JP6913146B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
全般を指し、半導体素子及び回路、半導体素子及び回路を有する電気光学装置、及び電子
機器は全て半導体装置である。
注目されている。トランジスタは液晶テレビに代表されるような半導体装置に用いられて
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公知であるが
、その他の材料として酸化物半導体が注目されている。
材料を用いて作製される。アモルファスシリコンを用いたトランジスタは、電界効果移動
度が低いもののガラス基板の大面積化に対応することができ、一方、多結晶シリコンを用
いたトランジスタは、電界効果移動度が高いもののレーザアニールなどの結晶化工程が必
要であり、ガラス基板の大面積化には必ずしも適応しないといった特性を有している。
そして、電子キャリア濃度が1018/cm3未満である非晶質酸化物(酸化物半導体)
からなるもので形成された薄膜トランジスタが開示されている(特許文献1乃至3)。
イズが対角60インチ以上と大型化する傾向にあり、さらには、対角120インチ以上の
画面サイズも視野に入れた開発が行われている。加えて、画面の解像度も、ハイビジョン
画質(HD、1366×768)、フルハイビジョン画質(FHD、1920×1080
)と高精細化の傾向にあり、解像度が3840×2048または4096×2160とい
った、いわゆる4Kデジタルシネマ用表示装置の開発も急がれている。
当たりの書き込み時間が短くなり、トランジスタには動作特性の速さ、高いオン電流等が
求められている。一方で近年のエネルギーの枯渇問題もあって、消費電力が抑制された表
示装置が求められている。そのため、トランジスタについても、オフ電流が低く無駄な漏
れ電流が抑制されたものが求められている。
べ電界効果移動度が勝るが、多結晶シリコンを用いたトランジスタに比べれば劣り、さら
なる向上が求められている。
ば、酸素の過不足によって酸化物半導体の電気伝導度が変化してしまう。また、酸化物半
導体の薄膜形成中に混入する水素が酸素(O)−水素(H)結合を形成して電子供与体(
ドナー)となり、電気伝導度を変化させる要因となる。さらにO−H結合は極性を有する
ので、酸化物半導体によって作製されるトランジスタのような能動デバイスに対して特性
の変動要因となる。
n型であり、前記特許文献に開示されるトランジスタのオン・オフ比は103しか得られ
ていない。このようなトランジスタのオン・オフ比が低い理由はオフ電流が高いことによ
るものである。
、特性の異なるトランジスタ、具体的には動特性(オン特性や周波数特性(f特性と呼ば
れる))に優れたトランジスタと、オフ電流が抑制されたトランジスタとを同一基板上に
有する半導体装置を提供することを課題の一とする。また、当該半導体装置を簡便な方法
で作製する方法を提供することを課題の一とする。
を含む酸化物半導体層に着眼した。真性又は実質的に真性な半導体は、酸化物半導体中で
電子供与体(ドナー)となる不純物を除去し、シリコン半導体よりもエネルギーギャップ
が大きいものを用いればよい。そして、該酸化物半導体層の上下に絶縁膜を介して配置し
た一対の導電膜の電位を制御して、該酸化物半導体層に形成するチャネルの位置を変える
ことにより、トランジスタの電気特性を制御すればよい。
示す(例えば、オフ電流がきわめて低減されている)トランジスタを有する半導体装置で
ある。具体的には、酸化物半導体中で電子供与体(ドナー)となる不純物を除去し、シリ
コン半導体よりもエネルギーギャップが大きい酸化物半導体を用いることで、真性又は実
質的に真性で、表面に結晶領域を含む酸化物半導体層を用い、該酸化物半導体層の上下に
絶縁膜を介して導電膜が配置された構成を有するトランジスタを同一基板上に複数有する
半導体装置である。
の絶縁膜上に表面に結晶領域を含む酸化物半導体層と、第1の電極層上で酸化物半導体層
に接し、端部が第1の電極層と重畳する第2の電極層、及び第3の電極層と、第2の電極
層、第3の電極層、及び酸化物半導体層と接する酸化物絶縁膜を含む第2の絶縁膜と、第
2の絶縁膜上に第1の電極層、及び酸化物半導体層と重畳する第4の電極層を有する半導
体装置である。また、上記半導体装置は、上記酸化物半導体層に用いる酸化物半導体のエ
ネルギーギャップが2eV以上のトランジスタを複数有する。
ランジスタとを含む上記半導体装置を備えるインバータ回路である。
導体装置を備える表示装置である。
1の電極層を主たるゲート電極として用い、他のトランジスタは第4の電極層を主たるゲ
ート電極として用いる駆動方法である。
タは第4の電極層を主たるゲート電極として用い、エンハンスメント型のトランジスタは
第4の電極層を主たるゲート電極として用いる駆動方法である。
ンジスタは第1の電極層を主たるゲート電極として用い、駆動回路部が有する少なくとも
一つのトランジスタは第4の電極層を主たるゲート電極として用いる駆動方法である。
し、第1の絶縁膜上に酸化物半導体層を形成し、酸化物半導体層を脱水または脱水素化処
理して表面に結晶領域を形成し、第1の電極層上で酸化物半導体層に接し、端部が第1の
電極層と重畳する第2の電極層、及び第3の電極層を形成し、第2の電極層、第3の電極
層、及び酸化物半導体層と接する酸化物絶縁膜を含む第2の絶縁膜を形成し、第2の絶縁
膜上に第1の電極層、及び酸化物半導体層と重畳する第4の電極層を形成する半導体装置
の作製方法である。また、上記半導体装置は、上記酸化物半導体層に用いる酸化物半導体
のエネルギーギャップが2eV以上のトランジスタを同一基板上に複数有する。
とする。従って、電極間に挟まれた発光物質である有機化合物を含む発光層はEL層の一
態様である。
源(照明装置含む)を指す。また、発光装置にコネクター、例えばFPC(Flexib
le printed circuit)もしくはTAB(Tape Automate
d Bonding)テープもしくはTCP(Tape Carrier Packag
e)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、または発光素子が形成された基板にCOG(Chip On Glas
s)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発光装置に含むもの
とする。
とで、半導体装置が有する回路の動作を高速化できる。また、高純度化された酸化物半導
体を用いたトランジスタで回路を構成することで、半導体装置が有する回路の動作を安定
化させることができる。また、オフ電流が1×10−13A以下に低減されていることで
、半導体装置が有する保持容量素子の削減もしくは小型化ができる。また、特性の異なる
トランジスタを同一基板上に有する半導体装置を提供できる。また、当該半導体装置を簡
便な方法で作製できる。
以下の説明に限定されず、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。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。なお、本明細書中の図面において、同一部分または同様な機能を有する
部分には同一の符号を付し、その説明は省略する場合がある。
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一形態として表示装置の回路
付き基板及び回路付き基板の作製方法の一形態を、図1を用いて説明する。
一例を示す。図1(E)に示すトランジスタ440A、440Bは酸化物半導体層のチャ
ネル形成領域の上下に絶縁膜を介して一対の電極層を配置する4端子構造の一つである。
なお、酸化物半導体層のチャネル形成領域の上下に絶縁膜を介して一対の電極層を配置す
る所謂デュアルゲート構造のトランジスタは、本実施の形態の4端子構造の一態様である
。また、トランジスタ440Bを表示装置の画素に適用し、トランジスタ440Aを、画
素部の周辺に配置された駆動回路の一部に適用する場合について説明する。
1の絶縁層402、結晶領域405aを含む酸化物半導体層404a、第2の電極層45
5a、及び第3の電極層455bを含む。また、トランジスタ440Aを覆い、結晶領域
405aに接する第2の絶縁層428が設けられ、第2の絶縁層428を介してチャネル
形成領域上方に重なる第4の電極層422aを有する。第1の電極層421aと結晶領域
405aを含む酸化物半導体層404aは、第1の絶縁層402を介して重なっている。
また、第2の電極層455a、及び第3の電極層455bの一部が酸化物半導体層404
aの上方に重なって形成されている。
1の絶縁層402、結晶領域405bを含む酸化物半導体層404b、第2の電極層45
5c、及び第3の電極層455dを含む。また、トランジスタ440Bを覆い、結晶領域
405bに接する第2の絶縁層428が設けられ、第2の絶縁層428を介してチャネル
形成領域上方に重なる第4の電極層422bを有する。第1の電極層421bと結晶領域
405bを含む酸化物半導体層404bは第1の絶縁層402を介して重なっている。ま
た、第2の電極層455c、及び第3の電極層455dの一部が酸化物半導体層404b
の上方に重なって形成されている。
ュアルゲート構造のトランジスタでは、酸化物半導体層の上下に絶縁膜を介して配置され
た電極層のどちらか一方、または両方をゲート電極層として、利用できる。なお、第2の
電極層、及び第3の電極層は、ソース電極層、及びドレイン電極層として機能する。
主たるゲート電極として用いる。従って、酸化物半導体層404aの第2の電極層455
aと接する領域と、酸化物半導体層404aの第3の電極層455bと接する領域に挟ま
れ、第2の絶縁層428と接し、且つ第4の電極層422aと重なる領域にチャネルが形
成される。
層と第4の電極層について、第1の電極層の電位が第4の電極層の電位以上である場合、
第1の電極層を主たるゲート電極と言い、第4の電極層の電位が第1の電極層の電位以上
である場合、第4の電極層を主たるゲート電極と言うものとする。また、第1の電極層と
第4の電極層のどちらか一方は、GND、0V、或いはフローティング状態であってもよ
い。
電極として用いる。従って、酸化物半導体層404bの第2の電極層455cと接する領
域と、酸化物半導体層404bの第3の電極層455dと接する領域に挟まれ、第1の絶
縁層402と接し、且つ第1の電極層421bと重なる領域にチャネルが形成される。
電極層455d、及び第4の電極層422bに透光性を有する導電膜を用いることで、透
光性を有するトランジスタとすることができる。透光性を有するトランジスタを表示装置
の画素に適用すると、画素の開口率を向上することができる。
In−Sn−O系、In−Sn−Zn−O系、In−Al−Zn−O系、Sn−Ga−Z
n−O系、Al−Ga−Zn−O系、Sn−Al−Zn−O系、In−Zn−O系、Sn
−Zn−O系、Al−Zn−O系、In−O系、Sn−O系、Zn−O系の酸化物導電材
料を適用することができ、スパッタ法を用いる場合は、SiO2を2重量%以上10重量
%以下含むターゲットを用いて成膜を行い、透光性を有する導電膜にSiOx(X>0)
を含ませ、非晶質の状態とするのが良い。
55b、及び第4の電極層422aとしては、Ti、Mo、W、Al、Cr、Cu、Ta
から選ばれた元素を主成分とする膜を、単膜で、または、それらの積層膜で形成すればよ
い。特に、酸化物半導体層と電気的に接続する第2の電極層455a、及び第3の電極層
455bは、酸素親和性の高い金属を含む材料が好ましい。
元系金属酸化物であるIn−Ga−Zn−O系、In−Sn−Zn−O系、In−Al−
Zn−O系、Sn−Ga−Zn−O系、Al−Ga−Zn−O系、Sn−Al−Zn−O
系や、二元系金属酸化物であるIn−Zn−O系、Sn−Zn−O系、Al−Zn−O系
、Zn−Mg−O系、Sn−Mg−O系、In−Mg−O系や、一元系金属酸化物である
In−O系、Sn−O系、Zn−O系などの酸化物半導体膜を用いることができる。また
、上記酸化物半導体層にSiO2を含んでもよい。
用いることができる。ここで、Mは、Ga、Al、Mn及び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Ga
及びCoなどがある。InMO3(ZnO)m(m>0)で表記される構造の酸化物半導
体層のうち、MとしてGaを含む構造の酸化物半導体を、上記したIn−Ga−Zn−O
系酸化物半導体とよび、その薄膜をIn−Ga−Zn−O系膜ともよぶこととする。
ッドサーマルアニール)法等で高温短時間の脱水または脱水素化処理をしたものを用いる
。この加熱工程により、酸化物半導体層の表層部は粒子サイズが1nm以上20nm以下
の所謂ナノクリスタル(ナノ結晶とも表記する)で構成された結晶領域を有するようにな
り、その他の部分は非晶質、または、非晶質領域中に微結晶が点在した非晶質と微結晶の
混合物となる。なお、ナノ結晶の大きさは一例に過ぎず、発明が上記数値範囲に限定して
解釈されるものではない。
緻密な結晶領域が存在するため、表層部からの水分の再侵入や酸素の脱離によるn型化を
防止できる。その結果、n型化が影響する電気特性の劣化、具体的にはオフ電流の上昇を
防ぐことができる。
軸(c−axis)配向した結晶粒を有する。例えば、In−Ga−Zn−O系の酸化物
半導体材料を用いる場合には、結晶領域は、In2Ga2ZnO7結晶粒のc軸が酸化物
半導体層の表面に対して略垂直な方向に配向したものとなる。In2Ga2ZnO7のc
軸が基板平面(または、酸化物半導体層表面)に対して垂直な方向となるようにナノ結晶
を配列させることにより、トランジスタにおける電流の方向がIn2Ga2ZnO7のb
軸方向(またはa軸方向)となる。
記に限定されず、他の結晶構造の結晶粒を含んでいても良い。例えば、In−Ga−Zn
−O系の酸化物半導体材料を用いる場合には、In2Ga2ZnO7の結晶粒に加え、I
nGaZnO4の結晶粒などを含んでいても良い。
ジスタ440Bを作製する工程を説明する。
工程により第1の電極層421a、及び第1の電極層421bを形成する。このとき段切
れ防止のために、少なくとも第1の電極層421a、及び第1の電極層421bの端部に
テーパー形状が形成されるようにエッチングするのが好ましい。
ェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。もちろ
ん、第1のフォトリソグラフィ工程だけでなく、他のフォトリソグラフィ工程にも適用で
きる。
しくはアルミノシリケートガラスなど、フュージョン法やフロート法で作製される無アル
カリガラス基板、セラミック基板の他、本作製工程の処理温度に耐えうる耐熱性を有する
プラスチック基板等を用いることができる。また、ステンレス合金などの金属基板の表面
に絶縁膜を設けた基板を適用しても良い。
縁体でなる基板を用いても良い。他にも、結晶化ガラス基板などを用いることができる。
チタン、クロム、タンタル、タングステン、ネオジム、スカンジウムなどの金属材料、ま
たはこれらの金属材料を主成分とする合金材料、またはこれらの金属材料を成分とする窒
化物を用いて、単層又は積層で形成することができる。好ましくはアルミニウムや銅など
の低抵抗金属材料での形成が有効であるが、耐熱性や腐食性の問題から高融点金属材料と
組み合わせて用いると良い。高融点金属材料としては、モリブデン、チタン、クロム、タ
ンタル、タングステン、ネオジム、スカンジウム等を用いることができる。
ともできる。透光性を有する導電層としては、例えば、酸化インジウム、酸化インジウム
酸化スズ合金、酸化インジウム酸化亜鉛合金、酸化亜鉛、酸化亜鉛アルミニウム、酸窒化
亜鉛アルミニウム、または酸化亜鉛ガリウム等を含む酸化物導電層を用いることができる
。
えば、画素部の開口率を向上させる目的で、第1の電極層421bを可視光に対する透光
性を有する導電層で形成し、配線抵抗を抑制する目的で、駆動回路部の第1の電極層42
1aに金属を主成分とする導電膜、例えばチタン、モリブデン、タングステン、アルミニ
ウム、クロム、銅、タンタルから選ばれた元素を主成分とする膜を、単膜で、または、そ
れらの積層膜を用いて形成することもできる。
1bの間に設けてもよい。下地膜は、基板400からの不純物元素の拡散を防止する機能
があり、窒化珪素膜、酸化珪素膜、窒化酸化珪素膜、または酸化窒化珪素膜から選ばれた
一つ、または複数の膜による積層構造により形成することができる。
成する。第1の絶縁層402は酸化シリコン層、酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン
層、窒化シリコン層、酸化アルミニウム層、酸化タンタル層などの単層膜または積層膜を
用いることができる。また、膜厚を50nm以上250nm以下とし、CVD法やスパッ
タ法などで形成する。なお、第1の絶縁層402は酸化物半導体層と接する側に酸化物絶
縁層を有する構成が好ましい。
れた酸化物半導体(高純度化された酸化物半導体)は界面準位、界面電荷に対して極めて
敏感であるため、絶縁膜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
接する絶縁膜は、高品質化が要求される。
い高品質な絶縁膜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
ト絶縁膜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。
るため段差被覆性に優れている。また、高密度プラズマCVD装置により得られる絶縁膜
は、薄い膜の厚みを精密に制御することができる。
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膜の膜質、酸化物半導体との界面特性が改質される絶縁膜であっても
良い。いずれにしても、ゲート絶縁膜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。
プラズマCVD装置は、1×1011/cm3以上のプラズマ密度を達成できる装置を指
している。例えば、3kW〜6kWのマイクロ波電力を印加してプラズマを発生させて、
絶縁膜の成膜を行う。
