単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウム等の化合物半導体基板、SOI基板等を適用することも可能であり、これらの基板上に半導体素子が設けられたものを、基板102として用いてもよい。なお、基板102として、ガラス基板を用いる場合、第6世代(1500mm×1850mm)、第7世代(1870mm×2200mm)、第8世代(2200mm×2400mm)、第9世代(2400mm×2800mm)、第10世代(2950mm×3400mm)等の大面積基板を用いることで、大型の表示装置を作製することができる。
ゲート電極層として機能する導電膜104は、クロム(Cr)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、金(Au)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、タングステン(W)、マンガン(Mn)、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)、コバルト(Co)から選ばれた金属元素、または上述した金属元素を成分とする合金か、上述した金属元素を組み合わせた合金等を用いて形成することができる。また、導電膜104は、単層構造でも、二層以上の積層構造としてもよい。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、窒化タンタル膜または窒化タングステン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、チタン膜と、そのチタン膜上にアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチタン膜を形成する三層構造等がある。また、アルミニウムに、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた一または複数組み合わせた合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。
トランジスタ150のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜106a、106bとしては、プラズマ化学気相堆積(PECVD:(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition))法、スパッタリング法等により、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化イットリウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化ガリウム膜、酸化タンタル膜、酸化マグネシウム膜、酸化ランタン膜、酸化セリウム膜および酸化ネオジム膜を一種以上含む絶縁層を、それぞれ用いることができる。なお、絶縁膜106a、106bの積層構造とせずに、上述の材料から選択された単層の絶縁膜、または3層以上の絶縁膜を用いてもよい。
酸化物半導体膜108は、代表的には、In−Ga酸化物、In−Zn酸化物、In−M−Zn酸化物(Mは、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd、SnまたはHfを表す)がある。とくに、酸化物半導体膜108としては、In−M−Zn酸化物(Mは、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd、SnまたはHfを表す)を用いると好ましい。
トランジスタ150のソース電極層及びドレイン電極層として機能する一対の電極層112a、112bとしては、Cu−X合金膜((Xは、Mn、Ni、Cr、Fe、Co、Mo、Ta、またはTi)、以下単にCu−X合金膜として記す。)の単層構造、またはCu−X合金膜と、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、金(Au)、または銀(Ag)等の低抵抗材料からなる単体、もしくは合金、またはこれらを主成分とする化合物を含む導電膜との積層構造とすることが好ましい。一対の電極層112a、112bとしては、例えば、スパッタリング装置を用いて形成することができる。該スパッタリング装置に用いるターゲットとしては、例えば、Cu:Mn=90:10[原子%]等の金属ターゲットを用いることができる。
絶縁膜114、116、118は、保護絶縁膜としての機能を有する。例えば、絶縁膜114は、酸素を透過することのできる絶縁膜である。なお、絶縁膜114は、後に形成する絶縁膜116を形成する際の、酸化物半導体膜108へのダメージ緩和膜としても機能する。
