JP2017157857A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
高い半導体装置を提供する。
【解決手段】基板上に設けられたゲート電極層と、ゲート電極層上に設けられたゲート絶
縁膜と、ゲート絶縁膜上に設けられた酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜上にゲート電極
層と重畳するように設けられたドレイン電極層と、酸化物半導体膜の外周端部を覆うよう
に設けられたソース電極層と、を有し、ドレイン電極層の外周端部は、前記ゲート電極層
の外周端部の内側に位置する半導体装置である。
【選択図】図1
Description
全般を指し、トランジスタ、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置
である。
注目されている。該トランジスタは集積回路(IC)や画像表示装置(表示装置)のよう
な電子デバイスに広く応用されている。トランジスタに適用可能な半導体薄膜としてシリ
コン系半導体材料が広く知られているが、その他の材料として酸化物半導体が注目されて
いる。
化物半導体膜を用いたトランジスタが開示されている(特許文献1参照)。
って電気的特性が変化することがある。当該変化は、当該酸化物半導体膜の形成工程時に
水素などの不純物が混入する、または当該酸化物半導体膜から酸素が脱離することなどに
起因するものと考えられる。そして、当該変化は、酸化物半導体膜の端部において顕在化
しやすいことが分かった。すなわち、酸化物半導体膜にチャネルが形成されるトランジス
タにおいては、当該酸化物半導体膜の端部が低抵抗化領域となり、当該領域にトランジス
タの寄生チャネルが形成されやすいことが分かった。なお、当該トランジスタにおいては
、ゲートと重畳する領域の酸化物半導体膜であってゲートとソース間の電圧に応じてソー
スとドレイン間の最短経路に形成されるチャネル(第1のチャネルともいう)と、当該寄
生チャネル(第2のチャネルともいう)との2種のチャネルが形成されうることになる。
れるときのゲートとソース間の電圧(しきい値電圧)がそれぞれ異なる。典型的には、第
1のチャネルが形成されるしきい値電圧は、第2のチャネルが形成されるしきい値電圧よ
りも高い。そして、第1のチャネルの電流駆動能力は、第2のチャネルの電流駆動能力よ
りも高い。よって、オフ状態にある当該トランジスタのゲートとソース間の電圧(ゲート
電圧)を上昇させていった場合、ソースとドレイン間の電流が2段階の変化をすることに
なる。具体的には、第2のチャネルが形成されるしきい値電圧の近傍において1段階目の
変化(ソースとドレイン間の電流の増加)が確認され、さらに、第1のチャネルが形成さ
れるしきい値電圧の近傍において2段階目の変化(ソースとドレイン間の電流の増加)が
確認される。
、信頼性の高い半導体装置を提供することを目的の一とする。
トランジスタのソースおよびドレインが存在するからである。すなわち、当該端部とトラ
ンジスタのソースおよびドレインの少なくとも一方が電気的に接続されていなければ当該
端部に寄生チャネルは形成されない。よって、本発明の一態様は、トランジスタのソース
およびドレインの少なくとも一方と、酸化物半導体層の端部とが電気的に接続されない構
造のトランジスタを提供することを要旨とする。
ト絶縁膜上に設けられた酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜上にゲート電極層と重畳する
ように設けられたドレイン電極層と、酸化物半導体膜の外周端部を覆うように設けられた
ソース電極層と、を有し、ドレイン電極層の外周端部は、ゲート電極層の外周端部の内側
に位置する半導体装置である。
けられたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に設けられた酸化物半導体膜と、酸化物半導体
膜上に、ゲート電極層の内周端部と重畳するように設けられたドレイン電極層と、酸化物
半導体膜の外周端部を覆うように設けられたソース電極層と、を有し、ドレイン電極層の
外周端部は、ゲート電極層の外周端部の内側に位置する半導体装置である。
電層及び第3の導電層は、第2の導電層の金属の移動を阻害するバリア層を用いることが
好ましい。また、ソース電極層及び前記ドレイン電極層は、第4の導電層、第5の導電層
、及び第6の導電層と、を有し、第4の導電層及び第6の導電層は、第5の導電層の金属
の移動を阻害するバリア層を用いることが好ましい。
膜の被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向に揃っていてもよい
。
を有する酸化物絶縁膜と、該酸化物絶縁膜上に設けられたバリア膜と、バリア膜上に設け
られた平坦化絶縁膜と、酸化物絶縁膜、バリア膜、平坦化絶縁膜に設けられた開口部を介
して、ドレイン電極層と接する画素電極層と、を有していてもよい。
与し、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
ただし、本明細書に開示する発明は以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々
に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。また、本明細書に開示する発明
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、第1、第
2として付される序数詞は便宜上用いるものであり、工程順または積層順を示すものでは
ない。また、本明細書において発明を特定するための事項として固有の名称を示すもので
はない。
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。
」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には入れ替わることがある。このため、本明細書等においては、「ソ
ース」や「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。
」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。
ゲート電圧がしきい値電圧以上である状態を指す。なお、例えばn型トランジスタにおい
てしきい値電圧が複数あるときは、最も小さなしきい値電圧以上である状態を指す。また
、「トランジスタがオフ(状態)」と記載する場合、トランジスタのゲート電圧がしきい
値電圧よりも低い状態を指す。さらに、「ノーマリ−オン」の電気的特性を有するトラン
ジスタとは、トランジスタのゲート電圧が0Vのときに、トランジスタがオンであること
をいう。即ち、「ノーマリーオンのトランジスタ」は、しきい値電圧が0V以下のトラン
ジスタである。また、「ノーマリーオフ」の電気的特性を有するトランジスタとは、トラ
ンジスタのゲート電圧が0Vのときに、トランジスタがオフであることをいう。即ち、「
ノーマリーオフのトランジスタ」は、しきい値電圧が0Vよりも高いトランジスタである
。
本実施の形態では、半導体装置の一形態の構成について、図1乃至図6を参照して説明す
る。
−Bの断面図である。なお、図1(A)では煩雑になることを避けるために、トランジス
タ201の構成要素の一部(例えば、ゲート絶縁膜112など)を省略して図示する。
6と、ゲート電極層106上に設けられたゲート絶縁膜112と、ゲート絶縁膜112上
に設けられた酸化物半導体膜114と、を有する。さらに酸化物半導体膜114上に、ゲ
ート電極層106と重畳するように設けられたドレイン電極層116aと、酸化物半導体
膜114の外周端部を覆うように設けられたソース電極層116bを有し、ドレイン電極
層116aの外周端部は、ゲート電極層106の外周端部の内側に位置する。
けられていてもよい。
に位置させることで、ドレイン電極層116aと、酸化物半導体膜114の外周端部とが
電気的に接続されない構造としている。そのため、酸化物半導体膜114の外周端部の影
響を受けない。その結果、トランジスタ201のしきい値電圧がマイナスにシフトするこ
とを防止できる。
を設けることが好ましい。酸化物半導体膜114の外周端部をソース電極層116bで覆
うことで、酸化物半導体膜114に不純物が混入すること、または酸化物半導体膜114
から酸素が脱離することを防ぐことができる。
の金属元素、その他、酸化物半導体膜を構成する元素ではない元素等が不純物となりうる
。また、これらを含む分子(たとえば水、水素化合物)等も不純物となりうる。そのため
本明細書等において、酸化物半導体膜にとっての不純物とは上記の元素と分子を指すこと
とする。
ウム、銅、クロム、ネオジム、スカンジウム等の金属材料またはこれらを主成分とする合
金材料を用いることができる。また、ゲート電極層106は、酸化インジウム酸化スズ、
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スズ酸化物、酸化
インジウム酸化亜鉛、酸化ケイ素を添加したインジウムスズ酸化物などの導電性材料を用
いることもできる。また、ゲート電極層106は、上記の導電材料を用いて、単層構造ま
たは積層構造で形成される。
ン膜とすることができる。
化物半導体膜114に達することを防止するためのバリア層を設けることが好ましい。銅
やアルミニウムの移動を阻害するバリア層としては、窒化タンタル膜、タングステン膜、
窒化タングステン膜、モリブデン膜、窒化モリブデン膜、チタン膜、窒化チタン膜、クロ
ム膜、窒化クロム膜が挙げられる。これらを適宜選択して、銅膜やアルミニウム膜と接し
て設けることで、銅やアルミニウムが酸化物半導体膜114に達することを防止すること
ができる。
ル膜と膜厚200nmの銅膜を積層してゲート電極層106とすることができる。銅膜を
用いることにより、配線抵抗を低減することができる。また膜厚30nmの窒化タンタル
膜に代えて、タングステン膜、窒化タングステン膜、窒化モリブデン膜、窒化チタン膜を
用いてもよい。
、膜厚200nmの銅膜、膜厚30nmのタングステン膜を積層してゲート電極層106
とすることができる。また、膜厚30nmの窒化タンタル膜に代えて、タングステン膜、
窒化タングステン膜、窒化モリブデン膜、窒化チタン膜を用いてもよい。また、膜厚30
nmのタングステン膜に代えて、モリブデン膜を形成してもよい。銅膜を用いることによ
り、配線抵抗を低減することができる。また、銅膜上に、タングステン膜またはモリブデ
ン膜を積層することで、銅が酸化物半導体膜114に達することを防止できる。また、タ
ングステン膜またはモリブデン膜は、仕事関数が比較的高いため、ゲート電極層106と
して用いると、トランジスタのしきい値電圧がプラスになりやすい(すなわちノーマリ−
オフのトランジスタとしやすい)ため、好適である。なお、ゲート絶縁膜112によって
、銅が酸化物半導体膜114に達することを防止することができれば、タングステン膜お
よびモリブデン膜は形成しなくともよい。
窒化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化窒化アルミニウム、または窒化酸化シリコンを用
いて形成することができる。また、ゲート絶縁膜112として、酸化ハフニウム、酸化イ
ットリウム、ハフニウムシリケート(HfSixOy(x>0、y>0))、窒素が添加
されたハフニウムシリケート(HfSiOxNy(x>0、y>0))、ハフニウムアル
ミネート(HfAlxOy(x>0、y>0))、酸化ランタンなどのhigh−k材料
を用いることでゲートリーク電流を低減できる。また、ゲート絶縁膜112は、上記の材
料を用いて、単層構造または積層構造で形成する。
いればよい。
厚200nmの酸化窒化シリコン膜を積層して用いればよい。窒化シリコン膜を用いるこ
とにより、金属(たとえば銅、ナトリウム、リチウム等)や水などが、基板やゲート電極
層106から、後に形成される酸化物半導体膜に浸入することを抑制できる。
ことが好ましい。また、トランジスタの電気的特性のばらつきを減らすためのスタビライ
ザーとして、インジウムまたは/および亜鉛に加えてガリウム(Ga)、スズ(Sn)、
ハフニウム(Hf)、アルミニウム(Al)、ジルコニウム(Zr)のいずれか一種また
は複数種を含む。
として有する酸化物という意味であり、In、GaおよびZnの比率は問わない。また、
In、GaおよびZn以外の金属元素が入っていてもよい。
C(C Axis Aligned Crystal)、多結晶、微結晶、非晶質部を有
する。非晶質部は、微結晶、CAACよりも欠陥準位密度が高い。また、微結晶は、CA
ACよりも欠陥準位密度が高い。なお、CAACを有する酸化物半導体を、CAAC−O
S(C Axis Aligned Crystalline Oxide Semic
onductor)と呼ぶ。
えば、c軸配向し、a軸または/およびb軸はマクロに揃っていない。
導体を、微結晶酸化物半導体と呼ぶ。微結晶酸化物半導体膜は、例えば、1nm以上10
nm未満のサイズの微結晶(ナノ結晶ともいう。)を膜中に含む。または、微結晶酸化物
半導体膜は、例えば、1nm以上10nm未満の結晶部を有する結晶−非晶質混相構造の
酸化物半導体を有している。
物半導体を、非晶質酸化物半導体と呼ぶ。非晶質酸化物半導体膜は、例えば、原子配列が
無秩序であり、結晶成分を有さない。または、非晶質酸化物半導体膜は、例えば、完全な
非晶質であり、結晶部を有さない。
導体の混合膜であってもよい。混合膜は、例えば、非晶質酸化物半導体の領域と、微結晶
酸化物半導体の領域と、CAAC−OSの領域と、を有する。また、混合膜は、例えば、
非晶質酸化物半導体の領域と、微結晶酸化物半導体の領域と、CAAC−OSの領域と、
の積層構造を有してもよい。
トルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向に揃っていることが好ましい。なお、異なる
結晶部間で、それぞれa軸およびb軸の向きが異なっていてもよい。そのような酸化物半
導体膜の一例としては、CAAC−OS膜がある。
び非晶質部を有する結晶−非晶質混相構造の酸化物半導体を有している。なお、当該結晶
部は、一辺が100nm未満の立方体内に収まる大きさであることが多い。また、透過型
電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microsco
pe)による観察像では、CAAC−OS膜に含まれる非晶質部と結晶部との境界、結晶
部と結晶部との境界は明確ではない。また、TEMによってCAAC−OS膜には明確な
