JP5973596B2 - 半導体装置の作製方法 - Google Patents
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Description
全般を指し、撮像装置、表示装置、電気光学装置、電力供給装置、半導体回路及び電子機
器などは全て半導体装置である。
タ(TFT)ともいう)を構成する技術が注目されている。該トランジスタは集積回路(
IC)や画像表示装置(表示装置)のような電子デバイスに広く応用されている。トラン
ジスタに適用可能な半導体薄膜としてシリコン系半導体材料が広く知られているが、その
他の材料として酸化物半導体が注目されている。
インジウム(In)、ガリウム(Ga)、及び亜鉛(Zn)を含む非晶質酸化物を用いた
トランジスタが開示されている(特許文献1参照)。
組成からのずれや、電子供与体を形成する水素や水分の混入などが生じると、その電気伝
導度が変化してしまう。このような現象は、酸化物半導体を用いたトランジスタにとって
電気的特性の変動要因となる。
、高信頼性化することを目的の一とする。
素、水分、水酸基又は水素化物(水素化合物ともいう)などの不純物を酸化物半導体より
意図的に排除し、かつ不純物の排除工程によって同時に減少してしまう酸化物半導体を構
成する主成分材料である酸素を供給することによって、酸化物半導体を高純度化及び電気
的にi型(真性)化する。
熱工程によって、水素、水分、水酸基又は水素化物(水素化合物ともいう)などの不純物
を酸化物半導体より意図的に排除し、酸化物半導体を高純度化する。酸素の導入により、
酸化物半導体を構成している金属と水素の間の結合、或いは該金属と水酸基の間の結合を
切断するとともに、これら水素、または水酸基が、酸素と反応することで水を生成するた
め、後に行われる加熱処理により、不純物である水素、または水酸基を、水として、脱離
させやすくすることができる。また、加熱処理によって酸化物半導体の構造を整え、エネ
ルギーギャップ中の欠陥準位を低減することができる。また、酸化物半導体と、該酸化物
半導体が接する絶縁層との界面に生じた欠陥を低減することができる。
明確にする趣旨で用いている。酸素の導入は、「酸素ドープ」と言い換えることもできる
。本明細書における「酸素ドープ」とは、酸素(少なくとも、酸素ラジカル、酸素原子、
酸素イオン、のいずれかを含む)をバルクに添加することを言う。
酸素プラズマドープにより行うことができる。具体的には、高周波(RF)を用いて酸素
をプラズマ化し、酸素ラジカル、酸素イオンを基板上の酸化物半導体へ導入する。この時
、酸化物半導体が形成される基板にバイアスを印加すると好ましい。基板に印加するバイ
アスを大きくすることで、より深くまで酸素を導入することができる。なお、酸素ドープ
は、イオン注入法またはイオンドーピング法により行ってもよい。
って、酸化物半導体中(バルク中)において、化学量論比をこえる酸素が存在する酸素過
剰領域を設けることができる。酸素の量は好ましくは化学量論比の1倍を超えて4倍まで
(4倍未満)、より好ましくは、1倍を超えて2倍まで(2倍未満)である。化学量論比
を超える酸素過剰な酸化物とは、例えば、InaGabZncSidAleMgfOg(
a,b,c,d,e,f,g≧0)で表される酸化物の場合、2g>3a+3b+2c+
4d+3e+2f、である。なお、酸素ドープ処理によって添加された酸素は、酸化物半
導体の格子間に存在する場合もある。
含まれていれば良いが、トランジスタのしきい値電圧の変動を抑えるなどの信頼性を確保
するためには、酸化物半導体には、化学量論比を超える量の酸素が含まれていることが好
ましい。
の水素原子または水などの水素原子を含む不純物を除去し、酸化物半導体を高純度化する
。なお、酸素ドープ処理により添加される酸素の量は、脱水化または脱水素化処理により
高純度化された酸化物半導体中の水素の量より多くなるようにする。
中に酸素を導入させてもよい。キャップ層を通過して酸素を導入させることにより、酸素
ドープ処理における酸化物半導体への過剰なダメージを軽減することができる。また、酸
素の導入をイオン注入法またはイオンドーピング法により行う場合は、酸素の導入深さ(
導入領域)が制御し易くなり、酸化物半導体中へ酸素を効率よく導入することができる。
酸化物半導体への過剰なダメージをさらに軽減することができる。また、キャップ層とし
て酸化物半導体と同種の成分でなる金属酸化物を用いることで、該金属酸化物と酸化物半
導体との界面及びその近傍への水素イオンの蓄積を抑制または防止することができる。具
体的には、金属酸化物として、酸化物半導体の構成元素から選択される一または複数の金
属元素の酸化物を含む材料を用いるのが好ましい。
処理を行うと、不純物の排除工程によって同時に減少してしまう酸化物半導体を構成する
主成分材料の一つである酸素を、金属酸化物より酸化物半導体へ供給することができる。
よって、酸化物半導体はより高純度化し、電気的にi型(真性)化する。
電圧やオン電流などの電気的特性に温度依存性がほとんど見られない。また、光劣化によ
るトランジスタ特性の変動も少ない。
タは、電気的特性変動が抑制されており、電気的に安定である。よって安定した電気的特
性を有する酸化物半導体を用いた信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
(「塩素ドープ処理」ともいう)を行ってもよい。具体的には、高周波(RF)を用いて
塩素をプラズマ化し、塩素ラジカル、塩素イオンを基板上の絶縁層へ導入する。この時、
絶縁層が形成される基板にバイアスを印加すると好ましい。基板に印加するバイアスを大
きくすることで、より深くまで塩素を導入することができる。なお、塩素ドープは、イオ
ン注入法またはイオンドーピング法により行ってもよい。
、該絶縁層中から酸化物半導体中への水素の拡散を防ぐことができる。また、塩素と同時
に酸素を導入してもよい。
て島状の酸化物半導体層を形成し、レジストマスクを除去した後、酸化物半導体層中に酸
素を導入し、酸化物半導体層に加熱処理を行う半導体装置の作製方法であって、レジスト
マスクの除去と、酸化物半導体層への酸素の導入と、酸化物半導体層の加熱処理を、途中
で大気に触れることなく連続して行うことを特徴とする半導体装置の作製方法である。
ドープ処理を行い、酸化物半導体層上にレジストマスクを形成し、レジストマスクを用い
て島状の酸化物半導体層を形成し、レジストマスクを除去した後、酸化物半導体層中に酸
素を導入し、酸化物半導体層に加熱処理を行う半導体装置の作製方法であって、レジスト
マスクの除去と、酸化物半導体層への酸素の導入と、酸化物半導体層の加熱処理を、途中
で大気に触れることなく連続して行うことを特徴とする半導体装置の作製方法である。
スクを形成し、レジストマスクを用いて島状の酸化物半導体層と島状のキャップ層を形成
し、レジストマスクを除去した後、キャップ層を介して酸化物半導体層中に酸素を導入し
、酸化物半導体層に加熱処理を行う半導体装置の作製方法であって、レジストマスクの除
去と、酸化物半導体層への酸素の導入と、酸化物半導体層の加熱処理を、途中で大気に触
れることなく連続して行うことを特徴とする半導体装置の作製方法である。
熱処理は、途中で大気に触れさせず、減圧雰囲気下、不活性ガス雰囲気下、または酸素ガ
ス雰囲気下で行う。
の説明は、あくまでも一考察に過ぎないことを付記する。
からバックチャネル側(ゲート絶縁層と反対側)へ電界が発生するため、酸化物半導体層
中に存在するプラスの電荷を有する水素イオンがバックチャネル側へ移動して、酸化物半
導体層と絶縁層との界面のうち酸化物半導体層側へと蓄積する。蓄積した水素イオンから
絶縁層中の電荷捕獲中心(水素原子、水、あるいは汚染物等)へプラスの電荷が移動する
ことによって、酸化物半導体層のバックチャネル側にはマイナスの電荷が蓄積される。す
なわち、トランジスタのバックチャネル側に寄生チャネルが発生して、しきい値電圧がマ
イナス側にシフトし、トランジスタがノーマリーオンの傾向を示す。
中へプラスの電荷が移動することによってトランジスタの電気的特性が変動するため、ト
ランジスタの電気的特性の変動を抑制するためには、絶縁層中にこれらの電荷捕獲中心が
存在しない、またはその含有量が少ないことが重要である。したがって、絶縁層の形成に
は、成膜時に水素含有量が少ないスパッタリング法を用いるのが望ましい。スパッタリン
グ法により形成された絶縁層は、その層中に電荷捕獲中心が存在しない、または少なく、
CVD法等によって形成した場合と比較してプラスの電荷の移動がおきにくい。よって、
トランジスタのしきい値電圧のシフトを抑制し、トランジスタをノーマリーオフとするこ
とができる。
を形成した後、熱処理を行うことで、酸化物半導体層に含まれる水または水素を除去する
と同時に、絶縁層中に含まれる水または水素をも除去することができる。よって、絶縁層
中には、酸化物半導体層中を移動してきたプラスの電荷を捕獲するための電荷捕獲中心が
少ない。このように、酸化物半導体層への脱水化または脱水素化のための熱処理は、酸化
物半導体層に加えて、酸化物半導体層の下層に存在する絶縁層に対しても行われるため、
トップゲート型のトランジスタにおいては、下地となる絶縁層はプラズマCVD法等のC
VD法を用いて形成されていても構わない。
成した後、熱処理を行うことで、酸化物半導体層に含まれる水または水素を除去すると同
時に、ゲート絶縁層中に含まれる水または水素をも除去することができる。よって、ゲー
ト絶縁層中には、酸化物半導体層中を移動してきたプラスの電荷を捕獲するための電荷捕
獲中心が少ない。このように、酸化物半導体層への脱水化または脱水素化のための熱処理
は、酸化物半導体層に加えて、酸化物半導体層の下層に存在するゲート絶縁層に対しても
行われるため、ボトムゲート型のトランジスタにおいては、ゲート絶縁層はプラズマCV
D法等のCVD法を用いて形成されていても構わない。
らゲート電極側へ電界が発生するため、酸化物半導体層中に存在する水素イオンがゲート
絶縁層側へ移動して、酸化物半導体層とゲート絶縁層との界面のうち酸化物半導体層側へ
と蓄積する。また、これによりトランジスタのしきい値電圧はマイナス側へシフトする。
心からプラスの電荷が解放され、トランジスタのしきい値電圧がプラス側へシフトして、
初期状態に戻る、または、場合によっては初期状態よりもプラス側へシフトする。これら
の現象から、酸化物半導体層中に移動しやすいイオンが存在しており、最も小さい原子で
ある水素が最も移動しやすいと考察することができる。
層中の金属元素(M)と水素原子(H)との結合(M−H結合とも表記する)が切れる。
なお、波長が400nm前後の光エネルギーと、金属元素及び水素原子の結合エネルギー
と、は概略一致している。酸化物半導体層中の金属元素と水素原子との結合が切れたトラ
ンジスタに負のゲートバイアスを加えると、金属元素から脱離した水素イオンがゲート電
極側に引き寄せられるため電荷の分布が変化し、トランジスタのしきい値電圧はマイナス
側にシフトして、ノーマリーオンの傾向を示す。
移動した水素イオンは、電圧の印加を停止すると元に戻る。これは、酸化物半導体層中の
イオンの移動の代表的な例として理解できる。
性の変動(光劣化)への対策は、酸化物半導体層から水素原子または水などの水素原子を
含む不純物を徹底的に排除し、酸化物半導体層を高純度化することが最も重要である。電
荷密度が1015cm−3、つまり、単位面積あたりの電荷が1010cm−2の場合、
その電荷はトランジスタ特性に影響しないまたは影響するとしてもごく僅かである。よっ
て、電荷密度は1015cm−3以下であることが望ましい。仮に、酸化物半導体層に含
まれる水素のうち、10%の水素が酸化物半導体層中を移動する場合、水素の濃度は10
16cm−3以下であることが望ましい。さらに、デバイス完成後に水素が外部より侵入
するのを防ぐために、スパッタリング法によって形成した窒化シリコン層をパッシベーシ
ョン層として用い、トランジスタを覆うのが好ましい。
子の数)<<(酸素ラジカルの数)または、(酸素イオンの数)とする))ことで、酸化
物半導体層から水素または水を排除することができる。具体的には、高周波(RF)を用
いて酸素をプラズマ化し、基板バイアスを大きくして、酸素ラジカル、酸素イオンを基板
上の酸化物半導体層へドープまたは添加し、酸化物半導体層中では残存する水素よりも酸
素を多くする。酸素の電気陰性度は3.0と、電気陰性度が約2.0である酸化物半導体
層中の金属(Zn、Ga、In)よりも大きいため、酸素を過剰に含有させることで、M
−H結合より水素原子を奪い、OH基を形成する。なお、このOH基は、Mと結合してM
−O−H基を形成しうる。
プするのがより好ましい。例えば、酸化物半導体層としてIn−Ga−Zn−O系酸化物
半導体層を用いる場合、理想的な単結晶の比率はInGaZnO4であるから、酸素のド
ープによってOの値を、4を超えて8まで(1倍を超えて2倍まで(2倍未満))とする
のがより好ましい。
となるが、上述のドープによって酸素を注入する場合、注入された酸素が水素イオンと結
合してOH基となる。OH基は、結合エネルギーが大きいため、トランジスタに光照射や
BTストレスが加えられても水素イオンを放出せず、また、水素イオンより質量も大きい
ため、酸化物半導体層中を移動しにくい。よって、酸素のドープに起因して形成されるO
H基は、トランジスタの劣化の原因にならないか、または劣化の原因を減らすことができ
る。
大きくなる傾向が確認されている。これは、酸化物半導体層中の酸素欠陥がしきい値電圧
の変動の一因であり、膜厚が大きくなるほど酸素欠陥が増加するためと推測できる。本発
明の一態様に係るトランジスタにおいて酸化物半導体層に酸素をドープする工程は、酸化
物半導体層からの水素または水の排除のみでなく、層中の酸素欠陥の補填に対しても有効
である。よって、本発明の一態様に係るトランジスタは、しきい値電圧のばらつきも制御
することができる。
る構成も、電気的特性の変動防止に効果的である。酸化物半導体層と同種の成分でなる金
属酸化物層として、具体的には、酸化物半導体層の構成元素から選択される一または複数
の金属元素の酸化物を含む材料を用いるのが好ましい。このような材料は酸化物半導体層
との相性が良く、酸化物半導体層を挟んで該金属酸化物層を設けることで、酸化物半導体
層との界面の状態を良好に保つことができる。つまり、上述の材料を用いた金属酸化物層
を、酸化物半導体層と接する絶縁層として設けることで、水素イオンは主として金属酸化
物層内に拡散するため、該金属酸化物層と酸化物半導体層との界面及びその近傍への水素
イオンの蓄積を抑制または防止することができる。したがって、酸化物半導体層を挟んで
、例えば酸化シリコン等の酸化物半導体層とは異なる成分でなる絶縁層を設けた場合と比
