JP5848409B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
、アモルファスシリコン、多結晶シリコンによって作製されている。アモルファスシリコ
ンを用いた薄膜トランジスタは、電界効果移動度が低いもののガラス基板の大面積化に対
応することができ、一方、結晶シリコンを用いた薄膜トランジスタは電界効果移動度が高
いものの、レーザアニール等の結晶化工程が必要であり、ガラス基板の大面積化には必ず
しも適応しないといった特性を有している。
スに応用する技術が注目されている。例えば、酸化物半導体膜として酸化亜鉛、In−G
a−Zn−O系酸化物半導体を用いて薄膜トランジスタを作製し、画像表示装置のスイッ
チング素子などに用いる技術が特許文献1及び特許文献2で開示されている。
影響される。そのため、酸化物半導体の特性変動を抑制するためには、酸化物半導体の酸
化還元反応を抑制し、酸素空孔濃度を維持することが重要となる。そこで、酸化物半導体
上に珪素を主成分とした酸化膜や窒化膜を用いて水分及び酸素が酸化物半導体へ混入する
ことを防止していた。
混入を十分に防止することは困難であった。また、水分及び酸素の透過を防ぐために、酸
化シリコン膜や窒化シリコン膜の膜厚を厚くすると、応力が大きくなり、クラック(亀裂
)が入りやすくなってしまう。
a、Mg等)や他の金属元素などの不純物が酸化物半導体に拡散すると、酸化物半導体の
半導体特性が変化してしまうという問題があった。
化物半導体を用いた半導体装置の半導体特性の変動を抑制することを課題の一とする。ま
たは、信頼性に優れた半導体装置を提供することを課題の一とする。
極層上に設けられたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に設けられたソース電極及びドレイ
ン電極と、ソース電極及びドレイン電極上に設けられた第1の酸化物半導体層と、ソース
電極及びドレイン電極と第1の酸化物半導体層との間に設けられたソース領域及びドレイ
ン領域とを有し、第1の酸化物半導体層と接してバリア膜が設けられていることを含む半
導体装置である。
ト電極層上に設けられたゲート絶縁膜と、ゲート電極層上にゲート絶縁膜を介して設けら
れた第1の酸化物半導体層と、第1の酸化物半導体層上に離間して設けられたソース領域
及びドレイン領域と、ソース領域上に接して設けられたソース電極と、ドレイン領域上に
接して設けられたドレイン電極とを有し、第1の酸化物半導体層に接してバリア膜が設け
られていることを含む半導体装置である。
ト電極層上に設けられたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に設けられた第1の酸化物半導
体層と、第1の酸化物半導体層のチャネル形成領域と重なる領域に設けられたチャネル保
護層と、第1の酸化物半導体層上に設けられたソース電極及びドレイン電極と、第1の酸
化物半導体層とソース電極及びドレイン電極との間にソース領域及びドレイン領域と、チ
ャネル保護層に接してバリア膜が設けられていることを含む半導体装置である。
ニウム膜、又は窒化酸化アルミニウム膜のいずれか一または複数を含むことを特徴として
いる。バリア膜の膜厚は、1nm以上200nm以下であることが好ましい。
は、酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、又は窒化酸化
アルミニウム膜のいずれか一または複数を含む。
窒化アルミニウム膜、又は窒化酸化アルミニウム膜のいずれか一または複数を含む。
化窒化アルミニウム膜、又は窒化酸化アルミニウム膜のいずれか一又は複数を含むことを
特徴としている。また、チャネル保護層の膜厚は、0より大きく5nm以下である。
第2の酸化物半導体層である。
(m>0)で表記されるものがある。ここで、Mは、ガリウム(Ga)、鉄(Fe)、ニ
ッケル(Ni)、マンガン(Mn)及びコバルト(Co)から選ばれた一の金属元素又は
複数の金属元素を示す。例えば、MとしてGaが選択される場合には、Gaのみの場合の
他に、GaとNiや、GaとFeなど、Ga以外の上記金属元素が選択される場合を含む
。また、上記酸化物半導体において、Mとして含まれる金属元素の他に、不純物元素とし
てFe、Niその他の遷移金属元素、又は該遷移金属の酸化物が含まれているものがある
。本明細書においては、上記酸化物半導体のうち、Mとして少なくともガリウムを含むも
のをIn−Ga−Zn−O系酸化物半導体と呼び、当該材料を用いた薄膜をIn−Ga−
Zn−O系非単結晶膜と呼ぶことがある。
全般を指し、表示装置、半導体回路及び電子機器は全て半導体装置に含まれる。
水分や酸素などの不純物が酸化物半導体に混入することを防止することにより、酸化物半
導体を用いた半導体装置の半導体特性の変動を抑制することができる。また、半導体装置
の信頼性を向上させることができる。
態の記載内容に限定されず、発明の趣旨から逸脱することなく形態及び詳細を様々に変更
し得ることは当業者にとって自明である。また、異なる実施の形態に係る構成は、適宜組
み合わせて実施することができる。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分
又は同様な機能を有する部分には同一の符号を用い、その繰り返しの説明は省略する。
。そして、「層」とは、レジストマスク等により所望の形状にパターン形成されたものを
いう。なお、前述のような「膜」と「層」の区別は便宜的に行うものであり、膜と層を特
に区別することなく用いることがある。また、積層膜の各層についても、膜と層を特に区
別することなく用いることがある。
素を区別するために便宜的に付与しているものであり、数的に限定するものではなく、ま
た配置及び段階の順序を限定するものでもない。
本実施の形態では、半導体装置及びその作製工程について、図1乃至図6を用いて説明す
る。
、図1(B)は図1(A)におけるA1−A2で切断した断面図である。
、該ゲート電極層101を被覆するゲート絶縁膜102と、該ゲート絶縁膜102上に設
けられた酸化物半導体層107と、該酸化物半導体層107上に接し、離間して設けられ
た一対の酸化物半導体層111a、111bと、一対の酸化物半導体層111a、111
bに接し、離間して設けられた一対の導電層110a、110bと、で構成される、いわ
ゆる逆スタガ型の薄膜トランジスタである。
酸化物半導体層111a、111bは、酸化物半導体層107より導電率が高いIn−G
a−Zn−O系非単結晶膜であり、ソース領域及びドレイン領域を構成する。また、導電
層110a、110bは、ソース電極層及びドレイン電極層を構成する。離間して設けら
れた酸化物半導体層111a、111bに対応して、ソース電極及びドレイン電極として
機能する導電層110a、110bが離間して設けられている。つまり、酸化物半導体層
111aの上層に導電層110aが設けられており、酸化物半導体層111bの上層に導
電層110bが設けられている。また、各層は所望の形状にパターン形成されている。な
お、酸化物半導体層111a、111bをn+層とも記す。
導体層111a、111b間に位置する酸化物半導体層107に、凹部を有する例を示し
ている。このような薄膜トランジスタは、チャネルエッチ型ともいわれる。
また、バリア膜113は、酸化物半導体層107の一部と接するように設けられている。
バリア膜113は、大気中に浮遊する有機物や金属などの不純物、及び水分や酸素などの
侵入を防ぐためのものであり、緻密な膜が好ましい。緻密な膜で形成することにより、水
分や酸素などの不純物に対するバリア性能が高くなる。バリア膜113は、酸化アルミニ
ウム膜、窒化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜又は窒化酸化アルミニウム膜など
の単層又は積層で設けることができる。バリア膜113の膜厚は、1nm以上200nm
以下が好ましい。なお、バリア膜113の膜の性質は、X線反射率法(X−ray Re
flectometer:XRR)、昇温脱離ガス分析法(Thermal Desor
ption Spectroscopy:TDS)、オージェ電子分光(Auger E
lectron Spectroscopy:AES)法、二次イオン質量分析(Sec
ondary Ion Mass Spectroscopy:SIMS)法により求め
ることができる。
酸素が酸化物半導体層に混入することを防止することができる。これにより、酸化物半導
体層の酸化還元反応を抑制し、酸素空孔濃度の変動を抑制することができる。また、大気
中や基材中に含まれる有機物や金属などの不純物が酸化物半導体層に混入することを防止
することができる。したがって、酸化物半導体を用いた半導体装置の半導体特性の変動を
抑制することができる。また、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
る場合には、酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、窒化
酸化アルミニウム膜などの単層または積層で形成することもできる。下地絶縁膜を緻密な
膜で形成することにより、基板100側から酸化物半導体層に水分や酸素が侵入すること
を防止することができる。また、基板100に含まれるアルカリ金属(Li、Cs、Na
等)やアルカリ土類金属(Ca、Mg等)や他の金属元素などの不純物が酸化物半導体層
に侵入することを防止することができる。なお、半導体装置完成時の酸化物半導体層10
7中のNaは、5×1019/cm3以下、好ましくは1×1018/cm3以下とする
。したがって、酸化物半導体を用いた半導体装置の半導体特性の変動を抑制することがで
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。
代表される表示装置の画素部に設けられる画素トランジスタに適用することができる。そ
のため、図示した例では、バリア膜113にコンタクトホール126が設けられ、バリア
膜113上に画素電極層(透明導電層114)が設けられ、バリア膜113に設けられた
コンタクトホール126を介して、画素電極層(透明導電層114)と、導電層110b
と、が接続されている。
は、U字型(またはコの字型、馬蹄型ともいう)の形状で設けられ、該U字型の形状であ
るソース電極及びドレイン電極の一方が、ソース電極及びドレイン電極の他方を囲い込ん
でいる。ソース電極とドレイン電極との距離はほぼ一定に保たれている。
ネル幅を大きくすることができ、電流量が増大する。また、電気特性のばらつきを低減す
ることができる。更には、作製工程におけるマスクパターンのずれによる信頼性の低下を
抑制することができる。ただし、本実施の形態はこれに限定されず、薄膜トランジスタ1
50のソース電極及びドレイン電極の一方が、必ずしもU字型でなくともよい。
ート電極層101上にゲート絶縁膜102を形成した後、酸化物半導体膜103と酸化物
半導体膜104を積層して形成する(図2(A)参照)。
過性を有するガラス基板を用いることができる。上記のガラス基板は無アルカリガラス基
板であることが好ましい。無アルカリガラス基板には、例えば、アルミノシリケートガラ
ス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスなどのガラス材料が用いられ
ている。他にも、絶縁表面を有する基板100として、セラミック基板、石英基板やサフ
ァイア基板などの絶縁体でなる絶縁性基板、珪素などの半導体材料でなる半導体基板の表
面を絶縁材料で被覆したもの、金属やステンレスなどの導電体でなる導電性基板の表面を
絶縁材料で被覆したもの、などを用いることができる。
30を設けてもよい。絶縁膜130は、基板100からのアルカリ金属(Li、Cs、N
a等)やアルカリ土類金属(Ca、Mg等)や他の金属元素などの不純物の拡散を防止す
る機能を有する。なお、半導体装置完成時の酸化物半導体層107中のNaは、5×10
19/cm3以下、好ましくは1×1018/cm3以下とする。絶縁膜130は、窒化
シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニ
ウム膜、窒化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、窒化酸化アルミニウム膜から選
ばれた一または複数の膜による積層構造により形成することができる。
り形成されたレジストマスクを用いて、選択的に導電膜をエッチングすることにより形成
することができる。この際、後に形成されるゲート絶縁膜102の被覆性を向上し、段切
れを防止するために、ゲート電極層101の端部がテーパー形状となるようエッチングす
ることが好ましい。なお、ゲート電極層101にはゲート配線等、上記導電膜によって形
成される電極や配線が含まれる。
ングステンなどの金属材料、またはこれらの金属材料を主成分とする合金材料、またはこ
れらの金属材料を成分とする窒化物を用いて、単層又は積層で形成することができる。ア
ルミニウムなどの低抵抗導電性材料で形成することが望ましい。なお、配線及び電極とし
てアルミニウムを用いる場合、アルミニウム単体では耐熱性が低く、腐蝕しやすい等の問
題点があるため、耐熱性導電性材料と組み合わせて形成することが好ましい。
た元素、または上述した元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金膜、
または上述した元素を成分とする窒化物で形成する。これらの耐熱性導電性材料からなる
膜とアルミニウム(又は銅)を積層させて、配線や電極を形成することができる。
化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、窒
化酸化アルミニウム膜、又は酸化タンタル膜の単層または積層で設けることができる。ゲ
ート絶縁膜102は、スパッタ法等を用いて膜厚を50nm以上250nm以下で形成す
ることができる。例えば、ゲート絶縁膜102として、スパッタ法により酸化シリコン膜
を100nmの厚さで形成することができる。または、スパッタ法により酸化アルミニウ
ム膜を100nmの厚さで形成することができる。
から酸化物半導体層に水分や酸素が侵入することを防止することができる。また、基板1
00に含まれるアルカリ金属(Li、Cs、Na等)やアルカリ土類金属(Ca、Mg等
)や他の金属元素などの不純物が酸化物半導体層に侵入することを防止することができる
。なお、半導体装置完成時の酸化物半導体層107中のNaは、5×1019/cm3以
下、好ましくは1×1018/cm3以下とする。したがって、酸化物半導体を用いた半
導体装置の半導体特性の変動を抑制することができる。また、半導体装置の信頼性を向上
させることができる。
面にプラズマ処理を行ってもよい。プラズマ処理を行うことにより、ゲート絶縁膜102
の表面に付着しているゴミを除去することができる。
を導入し、被処理物(ここでは、基板100上に形成されたゲート絶縁膜102)にバイ
アス電圧を印加してプラズマ状態として行うことができる。チャンバーにArガスを導入
した場合、プラズマ中には電子とArの陽イオンが存在し、陰極方向(基板100側)に
Arの陽イオンが加速される。加速されたArの陽イオンが基板100上に形成されたゲ
ート絶縁膜102の表面に衝突することによって、当該表面がスパッタエッチングされ、