スを導入し、10Pa〜30Paの圧力下で高密度プラズマを発生させてガラス等の絶縁
表面を有する基板上に絶縁膜を形成する。その後、モノシランガスの供給を停止し、大気
に曝すことなく亜酸化窒素(N2O)と希ガスとを導入して絶縁膜表面にプラズマ処理を
行ってもよい。少なくとも亜酸化窒素(N2O)と希ガスとを導入して絶縁膜表面に行わ
れるプラズマ処理は、絶縁膜の成膜より後に行う。上記プロセス順序を経た絶縁膜は、膜
厚が薄く、例えば100nm未満であっても信頼性を確保することができる絶縁膜である
。
酸化窒素(N2O)との流量比は、1:10から1:200の範囲とする。また、チャン
バーに導入する希ガスとしては、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、キセノンなどを用い
ることができるが、中でも安価であるアルゴンを用いることが好ましい。
段差被覆性に優れている。また、高密度プラズマ装置により得られる絶縁膜は、薄い膜の
厚みを精密に制御することができる。
は大きく異なっており、同じエッチャントを用いてエッチング速度を比較した場合におい
て、平行平板型のPCVD装置で得られる絶縁膜の10%以上または20%以上遅く、高
密度プラズマ装置で得られる絶縁膜は緻密な膜と言える。
層を形成することも可能である。有機シランガスとしては、珪酸エチル(TEOS:化学
式Si(OC2H5)4)、テトラメチルシラン(TMS:化学式Si(CH3)4)、
テトラメチルシクロテトラシロキサン(TMCTS)、オクタメチルシクロテトラシロキ
サン(OMCTS)、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)、トリエトキシシラン(Si
H(OC2H5)3)、トリスジメチルアミノシラン(SiH(N(CH3)2)3)等
のシリコン含有化合物を用いることができる。
物、窒化物、酸化窒化物、又は窒化酸化物の一種又はそれらの化合物を少なくとも2種以
上含む化合物を用いることもできる。
数が多い物質のことを指し、窒化酸化物とは、その組成として、酸素原子より窒素原子の
数が多い物質のことを指す。例えば、酸化窒化シリコン膜とは、その組成として、窒素原
子よりも酸素原子の数が多く、ラザフォード後方散乱法(RBS:Rutherford
Backscattering Spectrometry)及び水素前方散乱法(H
FS:Hydrogen Forward Scattering)を用いて測定した場
合に、濃度範囲として酸素が50原子%以上70原子%以下、窒素が0.5原子%以上1
5原子%以下、シリコンが25原子%以上35原子%以下、水素が0.1原子%以上10
原子%以下の範囲で含まれるものをいう。また、窒化酸化シリコン膜とは、その組成とし
て、酸素原子より窒素原子の数が多く、RBS及びHFSを用いて測定した場合に、濃度
範囲として酸素が5原子%以上30原子%以下、窒素が20原子%以上55原子%以下、
シリコンが25原子%以上35原子%以下、水素が10原子%以上30原子%以下の範囲
で含まれるものをいう。但し、酸化窒化シリコンまたは窒化酸化シリコンを構成する原子
の合計を100原子%としたとき、窒素、酸素、シリコン及び水素の含有比率が上記の範
囲内に含まれるものとする。
以上20nm以下の酸化物半導体膜403を形成する(図1(A))。
せる逆スパッタを行い、第1の絶縁層402の表面に付着しているゴミを除去することが
好ましい。逆スパッタとは、ターゲット側に電圧を印加せずに、アルゴン雰囲気下で基板
側にRF電源を用いて電圧を印加して基板近傍にプラズマを形成して表面を改質する方法
である。なお、アルゴン雰囲気に代えて窒素、ヘリウムなどを用いてもよい。また、アル
ゴン雰囲気に酸素、N2Oなどを加えた雰囲気で行ってもよい。また、アルゴン雰囲気に
Cl2、CF4などを加えた雰囲気で行ってもよい。逆スパッタ処理後、大気に曝すこと
なく酸化物半導体膜を成膜することによって、第1の絶縁層402と酸化物半導体膜40
3の界面にゴミや水分が付着するのを防ぐことができる。
、三元系金属酸化物であるIn−Ga−Zn−O系、In−Sn−Zn−O系、In−A
l−Zn−O系、Sn−Ga−Zn−O系、Al−Ga−Zn−O系、Sn−Al−Zn
−O系や、二元系金属酸化物であるIn−Zn−O系、Sn−Zn−O系、Al−Zn−
O系、Zn−Mg−O系、Sn−Mg−O系、In−Mg−O系や、一元系金属酸化物で
あるIn−O系、Sn−O系、Zn−O系などの酸化物半導体膜を用いることができる。
また、上記酸化物半導体膜中にSiO2を含んでもよい。また、酸化物半導体膜は、先に
挙げたInMO3(ZnO)m(m>0)で表記される薄膜を用いることができる。
希ガス(代表的にはアルゴン)及び酸素混合雰囲気下においてスパッタ法により形成する
ことができる。また、スパッタ法を用いる場合、SiO2を2重量%以上10重量%以下
含むターゲットを用いて成膜を行い、酸化物半導体膜に結晶化を阻害するSiOx(X>
0)を含ませても良い。
n2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1[mol数比]、またはIn2O3:Ga2
O3:ZnO=1:1:2[mol数比])を用いて、基板とターゲットの間との距離を
100mm、圧力0.6Pa、直流(DC)電源0.5kW、酸素(酸素流量比率100
%)雰囲気下で成膜する。なお、パルス直流(DC)電源を用いると、成膜時に発生する
粉状物質(パーティクル、ゴミともいう)が軽減でき、膜厚分布も均一となるために好ま
しい。本実施の形態では、酸化物半導体膜として、In−Ga−Zn−O系酸化物半導体
成膜用ターゲットを用いてスパッタ法により膜厚15nmのIn−Ga−Zn−O系膜を
成膜する。
ましい。酸化物半導体膜に水素、水酸基又は水分が含まれないようにするためである。
るマルチチャンバー型のスパッタリング装置は、珪素もしくは酸化珪素(人工石英)ター
ゲットと、酸化物半導体膜用のターゲットを備えており、少なくとも、酸化物半導体膜用
のターゲットを設けた成膜室は、排気手段としてクライオポンプを有している。なお、ク
ライオポンプに代えて、ターボ分子ポンプを用い、当該ターボ分子ポンプの吸気口上に水
分などを吸着させるべくコールドトラップを設ける構成としても良い。
含む化合物や、炭素原子や、炭素原子を含む化合物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膜に含まれる不純物の濃度を低減できる。
どの不純物が、濃度数ppm程度、濃度数ppb程度まで除去された高純度ガスを用いる
ことが好ましい。
℃以上600℃以下好ましくは200℃以上400℃以下とする。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膜に含まれる不純物濃度を低減することができ
る。
DCスパッタ法、さらにパルス的にバイアスを与えるパルスDCスパッタ法がある。RF
スパッタ法は主に絶縁膜を成膜する場合に用いられ、DCスパッタ法は主に金属導電膜を
成膜する場合に用いられる。
装置は、同一チャンバーで異なる材料膜を積層成膜することも、同一チャンバーで複数種
類の材料を同時に放電させて成膜することもできる。
や、グロー放電を使わずマイクロ波を用いて発生させたプラズマを用いるECRスパッタ
法を用いるスパッタ装置がある。
とを化学反応させてそれらの化合物薄膜を形成するリアクティブスパッタ法や、成膜中に
基板にも電圧をかけるバイアススパッタ法もある。
n−O系膜をエッチングする。エッチングには、例えば、クエン酸やシュウ酸などの有機
酸をエッチャントとして用いることができる。酸化物半導体層404a、404bの端部
をテーパー状にエッチングすることで、段差形状による配線の段切れを防ぐことができる
。なお、ここでのエッチングは、ウェットエッチングに限定されずドライエッチングを用
いてもよい。
または脱水素化を行う第1の加熱処理は、不活性ガス雰囲気下で抵抗加熱やランプ照射な
どの手段を用い、500℃以上750℃以下(若しくはガラス基板の歪点以下の温度)で
1分間以上10分間以下程度、好ましくは650℃、3分間以上6分間以下程度のRTA
(Rapid Thermal Anneal)処理で行うことができる。RTA法を用
いれば、短時間に脱水化または脱水素化が行えるため、ガラス基板の歪点を超える温度で
も処理することができる。なお、加熱処理は、このタイミングに限らず、フォトリソグラ
フィ工程や成膜工程の前後などで複数回行っても良い。
または脱水素化のための加熱処理と呼ぶ。本明細書では、この加熱処理によってH2とし
て脱離させていることのみを脱水素化と呼んでいるわけではなく、H、OHなどを脱離す
ることを含めて脱水化または脱水素化と便宜上呼ぶこととする。
素化を行った同じ炉で大気に触れさせることなく、水または水素を再び混入させないで常
温まで下げることが重要である。脱水化または脱水素化と同時に酸素欠乏状態となり、酸
化物半導体層をn型化(n−、n+など)、即ち低抵抗化させた後、酸素を補填すること
で高抵抗化させてi型とした酸化物半導体層を用いてトランジスタを作製すると、トラン
ジスタのしきい値電圧値をプラスとすることができ、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。トランジスタのゲート電圧が0Vにできるだけ近い正のしきい値
電圧でチャネルが形成されることが表示装置には望ましい。なお、トランジスタのしきい
値電圧値がマイナスであると、ゲート電圧が0Vでもソース電極とドレイン電極の間に電
流が流れる、所謂ノーマリーオン特性となりやすい。アクティブマトリクス型の表示装置
においては、回路を構成するトランジスタの電気特性が重要であり、この電気特性が表示
装置の性能を左右する。特に、トランジスタの電気特性のうち、しきい値電圧(Vth)
が重要である。電界効果移動度が高くともしきい値電圧値が高い、或いはしきい値電圧値
がマイナスであると、回路として制御することが困難である。しきい値電圧値が高いトラ
ンジスタの場合には、駆動電圧が低い状態ではトランジスタとしてのスイッチング機能を
果たすことができず、負荷となる恐れがある。nチャネル型のトランジスタの場合、ゲー
ト電圧に正の電圧を印加してはじめてチャネルが形成されて、ドレイン電流が流れ出すト
ランジスタが望ましい。駆動電圧を高くしないとチャネルが形成されないトランジスタや
、負の電圧状態でもチャネルが形成されてドレイン電流が流れるトランジスタは、回路に
用いるトランジスタとしては不向きである。
気と異なるガス雰囲気に切り替えてもよい。例えば、脱水化または脱水素化を行った同じ
炉で大気に触れさせることなく、炉の中を高純度の酸素ガスまたはN2Oガス、超乾燥エ
ア(露点が−40℃以下、好ましくは−60℃以下)で満たして冷却を行う。
い。または、加熱処理装置に導入する不活性ガスの純度を、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。
酸素欠乏型となって低抵抗化、即ちn型化(n−化など)する。その後、酸化物半導体層
に接する酸化物絶縁層の形成を行うことにより酸化物半導体層の酸素欠損部に酸素を供給
して高抵抗化、即ちi型化させているとも言える。これにより、電気特性が良好で信頼性
のよいトランジスタを作製することができる。
(TDS:Thermal Desorption Spectroscopy)で45
0℃まで昇温しても水分の脱離を示すスペクトルに2つのピーク、少なくとも250〜3
00℃付近に現れる1つのピークは検出されない。
くの未結合手を有する非晶質であるが、上記脱水化または脱水素化処理の第1の加熱工程
を行うことで、近距離にある未結合手同士が結合し合い、秩序化された非晶質構造とする
ことができる。また、秩序化が発展すると、非晶質領域中に微結晶が点在した非晶質と微
結晶の混合物、または全体が非晶質で形成され、酸化物半導体層404a、及び酸化物半
導体層404bの表層部にナノ結晶で構成された結晶領域405a、及び結晶領域405
bが形成される(図1(B))。また、酸化物半導体層404a、及び酸化物半導体層4
04bのその他の領域は、非晶質、非晶質領域中に微結晶が点在した非晶質と微結晶の混
合物となる。なお、結晶領域405a、及び結晶領域405bは酸化物半導体層404a
、及び酸化物半導体層404bの一部であり、以降、酸化物半導体層404a、または酸
化物半導体層404bの表記には、結晶領域405a、または結晶領域405bが含まれ
るものとする。また、微結晶の粒子サイズは1nm以上20nm以下の所謂ナノ結晶であ
り、一般的に微結晶(マイクロクリスタル)と呼ばれる微結晶粒子よりも小さいサイズで
ある。
したナノ結晶が形成されることが好ましく、この場合、c軸方向に長軸を有し、短軸方向
は1nm乃至20nmとなるのが好ましい。
除く表層部に結晶領域が形成される。ただし、側面部の面積比率は小さく、この場合にお
いても電気特性の劣化が抑制される効果や絶縁耐圧の向上等の効果は維持される。
は材料によっては、結晶化し、微結晶膜または多結晶膜となる場合もある。例えば、第1
の電極層421a、及び第1の電極層421bとして、酸化インジウム酸化錫を用いる場
合は450℃1時間の第1の熱処理で結晶化するが、酸化珪素を含む酸化インジウム酸化
錫を第1の電極層421a、及び第1の電極層421bに用いる場合は結晶化が起こりに
くい。
膜直後よりもキャリア濃度が高まり、好ましくは1×1018/cm3以上のキャリア濃
度を有し、低抵抗化した酸化物半導体層404a、404bとなる。
半導体膜に行うこともできる。その場合には、第1の加熱処理後に、加熱装置から基板を
取り出し、島状の酸化物半導体層に加工するためのフォトリソグラフィ工程を行う。
層を接続するための開口部(コンタクトホールともいう)を第1の絶縁層402に形成す
る。第1の絶縁層402上にフォトリソグラフィ法またはインクジェット法等によりマス
クを形成し、該マスクを用いて第1の絶縁層402を選択的にエッチングしてコンタクト
ホールを形成する。なお、コンタクトホールの形成は、第1の絶縁層402形成後、酸化
物半導体膜403形成前に行ってもよい。
じ層で形成される配線を含む)となる導電膜を成膜する。導電膜は、100nm以上50
0nm以下、好ましくは200nm以上300nm以下の厚さで形成する。
料、または該金属材料を成分とする合金材料で形成する。また、Al、Cuなどの金属層
の一方または双方にCr、Ta、Ti、Mo、Wなどの高融点金属層を積層させた構成と
しても良い。また、Si、Ti、Ta、W、Mo、Cr、Nd、Sc、YなどAl膜に生
ずるヒロックやウィスカーの発生を防止する元素が添加されているAl材料を用いること
で耐熱性を向上させることが可能となる。
化物で形成しても良い。導電性の金属酸化物としては酸化インジウム(In2O3)、酸
化スズ(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウム酸化スズ合金(In2O3―
SnO2、ITOと略記する)、酸化インジウム酸化亜鉛合金(In2O3―ZnO)ま
たは前記金属酸化物材料にシリコン若しくは酸化シリコンを含ませたものを用いることが
できる。また、上述した元素を含む単層に限定されず、二層以上の積層を用いることがで
きる。なお、該導電膜は、少なくとも、後に行う第2の加熱処理に耐えうる程度の耐熱性
を有していることが好ましい。
材料が好ましい。酸素親和性の高い金属としては、チタン(Ti)、マンガン(Mn)、
マグネシウム(Mg)、ジルコニウム(Zr)、ベリリウム(Be)、トリウム(Th)
のいずれか一または複数から選択された材料であることが好ましい。本実施の形態ではチ
タン膜を用いる。
が増加し、低抵抗な領域が形成され、酸化物半導体層と、導電膜のコンタクト抵抗を低減
できる。これは、酸素親和性の高い導電膜が酸化物半導体層から酸素を引き抜くことによ
り、酸化物半導体層と導電膜の界面に、酸化物半導体層中の金属が過剰な層(複合層とも
呼ぶ。)または酸化された導電膜のいずれか、もしくはその両方が形成されることによる
。例えば、In−Ga−Zn−O系の酸化物半導体層とチタン膜が接する構成においては
、酸化物半導体層とチタン膜に接する界面付近に、インジウムが過剰な層と酸化チタン層
が生成する場合がある。また、酸化物半導体層とチタン膜に接する界面付近に、インジウ
ムが過剰な層または酸化チタン層のいずれかが生成する場合がある。In−Ga−Zn−
O系の酸化物半導体層から酸素が欠損したインジウムが過剰な層は電気伝導度が高く、酸
化物半導体層と導電膜との接触抵抗の低減を図ることができる。
ン膜を用いても良い。その場合、In−Ga−Zn−O系の酸化物半導体層と酸化チタン
膜が接する構成においては、酸化物半導体層と酸化チタン膜に接する界面付近に、インジ
ウムが過剰な層が生成される場合がある。
視光に対して透光性を有する導電材料としては、インジウム、スズまたは亜鉛のいずれか
を含む透明導電性酸化物が好ましく、例えば、酸化インジウム(In2O3)や酸化イン
ジウム酸化スズ合金(In2O3―SnO2、ITOと略記する)を用いることができる
。また、透明導電性酸化物に酸化シリコンのような絶縁性酸化物を加えた物を用いてもよ
い。透明導電性酸化物を導電膜として用いることにより、表示装置の開口率を向上させる
ことができる。
用いてもよい。また、銀、金、銅などの導電性ナノペーストを、スクリーン印刷法、イン
クジェット法などを用いて吐出し焼成して形成しても良い。
成し、該マスクを用いて導電膜をエッチングして、ソース電極、及びドレイン電極を形成
する(図1(C))。本実施の形態では、導電膜としてスパッタリング法で厚さ200n
mのTi膜を形成し、レジストマスクを用いて、ウェットエッチング法またはドライエッ
チング法にて導電膜を選択的にエッチングして、ソース電極、及びドレイン電極として機
能する第2の電極層455a、第3の電極層455b、第2の電極層455c、及び第3
の電極層455dを形成する。
3の電極層455d及び露出した酸化物半導体層404a、404bを覆う第2の絶縁層
428を形成する(図1(D))。第2の絶縁層428の膜厚は50nm以上250nm
以下が好ましく、第2の絶縁層428は酸化物半導体層と接する側に酸化物絶縁層を有す
