JP2018013792A - 発光表示装置の作製方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】トランジスタ151,152を構成する半導体層に真性または実質的に真性な高抵抗の酸化物半導体を使用することによって、個々のトランジスタに対して半導体層を島状に加工する工程を省く。半導体層108aの上層に形成した絶縁層114,116に開口部130a,130bを形成する工程において半導体層の不要な部分を同時にエッチングする。
【選択図】図1
Description
度の半導体薄膜により構成される薄膜トランジスタが注目されている。薄膜トランジスタ
は、IC(Integrated Circuit)及び電気光学装置を始めとした電子
デバイスに広く応用されている。薄膜トランジスタは、特にEL(Electro Lu
minescence)表示装置等に代表される、画像表示装置のスイッチング素子とし
て開発が急がれている。
方の電極と、該電極とともにEL層(発光層を含む)を挟持する他方の電極の間に電圧が
印加されることにより、EL層に電流が生じ、発光層が発光する。この発光が表示パター
ンとして観察者に認識される。ここで、アクティブマトリクス型EL表示装置とは、マト
リクス状に配置された画素をスイッチング素子により駆動することによって、画面上に表
示パターンが形成される方式を採用したEL表示装置をいう。
大面積化、高精細化及び高開口率化の要求が高まっている。また、アクティブマトリクス
型表示装置には高い信頼性が求められ、その生産方法には高い生産性及び生産コストの低
減が求められる。生産性を高め、生産コストを低減する方法の一つに、工程の簡略化が挙
げられる。
用いられている。薄膜トランジスタの作製において、フォトリソグラフィ工程を削減また
は簡略化することは、工程全体の簡略化のために重要である。例えばフォトリソグラフィ
工程が1つ増加すると、レジスト塗布、プリベーク、露光、現像、ポストベーク等の工程
と、その前後の工程において、被膜の形成及びエッチング工程、更にはレジスト剥離、洗
浄及び乾燥工程等が必要になる。そのため、作製工程におけるフォトリソグラフィ工程が
1つ増加するだけで、それに関する工程数が大幅に増加する。そのため、作製工程におけ
るフォトリソグラフィ工程を削減または簡略化するために、数多くの技術開発がなされて
いる。
型と、チャネル形成領域がゲート電極より上層に設けられるボトムゲート型に大別される
。これらの薄膜トランジスタは、少なくとも5枚のフォトマスクにより作製されることが
一般的である。
ー又はリフトオフ法といった複雑な技術を用いるものが多く、特殊な装置を必要とするも
のが多い。このような複雑な技術を用いることで、これに起因する様々な問題が生じ、歩
留まりの低下の一因となっている。また、薄膜トランジスタの電気的特性を犠牲にせざる
を得ないことも多い。
の代表的な手段として、多階調マスク(ハーフトーンマスク又はグレートーンマスクと呼
ばれるもの)を用いた技術が広く知られている。多階調マスクを用いて作製工程を低減す
る技術として、例えば特許文献1が挙げられる。
な形状とするにはアッシングなどの新たな工程が必要である。
を増やすことなく発光表示装置を作製することを目的とする。
物半導体を使用することによって、個々のトランジスタに対して半導体層を島状に加工す
る工程を省き、フォトリソグラフィ工程を削減する発光表示装置の作製方法に関する。
に第1のレジストマスクを形成し、第1のレジストマスクを用いて第1の導電膜を選択的
にエッチングして、第1のゲート電極と第2のゲート電極を形成し、第1のゲート電極及
び第2のゲート電極上にゲート絶縁層となる第1の絶縁膜を形成し、ゲート絶縁層上に半
導体膜を形成し、半導体膜上に第2のレジストマスクを形成し、第2のレジストマスクを
用いて第2のゲート電極上の半導体膜及び第1の絶縁膜の一部を選択的にエッチングして
、第1の開口部を形成し、半導体膜及び第1の開口部を覆うように第2の導電膜を形成し
、第2の導電膜上に第3のレジストマスクを形成し、第3のレジストマスクを用いて第2
の導電膜を選択的にエッチングして、ソースドレイン配線と電気的に接続される第1のソ
ース電極及びドレイン電極の一方と、第2のゲート電極と電気的に接続される第1のソー
ス電極及びドレイン電極の他方と、電源配線に接続される第2のソース電極及びドレイン
電極の一方と、第2のソース電極及びドレイン電極の他方を形成することによって、第1
のゲート電極、第1のソース電極及びドレイン電極を有する第1のトランジスタ、及び第
2のゲート電極、第2のソース電極及びドレイン電極を有する第2のトランジスタを形成
し、第1のソース電極及びドレイン電極、第2のソース電極及びドレイン電極、及び半導
体膜上に保護絶縁膜となる第2の絶縁膜を形成し、第2の絶縁膜上に第4のレジストマス
クを形成し、第4のレジストマスクを用いて第2の絶縁膜及び半導体膜を選択的にエッチ
ングして第2の開口部を形成すると同時に、第2のソース電極及びドレイン電極の他方の
一部が露出するように第2の絶縁膜に第3の開口部を形成し、第3の開口部を覆うように
第2の絶縁膜上に第3の導電膜を形成し、第3の導電膜上に第5のレジストマスクを形成
し、第5のレジストマスクを用いて第3の導電膜を選択的にエッチングして第1の画素電
極を形成し、第2の開口部、第3の開口部、及び画素電極の周囲を覆うように第3の絶縁
膜を形成し、画素電極上に有機化合物を含む層を選択的に形成し、有機化合物を含む層上
に第2の画素電極を形成することを特徴とする発光表示装置の作製方法である。
同を避けるために付すものであり、数的に限定するものではないことを付記する。
の導電膜上に第1のレジストマスクを形成し、第1のレジストマスクを用いて第1の導電
膜を選択的にエッチングして、第1のゲート電極と第2のゲート電極を形成し、第1のゲ
ート電極及び第2のゲート電極上にゲート絶縁層となる第1の絶縁膜を形成し、ゲート絶
縁層上に半導体膜を形成し、半導体膜上に第2のレジストマスクを形成し、第2のレジス
トマスクを用いて第2のゲート電極上の半導体膜及び第1の絶縁膜の一部を選択的にエッ
チングして、第1の開口部を形成し、半導体膜及び第1の開口部を覆うように第2の導電
膜を形成し、第2の導電膜上に第3のレジストマスクを形成し、第3のレジストマスクを
用いて第2の導電膜を選択的にエッチングして、ソースドレイン配線と電気的に接続され
る第1のソース電極及びドレイン電極の一方と、第2のゲート電極と電気的に接続される
第1のソース電極及びドレイン電極の他方と、電源配線に接続される第2のソース電極及
びドレイン電極の一方と、第2のソース電極及びドレイン電極の他方を形成することによ
って、第1のゲート電極、第1のソース電極及びドレイン電極を有する第1のトランジス
タ、及び第2のゲート電極、第2のソース電極及びドレイン電極を有する第2のトランジ
スタを形成し、第1のソース電極及びドレイン電極、第2のソース電極及びドレイン電極
、及び半導体膜上に保護絶縁膜となる第2の絶縁膜を形成し、第2の絶縁膜上に平坦化絶
縁膜として第3の絶縁膜を形成し、第3の絶縁膜上に第4のレジストマスクを形成し、第
4のレジストマスクを用いて第3の絶縁膜、第2の絶縁膜及び半導体膜を選択的にエッチ
ングして、第2の開口部を形成すると同時に、第2のソース電極及びドレイン電極の他方
の一部が露出するように第2の絶縁膜に第3の開口部を形成し、第3の開口部を覆うよう
に第3の絶縁膜上に第3の導電膜を形成し、第3の導電膜上に第5のレジストマスクを形
成し、第5のレジストマスクを用いて第3の導電膜を選択的にエッチングして第1の画素
電極を形成し、第2の開口部、第3の開口部、及び画素電極の周囲を覆うように第4の絶
縁膜を形成し、画素電極上に有機化合物を含む層を選択的に形成し、有機化合物を含む層
上に第2の画素電極を形成することを特徴とする発光表示装置の作製方法である。
れた酸化物半導体は、極めて抵抗が高く、回路を構成する上では絶縁体とみなすことがで
きる。従って、同一島状の半導体層に複数のトランジスタが構成されていても互いに干渉
することはなく、各トランジスタを動作させることができる。
成する工程を省くことができ、フォトリソグラフィ工程を削減する発光表示装置の作製方
法を提供することができる。
以下の説明に限定されず、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。また、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、図面を用いて発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す符
号は異なる図面間でも共通して用いる。また、同様のものを指す際にはハッチパターンを
同じくし、特に符号を付さない場合がある。
本実施の形態では、本発明の一態様における発光表示装置が有する画素部の構成の例を示
す。
置の画素部の一例である。図1(A)は発光表示装置の画素部の平面図であり、図1(B
)は図1(A)における線A1−A2の断面図である。また、図3(A)は図1に示した
アクティブマトリクス型発光表示装置の画素部の等価回路である。なお、図3(A)に示
すEL層160及び第2の画素電極層(共通電極)170は、図1(A)、(B)には図
示されていない。
とする。従って、電極間に挟まれた発光物質である有機化合物を含む層はEL層の一態様
である。
。従って、本実施の形態におけるトランジスタとは、図1(A)、(B)に示す第1のト
ランジスタ151及び第2のトランジスタ152の両方またはいずれかのことを言う。ま