ゲート絶縁膜102の表面を改質することができる。このようなプラズマ処理を「逆スパ
ッタ」と呼ぶこともある。本実施の形態では、プラズマ処理の際に基板100側にバイア
ス電圧を印加する場合について説明したが、ゲート絶縁膜102の表面を改質できるので
あれば、バイアス電圧を印加せずにプラズマ処理を行ってもよい。
てもよい。また、アルゴン雰囲気に酸素、水素、窒素等を加えた雰囲気で行ってもよい。
また、アルゴン雰囲気にCl2、CF4などを加えた雰囲気で行ってもよい。
例えば、In、Ga、及びZnを含む酸化物半導体ターゲット(In2O3:Ga2O3
:ZnO=1:1:1)を用いたスパッタ法で、酸化物半導体膜103を形成する。スパ
ッタの条件としては、例えば、基板100とターゲットとの距離を30mm〜500mm
、圧力を0.1Pa〜2.0Pa、直流(DC)電源を0.25kW〜5.0kW(直径
8インチのターゲット使用時)、雰囲気をアルゴン雰囲気、酸素雰囲気、又はアルゴンと
酸素との混合雰囲気とすることができる。
い。また、上述したプラズマ処理を行った後、大気に曝すことなく酸化物半導体膜103
を形成することにより、ゲート絶縁膜102と酸化物半導体膜103の界面にゴミや水分
が付着することを抑制することができる。また、酸化物半導体膜103の膜厚は、5nm
〜200nm程度とすればよい。
Cスパッタ法、パルス的に直流バイアスを加えるパルスDCスパッタ法などを用いること
ができる。RFスパッタ法は主に、絶縁膜を成膜する場合に用いられ、DCスパッタ法は
主に、金属膜を成膜する場合に用いられる。
スパッタ装置では、同一チャンバーで異なる膜を積層形成することも、同一チャンバーで
複数種類の材料を同時にスパッタして一の膜を形成することもできる。さらに、チャンバ
ー内部に磁界発生機構を備えたマグネトロンスパッタ装置を用いる方法(マグネトロンス
パッタ法)や、マイクロ波を用いて発生させたプラズマを用いるECRスパッタ法等を用
いてもよい。また、成膜中にターゲット物質とスパッタガス成分とを化学反応させてそれ
らの化合物を形成するリアクティブスパッタ法や、成膜中に基板にも電圧をかけるバイア
ススパッタ法等を用いてもよい。
104を形成する。酸化物半導体膜104は、In−Ga−Zn−O系非単結晶膜で形成
することができる。例えば、In、Ga、及びZnを含む酸化物半導体ターゲット(In
2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1)を用いたスパッタ法で、酸化物半導体膜10
3上に酸化物半導体膜104を形成することができる。
In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1)を用いて、形成することができる。スパ
ッタの条件は、例えば、温度を20℃〜100℃、圧力を0.1Pa〜2.0Pa、電力
を250W〜3kW(8インチφ時)とすることができる。また、流量が40sccmの
アルゴンガスを導入している。なお、ターゲットの成分比や、その他スパッタの成膜条件
などを適宜調節することで、結晶粒の有無や、結晶粒の密度などを調節することができる
。結晶粒の直径サイズは、概ね1nm〜10nmの範囲とすることができる。酸化物半導
体膜104の膜厚は、2nm〜20nm程度とすれば良い。もちろん、膜中に結晶粒が含
まれる場合には、含まれる結晶粒のサイズは膜厚を超える大きさとならない。
とが好ましい。例えば、酸化物半導体膜103の成膜条件においては、酸化物半導体膜1
04の成膜条件より、アルゴンガスの流量に対する酸素ガスの流量の比を大きくする。具
体的には、酸化物半導体膜104の成膜条件は、希ガス(アルゴン、又はヘリウムなど)
雰囲気下、または、酸素ガス10%以下、希ガス90%以上の雰囲気下とし、酸化物半導
体膜103の成膜条件は、酸素雰囲気下、または、希ガスに対する酸素ガスの流量比が1
以上の雰囲気下とする。また、酸化物半導体膜103を大気に曝すことなく酸化物半導体
膜104を連続して形成してもよい。なお、酸化物半導体膜103と酸化物半導体膜10
4は互いに異なる材料を用いて形成しても良い。
06を用いて酸化物半導体膜103及び酸化物半導体膜104を選択的にエッチングして
、島状の酸化物半導体層107及び島状の酸化物半導体層108を形成する(図2(B)
参照)。
ができる。ここでは、酢酸と硝酸と燐酸との混合液を用いたウエットエッチングにより、
酸化物半導体膜103及び酸化物半導体膜104の不要な部分を除去して、島状の酸化物
半導体層107及び島状の酸化物半導体層108を形成する。なお、上記エッチングの後
にはレジストマスク106は除去する。また、ウエットエッチングに用いるエッチャント
は酸化物半導体膜103及び酸化物半導体膜104をエッチングできるものであればよく
、上述したものに限られない。ドライエッチングを行う場合は、塩素を含有するガス、又
は塩素を含有するガスに酸素が添加されたガスを用いることが好ましい。塩素と酸素とを
含有するガスを用いることで、ゲート絶縁膜102と、酸化物半導体膜103(及び酸化
物半導体膜104)とのエッチング選択比がとりやすく、ゲート絶縁膜102へのダメー
ジを十分に低減できるためである。
化物半導体層108とを積層させて設ける例を示したが、酸化物半導体層107を単層で
設けることもできる。
真空蒸着法等を用いて、アルミニウム、銅、チタン、タンタル、タングステン、モリブデ
ン、ニッケル、マンガン、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた元素を含む金属
、上述の元素を成分とする合金、または、上述の元素を成分とする窒化物等からなる材料
で形成することができる。なお、導電膜の形成後に熱処理(例えば、200〜600℃程
度の熱処理)を行う場合には、導電膜に所定の耐熱性を持たせることが好ましい。
構造としても良く、例えば、アルミニウム膜とチタン膜との積層構造とすることができる
。また、チタン膜と、ネオジムを含むアルミニウム(Al−Nd)膜と、チタン膜の3層
構造としてもよい。さらに、導電膜を、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造として
もよい。
ングして、導電層110a、110bを形成すると共に、島状の酸化物半導体層108を
エッチングして酸化物半導体層107よりも導電率が高い半導体領域(酸化物半導体層1
11a、111b)を形成し、酸化物半導体層107の一部の領域(表面付近の一部)を
除去(チャネルエッチ)し当該酸化物半導体層107に凹部112を形成する(図2(C
)参照)。
電層110bの間、及び酸化物半導体層107より導電率が高い半導体領域(酸化物半導
体層111a)と酸化物半導体層107より導電率が高い半導体領域(酸化物半導体層1
11b)の間の領域にあたる。そのため、導電層110aはトランジスタのソース電極又
はドレイン電極の一方として機能し、導電層110bはトランジスタのソース電極又はド
レイン電極の他方として機能する。なお、上記エッチングの後にはレジストマスク109
a、レジストマスク109bは除去する。
ができる。ここでは、塩素を含有するガスを用いてドライエッチングを行うことが好まし
い。ドライエッチングを用いることで、ウエットエッチングを用いる場合と比較して配線
構造などの微細化が可能となる。また、ドライエッチングを用いることにより、エッチン
グの制御性が良いため、酸化物半導体層107の除去を制御性良く行うことができる。ま
た、塩素を含有するガスには、酸素が添加されているとより好ましい。塩素と酸素とを含
有するガスを用いることで、ゲート絶縁膜102と酸化物半導体層107(及び酸化物半
導体層108)とのエッチング選択比がとりやすく、ゲート絶縁膜102へのダメージを
十分に低減できるためである。
こでは、窒素雰囲気下で350℃、1時間の熱処理を行う。この熱処理により酸化物半導
体層107及び酸化物半導体層111a、111bを構成するIn−Ga−Zn−O系酸
化物半導体の原子レベルの再配列が行われる。この熱処理(光アニール等も含む)は、酸
化物半導体層107及び酸化物半導体層111a、111b中におけるキャリアの移動を
阻害する歪みを解放できる点で重要である。なお、上記の熱処理を行うタイミングは、酸
化物半導体層107の形成後であれば特に限定されない。
を行うことが好ましい。酸化物半導体層107表面のプラズマ処理としては、酸素ラジカ
ルによる酸素ラジカル処理や、逆スパッタを行えばよい。
e、酸素を含むArなどの雰囲気下で行うことが好ましい。また、上記雰囲気にCl2、
CF4を加えた雰囲気下で行ってもよい。なお、ラジカル処理は、基板100側にバイア
ス電圧を印加せずに行うことが好ましい。酸素ラジカル処理を行うことにより島状の酸化
物半導体層107をチャネル形成領域とする薄膜トランジスタをノーマリーオフとするこ
とができる。また、ラジカル処理を行うことにより、島状の酸化物半導体層107のエッ
チングによるダメージを回復することができる。
被処理物(ここでは、基板100)にバイアス電圧を印加してプラズマ状態として行うこ
とができる。この場合、プラズマ中には電子とArの陽イオンが存在し、陰極方向(基板
100側)にArの陽イオンが加速される。加速されたArの陽イオンが基板100上に
形成された酸化物半導体層107、ゲート絶縁膜102、導電層110a、110bの表
面に衝突することによって、当該表面がスパッタエッチングされ、その表面を改質するこ
とができる。なお、アルゴンガスに代えて、ヘリウムガスを用いてもよい。また、アルゴ
ン雰囲気に酸素、水素、窒素等を加えた雰囲気で行ってもよい。また、アルゴン雰囲気に
Cl2、CF4などを加えた雰囲気で行ってもよい。
7の表面の大気暴露による酸化物や、吸着した有機物をエッチングにより除去することが
できる。また、酸化物半導体層107の表面を活性化し、次に形成するバリア膜113と
の化学結合を強固にすることができる。逆スパッタは、RFスパッタ法を用いて行うこと
が好ましい。次に形成するバリア膜113をRFスパッタ法により形成する場合、バリア
膜113を大気に曝すことなく形成することができるからである。
、導電層110a、110b等を含む薄膜トランジスタ150を覆うように、バリア膜1
13形成する(図2(D)参照)。バリア膜113は、酸化物半導体層107が露出して
いる領域に接して設けることが好ましい。バリア膜は、酸化アルミニウム膜、窒化アルミ
ニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、又は窒化酸化アルミニウム膜の単層又は積層で設け
ることができる。
体に含まれる酸素空孔濃度に大きく影響される。酸化物半導体層107、酸化物半導体層
111a、111bに水分及び酸素が侵入すると、酸化物半導体層の半導体特性に大きな
影響を及ぼしてしまう。バリア膜113は、大気中に浮遊する有機物や金属などの不純物
、及び水分や酸素などの侵入を防ぐことができる緻密な膜が好ましい。バリア膜113と
して酸化シリコン膜や窒化シリコン膜などを用いた場合、これらの膜中には分子鎖などに
よるシリコン原子の空隙が存在することにより、水分や酸素などに対するバリア性が阻害
されてしまう。しかし、酸化アルミニウム膜などは、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜な
どに比べ、緻密性が高いためバリア性能に優れている。したがって、酸化物半導体層のバ
リア膜として用いることにより、酸化物半導体層に水分や酸素などの不純物が侵入するこ
とを防ぐことができる。
例えば、酸化アルミニウム(Al2O3)ターゲットを用い、アルゴン雰囲気下にて成膜
する。非常に高い透光性を得るためには、酸化アルミニウム膜に含まれる不純物、特に窒
素は、0〜2.5atm%未満であればよく、スパッタ条件(基板温度、原料ガス及びそ
の流量、成膜圧力など)を適宜調節することによって窒素濃度を調節することができる。
また、アルミニウム(Al)ターゲットを用い、酸素ガスを含む雰囲気下にて成膜しても
よい。具体的には、RFスパッタ法によりφ8inchのアルミニウムターゲットを用い
、成膜電力を1kW、成膜圧力を0.4Pa、アルゴンガス(10sccm)、酸素ガス
(5sccm)、ターゲットと基板間距離160mm、成膜時基板温度を20℃〜25℃
とし、成膜レートを1.5nm/minとして形成する。
を用い、例えば、窒化アルミニウム(AlN)ターゲットを用い、アルゴンガスと窒素ガ
スを混合した雰囲気下にて成膜する。具体的には、窒化アルミニウム(AlN)ターゲッ
トを用い、アルゴンガス(20sccm)と窒素ガス(20sccm)を混合した雰囲気
下にて成膜する。窒化アルミニウム膜に含まれる不純物、特に酸素は0〜10atm%未
満であればよく、スパッタ条件(基板温度、原料ガス及びその流量、成膜圧力など)を適
宜調節することによって酸素濃度を調節することができる。また、アルミニウム(Al)
ターゲットを用い、窒素ガスを含む雰囲気下にて成膜してもよい。
タ法を用い、例えば、窒化アルミニウム(AlN)ターゲットを用い、アルゴンガスと窒
素ガスと酸素ガスを混合した雰囲気下にて成膜する。具体的には、窒化アルミニウム(A
lN)ターゲットを用い、アルゴンガス(20sccm)と窒素ガス(15sccm)と
酸素ガス(5sccm)を混合した雰囲気下にて成膜する。窒化酸化アルミニウム膜は、
窒素を数atm%以上、好ましくは2.5atm%〜47.5atm%含む範囲であれば
よく、スパッタ条件(基板温度、原料ガス及びその流量、成膜圧力など)を適宜調節する
ことによって窒素濃度を調節することができる。また、アルミニウム(Al)ターゲット
を用い、窒素ガス及び酸素ガスを含む雰囲気下にて成膜してもよい。
用いてもよい。
強い溶液での処理などを行って、バリア膜113内の酸素欠陥を補ってもよい。プラズマ
処理は、酸素、窒素、一酸化二窒素、あるいは前記ガスとその他のガスとの混合気体雰囲
気下で行ってもよい。プラズマ処理を行うことによって、バリア膜をさらに緻密な膜にす
ることができる。
酸素が酸化物半導体層に混入することを防止することができる。これにより、酸化物半導
体層の酸化還元反応を抑制し、酸素空孔濃度の変動を抑制することができる。また、大気
中に浮遊する有機物や金属などの不純物が酸化物半導体層に混入することを防止すること
ができる。したがって、酸化物半導体を用いた半導体装置の半導体特性の変動を抑制する
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。
膜、窒化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜又は窒化酸化アルミニウム膜で形成す
る場合、上記の作製方法で形成することができる。
グしてコンタクトホールを形成した後、透明導電層114を形成する(図2(E)参照)
。この際のエッチングは、塩素ガスを用いて、ドライエッチングにより行うことが好まし
い。
n2O3−SnO2、ITOと略記する)、酸化インジウム酸化亜鉛合金(In2O3−
ZnO)等をスパッタ法や真空蒸着法等を用いて形成することができる。例えば、透明導
電膜を成膜した後、当該透明導電膜上にレジストマスクを形成し、エッチングにより不要
な部分を除去することにより透明導電層114を形成することができる。
、薄膜トランジスタ150を形成することにより、水分や酸素などの不純物に対するバリ
ア性能の高い膜を用いて、水分や酸素などの不純物が酸化物半導体に混入することを防止
