JP2020194964A - トランジスタ及び表示装置 - Google Patents
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Abstract
Description
の一態様の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関する。または、本発明の一態様
は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物(コンポジション・オブ・マ
ター)に関する。特に、本発明の一態様は、金属酸化物、または当該金属酸化物の製造方
法に関する。または、本発明の一態様は、半導体装置、表示装置、液晶表示装置、発光装
置、蓄電装置、記憶装置、それらの駆動方法、または、それらの製造方法に関する。
装置全般を指す。トランジスタなどの半導体素子をはじめ、半導体回路、演算装置、記憶
装置は、半導体装置の一態様である。撮像装置、表示装置、液晶表示装置、発光装置、電
気光学装置、発電装置(薄膜太陽電池、有機薄膜太陽電池等を含む)、及び電子機器は、
半導体装置を有している場合がある。
文献1では、In−Zn−Ga−O系酸化物、In−Zn−Ga−Mg−O系酸化物、I
n−Zn−O系酸化物、In−Sn−O系酸化物、In−O系酸化物、In−Ga−O系
酸化物、及びSn−In−Zn−O系酸化物のうちのいずれかである非晶質酸化物を有す
る電界効果型トランジスタが開示されている。
In−Ga−Zn−O系酸化物との2層積層の金属酸化物を有する構造が検討されている
。
物、In−Zn−O系酸化物、In−Sn−O系酸化物、In−O系酸化物、In−Ga
−O系酸化物、及びSn−In−Zn−O系酸化物のうちのいずれかである非晶質酸化物
を用いて、トランジスタの活性層を形成している。言い換えると、トランジスタの活性層
は、上記酸化物のいずれか1つの非晶質酸化物を有している。トランジスタの活性層が、
上記非晶質酸化物のいずれか1つから構成された場合、トランジスタの電気特性の1つで
あるオン電流が低くなるといった問題がある。または、トランジスタの活性層が、上記非
晶質酸化物のいずれか1つから構成された場合、トランジスタの信頼性が悪くなるといっ
た問題がある。
トランジスタの活性層として、In−Zn酸化物と、In−Ga−Zn酸化物との2層積
層とし、チャネルが形成されるIn−Zn酸化物の膜厚を10nmとすることで、高い電
界効果移動度(μ=62cm2V−1s−1)を実現している。一方で、トランジスタ特
性の一つであるS値(Subthreshold Swing、SSともいう)が0.4
1V/decadeと大きい。また、トランジスタ特性の一つである、しきい値電圧(V
thともいう)が−2.9Vであり、所謂ノーマリーオンのトランジスタ特性である。
する。または、本発明の一態様は、半導体装置に良好な電気特性を付与することを課題の
一とする。または、信頼性の高い半導体装置を提供することを課題の一とする。または、
新規な構成の半導体装置を提供することを課題の一とする。または、新規な構成の表示装
置を提供することを課題の一とする。
一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課
題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、
図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
物は、伝導帯下端のエネルギー準位が高い第1の領域と、第1の領域よりも伝導帯下端の
エネルギー準位が低い第2の領域と、を有し、第2の領域は、第1の領域よりもキャリア
が多く、第1の領域と、第2の領域との伝導帯下端のエネルギー準位の差が0.2eV以
上であり第1の領域のエネルギーギャップは、3.3eV以上4.0eV以下であり、第
2の領域のエネルギーギャップは、2.2eV以上2.9eV以下である。
属酸化物は、伝導帯下端のエネルギー準位が高い第1の領域と、第1の領域よりも伝導帯
下端のエネルギー準位が低い第2の領域と、を有し、第1の領域は、M(Mは、Al、G
a、Si、Mg、Zr、Be、及びBから選ばれる少なくとも二種以上)酸化物、M窒化
物またはIn−M−Zn酸化物を有し、第2の領域は、In酸化物、またはIn−Zn酸
化物を有する。
ルギーギャップを有する第2の領域を含む金属酸化物であり、第1の領域は、第2の領域
よりも伝導帯下端のエネルギー準位が高く、第1の領域は第1の金属元素の第1の酸化物
を含み、第2の領域は第2の金属元素の第2の酸化物を含み、第1の酸化物は、エネルギ
ーギャップを大きくするために第1の金属元素とは異なる第3の元素を含み、前記第2の
領域が第3の元素を含む場合には、第1の領域における第3の元素の濃度は、第2の領域
における第3の元素の濃度よりも高い。
の元素はAl、Si、Mg、Zr、Be、及びBから選ばれる少なくとも二種以上含むと
好ましい。
と好ましい。
電極と、を有する半導体装置である。
一態様により、半導体装置に良好な電気特性を付与することができる。または、信頼性の
高い半導体装置を提供することができる。または、新規な構成の半導体装置を提供するこ
とができる。または、新規な構成の表示装置を提供することができる。
一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果
は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図
面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
なる態様で実施することが可能であり、趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態
及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は
、以下の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。
場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。なお図面は、理想的な例を
模式的に示したものであり、図面に示す形状又は値などに限定されない。
混同を避けるために付したものであり、数的に限定するものではないことを付記する。
置関係を、図面を参照して説明するために、便宜上用いている。また、構成同士の位置関
係は、各構成を描写する方向に応じて適宜変化するものである。従って、明細書で説明し
た語句に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。
む少なくとも三つの端子を有する素子である。そして、ドレイン(ドレイン端子、ドレイ
ン領域またはドレイン電極)とソース(ソース端子、ソース領域またはソース電極)の間
にチャネル領域を有しており、ドレインとチャネル領域とソースとを介して電流を流すこ
とができるものである。なお、本明細書等において、チャネル領域とは、電流が主として
流れる領域をいう。
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。
の」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するも
の」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に制限を受けない
。例えば、「何らかの電気的作用を有するもの」には、電極や配線をはじめ、トランジス
タなどのスイッチング素子、抵抗素子、インダクタ、キャパシタ、その他の各種機能を有
する素子などが含まれる。
素の含有量が多い膜を表し、窒化酸化シリコン膜とは、その組成として、酸素よりも窒素
の含有量が多い膜を表す。
指す符号は異なる図面間でも共通して用いる場合がある。
度で配置されている状態をいう。したがって、−5°以上5°以下の場合も含まれる。ま
た、「略平行」とは、二つの直線が−30°以上30°以下の角度で配置されている状態
をいう。また、「垂直」とは、二つの直線が80°以上100°以下の角度で配置されて
いる状態をいう。したがって、85°以上95°以下の場合も含まれる。また、「略垂直
」とは、二つの直線が60°以上120°以下の角度で配置されている状態をいう。
ては、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜
」という用語に変更することが可能な場合がある。または、例えば、「絶縁膜」という用
語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。
しての特性を有する場合がある。また、「半導体」と「絶縁体」は境界が曖昧であり、厳
密に区別できない場合がある。したがって、本明細書に記載の「半導体」は、「絶縁体」
と言い換えることができる場合がある。同様に、本明細書に記載の「絶縁体」は、「半導
体」と言い換えることができる場合がある。
)ときにオン状態であることをいう。例えば、ノーマリーオンの特性とは、トランジスタ
のゲートに与える電圧が0Vの際に、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性をさす場合
がある。
の酸化物である。金属酸化物は、酸化物絶縁体、酸化物導電体(透明酸化物導電体を含む
)、酸化物半導体(Oxide Semiconductorまたは単にOSともいう)
などに分類される。例えば、トランジスタの活性層に金属酸化物を用いた場合、当該金属
酸化物を酸化物半導体と呼称する場合がある。つまり、金属酸化物が増幅作用、整流作用
、及びスイッチング作用の少なくとも1つを有する場合、当該金属酸化物を、金属酸化物
半導体(metal oxide semiconductor)、略してOSと呼ぶこ
とができる。また、OS FETと記載する場合においては、金属酸化物または酸化物半
導体を有するトランジスタと換言することができる。
ide)と総称する場合がある。また、窒素を有する金属酸化物を、金属酸窒化物(me
tal oxynitride)と呼称してもよい。
本実施の形態では、本発明の一態様である金属酸化物について説明する。
Znを含むことが好ましい。また、本発明の一態様の金属酸化物は、In及びZnに加え
て、元素M(元素Mは、Al、Ga、Si、Mg、Zr、Be、及びBから選ばれる少な
くとも2種)が含まれていてもよい。特に元素Mとしては、Al、Ga、及びSiから選
ばれる少なくとも2種であると好適である。元素Mとしては、Al及びGa、Al及びS
iまたはGa及びSiの組み合わせが好ましい。
−Al−Si−Zn酸化物、またはIn−Ga−Si−Zn酸化物などが挙げられる。
は、M(Mは、Al、Ga、Si、Mg、Zr、Be、及びBから選ばれる少なくとも2
種以上))酸化物およびIn−M−Zn酸化物を有し、第2の領域には、In酸化物、I
n−Zn酸化物、から選ばれる一種または複数種を有する。特に、第1の領域には、第2
の領域の伝導帯下端のエネルギー準位より、少なくとも0.2eV以上大きい伝導帯下端
のエネルギー準位を有する金属酸化物を1乃至50atomic%有することが好ましい
。
には、M酸化物を、窒化アルミニウム、または窒化シリコンに置き換えてもよい。
ギャップを有する。より詳しくは、本発明の一態様の金属酸化物は、複数の伝導帯下端の
エネルギー準位を有する。なお、場合によっては、複数の成分を複数の領域と言い換えて
もよい。
ルギー準位(Ev端)と、伝導帯下端のエネルギー準位(Ec端)とのエネルギーの差を
指し、バンドギャップとも言うことができる。
が低い第2の領域と、を有し、第2の領域は、第1の領域よりもキャリアが多く、第1の
領域と、第2の領域とのEc端の差が0.2eV以上である。また、第1の領域のエネル
ギーギャップは、3.3eV以上4.0eV以下であり、第2の領域のエネルギーギャッ
プは、2.2eV以上2.9eV以下である。
を行う。
図1は、本発明の一態様におけるCAC(Cloud−Aligned Compos
ite)構成を有する金属酸化物の概念図である。なお、本明細書において、本発明の一
態様である金属酸化物が、半導体の機能を有する場合、CAC(Cloud−Align
ed Composite)−OS(Oxide Semiconductor)と定義
する。
たは金属マトリックス複合材(metal matrix composite)と称す
る場合もある。
ことで、各元素を主成分とする領域001、および領域002を形成し、各領域が、混合
し、モザイク状に形成される。つまり、金属酸化物を構成する元素が、0.5nm以上1
0nm以下、好ましくは、1nm以上2nm以下、またはその近傍のサイズで偏在した材
料の一構成である。なお、以下では、金属酸化物において、一つあるいはそれ以上の元素
が偏在し、該元素を有する領域が、0.5nm以上10nm以下、好ましくは、1nm以
上2nm以下、またはその近傍のサイズで混合した状態をモザイク状、またはパッチ状と
もいう。
1(X1は0よりも大きい実数)とする。)、またはIn−Zn酸化物(以下、InX2
ZnY2OZ2(X2、Y2、およびZ2は、それぞれ0よりも大きい実数)とする。)
と、In−M−Zn酸化物(以下、InW3MX3ZnY3OZ3(W3、X3、Y3、
およびZ3は、それぞれ0よりも大きい実数とする。)と、M酸化物などと、に材料が分
離することでモザイク状となり、モザイク状のInOX1またはInX2ZnY2OZ2
、InW3MX3ZnY3OZ3、M酸化物などが、膜中に分布した構成(以下、クラウ
ド状ともいう。)である。
M酸化物、M酸化物、In−M−Zn酸化物、またはM−Zn酸化物の中から選ばれる、
少なくとも2以上の複数の酸化物または複数の成分を有する。
化物、In酸化物、In−Zn酸化物、Ga−Al酸化物、In−Ga酸化物、In−G
a−Zn酸化物、Ga−Zn酸化物、Al酸化物、In−Al酸化物、In−Al−Ga
−Zn酸化物の中から選ばれる、少なくとも2以上を有する。特に、本発明の一態様の金
属酸化物は、上記酸化物と、Alを含む酸化物とZnを含む酸化物を組み合わせた、例え
ば、In−Al−Zn酸化物、またはIn−Al−Ga−Zn酸化物としてもよい。