較して、トランジスタのしきい値電圧に影響を与える酸化物半導体層界面の水素濃度を十
分に低減することができる。
バンドギャップ(Eg)が大きいので、酸化ガリウムによって酸化物半導体層を挟むこと
で、酸化物半導体層と金属酸化物層との界面において、エネルギー障壁が形成され、その
界面においてキャリアの移動は妨げられる。したがって、キャリアは酸化物半導体から金
属酸化物に移動することなく、主として、酸化物半導体層中を移動する。一方、水素イオ
ンは、酸化物半導体層と金属酸化物層との界面を通過して、例えば、酸化物半導体層と接
する面と対向する面近傍に蓄積される。その付近はキャリアの流れる領域からは離れてい
るため、トランジスタのしきい値電圧への影響を与えない、またはその影響が極めて少な
い。なお、酸化ガリウムとIn−Ga−Zn−O系の材料を接触させた場合のエネルギー
障壁は、伝導帯側で約0.8eVとなり、価電子帯側で約0.9eVとなる。
トランジスタは、バイアス−熱ストレス試験(BT試験)前後においてもトランジスタの
しきい値電圧の変化量が低減でき、信頼性の高いトランジスタとすることができる。
きる。
置を作製することができる。
以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれ
ば容易に理解される。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈さ
れるものではない。
するスイッチング動作などを実現することができる。本明細書におけるトランジスタは、
IGFET(Insulated Gate Field Effect Transi
stor)や薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)
を含む。
又はボトムゲート構造のスタガ型及びプレーナ型などを用いることができる。また、トラ
ンジスタはチャネル形成領域が一つ形成されるシングルゲート構造でも、二つ形成される
ダブルゲート構造もしくは三つ形成されるトリプルゲート構造であっても良い。
ることがある。このため、本明細書においては、「ソース」や「ドレイン」の用語は、入
れ替えて用いることができるものとする。
示すものではない。また、本明細書において発明を特定するための事項として固有の名称
を示すものではない。
本実施の形態では、半導体装置及び半導体装置の作製方法の一形態を、図1及び図5を用
いて説明する。本実施の形態では、半導体装置の一例としてチャネルが形成される半導体
層に酸化物半導体を用いたトランジスタについて詳細に説明する。
絶縁層402、酸化物半導体層403、ソース電極層405a、ドレイン電極層405b
を有している。トランジスタ410上には、絶縁層407(第1の絶縁層ともいう)、及
び保護絶縁層409(第2の絶縁層ともいう)が順に積層されている。トランジスタ41
0は、ボトムゲート構造のトランジスタの一つであり、逆スタガ型トランジスタの一つで
もある。
電極層401を形成する。なお、レジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。
レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コ
ストを低減できる。
基板、石英基板、サファイア基板の他、結晶化ガラスなどを用いることができる。
を用いる場合、可撓性基板上に、トランジスタを直接作製してもよいし、他の作製基板上
にトランジスタを作製し、その後可撓性基板に剥離、転置してもよい。なお、作製基板か
ら可撓性基板に剥離、転置するために、作製基板とトランジスタとの間に、剥離層を設け
るとよい。
ン、酸化シリコン、窒化酸化シリコン、又は酸化窒化シリコンから選ばれた一又は複数の
絶縁層による積層構造により形成することができ、基板400からの不純物元素の拡散を
防止する機能がある。
不純物元素の拡散を防止する機能をさらに高めることができる。下地層に含ませるハロゲ
ン元素の濃度は、SIMS(二次イオン質量分析計)を用いた分析により得られる濃度ピ
ークにおいて、1×1015/cm3以上1×1020/cm3以下とすればよい。
縁層の積層構造としてもよい。酸化ガリウムは帯電しにくい材料であるため、絶縁層のチ
ャージアップによるしきい値電圧の変動を抑えることができる。
Ta)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、クロム(Cr)、ネ
オジム(Nd)、スカンジウム(Sc)、マグネシウム(Mg)等の金属材料又はこれら
を主成分とする合金材料を用いて、単層で又は積層して形成することができる。
ート絶縁層402には、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、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニ
ウム、酸化タンタル、酸化ガリウム、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、ハフニウムシ
リケート(HfSixOy(x>0、y>0))、ハフニウムアルミネート(HfAlx
Oy(x>0、y>0))、窒素が導入されたハフニウムシリケート、窒素が導入された
ハフニウムアルミネート等を用いることができ、プラズマCVD法やスパッタリング法等
で形成することができる。また、ゲート絶縁層402は単層に限らず異なる層の積層でも
良い。例えば、第1のゲート絶縁層としてプラズマCVD法により窒化シリコン層(Si
Ny(y>0))を形成し、第1のゲート絶縁層上に第2のゲート絶縁層として酸化シリ
コン層(SiOx(x>0))を積層して、ゲート絶縁層としても良い。
分以外のキャリア供与体となる不純物が極力含まれないように高純度化された酸化物半導
体である。
ため、酸化物半導体層とゲート絶縁層との界面は重要である。そのため高純度化された酸
化物半導体に接するゲート絶縁層は、高品質化が要求される。
絶縁耐圧の高い高品質な絶縁層を形成できるので好ましい。高純度化された酸化物半導体
と高品質ゲート絶縁層とが密接することにより、界面準位を低減して界面特性を良好なも
のとすることができるからである。
法やプラズマCVD法など他の成膜方法を適用することができる。また、成膜後の熱処理
によってゲート絶縁層の膜質、酸化物半導体との界面特性が改質される絶縁層であっても
良い。いずれにしても、ゲート絶縁層としての膜質が良好であることは勿論のこと、酸化
物半導体との界面準位密度を低減し、良好な界面を形成できるものであれば良い。
に好ましい。このような材料は酸化物半導体との相性が良く、これをゲート絶縁層402
に用いることで、酸化物半導体との界面の状態を良好に保つことができるからである。こ
こで、「酸化物半導体と同種の成分」とは、酸化物半導体の構成元素から選択される一ま
たは複数の元素を含むことを意味する。例えば、酸化物半導体がIn−Ga−Zn系の酸
化物半導体材料によって構成される場合、同種の成分でなる絶縁材料としては酸化ガリウ
ムなどがある。
絶縁材料でなる層(以下、層a)と、層aの成分材料とは異なる材料を含む層(以下、層
b)との積層構造とするとなお良い。層aと層bとを酸化物半導体側から順に積層した構
造とすることで、電荷は層aと層bとの界面の電荷捕獲中心に優先的に捕獲される(酸化
物半導体と層aとの界面との比較)ため、酸化物半導体の界面での電荷捕獲を十分に抑制
することができるようになり、半導体装置の信頼性が向上するためである。
いようにするために、酸化物半導体層の成膜の前処理として、スパッタリング装置の予備
加熱室でゲート電極層401が形成された基板400、又はゲート絶縁層402までが形
成された基板400を予備加熱し、基板400に吸着した水素、水分などの不純物を脱離
し排気することが好ましい。なお、予備加熱室に設ける排気手段はクライオポンプが好ま
しい。なお、この予備加熱の処理は省略することもできる。またこの予備加熱は、絶縁層
407の成膜前に、ソース電極層405a及びドレイン電極層405bまで形成した基板
400にも同様に行ってもよい。
上30nm以下の酸化物半導体層を形成する。
プラズマを発生させる逆スパッタを行い、ゲート絶縁層402の表面に付着している粉状
物質(パーティクル、ごみともいう)を除去することが好ましい。逆スパッタとは、アル
ゴン等の希ガス雰囲気下で基板にRF電源を用いて電圧を印加して基板近傍にプラズマを
形成して表面を改質する方法である。なお、アルゴンガスに代えて窒素ガス、ヘリウムガ
ス、酸素ガスなどを用いてもよい。
ト絶縁層402に相当する)に対して、後述する酸素プラズマドープと同様の方法により
、酸素ガスの代わりに塩素ガス(Cl2、SiCl4等の、塩素を含むガス)を用いて、
塩素を導入してもよい。また、塩素の導入は、実施の形態2で説明するイオン注入法また
はイオンドーピング法を用いてもよい。
し、該絶縁層中から酸化物半導体層中への水素の拡散を防ぐことができる。また、該絶縁
層中に、塩素と同時に酸素を導入してもよい。なお、塩素等の導入は、該絶縁層と酸化物
半導体層との界面に与えるダメージが最小限となる条件で行うことが好ましい。
む金属酸化物などを用いることができる。その他にも、四元系金属酸化物であるIn−S
n−Ga−Zn−O系酸化物半導体や、三元系金属酸化物であるIn−Ga−Zn−O系
酸化物半導体、In−Sn−Zn−O系酸化物半導体、In−Al−Zn−O系酸化物半
導体、Sn−Ga−Zn−O系酸化物半導体、Al−Ga−Zn−O系酸化物半導体、S
n−Al−Zn−O系酸化物半導体や、二元系金属酸化物であるIn−Zn−O系酸化物
半導体、Sn−Zn−O系酸化物半導体、Al−Zn−O系酸化物半導体、Zn−Mg−
O系酸化物半導体、Sn−Mg−O系酸化物半導体、In−Mg−O系酸化物半導体や、
In−Ga−O系の材料、In−O系酸化物半導体、Sn−O系酸化物半導体、Zn−O
系酸化物半導体などを用いることができる。また、上記酸化物半導体にSiO2を含んで
もよい。ここで、例えば、In−Ga−Zn−O系酸化物半導体とは、インジウム(In
)、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)を有する酸化物、という意味であり、その組成比は
とくに問わない。
用いることができる。ここで、Mは、Ga、Al、MnおよびCoから選ばれた一または
複数の金属元素を示す。例えばMとして、Ga、Ga及びAl、Ga及びMn、またはG
a及びCoなどがある。
いてスパッタリング法により成膜する。また、酸化物半導体層は、希ガス(代表的にはア
ルゴン)雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガスと酸素の混合雰囲気下においてスパッタリ
ング法により形成することができる。
比として、In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1[mol数比]の酸化物ターゲ
ットを用い、In−Ga−Zn−O層を成膜する。また、このターゲットの材料及び組成
に限定されず、例えば、In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:2[mol数比]の
酸化物ターゲットを用いてもよい。
成比は、原子数比で、In:Zn=50:1〜1:2(モル数比に換算するとIn2O3
:ZnO=25:1〜1:4)、好ましくはIn:Zn=20:1〜1:1(モル数比に
換算するとIn2O3:ZnO=2:1〜10:1)、さらに好ましくはIn:Zn=1
.5:1〜15:1(モル数比に換算するとIn2O3:ZnO=3:4〜15:2)と
する。例えば、In−Zn−O系酸化物半導体の形成に用いるターゲットは、原子数比が
In:Zn:O=X:Y:Zのとき、Z>1.5X+Yとする。
.9%以下である。充填率の高い金属酸化物ターゲットを用いることにより、成膜した酸
化物半導体は緻密な膜とすることができる。
どの不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
00℃以上600℃以下好ましくは200℃以上400℃以下として行う。基板を加熱し
ながら成膜することにより、成膜した酸化物半導体層に含まれる不純物濃度を低減するこ
とができる。また、スパッタリングによる損傷が軽減される。そして、成膜室内の残留水
分を除去しつつ水素及び水分が除去されたスパッタガスを導入し、上記ターゲットを用い
て基板400上に酸化物半導体層を成膜する。成膜室内の残留水分を除去するためには、
吸着型の真空ポンプ、例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーション
ポンプを用いることが好ましい。また、排気手段としては、ターボ分子ポンプにコールド
トラップを加えたものであってもよい。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例え
ば、水素原子、水(H2O)など水素原子を含む化合物(より好ましくは炭素原子を含む
化合物も)等が排気されるため、当該成膜室で成膜した酸化物半導体層に含まれる不純物
の濃度を低減できる。
、直流(DC)電源0.5kW、酸素(酸素流量比率100%)雰囲気下の条件が適用さ
れる。なお、パルス直流電源を用いると、成膜時に発生する粉状物質(パーティクル、ご
みともいう)が軽減でき、膜厚分布も均一となるために好ましい。
水素(水や水酸基を含む)を除去(脱水化または脱水素化)し、酸化物半導体層の構造を
整え、エネルギーギャップ中の欠陥準位を低減することができる。また、酸化物半導体層
と、該酸化物半導体層が接する絶縁層との界面に生じた欠陥を低減することができる。
囲気下、または超乾燥エア(CRDS(キャビティリングダウンレーザー分光法)方式の
露点計を用いて測定した場合の水分量が20ppm(露点換算で−55℃)以下、好まし
くは1ppm以下、好ましくは10ppb以下の空気)雰囲気下で、250℃以上750
℃以下、または400℃以上基板の歪み点未満の温度で行う。例えば、加熱処理装置の一
つである電気炉に基板を導入し、酸化物半導体層に対して窒素雰囲気下450℃において
1時間の加熱処理を行う。
輻射によって、被処理物を加熱する装置を備えていてもよい。例えば、GRTA(Gas
Rapid Thermal Anneal)装置、LRTA(Lamp Rapid
Thermal Anneal)装置等のRTA(Rapid Thermal An
neal)装置を用いることができる。LRTA装置は、ハロゲンランプ、メタルハライ
ドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧
水銀ランプなどのランプから発する光(電磁波)の輻射により、被処理物を加熱する装置
である。GRTA装置は、高温のガスを用いて加熱処理を行う装置である。高温のガスに
は、アルゴンなどの希ガス、または窒素のような、加熱処理によって被処理物と反応しな
い不活性ガスが用いられる。
中に基板を移動させて入れ、数分間加熱した後、基板を移動させて高温に加熱した不活性
ガス中から出すGRTAを行ってもよい。
なう場合は、これらの雰囲気に水、水素などが含まれないことが好ましい。また、加熱処
理装置に導入する窒素、酸素、または希ガスの純度を、6N(99.9999%)以上好
ましくは7N(99.99999%)以上(即ち不純物濃度を1ppm以下、好ましくは
0.1ppm以下)とすることが好ましい。
41に加工する(図1(B)参照)。また、島状の酸化物半導体層441を形成するため
のレジストマスク420をインクジェット法で形成してもよい。レジストマスク420を
インクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる
。
層の加工時に同時に行うことができる。
グでもよく、両方を用いてもよい。例えば、酸化物半導体層のウェットエッチングに用い
るエッチング液としては、燐酸と酢酸と硝酸を混ぜた溶液などを用いることができる。ま
た、ITO−07N(関東化学社製)を用いてもよい。
たレジストマスク420を分解除去する。アッシングは、オゾン等の酸素雰囲気下で紫外
線等の光を照射し、酸素とレジストマスクの化学反応を促進させて行う光励起アッシング
や、高周波電力等によりプラズマ化した酸素により分解除去を行うプラズマアッシングを
用いることができる。レジストマスクの除去をアッシングで行うことにより、酸化物半導
体層441に、水、水素、ハイドロカーボンがなるべく含まれないようにすることができ
る。
ズマドープにより行うことができる。具体的には、高周波(RF)を用いて酸素430を
プラズマ化し、酸素ラジカル、酸素イオンを基板上の酸化物半導体層へ導入する。この時
、酸化物半導体層441が形成される基板にバイアスを印加すると好ましい。基板に印加
するバイアスを大きくすることで、より深くまで酸素430を導入することができる。
体層441中に、酸化物半導体の化学量論比を超えて(好ましくは2倍まで(2倍未満)
)酸素を含有させる。酸素の含有量を多くしすぎると、水素吸蔵合金(水素貯蔵合金)の
ように、かえって酸化物半導体層441が水素を取り込んでしまう恐れがあるためである
。なお、これは、単結晶の場合の酸素の数量をYとして、Yを超える程度、好ましくは、
Yを超えて2Yまで、と表現することもできる。あるいは、酸素の含有量は、酸素ドープ
処理を行わない場合の酸化物半導体中の酸素の量Zを基準として、Zを超える程度、好ま
しくは、Zを超えて2Zまでとすることもできる。酸化物半導体層441にドープされる
酸素430は酸素ラジカル、酸素原子、及び/又は酸素イオンを含む。よって、酸化物半
導体において酸素の含有量は水素の含有量より大きくなる。
a:Zn=1:1:1である酸化物の単結晶構造より導かれる化学式はInGaZnO4
であるから、xは4を越えて8までとなる酸素過剰領域を有する酸化物半導体層441を
形成する。同様に、酸化物半導体層441の組成がInGaZn2Oxで表されるとする
と、xは5を越えて10までとなる酸素過剰領域を有する酸化物半導体層441を形成す
る。なお、酸素過剰領域は、酸化物半導体層の一部(界面も含む)に存在していればよい
。
半導体層中の酸素濃度を、SIMS(Secondary Ion Mass Spec
troscopy)などの方法を用いて、正確に見積もることは難しい。つまり、酸化物
半導体層に酸素が意図的に添加されたか否かを判別することは困難であるといえる。
在比率はそれぞれ酸素原子全体の0.037%、0.204%程度であることが知られて
いる。つまり、酸化物半導体層中におけるこれら同位体の濃度は、SIMSなどの方法に
よって見積もることができる程度になるから、これらの濃度を測定することで、酸化物半
導体層中の酸素濃度をより正確に見積もることが可能な場合がある。よって、これらの濃
度を測定することで、酸化物半導体層に意図的に酸素が添加されたか否かを判別しても良
い。
濃度D1(O18)と、酸素が添加されていない領域における酸素の同位体の濃度D2(
O18)との間には、D1(O18)>D2(O18)が成立する。
素の不対結合手を酸化物半導体中で有することが好ましい。不対結合手を有することによ
り、層中に残存しうる水素と結合して、水素を固定化(非可動イオン化)することができ
るためである。
スを用いてプラズマ発生装置により供給されてもよいし、又はオゾン発生装置により供給
されてもよい。より具体的には、例えば、半導体装置に対してエッチング処理を行うため
の装置や、レジストマスクに対してアッシングを行うための装置などを用いて酸素430
を発生させ、酸化物半導体層441を処理することができる。
ぶ)の一例について説明しておく。なお、この装置は、例えば第5世代以降の大型のガラ
ス基板などに対応することができる点で、イオン注入装置などよりも工業的に適している
。
マドープを行うプラズマ装置(アッシング装置とも呼ぶ)の断面図を示している。
3つ有し、被処理基板を収容するカセットポート14を3つ有する基板供給室11や、ロ
ードロック室12や、搬送室13などを有している。基板供給室に供給された基板は、ロ
ードロック室12と搬送室13を介してプラズマ装置10内の真空チャンバー15に搬送
されて酸素プラズマドープが行われる。酸素プラズマドープが終了した基板は、プラズマ
装置からロードロック室と搬送室を介して基板供給室に搬送される。なお、基板供給室1
1及び搬送室13には、被処理基板を搬送するための搬送ロボットがそれぞれ配置されて
いる。
ンバー15の上部には、複数のガス吹き出し口と、プラズマ発生源であるICPコイル1
6(誘導結合プラズマコイル)が配置されている。
それぞれのガス吹き出し口は、酸素ガスを供給するためのガス供給源とガス流路17を介
して接続されており、ガス供給源は、マスフローコントローラ等を備え、所望の流量(0
より多く1000sccm以下)でガス流路17に対して酸素ガスを供給することができ
る。ガス供給源から供給される酸素ガスは、ガス流路17から12個のガス吹き出し口を
介して真空チャンバー15内に供給される。
ンピーダンス調整のためのマッチング回路を介して第1の高周波電源18(13.56M
Hz)に電気的に接続され、他端は接地されている。
。基板ステージ19に設けられた静電チャックなどにより、基板ステージ上に被処理基板
20が着脱可能に保持される。基板ステージ19には、加熱機構としてヒータ、冷却機構
としてHeガス流路を備えている。基板ステージは、基板バイアス電圧印加用の第2の高
周波電源21(3.2MHz)に接続されている。
tic pressure control valve、APCとも呼ぶ)が備えられ
る。APCはターボ分子ポンプ23に接続され、さらにターボ分子ポンプ23を介してド
ライポンプ24に接続される。APCは真空チャンバー内の圧力制御を行い、ターボ分子
ポンプ23及びドライポンプ24は、真空チャンバー15内を減圧する。
設けられている酸化物半導体層に酸素プラズマドープを行う一例を示す。
5内を所望の圧力に保持した後、被処理基板20を真空チャンバー15内の基板ステージ
に設置する。なお、基板ステージに保持する被処理基板20には少なくとも酸化物半導体
層を備えるものとする。本実施の形態では、真空チャンバー15内の圧力を1.33Pa
に保持する。なお、酸素ガスをガス吹き出し口から真空チャンバー15内に供給する流量
を250sccmに設定する。
発生させる。そして、プラズマを発生させた状態を一定時間(30秒以上600秒以下)
維持する。なお、ICPコイル16に印加する高周波電力は、1kW以上10kW以下と
する。本実施の形態では、6000Wとする。この際、第2の高周波電源21から基板ス
テージに基板バイアス電圧を印加してもよい。本実施の形態では1000Wとする。
空チャンバー15から搬出する。こうして、被処理基板20に設けられている酸化物半導
体層に酸素プラズマドープを行うことができる。
グ法を用いてもよい。
クの除去と酸素プラズマドープを、同一の真空チャンバー内で途切れることなく連続して
行うことができる。すなわち、大気に触れることなく連続して行うことができる。また、
真空チャンバー内の雰囲気中に、分解除去されたレジストマスクの構成成分が残留してい
る可能性が考えられる。雰囲気中の残留成分を除去するため、レジストマスクの除去後、
酸素プラズマドープを行う前に、一旦酸素プラズマの生成を停止し、被処理基板が配置さ
れた真空チャンバーに対して、不活性ガスまたは酸素ガスの充填と排気を1回以上行うと
好ましい。
体層441への酸素430の導入を、異なる真空チャンバーもしくは異なる装置で行う場
合は、被処理基板の移動中に酸化物半導体層441が大気に触れることの無いように、被
処理基板の周囲の雰囲気を減圧雰囲気、不活性ガス雰囲気、または酸素ガス雰囲気として
移動させる。このようにすることで、酸化物半導体層441の表面への水、水素、ハイド
ロカーボンなどの不純物の付着を防ぎ、酸素430導入時の酸化物半導体中への不純物混
入を防ぐことができる(図1(C)参照)。
導体層441が形成される。酸素の電気陰性度は3.0と、電気陰性度が約2.0である
酸化物半導体層中の金属(Zn、Ga、In)よりも大きいため、水素に対して酸素を過
剰に含有させることで、M−H結合より水素原子を奪い、OH基を形成する。なお、この
OH基は、Mと結合してM−O−H基を形成しうる。
は該金属と水酸基の間の結合を切断するとともに、これら水素、または水酸基が、酸素と
反応することで水を生成する。特に不対結合手を有する酸素は、酸化物半導体中に残存す
る水素と容易に反応し、水を生成しやすい。よって、後に行われる第2の加熱処理により
、不純物である水素、または水酸基を、水として、脱離させやすくすることができる。
囲気下、不活性ガス雰囲気下、または酸素ガス雰囲気下で第2の加熱処理(好ましくは2
00℃以上600℃以下、例えば250℃以上550℃以下)を行う。例えば、窒素雰囲
気下で450℃、1時間の第2の加熱処理を行う。なお、上記雰囲気に水、水素などが含
まれないことが好ましい。
層の脱水化または脱水素化を行うことができ、第1の加熱処理で除去しきれなかった水素
、水分、水酸基又は水素化物(「水素化合物」ともいう)などの水素分子を含む不純物を
酸化物半導体層441中から排除することができる。また、酸化物半導体層と、該酸化物
半導体層が接する絶縁層との界面に生じた欠陥を低減することができる。このようにして
、酸化物半導体層441を、高純度化することができる。
びドレイン電極層405b(これと同じ層で形成される配線を含む)となる導電層を形成
する。ソース電極層405a、及びドレイン電極層405bに用いる導電層としては、例
えば、Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、W、Mgからから選ばれた元素を含む金属
材料又はこれらを主成分とする合金材料や、上述した元素を成分とする金属窒化物(窒化
チタン、窒化モリブデン、窒化タングステン)等を単層又は積層して用いることができる
。また、Al、Cuなどの金属層の下側又は上側の一方または双方にTi、Mo、Wなど
の高融点金属またはそれらの金属窒化物(窒化チタン、窒化モリブデン、窒化タングステ
ン)を積層させた構成としても良い。また、ソース電極層405a、及びドレイン電極層
405bに用いる導電層としては、導電性の金属酸化物で形成しても良い。導電性の金属
酸化物としては酸化インジウム(In2O3)、酸化スズ(SnO2)、酸化亜鉛(Zn
O)、酸化イン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)またはこれらの金属酸化物材料に酸化シ
リコンを含ませたものを用いることができる。
択的にエッチングしてソース電極層405a、ドレイン電極層405bを形成した後、レ
ジストマスクを除去する。
層405aとドレイン電極層405bの間隔幅によって決定される(図1(E)参照)。
した光が複数の強度となる露光マスクである多階調マスクによって形成されたレジストマ
スクを用いてエッチング工程を行ってもよい。多階調マスクを用いて形成したレジストマ
スクは複数の膜厚を有する形状となり、エッチングを行うことでさらに形状を変形するこ
とができるため、異なるパターンに加工する複数のエッチング工程に用いることができる
。よって、一枚の多階調マスクによって、少なくとも二種類以上の異なるパターンに対応
するレジストマスクを形成することができる。よって露光マスク数を削減することができ
、対応するフォトリソグラフィ工程も削減できるため、工程の簡略化が可能となる。
とのないようエッチング条件を最適化することが望まれる。しかしながら、導電層のみを
エッチングし、酸化物半導体層403を全くエッチングしないという条件を得ることは難
しく、導電層のエッチングの際に酸化物半導体層403は一部のみがエッチングされ、溝
部(凹部)を有する酸化物半導体層となることもある。
系酸化物半導体を用いたので、導電層のエッチャントとしてアンモニア過水(31重量%
過酸化水素水、28重量%アンモニア水、水を体積比で2:1:1の比率で混合した水溶
液)を用いると良い。
05bの上に絶縁層407を形成する。(図1(D)参照)。
7に水、水素等の不純物を混入させない方法を適宜用いて形成することができる。絶縁層
407の形成方法に特に限定はなく、例えば、プラズマCVD法やスパッタリング法など
の成膜方法を用いて作製することができる。なお、水素や水などが混入しにくいという点
では、スパッタリング法が好適である。絶縁層407に水素が含まれると、その水素の酸
化物半導体層への侵入、又は水素による酸化物半導体層中の酸素の引き抜きが生じ酸化物
半導体層のバックチャネル(半導体層のゲート電極層から遠い側の領域。トランジスタ4
10では、酸化物半導体層403中における、絶縁層407との界面近傍の領域)が低抵
抗化(N型化)してしまい、寄生チャネルが形成されるおそれがある。従って、絶縁層4
07は、水素及び水素を含む不純物が含まれない手段を用いて成膜することが重要である
。
酸化アルミニウム、酸化ガリウムなどの無機絶縁材料を用いることができる。酸化ガリウ
ムは帯電しにくい材料であるため、絶縁層のチャージアップによるしきい値電圧の変動を
抑えることができる。なお、絶縁層407として、または、絶縁層407と積層して、酸
化物半導体と同種の成分でなる金属酸化物層を形成してもよい。