することにより、酸化物半導体を用いた半導体装置の半導体特性の変動を抑制することが
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。
する。なお、図3及び図4に示す作製工程は多くの部分で図2と共通している。したがっ
て、以下においては、重複する部分の説明は省略し、異なる点について詳細に説明する。
ート配線、容量配線120、第1の端子121)を形成する(図3(A)参照)。容量配
線120、第1の端子121はゲート電極層101と同一の材料を用いて同時に形成する
ことができる。なお、基板100の材料及びゲート電極層101の材料や作製方法につい
ては、図2(A)を参照することができる。また、絶縁表面を有する基板100上に下地
膜となる絶縁膜130を設けてもよい。絶縁膜130の材料及び作製方法については、図
2(A)を参照することができる。
ート絶縁膜102を介して島状の酸化物半導体層107及び島状の酸化物半導体層108
を形成する(図3(B)参照)。ゲート絶縁膜102の材料及び作製方法については、図
2(A)を参照することができる。また、酸化物半導体層107及び酸化物半導体層10
8の材料や作製方法については、図2(A)及び図2(B)を参照することができる。
2を形成した後、ゲート絶縁膜102、酸化物半導体層107及び酸化物半導体層108
を覆うように導電膜123を形成する(図3(C)参照)。
Cu)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)
、クロム(Cr)、Nd(ネオジム)、スカンジウム(Sc)から選ばれた元素を含む金
属、上述の元素を成分とする合金、または、上述の元素を成分とする窒化物等からなる材
料で形成することができる。なお、導電膜123の形成後に熱処理(例えば、200〜6
00℃程度の熱処理)を行う場合には、導電膜123に所定の耐熱性を持たせることが好
ましい。
123を積層構造としても良く、例えば、アルミニウム膜とチタン膜との積層構造とする
ことができる。また、チタン膜と、ネオジムを含むアルミニウム(Al−Nd)膜と、チ
タン膜の3層構造としてもよい。さらに、導電膜123を、シリコンを含むアルミニウム
膜の単層構造としてもよい。導電膜123と第1の端子121がコンタクトホール122
を介して電気的に接続される。
成し、導電膜123を選択的にエッチングして、導電層110a、110b、第2の端子
124、及び接続電極125を形成すると共に、酸化物半導体層108をエッチングして
酸化物半導体層107よりも導電率が高い半導体領域(酸化物半導体層111a、111
b)を形成し、酸化物半導体層107の一部の領域(表面付近の一部)を除去(チャネル
エッチ)し、当該酸化物半導体層107に凹部112を形成する(図4(A)参照)。
て機能する。また、導電層110aはトランジスタのソース電極又はドレイン電極の一方
として機能し、導電層110bはトランジスタのソース電極又はドレイン電極の他方とし
て機能する。第2の端子124は、ソース配線(導電層110a又は導電層110bを含
むソース配線)と電気的に接続する構成とすることができる。また、接続電極125は、
ゲート絶縁膜102に形成されたコンタクトホール122を介して第1の端子121と直
接接続する構成とすることができる。
ッチングを用いることで、ウエットエッチングを用いる場合と比較して配線構造などの微
細化が可能となる。また、ドライエッチングを用いることにより、エッチングの制御性が
良いため、島状の酸化物半導体層107の除去を制御性良く行うことができる。ドライエ
ッチングに用いるガス等については図2(C)を参照することができる。なお、上記エッ
チングの後にはレジストマスク109a、109b、109c、109dは除去する。
い。例えば、窒素雰囲気下で350℃、1時間の熱処理を行う。この熱処理により酸化物
半導体層107及び酸化物半導体層111a、111bを構成するIn−Ga−Zn−O
系非単結晶膜の原子レベルの再配列が行われる。この熱処理によりキャリアの移動を阻害
する歪が解放されるため、ここでの熱処理(光アニールも含む)は効果的である。なお、
熱処理を行うタイミングは、酸化物半導体層107及び酸化物半導体層111a、111
bの成膜後であれば特に限定されず、例えば、画素電極形成後に行ってもよい。
を行うことが好ましい。酸化物半導体層107表面のプラズマ処理としては、酸素ラジカ
ルによる酸素ラジカル処理や、逆スパッタを行えばよい。
どの雰囲気下で行うことが好ましい。また、上記雰囲気にCl2、CF4を加えた雰囲気
下で行ってもよい。なお、ラジカル処理は、基板100側にバイアス電圧を印加せずに行
うことが好ましい。酸素ラジカル処理を行うことにより島状の酸化物半導体層107をチ
ャネル形成領域とする薄膜トランジスタをノーマリーオフとすることができる。また、ラ
ジカル処理を行うことにより、島状の酸化物半導体層107のエッチングによるダメージ
を回復することができる。
被処理物(ここでは、基板100)にバイアス電圧を印加してプラズマ状態として行うこ
とができる。この場合、プラズマ中には電子とArの陽イオンが存在し、陰極方向(基板
100側)にArの陽イオンが加速される。加速されたArの陽イオンが基板100上に
形成された酸化物半導体層107、ゲート絶縁膜102、導電層110a、110bの表
面に衝突することによって、当該表面がスパッタエッチングされ、その表面を改質するこ
とができる。なお、アルゴンガスに代えて、ヘリウムガスを用いてもよい。また、アルゴ
ン雰囲気に酸素、水素、窒素等を加えた雰囲気で行ってもよい。また、アルゴン雰囲気に
Cl2、CF4などを加えた雰囲気で行ってもよい。
7の表面の大気暴露による酸化物や、吸着した有機物をエッチングにより除去することが
できる。また、酸化物半導体層107の表面を活性化し、次に形成するバリア膜113と
の化学結合を強固にすることができる。逆スパッタは、RFスパッタ法を用いて行うこと
が好ましい。次に形成するバリア膜113をRFスパッタ法により形成する場合、バリア
膜113を大気に曝すことなく形成することができるからである。
物半導体層107が露出している領域に接して設けることが好ましい。バリア膜113は
、大気中に浮遊する有機物や金属などの不純物、及び水分や酸素などの侵入を防ぐための
ものであり、緻密な膜が好ましい。緻密な膜で形成することにより、水分や酸素などの不
純物に対するバリア性能が高くなる。バリア膜113は、スパッタ法等を用いて、酸化ア
ルミニウム膜、窒化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜又は窒化酸化アルミニウム
膜の単層又は積層で設けることができる。バリア膜113の作製方法については、図2(
D)を参照することができる。
強い溶液での処理などを行って、バリア膜113内の酸素欠陥を補ってもよい。プラズマ
処理は、酸素、窒素、一酸化二窒素、あるいは前記ガスとその他のガスとの混合気体雰囲
気下で行ってもよい。プラズマ処理を行うことによって、バリア膜をさらに緻密な膜にす
ることができる。
酸素が酸化物半導体層に混入することを防止することができる。これにより、酸化物半導
体層の酸化還元反応を抑制し、酸素空孔濃度の変動を抑制することができる。また、大気
中に浮遊する有機物や金属などの不純物が酸化物半導体層に混入することを防止すること
ができる。したがって、酸化物半導体を用いた半導体装置の半導体特性の変動を抑制する
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。
グして、導電層110bに達するコンタクトホール126b、接続電極125に達するコ
ンタクトホール126c及び第2の端子124に達するコンタクトホール126aを形成
する(図4(B)参照)。この際のエッチングは、塩素ガスを用いて、ドライエッチング
により行うことが好ましい。
に接続する透明導電層114c及び第2の端子124に電気的に接続する透明導電層11
4bを形成する(図4(C)参照)。この段階での上面図が図1(A)に相当する。
ジウム酸化スズ合金(In2O3―SnO2、ITOと略記する)、酸化インジウム酸化
亜鉛合金(In2O3―ZnO)等をスパッタ法や真空蒸着法等を用いて形成することが
できる。例えば、透明導電膜を成膜した後、当該透明導電膜上にレジストマスクを形成し
、エッチングにより不要な部分を除去することにより透明導電層114a、114b、1
14cを形成することができる。
の接続に用いられる電極または配線となる。より具体的には、接続電極125上に形成さ
れた透明導電層114cをゲート配線の入力端子として機能する接続用の端子電極として
用い、第2の端子124上に形成された透明導電層114bをソース配線の入力端子とし
て機能する接続用の端子電極として用いることができる。
より保持容量を形成することができる。この場合、容量配線120と透明導電層114a
が電極となり、ゲート絶縁膜102とバリア膜113が誘電体となる。
図をそれぞれ図示している。図5(A1)は図5(A2)中のC1−C2線に沿った断面
図に相当する。図5(A1)において、バリア膜113上に形成される透明導電層114
cは、入力端子として機能する接続用の端子電極である。また、図5(A1)において、
端子部では、ゲート配線と同じ材料で形成される第1の端子121と、ソース配線と同じ
材料で形成される接続電極125とがゲート絶縁膜102を介して重なり直接接して導通
させている。また、接続電極125と透明導電層114cがバリア膜113に設けられた
コンタクトホールを介して直接接して導通させている。
れ図示している。また、図5(B1)は図5(B2)中のD1−D2線に沿った断面図に
相当する。図5(B1)において、バリア膜113上に形成される透明導電層114bは
、入力端子として機能する接続用の端子電極である。また、図5(B1)において、端子
部では、ゲート配線と同じ材料で形成される電極127が、ソース配線と電気的に接続さ
れる第2の端子124の下方にゲート絶縁膜102を介して重なる場合を示している。電
極127は第2の端子124とは電気的に接続しておらず、電極127を第2の端子12
4と異なる電位、例えばフローティング、GND、0Vなどに設定すれば、ノイズ対策の
ための容量または静電気対策のための容量を形成することができる。また、第2の端子1
24は、バリア膜113を介して透明導電層114bと電気的に接続している。
。また、端子部においては、ゲート配線と同電位の第1の端子、ソース配線と同電位の第
2の端子、容量配線と同電位の第3の端子などが複数並べられて配置される。それぞれの
端子の数は、それぞれ任意な数で設ければ良いものとし、実施者が適宣決定すれば良い。
トランジスタや保持容量等の素子を完成させることができる。そして、これらの素子を個
々の画素に対応してマトリクス状に配置することにより、アクティブマトリクス型の表示
装置を作製するための一方の基板とすることができる。本明細書では便宜上このような基
板をアクティブマトリクス基板と呼ぶ。
と、対向電極が設けられた対向基板との間に液晶層を設け、アクティブマトリクス基板と
対向基板とを固定する。なお、対向基板に設けられた対向電極と電気的に接続する共通電
極をアクティブマトリクス基板上に設け、共通電極と電気的に接続する第4の端子を端子
部に設ける。この第4の端子は、共通電極を固定電位、例えばGND、0Vなどに設定す
るための端子である。
を図6に示す。図6は容量配線を設けず、画素電極と、隣接する画素のゲート配線とを電
極とし、バリア膜及びゲート絶縁膜を誘電体として保持容量を形成する構成を示している
。この場合、容量配線及び容量配線と接続する第3の端子は省略することができる。
本実施の形態では、実施の形態1とは異なる半導体装置及びその作製工程について、図7
〜図10を用いて説明する。なお、本実施の形態における半導体装置及びその作製工程は
、多くの部分で実施の形態1と共通している。したがって、以下においては、重複する部
分は省略し、異なる点について詳細に説明する。
B)は、図7(A)におけるA1−A2で切断した断面図である。
01、該ゲート電極層201上にはゲート絶縁膜202が形成されている。ゲート電極層
201と重なるゲート絶縁膜202上にはソース電極またはドレイン電極として機能する
導電層210a、210bが設けられている。また、導電層210a、210b上には、
それぞれ酸化物半導体層211a、211bが設けられている。酸化物半導体層211a
、211bを覆うように酸化物半導体層207が設けられている。酸化物半導体層207
は、In−Ga−Zn−O系非単結晶膜で形成されている。また、酸化物半導体層211
a、211bは、酸化物半導体層207より導電率が高いIn−Ga−Zn−O系非単結
晶膜であり、ソース領域及びドレイン領域を構成する。なお、酸化物半導体層211a、
211bをn+層とも記す。
けられており、バリア膜213中のコンタクトホールで導電層213bと接するように透
明導電層214が設けられている。
る構造である。本実施の形態で示す半導体装置は、薄膜トランジスタ250を含む領域全
てにおいてゲート絶縁膜202が存在し、ゲート絶縁膜202と絶縁表面を有する基板2
00との間にゲート電極層201が設けられている。また、ゲート絶縁膜202上には、
ソース電極及びドレイン電極として機能する導電層210a、210bを含む配線を有し
、導電層210a、210bに酸化物半導体層207を有している。さらに、配線は、酸
化物半導体層207の外周部より外側に延在し、導電層210a、210bには酸化物半
導体層211a、211bが積層されている。
ート電極層201上にゲート絶縁膜202を形成する(図8(A)参照)。
ては、実施の形態1に示す基板100、ゲート電極層101及びゲート絶縁膜102を参
照することができる。また、絶縁表面を有する基板200上に下地絶縁膜として機能する
絶縁膜230を設けてもよい。絶縁膜230の材料及び作製方法については、実施の形態
1に示す絶縁膜130を参照することができる。
実施の形態1に示す導電膜123を参照することができる。
方法については、実施の形態1に示す酸化物半導体膜104を参照することができる。な
お、導電膜と第1の酸化物半導体膜は、連続して形成することが好ましい。導電膜と第1
の酸化物半導体膜とを大気に曝すことなく、スパッタ法で積層することで、製造プロセス
中に導電膜が露呈してゴミが付着することを防止することができる。
導電膜及び第1の酸化物半導体膜の不要な部分を選択的にエッチングして除去し、導電層
210a、210b及び酸化物半導体層211a、211bを形成する(図8(B)参照
)。酸化物半導体層211a、211bは、ソース領域及びドレイン領域として機能する
。導電膜及び第1の酸化物半導体膜のエッチングは、ウエットエッチング及びドライエッ
チングを用いて行うことができる。
第2の酸化物半導体膜を形成する。第2の酸化物半導体膜の材料や作製方法については、
実施の形態1に示す酸化物半導体膜103を参照することができる。
第2の酸化物半導体膜の不要な部分を選択的にエッチングして除去し、酸化物半導体層2
07を形成する(図8(C)参照)。また、このとき、酸化物半導体層211a、211
bも、酸化物半導体層207と重なっている領域以外はエッチングされる。第2の酸化物
半導体膜のエッチングは、ウエットエッチング及びドライエッチングを用いて行うことが