物、In酸化物、In−Zn酸化物、Ga−Si酸化物、In−Ga酸化物、In−Ga
−Zn酸化物、Ga−Zn酸化物、Si酸化物、In−Si酸化物、In−Si−Ga−
Zn酸化物の中から選ばれる、少なくとも2以上を有する。特に、本発明の一態様の金属
酸化物は、上記酸化物と、Siを含む酸化物とZnを含む酸化物を組み合わせた、例えば
、In−Si−Zn酸化物、またはIn−Si−Ga−Zn酸化物としてもよい。
材料、あるいはコンポジット材料ともいえる。
る。その場合、領域001が元素Mを含む酸化物を主成分とする領域、また、領域002
がInOX1またはInX2ZnY2OZ2を主成分とする領域であるといえる。このと
き、領域001と、領域002とは、周辺部が不明瞭である(ボケている)ため、それぞ
れ明確な境界が観察できない場合がある。
ある領域と、InOX1またはInX2ZnY2OZ2が主成分である領域とが、混合し
ている金属酸化物である。従って、金属酸化物を複合金属酸化物と記載する場合がある。
2における結晶構造は、特に限定されない。また、領域001、及び領域002は、それ
ぞれ、異なる結晶構造を有していてもよい。
導体であることが好ましい。非単結晶とは、単結晶を除く、非晶質体および多結晶体など
を指す。非単結晶構造として、例えば、CAAC−OS、多結晶酸化物半導体、nc−O
S(nanocrystalline oxide semiconductor)、擬
似非晶質酸化物半導体(a−like OS:amorphous−like oxid
e semiconductor)および非晶質酸化物半導体などがある。
し、かつa−b面方向において複数のナノ結晶が連結し、歪みを有した結晶構造の酸化物
半導体である。なお、歪みとは、複数のナノ結晶が連結する領域において、格子配列の揃
った領域と、別の格子配列の揃った領域と、の間で格子配列の向きが変化している箇所を
指す。
がある。また、歪みにおいて、五角形、および七角形などの格子配列を有する場合がある
。従って、CAAC−OSにおいて、歪み近傍においても、明確な結晶粒界(グレインバ
ウンダリーともいう)を確認することはできない。即ち、格子配列の歪みによって、結晶
粒界の形成が抑制されていることがわかる。これは、CAAC−OSが、a−b面方向に
おいて酸素原子の配列が稠密でないことや、金属元素が置換することで原子間の結合距離
が変化することなどによって、歪みを許容することができるためと考えられる。
3nm以下の領域)において原子配列に周期性を有する。また、nc−OSは、異なるナ
ノ結晶間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。し
たがって、nc−OSは、分析方法によっては、a−like OSや非晶質酸化物半導
体と区別が付かない場合がある。
半導体である。a−like OSは、鬆または低密度領域を有する。即ち、a−lik
e OSは、nc−OSおよびCAAC−OSと比べて、不安定な構造である。
域001、または領域002を含む範囲で形成される場合がある。つまり、CAC−OS
において、CAAC−OSとなる領域は、数nmから数十nmの範囲で形成される。
結晶粒界を確認することはできないため、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こり
にくいといえる。従って、金属酸化物はCAAC−OSを有することで、金属酸化物とし
ての物理的性質が安定するため、熱に強く、信頼性が高い金属酸化物を提供することがで
きる。
ついて説明する。InOX1またはInX2ZnY2OZ2と、InW3AlX3ZnY
3OZ3またはInaAlbGacZndOe(a、b、c、d、及びeは、それぞれ0
よりも大きい実数とする。)と、に材料が分離することでモザイク状となる。
nY3OZ3またはInaAlbGacZndOeが主成分である領域と、InOX1、
またはInX2ZnY2OZ2が主成分である領域と、が混合している構成を有する複合
金属酸化物である。また、InW3AlX3ZnY3OZ3またはInaAlbGacZ
ndOeが主成分である領域と、InOX1またはInX2ZnY2OZ2が主成分であ
る領域とは、周辺部が不明瞭である(ボケている)ため、明確な境界が観察できない場合
がある。
たはInaAlbGacZndOeを主成分とする領域に相当し、領域002がInOX
1またはInX2ZnY2OZ2を主成分とする領域に相当する。なお、Inw3Alx
3Zny3OZ3またはInaAlbGacZndOeを主成分とする領域、及びInO
X1またはInX2ZnY2OZ2を主成分とする領域を、それぞれナノ粒子と呼称して
もよい。当該ナノ粒子は、粒子の径が0.5nm以上10nm以下、代表的には1nm以
上2nm以下である。また、上記ナノ粒子は、周辺部が不明瞭である(ボケている)ため
、明確な境界が観察できない場合がある。
X:Energy Dispersive X−rayspectroscopy)を用
いて取得したEDXマッピングで評価することができる。例えば、領域001は、断面写
真のEDXマッピングにおいて、領域001の径が、0.5nm以上10nm以下、また
は1nm以上2nm以下で観察される場合がある。また、領域の中心部から周辺部にかけ
て、主成分である元素の密度は、徐々に小さくなる。例えば、EDXマッピングでカウン
トできる元素の個数(以下、存在量ともいう)が、中心部から周辺部に向けて傾斜すると
、断面写真のEDXマッピングにおいて、領域の周辺部が不明瞭な(ボケた)状態で観察
される。例えば、InaAlbGacZndOeが主成分である領域において、Al原子
およびGa原子は、中心部から周辺部にかけて徐々に減少し、代わりに、In原子、およ
びZn原子が増加することで、InX2ZnY2OZ2が主成分である領域へと段階的に
変化する。従って、EDXマッピングにおいて、InaAlbGacZndOeが主成分
である領域の周辺部は不明瞭な(ボケた)状態で観察される。
定されない。また、領域001、および領域002は、それぞれ、異なる結晶構造を有し
ていてもよい。例えば、CAC構成を有するIn−Al−Ga−Zn酸化物は、非単結晶
構造を有する酸化物半導体であることが好ましい。
、電子線回折で評価することができる。例えば、電子線回折を用いてIn−Al−Ga−
Zn酸化物を分析した場合、電子線回折パターン像において、リング状に輝度の高い領域
、およびリング状に輝度の高い領域内に、複数のスポットが観察される場合がある。
域002)は、InW3AlX3ZnY3OZ3またはInaAlbGacZndOeが
主成分である領域(図1における領域001)と比較して、導電性が高い領域である。つ
まり、InOX1またはInX2ZnY2OZ2が主成分である領域を、キャリアが流れ
ることにより、酸化物半導体としての導電性が発現する。従って、InOX1またはIn
X2ZnY2OZ2が主成分である領域が、酸化物半導体中にクラウド状に分布すること
で、高い電界効果移動度(μ)が実現できる。なお、InOX1またはInX2ZnY2
OZ2、などが主成分である領域は、導電体の性質に近い、半導体の領域ともいえる。
である領域は、InOX1またはInX2ZnY2OZ2が主成分である領域と比較して
、導電性が低い領域である。つまり、InW3AlX3ZnY3OZ3またはInaAl
bGacZndOeが主成分である領域が、金属酸化物中に分布することで、リーク電流
を抑制し、良好なスイッチング動作を実現できる。なお、InW3AlX3ZnY3OZ
3またはInaAlbGacZndOeが主成分である領域は、絶縁体の性質に近い、半
導体の領域ともいえる。また、InW3AlX3ZnY3OZ3の導電性と、InaAl
bGacZndOeの導電性と、を比較すると、AlおよびGaの酸化物を含むInaA
lbGacZndOeの導電性の方が高い。
合、InW3AlX3ZnY3OZ3またはInaAlbGacZndOeに起因する性
質と、InOX1またはInX2ZnY2OZ2に起因する性質とが、相補的に作用する
ことにより、高いオン電流(Ion)、高い電界効果移動度(μ)、および、低いオフ電
流(Ioff)を実現することができる。
頼性が高い。従って、In−Al−Ga−Zn酸化物におけるCAC−OSは、ディスプ
レイをはじめとするさまざまな半導体装置に最適である。
続いて、上記金属酸化物を半導体としてトランジスタに用いる場合について、図2を用
いて説明する。
高く、かつ、スイッチング特性が高いトランジスタを実現することができる。また、信頼
性の高いトランジスタを実現することができる。
図2(A)において、トランジスタは、ソースと、ドレインと、第1のゲートと、第2の
ゲートと、第1のゲート絶縁部と、第2のゲート絶縁部と、チャネル部と、を有する。ト
ランジスタは、ゲートに印加する電位によって、チャネル部の抵抗を制御することができ
る。即ち、第1のゲート、または第2のゲートに印加する電位によって、ソースとドレイ
ンとの間の導通(トランジスタがオン状態)・非導通(トランジスタがオフ状態)を制御
することができる。
ルギーギャップを有する領域002と、がクラウド状であるCAC−OSを有している。
なお、第1のエネルギーギャップは、第2のエネルギーギャップよりも大きいものとする
。
n酸化物を用いる場合について説明する。CAC構成を有するIn−Al−Ga−Zn酸
化物は、領域001として、領域002よりもAlまたはGaの濃度が高いInW3Al
X3ZnY3OZ3またはInaAlbGacZndOeを主成分とする領域と、領域0
02として、領域001よりもInの濃度が高いInOX1またはInX2ZnY2OZ
2が主成分である領域と、に材料が分離することでモザイク状となり、InW3AlX3
ZnY3OZ3またはInaAlbGacZndOeと、InOX1またはInX2Zn
Y2OZ2が、膜中に分布した構成(クラウド状)である。なお、InW3AlX3Zn
Y3OZ3またはInaAlbGacZndOeを主成分とする領域001は、InOX
1またはInX2ZnY2OZ2が主成分である領域002よりも、大きなエネルギーギ
ャップを有する。また、InW3AlX3ZnY3OZ3のエネルギーギャップと、In
aAlbGacZndOeのエネルギーギャップと、を比較すると、AlおよびGaの酸
化物を含むInaAlbGacZndOeのエネルギーギャップの方が小さい。領域00
1のエネルギーギャップは、3.3eV以上4.0eV以下であり、領域002のエネル
ギーギャップは、2.2eV以上2.9eV以下である。
する。図2(B)は、図2(A)に示すトランジスタのソースとドレインとの間における
エネルギー準位の分布を説明する模式図である。また、図2(C)は、図2(A)に示す
トランジスタにおいて、X−X’で示す実線上における伝導バンド図である。なお、各伝
導バンド図において、実線は伝導帯下端のエネルギーを示す。また、Efで示す一点破線
は電子の擬フェルミ準位のエネルギーを示す。また、ここでは、第1のゲート電圧として
、ゲートとソースとの間にマイナスの電圧を印加し、ソースとドレインとの間にドレイン
電圧(Vd>0)を印加する場合を想定する。なお、図2においては、伝導帯下端のエネ
ルギーをCBと記す。
示すように、ソースとドレインとの間に、領域001に由来する伝導帯下端のエネルギー
CB001と、領域002に由来する伝導帯下端のエネルギーCB002と、が形成され
る。ここで、第1のエネルギーギャップは第2のエネルギーギャップよりも大きいため、
伝導帯下端のエネルギーCB001におけるポテンシャル障壁は、伝導帯下端のエネルギ
ーCB002のポテンシャル障壁よりも大きい。つまり、チャネル部におけるポテンシャ
ル障壁の最大値は、領域001に起因する値をとる。従って、CAC−OSをチャネル部
に用いることで、リーク電流を抑制し、スイッチング特性が高いトランジスタとすること
ができる。
2のエネルギーギャップを有する領域002より、エネルギーギャップが相対的に広いの
で、第1のエネルギーギャップを有する領域001のEc端は、第2のエネルギーギャッ
プを有する領域002のEc端よりも相対的に高い位置に存在しうる。
仮定する。
物およびGa酸化物よりも絶縁性が高い。つまりAl酸化物は、In酸化物、In−Zn
酸化物およびGa酸化物よりもエネルギーギャップが大きい。このようにエネルギーギャ
ップの大きなAl酸化物を含有させる構成とすることで、第1のエネルギーギャップを有
する領域のEc端のエネルギーと、第2のエネルギーギャップを有する領域のEc端のエ
ネルギーとの差をより大きくすることができる。したがって、本発明の一態様の金属酸化
物をトランジスタの半導体層に用いる場合、トランジスタの電界効果移動度を高め、且つ
酸素欠損を抑制することで信頼性の高い半導体装置とすることができる。
r、BeおよびBを用いてもよい。
−Al−Ga−Zn酸化物またはIn−Al−Zn酸化物に起因し、第2のエネルギーギ
ャップを有する領域002の成分がIn−Zn酸化物またはIn酸化物に起因する場合が
ある。この場合、第1のエネルギーギャップは、3.3eV以上4.0eV以下であり、
第2のエネルギーギャップは、2.2eV以上2.9eV以下である。なお、エネルギー
ギャップの値は、各材料の単膜をエリプソメータで測定して得られる値を用いることがで
きる。
準位と、領域002に由来する伝導帯下端のエネルギー準位との差が、少なくとも0.2
eV以上あると好ましい。ただし、第1のエネルギーギャップを有する領域001に由来
する価電子帯上端のエネルギーの位置と、第2のエネルギーギャップを有する領域002
に由来する価電子帯上端のエネルギーの位置が異なる場合があるので、領域001に由来
する伝導帯下端のエネルギー準位と、領域002に由来する伝導帯下端のエネルギー準位
との差が、好ましくは0.3eV以上、さらに好ましくは0.4eV以上であるとよい。
ギャップ、すなわちエネルギーギャップの小さいIn−Zn酸化物またはIn酸化物に起
因してキャリアが流れる。この際に、第2のエネルギーギャップから第1のエネルギーギ
ャップ、すなわちエネルギーギャップの大きなIn−Al−Ga−Zn酸化物またはIn
−Al−Zn酸化物側にキャリアが溢れる。別言すると、エネルギーギャップの小さいI
n−Zn酸化物またはIn酸化物の方がキャリアを生成しやすく、当該キャリアは、エネ
ルギーギャップの大きいIn−Al−Ga−Zn酸化物またはIn−Al−Zn酸化物に