粒界(グレインバウンダリーともいう。)は確認できない。そのため、CAAC−OS膜
は、粒界に起因する電子移動度の低下が抑制される。
線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向になるように揃い、かつab面に垂直
な方向から見て金属原子が三角形状または六角形状に配列し、c軸に垂直な方向から見て
金属原子が層状または金属原子と酸素原子とが層状に配列している。なお、異なる結晶部
間で、それぞれa軸およびb軸の向きが異なっていてもよい。本明細書において、単に垂
直と記載する場合、80°以上100°以下、好ましくは85°以上95°以下の範囲も
含まれることとする。また、単に平行と記載する場合、−10°以上10°以下、好まし
くは−5°以上5°以下の範囲も含まれることとする。
C−OS膜の形成過程において、酸化物半導体膜の表面側から結晶成長させる場合、被形
成面の近傍に対し表面の近傍では結晶部の占める割合が高くなることがある。また、CA
AC−OS膜へ不純物を添加することにより、当該不純物添加領域において結晶部が非晶
質化することもある。
ルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向になるように揃うため、CAAC−OS膜の形
状(被形成面の断面形状または表面の断面形状)によっては互いに異なる方向を向くこと
がある。また、結晶部は、成膜したとき、または成膜後に加熱処理などの結晶化処理を行
ったときに形成される。従って、結晶部のc軸は、CAAC−OS膜が形成されたときの
被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向になるように揃う。
が小さい。よって、当該トランジスタは、信頼性が高い。
行うが、酸化物半導体膜114が単結晶、多結晶(ポリクリスタルともいう)、または非
晶質であってもよい。
された領域であることが好ましい。高純度化された酸化物半導体(purified O
S)は、i型(真性半導体)またはi型に限りなく近い。そのため、上記酸化物半導体を
チャネルが形成される領域に用いたトランジスタは、オフ電流が著しく低く、しきい値電
圧がマイナスにシフトすることが少ない(すなわちノーマリ−オフの特性が得られやすい
)という特性を有する。
ry Ion Mass Spectrometry)による水素濃度の測定値が、5×
1018/cm3未満、より好ましくは5×1017/cm3以下、更に好ましくは1×
1016/cm3以下とすることが好ましい。また、ホール効果測定により測定できる酸
化物半導体膜のキャリア密度は、1×1014/cm3未満、好ましくは1×1012/
cm3未満、更に好ましくは1×1011/cm3未満とすることが好ましい。また、酸
化物半導体のバンドギャップは、2eV以上、好ましくは2.5eV以上、より好ましく
は3eV以上である。不純物濃度が十分に低減され、かつ酸素欠損が低減されることで高
純度化された酸化物半導体をチャネルが形成される領域に用いることにより、トランジス
タのオフ電流を下げ、しきい値電圧のマイナスにシフトすることを少なくする(すなわち
ノーマリ−オフの特性を得る)ことができる。
アの発生を抑制することができる。キャリア密度が高まることを抑制することで、しきい
値電圧のマイナス方向のシフトを小さくすることができる。なお酸化物半導体膜114の
端部では不純物が集中しやすく、また酸素が脱離しやすいため、キャリア密度が高まりや
すい。
気的に接続することで、酸化物半導体膜の外周端部を介した電流経路が形成されることが
ある。
、ゲート電極層106の外周端部の内側に位置させることで、ドレイン電極層116aと
、酸化物半導体膜114の外周端部とが電気的に接続されない構造としている。そのため
、酸化物半導体膜114の外周端部の影響を受けない。その結果、トランジスタ201の
しきい値電圧がマイナスにシフトすることを防止できる。
ンタル、タングステン、アルミニウム、銅、クロム、ネオジム、スカンジウム等の金属材
料またはこれらを主成分とする合金材料を用いることができる。また、ドレイン電極層1
16aおよびソース電極層116bは、窒化タングステン、窒化タンタル、窒化チタン、
窒化モリブデン等の窒化金属材料を用いて形成することもできる。また、ドレイン電極層
116aおよびソース電極層116bは、酸化インジウム酸化スズ、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スズ酸化物、酸化インジウム酸化亜鉛
、酸化ケイ素を添加したインジウムスズ酸化物などの導電性材料を適用することもできる
。ドレイン電極層116aおよびソース電極層116bは、単層構造または積層構造とす
る。
いる場合、銅やアルミニウムが酸化物半導体膜114に達することを防止するためのバリ
ア層を設けることが好ましい。銅やアルミニウムの移動を阻害するバリア層としては、窒
化タンタル膜、タングステン膜、窒化タングステン膜、モリブデン膜、窒化モリブデン膜
、チタン膜、窒化チタン膜、クロム膜、窒化クロム膜が挙げられる。これらを適宜選択し
て、銅膜やアルミニウム膜と接して設けることで、銅やアルミニウムが酸化物半導体膜1
14に達することを防止することができる。
電極層116aおよびソース電極層116bの平面形状を矩形としている。また、矩形は
、正方形も含むものとする。
のように、ゲート電極層106、酸化物半導体膜114、ドレイン電極層116aおよび
ソース電極層116bの平面形状を円形としてもよい。
導体膜114の外周端部の外側に位置するように配置してもよい。図3のような構造では
、酸化物半導体膜114に、基板100側から入射する光がゲート電極層106で遮られ
るため、光によるキャリアの生成が起こりにくい。さらに、酸化物半導体膜114がゲー
ト電極層106によって形成される凹凸を乗り越えない構造であるため、酸化物半導体膜
114近傍に不純物として特に水素や水などが蓄積されにくく好ましい。なお、ソース電
極層116bが酸化物半導体膜114の外周端部と接して設けられる例を示したが、これ
に限定されるものではない。ドレイン電極層116aおよびソース電極層116bが酸化
物半導体膜114の外周端部の内側に設けられてもよい。
てもよい。
ート電極層106と、ゲート電極層106上に設けられたゲート絶縁膜112と、ゲート
絶縁膜112上に設けられた酸化物半導体膜114を有する。さらに酸化物半導体膜11
4上に、ゲート電極層106の内周端部と重畳するように設けられたドレイン電極層11
6aと、酸化物半導体膜114の外周端部を覆うように設けられたソース電極層116b
とを有し、ドレイン電極層116aの外周端部は、ゲート電極層106の外周端部の内側
に位置する。
ることで、ゲート電極層106とドレイン電極層116aとの寄生容量を低減することが
できる。また、ゲート電極層106の内周端部と重畳するようにドレイン電極層116a
を設けることを、ゲート電極層106の開口部と重畳するようにドレイン電極層116a
を設けると言い換えてもよい。
るようにドレイン電極層116aを設け、かつ酸化物半導体膜114、ドレイン電極層1
16aおよびソース電極層116bを円形としてもよい。
電極層106の内周端部と重畳するようにドレイン電極層116aを設けてもよい。さら
に酸化物半導体膜114、ドレイン電極層116aおよびソース電極層116bを円形と
してもよい。
が一辺でのみ対向しているトランジスタと比べて、チャネル幅を大きくしても面積の増大
が抑えられる。そのため、チャネル幅の大きいトランジスタとして特に好適である。
ース電極層116bを単層としたがこれに限らない。たとえば図6(A)および図6(B
)に示すように複数の層を積層させたドレイン電極層116aおよびソース電極層116
bとしてもよい。
3層を積層させてドレイン電極層116aとしてもよい。同様に導電層140b、導電層
142bおよび導電層144bの3層を積層させてソース電極層116bとしてもよい。
して膜厚50nmのタングステン、導電層142aおよび導電層142bとして膜厚40
0nmのアルミニウム、導電層144aおよび導電層144bとして膜厚100nmのチ
タンを積層させることでドレイン電極層116aおよびソース電極層116bとすること
ができる。
合でも配線抵抗を低減することができるが、酸化物半導体膜114との密着性が十分でな
くなる、または銅が酸化物半導体膜114に達して電気的特性を劣化させる不純物となる
等の恐れがある。またドレイン電極層116aおよびソース電極層116bとしてアルミ
ニウムのみを用いた場合、同様に配線抵抗を低減することができるが、アルミニウムと酸
化物半導体膜114との界面に酸化アルミニウム膜が形成され、電気的接続が困難となる
恐れがある。
および導電層142bと重畳して導電層140aおよび導電層140bならびに導電層1
44aおよび導電層144bを設けることで、配線抵抗を低減しつつ、密着性を確保し、
不純物が酸化物半導体膜114に達することを抑え、電気的接続を良好にすることができ
る。
層144bを設けたソース電極層116bとしてもよい。このような構成とすることで、
導電層142bに用いられる金属が、酸化物半導体膜114に達することをさらに抑制で
きる。ここで、導電層140bおよび導電層144bは、導電層142bのバリア層とし
て機能を有する。
層を有する構成となっているがこれに限らない。ソース電極層116bと同様に、導電層
142aを覆うように導電層140aおよび導電層144aを設けたドレイン電極層11
6aとしてもよい。
電層142bとして銅、導電層144bとして窒化タンタルを積層させてソース電極層1
16bとすることができる。
層144bはそれぞれ積層構造を有していてもよい。
電層142aとして銅、導電層144aとして窒化タンタルを用いてドレイン電極層11
6aとしてもよい。
aのような積層構造は、ゲート電極層106に適用してもよい。
電極層116bおよびドレイン電極層116aと重畳する領域の厚さが、ソース電極層1
16bおよびドレイン電極層116aと重畳しない領域の厚さより大きいトランジスタと
してもよい。また、酸化物半導体膜114の中央に開口部が設けられていてもよい。
わせを有するトランジスタとしてもよい。
本実施の形態では、図1の半導体装置の作製方法の一例について、図7乃至図9を参照し
て説明する。また配線接続部の形成方法の一例について、各図の右側に併せて示す。
理に耐えうる程度の耐熱性を有す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。また、シリコンや炭化シリコンなどの単結晶半導体基
板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合物半導体基板、SOI基板など
を適用することもでき、これらの基板上に半導体素子が設けられたものを、基板100と
して用いてもよい。
する半導体装置を作製するには、可撓性基板上に酸化物半導体膜114を含むトランジス
タ201を直接作製してもよいし、他の作製基板に酸化物半導体膜114を含むトランジ
スタ201を作製し、その後、可撓性基板に剥離、転置してもよい。なお、作製基板から
可撓性基板に剥離、転置するために、作製基板と酸化物半導体膜114を含むトランジス
タ201との間に剥離層(例えば、タングステン)を設けるとよい。
、PECVD法またはスパッタリング法により、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化
アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ガリウムなどの酸化物絶縁
材料、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウムなど
の窒化物絶縁材料、またはこれらの混合材料を用いて、単層構造または積層構造で、形成
することができる。
が好ましい。窒化シリコン膜を用いることにより、基板から金属や水素などが、後に形成
される酸化物半導体膜に達することを抑制できる。
電膜を形成する。
、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、クロム、ネオジム
、スカンジウム等の金属材料またはこれらを主成分とする合金材料を用いることができる
。また、導電膜は、酸化インジウム酸化スズ、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スズ酸化物、酸化インジウム酸化亜鉛、酸化ケイ素を添加し
たインジウムスズ酸化物などの導電性材料を用いることもできる。また、導電膜は、上記
の導電材料を用いて、単層構造または積層構造で形成される。
ればよい。
厚200nmの銅膜を積層して形成すればよい。銅膜を用いることにより、配線抵抗を低
減することができる。また膜厚30nmの窒化タンタル膜に代えて、タングステン膜、窒
化タングステン膜、窒化モリブデン膜、窒化チタン膜を用いてもよい。また膜厚200n
mの銅膜に代えて、タングステン膜を用いてもよい。
、膜厚200nmの銅膜、膜厚30nmのタングステン膜を形成すればよい。また、膜厚
30nmの窒化タンタル膜に代えて、タングステン膜、窒化タングステン膜、窒化モリブ
デン膜、窒化チタン膜を用いてもよい。また、膜厚30nmのタングステン膜に代えて、
モリブデン膜を形成してもよい。銅膜を用いることにより、配線抵抗を低減することがで
きる。また、銅膜上に、タングステン膜またはモリブデン膜を積層することで、銅が酸化
物半導体膜114に達することを抑制できる。
として用いると、トランジスタのしきい値電圧がプラスになりやすい(すなわちノーマリ
ーオフのトランジスタとしやすい)ため、好適である。なお、後に形成されるゲート絶縁
膜によって、銅が酸化物半導体膜114に達することを防止することができれば、タング
ステン膜およびモリブデン膜は形成しなくともよい。
クを形成し、選択的にエッチングを行ってゲート電極層106を形成する。本実施の形態
では、ゲート電極層106として、膜厚30nmの窒化タンタル膜と膜厚200nmの銅
膜を積層させたものを形成することとする。
ドライエッチングでもウェットエッチングでもよく、両方を用いてもよい。
物を除去する処理(不純物除去処理ともいう)を行ってもよい。不純物除去処理は、酸素
、一酸化二窒素、もしくは希ガス(代表的にはアルゴン)を用いたプラズマ処理、または
希フッ化水素酸、水、現像液もしくはTMAH溶液を用いた溶液処理などを好適に用いる
ことができる。
ることができる。
