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Description
は、それらの製造方法に関する。特に、本発明の一態様は、金属酸化物膜及び金属酸化物
膜の成膜方法に関する。また、当該金属酸化物膜を用いた半導体装置に関する。
置全般を指し、電気光学装置、半導体回路及び電子機器は全て半導体装置である。
目されている。該トランジスタは集積回路(IC)や画像表示装置(単に表示装置とも表
記する)のような電子デバイスに広く応用されている。トランジスタに適用可能な半導体
膜としてシリコン系半導体材料が広く知られているが、その他の材料として半導体特性を
示す金属酸化物(酸化物半導体)が注目されている。
トランジスタを作製する技術が特許文献1で開示されている。
とする。
供することを課題とする。
らの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、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。
は長距離秩序が見られない程度に極微細な結晶部を含む金属酸化物膜である。本発明の一
態様の金属酸化物膜は、膜平面の制限視野電子線回折パターンでは、非晶質状態を示すハ
ローパターンが観察され、断面のナノビーム電子線回折パターンでは、ハローパターンは
観測されず、特定の面に配向した結晶を示す規則性を有するスポットと異なる、方向性を
持たないスポットが観察される領域を含む。より具体的には、例えば以下の構成を有する
金属酸化物膜である。
数のスポットが観察される領域を含むことを特徴とする金属酸化物膜である。
した複数のスポットが観察され、且つ、平面の制限視野電子線回折パターンにおいて、ハ
ローパターンが観察される領域を含むことを特徴とする金属酸化物膜である。
ことが好ましい。
することが好ましい。なお、ビーム径を1nmφに収束させた電子線を照射させることで
、測定範囲を5nmφ以上10nmφ以下としたナノビーム電子線回折パターンを得るこ
とができる。
に薄片化した試料の断面のナノビーム電子線回折パターンであることが好ましい。
ることが好ましい。あるいは、1nm以上、かつ10nm以下であることが好ましい。
nmφ以上10nmφ以下としたナノビーム電子線回折において、金属酸化物膜を10n
mより大きく50nm以下の厚さに薄片化した断面の回折パターンでは、円周状に分布し
た複数のスポットが観察され、金属酸化物膜を10nm以下の厚さに薄片化した断面の回
折パターンでは、特定の面に配向した結晶を示す規則性を有するスポットが観察される領
域を含むことを特徴とする金属酸化物膜である。
ム、ガリウム又は亜鉛を含んで構成されることが好ましい。
用いてスパッタリング法を行うことで、断面方向のナノビーム電子線回折パターンにおい
て、円周状に分布した複数のスポットが観察される領域を含む金属酸化物膜を成膜するこ
とを特徴とする金属酸化物膜の成膜方法である。
成膜することが好ましい。
る。また、該金属酸化物膜を半導体装置に適用することで、信頼性の高い半導体装置を提
供することができる。
下の説明に限定されず、その形態及び態様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の記載内容に限定して解釈され
るものではない。
本実施の形態では、本発明の一態様の金属酸化物膜について、図1乃至図7、図15乃至
21を参照して説明する。
本実施の形態の金属酸化物膜は、巨視的には原子配列に周期性が見られない程度、又は巨
視的には長距離秩序が見られない程度に極微細な結晶部を含む金属酸化物膜である。した
がって、本実施の形態の金属酸化物膜に含まれる結晶部よりも大きい(広い)測定範囲で
の電子線回折によっては、結晶状態を示す規則性を有するスポットが得られないことがあ
る。
図1(A)に本実施の形態の金属酸化物膜の断面TEM(Transmission E
lectron Microscopy(透過型電子顕微鏡))像を示す。また、図1(
B)に図1(A)のポイント1においてナノビーム電子線回折を用いて測定した電子線回
折パターンを、図1(C)に図1(A)のポイント2においてナノビーム電子線回折を用
いて測定した電子線回折パターンを、図1(D)に図1(A)のポイント3においてナノ
ビーム電子線回折を用いて測定した電子線回折パターンをそれぞれ示す。
nmで成膜した試料を用いた。金属酸化物膜の成膜条件は、In:Ga:Zn=1:1:
1(原子数比)である酸化物ターゲットを用いて、酸素雰囲気下(流量45sccm)、
圧力0.4Pa、直流(DC)電源0.5kW、基板温度を室温とした。そして、成膜し
た金属酸化物膜を、50nm程度(例えば、40nm±10nm)の厚さに薄片化し、断
面TEM像及びナノビーム電子線回折パターンを得た。
0NAR」)を用い、加速電圧を300kV、倍率200万倍として行った。ナノビーム
電子線回折は、透過型電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ製「HF-2000」)を用
い、加速電圧を200kV、ビーム径約1nmφとして行った。なお、ナノビーム電子線
回折での測定範囲は、5nmφ以上10nmφ以下である。
ンにおいて、円周状に配置された複数のスポット(輝点)が観察される。換言すると、本
実施の形態の金属酸化物膜では、円周状に分布した複数のスポットが観察される。又は、
円周状に分布した複数のスポットが複数の同心円を形成するともいえる。
部の図1(C)においても図1(B)と同様に円周状に分布した複数のスポットが観察さ
れる。図1(C)において、第1の円周の半径(メインスポットからの距離)は、3.8
8/nmから4.93/nmであった。面間隔に換算すると、0.203nmから0.2
57nmである。
、複数のスポットが観察される。従って、本実施の形態の金属酸化物膜は、結晶部を有す
ることが確認される。しかしながら、図1のナノビーム電子線回折パターンでは、特定の
面に配向した結晶を示す規則性を有するスポットではなく、方向性を持たないスポットが
観察されることから、本実施の形態の金属酸化物膜は、面方位が不規則であって且つ大き
さの異なる結晶部が複数混在する膜であることが推測される。
(A)のポイント1近傍(金属酸化物膜表面)を、倍率800万倍で観察した断面TEM
像である。また、図5(B)は、図1(A)のポイント2近傍(金属酸化物膜の膜厚方向
中央部)を、倍率800万倍で観察した断面TEM像である。
は確認できない。
次いで、図2(A)に本実施の形態の金属酸化物膜の平面TEM像を示す。また、図2(
B)に図2(A)において円で囲んだ領域を制限視野電子線回折を用いて測定した電子線
回折パターンを示す。
nmで成膜した試料を用いた。金属酸化物膜の成膜条件は、In:Ga:Zn=1:1:
1(原子数比)である酸化物ターゲットを用いて、酸素雰囲気下(流量45sccm)、
圧力0.4Pa、直流(DC)電源0.5kW、基板温度を室温とした。そして、成膜し
た試料を、金属酸化物膜を残すように薄片化し、平面TEM像及び制限視野電子線回折パ
ターンを得た。
」)を用い、加速電圧を300kVで得た。図2(A)は、倍率50万倍として金属酸化
物膜の平面観察により得た。また、図2(B)は、図2(A)に示す円内を制限視野電子
線回折で測定した結果である。図2(B)のパターンは、制限視野領域を300nmφと
して電子線回折を行うことにより得た。電子線の広がり(およそ数nm程度)を考慮する
と、測定範囲は、300nmφ以上である。
範囲の広い制限視野電子線回折を用いた電子線回折パターンでは、極微電子線回折によっ
て観察された複数のスポットがみられず、ハローパターンが観察される。よって、本実施
の形態の金属酸化物膜は、巨視的(例えば、測定範囲を300nmφ以上とした場合)に
は原子配列に周期性が見られない程度、又は、巨視的には長距離秩序が見られない程度に
、極微細な結晶部を含む金属酸化物膜であるといえる。
図3に、図1及び図2の電子線回折パターンにおける回折強度の分布を概念的に示す。図
3(A)は、図1(B)乃至図1(D)に示す極微電子線回折パターンにおける回折強度
