JP6250909B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
ン、マニュファクチャ、または、組成物(コンポジション・オブ・マター)に関する。特
に、本発明は、例えば、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、それらの駆動方法
、または、それらの製造方法に関する。特に、本発明は、例えば、酸化物半導体を有する
半導体装置、表示装置、または、発光装置に関する。特に、本発明は、例えば、トランジ
スタを有する半導体装置及びその作製方法に関する。
れているトランジスタは、ガラス基板上に形成されたアモルファスシリコン、単結晶シリ
コンまたは多結晶シリコンなどのシリコン半導体によって構成されている。また、該シリ
コン半導体を用いたトランジスタは、集積回路(IC)などにも利用されている。
る技術が注目されている。なお、本明細書中では、半導体特性を示す金属酸化物を酸化物
半導体とよぶことにする。
ランジスタを作製し、該トランジスタを表示装置の画素のスイッチング素子などに用いる
技術が開示されている(特許文献1及び特許文献2参照)。
も一方の電極は、トランジスタを構成するゲート電極、ソース電極又はドレイン電極など
遮光性を有する導電膜で形成されていることが多い。
において、液晶素子の液晶分子の配向を一定に保つことができる期間を長くすることがで
きる。静止画を表示させる場合、当該期間を長くできることは、画像データを書き換える
回数を低減することができ、消費電力の低減が望める。
には一対の電極が重畳している面積を大きくするという手段がある。しかしながら、液晶
表示装置において、一対の電極が重畳している面積を大きくするために遮光性を有する導
電膜の面積を大きくすると、画素の開口率が低減し、画像の表示品位が低下する。このよ
うな問題は、解像度の高い液晶表示装置において、特に顕著である。
量素子を有する半導体装置などを提供することを課題の一とする。また、本発明の一態様
は、表示不良が低減された半導体装置を提供することを課題の一とする。また、狭額縁化
を達成した半導体装置を提供することを課題の一とする。
一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課
題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、
図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
に形成される第1の導電膜と、トランジスタの一対の電極と同一表面上に形成される第2
の導電膜と、第1の導電膜及び第2の導電膜と電気的に接続する第1の透光性を有する導
電膜と、を有し、第2の導電膜は、トランジスタのゲート絶縁膜を介して第1の導電膜と
重畳することを特徴とする半導体装置である。
い、且つ第2の透光性を有する導電膜上に開口部が設けられた酸化物絶縁膜と、酸化物絶
縁膜上であって、且つ開口部において第2の透光性を有する導電膜に接する窒化物絶縁膜
と、トランジスタに接続し、且つ開口部において凹部が形成される第3の透光性を有する
導電膜と、を有していてもよい。
絶縁膜と、ゲート絶縁膜に接する酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜に接する一対の導電
膜と、を有し、第2の透光性を有する導電膜は、ゲート絶縁膜に接する。
を含む。
子を有する半導体装置を作製することができる。また、本発明の一態様により、表示不良
が低減された半導体装置を作製することができる。また、本発明の一態様により、狭額縁
化を達成した半導体装置を作製することができる。
は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及
び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は
、以下に示す実施の形態及び実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。また
、以下に説明する実施の形態及び実施例において、同一部分または同様の機能を有する部
分には、同一の符号または同一のハッチパターンを異なる図面間で共通して用い、その繰
り返しの説明は省略する。
明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されな
い。
めに付したものであり、数的に限定するものではない。そのため、例えば、「第1の」を
「第2の」または「第3の」などと適宜置き換えて説明することができる。
合などには入れ替わることがある。このため、本明細書においては、「ソース」や「ドレ
イン」という用語は、入れ替えて用いることができるものとする。
の中にある単位電荷が持つ静電エネルギー(電気的な位置エネルギー)のことをいう。た
だし、一般的に、ある一点における電位と基準となる電位(例えば接地電位)との電位差
のことを、単に電位もしくは電圧と呼び、電位と電圧が同義語として用いられることが多
い。このため、本明細書では特に指定する場合を除き、電位を電圧と読み替えてもよいし
、電圧を電位と読み替えてもよいこととする。
、フォトリソグラフィ工程で形成したマスクは除去するものとする。
本実施の形態では、本発明の一態様である半導体装置及びその作製方法について図面を
参照して説明する。
示装置は、画素部101と、走査線駆動回路104と、信号線駆動回路106と、各々が
平行または略平行に配設され、且つ走査線駆動回路104によって電位が制御されるm本
の走査線107と、各々が平行または略平行に配設され、且つ信号線駆動回路106によ
って電位が制御されるn本の信号線109と、を有する。さらに、画素部101はマトリ
クス状に配設された複数の画素301を有する。また、走査線107に沿って、各々が平
行または略平行に配設された容量線115を有する。なお、容量線115は、信号線10
9に沿って、各々が平行または略平行に配設されていてもよい。また、走査線駆動回路1
04及び信号線駆動回路106をまとめて駆動回路部という場合がある。
ずれかの行に配設されたn個の画素301と電気的に接続される。また、各信号線109
は、m行n列に配設された画素301のうち、いずれかの列に配設されたm個の画素30
1に電気的と接続される。m、nは、ともに1以上の整数である。また、各容量線115
は、m行n列に配設された画素301のうち、いずれかの行に配設されたn個の画素30
1と電気的に接続される。なお、容量線115が、信号線109に沿って、各々が平行ま
たは略平行に配設されている場合は、m行n列に配設された画素301のうち、いずれか
の列に配設されたm個の画素301に電気的に接続される。
構成を示している。
素子133_1と、を有する。
る。液晶素子132は、書き込まれるデータにより配向状態が設定される。なお、複数の
画素301のそれぞれが有する液晶素子132の一対の電極の一方に共通の電位(コモン
電位)を与えてもよい。また、各行の画素301毎の液晶素子132の一対の電極の一方
に異なる電位を与えてもよい。または、IPSモードやFFSモードの場合には、液晶素
子132の一対の電極の一方を、容量線CLに接続することも可能である。
Nモード、VAモード、ASM(Axially Symmetric Aligned
Micro−cell)モード、OCB(Optically Compensate
d Birefringence)モード、FLC(Ferroelectric Li
quid Crystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric
Liquid Crystal)モード、MVAモード、PVA(Patterned
Vertical Alignment)モード、IPSモード、FFSモード、または
TBA(Transverse Bend Alignment)モードなどを用いても
よい。また、液晶表示装置の駆動方法としては、上述した駆動方法の他、ECB(Ele
ctrically Controlled Birefringence)モード、P
DLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal)モード
、PNLC(Polymer Network Liquid Crystal)モード
、ゲストホストモードなどがある。ただし、これに限定されず、液晶素子及びその駆動方
式として様々なものを用いることができる。
により液晶素子を構成してもよい。ブルー相を示す液晶は、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。
電極の一方は、信号線DL_nに電気的に接続され、他方は液晶素子132の一対の電極
の他方に電気的に接続される。また、トランジスタ131_1のゲート電極は、走査線G
L_mに電気的に接続される。トランジスタ131_1は、オン状態またはオフ状態にな
ることにより、データ信号のデータの書き込みを制御する機能を有する。
)に電気的に接続され、他方は、液晶素子132の一対の電極の他方に電気的に接続され
る。なお、容量線CLの電位の値は、画素301の仕様に応じて適宜設定される。容量素
子133_1は、書き込まれたデータを保持する保持容量としての機能を有する。なお、
容量素子133_1の一対の電極の一方は、IPSモードやFFSモードの場合には、液
晶素子132の一対の電極の一方に電気的に接続されることも可能である。
より各行の画素301を順次選択し、トランジスタ131_1をオン状態にしてデータ信
号のデータを書き込む。
保持状態になる。これを行毎に順次行うことにより、画像を表示できる。
晶表示装置、半透過型液晶表示装置、反射型液晶表示装置、直視型液晶表示装置、投射型
液晶表示装置などがある。液晶素子の一例としては、液晶の光学的変調作用によって光の
透過または非透過を制御する素子がある。その素子は一対の電極と液晶層により構造され
ることが可能である。なお、液晶の光学的変調作用は、液晶にかかる電界(横方向の電界
、縦方向の電界または斜め方向の電界を含む)によって制御される。なお、具体的には、
液晶素子の一例としては、ネマチック液晶、コレステリック液晶、スメクチック液晶、デ
ィスコチック液晶、サーモトロピック液晶、リオトロピック液晶、低分子液晶、高分子液
晶、高分子分散型液晶(PDLC)、強誘電液晶、反強誘電液晶、主鎖型液晶、側鎖型高
分子液晶、バナナ型液晶などを挙げることができる。
置等を用いることができる。また、表示素子、表示素子を有する装置である表示装置、発
光素子、及び発光素子を有する装置である発光装置は、様々な形態を用いること、または
様々な素子を有することが出来る。表示素子、表示装置、発光素子または発光装置の一例
としては、LED(白色LED、赤色LED、緑色LED、青色LEDなど)、トランジ
スタ(電流に応じて発光するトランジスタ)、電子放出素子、液晶素子、電子インク、電
気泳動素子、グレーティングライトバルブ(GLV)、プラズマディスプレイ(PDP)
、MEMS(マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム)、デジタルマイクロミラー
デバイス(DMD)、DMS(デジタル・マイクロ・シャッター)、IMOD(インター
フェアレンス・モジュレーション)素子、圧電セラミックディスプレイ、カーボンナノチ
ューブ、など、電気磁気的作用により、コントラスト、輝度、反射率、透過率などが変化
する表示媒体を有するものがある。電子放出素子を用いた表示装置の一例としては、フィ
ールドエミッションディスプレイ(FED)またはSED方式平面型ディスプレイ(SE
D:Surface−conduction Electron−emitter Di
splay)などがある。電子インクまたは電気泳動素子を用いた表示装置の一例として
は、電子ペーパーなどがある。
ここでは、図1(B)に示す画素301の上面図を図2に示す。なお、図2においては、
対向電極及び液晶素子を省略する。
中左右方向)に延伸して設けられている。信号線として機能する導電膜310dは、走査
線に略直交する方向(図中上下方向)に延伸して設けられている。容量線として機能する
導電膜310fは、信号線と平行方向に延伸して設けられている。なお、走査線として機
能する導電膜304cは、走査線駆動回路104(図1(A)参照)と電気的に接続され
ており、信号線として機能する導電膜310d及び容量線として機能する導電膜310f
は、信号線駆動回路106(図1(A)参照)に電気的に接続されている。
スタ103は、ゲート電極として機能する導電膜304c、ゲート絶縁膜(図2に図示せ
ず)、ゲート絶縁膜上に形成されたチャネル領域が形成される酸化物半導体膜308b、
ソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜310d、導電膜310eにより構成
される。なお、導電膜304cは、走査線としても機能し、酸化物半導体膜308bと重
畳する領域がトランジスタ103のゲート電極として機能する。また、導電膜310dは
、信号線としても機能し、酸化物半導体膜308bと重畳する領域がトランジスタ103
のソース電極またはドレイン電極として機能する。また、図2において、走査線は、上面
形状において端部が酸化物半導体膜308bの端部より外側に位置する。このため、走査
線はバックライトなどの光源からの光を遮る遮光膜として機能する。この結果、トランジ
スタに含まれる酸化物半導体膜308bに光が照射されず、トランジスタの電気特性の変
動を抑制することができる。
有する導電膜316bと電気的に接続されている。
素電極として機能する透光性を有する導電膜316bと、トランジスタ103上に設けら
れる窒化物絶縁膜で形成される誘電体膜とで構成されている。即ち、容量素子105は透
光性を有する。また、容量素子105は、開口部362において容量線として機能する導
電膜310fと接続されている。
ましい。ただし、本発明の一態様は、これに限定されない。例えば、透光性を有する導電
膜316bは、FFSモード、IPSモード、MVAモードなどの液晶表示装置に設けら
れる画素電極のように、スリットを有する構造、櫛歯状とすることが可能である。
きく(大面積に)形成することができる。従って、開口率を高めつつ、代表的には55%
以上、好ましくは60%以上とすることが可能であると共に、電荷容量を増大させた液晶
表示装置を得ることができる。例えば、解像度の高い液晶表示装置においては、画素の面
積が小さくなり、容量素子の面積も小さくなる。このため、解像度の高い液晶表示装置に
おいて、容量素子に蓄積される電荷容量が小さくなる。しかしながら、本実施の形態に示
す容量素子105は透光性を有するため、当該容量素子を画素に設けることで、各画素に
おいて十分な電荷容量を得つつ、開口率を高めることができる。代表的には、画素密度が
200ppi以上、さらには300ppi以上である高解像度の液晶表示装置に好適に用
いることができる。
較して信号線として機能する導電膜310dと平行な辺の方が短い形状であり、且つ容量
線として機能する導電膜310fが、信号線として機能する導電膜310dと平行な方向
に延伸して設けられている。この結果、画素301に占める導電膜310fの面積を低減
することが可能であるため、開口率を高めることができる。また、容量線として機能する
導電膜310fが接続電極を用いず、直接透光性を有する導電膜308cと接するため、
さらに開口率を高めることができる。
できるため、バックライトなどの光源の光を効率よく利用することができ、液晶表示装置
の消費電力を低減することができる。
走査線駆動回路104及び信号線駆動回路106を含む駆動回路部(上面図を省略する)
の断面図をA−Bに示す。本実施の形態においては、半導体装置として、縦電界方式の液
晶表示装置について説明する。
素子322が挟持されている。
御する膜(以下、配向膜318、配向膜352という)と、液晶層320と、導電膜35
0と、を有する。なお、透光性を有する導電膜316bは、液晶素子322の一方の電極
として機能し、導電膜350は、液晶素子322の他方の電極として機能する。
装置は、複数の画素を駆動させる駆動回路等を含む。また、液晶表示装置は、別の基板上
に配置された制御回路、電源回路、信号生成回路及びバックライトモジュール等を含み、
液晶モジュールとよぶこともある。
機能する絶縁膜305及び絶縁膜306、チャネル領域が形成される酸化物半導体膜30
8a、ソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜310a、導電膜310bによ
りトランジスタ102を構成する。酸化物半導体膜308aは、ゲート絶縁膜上に設けら
れる。また、導電膜310a、導電膜310b上には、絶縁膜312、絶縁膜314が保
護膜として設けられている。
する絶縁膜305及び絶縁膜306、ゲート絶縁膜上に形成されたチャネル領域が形成さ
れる酸化物半導体膜308b、ソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜310
d、導電膜310eによりトランジスタ103を構成する。酸化物半導体膜308bは、
ゲート絶縁膜上に設けられる。また、導電膜310d、導電膜310e上には、絶縁膜3
12、絶縁膜314が保護膜として設けられている。
縁膜314に設けられた開口部において、導電膜310eと接続する。
する絶縁膜314、他方の電極として機能する透光性を有する導電膜316bにより容量
素子105を構成する。透光性を有する導電膜308cは、ゲート絶縁膜上に設けられる
。
膜304bと、導電膜310a、導電膜310b、導電膜310d、導電膜310eと同
時に形成された導電膜310cとは、透光性を有する導電膜316bと同時に形成された
透光性を有する導電膜316aで接続される。
絶縁膜305及び絶縁膜306に設けられた開口部において接続する。また、導電膜31
0cと透光性を有する導電膜316aは、絶縁膜312、絶縁膜314、絶縁膜305及
び絶縁膜306に設けられた開口部において接続する。なお、本実施の形態では、絶縁膜
314は窒化物絶縁膜を用いる。
8cの導電性を高めるために、絶縁膜312に開口部を設けている。該開口部において、
窒化物絶縁膜で形成される絶縁膜314と接することで、透光性を有する導電膜308c
は導電性が高くなる。導電性が高くなる理由については、後で詳細に説明する。
る。導電膜304aは、駆動回路部のトランジスタのゲート電極としての機能を有する。
また、導電膜304cは、画素部101に形成され、画素部のトランジスタのゲート電極
として機能する。また、導電膜304bは、走査線駆動回路104に形成され、導電膜3
10cと接続する。
の耐熱性を有している必要がある。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サ
ファイア基板等を、基板302として用いてもよい。また、シリコンや炭化シリコンなど
の単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウム等の化合物半導体基板、
SOI基板等を適用することも可能であり、これらの基板上に半導体素子が設けられたも
のを、基板302として用いてもよい。なお、基板302として、ガラス基板を用いる場