次に、図3(A)、(B)、(C)及び図4(A)、(B)、(C)を用いて、本発明の一態様の半導体装置であるトランジスタ152、154について説明する。図3(A)は、本発明の一態様の半導体装置であるトランジスタ152の上面図であり、図3(B)は、図3(A)の一点鎖線Y1−Y2間における切断面の断面図に相当し、図3(C)は、図3(A)に示す一点鎖線X1−X2間における切断面の断面図に相当する。また、図4(A)は、本発明の一態様の半導体装置であるトランジスタ154の上面図であり、図4(B)は、図4(A)の一点鎖線Y1−Y2間における切断面の断面図に相当し、図4(C)は、図4(A)に示す一点鎖線X1−X2間における切断面の断面図に相当する。なお、図3(A)、図4(A)において、煩雑になることを避けるため、トランジスタ152、154の構成要素の一部(ゲート絶縁膜等)を省略して図示している。
次に、図6(A)、(B)、(C)及び図7(A)、(B)、(C)を用いて、本発明の一態様の半導体装置であるトランジスタ156、158について説明する。図6(A)は、本発明の一態様の半導体装置であるトランジスタ156の上面図であり、図6(B)は、図6(A)の一点鎖線Y1−Y2間における切断面の断面図に相当し、図6(C)は、図6(A)に示す一点鎖線X1−X2間における切断面の断面図に相当する。また、図7(A)は、本発明の一態様の半導体装置であるトランジスタ158の上面図であり、図7(B)は、図7(A)の一点鎖線Y1−Y2間における切断面の断面図に相当し、図7(C)は、図7(A)に示す一点鎖線X1−X2間における切断面の断面図に相当する。なお、図6(A)、図7(A)において、煩雑になることを避けるため、トランジスタ156、158の構成要素の一部(ゲート絶縁膜等)を省略して図示している。
次に、上記説明したトランジスタ150、152、154、156、158の変形例について、図9乃至図11を用いて説明を行う。
次に、本発明の一態様の半導体装置であるトランジスタ150の作製方法について、図12及び図13を用いて以下詳細に説明する。
次に、本発明の一態様の半導体装置であるトランジスタ152、154、156、158の作製方法について、以下詳細に説明する。
次に、本発明の一態様の半導体装置であるトランジスタ150A、152A、154A、156A、158Aの作製方法について、以下詳細に説明する。
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置に含まれる酸化物半導体の構造について説明する。
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。
まずは、CAAC−OSについて説明する。
次に、nc−OSについて説明する。
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。
本実施の形態においては、実施の形態1で例示したトランジスタを用いて表示機能を有する表示装置の一例について、図15乃至図17を用いて以下説明を行う。
図16は、図15(A)に示す一点鎖線Q−Rにおける切断面に相当する断面図である。図17は、図15(B)に示す一点鎖線V−Wにおける切断面に相当する断面図である。
図16に示す表示装置300は、液晶素子375を有する。液晶素子375は、導電膜372、導電膜374、及び液晶層376を有する。導電膜374は、第2の基板305側に設けられ、対向電極としての機能を有する。図16に示す表示装置300は、導電膜372と導電膜374に印加される電圧によって、液晶層376の配向状態が変わることによって光の透過、非透過が制御され画像を表示することができる。
図17に示す表示装置400は、発光素子480を有する。発光素子480は、導電膜444、EL層446、及び導電膜448を有する。表示装置400は、発光素子480が有するEL層446が発光することによって、画像を表示することができる。
まず、基板462上に絶縁膜420を形成し、絶縁膜420上に第1の素子層410を形成する(図18(A)参照)。
まず、基板462上に剥離層463を形成する。次に、剥離層463上に絶縁膜420を形成し、絶縁膜420上に第1の素子層410を形成する(図20(A)参照)。
図21に示す表示装置300Aは、液晶素子375を有する。液晶素子375は、導電膜373、導電膜377、及び液晶層376を有する。導電膜373は、第1の基板301上の平坦化絶縁膜370上に設けられ、反射電極としての機能を有する。図21に示す表示装置300Aは、外光を利用し導電膜373で光を反射して着色層436を介して表示する、所謂反射型のカラー液晶表示装置である。
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置を用いることができる表示装置について、図22を用いて説明を行う。
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置を用いることができる表示モジュール及び電子機器について、図23及び図24を用いて説明を行う。
まず、基板602を準備した。基板602としては、ガラス基板を用いた。その後、基板602上に酸化物半導体膜608を成膜した。酸化物半導体膜608としては、スパッタリングターゲットをIn:Ga:Zn=1:1:1(原子数比)の金属酸化物ターゲットとし、流量100sccmの酸素及び流量100sccmのアルゴンをスパッタリングガスとしてスパッタリング装置の処理室内に供給し、処理室内の圧力を0.6Paに制御し、2.5kWの交流電力を供給して形成した。また、酸化物半導体膜608を形成する際の基板温度を170℃とした。また、酸化物半導体膜608の厚さは、35nmとなるように形成した。