の分布の概念図である。また、図3(B)は、図2(B)に示す制限視野電子線回折パタ
ーンにおける回折強度の分布の概念図である。また、図3(C)は理想的な多結晶構造の
電子線回折パターンにおける回折強度の分布の概念図である。
示す。
に応じた、メインスポットからの特定の距離にピークがみられる。この場合、電子線回折
パターンにおいては、メインスポットからの特定の距離に線幅の小さいリングが明確に観
察される。
観察される複数のスポットによって形成された円周状領域は、比較的大きい幅を有する。
よって、図3(A)に示すように、その電子線回折強度は、帯状に分布したピーク(ピー
ク帯)を複数有する、離散的な強度分布を示す。また、ナノビーム電子線回折パターンに
おいて、同心円状の領域間に、少数のスポットが存在するため、図3(A)に示すように
、二つのピーク帯の間に、回折ピークを有していることが分かる。
ーンにおける電子線回折強度分布は、連続的な強度分布を示す。図3(B)は、図3(A
)に示す電子線回折強度分布を広範囲で観察した結果と近似可能であるため、図3(A)
に示すピーク帯が積分され、連続的な強度分布が得られたものと考察できる。
則であって且つ大きさの異なる結晶部が複数混在する膜であり、且つ、その結晶部は、制
限視野電子線回折パターンにおいてはスポットが観察されない程度に、極微細であること
が示唆される。
化物膜は、50nm程度の厚さに薄片化されている。また電子線のビーム径は1nmφに
収束されているため、その測定範囲は5nm以上10nm以下である。よって、本実施の
形態の金属酸化物膜に含まれる結晶部の大きさは、少なくとも50nm以下であり、例え
ば、10nm以下、または5nm以下であることが推測される。
本実施の形態の金属酸化物膜に含まれる結晶部の大きさが10nm以下、又は5nm以下
である場合、金属酸化物膜を50nm程度の厚さに薄片化した試料では、奥行き方向の測
定範囲が該結晶部の大きさよりも大きくなるため、測定範囲内に複数の結晶部が含まれる
ことがある。そこで、金属酸化物膜を10nm以下の厚さに薄片化し、その断面をナノビ
ーム電子線回折によって観察した。
0nmで成膜した。その成膜条件は、In:Ga:Zn=1:1:1(原子数比)である
酸化物ターゲットを用いて、酸素雰囲気下(流量45sccm)、圧力0.4Pa、直流
(DC)電源0.5kW、基板温度を室温とした。そして、金属酸化物膜を成膜後、45
0℃で窒素雰囲気下にて1時間の第1の加熱処理、及び、450℃で窒素及び酸素雰囲気
下にて1時間の第2の加熱処理を行った。
化した。はじめに、薄片化の補強のために金属酸化物膜が成膜された石英ガラス基板をダ
ミー基板と貼り合わせた後、切断及び研磨によって、厚さ約50μmまで薄片化した。そ
の後、図16に示すように、金属酸化物膜204が設けられた石英ガラス基板200及び
ダミー基板202に対して、低角度(およそ3°)からアルゴンイオンを照射して、イオ
ンミリングを行い、50nm程度(40nm±10nm)の厚さに薄片化された領域21
0a、及び10nm以下、例えば、5~10nmの厚さに薄片化された領域210bを形
成し、それぞれその断面を観察した。
TEM像を示す。また、図15(A)に示す断面を、ナノビーム電子線回折によって測定
した電子線回折パターンを図15(B)~図15(E)に示す。図15(B)は、ビーム
径を1nmφに収束させた電子線を用いた電子線回折パターンである。図15(C)は、
ビーム径を10nmφに収束させた電子線を用いた電子線回折パターンである。図15(
D)は、ビーム径を20nmφに収束させた電子線を用いた電子線回折パターンである。
そして、図15(E)は、ビーム径を30nmφに収束させた電子線を用いた電子線回折
パターンである。
した複数のスポット(輝点)が観察される。また、図15(C)~図15(E)より、電
子線のビーム径を大きくして測定範囲を広げると、当該複数のスポットは徐々にブロード
となっていくことが確認される。
片化した試料の任意の4点を、ビーム径を1nmφに収束させた電子線を用いて測定した
ナノビーム電子線回折パターンを示す。
ットが観察される。ここから、本実施の形態に係る金属酸化物膜は、確かに結晶部を有し
ていることがわかる。一方で、図17(C)及び図17(D)では、円周状に分布した複
数のスポット(輝点)が観察される。
50nm以下であり、例えば、10nm以下、または5nm以下と極微細である。よって
、例えば、試料を10nm以下の厚さに薄片化し、且つ電子線を1nmφに収束して、測
定範囲を例えば、一つの結晶部の大きさよりも小さい領域まで縮小した場合、測定する領
域によっては、特定の面に配向した結晶を示す規則性を有するスポットを観察することが
できる。また、測定する領域に複数の結晶部が含まれると、結晶部を透過した電子線が、
奥行き方向に存在する別の結晶部に照射されることがある。この場合、複数のナノビーム
電子線回折パターンが観測されると考えることができる。
図4に、石英ガラス基板のナノビーム電子線回折パターンを示す。測定条件は、図1に示
した金属酸化物膜のそれと同一とした。
スポットから輝度が連続的に変化するハローパターンが観測される。このように、非晶質
構造を有する膜においては、極微小な領域の電子線回折を行ったとしても、本実施の形態
の金属酸化物膜で観察されるような円周状に配置された複数のスポットが観察されない。
従って、図1(B)乃至図1(D)で観察される円周状に配置された複数のスポットは、
本実施の形態の金属酸化物膜に特有のものであることが確認される。
図8に、図1(A)に示すポイント2にビーム径を約1nmφに収束した電子線を1分間
照射した後に、測定を行った電子線回折パターンを示す。
状に分布した複数のスポットが観察され、両者の測定結果に特段の相違点は確認されない
。このことは、図1(C)で確認された結晶部は本実施の形態の金属酸化物膜の成膜時か
ら存在していることを意味しており、収束させた電子線を照射したことで結晶部が形成さ
れたものではないことを意味する。
図1及び図2に用いた、石英ガラス基板上に本実施の形態の金属酸化物膜が成膜された試
料をX線回折(XRD:X-Ray Diffraction)を用いて分析した。図6
にout-of-plane法を用いてXRDスペクトルを測定した結果を示す。
である。なお、XRDスペクトルの測定は、Bruker AXS社製X線回折装置D-
8 ADVANCEを用いた。
、金属酸化物膜に含まれる結晶部に起因するピークは確認できない。
あることが示唆される。
形成された膜と推測できる。
、または5nm以下であることが推測される。本実施の形態の金属酸化物膜は、例えば、
1nm以上10nm以下の結晶部(ナノ結晶(nc:nanocrystal))を含む
金属酸化物膜である。
本実施の形態の金属酸化物膜の成膜方法について以下に説明する。上述したように、本実
施の形態の金属酸化物膜は、室温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、金属酸化物膜中にお
ける酸素欠損を低減し、結晶部を含む膜とすることができる。
本実施の形態の金属酸化物膜において、酸素欠損を低減することで、物性の安定した膜と
することができる。特に、本実施の形態の金属酸化物膜として酸化物半導体膜を適用して
半導体装置を作製する場合、酸化物半導体膜における酸素欠損は、キャリアの生成要因と
なり、結果として半導体装置の電気的特性を変動させる要因となる。よって、酸素欠損を
低減された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。
り低減されうるため好ましい。例えば、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。
線回折パターンを示す。図7に示す本実施の形態の金属酸化物膜は、成膜雰囲気をアルゴ
ンと酸素の混合雰囲気(Ar:O2=30sccm:15sccm)とした以外は、図1
に示した金属酸化物膜と同様の条件で作製した。また、ナノビーム電子線回折測定は、図
1(B)乃至図1(D)で説明した測定と同様に行った。