合、第6世代(1500mm×1850mm)、第7世代(1870mm×2200mm
)、第8世代(2200mm×2400mm)、第9世代(2400mm×2800mm
)、第10世代(2950mm×3400mm)等の大面積基板を用いることで、大型の
液晶表示装置を作製することができる。
成してもよい。または、基板302とトランジスタの間に剥離層を設けてもよい。剥離層
は、その上に素子部を一部あるいは全部完成させた後、基板302より分離し、他の基板
に転載するのに用いることができる。その際、トランジスタは耐熱性の劣る基板や可撓性
の基板にも転載できる。
銅、タンタル、チタン、モリブデン、タングステンから選ばれた金属元素、または上述し
た金属元素を成分とする合金か、上述した金属元素を組み合わせた合金等を用いて形成す
ることができる。また、マンガン、ジルコニウムのいずれか一または複数から選択された
金属元素を用いてもよい。また、導電膜304a、導電膜304b、導電膜304cは、
単層構造でも、二層以上の積層構造としてもよい。例えば、シリコンを含むアルミニウム
膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にチタ
ン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、窒化タ
ンタル膜または窒化タングステン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、チタン膜と
、そのチタン膜上にアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチタン膜を形成する三層構
造等がある。また、アルミニウムに、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、ク
ロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた元素の膜、または複数組み合わせた合金膜、
もしくは窒化膜を用いてもよい。
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
ム亜鉛酸化物、酸化シリコンを添加したインジウム錫酸化物等の透光性を有する導電性材
料を適用することもできる。また、上記透光性を有する導電性材料と、上記金属元素の積
層構造とすることもできる。
機能する絶縁膜305との間に、In−Ga−Zn系酸窒化物半導体膜、In−Sn系酸
窒化物半導体膜、In−Ga系酸窒化物半導体膜、In−Zn系酸窒化物半導体膜、Sn
系酸窒化物半導体膜、In系酸窒化物半導体膜、金属窒化膜(InN、ZnN等)等を設
けてもよい。これらの膜は5eV以上、好ましくは5.5eV以上の仕事関数を有し、酸
化物半導体の電子親和力よりも大きい値であるため、酸化物半導体を用いたトランジスタ
のしきい値電圧をプラスにシフトすることができ、所謂ノーマリーオフ特性のスイッチン
グ素子を実現できる。例えば、In−Ga−Zn系酸窒化物半導体膜を用いる場合、少な
くとも酸化物半導体膜308a、酸化物半導体膜308bより高い窒素濃度、具体的には
7原子%以上のIn−Ga−Zn系酸窒化物半導体膜を用いる。
05、絶縁膜306が形成されている。絶縁膜305、絶縁膜306は、駆動回路部のト
ランジスタのゲート絶縁膜、及び画素部101のトランジスタのゲート絶縁膜としての機
能を有する。
窒化酸化アルミニウム等の窒化物絶縁膜を用いて形成することが好ましい。
窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ガリウムまたはGa−Zn系金
属酸化物、などを用いればよく、積層または単層で設ける。また、絶縁膜306としては
、ハフニウムシリケート(HfSixOy)、窒素が添加されたハフニウムシリケート、
ハフニウムアルミネート(HfAlxOy)、窒素が添加されたハフニウムアルミネート
、酸化ハフニウム、酸化イットリウムなどのhigh−k材料を用いることでトランジス
タのゲートリークを低減できる。
しくは10nm以上300nm以下、より好ましくは50nm以上250nm以下とする
とよい。
する導電膜308cが形成されている。酸化物半導体膜308aは、導電膜304aと重
畳する位置に形成され、駆動回路部のトランジスタのチャネル領域として機能する。また
、酸化物半導体膜308bは、導電膜304cと重畳する位置に形成され、画素部のトラ
ンジスタのチャネル領域として機能する。透光性を有する導電膜308cは、容量素子1
05の一方の電極として機能する。
cは、代表的には、In−Ga酸化物膜、In−Zn酸化物膜、In−M−Zn酸化物膜
(MはAl、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd、またはHf)がある。
308cがIn−M−Zn酸化物膜であるとき、InおよびMの和を100atomic
%としたとき、InおよびMの原子数比率は、好ましくは、Inが25atomic%以
上、Mが75atomic%未満、さらに好ましくはInが34atomic%以上、M
が66atomic%未満とする。
cは、エネルギーギャップが2eV以上、好ましくは2.5eV以上、より好ましくは3
eV以上である。このように、エネルギーギャップの広い酸化物半導体を用いることで、
トランジスタのオフ電流を低減することができる。
cの厚さは、3nm以上200nm以下、好ましくは3nm以上100nm以下、さらに
好ましくは3nm以上50nm以下とする。
cとしてIn:Ga:Zn=1:1:1または3:1:2の原子数比のIn−Ga−Zn
酸化物を用いることができる。なお、酸化物半導体膜308a、酸化物半導体膜308b
、及び透光性を有する導電膜308cの原子数比はそれぞれ、誤差として上記の原子数比
のプラスマイナス20%の変動を含む。
cは共に、ゲート絶縁膜上(ここでは、絶縁膜306上)に形成されるが、不純物濃度が
異なる。具体的には、酸化物半導体膜308a、酸化物半導体膜308bと比較して、透
光性を有する導電膜308cの不純物濃度が高い。例えば、酸化物半導体膜308a、酸
化物半導体膜308bに含まれる水素濃度は、5×1019atoms/cm3未満、好
ましくは5×1018atoms/cm3未満、好ましくは1×1018atoms/c
m3以下、より好ましくは5×1017atoms/cm3以下、さらに好ましくは1×
1016atoms/cm3以下であり、透光性を有する導電膜308cに含まれる水素
濃度は、8×1019atoms/cm3以上、好ましくは1×1020atoms/c
m3以上、より好ましくは5×1020atoms/cm3以上である。また、酸化物半
導体膜308a、酸化物半導体膜308bと比較して、透光性を有する導電膜308cに
含まれる水素濃度は2倍、好ましくは10倍以上である。
08bより抵抗率が低い。透光性を有する導電膜308cの抵抗率が、酸化物半導体膜3
08a、酸化物半導体膜308bの抵抗率の1×10−8倍以上1×10−1倍以下で有
ることが好ましく、代表的には1×10−3Ωcm以上1×104Ωcm未満、さらに好
ましくは、抵抗率が1×10−3Ωcm以上1×10−1Ωcm未満であるとよい。
るシリコンや炭素が含まれると、酸化物半導体膜308a、酸化物半導体膜308bにお
いて酸素欠損が増加し、n型化してしまう。このため、酸化物半導体膜308a、酸化物
半導体膜308bにおけるシリコンや炭素の濃度(二次イオン質量分析法により得られる
濃度)を、2×1018atoms/cm3以下、好ましくは2×1017atoms/
cm3以下とする。
析法により得られるアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度を、1×1018ato
ms/cm3以下、好ましくは2×1016atoms/cm3以下にする。アルカリ金
属及びアルカリ土類金属は、酸化物半導体と結合するとキャリアを生成する場合があり、
トランジスタのオフ電流が増大してしまうことがある。このため、酸化物半導体膜308
a、酸化物半導体膜308bのアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度を低減するこ
とが好ましい。
ャリアである電子が生じ、キャリア密度が増加し、n型化しやすい。この結果、窒素が含
まれている酸化物半導体を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。従っ
て、当該酸化物半導体膜において、窒素はできる限り低減されていることが好ましい、例
えば、二次イオン質量分析法により得られる窒素濃度は、5×1018atoms/cm
3以下にすることが好ましい。
物半導体膜を用いる。例えば、酸化物半導体膜308a、酸化物半導体膜308bは、キ
ャリア密度が1×1017個/cm3以下、好ましくは1×1015個/cm3以下、さ
らに好ましくは1×1013個/cm3以下、より好ましくは1×1011個/cm3以
下の酸化物半導体膜を用いる。
果移動度、しきい値電圧等)に応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とす
るトランジスタの半導体特性を得るために、酸化物半導体膜308a、酸化物半導体膜3
08bのキャリア密度や不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間距離
、密度等を適切なものとすることが好ましい。
等の、酸化物半導体膜との界面特性を向上させることが可能な材料で形成される膜と接し
ているため、酸化物半導体膜308a、酸化物半導体膜308bは、半導体として機能し
、酸化物半導体膜308a、酸化物半導体膜308bを有するトランジスタは、優れた電
気特性を有する。
欠陥準位密度の低い酸化物半導体膜を用いることで、優れた電気特性を有するトランジス
タを作製することができ好ましい。ここでは、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低い(
酸素欠損の少ない)ことを高純度真性または実質的に高純度真性とよぶ。高純度真性また
は実質的に高純度真性である酸化物半導体は、キャリア発生源が少ないため、キャリア密
度を低くすることができる場合がある。従って、当該酸化物半導体膜にチャネル領域が形
成されるトランジスタは、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性(ノーマリーオンとも
いう)になることが少ない場合がある。また、高純度真性または実質的に高純度真性であ
る酸化物半導体膜は、欠陥準位密度が低いため、トラップ準位密度も低くなる場合がある
。また、高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、オフ電流が著し
く小さく、チャネル幅が1×106μmでチャネル長Lが10μmの素子であっても、ソ
ース電極とドレイン電極間の電圧(ドレイン電圧)が1Vから10Vの範囲において、オ
フ電流が、半導体パラメータアナライザの測定限界以下、すなわち1×10−13A以下
という特性を得ることができる。従って、当該酸化物半導体膜にチャネル領域が形成され
るトランジスタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる場合があ
る。なお、酸化物半導体膜のトラップ準位に捕獲された電荷は、消失するまでに要する時
間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、トラップ準位密度
の高い酸化物半導体膜にチャネル領域が形成されるトランジスタは、電気特性が不安定と
なる場合がある。不純物としては、水素、窒素、アルカリ金属、またはアルカリ土類金属
等がある。
化物絶縁膜で形成される絶縁膜314と接する。絶縁膜314は、外部からの不純物、例
えば、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等が、酸化物半導体膜へ拡散するのを防ぐ材
料で形成される膜であり、更には水素を含む。このため、絶縁膜314の水素が酸化物半
導体膜308a、酸化物半導体膜308bと同時に形成された酸化物半導体膜に拡散する
と、該酸化物半導体膜において水素は酸素と結合し、キャリアである電子を生成する。こ
の結果、酸化物半導体膜は、導電性が高くなり導体として機能する。即ち、導電性の高い
酸化物半導体膜ともいえる。ここでは、酸化物半導体膜308a、酸化物半導体膜308
bと同様の材料を主成分とし、且つ水素濃度が酸化物半導体膜308a、酸化物半導体膜
308bより高いことにより、導電性が高められた金属酸化物を、透光性を有する導電膜
308cとよぶ。
308cは、例えば非単結晶構造でもよい。非単結晶構造は、例えば、後述するCAAC
−OS(C Axis Aligned Crystalline Oxide Sem
iconductor)、多結晶構造、後述する微結晶構造、または非晶質構造を含む。
非単結晶構造において、非晶質構造は最も欠陥準位密度が高く、CAAC−OSは最も欠
陥準位密度が低い。なお、酸化物半導体膜308a、酸化物半導体膜308b、及び透光
性を有する導電膜308cは、結晶性が同じである。
308cが、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域、多結晶構造の領域、CAAC−OS
の領域、単結晶構造の領域の二種以上を有する混合膜であってもよい。混合膜は、例えば
、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域、多結晶構造の領域、CAAC−OSの領域、単
結晶構造の領域のいずれか二種以上の領域を有する場合がある。また、混合膜は、例えば
、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域、多結晶構造の領域、CAAC−OSの領域、単
結晶構造の領域のいずれか二種以上の領域の積層構造を有する場合がある。
8cは、場合によっては、絶縁膜314と接していないことも可能である。
cは、場合によっては、酸化物半導体膜308a、または、酸化物半導体膜308bと別
々の工程で形成されてもよい。その場合には、透光性を有する導電膜308cは、酸化物
半導体膜308a、酸化物半導体膜308bと、異なる材質を有していても良い。例えば
、透光性を有する導電膜308cは、インジウム錫酸化物(以下、ITOと示す)、また
は、インジウム亜鉛酸化物等を用いて形成有してもよい。
子の一方となる電極を形成する。また、画素電極として機能する透光性を有する導電膜を
容量素子の他方の電極として用いる。これらのため、容量素子を形成するために、新たに
導電膜を形成する工程が不要であり、液晶表示装置の作製工程を削減できる。また、容量
素子は、一対の電極が透光性を有する導電膜で形成されているため、透光性を有する。こ
の結果、容量素子の占有面積を大きくしつつ、画素の開口率を高めることができる。
は、導電材料として、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジ
ルコニウム、モリブデン、銀、タンタル、またはタングステンからなる単体金属、または
これを主成分とする合金を単層構造または積層構造として用いる。例えば、シリコンを含
むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、タング
ステン膜上にチタン膜を積層する二層構造、銅−マグネシウム−アルミニウム合金膜上に
銅膜を積層する二層構造、チタン膜または窒化チタン膜と、そのチタン膜または窒化チタ
ン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にチタン膜または窒化
チタン膜を形成する三層構造、モリブデン膜または窒化モリブデン膜と、そのモリブデン
膜または窒化モリブデン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上
にモリブデン膜または窒化モリブデン膜を形成する三層構造等がある。なお、酸化インジ
ウム、酸化錫または酸化亜鉛を含む透明導電材料を用いてもよい。
縁を縮小することができるため、駆動回路部の占有面積を低減することができる。よって
、表示装置の狭額縁化を図ることができる。
電膜308c、及び導電膜310a、導電膜310b、導電膜310c、導電膜310d
、導電膜310e上には、絶縁膜312、絶縁膜314が形成されている。絶縁膜312
は、絶縁膜306と同様に、酸化物半導体膜との界面特性を向上させることが可能な材料
を用いることが好ましく、酸化物絶縁膜を用いて形成することができる。ここでは、絶縁
膜312としては、絶縁膜312a、絶縁膜312bを積層して形成する。
に形成する絶縁膜312bを形成する際の、酸化物半導体膜308a、酸化物半導体膜3
08b、及び透光性を有する導電膜308cへのダメージ緩和膜としても機能する。
0nm以下の酸化シリコン、酸化窒化シリコン等を用いることができる。なお、本明細書
中において、酸化窒化シリコン膜とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多い
膜を指し、窒化酸化シリコン膜とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い膜
を指す。
より、シリコンのダングリングボンドに由来するg=2.001に現れる信号のスピン密
度が3×1017spins/cm3以下であることが好ましい。これは、絶縁膜312
aに含まれる欠陥密度が多いと、当該欠陥に酸素が結合してしまい、絶縁膜312aにお
ける酸素の透過量率が減少してしまうためである。
性を有する導電膜308cとの界面における欠陥量が少ないことが好ましく、代表的には
、ESR測定により、酸化物半導体膜308a、酸化物半導体膜308b、及び透光性を
有する導電膜308cの欠陥に由来するg=1.93に現れる信号のスピン密度が1×1
017spins/cm3以下、さらには検出下限以下であることが好ましい。
312aの外部に移動せず、絶縁膜312aにとどまる酸素もある。また、絶縁膜312
aに酸素が入ると共に、絶縁膜312aに含まれる酸素が絶縁膜312aの外部へ移動す
ることで絶縁膜312aにおいて酸素の移動が生じる場合もある。
設けられる絶縁膜312bから脱離する酸素を、絶縁膜312aを介して酸化物半導体膜
308a、酸化物半導体膜308b、及び透光性を有する導電膜308cに移動させるこ
とができる。
化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜を用いて形成する。化
学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜は、加熱により酸素の一
部が脱離する。化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜は、T
DS分析にて、酸素原子に換算しての酸素の脱離量が1.0×1018atoms/cm
3以上、好ましくは3.0×1020atoms/cm3以上である酸化物絶縁膜である
。
上400nm以下の、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜等を用いることができる。