る。第2の絶縁層428が有する酸化物半導体層と接する側の酸化物絶縁層としては、酸
化シリコン層、酸化窒化シリコン層、酸化アルミニウム層、酸化タンタル層、酸化イット
リウム層、又は酸化ハフニウム層などの酸化物絶縁層を用いることができる。
ない方法を適宜用いて形成することができる。本実施の形態では、スパッタリング法を用
いて酸化物絶縁層として酸化珪素膜を成膜する。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。ここで、成膜時に水、水素等の不
純物を混入させない方法として、成膜前に減圧下で150℃以上350℃以下の温度で2
分間以上10分間以下のプリベークを行い、大気に触れることなく酸化物絶縁層を形成す
ることが望ましい。酸化珪素膜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(代表的にはアルゴン)及び酸素混合雰
囲気下において行うことができる。また、ターゲットとして酸化珪素ターゲットまたは珪
素ターゲットを用いることができる。例えば、珪素ターゲットを用いて、酸素、及び希ガ
ス雰囲気下でスパッタリング法により酸化珪素を形成することができる。低抵抗化した酸
化物半導体層に接して形成する酸化物絶縁層は、水分や、水素イオンや、OH−などの不
純物の混入をさけて形成する。
純物が外部から酸化物半導体層に侵入を抑制する構成が好ましい。第2の絶縁層428の
酸化物絶縁層上に積層する無機絶縁膜としては、酸化シリコン層、酸化窒化シリコン層、
窒化酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化アルミニウム層、酸化タンタル層などを用い
ることができる。
.01Ω・cm)を用い、基板とターゲットの間との距離(T−S間距離)を89mm、
圧力0.4Pa、直流(DC)電源6kW、酸素(酸素流量比率100%)雰囲気下でパ
ルスDCスパッタ法により成膜する。膜厚は300nmとする。また、第2の絶縁層42
8を成膜する際に用いるスパッタガスは水素、水、水酸基又は水素化物などの不純物が、
濃度数ppm程度、濃度数ppb程度まで除去された高純度ガスを用いることが好ましい
。
00℃以上400℃以下、例えば250℃以上350℃以下)を行う。例えば、窒素雰囲
気下で250℃、1時間の第2の加熱処理を行う。または、第1の加熱処理と同様に高温
短時間のRTA処理を行っても良い。第2の加熱処理を行うと、酸化物絶縁層と酸化物半
導体層が接した状態で加熱され、第1の加熱処理で低抵抗化された酸化物半導体層の酸素
欠損部に酸素を供給し、高抵抗化(i型化)できる。
グは酸化珪素膜成膜以降であれば問題なく、酸化珪素膜成膜直後に限定されるものではな
い。
エッチングにより第2の電極層455dに達するコンタクトホールを形成する。
工程を施して、第4の電極層422a、第4の電極層422b、及び、後の工程で画素電
極層と接続される接続電極層422cを形成する(図1(E))。導電膜としては、Al
、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、Wから選ばれた元素を主成分とする膜を、単膜で、若
しくは積層して用いることができる。ただし、第3の電極層455dと画素電極層が直接
接続される場合は接続電極層422cを省いても良い。
主たるゲート電極として用いる。また、第1の電極層421aの電位は第4の電極層42
2aの電位以下、もしくはGND、0V、或いはフローティング状態であってもよい。
電極として用いる。また、第4の電極層422bの電位は第1の電極層421bの電位以
下、もしくはGND、0V、或いはフローティング状態であってもよい。
子構造とすることによりトランジスタの信頼性を高めることができる。具体的には、トラ
ンジスタの信頼性を調べるためのバイアス−熱ストレス試験(以下、BT試験という)に
おいて、BT試験前後におけるトランジスタのしきい値電圧の変化量を低減することがで
きる。
第4の電極層を設けない構成であってもよい。
示す。図2に示すトランジスタ440Aは酸化物半導体層のチャネル形成領域の上下に絶
縁膜を介して一対の電極層を配置する4端子構造の一つであり、トランジスタ450は逆
スタガ型である。
成されることが好適であり、トランジスタ450は画素、駆動回路の一部もしくは保護回
路に形成されることが好適である。
の絶縁層402、結晶領域405cを含む酸化物半導体層404c、第2の電極層455
e、及び第3の電極層455fを含む。また、トランジスタ450を覆い、結晶領域40
5cに接する第2の絶縁層428を有する。第1の電極層421cと酸化物半導体層40
4cは第1の絶縁層402を介して重なっている。また、第2の電極層455e、及び第
3の電極層455fの一部が酸化物半導体層404cの上方に重なって形成されている。
絶縁層としては、例えば窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、または窒化アルミニウム膜などを
用いる。
縁層としては、アクリル、ポリイミド、ベンゾシクロブテン、ポリアミド、エポキシ等の
、耐熱性を有する有機材料を用いることができる。また上記有機材料の他に、低誘電率材
料(low−k材料)、シロキサン系樹脂、PSG(リンガラス)、BPSG(リンボロ
ンガラス)等を用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶縁層を複数積層
させてもよい。また、カラーフィルタ層を平坦化絶縁層として用いることもできる。
層422bと同じ材料、同じ工程で作製できる容量電極を用いて、第1の絶縁層402、
または酸化物絶縁層を含む誘電体層を挟んだ保持容量も同一基板上に形成してもよい。ト
ランジスタ440Bと保持容量を有する画素をマトリクス状に配置して画素部を構成し、
トランジスタ440Aを有する駆動回路を画素部の周辺に配置した基板は、アクティブマ
トリクス型の表示装置を作製するための一方の基板とすることができる。
ジスタのソース電極層と電気的に接続する電源供給線を設け、その電源供給線は、ゲート
配線と交差し、且つ、金属導電膜からなる接続電極層422cと同じ材料、同じ工程で形
成する。或いは、電源供給線は、ソース配線と交差し、且つ、第1の電極層421bと同
じ材料、同じ工程で形成する。
極層またはドレイン電極層と電気的に接続させ、発光素子のもう一方の電極と電気的に接
続する共通電位線を設ける。なお、その共通電位線は、金属導電膜からなる接続電極層4
22cと同じ材料、同じ工程で形成する。或いは、共通電位線は、第1の電極層421b
と同じ材料、同じ工程で形成する。
流が極めて低く、1×10−13A以下の特性を有する。このようにオフ電流が低いトラ
ンジスタとしては、例えば、炭化珪素(例えば、4H−SiC)を用いたものがある。酸
化物半導体と4H−SiCはいくつかの共通点を有しており、キャリア密度はその一例で
ある。常温でのフェルミ・ディラック分布を用いると、酸化物半導体の少数キャリアは1
0−7/cm3程度と見積もられるが、これは、4H−SiCにおける6.7×10−1
1/cm3と同様、極めて低い値である。シリコンの真性キャリア密度(1.4×101
0/cm3程度)と比較すれば、その程度が並はずれていることが良く理解できる。また
、酸化物半導体のエネルギーバンドギャップは3.0〜3.5eVであり、4H−SiC
のエネルギーバンドギャップは3.26eVであるから、ワイドギャップ半導体という点
においても、酸化物半導体と炭化珪素とは共通している。
ロセス温度である。炭化珪素を用いる半導体プロセスは一般に1500℃〜2000℃の
活性化熱処理を経由する。このような高い温度では、半導体基板や半導体素子などが破壊
されてしまうため、他の半導体材料を用いた集積回路を形成した上に、炭化珪素による半
導体素子を形成することは困難である。他方、酸化物半導体は、300〜500℃(ガラ
ス転移温度以下、最大でも700℃程度)の熱処理で作製することが可能であり、他の半
導体材料を用いた集積回路を形成した上で、酸化物半導体による半導体素子を形成するこ
とが可能となる。
であるという利点を有する。さらに、高温での熱処理が不要という点で、炭化珪素と比較
してエネルギーコストを十分に低くすることができるという利点を有する。
研究は多くなされているが、これらの研究は、DOSそのものを十分に減らすという思想
を含まない。開示する発明の一態様では、エネルギーギャップ中のDOSの原因たり得る
水や水素を酸化物半導体中より除去することで、高純度化した酸化物半導体を作製する。
これは、DOSそのものを十分に減らすという思想に立脚するものである。そして、これ
によって極めて優れた工業製品の製造を可能とするものである。
DOSを減少させることにより、いっそう高純度化された(i型の)酸化物半導体とする
ことも可能である。たとえば、チャネル形成領域に密接して酸素過剰の酸化膜を形成し、
当該酸化膜から酸素を供給して、酸素欠陥によるDOSを減少させることが可能である。
不足による深い準位、などに起因するものとされている。これらの欠陥を無くすために、
水素を徹底的に除去し、酸素を十分に供給する、という技術思想は正しいものであろう。
特に水や水素を除去することによりi型化を実現する。この点、シリコンなどのように不
純物を添加してのi型化ではなく、従来にない技術思想を含むものといえる。
ついて、図23乃至図26を用いて説明する。なお、以下の説明は一考察に過ぎず、これ
に基づいて発明の有効性が否定されるものではないことを付記する。
次に説明する。
極(GE1)上にゲート絶縁膜(GI)を介して酸化物半導体層(OS)が設けられ、そ
の上にソース電極(S)及びドレイン電極(D)が設けられている。さらに、その上に絶
縁層を介してバックゲート(GE2)が設けられている。
24(A)はソースとドレインの間の電圧を等電位(VD=0V)とした場合を示し、図
24(B)はソースに対しドレインに正の電位(VD>0)を加えた場合を示す。
表す。図25はゲート電圧が0Vの場合の状態を示す。図26(A)はゲート(GE1)
に正の電位(VG>0)が印加された状態であり、ソースとドレイン間にキャリア(電子
)が流れるオン状態を示している。また、図26(B)は、ゲート(GE1)に負の電位
(VG<0)が印加された状態であり、オフ状態(少数キャリアは流れない)である場合
を示す。酸化物半導体の厚さが50nm程度であり、酸化物半導体が高純度化されたこと
によりドナー濃度が1×1018/cm3以下であれば、オフ状態において空乏層は酸化
物半導体の全体に渡って広がる。すなわち完全空乏型の状態とみなすことができる。
を示す。
n型であり、そのフェルミ準位(Ef)は、バンドギャップ中央に位置する真性フェルミ
準位(Ei)から離れて、伝導帯寄りに位置している。なお、酸化物半導体において含有
される水素の一部はドナーとなりN型化する要因の一つであることが知られている。
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することによ
り真性(i型)とし、又は真性型にしようとしたものである。すなわち、不純物を添加し
てi型化するのでなく、水素や水等の不純物を極力除去したことにより、高純度化された
i型(真性半導体)又はそれに近づけることを特徴としている。そうすることにより、フ
ェルミ準位(Ef)は真性フェルミ準位(Ei)と同じレベルにまですることができる。
4.3eVと言われている。ソース電極及びドレイン電極を構成するチタン(Ti)の仕
事関数は、酸化物半導体の電子親和力(χ)とほぼ等しい。この場合、金属−酸化物半導
体界面において、電子に対してショットキー型の障壁は形成されない。
者が接触すると図24(A)で示すようなエネルギーバンド図(模式図)が示される。
した上で、ゲートに電圧を印加しない場合(VG=0)を破線で示し、ゲートに正の電圧
(VG>0)を印加した場合を実線で示す。ゲートに正の電圧(VG>0)を印加した場
合、ドレインに正の電位が印加されると、電子はバリア(h)をこえて酸化物半導体に注
入され、ドレインに向かって流れる。この場合、バリア(h)の高さは、ゲート電圧とド
レイン電圧に依存して変化するが、ゲートに正の電圧(VG>0)を印加し正のドレイン
電圧が印加された場合には、電圧印加のない図24(A)のバリアの高さすなわちバンド
ギャップ(Eg)の1/2よりもバリアの高さ(h)は小さい値となる。ゲートに電圧を
印加しない場合は、高いポテンシャル障壁のために、電極から酸化物半導体側へキャリア
(電子)が注入されず、電流を流さないオフ状態を示す。一方、ゲートに正の電圧を印加
すると、ポテンシャル障壁が低下し、電流を流すオン状態を示す。
流れる。また、図26(B)において、ゲート電極(GE1)に負の電位が印加されると
、少数キャリアであるホールは実質的にゼロであるため、電流は限りなくゼロに近い値と
なる。
により真性(i型)とし、又は実質的に真性型とすることで、ゲート絶縁膜との界面特性
が顕在化し、バルクの特性と分離して考える必要がある。そのためゲート絶縁膜は、酸化
物半導体と良好な界面を形成できるものが必要となる。例えば、VHF帯〜マイクロ波帯
の電源周波数で生成される高密度プラズマを用いたCVD法で作製される絶縁膜、又はス
パッタリング法で作製される絶縁膜を用いることが好ましい。
ることにより、トランジスタの特性としてチャネル幅Wが1×104μmでチャネル長が
3μmの素子であっても、常温でのオフ電流が10−13A以下であり、サブスレッショ
ルドスイング値(S値)が0.1V/dec.(ゲート絶縁膜厚100nm)が十分に期
待される。
とにより、トランジスタの動作を良好なものとすることができる。
体層は表面にナノ結晶で構成された緻密な結晶領域を有し、結晶領域は表層部から高純度
化された酸化物半導体層内部への水分の再侵入や酸素の脱離によるn型化を防止する。こ
のような高純度化された酸化物半導体層の上下に絶縁膜を介して一対の電極層を配置する
4端子構造のトランジスタは、正の閾値電圧を有し、オフ電流が極めて小さく抑制された
特性を有する。
層と接する領域と、酸化物半導体層の第3の電極層と接する領域に挟まれ、第2の絶縁層
と接し、且つ第4の電極層と重なる領域にチャネルが形成される。なお、該チャネルが形
成される領域は、酸化物半導体の結晶領域でもあり、酸化物半導体層の表面に対して略垂
直な方向にc軸(c−axis)配向した結晶粒を有する。例えば、In−Ga−Zn−
O系の酸化物半導体材料を用いる場合には、c軸が基板平面(または、酸化物半導体層表
面)に対して垂直な方向となるようにナノ結晶を配列させることにより、トランジスタに
おける電流の方向がIn2Ga2ZnO7のb軸方向(またはa軸方向)となる。従って
、第4の電極層を主たるゲート電極として用いるトランジスタは高い動特性(オン特性や
周波数特性(f特性と呼ばれる))を発現し、例えば、高速動作が要求される駆動回路に
用いるトランジスタに好適である。
層と接する領域と、酸化物半導体層の第3の電極層と接する領域に挟まれ、第1の絶縁層
と接し、且つ第1の電極層と重なる領域にチャネルが形成される。なお、不純物を除去す
ることによりi型化又は実質的にi型化された酸化物半導体層(高純度化された酸化物半
導体層)はキャリア濃度が抑制される。また、該酸化物半導体層のチャネル形成領域とは
反対の面に、ナノ結晶で構成された緻密な結晶領域が存在するため、表層部からの水分の
再侵入や酸素の脱離によるn型化を防止できる。従って、第1の電極層を主たるゲート電
極層として用いるトランジスタは、極めて低いオフ電流と、優れた信頼性を有し、例えば
、漏れ電流の低減が要求される画素部に用いるトランジスタに好適である。
る酸化物半導体層のチャネル形成領域の上下に絶縁膜を介して一対の電極層を配置する4
端子構造のトランジスタの電気特性を選択できる。
て一対の電極層を配置する4端子構造のトランジスタを同一基板上に複数設け、主として
用いるゲート電極を選択することにより、同一基板上に形成した複数のトランジスタを異
なる特性で動作させることができる。
半導体装置を作製できる。
層、もしくは第4の電極層のどちらか一方に固定される必要はなく、回路の動作状況、動
作負荷に応じて適宜変えることができる。
本実施の形態では、酸化物半導体層のチャネル形成領域の上下に絶縁膜を介して一対の電
極層を配置する4端子構造のトランジスタを2つ用いて駆動回路のインバータ回路を構成
する例を、図3を用いて以下に説明する。図3(A)に示すトランジスタは、実施の形態
1の図1(E)に示したトランジスタ440A及びトランジスタ440Bと同一であり、
同じ部分には同じ符号を用いて説明する。
容量、抵抗などを用いて構成する。インバータ回路の一態様には2つのnチャネル型トラ
ンジスタを組み合わせて形成するものがある。例えば、エンハンスメント型トランジスタ
とデプレッション型トランジスタとを組み合わせて形成するもの(以下、EDMOS回路
という)と、エンハンスメント型トランジスタ同士で形成するもの(以下、EEMOS回
路という)がある。
及び第2のトランジスタ440Bは、実施の形態1と同様に形成できるため詳細な説明を
省略する。なお、第2の絶縁層428にコンタクトホール408を形成した後に、第4電
極層422a、及び第4電極層422bを設け、コンタクトホール408を介して第2電
極層455cと接続された第2の配線410bと第4の電極層422bが直接接続する構
成が好ましい。接続に要するコンタクトホールの数が少ないため、電気抵抗を小さくでき
るだけでなく、コンタクトホールが占有する面積を小さくできる。
aは、負の電圧VDLが印加される電源線(負電源線)である。この電源線は、接地電位
の電源線(接地電源線)としてもよい。
410cは、正の電圧VDHが印加される電源線(正電源線)である。
線Z1−Z2で切断した断面が図3(A)に相当する。
3(A)に相当し、第1のトランジスタ440Aをエンハンスメント型のnチャネル型ト
ランジスタとし、第2のトランジスタ440Bをデプレッション型のnチャネル型トラン
ジスタとする例である。
値を制御するため、高純度化された酸化物半導体層のチャネル形成領域の上下に絶縁膜を
介して設けた第1の電極と第4の電極を用いる。具体的には、第1のトランジスタ440
