JP2020188274A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
Description
全般を指し、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。
タ(TFT)ともいう)を構成する技術が注目されている。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。
酸化物(IGZO系アモルファス酸化物)からなる半導体層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)。
達成は、製品化にむけて重要事項である。
工程で作製される。よって、用いられる作製工程によっては、得られる半導体装置の形状
不良や電気特性の低下が生じる恐れがある。
装置を提供することを課題の一とする。
ることを課題の一とする。
くとも一方を含む酸化物絶縁材料、または、該酸化物半導体層よりも絶縁性の高い酸化物
半導体材料を用いた保護層を形成することを特徴とする半導体装置である。
層よりも絶縁性の高い酸化物半導体材料は、チャネルが形成される酸化物半導体層の下に
形成してもよいし、該酸化物半導体層の上および下に形成してもよい。
、3A族元素、4A族元素、または4B族元素)、およびZnを含む酸化物材料、または
、In、元素M1(元素M1は、3B族元素)、元素M2(元素M2は、3A族元素、4
A族元素、または4B族元素)、およびZnを含む酸化物材料を用いた保護層を形成する
ことを特徴とする半導体装置である。
し、酸化物半導体層は、ゲート絶縁層を介してゲート電極と重畳し、保護層は、酸化物半
導体層を介してゲート絶縁層と重畳し、また、保護層は、In、元素M、およびZnを含
む酸化物材料で形成されていることを特徴とする半導体装置である。
で表記される材料を用いることができる。
フニウム(Hf)、4B族元素であるゲルマニウム(Ge)、3A族元素であるセリウム
(Ce)、イットリウム(Y)などを用いることができる。
Mの含有量は、Znの含有量の0.3倍以上1.3倍未満である。元素Mに対して相対的
にInまたはZnの数を減らすと、絶縁性を高めることができる。
し、酸化物半導体層は、ゲート絶縁層を介してゲート電極と重畳し、保護層は、酸化物半
導体層を介してゲート絶縁層と重畳し、また、保護層は、In、元素M1、元素M2、お
よびZnを含む酸化物材料で形成されていることを特徴とする半導体装置である。
2(1−X)ZnO(0<X<1+α、ただしαは0.3未満)で表記される材料を用い
ることができる。なお、元素M2において(1−X)の値がマイナスとなることはない。
また、元素M2としては、例えば、4A族元素であるチタン(Ti)、ジルコニウム(Z
r)、ハフニウム(Hf)、4B族元素であるゲルマニウム(Ge)、3A族元素である
セリウム(Ce)、イットリウム(Y)などを用いることができる。
以上40原子%以下とすることで、絶縁性を高めることができる。
体層に接して形成することにより、保護層と酸化物半導体層の界面の状態を良好に保つこ
とができ、トランジスタの特性を良好なものとすることができる。従って、安定した電気
特性を有する信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
形成することで、絶縁層のチャージアップによるしきい値電圧の変動を抑え、静電気など
によるトランジスタの特性劣化や破損を防ぐことができる。従って、半導体装置を歩留ま
りよく作製することができ、半導体装置の生産性を向上させることができる。
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、工程順又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。
するスイッチング動作などを実現することができる。本明細書におけるトランジスタは、
IGFET(Insulated Gate Field Effect Transi
stor)や薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)
を含む。
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。
は「直下」であることを限定するものではない。
本実施の形態では、半導体装置及び半導体装置の作製方法の一形態として、チャネルが形
成される半導体層に酸化物半導体を用いたトランジスタを例として、図1及び図2を用い
て説明する。図1(A)は、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を用いたトラ
ンジスタ110の平面構成を示す上面図であり、図1(B)は、図1(A)中でA1−A
2の鎖線で示した部位の断面構成を示す断面図である。また、図1(C)は、図1(B)
における部位199の拡大図である。なお、図面をわかりやすくするため、図1(A)で
は基板101、絶縁層102、ゲート絶縁層104、絶縁層108の記載を省略している
。
ばれるボトムゲート構造のトランジスタの一つである、また、逆スタガ型と呼ばれるトラ
ンジスタの一つでもある。
03が形成されている。また、ゲート電極103上にゲート絶縁層104が形成され、ゲ
ート絶縁層104上に酸化物半導体層105が形成されている。また、酸化物半導体層1
05上に保護層106が形成され、保護層106及び酸化物半導体層105の一部と接し
て、ソース電極107a及びドレイン電極107bが形成されている。さらに、保護層1
06上に絶縁層108を形成してもよい。なお、保護層106は、後述するチャネル幅方
向において、酸化物半導体層105の端部を越えて伸長している。
含む。特にInと亜鉛(Zn)を含むことが好ましい。また、該酸化物を用いたトランジ
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。また、
スタビライザーとしてジルコニウム(Zr)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系酸化物、In−Mg系酸化物、In−Ga系酸化物、三元系金属の
酸化物であるIn−Ga−Zn系酸化物(IGZO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−Pr−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−Zn系酸化物、In−Yb−Zn系酸化物、I
n−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−Al−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。
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G
aとZn以外の金属元素が入っていてもよい。
記される材料を用いてもよい。なお、元素Qは、Zn、Ga、Al、Fe、Mn及びCo
から選ばれた一の金属元素または複数の金属元素を示す。また、酸化物半導体として、I
n2SnO5(ZnO)n(n>0)で表記される材料を用いてもよい。
n=2:2:1(=2/5:2/5:1/5)、あるいはIn:Ga:Zn=3:1:2
(=1/2:1/6:1/3)の原子数比のIn−Ga−Zn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系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いるとよい。
移動度、しきい値、ばらつき等)に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、原子間距離、密度等を適切なものとすることが好ましい。
ら、In−Ga−Zn系酸化物でも、バルク内欠陥密度を低くすることにより移動度を上
げることができる。
c=1)である酸化物の組成が、原子数比がIn:Ga:Zn=A:B:C(A+B+C
=1)の酸化物の組成の近傍であるとは、a、b、cが、(a−A)2+(b−B)2+
(c−C)2≦r2を満たすことをいう。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。
う。)または非晶質などの状態をとる。
is Aligned Crystalline Oxide Semiconduct
or)とする。
非晶質相に結晶部を有する結晶−非晶質混相構造の酸化物半導体膜である。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 Microsc
ope)による観察像では、CAAC−OSに含まれる非晶質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には粒界(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は、粒界に起因する電子移動度の低下
が抑制される。
な方向に揃い、かつab面に垂直な方向から見て三角形状または六角形状の原子配列を有
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、85°以上95°以下の範囲も含まれ
ることとする。
−OS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、CAAC
−OS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。
な方向に揃うため、CAAC−OS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。なお、結晶部のc軸の方向は、CAAC
−OSが形成されたときの被形成面または表面に垂直な方向となる。結晶部は、成膜する
ことにより、または成膜後に加熱処理などの結晶化処理を行うことにより形成される。
成面が結晶質であると、結晶性が乱れやすくCAAC−OSが形成されにくい。本実施の
形態に示すトランジスタ110は、ゲート絶縁層104上に酸化物半導体層105を形成
する。よって、酸化物半導体層105にCAAC−OSを用いる場合、ゲート絶縁層10
4は非晶質であることが好ましい。
りではない。CAAC−OSと同様の結晶質を有する表面上に酸化物半導体層を形成する
と、該化物半導体層はCAAC−OSになりやすい。
小さい。よって、当該トランジスタは、信頼性が高い。
減することができ、表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。Raは原子間
力顕微鏡(AFM:Atomic Force Microscope)にて評価可能で
ある。
化物半導体膜の下方には、ゲート電極103とゲート絶縁層104が存在している。従っ
て、上記平坦な表面を得るために基板上にゲート電極103及びゲート絶縁層104を形
成した後、少なくともゲート電極103と重畳するゲート絶縁層104の表面に対してC
MP処理などの平坦化処理を行ってもよい。
m以下)とし、スパッタリング法、MBE(Molecular Beam Epita
xy)法、CVD法、パルスレーザ堆積法、ALD(Atomic Layer Dep
osition)法等を適宜用いることができる。また、酸化物半導体層105は、スパ
ッタリングターゲット表面に対し、概略垂直に複数の基板表面がセットされた状態で成膜
を行うスパッタ装置を用いて成膜してもよい。
、チャネル保護層として機能する。トランジスタ110のチャネル領域は、酸化物半導体
層105中の、ゲート電極103と保護層106が重畳する位置に形成される。このため
、トランジスタ110のチャネル長Lは、キャリアが流れる方向と平行な方向の、保護層
106の長さで定義される。また、トランジスタ110のチャネル幅Wは、キャリアが流
れる方向と直交する方向の、酸化物半導体層105と保護層106とソース電極107a
が接する部位の長さと、酸化物半導体層105と保護層106とドレイン電極107bが
接する部位の長さのうち、短い方の長さ、もしくは、両長さの平均値で定義される。
ゲート電極103の端部が保護層106の端部より外側に位置するように構成することが
好ましい。
ることにより、ソース電極107a又はドレイン電極107bと重畳する保護層106の
端部近傍に生じる恐れのある電界集中を緩和し、トランジスタ110の電気特性の劣化を
抑えることができる。
の端部をテーパー形状とする。ここで、保護層106端部のテーパー角θを、60°以下
、好ましくは45°以下、さらに好ましくは30°以下とする。このような角度範囲とす
ることで、高いゲート電圧がゲート電極103に印加される場合、ソース電極107a又
はドレイン電極107bの端部近傍に生じる恐れのある電界集中を緩和することができる
。なお、テーパー角θとは、テーパー形状を有する層を、その断面(基板の表面と直交す
る面)に垂直な方向から観察した際に、当該層の側面と底面がなす傾斜角を示す(図1(
C)参照)。また、テーパー角が90°未満である場合を順テーパーといい、テーパー角
が90°以上である場合を逆テーパーという。各層の端部を順テーパー形状とすることで
、その上に形成する層が途切れてしまう現象(段切れ)を防ぎ、被覆性を向上させること
ができる。
する。このような膜厚範囲とすることで、電界強度のピークを小さくできる、或いは電界