炉により、350℃以上500℃以下、30分〜1時間、加熱処理を行ってもよい。加熱
処理を行うことにより、基板100やゲート電極層106に含まれる水素や水などを除去
することができる。
輻射によって、被処理物を加熱する装置を用いてもよい。例えば、LRTA(Lamp
Rapid Thermal Anneal)装置、GRTA(Gas Rapid T
hermal Anneal)装置等のRTA(Rapid Thermal Anne
al)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。高温のガスには、
アルゴンなどの希ガス、または窒素のような、加熱処理によって被処理物と反応しない不
活性気体が用いられる。例えば、GRTA装置を用いて加熱処理を行う場合には、650
℃、1分〜5分間、加熱処理を行えばよい。
。
化処理を行ってもよい。特に、ゲート絶縁膜112として膜厚の薄い絶縁膜を用いる場合
、ゲート電極層106表面の平坦性が良好であることが好ましい。
E法、LPCVD法、PECVD法、ミストCVD法等のCVD法、パルスレーザ堆積法
、ALD(Atomic Layer Deposition)法等を適宜用いることが
できる。
リコン、酸化窒化シリコン、酸化窒化アルミニウム、または窒化酸化シリコンを用いて形
成することができる。また、ゲート絶縁膜112として、酸化ハフニウム、酸化イットリ
ウム、ハフニウムシリケート(HfSixOy(x>0、y>0))、窒素が添加された
ハフニウムシリケート(HfSiOxNy(x>0、y>0))、ハフニウムアルミネー
ト(HfAlxOy(x>0、y>0))、酸化ランタンなどのhigh−k材料を用い
ることでゲートリーク電流を低減できる。また、ゲート絶縁膜112は、上記の材料を用
いて、単層構造または積層構造で形成することができる。
コン膜を形成すればよい。
コン膜と、膜厚200nmの酸化窒化シリコン膜を形成すればよい。窒化シリコン膜を用
いることにより、金属(たとえば、銅、ナトリウム、リチウム等)や水などが、基板やゲ
ート電極層106から、後に形成される酸化物半導体膜に浸入することを抑制できる。
H4/N2=50sccm/5000sccm、電極面積が6000cm2のとき成膜電
力150W(RF)、成膜圧力40Pa、基板温度350℃として形成することができる
。膜厚200nmの酸化窒化シリコン膜は、例えばPECVD法を用いて、ガス流量Si
H4/N2O=20sccm/3000sccm、電極面積が6000cm2のとき成膜
電力100W(RF)、成膜圧力40Pa、基板温度350℃として形成することができ
る。
00W以上、または500W以上、または1000W以上としてもよい。RF電源電力(
電源出力)を高くすることで、緻密なゲート絶縁膜112を形成でき、不純物が後に形成
される酸化物半導体膜に侵入することを抑制できる。
もよい。例えば、GRTA装置により、650℃、1分〜10分間、加熱処理を行えばよ
い。また、電気炉により、350℃以上500℃以下、30分〜1時間、加熱処理を行っ
てもよい。加熱処理を行うことにより、ゲート絶縁膜112に含まれる水素や水等を除去
することができる。
理ともいう)を行ってもよい。酸素を添加する処理を行うことによって、酸素過剰領域を
有するゲート絶縁膜112が形成される。
ラスタイオンを含む)、のいずれかが含まれている。脱水化または脱水素化処理を行った
ゲート絶縁膜112に酸素添加処理を行うことにより、ゲート絶縁膜112中に酸素を含
有させることができ、先の熱処理によって脱離した酸素を補填するとともに、酸素過剰領
域を形成することができる。
ラズマイマージョンイオンインプランテーション法、プラズマ処理等を用いることができ
る。なお、イオン注入法として、ガスクラスタイオンビームを用いてもよい。また、酸素
の添加は、基板100の全面を一度に処理してもよいし、例えば、被照射面が線状である
イオンビーム(線状のイオンビーム)を用いてもよい。線状のイオンビームを用いる場合
には、基板またはイオンビームを移動(スキャン)させることで、ゲート絶縁膜112全
面に酸素を添加することができる。また、プラズマ処理として、アッシング処理を用いて
もよい。
ガス、CO2ガス、COガス、NO2ガス等を用いることができる。なお、酸素の供給ガ
スに希ガス(例えばAr)を含有させてもよい。
ons/cm2以上5×1016ions/cm2以下とするのが好ましく、酸素添加処
理後のゲート絶縁膜112中の酸素の含有量は、ゲート絶縁膜112の化学量論的組成を
超える程度とするのが好ましい。なお、このような化学量論的組成よりも酸素を過剰に含
む領域は、ゲート絶縁膜112の一部に存在していればよい。なお、酸素の注入深さは、
注入条件により適宜制御すればよい。
体膜113と接して設けることによって、さらに後に行う加熱処理により、ゲート絶縁膜
112から酸素が脱離し、酸化物半導体膜113へ酸素を供給することができる。これに
より、酸化物半導体膜113中の酸素欠損を低減することができる。
処理前に行ってもよく、ゲート絶縁膜112の加熱処理の前後に行ってもよい。
レジストマスクを形成し、選択的にエッチングを行ってゲート絶縁膜112の配線接続部
となる領域に開口を形成する。
Epitaxy)法、LPCVD法、PECVD法、ミストCVD法等のCVD法、パル
スレーザ堆積法、ALD法等を適宜用いて形成することができる。
含む。特に、インジウムと亜鉛(Zn)を含むことが好ましい。また、該酸化物半導体を
用いたトランジスタの電気的特性のばらつきを減らすためのスタビライザーとして、イン
ジウムまたは/および亜鉛に加えてガリウム(Ga)を有することが好ましい。また、ス
タビライザーとしてスズ(Sn)、ハフニウム(Hf)、アルミニウム(Al)、ジルコ
ニウム(Zr)のいずれか一種または複数種を有することが好ましい。
Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム
(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホル
ミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、ル
テチウム(Lu)のいずれか一種または複数種を有してもよい。
GZOとも表記する)、In−Al−Zn系酸化物、In−Sn−Zn系酸化物、In−
Hf−Zn系酸化物、In−La−Zn系酸化物、In−Ce−Zn系酸化物、In−P
r−Zn系酸化物、In−Nd−Zn系酸化物、In−Sm−Zn系酸化物、In−Eu
−Zn系酸化物、In−Gd−Zn系酸化物、In−Tb−Zn系酸化物、In−Dy−
Zn系酸化物、In−Ho−Zn系酸化物、In−Er−Zn系酸化物、In−Tm−Z
n系酸化物、In−Yb−Zn系酸化物、In−Lu−Zn系酸化物、四元系金属の酸化
物であるIn−Sn−Ga−Zn系酸化物、In−Hf−Ga−Zn系酸化物、In−A
l−Ga−Zn系酸化物、In−Sn−Al−Zn系酸化物、In−Sn−Hf−Zn系
酸化物、In−Hf−Al−Zn系酸化物を用いることができる。
化物半導体膜を形成してもよい。たとえば、構成元素が異なる酸化物半導体膜を積層させ
てもよいし、構成元素が同じで組成が異なる酸化物半導体膜を積層させてもよいし、膜中
の水素濃度の異なる酸化物半導体膜を積層させてもよい。
ystalline Oxide Semiconductor)膜とすることが好まし
い。また、酸化物半導体膜113は、単結晶または多結晶(ポリクリスタルともいう)で
あってもよい。
を低減することができ、形成面の平坦性を高めればアモルファス状態の酸化物半導体以上
のキャリア移動度を得ることができる。表面の平坦性を高めるためには、平坦な表面上に
酸化物半導体膜113を形成することが好ましく、具体的には、平均面粗さ(Ra)が1
nm以下、好ましくは0.3nm以下、より好ましくは0.1nm以下の表面上に形成す
るとよい。
されている算術平均粗さを曲面に対して適用できるよう三次元に拡張したものであり、「
基準面から指定面までの偏差の絶対値を平均した値」で表現でき、以下の式にて定義され
る。
1)),(x1,y2,f(x1,y2)),(x2,y1,f(x2,y1)),(x
2,y2,f(x2,y2))の4点で表される四角形の領域とし、指定面をxy平面に
投影した長方形の面積をS0、基準面の高さ(指定面の平均の高さ)をZ0とする。Ra
は原子間力顕微鏡(AFM:Atomic Force Microscope)にて測
定可能である。
化物半導体膜113が接して形成される領域に、平坦化処理を行うことが好ましい。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(Chem
ical Mechanical Polishing:CMP))、ドライエッチング
処理、プラズマ処理を用いることができる。
リングを行うことができる。逆スパッタリングとは、アルゴン雰囲気下で基板側にRF電
源を用いて電圧を印加して基板近傍にプラズマを形成して表面を改質する方法である。な
お、アルゴン雰囲気に代えて窒素、ヘリウム、酸素などを用いてもよい。逆スパッタリン
グを行うと、ゲート絶縁膜112の表面に付着している粉状物質(パーティクル、ごみと
もいう)を除去することができる。
く、それらを組み合わせて行ってもよい。また、組み合わせて行う場合、工程順も特に限
定されず、ゲート絶縁膜112表面の凹凸状態に合わせて適宜設定すればよい。
nm以下とすることが好ましい。また、酸化物半導体膜113は、スパッタリング法、M
BE法、CVD法、パルスレーザ堆積法、ALD法等を適宜用いて成膜することができる
。
。水素濃度が高いと、酸化物半導体に含まれる元素と水素との結合により、キャリアであ
る電子が生じてしまうことがあるためである。
がなるべく含まれないようにするために、酸化物半導体膜113の成膜の前処理として、
スパッタリング装置の予備加熱室でゲート絶縁膜112が形成された基板を予備加熱し、
基板およびゲート絶縁膜112中の不純物を脱離させ、排気することが好ましい。予備加
熱室に設ける排気手段は、クライオポンプが好ましい。
が30%〜100%の雰囲気下でスパッタリング法により成膜を行うなど)で成膜して、
酸素を多く含む(好ましくは酸化物半導体が結晶状態における化学量論的組成に対し、酸
素の含有量が過剰な領域が含まれている)膜とすることが好ましい。
いることが好ましい。
つつ不純物の少ないガスを用い、下記で説明するターゲットを用いて、温度を130℃以
上700℃以下として、基板100上に酸化物半導体膜113を成膜する。成膜室内の残
留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプ、例えば、クライオポンプ、イオンポン
プ、チタンサブリメーションポンプを用いることが好ましい。また、排気手段としては、
ターボ分子ポンプにコールドトラップを加えたものであってもよい。特に、クライオポン
プまたはコールドトラップを用いることで、例えば、残留水分が効率よく排気されるため
、当該成膜室で成膜した酸化物半導体膜113に含まれる不純物の濃度を低減できる。
ッタリング装置を用いたスパッタリング法を用い、膜厚35nmのIn−Ga−Zn系酸
化物膜(IGZO膜ともいう)を成膜する。本実施の形態において、In:Ga:Zn=
3:1:2の原子数比のIn−Ga−Zn系酸化物ターゲットを用いる。なお、成膜条件
は、酸素およびアルゴン雰囲気下(酸素流量比率50%)、圧力0.4Pa、電極面積が
6000cm2のとき電源電力0.5kW、基板温度200℃とする。
膜113を連続的に形成することが好ましい。ゲート絶縁膜112を大気に曝露せずにゲ
ート絶縁膜112と酸化物半導体膜113を連続して形成すると、ゲート絶縁膜112表
面に不純物が含まれることを防止することができる。
は脱水素化)するための加熱処理を行ってもよい。加熱処理の温度は、300℃以上70
0℃以下、または基板の歪み点未満とする。加熱処理は減圧下、酸素雰囲気下または窒素
雰囲気下などで行うことができる。なお、酸素雰囲気は、広く酸化性ガス雰囲気と読み替
えることができる。例えば、酸化性ガスである酸素、一酸化二窒素およびオゾン、または
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、より好ましくは10ppb以下の空気)を含む雰囲気であってもよい。
対して窒素雰囲気下450℃において1時間、さらに窒素および酸素の混合雰囲気下45
0℃において1時間の加熱処理を行う。
輻射によって、被処理物を加熱する装置を用いてもよい。例えば、LRTA装置、GRT
A装置等のRTA装置を用いることができる。例えば、加熱処理として、650℃〜70
0℃の高温に加熱した不活性ガス中に基板を入れ、数分間加熱した後、基板を不活性ガス
中から出すGRTAを行ってもよい。
に、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、加熱処理装置に用いるガスの純
度を、6N(99.9999%)以上好ましくは7N(99.99999%)以上(即ち
不純物濃度を1ppm以下、好ましくは0.1ppm以下)とすることが好ましい。
熱しても構わない。減圧下、不活性雰囲気下による加熱処理によって、酸化物半導体膜1
13中の不純物を排除するとともに酸素欠損が生じる場合、後に行う酸素雰囲気下の加熱
処理によって酸化物半導体膜113の酸素欠損を低減することができる。
または島状に加工した後に行えばよい。また、脱水化または脱水素化のための加熱処理は
、複数回行ってもよく、他の加熱処理と兼ねてもよい。また、酸化物半導体膜113に加
熱処理を行うことにより、酸化物半導体膜113の結晶性を高めることができる。
、つまり、酸化物半導体膜がゲート絶縁膜112を覆った状態で行うと、ゲート絶縁膜1
12に含まれる酸素が加熱処理によって外部に放出されてしまうことを防止できる。
にレジストマスクを形成し、酸化物半導体膜113に選択的にエッチングを行って島状の
酸化物半導体膜114を形成する。島状の酸化物半導体膜114を形成した後、レジスト
マスクを除去する。島状の酸化物半導体膜114を形成するためのレジストマスクをイン
クジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成すると、フォ
トマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
く、両方を用いてもよい。例えば、酸化物半導体膜113のウェットエッチングに用いる
エッチング液としては、燐酸と酢酸と硝酸を混ぜた溶液などを用いることができる。また