できる。
11bよりも導電率が低い酸化物半導体層207とを設ける例を示したが、酸化物半導体
層207を単層で設けることもできる。
こでは、窒素雰囲気下で350℃、1時間の熱処理を行う。この熱処理により島状の酸化
物半導体層207と酸化物半導体層211a、211bとを構成するIn−Ga−Zn−
O系酸化物半導体の原子レベルの再配列が行われる。この熱処理(光アニール等も含む)
は、島状の酸化物半導体層207中におけるキャリアの移動を阻害する歪みを解放できる
点で重要である。なお、上記の熱処理を行うタイミングは、酸化物半導体層207と酸化
物半導体層211a、211bの形成後であれば特に限定されない。
が好ましい。酸化物半導体層207表面のプラズマ処理としては、酸素ラジカルによる酸
素ラジカル処理や、逆スパッタを行えばよい。酸化物半導体層207表面に行う酸素ラジ
カル処理または逆スパッタの方法については、実施の形態1の酸化物半導体層107の表
面に行う酸素ラジカル処理または逆スパッタの方法を参照することができる。
ア膜213は、酸化物半導体層207に接して設けることが好ましい。バリア膜213は
、大気中に浮遊する有機物や金属などの不純物、及び水分や酸素などの侵入を防ぐための
ものであり、緻密な膜が好ましい。緻密な膜で形成することにより、水分や酸素などの不
純物に対するバリア性能が高くなる。バリア膜213は、スパッタ法等を用いて、酸化ア
ルミニウム膜、窒化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜又は窒化酸化アルミニウム
膜の単層又は積層で設けることができる。バリア膜213の作製方法については、実施の
形態1に示すバリア膜113を参照することができる。さらに、形成されたバリア膜21
3に対して、プラズマ処理またはオゾン水等の酸化力の強い溶液での処理などを行って、
バリア膜213内の酸素欠陥を補ってもよい。
酸素が酸化物半導体層に混入することを防止することができる。これにより、酸化物半導
体層の酸化還元反応を抑制し、酸素空孔濃度の変動を抑制することができる。また、大気
中に浮遊する有機物や金属などの不純物が酸化物半導体層に混入することを防止すること
ができる。したがって、酸化物半導体を用いた半導体装置の半導体特性の変動を抑制する
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。
グして、導電層210bに達するコンタクトホールを形成した後、透明導電層214を形
成する(図9(B)参照)。この際のエッチングは、塩素ガスを用いて、ドライエッチン
グにより行うことが好ましい。なお、この段階での上面図が図7(A)に相当する。透明
導電層214の材料や作製方法については、実施の形態1に示す透明導電層114を参照
することができる。
、薄膜トランジスタ250を形成することにより、水分や酸素などの不純物に対するバリ
ア性能の高い膜を用いて、水分や酸素などの不純物が酸化物半導体に混入することを防止
することにより、酸化物半導体を用いた半導体装置の半導体特性の変動を抑制することが
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。
施の形態の半導体装置及びその作製工程について図10を用いて説明する。なお、図7〜
図9と重複する部分は省略し、異なる点について説明する。
縁膜230と、ゲート電極層201と、ゲート絶縁膜202と、導電層210a、210
bと、酸化物半導体層211a、211bを形成する。
導電率が低い酸化物半導体膜203を形成する。酸化物半導体膜203の材料や作製方法
については、実施の形態1に示す酸化物半導体膜103を参照することができる。
ア膜213の材料や作製方法については、実施の形態1に示すバリア膜113を参照する
ことができる。
ル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂、ノボラック樹脂、メラミン
樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等の有機物からなる絶縁膜を用いることができる。ま
た、層間絶縁膜231には、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒
化酸化シリコン膜シロキサン(シロキサンは、シリコン(Si)と酸素(O)との結合で
骨格構造が構成される。)樹脂、などの無機物からなる絶縁膜を用いることもでき、これ
らの有機物からなる絶縁膜と無機物からなる絶縁膜とを積層してもよい。
13、酸化物半導体膜203、酸化膜半導体層211bを選択的にエッチングして、導電
層210bに達するコンタクトホールを形成した後、透明導電層214を形成する(図1
0(C)参照)。
置を作成することができる。したがって、酸化物半導体膜203をエッチングするための
マスクを削減することができるため、図7〜図9と比べて作製工程を低減することができ
る。
本実施の形態では、実施の形態1及び2とは異なる半導体装置及びその作製工程について
図11及び図12を用いて説明する。なお、本実施の形態における半導体装置及びその作
製工程は、多くの部分で実施の形態1及び2と共通している。したがって、以下において
は、重複する部分は省略し、異なる点について詳細に説明する。
11(B)は、図11(A)におけるA1−A2で切断した断面図である。
301、該ゲート電極層301上にはゲート絶縁膜302が形成されている。ゲート絶縁
膜302上には、酸化物半導体層307と酸化物半導体層307のチャネル形成領域と重
なる領域を覆うチャネル保護層315が形成され、酸化物半導体層307を介してゲート
電極層301上で相対するように、導電層310a、310bが設けられている。
を介してゲート電極層301を被覆するように設けられている。すなわち酸化物半導体層
307は、チャネル形成領域と重なる領域を覆うチャネル保護層315の下面部と、ゲー
ト電極層301と重畳しゲート絶縁膜302の上面部と酸化物半導体層311a及び酸化
物半導体層311bの下面部とに、接するように設けられている。ここで、導電層310
aは、酸化物半導体層307側から第2酸化物半導体層311aと導電層310aが積層
された箇所上に設けられている。同様に、導電層310bは酸化物半導体層307側から
酸化物半導体層311bと導電層110bが積層された箇所上に設けられている。酸化物
半導体層307は、In−Ga−Zn−O系非単結晶膜で形成されている。また、酸化物
半導体層311a、311bは、酸化物半導体層307より導電率が高いIn−Ga−Z
n−O系非単結晶層であり、ソース領域及びドレイン領域を構成する。なお、酸化物半導
体層311a、311bをn+層とも記す。
る。特に、図11(B)に示すトランジスタは、チャネル保護型(チャネルストップ型)
と呼ばれる構造である。
ート電極層301上にゲート絶縁膜302を形成する。なお、基板300の材料、ゲート
電極層301、ゲート絶縁膜302の材料や作製方法については、実施の形態1の基板1
00、ゲート電極層101及びゲート絶縁膜102を参照することができる。また、下地
絶縁膜として機能する絶縁膜330を設けてもよい。
を形成する(図12(A)参照)。第1の酸化物半導体膜303の材料や作製方法につい
ては、実施の形態1に示す酸化物半導体膜103を参照することができる。
、酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜又は窒化酸化アル
ミニウム膜の単層又は積層で設けることができる。絶縁膜の膜厚は、0より大きく5nm
以下で形成することが好ましい。絶縁膜の作製方法は、実施の形態1に示すバリア膜11
3を参照することができる。絶縁膜上にレジストマスクを形成し、該レジストマスクを用
いて絶縁膜の不要な部分を選択的にエッチングして除去し、チャネル保護層315を形成
する(図12(B)参照)。絶縁膜のエッチングは、ウエットエッチング及びドライエッ
チングを用いて行うことができる。
て設ける。チャネル保護層315を設けることによって、酸化物半導体層307のチャネ
ル形成領域に対する工程時におけるダメージ(エッチング時のプラズマやエッチング剤に
よる膜減りや、酸化など)を防ぐことができる。したがって、薄膜トランジスタ350の
信頼性を向上させることができる。また、チャネル保護層315は、0より大きく5nm
以下で形成することができるため、酸化物半導体層307のエッチングによる膜減り量を
抑制することができる。
うことが好ましい。酸化物半導体層307表面のプラズマ処理としては、酸素ラジカルに
よる酸素ラジカル処理や、逆スパッタを行えばよい。酸化物半導体層307表面に行う酸
素ラジカル処理または逆スパッタの方法については、実施の形態1の酸化物半導体層10
7の表面に行う酸素ラジカル処理または逆スパッタの方法を参照することができる。
する。第2の酸化物半導体膜の材料や作製方法については、実施の形態1に示す酸化物半
導体膜104を参照することができる。
2の酸化物半導体膜を選択的にエッチングして、島状の酸化物半導体層307及び島状の
酸化物半導体層308を形成する。
化物半導体層308とを設ける例を示したが、酸化物半導体層307を単層で設けること
もできる。
2(C)参照)。導電膜323の材料や作製方法については、実施の形態1に示す導電膜
123を参照することができる。
3の不要な部分を選択的にエッチングして除去し、導電層310a、310bを形成する
と共に、島状の酸化物半導体層308をエッチングして導電率の高い半導体領域(酸化物
半導体層311a、311b)を形成する(図12(D)参照)。酸化物半導体層311
a、311bは、ソース領域及びドレイン領域として機能する。
こでは、窒素雰囲気下で350℃、1時間の熱処理を行う。この熱処理により島状の酸化
物半導体層307を構成するIn−Ga−Zn−O系酸化物半導体の原子レベルの再配列
が行われる。この熱処理(光アニール等も含む)は、島状の酸化物半導体層307中にお
けるキャリアの移動を阻害する歪みを解放できる点で重要である。なお、上記の熱処理を
行うタイミングは、酸化物半導体層307の形成後であれば特に限定されない。
、導電層310a、310b等を含む薄膜トランジスタ350を覆うように、バリア膜3
13形成する。バリア膜313は、チャネル保護層315に接して設けることが好ましい
。バリア膜313は、大気中に浮遊する有機物や金属などの不純物、及び水分や酸素など
の侵入を防ぐためのものであり、緻密な膜が好ましい。緻密な膜で形成することにより、
水分や酸素などの不純物に対するバリア性能が高くなる。バリア膜313は、スパッタ法
などを用いて、酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜又は
窒化酸化アルミニウム膜の単層又は積層で設けることができる。
酸化窒化アルミニウム膜、又は窒化酸化アルミニウム膜の単層又は積層で形成しているた
め、バリア膜313に酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、又は窒化
酸化シリコン膜を用いてもよい。
成することにより、水分及び酸素が酸化物半導体層に混入することを防止することができ
る。これにより、酸化物半導体層の酸化還元反応を抑制し、酸素空孔濃度の変動を抑制す
ることができる。
グして導電層310bに達するコンタクトホールを形成した後、透明導電層314を形成
する(図12(D)参照)。なお、この段階での上面図が図11(A)に相当する。透明
導電層314の材料や作製方法については実施の形態1に示す透明導電層114を参照す
ることができる。
、薄膜トランジスタ350を形成することにより、水分や酸素などの不純物に対するバリ
ア性能の高い膜を用いて、水分や酸素などの不純物が酸化物半導体に混入することを防止
することにより、酸化物半導体を用いた半導体装置の半導体特性の変動を抑制することが
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。
(実施の形態4)
本実施の形態では、表示装置において、同一基板上に少なくとも駆動回路の一部と、画素
部に配置する薄膜トランジスタを作製する例について以下に説明する。
態1に示す薄膜トランジスタはnチャネル型TFTであるため、駆動回路のうち、nチャ
ネル型TFTで構成することができる駆動回路の一部を画素部の薄膜トランジスタと同一
基板上に形成する。
(A)に示す。図14(A)に示す表示装置は、基板5300上に表示素子を備えた画素
を複数有する画素部5301と、各画素を選択する走査線駆動回路5302と、選択され
た画素へのビデオ信号の入力を制御する信号線駆動回路5303とを有する。
型TFTで構成する信号線駆動回路について図15を用いて説明する。
02_M、第1の配線5611、第2の配線5612、第3の配線5613及び配線56
21_1〜5621_Mを有する。スイッチ群5602_1〜5602_Mそれぞれは、
第1の薄膜トランジスタ5603a、第2の薄膜トランジスタ5603b及び第3の薄膜
トランジスタ5603cを有する。
及び配線5621_1〜5621_Mに接続される。そして、スイッチ群5602_1〜
5602_Mそれぞれは、第1の配線5611、第2の配線5612、第3の配線561
3及びスイッチ群5602_1〜5602_Mそれぞれに対応した配線5621_1〜5
621_Mに接続される。そして、配線5621_1〜5621_Mそれぞれは、第1の
薄膜トランジスタ5603a、第2の薄膜トランジスタ5603b及び第3の薄膜トラン
ジスタ5603cを介して、3つの信号線(信号線Sm−2、信号線Sm−1、信号線S
m(m=3M))に接続される。例えば、J列目の配線5621_J(配線5621_1
〜配線5621_Mのうちいずれか一)は、スイッチ群5602_Jが有する第1の薄膜
トランジスタ5603a、第2の薄膜トランジスタ5603b及び第3の薄膜トランジス
タ5603cを介して、信号線Sj−2、信号線Sj−1、信号線Sj(j=3J)に接
続される。
号が入力される。
さらに、スイッチ群5602_1〜5602_Mは、画素部と同一基板上に形成されてい
ることが望ましい。したがって、ドライバIC5601とスイッチ群5602_1〜56
02_MとはFPCなどを介して接続するとよい。又は、画素部と同一基板上に貼り合わ
せなどの方法により形成された単結晶半導体を用いてドライバIC5601を形成しても
良い。
照して説明する。なお、図16のタイミングチャートは、i行目の走査線Giが選択され
ている場合のタイミングチャートを示している。さらに、i行目の走査線Giの選択期間
は、第1のサブ選択期間T1、第2のサブ選択期間T2及び第3のサブ選択期間T3に分
割されている。さらに、図15の信号線駆動回路は、他の行の走査線が選択されている場
合でも図16と同様の動作をする。
スタ5603a、第2の薄膜トランジスタ5603b及び第3の薄膜トランジスタ560
3cを介して、信号線Sj−2、信号線Sj−1、信号線Sjに接続される場合について
示している。
1の薄膜トランジスタ5603aのオン・オフのタイミング5703a、第2の薄膜トラ
ンジスタ5603bのオン・オフのタイミング5703b、第3の薄膜トランジスタ56
03cのオン・オフのタイミング5703c及びJ列目の配線5621_Jに入力される
信号5721_Jを示している。
択期間T2及び第3のサブ選択期間T3において、それぞれ別のビデオ信号が入力される