集中が分散されて電界の集中する箇所が複数となり、結果的にソース電極107a又はド
レイン電極107bの端部近傍に生じる恐れのある電界集中を緩和することができる。
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こ
とが必要となる。例えば、ガラス基板、セラミック基板、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基板の他、本作製工程の処理温度に耐えうる程度の耐熱性を有するプラスチック基
板等を用いることができる。また、これらの基板上に半導体素子が設けられたものを、基
板101として用いてもよい。
しくはアルミノケイ酸ガラス等の無アルカリガラス基板を用いるとよい。他に、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101として、可撓性基板(フ
レキシブル基板)を用いてもよい。可撓性基板を用いる場合、可撓性基板上に、トランジ
スタ110を直接作製してもよいし、他の作製基板上にトランジスタ110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、作製基板とトランジスタとの間に、剥離層を設けるとよい。本実施の形態では
、基板101として、アルミノホウケイ酸ガラスを用いる。
減することができる。絶縁層102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、窒化シリコン、酸化シリコン、窒化酸化シリコン
または酸化窒化シリコンから選ばれた材料を、単層でまたは積層して形成する。なお、本
明細書中において、窒化酸化とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多いもの
であって、酸化窒化とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多いものを示す。
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:Rutherfo
rd Backscattering Spectrometry)等を用いて測定する
ことができる。絶縁層102は、スパッタリング法、CVD法、塗布法、印刷法等を用い
て形成することができる。
不純物元素の拡散を防止または低減する機能をさらに高めることができる。下地層に含ま
せるハロゲン元素の濃度は、二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary I
on Mass Spectrometry)を用いた分析により得られる濃度ピークに
おいて、1×1015/cm3以上1×1020/cm3以下とすればよい。
00nmの酸化窒化シリコンを形成する。また、絶縁層102形成時の温度は、基板10
1が耐えうる温度以下で、より高いほうが好ましい。例えば、基板101を350℃以上
450℃以下の温度に加熱しながら絶縁層102を形成する。なお、絶縁層102形成時
の温度は一定であることが好ましい。例えば、絶縁層102の形成を、基板を350℃に
加熱して行う。
ア窒素雰囲気下において、加熱処理を行ってもよい。加熱処理により絶縁層102に含ま
れる水素、水分、水素化物、または水酸化物などの濃度を低減することができる。加熱処
理温度は、基板101が耐えうる温度以下で、より高い温度で行うことが好ましい。具体
的には、絶縁層102の成膜温度以上、基板101の歪点以下で行うことが好ましい。
1×1018atoms/cm3以下、より好ましくは5×1017atoms/cm3
以下、更に好ましくは1×1016atoms/cm3以下とすることが望ましい。
子、酸素イオン、のいずれかを含む)を導入して絶縁層102を酸素過剰な状態としても
よい。酸素の導入は、イオン注入法、イオンドーピング法、プラズマイマージョンイオン
インプランテーション法、酸素雰囲気下で行うプラズマ処理などを用いることができる。
と水酸基の間の結合を切断するとともに、これらの水素または水酸基が酸素と反応するこ
とで水を生成するため、酸素の導入後に加熱処理を行うと、不純物である水素または水酸
基が、水として脱離しやすくなる。このため、絶縁層102へ酸素を導入した後に加熱処
理を行ってもよい。その後、さらに絶縁層102に酸素を導入し、絶縁層102を酸素過
剰な状態としてもよい。
なる導電層を形成する。ゲート電極103となる導電層は、アルミニウム(Al)、クロ
ム(Cr)、銅(Cu)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、タ
ングステン(W)、ネオジム(Nd)、スカンジウム(Sc)から選ばれた金属元素、上
述した金属元素を成分とする合金、上述した金属元素を組み合わせた合金、上述した金属
元素の窒化物などを用いて形成することができる。また、マンガン(Mn)、マグネシウ
ム(Mg)、ジルコニウム(Zr)、ベリリウム(Be)のいずれか一または複数から選
択された金属元素を含む材料用いてもよい。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。
い。例えば、シリコンを含むアルミニウムを用いた単層構造、アルミニウム上にチタンを
積層する二層構造、窒化チタン上にチタンを積層する二層構造、窒化チタン上にタングス
テンを積層する二層構造、窒化タンタル上にタングステンを積層する二層構造、Cu−M
g−Al合金上にCuを積層する二層構造、窒化チタン上に銅を積層し、さらにその上に
タングステンを形成する三層構造などがある。
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、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適用することもで
きる。また、上記透光性を有する導電性材料と、上記金属元素を含む材料の積層構造とす
ることもできる。
を含むIn−Ga−Zn系酸化物や、窒素を含むIn−Sn系酸化物や、窒素を含むIn
−Ga系酸化物や、窒素を含むIn−Zn系酸化物や、窒素を含むSn系酸化物や、窒素
を含むIn系酸化物や、金属窒化膜(InN、SnNなど)を用いることができる。
合、トランジスタの電気特性のしきい値電圧をプラスにすることができ、所謂ノーマリー
オフのn型トランジスタを実現できる。
100nmのタングステンを形成する。
3(これと同じ層で形成される配線を含む)を形成する(図2(A)参照)。導電層の一
部を選択的にエッチングする場合は、導電層上にレジストマスクを形成し、ドライエッチ
ング法またはウェットエッチング法により、導電層の不要部分を除去すればよい。また、
導電層のエッチングを、ドライエッチング法とウェットエッチング法の両方を組み合わせ
て行ってもよい。導電層上に形成するレジストマスクはフォトリソグラフィ法、印刷法、
インクジェット法等を適宜用いることができる。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。
元素を含むガスを用いることができる。ハロゲン元素を含むガスの一例としては、塩素(
Cl2)、三塩化硼素(BCl3)、四塩化珪素(SiCl4)もしくは四塩化炭素(C
Cl4)などを代表とする塩素系ガス、四フッ化炭素(CF4)、六フッ化硫黄(SF6
)、三フッ化窒素(NF3)もしくはトリフルオロメタン(CHF3)などを代表とする
フッ素系ガス、臭化水素(HBr)または酸素を適宜用いることができる。また用いるエ
ッチング用ガスに不活性気体を添加してもよい。また、ドライエッチング法としては、平
行平板型RIE(Reactive Ion Etching)法や、ICP(Indu
ctively 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。所望の加工形状にエッチングできるように、エッチング条件(コイ
ル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加される電力量、基板側の電極温度等
)を適宜調節する。
成する工程をフォトリソグラフィ工程と言うが、一般にレジストマスク形成後には、エッ
チング工程とレジストマスクの剥離工程が行われることが多い。このため、特段の説明が
無い限り、本明細書で言うフォトリソグラフィ工程には、レジストマスクの形成工程と、
導電層または絶縁層のエッチング工程と、レジストマスクの剥離工程が含まれているもの
とする。
処理を行ってもよい。特にゲート絶縁層104として膜厚の薄い絶縁層を用いる場合、ゲ
ート電極103表面の平坦性が良好であることが好ましい。
ALD法等を適宜用いて形成することができる。また、μ波(例えば周波数2.45GH
z)を用いた高密度プラズマCVD法などを適用することができる。また、ゲート絶縁層
104は、スパッタリングターゲット表面に対し、概略垂直に複数の基板表面がセットさ
れた状態で成膜を行うスパッタ装置を用いて成膜してもよい。
ルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、窒化シリコン、酸化シリコン、窒化
酸化シリコンまたは酸化窒化シリコンから選ばれた材料を、単層でまたは積層して形成す
ることができる。
れる容量値は大きいほうが好ましいが、容量値を増やすためにゲート絶縁層104を薄く
すると、ゲート電極103と酸化物半導体層105間に生じる漏れ電流(リーク電流)が
増加しやすくなる。
たハフニウムシリケート(HfSixOyNz)、窒素が添加されたハフニウムアルミネ
ート(HfAlxOyNz)、酸化ハフニウム、酸化イットリウムなどのhigh−k材
料を用いることで、ゲート絶縁層104を厚くしても、ゲート電極103と酸化物半導体
層105間の容量値を十分確保することが可能となる。
層104を厚くしても実現できるため、ゲート電極103と酸化物半導体層105間に生
じる漏れ電流(リーク電流)を低減できる。また、ゲート電極103と同じ層を用いて形
成された配線と、該配線と重畳する他の配線との間に生じる漏れ電流(リーク電流)を低
減できる。なお、high−k材料と、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコン
、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、及び酸化ガリウムのい
ずれか一以上との積層構造としてもよい。ゲート絶縁層104の厚さは、10nm以上3
00nm以下、より好ましくは50nm以上200nm以下とするとよい。例えば、ゲー
ト絶縁層104を、厚さ10nm以上50nm以下の窒化シリコンと、厚さ100nm以
上300nm以下の酸化窒化シリコンの積層構造としてもよい。
温度以下で、より高いほうが好ましい。例えば、ゲート絶縁層104として基板101を
350℃以上450℃以下に加熱しながら、高密度プラズマCVD法により厚さ200n
mの酸化窒化シリコンを形成する。なお、ゲート絶縁層104形成時の温度は一定である
ことが好ましい。例えば、ゲート絶縁層104の形成を、基板を350℃に加熱して行う
。
乾燥エア窒素雰囲気下において、加熱処理を行ってもよい。加熱処理によりゲート絶縁層
104に含まれる水素、水分、水素化物、または水酸化物などの濃度を低減することがで
きる。加熱処理温度は、基板101が耐えうる温度以下で、より高い温度で行うことが好
ましい。具体的には、ゲート絶縁層104の成膜温度以上、基板101の歪点以下で行う
ことが好ましい。
しくは1×1018atoms/cm3以下、より好ましくは5×1017atoms/
cm3以下、更に好ましくは1×1016atoms/cm3以下とすることが望ましい
。
とが好ましい。特に、ゲート絶縁層104は、層中(バルク中)に少なくとも化学量論比
を超える量の酸素が存在することが好ましく、例えば、ゲート絶縁層104として、酸化
シリコンを用いる場合には、SiO2+α(ただし、α>0)とする。
カル、酸素原子、酸素イオン、のいずれかを含む)を導入してゲート絶縁層104を酸素
過剰な状態としてもよい。酸素の導入は、イオン注入法、イオンドーピング法、プラズマ
イマージョンイオンインプランテーション法、酸素雰囲気下で行うプラズマ処理などを用
いることができる。
該元素と水酸基の間の結合を切断するとともに、これらの水素または水酸基が酸素と反応
することで水を生成するため、酸素の導入後に加熱処理を行うと、不純物である水素また
は水酸基が、水として脱離しやすくなる。このため、ゲート絶縁層104へ酸素を導入し
た後に加熱処理を行ってもよい。その後、さらにゲート絶縁層104に酸素を導入し、ゲ
ート絶縁層104を酸素過剰な状態としてもよい。
5と接して設けることによって、該ゲート絶縁層104から酸化物半導体層105へ酸素
を供給することができる。酸化物半導体層105及びゲート絶縁層104を少なくとも一
部が接した状態で加熱処理を行うことによって酸化物半導体層105への酸素の供給を行
ってもよい。
を補填することができる。さらに、ゲート絶縁層104は、作製するトランジスタのサイ
ズやゲート絶縁層104の段差被覆性を考慮して形成することが好ましい。
ッタリング法により形成する。
して形成される領域に、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 Mechanica
l 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。