、ITO−07N(関東化学社製)を用いてもよい。また、ICP(Inductive
ly Coupled Plasma:誘導結合型プラズマ)エッチング法によるドライ
エッチングによってエッチング加工してもよい。
いよう、十分にエッチング比のある条件で行うことが好ましい。
レイン電極層(これと同じ層で形成される配線を含む)となる導電膜116を形成する(
図8(A)参照)。
116として、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、クロ
ム、ネオジム、スカンジウム等の金属材料またはこれらを主成分とする合金材料を用いて
形成することができる。また、導電膜116は、窒化タングステン、窒化タンタル、窒化
チタン、窒化モリブデン等の窒化金属材料を用いて形成することもできる。また、導電膜
116は、酸化インジウム酸化スズ、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スズ酸化物、酸化インジウム酸化亜鉛、酸化ケイ素を添加したインジ
ウムスズ酸化物などの導電性材料を適用することもできる。導電膜116は、単層構造ま
たは積層構造で成膜される。
銅膜、膜厚100nmの窒化タンタル膜の3層構造で形成することとする。
トマスクを形成し、選択的にエッチングを行って、ソース電極層116bおよびドレイン
電極層116aを形成する。このとき、酸化物半導体膜114の一部は、露出される。
に位置するように形成する。ドレイン電極層116aの外周端部を、ゲート電極層106
の外周端部の内側に位置させることで、ドレイン電極層116aと、酸化物半導体膜11
4の端部とが電気的に接続されることを防止できる。
が好ましい。酸化物半導体膜114の外周端部をソース電極層116bで覆うことで、酸
化物半導体膜114の外周端部に不純物が混入すること、または酸化物半導体膜114か
ら酸素が脱離することを防ぐことができる。
トマスクを除去する。
続部において、配線107と電気的に接続される配線116cを形成することができる。
半導体膜114の表面には、ソース電極層116bおよびドレイン電極層116aを構成
する元素や、処理室内に存在する元素、エッチングに用いたエッチングガスを構成する元
素が不純物として付着する場合がある。
の劣化がもたらされやすい。また、酸化物半導体膜114に寄生チャネルが生じやすくな
り、電気的に分離されるべき電極が酸化物半導体膜114を介して電気的に接続されやす
くなる。
グが終了した後、酸化物半導体膜114の表面や側面に付着した不純物を除去するための
洗浄処理(不純物除去処理)を行ってもよい。
ラズマ処理としては、酸素プラズマ処理または一酸化二窒素プラズマ処理などを用いるこ
とができる。また、プラズマ処理として希ガス(代表的にはアルゴン)を用いてもよい。
化水素酸などの酸性の溶液を用いて行うことができる。例えば、希フッ化水素酸を用いる
場合、50wt%フッ化水素酸を、水で1/105乃至1/102程度、好ましくは1/
105乃至1/103程度に希釈した希フッ化水素酸を使用する。すなわち、濃度が5×
10−4重量%乃至0.5重量%の希フッ化水素酸、好ましくは5×10−4重量%乃至
5×10−2重量%の希フッ化水素酸を洗浄処理に用いることが望ましい。洗浄処理によ
り、露出した酸化物半導体膜114の表面に付着した上記不純物を除去することができる
。
14の表面をエッチングすることができる。すなわち、露出した酸化物半導体膜114の
表面に付着した不純物や、酸化物半導体膜114内の表面近傍に混入した不純物を、酸化
物半導体膜114の一部とともに除去することができる。これにより、たとえば図6(C
)のトランジスタ208における酸化物半導体膜114のように、ソース電極層116b
およびドレイン電極層116aと重畳する領域の厚さが、ソース電極層116bおよびド
レイン電極層116aと重畳しない領域の厚さより大きくなる。
、酸化物半導体層表面における塩素濃度を1×1019/cm3以下(好ましくは5×1
018/cm3以下、さらに好ましくは1×1018/cm3以下)とすることができる
。また、ホウ素濃度を1×1019/cm3以下(好ましくは5×1018/cm3以下
、さらに好ましくは1×1018/cm3以下)とすることができる。また、アルミニウ
ム濃度を1×1019/cm3以下(好ましくは5×1018/cm3以下、さらに好ま
しくは1×1018/cm3以下)とすることができる。
で形成してもよいし、複数の工程を経て形成してもよい。また異なる材料からなる膜を積
層させてもよい。本実施の形態では、絶縁層118および絶縁層120の2層を積層させ
た絶縁膜122を形成することとする。
16a上に、絶縁層118を20nm乃至50nmの厚さで形成する(図8(C)参照)
。絶縁層118はゲート絶縁膜112と同様の材料および方法で形成することができる。
例えば、酸化シリコンや、酸化窒化シリコンなどをスパッタリング法やCVD法で形成し
、絶縁層118として用いることができる。
の酸化窒化シリコンを形成する。絶縁層118の形成は、例えば、ガス流量をSiH4/
N2O=20sccm/3000sccmとし、圧力を40Paとし、電極面積が600
0cm2のときRF電源電力(電源出力)を100Wとし、基板温度を350℃とすれば
よい。
18とする。酸素119には、少なくとも、酸素ラジカル、オゾン、酸素原子、酸素イオ
ン(分子イオン、クラスタイオンを含む)、のいずれかが含まれている。酸素119の添
加は、酸素添加処理により行うことができる。
状のイオンビームを用いてもよい。線状のイオンビームを用いる場合には、基板100ま
たはイオンビームを相対的に移動(スキャン)させることで、絶縁層118の全面に酸素
119を添加することができる。
ガス、N2Oガス、CO2ガス、COガス、NO2ガス等を用いることができる。なお、
酸素119の供給ガスに希ガス(例えばAr)を含有させてもよい。
13ions/cm2以上5×1016ions/cm2以下とするのが好ましく、絶縁
層118の酸素の含有量は、化学量論的組成を超える程度とするのが好ましい。なお、こ
のような化学量論的組成よりも酸素を過剰に含む領域は、絶縁層118の一部に存在して
いればよい。なお、酸素119の注入深さは、注入条件により適宜制御すればよい。
、絶縁層118は、酸化物半導体膜114と接する絶縁層であるため、可能な限り不純物
が含まれないことが好ましい。したがって、酸素の添加の前に、絶縁層118中の過剰な
水素(水や水酸基を含む)を除去するための加熱処理を行うことが好ましい。脱水化また
は脱水素化処理を目的とした加熱処理の温度は、300℃以上700℃以下、または基板
の歪み点未満とする。脱水化または脱水素化処理を目的とした加熱処理は、前述の加熱処
理と同様に行うことができる。
cmとし、ICP電源電力を0Wとし、バイアス電力を4500Wとし、圧力を15Pa
として行う。この時、酸素プラズマ処理により絶縁層118に添加された酸素119の一
部は、絶縁層118を通過して酸化物半導体膜114に添加される。酸化物半導体膜11
4中に絶縁層118を介して酸素119が添加されるため、酸化物半導体膜114の表面
にプラズマによるダメージが入りにくく、半導体装置の信頼性を向上することができる。
絶縁層118は、10nmより厚く、100nmより薄くすることが好ましい。絶縁層1
18の厚さを10nm以下とすると、酸化物半導体膜114が酸素プラズマ処理時のダメ
ージを受けやすくなる。また、絶縁層118の厚さを100nm以上とすると、酸素プラ
ズマ処理により添加された酸素119が、十分に酸化物半導体膜114に供給されない恐
れがある。また、絶縁層118の脱水化または脱水素化処理を目的とした加熱処理または
/および酸素119の添加は、複数回行ってもよい。絶縁層118に酸素119を添加す
ることにより、絶縁層118を酸素供給層として機能させることができる。
8(D)参照)。絶縁層120は、ゲート絶縁膜112と同様の材料および方法で形成す
ることができる。例えば、酸化シリコンや酸化窒化シリコンなどをスパッタリング法やC
VD法で形成し、絶縁層120として用いることができる。
シリコンを形成する。絶縁層120の形成は、例えば、ガス流量をSiH4/N2O=3
0sccm/4000sccmとし、圧力を200Paとし、電極面積が6000cm2
のときRF電源電力(電源出力)を150Wとし、基板温度を220℃乃至350℃とす
ればよい。
00W以上、または500W以上、または1000W以上としてもよい。RF電源電力(
電源出力)を高くすることで、緻密な絶縁層120を形成できる。
酸素の混合雰囲気下で250℃以上650℃以下、好ましくは300℃以上600℃以下
の温度で加熱処理を行ってもよい。より具体的には窒素および酸素の混合雰囲気下で加熱
処理を行ってもよいし、窒素雰囲気下で加熱処理を行ってからさらに窒素および酸素の混
合雰囲気下で加熱処理を行ってもよい。当該加熱処理によって、絶縁層118に含まれる
酸素が、絶縁層118と酸化物半導体膜114の界面に拡散して酸化物半導体膜114へ
と供給され、酸化物半導体膜114の酸素欠損を補填することができる。
への酸素の添加は、絶縁層118への酸素の添加と同様に行ってもよい。また、絶縁層1
20への酸素の添加後、不活性ガス雰囲気下、酸素雰囲気下、または不活性ガスと酸素の
混合雰囲気下で250℃以上650℃以下、好ましくは300℃以上600℃以下の温度
で加熱処理を行ってもよい。
しい。また、アルミニウム膜の膜厚は3nm以上20nm以下(好ましくは3nm以上1
0nm以下、より好ましくは4nm以上5nm以下)とすることが好ましい。
てもよい。また、アルミニウム膜として、アルミニウム膜と、チタン膜またはマグネシウ
ム膜との積層を用いてもよい。
処理は、絶縁膜122に、酸素添加処理を行う場合を参照すればよいため、詳細な説明は
省略する。アルミニウム膜に対して、酸素添加処理を行うことにより、アルミニウム膜の
酸化物である、酸化アルミニウム膜が形成される。該酸化アルミニウム膜を、絶縁膜12
4として用いる。
122中の酸素が外部に離脱することを防止する、バリア膜として機能する。
熱処理は250℃以上600℃以下、例えば300℃で行えばよい。
ることで、酸化物半導体膜と絶縁膜との界面準位密度を低減できる。この結果、トランジ
スタの動作などに起因して、酸化物半導体膜と絶縁膜との界面にキャリアが捕獲されるこ
とを抑制することができ、信頼性の高いトランジスタを得ることができる。
び酸素添加処理は、複数回行ってもよい。
ことによって形成された膜である。アルミニウム膜の酸化によって、酸化アルミニウム膜
を形成することで、スパッタリング法によって酸化アルミニウム膜を成膜する場合と比較
して生産性を向上させることができる。また、絶縁膜122への酸素添加処理とアルミニ
ウム膜の酸化処理を同一工程によっても行ってもよい。この場合、工程の簡略化を図るこ
とができる。よって、半導体装置の製造コストを低減することができる。
用いる場合、該酸化物絶縁膜において、酸素は主たる成分材料の一つである。このため、
酸化物絶縁膜中の酸素濃度を、SIMSなどの方法を用いて、正確に見積もることは難し
い。つまり、酸化物絶縁膜に酸素が意図的に添加されたか否かを判別することは困難であ
るといえる。また、絶縁膜122に含まれる過剰な酸素が後の工程で酸化物半導体膜11
4へと供給される場合においても同様のことがいえる。
在比率はそれぞれ酸素原子全体の0.038%、0.2%程度であることが知られている
。つまり、酸化物半導体膜と接する絶縁膜中または酸化物半導体膜中におけるこれら同位
体の濃度は、SIMSなどの方法によって見積もることができる程度になるから、これら
の濃度を測定することで、酸化物半導体膜と接する絶縁膜中、または酸化物半導体膜中の
酸素濃度をより正確に見積もることが可能な場合がある。よって、これらの濃度を測定す
ることで、酸化物半導体膜と接する絶縁膜に意図的に酸素が添加されたか否かを判別して
もよい。
い。層間絶縁膜(保護絶縁膜、平坦化絶縁膜)を設けることで薄膜の絶縁膜124に対す
る応力を緩和することができる。よって、絶縁膜124の破損を防止することができる。
えば、スパッタリング法により形成した酸化シリコン膜を400nm形成する。また、保
護絶縁膜の形成後、加熱処理を行ってもよい。例えば、窒素雰囲気下300℃で1時間加
熱処理を行う。
成する。平坦化絶縁膜126を形成することにより、トランジスタ201起因の表面凹凸
を低減することができる。平坦化絶縁膜126としては、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂
、ベンゾシクロブテン樹脂、等の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)等を用いることができる。なお、これらの材料で形
成される絶縁膜を複数積層させることで、平坦化絶縁膜126を形成してもよい。
。アクリル樹脂膜は塗布法による塗布後、焼成(例えば窒素雰囲気下250℃1時間)し
て形成することができる。
で1時間加熱処理を行う。
数回行ってもよい。
116aと電気的に接続される電極130を形成する。電極130の形成には、ゲート電
極層106と同様の材料、方法を用いることができる。またこれと同一工程で、配線接続
部において、配線116cと電気的に接続される配線131を形成することができる。
性を付与し、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
至図6に記載のトランジスタ202乃至トランジスタ208もトランジスタ201の作製
方法を参酌して作製することができる。
06、酸化物半導体膜114、ドレイン電極層116aおよびソース電極層116b等の
上面形状を変更することで作製することができる。
16bは、複数の導電層を同一のマスクを用いてエッチングすることで形成することがで
きる。
16bは、複数の導電層を、たとえば以下のような工程でエッチングすることで形成する
ことができる。
42bを形成する。
び導電層140bとなる導電層と、導電層144aおよび導電層144bとなる導電層を
ドライエッチングして、導電層140a、導電層140b、導電層144aおよび導電層
144bを形成する。
層144bのドライエッチングには、同一のマスクを用いることができる。導電層142
bのウェットエッチングには、導電層140a、導電層140b、導電層144aおよび
導電層144bのドライエッチングと異なるマスクを用いてもよい。
形成することができる。このような構成とすることで、導電層142bに用いられる金属
が、酸化物半導体膜114に達することを抑制できる。