た、該トランジスタは、後述する酸化物半導体を用いたnチャネル型である。
ート電極層102a、ゲート絶縁層106、半導体層108a、第1のソース電極層及び
ドレイン電極層112a、112bを含む第1のトランジスタ151と、第2のゲート電
極層102b、ゲート絶縁層106、半導体層108a、第2のソース電極層及びドレイ
ン電極層112c、112dを含む第2のトランジスタ152を有する。
ドレイン電極層112aはソースドレイン配線と接続され、第1のソース電極層及びドレ
イン電極層112bは第1の開口部110aにおいて第2のゲート電極層102bに接続
され、第2のソース電極層及びドレイン電極層112cは電源配線に接続され、第2のソ
ース電極層及びドレイン電極層112dは第3の開口部130bにおいて第1の画素電極
層118と接続されている。なお、図1(A)において、ゲート配線と第1のゲート電極
層、ソースドレイン配線と第1のソース電極層及びドレイン電極層の一方、電源配線と第
2のソース電極層及びドレイン電極層の一方のそれぞれは一体であり、同じ符号を付して
ある。
チゲート構造としても良い。マルチゲート構造のトランジスタは、オフ電流が小さく、該
トランジスタを含む発光表示装置の表示特性を高めることができる。
112c)は、ゲート絶縁層106及び半導体層108aを介して重なる領域を有してお
り、容量素子153を形成している。この様に、誘電体層を多層構造とすることで、一つ
の誘電体層にピンホールが生じても、ピンホールは他の誘電体層で被覆されるため、容量
素子153を正常に機能させることができる。また、酸化物半導体の比誘電率は14乃至
16と大きいため、半導体層108aに酸化物半導体を用いると、容量素子153の容量
値を大きくすることが可能となる。
坦化絶縁層116が形成されており、その一部が開口されて、ゲート絶縁層106が露出
する第2の開口部130aと第2のソース電極層及びドレイン電極層112dの一部が露
出する第3の開口部130bが形成されている。また、平坦化絶縁層116を省いた構成
とすることもできる。
は隔壁119となる絶縁材料が充填される。ここで、隔壁119は図1(A)には図示さ
れていないが、第1の画素電極層118の端部及び上記の構成において凹凸のある領域な
どを覆うように形成する。隔壁119によって、後に第1の画素電極層118上などに形
成するEL層160や第2の画素電極層170の断切れを防止することができる。
極層102cを電源配線(第2のソース電極層及びドレイン電極層112c)と重ねない
構成とし、容量素子を形成していない。この構成の等価回路は、図3(B)である。
化学式InMO3(ZnO)m(m>0)で表記される材料を用いた薄膜により形成する
ことができる。ここで、Mは、Sn、Zn、Ga、Al、Mn及びCoから選ばれた一つ
、または複数の金属元素を示す。例えば、Mとして、Ga、Ga及びAl、Ga及びMn
またはGa及びCoなどを用いることができる。
a:Zn=2:2:1(=2/5:2/5:1/5)の原子数比のIn−Ga−Zn−O
系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いることができる。あるいは、In:Sn:Zn
=1:1:1(=1/3:1/3:1/3)、In:Sn:Zn=2:1:3(=1/3
:1/6:1/2)あるいはIn:Sn:Zn=2:1:5(=1/4:1/8:5/8
)の原子数比のIn−Sn−Zn−O系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いるとよい
。
応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とする半導体特性を得るために、キ
ャリア濃度や不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間結合距離、密度
等を適切なものとすることが好ましい。
ながら、In−Ga−Zn−O系酸化物でも、バルク内欠陥密度を低減することにより移
動度を上げることができる。
c=1)である酸化物が、原子数比がIn:Ga:Zn=A:B:C(A+B+C=1)
の酸化物のrだけ近傍であるとは、a、b、cが、(a―A)2+(b―B)2+(c―
C)2≦r2を満たすことを言う。rとしては、例えば、0.05とすればよい。他の酸
化物でも同様である。
でもよい。また、アモルファス中に結晶性を有する部分を含む構造でも、非アモルファス
でもよい。
これを用いてトランジスタを作製した際の界面散乱を低減でき、比較的容易に、比較的高
い移動度を得ることができる。
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を形成することが好ましく
、具体的には、平均面粗さ(Ra)が1nm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。
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」と表現でき、以下の式にて定義される。
)(x2,y2)で表される4点によって囲まれる長方形の領域)の面積を指し、Z0は
測定面の平均高さを指す。Raは原子間力顕微鏡(AFM:Atomic Force
Microscope)にて評価可能である。
特性を有する。酸化物半導体は、水素などの不純物が十分に除去されることにより、また
は、十分な酸素が供給されることにより、高純度化されたものであることが望ましい。具
体的には、例えば、酸化物半導体の水素濃度は5×1019atoms/cm3以下、望
ましくは5×1018atoms/cm3以下、より望ましくは5×1017atoms
/cm3以下とする。なお、上述の酸化物半導体中の水素濃度は、二次イオン質量分析法
(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)で測
定されるものである。このように、水素濃度が十分に低減されて高純度化され、十分な酸
素の供給により酸素欠損に起因するエネルギーギャップ中の欠陥準位が低減された酸化物
半導体では、水素等のドナーに起因するキャリア密度が1×1012/cm3未満、望ま
しくは、1×1011/cm3未満、より望ましくは1.45×1010/cm3未満と
なる。また、例えば、室温(25℃)でのオフ電流(ここでは、単位チャネル幅(1μm
)あたりの値)は100zA(1zA(ゼプトアンペア)は1×10−21A)以下、望
ましくは10zA以下となる。このように、i型化(真性化)または実質的にi型化され
た酸化物半導体を用いることで、極めて優れたオフ電流特性のトランジスタを得ることが
できる。
1(A)、(B)に示す構成より保持容量の面積を小さくした場合においても一般的なフ
レーム周波数(60Hz)もしくはそれ以下のフレーム周波数においても、何ら問題なく
画像を保持することができる。
ていても問題がなく、ナトリウムのようなアルカリ金属が多量に含まれる廉価なソーダ石
灰ガラスも使えると指摘されている(神谷、野村、細野、「アモルファス酸化物半導体の
物性とデバイス開発の現状」、固体物理、2009年9月号、Vol.44、p.621
−633)しかし、このような指摘は適切でない。酸化物半導体中のアルカリ金属は、二
次イオン質量分析法による含有量の最低値で、ナトリウム(Na)が5×1016cm−
3以下、好ましくは1×1016cm−3以下、さらに好ましくは1×1015cm−3
以下、リチウム(Li)が5×1015cm−3以下、好ましくは1×1015cm−3
以下、カリウム(K)が5×1015cm−3以下、好ましくは1×1015cm−3以
下である。
ないほうがよい。特にアルカリ金属のうち、Naは酸化物半導体に接する絶縁膜が酸化物
であった場合、その中に拡散し、Na+となる。また、酸化物半導体内において、金属と
酸素の結合を分断し、あるいは結合中に割り込む。その結果、トランジスタ特性の劣化(
例えば、ノーマリオン化(しきい値の負へのシフト)、移動度の低下等)をもたらす。加
えて、特性のばらつきの原因ともなる。このような問題は、特に酸化物半導体中の水素の
濃度が十分に低い場合において顕著となる。したがって、酸化物半導体中の水素の濃度が
5×1019cm−3以下、特に5×1018cm−3以下である場合には、アルカリ金
属の濃度を上記の値にすることが強く求められる。
成する上では絶縁体とみなすことができる。従って、同一島状の半導体層に複数のトラン
ジスタが構成されていても互いに干渉することはなく、各トランジスタを動作させること
ができる。なお、本実施の形態では2つのトランジスタが同一島状の半導体層に形成され
ているが、容量素子部に半導体層を残さない構造とすれば、2つのトランジスタの半導体
層を分離することもできる。
に接して形成されている領域があるが、上記と同様にi型化または実質的にi型化された
酸化物半導体は、ほぼ絶縁物とみなすことができるため、第1の画素電極層118と半導
体層108aの端部が接しても、漏れ電流等の問題は生じない。
うに、画素領域全面に半導体層を残す構成としても良い。酸化物半導体層は上述のように
高抵抗であることと、可視光に対して透光性を有するため、発光素子からの発光方向がト
ランジスタ側であっても光を透過させることができる。
層112dを、U字型(C字型、コの字型、または馬蹄型)の第2のソース電極層及びド
レイン電極層112cで囲む形状としている。このような形状とすることで、トランジス
タの面積が少なくても、十分なチャネル幅を確保することが可能となり、トランジスタの
導通時に流れる電流(オン電流ともいう)の量を増やすことが可能となる。