まず、基板602を準備した。基板602としては、ガラス基板を用いた。その後、基板602上に酸化物半導体膜608を成膜した。酸化物半導体膜608としては、先に記載の試料1と同様の作製方法で形成した。
104 導電膜
106 絶縁膜
106a 絶縁膜
106b 絶縁膜
108 酸化物半導体膜
108a 金属酸化膜
108b 金属酸化膜
110 導電膜
110a 導電膜
110b 導電膜
111 導電膜
111a 導電膜
111b 導電膜
112a 電極層
112b 電極層
113a 酸化膜
113b 酸化膜
114 絶縁膜
115a 酸化膜
115b 酸化膜
116 絶縁膜
118 絶縁膜
120a 導電膜
120b 導電膜
140a レジストマスク
140b レジストマスク
150 トランジスタ
150A トランジスタ
152 トランジスタ
152A トランジスタ
154 トランジスタ
154A トランジスタ
156 トランジスタ
156A トランジスタ
158 トランジスタ
158A トランジスタ
172 エッチング溶液
174 エッチング溶液
300 表示装置
300A 表示装置
301 基板
302 画素部
304 ソースドライバ回路部
305 基板
306 ゲートドライバ回路部
308 FPC端子部
310 信号線
311 配線部
312 シール材
316 FPC
350 トランジスタ
352 トランジスタ
360 接続電極
361 導電膜
362 導電膜
364 絶縁膜
366 絶縁膜
368 絶縁膜
370 平坦化絶縁膜
372 導電膜
373 導電膜
374 導電膜
375 液晶素子
376 液晶層
377 導電膜
378 スペーサ
380 異方性導電膜
390 容量素子
400 表示装置
401 基板
402 画素部
405 基板
408 FPC
410 素子層
411 素子層
412 接着層
414 基板
416 基板
418 接着層
420 絶縁膜
430 絶縁膜
432 封止層
434 絶縁膜
436 着色層
438 遮光層
440 絶縁膜
444 導電膜
446 EL層
448 導電膜
462 基板
464 剥離用接着剤
466 仮支持基板
468 レーザ光
480 発光素子
501 画素回路
502 画素部
504 駆動回路部
504a ゲートドライバ
504b ソースドライバ
506 保護回路
507 端子部
550 トランジスタ
552 トランジスタ
554 トランジスタ
560 容量素子
562 容量素子
570 液晶素子
572 発光素子
602 基板
608 酸化物半導体膜
609 金属酸化膜
612 導電膜
614 絶縁膜
616 絶縁膜
5000 筐体
5001 表示部
5002 表示部
5003 スピーカ
5004 LEDランプ
5005 操作キー
5006 接続端子
5007 センサ
5008 マイクロフォン
5009 スイッチ
5010 赤外線ポート
5011 記録媒体読込部
5012 支持部
5013 イヤホン
5014 アンテナ
5015 シャッターボタン
5016 受像部
5017 充電器
5100 ペレット
5120 基板
5161 領域
8000 表示モジュール
8001 上部カバー
8002 下部カバー
8003 FPC
8004 タッチパネル
8005 FPC
8006 表示パネル
8007 バックライト
8008 光源
8009 フレーム
8010 プリント基板
8011 バッテリー
Claims (14)
- ゲート電極層と、
前記ゲート電極層上のゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上の前記ゲート電極層と重畳する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜上の一対の電極層と、を有し、
前記一対の電極層は、Cu−X合金膜(Xは、Mn、Ni、Cr、Fe、Co、Mo、Ta、またはTiを表す)を含み、
前記一対の電極層が重畳しない領域の酸化物半導体膜の膜厚が、
前記一対の電極層が重畳する領域の酸化物半導体膜の膜厚よりも薄い、
ことを特徴とする半導体装置。 - ゲート電極層と、
前記ゲート電極層上のゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上の前記ゲート電極層と重畳する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜上の一対の電極層と、を有し、
前記一対の電極層は、Cu−X合金膜(Xは、Mn、Ni、Cr、Fe、Co、Mo、Ta、またはTiを表す)を含み、
前記酸化物半導体膜は、結晶部を含み、前記結晶部のc軸が前記酸化物半導体膜の被形成面の法線ベクトルに平行であり、
前記一対の電極層が重畳しない領域の酸化物半導体膜の膜厚が、
前記一対の電極層が重畳する領域の酸化物半導体膜の膜厚よりも薄い、