aのような積層構造は、ゲート電極層106に適用してもよい。
合わせて用いることができる。
本実施の形態では、本発明の一態様に係る表示装置について説明する。なお、表示装置に
設けられるトランジスタは、先の実施の形態で示したトランジスタを適用することができ
る。先の実施の形態で示したトランジスタは、安定した電気的特性を有するため、表示装
置の信頼性を高めることができる。
施の形態で示したトランジスタを適用すればよい。なお、駆動回路のみ、画素のみに先の
実施の形態で示したトランジスタを適用しても構わない。駆動回路に設けられるトランジ
スタは、大電流が求められるためチャネル幅の大きいトランジスタであることが多い。そ
のため、特に駆動回路に先の実施の形態で示したトランジスタを適用すると、駆動回路の
面積を縮小する効果が大きいため好ましい。
図10は、表示装置の構成例を示す図である。図10に示す表示装置は、m行n列に配設
された複数の画素10と、走査線駆動回路1と、信号線駆動回路2と、電流源3と、各々
が複数の画素10のうちいずれか1行に配設された画素に電気的に接続され、かつ走査線
駆動回路1によって電位が制御される、m本の走査線4、m本の走査線5、およびm本の
走査線6、ならびにm本の反転走査線7と、各々が複数の画素10のうちいずれか1列に
配設された画素に電気的に接続され、かつ信号線駆動回路2によって電位が制御される、
n本の信号線8と、複数の支線が設けられ、かつ電流源3に電気的に接続される電源線9
と、を有する。
図11は、図10に示す表示装置が有する走査線駆動回路1の構成例を示す図である。図
11に示す走査線駆動回路1は、第1の走査線駆動回路用クロック信号(GCK−1)を
供給する配線〜第6の走査線駆動回路用クロック信号(GCK−6)を供給する配線と、
第1のパルス幅制御信号A(PWC−A1)を供給する配線および第2のパルス幅制御信
号A(PWC−A2)を供給する配線と、第1のパルス幅制御信号B(PWC−B1)を
供給する配線〜第6のパルス幅制御信号B(PWC−B6)を供給する配線と、第1のパ
ルス幅制御信号C(PWC−C1)を供給する配線〜第3のパルス幅制御信号C(PWC
−C3)を供給する配線と、走査線4_1、走査線5_1、および走査線6_1を介して
1行に配設された画素10に電気的に接続された第1のパルス出力回路20_1〜走査線
4_m、走査線5_m、および走査線6_mを介してm行に配設された画素10に電気的
に接続された第mのパルス出力回路20_mと、反転走査線7_1を介して1行に配設さ
れた画素10に電気的に接続された第1の反転パルス出力回路60_1〜反転走査線7_
mを介してm行に配設された画素10に電気的に接続された第mの反転パルス出力回路6
0_mとを有する。
ス出力回路20_1に入力される走査線駆動回路用スタートパルス(GSP)をきっかけ
としてシフトパルスを順次シフトする機能を有する。詳述すると、第1のパルス出力回路
20_1は、走査線駆動回路用スタートパルス(GSP)が入力された後に第2のパルス
出力回路20_2に対してシフトパルスを出力する。次いで、第2のパルス出力回路20
_2は、第1のパルス出力回路20_1が出力するシフトパルスが入力された後に第3の
パルス出力回路20_3に対してシフトパルスを出力する。以後、第mのパルス出力回路
に対してシフトパルスが入力されるまで上記動作が行われる。
、走査線駆動回路用スタートパルス(GSP)またはシフトパルスが入力された際に走査
線4_1〜走査線4_mのいずれか一、走査線5_1〜走査線5_mのいずれか一、およ
び走査線6_1〜走査線6_mのいずれか一のそれぞれに対して選択信号を出力する機能
を有する。なお、選択信号とは、走査線4_1〜走査線4_m、走査線5_1〜走査線5
_m、および走査線6_1〜走査線6_mのそれぞれの電位によってスイッチングが制御
されるスイッチをオン状態とする信号を指す。
ベルの電位(高電源電位(Vdd))とロウレベルの電位(低電源電位(Vss))を繰
り返す、デューティ比が1/2の信号である。また、第2の走査線駆動回路用クロック信
号(GCK−2)は、第1の走査線駆動回路用クロック信号(GCK−1)から1/6周
期位相がずれた信号であり、第3の走査線駆動回路用クロック信号(GCK−3)は、第
1の走査線駆動回路用クロック信号(GCK−1)から1/3周期位相がずれた信号であ
り、第4の走査線駆動回路用クロック信号(GCK−4)は、第1の走査線駆動回路用ク
ロック信号(GCK−1)から1/2周期位相がずれた信号であり、第5の走査線駆動回
路用クロック信号(GCK−5)は、第1の走査線駆動回路用クロック信号(GCK−1
)から2/3周期位相がずれた信号であり、第6の走査線駆動回路用クロック信号(GC
K−6)は、第1の走査線駆動回路用クロック信号(GCK−1)から5/6周期位相が
ずれた信号である。
位(高電源電位(Vdd))とロウレベルの電位(低電源電位(Vss))を繰り返す、
デューティ比が2/5の信号である。また、第2のパルス幅制御信号A(PWC−A2)
は、第1のパルス幅制御信号A(PWC−A1)から1/2周期位相がずれた信号である
。
位(高電源電位(Vdd))とロウレベルの電位(低電源電位(Vss))を繰り返す、
デューティ比が2/15の信号である。また、第2のパルス幅制御信号B(PWC−B2
)は、第1のパルス幅制御信号B(PWC−B1)から1/6周期位相がずれた信号であ
り、第3のパルス幅制御信号B(PWC−B3)は、第1のパルス幅制御信号B(PWC
−B1)から1/3周期位相がずれた信号であり、第4のパルス幅制御信号B(PWC−
B4)は、第1のパルス幅制御信号B(PWC−B1)から1/2周期位相がずれた信号
であり、第5のパルス幅制御信号B(PWC−B5)は、第1のパルス幅制御信号B(P
WC−B1)から2/3周期位相がずれた信号であり、第6のパルス幅制御信号B(PW
C−B6)は、第1のパルス幅制御信号B(PWC−B1)から5/6周期位相がずれた
信号である。
位(高電源電位(Vdd))とロウレベルの電位(低電源電位(Vss))を繰り返す、
デューティ比が4/15の信号である。なお、第1のパルス幅制御信号C(PWC−C1
)は、第2のパルス幅制御信号B(PWC−B2)がハイレベルの電位となる期間および
第5のパルス幅制御信号B(PWC−B5)がハイレベルの電位となる期間においてハイ
レベルの電位となる信号であると表現することもできる。また、第2のパルス幅制御信号
C(PWC−C2)は、第1のパルス幅制御信号C(PWC−C1)から1/3周期位相
がずれた信号であり、第3のパルス幅制御信号C(PWC−C3)は、第1のパルス幅制
御信号C(PWC−C1)から2/3周期位相がずれた信号である。
回路20_mとして、同一の構成を有する回路を適用することができる。ただし、パルス
出力回路が有する複数の端子の電気的な接続関係は、パルス出力回路毎に異なる。具体的
な接続関係について図11および図13(A)を参照して説明する。
1〜端子30を有する。なお、端子21〜端子25および端子29は入力端子であり、端
子26〜28および端子30は出力端子である。
駆動回路用スタートパルス(GSP)を供給する配線に電気的に接続され、第2のパルス
出力回路20_2〜第mのパルス出力回路20_mの端子21は、前段のパルス出力回路
の端子30に電気的に接続されている。
aはm/6以下の自然数)の端子22は、第1の走査線駆動回路用クロック信号(GCK
−1)を供給する配線に電気的に接続され、第(6a−4)のパルス出力回路20_6a
−4の端子22は、第2の走査線駆動回路用クロック信号(GCK−2)を供給する配線
に電気的に接続され、第(6a−3)のパルス出力回路20_6a−3の端子22は、第
3の走査線駆動回路用クロック信号(GCK−3)を供給する配線に電気的に接続され、
第(6a−2)のパルス出力回路20_6a−2の端子22は、第4の走査線駆動回路用
クロック信号(GCK−4)を供給する配線に電気的に接続され、第(6a−1)のパル
ス出力回路20_6a−1の端子22は、第5の走査線駆動回路用クロック信号(GCK
−5)を供給する配線に電気的に接続され、第6aのパルス出力回路20_6aの端子2
2は、第6の走査線駆動回路用クロック信号(GCK−6)を供給する配線に電気的に接
続されている。
端子23、第(6a−3)のパルス出力回路20_6a−3の端子23、および第(6a
−1)のパルス出力回路20_6a−1の端子23は、第1のパルス幅制御信号A(PW
C−A1)を供給する配線に電気的に接続され、第(6a−4)のパルス出力回路20_
6a−4の端子23、第(6a−2)のパルス出力回路20_6a−2の端子23、およ
び第6aのパルス出力回路20_6aの端子23は、第2のパルス幅制御信号A(PWC
−A2)を供給する配線に電気的に接続されている。
端子24は、第1のパルス幅制御信号B(PWC−B1)を供給する配線に電気的に接続
され、第(6a−4)のパルス出力回路20_6a−4の端子24は、第2のパルス幅制
御信号B(PWC−B2)を供給する配線に電気的に接続され、第(6a−3)のパルス
出力回路20_6a−3の端子24は、第3のパルス幅制御信号B(PWC−B3)を供
給する配線に電気的に接続され、第(6a−2)のパルス出力回路20_6a−2の端子
24は、第4のパルス幅制御信号B(PWC−B4)を供給する配線に電気的に接続され
、第(6a−1)のパルス出力回路20_6a−1の端子24は、第5のパルス幅制御信
号B(PWC−B5)を供給する配線に電気的に接続され、第6aのパルス出力回路20
_6aの端子24は、第6のパルス幅制御信号B(PWC−B6)を供給する配線に電気
的に接続されている。
端子25および第(6a−2)のパルス出力回路20_6a−2の端子25は、第1のパ
ルス幅制御信号C(PWC−C1)を供給する配線に電気的に接続され、第(6a−4)
のパルス出力回路20_6a−4の端子25および第(6a−1)のパルス出力回路20
_6a−1の端子25は、第2のパルス幅制御信号C(PWC−C2)を供給する配線に
電気的に接続され、第(6a−3)のパルス出力回路20_6a−3の端子25および第
6aのパルス出力回路20_6aの端子25は、第3のパルス幅制御信号C(PWC−C
3)を供給する配線に電気的に接続されている。
数)の端子26は、x行目に配設された走査線4_xに電気的に接続されている。
目に配設された走査線5_xに電気的に接続されている。
目に配設された走査線6_xに電気的に接続されている。
以下の自然数)の端子29は、第(y+3)のパルス出力回路20_y+3の端子30に
電気的に接続され、第(m−2)のパルス出力回路20_m−2の端子29は、第(m−
2)のパルス出力回路用ストップ信号(STP1)を供給する配線に電気的に接続され、
第(m−1)のパルス出力回路20_m−1の端子29は、第(m−1)のパルス出力回
路用ストップ信号(STP2)を供給する配線に電気的に接続され、第mのパルス出力回
路20_mの端子29は、第mのパルス出力回路用ストップ信号(STP3)を供給する
配線に電気的に接続されている。なお、第(m−2)のパルス出力回路用ストップ信号(
STP1)は、仮に第(m+1)のパルス出力回路が設けられていれば、当該第(m+1
)のパルス出力回路の端子30から出力される信号に相当する信号であり、第(m−1)
のパルス出力回路用ストップ信号(STP2)は、仮に第(m+2)のパルス出力回路が
設けられていれば、当該第(m+2)のパルス出力回路の端子30から出力される信号に
相当する信号であり、第mのパルス出力回路用ストップ信号(STP3)は、仮に第(m
+3)のパルス出力回路が設けられていれば、当該第(m+3)のパルス出力回路の端子
30から出力される信号に相当する信号である。具体的には、実際にダミー回路として第
(m+1)のパルス出力回路〜第(m+3)のパルス出力回路を設けること、または外部
から当該信号を直接入力することなどによって、これらの信号を得ることができる。
を援用することとする。
反転パルス出力回路60_mとして、同一の構成を有する回路を適用することができる。
ただし、反転パルス出力回路が有する複数の端子の電気的な接続関係は、反転パルス出力
回路毎に異なる。具体的な接続関係について図11および図13(B)を参照して説明す
る。
、端子61〜端子65を有する。なお、端子61〜端子64は入力端子であり、端子65
は出力端子である。
査線駆動回路用スタートパルス(GSP)を供給する配線に電気的に接続され、第2の反
転パルス出力回路60_2〜第mの反転パルス出力回路60_mの端子61は、前段のパ
ルス出力回路の端子30に電気的に接続されている。
第xのパルス出力回路20_xの端子30に電気的に接続されている。
5の端子63は、第4のパルス幅制御信号B(PWC−B4)を供給する配線に電気的に
接続され、第(6a−4)の反転パルス出力回路60_6a−4の端子63は、第5のパ
ルス幅制御信号B(PWC−B5)を供給する配線に電気的に接続され、第(6a−3)
の反転パルス出力回路60_6a−3の端子63は、第6のパルス幅制御信号B(PWC
−B6)を供給する配線に電気的に接続され、第(6a−2)の反転パルス出力回路60
_6a−2の端子63は、第1のパルス幅制御信号B(PWC−B1)を供給する配線に
電気的に接続され、第(6a−1)の反転パルス出力回路60_6a−1の端子63は、
第2のパルス幅制御信号B(PWC−B2)を供給する配線に電気的に接続され、第6a
の反転パルス出力回路60_6aの端子63は、第3のパルス幅制御信号B(PWC−B
3)を供給する配線に電気的に接続されている。
第(y+3)のパルス出力回路20_y+3の端子30に電気的に接続され、第(m−2
)の反転パルス出力回路60_m−2の端子64は、第(m−2)のパルス出力回路用ス
トップ信号(STP1)を供給する配線に電気的に接続され、第(m−1)の反転パルス
出力回路60_m−1の端子64は、第(m−1)のパルス出力回路用ストップ信号(S
TP2)を供給する配線に電気的に接続され、第mの反転パルス出力回路60_mの端子
64は、第mのパルス出力回路用ストップ信号(STP3)を供給する配線に電気的に接
続されている。
次いで、端子65について述べる。第xの反転パルス出力回路60_xの端子65は、
x行目に配設された反転走査線7_xに電気的に接続されている。
図14(A)は、図11および図13(A)に示すパルス出力回路の構成例を示す図で
ある。図14(A)に示すパルス出力回路は、トランジスタ31〜トランジスタ42を有
する。
る配線(以下、高電源電位線ともいう)に電気的に接続され、ゲートが端子21に電気的
に接続されている。