によりフォトリソグラフィ工程が削減できるという特徴があり、次に図4乃至7を用いて
作製方法の一例の詳細を説明する。
うに容量素子部260、配線交差部270、及びFPC接続部280についても必要に応
じて説明する。
ラフィ工程、及びエッチング工程により第1のゲート電極層102a、第2のゲート電極
層102bを形成する(図4(A)参照)。
よい。インクジェット法では、フォトマスクを使用しないため、更に製造コストを低減す
ることができる。また、レジストマスクはエッチング工程の後に剥離するものとし、各フ
ォトリソグラフィ工程における説明は省くこととする。
もの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、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基板などを用いることもできる。
地膜となる絶縁膜を設けてもよい。下地膜は、基板100からの不純物元素の拡散を防止
する機能があり、酸化シリコン、酸窒化シリコン、窒化シリコン、酸化ハフニウム、酸化
アルミニウム、酸化ガリウム、酸化ガリウムアルミニウムから選ばれた膜で形成すること
ができる。また、該下地膜は単層に限らず、上記の複数の膜の積層であっても良い。
ンタル、タングステン、アルミニウム、銅、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スパッタ法等で形成することができる。また、該ゲー
ト電極層は単層に限らず、上記複数の材料の積層であっても良い。例えば、アルミニウム
とモリブデンの積層、アルミニウムとチタンの積層、銅とモリブデンの積層、または銅と
タングステンの積層などがある。ここでは、銅上にモリブデンを形成した積層を用いる。
06をCVD法やスパッタ法等を用いて形成する。ゲート絶縁層106は、酸化シリコン
、窒化シリコン、酸窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化ハフニウム、
酸化イットリウム、酸化ガリウム、酸化ランタン、ハフニウムシリケート(HfSixO
y(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))、窒素が添加されたハフニウムアルミネート(HfAlOxNy(x
>0、y>0))、などを含むように形成するのが好適である。またはこれらの混合材料
をプラズマCVD法、またはスパッタ法等により形成することもできる。また、ゲート絶
縁層106は単層に限らず、上記複数の材料の積層であっても良い。また、その厚さは特
に限定されないが、例えば、酸化シリコンを用いる場合には、1nm以上100nm以下
、好ましくは10nm以上50nm以下とすることができる。
用いることが好ましい。この様な材料は、半導体膜との界面の状態を良好に保つことがで
きる。ここで、「半導体膜と同種の成分」とは、半導体膜の構成元素から選択される一つ
または複数の元素を含むことを意味する。例えば、半導体膜がIn−Ga−Zn−O系の
酸化物半導体材料によって構成される場合、同種の成分を含む絶縁材料としては酸化ガリ
ウムなどがある。
るマイクロ波(例えば周波数2.45GHz)を用いた高密度プラズマCVDを用いるこ
とが好ましい。半導体層と高品質ゲート絶縁層が密接することにより、界面準位を低減す
ることができる。
る絶縁層であっても良い。いずれにしても、ゲート絶縁層は、膜質が良好であることは勿
論のこと、半導体層との界面準位密度を低減し、良好な界面を形成できるものが好ましい
。
水酸基及び水分が極力含まれない様にするために、ゲート絶縁層106までが形成された
基板100を成膜装置の予備加熱室で真空加熱し、基板100に吸着した水素、水分など
の不純物を脱離させて排気することが好ましい。なお、予備加熱室に設ける排気手段には
、クライオポンプを用いることが好ましい。なお、この予備加熱の処理は省略することも
できる。
上30nm以下の半導体膜108を形成する(図4(B)参照)。
しては、少なくともインジウム(In)あるいは亜鉛(Zn)を含むことが好ましい。特
にInと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
特性のばらつきを減らすためのスタビライザーとして、それらに加えてガリウム(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)を有することが好ま
しい。また、スタビライザーとしてハフニウム(Hf)を有することが好ましい。また、
スタビライザーとしてアルミニウム(Al)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)のいずれか一種あるいは複数種を有してもよい。
物であるIn−Zn−O系酸化物、Sn−Zn−O系酸化物、Al−Zn−O系酸化物、
Zn−Mg−O系酸化物、Sn−Mg−O系酸化物、In−Mg−O系酸化物、In−G
a−O系酸化物、三元系金属の酸化物であるIn−Ga−Zn−O系酸化物(IGZOと
も表記する)、In−Al−Zn−O系酸化物、In−Sn−Zn−O系酸化物、Sn−
Ga−Zn−O系酸化物、Al−Ga−Zn−O系酸化物、Sn−Al−Zn−O系酸化
物、In−Hf−Zn−O系酸化物、In−La−Zn−O系酸化物、In−Ce−Zn
−O系酸化物、In−Pr−Zn−O系酸化物、In−Nd−Zn−O系酸化物、In−
Sm−Zn−O系酸化物、In−Eu−Zn−O系酸化物、In−Gd−Zn−O系酸化
物、In−Tb−Zn−O系酸化物、In−Dy−Zn−O系酸化物、In−Ho−Zn
−O系酸化物、In−Er−Zn−O系酸化物、In−Tm−Zn−O系酸化物、In−
Yb−Zn−O系酸化物、In−Lu−Zn−O系酸化物、四元系金属の酸化物であるI
n−Sn−Ga−Zn−O系酸化物、In−Hf−Ga−Zn−O系酸化物、In−Al
−Ga−Zn−O系酸化物、In−Sn−Al−Zn−O系酸化物、In−Sn−Hf−
Zn−O系酸化物、In−Hf−Al−Zn−O系酸化物を用いることができる。
として有する酸化物という意味であり、InとGaとZnの比率は問わない。また、In
とGaとZn以外の金属元素が入っていてもよい。
用いると電気特性が良好なトランジスタを形成することができる。本実施の形態では、半
導体膜108としてIn−Ga−Zn−O系酸化物からなる膜をスパッタ法により成膜す
る。
3:ZnO=1:1:1[mol数比]の酸化物ターゲットを用いる。また、In2O3
:Ga2O3:ZnO=1:1:2[mol数比]の酸化物ターゲットを用いてもよい。
トの組成比は、原子数比で、In:Zn=50:1〜1:2(mol数比に換算するとI
n2O3:ZnO=25:1〜1:4)、好ましくはIn:Zn=20:1〜1:1(m
ol数比に換算するとIn2O3:ZnO=10:1〜1:2)、さらに好ましくはIn
:Zn=15:1〜1.5:1(mol数比に換算するとIn2O3:ZnO=15:2
〜3:4)とする。例えば、In−Zn−O系酸化物半導体の形成に用いる酸化物ターゲ
ットは、原子数比がIn:Zn:O=X:Y:Zのとき、Z>1.5X+Yとする。
の組成比は、In:Sn:Znが原子数比で、1:2:2、2:1:3、1:1:1、ま
たは20:45:35などとなる酸化物ターゲットを用いる。
下である。充填率の高いターゲットを用いることにより、成膜した酸化物半導体膜は緻密
な膜とすることができる。
素の混合ガスを用いることができる。なお、該スパッタガスには、水素、水、水酸基また
は水素化物などの不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
された成膜室内に基板を保持し、基板温度を200℃以上450℃以下として成膜するこ
とで、酸化物半導体膜に含まれる不純物濃度を低減することができる。ただし、ゲート電
極層に用いる材料により上限の温度がことなり、本実施の形態のように融点が高い銅とモ
リブデンの積層と用いる場合や、銅とタングステンの積層を用いる場合は、450℃を上
限とすることができるが、融点が低いアルミニウムを含む積層を用いる場合は、上限を3
80℃とすることが好ましい。
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。
クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素原子、水など水素原子を含む化
合物、及び炭素原子を含む化合物等が排気されるため、該成膜室で成膜した酸化物半導体
膜に含まれる不純物の濃度を低減することができる。
、直流(DC)電源0.5kW、酸素(酸素流量比率100%)雰囲気下の条件が挙げら
れる。なお、パルス直流電源を用いると、成膜時に発生する粉状物質(パーティクル、ご
みともいう)を軽減でき、膜厚分布も均一にすることができる。
おいて、脱水化または脱水素化とは、水や水素分子を脱離させていることのみを示すもの
ではなく、水素原子や水酸基などを脱離することも含まれる。
450℃、1時間の条件で行うことができる。この間、半導体膜108は大気に触れさせ
ず、水や水素の混入が生じないようにする。
整え、エネルギーギャップ中の欠陥準位を低減することができる。熱処理の温度は、25
0℃以上450℃以下とする。また、熱処理時間は、上記好適な温度範囲であれば1時間
程度行えば良い。ただし、低温で長時間、または高温で短時間の処理を行っても良く、実
施者が適宜決定すれば良い。なお、上限の温度はゲート電極層に用いる材料に依存するた
め、上述したように銅を含む材料を用いる場合は、450℃を上限とすることができるが
、アルミニウムを含む材料を用いる場合は、380℃が上限となる。