より、シリコンのダングリングボンドに由来するg=2.001に現れる信号のスピン密
度が1.5×1018spins/cm3未満、更には1×1018spins/cm3
以下であることが好ましい。なお、絶縁膜312bは、絶縁膜312aと比較して酸化物
半導体膜308a、酸化物半導体膜308b、及び透光性を有する導電膜308cから離
れているため、絶縁膜312aより、欠陥密度が多くともよい。
ング効果を有する窒化物絶縁膜を設けることで、酸化物半導体膜308a、酸化物半導体
膜308b、及び透光性を有する導電膜308cからの酸素の外部への拡散を防ぐことが
できる。窒化物絶縁膜としては、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化アルミニウム、
窒化酸化アルミニウム等がある。
る窒化物絶縁膜上に、酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する酸化物絶縁膜を設け
てもよい。酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する酸化物絶縁膜としては、酸化ア
ルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウ
ム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム等がある。また、容量
素子の電荷容量を制御するため、酸素、水素、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等の
ブロッキング効果を有する窒化物絶縁膜上に窒化物絶縁膜または酸化物絶縁膜を適宜設け
てもよい。
6bが形成されている。透光性を有する導電膜316aは、開口部364a(図6(C)
参照)において導電膜304b及び導電膜310cと電気的に接続される。即ち、導電膜
304b及び導電膜310cを接続する接続電極として機能する。透光性を有する導電膜
316bは、開口部364b(図6(C)参照)において導電膜310eと電気的に接続
され、画素の画素電極としての機能を有する。また、透光性を有する導電膜316bは、
容量素子の一対の電極の一方として機能することができる。
電膜310cを形成する前に、絶縁膜305、絶縁膜306に開口部を形成するためにパ
ターニングを行い、マスクを形成する必要がある。しかしながら、図3のように、透光性
を有する導電膜316aにより、導電膜304b及び導電膜310cを接続することで、
導電膜304b及び導電膜310cが直接接する接続部を作製する必要が無くなり、フォ
トマスクを1枚少なくすることができる。即ち、液晶表示装置の作製工程を削減すること
が可能である。
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、ITO、インジウ
ム亜鉛酸化物、酸化シリコン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。
の膜厚は、40nm以上100nm以下、さらには50nm以上90nm以下とすること
が好ましい。このような膜厚とすることで、液晶材料のプレチルト角を大きくすることが
可能である。液晶材料のプレチルト角を大きくすることで、ディスクリネーションを低減
することが可能である。
ている。有色膜346は、カラーフィルタとしての機能を有する。また、有色膜346に
隣接する遮光膜344が基板342上に形成される。遮光膜344は、ブラックマトリク
スとして機能する。また、有色膜346は、必ずしも設ける必要はなく、例えば、液晶表
示装置が白黒の場合等によって、有色膜346を設けない構成としてもよい。
赤色の波長帯域の光を透過する赤色(R)のカラーフィルタ、緑色の波長帯域の光を透過
する緑色(G)のカラーフィルタ、青色の波長帯域の光を透過する青色(B)のカラーフ
ィルタなどを用いることができる。
膜または黒色顔料等を含んだ有機絶縁膜などを用いることができる。
層としての機能、または有色膜346が含有しうる不純物を液晶素子側へ拡散するのを抑
制する機能を有する。
の液晶素子が有する一対の電極の他方としての機能を有する。なお、透光性を有する導電
膜316a及び透光性を有する導電膜316b上には、配向膜318が形成され、導電膜
350上には、配向膜352が形成されている。
との間には、液晶層320が形成されている。また、液晶層320は、シール材(図示し
ない)を用いて、基板302と基板342の間に封止されている。なお、シール材は、外
部からの水分等の入り込みを抑制するために、無機材料と接触する構成が好ましい。
との間に液晶層320の厚さ(セルギャップともいう)を維持するスペーサを設けてもよ
い。
図4乃至図7を用いて説明する。なお、ここでは、基板302上に設けられた素子部とし
ては、基板302と配向膜318に挟まれた領域のことをさす。
膜304a、導電膜304b、導電膜304cを形成する。なお、導電膜304a、導電
膜304b、導電膜304cの形成は、所望の領域に第1のパターニングによるマスクの
形成を行い、該マスクに覆われていない領域をエッチングすることで形成することができ
る。(図4(A)参照)。
法、CVD法、スパッタリング法、スピンコート法等を用いて形成することができる。
膜305を形成し、絶縁膜305上に絶縁膜306を形成する(図4(A)参照)。
ができる。なお、絶縁膜305及び絶縁膜306は、真空中で連続して形成すると不純物
の混入が抑制され好ましい。
ーアブレーション法などを用いて形成することができる。
308a、酸化物半導体膜308b、酸化物半導体膜308dを形成する。なお、酸化物
半導体膜308a、酸化物半導体膜308b、酸化物半導体膜308dの形成は、所望の
領域に第2のパターニングによるマスクの形成を行い、該マスクに覆われていない領域を
エッチングすることで形成することができる。エッチングとしては、ドライエッチング、
ウエットエッチング、または双方を組み合わせたエッチングを用いることができる(図4
(C)参照)。
、酸化物半導体膜308dに含まれる水素、水等を脱離させ、酸化物半導体膜308a、
酸化物半導体膜308b、酸化物半導体膜308dに含まれる水素及び水を低減してもよ
い。この結果、高純度化された酸化物半導体膜308a、酸化物半導体膜308b、酸化
物半導体膜308dを形成することができる。該加熱処理の温度は、代表的には、250
℃以上650℃以下、好ましくは300℃以上500℃以下とする。なお、該加熱処理の
温度を、代表的には、300℃以上400℃以下、好ましくは320℃以上370℃以下
とすることで、大面積基板においても基板の反りやシュリンクを低減することが可能であ
り、歩留まりが向上する。
とで、短時間に限り、基板の歪み点以上の温度で熱処理を行うことができる。そのため加
熱処理時間を短縮することが可能であり、加熱処理中の基板の反りを低減することが可能
であり、大面積基板において特に好ましい。
は1ppm以下、好ましくは10ppb以下の空気)、または希ガス(アルゴン、ヘリウ
ム等)の雰囲気下で行えばよい。なお、上記窒素、酸素、超乾燥空気、または希ガスに水
素、水等が含まれないことが好ましい。また、窒素または希ガス雰囲気で加熱処理した後
、酸素または超乾燥空気雰囲気で加熱してもよい。この結果、酸化物半導体膜中に含まれ
る水素、水等を脱離させると共に、酸化物半導体膜中に酸素を供給することができる。こ
の結果、酸化物半導体膜中に含まれる酸素欠損量を低減することができる。
半導体膜308d上に導電膜309を形成する(図5(A)参照)。
、導電膜310c、導電膜310d、導電膜310eを形成する。なお、導電膜310a
、導電膜310b、導電膜310c、導電膜310d、導電膜310eは、所望の領域に
第3のパターニングによるマスクの形成を行い、該マスクに覆われていない領域をエッチ
ングすることで形成することができる(図5(B)参照)。
導電膜304bと導電膜310cを、透光性を有する導電膜316aを介して電気的に接
続できるため、駆動回路部の占有面積を低減することができる。よって、表示装置の狭額
縁化を図ることができる。また、透光性を有する導電膜316aと導電膜310cの接触
面積を広くすることで、接触抵抗を低減することができる。
体膜308d、及び導電膜310a、導電膜310b、導電膜310c、導電膜310d
、導電膜310e上を覆うように、絶縁膜311a、絶縁膜311bが積層された絶縁膜
311を形成する(図5(C)参照)。
形成することが好ましい。絶縁膜311aを形成した後、大気開放せず、原料ガスの流量
、圧力、高周波電力及び基板温度の一以上を調整して、絶縁膜311bを連続的に形成す
ることで、絶縁膜311a、絶縁膜311bにおける界面の大気成分由来の不純物濃度を
低減することができると共に、絶縁膜311bに含まれる酸素を酸化物半導体膜308a
、酸化物半導体膜308b、酸化物半導体膜308dに移動させることが可能であり、酸
化物半導体膜308a、酸化物半導体膜308b、酸化物半導体膜308dの酸素欠損量
を低減することができる。
基板を180℃以上400℃以下、好ましくは200℃以上370℃以下に保持し、処理
室に原料ガスを導入して処理室内における圧力を20Pa以上250Pa以下、さらに好
ましくは100Pa以上250Pa以下とし、処理室内に設けられる電極に高周波電力を
供給する条件により、酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を形成することができる
。
ることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、ト
リシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、
二酸化窒素等がある。
ることができる。また、絶縁膜311aを設けることで、後に形成する絶縁膜311bの
形成工程において、酸化物半導体膜308a、酸化物半導体膜308b、酸化物半導体膜
308dへのダメージ低減が可能である。
基板を280℃以上400℃以下に保持し、処理室に原料ガスを導入して処理室内におけ
る圧力を100Pa以上250Pa以下とし、処理室内に設けられる電極に高周波電力を
供給する条件により、絶縁膜311aとして、酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜
を形成することができる。
及び酸素の結合力が強くなる。この結果、絶縁膜311aとして、酸素が透過し、緻密で
あり、且つ硬い酸化物絶縁膜、代表的には、25℃において0.5重量%のフッ酸に対す
るエッチング速度が10nm/分以下、好ましくは8nm/分以下である酸化シリコン膜
または酸化窒化シリコン膜を形成することができる。
おいて酸化物半導体膜308a、酸化物半導体膜308b、酸化物半導体膜308dに含
まれる水素、水等を脱離させることができる。
、酸化物半導体膜308b、酸化物半導体膜308dが露出された状態での加熱時間が少
なく、加熱処理による酸化物半導体膜からの酸素の脱離量を低減することができる。即ち
、酸化物半導体膜中に含まれる酸素欠損量を低減することができる。
aに含まれる水の含有量が少なくなるため、トランジスタの電気特性のばらつきを低減す
ると共に、しきい値電圧の変動を抑制することができる。
成膜する際に、酸化物半導体膜308a、酸化物半導体膜308b、酸化物半導体膜30
8dへのダメージを低減することが可能であり、酸化物半導体膜308a、酸化物半導体
膜308b、酸化物半導体膜308dに含まれる酸素欠損量を低減することができる。特
に、絶縁膜311aまたは後に形成される絶縁膜311bの成膜温度を高くする、代表的
には220℃より高い温度とすることで、酸化物半導体膜308a、酸化物半導体膜30
8b、酸化物半導体膜308dに含まれる酸素の一部が脱離し、酸素欠損が形成されやす
い。また、トランジスタの信頼性を高めるため、後に形成する絶縁膜311bの欠陥量を
低減するための成膜条件を用いると、酸素脱離量が低減しやすい。これらの結果、酸化物
半導体膜308a、酸化物半導体膜308b、酸化物半導体膜308dの酸素欠損を低減
することが困難な場合がある。しかしながら、処理室の圧力を100Pa以上250Pa
以下とし、絶縁膜311aの成膜時における酸化物半導体膜308a、酸化物半導体膜3
08b、酸化物半導体膜308dへのダメージを低減することで、絶縁膜311bからの
少ない酸素脱離量でも酸化物半導体膜308a、酸化物半導体膜308b、酸化物半導体
膜308d中の酸素欠損を低減することが可能である。
絶縁膜311aに含まれる水素含有量を低減することが可能である。この結果、酸化物半
導体膜308a、酸化物半導体膜308b、酸化物半導体膜308dに混入する水素量を
低減できるため、トランジスタのしきい値電圧のマイナスシフトを抑制することができる
。
基板を180℃以上280℃以下、さらに好ましくは200℃以上240℃以下に保持し
、処理室に原料ガスを導入して処理室内における圧力を100Pa以上250Pa以下、
さらに好ましくは100Pa以上200Pa以下とし、処理室内に設けられる電極に0.
17W/cm2以上0.5W/cm2以下、さらに好ましくは0.25W/cm2以上0
.35W/cm2以下の高周波電力を供給する条件により、酸化シリコン膜または酸化窒
化シリコン膜を形成する。
ることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、ト
リシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、
二酸化窒素等がある。
電力を供給することで、プラズマ中で原料ガスの分解効率が高まり、酸素ラジカルが増加
し、原料ガスの酸化が進むため、絶縁膜311b中における酸素含有量が化学量論的組成
よりも多くなる。しかしながら、基板温度が、上記絶縁膜311bの成膜温度であると、
シリコンと酸素の結合力が弱いため、加熱により酸素の一部が脱離する。この結果、化学
量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含み、加熱により酸素の一部が脱離する酸化
物絶縁膜を形成することができる。また、酸化物半導体膜308a、酸化物半導体膜30
8b、酸化物半導体膜308d上に絶縁膜311aが設けられている。このため、絶縁膜
311bの形成工程において、絶縁膜311aが酸化物半導体膜308a、酸化物半導体
膜308b、酸化物半導体膜308dの保護膜となる。この結果、酸化物半導体膜308
a、酸化物半導体膜308b、酸化物半導体膜308dへのダメージを低減しつつ、高い
パワー密度の高周波電力を用いて絶縁膜311bを形成することができる。
気体の流量を増加することで、絶縁膜311bの欠陥量を低減することが可能である。代
表的には、ESR測定により、シリコンのダングリングボンドに由来するg=2.001
に現れる信号のスピン密度が6×1017spins/cm3未満、好ましくは3×10
17spins/cm3以下、好ましくは1.5×1017spins/cm3以下であ
る欠陥量の少ない酸化物絶縁膜を形成することができる。この結果、トランジスタの信頼
性を高めることができる。
満、好ましくは200℃以上450℃以下、更に好ましくは300℃以上450℃以下と
する。なお、該加熱処理の温度を、代表的には、300℃以上400℃以下、好ましくは
320℃以上370℃以下とすることで、大面積基板においても基板の反りやシュリンク
を低減することが可能であり、歩留まりが向上する。
で、短時間に限り、基板の歪み点以上の温度で熱処理を行うことができる。そのため加熱
処理時間を短縮することができる。
pm以下、好ましくは10ppb以下の空気)、または希ガス(アルゴン、ヘリウム等)
の雰囲気下で行えばよい。なお、上記窒素、酸素、超乾燥空気、または希ガスに水素、水
等が含まれないことが好ましい。
、酸化物半導体膜308b、酸化物半導体膜308dに移動させ、酸化物半導体膜308
a、酸化物半導体膜308b、酸化物半導体膜308dに含まれる酸素欠損を低減するこ
とが可能である。この結果、酸化物半導体膜308a、酸化物半導体膜308b、酸化物
半導体膜308dに含まれる酸素欠損量をさらに低減することができる。
ロッキングする機能を有する絶縁膜313を後に形成し、加熱処理を行うと、絶縁膜31
1a、絶縁膜311bに含まれる水、水素等が、酸化物半導体膜308a、酸化物半導体
膜308b、酸化物半導体膜308dに移動し、酸化物半導体膜308a、酸化物半導体
膜308b、酸化物半導体膜308dに欠陥が生じてしまう。しかしながら、当該加熱に
より、絶縁膜311a、絶縁膜311bに含まれる水、水素等を脱離させることが可能で
あり、トランジスタの電気特性のばらつきを低減すると共に、しきい値電圧の変動を抑制
することができる。
体膜308a、酸化物半導体膜308b、酸化物半導体膜308dに酸素を移動させ、酸
化物半導体膜308a、酸化物半導体膜308b、酸化物半導体膜308dに含まれる酸
素欠損を低減することが可能であるため、当該加熱処理を行わなくともよい。
際、導電膜のエッチングによって、酸化物半導体膜308a、酸化物半導体膜308b、
酸化物半導体膜308dはダメージを受け、酸化物半導体膜308a、酸化物半導体膜3
08bのバックチャネル(酸化物半導体膜308a、酸化物半導体膜308bにおいて、
ゲート電極として機能する導電膜304a、導電膜304cと対向する面と反対側の面)
側に酸素欠損が生じる。しかし、絶縁膜311bに化学量論的組成を満たす酸素よりも多
くの酸素を含む酸化物絶縁膜を適用することで、加熱処理によって当該バックチャネル側
に生じた酸素欠損を修復することができる。これにより、酸化物半導体膜308a、酸化
物半導体膜308bに含まれる欠陥を低減することができるため、トランジスタの信頼性
を向上させることができる。
を形成する。なお、絶縁膜311、及び開口部362の形成は、所望の領域に第4のパタ
ーニングによるマスクの形成を行い、該マスクに覆われていない領域をエッチングするこ
とで、形成することができる(図6(A)参照)。なお、導電膜304bと重畳する領域
の絶縁膜311の一部においても、エッチングする。
開口部362の形成方法としては、例えば、ドライエッチング法を用いることができる。
ただし、開口部362の形成方法としては、これに限定されず、ウエットエッチング法、
またはドライエッチング法とウエットエッチング法を組み合わせた形成方法としてもよい
。
成する(図6(B)参照)。
アルカリ土類金属等が、酸化物半導体膜へ拡散するのを防ぐ材料を用いることが好ましく
、更には水素を含むことが好ましく、代表的には窒素を含む無機絶縁材料、例えば窒化物
絶縁膜を用いることができる。絶縁膜313としては、例えば、CVD法を用いて形成す
ることができる。
が、酸化物半導体膜へ拡散するのを防ぐ材料で形成される膜であり、更には水素を含む。
このため、絶縁膜313の水素が酸化物半導体膜308dに拡散すると、該酸化物半導体
膜308dにおいて水素は酸素と結合し、キャリアである電子が生成される。この結果、
酸化物半導体膜308dは、導電性が高くなり、透光性を有する導電膜308cとなる。
ましく、例えば基板温度100℃以上400℃以下、より好ましくは300℃以上400
℃以下の温度で加熱して成膜することが好ましい。また、高温で成膜する場合は、酸化物