る配線(以下、低電源電位線ともいう)に電気的に接続され、ソースおよびドレインの他
方がトランジスタ31のソースおよびドレインの他方に電気的に接続されている。
ソースおよびドレインの他方が端子30に電気的に接続され、ゲートがトランジスタ31
のソースおよびドレインの他方ならびにトランジスタ32のソースおよびドレインの他方
に電気的に接続されている。
れ、ソースおよびドレインの他方が端子30に電気的に接続され、ゲートがトランジスタ
32のゲートに電気的に接続されている。
れ、ソースおよびドレインの他方がトランジスタ32のゲートおよびトランジスタ34の
ゲートに電気的に接続され、ゲートが端子21に電気的に接続されている。
れ、ソースおよびドレインの他方がトランジスタ32のゲート、トランジスタ34のゲー
ト、およびトランジスタ35のソースおよびドレインの他方に電気的に接続され、ゲート
が端子29に電気的に接続されている。
ソースおよびドレインの他方が端子26に電気的に接続され、ゲートがトランジスタ31
のソースおよびドレインの他方、トランジスタ32のソースおよびドレインの他方、およ
びトランジスタ33のゲートに電気的に接続されている。
れ、ソースおよびドレインの他方が端子26に電気的に接続され、ゲートがトランジスタ
32のゲート、トランジスタ34のゲート、トランジスタ35のソースおよびドレインの
他方、およびトランジスタ36のソースおよびドレインの他方に電気的に接続されている
。
ソースおよびドレインの他方が端子27に電気的に接続され、ゲートがトランジスタ31
のソースおよびドレインの他方、トランジスタ32のソースおよびドレインの他方、トラ
ンジスタ33のゲート、およびトランジスタ37のゲートに電気的に接続されている。
れ、ソースおよびドレインの他方が端子27に電気的に接続され、ゲートがトランジスタ
32のゲート、トランジスタ34のゲート、トランジスタ35のソースおよびドレインの
他方、トランジスタ36のソースおよびドレインの他方、およびトランジスタ38のゲー
トに電気的に接続されている。
ソースおよびドレインの他方が端子28に電気的に接続され、ゲートがトランジスタ31
のソースおよびドレインの他方、トランジスタ32のソースおよびドレインの他方、トラ
ンジスタ33のゲート、トランジスタ37のゲート、およびトランジスタ39のゲートに
電気的に接続されている。
れ、ソースおよびドレインの他方が端子28に電気的に接続され、ゲートがトランジスタ
32のゲート、トランジスタ34のゲート、トランジスタ35のソースおよびドレインの
他方、トランジスタ36のソースおよびドレインの他方、トランジスタ38のゲート、お
よびトランジスタ40のゲートに電気的に接続されている。
タ32のソースおよびドレインの他方、トランジスタ33のゲート、トランジスタ37の
ゲート、トランジスタ39のゲート、ならびにトランジスタ41のゲートが電気的に接続
するノードをノードAと呼ぶ。また、トランジスタ32のゲート、トランジスタ34のゲ
ート、トランジスタ35のソースおよびドレインの他方、トランジスタ36のソースおよ
びドレインの他方、トランジスタ38のゲート、トランジスタ40のゲート、およびトラ
ンジスタ42のゲートが電気的に接続するノードをノードBと呼ぶ。
上述したパルス出力回路の動作例について図14(B)を参照して説明する。なお、図
14(B)には、第1のパルス出力回路20_1からシフトパルスが入力される際の第2
のパルス出力回路20_2の各端子に入力される信号、および各端子から出力される信号
の電位、ならびにノードAおよびノードBの電位を示している。また、図中において、G
out4は、パルス出力回路の走査線4に対する出力信号を表し、Gout5は、パルス
出力回路の走査線5に対する出力信号を表し、Gout6は、パルス出力回路の走査線6
に対する出力信号を表し、SRoutは、当該パルス出力回路の、後段のパルス出力回路
に対する出力信号を表している。
路20_1からシフトパルスが入力される場合について説明する。
る。これにより、トランジスタ31、35がオン状態となる。そのため、ノードAの電位
がハイレベルの電位(高電源電位(Vdd)からトランジスタ31のしきい値電圧分下降
した電位)に上昇し、かつノードBの電位が低電源電位(Vss)に下降する。これに付
随して、トランジスタ33、37、39、41がオン状態となり、トランジスタ32、3
4、38、40、42がオフ状態となる。以上により、期間t1において、端子26から
出力される信号は、端子23に入力される信号となり、端子27から出力される信号は、
端子24に入力される信号となり、端子28から出力される信号は、端子25に入力され
る信号となり、端子30から出力される信号は、端子22に入力される信号となる。ここ
で、期間t1において、端子22〜端子25に入力される信号は、ロウレベルの電位(低
電源電位(Vss))である。そのため、期間t1において、第2のパルス出力回路20
_2は、第3のパルス出力回路20_3の端子21、ならびに画素部において2行目に配
設された走査線4_2、走査線5_2、および走査線6_2にロウレベルの電位(低電源
電位(Vss))を出力する。
る。なお、ノードAの電位(トランジスタ31のソースの電位)は、期間t1においてハ
イレベルの電位(高電源電位(Vdd)からトランジスタ31のしきい値電圧分下降した
電位)まで上昇している。そのため、トランジスタ31はオフ状態となっている。この時
、端子23にハイレベルの電位(高電源電位(Vdd))が入力されることで、トランジ
スタ37のゲートおよびソース間の容量結合によって、ノードAの電位(トランジスタ3
7のゲートの電位)がさらに上昇する(ブートストラップ動作)。また、当該ブートスト
ラップ動作を行うことによって、端子26から出力される信号が端子23に入力されるハ
イレベルの電位(高電源電位(Vdd))から下降することがない(端子23に入力され
る信号と同一または略同一の信号を端子26から出力する)。そのため、期間t2におい
て、第2のパルス出力回路20_2は、画素部において2行目に配設された走査線4_2
にハイレベルの電位(高電源電位(Vdd)=選択信号)を出力する。また、第3のパル
ス出力回路20_3の端子21ならびに画素部において2行目に配設された走査線5_2
および走査線6_2にロウレベルの電位(低電源電位(Vss))を出力する。
が入力される。そのため、ノードAの電位は、期間t2と同様に、期間t1におけるノー
ドAの電位よりも高い電位を維持する。これにより、端子26から出力される信号が端子
23に入力される信号と同一または略同一の信号となり、端子27から出力される信号が
端子24に入力される信号と同一または略同一の信号となり、端子28から出力される信
号が端子25に入力される信号と同一または略同一の信号となり、端子30から出力され
る信号が端子22に入力される信号と同一または略同一の信号となる。すなわち、期間t
3において、第2のパルス出力回路20_2は、第3のパルス出力回路20_3の端子2
1に対して端子22に入力される信号と同一または略同一の信号を出力し、走査線4_2
に対して端子23に入力される信号と同一または略同一の信号を出力し、走査線5_2に
対して端子24に入力される信号と同一または略同一の信号を出力し、走査線6_2に対
して端子25に入力される信号と同一または略同一の信号を出力する。
る。これにより、トランジスタ36がオン状態となる。そのため、ノードBの電位がハイ
レベルの電位(高電源電位(Vdd)からトランジスタ36のしきい値電圧分下降した電
位)に上昇する。つまり、トランジスタ32、34、38、40、42がオン状態となる
。また、これに付随して、ノードAの電位がロウレベルの電位(低電源電位(Vss))
へと下降する。つまり、トランジスタ33、37、39、41がオフ状態となる。以上に
より、期間t4において、端子26、端子27、端子28、および端子30から出力され
る信号は、共に低電源電位(Vss)となる。すなわち、期間t4において、第2のパル
ス出力回路20_2は、第3のパルス出力回路20_3の端子21、ならびに画素部にお
いて2行目に配設された走査線4_2、走査線5_2、および走査線6_2に低電源電位
(Vss)を出力する。
図15(A)は、図11および図13(B)に示す反転パルス出力回路の構成例を示す
図である。図15(A)に示す反転パルス出力回路は、トランジスタ71〜トランジスタ
77を有する。
れ、ゲートが端子63に電気的に接続されている。
れ、ソースおよびドレインの他方がトランジスタ71のソースおよびドレインの他方に電
気的に接続され、ゲートが端子64に電気的に接続されている。
れ、ソースおよびドレインの他方がトランジスタ71のソースおよびドレインの他方、お
よびトランジスタ72のソースおよびドレインの他方に電気的に接続され、ゲートが端子
61に電気的に接続されている。
れ、ソースおよびドレインの他方がトランジスタ71のソースおよびドレインの他方、ト
ランジスタ72のソースおよびドレインの他方、およびトランジスタ73のソースおよび
ドレインの他方に電気的に接続され、ゲートが端子62に電気的に接続されている。
れ、ソースおよびドレインの他方が端子65に電気的に接続され、ゲートがトランジスタ
71のソースおよびドレインの他方、トランジスタ72のソースおよびドレインの他方、
トランジスタ73のソースおよびドレインの他方、およびトランジスタ74のソースおよ
びドレインの他方に電気的に接続されている。
れ、ソースおよびドレインの他方が端子65に電気的に接続され、ゲートが端子61に電
気的に接続されている。
れ、ソースおよびドレインの他方が端子65に電気的に接続され、ゲートが端子62に電
気的に接続されている。
タ72のソースおよびドレインの他方、トランジスタ73のソースおよびドレインの他方
、トランジスタ74のソースおよびドレインの他方、およびトランジスタ75のゲートが
電気的に接続するノードをノードCと呼ぶ。
上述した反転パルス出力回路の動作例について図15(B)を参照して説明する。なお
、図15(B)には、図15(B)に示す期間t1〜期間t4において第2の反転パルス
出力回路20_2の各端子に入力される信号、および出力される信号の電位、ならびにノ
ードCの電位を示している。また、図15(B)における期間t1〜期間t4は、図14
(B)における期間t1〜t4と同じ期間である。また、図15(B)では、各端子に入
力される信号を括弧書きで付記している。なお、図中において、GBoutは、反転パル
ス出力回路の反転走査線に対する出力信号を表している。
の電位(高電源電位(Vdd))が入力される。これにより、トランジスタ73、74、
76、77がオン状態となる。そのため、ノードCの電位は、ロウレベルの電位(低電源
電位(Vss))へと下降する。これに付随して、トランジスタ75がオフ状態となる。
以上により、期間t1〜期間t3において、端子65から出力される信号は、ロウレベル
の電位(低電源電位(Vss))となる。そのため、期間t1〜期間t3において、第2
の反転パルス出力回路60_2は、画素部において2行目に配設された反転走査線7_2
にロウレベルの電位(低電源電位(Vss))を出力する。
))が入力され、端子64にハイレベルの電位(高電源電位(Vdd))が入力される。
これにより、トランジスタ73、74、76、77がオフ状態となり、トランジスタ72
がオン状態となる。そのため、ノードCの電位がハイレベルの電位(高電源電位(Vdd
)からトランジスタ72のしきい値電圧分下降した電位)に上昇し、トランジスタ75が
オン状態となる。なお、トランジスタ72は、ノードCの電位が高電源電位(Vdd)か
らトランジスタ72のしきい値電圧分下降した電位まで上昇した段階でオフ状態となる。
そして、トランジスタ72がオフ状態となる段階においては、トランジスタ75はオン状
態を維持している。この場合、ノードCの電位は、トランジスタ72がオフ状態となった
後もさらに上昇する。トランジスタ75のゲート(ノードC)及びソース間の容量結合が
生じるためである。その結果、端子65から出力される信号が高電源電位(Vdd)から
下降することがない。
となる。すなわち、期間t4において、第2の反転パルス出力回路60_2は、画素部に
おいて2行目に配設された反転走査線7_2に高電源電位(Vdd)を出力する。
図16(A)は、図10に示す画素10の構成例を示す回路図である。ここでは、表示
素子として、一対の電極間に電流励起によって発光する有機物を備えた素子(以下、有機
エレクトロルミネッセンス(EL)素子ともいう)を用いる場合について説明する。
有機EL素子19とを有する。
ゲートが走査線6に電気的に接続されている。
的に接続され、ゲートが走査線5に電気的に接続されている。なお、ここでは、電位V1
は、高電源電位(Vdd)よりも低電位でありかつ低電源電位(Vss)よりも高電位で
あることとする。
ゲートがトランジスタ12のソースおよびドレインの他方に電気的に接続されている。
びドレインの他方に電気的に接続され、ソースおよびドレインの他方がトランジスタ13
のソースおよびドレインの他方に電気的に接続され、ゲートが走査線5に電気的に接続さ
れている。
的に接続され、ソースおよびドレインの他方がトランジスタ13のソースおよびドレイン
の他方、およびトランジスタ14のソースおよびドレインの他方に電気的に接続され、ゲ
ートが走査線4に電気的に接続されている。なお、ここでは、電位V0は、電位V1より
も低電位でありかつ低電源電位(Vss)よりも高電位であることとする。
びドレインの他方、トランジスタ14のソースおよびドレインの他方、およびトランジス
タ15のソースおよびドレインの他方に電気的に接続され、ゲートが反転走査線7に電気
的に接続されている。
およびトランジスタ13のゲートに電気的に接続され、他方の電極がトランジスタ11の
ソースおよびドレインの他方、およびトランジスタ14のソースおよびドレインの一方に
電気的に接続されている。
トランジスタ14のソースおよびドレインの一方、およびキャパシタ17の他方の電極に
電気的に接続され、他方の電極がトランジスタ13のソースおよびドレインの他方、トラ
ンジスタ14のソースおよびドレインの他方、トランジスタ15のソースおよびドレイン
の他方、およびトランジスタ16のソースおよびドレインの一方に電気的に接続されてい
る。
に電気的に接続され、カソードが共通電位を供給する配線に電気的に接続されている。な
お、上述のトランジスタ12のソースおよびドレインの一方が電気的に接続する配線に与
えられる共通電位と、有機EL素子19のカソードに与えられる共通電位とが異なる電位
であってもよい。