によって、被処理物を加熱する装置を用いても良い。例えば、GRTA(Gas Rap
id Thermal Anneal)装置、LRTA(Lamp Rapid The
rmal 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熱処理を行う装置である。ガスとしては、アルゴン
などの希ガス、または窒素のような、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。
間熱した後、当該不活性ガス雰囲気から被処理物を取り出すGRTA処理を行ってもよい
。GRTA処理を用いると短時間での高温熱処理が可能となる。また、被処理物の耐熱温
度を超える温度条件であっても適用が可能となる。なお、処理中に、不活性ガスを、酸素
を含むガスに切り替えても良い。酸素を含む雰囲気において第1の熱処理を行うことで、
酸素欠損に起因するエネルギーギャップ中の欠陥準位を低減することができるためである
。
)を主成分とする雰囲気であって、水、水素などが含まれない雰囲気を適用するのが望ま
しい。例えば、熱処理装置に導入する窒素や、ヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの
純度を、6N(99.9999%)以上、好ましくは7N(99.99999%)以上(
すなわち、不純物濃度が1ppm以下、好ましくは0.1ppm以下)とする。
に限りなく近い酸化物半導体膜を形成することで、極めて優れた特性のトランジスタを実
現することができる。
保護絶縁膜形成後に行ってもよい。また、一回に限らず複数回行っても良い。
層102b、及び第1のゲート電極層102a上の半導体膜108及びゲート絶縁層10
6の一部を開口した第1の開口部110a、110bを形成する。ここで、第1の開口部
110aは、後に第1のトランジスタ151の第1のソース電極層及びドレイン電極層1
12bと第2のゲート電極102bとの接続のために用いられ、FPC接続部に形成され
る第1の開口部110bは、第1のゲート電極層102aを露出させるための開口である
(図4(C)参照)。
たはウェットエッチングのどちらを用いても良い。また、両方を用いてもよい。例えば、
酸化物半導体である半導体膜108のエッチング液としては、燐酸、酢酸、及び硝酸を混
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、ゲート絶縁層106は、フッ酸系のエッチング液を用いれば良い。
8上に、トランジスタのソース電極層及びドレイン電極層(これと同じ層で形成される配
線を含む)となる第2の導電膜112を形成する(図5(A)参照)。
モリブデン、タングステンからから選ばれた元素を含む金属膜、または上述した元素を成
分とする金属窒化物膜(窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜)等を用
いることができる。また、アルミニウム、銅などの金属膜の一方の面または双方の面にチ
タン、モリブデン、タングステンなどの高融点金属膜またはそれらの窒化膜(窒化チタン
膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜等)を積層させた構成としても良い。例えば
、タングステンと銅の積層、タングステン、窒化タングステン、銅、タングステンの積層
、モリブデン、窒化モリブデン、銅、モリブデンの積層、モリブデン、アルミニウム、モ
リブデンの積層などがある。本実施の形態では、タングステン上に銅を形成した積層を用
いる。
形成し、選択的にエッチングを行って、第1のソース電極層及びドレイン電極層112a
、112b、第2のソース電極層及びドレイン電極層112c、112dを形成する。ま
た、容量素子部においては、ゲート絶縁層106及び半導体膜108を介して第2のゲー
ト電極と重なるように電源配線(第2のソース電極層及びドレイン電極層112c)を形
成する。また、FPC接続部には第1のゲート電極層102aと電気的に接続される導電
層112eを形成する(図5(B)参照)。
い様にすることが好ましい。しかしながら、第2の導電膜112のみをエッチングする条
件を得ることは難しく、第2の導電膜112のエッチングの際に半導体膜108の一部が
エッチングされ、溝部(凹部)を有する形状となることもある。
3が形成される。該トランジスタは、水素、水分、水酸基または水素化物(水素化合物と
もいう)などの不純物を半導体膜108より意図的に排除し、高純度化された酸化物半導
体を含むトランジスタである。よって、該トランジスタは、電気的特性変動が抑制されて
おり、電気的に安定である。
5(C)参照)。保護絶縁層114は、少なくとも1nm以上の膜厚とし、保護絶縁層1
14に水、水素等の不純物を極力混入させない上述した方法を適宜用いて形成することが
できる。本実施の形態では、スパッタ法を用いて保護絶縁層114を形成する。保護絶縁
層114に水素が含まれていると、その水素が半導体膜108へ侵入する場合や、半導体
膜108中の酸素を水素が引き抜く現象が生じることがある。この様な現象が起こると、
半導体膜108のバックチャネル側が低抵抗化(n型化)してしまい、寄生チャネルが形
成されてしまうことがある。従って、保護絶縁層114はできるだけ水素を含まない膜に
なる様にすることが重要である。
化シリコン、酸窒化シリコン、窒化シリコン、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化
ガリウム、酸化ガリウムアルミニウム等の無機絶縁材料を含む材料を用いて、単層または
積層で形成することができる。
分を含む絶縁材料を用いると好ましい。この様な材料は半導体膜108との界面の状態を
良好に保つことができる。例えば、半導体膜108がIn−Ga−Zn−O系の酸化物半
導体材料によって構成される場合、同種の成分でなる絶縁材料としては酸化ガリウムなど
がある。
絶縁膜(以下、膜a)と、膜aの成分材料とは異なる材料を含む膜(以下、膜b)との積
層構造とするとなお良い。膜aと膜bとを半導体膜108側から順に積層した構造とする
ことで、電荷は膜aと膜bとの界面の電荷捕獲中心に優先的に捕獲される(半導体膜10
8と膜aとの界面との比較)ため、半導体膜108の界面での電荷捕獲を十分に抑制する
ことができる様になり、トランジスタの信頼性が向上するためである。
との積層、または酸化ガリウム膜と窒化シリコン膜との積層などを用いることが好適であ
る。
ガス、酸素、または希ガスと酸素の混合ガスを用いて、スパッタ法で成膜することができ
る。成膜時の基板温度は、室温以上300℃以下とすればよく、本実施の形態では100
℃とする。また、ターゲットには、酸化シリコンターゲットまたはシリコンターゲットを
用いることができる。例えば、シリコンターゲットを用いて、酸素をスパッタガスとして
酸化シリコンを形成することができる。
残留水分を除去するため、吸着型の真空ポンプ(クライオポンプなど)を用いることが好
ましい。クライオポンプを用いて排気した成膜室では、例えば、水素原子、水など水素原
子を含む化合物、及び炭素原子を含む化合物等が排気されるため、成膜した保護絶縁層1
14に含まれる不純物の濃度を低減できる。また、成膜室内の残留水分を除去するための
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。
化物などの不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
には、前述した第1の熱処理と同様の方法を用いることができる。第1の熱処理と同様に
ゲート電極層、ソース電極層及びドレイン電極層に用いる材料によって熱処理の上限温度
は異なり、該電極層が銅、モリブデン、タングステンなどの融点の高い金属で構成されて
いる場合は450℃を上限温度とすることができる。一方、該電極層がアルミニウムなど
の融点の低い金属が含まれて構成されている場合は、380℃を上限温度とすることがで
きる。また、大気中、100℃以上200℃以下、1時間以上30時間以下の熱処理を行
ってもよい。この熱処理は一定温度を1回で行うだけでなく、室温から100℃以上20
0℃以下の温度への昇温と、その温度から室温までの降温を複数回繰り返して行ってもよ
い。
む保護絶縁層114より酸素をさらに半導体膜108へ供給することができる。
化絶縁層116は、アクリル、ポリイミド、ポリアミドなどの有機樹脂、またはシロキサ
ンを用いて形成することが好ましい。
望の形状が得られるため、工程を簡略化することができる。また、露光して所望の形状に
硬化させた感光性樹脂をレジストマスクとすることができる。
トリソグラフィ工程)によって開口部を有する形状を得た後、該感光性アクリル樹脂をマ
スクとして保護絶縁層114及び半導体膜108をエッチングし、第2の開口部130a
、第3の開口部130bを形成する(図6(B)参照)。
。ドライエッチングに用いるエッチングガスとしては、塩素を含むガス(塩素系ガス、例
えば塩素(Cl2)、三塩化硼素(BCl3)、四塩化珪素(SiCl4)、四塩化炭素
(CCl4)など)を用いることができる。ドライエッチング法としては、平行平板型R
IE(Reactive Ion Etching)法や、ICP(Inductive
ly Coupled Plasma:誘導結合型プラズマ)エッチング法を用いること
ができる。
れる。ここで、半導体膜108の不要な領域は取り除かれ、半導体層108aが形成され
る。従って、半導体膜を島状に加工するような工程を省くことができる。すなわち、フォ
トリソグラフィ工程を削減することができる。