法を用いて成膜する。成膜時の基板温度は、室温以上300℃以下とすればよく、本実施
の形態では100℃とする。酸化シリコン層のスパッタリング法による成膜は、希ガス(
代表的にはアルゴン)雰囲気下、酸素雰囲気下、または希ガスと酸素の混合雰囲気下にお
いて行うことができる。また、ターゲットには、酸化シリコンまたはシリコンを用いるこ
とができる。例えば、シリコンをターゲットに用いて、酸素を含む雰囲気下でスパッタを
行うと酸化シリコンを形成することができる。
、吸着型の真空ポンプ(クライオポンプなど)を用いることが好ましい。クライオポンプ
を用いて排気した成膜室で成膜した絶縁層407は、絶縁層407中に含まれる不純物の
濃度を低減することができる。また、絶縁層407の成膜室内の残留水分を除去するため
の排気手段としては、ターボ分子ポンプにコールドトラップを加えたものであってもよい
。
不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
気下で第3の加熱処理(好ましくは200℃以上600℃以下、例えば250℃以上55
0℃以下)を行ってもよい。例えば、窒素雰囲気下で450℃、1時間の第3の加熱処理
を行ってもよい。第3の加熱処理を行うと、酸化物半導体層の一部(チャネル形成領域)
は絶縁層407と接した状態で昇温される。なお、上記雰囲気に水、水素などが含まれな
いことが好ましい。
絶縁層407より酸素をさらに酸化物半導体層へ供給することができる。
酸基又は水素化物(水素化合物ともいう)などの不純物を酸化物半導体層より意図的に排
除し、高純度化された酸化物半導体層403を含むトランジスタである。
やスパッタリング法等を用いて窒化シリコン層を形成する。保護絶縁層409には、水分
などの不純物をほとんど含まず、更にこれらの外部からの侵入を防ぐことのできる無機絶
縁物である窒化シリコン、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムなどを用いると良い。本
実施の形態では、保護絶縁層409に窒化シリコン層を用いる(図1(E)参照)。
100℃以上400℃以下の温度に加熱し、水素及び水分が除去された高純度窒素を含む
スパッタガスを導入し、シリコンのターゲットを用いて成膜する。この場合においても、
絶縁層407と同様に、処理室内の残留水分を除去しつつ保護絶縁層409を成膜するこ
とが好ましい。
0時間以下での加熱処理を行ってもよい。この加熱処理は一定の加熱温度を保持して加熱
してもよいし、室温から加熱温度への昇温と加熱温度から室温までの降温を1サイクルと
する処理を複数回繰り返して行ってもよい。
。ただし、この場合は、減圧雰囲気下、不活性ガス雰囲気下、または酸素ガス雰囲気下で
行う。
。バックゲート電極層411は、ゲート電極層とバックゲート電極層411で半導体層の
チャネル形成領域を挟むように配置される。バックゲート電極層411は導電層で形成さ
れ、ゲート電極層と同様に機能させることができる。また、バックゲート電極層の電位を
変化させることで、トランジスタのしきい値電圧を変化させることができる。
極層405bなどと同様の材料及び方法により形成することができる。
成領域上に、絶縁層407及び保護絶縁層409を介して形成されている。図5(A)は
、バックゲート電極層411を保護絶縁層409上に形成する例を示しているが、バック
ゲート電極層411は、絶縁層407と保護絶縁層409の間に形成してもよい。
半導体から極力除去し、酸化物半導体の主成分以外の不純物が極力含まれないように高純
度化したものである。従って、上述のトランジスタに用いられる酸化物半導体層は、高純
度化した酸化物半導体層である。
ア濃度は1×1014/cm3未満、好ましくは1×1012/cm3未満、さらに好ま
しくは1×1011/cm3未満とすることができる。
とができる。オフ電流は少なければ少ないほど好ましい。
幅1μmあたりのオフ電流を室温下において10aA(1×10−17A/μm)以下に
すること、さらには、1aA(1×10−18A/μm)以下、さらには1zA(1×1
0−21A/μm)以下、さらには1yA(1×10−24A/μm)以下にすることが
可能である。
依存性がほとんど見られず、オフ電流の変化も非常に小さい。
トレス試験(BT試験)前後においてもトランジスタのしきい値電圧の変化量が低減でき
、信頼性の高いトランジスタとすることができる。
るため、高速駆動が可能である。よって、表示機能を有する半導体装置の画素部に上記ト
ランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。また、同一基板上に
駆動回路部または画素部を作り分けて作製することが可能となるため、半導体装置の部品
点数を削減することができる。
ことができる。よって、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
本実施の形態では、半導体装置及び半導体装置の作製方法の他の一形態を図2及び図5を
用いて説明する。実施の形態1と同一部分又は同様な機能を有する部分、及び工程は、実
施の形態1と同様に行うことができ、本実施の形態での繰り返しの説明は省略する。なお
、同じ箇所の詳細な説明も省略する。
絶縁層402、酸化物半導体層403、チャネル保護層406、ソース電極層405a、
ドレイン電極層405bを有している。トランジスタ450上に保護絶縁層409が形成
されている。また、トランジスタ410と同様に、絶縁層407を設けてもよい。トラン
ジスタ450は、チャネル保護型(チャネルストップ型ともいう)と呼ばれるボトムゲー
ト構造の一つであり、逆スタガ型トランジスタの一つでもある。
する。続いて、ゲート電極層401上にゲート絶縁層402を形成する(図2(A)参照
)。実施の形態1と同様に、下地層を基板400とゲート電極層401との間に設けても
よい。
上30nm以下の酸化物半導体層を形成し、酸化物半導体層上にキャップ層を成膜する。
絶縁層に対して、塩素、または塩素と酸素を導入してもよい。
させることなく、連続して行うことが好ましい。大気に触れず連続して成膜することで、
酸化物半導体層とキャップ層の界面に、水、水素、ハイドロカーボンなどの不純物が付着
することを防ぐ。
いてスパッタリング法により成膜する。酸化物半導体層上に成膜するキャップ層は、ゲー
ト絶縁層402と同様の材料及び方法により成膜することができる。酸化物半導体層上に
成膜するキャップ層は、膜厚10nm以上200nm以下が好ましい。なお、キャップ層
として酸化物半導体と同種の成分でなる金属酸化物を用いてもよい。キャップ層として酸
化物半導体と同種の成分でなる金属酸化物を用いることで、該金属酸化物と酸化物半導体
との界面及びその近傍への水素イオンの蓄積を抑制または防止することができる。具体的
には、金属酸化物として、酸化物半導体の構成元素から選択される一または複数の金属元
素の酸化物を含む材料を用いるのが好ましい。
ンドギャップ(Eg)が大きいので、酸化ガリウムによって酸化物半導体層を挟むことで
、酸化物半導体層と金属酸化物層との界面において、エネルギー障壁が形成され、その界
面においてキャリアの移動は妨げられる。したがって、キャリアは酸化物半導体から金属
酸化物に移動することなく、主として、酸化物半導体層中を移動する。一方、水素イオン
は、酸化物半導体層と金属酸化物層との界面を通過して、例えば、酸化物半導体層と接す
る面と対向する面近傍に蓄積される。その付近はキャリアの流れる領域からは離れている
ため、トランジスタのしきい値電圧への影響を与えない、またはその影響が極めて少ない
。なお、酸化ガリウムとIn−Ga−Zn−O系の材料を接触させた場合のエネルギー障
壁は、伝導帯側で約0.8eVとなり、価電子帯側で約0.9eVとなる。
導体層の脱水化または脱水素化を行うことができる。また、酸化物半導体層と、該酸化物
半導体層が接する絶縁層との界面に生じた欠陥を低減することができる。第1の加熱処理
は、実施の形態1と同様の条件及び方法で行うことができる。
の酸化物半導体層441とキャップ層404に加工する(図2(B)参照)。酸化物半導
体層及びキャップ層のエッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでもよく
、両方を用いてもよい。例えば、ドライエッチングでキャップ層404を形成し、その後
ウェットエッチングにより酸化物半導体層441を形成してもよい。
ジストマスク420を分解除去する。
0を導入する。酸素430の導入は、イオン注入法またはイオンドーピング法を用いるこ
とができる。また、実施の形態1で説明した酸素プラズマドープにより行ってもよい。酸
化物半導体層441への酸素430の導入を、酸化物半導体層441に積層されたキャッ
プ層404を通過して行うことで、酸素430の導入における酸化物半導体層441への
過剰なダメージを軽減することができる。また、酸素の導入深さ(導入領域)が制御し易
くなり、酸化物半導体層441中へ酸素を効率よく導入することができる。
が緩和され、酸化物半導体層441への過剰なダメージをさらに軽減することができる。
を、途中で大気に触れることなく減圧雰囲気下、不活性ガス雰囲気下、または酸素ガス雰
囲気下で連続して行うことで、キャップ層404の表面に水、水素、ハイドロカーボンな
どの不純物の付着を防ぎ、酸素430導入時のイオン衝撃による酸化物半導体中への不純
物混入を防ぐことができる(図2(C)参照)。また、上記雰囲気に水、水素などが含ま
れないことが好ましい。
し、質量分離して、所定の質量を有するイオン種を加速して、イオンビームとして、被処
理物に注入する方法である。また、イオンドーピング法は、ソースガスをプラズマ化し、
所定の電界の作用によりプラズマからイオン種を引き出し、引き出したイオン種を質量分
離せずに加速して、イオンビームとして被処理物に注入する方法である。質量分離を伴う
イオン注入法を用いて酸素の導入を行うことで、金属元素等の不純物が酸素と共に酸化物
半導体層に導入されてしまうのを防ぐことができる。また、イオンドーピング法はイオン
注入法に比べてイオンビームの照射される面積を大きくすることができるので、イオンド
ーピング法を用いて酸素の導入を行うことで、タクトタイムを短縮することができる。
層の厚さを適宜設定して制御することができる。例えば、酸素ガスを用いて、イオン注入
法で酸素の導入を行う場合、ドーズ量を1×1013ions/cm2以上5×1015
ions/cm2以下とすればよい。酸化物半導体層441中における導入された酸素の
ピーク濃度は、1×1018/cm3以上3×1020/cm3以下(好ましくは1×1
018/cm3以上1×1020/cm3以下)とすることが好ましい。
不純物を排除することが重要である。このため、導入された酸素のピーク濃度位置が、酸
化物半導体層441中における、酸化物半導体層441とゲート絶縁層402の界面付近
となるように設定することが好ましい。
導入する工程と、第2の加熱処理は、途中で大気に触れることなく減圧雰囲気下、不活性
ガス雰囲気下、または酸素ガス雰囲気下で連続して行うことが好ましい。この第2の加熱
処理によって酸化物半導体層441の脱水化または脱水素化を行うことができる。また、
酸化物半導体層と、該酸化物半導体層が接する絶縁層との界面に生じた欠陥を低減するこ
とができる。なお、第2の加熱処理は、実施の形態1と同様の条件及び方法で行うことが
できる。
でき、酸化物半導体層から水素、水分、水酸基又は水素化物などの不純物を排除すること
ができる。このようにして、酸化物半導体層441を高純度化して、酸化物半導体層40
3を得ることができる。
、酸化物半導体層441が形成された基板に対して、250℃以上700℃以下(若しく
はガラス基板の歪点以下の温度)の範囲で、加熱処理を行うようにしても良い。
層403のチャネル形成領域を覆うチャネル保護層406を形成する。なお、キャップ層
404の加工時に、加工の条件によっては酸化物半導体層403の一部も除去される場合
がある。この場合、チャネル保護層406に覆われていない酸化物半導体層403の領域
の膜厚は薄くなる。
化物半導体層403と接するチャネル保護層406の幅で定義される(図2(E)参照)
。
のフォトリソグラフィ工程により、ソース電極層405a、ドレイン電極層405bを形
成する。ソース電極層405a、及びドレイン電極層405bは、実施の形態1で説明し
たソース電極層405a、及びドレイン電極層405bと同様の材料及び方法で形成する
ことができる。
酸基又は水素化物(水素化合物ともいう)などの不純物を酸化物半導体層より意図的に排
除し、高純度化された酸化物半導体層403を含むトランジスタである。よって、トラン
ジスタ450は、電気的特性変動が抑制されており、電気的に安定である。
水分や水素などの不純物が酸化物半導体層403に再混入しないように、これらが外部か
ら侵入することをブロックする保護絶縁層409を形成することが好ましい(図2(E)
参照)。保護絶縁層409は、実施の形態1と同様に形成することができる。
形成してもよい。酸化ガリウムは帯電しにくい材料であるため、絶縁層のチャージアップ
によるしきい値電圧の変動を抑えることができる。
0時間以下での加熱処理を行ってもよい。この加熱処理は一定の加熱温度を保持して加熱
してもよいし、室温から加熱温度への昇温と加熱温度から室温までの降温を1サイクルと
する処理を複数回繰り返して行ってもよい。
。ただし、この場合は、減圧雰囲気下、不活性ガス雰囲気下、または酸素ガス雰囲気下で
行う。
。バックゲート電極層411は、酸化物半導体層403のチャネル形成領域上に、保護絶
縁層409を介して形成されている。図5(B)は、バックゲート電極層411を保護絶
縁層409上に形成する例を示しているが、ソース電極層405a及びドレイン電極層4
05bと同じ層を用いて、チャネル保護層406上にバックゲート電極層411を形成し
てもよい。バックゲート電極層411の電位を変化させることで、トランジスタのしきい
値電圧を変化させることができる。
がほとんど見られず、オフ電流の変化も非常に小さい。
トレス試験(BT試験)前後においてもトランジスタのしきい値電圧の変化量が低減でき
、信頼性の高いトランジスタとすることができる。
るため、高速駆動が可能である。よって、表示機能を有する半導体装置の画素部に上記ト
ランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。また、同一基板上に
駆動回路部または画素部を作り分けて作製することが可能となるため、半導体装置の部品
点数を削減することができる。
ことができる。よって、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
本実施の形態では、半導体装置及び半導体装置の作製方法の他の一形態を図3及び図5を