Aをエンハンスメント型、第2のトランジスタ440Bをデプレッション型にするよう、
それぞれの第1の電極と第4の電極に電圧を与える。
成されたコンタクトホール408を介して第4の電極層422bと直接接続する例を示し
たが、特に限定されず、接続電極を別途設けて第2の配線410bと第4の電極層422
bとを電気的に接続させてもよい。また、本実施の形態では第2のトランジスタ440B
の第4の電極層を主たるゲート電極として用いる場合について説明したが、第2のトラン
ジスタ440Bの第1の電極層を主たるゲート電極として用いてもよい。その場合は、第
2の絶縁層428にコンタクトホール408を設ける必要がなく、第1の絶縁層402に
第2の電極層455cと第1の電極層421bを接続するコンタクトホールを形成する。
を配置する4端子構造のトランジスタを2つ用いてインバータ回路を構成できる。デュア
ルゲート構造の第1の電極層と第4の電極層を用いてトランジスタの閾値を制御すること
で、酸化物半導体膜を作り分けずにエンハンスメント型トランジスタとデプレッション型
トランジスタを同一基板上に作製できるため作製工程が簡便である。
用したインバータ回路は、動特性に優れる。
本実施の形態では、酸化物半導体層のチャネル形成領域の上下に絶縁膜を介して一対の電
極層を配置する4端子構造のトランジスタを2つ用いてパルス出力回路を作製し、さらに
当該パルス出力回路を複数接続してシフトレジスタを構成する例について図4及び図5を
用いて説明する。
を有する素子であり、ドレイン領域とソース領域の間にチャネル領域を有しており、ドレ
イン領域とチャネル領域とソース領域とを介して電流を流すことが出来る。ここで、ソー
スとドレインとは、トランジスタの構造や動作条件等によって変わるため、いずれがソー
スまたはドレインであるかを限定することが困難である。そこで、ソース及びドレインと
して機能する領域を、ソースもしくはドレインと呼ばない場合がある。その場合、一例と
しては、それぞれを第1端子、第2端子と表記する場合がある。
0_1乃至第Nのパルス出力回路10_N(Nは3以上の自然数)を有する。
11、第2の配線12、第3の配線13、及び第4の配線14と接続され、第1の配線1
1から第1のクロック信号CK1が、第2の配線12から第2のクロック信号CK2が、
第3の配線13から第3のクロック信号CK3が、第4の配線14から第4のクロック信
号CK4が供給される。
もいう)とLレベル(L信号、低電源電位レベル、ともいう)を繰り返す信号である。こ
こで、第1のクロック信号(CK1)〜第4のクロック信号(CK4)は、順に1/4周
期分遅延している。本実施の形態では、第1のクロック信号(CK1)〜第4のクロック
信号(CK4)を利用して、パルス出力回路の駆動の制御等を行う。なお、クロック信号
は、入力される駆動回路に応じて、GCK、SCKということもあるが、ここではCKと
して説明を行う
子21、第2の入力端子22、第3の入力端子23、第4の入力端子24、第5の入力端
子25、第1の出力端子26、及び第2の出力端子27を有している(図4(B)参照)
。また、図示していないが、電源線51、電源線52、及び電源線53と接続されている
。
第1の配線11〜第4の配線14のいずれかと電気的に接続されている。例えば、図4(
A)において、第1のパルス出力回路10_1は、第1の入力端子21が第1の配線11
と電気的に接続され、第2の入力端子22が第2の配線12と電気的に接続され、第3の
入力端子23が第3の配線13と電気的に接続されている。また、第2のパルス出力回路
10_2は、第1の入力端子21が第2の配線12と電気的に接続され、第2の入力端子
22が第3の配線13と電気的に接続され、第3の入力端子23が第4の配線14と電気
的に接続されている。
第1のスタートパルス)が入力される。また2段目以降の第nのパルス出力回路10_n
(nは、2以上N以下の自然数)では、一段前段のパルス出力回路からの信号(前段信号
OUT(n−1)という)(nは2以上の自然数)が入力される。
の信号が入力される。同様に、2段目以降の第nのパルス出力回路10_nでは、2段後
段の第(n+2)のパルス出力回路10_(n+2)からの信号(後段信号OUT(n+
2)という)が入力される。従って、各段のパルス出力回路からは、後段及び/または二
つ前段のパルス出力回路に入力するための第1の出力信号(OUT(1)(SR)〜OU
T(N)(SR))、別の配線等に電気的に接続される第2の出力信号(OUT(1)〜
OUT(N))が出力される。
ク信号CK1が入力され、第2の入力端子22に第2のクロック信号CK2が入力され、
第3の入力端子23に第3のクロック信号CK3が入力され、第4の入力端子24にスタ
ートパルスが入力され、第5の入力端子25に後段信号OUT(3)が入力され、第1の
出力端子26より第1の出力信号OUT(1)(SR)が出力され、第2の出力端子27
より第2の出力信号OUT(1)が出力されていることとなる。
び10_N)には、後段信号OUT(n+2)が入力されないが、一例としては、別途第
6の配線16より第2のスタートパルスSP2、第7の配線17より第3のスタートパル
スSP3をそれぞれ入力する構成とすればよい。または、別途シフトレジスタの内部で生
成された信号であってもよい。例えば、画素部へのパルス出力に寄与しない第(N+1)
のパルス出力回路10_(N+1)、第(N+2)のパルス出力回路10_(N+2)を
設け(ダミー段ともいう)、当該ダミー段より第2のスタートパルス(SP2)及び第3
のスタートパルス(SP3)に相当する信号を生成する構成としてもよい。
線53と接続されている。電源線51は第1の高電源電位VDDを、電源線52は第2の
高電源電位VCCを、電源線53は低電源電位VSSを供給する。ここで電源線51乃至
電源線53の電源電位の大小関係は、第1の高電源電位VDDは、第2の高電源電位VC
Cと等しいか第2の高電源電位VCCより高電位であり、第2の高電源電位VCCは、低
電源電位VSSより高電位であるとする。また、電源線52の電位VCCは、電源線51
の電位VDDと等しくてもよいが、VDDより低くすることにより、動作に影響を与える
ことなく、トランジスタのゲート電極に印加される電位を低く抑えることができ、トラン
ジスタの閾値のシフトを低減し、劣化を抑制できる。
HレベルとLレベルを繰り返す信号であるが、HレベルのときVDD、LレベルのときV
SSであるとする。
ンジスタ31〜第11のトランジスタ41を有している(図4(C)参照)。本実施の形
態では、二種類のトランジスタを同一基板上に作製して、パルス出力回路を構成する。な
お、本実施の形態で例示するシフトレジスタが有する第1のパルス出力回路10_1〜第
Nのパルス出力回路10_Nは同じ構成を有しているため、ここでは、第1のパルス出力
回路10_1についてその構成と動作を説明する。
を有している。第1のトランジスタ31〜第11のトランジスタ41は、高純度化された
酸化物半導体層にチャネルが形成されるnチャネル型のトランジスタである。
緻密な結晶領域を有し、表層部からの水分の再侵入や酸素の脱離によるN型化を防止でき
る。このような高純度化された酸化物半導体層の上下に絶縁膜を介して一対の電極層を配
置する4端子構造のトランジスタは、正の閾値電圧を有し、オフ電流が極めて低く抑制さ
れた特性を有する。
に配置された第1の電極層を主たるゲート電極として用いるトランジスタは、極めて低い
オフ電流と、優れた信頼性を有する。本実施の形態では、第1の電極層を主たるゲート電
極として用いるトランジスタを、第2のトランジスタ32、及び第5のトランジスタ35
に用いる。
シフトレジスタにおいて、外部からの信号がゲート電極に直接入力されるトランジスタに
も第1の電極層を主たるゲート電極として用いるトランジスタは好適である。例えば、第
1のパルス出力回路10_1の場合、外部からスタートパルスが入力される第4の入力端
子24と接続している第1のトランジスタ31、及び第5のトランジスタ35をその例に
挙げることができる。第1の電極層を主たるゲート電極として用いるトランジスタはゲー
トとソース間もしくは、ゲートとドレイン間の耐圧が高く、例えば静電気などの異常な入
力により、回路を構成するトランジスタの閾値が変動する等の故障の発生を抑制できる。
とは逆側に配置された第4の電極層を主たるゲート電極として用いるトランジスタは、高
い動特性を有する。本実施の形態では、第4の電極層を主たるゲート電極として用いるト
ランジスタを第3のトランジスタ33、第6のトランジスタ36、第10のトランジスタ
40、及び第11のトランジスタ41に用いる。
主たるゲート電極として用いるトランジスタは、実施の形態1で説明した方法に従って作
製できるため、本実施の形態では詳細な説明を省略する。
第9のトランジスタ39は、例えば第1の電極層を主たるゲート電極として用いるトラン
ジスタ、もしくは第4の電極層を主たるゲート電極として用いるトランジスタのどちらを
用いてもよいが、本実施の形態では第1の電極層を主たるゲート電極として用いるトラン
ジスタを適用するものとする。
れ、第2端子が第9のトランジスタ39の第1端子に電気的に接続され、ゲート電極が第
4の入力端子24に電気的に接続されている。第2のトランジスタ32は、第1端子が電
源線53に電気的に接続され、第2端子が第9のトランジスタ39の第1端子に電気的に
接続され、ゲート電極が第4のトランジスタ34のゲート電極に電気的に接続されている
。第3のトランジスタ33は、第1端子が第1の入力端子21に電気的に接続され、第2
端子が第1の出力端子26に電気的に接続されている。第4のトランジスタ34は、第1
端子が電源線53に電気的に接続され、第2端子が第1の出力端子26に電気的に接続さ
れている。第5のトランジスタ35は、第1端子が電源線53に電気的に接続され、第2
端子が第2のトランジスタ32のゲート電極及び第4のトランジスタ34のゲート電極に
電気的に接続され、ゲート電極が第4の入力端子24に電気的に接続されている。第6の
トランジスタ36は、第1端子が電源線52に電気的に接続され、第2端子が第2のトラ
ンジスタ32のゲート電極及び第4のトランジスタ34のゲート電極に電気的に接続され
、ゲート電極が第5の入力端子25に電気的に接続されている。第7のトランジスタ37
は、第1端子が電源線52に電気的に接続され、第2端子が第8のトランジスタ38の第
2端子に電気的に接続され、ゲート電極が第3の入力端子23に電気的に接続されている
。第8のトランジスタ38は、第1端子が第2のトランジスタ32のゲート電極及び第4
のトランジスタ34のゲート電極に電気的に接続され、ゲート電極が第2の入力端子22
に電気的に接続されている。第9のトランジスタ39は、第1端子が第1のトランジスタ
31の第2端子及び第2のトランジスタ32の第2端子に電気的に接続され、第2端子が
第3のトランジスタ33のゲート電極及び第10のトランジスタ40のゲート電極に電気
的に接続され、ゲート電極が電源線52に電気的に接続されている。第10のトランジス
タ40は、第1端子が第1の入力端子21に電気的に接続され、第2端子が第2の出力端
子27に電気的に接続され、ゲート電極が第9のトランジスタ39の第2端子に電気的に
接続されている。第11のトランジスタ41は、第1端子が電源線53に電気的に接続さ
れ、第2端子が第2の出力端子27に電気的に接続され、ゲート電極が第2のトランジス
タ32のゲート電極及び第4のトランジスタ34のゲート電極に電気的に接続されている
。
タ40のゲート電極、及び第9のトランジスタ39の第2端子の接続箇所をノードAとす
る。また、第2のトランジスタ32のゲート電極、第4のトランジスタ34のゲート電極
、第5のトランジスタ35の第2端子、第6のトランジスタ36の第2端子、第8のトラ
ンジスタ38の第1端子、及び第11のトランジスタ41のゲート電極の接続箇所をノー
ドBとする。なお、ノードBの電位を保持するため、一方の電極をノードBに電気的に接
続した容量素子を別途設けてもよい。具体的には、容量素子の一方の電極をノードBに電
気的に接続し、他方を電源線53に電気的に接続して設ければよい。
して説明する。具体的には、図5(B)のタイミングチャートにおいて、第1の期間61
、第2の期間62、第3の期間63、第4の期間64、第5の期間65に分割して説明す
る。なお図6、図7において、各期間でオン状態(導通状態)のトランジスタを実線で、
オフ状態のトランジスタを波線で示す。
路10_1は、第1の入力端子21が第1のクロック信号(CK1)を供給する第1の配
線11と電気的に接続され、第2の入力端子22が第2のクロック信号(CK2)を供給
する第2の配線12と電気的に接続され、第3の入力端子23が第3のクロック信号(C
K3)を供給する第3の配線13と電気的に接続されている。
チャネル型のトランジスタとし、ゲートとソース間電圧(Vgs)がしきい値電圧(Vt
h)を上回ったとき導通状態になるものとする。
DとVCCとの差分、及びVCCとVSSとの差分(VDD>VCCである場合)は、ト
ランジスタのしきい値電圧より大きくなるものとし、すなわちトランジスタをオン状態(
導通状態)にするものとする。なお電源線52の電位を、電源線51の電位より低くする
ことにより、第2のトランジスタ32、第4のトランジスタ34、第9のトランジスタ3
9、第11のトランジスタ41のゲート電極に印加される電位を低く抑え、当該パルス出
力回路の第2のトランジスタ32、第4のトランジスタ34、第9のトランジスタ39、
及び第11のトランジスタ41のしきい値のシフトを低減し、劣化を抑制することができ
る。
タートパルス(SP1)が入力される第1のパルス出力回路10_1の第4の入力端子2
4と電気的に接続された第1のトランジスタ31と第5のトランジスタ35が導通状態に
なる。また、第3のクロック信号(CK3)もHレベルであるため第7のトランジスタ3
7もオンする。また、第9のトランジスタ39のゲートには第2の高電源電位VCCが印
加されており、第9のトランジスタ39もオンする(図6(A)参照)。
Aの電位は上昇する。また、第5のトランジスタ35がオンであるためノードBの電位は
下降する。
がソースとなって、第1の電源線51の電位から第1のトランジスタ31のしきい値電圧
を引いた値となるため、VDD−Vth31(Vth31は第1のトランジスタ31のし
きい値電圧)となる。そして、第9のトランジスタ39のしきい値電圧Vth39とVt
h31において、(VDD−Vth31)が(VCC−Vth39)以上の場合は、ノー
ドAの電位がVCC−Vth39となって第9のトランジスタ39がオフし、ノードAは
電位(VCC−Vth39)を維持したまま浮遊状態となる。また、(VDD−Vth3
1)が(VCC−Vth39)未満の場合は、第9のトランジスタ39はオフすることな
く、ノードAは電位(VDD−Vth31)まで上昇する。
じしきい値電圧Vth0を有するため、ノードAの電位が(VCC−Vth0)となって
第9のトランジスタ39がオフし、ノードAは電位(VCC−Vth0)を維持したまま
浮遊状態となる。
なっている。第3のトランジスタ33のゲートとソース間の電圧がそのしきい値を上回っ
ている。すなわち、VCC−Vth0>Vth33(Vth33は第3のトランジスタ3
3のしきい値電圧であって、本実施の形態ではVth0)であるため、第3のトランジス
タ33がオンする。
クロック信号(CK1)がLレベルからHレベルに切り替わる。すでに、第3のトランジ
スタ33がオンしているため、ソースとドレインの間に電流が生じ、出力端子26に現れ
る出力信号(OUT(1)(SR))の電位、すなわち第3のトランジスタ33の第2電
極(この場合、ソース電極)の電位が上昇を始める。第3のトランジスタ33のゲートと
ソース間には寄生容量、及びチャネル容量による容量結合が存在し、出力端子26の電位
の上昇に伴い、浮遊状態となっている第3のトランジスタ33のゲート電極の電位が上昇
する(ブートストラップ動作)。最終的には、第3のトランジスタ33のゲート電極の電
位は、(VDD+Vth33)より高くなり、出力端子26の電位はVDDに等しくなる
(図5(B)、図6(B)参照)。
パルス(SP1)によりHレベルであるため、第5のトランジスタ35がオンしてノード
BはLレベルに維持されている。従って、出力端子26の電位がLレベルからHレベルに
立ち上がるとき、出力端子26とノードBの容量結合による不具合を抑制することができ
る。
なり第1のトランジスタ31と第5のトランジスタ35がオフする。また、第2の期間6
2に続いて第1のクロック信号(CK1)はHレベルを保持し、またノードAの電位も変
化しないため、第3のトランジスタ33の第1電極にはHレベルの信号が供給される(図
6(C)参照)。なお、第3の期間63の前半では、ノードBに接続する各トランジスタ
がオフし、ノードBが浮遊状態となるが、出力端子26の電位も変化しないため、ノード
Bと出力端子26の容量結合による不具合の影響はほとんど無視できる程度となる。
ランジスタ39を設けておくことにより、ブートストラップ動作の前後において、以下の
ような利点がある。
ブートストラップ動作によりノードAの電位が上昇すると、第1のトランジスタ31の第
2端子であるソースの電位が上昇していき、第1の高電源電位VDDより大きくなる。そ
して、第1のトランジスタ31のソースが第1端子側、即ち電源線51側に切り替わる。
そのため、第1のトランジスタ31においては、ゲートとソースの間、ゲートとドレイン
の間ともに、大きなバイアス電圧が印加されるために大きなストレスがかかり、トランジ
スタの劣化の要因となりうる。
けておくことにより、ブートストラップ動作によりノードAの電位は上昇するものの、第
1のトランジスタ31の第2端子の電位の上昇を生じないようにすることができる。つま
り、第9のトランジスタ39を設けることにより、第1のトランジスタ31のゲートとソ
ースの間に印加される負のバイアス電圧の値を小さくすることができる。よって、本実施
の形態の回路構成とすることにより、第1のトランジスタ31のゲートとソースの間に印
加される負のバイアス電圧も小さくできるため、ストレスによる第1のトランジスタ31
の劣化を抑制することができる。
端子と第3のトランジスタ33のゲートとの間に第1端子と第2端子を介して接続される