りかつ電位V1よりも高電位であり、共通電位は、低電源電位(Vss)よりも低電位で
あることとする。
タ13のゲート、およびキャパシタ17の一方の電極が電気的に接続するノードをノード
Dと呼び、トランジスタ11のソースおよびドレインの他方、トランジスタ14のソース
およびドレインの一方、キャパシタ17の他方の電極、およびキャパシタ18の一方の電
極が電気的に接続するノードをノードEと呼び、トランジスタ13のソースおよびドレイ
ンの他方、トランジスタ14のソースおよびドレインの他方、トランジスタ15のソース
およびドレインの他方、トランジスタ16のソースおよびドレインの一方、およびキャパ
シタ18の他方の電極が電気的に接続するノードをノードFと呼ぶこととする。
外のトランジスタは省略して示す。
示す。このような構造とすることで、キャパシタ18を構成する容量電極の一方、誘電体
層および容量電極の他方を、それぞれトランジスタ16のゲート電極、ゲート絶縁膜およ
びソース電極(ドレイン電極)と同一層かつ同一材料を用いて形成することができる。
程を短縮化し、生産性を高めることができる。
る。図17(A)においては、図1に示すトランジスタと同様の構造および作製方法で得
られるトランジスタを適用する例を示す。
る開口部を有する平坦化絶縁膜80が設けられる。
0の有する開口部でトランジスタ16のドレイン電極と接する。
られる。
る。
よい。
ば、図17(B)に示すような構造とすればよい。図17(B)は、中間層85a、発光
層86a、中間層85b、発光層86b、中間層85c、発光層86cおよび中間層85
dの順番で積層した構造である。このとき、発光層86a、発光層86bおよび発光層8
6cに適切な発光色の材料を用いると演色性の高い、または発光効率の高い、有機EL素
子19を形成することができる。
いが、白色光を着色層を介して取り出す構造としても構わない。
ものではなく、適宜発光層の数および中間層の数を変更することができる。例えば、中間
層85a、発光層86a、中間層85b、発光層86bおよび中間層85cのみで構成す
ることもできる。また、中間層85a、発光層86a、中間層85b、発光層86b、発
光層86cおよび中間層85dで構成し、中間層85cを省いた構造としても構わない。
で用いることができる。なお、中間層は、これらの層を全て備えなくてもよい。これらの
層は適宜選択して設ければよい。なお、同様の機能を有する層を重複して設けてもよい。
また、中間層としてキャリア発生層のほか、電子リレー層などを適宜加えてもよい。
は、可視光領域(例えば400nm〜800nmの波長範囲)における平均の透過率が7
0%以上、特に80%以上であることをいう。
n−Zn系酸化物膜、In系酸化物膜、Zn系酸化物膜およびSn系酸化物膜などの酸化
物膜を用いればよい。また、前述の酸化物膜は、Al、Ga、Sb、Fなどが微量添加さ
れてもよい。また、光を透過する程度の金属薄膜(好ましくは、5nm〜30nm程度)
を用いることもできる。例えば5nmの膜厚を有するAg膜、Mg膜またはAg−Mg合
金膜を用いてもよい。
えば、リチウム、アルミニウム、チタン、マグネシウム、ランタン、銀、シリコンまたは
ニッケルを含む膜を用いればよい。
、アノード81が可視光透過性を有する場合は、カソード83が可視光を効率よく反射す
ると好ましい。また、アノード81が可視光を効率よく反射する場合は、カソード83が
可視光透過性を有すると好ましい。
ード81とカソード83を入れ替えても構わない。アノードとして機能する電極には、仕
事関数の大きい材料を用いることが好ましく、カソードとして機能する電極には仕事関数
の小さい材料を用いることが好ましい。ただし、アノードと接してキャリア発生層を設け
る場合には、仕事関数を考慮せずに様々な導電性材料を陽極に用いることができる。
表示装置の表示品質を高めることができる。
上述した画素の動作例について図16(A)、(B)を参照して説明する。具体的には
、以下では、図14(B)および図15(B)に示す期間t1〜期間t4に含まれる期間
である期間ta〜期間thにおける画素の動作例について、図16(A)、(B)を参照
して説明する。なお、図16(B)には、画素部において2行目に配設された走査線4_
2、走査線5_2、および走査線6_2、ならびに反転走査線7_2の電位、ならびにノ
ードD〜ノードFの電位を示している。また、図16(B)では、各配線に入力される信
号を括弧書きで付記している。
_2、および反転走査線7_2に選択信号が入力されない。これにより、トランジスタ1
5がオン状態となり、かつトランジスタ11、12、14、16がオフ状態となる。その
結果、ノードFの電位が、電位V0となる。
ランジスタ12、14がオン状態となる。その結果、ノードDの電位が、電位V1となり
、ノードEの電位が、電位V0となる。さらに、ノードDの電位が電位V1になったこと
に付随して、トランジスタ13がオン状態となる。
ジスタ15がオフ状態となる。ここで、トランジスタ13は、ゲートとソース間の電圧が
しきい値電圧以下となるまでオン状態を維持する。すなわち、トランジスタ13は、ノー
ドE、F(トランジスタ13のソース)の電位が、ノードDの電位(電位V1)からトラ
ンジスタ13のしきい値電圧(Vth13)分低い値となるまでオン状態を維持する。そ
の結果、ノードE、Fの電位が、当該値となる。
ジスタ12、14がオフ状態となる。
ランジスタ11がオン状態となる。なお、信号線8には、画像信号に応じた電位(Vda
ta)が供給されていることとする。その結果、ノードEの電位が当該画像信号に応じた
電位(Vdata)となる。さらに、ノードDとノードFの電位もノードEの電位によっ
て変動する。具体的には、浮遊状態にあるノードDの電位が、キャパシタ17を介したノ
ードEとの容量結合によりノードEの電位の変動分(画像信号に応じた電位(Vdata
)と、電位V1からトランジスタ13のしきい値電圧(Vth13)分低い値との差分)
上昇または下降し(ノードDの電位が、V1+[Vdata−(V1−Vth13)]=
Vdata+Vth13となる)、かつ浮遊状態にあるノードFの電位が、キャパシタ1
8を介したノードEとの容量結合により当該ノードEの電位の変動分上昇または下降する
(ノードFの電位が、V1−Vth13+[Vdata−(V1−Vth13)]=Vd
ataとなる)。
ランジスタ15がオン状態となる。その結果、ノードFの電位が、電位V0となる。
ジスタ15がオフ状態となる。
、トランジスタ16がオン状態となる。その結果、トランジスタ13のゲートとソース間
の電圧に応じた電流が有機EL素子19に供給される。ここで、当該電圧は、ノードDの
電位(Vdata+Vth13)とノードFの電位の差である。この場合、有機EL素子
19に供給される電流(トランジスタ13の飽和領域におけるドレイン電流)は、トラン
ジスタ13のしきい値電圧に依存することがない。
た表示が行われる。上述した画素の動作例においては、画素10に設けられるトランジス
タ13のしきい値電圧に依存することなく、有機EL素子19に対して電流を供給するこ
とが可能である。これにより、本明細書で開示される表示装置においては、複数の画素の
それぞれが有するトランジスタ13のしきい値電圧がばらつく場合であっても、表示品質
の低下を抑制することが可能である。
れにより、当該反転パルス出力回路において生じる貫通電流を低減することが可能となる
。また、当該複数種の信号として複数のパルス出力回路の動作に用いられる信号を適用す
る。すなわち、別途に信号を生成することなく、当該反転パルス出力回路を動作させるこ
とが可能である。
なお、本実施の形態では、表示素子として、有機EL素子を用いた表示装置について詳細
に示したが、これに限定されるものではない。例えば、表示素子として、液晶素子を用い
た表示装置に本実施の形態を適用することは、当業者であれば容易に想到しうるものであ
る。具体的な例として、液晶素子を用いた表示装置に適用可能な画素の構成について、以
下に説明する。
(A)に示す画素50は、トランジスタ51と、キャパシタ52と、一対の電極間に液晶
材料の充填された素子(以下液晶素子ともいう)53とを有する。
ゲートが走査線54に電気的に接続されている。
気的に接続され、他方の電極が共通電位を供給する配線に電気的に接続されている。
的に接続され、他方の電極が共通電位を供給する配線に電気的に接続されている。なお、
上述のキャパシタ52の他方の電極が電気的に接続する配線に与えられる共通電位と、液
晶素子53の他方の電極に与えられる共通電位とが異なる電位であってもよい。
示す。このような構造とすることで、キャパシタ52を構成する容量電極の一方、誘電体
層および容量電極の他方を、それぞれトランジスタ51のゲート電極、ゲート絶縁膜およ
びソース電極(ドレイン電極)と同一層かつ同一材料を用いて形成することができる。
程を短縮化し、生産性を高めることができる。
る。図18(B)においては、図1に示すトランジスタと同様の構造および作製方法で得
られるトランジスタを適用する例を示す。
る開口部を有する平坦化絶縁膜90が設けられる。
る開口部でトランジスタ51のドレイン電極と接する。
択して用いればよい。
誘電性液晶、反強誘電性液晶などを用いればよい。これらの液晶材料は、条件により、コ
レステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイラルネマチック相、等方相など
を示す。
して機能する絶縁膜92、94を設けない構成とすればよい。
Zn系酸化物膜、In系酸化物膜、Zn系酸化物膜およびSn系酸化物膜などの酸化物膜
を用いればよい。また、前述の酸化物膜は、Al、Ga、Sb、Fなどが微量添加されて
もよい。また、光を透過する程度の金属薄膜(好ましくは、5nm〜30nm程度)を用
いることもできる。
ルミニウム、チタン、クロム、銅、モリブデン、銀、タンタルまたはタングステンを含む
膜を用いればよい。
1が可視光透過性を有する場合は、電極96が可視光を効率よく反射すると好ましい。ま
た、電極91が可視光を効率よく反射する場合は、電極96が可視光透過性を有すると好
ましい。
極96を入れ替えても構わない。
なお、スペーサ95の形状は、柱状、球状など様々にとることができる。
装置の表示品質を高めることができる。
素子53となる。
性を有してもよい。
ことができる。
適用することができる。当該トランジスタは電気的特性のばらつきが小さいため、表示装
置の表示品質を高めることができる。
本明細書に開示する半導体装置は、さまざまな電子機器(遊技機も含む)に適用すること
ができる。電子機器としては、テレビジョン装置(テレビ、またはテレビジョン受信機と
もいう)、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジ
タルフォトフレーム、携帯電話機、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、遊技
機(パチンコ機、スロットマシン等)、ゲーム筐体が挙げられる。これらの電子機器の具
体例を図19及び図20に示す。
筐体9001に表示部9003が組み込まれており、表示部9003により映像を表示す
ることが可能である。なお、4本の脚部9002により筐体9001を支持した構成を示
している。また、電力供給のための電源コード9005を筐体9001に有している。
器に高い信頼性を付与することができる。
表示された表示ボタン9004を指などで触れることで、画面操作や、情報を入力するこ
とができ、また他の家電製品との通信を可能とする、または制御を可能とすることで、画
面操作により他の家電製品をコントロールする制御装置としてもよい。例えば、イメージ
センサ機能を有する半導体装置を用いれば、表示部9003にタッチ入力機能を持たせる
ことができる。
直に立てることもでき、テレビジョン装置としても利用できる。狭い部屋においては、大
きな画面のテレビジョン装置は設置すると自由な空間が狭くなってしまうが、テーブルに
表示部が内蔵されていれば、部屋の空間を有効に利用することができる。
、筐体9101に表示部9103が組み込まれており、表示部9103により映像を表示
することが可能である。なお、ここではスタンド9105により筐体9101を支持した
構成を示している。
コン操作機9110により行うことができる。リモコン操作機9110が備える操作キー
9109により、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部9103に表示され
る映像を操作することができる。また、リモコン操作機9110に、当該リモコン操作機
9110から出力する情報を表示する表示部9107を設ける構成としてもよい。
レビジョン装置9100は、受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さ
らにモデムを介して有線または無線による通信ネットワークに接続することにより、一方
向(送信者から受信者)または双方向(送信者と受信者間、または受信者間同士など)の
情報通信を行うことも可能である。
り、テレビジョン装置、およびリモコン操作機に高い信頼性を付与することができる。
ーボード9204、外部接続ポート9205、ポインティングデバイス9206等を含む
。
の高いコンピュータとすることが可能となる。
)は、開いた状態であり、タブレット型端末は、筐体9630、表示部9631a、表示
部9631b、表示モード切り替えスイッチ9034、電源スイッチ9035、省電力モ
ード切り替えスイッチ9036、留め具9033、操作スイッチ9038、を有する。
が可能であり、信頼性の高いタブレット型端末とすることが可能となる。
た操作キー9638にふれることでデータ入力をすることができる。なお、表示部963
1aにおいては、一例として半分の領域が表示のみの機能を有する構成、もう半分の領域
がタッチパネルの機能を有する構成を示しているが該構成に限定されない。表示部963
1aの全ての領域がタッチパネルの機能を有する構成としてもよい。例えば、表示部96
31aの全面をキーボードボタン表示させてタッチパネルとし、表示部9631bを表示
画面として用いることができる。
をタッチパネルの領域9632bとすることができる。また、タッチパネルのキーボード
表示切り替えボタン9639が表示されている位置に指やスタイラスなどでふれることで
表示部9631bにキーボードボタン表示することができる。
ッチ入力することもできる。
切り替え、白黒表示やカラー表示の切り替えなどを選択できる。省電力モード切り替えス
イッチ9036は、タブレット型端末に内蔵している光センサで検出される使用時の外光