用いて説明する。上記実施の形態と同一部分又は同様な機能を有する部分、及び工程は、
上記実施の形態と同様に行うことができ、本実施の形態での繰り返しの説明は省略する。
なお、同じ箇所の詳細な説明も省略する。
ドレイン電極層405b、酸化物半導体層403、ゲート絶縁層402、ゲート電極層4
01を有している。基板400と酸化物半導体層403の間には、下地層436が形成さ
れている。トランジスタ460上には、保護絶縁層409が形成されている。また、酸化
物半導体層403上にキャップ層404が形成されている。キャップ層404はゲート絶
縁層としても機能する。トランジスタ460は、トップゲート構造の一つであり順スタガ
型トランジスタともいう。
した下地層と同様に形成することができる。また、下地層436として、酸化物半導体と
同種の成分でなる金属酸化物を用いることで、該金属酸化物と酸化物半導体との界面及び
その近傍への水素イオンの蓄積を抑制または防止することができる。具体的には、金属酸
化物として、酸化物半導体の構成元素から選択される一または複数の金属元素の酸化物を
含む材料を用いるのが好ましい。
ソース電極層405a、及びドレイン電極層405bを形成する。ソース電極層405a
、及びドレイン電極層405bは、実施の形態1で説明したソース電極層405a、及び
ドレイン電極層405bと同様の材料及び方法で形成することができる(図3(A)参照
)。
ーザ光やArFレーザ光を用いるとよい。酸化物半導体層403に接するソース電極層4
05aとドレイン電極層405bの間隔幅によって、トランジスタ460のチャネル長L
が決定される(図3(E)参照)。なお、チャネル長L=25nm未満の露光を行う場合
には、数nm以上数10nm以下と極めて波長が短い超紫外線(Extreme Ult
raviolet)を用いて第3のフォトリソグラフィ工程でのレジストマスク形成時の
露光を行うとよい。超紫外線による露光は、解像度が高く焦点深度も大きい。従って、後
に形成されるトランジスタのチャネル長Lを10nm以上1000nm以下とすることも
可能であり、回路の動作速度を高速化できる。
厚2nm以上200nm以下、好ましくは5nm以上30nm以下の酸化物半導体層を形
成し、酸化物半導体層上にキャップ層を成膜する。酸化物半導体層とキャップ層の成膜は
、酸化物半導体層とキャップ層の界面を大気に触れさせることなく、連続して行うことが
好ましい。大気に触れず連続して成膜することで、酸化物半導体層とキャップ層の界面に
、水、水素、ハイドロカーボンなどの不純物が付着することを防ぐ。
絶縁層(本実施の形態では下地層436に相当する)に対して、塩素、または塩素と酸素
を導入してもよい。塩素、または塩素と酸素の導入は、酸化物半導体層の成膜前であれば
、ソース電極層405a、及びドレイン電極層405bの形成前に行ってもよい。
いてスパッタリング法により成膜する。酸化物半導体層上に成膜するキャップ層は、実施
の形態2と同様の材料及び方法により成膜することができる。
導体層の脱水化または脱水素化を行うことができる。また、酸化物半導体層と、該酸化物
半導体層が接する絶縁層との界面に生じた欠陥を低減することができる。第1の加熱処理
は、実施の形態1と同様の条件及び方法で行うことができる。
の酸化物半導体層441とキャップ層404に加工する(図3(B)参照)。酸化物半導
体層及びキャップ層のエッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでもよく
、両方を用いてもよい。例えば、ドライエッチングでキャップ層404を形成し、その後
ウェットエッチングにより酸化物半導体層441を形成してもよい。
ジストマスク420を分解除去する。
0を導入する。酸素430の導入は、イオン注入法またはイオンドーピング法を用いるこ
とができる。また、実施の形態1で説明した酸素プラズマドープにより行ってもよい。酸
化物半導体層441への酸素430の導入を、酸化物半導体層441に積層されたキャッ
プ層404を通過して行うことで、酸素430の導入における酸化物半導体層441への
過剰なダメージを軽減することができる。また、酸素の導入深さ(導入領域)が制御し易
くなり、酸化物半導体層441中へ酸素を効率よく導入することができる。
が緩和され、酸化物半導体層441への過剰なダメージをさらに軽減することができる。
を、途中で大気に触れることなく減圧雰囲気下、不活性ガス雰囲気下、または酸素ガス雰
囲気下で連続して行うことで、酸化物半導体層441の表面に水、水素、ハイドロカーボ
ンなどの不純物の付着を防ぎ、酸素430導入時のイオン衝撃による酸化物半導体中への
不純物混入を防ぐことができる(図3(C)参照)。
に、酸化物半導体層441に酸素430を導入してもよいが、上記の理由により、キャッ
プ層404を設けた方が好ましい。
さ(導入領域)や濃度は、加速電圧、ドーズ量などの導入条件を適宜設定して制御するこ
とができる。例えば、酸素ガスを用いて、イオン注入法で酸素の導入を行う場合、ドーズ
量を1×1013ions/cm2以上5×1015ions/cm2以下とすればよい
。酸化物半導体層441中における導入された酸素のピーク濃度は、1×1018/cm
3以上3×1020/cm3以下(好ましくは1×1018/cm3以上1×1020/
cm3以下)とすることが好ましい。
不純物を排除することが重要であるため、トップゲート構造のトランジスタ460では酸
化物半導体層441において、キャップ層404と酸化物半導体層441の界面付近に多
く酸素を導入することが好ましい。
導入する工程と、第2の加熱処理は、途中で大気に触れることなく減圧雰囲気下、不活性
ガス雰囲気下、または酸素ガス雰囲気下で連続して行うことが好ましい。この第2の加熱
処理によって酸化物半導体層441の脱水化または脱水素化を行うことができる。また、
酸化物半導体層と、該酸化物半導体層が接する絶縁層との界面に生じた欠陥を低減するこ
とができる。なお、第2の加熱処理は、実施の形態1と同様の条件で行うことができる。
でき、酸化物半導体層から水素、水分、水酸基又は水素化物などの不純物を排除すること
ができる。このようにして、高純度化された酸化物半導体層403を得ることができる。
、酸化物半導体層441が形成された基板に対して、250℃以上700℃以下(若しく
はガラス基板の歪点以下の温度)の範囲で、加熱処理を行うようにしても良い。
04を除去しても良い。ゲート絶縁層402は、実施の形態1のゲート絶縁層402と同
様の材料及び方法で形成することができる。
よりゲート電極層401を形成する。ゲート電極層401は、実施の形態1のゲート電極
層401と同様に形成することができる。
酸基又は水素化物(水素化合物ともいう)などの不純物を酸化物半導体層より意図的に排
除し、高純度化された酸化物半導体層403を含むトランジスタである。
半導体層403に再混入しないように、これらが外部から侵入することをブロックする保
護絶縁層409を形成することが好ましい(図3(E)参照)。保護絶縁層409は、実
施の形態1と同様に形成することができる。
を形成してもよい。酸化ガリウムは帯電しにくい材料であるため、絶縁層のチャージアッ
プによるしきい値電圧の変動を抑えることができる。
0時間以下での加熱処理を行ってもよい。この加熱処理は一定の加熱温度を保持して加熱
してもよいし、室温から加熱温度への昇温と加熱温度から室温までの降温を1サイクルと
する処理を複数回繰り返して行ってもよい。
。ただし、この場合は、減圧雰囲気下、不活性ガス雰囲気下、または酸素ガス雰囲気下で
行う。
。バックゲート電極層411は、酸化物半導体層403のチャネル形成領域と重畳する位
置に、下地層436を介して形成されている。バックゲート電極層411の電位を変化さ
せることで、トランジスタのしきい値電圧を変化させることができる。
依存性がほとんど見られず、オフ電流の変化も非常に小さい。
トレス試験(BT試験)前後においてもトランジスタのしきい値電圧の変化量が低減でき
、信頼性の高いトランジスタとすることができる。
るため、高速駆動が可能である。よって、表示機能を有する半導体装置の画素部に上記ト
ランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。また、同一基板上に
駆動回路部または画素部を作り分けて作製することが可能となるため、半導体装置の部品
点数を削減することができる。
ことができる。よって、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
本実施の形態では、半導体装置及び半導体装置の作製方法の他の一形態を図4及び図5を
用いて説明する。上記実施の形態と同一部分又は同様な機能を有する部分、及び工程は、
上記実施の形態と同様に行うことができ、本実施の形態での繰り返しの説明は省略する。
なお、同じ箇所の詳細な説明も省略する。
絶縁層402、酸化物半導体層403、ソース電極層405a、ドレイン電極層405b
を有している。トランジスタ470上には、絶縁層407、及び保護絶縁層409が順に
積層されている。また、酸化物半導体層403上にキャップ層404が形成されている。
トランジスタ470は、ボトムゲート構造のトランジスタの一つである。
する。続いて、ゲート電極層401上にゲート絶縁層402を形成する(図4(A)参照
)。実施の形態1と同様に、下地層を基板400とゲート電極層401との間に設けても
よい。
より、ソース電極層405a、及びドレイン電極層405bを形成する。ソース電極層4
05a、及びドレイン電極層405bは、実施の形態1で説明したソース電極層405a
、及びドレイン電極層405bと同様の材料及び方法で形成することができる(図4(B
)参照)。なお、この後形成される酸化物半導体層403に接するソース電極層405a
とドレイン電極層405bの間隔幅によって、トランジスタ470のチャネル長Lが決定
される(図4(E)参照)。
、膜厚2nm以上200nm以下、好ましくは5nm以上30nm以下の酸化物半導体層
を形成し、酸化物半導体層上にキャップ層を成膜する。酸化物半導体層とキャップ層の成
膜は、酸化物半導体層とキャップ層の界面を大気に触れさせることなく、連続して行うこ
とが好ましい。大気に触れず連続して成膜することで、酸化物半導体層とキャップ層の界
面に、水、水素、ハイドロカーボンなどの不純物が付着することを防ぐ。
絶縁層に対して、塩素、または塩素と酸素を導入してもよい。塩素、または塩素と酸素の
導入は、酸化物半導体層の成膜前であれば、ソース電極層405a、及びドレイン電極層
405bの形成前に行ってもよい。
いてスパッタリング法により成膜する。酸化物半導体層上に成膜するキャップ層は、実施
の形態2と同様の材料及び方法により成膜することができる。
導体層の脱水化または脱水素化を行うことができる。また、酸化物半導体層と、該酸化物
半導体層が接する絶縁層との界面に生じた欠陥を低減することができる。第1の加熱処理
は、実施の形態1と同様の条件及び方法で行うことができる。
の酸化物半導体層441とキャップ層404に加工する(図3(C)参照)。酸化物半導
体層及びキャップ層のエッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでもよく
、両方を用いてもよい。例えば、ドライエッチングでキャップ層404を形成し、その後
ウェットエッチングにより酸化物半導体層441を形成してもよい。
ジストマスク420を分解除去する。
素430を導入する。酸素430の導入は、実施の形態2で説明したイオン注入法または
イオンドーピング法を用いることができる。また、実施の形態1で説明した酸素プラズマ
ドープにより行ってもよい。酸化物半導体層441への酸素430の導入を、酸化物半導
体層441に積層されたキャップ層404を通過して行うことで、酸素430の導入にお
ける酸化物半導体層441への過剰なダメージを軽減することができる。また、酸素の導
入深さ(導入領域)が制御し易くなり、酸化物半導体層441中へ酸素を効率よく導入す
ることができる。
が緩和され、酸化物半導体層441への過剰なダメージをさらに軽減することができる。
を、途中で大気に触れることなく減圧雰囲気下、不活性ガス雰囲気下、または酸素ガス雰
囲気下で連続して行うことで、酸化物半導体層441の表面に水、水素、ハイドロカーボ
ンなどの不純物の付着を防ぎ、酸素430導入時のイオン衝撃による酸化物半導体中への
不純物混入を防ぐことができる(図3(D)参照)。
に、酸化物半導体層441に酸素430を導入してもよいが、上記の理由により、キャッ
プ層404を設けた方が好ましい。
導入する工程と、第2の加熱処理は、途中で大気に触れることなく減圧雰囲気下、不活性
ガス雰囲気下、または酸素ガス雰囲気下で連続して行うことが好ましい。この第2の加熱
処理によって酸化物半導体層441の脱水化または脱水素化を行うことができる。また、
酸化物半導体層と、該酸化物半導体層が接する絶縁層との界面に生じた欠陥を低減するこ
とができる。なお、第2の加熱処理は、実施の形態1と同様の条件で行うことができる。
でき、酸化物半導体層から水素、水分、水酸基又は水素化物などの不純物を排除すること
ができる。このようにして、高純度化された酸化物半導体層403を得ることができる。
、酸化物半導体層441が形成された基板に対して、250℃以上700℃以下(若しく
はガラス基板の歪点以下の温度)の範囲で、加熱処理を行うようにしても良い。
層407を形成する。絶縁層407の成膜に先立ち、N2O、N2、またはArなどのガ
スを用いたプラズマ処理を行い、試料表面に付着した吸着水などを除去してもよい。プラ
ズマ処理を行った場合、大気に触れることなく、続けて絶縁層407を形成する(図4(
E)参照)。絶縁層407は、実施の形態1と同様の条件及び方法で形成することができ
る。
気下で第3の加熱処理(好ましくは200℃以上600℃以下、例えば250℃以上55
0℃以下)を行ってもよい。例えば、窒素雰囲気下で450℃、1時間の第3の加熱処理
を行ってもよい。第3の加熱処理を行うと、酸化物半導体層の一部(チャネル形成領域)
は絶縁層407と接した状態で昇温される。
水分、水酸基又は水素化物(「水素化合物」ともいう)などの不純物と同時に減少してし
まった酸化物半導体を構成する主成分材料の一つである酸素を供給することができる。
酸基又は水素化物(水素化合物ともいう)などの不純物を酸化物半導体層より意図的に排
除し、高純度化され、酸素の供給によりi型(真性)化された酸化物半導体層403を含
むトランジスタである。よって、トランジスタ470は、電気的特性変動が抑制されてお
り、電気的に安定である。
やスパッタリング法等を用いて窒化シリコン層を形成する。保護絶縁層409は、実施の