。例えば、第1のサブ選択期間T1において配線5621_Jに入力されるビデオ信号は
信号線Sj−2に入力され、第2のサブ選択期間T2において配線5621_Jに入力さ
れるビデオ信号は信号線Sj−1に入力され、第3のサブ選択期間T3において配線56
21_Jに入力されるビデオ信号は信号線Sjに入力される。さらに、第1のサブ選択期
間T1、第2のサブ選択期間T2及び第3のサブ選択期間T3において、配線5621_
Jに入力されるビデオ信号をそれぞれData_j−2、Data_j−1、Data_
jとする。
aがオンし、第2の薄膜トランジスタ5603b及び第3の薄膜トランジスタ5603c
がオフする。このとき、配線5621_Jに入力されるData_j−2が、第1の薄膜
トランジスタ5603aを介して信号線Sj−2に入力される。第2のサブ選択期間T2
では、第2の薄膜トランジスタ5603bがオンし、第1の薄膜トランジスタ5603a
及び第3の薄膜トランジスタ5603cがオフする。このとき、配線5621_Jに入力
されるData_j−1が、第2の薄膜トランジスタ5603bを介して信号線Sj−1
に入力される。第3のサブ選択期間T3では、第3の薄膜トランジスタ5603cがオン
し、第1の薄膜トランジスタ5603a及び第2の薄膜トランジスタ5603bがオフす
る。このとき、配線5621_Jに入力されるData_jが、第3の薄膜トランジスタ
5603cを介して信号線Sjに入力される。
、1ゲート選択期間中に1つの配線5621_Jから3つの信号線にビデオ信号を入力す
ることができる。したがって、図15の信号線駆動回路は、ドライバIC5601が形成
される基板と、画素部が形成されている基板との接続数を信号線の数に比べて約1/3に
することができる。接続数が約1/3になることによって、図15の信号線駆動回路は、
信頼性、歩留まりなどを向上できる。
択期間それぞれにおいて、ある1つの配線から複数の信号線それぞれにビデオ信号を入力
することができれば、薄膜トランジスタの配置や数、駆動方法などは限定されない。
ぞれにビデオ信号を入力する場合は、薄膜トランジスタ及び薄膜トランジスタを制御する
ための配線を追加すればよい。ただし、1ゲート選択期間を4つ以上のサブ選択期間に分
割すると、1つのサブ選択期間が短くなる。したがって、1ゲート選択期間は、2つ又は
3つのサブ選択期間に分割されることが望ましい。
ジ期間Tp、第1のサブ選択期間T1、第2のサブ選択期間T2、第3の選択期間T3に
分割してもよい。さらに、図17のタイミングチャートは、i行目の走査線Giが選択さ
れるタイミング、第1の薄膜トランジスタ5603aのオン・オフのタイミング5803
a、第2の薄膜トランジスタ5603bのオン・オフのタイミング5803b、第3の薄
膜トランジスタ5603cのオン・オフのタイミング5803c及びJ列目の配線562
1_Jに入力される信号5821_Jを示している。図17に示すように、プリチャージ
期間Tpにおいて第1の薄膜トランジスタ5603a、第2の薄膜トランジスタ5603
b及び第3の薄膜トランジスタ5603cがオンする。このとき、配線5621_Jに入
力されるプリチャージ電圧Vpが第1の薄膜トランジスタ5603a、第2の薄膜トラン
ジスタ5603b及び第3の薄膜トランジスタ5603cを介してそれぞれ信号線Sj−
2、信号線Sj−1、信号線Sjに入力される。第1のサブ選択期間T1において第1の
薄膜トランジスタ5603aがオンし、第2の薄膜トランジスタ5603b及び第3の薄
膜トランジスタ5603cがオフする。このとき、配線5621_Jに入力されるDat
a_j−2が、第1の薄膜トランジスタ5603aを介して信号線Sj−2に入力される
。第2のサブ選択期間T2では、第2の薄膜トランジスタ5603bがオンし、第1の薄
膜トランジスタ5603a及び第3の薄膜トランジスタ5603cがオフする。このとき
、配線5621_Jに入力されるData_j−1が、第2の薄膜トランジスタ5603
bを介して信号線Sj−1に入力される。第3のサブ選択期間T3では、第3の薄膜トラ
ンジスタ5603cがオンし、第1の薄膜トランジスタ5603a及び第2の薄膜トラン
ジスタ5603bがオフする。このとき、配線5621_Jに入力されるData_jが
、第3の薄膜トランジスタ5603cを介して信号線Sjに入力される。
ブ選択期間の前にプリチャージ選択期間を設けることによって、信号線をプリチャージで
きるため、画素へのビデオ信号の書き込みを高速に行うことができる。なお、図17にお
いて、図16と同様なものに関しては共通の符号を用いて示し、同一部分又は同様な機能
を有する部分の詳細な説明は省略する。
ッファを有している。また場合によってはレベルシフタを有していても良い。走査線駆動
回路において、シフトレジスタにクロック信号(CLK)及びスタートパルス信号(SP
)が入力されることによって、選択信号が生成される。生成された選択信号はバッファに
おいて緩衝増幅され、対応する走査線に供給される。走査線には、1ライン分の画素のト
ランジスタのゲート電極が接続されている。そして、1ライン分の画素のトランジスタを
一斉にONにしなくてはならないので、バッファは大きな電流を流すことが可能なものが
用いられる。
て説明する。
ロップ5701_1〜5701_nという複数のフリップフロップで構成される。また、
第1のクロック信号、第2のクロック信号、スタートパルス信号、リセット信号が入力さ
れて動作する。
1_1は、第1の配線5711、第2の配線5712、第4の配線5714、第5の配線
5715、第7の配線5717_1、及び第7の配線5717_2と接続される。また、
2段目のフリップフロップ5701_2は、第3の配線5713、第4の配線5714、
第5の配線5715、第7の配線5717_1、第7の配線5717_2及び第7の配線
5717_3と接続される。
01_nのうちいずれか一)は、第2の配線5712又は第3の配線5713の一方、第
4の配線5714、第5の配線5715、第7の配線5717_i−1、第7の配線57
17_i、及び第7の配線5717_i+1と接続される。ここで、iが奇数の場合には
、i段目のフリップフロップ5701_iは第2の配線5712と接続され、iが偶数で
ある場合には、i段目のフリップフロップ5701_iは第3の配線5713と接続され
ることになる。
713の一方、第4の配線5714、第5の配線5715、第7の配線5717_n−1
、第7の配線5717_n、及び第6の配線5716と接続される。
16を、それぞれ第1の信号線、第2の信号線、第3の信号線、第4の信号線と呼んでも
よい。さらに、第4の配線5714、第5の配線5715を、それぞれ第1の電源線、第
2の電源線と呼んでもよい。
に示すフリップフロップは、第1の薄膜トランジスタ5571、第2の薄膜トランジスタ
5572、第3の薄膜トランジスタ5573、第4の薄膜トランジスタ5574、第5の
薄膜トランジスタ5575、第6の薄膜トランジスタ5576、第7の薄膜トランジスタ
5577及び第8の薄膜トランジスタ5578を有する。なお、第1の薄膜トランジスタ
5571、第2の薄膜トランジスタ5572、第3の薄膜トランジスタ5573、第4の
薄膜トランジスタ5574、第5の薄膜トランジスタ5575、第6の薄膜トランジスタ
5576、第7の薄膜トランジスタ5577及び第8の薄膜トランジスタ5578は、n
チャネル型トランジスタであり、ゲート・ソース間電圧(Vgs)がしきい値電圧(Vt
h)を上回ったとき導通状態になるものとする。
3の配線5503、第4の配線5504、第5の配線5505、及び第6の配線5506
を有する。
スタとする例を示すが、特に限定されず、例えば、デプレッション型のnチャネル型トラ
ンジスタを用いて駆動回路を駆動させることもできる。
が第4の配線5504に接続され、第2の電極(ソース電極またはドレイン電極の他方)
が第3の配線5503に接続される。
電極が第3の配線5503に接続される。
続され、第2の電極が第2の薄膜トランジスタ5572のゲート電極に接続される。
電極が第1の薄膜トランジスタ5571のゲート電極に接続され、第2の電極が第2の薄
膜トランジスタ5572のゲート電極に接続される。
電極が第1の配線5501に接続され、第2の電極が第1の薄膜トランジスタ5571の
ゲート電極に接続される。
電極が第2の薄膜トランジスタ5572のゲート電極に接続され、第2の電極が第1の薄
膜トランジスタ5571のゲート電極に接続される。
電極が第2の配線5502に接続され、第2の電極が第1の薄膜トランジスタ5571の
ゲート電極に接続される。
電極が第1の配線5501に接続され、第2の電極が第2の薄膜トランジスタ5572の
ゲート電極に接続される。
のゲート電極、第5の薄膜トランジスタ5575の第2の電極、第6の薄膜トランジスタ
5576の第2の電極及び第7の薄膜トランジスタ5577の第2の電極の接続箇所をノ
ード5543とする。さらに、第2の薄膜トランジスタ5572のゲート電極、第3の薄
膜トランジスタ5573の第2の電極、第4の薄膜トランジスタ5574の第2の電極、
第6の薄膜トランジスタ5576のゲート電極及び第8の薄膜トランジスタ5578の第
2の電極の接続箇所をノード5544とする。
504を、それぞれ第1の信号線、第2の信号線、第3の信号線、第4の信号線と呼んで
もよい。さらに、第5の配線5505を第1の電源線、第6の配線5506を第2の電源
線と呼んでもよい。
18中の第7の配線5717_i−1が接続される。また、図19中の第2の配線550
2と、図18中の第7の配線5717_i+1が接続される。また、図19中の第3の配
線5503と、第7の配線5717_iが接続される。さらに、図19中の第6の配線5
506と、第5の配線5715が接続される。
続され、iが偶数の場合、図18中の第3の配線5713と接続される。また、図19中
の第5の配線5505と、図18中の第4の配線5714が接続される。
1は図18中の第1の配線5711に接続される。また、n段目のフリップフロップ57
01_nにおいて、図19中の第2の配線5502は図18中の第6の配線5716に接
続される。
で作製することも可能である。実施の形態1に示すnチャネル型TFTはトランジスタの
移動度が大きいため、駆動回路の駆動周波数を高くすることが可能となる。また、実施の
形態1に示すnチャネル型TFTはIn−Ga−Zn−O系非単結晶膜であるソース領域
又はドレイン領域により寄生容量が低減されるため、周波数特性(f特性と呼ばれる)が
高い。例えば、実施の形態1に示すnチャネル型TFTを用いた走査線駆動回路は、高速
に動作させることができるため、フレーム周波数を高くすること、または、黒画面挿入を
実現することなども実現することができる。
駆動回路を配置することなどによって、さらに高いフレーム周波数を実現することができ
る。複数の走査線駆動回路を配置する場合は、例えば、偶数行の走査線を駆動する為の走
査線駆動回路を片側に配置し、奇数行の走査線を駆動するための走査線駆動回路をその反
対側に配置することにより、フレーム周波数を高くすることができる。また、複数の走査
線駆動回路により、同じ走査線に信号を出力すると、表示装置の大型化に有利である。
くとも一つの画素に複数の薄膜トランジスタを配置するため、走査線駆動回路を複数配置
することが好ましい。アクティブマトリクス型発光表示装置のブロック図の一例を図14
(B)に示す。
る画素部5401と、各画素を選択する第1の走査線駆動回路5402及び第2の走査線
駆動回路5404と、選択された画素へのビデオ信号の入力を制御する信号線駆動回路5
403とを有する。
合、画素はトランジスタのオンとオフの切り替えによって、発光もしくは非発光の状態と
なる。よって、面積階調法または時間階調法を用いて階調の表示を行うことができる。面
積階調法は、1画素を複数の副画素に分割し、各副画素を独立にビデオ信号に基づいて駆
動させることによって、階調表示を行う駆動法である。また時間階調法は、画素が発光す
る期間を制御することによって、階調表示を行う駆動法である。
している。時間階調法で表示を行なう場合、1フレーム期間を複数のサブフレーム期間に
分割する。そしてビデオ信号に従い、各サブフレーム期間において画素の発光素子を発光
または非発光の状態にする。複数のサブフレーム期間に分割することによって、1フレー
ム期間中に画素が発光する期間の合計の長さを、ビデオ信号により制御することができ、
階調を表示することができる。
を配置する場合であって、一方のスイッチング用TFTのゲート配線である第1の走査線
に入力される信号を第1の走査線駆動回路5402で生成し、他方のスイッチング用TF
Tのゲート配線である第2の走査線に入力される信号を第2の走査線駆動回路5404で
生成する例を示しているが、第1の走査線に入力される信号と、第2の走査線に入力され
る信号とを、共に1つの走査線駆動回路で生成するようにしても良い。また、例えば、1
つの画素が有するスイッチング用TFTの数によって、スイッチング素子の動作を制御す
るために用いられる走査線が、各画素に複数設けられることもあり得る。この場合、複数
の走査線に入力される信号を、全て1つの走査線駆動回路で生成しても良いし、複数の各
走査線駆動回路で生成しても良い。
できる駆動回路の一部を画素部の薄膜トランジスタと同一基板上に形成することができる
。また、信号線駆動回路及び走査線駆動回路を実施の形態1に示すnチャネル型TFTの
みで作製することも可能である。
電気的に接続する素子を利用して電子インクを駆動させる電子ペーパーに用いてもよい。
電子ペーパーは、電気泳動表示装置(電気泳動ディスプレイ)とも呼ばれており、紙と同
じ読みやすさを実現し、他の表示装置に比べ消費電力を抑え、且つ、薄型、軽量とするこ
とが可能である。
第1の粒子と、マイナスの電荷を有する第2の粒子とを含むマイクロカプセルが溶媒また
は溶質に複数分散された構成とすることができ、この場合、マイクロカプセルに電界を印
加することによって、マイクロカプセル中の粒子を互いに反対方向に移動させて一方側に
集合した粒子の色のみを表示することができる。なお、第1の粒子または第2の粒子は染
料を含み、電界がない場合において移動しないものである。また、第1の粒子の色と第2
の粒子の色は異なるもの(無色を含む)とする。
ディスプレイである。電気泳動ディスプレイでは、液晶表示装置には必要な偏光板や、対
向基板が不要であり、厚さや重さを著しく低減することができる。
の電子インクはガラス、プラスチック、布、紙などの表面に印刷することができる。また
、カラーフィルタや色素を有する粒子を用いることによってカラー表示も可能である。
基板に形成された電極と別の電極とでマイクロカプセルを挟み込むことによりアクティブ
マトリクス型の表示装置が完成し、マイクロカプセルに電界を印加すれば表示を行うこと
ができる。アクティブマトリクス基板としては、例えば、実施の形態1の薄膜トランジス
タによって得られるアクティブマトリクス基板を用いることができる。
導体材料、磁性材料、液晶材料、強誘電性材料、エレクトロルミネセント材料、エレクト
ロクロミック材料、磁気泳動材料から選ばれた一種の材料、またはこれらの複合材料を用
いればよい。
である。
本実施の形態では、薄膜トランジスタを作製し、該薄膜トランジスタを画素部、さらには
駆動回路に用いて表示機能を有する半導体装置(表示装置ともいう)を作製する場合につ