半導体膜308a、酸化物半導体膜308bとして用いる酸化物半導体から酸素が脱離し
、キャリア濃度が上昇する現象が発生することがあるため、このような現象が発生しない
温度とする。
工することで、絶縁膜314、及び開口部364a、開口部364bを形成する。なお、
絶縁膜314、及び開口部364a、開口部364bは、所望の領域に第5のパターニン
グによるマスクの形成を行い、該マスクに覆われていない領域をエッチングすることで形
成することができる(図6(C)参照)。
形成する。また、開口部364bは、導電膜310eが露出するように形成する。
グ法を用いることができる。ただし、開口部364a、開口部364bの形成方法として
は、これに限定されず、ウエットエッチング法、またはドライエッチング法とウエットエ
ッチング法を組み合わせた形成方法としてもよい。
305、絶縁膜306、導電膜310c上の膜の被覆性を向上することができる。
導電膜315を形成する(図7(A)参照)。
とができる。
電膜316a、透光性を有する導電膜316bを形成する。なお、透光性を有する導電膜
316a、透光性を有する導電膜316bの形成は、所望の領域に第6のパターニングに
よるマスクの形成を行い、該マスクに覆われていない領域をエッチングすることで形成す
ることができる(図7(B)参照)。
ことができる。なお、本実施の形態に示す作製工程においては、第1乃至第6のパターニ
ング、すなわち6枚のマスクで、トランジスタ及び容量素子を同時に形成することができ
る。
散させて、酸化物半導体膜308dの導電性を高めたが、酸化物半導体膜308a、酸化
物半導体膜308bをマスクで覆い、酸化物半導体膜308dに不純物、代表的には、水
素、ホウ素、リン、スズ、アンチモン、希ガス元素、アルカリ金属、アルカリ土類金属等
を添加して、酸化物半導体膜308dの導電性を高めてもよい。酸化物半導体膜308d
に水素、ホウ素、リン、スズ、アンチモン、希ガス元素等を添加する方法としては、イオ
ンドーピング法、イオン注入法等がある。一方、酸化物半導体膜308dにアルカリ金属
、アルカリ土類金属等を添加する方法としては、該不純物を含む溶液を酸化物半導体膜3
08dに曝す方法がある。
られず、絶縁膜311を加工する際、開口部364bが形成される領域の絶縁膜311も
エッチングし、絶縁膜313形成後の開口部の形成において、一部が階段状を有する開口
部364bを形成してもよい。
下説明を行う。なお、ここでは、基板342上に設けられた素子部としては、基板342
と配向膜352に挟まれた領域のことをさす。
ことができる。次に、基板342上に遮光膜344、有色膜346を形成する(図8(A
)参照)。
フォトリソグラフィ技術を用いたエッチング方法などでそれぞれ所望の位置に形成する。
)。
縁膜を用いることができる。絶縁膜348を形成することによって、例えば、有色膜34
6中に含まれる不純物等を液晶層320側に拡散することを抑制することができる。ただ
し、絶縁膜348は、必ずしも設ける必要はなく、絶縁膜348を形成しない構造として
もよい。
しては、透光性を有する導電膜315に示す材料を援用することができる。
4、透光性を有する導電膜316a、透光性を有する導電膜316bと、基板342上に
形成された導電膜350上に、それぞれ配向膜318と配向膜352を形成する。配向膜
318、配向膜352は、ラビング法、光配向法等を用いて形成することができる。その
後、基板302と、基板342との間に液晶層320を形成する。液晶層320の形成方
法としては、ディスペンサ法(滴下法)や、基板302と基板342とを貼り合わせてか
ら毛細管現象を用いて液晶を注入する注入法を用いることができる。
ッタ法やプラズマCVD法により形成することができるが、他の方法、例えば、熱CVD
(Chemical Vapor Deposition)法により形成してもよい。熱
CVD法の例としてMOCVD(Metal Organic Chemical Va
por Deposition)法やALD(Atomic Layer Deposi
tion)法を使っても良い。
成されることが無いという利点を有する。
または減圧下とし、基板近傍または基板上で反応させて基板上に堆積させることで成膜を
行ってもよい。
順次にチャンバーに導入され、そのガス導入の順序を繰り返すことで成膜を行ってもよい
。例えば、それぞれのスイッチングバルブ(高速バルブとも呼ぶ)を切り替えて2種類以
上の原料ガスを順番にチャンバーに供給し、複数種の原料ガスが混ざらないように第1の
原料ガスと同時またはその後に不活性ガス(アルゴン、或いは窒素など)などを導入し、
第2の原料ガスを導入する。なお、同時に不活性ガスを導入する場合には、不活性ガスは
キャリアガスとなり、また、第2の原料ガスの導入時にも同時に不活性ガスを導入しても
よい。また、不活性ガスを導入する代わりに真空排気によって第1の原料ガスを排出した
後、第2の原料ガスを導入してもよい。第1の原料ガスが基板の表面に吸着して第1の層
を成膜し、後から導入される第2の原料ガスと反応して、第2の層が第1の層上に積層さ
れて薄膜が形成される。このガス導入順序を制御しつつ所望の厚さになるまで複数回繰り
返すことで、段差被覆性に優れた薄膜を形成することができる。薄膜の厚さは、ガス導入
順序を繰り返す回数によって調節することができるため、精密な膜厚調節が可能であり、
微細なFETを作製する場合に適している。
れた金属膜、半導体膜、無機絶縁膜など様々な膜を形成することができ、例えば、In−
Ga−Zn−O膜を成膜する場合には、トリメチルインジウム、トリメチルガリウム、及
びジメチル亜鉛を用いる。なお、トリメチルインジウムの化学式は、In(CH3)3で
ある。また、トリメチルガリウムの化学式は、Ga(CH3)3である。また、ジメチル
亜鉛の化学式は、Zn(CH3)2である。また、これらの組み合わせに限定されず、ト
リメチルガリウムに代えてトリエチルガリウム(化学式Ga(C2H5)3)を用いるこ
ともでき、ジメチル亜鉛に代えてジエチル亜鉛(化学式Zn(C2H5)2)を用いるこ
ともできる。
とハフニウム前駆体化合物を含む液体(ハフニウムアルコキシド溶液、代表的にはテトラ
キスジメチルアミドハフニウム(TDMAH))を気化させた原料ガスと、酸化剤として
オゾン(O3)の2種類のガスを用いる。なお、テトラキスジメチルアミドハフニウムの
化学式はHf[N(CH3)2]4である。また、他の材料液としては、テトラキス(エ
チルメチルアミド)ハフニウムなどがある。
媒とアルミニウム前駆体化合物を含む液体(トリメチルアルミニウム(TMA)など)を
気化させた原料ガスと、酸化剤としてH2Oの2種類のガスを用いる。なお、トリメチル
アルミニウムの化学式はAl(CH3)3である。また、他の材料液としては、トリス(
ジメチルアミド)アルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、アルミニウムトリス(2
,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオナート)などがある。
クロロジシランを被成膜面に吸着させ、吸着物に含まれる塩素を除去し、酸化性ガス(O
2、一酸化二窒素)のラジカルを供給して吸着物と反応させる。
ガスとB2H6ガスを順次繰り返し導入して初期タングステン膜を形成し、その後、WF
6ガスとH2ガスを同時に導入してタングステン膜を形成する。なお、B2H6ガスに代
えてSiH4ガスを用いてもよい。
O膜を成膜する場合には、In(CH3)3ガスとO3ガスを順次繰り返し導入してIn
−O層を形成し、その後、Ga(CH3)3ガスとO3ガスを同時に導入してGaO層を
形成し、更にその後Zn(CH3)2ガスとO3ガスを同時に導入してZnO層を形成す
る。なお、これらの層の順番はこの例に限らない。また、これらのガスを混ぜてIn−G
a−O層やIn−Zn−O層、Ga−Zn−O層などの混合化合物層を形成しても良い。
なお、O3ガスに変えてAr等の不活性ガスでバブリングして得られたH2Oガスを用い
ても良いが、Hを含まないO3ガスを用いる方が好ましい。また、In(CH3)3ガス
にかえて、In(C2H5)3ガスを用いても良い。また、Ga(CH3)3ガスにかえ
て、Ga(C2H5)3ガスを用いても良い。また、In(CH3)3ガスにかえて、I
n(C2H5)3ガスを用いても良い。また、Zn(CH3)2ガスを用いても良い。
る。
実施の形態1において開口部364aの変形例について、図9を用いて説明する。図9
は図3と同様に、A−Bは駆動回路部の断面図であり、C−Dは画素部の断面図である。
のみ設けられていたが、図9では、開口部364cでは、透光性を有する導電膜316a
が導電膜304b上だけでなく、基板302上にも接している。このような構成すること
で、透光性を有する導電膜316aと導電膜304bの接触面積を広くすることで、接触
抵抗を低減することができる。
膜、絶縁膜(ここではゲート絶縁膜)上の導電膜310c、導電膜304b及び導電膜3
10cを電気的に接続する導電膜(ここでは透光性を有する導電膜316a)で構成され
る構造は、半導体装置の端子部にも応用することができ、同様に接触抵抗を低減すること
ができる。
実施の形態1において開口部364aの他の変形例について、図10を用いて説明する
。図10は図3と同様に、A−Bは駆動回路部の断面図であり、C−Dは画素部の断面図
である。
チングして開口部を形成している点が図3に示す断面図と異なる。
12を用いて説明する。
、基板302上に、ゲート電極として機能する導電膜304a、導電膜304b、導電膜
304c、ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜305及び絶縁膜306、酸化物半導体膜
308a、酸化物半導体膜308b、酸化物半導体膜308d、導電膜310a、導電膜
310b、導電膜310c、導電膜310d、導電膜310e及び絶縁膜311を形成す
る。なお、当該工程において、第1のパターニング乃至第3のパターニングを行い、それ
ぞれ導電膜304a、導電膜304b、導電膜304c、酸化物半導体膜308a、酸化
物半導体膜308b、酸化物半導体膜308d、導電膜310a、導電膜310b、導電
膜310c、導電膜310d、導電膜310eを形成している。
を形成する。なお、絶縁膜311、及び開口部362は、所望の領域に第4のパターニン
グによるマスクの形成を行い、該マスクに覆われていない領域をエッチングすることで形
成することができる(図11(B)参照)。
(C)参照)。
工することで、絶縁膜314、及び開口部364a、開口部364bを形成する。なお、
絶縁膜314、及び開口部364a、開口部364bは、所望の領域に第5のパターニン
グによるマスクの形成を行い、該マスクに覆われていない領域をエッチングすることで形
成することができる(図12(A)参照)。
05、絶縁膜306、導電膜310c上の膜の被覆性を向上することができる。
導電膜315を形成する(図12(B)参照)。
電膜316a、透光性を有する導電膜316bを形成する。なお、透光性を有する導電膜
316a、透光性を有する導電膜316bの形成は、所望の領域に第6のパターニングに
よるマスクの形成を行い、該マスクに覆われていない領域をエッチングすることで形成す
ることができる(図12(C)参照)。
ことができる。なお、本実施の形態に示す作製工程においては、第1乃至第6のパターニ
ング、すなわち6枚のマスクで、トランジスタ及び容量素子を同時に形成することができ
る。
ここでは、実施の形態1に示す液晶表示装置の変形例について、図13を用いて説明す
る。図13は図3と同様に、A−Bは駆動回路部の断面図であり、C−Dは画素部の断面
図である。
。
bの凹部に充填される有機樹脂膜のことである。透光性を有する導電膜316bの凹部で
あって、且つ液晶表示装置のバックライトが透過する領域、即ち透光性を有する導電膜3
08cの開口部に設けられる凹部を平坦化膜317で充填することで、配向膜の被形成領
域の凹凸を低減することができる。即ち、透光性を有する導電膜316b上に設けられる
配向膜318の凹凸を低減することができる。なお、凹部の深さは、絶縁膜312の厚さ
に相当する。
に限定されない。例えば、平坦化膜317は、カラーフィルタや、ブラックマトリックス
の機能を有することも可能である。例えば、平坦化膜317が、カラーフィルタの機能を
有する場合には、例えば、赤色の画素、青色の画素、緑色の画素に合わせて、色ごとに、
有色性を有する平坦化膜317を形成すればよい。
いることができる。なお、平坦化膜317は、厚さを好ましくは絶縁膜312の膜厚以上
1500nm以下、好ましくは絶縁膜312の膜厚以上1000nm以下とする。平坦化
膜317の厚さを絶縁膜312の厚さ以上とすることで、透光性を有する導電膜316b
の凹部に平坦化膜317を充填させることが可能であり、配向膜318が形成される領域
の凹凸を低減することができる。なお、平坦化膜317の厚さが厚いと、液晶層320の
配向を制御する際に、画素電極として機能する透光性を有する導電膜316bに印加する
電圧が大きくなり、消費電力が高くなってしまうため、平坦化膜317の厚さは1500
nm以下が好ましい。
る透光性を有する導電膜316bの凹部を平坦化膜317で充填することが可能であり、
液晶層320を構成する液晶分子の配向ムラを低減することが可能である。
ンクジェット法、印刷法等の湿式法を用いて形成することで、平坦化膜317が形成され
る被形成領域の凹凸の影響を受けず、表面が平坦な平坦化膜317を形成することができ
る。なお、平坦化膜317として、スピンコート法、ディップコート法、スリットコート
法、を用いる場合、組成物を塗布した後、所望の領域に第7のパターニングによるマスク
の形成を行い、該マスクに覆われていない領域をエッチングすることで、平坦化膜317
を形成することができる。
b上に平坦化膜317を有するため、透光性を有する導電膜316bの凹部に平坦化膜3
17が充填され、さらには、平坦化膜317の表面の段差が少ない。この結果、平坦化膜
317上に設けられる配向膜318の表面の凹凸が緩和され、液晶の配向ムラを低減する
ことが可能である。この結果、液晶表示装置の表示不良を低減することができる。
ここでは、実施の形態1に示す液晶表示装置の変形例について、図14を用いて説明す
る。図14は図3と同様に、A−Bは駆動回路部の断面図であり、C−Dは画素部の断面
図である。
す断面図と異なる。
縁膜312により生じる、透光性を有する導電膜316bの凹部360を完全に埋めてい
るがこれに限られず、配向膜318がなだらかに形成され、凹部360の一部が埋められ
ている構成としてもよい。
画素301に液晶素子を用いた液晶表示装置の変形例について説明する。図3、図9、
図10、図13及び図14に示す液晶表示装置において、透光性を有する導電膜308c
は、絶縁膜314と接しているが、絶縁膜305と接する構造とすることができる。この
場合、図6に示すような開口部362を設ける必要が無いため、透光性を有する導電膜3
16a、透光性を有する導電膜316b表面の段差を低減することが可能である。このた
め、液晶層320に含まれる液晶材料の配向乱れを低減することが可能である。また、コ
ントラストの高い液晶表示装置を作製することができる。
る前に、絶縁膜306を選択的にエッチングして、絶縁膜305の一部を露出させればよ
い。
ここでは、実施の形態1に示す液晶表示装置の変形例について、図15乃至図17を用
いて説明する。図15において、A−Bに駆動回路部の断面図を示し、C−Dに画素部の
断面図を示す。なお、ここでは、実施の形態1を用いるが、適宜各変形例に、本変形例を
適用することができる。
保護型のトランジスタを用いている点が異なる。
機能する絶縁膜305及び絶縁膜306、チャネル領域が形成される酸化物半導体膜30
8a、ソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜310a、導電膜310bによ
りトランジスタ102を構成する。酸化物半導体膜308a形成後かつ導電膜310a、
導電膜310bの形成前に、チャネル保護膜として機能する絶縁膜312が設けられる。
また、導電膜310a、導電膜310b、導電膜310c上には、絶縁膜314が保護膜
として設けられている。
する絶縁膜305及び絶縁膜306、ゲート絶縁膜上に形成されたチャネル領域が形成さ
れる酸化物半導体膜308b、ソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜310
d、導電膜310eによりトランジスタ103を構成する。酸化物半導体膜308b形成
後かつ導電膜310d、導電膜310eの形成前に、チャネル保護膜として機能する絶縁
膜312が設けられる。また、導電膜310d、導電膜310e上には、絶縁膜314が
保護膜として設けられている。
られた開口部において、導電膜310eと接続する。
する絶縁膜314、他方の電極として機能する透光性を有する導電膜316bにより容量
素子105を構成する。
膜304bと、導電膜310a、導電膜310b、導電膜310d、導電膜310eと同
時に形成された導電膜310cとは、透光性を有する導電膜316bと同時に形成された
透光性を有する導電膜316aで接続される。
0eをエッチングする際、酸化物半導体膜308a、酸化物半導体膜308bが絶縁膜3
12に覆われているため、導電膜310a、導電膜310b、導電膜310d、導電膜3
10eを形成するエッチングによって、酸化物半導体膜308a、酸化物半導体膜308
bはダメージを受けない。さらに、絶縁膜312は、化学量論的組成を満たす酸素よりも
多くの酸素を含む酸化物絶縁膜で形成される。このため、絶縁膜312に含まれる酸素の
一部を酸化物半導体膜308a、酸化物半導体膜308bに移動させ、酸化物半導体膜3
08a、酸化物半導体膜308bに含まれる酸素欠損量を低減することができる。
、図4、図16、及び図17を用いて説明する。
る導電膜304a、導電膜304b、導電膜304c、ゲート絶縁膜として機能する絶縁
膜305及び絶縁膜306、酸化物半導体膜308a、酸化物半導体膜308b、酸化物
半導体膜308dを形成する。なお、当該工程において、第1のパターニング及び第2の
パターニングを行い、それぞれ導電膜304a、導電膜304b、導電膜304c、酸化
物半導体膜308a、酸化物半導体膜308b、酸化物半導体膜308dを形成している
。
11を形成する(図16(A)参照)。
部を酸化物半導体膜308a、酸化物半導体膜308bに移動させ、酸化物半導体膜30
8a、酸化物半導体膜308bに含まれる酸素欠損量を低減することができる。
半導体膜308b上に絶縁膜312を形成する(図16(B)参照)。当該工程において
、絶縁膜312と同様の材料で絶縁膜306が形成される場合、絶縁膜306の一部がエ
ッチングされ、酸化物半導体膜308a、酸化物半導体膜308bに覆われている領域の
み残存する。なお、絶縁膜306及び絶縁膜312の形成は、所望の領域に第3のパター
ニングによるマスクの形成を行い、該マスクに覆われていない領域をエッチングすること
で、形成することができる。
b上に導電膜を形成した後、実施の形態1と同様の工程を経て導電膜310a、導電膜3
10b、導電膜310c、導電膜310d、導電膜310eを形成する(図16(C)参
照)。なお、導電膜310a、導電膜310b、導電膜310c、導電膜310d、導電