ン電極層112d、及び導電層112eがエッチングストッパーとなるため、保護絶縁層
114のみがエッチングされて形成される。
接形成されることがなく、フォトレジストの剥離洗浄工程などにおいて半導体層108a
を汚染することがないため、トランジスタの電気特性の変動を抑えることができる。
、第1のトランジスタ151、第2のトランジスタ152は半導体層108aに酸化物半
導体を用いたnチャネル型であり、第1の画素電極層118となる第3の導電膜としては
発光素子の陰極となる材料を用いるのが望ましい。具体的には、陰極としては、仕事関数
が小さい材料、例えば、Ca、Al、CaF、MgAg、AlLi等を用いることができ
る。なお、発光方向を制御するために第3の導電膜として透光性導電膜を用いても良い。
この場合は、透光性導電膜上に陰極となる上記材料を形成すれば良い。なお、透光性導電
膜としては、例えば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、インジウム錫酸化物(以下、ITOと示す。)、インジウム亜鉛酸化物、酸
化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などがある。また、1枚乃至10枚のグラフェン
シート(グラファイトの1層分)よりなる材料を用いてもよい。
、選択的にエッチングを行って、第1の画素電極層118を形成する。このとき、第2の
開口部に第1の画素電極層118が形成されても良い。なお、第3の導電膜にITO等の
酸化物導電層を用いると、FPC接続部において下層の金属導電層の表面酸化によるFP
C端子との接触抵抗の増加を抑えることができ、半導体装置の信頼性を向上させることが
できる。
周囲を覆うように隔壁119を形成する(図6(C)参照)。
択的に形成する。
の方法で形成される構成とは異なり、容量素子153を形成しない構成では、図4(A)
において、容量素子を形成する領域に第2のゲート電極層102bを設けない構成とすれ
ば良い。
図5(C)までは上述の方法と同様であり、第4のフォトリソグラフィ工程によって、第
2の開口部120a、第3の開口部120bを形成する(図7(A)参照)。
膜を形成し、第5のフォトリソグラフィ工程により第3の導電膜上にレジストマスクを形
成し、選択的にエッチングを行って、第1の画素電極層118を形成する。このとき、第
2の開口部120aの一部に第1の画素電極層118が形成されても良い。
周囲を覆うように隔壁119を形成する(図7(B)参照)。
去を同時に行うことでフォトリソグラフィ工程を削減した発光表示装置の作製方法を提供
することができる。
本実施の形態では、実施の形態1と一部異なる工程例を図8を用いて説明する。なお、図
8において、図4と同一の箇所には同じ符号を用い、同じ符号の詳細な説明はここでは省
略する。
1のフォトリソグラフィ工程、及びエッチング工程によりゲート電極層142を形成する
。
態では下地膜101を設ける。下地膜101は、基板100からの不純物元素(Naなど
)の拡散を防止する機能があり、酸化シリコン、酸窒化シリコン、窒化シリコン、酸化ハ
フニウム、酸化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化ガリウムアルミニウムから選ばれた膜
で形成することができる。また、該下地膜は単層に限らず、上記の複数の膜の積層であっ
ても良い。
体膜の成膜後の加熱処理の温度が200℃以上450℃以下であるため、ゲート電極層1
42の材料として、銅を下層とし、モリブデンを上層とする積層、または銅を下層とし、
タングステンを上層とする積層を用いる。
やスパッタ法等を用いて形成する。ここまでの工程を経た断面図を図8(A)に示す。
成する。本実施の形態では、酸化物半導体用ターゲット(In−Ga−Zn−O系酸化物
半導体用ターゲット(In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:2[mol数比])を
用いて、基板とターゲットの間との距離を170mm、基板温度250℃、圧力0.4P
a、直流(DC)電源0.5kW、酸素のみ、アルゴンのみ、又はアルゴン及び酸素雰囲
気下で膜厚5nmの第1の酸化物半導体膜を成膜する。
1の加熱処理の温度は、200℃以上450℃以下とする。また、第1の加熱処理の加熱
時間は1時間以上24時間以下とする。第1の加熱処理によって第1の結晶性酸化物半導
体層148aを形成する(図8(B)参照)。
体膜を形成する。本実施の形態では、In−Ga−Zn−O系酸化物ターゲット(In2
O3:Ga2O3:ZnO=1:1:2[mol数比])を用いて、基板と該ターゲット
の間との距離を170mm、基板温度400℃、圧力0.4Pa、直流(DC)電源0.
5kW、酸素のみ、アルゴンのみ、又はアルゴン及び酸素雰囲気下で膜厚25nmの第2
の酸化物半導体膜を成膜する。
2の加熱処理の温度は、200℃以上450℃以下とする。また、第2の加熱処理の加熱
時間は1時間以上24時間以下とする。第2の加熱処理によって第2の結晶性酸化物半導
体層148bを形成する(図8(C)参照)。
成し、保護絶縁層114、第1の結晶性酸化物半導体層148a、及び第2の結晶性酸化
物半導体層148bを同一のレジストマスクを用いてエッチングすることによって、フォ
トリソグラフィ工程を削減する。
ランジスタ152を含む構成を得ることができる。ただし、本実施の形態を用いた場合、
これらのトランジスタのチャネル形成領域を含む半導体層は、第1の結晶性酸化物半導体
層148a、及び第2の結晶性酸化物半導体層148bの積層となる。第1の結晶性酸化
物半導体層148a、及び第2の結晶性酸化物半導体層148bは、C軸配向を有する結
晶性酸化物半導体である。
形状または六角形状の原子配列を有し、c軸においては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おり、ab面においてはa軸またはb軸の向きが異なる(c
軸を中心に回転した)結晶(CAAC:C Axis Aligned Crystal
ともいう。)を含む酸化物である。
物半導体層148bのような積層に限らず、単層でも形成することができる。
、平均粗さをシリコンの熱酸化膜と同等レベルまたはそれ以下とすることが好ましい。表
面の平坦性の高い層上にCAACを形成することで、CAACを構成する結晶の結晶性及
び連続性を高めることができる。
例えば、スパッタガスにアルゴンと酸素を用いる場合は、酸素の流量比率を30%以上と
することでCAACを構成する結晶の結晶性を高めることができ、かつ膜中の酸素欠損へ
の酸素の補填を行うことができる。また、150℃以上の高温で成膜することで、CAA
Cを構成する結晶の結晶性を更に高めることができる。
雰囲気または窒素と酸素の混合雰囲気で加熱処理することによりCAAC中の酸素を過剰
とし、効果的に酸素欠損を補填することができる。なお、該加熱処理の温度は、450℃
程度であることが好ましい。
て、三角形、六角形、正三角形または正六角形の原子配列を有し、かつc軸方向に垂直な
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が層状に配列した相を含む酸
化物をいう。
ACは結晶化した部分(結晶部分)を含むが、1つの結晶部分と他の結晶部分の境界を明
確に判別できないこともある。
を構成する個々の結晶部分のc軸は一定の方向(例えば、CAACを支持する基板面、C
AACの表面などに垂直な方向)に揃っていてもよい。または、CAACを構成する個々
の結晶部分のab面の法線は一定の方向(例えば、CAACを支持する基板面、CAAC
の表面などに垂直な方向)を向いていてもよい。
たりする。また、その組成などに応じて、可視光に対して透明であったり不透明であった
りする。
方向から観察すると三角形または六角形の原子配列が認められ、かつその膜断面を観察す
ると金属原子または金属原子および酸素原子(または窒素原子)の層状配列が認められる
結晶を挙げることもできる。
なお、特に断りがない限り、図16乃至図18は縦方向をc軸方向とし、c軸方向と直交
する面をab面とする。なお、単に上半分、下半分という場合、ab面を境にした場合の
上半分、下半分をいう。
配位のO)と、を有する構造を示す。ここでは、金属原子が1個に対して、近接の酸素原
子のみ示した構造を小グループと呼ぶ。図16(A)の構造は、八面体構造をとるが、簡
単のため平面構造で示している。なお、図16(A)の上半分および下半分にはそれぞれ
3個ずつ4配位のOがある。図16(A)に示す小グループは電荷が0である。
配位のO)と、Gaに近接の2個の4配位のOと、を有する構造を示す。3配位のOは、
いずれもab面に存在する。図16(B)の上半分および下半分にはそれぞれ1個ずつ4
配位のOがある。また、Inも5配位をとるため、図16(B)に示す構造をとりうる。
図16(B)に示す小グループは電荷が0である。
造を示す。図16(C)の上半分には1個の4配位のOがあり、下半分には3個の4配位
のOがある。または、図16(C)の上半分に3個の4配位のOがあり、下半分に1個の
4配位のOがあってもよい。図16(C)に示す小グループは電荷が0である。
造を示す。図16(D)の上半分には3個の4配位のOがあり、下半分には3個の4配位
のOがある。図16(D)に示す小グループは電荷が+1となる。
4配位のOがあり、下半分には1個の4配位のOがある。図16(E)に示す小グループ
は電荷が−1となる。
大グループ(ユニットセルともいう。)と呼ぶ。
6配位のInの上半分の3個のOは下方向にそれぞれ3個の近接Inを有し、下半分の3