いて説明する。また、薄膜トランジスタを、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。
素子(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(Electr
o 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。
を含むIC等を実装した状態にあるモジュールとを含む。さらに表示装置は、該表示装置
を作製する過程における、表示素子が完成する前の一形態に相当する素子基板に関し、該
素子基板は、電流を表示素子に供給するための手段を複数の各画素に備える。素子基板は
、具体的には、表示素子の画素電極のみが形成された状態であっても良いし、画素電極と
なる導電膜を成膜した後であって、エッチングして画素電極を形成する前の状態であって
も良いし、あらゆる形態があてはまる。
源(照明装置含む)を指す。また、コネクター、例えばFPC(Flexible pr
inted circuit)もしくはTAB(Tape Automated Bon
ding)テープもしくはTCP(Tape Carrier Package)が取り
付けられたモジュール、TABテープや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(Chip On Glass)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。
態に相当する液晶表示パネルの外観及び断面について、図22を用いて説明する。図22
は、第1の基板4001上に形成された実施の形態1で示したIn−Ga−Zn−O系非
単結晶膜を半導体層として含み、バリア膜が設けられた信頼性の高い薄膜トランジスタ4
010、4011、及び液晶素子4013を、第2の基板4006との間にシール材40
05によって封止した、パネルの上面図であり、図22(B)は、図22(A1)(A2
)のM−Nにおける断面図に相当する。
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、液晶層4008と共に封止されている。また第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
半導体膜又は多結晶半導体膜で形成された信号線駆動回路4003が実装されている。
ワイヤボンディング方法、或いはTAB方法などを用いることができる。図22(A1)
は、COG方法により信号線駆動回路4003を実装する例であり、図22(A2)は、
TAB方法により信号線駆動回路4003を実装する例である。
、薄膜トランジスタを複数有しており、図22(B)では、画素部4002に含まれる薄
膜トランジスタ4010と、走査線駆動回路4004に含まれる薄膜トランジスタ401
1とを例示している。薄膜トランジスタ4010、4011上にはバリア膜4020、絶
縁層4021が設けられている。
として含み、バリア膜が設けられた信頼性の高い実施の形態1に示す薄膜トランジスタを
適用することができる。本実施の形態において、薄膜トランジスタ4010、4011は
nチャネル型薄膜トランジスタである。
気的に接続されている。そして液晶素子4013の対向電極層4031は第2の基板40
06上に形成されている。画素電極層4030と対向電極層4031と液晶層4008と
が重なっている部分が、液晶素子4013に相当する。なお、画素電極層4030、対向
電極層4031はそれぞれ配向膜として機能する絶縁層4032、4033が設けられ、
絶縁層4032、4033を介して液晶層4008を挟持している。
テンレス)、セラミックス、プラスチックを用いることができる。プラスチックとしては
、FRP(Fiberglass−Reinforced Plastics)板、PV
F(ポリビニルフルオライド)フィルム、ポリエステルフィルム、またはアクリル樹脂フ
ィルムを用いることができる。また、アルミニウムホイルをPVFフィルムやポリエステ
ルフィルムで挟んだ構造のシートを用いることもできる。
、画素電極層4030と対向電極層4031との間の距離(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。また、対向電極層403
1は、薄膜トランジスタ4010と同一基板上に設けられる共通電位線と電気的に接続さ
れる。共通接続部を用いて、一対の基板間に配置される導電性粒子を介して対向電極層4
031と共通電位線とを電気的に接続することができる。なお、導電性粒子はシール材4
005に含有させる。
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4008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10μs〜
100μs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。
置は反射型液晶表示装置でも半透過型液晶表示装置でも適用できる。
側に着色層、表示素子に用いる電極層という順に設ける例を示すが、偏光板は基板の内側
に設けてもよい。また、偏光板と着色層の積層構造も本実施の形態に限定されず、偏光板
及び着色層の材料や作製工程条件によって適宜設定すればよい。また、ブラックマトリク
スとして機能する遮光膜を設けてもよい。
ジスタの信頼性を向上させるため、実施の形態1で得られた薄膜トランジスタを保護膜や
平坦化絶縁膜として機能する絶縁層(バリア膜4020、絶縁層4021)で覆う構成と
なっている。バリア膜4020の膜厚は、1nm以上200nm以下とすることが好まし
い。なお、バリア膜4020は、大気中に浮遊する有機物や金属物、水蒸気などの汚染不
純物の侵入を防ぐためのものであり、緻密な膜が好ましい。緻密な膜で形成することによ
り、水分や酸素などの不純物に対するバリア性能が高くなる。バリア膜4020は、スパ
ッタ法を用いて、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリ
コン膜、酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、又は窒化
酸化アルミニウム膜の単層、又は積層で形成すればよい。本実施の形態では保護膜をスパ
ッタ法で形成する例を示すが、特に限定されず種々の方法で形成すればよい。
する。酸化物半導体層上に水分及び酸素に対するバリア性の高い膜で覆うことにより、水
分及び酸素が酸化物半導体層に混入することを防止することができる。これにより、酸化
物半導体層の酸化還元反応を抑制し、酸素空孔濃度の変動を抑制することができる。また
、大気中や基材中に含まれる有機物や金属などの不純物が酸化物半導体層に混入すること
を防止することができる。したがって、酸化物半導体を用いた半導体装置の半導体特性の
変動を抑制することができる。また、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
酸化窒化シリコン膜を形成してもよい(図示せず)。例えば、バリア膜4020上に、ス
パッタ法を用いて窒化シリコン膜を形成する。バリア膜4020上に、窒化シリコン膜を
設けることにより、ナトリウム等の可動イオンが半導体領域中に侵入して、TFTの電気
特性を変化させることを抑制することができる。
行ってもよい。
イミド、アクリル、ベンゾシクロブテン、ポリアミド、エポキシ等の、耐熱性を有する有
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膜を複数積層させることで、絶縁
層4021を形成してもよい。
Si結合を含む樹脂に相当する。シロキサン系樹脂は置換基としては有機基(例えばアル
キル基やアリール基)やフルオロ基を用いても良い。また、有機基はフルオロ基を有して
いても良い。
、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、スクリーン
印刷、オフセット印刷等)、ドクターナイフ、ロールコーター、カーテンコーター、ナイ
フコーター等を用いることができる。絶縁層4021を、材料液を用いて形成する場合、
ベークする工程で同時に、半導体層のアニール(300℃〜400℃)を行ってもよい。
絶縁層4021の焼成工程と半導体層のアニールを兼ねることで効率よく半導体装置を作
製することが可能となる。
、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。
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。導電性組成物を用いて形
成した画素電極は、シート抵抗が1.0×104Ω/sq.以下、波長550nmにおけ
る透光率が70%以上であることが好ましい。また、導電性組成物に含まれる導電性高分
子の抵抗率が0.1Ω・cm以下であることが好ましい。
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、若しくはこれらの2種以上の共重合体などがあげられる。
002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。
30と同じ導電膜から形成され、端子電極4016は、薄膜トランジスタ4010、40
11のソース電極層及びドレイン電極層と同じ導電膜で形成されている。
て電気的に接続されている。
装している例を示しているが、本実施の形態は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の
みを別途形成して実装しても良い。
いて構成する一例を示している。
ール材2602により固着され、その間にTFT等を含む画素部2603、液晶層を含む
表示素子2604、着色層2605、偏光板2606が設けられ表示領域を形成している
。着色層2605はカラー表示を行う場合に必要であり、RGB方式の場合は、赤、緑、
青の各色に対応した着色層が各画素に対応して設けられている。TFT基板2600と対
向基板2601の外側には偏光板2606、偏光板2607、拡散板2613が配設され
ている。光源は冷陰極管2610と反射板2611により構成され、回路基板2612は
、フレキシブル配線基板2609によりTFT基板2600の配線回路部2608と接続
され、コントロール回路や電源回路などの外部回路が組みこまれている。また偏光板と、
液晶層との間に位相差板を有した状態で積層してもよい。
n−Plane−Switching)モード、FFS(Fringe Field S
witching)モード、MVA(Multi−domain Vertical A
lignment)モード、PVA(Patterned Vertical Alig
nment)、ASM(Axially Symmetric aligned Mic
ro−cell)モード、OCB(Optical Compensated Bire
fringence)モード、FLC(Ferroelectric Liquid C
rystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric Liquid
Crystal)などの液晶を用いることができる。
。
である。
本実施の形態では、半導体装置の一例として電子ペーパーを示す。
体装置に用いられる薄膜トランジスタ581としては、上記実施の形態1〜3で示す薄膜
トランジスタと同様に作製できる。本実施の形態で示す半導体装置は、実施の形態1で示
した半導体装置である。
トボール表示方式とは、白と黒に塗り分けられた球形粒子を表示素子に用いる電極層であ
る第1の電極層及び第2の電極層の間に配置し、第1の電極層及び第2の電極層に電位差
を生じさせることによって、球形粒子の向きを制御し、表示を行う方法である。
膜トランジスタ581はボトムゲート構造の薄膜トランジスタであり、ソース電極層又は
ドレイン電極層が第1の電極層587と、バリア膜583、バリア膜584、絶縁層58
5に形成されたコンタクトホールを介して電気的に接続している。第1の電極層587と
第2の電極層588との間には、黒色領域590a及び白色領域590bを有し、周りに
液体で満たされているキャビティ594を含む球形粒子589が設けられており、球形粒
子589の周囲は樹脂等の充填材595が設けられている(図13参照)。図13におい
ては、第1の電極層587が画素電極に相当し、第2の電極層588が共通電極に相当す
る。第2の電極層588は、薄膜トランジスタ581と同一基板上に設けられる共通電位
線と電気的に接続される。上記実施の形態に示す共通接続部を用いて、一対の基板間に配
置される導電性粒子を介して、基板596に設けられた第2の電極層588と共通電位線
とを電気的に接続することができる。
透明な液体と、正に帯電した白い微粒子と負に帯電した黒い微粒子とを封入した直径10
μm〜200μm程度のマイクロカプセルを用いる。第1の電極層と第2の電極層との間
に設けられるマイクロカプセルは、第1の電極層と第2の電極層によって、電場が与えら
れると、白い微粒子と、黒い微粒子が逆の方向に移動し、白または黒を表示することがで
きる。この原理を応用した表示素子が電気泳動表示素子であり、一般的に電子ペーパーと
よばれている。電気泳動表示素子は、液晶表示素子に比べて反射率が高いため、補助ライ
トは不要であり、また消費電力が小さく、薄暗い場所でも表示部を認識することが可能で
ある。また、表示部に電源が供給されない場合であっても、一度表示した像を保持するこ
とが可能であるため、電波発信源から表示機能付き半導体装置(単に表示装置、又は表示
装置を具備する半導体装置ともいう)を遠ざけた場合であっても、表示された像を保存し
ておくことが可能となる。
である。
本実施の形態では、半導体装置として発光表示装置の例を示す。表示装置の有する表示素
子としては、ここではエレクトロルミネッセンスを利用する発光素子を用いて示す。エレ
クトロルミネッセンスを利用する発光素子は、発光材料が有機化合物であるか、無機化合
物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機EL素子、後者は無機EL素子と呼
ばれている。
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(電子及び正孔)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。
示す図である。
は酸化物半導体層(In−Ga−Zn−O系非単結晶膜)をチャネル形成領域に用いるn
チャネル型のトランジスタを1つの画素に2つ用いる例を示す。
発光素子6404及び容量素子6403を有している。スイッチング用トランジスタ64
01はゲートが走査線6406に接続され、第1電極(ソース電極及びドレイン電極の一
方)が信号線6405に接続され、第2電極(ソース電極及びドレイン電極の他方)が駆
動用トランジスタ6402のゲートに接続されている。駆動用トランジスタ6402は、
ゲートが容量素子6403を介して電源線6407に接続され、第1電極が電源線640
7に接続され、第2電極が発光素子6404の第1電極(画素電極)に接続されている。
発光素子6404の第2電極は共通電極6408に相当する。共通電極6408は、同一
基板上に形成される共通電位線と電気的に接続される。