膜310eの形成は、所望の領域に第4のパターニングによるマスクの形成を行い、該マ
スクに覆われていない領域をエッチングすることで、形成することができる。
膜310b、導電膜310c、導電膜310d、導電膜310e上に絶縁膜313を形成
する(図17(A)参照)。
、及び開口部384a、開口部384bを形成する。なお、絶縁膜314、及び開口部3
84a、開口部384bは、所望の領域に第5のパターニングによるマスクの形成を行い
、該マスクに覆われていない領域をエッチングすることで形成することができる(図17
(B)参照)。
10c上の膜の被覆性を向上することができる。
14上に透光性を有する導電膜を形成する。次に、透光性を有する導電膜を所望の領域に
加工することで、透光性を有する導電膜316a、透光性を有する導電膜316bを形成
する。なお、透光性を有する導電膜316a、透光性を有する導電膜316bの形成は、
所望の領域に第6のパターニングによるマスクの形成を行い、該マスクに覆われていない
領域をエッチングすることで形成することができる(図17(C)参照)。
ことができる。なお、本実施の形態に示す作製工程においては、第1乃至第6のパターニ
ング、すなわち6枚のマスクでトランジスタ、及び容量素子を同時に形成することができ
る。
本実施の形態及び変形例では、容量素子105を構成する一対の電極として、透光性を
有する導電膜308c及び透光性を有する導電膜316bを用いているが、この代わりに
、図40及び図41に示すように、絶縁膜312及び絶縁膜314の間に、透光性を有す
る導電膜325を形成し、絶縁膜314上に透光性を有する導電膜316dを形成し、透
光性を有する導電膜325及び透光性を有する導電膜316dを、容量素子105を形成
する一対の電極として用いることができる。
膜を設けてもよい。アクリル系樹脂等の有機絶縁膜は平坦性が高いため、透光性を有する
導電膜316a表面の段差を低減することが可能である。このため、液晶層320に含ま
れる液晶材料の配向乱れを低減することが可能である。また、コントラストの高い半導体
装置を作製することができる。
14上に平坦化膜317を形成し、平坦化膜317、絶縁膜314、絶縁膜312に開口
部を設け、該開口部を介して導電膜310cと接する透光性を有する導電膜326を形成
し、平坦化膜317及び透光性を有する導電膜326上に絶縁膜324を形成する構成と
してもよい。さらに、図42(B)に示すように、絶縁膜314上に平坦化膜317を形
成し、平坦化膜317上に透光性を有する導電膜325を形成し、平坦化膜317及び透
光性を有する導電膜325上に絶縁膜324を形成し、絶縁膜324上に透光性を有する
導電膜316dを形成し、透光性を有する導電膜325及び透光性を有する導電膜316
dを、容量素子105を形成する一対の電極として用いてもよい。なお、絶縁膜324は
、絶縁膜314と同様の材料を用いることができる。
本実施の形態では、実施の形態1に示すトランジスタに適用可能な変形例について、説
明する。
実施の形態1に示すトランジスタ102、トランジスタ103において、必要に応じて
、基板302及び導電膜304a、導電膜304b、導電膜304cの間に下地絶縁膜を
設けることができる。下地絶縁膜の材料としては、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒
化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化イットリウム、酸
化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム等がある。なお、下地絶縁膜の材料として、窒化
シリコン、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウム等を用
いることで、基板302から不純物、代表的にはアルカリ金属、水、水素等の酸化物半導
体膜308a、酸化物半導体膜308bへの拡散を抑制することができる。
実施の形態1に示すトランジスタ102、トランジスタ103において、必要に応じて
、ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜の積層構造を変形することができる。ここでは、ト
ランジスタ103を用いて説明する。
電極として機能する導電膜304c側から順に積層される。
04cからの不純物、代表的には、水素、窒素、アルカリ金属、またはアルカリ土類金属
等が酸化物半導体膜308bに移動することを防ぐことができる。
とで、絶縁膜306及び酸化物半導体膜308b界面における欠陥準位密度を低減するこ
とが可能である。この結果、電気特性の劣化の少ないトランジスタを得ることができる。
なお、絶縁膜306として、絶縁膜312bと同様に、化学量論的組成を満たす酸素より
も多くの酸素を含む酸化物絶縁膜を用いて形成すると、絶縁膜306及び酸化物半導体膜
308b界面における欠陥準位密度をさらに低減することが可能であるため、さらに好ま
しい。
aと、水素ブロッキング性の高い窒化物絶縁膜305bとが、導電膜304c側から順に
積層される積層構造とすることができる。絶縁膜305として、欠陥の少ない窒化物絶縁
膜305aを設けることで、ゲート絶縁膜の絶縁耐圧を向上させることができる。また、
水素ブロッキング性の高い窒化物絶縁膜305bを設けることで、導電膜304c及び窒
化物絶縁膜305aからの水素が酸化物半導体膜308bに移動することを防ぐことがで
きる。
以下に示す。はじめに、シラン、窒素、及びアンモニアの混合ガスを原料ガスとして用い
たプラズマCVD法により、欠陥の少ない窒化シリコン膜を窒化物絶縁膜305aとして
形成する。次に、原料ガスを、シラン及び窒素の混合ガスに切り替えて、水素濃度が少な
く、且つ水素をブロッキングすることが可能な窒化シリコン膜を窒化物絶縁膜305bと
して成膜する。このような形成方法により、欠陥が少なく、且つ水素のブロッキング性を
有する窒化物絶縁膜が積層されたゲート絶縁膜を形成することができる。
窒化物絶縁膜305cと、欠陥の少ない窒化物絶縁膜305aと、水素ブロッキング性の
高い窒化物絶縁膜305bとが、導電膜304c側から順に積層される積層構造とするこ
とができる。絶縁膜305として、不純物のブロッキング性が高い窒化物絶縁膜305c
を設けることで、導電膜304cからの不純物、代表的には、水素、窒素、アルカリ金属
、またはアルカリ土類金属等が酸化物半導体膜308bに移動することを防ぐことができ
る。
5cの作製方法の一例を以下に示す。はじめに、シラン、窒素、及びアンモニアの混合ガ
スを原料ガスとして用いたプラズマCVD法により、不純物のブロッキング性が高い窒化
シリコン膜を窒化物絶縁膜305cとして形成する。次に、アンモニアの流量の増加させ
ることで、欠陥の少ない窒化シリコン膜を窒化物絶縁膜305aとして形成する。次に、
原料ガスを、シラン及び窒素の混合ガスに切り替えて、水素濃度が少なく、且つ水素をブ
ロッキングすることが可能な窒化シリコン膜を窒化物絶縁膜305bとして成膜する。こ
のような形成方法により、欠陥が少なく、且つ不純物のブロッキング性を有する窒化物絶
縁膜が積層された絶縁膜305を形成することができる。
実施の形態1に示す液晶表示装置において、導電膜310a、導電膜310b、導電膜
310c、導電膜310d、導電膜310eに用いることが可能な材料について、説明す
る。ここでは、トランジスタ103を用いて説明する。
として、タングステン、チタン、アルミニウム、銅、モリブデン、クロム、またはタンタ
ル単体若しくは合金等の酸素と反応しやすい導電材料を用いることが好ましい。この結果
、酸化物半導体膜308bに含まれる酸素と導電膜310d、導電膜310eに含まれる
導電材料とが反応し、酸化物半導体膜308bにおいて、酸素欠損の多い領域が形成され
る。また、酸化物半導体膜308bに導電膜310d、導電膜310eを形成する導電材
料の構成元素の一部が混入する場合もある。これらの結果、図19に示すように、酸化物
半導体膜308bにおいて、導電膜310d、導電膜310eと接する領域近傍に、低抵
抗領域334a、低抵抗領域334bが形成される。低抵抗領域334a、低抵抗領域3
34bは、導電膜310d、導電膜310eに接し、且つ絶縁膜306と、導電膜310
d、導電膜310eの間に形成される。低抵抗領域334a、低抵抗領域334bは、導
電性が高いため、酸化物半導体膜308bと導電膜310d、導電膜310eとの接触抵
抗を低減することが可能であり、トランジスタのオン電流を増大させることが可能である
。
チタン、窒化タンタル、ルテニウム等の酸素と反応しにくい導電材料との積層構造として
もよい。このような積層構造とすることで、導電膜310d、導電膜310eと酸化物半
導体膜308bとの界面において、導電膜310d、導電膜310eの酸化を防ぐことが
可能であり、導電膜310d、導電膜310eの高抵抗化を抑制することが可能である。
実施の形態1に示すトランジスタ102、トランジスタ103の作製方法において、導
電膜310a、導電膜310b、導電膜310d、導電膜310eを形成した後、酸化物
半導体膜308a、酸化物半導体膜308bを酸素雰囲気で発生させたプラズマに曝し、
酸化物半導体膜308a、酸化物半導体膜308bに酸素を供給することができる。酸化
雰囲気としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化窒素等の雰囲気がある。さらに、
当該プラズマ処理において、基板302側にバイアスを印加しない状態で発生したプラズ
マに酸化物半導体膜308a、酸化物半導体膜308bを曝すことが好ましい。この結果
、酸化物半導体膜308a、酸化物半導体膜308bにダメージを与えず、且つ酸素を供
給することが可能であり、酸化物半導体膜308a、酸化物半導体膜308bに含まれる
酸素欠損量を低減することができる。また、エッチング処理により酸化物半導体膜308
a、酸化物半導体膜308bの表面に残存する不純物、例えば、フッ素、塩素等のハロゲ
ン等を除去することができる。
実施の形態1に示すトランジスタ102、トランジスタ103において、必要に応じて
、酸化物半導体膜を積層構造とすることができる。ここでは、トランジスタ103を用い
て説明する。
に、酸化物半導体膜を含む多層膜336が形成されている。
膜336は2層構造である。また、酸化物半導体膜336aの一部がチャネル領域として
機能する。また、多層膜336に接するように、絶縁膜312aが形成されており、絶縁
膜312aに接するように酸化物膜336bが形成されている。即ち、酸化物半導体膜3
36aと絶縁膜312aとの間に、酸化物膜336bが設けられている。
る酸化物膜である。酸化物膜336bは、酸化物半導体膜336aを構成する元素の一種
以上から構成されるため、酸化物半導体膜336aと酸化物膜336bとの界面において
、界面散乱が起こりにくい。従って、該界面においてはキャリアの動きが阻害されないた
め、トランジスタの電界効果移動度が高くなる。
Zn酸化物(MはAl、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、NdまたはHf)であり、
且つ酸化物半導体膜336aよりも伝導帯の下端のエネルギーが真空準位に近く、代表的
には、酸化物膜336bの伝導帯の下端のエネルギーと、酸化物半導体膜336aの伝導
帯の下端のエネルギーとの差が、0.05eV以上、0.07eV以上、0.1eV以上
、または0.15eV以上、且つ2eV以下、1eV以下、0.5eV以下、または0.
4eV以下である。即ち、酸化物膜336bの電子親和力と、酸化物半導体膜336aの
電子親和力との差が、0.05eV以上、0.07eV以上、0.1eV以上、または0
.15eV以上、且つ2eV以下、1eV以下、0.5eV以下、または0.4eV以下
である。
め好ましい。
をInより高い原子数比で有することで、以下の効果を有する場合がある。(1)酸化物
膜336bのエネルギーギャップを大きくする。(2)酸化物膜336bの電子親和力を
小さくする。(3)外部からの不純物を遮蔽する。(4)酸化物半導体膜336aと比較
して、絶縁性が高くなる。(5)Al、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Ndまたは
Hfは酸素との結合力が強い金属元素であるため、Al、Ti、Ga、Y、Zr、La、
Ce、NdまたはHfをInより高い原子数比で有することで、酸素欠損が生じにくくな
る。
tomic%としたとき、InおよびMの原子数比率は、好ましくは、Inが50ato
mic%未満、Mが50atomic%以上、さらに好ましくは、Inが25atomi
c%未満、Mが75atomic%以上とする。
Al、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、NdまたはHf)の場合、酸化物半導体膜3
36aと比較して、酸化物膜336bに含まれるM(Al、Ti、Ga、Y、Zr、La
、Ce、Nd、またはHf)の原子数比が大きく、代表的には、酸化物半導体膜336a
に含まれる上記原子と比較して、1.5倍以上、好ましくは2倍以上、さらに好ましくは
3倍以上高い原子数比である。
Al、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、NdまたはHf)の場合、酸化物膜336b
をIn:M:Zn=x1:y1:z1[原子数比]、酸化物半導体膜336aをIn:M
:Zn=x2:y2:z2[原子数比]とすると、y1/x1がy2/x2よりも大きく
、好ましくは、y1/x1がy2/x2よりも1.5倍以上である。さらに好ましくは、
y1/x1がy2/x2よりも2倍以上大きく、より好ましくは、y1/x1がy2/x
2よりも3倍以上大きい。このとき、酸化物半導体膜において、y1がx1以上であると
、当該酸化物半導体膜を用いたトランジスタに安定した電気特性を付与できるため好まし
い。ただし、y1がx1の3倍以上になると、当該酸化物半導体膜を用いたトランジスタ
の電界効果移動度が低下してしまうため、y1はx1の3倍未満であると好ましい。
2の原子数比のIn−Ga−Zn酸化物を用いることができる。また、酸化物膜336b
としてIn:Ga:Zn=1:3:n(nは2以上8以下の整数)、1:6:m(mは2
以上10以下の整数)、または1:9:6の原子数比のIn−Ga−Zn酸化物を用いる
ことができる。なお、酸化物半導体膜336a、及び酸化物膜336bの原子数比はそれ
ぞれ、誤差として上記の原子数比のプラスマイナス20%の変動を含む。なお、酸化物半
導体膜336aにおいて、Znの割合がGa以上であるとCAAC−OSが形成されやす
く好ましい。
336aへのダメージ緩和膜としても機能する。
m以下とする。
もよい。非単結晶構造は、例えば、後述するCAAC−OS(C Axis Align
ed Crystalline Oxide Semiconductor)、多結晶構
造、後述する微結晶構造、または非晶質構造を含む。
結晶構造の領域、多結晶構造の領域、CAAC−OSの領域、単結晶構造の二種以上を有
する混合膜を構成してもよい。また、混合膜は、例えば、非晶質構造の領域、微結晶構造
の領域、多結晶構造の領域、CAAC−OSの領域、単結晶構造の領域のいずれか二種以
上の領域の積層構造を有する場合がある。
けられている。このため、酸化物膜336bと絶縁膜312aの間において、不純物及び
欠陥によりトラップ準位が形成されても、当該トラップ準位と酸化物半導体膜336aと
の間には隔たりがある。この結果、酸化物半導体膜336aを流れる電子がトラップ準位
に捕獲されにくく、トランジスタのオン電流を増大させることが可能であると共に、電界
効果移動度を高めることができる。また、トラップ準位に電子が捕獲されると、該電子が
マイナスの固定電荷となってしまう。この結果、トランジスタのしきい値電圧が変動して
しまう。しかしながら、酸化物半導体膜336aとトラップ準位との間に隔たりがあるた
め、トラップ準位における電子の捕獲を低減することが可能であり、しきい値電圧の変動
を低減することができる。
から酸化物半導体膜336aへ移動する不純物量を低減することが可能である。また、酸
化物膜336bは、酸素欠損を形成しにくい。これらのため、酸化物半導体膜336aに
おける不純物濃度及び酸素欠損量を低減することが可能である。
く連続接合(ここでは特に伝導帯の下端のエネルギーが各膜の間で連続的に変化する構造
)が形成されるように作製する。すなわち、各膜の界面において、トラップ中心や再結合
中心のような欠陥準位を形成するような不純物が存在しないような積層構造とする。仮に
、積層された酸化物半導体膜336a及び酸化物膜336bの間に不純物が混在している
と、エネルギーバンドの連続性が失われ、界面でキャリアがトラップされ、あるいは再結
合して、消滅してしまう。
置(スパッタリング装置)を用いて各膜を大気に触れさせることなく連続して積層するこ
とが必要となる。スパッタリング装置における各チャンバーは、酸化物半導体膜にとって
不純物となる水等を可能な限り除去すべくクライオポンプのような吸着式の真空排気ポン
プを用いて高真空排気(5×10−7Pa乃至1×10−4Pa程度まで)することが好
ましい。または、ターボ分子ポンプとコールドトラップを組み合わせて排気系からチャン
バー内に気体、特に炭素または水素を含む気体が逆流しないようにしておくことが好まし
い。
の2層構造としたが、絶縁膜306と酸化物半導体膜336aの間に、さらに酸化物膜3
36bと同様の膜を設ける3層構造としてもよい。この場合、絶縁膜306及び酸化物半
導体膜336aの間に設ける酸化物膜の膜厚は、酸化物半導体膜336aより小さいと好
ましい。酸化物膜の厚さを1nm以上5nm以下、好ましくは1nm以上3nm以下とす
ることで、トランジスタのしきい値電圧の変動量を低減することが可能である。
変形例5において、酸化物半導体膜を含む多層膜の構造を適宜変形することができる。
ここでは、トランジスタ103を用いて説明する。
多層膜336が形成されている。
酸化物半導体膜336aと、酸化物半導体膜336a、及び導電膜310d、導電膜31
0e上に形成される酸化物膜336bとを有する。また、酸化物半導体膜336aの一部
がチャネル領域として機能する。また、多層膜336に接するように、絶縁膜312aが
形成されており、絶縁膜312aに接するように酸化物膜336bが形成されている。即
ち、酸化物半導体膜336aと絶縁膜312aとの間に、酸化物膜336bが設けられて
いる。
体膜336aと接していることから、変形例5に示すトランジスタと比較して、酸化物半
導体膜336aと導電膜310d、導電膜310eとの接触抵抗が低く、オン電流が向上
したトランジスタである。
物半導体膜336aと接していることから、酸化物半導体膜336aと導電膜310d、
導電膜310eとの接触抵抗を増大させずに、酸化物膜336bを厚くすることができる
。このようにすることで、絶縁膜312bを形成する際のプラズマダメージまたは絶縁膜
312a、絶縁膜312bの構成元素の混入などで生じるトラップ準位が、酸化物半導体
膜336aと酸化物膜336bとの界面近傍に形成されることを抑制できる。つまり、本
変形例に示すトランジスタはオン電流の向上、及びしきい値電圧の変動量の低減を両立す
ることができる。
実施の形態1に示すトランジスタ102、トランジスタ103において、必要に応じて