ように設ける構成であればよい。なお、本実施形態でのパルス出力回路を複数具備するシ
フトレジスタの場合、走査線駆動回路より高い動特性が要求される信号線駆動回路では、
第9のトランジスタ39を省略してもよく、トランジスタ数を削減する利点がある。
、第7のトランジスタ37がオンとなる。また、第3の期間63の前半に続いて、第2の
クロック信号(CK2)はHレベルを保持し、第8のトランジスタ38はオンであるため
、ノードBの電位はVCCに上昇する。
び第11のトランジスタ41がオンとなり、出力端子27(OUT(1))の電位がLレ
ベルとなる。
ランジスタ39の第1端子にLレベルの信号が供給されるので、第9のトランジスタ39
がオン状態となり、ノードAの電位が降下する。
る。(図6(D)参照)。
に切り替わるため、第8のトランジスタ38がオフする。しかし、第5の入力端子25(
OUT(3))がHレベルを保持することにより、第6のトランジスタ36がオン状態で
あるので、ノードBはVCCを保持することとなる。(図7(A)参照)。
(OUT(3))がLレベルとなり、第6のトランジスタ36がオフする(図7(B)参
照)。このとき、ノードBは、VCCレベルを保持した状態から浮遊状態となる。これに
より、第2のトランジスタ32、第4のトランジスタ34、及び第11のトランジスタ4
1がオンし続ける状態となる。ただし、図5(B)に示すように、ノードBの電位は、V
CCレベルからトランジスタのオフ電流等に起因して下降することとなる。
)、(D)参照)。第5の期間65のある期間(第2のクロック信号(CK2)及び第3
のクロック信号(CK3)が共にHレベルであるとき)において、第7のトランジスタ3
7と第8のトランジスタ38がオンし、ノードBに定期的にVCCレベルの信号が供給さ
れる(図7(D)参照)。
することにより、パルス出力回路の誤動作を抑制することができる。また、第7のトラン
ジスタ37と、第8のトランジスタ38のオン又はオフを定期的に行うことによって、ト
ランジスタのしきい値のシフトを低減することが可能となる。
供給されていない間に、ノードBの電位が下がる場合、予めノードBに容量素子を設け、
ノードBの電位の下降を緩和する構成としてもよい。
端子23と第7のトランジスタ37のゲート電極の結線を入れ替えて、第8のトランジス
タ38のゲート電極に供給していたクロック信号を、第7のトランジスタ37のゲート電
極に供給し、第7のトランジスタ37のゲート電極に供給していたクロック信号を、第8
のトランジスタ38のゲート電極に供給しても、同様の作用を奏する。
の電位を制御して、第7のトランジスタ37及び第8のトランジスタ38が共にオンの状
態から、第7のトランジスタ37がオフであって第8のトランジスタ38がオンの状態を
経て、第7のトランジスタ37及び第8のトランジスタ38が共にオフの状態にすると、
第7のトランジスタ37のゲート電極の電位の低下、及び第8のトランジスタ38のゲー
ト電極の電位の低下により、ノードBの電位の低下が2回生じることとなる。
ランジスタ37及び第8のトランジスタ38が共にオンの状態から、第7のトランジスタ
37がオンであって第8のトランジスタ38がオフの状態を経て、第7のトランジスタ3
7及び第8のトランジスタ38が共にオフの状態にすると、第8のトランジスタ38のゲ
ート電極の電位の低下により、ノードBの電位の低下が一回だけ生じ、電位が低下する回
数を一回に低減できる。
を供給し、第8のトランジスタ38のゲート電極に第2の入力端子22からクロック信号
を供給すると、ノードBの電位の変動を小さくでき、その結果ノイズが低減できるため好
適である。
間に、ノードBに定期的にVCCレベルの信号が供給される構成とすることにより、パル
ス出力回路の誤動作を抑制できる。
ベルを保持した状態から浮遊状態となる。浮遊状態のノードBの電位は、第5のトランジ
スタ35のオフ電流等に起因してVCCレベルから下降する恐れがある。しかし、本実施
の形態のパルス出力回路の第5のトランジスタ35には、オフ電流が極めて低く抑制され
た第1の電極層を主たるゲート電極として用いるトランジスタを適用しているため、浮遊
状態のノードBの電位はよく維持され、VCCレベルからの低下が少ない。その結果、半
導体装置の誤動作が抑制され、信頼性が向上する。
プルゲート構造といったマルチゲート構造とする必要がないため、トランジスタを小型化
できる。さらに、ノードBの電位を維持するための容量素子が不要、もしくは小型化でき
る。このように小型化された素子を用いて構成されたパルス出力回路、または、小型化さ
れたパルス出力回路を用いて構成されたシフトレジスタを用いることにより、半導体装置
全体の小型化が可能になる。
低く抑制されているだけでなく、正の閾値電圧を有している。本実施の形態のパルス出力
回路では第2のトランジスタ32に第1の電極層を主たるゲート電極として用いるトラン
ジスタを用いているため、ブートストラップ動作によりノードAの電位を高める際に、損
失が少なく速やかに上昇できる。その結果、半導体装置の誤動作が抑制され、信頼性が向
上する。
ジスタ36、第10のトランジスタ40、及び第11のトランジスタ41には、高純度化
された酸化物半導体層の結晶領域を用いた第4の電極層を主たるゲート電極として用いる
トランジスタを適用する。第4の電極層を主たるゲート電極として用いるトランジスタは
f特性に優れ、高い電界効果移動度を有しているため、第3のトランジスタ33、第6の
トランジスタ36、第10のトランジスタ40、及び第11のトランジスタ41のスイッ
チング動作を高速化できる。また、当該トランジスタを小型化できる。
パルス出力回路を用いて構成されたシフトレジスタを用いることにより、半導体装置全体
の高速化が可能になる。
出力回路から出力されるパルスと第(m+1)のパルス出力回路から出力されるパルスが
半分(1/4周期分)重なった駆動方法を用いている。これは、従来のシフトレジスタに
おける第mのパルス出力回路から出力されるパルスと第(m+1)のパルス出力回路から
出力されるパルスが重ならない駆動方法(図8(B)参照)と比較して、配線に充電する
時間を約2倍とすることができる。このように、第mのパルス出力回路から出力されるパ
ルスと第(m+1)のパルス出力回路から出力されるパルスが半分(1/4周期分)重な
った駆動方法を用いることによって、大きな負荷をかけることができ、高い周波数で動作
するパルス出力回路を提供することができる。また、パルス出力回路の動作条件を大きく
することができる。
施の形態で示すシフトレジスタ及びパルス出力回路の構成と組み合わせて実施することが
可能である。また、本実施の形態の発明は半導体装置にも適用できる。本明細書中におい
て半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置を意味する。
本実施の形態では、実施の形態3で説明した酸化物半導体層のチャネル形成領域の上下に
絶縁膜を介して一対の電極層を配置する4端子構造のトランジスタを用いて作製したシフ
トレジスタに、高純度化された酸化物半導体層を有するトランジスタを用いたスイッチン
グ回路を組み合わせて、アクティブマトリクス型表示装置の駆動回路を構成する例につい
て説明する。はじめにアクティブマトリクス型表示装置の概要についてブロック図を用い
て説明し、次いで該表示装置が有するシフトレジスタを利用した信号線駆動回路と走査線
駆動回路について説明する。
板5300上には、画素部5301、第1の走査線駆動回路5302、第2の走査線駆動
回路5303、信号線駆動回路5304を有する。画素部5301には、複数の信号線が
信号線駆動回路5304から延伸して配置され、複数の走査線が第1の走査線駆動回路5
302、及び第2の走査線駆動回路5303から延伸して配置されている。なお走査線と
信号線との交差領域には、各々、表示素子を有する画素がマトリクス状に配置されている
。また、表示装置の基板5300はFPC(Flexible Printed Cir
cuit)等の接続部を介して、タイミング制御回路5305(コントローラ、制御IC
ともいう)に接続されている。
ランジスタを適用できる。画素部5301に用いるトランジスタは第1の絶縁層を介して
基板側に配置された第1の電極層を主たるゲート電極として用いるトランジスタが特に好
ましい。第1の電極層を主たるゲート電極として用いるトランジスタはオフ電流が低いた
め、表示画像のコントラストを高くできるだけでなく、表示装置の消費電力を低減できる
。
動回路のうち、nチャネル型トランジスタで構成できる駆動回路の一部を画素部のトラン
ジスタと同一基板上に形成する。
線駆動回路5304は、画素部5301と同じ基板5300上に形成される。そのため、
表示装置の外部に設ける駆動回路等の部品の数が減るので、コストの低減を図ることがで
きる。また、基板5300外部に駆動回路を設けた場合、配線を延伸させる必要が生じ、
配線間の接続数が増える。同じ基板5300上に駆動回路を設けた場合、その配線間の接
続数を減らすことができ、信頼性の向上、又は歩留まりの向上を図ることができる。
て、第1の走査線駆動回路用スタート信号(GSP1)、走査線駆動回路用クロック信号
(GCK1)を供給する。また、タイミング制御回路5305は、第2の走査線駆動回路
5303に対し、一例として、第2の走査線駆動回路用スタート信号(GSP2)(スタ
ートパルスともいう)、走査線駆動回路用クロック信号(GCK2)を供給する。信号線
駆動回路5304に、信号線駆動回路用スタート信号(SSP)、信号線駆動回路用クロ
ック信号(SCK)、ビデオ信号用データ(DATA)(単にビデオ信号ともいう)、ラ
ッチ信号(LAT)を供給するものとする。なお各クロック信号は、周期のずれた複数の
クロック信号でもよいし、クロック信号を反転させた信号(CKB)とともに供給される
ものであってもよい。なお、第1の走査線駆動回路5302と第2の走査線駆動回路53
03との一方を省略することが可能である。
、第2の走査線駆動回路5303)を画素部5301と同じ基板5300に形成し、駆動
周波数が比較的高い信号線駆動回路5304を画素部5301とは別の基板に形成する構
成について示している。例えば、単結晶半導体を用いたトランジスタを用いて駆動周波数
が比較的高い信号線駆動回路5304を別の基板に形成することもできる。したがって、
表示装置の大型化、工程数の削減、コストの低減、又は歩留まりの向上などを図ることが
できる。
01と同じ基板5300に形成するものとする。なお、基板5300上に駆動回路を設け
た場合、配線間の接続数を減らすことができ、信頼性の向上、又は歩留まりの向上を図る
ことができる。
図10(A)、図10(B)を用いて説明する。
スイッチング回路5602は、スイッチング回路5602_1〜5602_N(Nは自然
数)という複数の回路を有する。スイッチング回路5602_1〜5602_Nは、各々
、トランジスタ5603_1〜5603_k(kは自然数)という複数のトランジスタを
有する。なお、本実施の形態では、トランジスタ5603_1〜5603_kにnチャネ
ル型トランジスタを適用する構成について説明する。
A)を用いて説明する。トランジスタ5603_1〜5603_kの第1端子は、各々、
配線5604_1〜5604_kと接続される。トランジスタ5603_1〜5603_
kの第2端子は、各々、信号線S1〜Skと接続される。トランジスタ5603_1〜5
603_kのゲートは、配線5605_1と接続される。
、高電源電位レベル、ともいう)の信号を出力し、スイッチング回路5602_1〜56
02_Nを順番に選択する機能を有する。なお、シフトレジスタ5601は、実施の形態
3で説明した方法で作製できるため、ここでは詳細な説明を省略する。
との導通状態(第1端子と第2端子との間の導通)に制御する機能、即ち配線5604_
1〜5604_kの電位を信号線S1〜Skに供給するか否かを制御する機能を有する。
このように、スイッチング回路5602_1は、セレクタとしての機能を有する。またト
ランジスタ5603_1〜5603_kは、各々、配線5604_1〜5604_kと信
号線S1〜Skとの導通状態を制御する機能、即ち配線5604_1〜5604_kの電
位を信号線S1〜Skに供給する機能を有する。このように、トランジスタ5603_1
〜5603_kは、各々、スイッチとしての機能を有する。
た酸化物半導体層の結晶領域をチャネル形成領域に用いる、第4の電極層を主たるゲート
電極として用いるトランジスタを適用する。第4の電極層を主たるゲート電極として用い
るトランジスタは、動特性に優れスイッチング動作が速い。そのため、画素数が多い高精
細の次世代表示装置が要求する高速書き込みに対応できる。なお、高純度化された酸化物
半導体層をチャネル形成領域に用いたトランジスタは、実施の形態1で説明した方法で作
製できるため、ここでは詳細な説明を省略する。
入力される。ビデオ信号用データ(DATA)は、画像情報又は画像信号に応じたアナロ
グ信号である場合が多い。
トを参照して説明する。図10(B)には、信号Sout_1〜Sout_N、及び信号
Vdata_1〜Vdata_kの一例を示す。信号Sout_1〜Sout_Nは、各
々、シフトレジスタ5601の出力信号の一例であり、信号Vdata_1〜Vdata
_kは、各々、配線5604_1〜5604_kに入力される信号の一例である。なお、
信号線駆動回路の1動作期間は、表示装置における1ゲート選択期間に対応する。1ゲー
ト選択期間は、一例として、期間T1〜期間TNに分割される。期間T1〜TNは、各々
、選択された行に属する画素にビデオ信号用データ(DATA)を書き込むための期間で
ある。
めに誇張して表記している場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されないも
のであることを付記する。
5_1〜5605_Nに順番に出力する。例えば、期間T1において、シフトレジスタ5
601は、ハイレベルの信号を配線5605_1に出力する。すると、トランジスタ56
03_1〜5603_kはオンになるので、配線5604_1〜5604_kと、信号線
S1〜Skとが導通状態になる。このとき、配線5604_1〜5604_kには、Da
ta(S1)〜Data(Sk)が入力される。Data(S1)〜Data(Sk)は
、各々、トランジスタ5603_1〜5603_kを介して、選択される行に属する画素
のうち、1列目〜k列目の画素に書き込まれる。こうして、期間T1〜TNにおいて、選
択された行に属する画素に、k列ずつ順番にビデオ信号用データ(DATA)が書き込ま
れる。
によって、ビデオ信号用データ(DATA)の数、又は配線の数を減らすことができる。
よって、外部回路との接続数を減らすことができる。また、ビデオ信号が複数の列ずつ画
素に書き込まれることによって、書き込み時間を長くすることができ、ビデオ信号の書き
込み不足を防止することができる。
シフトレジスタを適用しているため、誤動作が抑制され、高い信頼性を有している。また
、小型化されたシフトレジスタを用いることにより、駆動回路の全体の小型化が可能にな
る。
半導体層の結晶領域をチャネル形成領域に用いているためスイッチング動作が速い。その
ため、本実施の形態で例示する駆動回路は画素への高速書き込みが可能であり、画素数が
多い高精細な次世代の表示装置に好適である。
駆動回路は、シフトレジスタを有している。また場合によってはレベルシフタやバッファ
等を有していても良い。走査線駆動回路において、シフトレジスタにクロック信号(CL
K)及びスタートパルス信号(SP)が入力されることによって、選択信号が生成される
。生成された選択信号はバッファにおいて緩衝増幅され、対応する走査線に供給される。
走査線には、1ライン分の画素のトランジスタのゲート電極が接続されている。そして、
1ライン分の画素のトランジスタを一斉にONにしなくてはならないので、バッファは大
きな電流を流すことが可能なものが用いられる。
して接続される。そこで、外部からの異常な入力(例えば静電気など)により、トランジ
スタの閾値が変動する等の故障の発生を防止するために、保護回路を駆動回路内に設ける
。ゲートとソース間、及びゲートとドレイン間の耐圧が高いため、保護回路に用いるトラ
ンジスタとしては第1の電極層を主たるゲート電極として用いるトランジスタが好適であ
る。
本実施の形態では、トランジスタと同一基板上に設けられる端子部の構成の一例を図22
に示す。なお、図22において、図1と同じ箇所には同じ符号を用いて説明する。
示している。図22(A1)は図22(A2)中のC1−C2線に沿った断面図に相当す
る。図22(A1)において、第2の絶縁層428上に形成される導電層415は、入力
端子として機能する接続用の端子電極である。また、図22(A1)において、端子部で
は、ゲート配線と同じ材料で形成される第1の端子411と、ソース配線と同じ材料で形
成される接続電極412とが第1の絶縁層402を介して重なり直接接して導通させてい
る。また、接続電極412と導電層415が第2の絶縁層428に設けられたコンタクト
ホールを介して直接接して導通させている。
それぞれ図示している。また、図22(B1)は図22(B2)中のC3−C4線に沿っ
た断面図に相当する。図22(B1)において、第2の絶縁層428上に形成される導電
層418は、入力端子として機能する接続用の端子電極である。また、図22(B1)に
おいて、端子部では、ゲート配線と同じ材料で形成される電極層416が、ソース配線と
電気的に接続される第2の端子414と重畳するように、第1の絶縁層402を介して第
2の端子414の下方に形成される。電極層416は第2の端子414とは電気的に接続
しておらず、電極層416を第2の端子414と異なる電位、例えばフローティング、G
ND、0Vなどに設定すれば、ノイズ対策のための容量または静電気対策のための容量を
形成することができる。また、第2の端子414は、第2の絶縁層428を介して導電層
418と電気的に接続している。
れるものである。また、端子部においては、ゲート配線と同電位の第1の端子、ソース配
線と同電位の第2の端子、電源供給線と同電位の第3の端子、共通電位線と同電位の第4
の端子などが複数並べられて配置される。それぞれの端子の数は、それぞれ任意な数で設