形態1と同様の条件及び方法で形成することができる。(図4(E)参照)。
0時間以下での加熱処理を行ってもよい。この加熱処理は一定の加熱温度を保持して加熱
してもよいし、室温から加熱温度への昇温と加熱温度から室温までの降温を1サイクルと
する処理を複数回繰り返して行ってもよい。
。ただし、この場合は、減圧雰囲気下、不活性ガス雰囲気下、または酸素ガス雰囲気下で
行う。
。バックゲート電極層411は、ゲート電極層とバックゲート電極層411で半導体層の
チャネル形成領域を挟むように配置される。バックゲート電極層411は導電層で形成さ
れ、ゲート電極層と同様に機能させることができる。また、バックゲート電極層411の
電位を変化させることで、トランジスタのしきい値電圧を変化させることができる。
極層405bなどと同様の材料及び方法により形成することができる。
成領域上に、絶縁層407及び保護絶縁層409を介して形成されている。図5(D)は
、バックゲート電極層411を保護絶縁層409上に形成する例を示しているが、バック
ゲート電極層411は、絶縁層407と保護絶縁層409の間に形成してもよい。
依存性がほとんど見られず、オフ電流の変化も非常に小さい。
トレス試験(BT試験)前後においてもトランジスタのしきい値電圧の変化量が低減でき
、信頼性の高いトランジスタとすることができる。
るため、高速駆動が可能である。よって、表示機能を有する半導体装置の画素部に上記ト
ランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。また、同一基板上に
駆動回路部または画素部を作り分けて作製することが可能となるため、半導体装置の部品
点数を削減することができる。
ことができる。よって、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
上記実施の形態のいずれかで一例を示したトランジスタを用いて表示機能を有する半導体
装置(表示装置ともいう)を作製することができる。また、トランジスタを含む駆動回路
の一部または全体を、画素部と同じ基板上に一体形成し、システムオンパネルを形成する
ことができる。本実施の形態では、上記実施の形態のいずれかで一例を示したトランジス
タを用いた表示装置の例について、図7乃至図10を用いて説明する。なお、図8乃至図
10は、図7(B)のM−Nにおける断面図に相当する。
て、シール材4005が設けられ、第2の基板4006によって封止されている。図7(
A)においては、第1の基板4001上のシール材4005によって囲まれている領域と
は異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶半導体又は多結晶半導体を用いて形成さ
れた信号線駆動回路4003、及び走査線駆動回路4004が実装されている。また、信
号線駆動回路4003、走査線駆動回路4004、または画素部4002に与えられる各
種信号及び電位は、FPC(Flexible printed circuit)40
18a、FPC4018bから供給されている。
と、走査線駆動回路4004とを囲むようにして、シール材4005が設けられている。
また画素部4002と、走査線駆動回路4004の上に第2の基板4006が設けられて
いる。よって画素部4002と、走査線駆動回路4004とは、第1の基板4001とシ
ール材4005と第2の基板4006とによって、表示素子と共に封止されている。図7
(B)及び図7(C)においては、第1の基板4001上のシール材4005によって囲
まれている領域とは異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶半導体又は多結晶半導
体を用いて形成された信号線駆動回路4003が実装されている。図7(B)及び図7(
C)においては、信号線駆動回路4003、走査線駆動回路4004、または画素部40
02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。
の基板4001に実装している例を示しているが、この構成に限定されない。走査線駆動
回路を別途形成して実装しても良いし、信号線駆動回路の一部または走査線駆動回路の一
部のみを別途形成して実装しても良い。
ip On Glass)方法、ワイヤボンディング方法、或いはTAB(Tape A
utomated Bonding)方法などを用いることができる。図7(A)は、C
OG方法により信号線駆動回路4003、走査線駆動回路4004を実装する例であり、
図7(B)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7(C
)は、TAB方法により信号線駆動回路4003を実装する例である。
を含むIC等を実装した状態にあるモジュールとを含む。
源(照明装置含む)を指す。また、コネクター、例えばFPCもしくはTABテープもし
くはTCP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方式によりIC(集積回路)が直接実装
されたモジュールも全て表示装置に含むものとする。
おり、上記実施の形態のいずれかで一例を示したトランジスタを適用することができる。
発光表示素子ともいう)、を用いることができる。発光素子は、電流または電圧によって
輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機EL(Electro
Luminescence)、有機EL等が含まれる。また、電子インクなど、電気的作
用によりコントラストが変化する表示媒体も適用することができる。
を有しており、接続端子電極4015及び端子電極4016はFPC4018が有する端
子と異方性導電層4019を介して、電気的に接続されている。
016は、トランジスタ4010、4011のソース電極層及びドレイン電極層と同じ導
電層で形成されている。
トランジスタを複数有しており、図8乃至図10では、画素部4002に含まれるトラン
ジスタ4010と、走査線駆動回路4004に含まれるトランジスタ4011とを例示し
ている。図8では、トランジスタ4010、4011上には絶縁層4020、絶縁層40
24が設けられ、図9及び図10ではさらに、絶縁層4021が設けられている。なお、
絶縁層4023は下地層として機能する絶縁層である。
態のいずれかで示したトランジスタを適用することができる。
される絶縁層4020を通過して酸素を導入し、加熱処理を行うことによって、水素、水
分、水酸基又は水素化物(水素化合物ともいう)などの不純物を酸化物半導体層より意図
的に排除し、高純度化された酸化物半導体層である。酸素の導入により、酸化物半導体を
構成している金属と水素の間の結合、或いは該金属と水酸基の間の結合を切断するととも
に、これら水素、または水酸基が、酸素と反応することで水を生成するため、後に行われ
る加熱処理により、不純物である水素、または水酸基を、水として、脱離させやすくする
ことができる。
の導入深さ(導入領域)を制御することができ、酸化物半導体層中への酸素を効率よく導
入することができる。
、不純物の排除工程によって同時に減少してしまう酸化物半導体を構成する主成分材料の
一つである酸素を、酸素を含む絶縁層4020より酸化物半導体層へ供給することができ
る。よって、酸化物半導体層はより高純度化し、電気的にi型(真性)化する。
電気的特性変動が抑制されており、電気的に安定である。よって、図8乃至図10で示す
本実施の形態の半導体装置として信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
半導体層のチャネル形成領域と重なる位置に導電層が設けられている例である。導電層を
酸化物半導体層のチャネル形成領域と重なる位置に設けることによって、BT試験前後に
おけるトランジスタ4011のしきい値電圧の変化量をさらに低減することができる。ま
た、導電層は、電位がトランジスタ4011のゲート電極層と同じでもよいし、異なって
いても良く、第2のゲート電極層として機能させることもできる。また、導電層の電位が
GND、0V、或いはフローティング状態であってもよい。
を含む回路部)に作用しないようにする機能(特に静電気に対する静電遮蔽機能)も有す
る。導電層の遮蔽機能により、静電気などの外部の電場の影響によりトランジスタの電気
的な特性が変動することを防止することができる。
ネルを構成する。表示素子は表示を行うことができれば特に限定されず、様々な表示素子
を用いることができる。
子である液晶素子4013は、第1の電極層4030、第2の電極層4031、及び液晶
層4008を含む。なお、液晶層4008を挟持するように配向膜として機能する絶縁層
4032、絶縁層4033が設けられている。第2の電極層4031は第2の基板400
6側に設けられ、第1の電極層4030と第2の電極層4031とは液晶層4008を介
して積層する構成となっている。
であり、液晶層4008の膜厚(セルギャップ)を制御するために設けられている。なお
球状のスペーサを用いていても良い。
晶、高分子分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。これら
の液晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイ
ラルネマチック相、等方相等を示す。
あり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直
前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善
するために5重量%以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いて液晶層に用いる。
ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が1msec以下と短
く、光学的等方性であるため配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。また配向膜
を設けなくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起こ
される静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減す
ることができる。よって液晶表示装置の生産性を向上させることが可能となる。酸化物半
導体層を用いるトランジスタは、静電気の影響によりトランジスタの電気的な特性が著し
く変動して設計範囲を逸脱する恐れがある。よって酸化物半導体層を用いるトランジスタ
を有する液晶表示装置にブルー相の液晶材料を用いることはより効果的である。
Ω・cm以上であり、さらに好ましくは1×1012Ω・cm以上である。なお、本明細
書における固有抵抗の値は、20℃で測定した値とする。
ク電流等を考慮して、所定の期間の間電荷を保持できるように設定される。保持容量の大
きさは、トランジスタのオフ電流等を考慮して設定すればよい。i型(真性)化された酸
化物半導体層を有するトランジスタを用いることにより、各画素における液晶容量に対し
て1/3以下、好ましくは1/5以下の容量の大きさを有する保持容量を設ければ充分で
ある。
(オフ電流値)を低くすることができる。よって、画像信号等の電気信号の保持時間を長
くすることができ、電源オン状態では書き込み間隔も長く設定できる。よって、リフレッ
シュ動作の頻度を少なくすることができるため、消費電力を抑制する効果を奏する。
るため、高速駆動が可能である。よって、表示機能を有する半導体装置の画素部に上記ト
ランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。また、同一基板上に
駆動回路部または画素部を作り分けて作製することが可能となるため、半導体装置の部品
点数を削減することができる。
lane−Switching)モード、FFS(Fringe Field Swit
ching)モード、ASM(Axially Symmetric aligned
Micro−cell)モード、OCB(Optical Compensated B
irefringence)モード、FLC(Ferroelectric Liqui
d Crystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric Liq
uid Crystal)モードなどを用いることができる。
透過型の液晶表示装置としてもよい。ここで、垂直配向モードとは、液晶表示パネルの液
晶分子の配列を制御する方式の一種であり、電圧が印加されていないときにパネル面に対
して液晶分子が垂直方向を向く方式である。垂直配向モードとしては、いくつか挙げられ
るが、例えば、MVA(Multi−Domain Vertical Alignme
nt)モード、PVA(Patterned Vertical Alignment)
モード、ASV(Advanced Super View)モードなどを用いることが
できる。また、画素(ピクセル)をいくつかの領域(サブピクセル)に分け、それぞれ別
の方向に分子を倒すよう工夫されているマルチドメイン化あるいはマルチドメイン設計と
いわれる方法を用いることができる。
防止部材などの光学部材(光学基板)などは適宜設ける。例えば、偏光基板及び位相差基
板による円偏光を用いてもよい。また、光源としてバックライト、サイドライトなどを用
いてもよい。
ことができる。また、カラー表示する際に画素で制御する色要素としては、RGB(Rは
赤、Gは緑、Bは青を表す)の三色に限定されない。例えば、RGBW(Wは白を表す)
、又はRGBに、イエロー、シアン、マゼンタ等を一色以上追加したものがある。なお、
色要素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい。ただし、本発明はカラ
ー表示の表示装置に限定されるものではなく、モノクロ表示の表示装置に適用することも
できる。
子を適用することができる。エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子は、発光材料
が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機E
L素子、後者は無機EL素子と呼ばれている。
がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして、それらキャ
リア(電子および正孔)が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成