タ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、ゲート絶縁層104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。
ってもよく、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、ゲート絶縁層104表面の凹凸状態に合わせて適宜設定すればよい。
雰囲気、酸素雰囲気、希ガス及び酸素の混合ガスを適宜用いる。また、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。
ような条件(例えば、酸素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。
及びZnを含む金属酸化物を、In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1[mol数
比]の組成で有するターゲットを用いることができる。また、In2O3:Ga2O3:
ZnO=1:1:2[mol数比]の組成を有するターゲット、またはIn2O3:Ga
2O3:ZnO=1:1:4[mol数比]の組成を有するターゲット、In2O3:G
a2O3:ZnO=2:1:8[mol数比]の組成を有するターゲットを用いることも
できる。
上99.9%以下である。相対密度の高い金属酸化物ターゲットを用いることにより、成
膜した酸化物半導体を緻密な膜とすることができる。
0℃以上600℃以下好ましくは300℃以上500℃以下として行う。
水素化物、または水酸化物などの不純物濃度を低減することができる。また、スパッタリ
ングによる損傷が軽減される。そして、成膜室内の残留水分を除去しつつ水素及び水分が
除去されたスパッタガスを導入し、上記ターゲットを用いて酸化物半導体を形成する。
s/cm3以下、好ましくは2×1016atoms/cm3以下とするとよい。
、直流(DC)電源電力0.5kW、酸素(酸素流量比率100%)雰囲気下の条件が適
用される。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)が軽減でき、膜厚分布も均一となるために好ましい。
される場合がある。例えば、SIMSで測定される酸化物半導体中の窒素濃度が、5×1
018atoms/cm3未満で含まれる場合がある。
することが好ましく、それによりスパッタリング法により成膜する際、膜中への不純物の
混入を低減することができる。
外部リークとは、微小な穴やシール不良などによって真空系の外から気体が流入すること
である。内部リークとは、真空系内のバルブなどの仕切りからの漏れや内部の部材からの
放出ガスに起因する。リークレートを1×10−10Pa・m3/秒以下とするためには
、外部リーク及び内部リークの両面から対策をとる必要がある。
タルガスケットは、フッ化鉄、酸化アルミニウム、または酸化クロムによって被覆された
金属材料を用いると好ましい。メタルガスケットはOリングと比べ密着性が高く、外部リ
ークを低減できる。また、フッ化鉄、酸化アルミニウム、酸化クロムなどの不動態によっ
て被覆された金属材料を用いることで、メタルガスケットから生じる水素を含む放出ガス
が抑制され、内部リークも低減することができる。
、チタン、ジルコニウム、ニッケルまたはバナジウムを用いる。また、前述の材料を鉄、
クロム及びニッケルなどを含む合金材料に被覆して用いてもよい。鉄、クロム及びニッケ
ルなどを含む合金材料は、剛性があり、熱に強く、また加工に適している。ここで、表面
積を小さくするために部材の表面凹凸を研磨などによって低減しておくと、放出ガスを低
減できる。あるいは、前述の成膜装置の部材をフッ化鉄、酸化アルミニウム、酸化クロム
などの不動態で被覆してもよい。
好ましい。このとき、精製機から成膜室までの配管の長さを5m以下、好ましくは1m以
下とする。配管の長さを5m以下または1m以下とすることで、配管からの放出ガスの影
響を長さに応じて低減できる。
子ポンプ及びクライオポンプなどの高真空ポンプとを適宜組み合わせて行うとよい。また
、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。ターボ分子
ポンプは大きいサイズの分子の排気が優れる一方、水素や水の排気能力が低い。さらに、
水の排気能力の高いクライオポンプまたは水素の排気能力の高いスパッタイオンポンプを
組み合わせることが有効となる。また、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。クライオポンプ等の吸着型の真空ポンプを用いて排気した成膜室は、
例えば、水素原子、水(H2O)など水素原子を含む化合物(より好ましくは炭素原子を
含む化合物も)等が排気されるため、当該成膜室で成膜した酸化物半導体に含まれる不純
物の濃度を低減できる。
が、成膜室を排気した際のガス放出の原因となる。そのため、リークレートと排気速度に
相関はないが、排気能力の高いポンプを用いて、成膜室に存在する吸着物をできる限り脱
離し、予め排気しておくことが重要である。なお、吸着物の脱離を促すために、成膜室を
ベーキングしてもよい。ベーキングすることで吸着物の脱離速度を10倍程度大きくする
ことができる。ベーキングは100℃以上450℃以下で行えばよい。このとき、不活性
ガスを添加しながら吸着物の除去を行うと、排気するだけでは脱離しにくい水などの脱離
速度をさらに大きくすることができる。
C電源装置、DC電源装置等を適宜用いることができる。なお、パルスDC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)が軽減でき、膜厚分布も
均一となるために好ましい。
置を有するスパッタリング装置を用いたスパッタリング法により、膜厚35nmのIn−
Ga−Zn系酸化物(IGZO)を形成する。また、ターゲットとして、In:Ga:Z
n=1:1:1(=1/3:1/3:1/3)の原子比のIn−Ga−Zn系酸化物ター
ゲットを用いる。なお、成膜条件は、酸素及びアルゴン雰囲気下(酸素流量比率50%)
、圧力0.6Pa、電源電力5kW、基板温度170℃とする。この成膜条件での成膜速
度は、16nm/minである。
のアルカリ金属の濃度は、Naは5×1016cm−3以下、好ましくは1×1016c
m−3以下、さらに好ましくは1×1015cm−3以下、Liは5×1015cm−3
以下、好ましくは1×1015cm−3以下、Kは5×1015cm−3以下、好ましく
は1×1015cm−3以下とすることが好ましい。
まれ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.6
21−633)しかし、このような指摘は適切でない。アルカリ金属は酸化物半導体を構
成する元素ではないため、不純物である。アルカリ土類金属も、酸化物半導体を構成する
元素ではない場合において、不純物となる。特に、アルカリ金属のうちNaは、酸化物半
導体層に接する絶縁層が酸化物である場合、当該絶縁層中に拡散してNa+となる。また
、Naは、酸化物半導体層内において、酸化物半導体を構成する金属と酸素の結合を分断
する、或いは、その結合中に割り込む。その結果、例えば、閾値電圧がマイナス方向にシ
フトすることによるノーマリオン化、移動度の低下等の、トランジスタの特性の劣化が起
こり、加えて、特性のばらつきも生じる。この不純物によりもたらされるトランジスタの
特性の劣化と、特性のばらつきは、酸化物半導体層中の水素の濃度が十分に低い場合にお
いて顕著に現れる。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、酸化物半導体中のアルカリ金属の濃
度を上記の値にすることが強く求められる。
ガス雰囲気下、または超乾燥エア窒素雰囲気下において、加熱処理を行ってもよい。例え
ば、窒素雰囲気下で350℃以上450℃以下の温度で加熱処理を行ってもよい。例えば
、350℃で、1時間の加熱処理を行う。該加熱処理により、ゲート絶縁層104表面に
付着した水素、水分、ハイドロカーボンなどの不純物を軽減することができる。なお、該
加熱処理後に基板101を大気に曝すことなく、連続して酸化物半導体層を形成すること
が好ましい。
曝すことなく連続して行うことが好ましい。ゲート絶縁層104と酸化物半導体層を途中
で大気に曝すことなく連続して形成すると、ゲート絶縁層104表面に水素、水分、ハイ
ドロカーボンなどの不純物が吸着することを防ぐことができる。すなわち、ゲート絶縁層
104と酸化物半導体層の界面を清浄な状態とすることができるため、半導体装置の信頼
性を向上することが可能となる。
に加工する(図2(B)参照)。また、酸化物半導体層105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。
もよく、両方を用いてもよい。ウェットエッチング法により、酸化物半導体層のエッチン
グを行う場合は、エッチング液として、燐酸と酢酸と硝酸を混ぜた溶液や、シュウ酸を含
む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、ドライエッチング法で酸化物半導体層のエッチングを行う場合は、例えば、反
応性イオンエッチング法(Reactive Ion Etching法)や、ECR(
Electron Cyclotron Resonance)またはICP(Indu
ctively Coupled Plasma)などの高密度プラズマ源を用いたドラ
イエッチング法を用いることができる。また、広い面積に渡って一様な放電が得られやす
いドライエッチング法として、ECCP(Enhanced Capacitively
Coupled Plasma)モードを用いたドライエッチング法がある。このドラ
イエッチング法であれば、例えば基板として、第10世代の3mを超えるサイズの基板を
用いる場合にも対応することができる。
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700
℃以下、または基板の歪点未満とする。加熱処理は減圧下又は窒素雰囲気下、希ガス雰囲
気下などで行うことができる。
05に対して窒素雰囲気下において350℃以上450℃以下の温度で1時間の加熱処理
を行い、さらに窒素及び酸素雰囲気下において350℃以上450℃以下の温度で1時間
の加熱処理を行う。例えば、350℃で、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、GRTA(Gas R
apid Thermal Anneal)装置、LRTA(Lamp 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。
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。
、水素などが含まれないことが好ましい。または、熱処理装置に導入する窒素、またはヘ
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(即ち不純物濃度を1ppm以下、好ましくは0.1
ppm以下)とすることが好ましい。
度の一酸化二窒素ガス、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、より好ましくは10ppb以下の空気)を導入してもよ
い。酸素ガスまたは一酸化二窒素ガスに、水、水素などが含まれないことが好ましい。ま
たは、熱処理装置に導入する酸素ガスまたは一酸化二窒素ガスの純度を、6N以上好まし
くは7N以上(即ち、酸素ガスまたは一酸化二窒素ガス中の不純物濃度を1ppm以下、
好ましくは0.1ppm以下)とすることが好ましい。酸素ガス又は一酸化二窒素ガスの
作用により、脱水化または脱水素化処理による不純物の排除工程によって同時に減少して
しまった酸化物半導体を構成する主成分材料である酸素を供給することによって、酸化物
半導体層105を高純度化及びi型(真性)化することができる。
が同時に脱離して減少してしまうおそれがある。酸化物半導体膜において、酸素が脱離し
た箇所では酸素欠損が存在し、該酸素欠損に起因してトランジスタの電気的特性変動を招
くドナー準位が生じてしまう。
、酸素ラジカル、酸素原子、酸素イオン、のいずれかを含む)を導入して膜中に酸素を供
給してもよい。
ランテーション法、酸素雰囲気下で行うプラズマ処理などを用いることができる。
元素と水酸基の間の結合を切断するとともに、これら水素、または水酸基が、酸素と反応
することで水を生成するため、後に行われる加熱処理により、不純物である水素、または
水酸基を、水として、脱離させやすくすることができる。このため、酸化物半導体層10
5へ酸素を導入した後に加熱処理を行い、その後、酸化物半導体層105へ酸素の導入を
行ってもよい。
供給することによって、酸化物半導体層105を高純度化、及びi型(真性)化すること
ができる。高純度化し、i型(真性)化した酸化物半導体層105を有するトランジスタ
は、電気特性変動が抑制されており、電気的に安定である。
を形成した後、該酸化物半導体層を島状の酸化物半導体層105に加工する前に行っても
よいし、島状の酸化物半導体層105形成後に行ってもよい。また、脱水化又は脱水素化
のための加熱処理および酸素の導入を複数回行ってもよい。
ましくは1×1018atoms/cm3以下、より好ましくは5×1017atoms
/cm3以下、更に好ましくは1×1016atoms/cm3以下とすることが望まし
い。