ければ良いものとし、実施者が適宣決定すれば良い。
実施の形態1に示すトランジスタを作製し、該トランジスタを画素部、さらには駆動回路
に用いて表示機能を有する半導体装置(表示装置ともいう)を作製することができる。ま
た、実施の形態1に示すトランジスタを駆動回路の一部または全体を、画素部と同じ基板
上に一体形成し、システムオンパネルを形成することができる。
素子(発光表示素子ともいう)を用いることができる。発光素子は、電流または電圧によ
って輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機EL(Electr
o Luminescence)、有機EL等が含まれる。また、電子インクなど、電気
的作用によりコントラストが変化する表示媒体も適用することができる。
を含むIC等を実装した状態にあるモジュールとを含む。さらに、該表示装置を作製する
過程における、表示素子が完成する前の一形態に相当する素子基板に関し、該素子基板は
、電流を表示素子に供給するための手段を複数の各画素に備える。素子基板は、具体的に
は、表示素子の画素電極のみが形成された状態であっても良いし、画素電極となる導電膜
を成膜した後であって、エッチングして画素電極を形成する前の状態であっても良いし、
あらゆる形態があてはまる。
源(照明装置含む)を指す。また、コネクター、例えばFPC(Flexible pr
inted circuit)もしくはTAB(Tape Automated Bon
ding)テープもしくはTCP(Tape Carrier Package)が取り
付けられたモジュール、TABテープやTCPの先にプリント配線板が設けられたモジュ
ール、または表示素子にCOG(Chip On Glass)方式によりIC(集積回
路)が直接実装されたモジュールも全て表示装置に含むものとする。
て、図11を用いて説明する。図11は、第1の基板4001上に形成された実施の形態
1で示したIn−Ga−Zn−O系膜を酸化物半導体層として含む信頼性の高いトランジ
スタ4010、4011、及び液晶素子4013を、第2の基板4006との間にシール
材4005によって封止した、パネルの上面図であり、図11(B)は、図11(A1)
(A2)のM−Nにおける断面図に相当する。
ようにして、シール材4005が設けられている。また画素部4002と、走査線駆動回
路4004の上に第2の基板4006が設けられている。よって画素部4002と、走査
線駆動回路4004とは、第1の基板4001とシール材4005と第2の基板4006
とによって、液晶層4008と共に封止されている。また第1の基板4001上のシール
材4005によって囲まれている領域とは異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶
半導体膜又は多結晶半導体膜で形成された信号線駆動回路4003が実装されている。
イヤボンディング法、或いはTAB法などを用いることができる。図11(A1)は、C
OG法により信号線駆動回路4003を実装する例であり、図11(A2)は、TAB方
法により信号線駆動回路4003を実装する例である。
トランジスタを複数有しており、図11(B)では、画素部4002に含まれるトランジ
スタ4010と、走査線駆動回路4004に含まれるトランジスタ4011とを例示して
いる。トランジスタ4010、4011上には絶縁層4020、4021が設けられてい
る。
含む信頼性の高い実施の形態1に示すトランジスタを適用することができる。本実施の形
態において、トランジスタ4010、4011はnチャネル型トランジスタである。
に接続されている。そして液晶素子4013の対向電極層4031は第2の基板4006
上に形成されている。画素電極層4030と対向電極層4031と液晶層4008とが重
なっている部分が、液晶素子4013に相当する。なお、画素電極層4030、対向電極
層4031はそれぞれ配向膜として機能する絶縁層4032、4033が設けられ、絶縁
層4032、4033を介して液晶層4008を挟持している。なお、図示はしていない
が、カラーフィルタは第1の基板4001または第2の基板4006のどちら側に設けて
も良い。
テンレス)、セラミックス、プラスチックを用いることができる。プラスチックとしては
、FRP(Fiberglass−Reinforced Plastics)板、PV
F(ポリビニルフルオライド)フィルム、ポリエステルフィルム、またはアクリル樹脂フ
ィルムを用いることができる。また、アルミニウムホイルをPVFフィルムやポリエステ
ルフィルムで挟んだ構造のシートを用いることもできる。
であり、画素電極層4030と対向電極層4031との間の距離(セルギャップ)を制御
するために設けられている。なお球状のスペーサを用いていても良い。また、対向電極層
4031は、トランジスタ4010と同一基板上に設けられる共通電位線と電気的に接続
される。共通接続部を用いて、一対の基板間に配置される導電性粒子を介して対向電極層
4031と共通電位線とを電気的に接続することができる。なお、導電性粒子はシール材
4005に含有させる。
あり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直
前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善
するために5重量%以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いて液晶層4008に
用いる。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が10μse
c.以上100μsec.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。
半透過型液晶表示装置でも適用できる。
着色層、表示素子に用いる電極層という順に設ける例を示すが、偏光板は基板の内側に設
けてもよい。また、偏光板と着色層の積層構造も本実施の形態に限定されず、偏光板及び
着色層の材料や作製工程条件によって適宜設定すればよい。また、ブラックマトリクスと
して機能する遮光膜を設けてもよい。
タの信頼性を向上させるため、実施の形態1で得られたトランジスタを保護膜や平坦化絶
縁膜として機能する絶縁層(絶縁層4020、絶縁層4021)で覆う構成となっている
。なお、保護膜は、大気中に浮遊する有機物や金属物、水蒸気などの汚染不純物の侵入を
防ぐためのものであり、緻密な膜が好ましい。保護膜は、スパッタ法を用いて、酸化シリ
コン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、酸化アルミニウム
膜、窒化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、又は窒化酸化アルミニウム膜の単層
、又は積層で形成すればよい。本実施の形態では保護膜をスパッタ法で形成する例を示す
が、特に限定されず種々の方法で形成すればよい。
0の一層目として、スパッタ法を用いて酸化シリコン膜を形成する。保護膜として酸化シ
リコン膜を用いると、ソース電極層及びドレイン電極層として用いるアルミニウム膜のヒ
ロック防止に効果がある。
て、スパッタ法を用いて窒化シリコン膜を形成する。保護膜として窒化シリコン膜を用い
ると、ナトリウム等の可動イオンが半導体領域中に侵入して、トランジスタの電気特性を
変化させることを抑制することができる。
を行ってもよい。
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(l
ow−k材料)、シロキサン系樹脂、PSG(リンガラス)、BPSG(リンボロンガラ
ス)等を用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させる
ことで、絶縁層4021を形成してもよい。
i結合を含む樹脂に相当する。シロキサン系樹脂は置換基としては有機基(例えばアルキ
ル基やアリール基)やフルオロ基を用いても良い。また、有機基はフルオロ基を有してい
ても良い。
、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法(インクジェット法、スクリーン
印刷、オフセット印刷等)、ドクターナイフ、ロールコーター、カーテンコーター、ナイ
フコーター等を用いることができる。絶縁層4021を材料液を用いて形成する場合、ベ
ークする工程で同時に、酸化物半導体層のアニール(300℃以上400℃以下)を行っ
てもよい。絶縁層4021の焼成工程と酸化物半導体層のアニールを兼ねることで効率よ
く半導体装置を作製することが可能となる。
、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、
酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物(以下、ITOと示す。)、
インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する
導電性材料を用いることができる。
ともいう)を含む導電性組成物を用いて形成することができる。導電性組成物を用いて形
成した画素電極は、シート抵抗が10000Ω/□以下、波長550nmにおける透光率
が70%以上であることが好ましい。また、導電性組成物に含まれる導電性高分子の抵抗
率が0.1Ω・cm以下であることが好ましい。
ば、ポリアニリンまたはその誘導体、ポリピロールまたはその誘導体、ポリチオフェンま
たはその誘導体、若しくはこれらの2種以上の共重合体などがあげられる。
002に与えられる各種信号及び電位は、FPC4018から供給されている。
30と同じ導電膜から形成され、端子電極4016は、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膜で形成されている。
て電気的に接続されている。
装している例を示しているが、本実施の形態はこの構成に限定されない。走査線駆動回路
を別途形成して実装しても良いし、信号線駆動回路の一部または走査線駆動回路の一部の
みを別途形成して実装しても良い。
00を用いて半導体装置として液晶表示モジュールを構成する一例を示している。
1がシール材2602により固着され、その間にトランジスタ等を含む画素部2603、
液晶層を含む表示素子2604、着色層2605等が設けられ表示領域を形成している。
着色層2605はカラー表示を行う場合に必要であり、RGB方式の場合は、赤、緑、青
の各色に対応した着色層が各画素に対応して設けられている。トランジスタ基板2600
と対向基板2601の外側には偏光板2606、偏光板2607、拡散板2613が配設
されている。光源は冷陰極管2610と反射板2611により構成され、回路基板261
2は、フレキシブル配線基板2609によりトランジスタ基板2600の配線回路部26
08と接続され、コントロール回路や電源回路などの外部回路が組みこまれている。また
偏光板と、液晶層との間に位相差板を有した状態で積層してもよい。
n−Plane−Switching)モード、FFS(Fringe Field S
witching)モード、MVA(Multi−domain Vertical A
lignment)モード、PVA(Patterned Vertical Alig
nment)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。
る。
ることができることとする。
本実施の形態では、実施の形態1に示すトランジスタを適用した半導体装置として電子ペ
ーパーの例を示す。
装置に用いられるトランジスタ581としては、実施の形態1で示すトランジスタを適用
することができる。
トボール表示方式とは、白と黒に塗り分けられた球形粒子を表示素子に用いる電極層であ
る第1の電極層及び第2の電極層の間に配置し、第1の電極層及び第2の電極層に電位差
を生じさせての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。
ンジスタであり、ソース電極層又はドレイン電極層によって第1の電極層587と、絶縁
層583、585に形成する開口で接しており電気的に接続している。第1の電極層58
7と第2の電極層588との間には黒色領域590a及び白色領域590bを有し、周り
が液体で満たされているキャビティ594を含む球形粒子589が設けられており、球形
粒子589の周囲は樹脂等の充填材595で充填されている(図13参照)。球形粒子5
89内のキャビティ594は液体で満たされており、かつ黒色領域590a及び白色領域
590bを有する粒子が存在している。本実施の形態においては、第1の電極層587が
画素電極に相当し、第2の電極層588が共通電極に相当する。第2の電極層588は、
トランジスタ581と同一基板上に設けられる共通電位線と電気的に接続される。実施の
形態1に示すいずれか一の共通接続部を用いて、一対の基板間に配置される導電性粒子を
介して第2の電極層588と共通電位線とを電気的に接続することができる。
と、正に帯電した白い微粒子と負に帯電した黒い微粒子とを封入した直径10μm以上2
00μm以下程度のマイクロカプセルを用いる。第1の電極層と第2の電極層との間に設
けられるマイクロカプセルは、第1の電極層と第2の電極層によって、電場が与えられる
と、白い微粒子と、黒い微粒子が互いに逆の方向に移動し、白または黒を表示することが
できる。この原理を応用した表示素子が電気泳動表示素子であり、一般的に電子ペーパー
とよばれている。電気泳動表示素子は、液晶表示素子に比べて反射率が高いため、補助ラ
イトは不要であり、また消費電力が小さく、薄暗い場所でも表示部を認識することが可能
である。また、表示部に電源が供給されない場合であっても、一度表示した画像を保持す
ることが可能であるため、電波発信源から表示機能付き半導体装置(単に表示装置、又は
表示装置を具備する半導体装置ともいう)を遠ざけた場合であっても、表示された画像を
保存しておくことが可能となる。
。
ることができることとする。
本実施の形態では、実施の形態1に示すトランジスタを適用した半導体装置として発光表
示装置の例を示す。表示装置の有する表示素子としては、ここではエレクトロルミネッセ
ンスを利用する発光素子を用いて示す。エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子は
、発光材料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前
者は有機EL素子、後者は無機EL素子と呼ばれている。
それぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして、それらキャリ
ア(電子及び正孔)が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成し、
その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このような発
光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
類される。分散型無機EL素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有
するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−ア
クセプター再結合型発光である。薄膜型無機EL素子は、発光層を誘電体層で挟み込み、
さらにそれを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子遷移を利
用する局在型発光である。なお、ここでは、発光素子として有機EL素子を用いて説明す
る。
素構成の一例を示す図である。なお、図中のOSは酸化物半導体(Oxide Semi
conductor)を用いたトランジスタであることを示している。
は、実施の形態1で示した、酸化物半導体層(In−Ga−Zn−O系膜)をチャネル形
成領域に用いるnチャネル型のトランジスタを、1つの画素に2つ用いる例を示す。
発光素子6404及び容量素子6403を有している。スイッチング用トランジスタ64
01はゲートが走査線6406に接続され、第1電極(ソース電極及びドレイン電極の一
方)が信号線6405に接続され、第2電極(ソース電極及びドレイン電極の他方)が駆
動用トランジスタ6402のゲートに接続されている。駆動用トランジスタ6402は、
ゲートが容量素子6403を介して電源線6407に接続され、第1電極が電源線640
7に接続され、第2電極が発光素子6404の第1電極(画素電極)に接続されている。
発光素子6404の第2電極は共通電極6408に相当する。共通電極6408は、同一
基板上に形成される共通電位線と電気的に接続される。その接続部分を共通接続部とすれ
ばよい。
る。なお、低電源電位とは、電源線6407に設定される高電源電位を基準にして低電源
電位<高電源電位を満たす電位であり、低電源電位としては例えばGND、0Vなどが設
定されていても良い。この高電源電位と低電源電位との電位差を発光素子6404に印加
して、発光素子6404に電流を流して発光素子6404を発光させるため、高電源電位
と低電源電位との電位差が発光素子6404の順方向しきい値電圧以上となるようにそれ
ぞれの電位を設定する。
ことも可能である。駆動用トランジスタ6402のゲート容量については、チャネル領域
とゲート電極との間で容量が形成されていてもよい。
駆動用トランジスタ6402が十分にオンするか、オフするかの二つの状態となるような
ビデオ信号を入力する。つまり、駆動用トランジスタ6402は線形領域で動作させる。
駆動用トランジスタ6402は線形領域で動作させるため、電源線6407の電圧よりも
高い電圧を駆動用トランジスタ6402のゲートにかける。なお、信号線6405には、
(電源線電圧+駆動用トランジスタ6402のVth)以上の電圧をかける。
らせることで、図14と同じ画素構成を用いることができる。
の順方向電圧+駆動用トランジスタ6402のVth以上の電圧をかける。発光素子64