個のOは上方向にそれぞれ3個の近接Inを有する。5配位のGaの上半分の1個のOは
下方向に1個の近接Gaを有し、下半分の1個のOは上方向に1個の近接Gaを有する。
4配位のZnの上半分の1個のOは下方向に1個の近接Znを有し、下半分の3個のOは
上方向に3個の近接Znを有する。この様に、金属原子の上方向の4配位のOの数と、そ
のOの下方向にある近接金属原子の数は等しく、同様に金属原子の下方向の4配位のOの
数と、そのOの上方向にある近接金属原子の数は等しい。Oは4配位なので、下方向にあ
る近接金属原子の数と、上方向にある近接金属原子の数の和は4になる。従って、金属原
子の上方向にある4配位のOの数と、別の金属原子の下方向にある4配位のOの数との和
が4個のとき、金属原子を有する二種の小グループ同士は結合することができる。例えば
、6配位の金属原子(InまたはSn)が下半分の4配位のOを介して結合する場合、4
配位のOが3個であるため、5配位の金属原子(GaまたはIn)または4配位の金属原
子(Zn)のいずれかと結合することになる。
また、このほかにも、層構造の合計の電荷が0となるように複数の小グループが結合して
中グループを構成する。
す。図17(B)に、3つの中グループで構成される大グループを示す。なお、図17(
C)は、図17(B)の層構造をc軸方向から観察した場合の原子配列を示す。
、例えば、Snの上半分および下半分にはそれぞれ3個ずつ4配位のOがあることを丸枠
の3として示している。同様に、図17(A)において、Inの上半分および下半分には
それぞれ1個ずつ4配位のOがあり、丸枠の1として示している。また、同様に、図17
(A)において、下半分には1個の4配位のOがあり、上半分には3個の4配位のOがあ
るZnと、上半分には1個の4配位のOがあり、下半分には3個の4配位のOがあるZn
とを示している。
ら順に4配位のOが3個ずつ上半分および下半分にあるSnが、4配位のOが1個ずつ上
半分および下半分にあるInと結合し、そのInが、上半分に3個の4配位のOがあるZ
nと結合し、そのZnの下半分の1個の4配位のOを介して4配位のOが3個ずつ上半分
および下半分にあるInと結合し、そのInが、上半分に1個の4配位のOがあるZn2
個からなる小グループと結合し、この小グループの下半分の1個の4配位のOを介して4
配位のOが3個ずつ上半分および下半分にあるSnと結合している構成である。この中グ
ループが複数結合して大グループを構成する。
67、−0.5と考えることができる。例えば、In(6配位または5配位)、Zn(4
配位)、Sn(5配位または6配位)の電荷は、それぞれ+3、+2、+4である。従っ
て、Snを含む小グループは電荷が+1となる。そのため、Snを含む層構造を形成する
ためには、電荷+1を打ち消す電荷−1が必要となる。電荷−1をとる構造として、図1
6(E)に示すように、2個のZnを含む小グループが挙げられる。例えば、Snを含む
小グループが1個に対し、2個のZnを含む小グループが1個あれば、電荷が打ち消され
るため、層構造の合計の電荷を0とすることができる。
−O系の結晶(In2SnZn3O8)を得ることができる。なお、得られるIn−Sn
−Zn−O系の層構造は、In2SnZn2O7(ZnO)m(mは0または自然数。)
とする組成式で表すことができる。
、三元系金属の酸化物であるIn−Ga−Zn−O系酸化物(IGZOとも表記する。)
、In−Al−Zn−O系酸化物、Sn−Ga−Zn−O系酸化物、Al−Ga−Zn−
O系酸化物、Sn−Al−Zn−O系酸化物や、In−Hf−Zn−O系酸化物、In−
La−Zn−O系酸化物、In−Ce−Zn−O系酸化物、In−Pr−Zn−O系酸化
物、In−Nd−Zn−O系酸化物、In−Sm−Zn−O系酸化物、In−Eu−Zn
−O系酸化物、In−Gd−Zn−O系酸化物、In−Tb−Zn−O系酸化物、In−
Dy−Zn−O系酸化物、In−Ho−Zn−O系酸化物、In−Er−Zn−O系酸化
物、In−Tm−Zn−O系酸化物、In−Yb−Zn−O系酸化物、In−Lu−Zn
−O系酸化物や、二元系金属の酸化物であるIn−Zn−O系酸化物、Sn−Zn−O系
酸化物、Al−Zn−O系酸化物、Zn−Mg−O系酸化物、Sn−Mg−O系酸化物、
In−Mg−O系酸化物や、In−Ga−O系酸化物などを用いた場合も同様である。
ル図を示す。
ら順に4配位のOが3個ずつ上半分および下半分にあるInが、4配位のOが1個上半分
にあるZnと結合し、そのZnの下半分の3個の4配位のOを介して、4配位のOが1個
ずつ上半分および下半分にあるGaと結合し、そのGaの下半分の1個の4配位のOを介
して、4配位のOが3個ずつ上半分および下半分にあるInと結合している構成である。
この中グループが複数結合して大グループを構成する。
、図18(B)の層構造をc軸方向から観察した場合の原子配列を示している。
ぞれ+3、+2、+3であるため、In、ZnおよびGaのいずれかを含む小グループは
、電荷が0となる。そのため、これらの小グループの組み合わせであれば中グループの合
計の電荷は常に0となる。
中グループに限定されず、In、Ga、Znの配列が異なる中グループを組み合わせた大
グループも取りうる。
−O系の結晶を得ることができる。なお、得られるIn−Ga−Zn−O系の層構造は、
InGaO3(ZnO)n(nは自然数。)とする組成式で表すことができる。
。なお、図19(A)に示す結晶構造において、図16(B)で説明したように、Ga及
びInは5配位をとるため、GaがInに置き換わった構造も取りうる。
取りうる。なお、図19(B)に示す結晶構造において、図16(B)で説明したように
、Ga及びInは5配位をとるため、GaがInに置き換わった構造も取りうる。
)ストレス試験におけるトランジスタのしきい値電圧の変化を小さくすることができる。
本実施の形態では、本発明の一態様における発光表示装置の例を示す。表示装置の有する
表示素子としては、ここではエレクトロルミネッセンスを利用する発光素子を用いて示す
。エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子は、発光材料が有機化合物であるか、無
機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機EL素子、後者は無機EL素
子と呼ばれている。
がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして、それらキャ
リア(電子および正孔)が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成
し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このよう
な発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
類される。分散型無機EL素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有
するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−ア
クセプター再結合型発光である。薄膜型無機EL素子は、発光層を誘電体層で挟み込み、
さらにそれを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子遷移を利
用する局在型発光である。なお、ここでは、発光素子として有機EL素子を用いて説明す
る。
ものであり、基板100、第1のトランジスタ151、第2のトランジスタ152、保護
絶縁層114、平坦化絶縁層116、隔壁119、及び発光素子に用いる第1の画素電極
層118を有する(図1(A)、(B)参照)。また、第1の画素電極層118上にはE
L層、第2の画素電極層を有する。
ネル型であるので、第1の画素電極層118として、陰極を用いるのが望ましい。具体的
には、陰極としては、仕事関数が小さい材料、例えば、Ca、Al、CaF、MgAg、
AlLi等を用いることができる。
に感光性の材料を用い、第1の画素電極層118上に開口部を形成し、その開口部の側壁
が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。
いてもどちらでも良い。
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
ウム錫酸化物(以下、ITOと示す。)、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加した
インジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いることができる。また、1枚
乃至10枚のグラフェンシート(グラファイトの1層分)よりなる材料を用いてもよい。
また、上記透光性導電膜の他に、窒化チタン膜またはチタン膜を用いても良い。第1の画
素電極層118とEL層と第2の画素電極層とが重なり合うことで、発光素子が形成され
る。この後、発光素子に酸素、水素、水分、二酸化炭素等が侵入しないように、第2の電
極層及び隔壁119上に保護膜を形成してもよい。保護膜としては、窒化珪素膜、窒化酸
化珪素膜、DLC膜等を形成することができる。
フィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等)やカバー材でパッケージング(封入)することが
好ましい。
図9(A)、(B)、(C)は、図1(A)のA2−A3の断面の構成にEL層及び第2
の画素電極層等を加えて図示したものである。