保護層106を形成する(図2(C)参照)。保護層106に適用する材料としては、I
nまたはZnの少なくとも一方を含む酸化物絶縁材料、または、酸化物半導体層105よ
りも絶縁性の高い酸化物半導体材料を用いる。
る材料を用いることができる。この時、元素Mとして、保護層106の絶縁性が酸化物半
導体層105よりも高くなるような元素を適用する。例えば、元素Mとして4A族元素で
あるチタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)や、3A族元素である
セリウム(Ce)、4B族元素であるゲルマニウム(Ge)などの4価のイオンとなる金
属元素を適用することができる。
金属元素よりも酸素との結合力が強いため、化学式InMZnOX(X>0)で表記され
る材料の絶縁性を高めることができる。例えば、InZrZnOのエネルギーギャップは
、InGaZnOのエネルギーギャップ(約3.2eV)よりも大きく、InGaZnO
よりも絶縁性が高いといえる。
元素の一例としては、イットリウム(Y)が挙げられる。イットリウムはGaよりも電気
陰性度が小さいため、酸化物半導体中での酸素との結合をより強くすることができる。
、「禁制帯幅」と同じ意味で用いている。また、バンドギャップの値は、材料の単膜のエ
リプソで測定して得られる値を用いる。
含有量の0.3倍以上1.3倍未満である。また、化学式InMZnOX(X>0)で表
記される材料中の元素Mの含有量は、Znの含有量の0.3倍以上1.3倍未満である。
元素Mに対して相対的にInまたはZnの数を減らすと、絶縁性を高めることができる。
ましくは原子数比がIn:M:Zn=1:1:1、3:1:3、3:2:4、2:1:3
、4:5:4、または4:2:3で示される酸化物ターゲットを用いる。
X)ZnO(0<X<1+α、ただしαは0.3未満)で示される酸化物材料を適用して
もよい。具体的には、上記材料において、元素M1は3価のイオンとなる金属元素であり
、その一部を元素M2として4価のイオンとなる金属元素で置き換える。4価の金属元素
は3価の金属元素よりも結合手が一本多いので、元素M1を元素M2に置換することで酸
素との結合力を高め、酸素欠損が形成されることを抑える。すなわち、元素M1に対する
元素M2の比率を高めることで、上記材料の絶縁性を高めることができる。
子%未満、好ましくは3原子%以上40原子%以下加えて、材料中に酸素欠損が形成され
ることを抑え、絶縁性を高める。なお、Xは自然数とは限らず、非自然数を含む。なお、
元素M2において(1−X)の値がマイナスとなることはない。
ては、4A族元素であるチタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)や
、3A族元素であるセリウム(Ce)、4B族元素であるゲルマニウム(Ge)などが挙
げられる。なお、上記材料は、非単結晶である。
である。そのような元素の一例としては、3A族元素であるイットリウム(Y)が挙げら
れる。イットリウムはGaよりも電気陰性度が小さいため、酸化物半導体中での酸素との
結合を強くし、絶縁性を高めることができる。
純度は3N、好ましくは4N以上である。
<1+α、ただしαは0.3未満、かつ、(1−X)>0)で示される材料を用いる。具
体的には、X=0.05としたIn:Zr:Ga:Zn=3:0.05:0.95:2の
ターゲットを用いて、スパッタリング法により、InZrGaZnO膜を形成する。
ZnO(0<X<1+α、ただしαは0.3未満、かつ、(1−X)>0)で表記される
材料は、酸化物半導体層105との界面の状態を良好に保つことができ、トランジスタの
特性を良好なものとすることができる。また、保護層106に酸化物半導体層105より
も絶縁性の高い酸化物半導体を用いることで、寄生チャネルが生じることなく、絶縁層の
チャージアップによるしきい値電圧の変動を抑えることができる。酸化物半導体層105
よりも絶縁性の高い酸化物半導体としては、上記化学式で表記される材料を適用すること
ができる。
、のいずれかを含む)を導入して膜中に酸素を供給してもよい。酸素の導入は、保護層1
06に直接導入してもよいし、絶縁層108などの他の膜を通過して保護層106へ導入
してもよい。酸素を他の膜を通過して導入する場合は、イオン注入法、イオンドーピング
法、プラズマイマージョンイオンインプランテーション法などを用いればよい。また、保
護層106へ直接酸素を導入する場合は、上記の方法に加えて酸素雰囲気下で行うプラズ
マ処理なども用いることができる。
水酸基の間の結合を切断するとともに、これら水素、または水酸基が、酸素と反応するこ
とで水を生成するため、酸素の導入後に加熱処理を行うことで、不純物である水素、また
は水酸基を、水として、脱離させやすくすることができる。すなわち、保護層106中の
不純物濃度をさらに低減することができる。このため、保護層106へ酸素を導入した後
に加熱処理を行ってもよい。その後、さらに保護層106に酸素を導入し、保護層106
を酸素過剰な状態としてもよい。
1×1018atoms/cm3以下、より好ましくは5×1017atoms/cm3
以下、更に好ましくは1×1016atoms/cm3以下とすることが望ましい。
行い、表面に付着した水分や有機物を除去することが好ましい。保護層106の形成は、
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行った後、大気に曝すことなく
連続して行うことが好ましい。
行うことができる。
素、または希ガスと酸素の混合ガス雰囲気下で加熱処理を行ってもよい。本実施の形態で
は、窒素と酸素の混合ガス雰囲気下300℃で1時間の加熱処理を行う。
レイン電極107bとなる導電層を形成する(図2(D)参照)。
材料を用いる。ソース電極107a及びドレイン電極107bとなる導電層としては、例
えば、Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、Wから選ばれた元素を含む金属、または上
述した元素を成分とする金属窒化物(窒化チタン、窒化モリブデン、窒化タングステン)
等を用いることができる。また、Al、Cuなどの金属層の下側又は上側の一方または双
方にTi、Mo、Wなどの高融点金属またはそれらの金属窒化物(窒化チタン、窒化モリ
ブデン、窒化タングステン)を積層させた構成としても良い。また、ソース電極107a
及びドレイン電極107bとなる導電層としては、導電性の金属酸化物で形成しても良い
。導電性の金属酸化物としては酸化インジウム(In2O3)、酸化スズ(SnO2)、
酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウム酸化スズ(In2O3―SnO2、ITOと略記す
る)、酸化インジウム酸化亜鉛(In2O3―ZnO)またはこれらの金属酸化物材料に
酸化シリコンを含ませたものを用いることができる。
パッタリング法により膜厚100nmのチタン、膜厚400nmのアルミニウム、膜厚1
00nmのチタンの積層を形成する。導電層のエッチングは、ICPエッチング法により
、チタン、アルミニウム、チタンの積層をエッチングして、ソース電極107a及びドレ
イン電極107b(これと同じ層で形成される配線を含む)を形成する。その結果、ソー
ス電極107a及びドレイン電極107bの端部は、保護層106の上面または側面に位
置する構成となる。
た後、第2のエッチング条件で残りのチタン膜単層を除去する。なお、第1のエッチング
条件は、エッチングガス(BCl3:Cl2=750sccm:150sccm)を用い
、バイアス電力を1500Wとし、ICP電源電力を0Wとし、圧力を2.0Paとする
。第2のエッチング条件は、エッチングガス(BCl3:Cl2=700sccm:10
0sccm)を用い、バイアス電力を750Wとし、ICP電源電力を0Wとし、圧力を
2.0Paとする。
層105及び保護層106の表面や側面には、ソース電極107a及びドレイン電極10
7b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ま
たはエッチング液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、酸化物半導体層105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層105を介して電気的に接続されやす
くなる。
物半導体層105中の酸素を引き抜いてしまい、酸化物半導体層105の表面近傍や側面
近傍に酸素欠損が形成されることがある。例えば、上述したエッチングガスに含まれる塩
素やボロンや、処理室の構成材料であるアルミニウムは、酸化物半導体層105が低抵抗
化(n型化)する要因の一つとなりうる。
ためのエッチングが終了した後、酸化物半導体層105及び保護層106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)を行う。
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。
酸などの酸性の溶液を用いて行うことができる。例えば、希フッ酸を用いる場合、50重
量%フッ酸を、水で1/102乃至1/105程度、好ましくは1/103乃至1/10
5程度に希釈した希フッ酸を使用する。すなわち、濃度が0.5重量%乃至5×10−4
重量%の希フッ酸、好ましくは5×10−2重量%乃至5×10−4重量%の希フッ酸を
洗浄処理に用いることが望ましい。洗浄処理により、酸化物半導体層105、保護層10
6などの表面に付着した上記不純物を除去することができる。
105の表面や側面をエッチングすることができる。すなわち、保護層106及び酸化物
半導体層105の表面や側面に付着した不純物や、または保護層106及び酸化物半導体
層105内の表面近傍や側面近傍に混入した不純物を、保護層106及び酸化物半導体層
105の一部とともに除去することができる。これにより、酸化物半導体層105におい
て、保護層106と重畳する領域の膜厚が、保護層106と重畳しない領域の膜厚より大
きくなる。例えば、1/103希フッ酸(0.05%重量フッ酸)で、IGZO膜を処理
すると、1秒あたり1〜3nm膜厚が減少し、2/105希フッ酸(0.0025%重量
フッ酸)で、IGZO膜を処理すると、1秒あたり0.1nm程度膜厚が減少する。
、絶縁層表面及び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5×1018/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、ボロン濃度を1×1019/cm3以下(好ましくは5×101
8/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。
0を実現することができる。
ス電極107a及びドレイン電極107bを形成する前に行っても良い。保護層106を
形成した後、上記不純物除去処理を行うことで、酸化物半導体層105の表面に付着した
不純物を除去することができる。
った場合でも、大気中に含まれる水分や炭素などの不純物が、酸化物半導体層105、保
護層106、ソース電極107a及びドレイン電極107bの表面や側面に付着する場合
がある。このため、保護層106、ソース電極107a及びドレイン電極107b上に、
さらに絶縁層108を形成してもよい(図2(E)参照)。絶縁層108は、絶縁層10
2、ゲート絶縁層104、保護層106と同様の材料及び方法で形成することができる。
また、絶縁層108には、水分や、水素イオンや、OH−などの不純物をほとんど含まず
、更にこれらの外部からの侵入を防ぐことのできる材料を用いることが好ましい。
子、酸素イオン、のいずれかを含む)を導入して絶縁層108を酸素過剰な状態としても
よい。酸素の導入は、イオン注入法、イオンドーピング法、プラズマイマージョンイオン
インプランテーション法、酸素雰囲気下で行うプラズマ処理などを用いることができる。
基の間の結合を切断するとともに、これらの水素または水酸基が酸素と反応することで水
を生成するため、酸素の導入後に加熱処理を行うと、不純物である水素または水酸基が、
水として脱離しやすくなる。このため、絶縁層108へ酸素を導入した後に加熱処理を行
ってもよい。その後、さらに絶縁層108に酸素を導入し、絶縁層108を酸素過剰な状
態としてもよい。
1×1018atoms/cm3以下、より好ましくは5×1017atoms/cm3
以下、更に好ましくは1×1016atoms/cm3以下とすることが望ましい。
アルゴン)などを用いたプラズマ処理により、表面や側面に付着した水分や有機物などの
不純物を除去することが好ましい。絶縁層108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行った後、大気に曝すことなく連続して形成することが好ましい。
8として、スパッタリング法により形成した酸化アルミニウムを用いる。酸化アルミニウ
ムを高密度(膜密度3.2g/cm3以上、好ましくは3.6g/cm3以上)とするこ
とによって、トランジスタ110に安定な電気特性を付与することができる。膜密度はラ
ザフォード後方散乱法(RBS:Rutherford Backscattering
Spectrometry)や、X線反射率測定法(XRR:X−Ray Refle
ctometry)によって測定することができる。
、水分などの不純物、及び酸素の両方に対して膜を通過させない遮断効果(ブロック効果
)が高い。