ノビーム電子線回折パターンにおいて円周状に配置された複数のスポットが観察され、結
晶部を含む金属酸化物膜が形成されたことが確認される。
本実施の形態の金属酸化物膜の成膜に用いることの可能な酸化物ターゲットとしては、I
n-Ga-Zn系酸化物に限られず、例えば、In-M-Zn系酸化物(Mは、Al、T
i、Ga、Y、Zr、La、Ce、NdまたはHf)を適用することができる。
実施の形態の金属酸化物膜である結晶部を含む金属酸化物膜を成膜することが好ましい。
スパッタリング用ターゲットが複数の結晶粒を有し、且つ、複数の結晶粒間の結合が弱く
劈開しやすい界面が存在する場合、当該スパッタリング用ターゲットにイオンを衝突させ
ることで、結晶粒が劈開して、平板状のスパッタリング粒子が得られることがある。該得
られた平板状のスパッタリング粒子が、基板上に堆積することでナノ結晶を含む金属酸化
物膜が成膜される場合があるためである。但し、上記の本実施の形態に係る金属酸化物膜
の成膜メカニズムは、あくまでも一考察であることを付記する。
結晶部が複数混在する膜であり、且つ、その結晶部は、制限視野電子線回折パターンにお
いてはスポットが観察されない程度に、極微細であることが示唆される。
である。よって、本実施の形態の金属酸化物膜を半導体装置に適用することで、信頼性の
高い半導体装置を提供することが可能となる。
本比較例では、液相法を用いて作製した金属酸化物膜の結晶性について、図面を参照して
説明する。
コート剤を、In:Ga:Zn=1:1:1となるように混合し、ガラス基板上にスピン
コートによって塗布した。スピンコートの条件は、スピナーを用いて900rpmから2
000rpmへと段階的に変化させた。
った。
の本比較例の金属酸化物膜(液相法成膜)と、図7に示した金属酸化物膜と同じ条件にて
作製した本実施の形態の金属酸化物膜(スパッタリング法成膜)のそれぞれについて、X
線光電子分光法(XPS:X-ray Photoelectron Spectros
copy)を用いて結合状態の評価を行った。図24にその評価結果を示す。
それぞれの金属酸化物膜について、Inの3d(5/2)軌道(図24(A)参照)、G
aの3d軌道(図24(B)参照)、Znの3p軌道(図24(C)参照)、及びOの1
s軌道(図24(D)参照)に相当する領域のスペクトルを示した。図24の実線は、本
比較例に係る液相法による成膜のIn-Ga-Zn酸化物膜の評価結果であり、図24の
破線は本実施の形態に係るスパッタリング法(スパッタ)による成膜のIn-Ga-Zn
酸化物膜の評価結果である。
例で示す液相法によって成膜した金属酸化物膜と、本実施の形態に係るスパッタリング法
で成膜した金属酸化物膜は、概略同様のスペクトル形状が得られた。よって、本比較例で
示す液相法を用いて作製した金属酸化物膜は、確かにIn-Ga-Zn酸化物膜であるこ
とが同定された。
plane法を用いて分析した結果を示す。
は550℃で1時間の第2の加熱処理を行ったIn-Ga-Zn酸化物膜試料を用いた。
)である。XRD測定は、Bruker AXS社製X線回折装置D-8 ADVANC
Eを用いた。
の加熱処理をしていない試料のXRDパターンが、as-depoと示したパターンであ
る。なお、図19(B)、(C)、(D)には、液相法によって成膜し、その後大気雰囲
気下にて350℃、450℃、または550℃で1時間の加熱処理を行った酸化インジウ
ム膜、酸化ガリウム膜、又は酸化亜鉛膜の測定結果を示す。
ークに一致したピークが確認された。また、加熱処理後の酸化亜鉛膜のXRDパターンで
は、ZnOの結晶ピークに一致したピークが確認された。一方、本比較例の試料では、酸
化インジウム膜及び酸化亜鉛膜とは異なり、いずれの温度条件下での加熱処理後の試料に
おいても結晶性のピークが確認されなかった。
射率測定法(XRR:X-Ray Reflection)によって膜密度を測定した。
形の変化等を測定し、測定した臨界角、振幅波形などを用いて理論式解析を行うことで、
形成された薄膜の密度を測定する測定方法である。
常に低密度であることが確認された。ただし、液相法によって成膜された膜はラフネスが
大きいため、高い精度で膜密度を測定することは困難であることを付記する。
る不純物濃度をSIMS(Secondary Ion Mass Spectrome
try)分析によって測定した。
H)濃度のプロファイルを示す。また、図18(B)に比較例の金属酸化物膜及び本実施
の形態の金属酸化物膜の炭素(12C)濃度のプロファイルを示す。図18において、横
軸は深さ(nm)を表し、縦軸は水素、あるいは炭素の濃度(atoms/cm3)を表
している。
製した試料を適用した。但し、スピンコートを行う前にメンブレンフィルタ(0.2μm
)で濾過を行った。また、第2の加熱処理の条件は大気雰囲気下にて450℃、500℃
または550℃で1時間とした。その他の条件は、上述の液相法での金属酸化物膜と同じ
条件とした。また、本実施の形態の金属酸化物膜は、図7に示した金属酸化膜と同じ条件
にてスパッタリング法で作製した。
化物膜よりも多量の水素及び炭素が膜中に均一に存在することが確認された。
々に減少しているため、本実施の形態の金属酸化物膜に含まれる炭素は、表面汚染由来の
側面が強いことが示唆される。
(atoms/cm3)以上、炭素は4×1021(atoms/cm3)以上と高い値
で膜中に均一に存在することがわかる。比較例の金属酸化物膜に含まれる炭素は、スピン
コート材の原料である有機酸塩由来であると推測される。
面TEM像を図20に示す。断面観察は、透過型電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ製
「H-9000NAR」)で加速電圧を300kVとして行った。図20(A)は倍率5
0万倍の断面観察像であり、図20(B)は倍率200万倍の断面観察像であり、図20
(C)は倍率800万倍の断面観察像である。
域が大部分を占めていることが観察される。また、膜密度の違いによる濃淡(明度の高低
)が存在していることがわかる。
領域であるといえる。図20(C)の領域bにおいては、断面TEM像の明度が低く、膜
密度が高密度な領域であるといえる。
。図21(A)~(C)に、ナノビーム電子線回折パターンを示す。
い、加速電圧を200kV、ビーム径約1nmφとして行った。図21(A)は、図20
(C)の領域aのナノビーム電子線回折パターンであり、図21(B)及び図21(C)
は、ともに図20(C)の領域bのナノビーム電子線回折パターンであり、異なる2カ所
(b1、b2と表記する)の観察結果である。
ーンであり、図7に示した条件と同じ条件にて、作製及び観察した電子線回折パターンで
ある。
いても、図21(D)で示す本発明の一態様の金属酸化物膜で観察される円周状に配置さ
れた複数のスポット(輝点)とは異なるパターンが確認された。
ーに近いパターンが確認された。このような結晶性の低い領域の存在は、膜の低密度、又
は不純物濃度の高さに由来すると推測することができる。
の面に配向した結晶を示す規則性を有するスポット(図21(B)及び(C)において1
~3で示す。)が観察された。このスポットに関して回折パターンの解析を行った結果を
、以下の表2に示す。
値は、InGaZnO4の複数の面方位における理論値とほぼ同値であり、液相法で成膜
した本比較例のIn-Ga-Zn酸化物膜には部分的にInZnGaO4に起因する結晶
領域が存在することが確認された。
、InZnGaO4の結晶に起因する周期的な原子配列を有する領域と、結晶性が非常に
低くアモルファスに近い領域とが混在するといえる。
膜の結晶性に与える影響を計算によって評価した。
から調べた。具体的には、InGaZnO4が水素を含まない場合と、水素を6.67a
tom%含む場合それぞれのアモルファス状態と結晶状態のエネルギー差を調べた。In
-Ga-Zn-O結晶の原子数密度が8.54×1022atoms/cm3であること
と、図18に示すSIMS分析結果から、この水素濃度は本比較例の金属酸化物膜に含ま
れる水素濃度と同等である。なお、計算では、金属酸化物膜の一例として、In:Ga:
Zn=1:1:1[原子数比]のIn-Ga-Zn酸化物膜を適用した。
す。
作成し、それぞれを最適化し、エネルギーを計算した。さらに、得られた最適化構造に基
づき、以下の過程でアモルファス構造を作成した。
(2)温度1000K、時間2psecのNVTアンサンブルでの分子動力学計算。
(3)構造の最適化。
を取りだし、(2)以降の計算を行い、アモルファスの構造をそれぞれ3個作成し、エネ
ルギーの平均値をとった。尚、計算には第一原理計算ソフト”VASP(Vienna
Ab-initio Simulation Package)”を用いた。計算条件を
表3に示す。
23(A)は、H添加なし(0atom%)の単結晶In-Ga-Zn酸化物膜の構造を
示す。図23(B)は、Hを8個添加した(6.67atom%)単結晶In-Ga-Z
n酸化物膜の構造を示す。図23(C)は、H添加なし(0atom%)のアモルファス
In-Ga-Zn酸化物膜の構造を示す。図23(D)は、Hを8個添加した(6.67
atom%)アモルファスIn-Ga-Zn酸化物膜の構造を示す。
することがわかる。他方、Hが添加されることにより、結晶化による安定化エネルギーが
小さくなる。以上より、本比較例の液相法で作製した金属酸化物膜で、周期的な原子配列
を示すスポットを含むパターンと共に、ハローパターンに近いナノビーム電子線回折パタ
ーンが得られた要因として、水素による結晶構造の不安定化が推測される。
が低下する。この計算結果は、ハローパターンに近いナノビーム電子線回折パターンが確
認された比較例の金属酸化物膜では、不純物である水素及び炭素の含有量が、本実施の形
態の金属酸化物膜よりも高いこととも一致している。
ることができる。
本実施の形態では、実施の形態1で例示した金属酸化物膜であって半導体特性を示す金属
酸化物膜(酸化物半導体膜)を適用したトランジスタの構成例について、図面を参照して
説明する。
図9(A)に、以下で例示するトランジスタ100の断面概略図を示す。トランジスタ1
00はボトムゲート型のトランジスタである。
ゲート電極102上に設けられる絶縁層103と、絶縁層103上にゲート電極102と
重なるように設けられる酸化物半導体層104と、酸化物半導体層104の上面に接する
一対の電極105a、105bとを有する。また、絶縁層103、酸化物半導体層104
、一対の電極105a、105bを覆う絶縁層106と、絶縁層106上に絶縁層107
が設けられている。
することができる。
基板101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
耐熱性を有する材料を用いる。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファ
イヤ基板、YSZ(イットリア安定化ジルコニア)基板等を、基板101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
コンゲルマニウムなど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る。
また、これらの基板上に半導体素子が設けられたものを、基板101として用いてもよい
。
、トランジスタ100を形成してもよい。または、基板101とトランジスタ100の間
に剥離層を設けてもよい。剥離層は、その上層にトランジスタの一部あるいは全部を形成
した後、基板101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。その結果
、トランジスタ100は耐熱性の劣る基板や可撓性の基板にも転載できる。
ゲート電極102は、アルミニウム、クロム、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、または上述した金属を成分とする合金か、上述した金属を組
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を用いてもよい。また、ゲート電極102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一または複数の金属を組み合わせた合金膜、もし
くはこれらの窒化膜を用いてもよい。
化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化
物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、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、上記金属の積層構造とすることもできる。
、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、あるいは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、少なくとも酸化物半導体層104より高い
窒素濃度、具体的には7原子%以上の窒素濃度を有するIn-Ga-Zn系酸窒化物半導
体膜を用いる。
絶縁層103は、ゲート絶縁膜として機能する。酸化物半導体層104の下面と接する絶
縁層103は、非晶質膜であることが好ましい。
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
、窒化シリコンなどを用いればよく、積層または単層で設ける。
ハフニウムシリケート(HfSixOyNz)、窒素が添加されたハフニウムアルミネー
ト(HfAlxOyNz)、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。
一対の電極105a及び105bは、トランジスタのソース電極またはドレイン電極とし
て機能する。
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
テンからなる金属、またはこれを含む合金を単層構造または積層構造として用いることが
できる。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。
絶縁層106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を用
いることが好ましい。このような酸化物絶縁膜は、加熱により一部の酸素が脱離する。例
えば、このような酸化物絶縁膜を、トランジスタの作製工程における熱処理温度以上で加
熱した場合、昇温脱離ガス分光法(TDS:Thermal Desorption S
pectroscopy)分析にて、酸素原子に換算しての酸素の脱離量が1.0×10
18atoms/cm3以上、好ましくは3.0×1020atoms/cm3以上とな
る。
4へのダメージ緩和膜としても機能する。
よい。
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。
きる。絶縁層106上に絶縁層107を設けることで、酸化物半導体層104からの酸素
の外部への拡散と、外部から酸化物半導体層104への水素、水等の侵入を防ぐことがで
きる。このような絶縁膜としては、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、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。
続いて、図9に例示するトランジスタ100の作製方法の一例について説明する。
極102上に絶縁層103を形成する。
ゲート電極102の形成方法を以下に示す。はじめに、スパッタリング法、CVD法、蒸
着法等により導電膜を形成し、導電膜上に第1のフォトマスクを用いてフォトリソグラフ
ィ工程によりレジストマスクを形成する。次に、該レジストマスクを用いて導電膜の一部
をエッチングして、ゲート電極102を形成する。その後、レジストマスクを除去する。
ェット法等で形成してもよい。
絶縁層103は、スパッタリング法、CVD法、蒸着法等で形成する。
形成する場合、原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体を用いるこ