04の順方向電圧とは、所望の輝度とする場合の電圧を指しており、少なくとも順方向し
きい値電圧を含む。なお、駆動用トランジスタ6402が飽和領域で動作するようなビデ
オ信号を入力することで、発光素子6404に電流を流すことができる。駆動用トランジ
スタ6402を飽和領域で動作させるため、電源線6407の電位は、駆動用トランジス
タ6402のゲート電位よりも高くする。ビデオ信号をアナログとすることで、発光素子
6404にビデオ信号に応じた電流を流し、アナログ階調駆動を行うことができる。
にスイッチ、抵抗素子、容量素子、トランジスタ又は論理回路などを追加してもよい。
タがn型の場合を例に挙げて、画素の断面構造について説明する。図15(A)(B)(
C)の半導体装置に用いられる駆動用トランジスタであるトランジスタ7001、701
1、7021は、実施の形態1で示すトランジスタと同様に作製でき、In−Ga−Zn
−O系膜を酸化物半導体層として含む信頼性の高いトランジスタである。
して、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、本発明の画素構成はどの射出構造
の発光素子にも適用することができる。
7013側に射出する場合の、画素の断面図を示す。図15(A)では、駆動用トランジ
スタ7011のドレイン電極層と電気的に接続された可視光に対する透光性を有する導電
膜7017上に、発光素子7012の第1の電極7013が形成されており、第1の電極
7013上にEL層7014、第2の電極7015が順に積層されている。
ウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウ
ム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛
酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの可視光に対する透光性を有する
導電膜を用いることができる。
の電極7013を陰極として用いる場合には、仕事関数が小さい材料、具体的には、例え
ば、LiやCs等のアルカリ金属、及びMg、Ca、Sr等のアルカリ土類金属、及びこ
れらを含む合金(Mg:Ag、Al:Liなど)の他、YbやEr等の希土類金属等が好
ましい。図15(A)では、第1の電極7013の膜厚は、可視光を透過する程度(好ま
しくは、5nm〜30nm程度)とする。例えば20nmの膜厚を有するアルミニウム膜
を、第1の電極7013として用いる。
にエッチングして可視光に対する透光性を有する導電膜7017と第1の電極7013を
形成してもよく、この場合、同じマスクを用いてエッチングすることができるため、好ま
しい。
イン電極層に達するコンタクトホール上に、導電膜7017を介して配置する。なお、第
1の電極7013の周縁部は、隔壁で覆ってもよい。隔壁7019は、ポリイミド、アク
リル樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂等の有機樹脂膜、無機絶縁膜または有機ポリシロキ
サンを用いて形成する。隔壁7019は、特に感光性の樹脂材料を用い、第1の電極70
13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。隔壁7019として感光性の樹脂材料を用いる場合
、レジストマスクを形成する工程を省略することができる。
発光層を含めば良く、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成さ
れていてもどちらでも良い。EL層7014が複数の層で構成されている場合、陰極とし
て機能する第1の電極7013上に電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホ
ール注入層の順に積層する。なおこれらの層を全て設ける必要はない。
7013上にホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層の順に積層
してもよい。ただし、消費電力を比較する場合、第1の電極7013を陰極として機能さ
せ、第1の電極7013上に電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注
入層の順に積層するほうが、駆動回路部の電圧上昇を抑制でき、消費電力を少なくできる
ため好ましい。
とができる。例えば、第2の電極7015を陽極として用いる場合、仕事関数が大きい(
具体的には4.0eV以上)材料、例えば、ZrN、Ti、W、Ni、Pt、Cr等や、
ITO、IZO、ZnOなどの透明導電性材料が好ましい。また、第2の電極7015上
に遮蔽膜7016、例えば光を遮光する金属、光を反射する金属等を用いる。本実施の形
態では、第2の電極7015としてITO膜を用い、遮蔽膜7016としてTi膜を用い
る。
る領域が発光素子7012に相当する。図15(A)に示した素子構造の場合、発光素子
7012から発せられる光は、矢印で示すように第1の電極7013側に射出する。
7033を通過し、絶縁層7032、酸化物絶縁層7031、ゲート絶縁層7030、及
び基板7010を通過して射出させる。
グラフィ技術を用いたエッチング方法などでそれぞれ形成する。
層7035によって覆う。なお、図15(A)ではオーバーコート層7034は薄い膜厚
で図示したが、オーバーコート層7034は、アクリル樹脂などの樹脂材料を用い、カラ
ーフィルタ層7033に起因する凹凸を平坦化する機能を有している。
可視光に対する透光性を有する導電膜7027上に、発光素子7022の第1の電極70
23が形成されており、第1の電極7023上にEL層7024、第2の電極7025が
順に積層されている。
ウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウ
ム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛
酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの可視光に対する透光性を有する
導電膜を用いることができる。
23を陰極として用いる場合、仕事関数が小さい(具体的には3.8eV以下)材料、例
えば、LiやCs等のアルカリ金属、及びMg、Ca、Sr等のアルカリ土類金属、及び
これらを含む合金(Mg:Ag、Al:Liなど)の他、YbやEr等の希土類金属等が
好ましい。本実施の形態では、第1の電極7023を陰極として用い、その膜厚は、可視
光を透過する程度(好ましくは、5nm〜30nm程度)とする。例えば20nmの膜厚
を有するアルミニウム膜を、陰極として用いる。
にエッチングして可視光に対する透光性を有する導電膜7027と第1の電極7023を
形成してもよく、この場合、同じマスクを用いてエッチングすることができ、好ましい。
イン電極層に達するコンタクトホール上に、導電膜7027を介して配置する。なお、第
1の電極7023の周縁部は、隔壁で覆ってもよい。隔壁7029は、ポリイミド、アク
リル樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂等の有機樹脂膜、無機絶縁膜または有機ポリシロキ
サンを用いて形成する。隔壁7029は、特に感光性の樹脂材料を用い、第1の電極70
23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。隔壁7029として感光性の樹脂材料を用いる場合
、レジストマスクを形成する工程を省略することができる。
めば良く、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていても
どちらでも良い。EL層7024が複数の層で構成されている場合、陰極として機能する
第1の電極7023上に電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層
の順に積層する。なおこれらの層を全て設ける必要はない。
注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層の順に積層してもよい。ただし
、消費電力を比較する場合、第1の電極7023を陰極として用い、陰極上に電子注入層
、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層の順に積層するほうが消費電力が少
ないため好ましい。
とができる。例えば、第2の電極7025を陽極として用いる場合、仕事関数が大きい材
料、例えば、ITO、IZO、ZnOなどの透明導電性材料を好ましく用いることができ
る。本実施の形態では、第2の電極7025を陽極として用い、酸化珪素を含むITO膜
を形成する。
る領域が発光素子7022に相当する。図15(B)に示した素子構造の場合、発光素子
7022から発せられる光は、矢印で示すように第2の電極7025側と第1の電極70
23側の両方に射出する。
一方の光は、カラーフィルタ層7043を通過し、絶縁層7042、酸化物絶縁層704
1、ゲート絶縁層7040、及び基板7020を通過して射出させる。
グラフィ技術を用いたエッチング方法などでそれぞれ形成する。
層7045によって覆う。
第2の電極7025側からの光はカラーフィルタ層7043を通過しないため、別途カラ
ーフィルタ層を備えた封止基板を第2の電極7025上方に設けることが好ましい。
002から発せられる光が第2の電極7005側に抜ける場合の、画素の断面図を示す。
図15(C)では、駆動用のトランジスタ7001のドレイン電極層と電気的に接続され
た発光素子7002の第1の電極7003が形成されており、第1の電極7003上にE
L層7004、第2の電極7005が順に積層されている。
03を陰極として用いる場合、仕事関数が小さい材料、具体的には、例えば、LiやCs
等のアルカリ金属、及びMg、Ca、Sr等のアルカリ土類金属、及びこれらを含む合金
(Mg:Ag、Al:Liなど)の他、YbやEr等の希土類金属等が好ましい。
イン電極層に達するコンタクトホール上に、第1の電極7003を介して配置する。なお
、第1の電極7003の周縁部は、隔壁で覆ってもよい。隔壁7009は、ポリイミド、
アクリル樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂等の有機樹脂膜、無機絶縁膜または有機ポリシ
ロキサンを用いて形成する。隔壁7009は、特に感光性の樹脂材料を用い、第1の電極
7003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。隔壁7009として感光性の樹脂材料を用いる
場合、レジストマスクを形成する工程を省略することができる。
発光層を含めば良く、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成さ
れていてもどちらでも良い。EL層7004が複数の層で構成されている場合、陰極とし
て用いる第1の電極7003上に電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホー
ル注入層の順に積層する。なおこれらの層を全て設ける必要はない。
、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層の順に積層してもよい。
入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層の順に積層し、その上にMg:A
g合金薄膜とITOとの積層を形成する。
輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層の順に積層するほうが、駆動回路における
電圧上昇を抑制することができ、消費電力を少なくできるため好ましい。
えば酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛
酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、イ
ンジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物な
どの可視光に対する透光性を有する導電膜を用いても良い。
領域が発光素子7002に相当する。図15(C)に示した画素の場合、発光素子700
2から発せられる光は、矢印で示すように第2の電極7005側に射出する。
7051、保護絶縁層7052及び絶縁層7055に設けられたコンタクトホールを介し
て第1の電極7003と電気的に接続する。平坦化絶縁層7053は、ポリイミド、アク
リル樹脂、ベンゾシクロブテン、ポリアミド、エポキシ樹脂等の樹脂材料を用いることが
できる。また上記樹脂材料の他に、低誘電率材料(low−k材料)、シロキサン系樹脂
、PSG(リンガラス)、BPSG(リンボロンガラス)等を用いることができる。なお
、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させることで、平坦化絶縁層7053を形
成してもよい。平坦化絶縁層7053の形成法は、特に限定されず、その材料に応じて、
スパッタ法、SOG法、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法(インクジ
ェット法、スクリーン印刷、オフセット印刷等)、ドクターナイフ、ロールコーター、カ
ーテンコーター、ナイフコーター等を用いることができる。
02として緑色発光素子とし、隣り合う一方の発光素子を赤色発光素子とし、もう一方の
発光素子を青色発光素子とする。また、3種類の発光素子だけでなく白色素子を加えた4
種類の発光素子でフルカラー表示ができる発光表示装置を作製してもよい。
て、発光素子7002上方にカラーフィルタなどを有する封止基板を配置する構成とし、
フルカラー表示ができる発光表示装置を作製してもよい。白色などの単色の発光を示す材
料を形成し、カラーフィルタや色変換層を組み合わせることによりフルカラー表示を行う
ことができる。
もよいし、単色発光を用いてエリアカラータイプの発光装置を形成してもよい。
L素子を設けることも可能である。
的に接続されている例を示したが、駆動用トランジスタと発光素子との間に電流制御用ト
ランジスタが接続されている構成であってもよい。
本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
示パネル(発光パネルともいう)の外観及び断面について、図16を用いて説明する。図
16(A)は、第1の基板上に形成されたトランジスタ及び発光素子を、第2の基板との
間にシール材によって封止した、パネルの上面図であり、図16(B)は、図16(A)
のH−Iにおける断面図に相当する。
3b、及び走査線駆動回路4504a、4504bを囲むようにして、シール材4505
が設けられている。また画素部4502、信号線駆動回路4503a、4503b、及び
走査線駆動回路4504a、4504bの上に第2の基板4506が設けられている。よ
って画素部4502、信号線駆動回路4503a、4503b、及び走査線駆動回路45
04a、4504bは、第1の基板4501とシール材4505と第2の基板4506と
によって、充填材4507と共に密封されている。このように外気に曝されないように気
密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム(貼り合わせフィルム、紫外線硬化樹脂フィル
ム等)やカバー材でパッケージング(封入)することが好ましい。
503b、及び走査線駆動回路4504a、4504bは、トランジスタを複数有してお
り、図16(B)では、画素部4502に含まれるトランジスタ4510と、信号線駆動
回路4503aに含まれるトランジスタ4509とを例示している。
含む信頼性の高い実施の形態1に示すトランジスタを適用することができる。本実施の形
態において、トランジスタ4509、4510はnチャネル型トランジスタである。
ル形成領域と重なる位置に導電層4540が設けられている。導電層4540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4509のしきい値電圧の変化量を低減することができる。また、導電層45
40は、電位がトランジスタ4509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4540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。
層4517は、トランジスタ4510のソース電極層またはドレイン電極層と電気的に接
続されている。なお発光素子4511の構成は、第1の電極層4517、電界発光層45
12、第2の電極層4513の積層構造であるが、本実施の形態に示した構成に限定され
ない。発光素子4511から取り出す光の方向などに合わせて、発光素子4511の構成
は適宜変えることができる。
特に感光性の材料を用い、第1の電極層4517上に開口部を形成し、その開口部の側壁
が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。
されていてもどちらでも良い。
4513及び隔壁4520上に保護膜を形成してもよい。保護膜としては、窒化シリコン
膜、窒化酸化シリコン膜、DLC膜等を形成することができる。
、または画素部4502に与えられる各種信号及び電位は、FPC4518a、4518
bから供給されている。
517と同じ導電膜から形成され、端子電極4516は、トランジスタ4509、451
0が有するソース電極層及びドレイン電極層と同じ導電膜から形成されている。
して電気的に接続されている。
いなければならない。その場合には、ガラス板、プラスチック板、ポリエステルフィルム
またはアクリルフィルムのような可視光に対する透光性を有する材料を用いる。
脂または熱硬化樹脂を用いることができ、PVC(ポリビニルクロライド)、アクリル、
ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、PVB(ポリビニルブチラル)またはEV
A(エチレンビニルアセテート)を用いることができる。本実施の形態は充填材として窒