移動する。
度は、1×1010cm−3以上1×1016cm−3以下、好ましくは、1×1015
cm−3程度である。また、第2のバンドギャップ、すなわちエネルギーギャップの小さ
い領域のキャリア密度は、1×1018cm−3以上1×1021cm−3未満が好まし
い。
モザイク状であり、領域001、および領域002は不規則に偏在している。そのため、
X−X’で示す実線上における伝導バンド図は一例である。
に示す。なお、図3においては、伝導帯下端のエネルギーをEcと記す。
002が領域001に挟まれたバンドを形成していればよい。または、領域001が領域
002に挟まれたバンドを形成していればよい。
ルギーギャップを有する領域002との接合部は、領域の凝集形態や組成に揺らぎが生じ
る場合がある。従って、図3(B)、および図3(C)に示すように、不連続ではなく、
連続的にバンドが変化する場合がある。すなわち、CAC−OS中にキャリアが流れる際
に、第1のエネルギーギャップと、第2のエネルギーギャップとが連動すると言い換えて
も良い。
イアグラムのモデル図を、図4(A)(B)(C)に示す。なお、第1のゲートに電圧を
印加する場合、第2のゲートにも同じ電圧が印加されるとする。
(Vg>0)を印加した状態(ONState)を示す。図4(B)には、第1のゲート
電圧Vgを印加しない(Vg=0)状態を示す。図4(C)には、第1のゲート電圧Vg
として、ゲートとソースとの間にマイナスの電圧(Vg<0)を印加した状態(OFFS
tate)を示す。なお、各伝導バンド図において、実線は伝導帯下端のエネルギーCB
を示す。また、Efで示す一点鎖線は電子の擬フェルミ準位のエネルギーを示す。
る領域001と第2のエネルギーギャップを有する領域002とが、電気的に相互作用を
及ぼす。別言すると、第1のエネルギーギャップを有する領域001と第2のエネルギー
ギャップを有する領域002とが、相補的に機能する。
ゲートに印加されると、伝導帯下端のエネルギーの低い第2のエネルギーギャップを有す
る領域002が主な伝導経路となり、電子が流れると同時に、第1のエネルギーギャップ
を有する領域001にも電子が流れる。このためトランジスタのオン状態において高い電
流駆動力、つまり大きなオン電流および高い電界効果移動度を得ることができる。
の電圧(Vg≦0)を印加することで、第1のエネルギーギャップを有する領域001は
、誘電体(絶縁体)として振る舞うので、領域001中の伝導経路は遮断される。また、
第2のエネルギーギャップを有する領域002は、第1のエネルギーギャップを有する領
域001と接している。従って、第1のエネルギーギャップを有する領域001は、自ら
に加えて第2のエネルギーギャップを有する領域002へ電気的に相互作用を及ぼし、第
2のエネルギーギャップを有する領域002中の伝導経路すらも遮断する。これでチャネ
ル部全体が非導通状態となり、トランジスタはオフ状態となる。
時、例えば、ゲートと、ソースまたはドレインとの間に電位差が生じた時に、ゲートと、
ソースまたはドレインと、の間のリーク電流を低減または防止することができる。
しい。なお、膜中の水素濃度が低減された金属酸化物を、高純度真性または実質的に高純
度真性と呼称する場合がある。高純度真性または実質的に高純度真性である金属酸化物は
、水素に起因するキャリア(例えば、酸素欠損に水素が結合したVOHなど)が少ないた
め、キャリア密度を低くすることができる。また、高純度真性または実質的に高純度真性
である金属酸化物は、欠陥準位密度が低いため、トラップ準位密度も低くなる場合がある
。
く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、トラップ準位密度の高い
金属酸化物にチャネル領域が形成されるトランジスタは、電気特性が不安定となる場合が
ある。
低減することが有効である。また、金属酸化物中の不純物濃度を低減するためには、近接
する膜中の不純物濃度も低減することが好ましい。不純物としては、水素、アルカリ金属
等がある。
て欠陥準位が形成される。このため、金属酸化物における炭素の濃度と、金属酸化物との
界面近傍の炭素の濃度(二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion
Mass Spectrometry)により得られる濃度)を、2×1018ato
ms/cm3以下、好ましくは2×1017atoms/cm3以下とする。
る場合がある。従って、アルカリ金属が含まれている金属酸化物を用いたトランジスタは
ノーマリーオン特性となりやすい。このため、金属酸化物中のアルカリ金属の濃度を低減
することが好ましい。具体的には、SIMSにより得られる金属酸化物中のアルカリ金属
の濃度を、1×1018atoms/cm3以下、好ましくは2×1016atoms/
cm3以下とする。
、酸素欠損(Vo)を形成する場合がある。該酸素欠損(Vo)に水素が入ることで、キ
ャリアである電子が生成される場合がある。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素
と結合して、キャリアである電子を生成することがある。従って、水素が含まれている金
属酸化物を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため、金属酸化
物中の水素はできる限り低減されていることが好ましい。具体的には、金属酸化物におい
て、SIMSにより得られる水素濃度を、1×1016atoms/cm3以上3×10
21atoms/cm3未満、好ましくは1×1017atoms/cm3以上3×10
20atoms/cm3未満とする。
することができる。つまり、金属酸化物中の酸素欠損(Vo)に、酸素が補填されること
で、酸素欠損(Vo)は消失する。従って、金属酸化物中に、酸素を拡散させることで、
トランジスタの酸素欠損(Vo)を低減し、信頼性を向上させることができる。
論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物を設けることができる。つまり、酸
化物には、化学量論的組成よりも酸素が過剰に存在する領域(以下、過剰酸素領域ともい
う)が形成されていることが好ましい。特に、トランジスタに金属酸化物を用いる場合、
トランジスタ近傍の下地膜や、層間膜などに、過剰酸素領域を有する酸化物を設けること
で、トランジスタの酸素欠損を低減し、信頼性を向上させることができる。
で、安定した電気特性を付与することができる。
以下では、金属酸化物の成膜方法の一例について説明する。
0℃以下、さらに好ましくは100℃以上150℃未満とする。例えばG10等の大型基
板は、そのサイズに応じて、基板温度の制限がある。従って、水の気化温度(100℃以
上)より高く、かつ可能な範囲で装置のメンテナビリティー、スループットの良い温度を
適宜選択すればよい。なお、室温とは、意図的に加熱しない状態を含む。
の混合ガスを適宜用いる。混合ガスの場合、成膜ガス全体に占める酸素ガスの割合が、0
%以上30%以下、好ましくは5%以上20%以下とする。
て用いる酸素ガスやアルゴンガスは、露点が−40℃以下、好ましくは−80℃以下、よ
り好ましくは−100℃以下、より好ましくは−120℃以下にまで高純度化したガスを
用いることで金属酸化物に水分等が取り込まれることを可能な限り防ぐことができる。
ャンバーは、金属酸化物にとって不純物となる水等を可能な限り除去すべくクライオポン
プのような吸着式の真空排気ポンプを用いて高真空(5×10−7Paから1×10−4
Pa程度まで)排気することが好ましい。または、ターボ分子ポンプとコールドトラップ
を組み合わせて排気系からチャンバー内に気体、特に炭素または水素を含む気体が逆流し
ないようにしておくことが好ましい。
。例えば、In:Al:Ga:Zn=4:1:1:4[原子数比]、In:Al:Si:
Zn=4:1:1:4[原子数比]、In:Ga:Si:Zn=4:1:1:4[原子数
比]、In:Al:Ga:Zn=5:0.5:0.5:7[原子数比]、In:Al:S
i:Zn=5:0.5:0.5:7[原子数比]、In:Ga:Si:Zn=5:0.5
:0.5:7[原子数比]、またはその近傍値の原子数比である金属酸化物ターゲットを
用いることが好ましい。
を回転または移動させても構わない。例えば、成膜中にマグネットユニットを上下または
/及び左右に揺動させることによって、本発明の一態様の金属酸化物を形成することがで
きる。例えば、マグネットユニットを、0.1Hz以上1kHz以下のビートで揺動させ
ればよい。
希ガスとの混合ガスを用い、基板温度を例えば130℃とし、例えばIn:Al:Ga:
Zn=5:0.5:0.5:7[原子数比]のIn−Al−Ga−Zn金属酸化物ターゲ
ットの近傍(例えば裏面)に配置されたマグネットユニットを揺動させながら成膜を行う
ことで、本発明の一態様の金属酸化物を形成することができる。
いることができる。
本実施の形態では、本発明の一態様の金属酸化物を有する半導体装置、及び当該半導体
装置の作製方法について、図5乃至図16を参照して説明する。
図5(A)は、本発明の一態様の半導体装置であるトランジスタ100Aの上面図であ
り、図5(B)は、図5(A)に示す一点鎖線X1−X2間における切断面の断面図に相
当し、図5(C)は、図5(A)に示す一点鎖線Y1−Y2間における切断面の断面図に
相当する。また、図5(D)は、図5(B)に示す領域P1を拡大した断面概念図に相当
する。
成要素の一部(ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜等)を省略して図示している。また、
一点鎖線X1−X2方向をチャネル長方向、一点鎖線Y1−Y2方向をチャネル幅方向と
呼称する場合がある。なお、トランジスタの上面図においては、以降の図面においても図
5(A)と同様に、構成要素の一部を省略して図示する場合がある。
6上の絶縁膜104と、絶縁膜104上の金属酸化物108と、金属酸化物108上の導
電膜112aと、金属酸化物108上の導電膜112bと、金属酸化物108、導電膜1
12a、及び導電膜112b上の絶縁膜114と、絶縁膜114上の絶縁膜116と、絶
縁膜116上の導電膜120aと、絶縁膜116上の導電膜120bと、を有する。
して導電膜106と電気的に接続される導電膜112cが形成される。また、絶縁膜11
4及び絶縁膜116は、導電膜112bに達する開口部152aと、導電膜112cに達
する開口部152bとを有する。
で、図5(D)を用いて、本発明の一態様の金属酸化物と、導電膜との接続について説明
を行う。
aが接するため、接触抵抗を低減できる。また、金属酸化物108は、図1に示すCAC
構成を有するため、CAC構成が有する領域002、すなわち、導電性が高い領域と導電
膜112aとが接するため、さらに接触抵抗を低減できる。なお、図示していないが、金
属酸化物108と、導電膜112bとの接続についても、領域P1と同様である。
減されている。したがって、当該金属酸化物を有するトランジスタの電界効果移動度を高
めることができる。
らに好ましくはトランジスタ100Aの電界効果移動度が100cm2/Vsを超えるこ
とが可能となる。
生成するゲートドライバに用いることで、額縁幅の狭い(狭額縁ともいう)表示装置を提
供することができる。また、上記の電界効果移動度が高いトランジスタを、表示装置が有
する信号線からの信号の供給を行うソースドライバ(とくに、ソースドライバが有するシ
フトレジスタの出力端子に接続されるデマルチプレクサ)に用いることで、表示装置に接
続される配線数が少ない表示装置を提供することができる。
性に影響を与えるため問題となる。したがって、金属酸化物108中のチャネル領域にお
いては、水素または水分などの不純物が少ないほど好ましい。また、金属酸化物108中
のチャネル領域に形成される酸素欠損は、トランジスタ特性に影響を与えるため問題とな
る。例えば、金属酸化物108のチャネル領域中に酸素欠損が形成されると、該酸素欠損
に水素が結合し、キャリア供給源となる。金属酸化物108のチャネル領域中にキャリア
供給源が生成されると、金属酸化物108を有するトランジスタ100Aの電気特性の変
動、代表的にはしきい値電圧のシフトが生じる。したがって、金属酸化物108のチャネ
ル領域においては、酸素欠損が少ないほど好ましい。
れ、導電膜112bと導電膜120bとは、開口部152aを介して電気的に接続される
。なお、導電膜120aと、導電膜120bとは、同じ導電膜を加工することで形成され
る。
絶縁膜116、導電膜120a、及び導電膜120bを覆うように形成される。
のゲート絶縁膜としての機能を有し、絶縁膜114、116は、トランジスタ100Aの
第2のゲート絶縁膜としての機能を有し、絶縁膜118は、トランジスタ100Aの保護
絶縁膜としての機能を有する。
能を有し、導電膜120aは、第2のゲート電極としての機能を有し、導電膜120bは
、表示装置に用いる画素電極としての機能を有する。また、トランジスタ100Aにおい
て、導電膜112aは、ソース電極としての機能を有し、導電膜112bは、ドレイン電
極としての機能を有する。また、トランジスタ100Aにおいて、導電膜112cは接続
電極としての機能を有する。なお、本明細書等において、絶縁膜104を第1の絶縁膜と
、絶縁膜114、116を第2の絶縁膜と、絶縁膜118を第3の絶縁膜と、それぞれ呼
称する場合がある。
接続電極として機能する導電膜112cを間に挟んで、第1のゲート電極として機能する
導電膜106と電気的に接続される。よって、導電膜106と、導電膜120aとは、同
じ電位が与えられる。
る導電膜106と、第2のゲート電極として機能する導電膜120aのそれぞれと対向す
るように位置し、2つのゲート電極として機能する膜に挟まれている。導電膜120aの
チャネル長方向の長さ、及び導電膜120aのチャネル幅方向の長さは、金属酸化物10
8のチャネル長方向の長さ、及び金属酸化物108のチャネル幅方向の長さよりもそれぞ
れ長く、金属酸化物108の全体は、絶縁膜114、116を介して導電膜120aに覆
われている。
て機能する導電膜106及び第2のゲート電極として機能する導電膜120aは、第1の
ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜104及び第2のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜
114、116を介して金属酸化物108を囲む構成である。
、第1のゲート電極として機能する導電膜106及び第2のゲート電極として機能する導
電膜120aの電界によって電気的に囲むことができる。トランジスタ100Aのように
、第1のゲート電極及び第2のゲート電極の電界によって、チャネル領域が形成される金
属酸化物を、電気的に囲むトランジスタのデバイス構造をSurrounded cha
nnel(S−channel)構造と呼ぶことができる。
して機能する導電膜106によってチャネルを誘起させるための電界を効果的に金属酸化
物108に印加することができるため、トランジスタ100Aの電流駆動能力が向上し、
高いオン電流特性を得ることが可能となる。また、オン電流を高くすることが可能である
ため、トランジスタ100Aを微細化することが可能となる。また、トランジスタ100
Aは、金属酸化物108が第1のゲート電極として機能する導電膜106及び第2のゲー
ト電極として機能する導電膜120aによって囲まれた構造を有するため、トランジスタ
100Aの機械的強度を高めることができる。
次に、図5(A)(B)(C)に示すトランジスタ100Aの変形例について、図6乃
至図8を用いて説明する。
形例であるトランジスタ100Bの上面図及び断面図である。また、図6(D)は、図6
(B)に示す領域P2を拡大した断面概念図に相当する。
すトランジスタ100Aが有する金属酸化物108を2層の積層構造としている。より具
体的には、トランジスタ100Bが有する金属酸化物108は、金属酸化物108_2と
、金属酸化物108_2上の金属酸化物108_3と、を有する。
化物を用いることができる。
112aが接するため、接触抵抗を低減できる。また、金属酸化物108が有する金属酸
化物108_2は、図1に示すCAC構成を有するため、CAC構成が有する領域002
、すなわち、導電性が高い領域と導電膜112aとが接するため、さらに接触抵抗を低減
できる。また、導電性の低い金属酸化物、例えば、ワイドバンドギャップ(例えば、Eg
が3.3eV以上)の酸化物を金属酸化物108_3に用いたとしても、金属酸化物10
8_2の側面と、導電膜112aとが接することで接触抵抗を、低減することができる。
なお、図示していないが、金属酸化物108と、導電膜112bとの接続についても、領
域P2と同様である。
形例であるトランジスタ100Cの上面図及び断面図である。また、図7(D)は、図7
(B)に示す領域P3を拡大した断面概念図に相当する。
すトランジスタ100Aが有する金属酸化物108を3層の積層構造としている。より具
体的には、トランジスタ100Cが有する金属酸化物108は、金属酸化物108_1と
、金属酸化物108_1上の金属酸化物108_2と、金属酸化物108_2上の金属酸
化物108_3と、を有する。
化物を用いることができる。
112aが接するため、接触抵抗を低減できる。また、金属酸化物108が有する金属酸
化物108_2は、図1に示すCAC構成を有するため、CAC構成が有する領域002
、すなわち、導電性が高い領域と導電膜112aとが接するため、さらに接触抵抗を低減
できる。また、導電性の低い金属酸化物、例えば、ワイドバンドギャップ(例えば、Eg
が3.3eV以上)の酸化物を金属酸化物108_1及び金属酸化物108_3に用いた
としても、金属酸化物108_2の側面と、導電膜112aとが接することで接触抵抗を
、低減することができる。なお、図示していないが、金属酸化物108と、導電膜112
bとの接続についても、領域P3と同様である。
形例であるトランジスタ100Dの上面図及び断面図である。また、図8(D)は、図8
(B)に示す領域P4を拡大した断面概念図に相当する。
すトランジスタ100Aが有する金属酸化物108を3層の積層構造としている。より具
体的には、トランジスタ100Dが有する金属酸化物108は、金属酸化物108_1と
、金属酸化物108_1上の金属酸化物108_2と、金属酸化物108_2上の金属酸
化物108_3と、を有する。
化物を用いることができる。また、図8(D)の領域P4に示すように、金属酸化物10
8の上面及び側面と導電膜112aが接するため、接触抵抗を低減できる。また、金属酸
化物108が有する金属酸化物108_2は、図1に示すCAC構成を有するため、CA
C構成が有する領域002、すなわち、導電性が高い領域と導電膜112aとが接するた
め、さらに接触抵抗を低減できる。
される位置が異なり、トランジスタ100Dが有する金属酸化物108_3は、ソース電
極及びドレイン電極として機能する導電膜112a、112bの上に形成される。金属酸
化物108_3を導電膜112a、112b上に配置することで、金属酸化物108_2
と、導電膜112a、112bとの接触抵抗をさらに、低減することができる。
積層構造とすると好適である。
次に、金属酸化物108を積層構造とした場合のバンド構造について、図16を用いて
説明する。
バンド構造、並びに、絶縁膜104、金属酸化物108_2、108_3、及び絶縁膜1
14のバンド構造を図16に示す。
び絶縁膜114を有する積層構造の膜厚方向のバンド構造の一例である。また、図16(
B)は、絶縁膜104、金属酸化物108_2、108_3、及び絶縁膜114を有する
積層構造の膜厚方向のバンド構造の一例である。なお、バンド構造は、理解を容易にする
ため絶縁膜104、金属酸化物108_1、108_2、108_3、及び絶縁膜114
の伝導帯下端のエネルギー準位(Ec)を示す。
、伝導帯下端のエネルギー準位はなだらかに変化する。また、図16(B)に示すように
、金属酸化物108_2、108_3において、伝導帯下端のエネルギー準位はなだらか
に変化する。換言すると、連続的に変化または連続接合するともいうことができる。この
ようなバンド構造を有するためには、金属酸化物108_1と金属酸化物108_2との
界面、及び金属酸化物108_2と金属酸化物108_3との界面において、トラップ中
心や再結合中心のような欠陥準位を形成するような不純物が存在しないとする。
ドロック室を備えたマルチチャンバー方式の成膜装置(スパッタリング装置)を用いて各
膜を大気に触れさせることなく連続して積層することが必要となる。
なり、上記積層構造を用いたトランジスタにおいて、チャネル領域が金属酸化物108_
2に形成されることがわかる。
る。したがって、図16においては、金属酸化物108_2のバンド構造をフラットな形
状として図示しているが、金属酸化物108_2のバンド構造は、実施の形態1で説明し
た図3(A)(B)(C)に示すバンド構造となる場合がある。
に形成されうるトラップ準位を金属酸化物108_1または金属酸化物108_3に設け
ることができる。したがって、金属酸化物108_2には、トラップ準位が形成され難い
構造となる。
のエネルギー準位(Ec)より真空準位から遠くなることがあり、トラップ準位に電子が
蓄積しやすくなってしまう。トラップ準位に電子が蓄積されることで、マイナスの固定電
荷となり、トランジスタのしきい値電圧はプラス方向にシフトしてしまう。したがって、
トラップ準位が金属酸化物108_2の伝導帯下端のエネルギー準位(Ec)より真空準
位に近くなるような構成にすると好ましい。このようにすることで、トラップ準位に電子
が蓄積しにくくなり、トランジスタのオン電流を増大させることが可能であると共に、電
界効果移動度を高めることができる。
のエネルギー準位が真空準位に近く、代表的には、金属酸化物108_2の伝導帯下端の
エネルギー準位と、金属酸化物108_1、108_3の伝導帯下端のエネルギー準位と
の差が、0.15eV以上、または0.5eV以上、かつ2eV以下、または1eV以下
である。すなわち、金属酸化物108_1、108_3の電子親和力と、金属酸化物10
8_2の電子親和力との差が、0.15eV以上、または0.5eV以上、かつ2eV以
下、または1eV以下である。
ち、金属酸化物108_2は、チャネル領域としての機能を有し、金属酸化物108_1
、108_3は、酸化物絶縁膜としての機能を有する。また、金属酸化物108_1、1
08_3は、チャネル領域が形成される金属酸化物108_2を構成する金属元素の一種
以上及び元素Mから構成される金属酸化物を用いると好ましい。このような構成とするこ
とで、金属酸化物108_1と金属酸化物108_2との界面、及び金属酸化物108_
2と金属酸化物108_3との界面において、界面散乱が起こりにくい。従って、該界面
においてはキャリアの動きが阻害されないため、トランジスタの電界効果移動度が高くな
る。
を防止するため、導電率が十分に低い材料を用いるものとする。そのため、金属酸化物1
08_1、108_3を、その物性及び/または機能から、それぞれ酸化物絶縁膜とも呼
べる。または、金属酸化物108_1、108_3には、電子親和力(真空準位と伝導帯
下端のエネルギー準位との差)が金属酸化物108_2よりも小さく、伝導帯下端のエネ
ルギー準位が金属酸化物108_2の伝導帯下端のエネルギー準位と差分(バンドオフセ
ット)を有する材料を用いるものとする。また、ドレイン電圧の大きさに依存したしきい
値電圧の差が生じることを抑制するためには、金属酸化物108_1、108_3の伝導
帯下端のエネルギー準位が、金属酸化物108_2の伝導帯下端のエネルギー準位よりも
真空準位に近い材料を用いると好適である。例えば、金属酸化物108_2の伝導帯下端
のエネルギー準位と、金属酸化物108_1、108_3の伝導帯下端のエネルギー準位
との差が、0.2eV以上、好ましくは0.5eV以上とすることが好ましい。
いことが好ましい。金属酸化物108_1、108_3の膜中にスピネル型の結晶構造を
含む場合、該スピネル型の結晶構造と他の領域との界面において、導電膜120a、12
0bの構成元素が金属酸化物108_2へ拡散してしまう場合がある。なお、金属酸化物
108_1、108_3がCAAC−OSである場合、導電膜120a、120bの構成
元素、例えば、銅元素のブロッキング性が高くなり好ましい。
子数比]の金属酸化物ターゲット、In:Ga:Zn=1:3:4[原子数比]の金属酸
化物ターゲット、In:Ga:Zn=1:3:6[原子数比]の金属酸化物ターゲットな
どを用いて形成することができる。
次に、先に説明したトランジスタと異なる態様の構成のトランジスタについて、図9を
用いて説明する。
り、図9(B)は、図9(A)に示す一点鎖線X1−X2間における切断面の断面図に相
当し、図9(C)は、図9(A)に示す一点鎖線Y1−Y2間における切断面の断面図に
相当する。また、図9(D)は、図9(B)に示す領域P5を拡大した断面概念図に相当
する。
ンジスタである。
6上の絶縁膜204と、絶縁膜204上の金属酸化物208と、金属酸化物208上の絶
縁膜210と、絶縁膜210上の導電膜212と、絶縁膜204、金属酸化物208、及
び導電膜212上の絶縁膜216と、を有する。
08iと、絶縁膜216と重なる領域208nと、を有する。また、領域208nは、領
域208iよりもキャリア密度が高い領域を有する。すなわち、金属酸化物208は、キ
ャリア密度の異なる複数の領域を有する。また、領域208nを、ソース領域またはドレ
イン領域と呼称することもできる。
行う。
するため、接触抵抗を低減できる。また、金属酸化物208が有する領域208iは、図
1に示すCAC構成を有するため、CAC構成が有する領域002、すなわち、導電性が
高い領域と領域208n、すなわちソース領域とが接するため、さらに接触抵抗を低減で
きる。なお、図示していないが、領域208iの他方の側面と、領域208nの側面との
接続についても領域P5と同様である。
ン領域との接続抵抗が低減されている。したがって、当該金属酸化物を有するトランジス
タの電界効果移動度を高めることができる。
する。そのため、絶縁膜216中の窒素または水素が領域208n中に添加される。領域
208nは、絶縁膜216から窒素または水素が添加されることで、キャリア密度が高く
なる。
18に設けられた開口部241aを介して、領域208nに電気的に接続される導電膜2
20aと、絶縁膜216、218に設けられた開口部241bを介して、領域208nに
電気的に接続される導電膜220bと、を有していてもよい。
設けられる。また、導電膜206は、開口部243を介して導電膜212と、電気的に接
続される。よって、導電膜206と導電膜212には、同じ電位が与えられる。また、開
口部243を設けずに、導電膜206と、導電膜212と、に異なる電位を与えてもよい
。
を有し、導電膜212は、第2のゲート電極(トップゲート電極ともいう)としての機能
を有する。また、絶縁膜204は、第1のゲート絶縁膜としての機能を有し、絶縁膜21
0は、第2のゲート絶縁膜としての機能を有する。
8の上下にゲート電極として機能する導電膜を有する構造である。トランジスタ200A
に示すように、本発明の一態様の半導体装置には、2つ以上のゲート電極を設けてもよい
。
る導電膜206と、第2のゲート電極として機能する導電膜212のそれぞれと対向する
ように位置し、2つのゲート電極として機能する導電膜に挟まれている。
長さよりも長く、金属酸化物208のチャネル幅方向全体は、絶縁膜210を介して導電
膜212に覆われている。また、導電膜212と導電膜206とは、絶縁膜204及び絶
縁膜210に設けられる開口部243において接続されるため、金属酸化物208のチャ
ネル幅方向の側面の一方は、絶縁膜210を介して導電膜212と対向している。
膜212は、絶縁膜204及び絶縁膜210に設けられる開口部243において接続する
と共に、絶縁膜204及び絶縁膜210を介して金属酸化物208を取り囲む構成である
。すなわち、トランジスタ200Aは、先に示すS−channel構造である。
次に、図9(A)(B)(C)に示すトランジスタ200Aの変形例について、図10
乃至図12を用いて説明する。
変形例であるトランジスタ200Bの上面図及び断面図である。また、図10(D)は、
図10(B)に示す領域P6を拡大した断面概念図に相当する。
示すトランジスタ200Aが有する金属酸化物208を2層の積層構造としている。より
具体的には、トランジスタ200Bが有する金属酸化物208は、領域208i_1と、