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。
とが好ましい。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、欠陥の少ない第1の窒化シリコン膜を形成する。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第2の窒化シリコン膜を成膜する。このような形成方法により
、絶縁層103として、欠陥が少なく、且つ水素ブロッキング性を有する窒化シリコン膜
を形成することができる。
rganic Chemical Vapor Deposition)法を用いて形成
することができる。
次に、図10(B)に示すように、絶縁層103上に酸化物半導体層104を形成する。
により、酸化物半導体膜を形成する。続いて、酸化物半導体膜上に第2のフォトマスクを
用いてフォトリソグラフィ工程によりレジストマスクを形成する。次に、該レジストマス
クを用いて酸化物半導体膜の一部をエッチングして、酸化物半導体層104を形成する。
その後、レジストマスクを除去する。
ことが好ましい。
次に、図10(C)に示すように、一対の電極105a、105bを形成する。
CVD法、蒸着法等で導電膜を形成する。次に、該導電膜上に第3のフォトマスクを用い
てフォトリソグラフィ工程によりレジストマスクを形成する。次に、該レジストマスクを
用いて導電膜の一部をエッチングして、一対の電極105a、105bを形成する。その
後、レジストマスクを除去する。
部の一部がエッチングされ、薄膜化することがある。そのため、酸化物半導体層104の
形成時、酸化物半導体膜の厚さを予め厚く設定しておくことが好ましい。
次に、図10(D)に示すように、酸化物半導体層104及び一対の電極105a、10
5b上に、絶縁層106を形成し、続いて絶縁層106上に絶縁層107を形成する。
としては、シリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体を用いることが好ましい。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。
260℃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1
00Pa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。
が増加し、原料ガスの酸化が進むため、酸化物絶縁膜中における酸素含有量が化学量論比
よりも多くなる。しかしながら、基板温度が上記温度で形成された膜では、後の工程での
加熱により膜中の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。
層106の形成工程において、該酸化物絶縁膜が酸化物半導体層104の保護膜となる。
この結果、酸化物半導体層104へのダメージを低減しつつ、パワー密度の高い高周波電
力を用いて絶縁層106を形成することができる。
400℃以下、さらに好ましくは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10
0Pa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、酸化物絶縁膜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。また、処理室の圧力を100Pa以上250Pa以下とすることで、該酸化物絶
縁層を成膜する際に、酸化物半導体層104へのダメージを低減することが可能である。
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。
スとしては、シリコンを含む堆積性気体、酸化性気体、及び窒素を含む気体を用いること
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。窒素を含む気体としては、窒素、アンモニア等がある。
以下では、トランジスタ100と一部が異なるトランジスタの構成例について説明する。
図9(B)に、以下で例示するトランジスタ110の断面概略図を示す。トランジスタ1
10は、酸化物半導体層の構成が異なる点で、トランジスタ100と相違している。なお
、以下では、他の構成例と同様の構成、または同様の機能を備える構成要素においては、
同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
半導体層114bとが積層されて構成される。
るため、図9(B)等の図中には、これらの境界を破線で示している。
、本発明の一態様の酸化物半導体膜を適用することができる。
In-M-Zn酸化物(MはAl、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd、またはH
f)を用いる。また、酸化物半導体層114aがIn-M-Zn酸化物であるとき、Zn
及び酸素を除いたInとMの原子数比率は、InとMの合計を100atomic%とす
ると、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。ま
た例えば、酸化物半導体層114a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3eV以上である材料を用いる。
化物、In-Zn酸化物、あるいはIn-M-Zn酸化物(MはAl、Ti、Ga、Y、
Zr、La、Ce、NdまたはHf)を含み、且つ酸化物半導体層114aよりも伝導帯
の下端のエネルギー準位が真空準位に近い。代表的には、酸化物半導体層114bの伝導
帯の下端のエネルギー準位と、酸化物半導体層114aの伝導帯の下端のエネルギー準位
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以下とすること
が好ましい。
除いた、InとMの原子数比率は、InとMの合計を100atomic%とすると、好
ましくは、Inが50atomic%未満、Mが50atomic%以上、さらに好まし
くは、Inが25atomic%未満、Mが75atomic%以上とする。
の原子数比のターゲットを用いることができる。また、酸化物半導体層114bとしてI
n:Ga:Zn=1:3:2、1:6:4、または1:9:6の原子数比のターゲットを
用いることができる。なお、酸化物半導体層114a、及び酸化物半導体層114bの原
子数比は、使用するターゲットの原子数比と異なることがあり、プラスマイナス20%の
差が存在することもある。
の多い酸化物を用いることにより、酸化物半導体層114a、及び酸化物半導体層114
bからの酸素の放出を抑制することができる。
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、酸化物半導体層114a、酸化物半導体層11
4b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。
例示したが、3つ以上の酸化物半導体層を積層する構成としてもよい。
図9(C)に、以下で例示するトランジスタ120の断面概略図を示す。トランジスタ1
20は、酸化物半導体層の構成が異なる点で、トランジスタ100及びトランジスタ11
0と相違している。
半導体層124b、酸化物半導体層124cが順に積層されて構成される。
られる。また酸化物半導体層124cは、酸化物半導体層124bの上面、並びに一対の
電極105a、105bの上面及び側面に接して設けられる。
ずれか一、またはいずれか二、または全部に、本発明の一態様の酸化物半導体膜を適用す
ることができる。
aと同様の構成を用いることができる。また例えば、酸化物半導体層124a、124c
として、上記変形例1で例示した酸化物半導体層114bと同様の構成を用いることがで
きる。
能するGaの含有量の多い酸化物を用いることにより、酸化物半導体層124a、酸化物
半導体層124b、及び酸化物半導体層124cからの酸素の放出を抑制することができ
る。