分などの不純物の酸化物半導体層105への混入、及び酸化物半導体を構成する主成分材
料である酸素の酸化物半導体層105からの放出を防止する。本実施の形態では、絶縁層
108として、スパッタリング法により酸化アルミニウムを形成する。
らに大気中で100℃以上300℃以下、1時間以上30時間以下での加熱処理を行って
もよい。この加熱処理は一定の加熱温度を保持して加熱してもよいし、室温から加熱温度
への昇温と加熱温度から室温までの降温を1サイクルとする処理を複数回繰り返して行っ
てもよい。
体装置を提供することができる。また、信頼性の高い半導体装置を歩留まりよく作製し、
半導体装置の生産性を向上させることができる。
本実施の形態では、半導体装置の一形態として、上記実施の形態で開示したトランジスタ
110と異なる構成を有するトランジスタと、その作製方法について、図3乃至図5を用
いて説明する。図3(A)は、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を用いたト
ランジスタ120の平面構成を示す上面図であり、図3(B)は、図3(A)中でB1−
B2の鎖線で示した部位の断面構成を示す断面図である。また、図3(C)は、図3(A
)中でB1−B2の鎖線で示した部位の、図3(B)とは異なる断面構成を示す断面図で
ある。なお、図面をわかりやすくするため、図3(A)では基板101、絶縁層102、
ゲート絶縁層104、保護層106b、絶縁層108の記載を省略している。
ストップ型ともいう)のトランジスタである。本実施の形態では、トランジスタ120の
トランジスタ110と異なる部位の構成及び作製方法について説明する。
5の端部を越えて伸長しているが、トランジスタ120では、保護層106が酸化物半導
体層105の内側に形成されている。すなわち、トランジスタ120は、チャネル幅方向
において、酸化物半導体層105が保護層106の端部を越えて伸長していると言い換え
ることができる。このような構成とすることで、酸化物半導体層105の形成と保護層1
06の形成を一回のフォトリソグラフィ工程で行うことが可能となり、半導体装置の生産
性を向上することが可能となる。
構成例を示している。保護層106aと保護層106bのどちらか一方を、絶縁層102
またはゲート絶縁層104と同様の材料及び方法で形成し、保護層106aと保護層10
6bの他方を、上記実施の形態で示した化学式InMZnOX(X>0)で表記される材
料、または化学式InM1XM2(1−X)ZnO(0<X<1+α、ただしαは0.3
未満、かつ、(1−X)>0)で表記される材料を用いて形成する。
学式InM1XM2(1−X)ZnO(0<X<1+α、ただしαは0.3未満、かつ、
(1−X)>0)で表記される材料を用いて形成し、保護層106a上に形成する保護層
106bを保護層106aよりもエッチングレートの大きい材料で形成することで、実施
の形態1に示した効果に加え、保護層106の端部にテーパー形状を付与し易くすること
ができる。また、保護層106を複数層からなる積層構造とすることで、保護層106の
端部を階段形状とすることができ、その上に形成する層の段切れを防ぎ、被覆性を向上さ
せることができる。
保護層106a上に形成する保護層106bを化学式InMZnOXまたは化学式InM
1XM2(1−X)ZnO(0<X<1+α、ただしαは0.3未満、かつ、(1−X)
>0)で表記される材料を用いて形成することで、実施の形態1に示した効果に加え、酸
化物半導体層105へ酸素を供給し、酸化物半導体層105中の酸素欠損を補填すること
ができる。従って、安定した電気特性を有する信頼性の高い半導体装置を提供することが
できる。
程で行うトランジスタ120の作製方法について図4及び図5を用いて説明する。図4(
A1)乃至図4(A3)は、トランジスタ120の作製途中における上面図である。図4
(B1)乃至図4(B3)は、図4(A1)乃至図4(A3)中のB1−B2の一点鎖線
で示した部位の断面構成を示す断面図である。また、図5(A1)乃至図5(A3)は、
トランジスタ120の作製途中における上面図である。図5(B1)乃至図5(B3)は
、図5(A1)乃至図5(A3)中のB1−B2の一点鎖線で示した部位の断面構成を示
す断面図である。
製方法と同様に、基板101上に絶縁層102を形成し、絶縁層102上にゲート電極1
03を形成する。続いて、ゲート電極103上にゲート絶縁層104と、酸化物半導体層
201と、絶縁層202を形成する(図4(A1)及び(B1)参照)。ゲート絶縁層1
04と、酸化物半導体層201と、絶縁層202の形成は、途中で大気に曝すことなく連
続して形成することが好ましい。酸化物半導体層201は、実施の形態1に示した後に酸
化物半導体層105となる酸化物半導体層と同様の材料及び方法で形成することが出来る
。また、絶縁層202は、実施の形態1に示した後に保護層106となる絶縁層と同様の
材料及び方法で形成することが出来る。
なる領域を有するレジストマスクは、多階調マスクを用いて形成することができる。多階
調マスクを用いることで、1枚のフォトマスクで酸化物半導体層105と保護層106を
形成することができるため、フォトリソグラフィ工程数を削減することができる。
露光領域、半露光領域および未露光領域の3段階の光量で露光を行う。多階調マスクを用
いることで、一度の露光および現像工程によって、複数(代表的には二種類)の厚さを有
するレジストマスクを形成することができる。そのため、多階調マスクを用いることで、
フォトマスクの枚数を削減することができる。
的な多階調マスクの断面を示す。図6(A1)には、グレイトーンマスク304を示し、
図6(B1)にはハーフトーンマスク314を示す。
より形成された遮光部302、および遮光層のパターンにより設けられた回折格子部30
3で構成されている。
ットまたはメッシュ等を有することで、光の透過率を制御する。なお、回折格子部303
に設けられるスリット、ドットまたはメッシュは周期的なものであってもよいし、非周期
的なものであってもよい。
回折格子部303を構成する遮光層は、金属膜を用いて形成すればよく、好ましくはクロ
ムまたは酸化クロム等により設けられる。
に、遮光部302に重畳する領域における透光率は0%となり、遮光部302も回折格子
部303も設けられていない領域における透光率は100%となる。また、回折格子部3
03における透光率は、概ね10%〜70%の範囲であり、回折格子のスリット、ドット
またはメッシュの間隔等により調節可能である。
層により形成された半透光部312および遮光層により形成された遮光部313で構成さ
れている。
を用いて形成することができる。遮光部313は、グレイトーンマスクの遮光層と同様の
金属膜を用いて形成すればよく、好ましくはクロムまたは酸化クロム等により設けられる
。
に、遮光部313に重畳する領域における透光率は0%となり、遮光部313も半透光部
312も設けられていない領域における透光率は100%となる。また、半透光部312
における透光率は、概ね10%〜70%の範囲であり、形成する材料の種類または形成す
る膜厚等により調整可能である。
露光レベルのマスクを形成することができ、一度の露光および現像工程により、複数(代
表的には二種類)の厚さの領域を有するレジストマスクを形成することができる。このた
め、多階調マスクを用いることで、トランジスタ120を作製工程におけるフォトマスク
の枚数を削減することができる。
領域は厚く、それ以外の領域は薄くなるように形成する(図4(A2)及び(B2)参照
)。なお、保護層106及び酸化物半導体層105とも形成されない領域には、レジスト
マスク203も形成されないようにする。
択的に除去(エッチング)する。このエッチングにより、島状に加工された絶縁層202
と酸化物半導体層105が形成される(図4(A3)及び(B3)参照)。
除去し、レジストマスク204を形成する。レジストマスク203の縮小(後退)には、
例えば酸素プラズマによるアッシングを用いればよい。レジストマスク203の縮小(後
退)は厚さ方向のみでなく、平面方向にも生じるため、レジストマスク204は酸化物半
導体層105の内側に形成されることになる(図5(A1)及び(B1)参照)。
護層106を形成する(図5(A2)及び(B2)参照)。そして、該エッチングの後に
レジストマスク204を除去する(図5(A3)及び(B3)参照)。
ッチングを行うと、保護層106の側面にテーパー形状を付与しやすくなる。また、エッ
チング条件を工夫し、レジストマスク204に対するエッチングレートと、保護層106
に対するエッチングレートを適宜調節することで、保護層106側面のテーパー角θを制
御することも可能である。
る。半導体装置の作製工程において、フォトマスクの使用枚数が増えることは、それだけ
フォトリソグラフィ工程の回数が増えることになり、歩留まりの低下や生産コスト増加の
原因となる。本実施の形態によれば、少ないフォトリソグラフィ工程で半導体装置を作製
することが可能になるため、半導体装置の生産性を向上することができる。
本実施の形態では、半導体装置の一形態として、上記実施の形態で開示したトランジスタ
110と異なる構成を有するトランジスタについて、図7を用いて説明する。図7(A)
は、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を用いたトランジスタ130の平面構
成を示す上面図であり、図7(B)は、図7(A)中でC1−C2の鎖線で示した部位の
断面構成を示す断面図である。また、図7(C)は、図7(A)中でD1−D2の鎖線で
示した部位の断面構成を示す断面図である。なお、図面をわかりやすくするため、図7(
A)では基板101、絶縁層102、ゲート絶縁層104、絶縁層108の記載を省略し
ている。
ができるが、保護層106、ソース電極107a及びドレイン電極107bにより酸化物
半導体層105が完全に覆われている点が異なる。
た、本実施の形態で開示するトランジスタ130は、保護層106、ソース電極107a
及びドレイン電極107bにより酸化物半導体層105が完全に覆われているため、ソー
ス電極107a及びドレイン電極107bの形成時に生じる不純物の影響を受けにくい。
このため、半導体装置の信頼性を高めることができる。また、ソース電極107a及びド
レイン電極107b形成後の不純物除去処理を省略することが可能であり、半導体装置の
生産性を向上させることができる。
本実施の形態では、上記実施の形態で開示したトランジスタと異なる構成を有するトラン
ジスタについて、図8を用いて説明する。図8(A)は、チャネルが形成される半導体層
に酸化物半導体を用いたトランジスタ140の平面構成を示す上面図であり、図8(B)
は、図8(A)中でD1−D2の鎖線で示した部位の断面構成を示す断面図である。また
、図8(C)も、図8(A)中でD1−D2の鎖線で示した部位の断面構成を示す断面図
であるが、図8(C)は図8(B)で示す断面構成の変形例を示している。なお、図面を
わかりやすくするため、図8(A)では基板101、絶縁層102、ゲート絶縁層104
、保護層106b、絶縁層108、平坦化層112の記載を省略している。
きるが、保護層106中にコンタクトホール111a及びコンタクトホール111bを有
する点が異なる。
作製方法と同様に、基板101上に絶縁層102を形成し、絶縁層102上にゲート電極
103を形成する。続いて、ゲート電極103上にゲート絶縁層104を形成し、ゲート
絶縁層104上に酸化物半導体層105を形成し、酸化物半導体層105上に保護層10
6を形成する。
6の一部を選択的に除去(エッチング)し、コンタクトホール111a及びコンタクトホ
ール111bを形成する。このようにして、開口部(コンタクトホール)を有する保護層
106を形成する。なお、コンタクトホール111a及びコンタクトホール111bの底
部において、酸化物半導体層105が露出される。また、開口部であるコンタクトホール
111a及びコンタクトホール111bの形成は、上記実施の形態に示した島状の保護層
106の形成方法と同様に行うことが出来る。
6及び露出した酸化物半導体層105の表面に不純物が残存することを防止するため、実
施の形態1に示した不純物除去処理を行ってもよい。不純物除去処理は、実施の形態1に
示す工程と同様に、プラズマ処理、または溶液による処理によって行うことができる。プ
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。
また、溶液による処理としては、希フッ酸溶液による洗浄処理を用いることができる。例
えば、希フッ酸溶液を用いる場合、50重量%フッ酸を1/102乃至1/105程度、
好ましくは1/103乃至1/105程度に希釈する。また、溶液による処理としてTM
AH溶液などのアルカリ性の溶液による処理を行ってもよい。また、溶液の代わりに水を
用いて洗浄処理を行ってもよい。
07a及びドレイン電極107bを形成する。ソース電極107a及びドレイン電極10
7bは、上記実施の形態と同様の材料及び方法で形成することが出来る。ソース電極10
7aはコンタクトホール111aを介して酸化物半導体層105と接続し、ドレイン電極
107bはコンタクトホール111bを介して酸化物半導体層105と接続する。このよ
うにして、トランジスタ140を作製することができる。
a及びドレイン電極107bにより酸化物半導体層105が完全に覆われるため、ソース
電極107a及びドレイン電極107bの形成時に生じる不純物の影響を受けにくい。こ