素を用いた。
位相差板(λ/4板、λ/2板)、カラーフィルタなどの光学フィルムを適宜設けてもよ
い。また、偏光板又は円偏光板に反射防止膜を設けてもよい。例えば、表面の凹凸により
反射光を拡散し、映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。
、別途用意された基板上に単結晶半導体膜又は多結晶半導体膜によって形成された駆動回
路で実装されていてもよい。また、信号線駆動回路のみ、或いは一部、又は走査線駆動回
路のみ、或いは一部のみを別途形成して実装しても良く、本実施の形態は図16の構成に
限定されない。
ることができる。
ることができることとする。
実施の形態1に示すトランジスタを適用した半導体装置は、電子ペーパーとして適用する
ことができる。電子ペーパーは、情報を表示するものであればあらゆる分野の電子機器に
用いることが可能である。例えば、電子ペーパーを用いて、電子書籍(電子ブック)、ポ
スター、電車などの乗り物の車内広告、クレジットカード等の各種カードにおける表示等
に適用することができる。電子機器の一例を図17、図18に示す。
の印刷物である場合には、広告の交換は人手によって行われるが、電子ペーパーを用いれ
ば短時間で広告の表示を変えることができる。また、表示も崩れることなく安定した画像
が得られる。なお、ポスターは無線で情報を送受信できる構成としてもよい。
紙の印刷物である場合には、広告の交換は人手によって行われるが、電子ペーパーを用い
れば人手を多くかけることなく短時間で広告の表示を変えることができる。また表示も崩
れることなく安定した画像が得られる。なお、車内広告は無線で情報を送受信できる構成
としてもよい。
01及び筐体2703の2つの筐体で構成されている。筐体2701及び筐体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及び表示部2707は、続き画面を表示する構成としても
よいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とすること
で、例えば右側の表示部(図18では表示部2705)に文章を表示し、左側の表示部(
図18では表示部2707)に画像を表示することができる。
701において、電源2721、操作キー2723、スピーカ2725などを備えている
。操作キー2723により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示部と同一面にキー
ボードやポインティングディバイスなどを備える構成としてもよい。また、筐体の裏面や
側面に、外部接続用端子(イヤホン端子、USB端子、またはACアダプタ及びUSBケ
ーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など)、記録媒体挿入部などを備える構成と
してもよい。さらに、電子書籍2700は、電子辞書としての機能を持たせた構成として
もよい。
電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすること
も可能である。
ることができることとする。
実施の形態1に示すトランジスタを用いた半導体装置は、さまざまな電子機器(遊技機も
含む)に適用することができる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置(テレビ
、またはテレビジョン受信機ともいう)、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ
、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機(携帯電話、携帯電話装
置ともいう)、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲ
ーム機などが挙げられる。
筐体9601に表示部9603が組み込まれている。表示部9603により、映像を表示
することが可能である。また、ここでは、スタンド9605により筐体9601を支持し
た構成を示している。
コン操作機9610により行うことができる。リモコン操作機9610が備える操作キー
9609により、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部9603に表示され
る映像を操作することができる。また、リモコン操作機9610に、当該リモコン操作機
9610から出力する情報を表示する表示部9607を設ける構成としてもよい。
より一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線または無線に
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。
フレーム9700は、筐体9701に表示部9703が組み込まれている。表示部970
3は、各種画像を表示することが可能であり、例えばデジタルカメラなどで撮影した画像
データを表示させることで、通常の写真立てと同様に機能させることができる。
Bケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など)、記録媒体挿入部などを備える構
成とする。これらの構成は、表示部と同一面に組み込まれていてもよいが、側面や裏面に
備えるとデザイン性が向上するため好ましい。例えば、デジタルフォトフレームの記録媒
体挿入部に、デジタルカメラで撮影した画像データを記憶したメモリを挿入して画像デー
タを取り込み、取り込んだ画像データを表示部9703に表示させることができる。
。無線により、所望の画像データを取り込み、表示させる構成とすることもできる。
れており、連結部9893により、開閉可能に連結されている。筐体9881には表示部
9882が組み込まれ、筐体9891には表示部9883が組み込まれている。また、図
20(A)に示す携帯型遊技機は、その他、スピーカ部9884、記録媒体挿入部988
6、LEDランプ9890、入力手段(操作キー9885、接続端子9887、センサ9
888(力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、
化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振
動、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの)、マイクロフォン9889)等を備え
ている。もちろん、携帯型遊技機の構成は上述のものに限定されず、少なくとも本発明に
係る半導体装置を備えた構成であればよく、その他付属設備が適宜設けられた構成とする
ことができる。図20(A)に示す携帯型遊技機は、記録媒体に記録されているプログラ
ム又はデータを読み出して表示部に表示する機能や、他の携帯型遊技機と無線通信を行っ
て情報を共有する機能を有する。なお、図20(A)に示す携帯型遊技機が有する機能は
これに限定されず、様々な機能を有することができる。
900は、筐体9901に表示部9903が組み込まれている。また、スロットマシン9
900は、その他、スタートレバーやストップスイッチなどの操作手段、コイン投入口、
スピーカなどを備えている。もちろん、スロットマシン9900の構成は上述のものに限
定されず、少なくとも本発明に係る半導体装置を備えた構成であればよく、その他付属設
備が適宜設けられた構成とすることができる。
に組み込まれた表示部1002の他、操作ボタン1003、外部接続ポート1004、ス
ピーカ1005、マイク1006などを備えている。
報を入力することができる。また、電話を掛ける、或いはメールを作成するなどの操作は
、表示部1002を指などで触れることにより行うことができる。
示モードであり、第2は、文字等の情報の入力を主とする入力モードである。第3は表示
モードと入力モードの2つのモードが混合した表示+入力モードである。
主とする文字入力モードとし、画面に表示させた文字の入力操作を行えばよい。この場合
、表示部1002の画面のほとんどにキーボードまたは番号ボタンを表示させることが好
ましい。
有する検出装置を設けることで、携帯電話機1000の向き(縦か横か)を判断して、表
示部1002の画面表示を自動的に切り替えるようにすることができる。
ボタン1003の操作により行われる。また、表示部1002に表示される画像の種類に
よって切り替えるようにすることもできる。例えば、表示部に表示する画像信号が動画の
データであれば表示モード、テキストデータであれば入力モードに切り替える。
部1002のタッチ操作による入力が一定期間ない場合には、画面のモードを入力モード
から表示モードに切り替えるように制御してもよい。
02に掌や指で触れ、掌紋、指紋等を撮像することで、本人認証を行うことができる。ま
た、表示部に近赤外光を発光するバックライトまたは近赤外光を発光するセンシング用光
源を用いれば、指静脈、掌静脈などを撮像することもできる。
、表示部9412、及び操作ボタン9413を含む表示装置9410と、筐体9401に
操作ボタン9402、外部入力端子9403、マイク9404、スピーカ9405、及び
着信時に発光する発光部9406を含む通信装置9400とを有しており、表示機能を有
する表示装置9410は電話機能を有する通信装置9400と矢印の2方向に脱着可能で
ある。よって、表示装置9410と通信装置9400の短軸同士を取り付けることも、表
示装置9410と通信装置9400の長軸同士を取り付けることもできる。また、表示機
能のみを必要とする場合、通信装置9400より表示装置9410を取り外し、表示装置
9410を単独で用いることもできる。通信装置9400と表示装置9410とは無線通
信又は有線通信により画像又は入力情報を授受することができ、それぞれ充電可能なバッ
テリーを有する。
ることができることとする。
11 第1の配線
12 第2の配線
13 第3の配線
14 第4の配線
15 第5の配線
16 第6の配線
17 第7の配線
21 第1の入力端子
22 第2の入力端子
23 第3の入力端子
24 第4の入力端子
25 第5の入力端子
26 第1の出力端子
27 第2の出力端子
31 第1のトランジスタ
32 第2のトランジスタ
33 第3のトランジスタ
34 第4のトランジスタ
35 第5のトランジスタ
36 第6のトランジスタ
37 第7のトランジスタ
38 第8のトランジスタ
39 第9のトランジスタ
40 第10のトランジスタ
41 第11のトランジスタ
51 電源線
52 電源線
53 電源線
61 第1の期間
62 第2の期間
63 第3の期間
64 第4の期間
65 第5の期間
400 基板
402 第1の絶縁層
403 酸化物半導体膜
404a 酸化物半導体層
404b 酸化物半導体層
404c 酸化物半導体層
405a 結晶領域
405b 結晶領域
405c 結晶領域
408 コンタクトホール
410a 第1の配線
410b 第2の配線
410c 第3の配線
411 第1の端子
412 接続電極
414 第2の端子
415 導電層
416 電極層
418 導電層
421a 第1の電極層
421b 第1の電極層
421c 第1の電極層
422a 第4の電極層
422b 第4の電極層
422c 接続電極層
428 第2の絶縁層
440A トランジスタ
440B トランジスタ
450 トランジスタ
455a 第2の電極層
455b 第3の電極層
455c 第2の電極層
455d 第3の電極層
455e 第2の電極層
455f 第3の電極層
580 基板
581 トランジスタ
583 絶縁層
585 絶縁層
587 電極層
588 電極層
589 球形粒子
590a 黒色領域
590b 白色領域
594 キャビティ
595 充填材
596 基板
1000 携帯電話機
1001 筐体
1002 表示部
1003 操作ボタン
1004 外部接続ポート
1005 スピーカ
1006 マイク
2600 トランジスタ基板
2601 対向基板
2602 シール材
2603 画素部
2604 表示素子
2605 着色層
2606 偏光板
2607 偏光板
2608 配線回路部
2609 フレキシブル配線基板
2610 冷陰極管
2611 反射板
2612 回路基板
2613 拡散板
2631 ポスター
2632 車内広告
2700 電子書籍
2701 筐体
2703 筐体
2705 表示部
2707 表示部
2711 軸部
2721 電源
2723 操作キー
2725 スピーカ
4001 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
4019 異方性導電膜
4020 絶縁層
4021 絶縁層
4030 画素電極層
4031 対向電極層
4032 絶縁層
4033 絶縁層
4035 スペーサ
4040 導電層
4042 導電層
4501 基板
4502 画素部
4503a 信号線駆動回路
4503b 信号線駆動回路
4504a 走査線駆動回路
4504b 走査線駆動回路
4505 シール材
4506 基板
4507 充填材
4509 トランジスタ
4510 トランジスタ
4511 発光素子
4512 電界発光層
4513 電極層
4515 接続端子電極
4516 端子電極
4517 電極層
4518a FPC
4518b FPC
4519 異方性導電膜
4520 隔壁
4540 導電層
4544 絶縁層
5300 基板
5301 画素部
5302 走査線駆動回路
5303 走査線駆動回路
5304 信号線駆動回路
5305 タイミング制御回路
5601 シフトレジスタ
5602 スイッチング回路
5603 トランジスタ
5604 配線
5605 配線
6400 画素
6401 スイッチング用トランジスタ
6402 駆動用トランジスタ
6403 容量素子
6404 発光素子
6405 信号線
6406 走査線
6407 電源線
6408 共通電極
7000 基板
7001 駆動用トランジスタ
7002 発光素子
7003 電極
7004 EL層
7005 電極
7009 隔壁
7010 基板
7011 駆動用トランジスタ
7012 発光素子
7013 電極
7014 EL層
7015 電極
7016 遮蔽膜
7017 導電膜
7019 隔壁
7020 基板
7021 駆動用トランジスタ
7022 発光素子
7023 電極
7024 EL層
7025 電極
7027 導電膜
7029 隔壁
7030 ゲート絶縁層
7031 酸化物絶縁層
7032 絶縁層
7033 カラーフィルタ層
7034 オーバーコート層
7035 保護絶縁層
7040 ゲート絶縁層
7041 酸化物絶縁層
7042 絶縁層
7043 カラーフィルタ層
7044 オーバーコート層
7045 保護絶縁層
7051 酸化物絶縁層
7052 保護絶縁層
7053 平坦化絶縁層
7055 絶縁層
9400 通信装置
9401 筐体
9402 操作ボタン
9403 外部入力端子
9404 マイク
9405 スピーカ
9406 発光部
9410 表示装置
9411 筐体
9412 表示部
9413 操作ボタン
9600 テレビジョン装置
9601 筐体
9603 表示部
9605 スタンド
9607 表示部
9609 操作キー
9610 リモコン操作機
9700 デジタルフォトフレーム
9701 筐体
9703 表示部
9881 筐体
9882 表示部
9883 表示部
9884 スピーカ部
9885 操作キー
9886 記録媒体挿入部
9887 接続端子
9888 センサ
9889 マイクロフォン
9890 LEDランプ
9891 筐体
9893 連結部
9900 スロットマシン
9901 筐体
9903 表示部
Claims (3)
- 駆動用トランジスタと、前記駆動用トランジスタと電気的に接続された発光素子と、カラーフィルタ層と、絶縁層と、樹脂層と、を有し、
前記発光素子は、第1の電極と、前記第1の電極の上方に配置された発光層と、前記発光層の上方に配置された第2の電極と、を有し、
前記発光素子から発せられる光は、前記第1の電極及び前記カラーフィルタ層を通過して射出され、
前記絶縁層は、前記カラーフィルタ層の下方に配置され、
前記樹脂層は、前記カラーフィルタ層の上方に配置され、
前記絶縁層に設けられたコンタクトホールにおいて、前記第1の電極と前記駆動用トランジスタのソース又はドレインとが電気的に接続され、
前記コンタクトホールの周辺において、前記絶縁層の上面は前記樹脂層の下面と接し、
前記駆動用トランジスタは、少なくとも上面側にナノクリスタル領域を有する酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層の下方に配置された第1のゲート電極と、前記酸化物半導体層の上方に配置された第2のゲート電極とを有する、発光装置。 - 駆動用トランジスタと、前記駆動用トランジスタと電気的に接続された発光素子と、カラーフィルタ層と、絶縁層と、樹脂層と、を有し、
前記発光素子は、第1の電極と、前記第1の電極の上方に配置された発光層と、前記発光層の上方に配置された第2の電極と、を有し、
前記発光素子から発せられる光は、前記第1の電極及び前記カラーフィルタ層を通過して射出され、
前記絶縁層は、前記カラーフィルタ層の下方に配置され、
前記樹脂層は、前記カラーフィルタ層の上方に配置され、
前記絶縁層に設けられたコンタクトホールにおいて、前記第1の電極と前記駆動用トランジスタのソース又はドレインとが電気的に接続され、
前記コンタクトホールの周辺において、前記絶縁層の上面は前記樹脂層の下面と接し、
前記駆動用トランジスタは、少なくとも上面側に粒子サイズが1nm以上20nm以下の結晶を有する酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層の下方に配置された第1のゲート電極と、前記酸化物半導体層の上方に配置された第2のゲート電極とを有する、発光装置。 - 請求項1及び請求項2において、
前記コンタクトホールと重なる領域において、前記第1の電極は凹部を有し、
前記凹部を埋めるように、前記第1の電極の上方に隔壁を有する、発光装置。
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