導体層124bにInの含有量の多い酸化物を用い、酸化物半導体層124bと接して一
対の電極105a、105bを設けることにより、トランジスタ120のオン電流を増大
させることができる。
以下では、本発明の一態様の酸化物半導体膜を適用可能な、トップゲート型のトランジス
タの構成例について説明する。
図11(A)に、以下で例示するトップゲート型のトランジスタ150の断面概略図を示
す。
体層104と、酸化物半導体層104の上面に接する一対の電極105a、105bと、
酸化物半導体層104、一対の電極105a、105b上に設けられる絶縁層103と、
絶縁層103上に酸化物半導体層104と重なるように設けられるゲート電極102とを
有する。また、絶縁層103及びゲート電極102を覆って絶縁層152が設けられてい
る。
することができる。
を有する。例えば、上記絶縁層107と同様の構成を用いることができる。なお、絶縁層
151は、不要であれば設けなくてもよい。
する絶縁膜を適用することができる。なお、絶縁層107は不要であれば設けなくてもよ
い。
以下では、トランジスタ150と一部が異なるトランジスタの構成例について説明する。
160は、酸化物半導体層の構成が異なる点で、トランジスタ150と相違している。
半導体層164b、及び酸化物半導体層164cが順に積層されて構成されている。
ずれか一、またはいずれか二、または全部に、本発明の一態様の酸化物半導体膜を適用す
ることができる。
aと同様の構成を用いることができる。また例えば、酸化物半導体層164a、164c
として、上記変形例1で例示した酸化物半導体層114bと同様の構成を用いることがで
きる。
能するGaの含有量の多い酸化物を用いることにより、酸化物半導体層164a、酸化物
半導体層164b、酸化物半導体層164cからの酸素の放出を抑制することができる。
層164bをエッチングにより加工して酸化物半導体層164aとなる酸化物半導体膜を
露出させ、その後にドライエッチング法によって該酸化物半導体膜を加工して酸化物半導
体層164aを形成する場合に、該酸化物半導体膜の反応生成物が、酸化物半導体層16
4b及び酸化物半導体層164cの側面に再付着し、側壁保護層(ラビットイヤーともよ
ばれる)が形成される場合がある。なお、該反応生成物は、スパッタリング現象によって
再付着するほか、ドライエッチング時に再付着する場合もある。
が形成された場合の、トランジスタ161の断面概略図を示している。トランジスタ16
1においてその他の構成は、トランジスタ160と同様である。
壁保護層164dには、酸化物半導体層164aの下層に設けられる層(ここでは絶縁層
151)の成分(例えばシリコン)を含有する場合がある。
で覆い、一対の電極105a、105bと接しない構成とすることにより、特に酸化物半
導体層164bに主としてチャネルが形成される場合に、トランジスタのオフ時の意図し
ないリーク電流を抑制し、優れたオフ特性を有するトランジスタを実現できる。また、側
壁保護層164dとしてスタビライザとして機能するGaの含有量の多い材料を用いるこ
とで、酸化物半導体層164bの側面からの酸素の脱離を効果的に抑制し、電気的特性の
安定性に優れたトランジスタを実現できる。
ができる。
本実施の形態では、本発明の一態様の表示パネルの構成について、図12を参照しながら
説明する。
の一態様の表示パネルの画素に液晶素子を適用する場合に用いることができる画素回路を
説明するための回路図である。また、図12(C)は、本発明の一態様の表示パネルの画
素に有機EL素子を適用する場合に用いることができる画素回路を説明するための回路図
である。
当該トランジスタはnチャネル型とすることが容易なので、駆動回路のうち、nチャネル
型トランジスタで構成することが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。このように、画素部や駆動回路に実施の形態2に示すトランジスタを用
いることにより、信頼性の高い表示装置を提供することができる。
基板500上には、画素部501、第1の走査線駆動回路502、第2の走査線駆動回路
503、信号線駆動回路504を有する。画素部501には、複数の信号線が信号線駆動
回路504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502、及び走
査線駆動回路503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設けられている。また、表示装置の基板
500はFPC(Flexible Printed Circuit)等の接続部を介
して、タイミング制御回路(コントローラ、制御ICともいう)に接続されている。
駆動回路504は、画素部501と同じ基板500上に形成される。そのため、外部に設
ける駆動回路等の部品の数を削減することができ、コストの低減を図ることができる。ま
た、基板500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るため、配線
間の接続数が増えるが、同じ基板500上に駆動回路を設けることで、配線間の接続数を
減らすことができる。よって、半導体装置の信頼性の向上、又は歩留まりの向上を図るこ
とができる。
また、画素の回路構成の一例を図12(B)に示す。ここでは、VA型液晶表示パネルの
画素に適用することができる画素回路を示す。
画素電極層は異なるトランジスタに接続され、各トランジスタは異なるゲート信号で駆動
できるように構成されている。これにより、マルチドメイン設計された画素の個々の画素
電極層に印加する信号を、独立して制御できる。
、異なるゲート信号を与えることができるように分離されている。一方、データ線として
機能するソース電極層又はドレイン電極層514は、トランジスタ516とトランジスタ
517で共通に用いられている。トランジスタ516とトランジスタ517は実施の形態
2で説明するトランジスタを適宜用いることができる。これにより、信頼性の高い液晶表
示パネルを提供することができる。
的に接続する第2の画素電極層の形状について説明する。第1の画素電極層と第2の画素
電極層の形状は、スリットによって分離されている。第1の画素電極層はV字型に広がる
形状を有し、第2の画素電極層は第1の画素電極層の外側を囲むように形成される。
ゲート電極はゲート配線513と接続されている。ゲート配線512とゲート配線513
に異なるゲート信号を与えてトランジスタ516とトランジスタ517の動作タイミング
を異ならせ、液晶の配向を制御できる。
は第2の画素電極層と電気的に接続する容量電極とで保持容量を形成してもよい。
。第1の液晶素子518は第1の画素電極層と対向電極層とその間の液晶層とで構成され
、第2の液晶素子519は第2の画素電極層と対向電極層とその間の液晶層とで構成され
る。
す画素に新たにスイッチ、抵抗素子、容量素子、トランジスタ、センサ、又は論理回路な
どを追加してもよい。
また、画素の回路構成の他の一例を図12(C)に示す。ここでは、有機EL素子を用い
た表示パネルの画素構造を示す。
他方から正孔がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして
、電子および正孔が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成し、そ
の励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このような発光
素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
ランジスタを1つの画素に2つ用いる例を示す。なお、本発明の一態様の金属酸化物膜は
、nチャネル型のトランジスタのチャネル形成領域に用いることができる。また、当該画
素回路は、デジタル時間階調駆動を適用することができる。
て説明する。
子524及び容量素子523を有している。スイッチング用トランジスタ521は、ゲー
ト電極層が走査線526に接続され、第1電極(ソース電極層及びドレイン電極層の一方