のため、半導体装置の信頼性を高めることができる。また、ソース電極107a及びドレ
イン電極107b形成後の不純物除去処理を省略することが可能であり、半導体装置の生
産性を向上させることができる。
てもよい。絶縁層108は、上記実施の形態と同様の材料及び方法で形成することが出来
る。
層105中の、コンタクトホール111aとコンタクトホール111bの間に形成される
。すなわち、トランジスタ140のチャネル長Lは、キャリアが流れる方向と平行な方向
において、酸化物半導体層105上に形成されたコンタクトホール111aとコンタクト
ホール111bの最短距離で定義される。また、トランジスタ140のチャネル幅Wは、
キャリアが流れる方向と直交する方向におけるコンタクトホール111aの長さ、または
コンタクトホール111bの長さのうち、短いほうの長さ、もしくは、両長さの平均値で
定義される。
電極107a及びドレイン電極107b上に平坦化層112を形成するトランジスタ14
0の構成例を示している。保護層106a及び保護層106bは、上記実施の形態と同様
の材料及び方法で形成することが出来る。開口部を有する保護層106を積層構造とする
ことで、上記実施の形態で説明した島状の保護層106を積層構造とした場合と同様の効
果が期待できる。
112を形成してもよい。平坦化層112としては、ポリイミド、アクリル樹脂、ベンゾ
シクロブテン系樹脂、ポリアミド、エポキシ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)、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させることで、平坦化層112を形成してもよい。
ピンコート法、ディッピング法、スプレー塗布法、液滴吐出法(インクジェット法、スク
リーン印刷法、オフセット印刷法等)、ロールコーティング法、カーテンコーティング法
、ナイフコーティング法等を用いることができる。
アクリル樹脂層はスピンコート法による塗布後、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。
時間加熱処理を行う。
本実施の形態では、上記実施の形態で開示したトランジスタと異なる構成を有するトラン
ジスタについて、図9を用いて説明する。図9(A)は、チャネルが形成される半導体層
に酸化物半導体を用いたトランジスタ150の平面構成を示す上面図であり、図9(B)
は、図9(A)中でE1−E2の鎖線で示した部位の断面構成を示す断面図である。また
、図9(C)も、図9(A)中でE1−E2の鎖線で示した部位の断面構成を示す断面図
であるが、図9(C)は図9(B)で示す断面構成の変形例を示している。なお、図面を
わかりやすくするため、図9(A)では基板101、絶縁層102、ゲート絶縁層104
の記載を省略している。
トランジスタの一つである、また、逆スタガ型と呼ばれるトランジスタの一つでもある。
10乃至トランジスタ140と比較して、ソース電極107a及びドレイン電極107b
と、酸化物半導体層105の間にチャネル保護層として機能する保護層106を形成しな
い点が異なる。このため、トランジスタ150は多階調マスクを用いなくても、トランジ
スタ110、トランジスタ130、及びトランジスタ140よりも少ないフォトリソグラ
フィ工程で作製することが可能となる。
作製方法と同様に、基板101上に絶縁層102を形成し、絶縁層102上にゲート電極
103を形成する。続いて、ゲート電極103上にゲート絶縁層104を形成し、ゲート
絶縁層104上に酸化物半導体層105を形成する。
電極107a及びドレイン電極107bを形成する。ソース電極107a及びドレイン電
極107bを形成するための材料及び方法は、上記実施の形態に示した材料及び方法と同
様に行うことができる。
層105中の、ソース電極107aとドレイン電極107bに挟まれた領域に形成される
。このため、トランジスタ150のチャネル長Lは、酸化物半導体層105のゲート電極
103と重畳する領域の、酸化物半導体層105と接するソース電極107aの端部から
、酸化物半導体層105と接するドレイン電極107bの端部までの最短距離により決定
される。また、トランジスタ150のチャネル幅Wは、酸化物半導体層105のゲート電
極103と重畳する領域の、チャネル長Lと直交する方向における、酸化物半導体層10
5とソース電極107aが接する長さと、酸化物半導体層105とドレイン電極107b
が接する長さのうち、短い方の長さ、もしくは、両長さの平均値で定義される。
除去処理を行う。トランジスタ150はチャネルエッチング型のトランジスタであるため
、ソース電極107a及びドレイン電極107bの形成後に、チャネル領域に不純物が付
着すると、トランジスタのオフ電流の増加や、ソース電極107a及びドレイン電極10
7bの短絡によりトランジスタの電気的特性の劣化が生じやすい。このため、ソース電極
107a及びドレイン電極107bの形成後に不純物除去処理を行うことで、安定した電
気特性を有する信頼性の高いトランジスタ110を実現することができる。
に接して保護層116を形成する。保護層116は、絶縁層102、ゲート絶縁層104
、保護層106、及び絶縁層108と同様の材料及び方法で形成することができる。
行い、表面に付着した水分や有機物を除去することが好ましい。保護層116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行った後、大気に曝すことなく連続し
て形成することが好ましい。
される材料や、化学式InM1XM2(1−X)ZnO(0<X<1+α、ただしαは0
.3未満、かつ、(1−X)>0)で表記される材料を用いると、バックチャネル側の酸
化物半導体層105と保護層116の界面の状態を良好に保つことができる。従って、安
定した電気特性を有する信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
高い酸化物半導体を用いることで、寄生チャネルが生じることなく、絶縁層のチャージア
ップによるしきい値電圧の変動を抑えることができる。従って、静電気などによるトラン
ジスタの特性劣化や破損を防ぐことができるため、半導体装置を歩留まりよく作製するこ
とができ、半導体装置の生産性を向上させることができる。また、半導体装置の信頼性を
向上させることができる。酸化物半導体層105よりも絶縁性の高い酸化物半導体として
は、上記化学式で表記される材料を適用することができる。
bの積層構造とする構成例を示している。ゲート絶縁層104aとゲート絶縁層104b
のどちらか一方を、絶縁層102またはゲート絶縁層104と同様の材料及び方法で形成
し、ゲート絶縁層104aとゲート絶縁層104bの他方を、化学式InMZnOXで表
記される材料、または化学式InM1XM2(1−X)ZnOで表記される材料を用いて
形成する。
表記される材料、または化学式InM1XM2(1−X)ZnOで表記される材料を用い
て形成することで、酸化物半導体層105とゲート絶縁層104bの界面の状態を良好に
保つことができ、トランジスタの特性を良好なものとすることができる。従って、安定し
た電気特性を有する信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
MZnOXで表記される材料、または化学式InM1XM2(1−X)ZnOで表記され
る材料用いて絶縁層を形成することで、半導体装置の信頼性をさらに向上させることがで
きる。
上記実施の形態で一例を示したトランジスタを用いて表示機能を有する半導体装置(表示
装置ともいう)を作製することができる。また、トランジスタを含む駆動回路の一部また
は全体を、画素部と同じ基板上に一体形成し、システムオンパネルを形成することができ
る。本実施の形態では、上記実施の形態で一例を示したトランジスタを用いた表示装置の
例について、図10及び図11を用いて説明する。なお、図11(A)及び図11(B)
は、図10(B)中でM−Nの鎖線で示した部位の断面構成を示す断面図である。
して、シール材4005が設けられ、第2の基板4006によって封止されている。図1
0(A)においては、第1の基板4001上のシール材4005によって囲まれている領
域とは異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶半導体又は多結晶半導体で形成され
た信号線駆動回路4003、及び走査線駆動回路4004が実装されている。また、信号
線駆動回路4003、走査線駆動回路4004、または画素部4002に与えられる各種
信号及び電位は、FPC(Flexible printed circuit)401
8a、FPC4018bから供給されている。
02と、走査線駆動回路4004とを囲むようにして、シール材4005が設けられてい
る。また画素部4002と、走査線駆動回路4004の上に第2の基板4006が設けら
れている。よって画素部4002と、走査線駆動回路4004とは、第1の基板4001
とシール材4005と第2の基板4006とによって、表示素子と共に封止されている。
図10(B)及び図10(C)においては、第1の基板4001上のシール材4005に
よって囲まれている領域とは異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶半導体又は多
結晶半導体で形成された信号線駆動回路4003が実装されている。図10(B)及び図
10(C)においては、信号線駆動回路4003、走査線駆動回路4004、または画素
部4002に与えられる各種信号及び電位は、FPC4018から供給されている。
第1の基板4001に実装する例を示しているが、この構成に限定されない。走査線駆動
回路を別途形成して実装しても良いし、信号線駆動回路の一部または走査線駆動回路の一
部を別途形成して実装しても良い。
、ワイヤボンディング方法、或いはTCP(Tape Carrier Package
)を用いる方法などの、既知の実装方法を用いることができる。図10(A)は、別途用
意された基板上に形成された信号線駆動回路4003、走査線駆動回路4004をCOG
方法により実装する例であり、図10(B)は、別途用意された基板上に形成された信号
線駆動回路4003をCOG方法により実装する例であり、図10(C)は、別途用意さ
れた基板上に形成された信号線駆動回路4003をTCPとして実装する例である。
を含むIC等を実装した状態にあるモジュールとを含む。
源(照明装置含む)を指す。また、コネクター、例えばFPCやTCPが取り付けられた
モジュール、FPCやTCPの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または表示
素子にCOG方式によりIC(集積回路)が直接実装されたモジュールも全て表示装置に
含むものとする。
おり、上記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。
発光表示素子ともいう)、を用いることができる。発光素子は、電流または電圧によって
輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機EL(Electro
Luminescence)、有機EL等が含まれる。また、電子インクなど、電気的作
用によりコントラストが変化する表示媒体も適用することができる。
子電極4016を有しており、接続端子電極4015及び端子電極4016はFPC40
18が有する端子と異方性導電層4019を介して、電気的に接続されている。
016は、トランジスタ4010、4011のソース電極及びドレイン電極と同じ導電層
で形成されている。
トランジスタを複数有しており、図11(A)及び図11(B)では、画素部4002に
含まれるトランジスタ4010と、走査線駆動回路4004に含まれるトランジスタ40
11とを例示している。図11(A)では、トランジスタ4010、4011上には絶縁
層4020が設けられ、図11(B)では、絶縁層4024の上にさらに平坦化層402
1が設けられている。なお、絶縁層4023は下地層として機能する絶縁層である。
態で示したトランジスタを適用することができる。
定である。よって、図11(A)及び図11(B)で示す本実施の形態の半導体装置とし
て信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
1の酸化物半導体層のチャネル形成領域と重なる位置に導電層4017が設けられている
例である。本実施の形態では、導電層4017を第1の電極層4030と同じ導電層で形
成する。導電層4017を酸化物半導体層のチャネル形成領域と重なる位置に設けること
によって、BT試験前後におけるトランジスタ4011のしきい値電圧の変化量をさらに
低減することができる。また、導電層4017の電位は、トランジスタ4011のゲート
電極と同じでもよいし、異なっていても良く、導電層4017を第2のゲート電極として
機能させることもできる。また、導電層4017の電位は、GND、0V、或いはフロー
ティング状態であってもよい。
(薄膜トランジスタを含む回路部)に作用しないようにする機能(特に静電気に対する静
電遮蔽機能)も有する。導電層4017の遮蔽機能により、静電気などの外部の電場の影
響によりトランジスタの電気的な特性が変動することを防止することができる。導電層4
017は、上記実施の形態で示した、いずれのトランジスタにも適用可能である。
ネルを構成する。表示素子は表示を行うことができれば特に限定されず、様々な表示素子
