JP7154136B2 - 半導体装置の作製方法 - Google Patents
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Description
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置と、その作製方法について説明する。ここでは半導体装置の一態様である、トランジスタについて説明する。
図1(A)は、トランジスタ100の上面図である。図1(B)は、図1(A)中の切断線X1-X2における断面概略図である。図1(C)は、図1(A)中の切断線Y1-Y2における断面概略図である。なお、図1(A)において、煩雑になることを避けるため、トランジスタ100の一部の構成要素(絶縁層等)を省略して図示している。また、X1-X2の方向をチャネル長方向、Y1-Y2の方向をチャネル幅方向と呼ぶことがある。
図3(A)は、以下で例示するトランジスタ100Aのチャネル長方向の断面図であり、図3(B)は、チャネル幅方向の断面図である。なお、上面図については図1(A)を援用できる。
図4(A)は、以下で例示するトランジスタ100Bの上面図であり、図4(B)は、トランジスタ100Bのチャネル長方向の断面図であり、図4(C)は、チャネル幅方向の断面図である。
以下では、絶縁層114を導電層112a及び導電層112bの加工時に半導体層108を保護するためのチャネル保護層として用いる構成について説明する。
図6(A)は、以下で例示するトランジスタ100Dのチャネル長方向の断面図であり、図6(B)は、チャネル幅方向の断面図である。
以下では、本実施の形態の半導体装置に含まれる構成要素について、詳細に説明する。
基板102の材質などに大きな制限はないが、少なくとも、後の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有している必要がある。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板等を、基板102として用いてもよい。また、シリコンや炭化シリコンを材料とした単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウム等の化合物半導体基板、SOI基板等を適用することも可能であり、これらの基板上に半導体素子が設けられたものを、基板102として用いてもよい。なお、基板102として、ガラス基板を用いる場合、第6世代(1500mm×1850mm)、第7世代(1870mm×2200mm)、第8世代(2200mm×2400mm)、第9世代(2400mm×2800mm)、第10世代(2950mm×3400mm)等の大面積基板を用いることで、大型の表示装置を作製することができる。
導電層104、導電層112a、導電層112b、導電層120a、導電層120bとしては、クロム、銅、アルミニウム、金、銀、亜鉛、モリブデン、タンタル、チタン、タングステン、マンガン、ニッケル、鉄、コバルトから選ばれた金属元素、または上述した金属元素を成分とする合金か、上述した金属元素を組み合わせた合金等を用いてそれぞれ形成することができる。
ゲート絶縁層として機能する絶縁層106、及び保護層として機能する絶縁層116としては、プラズマ化学気相堆積(PECVD:Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)法、スパッタリング法等により形成された、窒化酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、窒化酸化アルミニウム膜等を一種以上含む絶縁層を用いることができる。なお、絶縁層106や絶縁層116を、2層以上の積層構造としてもよい。
半導体層108としては、先に示す材料を用いることができる。
以下では、本発明の一態様のトランジスタの作製方法例について説明する。ここでは、上記構成例2で例示したトランジスタ100Aを例に挙げて説明する。
基板102上に導電膜を形成し、当該導電膜をリソグラフィ工程及びエッチング工程を行い加工して、ゲート電極として機能する導電層104を形成する(図7(A))。
導電層104及び基板102を覆う絶縁層106を形成する。絶縁層106は、例えばPECVD法等を用いて形成することができる。
続いて、絶縁層106に対して酸素130aを添加し、表面近傍に、酸素を含む領域106aを形成する。
続いて、絶縁層106上に金属酸化物膜128bと、金属酸化物膜128aを積層して形成する(図8(A))。
続いて、後に導電層121となる導電膜121aと、後に導電層122となる導電膜122aを積層して形成する。
続いて、導電層112a、導電層112b、及び半導体層108等を覆うように、絶縁層114を形成する(図10(A))。
続いて、絶縁層114に酸素130bを供給する処理(第1の酸素供給処理ともいう)を行う。このとき、酸素供給処理の温度(第1の温度ともいう)としては、例えば250℃以上450℃以下、好ましくは280℃以上400℃以下、より好ましくは、300℃以上380℃以下、代表的には350℃とすることができる。
続いて、絶縁層114に酸素130cを供給する第2の酸素供給処理を行う。このとき、酸素供給処理の温度(第2の温度ともいう)としては、上記第1の酸素供給処理における第1の温度よりも低い温度とする。例えば150℃以上300℃以下、好ましくは170℃以上280℃以下、より好ましくは、190℃以上250℃以下、代表的には220℃とすることができる。