る。なお、低電源電位とは、電源線6407に設定される高電源電位を基準にして低電源
電位<高電源電位を満たす電位であり、低電源電位としては例えばGND、0Vなどが設
定されていても良い。この高電源電位と低電源電位との電位差を発光素子6404に印加
して、発光素子6404に電流を流して発光素子6404を発光させるため、高電源電位
と低電源電位との電位差が発光素子6404の順方向しきい値電圧以上となるようにそれ
ぞれの電位を設定する。
ことも可能である。駆動用トランジスタ6402のゲート容量については、チャネル領域
とゲート電極との間で容量が形成されていてもよい。
駆動用トランジスタ6402が十分にオンするか、オフするかの二つの状態となるような
ビデオ信号を入力する。つまり、駆動用トランジスタ6402は線形領域で動作させる。
駆動用トランジスタ6402は線形領域で動作させるため、電源線6407の電圧よりも
高い電圧を駆動用トランジスタ6402のゲートにかける。なお、信号線6405には、
(電源線電圧+駆動用トランジスタ6402のVth)以上の電圧をかける。
らせることで、図20と同じ画素構成を用いることができる。
の順方向電圧+駆動用トランジスタ6402のVth以上の電圧をかける。発光素子64
04の順方向電圧とは、所望の輝度とする場合の電圧を指しており、少なくとも順方向し
きい値電圧よりも大きい。なお、駆動用トランジスタ6402が飽和領域で動作するよう
なビデオ信号を入力することで、発光素子6404に電流を流すことができる。駆動用ト
ランジスタ6402を飽和領域で動作させるため、電源線6407の電位は、駆動用トラ
ンジスタ6402のゲート電位よりも高くする。ビデオ信号をアナログとすることで、発
光素子6404にビデオ信号に応じた電流を流し、アナログ階調駆動を行うことができる
。
にスイッチ、抵抗素子、容量素子、トランジスタ又は論理回路などを追加してもよい。
型の場合を例に挙げて、画素の断面構造について説明する。図21(A)、(B)、(C
)の半導体装置に用いられる駆動用TFTであるTFT7001、7011、7021は
、実施の形態1で示す薄膜トランジスタと同様に作製でき、In−Ga−Zn−O系非単
結晶膜を半導体層として含む信頼性の高い薄膜トランジスタである。また、図21(A)
、(B)、(C)において、バリア膜は2層構造で設けた場合について示している。
ミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜又は窒化酸化アルミニウム膜で形成することができ
る。また、図21(B)において、バリア膜7018、7019、図21(C)において
、バリア膜7028、7029も、酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜、酸化窒化
アルミニウム膜又は窒化酸化アルミニウム膜で形成することができる。
酸素が酸化物半導体層に混入することを防止することができる。これにより、酸化物半導
体層の酸化還元反応を抑制し、酸素空孔濃度の変動を抑制することができる。また、大気
中や基材中に含まれる有機物や金属などの不純物が酸化物半導体層に混入することを防止
することができる。したがって、酸化物半導体を用いた半導体装置の半導体特性の変動を
抑制することができる。また、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
して、基板上に薄膜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、画素構成はどの射出構造の発
光素子にも適用することができる。
せられる光が陽極7005側に抜ける場合の、画素の断面図を示す。図21(A)では、
発光素子7002の陰極7003と駆動用TFTであるTFT7001が電気的に接続さ
れており、陰極7003上に発光層7004、陽極7005が順に積層されている。陰極
7003は仕事関数が小さく、なおかつ光を反射する導電膜であれば様々の材料を用いる
ことができる。例えば、Ca、Al、CaF2、MgAg、AlLi等が望ましい。そし
て発光層7004は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成さ
れていてもどちらでも良い。複数の層で構成されている場合、陰極7003上に電子注入
層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層の順に積層する。なお、これらの
層を全て設ける必要はない。陽極7005は光を透過する透光性を有する導電性材料を用
いて形成し、例えば酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含む
インジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウ
ム錫酸化物、インジウム錫酸化物(以下、ITOと示す。)、インジウム亜鉛酸化物、酸
化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いても良い
。
相当する。図21(A)に示した画素の場合、発光素子7002から発せられる光は、矢
印で示すように陽極7005側に射出する。
011がn型で、発光素子7012から発せられる光が陰極7013側に射出する場合の
、画素の断面図を示す。図21(B)では、駆動用TFT7011と電気的に接続された
透光性を有する導電膜7017上に、発光素子7012の陰極7013が成膜されており
、陰極7013上に発光層7014、陽極7015が順に積層されている。なお、陽極7
015が透光性を有する場合、陽極上を覆うように、光を反射または遮蔽するための遮蔽
膜7016が成膜されていてもよい。陰極7013は、図21(A)の場合と同様に、仕
事関数が小さい導電性材料であれば様々な材料を用いることができる。ただしその膜厚は
、光を透過する程度(好ましくは、5nm〜30nm程度)とする。例えば20nmの膜
厚を有するアルミニウム膜を、陰極7013として用いることができる。そして発光層7
014は、図21(A)と同様に、単数の層で構成されていても、複数の層が積層される
ように構成されていてもどちらでも良い。陽極7015は光を透過する必要はないが、図
21(A)と同様に、透光性を有する導電性材料を用いて形成することができる。そして
遮蔽膜7016は、例えば光を反射する金属等を用いることができるが、金属膜に限定さ
れない。例えば黒の顔料を添加した樹脂等を用いることもできる。
に相当する。図21(B)に示した画素の場合、発光素子7012から発せられる光は、
矢印で示すように陰極7013側に射出する。
では、駆動用TFT7021と電気的に接続された透光性を有する導電膜7027上に、
発光素子7022の陰極7023が成膜されており、陰極7023上に発光層7024、
陽極7025が順に積層されている。陰極7023は、図21(A)の場合と同様に、仕
事関数が小さい導電性材料であれば様々な材料を用いることができる。ただしその膜厚は
、光を透過する程度とする。例えば20nmの膜厚を有するAlを、陰極7023として
用いることができる。そして発光層7024は、図21(A)と同様に、単数の層で構成
されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。陽極70
25は、図21(A)と同様に、光を透過する透光性を有する導電性材料を用いて形成す
ることができる。
22に相当する。図21(C)に示した画素の場合、発光素子7022から発せられる光
は、矢印で示すように陽極7025側と陰極7023側の両方に射出する。
L素子を設けることも可能である。
発光素子が電気的に接続されている例を示したが、駆動用TFTと発光素子との間に電流
制御用TFTが接続されている構成であってもよい。
本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
断面について、図24を用いて説明する。図24は、第1の基板4501上に形成された
実施の形態1で示したIn−Ga−Zn−O系非単結晶膜を半導体層として含む信頼性の
高い薄膜トランジスタ4509、4510及び発光素子4511を、第2の基板4506
との間にシール材4505によって封止した、パネルの上面図であり、図24(B)は、
図24(A)のH−Iにおける断面図に相当する。
3b、及び走査線駆動回路4504a、4504bを囲むようにして、シール材4505
が設けられている。また画素部4502、信号線駆動回路4503a、4503b、及び
走査線駆動回路4504a、4504bの上に第2の基板4506が設けられている。よ
って画素部4502、信号線駆動回路4503a、4503b、及び走査線駆動回路45
04a、4504bは、第1の基板4501とシール材4505と第2の基板4506と
によって、充填材4507と共に密封されている。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。
503b、及び走査線駆動回路4504a、4504bは、薄膜トランジスタを複数有し
ており、図24(B)では、画素部4502に含まれる薄膜トランジスタ4510と、信
号線駆動回路4503aに含まれる薄膜トランジスタ4509とを例示している。
として含む信頼性の高い実施の形態1に示す薄膜トランジスタを適用することができる。
本実施の形態において、薄膜トランジスタ4509、4510はnチャネル型薄膜トラン
ジスタである。
層4517は、薄膜トランジスタ4510のソース電極層またはドレイン電極層と電気的
に接続されている。なお発光素子4511の構成は、第1の電極層4517、電界発光層
4512、第2の電極層4513の積層構造であるが、本実施の形態に示した構成に限定
されない。発光素子4511から取り出す光の方向などに合わせて、発光素子4511の
構成は適宜変えることができる。
特に感光性の材料を用い、第1の電極層4517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。
4513及び隔壁4520上に保護膜を形成してもよい。保護膜としては、窒化シリコン
膜、窒化酸化シリコン膜、DLC膜等を形成することができる。
、または画素部4502に与えられる各種信号及び電位は、FPC4518a、4518
bから供給されている。
517と同じ導電膜から形成され、端子電極4516は、薄膜トランジスタ4509、4
510が有するソース電極層及びドレイン電極層と同じ導電膜から形成されている。
して電気的に接続されている。
ければならない。その場合には、ガラス板、プラスチック板、ポリエステルフィルムまた
はアクリルフィルムのような透光性を有する材料を用いる。
脂また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、
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EV
A(エチレンビニルアセテート)を用いることができる。本実施の形態は充填材として窒
素を用いた。
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。
、別途用意された基板上に単結晶半導体膜又は多結晶半導体膜によって形成された駆動回
路で実装されていてもよい。また、信号線駆動回路のみ、或いは一部、又は走査線駆動回
路のみ、或いは一部のみを別途形成して実装しても良く、本実施の形態は図24の構成に
限定されない。
ることができる。
である。
半導体装置は、電子ペーパーとして適用することができる。電子ペーパーは、情報を表示
するものであればあらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。例えば、電子ペー
パーを用いて、電子書籍(電子ブック)、ポスター、電車などの乗り物の車内広告、クレ
ジットカード等の各種カードにおける表示等に適用することができる。電子機器の一例を
図25、図26に示す。
の印刷物である場合には、広告の交換は人手によって行われるが、電子ペーパーを用いれ
ば短時間で広告の表示を変えることができる。また、表示も崩れることなく安定した画像
が得られる。なお、ポスターは無線で情報を送受信できる構成としてもよい。
紙の印刷物である場合には、広告の交換は人手によって行われるが、電子ペーパーを用い
れば人手を多くかけることなく短時間で広告の表示を変えることができる。また表示も崩
れることなく安定した画像が得られる。なお、車内広告は無線で情報を送受信できる構成
としてもよい。
筐体2701及び筐体2703の2つの筐体で構成されている。筐体2701及び筐体2
703は、軸部2711により一体とされており、該軸部2711を軸として開閉動作を
行うことができる。このような構成により、紙の書籍のような動作を行うことが可能とな
る。
込まれている。表示部2705及び表示部2707は、続き画面を表示する構成としても
よいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とすること
で、例えば右側の表示部(図26では表示部2705)に文章を表示し、左側の表示部(
図26では表示部2707)に画像を表示することができる。
701において、電源2721、操作キー2723、スピーカ2725などを備えている
。操作キー2723により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示部と同一面にキー
ボードやポインティングディバイスなどを備える構成としてもよい。また、筐体の裏面や
側面に、外部接続用端子(イヤホン端子、USB端子、またはACアダプタ及びUSBケ
ーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など)、記録媒体挿入部などを備える構成と
してもよい。さらに、電子書籍2700は、電子辞書としての機能を持たせた構成として
もよい。
電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすること
も可能である。
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、例えば、テレビジョン装置(テレビ、またはテレビジョン受信機ともいう)、
コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、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(携帯電話、携帯電話装置ともいう)、携帯型ゲーム機、携帯情報
端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。
00は、筐体9601に表示部9603が組み込まれている。表示部9603により、映
像を表示することが可能である。また、ここでは、スタンド9605により筐体9601
を支持した構成を示している。
コン操作機9610により行うことができる。リモコン操作機9610が備える操作キー
9609により、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部9603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9610に、当該リモコン操作機
9610から出力する情報を表示する表示部9607を設ける構成としてもよい。