、酸化物半導体膜を介して対向する複数のゲート電極を設けることができる。ここでは、
トランジスタ103を用いて説明する。
る。また、基板302及び導電膜304c上に形成される絶縁膜305及び絶縁膜306
と、絶縁膜305及び絶縁膜306を介して、導電膜304cと重なる酸化物半導体膜3
08bと、酸化物半導体膜308bに接する導電膜310d、導電膜310eと、を有す
る。また、絶縁膜306、酸化物半導体膜308b、及び導電膜310d、導電膜310
e上には、絶縁膜312a及び絶縁膜312bが積層された絶縁膜312、及び絶縁膜3
14が形成される。また、絶縁膜312、及び絶縁膜314を介して酸化物半導体膜30
8bと重畳する透光性を有する導電膜316cを有する。
て対向する。なお、導電膜304c及び透光性を有する導電膜316cは、ゲート電極と
して機能する。透光性を有する導電膜316cは、透光性を有する導電膜316bと同時
に形成することで、工程数を削減することが可能であるため好ましい。
膜304c及び透光性を有する導電膜316cを有する。導電膜304cと透光性を有す
る導電膜316cに異なる電位を印加することで、トランジスタ103のしきい値電圧を
制御することができる。
及び方法などと適宜組み合わせて用いることができる。
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した半導体装置に含まれているトランジスタ
において、酸化物半導体膜308a、酸化物半導体膜308b、透光性を有する導電膜3
08c、及び多層膜336に適用可能な一態様について説明する。なお、ここでは、酸化
物半導体膜を一例に用いて説明するが、多層膜に含まれる酸化物膜も同様の構造とするこ
とができる。
非単結晶酸化物半導体膜とは、非晶質酸化物半導体膜、微結晶酸化物半導体膜、多結晶酸
化物半導体膜、CAAC−OS膜などをいう。
酸化物半導体膜である。微小領域においても結晶部を有さず、膜全体が完全な非晶質構造
の酸化物半導体膜が典型である。
晶ともいう。)を含む。従って、微結晶酸化物半導体膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも
原子配列の規則性が高い。そのため、微結晶酸化物半導体膜は、非晶質酸化物半導体膜よ
りも欠陥準位密度が低いという特徴がある。
結晶部は、一辺が100nm未満の立方体内に収まる大きさである。従って、CAAC−
OS膜に含まれる結晶部は、一辺が10nm未満、5nm未満または3nm未満の立方体
内に収まる大きさの場合も含まれる。CAAC−OS膜は、微結晶酸化物半導体膜よりも
欠陥準位密度が低いという特徴がある。以下、CAAC−OS膜について詳細な説明を行
う。
tron Microscope)によって観察すると、結晶部同士の明確な境界、即ち
結晶粒界(グレインバウンダリーともいう。)を確認することができない。そのため、C
AAC−OS膜は、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。
察)すると、結晶部において、金属原子が層状に配列していることを確認できる。金属原
子の各層は、CAAC−OS膜の膜を形成する面(被形成面ともいう。)または上面の凹
凸を反映した形状であり、CAAC−OS膜の被形成面または上面と平行に配列する。
EM観察)すると、結晶部において、金属原子が三角形状または六角形状に配列している
ことを確認できる。しかしながら、異なる結晶部間で、金属原子の配列に規則性は見られ
ない。
ていることがわかる。
装置を用いて構造解析を行うと、例えばInGaZnO4の結晶を有するCAAC−OS
膜のout−of−plane法による解析では、回折角(2θ)が31°近傍にピーク
が現れる場合がある。このピークは、InGaZnO4の結晶の(009)面に帰属され
ることから、CAAC−OS膜の結晶がc軸配向性を有し、c軸が被形成面または上面に
概略垂直な方向を向いていることが確認できる。
lane法による解析では、2θが56°近傍にピークが現れる場合がある。このピーク
は、InGaZnO4の結晶の(110)面に帰属される。InGaZnO4の単結晶酸
化物半導体膜であれば、2θを56°近傍に固定し、試料面の法線ベクトルを軸(φ軸)
として試料を回転させながら分析(φスキャン)を行うと、(110)面と等価な結晶面
に帰属されるピークが6本観察される。これに対し、CAAC−OS膜の場合は、2θを
56°近傍に固定してφスキャンした場合でも、明瞭なピークが現れない。
不規則であるが、c軸配向性を有し、かつc軸が被形成面または上面の法線ベクトルに平
行な方向を向いていることがわかる。従って、前述の断面TEM観察で確認された層状に
配列した金属原子の各層は、結晶のab面に平行な面である。
行った際に形成される。上述したように、結晶のc軸は、CAAC−OS膜の被形成面ま
たは上面の法線ベクトルに平行な方向に配向する。従って、例えば、CAAC−OS膜の
形状をエッチングなどによって変化させた場合、結晶のc軸がCAAC−OS膜の被形成
面または上面の法線ベクトルと平行にならないこともある。
膜の結晶部が、CAAC−OS膜の上面近傍からの結晶成長によって形成される場合、上
面近傍の領域は、被形成面近傍の領域よりも結晶化度が高くなることがある。また、CA
AC−OS膜に不純物を添加する場合、不純物が添加された領域の結晶化度が変化し、部
分的に結晶化度の異なる領域が形成されることもある。
法による解析では、2θが31°近傍のピークの他に、2θが36°近傍にもピークが現
れる場合がある。2θが36°近傍のピークは、CAAC−OS膜中の一部に、c軸配向
性を有さない結晶が含まれることを示している。CAAC−OS膜は、2θが31°近傍
にピークを示し、2θが36°近傍にピークを示さないことが好ましい。
動が小さい。よって、当該トランジスタは、信頼性が高い。
がある。なお、特に、ビーム径が10nmφ以下、または5nmφ以下の電子線を用いて
得られる電子線回折パターンを、極微電子線回折パターンと呼ぶ。
。ここでは、試料を、CAAC−OS膜の被形成面に垂直な方向に切断し、厚さが40n
m程度となるように薄片化する。また、ここでは、ビーム径が1nmφの電子線を、試料
の切断面に垂直な方向から入射させる。図23(A)より、CAAC−OS膜の極微電子
線回折パターンは、スポットが観測されることがわかる。
AAC−OS膜のうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。
CAAC−OSに含まれる結晶部のc軸は、CAAC−OSの被形成面の法線ベクトル
または表面の法線ベクトルに平行な方向に揃うため、CAAC−OSの形状(被形成面の
断面形状または表面の断面形状)によっては互いに異なる方向を向くことがある。なお、
結晶部のc軸の方向は、CAAC−OSが形成されたときの被形成面の法線ベクトルまた
は表面の法線ベクトルに平行な方向となる。結晶部は、成膜することにより、または成膜
後に加熱処理などの結晶化処理を行うことにより形成される。
ことで、酸化物半導体膜に含まれる結晶部のc軸が、被形成面の法線ベクトルまたは表面
の法線ベクトルに平行な方向に揃った結晶部を形成する方法である。
加熱処理を行うことで、酸化物半導体膜に含まれる結晶部のc軸が、被形成面の法線ベク
トルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向に揃った結晶部を形成する方法である。
℃以下の加熱処理を行い、さらに二層目の酸化物半導体膜の成膜を行うことで、酸化物半
導体膜に含まれる結晶部のc軸が、被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに
平行な方向に揃った結晶部を形成する方法である。
また、CAAC−OSは、例えば多結晶である酸化物半導体スパッタリング用ターゲッ
トを用い、スパッタリング法によって成膜する。当該スパッタリング用ターゲットにイオ
ンが衝突すると、スパッタリング用ターゲットに含まれる結晶領域がa−b面から劈開し
、a−b面に平行な面を有する平板状またはペレット状のスパッタリング粒子として剥離
することがある。この場合、当該平板状またはペレット状のスパッタリング粒子が、結晶
状態を維持したまま被成膜面に到達することで、CAAC−OSを成膜することができる
。
きる。例えば、成膜室内に存在する不純物濃度(水素、水、二酸化炭素及び窒素など)を
低減すればよい。また、成膜ガス中の不純物濃度を低減すればよい。具体的には、露点が
−80℃以下、好ましくは−100℃以下、さらに好ましくは−120℃以下である成膜
ガスを用いる。
に到達後にスパッタリング粒子のマイグレーションが起こる。具体的には、被成膜面の温
度を100℃以上740℃以下、好ましくは200℃以上500℃以下として成膜する。
成膜時の被成膜面の温度を高めることで、平板状のスパッタリング粒子が被成膜面に到達
した場合、当該被成膜面上でマイグレーションが起こり、スパッタリング粒子の平らな面
が被成膜面に付着する。なお、酸化物の種類によっても異なるが、スパッタリング粒子は
、a−b面と平行な面の直径(円相当径)が1nm以上30nm以下、または1nm以上
10nm以下程度となる。なお、平板状のスパッタリング粒子は、六角形の面がa−b面
と平行な面である六角柱状であってもよい。その場合、六角形の面と垂直な方向がc軸方
向である。
で、成膜時のプラズマダメージを軽減することができる。したがって、イオンがスパッタ
リング用ターゲットの表面に衝突した際に、スパッタリング用ターゲットの結晶性が低下
すること、または非晶質化することを抑制できる。
リングすることで、平板状のスパッタリング粒子が六角柱状の場合、六角形状の面におけ
る角部に正の電荷を帯電させることができる。六角形状の面の角部に正の電荷を有するこ
とで、一つのスパッタリング粒子において正の電荷同士が反発し合い、平板状の形状を維
持することができる。
DC)電源を用いることが好ましい。なお、高周波(RF)電源、交流(AC)電源を用
いることもできる。ただし、RF電源は、大面積の基板へ成膜可能なスパッタリング装置
への適用が困難である。また、以下に示す観点からAC電源よりもDC電源が好ましいと
考えられる。
り返す。平板状のスパッタリング粒子が、正に帯電している場合、互いに反発し合うこと
により、平板状の形状を維持することができる。ただし、AC電源を用いた場合、瞬間的
に電界がかからない時間が生じるため、平板状のスパッタリング粒子に帯電していた電荷
が消失して、スパッタリング粒子の構造が崩れてしまうことがある。したがって、AC電
源を用いるよりも、DC電源を用いる方が好ましいことがわかる。
ジを軽減すると好ましい。成膜ガス中の酸素割合は、30体積%以上、好ましくは100
体積%とする。
ついて以下に示す。
後、1000℃以上1500℃以下の温度で加熱処理をすることで多結晶であるIn−G
a−Zn系化合物ターゲットとする。なお、当該加圧処理は、冷却(または放冷)しなが
ら行ってもよいし、加熱しながら行ってもよい。なお、X、Y及びZは任意の正数である
。ここで、所定のmol数比は、例えば、InOX粉末、GaOY粉末及びZnOZ粉末
が、2:2:1、8:4:3、3:1:1、1:1:1、4:2:3、3:1:2、1:
3:2、1:6:4、または1:9:6である。なお、粉末の種類、及びその混合するm
ol数比は、作製するスパッタリング用ターゲットによって適宜変更すればよい。
、結晶の配向の揃った酸化物半導体膜を成膜することができる。
多結晶酸化物半導体は複数の結晶粒を含む。多結晶酸化物半導体は、例えば、非晶質部
を有している場合がある。
る場合がある。多結晶酸化物半導体に含まれる結晶粒は、例えば、TEMによる観察像で
、2nm以上300nm以下、3nm以上100nm以下または5nm以上50nm以下
の粒径であることが多い。また、多結晶酸化物半導体は、例えば、TEMによる観察像で
、非晶質部と結晶粒との境界、結晶粒と結晶粒との境界を確認できる場合がある。また、
多結晶酸化物半導体は、例えば、TEMによる観察像で、粒界を確認できる場合がある。
が異なっている場合がある。また、多結晶酸化物半導体は、例えば、XRD装置を用い、
out−of−plane法による分析を行うと、単一または複数ピークが現れる場合が
ある。例えば多結晶のIGZO膜では、配向を示す2θが31°近傍のピーク、または複
数種の配向を示す複数のピークが現れる場合がある。また、多結晶酸化物半導体は、例え
ば、電子線回折パターンで、スポットが観測される場合がある。
合がある。従って、多結晶酸化物半導体をチャネル領域に用いたトランジスタは、高い電
界効果移動度を有する。ただし、多結晶酸化物半導体は、粒界に不純物が偏析する場合が
ある。また、多結晶酸化物半導体の粒界は欠陥準位となる。多結晶酸化物半導体は、粒界
がキャリア発生源、トラップ準位となる場合があるため、多結晶酸化物半導体をチャネル
領域に用いたトランジスタは、CAAC−OSをチャネル領域に用いたトランジスタと比
べて、電気特性の変動が大きく、信頼性の低いトランジスタとなる場合がある。
ができる。
微結晶酸化物半導体は、例えば、TEMによる観察像では、明確に結晶部を確認するこ
とができない場合がある。微結晶酸化物半導体に含まれる結晶部は、例えば、1nm以上
100nm以下、または1nm以上10nm以下の大きさであることが多い。特に、例え
ば、1nm以上10nm以下の微結晶をナノ結晶(nc:nanocrystal)と呼
ぶ。ナノ結晶を有する酸化物半導体を、nc−OS(nanocrystalline
Oxide Semiconductor)と呼ぶ。また、nc−OSは、例えば、TE
Mによる観察像では、結晶部と結晶部との境界を明確に確認できない場合がある。また、
nc−OSは、例えば、TEMによる観察像では、明確な粒界を有さないため、不純物が
偏析することが少ない。また、nc−OSは、例えば、明確な粒界を有さないため、欠陥
準位密度が高くなることが少ない。また、nc−OSは、例えば、明確な粒界を有さない
ため、電子移動度の低下が小さい。
て原子配列に周期性を有する場合がある。また、nc−OSは、例えば、結晶部と結晶部
との間で規則性がないため、巨視的には原子配列に周期性が見られない場合、または長距
離秩序が見られない場合がある。従って、nc−OSは、例えば、分析方法によっては、
非晶質酸化物半導体と区別が付かない場合がある。nc−OSは、例えば、XRD装置を
用い、結晶部よりも大きいビーム径のX線でout−of−plane法による分析を行
うと、配向を示すピークが検出されない場合がある。また、nc−OSは、例えば、結晶
部よりも大きいビーム径(例えば、20nmφ以上、または50nmφ以上)の電子線を
用いる電子線回折パターンでは、ハローパターンが観測される場合がある。また、nc−
OSは、例えば、結晶部と同じか結晶部より小さいビーム径(例えば、10nmφ以下、
または5nmφ以下)の電子線を用いる極微電子線回折パターンでは、スポットが観測さ
れる場合がある。また、nc−OSの極微電子線回折パターンは、例えば、円を描くよう
に輝度の高い領域が観測される場合がある。また、nc−OSの極微電子線回折パターン
は、例えば、当該領域内に複数のスポットが観測される場合がある。
こでは、試料を、nc−OSの被形成面に垂直な方向に切断し、厚さが40nm程度とな
るように薄片化する。また、ここでは、ビーム径が1nmφの電子線を、試料の切断面に
垂直な方向から入射させる。図23(B)より、nc−OSの極微電子線回折パターンは
、円を描くように輝度の高い領域が観測され、かつ当該領域内に複数のスポットが観測さ
れることがわかる。
酸化物半導体よりも欠陥準位密度が低くなる。ただし、nc−OSは、結晶部と結晶部と
の間で規則性がないため、CAAC−OSと比べて欠陥準位密度が高くなる。nc−OS
において、一定光電流測定法(CPM)で導出される吸収係数は、1/cm未満、好まし
くは5×10−1/cm未満、さらに好ましくは5×10−2/cm未満となる。
。キャリア密度が高い酸化物半導体は、電子移動度が高くなる場合がある。従って、nc
−OSをチャネル領域に用いたトランジスタは、高い電界効果移動度を有する場合がある
。また、nc−OSは、CAAC−OSと比べて、欠陥準位密度が高いため、トラップ準
位密度も高くなる場合がある。従って、nc−OSをチャネル領域に用いたトランジスタ
は、CAAC−OSをチャネル領域に用いたトランジスタと比べて、電気特性の変動が大
きく、信頼性の低いトランジスタとなる場合がある。
次に、微結晶酸化物半導体膜の成膜方法について以下に説明する。微結晶酸化物半導体
膜は、室温以上75℃以下、好ましくは室温以上50℃以下であって、酸素を含む雰囲気
下にて、スパッタリング法によって成膜される。成膜雰囲気を酸素を含む雰囲気とするこ
とで、微結晶酸化物半導体膜中における酸素欠損を低減し、微結晶領域を含む膜とするこ
とができる。
ことができる。特に、微結晶酸化物半導体膜を適用して半導体装置を作製する場合、微結
晶酸化物半導体膜における酸素欠損はドナーとなり、微結晶酸化物半導体膜中にキャリア
である電子を生成してしまい、半導体装置の電気的特性の変動要因となる。よって、酸素
欠損を低減された微結晶酸化物半導体膜を用いて半導体装置を作製することで、信頼性の
高い半導体装置とすることができる。
より低減されうるため好ましい。より具体的には、成膜雰囲気における酸素分圧を33%
以上とすることが好ましい。
は、CAAC−OSと同様のターゲット及びその作製方法を用いることができる。
CAAC−OSよりも形成が容易となり、用途によっては好適に用いることができる場合
がある。例えば、AC電源を用いたスパッタリング法などの成膜方法によってnc−OS
を形成してもよい。AC電源を用いたスパッタリング法は、大型基板へ均一性高く成膜す
ることが可能であるため、nc−OSをチャネル領域に用いたトランジスタを有する半導
体装置は生産性高く作製することができる。
非晶質酸化物半導体は、例えば、原子配列が無秩序であり、結晶部を有さない。または
、非晶質酸化物半導体は、例えば、石英のような無定形状態を有し、原子配列に規則性が
見られない。
ない場合がある。
行うと、配向を示すピークが検出されない場合がある。また、非晶質酸化物半導体は、例
えば、電子線回折パターンでハローパターンが観測される場合がある。また、非晶質酸化
物半導体は、例えば、極微電子線回折パターンでスポットを観測することができず、ハロ
ーパターンが観測される場合がある。
成することができる場合がある。従って、非晶質酸化物半導体は、例えば、不純物を高い
濃度で含む酸化物半導体である。
位を形成する場合がある。従って、不純物濃度の高い非晶質酸化物半導体は、欠陥準位密
度が高い。また、非晶質酸化物半導体は、結晶性が低いためCAAC−OSやnc−OS
と比べて欠陥準位密度が高い。
場合がある。そのため、非晶質酸化物半導体をチャネル領域に用いたトランジスタは、ノ
ーマリーオンの電気特性になる場合がある。従って、ノーマリーオンの電気特性が求めら
れるトランジスタに好適に用いることができる場合がある。非晶質酸化物半導体は、欠陥
準位密度が高いため、トラップ準位密度も高くなる場合がある。従って、非晶質酸化物半
導体をチャネル領域に用いたトランジスタは、CAAC−OSやnc−OSをチャネル領
域に用いたトランジスタと比べて、電気特性の変動が大きく、信頼性の低いトランジスタ