領域208i_1上の領域208i_2と、絶縁膜216と重なる領域208nと、を有
する。
を用いることができる。
とが接するため、接触抵抗を低減できる。また、金属酸化物208が有する領域208i
_2は、図1に示すCAC構成を有するため、CAC構成が有する領域002、すなわち
、導電性が高い領域と領域208n、すなわちソース領域とが接するため、さらに接触抵
抗を低減できる。なお、図示していないが、領域208i_2の他方の側面と、領域20
8nの側面との接続についても領域P6と同様である。
変形例であるトランジスタ200Cの上面図及び断面図である。また、図11(D)は、
図11(B)に示す領域P7を拡大した断面概念図に相当する。
示すトランジスタ200Aが有する金属酸化物208を3層の積層構造としている。より
具体的には、トランジスタ200Cが有する金属酸化物208は、領域208i_1と、
領域208i_1上の領域208i_2と、領域208i_2上の領域208i_3と、
絶縁膜216と重なる領域208nと、を有する。
を用いることができる。
とが接するため、接触抵抗を低減できる。また、金属酸化物208が有する領域208i
_2は、図1に示すCAC構成を有するため、CAC構成が有する領域002、すなわち
、導電性が高い領域と領域208n、すなわちソース領域とが接するため、さらに接触抵
抗を低減できる。なお、図示していないが、領域208i_2の他方の側面と、領域20
8nの側面との接続についても領域P7と同様である。
変形例であるトランジスタ200Dの上面図及び断面図である。また、図12(D)は、
図12(B)に示す領域P8を拡大した断面概念図に相当する。
示すトランジスタ200Aが有する金属酸化物208を3層の積層構造としている。より
具体的には、トランジスタ200Dが有する金属酸化物208は、領域208i_1と、
領域208i_1上の領域208i_2と、領域208i_2上の領域208i_3と、
絶縁膜216と重なる領域208nと、を有する。
を用いることができる。なお、領域P8に示すように、領域208i_2の側面と領域2
08nの側面とが接するため、接触抵抗を低減できる。また、金属酸化物208が有する
領域208i_2は、図1に示すCAC構成を有するため、CAC構成が有する領域00
2、すなわち、導電性が高い領域と領域208n、すなわちソース領域とが接するため、
さらに接触抵抗を低減できる。なお、図示していないが、領域208i_2の他方の側面
と、領域208nの側面との接続についても領域P8と同様である。
する金属酸化物208と、領域208i_3の形状が異なる。具体的には、トランジスタ
200Dが有する金属酸化物208は、領域208i_1の側面、及び領域208i_2
の側面を領域208i_3によって、覆う形状である。当該形状とすることで、領域20
8i_1の側面及び領域208i_2の側面と、絶縁膜210とが接しない構造となる。
当該構造とすることで、領域208i_1及び領域208i_2中、特に領域208i_
2中に入り込みうる不純物を抑制することができるため、信頼性の高い半導体装置を提供
することができる。
物を積層構造とすると好適である。なお、金属酸化物を積層構造とした場合のバンド構造
については、<2−3.バンド構造>を参照すればよい。
以下では、本実施の形態の半導体装置に含まれる構成要素について、詳細に説明する。
基板102、202の材質などに大きな制限はないが、少なくとも、後の熱処理に耐え
うる程度の耐熱性を有している必要がある。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英
基板、サファイア基板等を、基板102、202として用いてもよい。また、シリコンや
炭化シリコンを材料とした単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウム
等の化合物半導体基板、SOI基板等を適用することも可能であり、これらの基板上に半
導体素子が設けられたものを、基板102、202として用いてもよい。なお、基板10
2、202として、ガラス基板を用いる場合、第6世代(1500mm×1850mm)
、第7世代(1870mm×2200mm)、第8世代(2200mm×2400mm)
、第9世代(2400mm×2800mm)、第10世代(2950mm×3400mm
)等の大面積基板を用いることで、大型の表示装置を作製することができる。
スタを形成してもよい。または、基板102、202とトランジスタの間に剥離層を設け
てもよい。剥離層は、その上に半導体装置を一部あるいは全部完成させた後、基板102
、202より分離し、他の基板に転載するのに用いることができる。その際、トランジス
タは耐熱性の劣る基板や可撓性の基板にも転載できる。
第1のゲート電極として機能する導電膜106、206、ソース電極として機能する導
電膜112a、220a、ドレイン電極として機能する導電膜112b、220b、接続
電極として機能する導電膜112c、第2のゲート電極として機能する導電膜120a、
212、及び画素電極として機能する導電膜120bとしては、クロム(Cr)、銅(C
u)、アルミニウム(Al)、金(Au)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、モリブデン(M
o)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、タングステン(W)、マンガン(Mn)、ニ
ッケル(Ni)、鉄(Fe)、コバルト(Co)から選ばれた金属元素、または上述した
金属元素を成分とする合金か、上述した金属元素を組み合わせた合金等を用いてそれぞれ
形成することができる。
220a、220b、212には、インジウムと錫とを有する酸化物、タングステンとイ
ンジウムとを有する酸化物、タングステンとインジウムと亜鉛とを有する酸化物、チタン
とインジウムとを有する酸化物、チタンとインジウムと錫とを有する酸化物、インジウム
と亜鉛とを有する酸化物、シリコンとインジウムと錫とを有する酸化物、インジウムとガ
リウムと亜鉛とを有する酸化物等の酸化物導電体を適用してもよい。
。なお、本明細書等において、酸化物導電体をOC(Oxide Conductor)
と呼称してもよい。酸化物導電体としては、例えば、酸化物半導体に酸素欠損を形成し、
該酸素欠損に水素を添加すると、伝導帯近傍にドナー準位が形成される。この結果、酸化
物半導体は、導電性が高くなり導電体化する。導電体化された酸化物半導体を、酸化物導
電体ということができる。一般に、酸化物半導体は、エネルギーギャップが大きいため、
可視光に対して透光性を有する。一方、酸化物導電体は、伝導帯近傍にドナー準位を有す
る酸化物半導体である。したがって、酸化物導電体は、ドナー準位による吸収の影響は小
さく、可視光に対して酸化物半導体と同程度の透光性を有する。
220a、220b、212には、Cu−X合金膜(Xは、Mn、Ni、Cr、Fe、C
o、Mo、Ta、またはTi)を適用してもよい。Cu−X合金膜を用いることで、ウエ
ットエッチングプロセスで加工できるため、製造コストを抑制することが可能となる。
好適に用いることができる。Cu−X合金膜としては、Cu−Mn合金膜が特に好ましい
。
トランジスタの第1のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜104、204としては、プ
ラズマ化学気相堆積(PECVD:(Plasma Enhanced Chemica
l Vapor Deposition))法、スパッタリング法等により、酸化シリコ
ン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜
、酸化ハフニウム膜、酸化イットリウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化ガリウム膜、酸化
タンタル膜、酸化マグネシウム膜、酸化ランタン膜、酸化セリウム膜および酸化ネオジム
膜を一種以上含む絶縁層を、それぞれ用いることができる。なお、絶縁膜104、204
としては、上述の材料から選択された単層の絶縁膜、または2層以上の絶縁膜を用いても
よい。
絶縁膜には、酸化物絶縁膜を用いることが好ましく、化学量論的組成よりも過剰に酸素を
含有する領域(過剰酸素領域)を有することがより好ましい。
絶縁膜を用いる構成としてもよい。当該構成の一例としては、窒化シリコン膜を形成し、
当該窒化シリコン膜の表面に酸素プラズマ処理などを行うことで、窒化シリコン膜の表面
を酸化させる構成などが挙げられる。なお、窒化シリコン膜の表面に酸素プラズマ処理な
どを行った場合、窒化シリコン膜の表面は原子レベルで酸化されている場合があるため、
トランジスタの断面の観察等を行っても、酸化膜が観察されない可能性がある。すなわち
、トランジスタの断面の観察を行った場合、窒化シリコン膜と、金属酸化物とが、接して
いるように観察される場合がある。特に、実施の形態1に示す本発明の一態様の金属酸化
物はエネルギーギャップの大きい領域を有するので金属酸化物108または208と窒化
シリコン膜とが、接する構成としても良い。
と同等の静電容量を得るのに必要な膜厚が大きいため、トランジスタのゲート絶縁膜とし
て、窒化シリコン膜を含むことで絶縁膜を厚膜化することができる。よって、トランジス
タの絶縁耐圧の低下を抑制、さらには絶縁耐圧を向上させて、トランジスタの静電破壊を
抑制することができる。
る。酸化ハフニウムは、酸化シリコンや酸化窒化シリコンと比べて比誘電率が高い。した
がって、酸化シリコンを用いた場合と比べて、絶縁膜104、204の膜厚を大きくでき
るため、トンネル電流によるリーク電流を小さくすることができる。すなわち、オフ電流
の小さいトランジスタを実現することができる。さらに、結晶構造を有する酸化ハフニウ
ムは、非晶質構造を有する酸化ハフニウムと比べて高い比誘電率を備える。したがって、
オフ電流の小さいトランジスタとするためには、結晶構造を有する酸化ハフニウムを用い
ることが好ましい。結晶構造の例としては、単斜晶系や立方晶系などが挙げられる。ただ
し、本発明の一態様は、これらに限定されない。
金属酸化物108、208としては、実施の形態1に示す本発明の一態様の金属酸化物
を用いることができる。
.5eV以上、より好ましくは3eV以上である。このように、エネルギーギャップの広
い金属酸化物を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。
nm以上100nm以下、さらに好ましくは3nm以上50nm以下である。
のキャリア密度や不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、密度等を適切なも
のとすることが好ましい。
絶縁膜114、116、210は、トランジスタの第2のゲート絶縁膜として機能する
。また、絶縁膜114、116、210は、金属酸化物108、208に酸素を供給する
機能を有する。すなわち、絶縁膜114、116、210は、酸素を有する。また、絶縁
膜114は、酸素を透過することのできる絶縁膜である。なお、絶縁膜114は、後に形
成する絶縁膜116を形成する際の、金属酸化物108へのダメージ緩和膜としても機能
する。
nm以下の酸化シリコン、酸化窒化シリコン等を用いることができる。
(ESR測定)により、シリコンのダングリングボンドに由来するg=2.001に現れ
る信号のスピン密度が3×1017spins/cm3以下であることが好ましい。これ
は、絶縁膜114に含まれる欠陥密度が多いと、該欠陥に酸素が結合してしまい、絶縁膜
114における酸素の透過量が減少してしまうためである。
4の外部に移動せず、絶縁膜114にとどまる酸素もある。また、絶縁膜114に酸素が
入ると共に、絶縁膜114に含まれる酸素が絶縁膜114の外部へ移動することで、絶縁
膜114において酸素の移動が生じる場合もある。絶縁膜114として酸素を透過するこ
とができる酸化物絶縁膜を形成すると、絶縁膜114上に設けられる、絶縁膜116から
脱離する酸素を、絶縁膜114を介して金属酸化物108に移動させることができる。
成することができる。なお、当該窒素酸化物に起因する準位密度は、金属酸化物の価電子
帯の上端のエネルギー(Ev_os)と金属酸化物の伝導帯の下端のエネルギー(Ec_
os)の間に形成され得る場合がある。上記酸化物絶縁膜として、窒素酸化物の放出量が
少ない酸化窒化シリコン膜、または窒素酸化物の放出量が少ない酸化窒化アルミニウム膜
等を用いることができる。
S:Thermal Desorption Spectroscopy)において、窒
素酸化物の放出量よりアンモニアの放出量が多い膜であり、代表的にはアンモニアの放出
量が1×1018cm−3以上5×1019cm−3以下である。なお、アンモニアの放
出量は、膜の表面温度が50℃以上650℃以下、好ましくは50℃以上550℃以下の
加熱処理による放出量とする。
NO2またはNOは、絶縁膜114などに準位を形成する。当該準位は、金属酸化物10
8のエネルギーギャップ内に位置する。そのため、窒素酸化物が、絶縁膜114及び金属
酸化物108の界面に拡散すると、当該準位が絶縁膜114側において電子をトラップす
る場合がある。この結果、トラップされた電子が、絶縁膜114及び金属酸化物108界
面近傍に留まるため、トランジスタのしきい値電圧をプラス方向にシフトさせてしまう。
に含まれる窒素酸化物は、加熱処理において、絶縁膜116に含まれるアンモニアと反応
するため、絶縁膜114に含まれる窒素酸化物が低減される。このため、絶縁膜114及
び金属酸化物108の界面において、電子がトラップされにくい。
のシフトを低減することが可能であり、トランジスタの電気特性の変動を低減することが
できる。
熱処理により、絶縁膜114は、100K以下のESRで測定して得られたスペクトルに
おいてg値が2.037以上2.039以下の第1のシグナル、g値が2.001以上2
.003以下の第2のシグナル、及びg値が1.964以上1.966以下の第3のシグ
ナルが観測される。なお、第1のシグナル及び第2のシグナルのスプリット幅、並びに第
2のシグナル及び第3のシグナルのスプリット幅は、XバンドのESR測定において約5
mTである。また、g値が2.037以上2.039以下の第1のシグナル、g値が2.