ことを特徴とする半導体装置。 - ゲート電極層と、
前記ゲート電極層上のゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上の前記ゲート電極層と重畳する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜上の金属酸化膜と、
前記金属酸化膜上の一対の電極層と、を有し、
前記一対の電極層は、Cu−X合金膜(Xは、Mn、Ni、Cr、Fe、Co、Mo、Ta、またはTiを表す)を含む、
ことを特徴とする半導体装置。 - ゲート電極層と、
前記ゲート電極層上のゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上の前記ゲート電極層と重畳する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜上の金属酸化膜と、
前記金属酸化膜上の一対の電極層と、を有し、
前記一対の電極層は、Cu−X合金膜(Xは、Mn、Ni、Cr、Fe、Co、Mo、Ta、またはTiを表す)を含み、
前記金属酸化膜は、結晶部を含み、前記結晶部のc軸が前記金属酸化膜の被形成面の法線ベクトルに平行である、
ことを特徴とする半導体装置。 - ゲート電極層と、
前記ゲート電極層上のゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上の前記ゲート電極層と重畳する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜上の金属酸化膜と、
前記金属酸化膜上の一対の電極層と、を有し、
前記一対の電極層は、Cu−X合金膜(Xは、Mn、Ni、Cr、Fe、Co、Mo、Ta、またはTiを表す)を含み、
前記一対の電極層が重畳しない領域の金属酸化膜の膜厚が、
前記一対の電極層が重畳する領域の金属酸化膜の膜厚よりも薄い、
ことを特徴とする半導体装置。 - ゲート電極層と、
前記ゲート電極層上のゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上の前記ゲート電極層と重畳する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜上の金属酸化膜と、
前記金属酸化膜上の一対の電極層と、を有し、
前記一対の電極層は、Cu−X合金膜(Xは、Mn、Ni、Cr、Fe、Co、Mo、Ta、またはTiを表す)を含み、
前記金属酸化膜は、結晶部を含み、前記結晶部のc軸が前記金属酸化膜の被形成面の法線ベクトルに平行であり、
前記一対の電極層が重畳しない領域の金属酸化膜の膜厚が、
前記一対の電極層が重畳する領域の金属酸化膜の膜厚よりも薄い、
ことを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至請求項6のいずれか一つにおいて、
前記酸化物半導体膜は、
In−M−Zn酸化物(Mは、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd、SnまたはHfを表す)である、
ことを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至請求項6のいずれか一つにおいて、
前記Cu−X合金膜(Xは、Mn、Ni、Cr、Fe、Co、Mo、Ta、またはTiを表す)は、前記酸化物半導体膜と接する、
ことを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至請求項6のいずれか一つにおいて、
前記一対の電極層は、
Cu−Mn合金膜を有する、
ことを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至請求項6のいずれか一つにおいて、
前記一対の電極層は、
Cu−Mn合金膜と、前記Cu−Mn合金膜上のCu膜と、を有する、
ことを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至請求項6のいずれか一つにおいて、
前記一対の電極層は、
第1のCu−Mn合金膜と、前記第1のCu−Mn合金膜上のCu膜と、前記Cu膜上の第2のCu−Mn合金膜と、を有する、
ことを特徴とする半導体装置。 - 請求項3乃至請求項6のいずれか一つにおいて、
前記金属酸化膜は、
In−M−Zn酸化物またはIn−M酸化物(Mは、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd、SnまたはHfを表す)である、
ことを特徴とする半導体装置。 - 請求項3乃至請求項6のいずれか一つにおいて、
前記金属酸化膜の伝導帯下端のエネルギー準位が、前記酸化物半導体膜よりも真空準位に近い、
ことを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至請求項13に記載のいずれか一つの半導体装置を用いた表示装置。
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