の光量に応じて表示の輝度を最適なものとすることができる。タブレット型端末は光セン
サだけでなく、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサなどの他の検出装置を
内蔵させてもよい。
ているが特に限定されず、一方のサイズともう一方のサイズが異なっていてもよく、表示
の品質も異なっていてもよい。例えば一方が他方よりも高精細な表示を行える表示パネル
としてもよい。
33、充放電制御回路9634、バッテリー9635、DCDCコンバータ9636を有
する。なお、図20(B)では充放電制御回路9634の一例としてバッテリー9635
、DCDCコンバータ9636を有する構成について示している。
することができる。従って、表示部9631a、表示部9631bを保護できるため、耐
久性に優れ、長期使用の観点からも信頼性の優れたタブレット型端末を提供できる。
情報(静止画、動画、テキスト画像など)を表示する機能、カレンダー、日付または時刻
などを表示部に表示する機能、表示部に表示した情報をタッチ入力操作または編集するタ
ッチ入力機能、様々なソフトウェア(プログラム)によって処理を制御する機能、等を有
することができる。
表示部、または映像信号処理部等に供給することができる。なお、太陽電池9633は、
筐体9630の片面又は両面に設けることができ、バッテリー9635の充電を効率的に
行う構成とすることができる。なお、バッテリー9635としては、リチウムイオン電池
を用いると、小型化を図れる等の利点がある。
C)にブロック図を示し説明する。図20(C)には、太陽電池9633、バッテリー9
635、DCDCコンバータ9636、コンバータ9637、スイッチSW1乃至SW3
、表示部9631について示しており、バッテリー9635、DCDCコンバータ963
6、コンバータ9637、スイッチSW1乃至SW3が、図20(B)に示す充放電制御
回路9634に対応する箇所となる。
。太陽電池で発電した電力は、バッテリー9635を充電するための電圧となるようDC
DCコンバータ9636で昇圧または降圧がなされる。そして、表示部9631の動作に
太陽電池9633からの電力が用いられる際にはスイッチSW1をオンにし、コンバータ
9637で表示部9631に必要な電圧に昇圧または降圧をすることとなる。また、表示
部9631での表示を行わない際には、SW1をオフにし、SW2をオンにしてバッテリ
ー9635の充電を行う構成とすればよい。
圧電素子(ピエゾ素子)や熱電変換素子(ペルティエ素子)などの他の発電手段によるバ
ッテリー9635の充電を行う構成であってもよい。例えば、無線(非接触)で電力を送
受信して充電する無接点電力伝送モジュールや、また他の充電手段を組み合わせて行う構
成としてもよい。
合わせて用いることができる。
気的特性について評価した結果について説明する。
の図22に示すトランジスタ1200とを、それぞれ2条件作製した。図21(A)は、
トランジスタ1100の平面図であり、図21(B)は、図21(A)のX1−X2にお
ける断面図である。図22(A)は、トランジスタ1200の平面図であり、図22(B
)は、図22(A)のY1−Y2における断面図である。
び図22を参照して説明する。なお、トランジスタ1100およびトランジスタ1200
は、同一基板上で作製した。
、フォトリソグラフィ工程により、タングステン膜上にレジストマスクを形成し、選択的
にタングステン膜のエッチングを行って、ゲート電極層1011およびゲート電極層10
21を形成した。その後、レジストマスクを除去した。
、PECVD法により、膜厚50nmの窒化シリコン膜(成膜条件:SiH4/N2=5
0sccm/5000sccm、成膜電力150W(RF)、成膜圧力40Pa、基板温
度350℃)と、膜厚200nmの酸化窒化シリコン膜(成膜条件:SiH4/N2O=
20sccm/3000sccm、電極面積が6000cm2のとき成膜電力100W(
RF)、成膜圧力40Pa、基板温度350℃)とを成膜して、ゲート絶縁膜1012を
形成した。
ト絶縁膜1012中に含まれる水素や水等を除去した。
1[原子数比]の酸化物ターゲットを用いたスパッタリング法により、膜厚35nmのI
GZO膜を形成した。成膜条件は、アルゴンおよび酸素(アルゴン/酸素=50sccm
/50sccm)雰囲気下、圧力0.6Pa、電源電力5kW、基板温度170℃とした
。
択的に酸化物半導体膜のエッチングを行い、ゲート電極層1011と重畳するように酸化
物半導体膜1013を形成し、ゲート電極層1021と重畳するように酸化物半導体膜1
023を形成した。その後、レジストマスクを除去した。
の混合雰囲気下、450℃で1時間、加熱処理を行った。
より、膜厚50nmのタングステン膜と、膜厚400nmのアルミニウム膜と、膜厚10
0nmのチタン膜とを成膜した。
チタン膜、アルミニウム膜、タングステン膜のエッチングを行い、ソース電極層1014
、ドレイン電極層1015、ソース電極層1024、ドレイン電極層1025を形成した
。その後、レジストマスクを除去した。
ン電極層1025等を覆うように、PECVD法により、膜厚30nmの酸化窒化シリコ
ン膜を成膜した。成膜条件は、SiH4/N2O=20sccm/3000sccm、成
膜電力100W(RF)、電極面積が6000cm2のとき成膜圧力200Pa、基板温
度350℃とした。
を用いて、ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合
型プラズマ)電力を0W、バイアス電力を4500W、圧力を15.0Pa、O2ガスを
流量250sccmとして、10分間行った。
化シリコン膜を成膜した。成膜条件は、SiH4/N2O=230sccm/4000s
ccm、電極面積が6000cm2のとき成膜電力150W(RF)、成膜圧力200P
a、基板温度220℃とした。このように、酸素が添加された膜厚30nmの酸化窒化シ
リコン膜と、膜厚370nmの酸化窒化シリコン膜とを積層することで、絶縁膜1016
を形成した。
0を作製した。条件1と条件2の違いは、絶縁膜1017の有無である。
クリル樹脂を塗布して、窒素雰囲気下、250℃で1時間、アクリル樹脂の焼成を行った
。このようにして平坦化絶縁膜1018を形成した。
製した。
ニウム膜を成膜した。次に、アルミニウム膜に酸素添加処理を行うことにより、アルミニ
ウム膜を酸化し、酸化アルミニウム膜を形成した。酸素添加処理は、アッシング装置を用
いて、ICP電力を0W、バイアス電力を4500W、圧力を15.0Pa、O2ガスを
流量250sccmとして、10分間行った。このようにして、絶縁膜1017を形成し
た。
布して、窒素雰囲気下、250℃で1時間、アクリル樹脂の焼成を行った。このようにし
て平坦化絶縁膜1018を形成した。なお、電気的特性を評価するために、平坦化絶縁膜
1018、絶縁膜1017、及び絶縁膜1016に開口部を設け、針を当てることによっ
て行った。
製した。
スタ1200の電気的特性をそれぞれ評価した。なお、電気的特性を評価するために、平
坦化絶縁膜1018、絶縁膜1017、および絶縁膜1016に開口部を設けた。
タ1200におけるVg−Id特性を測定した結果を示し、図23(B)に、条件2の工
程に従って作製したトランジスタ1100およびトランジスタ1200におけるVg−I
d特性を測定した結果を示す。図23(A)(B)において、太い線はトランジスタ11
00の特性であり、細い線はトランジスタ1200の特性である。なお、トランジスタ1
100のチャネル長Lは4μm、チャネル幅Wは41μmであり、トランジスタ1200
のチャネル長Lは4μm、チャネル幅Wは50μmである。また、Vdは、+1V、+1
0V、Vsは0Vとした。
合のいずれの場合であっても、しきい値電圧が0Vよりも高く、ノーマリ−オフの電気的
特性が得られた。これに対し、トランジスタ1200は、条件2に従って作製された場合
は、しきい値電圧が0Vより高いものの、条件1に従って作製された場合は、しきい値電
圧がマイナスとなってしまい、ノーマリーオンの電気的特性となってしまった。
端部における水素の除去や、酸素欠損の補償が不十分であったため、酸化物半導体膜10
23の端部のキャリア密度が高まってしまい、当該端部に、低抵抗化された領域が形成さ
れてしまったと考えられる。また、酸化物半導体膜1023の端部がゲート電極層102
1と重畳することで、しきい値電圧がマイナスである寄生チャネルが形成されてしまった
と考えられる。この結果、図23(A)に示すように、トランジスタ1200のしきい値
電圧がマイナスとなってしまい、ノーマリーオンの電気的特性になってしまったと考えら
れる。
膜1017として、酸化アルミニウム膜が形成されている。酸化アルミニウム膜は、酸素
を透過させにくいため、絶縁膜1016(酸化窒化シリコン膜)に添加された酸素が脱離
して、酸化アルミニウム膜の外部に放出されるのを防止することができる。そのため、酸
化窒化シリコン膜に添加された酸素を、酸化物半導体膜1023に供給することができた
ため、酸化物半導体膜1023の端部の酸素欠損を低減できたと考えられる。これにより
、酸化物半導体膜1023の端部の低抵抗化が抑制され、酸化物半導体膜1023の端部
がゲート電極層1021と重畳しても、寄生チャネルの形成を抑制できたと考えられる。
この結果、図23(B)に示すように、トランジスタ1200のしきい値電圧が0Vより
高い、ノーマリ−オフの電気的特性が得られたと考えられる。
015の対向する領域(チャネル領域)が酸化物半導体膜1013の端部に掛からない。
そのため、たとえ、酸化物半導体膜1013の端部が低抵抗化したとしても、寄生チャネ
ルは形成されない。この結果、図23(A)(B)に示すように、条件1および条件2に
おいても、トランジスタ1100のしきい値電圧は、0Vより高い、ノーマリーオフの電
気的特性が得られたと考えられる。
きい値電圧に影響することがわかった。
ンジスタであることが示された。
11 トランジスタ
12 トランジスタ
13 トランジスタ
14 トランジスタ
15 トランジスタ
16 トランジスタ
17 キャパシタ
18 キャパシタ
19 有機EL素子
21 端子
22 端子
23 端子
24 端子
25 端子
26 端子
27 端子
28 端子
29 端子
30 端子
31 トランジスタ
32 トランジスタ
33 トランジスタ
34 トランジスタ
35 トランジスタ
36 トランジスタ
37 トランジスタ
38 トランジスタ
39 トランジスタ
40 トランジスタ
41 トランジスタ
42 トランジスタ
50 画素
51 トランジスタ
52 キャパシタ
53 液晶素子
54 走査線
55 信号線
61 端子
62 端子
63 端子
64 端子
65 端子
71 トランジスタ
72 トランジスタ
73 トランジスタ
74 トランジスタ
75 トランジスタ
76 トランジスタ
77 トランジスタ
80 平坦化絶縁膜
81 アノード
82 発光層
83 カソード
84 隔壁
85a 中間層
85b 中間層
85c 中間層
85d 中間層
86a 発光層
86b 発光層
86c 発光層
90 平坦化絶縁膜
91 電極
92 絶縁膜
93 液晶層
94 絶縁膜
95 スペーサ
96 電極
97 基板
100 基板
106 ゲート電極層
107 配線
112 ゲート絶縁膜
113 酸化物半導体膜
114 酸化物半導体膜
116 導電膜
116a ドレイン電極層
116b ソース電極層
116c 配線
118 絶縁層
119 酸素
120 絶縁層
122 絶縁膜
124 絶縁膜
126 平坦化絶縁膜
130 電極
131 配線
140a 導電層
140b 導電層
142a 導電層
142b 導電層
144a 導電層
144b 導電層
201 トランジスタ
202 トランジスタ
203 トランジスタ
204 トランジスタ
205 トランジスタ
206 トランジスタ
207 トランジスタ
208 トランジスタ
1010 基板
1011 ゲート電極層
1012 ゲート絶縁膜
1013 酸化物半導体膜
1014 ソース電極層
1015 ドレイン電極層
1016 絶縁膜
1017 絶縁膜
1018 平坦化絶縁膜
1021 ゲート電極層
1023 酸化物半導体膜
1024 ソース電極層
1025 ドレイン電極層
1100 トランジスタ
1200 トランジスタ
9000 テーブル
9001 筐体
9002 脚部
9003 表示部
9004 表示ボタン
9005 電源コード
9033 留め具
9034 スイッチ
9035 電源スイッチ
9036 スイッチ
9038 操作スイッチ
9100 テレビジョン装置
9101 筐体
9103 表示部
9105 スタンド
9107 表示部
9109 操作キー
9110 リモコン操作機
9201 本体
9202 筐体
9203 表示部
9204 キーボード
9205 外部接続ポート
9206 ポインティングデバイス
9630 筐体
9631 表示部
9631a 表示部
9631b 表示部
9632a 領域
9632b 領域
9633 太陽電池
9634 充放電制御回路
9635 バッテリー
9636 DCDCコンバータ
9637 コンバータ
9638 操作キー
9639 ボタン
Claims (3)
- 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酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜上に前記ゲート電極層と重畳するドレイン電極層と、
前記酸化物半導体膜の外周端部を覆うソース電極層と、を有し、
前記ドレイン電極層の外周端部は、前記ゲート電極層の外周端部の内側に位置し、
前記酸化物半導体膜の全面は、前記ゲート電極層と重畳す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酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜上に前記ゲート電極層と重畳するドレイン電極層と、
前記酸化物半導体膜の外周端部を覆うソース電極層と、を有し、
前記ドレイン電極層の外周端部は、前記ゲート電極層の外周端部の内側に位置し、
前記酸化物半導体膜の全面は、前記ゲート電極層と重畳し、
前記酸化物半導体膜の平面形状は、円形であることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1又は請求項2において、
前記酸化物半導体膜は、少なくともインジウムを含むことを特徴とする半導体装置。
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