)が信号線525に接続され、第2電極(ソース電極層及びドレイン電極層の他方)が駆
動用トランジスタ522のゲート電極層に接続されている。駆動用トランジスタ522は
、ゲート電極層が容量素子523を介して電源線527に接続され、第1電極が電源線5
27に接続され、第2電極が発光素子524の第1電極(画素電極)に接続されている。
発光素子524の第2電極は共通電極528に相当する。共通電極528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。
明するトランジスタを適宜用いることができる。これにより、信頼性の高い有機EL表示
パネルを提供することができる。
電源電位とは、電源線527に設定される高電源電位より低い電位であり、例えばGND
、0Vなどを低電源電位として設定することができる。発光素子524の順方向のしきい
値電圧以上となるように高電源電位と低電源電位を設定し、その電位差を発光素子524
に印加することにより、発光素子524に電流を流して発光させる。なお、発光素子52
4の順方向電圧とは、所望の輝度とする場合の電圧を指しており、少なくとも順方向しき
い値電圧よりも大きい。
略できる。駆動用トランジスタ522のゲート容量については、チャネル形成領域とゲー
ト電極層との間で容量が形成されていてもよい。
式の場合、駆動用トランジスタ522が確実にオンするか、オフするかの二つの状態とな
るようなビデオ信号を、駆動用トランジスタ522に入力する。なお、駆動用トランジス
タ522を線形領域で動作させるために、電源線527の電圧よりも高い電圧を駆動用ト
ランジスタ522のゲート電極層にかける。また、信号線525には、電源線電圧に駆動
用トランジスタ522の閾値電圧Vthを加えた値以上の電圧をかける。
4の順方向電圧に駆動用トランジスタ522の閾値電圧Vthを加えた値以上の電圧をか
ける。なお、駆動用トランジスタ522が飽和領域で動作するようにビデオ信号を入力し
、発光素子524に電流を流す。また、駆動用トランジスタ522を飽和領域で動作させ
るために、電源線527の電位を、駆動用トランジスタ522のゲート電位より高くする
。ビデオ信号をアナログとすることで、発光素子524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。
(C)に示す画素回路にスイッチ、抵抗素子、容量素子、センサ、トランジスタ又は論理
回路などを追加してもよい。
本実施の形態では、本発明の一態様の金属酸化物膜を用いた半導体装置および電子機器の
構成について、図13および図14を参照しながら説明する。
ク図である。
である。
ースバンド回路903、バッテリー904、電源回路905、アプリケーションプロセッ
サ906、フラッシュメモリ910、ディスプレイコントローラ911、メモリ回路91
2、ディスプレイ913、タッチセンサ919、音声回路917、キーボード918など
より構成されている。
IF)909を有している。また、メモリ回路912はSRAMまたはDRAMで構成す
ることができる。
の書き込みおよび読み出しが可能な信頼性の高い電子機器を提供することができる。
れるレジスタ等に適用することにより、情報の書き込みおよび読み出しが可能な信頼性の
高い電子機器を提供することができる。
期間の記憶保持が可能で、且つ消費電力が十分に低減されたメモリ回路912を提供でき
る。また、パワーゲーティングされている期間に、パワーゲーティング前の状態をレジス
タ等に記憶することができるCPU907またはDSP908を提供することができる。
6によって構成されている。
画素回路はゲートドライバ916と電気的に接続されている。
いることができる。これにより、信頼性の高いディスプレイを提供することができる。
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等のカメ
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。
3a、1003bなどによって構成されている。表示部1003bはタッチパネルとなっ
ており、表示部1003bに表示されるキーボードボタン1004を触れることで画面操
作や、文字入力を行うことができる。勿論、表示部1003aをタッチパネルとして構成
してもよい。実施の形態2で示したトランジスタをスイッチング素子として液晶パネルや
有機発光パネルを作製して表示部1003a、1003bに適用することにより、信頼性
の高い携帯型の情報端末とすることができる。
)を表示する機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示部に表示する機能、表示部に表
示した情報を操作又は編集する機能、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。また、筐体の裏面や側面に、外部接続用端子(
イヤホン端子、USB端子など)、記録媒体挿入部などを備える構成としてもよい。
よい。無線により、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。
装着するための固定部1022と、スピーカー、操作ボタン1024、外部メモリスロッ
ト1025等が設けられている。実施の形態2で示したトランジスタをスイッチング素子
として液晶パネルや有機発光パネルを作製して表示部1023に適用することにより、よ
り信頼性の高い携帯音楽プレイヤーとすることができる。
たせ、携帯電話と連携させれば、乗用車などを運転しながらワイヤレスによるハンズフリ
ーでの会話も可能である。
れている。筐体1031には、表示パネル1032、スピーカー1033、マイクロフォ
ン1034、ポインティングデバイス1036、カメラ用レンズ1037、外部接続端子
1038などを備えている。また、筐体1030には、携帯電話の充電を行う太陽電池セ
ル1040、外部メモリスロット1041などを備えている。また、アンテナは筐体10
31内部に内蔵されている。実施の形態2で説明するトランジスタを表示パネル1032
に適用することにより、信頼性の高い携帯電話とすることができる。
ている複数の操作キー1035を点線で示している。なお、太陽電池セル1040で出力
される電圧を各回路に必要な電圧に昇圧するための昇圧回路も実装している。
するトランジスタの金属酸化物膜の膜厚を2μm以上50μm以下とすることで形成する
ことができる。
1032と同一面上にカメラ用レンズ1037を備えているため、テレビ電話が可能であ
る。スピーカー1033及びマイクロフォン1034は音声通話に限らず、テレビ電話、
録音、再生などが可能である。さらに、筐体1030と筐体1031は、スライドし、図
14(C)のように展開している状態から重なり合った状態とすることができ、携帯に適
した小型化が可能である。
であり、充電及びパーソナルコンピュータなどとのデータ通信が可能である。また、外部
メモリスロット1041に記録媒体を挿入し、より大量のデータ保存及び移動に対応でき
る。
よい。
筐体1051に表示部1053が組み込まれている。表示部1053により、映像を表示
することが可能である。また、筐体1051を支持するスタンド1055にCPUが内蔵
されている。実施の形態2で説明するトランジスタを表示部1053およびCPUに適用
することにより、信頼性の高いテレビジョン装置1050とすることができる。
コン操作機により行うことができる。また、リモコン操作機に、当該リモコン操作機から
出力する情報を表示する表示部を設ける構成としてもよい。
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。
52、外部メモリスロットを備えている。外部接続端子1054は、USBケーブルなど
の各種ケーブルと接続可能であり、パーソナルコンピュータなどとのデータ通信が可能で
ある。記憶媒体再生録画部1052では、ディスク状の記録媒体を挿入し、記録媒体に記
憶されているデータの読み出し、記録媒体への書き込みが可能である。また、外部メモリ
スロットに差し込まれた外部メモリ1056にデータ保存されている画像や映像などを表