して、基板上にトランジスタ及び発光素子を形成し、基板とは逆側の面から発光を取り出
す上面射出や、基板側の面から発光を取り出す下面射出や、基板側及び基板とは反対側の
面から発光を取り出す両面射出構造の発光素子があり、本発明の一態様に係る画素構成は
どの射出構造の発光素子にも適用することができる。
られる光が陽極7005側に抜ける場合の、画素の断面図を示す。図9(A)では、発光
素子7002の陰極7003と第2のトランジスタ152が電気的に接続されており、陰
極7003上に発光層7004、陽極7005が順に積層されている。陰極7003は仕
事関数が小さく、なおかつ光を反射する導電膜であれば様々の材料を用いることができる
。例えば、Ca、Al、MgAg、AlLi等が望ましい。そして発光層7004は、単
数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良
い。複数の層で構成されている場合、陰極7003上に電子注入層、電子輸送層、発光層
、ホール輸送層、ホール注入層の順に積層する。なおこれらの層を全て設ける必要はない
。陽極7005は透光性を有する導電性材料を用いて形成し、例えば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、インジウム錫酸化物(以下
、ITOと示す。)、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物
などの透光性を有する導電膜を用いても良い。また、1枚乃至10枚のグラフェンシート
(グラファイトの1層分)よりなる材料を用いてもよい。
相当する。図9(A)に示した画素の場合、発光素子7002から発せられる光は、矢印
で示すように陽極7005側に射出する。
2のトランジスタ152がnチャネル型で、発光素子7012から発せられる光が陰極7
013側に射出する場合の、画素の断面図を示す。図9(B)では、第2のトランジスタ
152と電気的に接続された透光性を有する導電膜7017上に、発光素子7012の陰
極7013が成膜されており、陰極7013上に発光層7014、陽極7015が順に積
層されている。なお、陽極7015が透光性を有する場合、陽極上を覆うように、光を反
射または遮蔽するための遮蔽膜7016が成膜されていてもよい。陰極7013は、図9
(A)の場合と同様に、仕事関数が小さい導電性材料であれば様々な材料を用いることが
できる。ただしその膜厚は、光を透過する程度(好ましくは、5nm以上30nm以下)
とする。例えば20nmの膜厚を有するアルミニウム膜を、陰極7013として用いるこ
とができる。そして発光層7014は、図9(A)と同様に、単数の層で構成されていて
も、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。陽極7015は光を
透過する必要はないが、図9(A)と同様に、透光性を有する導電性材料を用いて形成す
ることができる。そして遮蔽膜7016は、例えば光を反射する金属等を用いることがで
きるが、金属膜に限定されない。例えば黒の顔料添加した樹脂等を用いることもできる。
に相当する。図9(B)に示した画素の場合、発光素子7012から発せられる光は、矢
印で示すように陰極7013側に射出する。
、第2のトランジスタ152と電気的に接続された透光性を有する導電膜7027上に、
発光素子7022の陰極7023が成膜されており、陰極7023上に発光層7024、
陽極7025が順に積層されている。陰極7023は、図9(A)の場合と同様に、仕事
関数が小さい導電性材料であれば様々な材料を用いることができる。ただしその膜厚は、
光を透過する程度とする。例えば20nmの膜厚を有するアルミニウム膜を、陰極702
3として用いることができる。そして発光層7024は、図9(A)と同様に、単数の層
で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。陽
極7025は、図9(A)と同様に、透光性を有する導電性材料を用いて形成することが
できる。
22に相当する。図9(C)に示した画素の場合、発光素子7022から発せられる光は
、矢印で示すように陽極7025側と陰極7023側の両方に射出する。
L素子を設けることも可能である。
8aを残す構成においても、発光素子の構成は図9と同様にすることができる。この場合
の発光素子の構成を図15(A)、(B)、(C)に示す。図15(A)は図9(A)と
同じ上面射出構造、図15(B)は図9(B)と同じ下面射出構造、図15(C)は図9
(C)と同じ両面射出構造であり、それぞれの詳細は上述の図9(A)、(B)、(C)
の説明と同じである。なお、図15(B)、(C)の構成における下面方向への光の透過
は、半導体層108aに可視光に対して透光性を有する酸化物半導体層を用いることで実
現することができる。
のではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
本発明の一態様に係る発光表示装置は、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、例えば、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、デジタルカメラやデジタルビデオ
カメラ等のカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機(携帯電話、携帯電話装置とも
いう)、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機
などが挙げられる。
筐体9601に表示部9603が組み込まれている。表示部9603により、映像を表示
することが可能である。また、ここでは、スタンド9605により筐体9601を支持し
た構成を示している。
ートコントローラ9610により行うことができる。リモートコントローラ9610が備
える操作キー9609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960
3に表示される映像を操作することができる。また、リモートコントローラ9610に、
当該リモートコントローラから出力する情報を表示する表示部9607を設ける構成とし
てもよい。
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、あるい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。
フレーム9700は、筐体9701に表示部9703が組み込まれている。表示部970
3は、各種画像を表示することが可能であり、例えばデジタルカメラなどで撮影した画像
データを表示させることで、通常の写真立てと同様に機能させることができる。
Bケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など)、記録媒体挿入部などを備える構
成とする。これらの構成は、表示部と同一面に組み込まれていてもよいが、側面や裏面に
備えるとデザイン性が向上するため好ましい。例えば、デジタルフォトフレームの記録媒
体挿入部に、デジタルカメラで撮影した画像データを記憶したメモリを挿入して画像デー
タを取り込み、取り込んだ画像データを表示部9703に表示させることができる。
。無線により、所望の画像データを取り込み、表示させる構成とすることもできる。
れており、連結部9893により、開閉可能に連結されている。筐体9881には表示部
9882が組み込まれ、筐体9891には表示部9883が組み込まれている。また、図
11(A)に示す携帯型遊技機は、その他、スピーカ部9884、記録媒体挿入部988
6、LEDランプ9890、入力手段(操作キー9885、接続端子9887、センサ9
888(力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、
化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振
動、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの)、マイクロフォン9889)等を備え
ている。もちろん、携帯型遊技機の構成は上述のものに限定されず、その他付属設備が適
宜設けられた構成とすることができる。図11(A)に示す携帯型遊技機は、記録媒体に
記録されているプログラム又はデータを読み出して表示部に表示する機能や、他の携帯型
遊技機と無線通信を行って情報を共有する機能を有する。なお、図11(A)に示す携帯
型遊技機が有する機能はこれに限定されず、様々な機能を有することができる。
900は、筐体9901に表示部9903が組み込まれている。また、スロットマシン9
900は、その他、スタートレバーやストップスイッチなどの操作手段、コイン投入口、
スピーカなどを備えている。もちろん、スロットマシン9900の構成は上述のものに限
定されず、その他付属設備が適宜設けられた構成とすることができる。
に組み込まれた表示部1002の他、操作ボタン1003、外部接続ポート1004、ス
ピーカ1005、マイクロフォン1006などを備えている。
報を入力することができる。また、電話を掛ける、或いはメールを送信するなどの操作は
、表示部1002を指などで触れることにより行うことができる。
示モードであり、第2は、文字等の情報の入力を主とする入力モードである。第3は表示
モードと入力モードの2つのモードが混合した表示+入力モードである。
主とする文字入力モードとし、画面に表示させた文字の入力操作を行えばよい。この場合