001以上2.003以下の第2のシグナル、及びg値が1.964以上1.966以下
である第3のシグナルのスピンの密度の合計が1×1018spins/cm3未満であ
り、代表的には1×1017spins/cm3以上1×1018spins/cm3未
満である。
下の第1のシグナル、g値が2.001以上2.003以下の第2のシグナル、及びg値
が1.964以上1.966以下である第3のシグナルのスピンの密度の合計は、窒素酸
化物(NOx、xは0より大きく2以下、好ましくは1以上2以下)起因のシグナルのス
ピンの密度の合計に相当する。窒素酸化物の代表例としては、一酸化窒素、二酸化窒素等
がある。即ち、g値が2.037以上2.039以下の第1のシグナル、g値が2.00
1以上2.003以下の第2のシグナル、及びg値が1.964以上1.966以下であ
る第3のシグナルのスピンの密度の合計が少ないほど、酸化物絶縁膜に含まれる窒素酸化
物の含有量が少ないといえる。
/cm3以下である。
VD法を用いて、上記酸化物絶縁膜を形成することで、緻密であり、且つ硬度の高い膜を
形成することができる。
絶縁膜を用いて形成すると好適である。化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を
含む酸化物絶縁膜は、加熱により酸素の一部が脱離する。化学量論的組成を満たす酸素よ
りも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜は、TDS分析にて、酸素原子に換算しての酸素の脱
離量が1.0×1019atoms/cm3以上、好ましくは3.0×1020atom
s/cm3以上である酸化物絶縁膜である。なお、上記TDSにおける膜の表面温度とし
ては100℃以上700℃以下、または100℃以上500℃以下の範囲が好ましい。
nm以上400nm以下の、酸化シリコン、酸化窒化シリコン等を用いることができる。
測定により、シリコンのダングリングボンドに由来するg=2.001に現れる信号のス
ピン密度が1.5×1018spins/cm3未満、さらには1×1018spins
/cm3以下であることが好ましい。なお、絶縁膜116は、絶縁膜114と比較して金
属酸化物108から離れているため、絶縁膜114より、欠陥密度が多くともよい。
膜114と絶縁膜116の界面が明確に確認できない場合がある。したがって、本実施の
形態においては、絶縁膜114と絶縁膜116の界面は、破線で図示している。なお、本
実施の形態においては、絶縁膜114と絶縁膜116の2層構造について説明したが、こ
れに限定されず、例えば、絶縁膜114の単層構造、あるいは3層以上の積層構造として
もよい。
絶縁膜118、216は、トランジスタの保護絶縁膜として機能する。
絶縁膜118、216は、窒素及びシリコンを有する。また、絶縁膜118、216は、
酸素、水素、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等のブロッキングできる機能を有する
。絶縁膜118、216を設けることで、金属酸化物108、208からの酸素の外部へ
の拡散と、絶縁膜114、116、210に含まれる酸素の外部への拡散と、外部から金
属酸化物108、208への水素、水等の入り込みを防ぐことができる。
物絶縁膜としては、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
ミニウム等がある。
リング法やPECVD法により形成することができるが、他の方法、例えば、熱CVD(
Chemical Vapor Deposition)法により形成してもよい。熱C
VD法の例としてMOCVD(Metal Organic Chemical Vap
or Deposition)法、またはALD(Atomic Layer Depo
sition)法などが挙げられる。
成されることが無いという利点を有する。
または減圧下とし、基板近傍または基板上で反応させて基板上に堆積させることで成膜を
行ってもよい。
順次チャンバーに導入され、そのガス導入の順序を繰り返すことで成膜を行ってもよい。
化物などの様々な膜を形成することができる。
次に、本発明の一態様の半導体装置であるトランジスタ200Cの作製方法について、
図13乃至図15を用いて説明する。
A)乃至図15(C)は、半導体装置の作製方法を説明する断面図である。また、図13
(A)乃至図13(D)、図14(A)乃至図14(C)、及び図15(A)乃至図15
(C)において、左側がチャネル長方向の断面図であり、右側がチャネル幅方向の断面図
である。
上に絶縁膜204を形成し、絶縁膜204上に第1の金属酸化物と、第2の金属酸化物と
、第3の金属酸化物とを形成する。その後、第1の金属酸化物、第2の金属酸化物、及び
第3の金属酸化物を島状に加工することで、金属酸化物208_1a、金属酸化物208
_2a、及び金属酸化物208_3aを形成する(図13(A)参照)。
おいては、導電膜206として、スパッタリング装置を用い、厚さ50nmのタングステ
ン膜と、厚さ400nmの銅膜との積層膜を形成する。
イエッチング法のいずれか一方または双方を用いればよい。本実施の形態では、ウエット
エッチング法にて銅膜をエッチングしたのち、ドライエッチング法にてタングステン膜を
エッチングすることで導電膜を加工し、導電膜206を形成する。
PLD)法、印刷法、塗布法等を適宜用いて形成することができる。本実施の形態におい
ては、絶縁膜204として、PECVD装置を用い、厚さ400nmの窒化シリコン膜と
、厚さ50nmの酸化窒化シリコン膜とを形成する。
4に添加する酸素としては、酸素ラジカル、酸素原子、酸素原子イオン、酸素分子イオン
等がある。また、添加方法としては、イオンドーピング法、イオン注入法、プラズマ処理
法等がある。また、絶縁膜204上に酸素の脱離を抑制する膜を形成した後、該膜を介し
て絶縁膜204に酸素を添加してもよい。
ム、クロム、タンタル、チタン、モリブデン、ニッケル、鉄、コバルト、またはタングス
テンの1以上を有する導電膜あるいは半導体膜を用いて形成することができる。
素プラズマを発生させることで、絶縁膜204への酸素添加量を増加させることができる
。
スパッタリング装置を用いて真空中で連続して形成されると好ましい。金属酸化物208
_1a、金属酸化物208_2a、及び金属酸化物208_3aを、スパッタリング装置
を用いて真空中で連続して形成することで、各界面に付着しうる不純物(例えば、水素、
水など)を抑制することができる。
酸化物208_3aのいずれか一方または双方よりも、低い酸素分圧で形成されると好ま
しい。
aを形成する際に、酸素ガスに、不活性ガス(例えば、ヘリウムガス、アルゴンガス、キ
セノンガスなど)を混合させてもよい。なお、金属酸化物208_1aを形成する際の成
膜ガス全体に占める酸素ガスの割合(以下、酸素流量比ともいう)としては、70%以上
100%以下、好ましくは80%以上100%以下、さらに好ましくは90%以上100
%以下である。また、金属酸化物208_2aを形成する際の酸素流量比としては、0%
より大きく30%以下、好ましくは5%以上15%以下である。また、金属酸化物208
_3aを形成する際の酸素流量比としては、70%以上100%以下、好ましくは80%
以上100%以下、さらに好ましくは90%以上100%以下である。
酸化物208_3aのいずれか一方または双方よりも、低い基板温度で形成してもよい。
℃未満、好ましくは室温以上140℃以下とすればよい。また、金属酸化物208_1a
及び金属酸化物208_3aの形成条件としては、基板温度を室温以上300℃以下、好
ましくは基板温度を室温以上200℃以下とすればよい。ただし、金属酸化物208_1
a、金属酸化物208_2a、及び金属酸化物208_3aの形成時の基板温度を同一(
例えば、室温以上150℃未満)とした方が、生産性が高くなり好ましい。
1a及び金属酸化物208_3aよりも結晶性が低い領域を有する構成とすることができ
る。
5nm以上10nm以下とすればよい。また、金属酸化物208_2aの厚さとしては、
20nm以上100nm以下、好ましくは20nm以上50nm以下とすればよい。また
、金属酸化物208_3aの厚さとしては、1nm以上20nm未満、好ましくは5nm
以上15nm以下とすればよい。
aを加熱して成膜することで、金属酸化物208_1a、金属酸化物208_2a、及び
金属酸化物208_3aの結晶性を高めることができる。一方で、基板202として、大
型のガラス基板(例えば、第6世代乃至第10世代)を用いる場合、金属酸化物208_
1a、金属酸化物208_2a、及び金属酸化物208_3aを成膜する際の基板温度を
200℃以上300℃以下とした場合、基板202が変形する(歪むまたは反る)場合が
ある。よって、大型のガラス基板を用いる場合においては、金属酸化物208_1a、金
属酸化物208_2a、及び金属酸化物208_3aの成膜する際の基板温度を100℃
以上200℃未満とすることで、ガラス基板の変形を抑制することができる。
て用いる酸素ガスやアルゴンガスは、露点が−40℃以下、好ましくは−80℃以下、よ
り好ましくは−100℃以下、より好ましくは−120℃以下にまで高純度化したガスを
用いることで金属酸化物に水分等が取り込まれることを可能な限り防ぐことができる。
ャンバーは、金属酸化物にとって不純物となる水等を可能な限り除去すべくクライオポン
プのような吸着式の真空排気ポンプを用いて、高真空(5×10−7Paから1×10−
4Pa程度まで)に排気することが好ましい。特に、スパッタリング装置の待機時におけ
る、チャンバー内のH2Oに相当するガス分子(m/z=18に相当するガス分子)の分
圧を1×10−4Pa以下、好ましく5×10−5Pa以下とすることが好ましい。
08_1a、金属酸化物208_2a、及び金属酸化物208_3aに加工するには、ウ
エットエッチング法及びドライエッチング法のいずれか一方または双方を用いればよい。
aを形成した後、加熱処理を行い、金属酸化物208_1a、金属酸化物208_2a、
及び金属酸化物208_3aの脱水素化または脱水化をしてもよい。加熱処理の温度は、
代表的には、150℃以上基板の歪み点未満、または250℃以上450℃以下、または
300℃以上450℃以下である。
窒素を含む不活性ガス雰囲気で行うことができる。または、不活性ガス雰囲気で加熱した
後、酸素雰囲気で加熱してもよい。なお、上記不活性雰囲気及び酸素雰囲気に水素、水な
どが含まれないことが好ましい。処理時間は3分以上24時間以下とすればよい。
で、短時間に限り、基板の歪み点以上の温度で熱処理を行うことができる。そのため加熱
処理時間を短縮することができる。
ことで、金属酸化物において、SIMSにより得られる水素濃度を5×1019atom
s/cm3以下、または1×1019atoms/cm3以下、5×1018atoms
/cm3以下、または1×1018atoms/cm3以下、または5×1017ato
ms/cm3以下、または1×1016atoms/cm3以下とすることができる。
図13(B)参照)。
ン膜を、プラズマ化学気相堆積装置(PECVD装置、または単にプラズマCVD装置と
いう)を用いて形成することができる。この場合、原料ガスとしては、シリコンを含む堆
積性気体及び酸化性気体を用いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例と
しては、シラン、ジシラン、トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、
酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化窒素等がある。
より大きく100倍未満、または40倍以上80倍以下とし、処理室内の圧力を100P
a未満、または50Pa以下とするPECVD装置を用いることで、欠陥量の少ない酸化
窒化シリコン膜を形成することができる。
た基板を280℃以上400℃以下に保持し、処理室に原料ガスを導入して処理室内にお
ける圧力を20Pa以上250Pa以下、さらに好ましくは100Pa以上250Pa以
下とし、処理室内に設けられる電極に高周波電力を供給する条件により、緻密である酸化
シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を形成することができる。
。マイクロ波とは300MHzから300GHzの周波数域を指す。マイクロ波は、電子
温度が低く、電子エネルギーが小さい。また、供給された電力において、電子の加速に用
いられる割合が少なく、より多くの分子の解離及び電離に用いられることが可能であり、
密度の高いプラズマ(高密度プラズマ)を励起することができる。このため、被成膜面及
び堆積物へのプラズマダメージが少なく、欠陥の少ない絶縁膜210_0を形成すること
ができる。
酸化窒化シリコン膜を形成する。
絶縁膜210_0、及び絶縁膜204の一部をエッチングすることで、導電膜206に達
する開口部243を形成する(図13(C)参照)。
ずれか一方または双方を用いればよい。本実施の形態においては、ドライエッチング法を
用い、開口部243を形成する。
2_0を形成する。また、導電膜212_0として、例えば金属酸化膜を用いる場合、導