となる場合がある。ただし、非晶質酸化物半導体は、比較的不純物が多く含まれる成膜方
法によっても形成することができるため、形成が容易となり、用途によっては好適に用い
ることができる場合がある。例えば、スピンコート法、ゾル−ゲル法、浸漬法、スプレー
法、スクリーン印刷法、コンタクトプリント法、インクジェット印刷法、ロールコート法
、ミストCVD法などの成膜方法によって非晶質酸化物半導体を形成してもよい。従って
、非晶質酸化物半導体をチャネル領域に用いたトランジスタを有する半導体装置は生産性
高く作製することができる。
は、例えば、結晶性が高いと密度が高くなる。また、酸化物半導体は、例えば、水素など
の不純物濃度が低いと密度が高くなる。例えば、単結晶酸化物半導体は、CAAC−OS
よりも密度が高い場合がある。また、例えば、CAAC−OSは、微結晶酸化物半導体よ
りも密度が高い場合がある。また、例えば、多結晶酸化物半導体は、微結晶酸化物半導体
よりも密度が高い場合がある。また、例えば、微結晶酸化物半導体は、非晶質酸化物半導
体よりも密度が高い場合がある。
本実施の形態では、上記実施の形態に示す表示装置の駆動回路部について説明する。
的に接続するデマルチプレクサ回路と、n本(nは4以上の自然数)の信号線と、を有し
、シフトレジスタユニットは、n本の信号線のうち1本以上と電気的に接続し、デマルチ
プレクサ回路は、n本の信号線のうち1本以上(n−3)本以下と電気的に接続すること
を特徴とする駆動回路である。
ユニットと、m個のシフトレジスタユニットのそれぞれと電気的に接続するm個のデマル
チプレクサ回路と、n本(nは4以上の自然数)の信号線と、を有し、m個のシフトレジ
スタユニットのそれぞれは、n本の信号線のうち1本以上と電気的に接続し、m個のデマ
ルチプレクサ回路のそれぞれは、n本の信号線のうち1本以上(n−3)本以下と電気的
に接続し、m個のシフトレジスタユニットの一に、m個のシフトレジスタユニットの一の
、前段のシフトレジスタユニットと電気的に接続されるデマルチプレクサ回路の出力の一
が入力され、m個のシフトレジスタユニットの一に、m個のシフトレジスタユニットの一
の、後段のシフトレジスタユニットと電気的に接続されるデマルチプレクサ回路の出力の
一が入力されることを特徴とする駆動回路である。
路と、n本(nは4以上の自然数)の信号線と、を有し、シフトレジスタユニットは、セ
ット信号線と、第1のトランジスタ乃至第6のトランジスタと、を有し、第1のトランジ
スタは、ソース及びドレインの一方が高電源電位線と電気的に接続され、ソース及びドレ
インの他方が、第2のトランジスタのソース及びドレインの一方及びデマルチプレクサ回
路と電気的に接続され、ゲートがセット信号線と電気的に接続され、第2のトランジスタ
は、ソース及びドレインの他方が低電源電位線と電気的に接続され、ゲートがデマルチプ
レクサ回路、第4のトランジスタのソース及びドレインの一方、第5のトランジスタのソ
ース及びドレインの一方及び第6のトランジスタのソース及びドレインの一方と電気的に
接続され、第3のトランジスタは、ソース及びドレインの一方が高電源電位線と電気的に
接続され、ソース及びドレインの他方が第4のトランジスタのソース及びドレインの他方
と電気的に接続され、ゲートがn本の信号線の一と電気的に接続され、第4のトランジス
タは、ゲートがn本の信号線の他の一と電気的に接続され、第5のトランジスタは、ソー
ス及びドレインの他方が低電源電位線と電気的に接続され、ゲートがセット信号線と電気
的に接続され、第6のトランジスタは、ソース及びドレインの他方が高電源電位線に電気
的に接続され、ゲートがリセット信号線と電気的に接続され、デマルチプレクサ回路は、
a個(aは1以上(n−3)以下の自然数)のバッファを有し、a個のバッファのそれぞ
れは、第1のトランジスタのソース及びドレインの他方及び第2のトランジスタのゲート
と電気的に接続され、a個のバッファのそれぞれは、それぞれ異なるn本の信号線の一と
電気的に接続し、a個のバッファのそれぞれは、出力端子を有することを特徴とする駆動
回路である。
て、ゲートドライバ回路の全体図を示す。ゲートドライバ回路600は、複数のシフトレ
ジスタユニット(SR)601、ダミー段であるシフトレジスタユニット(SR_D)6
02、各シフトレジスタユニット601と電気的に接続するデマルチプレクサ回路(DM
P(DEMUXともいう))603、シフトレジスタユニット602と電気的に接続する
デマルチプレクサ回路(DMP(DEMUXともいう))604、スタートパルスSP、
クロック信号(CLK1乃至CLK8)を伝達する信号線を有する。
て説明する)は、図30(A)に示すようにセット信号LIN(ここでは、スタートパル
スSP)、リセット信号RIN、クロック信号(ここでは、CLK6及びCLK7)が入
力される。具体的な回路構成の一例について、図30(B)に示す。シフトレジスタユニ
ット601は、第1のトランジスタ611乃至第6のトランジスタ616を有する。
され、第1のトランジスタ611のソース及びドレインの他方は、第2のトランジスタ6
12のソース及びドレインの一方及びデマルチプレクサ回路603の入力端子FN1に接
続され、第1のトランジスタ611のゲートは、セット信号LINが入力される。第2の
トランジスタ612のソース及びドレインの他方は、低電源電位線VSSに接続され、第
2のトランジスタ612のゲートは、デマルチプレクサ回路603の入力端子FN2、第
4のトランジスタ614のソース及びドレインの一方、第5のトランジスタ615のソー
ス及びドレインの一方及び第6のトランジスタ616のソース及びドレインの一方に接続
される。第3のトランジスタ613のソース及びドレインの一方は、高電源電位線VDD
に接続され、第3のトランジスタ613のソース及びドレインの他方は、第4のトランジ
スタ614のソース及びドレインの他方に接続され、第3のトランジスタ613のゲート
は、クロック信号CLK7が入力される。第4のトランジスタ614のゲートは、クロッ
ク信号CLK6が入力される。第5のトランジスタ615のソース及びドレインの他方は
、低電源電位線VSSに接続され、第5のトランジスタ615のゲートは、セット信号L
INが入力される。第6のトランジスタ616のソース及びドレインの他方は、高電源電
位線VDDに接続され、第6のトランジスタ616のゲートは、リセット信号RINが入
力される。なお、第1のトランジスタ611のソース及びドレインの他方及び第2のトラ
ンジスタ612のソース及びドレインの一方が電気的に接続される部位をノードFN1と
よぶ。また、第2のトランジスタ612のゲート、第4のトランジスタ614のソース及
びドレインの一方、第5のトランジスタ615のソース及びドレインの一方及び第6のト
ランジスタ616のソース及びドレインの一方が電気的に接続される部位をノードFN2
とよぶ。
ロック信号CLK6及びCLK7が入力され、8a+2段目(aは0または自然数)のシ
フトレジスタユニット601には、クロック信号CLK3及びCLK4が入力され、8a
+3段目(aは0または自然数)のシフトレジスタユニット601には、クロック信号C
LK1及びCLK8が入力され、8a+4段目(aは0または自然数)のシフトレジスタ
ユニット601には、クロック信号CLK5及びCLK6が入力され、8a+5段目(a
は0または自然数)のシフトレジスタユニット601には、クロック信号CLK2及びC
LK3が入力され、8a+6段目(aは0または自然数)のシフトレジスタユニット60
1には、クロック信号CLK7及びCLK8が入力され、8a+7段目(aは0または自
然数)のシフトレジスタユニット601には、クロック信号CLK4及びCLK5が入力
され、8(a+1)段目(aは0または自然数)のシフトレジスタユニット601には、
クロック信号CLK1及びCLK2が入力される。
号LIN、クロック信号(ここでは、CLK3及びCLK4)が入力される。具体的な回
路構成の一例について、図31(B)に示す。シフトレジスタユニット602は、第1の
トランジスタ611乃至第5のトランジスタ615を有する。
され、第1のトランジスタ611のソース及びドレインの他方は、第2のトランジスタ6
12のソース及びドレインの一方及びデマルチプレクサ回路604の入力端子FN1に接
続され、第1のトランジスタ611のゲートは、セット信号LINが入力される。第2の
トランジスタ612のソース及びドレインの他方は、低電源電位線VSSに接続され、第
2のトランジスタ612のゲートは、デマルチプレクサ回路604の入力端子FN2、第
4のトランジスタ614のソース及びドレインの一方、及び第5のトランジスタ615の
ソース及びドレインの一方に接続される。第3のトランジスタ613のソース及びドレイ
ンの一方は、高電源電位線VDDに接続され、第3のトランジスタ613のソース及びド
レインの他方は、第4のトランジスタ614のソース及びドレインの他方に接続され、第
3のトランジスタ613のゲートは、クロック信号CLK4が入力される。第4のトラン
ジスタ614のゲートは、クロック信号CLK3が入力される。第5のトランジスタ61
5のソース及びドレインの他方は、低電源電位線VSSに接続され、第5のトランジスタ
615のゲートは、セット信号LINが入力される。なお、第1のトランジスタ611の
ソース及びドレインの他方及び第2のトランジスタ612のソース及びドレインの一方が
電気的に接続される部位をノードFN1とよぶ。また、第2のトランジスタ612のゲー
ト、第4のトランジスタ614のソース及びドレインの一方、及び第5のトランジスタ6
15のソース及びドレインの一方が電気的に接続される部位をノードFN2とよぶ。
33(A)に示すようにクロック信号、シフトレジスタユニット601及びシフトレジス
タユニット602からの出力信号(入力端子FN1および入力端子FN2に入力される信
号)が入力され、出力信号を出力する。具体的な回路構成の一例について、図32(B)
及び図33(B)に示す。デマルチプレクサ回路603及びデマルチプレクサ回路604
は、バッファ(BUF)605を有する。
のソース及びドレインの一方は、クロック信号CLK(クロック信号CLK1乃至CLK
8のいずれか一つ)が入力され、第7のトランジスタ617のソース及びドレインの他方
は、第8のトランジスタ618のソース及びドレインの一方及び出力端子に接続され、第
7のトランジスタ617のゲートは、ノードFN1に接続される。第8のトランジスタ6
18のソース及びドレインの他方は、低電源電位線VSSに接続され、第8のトランジス
タ618のゲートは、ノードFN2に接続される。
レジスタユニット601に加えてトランジスタ621、トランジスタ622、トランジス
タ623及び容量素子624を設けるシフトレジスタユニット601aとしてもよい。な
お、トランジスタ623のゲートには、リセット信号RESが入力される。
示すようにシフトレジスタユニット602に加えてトランジスタ621、トランジスタ6
22、トランジスタ623及び容量素子624を設けるシフトレジスタユニット602a
としてもよい。なお、トランジスタ623のゲートには、リセット信号RESが入力され
る。
トランジスタ623を導通状態にし、ノードFN2の電位が高電位電源線VDDの電位と
なる。また、ノードFN2の電位により、第2のトランジスタ612及びトランジスタ6
21を導通状態にすることで、ノードFN1の電位が低電位電源線VSSの電位となり、
シフトレジスタユニットを初期化することができる。なお、リセット信号RESは、全シ
フトレジスタユニットに共通の信号線で入力されている。
スタ625及び容量素子619を設けたバッファ605aと置き換えてもよい。
を用いたトランジスタで構成される。特に、トランジスタのゲートと他のトランジスタの
ソースおよびドレインの一方が電気的に接続されている箇所で先の実施の形態を参酌する
ことにより、より表示装置の額縁面積を小さくすることができる。
デマルチプレクサ回路603に入力され、デマルチプレクサ回路603は出力信号OUT
1乃至OUT5を出力する。
第2のトランジスタ612及び第8のトランジスタ618を常に導通させて、出力を低電
位に安定させている。しかし、第5のトランジスタ615のカットオフ電流(ゲート電圧
が0Vの時に流れるドレイン電流)が大きい場合、ノードFN2の電荷が第5のトランジ
スタ615を介してリークしていくため、定期的に電荷を補填する必要がある。そのため
、クロック信号CLK6及びCLK7を用いて、第3のトランジスタ613及び第4のト
ランジスタ614を導通させ、高電源電位線VDDからノードFN2の電荷を供給する。
なお、第1段目のシフトレジスタユニット601のゲート選択出力期間(ノードFN1が
高電位である期間)は、後で説明するスタートパルスSPの立ち上がり(セット)から、
クロック信号CLK7の立ち上がり(リセット)までであり、2つのクロック信号を用い
て、ゲート選択出力期間と定期的な電荷の補填とのタイミングが重ならないようにしてい
る。
も入力されない。このクロック信号においても、定期的な電荷の補填とのタイミングが重
ならないように設けている。
K2、CLK6乃至CLK8がデマルチプレクサ回路603に入力され、デマルチプレク
サ回路603は出力信号OUT1乃至OUT5を出力する。クロック信号CLK3及びC
LK4は、定期的に電荷を補填するための機能を有する。また、第2段目のシフトレジス
タユニット601では、クロック信号CLK5はどこにも入力されない。
ニット1段には、5つのクロック信号がデマルチプレクサ回路603に入力され、デマル
チプレクサ回路603は5つの出力信号を出力する。また、他の2つのクロック信号は、
定期的に電荷を補填するために機能し、シフトレジスタユニット601に入力される。さ
らに、他の1つのクロック信号は、どこにも入力されない。
K1及びCLK2がデマルチプレクサ回路604に入力され、デマルチプレクサ回路60
4は出力信号DUMOUT1及びDUMOUT2を出力する。クロック信号CLK3及び
CLK4は、定期的に電荷を補填する機能を有する。
信号の数は少なくとも4つ以上であればよい。例えば、クロック信号の数をnとした時、
出力信号に寄与しないクロック信号は3つなので出力信号の数はn−3となる。
接続することでn−3つの出力信号を出力することができ、nが大きくなるほど出力に寄
与しないクロック信号を伝達する信号線の割合が小さくなるため、シフトレジスタユニッ
ト1段につき、1つの出力信号を出力する従来の構成に比べ、シフトレジスタユニット部
分の占有面積は小さくなり、ゲートドライバ回路600の幅を狭くすることが可能となる
。
は、従来のゲートドライバ回路のブロック図、図38(B)は、本実施の形態のゲートド
ライバ回路のブロック図である。
付き4本のクロック信号を伝達する信号線CLK_LINEが接続し、1つのバッファB
UFにより1つの信号が出力される。一方、図38(B)に示す本実施の形態のゲートド
ライバ回路は、シフトレジスタユニットSR1段に付き8本のクロック信号を伝達する信
号線CLK_LINEが接続し、5つのバッファBUFにより5つの信号が出力される。
スタユニット1段当たり横のレイアウト幅を縮小することができる。縦のレイアウト幅は
、バッファBUFが増えた分(ここでは従来の5倍)増大するがゲートドライバ回路の額
縁に寄与しない。よって、シフトレジスタユニット1段当たり横のレイアウト幅を縮小す
ることができ、狭額縁化を達成することが可能となる。また、クロック信号を伝達する信
号線CLK_LINEの本数が従来に比べて増加するが、それに伴って信号線CLK_L
INEの一本あたりの負荷容量は減少する。そのため、信号線CLK_LINEを細くし
て、負荷抵抗を大きくしても(時定数=負荷容量×負荷抵抗となるため)遅延時間は変化
しない。よって、時定数を同じにするように、信号線の幅を細くすることでレイアウト幅
の増加を抑制することができるため、信号線CLK_LINEが増加しても、ゲートドラ
イバ回路の幅を狭くすることができる。
照して説明する。ここでは、セット信号LIN、リセット信号RIN、及びクロック信号
CLK1乃至CLK8の高電位は、高電源電位線VDDの電位と同じであり、低電位は、
低電源電位線VSSの電位と同じであるとする。
高電位になり、第1のトランジスタ611及び第5のトランジスタ615が導通状態にな
る。また、リセット信号RIN(出力信号OUT7)が低電位であるため、第6のトラン
ジスタ616が非導通状態になる。また、クロック信号CLK1乃至CLK6が低電位、
クロック信号CLK7及びCLK8が高電位であるため、第4のトランジスタ614及び
第7のトランジスタ617が非導通状態、第3のトランジスタ613が導通状態になる。
11のしきい値電圧分を引いた値(VDD−Vth(611))、ノードFN2の電位が
低電位電源線VSSの電位になり、第7のトランジスタ617が導通状態、第8のトラン
ジスタ618が非導通状態になるため、出力信号OUT1乃至OUT5は、クロック信号
CLK1乃至CLK5と同じ低電位になる。
になる。なお、第3のトランジスタ613のソース及びドレインの他方と第4のトランジ
スタ614のソース及びドレインの一方が電気的に接続されるノードに高電位が保持され
る。
ードFN1の電位は、クロック信号CLK1の振幅に相当する電圧分、上昇する。その結
果、第7のトランジスタ617は導通状態となり、出力信号OUT1は、高電位(クロッ
ク信号CLK1の電位)が出力される。なお、このブートストラップは、クロック信号C
LK2以降のクロック信号が低電位から高電位になる時も同様に起こる。次に、クロック
信号CLK8が低電位になるが、1段目のシフトレジスタユニット601にはクロック信
号CLK8の信号は使用しないため、変化はない。次に、クロック信号CLK2が高電位
になり、出力信号OUT2は、高電位が出力される。その後、クロック信号CLK1が低
電位になり、出力信号OUT1は、低電位が出力される。以後、出力信号OUT3及びO
UT4も同様である。また、クロック信号CLK5が高電位になり、出力信号OUT5が
高電位になった時、2段目のシフトレジスタユニット601のセット信号LINは高電位
になる。
、第4のトランジスタ614が導通する。次に、クロック信号CLK5が低電位になり、
出力信号OUT5は、低電位が出力される。
T5)が高電位になり、第1のトランジスタ611及び第5のトランジスタ615が導通
状態になる。また、リセット信号RIN(出力信号OUT12)が低電位であるため、第
6のトランジスタ616が非導通状態になる。また、クロック信号CLK1、CLK2、
CLK6乃至CLK8が低電位、クロック信号CLK4及びCLK5が高電位であるため
、第4のトランジスタ614及び第7のトランジスタ617が非導通状態、第3のトラン
ジスタ613が導通状態になる。
11のしきい値電圧分を引いた値(VDD−Vth(611))、ノードFN2の電位が
低電位電源線VSSの電位になり、第7のトランジスタ617が導通状態、第8のトラン
ジスタ618が非導通状態になるため、出力信号OUT6乃至OUT10は、クロック信
号CLK1、CLK2、CLK6乃至CLK8と同じ低電位になる。
になる。なお、第3のトランジスタ613のソース及びドレインの他方及び第4のトラン
ジスタ614のソース及びドレインの一方が電気的に接続されるノードに高電位が保持さ
れる。
ードFN1の電位は、クロック信号CLK6の振幅に相当する電圧分、上昇する。その結