、表示部1002の画面のほとんどにキーボードまたは番号ボタンを表示させることが好
ましい。
有する検出装置を設けることで、携帯電話機1000の向き(縦か横か)を判断して、表
示部1002の画面表示を自動的に切り替えるようにすることができる。
ボタン1003の操作により行われる。また、表示部1002に表示される画像の種類に
よって切り替えるようにすることもできる。例えば、表示部に表示する画像信号が動画の
データであれば表示モード、テキストデータであれば入力モードに切り替える。
部1002のタッチ操作による入力が一定期間ない場合には、画面のモードを入力モード
から表示モードに切り替えるように制御してもよい。
02に掌や指を触れることで、掌紋、指紋等を撮像することで、本人認証を行うことがで
きる。また、表示部に近赤外光を発光するバックライトまたは近赤外光を発光するセンシ
ング用光源を用いれば、指静脈、掌静脈などを撮像することもできる。
01および筐体2703の2つの筐体で構成されている。筐体2701および筐体270
3は、軸部2711により結合されており、該軸部2711を軸として開閉動作を行うこ
とができる。このような構成により、紙の書籍のような動作を行うことが可能となる。
込まれている。表示部2705および表示部2707は、続き画面を表示する構成として
もよいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とするこ
とで、例えば右側の表示部(図12(B)では表示部2705)に文章を表示し、左側の
表示部(図12(B)では表示部2707)に画像を表示することができる。
筐体2701において、電源スイッチ2721、操作キー2723、スピーカ2725な
どを備えている。操作キー2723により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示部
と同一面にキーボードやポインティングディバイスなどを備える構成としてもよい。また
、筐体の裏面や側面に、外部接続用端子(イヤホン端子、USB端子、またはACアダプ
タおよびUSBケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など)、記録媒体挿入部な
どを備える構成としてもよい。さらに、電子書籍2700は、電子辞書としての機能を持
たせた構成としてもよい。
電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすること
も可能である。
本実施の形態では、左目用の映像と右目の映像を高速で切り換える発光表示装置を用いて
、表示装置の映像と同期する専用の眼鏡を用いて動画または静止画である3D映像を視認
する例を図13を用いて示す。
接続されている外観図を示す。専用の眼鏡本体3701は、左目用パネル3702aと右
目用パネル3702bに設けられているシャッターが交互に開閉することによって使用者
が発光表示装置3711の画像を3Dとして認識することができる。
図を図13(B)に示す。
タイミング発生器3713、ソース線側駆動回路3718、外部操作手段3722及びゲ
ート線側駆動回路3719を有する。なお、キーボード等の外部操作手段3722による
操作に応じて、出力する信号を可変する。
像と左目用パネル3702aのシャッターとを同期させるための信号、右目用映像と右目
用パネル3702bのシャッターとを同期させるための信号などを形成する。
示すると同時に、左目用パネル3702aのシャッターを開ける同期信号3730aを左
目用パネル3702aに入力する。また、右目用映像の同期信号3731bを表示制御回
路3716に入力して表示部3717に表示すると同時に、右目用パネル3702bのシ
ャッターを開ける同期信号3730bを右目用パネル3702bに入力する。
えば120Hzや、240Hzのフレーム周波数で駆動する表示パネルを用いることが好
ましい。120Hzや、240Hzのフレーム周波数で高速駆動させるため、応答速度の
速い有機EL素子を用いた発光表示パネルは、3D映像を視認する表示装置として適して
いる。また、120Hzや、240Hzのフレーム周波数で高速駆動させるため、スイッ
チング素子は、アモルファスシリコンを用いたトランジスタよりも移動度の高い酸化物半
導体材料を活性層に用いたトランジスタが適している。
101 下地膜
102a 第1のゲート電極層
102b 第2のゲート電極層
102c 第2のゲート電極層
106 ゲート絶縁層
108 半導体膜
108a 半導体層
110a 第1の開口部
110b 第1の開口部
112 第2の導電膜
112a ソース電極層及びドレイン電極層
112b ソース電極層及びドレイン電極層
112c ソース電極層及びドレイン電極層
112d ソース電極層及びドレイン電極層
112e 導電層
114 保護絶縁層
116 平坦化絶縁層
118 画素電極層
119 隔壁
120a 第2の開口部
120b 第3の開口部
130a 第2の開口部
130b 第3の開口部
142 ゲート電極層
148a 結晶性酸化物半導体層
148b 結晶性酸化物半導体層
151 第1のトランジスタ
152 第2のトランジスタ
153 容量素子
160 EL層
170 第2の画素電極層(共通電極)
250 トランジスタ部
260 容量素子部
270 配線交差部
280 FPC接続部
1000 携帯電話機
1001 筐体
1002 表示部
1003 操作ボタン
1004 外部接続ポート
1005 スピーカ
1006 マイクロフォン
2700 電子書籍
2701 筐体
2703 筐体
2705 表示部
2707 表示部
2711 軸部
2721 電源スイッチ
2723 操作キー
2725 スピーカ
3701 眼鏡本体
3703 ケーブル
3702a 左目用パネル
3702b 右目用パネル
3711 発光表示装置
3713 タイミング発生器
3716 表示制御回路
3717 表示部
3718 ソース線側駆動回路
3719 ゲート線側駆動回路
3722 外部操作手段
3730a 同期信号
3730b 同期信号
3731a 同期信号
3731b 同期信号
7002 発光素子
7003 陰極
7004 発光層
7005 陽極
7012 発光素子
7013 陰極
7014 発光層
7015 陽極
7016 遮蔽膜
7017 導電膜
7022 発光素子
7023 陰極
7024 発光層
7025 陽極
7027 導電膜
9600 テレビジョン装置
9601 筐体
9603 表示部
9605 スタンド
9607 表示部
9609 操作キー
9610 リモートコントローラ
9700 デジタルフォトフレーム
9701 筐体
9703 表示部
9881 筐体
9882 表示部
9883 表示部
9884 スピーカ部
9885 操作キー
9886 記録媒体挿入部
9887 接続端子
9888 センサ
9889 マイクロフォン
9890 LEDランプ
9891 筐体
9893 連結部
9900 スロットマシン
9901 筐体
9903 表示部
Claims (1)
- 基板上に第1の導電膜を形成し、
前記第1の導電膜上に第1のレジストマスクを形成し、
前記第1のレジストマスクを用いて前記第1の導電膜を選択的にエッチングして、第1のゲート電極と第2のゲート電極を形成し、
前記第1のゲート電極及び前記第2のゲート電極上にゲート絶縁層となる第1の絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁層上に半導体膜を形成し、
前記半導体膜に加熱処理を行い、
前記半導体膜上に第2のレジストマスクを形成し、
前記第2のレジストマスクを用いて前記第2のゲート電極上の前記半導体膜及び前記第1の絶縁膜の一部を選択的にエッチングして、第1の開口部を形成し、
前記半導体膜及び前記第1の開口部を覆うように第2の導電膜を形成し、
前記第2の導電膜上に第3のレジストマスクを形成し、
前記第3のレジストマスクを用いて前記第2の導電膜を選択的にエッチングして、ソースドレイン配線と電気的に接続される第1のソース電極及びドレイン電極の一方と、第2のゲート電極と電気的に接続される第1のソース電極及びドレイン電極の他方と、電源配線に接続される第2のソース電極及びドレイン電極の一方と、第2のソース電極及びドレイン電極の他方を形成することによって、前記第1のゲート電極、前記第1のソース電極及びドレイン電極を有する第1のトランジスタ、及び前記第2のゲート電極、前記第2のソース電極及びドレイン電極を有する第2のトランジスタを形成し、
前記第1のソース電極及びドレイン電極、前記第2のソース電極及びドレイン電極、及び前記半導体膜上に保護絶縁膜となる第2の絶縁膜を形成し、
前記第2の絶縁膜上に第4のレジストマスクを形成し、
前記第4のレジストマスクを用いて前記第2の絶縁膜及び前記半導体膜を選択的にエッチングして第2の開口部を形成すると同時に、前記第2のソース電極及びドレイン電極の他方の一部が露出するように前記第2の絶縁膜に第3の開口部を形成し、
前記第3の開口部を覆うように前記第2の絶縁膜上に第3の導電膜を形成し、
前記第3の導電膜上に第5のレジストマスクを形成し、
前記第5のレジストマスクを用いて前記第3の導電膜を選択的にエッチングして第1の画素電極を形成し、
前記第2の開口部、前記第3の開口部、及び前記画素電極の周囲を覆うように第3の絶縁膜を形成し、
前記画素電極上に有機化合物を含む層を選択的に形成し、
前記有機化合物を含む層上に第2の画素電極を形成することを特徴とする発光表示装置の作製方法。
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