電膜212_0の形成時に絶縁膜210_0中に酸素が添加される場合がある(図13(
D)参照)。
表している。また、開口部243を覆うように、導電膜212_0を形成することで、導
電膜206と、導電膜212_0とが電気的に接続される。
ては、スパッタリング法を用い、形成時に酸素ガスを含む雰囲気で形成することが好まし
い。形成時に酸素ガスを含む雰囲気で導電膜212_0を形成することで、絶縁膜210
_0中に酸素を好適に添加することができる。なお、導電膜212_0の形成方法として
は、スパッタリング法に限定されず、その他の方法、例えばALD法を用いてもよい。
が100nmのIn−Ga−Zn酸化物(In:Ga:Zn=4:2:4.1(原子数比
))を成膜する。また、導電膜212_0の形成前、または導電膜212_0の形成後に
、絶縁膜210_0中に酸素添加処理を行ってもよい。当該酸素添加処理の方法としては
、絶縁膜204の形成後に行うことのできる酸素の添加処理と同様とすればよい。
成する(図14(A)参照)。
_0を加工する。また、導電膜212_0及び絶縁膜210_0の加工後に、マスク24
0を除去する。導電膜212_0、及び絶縁膜210_0を加工することで、島状の導電
膜212、及び島状の絶縁膜210が形成される(図14(B)参照)。
210_0を加工する。
ない領域の金属酸化物208の膜厚が薄くなる場合がある。または、導電膜212_0、
及び絶縁膜210_0の加工の際に、金属酸化物208が重畳しない領域の絶縁膜204
の膜厚が薄くなる場合がある。また、導電膜212_0、及び絶縁膜210_0の加工の
際に、エッチャントまたはエッチングガス(例えば、塩素など)が金属酸化物208中に
添加される、あるいは導電膜212_0、または絶縁膜210_0の構成元素が金属酸化
物208中に添加される場合がある。
る。なお、絶縁膜216を形成することで、絶縁膜216と接する金属酸化物208は、
領域208nとなる。また、導電膜212と重畳する金属酸化物208中には、領域20
8i_1、領域208i_2、及び領域208i_3が形成される。(図14(C)参照
)。
おいては、絶縁膜216として、PECVD装置を用い、厚さ100nmの窒化酸化シリ
コン膜を形成する。また、当該窒化酸化シリコン膜の形成時において、プラズマ処理と、
成膜処理との2つのステップを220℃の温度で行う。当該プラズマ処理としては、成膜
前に流量100sccmのアルゴンガスと、流量1000sccmの窒素ガスとを、チャ
ンバー内に導入し、チャンバー内の圧力を40Paとし、RF電源(27.12MHz)
に1000Wの電力を供給する。また、成膜処理としては、流量50sccmのシランガ
スと、流量5000sccmの窒素ガスと、流量100sccmのアンモニアガスとを、
チャンバー内に導入し、チャンバー内の圧力を100Paとし、RF電源(27.12M
Hz)に1000Wの電力を供給する。
208nに窒化酸化シリコン膜中の窒素または水素を供給することができる。また、絶縁
膜216の形成時の温度を上述の温度とすることで、絶縁膜210に含まれる過剰酸素が
外部に放出されるのを抑制することができる。
おいては、絶縁膜218として、PECVD装置を用い、厚さ300nmの酸化窒化シリ
コン膜を形成する。
218及び絶縁膜216の一部をエッチングすることで、領域208nに達する開口部2
41a、241bを形成する(図15(B)参照)。
及びドライエッチング法のいずれか一方または双方を用いればよい。本実施の形態におい
ては、ドライエッチング法を用い、絶縁膜218、及び絶縁膜216を加工する。
電膜を形成し、当該導電膜を所望の形状に加工することで導電膜220a、220bを形
成する(図15(C)参照)。
実施の形態においては、導電膜220a、220bとして、スパッタリング装置を用い、
厚さ50nmのタングステン膜と、厚さ400nmの銅膜との積層膜を形成する。
グ法及びドライエッチング法のいずれか一方または双方を用いればよい。本実施の形態で
は、ウエットエッチング法にて銅膜をエッチングしたのち、ドライエッチング法にてタン
グステン膜をエッチングすることで導電膜を加工し、導電膜220a、220bを形成す
る。
ことができる。
形成方法の他、スパッタリング法、化学気相堆積(CVD)法、真空蒸着法、パルスレー
ザー堆積(PLD)法、ALD法を用いて形成することができる。あるいは、塗布法や印
刷法で形成することができる。成膜方法としては、スパッタリング法、プラズマ化学気相
堆積(PECVD)法が代表的であるが、熱CVD法でもよい。熱CVD法の例として、
有機金属化学気相堆積(MOCVD)法が挙げられる。
ャンバー内に送り、基板近傍または基板上で反応させて基板上に堆積させることで成膜を
行う。このように、熱CVD法は、プラズマを発生させない成膜方法であるため、プラズ
マダメージにより欠陥が生成されることが無いという利点を有する。
合わせて用いることができる。
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置を用いた表示装置の表示部等に用いる
ことのできる表示パネルの一例について、図17及び図18を用いて説明する。以下で例
示する表示パネルは、反射型の液晶素子と、発光素子との双方を有し、透過モードと反射
モードの両方の表示を行うことのできる、表示パネルである。なお、本発明の一態様の金
属酸化物、及び当該金属酸化物を有するトランジスタは、表示装置の画素のトランジスタ
、または表示装置を駆動させるドライバ、あるいは表示装置にデータを供給するLSI等
に好適に用いることができる。
図17は、本発明の一態様の表示パネル600の斜視概略図である。表示パネル600
は、基板651と基板661とが貼り合わされた構成を有する。図17では、基板661
を破線で明示している。
には、例えば回路659、配線666、及び画素電極として機能する導電膜663等が設
けられる。また図17では基板651上にIC673とFPC672が実装されている例
を示している。そのため、図17に示す構成は、表示パネル600とFPC672及びI
C673を有する表示モジュールと言うこともできる。
信号や電力は、FPC672を介して外部、またはIC673から配線666に入力され
る。
にIC673が設けられている例を示している。IC673は、例えば走査線駆動回路、
または信号線駆動回路などとしての機能を有するICを適用できる。なお表示パネル60
0が走査線駆動回路及び信号線駆動回路として機能する回路を備える場合や、走査線駆動
回路や信号線駆動回路として機能する回路を外部に設け、FPC672を介して表示パネ
ル600を駆動するための信号を入力する場合などでは、IC673を設けない構成とし
てもよい。また、IC673を、COF(Chip On Film)方式等により、F
PC672に実装してもよい。
示素子が有する導電膜663がマトリクス状に配置されている。導電膜663は、可視光
を反射する機能を有し、後述する液晶素子640の反射電極として機能する。
基板651側に、発光素子660を有する。発光素子660からの光は、導電膜663の
開口を介して基板661側に射出される。
図18に、図17で例示した表示パネルの、FPC672を含む領域の一部、回路65
9を含む領域の一部、及び表示部662を含む領域の一部をそれぞれ切断したときの断面
の一例を示す。
1と絶縁膜620の間に、発光素子660、トランジスタ601、トランジスタ605、
トランジスタ606、着色層634等を有する。また絶縁膜620と基板661の間に、
液晶素子640、着色層631等を有する。また基板661と絶縁膜620は接着層64
1を介して接着され、基板651と絶縁膜620は接着層642を介して接着されている
。
光素子660と電気的に接続する。トランジスタ605とトランジスタ606は、いずれ
も絶縁膜620の基板651側の面上に形成されているため、これらを同一の工程を用い
て作製することができる。
共通電極として機能する導電膜613、配向膜633b、絶縁膜617等が設けられてい
る。絶縁膜617は、液晶素子640のセルギャップを保持するためのスペーサとして機
能する。
膜684、絶縁膜685等の絶縁層が設けられている。絶縁膜681は、その一部が各ト
ランジスタのゲート絶縁層として機能する。絶縁膜682、絶縁膜683、及び絶縁膜6
84は、各トランジスタを覆って設けられている。また絶縁膜684を覆って絶縁膜68
5が設けられている。絶縁膜684及び絶縁膜685は、平坦化層としての機能を有する
。なお、ここではトランジスタ等を覆う絶縁層として、絶縁膜682、絶縁膜683、絶
縁膜684の3層を有する場合について示しているが、これに限られず4層以上であって
もよいし、単層、または2層であってもよい。また平坦化層として機能する絶縁膜684
は、不要であれば設けなくてもよい。
ゲートとして機能する導電膜654、一部がソース又はドレインとして機能する導電膜6
52、半導体膜653を有する。ここでは、同一の導電膜を加工して得られる複数の層に
、同じハッチングパターンを付している。
612、導電膜613が積層された積層構造を有する。また導電膜635の基板651側
に接して、可視光を反射する導電膜663が設けられている。導電膜663は開口655
を有する。また導電膜635及び導電膜613は可視光を透過する材料を含む。また液晶
層612と導電膜635の間に配向膜633aが設けられ、液晶層612と導電膜613
の間に配向膜633bが設けられている。また、基板661の外側の面には、偏光板65
6を有する。
は可視光を透過する機能を有する。基板661側から入射した光は、偏光板656により
偏光され、導電膜613、液晶層612を透過し、導電膜663で反射する。そして液晶
層612及び導電膜613を再度透過して、偏光板656に達する。このとき、導電膜6
63及び導電膜635と導電膜613の間に与える電圧によって液晶の配向を制御し、光
の光学変調を制御することができる。すなわち、偏光板656を介して射出される光の強
度を制御することができる。また光は着色層631によって特定の波長領域以外の光が吸
収されることにより、取り出される光は、例えば赤色を呈する光となる。
膜620側から導電膜643、EL層644、及び導電膜645bの順に積層された積層
構造を有する。また導電膜645bを覆って導電膜645aが設けられている。導電膜6
45bは可視光を反射する材料を含み、導電膜643及び導電膜645aは可視光を透過
する材料を含む。発光素子660が発する光は、着色層634、絶縁膜620、開口65
5、導電膜613等を介して、基板661側に射出される。
れていることが好ましい。これにより、開口655と重なる領域においてもそれ以外の領
域と同様に液晶が配向するため、これらの領域の境界部で液晶の配向不良が生じ、意図し
ない光が漏れてしまうことを抑制できる。
いが、円偏光板を用いることもできる。円偏光板としては、例えば直線偏光板と1/4波
長位相差板を積層したものを用いることができる。これにより、外光反射を抑制すること
ができる。また、偏光板の種類に応じて、液晶素子640に用いる液晶素子のセルギャッ
プ、配向、駆動電圧等を調整することで、所望のコントラストが実現されるようにすれば
よい。
ている。絶縁膜647は、絶縁膜620と基板651が必要以上に接近することを抑制す
るスペーサとしての機能を有する。またEL層644や導電膜645aを遮蔽マスク(メ
タルマスク)を用いて形成する場合には、当該遮蔽マスクが被形成面に接触することを抑
制する機能を有していてもよい。なお、絶縁膜647は不要であれば設けなくてもよい。
60の導電膜643と電気的に接続されている。
3と電気的に接続されている。導電膜663と導電膜635は接して設けられ、これらは
電気的に接続されている。ここで、接続部607は、絶縁膜620に設けられた開口を介
して、絶縁膜620の両面に設けられる導電層同士を接続する部分である。
部604は、接続層649を介してFPC672と電気的に接続されている。接続部60
4は接続部607と同様の構成を有している。接続部604の上面は、導電膜635と同
一の導電膜を加工して得られた導電層が露出している。これにより、接続部604とFP
C672とを接続層649を介して電気的に接続することができる。
87において、導電膜635と同一の導電膜を加工して得られた導電層と、導電膜613
の一部が、接続体686により電気的に接続されている。したがって、基板661側に形
成された導電膜613に、基板651側に接続されたFPC672から入力される信号ま
たは電位を、接続部687を介して供給することができる。
ては、有機樹脂またはシリカなどの粒子の表面を金属材料で被覆したものを用いることが
できる。金属材料としてニッケルや金を用いると接触抵抗を低減できるため好ましい。ま
たニッケルをさらに金で被覆するなど、2種類以上の金属材料を層状に被覆させた粒子を
用いることが好ましい。また接続体686として、弾性変形、または塑性変形する材料を
用いることが好ましい。このとき導電性の粒子である接続体686は、図18に示すよう
に上下方向に潰れた形状となる場合がある。こうすることで、接続体686と、これと電
気的に接続する導電層との接触面積が増大し、接触抵抗を低減できるほか、接続不良など
の不具合の発生を抑制することができる。