続いて、絶縁層114を覆うように絶縁層116を形成する(図10(B))。絶縁層116は、絶縁層106と同様の方法により形成することができる。
本実施の形態においては、先の実施の形態で例示したトランジスタを有する表示装置の一例について説明を行う。
図11(A)は、表示装置の一例を示す上面図である。図11(A)に示す表示装置700は、第1の基板701上に設けられた画素部702と、第1の基板701に設けられたソースドライバ回路部704及びゲートドライバ回路部706と、画素部702、ソースドライバ回路部704、及びゲートドライバ回路部706を囲むように配置されるシール材712と、第1の基板701に対向するように設けられる第2の基板705と、を有する。なお、第1の基板701と第2の基板705は、シール材712によって封止されている。すなわち、画素部702、ソースドライバ回路部704、及びゲートドライバ回路部706は、第1の基板701とシール材712と第2の基板705によって封止されている。なお、図11(A)には図示しないが、第1の基板701と第2の基板705の間には表示素子が設けられる。
以下では、表示素子として液晶素子及びEL素子を用いる構成について、図12乃至図14を用いて説明する。なお、図12及び図13は、図11に示す一点鎖線Q-Rにおける断面図であり、表示素子として液晶素子を用いた構成である。また、図14は、図11に示す一点鎖線Q-Rにおける断面図であり、表示素子としてEL素子を用いた構成である。
図12乃至図14に示す表示装置700は、引き回し配線部711と、画素部702と、ソースドライバ回路部704と、FPC端子部708と、を有する。また、引き回し配線部711は、信号線710を有する。また、画素部702は、トランジスタ750及び容量素子790を有する。また、ソースドライバ回路部704は、トランジスタ752を有する。
図12に示す表示装置700は、液晶素子775を有する。液晶素子775は、導電膜772、導電膜774、及び液晶層776を有する。導電膜774は、第2の基板705側に設けられ、対向電極としての機能を有する。図12に示す表示装置700は、導電膜772と導電膜774に印加される電圧によって、液晶層776の配向状態が変わることによって光の透過、非透過が制御され画像を表示することができる。
図14に示す表示装置700は、発光素子782を有する。発光素子782は、導電膜772、EL層786、及び導電膜788を有する。図14に示す表示装置700は、画素毎に設けられる発光素子782が有するEL層786が発光することによって、画像を表示することができる。なお、EL層786は、有機化合物、または量子ドットなどの無機化合物を有する。
また、図12乃至図14に示す表示装置700に入出力装置を設けてもよい。当該入出力装置としては、例えば、タッチパネル等が挙げられる。
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置を有する表示装置について、図17を用いて説明を行う。
図17(A)に示す表示装置は、画素を有する領域(以下、画素部502という)と、画素部502の外側に配置され、画素を駆動するための回路を有する回路部(以下、駆動回路部504という)と、素子の保護機能を有する回路(以下、保護回路506という)と、端子部507と、を有する。なお、保護回路506は、設けない構成としてもよい。
本実施の形態では、本発明の一態様の電子機器について、図面を参照して説明する。
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置を適用することのできるテレビジョン装置の例について、図面を参照して説明する。
はじめに、本実施例で作製した試料について説明する。本実施例では、プラズマ処理の条件が異なる2種類の試料(試料A1と試料A2)を作製した。
続いて、作製した各試料に対してTDS(昇温脱離ガス分光法)分析を行った。図21に、各試料における酸素放出量を示す。
作製した試料について説明する。まず、ガラス基板上に厚さ約100nmのタングステン膜をスパッタリング法により成膜し、これを加工してゲート電極を得た。続いて、ゲート絶縁層として厚さ約400nmの窒化シリコン膜をプラズマCVD法により形成した。ゲート絶縁層の成膜時の基板温度は、350℃とした。ゲート絶縁層の成膜後、真空中で連続して、酸素ガスを含む雰囲気でプラズマ処理を行った。プラズマ処理の条件は、温度350℃、圧力40Pa、電源電力3000W、酸素流量比100%、処理時間300秒とした。続いて、350℃、5分の条件で加熱処理を行った。
次に、上記作製した試料について、トランジスタのId-Vg特性を測定した。なお、トランジスタのId-Vg特性の測定条件としては、ゲート電圧(Vg)を、-15Vから+20Vまで0.25Vのステップで印加した。また、ソース電圧(Vs)を0Vとし、ドレイン電圧(Vd)を、0.1V及び20Vとした。また、測定数は、各試料それぞれ10とした。