を用いることができる。
において、表示素子である液晶素子4013は、第1の電極層4030、第2の電極層4
031、及び液晶層4008を含む。なお、液晶層4008を挟持するように配向膜とし
て機能する絶縁層4032、絶縁層4033が設けられている。第2の電極層4031は
第2の基板4006側に設けられ、第1の電極層4030と第2の電極層4031とは液
晶層4008を介して重畳する構成となっている。
であり、第1の電極層4030と第2の電極層4031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。なお球状のスペーサを用いていても良い。
晶、高分子分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。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、等方相等を示す。
あり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直
前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善
するために5重量%以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いて液晶層に用いる。
ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、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、視野角依存性が小さい。また配向膜
を設けなくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起こ
される静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減す
ることができる。よって液晶表示装置の生産性を向上させることが可能となる。酸化物半
導体層を用いるトランジスタは、静電気の影響によりトランジスタの電気的な特性が著し
く変動して設計範囲を逸脱する恐れがある。よって酸化物半導体層を用いるトランジスタ
を有する液晶表示装置にブルー相の液晶材料を用いることはより効果的である。
Ω・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。
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、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、電源オン状態では書き込み間隔も長く設定できる。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。
ク電流等を考慮して、所定の期間の間電荷を保持できるように設定される。保持容量の大
きさは、トランジスタのオフ電流等を考慮して設定すればよい。高純度の酸化物半導体層
を有するトランジスタを用いることにより、各画素における液晶容量に対して1/3以下
、好ましくは1/5以下の容量の大きさを有する保持容量を設ければ充分である。
るため、高速駆動が可能である。よって、表示機能を有する半導体装置の画素部に上記ト
ランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。また、同一基板上に
駆動回路部または画素部を作り分けて作製することが可能となるため、半導体装置の部品
点数を削減することができる。
lane−Switching)モード、FFS(Fringe Field Swit
ching)モード、ASM(Axially Symmetric aligned
Micro−cell)モード、OCB(Optical Compensated B
irefringence)モード、FLC(Ferroelectric Liqui
d Crystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric Liq
uid Crystal)モードなどを用いることができる。
透過型の液晶表示装置としてもよい。ここで、垂直配向モードとは、液晶表示パネルの液
晶分子の配列を制御する方式の一種であり、電圧が印加されていないときにパネル面に対
して液晶分子が垂直方向を向く方式である。垂直配向モードとしては、いくつか挙げられ
るが、例えば、MVA(Multi−Domain Vertical Alignme
nt)モード、PVA(Patterned Vertical Alignment)
モード、ASV(Advanced Super View)モードなどを用いることが
できる。また、画素(ピクセル)をいくつかの領域(サブピクセル)に分け、それぞれ別
の方向に分子を倒す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。
防止部材などの光学部材(光学基板)などは適宜設ける。例えば、偏光基板及び位相差基
板による円偏光を用いてもよい。また、光源としてバックライト、サイドライトなどを用
いてもよい。
ことができる。また、カラー表示する際に画素で制御する色要素としては、RGB(Rは
赤、Gは緑、Bは青を表す)の三色に限定されない。例えば、RGBW(Wは白を表す)
、又はRGBに、イエロー、シアン、マゼンタ等を一色以上追加したものがある。なお、
色要素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい。ただし、本発明はカラ
ー表示の表示装置に限定されるものではなく、モノクロ表示の表示装置に適用することも
できる。
子を適用することができる。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E
L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。
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、どの射出構造の発光素子も適用する
ことができる。
光素子4513は、画素部4002に設けられたトランジスタ4010と電気的に接続し
ている。なお発光素子4513の構成は、第1の電極層4030、電界発光層4511、
第2の電極層4031の積層構造であるが、示した構成に限定されない。発光素子451
3から取り出す光の方向などに合わせて、発光素子4513の構成は適宜変えることがで
きる。
材料を用い、第1の電極層4030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。
されていてもどちらでも良い。
4031及び隔壁4510上に保護層を形成してもよい。保護層としては、窒化シリコン
、窒化酸化シリコン、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、DLC膜等を形成することができる。また、第1の基板4001、
第2の基板4006、及びシール材4005によって封止された空間には充填材4514
が設けられ密封されている。このように外気に曝されないように気密性が高く、脱ガスの
少ない保護フィルム(貼り合わせフィルム、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。
は熱硬化樹脂を用いることができ、PVC(ポリビニルクロライド)、アクリル樹脂、ポ
リイミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、PVB(ポリビニルブチラル)またはEVA
(エチレンビニルアセテート)を用いることができる。例えば充填材として窒素を用いれ
ばよい。
位相差板(λ/4板、λ/2板)、カラーフィルタなどの光学フィルムを適宜設けてもよ
い。また、偏光板又は円偏光板に反射防止膜を設けてもよい。例えば、表面の凹凸により
反射光を拡散し、映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。
、共通電極層、対向電極層などともいう)においては、取り出す光の方向、電極層が設け
られる場所、及び電極層のパターン構造によって透光性、反射性を選択すればよい。
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。
(Mo)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、バナジウム(V)、ニオブ(N
b)、タンタル(Ta)、クロム(Cr)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、チタ
ン(Ti)、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)等の金属、
又はその合金、若しくはその金属窒化物から一つ、又は複数種を用いて形成することがで
きる。
マーともいう)を含む導電性組成物を用いて形成することができる。導電性高分子として
は、いわゆるπ電子共役系導電性高分子を用いることができる。例えば、ポリアニリンま
たはその誘導体、ポリピロールまたはその誘導体、ポリチオフェンまたはその誘導体、若
しくはアニリン、ピロールおよびチオフェンの2種以上からなる共重合体またはその誘導
体などがあげられる。
を設けることが好ましい。保護回路は、非線形素子を用いて構成することが好ましい。
信頼性のよい半導体装置を提供することができる。
上記実施の形態に示したトランジスタを用いて、対象物の情報を読み取るイメージセンサ
機能を有する半導体装置を作製することができる。
フォトセンサの等価回路であり、図12(B)はフォトセンサの一部を示す断面図である
。
方の電極がトランジスタ640のゲートに電気的に接続されている。トランジスタ640
は、ソース又はドレインの一方がフォトセンサ基準信号線672に、ソース又はドレイン
の他方がトランジスタ656のソース又は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656は、ゲートがゲート信号線659に、ソース又はドレインの他方がフォ
トセンサ出力信号線671に電気的に接続されている。
判明できるように、酸化物半導体層を用いるトランジスタの記号には「OS」と記載して
いる。図12(A)において、トランジスタ640、トランジスタ656は上記実施の形
態に示したトランジスタが適用でき、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を用
いるトランジスタである。本実施の形態では、実施の形態4で示したトランジスタ140
と同様な構造を有するトランジスタを適用する例を示す。トランジスタ640は、酸化物
半導体層上にチャネル保護層として機能する絶縁層が設けられた、ボトムゲート構造の逆
スタガ型トランジスタである。
の構成例を示す断面図であり、絶縁表面を有する基板601(TFT基板)上に、センサ
として機能するフォトダイオード602及びトランジスタ640が設けられている。フォ
トダイオード602、トランジスタ640の上には接着層608を用いて基板613が設
けられている。
。フォトダイオード602は、絶縁層633上に設けられ、絶縁層633上に形成した電
極641a、電極641bと、絶縁層634上に設けられた電極層642との間に、絶縁
層633側から順に第1半導体層606a、第2半導体層606b、及び第3半導体層6
06cを積層した構造を有している。
42は電極641aを介して導電層645と電気的に接続している。導電層645は、ト
ランジスタ640のゲート電極層と電気的に接続しており、フォトダイオード602はト
ランジスタ640と電気的に接続している。
606bとして高抵抗な半導体層(i型半導体層)、第3半導体層606cとしてn型の
導電型を有する半導体層を積層するpin型のフォトダイオードを例示している。
ァスシリコンにより形成することができる。第1半導体層606aの形成には13族の不
純物元素(例えばボロン(B))を含む半導体材料ガスを用いて、プラズマCVD法によ
り形成する。半導体材料ガスとしてはシラン(SiH4)を用いればよい。または、Si
2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、SiF4等を用いてもよい。また
、不純物元素を含まないアモルファスシリコンを形成した後に、拡散法やイオン注入法を
用いて該アモルファスシリコンに不純物元素を導入してもよい。イオン注入法等により不
純物元素を導入した後に加熱等を行うことで、不純物元素を拡散させるとよい。この場合
にアモルファスシリコンを形成する方法としては、LPCVD法、気相成長法、又はスパ
ッタリング法等を用いればよい。第1半導体層606aの膜厚は10nm以上50nm以
下となるよう形成することが好ましい。
により形成する。第2半導体層606bの形成には、半導体材料ガスを用いて、アモルフ
ァスシリコンをプラズマCVD法により形成する。半導体材料ガスとしては、シラン(S
iH4)を用いればよい。または、Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiC
l4、SiF4等を用いてもよい。第2半導体層606bの形成は、LPCVD法、気相
成長法、スパッタリング法等により行ってもよい。第2半導体層606bの膜厚は200
nm以上1000nm以下となるように形成することが好ましい。