果、第7のトランジスタ617は導通状態となり、出力信号OUT6は、高電位(クロッ
ク信号CLK6の電位)が出力される。次に、クロック信号CLK5が低電位になるが、
2段目のシフトレジスタユニット601にはクロック信号CLK5の信号は使用しないた
め、変化はない。次に、クロック信号CLK7が高電位になり、出力信号OUT7は、高
電位が出力される。
号OUT7)が高電位になり、第6のトランジスタ616を導通状態にし、ノードFN2
の電位が高電位電源線VDDの電位となる。また、ノードFN2の電位により、第2のト
ランジスタ612を導通状態にすることで、ノードFN1の電位が低電位電源線VSSの
電位となり、リセットされる。
ニット601と同様に駆動する。
、m−1段目のシフトレジスタユニット601の出力信号OUT5(m−1)が入力され
、m段目のシフトレジスタユニット601のリセット信号RINは、m+1段目のシフト
レジスタユニット601の出力信号OUT5(m+2)が入力される。なお、mが1のと
きのセット信号LINは、スタートパルスSPとなる。
と同様であり、このシフトレジスタユニット602があることにより、シフトレジスタユ
ニット601の最終段にリセット信号RINを入力することができる。
幅の1/3としているがこれに限られず、パルス幅の1/2以下ならどのように重なって
いてもよい。また、クロック信号のパルスの立ち下がりと次のクロック信号のパルスの立
ち上がりが同時でもよい。また、クロック信号のパルスの立ち下がりと次のクロック信号
のパルスの立ち上がりが同時である場合において、第1段目のシフトレジスタユニット6
01のゲート選択出力期間は、スタートパルスSPの立ち上がり(セット)から、クロッ
ク信号CLK6の立ち上がり(リセット)までであるため、定期的な電荷の補填に用いる
クロック信号は、1つのみでよい。
用いることができる。
本発明の一態様である半導体装置は、被検知体の近接または接触を検知可能なセンサ(
たとえば、静電容量方式、抵抗膜方式、表面弾性方式、赤外線方式、光学方式などのタッ
チセンサ)や医療用の放射線画像を取得することが可能な放射線画像検出装置に適用する
ことができる。また、本発明の一態様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、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、携帯型ゲーム機、携帯情報端末
、音響再生装置、遊技機(パチンコ機、スロットマシン等)、ゲーム筐体が挙げられる。
これらの電子機器の一例を図24に示す。
、筐体9001に表示部9003が組み込まれており、表示部9003により映像を表示
することが可能である。なお、4本の脚部9002により筐体9001を支持した構成を
示している。また、電力供給のための電源コード9005を筐体9001に有している。
ある。それゆえ、表示部9003の表示品位を高くすることができる。
に表示された表示ボタン9004を指などで触れることで、画面操作や、情報を入力する
ことができ、また他の家電製品との通信を可能とする、または制御を可能とすることで、
画面操作により他の家電製品をコントロールする制御装置としてもよい。例えば、イメー
ジセンサ機能を有する半導体装置を用いれば、表示部9003にタッチ入力機能を持たせ
ることができる。
垂直に立てることもでき、テレビジョン装置としても利用できる。狭い部屋においては、
大きな画面のテレビジョン装置は設置すると自由な空間が狭くなってしまうが、テーブル
に表示部が内蔵されていれば、部屋の空間を有効に利用することができる。
は、筐体9101に表示部9103が組み込まれており、表示部9103により映像を表
示することが可能である。なお、ここではスタンド9105により筐体9101を支持し
た構成を示している。
モコン操作機9110により行うことができる。リモコン操作機9110が備える操作キ
ー9109により、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部9103に表示さ
れる映像を操作することができる。また、リモコン操作機9110に、当該リモコン操作
機9110から出力する情報を表示する表示部9107を設ける構成としてもよい。
テレビジョン装置9100は、受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができ、
さらにモデムを介して有線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。
いることが可能である。それゆえ、テレビジョン装置の表示品位を向上させることができ
る。
203、キーボード9204、外部接続ポート9205、ポインティングデバイス920
6などを含む。
ある。それゆえ、コンピュータ9200の表示品位を向上させることができる。
)は、開いた状態であり、タブレット型端末は、筐体9630、表示部9631a、表示
部9631b、表示モード切り替えスイッチ9034、電源スイッチ9035、省電力モ
ード切り替えスイッチ9036、留め具9033、操作スイッチ9038、を有する。
に用いることが可能である。それゆえ、タブレット端末の表示品位を向上させることがで
きる。
れた操作キー9638にふれることでデータ入力をすることができる。なお、表示部96
31aにおいては、一例として半分の領域が表示のみの機能を有する構成、もう半分の領
域がタッチパネルの機能を有する構成を示しているが該構成に限定されない。表示部96
31aの全ての領域がタッチパネルの機能を有する構成としても良い。例えば、表示部9
631aの全面をキーボードボタン表示させてタッチパネルとし、表示部9631bを表
示画面として用いることができる。
部をタッチパネルの領域9632bとすることができる。また、タッチパネルのキーボー
ド表示切り替えボタン9639が表示されている位置に指やスタイラスなどでふれること
で表示部9631bにキーボードボタン表示することができる。
タッチ入力することもできる。
を切り替え、白黒表示やカラー表示の切り替えなどを選択できる。省電力モード切り替え
スイッチ9036は、タブレット型端末に内蔵している光センサで検出される使用時の外
光の光量に応じて表示の輝度を最適なものとすることができる。タブレット型端末は光セ
ンサだけでなく、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサなどの他の検出装置
を内蔵させてもよい。
しているが特に限定されず、一方のサイズともう一方のサイズが異なっていてもよく、表
示の品質も異なっていてもよい。例えば一方が他方よりも高精細な表示を行える表示パネ
ルとしてもよい。
633、充放電制御回路9634を有する。なお、図25(B)では充放電制御回路96
34の一例としてバッテリー9635、DCDCコンバータ9636を有する構成につい
て示している。
にすることができる。従って、表示部9631a、表示部9631bを保護できるため、
耐久性に優れ、長期使用の観点からも信頼性の優れたタブレット型端末を提供できる。
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、日付または時刻
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または編集するタ
ッチ入力機能、様々なソフトウェア(プログラム)によって処理を制御する機能、等を有
することができる。
、表示部、または映像信号処理部等に供給することができる。なお、太陽電池9633は
、筐体9630の片面又は両面に設けることができ、バッテリー9635の充電を効率的
に行う構成とすることができる。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。
C)にブロック図を示し説明する。図25(C)には、太陽電池9633、バッテリー9
635、DCDCコンバータ9636、コンバータ9637、スイッチSW1乃至SW3
、表示部9631について示しており、バッテリー9635、DCDCコンバータ963
6、コンバータ9637、スイッチSW1乃至SW3が、図25(B)に示す充放電制御
回路9634に対応する箇所となる。
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D
CDC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9633からの電力が用いられる際にはスイッチSW1をオンにし、コンバー
タ9637で表示部9631に必要な電圧に昇圧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、スイッチSW1をオフにし、スイッチ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。
、圧電素子(ピエゾ素子)や熱電変換素子(ペルティエ素子)などの他の発電手段による
バッテリー9635の充電を行う構成であってもよい。例えば、無線(非接触)で電力を
送受信して充電する無接点電力伝送モジュールや、また他の充電手段を組み合わせて行う
構成としてもよい。
用いることができる。
た液晶表示装置の額縁面積について評価する。
示装置を図26に示す。図26に示す液晶表示装置の駆動回路部は、導電膜304bと導
電膜310cとを透光性を有する導電膜316aで接続している。なお、透光性を有する
導電膜316aは、絶縁膜305、絶縁膜306及び絶縁膜312に設けられた開口部3
67a、開口部367bにおいて接続する。
開口部周辺のレイアウト図であり、図27(B)は、実施の形態1の半導体装置を用いた
液晶表示装置の開口部周辺のレイアウト図である。
の形態1の半導体装置を用いた液晶表示装置の開口部周辺のレイアウト幅は15μmであ
った。この結果により、導電膜304bと導電膜310cとを透光性を有する導電膜31
6aで接続する際に、実施の形態1のように1つの開口部(ここでは、開口部364a)
のみで導電膜304bと導電膜310cと透光性を有する導電膜316aを接続すること
でレイアウト幅を開口部1つに付き、6μm縮めることができ、液晶表示装置の狭額縁化
を図ることができる。
とによる額縁面積の縮小率を求めた。
、1850μmであった。また、保護回路、信号線、封止領域を含めると2646μmで
あった。
口部を1つに変更することができる箇所は、図中の破線で囲っている。
54μm(6μm×9箇所)縮小することができる。したがって、上記のようにすること
で、額縁を2.04%(54μm÷2646μm×100%)縮小することができ、液晶
表示装置の狭額縁化を図ることができた。
晶表示装置の開口部周辺の断面TEM像を図45(A)、実施の形態1の半導体装置を用
いた液晶表示装置の開口部周辺の断面TEM像を図45(B)に示す。
5(B)は、実施の形態1のようにゲート電極をソース電極またはドレイン電極と重畳す
るように形成することで、絶縁膜上に透光性を有する導電膜を形成することがないため、
空隙部が発生することがない。よって、膜の被覆性を向上させることができることが確認
できた。
液晶表示装置の額縁面積について評価する。
較例として、図38(A)に示すようなシフトレジスタユニット1段につき、1つの出力
信号を出力する従来の構成の駆動回路に図26の構成を用いて、液晶表示装置を作製した
。
イアウト図であり、レイアウト幅は、1700μmであった。図43(B)は、本実施例
の駆動回路部のレイアウト図であり、レイアウト幅は、1150μmであった。実施の形
態4の駆動回路を採用することにより、従来に比べ、額縁を32.24%((1700μ
m−1150μm)÷1700μm×100%)縮小することができ、液晶表示装置の狭
額縁化を図ることができた。
ランジスタを用いて液晶表示装置を作製した。比較例として、図38(A)に示すような
シフトレジスタユニット1段につき、1つの出力信号を出力する従来の構成の駆動回路に
チャネル保護型のトランジスタを用いて、液晶表示装置を作製した。
例の駆動回路部のレイアウト図であり、レイアウト幅は、1700μmであった。図44
(B)は、本実施例の駆動回路部のレイアウト図であり、レイアウト幅は、1250μm
であった。実施の形態4の駆動回路を採用することにより、従来に比べ、額縁を26.4
7%((1700μm−1250μm)÷1700μm×100%)縮小することができ
、液晶表示装置の狭額縁化を図ることができた。
AC−OS膜を含むトランジスタの特性について評価する。
が4μmのチャネルエッチ構造のトランジスタを用いた。
絶縁膜と、ゲート絶縁膜上の酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜と接するソース電極及び
ドレイン電極と、酸化物半導体膜、ソース電極及びドレイン電極上の第1の絶縁膜、第2
の絶縁膜と、第1の絶縁膜、第2の絶縁膜に設けられた開口部を介してソース電極又はド
レイン電極と電気的に接続する画素電極と、を有する。
ゲート絶縁膜は、膜厚400nmの窒化シリコン膜上に膜厚50nmの酸化窒化シリコン
膜が積層されている。酸化物半導体膜は、膜厚35nmのIn:Ga:Zn=1:1:1
の原子数比のIn−Ga−Zn酸化物膜である。ソース電極及びドレイン電極は、膜厚5
0nmのタングステン膜上の膜厚400nmのアルミニウム膜、アルミニウム膜上に膜厚
200nmのチタン膜が積層されている。第1の絶縁膜は、膜厚50nmの酸化窒化シリ
コン膜上に膜厚400nmの酸化窒化シリコン膜が積層されている。第2の絶縁膜は、膜
厚100nmの窒化シリコン膜である。画素電極は、膜厚110nmの酸化シリコンを添
加したインジウム錫酸化物膜である。
表し、横軸はゲート電圧VG[V]を表す。図46より、作製したトランジスタは、良好
な特性を得たことが分かった。
タを作製し、暗状態(dark)にてゲート電位を30Vの状態で60℃、1時間保持す
る試験(+BT試験)を行った。図47(A)に+BT試験を施した後のトランジスタの
特性を示す。図中の縦軸はしきい値電圧の変動量ΔVth[V]を表し、横軸は試験時間
[hr]を表す。図47(A)より、しきい値電圧の変動量が小さいことが分かった。
で60℃、1時間保持する試験(+BT試験)と暗状態(dark)にてゲート電位を−
30Vの状態で60℃、1時間保持する試験(−BT試験)を交互に繰り返した。測定結
果を図47(B)に示す。図中の縦軸はしきい値電圧Vth[V]を表し、横軸は試験の
条件を表す。図47(B)より、特性の変動がほとんどないことが分かった。
102 トランジスタ
103 トランジスタ
104 走査線駆動回路
105 容量素子
106 信号線駆動回路
107 走査線
109 信号線
115 容量線
131_1 トランジスタ
132 液晶素子
133_1 容量素子
301 画素
302 基板
304a 導電膜
304b 導電膜
304c 導電膜
305 絶縁膜
305a 窒化物絶縁膜
305b 窒化物絶縁膜
305c 窒化物絶縁膜
306 絶縁膜
307 酸化物半導体膜
308a 酸化物半導体膜
308b 酸化物半導体膜
308c 導電膜
308d 酸化物半導体膜
309 導電膜
310a 導電膜
310b 導電膜
310c 導電膜
310d 導電膜
310e 導電膜
310f 導電膜
311 絶縁膜
311a 絶縁膜
311b 絶縁膜
312 絶縁膜
312a 絶縁膜
312b 絶縁膜
313 絶縁膜
314 絶縁膜
315 導電膜
316a 導電膜
316b 導電膜
316c 導電膜
316d 導電膜
317 平坦化膜
318 配向膜
320 液晶層
322 液晶素子
324 絶縁膜
325 導電膜
326 導電膜
334a 低抵抗領域
334b 低抵抗領域
336 多層膜
336a 酸化物半導体膜
336b 酸化物膜
342 基板
344 遮光膜
346 有色膜
348 絶縁膜
350 導電膜
352 配向膜
360 凹部
362 開口部
362c 開口部
364a 開口部
364b 開口部
364c 開口部
367a 開口部
367b 開口部
370 領域
384a 開口部
384b 開口部
600 ゲートドライバ回路
601 シフトレジスタユニット
601a シフトレジスタユニット
602 シフトレジスタユニット
602a シフトレジスタユニット
603 デマルチプレクサ回路
604 デマルチプレクサ回路
605 バッファ
605a バッファ
611 トランジスタ
612 トランジスタ
613 トランジスタ
614 トランジスタ
615 トランジスタ
616 トランジスタ
617 トランジスタ
618 トランジスタ
619 容量素子
621 トランジスタ
622 トランジスタ
623 トランジスタ
624 容量素子
625 トランジスタ
9000 テーブル
9001 筐体
9002 脚部
9003 表示部
9004 表示ボタン
9005 電源コード
9033 留め具
9034 スイッチ
9035 電源スイッチ
9036 スイッチ
9038 操作スイッチ
9100 テレビジョン装置
9101 筐体
9103 表示部
9105 スタンド
9107 表示部
9109 操作キー
9110 リモコン操作機
9200 コンピュータ
9201 本体
9202 筐体
9203 表示部
9204 キーボード
9205 外部接続ポート
9206 ポインティングデバイス
9630 筐体
9631 表示部
9631a 表示部
9631b 表示部
9632a 領域
9632b 領域
9633 太陽電池
9634 充放電制御回路
9635 バッテリー
9636 DCDCコンバータ
9637 コンバータ
9638 操作キー
9639 ボタン
Claims (4)
- 基板上のトランジスタと、
前記トランジスタのゲート電極と同一表面上に形成される第1の導電膜と、
前記トランジスタの一対の電極と同一表面上に形成される第2の導電膜と、
前記第1の導電膜及び前記第2の導電膜と電気的に接続する第1の透光性を有する導電膜と、
前記基板上の第2の透光性を有する導電膜と、
前記トランジスタを覆い、且つ前記第2の透光性を有する導電膜上に開口部が設けられた酸化物絶縁膜と、
前記酸化物絶縁膜上であって、且つ前記開口部において前記第2の透光性を有する導電膜に接する窒化物絶縁膜と、
前記トランジスタに接続し、且つ前記開口部において形成される第3の透光性を有する導電膜と、を有し、
前記第2の導電膜は、前記トランジスタのゲート絶縁膜を介して前記第1の導電膜と重畳することを特徴とする半導体装置。 - 請求項1において、
前記トランジスタは、
前記基板上に形成されるゲート電極と、
前記ゲート電極に接するゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜に接する酸化物半導体膜と
前記酸化物半導体膜に接する一対の導電膜と、を有し、
前記第2の透光性を有する導電膜は、前記ゲート絶縁膜に接することを特徴とする半導体装置。 - 請求項2において、
前記酸化物半導体膜は、前記第2の透光性を有する導電膜と同一表面上に形成されることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか一において、
前記第2の透光性を有する導電膜、及び前記酸化物半導体膜は、In、Ga、若しくはZnを含むことを特徴とする半導体装置。
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