し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このよう
な発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
類される。分散型無機EL素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有
するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−ア
クセプター再結合型発光である。薄膜型無機EL素子は、発光層を誘電体層で挟み込み、
さらにそれを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子遷移を利
用する局在型発光である。なお、ここでは、発光素子として有機EL素子を用いて説明す
る。
て、基板上にトランジスタ及び発光素子を形成し、基板とは逆側の面から発光を取り出す
上面射出や、基板側の面から発光を取り出す下面射出や、基板側及び基板とは反対側の面
から発光を取り出す両面射出構造の発光素子があり、どの射出構造の発光素子も適用する
ことができる。
513は、画素部4002に設けられたトランジスタ4010と電気的に接続している。
なお発光素子4513の構成は、第1の電極層4030、電界発光層4511、第2の電
極層4031の積層構造であるが、示した構成に限定されない。発光素子4513から取
り出す光の方向などに合わせて、発光素子4513の構成は適宜変えることができる。
材料を用い、第1の電極層4030上に開口部を形成し、その開口部の側壁が連続した曲
率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。
されていてもどちらでも良い。
4031及び隔壁4510上に保護層を形成してもよい。保護層としては、窒化シリコン
、窒化酸化シリコン、DLC等を形成することができる。また、第1の基板4001、第
2の基板4006、及びシール材4005によって封止された空間には充填材4514が
設けられ密封されている。このように外気に曝されないように気密性が高く、脱ガスの少
ない保護フィルム(貼り合わせフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等)やカバー材でパッ
ケージング(封入)することが好ましい。
は熱硬化樹脂を用いることができ、PVC(ポリビニルクロライド)、アクリル樹脂、ポ
リイミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、PVB(ポリビニルブチラル)またはEVA
(エチレンビニルアセテート)を用いることができる。例えば充填材として窒素を用いれ
ばよい。
位相差板(λ/4板、λ/2板)、カラーフィルタなどの光学フィルムを適宜設けてもよ
い。また、偏光板又は円偏光板に反射防止層を設けてもよい。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。
る。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、他の表示装置に比べ低消費電力、薄くて軽い形状とすることが可能と
いう利点を有している。
、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
分散されたものであり、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も
のである。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。
ゆる誘電泳動的効果を利用したディスプレイである。
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。
半導体材料、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。
できる。ツイス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て球形粒子の向きを制御することにより、表示を行う方法であ
る。
10の電子ペーパーは、ツイストボール表示方式を用いた表示装置の例である。
れた第2の電極層4031との間には黒色領域4615a及び白色領域4615bを有し
、周りに液体で満たされているキャビティ4612を含む球形粒子4613が設けられて
おり、球形粒子4613の周囲は樹脂等の充填材4614で充填されている。第2の電極
層4031が共通電極(対向電極)に相当する。第2の電極層4031は、共通電位線と
電気的に接続される。
ラス基板の他、可撓性を有する基板も用いることができ、例えば透光性を有するプラスチ
ック基板などを用いることができる。プラスチックとしては、FRP(Fibergla
ss−Reinforced Plastics)板、PVF(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。
ム、酸化ガリウム等の無機絶縁材料を含む材料を用いて形成することができる。絶縁層4
020の作製方法に特に限定はなく、例えば、プラズマCVD法やスパッタリング法など
の成膜方法を用いて作製することができる。なお、水素や水などが混入しにくいという点
では、スパッタリング法が好適である。
防ぐためのものであり、緻密な層が好ましい。絶縁層4024は、スパッタリング法を用
いて、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒
化アルミニウム、又は窒化酸化アルミニウムの単層、又は積層で形成すればよく、トラン
ジスタの保護層として機能する。
ゾシクロブテン系樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂等の、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層を複数積層させることで、絶縁層を形成して
もよい。
料に応じて、スパッタリング法、スピンコート法、ディッピング法、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)、ロールコーティング
、カーテンコーティング、ナイフコーティング等を用いることができる。
部に設けられる基板、絶縁層、導電層などの薄膜はすべて可視光の波長領域の光に対して
透光性とする。
向電極層などともいう)においては、取り出す光の方向、電極層が設けられる場所、及び
電極層のパターン構造によって透光性、反射性を選択すればよい。
化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化
物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、ITO、酸化ケイ素
を添加したITOなどの透光性を有する導電性材料を用いることができる。
(Mo)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、バナジウム(V)、ニオブ(N
b)、タンタル(Ta)、クロム(Cr)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、チタ
ン(Ti)、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)、マグネシ
ウム(Mg)等の金属、又はその合金、若しくはその金属窒化物から一つ、又は複数種を
用いて形成することができる。
マーともいう)を含む導電性組成物を用いて形成することができる。導電性高分子として
は、いわゆるπ電子共役系導電性高分子を用いることができる。例えば、ポリアニリンま
たはその誘導体、ポリピロールまたはその誘導体、ポリチオフェンまたはその誘導体、若
しくはアニリン、ピロールおよびチオフェンの2種以上からなる共重合体若しくはその誘
導体等が挙げられる。
を設けることが好ましい。保護回路は、非線形素子を用いて構成することが好ましい。
機能を有する半導体装置を提供することができる。
上記実施の形態のいずれかで一例を示したトランジスタを用いて、対象物の情報を読み取
るイメージセンサ機能を有する半導体装置を作製することができる。
センサの等価回路であり、図11(B)はフォトセンサの一部を示す断面図である。
ット信号線658に、他方の電極がトランジスタ640のゲートに電気的に接続されてい
る。トランジスタ640は、ソース又はドレインの一方がフォトセンサ基準信号線672
に、ソース又はドレインの他方がトランジスタ656のソース又はドレインの一方に電気
的に接続されている。トランジスタ656は、ゲートがゲート信号線659に、ソース又
はドレインの他方がフォトセンサ出力信号線671に電気的に接続されている。
判明できるように、酸化物半導体層を用いるトランジスタの記号には「OS」と記載して
いる。図11(A)において、トランジスタ640、トランジスタ656は酸化物半導体
層を用いるトランジスタである。
に示す断面図であり、基板601上に、センサとして機能するフォトダイオード602及
びトランジスタ640が設けられている。フォトダイオード602、トランジスタ640
の上には接着層608を用いて基板613が設けられている。
縁層634が設けられている。フォトダイオード602は、層間絶縁層633上に設けら
れ、層間絶縁層633側から順に第1半導体層606a、第2半導体層606b、及び第
3半導体層606cを積層した構造を有している。第1半導体層606aは層間絶縁層6
33上に設けられた電極層641と電気的に接続し、第3半導体層606cは層間絶縁層
634上に設けられた電極層642と電気的に接続している。
642は電極層644を介してゲート電極層645と電気的に接続している。ゲート電極
層645は、トランジスタ640のゲート電極層と電気的に接続している。すなわち、フ
ォトダイオード602はトランジスタ640と電気的に接続している。
606bとして高抵抗な半導体層(i型半導体層)、第3半導体層606cとしてn型の
導電型を有する半導体層を積層するpin型のフォトダイオードを例示している。
ァスシリコンにより形成することができる。第1半導体層606aの形成には13族の不
純物元素(例えばボロン(B))を含む半導体材料ガスを用いて、プラズマCVD法によ
り形成する。半導体材料ガスとしてはシラン(SiH4)を用いればよい。または、Si
2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、SiF4等を用いてもよい。また
、不純物元素を含まないアモルファスシリコンを形成した後に、拡散法やイオン注入法を
用いて該アモルファスシリコンに不純物元素を導入してもよい。イオン注入法等により不
純物元素を導入した後に加熱等を行うことで、不純物元素を拡散させるとよい。この場合
にアモルファスシリコンを形成する方法としては、LPCVD法、気相成長法、又はスパ
ッタリング法等を用いればよい。第1半導体層606aの膜厚は10nm以上50nm以
下となるよう形成することが好ましい。
により形成する。第2半導体層606bの形成には、半導体材料ガスを用いて、アモルフ
ァスシリコンをプラズマCVD法により形成する。半導体材料ガスとしては、シラン(S
iH4)を用いればよい。または、Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiC
l4、SiF4等を用いてもよい。第2半導体層606bの形成は、LPCVD法、気相
成長法、スパッタリング法等により行っても良い。第2半導体層606bの膜厚は200
nm以上1000nm以下となるように形成することが好ましい。なお、真性半導体層は
、理想的には、不純物を含まずにフェルミレベルが禁制帯のほぼ中央に位置する半導体層
であるが、第2半導体層606bは、ドナーとなる不純物(例えば、リン(P)など)ま
たはアクセプタとなる不純物(例えば、ボロン(B)など)を添加して、フェルミレベル
が禁制帯のほぼ中央に位置するようにした半導体であってもよい。
ファスシリコンにより形成する。第3半導体層606cの形成には、15族の不純物元素
(例えばリン(P))を含む半導体材料ガスを用いて、プラズマCVD法により形成する
。半導体材料ガスとしてはシラン(SiH4)を用いればよい。または、Si2H6、S
iH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、SiF4等を用いてもよい。また、不純物元
素を含まないアモルファスシリコンを形成した後に、拡散法やイオン注入法を用いて該ア
モルファスシリコンに不純物元素を導入してもよい。イオン注入法等により不純物元素を
導入した後に加熱等を行うことで、不純物元素を拡散させるとよい。この場合にアモルフ
ァスシリコンを形成する方法としては、LPCVD法、気相成長法、又はスパッタリング
法等を用いればよい。第3半導体層606cの膜厚は20nm以上200nm以下となる
よう形成することが好ましい。
モルファス半導体ではなく、多結晶半導体を用いて形成してもよいし、微結晶半導体や、
セミアモルファス(Semi Amorphous Semiconductor:SA
S)半導体を用いて形成してもよい。
状態に属するものである。すなわち、自由エネルギー的に安定な第3の状態を有する半導
体であって、短距離秩序を持ち格子歪みを有する。柱状または針状結晶が基板表面に対し
て法線方向に成長している。微結晶半導体の代表例である微結晶シリコンは、そのラマン
スペクトルが単結晶シリコンを示す520cm−1よりも低波数側に、シフトしている。
即ち、単結晶シリコンを示す520cm−1とアモルファスシリコンを示す480cm−
1の間に微結晶シリコンのラマンスペクトルのピークがある。また、未結合手(ダングリ
ングボンド)を終端するため水素またはハロゲンを少なくとも1原子%またはそれ以上含
ませている。さらに、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンなどの希ガス元素を含ま
せて格子歪みをさらに助長させることで、安定性が増し良好な微結晶半導体が得られる。
、または周波数が1GHz以上のマイクロ波プラズマCVD装置により形成することがで
きる。代表的には、SiH4、Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4
、SiF4などの水素化珪素を水素で希釈して形成することができる。また、水素化珪素
及び水素に加え、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンから選ばれた一種または複数