図25(A)は、本実施例で用いたディスプレイモジュールの構成を示すブロック図である。当該構成では、ゲート線1本ずつに選択信号が供給され、画素が1つずつ選択される。ゲートドライバおよびソースドライバは共に外付けである。ゲート線には、2つのゲートドライバIC(Gate Driver IC(External))から同じ信号が供給される。ソース線には、1つのソースドライバIC(Source Driver IC(External))から信号が供給される。画素領域は分割されていない。画素領域のサイズは対角65インチであり、有効画素数は7680×RGB(H)×4320(V)である。
図29(A)は、本実施例で用いたディスプレイモジュールの構成を示すブロック図である。当該構成では、2本のゲート線に同時に選択信号が供給され、列方向に隣接する画素が2つ同時に選択される。ゲートドライバおよびソースドライバはともに外付けである。ゲート線には、2つのゲートドライバICから同じ信号が供給される。ゲート線GDL0(i)は、ゲート線GDL(i)およびゲート線GDL(i+1)と電気的に接続されており、i行目と(i+1)行目の2行の画素は同時に駆動する。ソース線には、1つのソースドライバICから信号が供給される。画素領域は分割されていない。画素領域のサイズは対角65インチであり、有効画素数は7680×RGB(H)×4320(V)である。
100A トランジスタ
100B トランジスタ
100C トランジスタ
100D トランジスタ
102 基板
104 導電層
106 絶縁層
106a 領域
108 半導体層
108a 半導体層
108b 半導体層
108n 領域
112a 導電層
112b 導電層
114 絶縁層
116 絶縁層
118 絶縁層
120a 導電層
120b 導電層
121 導電層
121a 導電膜
122 導電層
122a 導電膜
123 導電層
123a 導電膜
128a 金属酸化物膜
128b 金属酸化物膜
130a 酸素
130b 酸素
130c 酸素
131 レジストマスク
132 レジストマスク
142a 接続部
142b 接続部
501 画素回路
502 画素部
504 駆動回路部
504a ゲートドライバ
504b ソースドライバ
506 保護回路
507 端子部
550 トランジスタ
552 トランジスタ
554 トランジスタ
560 容量素子
562 容量素子
570 液晶素子
572 発光素子
600 テレビジョン装置
601 制御部
602 記憶部
603 通信制御部
604 画像処理回路
605 デコーダ回路
606 映像信号受信部
607 タイミングコントローラ
608 ソースドライバ
609 ゲートドライバ
610 ニューラルネットワーク
611 入力層
612 中間層
613 出力層
615 ニューロン
620 表示パネル
621 画素
630 システムバス
700 表示装置
700A 表示装置
701 基板
702 画素部
704 ソースドライバ回路部
705 基板
706 ゲートドライバ回路部
708 FPC端子部
710 信号線
711 配線部
712 シール材
716 FPC
721 ソースドライバIC
722 ゲートドライバ回路
723 FPC
724 プリント基板
730 絶縁膜
732 封止膜
734 絶縁膜
736 着色膜
738 遮光膜
750 トランジスタ
752 トランジスタ
760 接続電極
770 平坦化絶縁膜
772 導電膜
773 絶縁膜
774 導電膜
775 液晶素子
776 液晶層
778 構造体
780 異方性導電膜
782 発光素子
786 EL層
788 導電膜
790 容量素子
791 タッチパネル
792 絶縁膜
793 電極
794 電極
795 絶縁膜
796 電極
797 絶縁膜
7000 表示部
7100 テレビジョン装置
7101 筐体
7103 スタンド
7111 リモコン操作機
7200 ノート型パーソナルコンピュータ
7211 筐体
7212 キーボード
7213 ポインティングデバイス
7214 外部接続ポート
7300 デジタルサイネージ
7301 筐体
7303 スピーカ
7311 情報端末機
7400 デジタルサイネージ
7401 柱
7411 情報端末機
Claims (5)
- シリコンと窒素とを含む第1の絶縁層を形成する第1の工程と、
前記第1の絶縁層の表面近傍に、酸素を添加する第2の工程と、
前記第1の絶縁層上に接して、金属酸化物を含む半導体層を形成する第3の工程と、
前記半導体層上に接して、酸素を含む第2の絶縁層を形成する第4の工程と、
酸素を含む雰囲気であり、且つ第1の温度でプラズマ処理を行う第5の工程と、
酸素を含む雰囲気であり、且つ第2の温度でプラズマ処理を行う第6の工程と、
前記第2の絶縁層上に、シリコンと窒素を含む第3の絶縁層を形成する第7の工程と、を有し、
前記第2の温度は、前記第1の温度よりも低い、半導体装置の作製方法。 - 請求項1において、
前記第1の温度は、250℃以上450℃以下の温度であり、
前記第2の温度は、150℃以上300℃以下の温度である、半導体装置の作製方法。 - 請求項1または請求項2において、
前記第5の工程は、前記第2の絶縁層の形成後に、大気に曝すことなく行う、半導体装置の作製方法。 - 請求項1または請求項2において、
前記第3の工程と前記第4の工程の間に、
酸素を含む雰囲気であり、且つ第3の温度でプラズマ処理を行う第8の工程を有し、
前記第3の温度は、前記第2の温度よりも高い、半導体装置の作製方法。 - 請求項1または請求項2において、
前記第2の絶縁層の形成は、前記第1の温度で行う、半導体装置の作製方法。
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