示部1053に映し出すことも可能である。
該トランジスタを外部メモリ1056やCPUに適用することにより、消費電力が十分に
低減された信頼性の高いテレビジョン装置1050とすることができる。
101 基板
102 ゲート電極
103 絶縁層
104 酸化物半導体層
105a 電極
105b 電極
106 絶縁層
107 絶縁層
110 トランジスタ
114 酸化物半導体層
114a 酸化物半導体層
114b 酸化物半導体層
120 トランジスタ
124 酸化物半導体層
124a 酸化物半導体層
124b 酸化物半導体層
124c 酸化物半導体層
150 トランジスタ
151 絶縁層
152 絶縁層
160 トランジスタ
161 トランジスタ
164 酸化物半導体層
164a 酸化物半導体層
164b 酸化物半導体層
164c 酸化物半導体層
164d 側壁保護層
200 石英ガラス基板
202 ダミー基板
204 金属酸化物膜
210a 領域
210b 領域
500 基板
501 画素部
502 走査線駆動回路
503 走査線駆動回路
504 信号線駆動回路
510 容量配線
512 ゲート配線
513 ゲート配線
514 ドレイン電極層
516 トランジスタ
517 トランジスタ
518 液晶素子
519 液晶素子
520 画素
521 スイッチング用トランジスタ
522 駆動用トランジスタ
523 容量素子
524 発光素子
525 信号線
526 走査線
527 電源線
528 共通電極
901 RF回路
902 アナログベースバンド回路
903 デジタルベースバンド回路
904 バッテリー
905 電源回路
906 アプリケーションプロセッサ
907 CPU
908 DSP
910 フラッシュメモリ
911 ディスプレイコントローラ
912 メモリ回路
913 ディスプレイ
914 表示部
915 ソースドライバ
916 ゲートドライバ
917 音声回路
918 キーボード
919 タッチセンサ
1001 本体
1002 筐体
1003a 表示部
1003b 表示部
1004 キーボードボタン
1021 本体
1022 固定部
1023 表示部
1024 操作ボタン
1025 外部メモリスロット
1030 筐体
1031 筐体
1032 表示パネル
1033 スピーカー
1034 マイクロフォン
1035 操作キー
1036 ポインティングデバイス
1037 カメラ用レンズ
1038 外部接続端子
1040 太陽電池セル
1041 外部メモリスロット
1050 テレビジョン装置
1051 筐体
1052 記憶媒体再生録画部
1053 表示部
1054 外部接続端子
1055 スタンド
1056 外部メモリ
Claims (10)
- 絶縁膜と、ゲート電極と、酸化物半導体層と、前記ゲート電極と前記酸化物半導体層との間のゲート絶縁膜と、を有し、
前記酸化物半導体層は、ナノビーム電子線回折パターンにおいて、特定の面に配向した結晶を示す規則性を有する円周状に配置された複数のスポットとは異なる円周状に配置された複数のスポットが観察され、
前記酸化物半導体層は、前記絶縁膜の上面に接し、
前記絶縁膜は、酸化シリコンを有し、
前記ゲート電極は、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、又はタングステンを有し、
前記ゲート絶縁膜は、酸化シリコンを有する表示装置。 - 絶縁膜と、
前記絶縁膜上の酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層上のゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上のゲート電極と、を有し
前記酸化物半導体層は、ナノビーム電子線回折パターンにおいて、特定の面に配向した結晶を示す規則性を有する円周状に配置された複数のスポットとは異なる円周状に配置された複数のスポットが観察され、
前記絶縁膜は、酸化シリコンを有し、
前記ゲート電極は、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、又はタングステンを有し、
前記ゲート絶縁膜は、酸化シリコンを有する表示装置。 - 第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、発光素子と、容量素子と、を有する半導体装置であり、
前記第1のトランジスタのソース及びドレインの一方は前記第2のトランジスタのゲートに接続され、
前記第2のトランジスタのゲートは、前記容量素子を介して、前記第2のトランジスタのソース及びドレインの一方に接続され、
前記第2のトランジスタのソース及びドレインの他方は前記発光素子に接続され、
第1のトランジスタおよび第2のトランジスタの少なくとも一方は、ゲート電極と、酸化物半導体層と、前記ゲート電極と前記酸化物半導体層との間のゲート絶縁膜と、を有し、
前記酸化物半導体層は、ナノビーム電子線回折パターンにおいて、特定の面に配向した結晶を示す規則性を有する円周状に配置された複数のスポットとは異なる円周状に配置された複数のスポットが観察され、
前記酸化物半導体層は、絶縁膜の上面に接し、
前記絶縁膜は、酸化シリコンを有し、
前記ゲート電極は、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、又はタングステンを有し、
前記ゲート絶縁膜は、酸化シリコンを有する表示装置。 - 第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、発光素子と、容量素子と、を有する半導体装置であり、
前記第1のトランジスタのソース及びドレインの一方は前記第2のトランジスタのゲートに接続され、
前記第2のトランジスタのゲートは、前記容量素子を介して、前記第2のトランジスタのソース及びドレインの一方に接続され、
前記第2のトランジスタのソース及びドレインの他方は前記発光素子に接続され、
第1のトランジスタおよび第2のトランジスタの少なくとも一方は、酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層上のゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上のゲート電極と、を有し
前記酸化物半導体層は、ナノビーム電子線回折パターンにおいて、特定の面に配向した結晶を示す規則性を有する円周状に配置された複数のスポットとは異なる円周状に配置された複数のスポットが観察され、
前記酸化物半導体層は、絶縁膜の上面に接し、
前記絶縁膜は、酸化シリコンを有し、
前記ゲート電極は、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、又はタングステンを有し、
前記ゲート絶縁膜は、酸化シリコンを有する表示装置。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか一において、
前記酸化物半導体層に1nmφに収束した電子線を照射する前のナノビーム電子線回折パターンと、前記酸化物半導体層に前記電子線を1分間照射後のナノビーム電子線回折パターンとは、同様である表示装置。 - 請求項1又は請求項5のいずれか一において、
前記酸化物半導体層の炭素濃度は、4×1021atoms/cm3未満である表示装置。 - 請求項1乃至請求項6のいずれか一において、
前記酸化物半導体層の水素濃度は、1×1022atoms/cm3未満である表示装置。 - 請求項1乃至請求項7のいずれか一において、
前記ナノビーム電子線回折パターンは、ビーム径1nmφの電子線を照射して観察される表示装置。 - 請求項1乃至請求項8のいずれか一において、
前記酸化物半導体層は、複数の結晶を有し、
前記複数の結晶の面方位は、不規則あり、
XRD測定で前記複数の結晶に起因するピークが観察されない領域を有する表示装置。 - 請求項9において、
前記複数の結晶の各々の大きさは、1nm以上10nm以下である表示装置。
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