種の希ガス元素で希釈して微結晶半導体を形成することができる。
くは50倍以上150倍以下、更に好ましくは100倍とする。さらには、シリコンを含
む気体中に、CH4、C2H6等の炭化物気体、GeH4、GeF4等のゲルマニウム化
気体、F2等を混入させてもよい。
フォトダイオードはp型の半導体層側を受光面とする方がよい特性を示す。ここでは、p
in型のフォトダイオードが形成されている基板601の面からフォトダイオード602
が受ける光622を電気信号に変換する例を示す。また、受光面とした半導体層側とは逆
の導電型を有する半導体層側からの光は外乱光となるため、電極層は遮光性を有する導電
層を用いるとよい。また、n型の半導体層側を受光面として用いることもできる。
性材料を用いて、その材料に応じて、スパッタリング法、スピンコート法、ディッピング
法、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
)、ロールコーティング、カーテンコーティング、ナイフコーティング等を用いることが
できる。
窒化アルミニウムなどを用いた酸化物絶縁層の単層、又は積層を用いることができる。
化アルミニウム、又は窒化酸化アルミニウムなどを用いた窒化物絶縁層の単層、又は積層
を用いることができる。またμ波(2.45GHz)を用いた高密度プラズマCVDは、
緻密で絶縁耐圧の高い高品質な絶縁層を形成できるので好ましい。
して機能する絶縁層が好ましい。層間絶縁層633、634としては、例えばアクリル樹
脂、ポリイミド、ベンゾシクロブテン系樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂等の、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)
等の単層、又は積層を用いることができる。
読み取ることができる。なお、被検出物の情報を読み取る際にバックライトなどの光源を
用いることができる。
できる。水素、水分、水酸基又は水素化物(水素化合物ともいう)などの不純物を酸化物
半導体層より意図的に排除し、酸素の供給によりi型(真性)化された酸化物半導体層を
含むトランジスタは、トランジスタの電気的特性変動が抑制されており、電気的に安定で
ある。よって、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
である。
本実施の形態においては、上記実施の形態で説明した表示装置を具備する電子機器の例に
ついて説明する。
1、操作キー9632、太陽電池9633、充放電制御回路9634を有することができ
る。太陽電池9633と、表示パネルとを開閉自在に装着しており、太陽電池からの電力
を表示パネル、または映像信号処理部に供給する電子書籍である。図12(A)に示した
電子書籍は、様々な情報(静止画、動画、テキスト画像など)を表示する機能、カレンダ
ー、日付又は時刻などを表示部に表示する機能、表示部に表示した情報をタッチ入力操作
又は編集するタッチ入力機能、様々なソフトウェア(プログラム)によって処理を制御す
る機能、等を有することができる。なお、図12(A)では充放電制御回路9634の一
例としてバッテリー9635、DCDCコンバータ(以下、コンバータ9636と略記)
を有する構成について示している。
であり、比較的明るい状況下で使用するため、太陽電池9633による発電、及びバッテ
リー9635での充電を効率よく行うことができ、好適である。なお太陽電池9633は
、筐体9630の表面及び裏面に効率的なバッテリー9635の充電を行う構成とするこ
とができるため好適である。なおバッテリー9635としては、リチウムイオン電池を用
いると、小型化を図れる等の利点がある。
にブロック図を示し説明する。図12(B)には、太陽電池9633、バッテリー963
5、コンバータ9636、コンバータ9637、スイッチSW1乃至SW3、表示部96
31について示しており、バッテリー9635、コンバータ9636、コンバータ963
7、スイッチSW1乃至SW3が充放電制御回路9634に対応する箇所となる。
太陽電池で発電した電力は、バッテリー9635を充電するための電圧となるようコンバ
ータ9636で昇圧または降圧がなされる。そして、表示部9631の動作に太陽電池9
633からの電力が用いられる際にはスイッチSW1をオンにし、コンバータ9637で
表示部9631に必要な電圧に昇圧または降圧をすることとなる。また、表示部9631
での表示を行わない際には、SW1をオフにし、SW2をオンにしてバッテリー9635
の充電を行う構成とすればよい。
テリー9635の充電を行う構成であってもよい。また他の充電手段を組み合わせて行う
構成としてもよい。
2、表示部3003、キーボード3004などによって構成されている。上記実施の形態
で示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高いノート型のパーソナルコンピュ
ータとすることができる。
外部インターフェイス3025と、操作ボタン3024等が設けられている。また操作用
の付属品としてスタイラス3022がある。上記実施の形態で示した半導体装置を適用す
ることにより、信頼性の高い携帯情報端末(PDA)とすることができる。
び筐体2703の2つの筐体で構成されている。筐体2701および筐体2703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および表示部2707は、続き画面を表示する構成として
もよいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とするこ
とで、例えば右側の表示部(図13(C)では表示部2705)に文章を表示し、左側の
表示部(図13(C)では表示部2707)に画像を表示することができる。上記実施の
形態で示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高い電子書籍とすることができ
る。
筐体2701において、電源端子2721、操作キー2723、スピーカー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、電子書籍は、電子辞書としての機能を持たせた
構成としてもよい。
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。
れている。筐体2801には、表示パネル2802、スピーカー2803、マイクロフォ
ン2804、ポインティングデバイス2806、カメラ用レンズ2807、外部接続端子
2808などを備えている。また、筐体2800には、携帯電話の充電を行う太陽電池セ
ル2810、外部メモリスロット2811などを備えている。また、アンテナは筐体28
01内部に内蔵されている。
ている複数の操作キー2805を点線で示している。なお、太陽電池セル2810で出力
される電圧を各回路に必要な電圧に昇圧するための昇圧回路も実装している。
2802と同一面上にカメラ用レンズ2807を備えているため、テレビ電話が可能であ
る。スピーカー2803及びマイクロフォン2804は音声通話に限らず、テレビ電話、
録音、再生などが可能である。さらに、筐体2800と筐体2801は、スライドし、図
13(D)のように展開している状態から重なり合った状態とすることができ、携帯に適
した小型化が可能である。
であり、充電及びパーソナルコンピュータなどとのデータ通信が可能である。また、外部
メモリスロット2811に記録媒体を挿入し、より大量のデータ保存及び移動に対応でき
る。
よい。上記実施の形態で示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高い携帯電話
とすることができる。
接眼部3053、操作スイッチ3054、表示部(B)3055、バッテリー3056な
どによって構成されている。上記実施の形態で示した半導体装置を適用することにより、
信頼性の高いデジタルビデオカメラとすることができる。
01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。上記実施の形態で示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高いテ
レビジョン装置とすることができる。
機により行うことができる。また、リモコン操作機に、当該リモコン操作機から出力する
情報を表示する表示部を設ける構成としてもよい。
のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線または無線による通信
ネットワークに接続することにより、一方向(送信者から受信者)または双方向(送信者
と受信者間、あるいは受信者間同士など)の情報通信を行うことも可能である。
である。
11 基板供給室
12 ロードロック室
13 搬送室
14 カセットポート
15 真空チャンバー
16 ICPコイル
17 ガス流路
18 高周波電源
19 基板ステージ
20 被処理基板
21 高周波電源
22 自動圧力制御弁
23 ターボ分子ポンプ
24 ドライポンプ
400 基板
401 ゲート電極層
402 ゲート絶縁層
403 酸化物半導体層
404 キャップ層
406 チャネル保護層
407 絶縁層
409 保護絶縁層
410 トランジスタ
411 バックゲート電極層
420 レジストマスク
430 酸素
436 下地層
441 酸化物半導体層
450 トランジスタ
460 トランジスタ
470 トランジスタ
601 基板
602 フォトダイオード
608 接着層
613 基板
622 光
631 絶縁層
632 保護絶縁層
633 層間絶縁層
634 層間絶縁層
640 トランジスタ
641 電極層
642 電極層
643 導電層
644 電極層
645 ゲート電極層
656 トランジスタ
658 フォトダイオードリセット信号線
659 ゲート信号線
671 フォトセンサ出力信号線
672 フォトセンサ基準信号線
2701 筐体
2703 筐体
2705 表示部
2707 表示部
2711 軸部
2721 電源端子
2723 操作キー
2725 スピーカー
2800 筐体
2801 筐体
2802 表示パネル
2803 スピーカー
2804 マイクロフォン
2805 操作キー
2806 ポインティングデバイス
2807 カメラ用レンズ
2808 外部接続端子
2810 太陽電池セル
2811 外部メモリスロット
3001 本体
3002 筐体
3003 表示部
3004 キーボード
3021 本体
3022 スタイラス
3023 表示部
3024 操作ボタン
3025 外部インターフェイス
3051 本体
3053 接眼部
3054 操作スイッチ
3055 表示部(B)
3056 バッテリー
3057 表示部(A)
4001 基板
4002 画素部
4003 信号線駆動回路
4004 走査線駆動回路
4005 シール材
4006 基板
4008 液晶層
4010 トランジスタ
4011 トランジスタ
4013 液晶素子
4015 接続端子電極
4016 端子電極
4018 FPC
4018a FPC
4018b FPC
4019 異方性導電層
4020 絶縁層
4021 絶縁層
4023 絶縁層
4024 絶縁層
4030 電極層
4031 電極層
4032 絶縁層
4033 絶縁層
4035 スペーサ
4510 隔壁
4511 電界発光層
4513 発光素子
4514 充填材
4612 キャビティ
4613 球形粒子
4614 充填材
9601 筐体
9603 表示部
9605 スタンド
9630 筐体
9631 表示部
9632 操作キー
9633 太陽電池
9634 充放電制御回路
9635 バッテリー
9636 コンバータ
9637 コンバータ
405a ソース電極層
405b ドレイン電極層
4615a 黒色領域
4615b 白色領域
606a 半導体層
606b 半導体層
606c 半導体層
Claims (5)
- Inと、Gaと、Znと、を有する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜上の、金属酸化物と、を有し、
前記金属酸化物上から、前記酸化物半導体膜へ酸素を添加する半導体装置の作製方法であって、
前記金属酸化物は、前記酸化物半導体膜の構成元素から選択される一又は複数の金属元素を含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。 - Inと、Gaと、Znと、を有する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜上の、金属酸化物と、を有し、
前記金属酸化物上から、前記酸化物半導体膜へ酸素を添加する半導体装置の作製方法であって、
前記金属酸化物は、前記酸化物半導体膜の構成元素から選択される一又は複数の金属元素を含み、
前記添加される酸素の量は、前記酸化物半導体膜に含まれる水素の量よりも多いことを特徴とする半導体装置の作製方法。 - Inと、Gaと、Znと、を有する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜上の、金属酸化物と、を有し、
前記金属酸化物上から、前記酸化物半導体膜へ酸素を添加し、
前記酸化物半導体膜と、前記金属酸化物とを加熱して、前記酸化物半導体膜の脱水化又は脱水素化を行う半導体装置の作製方法であって、
前記金属酸化物は、前記酸化物半導体膜の構成元素から選択される1又は複数の金属元素を含み、
前記添加される酸素の量は、前記脱水化又は前記脱水素化された酸化物半導体膜に含まれる水素の量よりも多いことを特徴とする半導体装置の作製方法。 - ゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上の、Inと、Gaと、Znと、を有する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜上の、金属酸化物と、を有し、
前記金属酸化物上から、前記酸化物半導体膜へ酸素を添加する半導体装置の作製方法であって、
前記金属酸化物は、前記ゲート絶縁膜と同じ材料を含み、
前記添加される酸素の量は、前記酸化物半導体膜に含まれる水素の量よりも多いことを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか一において、
前記金属酸化物は、10nm以上200nm以下の膜厚を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
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