より一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して優先または無線に
よる通信ネットワークに接続することにより、一方向(送信者から受信者)または双方向
(送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など)の情報通信を行うことも可能である。
ルフォトフレーム9700は、筐体9701に表示部9703が組み込まれている。表示
部9703は、各種画像を表示することが可能であり、例えばデジタルカメラなどで撮影
した画像データを表示させることで、通常の写真立てと同様に機能させることができる。
Bケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など)、記録媒体挿入部などを備える構
成とする。これらの構成は、表示部と同一面に組み込まれていてもよいが、側面や裏面に
備えるとデザイン性が向上するため好ましい。例えば、デジタルフォトフレームの記録媒
体挿入部に、デジタルカメラで撮影した画像データを記憶したメモリを挿入して画像デー
タを取り込み、取り込んだ画像データを表示部9703に表示させることができる。
。無線により、所望の画像データを取り込み、表示させる構成とすることもできる。
れており、連結部9893により、開閉可能に連結されている。筐体9881には表示部
9882が組み込まれ、筐体9891には表示部9883が組み込まれている。また、図
28(A)に示す携帯型遊技機は、その他、スピーカ部9884、記録媒体挿入部988
6、LEDランプ9890、入力手段(操作キー9885、接続端子9887、センサ9
888(力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、
化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振
動、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの)、マイクロフォン9889)等を備え
ている。もちろん、携帯型遊技機の構成は上述のものに限定されず、少なくとも半導体装
置を備えた構成であればよく、その他付属設備が適宜設けられた構成とすることができる
。図28(A)に示す携帯型遊技機は、記録媒体に記録されているプログラム又はデータ
を読み出して表示部に表示する機能や、他の携帯型遊技機と無線通信を行って情報を共有
する機能を有する。なお、図28(A)に示す携帯型遊技機が有する機能はこれに限定さ
れず、様々な機能を有することができる。
マシン9900は、筐体9901に表示部9903が組み込まれている。また、スロット
マシン9900は、その他、スタートレバーやストップスイッチなどの操作手段、コイン
投入口、スピーカなどを備えている。もちろん、スロットマシン9900の構成は上述の
ものに限定されず、少なくとも半導体装置を備えた構成であればよく、その他付属設備が
適宜設けられた構成とすることができる。
1001に組み込まれた表示部1002の他、操作ボタン1003、外部接続ポート10
04、スピーカ1005、マイク1006などを備えている。
報を入力ことができる。また、電話を掛ける、或いはメールを打つなどの操作は、表示部
1002を指などで触れることにより行うことができる。
示モードであり、第2は、文字等の情報の入力を主とする入力モードである。第3は表示
モードと入力モードの2つのモードが混合した表示+入力モードである。
主とする文字入力モードとし、画面に表示させた文字の入力操作を行えばよい。この場合
、表示部1002の画面のほとんどにキーボードまたは番号ボタンを表示させることが好
ましい。
有する検出装置を設けることで、携帯電話機1000の向き(縦か横か)を判断して、表
示部1002の画面表示を自動的に切り替えるようにすることができる。
ボタン1003の操作により行われる。また、表示部1002に表示される画像の種類に
よって切り替えるようにすることもできる。例えば、表示部に表示する画像信号が動画の
データであれば表示モード、テキストデータであれば入力モードに切り替える。
部1002のタッチ操作による入力が一定期間ない場合には、画面のモードを入力モード
から表示モードに切り替えるように制御してもよい。
02に掌や指を触れることで、掌紋、指紋等を撮像することで、本人認証を行うことがで
きる。また、表示部に近赤外光を発光するバックライトまたは近赤外光を発光するセンシ
ング用光源を用いれば、指静脈、掌静脈などを撮像することもできる。
、表示部9412、及び操作ボタン9413を含む表示装置9410と、筐体9401に
操作ボタン9402、外部入力端子9403、マイク9404、スピーカ9405、及び
着信時に発光する発光部9406を含む通信装置9400とを有しており、表示機能を有
する表示装置9410は電話機能を有する通信装置9400と矢印の2方向に脱着可能で
ある。よって、表示装置9410と通信装置9400の短軸同士を取り付けることも、表
示装置9410と通信装置9400の長軸同士を取り付けることもできる。また、表示機
能のみを必要とする場合、通信装置9400より表示装置9410を取り外し、表示装置
9410を単独で用いることもできる。通信装置9400と表示装置9410とは無線通
信又は有線通信により画像又は入力情報を授受することができ、それぞれ充電可能なバッ
テリーを有する。
101 ゲート電極層
102 ゲート絶縁膜
103 酸化物半導体膜
104 酸化物半導体膜
106 レジストマスク
107 酸化物半導体層
108 酸化物半導体層
109a レジストマスク
109b レジストマスク
110a 導電層
110b 導電層
111a 酸化物半導体層
111b 酸化物半導体層
112 凹部
113 バリア膜
114 透明導電層
114a 透明導電層
114b 透明導電層
114c 透明導電層
120 容量配線
121 第1の端子
122 コンタクトホール
123 導電膜
124 第2の端子
125 接続電極
126 コンタクトホール
126a コンタクトホール
126b コンタクトホール
126c コンタクトホール
127 電極
130 絶縁膜
150 薄膜トランジスタ
200 基板
201 ゲート電極層
202 ゲート絶縁膜
203 酸化物半導体膜
207 酸化物半導体層
210a 導電層
210b 導電層
211a 酸化物半導体層
211b 酸化物半導体層
213 バリア膜
214 透明導電層
230 絶縁膜
231 絶縁膜
250 薄膜トランジスタ
300 基板
301 ゲート電極層
302 ゲート絶縁膜
303 酸化物半導体膜
307 酸化物半導体層
308 酸化物半導体層
310a 導電層
310b 導電層
311a 酸化物半導体層
311b 酸化物半導体層
313 バリア膜
314 透明導電層
315 チャネル保護層
323 導電膜
330 絶縁膜
350 薄膜トランジスタ
580 基板
581 薄膜トランジスタ
583 バリア膜
584 バリア膜
585 絶縁層
587 第1の電極層
588 第2の電極層
589 球形粒子
590a 黒色領域
590b 白色領域
594 キャビティ
595 充填材
596 基板
1000 携帯電話機
1001 筐体
1002 表示部
1003 操作ボタン
1004 外部接続ポート
1005 スピーカ
1006 マイク
2600 TFT基板
2601 対向基板
2602 シール材
2603 画素部
2604 表示素子
2605 着色層
2606 偏光板
2607 偏光板
2608 配線回路部
2609 フレキシブル配線基板
2610 冷陰極管
2611 反射板
2612 回路基板
2613 拡散板
2631 ポスター
2632 車内広告
2700 電子書籍
2701 筐体
2703 筐体
2705 表示部
2707 表示部
2711 軸部
2721 電源
2723 操作キー
2725 スピーカ
4001 第1の基板
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 第2の基板
4008 液晶層
4010 薄膜トランジスタ
4011 薄膜トランジスタ
4013 液晶素子
4015 接続端子電極
4016 端子電極
4018 FPC
4019 異方性導電膜
4020 バリア膜
4021 絶縁層
4030 画素電極層
4031 対向電極層
4032 絶縁層
4501 第1の基板
4502 画素部
4503a 信号線駆動回路
4503b 信号線駆動回路
4504a 走査線駆動回路
4504b 走査線駆動回路
4505 シール材
4506 第2の基板
4507 充填材
4509 薄膜トランジスタ
4510 薄膜トランジスタ
4511 発光素子
4512 電界発光層
4513 第2の電極層
4515 接続端子電極
4516 端子電極
4517 電極層
4518a FPC
4518b FPC
4519 異方性導電膜
4520 隔壁
5300 基板
5301 画素部
5302 走査線駆動回路
5303 信号線駆動回路
5400 基板
5401 画素部
5402 第1の走査線駆動回路
5403 信号線駆動回路
5404 第2の走査線駆動回路
5501 第1の配線
5502 第2の配線
5503 第3の配線
5504 第4の配線
5505 第5の配線
5506 第6の配線
5543 ノード
5544 ノード
5571 第1の薄膜トランジスタ
5572 第2の薄膜トランジスタ
5573 第3の薄膜トランジスタ
5574 第4の薄膜トランジスタ
5575 第5の薄膜トランジスタ
5576 第6の薄膜トランジスタ
5577 第7の薄膜トランジスタ
5578 第8の薄膜トランジスタ
5601 ドライバIC
5602_1〜5602_M スイッチ群
5603a 第1の薄膜トランジスタ
5603b 第2の薄膜トランジスタ
5603c 第3の薄膜トランジスタ
5611 第1の配線
5612 第2の配線
5613 第3の配線
5621_1〜5621_M 配線
5701_1〜5701_n フリップフロップ
5703a タイミング
5703b タイミング
5703c タイミング
5711 第1の配線
5712 第2の配線
5713 第3の配線
5714 第4の配線
5715 第5の配線
5716 第6の配線
5717_1〜5717_n 配線
5721_J 信号
5803a タイミング
5803b タイミング
5803c タイミング
5821_J 信号
6400 画素
6401 スイッチング用トランジスタ
6402 駆動用トランジスタ
6403 容量素子
6404 発光素子
6405 信号線
6406 走査線
6407 電源線
6408 共通電極
7001 TFT
7002 発光素子
7003 陰極
7004 発光層
7005 陽極
7008 バリア膜
7009 バリア膜
7011 駆動用TFT
7012 発光素子
7013 陰極
7014 発光層
7015 陽極
7016 遮蔽膜
7017 導電膜
7018 バリア膜
7019 バリア膜
7021 駆動用TFT
7022 発光素子
7023 陰極
7024 発光層
7025 陽極
7027 導電膜
7028 バリア膜
7029 バリア膜
9400 通信装置
9401 筐体
9402 操作ボタン
9403 外部入力端子
9404 マイク
9405 スピーカ
9406 発光部
9410 表示装置
9411 筐体
9412 表示部
9413 操作ボタン
9600 テレビジョン装置
9601 筐体
9603 表示部
9605 スタンド
9607 表示部
9609 操作キー
9610 リモコン操作機
9700 デジタルフォトフレーム
9701 筐体
9703 表示部
9881 筐体
9882 表示部
9883 表示部
9884 スピーカ部
9885 操作キー
9886 記録媒体挿入部
9887 接続端子
9888 センサ
9889 マイクロフォン
9890 LEDランプ
9891 筐体
9893 連結部
9900 スロットマシン
9901 筐体
9903 表示部
Claims (5)
- 画素部と、駆動回路部とを有し、
前記画素部及び前記駆動回路部は、それぞれ、ナトリウムを含むガラス基板上の、第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜と接する領域を有する、ゲート電極と、
前記ゲート電極を覆う、ゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上の、酸化物半導体層と、を有し、
少なくとも、前記駆動回路部において、前記酸化物半導体層を有するトランジスタは、エンハンスメント型として動作させ、
前記酸化物半導体層は、5×1019/cm3以下の濃度でナトリウムを有し、
前記酸化物半導体層は、前記ゲート電極と重なる領域を有し、
前記第1の絶縁膜は、酸化シリコン膜を有し、
前記ゲート絶縁膜は、酸化シリコン膜を有し、
前記ゲート絶縁膜は、前記ゲート電極の端を越えた領域において、前記第1の絶縁膜と接する領域を有することを特徴とする半導体装置。 - 画素部と、駆動回路部とを有し、
前記画素部及び前記駆動回路部は、それぞれ、ナトリウムを含むガラス基板上の、第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜と接する領域を有する、ゲート電極と、
前記ゲート電極を覆う、ゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上の、酸化物半導体層と、を有し、
少なくとも、前記駆動回路部において、前記酸化物半導体層を有するトランジスタは、デプレッション型として動作させ、
前記酸化物半導体層は、5×10 19 /cm 3 以下の濃度でナトリウムを有し、
前記酸化物半導体層は、前記ゲート電極と重なる領域を有し、
前記第1の絶縁膜は、酸化シリコン膜を有し、
前記ゲート絶縁膜は、酸化シリコン膜を有し、
前記ゲート絶縁膜は、前記ゲート電極の端を越えた領域において、前記第1の絶縁膜と接する領域を有することを特徴とする半導体装置。 - 請求項1又は請求項2において、
前記画素部及び前記駆動回路部に加えて、端子部を有し、
前記端子部は、
前記第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜と接する領域を有する、第1の導電膜と、
前記第1の導電膜上の第2の絶縁膜と、
前記第2の絶縁膜上の第2の導電膜と、
前記第2の導電膜上の第3の絶縁膜と、
前記第3の絶縁膜上の第3の導電膜と、を有し、
前記第1の導電膜は、フローティングであり、
前記第3の導電膜は、前記第3の絶縁膜の開口部を介して、前記第2の導電膜と電気的に接続され、
前記第1の導電膜は、前記ゲート電極と同じ材料を有し、
前記第2の導電膜は、前記トランジスタのソース電極、及びドレイン電極と同じ材料を有し、
前記第3の導電膜は、前記ソース電極又は前記ドレイン電極と電気的に接続された画素電極と、同じ材料を有することを特徴とする半導体装置。 - 請求項3において、
前記第3の絶縁膜は、透光性を有することを特徴とする半導体装置。 - 請求項3又は請求項4において、
前記第3の絶縁膜は、酸化アルミニウムを有し、
前記酸化アルミニウムは、2.5atm%未満の窒素を有することを特徴とする半導体装置。
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