化前の接着層641に接続体686を分散させておけばよい。
る。
される半導体膜653を2つのゲートで挟持する構成が適用されている。一方のゲートは
導電膜654により、他方のゲートは絶縁膜682を介して半導体膜653と重なる導電
膜623により構成されている。このような構成とすることで、トランジスタのしきい値
電圧を制御することができる。このとき、2つのゲートを接続し、これらに同一の信号を
供給することによりトランジスタを駆動してもよい。このようなトランジスタは他のトラ
ンジスタと比較して電界効果移動度を高めることが可能であり、オン電流を増大させるこ
とができる。その結果、高速駆動が可能な回路を作製することができる。さらには、回路
部の占有面積を縮小することが可能となる。オン電流の大きなトランジスタを適用するこ
とで、表示パネルを大型化、または高精細化したときに配線数が増大したとしても、各配
線における信号遅延を低減することが可能であり、表示ムラを抑制することができる。
じ構造であってもよい。また回路659が有する複数のトランジスタは、全て同じ構造で
あってもよいし、異なる構造のトランジスタを組み合わせて用いてもよい。また、表示部
662が有する複数のトランジスタは、全て同じ構造であってもよいし、異なる構造のト
ランジスタを組み合わせて用いてもよい。
などの不純物が拡散しにくい材料を用いることが好ましい。すなわち、絶縁膜682また
は絶縁膜683はバリア膜として機能させることができる。このような構成とすることで
、トランジスタに対して外部から不純物が拡散することを効果的に抑制することが可能と
なり、信頼性の高い表示パネルを実現できる。
ている。絶縁膜621は、平坦化層としての機能を有していてもよい。絶縁膜621によ
り、導電膜613の表面を概略平坦にできるため、液晶層612の配向状態を均一にでき
る。
基板上に、導電膜635、導電膜663、絶縁膜620を順に形成し、その後、トランジ
スタ605、トランジスタ606、発光素子660等を形成した後、接着層642を用い
て基板651と支持基板を貼り合せる。その後、剥離層と絶縁膜620、及び剥離層と導
電膜635のそれぞれの界面で剥離することにより、支持基板及び剥離層を除去する。ま
たこれとは別に、着色層631、遮光膜632、導電膜613等をあらかじめ形成した基
板661を準備する。そして基板651または基板661に液晶を滴下し、接着層641
により基板651と基板661を貼り合せることで、表示パネル600を作製することが
できる。
択することができる。特に、剥離層としてタングステンなどの高融点金属材料を含む層と
当該金属材料の酸化物を含む層を積層して用い、剥離層上の絶縁膜620として、窒化シ
リコンや酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン等を複数積層した層を用いることが好まし
い。剥離層に高融点金属材料を用いると、これよりも後に形成する層の形成温度を高める
ことが可能で、不純物の濃度が低減され、信頼性の高い表示パネルを実現できる。
ることが好ましい。金属酸化物を用いる場合には、水素、ボロン、リン、窒素、及びその
他の不純物の濃度、並びに酸素欠損量の少なくとも一が、トランジスタに用いる半導体層
に比べて高められた材料を、導電膜635に用いればよい。
以下では、上記に示す各構成要素について説明する。
接着層としては、紫外線硬化型等の光硬化型接着剤、反応硬化型接着剤、熱硬化型接着
剤、嫌気型接着剤などの各種硬化型接着剤を用いることができる。これら接着剤としては
エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、イミ
ド樹脂、PVC(ポリビニルクロライド)樹脂、PVB(ポリビニルブチラル)樹脂、E
VA(エチレンビニルアセテート)樹脂等が挙げられる。特に、エポキシ樹脂等の透湿性
が低い材料が好ましい。また、二液混合型の樹脂を用いてもよい。また、接着シート等を
用いてもよい。
化カルシウムや酸化バリウム等)のように、化学吸着によって水分を吸着する物質を用い
ることができる。または、ゼオライトやシリカゲル等のように、物理吸着によって水分を
吸着する物質を用いてもよい。乾燥剤が含まれていると、水分などの不純物が素子に侵入
することを抑制でき、表示パネルの信頼性が向上するため好ましい。
し効率を向上させることができる。例えば、酸化チタン、酸化バリウム、ゼオライト、ジ
ルコニウム等を用いることができる。
接続層としては、異方性導電フィルム(ACF:Anisotropic Condu
ctive Film)や、異方性導電ペースト(ACP:Anisotropic C
onductive Paste)などを用いることができる。
着色層に用いることのできる材料としては、金属材料、樹脂材料、顔料または染料が含
まれた樹脂材料などが挙げられる。
遮光層として用いることのできる材料としては、カーボンブラック、チタンブラック、
金属、金属酸化物、複数の金属酸化物の固溶体を含む複合酸化物等が挙げられる。遮光層
は、樹脂材料を含む膜であってもよいし、金属などの無機材料の薄膜であってもよい。ま
た、遮光層に、着色層の材料を含む膜の積層膜を用いることもできる。例えば、ある色の
光を透過する着色層に用いる材料を含む膜と、他の色の光を透過する着色層に用いる材料
を含む膜との積層構造を用いることができる。着色層と遮光層の材料を共通化することで
、装置を共通化できるほか工程を簡略化できるため好ましい。
ここでは、可撓性を有する基板を用いた表示パネルの作製方法の例について説明する。
等が含まれる層をまとめて素子層と呼ぶこととする。例えば、素子層は表示素子を含み、
表示素子の他に表示素子と電気的に接続する配線、画素や回路に用いるトランジスタなど
の素子を備えていてもよい。
支持し、可撓性を有する部材のことを、基板と呼ぶこととする。例えば、基板には、厚さ
が10nm以上300μm以下の、極めて薄いフィルム等も含まれる。
以下に挙げる2つの方法がある。一つは、基板上に直接、素子層を形成する方法である。
もう一つは、基板とは異なる支持基板上に素子層を形成した後、素子層と支持基板を剥離
し、素子層を基板に転置する方法である。なお、ここでは詳細に説明しないが、上記2つ
の方法に加え、可撓性を有さない基板上に素子層を形成し、当該基板を研磨等により薄く
することで可撓性を持たせる方法もある。
、基板上に直接、素子層を形成すると、工程が簡略化されるため好ましい。このとき、基
板を支持基板に固定した状態で素子層を形成すると、装置内、及び装置間における搬送が
容易になるため好ましい。
持基板上に剥離層と絶縁層を積層し、当該絶縁層上に素子層を形成する。続いて、支持基
板と素子層の間で剥離し、素子層を基板に転置する。このとき、支持基板と剥離層の界面
、剥離層と絶縁層の界面、または剥離層中で剥離が生じるような材料を選択すればよい。
この方法では、支持基板や剥離層に耐熱性の高い材料を用いることで、素子層を形成する
際にかかる温度の上限を高めることができ、より信頼性の高い素子を有する素子層を形成
できるため、好ましい。
酸化物を含む層を積層して用い、剥離層上の絶縁層として、酸化シリコン、窒化シリコン
、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコンなどを複数積層した層を用いることが好ましい。
ッチングすること、または剥離界面に液体を浸透させることなどが、一例として挙げられ
る。または、剥離界面を形成する2層の熱膨張率の違いを利用し、加熱または冷却するこ
とにより剥離を行ってもよい。
ることができる。このとき、レーザ光等を用いて有機樹脂の一部を局所的に加熱する、ま
たは鋭利な部材により物理的に有機樹脂の一部を切断、または貫通すること等により剥離
の起点を形成し、ガラスと有機樹脂の界面で剥離を行ってもよい。また、上記の有機樹脂
としては、感光性の材料を用いると、開口部などの形状を容易に作製しやすいため好適で
ある。また、上記のレーザ光としては、例えば、可視光線から紫外線の波長領域の光であ
ることが好ましい。例えば波長が200nm以上400nm以下の光、好ましくは波長が
250nm以上350nm以下の光を用いることができる。特に、波長308nmのエキ
シマレーザを用いると、生産性に優れるため好ましい。また、Nd:YAGレーザの第三
高調波である波長355nmのUVレーザなどの固体UVレーザ(半導体UVレーザとも
いう)を用いてもよい。
ることにより、当該発熱層と絶縁層の界面で剥離を行ってもよい。発熱層としては、電流
を流すことにより発熱する材料、光を吸収することにより発熱する材料、磁場を印加する
ことにより発熱する材料など、様々な材料を用いることができる。例えば発熱層としては
、半導体、金属、絶縁体から選択して用いることができる。
ことができる。
合わせて用いることができる。
P2 領域
P3 領域
P4 領域
P5 領域
P6 領域
P7 領域
P8 領域
001 領域
002 領域
100A トランジスタ
100B トランジスタ
100C トランジスタ
100D トランジスタ
102 基板
104 絶縁膜
106 導電膜
108 金属酸化物
108_1 金属酸化物
108_2 金属酸化物
108_3 金属酸化物
112a 導電膜
112b 導電膜
112c 導電膜
114 絶縁膜
116 絶縁膜
118 絶縁膜
120a 導電膜
120b 導電膜
151 開口部
152a 開口部
152b 開口部
200A トランジスタ
200B トランジスタ
200C トランジスタ
200D トランジスタ
202 基板
204 絶縁膜
206 導電膜
208 金属酸化物
208_1a 金属酸化物
208_2a 金属酸化物
208_3a 金属酸化物
208i 領域
208i_1 領域
208i_2 領域
208i_3 領域
208n 領域
210 絶縁膜
210_0 絶縁膜
212 導電膜
212_0 導電膜
216 絶縁膜
218 絶縁膜
220a 導電膜
220b 導電膜
240 マスク
241a 開口部
241b 開口部
243 開口部
600 表示パネル
601 トランジスタ
604 接続部
605 トランジスタ
606 トランジスタ
607 接続部
612 液晶層
613 導電膜
617 絶縁膜
620 絶縁膜
621 絶縁膜
623 導電膜
631 着色層
632 遮光膜
633a 配向膜
633b 配向膜
634 着色層
635 導電膜
640 液晶素子
641 接着層
642 接着層
643 導電膜
644 EL層
645a 導電膜
645b 導電膜
646 絶縁膜
647 絶縁膜
648 導電膜
649 接続層
651 基板
652 導電膜
653 半導体膜
654 導電膜
655 開口
656 偏光板
659 回路
660 発光素子
661 基板
662 表示部
663 導電膜
666 配線
672 FPC
673 IC
681 絶縁膜
682 絶縁膜
683 絶縁膜
684 絶縁膜
685 絶縁膜
686 接続体
687 接続部
Claims (5)
- 金属酸化物と、前記金属酸化物に接する一対の電極と、前記金属酸化物と接する絶縁体と、前記絶縁体を介して前記金属酸化物と重畳するゲート電極と、を有し、
前記金属酸化物は、第1の領域と第2の領域と、を有し、
前記第1の領域と前記第2の領域はモザイク状に混合しており、
前記第1の領域は第1の金属元素の第1の酸化物を含み、
前記第2の領域は第2の金属元素の第2の酸化物を含み、
前記第1の酸化物は、前記第1の金属元素とは異なる第3の元素を含み、
前記第2の酸化物は、前記第2の金属元素とは異なる第3の元素を含み、
前記第1の領域における前記第3の元素の濃度は、前記第2の領域における前記第3の元素の濃度よりも高い、トランジスタ。 - 金属酸化物と、前記金属酸化物に接する一対の電極と、前記金属酸化物と接する絶縁体と、前記絶縁体を介して前記金属酸化物と重畳するゲート電極と、を有し、
前記金属酸化物は、第1の領域と第2の領域と、を有し、
前記第1の領域と前記第2の領域はモザイク状に混合しており、
前記第1の領域は第1の金属元素の第1の酸化物を含み、
前記第2の領域は第2の金属元素の第2の酸化物を含み、
前記第1の酸化物は、前記第1の金属元素とは異なる第3の元素を含み、
前記第2の酸化物は、前記第2の金属元素とは異なる第3の元素を含み、
前記第1の領域における前記第3の元素の濃度は、前記第2の領域における前記第3の元素の濃度よりも高く、
前記第1の金属元素はGaであり、前記第2の金属元素はInであり、前記第3の元素はAl、Si、Mg、Zr、Be、及びBから選ばれる少なくとも二種以上含む、トランジスタ。 - 請求項1または請求項2において、
前記金属酸化物に電子線を照射して得られる電子線回折パターン像において、リング状に輝度の高い領域内に複数のスポットが観察される、トランジスタ。 - 請求項1乃至3のいずれか一項に記載のトランジスタを有する表示装置であって、
表示部を有し、
前記表示部の駆動トランジスタとして前記トランジスタを有する、表示装置。 - 請求項1乃至3のいずれか一項に記載のトランジスタを有する表示装置であって、
表示部と、ゲートドライバと、を有し、
前記ゲートドライバが前記トランジスタを有する、表示装置。
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