ファスシリコンにより形成する。第3半導体層606cの形成には、15族の不純物元素
(例えばリン(P))を含む半導体材料ガスを用いて、プラズマCVD法により形成する
。半導体材料ガスとしてはシラン(SiH4)を用いればよい。または、Si2H6、S
iH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、SiF4等を用いてもよい。また、不純物元
素を含まないアモルファスシリコンを形成した後に、拡散法やイオン注入法を用いて該ア
モルファスシリコンに不純物元素を導入してもよい。イオン注入法等により不純物元素を
導入した後に加熱等を行うことで、不純物元素を拡散させるとよい。この場合にアモルフ
ァスシリコンを形成する方法としては、LPCVD法、気相成長法、又はスパッタリング
法等を用いればよい。第3半導体層606cの膜厚は20nm以上200nm以下となる
よう形成することが好ましい。
モルファス半導体ではなく、多結晶半導体を用いて形成してもよいし、微結晶半導体や、
セミアモルファス半導体(Semi Amorphous Semiconductor
:SAS)を用いて形成してもよい。
フォトダイオードはp型の半導体層側を受光面とする方がよい特性を示す。ここでは、p
in型のフォトダイオードが形成されている基板601の面からフォトダイオード602
が受ける光622を電気信号に変換する例を示す。また、受光面とした半導体層側とは逆
の導電型を有する半導体層側からの光は外乱光となるため、電極層は遮光性を有する導電
層を用いるとよい。また、n型の半導体層側を受光面として用いることもできる。
応じて、スパッタリング法、プラズマCVD法、SOG法、スピンコート、ディップ、ス
プレー塗布、液滴吐出法(インクジェット法等)、印刷法(スクリーン印刷、オフセット
印刷等)等を用いて形成することができる。
又は酸化窒化アルミニウムなどの酸化物絶縁物、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化
アルミニウム、又は窒化酸化アルミニウムなどの窒化物絶縁物を単層又は積層して用いる
ことができる。
ッタリング法によって形成することができる。
の不純物、及び酸素の両方に対して膜を透過させない遮断効果(ブロック効果)が高い。
分などの不純物の酸化物半導体層への混入、及び酸化物半導体を構成する主成分材料であ
る酸素の酸化物半導体層からの放出を防止する保護層として機能する。
絶縁層が好ましい。絶縁層633、634としては、例えばポリイミド、アクリル樹脂、
ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂等の、耐熱性を有する有機絶縁材料
を用いることができる。また上記有機絶縁材料の他に、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)等の単層、
又は積層を用いることができる。
ることができる。なお、被検出物の情報を読み取る際にバックライトなどの光源を用いる
ことができる。
定である。従って、安定した電気特性を有するトランジスタ640を含む信頼性の高い半
導体装置を提供することができる。また、信頼性の高い半導体装置を歩留まりよく作製し
、高生産化を達成することができる。
合わせて用いることができる。
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、又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13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。
であり、電子機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、又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、実施の形態
3に示した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又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)又は双方向(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。
ことが可能であり、テレビジョン装置、及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
。コンピュータは、本発明の一態様を用いて作製される半導体装置をその表示部9203
に用いることにより作製される。先の実施の形態に示した半導体装置を利用すれば、信頼
性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。
bに用いることが可能であり、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良い。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。
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14(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。
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、日付又は時刻など
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又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、又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ため好適である。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。
)にブロック図を示し説明する。図14(C)には、太陽電池9633、バッテリー96
35、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9636
、コンバータ9637、スイッチSW1乃至SW3が、図14(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9633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DCDCコンバータ9636で昇圧又は降圧がなされる。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又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。
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。
102 絶縁層
103 ゲート電極
104 ゲート絶縁層
105 酸化物半導体層
106 保護層
108 絶縁層
110 トランジスタ
112 平坦化層
116 保護層
120 トランジスタ
130 トランジスタ
140 トランジスタ
150 トランジスタ
199 部位
201 酸化物半導体層
202 絶縁層
203 レジストマスク
204 レジストマスク
301 基板
302 遮光部
303 回折格子部
304 グレイトーンマスク
311 基板
312 半透光部
313 遮光部
314 ハーフトーンマスク
601 基板
602 フォトダイオード
608 接着層
613 基板
622 光
631 絶縁層
633 絶縁層
634 絶縁層
640 トランジスタ
642 電極層
643 導電層
645 導電層
656 トランジスタ
658 フォトダイオードリセット信号線
659 ゲート信号線
671 フォトセンサ出力信号線
672 フォトセンサ基準信号線
4001 基板
4002 画素部
4003 信号線駆動回路
4004 走査線駆動回路
4005 シール材
4006 基板
4008 液晶層
4010 トランジスタ
4011 トランジスタ
4013 液晶素子
4015 接続端子電極
4016 端子電極
4017 導電層
4018 FPC
4019 異方性導電層
4020 絶縁層
4021 平坦化層
4023 絶縁層
4024 絶縁層
4030 電極層
4031 電極層
4032 絶縁層
4033 絶縁層
4035 スペーサ
4510 隔壁
4511 電界発光層
4513 発光素子
4514 充填材
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
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
104a ゲート絶縁層
104b ゲート絶縁層
106a 保護層
106b 保護層
107a ソース電極
107b ドレイン電極
111a コンタクトホール
111b コンタクトホール
4018b FPC
606a 半導体層
606b 半導体層
606c 半導体層
641a 電極
641b 電極
9631a 表示部
9631b 表示部
9632a 領域
9632b 領域
Claims (5)
- ゲート電極と、
前記ゲート電極上の第1の絶縁層と、
前記第1の絶縁層を介して前記ゲート電極上に位置し、トランジスタのチャネル形成領域を有する酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層上に接する第2の絶縁層と、
前記酸化物半導体層と電気的に接続され、前記トランジスタのソース電極又はドレイン電極としての機能を有する導電層と、
前記第2の絶縁層上の第3の絶縁層と、を有し、
前記酸化物半導体層の上面は、前記導電層と接する領域と、前記第2の絶縁層と接する領域と、前記第3の絶縁層と接する領域と、を有し、
前記第2の絶縁層の上面は、前記導電層と接する領域と、前記第3の絶縁層と接する領域と、を有し、
上面視において、前記第2の絶縁層のチャネル幅方向の両端部は、前記酸化物半導体層との重なりを有する半導体装置。 - ゲート電極と、
前記ゲート電極上の第1の絶縁層と、
前記第1の絶縁層を介して前記ゲート電極上に位置し、トランジスタのチャネル形成領域を有する酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層上に接する第2の絶縁層と、
前記酸化物半導体層と電気的に接続され、前記トランジスタのソース電極又はドレイン電極としての機能を有する導電層と、
前記第2の絶縁層上の第3の絶縁層と、を有し、
前記酸化物半導体層の上面は、前記導電層と接する領域と、前記第2の絶縁層と接する領域と、前記第3の絶縁層と接する領域と、を有し、
前記第2の絶縁層の上面は、前記導電層と接する領域と、前記第3の絶縁層と接する領域と、を有し、
上面視において、前記酸化物半導体層は、前記第2の絶縁層のチャネル幅方向の端部の一方を超えて伸長した領域と、前記第2の絶縁層のチャネル幅方向の端部の他方を超えて伸長した領域とを有する半導体装置。 - ゲート電極と、
前記ゲート電極上の第1の絶縁層と、
前記第1の絶縁層を介して前記ゲート電極上に位置し、トランジスタのチャネル形成領域を有する酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層上に接する第2の絶縁層と、
前記酸化物半導体層と電気的に接続され、前記トランジスタのソース電極又はドレイン電極としての機能を有する導電層と、
前記第2の絶縁層上の第3の絶縁層と、を有し、
前記酸化物半導体層の上面は、前記導電層と接する領域と、前記第2の絶縁層と接する領域と、前記第3の絶縁層と接する領域と、を有し、
前記第2の絶縁層の上面は、前記導電層と接する領域と、前記第3の絶縁層と接する領域と、を有し、
上面視において、前記第2の絶縁層のチャネル幅方向の両端部は、前記酸化物半導体層との重なりを有し、前記導電層のチャネル幅方向の両端部は、前記第2の絶縁層との重なりを有する半導体装置。 - ゲート電極と、
前記ゲート電極上の第1の絶縁層と、
前記第1の絶縁層を介して前記ゲート電極上に位置し、トランジスタのチャネル形成領域を有する酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層上に接する第2の絶縁層と、
前記酸化物半導体層と電気的に接続され、前記トランジスタのソース電極又はドレイン電極としての機能を有する導電層と、
前記第2の絶縁層上の第3の絶縁層と、を有し、
前記酸化物半導体層の上面は、前記導電層と接する領域と、前記第2の絶縁層と接する領域と、前記第3の絶縁層と接する領域と、を有し、
前記第2の絶縁層の上面は、前記導電層と接する領域と、前記第3の絶縁層と接する領域と、を有し、
上面視において、前記酸化物半導体層は、前記第2の絶縁層のチャネル幅方向の端部の一方を超えて伸長した領域と、前記第2の絶縁層のチャネル幅方向の端部の他方を超えて伸長した領域とを有し、
上面視において、前記第2の絶縁層は、前記導電層のチャネル幅方向の端部の一方を超えて伸長した領域と、前記導電層のチャネル幅方向の端部の他方を超えて伸長した領域と、を有する半導体装置。 - 請求項1乃至4のいずれか一において、
断面視において、前記第2の絶縁層は、テーパー形状を有する半導体装置。
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